(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層の対向する面の一方に被測定ガス電極を他方に基準ガス電極を設けて一対の測定部電極となし、上記一方の面側に被測定ガス拡散層を上記他方の面側に基準ガス導入層を積層、圧着して形成した積層型ガスセンサにおいて、
上記固体電解質層は、上記被測定ガス拡散層との圧着時に上記一対の測定部電極に挟まれて不可避的に圧縮される圧縮領域と、上記一対の測定部電極のいずれによっても圧縮されない非圧縮領域との間に、両領域の界面に作用する応力を緩和する緩衝領域を有することを特徴とする積層型ガスセンサ。
【請求項２】
上記一対の測定部電極のいずれか一方の外周縁の全部又は一部を、他方の外周縁よりも外側位置に形成することによって上記緩衝領域を設けた請求項１に記載の積層型ガスセンサ。
【請求項３】
上記固体電解質層幅方向において、上記一対の測定部電極のいずれか一方の幅を他方の幅よりも広く形成することによって上記緩衝領域を設けた請求項１又は２に記載の積層型ガスセンサ。
【請求項４】
上記固体電解質層長手方向において、上記一対の測定部電極のいずれか一方の長さを他方の長さよりも長く形成することによって上記緩衝領域を設けた請求項１ないし３のいずれか１項に記載の積層型ガスセンサ。
【請求項５】
上記固体電解質層の表面に上記一対の測定部電極に導通するリード部をそれぞれ設け、該リード部の少なくとも一方の幅を、当該電極と同じ幅に設けた請求項１ないし４のいずれか１項に記載の積層型ガスセンサ。
【請求項６】
上記固体電解質層の表面に上記一対の測定部電極導通するリード部をそれぞれ設け、該リード部のいずれか一方を、他方の電極およびリード部の外周縁の外側に設けた請求項１ないし５のいずれか１項に記載の積層型ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車の排ガス中の特定ガス成分を検出する酸素センサやＮＯｘセンサ等の積層型ガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大気汚染防止のため、自動車エンジン等からの排ガスに対する規制が年々厳しくなっている。排ガス中の有害成分を低減する手段として、例えば、エンジンの燃焼制御により排ガス中の有害成分の発生を抑制するシステムや、排ガス中の酸素濃度や窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度等からエンジンの燃焼状態を知り、燃料噴射や空燃比等の制御にフィードバックするシステム等が用いられている。
【０００３】
例えば特許文献１には、一対の測定部電極と固体電解質体からなる電気化学的セルとヒータとが一体的に設けられた積層型ガスセンサが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３０９４５７号公報
【０００４】
図７に示す積層型ガスセンサは、センサ部１６とヒータ部１５とからなる。
上記センサ部１６は、例えば部分安定化ジルコニア等からなるシート状の固体電解質層１１と、アルミナ等からなるシート状のガス遮蔽層１７、１４と、粒径の大きなアルミナ等からなるシート状のガス拡散層１４０と、アルミナ等からなるシート状であって、基準ガス室１２０となる溝部が設けられた略Ｕ字形の基準ガス室形成層１２とによって構成されている。
【０００５】
上記固体電解質層１１の対向する面には、被測定ガス電極１６１と基準ガス電極１６２との一対の測定部電極が印刷等により形成され、上記被測定ガス電極１６１と導通する測定リード部１６３と上記基準ガス電極１６２と導通する基準リード部１６４との一対のリード部１６３、１６４が形成されている。
上記ヒータ部１５は発熱体１５３と上記発熱体１５３に導通するヒータリード部１５２ａ、１５２ｂとが印刷等により形成されたアルミナ等からなるシート状のヒータ基板１５０と、絶縁層１３とによって構成されている。
【０００６】
