(57)【要約】  【課題】  外部のリード線との安定した電気的な接触導通が得られるガスセンサおよびガスセンサの製造方法を提供する。  【解決手段】  ガスセンサ１に設けられた電極金具６０の接触部６１は、センサ素子１０の後端側の両面から各々突出して設けられた複数のビア導体１５と接触することにより、電気的な接触導通を得ることができる。そして、このビア導体１５のビッカース硬度が１８０（Ｈｖ）以上に調整されることによって、電極金具６０の接触部６１の接触によるビア導体１５の損傷を防止することができる。また、ビア導体１５のセンサ素子１０の板面から突出する高さが３０（μｍ）以上に調整されることによって、電極金具６０の接触部６１がセンサ素子１０側に押されて撓んだ場合でも、接触部６１がセンサ素子１０の板面に（検出素子１２側又はヒータ素子１４の板面）接触するのを防止できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に埋設された配線を有する板状のセンサ素子と、外部と電気的に接続する接続端子とを備えるガスセンサにおいて、
前記センサ素子は、前記配線と電気的に接続すると共に、当該センサ素子の外表面から突出する、ビッカース硬度が１５０Ｈｖ以上のビア導体を有し、
当該ビア導体の、前記センサ素子の外表面から突出する高さは３０μｍ以上であり、
前記ビア導体と前記接続端子とが接触することを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記ガスセンサは、前記接続端子と前記ビア導体とが摺動接触することができる摺動接触構造を有することを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記ビア導体は、前記配線の一方の極性に複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
複数の前記ビア導体は、前記センサ素子の長手方向に直交する仮想の直線上に２つ以上存在しないことを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項５】
複数の前記ビア導体は、前記センサ素子の長手方向に平行となる仮想の直線上に２つ以上有することを特徴とする請求項３又は４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記ビア導体は、Ｐｔ単体、又はＰｔを主体とし、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、ＮｂおよびＣｒのうち少なくとも１種以上を含有する合金からなることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のガスセンサ。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載のガスセンサの製造方法であって、
前記センサ素子を外表面に対して直交する方向に圧着して積層形成する際に、前記センサ素子の外表面から突出するビア導体のつぶれ防止のための逃がし凹部を備えた逃がし板を、前記センサ素子の前記ビア導体が突出する外表面に当接してから圧着することを特徴とするガスセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関より排出される排気ガス中の特定ガス成分を検出するためのセンサ素子を内蔵したガスセンサおよびガスセンサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車などの排気ガス中の特定ガス成分を検出するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。このガスセンサのセンサ素子は、特定のガス成分を検出する検出素子と、当該検出素子に積層され、その検出素子を活性化するために加熱するヒータ素子とで構成されている。そして、各素子の内部に形成された配線は、センサ素子を構成する各素子の端部の外表面に各々設けられた平面視略長方形のパッド状のコンタクト端子に接続されている。
【０００３】
そして、そのコンタクト端子に、外部から配線されたリード線が電気的に接続される。このコンタクト端子にリード線を電気的に接続する方法としては、例えば、リード線の端部に設けられる接続端子を、コンタクト端子に接触させて接触導通をはかる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法では、基板の幅方向に僅かな反りを生じた場合、コンタクト端子と接続端子とが十分密着しない。すると、使用時に抵抗が大きくなってしまうので、センサ素子の入出力信号が安定せず、センサ素子が誤作動したり、センサ素子への電力供給が不安定になることがあった。そこで、例えば、コンタクト端子における接続端子と接触する部位において、接触前と比較して８０％以下の厚みに圧縮変形される領域を有する基板（センサ素子）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この基板では、接続端子による圧縮に応じてコンタクト端子が変形するので、基板に反りが生じていても、圧縮変形したコンタクト端子が接続端子に対して十分に密着するようになっている。
【特許文献１】特開２００１−１８８０６０号公報
【特許文献２】特開２００２−９８６６６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、特許文献２に記載の基板によれば、基板の反り相当以上の厚みをコンタクト端子に設けなければならないため、コンタクト端子を形成するための材料（例えば、Ｐｔ）の使用量が増大し、基板自体の製品単価が上昇するという問題点があった。また、このコンタクト端子は、自体の硬度（ビッカース硬度）は低いため、ガスセンサの使用時の振動等で、接触端子と接触しているコンタクト端子の表面が削れてしまう問題点があった。さらに、コンタクト端子が削れてしまうと、コンタクト端子表面と接触端子との密着性が低下するため、基板に対して電力を安定して供給できないという問題点もあった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、外部のリード線との安定した電気的な接触導通が得られるガスセンサおよびガスセンサの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のガスセンサは、内部に埋設された配線を有する板状のセンサ素子と、外部と電気的に接続する接続端子とを備えるガスセンサにおいて、前記センサ素子は、前記配線と電気的に接続すると共に、当該センサ素子の外表面から突出する、ビッカース硬度が１５０Ｈｖ以上のビア導体を有し、当該ビア導体の、前記センサ素子の外表面から突出する高さは３０μｍ以上であり、前記ビア導体と前記接続端子とが接触する。
