(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に設けられて被測定ガスに晒される検知電極と、前記固体電解質層の他方の面に設けられて基準ガスに晒される基準電極と、前記基準電極に前記基準ガスを導入する基準ガス流路を形成するための第１の層と、を含む複数の層が積層されているガスセンサ素子であって、
前記基準ガス流路は、前記第１の層と、該第１の層に隣接する層と、の間に形成されており、
前記基準ガス流路の内壁面のうち、前記ガスセンサ素子の積層方向において互いに対向する２つの内壁面の一方の面であって、前記隣接する層における前記第１の層と接する側の面に、正方晶ジルコニアを含む補強層が設けられていることを特徴とする
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、
前記ガスセンサ素子には、該ガスセンサ素子の外表面から前記基準ガス流路に向かって前記積層方向に延びると共に前記基準ガス流路に前記基準ガスを導入するための流路を形成する第１の貫通孔が設けられており、
前記補強層は、前記積層方向に投影したときに、前記第１の貫通孔と重なる領域に形成されていることを特徴とする
ガスセンサ素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスセンサ素子であって、
前記ガスセンサ素子には、前記検知電極、前記基準電極、および、前記固体電解質層を加熱するためのヒータから選択される少なくとも一つと、前記ガスセンサ素子の外表面に設けた電極端子部と、を電気的に導通させる経路を形成するための、前記積層方向に延びる第２の貫通孔が形成されており、
前記補強層は、前記積層方向に投影したときに、前記第２の貫通孔と重なる領域に形成されていることを特徴とする
ガスセンサ素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のガスセンサ素子であって、
前記補強層は、前記基準ガス流路における前記互いに対向する２つの内壁面のうち、該２つの内壁面のそれぞれから前記ガスセンサ素子の外表面までの、前記積層方向に互いに離間する方向の厚みが小さい方の面に設けられることを特徴とする
ガスセンサ素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のガスセンサ素子であって、
前記補強層は、該補強層および前記基準ガス流路を前記積層方向に投影したときに、前記基準ガス流路の延びる方向と直交する幅方向に前記基準ガス流路の外縁を超える領域にわたって形成されていることを特徴とする
ガスセンサ素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のガスセンサ素子であって、
前記補強層は、前記ガスセンサ素子の外表面に露出しないように設けられていることを特徴とする
ガスセンサ素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のガスセンサ素子であって、
前記ガスセンサ素子は、前記固体電解質層と共に積層される基材層として、アルミナを５０質量％以上含有する層を備えることを特徴とする
ガスセンサ素子。
【請求項８】
被測定ガス中の特定ガスを検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を保持する主体金具と、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７までのいずれか一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。
【請求項９】
請求項８に記載のガスセンサであって、さらに、
前記ガスセンサ素子を押圧保持する保持部を備え、
前記補強層は、少なくとも、前記保持部によって前記ガスセンサ素子が押圧保持される部位に設けられていることを特徴とする
ガスセンサ。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のガスセンサであって、
前記補強層は、前記ガスセンサ素子の外表面における前記被測定ガスと接触する領域に露出しないように設けられてい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、ガスセンサ素子およびガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の内燃機関等から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するためのガスセンサが知られている。ガスセンサに用いるガスセンサ素子は、一般に、固体電解質層と、固体電解質層の各々の面に配置された基準電極および検知電極とを備えており、基準電極には基準ガス（例えば大気）が供給され、検知電極には被測定ガスが供給される。このようなガスセンサ素子としては、例えば、上記した一対の電極を備える固体電解質層と共に、さらに、絶縁層やヒータ等を積層した積層体から成り、全体として板状の外形を有する積層型ガスセンサ素子が知られている。
【０００３】
このようなガスセンサ素子では、ガスセンサ素子の強度を高めて破損を抑えることが望まれている。ガスセンサ素子の強度に係る問題の一つとしては、ガスセンサ素子の製造工程において、焼成用セッタからの脱粒屑がガスセンサ素子の表面に付着して、ガスセンサ素子を構成するアルミナと脱粒屑とが焼成時に反応するという問題が知られていた。すなわち、アルミナと脱粒屑とが反応すると、アルミナが異常粒成長して、センサ素子の抗折強度が低下するという問題が生じた。そして、このような問題に対しては、センサ素子の外表面の特定箇所に、高靱性な材料を含む塗布層を設ける構成が提案されている。これにより、脱粒屑がガスセンサ素子の表面に付着する場合であっても、ガスセンサ素子の抗折強度を確保可能にしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許０５２７５４２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積層型ガスセンサ素子としては、基準電極に対して基準ガスとしての大気を導くための大気導入孔を、積層体の内部に設けた構成が知られている。このように積層体の内部に空間を設ける場合には、積層体において内部に空間が設けられた領域の強度が低下する。そのため、ガスセンサ素子をガスセンサ内に組み付ける際や、ガスセンサ素子を組み付けた後にガスセンサを使用する過程において、外力が加わると、ガスセンサ素子が損傷し易くなる。そのため、大気導入孔のような空間を内部に設ける場合にも、ガスセンサ素子の機械的強度を高めることが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述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可能である。
