(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体部及び該基体部の表面上に積層された機能層を有し、前記機能層が少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質層と該固体電解質層を挟む一対の電極層とを備えた酸素センサにおいて、
前記機能層は、各層がスクリーン印刷によって積層された後に焼成されて形成されており、前記固体電解質層が、複数回のスクリーン印刷によって積層形成されており、
前記固体電解質層の少なくとも一つの端部は、スクリーン印刷を階段状にずらして階段部が形成されており、前記固体電解質層上の前記電極層のリード部が該階段部上に印刷形成されていることを特徴とする酸素センサ。
【請求項２】
前記固体電解質層の複数の層は、前記基体部側ほど層厚さが厚くなるように形成されており、かつ、各層の層厚さが４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の酸素センサ。
【請求項３】
前記基体部側の前記電極層と前記基体部との間に、センサ内部の空気を前記機能層に運ぶガス拡散層を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸素センサ。
【請求項４】
基体部及び該基体部の表面上に積層された機能層を有し、前記機能層が少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質層と該固体電解質層を挟む一対の電極層とを備え、前記機能層の各層がスクリーン印刷によって積層された後に焼成されて形成される酸素センサの製造方法において、
前記基体部上に一方の前記電極層を印刷形成する内側電極層印刷工程と、
一方の前記電極層上に前記固体電解質層を複数回の印刷によって形成する固体電解質層印刷工程と、
前記固体電解質層上に他方の前記電極層を印刷形成する外側電極層印刷工程とを備え、
前記固体電解質層印刷工程において印刷される複数の層の各層厚さが異ならせてあることを特徴とする酸素センサの製造方法。
【請求項５】
前記固体電解質層印刷工程において印刷される複数の層の少なくとも一つの端部を階段状にずらして階段部を形成させ、
前記外側電極層印刷工程において他方の前記電極層を前記固体電解質層の最上層のほぼ中央に印刷すると同時に、他方の前記電極層に連通するリード部を前記階段部上に印刷することを特徴とする請求項４に記載の酸素センサの製造方法。
【請求項６】
前記固体電解質層印刷工程において印刷される複数の層は、前記基体部側ほど層厚さが厚くなるように形成されており、かつ、各層の層厚さが４０μｍ以下で印刷されることを特徴とする請求項４又は５に記載の酸素センサの製造方法。
【請求項７】
前記固体電解質層印刷工程以前に、前記基体部と前記基体部側の前記電極層と前記基体部との間にセンサ内部の空気を前記機能層に運ぶガス拡散層を印刷するガス拡散層印刷工程をさらに備え、
前記固体電解質層印刷工程において前記固体電解質層は前記ガス拡散層をシールするように印刷されることを特徴とする請求項４〜６の何れか一項に記載の酸素センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体部及び該基体部の表面上に積層された機能層を有し、機能層が少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質層とこの固体電解質層を挟む一対の電極層とを備えた酸素センサ、及び、その酸素センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より種々の酸素センサが提案されている。下記［特許文献１］は、その一例としての酸素センサを開示する。［特許文献１］に開示される酸素センサは、基体部上に形成されたヒータパターンを通電加熱することにより、当該基体部上に形成された酸素イオン伝導性の固体電解質層を活性化させ、当該固体電解質層を介して対向配置される電極間の電位差に基づいて酸素濃度を検出するものである。
【特許文献１】特開２００４−２３９６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
