(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リード部と、該リード部に接続された発熱部と、を有し、該リード部と該発熱部との間の電位傾度Ｇの最大値である電位傾度Ｇｍａｘが３．０Ｖ／ｍｍ以下である発熱体と、
前記発熱体を囲むセラミックス体と、
を備えたセラミックスヒータ。
【請求項２】
前記電位傾度Ｇが最大となる２点間の距離Ｄが０．０５ｍｍ以上４ｍｍ以下である、
請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項３】
前記セラミックス体は、長手方向と短手方向とを有する板状体であり、
前記発熱部は、前記短手方向に沿って並んでおり長さ方向が前記長手方向に沿った４以上の直線部と、前記短手方向に隣り合う前記直線部同士を前記リード部に近い側の端部で接続する１以上のリード側屈曲部と、前記短手方向に隣り合う前記直線部同士を前記リード部から遠い側の端部で接続する複数の非リード側屈曲部と、を有している、
請求項１又は２に記載のセラミックスヒータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックスヒータを備え、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサ素子を備えたガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスヒータ，センサ素子及びガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミックスヒータとしては、セラミックスシートと、セラミックスシートの長手方向に複数回折り返して形成したヒータパターンとを有するものが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載のヒータパターンは、長手方向に沿って形成された直線導体部と、直線導体部同士を連結する折り返し導体部と、一対の通電用パターンと、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８２６４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、セラミックスヒータはアルカリ金属やアルカリ土類金属を含有していることがあり、発熱体の加熱時にこれらが陽イオン化して低電位方向に引き寄せられる場合がある。また、アルカリ金属やアルカリ土類金属と結合していた酸素などが陰イオン化して高電位方向に引き寄せられる場合もある。これらのような現象はマイグレーションと呼ばれており、マイグレーションによって移動したイオンと発熱体とが反応することなどにより、発熱体が劣化して細線化や断線が生じる場合があった。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、マイグレーションに起因する発熱体の劣化を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のセラミックスヒータは、
リード部と、該リード部に接続された発熱部と、を有し、該リード部と該発熱部との間の電位傾度Ｇの最大値である電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下である発熱体と、
前記発熱体を囲むセラミックス体と、
を備えたものである。
【０００８】
このセラミックスヒータは、発熱体のリード部と発熱部との間の電位傾度Ｇの最大値である電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下になっている。上述したイオン化やイオンの移動は、電位傾度が高いほど発生しやすい。電位傾度Ｇｍａｘを６．０Ｖ／ｍｍ以下にすることで、マイグレーションに起因する発熱体の劣化を抑制できる。
【０００９】
本発明のセラミックスヒータにおいて、前記電位傾度Ｇｍａｘが４．５Ｖ／ｍｍ以下であることが好ましい。こうすれば、マイグレーションに起因する発熱体の劣化をより抑制できる。この場合において、前記電位傾度Ｇｍａｘが３．０Ｖ／ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００１０】
本発明のセラミックスヒータにおいて、前記電位傾度Ｇが最大となる２点間の距離Ｄが０．０５ｍｍ以上４ｍｍ以下であってもよい。距離Ｄが０．０５ｍｍ以上であれば、リード部と発熱部との絶縁が保ちやすい。距離Ｄが４ｍｍ以下であれば、発熱体の形状をコンパクトにしやすい。
【００１１】
本発明のセラミックスヒータにおいて、前記セラミックス体は、長手方向と短手方向とを有する板状体であり、前記発熱部は、前記短手方向に沿って並んでおり長さ方向が前記長手方向に沿った４以上の直線部と、前記短手方向に隣り合う前記直線部同士を前記リード部に近い側の端部で接続する１以上のリード側屈曲部と、前記短手方向に隣り合う前記直線部同士を前記リード部から遠い側の端部で接続する複数の非リード側屈曲部と、を有していてもよい。このような形状では、リード側屈曲部とリード部との間の電位傾度が高くなりやすいため、本発明を適用する意義が高い。
【００１２】
本発明のセンサ素子は、
上述したいずれかの態様の本発明のセラミックスヒータを備え、
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するものである。
【００１３】
このセンサ素子は、上述したいずれかの態様のセラミックスヒータを備えている。そのため、上述した本発明のセラミックスヒータと同様の効果、例えばマイグレーションに起因する発熱体の劣化を抑制する効果が得られる。
【００１４】
本発明のガスセンサは、
上述した本発明のセンサ素子を備えたものである。
【００１５】
このセンサ素子は、上述したいずれかの態様のセラミックスヒータを備えたセンサ素子を備えている。そのため、上述した本発明のセラミックスヒータやセンサ素子と同様の効果、例えばマイグレーションに起因する発熱体の劣化を抑制する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面模式図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】変形例のヒータ７２Ａの説明図。
【図４】変形例のヒータ７２Ｂの説明図。
【図５】変形例のヒータ７２Ｃの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、ガスセンサ１００は、例えば自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガスの濃度を、センサ素子１０１により検出するものである。また、センサ素子１０１は長尺な直方体形状をしており、このセンサ素子１０１の長手方向（図１の左右方向）を前後方向とし、センサ素子１０１の厚み方向（図１の上下方向）を上下方向とする。また、センサ素子１０１の幅方向（前後方向及び上下方向に垂直な方向）を左右方向とする。
