(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向と短手方向とを有する板状のセラミックス体と、
前記セラミックス体の内部に配設され、折り返し方向が前記短手方向に沿うように複数回折り返されながら全体として前記長手方向に沿って折り返されるように引き回され、前記短手方向に沿った折り返しのピッチが密な領域と粗な領域とが前記長手方向に沿ってそれぞれ１以上設けられた発熱体であって、前記１以上の密な領域のうち該発熱体の発熱時に該１以上の密な領域の中で最も高温になる最高温度領域内に存在し折り返しの頂点が前記短手方向に互いに対向する折り返し部である第１屈曲部同士の距離Ｘ１［ｍｍ］が、前記１以上の粗な領域内に存在し折り返しの頂点が前記短手方向に互いに対向する折り返し部である第２屈曲部同士の距離Ｘ２［ｍｍ］よりも大きい発熱体と、
を備え、
前記最高温度領域の温度は、発熱時の前記１以上のピッチが粗な領域の各々の温度よりも高い、
セラミックスヒータ。
【請求項２】
前記距離Ｘ１と前記距離Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が値４／３以上である、
請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項３】
前記距離Ｘ１は０．４ｍｍ以上である、
請求項１又は２に記載のセラミックスヒータ。
【請求項４】
前記発熱体は、７００℃以上９００℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度において、前記第１屈曲部の単位長さあたりの抵抗値である単位抵抗値Ｒａ１［μΩ／ｍｍ］が、前記最高温度領域内に存在し該第１屈曲部よりも前記短手方向で外側に存在する第３屈曲部の単位長さあたりの抵抗値である単位抵抗値Ｒａ３［μΩ／ｍｍ］よりも低い、
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。
【請求項５】
前記第１屈曲部は、前記第３屈曲部と比べて長さ方向に垂直な断面積が大きい、
請求項４に記載のセラミックスヒータ。
【請求項６】
前記発熱体は、帯状であり、
前記第１屈曲部は、幅が前記第３屈曲部の幅より大きい、
請求項５に記載のセラミックスヒータ。
【請求項７】
請求項１〜６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８】
酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなり、外部から被測定ガスを導入するガス流通部が内部に設けられ、前記セラミックス体に対して前記長手方向及び前記短手方向に垂直な厚さ方向に積層された積層体と、
前記ガス流通部の内周面に配設された内側ポンプ電極と、
を備え、
前記発熱体は、前記最高温度領域が、前記内側ポンプ電極を前記発熱体に向けて厚さ方向に投影した領域である内側ポンプ電極投影領域と少なくとも一部重複している、
請求項７に記載のセンサ素子。
【請求項９】
請求項７又は８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、センサ素子に用いられ、酸素イオン伝導性固体電解質を用いたセラミックスよりなる複数の層と、複数の層に上下から挟まれ外部からの給電によって発熱するヒータとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載のヒータは、密のピッチに設定された部分と粗のピッチに設定された部分とを有している。
【０００３】
図６は、このような従来例のヒータ１７２の説明図である。ヒータ１７２は、複数の直線部１７８と、図６の上下方向に沿って折り返された複数の屈曲部（折り返し部）１９１と、を備えており、直線部１７８と屈曲部１９１とが交互に接続されるように引き回されている。ヒータ１７２は、全体として図６の左右方向に沿って１回折り返されるように引き回されている。また、ヒータ１７２は、図６の左側に位置し折り返しのピッチが密な第１領域１９０ａと、図６の右側に位置し折り返しのピッチが粗な第２領域１９０ｂと、を有している。このような形状のヒータ１７２では、ピッチが密な第１領域１９０ａを第２領域１９０ｂと比べて高温にすることができ、加熱対象に応じた温度分布を生じさせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５７１４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような図６のヒータ１７２において、ピッチが密な第１領域１９０ａ内に存在し互いに対向する屈曲部１９１ａ〜１９１ｄは、屈曲部間で相互に熱伝達が生じることなどにより、他の部分と比べて高温になりやすいという問題があった。すなわち、ピッチが粗な第２領域１９０ａよりも全体的に高温になる第１領域１９０ａの中で、さらに屈曲部１９１ａ〜１９１ｄ（図６の破線枠部分）が局所的に加熱しやすいという問題があった。ここで、発熱体を構成する導体は高温で酸化することなどにより劣化して断線する場合がある。そのため、発熱体に局所的な加熱が生じると、その部分が他より早く劣化することで、ヒータに断線が生じやすくなるという問題があった。
【０００６】
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、発熱体の最高温度領域内の局所的な加熱を低減することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
本発明のセラミックスヒータは、
長手方向と短手方向とを有する板状のセラミックス体と、
前記セラミックス体の内部に配設され、折り返し方向が前記短手方向に沿うように複数回折り返されながら全体として前記長手方向に沿って折り返されるように引き回され、前記短手方向に沿った折り返しのピッチが密な領域と粗な領域とが前記長手方向に沿ってそれぞれ１以上設けられた発熱体であって、前記１以上の密な領域のうち該発熱体の発熱時に最も高温になる最高温度領域内に存在し折り返しの頂点が前記短手方向に互いに対向する折り返し部である第１屈曲部同士の距離Ｘ１［ｍｍ］が、前記１以上の粗な領域内に存在し折り返しの頂点が前記短手方向に互いに対向する折り返し部である第２屈曲部同士の距離Ｘ２［ｍｍ］よりも大きい発熱体と、
を備えたものである。
【０００９】
このセラミックスヒータは、発熱体が、１以上の折り返しのピッチが密な領域のうち発熱時に最も高温になる最高温度領域内に存在し折り返しの頂点がセラミックス体の短手方向に互いに対向する折り返し部である複数の第１屈曲部と、１以上の折り返しのピッチが粗な領域内に存在し折り返しの頂点が短手方向に互いに対向する折り返し部である複数の第２屈曲部と、を有している。そして、互いに対向する第１屈曲部同士の距離Ｘ１［ｍｍ］が、互いに対向する第２屈曲部同士の距離Ｘ２［ｍｍ］よりも大きくなっている。ここで、第１屈曲部は、互いに対向する第１屈曲部間での熱伝達などにより、最高温度領域の中で局所的に高温になりやすい。本発明のセラミックスヒータでは、距離Ｘ１を距離Ｘ２より大きくすることで、互いに対向する第１屈曲部間での熱伝達が低減され、第１屈曲部が高温になりにくくなっている。これにより、発熱体のピッチが密な領域のうち最高温度領域内の局所的な加熱を低減できる。
【００１０】
