(57)【要約】【課題】素子本体部を備えるガスセンサ素子において、アルミナよりも高靱性な材料を主成分とする塗布層を用いることなくガスセンサ素子の強度低下を抑制すること、およびそのようなガスセンサ素子を備えるガスセンサを提供する。【解決手段】空燃比センサ１におけるガスセンサ素子７は、素子本体部７０（素子部７１）の絶縁基板９７に積層される第１表面層２２と、素子本体部７０（ヒータ７３）の絶縁基板１０３に積層される第２表面層２４と、を備える。第１表面層２２および第２表面層２４は、それぞれ、アルミナを主体としつつ、未安定化ジルコニアを含有しており、未安定化ジルコニアの含有量が１５〜３５ｖｏｌ％である。このような第１表面層２２および第２表面層２４は、強度に優れるため、素子本体部７０の外表面（特に、絶縁基板９７，絶縁基板１０３の外表面）を起点とする破損を抑制できる。【選択図】図３
2015108584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子であって、
板型の固体電解質体および前記固体電解質体の外面に形成される一対の電極部を備えるセルと、アルミナを主体に形成されると共に前記セルに積層されて外表面を構成する絶縁基体と、を有する素子本体部と、
前記素子本体部の前記絶縁基体のうち、少なくとも当該ガスセンサ素子を挿通するための挿通部材に対向する領域において、前記絶縁基体に積層される表面層と、
を備えており、
前記表面層は、アルミナを主体としつつ、未安定化ジルコニアを含有しており、前記未安定化ジルコニアの含有量が１５〜３５ｖｏｌ％であること、
を特徴とするガスセンサ素子。
【請求項２】
前記素子本体部は、前記セルを有する素子部と、発熱体を有するヒータ部と、が積層して構成されており、
前記絶縁基体は、前記素子本体部のうち前記ヒータ部側の外表面を構成してなり、
前記表面層は、前記ヒータ部側の外表面を構成する前記絶縁基体に積層されること、
を特徴とする請求項１に記載のガスセンサ素子。
【請求項３】
前記絶縁基体は、前記素子本体部の外表面のうち前記セルに対する積層方向の両端となる２つの積層方向外表面を構成してなり、
前記表面層は、前記素子本体部の外表面のうち前記２つの積層方向外表面に設けた前記絶縁基体のそれぞれに積層されること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ素子。
【請求項４】
前記表面層に含まれるアルミナの粒径は、前記素子本体部の前記絶縁基体に含まれるアルミナの粒径と比べて同一あるいは小さく、
前記表面層に含まれる未安定化ジルコニアの粒径は、前記素子本体部の前記絶縁基体に含まれるアルミナの粒径と比べて同一あるいは小さく、
さらに、前記表面層に含まれるアルミナおよび未安定化ジルコニアのうち、いずれか一方の粒径は、前記素子本体部の前記絶縁基体に含まれるアルミナの粒径よりも小さいこと、
を特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のガスセンサ素子。
【請求項５】
測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子を挿通する挿通部材と、を備えるガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子として、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のガスセンサ素子を備えること、
を特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象ガス中に含まれる特定ガスを検出するためのガスセンサ素子およびガスセンサ素子を備えたガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象ガス中（例えば排気ガス等）に含まれる特定ガス（例えば酸素等）を検出するためのガスセンサ素子、およびそのようなガスセンサ素子を備えるガスセンサが知られている。
【０００３】
ガスセンサ素子は、板型の固体電解質体および固体電解質体の外面に形成される一対の電極部を有するセルと、アルミナを主体に形成されると共にセルに積層されて外表面を構成する絶縁基体と、を有する素子本体部を含む。
【０００４】
そして、このようなガスセンサ素子は、製造工程において、未焼成のガスセンサ素子の表面に付着した脱粒屑などが絶縁基体の主成分（アルミナ）と反応して異常粒成長することにより、ガスセンサ素子の強度低下が生じるという問題があった。このような強度低下が生じると、例えば、ガスセンサ素子が挿通されてハウジングに固定される挿通部材にガスセンサ素子を組み付ける際、組み付け時の圧力等によって、ガスセンサ素子が破損する場合がある。
【０００５】
これに対して、挿通部材に対向する部位に、アルミナよりも高靱性な材料（例えば、ジルコニアなど）を主成分とする塗布層を設けることで、ガスセンサ素子の強度を高める技術が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
このように塗布層を備えることで、脱粒屑などの影響によるガスセンサ素子の強度低下を抑制でき、ガスセンサ素子の破損を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１０８１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のガスセンサ素子においては、塗布層が絶縁基体とは異なる材料を主体に構成されるため、製造工程における塗布層と絶縁基体とのそれぞれの焼成挙動が異なる場合には、ガスセンサ素子に反りやクラックなどが生じる虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は、素子本体部を備えるガスセンサ素子において、アルミナよりも高靱性な材料を主成分とする塗布層を用いることなくガスセンサ素子の強度低下を抑制すること、およびそのようなガスセンサ素子を備え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】
【００１０】
（１）本発明の第１の局面におけるガスセンサ素子は、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するものであり、セルおよび絶縁基体を有する素子本体部を含む。
セルは、板型の固体電解質体と、固体電解質体の外面に形成される一対の電極部と、を備える。絶縁基体は、アルミナを主体に形成されると共にセルに積層されて素子本体部の外表面を構成する。
【００１１】
