(57)【要約】【目的】  従来のガスセンサよりも安価にできるガスセンサを提供すること。【構成】  ガスセンサ１００は、センサ素子２００を備える。このセンサ素子２００は、耐酸化性を有し多孔質状をなす多孔質状電極部２２１等と、一部がセンサ素子外部に露出するセンサ電極取出部２５６と、一端が多孔質状電極部２２１等に電気的に接続すると共に、他端がセンサ電極取出部２５６に電気的に接続するセンサリード部２２３等とを有する。そして、センサリード部２２３等の一部は、卑金属を主体とし、センサ素子内部に気密に埋設された卑金属部２２３ｑ等である。また、センサリード部２２３等のうち、卑金属部２２３ｑ等よりも多孔質状電極部２２１等側の一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第１耐酸化緻密部２２３ｒ等である。【選択図】        図２
2006064476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のセンサ素子を備えるガスセンサであって、
前記センサ素子は、
耐酸化性を有し多孔質状をなす多孔質状電極部と、
少なくとも一部がセンサ素子外部に露出するセンサ電極取出部と、
一端が前記多孔質状電極部に電気的に接続すると共に、他端が前記センサ電極取出部に電気的に接続するセンサリード部と、を有し、
前記センサリード部の一部は、卑金属を主体とし、センサ素子内部に気密に埋設された卑金属部であり、
前記センサリード部のうち、前記卑金属部よりも前記多孔質状電極部側の少なくとも一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第１耐酸化緻密部である
ガスセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記第１耐酸化緻密部は、貴金属−卑金属合金からなる
ガスセンサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスセンサであって、
前記センサ素子は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質部と、前記固体電解質部を挟むようにして形成された一対の前記多孔質状電極部とを有しており、
前記多孔質状電極部の一つとして、センサ素子内部に閉塞され、前記固体電解質部を介して酸素が汲み込まれることにより内部基準極として機能する基準多孔質状電極部を有し、
前記センサ素子は、この基準多孔質状電極部に汲み込まれた酸素を、前記卑金属部を経由することなくセンサ素子外部に放出する多孔質状のガス放出路を有する
ガスセンサ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
前記センサ素子は、
前記多孔質状電極部及び前記センサリード部の一部を有するセンサ基板と、
前記センサ電極取出部及び前記センサリード部の一部を有するリード基板と、
前記センサ基板と前記リード基板とを接合する接合層と、
前記センサリード部の一部をなし、前記センサ基板に形成された前記センサリード部と前記リード基板に形成された前記センサリード部とを電気的に接続する接続部と、を有し、
前記多孔質状電極部及び前記センサ基板に形成された前記センサリード部は、貴金属を主体とし、
前記リード基板に形成された前記センサリード部は、前記卑金属部であり、
前記接続部は、前記第１耐酸化緻密部である
ガスセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のガスセンサであって、
前記接続部は、前記接合層によって気密に取り囲まれてなる
ガスセンサ。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のガスセンサであって、
前記リード基板は、
卑金属を主体とする発熱部と、
前記発熱部に電気的に接続し、卑金属を主体とするヒータリード部と、を有する
ガスセンサ。
【請求項７】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
前記多孔質状電極部及び前記センサリード部は、一体焼成されてなる
ガスセンサ。
【請求項８】
請求項７に記載のガスセンサであって、
前記センサ素子は、
卑金属を主体とする発熱部と、
前記発熱部に電気的に接続し、卑金属を主体とするヒータリード部と、有し、
これら発熱部及びヒータリード部も、前記多孔質状電極部及び前記センサリード部と共に一体焼成されてなる
ガスセンサ。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
前記センサ電極取出部は、少なくともガスに接触する部分が耐酸化性を有し、
前記センサリード部のうち、前記卑金属部よりも前記センサ電極取出部側の一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第２耐酸化緻密部である
ガスセンサ。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
前記センサ電極取出部は、少なくともガスに接触する部分が耐酸化性を有し、
前記センサ電極取出部の少なくとも一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第２耐酸化緻密部であり、
この第２耐酸化緻密部は、前記センサリード部にガスが接触することを防止するように配設されてなる
ガスセンサ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガスセンサであって、
前記センサ電極取出部は、前記センサリード部に電気的に接続するビア導体を有し、
このビア導体が前記第２耐酸化緻密部である
ガスセンサ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のガスセンサであって、
前記センサ電極取出部は、
卑金属を主体とし、前記センサリード部に電気的に接続するビア導体と、
このビア導体に電気的に接続し、センサ素子外部に露出するセンサ電極パッドと、を有し、
前記センサ電極パッドの少なくとも一部が前記第２耐酸化緻密部であり、
この第２耐酸化緻密部は、前記ビア導体にガスが接触することを防止するように配設されてなる
ガスセンサ。
【請求項１３】
請求項９〜請求項１２のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
前記第２耐酸化緻密部は、貴金属−卑金属合金からなる
ガスセンサ。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
卑金属は、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒの少なくともいずれかを含む
ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状のセンサ素子を備えるガスセンサに関し、特に、多孔質状電極部とセンサ電極取出部とこれらを電気的に結ぶセンサリード部とを有するセンサ素子を備えるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、多孔質状電極部とセンサ電極取出部とこれらを電気的に結ぶセンサリード部とを有するセンサ素子を備えるガスセンサが知られている。例えば、特許文献１にこのようなガスセンサの一例が開示されている。このような公知のガスセンサでは、多孔質状電極部及びこれに接続するセンサリード部がＰｔに代表される貴金属により形成されている。貴金属を利用する理由は以下の通りである。即ち、多孔質状電極部は、触媒作用が要求されると共に、実使用においてガスに接触しても酸化し難い耐酸化性が要求されるからである。また、センサリード部については、電極部が多孔質状であるが故にガスが電極内部に汲み込まれ、更にセンサリード部にも接触するため、実使用においてガスに接触しても酸化し難い耐酸化性が要求されるからである。
【０００３】
【特許文献１】特公平７−８１９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＰｔやＲｈ、Ｐｄといった貴金属は非常に高価であるため、センサ素子、ひいてはガスセンサの高コスト化を招いている。そこで、多孔質状電極部やセンサリード部を安価な卑金属に代替したい。しかしながら、卑金属には触媒作用がなく、また、実使用においてガスに晒されると酸化されやすいため、ガスが接触する多孔質状電極部を卑金属を主体に形成することはできない。また、上記のようにガスは多孔質状電極部を通じてセンサリード部にも接触するため、センサリード部を単純に卑金属を主体に形成することもできない。
【０００５】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、信頼性を確保した状態で、従来よりもセンサ素子を安価にし、ガスセンサを安価にできるガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
その解決手段は、板状のセンサ素子を備えるガスセンサであって、前記センサ素子は、耐酸化性を有し多孔質状をなす多孔質状電極部と、少なくとも一部がセンサ素子外部に露出するセンサ電極取出部と、一端が前記多孔質状電極部に電気的に接続すると共に、他端が前記センサ電極取出部に電気的に接続するセンサリード部と、を有し、前記センサリード部の一部は、卑金属を主体とし、センサ素子内部に気密に埋設された卑金属部であり、前記センサリード部のうち、前記卑金属部よりも前記多孔質状電極部側の少なくとも一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第１耐酸化緻密部であるガスセンサである。
【０００７】
本発明によれば、センサ素子に形成されたセンサリード部の一部は、卑金属を主体とする卑金属部である。このため、センサリード部全体を貴金属を主体に形成していたセンサ素子に比してセンサ素子を安価にし、その結果、ガスセンサを安価にできる。
しかしながら、単にセンサリード部の一部を卑金属部としただけでは、前述したように、多孔質状電極部に汲み込まれたガスがセンサリード部に侵入し、卑金属部がガスに接触して酸化することで、センサリード部の導体抵抗の増大を招き、適切なガス検知ができなくなる恐れがある。
【０００８】
この問題に対し、本発明では、この卑金属部を直接ガスに接触しないようにセンサ素子内部に気密に埋設した上で、センサリード部のうち、この卑金属部よりも多孔質状電極部側の少なくとも一部に、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第１耐酸化緻密部を設けている。このため、多孔質状電極部に汲み込まれたガスが第１耐酸化緻密部を通過して卑金属部に達することは防止される。従って、実使用時において、卑金属部がガスに接触して酸化することを防止できる。また、第１耐酸化緻密部自身は耐酸化性を有するので、これにガスが接触しても酸化し難い。
このように、本発明では、センサリード部の酸化を防止しつつその一部を卑金属を主体に形成することで、信頼性を確保した上で、センサリード部を安価にし、ひいてはガスセンサを安価にできる。
【０００９】
なお、本明細書において「耐酸化性を有する」とは、その導体を大気中に４００℃で１００時間晒したときに、導体抵抗が初期値に対して１５０％を超えて上昇しないことを言う。
