(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延びる板状の検出素子と、前記検出素子の前記長手方向の先端部に設置されて、被測定ガス中の特定ガスを検出する検知部と、前記検出素子の前記長手方向の後端部外表面上に設置されて、少なくとも１つが前記検知部からの検出信号を外部回路へ出力するための複数の電極パッドと、を備えるガスセンサ素子と、
ガスセンサ素子の周囲を取り囲むハウジングと、を備えるガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子は、前記長手方向に延伸し、前記電極パッドが設置されている前記検出素子の第１の外表面と、前記長手方向に延伸し、前記第１の外表面に交差する方向に形成されている第２の外表面とを連結する面取りされた面取り部を少なくとも一つ有し、
前記面取り部の前記第１の外表面に対する面取り角度は、前記後端部に設けられた後端面取り部の前記面取り角度が、前記先端部に設けられた先端面取り部の前記面取り角度より大きくなるように形成され、
前記後端面取り部と前記先端面取り部との間に、前記後端面取り部の前記面取り角度以下、かつ、前記先端面取り部の前記面取り角度以上で、前記長手方向の先端側から後端側に向けて前記面取り角度が徐々に大きくなるように面取りされている中間面取り部を有し、
前記電極パッドは、前記面取り部に隣接するように設けられている、
ガスセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のガスセンサであって、
前記面取り部の面取り角度は、３０度以上であることを特徴とする、
ガスセンサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のガスセンサであって、更に、
前記ガスセンサ素子の後端部を覆うように設置され、前記電極パッドに接続する出力端子を自身の内部に配置するセパレータを備え、
前記中間面取り部は、前記セパレータの先端位置よりも前記長手方向後端側に位置するように形成されている、
ガスセンサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３いずれかに記載のガスセンサであって、更に、
前記ガスセンサ素子の前記長手方向に沿って設置され、少なくとも前記先端部に配置された発熱抵抗体を有するヒータ素子が前記検出素子に積層されており、
前記中間面取り部は、前記発熱抵抗体の後端位置よりも前記長手方向後端側に位置するように形成されている、
ガスセンサ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４いずれかに記載のガスセンサであって、
前記先端面取り部の面取り長さは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、
ガスセンサ。
【請求項６】
長手方向に延びる板状の検出素子と、前記検出素子の前記長手方向の先端部に設置されて、被測定ガス中の特定ガスを検出する検知部と、前記検出素子の前記長手方向の後端部外表面上に設置されて、少なくとも１つが前記検知部からの検出信号を外部回路へ出力するための複数の電極パッドと、を備えるガスセンサ素子と、
ガスセンサ素子の周囲を取り囲むハウジングと、を備えるガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子は、前記長手方向に延伸し、前記電極パッドが設置されている前記検出素子の第１の外表面と、前記長手方向に延伸し、前記第１の外表面に交差する方向に形成されている第２の外表面とを連結する面取りされた面取り部を少なくとも一つ有し、
前記面取り部の前記第１の外表面と平行な方向における面取り長さは、前記後端部に設けられた後端面取り部の前記面取り長さが、前記先端部に設けられた先端面取り部の前記面取り長さより短くなるように形成され、
前記後端面取り部と前記先端面取り部との間に、前記後端面取り部の前記面取り長さ以上、かつ、前記先端面取り部の前記面取り長さ以下で、前記長手方向の先端側から後端側に向けて前記面取り長さが徐々に小さくなるように面取りされている中間面取り部を有し、
前記電極パッドは、前記面取り部に隣接するように形成されている、
ガスセンサ。
【請求項７】
請求項６記載のガスセンサであって、
前記先端面取り部の面取り長さは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、
ガスセンサ。
【請求項８】
請求項６または請求項７記載のガスセンサであって、
前記面取り部の面取り角度は、３０度以上であることを特徴とする、
ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状のガスセンサ素子を備えるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関等における排ガスに含まれる特定ガス成分の濃度の検出、測定を行うガスセンサとして、複数の基板が積層された板型のガスセンサ素子を備えるものが知られている。このガスセンサ素子には先端部に検知部が設けられており、検知部を排ガス中に晒すことで、特定ガス成分の濃度の検出、測定を行っている。また、このようなガスセンサにおいては、検知部からの検出信号を外部回路へ出力するための電極パッドがガスセンサ素子の後端部の表面上に配置されている。さらに、電極パッドが設けられたガスセンサ素子の表面とこの表面に交差する側面の間の稜辺を面取りして研磨することで、素子製造時に稜辺に形成されるバリなどの表面欠陥を除去し、ガスセンサ素子の外部からの衝撃に対する割れや欠け等の損傷を抑制する技術が知られている。例えば、特許文献１では、ガスセンサ素子の長手方向に設けられた稜辺を、均一に、面取り角度４５°で面取りすることで面取り部が設けられている。
【０００３】
面取り部は、排気ガスに晒されるガスセンサ素子の先端部の耐熱衝撃性という観点から面取り角度、面取り量が規定されており、ガスセンサ素子の後端部も含めてガスセンサ素子の長手方向に均一な面取り部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５１６５４号公報
【特許文献２】特開平３−２７２４４８号公報
【特許文献３】特開２００８−１３９２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、表面上に複数の電極パッドが配置されているガスセンサ素子において、このような面取り部を設けると、電極パッドが配置される後端部の表面の面積（又は表面の幅）が縮小され、電極パッド同士の距離をより短くすることが必要となる。そのため、電極パッド同士の絶縁性能の低下を招くおそれがある。他方、電極パッド同士の絶縁性能を確保するために、電極パッドの面積を縮小して電極パッド同士の距離を確保すると、電極パッドと接続端子との接触性が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、ガスセンサ素子の稜辺の損傷を抑制しつつガスセンサ素子の先端部の耐熱衝撃性を維持すると共に、ガスセンサ素子の後端部に配置される電極パッド同士の絶縁性を向上すること、および、電極パッドと接続端子との接触性を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［形態１］長手方向に延びる板状の検出素子と、前記検出素子の前記長手方向の先端部に設置されて、被測定ガス中の特定ガスを検出する検知部と、前記検出素子の前記長手方向の後端部外表面上に設置されて、少なくとも１つが前記検知部からの検出信号を外部回路へ出力するための複数の電極パッドと、を備えるガスセンサ素子と、ガスセンサ素子の周囲を取り囲むハウジングと、を備えるガスセンサであって、前記ガスセンサ素子は、前記長手方向に延伸し、前記電極パッドが設置されている前記検出素子の第１の外表面と、前記長手方向に延伸し、前記第１の外表面に交差する方向に形成されている第２の外表面とを連結する面取りされた面取り部を少なくとも一つ有し、前記面取り部の前記第１の外表面に対する面取り角度は、前記後端部に設けられた後端面取り部の前記面取り角度が、前記先端部に設けられた先端面取り部の前記面取り角度より大きくなるように形成され、前記後端面取り部と前記先端面取り部との間に、前記後端面取り部の前記面取り角度以下、かつ、前記先端面取り部の前記面取り角度以上で、前記長手方向の先端側から後端側に向けて前記面取り角度が徐々に大きくなるように面取りされている中間面取り部を有し、前記電極パッドは、前記面取り部に隣接するように設けられている、ガスセンサ。
