(57)【要約】      （修正有）【課題】通電部材とセンサ素子側のパッド部との溶接強度を向上できるガスセンサを提供すること。【解決手段】ガスセンサ１５は、第１〜第４ヒータパッド部９１、９３、９５、９７には、セラミック部と同成分のセラミックである共素地としてアルミナが含有されている。また、第１〜第４ヒータパッド部に含まれる共素地の含有率は、Ａヒータ及びＢヒータに含まれる共素地の含有率よりも少ない。即ち、第１〜第４ヒータパッド部に含まれるＰｔの含有率は、Ａヒータ及びＢヒータに含まれるＰｔの含有率よりも多い。そのため、第１〜第４ヒータパッド部にそれぞれ溶接（具体的には抵抗溶接）された金属製の第１〜第４通電部材１７、１９、２１、２３は、第１〜第４ヒータパッド部に強固に溶接している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する配線基板と、
測定対象ガスの状態に応じて電気的特性が変化する素子部を有する検知部と、該検知部を加熱する金属を主成分とするヒータと、該ヒータの端部に少なくとも一部が重なるようにして当該ヒータと電気的に接続された金属を主成分とするヒータパッド部と、を備えたセンサ素子と、
前記センサ素子を、前記配線基板の開口部内に宙吊りした状態で固定する金属製の通電部材と、
を備えたガスセンサであって、
前記検知部は、セラミックを主成分とするセラミック部を備えるとともに、該セラミック部の表面に、前記ヒータ及び前記ヒータパッド部が配置されており、
前記通電部材の一端は、前記ヒータパッド部に溶接されており、
前記ヒータパッド部に含まれる、前記セラミック部との密着性を向上させるセラミックからなる共素地の含有率は、前記ヒータに含まれる前記共素地の含有率よりも少ない、
ガスセンサ。
【請求項２】
前記ヒータパッド部は、前記検知部側から第１層と第２層とを備えており、前記第２層中の前記共素地の含有率は、前記第１層中の共素地の含有率より少ない、
請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記センサ素子は、前記セラミック部の表面に、更に、金属を主成分とする導電パターンと、該導電パターンの端部に少なくとも一部が重なるようにして当該導電パターンと電気的に接続された金属を主成分とする導電パッド部と、を備えており、
前記導電パッド部には、前記ヒータに溶接された前記通電部材とは別の通電部材に溶接されており、  
前記別の通電部材の一端は、前記導電パッド部に溶接されており、
前記導電パッド部に含まれる、前記セラミック部との密着性を向上させるセラミックからなる共素地の含有率は、前記導電パターンに含まれる前記共素地の含有率よりも少ない、
請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記導電パッド部は、前記検知部側から第１層と第２層とを備えており、前記第２層中の前記共素地の含有率は、前記第１層中の共素地の含有率より少ない、
請求項３に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば特定ガス成分の濃度などを検知するガスセンサに関する。例えば、環境管理、プロセス管理など、ガス測定一般に適用することができるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスセンサの１種の金属酸化物センサとして、配線基板の開口部内にセンサ素子をワイヤボンディング等で宙吊り固定した構造が知られている（特許文献１参照）。
この金属酸化物センサでは、センサ素子を宙吊り固定することで、センサ素子の熱容量や熱的影響を減らして、ガスの検知精度や応答性の向上を図っている。
【０００３】
ところで、センサ素子には、特定ガス成分の濃度を検出する例えば金属酸化物からなる素子部を備えた検知部以外に、素子部を動作温度に加熱するヒータが、例えば検知部の表面に配置されている。
【０００４】
このため、上述した従来技術では、ヒータの加熱でワイヤボンディングが加熱され、その後冷やされる等の動作が繰り返された際の熱応力によって、ワイヤボンディングが縮んで切れたり、ワイヤボンディングと接合されたセンサ素子のパッドを引っ張って脱落させるという問題がある。
【０００５】
この対策として、近年では、センサ素子の例えばヒータとその周囲を囲む配線基板とを、湾曲部を有する板状の通電部材で宙吊り固定する技術が検討されている。
詳しくは、センサ素子の表面に形成された白金（Ｐｔ）を主成分とするヒータの端部（即ちヒータ側パッド部）に、白金からなる通電部材（即ちＰｔリボン）の一端を溶接し、且つ、配線基板の表面に形成された金（Ａｕ）を主成分とする配線パターンの端部（即ち配線側パッド部）に、通電部材の他端を溶接することにより、センサ素子を配線基板の開口部内に宙吊り固定する技術が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２９８５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来技術では、ヒータやヒータ側パッド部には、検知部を備えるセラミック部との密着性を向上するために、セラミック部を構成する材料と同種の材料である共素地が添加されているので、下記のような不具合が生じることがあった。
【０００８】
つまり、Ｐｔリボンが溶接されるヒータ側パッド部には、ヒータと同じ割合の共素地が含まれているので、Ｐｔリボンとヒータ側パッド部との溶接強度が小さくなりがちで、ガスセンサの使用中の機械的又は熱的衝撃によって、Ｐｔリボンがヒータ側パッド部から剥離し、断線が発生する恐れがあった。
