(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延びる板状のガスセンサ素子であり、
第１固体電解質体、並びに前記第１固体電解質体の両主面上にそれぞれ設けられた第１電極部及び第２電極部を有する第１セルと、
第２固体電解質体、並びに前記第２固体電解質体の両主面上にそれぞれ設けられた第３電極部及び第４電極部を有する第２セルと、
前記第１セル及び前記第２セルとの間に設けられ、前記第１セルの前記第２電極部及び前記第２セルの前記第３電極部が露出する測定室と、
を備え、
前記第１電極部に電気的に接続し、前記第１電極部から前記長手方向に延びる第１リード部と、
前記第２電極部に電気的に接続し、前記第２電極部から前記長手方向に延びる第２リード部と、
前記第３電極部に電気的に接続し、前記第３電極部から前記長手方向に延びる第３リード部と、
前記第４電極部に電気的に接続し、前記第４電極部から前記長手方向に延びる第４リード部と、を有する、
ガスセンサ素子であって、
前記長手方向に垂直な断面であり、且つ前記第１リード部から前記第４リード部までの全てのリード部が通る所定の断面を見たときに、
前記所定の断面を前記ガスセンサ素子の幅方向に二等分すると、前記第１リード部及び前記第４リード部が配置されている領域は、前記第２リード部及び前記第３リード部が配置されている領域と異なり、
前記第２リード部と前記第３リード部とは、前記ガスセンサ素子の積層方向に重なることなく前記幅方向にずれて配置されている、ガスセンサ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサ素子であって、
前記第１リード部から前記第４リード部までの全てのリード部は、それぞれ前記ガスセンサ素子の前記幅方向の側面から０．４ｍｍ以上離れて配置されている、ガスセンサ素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ素子であって、
前記第２リード部と前記第３リード部との積層方向における距離が、前記第１リード部と前記第４リード部との積層方向における距離よりも短い、ガスセンサ素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガスセンサ素子であって、
前記第１固体電解質体の周囲を取り囲むと共に、前記ガスセンサ素子の前記幅方向の側面の一部を構成する板状の第１絶縁層を備え、前記第１リード部及び前記第２リード部は、前記第１絶縁層の両主面上にそれぞれ設けられてなり、
前記第２固体電解質体の周囲を取り囲むと共に、前記ガスセンサ素子の前記幅方向の側面の一部を構成する板状の第２絶縁層を備え、前記第３リード部及び前記第４リード部は、前記第２絶縁層の両主面上にそれぞれ設けられてなる、ガスセンサ素子。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガスセンサ素子であって、
前記第１固体電解質体は、前記ガスセンサ素子の前記幅方向の側面の一部を構成すると共に、前記第１リード部及び前記第２リード部は、前記第１固体電解質体の両主面上にそれぞれ設けられてなり、
前記第２固体電解質体は、前記ガスセンサ素子の前記幅方向の側面の一部を構成すると共に、前記第３リード部及び前記第４リード部は、前記第２固体電解質体の両主面上にそれぞれ設けられてなる、ガスセンサ素子。
【請求項６】
長手方向に延びる板状のガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子の周囲を包囲する筒状の主体金具と、
前記ガスセンサ素子と前記主体金具との間に配置され、前記主体金具に前記ガスセンサ素子を固定する充填粉末と、を備えるガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガスセンサ素子である、ガスセンサ。
【請求項７】
請求項６に記載のガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子の前記長手方向に垂直な断面であり、且つ前記充填粉末と前記ガスセンサ素子とが接する部分の断面を見たときに、
前記断面を前記ガスセンサ素子の幅方向に二等分すると、前記第１リード部及び前記第４リード部が配置されている領域は、前記第２リード部及び前記第３リード部が配置されている領域と異なり、
前記第２リード部と前記第３リード部とは、前記積層方向に重なることなく前記幅方向にずれて配置されている、ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ素子およびガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中の特定のガスの濃度を検出するガスセンサとして、固体電解質体の外表面に一対の電極を配置したセルを備えるガスセンサ素子が知られている。特に、排ガス中に含まれる特定のガスの濃度を全領域にわたって検出するガスセンサとしては、２つのセルを、測定室を挟んで積層させた積層型のガスセンサ素子が知られている（例えば、特許文献１）。この積層型のガスセンサ素子では、一方のセルにかかる電圧を一定電圧となるように、他方のセルが、制御回路から入力される電流に応じて測定室内へ酸素を汲み入れ／汲み出しを実行する。これら一対の電極は、ガスセンサ素子の先端側に設けられた電極部と、ガスセンサ素子の後端側に設けられた電極パッドと電極部とを電気的に接続するためのリード部を備える。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載されたガスセンサ素子１０の断面図である。図７は、ガスセンサ素子１０の先端側から後端側を見たときの断面であり、図７では、ガスセンサ素子１０の断面におけるリード部の配置を示す。