積層型ガスセンサは、図８に示すように上記センサ部１６と上記ヒータ部１５とが積層され、一体的に焼成されて構成される。なお、図７、８に示すように上記ヒータリード部１５２ａ、１５２ｂと上記ヒータ基板１５０の表面に設けられた電極端子１５５ａ、１５５ｂとはスルーホール１５１ａ、１５１ｂに設けられたスルーホール電極１５４ａ、１５４ｂを介して導通している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記従来の積層型ガスセンサにおいては、上記積層、焼成の過程で内部クラックが発生し易いことが判明した。
図８（Ａ）〜（Ｃ）はクラックの発生位置を示すもので、上記固体電解質層１１の内部には、上記一対の測定部電極１６１、１６２の外周縁に沿って、上記一対の測定部電極１６１、１６２によって挟まれた部分に、数ミリ程度の長さのクラック若しくはクラックの元となるダメージが極まれに発生することがある。
【０００８】
このようなクラックの存在は、外部からの発見が困難で、センサの信頼性を著しく損なうものであり、極まれに発生するものであっても、製造工程において確実に防止する必要がある。
特に、積層型ガスセンサを自動車の排ガス中の酸素濃度センサとして使用した場合、５００℃以上の高温に急速加熱されるため、万一センサ素子内にクラックが存在すると、熱ストレスによりクラックが進行し、センサ素子の破壊に至る可能性もある。
【０００９】
そこで、本発明はかかる実情に鑑み、積層型ガスセンサの製造工程において、固体電解質層内部に発生するクラックを防止し、信頼性の高い積層型ガスセンサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明では、固体電解質層の対向する面の一方に被測定ガス電極を他方に基準ガス電極を設けて一対の測定部電極となし、上記一方の面側に被測定ガス拡散層を上記他方の面側に基準ガス導入層を積層、圧着して形成した積層型ガスセンサにおいて、
上記固体電解質層には、上記被測定ガス拡散層との圧着時に上記一対の測定部電極に挟まれて不可避的に圧縮される圧縮領域と、上記一対の測定部電極のいずれによっても圧縮されない非圧縮領域との間に、両領域の界面に作用する応力を緩和する緩衝領域を設けた。
【００１１】
上記固体電解質層の内部クラックは、上記固体電解質層と上記被測定ガス拡散層との圧着工程で、上記固体電解質層の両面に形成された上記一対の電極によって不可避的に圧縮される領域と電極が形成されておらず圧縮されない領域との界面に発生するものと考えられる。
本発明によれば、上記固体電解質層の圧縮領域と非圧縮領域との間に緩衝領域を設けたことにより、上記固体電解質層と上記被測定ガス拡散層との圧着時に両領域の界面に作用する剪断応力が弱められるのでクラックの発生を防止できる。また、上記緩衝領域によって上記圧縮領域と上記非圧縮領域との密度の変化を緩やかにすることができるので、焼成時において焼結速度の違いによる熱ストレスを緩和し、クラックの進行を防止できる。
【００１２】
請求項２の発明では、上記一対の測定部電極のいずれか一方の外周縁の全部又は一部を、他方の外周縁よりも外側位置に形成することによって上記緩衝領域を設けた。
【００１３】
上記構成により、上記固体電解質層が上記一対の測定部電極の両方で圧縮された圧縮領域の外側に、該領域に沿って上記固体電解質層が上記一対の測定部電極のいずれか一方のみで圧縮される領域が形成される。したがって、当該一方の電極のみで圧縮された領域が緩衝領域となって、上記圧縮領域と上記非圧縮領域との間に働く剪断応力が緩和され、クラックの発生を防止できる。
【００１４】
請求項３の発明では、上記固体電解質層幅方向において、上記一対の測定部電極のいずれか一方の幅を他方の幅よりも広く形成することによって上記緩衝領域を設けた。
【００１５】
上記一対の測定部電極の幅方向に上記緩衝領域が形成され、上記一対の測定部電極の両側縁近傍で長手方向に進行するクラックを防止できる。
【００１６】
請求項４の発明では、上記固体電解質層長手方向において、上記一対の測定部電極のいずれか一方の長さを他方の長さよりも長く形成することによって上記緩衝領域を設けた。