そして、ガスセンサ素子は、素子本体部の絶縁基体のうち、少なくともガスセンサ素子を挿通するための挿通部材に対向する領域において、絶縁基体に積層される表面層を備える。この表面層は、アルミナを主体としつつ、未安定化ジルコニアを含有しており、未安定化ジルコニアの含有量が１５〜３５ｖｏｌ％である。
【００１２】
このようなガスセンサ素子に備えられる表面層は、主体となる複数のアルミナ粒子同士が結合すると共に、このアルミナ粒子の隙間に未安定化ジルコニア粒子が配置される構成となる。
【００１３】
このような構成の場合には、挿通部材にガスセンサ素子を組み付ける際、挿通部材からの圧力が表面層に加わり、圧力による引張応力が表面層に加わり、表面層におけるアルミナの隙間が拡大すると推測される。この場合には、その隙間に存在する未安定化ジルコニアの結晶構造がＴ相からＭ相に変化する相変態が発生し、この相変態に伴い未安定化ジルコニアの体積が拡大すると推測する。このような未安定化ジルコニアの相変態（Ｔ相からＭ相）により引張応力のエネルギーを消費しつつ、隙間を形成するアルミナ粒子に対して未安定化ジルコニア粒子が圧縮応力を発生できると推測する。その結果、表面層の強度が向上し、表面層の破損を抑制できる。
【００１４】
なお、表面層における未安定化ジルコニアの含有量が１５ｖｏｌ％未満の場合、未安定化ジルコニアが不足してしまい、相変態（Ｔ相からＭ相）が生じがたくなり、相変態によるエネルギー消費量が不十分となったり、圧縮応力が発生しにくくなると推測する。これに対して、表面層における未安定化ジルコニアの含有量が１５ｖｏｌ％以上であることで、未安定化ジルコニアの相変態（Ｔ相からＭ相）によるエネルギー消費量を確保できると共に、十分な圧縮応力が発生すると推測する。その結果、表面層としての強度を向上でき、表面層の破損を抑制する。
【００１５】
また、表面層における未安定化ジルコニアの含有量が３５ｖｏｌ％よりも大きい場合、表面層の特性に関して、未安定化ジルコニアとしての特性が強くなり、アルミナとしての特性が弱くなるため、未安定化ジルコニアとしての特性に近づくことになる。つまり、未安定化ジルコニアは強度が低いため、表面層の強度が低下することになる。これに対して、表面層における未安定化ジルコニアの含有量が３５ｖｏｌ％以下であることで、表面層の強度低下を抑制できる。
【００１６】
その上、表面層はアルミナを主体に構成しているため、素子本体部の外表面を構成する絶縁基体（アルミナが主体）との焼成挙動がほぼ同一となるため、ガスセンサ素子に反りやクラックなどが生じることを抑制できる。
【００１７】
よって、このガスセンサ素子によれば、表面層を備えることで素子本体部の強度を向上できるため、アルミナよりも高靱性な材料を主成分とする塗布層を用いることなくガスセンサ素子の強度低下を抑制することができる。
【００１８】
なお、「アルミナを主体とする表面層」とは、アルミナの含有量が５０ｖｏｌ％以上の表面層を意味しており、「アルミナを主体とする絶縁基体」とは、アルミナの含有量が５０ｖｏｌ％以上の絶縁基体を意味している。
【００１９】
また、「未安定化ジルコニア」とは、純度９９．９％のジルコニアであるか、もしくは安定化剤を実質的に含まないジルコニアのことを指す。なお、安定化剤を実質的に含まないジルコニアとは、安定化剤（例えば、イットリア、イッテルビウムなど）をジルコニアに全く含まないものだけでなく、安定化剤が安定化（または部分安定化）に寄与しない程度に不可避不純物として含有するものも含む。
【００２０】
（２）本発明の他の局面のガスセンサ素子においては、素子本体部は、セルを有する素子部と、発熱体を有するヒータ部と、が積層して構成されており、絶縁基体は、素子本体部のうちヒータ部側の外表面を構成してなり、表面層は、ヒータ部側の外表面を構成する絶縁基体に積層される。
【００２１】
素子本体部のうちヒータ部の近傍は、温度変化に伴う応力が発生しやすい領域となるため、応力に起因した素子本体部の割れが発生しやすくなると考えられる。そこで、ヒータ部側の外表面を構成する絶縁基体上に表面層を積層することで、ヒータ部側の外表面を構成する絶縁基体を起点とした破損が生じがたくなる。
【００２２】
よって、このガスセンサ素子によれば、素子本体部の強度低下を抑制できると共に、ガスセンサ素子の強度低下を抑制することができる。
（３）本発明のさらに他の局面のガスセンサ素子においては、絶縁基体は、素子本体部の外表面のうちセルに対する積層方向の両端となる２つの積層方向外表面を構成してなり、表面層は、素子本体部の外表面のうち２つの積層方向外表面に設けた絶縁基体のそれぞれに積層される。
【００２３】
絶縁基体が素子本体部の外表面のうち２つの積層方向外表面を構成している場合、絶縁基体のうち挿通部材に対向する領域は、それぞれ挿通部材からの外力による破損が生じやすい領域である。
【００２４】
そのため、２つの積層方向外表面を構成する絶縁基体に対して表面層を積層することで、２つの積層方向外表面を構成する絶縁基体を起点とした破損が生じがたくなる。
よって、このガスセンサ素子によれば、素子本体部の強度低下を抑制できると共に、ガスセンサ素子の強度低下を抑制することができる。
【００２５】
（４）本発明のさらに他の局面のガスセンサ素子においては、表面層に含まれるアルミナの粒径は、素子本体部の絶縁基体に含まれるアルミナの粒径と比べて同一あるいは小さく、表面層に含まれる未安定化ジルコニアの粒径は、素子本体部の絶縁基体に含まれるアルミナの粒径と比べて同一あるいは小さい。さらに、表面層に含まれるアルミナおよび未安定化ジルコニアのうち、いずれか一方の粒径は、素子本体部の絶縁基体に含まれるアルミナの粒径よりも小さい。
【００２６】
このように、表面層におけるアルミナおよび未安定化ジルコニアのそれぞれの粒径を、絶縁基体におけるアルミナの粒径と比べて、同一あるいは小さくすることで、焼成時における表面層の収縮率は、絶縁基体の収縮率に比べて大きくなる。
【００２７】
これにより、素子本体部の外表面（絶縁基体）に対して、表面層による圧縮応力が印加されることになり、これに伴い、素子本体部の強度が向上する。
よって、このガスセンサ素子によれば、素子本体部の強度低下を抑制できると共に、ガスセンサ素子の強度低下を抑制することができる。
【００２８】
（５）本発明のさらに別の局面のガスセンサは、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子と、ガスセンサ素子を挿通する挿通部材と、を備えるガスセンサであって、ガスセンサ素子として、上述のいずれかのガスセンサ素子を備える。
【００２９】