本発明のセラミックスヒータにおいて、前記距離Ｘ１と前記距離Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が値４／３（＝値１．３３・・・）以上であってもよい。こうすれば、局所的な第１屈曲部の加熱をより低減できる。前記比Ｘ１／Ｘ２は、値１０／３（＝値３．３３・・・）未満としてもよい。
【００１１】
本発明のセラミックスヒータにおいて、前記距離Ｘ１は０．４ｍｍ以上であってもよい。こうすれば、局所的な第１屈曲部の加熱をより低減できる。前記距離Ｘ１は１．０ｍｍ未満としてもよい。
【００１２】
本発明のセラミックスヒータにおいて、前記発熱体は、７００℃以上９００℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度において、前記第１屈曲部の単位長さあたりの抵抗値である単位抵抗値Ｒａ１［μΩ／ｍｍ］が、前記最高温度領域内に存在し該第１屈曲部よりも前記短手方向で外側に存在する第３屈曲部の単位長さあたりの抵抗値である単位抵抗値Ｒａ３［μΩ／ｍｍ］よりも低くてもよい。こうすれば、７００℃〜９００℃の少なくともいずれかの温度において、第１屈曲部は第３屈曲部と比べて発熱密度（単位長さあたりの発熱量）が小さくなる。ここで、最高温度領域内において、第１屈曲部は第３屈曲部よりもセラミックス体の内側に位置することから、第１屈曲部の方が高温になりやすい。距離Ｘ１を距離Ｘ２よりも大きくすることに加えて単位抵抗値Ｒａ１を単位抵抗値Ｒａ３よりも低くすることで、高温になりやすい第１屈曲部の温度上昇をより抑制でき、発熱体の最高温度領域内の局所的な加熱をより低減できる。
【００１３】
この場合において、前記第１屈曲部は、前記第３屈曲部と比べて長さ方向に垂直な断面積が大きくてもよい。こうすれば、単位抵抗値Ｒａ１が単位抵抗値Ｒａ３と比べて低くなりやすい。この場合において、前記発熱体は、帯状であり、前記第１屈曲部は、幅が前記第３屈曲部の幅より大きくてもよい。
【００１４】
本発明のセンサ素子は、上述したいずれかの態様のセラミックスヒータを備え、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するものである。そのため、このセンサ素子は、上述した本発明のセラミックスヒータと同様の効果、例えば発熱体の最高温度領域内の局所的な加熱を低減できる効果が得られる。
【００１５】
本発明のセンサ素子は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなり、外部から被測定ガスを導入するガス流通部が内部に設けられ、前記セラミックス体に対して前記長手方向及び前記短手方向に垂直な厚さ方向に積層された積層体と、前記ガス流通部の内周面に配設された内側ポンプ電極と、を備え、前記発熱体は、前記最高温度領域が、前記内側ポンプ電極を前記発熱体に向けて厚さ方向に投影した領域である内側ポンプ電極投影領域と少なくとも一部重複していてもよい。こうすることで、発熱体の最高温度領域によって、内側ポンプ電極及びその周辺の固体電解質層を比較的高温にして活性化できる。
【００１６】
この場合において、本発明のセンサ素子は、前記積層体の外表面に配設された外側ポンプ電極を備えていてもよい。また、本発明のセンサ素子は、前記ガス流通部の内周面に配設され、且つ前記内側ポンプ電極よりも前記被測定ガスの下流側に配設された内側測定電極を備えていてもよい。また、本発明のセンサ素子は、前記積層体の外表面に配設された外側測定電極を備えていてもよい。また、本発明のセンサ素子は、前記ガス流通部の内周面に配設され、前記内側ポンプ電極よりも前記被測定ガスの下流側且つ前記内側測定電極よりも前記被測定ガスの上流側に配設された内側補助ポンプ電極を備えていてもよい。また、本発明のセンサ素子は、前記積層体の外表面に配設された外側補助ポンプ電極を備えていてもよい。
【００１７】
本発明のガスセンサは、上述したいずれかの態様のセンサ素子を備えたものである。そのため、このガスセンサは、上述した本発明のセンサ素子と同様の効果、例えば発熱体の最高温度領域内の局所的な加熱を低減できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】発熱部７６の最高温度領域（第１領域９０ａ）周辺の左右方向に沿った温度分布の概念図。
【図４】変形例のヒータ７２Ａの説明図。
【図５】実験例１〜９における比Ｘ１／Ｘ２と抵抗変化率との関係を示すグラフ。
【図６】従来例のヒータ１７２の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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の厚さ方向（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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の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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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、長手方向（前後方向）と短手方向（左右方向）とを有する板状のセラミックス体である第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、このセラミックス体（第１〜第３基板層１〜３）と、セラミックス体の内部に配設されたヒータ７２と、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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ジグザグ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３２個）の屈曲部９１と、複数（本実施形態では３１個）の直線部７８とを有している。複数の屈曲部９１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、センサ素子１０１の左右方向の中心軸（図２の二点鎖線）を対称軸として左右対称の形状をしている。発熱部７６のうち中心軸よりも左側の部分を左側発熱部７６ａと称し、左側発熱部７６ａと対称な右側の部分を右側発熱部７６ｂと称する。
【００５８】
左側発熱部７６ａ及び右側発熱部７６ｂは、それぞれ、折り返し方向が左右方向に沿うように屈曲部９１の部分で複数回折り返されながら、全体として前後方向に引き回されている。また、左側発熱部７６ａと右側発熱部７６ｂとは、複数の直線部７８のうち最も前方に位置する直線部７８ａにより接続されている。これにより、発熱部７６は、全体として後方から前方に向かった後に直線部７８ａ（及びこれに接続された左外側屈曲部９２ｂ，右外側屈曲部９２ｄ）の部分で後方に向けて折り返されるように引き回されている。すなわち、発熱部７６は、全体として長手方向（前後方向）に沿って１回折り返されるように引き回されている。
【００５９】