「多孔質状電極部」は、耐酸化性を有し多孔質状をなすものであればよく、その形状や材質は特に限定されないが、Ｐｔ，Ａｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｒ等の貴金属を少なくとも１種を含有しているものが好ましい。このうちＰｔは、耐酸化性に優れ、触媒作用も良好であり、更に融点が高いため最適である。また、その数も特に限定されないが、通常は、基準多孔質状電極部と検出多孔質状電極部からなる一対の多孔質状電極部が形成される。
「センサ電極取出部」は、少なくとも一部がセンサ素子外部に露出し、外部との電気的接続に利用可能であればよく、その形態や材質は特に限定されない。また、その数も特に限定されないが、通常は、多孔質状電極部が一対形成されるため、センサ電極取出部も一対形成される。
「センサリード部」は、一端が多孔質状電極部に電気的に接続すると共に、他端がセンサ電極取出部に電気的に接続するリード部であり、その形態は特に限定されない。例えば、センサリード部全体が同一平面上に存在する線状のリード部でも、或いは、センサリード部の一部にビア導体を含み、三次元的に延びるリード部でもよい。また、その数も特に限定されないが、通常は、多孔質状電極部及びセンサ電極取出部が一対形成されるため、センサリード部も一対形成される。なお、センサリード部が複数存在する場合には、それら全部に本発明を適用することもできるし、１つ或いは一部に本発明を適用することもできる。
【００１０】
「卑金属部」は、卑金属を主体とし、ガスに直接触れないようにセンサ素子内部に気密に埋設されていればよく、その形状や材質は特に限定されない。なお、本明細書において、「卑金属を主体とする」とは、卑金属を５０ｗｔ％より多く含有することを指す。
「耐酸化緻密部」は、卑金属部よりも多孔質状電極部側に設けられ、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有するものであればよく、その形状や材質は特に限定されない。例えば、貴金属を用いて緻密に形成すればよい。
【００１１】
更に、上記のガスセンサであって、前記第１耐酸化緻密部は、貴金属−卑金属合金からなるガスセンサとすると良い。
【００１２】
前述したように、第１耐酸化緻密部は、貴金属を用いれば形成できる。しかし、貴金属は非常に高価であるのでその使用量を抑えたい。
これに対し、本発明では、第１耐酸化緻密部を貴金属−卑金属合金から形成している。従って、卑金属を利用する分だけ、貴金属の使用量を減らし、第１耐酸化緻密部を安価にできる。その結果、ガスセンサを安価にできる。
【００１３】
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記センサ素子は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質部と、前記固体電解質部を挟むようにして形成された一対の前記多孔質状電極部とを有しており、前記多孔質状電極部の一つとして、センサ素子内部に閉塞され、前記固体電解質部を介して酸素が汲み込まれることにより内部基準極として機能する基準多孔質状電極部を有し、前記センサ素子は、この基準多孔質状電極部に汲み込まれた酸素を、前記卑金属部を経由することなくセンサ素子外部に放出する多孔質状のガス放出路を有するガスセンサとすると良い。
【００１４】
本発明では、多孔質状電極部の一つとして、センサ素子内部に閉塞され、固体電解質部を介して酸素が汲み込まれることにより内部基準極として機能する基準多孔質状電極部を有する。このような基準多孔質状電極部を有する従来のガスセンサにおいては、基準多孔質状電極部に汲み込まれた酸素は、多孔質状に形成したセンサリード部を通じて外部に放出することが可能であった。
しかし、本発明では、センサリード部の一部を第１耐酸化緻密部としているので、基準多孔質状電極部に汲み込まれた酸素をセンサリード部を通じて外部に放出できない。従って、酸素が基準多孔質状電極部に過剰に溜まってその圧力でセンサ素子が破損する恐れがある。
これに対し、本発明では、このような酸素を卑金属部を経由することなくセンサ素子外部に放出する多孔質状のガス放出路を設けている。従って、基準多孔質状電極部に汲み込まれた酸素は、ガス放出路を通じてセンサ素子外部に放出されるため、センサ素子が破損することを防止できる。
【００１５】
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記センサ素子は、前記多孔質状電極部及び前記センサリード部の一部を有するセンサ基板と、前記センサ電極取出部及び前記センサリード部の一部を有するリード基板と、前記センサ基板と前記リード基板とを接合する接合層と、前記センサリード部の一部をなし、前記センサ基板に形成された前記センサリード部と前記リード基板に形成された前記センサリード部とを電気的に接続する接続部と、を有し、前記多孔質状電極部及び前記センサ基板に形成された前記センサリード部は、貴金属を主体とし、前記リード基板に形成された前記センサリード部は、前記卑金属部であり、前記接続部は、前記第１耐酸化緻密部であるガスセンサとすると良い。
【００１６】
本発明によれば、センサ素子は、多孔質状電極部及びセンサリード部の一部を有するセンサ基板と、センサ電極取出部及びセンサリード部の一部を有するリード基板と、これらの基板を接合する接合層と、センサ基板のセンサリード部とリード基板のセンサリード部とを接続する接続部とを有する。そして、多孔質状電極部及びセンサ基板のセンサリード部は、貴金属を主体としている。また、リード基板のセンサリード部は、卑金属部である。更に、接続部は、第１耐酸化緻密部である。
このようなセンサ素子は、センサ基板に形成された多孔質状電極部とセンサリード部が貴金属を主体に形成されているので、これらの導体をセンサ基板と同時焼成により形成できる。従って、センサ基板とリード基板を別々に焼成し、両基板を接合層を介して接合すれば、貴金属主体の導体と卑金属主体の導体とを有するセンサ素子を容易に製造できる。また、接続部（第１耐酸化緻密部）は、センサ基板とリード基板との接合の際に形成すればよいので、第１耐酸化緻密部の形成も容易にできる。なお、本明細書において、「貴金属を主体とする」とは、貴金属を５０ｗｔ％より多く含有することを指す。
【００１７】
更に、上記のガスセンサであって、前記接続部は、前記接合層によって気密に取り囲まれてなるガスセンサとすると良い。
【００１８】
本発明によれば、接続部（第１耐酸化緻密部）が接合層によっても気密に保たれるので、接続部のガス不透過性を更に向上させることができる。従って、卑金属部の酸化を更に確実に防止できる。
【００１９】
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記リード基板は、卑金属を主体とする発熱部と、前記発熱部に電気的に接続し、卑金属を主体とするヒータリード部と、を有するガスセンサとすると良い。
【００２０】
前述したように、リード基板のセンサリード部は、卑金属を主体としている。更に、本発明では、リード基板に発熱部とヒータリード部が形成されているが、これらも卑金属を主体としている。このため、これらの導体（センサリード部、発熱部及びヒータリード部）を容易に同時焼成によって形成できる。
【００２１】
なお、「発熱部」は、卑金属を主体とするものであればよく、その形状等は特に限定されない。また、その数も特に限定されないが、通常は１つである。
「ヒータリード部」は、発熱部に電気的に接続し、卑金属を主体とするものであればよく、その形状等は特に限定されない。また、その数も特に限定されないが、通常、１つの発熱部に接続する一対のヒータリード部が形成される。
【００２２】
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記多孔質状電極部及び前記センサリード部は、一体焼成されてなるガスセンサとすると良い。
【００２３】
本発明によれば、多孔質状電極部及びセンサリード部が一体焼成されてなる。このため、センサ素子を複数の基板（例えば、前述したようにセンサ基板とリード基板）に分けなくて済むので、センサ素子及びガスセンサを安価に製造できる。
【００２４】
更に、上記のガスセンサであって、前記センサ素子は、卑金属を主体とする発熱部と、前記発熱部に電気的に接続し、卑金属を主体とするヒータリード部と、有し、これら発熱部及びヒータリード部も、前記多孔質状電極部及び前記センサリード部と共に一体焼成されてなるガスセンサとすると良い。
【００２５】
本発明によれば、センサ素子は、発熱部とヒータリード部を有するが、これら発熱部及びヒータリード部も、多孔質状電極部及びセンサリード部と共に一体焼成されてなる。このため、センサ素子を複数の基板（例えば、センサ基板とヒータ基板）に分けなくて済むので、センサ素子及びガスセンサを安価に製造できる。
【００２６】
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記センサ電極取出部は、少なくともガスに接触する部分が耐酸化性を有し、前記センサリード部のうち、前記卑金属部よりも前記センサ電極取出部側の一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第２耐酸化緻密部であるガスセンサとすると良い。
【００２７】
実使用した際にセンサ電極取出部が高温に晒されるガスセンサでは、ガスがセンサ電極取出部に接触して酸化する恐れがある。また、センサリード部のうち、センサ電極取出部側の部分にガスが接触するガスセンサでは、同様にセンサリード部が酸化する恐れがある。
この問題に対し、本発明では、センサ電極取出部のうち、少なくともガスに接触する部分を耐酸化性を有するようにしているので、センサ電極取出部の酸化を防止できる。また、センサリード部のうち、卑金属部よりもセンサ電極取出部側の一部を、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第２耐酸化緻密部としているので、ガスが卑金属部に接触することを防止し、卑金属部の酸化を確実に防止できる。また、第２耐酸化緻密部自身は、耐酸化性を有するため、酸化し難い。
【００２８】
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記センサ電極取出部は、少なくともガスに接触する部分が耐酸化性を有し、前記センサ電極取出部の少なくとも一部は、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第２耐酸化緻密部であり、この第２耐酸化緻密部は、前記センサリード部にガスが接触することを防止するように配設されてなるガスセンサとすると良い。
【００２９】
実使用した際にセンサ電極取出部が高温に晒されるガスセンサでは、ガスがセンサ電極取出部に接触して酸化する恐れがある。また、センサリード部のうち、センサ電極取出部側の部分にガスが接触するガスセンサでは、同様にセンサリード部が酸化する恐れがある。
この問題に対し、本発明では、センサ電極取出部のうち、少なくともガスに接触する部分を耐酸化性を有するようにしているので、センサ電極取出部の酸化を防止できる。また、センサ電極取出部の少なくとも一部を、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第２耐酸化緻密部とし、これをセンサリード部にガスが接触することを防止するように配設している。このため、ガスがセンサリード部に接触することを防止し、卑金属部の酸化を防止できる。また、第２耐酸化緻密部自身は、耐酸化性を有するので、酸化し難い。
【００３０】