このように、上述のいずれかのガスセンサ素子を備えるガスセンサは、表面層を備えることで素子本体部の強度を向上できるため、アルミナよりも高靱性な材料を主成分とする塗布層を用いることなくガスセンサ素子の強度低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、表面層を備えることで素子本体部の強度を向上できるため、アルミナよりも高靱性な材料を主成分とする塗布層を用いることなくガスセンサ素子の強度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態の空燃比センサを軸方向に沿って破断した状態を示す断面図である。
【図２】ガスセンサ素子を示す斜視図である。
【図３】ガスセンサ素子を分解して示す斜視図である。
【図４】ガスセンサ素子の成形体の製造方法に関する説明図である。
【図５】ガスセンサ素子の製造途中段階を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下に示す実施形態では、ガスセンサの一種である酸素センサのうち全領域空燃比センサ（以下単に、空燃比センサともいう）を例に挙げる。具体的には、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、測定対象となる排ガス中の特定ガス（酸素）を検出するガスセンサ素子（検出素子）が組み付けられるとともに、内燃機関の排気管に装着される空燃比センサを例に挙げて説明する。
【００３３】
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
本実施形態のガスセンサ素子が使用される空燃比センサの全体の構成について、図１に基づいて説明する。図１は、空燃比センサの内部構成を表す断面図である。
【００３４】
図１に示す様に、本実施形態における空燃比センサ１は、排気管に固定するためのネジ部３が外表面に形成された筒状の主体金具５と、軸線方向（空燃比センサ１の長手方向：図１の上下方向）に延びる板状形状のガスセンサ素子７と、ガスセンサ素子７の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ９と、軸線方向に貫通する挿通孔１１の内壁面がガスセンサ素子７の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１３（セパレータ１３）と、ガスセンサ素子７とセパレータ１３との間に配置される５個（図１には２個のみ図示）の接続端子１５と、を備えている。
【００３５】
ガスセンサ素子７は、後に詳述する様に、長手方向に伸びる直方体形状の素子本体部７０と、素子本体部７０の先端側を覆う多孔質の保護層１７と、素子本体部７０のうち第１主面２１の一部に積層される第１表面層２２と、素子本体部７０のうち第２主面２３の一部に積層される第２表面層２４と、を備える。素子本体部７０は、その先端側に、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する検知部９０を備える。また、ガスセンサ素子７は、後端側（図１の上方：長手方向後端部）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１主面２１および第２主面２３に、電極パッド２５，２７，２９，３１，３３（詳細は、図２，図３参照）が形成されている。
【００３６】
接続端子１５は、ガスセンサ素子７の電極パッド２５，２７，２９，３１，３３にそれぞれ電気的に接続されるとともに、外部からセンサの内部に配設されるリード線３５にも電気的に接続されており、リード線３５が接続される外部機器と電極パッド２５，２７，２９，３１，３３との間に流れる電流の電流経路を形成する。
【００３７】
主体金具５は、軸線方向に貫通する貫通孔３７を有し、貫通孔３７の径方向内側に突出する棚部３９を有する略筒状形状に構成されている。この主体金具５は、検知部９０を貫通孔３７の先端よりも先端側に配置し、電極パッド２５，２７，２９，３１，３３を貫通孔３７の後端よりも後端側に配置する状態で、貫通孔３７に挿通されたガスセンサ素子７を保持するよう構成されている。
【００３８】
また、主体金具５の貫通孔３７の内部には、ガスセンサ素子７の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ４１、滑石リング４３、滑石リング４５、及び上述のセラミックスリーブ９が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。
【００３９】
このセラミックスリーブ９と主体金具５の後端部４７との間には、加締パッキン４９が配置され、一方、セラミックホルダ４１と主体金具５の棚部３９との間には、滑石リング４３やセラミックホルダ４１を保持するための金属ホルダ５１が配置されている。なお、主体金具５の後端部４７は、加締パッキン４９を介してセラミックスリーブ９を先端側に押し付けるように、加締められている。
【００４０】
更に、主体金具５の先端部５３の外周には、ガスセンサ素子７の突出部分を覆う金属製（例えば、ステンレスなど）の二重構造とされたプロテクタ５５が溶接等によって取り付けられている。
【００４１】
一方、主体金具５の後端側外周には、外筒５７が固定されている。また、外筒５７の後端側の開口部には、各電極パッド２５，２７，２９，３１，３３とそれぞれ電気的に接続される５本のリード線３５（図１では３本が図示）が挿通されるリード線挿通孔５９が形成されたグロメット６１が配置されている。
【００４２】
なお、セパレータ１３の外周には、鍔部６３が形成されており、鍔部６３は、保持部材６５を介して外筒５７に固定されている。
［１−２．ガスセンサ素子の構成］
次に、本実施形態の要部であるガスセンサ素子７の構成について、図２〜図３に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
図２は、ガスセンサ素子７の外観を表す斜視図である。
図２に示す様に、ガスセンサ素子７は、長手方向（Ｙ軸方向）に延びる長尺の板材である。なお、図２において、長手方向がガスセンサの軸線方向に沿う形態となる。また図２のＺ軸方向は、長手方向に垂直な積層方向であり、Ｘ軸方向は、長手方向及び積層方向に垂直な幅方向である。
【００４４】
ガスセンサ素子７は、長手方向に伸びる直方体形状の素子本体部７０と、素子本体部７０の先端側（図２における下側）を覆う多孔質の保護層１７と、素子本体部７０のうち第１主面２１の一部に積層される第１表面層２２と、素子本体部７０のうち第２主面２３の一部に積層される第２表面層２４と、を備える。
【００４５】