［形態２］長手方向に延びる板状の検出素子と、前記検出素子の前記長手方向の先端部に設置されて、被測定ガス中の特定ガスを検出する検知部と、前記検出素子の前記長手方向の後端部外表面上に設置されて、少なくとも１つが前記検知部からの検出信号を外部回路へ出力するための複数の電極パッドと、を備えるガスセンサ素子と、ガスセンサ素子の周囲を取り囲むハウジングと、を備えるガスセンサであって、前記ガスセンサ素子は、前記長手方向に延伸し、前記電極パッドが設置されている前記検出素子の第１の外表面と、前記長手方向に延伸し、前記第１の外表面に交差する方向に形成されている第２の外表面とを連結する面取りされた面取り部を少なくとも一つ有し、前記面取り部の前記第１の外表面と平行な方向における面取り長さは、前記後端部に設けられた後端面取り部の前記面取り長さが、前記先端部に設けられた先端面取り部の前記面取り長さより短くなるように形成され、前記後端面取り部と前記先端面取り部との間に、前記後端面取り部の前記面取り長さ以上、かつ、前記先端面取り部の前記面取り長さ以下で、前記長手方向の先端側から後端側に向けて前記面取り長さが徐々に小さくなるように面取りされている中間面取り部を有し、前記電極パッドは、前記面取り部に隣接するように形成されている、ガスセンサ。
【０００８】
［適用例１］
長手方向に延びる板状の検出素子と、前記検出素子の前記長手方向の先端部に設置されて、被測定ガス中の特定ガスを検出する検知部と、前記検出素子の前記長手方向の後端部外表面上に設置されて、少なくとも１つが前記検知部からの検出信号を外部回路へ出力するための複数の電極パッドと、を備えるガスセンサ素子と、ガスセンサ素子の周囲を取り囲むハウジングと、を備えるガスセンサであって、前記ガスセンサ素子は、前記長手方向に延伸し、前記電極パッドが設置されている前記検出素子の第１の外表面と、前記長手方向に延伸し、前記第１の外表面に交差する方向に形成されている第２の外表面と、を連結する面取りされた面取り部を少なくとも一つ有し、前記面取り部の前記第１の外表面に対する面取り角度は、前記後端部に設けられた後端面取り部の前記面取り角度が、前記先端部に設けられた先端面取り部の前記面取り角度より大きくなるように形成され、前記電極パッドは、前記面取り部に隣接するように設けられている、ガスセンサ。
【０００９】
適用例１のガスセンサによれば、ガスセンサ素子は、第１の外表面と第２の外表面との間に、長手方向全体に亘り面取りされた面取り部が形成されている。従って、ガスセンサ素子の欠けや割れなどの損傷を抑制できる。また、ガスセンサ素子の面取り部は、電極パッドが設置されている後端部に形成されている後端面取り部の面取り角度が、検出部が設けられている先端部に形成されている先端面取り部の面取り角度よりも大きい。従って、ガスセンサ素子の後端部における第１の外表面の面積（第１の外表面の幅）を先端部における第1の外表面の面積（第１の外表面の幅）に比して広くすることができ、電極パッド同士の距離を短くする必要がない。よって、複数の電極パッド間の絶縁性を確保できる。また、電極パッドの面積を縮小して電極パッド同士の距離を確保する必要がなく、電極パッドと接続端子との接触性を確保できる。さらに、先端面取り部の面取り角度を後端面取り部の面取り角度よりも小さくしているため、先端面取り部の大きさを十分に確保でき、排気ガスに晒されるガスセンサ素子の先端部の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【００１０】
また、電極パッドは、面取り部に隣接するように設けられている。隣接とは、面取り部と電極パッドとの間に空間や他の部材が存在しないことを意味する。こうすることにより、センサ素子と接続端子との相対位置にずれが生じた場合においても、電極パッドと接続端子との接触性を高い精度で確保できる。また、電極パッド同士の距離を短くすることなく、電極パッドの面積をできる限り大きくすることができる。よって、複数の電極パッド間の絶縁性を確保しつつ、電極パッドと接続端子との接触性を確保できる。
【００１１】
［適用例２］
適用例１記載のガスセンサであって、前記面取り部の面取り角度は、３０度以上であることを特徴とする、ガスセンサ。
【００１２】
適用例２のガスセンサによれば、面取り部は３０度以上の面取り角度で面取りされている。従って、センサ素子の耐熱衝撃性を十分に確保できる。
【００１３】
［適用例３］
適用例１または適用例２記載のガスセンサであって、前記後端面取り部と前記先端面取り部との間に、前記後端面取り部の前記面取り角度以下、かつ、前記先端面取り部の前記面取り角度以上で面取りされている中間面取り部、を有する、ガスセンサ。
【００１４】
適用例３のガスセンサによれば、後端面取り部と先端面取り部との間に、後端面取り部の面取り角度以下、かつ、先端面取り部の面取り角度以上で面取りされている中間面取り部が形成されている。従って、後端面取り部と先端面取り部の境界部分での段差を生じさせることなく、中間面取り部によって後端面取り部と先端面取り部との面取り角度の差分を小さくできる。よって、境界部分の外部からの衝撃による損傷を抑制できる。
【００１５】
［適用例４］
適用例３記載のガスセンサであって、更に、前記ガスセンサ素子の後端部を覆うように設置され、前記電極パッドに接続する出力端子を自身の内部に配置するセパレータを備え、前記中間面取り部は、前記セパレータの先端位置よりも前記長手方向後端側に位置するように形成されている、ガスセンサ。
【００１６】
適用例４のガスセンサによれば、中間面取り部は、セパレータの先端位置よりも長手方向の後端側に位置するように形成されている。従って、セパレータによって覆われず露出しているセンサ素子の露出部分は、中間面取り部、後端面取り部に比して大きな面取り角度の先端面取り部が形成されているため、センサ素子の露出部分の損傷を抑制できる。
【００１７】
［適用例５］
適用例３ないし適用例４記載のガスセンサであって、更に、前記ガスセンサ素子の前記長手方向に沿って設置され、少なくとも前記先端部に配置された発熱抵抗体を有するヒータ素子が前記検出素子に積層されており、前記中間面取り部は、前記発熱抵抗体の後端位置よりも前記長手方向後端側に位置するように形成されている、ガスセンサ。
【００１８】
適用例５のガスセンサによれば、中間面取り部は、発熱抵抗体の後端位置よりも長手方向の後端側に位置するように形成されている。従って、発熱抵抗体が設けられる先端部に、中間面取り部、後端面取り部に比して大きな面取り角度の先端面取り部が形成されているため、発熱抵抗体からの熱による影響を受けても、センサ素子の先端部の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【００１９】
［適用例６］
適用例３ないし適用例５いずれかに記載のガスセンサであって、前記中間面取り部は、前記長手方向の先端側から後端側に向けて、前記面取り角度が大きくなるように形成されている、ガスセンサ。
【００２０】
適用例６のガスセンサによれば、中間面取り部は、長手方向の先端側から後端側に向けて、面取り角度が大きくなるように形成されている。従って、後端面取り部と先端面取り部とを滑らかに連結して、後端面取り部と先端面取り部の間に稜部が形成されることを抑制でき、後端面取り部と先端面取り部との境界部分の損傷を抑制できる。
【００２１】
［適用例７］
適用例１ないし適用例６いずれかに記載のガスセンサであって、前記面取り部の面取り長さは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、ガスセンサ。
【００２２】
適用例７のガスセンサによれば、面取り部の面取り長さは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする。従って、センサ素子の耐熱衝撃性を十分に確保できる。
【００２３】
［適用例８］
長手方向に延びる板状の検出素子と、前記検出素子の前記長手方向の先端部に設置されて、被測定ガス中の特定ガスを検出する検知部と、前記検出素子の前記長手方向の後端部外表面上に設置されて、少なくとも１つが前記検知部からの検出信号を外部回路へ出力するための複数の電極パッドと、を備えるガスセンサ素子と、ガスセンサ素子の周囲を取り囲むハウジングと、を備えるガスセンサであって、前記ガスセンサ素子は、前記長手方向に延伸し、前記電極パッドが設置されている前記検出素子の第１の外表面と、前記長手方向に延伸し、前記第１の外表面に交差する方向に形成されている第２の外表面と、を連結する面取りされた面取り部を少なくとも一つ有し、前記面取り部の前記第１の外表面と平行な方向における面取り長さは、前記後端部に設けられた後端面取り部の前記面取り長さが、前記先端部に設けられた先端面取り部の前記面取り長さより短くなるように形成され、