【００１８】
センサ素子１０１は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する素子である。また、これら６つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子１０１は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。
【００１９】
センサ素子１０１の一先端部であって、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
【００２０】
ガス導入口１０と、緩衝空間１２と、第１内部空所２０と、第２内部空所４０とは、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面で区画されたセンサ素子１０１内部の空間である。
【００２１】
第１拡散律速部１１と、第２拡散律速部１３と、第３拡散律速部３０とはいずれも、２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。なお、ガス導入口１０から第２内部空所４０に至る部位をガス流通部とも称する。
【００２２】
また、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第３基板層３の上面と、スペーサ層５の下面との間であって、側部を第１固体電解質層４の側面で区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられている。基準ガス導入空間４３には、ＮＯｘ濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。
【００２３】
大気導入層４８は、多孔質セラミックスからなる層であって、大気導入層４８には基準ガス導入空間４３を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。
【００２４】
基準電極４２は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間４３につながる大気導入層４８が設けられている。また、後述するように、基準電極４２を用いて第１内部空所２０内や第２内部空所４０内の酸素濃度（酸素分圧）を測定することが可能となっている。
【００２５】
ガス流通部において、ガス導入口１０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口１０を通じて外部空間からセンサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第１拡散律速部１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間１２は、第１拡散律速部１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速部１３へと導くために設けられた空間である。第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第１内部空所２０に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子１０１外部から第１内部空所２０内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によってガス導入口１０からセンサ素子１０１内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所２０へ導入されるのではなく、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第１内部空所２０へ導入されるようになっている。これによって、第１内部空所２０へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第１内部空所２０は、第２拡散律速部１３を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。
【００２６】
主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部２２ａを有する内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６の上面の天井電極部２２ａと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極２３と、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層６とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。
【００２７】
内側ポンプ電極２２は、第１内部空所２０を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層６および第１固体電解質層４）、および、側壁を与えるスペーサ層５にまたがって形成されている。具体的には、第１内部空所２０の天井面を与える第２固体電解質層６の下面には天井電極部２２ａが形成され、また、底面を与える第１固体電解質層４の上面には底部電極部２２ｂが形成され、そして、それら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを接続するように、側部電極部（図示省略）が第１内部空所２０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。
【００２８】
内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とは、多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極２２は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【００２９】
主ポンプセル２１においては、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１内部空所２０に汲み入れることが可能となっている。
【００３０】
また、第１内部空所２０における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０が構成されている。
【００３１】