素子本体部７０は、長手方向に伸びる板状の素子部７１と、同じく長手方向に延びる板状のヒータ７３と、が積層されて構成されている（図３参照）。素子本体部７０は、その先端側に、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する検知部９０を備える。保護層１７は、少なくとも検知部９０を覆うように、素子本体部７０の先端面１２７及び側面（第１主面２１，第２主面２３，第１側面１１１、第２側面１１３）上に設けられる。
【００４６】
図３に、ガスセンサ素子７を分解した斜視図を示す。なお、図３では、保護層１７、および後述する第１長辺面取り部１２１，第２長辺面取り部１２２，第３長辺面取り部１２３，第４長辺面取り部の図示を省略している。
【００４７】
ガスセンサ素子７の素子本体部７０は、図３に分解して示す様に、積層方向の一方の側（図３の上側）に配置されて、長手方向に伸びる板状の素子部７１と、素子部７１の反対側（裏側）に配置されて、同じく長手方向に延びる板状のヒータ７３と、を備える。
【００４８】
このうち、素子部７１は、固体電解質体７５の両側に多孔質電極７７、７９を形成した酸素濃淡電池セル８１と、同じく固体電解質体８３の両側に多孔質電極８５、８７を形成した酸素ポンプセル８９と、これらの両セル８１、８９の間に積層され、中空のガス測定室９１を形成するための絶縁スペーサ９３と、を備えて構成される。なお、固体電解質体７５，８３は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアから形成され、多孔質電極７７，７９，８５，８７は、Ｐｔを主体に形成される。
【００４９】
また、ガス測定室９１を形成する絶縁スペーサ９３は、アルミナを主体に構成されており、中空のガス測定室９１の内側には、酸素濃淡電池セル８１の一方の多孔質電極７７と、酸素ポンプセル８９の一方の多孔質電極８７が露出するように配置されている。
【００５０】
素子部７１の側面（絶縁スペーサ９３の側面）には、排ガス（測定対象ガス）の取り込み口となる２つのガス導入部９４が形成されており、ガス導入部９４は、ガス測定室９１に連通している。２つのガス導入部９４からガス測定室９１までの各経路には、拡散律速部９５が形成されている。拡散律速部９５は、例えば、アルミナ等からなる多孔質体で構成されており、測定対象ガスがガス測定室９１へ流入する際の律速を行う。拡散律速部９５は、その一部がガス導入部９４から露出する状態で備えられている。
【００５１】
つまり、このガスセンサ素子７においては、ガス導入部９４は、素子本体部７０の最外面において異なる２方向に向けて形成されており、拡散律速部９５は、異なる２方向に向けて露出している。
【００５２】
更に、素子部７１の第１主面２１側（図３上方）にはアルミナを主体とする絶縁基板９７が積層されており、この絶縁基板９７には、拡散律速部９５と同様に、多孔質体で構成された通気部９９が埋設されている。この通気部９９は、酸素ポンプセル８９の多孔質電極８５を測定対象ガスに晒している。
【００５３】
なお、ガス測定室９１は、素子本体部７０（詳細には、素子部７１）のうち先端側（図３における左側）に位置するように形成されている。素子部７１の長手方向のうち、ガス測定室９１の形成領域およびガス測定室９１よりも先端側となる領域は、酸素を検知するための検知部９０として備えられる。
【００５４】
一方、ヒータ７３は、アルミナを主体とする絶縁基板１０１、１０３の間に、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体パターン１０５が挟み込まれて形成されている。
このようなガスセンサ素子７では、第１主面２１の後端側（図３における右側）に３個の電極パッド２５，２７，２９が形成され、第２主面２３の後端側に２個の電極パッド３１、３３が形成されている。
【００５５】
このうち、第１主面２１の１つの電極パッド２９（図２の右側電極パッド）は、図３に示すように、絶縁基板９７に設けられるスルーホール１６１、固体電解質体８３に設けられるスルーホール１６５、絶縁スペーサ９３に設けられるスルーホール１７１を介して、ガス測定室９１の内側に露出する酸素濃淡電池セル８１の一方の多孔質電極７７に電気的に接続される。また、この電極パッド２９は、絶縁基板９７に設けられるスルーホール１６１、固体電解質体８３に設けられるスルーホール１６５を介して、ガス測定室９１の内側に露出する酸素ポンプセル８９の一方の多孔質電極８７にも電気的に接続される。よって、多孔質電極７７と多孔質電極８７とは、同電位で電気的に接続される。
【００５６】
また、他の電極パッド２７（図２の中央電極パッド）は、図３に示すように、絶縁基板９７に設けられるスルーホール１６２、固体電解質体８３に設けられるスルーホール１６６、絶縁スペーサ９３に設けられるスルーホール１７２、固体電解質体７５に設けられるスルーホール１７６を介して、酸素濃淡電池セル８１の他方の多孔質電極７９と電気的に接続される。更に他の電極パッド２５（図２の左側電極パッド）は、図３に示すように、絶縁基板９７に設けられるスルーホール１６３を介して、酸素ポンプセル８９の他方の多孔質電極８５と電気的に接続されている。
【００５７】
また、電極パッド３１、３３は、図３に示すように、絶縁基板１０３に設けられたスルーホール１８１，１８２を介して、発熱抵抗体パターン１０５の両端に、各々電気的に接続されている。
【００５８】
図２に戻り、上述した構成のガスセンサ素子７は、長尺の略直方体形状の板材であるので、その径方向の外周側の角部には、その長手方向（図２のＹ方向）に沿って伸びる４つの辺（長手稜線）Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４を備えている。
【００５９】
詳しくは、ガスセンサ素子７は、ガスセンサ素子７の長手方向に沿って延びる４つの外周壁として、第１主面２１および第２主面２３と、第１主面２１および第２主面２３に連接された第１側面１１１および第２側面１１３と、を備えている。また、第１主面２１と第１側面１１１との間の稜線である第１辺Ｈ１と、第１主面２１と第２側面１１３との間の稜線である第２辺Ｈ２と、第２主面２３と第２側面１１３との間の稜線である第３辺Ｈ３と、第２主面２３と第１側面１１１との間の稜線である第４辺Ｈ４とを備えている。
【００６０】
第１辺Ｈ１，第２辺Ｈ２，第３辺Ｈ３，第４辺Ｈ４には、それぞれＣ面取り量０．２ｍｍのＣ面取りが施されて形成された第１長辺面取り部１２１，第２長辺面取り部１２２，第３長辺面取り部１２３，第４長辺面取り部が設けられている。なお、図２では、第４長辺面取り部が現れないため、第４長辺面取り部についての符号による図示は省略している。