ガスセンサ素子１０は、第１セル２０と、絶縁層３０と、第２セル４０と、保護層５０と、ヒータ６０とを備える。第１セル２０は、固体電解質体２２と、固体電解質体２２上にそれぞれ配置された一対の電極部（図示せず）に電気的に接続される、第１のリード部２４と第２のリード部２６とを備える。第２セル４０は、固体電解質体４２と、固体電解質体４２上にそれぞれ配置された一対の電極部（図示せず）に電気的に接続される、第３のリード部４４と第４のリード部４６とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１８５８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、対になる電極のリード部同士は、ガスセンサ素子の幅方向距離が離れているほうが、セルとして正確な値を検知・検出できるため好ましい。例えば、図７に示されるように、第２セル４０において、第４のリード部４６はガスセンサ素子１０の左側端部に配されているが、第３のリード部４４はガスセンサ素子１０の中央部に配されている。このため、より正確な値を検知・検出するためには、第３のリード部４４と第４のリード部４６の幅方向距離を離すことが好ましく、例えば、第３のリード部４４と第４のリード部４６とをガスセンサ素子１０の左右の端部に配置することが好ましい。これは、第２セル４０だけでなく、第１セル２０についても同様である。
【０００６】
他方、ガスセンサ素子１０において、第２のリード部２６と接続する電極パッドと第３のリード部４４と接続する電極パッドとは、共通の電極パッドを用いることが通常であるため、電極パッドに接続するスルーホールの形成などを考慮すると、積層方向において、第２のリード部２６と第３のリード部４４を幅方向において略同位置に配置することが好ましい。
【０００７】
図８は、上記課題を考慮したガスセンサ素子１０Ａの断面図である。図８に示されるように、第２のリード部２６Ａと第３のリード部４４Ａとをガスセンサ素子１０Ａの左側端部に配置し、第１のリード部２４Ａと第４のリード部４６Ａとをガスセンサ素子１０Ａの右側端部に配置することで、第１のリード部２４Ａと第２のリード部２６Ａ、及び第３のリード部４４Ａと第４のリード部４６Ａとのそれぞれの距離を離すことができ、ガスセンサ素子１０Ａは、より正確な値を検知・検出することができる。また、第２のリード部２６Ａと第３のリード部４４Ａとを積層方向に重ねて配置することで、第２のリード部２６Ａ及び第３のリード部４４Ａに対応する電極パッドに接続するスルーホールの形成などを容易にすることができる。
【０００８】
しかしながら、図７、図８においては、それぞれ、第２のリード部２６、２６Ａと第３のリード部４４、４４Ａが積層方向に重なっている。このため、第２のリード部２６、２６Ａと第３のリード部４４、４４Ａが重なっているガスセンサ素子１０、１０Ａの部分が、他の部分と比較して厚くなる。この結果として、例えば、ガスセンサ素子の焼結時に、固体電解質体２２と絶縁層３０との間や、固体電解質体４２と絶縁層３０との間に空隙が発生する虞があった。この空隙の発生は、ガスセンサ素子１０、１０Ａの強度の低下の原因となり得る。
【０００９】
つまり、ガスセンサ素子１０、１０Ａは、第１のリード部２４、２４Ａから第４のリード部４６、４６Ａの配置に際し、上述のような、ガスセンサ素子の強度の低下の抑制、スルーホールの形成等の容易性、測定精度の向上のすべてを考慮する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することができる。
【００１１】
（１）本発明の一形態によれば、ガスセンサ素子が提供される。ガスセンサ素子は、長手方向に延びる板状のガスセンサ素子であり、第１固体電解質体、並びに前記第１固体電解質体の両主面上にそれぞれ設けられた第１電極部及び第２電極部を有する第１セルと、第２固体電解質体、並びに前記第２固体電解質体の両主面上にそれぞれ設けられた第３電極部及び第４電極部を有する第２セルと、前記第１セル及び前記第２セルとの間に設けられ、前記第１セルの前記第２電極部及び前記第２セルの前記第３電極部が露出する測定室と、を備え、前記第１電極部に電気的に接続し、前記第１電極部から前記長手方向に延びる第１リード部と、前記第２電極部に電気的に接続し、前記第２電極部から前記長手方向に延びる第２リード部と、前記第３電極部に電気的に接続し、前記第３電極部から前記長手方向に延びる第３リード部と、前記第４電極部に電気的に接続し、前記第４電極部から前記長手方向に延びる第４リード部と、を有する、ガスセンサ素子であって、前記長手方向に垂直な断面であり、且つ前記第１リード部から前記第４リード部までの全てのリード部が通る所定の断面を見たときに、前記所定の断面を前記ガスセンサ素子の幅方向に二等分すると、前記第１リード部及び前記第４リード部が配置されている領域は、前記第２リード部及び前記第３リード部が配置されている領域と異なり、前記第２リード部と前記第３リード部とは、前記ガスセンサ素子の積層方向に重なることなく前記幅方向にずれて配置されている。この形態のガスセンサ素子によれば、所定の断面を幅方向に二等分したときに、第１リード部が配置されている領域と第２リード部とが配置されている領域、及び第３リード部が配置されている領域と第４リード部とが配置されている領域とがそれぞれ異なるため、幅方向距離を離すことができ、セルとして正確な値を検知・検出できる。また、この形態のガスセンサ素子によれば、第２リード部と第３リード部とを同じ領域に配置しているため、第２リード部と第３リード部とを共通の電極パッドを用いる際に、電極パッドに接続するスルーホールの形成などを容易にすることができる。さらに、この形態のガスセンサ素子によれば、所定の断面において、第２リード部と第３リード部とは、ガスセンサ素子の積層方向に重なることなく幅方向にずれて配置されているため、ガスセンサ素子内の空隙の発生を抑制でき、ガスセンサ素子の強度の低下を抑制できる。