更に、上記のガスセンサであって、前記センサ電極取出部は、前記センサリード部に電気的に接続するビア導体を有し、このビア導体が前記第２耐酸化緻密部であるガスセンサとすると良い。
【００３１】
本発明によれば、センサ電極取出部は、センサリード部に電気的に接続するビア導体を有し、このビア導体を第２耐酸化緻密部としている。このような構成とすることで、センサリード部にガスが接触して酸化することを容易に防止できる。
【００３２】
更に、上記のガスセンサであって、前記センサ電極取出部は、卑金属を主体とし、前記センサリード部に電気的に接続するビア導体と、このビア導体に電気的に接続し、センサ素子外部に露出するセンサ電極パッドと、を有し、前記センサ電極パッドの少なくとも一部が前記第２耐酸化緻密部であり、この第２耐酸化緻密部は、前記ビア導体にガスが接触することを防止するように配設されてなるガスセンサとすると良い。
【００３３】
本発明によれば、センサ電極取出部は、卑金属を主体とし、センサリード部に電気的に接続するビア導体と、このビア導体に電気的に接続し、センサ素子外部に露出するセンサ電極パッドとを有している。そして、センサ電極パッドの少なくとも一部が前記第２耐酸化緻密部であり、この第２耐酸化緻密部は、ビア導体にガスが接触することを防止するように配設されている。このような構成とすることで、ビア導体ひいてはセンサリード部にガスが接触してこれらが酸化することを容易に防止できる。
【００３４】
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記第２耐酸化緻密部は、貴金属−卑金属合金からなるガスセンサとすると良い。
【００３５】
前述したように、耐酸化性を有する緻密部は、貴金属を用いれば形成できる。しかし、貴金属は非常に高価であるのでその使用量を抑えたい。
これに対し、本発明では、第２耐酸化緻密部を貴金属−卑金属合金から形成している。従って、卑金属を利用する分だけ、貴金属の使用量を減らし、第２耐酸化緻密部を安価にし、ガスセンサを安価にできる。
【００３６】
更に、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、卑金属は、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒの少なくともいずれかを含むガスセンサとすると良い。
【００３７】
Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒは、安価で入手容易であるので、卑金属としてこれらの金属を利用するのが好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
（実施形態１）
本実施形態に係るガスセンサ１００について説明する。図１にガスセンサ１００の破断断面図を示す。図１中、下方を先端側、上方を後端側とする。また、図２にガスセンサ１００に組み込まれるセンサ素子２００の分解斜視図を示す。更に、図３にセンサ素子２００の後端側上部の部分断面図を示す。図２及び図３中、左方を先端側、右方を後端側とする。
【００３９】
このガスセンサ１００は、自動車等の排気管に装着されて使用に供され、排気管内を流通する排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである。
ガスセンサ１００は、自身の先端部を主体金具１０２の先端から突出させた状態で主体金具１０２に保持された板状のセンサ素子２００を有する（図１参照）。まず、このセンサ素子２００について、図２を参照しつつ詳述する。
【００４０】
センサ素子２００は、基準酸素自己生成方式を採用して構成されている。センサ素子２００は、一対の多孔質状電極部２２１，２２５、一対のセンサリード部２２３，２２７の先端部２２３ｐ，２２７ｐ等を有するセンサ基板２１０と、発熱部２７１、一対のヒータリード部２７３、センサリード部２２３，２２７の後端部２２３ｑ，２２７ｑ等を有するリード基板２３０と備え、これらセンサ基板２１０とリード基板２３０とは、接着層２８１を介して接合されている。
【００４１】
センサ基板２１０は、多孔質保護層２１１と第１アルミナ層２１３と固体電解質層２１５と第２アルミナ層２１７とがこの順序で積層されている。
このうち、多孔質保護層２１１は、アルミナからなる多孔質状のセラミック層であり、その外形は、長さ約１０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約０．６２５ｍｍの矩形板状をなす。
【００４２】
第１アルミナ層２１３は、アルミナからなるセラミック層であり、その外形は、長さ約１０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約０．２３ｍｍの矩形板状をなす。この第１アルミナ層２１３の先端側（図２中、左側）の所定位置には、被測定ガスを後述する検知多孔質状電極部２２１へ通過させるための円形状の開口２１４（直径約２．５ｍｍ）が形成されている。
第１アルミナ層２１３の裏面（図２中、下側の面）側には、先端側に位置する検知多孔質状電極部２２１、及び、これに電気的に接続し後端側（図２中、右側）へ直線的に延びる第１センサリード部２２３の先端部２２３ｐが形成されている。
【００４３】
検知多孔質状電極部２２１は、Ｐｔからなる多孔質状の電極であり、直径約２．６ｍｍの円形状をなす。この検知多孔質状電極部２２１は、Ｐｔからなるため、耐酸化性を有し、実使用において多孔質保護層２１１及び第１アルミナ層２１３の開口２１４を通じて内部に取り込まれたガスが接触しても導電を維持できる。
また、第１センサリード部２２３の先端部２２３ｐも、Ｐｔからなる多孔質状のリードであり、長さ約５．４ｍｍ、幅約０．３３ｍｍである。この第１センサリード部２２３の先端部２２３ｐも、Ｐｔからなるため、耐酸化性を有し、実使用において検知多孔質状電極部２２１を通じて取り込まれたガスが接触しても導電を維持できる。
【００４４】
固体電解質層２１５は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）２０ｗｔ％と、ジルコニア（ＺｒＯ2）７２．４２ｗｔ％と、イットリア（Ｙ2Ｏ3）７．５８ｗｔ％とからなる層であり、その外形は、直径約３．０ｍｍ、厚さ約０．１ｍｍの円盤形状をなす。この固体電解質層２１５は、検知多孔質状電極部２２１と後述する基準多孔質状電極部２２５との間に介在している。
【００４５】
第２アルミナ層２１７は、第１アルミナ層２１３と同様、アルミナからなるセラミック層であり、その外形は、長さ約１０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約０．２３ｍｍの矩形板状をなす。この第２アルミナ層２１７の後端側の所定位置には、３つの開口２１８（直径約０．３ｍｍ）が幅方向に並んで形成されている。これら３つの開口２１８のうち、両端に位置する開口２１８には、Ｐｔからなるビア導体２２３ｓ，２２７ｓが充填形成されている。これらのビア導体２２３ｓ，２２７ｓは、第１センサリード部２２３、第２センサリード部２２７の一部をなす。
第２アルミナ層２１７の表面（図２中、上側の面）側には、先端側で検知多孔質状電極部２２１と対向する基準多孔質状電極部２２５、及び、これに電気的に接続し後端側（図２中、右側）へ直線的に延びて更に内側に折れ曲がる第２センサリード部２２７の先端部２２７ｐが形成されている。
【００４６】
基準多孔質状電極部２２５は、検知多孔質状電極部２２１と同様、Ｐｔからなる多孔質状の電極であり、直径約２．６ｍｍの円形状をなす。この基準多孔質状電極部２２５も、Ｐｔからなるため、耐酸化性を有し、実使用において多孔質保護層２１１、第１アルミナ層の開口２１４及び検知多孔質状電極部２２１を通じ、更に固体電解質層２１５で汲み込まれたガス（酸素）が接触しても導電を維持できる。
また、第２センサリード部２２７の先端部２２７ｐも、Ｐｔからなる多孔質状のリードであり、長さ（長手方向の長さ）約５．４ｍｍ、幅約０．３３ｍｍである。この第２センサリード部２２７の先端部２２７ｐも、Ｐｔからなるため、耐酸化性を有し、実使用において基準多孔質状電極部２２５に侵入したガスが接触しても導電を維持できる。
【００４７】
次に、リード基板２３０について説明する。リード基板２３０は、第３アルミナ層２３１と第４アルミナ層２３７と第５アルミナ層２３９とがこの順序で積層されている。
このうち、第３アルミナ層２３１は、アルミナからなるセラミック層であり、その外形は、長さ約４０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約０．２３ｍｍの矩形板状をなす。この第３アルミナ層２３１の中央よりも先端側の所定位置には、３つの開口２３２（直径約０．５ｍｍ）が幅方向に並んで形成されている。これらの開口２３２のうち、両端に配設された開口２３２には、それぞれＷからなるビア導体２２３ｔ，２２７ｔが充填形成されている。これらのビア導体２２３ｔ，２２７ｔは、第１センサリード部２２３及び第２センサリード部２２７の一部をなす。また、第３アルミナ層２３１の後端側（図２中、右側）の所定位置には、２つの開口２３４（直径約０．３ｍｍ）が幅方向に並んで形成されている。これらの開口２３４にも、それぞれＷからなるビア導体２３５が充填形成されている。これらのビア導体２３５は、センサ電極取出部２５６の一部をなす。
【００４８】
第３アルミナ層２３１の表面（図２中、上側の面）側には、ビア導体２２３ｔ，２２７ｔの端面を覆うように厚さ約１５μｍの接続パッド２２３ｕ，２２７ｕが形成されている。これらの接続パッド２２３ｕ，２２７ｕは、ビア導体２２３ｔ，２２７ｔの端面を直接覆う厚さ約１０μｍのタングステン層と、このタングステン層を覆う厚さ約２μｍのＮｉメッキ層と、更にこのＮｉメッキ層を覆う厚さ約３μｍのＰｔ或いはＡｕメッキ層とからなる。これらの接続パッド２２３ｕ，２２７ｕは、ビア導体２２３ｔ，２２７ｔと共に、第１センサリード部２２３及び第２センサリード部２２７の一部をなす。
【００４９】
また、第３アルミナ層２３１の表面側には、図３に示すように、各々のビア導体２３５の端面を覆うように厚さ約１５μｍのセンサ電極パッド２５５も形成されている。これらセンサ電極パッド２５５も、ビア導体２３５の端面を直接覆う厚さ約１０μｍのタングステン層２５７と、このタングステン層２５７を覆う厚さ約２μｍのＮｉメッキ層２５８と、更にこのＮｉメッキ層２５８を覆う厚さ約３μｍのＰｔ或いはＡｕメッキ層２５９とからなる。これらのセンサ電極パッド２５５は、ビア導体２３５と共にセンサ電極取出部２５６を構成している。センサ電極パッド２５５は、表面がＰｔ或いはＡｕメッキ層２５９からなるため、ガス（大気）に接触する部分が耐酸化性を有し、ガス不透過性を有する。なお、このＰｔ或いはＡｕメッキ層２５９が本発明の第２耐酸化緻密部に相当する。
【００５０】
第４アルミナ層２３７は、第３セラミック層２３１と同様、アルミナからなるセラミック層であり、その外形は、長さ約４０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約０．４０ｍｍの矩形板状をなす。第４アルミナ層２３７の表面（図２中、上側の面）側には、一端が第３セラミック層２３１の中央よりも先端側に配設されたビア導体２２３ｔ，２２７ｔと電気的に接続し、直線状に後端側に延び、他端が第３セラミック層２３１の後端側に配設されたビア導体２３５と電気的に接続する、第１センサリード部２２３の後端部２２３ｑ及び第２センサリード部２２７の後端部２２７ｑが形成されている。これら第１，第２センサリード部２２３，２２７の後端部２２３ｑ，２２７ｑは、上述した第１，第２センサリード部２２３，２２７の先端部２２３ｐ，２２７ｐとは異なり、卑金属であるＷからなる。