機能層は異種材料を積層させて焼結されるが、膜厚が厚いほど内部に応力集中が起こりやすく、焼成時にクラックが発生しやすくなる。従って、本発明の目的は、焼結時のクラックの発生を効果的に抑制することの可能な酸素センサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の酸素センサは、基体部及び該基体部の表面上に積層された機能層を有し、機能層が少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質層と該固体電解質層を挟む一対の電極層とを備えており、機能層は、各層がスクリーン印刷によって積層された後に焼成されて形成されており、固体電解質層が、複数回のスクリーン印刷によって積層形成されており、固体電解質層の少なくとも一つの端部は、スクリーン印刷を階段状にずらして階段部が形成されており、固体電解質層上の電極層のリード部が該階段部上に印刷形成されていることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の酸素センサにおいて、固体電解質層の複数の層は、基体部側ほど層厚さが厚くなるように形成されており、かつ、各層の層厚さが４０μｍ以下であることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の酸素センサにおいて、基体部側の電極層と基体部との間に、センサ内部の空気を機能層に運ぶガス拡散層を備えていることを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載の酸素センサの製造方法は、基体部及び該基体部の表面上に積層された機能層を有し、機能層が少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質層と該固体電解質層を挟む一対の電極層とを備え、機能層の各層がスクリーン印刷によって積層された後に焼成されて形成される酸素センサの製造する方法であり、基体部上に一方の電極層を印刷形成する内側電極層印刷工程と、一方の電極層上に固体電解質層を複数回の印刷によって形成する固体電解質層印刷工程と、固体電解質層上に他方の電極層を印刷形成する外側電極層印刷工程とを備え、固体電解質層印刷工程において印刷される複数の層の各層厚さが異ならせてあることを特徴としている。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の酸素センサの製造方法において、固体電解質層印刷工程において印刷される複数の層の少なくとも一つの端部を階段状にずらして階段部を形成させ、外側電極層印刷工程において他方の電極層を固体電解質層の最上層のほぼ中央に印刷すると同時に、他方の電極層に連通するリード部を階段部上に印刷することを特徴としている。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の酸素センサの製造方法において、固体電解質層印刷工程において印刷される複数の層は、基体部側ほど層厚さが厚くなるように形成されており、かつ、各層の層厚さが４０μｍ以下で印刷されることを特徴としている。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、請求項４〜６の何れか一項に記載の酸素センサの製造方法において、固体電解質層印刷工程以前に、基体部と基体部側の電極層と基体部との間にセンサ内部の空気を機能層に運ぶガス拡散層を印刷するガス拡散層印刷工程をさらに備え、固体電解質層印刷工程において固体電解質層はガス拡散層をシールするように印刷されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の酸素センサによれば、異種材料からなる機能層を一体焼結する際に、固体電解質層が予め複数の層に分けて印刷されているため、それぞれの層ごとに応力を分散でき、クラックの発生を防止することができる。また、印刷層には、気泡やダストの影響でピンホールやクラックが生じることがある。この防止の為、印刷回数を分割して多層にして重ね塗り効果でピンホールなどを塞ぐことなどが可能となる。
【００１３】
また、固体電解質層を複数回に分割して印刷するに際して、固体電解質層の端部を階段状に形成し、その上に電極層のリード部を印刷することでリード部の印刷面の落差が緩やかになり、リード層の断線や印刷かすれを防止することができる。
【００１４】
請求項２に記載の酸素センサによれば、固体電解質層の層厚さを基体部側であるほど厚くすることで、焼結時の応力を緩和してクラックの発生をより効果的に防止することができる。各層の層厚さを異ならせることによって、下層側との収縮率の差からくるひずみ応力が第一層目の接面のみで受けるため、分割して印刷した層のひずみが少なくなる。ここでは、最も厚い最下層がひずみを吸収する為（体積収縮が大きくひずみが最も大きくなる）、他の層はひずみが無くクラックが入りにくくなる。また、固体電解質層の複数の層の各層厚さを４０μｍ以下とすることで、各層の内部に発生する応力集中をクラックを発生させない程度とすることができる。各層厚さが４０μｍを超えるようであると、内部応力が大きくなってクラックが発生しやすくなる。
【００１５】
請求項３に記載の酸素センサの製造方法によれば、ガス拡散層を設けることでセンサ内部の圧力変動に対応させて、機能層の各素子の破壊を防止することができる。
【００１６】