【００６１】
ガスセンサ素子７の後端側（図２の上方）は、その中央に（長手方向と垂直な）後端面１２９を残す様にして、後端面１２９の周囲の四方の稜線に対してＣ面取りを施すことで、後端側Ｃ面取り部１３１が形成されている。
【００６２】
保護層１７は、多孔質状のアルミナで構成されており、素子本体部７０のうち少なくとも検知部９０を覆うように形成されている。
第１表面層２２は、素子本体部７０のうち第１主面２１の一部に積層されており、アルミナを主体としつつ、未安定化ジルコニアを含有して形成されている。
【００６３】
第２表面層２４は、素子本体部７０のうち第２主面２３の一部に積層されており、アルミナを主体としつつ、未安定化ジルコニアを含有して形成されている。
第１表面層２２および第２表面層２４については、次の項目で詳細に説明する。
【００６４】
［１−３．第１表面層および第２表面層］
第１表面層２２は、上述のように、素子本体部７０のうち第１主面２１の一部に積層されている。具体的には、素子本体部７０の第１主面２１のうち、セラミックスリーブ９，セラミックホルダ４１，滑石リング４３，滑石リング４５に対向する領域に、第１表面層２２が積層されている。
【００６５】
また、第１表面層２２は、上述のように、アルミナを主体としつつ、未安定化ジルコニアを含有して形成されている。なお、本実施形態では、第１表面層２２におけるアルミナの含有量は８２．６ｖｏｌ％（５０ｖｏｌ％以上）であり、未安定化ジルコニアの含有量は１７．４ｖｏｌ％（１５ｖｏｌ％〜３５ｖｏｌ％）である。
【００６６】
第２表面層２４は、上述のように、素子本体部７０のうち第２主面２３の一部に積層されている。具体的には、素子本体部７０の第２主面２３のうち、セラミックスリーブ９，セラミックホルダ４１，滑石リング４３，滑石リング４５に対向する領域に、第２表面層２４が積層されている。
【００６７】
また、第２表面層２４は、上述のように、アルミナを主体としつつ、未安定化ジルコニアを含有して形成されている。なお、第２表面層２４におけるアルミナの含有量は８２．６ｖｏｌ％（５０ｖｏｌ％以上）であり、未安定化ジルコニアの含有量は１７．４ｖｏｌ％（１５ｖｏｌ％〜３５ｖｏｌ％）である。
【００６８】
第１表面層２２および第２表面層２４は、それぞれ厚さ寸法が２０［μｍ］である。
また、第１表面層２２および第２表面層２４に含有されるアルミナの粒径は０．２［μｍ］であり、第１表面層２２および第２表面層２４に含有される未安定ジルコニアの粒径は０．３［μｍ］である。
【００６９】
なお、素子部７１の絶縁基板９７に含有されるアルミナの粒径は０．５［μｍ］であり、ヒータ７３の絶縁基板１０３に含有されるアルミナの粒径は０．５［μｍ］である。
第１表面層２２は、アルミナの隙間に未安定化ジルコニアが配置される構成となる。第１表面層２２に対して外力が印加されていない状態では、未安定化ジルコニアは、アルミナからの拘束力を受けて、結晶構造がＴ相の状態で存在する。
【００７０】
もし、セラミックスリーブ９などからの外力が第１表面層２２に加わり、アルミナの隙間が拡大した場合には、その隙間に存在する未安定化ジルコニアの結晶構造がＴ相からＭ相に変化する相変態が発生し、この相変態に伴い未安定化ジルコニアの体積が拡大する。このような未安定化ジルコニアの相変態（Ｔ相からＭ相）によりエネルギーを消費することで、第１表面層２２の破損を抑制できるため、第１表面層２２としての靱性および強度が向上する。
【００７１】
第２表面層２４についても、第１表面層２２と同様に、外力が加わりアルミナの隙間が拡大した場合には、その隙間に存在する未安定化ジルコニアの結晶構造がＴ相からＭ相に変化する相変態が発生し、この相変態によりエネルギーを消費することで、第２表面層２４の破損を抑制できるため、第２表面層２４としての靱性および強度が向上する。
【００７２】
［１−４．ガスセンサの製造方法］
本実施形態の空燃比センサ１の製造方法について、図４〜図５に基づいて説明する。
図４は、ガスセンサ素子の成形体１４１の製造方法に関する説明図であり、図５は、ガスセンサ素子の製造途中段階を示す説明図である。
【００７３】
ガスセンサ素子７を製造する場合、まず、公知のガスセンサ素子７の材料となる各種積層材料、即ち、素子部７１の固体電解質体７５、８３となる未焼成固体電解質シートや、ヒータ７３などの絶縁基板９７、１０１、１０３となる未焼成絶縁シートなどを積層状態とし、未圧着積層体を得る。なお、この未圧着積層体には、電極パッド２５，２７，２９，３１，３３となる未焼成電極パッドなどが形成されている。
【００７４】
これらのうち、例えば、未焼成固体電解質シートを形成する場合、まず、ジルコニアを主体とするセラミック粉末に対して、アルミナ粉末やブチラール樹脂などを加えて、さらに混合溶媒（トルエン及びメチルエチルケトン）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が作製される。
【００７５】
また、未焼成絶縁シートを形成する場合、まず、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（トルエン及びメチルエチルケトン）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が作製される。
【００７６】
さらに、未焼成の拡散律速部を形成する場合、まず、アルミナ粉末１００質量％及び可塑剤を湿式混合により分散したスラリーを生成する。可塑剤はブチラール樹脂及びＤＢＰを有する。このスラリーを用い、焼成後に拡散律速部９５や通気部９９となる部位に、未焼成の拡散律速部を形成する。
【００７７】
そして、この未圧着積層体を１ＭＰａで加圧することにより、図４に示す様な圧着された成形体１４１を得る。なお、加圧前の未圧着積層体を得るまでの製造方法については、公知のガスセンサ素子の製造方法と同様であるため詳細な説明は省略する。
【００７８】
そして、加圧により得られた成形体１４１を、所定の大きさで切断することにより、ガスセンサ素子７の素子部７１およびヒータ７３と大きさが略一致する複数（例えば１０個）の未焼成積層体を得る。
【００７９】
次に、未焼成積層体に対して、第１表面層２２，第２表面層２４となる未焼成表面層を積層する。
未焼成表面層を形成する場合、まず、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、未安定化ジルコニアを加えて、更にブチラール樹脂、ブチルカルビトール、および混合溶媒（メチルエチルケトン）を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをスクリーン印刷により未焼成積層体に印刷することで、未焼成表面層が形成される。