【０００７】
また、請求項２に係る発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記ガスセンサは、前記接続端子と前記ビア導体とが摺動接触することができる摺動接触構造を有する。
【０００８】
また、請求項３に係る発明のガスセンサは、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記ビア導体は、前記配線の一方の極性に複数設けられている。
【０００９】
また、請求項４に係る発明のガスセンサは、請求項３に記載の発明の構成に加え、複数の前記ビア導体は、前記センサ素子の長手方向に直交する仮想の直線上に２つ以上存在しない。
【００１０】
また、請求項５に係る発明のガスセンサは、請求項３又は４に記載の発明の構成に加え、複数の前記ビア導体は、前記センサ素子の長手方向に平行となる仮想の直線上に２つ以上有する。
【００１１】
また、請求項６に係る発明のガスセンサは、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の構成に加え、前記ビア導体は、Ｐｔ単体、又はＰｔを主体とし、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、ＮｂおよびＣｒのうち少なくとも１種以上を含有する合金からなる。
【００１２】
また、請求項７に係る発明のガスセンサの製造方法は、請求項１乃至６の何れかに記載のガスセンサの製造方法であって、前記センサ素子を外表面に対して直交する方向に圧着して積層形成する際に、前記センサ素子の外表面から突出するビア導体のつぶれ防止のための逃がし凹部を備えた逃がし板を、前記センサ素子の前記ビア導体が突出する外表面に当接してから圧着する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明のガスセンサでは、ビア導体は、ビッカース硬度が１５０Ｈｖ以上であるため、接続端子との接触によりビア導体が刷れて削れてしまうのを防止できる。さらに、ビア導体の、センサ素子の板面から突出する高さが３０μｍ以上に調整されているため、接続端子がセンサ素子側に押されて撓んだ場合に、その接続端子がビア導体以外のセンサ素子の板面に接触したとしても、十分にビア導体と電気的接触をはかることができる。これにより、接続端子とセンサ素子との電気的な接触導通をビア導体を介してのみに制限できるので、接続端子とセンサ素子との電気的な接触導通が上昇するのを防ぐことができる。
【００１４】
ところで、ガスセンサには、外部と電気的に接続する接続端子に対して、センサ素子のコンタクト端子を摺動させることにより電気的接続をはかる構造が知られている。この時、コンタクト端子に接続端子を接続すると、コンタクト端子の表面が削れてしまい、コンタクト端子と接続端子との密着性が低下し、基板に対して電力を供給できないことがある。そこで、本発明のビア導体を用いることで、接続端子とビア導体とが摺動構造を有するガスセンサであっても、ビア導体が削れてしまうのを防止できる。よって、ビア導体と接続端子との電気的接触を確実に得ることができる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明のガスセンサでは、請求項１に記載の発明の効果に加え、接続端子とビア導体とが摺動接触する摺動接触構造を得ているので、このとき、コンタクト端子に接続端子が摺動接触しても、本発明のビア導体を用いることで、ビア導体が削れてしまうのを防止できる。よって、ビア導体と接続端子との電気的接触を確実に得ることができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明のガスセンサでは、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、センサ素子の板面が反っていても、複数のビア導体のうちの何れかのビア導体が接続端子の表面に接触することができるため、ビア導体と接触端子の表面との接触導通を確実に得ることができる。
【００１７】
なお、配線の一方の極性に複数設けられているとは、＋極又は−極のうち、どちらかに複数のビア導体が設けられていることを指し、両極共に複数のビア導体が設けられていることが好ましい。
【００１８】
また、請求項４に係る発明のガスセンサでは、請求項３に記載の発明の効果に加え、ビア導体は、センサ素子の長手方向に直交する仮想の直線上に２つ以上存在しない。即ち、ビア導体は、センサ素子の長手方向に沿って互い違いに配設される。これにより、ビア導体と接触端子の表面との接触を確実に得ることができる。さらに、互い違いに配設されたビア導体に接触する接触端子は、センサ素子の板面上に安定して支持される。また、センサ素子の板面に反りを生じ、センサ素子の板面と接触端子の表面とが互いに平行でなくても、何れかのビア導体が接触端子の表面に接触するため、ビア導体と接触端子の表面との接触導通を確実に得ることができる。
【００１９】
また、請求項５に係る発明のガスセンサでは、請求項３又は４に記載の発明の効果に加え、複数のビア導体を結ぶ仮想の直線がセンサ素子の長手方向に平行であるので、センサ素子の長手方向に沿って、少なくとも２つのビア導体が配置される。これによって、センサ素子に自身の長手方向に沿った反りを生じた場合でも、前記仮想の直線上にある２つのビア導体のうち少なくとも１つのビア導体を接触端子と接触させることができるので、接触端子との確実な接触導通を得ることができる。