請求項４に記載の酸素センサの製造方法によれば、固体電解質層印刷工程において、固体電解質層を複数の層に分けて印刷するため、一体焼結する際に、各層ごとに応力を分散でき、クラックの発生を防止することができる。また、各層の層厚さを異ならせることによって、下層側との収縮率の差からくるひずみ応力が第一層目の接面のみで受けるため、分割して印刷した層のひずみが少なくなる。更に、最も厚い層がひずみを吸収する為（体積収縮が大きくひずみが最も大きくなる）、他の層はひずみが無くクラックが入りにくくなる。さらに、印刷層には、気泡やダストの影響でピンホールやクラックが生じることがある。この防止の為、印刷回数を分割して多層にして重ね塗り効果でピンホールなどを塞ぐことなどが可能となる。
【００１７】
請求項５に記載の酸素センサの製造方法によれば、固体電解質層印刷工程において、固体電解質層を複数回に分割して印刷する際に固体電解質層の端部を階段状に形成し、さらに外側電極層印刷工程において階段状部分の上に他方の電極層のリード部を印刷することでリード部の印刷面の落差が緩やかになり、リード層の断線や印刷かすれを防止することができる。
【００１８】
請求項６に記載の酸素センサの製造方法によれば、固体電解質層印刷工程において印刷される固体電解質層の各層の厚さを基体部側であるほど厚くすることで、焼結時の応力を緩和してクラックの発生をより効果的に防止することができる。また、固体電解質層の複数の層の各層厚さを４０μｍ以下とすることで、各層の内部に発生する応力集中をクラックを発生させない程度とすることができる。各層厚さが４０μｍを超えるようであると、内部応力が大きくなってクラックが発生しやすくなる。
【００１９】
請求項７に記載の酸素センサの製造方法によれば、ガス拡散層印刷工程においてガス拡散層を設けることで、センサ内部の圧力変動に対応させて、機能層の各素子の破壊を防止することができる。また、固体電解質層印刷工程において印刷する固体電解質層によってガス拡散層をシールするようにすることで、ガス拡散層内の空気の漏れを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の酸素センサの具体的な実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態における酸素センサは、内燃機関を自動車の排気管に装着された空燃比検出用の酸素センサである。図１に本実施形態の酸素センサの断面図を示す。
【００２１】
ホルダ４には、円筒状の素子挿入孔３が形成され、この素子挿入孔３に円柱ロッド状の検出素子２が嵌挿されている。検出素子２は、素子挿入孔３を貫通してホルダ４の軸方向の両端面から露出しており、その一端側には酸素測定部２ｂが、また他端側には電極２ａが形成されている。酸素測定部２ｂは、ホルダ４に溶接やかしめ等で固定された有底円筒状で二重管構成のプロテクタ９内に挿入されている。内側および外側のプロテクタ９には、それぞれガス流通用の流通孔（円孔）９ａ，９ｂが形成されており、検出ガスは、これら流通孔９ａ，９ｂを経由してプロテクタ９内に進入し、酸素測定部２ｂの周囲に到達する。
【００２２】
一方、素子挿入孔３の電極２ａ側には拡径部１０が形成されており、この拡径部１０に設けられたシール部５により、素子挿入孔３と検出素子２との隙間における気密が保たれている。具体的には、拡径部１０にセラミック粉（例えば未焼結のタルク等）１２を充填し、これをスペーサ（例えばワッシャ等）１３を用いて奥側に押し込むことで、当該隙間が埋められる。ホルダ４の電極２ａ側には有底円筒状の端子保持用碍子７が固定されており、この端子保持用碍子７により検出素子２の電極２ａ側が被覆されている。さらに、その端子保持用碍子７の外周を所定の間隙をもって覆うように、筒状のケーシング８が設けられている。このケーシング８は、ホルダ４の外周に全周レーザ溶接等で固定されており、当該レーザ溶接によってケーシング８とホルダ４との隙間における気密が確保されている。
【００２３】
また、ケーシング８の酸素測定部２ｂの反対側の端部には、略円柱状のシールラバー１６が内装されており、このシールラバー１６を複数（例えば４本）のリード線１７が貫通して外部に導出されている。このシールラバー１６はケーシング８のカシメ部８ａによってケーシング８に固定されていると共に、このシールラバー１６によってシールラバー１６とリード線１７との間、ならびに、シールラバー１６とケーシング８との間の気密が確保されている。なお、シールラバー１６としては、例えばフッ素ゴム等、耐熱性の高い材質を用いるのが好適である。各リード線１７の内側端部には、端子６が接続されており、この端子６が端子保持用碍子７に保持されている。各端子６は、弾性体として構成され、その弾性力により、検出素子２の表面に形成される各電極２ａに端子６がより確実に当接し、この部分でより確実な導通が得られるようにしてある。
【００２４】