前記電極パッドは、前記面取り部に隣接するように形成されている、ガスセンサ。
【００２４】
適用例８のガスセンサによれば、ガスセンサ素子は、第１の外表面と第２の外表面との間に、長手方向全体に亘り面取りされた面取り部が形成されている。従って、ガスセンサ素子の欠けや割れなどの損傷を抑制できる。また、ガスセンサ素子の面取り部は、電極パッドが設置されている後端部に形成されている後端面取り部の面取り長さが、検出部が設けられた先端部に形成されている先端面取り部の面取り長さよりも短い。従って、ガスセンサ素子の後端部における第１の外表面の面積（第１の外表面の幅）を先端部における第１の外表面の面積（第１の外表面の幅）に比して広くすることができ、電極パッド同士の距離を短くする必要がなく、複数の電極パッド間の絶縁性を確保できる。また、電極パッドの面積を縮小して電極パッド同士の距離を確保する必要がなく、電極パッドと接続端子との接触性を確保できる。さらに、先端面取り部の面取り長さを後端面取り部の面取り長さよりも大きくしているため、先端面取り部の大きさを十分に確保でき、排気ガスに晒されるガスセンサ素子の先端部の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【００２５】
また、電極パッドは、面取り部に隣接するように設けられている。こうすることにより、センサ素子と接続端子との相対位置にずれが生じた場合においても、電極パッドと接続端子との接触性を高い精度で確保できる。また、電極パッド同士の距離を短くすることなく、電極パッドの面積をできる限り大きくすることができ、複数の電極パッド間の絶縁性を確保しつつ、電極パッドと接続端子との接触性を確保できる。
【００２６】
［適用例９］
適用例８記載のガスセンサであって、前記面取り長さは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、ガスセンサ。
【００２７】
適用例９のガスセンサによれば、面取り部の面取り長さは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする。従って、センサ素子の耐熱衝撃性を十分に確保できる。
【００２８】
［適用例１０］
適用例８または適用例９記載のガスセンサであって、前記面取り部の面取り角度は、３０度以上であることを特徴とする、ガスセンサ。
【００２９】
適用例１０のガスセンサによれば、面取り部は３０度以上の面取り角度で面取りされている。従って、センサ素子の耐熱衝撃性を十分に確保できる。
【００３０】
本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１実施例におけるガスセンサ１００の外観図。
【図２】第１実施例におけるガスセンサ１００の断面図。
【図３】保護層１２４が形成される前のガスセンサ素子１２０を示す説明図。
【図４】ガスセンサ素子１２０を分解して示す説明図。
【図５】第１実施例における面取り部２００を説明する説明図。
【図６】第１実施例におけるガスセンサ素子１２０の断面図。
【図７】第１実施例におけるガスセンサ１００の製造工程について説明する説明図。
【図８】ステップＳ１４における面取りの方法について説明する説明図。
【図９】図８における面取り方法の部分拡大図。
【図１０】第２実施例におけるガスセンサ素子３２０を説明する説明図。
【図１１】第２実施例におけるガスセンサ素子３２０の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．ガスセンサの構成：
図１は、本発明の一実施形態としてのガスセンサ１００の外観図である。図２は、ガスセンサ１００の断面図である。図１および図２において、図中下方が軸線ＡＸ方向の先端側を、図中上方が軸線ＡＸ方向の後端側を示す。このガスセンサ１００は、内燃機関の排気管に装着され、排気ガス中の酸素の濃度をリニアに検出する全領域空燃比センサとして用いられる。車両に搭載された電子制御ユニット（図示せず）は、このガスセンサ１００によって検出された酸素濃度に基づいて、内燃機関に供給される混合気の空燃比のフィードバック制御を行う。
【００３３】
図１および図２に示すように、ガスセンサ１００は、軸線ＡＸ方向に延びる筒状の主体金具１１０（特許請求の範囲における「ハウジング」に相当）と、この主体金具１１０の内側に配置されたガスセンサ素子１２０と、ガスセンサ素子１２０を内挿してガスセンサ素子１２０を支持する筒状のセラミックスリーブ１７０と、ガスセンサ素子１２０の後端側に取り付けられたセパレータ１８１とを有する。
【００３４】
図２に示すように、主体金具１１０の内側には、径方向内側に突出する棚部１１１が形成されている。そして、主体金具１１０内には、アルミナからなる筒状のセラミックホルダ１１３、滑石粉末からなる第１粉末充填層１１４、同じく滑石粉末からなる第２粉末充填層１１５、及び、アルミナからなる筒状のセラミックスリーブ１７０が、この順に先端側から後端側に向けて配設されている。また、主体金具１１０内には、セラミックホルダ１１３及び第１粉末充填層１１４と共にガスセンサ素子１２０と一体化された筒状の金属カップ１１６が配設されている。更に、セラミックスリーブ１７０と主体金具１１０の後端部１１０ｋとの間には、加締リング１１７が配置されている。
【００３５】
セラミックホルダ１１３は、金属カップ１１６内に配置され、その先端側で金属カップ１１６を介して主体金具１１０の棚部１１１に係合している。セラミックホルダ１１３は、ガスセンサ素子１２０を内挿している。また、第１粉末充填層１１４の全体が、金属カップ１１６内に配置されている。さらに、主体金具１１０とガスセンサ素子１２０との間の気密性は、第２粉末充填層１１５の存在によって確保されている。
【００３６】
セラミックスリーブ１７０は、軸線ＡＸに沿った、矩形状の軸孔１７０ｃを有する筒状体である。このセラミックスリーブ１７０は、その矩形状の軸孔１７０ｃに板状のガスセンサ素子１２０を軸線ＡＸ方向に沿って内挿して、ガスセンサ素子１２０を支持している。セラミックスリーブ１７０は、主体金具１１０内に装着された後、主体金具１１０の後端部１１０ｋを径方向内側に屈曲させ、加締リング１１７を介して、セラミックスリーブ１７０の後端面に向けて加締めることにより、主体金具１１０内に固定されている。
【００３７】
主体金具１１０の内部に固定されて配置されたガスセンサ素子１２０の先端側には、排気ガス中の酸素濃度を検出可能に構成された検知部１２１が設けられている。さらに、ガスセンサ素子１２０の先端側には、検知部１２１を覆うように、多孔質保護層１２４が形成されている。多孔質保護層１２４は、後述するヒータ素子１６０によって加熱されて高温となった検出素子１３０に対する排気ガス中の水滴や油滴の付着を抑制でき、ガスセンサ素子１２０にクラックが発生することを抑制することができる。
【００３８】
また、ガスセンサ素子１２０の先端側は、主体金具１１０から突出している。そこで、主体金具１１０の先端側には、主体金具１１０から突出するガスセンサ素子１２０の先端側を覆うように、二重の有底筒状のプロテクタ１０１をレーザ溶接により固設する。このプロテクタ１０１には、ガスセンサ１００を排気管に設置した際、排ガスを内部に導入できるように、複数の導入孔１０１ｃが所定位置に形成されている。
【００３９】
ガスセンサ素子１２０の後端側は、主体金具１１０からセパレータ１８１側に突出している。このガスセンサ素子１２０の後端側には、第１板面１２２ａ側に、検知部１２１と電気的に導通する３つのセンサ用電極パッド（ポンプセル用電極パッド（Ｉｐ電極パッド）１２５、ＣＯＭ電極パッド１２６、起電力セル用電極パッド（Ｖｓ電極パッド）１２７）が設けられ、また、第２板面１２２ｃ側に、後述する発熱抵抗体１６３と電気的に導通する２つのヒータ用電極パッド１２８、１２９が設けられている。なお、第１板面１２２ａ、第２板面１２２ｃは、特許請求の範囲における「第１の外表面」に当たる。
【００４０】