【０００９】
本開示は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、通電部材とセンサ素子側のパッド部との溶接強度を向上できるガスセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本開示の第１局面は、開口部を有する配線基板と、測定対象ガスの状態に応じて電気的特性が変化する素子部を有する検知部と、検知部を加熱する金属を主成分とするヒータと、ヒータの端部に少なくとも一部が重なるようにして当該ヒータと電気的に接続された金属を主成分とするヒータパッド部と、を備えたセンサ素子と、センサ素子を、配線基板の開口部内に宙吊りした状態で固定する金属製の通電部材と、を備えたガスセンサに関するものである。
【００１１】
このガスセンサでは、検知部は、セラミックを主成分とするセラミック部を備えるとともに、セラミック部の表面に、ヒータ及びヒータパッド部が配置されている。また、通電部材の一端は、ヒータパッド部に溶接されている。さらに、ヒータパッド部に含まれる、セラミック部との密着性を向上させるセラミックからなる共素地の含有率は、ヒータに含まれる共素地の含有率よりも少ない。
【００１２】
このように、本第１局面では、ヒータパッド部には、セラミックである共素地（例えばセラミック部と同種のセラミック）が含有されているので、ヒータパッド部とセラミック部との密着性が高いという利点がある。
【００１３】
しかも、ヒータパッド部に含まれる共素地の含有率は、ヒータに含まれる共素地の含有率よりも少ないので、即ち、ヒータパッド部に含まれる金属の含有率は、ヒータに含まれる金属の含有率よりも多いので、例えば抵抗溶接によってヒータパッド部に溶接された金属製の通電部材は、ヒータパッド部に強固に溶接している。
【００１４】
従って、ガスセンサの使用中に、機械的衝撃や熱的衝撃を受けた場合でも、通電部材がヒータパッド部から剥離しにくく、よって、断線が生じにくいという顕著な効果を奏する。
（２）本開示の第２局面では、ヒータパッド部が、検知部側から第１層と第２層とを備えている場合には、第２層中の共素地の含有率は、第１層中の共素地の含有率より少なくてもよい。
【００１５】
本第２局面のように、第２層中の共素地の含有率が、第１層中の共素地の含有率より少ない場合には、通電部材はヒータパッド部に一層強固に溶接している。また、ヒータパッド部もセラミック部に一層強固に密着する。
【００１６】
（３）本開示の第３局面では、センサ素子は、セラミック部の表面に、更に、金属を主成分と、該導電パターンの端部に少なくとも一部が重なるようにして当該導電パターンと電気的に接続された金属を主成分とする導電パッド部と、を備えていてもよい。
【００１７】
導電パッド部には、ヒータに接合された通電部材とは別の通電部材に溶接されていてもよい。別の通電部材の一端は、導電パッド部に溶接されていてもよい。さらに、導電パッド部に含まれる、セラミック部との密着性を向上させるセラミックからなる共素地の含有率は、導電パターンに含まれる共素地の含有率よりも少なくてもよい。
【００１８】
このように、本第３局面では、導電パッド部に、セラミックである共素地（例えばセラミック部と同種のセラミック）が含有されている場合には、導電パッド部とセラミック部との密着性が高いという利点がある。
【００１９】
しかも、導電パッド部に含まれる共素地の含有率が、導電パターンに含まれる共素地の含有率よりも少ない場合には、即ち、導電パッド部に含まれる金属の含有率は、導電パターンに含まれる金属の含有率よりも多い場合には、例えば抵抗溶接によって導電パッド部に溶接された金属製の通電部材は、導電パッド部に強固に溶接している。
【００２０】
従って、ガスセンサの使用中に、機械的衝撃や熱的衝撃を受けた場合でも、通電部材が導電パッド部から剥離しにくく、よって、断線が生じにくいという顕著な効果を奏する。
（４）本開示の第４局面では、導電パッド部が、検知部側から第１層と第２層とを備えている場合には、第２層中の前記共素地の含有率は、第１層中の共素地の含有率より少なくてもよい。
【００２１】
本第４局面のように、第２層中の共素地の含有率が、第１層中の共素地の含有率より少ない場合には、通電部材は導電パッド部に一層強固に溶接している。また、導電パッド部もセラミック部に一層強固に密着する。
【００２２】
＜以下、本開示の構成について説明する＞
・前記「測定対象ガスの状態」としては、測定対象ガスに含まれる特定ガス成分の濃度が挙げられる。また、特定ガス成分としては、ＮＯやＮＯ２といったＮＯＸ、ＣＯ、ＣＯ２、ＨＣ、Ｈ２や、各種アルコール、アルデヒド、ケトンなどが挙げられる。
【００２３】
・「含有率」とは、単位質量当たりの含有量（即ち質量％）を示すものである。
・「金属」としては、金属の単体や金属の合金が挙げられる。
・「共素地」とは、ヒータ、ヒータパッド部、導電パッド部とセラミック部との密着性を高めるために添加されるセラミック成分である。セラミック部を構成するセラミック成分と同種のセラミック成分が好ましい。例えばセラミック部がアルミナを主成分とする焼結体である場合には、共素地としてアルミナが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態のガスセンサを分解して示す斜視図である。
【図２】第１実施形態のガスセンサの配線基板及びセンサ素子の第１表面側を示す平面図である。
【図３】第１実施形態のガスセンサの配線基板及びセンサ素子の第２表面側を示す底面である。