更に、これら第１，第２センサリード部２２３，２２７の後端部２２３ｑ，２２７ｑの間には、第４アルミナ層２３７の中央付近（開口２３２に対応する部分）から後端部まで（外部まで）直線状に延びるガス放出部２６１が形成されている。このガス放出部２６１は、絶縁性を有するセラミック（具体的には、アルミナ）からなり多孔質状をなす。
【００５１】
第５アルミナ層２３９は、第３セラミック層２３１等と同様、アルミナからなるセラミック層であり、その外形は、長さ約４０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約０．４ｍｍの矩形板状をなす。この第５アルミナ層２３９の後端側（図２中、右側）の所定位置には、２つの開口２４０（直径約０．３ｍｍ）が幅方向に並んで形成されている。これらの開口２４０には、それぞれＷからなるビア導体２４１が充填形成されている。これらのビア導体２４１は、ヒータ電極取出部２６６の一部をなす。
【００５２】
第５アルミナ層２３９の裏面（図２中、下側の面）側には、各々のビア導体２４１の端面を覆うように厚さ約１５μｍのヒータ電極パッド２６５が形成されている。これらのヒータ電極パッド２６５は、ビア導体２４１の端面を直接覆う厚さ約１０μｍのタングステン層と、このタングステン層を覆う厚さ約２μｍのＮｉメッキ層と、更にこのＮｉメッキ層を覆う厚さ約３μｍのＰｔ或いはＡｕメッキ層とからなる。このヒータ電極パッド２６５は、ビア導体２４１と共に、ヒータ電極取出部２６６を構成している。
【００５３】
一方、第５アルミナ層２３９の表面（図２中、上側の面）側には、先端側に位置する発熱部２７１、及び、この両端にそれぞれ電気的に接続し、後端側へ直線状に延び、ビア導体２４１と電気的に接続する一対のヒータリード部２７３が形成されている。発熱部２７１は、Ｗからなる抵抗体であり、線幅が約０．２７ｍｍで蛇行状に形成されている。また、ヒータリード部２７３も、Ｗからなり、線幅は約０．８５ｍｍである。これら発熱部２７１及びヒータリード部２７３は、Ｗからなるため、実使用において高温下でガスに触れると酸化する恐れがある。しかし、これらの導体は、第４アルミナ層２３７と第５アルミナ層２３９との層間に気密に埋設されているため、ガスに接触することはなく、従って、酸化し難い。
【００５４】
このようなリード基板２３０と前述したセンサ基板２１０とは、接合層２８１を介して接合されている。
接合層２８１は、結晶化ガラスからなり、その外形は、長さ約１０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約５μｍの矩形板状をなす。接合層２８１の後端側（図２中、右側）の所定位置には、３つの開口２８２（直径約０．７ｍｍ）が幅方向に並んで形成されている。これらの開口２８２は、センサ基板２１０の第２アルミナ層２１７に形成された３つの開口２１８と、リード基板２３０の第３セラミック層２３１に形成された３つの開口２３２とに対応する位置に形成されている。３つの開口２８２のうち、両端に位置する開口２８２には、Ａｇ−５ｗｔ％Ｐｄからなるロウ材が充填され接続部２２３ｒ，２２７ｒを形成している。そして、これらの接続部２２３ｒ，２２７ｒは、第１，第２センサリード部２２３，２２７の一部をなし、第１，第２センサリード部２２３，２２７の先端部２２３ｐ，２２７ｐと後端部２２３ｑ，２２７ｑとを電気的に接続している。接続部２２３ｒ，２２７ｒは、第１耐酸化緻密部である。
【００５５】
このようなセンサ素子２００は、次のようにして製造する。
まず、焼成後に第１〜第５アルミナ層２１３，２１７，２３１，２３７，２３９となる第１〜第５未焼成アルミナシートを作製する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）９７質量部と、イットリア５．４ｍｏｌ％共沈型ジルコニア（純度９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部と、ブチラール樹脂１４質量部と、ジブチルフタレート７質量部を配合し、更にトルエン及びメチルエチルケトンからなる混合溶媒を混合して、スラリーとする。そして、これをドクターブレード法によりシート状とし、トルエン及びエチルメチルケトンを揮発させて、第１〜第５未焼成アルミナシートを作製する。更に、第１未焼成アルミナシートには開口２１４を穿孔し、第２未焼成アルミナシートには開口２１８を穿孔し、第３未焼成アルミナシートには開口２３２，２３４を穿孔し、第５未焼成アルミナシートには開口２４０を穿孔する。
【００５６】
また一方で、焼成後に固体電解質層２１５となる未焼成固体電解質シートを作製する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）２０ｗｔ％と、ジルコニア７２．４２ｗｔ％と、イットリア７．５８ｗｔ％と、ブチラール樹脂１２ｗｔ％と、ジブチルフタレート６ｗｔ％とを配合し、更にトルエン及びメチルエチルケトンからなる混合溶媒を混合して、スラリーとする。そして、これをドクターブレード法によりシート状とし、トルエン及びメチルエチルケトンを揮発させて、未焼成固体電解質シートを作製する。
【００５７】
また他方で、焼成後に多孔質保護層２１１となる未焼成保護シートを作製する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１００質量部と、カーボン粉末（真球状粒子、平均粒径５μｍ）２２質量部と、ブチラール樹脂１４質量部と、ジブチルフタレート７質量部とを配合し、更にトルエン及びメチルエチルケトンからなる混合溶媒を混合して、スラリーとする。そして、これをドクターブレード法によりシート状とし、トルエン及びメチルエチルケトンを揮発させて、未焼成保護シートを作製する。
【００５８】
次に、焼成後に検知多孔質状電極部２２１及び第１センサリード部２２３の先端部２２３ｐとなる第１センサパターンと、焼成後に基準多孔質状電極部２２５及び第２センサリード部２２７の先端部２２７ｐとなる第２センサパターンと、焼成後にビア導体２２３ｓ，２２７ｓとなる未焼成ビア導体を形成する。具体的には、イットリア５．４ｍｏｌ％共沈型ジルコニア粉末（平均粒径０．３μｍ）２０質量部と、Ｐｔ（平均粒径５μｍ〜８μｍ）１００質量部と、エトセルバインダ７質量部とを配合し、更にブチルカルビトールを溶媒として混合して、導電性ペーストを得る。そして、この導電性ペーストを、第２未焼成アルミナシートに形成した３つの開口２１８のうち、両端の２つの開口２１８に充填印刷し、乾燥させて未焼成ビア導体を形成する。そして、未焼成第２アルミナシートの一方の面（表面となる面）に、この導電性ペーストを用いて第２センサパターンを２０±１０μｍの厚さで印刷し、乾燥させる。続いて、第２センサパターンを形成した第２未焼成アルミナシートの一方の面に、未焼成固体電解質シートを事前にブチルカルビトールにて希釈した貼り合わせペーストを２０μｍの厚みで印刷し、その貼り合わせペースト上に固体電解質層２１５となる未焼成固体電解質シートを貼り合わせ、５０℃、９０秒間、３５±５ｋｇ／ｃｍ2 の条件で真空圧着する。そして、未焼成固体電解質シートを積層した未焼成第２アルミナシートの一方の面に、上記導電性ペーストを用いて第１センサパターンを２０±１０μｍの厚さで印刷し、乾燥させる。
【００５９】
次に、焼成後にセンサ基板２１０となるセンサ積層体を作製する。具体的には、アルミナ層用未焼成シートをブチルカルビトールにて希釈した貼り合わせペーストを用いて、未焼成固体電解質シートが積層された状態の第２未焼成アルミナシート、第１未焼成アルミナシート、未焼成保護シートを貼り合わせ、５０℃、９０秒間、３５±５ｋｇ／ｃｍ2 の条件で真空圧着して一体化し、センサ積層体を作製する。
【００６０】
次に、このセンサ積層体を焼成してセンサ基板２１０を作製する。具体的には、センサ積層体を、大気雰囲気下、４００℃で６時間加熱し、脱脂する。その後、これを、大気雰囲気下、１５２０℃で２時間焼成する。かくして、センサ基板２１０ができる。
【００６１】
次に、リード基板２３０を作製方法について説明する。まず、焼成後にビア導体２２３ｔ，２２７ｔ及びビア導体２３５となる未焼成ビア導体を形成する。また、焼成後に接続パッド２２３ｕ，２２７ｕの一部となる接続パッドパターン、及び、焼成後にセンサ電極パッド２５５の一部となるセンサ電極パッドパターンを形成する。具体的には、Ｗ４５ｖｏｌ％と、アルミナ８ｖｏｌ％と、ポリビニルブチラール樹脂２０ｖｏｌ％と、溶剤２７ｖｏｌ％とを混合して、高密度タングステン導電インクとする。そして、この高密度タングステン導電インクを、第３未焼成アルミナシートの中央よりも先端側の所定位置に形成した３つの開口２３２のうち、両端の２つの開口２３２と、このシートの後端付近に形成した２つの開口２３４とに充填印刷し、未焼成ビア導体を形成する。また、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部とタングステン粉末１００質量部とを配合し、エトセルバインダー６質量部を加え、更にブチルカルビトールを溶媒として混合し調製された導電性ペーストを使用し、第３未焼成アルミナシートの一方の面（表面となる面）に、未焼成ビア導体を覆うように所定形状に印刷し、乾燥させて、接続パッドパターン及びセンサ電極パッドパターンを形成する。
【００６２】
次に、焼成後に第１センサリード部２２３の後端部２２３ｑとなる第１センサリードパターンと、焼成後に第２センサリード部２２７の後端部２２７ｐとなる第２センサリードパターンを形成する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部と、タングステン粉末１００質量部と、エトセルバインダー６質量部とを配合し、更にブチルカルビトールを溶媒として混合して、導電性ペーストを調整する。そして、これを第４未焼成アルミナシートの一方の面（表面となる面）に印刷し、乾燥させて、第１センサリードパターン及び第２センサリードパターンを形成する。
【００６３】
次に、焼成後にガス放出路２６１となるガス放出パターンを形成する。具体的には、カーボン６０ｖｏｌ％とアルミナ４０ｖｏｌ％の混合物１００質量部に、ポリビニルブチラール１３質量部を配合し、ブチルカルビトールを溶媒として混合して、ペーストとする。そして、これを第４未焼成アルミナシートのうち、第１センサリードパターンと第２センサリードパターンとの間に印刷し、乾燥させて、ガス放出パターンを形成する。
【００６４】
次に、焼成後にビア導体２４１となる未焼成ビア導体を形成する。また、焼成後にヒータ電極パッド２６５の一部となるヒータ電極パッドパターンを形成する。具体的には、Ｗ４５ｖｏｌ％と、アルミナ８ｖｏｌ％と、ポリビニルブチラール樹脂２０ｖｏｌ％と、溶剤２７ｖｏｌ％とを混合して、高密度タングステン導電インクを準備する。そして、この高密度タングステン導電インクを、第５未焼成アルミナシートの後端付近に形成した２つの開口２４０に充填印刷し、未焼成ビア導体を形成する。また、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部とタングステン粉末１００質量部とを配合し、エトセルバインダー６質量部を加え、更にブチルカルビトールを溶媒として混合し調製された導電性ペーストを使用し、第５未焼成アルミナシートの一方の面（裏面となる面）に、未焼成ビア導体を覆うように所定形状に印刷し、乾燥させて、ヒータ電極パッドパターンを形成する。
【００６５】