本発明の一形態は、固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に設けられて被測定ガスに晒される検知電極と、前記固体電解質層の他方の面に設けられて基準ガスに晒される基準電極と、前記基準電極に前記基準ガスを導入する基準ガス流路を形成するための第１の層と、を含む複数の層が積層されているガスセンサ素子であって、前記基準ガス流路は、前記第１の層と、該第１の層に隣接する層と、の間に形成されており、前記基準ガス流路の内壁面のうち、前記ガスセンサ素子の積層方向において互いに対向する２つの内壁面の一方の面であって、前記隣接する層における前記第１の層と接する側の面に、正方晶ジルコニアを含む補強層が設けられている。
このような形態であれば、ガスセンサ素子において、第１の層を用いて基準ガス流路を形成することによりガスセンサ素子の強度が低下する部位の強度を高め、ガスセンサ素子の抗折強度を高めることができる。また、上記隣接する層における第１の層と接する側の面に、補強層を設けることにより、容易に補強層を形成することができる。
その他、本発明は、以下のような形態として実現することも可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、固体電解質層と、前記固体電解質層の一方の面に設けられて被測定ガスに晒される検知電極と、前記固体電解質層の他方の面に設けられて基準ガスに晒される基準電極と、前記基準電極に前記基準ガスを導入する基準ガス流路を形成するための第１の層と、を含む複数の層が積層されているガスセンサ素子が提供される。このガスセンサ素子は、前記基準ガス流路の内壁面のうち、前記ガスセンサ素子の積層方向において互いに対向する２つの内壁面の少なくとも一方の面に、正方晶ジルコニアを含む補強層が設けられている。
この形態のガスセンサ素子によれば、ガスセンサ素子において、第１の層を用いて基準ガス流路を形成することによりガスセンサ素子の強度が低下する部位の強度を高め、ガスセンサ素子の抗折強度を高めることができる。
【０００８】
（２）上記形態のガスセンサ素子において、前記ガスセンサ素子には、該ガスセンサ素子の外表面から前記基準ガス流路に向かって前記積層方向に延びると共に前記基準ガス流路に前記基準ガスを導入するための流路を形成する第１の貫通孔が設けられており；前記補強層は、前記積層方向に投影したときに、前記第１の貫通孔と重なる領域に形成されていることとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、さらに、第１の貫通孔を設けることに起因するガスセンサ素子の強度低下を抑えることができる。
【０００９】
（３）上記形態のガスセンサ素子において；前記ガスセンサ素子には、前記検知電極、前記基準電極、および、前記固体電解質層を加熱するためのヒータから選択される少なくとも一つと、前記ガスセンサ素子の外表面に設けた電極端子部と、を電気的に導通させる経路を形成するための、前記積層方向に延びる第２の貫通孔が形成されており；前記補強層は、前記積層方向に投影したときに、前記第２の貫通孔と重なる領域に形成されていることとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、さらに、第２の貫通孔を設けることに起因するガスセンサ素子の強度低下を抑えることができる。
【００１０】
（４）上記形態のガスセンサ素子において、前記補強層は、前記基準ガス流路における前記互いに対向する２つの内壁面のうち、該２つの内壁面のそれぞれから前記ガスセンサ素子の外表面までの、前記積層方向に互いに離間する方向の厚みが小さい方の面に設けられることとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、強度がより不足する側に補強層を設けることにより、ガスセンサ素子の強度を高める効果を高めることができる。
【００１１】
（５）上記形態のガスセンサ素子において、前記基準ガス流路は、前記第１の層と、該第１の層に隣接する層と、の間に形成されており、前記補強層は、前記隣接する層における前記第１の層と接する側の面に形成されることとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、上記隣接する層における第１の層と接する側の面に、補強層を設けることにより、容易に補強層を形成することができる。
【００１２】
（６）上記形態のガスセンサ素子において、前記補強層は、該補強層および前記基準ガス流路を前記積層方向に投影したときに、前記基準ガス流路の延びる方向と直交する幅方向に前記基準ガス流路の外縁を超える領域にわたって形成されていることとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、基準ガス流路の内壁面において特に応力が集中する角部においても補強層によって強度を確保できるため、ガスセンサ素子を補強する効果を高めることができる。
【００１３】
（７）上記形態のガスセンサ素子において、前記補強層は、前記ガスセンサ素子の外表面に露出しないように設けられていることとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、ガスセンサ素子をガスセンサに組み込んで使用する際に、ガスセンサ素子の外表面に液水が接触することがあっても、液水との接触に起因するガスセンサ素子の損傷や、ガスセンサ素子の温度低下に起因するガスセンサの感度低下を抑えることができる。
【００１４】
（８）上記形態のガスセンサ素子において、前記ガスセンサ素子は、前記固体電解質層と共に積層される基材層として、アルミナを５０質量％以上含有する層を備えることとしてもよい。この形態のガスセンサ素子によれば、ガスセンサ素子をガスセンサに組み込んで使用する際に、ガスセンサ素子内で温度勾配が生じることを抑えることができる。
【００１５】
（９）本発明の他の形態によれば、被測定ガス中の特定ガスを検出するためのガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を保持する主体金具と、を備えるガスセンサが提供される。このガスセンサは、前記ガスセンサ素子として、（１）から（８）までのいずれか一項に記載のガスセンサ素子を備える。この形態のガスセンサによれば、ガスセンサ素子の強度が高められているため、ガスセンサの耐久性を向上させることができる。
【００１６】
（１０）上記形態のガスセンサにおいて、さらに、前記ガスセンサ素子を押圧保持する保持部を備え、前記補強層は、少なくとも、前記保持部によって前記ガスセンサ素子が押圧保持される部位に設けられていることとしてもよい。この形態のガスセンサによれば、ガスセンサ素子の強度を高めてガスセンサの耐久性を高める効果を、特に顕著に得ることができる。
【００１７】
（１１）上記形態のガスセンサ素子において、前記補強層は、前記ガスセンサ素子の外表面における前記被測定ガスと接触する領域に露出しないように設けられていることとしてもよい。この形態のガスセンサによれば、ガスセンサの使用中に、補強層が液水と接触することを抑えることができる。そのため、補強層が液水と接触することに起因するガスセンサ素子の損傷や、ガスセンサ素子の温度低下に起因するガスセンサの感度低下を抑えることができる。
【００１８】