【００１２】
（２）上記形態のガスセンサ素子において、前記第１リード部から前記第４リード部までの全てのリード部は、それぞれ前記ガスセンサ素子の前記幅方向の側面から０．４ｍｍ以上離れて配置されていてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、第１リード部から第４リード部までの全てのリード部は、ガスセンサ素子の側面から０．４ｍｍ以上離れて配置されているため、電極厚みの影響によるガスセンサ素子の側面における微小な空隙の発生をも抑制でき、ガスセンサ素子の強度をさらに維持することができる。
【００１３】
（３）上記形態のガスセンサ素子において、前記第２リード部と前記第３リード部との積層方向における距離が、前記第１リード部と前記第４リード部との積層方向における距離よりも短くてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、第２リード部と第３リード部の積層距離が短いため、第２リード部と第３リード部とを積層方向に重ねて配置すると、ガスセンサ素子内の微小な空隙の発生が顕著に発生するが、本実施形態のように、第２リード部と第３リード部とを積層方向に重なることなく幅方向にずれて配置されているため、ガスセンサ素子内の空隙の発生を抑制できる。
【００１４】
（４）上記形態のガスセンサ素子において、前記第１固体電解質体の周囲を取り囲むと共に、前記ガスセンサ素子の前記幅方向の側面の一部を構成する板状の第１絶縁層を備え、前記第1リード部及び第２リード部は、前記第１絶縁層の両主面上にそれぞれ設けられてなり、前記第２固体電解質体の周囲を取り囲むと共に、前記ガスセンサ素子の前記幅方向の側面の一部を構成する板状の第２絶縁層を備え、前記第３リード部及び第４リード部は、前記第２絶縁層の両主面上にそれぞれ設けられてなるとしてもよい。このような、第１固体電解質体の周囲を取り囲む第１絶縁層上や、第２固体電解質体の周囲を取り囲む第２絶縁層上に第１リード部から第４リード部を配置したガスセンサ素子においても、本形態を適用することで、ガスセンサ素子の強度の低下の抑制や、スルーホールの形成等の容易性、測定精度の向上のすべてを達成することができる。
【００１５】
（５）上記形態のガスセンサ素子において、前記第１固体電解質体は、前記ガスセンサ素子の前記幅方向の側面の一部を構成すると共に、前記第１リード部及び前記第２リード部は、前記第１固体電解質体の両主面上にそれぞれ設けられてなり、前記第２固体電解質体は、前記ガスセンサ素子の前記幅方向の側面の一部を構成すると共に、前記第３リード部及び前記第４リード部は、前記第２固体電解質体の両主面上にそれぞれ設けられてなるとしてもよい。このような、板状の第１固体電解質体上や、板状の第２固体電解質体上に第１リード部から第４リード部を配置したガスセンサ素子においても、本形態を適用することで、ガスセンサ素子の強度の低下の抑制や、スルーホールの形成等の容易性、測定精度の向上のすべてを達成することができる。
【００１６】
（６）本発明の他の形態によれば、ガスセンサが提供される。ガスセンサは、長手方向に延びる板状のガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子の周囲を包囲する筒状の主体金具と、前記ガスセンサ素子と前記主体金具との間に配置され、前記主体金具に前記ガスセンサ素子を固定する充填粉末と、を備えるガスセンサであって、前記ガスセンサ素子は、上記形態のガスセンサ素子である。この形態のガスセンサによれば、所定の断面を幅方向に二等分したときに、第１リード部が配置されている領域と第２リード部とが配置されている領域、及び第３リード部が配置されている領域と第４リード部とが配置されている領域とがそれぞれ異なるため、幅方向距離を離すことができ、セルとして正確な値を検知・検出できる。また、この形態のガスセンサによれば、第２リード部と第３リード部とを同じ領域に配置しているため、第２リード部と第３リード部とを共通の電極パッドを用いる際に、電極パッドに接続するスルーホールの形成などを容易にすることができる。さらに、この形態のガスセンサによれば、所定の断面において、第２リード部と第３リード部とは、ガスセンサ素子の積層方向に重なることなく幅方向にずれて配置されているため、ガスセンサ素子内の空隙の発生を抑制でき、ガスセンサ素子の強度の低下を抑制できる。
【００１７】
（７）上記形態のガスセンサにおいて、前記ガスセンサ素子の前記長手方向に垂直な断面であり、且つ前記充填粉末と前記ガスセンサ素子とが接する部分の断面を見たときに、前記断面を前記ガスセンサ素子の幅方向に二等分すると、前記第１リード部及び前記第４リード部が配置されている領域は、前記第２リード部及び前記第３リード部が配置されている領域と異なり、前記第２リード部と前記第３リード部とは、前記積層方向に重なることなく前記幅方向にずれて配置されていてもよい。この形態のガスセンサによれば、ガスセンサ素子において特に強度が要求される部分である充填粉末と接する部分において、ガスセンサ素子内の空隙の発生を抑制できる。この結果、この形態のガスセンサによれば、ガスセンサ素子の強度の低下を抑制させることができる。
【００１８】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ガスセンサ素子の製造方法等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態としてのガスセンサ１００の内部構造を示す断面図。
【図２】ガスセンサ素子１２０の構成を示す概略斜視図。
【図３】ガスセンサ素子１２０を分解して示す分解斜視図。
【図４】図３のＹ−Ｙ断面におけるガスセンサ素子１２０の断面図。
【図５】リード部と側面との距離Ｘと、側面における空隙の発生の有無の結果を示す図。