主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における起電力Ｖ０を測定することで第１内部空所２０内の酸素濃度（酸素分圧）がわかるようになっている。さらに、起電力Ｖ０が一定となるように可変電源２４のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これによって、第１内部空所内２０内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。
【００３２】
第３拡散律速部３０は、第１内部空所２０で主ポンプセル２１の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第２内部空所４０に導く部位である。
【００３３】
第２内部空所４０は、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。ＮＯｘ濃度の測定は、主として、補助ポンプセル５０により酸素濃度が調整された第２内部空所４０において、さらに、測定用ポンプセル４１の動作によりＮＯｘ濃度が測定される。
【００３４】
第２内部空所４０では、あらかじめ第１内部空所２０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、第２内部空所４０内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ１００においては精度の高いＮＯｘ濃度測定が可能となる。
【００３５】
補助ポンプセル５０は、第２内部空所４０に面する第２固体電解質層６の下面の略全体に設けられた天井電極部５１ａを有する補助ポンプ電極５１と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、センサ素子１０１と外側の適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。
【００３６】
係る補助ポンプ電極５１は、先の第１内部空所２０内に設けられた内側ポンプ電極２２と同様なトンネル形態とされた構造において、第２内部空所４０内に配設されている。つまり、第２内部空所４０の天井面を与える第２固体電解質層６に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所４０の底面を与える第１固体電解質層４には、底部電極部５１ｂが形成され、そして、それらの天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４０の側壁を与えるスペーサ層５の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極５１についても、内側ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【００３７】
補助ポンプセル５０においては、補助ポンプ電極５１と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２内部空所４０内に汲み入れることが可能となっている。
【００３８】
また、第２内部空所４０内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極５１と、基準電極４２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１が構成されている。
【００３９】
なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される起電力Ｖ１に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、補助ポンプセル５０がポンピングを行う。これにより第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
【００４０】
また、これとともに、そのポンプ電流Ｉｐ１が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０に入力され、その起電力Ｖ０が制御されることにより、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。ＮＯｘセンサとして使用する際は、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との働きによって、第２内部空所４０内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。
【００４１】
測定用ポンプセル４１は、第２内部空所４０内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、第２内部空所４０に面する第１固体電解質層４の上面であって第３拡散律速部３０から離間した位置に設けられた測定電極４４と、外側ポンプ電極２３と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって構成された電気化学的ポンプセルである。
【００４２】
測定電極４４は、多孔質サーメット電極である。測定電極４４は、第２内部空所４０内の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。さらに、測定電極４４は、第４拡散律速部４５によって被覆されてなる。
【００４３】
第４拡散律速部４５は、セラミックス多孔体にて構成される膜である。第４拡散律速部４５は、測定電極４４に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担うとともに、測定電極４４の保護膜としても機能する。測定用ポンプセル４１においては、測定電極４４の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出することができる。
【００４４】
また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、測定電極４４と、基準電極４２とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力Ｖ２に基づいて可変電源４６が制御される。
【００４５】
第２内部空所４０内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第４拡散律速部４５を通じて測定電極４４に到達することとなる。測定電極４４の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて（２ＮＯ→Ｎ2＋Ｏ2）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力Ｖ２が一定となるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２が制御される。測定電極４４の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。