本発明は、上記以外の種々の態様で実現できる。例えば、ガスセンサ素子の製造方法、ガスセンサの製造方法、ガスセンサ素子の補強方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ガスセンサの全体構成を示す断面図である。
【図２】センサ素子の分解斜視図である。
【図３】センサ素子の平面図である。
【図４】センサ素子の断面図である。
【図５】センサ素子の平面図である。
【図６】センサ素子の平面図である。
【図７】センサ素子の断面図である。
【図８】センサ素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．ガスセンサの構成：
図１は、本発明の第１実施形態としてのガスセンサ２の全体構成を示す断面図である。このガスセンサ２は、図示しない内燃機関（エンジン）の排気管に固定されて、被測定ガスである排気ガス中に含まれる特定ガスの濃度を測定する。本実施形態のガスセンサ２は酸素ガス濃度を測定するセンサである。図１は、ガスセンサ２の軸線ＣＬを含み、軸線ＣＬに平行な方向である軸線方向ＣＤと平行な断面を示している。軸線ＣＬは、ガスセンサ２の中心において、ガスセンサ２の長手方向に延びる。以下の説明では、図１の紙面に対して下側を「先端側ＡＳ」と呼び、上側を「後端側ＢＳ」と呼び、軸線ＣＬを通過して軸線ＣＬに垂直な方向を「径方向」と呼ぶ。
【００２１】
ガスセンサ２は、軸線方向ＣＤに延びる板状のセンサ素子４と、センサ素子４の後端側ＢＳを挿通する先端側セパレータ６６と、先端側セパレータ６６の後端側ＢＳに配置された後端側セパレータ６３と、センサ素子４の後端側ＢＳに形成された電極端子部３０と接触する金属端子部材１０と、先端側セパレータ６６よりも先端側ＡＳの位置でセンサ素子４の周囲を取り囲む主体金具３８と、を備える。電極端子部３０と金属端子部材１０とはそれぞれ４つずつ設けられている。図１では、電極端子部３０と金属端子部材１０とは２つのみ図示されている。
【００２２】
センサ素子４は、測定対象ガスである排気ガス中の酸素濃度を検出するための信号を出力する。板状のセンサ素子４では、第１板面２１と、第１板面２１の裏面である第２板面２３とが、最も大きな面である主面を構成する。センサ素子４は、後述するように、複数のシート状部材を積層することにより構成されている。図１では、軸線方向ＣＤと直交する方向であって、上記したシート状部材の積層方向を、積層方向ＬＤとして示している。第１板面２１および第２板面２３は、センサ素子４の外表面のうち、積層方向ＬＤに直交する外表面である。
【００２３】
センサ素子４は、先端側ＡＳに位置して被測定ガスに晒される検出部８と、後端側ＢＳに位置して、対応する金属端子部材１０が接触する４つの電極端子部３０と、を有する。４つの電極端子部３０のうち２つは第１板面２１に形成され、残りの２つは第２板面２３に形成されている。センサ素子４は、検出部８が主体金具３８の先端より突出すると共に、電極端子部３０が主体金具３８の後端より突出した状態で、主体金具３８の内部に固定される。センサ素子４の詳細は後述する。また、本実施形態では、センサ素子４の先端側ＡＳの検出部８は、多孔質に形成された保護層で覆われており、被測定ガス中に含まれる不純物（例えば、水）が検出部８に付着することが抑制されている。本実施形態における「センサ素子４」は、「ガスセンサ素子」として機能する。
【００２４】
先端側セパレータ６６および後端側セパレータ６３は、アルミナ等の絶縁部材によって形成されている。先端側セパレータ６６は略筒状である。先端側セパレータ６６は、センサ素子４のうち電極端子部３０が位置する後端側部分の周囲を取り囲むように配置されている。先端側セパレータ６６は、センサ素子４の後端側部分を挿通するための挿通部６５ａと、挿通部６５ａの内壁面に形成された４つの溝部６５ｂ（図１では２つのみ図示）と、を有する。４つの溝部６５ｂは、軸線方向ＣＤに延びて、先端側セパレータ６６の先端側端面６８から後端側端面６２まで貫通する。４つの溝部６５ｂには、対応する金属端子部材１０が挿通される。また、先端側セパレータ６６は、後端側ＢＳに径方向外向きに突出する鍔部６７を有する。後端側セパレータ６３は、内部を軸線方向ＣＤに沿って貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔内に、上記した金属端子部材１０の後端部が挿入されている。
【００２５】
金属端子部材１０は、対応する溝部６５ｂに挿通された状態で、積層方向ＬＤにおいて、センサ素子４と先端側セパレータ６６との間に位置する。金属端子部材１０は、センサ素子４と先端側セパレータ６６とによって挟持される。金属端子部材１０は、センサ素子４と酸素濃度を算出するための外部機器との間の電流経路を形成する。金属端子部材１０の後端部は、後端側セパレータ６３内において、ガスセンサ２の外部から内部に配設されるリード線４６に電気的に接続されると共に、先端側セパレータ６６内において、センサ素子４の電極端子部３０に電気的に接続される。リード線４６は、電極端子部３０の個数に対応して４つ設けられ、外部機器に電気的に接続されている（図１では２つのみ図示）。
【００２６】
主体金具３８は、略筒状の金属製の部材である。主体金具３８は、軸線方向ＣＤに貫通する貫通孔５４と、貫通孔５４の径方向内側に突出する棚部５２と、を有する。主体金具３８は、検出部８が貫通孔５４の先端側ＡＳの開口よりも先端側ＡＳに位置し、電極端子部３０が貫通孔５４の後端側ＢＳの開口よりも後端側ＢＳに位置するように、センサ素子４を貫通孔５４内で保持する。棚部５２は、軸線方向ＣＤに垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。主体金具３８の外表面には、排気管にガスセンサ２を固定するためのネジ部３９が形成されている。
【００２７】
貫通孔５４の内部には、センサ素子４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５３と、粉末充填層（滑石リング）５６と、セラミックスリーブ６とが、先端側ＡＳから後端側ＢＳにかけて、この順に積層されている。また、セラミックスリーブ６と主体金具３８の後端部４０との間には、加締パッキン５７が配置されている。主体金具３８の後端部４０は、加締パッキン５７を介してセラミックスリーブ６を先端側に押し付けるように、加締められている。
【００２８】
ガスセンサ２は、さらに、主体金具３８の後端側ＢＳにおいて主体金具３８の外周に固定された外筒４４と、先端側セパレータ６６を保持するための保持部材６９と、外筒４４の後端部に配置されたグロメット５０と、主体金具３８の先端側ＡＳの外周に固定された外部プロテクタ４５及び内部プロテクタ４３と、を有する。
【００２９】
外筒４４は、略筒状の金属製の部材である。外筒４４の先端側ＡＳの外周は、レーザ溶接等によって主体金具３８に取り付けられている。外筒４４は、後端側ＢＳにおいて外径が縮径しており、縮径された開口内にはグロメット５０が嵌め込まれている。グロメット５０には、リード線４６を挿通させるための４つのリード線挿通孔６１（図１では２つのみ図示）が形成されている。
【００３０】