【図６】ガスセンサ素子１２０Ａを分解して示す分解斜視図。
【図７】特許文献１に記載されたガスセンサ素子１０の断面図。
【図８】第１のリード部２４Ａと第２のリード部２６Ａの幅方向距離を離したガスセンサ素子１０Ａの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は本発明の一実施形態としてのガスセンサ１００の内部構造を示す断面図である。図１には、ガスセンサ１００の仮想中心軸ＡＸ（以下、単に「軸線ＡＸ」とも呼ぶ）を一点鎖線で図示してある。このガスセンサ１００は、内燃機関の排気管などに装着され、測定ガスである排気ガス中の特定のガス（例えば、酸素）の濃度を、リッチ領域からリーン領域に渡ってリニアに検知する、いわゆる全領域空燃比センサである。
【００２１】
ガスセンサ１００は、軸線ＡＸ方向に沿って延伸された形状を有している。ガスセンサ１００は、その先端側（紙面下側）が排気管の内部に挿入され、後端側（紙面上側）が排気管の外部に突出するように排気管の外表面に固定的に取り付けられる。なお、図１には、ガスセンサ１００が取り付けられたときの排気管の外表面の位置が二点鎖線ＰＳで図示してある。
【００２２】
ガスセンサ１００は、自身を排気管に対して固定的に取り付けるための主体金具１１０を備える。主体金具１１０は、軸線ＡＸ方向に沿った貫通孔１１０ｃを有し、ガスセンサ素子１２０の周囲を包囲する筒状の金属部材である。主体金具１１０の外側には、排気管に設けられたガスセンサ１００の取り付けのためのネジ溝に螺合するねじ部１１０ａや、ガスセンサ１００の取り付けの際にスパナやレンチなどの工具を係合させるための工具係合部１１０ｂが形成されている。
【００２３】
主体金具１１０の先端側には、二重の有底筒状のプロテクタ１０１が、レーザ溶接により固設されている。二重のプロテクタ１０１には、ガスセンサ１００を排気管に取り付けたときに、排ガスを内部に導入できるように、内側および外側の壁部のそれぞれに、複数の導入孔１０１ｃが形成されている。
【００２４】
主体金具１１０の後端側には、筒状の金属製の外筒１０３がレーザ溶接により固設されている。ガスセンサ１００の内部には、外筒１０３の後端側端部から、ガスセンサ１００と外部の制御回路（図示せず）とを電気的に接続するための３本のセンサ用リード線１９３，１９４，１９５と、２本のヒータ用リード線１９６，１９７とが挿通されている。なお、外筒１０３の後端側端部には、外筒１０３の内部を封止するためのフッ素ゴム製のグロメット１９１が取り付けられており、５種類のリード線１９３〜１９７は、グロメット１９１を貫通して、外筒１０３の内部に挿入されている。
【００２５】
ガスセンサ１００は、特定のガス（例えば、酸素）の濃度に応じた信号を出力するガスセンサ素子１２０を備える。ガスセンサ素子１２０は、長手方向に延びる板状の構造を有しており、長手方向に垂直な断面が略矩形形状となる四角柱形状を有している（詳細は後述）。なお、図１に示すように、ガスセンサ素子１２０の長手方向と、ガスセンサ１００の軸線ＡＸ方向とは同方向をなしている。ガスセンサ素子１２０は、主体金具１１０の貫通孔１１０ｃ内に固定的に保持されており、ガスセンサ１００の内部において、軸線ＡＸ方向に沿って収容される。なお、図１では、ガスセンサ素子１２０の積層方向に沿って互いに対向し合う第１と第２の面１２０ａ，１２０ｂがそれぞれ紙面左側および紙面右側に向いている。
【００２６】
ガスセンサ素子１２０の先端側（紙面下側）の端部には、排気ガス中の特定のガスの濃度を検出可能に構成されたガス検出部１２１が設けられている。ガス検出部１２１は、プロテクタ１０１の内部に収容・配置されている。これによって、ガスセンサ１００が排気管に取り付けられたときに、ガス検出部１２１は、導入孔１０１ｃから導入された排ガスに曝される。
【００２７】
ここで、主体金具１１０の後端側（紙面上側）の外筒１０３内には、軸線ＡＸ方向に沿った貫通孔１８１ｃを有する筒状の絶縁部材であるセパレータ１８１が固定的に保持されている。具体的には、セパレータ１８１は、外周に配置された略筒状の付勢金具１９０によって、グロメット１９１に向かって付勢された状態で、外筒１０３内に保持されている。ガスセンサ素子１２０の後端側の端部は、そのセパレータ１８１の貫通孔１８１ｃ内に収容されている。
【００２８】
ガスセンサ素子１２０の後端部には、第１の面１２０ａ側に、３つのセンサ用の電極パッド１２５、１２６、１２７が紙面奥行き方向に並列に配列され、第２の面１２０ｂ側に、２つのヒータ用の電極パッド１２８，１２９が紙面奥行き方向に並列に配列されている。さらに、セパレータ１８１の貫通孔１８１ｃ内には、３つのセンサ用の接続端子１８２，１８３，１８４と、２つのヒータ用の接続端子１８５，１８６とが、ガスセンサ素子１２０の対応する各電極パッド１２５〜１２９と接触するように設けられている。なお、各センサ用接続端子１８２〜１８６は、グロメット１９１を介してガスセンサ１００内に挿通された５本のリード線１９３〜１９７に電気的に接続されている。
【００２９】
主体金具１１０の貫通孔１１０ｃの先端側には、径方向内側に突出する段部１１１が形成されている。そして、主体金具１１０の貫通孔１１０ｃ内には、底面に貫通孔１１６ｃを有する金属カップ１１６が、その底面の外周端部が段部１１１と係合した状態で配置される。
【００３０】
金属カップ１１６の底面側の内部空間には、セラミックホルダ１１３が配置される。セラミックホルダ１１３は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）によって構成され、中央に、ガスセンサ素子１２０を挿通するための矩形状の貫通孔１１３ｃが形成されている。
【００３１】