【００８０】
その後、未焼成表面層が形成された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、図５に示す様な焼成積層体１４３を得る。
次に、この焼成積層体１４３の長手方向に伸びる４辺（第１辺Ｈ１，第２辺Ｈ２，第３辺Ｈ３，第４辺Ｈ４）に対して面取りを行い、第１長辺面取り部１２１，第２長辺面取り部１２２，第３長辺面取り部１２３，第４長辺面取り部を形成する（図２参照）。具体的には、焼成積層体１４３の長手方向に伸びる４辺（第１辺Ｈ１，第２辺Ｈ２，第３辺Ｈ３，第４辺Ｈ４）を回転砥石に当接して、周知のＣ面取りを行う。これにより、素子本体部７０を得る。
【００８１】
このようにして第１表面層２２，第２表面層２４が積層された素子本体部７０を得た後、この素子本体部７０の先端側の周囲に、焼成後に保護層１７（図２参照）となる未焼成保護層を形成する。
【００８２】
その後、未焼成保護層の熱処理を行う。具体的には、未焼成保護層が形成された素子本体部７０を、熱処理温度１０００℃、熱処理時間３時間で熱処理を行い、保護層１７が形成されたガスセンサ素子７を得る。
【００８３】
このようにしてガスセンサ素子７を得た後、ガスセンサ素子７を主体金具５に組み付ける組付工程を行う。
即ち、この工程では、上記製造方法で作製されたガスセンサ素子７を金属ホルダ５１に挿入し、さらにガスセンサ素子７をセラミックホルダ４１、滑石リング４３で固定し、組み立て体を作製する。その後、この組み立て体を主体金具５に固定し、ガスセンサ素子７の軸線方向後端部側を滑石リング４５、セラミックスリーブ９に挿通させつつ、これらを主体金具５に挿入する。
【００８４】
そして、主体金具５の後端部４７にてセラミックスリーブ９を加締め、下部組立体を作製する。なお、下部組立体には、あらかじめプロテクタ５５が取付けられている。
一方、外筒５７、セパレータ１３、グロメット６１などを組みつけ、上部組立体を作製する。そして、下部組立体と上部組立体とを接合し、空燃比センサ１を得る。
【００８５】
［１−５．比較試験］
本発明のガスセンサ素子における強度試験の試験結果について説明する。
本試験では、第１表面層２２および第２表面層２４におけるアルミナおよび未安定化ジルコニアの比率が異なる５種類のガスセンサ素子（実施例１，２、比較例１〜３）について、それぞれの強度を測定した。
【００８６】
また、比較例４として、表面層を有さないガスセンサ素子の強度を測定し、比較例５として、絶縁基板９７および絶縁基板１０３と同一材料，同一組成比の表面層を積層したガスセンサ素子の強度を測定した。なお、比較例５のジルコニアは、未安定化ジルコニアではなく、イットリアを５．４ｍｏｌ％含有した部分安定化ジルコニアである。
【００８７】
なお、本試験では、「ＪＩＳ  Ｒ  １６０１」に基づいて、ガスセンサ素子における３点曲げ強度を測定した。
試験結果を［表１］に示す。
【００８８】
【表１】
2015108584.tif 000003
試験結果によれば、表面層を有さないガスセンサ素子である比較例４の強度に比べて、実施例１および実施例２はいずれも強度が大きくなった。他方、比較例１〜３，５は、いずれも比較例４の強度に比べて、強度が小さくなった。
【００８９】
これは、表面層における未安定化ジルコニアの含有量が１５ｖｏｌ％未満の場合、未安定化ジルコニアが不足してしまい、相変態（Ｔ相からＭ相）が生じがたくなり、相変態によるエネルギー消費量が不十分となったり、圧縮応力が発生しにくくなると推測する。このため、比較例１は、表面層を有しない比較例４に比べて、強度が低下している。
【００９０】
これに対して、実施例１および実施例２のように、表面層における未安定化ジルコニアの含有量が１５ｖｏｌ％以上である場合には、未安定化ジルコニアの相変態（Ｔ相からＭ相）によるエネルギー消費量を確保できると共に十分な圧縮応力が発生すると推測する。その結果、表面層としての強度を向上でき、表面層の破損を抑制する。このため、実施例１および実施例２は、表面層を有しない比較例４に比べて、強度が向上している。
【００９１】
また、表面層における未安定化ジルコニアの含有量が３５ｖｏｌ％よりも大きい場合、表面層の特性に関して、未安定化ジルコニアとしての特性が強くなり、アルミナとしての特性が弱くなるため、表面層の特性が未安定化ジルコニアとしての特性に近づくことになる。つまり、未安定化ジルコニアは強度が低いため、表面層の強度が低下することになる。このため、比較例２および比較例３は、表面層を有しない比較例４に比べて、強度が低下している。
【００９２】
これに対して、実施例１および実施例２のように、表面層における未安定化ジルコニアの含有量が３５ｖｏｌ％以下である場合には、表面層は、未安定化ジルコニアとしての特性が弱くなり、アルミナとしての特性が強くなるため、強度低下を抑制できる。このため、実施例１および実施例２は、表面層を有しない比較例４に比べて、強度が向上している。
【００９３】
また、比較例５は、絶縁基板９７および絶縁基板１０３と同一材料，同一組成比の表面層を積層した構成であるが、絶縁基板９７および絶縁基板１０３と同一材料，同一組成比の表面層を積層しても、ガスセンサ素子の強度が必ずしも向上しないことが判る。
【００９４】
これらのことから、第１表面層２２および第２表面層２４における未安定化ジルコニアの含有量を１５〜３５ｖｏｌ％の範囲内に設定することで、ガスセンサ素子の強度が向上することが判る。
【００９５】
［１−６．効果］
以上説明したように、本実施形態の空燃比センサ１におけるガスセンサ素子７は、素子本体部７０（素子部７１）の絶縁基板９７のうちガスセンサ素子７を挿通するためのセラミックスリーブ９などに対向する領域において、絶縁基板９７に積層される第１表面層２２を備える。
【００９６】
また、ガスセンサ素子７は、素子本体部７０（ヒータ７３）の絶縁基板１０３のうちガスセンサ素子７を挿通するためのセラミックスリーブ９などに対向する領域において、絶縁基板１０３に積層される第２表面層２４を備える。
【００９７】
第１表面層２２および第２表面層２４は、それぞれ、アルミナを主体としつつ、未安定化ジルコニアを含有しており、未安定化ジルコニアの含有量が１７．４ｖｏｌ％（１５ｖｏｌ％〜３５ｖｏｌ％）である。
【００９８】
第１表面層２２および第２表面層２４は、それぞれ、主体となる複数のアルミナ粒子同士が結合すると共に、このアルミナ粒子の隙間に未安定化ジルコニア粒子が配置される構成となる。第１表面層２２および第２表面層２４は、それぞれ、セラミックスリーブ９などからの外力が印加されていない状態では、未安定化ジルコニアは、アルミナからの拘束力を受けて、結晶構造がＴ相の状態で存在する。