グロメット５０には、さらに、その中央部を軸線ＣＬに沿って貫通する貫通孔５８が形成されている。この貫通孔５８には、フィルタおよびフィルタ固定用の金属製筒状部材から構成されたフィルタユニット５９が装填されており、このフィルタユニット５９を通じて、大気が外筒４４内に導入される。これにより、外筒４４内の空間が大気で満たされる。
【００３１】
保持部材６９は金属製の筒状の部材である。保持部材６９は、外筒４４に固定され外筒４４内に位置決めされている。保持部材６９は、その後端側ＢＳにおいて先端側セパレータ６６の鍔部６７に当接することで、先端側セパレータ６６を保持する。
【００３２】
外部プロテクタ４５および内部プロテクタ４３は、有底筒状であり、複数の孔部を有する金属製の部材である。外部プロテクタ４５および内部プロテクタ４３は、主体金具３８の先端側ＡＳ外周に、レーザ溶接等によって取り付けられている。外部プロテクタ４５および内部プロテクタ４３は、検出部８を覆うことでセンサ素子４を保護する。被測定ガスは、外部プロテクタ４５および内部プロテクタ４３に設けられた複数の孔部を通過することによって、内部プロテクタ４３内に流入する。
【００３３】
Ａ−２．センサ素子の構成：
図２は、センサ素子４の分解斜視図である。図２に示した軸線方向ＣＤ、先端側ＡＳ、後端側ＢＳ、および積層方向ＬＤは、それぞれ図１に示した方向と対応している。センサ素子４は、絶縁層４２１と、検知電極４４１と、固体電解質層４３０と、補強層８０と、基準電極４４２と、ガス流路形成層４２２と、絶縁層４２３と、ヒータ４５０と、絶縁層４２４と、を備え、これらの構成部材は積層方向ＬＤに沿って、この順で積層されている。絶縁層４２１、固体電解質層４３０、ガス流路形成層４２２、および絶縁層４２３，４２４は、矩形のシート状部材であり、略同一の外形形状を有している。
【００３４】
また、図２では、４つの電極端子部３０（具体的には、電極端子部３１〜３４）についても図示している。各電極端子部３０は、センサ素子４の電気的接続のために使用される。各電極端子部３０は、例えば、白金、ロジウムなどを用いて形成されており、略矩形形状である。電極端子部３０は、例えば、白金等を主成分とするペーストを、絶縁層４２１あるいは絶縁層４２４上にスクリーン印刷することにより形成することができる。電極端子部３１，３２は、センサ素子４の後端側ＢＳにおいて、絶縁層４２１の第１板面２１において、軸線方向ＣＤに垂直な方向に並んで形成されている。電極端子部３３，３４は、センサ素子４の後端側ＢＳにおいて、絶縁層４２４の第２板面２３において、軸線方向ＣＤに垂直な方向に並んで形成されている。図２では、第１板面２１および第２板面２３に平行であって、軸線方向ＣＤに垂直な方向を、幅方向ＷＤとして示している。
【００３５】
固体電解質層４３０は、検知電極４４１および基準電極４４２と共に、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃淡電池として機能する。固体電解質層４３０は、酸化物イオン伝導性（酸素イオン伝導性）を有する固体電解質によって構成される。本実施形態では、固体電解質層４３０は、安定化剤として酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を添加した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、すなわちイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）によって構成している。あるいは、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）等から選択される酸化物を添加した安定化ジルコニア等の、他の固体電解質によって、固体電解質層４３０を構成してもよい。固体電解質層４３０には、固体電解質層４３０を、その厚さ方向（積層方向ＬＤ）に貫通するスルーホール３０ａ，３０ｃが形成されている。スルーホール３０ａは、固体電解質層４３０の後端側ＢＳの端部に設けられており、スルーホール３０ｃは、スルーホール３０ａよりも先端側ＡＳに設けられている。なお、本実施形態では固体電解質層４３０全体を上記固体電解質によって形成しているが、異なる構成としてもよい。少なくとも、後述する検知電極４４１の第１電極部４１ａと、基準電極４４２の第２電極部４２ａとに挟まれる領域が、固体電解質によって形成されていればよい。
【００３６】
絶縁層４２１，４２３，４２４は、隣接する層の間を電気的に絶縁する緻密層である。絶縁層４２１，４２３，４２４は、アルミナを主成分として形成されている。絶縁層４２１，４２３，４２４、および後述するガス流路形成層４２２は、センサ素子４の大部分を構成する基材層として機能する。これら基材層は、アルミナ以外の材料によって構成することしてもよいが、少なくとも５０質量％以上のアルミナを含むことが望ましい。熱伝導率が高いアルミナを上記のように高い割合で含むことで、ヒータ４５０による加熱時にセンサ素子４内で温度勾配が生じることを抑えることができる。
【００３７】
絶縁層４２１の先端側ＡＳには、その厚さ方向（積層方向ＬＤ）に絶縁層４２１を貫通して、平面視が矩形形状の多孔質保護層４６０が形成されている。多孔質保護層４６０は、アルミナ等によって形成される多孔質層であり、検知電極４４１へと流れる被測定ガスを拡散するために設けられている。なお、センサ素子４において、先端側ＡＳの多孔質保護層４６０を含む部位は、既述した検出部８に含まれる。また、絶縁層４２１の後端側ＢＳには、積層方向ＬＤに絶縁層４２１を貫通する３つのスルーホール２１ａ，２１ｂ，２１ｃが形成されている。同様に、絶縁層４２４の後端側ＢＳには、その厚さ方向（積層方向ＬＤ）に絶縁層４２４を貫通する２つのスルーホール２３ｄ，２３ｅが形成されている。
【００３８】
検知電極４４１は、例えば、白金、ロジウムなどを用いて形成されている。検知電極４４１は、固体電解質層４３０のうち、積層方向ＬＤの一方の面（絶縁層４２１が配置される側の面）に配置されている。検知電極４４１は、先端側ＡＳの端部に設けられた第１電極部４１ａと、第１電極部４１ａから後端側ＢＳに向かって延びる第１リード部４１ｂと、を備えている。検知電極４４１は、第１リード部４１ｂの後端側ＢＳの端部から、絶縁層４２１のスルーホール２１ｂを介して、電極端子部３２に電気的に接続されている。すなわち、スルーホール２１ｂによって形成される空間は、検知電極４４１と電極端子部３２とを電気的に導通させる経路を形成するための「第２の貫通孔」として機能する。
【００３９】
基準電極４４２は、例えば、白金、ロジウムなどを用いて形成されている。基準電極４４２は、固体電解質層４３０のうち、積層方向ＬＤの他方の面（ガス流路形成層４２２が配置される側の面）に配置されている。基準電極４４２は、先端側ＡＳの端部に設けられた第２電極部４２ａと、第２電極部４２ａから後端側ＢＳに向かって延びる第２リード部４２ｂと、を備えている。基準電極４４２は、第２リード部４２ｂから、固体電解質層４３０のスルーホール３０ａと、絶縁層４２１のスルーホール２１ａとを介して、電極端子部３１に電気的に接続されている。すなわち、スルーホール２１ａ，３０ａによって形成される空間は、基準電極４４２と電極端子部３１とを電気的に導通させる経路を形成するための「第２の貫通孔」として機能する。