【００４６】
また、測定電極４４と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２とを組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極４４の周りの雰囲気中のＮＯｘ成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のＮＯｘ成分の濃度を求めることも可能である。
【００４７】
また、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、外側ポンプ電極２３と、基準電極４２とから電気化学的なセンサセル８３が構成されており、このセンサセル８３によって得られる起電力Ｖｒｅｆによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
【００４８】
このような構成を有するガスセンサ１００においては、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル４１に与えられる。したがって、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に略比例して、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル４１より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができるようになっている。
【００４９】
さらに、センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、ヒータコネクタ電極７１と、ヒータ７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４、圧力放散孔７５とを備えている。また、ヒータ部７０は、セラミックスからなる第１基板層１，第２基板層２，及び第３基板層３を備えている。ヒータ部７０は、ヒータ７２と、ヒータ７２を囲む第２基板層２及び第３基板層３を備えたセラミックスヒータとして構成されている。ヒータ７２は、図２に示すように、発熱部７６とリード部７９とを備えている。
【００５０】
ヒータコネクタ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極７１を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。
【００５１】
ヒータ７２の発熱部７６は、第２基板層２と第３基板層３とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ７２のリード部７９は、スルーホール７３を介してヒータコネクタ電極７１と接続されており、該ヒータコネクタ電極７１を通して外部より給電されることにより発熱部７６が発熱し、センサ素子１０１を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。
【００５２】
また、ヒータ７２の発熱部７６は、第１内部空所２０から第２内部空所４０の全域に渡って埋設されており、センサ素子１０１全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。
【００５３】
ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２とヒータ７２との間の電気的絶縁性、および、第３基板層３とヒータ７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。
【００５４】
圧力放散孔７５は、第３基板層３を貫通し、基準ガス導入空間４３に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。
【００５５】
ヒータ７２の発熱部７６及びリード部７９について詳細に説明する。発熱部７６は、抵抗発熱体であり、図２に示すように、両端がリード部７９に接続された帯状の一筆書き形状をしている。発熱部７６は、複数（本実施形態では３個）の屈曲部７７と、複数（本実施形態では４個）の直線部７８とを有している。複数の屈曲部７７及び複数の直線部７８は、電気的に直列に接続されている。発熱部７６は、左右対称の形状をしている。
【００５６】
複数の直線部７８は、センサ素子１０１の短手方向（左右方向）に沿って等間隔に並んでいる。複数の直線部７８を、左から右に向かって順に第１〜第４直線部７８ａ〜７８ｄと称する。複数の直線部７８は、いずれも、長さ方向がセンサ素子１０１の長手方向（前後方向）に沿っている。本実施形態では、複数の直線部７８は長さ方向が前後方向と平行になるように配設されている。複数の直線部７８のうち最も左側に位置する第１直線部７８ａの後端は、正極リードである第１リード７９ａに接続されている。複数の直線部７８のうち最も右側に位置する第４直線部７８ｄの後端は、負極リードである第２リード７９ｂに接続されている。
【００５７】
複数の屈曲部７７の各々は、左右方向に隣り合う直線部７８同士を接続している。屈曲部７７は、隣り合う直線部７８同士の前端側（リード部７９から遠い側）を接続する非リード側屈曲部７７ａと、隣り合う直線部７８同士の後端側（リード部７９に近い側）を接続するリード側屈曲部７７ｂとを有している。本実施形態では、屈曲部７７は２個の非リード側屈曲部７７ａと、１個のリード側屈曲部７７ｂとを有している。複数の屈曲部７７は、いずれも曲線状に屈曲しており半円の円弧状をしている。なお、屈曲部７７は、折れ線状に屈曲した形状であってもよい。本実施形態では、複数の屈曲部７７及び複数の直線部７８は、どの部分でも厚さや幅が同じであり、どの部分でも断面積（長さ方向に垂直な断面の面積）が同じになっている。なお、屈曲部７７及び直線部７８の長さ方向は、屈曲部７７及び直線部７８の軸方向，換言すると電流が流れる方向とする。また、複数の屈曲部７７及び複数の直線部７８のうち１以上が、他とは断面積が異なっていてもよい。また、複数の屈曲部７７及び複数の直線部７８は、例えば幅が０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下としてもよい。複数の屈曲部７７及び複数の直線部７８は、厚さが０．００３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下としてもよい。
【００５８】