【００９９】
このような構成の場合には、セラミックスリーブ９などにガスセンサ素子７を組み付ける際、セラミックスリーブ９などからの圧力が第１表面層２２に加わり、圧力による引張応力が第１表面層２２に加わり、第１表面層２２におけるアルミナの隙間が拡大すると推測される。この場合には、その隙間に存在する未安定化ジルコニアの結晶構造がＴ相からＭ相に変化する相変態が発生し、この相変態に伴い未安定化ジルコニアの体積が拡大すると推測する。このような未安定化ジルコニアの相変態（Ｔ相からＭ相）により引張応力のエネルギーを消費しつつ、隙間を形成するアルミナ粒子に対して未安定化ジルコニア粒子が圧縮応力を発生できると推測する。その結果、第１表面層２２の強度が向上し、第１表面層２２の破損を抑制できる。
【０１００】
第２表面層２４についても、第１表面層２２と同様に、外力が加わりアルミナの隙間が拡大した場合には、その隙間に存在する未安定化ジルコニアの結晶構造がＴ相からＭ相に変化する相変態が発生し、この相変態により引張応力のエネルギーを消費しつつ、隙間を形成するアルミナ粒子に対して未安定化ジルコニア粒子が圧縮応力を発生できると推測する。その結果、第２表面層２４の強度が向上し、第２表面層２４の破損を抑制できる。
【０１０１】
なお、第１表面層２２および第２表面層２４は、未安定化ジルコニアの含有量が１７．４ｖｏｌ％である。そして、上述の比較試験結果によれば、第１表面層２２および第２表面層２４における未安定化ジルコニアの含有量を１５〜３５ｖｏｌ％の範囲内に設定することで、ガスセンサ素子の強度が向上することが判っている。本実施形態の第１表面層２２および第２表面層２４における未安定化ジルコニアの含有量は、この数値範囲に含まれる。
【０１０２】
つまり、第１表面層２２および第２表面層２４は、未安定化ジルコニアの含有量が１５ｖｏｌ％以上であるため、未安定化ジルコニアの相変態（Ｔ相からＭ相）によるエネルギー消費量を確保できると共に、十分な圧縮応力が発生すると推測する。その結果、第１表面層２２および第２表面層２４としての強度を向上でき、第１表面層２２および第２表面層２４の破損を抑制できる。
【０１０３】
また、上述の比較試験結果から判るように、第１表面層２２および第２表面層２４は、未安定化ジルコニアの含有量が３５ｖｏｌ％以下であるため、未安定化ジルコニアとしての特性が弱くなり、アルミナとしての特性が強くなるため、強度低下を抑制できる。
【０１０４】
その上、第１表面層２２および第２表面層２４はアルミナを主体に構成しているため、素子本体部７０の外表面を構成する絶縁基板９７および絶縁基板１０３（アルミナが主体）との焼成挙動がほぼ同一となるため、ガスセンサ素子７に反りやクラックなどが生じることを抑制できる。
【０１０５】
よって、本実施形態のガスセンサ素子７によれば、第１表面層２２および第２表面層２４を備えることで素子本体部７０の強度を向上できるため、アルミナよりも高靱性な材料を主成分とする塗布層を用いることなくガスセンサ素子７の強度低下を抑制することができる。
【０１０６】
また、ガスセンサ素子７においては、第２表面層２４が素子本体部７０のうちヒータ７３側の外表面を構成する絶縁基板１０３に積層されている。
素子本体部７０のうちヒータ７３の近傍は、温度変化に伴う応力が発生しやすい領域となるため、応力に起因した素子本体部の割れが発生しやすくなると考えられる。そこで、ヒータ７３側の外表面を構成する絶縁基板１０３に第２表面層２４を積層することで、ヒータ７３側の外表面を構成する絶縁基板１０３を起点とした破損が生じがたくなる。
【０１０７】
さらに、ガスセンサ素子７においては、ヒータ７３の絶縁基板１０３に第２表面層２４が積層されるとともに、素子部７１の絶縁基板９７に第１表面層２２が積層されている。換言すれば、絶縁基板９７および絶縁基板１０３は、素子本体部７０の外表面のうちセル（酸素濃淡電池セル８１、酸素ポンプセル８９）に対する積層方向の両端となる２つの積層方向外表面（第１主面２１および第２主面２３）を構成している。また、第１表面層２２および第２表面層２４は、素子本体部７０の外表面のうち２つの積層方向外表面に設けた絶縁基板９７および絶縁基板１０３のそれぞれに積層される。
【０１０８】
素子本体部７０の外表面のうち、素子部７１およびヒータ７３の積層方向に垂直な外表面（第１主面２１および第２主面２３）は、空燃比センサ１への組み付け状況下において、セラミックスリーブ９などからの外力による破損が生じやすい領域である。そして、絶縁基板９７および絶縁基板１０３は、素子部７１およびヒータ７３の積層方向に垂直な外表面（換言すれば、素子本体部７０の外表面のうち２つの積層方向外表面（第１主面２１および第２主面２３））を構成している。このため、絶縁基板９７および絶縁基板１０３のうちセラミックスリーブ９などに対向する領域は、それぞれセラミックスリーブ９などからの外力による破損が生じやすい領域である。
【０１０９】
そのため、素子部７１の第１主面２１（絶縁基板９７）に対して第１表面層２２を積層し、ヒータ７３の第２主面２３（絶縁基板１０３）に対して第２表面層２４を積層することで、素子部７１の絶縁基板９７またはヒータ７３の絶縁基板１０３を起点とした破損が生じがたくなる。
【０１１０】
次に、ガスセンサ素子７においては、第１表面層２２および第２表面層２４のそれぞれに含まれるアルミナの粒径（０．２［μｍ］）は、素子本体部７０の絶縁基板９７および絶縁基板１０３のそれぞれに含まれるアルミナの粒径（０．５［μｍ］）と比べて小さい。また、第１表面層２２および第２表面層２４に含まれる未安定化ジルコニアの粒径（０．３［μｍ］）は、素子本体部７０の絶縁基板９７および絶縁基板１０３のそれぞれに含まれるアルミナの粒径（０．５［μｍ］）と比べて小さい。
【０１１１】
このように、第１表面層２２および第２表面層２４におけるアルミナおよび未安定化ジルコニアのそれぞれの粒径を、絶縁基板９７および絶縁基板１０３におけるアルミナの粒径と比べて小さくすることで、焼成時における第１表面層２２および第２表面層２４のそれぞれの収縮率は、絶縁基板９７および絶縁基板１０３の収縮率に比べて大きくなる。
【０１１２】
これにより、素子本体部７０の外表面（絶縁基板９７）に対して、第１表面層２２による圧縮応力が印加されることになり、これに伴い、素子本体部７０の強度が向上する。同様に、素子本体部７０の外表面（絶縁基板１０３）に対して、第２表面層２４による圧縮応力が印加されることになり、これに伴い、素子本体部７０の強度が向上する。