【図４】第１実施形態のガスセンサのセンサ素子の第１表面側を示す平面図である。
【図５】（ａ）はセンサ素子の第１ヒータパッド部等を拡大して示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図６】第１実施形態のガスセンサの第１通電部材及びその近傍を示す斜視図である。
【図７】第２実施形態のセンサ素子の第１ヒータパッド部等を厚み方向に破断して示す断面図である。
【図８】第３実施形態のガスセンサのセンサ素子の第１表面側を示す平面図である。
【図９】実験例の試験装置を示す説明図である。
【図１０】実験例の実験結果を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は実施形態の変形例１の第１ヒータパッド部等を示す平面図、（ｂ）は変形例２の第１ヒータパッド部等を示す平面図、（ｃ）は変形例３の第１ヒータパッド部等を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本開示が適用されたガスセンサの実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．ガスセンサの全体構成］
図１及び図２に示すように、第１実施形態のガスセンサ１は、測定対象ガス中の特定ガス成分の濃度（例えばＮＯやＮＯ２といったＮＯＸの濃度）を検出するガスセンサ１である。
【００２６】
このガスセンサ１は、板状で平面視（即ち図２の紙面と垂直方向から見た場合）が略矩形状の配線基板３と、配線基板３の先端側（図２の上方）の一方の表面（図１の上方の第１表面５）を覆う箱状の第１カバー部材７と、配線基板３の先端側の他方の表面（図１の下方の第２表面９）を覆う、箱状の第２カバー部材１１と、を備えている。
【００２７】
配線基板３の先端側には、配線基板３を板厚方向に貫通する貫通孔である開口部１３が形成されている。開口部１３は、平面視が長方形であり、この開口部１３内に、後に詳述するように、板状で平面視が正方形のセンサ素子１５が、４本の通電部材（即ち第１通電部材１７、第２通電部材１９、第３通電部材２１、第４通電部材２３）によって、宙吊りした状態で固定されている。
【００２８】
また、第１カバー部材７は、箱の底部である底板２５には、板厚方向に貫通する貫通孔である第１通気孔２７が設けられている。一方、第２カバー部材１１は、箱の底部である底板２９には、板厚方向に貫通する貫通孔である第２通気孔３１が設けられている。
【００２９】
［１−２．配線基板］
次に、配線基板３について説明する。
図２に示すように、配線基板３は、アルミナを主成分とするセラミック基板である。
【００３０】
この配線基板３の第１表面５には、４本の配線パターン（即ち第１配線パターン３３、第２配線パターン３５、第３配線パターン３７、第４配線パターン３９）が、長手方向（図２の上下方向）に沿って、並列に配置されている。なお、第１〜第４配線パターン３５〜３９の先端側（図２の上方）は、開口部１３の周囲に沿うように、一部クランク状となっている。
【００３１】
前記第１〜第４配線パターン３３〜３９は、それぞれ、同じ幅で延びる線状のリード部（即ち第１リード部４１、第２リード部４３、第３リード部４５、第４リード部４７）と、第１〜第４リード部４１〜４７の先端側に配置された先端側パッド部（即ち第１先端側パッド部４９、第２先端側パッド部５１、第３先端側パッド部５３、第４先端側パッド部５５）と、第１〜第４リード部４１〜４７の後端側（図２の下方）に配置された後端側パッド部（即ち第１後端側パッド部５７、第２後端側パッド部５９、第３後端側パッド部６１、第４後端側パッド部６３）と、を備えている。
【００３２】
このうち、第１先端側パッド部４９と第２先端側パッド部５１とは、開口部１３の図２の左側の内周部分（即ち左辺）に沿って、先端側から順番に配置されている。同様に、第３先端側パッド部５３と第４先端側パッド部５５とは、開口部１３の図２の右側の内周部分（即ち右辺）に沿って、先端側から順番に配置されている。
【００３３】
なお、第１〜第４先端側パッド部４９〜５３及び第１〜第４後端側パッド部５７〜６３の幅（図２の左右方向の寸法）は、それぞれ、第１〜第４リード部４１〜４７の幅（線幅）より広くなっている。
【００３４】
また、第１〜第４配線パターン３３〜３９は、例えば金（Ａｕ）を主成分とする材料から構成されている。なお、主成分以外は、例えばガラスが含まれている。
一方、図３に示すように、配線基板３の第２表面９には、２本の配線パターン（即ち第５配線パターン６５、第６配線パターン６７）が、長手方向に沿って、並列に配置されている。なお、第５、第６配線パターン６５、６７は、開口部１３の周囲に沿うように、先端側が一部クランク状となっている。
【００３５】
第５、第６配線パターン６５、６７は、それぞれ、同じ幅で延びる線状のリード部（即ち第５リード部６９、第６リード部７１）と、第５、第６リード部６９、７１の先端側に配置された先端側パッド部（即ち第５先端側パッド部７３、第６先端側パッド部７５）と、第５、第７リード部６９、７１の後端側にそれぞれ配置された後端側パッド部（即ち第５後端側パッド部７７、第６後端側パッド部７９）と、を備えている。
【００３６】
このうち、第５先端側パッド部７３は、開口部１３の図３の左辺に沿って配置されている。同様に、第６先端側パッド部７５は、開口部１３の図３の右辺に配置されている。
なお、第５、第６先端側パッド部７３、７５及び第５、第６後端側パッド部７７、７９の幅は、第５、第６リード部６５、６７の幅（線幅）より広くなっている。
【００３７】