次に、焼成後に発熱部２７１となる発熱パターンと、焼成後にヒータリード部２７３となるヒータリードパターンを形成する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１２質量部と、タングステン粉末１００質量部と、エトセルバインダ８質量部とを配合し、更にブチルカルビトールを溶媒として混合して、導電性ペーストとする。そして、この導電性ペーストを、第５未焼成アルミナシートの一方の面（表面となる面）に印刷し、乾燥させて、発熱パターンを形成する。また、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部と、タングステン粉末１００質量部と、エトセルバインダ６質量部とを配合し、更にブチルカルビトールを溶媒として混合して、導電性ペーストとする。そして、この導電性ペーストを、第５未焼成アルミナシートの上記の面に印刷し、乾燥させて、ヒータリードパターンを形成する。
【００６６】
次に、焼成後にリード基板２３０となるリード積層体を作製する。具体的には、第３未焼成アルミナシートの一方の面（裏面となる面）、及び、第４未焼成アルミナシートの一方の面（裏面となる面）に、アルミナ層用未焼成シートをブチルカルビトールにて希釈した貼り合わせペーストを、２０μｍの厚みでそれぞれ印刷する。その後、第３未焼成アルミナシート、第４未焼成アルミナシート及び第５未焼成アルミナシートを貼り合わせ、５０℃、９０秒間、３５±５ｋｇ／ｃｍ2 で真空圧着して一体化し、リード積層体を作製する。
【００６７】
次に、このリード積層体を焼成してリード基板２３０を作製する。具体的には、リード積層体を、大気雰囲気下、２５０℃で６時間加熱し、脱脂する。その後、これを、水素ウェッター注入雰囲気下、１５４０℃で４時間焼成する。
【００６８】
次に、リード基板２３０のうち、Ｗを主体とする、接続パッド２２３ｕ，２２７ｕの一部をなすパターン、センサ電極パッド２５５の一部をなすパターン及びヒータ電極パッド２６５の一部をなすパターンのそれぞれに、Ｍｏ−Ｍｎを核付けする。その後、Ｎｉメッキを施し、Ｗのパターン上にＮｉメッキ層を形成する。更に、これを焼き付けする（Ｈ2 炉８００℃シンター）。次に、Ｐｔメッキ或いはＡｕメッキを施し、Ｎｉメッキ層上にＰｔメッキ層或いはＡｕメッキ層を形成する。更に、これを焼き付けする（Ｈ2 炉８００℃シンター）。このようにして、タングステン層、Ｎｉメッキ層及びＡｕメッキ層からなる、接続パッド２２３ｕ，２２７ｕ、センサ電極パッド２５５及びヒータ電極パッド２６５ができる。かくして、リード基板２３０ができる。
【００６９】
次に、センサ基板２１０とリード基板２３０を接合する。具体的には、ＳｉＯ2−ＺｎＯ系のガラス粉末にポリビニルブチラール樹脂を配合し、更にブチルカルビトールを溶媒として混合して、ガラスペーストとする。そして、これをセンサ基板２１０の裏面に、開口２１８の部分を避けるようにして厚さ２０μｍで印刷する。次に、センサ基板２１０にある３つの開口２１８のうち、両端に位置する開口２１８に対応する部分に、ロウ材を印刷する。その後、ヒータ基板２１０とセンサ基板２３０を貼り合わせて乾燥させる。
次に、これを、大気雰囲気下、２５０℃で４時間、更に、Ｎ2−Ｏ2（２５０ｐｐｍ以下）の雰囲気下、４００℃で４時間加熱し、脱脂する。更に、窒素雰囲気下、１０５０℃で２時間焼成し、両基板を完全に接合する。かくしてセンサ素子２００が完成する。
【００７０】
次に、図１に戻って、ガスセンサ１００の他の部分について説明する。
センサ素子２００に一体に組み付けられるフランジ部１２５は、アルミナ製のセラミックリング１２１と、滑石粉末を圧縮充填させた滑石リング１２２と、セラミックリング１２１及び滑石リング１２２を内部に収容可能な大きさの筒状をなす金属製ホルダ１２０とから構成されている。このフランジ部１２５は、次のようにしてセンサ素子２００に組み付ける。まず、センサ素子２００を挿通可能な大きさの開口断面積を有する滑石リング１２２を準備し、センサ素子２００の所定位置に金属製ホルダ１２０、セラミックリング１２１及び滑石リング１２２を順に配置させる。そして、滑石リング１２２の挿通孔の開口断面積が縮小するように圧力を付与して、滑石リング１２１を圧縮変形させることで、金属製ホルダ１２０及びセラミックリング１２１を滑石リング１２２と共にセンサ素子２００に一体に組み付ける。これにより、主体金具１０２の段部１０９に係合させるためのフランジ部１２５が、センサ素子２００に対して固定した状態で設けられる。
【００７１】
主体金具１０２の先端側（図１下側）には、その内径が細くなる段部１０９が設けられている。また、フランジ部１２５の外径は主体金具１０２の内径とほぼ同じに構成されている。そして、金属製ホルダ１２０が係合した主体金具１０２内で、金属製ホルダ１２０よりも後端側の層（図１中上側の層）には、更に、滑石リング１２３が圧縮充填されている。これにより、主体金具１０２内でフランジ部１２５が気密的に保持されると共に、センサ素子２００もまた主体金具１０２に対して位置決め固定される。この滑石リング１２３の圧縮は、後述するスリーブ１３０が主体金具１０２内に組み込まれる際に、そのスリーブ１３０によって押圧されて行われる。
【００７２】
また、ガスセンサ１００の先端側では、センサ素子２００の検出部が主体金具１０２より露出している。そして、この検出部を覆って保護する有底略円筒状の内側プロテクタ１０３と、この内側プロテクタ１０３を覆う外側プロテクタ１０４とが、それぞれ主体金具１０２にレーザ溶接により固定されている。センサ素子２００の検出部がガスセンサ１００の周囲の雰囲気中に晒されるように、内側プロテクタ１０３と外側プロテクタ１０４には、それぞれ複数の外気連通孔１０５，１０６が開口されている。
【００７３】
次に、滑石リング１２３よりも後端側には、多段円筒状のアルミナ製のスリーブ１３０が配設され、滑石リング１２３を押圧しつつ、フランジ部１２５と共に主体金具１０２内に収容されている。スリーブ１３０はその軸線方向に貫通する軸孔１３１を有し、この軸孔１３１にセンサ素子２００が挿通されている。スリーブ１３０が主体金具１０２に収容された状態では、センサ素子２００の各電極パッドは、主体金具１０２の加締め部１０７より後端側に露出している。なお、スリーブ１３０の後端面には、スリーブ１３０の軸線方向に沿って後端方向に向かう一対の素子ガイド（図示外）が突設されている。各素子ガイドは、センサ素子２００の短手方向の両端を案内するものである。
【００７４】
主体金具１０２の加締部１０７が内側に折り曲げられて加締められると、内部に介在されたステンレス製のリング部材１０８を介し、スリーブ１３０が主体金具１０２の先端側に向かって押圧される。すると、滑石リング１２３が圧縮変形されて周囲の隙間を埋めるので、スリーブ１３０との位置関係が案内されたセンサ素子２００が、主体金具１０２内に気密的に保持固定される。
【００７５】
次に、主体金具１０２から露出したセンサ素子２００の各電極パッドが形成された両主面は、センサ素子２００の厚み方向から一対の電極ホルダ１４０によって挟み込まれている。電極ホルダ１４０は、その端部がスリーブ１３０の素子ガイドに係合し、素子ガイドに案内されたセンサ素子２００に対向する内壁面１４２と、素子ガイドと共に構成する軸線方向の断面が略円形となる湾曲した外周面を形成する外壁面１４４とを有している。また、外壁面１４４のうち、電極ホルダ１４０がガスセンサ１００に組み付けられた際の先端側には、鍔部１４７が設けられている。
【００７６】
更に、組み付けられた際の軸線方向における略中央には、内壁面１４２と外壁面１４４を貫通する２つの開口１４６が設けられている。この開口１４６には、後述する電極金具１６０の突片１６３が係合し、電極金具１６０が位置決めされている。電極金具１６０は、センサ素子２００の各々の電極パッドと電気的な接続を行うため、各電極ホルダ１４０に２つずつ係合されている。そして、電極ホルダ１４０が、電極金具１６０を保持した状態で素子ガイドに係合した状態では、電極ホルダ１４０の係合を維持させるため、一対の電極ホルダ１４０の外壁面１４４に円筒形状の保持金具１４８が係合されている。電極ホルダ１４０に保持金具１４８が係合された状態では、電極ホルダ１４０の内壁面１４２とセンサ素子２００との間に挟まれる電極金具１６０が撓められる。その付勢力によって、電極金具１６０が電極ホルダ１４０を保持金具１４８の内周に対して押圧するため、保持金具１４８の抜けは防止される。
【００７７】
次に、電極ホルダ１４０よりも後端側には、センサ素子２００と外部の回路とを電気的に接続するための４本のリード線１６８を電極金具１６０へと案内するためのアルミナ製のセパレータ１５０が配置され、電極ホルダ１４０に当接している。セパレータ１５０は略円柱形状をなし、ガスセンサ１００に組み付けたときに後端側となる上側の面の中心軸付近に円柱台状の小突起１５１が設けられている。そして、この小突起１５１の周囲に四カ所、軸線方向に貫通する案内孔１５２が設けられている。案内孔１５２には、小突起１５１が設けられた側（図中上方）の部分が小径となった小径部１５３が形成されている。小径部１５３の径は、リード線１６８の太さと略同等である。
【００７８】
案内孔１５２の内部には、電極金具１６０の基部１６２が収容されている。この基部１６２は、リード線１６８を加締めて電極金具１６０に固定する部位である。基部１６２は、リード線１６８内の導線を被覆する絶縁被膜の外周を加締め、抜けを防止する加締部１６５と、リード線１６８内の導線を加締めて電気的な接続を行う加締部１６４とを有する。リード線１６８の外周を加締める加締部１６５は、導線を加締める加締部１６４より大きく形成されている。このため、加締部１６５は、リード線１６８を加締めた状態でリード線１６８の径よりも更に径大であり、セパレータ１５０の案内孔１５２の小径部１５３の内径よりも大きいので、小径部１５３を通過できないようになっている。
また、基部１６２に接合された電極金具１６０の先端部１６１は、センサ素子２００の電極端子に接触して電気的な接続を行う部位であり、Ｕ字バネ形状に形成されている。先端部１６１の略中央には、電極ホルダ１４０の開口１４６に係合して電極ホルダ１４０と電極金具１６０との位置決めを行うための突片１６３が突設されている。
【００７９】
そして、電極ホルダ１４０とセパレータ１５０とを覆って保護する略円筒状のステンレス製の保護カバー１７０が、主体金具１０２の加締部１０７の外周に固着されている。保護カバー１７０の後端部には、フッ素ゴム製の栓部材１７１が嵌入され、リード線１６８のみを挿通させるこの栓部材１７１の径方向周囲に位置する保護カバー１７０を内側に加締めることで、栓部材１７１は弾性変形された状態で保護カバー１７０内に固定されている。また、保護カバー１７０の内壁に、電極ホルダ１４０の保持金具１４８に設けられた突設部１４９が当接する。この突設部１４９は、四方に張り出し状に設けられており、保護カバー１７０内で保持金具１４８が保持されている。
【００８０】
次に、このように構成されたガスセンサ１００へのセンサ素子２００の組み付けについて説明する。
フランジ部１２５が一体に組み付けられたセンサ素子２００は、検出部側を主体金具１０２の先端側にして主体金具１０２内に挿入される。そして、センサ素子２００は、主体金具１０２の先端側の段部１０９にフランジ部１２５の端部が当接する位置で、主体金具１０２に対して位置決めされる。
【００８１】
次に、滑石リング１２３が、その中央の孔にセンサ素子２００の後端側より通すようにして係合され、これに続いてスリーブ１３０の軸孔１３１にセンサ素子２００が後端側より通される。センサ素子２００の側面が軸孔１３１及びその内周から連続した素子ガイド（図示外）に案内され、センサ素子２００の後端側が軸孔１３１から露出する。