屈曲部９１は、いずれも折り返し方向が左右方向（短手方向）に沿っている折り返し部である。ここで、左側発熱部７６ａのうち左右方向でセンサ素子１０１の内側（右側）に位置する複数の屈曲部９１を左内側屈曲部９２ａと称する。左側発熱部７６ａのうち左右方向でセンサ素子１０１の外側（左側）に位置する複数の屈曲部９１を左外側屈曲部９２ｂと称する。同様に、右側発熱部７６ｂのうち左右方向でセンサ素子１０１の内側（左側）及び外側（右側）にそれぞれ位置する複数の屈曲部９１を、右内側屈曲部９２ｃ及び右外側屈曲部９２ｄと称する。発熱部７６は、左内側屈曲部９２ａ，左外側屈曲部９２ｂ，右内側屈曲部９２ｃ，及び右外側屈曲部９２ｄをそれぞれ８個ずつ有している。左内側屈曲部９２ａ及び右外側屈曲部９２ｄは、左方（短手方向の一方）から右方（短手方向の他方）に向かった後に左方に向けて折り返された折り返し部である。左外側屈曲部９２ｂ及び右内側屈曲部９２ｃは、右方から左方に向かった後に右方に向けて折り返された折り返し部である。複数の屈曲部９１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９１は、折れ線状に屈曲した形状であってもよい。発熱部７６は、これらの複数の屈曲部９１と複数の直線部７８とが１つずつ交互に接続されるように配置されている。すなわち、複数の屈曲部９１の各々は、前後方向に隣り合う直線部７８同士を接続している。より具体的には、左内側屈曲部９２ａは、左側発熱部７６ａの隣り合う直線部７８同士の右端側を接続している。左外側屈曲部９２ｂは、左側発熱部７６ａの隣り合う直線部７８同士の左端側を接続している。同様に、右内側屈曲部９２ｃ及び右外側屈曲部９２ｄは、右側発熱部７６ｂの隣り合う直線部７８同士の左端側及び右端側をそれぞれ接続している。左側発熱部７６ａの複数の屈曲部９１のうち最も後方に位置する屈曲部９１（後述する第２屈曲部９６ｃ）は、後端が第１リード７９ａに接続されている。右側発熱部７６ｂの複数の屈曲部９１のうち最も後方に位置する屈曲部９１（後述する第２屈曲部９６ｆ）は、後端が第２リード７９ｂに接続されている。
【００６０】
複数の直線部７８は、センサ素子１０１の長手方向（前後方向）に沿って互いに離間して並んでいる。複数の直線部７８は、いずれも、長さ方向がセンサ素子１０１の短手方向（左右方向）に沿っている。本実施形態では、複数の直線部７８はいずれも長さ方向が左右方向と平行になるように配設されている。なお、直線部７８の長さ方向は、直線部７８の軸方向，換言すると電流が流れる方向とする。屈曲部９１の長さ方向についても同様とする。
【００６１】
また、発熱部７６は、左右方向に沿った折り返しのピッチに粗密の変化がつけられており、このピッチの違いによって前方から後方に向かってこの順に第１〜第４領域９０ａ〜９０ｄに分かれている。第１〜第４領域９０ａ〜９０ｄの各々は、左右方向に沿った折り返しのピッチがピッチＰ１〜Ｐ４に設定されている。なお、折り返しのピッチとは、折り返しの周期であり、発熱部７６の前後方向の線幅（本実施形態では直線部７８の線幅）と、発熱部７６のうち前後に隣り合う部分（本実施形態では直線部７８）の前後方向の間隔（距離）と、の和である。本実施形態では、Ｐ１＝Ｐ３＜Ｐ２＝Ｐ４とした。このように、発熱部７６は、折り返しのピッチが密な領域８８（第１，第３領域９０ａ，９０ｃ）と、折り返しのピッチが粗な領域８９（第２，第４領域９０ｂ，９０ｄ）とを有しており、これらの領域が前後方向に沿って配置されている。なお、第１領域９０ａ及び第３領域９０ｃは、互いに線幅が等しく、互いに直線部７８の前後の間隔が等しい。また、第２領域９０ｂ及び第４領域９０ｄは、互いに線幅が等しく、互いに直線部７８の前後の間隔が等しい。第１〜第４領域９０ａ〜９０ｄの各々は、互いの接続部分（互いの境界の前後）では線幅が変化しているが、それ以外の部分は同じ領域内であれば線幅は一定である。例えば、第１領域９０ａと第２領域９０ｂとにまたがる屈曲部９１ａ，９１ｄは、第１領域９０ａ側から第２領域９０ｂ側に向かうにつれて線幅が徐々に大きく（太く）なっている。第２領域９０ｂと第３領域９０ｃとにまたがる屈曲部９１ｂ，９１ｅや、第３領域９０ｃと第４領域９０ｄとにまたがる屈曲部９１ｃ，９１ｆについても同様に線幅が徐々に変化する形状をしている。
【００６２】
発熱部７６は、このように前後方向に沿って１以上の密な領域８８と１以上の粗な領域８９とを有することで、発熱時のセンサ素子１０１の前後方向の温度分布が調整されている。本実施形態では、前後方向に沿って第１〜第４領域９０ａ〜９０ｄの各々の周辺（各層１〜６のうち各領域９０ａ〜９０ｄの上下に位置する部分）の平均温度を比較すると、第１領域９０ａの周辺が最も高温となり、第２領域９０ｂ，第３領域９０ｃ，第４領域９０ｄの順に周辺の温度が低くなっている。なお、基本的には折り返しのピッチが密である領域の周辺ほど高温になる傾向にあるが、本実施形態では、第３領域９０ｃの周辺は第２領域９０ｂの周辺よりやや低温になっている。これは、第３領域９０ｃは第１領域９０ａよりも占有面積が小さい（前後方向の長さが小さい）ことや、第２領域９０ｂの周辺は第１領域９０ａによっても加熱されることなどが理由である。また、発熱部７６の発熱時には密な領域８８のうち第１領域９０ａの温度（平均温度）が第３領域９０ｃの温度（平均温度）よりも高温になり、発熱部７６のうち第１領域９０ａの温度（平均温度）が最も高温になることから、第１領域９０ａを最高温度領域と称する。なお、密な領域８８（第１領域９０ａ，第３領域９０ｃ）のうちどの領域が最高温度領域であるかの判断は、発熱部７６全体の平均温度が７００℃〜９００℃になるように調整した状態での各領域の平均温度に基づいて行うものとする。
【００６３】
また、発熱部７６の密な領域８８及び粗な領域８９は、内側ポンプ電極２２，補助ポンプ電極５１，及び測定電極４４との位置関係が調整されている。これについて説明する。図２では、内側ポンプ電極２２を発熱部７６に向けて厚さ方向（ここでは下方向）に投影した領域である内側ポンプ電極投影領域Ａｐを一点鎖線枠で示している。同様に、補助ポンプ電極５１及び測定電極４４をそれぞれ発熱部７６に投影した内側補助ポンプ電極投影領域Ａｑ，測定電極投影領域Ａｍも一点鎖線枠で示している。なお、図１に示すように、測定電極４４の真上には補助ポンプ電極５１の天井電極部５１ａが存在する。そのため、図２における内側補助ポンプ電極投影領域Ａｑと測定電極投影領域Ａｍとは重複しており、より具体的には測定電極投影領域Ａｍが内側補助ポンプ電極投影領域Ａｑに含まれている。図２からわかるように、密な領域８８の第１領域９０ａは、内側ポンプ電極投影領域Ａｐと少なくとも一部が重複するように位置している。換言すると、第１領域９０ａの少なくとも一部が内側ポンプ電極２２と上下に対向する（内側ポンプ電極２２の真下に位置する）ように配設されている。また、本実施形態では、内側ポンプ電極投影領域Ａｐは第１領域９０ａに含まれるように位置している。粗な領域８９の第２領域９０ｂは、内側補助ポンプ電極投影領域Ａｑと重複するように位置しており、内側補助ポンプ電極投影領域Ａｑのうち測定電極投影領域Ａｍよりも前方の部分は第２領域９０ｂに含まれている。密な領域８８の第３領域９０ｃは、測定電極投影領域Ａｍと少なくとも一部が重複するように位置しており、本実施形態では測定電極投影領域Ａｍが第３領域９０ｃの前後にはみ出すように両者が重複している。
【００６４】