また、第５、第６配線パターン６５、６７は、例えば金（Ａｕ）を主成分とする材料から構成されている。なお、主成分以外は、例えばガラスが含まれている。
［１−３．センサ素子］
次に、センサ素子１５について説明する。
【００３８】
＜ヒータ部の構成＞
図４に示すように、センサ素子１５は、その素子側第１表面１６上、詳しくは後述する平面視が正方形の検知部８１の一方の表面の上に、白金（Ｐｔ）を主成分とする一対のヒータ部（即ちＡヒータ部８３及びＢヒータ部８５）が、左右対称に形成されている。
【００３９】
このうち、Ａヒータ部８３は、同じ線幅で蛇行するように形成された線状の抵抗発熱体であるＡヒータ８７と、Ａヒータ８７の一端（図４の上端）に電気的に接続するように形成された第１ヒータパッド部９１と、Ａヒータ８７の他端（図４の下端）に電気的に接続するように形成された第２ヒータパッド部９３と、を備えている。
【００４０】
同様に、Ｂヒータ部８５は、同じ線幅で蛇行するように形成された線状の抵抗発熱体であるＢヒータ８９と、Ｂヒータ８９の一端（図４の上端）に電気的に接続するように形成された第３ヒータパッド部９５と、Ｂヒータ８９の他端（図４の下端）に電気的に接続するように形成された第４ヒータパッド部９７と、を備えている。
【００４１】
なお、第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７は、平面視が矩形状であり、その線幅（短手方向の寸法）は、Ａヒータ８７及びＢヒータ８９の線幅より大である。
このうち、図５（ａ）に拡大して示すように、例えばＡヒータ部８３においては、Ａヒータ８７の一端の一部を覆うように、第１ヒータパッド部９１が図５（ａ）の左右方向に延びるように設けられている。
【００４２】
なお、後述するように、第１ヒータパッド部９１の表面には、図５（ａ）の左右方向に延びるように、第１通電部材１７が溶接（本第１実施形態では、抵抗溶接）されている。
本第１実施形態では、Ａヒータ８７及び第１ヒータパッド部９１は、白金を主成分とするとともに、主成分以外に、後述するセラミック部１０３との同時焼成の際に密着性（密着強度）を高める共素地（ここではアルミナ）が含まれている。特に、第１ヒータパッド部９１に含まれるアルミナの含有率は、Ａヒータ８７に含まれるアルミナの含有率よりも少ないように設定されている。
【００４３】
例えば、第１ヒータパッド部９１に含まれるアルミナの含有率は外配合で３．５質量％（なお、外配合とはＰｔ質量１００％としたときのアルミナの質量割合のことである）であり、Ａヒータ９７に含まれるアルミナの含有率は外配合で６．０質量％である。
【００４４】
なお、Ａヒータ部８３において、第１ヒータパッド部９１と第２ヒータパッド部９３との構成（特に組成）は同様であり、また、Ａヒータ部８３とＢヒータ部８５の構成（特に組成）も同様であるので、以下では、第２ヒータパッド部９３及びＢヒータ部８５の説明は省略する。
【００４５】
＜検知部の構成＞
図５（ｂ）に示すように、センサ素子１５は、板状の検知部８１の表面（素子側第１表面１６）に、Ａヒータ部８３やＢヒータ部８５等が形成されたものであり、検知部８１は、板状で平面視が正方形の素子部１０１と、素子部１０１の表面を覆うように形成された、板状で平面視が正方形のセラミック部１０３とを備えている。
【００４６】
つまり、センサ素子１５は、セラミック部１０３の表面（図５（ｂ）の上面）側にＡヒータ部８３及びＢヒータ部８５が配置され、セラミック部１０３の下面側に素子部１０１が配置されており、Ａヒータ部８３及びＢヒータ部８５と素子部１０１とがセラミック部１０３の上下に積層された一体構造となっている。
【００４７】
なお、セラミック部１０３は、アルミナを主成分とする電気絶縁層である。
前記素子部１０１は、特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性（例えば抵抗値）が変化する材料からなる。従って、変化した電気的特性を示す電気信号を一対の電極（図示せず）を用いて検知することで、特定ガス成分の濃度を検出することができる。
【００４８】
この素子部１０１としては、例えば、特定ガス成分の濃度に応じて抵抗値が変化する周知の酸化スズなどの金属酸化物半導体などを採用できる。
［１−４．配線基板とセンサ素子とを接続する構成］
次に、配線基板３とセンサ素子１５とを接続する構成、即ち、センサ素子１５を配線基板３の開口部１３に宙吊り固定する構成について説明する。
【００４９】
前記図１及び図２に示すように、センサ素子１５を配線基板３の開口部１３に宙吊り固定するために、上述した第１〜第４通電部材１７〜２３が用いられる。
この第１〜第４通電部材１７〜２３は、図６に示すように、例えば白金からなる長尺の板状の部材であり、その中央部分には、一方の側（図６の上方）に円弧状に湾曲した湾曲部１０５を有する。なお、図６では、第１通電部材１７を例示しているが、他の第２〜第４通電部材１９〜２３も同様な形状である。
【００５０】
詳しくは、前記図２及び図４に示すように、第１通電部材１７の一端（センサ素子１５側）は、第１ヒータパッド部９１に抵抗溶接によって溶接されており、第１通電部材１７の他端（配線基板３側）は、第１先端側パッド部４９に抵抗溶接によって溶接されている。
【００５１】
同様に、第２通電部材１９の一端は、第２ヒータパッド部９３に抵抗溶接によって溶接されており、第２通電部材１９の他端は、第２先端側パッド部５１に抵抗溶接によって溶接されている。
【００５２】
同様に、第３通電部材２１の一端は、第３ヒータパッド部９５に抵抗溶接によって溶接されており、第３通電部材２１の他端は、第３先端側パッド部５３に抵抗溶接によって溶接されている。
