(57)【要約】【課題】電極パッドの凹みの発生を抑制する【解決手段】素子本体部は、絶縁層１２０の下面（以下、パッド形成面）上に形成された電極パッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃを備える。絶縁層１１９を貫通する貫通孔Ｈ１２は、積層方向に沿って貫通孔Ｈ１２を通る直線（以下、積層方向直線）上に、電極パッド３７ａと絶縁層１２０を貫通する貫通孔Ｈ１３とが位置しないように配置される。貫通孔Ｈ１２は、積層方向直線上に、パッド形成面の長手方向に沿って貫通孔Ｈ１３を通る直線が位置しないように配置される。貫通孔Ｈ１２は、積層方向直線上に、領域Ｒ２，Ｒ３の何れか一方が位置するように配置される。領域Ｒ２，Ｒ３は、パッド形成面において、電極パッド３７ｂ，３７ｃを挟んで第１，２ポンピングセルが配置されているのとは反対側の領域である。【選択図】図４
2018124085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガスが導入される測定室と、
酸素イオン伝導性の第１固体電解質体と、前記第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極とを有し、前記一対の第１電極の間で第１ポンピング電流を流すことにより、前記測定室に導入された前記被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第１ポンピングセルと、
酸素イオン伝導性の第２固体電解質体と、前記第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極とを有し、前記第１ポンピングセルにて前記測定室内における酸素濃度が調整された前記被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度に応じて値が変化する第２ポンピング電流が前記一対の第２電極の間で流れる第２ポンピングセルと、
発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の両端に接続された一対のリード部とを有し、前記第１ポンピングセルおよび前記第２ポンピングセルを加熱するヒータと
を有して長尺の板状に形成された素子本体部を備えたガスセンサ素子であって、
前記素子本体部は、表面および裏面の何れか一方をパッド形成面として、前記パッド形成面上に形成された第１電極パッド、第２電極パッドおよび第３電極パッドを備え、
前記第１電極パッドは、前記パッド形成面上において、前記第２電極パッドおよび前記第３電極パッドよりも、前記第１ポンピングセルおよび前記第２ポンピングセルから遠くなるように配置され、
前記素子本体部は、前記パッド形成面を有する第１絶縁層と、前記パッド形成面とは反対側の面で前記第１絶縁層上に積層される第２絶縁層とを備え、
前記第１電極パッドは、少なくとも、前記第１絶縁層を貫通する第１貫通孔と、前記第２絶縁層を貫通する第２貫通孔とを介して、一対の前記第２電極の何れか一方と電気的に接続され、
前記第２貫通孔は、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層とが積層されている方向を積層方向として、前記積層方向に沿って前記第２貫通孔を通る直線である積層方向直線上に、前記第１電極パッドと前記第１貫通孔が位置しないように配置され、且つ、
前記第２貫通孔は、前記積層方向直線上に、前記パッド形成面の長手方向に沿って前記第１貫通孔を通る直線が位置しないように配置され、且つ、
前記パッド形成面において、前記第２電極パッドを挟んで前記第１ポンピングセルおよび前記第２ポンピングセルが配置されているのとは反対側の領域を第１反対領域とし、前記第３電極パッドを挟んで前記第１ポンピングセルおよび前記第２ポンピングセルが配置されているのとは反対側の領域を第２反対領域として、前記第２貫通孔は、前記積層方向直線上に、前記第１反対領域および前記第２反対領域の何れか一方が位置するように配置されるガスセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度を検出するガスセンサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のように、被測定ガスに含まれる特定ガス、例えば窒素酸化物の濃度（以下、ＮＯｘ濃度）を検出するＮＯｘセンサが知られている。
特許文献１に記載のＮＯｘセンサのガスセンサ素子では、被測定ガスが第１測定室に導入され、固体電解質体と一対の第１電極とからなる第１ポンピングセルによって被測定ガスの酸素濃度が所定の濃度に調整される。そして、この酸素濃度が調整された被測定ガスが第１測定室から第２測定室に流入し、固体電解質体と一対の第２電極とからなる第２ポンピングセルにて被測定ガス中のＮＯｘが分解され、一対の第２電極間にＮＯｘ濃度に応じた第２ポンピング電流が流れる。また、特許文献１に記載のＮＯｘセンサのガスセンサ素子は、固体電解質層における酸素イオンの伝導性を高めてＮＯｘセンサの動作を安定化させるために、ＮＯｘセンサを活性化温度まで加熱するヒータを備える。
【０００３】
そして、特許文献１に記載のＮＯｘセンサのガスセンサ素子は、長尺の板状に形成されており、表面および裏面の何れか一方に、第２ポンピング電流を検出するための１つの電極パッド（以下、第２ポンピング電流用電極パッド）と、ヒータに通電するための２つの電極パッドが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６６４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の第２電極と第２ポンピング電流用電極パッドとを電気的に接続するためにガスセンサ素子の内部に形成されるスルーホールが第２ポンピング電流用電極パッドの直下に配置されると、第２ポンピング電流用電極パッドの表面が凹む恐れがある。そして、第２ポンピング電流用電極パッドの表面が凹むと、第２ポンピング電流用電極パッドと、第２ポンピング電流用電極パッドに接続される接続端子との接触不良が発生する可能性が高くなってしまう。