【００２０】
また、請求項６に係る発明のガスセンサでは、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加え、ビア導体は、Ｐｔ単体、又はＰｔを主体とし、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、ＮｂおよびＣｒのうち少なくとも１種以上を含有する合金からなるので、ビア導体の耐熱性、耐酸化性を向上させることができる。さらに、ビア導体をＰｔを主体とする合金とすると、Ｐｔのような希少資源の使用量を削減することができる。特に、ビア導体を、Ｐｔと卑金属の合金とした場合は、接触端子との電気的な接触導通を安定して得ることができる上、更に安価とすることができる。
【００２１】
また、請求項７に係る発明のガスセンサの製造方法では、積層されたセンサ素子を両面から圧着する場合、逃がし板の板面を、センサ素子のビア導体が突出する板面に当接させてからセンサ素子を圧着する。このとき、逃がし板の逃がし凹部を、センサ素子の板面から突出するビア導体に対向させてからセンサ素子を圧着する。そして、この逃がし凹部には、ビア導体の突出する長さ分を覆うだけの窪みが形成されているので、逃がし板の板面によってビア導体を押し潰すことなく、センサ素子を確実に圧着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明のガスセンサの一実施の形態であるガスセンサ１について、図面を参照して説明する。図１は、ガスセンサ１の要部破断断面図であり、図２は、センサ素子１０の分解斜視図であり、図３は、センサ素子１０の全体斜視図であり、図４は、センサ素子１０の後端側から見た図であり、図５は、ヒータ素子１４側から見たセンサ素子１０の平面図であり、図６は、センサ素子１０の圧着方法を示した説明図（センサ素子１０：未圧着状態）であり、図７は、センサ素子１０の圧着方法を示した説明図（センサ素子１０：圧着状態）であり、図８は、図７に示す逃がし凹部３１５の内側に位置するビア導体１５の近傍を示す部分拡大断面図である。なお、図１において、下側をガスセンサ１の先端側とし、上側をガスセンサ１の後端側とする。さらに、図２において、左側をセンサ素子１０の先端側とし、右側をセンサ素子１０の後端側とする。
【００２３】
はじめに、ガスセンサ１の概略構成について説明する。本実施形態のガスセンサ１は、自動車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ための酸素センサである。図１に示すように、ガスセンサ１は、排気管（図示外）に固定するためのネジ部２４が形成された略筒状の主体金具２と、当該主体金具２の内側に内挿され、排気ガス中の特定ガス（例えば、酸素など）の濃度を検知するセンサ素子１０と、当該センサ素子１０を主体金具２の内側に保持するために、主体金具２の筒内下方から順に積層されるセラミックホルダ２１、滑石リング２２，２３及びスリーブ３０と、当該スリーブ３０の後端側に設けられ、４本のリード線６８（図１では２本のみ図示）に各々固定された４本の電極金具６０（図１では２本のみ図示）を内挿するアルミナ製のセパレータ５０と、当該セパレータ５０を取り囲んで保護する略円筒状のステンレス部材からなる保護カバー８０と、当該保護カバー８０の後端部に嵌入され、保護カバー８０の後端部の加締めによって固定されたフッ素ゴム製の栓部材７７とを主体に構成されている。
【００２４】
また、ガスセンサ１の先端側には、センサ素子１０の先端部に設けられ、酸素濃度を実際に検知する検知部１１が、主体金具２の先端部から露出した状態で突出されている。さらに、主体金具２の先端部には、センサ素子１０の検知部１１を覆って保護するための有底円筒状の内側プロテクタ３と、該内側プロテクタ３をさらに覆う外側プロテクタ４とが設けられ、それぞれレーザ溶接により固定されている。さらに、内側プロテクタ３と外側プロテクタ４とには、それぞれ複数の連通孔５，６が設けられている。そして、それら連通孔５，６を介すことによって、センサ素子１０の検知部１１が、ガスセンサ１周囲の雰囲気中に曝されるようになっている。
【００２５】
次に、電極金具６０について説明する。この電極金具６０は、リード線６８とセンサ素子１０と電気的な接続をはかるための接続金具である。図１に示すように、この電極金具６０は、４本のリード線６８（図１では２本のみ図示）の一端部に各々接続されている。さらに、電極金具６０の先端部には、略Ｕ字型のバネ状に形成された接触部６１が設けられている。そして、この接触部６１が、センサ素子１０の板面から突出して設けられた後述する複数のビア導体１５（本実施形態では３個）に接触している。これにより、リード線６８は、電極金具６０を介して、センサ素子１０と電気的な接触導通をはかることができる。さらに、各電極金具６０は、接触部６１をセンサ素子１０の複数のビア導体１５に接触させた状態で、セパレータ５０の内側に保持されている。即ち、センサ素子１０の後端側は、セパレータ５０内に保持された４本の電極金具６０の各接触部６１の押圧力によって、その両面から挟持された状態となっている。なお、センサ素子１０の板面が「外表面」に相当し、電極金具６０が「接続端子」に相当する。
【００２６】
次に、センサ素子１０について説明する。図１に示すように、板状のセンサ素子１０は、主体金具２に内挿されて保持されている。そして、図１及び図２に示すように、このセンサ素子１０は、酸素濃度を検出するための検出素子１２と、該検出素子１２に積層され、検出素子１２の温度を上昇させて活性化させるためのヒータ素子１４とで構成されている。
【００２７】
まず、検出素子１２について説明する。図２に示すように、検出素子１２は、ジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）、カルシア（ＣａＯ）又はスカンジウム化合物（スカンジア：Ｓｃ２Ｏ３）を添加して形成された部分安定化ジルコニアの検出層１１１を備えている。そして、その検出層１１１のヒータ素子１４に対向する板面には、基準電極１３２が直接接触して配置されている。さらに、この基準電極１３２には、検出層１１１の長手方向に沿って導体リード部１３４が延設されている。一方、検出層１１１のヒータ素子１４側の板面とは反対側の板面には、検知電極１３１が直接接触して配置されている。さらに、この検知電極１３１には、検出層１１１の長手方向に沿って導体リード部１３３が延設されている。