【００５３】
同様に、第４通電部材２３の一端は、第４ヒータパッド部９７に抵抗溶接によって溶接されており、第４通電部材２３の他端は、第４先端側パッド部５５に抵抗溶接によって溶接されている。
【００５４】
このような構成によって、つまり、一端及び他端がそれぞれセンサ素子１５及び配線基板３に溶接された第１〜第４通電部材１７〜２３によって、センサ素子１５が、配線基板３の開口部１３に宙吊り固定されている。
【００５５】
一方、前記図３に示すように、配線基板３の第２表面９及びセンサ素子１５の素子側第２表面１８においては、センサ素子１５（詳しくは素子部１０１）の角部（図３の左上方）と配線基板３の第５先端側パッド部７３とには、前記角部と第５先端側パッド部７３とを電気的及び機械的に接続するように、金（Ａｕ）ワイヤ１０７が接合されている。
【００５６】
同様に、センサ素子１５（詳しくは素子部１０１）の角部（図３の右下方）と第６先端側パッド部７５には、前記角部と配線基板３の第６先端側パッド部７５とを電気的及び機械的に接続するように、金（Ａｕ）ワイヤ１０９が接合されている。
【００５７】
［１−５．ガスセンサの製造方法］
次に、上述した構成のガスセンサ１の製造方法について説明する。
なお、配線基板３の製造方法は、従来と同様であるので、ここでは、センサ素子１５の製造方法を中心に説明する。
【００５８】
図示しないが、センサ素子１５のセラミック部１０３となるアルミナグリーンシートの表面に、Ａヒータ８７及びＢヒータ８９となるヒータパターンを、第１のＰｔペーストを用いたスクリーン印刷によって形成した。
【００５９】
前記アルミナグリーンシートは、固体成分として、主成分のアルミナを含み、他に周知の焼結助剤を含んでいる。なお、固体成分以外は、周知のバインダーや溶剤等である（以下同様）。また、第１のＰｔペーストは、固体成分としてＰｔを含み、共素地として、Ｐｔを１００質量％としたときに外配合でアルミナを６．０質量％含んでいる。
【００６０】
次に、Ａヒータ８７となるヒータパターンの両端とＢヒータ８９となるヒータパターンの両端とに、それぞれ、第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７となる各パッドパターンを、第２のＰｔペーストを用いたスクリーン印刷によって形成した。
【００６１】
このとき、両ヒータパターンのそれぞれの両端の上に、各パッドパターンの一部が重なるようにして印刷した。前記第２のＰｔペーストは、固体成分としてＰｔを含み、共素地として、Ｐｔを１００質量％としたときに外配合でアルミナを３．５質量％含んでいる。
【００６２】
次に、アルミナグリーンシートをセラミック部１０３となる形状に切断した。
次に、切断後のアルミナグリーンシートを、脱脂し、周知のように焼成して、セラミック部１０３の表面に、Ａヒータ部８３及びＢヒータ部８５をセラミック部１０３との同時焼成により形成した。なお、焼成の条件としては、例えば、大気雰囲気中で、１５２０℃にて２時間焼成する条件を採用できる。
【００６３】
次に、セラミック部１０３の裏面（即ちＡヒータ部８３及びＢヒータ部８５と反対側の面）に、素子部１０１となる例えば金属酸化物半導体のペーストを塗布した。その後、周知のように焼成して、セラミック部１０３の裏面に素子部１０１を備えた検知部８１を得た。なお、素子部１０１に設けられる一対の電極の形成方法については省略する。
【００６４】
つまり、上述した製造方法により、セラミック部１０３の一方の表面にＡヒータ部８３及びＢヒータ部８５を備え、他方の面に素子部１０１を備えたセンサ素子１５を得た。
その後、配線基板３上の第１〜第４先端側パッド部４９〜５５に、それぞれ、第１〜第４通電部材１７〜２３の一端を配置して、抵抗溶接することにより、第１〜第４先端側パッド部４９〜５５と、第１〜第４通電部材１７〜２３の一端とを、それぞれ溶接した。
【００６５】
次に、センサ素子１５上の第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７に、それぞれ、第１〜第４通電部材１７〜２３の他端を配置して、抵抗溶接することにより、第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７と、第１〜第４通電部材１７〜２３の他端とを、それぞれ溶接した。
【００６６】
これにより、第１〜第４通電部材１７〜２３によって、センサ素子１５が、配線基板３の開口部１３に宙吊り固定されたガスセンサ１が得られた。
［１−６．ガスセンサの動作］
次に、ガスセンサ１の基本的な動作について説明する。
【００６７】
センサ素子１５によって測定対象ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する場合には、センサ素子１５の素子部１０１を動作温度に加熱した状態で、ガスセンサ１の第１通気孔２７から第２通気孔３１に測定対象ガスを流す。
【００６８】
センサ素子１５の素子部１０１を動作温度に加熱する場合には、第１配線パターン３３と第２配線パターン３５との間に通電し、Ａヒータ８７に電流を流すことによって、Ａヒータ８７を発熱させる。同時に、第３配線パターン３７と第４配線パターン３９との間に通電し、Ｂヒータ８９に電流を流すことによって、Ｂヒータ８９を発熱させる。
【００６９】
そして、Ａヒータ８７及びＢヒータ８９によって動作温度に加熱された素子部１０１は、特定ガス成分の濃度に応じて例えば抵抗値が変化するので、その電気信号を検出する。