発熱部７６は、本実施形態では、貴金属とセラミックスとを含むサーメット（例えば、白金（Ｐｔ）とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とのサーメット）とした。なお、発熱部７６は、サーメットに限らず、例えば貴金属などの導電性物質を含むものであればよい。発熱部７６に用いる貴金属としては、白金，ロジウム（Ｒｈ），金（Ａｕ），パラジウム（Ｐｄ）の少なくとも１以上の金属，又はその合金などが挙げられる。
【００５９】
リード部７９は、発熱部７６の左後方に配設された第１リード７９ａと、右後方に配設された第２リード７９ｂとを有している。第１，第２リード７９ａ，７９ｂは発熱部７６への通電用のリードであり、ヒータコネクタ電極７１と接続されている。第１リード７９ａは正極リードであり、第２リード７９ｂは負極リードである。この第１，第２リード７９ａ，７９ｂ間に電圧が印加されることで発熱部７６に電流が流れ、発熱部７６が発熱する。リード部７９は、導電体であり、発熱部７６と比べて単位長さあたりの抵抗値が低くなっている。そのため、リード部７９は発熱部７６とは異なり通電時にはほとんど発熱しないようになっている。例えば、リード部７９は、発熱部７６と比べて体積抵抗率の低い材質であったり、断面積が大きかったりすることで、単位長さあたりの抵抗値が低くなっている。本実施形態では、リード部７９は、発熱部７６と比べて貴金属の割合が高いことで体積抵抗率が低くなっており、且つ、発熱部７６と比べて幅が広いことで断面積が大きくなっている。なお、リード部７９の左右方向の幅は、前方の直線部７８（第１，第４直線部７８ａ，７８ｄ）との接続部分では直線部７８と同じであるが、後方ほど幅が広くなっている。
【００６０】
こうして構成されたヒータ７２は、使用時に、ヒータコネクタ電極７１を介して外部の電源（例えば自動車のオルタネータ）に接続され、第１リード７９ａ，第２リード７９ｂ間に直流電圧が印加される。そして、印加された電圧により、発熱部７６に電流が流れて発熱部７６が発熱する。ヒータ７２は、このときのリード部７９と発熱部７６との間の電位傾度Ｇの最大値である電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下になるように、形状が調整されている。電位傾度Ｇは、リード部７９の表面と発熱部７６の表面との２点間の電位差をその２点間の距離（ヒータ絶縁層７４を介した距離）で除した値である。電位傾度Ｇは電源の電圧によっても値が変わるが、ヒータ７２に定格電圧（ガスセンサ１００の使用時に印加される電圧）が印加された状態における値とする。定格電圧は、例えば１２Ｖ以上１４Ｖ以下の少なくともいずれかの電圧としてもよい。また、電位傾度Ｇはどの２点間で測定するかによっても値が変化するが、電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下であるため、電位傾度Ｇをリード部７９と発熱部７６とのどの２点間で測定しても値が６．０Ｖ／ｍｍ以下であることになる。電位傾度Ｇｍａｘは４．５Ｖ／ｍｍ以下であることが好ましく、３．０Ｖ／ｍｍ以下であることがより好ましい。また、電位傾度Ｇｍａｘは、０．５Ｖ／ｍｍ以上としてもよい。
【００６１】
例えば、本実施形態では、発熱部７６とリード部７９との距離が近く且つ電位差も高い２点間として、点Ｐ１，Ｐ２間及び点Ｐ３，Ｐ４間の２カ所で、電位傾度Ｇが最大になる。なお、点Ｐ１，Ｐ２は、リード側屈曲部７７ｂと第１リード７９ａとの互いに最も接近した２点である。点Ｐ３，Ｐ４は、リード側屈曲部７７ｂと第２リード７９ｂとの互いに最も接近した２点である。点Ｐ１，Ｐ２間の距離を距離Ｌ１と称し、点Ｐ３，Ｐ４間の距離を距離Ｌ２と称する。距離Ｌ１と距離Ｌ２とは等しいものとする。本実施形態では、この点Ｐ１，Ｐ２間の電位傾度Ｇ及び点Ｐ３，Ｐ４間の電位傾度Ｇが電位傾度Ｇｍａｘに相当する。そして、この電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下になるように、ヒータ７２の形状、例えば距離Ｌ１（＝距離Ｌ２）が調整されている。例えば、第１リード７９ａ，第２リード７９ｂ間の直流電圧が１４Ｖである場合、点Ｐ１，Ｐ２間の電位差や点Ｐ３，Ｐ４間の電位差は約７Ｖ（１４Ｖの約半分）である。そのため、距離Ｌ１，Ｌ２を約１．１７ｍｍ以上にすれば、電位傾度Ｇｍａｘは６．０Ｖ／ｍｍ以下になる。
【００６２】
なお、電位傾度Ｇが最大となる２点間の距離Ｄ（本実施形態では距離Ｌ１，Ｌ２）は、０．０５ｍｍ以上が好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましく、１ｍｍ以上としてもよい。距離Ｄが０．０５ｍｍ以上であれば、リード部７９と発熱部７２との絶縁が保ちやすい。距離Ｄが０．１ｍｍ以上であれば、例えばスクリーン印刷によってヒータ７２のパターンを形成する場合に、ヒータ７２を形成しやすい。また、ヒータ７２の形状をコンパクトにしやすいため、距離Ｄは４ｍｍ以下が好ましい。
【００６３】
こうして構成されたガスセンサ１００の製造方法を以下に説明する。まず、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む６枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。このグリーンシートには、印刷時や積層時の位置決めに用いるシート穴や必要なスルーホール等を予め複数形成しておく。また、スペーサ層５となるグリーンシートにはガス流通部となる空間を予め打ち抜き処理などによって設けておく。そして、第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６のそれぞれに対応して、各セラミックスグリーンシートに種々のパターンを形成するパターン印刷処理・乾燥処理を行う。形成するパターンは、具体的には、例えば上述した各電極や各電極に接続されるリード線、大気導入層４８，ヒータ７２，などのパターンである。ヒータ７２となるパターンは、電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下になるように、例えば距離Ｌ１，Ｌ２が所定の値になるような形状として定められている。パターン印刷は、それぞれの形成対象に要求される特性に応じて用意したパターン形成用ペーストを、公知のスクリーン印刷技術を利用してグリーンシート上に塗布することにより行う。ヒータ７２となるパターン形成用のペーストは、上述したヒータ７２の材質からなる原料（例えば貴金属とセラミック粒子）と、有機バインダー及び有機溶剤等を混合したものを用いる。このように各種のパターンを形成したあと、グリーンシートを乾燥する。乾燥処理についても、公知の乾燥手段を用いて行う。パターン印刷・乾燥が終わると、各層に対応するグリーンシート同士を積層・接着するための接着用ペーストの印刷・乾燥処理を行う。そして、接着用ペーストを形成したグリーンシートをシート穴により位置決めしつつ所定の順序に積層して、所定の温度・圧力条件を加えることで圧着させ、一つの積層体とする圧着処理を行う。こうして得られた積層体は、複数個のセンサ素子１０１を包含したものである。その積層体を切断してセンサ素子１０１の大きさに切り分ける。そして、切り分けた積層体を所定の焼成温度で焼成し、センサ素子１０１を得る。