【００２８】
そして、検出層１１１の先端側の表面には、検知電極１３１を挟み込むようにして、検知電極１３１を被毒から防御するための多孔質状の電極保護層１５５が設けられている。さらに、検出層１１１の先端側を除く表面には、導体リード部１３３を挟み込むようにして、検出層１１１の表面を保護する絶縁層５１が設けられている。なお、この絶縁層５１は、絶縁性の良い材質であるアルミナを主体として形成されている。
【００２９】
また、検出層１１１の後端側であって、導体リード部１３４に対向する部分には、検出層１１１の層面に直交する方向に貫通する３個１組のビアホール１１５，１１５，１１５が設けられている。そして、絶縁層５１の後端側であって、これら３個のビアホール１１５，１１５，１１５に対向する部分には、同じく層面に直交する方向に貫通する３個１組のビアホール１１６，１１６，１１６が設けられている。よって、これら各ビアホール１１５，１１６は互いに連通している。さらに、絶縁層５１の後端側であって、導体リード部１３３に対向する部分には、絶縁層５１の層面に直交する方向に貫通する３個１組のビアホール１１７，１１７，１１７が設けられている。そして、これら３個１組のビアホール１１５，１１５，１１５（ビアホール１１６，１１７も同様）を構成する３つの各穴の位置は、センサ素子１０の長手方向に平行な仮想直線上に沿って互い違いに配置されている。これにより、これらビアホール１１５，１１５，１１５（ビアホール１１６，１１７）に充填して設けられる３個のビア導体１５，１５，１５に対して、１個の電極金具６０の接触部６１を安定して支持させることができる。なお、ビア導体１５，１５，１５の配置位置については、後にさらに詳しく説明する。
【００３０】
そして、上記構成された検出素子１２の各ビアホール１１６，１１７に対して、ビア導体１５が充填して設けられている。ここで、上記したように、ビアホール１１５とビアホール１１６は互いに連通しているので、ビアホール１１６からビア導体１５を充填することによって、ビアホール１１５，１１６とに連続してビア導体１５を設けることができる。こうして、ビアホール１１５，１１６に充填して設けられたビア導体１５が、導体リード部１３４に接触することにより、導体リード部１３４と電極金具６０の接触部６１（図１参照）との電気的な接触導通が可能となる。一方、各ビアホール１１７に充填して設けられたビア導体１５も、導体リード部１３３に接触することにより、導体リード部１３３と電極金具６０の接触部６１との電気的な接触導通が可能となる。
【００３１】
次に、ヒータ素子１４について説明する。図２に示すように、このヒータ素子１４は、Ｗ、Ｍｏ、及びＭｎ等から形成される発熱抵抗体１２１を備えている。この発熱抵抗体１２１は、絶縁性の良好な材料、例えば、アルミナを主体として形成される第１基層１２２と第２基層１２３との間に挟持されている。さらに、この発熱抵抗体１２１は、例えば、蛇行状又はジグザグ状等に形成され、実際に発熱する発熱部２１２と、当該発熱部２１２の端部からヒータ素子１４の長手方向に沿って延設された一対のリード部２１３，２１３とから構成されている。そして、この発熱部２１２が蛇行状又はジグザグ状等に形成されることによって、発熱部２１２の発熱面積をできるだけ多くすることができる。これにより、検知電極１３１と基準電極１３２が検出層１１１を介して対向配置してなる部分（所謂、図１に示す検知部１１）を集中的に加熱することができる。そして、この一対のリード部２１３，２１３の各後端部には、一対の端部２１１，２１１が各々設けられている。
【００３２】
また、第２基層１２３の後端側であって、一対のリード部２１３，２１３に設けられた一対の端部２１１，２１１に各々対向する各部分には、第２基層１２３の板面に直交する方向に貫通する３個１組のビアホール２３１，２３１，２３１と、ビアホール２３２，２３２，２３２が各々設けられている。
【００３３】
そして、上記構成されたヒータ素子１４の各ビアホール２３１，２３２に対して、ビア導体１５が充填して設けられている。こうして、各ビアホール２３１，２３２に各々充填して設けられたビア導体１５は、３個１組で各端部２１１に接触することにより、一対の端部２１１と電極金具６０の接触部６１との電気的な接触導通が可能となる。なお、図２に示す、導体リード部１３３、導体リード部１３４、リード部２１３，端部２１１が、「配線」に相当する。
【００３４】
次に、本発明の特徴であるビア導体１５について説明する。図３及び図４に示すように、ビア導体１５は平面視略円形状であって、かつセンサ素子１０の板面から突出する突起状に形成されている。そして、ビア導体１５の径は、０．２５（ｍｍ）程度に調整されている。また、このビア導体１５は、ビア導体１５形成用の導電性ペーストを焼成することによって作製される。
【００３５】
この導電性ペーストに用いられるバインダとしては、有機系のバインダを挙げることができる。なお、この有機系のバインダとしては、例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、アセチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、ポリビニルエーテル等を挙げることができる。また、可塑剤としは、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、脂肪酸エステル、流動パラフィンを挙げることができる。この中では、特にポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール及びポリビニルブチラール等が好ましい。
【００３６】