金属カップ１１６の内部には、金属カップ１１６の貫通孔１１６ｃと、セラミックホルダ１１３の貫通孔１１３ｃとに挿通されたガスセンサ素子１２０を気密に保持するための第１粉末充填層１１４（タルク）が形成されている。第１粉末充填層１１４は、セラミックホルダ１１３の上に滑石粉末を充填することにより形成される。このように、ガスセンサ素子１２０は、金属カップ１１６と、セラミックホルダ１１３と、第１粉末充填層１１４と、一体化された状態で、主体金具１１０の貫通孔１１０ｃ内に保持される。
【００３２】
主体金具１１０の貫通孔１１０ｃ内には、第１粉末充填層１１４の上に、さらに、主体金具１１０の後端側とガスセンサ素子１２０のガス検出部１２１との間の気密性を確保するための第２粉末充填層１１５（タルク）が、滑石粉末を充填することにより形成されている。そして、第２粉末充填層１１５の上にはセラミックスリーブ１７０が配置されている。第２粉末充填層１１５に配された充填粉末により、主体金具１１０にガスセンサ素子１２０を固定している。
【００３３】
セラミックスリーブ１７０は、ガスセンサ素子１２０を挿通するための、軸線ＡＸ方向に沿った矩形状の軸孔１７０ｃを有する筒状体である。セラミックスリーブ１７０は、アルミナによって構成することができる。セラミックスリーブ１７０は、主体金具１１０の後端側の端部１１０ｋを径方向内側に屈曲させて加締めることにより、第２粉末充填層１１５側に押圧された状態で、主体金具１１０に固定される。なお、主体金具１１０の後端側の端部１１０ｋとセラミックスリーブ１７０との間には、加締リング１１７が配置される。
【００３４】
図２は、ガスセンサ素子１２０の構成を示す概略斜視図である。図２には、ガスセンサ素子１２０の第１の面１２０ａ側を紙面上側とし、第２の面１２０ｂ側を紙面下側として図示してある。また、軸線ＡＸ方向（図１）を紙面左右方向とし、先端側を紙面左側とし、後端側を紙面右側として図示してある。ガスセンサ素子１２０は、板状の検出素子１３０（紙面上側）と、板状のヒータ１６０（紙面下側）とが積層されて焼成一体化されることによって構成されている。
【００３５】
なお、図１においても説明したように、ガスセンサ素子１２０の先端側には、ガス検出部１２１が形成されている。そして、後端側の第１の面１２０ａ側には、３つの電極パッド１２５〜１２７が配列されている。なお、図示はされていないが、後端側の第２の面１２０ｂ側には、２つの電極パッド１２８，１２９が配列されている。
【００３６】
図３は、ガスセンサ素子１２０を分解して示す分解斜視図である。図３には、積層方向（紙面上下方向）に分解されたガスセンサ素子１２０の各構成部が、紙面左側を先端側とし、紙面右側を後端側として図示してある。なお、図中の一点鎖線は、一点鎖線で結ばれた各構成部が電気的に導通していることを示している。ガスセンサ１００の検出素子１３０は、保護層１３１と、第１セルとしての酸素ポンプセル１３５と、絶縁層１４５と、第２セルとしての酸素濃度検知セル１５０とが、第１の面１２０ａ側から、この順序で積層されている。
【００３７】
保護層１３１は、アルミナを主成分として形成された板状部材であり、ガスセンサ素子１２０の第１の面１２０ａ側を保護する。保護層１３１の先端側には、保護層１３１の積層方向（紙面上下方向）に通気性を有する多孔質部１３２が形成されており、多孔質部１３２の周囲を取り囲むように基体部１３３が設けられている。多孔質部１３２は、ガスセンサ素子１２０を、その積層方向に沿って見たときに、後述する第１電極部１３７Ｍと重なる領域に形成されている。多孔質部１３２は、ガス検出部１２１の排ガスの汲み入れ／汲み出しのためのガス流路部として機能する。
【００３８】
保護層１３１の基体部１３３の外側面１３１ａの後端側には、３つの電極パッド１２５〜１２７が、ガスセンサ素子１２０の幅方向（紙面奥行き方向）に並列に配列される。そして、基体部１３３には、第１〜第３のスルーホール導体１１〜１３が、第１〜第３の電極パッド１２５〜１２７に対応させて、貫通形成されている。
【００３９】
酸素ポンプセル１３５は、板状の第１固体電解質体１３６と、第１固体電解質体１３６の周囲を取り囲む第１絶縁層１３９と、第１固体電解質体１３６及び第１絶縁層１３９の両主面上にそれぞれ設けられた電極（第１電極１３７，第２電極１３８）とを備える。第１固体電解質体１３６は、ジルコニア（ＺｒＯ2）を主成分として形成されており、第１電極部１３７Ｍと第２電極部１３８Ｍよりも若干大きい面積を有するように形成された板状部材である。第１絶縁層１３９は、アルミナを主成分として形成されており、第１固体電解質体１３６の外周を囲み、その周囲を覆うように設けられた、保護層１３１と略同様なサイズを有し、ガスセンサ素子１２０の側面の一部を構成する板状部材である。第１絶縁層１３９の後端側には、保護層１３１に形成された第２と第３のスルーホール導体１２，１３と電気的に導通する第４と第５のスルーホール導体１４，１５が貫通形成されている。
【００４０】
第１電極１３７と第２電極１３８はそれぞれ、白金（Ｐｔ）を主成分として多孔質に構成されている。第１電極１３７は、第１電極部１３７Ｍと、第１電極部１３７Ｍに電気的に接続し、第１電極部１３７Ｍから長手方向に延びる第１リード部１３７Ｌとを有している。第２電極１３８は、第２電極部１３８Ｍと、第２電極部１３８Ｍに電気的に接続し、第２電極部１３８Ｍから長手方向に延びる第２リード部１３８Ｌとを有している。
【００４１】
第１電極部１３７Ｍと第２電極部１３８Ｍはそれぞれ、第１固体電解質体１３６の第１の面１３６ａ（紙面上側の面）と、第２の面１３６ｂ（紙面下側の面）にそれぞれ配置されている。一方、第１の面１３６ａ側に配置された第１電極部１３７Ｍは、ガスセンサ１００が排気管に装着されたときに、保護層１３１に設けられた多孔質部１３２を介して排気ガスに晒される。
【００４２】