【０００６】
本開示は、電極パッドの凹みの発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、測定室と、第１ポンピングセルと、第２ポンピングセルと、ヒータとを有して長尺の板状に形成された素子本体部を備えたガスセンサ素子である。
測定室には、被測定ガスが導入される。第１ポンピングセルは、酸素イオン伝導性の第１固体電解質体と、第１固体電解質体上に形成された一対の第１電極とを有し、一対の第１電極の間で第１ポンピング電流を流すことにより、測定室に導入された被測定ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う。
【０００８】
第２ポンピングセルは、酸素イオン伝導性の第２固体電解質体と、第２固体電解質体上に形成された一対の第２電極とを有し、第１ポンピングセルにて測定室内における酸素濃度が調整された被測定ガスに含まれる特定ガスの濃度に応じて値が変化する第２ポンピング電流が一対の第２電極の間で流れる。
【０００９】
ヒータは、発熱抵抗体と、発熱抵抗体の両端に接続された一対のリード部とを有し、第１ポンピングセルおよび第２ポンピングセルを加熱する。
素子本体部は、表面および裏面の何れか一方をパッド形成面として、パッド形成面上に形成された第１電極パッド、第２電極パッドおよび第３電極パッドを備える。第１電極パッドは、パッド形成面上において、第２電極パッドおよび第３電極パッドよりも、第１ポンピングセルおよび第２ポンピングセルから遠くなるように配置される。
【００１０】
素子本体部は、パッド形成面を有する第１絶縁層と、パッド形成面とは反対側の面で第１絶縁層上に積層される第２絶縁層とを備える。第１電極パッドは、少なくとも、第１絶縁層を貫通する第１貫通孔と、第２絶縁層を貫通する第２貫通孔とを介して、一対の第２電極の何れか一方と電気的に接続される。
【００１１】
第２貫通孔は、第１絶縁層と第２絶縁層とが積層されている方向を積層方向として、積層方向に沿って第２貫通孔を通る直線である積層方向直線上に、第１電極パッドと第１貫通孔が位置しないように配置される。また、第２貫通孔は、積層方向直線上に、パッド形成面の長手方向に沿って第１貫通孔を通る直線が位置しないように配置される。また、第２貫通孔は、積層方向直線上に、第１反対領域および第２反対領域の何れか一方が位置するように配置される。第１反対領域は、パッド形成面において、第２電極パッドを挟んで第１ポンピングセルおよび第２ポンピングセルが配置されているのとは反対側の領域である。第２反対領域は、パッド形成面において、第３電極パッドを挟んで第１ポンピングセルおよび第２ポンピングセルが配置されているのとは反対側の領域である。
【００１２】
このように構成された本開示のガスセンサ素子では、積層方向に沿って第１電極パッド、第２電極パッドおよび第３電極パッドを通るそれぞれの直線上（すなわち、第１電極パッド、第２電極パッドおよび第３電極パッドの直下）に第２貫通孔が配置されない。このため、本開示のガスセンサ素子は、第１電極パッド、第２電極パッドおよび第３電極パッドの凹みの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＮＯｘセンサ１の断面図である。
【図２】素子本体部３１とセンサ制御装置１７０の概略構成を示す図である。
【図３】素子本体部３１の分解斜視図である。
【図４】絶縁層１１８の上面と、絶縁層１１９の下面と、絶縁層１２０の上面および下面における後端側ＢＥの端部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のＮＯｘセンサ１は、車両に搭載され、内燃機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）を検出する。
【００１５】
ＮＯｘセンサ１は、図１に示すように、主体金具２と、ガスセンサ素子３と、保持部４と、プロテクタ５と、外筒６と、複数のリード線７と、複数の接続端子８と、分離部９と、グロメット１０を備える。図１において、ガスセンサ１の下端側を先端側ＦＥといい、ガスセンサ１の上端側を後端側ＢＥという。
【００１６】
主体金具２は、例えばステンレス等の耐熱金属で筒状に形成された部材である。主体金具２は、本体部２１と取付部２２を備える。
本体部２１は、ガスセンサ１の軸線Ｏの方向（以下、軸線方向ＤＡ）に延びる円筒状に形成され、その外周に雄ネジ２１ａが形成されている。雄ネジ２１ａは、ガスセンサ１を内燃機関の排気管に取り付けるために排気管に設けられている取付ネジ孔に嵌め合わせることが可能な形状を有する。また本体部２１は、軸線方向ＤＡに沿って貫通する貫通孔２１ｂを備える。貫通孔２１ｂの内周壁には、径方向内側に向かって突出する段部２１ｃが形成されている。
【００１７】
取付部２２は、本体部２１において雄ネジ２１ａよりも後端側ＢＥに位置する外周から径方向に沿って外側へ延びて外周が六角形の板状に形成されている。取付部２２は、ガスセンサ１を排気管に取り付けるときに六角レンチ等の取付工具を嵌合させるための部位である。
【００１８】
ガスセンサ素子３は、素子本体部３１と保護層３２を備える。素子本体部３１は、軸線方向ＤＡに延びる長尺の板状に形成されている。そして、素子本体部３１の先端側ＦＥに、ガスセンサ素子３が晒される被測定ガス（本実施形態では内燃機関の排気ガス）に含まれる特定ガス（本実施形態ではＮＯｘ）の濃度を検出する検知部３１ａが形成されている。保護層３２は、多孔質状のアルミナで形成されており、少なくとも検知部３１ａを覆うようにして素子本体部３１の先端側ＦＥに配置される。
【００１９】
保持部４は、セラミックホルダ４１と滑石リング４２，４３とセラミックスリーブ４４とパッキン４５と金属ホルダ４６を備える。
主体金具２の貫通孔２１ｂの内部には、先端側ＦＥから後端側ＢＥに向かって順に、ガスセンサ素子３の径方向周囲を取り囲む筒状の部材であるセラミックホルダ４１と、粉末充填層である滑石リング４２，４３と、セラミックスリーブ４４とが積層されている。