【００６４】
このようにしてセンサ素子１０１を得ると、センサ素子１０１を組み込んだセンサ組立体を製造し、保護カバーなどを取り付けることで、ガスセンサ１００が得られる。なお、電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下になるようにする点を除いて、上記のようなガスセンサの製造方法は公知であり、例えば国際公開２０１３／００５４９１号に記載されている。
【００６５】
こうして構成されたガスセンサ１００では、使用時に、上述したようにヒータ７２がヒータコネクタ電極７１を介して電源に接続され、発熱部７６が発熱する。これにより、センサ素子１０１全体が上記固体電解質（各層１〜６）が活性化する温度（例えば、７００℃〜９００℃）に調整される。このとき、ヒータ７２（発熱部７６及びリード部７９）の表面間の電位傾度Ｇが高い部分では、ヒータ７２やヒータ絶縁層７４に含まれる不純物（例えばアルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物など）の成分がイオン化する場合がある。生じるイオンの例としては、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ+），カルシウムイオン（Ｃａ2+），マグネシウムイオン（Ｍｇ2+）などの陽イオンや、酸化物イオン（Ｏ2-）などの陰イオンが挙げられる。これらのイオンが生じると、陽イオンが低電位方向に引き寄せられ、陰イオンが高電位方向に引き寄せられて、ヒータ絶縁層７４中を移動する場合がある。このような現象はマイグレーションと呼ばれている。そして、マイグレーションによって移動したイオンと移動先に存在するヒータ７２とが反応（例えばヒータ７２中の貴金属成分と反応）することなどにより、ヒータ７２が劣化して細線化や断線が生じる場合がある。また、上述したイオン化やイオンの移動は、電位傾度が高いほど発生しやすい。例えば、点Ｐ１，Ｐ２間の電位傾度が高いと、点Ｐ１に向かって陽イオンが移動することでリード側屈曲部７７ｂが劣化したり、点Ｐ２に向かって陰イオンが移動することで第１リード７９ａが劣化したりしやすい。同様に、点Ｐ３，Ｐ４間の電位傾度が高いと、点Ｐ４に向かって陽イオンが移動することで第２リード７９ｂが劣化したり、点Ｐ３に向かって陰イオンが移動することでリード側屈曲部７７ｂが劣化したりしやすい。しかし、本実施形態では、電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下になっている。すなわち、発熱部７６とリード部７９との間で、電位傾度が６．０Ｖ／ｍｍを超える高い値になっている部分がない。そのため、発熱部７６とリード部７９との間での上述したイオン化やイオンの移動が抑制されて、マイグレーションに起因するヒータ７２の劣化を抑制できる。したがって、ヒータ７２の寿命が長くなる。
【００６６】
なお、リード部７９は、上述したように、発熱部７６と比べて体積抵抗率の低い材質であったり、断面積が大きかったりすることで、単位長さあたりの抵抗値が低くなっている。これにより、リード部７９は、発熱部７６と比べて単位長さあたりの貴金属材料の量が多くなっている場合が多い。そのため、リード部７９は、マイグレーションに起因する劣化が生じても、発熱部７６と比べてリード部７９全体が劣化するまでの時間が長くなりやすく、劣化による断線などの影響が発現しにくい。したがって、電位傾度Ｇｍａｘを６．０Ｖ／ｍｍ以下とすることで得られるヒータ７２の劣化の抑制効果は、特に発熱部７６（本実施形態では特にリード側屈曲部７７ｂ）で表れる傾向にある。
【００６７】
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のヒータ部７０が本発明のセラミックスヒータに相当し、リード部７９がリード部に相当し、発熱部７６が発熱部に相当し、ヒータ７２が発熱体に相当し、第１基板層１，第２基板層２及び第３基板層３がセラミックス体に相当する。
【００６８】
以上詳述した本実施形態のガスセンサ１００によれば、ヒータ部７０は、ヒータ７２のリード部７９と発熱部７６との間の電位傾度Ｇの最大値である電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下になっている。これにより、マイグレーションに起因するヒータ７２の劣化を抑制できる。また、電位傾度Ｇｍａｘが４．５Ｖ／ｍｍ以下であることで、マイグレーションに起因するヒータ７２の劣化をより抑制できる。電位傾度Ｇｍａｘが３．０Ｖ／ｍｍ以下であることで、マイグレーションに起因するヒータ７２の劣化をさらに抑制できる。電位傾度Ｇが最大となる２点間の距離Ｄが０．０５ｍｍ以上であることで、リード部７９と発熱部７６との絶縁が保ちやすい。距離Ｄが４ｍｍ以下であることで、ヒータ７２の形状をコンパクトにしやすい。
【００６９】
また、セラミックス体（第１基板層１，第２基板層２及び第３基板層３）は、長手方向と短手方向とを有する板状体である。発熱部７６は、短手方向（左右方向）に沿って並んでおり長さ方向が長手方向（前後方向）に沿った４以上の直線部７８と、短手方向に隣り合う直線部７８同士をリード部７９に近い側の端部（後端部）で接続する１以上のリード側屈曲部７７ｂと、短手方向に隣り合う直線部７８同士をリード部７９から遠い側の端部（前端部）で接続する複数の非リード側屈曲部７７ａと、を有している。このような形状では、リード側屈曲部７７ｂとリード部７９との間の電位傾度Ｇが高くなりやすいため、電位傾度Ｇｍａｘを６．０Ｖ／ｍｍとしてマイグレーションに起因するヒータ７２の劣化を抑制する意義が高い。また、センサ素子１０１は、ヒータ部７０を備えており、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する。ガスセンサ１００は、センサ素子１０１を備えている。
【００７０】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００７１】