【０１１３】
よって、ガスセンサ素子７によれば、素子本体部７０の強度低下を抑制できると共に、ガスセンサ素子７としての強度低下を抑制することができる。
また、本実施形態の空燃比センサ１は、上記の第１表面層２２および第２表面層２４を有するガスセンサ素子７を備えることから、アルミナよりも高靱性な材料を主成分とする塗布層を用いることなくガスセンサ素子７の強度低下を抑制することができる。
【０１１４】
［１−７．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
空燃比センサ１がガスセンサの一例に相当し、酸素濃淡電池セル８１および酸素ポンプセル８９がそれぞれセルの一例に相当し、多孔質電極７７および多孔質電極７９が一対の電極部の一例に相当し、多孔質電極８５および多孔質電極８７が一対の電極部の一例に相当し、絶縁基板９７および絶縁基板１０３がそれぞれ絶縁基体の一例に相当する。また、セラミックホルダ４１、滑石リング４３、滑石リング４５、セラミックスリーブ９が、挿通部材の一例に相当する。
【０１１５】
さらに、第１表面層２２および第２表面層２４がそれぞれ表面層の一例に相当し、素子部７１が素子部の一例に相当し、ヒータ７３がヒータ部の一例に相当する。
［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【０１１６】
例えば、上記実施形態のガスセンサ素子７は、２つの表面層（第１表面層２２および第２表面層２４）を備える構成であるが、このような構成に限られることはない。つまり、第１表面層２２のみを備える構成であってもよく、あるいは、第２表面層２４のみを備える構成であってもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態のガスセンサ素子７では、表面層（第１表面層２２および第２表面層２４）の形成領域が、絶縁基板９７（または絶縁基板１０３）の外表面（第１主面２１または第２主面）のうちセラミックスリーブ９などに対向する領域であるが、このような構成に限られることはない。つまり、表面層（第１表面層２２および第２表面層２４）の形成領域は、絶縁基板９７（または絶縁基板１０３）の外表面（第１主面２１または第２主面）においてより広い範囲に拡大しても良い。
【０１１８】
例えば、絶縁基板９７の外表面（第１主面２１）のうち、通気部９９および電極パッド２５，２７，２９を除く領域の全体に、表面層を形成し、絶縁基板１０３の外表面（第２主面２３）のうち、電極パッド３１，３３を除く領域の全体に、表面層を形成しても良い。これにより、絶縁基板９７および絶縁基板１０３のそれぞれについて、より広い範囲での破損を抑制できるため、より一層、素子本体部７０の強度を向上でき、ガスセンサ素子７の強度低下を抑制することができる。
【０１１９】
さらに、表面層における未安定化ジルコニアの含有量は、２５ｖｏｌ％に限られることはなく、１５〜３５ｖｏｌ％の範囲内で任意に設定できる。
なお、第１表面層２２および第２表面層２４は、アルミナの含有量および未安定化ジルコニアの含有量が互いに同一となる形態に限られることはなく、アルミナの含有量および未安定化ジルコニアの含有量が互いに異なる形態であってもよい。
【０１２０】
また、第１表面層２２および第２表面層２４に含有されるアルミナの粒径は０．２［μｍ］に限られることはなく、０．１〜０，４［μｍ］の範囲内で任意に設定できる。第１表面層２２および第２表面層２４に含有される未安定ジルコニアの粒径は０．３［μｍ］に限られることはなく、０．１〜１．０［μｍ］の範囲内で任意に設定できる。素子部７１の絶縁基板９７およびヒータ７３の絶縁基板１０３に含有されるアルミナの粒径は０．５［μｍ］に限られることはなく、０．２〜１．３［μｍ］の範囲内で任意に設定できる。
【０１２１】
ただし、上記の各粒径は、次の３つの条件を満たす範囲内で任意に設定できる。まず、第１条件は、第１表面層２２および第２表面層２４に含有されるアルミナの粒径は、素子本体部７０の絶縁基板９７および絶縁基板１０３に含まれるアルミナの粒径と比べて同一あるいは小さいこととする。次に、第２条件は、第１表面層２２および第２表面層２４に含有される未安定化ジルコニアの粒径は、素子本体部７０の絶縁基板９７および絶縁基板１０３に含まれるアルミナの粒径と比べて同一あるいは小さいこととする。そして、第３条件は、第１表面層２２および第２表面層２４に含有されるアルミナおよび未安定化ジルコニアのうち、いずれか一方の粒径は、素子本体部７０の絶縁基板９７および絶縁基板１０３に含まれるアルミナの粒径よりも小さいこととする。
【０１２２】
これらの３つ条件を満たす範囲内で、上記の各粒径を上記範囲内で任意に設定することで、素子本体部７０の外表面（絶縁基板９７および絶縁基板１０３）に対して、表面層（第１表面層２２および第２表面層２４）による圧縮応力が印加されることになり、これに伴い、素子本体部７０の強度が向上する。これにより、素子本体部７０の強度低下を抑制できると共に、ガスセンサ素子の強度低下を抑制することができる。
【０１２３】
なお、第１表面層２２および第２表面層２４は、アルミナの粒径および未安定化ジルコニアの粒径が互いに同一となる形態に限られることはなく、アルミナの粒径および未安定化ジルコニアの粒径が互いに異なる形態であってもよい。
【０１２４】
次に、第１表面層２２および第２表面層２４は、それぞれ厚さ寸法が２０［μｍ］であるが、厚さ寸法はこの数値に限られることはない。例えば、第１表面層２２および第２表面層２４のそれぞれの厚さ寸法は、１０〜５０［μｍ］の範囲内で、任意に設定することができる。
【０１２５】
なお、第１表面層２２および第２表面層２４は、それぞれ異なる厚さ寸法となる形態であっても良い。
【符号の説明】
【０１２６】
１…空燃比センサ、７…ガスセンサ素子、９…セラミックスリーブ、２１…第１主面、２２…第１表面層、２３…第２主面、２４…第２表面層、４１…セラミックホルダ、４３…滑石リング、４５…滑石リング、７０…素子本体部、７１…素子部、７３…ヒータ、７５…固体電解質体、７７…多孔質電極、７９…多孔質電極、８１…酸素濃淡電池セル、８３…固体電解質体、８５…多孔質電極、８７…多孔質電極、８９…酸素ポンプセル、９７…絶縁基板、１０１…絶縁基板、１０３…絶縁基板。
【図１】
2015108584.tif 000004
【図３】
2015108584.tif 000005
【図４】
2015108584.tif 000006
【図２】
2015108584.tif 000007
【図５】
2015108584.tif 000008