【００４０】
ガス流路形成層４２２は、緻密質のセラミック（例えばアルミナ）によって形成されている。ガス流路形成層４２２には、その厚さ方向（積層方向ＬＤ）にガス流路形成層４２２を貫通する貫通孔であって、基準電極４４２に基準ガスを導入するための基準ガス流路ＣＰを形成するための導入孔７０が設けられている。本実施形態では、基準ガスとして大気を用いている。導入孔７０は、先端側ＡＳの端部において平面視矩形形状に形成された基準室孔７０ａと、この基準室孔７０ａよりも幅方向ＷＤの長さが短く基準室孔７０ａから後端側ＢＳに延びる通気孔７０ｂと、を有している。そして、導入孔７０は、ガス流路形成層４２２のほか、表面に基準電極４４２を形成した固体電解質層４３０と、絶縁層４２３と、に囲まれて、基準電極４４２に基準ガスを導入する基準ガス流路ＣＰを構成する。すなわち、ガス流路形成層４２２は、基準電極４４２に基準ガスを導入するための基準ガス流路が形成された「第１の層」として機能する。基準ガス流路ＣＰについては、後にさらに詳しく説明する。
【００４１】
補強層８０は、固体電解質層４３０上に形成される層である。補強層８０は、正方晶ジルコニアを含む。正方晶ジルコニアは優れた靱性を示すため、補強層８０は、センサ素子４の抗折強度を高める機能を有する。また、正方晶ジルコニアは、クラック発生時に正方晶から単斜晶への相転移が起こり、その際の体積膨張によってクラックの伸展を抑制する性質を有しており、これにより、補強層８０は、センサ素子４の損傷を抑える機能を有する。補強層８０については、後に詳しく説明する。
【００４２】
絶縁層４２３と絶縁層４２４の間には、軸線方向ＣＤに沿って延びるヒータ４５０が埋設されている。ヒータ４５０は、センサ素子４を所定の活性温度に昇温し、固体電解質層４３０における酸素イオンの伝導性を高め、ガスセンサ２の動作を安定させるために用いられる。ヒータ４５０は、白金などの導電体によって形成された発熱抵抗体であり、供給された電力によって熱を生じる。
【００４３】
ヒータ４５０は、先端側ＡＳにおいて蛇行状に形成された加熱部４５０ａと、この加熱部４５０ａの両端にそれぞれ接続されて後端側ＢＳに向かって直線状に延びるヒータリード部４５０ｂ，４５０ｃと、を備える。ヒータリード部４５０ｂ，４５０ｃの後端側ＢＳの端部は、それぞれ、絶縁層４２４に形成されたスルーホール２３ｄ，２３ｅを介して、電極端子部３３，３４に電気的に接続されている。すなわち、スルーホール２３ｄ，２３ｅによって形成される空間は、ヒータ４５０と電極端子部３３，３４とを電気的に導通させる経路を形成するための「第２の貫通孔」として機能する。
【００４４】
Ａ−３．基準ガス流路の構成：
図３は、センサ素子４を第１板面２１側から見た平面図である。また、図４は、図３に示すＡ−Ａ断面におけるセンサ素子４の断面図である。図３では、絶縁層４２１の第１板面２１上に表われている構造は実線で表わしており、センサ素子４の内部構造は破線で表わしている。なお、図３では積層方向ＬＤを図示していないが、図３においては、積層方向ＬＤは紙面に垂直な方向となる。また、図４では幅方向ＷＤを図示していないが、図４においては、幅方向ＷＤは紙面に垂直な方向となる。
【００４５】
既述したように、ガス流路形成層４２２に形成されて基準ガス流路ＣＰを形成する導入孔７０は、基準室孔７０ａと、通気孔７０ｂと、を備える。図３および図４に示すように、基準室孔７０ａは、積層方向ＬＤに投影したときに、検知電極４４１の第１電極部４１ａの全体、および、基準電極４４２の第２電極部４２ａの全体と、重なる位置に設けられている。したがって、基準ガス流路ＣＰの一部であって、基準室孔７０ａが形成する空間には、基準電極４４２の第２電極部４２ａが露出している。
【００４６】
また、図３に示すように、通気孔７０ｂの後端側ＢＳの端部は、積層方向ＬＤに投影したときに、絶縁層４２１に設けたスルーホール２１ｃ全体、および、固体電解質層４３０に設けたスルーホール３０ｃ全体と重なる。図４に示すように、絶縁層４２１のスルーホール２１ｃと、固体電解質層４３０のスルーホール３０ｃとは、センサ素子４の外表面（第１板面２１）から基準ガス流路ＣＰへと積層方向ＬＤに延びて基準ガスを導くための流路である、導入流路ＩＰを形成する。したがって、センサ素子４においては、絶縁層４２１の第１板面２１に開口部を有する導入流路ＩＰを経由して、基準ガス流路ＣＰへと基準ガスが取り込まれ、基準電極４４２の第２電極部４２ａが基準ガスに晒される（図２参照）。図１に示すように、第１板面２１における導入流路ＩＰの開口部（絶縁層４２１のスルーホール２１ｃの開口部）は、ガスセンサ２の内部において、センサ素子４が主体金具３８に囲まれる領域と、センサ素子４が先端側セパレータ６６に囲まれる領域と、の間に配置される。これにより、上記開口部が大気に晒されて、導入流路ＩＰ内に基準ガスである大気が導入可能になる。なお、本実施形態における「導入流路ＩＰ」は、「第１の貫通孔」として機能する。
【００４７】
Ａ−４．補強層の構成：
補強層８０は、図２に示すように、略矩形形状に形成されている。また、補強層８０は、図３に示すように積層方向ＬＤに投影したときに、通気孔７０ｂと重なるように設けられている。具体的には、補強層８０は、図３に示すように積層方向ＬＤに投影したときに、軸線方向ＣＤに関しては、通気孔７０ｂと基準室孔７０ａとの境界近傍から、導入流路ＩＰの外周における先端側ＡＳの端部の近傍まで設けられている。そして、幅方向ＷＤに関しては、通気孔７０ｂの外周を超えて、通気孔７０ｂよりも幅広に形成されている。
【００４８】
補強層８０は、既述したように正方晶ジルコニアを含む。ジルコニア（酸化ジルコニウム；ＺｒＯ２）は、室温では単斜晶の状態が最も安定であり、高温領域では相転移を起こす。このようなジルコニアに、安定化剤を添加して固溶させることにより、立方晶や正方晶での安定化が可能になる。補強層８０は、正方晶ジルコニアとして、このような安定化ジルコニアを含む。なお、本願明細書では、「安定化ジルコニア」は、「部分安定化ジルコニア」を含むものとする。
【００４９】
本実施形態では、補強層８０に含まれる正方晶ジルコニアとして、安定化剤として酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を添加した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、すなわちイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いている。あるいは、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）等から選択される酸化物を添加した、他種の安定化ジルコニアであってもよい。例えば、安定化剤として酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を用いる場合には、ジルコニアに添加する安定化剤の添加量は１〜５ｍｏｌ％とすることができ、添加量を３ｍｏｌ％とすれば、ジルコニアにおける正方晶部分の割合を極めて高くすることができて望ましい。