【００２０】
セラミックスリーブ４４と主体金具２の後端側ＢＥの端部との間には、パッキン４５が配置されている。セラミックホルダ４１と主体金具２の段部２１ｃとの間には、金属ホルダ４６が配置されている。金属ホルダ４６は、滑石リング４２とセラミックホルダ４１を保持する。主体金具２の後端側ＢＥの端部は、パッキン４５を介してセラミックスリーブ４４を先端側ＦＥに向かって押し付けるように加締められる。これにより、滑石リング４２，４３が圧縮充填され、保持部４は、ガスセンサ素子３の先端側ＦＥが主体金具２の先端側ＦＥより突出するとともに、ガスセンサ素子３の後端側ＢＥが主体金具２の後端側ＢＥより突出する状態で、ガスセンサ素子３を保持する。
【００２１】
プロテクタ５は、主体金具２から突出するガスセンサ素子３の先端側ＦＥの端部を覆うように筒状に形成された金属製の部材である。プロテクタ５には、複数のガス取入孔が形成されている。プロテクタ５は、溶接により、主体金具２の先端側ＦＥの外周に接合されている。
【００２２】
プロテクタ５は、二重構造をなしており、外側プロテクタ５１と内側プロテクタ５２を備える。外側には、有底円筒状の外側プロテクタ５１が配置され、内側には、有底円筒状の内側プロテクタ５２が配置される。
【００２３】
外筒６は、軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成された金属製の部材である。外筒６は、先端側ＦＥの端部の開口部６ａ内に、主体金具２の本体部２１において取付部２２よりも後端側ＢＥに位置する部分を嵌め込んだ状態で固定される。
【００２４】
複数のリード線７は、素子本体部３１の後端側ＢＥに形成された複数の電極パッド３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３７ａ，３７ｂ，３７ｃのそれぞれに対応して設けられており、素子本体部３１と、ガスセンサ素子３を駆動制御するセンサ制御装置１７０とを電気的に接続するための導線である。なお、図１では２本のリード線７を示す。また、電極パッド３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３７ａ，３７ｂ，３７ｃは図１に示しておらず、図３に示している。また、センサ制御装置１７０は、図１に示しておらず、図２に示している。
【００２５】
複数の接続端子８は、複数のリード線７のそれぞれに対応して設けられ、対応するリード線７の一端部に取り付けられる。
分離部９は、セパレータ９１，９２と保持部材９３を備える。セパレータ９１，９２は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成されたセラミック製の部材であり、先端側ＦＥから後端側ＢＥに向かって順にセパレータ９１とセパレータ９２とが積層された状態で、外筒６内に配置される。
【００２６】
セパレータ９１の内部には、複数の接続端子８と、素子本体部３１の後端側ＢＥの一部分とを収容可能な空間が形成されている。セパレータ９１は、複数の接続端子８の後端側ＢＥがセパレータ９１の後端側ＢＥより突出しており且つ複数の接続端子８が互いに接触しない状態を保持して、複数の接続端子８を内部に収容する。またセパレータ９１は、複数の接続端子８がそれぞれ素子本体部３１の電極パッド３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３７ａ，３７ｂ，３７ｃに接触している状態を保持する。また、セパレータ９１の後端側ＢＥの外周面には、径方向に沿って外側へ延びる鍔部９１ａが形成されている。
【００２７】
セパレータ９２には、軸線方向ＤＡに沿って貫通する複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、上記の複数の接続端子８のそれぞれに対応して設けられており、複数の貫通孔には、それぞれ対応する接続端子８が挿入される。
【００２８】
保持部材９３は、本体部９３ａと湾曲部９３ｂを備える。本体部９３ａは、軸線方向ＤＡに延びる筒状に形成された金属製の部材である。湾曲部９３ｂは、本体部９３ａの後端側ＢＥから延びてＵ字状に曲げられた部材である。保持部材９３は、鍔部９１ａよりも先端側ＦＥで外筒６とセパレータ９１との間に位置するように設置される。これにより、本体部９３ａは、外筒６の内周面に接触する状態となり、湾曲部９３ｂは、セパレータ９１をその内側に向けて押し付ける状態となる。このため、セパレータ９１は保持部材９３によって外筒６内に保持される。
【００２９】
またセパレータ９２は、その先端側ＦＥの端部および後端側ＢＥの端部がそれぞれセパレータ９１およびグロメット１０に押し付けられた状態となっている。これにより、セパレータ９２は外筒６内に保持される。
【００３０】
グロメット１０は、軸線方向ＤＡに延びる円筒状に形成されたフッ素ゴム製の弾性部材である。グロメット１０には、軸線方向ＤＡに沿って貫通する複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、上記の複数のリード線７のそれぞれに対応して設けられており、複数の貫通孔には、それぞれ対応するリード線７が挿入される。
【００３１】
グロメット１０は、外筒６における後端側ＢＥの端部の開口部６ｂの内側に配置され、外筒６を介して径方向に加締められる。これにより、外筒６における後端側ＢＥの端部の開口部６ｂが閉塞される。
【００３２】
ガスセンサ素子３の素子本体部３１は、図２に示すように、絶縁層１１３、セラミック層１１４、絶縁層１１５、セラミック層１１６、絶縁層１１７、絶縁層１１８、絶縁層１１９および絶縁層１２０が積層方向ＳＤに沿って順次積層されて構成されている。絶縁層１１３，１１５，１１７，１１８，１１９，１２０は、アルミナを主体として形成されている。
【００３３】
素子本体部３１は、セラミック層１１４とセラミック層１１６との間に形成される第１測定室１２１を備える。素子本体部３１は、第１測定室１２１に隣接するようにしてセラミック層１１４とセラミック層１１６との間に配置された拡散抵抗体１２２を介して、外部から第１測定室１２１の内部に排気ガスを導入する。拡散抵抗体１２２は、アルミナ等の多孔質材料で形成されている。なお、拡散抵抗体１２２は、図２に示されておらず、図３に示されている。