ガスセンサ素子１２０の各電極パッド１２５、１２６、１２７、１２８、１２９は、セパレータ１８１内に挿通された各接続端子１８２、１８３、１８４、１８５、１８６にそれぞれ接続されている。以下、この点について説明する。図２に示したように、主体金具１１０の後端側には、筒状の金属外筒１０３がレーザ溶接により固設されており、金属外筒１０３の内側には、セパレータ１８１が配設されている。このセパレータ１８１内には、３つのセンサ用接続端子１８２、１８３、１８４と、２つのヒータ用接続端子１８５、１８６とが配置され、センサ用接続端子１８２、１８３、１８４及びヒータ用接続端子１８５、１８６が互いに接触しないように、これらを隔離した状態でセパレータ１８１内に収容されている。
【００４１】
セラミックスリーブ１７０の後端側から突出するガスセンサ素子１２０は、その後端側が、セパレータ１８１の開口１８１ｃ内に挿入されている。そして、センサ用接続端子１８２、１８３、１８４が、ガスセンサ素子１２０のセンサ用電極パッド１２５、１２６、１２７と弾性的に接触して電気的に接続している。また、ヒータ用接続端子１８５、１８６が、ガスセンサ素子１２０のヒータ用電極パッド１２８、１２９と弾性的に接触して電気的に接続している。図２の左側に示した拡大図は、これらの接続端子１８２、１８３、１８４、１８５、１８６と、ガスセンサ素子１２０に設けられた電極パッド１２５、１２６、１２７、１２８、１２９との接触状態を理解し易いように示している。セパレータ１８１は、その周囲に配置された略筒状をなす付勢金具１９０によって、後述するグロメット１９１に付勢された状態で、金属外筒１０３内に保持されている。
【００４２】
金属外筒１０３の後端側内側には、３本のセンサ用リード線１９３、１９４、１９５と２本のヒータ用リード線１９６、１９７とを内挿するフッ素ゴム製のグロメット１９１が配設されている。センサ用リード線１９３、１９４、１９５は、その先端側がセパレータ１８１内に挿入されて、センサ用接続端子１８２、１８３、１８４に加締められ、これらと電気的に接続している。また、ヒータ用リード線１９６、１９７も、その先端側がセパレータ１８１内に挿入され、ヒータ用接続端子１８５、１８６に加締められ、これらと電気的に接続している。センサ用リード線１９３は、センサ用接続端子１８２を介して、ガスセンサ素子１２０のＩｐ電極パッド１２５に接続され、センサ用リード線１９４は、センサ用接続端子１８３を介して、ガスセンサ素子１２０のＣＯＭ電極パッド１２６に接続される。また、センサ用リード線１９５は、センサ用接続端子１８４を介して、ガスセンサ素子１２０のＶｓ電極パッド１２７に接続される。
【００４３】
Ａ２．ガスセンサ素子の概略構成：
図３は、ガスセンサ素子１２０を示す説明図である。図４は、ガスセンサ素子１２０を分解して示す説明図である。なお、図３及び図４では、ガスセンサ素子１２０の説明を考慮し、保護層１２４を省略している。ガスセンサ素子１２０は、軸線方向（図３では左右方向）に延びる板状の検出素子１３０と、同じく軸線方向に延びる板状のヒータ素子１６０とが積層されて焼成一体化されることによって構成されている。なお、図３においては、図中左側が図１及び図２における先端側、図中右側が後端側に対応する。以下で説明する図４においても同様である。
【００４４】
検出素子１３０は、それぞれ板状をなす保護層１３１、第１固体電解質層１３７、スペーサ１４５、第２固体電解質層１５０が、この順番で第１板面１２２ａ側から第２板面１２２ｃ側に向かって積層されている。
【００４５】
保護層１３１は、アルミナを主体に形成されている。この保護層１３１の先端側には、多孔質体１３２が形成されている。ガスセンサ素子１２０の第１板面１２２ａをなす保護層１３１の第１面１３１ａには、その後端側近傍に、３つのセンサ用電極として、Ｉｐ電極パッド１２５、ＣＯＭ電極パッド１２６、Ｖｓ電極パッド１２７が軸線方向と直交する方向（つまり幅方向）に所定間隔に並んで形成されている。Ｉｐ電極パッド１２５、ＣＯＭ電極パッド１２６、Ｖｓ電極パッド１２７は、保護層１３１の後端側近傍に貫通形成された３つのスルーホール導体１３３、１３４、１３５と、それぞれ図中に破線で示すように電気的に接続されている。
【００４６】
第１固体電解質層１３７は、ジルコニアを主体に形成されており、後端側近傍には、２つのスルーホール導体１４２、１４３が貫通形成されている。これらのスルーホール導体１４２、１４３は、上記保護層１３１に貫通形成されたスルーホール導体１３４、１３５と電気的に接続されている。
【００４７】
第１固体電解質層１３７の第１面１３７ａ（図４中上方）には、Ｐｔを主体とし多孔質で長方形状をなす第１電極部１３８が形成されている。この第１電極部１３８は、上記保護層１３１に貫通形成されたスルーホール導体１３３と、第１リード部１３９を介して電気的に接続されている。そのため、第１電極部１３８は、スルーホール導体１３３を通じて、Ｉｐ電極パッド１２５と導通している。第１電極部１３８は、保護層１３１に設けられた多孔質体１３２を通じて、排気ガスに晒される。
【００４８】
第１固体電解質層１３７の第２面１３７ｂ（図４中下方）にも、Ｐｔを主体とし多孔質で長方形状をなす第２電極部１４０が形成されている。この第２電極部１４０は、第１固体電解質層１３７に貫通形成されたスルーホール導体１４２と、第２リード部１４１を介して電気的に接続されている。そのため、第２電極部１４０は、スルーホール導体１４２およびスルーホール導体１３４を通じて、ＣＯＭ電極１２６パッドに導通している。そして、この第１固体電解質層１３７と一対の第１電極部１３８、第２電極部１４０にてポンプセル１３６を形成している。
【００４９】
スペーサ１４５は、アルミナを主体に形成され、先端側に長方形状の開口を有する。この開口は、スペーサ１４５が第１固体電解質層１３７と第２固体電解質層１５０との間に挟まれて積層されることによってガス検出室１４５ｃを構成する。このガス検出室１４５ｃには、第２電極部１４０と後述する第３電極部１５１とが露出している。さらに、ガス検出室１４５ｃの両側壁の一部には、外部からガス検出室１４５ｃ内への通気を制御する拡散律速層１４６が形成されている。この拡散律速層１４６は、多孔質のアルミナから形成されている。スペーサ１４５の後端側近傍には、２つのスルーホール導体１４７、１４８が貫通形成されている。スルーホール導体１４７は、第１固体電解質層１３７に形成されたスルーホール導体１４２と電気的に接続されている。また、スルーホール導体１４８は、上記第１固体電解質層１３７に貫通形成されたスルーホール導体１４３と電気的に接続されている。
【００５０】
第２固体電解質層１５０は、ジルコニアを主体に形成されており、後端側近傍には、スルーホール導体１５５が貫通形成されている。このスルーホール導体１５５は、上記スペーサ１４５に貫通形成されたスルーホール導体１４８と電気的に接続されている。
【００５１】
第２固体電解質層１５０の第１面１５０ａ（図４中上方）には、Ｐｔを主体とし多孔質で長方形状をなす第３電極部１５１が形成されている。この第３電極部１５１は、上記スペーサ１４５に貫通形成されたスルーホール導体１４７と、第３リード部１５２を介して電気的に接続されている。そのため、第３電極部１５１は、スルーホール導体１４７、スルーホール導体１４２、スルーホール導体１３４を通じて、ＣＯＭ電極パッド１２６に導通している。つまり、ＣＯＭ電極パッド１２６に共通して接続された第３電極部１５１と第２電極部１４０とは、電気的に同電位となる。
【００５２】
第２固体電解質層１５０の第２面１５０ｂ（図４中下方）にも、Ｐｔを主体とし多孔質で長方形状をなす第４電極部１５３が形成されている。この第４電極部１５３は、上記第２固体電解質層１５０に貫通形成されたスルーホール導体１５５と、第４リード部１５４を介して電気的に接続されている。そのため、第４電極部１５３は、スルーホール導体１５５、スルーホール導体１４８、スルーホール導体１４３、スルーホール導体１３５を通じて、Ｖｓ電極パッド１２７に導通している。そして、この第２固体電解質層１５０と一対の第３電極部１５１、第４電極部１５３にて起電力セル１４９を形成している。また、ポンプセル１３６、起電力セル１４９、及びガス検出室１４５ｃにより検知部１２１を構成している。
【００５３】
ヒータ素子１６０は、それぞれ板状をなす第１絶縁層１６１と第２絶縁層１６２とが、この順番で第１板面１２２ａ側から第２板面１２２ｃ側に向かって積層されることで構成されている。第１絶縁層１６１及び第２絶縁層１６２は、アルミナによって形成されている。第１絶縁層１６１と第２絶縁層１６２との層間には、Ｐｔを主体とし蛇行形状をなす発熱抵抗体１６３が先端側に配置され、また、この発熱抵抗体１６３の両端にそれぞれ繋がるヒータリード部１６４、１６５が後端側に延びている。