また、第１電極１３７の第１リード部１３７Ｌは、第１絶縁層１３９上に配置され、保護層１３１の第１のスルーホール導体１１を介して、第１の電極パッド１２５と電気的に導通する。一方、第２電極１３８の第２リード部１３８Ｌは、第１絶縁層１３９上に配置され、第１絶縁層１３９に設けられた第５のスルーホール導体１５および保護層１３１に設けられた第３のスルーホール導体１３を介して、第３の電極パッド１２７と電気的に導通する。
【００４３】
絶縁層１４５は、アルミナを主成分として形成された、酸素ポンプセル１３５の第１絶縁層１３９と略同様なサイズを有する板状の絶縁部材である。絶縁層１４５は、酸素ポンプセル１３５と酸素濃度検知セル１５０との間に積層され、酸素ポンプセル１３５と酸素濃度検知セル１５０と絶縁する。絶縁層１４５の先端側には、開口部が形成されている。この開口部は、絶縁層１４５が、酸素ポンプセル１３５と、酸素濃度検知セル１５０とに狭持されたときに、測定ガスである排ガスが導入される測定室１４５ｃを構成する。測定室１４５ｃは、酸素ポンプセル１３５と酸素濃度検知セル１５０との間に設けられ、酸素ポンプセル１３５の第２電極部１３８Ｍ及び酸素濃度検知セル１５０の第３電極部１５２Ｍ（後述する）が露出する。
【００４４】
絶縁層１４５において、開口部を挟んで、絶縁層１４５の幅方向に互いに対向し合う２つの側壁部には、拡散律速部１４６が形成されている。拡散律速部１４６は、通気性を有する多孔質のアルミナによって構成されている。ガスセンサ素子１２０では、拡散律速部１４６の通気度に応じた量の排ガスが、測定室１４５ｃに導入される。即ち、拡散律速部１４６は、ガス検出部１２１のガス導入部として機能する。
【００４５】
絶縁層１４５の後端側には、酸素ポンプセル１３５の第２電極１３８の第２リード部１３８Ｌと電気的に導通する第７のスルーホール導体１７が貫通形成されている。また、第７のスルーホール導体１７と隣り合う位置には、酸素ポンプセル１３５の第１絶縁層１３９に設けられた第４のスルーホール導体１４と電気的に導通する第６のスルーホール導体１６が貫通形成されている。
【００４６】
酸素濃度検知セル１５０は、板状の第２固体電解質体１５１と、第２固体電解質体１５１の周囲を取り囲む第２絶縁層１５４と、第２固体電解質体１５１及び第２絶縁層１５４の両主面上にそれぞれ設けられた電極（第３電極１５２，第４電極１５３）とを備える。第２固体電解質体１５１は、ジルコニアを主体に形成された、一対の電極部（第３電極部１５２Ｍ，第４電極部１５３Ｍ）よりも若干大きな面積を有するように形成された板状部材である。第２絶縁層１５４は、アルミナを主成分として形成されており、第２固体電解質体１５１の外周を囲み、その周囲を覆うように形成され、絶縁層１４５と略同様なサイズを有し、ガスセンサ素子１２０の側面の一部を構成する板状部材である。第２絶縁層１５４の後端側には、第８のスルーホール導体１８が貫通形成されている。第８のスルーホール導体１８は、絶縁層１４５に形成された第６のスルーホール導体１６と電気的に導通する。
【００４７】
第３電極１５２と第４電極１５３はそれぞれ、白金（Ｐｔ）を主成分として多孔質に構成されている。第３電極１５２は、第３電極部１５２Ｍと、第３電極部１５２Ｍに電気的に接続し、第３電極部１５２Ｍから長手方向に延びる第３リード部１５２Ｌとを有している。第４電極１５３は、第４電極部１５３Ｍと、第４電極部１５３Ｍに電気的に接続し、第４電極部１５３Ｍから長手方向に延びる第４リード部１５３Ｌとを有している。第３電極部１５２Ｍ，１５３Ｍは、第２固体電解質体１５１の第１の面１５１ａ（紙面上側の面）と第２の面１５１ｂ（紙面下側の面）とにそれぞれ配置されている。このうち、第１の面１５１ａ側に配置された第３電極部１５２Ｍは、測定室１４５ｃに露出する。
【００４８】
なお、第３電極１５２の第３リード部１５２Ｌは、第２絶縁層１５４上に配置され、絶縁層１４５に設けられた第７のスルーホール導体１７を介して、酸素ポンプセル１３５の第２電極１３８および第３の電極パッド１２７と電気的に導通する。一方、第４電極１５３の第４リード部１５３Ｌは、第２絶縁層１５４上に配置され、第２絶縁層１５４に設けられた第８のスルーホール導体１８、絶縁層１４５に設けられた第４のスルーホール導体１４および保護層１３１に設けられた第２のスルーホール導体１２を介して、第２の電極パッド１２６と電気的に導通する。つまり、第３電極１５２と第２電極１３８とは共通電位となっている。
【００４９】
ヒータ１６０は、第１と第２の絶縁体１６１，１６２と、発熱抵抗体１６３と、第１と第２のヒータリード部１６４，１６５と、を備える。第１と第２の絶縁体１６１，１６２は、アルミナによって構成された、検出素子１３０と同様なサイズを有する板状部材である。第１と第２の絶縁体１６１，１６２は、発熱抵抗体１６３及びヒータリード部１６４，１６５を狭持する。
【００５０】
発熱抵抗体１６３は、白金を主成分とする発熱線によって構成され、蛇行形状を有する発熱体である。２つのヒータリード部１６４，１６５はそれぞれ、発熱抵抗体１６３の両端に接続されており、発熱抵抗体１６３から後端側に向かって延伸している。
【００５１】
ここで、第２の絶縁体１６２の外側面１６２ｂの後端側には、第１と第２のヒータ用電極パッド１２８，１２９が、ヒータ１６０の幅方向に、並列に配列されている。そして、第２の絶縁体１６２には、第１と第２のヒータ用電極パッド１２８，１２９に対応する第１と第２のヒータ用スルーホール導体２１，２２が貫通形成されている。発熱抵抗体１６３に接続された第１と第２のヒータリード部１６４，１６５はそれぞれ、第１と第２のヒータ用スルーホール導体２１，２２を介して、第１と第２のヒータ用電極パッド１２８，１２９と電気的に導通する。
【００５２】
ヒータ１６０は、ガスセンサ１００の駆動の際には、外部のヒータ制御回路（図示せず）によって、発熱温度が制御される。そして、検出素子１３０を、数百℃（例えば、７００〜８００℃）に加熱して酸素ポンプセル１３５と酸素濃度検知セル１５０とを活性化させる。
【００５３】