素子部１０１から出力される電気信号は、第５配線パターン６３と第６配線パターン６５を介して外部の検知回路に出力される。なお、外部の検知回路にて、素子部１０１から出力される電気信号を処理することにより、特定ガス成分の濃度を求めることができる。
【００７０】
［１−７．効果］
次に、本第１実施形態の効果について説明する。
本第１実施形態では、第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７には、セラミック部１０３と同成分のセラミックである共素地としてアルミナが含有されているので、第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７とセラミック部１０３との密着性が高いという利点がある。
【００７１】
しかも、第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７に含まれる共素地の含有率は、Ａヒータ８７及びＢヒータ８９に含まれる共素地の含有率よりも少ないので、即ち、第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７に含まれるＰｔの含有率は、Ａヒータ８７及びＢヒータ８９に含まれるＰｔの含有率よりも多いので、抵抗溶接によって第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７にそれぞれ溶接された金属製の第１〜第４通電部材１７〜２３は、第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７に強固に溶接されている。
【００７２】
従って、ガスセンサ１の使用中に、機械的衝撃や熱的衝撃を受けた場合でも、第１〜第４通電部材１７〜２３がそれぞれ第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７から剥離しにくく、よって、断線が生じにくいという顕著な効果を奏する。
【００７３】
［１−８．文言の対応関係］
ここで、本開示と第１実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
第１実施形態の、開口部１３、配線基板３、素子部１０１、検知部８１、Ａ、Ｂヒータ８７、８９、第１〜第４ヒータパッド部９１〜９７、センサ素子１５、第１〜第４通電部材１７〜２３、ガスセンサ１、セラミック部１０３、第１〜第４配線パターン３３〜３９が、それぞれ、本開示の、開口部、配線基板、素子部、検知部、ヒータ、ヒータパッド部、センサ素子、通電部材、ガスセンサ、セラミック部、配線パターンの一例に該当する。
【００７４】
［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な構成については、その説明は省略する。なお、第１実施形態と同様な構成については、同様な記号を用いる。
【００７５】
図７に示すように、本第２実施形態のガスセンサ１１１は、第１実施形態と同様に、センサ素子１５の検知部８１の表面に、例えばＡヒータ部８３のＡヒータ８７が配置されている。また、Ａヒータ８７の一端に一部が重なるように、第１ヒータパッド部９１が設けられ、第１ヒータパッド部９１に第１通電部材１７が溶接されている。
【００７６】
特に本第２実施形態は、Ｐｔを主成分とする第１ヒータパッド部９１は、下側の第１層９１ａと上側の第２層９１ｂとから構成されており、第２層９１ｂにおけるアルミナの含有率は、第１層９１ａにおけるアルミナの含有率よりも少ない。
【００７７】
つまり、アルミナの含有率は、第２層９１ｂ＜第１層９１ａ＜Ａヒータ８７である。言い換えれば、Ｐｔの含有率は、第２層９１ｂ＞第１層９１ａ＞Ａヒータ８７である。
なお、他の構成、例えばＢヒータ部８５や第２〜第４ヒータパッド部９３〜９７の構成は、前記と同様であるので、その説明は省略する。
【００７８】
本第２実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。また、本第２実施形態は、アルミナの含有率は、第２層９１ｂ＜第１層９１ａ＜Ａヒータ８７であるので、第１ヒータパッド部９１は検知部８１（詳しくはセラミック部１０３）に一層強固に溶接しているとともに、第１通電部材１７は第１ヒータパッド部９１に一層強固に溶接している。
【００７９】
［３．第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な構成については、その説明は省略する。なお、第１実施形態と同様な構成については、同様な記号を用いる。
【００８０】
図８に示すように、本第３実施形態のガスセンサ１２１は、センサ素子１２３を有するとともに、センサ素子１２３には、第１実施形態と同様に、表面にセラミック部１０３を有する検知部８１を備えている。
【００８１】
検知部８１（従ってセラミック部１０３）の表面には、同じ線幅で蛇行するように形成された、抵抗発熱体であるヒータ１２５が配置されている。また、ヒータ１２５の一端には、第１ヒータパッド部１２７が形成され、ヒータ１２５の他端には、第２ヒータパッド部１２９が形成されている。
【００８２】
ヒータ１２５及び第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９は、Ｐｔを主成分とし、共素地を含有する材料からなる。第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９中の共素地であるアルミナの含有率は、ヒータ１２５中の共素地であるアルミナの含有率より少ない。
【００８３】