【００５４】
第２絶縁層１６２の後端側近傍には、２つのスルーホール導体１６６、１６７が貫通形成されている。更に、ガスセンサ素子１２０の第２板面１２２ｃをなす第２絶縁層１６２の第２面１６２ｂには、その後端側近傍に、前述の２つのヒータ用電極パッド１２８、１２９が軸線方向と直交する方向（つまり、ガスセンサ素子１２０の幅方向）に並んで形成されている。このうちヒータ用電極パッド１２８は、スルーホール導体１６６を介して、ヒータリード部１６４と電気的に接続されている。また、ヒータ用電極パッド１２９は、スルーホール導体１６７を介して、ヒータリード部１６５と電気的に接続されている。
【００５５】
以上のように構成されたガスセンサ１００は、内燃機関の排気管に配置されて、次のように動作する。まず、ヒータ素子１６０をヒータ制御回路（図示せず）によって数百℃（例えば、７００〜８００℃）に加熱してポンプセル１３６と起電力セル１４９とを活性化させる。更に、Ｖｓ電極パッド１２７を通じて起電力セル１４９に微少電流Ｉｃｐ（概ね１５μＡ）を流して、第４電極部１５３を酸素基準室として機能させる。この状態において、ガス検出室１４５ｃ内の雰囲気が、理論空燃比に保たれるとき、酸素濃度がほぼ一定に保たれている酸素基準室と起電力セル１４９との間には、所定の電圧（例えば、４５０ｍＶ）が発生する。そこで、公知の構成である所定の電気回路を用いて、起電力セル１４９の電圧Ｖｓが４５０ｍＶになるようにポンプセル１３６に流す電流Ｉｐを適時調整して、ガス検出室１４５ｃ内の雰囲気を理論空燃比に保つ制御を行う。このように、ガスセンサ１００を動作させれば、ガス検出室１４５ｃ内を理論空燃比に保つための電流Ｉｐの値に基づいて、排気ガス中の酸素の濃度を測定することが可能になる。
【００５６】
図３に戻り、ガスセンサ素子１２０は、長手方向に延伸し、電極パッド１２５、１２６、１２７が設置されているガスセンサ素子１２０の第１板面１２２ａと、第１板面１２２ａに交差する方向に形成されている側面１２２ｂとを連結する面取りされた面取り部２００、を有する。ガスセンサ素子１２０は、各層が積層され、焼成された後、第１板面１２２ａと側面１２２ｂとの間に形成される長手方向の稜角の面取りがなされる。ガスセンサ素子１２０の稜角とは、第１実施例では、第１板面１２２ａと側面１２２ｂとの間に形成される角部、および、第２板面１２２ｃと側面１２２ｂとの間に形成される角部を意味する。面取り部２００については、後に詳述する。なお、第１実施例において、側面１２２ｂは、特許請求の範囲における「第２の外表面」に当たる。
【００５７】
Ａ３．面取り部：
図５は、第１実施例におけるガスセンサ素子１２０の面取り部２００を説明する説明図である。図５（ａ）は、ガスセンサ素子１２０の電極パッド１２５、１２６、１２７が設置されている第１板面１２２ａ側から見た平面図であり、図５（ｂ）は、ガスセンサ素子１２０の側面図である。各図に、面取り部２００の部分拡大図を合わせて示す。図５（ａ）および図５（ｂ）において、図面下側（検知部１２１側）がガスセンサ素子１２０の先端側、図面上側（電極パッド１２５、１２６、１２７側）がガスセンサ素子１２０の後端側を示す。
【００５８】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、面取り部２００は、ガスセンサ素子１２０の先端部に形成されている先端面取り部２１０と、ガスセンサ素子１２０の後端部に形成されている後端面取り部２２０と、先端面取り部２１０と後端面取り部２２０との間に、先端面取り部２１０と後端面取り部２２０とを連結するように形成されている中間面取り部２３０とを有する。また、ガスセンサ素子１２０の第２板面１２２ｃと側面１２２ｂとの間にガスセンサ素子１２０の長手方向全体に亘り、同一の面取り角度、面取り量で面取りされた下部面取り部２５０が形成されている。なお、本明細書において、先端部とは、ガスセンサ素子１２０の先端近傍のみでなく、検知部１２１を少なくとも含む部位のことを意味する。同様に、後端部とは、ガスセンサ素子１２０の後端近傍のみでなく、電極パッド１２５、１２６、１２７を少なくとも含む部位のことを意味する。中間面取り部２３０は、ガスセンサ素子１２０の中央付近を指すものでなく、先端面取り部２１０と後端面取り部２２０との間を意味する。
【００５９】
中間面取り部２３０は、ヒータ素子１６０の発熱抵抗体１６３の後端位置ＨＰよりも長手方向後端側に位置するように形成されている。また、中間面取り部２３０は、セパレータ１８１の先端位置ＳＰよりも長手方向後端側に位置するように形成されている。
【００６０】
電極パッド１２５、１２７は、後端面取り部２２０に隣接して配置されている。なお、本明細書において、隣接して配置されている、とは、後端面取り部２２０と電極パッド１２５、１２７の間に他の部材や空間が存在しない状態、換言すれば、電極パッド１２５、１２７の端部が、後端面取り部２２０と第１板面１２２ａとの間の境界部分に位置することを意味する。
【００６１】
図６は、第１実施例におけるガスセンサ素子１２０の断面図である。なお、図６（ａ）〜図６（ｃ）では、説明を簡略とするため、各断面図における第１固体電解質層１３７、スペーサ１４５、第２固体電解質層１５０などのガスセンサ素子１２０の内部構成の記載を省略する。
【００６２】
図６（ａ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面における先端面取り部２１０の断面図である。図６（ａ）に示すように、先端面取り部２１０は、第１板面１２２ａに対して面取り角度ｒ１、面取り長さｄ１で面取りされている。第１実施例では、面取り角度ｒ１は、４５°であり、面取り長さｄ１は、０．３ｍｍである。先端面取り部２１０は、第１板面１２２ａと側面１２２ｂとの間に２カ所形成されている。
【００６３】
図６（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ断面における後端面取り部２２０の断面図である。第１板面１２２ａに対する後端面取り部２２０の面取り角度ｒ２は、第１板面１２２ａに対する先端面取り部２１０の面取り角度ｒ１より大きくなるように形成されている。第１実施例では、面取り角度ｒ２は、７５°である。なお、面取り角度ｒ２は、好ましくは７５°以下であって、面取り角度ｒ１より大きければよい。面取り角度ｒ２が先端面取り部２１０の面取り角度ｒ１よりも大きいことに伴い、後端面取り部２２０の面取り量ｄ２はｄ１よりも小さくなる。
【００６４】
このように構成することにより、ガスセンサ素子１２０の後端部における第１の外表面１２２ａの面積（第１の外表面１２２ａの幅Ｄ１）を先端部における第1の外表面１２２ａの面積（第１の外表面１２２ａの幅Ｄ２）に比して広くすることができ、電極パッド１２５、１２６、１２７同士の距離を短くする必要がなく、絶縁性確保のために十分な間隔を、電極パッド１２５、１２６、１２７間に形成できる。また、電極パッド１２５、１２６、１２７の面積を縮小して電極パッド１２５、１２６、１２７同士の距離を確保する必要がなく、電極パッド１２５、１２６、１２７と接続端子１８２、１８３、１８４との接触性を確保できる。さらに、先端面取り部２１０の面取り角度ｒ１を後端面取り部２２０の面取り角度ｒ２よりも小さくしているため、先端面取り部２１０の大きさ（面取り量ｄ１）を十分に確保でき、排気ガスに晒されるガスセンサ素子１２０の先端部の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【００６５】
また、電極パッド１２５、１２７は後端面取り部２２０に隣接するように配置されているので、例えば、図６（ｂ）に破線で示すように、接続端子１８４の位置ずれや傾きが発生した場合でも、電気的導通を確保できる。例えば、一例として、図６（ｂ）に一点鎖線で示すように、電極パッド１２７が後端面取り部２２０に隣接するように配置されていない場合、接続端子１８４の位置ずれや傾きが発生すると、電極パッド１２７と接続端子１８４の電気的導通が確保されなくなる。また、電極パッド１２５、１２６、１２７の面積を縮小して電極パッド１２５、１２６、１２７同士の距離を確保する必要がなく、電極パッド１２５、１２６、１２７と接続端子１８２、１８３、１８４との接触性を確保できる。さらに、先端面取り部２１０の面取り角度ｒ１を後端面取り部２２０の面取り角度ｒ２よりも小さくしているため、先端面取り部２１０の大きさ（面取り量ｄ１）を十分に確保でき、排気ガスに晒されるガスセンサ素子１２０の先端部の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【００６６】