例えば、ヒータ部７０のヒータ７２の形状（パターン）は、上述した実施形態に限られない。ヒータ７２がどのような形状であっても、電位傾度Ｇｍａｘを６．０Ｖ／ｍｍ以下にすることで、マイグレーションに起因する発熱体の劣化を抑制する効果が得られる。例えば、直線部７８は長さ方向がヒータ部７０の長手方向（前後方向）に沿っていれば、平行でなくてもよい。図３は、変形例のヒータ７２Ａの説明図である。ヒータ７２Ａでは、４個の直線部７８のうち、左右の中央に位置する第２，第３直線部７８ｂ，７８ｃの長さ方向は、長手方向に沿っているが、長手方向に対して傾斜している。具体的には、第２直線部７８ｂは後方ほど左側に位置するように傾斜し、第３直線部７８ｃは後方ほど右側に位置するように傾斜している。こうすることで、上述した図２の形状のヒータ７２と比べて、屈曲部７７の半径（曲率半径）を大きくすることができる。換言すると、屈曲部７７の曲率半径を小さくすることなく、発熱部７６の左右方向の幅を小さくすることができる。また、リード部７９は、図２とは異なり、前方の直線部７８との接続部分も直線部７８より幅が広くなっている。なお、リード部７９の形状は図２と同じとしてもよいし、図２のヒータ７２においてリード部７９の形状を図３と同じとしてもよい。このような変形例のヒータ７２Ａでも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。例えば、電位傾度Ｇｍａｘを６．０Ｖ／ｍｍ以下にすることで、マイグレーションに起因するヒータ７２Ａの劣化を抑制する効果が得られる。なお、図３では、図２と同様に、電位傾度Ｇが最大となる箇所の一例を点Ｐ１〜Ｐ４，距離Ｌ１，Ｌ２で示している。
【００７２】
上述した実施形態では、発熱部７６は３個の屈曲部７７と４個の直線部７８とを備えていたが、これに限られない。例えば屈曲部７７は３個以上としてもよいし、１個又は２個としてもよいし、直線部７８は４個以上としてもよいし、３個以下としてもよい。直線部７８は４個以上の偶数としてもよい。非リード側屈曲部７７ａ及びリード側屈曲部７７ｂの数についても、本実施形態では非リード側屈曲部７７ａが２個，リード側屈曲部７７ｂが１個としたが、接続される直線部７８の数に応じて変更することができる。例えば、非リード側屈曲部７７ａは１個としてもよいし、２個以上であってもよい。リード側屈曲部７７ｂは２個以上であってもよい。発熱部７６は、非リード側屈曲部７７ａとリード側屈曲部７７ｂとの少なくとも一方を備えなくてもよい。
【００７３】
図４は、発熱部７６がリード側屈曲部７７ｂを２個有する場合の変形例のヒータ７２Ｂの説明図である。ヒータ７２Ｂの発熱部７６は、短手方向に沿って並んだ６個の直線部７８と、３個の非リード側屈曲部７７ａと、２個のリード側屈曲部７７ｂ（リード側屈曲部７７ｂ１，７７ｂ２）と、を備えている。このような変形例のヒータ７２Ｂでも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。例えば、電位傾度Ｇｍａｘを６．０Ｖ／ｍｍ以下にすることで、マイグレーションに起因するヒータ７２Ｂの劣化を抑制する効果が得られる。なお、図４では、図２と同様に、電位傾度Ｇが最大となる箇所の一例を点Ｐ１〜Ｐ４，距離Ｌ１，Ｌ２で示している。なお、図４のヒータ７２Ｂでは、リード側屈曲部７７ｂが２個あるため、電源の電圧が同じ場合で図２のヒータ７２と比較すると、点Ｐ１，Ｐ２間の電位差や点Ｐ３，Ｐ４間の電位差は小さくなる。すなわち、ヒータ７２Ｂは、ヒータ７２よりも電位傾度Ｇｍａｘが小さくなりやすい。このように、直線部７８や屈曲部７７の数を増やすことでも、電位傾度Ｇｍａｘを小さくすることができる。
【００７４】
上述した実施形態では、リード部７９は通電用の第１，第２リード７９ａ，７９ｂを備えていたが、電圧測定用のリードなど、他の用途のリードも備えていてもよい。図５は、この場合の変形例のヒータ７２Ｃの説明図である。ヒータ７２Ｃでは、リード部７９は、通電用の第１，第２リード７９ａ，７９ｂに加えて、電圧測定用の第３，第４リード７９ｃ，７９ｄを備えている。第３リード７９ｃは、第１リード７９ａと第１直線部７８ａとの接続部分に接続されており、第１リード７９ａと並列に接続されている。第４リード７９ｄは、第２リード７９ｂと第４直線部７８ｄとの接続部分に接続されており、第２リード７９ｂと並列に接続されている。このヒータ７２Ｃでは、第１，第２リード７９ａ，７９ｂ間に電圧を印加した状態で、第３，第４リード７９ｃ，７９ｄ間の電圧を測定することで、第１，第２リード７９ａ，７９ｂの抵抗値に起因する誤差が生じず、発熱部７６の両端の電圧を精度よく測定できる（いわゆる４端子法）。なお、ヒータ７２Ｃでは、第１，第３リード７９ａ，７９ｃが正極リードに相当し、第２，第４リード７９ｂ，７９ｄが負極リードに相当する。このヒータ７２Ｃでは、リード側屈曲部７７ｂと第３，第４リード７９ｃ，７９ｄとの距離が近いため、リード側屈曲部７７ｂと第３リード７９ｃとの間（例えば点Ｐ１，Ｐ２間）やリード側屈曲部７７ｂと第４リード７９ｄとの間（例えば点Ｐ３，Ｐ４間）の電位傾度Ｇが高くなりやすい。この変形例のヒータ７２Ｃでも、電位傾度Ｇｍａｘ（例えばＰ１，Ｐ２間の電位傾度Ｇや点Ｐ３，Ｐ４間の電位傾度Ｇ）を６．０Ｖ／ｍｍ以下にすることで、マイグレーションに起因するヒータ７２Ｃの劣化を抑制する効果が得られる。なお、図５のヒータ７２Ｃにおいて、リード部７９が第４リード７９ｄを備えなくてもよい。この場合、第１，第３リード７９ａ，７９ｃ間の電圧（＝第１リード７９ａの電圧降下の値）と第２リード７９ｂの電圧降下の値とはほぼ等しいため、第３，第２リード７９ｃ，７９ｂ間の電圧から第１，第３リード７９ａ，７９ｃ間の電圧を引いた値を、発熱部７６の両端の電圧として精度よく測定できる。第４リード７９ｄを備えない場合でも、電位傾度Ｇｍａｘ（例えばＰ１，Ｐ２間の電位傾度Ｇ）を６．０Ｖ／ｍｍ以下にすることで、マイグレーションに起因するヒータ７２Ｃの劣化を抑制する効果が得られる。
【００７５】
上述した実施形態では、ヒータ７２は左右対称であり図２の点Ｐ１，Ｐ２間の距離Ｌ１と、点Ｐ３，Ｐ４間の距離Ｌ２とが等しいものとしたが、これに限られない。例えば距離Ｌ１＜距離Ｌ２であり、点Ｐ１，Ｐ２間の電位傾度Ｇが点Ｐ３，Ｐ４間の電位傾度Ｇより大きくてもよい。この場合、例えば点Ｐ１，Ｐ２間の電位傾度Ｇが電位傾度Ｇｍａｘとなるのであれば、その電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下であればよい。
【００７６】
上述した実施形態では、ヒータ７２は帯状としたが、これに限らず線状（例えば断面が円又は楕円）としてもよい。
【００７７】
上述した実施形態では、ヒータ部７０を備えたガスセンサ１００として説明したが、本発明はセンサ素子１０１単体としてもよいし、ヒータ部７０単体すなわちセラミックスヒータ単体としてもよい。なお、ヒータ部７０は第１基板層１，第２基板層２，第３基板層３を備えていたが、ヒータ７２を囲むセラミックス体を有すればよい。例えば、ヒータ７２の下側の層が第１基板層１及び第２基板層２の２層ではなく、１層だけであってもよい。また、ヒータ部７０はヒータ絶縁層７４を備えていたが、ヒータ７２を囲むセラミックス体（例えば第１基板層１，第２基板層２）が絶縁性を有する材質（例えば、アルミナのセラミックス）であれば、ヒータ絶縁層７４は省略してもよい。また、センサ素子１０１の大きさは、例えば前後方向の長さが２５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、左右方向の幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、上下方向の厚さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下としてもよい。