このように、密な領域８８及び粗な領域８９と、内側ポンプ電極２２，補助ポンプ電極５１，及び測定電極４４との位置関係が調整されていることで、各電極やその周辺の温度分布が調整されている。上述したように、発熱部７６の発熱時には、第１領域９０ａの周辺が最も高温となり、第２領域９０ｂ，第３領域９０ｃ，第４領域９０ｄの順に周辺の温度が低くなる。そのため、内側ポンプ電極２２，補助ポンプ電極５１，測定電極４４の温度をそれぞれ温度Ｔｐ，Ｔｑ，Ｔｍ［℃］とすると、温度Ｔｐ＞温度Ｔｑ＞温度Ｔｍとなっている。なお、測定電極投影領域Ａｍが密な領域８８の第３領域９０ｃと重複していることで、温度Ｔｍは温度Ｔｑよりも低いものの、その差はわずかであり、温度Ｔｍが低くなりすぎないようになっている。なお、密な領域８８や粗な領域８９の折り返しのピッチは、発熱部７６の発熱時の温度Ｔｐ，Ｔｑ，Ｔｍを所望の値にするように定めることができる。特にこれに限定するものではないが、密な領域８８のピッチＰ１，Ｐ３はそれぞれ例えば０．４ｍｍ〜０．７ｍｍであり、粗な領域８９のピッチＰ２，Ｐ４はそれぞれ例えば０．７ｍｍ〜０．９ｍｍである。
【００６５】
また、発熱部７６は、密な領域８８のうち最高温度領域（第１領域９０ａ）内に存在する第１屈曲部９５同士の距離Ｘ１［ｍｍ］が、粗な領域８９内に存在する第２屈曲部９６同士の距離Ｘ２［ｍｍ］よりも大きくなっている。ここで、第１屈曲部９５とは、最高温度領域（第１領域９０ａ）内に存在し折り返しの頂点が左右方向に互いに対向する屈曲部９１（折り返し部）である。すなわち、第１屈曲部９５は、第１領域９０ａ内で互いに対向する第１屈曲部９５ａ，９５ｃと、第１屈曲部９５ｂ，９５ｄとの４個の屈曲部９１である。また、第２屈曲部９６とは、粗な領域８９内に存在し折り返しの頂点が左右方向に互いに対向する屈曲部９１（折り返し部）である。すなわち、第２屈曲部９６は、第２領域９０ｂ内で互いに対向する第２屈曲部９６ａ，９６ｄと、第４領域９０ｄ内で互いに対向する第２屈曲部９６ｂ，９６ｅと、第２屈曲部９６ｃ，９６ｆとの６個の屈曲部９１である。なお、密な領域８８と粗な領域８９とにまたがっている（密な領域８８及び粗な領域８９の両方と重複している）屈曲部９１は、第１屈曲部９５及び第２屈曲部９６のいずれにも含めないものとする。すなわち、第１，第２領域９０ａ，９０ｂにまたがる屈曲部９１ａ，９１ｄと、第２，第３領域９０ｂ，９０ｃにまたがる屈曲部９１ｂ，９１ｅと、第３，第４領域９０ｃ，９０ｄにまたがる屈曲部９１ｃ，９１ｆは、第１屈曲部９５にも第２屈曲部９６にも含めない。なお、本実施形態では、第１屈曲部９５ａ，９５ｃ間の距離と、第１屈曲部９５ｂ，９５ｄ間の距離とはいずれも等しい値（＝距離Ｘ１）とした。同様に、第２屈曲部９６ａ，９６ｄ間の距離と、第２屈曲部９６ｂ，９６ｅ間の距離と、第２屈曲部９６ｃ，９６ｆ間の距離とはいずれも等しい値（＝距離Ｘ２）とした。ただし、例えば第１屈曲部９５ａ，９５ｃ間の距離と、第１屈曲部９５ｂ，９５ｄ間の距離とが異なるなど、複数の第１屈曲部９５の各々の対向する距離が一定でないような場合には、各々の対向する距離の平均値を距離Ｘ１とする。距離Ｘ２についても同様とする。また、本実施形態では、第１屈曲部９５及び第２屈曲部９６のいずれにも含まれない屈曲部９１ａ〜９１ｆについても、互いに対向する距離は距離Ｘ２に等しいものとした。
【００６６】
詳細は後述するが、このように距離Ｘ１が距離Ｘ２よりも大きい（すなわち比Ｘ１／Ｘ２が値１超過）ことで、第１領域９０ａ内で高温になりやすい第１屈曲部９５の温度上昇を抑制でき、第１領域９０ａ内の局所的な加熱を低減できる。なお、距離Ｘ１と距離Ｘ２との比Ｘ１／Ｘ２が値４／３（＝値１．３３・・・）以上であることが好ましい。こうすれば、局所的な第１屈曲部９５の加熱をより低減できる。また、距離Ｘ１は０．３ｍｍ超過としてもよく、０．４ｍｍ以上であることが好ましい。距離Ｘ１が０．４ｍｍ以上では、局所的な第１屈曲部９５の加熱をより低減できる。なお、比Ｘ１／Ｘ２の上限や距離Ｘ１の上限は、例えば第１領域９０ａの平均温度が下がりすぎて内側ポンプ電極２２の周辺の加熱が不十分にならないような値や、第１領域９０ａの平均温度が第２〜第４領域９０ｂ〜９０ｄの各々の平均温度以下にならないような値として、実験により定めることができる。特にこれに限定するものではないが、比Ｘ１／Ｘ２は値１０／３（＝値３．３３・・・）未満としてもよい。距離Ｘ１は、１．０ｍｍ未満としてもよい。また、距離Ｘ２は、例えば０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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，及びヒータ７２などのパターンである。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とを混合したものを用いる。
【００７０】
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。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。
【００７１】
こうして構成されたガスセンサ１００では、使用時に、ヒータ７２がヒータコネクタ電極７１を介して電源（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（例えば１２〜１４Ｖ）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。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。また、発熱部７６の折り返しのピッチの粗密が調整されていることで、上述した各電極の温度は温度Ｔｐ＞温度Ｔｑ＞温度Ｔｍとなる。ここで、内側ポンプ電極２２の周辺は、主ポンプセル２１による第１内部空所２０内の酸素濃度の調整前の被測定ガスがガス導入口１０側から流入するため、酸素濃度が高い。そのため、主ポンプセル２１が多量の酸素を汲み出せるように、温度Ｔｐを温度Ｔｑ，Ｔｍよりも高温にして、内側ポンプ電極２２及びその周辺の固体電解質層をより活性化させている。一方、補助ポンプ電極５１及び測定電極４４の周辺は、内側ポンプ電極２２の周辺と比較すると酸素濃度が低い。そのため、例えば被測定ガス中の水や二酸化炭素の還元などにより水素や一酸化炭素が生じる場合があり、これらがＮＯｘ中の酸素と化学反応してしまい測定精度が低下する場合がある。そして、このような特定ガス（ＮＯｘ）以外の成分の還元は、高温になるほど生じやすい。そのため、温度Ｔｑ，Ｔｍを温度Ｔｐより低くすることで、このような測定精度の低下を抑制できるようにしている。
【００７２】
このように、本実施形態のヒータ部７０では、センサ素子１０１の前後方向については密な領域８８及び粗な領域８９（第１〜第４領域９０ａ〜９０ｄ）を設けることで意図的に温度分布を生じさせている。これとは別に、第１〜第４領域９０ａ〜９０ｄの各々の領域の中でも、温度分布が生じる場合がある。例えば、一般的に、発熱部７６の温度は、左内側屈曲部９２ａ及び右内側屈曲部９２ｃの方が左外側屈曲部９２ｂ及び右外側屈曲部９２ｄよりも高温になりやすい。互いに対向する左内側屈曲部９２ａ及び右内側屈曲部９２ｃ間で熱伝達が生じることや、左内側屈曲部９２ａ及び右内側屈曲部９２ｃの方が左外側屈曲部９２ｂ及び右外側屈曲部９２ｄよりもセンサ素子１０１の左右の内側に位置することなどが理由である。そのため、一般的に、左内側屈曲部９２ａ及び右内側屈曲部９２ｃのうち特に第１屈曲部９５は、最高温度領域（第１領域９０ａ）内でさらに局所的に高温になりやすい。しかし、本実施形態のヒータ部７０では、距離Ｘ１を距離Ｘ２より大きくすることで、互いに対向する第１屈曲部９５間での熱伝達が低減され、第１屈曲部９５が高温になりにくくなっている。これにより、発熱部７６の第１領域９０ａ内の局所的な加熱を低減できる。図３は、発熱部７６の最高温度領域（第１領域９０ａ）周辺の左右方向に沿った温度分布の概念図である。図３の右側は、図２のうち第１領域９０ａの周辺を示した図であり、図３の左側は、図３の右側に示したＢ−Ｂ線に沿った第３基板層３（図１参照）の上面の温度分布のグラフである。図３のグラフに示すように、距離Ｘ１＝距離Ｘ２である場合（グラフの太破線）には、第１屈曲部９５周辺すなわちセンサ素子１０１の左右の中央部分が局所的に加熱されて高温になりやすい。一方、本実施形態のように距離Ｘ１が距離Ｘ２より大きい場合（グラフの太実線）には、第１屈曲部９５周辺の温度低下が他の部分の温度低下よりも大きくなり、局所的な加熱が低減される。