【００３４】
素子本体部３１は、第１ポンピングセル１３０を備える。第１ポンピングセル１３０は、固体電解質層１３１と、ポンピング電極１３２，１３３を備える。
固体電解質層１３１は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。第１測定室１２１と接触する領域における一部分のセラミック層１１４が除去され、セラミック層１１４の代わりに固体電解質層１３１が充填されている。
【００３５】
ポンピング電極１３２，１３３は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極１３２は、固体電解質層１３１において第１測定室１２１と接触する面上に配置される。ポンピング電極１３３は、固体電解質層１３１を挟んでポンピング電極１３２とは反対側で固体電解質層１３１の面上に配置される。ポンピング電極１３３が配置された領域とその周辺の領域の絶縁層１１３は除去され、絶縁層１１３の代わりに多孔質体１３４が充填される。多孔質体１３４は、ポンピング電極１３３と外部との間でガス（例えば、酸素）の出入りを可能とする。
【００３６】
素子本体部３１は、酸素濃度検出セル１４０を備える。酸素濃度検出セル１４０は、固体電解質層１４１と、検知電極１４２と、基準電極１４３を備える。
固体電解質層１４１は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。固体電解質層１３１よりも後端側（すなわち、図２の右側）の領域における一部分のセラミック層１１６が除去され、セラミック層１１６の代わりに固体電解質層１４１が充填されている。
【００３７】
検知電極１４２と基準電極１４３は、白金を主体として形成されている。検知電極１４２は、固体電解質層１４１における第１測定室１２１と接触する面上に配置される。基準電極１４３は、固体電解質層１４１を挟んで検知電極１４２とは反対側で固体電解質層１４１の面上に配置される。
【００３８】
素子本体部３１は、基準酸素室１４６を備える。基準酸素室１４６は、基準電極１４３が配置された領域とその周辺の領域の絶縁層１１７が除去されることにより形成された貫通孔である。
【００３９】
素子本体部３１は、第２測定室１４８を備える。第２測定室１４８は、検知電極１４２および基準電極１４３よりも後端側で固体電解質層１４１および絶縁層１１７を貫通して形成される。素子本体部３１は、第１測定室１２１から排出された排気ガスを第２測定室１４８の内部に導入する。
【００４０】
素子本体部３１は、第２ポンピングセル１５０を備える。第２ポンピングセル１５０は、固体電解質層１５１と、ポンピング電極１５２，１５３を備える。
固体電解質層１５１は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。固体電解質層１５１は、絶縁層１１７と絶縁層１１９との間において、基準酸素室１４６および第２測定室１４８とその周辺の領域とに接触するように配置されている。なお、絶縁層１１８は、絶縁層１１７と絶縁層１１９との間において、固体電解質層１５１の周囲を覆うように配置されている。
【００４１】
ポンピング電極１５２，１５３は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極１５２は、固体電解質層１５１において第２測定室１４８と接触する面上に配置される。ポンピング電極１５３は、基準酸素室１４６を挟んで基準電極１４３とは反対側で固体電解質層１５１の面上に配置される。基準酸素室１４６の内部において、ポンピング電極１５３を覆うように多孔質体１４７が配置されている。
【００４２】
素子本体部３１は、ヒータ１６０を備える。ヒータ１６０は、白金を主体として形成され、通電されることで発熱する発熱抵抗体であり、絶縁層１１９と絶縁層１２０との間に配置される。
【００４３】
素子本体部３１は、センサ制御装置１７０に接続されている。センサ制御装置１７０は、素子本体部３１を制御するとともに、素子本体部３１の検出結果に基づいて、排気ガス中のＮＯｘ濃度を算出する。
【００４４】
センサ制御装置１７０は、制御回路１８０と、マイクロコンピュータ１９０（以下、マイコン１９０）を備える。
制御回路１８０は、回路基板上に配置されたアナログ回路である。制御回路１８０は、Ｉｐ１ドライブ回路１８１、Ｖｓ検出回路１８２、基準電圧比較回路１８３、Ｉｃｐ供給回路１８４、Ｖｐ２印加回路１８５、Ｉｐ２検出回路１８６およびヒータ駆動回路１８７を備える。
【００４５】
そして、ポンピング電極１３２、検知電極１４２およびポンピング電極１５２は、基準電位に接続される。ポンピング電極１３３は、Ｉｐ１ドライブ回路１８１に接続される。基準電極１４３は、Ｖｓ検出回路１８２とＩｃｐ供給回路１８４に接続される。ポンピング電極１５３は、Ｖｐ２印加回路１８５とＩｐ２検出回路１８６に接続される。ヒータ１６０は、ヒータ駆動回路１８７に接続される。
【００４６】
Ｉｐ１ドライブ回路１８１は、ポンピング電極１３２とポンピング電極１３３との間に電圧Ｖｐ１を印加して第１ポンピング電流Ｉｐ１を供給するとともに、供給した第１ポンピング電流Ｉｐ１を検出する。
【００４７】
Ｖｓ検出回路１８２は、検知電極１４２と基準電極１４３との間の電圧Ｖｓを検出し、検出した結果を基準電圧比較回路１８３へ出力する。
基準電圧比較回路１８３は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）とＶｓ検出回路１８２の出力（すなわち、電圧Ｖｓ）とを比較し、比較結果をＩｐ１ドライブ回路１８１へ出力する。そしてＩｐ１ドライブ回路１８１は、電圧Ｖｓが基準電圧と等しくなるように、第１ポンピング電流Ｉｐ１の流れる向きと第１ポンピング電流Ｉｐ１の大きさとを制御するとともに、第１測定室１２１内の酸素濃度を、ＮＯｘが分解しない程度の所定値に調整する。
【００４８】