また、検知部８１には、ヒータ１２５とは別に、Ｐｔを主成分とする同じ線幅で直線状に伸びる温度素子パターン１３１が配置されている。この温度素子パターン１３１は、温度によって抵抗値が変化する温度センサである。温度素子パターン１３１の一端に一部が重なるようにして、Ｐｔを主成分とする第１導電パッド部１３３が形成され、また、温度素子パターン１３１の他端に一部が重なるようにして、Ｐｔを主成分とする第２導電パッド部１３５が形成されている。
【００８４】
第１、第２導電パッド部１３３、１３５中の共素地であるアルミナの含有率は、温度素子パターン１３１中の共素地であるアルミナの含有率より少ない。
そして、第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９には、それぞれ、Ｐｔ板からなる第１、第２通電部材１３７、１３９が溶接(具体的には抵抗溶接)され、第１、第２導電パッド部１３３、１３５には、それぞれ、Ｐｔ板からなる第３、第４通電部材１４１、１４３が溶接(具体的には抵抗溶接)されている。
【００８５】
本第３実施形態では、配線基板３に形成された一対の配線パターン（例えば第１配線パターン３３と第３配線パターン３７）にそれぞれ接続された第１、第２通電部材１３７、１３９間に通電することにより、ヒータ１２５を発熱させる。
【００８６】
そして、ヒータ１２５の発熱によって検知部８１の温度が上昇すると、温度素子パターン１３１の温度が上昇して、その抵抗値が変化する（例えば増加する）。従って、第３、第４通電部材１４１、１４３にそれぞれ接続された一対の配線パターン（例えば第２配線パターン３５と第４配線パターン３９）に接続された周知の電気回路によって、前記抵抗値を求め、その抵抗値から検知部８１の温度を検出することができる。
【００８７】
本第３実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。また、本第３実施形態では、第１〜第４通電部材１３７〜１４３によって、センサ素子１１３を宙吊り固定することができる。
【００８８】
また、本第３実施形態では、第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９及び第１、第２導電パッド部１３３、１３５に、セラミック部１０３と同成分のセラミックである共素地としてアルミナが含有されているので、第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９及び第１、第２導電パッド部１３３、１３５とセラミック部１０３との密着性が高いという利点がある。
【００８９】
しかも、第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９に含まれる共素地の含有率が、ヒータに含まれる共素地の含有率よりも少ないので、即ち、第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９に含まれるＰｔの含有率は、ヒータ１２５に含まれるＰｔの含有率よりも多いので、第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９に溶接された金属製の第１、第２通電部材１３７、１３９は、第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９に強固に溶接している。
【００９０】
同様に、第１、第２導電パッド部１３３、１３５に含まれる共素地の含有率が、温度素子パターン１３１に含まれる共素地の含有率よりも少ないので、即ち、第１、第２導電パッド部１３３、１３５に含まれるＰｔの含有率は、温度素子パターン１３１に含まれるＰｔの含有率よりも多いので、第１、第２導電パッド部１３３、１３５に接合された金属製の第３、第４通電部材１４１、１４３は、第１、第２導電パッド部１３３、１３５に強固に溶接している。
【００９１】
従って、ガスセンサ１２１の使用中に、機械的衝撃や熱的衝撃を受けた場合でも、第１、第２通電部材１３７、１３９がそれぞれ第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９から剥離しにくく、且つ、第３、第４通電部材１４１、１４３がそれぞれ第１、第２導電パッド部１３３、１３５から剥離しにくい。よって、ガスセンサ１２１において、断線が生じにくいという顕著な効果を奏する。
【００９２】
なお、第１、第２ヒータパッド部１２７、１２９と第１、第２導電パッド部１３３、１３５とを、前記第２実施形態のように２層に形成し、上側の第２層の共素地の含有率を、下側（検知部８１側）の第２層の共素地の含有率より少なくしてもよい。
【００９３】
［４．実験例］
次に、本開示の効果を確認するために行った実験例について説明する。
本実験例は、第１実施形態のようなヒータパッド部に抵抗溶接されたＰｔ線の溶接強度（即ち溶接による強度：ここでは引っ張り強度）を調べたものである。
【００９４】
試験装置としては、図９に示す試験装置を用意した。
具体的には、複数個の試料を作成するために、アルミナ部と同様な組成のアルミナ基板を複数個（詳しくは２８個）準備した。
【００９５】
次に、各アルミナ基板の表面に、ヒータパッド部と同様な形状で、組成を違えた２種の試験用パッド部を形成した。詳しくは、本開示の範囲の試料として、アルミナ基板上に、Ｐｔを１００質量％としたときにアルミナを３．５質量％外配合で含有させた試験用パッド部を形成した試料を、１８個作成した。また、本開示の範囲外の試料として、アルミナ基板上に、Ｐｔを１００質量％としたときにアルミナを６．０質量％外配合で含有させた試験用パッド部を形成した試料を、１０個作成した。