【００７３】
なお、ヒータ７２を構成する導体は高温で酸化することなどにより劣化して断線する場合がある。そのため、ヒータ７２の第１屈曲部９５が局所的に加熱されると、第１屈曲部９５が他より早く劣化することで、ヒータ７２に断線が生じやすくなる場合がある。また、劣化した部分は抵抗値が上昇することから、より高温に発熱するようになるため、局所的に加熱される部分は、劣化がさらに進行しやすい。本実施形態のヒータ部７０では、第１屈曲部９５の局所的な加熱を低減することで、第１屈曲部９５の劣化を抑制でき、これによりヒータ７２の全体としての寿命を延ばすことができる。
【００７４】
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、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し、ヒータ７２が発熱体に相当し、密な領域８８が密な領域に相当し、粗な領域８９が粗な領域に相当し、第１領域９０ａが最高温度領域に相当し、第１屈曲部９５が第１屈曲部に相当し、第２屈曲部９６が第２屈曲部に相当する。また、第１固体電解質層４，スペーサ層５及び第２固体電解質層６が積層体に相当し、内側ポンプ電極２２が内側ポンプ電極に相当し、外側ポンプ電極２３が外側ポンプ電極，外側測定電極，及び外側補助ポンプ電極に相当し、測定電極４４が内側測定電極に相当し、補助ポンプ電極５１が内側補助ポンプ電極に相当する。
【００７５】
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、互いに対向する第１屈曲部９５同士の距離Ｘ１が、互いに対向する第２屈曲部９６同士の距離Ｘ２［ｍｍ］よりも大きくなっている。これにより、第１屈曲部９５が高温になりにくくなり、ヒータ７２の最高温度領域（第１領域９０ａ）内の局所的な加熱を低減できる。また、比Ｘ１／Ｘ２が値４／３（＝値１．３３・・・）以上であることで、局所的な第１屈曲部９５の加熱をより低減できる。また、距離Ｘ１が０．４ｍｍ以上であることで、局所的な第１屈曲部９５の加熱をより低減できる。
【００７６】
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。さらに、センサ素子１０１は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなり、外部から被測定ガスを導入するガス流通部が内部に設けられ、セラミックス体（第１〜第３基板層１〜３）に対して長手方向及び短手方向に垂直な厚さ方向に積層された積層体（層４〜６）と、ガス流通部の内周面に配設された内側ポンプ電極２２（内側主ポンプ電極）と、を備えている。そして、ヒータ７２は、最高温度領域（第１領域９０ａ）が、内側ポンプ電極２２をヒータ７２に向けて厚さ方向に投影した領域である内側ポンプ電極投影領域Ａｐと少なくとも一部重複している。こうすることで、ヒータ７２の最高温度領域（第１領域９０ａ）によって、内側ポンプ電極２２及びその周辺の固体電解質層を比較的高温にして活性化できる。また、センサ素子１０１は、積層体の外表面に配設された外側ポンプ電極２３を備えている。センサ素子１０１は、ガス流通部の内周面に配設され、且つ内側ポンプ電極２２よりも被測定ガスの下流側に配設された内側測定電極（測定電極４４）を備えている。センサ素子１０１は、積層体の外表面に配設された外側測定電極（外側ポンプ電極２３）を備えている。センサ素子１０１は、ガス流通部の内周面に配設され、内側ポンプ電極２２よりも被測定ガスの下流側且つ測定電極４４よりも被測定ガスの上流側に配設された内側補助ポンプ電極（補助ポンプ電極５１）を備えている。センサ素子１０１は、積層体の外表面に配設された外側補助ポンプ電極（外側ポンプ電極２３）を備えている。さらにまた、ガスセンサ１００は、センサ素子１０１を備えている。
【００７７】
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。
【００７８】
例えば、上述した実施形態では、第１〜第４領域９０ａ〜９０ｄの各々は、同じ領域内であれば線幅は一定としており（領域間の接続部分を除く）、同じ領域内であれば単位長さあたりの抵抗値も一定となっているが、これに限られない。図４は、変形例のヒータ７２Ａの説明図である。変形例のヒータ７２Ａは、第１屈曲部９５の幅Ｗａ１［ｍｍ］が第３屈曲部９７の幅Ｗａ３［ｍｍ］よりも大きくなっていることで第１屈曲部９５の単位長さ当たりの抵抗値を変化させている点以外は、図２のヒータ７２と同様の構成をしている。ここで、第３屈曲部９７は、最高温度領域（第１領域９０ａ）内に存在し第１屈曲部９５よりも短手方向（左右方向）で外側に存在する屈曲部９１である。図４では、左外側屈曲部９２ｂのうち第１領域９０ａ内に存在する３つの屈曲部９１と、右外側屈曲部９２ｄのうち第１領域９０ａ内に存在する３つの屈曲部９１と、が第３屈曲部９７に相当する。なお、最高温度領域（第１領域９０ａ）とそれ以外の領域とにまたがっている屈曲部９１についても、第１屈曲部９５よりも短手方向（左右方向）で外側に存在する屈曲部９１であれば、第３屈曲部９７に含めるものとする。この変形例のヒータ７２Ａでは、７００℃以上９００℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度において、第１屈曲部９５の単位長さあたりの抵抗値である単位抵抗値Ｒａ１［μΩ／ｍｍ］が、第３屈曲部９７の単位長さあたりの抵抗値である単位抵抗値Ｒａ３［μΩ／ｍｍ］よりも低くなっている。換言すると、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３が値１未満となっている。こうすることで、７００℃〜９００℃の少なくともいずれかの温度において、第１屈曲部９５は第３屈曲部９７と比べて発熱密度（単位長さあたりの発熱量）が小さくなる。ここで、最高温度領域内（第１領域９０ａ内）において、第１屈曲部９５は第３屈曲部９７よりもヒータ部７０の内側に位置することから、第１屈曲部９５の方が高温になりやすい。距離Ｘ１を距離Ｘ２よりも大きくすることに加えて単位抵抗値Ｒａ１を単位抵抗値Ｒａ３よりも低くすることで、高温になりやすい第１屈曲部９５の温度上昇をより抑制でき、ヒータ７２Ａの最高温度領域（第１領域９０ａ）内の局所的な加熱をより低減できる。
【００７９】