【００１７】
上記一対の測定部電極の長手方向に上記緩衝領域が形成され、上記一対の測定部電極の前端縁近傍で幅方向に進行するクラックを防止できる。
【００１８】
請求項５の発明では、上記固体電解質層の表面に上記一対の測定部電極に導通するリード部をそれぞれ設け、該リード部の少なくとも一方の幅を、当該電極と同じ幅に設けた。
【００１９】
測定部電極とリード部とが同じ幅で設けられることによって、上記圧縮領域の上記固体電解質層全体に占める割合が高くなり、素子全体としての均質化が図られるので上記積層型ガスセンサの信頼性が向上する。
【００２０】
請求項６の発明では、記固体電解質層の表面に上記一対の測定部電極導通するリード部をそれぞれ設け、該リード部のいずれか一方を、他方の電極およびリード部の外周縁の外側に設けた。
【００２１】
上記リード部が対向する測定部電極の外周縁の外側に設けられた構成としても、上記一対の測定部電極の外周縁に上記緩衝領域が形成されていれば、上記一対の測定部電極の周辺にクラックが発生することがない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、積層、加熱圧着工程において、固体電解質層の対向する面に設けられた一対の測定部電極の外周縁に応力集中することがなくなり、固体電解質層内部のクラックの発生が防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の第１の実施形態について図１、２を参照して説明する。
図１（Ａ）は本発明の適用された積層型ガスセンサ素子１の使用態様を表し、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の積層型ガスセンサ素子１の詳細な構成を示す展開斜視図である。図２（Ａ）は本発明の特徴部分である固体電解質層１１に形成した一対の測定部電極１６１、１６２の平面形状および位置関係を示す平面図で、図２（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ図２（Ａ）中Ａ−Ａ断面模式図および図２（Ａ）中Ｂ−Ｂ断面模式図である。
【００２４】
図１（Ａ）に示すように積層型ガスセンサ素子１はセンサ部１６とヒータ部１５とによって構成されている。
【００２５】
図１（Ｂ）に示すように上記センサ部１６はガス遮蔽層１４、１７（以下遮蔽層１４、１７と称す）と、被測定ガス拡散層１４０（以下、拡散層１４０と称す）と、被測定ガス電極１６１（以下、測定電極１６１と称す）およびこれに導通する測定リード部１６３と、固体電解質層１１と、基準ガス電極１６２（以下、基準電極１６２と称す）およびこれに導通する基準リード部１６４と、基準ガス室形成層１２とを積層した積層構造をしており、上記ヒータ部１５はヒータ基板１５０と発熱体１５３とこれに導通するヒータリード部１５２ａ、１５２ｂと絶縁層１３とを積層した積層構造をしている。
【００２６】
上記センサ部１６の上面には上記測定リード部１６３と上記基準リード部１６４とのそれぞれにスルーホール電極１６７、１６８を介して導通する端子１６５、１６６が形成され、該端子１６５、１６６には図１（Ａ）に示す電位差計３０が接続される。
【００２７】
上記ヒータ部１５の上面には上記ヒータリード部１５２ａ、１５２ｂとスルーホール電極１５４ａ、１５４ｂを介して導通する端子１５５ａ、１５５ｂが形成され、上記端子１５５ａ、１５５ｂには図１（Ａ）に示す電源４が電子制御装置（ＥＣＵ）３を介して接続され、上記発熱体１５３への通電が制御され、上記センサ部１６を所定温度に加熱する。
【００２８】