そして、ビア導体１５形成用の導電ペーストに使用されるバインダ中には、Ｐｔ単体のみ、若しくはＰｔと、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、ＲｈおよびＲｅのうち少なくとも１種以上とが含有されている。そして、このビア導体１５形成用の導電ペーストが、各ビアホール１１６（１１５），１１７，２３１，２３２に充填され、脱バインダ工程が行われる。この脱バインダ工程は、２００〜１０００℃、好ましくは２５０〜８００℃の範囲内の最高加熱温度に到達するように加熱する工程である。こうして、この導電性ペーストからバインダが除去され、後述するセンサ素子１０用成型物ともに、本焼結されることによって、ビア導体１５が形成される。そして、このビア導体１５は、Ｐｔ単体のみ、若しくはＰｔに、Ｐｄ、Ａｕ、Ａｇ、ＲｈおよびＲｅのうち少なくとも１種以上を含有する合金として形成される。
【００３７】
このビア導体１５は、Ｐｔを主体として形成されるため、ビア導体１５の耐熱性及び耐酸化性を向上できる。また、Ｐｔに対して、電気的導通性の良いＰｄ、Ａｕ、Ａｇ、ＲｈおよびＲｅのうち少なくとも１種以上を含有させているので、ビア導体１５の電気的導通性を向上させることができる。また、ビア導体１５は、主体となるＰｔの他にも、セラミック成分を含有するのが好ましい。このセラミック成分は、検出層１１１の主体となる成分（一方、ヒータ素子１４側に設けられるビア導体１５では、第２基層１２３の主体となる成分）と同様の成分であることが、固着という観点から好ましい。
【００３８】
なお、ビア導体１５を上記材質とは異なる材質に変更することができる。例えば、Ｐｔを主体とし、そのＰｔに「卑金属」の一例であるＷ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、ＮｂおよびＣｒのうち少なくとも１種以上を含有させた合金とする方法もある。このような合金からなるビア導体１５は、Ｐｔの耐熱性及び耐酸化性と、卑金属の有する良好な電気的導通性とをともに兼ね備えることができる。さらに、Ｐｔは希少資源で価格も高いので、Ｐｔと卑金属との合金にすることで、Ｐｔの使用量を削減することができる。よって、ビア導体１５の形成にかかるコストを削減することができる。  
【００３９】
また、図３に示すように、このビア導体１５の形状は、各ビアホール１１６，１１７，２３１，２３２（図２参照）から各々突出する突起形状となっている。これにより、電極金具６０の接触部６１を、センサ素子１０の板面に接触したとしても、複数のビア導体１５と十分に電気的接触をはかることができる。  
【００４０】
次に、ビア導体１５の硬度について説明する。上記説明したように、３個１組からなるビア導体１５，１５，１５は、センサ素子１０の板面から各々突出している。そして、これらビア導体１５，１５，１５に、図１に示す１個の電極金具６０の接触部６１が直接接触する。本実施形態のガスセンサ１では、このビア導体１５のビッカース硬度を少なくとも１５０（Ｈｖ）以上に制限した。これによって、電極金具６０の接触部６１の接触によるビア導体１５の損傷を防止することができる。なお、このビア導体１５のビッカース硬度の数値制限による効果の確認試験については、後に詳述する。
【００４１】
次に、ビア導体１５のセンサ素子１０の板面から突出する高さについて説明する。図３及び図４に示すように、各ビア導体１５は、センサ素子１０の後端側の両面（絶縁層５１の板面と、第２基層１２３の板面）から各々突出している。本実施形態では、ビア導体１５の、センサ素子１０の板面（図２に示す絶縁層５１の表面と、第２基層１２３の表面）から突出する高さの下限値を３０μｍ以上とした。これにより、図１に示す電極金具６０の接触部６１が、センサ素子１０側に押されて撓んだ場合に、その接触部６１がビア導体１５以外の検出素子１２（又はヒータ素子１４）の表面に接触しても、十分にビア導体１５と電気的接触をはかることができる。また、このビア導体１５のセンサ素子１０の板面から突出する高さの上限値は８０μｍ以下とした。この上限値の限定は、ガスセンサ１の製造における部品同士の組合せによっても制限されるが、上限値を８０μｍ以下と限定することによって、電極金具６０の接触部６１により押されて、ビア導体１５に大きな負荷がかかっても、ビア導体１５が折れてしまうのを防止することができる。なお、このビア導体１５の高さの数値制限による効果の確認試験についても、後に詳述する。
【００４２】
次に、ビア導体１５の数と配置方法について説明する。なお、ここでは、図５に示すように、ヒータ素子１４側（第２基層１２３側）に設けられた３個１組のビアホール２３２，２３２，２３２に各々設けられた３個１組のビア導体１５，１５，１５の数と配置方法を一例として説明する。端部２１１（図２参照）のうち一方の極性と電気的に接続するビア導体１５は３個に設定されている。そして、図５に示すように、ビアホール２３２，２３２，２３２に充填して設けられた３個１組のビア導体を、センサ素子１０の後端側から先端側に向かって順にビア導体１５ａ，１５ｂ，１５ｃとした場合に、ビア導体１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、センサ素子１０の長手方向に直交する仮想直線Ａ１，Ａ２，Ａ３上に２つ以上並ばないように配置されている。さらに、センサ素子１０の長手方向に平行な仮想直線Ｂ１上には、２つのビア導体１５ａ，１５ｃが並ぶように配置されている。これにより、ビア導体１５ｂは、センサ素子１０の幅方向中央側に寄って配置されることになる。
【００４３】
上記配置方法により、ビア導体１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、センサ素子１０の長手方向に対して平行な１辺を有する略三角形の頂点上に配置され、即ち、センサ素子１０の長手方向に平行な仮想直線上に沿って互い違いに配置されることになる。したがって、これら互い違いに配置されたビア導体１５ａ，１５ｂ，１５ｃ上に、電極金具６０の接触部６１（図１参照）が接触するので、電極金具６０の接触部６１（図１参照）を、センサ素子１０上に安定した状態で支持することができる。
【００４４】