【００９６】
そして、各試料の試験用パッド部の表面に、通電部材として幅２５０ｍｍ、厚み４０μｍの板状のＰｔリボンを、Ｌ字形状に屈曲させた上で抵抗溶接した。そして、Ｌ字形状のＰｔリボンのうちで、抵抗溶接されている側とは反対側に位置する直線部分の端部を、図９に示すようにピンセットで挟持して図９の上方（プル方向）に引っ張り可能に構成した。
【００９７】
そして、下記の試験方法で、各試料に対して、ボンドテスターを用いて、引っ張り試験（即ちプル強度試験）を行い、Ｐｔ線が剥離するまでの引っ張り強度を測定した。
＜試験方法＞
・試験機：万能型ボンドテスター
デイジー社製（型式：シリーズ４００）
・使用ロードセル：ＴＰ５ＫＧ
・レンジ：５Ｎ
・試験温度：常温（２３℃）
なお、使用ロードセルのＴＰ５ＫＧとは、ロードセルの型番を示す。レンジとは測定可能な最大値を示す。
【００９８】
前記試験結果を、図１０に示すが、本開示の範囲の試料は、引っ張り強度が５５０ｍＮ以上と大きく好適であった。それに対して、本開示の範囲外の試料は、引っ張り強度が３２０ｍＮ以下と小さく好ましくない。
【００９９】
［５．他の実施形態］
本開示は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本開示を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【０１００】
（１）例えば、図１１（ａ）に示すように、ヒータ１５１の端部にヒータ１５１の幅（ｗ）よりも大きな寸法（例えば縦横の寸法）で、ヒータ１５１の組成と同様なパッド部１５３を一体に設け、そのパッド部１５３の上に、第１実施形態と同様な形状及び組成のヒータパッド部１５５を設けてもよい。
【０１０１】
この場合は、平面視がパッド部１５３よりも大きなヒータパッド部１５５を用いて、パッド部１５３の全面及びその周囲を覆うようにすることができる。
また、図１１（ｂ）に示すように、ヒータ１６１の端部にヒータ１６１の幅（ｗ）よりも大きな寸法（例えば縦横の寸法）で、ヒータ１６１の組成と同様なパッド部１６３を一体に設け、そのパッド部１６３の上に、第１実施形態と同様な形状及び組成のヒータパッド部１６５を設けてもよい。
【０１０２】
この場合は、平面視がパッド部１６３と同じ形状のヒータパッド部１６５を用いて、パッド部１６３の全面を覆うようにすることができる。
さらに、図１１（ｃ）に示すように、ヒータ１７１の端部にヒータ１７１の幅（ｗ）よりも大きな寸法（例えば縦横の寸法）で、ヒータ１７１の組成と同様なパッド部１７３を一体に設け、そのパッド部１７３の上に、第１実施形態と同様な形状及び組成のヒータパッド部１７５を設けてもよい。
【０１０３】
この場合は、平面視がパッド部１７３より小さなヒータパッド部１７５を用いて、パッド部１７３の中央部分を覆うようにすることができる。
（２）また、通電部材の形状や、通電部材の個数については、前記各実施形態の構成以外に、本開示の機能を発揮するものであれば、特に限定はない。
【０１０４】
例えば通電部材の形状としては、湾曲部分がない平板形状の部材を採用できる。また、通電部材の個数については、センサ素子を宙吊り固定できれば、４個に限定されず、例えば３個や５個以上を採用できる。
【０１０５】
（３）また、素子部１０１は、金属酸化物半導体からなるものに限定されず、特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性（例えば起電力）が変化する構成を採用してもよい。例えば、ジルコニアからなる固体電解質体に、異なる材料からなる一対の電極を設けた混成電位式の素子部１０１をセラミック部１０３上に形成してセンサ素子を構成し、特定ガス成分の濃度に応じて変化する起電力を、通電部材、配線基板を介して外部に出力させるようにしてもよい。
【０１０６】
（４）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として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。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、他の上記各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】
【０１０７】
１、１１１、１２１…ガスセンサ
３…配線基板
１３…開口部
１５、１２３…センサ素子
１７…第１通電部材
１９…第２通電部材
２１…第３通電部材
２３…第４通電部材
３３…第１配線パターン
３５…第２配線パターン
３７…第３配線パターン
３９…第４配線パターン
８１…検知部
８７…Ａヒータ
８９…Ｂヒータ
９１、１２７…第１ヒータパッド部
９１ａ…第１層
９１ｂ…第２層
９３、１２９…第２ヒータパッド部
９５…第３ヒータパッド部
９７…第４ヒータパッド部
１０１…素子部
１０３…セラミック部
１２５…ヒータ
１３１…温度素子パターン
１３３…第１導電パッド部
１３５…第２導電パッド部
【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】
2019132803.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019132803.tif 000011
【図１０】
2019132803.tif 000012
【図１１】
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