図４は、図３のＹ−Ｙ断面におけるガスセンサ素子の断面図である。Ｙ−Ｙ断面は、ガスセンサ素子１２０の長手方向に垂直な面であって、第１リード部１３７Ｌから第４リード部１５３Ｌまでの全てのリード部（第１リード部１３７Ｌ、第２リード部１３８Ｌ、第３リード部１５２Ｌ、第４リード部１５３Ｌ）が通る所定の断面である。
【００５４】
Ｙ−Ｙ断面を見たとき、酸素ポンプセル１３５と酸素濃度検知セル１５０とが積層される積層方向Ｕに垂直なガスセンサ素子１２０の幅方向Ｖについて、Ｙ−Ｙ断面の領域を二等分すると、第１リード部１３７Ｌ及び第４リード部１５３Ｌが配置されている領域は、第２リード部１３８Ｌ及び第３リード部１５２Ｌが配置されている領域と異なる。なお、理解を容易とするため、幅方向Ｖにおいて、ガスセンサ素子１２０を二等分する線を一点鎖線Ｓとして図４に示す。つまり、第１リード部１３７Ｌ及び第４リード部１５３Ｌが配置されている領域とは、一点鎖線Ｓよりも幅方向右側（紙面右側）の領域であり、第２リード部１３８Ｌ及び第３リード部１５２Ｌが配置されている領域とは、一点鎖線Ｓよりも幅方向左側（紙面左側）の領域である。
【００５５】
上記のように第１リード部１３７Ｌから第４リード部１５３Ｌを配置することにより、第１リード部１３７Ｌと第２リード部１３８Ｌとの幅方向距離、及び第３リード部１５２Ｌと第４リード部１５３Ｌとの幅方向距離をそれぞれ離すことができ、セルとして正確な値を検知・検出できる。測定精度を向上させる観点から、第１リード部１３７Ｌと第２リード部１３８Ｌとの幅方向距離、及び第３リード部１５２Ｌと第４リード部１５３Ｌとの幅方向距離は、それぞれ、ガスセンサ素子１２０の幅の３分の１以上が好ましく、２分の１以上がより好ましい。なお、第１リード部１３７Ｌと第２リード部１３８Ｌとの距離とは、第１リード部１３７Ｌの第２リード部１３８Ｌ側の端点から、第２リード部１３８Ｌの第１リード部１３７Ｌ側の端点までの距離をいう。また、第３リード部１５２Ｌと第４リード部１５３Ｌとの距離とは、第３リード部１５２Ｌの第４リード部１５３Ｌ側の端点から、第４リード部１５３Ｌの第３リード部１５２Ｌ側の端点までの距離をいう。
【００５６】
また、第２リード部１３８Ｌと接続する電極パッドと第３リード部１５２Ｌと接続する電極パッドとは、共通の電極パッドである第３の電極パッド１２７を用いることが通常であるため、第３の電極パッド１２７に接続するスルーホール導体（第３のスルーホール導体１３、第５のスルーホール導体１５、第７のスルーホール導体１７）の形成やこれらのスルーホールの形成などを考慮すると、積層方向において、第２リード部１３８Ｌと第３リード部１５２Ｌを幅方向において略同位置に配置することが好ましい。
【００５７】
本実施形態において、第２リード部１３８Ｌと第３リード部１５２Ｌとの積層方向における距離が、第１リード部１３７Ｌと第４リード部１５３Ｌとの積層方向における距離よりも短い。このため、第２リード部１３８Ｌと第３リード部１５２Ｌとが、積層方向に重なって配置される場合、第２リード部１３８Ｌと第３リード部１５２Ｌとが重なる部分が、他の部分よりも厚くなる。この結果として、例えば、ガスセンサ素子の焼結時に、第１絶縁層１３９と絶縁層１４５との間や、絶縁層１４５と第２絶縁層１５４との間に空隙が発生する虞がある。空隙の発生は、センサ素子１２０の強度の低下の原因となる。しかし、本実施形態のガスセンサ素子１２０では、第２リード部１３８Ｌと第３リード部１５２Ｌとは、積層方向Ｕに重なることなく幅方向Ｖにずれて配置されている。このため、ガスセンサ素子１２０内に空隙が発生することを抑制できる。また、空隙の発生に伴ってガスセンサ素子１２０の強度が低下することを抑制できる。
【００５８】
なお、Ｙ−Ｙ断面は、ガスセンサ１００において、ガスセンサ素子１２０と充填粉末とが接する部分の断面である。換言すると、Ｙ−Ｙ断面は、ガスセンサ素子１２０が粉末充填層（第１粉末充填層１１４、第２粉末充填層１１５）と接する部分ｔ（図１参照）における断面である。部分ｔは、他の部分と比較して、ガスセンサ素子１２０に圧力がかかる。このため、部分ｔにおいて、空隙の発生を抑制することにより、ガスセンサ素子において特に強度が要求される部分の強度を向上させることができる。なお、ガスセンサ素子１２０と充填粉末とが接する部分ではない断面において、上記要件を満たすガスセンサ素子１２０としてもよい。
【００５９】
また、第１リード部１３７Ｌから第４リード部１５３Ｌまでの全てのリード部は、ガスセンサ素子１２０の側面から０．４ｍｍ以上離れて配置されている。ガスセンサ素子１２０において、側面から最も近いリード部は、第３リード部１５２Ｌであるが、第３リード部１５２Ｌと側面との距離Ｘは、０．４ｍｍ以上である。このようにすることにより、電極厚みの影響によるガスセンサ素子１２０の側面における微小な空隙の発生をより抑制できる。
【００６０】
図５は、リード部と側面との距離Ｘと、側面における微小な空隙の発生の有無の結果を示す図である。微小な空隙の発生の有無は、浸透探傷試験により行った。具体的には、赤色検査液をガスセンサ素子１２０の側面に塗布することにより、赤色検査液が側壁内に浸透した場合は、微小な空隙があると判断し、赤色検査液が側壁内に浸透しない場合は、微小な空隙がないと判断した。ガスセンサ素子は、距離Ｘを異ならせた以外は、実施形態のガスセンサ素子を作製する方法と同じ方法で作製した。図４の結果から、距離Ｘが０．４ｍｍ未満の場合に微小な空隙が発生するのに対して、距離Ｘが０．４ｍｍ以上の場合に微小な空隙が発生しないことが分かる。
【００６１】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【００６２】