Ｉｃｐ供給回路１８４は、検知電極１４２と基準電極１４３との間に微弱な電流Ｉｃｐを流す。これにより、酸素が第１測定室１２１から固体電解質層１４１を介して基準酸素室１４６に送り込まれるため、基準酸素室１４６は、基準となる所定の酸素濃度に設定される。
【００４９】
Ｖｐ２印加回路１８５は、ポンピング電極１５２とポンピング電極１５３との間に、一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加する。これにより、第２測定室１４８では、第２ポンピングセル１５０を構成するポンピング電極１５２，１５３の触媒作用によって、ＮＯｘが解離される。この解離により得られた酸素イオンがポンピング電極１５２とポンピング電極１５３との間の固体電解質層１５１を移動することにより第２ポンピング電流Ｉｐ２が流れる。Ｉｐ２検出回路１８６は、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。
【００５０】
ヒータ駆動回路１８７は、発熱抵抗体であるヒータ１６０の一端にヒータ通電用の正電圧を印加するともに、ヒータ１６０の他端にヒータ通電用の負電圧を印加することにより、ヒータ１６０を駆動する。
【００５１】
図３に示すように、絶縁層１１３の上面における後端側ＢＥの端部には、３つの電極パッド３６ａ，３６ｂ，３６ｃが形成されている。絶縁層１２０の下面における後端側ＢＥの端部には、３つの電極パッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃが形成されている。
【００５２】
セラミック層１１４の下面には、先端側ＦＥでポンピング電極１３２に接続されて後端側ＢＥに向けて延びるリード部１３２ａが形成されている。セラミック層１１４の上面には、先端側ＦＥでポンピング電極１３３に接続されて後端側ＢＥに向けて延びるリード部１３３ａが形成されている。
【００５３】
セラミック層１１６の上面には、先端側ＦＥで検知電極１４２に接続されて後端側ＢＥに向けて延びるリード部１４２ａが形成されている。セラミック層１１６の下面には、先端側ＦＥで基準電極１４３に接続されて後端側ＢＥに向けて延びるリード部１４３ａが形成されている。
【００５４】
絶縁層１１８の上面には、先端側ＦＥでポンピング電極１５２に接続されて後端側ＢＥに向けて延びるリード部１５２ａと、先端側ＦＥでポンピング電極１５３に接続されて後端側ＢＥに向けて延びるリード部１５３ａが形成されている。
【００５５】
ヒータ１６０は、発熱抵抗体１６１と、発熱抵抗体１６１の一端に接続されるリード部１６２と、発熱抵抗体１６１の他端に接続される１６３を備える。
電極パッド３６ａは、スルーホール導体Ｌ１によってリード部１３３ａに接続される。電極パッド３６ｂは、スルーホール導体Ｌ２によってリード部１４３ａに接続される。電極パッド３６ｃは、スルーホール導体Ｌ３によってリード部１５２ａに接続される。
【００５６】
電極パッド３７ａは、スルーホール導体Ｌ４，Ｌ５と後述する接続部ＣＮとによってリード部１５３ａに接続される。
電極パッド３７ｂは、スルーホール導体Ｌ６によってリード部１６２に接続される。電極パッド３７ｃは、スルーホール導体Ｌ７によってリード部１６３に接続される。
【００５７】
スルーホール導体Ｌ１は、絶縁層１１３における後端側ＢＥの端部に形成された貫通孔Ｈ１の内表面に導体を形成することで作成される。
スルーホール導体Ｌ２は、貫通孔Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５の内表面に導体を形成することで作成される。貫通孔Ｈ２，Ｈ４はそれぞれ、絶縁層１１３，１１５における後端側ＢＥの端部に形成される。貫通孔Ｈ３，Ｈ５はそれぞれ、セラミック層１１４，１１６における後端側ＢＥの端部に形成される。
【００５８】
スルーホール導体Ｌ３は、貫通孔Ｈ６，Ｈ７，Ｈ８，Ｈ９，Ｈ１０の内表面に導体を形成することで作成される。貫通孔Ｈ６，Ｈ８，Ｈ１０はそれぞれ、絶縁層１１３，１１５，１１７における後端側ＢＥの端部に形成される。貫通孔Ｈ７，Ｈ９はそれぞれ、セラミック層１１４，１１６における後端側ＢＥの端部に形成される。
【００５９】
スルーホール導体Ｌ４は、貫通孔Ｈ１１，Ｈ１２の内表面に導体を形成することで作成される。貫通孔Ｈ１１は絶縁層１１８における後端側ＢＥの端部に形成される。貫通孔Ｈ１２は、絶縁層１１９における後端側ＢＥの端部に形成される。
【００６０】
スルーホール導体Ｌ５は、貫通孔Ｈ１３の内表面に導体を形成することで作成される。貫通孔Ｈ１３は、絶縁層１２０における後端側ＢＥの端部に形成される。
スルーホール導体Ｌ６，Ｌ７はそれぞれ、貫通孔Ｈ１４，Ｈ１５の内表面に導体を形成することで作成される。貫通孔Ｈ１４，Ｈ１５は、絶縁層１２０における後端側ＢＥの端部に形成される。
【００６１】
次に、ガスセンサ素子３の動作の一例について説明する。
まず、センサ制御装置１７０が起動すると、センサ制御装置１７０は、ヒータ１６０に電力を供給する。ヒータ１６０は、第１ポンピングセル１３０、酸素濃度検出セル１４０および第２ポンピングセル１５０を活性化温度まで加熱する。
【００６２】
そして、各セル１３０，１４０，１５０が活性化温度まで加熱されると、センサ制御装置１７０は、第１ポンピングセル１３０に第１ポンピング電流Ｉｐ１を流す。これにより、第１ポンピングセル１３０は、固体電解質層１３１を介してポンピング電極１３２とポンピング電極１３３との間で酸素を移動させることで、第１測定室１２１に流入した排気ガスに含まれる酸素の汲み入れおよび汲み出しを行う。
【００６３】
センサ制御装置１７０は、酸素濃度検出セル１４０の検知電極１４２と基準電極１４３との間の電圧Ｖｓが基準電圧（例えば４２５ｍＶ）になるように、第１ポンピングセル１３０に流す第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御する。酸素濃度検出セル１４０の電圧Ｖｓは、基準酸素室１４６の酸素濃度を基準として、検知電極１４２における酸素濃度に応じた値となる。この制御によって、第１測定室１２１の内部の酸素濃度は、ＮＯｘが分解しない程度に調整される。