また、センサ素子１０に反りを生じた場合でも、ビア導体１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、センサ素子１０の長手方向に平行な仮想直線上に沿って互い違いに配置されているので、ビア導体１５ａ，１５ｂ，１５ｃの何れかに、１個の電極金具６０の接触部６１を接触させることができる。このように、センサ素子１０に設けられた３個１組のビア導体１５，１５，１５は、上記配置に基づいてそれぞれ設けられているので、センサ素子１０と、電極金具６０の接触部６１との電気的な接触導通を確実に得ることができる。そして、これらビア導体１５，１５，１５が上記配置となるように、図２に示す各ビアホール１１５，１１６，１１７，２３１，２３２が各素子にそれぞれ設けられている。
【００４５】
次に、上記構成からなるガスセンサ１の製造方法について、図２を参照して説明する。なお、本説明においては、焼成前の各素子、各層のことを「〜成形体」と呼ぶこととし、それら各成形体の符号は、焼成後の各素子、各層に付した符号と同符号を用いて説明することとする。まず、検出素子１２となる検出素子用成形体１２を形成する。そのために、ジルコニアとアルミナとバインダとを共に混練したスラリーを用いてシート化し、所定個の検出素子１２を切り出すことができる大きさの検出層用成形体１１１を形成する。なお、バインダとしては、ブチラール樹脂を挙げることができる。
【００４６】
そして、作製された検出層用成形体１１１の所定位置をパンチングで打ち抜き、ビアホール１１５を形成する。次いで、検出素子用成形体１１１の両面に、Ｐｔを主体とする導電ペーストを所定のパターンに印刷し、乾燥させ、検知電極１３１、基準電極１３２、導体リード部１３３、導体リード部１３４となる未焼成電極を形成する。
【００４７】
次いで、所定のアルミナ粉末と気孔化剤としてのカーボン粉末、ブチラール樹脂及びジブチルフタレート、分散剤を混合したスラリーを用いてシート化した電極保護層１５５となる電極保護層用成形体１５５と、絶縁層５１となる絶縁層用成形体５１とを作製する。そして、この絶縁層用成形体５１の所定位置をパンチングで打ち抜き、ビアホール１１６，１１７を形成する。次いで、ビアホール１１６（１１５），１１７に対して、ビア導体１５用の導電ペーストを充填印刷する。そして、これら電極保護層用成形体１５５と、絶縁層用成形体５１とを、検出素子用成形体１２の外部に露出した検知電極１３１となる未焼成電極上に積層する。こうして、検出素子１２を所定個切り出すことができる大きさの検出素子用成形体１２が得られる。なお、未焼成電極の形成は、前記成形体の表面に、例えばスクリーン印刷等により行うことができる。
【００４８】
次いで、アルミナとバインダを用いて、ヒータ素子１４を形成する。まず、アルミナとバインダとを共に混練したスラリーを用いてシート化し、所定個の第２基層１２３を切り出すことができる大きさの第２基層用成形体１２３を作製する。
【００４９】
そして、第２基層用成形体１２３の所定位置をパンチングで打ち抜き、ビアホール２３１，２３２を形成する。次いで、ビアホール２３１，２３２に対して、ビア導体１５用の導電ペーストを充填印刷する。そして、第２基層用成形体１２３に、検出層用成形体１１１と同様の導電ペーストを所定のパターンに印刷し、乾燥させ、発熱抵抗体１２１を形成し、第２基層用成形体１２３を作製する。次いで、所定個の第１基層１２２を切り出すことができる大きさの第１基層用成形体１２２を、第２基層用成形体１２３の発熱抵抗体１２１となる未焼成電極が形成された面に積層する。その後、検出素子用成形体１２と、ヒータ素子用成形体１４とを互いに上下に積層して、後述するハーフエッチング板３００，３０１（図６参照）を用いて圧着を行う。
【００５０】
次に、センサ素子用成形体１０の圧着方法について説明する。まず、図６に示すように、上記構成によって積層された検出素子用成形体１２と、ヒータ素子用成形体１４とを互いに上下に積層する。そして、図６又は図７に示すように、検出素子用成形体１２側及びヒータ素子用成形体１４側から、一対のハーフエッチング板３００，３０１をサンドイッチ状に挟み込む。
【００５１】
ここで、ハーフエッチング板３００，３０１について説明する。このハーフエッチング板３００，３０１は金属で形成されている。図６に示すように、検出素子用成形体１２側に当接するハーフエッチング板３００の後端側であって、検出素子用成形体１２の板面から突出する複数のビア導体１５の各々に対応する部分には、ビア導体１５の高さを除けるために凹状に窪んだ複数の逃がし凹部３１５が各々設けられている。具体的には、図６に示すように、ハーフエッチング板３００の後端側には、３個１組の逃がし凹部３１５，３１５，３１５が２組設けられている。一方、ヒータ素子用成形体１４側に当接するハーフエッチング板３０１の後端側であって、ヒータ素子用成形体１４の板面から突出する複数の各ビア導体１５に対応する部分にも、ビア導体１５の高さを除けるために凹状に窪んだ逃がし凹部３１５が各々設けられている。具体的には、ハーフエッチング板３０１の後端側に、ハーフエッチング板３００と同様の３個１組の逃がし凹部３１５，３１５，３１５が２組設けられている。
【００５２】
この逃がし凹部３１５は、平面視略円形状（図６参照）に形成され、その径は、０．５（ｍｍ）以上１．０（ｍｍ）以下に調整されている。これは、ビア導体１５の径が０．２５（ｍｍ）に対して、それよりも大きい径を有するように設定されている。さらに、この逃がし凹部３１５の深さは、少なくともビア導体１５のセンサ素子１０から突出する高さ以上の深さを有している。したがって、逃がし凹部３１５は、ビア導体１５全体を取り囲むことができる。
【００５３】
したがって、図７に示すように、複数のビア導体１５が突出する検出素子用成形体１２の板面にハーフエッチング板３００を当接した場合、図８に示すように、例えば、ビアホール１１６に充填して設けられたビア導体１５は、それに対応するハーフエッチング板３００の逃がし凹部３１５の内側に位置される。これにより、検出素子用成形体１２の板面にハーフエッチング板３００の当接面を確実に密着させることができる。さらに、ビア導体１５を、ハーフエッチング板３０の逃がし凹部３１５の内側に逃がして取り囲むことができるので、ビア導体１５がハーフエッチング板３００の当接面に当たらず、ビア導体１５が潰れるのを防止できる。そして、ビア導体１５が潰れないので、ビア導体１５を再度充填印刷する作業も必要としない。なお、図６に示すハーフエッチング板３００，３０１が、「逃がし板」に相当する。