かかる構成の酸素センサ１は、ホルダ４のネジ部４ｂを排気管３０のネジ孔３１に螺入することにより排気管３０に固定され、プロテクタ９で覆われた箇所が排気管３０内に突出された状態で配置される。酸素センサ１と排気管３０との間は、ガスケット１９によってシールされる。酸素センサ１の内部に形成される内部空間１５は、シール部５、シールラバー１６、および、ホルダ４とケーシング８との接合部分において、酸素センサ１外部に対して気密が確保されている。ただし、リード線１７の内部における極めて微小な隙間（芯線と被覆との隙間等）を経由して酸素センサ１の外部と連通している。
【００２５】
上記構成の酸素センサ１において、排気管３０内を流通する検出ガスがプロテクタ９の流通孔９ａ，９ｂより内部に流入すると、そのガス内の酸素が検出素子２の酸素測定部２ｂ内に入り込む。すると、酸素測定部２ｂによって検出ガスの酸素濃度が検出され、当該酸素濃度を示す電気信号に変換される。そして、この電気信号の情報が電極２ａ、端子６およびリード線１７を経由して外部に出力される。
【００２６】
円柱ロッド状の検出素子２の表面を展開した図を図２に示す。検出素子２は、円柱ロッド状の基体部１００の周面上にヒータや検出部などからなる機能層を形成して構成されている。基体部１００は、絶縁材料であるアルミナ等のセラミック材料により、中実または中空部を有する円柱状に形成される。これらの機能層は、順にスクリーン印刷した各層を焼成することで構築される。以下、ロッド表面上に印刷（曲面印刷となる）する順を追って各層を簡単に説明する。
【００２７】
まず、二対の電極と２ａとヒータパターン１０１とからなる電極・ヒータ層が印刷される。ヒータパターン１０１は、タングステンや白金等の発熱性導体材料により形成される。その後、ヒータパターン１０１の上に、ヒータ部を保護する第一保護層１０２が印刷される。第一保護層１０２は、絶縁性材料により形成され、ヒータパターン１０１の電気的絶縁を確保する役割もある。ヒータは、内燃機関の冷間始動時などにセンサを早期に活性化温度にまで昇温させる際に通電されて発熱する。
【００２８】
一方の電極２ａ対は上述したヒータパターン１０１とつながっており、他方の電極２ａ対には、酸素検出部が接続される。ヒータ部の印刷に続いて、酸素検出部の印刷が行われる。まず、他方の電極２ａ対の一つに一端が達するように、ガス拡散層（緩和層）１０３が印刷される（ガス拡散層印刷工程）。ガス拡散層１０３の他端上には固体電解質層１０５が印刷されるが、この部分については図３〜図５を用いて追って詳しく説明する。ガス拡散層１０３は、焼結後に多孔質体となり、上述した内部空間１５（図１参照）から固体電解質層１０５の下方まで空気を拡散させる役割を持つ。
【００２９】
次いで、ガス拡散層１０３上に内側（一方の）電極層１０４を印刷する（内側電極層印刷工程）。この内側電極層１０４の一端（リード部先端）は電極２ａ上にまで達している。内側電極層１０４の他端（内側電極部）上には固体電解質層１０５が印刷されるが、この部分については図３〜図５を用いて追って詳しく説明する。その後、内側電極層１０４の他端（内側電極部）上に固体電解質層１０５が印刷される（固体電解質層印刷工程）。固体電解質層印刷工程では、固体電解質層１０５は三層重ねて順次印刷される。
【００３０】
固体電解質層１０５は、例えば、ジルコニアの粉体中に所定重量％のイットリアの粉体を混合させてペースト状にしたものをパターニングしたものである。このとき、固体電解質層１０５の各層の厚さは、基体部１００側ほど厚くなるように層厚さが異ならせてある。また、電極２ａの側は、固体電解質層１０５の各層の端部がずらされており、階段状部分が形成されている。固体電解質層１０５は、その印刷範囲内において、ガス拡散層１０３をシールするように印刷される。
【００３１】
さらに、固体電解質層１０５の最上層の表面に外側（他方の）電極層１０６を印刷する（内側電極層印刷工程）。このとき、外側電極層１０６の一端（リード部先端）は電極２ａ上にまで達している。また、外側電極層１０６のリード部分は、上述した固体電解質層１０５の階段状部分の上面に印刷される。内側電極層１０４および外側電極層１０６は、それぞれ導電性を有し、かつ酸素が透過できる金属材料（例えば白金等）によって形成される。固体電解質層１０５は、内側電極層１０４と外側電極層１０６との間で、周囲の酸素濃度差に応じた起電力を発生させ、その厚さ方向に酸素イオンを輸送する。これら内側電極層１０４および外側電極層１０６には、４本のリード線１７（図１）のうち２本が１本ずつ電気的に接続されており、内側電極層１０４と外側電極層１０６との間に生じた出力電圧がこれらリード線１７間の電圧として検出できるようになっている。
【００３２】