図６（ｃ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ断面における中間面取り部２３０の断面図である。中間面取り部２３０は、第１板面１２２ａに対して、先端面取り部２１０の面取り角度ｒ１（４５°）以上、かつ、後端面取り部２２０の面取り角度ｒ２（７５°）以下の面取り角度ｒ３で面取りされている。なお、中間面取り部２３０は、先端側から後端側へ向けて、面取り角度ｒ３が徐々に大きくなるように形成されている。こうすることにより、先端面取り部２１０と後端面取り部２２０との間は、中間面取り部２３０により、なめらかな平面で連結される。
【００６７】
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、第２板面１２２ｃと側面１２２ｂとの間に、下部面取り部２５０が２カ所形成されている。下部面取り部２５０の面取り角度および面取り長さは、先端面取り部２１０と同一の４５°、０．３ｍｍである。
【００６８】
Ａ４．製造工程：
ガスセンサ１００の製造工程について、図７〜図９を参照して説明する。図７は、第１実施例におけるガスセンサ１００の製造工程について説明する説明図である。
【００６９】
まず、公知の方法により、ガスセンサ素子１２０を構成する検出素子１３０、ヒータ素子１６０を、図４に示す順に積層、圧着し（ステップＳ１０）、積層した積層体を焼成する（ステップＳ１２）。焼成温度は、例えば、１５００℃である。
【００７０】
次に、焼成されたガスセンサ素子１２０の稜角を面取りする（ステップＳ１４）。第１実施例では、ガスセンサ素子１２０の稜角は、回転砥石により切削される。
【００７１】
図８は、ステップＳ１４における面取りの方法について説明する説明図である。図９は、図８における円Ｚの部分拡大図である。図９（ａ）は、ガスセンサ素子１２０の先端面取り部２１０を形成する工程を示す説明図である。図９（ｂ）は、先端面取り部２１０の形成後から、中間面取り部２３０、後端面取り部２２０を形成する過程を示す説明図である。図８、図９に示すように、面取り工程では、矢印Ｘ方向に回転することにより、切削対象物の接触部分を切削する回転砥石５００を利用する。
【００７２】
先端面取り部２１０の形成について説明する。図８および図９（ａ）に示すように、ガスセンサ素子１２０の長手方向が回転砥石５００の回転軸Ｏ方向と平行になるように、ガスセンサ素子１２０を回転砥石５００に近づける。このとき、ガスセンサ素子１２０の第１板面１２２ａを、回転砥石５００の切削面５１０に対して面取り角度ｒ１（４５°）だけ傾けた状態で、ガスセンサ素子１２０の稜角Ｐ２を回転砥石５００に当接させる。そして、ガスセンサ素子１２０を回転砥石５００に当接させたまま、ガスセンサ素子１２０を回転砥石５００の回転軸O方向に沿って水平移動させることにより、ガスセンサ素子１２０の稜角Ｐ２が長手方向に面取りされる。こうすることにより、面取り角度ｒ１（４５°）で面取りされた先端面取り部２１０が形成される。なお、切削時、ガスセンサ素子１２０は、保持治具により保持されていてもよいし、作業者によって保持されていてもよい。また、ガスセンサ素子１２０を保持している保持治具を、長手方向および後述するＹ方向に移動可能な切削装置により、切削工程が行われてもよい。
【００７３】
先端面取り部２１０の形成が終了すると、連続的に、中間面取り部２３０、後端面取り部２２０の形成が行われる。
【００７４】
図９（ｂ）において、破線で示すガスセンサ素子１２０は、図９（ａ）におけるガスセンサ素子１２０である。先端面取り部２１０が終了すると、図９（ｂ）に示すように、ガスセンサ素子１２０の稜角Ｐ２を回転砥石５００に当接させた状態で、ガスセンサ素子１２０を回転砥石５００の回転軸O方向に沿って水平移動させつつ、稜角Ｐ２を軸にガスセンサ素子１２０をＹ方向へ回転させ、第１板面１２２ａの角度（面取り角度）を、面取り角度ｒ１（４５°）から、徐々に、後端面取り部２２０の面取り角度ｒ２（７５°）まで徐々に変化させる。面取り角度を変化させる際、先端面取り部２１０の後端側端部から、後端面取り部２２０の先端側端部となる位置まで、面取り角度の増加率がほぼ均一となるように、回転砥石５００の回転速度やガスセンサ素子１２０と５００との間の抗力、ガスセンサ素子１２０を回転砥石５００に当接させる時間を調整する。こうすることにより、面取り角度ｒ１以上、ｒ２以下であって、先端側から後端側に向かうにつれて徐々に面取り角度が大きくなるように形成された中間面取り部２３０が形成される。
【００７５】
後端面取り部２２０は、面取り角度が異なること以外、先端面取り部２１０と同様に形成される。すなわち、中間面取り部２３０の形成後、図９（ｂ）に示すように、回転砥石５００の切削面５１０に対する第１板面１２２ａの角度が、面取り角度ｒ２（７５°）の状態で、ガスセンサ素子１２０を回転砥石５００に当接させたまま、ガスセンサ素子１２０を回転砥石５００の回転軸Ｏ方向に沿って水平移動させる。こうすることにより、ガスセンサ素子１２０の後端付近の稜角Ｐ２が長手方向に面取りされ、面取り角度ｒ２（７５°）で面取りされた後端面取り部２２０が形成される。
【００７６】
なお、ガスセンサ素子１２０の面取り部２００の面取り量は、回転砥石５００の回転速度やガスセンサ素子１２０と回転砥石５００との間の抗力、ガスセンサ素子１２０を回転砥石５００に当接させる時間に応じて調整可能であり、所望の面取り量となるように、適宜調整される。
【００７７】
図７に戻り説明を続ける。面取り部２００が形成されたガスセンサ素子１２０の先端部に、検知部１２１を覆うように保護層１２４を形成する（ステップＳ１６）。以上説明したように、ガスセンサ素子１２０が製造される。製造されたガスセンサ素子１２０が、主体金具１１０やセパレータ１８１、金属外筒１０３と組み付けられて、ガスセンサ１００が製造される。
【００７８】
なお、第１実施例では、酸素ガスの濃度を測定するためのガスセンサ１００に適用されるガスセンサ素子１２０について例示しているが、面取り部２００の構成は、酸素ガスに限らず、種々のガス濃度を測定するためのガスセンサ素子に適用できることは言うまでもない。
【００７９】
Ａ５．実験結果：
上述したガスセンサ素子１２０に対して耐電圧試験を行った結果を示す。耐電圧試験は、次の工程に従って行われる。なお、当該実験において、面取り部の面取り量は、０．２ｍｍであり、ガスセンサ素子１２０の長手方向に対して均一に設けている。
（１）ヒータ素子１６０に対する所定電圧の印加と印加の停止を１サイクルとして、１０サイクル繰り返し行い、ガスセンサ素子１２０にクラック（欠けや割れ）が発生していないかを確認する。
（２）ガスセンサ素子１２０にクラックが発生していなければ、クラックが発生するまで、電圧値を上げて（１）の工程を繰り返す。
【００８０】
表１における実験結果は次の通りである。
ＯＫ：クラックが発生していない
ＮＧ：クラックが発生した
【００８１】
【表１】
0005560296.tif 000002
【００８２】
表１に示すように、３０°≦面取り角度の範囲の場合、１８Ｖ程度までクラックが発生せず、ガスセンサ素子１２０の耐熱衝撃性を十分に維持できる。一方、面取り角度が２０°以下の場合、１５Ｖの低電圧のときにガスセンサ素子１２０にクラックが発生し、耐熱衝撃性が十分に維持できないことがある。また、面取り角度が８０°以上の場合、１７Vの電圧のときにガスセンサ素子１２０の先端部にクラックが発生した。これは、ガスセンサ素子１２０の先端部に設けた発熱抵抗体１６３と外側面としての面取り部との距離が相対的に短くなり、クラックが発生したものである。よって、先端側面取り部２１０においては、面取り角度ｒ１を３０〜７０°とすることがより好ましい。
【００８３】