【００６４】
第１測定室１２１にて酸素濃度が調整された排気ガスは、第２測定室１４８に向かってさらに流れる。
センサ制御装置１７０は、第２ポンピングセル１５０のポンピング電極１５２とポンピング電極１５３との間に一定電圧Ｖｐ２を印加する。この電圧は、排気ガス中のＮＯｘガスが酸素と窒素ガスに分解する程度の電圧に設定されている。これにより、排気ガス中のＮＯｘが、窒素と酸素に分解される。ＮＯｘの分解により生じた酸素を第２測定室１４８から汲み出すように、第２ポンピングセル１５０に第２ポンピング電流Ｉｐ２が流れる。第２ポンピング電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には比例関係があるので、第２ポンピング電流Ｉｐ２の電流値を検出することによって排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
【００６５】
次に、ガスセンサ素子３の製造方法を説明する。
図３に示すように、素子本体部３１のセラミック層１１４，１１６となる未焼成絶縁シート、固体電解質層１３１，１４１，１５１となる未焼成固体電解質シート、絶縁層１１３となる未焼成絶縁層シート、絶縁層１１９，１２０となる未焼成絶縁シートを作製する。
【００６６】
具体的には、セラミック層１１４，１１６となる未焼成絶縁シートを形成する場合には、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、ブチラール樹脂とジブチルフタレートとを加えて、更に混合溶媒を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成絶縁シートを作製する。
【００６７】
そして、セラミック層１１４，１１６となる各未焼成絶縁シートには、固体電解質層１３１，１４１の未焼成固体電解質シートの平面形状に対応した矩形状の貫通孔を形成する。また、絶縁層１１３となる未焼成絶縁シートにも、多孔質体１３４に対応した矩形状の貫通孔を形成する。
【００６８】
また、固体電解質層１３１，１４１，１５１となる未焼成固体電解質シートを形成する場合には、まず、ジルコニアを主体とするセラミック粉末に対して、アルミナ粉末およびブチラール樹脂などを加えて、さらに混合溶媒を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成固体電解質シートを作製する。そして、この未焼成固体電解質シートを、固体電解質層１３１，１４１，１５１に対応した矩形状に切断する。
【００６９】
また、焼成後に絶縁層１１５，１１７，１１８となる材料として、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、ブチラール樹脂とジブチルフタレートとを加えて、更に混合溶媒を混合して、アルミナスラリーを作製する。
【００７０】
また、焼成後に拡散抵抗体１２２、多孔質体１３４、多孔質体１４７となる未焼成の多孔質を形成するために、アルミナ粉末１００質量％、加熱焼失材（例えば、カーボンなど）および可塑剤を湿式混合により分散した多孔質用スラリーを作製する。可塑剤はブチラール樹脂およびＤＢＰを有する。
【００７１】
次に、絶縁層１２０となる未焼成絶縁シートの上面に、発熱抵抗体１６１とリード部１６２，１６３とを備えるヒータパターンを形成する。ヒータパターンの材料として、例えば白金を主成分としセラミック（例えば、アルミナ）が含まれる白金ペーストを作製し、この白金ペーストを印刷してヒータパターンを形成する。
【００７２】
また、絶縁層１２０となる未焼成絶縁シートの下面には、例えば白金等のメタライズインクを用いて、電極パッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃのパターンを印刷する。
さらに、絶縁層１２０となる未焼成絶縁シートには、貫通孔Ｈ１３，Ｈ１４，Ｈ１５となる孔を形成し、この孔の内周面にはメタライズインクを塗布する。
【００７３】
なお、他の貫通孔Ｈ１〜Ｈ１２の形成方法とメタライズインクの塗布方法も同様であるので、以下では、他の貫通孔Ｈ１〜Ｈ１２に関する同様の説明は省略する。
次に、絶縁層１２０となる未焼成絶縁シートの上面に、ヒータパターンを覆うように、絶縁層１１９となる未焼成絶縁シートを積層する。さらに、絶縁層１１９となる未焼成絶縁シートの上面に、固体電解質層１５１となる矩形状に切断された未焼成固体電解質シートを積層する。
【００７４】
次に、絶縁層１１９となる未焼成絶縁シートの上面に、アルミナスラリーを用いて、絶縁層１１８となる層を印刷（例えば、スクリーン印刷）する。これにより、固体電解質層１５１の上面と絶縁層１１９の上面との間に形成されている段差を埋め込むように絶縁層１１８が形成される。
【００７５】
次に、固体電解質層１５１および絶縁層１１８となる層の上面に、メタライズインクを用いて、ポンピング電極１５２，１５３となる電極パターンを印刷する。また、白金ペーストを用いて、リード部１５２ａ，１５３ａとなるリードパターンを印刷する。なお、電極パターンとリードパターンの材料は、セラミック層１１４，１１６となる各未焼成絶縁シートでも同様である。
【００７６】
また、固体電解質層１５１および絶縁層１１８となる層の上面に、アルミナスラリーを用いて、絶縁層１１７となる層を印刷する。
この層を形成する際には、基準酸素室１４６および第２測定室１４８となる部分には層を形成せずに、開口としておく。そして、基準酸素室１４６となる開口の底部には、多孔質体１４７となる多孔質スラリーを印刷する。また、この多孔質スラリーの上面と、第２測定室１４８となる開口には、昇華剤としてカーボンペーストを印刷する。
【００７７】
次に、セラミック層１１６となる未焼成絶縁シートにおける固体電解質層１４１に対応した貫通孔に、固体電解質層１４１となる未焼成固体電解質シートを埋め込む。
次に、固体電解質層１４１となる未焼成固体電解質シートに、第１測定室１２１と第２測定室１４８とを接続するための導入路１４１ａとなる貫通孔を開ける。なお、この貫通孔には、カーボンペーストを充填する。