なお、単位抵抗値Ｒａ１は、第１屈曲部９５の単位長さあたりの抵抗値の平均値とする。同様に、単位抵抗値Ｒａ３は、第３屈曲部９７の単位長さあたりの抵抗値の平均値とする。そのため、第１屈曲部９５の一部に第３屈曲部９７よりも単位長さあたりの抵抗値が高い部分がある場合でも、全体として第１屈曲部９５の方が単位長さあたりの抵抗値が低ければよい。ただし、いずれの第１屈曲部９５のいずれの部分においても単位長さあたりの抵抗値が単位抵抗値Ｒａ３より低いことが好ましい。また、発熱部７６は、上記の温度範囲のいずれの温度においても単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３が値１未満であることが好ましい。また、発熱部７６は、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３が、値０．８７以下であることが好ましく、値０．８０以下であることがより好ましい。また、上記の温度範囲のいずれの温度においても、単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３は値０．５以上としてもよい。また、図４のヒータ７２Ａでは、帯状のヒータ７２の第１屈曲部９５の幅Ｗａ１を第３屈曲部９７の幅Ｗａ３よりも大きくする（太くする）ことで、第１屈曲部９５の断面積Ｓａ１［ｍｍ2］を第３屈曲部９７の断面積Ｓａ３［ｍｍ2］よりも大きく（断面積比Ｓａ３／Ｓａ１が値１未満）し、これにより単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３を値１未満としている。断面積Ｓａ１，Ｓａ３は、第１屈曲部９５，第３屈曲部９７の各々の長さ方向に垂直な断面積である。断面積比Ｓａ３／Ｓａ１を調整して単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３を値１未満とすることで、７００℃以上９００℃以下の温度範囲のいずれにおいても、単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３が値１未満となる。断面積比Ｓａ３／Ｓａ１は、値０．８７以下が好ましく、値０．８０以下がより好ましい。なお、図４のヒータ７２Ａでは、幅Ｗａ１を幅Ｗａ３より大きくすることで断面積比Ｓａ３／Ｓａ１を調整しているが、幅Ｗａ１を幅Ｗａ３より大きくするか、又は第１屈曲部９５の厚さＤａ１を第３屈曲部９７の厚さＤａ３より大きくするか、の少なくとも一方により断面積比Ｓａ３／Ｓａ１を調整すればよい。断面積Ｓａ１，Ｓａ３の値も、単位抵抗値Ｒａ１，Ｒａ３と同様に第１屈曲部９５，第３屈曲部９７の各々の平均値とする。図４のヒータ７２Ａでは、第３屈曲部９７の断面積は、どの部分でも同じ値（＝断面積Ｓａ３）とした。第１屈曲部９５は、直線部７８との接続部分では直線部７８（及び第３屈曲部９７）と同じ断面積となり、直線部７８から離れた位置ほど断面積が大きく（ここでは幅Ｗａ１が大きく）なるような形状とした。すなわち、複数の第１屈曲部９５の各々は、前後の中央部分の断面（例えば第１屈曲部９５ａ，９５ｂであれば右方に最も突出した部分を通る断面）の断面積が最も大きくなるような形状とした。なお、第１屈曲部９５と直線部７８との接続部分に段差が生じるようにして、第１屈曲部９５の断面積がどの部分でも同じ値（＝断面積Ｓａ１）となるようにしてもよい。また、断面積比Ｓａ３／Ｓａ１は値０．５以上としてもよい。幅Ｗａ１，Ｗａ３は、それぞれ０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下としてもよい。厚さＤａ１，Ｄａ３は、それぞれ０．００３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下としてもよい。
【００８０】
また、図４のヒータ７２Ａでは、断面積比Ｓａ３／Ｓａ１を値１未満としたが、第１屈曲部９５及び第３屈曲部９７の体積抵抗率を調整することで単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３を値１未満にしてもよい。例えば、７００℃〜９００℃の少なくともいずれかの温度において、第１屈曲部９５の体積抵抗率ρａ１［μΩ・ｃｍ］と第３屈曲部９７の体積抵抗率ρａ３［μΩ・ｃｍ］との比である体積抵抗率比ρａ１／ρａ３が値１未満であってもよい。こうしても、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３を値１未満とすることができる。上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度において体積抵抗率比ρａ１／ρａ３は値０．８７以下であることが好ましく、値０．８０以下であることがより好ましい。例えば、第１屈曲部９５に含まれる貴金属（導体）の割合を第３屈曲部９７と比べて高くすることで、体積抵抗率ρａ１を体積抵抗率ρａ３より低くすることができる。あるいは、例えば第３屈曲部９７は白金を主成分とし、第１屈曲部９５は白金に加えて又は代えて白金よりも体積抵抗率の低い貴金属（ロジウム，金など）を添加することでも、体積抵抗率ρａ１を体積抵抗率ρａ３より低くすることができる。すなわち、第１屈曲部９５が、第３屈曲部９７には含まれず第３屈曲部９７に含まれる貴金属よりも体積抵抗率の低い貴金属を含有していてもよい。あるいは、第１屈曲部９５に、主成分の貴金属と比べて抵抗温度係数（単位：［％／℃］）の小さい材質を第３屈曲部９７よりも多く含有させることで、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における体積抵抗率ρａ１を体積抵抗率ρａ３より低くすることもできる。このような抵抗温度係数の小さい材質としては、ニクロム（ニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）とを含む合金），カンタル（登録商標：鉄，クロム，及びアルミニウムを含む合金），二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ2）などが挙げられる。なお、体積抵抗率ρａ１，ρａ３の値も、単位抵抗値Ｒａ１，Ｒａ３と同様に第１屈曲部９５，第３屈曲部９７の各々の平均値とする。また、上記の温度範囲のいずれの温度においても、体積抵抗率比ρａ１／ρａ３は値０．５以上としてもよい。
【００８１】
なお、図４のヒータ７２Ａにおいて、断面積比Ｓａ３／Ｓａ１を値１未満とすることと、体積抵抗率比ρａ１／ρａ３を値１未満とすることと、を組み合わせてもよい。例えば、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における断面積比Ｓａ３／Ｓａ１と体積抵抗率比ρａ１／ρａ３との積（＝単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３）が、値１未満、値０．８７以下、又は値０．８０以下となるようにしてもよい。なお、断面積比Ｓａ３／Ｓａ１を値１未満とする場合、第１屈曲部９５と第３屈曲部９７との材質は同じでもよいし異なっていてもよい。また、単位抵抗値Ｒａ１と単位抵抗値Ｒａ３との関係と同様に、単位抵抗値Ｒａ１は、最高温度領域（第１領域９０ａ）内に存在し第１屈曲部９５の直近の直線部７８（図４では８個の直線部７８）の単位長さあたりの抵抗値である単位抵抗値Ｒａ４［μΩ／ｍｍ］よりも低くてもよい。なお、第１屈曲部９５の直近の直線部７８とは、第１屈曲部９５に直接接続されている直線部７８を意味する。また、単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３と単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ４との少なくとも一方が値１未満であれば、距離Ｘ１＞距離Ｘ２でなくても（例えば距離Ｘ１＝Ｘ２）よい。こうしても、高温になりやすい第１屈曲部９５の温度上昇を抑制でき、ヒータ７２Ａの最高温度領域（第１領域９０ａ）内の局所的な加熱を低減できる効果は得られる。