以上説明した第１実施例のガスセンサ素子１２０は、第１板面１２２ａと側面１２２ｂとの間に、長手方向全体に亘り面取りされた面取り部２００が形成されている。従って、ガスセンサ素子１２０の欠けや割れなどの損傷を抑制できる。また、ガスセンサ素子１２０の面取り部２００は、電極パッド１２５が設置されている後端部に形成されている後端面取り部２２０の面取り角度ｒ２が、検知部１２１が設けられた先端部に形成されている先端面取り部２１０の面取り角度ｒ１よりも大きい。従って、ガスセンサ素子１２０の後端部における第１板面１２２ａの面積を先端部における第１板面１２２ａの面積に比して広くすることができ、電極パッド１２５、１２６、１２７同士の距離を短くする必要がなく、複数の電極パッド１２５、１２６、１２７間の絶縁性を確保できる。また、電極パッド１２５、１２６、１２７の面積を縮小して電極パッド１２５、１２６、１２７同士の距離を確保する必要がなく、電極パッド１２５、１２６、１２７と接続端子１８２、１８３、１８４との接触性を確保できる。さらに、先端面取り部２１０の面取り角度ｒ１を後端面取り部２２０の面取り角度ｒ２よりも小さくしているため、先端面取り部２１０の大きさ（面取り量ｄ１）を十分に確保でき、排気ガスに晒されるガスセンサ素子１２０の先端部の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【００８４】
また、電極パッド１２５、１２６、１２７は、面取り部２００に隣接するように設けられている。こうすることにより、ガスセンサ素子１２０と接続端子１８２、１８３、１８４との相対位置にずれが生じた場合においても、電極パッド１２５、１２６、１２７と接続端子１８２、１８３、１８４との接触性を高い精度で確保できる。また、電極パッド１２５、１２６、１２７の面積を縮小して電極パッド１２５、１２６、１２７同士の距離を確保する必要がなく、電極パッド１２５、１２６、１２７と接続端子１８２、１８３、１８４との接触性を確保できる。さらに、先端面取り部２１０の面取り角度ｒ１を後端面取り部２２０の面取り角度ｒ２よりも小さくしているため、先端面取り部２１０の大きさ（面取り量ｄ１）を十分に確保でき、排気ガスに晒されるガスセンサ素子１２０の先端部の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【００８５】
また、第１実施例のガスセンサ素子１２０によれば、面取り部２００は３０°以上の面取り角度で面取りされている。従って、面取りによるガスセンサ素子１２０の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【００８６】
また、第１実施例のガスセンサ１００によれば、ガスセンサ素子１２０の後端面取り部２２０と先端面取り部２１０との間に、先端面取り部２１０の面取り角度ｒ１以上、かつ、後端面取り部２２０の面取り角度ｒ３以下で面取りされている中間面取り部２３０が形成されている。従って、後端面取り部２２０と先端面取り部２１０との境界部分での段差をできる限り生じさせることなく、中間面取り部２３０によって後端面取り部２２０と先端面取り部２１０との面取り角度の差分を低減でき、境界部分の外部からの衝撃による損傷を抑制できる。
【００８７】
第１実施例のガスセンサ１００によれば、ガスセンサ素子１２０の中間面取り部２３０は、セパレータ１８１の先端位置よりも長手方向の後端側に位置するように形成されている。従って、セパレータ１８１によって覆われず露出しているガスセンサ素子１２０の露出部分は、中間面取り部２３０、後端面取り部２２０に比して大きな面取り角度の先端面取り部２１０が形成されているため、ガスセンサ素子１２０の露出部分の損傷を抑制できる。
【００８８】
第１実施例のガスセンサ１００によれば、ガスセンサ素子１２０の中間面取り部２３０は、発熱抵抗体１６３の後端位置よりも長手方向の後端側に位置するように形成されている。従って、発熱抵抗体１６３が設けられる先端部に、中間面取り部２３０、後端面取り部２２０に比して大きな面取り角度の先端面取り部２１０が形成されているため、発熱抵抗体１６３からの熱による影響を受けても、ガスセンサ素子１２０の先端部の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【００８９】
第１実施例のガスセンサ１００によれば、ガスセンサ素子１２０の中間面取り部２３０は、長手方向の先端側から後端側に向けて、面取り角度ｒ２が大きくなるように形成されている。従って、後端面取り部２２０と先端面取り部２１０との間に稜部が形成されることを抑制でき、後端面取り部２２０と先端面取り部２１０との境界部分の損傷を抑制できる。
【００９０】
第１実施例のガスセンサ１００によれば、面取り部２００の面取り長さは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする。従って、ガスセンサ素子１２０の耐熱衝撃性を十分に確保できる。
【００９１】
Ｂ．第２実施例：
第２実施例では、面取り量を調整して、ガスセンサ素子の先端面取り部、中間面取り部、後端面取り部を形成する。第２実施例において、第１実施例と同一の構成を備える構成については、同様の符号を伏して示す。
【００９２】
Ｂ１．ガスセンサ素子の構成：
図１０（ａ）は、第２実施例におけるガスセンサ素子３２０の電極パッド１２５、１２６、１２７が設置されている第１板面３２２ａ側から見た平面図であり、図１０（ｂ）は、ガスセンサ素子３２０の側面図である。各図に、面取り部４００の部分拡大図を合わせて示す。
【００９３】
図１０に示すように、ガスセンサ素子３２０の面取り部４００は、第１実施例のガスセンサ素子１２０と同様に、ガスセンサ素子３２０の先端部に形成されている先端面取り部４１０と、ガスセンサ素子３２０の後端部に形成されている後端面取り部４２０と、先端面取り部４１０と後端面取り部４２０との間に、先端面取り部４１０と後端面取り部４２０とを連結するように形成されている中間面取り部４３０とを有する。また、ガスセンサ素子１２０の第２板面３２２ｃと側面３２２ｂとの間にガスセンサ素子３２０の長手方向全体に亘り、同一の面取り角度、面取り量で面取りされた下部面取り部２５０が形成されている。電極パッド１２５、１２７は、後端面取り部４２０に隣接して配置されている。
【００９４】
中間面取り部４３０は、後端面取り部４２０の面取り量以上、かつ、先端面取り部２１０の面取り量以下で、面取り量が後端側に向かって徐々に小さくなるように面取りされている。すなわち、先端面取り部２１０と後端面取り部２２０との間は、中間面取り部２３０により、なめらかな平面で連結されている。
【００９５】
図１１は、第２実施例におけるガスセンサ素子３２０の断面図である。なお、図１１（ａ）〜図１１（ｂ）では、説明を簡略とするため、各断面図における第１固体電解質層１３７、スペーサ１４５、第２固体電解質層１５０などのガスセンサ素子１２０の内部構成の記載を省略する。
【００９６】
図１１（ａ）は、図１０（ａ）のD−D断面における先端面取り部４１０の断面図である。図１１（ａ）に示すように、先端面取り部４１０は、第１板面３２２ａに対して面取り量ｄ４１、面取り角度ｒ４１で面取りされている。第２実施例では、面取り量ｄ４１は、０．３ｍｍ、面取り角度ｒ４１は、４５°である。先端面取り部４１０は、第１板面３２２ａと側面３２２ｂとの間に２カ所形成されている。
【００９７】
図１１（ｂ）は、図１０（ａ）のE−E断面における後端面取り部４２０の断面図である。図１１（ｂ）に示すように、後端面取り部４２０は、第１板面３２２ａに対して、先端面取り部４１０の面取り量ｄ４１よりも小さい面取り量ｄ４２、面取り角度ｒ４１で面取りされている。第２実施例では、面取り量ｄ４２は、０．１ｍｍ、面取り角度ｒ４１は、４５°である。なお、面取り量ｄ４２は、好ましくは０．１ｍｍ以上であって、面取り量ｄ４１より小さければよい。後端面取り部４２０は、第１板面３２２ａと側面３２２ｂとの間に２カ所形成されている。
【００９８】
図示を省略するが、中間面取り部４３０は、第１板面３２２ａに対して、先端面取り部４１０の面取り量ｄ４１よりも小さく、後端面取り部４２０の面取り量ｄ４２よりも大きい面取り量で面取りされている。なお、中間面取り部４３０は、先端側から後端側へ向けて、面取り量が徐々に大きくなるように形成されている。中間面取り部４３０の面取り角度は、先端面取り部４１０と同様にｒ１（４５°）である。
【００９９】
また、図１１（ａ）〜図１１（ｂ）に示すように、第２板面３２２ｃと側面３２２ｂとの間に、下部面取り部４５０が２カ所形成されている。下部面取り部４５０の面取り角度および面取り長さは、先端面取り部４１０と同一の４５°、０．３ｍｍである。
【０１００】
Ｂ２．試験結果：
上述した第２実施例のガスセンサ素子３２０に対して耐電圧試験を行った結果を示す。耐電圧試験は、第１実施例における試験と同様の工程に従って行われる。
【０１０１】
表２における実験結果は次の通りである。
ＯＫ：クラックが発生していない
ＮＧ：クラックが発生した
【０１０２】
【表２】
0005560296.tif 000003
【０１０３】