上記固体電解質層１１は、例えば平均粒径０．５ミクロンのイットリア安定化ジルコニア１００部（重量部、以下同じ）を、α−アルミナ等の焼結助剤１部とポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の結合材５部とジブチルフタレート（ＤＢＰ）等の可塑剤１０部とともにトルエン１０部−エタノール１０部混合有機溶剤等の溶媒に分散させたスラリーをドクターブレード法等により所定の板厚（例えば乾燥後０．２ミリ）のシート状に成形、乾燥した後、例えば打ち抜きプレス等により、所定の大きさ（例えば６ミリ×５６ミリ）の長方形に加工するとともに上記基準リード部１６４と端子１６６とを導通するスルーホール電極１６８を形成するためのスルーホール１１１を穿設することによって得られる。
【００２９】
上記測定電極１６１と上記測定リード部１６３とを白金ペーストに上記固体電解質用のスラリーを添加したものを用いて、印刷等により、上記固体電解質層１１の一方の面に形成し、上記基準電極１６２と上記基準リード部１６４とを、他方の面に上記測定電極１６１および上記測定リード部１６３の外周縁と一致しないように形成する。
上記測定電極１６１、上記測定リード部１６３、上記基準電極１６２、上記基準リード部１６４の膜厚はおよそ１０ミクロン程度である。
【００３０】
上記測定電極１６１と上記基準電極１６２とはともに上記拡散層１４０の下面の範囲に形成された電極を示し、上記測定リード部１６３と上記基準リード部１６４とはともに上記遮蔽層１４の下方の範囲に形成された電極を示す。
【００３１】
上記基準ガス室形成層１２は、例えば平均粒径０．３ミクロンのα−アルミナ９８部をイットリア部分安定化ジルコニア等の焼結助剤３部とＰＶＢ等の結合材１０部とＤＢＰ等の可塑剤１０部とともにトルエン３０部−エタノール３０部混合有機溶剤等の溶媒に分散させたスラリーをドクターブレード法等により所定の板厚（例えば乾燥後０．２ミリ）の絶縁用アルミナグリーンシートとし、当該絶縁用アルミナグリーンシートを複数枚（例えば３枚）積層し、打ち抜きプレス等により、上記基準ガス室１２０となる長方形の溝部（２ミリ×５３ミリ）を有する略Ｕ字形（例えば６ミリ×５６ミリ）に形成することによって得られる。
【００３２】
上記遮蔽層１７は、上記絶縁用アルミナグリーンシートと同じ材料、同じ製法で所定の板厚（例えば乾燥後０．２ミリ）のシートを形成し、所定の大きさ（例えば６ミリ×５６ミリ）の長方形に打ち抜くとともに上記測定リード部１６３、１６４と上記端子１６５、１６６とを導通するためにスルーホール電極１６７、１６８を形成するためのスルーホール１４１、１４２を穿設することによって得られる。
【００３３】
上記ヒータ基板１５０は上記絶縁用アルミナグリーンシートと同じ材料、同じ製法にて、所定の板厚（例えば乾燥後０．２ミリ）のシート状に形成され、所定の大きさの長方形（例えば６ミリ×５６ミリ）に打ち抜かれるとともに、上記ヒータリード部１５２ａ、１５２ｂと上記端子１５５ａ、１５５ｂとを導通するスルーホール電極１５４ａ、１５４ｂを設けるためのスルーホール１５１ａ、１５１ｂが穿設されることによって得られる。
【００３４】
上記ヒータ基板１５０に、例えば上記アルミナスラリーを添加した白金ペーストを用いて、上記発熱体１５３とヒータリード部１５２ａ、１５２ｂと端子１５５ａ、１５５ｂとを厚膜印刷により形成する。上記スルーホール１５１ａ、１５１ｂには上記ヒータリード部１５２ａ、１５２ｂを印刷すると同時に吸引等によりスルーホール電極１５４ａ、１５４ｂを形成する。
【００３５】
上記拡散層１４０は上記絶縁用アルミナグリーンシートに用いたアルミナよりも大きい所定の粒径のアルミナを用いて、ＰＶＢ等の結合材とＤＢＰ等の可塑剤とともにトルエン−エタノール混合有機溶剤等の溶媒とを所定の割合で混合し、分散させたスラリーをドクターブレード法等によりシート状に成形、乾燥し、所定の板厚（例えば乾燥後０．２ミリ）の拡散層用アルミナグリーンシートをとし、これを所定の大きさ（例えば６ミリ×１０ミリ）に打ち抜くことによって得られる。
【００３６】
上記遮蔽層１４は、上記遮蔽層１７と同じ上記絶縁用アルミナグリーンシートを所定の大きさ（例えば６ミリ×５６ミリ）の長方形に打ち抜いて、その一部（例えば６ミリ×１０ミリ）を上記拡散層１４０に置き換えることによって得られる。
【００３７】