【００８２】
上述した実施形態では、発熱部７６の密な領域８８及び粗な領域８９は、内側ポンプ電極２２，補助ポンプ電極５１，及び測定電極４４との位置関係が図２に示したように調整されていたが、特にこれに限られない。上述した実施形態で温度Ｔｐ＞温度Ｔｑ＞温度Ｔｍとなるようにした点についても、特にこれに限られない。ただし、最高温度領域（第１領域９０ａ）の少なくとも一部が内側ポンプ電極投影領域Ａｐと重複していることが好ましい。
【００８３】
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。例えば、図２に示したパターンと比べて屈曲部９１及び直線部７８の数を増減させてもよい。なお、発熱部７６は、２以上の第１屈曲部９５（互いに対向する１対以上の第１屈曲部９５）と、２以上の第２屈曲部９６（互いに対向する１対以上の第２屈曲部９６）と、を少なくとも有していればよい。また、図４のヒータ７２Ａで説明したように単位抵抗値比Ｒａ１／Ｒａ３を値１未満とする場合には、発熱部７６は１以上の第３屈曲部９７を有していればよく、複数の第３屈曲部９７を有していてもよい。また、発熱部７６が直線部７８を備えないものとしてもよい。例えば、発熱部７６は、図２の複数の直線部７８のうち最も前方の直線部７８ａに代えて、折り返し方向が前後方向に沿っている複数の折り返し部を備えていてもよい。また、左内側屈曲部９２ａと左外側屈曲部９２ｂとの間の直線部７８が存在しない（直線部７８の長さを０ｍｍとすることに相当）ようにしてもよい。右内側屈曲部９２ｃと右外側屈曲部９２ｄとの間の直線部７８についても同様である。また、左側発熱部７６ａと右側発熱部７６ｂとは対称でなくてもよい。
【００８４】
密な領域８８及び粗な領域８９（第１〜第４領域９０ａ〜９０ｄ）の配置についても、上述した実施形態に限られない。例えば、第３領域９０ｃのピッチＰ３がピッチＰ２，Ｐ４と等しいなど、第１領域９０ａ以外は全て粗な領域８９であってもよい。なお、このように密な領域８８が１つしか存在しない場合、その領域が最高温度領域となる。また、上述した実施形態では発熱部７６は密な領域８８及び粗な領域８９をそれぞれ２つずつ有していたが、１以上の密な領域８８と１以上の粗な領域８９とを有していればよい。また、上述した実施形態では、密な領域８８は粗な領域８９と比べて線幅及び前後方向の間隔のいずれも小さくなっているが、密な領域８８は粗な領域８９と比べて折り返しのピッチが密（ピッチが小さい）であればよい。すなわち、密な領域８８は粗な領域８９と比べて線幅及び前後方向の間隔の少なくとも一方が小さくなっていればよい。
【００８５】
上述した実施形態では、発熱部７６の折り返しのピッチはＰ１＝Ｐ３＜Ｐ２＝Ｐ４としており、折り返しのピッチは密な領域８８と粗な領域８９との２段階しか存在しないが、発熱部７６の折り返しのピッチが３段階以上に分かれていてもよい。この場合、折り返しのピッチが最も密な領域（１以上）のうち最高温度領域に基づいて定まる距離Ｘ１が、最も粗な領域（１以上）に基づいて定まる距離Ｘ２よりも大きければよい。
【００８６】
上述した実施形態において、距離Ｘ１が、折り返しの頂点が短手方向に互いに対向する第１屈曲部９５以外の屈曲部９１同士の距離である距離Ｘ２’［ｍｍ］よりも大きくてもよい。なお、距離Ｘ２’は、折り返しの頂点が短手方向に互いに対向する屈曲部９１のうち第１屈曲部９５以外の屈曲部９１を全てを対象とする点以外は距離Ｘ２と同様に算出される値である。例えば、図２に示したヒータ７２では、屈曲部９１ａ〜９１ｆ，第２屈曲部９６ａ〜９６ｆについて、短手方向に互いに対向する屈曲部９１同士の距離に基づいて距離Ｘ２’が定まる。なお、上述したように、図２では屈曲部９１ａ〜９１ｆについても互いに対向する距離は距離Ｘ２に等しいため、上述した実施形態では、Ｘ１＞Ｘ２＝Ｘ２’となっている。比Ｘ１／Ｘ２と同様に、比Ｘ１／Ｘ２’を値４／３（＝値１．３３・・・）以上としてもよいし、値１０／３（＝値３．３３・・・）未満としてもよい。距離Ｘ２’は、例えば０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下としてもよい。
【００８７】
上述した実施形態において、密な領域８８内に存在し折り返しの頂点が短手方向に互いに対向する折り返し部同士の距離を距離Ｘ１’［ｍｍ］として、距離Ｘ１’が距離Ｘ２よりも大きくなるようにしてもよい。距離Ｘ１’は、最高温度領域か否かに関わらず密な領域８８全体を対象とする点以外は距離Ｘ１と同様に算出される値である。なお、図２に示したヒータ７２では、第３領域９０ｃには密な領域８８と粗な領域８９とにまたがっている屈曲部９１ｂ，９１ｃ，９１ｅ，９１ｆしか存在しないため、Ｘ１＝Ｘ１’＞Ｘ２となっている。例えば、第３領域９０ｃの折り返し回数が多くなれば、第３領域９０ｃ内にあり粗な領域８９にまたがっておらず、且つ折り返しの頂点が短手方向に互いに対向する屈曲部９１が存在する場合もありうる。この場合は、この屈曲部９１同士の距離も考慮して距離Ｘ１’が定まるため、あるヒータにおいて距離Ｘ１と距離Ｘ１’とが異なる値になる場合もある。このような場合でも、Ｘ１’＞Ｘ２とすることで、発熱体のピッチが密な領域内の局所的な加熱を低減することができる。なお、Ｘ１＞Ｘ２を満たすかどうかにかかわらず、Ｘ１’＞Ｘ２となるようにしてもよい。この場合でも、発熱体のピッチが密な領域内の局所的な加熱を低減することができる効果は得られる。ただし、密な領域８８内に存在し折り返しの頂点が短手方向に互いに対向する屈曲部９１の中でも、特に最高温度領域内の第１屈曲部９５が高温になりやすいため、Ｘ１＞Ｘ２を満たすようにすることが好ましい。なお、比Ｘ１／Ｘ２と同様に、比Ｘ１’／Ｘ２を値４／３（＝値１．３３・・・）以上としてもよいし、値１０／３（＝値３．３３・・・）未満としてもよい。また、距離Ｘ１’は０．３ｍｍ超過としてもよく、０．４ｍｍ以上としてもよい。距離Ｘ１’は、１．０ｍｍ未満としてもよい。
【００８８】
上述した実施形態では、第１屈曲部９５ａと第１屈曲部９５ｃとは前後方向の同じ位置で対向している（互いの折り返しの頂点を結ぶ直線が左右方向に平行になっている）が、特にこれに限られない。第１屈曲部９５ａと第１屈曲部９５ｃとが、前後にずれて対向していてもよい。第１屈曲部９５ｂと第１屈曲部９５ｄとの位置関係についても同様である。このような場合、互いに最短距離で対向する一対の第１屈曲部９５を１つの組として対向する第１屈曲部９５の組み合わせを定め、このような１以上の組の各組の対向する距離（最短距離）の平均値を距離Ｘ１とする。例えば、前方から後方に向かって第１屈曲部９５ａ，９５ｃ，９５ｂ，９５ｄがこの順になるように互い違いに配置されている場合を考える。この場合において、第１屈曲部９５ａ，９５ｃ間の距離が第１屈曲部９５ｂ，９５ｃ間の距離よりも小さい場合には、第１屈曲部９５ａ，９５ｃを１つの組、第１屈曲部９５ｂ，９５ｄを１つの組として組み合わせを定める。そして、第１屈曲部９５ａ，９５ｃ間の距離と第１屈曲部９５ｂ，９５ｄ間の距離との平均値を距離Ｘ１とする。一方、第１屈曲部９５ａ，９５ｃ間の距離よりも第１屈曲部９５ｂ，９５ｃ間の距離が小さい場合には、第１屈曲部９５ｂ，９５ｃを１つの組として組み合わせを定める。そして、第１屈曲部９５ｂ，９５ｃ間の距離を距離Ｘ１とする。距離Ｘ２についても同様とする。