この状態でリング部材１０８がスリーブ１３０上に載置され、主体金具１０２の加締め部１０７が内側に曲げられるように加締めが行われる。スリーブ１３０はリング部材１０８を介し、主体金具１０２の先端方向に加締めによる押圧力を受け、滑石リング１２３を圧縮する。このため、滑石リング１２３は変形して周囲の隙間を埋め、主体金具１０２内でフランジ部１２５を固定する。
【００８２】
そして、電極金具１６０の突片１６３が電極ホルダ１４０の開口１４６に係合すると、電極金具１６０が電極ホルダ１４０に対して位置決めされて保持される。この状態で、電極ホルダ１４０は、センサ素子２００の厚み方向の両側から挟むようにして素子ガイドに係合される。電極ホルダ１４０の内壁面１４２とセンサ素子２００の板面との間で挟まれる電極金具１６０の先端部１６１は、センサ素子２００の電極端子に当接する。このとき、センサ素子２００はスリーブ１３０の素子ガイドに対して位置決めされており、電極ホルダ１４０も係合する素子ガイドに対して位置決めされている。
【００８３】
電極金具１６０の先端部１６１はＵ字バネ状に形成されているので、電極ホルダ１４０にて挟まれると、センサ素子２００の板面と電極ホルダ１４０の内壁面１４２との間が遠ざかる方向に両者は付勢される。この状態で、電極ホルダ１４０の外周を押さえて両者の係合を維持するため、保持金具１４８が被せられる。電極金具１６０の先端部１６１は、センサ素子２００の電極端子に対して付勢されて当接したままの状態で維持され、両者間の電気的な接続は安定する。
【００８４】
そして、セパレータ１５０が電極ホルダ１４０に当接され、この状態で、保護カバー１７０が電極ホルダ１４０及びセパレータ１５０に被せられる。保護カバー１７０は、主体金具１０２に圧入された後、全周レーザ溶接されて固定され、その内壁に保持金具１４８の突設部１４９が当接する。これにより、保持金具１４８は保護カバー１７０内で保持され、保持金具１４８によって保持された電極ホルダ１４０もまた、保護カバー１７０内で位置決めされる。
【００８５】
このようなガスセンサ１００は、前述したように、センサ素子２００の第１，第２センサリード部２２３，２２７の後端部２２３ｑ，２２７ｑが卑金属を主体とする卑金属部である。従って、センサリード部全体を貴金属で形成していた従来のガスセンサに比して安価なガスセンサとすることができる。しかも、この卑金属部２２３ｑ，２２７ｑを直接ガスに接触しないようにセンサ素子２００内部に気密に埋設した上で、第１，第２センサリード部２２３，２２７のうち、この卑金属部２２３ｑ，２２７ｑよりも多孔質状電極部２２１，２２５側の一部に、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第１耐酸化緻密部（接続部）２２３ｒ，２２７ｒを設けている。このため、多孔質状電極部２２１，２２５に入り込んだガスが、卑金属部２２３ｑ，２２７ｑに接触することを防止できる。また、第１耐酸化緻密部２２３ｒ，２２７ｒは耐酸化性を有するので、これにガスが接触しても酸化し難く、その破損を防止できる。
【００８６】
更に、本実施形態では、多孔質状電極部として、センサ素子２００内部に閉塞されて内部基準極として機能する基準多孔質状電極部２２５を有するため、実使用時において基準多孔質状電極部２２５に酸素が汲み込まれ、酸素が過剰に溜まる恐れがある。しかし、本実施形態では、このような酸素を卑金属部２２７ｑを経由することなくセンサ素子２００外部に放出する多孔質状のガス放出路２６１を設けている。従って、基準多孔質状電極部２２５に汲み込まれた酸素は、ガス放出路２６１を通じてセンサ素子２００外部に放出されるため、センサ素子２００が破損することを防止できる。
【００８７】
また、本実施形態では、センサ素子２００は、多孔質状電極部２２１，２２５及び第１，第２センサリード部２２３，２２７の先端部２２３ｐ，２２７ｐを有するセンサ基板２１０と、センサ電極取出部２５６及び第１，第２センサリード部２２３，２２７の後端部２２３ｑ、２２７ｑを有するリード基板２３０と、これらの基板を接合する接合層２８１と、第１，第２センサリード部２２３，２２７の先端部２２３ｐ，２２７ｐと後端部２２３ｑ，２２７ｑとを接続する接続部２２３ｒ，２２７ｒとを有する。そして、多孔質状電極部２２２１，２２５及びセンサリード部２２３，２２７の先端部２２３ｐ，２２７ｐはＰｔを主体とし、センサリード部２２３，２２７の後端部２２３ｑ，２２７ｑは卑金属部である。更に、接続部２２３ｒ，２２７ｒは、第１耐酸化緻密部である。このような構成では、センサ基板２１０に形成された多孔質状電極部２２１，２２５とセンサリード部２２３，２２７の先端部２２３ｐ，２２７ｐがＰｔ主体としているので、これらの導体を同時焼成により形成できる。従って、センサ基板２１０とリード基板２３０を別々に焼成すことによって、Ｐｔ主体の導体と卑金属主体の導体とを有するセンサ素子２００を容易に製造できる。また、接続部（第１耐酸化緻密部）２２３ｒ，２２７ｒは、センサ基板２１０とリード基板２３０との接合の際に形成するので、第１耐酸化緻密部２２３ｒ，２２７ｒの形成も容易にできる。
【００８８】
更に、本実施形態では、接続部（第１耐酸化緻密部）２２３ｒ，２２７ｒが接合層２８１によっても気密に保たれるので、接続部２２３ｒ，２２７ｒのガス不透過性を更に向上させることができる。従って、卑金属部２２３ｑ，２２７ｑの酸化を更に確実に防止できる。
また、本実施形態のリード基板２３０には、センサリード部２２３，２２７の後端部２２３ｑ，２２７ｑの他に、発熱部２７１とヒータリード部２７３が形成されているが、これらはいずれも卑金属を主体としている。このため、これらの導体を同時焼成によって形成できる。
【００８９】
また、本実施形態では、センサ電極取出部２５６のうち、ガスに接触する部分２５９を耐酸化性を有するようにしているので、センサ電極取出部２５６の酸化を防止できる。また、センサ電極取出部２５６の一部を、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第２耐酸化緻密部２５９とし、これを第１，第２センサリード部２２３，２２７にガスが接触することを防止するように配設している。具体的には、センサ電極パッド２５６の一部が第２耐酸化緻密部２５９であり、この第２耐酸化緻密部２５９は、ビア導体２３５にガスが接触することを防止するように配設されている。このため、ガスが第１，第２センサリード部２２３，２２７に接触することを防止し、卑金属部２２３ｑ，２２７ｑの酸化を防止できる。しかも、第２耐酸化緻密部２５９は、耐酸化性を有するので、第２耐酸化緻密部２５９自身が酸化することも防止し、破損を防止できる。
【００９０】
（実施形態２）
次いで、第２の実施形態について説明する。なお、上記実施形態１と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
本実施形態では、第１耐酸化緻密部の組成が、上記実施形態１の耐酸化緻密部２２３ｒ，２７ｒと異なる。それ以外は、上記実施形態１と同様である。具体的には、本実施形態の第１耐酸化緻密部は、貴金属−卑金属合金からできている。なお、本実施形態では、貴金属−卑金属合金として、Ｐｔ−１８．４ｗｔ％Ｗ合金を用いている。このように本実施形態では、貴金属−卑金属合金を用いて第１耐酸化緻密部を形成しているため、卑金属を利用する分だけ、第１耐酸化緻密部を安価にし、ガスセンサを安価にできる。
その他、上記実施形態１と同様な部分は、上記実施形態１と同様な作用、効果を奏する。
【００９１】
（実施形態３）
次いで、第３の実施形態について説明する。なお、上記実施形態１または２と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。本実施形態に係るセンサ素子３００の後端側上部の部分断面図を図４に示す。
本実施形態では、センサ電極取出部３５６が上記実施形態１，２のセンサ電極取出部２５６と異なる。本実施形態の電極取出部３５６も、上記実施形態１，２と同様、ビア導体２３５とセンサ電極パッド３５５からなる点は同様である。しかし、センサ電極パッド３５５の構成が異なり、本実施形態では、センサ電極パッド３５５が貴金属−卑金属合金からできており、全体が第２耐酸化緻密部となっている。なお、本実施形態では、貴金属−卑金属合金として、Ｐｔ−１８．４ｗｔ％Ｗ合金を用いている。このように本実施形態では、第２耐酸化緻密部３５５を貴金属−卑金属合金から形成しているので、卑金属を利用する分だけ、第２耐酸化緻密部３５５を安価にし、ガスセンサを安価にできる。
その他、上記実施形態１または２と同様な部分は、上記実施形態１または２と同様な作用、効果を奏する。なお、本実施形態では、センサ電極パッド３５５の全体をＰｔ−１８．４ｗｔ％Ｗ合金を用いて形成したが、上記実施形態１，２の接続パッド２２３ｕ，２２７ｕやヒータ電極パッド２６５も同様な合金を用いて形成してもよい。
【００９２】
（実施形態４）
次いで、第４の実施形態について説明する。なお、上記実施形態１〜３のいずれかと同様な部分の説明は、省略または簡略化する。本実施形態に係るセンサ素子４００の後端側上部の部分断面図を図５に示す。
本実施形態では、センサ電極取出部４５６が上記実施形態１〜３のセンサ電極取出部２５６，３５６と異なる。本実施形態のセンサ電極取出部４５６は、ビア導体４３５のみから構成されている。そして、このビア導体４３５は、貴金属−卑金属合金からできており、全体が第２耐酸化緻密部となっている。なお、本実施形態では、貴金属−卑金属合金として、Ｐｔ−１８．４ｗｔ％Ｗ合金を用いている。このように本実施形態では、第２耐酸化緻密部４３５を貴金属−卑金属合金から形成しているので、卑金属を利用する分だけ、第２耐酸化緻密部４３５を安価にし、ガスセンサを安価にすることができる。
なお、図中に破線で示すように、上記実施形態１〜３に示したセンサ電極取出部２５６，３５６のように、ビア導体４３５を覆うようにセンサ電極パッドを設けることもできる。
その他、上記実施形態１〜３のいずれかと同様な部分は、上記実施形態１〜３のいずれかと同様な作用、効果を奏する。
【００９３】
（実施形態５）
次いで、第５の実施形態について説明する。なお、上記実施形態１〜４のいずれかと同様な部分の説明は、省略または簡略化する。本実施形態に係るセンサ素子６００の後端側上部の部分断面図を図６に示す。
本実施形態では、センサ電極取出部６５６が上記実施形態１〜４のセンサ電極取出部２５６，３５６，４５６と異なる。本実施形態のセンサ電極取出部６５６は、円筒状のビア導体６３５とこれに電気的に接続するセンサ電極パッド６５５から構成されている。そして、これらビア導体６３５及びセンサ電極パッド６５５は、貴金属−卑金属合金からできている。
【００９４】
また、本実施形態では、第１，第２センサリード部２２３，２２７の後端側の端部２２３ｑｓ等が、上記実施形態１〜４の第１，第２センサリード部２２３，２２７と異なる。このセンサリード部２２３，２２７の後端側の端部２２３ｑｓ等は、貴金属−卑金属合金からなる第２耐酸化緻密部となっている。このように第２耐酸化緻密部２２３ｑｓ等を貴金属−卑金属合金から形成しているので、卑金属を利用する分だけ、第２耐酸化緻密部２２３ｑｓ等を安価にし、ガスセンサを安価にすることができる。
なお、本実施形態では、第２耐酸化緻密部２２３ｑｓ等、ビア導体６３５，センサ電極パッド６５５を構成する貴金属−卑金属合金として、Ｐｔ−１８．４ｗｔ％Ｗ合金を用いている。