上記絶縁層１３は上記絶縁用アルミナグリーンシートを複数枚（例えば３枚）積層し、所定の大きさ（例えば６ミリ×５６ミリ）の長方形に打ち抜くことによって得られる。
【００３８】
上記スルーホール電極１６７、１６８を上記一対の測定部電極１６１、１６２等と同じ材料を用いて上記スルーホール１１１、１４１、１４２、１７１、１７２に吸引印刷等により形成する。
【００３９】
上記一対の測定部電極１６１、１６２が形成された上記固体電解質層１１はその上面に上記拡散層１４０を含む上記遮蔽層１４と上記遮蔽層１７とを積層後、加熱圧着により一体のセンサ部積層体１６ｂを形成する。
また、上記発熱体１５３とヒータリード部１５２ａ、１５２ｂとが形成された上記ヒータ基板１５０の上面には、上記絶縁層１３と上記基準ガス室形成層１２とを積層後、加熱圧着により一体のヒータ部積層体１５ｂを形成する。
【００４０】
このようにして形成された上記センサ部積層体１６ｂと上記ヒータ部積層体１５ｂとをアルミナ−ジルコニア接着ペースト１８によって接着し、これを乾燥、脱脂、焼成する。
【００４１】
上記固体電解質層１１は酸素イオン導電性固体電解質層となり、上記被測定ガス拡散層１４０は被測定ガスが拡散可能な多孔質体となり、上記遮蔽層１４、１７、上記基準ガス層１２、上記絶縁層１３、ヒータ基板１５０は絶縁性を有す焼結体となる。
【００４２】
上記遮蔽層１７の上面に上記測定リード１６３および上記基準リード１６４のそれぞれに導通する端子電極１６５、１６６を、上記ヒータ基板１５０の下面に上記リード１５２ａ、１５２ｂのそれぞれに導通する端子電極１５５ａ、１５５ｂを厚膜印刷等により形成する。
以上によって一体となった積層型ガスセンサ素子１を得る。
【００４３】
例えば自動車排気ガス等の被測定ガスの測定に際して、上記積層型ガスセンサ素子１の上記拡散層１４側を被測定ガス中に置き、基準ガス室１２０の入り口を大気内に置くと、上記測定電極１６１は上記拡散層１４０を介して被測定ガスに晒され、上記基準電極１６２は上記入り口から上記基準ガス室１２０に導入された基準ガス（大気）に晒される。
【００４４】
上記固体電解質層１１は酸素イオン導電性が有り、上記被測定ガス中の酸素濃度と上記基準ガス中の酸素濃度との差によって上記測定電極１６１と上記基準電極１６２との間に電位差を生じ、これを電位差計３０等によって測定することによって上記被測定ガス中の酸素濃度を知ることができる。
【００４５】
本発明の特徴である、一対の測定部電極の形状および配置について説明する。
図２（Ａ）に示すように、本実施形態においては、上記測定電極１６１の幅と上記測定リード部１６３の幅とが同じ幅で形成され、上記基準電極１６２の幅と上記基準リード部１６４の幅とが同じ幅で形成されており、かつ上記測定電極１６１の外周縁と上記基準電極１６２の外周縁とが一致しないように形成されている。
【００４６】
このとき、図２（Ｂ）に示すように、上記測定電極１６１と上記基準電極１６２とのいずれにも圧縮されない非圧縮領域１１ａと上記測定電極１６１と上記基準電極１６２との両方によって不可避的に圧縮される圧縮領域１１ｃとの間に上記基準電極１６２のみによって圧縮される緩衝領域１１ｂが上記固体電解質１１の長手方向に形成されている。
【００４７】
また、図２（Ｃ）に示すように、上記測定電極１６１と上記基準電極１６２とのいずれにも圧縮されない非圧縮領域１１ａと上記測定電極１６１と上記基準電極１６２との両方に圧縮される圧縮領域１１ｃとの間に上記基準電極１６１のみによって圧縮される緩衝領域１１ｂと上記基準電極１６２のみによって圧縮される緩衝領域１１ｂとが上記固体電解質１１の幅方向に形成されている。
【００４８】
ここで、図３を参照して推定される従来の積層型ガスセンサのクラックの発生メカニズムおよび本発明の効果について説明する。
従来の構造の積層型ガスセンサにおいては、図３（Ａ）左図（加熱圧着前）に示すように、上記測定部電極１６１と上記基準電極１６２との外周縁が対向する形で上記固体電解質層１１に形成されている。
【００４９】