【００５４】
一方、図７に示すように、複数のビア導体１５が突出するヒータ素子用成形体１４の板面にハーフエッチング板３０１を当接した場合でも同様に、各ビア導体１５は、それに対応する逃がし凹部３１５の内側に取り囲まれる。よって、ヒータ素子用成形体１４の板面にハーフエッチング板３０１の当接面を確実に密着させることができ、上記した効果と同じ効果を得ることができる。こうして、互いに積層された検出素子用成形体１２側とヒータ素子用成形体１４側とを、両側から２枚のハーフエッチング板３００，３０１によってサンドイッチ状に挟み込んで圧着を行う。その後、圧着して得られたセンサ素子１０用成形体からハーフエッチング板３００，３０１を剥がす。そして、そのセンサ素子１０用成形体を、公知な方法によって１個ずつ切断し、所定個のセンサ素子用成形体１０を作製する。そして、このセンサ素子１０用成形体を、脱バインダ工程でバインダを除去し、水素連続炉で１４００〜１６００℃、０．５〜５時間程度焼成することにより、センサ素子１０の製造が完了する。
【００５５】
そして、このセンサ素子１０を図１に示す主体金具２の内側に組み付ける。そして、リード線６８と接続する電極金具６０の接触部６１に対して、ビア導体１５を接続する。このとき、センサ素子１０のビア導体１５を電極金具６０の接触部６１に対して摺動させて接続する。このように、ビア導体１５を用いて、ビア導体１５を電極金具６０に摺動をしたとしても、ビア導体１５が削れてしまうのを防止できる。よって、ビア導体１５と電極金具６０との電気的接触を確実に得ることができる。
【００５６】
以上説明した本発明により限定された数値の効果を確認するために、本実施形態のガスセンサ１の性能試験を行った。以下、実施例１、実施例２の確認試験の結果について、図９，図１０のグラフを参照して順次説明する。
【００５７】
（実施例１）
まず、ビア導体１５のビッカース硬度の違いによるガスセンサ１の熱サイクル振動試験を行った。なお、実施例１の試験条件については、次の通りである。
◎実施例１のテスト条件について
（試験区）
・２つの試験区を設定し、ビア導体１５のセンサ素子の板面から突出する高さが３０（μｍ）のものを試験区１として設定し、５０（μｍ）のものを試験区２として設定した。
（用意したサンプル）
・各試験区において、ビッカース硬度が９５，１２０，１５０，１８０，２３５（Ｈｖ）に各々設定されたセンサ素子１０を備えたガスセンサ１を５種類用意した。そして、それぞれの種類のガスセンサ１について各１０本ずつをサンプルとして用意した。
（熱サイクル振動試験の試験条件）
・４．５Ωのヒータ素子１４を内蔵したセンサ素子１０を備えたガスセンサ１に、ＤＣ１４Ｖの印加電圧を１５分加えた。次いで、ガスセンサ１を７５０℃（この時の端子温度は最大２６０℃）に設定した。その後、１５分間強制空冷させて４８℃以下に設定した。この一連の流れを５００サイクル実施した。なお、振動については、１５０〜５００Ｈｚの５０Ｇを１５分毎に加え、それを１０００サイクル実施した。
（評価方法）
・各試験区毎に用意された１０本のサンプルについて、初期の組み付け品であるガスセンサ１でのヒータ抵抗値の上昇率が５％以上であったものを不良としてカウントした。そして、それらを１０個のサンプルの内の不良率（％）として算出した。
【００５８】
次に、実施例１の試験結果について説明する。図９に示すように、試験区１において、ビア導体１５のビッカース硬度が９５（Ｈｖ）のガスセンサ１の不良率は７０％、ビア導体１５のビッカース硬度が１２０（Ｈｖ）のガスセンサ１の不良率は１０％、ビア導体１５のビッカース硬度が１５０（Ｈｖ）のガスセンサ１の不良率は０％、ビア導体１５のビッカース硬度が１８０（Ｈｖ）のガスセンサ１の不良率は０％、ビア導体１５のビッカース硬度が２３５（Ｈｖ）のガスセンサ１の不良率は０％であった。一方、試験区２において、ビア導体１５のビッカース硬度が９５（Ｈｖ）のガスセンサ１の不良率は３０％、ビア導体１５のビッカース硬度が１２０（Ｈｖ）のガスセンサ１の不良率は５％、ビア導体１５のビッカース硬度が１５０（Ｈｖ）のガスセンサ１の不良率は０％、ビア導体１５のビッカース硬度が１８０（Ｈｖ）のガスセンサ１の不良率は０％、ビア導体１５のビッカース硬度が２３５（Ｈｖ）のガスセンサ１の不良率は０％であった。
【００５９】
以上結果に示したように、試験区１及び試験区２ともに、ビア導体１５のビッカース硬度が１５０（Ｈｖ）以上のガスセンサ１については不良率０％であった。この結果から考察すると、ビア導体１５のビッカース硬度が１５０（Ｈｖ）以上であれば、電極金具６０の接触部６１が接触して潰れたり、変形したりしない程度の硬さが得られると推測される。これにより、ビア導体１５の損傷に伴って生じる、電極金具６０の接触部６１との接触抵抗が増大するのを防ぐことができる。こうして、ビア導体１５のビッカース硬度は１５０（Ｈｖ）以上が好ましいと判断された。
【００６０】
（実施例２）
次に、ビア導体１５の、センサ素子１０の板面から突出する高さの違いによるガスセンサ１の熱サイクル振動試験を行った。なお、実施例２の試験条件については、次の通りである。
◎実施例２の試験条件について
（試験区）
・２つの試験区を設定し、ビア導体１５のビッカース硬度が１５０（Ｈｖ）のものを試験区１として設定し、１８０（Ｈｖ）のものを試験区２として設定した。
（用意したサンプル）
・各試験区において、センサ素子１０の板面から突出する高さが７，１３，２５，３０，４０（μｍ）に各々設定されたガスセンサを５種類用意した。そして、それぞれの種類のガスセンサ１について各１０本ずつをサンプルとして用意した。
※なお、熱サイクル振動試験の試験条件と評価方法とについては、実施例１と同条件、同方法によって行った。
【００６１】