その他、上記実施形態１〜４のいずれかと同様な部分は、上記実施形態１〜４のいずれかと同様な作用、効果を奏する。
【００９５】
（実施形態６）
次いで、第６の実施形態について説明する。なお、上記実施形態１〜５のいずれかと同様な部分の説明は、省略または簡略化する。図７に本実施形態に係るセンサ素子５００の分解斜視図を示す。なお、図７中、左側を先端側、右側を後端側とする。
本実施形態では、センサ素子５００の構造が上記実施形態１〜５のセンサ素子２００，３００，４００，６００と異なる。ガスセンサのそれ以外の部分は、上記実施形態１〜５と同様である。
【００９６】
このセンサ素子５００も、基準酸素自己生成方式を採用して構成されている。本実施形態では、センサ素子５００は一体焼成によって作製されている。センサ基板５００は、多孔質保護層５１１と第１アルミナ層５１３と固体電解質層５１５と第２アルミナ層５１７と第３アルミナ層５１９とがこの順序で積層されている。
このうち、多孔質保護層５１１は、アルミナからなる多孔質状のセラミック層であり、その外形は、長さ約４０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約１．５ｍｍの矩形板状をなす。
【００９７】
第１アルミナ層５１３は、アルミナからなるセラミック層であり、その外形は、長さ約４０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約０．４ｍｍの矩形板状をなす。
この第１アルミナ層５１３の先端側（図７中、左側）の所定位置には、被測定ガスを後述する検知多孔質状電極部５２１へ通過させるための円形状の開口５１４（直径約２．５ｍｍ）が形成されている。また、この第１アルミナ層５１３の後端側の所定位置には、２つの開口５１２（直径約０．３ｍｍ）が幅方向に並んで形成されている。これらの開口５１２には、それぞれＷからなるビア導体５５１が充填形成されている。更に、第１アルミナ層５１３の表面（図７中、上側の面）側には、各々のビア導体５５１の端面を覆うように厚さ約１５μｍのセンサ電極パッド５５３が形成されている。これらのセンサ電極パッド５５３は、ビア導体５５１の端面を直接覆う厚さ約１０μｍのタングステン層と、このタングステン層を覆う厚さ約２μｍのＮｉメッキ層と、このＮｉメッキ層を覆う厚さ約３μｍのＰｔ或いはＡｕメッキ層とからなる。
【００９８】
また、第１アルミナ層５１３の裏面（図７中、下側の面）側には、先端側に位置する検知多孔質状電極部５２１、及び、これに電気的に接続し後端側（図２中右側）へ延びる第１センサリード部５２３が形成されている。
検知多孔質状電極部５２１は、Ｐｔからなる多孔質状の電極であり、直径約２．６ｍｍの円形状をなす。この検知多孔質状電極部５２１は、Ｐｔからなるため、耐酸化性を有し、実使用において多孔質保護層５１１及び第１アルミナ層５１３の開口２１４を通じて内部に取り込まれたガスが接触しても導電性を維持できる。
【００９９】
第１センサリード部５２３は、検知多孔質状電極部５２１に接続する先端部５２３ｐと、この先端部５２３ｐに接続する中間部５２３ｒと、この中間部５２３ｒに接続する後端部５２３ｑとからなる。
先端部５２３ｐは、検知多孔質状電極部５２１と同様に、Ｐｔからなる多孔質状のリード部であり、長さ約５．４ｍｍ、幅約０．３３ｍｍである。従って、この先端部５２３ｐは、耐酸化性を有し、実使用において検知多孔質状電極部２２１を通じて取り込まれたガスが接触しても導電性を維持できる。
中間部５２３ｒは、貴金属−卑金属合金からなる第１耐酸化緻密部であり、長さ約４．０ｍｍ、幅約０．６ｍｍである。本実施形態では、貴金属−卑金属合金としてＰｔ−１８．４ｗｔ％Ｗ合金を利用している。この中間部５２３ｒは、耐酸化性を有し、実使用において検知多孔質状電極部５２１及び第１センサリード部５２３の先端部５２３ｐを通じて取り込まれたガスが接触しても導電性を維持できる。また、ガスがこの中間部５２３ｒを通じて後端部５２３ｑに取り込まれることを防止できる。
後端部５２３ｑは、Ｗからなるリード部である。
【０１００】
固体電解質層５１５は、アルミナ２０ｗｔ％と、ジルコニア８０ｗｔ％とからなる層であり、その外形は、長さ約４０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約０．１ｍｍの矩形板状をなす。この固体電解質層５１５の後端側（図７中、右側）の所定位置には、開口５１６（直径約０．４５ｍｍ）が形成されている。この開口５１６には、Ｗからなるビア導体５５９が充填形成されている。また、固体電解質層５１５の裏面（図７中、下側の面）側には、先端側で検知多孔質状電極部５２１と対向するように位置する基準多孔質状電極部５２５、及び、これに電気的に接続し後端側（図７中右側）へ延びる第２センサリード部５２７が形成されている。
【０１０１】
基準多孔質状電極部５２５は、Ｐｔからなる多孔質状の電極であり、直径約２．６ｍｍの円形状をなす。この基準多孔質状電極部５２５は、Ｐｔからなるため、耐酸化性を有し、実使用において多孔質保護層５１１、第１アルミナ層５１３の開口５１４、検知多孔質状電極部５２１を通じ、更に固体電解質層５１５を介して汲み込まれた酸素が接触しても導電性を維持できる。
【０１０２】
第２センサリード部５２７は、基準多孔質状電極部５２５に接続する先端部５２７ｐと、この先端部５２７ｐに接続する中間部５２７ｒと、この中間部５２７ｒに接続する後端部５２７ｑとからなる。
先端部５２７ｐは、基準多孔質状電極部５２５と同様に、Ｐｔからなる多孔質状のリード部であり、長さ約６．４ｍｍ、幅約０．３３ｍｍである。従って、この先端部５２７ｐは、耐酸化性を有し、実使用において基準多孔質状電極部５２５に汲み込まれた酸素が接触しても導電性を維持できる。
中間部５２７ｒは、貴金属−卑金属合金からなる第１耐酸化緻密部であり、長さ約４．０ｍｍ、幅約０．６ｍｍである。本実施形態では、貴金属−卑金属合金としてＰｔ−１８．４ｗｔ％Ｗ合金を利用している。この中間部５２７ｒは、耐酸化性を有し、実使用において基準多孔質状電極部５２５及び第２センサリード部５２７の先端部５２７ｐを通じて汲み込まれた酸素が接触しても導電性を維持できる。また、ガスがこの中間部５２７ｒを通じて後端部５２７ｑに取り込まれることを防止できる。
後端部５２７ｑは、Ｗからなるリード部である。
【０１０３】
更に、固体電解質層５１５の裏面側には、第２センサリード部５２７の先端部５２７ｐに接続し、センサ素子５００の後端（外部）まで直線状に延びるガス放出部５３１が形成されている。このガス放出部５３１は、アルミナからなり多孔質状をなす。
【０１０４】
第２アルミナ層５１７は、第１アルミナ層５１３と同様、アルミナからなるセラミック層であり、その外形は、長さ約４０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約０．４ｍｍの矩形板状をなす。
第２アルミナ層５１７の裏面（図７中、下側の面）側には、先端側に位置する発熱部５３５、及び、この両端にそれぞれ電気的に接続し、後端側へ直線状に延びる一対のヒータリード部５３７が形成されている。発熱部５３５は、Ｗからなる抵抗体であり、線幅が約０．２７ｍｍで蛇行状に形成されている。また、ヒータリード部５３７も、Ｗからなり、線幅は約０．８５ｍｍである。これら発熱部５３５及びヒータリード部５３７は、Ｗからなるため、実使用において高温下でガスに触れると酸化する恐れがある。しかし、これらの導体は、第２アルミナ層５１７と第３アルミナ層５１９との層間に気密に埋設されているため、ガスに接触することはなく、従って、酸化し難い。
【０１０５】
第３アルミナ層５１９は、第１，第２セラミック層５１３，５１７と同様、アルミナからなるセラミック層であり、その外形は、長さ約４０ｍｍ、幅約４．５ｍｍ、厚さ約０．４ｍｍの矩形板状をなす。この第３アルミナ層５１９の後端側（図７中、右側）の所定位置には、２つの開口５２０（直径約０．３ｍｍ）が幅方向に並んで形成されている。これらの開口５２０には、それぞれＷからなるビア導体５５５が充填形成されている。更に、第３アルミナ層５１９の裏面（図７中、下側の面）側には、各々のビア導体５５５の端面を覆うように厚さ約１５μｍのヒータ電極パッド５５７が形成されている。これらのヒータ電極パッド５５７は、ビア導体５５５の端面を直接覆う厚さ約１０μｍのタングステン層と、このタングステン層を覆う厚さ約２μｍのＮｉメッキ層と、このＮｉメッキ層を覆う厚さ約３μｍのＰｔ或いはＡｕメッキ層とからなる。
【０１０６】
このようなセンサ素子５００は、次のようにして製造する。
まず、焼成後に第１〜第３アルミナ層５１３，５１７，５１９となる第１〜第３未焼成アルミナシートを作製する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）９７質量部と、イットリア５．４ｍｏｌ％共沈型ジルコニア（純度９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部と、ブチラール樹脂１４質量部と、ジブチルフタレート７質量部を配合し、更にトルエン及びメチルエチルケトンからなる混合溶媒を混合して、スラリーとする。そして、これをドクターブレード法によりシート状とし、トルエン及びエチルメチルケトンを揮発させて、第１〜第３未焼成アルミナシートを作製する。更に、第１未焼成アルミナシートには開口５１２，５１４をそれぞれ穿孔し、第３未焼成アルミナシートには開口５２０を穿孔する。
【０１０７】
また一方で、焼成後に固体電解質層５１５となる未焼成固体電解質シートを作製する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）２０ｗｔ％と、ジルコニア８０ｗｔ％と、ブチラール樹脂１２ｗｔ％と、ジブチルフタレート６ｗｔ％とを配合し、更にトルエン及びメチルエチルケトンからなる混合溶媒を混合して、スラリーとする。そして、これをドクターブレード法によりシート状とし、トルエン及びメチルエチルケトンを揮発させて、未焼成固体電解質シートを作製する。
【０１０８】
また他方で、焼成後に多孔質保護層５１１となる未焼成保護シートを作製する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１００質量部と、カーボン粉末（真球状粒子、平均粒径５μｍ）２２質量部と、ジブチルフタレート７質量部とを配合し、更にトルエン及びメチルエチルケトンからなる混合溶媒を混合して、スラリーとする。そして、これをドクターブレード法によりシート状とし、トルエン及びメチルエチルケトンを揮発させて、未焼成保護シートを作製する。
【０１０９】
次に、焼成後にビア導体５５１となる未焼成ビア導体を形成する。また、焼成後にセンサ用接続パッド５５３の一部となる接続パッドパターンを形成する。具体的には、Ｗ４５ｖｏｌ％と、アルミナ８ｖｏｌ％と、ポリビニルブチタール樹脂２０ｖｏｌ％と、溶剤２７ｖｏｌ％とを混合して、高密度タングステン導電インクとする。そして、この高密度タングステン導電インクを、第１未焼成アルミナシートの後端側に形成した２つの開口５１２に充填印刷し、未焼成ビア導体を形成する。また、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部とタングステン粉末１００質量部とを配合し、エトセルバインダー６質量部を加え、更にブチルカルビトールを溶媒として混合し調製された導電性ペーストを使用し、第１未焼成アルミナシートの一方の面（表面となる面）に、未焼成ビア導体を覆うように所定形状に印刷し、乾燥させて、接続パッドパターンを形成する。
【０１１０】