表２に示すように、０．１≦面取り量の範囲の場合、１８Ｖ程度の高電圧の状態までクラックが発生せず、ガスセンサ素子３２０の耐熱衝撃性を十分に維持できる。一方、面取り量が０．０３ｍｍ以下の場合、１４Ｖの低電圧のときにガスセンサ素子３２０にクラックが発生し、耐熱衝撃性が十分に維持できないことがある。また、面取り量が０．４ｍｍ以上の場合、１７Vの電圧のときにガスセンサ素子１２０の先端部にクラックが発生した。これは、ガスセンサ素子１２０の先端部に設けた発熱抵抗体１６３と外側面としての面取り部との距離が相対的に短くなり、クラックが発生したものである。よって、先端側面取り部２１０においては、面取り角度ｒ１を３０〜７０°とすることがより好ましい。
【０１０４】
以上説明した第２実施例のガスセンサ素子３２０によれば、第１板面３２２ａと側面３２２ｂとの間に、長手方向全体に亘り面取りされた面取り部４００が形成されている。従って、ガスセンサ素子３２０の欠けや割れなどの損傷を抑制できる。また、ガスセンサ素子３２０の面取り部４００は、電極パッド１２５、１２６、１２７が設置されている後端部に形成されている後端面取り部４２０の面取り長さｄ４２が、検知部１２１が設けられた先端側に形成されている先端面取り部４１０の面取り長さｄ４１よりも短い。従って、ガスセンサ素子３２０の後端部における第１板面３２２ａの面積を先端部における第１板面３２２ａの面積に比して広くすることができ、電極パッド１２５、１２６、１２７同士の距離を短くする必要がなく、複数の電極パッド１２５、１２６、１２７間の絶縁性を確保できる。また、電極パッド１２５、１２６、１２７の面積を縮小して電極パッド１２５、１２６、１２７同士の距離を確保する必要がなく、電極パッド１２５、１２６、１２７と接続端子１８２、１８３、１８４との接触性を確保できる。さらに、先端面取り部４１０の面取り長さｄ４１を後端面取り部４２０の面取り長さｄ４２よりも大きくしているため、先端面取り部４１０の大きさを十分に確保でき、排気ガスに晒されるガスセンサ素子３２０の先端部の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【０１０５】
また、電極パッド１２５、１２６、１２７は、面取り部４００に隣接するように設けられている。こうすることにより、センサ素子３２０と接続端子１８２、１８３、１８４との相対位置にずれが生じた場合においても、電極パッド１２５、１２６、１２７と接続端子１８２、１８３、１８４との接触性を高い精度で確保できる。また、電極パッド１２５、１２６、１２７同士の距離を短くすることなく、電極パッド１２５、１２６、１２７の面積をできる限り大きくすることができ、複数の電極パッド１２５、１２６、１２７間の絶縁性を確保しつつ、電極パッド１２５、１２６、１２７と接続端子１８２、１８３、１８４との接触性を確保できる。
【０１０６】
第２実施例のガスセンサ素子３２０によれば、面取り部４００の面取り長さは、０．１ｍｍ以上である。従って、ガスセンサ素子１２０の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【０１０７】
第２実施例のガスセンサ素子３２０によれば、面取り部は３０度以上の面取り角度で面取りされている。従って、ガスセンサ素子３２０の耐熱衝撃性を十分に維持できる。
【０１０８】
Ｃ.変形例：
Ｃ１．変形例１：
面取り部２００、４００は、ガスセンサ素子１２０、３２０の長手方向全体に亘り形成されているが、例えば、ガスセンサ素子１２０の先端部に先端面取り部２１０、４１０が形成され、ガスセンサ素子１２０の後端部に、先端面取り部２１０、４１０の面取り角度よりも大きい角度、又は先端面取り部２１０、４１０の面取り量よりも小さい面取り量で面取りされた後端面取り部２２０、４２０が形成され、先端面取り部２１０、４１０と後端面取り部２２０、４２０との間は、面取りされない構成、換言すれば、中間面取り部２３０、４３０が形成されない構成でもよい。ガスセンサ素子１２０の中央部分は主体金具１１０の内部に配置されるため、欠けや割れによる破損の可能性が低いためである。
【０１０９】
Ｃ２．変形例２：
また、中間面取り部２３０、４３０は、セパレータ１８１の先端位置ＳＰよりも後端側に配置されているが、例えば、発熱抵抗体１６３の後端位置ＨＰよりも後端側であって先端位置ＳＰよりも先端側の位置に設けられていても良いし、発熱抵抗体１８１の後端位置ＨＰよりも先端側の位置に設けられていても良い。本発明では、少なくとも検知部１２１が設けられる先端部に先端面取り部２１０、４１０が設けられ、電極パッド１２５、１２６、１２７が設けられる後端部に後端面取り部２２０、４２０が設けられていればよい。よって、先端面取り部２１０、４１０と後端面取り部２２０、４２０との間にかけて（つまり、後端位置ＨＰよりも先端側から後端位置ＨＰよりも後端側にかけて）、中間面取り部２３０、４３０が設けられていても良い。
【０１１０】
Ｃ３．変形例３：
下部面取り部２５０、４５０は、ガスセンサ素子１２０、３２０の長手方向全体に亘り、同一の面取り角度、面取り量で面取りされているが、例えば、面取り部２００、４００と同様に、下部先端面取り部、下部後端面取り部、下部中間面取り部を形成しても良い。また、この場合、面取り部２００、４００の先端面取り部２１０、４１０、後端面取り部２２０、４２０、中間面取り部２３０、４３０と下側面取り部の下部先端面取り部、下部後端面取り部、下部中間面取り部との大きさ（長手方向の位置）がそれぞれ同じであっても良いし、異なっていても良い。
【０１１１】
以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１００…ガスセンサ
１０１…プロテクタ
１０１ｃ…導入孔
１０３…金属外筒
１１０…主体金具
１１０ｋ…後端部
１１１…棚部
１１３…セラミックホルダ
１１４…第１粉末充填層
１１５…第２粉末充填層
１１６…金属カップ
１１７…加締リング
１２０…ガスセンサ素子
１２１…検知部
１２２ａ…第１板面
１２２ｂ…側面
１２２ｃ…第２板面
１２４…保護層
１２５…センサ用電極パッド
１２６…センサ用電極パッド
１２７…センサ用電極パッド
１２８…ヒータ用電極パッド
１２９…ヒータ用電極パッド
１３０…検出素子
１３１…保護層
１３１ａ…第１面
１３２…多孔質体
１３３…スルーホール導体
１３４…スルーホール導体
１３５…スルーホール導体
１３６…ポンプセル
１３７…第１固体電解質層
１３７ａ…第１面
１３７ｂ…第２面
１３８…第１電極部
１３９…第１リード部
１４０…第２電極部
１４１…第２リード部
１４２…スルーホール導体
１４３…スルーホール導体
１４５…スペーサ
１４５ｃ…ガス検出室
１４６…拡散律速層
１４７…スルーホール導体
１４８…スルーホール導体
１４９…起電力セル
１５０…第２固体電解質層
１５０ａ…第１面
１５０ｂ…第２面
１５１…第３電極部
１５２…第３リード部
１５３…第４電極部
１５４…第４リード部
１５５…スルーホール導体
１６０…ヒータ素子
１６１…第１絶縁層
１６２…第２絶縁層
１６２ｂ…第２面
１６３…発熱抵抗体
１６４…ヒータリード部
１６５…ヒータリード部
１６６…スルーホール導体
１６７…スルーホール導体
１７０…セラミックスリーブ
１７０ｃ…軸孔
１８１…セパレータ
１８１ｃ…開口
１８２…センサ用接続端子
１８３…センサ用接続端子
１８４…センサ用接続端子
１８５…ヒータ用接続端子
１９０…付勢金具
１９１…グロメット
１９３…センサ用リード線
１９４…センサ用リード線
１９５…センサ用リード線
１９６…ヒータ用リード線
２００…面取り部
２１０…先端面取り部
２２０…後端面取り部
２３０…中間面取り部
３２０…ガスセンサ素子
３２２ａ…第１板面
３２２ｂ…側面
３２２ｃ…第２板面
４００…面取り部
４１０…先端面取り部
４２０…後端面取り部
４３０…中間面取り部
５００…回転砥石
【図１】
0005560296.tif 000004
【図２】
0005560296.tif 000005
【図３】
0005560296.tif 000006
【図４】
0005560296.tif 000007
【図５】
0005560296.tif 000008
【図６】
0005560296.tif 000009
【図７】
0005560296.tif 000010
【図８】
0005560296.tif 000011
【図９】
0005560296.tif 000012
【図１０】
0005560296.tif 000013
【図１１】
0005560296.tif 000014