【００８９】
上述した実施形態では、直線部７８は長さ方向がヒータ部７０の短手方向（左右方向）と平行としたが、長さ方向が短手方向に沿っていれば、平行でなくてもよい。例えば、直線部７８の長さ方向が短手方向から傾斜（ただし４５°未満）していてもよい。
【００９０】
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。
【００９１】
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】
【００９２】
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２〜９が本発明の実施例に相当し、実験例１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。
【００９３】
［実験例１〜９］
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１〜９とした。実験例１〜９は、距離Ｘ１（及び比Ｘ１／Ｘ２）を以下の表１に示すように種々変更した点以外は、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。発熱部７６のうち密な領域８８の線幅はいずれも０．２６ｍｍとし、粗な領域８９の線幅はいずれも０．４１ｍｍとした（密な領域８８と粗な領域８９との接続部分を除く）。折り返しのピッチＰ１，Ｐ３はいずれも０．５６ｍｍとした。折り返しのピッチＰ２，Ｐ４はいずれも０．８２ｍｍ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。
【００９４】
［評価試験］
実験例１〜９について、ヒータ７２の発熱時の温度及び耐久性（寿命）を評価した。具体的には、リード部７９に１２Ｗの電圧を印加してヒータ７２に通電した。そして、電圧印加後３分以上経過し、センサ素子１０１の温度が安定した状態における最高温度領域（第１領域９０ａ）の温度分布を測定した。第１領域９０ａの温度分布は、センサ素子１０１の下面のうち第１領域９０ａの直下の矩形の領域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、測定結果から最高温度，平均温度，及び最高温度と平均温度との差を導出した。また、実験例１，５については、第１領域９０ａの最小温度についても測定した。また、ヒータ７２に通電時の内側ポンプ電極２２の温度Ｔｐを測定し、７００℃以上であれば内側ポンプ電極２２の加熱が十分であるとして電極温度が良好と判定し、７００℃未満であれば電極温度が不良と判定した。なお、温度Ｔｐはセンサ素子１０１の上面で内側ポンプ電極２２の直上の領域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、測定した平均値を温度Ｔｐとした。また、ヒータ７２に通電する前と、ヒータ７２に５００時間通電した後とで、それぞれヒータ７２の抵抗値を測定し、抵抗変化率（抵抗上昇率）［％］を導出した。抵抗値は、第１リード７９ａ及び第２リード７９ｂに接続されたヒータコネクタ電極７１間の抵抗値として測定した。そして抵抗変化率が３％未満であれば良好、３％以上であれば不良と判定した。なお、ヒータ７２の発熱部７６が高温で酸化すると、その部分の抵抗値が高くなる。そのため、抵抗変化率が高いということは、ヒータ７２がより劣化したことを意味する。また、実験例１〜９は、距離Ｘ１以外は同じであるため、距離Ｘ１の相違による第１屈曲部９５の劣化の程度の相違が、実験例１〜９の抵抗変化率の相違として現れていると考えられる。
【００９５】
実験例１〜９の距離Ｘ１，距離Ｘ２，比Ｘ１／Ｘ２，最高温度領域（第１領域９０ａ）の温度分布（最高温度，平均温度，最高温度と平均温度との差），電極温度の評価，抵抗変化率，及び抵抗変化率の評価を、表１にまとめて示す。実験例１，５については、最高温度領域内の最小温度についても表１に示した。また、図５は、実験例１〜９における比Ｘ１／Ｘ２と抵抗変化率との関係を示すグラフである。
【００９６】
【表１】
0006734062.tif 000002
【００９７】
表１に示すように、比Ｘ１／Ｘ２が値１．００超過である実験例２〜９は、比Ｘ１／Ｘ２が値１．００である実験例１と比べて、最高温度領域（第１領域９０ａ）内の最高温度が低くなっており、最高温度と平均値との差も小さくなっていた。一方で、実験例１と実験例５とを比較すると、最高温度領域内の最小温度はほぼ同じであった。すなわち、実験例２〜９では、最高温度領域のうち第１屈曲部９５の局所的な加熱を低減できていた。抵抗変化率についても、実験例２〜９は実験例１よりも小さく、３％未満（良好）であった。このことから、比Ｘ１／Ｘ２を値１超過とすることで、ヒータ７２全体としての寿命を延ばすことができていると考えられる。また、実験例１，２の結果から、比Ｘ１／Ｘ２が値４／３（＝値１．３３・・・）以上であることや、距離Ｘ１が０．４ｍｍ以上であることが好ましいと考えられる。また、実験例２〜９の結果から、比Ｘ１／Ｘ２が大きいほど、最高温度領域内の最高温度，及び最高温度と平均値との差がいずれも小さくなる傾向が見られた。体積抵抗率についても同様の傾向が見られた。また、距離Ｘ１が１．０ｍｍ未満，比Ｘ１／Ｘ２が値１０／３（＝値３．３３・・・）未満である実験例２〜７は、実験例８，９と比べて内側ポンプ電極２２の温度を十分高くすることができ、電極温度の評価は良好であった。
【符号の説明】
【００９８】
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  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、７６ａ  左側発熱部、７６ｂ  右側発熱部、７８，７８ａ  直線部、７９  リード部、７９ａ，７９ｂ  第１，第２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、８８  密な領域、８９  粗な領域、９０ａ〜９０ｄ  第１〜第４領域、９１，９１ａ〜９１ｆ  屈曲部、９２ａ  左内側屈曲部、９２ｂ  左外側屈曲部、９２ｃ  右内側屈曲部、９２ｄ  右外側屈曲部、９５，９５ａ〜９５ｄ  第１屈曲部、９６，９６ａ〜９６ｆ  第２屈曲部、９７  第３屈曲部、１００  ガスセンサ、１０１  センサ素子、１７２  ヒータ、１９０ａ，１９０ｂ  第１，第２領域、１７８  直線部、１９１，１９１ａ〜１９１ｄ  屈曲部、Ａｍ  測定電極投影領域、Ａｐ  内側ポンプ電極投影領域、Ａｑ  内側補助ポンプ電極投影領域。
【図１】
0006734062.tif 000003
【図２】
0006734062.tif 000004
【図３】
0006734062.tif 000005
【図４】
0006734062.tif 000006
【図５】
0006734062.tif 000007
【図６】
0006734062.tif 000008