【００７８】
そして、セラミック層１１６となる未焼成絶縁シートの上面に、検知電極１４２となる電極パターンと、リード部１４２ａとなるリードパターンを形成する。一方、セラミック層１１６となる未焼成絶縁シートの下面には、基準電極１４３となる電極パターンと、リード部１４３ａとなるリードパターンを形成する。
【００７９】
次に、絶縁層１１７となる層の上面に、セラミック層１１６となる未焼成絶縁シートを積層する。
さらに、セラミック層１１６となる未焼成絶縁シートの上面に、アルミナスラリーを用いて、絶縁層１１５となる層を印刷する。この層には、拡散抵抗体１２２を形成する位置に第１の開口を設けるとともに、第１測定室１２１となる位置にも第２の開口を設けておく。そして、第１の開口には、拡散抵抗体１２２となる多孔質スラリーを印刷する。また、第１測定室１２１となる第２の開口には、カーボンペーストを印刷する。なお、第１の開口と第２の開口とは、ガスが流通可能となるように繋がっている。
【００８０】
次に、セラミック層１１４となる未焼成絶縁シートにおける固体電解質層１３１に対応した貫通孔に、固体電解質層１３１となる未焼成固体電解質シートを埋め込む。
そして、セラミック層１１４となる未焼成絶縁シートの上面に、ポンピング電極１３３となる電極パターンと、リード部１３３ａとなるリードパターンを形成する。一方、セラミック層１１４となる未焼成絶縁シートの下面には、ポンピング電極１３２となる電極パターンと、リード部１３２ａとなるリードパターンを形成する。
【００８１】
次に、絶縁層１１５となる層の表面に、セラミック層１１４となる未焼成絶縁シートを積層する。さらに、セラミック層１１４となる未焼成絶縁シートの上面に、絶縁層１１３となる未焼成絶縁シートを積層する。なお、絶縁層１１３となる未焼成絶縁シートにおいて多孔質体１３４に対応した貫通孔には、予め多孔質スラリーを印刷しておく。また、絶縁層１１３となる未焼成絶縁シートの上面には、メタライズインクを用いて、電極パッド３６ａ，３６ｂ，３６ｃの形状に印刷しておく。
【００８２】
このようにして、各層を積層することにより、未焼成積層体が形成される。そして、この未圧着積層体を１ＭＰａで加圧することにより、圧着された成形体を得る。その後、加圧により得られた成形体を、所定の大きさで切断することにより、ガスセンサ素子３と大きさが同等の複数（例えば１０個）の未焼成積層体を得る。そして、この未焼成積層体を樹脂抜きし、さらに焼成温度１５００℃にて１時間で本焼成して、ガスセンサ素子３を得る。
【００８３】
図４に示すように、絶縁層１２０の下面には電極パッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃが形成されている。
電極パッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃはそれぞれ、スルーホール導体と接続されるスルーホール接続部Ｃｈと、接続端子８と接続される端子接続部Ｃｔとを備える。スルーホール接続部Ｃｈは、略円形状に形成されている。端子接続部Ｃｔは、略矩形状に形成されている。そしてスルーホール接続部Ｃｈは、端子接続部Ｃｔよりも先端側ＦＥに配置されるようにして端子接続部Ｃｔに接続されている。
【００８４】
電極パッド３７ａは、軸線方向ＤＡに沿って絶縁層１２０の下面を二等分するように設定された中心線ＣＬ１上に配置されている。電極パッド３７ｂ，３７ｃは、電極パッド３７ａよりも先端側ＦＥに配置されている。電極パッド３７ｂと電極パッド３７ｃはそれぞれ、中心線ＣＬ１を挟んで一方側と他方側に配置されている。
【００８５】
リード部１５２ａとリード部１５３ａはそれぞれ、軸線方向ＤＡに沿って絶縁層１１８の上面を二等分するように設定された中心線ＣＬ２を挟んで一方側と他方側に配置されている。リード部１５３ａは、ポンピング電極１５３から軸線方向ＤＡに沿って後端側ＢＥの端部に向かって、中心線ＣＬ２を挟んで他方側において電極パッド３７ｂよりも後端側ＢＥとなるように配置されている貫通孔Ｈ１１まで延びている。
【００８６】
絶縁層１１９の下面には、軸線方向ＤＡに沿って絶縁層１１９の下面を二等分するように設定された中心線ＣＬ３を挟んだ一方側に貫通孔Ｈ１２が配置されている。貫通孔Ｈ１２は、電極パッド３７ｂよりも後端側ＢＥとなるように配置されている。また、絶縁層１１９の下面には、絶縁層１１９と絶縁層１２０とが積層された場合において貫通孔Ｈ１３と対向する位置に接続パッドＰＤが形成される。さらに、絶縁層１１９の下面には、貫通孔Ｈ１２から接続パッドＰＤへ向かって延びて接続パッドＰＤに電気的に接続される接続部ＣＮが形成される。
【００８７】
ヒータ１６０のリード部１６２とリード部１６３はそれぞれ、軸線方向ＤＡに沿って絶縁層１２０の上面を二等分するように設定された中心線ＣＬ４を挟んで一方側と他方側に配置されている。絶縁層１２０の上面には、電極パッド３７ａのスルーホール接続部Ｃｈと対向するように配置された貫通孔Ｈ１３と、電極パッド３７ｂのスルーホール接続部Ｃｈと対向するように配置された貫通孔Ｈ１４と、電極パッド３７ｃのスルーホール接続部Ｃｈと対向するように配置された貫通孔Ｈ１５とが形成されている。そして、リード部１６２とリード部１６３はそれぞれ、軸線方向ＤＡに沿って、貫通孔Ｈ１４と貫通孔Ｈ１５まで延びている。なお、図４に示すように、リード部１６２とリード部１６３、リード部１５２ａ、リード部１５３ａは屈曲することなくガスセンサ素子３の長手方向に沿って延びている。また、リード部１６２とリード部１６３の幅は、リード部１５２ａ、リード部１５３ａの幅よりも太い。
【００８８】
このように構成されたガスセンサ素子３は、第１測定室１２１と、第１ポンピングセル１３０と、第２ポンピングセル１５０と、ヒータ１６０とを有して長尺の板状に形成された素子本体部３１を備える。
【００８９】
第１測定室１２１には、排気ガスが導入される。第１ポンピングセル１３０は、酸素イオン伝導性の固体電解質層１３１と、固体電解質層１３１の上面と下面に形成された一対のポンピング電極１３２，１３３とを有する。第１ポンピングセル１３０は、一対のポンピング電極１３２，１３３の間で第１ポンピング電流Ｉｐ１を流すことにより、第１測定室１２１に導入された排気ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う。