さらに、本実施形態のガスセンサ素子１２０は、第１固体電解質体１３６及び第１絶縁層１３９の両主面上に電極（第１電極１３７、第２電極１３８）を設け、また、第２固体電解質体１５１及び第２絶縁層１５４の両主面上に電極（第３電極１５２、第４電極１５３）を設けていた。これに対し、図６に示すような、ガスセンサ素子１２０Ａであってもよい。このガスセンサ素子１２０Ａは、第１固体電解質体１３６及び第１絶縁層１３９の構成、及び第２固体電解質体１５１及び第２絶縁層１５４の構成が、ガスセンサ素子１２０と異なる以外は、ガスセンサ素子１２０と同じであり、その部分に関しては、説明を省略する。
【００６３】
図６は、ガスセンサ素子１２０Ａを分解して示す分解斜視図である。図６には、積層方向（紙面上下方向）に分解されたガスセンサ素子１２０Ａの各構成部が、紙面左側を先端側とし、紙面右側を後端側として図示してある。なお、図中の一点鎖線は、一点鎖線で結ばれた各構成部が電気的に導通していることを示している。
【００６４】
酸素ポンプセル１３５は、板状の第１固体電解質体１３６Ａと、第１固体電解質体１３６Ａの両主面上にそれぞれ設けられた電極（第１電極１３７、第２電極１３８）とを備える。より詳細には、第１電極１３７の第１電極部１３７Ｍ及び第１リード部１３７Ｌと、第２電極１３８の第２電極部１３８Ｍ及び第２リード部１３８Ｌとが、第１固体電解質体１３６Ａ上に配置されている。第１固体電解質体１３６Ａは、ジルコニア（ＺｒＯ２）を主成分として形成された板状部材である。第１固体電解質体１３６Ａの後端側には、保護層１３１に形成された第２のスルーホール導体１２、第３のスルーホール導体１３と電気的にそれぞれ導通する第４のスルーホール導体１４、第５のスルーホール導体１５が貫通形成されている。
【００６５】
酸素濃度検知セル１５０は、板状の第２固体電解質体１５１Ａと、第２固体電解質体１５１Ａの両主面上にそれぞれ設けられた電極（第３電極１５２、第４電極１５３）とを備える。より詳細には、第３電極１５２の第３電極部１５２Ｍ及び第３リード部１５２Ｌと、第４電極１５３の第４電極部１５３Ｍ及び第４リード部１５３Ｌとが、第２固体電解質体１５１Ａ上に配置されている。第２固体電解質体１５１Ａは、ジルコニア（ＺｒＯ２）を主成分として形成された板状部材である。第２固体電解質体１５１Ａの後端側には、第８のスルーホール導体１８が貫通形成されている。第８のスルーホール導体１８は、絶縁層１４５に形成された第６のスルーホール導体１６と電気的に導通する。
【００６６】
このガスセンサ素子１２０Ａであっても、所定の断面を幅方向に二等分したときに、第１リード部１３７Ｌが配置されている領域と第２リード部１３８Ｌとが配置されている領域、及び第３リード部１５２Ｌが配置されている領域と第４リード部１５３Ｌが配置されている領域とがそれぞれ異なるため、幅方向距離を離すことができ、セルとして正確な値を検知・検出できる。また、このガスセンサ素子１２０Ａによれば、第２リード部１３８Ｌと第３リード部１５２Ｌとが同じ領域に配置しているため、第２リード部１３８Ｌと第３リード部１５２Ｌとを共通の第３の電極パッド１２７を用いる際に、第３の電極パッド１２７に接続するスルーホール導体（第３のスルーホール導体１３、第５のスルーホール導体１５、第７のスルーホール導体１７）の形成やこれらのスルーホールの形成などを容易にすることができる。さらに、このガスセンサ素子１２０Ａによれば、所定の断面において、第２リード部１３８Ｌと第３リード部１５２Ｌとは、積層方向に重なることなく幅方向にずれて配置されているため、ガスセンサ素子１２０Ａ内の空隙の発生を抑制でき、ガスセンサ素子１２０Ａの強度の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１１…第１のスルーホール導体
１２…第２のスルーホール導体
１３…第３のスルーホール導体
１４…第４のスルーホール導体
１５…第５のスルーホール導体
１６…第６のスルーホール導体
１７…第７のスルーホール導体
１８…第８のスルーホール導体
１００…ガスセンサ
１０１…プロテクタ
１０１ｃ…導入孔
１０３…外筒
１１０…主体金具
１１０ｂ…工具係合部
１１０ｃ…貫通孔
１１０ｋ…端部
１１１…段部
１１３…セラミックホルダ
１１３ｃ…貫通孔
１１４…第１粉末充填層
１１５…第２粉末充填層
１１６…金属カップ
１１６ｃ…貫通孔
１１７…加締リング
１２０…ガスセンサ素子
１２０ａ…第２の面
１２１…ガス検出部
１２５…第１の電極パッド
１２６…第２の電極パッド
１２７…第３の電極パッド
１２８…電極パッド
１３０…検出素子
１３１…保護層
１３１ａ…外側面
１３２…多孔質部
１３５…酸素ポンプセル
１３６…固体電解質体
１３６ａ…第１の面
１３６ｂ…第２の面
１３７…第１電極
１３７Ｌ…第１リード部
１３７Ｍ…第１電極部
１３８…第２電極
１３８Ｌ…第２リード部
１３８Ｍ…第２電極部
１３９…第１絶縁層
１４５…絶縁層
１４５ｃ…測定室
１４６…拡散律速部
１５０…酸素濃度検知セル
１５１…固体電解質体
１５１ａ…第１の面
１５１ｂ…第２の面
１５２…第３電極
１５２Ｌ…第３リード部
１５２Ｍ…第３電極部
１５３…第４電極
１５３Ｌ…第４リード部
１５３Ｍ…第４電極部
１５４…第２絶縁層
１６０…ヒータ
１６１…第１の絶縁体
１６２…第２の絶縁体
１６２ｂ…外側面
１６３…発熱抵抗体
１６４…ヒータリード部
１７０…セラミックスリーブ
１７０ｃ…軸孔
１８１…セパレータ
１８１ｃ…貫通孔
１８２…接続端子
１８５…接続端子
１９０…付勢金具
１９１…グロメット
１９３…センサ用リード線
１９６…ヒータ用リード線
ＡＸ…仮想中心軸
ＰＳ…二点鎖線
Ｓ…一点鎖線
Ｘ…距離
【図１】
0006484094.tif 000002
【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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【図８】
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