【００５０】
補強層８０は、例えば、正方晶ジルコニアを含むジルコニアペーストを、固体電解質層４３０上に塗布することにより形成することができる。ジルコニアペーストを作製するためには、まず、ジルコニアに対して１〜５ｍｏｌ％のイットリア（酸化イットリウム）等の安定化剤を固溶させた安定化ジルコニアの粉末を用意すればよい。そして、この安定化ジルコニアの粉末に、溶媒、バインダ、および、必要に応じて適宜他種のセラミック材料の粉末を混合することにより、ジルコニアペーストを得る。補強層８０を設けることによるセンサ素子４の強度向上の効果を高めるためには、ジルコニアペーストにおける正方晶ジルコニアの含有割合は、例えば、２０質量％以上とすることが望ましい。なお、補強層８０やジルコニアペーストにおける正方晶ジルコニアの含有割合は、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により求めることができる。
【００５１】
上記したジルコニアペーストに混合する他種のセラミック材料としては、例えば、アルミナを用いることができる。ジルコニアは、センサ素子４の主要な構成部材である絶縁層４２１，４２３，４２４の主成分であるアルミナに比べて、熱伝導率が低いという性質を有する。そのため、補強層８０を設けることに起因するセンサ素子４における局所的な熱伝導率の低下を抑える観点から、ジルコニアペーストには、ジルコニアよりも熱伝導率が高いセラミック材料（例えばアルミナ）を加えることが望ましい。既述したように、補強層８０は、優れた靱性を示す正方晶ジルコニアを含むことにより、センサ素子４の抗折強度を高める機能を有する。そのため、正方晶ジルコニアを含む補強層８０を設けることによるセンサ素子４の強度向上と、正方晶ジルコニアを配置することに起因するセンサ素子４における熱伝導性低下の抑制の観点から、安定化ジルコニア粉末と他種のセラミック粉末（アルミナ粉末等）との合計量に対する安定化ジルコニア粉末の割合は、例えば、１５〜３５質量％とすればよい。
【００５２】
固体電解質層４３０上にジルコニアペーストを塗布して補強層８０を形成する場合には、ジルコニアペーストの塗布後に、さらに、白金やロジウム等を含む貴金属ペーストを塗布することにより、基準電極４４２を形成すればよい。あるいは、固体電解質層４３０上に補強層８０を形成する際には、固体電解質層４３０上に基準電極４４２を形成した後に、ジルコニアペーストの塗布を行なってもよい。
【００５３】
以上のように構成された本実施形態のセンサ素子４を備えるガスセンサ２によれば、固体電解質層４３０とガス流路形成層４２２との間に、補強層８０を形成している。すなわち、通気孔７０ｂによって形成される基準ガス流路ＣＰの内壁面のうち、固体電解質層４３０の表面部分を覆うように、補強層８０を形成している。そのため、センサ素子４において、基準ガス流路ＣＰを形成するための通気孔７０ｂを設けることによって強度が低下する部位の強度を高め、センサ素子４の抗折強度を高めることができる。
【００５４】
通気孔７０ｂを形成することによるセンサ素子４の強度低下について、さらに説明する。センサ素子４に対しては、センサ素子４をガスセンサ２に組み付ける際、あるいは、完成したガスセンサ２の使用時において、種々の方向から外力が働き、センサ素子４で応力が発生する可能性がある。センサ素子４は、内部に基準ガス流路ＣＰを形成するための空間（中空部分）が設けられているため、センサ素子４に外力が加わる際には、中空部分の内壁面において大きな引っ張り応力が発生すると考えられる。本実施形態では、上記中空部分の内壁面において、絶縁層４２１，４２３，４２４の構成材料よりも靱性が高い材料である正方晶ジルコニアを含む補強層８０を設けているため、上記した引っ張り応力が発生する部位の強度を高めて、センサ素子４の抗折強度を高めることができる。また、上記中空部分の内壁面に補強層８０を設けることにより、上記応力に起因して上記中空部分の内壁面にクラックが生じる場合であっても、クラックの進展を抑え、センサ素子４の耐久性を高めることができる。
【００５５】
上記のようにセンサ素子４に外力が働く場合には、センサ素子４において外力を受ける面積が大きくなる積層方向ＬＤの応力ほど、センサ素子４が受ける影響が大きくなると考えられる。本実施形態では、積層方向ＬＤに垂直な固体電解質層４３０の表面に沿って補強層８０を設けるため、センサ素子４の強度を効率良く高めることができる。
【００５６】
ガスセンサ２の使用時にセンサ素子４に加えられる外力としては、例えば、ガスセンサ２内でセンサ素子４を押圧保持する保持部から加えられる力を挙げることができる。上記保持部としては、具体的には、粉末充填層（滑石リング）５６を挙げることができる。本実施形態では、補強層８０を、上記保持部によってセンサ素子４が押圧保持される部位に設けているため、センサ素子４の強度を高めてガスセンサ２の耐久性を高める効果を特に顕著に得ることができる。なお、補強層８０が、保持部によってセンサ素子４が押圧保持される部位に設けられているとは、センサ素子４の表面における保持部と接する領域を積層方向ＬＤに投影したときに、上記保持部と接する領域が補強層８０と重なることをいう。図４では、センサ素子４において保持部によって押圧保持される範囲を、押圧保持部ＰＨとして示している。
【００５７】
ガスセンサ２の耐久性を高める観点からは、上記押圧保持部ＰＨ全体が、補強層８０と重なることが望ましい。本実施形態では、補強層８０を、通気孔７０ｂと基準室孔７０ａとの境界近傍から、導入流路ＩＰの外周近傍まで設けているが、少なくとも上記押圧保持部ＰＨと重なるように設けることが望ましい。これにより、保持部からの押圧力に起因するセンサ素子４の強度低下を抑える効果を高めることができる。
【００５８】
また、本実施形態の補強層８０は、幅方向ＷＤに関しては、積層方向ＬＤに投影したときに通気孔７０ｂの外周を超えるように形成している。これにより、特に応力が集中する基準ガス流路ＣＰの内壁面の角部においても強度を確保できるため、センサ素子４を補強する効果を高めることができる。なお、補強層８０は、積層方向ＬＤに投影したときに、通気孔７０ｂの外周を幅方向ＷＤに超えない形状とすることも可能であり、この場合であっても、補強層８０を設けることによる補強の効果が得られる。
【００５９】
なお、固体電解質層４３０上に形成する補強層８０の面積を大きくするほど、センサ素子４の強度を向上させる効果を高めることができる。ただし、本実施形態では、補強層８０の幅方向ＷＤの長さ（以下、単に幅とも呼ぶ）を、センサ素子４の幅よりも小さくしている。そのため、補強層８０がセンサ素子４の外表面に露出することを抑えることができる。これにより、例えば、ガスセンサ２を取り付けた車両において、排ガス流路内で結露が生じても、液水が補強層８０に接触することを抑えることができる。
【００６０】