次に、実施例２の試験結果について説明する。図１０に示すように、試験区１において、ビア導体１５の板面から突出する高さが７（μｍ）のガスセンサ１の不良率は１００％、ビア導体１５の板面から突出する高さが１３（μｍ）のガスセンサ１の不良率は４０％、ビア導体１５の板面から突出する高さが２５（μｍ）のガスセンサ１の不良率は１５％、ビア導体１５の板面から突出する高さが３０（μｍ）のガスセンサ１の不良率は０％、ビア導体１５の板面から突出する高さが４０（μｍ）のガスセンサ１の不良率は０％であった。一方、試験区２において、ビア導体１５の板面から突出する高さが７（μｍ）のガスセンサ１の不良率は１００％、ビア導体１５の板面から突出する高さが１３（μｍ）のガスセンサ１の不良率は１０％、ビア導体１５の板面から突出する高さが２５（μｍ）のガスセンサ１の不良率は５％、ビア導体１５の板面から突出する高さが３０（μｍ）のガスセンサ１の不良率は０％、ビア導体１５の板面から突出する高さが４０（μｍ）のガスセンサ１の不良率は０％であった。
【００６２】
以上結果に示したように、試験区１及び試験区２ともに、ビア導体１５の板面から突出する高さが、３０（μｍ）以上のガスセンサ１については不良率０％であった。この結果から考察すると、ビア導体１５の板面から突出する高さが３０（μｍ）以上確保されていれば、電極金具６０の接触部６１がセンサ素子１０側に押されて撓んだ場合に、接触部６１がセンサ素子１０の板面に（検出素子１２側又はヒータ素子１４の板面）接触しても、十分にビア導体１５との電気的接触をはかることができると推測される。したがって、ビア導体１５の板面から突出する高さは３０（μｍ）以上が好ましいと判断された。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態のガスセンサ１では、リード線６８に各々接続された電極金具６０の接触部６１が、センサ素子１０の後端側の両面に突出して設けられた複数のビア導体１５と接触することによって、電極金具６０とセンサ素子１０との電気的な接触導通をはかることができる。そして、このビア導体１５は、ビッカース硬度が１５０（Ｈｖ）以上に調整されている。これによって、電極金具６０の接触部６１の接触によるビア導体１５の損傷を防止することができる。また、ビア導体１５のセンサ素子１０の板面から突出する高さは、３０（μｍ）以上に調整されている。これによって、電極金具６０の接触部６１がセンサ素子１０側に押されて撓んだ場合に、接触部６１がセンサ素子１０の板面に（検出素子１２側又はヒータ素子１４の板面）接触しても、十分にビア導体１５と電気的接触をはかることができる。
【００６４】
また、１個の電極金具６０の接触部６１が接触するビア導体１５の数は３個に設定され、それらビア導体１５，１５，１５は、センサ素子１０の長手方向に平行な仮想直線上に沿って互い違いに配置されている。したがって、これら互い違いに配置されたビア導体１５，１５，１５上に、電極金具６０の接触部６１を接触させることができるので、電極金具６０の接触部６１を、センサ素子１０上に安定した状態で支持することができる。また、センサ素子１０に反りを生じた場合でも、互い違いに配置されたビア導体１５，１５，１５の何れかに電極金具６０の接触部６１を接触させることができるので、ビア導体１５との確実な導通接触を得ることができる。
【００６５】
さらに、センサ素子１０の圧着方法において、センサ素子１０の両面から突出する複数のビア導体１５を除けて吸収するための複数の逃がし凹部３１５を備えたハーフエッチング板３００，３０１を用いることにより、ビア導体１５を潰さずに、センサ素子１０を両側から挟んで確実に圧着することができる。そして、ビア導体１５が潰れないので、センサ素子１０の圧着後に、再度ビア導体１５を充填印刷する必要もない。
【００６６】
なお、本発明は各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、本実施形態では、電極金具６０の接触部６１に接触させるビア導体１５の数を３個に設定したが、２個でも、４個でもよく、さらには１個でも良い。
【００６７】
また、本実施形態では、ビア導体１５をセンサ素子１０の後端側に設けたが、電極金具６０の接触部６１が接触する部分によって、その位置を変更してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
板状に形成されたセンサ素子を用いた酸素センサ、全領域空燃比センサ、ＮＯＸセンサ等の各種ガスセンサに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本実施形態であるガスセンサ１の要部破断断面図である。
【図２】センサ素子１０の分解斜視図である。
【図３】センサ素子１０の斜視図である。
【図４】センサ素子１０の後端側から見た図である。
【図５】図５は、ヒータ素子１４側から見たセンサ素子１０の平面図である。
【図６】センサ素子１０の圧着方法を示した説明図（センサ素子１０：未圧着状態）である。
【図７】センサ素子１０の圧着方法を示した説明図（センサ素子１０：圧着状態）である。
【図８】図７に示す逃がし凹部３１５の内側に位置するビア導体１５の近傍を示す部分拡大断面図である。
【図９】実施例１の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例２の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７０】
１    ガスセンサ
１０    センサ素子
１５    ビア導体
６０    電極金具
６１    接触部
６８    リード線
１３３    導体リード部
１３４    導体リード部
２１１    端部
２１３    リード部
３００    ハーフエッチング板
３０１    ハーフエッチング板
３１５    逃がし凹部
【図１】
2006300750.tif 000003
【図２】
2006300750.tif 000004
【図３】
2006300750.tif 000005
【図４】
2006300750.tif 000006
【図５】
2006300750.tif 000007
【図６】
2006300750.tif 000008
【図７】
2006300750.tif 000009
【図８】
2006300750.tif 000010
【図９】
2006300750.tif 000011
【図１０】
2006300750.tif 000012