上記遮蔽層１７と一部に上記拡散層１４０を含む上記遮蔽層１４と上記被測定電極１６１と上記基準電極１６２とを設けた固体電解質層１１とを積層し、これらを金属プレート２０、２１で挟み、上記固体電解質層１１と上記遮蔽層１４（上記拡散層１４０を含む）とが完全に密着するまで加熱しながら加圧すると、上記測定電極１６１と上記基準電極１６２とが上記固体電解質層１１にくい込みながら上記固体電解質層１１を圧縮する。
【００５０】
図３（Ａ）右図（加熱圧縮後）に模式的に示すように、上記測定電極１６１と上記基準電極１６２とで挟まれた圧縮領域１１ｃは、それ以外の非圧縮領域１１ａに比べて上記測定電極１６１の膜厚と上記基準電極１６２の膜厚との分（例えば１０〜２０ミクロン）だけ余分に加圧されることで、上記非圧縮領域１１ａと上記圧縮領域１１ｃとの界面には強い剪断応力が働き、少なからずダメージを受けることになる。
また、加熱によって上記固体電解質層１１に含まれる上記結合材（ＰＶＢ等）の可塑性が増し、上記固体電解質層１１を構成する原料粒子が移動可能となる。
このため圧縮により上記原料粒子の再配列が起こり、上記圧縮領域１１ｃは上記非圧縮領域１１ａに比べて高い成形密度になり、上記圧縮領域１１ｃと上記非圧縮領域１１ａとの界面に大きな密度差が生じる。
【００５１】
一般にセラミックスの焼成において、成形密度が高いほど焼結温度が低くなり、焼成速度が速くなることが知られている。したがって、上記のように成形密度に差がある状態の上記固体電解質層１１を焼成した場合、上記圧縮領域１１ｃの焼結速度は上記非圧縮領域１１ａの焼結速度に比べて早くなるので、両領域の間に焼結速度の違いによる熱ストレスが加わり、上記ダメージがクラックへと進行することが考えられる。
【００５２】
これに対し、本実施形態では図２に示すように、上記固体電解質層１１の非圧縮領域１１ａと圧縮領域１１ｃとの界面に作用する剪断応力を緩衝する緩衝領域１１ｂを上記測定電極１６１若しくは上記基準電極１６２の外周縁のほぼ全部又は一部に沿って上記固体電解質層１１に設けている。
【００５３】
図３（Ｂ）左図（加熱圧着前）に示すように上記測定電極１６１の外周縁と上記基準電極１６２の外周縁とが一致しないように形成された上記固体電解質層１１と上記遮蔽層１７と上記拡散層１４０とを積層し、これを金属プレート２０、２１で挟んで加熱しながら加圧する。
この場合、図３（Ｂ）右図（加熱圧着後）に示すように、従来と同様、上記測定電極１６１と上記基準電極１６２とは上記固体電解質層１１にめり込みながら上記固体電解質層１１を圧縮する。
【００５４】
しかしながら、上記固体電解質層１１が上記測定電極１６１と上記基準電極１６２との両方から圧縮される圧縮領域１１ｃと上記測定電極１６１と上記基準電極１６２とのいずれからも圧縮されない非圧縮領域１１ａとの間に上記測定電極１６１と上記基準電極１６２とのいずれか一方のみによって圧縮される緩衝領域１１ｂが形成されているので、上記非圧縮領域１１ａと上記圧縮領域１１ｂとの界面に働く剪断応力が緩和される。
したがって上記界面に発生していたダメージをクラックに至らない範囲に抑えることができる。よって、本発明によれば、従来の工程を大きく変えることなく簡単にクラックの発生を防止できる。
【００５５】
図４に本発明の第２の実施形態における上記固体電解質層１１と上記測定電極１６１と上記基準電極１６２と上記非圧縮領域１１ａと上記緩衝領域１１ｂと上記圧縮領域１１ｃとの断面模式図を示す。
図４（Ａ）は上記固体電解質層１１に形成した上記測定電極１６１と上記基準電極１６２の形状および位置関係を示し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）中Ａ−Ａ断面における上記固体電解質層１１の断面拡大構造を模式的に表し、図４（Ｃ）は図４（Ａ）中Ｂ−Ｂ断面における上記固体電解質層１１の断面拡大構造を模式的に表したものである。
【００５６】
本実施形態において、上記測定電極１６１の幅は上記基準電極１６２の幅よりも広く、上記測定電極１６１の長さは上記基準電極１６２の長さと同じである。図４（Ｂ）に示すように、上記測定電極１６１と上記基準電極１６２との長さを同じにした場合、上記緩衝領域１１ｂが形成されず、クラックが発生し得る。