センサ素子４の外表面に液水が接触すると、液水が接触した部分の温度が低下する。このとき、センサ素子４の外表面において、液水の接触部分の近傍で補強層８０が露出する場合には、ジルコニアとアルミナの熱膨張係数が異なることにより、補強層８０の界面にクラックや割れが生じる可能性がある。また、ジルコニアはアルミナに比べて熱伝導率が低いため、補強層８０が露出する部分に液水が接触して補強層８０が冷やされると、補強層８０以外の部位に液水が接触した場合に比べてセンサ素子４の温度上昇（温度の回復）が遅れる可能性がある。そのため、補強層８０をセンサ素子４の外表面に露出させないことにより、液水との接触に起因するセンサ素子４の損傷や、センサ素子４の温度低下に起因するガスセンサ２の感度低下を抑えることができる。
【００６１】
なお、本実施形態の補強層８０は、軸線方向ＣＤの先端側ＡＳについては、通気孔７０ｂと基準室孔７０ａとの境界近傍にまで延びるように形成しているが、補強層８０を、被測定ガスに晒される検出部８（図１参照）には設けないこととしてもよい。すなわち、補強層８０を積層方向ＬＤに投影したときに、検出部８と重ならないように、補強層８０を設けてもよい。この場合には、補強層８０がセンサ素子４の外表面に露出する程度に補強層８０の面積を広く確保して強度向上の効果を高めても、センサ素子４の外表面に補強層８０が露出することによる既述した問題の発生を抑えることができる。
【００６２】
Ｂ．第２実施形態：
図５は、第２実施形態のセンサ素子１０４を第１板面２１側から見た様子を図３と同様に示す平面図である。第２実施形態のセンサ素子１０４は、第１実施形態のセンサ素子４に代えてガスセンサ２に用いられるものであり、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。
【００６３】
センサ素子１０４は、補強層８０に代えて補強層１８０を有する点で、第１実施形態のセンサ素子４と異なる。補強層１８０は、補強層８０と同様に固体電解質層４３０上に形成されているが、補強層８０と同様の領域に加えて、さらに、積層方向ＬＤに投影したときに、導入流路ＩＰと重なる領域に形成される点で補強層８０と異なる。すなわち、補強層１８０は、積層方向ＬＤに投影したときに、軸線方向ＣＤに関しては、通気孔７０ｂと基準室孔７０ａとの境界近傍から、導入流路ＩＰの外周における後端側ＢＳの端部の近傍まで設けられている。
【００６４】
このような構成とすれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、さらに、センサ素子１０４内に設けられた中空部分である導入流路ＩＰを設けることに起因するセンサ素子１０４の強度低下を、抑える効果が得られる。センサ素子１０４において導入流路ＩＰが設けられた部位は、ガスセンサ２内で保持部によって保持される部位ではないが、例えば、ガスセンサ２を車両の内燃機関に取り付けて用いる場合には、車両の振動等によって、ガスセンサ２の使用時にセンサ素子１０４内で応力が発生し得る。このような場合であっても、導入流路ＩＰが設けられた部位における強度を確保することができる。
【００６５】
なお、図５では、単一の補強層１８０を設けているが、異なる構成としてもよい。例えば、補強層は、積層方向ＬＤに投影したときに、通気孔７０ｂと重なる部分と導入流路ＩＰと重なる部分とを、互いに離間して設けてもよい。また、補強層１８０は、積層方向ＬＤに投影したときに導入流路ＩＰの全体と重なるのではなく、一部と重なるように形成してもよい。この場合であっても、補強層１８０を設けた範囲において、導入流路ＩＰに起因するセンサ素子１０４の強度低下を抑えることができる。
【００６６】
Ｃ．第３実施形態：
図６は、第３実施形態のセンサ素子２０４を第１板面２１側から見た様子を図３と同様に示す平面図である。第３実施形態のセンサ素子２０４は、第１実施形態のセンサ素子４に代えてガスセンサ２に用いられるものであり、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。
【００６７】
センサ素子２０４は、補強層８０に加えてさらに、補強層２８１ａ，２８１ｂを備える点で、第１実施形態のセンサ素子４と異なる。補強層２８１ａは、積層方向ＬＤに投影したときに、絶縁層４２１のスルーホール２１ａおよび固体電解質層４３０のスルーホール３０ａと重なる領域に形成されている。また、補強層２８１ｂは、積層方向ＬＤに投影したときに、絶縁層４２１のスルーホール２１ｂと重なる領域に形成されている。
【００６８】
このような構成とすれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、さらに、センサ素子２０４内に設けられた中空部分であるスルーホール２１ａ，２１ｂ，３０ａを設けることに起因するセンサ素子２０４の強度低下を、抑える効果が得られる。なお、センサ素子２０４においてスルーホール２１ａ，２１ｂ，３０ａが設けられた部位は、ガスセンサ２内で、電極端子部３０（電極端子部３１，３２）を介して、金属端子部材１０から押圧力を受ける。
【００６９】
なお、図６では、補強層１８０，２８１ａ，２８１ｂは、それぞれ離間して設けたが、互いに連続して設けてもよい。また、補強層２８１ａ，２８１ｂは、積層方向ＬＤに投影したときに、スルーホール２１ａ，２１ｂ，３０ａの全体と重なるのではなく、一部と重なるように形成してもよい。この場合であっても、補強層２８１ａ，２８１ｂを設けた範囲において、スルーホール２１ａ，２１ｂ，３０ａに起因するセンサ素子２０４の強度低下を抑えることができる。
【００７０】
Ｄ．第４実施形態：
図７は、第４実施形態のセンサ素子３０４の断面の様子を図４と同様に示す断面図である。第４実施形態のセンサ素子３０４は、第１実施形態のセンサ素子４に代えてガスセンサ２に用いられるものであり、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。
【００７１】
センサ素子３０４は、補強層８０に加えてさらに、補強層３８０を備える点で、第１実施形態のセンサ素子４と異なる。補強層３８０は、絶縁層４２３におけるガス流路形成層４２２に接する側の面の表面上において、積層方向ＬＤに投影したときに補強層８０と重なる領域に形成されている。
【００７２】
このような構成とすれば、第１実施形態に比べて、センサ素子３０４の強度向上の効果をさらに高めることができる。図７では、固体電解質層４３０上の補強層８０と、絶縁層４２３上の補強層３８０と、の両方を設けたが、補強層３８０のみを設けることとしてもよい。
【００７３】
なお、絶縁層４２３上に補強層３８０を設ける場合には、積層方向ＬＤに垂直な方向に投影したときに基準室孔７０ａと重なる領域にまで、補強層３８０を軸線方向ＣＤの先端側ＡＳに延ばして形成してもよい。これにより、基準室孔７０ａを設けることに起因するセンサ素子３０４の強度低下を抑えることができる。ただし、ガスセンサ２において、ヒータ４５０で生じた熱を固体電解質層４３０に伝達する効率の観点からは、積層方向ＬＤに垂直な方向に投影したときに基準室孔７０ａと重なる領域には補強層３８０を設けないことが望ましい。
【００７４】
また、絶縁層４２３上において、積層方向ＬＤに投影したときに絶縁層４２４のスルーホール２３ｄ，２３ｅと重なる領域に、さらに補強層を設けることとしてもよい。このような構成とすれば、センサ素子内に中空部分であるスルーホール２３ｄ，２３ｅを設けることに起因するセンサ素子の強度低下を、抑える効果が得られる。