【００９０】
第２ポンピングセル１５０は、酸素イオン伝導性の固体電解質層１５１と、固体電解質層１５１上に形成された一対のポンピング電極１５２，１５３とを有する。第２ポンピングセル１５０では、第１ポンピングセル１３０にて第１測定室１２１内における酸素濃度が調整された排気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度に応じて値が変化する第２ポンピング電流Ｉｐ２が一対のポンピング電極１５２，１５３の間で流れる。
【００９１】
ヒータ１６０は、発熱抵抗体１６１と、発熱抵抗体１６１の両端に接続された一対のリード部１６２，１６３とを有し、第１ポンピングセル１３０および第２ポンピングセル１５０を加熱する。
【００９２】
素子本体部３１は、絶縁層１２０の下面（以下、パッド形成面）上に形成された電極パッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃを備える。電極パッド３７ａは、パッド形成面上において、電極パッド３７ｂ，３７ｃよりも、第１ポンピングセル１３０および第２ポンピングセル１５０から遠くなるように配置される。
【００９３】
素子本体部３１は、パッド形成面を有する絶縁層１２０と、パッド形成面とは反対側の面で絶縁層１２０上に積層される絶縁層１１９とを備える。電極パッド３７ａは、絶縁層１２０を貫通する貫通孔Ｈ１３と、接続パッドＰＤと、接続部ＣＮと、絶縁層１１９を貫通する貫通孔Ｈ１２と、絶縁層１１８を貫通する貫通孔Ｈ１１とを介して、ポンピング電極１５３と電気的に接続される。
【００９４】
貫通孔Ｈ１２は、積層方向ＳＤに沿って貫通孔Ｈ１２を通る直線ＳＤＬ（以下、積層方向直線ＳＤＬ）上に、電極パッド３７ａと貫通孔Ｈ１３が位置しないように配置される。なお、積層方向直線ＳＤＬは図３に示されている。
【００９５】
貫通孔Ｈ１２は、積層方向直線ＳＤＬ上に、パッド形成面の長手方向（すなわち、軸線方向ＤＡ）に沿って貫通孔Ｈ１３を通る直線が位置しないように配置される。なお、図４に示す矩形状の領域Ｒ１は、パッド形成面の長手方向に沿って貫通孔Ｈ１３を通る直線の集合によって形成される領域である。
【００９６】
貫通孔Ｈ１２は、積層方向直線ＳＤＬ上に、図４に示す矩形状の領域Ｒ２および領域Ｒ３の何れか一方が位置するように配置される。領域Ｒ２，Ｒ３はそれぞれ、パッド形成面において、電極パッド３７ｂ，３７ｃを挟んで第１ポンピングセル１３０および第２ポンピングセル１５０が配置されているのとは反対側の領域である。
【００９７】
これにより、ガスセンサ素子３では、積層方向ＳＤに沿って電極パッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃを通るそれぞれの直線上（すなわち、電極パッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃの直下）に貫通孔Ｈ１２が配置されない。このため、ガスセンサ素子３は、電極パッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃの凹みの発生を抑制することができる。
【００９８】
さらに、本実施形態の構成とすることで、ガスセンサ素子３を小型化する為に、リード部１６２とリード部１６３、リード部１５２ａ、リード部１５３ａが屈曲できずガスセンサ素子の長手方向に沿って延びる形状であっても、電極パットの凹みの発生を抑制することができる。また、比較的リード幅が太くなるヒータのリード部と導通する電極パッドと同じ面上に設ける電極パッドであっても凹みの発生を抑制することができる。
【００９９】
なお、第１測定室１２１は測定室に相当し、固体電解質層１３１は第１固体電解質体に相当し、ポンピング電極１３２，１３３は第１電極に相当する。
また、固体電解質層１５１は第２固体電解質体に相当し、ポンピング電極１５２，１５３は第２電極に相当する。
【０１００】
また、電極パッド３７ａは第１電極パッドに相当し、電極パッド３７ｂは第２電極パッドに相当し、電極パッド３７ｃは第３電極パッドに相当し、絶縁層１２０は第１絶縁層に相当し、絶縁層１１９は第２絶縁層に相当する。
【０１０１】
また、貫通孔Ｈ１３は第１貫通孔に相当し、貫通孔Ｈ１２は第２貫通孔に相当し、領域Ｒ２は第１反対領域に相当し、領域Ｒ３は第２反対領域に相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
【０１０２】
例えば上記実施形態では、絶縁層１２０の下面において図４の左から右へ向かって電極パッド３７ｂ、電極パッド３７ａ、電極パッド３７ｃの順に配置されているものを示したが、電極パッド３７ａ，３７ｂ，３７ｃの配置はこれに限定されるものではない。例えば、図４の左から右へ向かって電極パッド３７ａ、電極パッド３７ｂ、電極パッド３７ｃの順に配置されていてもよいし、電極パッド３７ｂ、電極パッド３７ｃ、電極パッド３７ａの順に配置されていてもよい。また、電極パットは、本実施形態のように素子本体部３１の表面および裏面の両面それぞれに３つ配置されるものに限定されるものではない。
【０１０３】
上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【０１０４】
１…ガスセンサ、３７ａ，３７ｂ，３７ｃ…電極パッド、１１９，１２０…絶縁層、１２１…第１測定室、１３０…第１ポンピングセル、１３１…固体電解質層、１３２，１３３…ポンピング電極、１５０…第２ポンピングセル、１５１…固体電解質層、１５２，１５３…ポンピング電極、１６０…ヒータ、１６１…発熱抵抗体、１６２，１６３…リード部、Ｈ１２，Ｈ１３…貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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