また、図４（Ｃ）に示すように、上記固体電解質層１１の幅方向には、上記非圧縮領域１１ａと上記圧縮領域１１ｃとの間に上記緩衝領域１１ｂが形成され、クラックの発生が防止できる。
【００５７】
図５に本発明の第３の実施形態における上記固体電解質層１１と上記測定電極１６１と上記基準電極１６２と上記非圧縮領域１１ａと上記緩衝領域１１ｂと上記圧縮領域１１ｃとの断面模式図を示す。
図５（Ａ）は上記固体電解質層１１に形成した上記測定電極１６１と上記基準電極１６２の形状および位置関係を示し、図５（Ｂ）は図５（Ａ）中Ａ−Ａ断面における上記固体電解質層１１の断面拡大構造を模式的に表し、図５（Ｃ）は図５（Ａ）中Ｂ−Ｂ断面における上記固体電解質層１１の断面拡大構造を模式的に表したものである。
【００５８】
本実施形態において、上記測定電極１６１の幅は上記基準電極１６２の幅よりも広く、上記測定電極１６１の長さは上記基準電極１６２の長さよりも長い。
図５（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、本実施形態においても、上記固体電解質層１１には上記非圧縮領域１１ａと上記圧縮領域１１ｃとの間に上記緩衝領域１１ｂが形成され、クラックの発生が防止できる。
また、本実施形態において、上記測定電極の幅を上記基準電極の幅よりも狭く、上記測定電極１６１の長さは上記基準電極１６２の長さよりも短くしても同様の効果が得られる。
【００５９】
図６に本発明の第４の実施形態における上記固体電解質層１１と上記測定電極１６１と上記基準電極１６２と上記非圧縮領域１１ａと上記緩衝領域１１ｂと上記圧縮領域１１ｃとの断面模式図を示す。
図６（Ａ）は上記固体電解質層１１に形成した上記測定電極１６１と上記基準電極１６２の形状および位置関係を示し、図６（Ｂ）は図６（Ａ）中Ａ−Ａ断面における上記固体電解質層１１の断面拡大構造を模式的に表し、図６（Ｃ）は図６（Ａ）中Ｂ−Ｂ断面における上記固体電解質層１１の断面拡大構造を模式的に表し、図６（Ｄ）は図６（Ａ）中Ｃ−Ｃ断面における上記固体電解質層１１の断面拡大構造を模式的に表したものである。
【００６０】
本実施形態において、上記基準電極１６２と上記端子１６６とを導通する上記基準リード部１６４を、対向する上記測定電極１６１と上記端子１６５とを導通する上記測定リード部１６３の外周縁よりも外側に形成する。図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すように上記圧縮領域１１ｃと上記非圧縮領域１１ａとの間に上記緩衝領域１１ｂが形成されているので、上記基準リード部１６４が上記測定電極１６１および上記基準リード部１６４の外周縁の外側に形成されていても、上記緩衝領域１１ｂに剪断応力が集中しないので、上記測定電極１６１の外周縁および上記基準電極１６２の外周縁近傍にクラックが発生することがない。
【００６１】
表１に本発明の上記第１〜第４の実施形態におけるクラック防止効果を図７、８の従来構成と比較して示す。
上述した製造工程により、各実施形態に示した構成の積層型ガスセンサ素子１を製作し、クラック発生の有無を調べた。
その結果を表１に示す。クラックが３箇所に発生した場合を×とし、クラックが１箇所に発生した場合を○とし、クラックの発生しなかった場合を◎として表す。
【００６２】
【表１】
0004706569.tif 000002
表１から明らかなように、本発明の構成とすることで、クラックの発生防止に大きな効果が得られることが分かる。
【００６３】
なお、当然のことながら、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。例えば、本発明の第３の実施形態において、上記測定電極１６１の幅が上記基準電極１６２の幅よりも広く、上記測定電極１６１の長さが上記基準電極１６２の長さよりも長い場合について説明したが、上記測定電極１６１の幅が上記電極の幅よりも狭く、上記測定電極１６１の長さが上記基準電極１６２の長さよりも短い場合にも、同様の効果が得られる。