【実施例】
【００７８】
以下には、センサ素子を具体的に作製した例を実施例として説明する。実験例１〜１１が本発明の実施例に相当し、実験例１２，１３が比較例に相当する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７９】
［実験例１〜１３］
上述した実施形態のガスセンサ１００の製造方法に従って、図１，２に示したセンサ素子１０１を作製して実験例１〜１３とした。実験例１〜１３は、第２，第３直線部７８ｂ，７８ｃの長さを変えることでリード側屈曲部７７ｂの前後方向の位置を変えて距離Ｌ１，Ｌ２を表１のように変えた点以外は、同じ構成とした。センサ素子１０１の大きさは、前後方向の長さが６７．５ｍｍ、左右方向の幅が４．２５ｍｍ、上下方向の厚さが１．４５ｍｍとした。なお、センサ素子１０１を作製するにあたり、セラミックスグリーンシートは、安定化剤のイットリアを４ｍｏｌ％添加したジルコニア粒子と有機バインダーと有機溶剤とを混合し、テープ成形により成形した。ヒータ部７０の発熱部７６用の導電性ペーストは、以下のように調整した。アルミナ粒子を４質量％，Ｐｔを９６質量％、及び溶媒としてのアセトンを所定量加えて予備混合を行い予備混合液を得た。ポリビニルブチラール２０質量％を、ブチルカルビトール８０質量％に溶解させて得た有機バインダー液を、予備混合液に添加して混合した後、適宜ブチルカルビトールを添加して粘度を調整することにより、導電性ペーストを得た。なお、リード部７９用の導電性ペーストは、アルミナ粒子を２質量％，Ｐｔを９８質量％とした点以外は、発熱部７６用の導電性ペーストと同様に調整して得た。
【００８０】
［評価試験］
実験例１〜１３について、ヒータ７２の耐久性（寿命）を評価した。具体的には、リード部７９に直流電圧（１４Ｖ）を印加してヒータ７２に通電した。そして、通電した状態で２０００時間以内にヒータ７２に断線が生じるか否かを判定し、断線が生じなかった場合を「Ａ（良，実用レベル以上）」とし、断線が生じた場合を「Ｂ（不良，実用レベル未満）」とした。また、各実験例１〜１３について、印加する直流電圧は変えずに、発熱部７６の単位長さあたりの抵抗値を変えることで、電圧印加時の発熱部７６の平均温度が７００℃，７５０℃，８００℃，８５０℃，９００℃となるように調整し、それぞれの温度の場合のヒータ７２の耐久性を評価した。なお、発熱部７６の抵抗値は、発熱部７６のＰｔの含有割合を変えることで変化させた。発熱部７６の温度は、センサ素子１０１の下面の温度を放射温度計により測定することで、間接的に測定した。
【００８１】
また、実験例１〜１３について、リード部７９に直流電圧（１４Ｖ）を印加した際の電位傾度Ｇｍａｘを測定した。具体的には、まず、実験例１〜１３の各々について、ヒータ７２よりも上側の層（ヒータ絶縁層７４のうちヒータ７２より上側の部分，及び各層３〜６）を備えないテストピースを作製した。次に、このテストピースのヒータ７２に電圧を印加した状態で、発熱部７６とリード部７９との間の電位傾度Ｇを測定箇所を変えて総当たり的に複数測定した。そして、測定した電位傾度Ｇの最大値を電位傾度Ｇｍａｘとした。なお、実験例１〜１３のいずれにおいても、点Ｐ１，Ｐ２間及び点Ｐ３，Ｐ４間の電位傾度Ｇの値が、電位傾度Ｇｍａｘであった。
【００８２】
評価試験の結果を表１に示す。表１には、各実験例の電位傾度Ｇｍａｘ及び距離Ｌ１，Ｌ２（＝距離Ｄ）の値も示した。
【００８３】
【表１】
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【００８４】
表１に示すように、電位傾度Ｇｍａｘが小さいほど、ヒータ７２に断線が生じにくくなる傾向がみられた。また、電位傾度Ｇｍａｘの値が小さいほど、より高い温度でもヒータ７２の断線が生じにくくなる傾向が見られた。電位傾度Ｇｍａｘが６．０Ｖ／ｍｍ以下である実験例１〜１１は、発熱部７６の平均温度が少なくとも７００℃の場合において断線が生じておらず、実験例１２，１３と比べてヒータ７２の劣化が抑制されていることが確認できた。また、電位傾度Ｇが４．５Ｖ／ｍｍ以下である実験例１〜８は、発熱部７６の平均温度が７５０℃の場合においても断線が生じなかった。電位傾度Ｇｍａｘが３．０Ｖ／ｍｍ以下である実験例１〜５は、発熱部７６の平均温度が７００℃〜９００℃のいずれの場合においても断線が生じなかった。なお、実験例６〜１３において「Ｂ（不良）」となったヒータ７２は、いずれもリード側屈曲部７７ｂに断線が生じていた。
【符号の説明】
【００８５】
１  第１基板層、２  第２基板層、３  第３基板層、４  第１固体電解質層、５  スペーサ層、６  第２固体電解質層、１０  ガス導入口、１１  第１拡散律速部、１２  緩衝空間、１３  第２拡散律速部、２０  第１内部空所、２１  主ポンプセル、２２  内側ポンプ電極、２２ａ  天井電極部、２２ｂ  底部電極部、２３  外側ポンプ電極、２４  可変電源、３０  第３拡散律速部、４０  第２内部空所、４１  測定用ポンプセル、４２  基準電極、４３  基準ガス導入空間、４４  測定電極、４５  第４拡散律速部、４６  可変電源、４８  大気導入層、５０  補助ポンプセル、５１  補助ポンプ電極、５１ａ  天井電極部、５１ｂ  底部電極部、５２  可変電源、７０  ヒータ部、７１  ヒータコネクタ電極、７２，７２Ａ〜７２Ｃ  ヒータ、７３  スルーホール、７４  ヒータ絶縁層、７５  圧力放散孔、７６  発熱部、７７  屈曲部、７７ａ  非リード側屈曲部、７７ｂ  リード側屈曲部、７８  直線部、７８ａ〜７８ｄ  第１〜第４直線部、７９  リード部、７９ａ〜７９ｄ  第１〜第４リード、８０  主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８１  補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８２  測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８３  センサセル、１００  ガスセンサ、１０１  センサ素子。
【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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