【００７５】
Ｅ．変形例：
・変形例１：
上記各実施形態では、センサ素子を、図２に示す複数のシート状部材により構成しているが、異なる構成としてもよく、例えば、さらに他のシート状部材を加えた積層体としてもよい。センサ素子を構成するシート状部材の構成にかかわらず、補強層を、基準ガス流路ＣＰの内壁面のうち、積層方向ＬＤにおいて互いに対向する２つの内壁面の一方のみに設ければよい。その際には、補強層は、補強層からセンサ素子の外表面までの距離が短くなる側の面に設けることが好ましい。すなわち、上記２つの内壁面のうち、２つの内壁面のそれぞれからガスセンサ素子の外表面までの、積層方向ＬＤに互いに離間する方向の厚みが小さい方の面に設けることが望ましい。具体的には、図４では、基準ガス流路ＣＰの内壁面を構成する固体電解質層４３０上の面から第１板面２１までの距離をＤＡ、基準ガス流路ＣＰの内壁面を構成する絶縁層４２３上の面から第２板面２３までの距離をＤＢと表わしている。このとき、補強層を固体電解質層４３０上に設ける場合には、ＤＡ＜ＤＢが成立することが望ましい。このような構成とすれば、センサ素子内に設けた中空部分までの厚みが薄い側、すなわち、強度がより不足する側に補強層を設けることにより、センサ素子４の強度を高める効果を顕著に得ることができる。
【００７６】
・変形例２：
上記各実施形態では、基準ガス流路ＣＰは、ガス流路形成層４２２に設けた貫通孔である導入孔７０によって形成しているが、異なる構成としてもよい。例えば、ガス流路形成層４２２に設ける導入孔７０を、貫通孔ではなく、絶縁層４２３側に貫通しない凹部としてもよい。
【００７７】
図８は、変形例のセンサ素子４０４の断面の様子を図４と同様に示す断面図である。センサ素子４０４のガス流路形成層４２２には、凹部形状の導入孔７０が形成されている。そして、第１実施形態と同様の補強層８０が設けられている。このように、ガス流路形成層４２２に導入孔７０として貫通孔や凹部を設けて、ガス流路形成層４２２に隣接する層（例えば、固体電解質層４３０や絶縁層４２３）との間に基準ガス流路ＣＰを形成する場合には、上記隣接する層上に正方晶ジルコニアを含む層を設けることにより、容易に補強層を形成することができる。なお、図８では、凹部形状の導入孔７０の底面において、さらに補強層４８０を設ける様子が示されている。
【００７８】
あるいは、通気孔７０ｂを、上記貫通孔や凹部のように、ガス流路形成層４２２の積層面で開口する部位が軸線方向ＣＤに沿って延びる形状にするのではなく、ガス流路形成層４２２の内部を貫いて軸線方向ＣＤに延びる形状としてもよい。いずれの場合であっても、基準ガス流路ＣＰの内壁面のうち、積層方向ＬＤにおいて互いに対向する２つの内壁面の少なくとも一方の面に補強層を設けることで、センサ素子４の強度を高める同様の効果が得られる。
【００７９】
なお、基準ガス流路ＣＰの流路断面が矩形ではない場合には、上記少なくとも一方の面は、基準ガス流路ＣＰの内壁面のうち、積層方向ＬＤの上端と下端の少なくとも一方を含む範囲とすればよい。この場合には、軸線方向ＣＤに垂直なガス流路形成層４２２の断面において、ガス流路形成層４２２の外周の４分の１以上の範囲に、補強層を設けることが望ましい。
【００８０】
・変形例３：
上記各実施形態では、基準ガス流路ＣＰは、センサ素子内に形成された中空部分によって形成しているが、基準ガス流路ＣＰ（導入孔７０）内の少なくとも一部に、多孔質体を充填することとしてもよい。導入孔７０内に多孔質体を充填する場合であっても、導入孔７０を設けることによりセンサ素子の強度は低下し得るが、補強層を設けることにより、センサ素子の強度低下を抑える同様の効果が得られる。なお、基準ガス流路ＣＰ内に多孔質体を充填する場合には、基準ガス流路ＣＰの内壁面とは、ガス流路形成層４２２に設けられた導入孔７０の内壁面であって、多孔質体を充填する空間を区画する面を指す。
【００８１】
・変形例４：
上記各実施形態では、センサ素子の外表面から基準ガス流路ＣＰへと基準ガスを導く導入流路ＩＰは、センサ素子内を積層方向に延びる形状としたが、異なる構成としてもよい。例えば、ガス流路形成層４２２の側面４２２ａあるいは側面４２２ｂ（図２参照）に、導入流路ＩＰの開口部を設け、ガス流路形成層４２２の面内において導入流路ＩＰを形成することとしてもよい。この場合には、導入流路ＩＰの内壁面のうち、積層方向ＬＤに対向する２つの内壁面の少なくとも一方に、補強層８０と同様の補強層を設けることにより、導入流路ＩＰに起因するセンサ素子の強度低下を抑えることができる。
【００８２】
・変形例５：
上記各実施形態では、ガスセンサは酸素濃度センサとしたが、異なる構成としても良い。排気ガス中のＮＯｘ等、異なる種類のガスを検出するセンサとしてもよい。イオン伝導性を有する固体電解質の両面に積層された一対の電極を有し、各電極上の特定ガス成分の濃度差（分圧差）により起電力を生じる濃淡電池を備えるセンサであれば、本願発明を適用することにより、同様の効果が得られる。
【００８３】
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、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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。
【符号の説明】
【００８４】
２…ガスセンサ
４，１０４，２０４，３０４，４０４…センサ素子
６…セラミックスリーブ
８…検出部
１０…金属端子部材
２１…第１板面
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…スルーホール
２３…第２板面
２３ｄ…スルーホール
３０，３１〜３４…電極端子部
３０ａ，３０ｃ…スルーホール
３８…主体金具
３９…ネジ部
４０…後端部
４１ａ…第１電極部
４１ｂ…第１リード部
４２ａ…第２電極部
４２ｂ…第２リード部
４３…内部プロテクタ
４４…外筒
４５…外部プロテクタ
４６…リード線
５０…グロメット
５２…棚部
５３…セラミックホルダ
５４…貫通孔
５６…粉末充填層
５７…加締パッキン
５８…貫通孔
５９…フィルタユニット
６１…リード線挿通孔
６２…後端側端面
６３…後端側セパレータ
６５ａ…挿通部
６５ｂ…溝部
６６…先端側セパレータ
６７…鍔部
６８…先端側端面
６９…保持部材
７０…導入孔
７０ａ…基準室孔
７０ｂ…通気孔
８０，１８０，２８１ａ，２８１ｂ，３８０，４８０…補強層
４２１，４２３，４２４…絶縁層
４２２…ガス流路形成層
４２２ａ，４２２ｂ…側面
４３０…固体電解質層
４４１…検知電極
４４２…基準電極
４５０…ヒータ
４５０ａ…加熱部
４５０ｂ…ヒータリード部
４６０…多孔質保護層
【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】
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【図８】
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