【００６４】
また、本発明の実施形態においては、積層型ガスセンサとして１セルのみからなる酸素濃度センサを例に挙げて説明をしたが、本発明は複数のセルによって構成される酸素センサやＮＯｘセンサ等においても、一対の電極で挟まれた領域とその他の領域との界面でクラックの発生を防止するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】（Ａ）は本発明の適用された積層型ガスセンサ素子の使用態様を表し、（Ｂ）は図１（Ａ）の積層型ガスセンサ素子１の詳細な構成を示す展開斜視図である。
【図２】（Ａ）は本発明の特徴部分である固体電解質層に形成した一対の測定部電極の平面形状および位置関係を示す平面図で、図２（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ図２（Ａ）中Ａ−Ａにおけるセンサ部積層体の断面模式図および（Ａ）中Ｂ−Ｂにおけるセンサ部積層体の断面模式図である。
【図３】（Ａ）は従来の加熱、圧着前後での固体電解質層の拡大構造の変化を示す断面模式図で、（Ｂ）は本発明の実施形態における加熱、圧着前後での固体電解質層の拡大構造の変化を示す断面模式図である。
【図４】（Ａ）は本発明の第２実施形態における固体電解質層に形成した一対の測定部電極の平面形状および位置関係を示し、（Ｂ）は図４（Ａ）中Ａ−Ａ断面模式図で、（Ｃ）は図４（Ａ）中Ｂ−Ｂ断面模式図である。
【図５】（Ａ）は本発明の第３実施形態における固体電解質層に形成した一対の測定部電極の平面形状および位置関係を示し、（Ｂ）は図５（Ａ）中Ａ−Ａ断面模式図で、（Ｃ）は図５（Ａ）中Ｂ−Ｂ断面模式図である。
【図６】（Ａ）は本発明の第４実施形態における固体電解質層に形成した一対の測定部電極の平面形状および位置関係を示し、（Ｂ）は図６（Ａ）中Ａ−Ａ断面模式図で、（Ｃ）は図６（Ａ）中Ｂ−Ｂ断面模式図で、（Ｄ）は図６（Ａ）中Ｃ−Ｃ断面模式図である。
【図７】従来の積層型ガスセンサの展開図を示す。
【図８】（Ａ）は従来の積層型ガスセンサのクラックの発生位置を示す平面図で、（Ｂ）は図８（Ａ）中Ａ−Ａ断面模式図で、（Ｃ）は図８（Ａ）中Ｂ−Ｂ断面模式図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  積層型ガスセンサ
１５  ヒータ部
１５ｂ  ヒータ部積層体
１５０  ヒータ基板
１５１ａ、１５１ｂ  スルーホール
１５２ａ、１５２ｂ  ヒータリード部
１５３  発熱体
１５４ａ、１５４ｂ  スルーホール電極
１５５ａ、１５５ｂ  ヒータ外部端子
１３  絶縁層
１６  センサ部
１６ｂ  センサ部積層体
１６１、１６２  一対の測定部電極
１６１  被測定ガス電極（測定電極）
１６２  基準ガス電極（基準電極）
１６３  測定リード部
１６４  基準リード部
１６５、１６６  外部端子
１６７、１６８  スルーホール電極
１７  ガス遮蔽層（遮蔽層）
１７１、１７２  スルーホール
１４  ガス遮蔽層（遮蔽層）
１４０  被測定ガス拡散層（拡散層）
１４１、１４２  スルーホール
１１  固体電解質層
１１１  スルーホール
１８  アルミナ−ジルコニア接着剤層
１２  基準ガス室形成層
１２０  基準ガス室
【図１】
0004706569.tif 000003
【図２】
0004706569.tif 000004
【図３】
0004706569.tif 000005
【図４】
0004706569.tif 000006
【図５】
0004706569.tif 000007
【図６】
0004706569.tif 000008
【図７】
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【図８】
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