次に、焼成後にビア導体５５９となる未焼成ビア導体を形成する。具体的には、Ｗ４５ｖｏｌ％と、アルミナ８ｖｏｌ％と、ポリビニルブチラール樹脂２０ｖｏｌ％と、溶剤２７ｖｏｌ％とを混合して、高密度タングステン導電インクとする。そして、この高密度タングステン導電インクを、未焼成固体電解質シートに形成した開口５１６に充填印刷し、未焼成ビア導体を形成する。
【０１１１】
次に、焼成後に検知多孔質状電極部５２１及び第１センサリード部５２３となる第１センサパターンと、焼成後に基準多孔質状電極部５２５及び第２センサリード部５２７となる第２センサパターンを形成する。また、焼成後にガス放出路５３１となるガス放出パターンを形成する。
具体的には、ジルコニア粉末（平均粒径０．３μｍ）２０質量部と、Ｐｔ（平均粒径５μｍ〜８μｍ）１００質量部と、エトセルバインダ７質量部とを配合し、更にブチルカルビトールを溶媒として混合して、導電性ペーストとする。そして、この導電性ペーストを用いて、未焼成固体電解質シートの一方の面（表面となる面）に、第１センサパターンのうち、焼成後に検知多孔質状電極部５２１となるパターン、及び、焼成後に第１センサリード部５２３の先端部５２３ｐとなるパターンを、２０±１０μｍの厚さで印刷し、乾燥させる。
また、Ｐｔ８１．６ｗｔ％、Ｗ１８．４ｗｔ％からなる金属粉末１００質量部に、アルミナ１０質量部と、エトセルバインダー６質量部と、ブチルカルビトールを溶媒として混合して、導電性ペーストを得る。そして、この導電性ペーストを用いて、未焼成固体電解質シートの上記の一方の面に、第１センサパターンのうち、焼成後に第１センサリード部５２３の中間部５２３ｒとなるパターンを、２０±１０μｍの厚さで印刷し、乾燥させる。
また更に、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１２質量部と、タングステン粉末１００質量部と、エトセルバインダ８質量部とを配合し、更にブチルカルビトールを溶媒として混合して、導電性ペーストとする。そして、この導電性ペーストを用いて、未焼成固体電解質シートの上記の一方の面に、第１センサパターンのうち、焼成後に第１センサリード部５２３の後端部５２３ｑとなるパターンを、２０±１０μｍの厚さで印刷し、乾燥させる。かくして、第１センサパターンが形成される。
【０１１２】
次に、焼成後に検知多孔質状電極部５２１等となるパターンの形成に用いる上記の導電性ペーストを利用して、未焼成固体電解質シートの他方の面（裏面となる面）に、第２センサパターンのうち、焼成後に基準多孔質状電極部５２５なるパターン、及び、焼成後に第２センサリード部５２７の先端部５２７ｐとなるパターンを、２０±１０μｍの厚さで印刷し、乾燥させる。
また、焼成後に第１センサリード部５２３の中間部５２３ｒとなるパターンの形成に用いる上記の導電性ペーストを利用して、未焼成固体電解質シートの上記の他方の面に、第２センサパターンのうち、焼成後に第２センサリード部５２７の中間部５２７ｒとなるパターンを、２０±１０μｍの厚さで印刷し、乾燥させる。
また更に、焼成後に第１センサリード部５２３の後端部５２３ｑとなるパターンの形成に用いる上記の導電性ペーストを利用して、未焼成固体電解質シートの上記の他方の面に、第２センサパターンのうち、焼成後に第２センサリード部５２７の後端部５２７ｑとなるパターンを、２０±１０μｍの厚さで印刷し、乾燥させる。かくして、第２センサパターンが形成される。
【０１１３】
次に、カーボン６０ｖｏｌ％とアルミナ４０ｖｏｌ％の混合物１００質量部に、ポリビニルブチラール樹脂１３質量部を配合し、ブチルカルビトールを溶媒として混合して、ペーストとする。そして、このペーストを未焼成固体電解質シートの上記の他方の面に印刷し、乾燥させて、焼成後にガス放出部５３１となるガス放出パターンを形成する。
【０１１４】
次に、焼成後にビア導体５５５となる未焼成ビア導体を形成する。また、焼成後にヒータ電極パッド５５７の一部となるヒータ電極パッドパターンを形成する。具体的には、Ｗ４５ｖｏｌ％と、アルミナ８ｖｏｌ％と、ポリビニルブチタール樹脂２０ｖｏｌ％と、溶剤２７ｖｏｌ％とを混合して、高密度タングステン導電インクとする。そして、この高密度タングステン導電インクを、第３未焼成アルミナシートの後端付近に形成した２つの開口５２０に充填印刷し、未焼成ビア導体を形成する。また、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部とタングステン粉末１００質量部とを配合し、エトセルバインダー６質量部を加え、更にブチルカルビトールを溶媒として混合し調製された導電性ペーストを使用し、第３未焼成アルミナシートの一方の面（裏面となる面）に、未焼成ビア導体を覆うように所定形状に印刷し、乾燥させて、ヒータ電極パッドパターンを形成する。
【０１１５】
次に、焼成後に発熱部５３５となる発熱パターンと、焼成後にヒータリード部５３７となるヒータリードパターンを形成する。具体的には、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１２質量部と、タングステン粉末１００質量部と、エトセルバインダ８質量部とを配合し、更にブチルカルビトールを溶媒として混合して、導電性ペーストとする。そして、この導電性ペーストを、第３未焼成アルミナシートの一方の面（表面となる面）に印刷し、乾燥させて、発熱パターンを形成する。また、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）３質量部と、タングステン粉末１００質量部と、エトセルバインダ６質量部とを配合し、更にブチルカルビトールを溶媒として混合して、導電性ペーストとする。そして、この導電性ペーストを、第３未焼成アルミナシートの上記の面に印刷し、乾燥させて、ヒータリードパターンを形成する。
【０１１６】
次に、焼成後にセンサ素子５００となる積層体を作製する。具体的には、第１未焼成アルミナシートの一方の面（裏面となる面）、及び、第２未焼成アルミナシートの両面に、アルミナ層用未焼成シートをブチルカルビトールにて希釈した貼り合わせペーストを、２０μｍの厚みでそれぞれ印刷する。その後、未焼成保護シート、第１未焼成アルミナシート、未焼成固体電解質シート、第２未焼成アルミナシート及び第３未焼成アルミナシートを貼り合わせ、５０℃、９０秒間、３５±５ｋｇ／ｃｍ2 で真空圧着して一体化し、積層体を作製する。
【０１１７】
次に、この積層体を焼成する。具体的には、積層体を、大気雰囲気下、２５０℃で６時間加熱し、脱脂する。その後、これを、水素ウェッター注入雰囲気下、１５４０℃で４時間焼成する。
かくしてセンサ素子５００が完成する。
【０１１８】
このようなセンサ素子５００を有するガスセンサは、前述したように、センサ素子５００の第１，第２センサリード部５２３，５２７の後端部５２３ｑ，５２７ｑは、卑金属を主体とする卑金属部である。従って、センサリード部全体を貴金属で形成していた従来のガスセンサに比して安価なガスセンサとすることができる。しかも、この卑金属部５２３ｑ，５２７ｑを直接ガスに接触しないようにセンサ素子５００内部に気密に埋設した上で、第１，第２センサリード部５２３，５２７のうち、この卑金属部５２３ｑ，５２７ｑよりも多孔質状電極部５２１，５２５側の一部に、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第１耐酸化緻密部５２３ｒ，５２７ｒを設けている。このため、多孔質状電極部５２１，５２５に汲み込まれたガスが、卑金属部５２３ｑ，５２７ｑに接触することを防止できる。また、第１耐酸化緻密部５２３ｒ，５２７ｒは耐酸化性を有するので、これにガスが接触しても酸化し難く、その破損を防止できる。
【０１１９】
更に、本実施形態では、多孔質状電極部として、センサ素子５００内部に閉塞されて内部基準極として機能する基準多孔質状電極部５２５を有するため、基準多孔質状電極部５２５に酸素が汲み込まれ、酸素が過剰に溜まる恐れがある。しかし、このような酸素を卑金属部５２７ｑを経由することなくセンサ素子５００外部に放出する多孔質状のガス放出路５３１を設けている。従って、基準多孔質状電極部５２５に汲み込まれた酸素は、ガス放出路５３１を通じてセンサ素子５００外部に放出されるため、センサ素子５００が破損することを防止できる。
【０１２０】
また、本実施形態では、多孔質状電極部５２１，５２５及び第１，第２センサリード部５２３，５２７が一体焼成されてなる。このため、センサ素子５００を複数の基板（例えば、前述したようにセンサ基板とリード基板）に分けなくて済むので、センサ素子５００及びガンセンサを安価に製造できる。
更に、本実施形態では、センサ素子５００は、発熱部５３５とヒータリード部５３７を有するが、これら発熱部５３５及びヒータリード部５３７も、多孔質状電極部５２１，５２５及び第１，第２センサリード部５２３，５２７と共に一体焼成されてなる。このため、センサ素子５００を複数の基板（例えば、センサ基板とヒータ基板）に分けなくて済むので、センサ素子５００及びガンセンサを安価に製造できる。
【０１２１】
また、本実施形態では、センサ電極取出部５５４のうち、少なくともガスに接触する部分を耐酸化性を有するようにしているので、センサ電極取出部５５４の酸化を防止できる。また、センサ電極取出部５５４の少なくとも一部を、耐酸化性を有すると共にガス不透過性を有する第２耐酸化緻密部とし、これを第１，第２センサリード部５２３，５２７にガスが接触することを防止するように配設している。具体的には、センサ電極パッド５５３の一部（ＰｔまたはＡｕメッキ層）が第２耐酸化緻密部であり、この第２耐酸化緻密部は、ビア導体５５１にガスが接触することを防止するように配設されている。このため、ガスがセンサリード部５２３，５２７に接触することを防止し、卑金属部５２３ｑ，５２７ｑの酸化を防止できる。しかも、第２耐酸化緻密部は、耐酸化性を有するので、第２耐酸化緻密部自身が酸化することも防止し、破損を防止できる。
【０１２２】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】実施形態１に係るガスセンサの破断断面図である。
【図２】実施形態１に係るガスセンサのセンサ素子を示す分解斜視図である。
【図３】実施形態１に係るガスセンサのセンサ素子のうち、後端側上部を示す部分断面図である。
【図４】実施形態３に係るガスセンサのセンサ素子のうち、後端側上部を示す部分断面図である。
【図５】実施形態４に係るガスセンサのセンサ素子のうち、後端側上部を示す部分断面図である。
【図６】実施形態５に係るガスセンサのセンサ素子のうち、後端側上部を示す部分断面図である。
【図７】実施形態６に係るガスセンサのセンサ素子を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１００  ガスセンサ
２００，３００，４００，５００，６００  センサ素子
２２１，５２１  検知多孔質状電極部
２２５，５２５  基準多孔質状電極部
２５６，３５６，４５６，５５４，６５６  センサ電極取出部
２２３，５２３  第１センサリード部
２２７，５２７  第２センサリード部
２２３ｑ，２２７ｑ，５２３ｑ，５２７ｑ  卑金属部
２２３ｒ，２２７ｒ，５２３ｒ，５２７ｒ  第１耐酸化緻密部
２６１，５３１  ガス放出路
２７１，５３５  発熱部
２７３，５３７  ヒータリード部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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