その後、固体電解質層１０５と電極２ａ部分を除いた全範囲に対して第二保護層（緻密層）１０７が印刷される（ただし、第二保護層１０７は固体電解質層１０５の階段状部分に達している）。第二保護層１０７は、ヒータパターン１０１や検出部の配線（内側電極層１０４や外側電極層１０６のリード部）を保護すると共に、ガス拡散層１０３をシールする。第二保護層１０７によってガス拡散層１０３をシールすることで、ガス拡散層１０３内の空気の漏れを確実に防止することができる。なお、第二保護層１０７は、二回印刷されることで二層構造とされている。最後に、固体電解質層１０５部分も含めて、拡散層１０８が印刷される。拡散層１０８は、検出部を保護する役割を持つと共に、焼結後に多孔質体となり、内燃機関の排気管内の排気ガスを外側電極層１０６まで拡散させる役割を持つ。
【００３３】
本実施形態では、ガス拡散層１０３は、ジルコニアとアルミニウムの混合材料に、さらに例えばカーボン等の空孔形成材（消失材）を加えて混合したものをパターニングし、それを焼成することにより形成し、多孔質構造とする。したがって、固体電解質層１０５を通じて内側電極層１０４側に導入された酸素は、さらに、ガス拡散層１０３内に進入することができる。また、内側電極層１０４は、貴金属材料（例えば白金等）に例えばテオブロミン等の空孔形成材を加えて混合したものをパターニングし、それを焼成することにより形成する。このように空孔形成材を混合して形成することにより、焼成時に空孔形成材（消失剤）が焼き飛ばされて電極内に空孔ができ、電極を多孔質構造とすることができる。
【００３４】
第二保護層１０７は、検出ガス中の酸素が透過できない材料、例えばアルミナ等のセラミック材料によって形成されている。拡散層１０８は、検出ガス中の有毒ガスやダスト等は透過させないが、検出ガス中の酸素は透過させることのできる材質、例えばアルミナと酸化マグネシウムの混合物のような多孔質構造体によって形成されている。図示されていないが、拡散層１０８のさらに上側にスピネル保護層が形成される。スピネル保護層は、素子の外側全面を覆っており、検出ガス中の酸素を通過させることができ、拡散層１０８よりも粗い多孔質体によって形成されている。
【００３５】
検出部分の拡大展開図を図３に示す。図３には、固体電解質層１０５より内側のガス拡散層１０３及び内側電極層１０４についても、それぞれ一点鎖線及び点線で形状を示してある。また、図３中のＩＶａ−ＩＶａ線断面図を図４（ａ）に、ＩＶｂ−ＩＶｂ線断面図を図４（ｂ）に示す。さらに、図３中のＶａ−Ｖａ線断面図を図５（ａ）に、Ｖｂ−Ｖｂ線断面図を図５（ｂ）に、Ｖｃ−Ｖｃ線断面図を図５（ｃ）に示す。なお、図５においては、分かりやすくするため、基体部１００の表面を平面（実際は曲面）として示す。
【００３６】
図３〜図５に示されるように、固体電解質層１０５（１０５ａ〜１０５ｃ）は、三回のスクリーン印刷によって積層形成されている。このため、焼結させる際に内部に発生する応力を各層１０５ａ〜１０５ｃ毎に分散させることができ、内部応力によるクラックの発生を防止できる。特に、本実施形態では、各層１０５ａ〜１０５ｃの層厚さｔａ〜ｔｃは、基体部１００側であるほど厚くされており（ｔａ＞ｔｂ＞ｔｃ）、このようにすることで、焼結時の応力を緩和してクラックの発生をより効果的に防止することができる。また、本実施形態では、固体電解質層１０５の複数の層１０５ａ〜１０５ｃの各層厚さｔａ〜ｔｃを４０μｍ以下として印刷しており（焼結後も収縮するため４０μｍ以下となる）、このようにすることで、各層１０５ａ〜１０５ｃの内部に発生する応力集中をクラックを発生させない程度とすることができる。
【００３７】
なお、固体電解質層１０５を含む印刷層は、材料によって焼結開始温度や収縮率が異なる。焼結時に、基体部１００側の下層側から収縮開始温度となるように焼結させると、応力を緩和させることが可能となる。また、各層の膜厚が厚くなると、焼結時に収縮率が異なり、移動量が異なって応力ひずみが発生する。さらに、異種材料を多層で設ける場合、層厚さは可能な限り薄い方が有利である。しかし、上述したような空孔形成材を印刷ペーストに含有させる場合、均一層に印刷するためには含有粒子径の１．５倍の膜厚が必要である。固体電解質層１０５とその下地となるガス拡散層１０３との焼結収縮率の差は約３％あり、固体電解質層１０５の方が縮む。この為、ガス拡散層１０３や内側電極層１０４との接面にひずみ応力が生じやすい。このとき、上側を薄くするとこの薄い層は収縮体積が少ない為、上側から応力が少なくなり、表層のクラックが起こりにくくなる。
【００３８】
また、図４（ａ）に示されるように、固体電解質層１０５を複数回に分割して印刷するに際して、固体電解質層１０５の端部を階段状に形成し、その上に外側電極層１０６のリード部を印刷している。このようにすることでリード部の印刷面の落差が緩やかになり、リード層の断線や印刷かすれを防止することができる。このように階段状部分を設けなかった場合に外側電極層１０６を印刷した場合の図４（ａ）相当図を図６に例示する。図６に示されるように、固体電解質層１０５全体の落差が大きくなるため、外側電極層１０６をスクリーン印刷する際に図に示されるように外側電極層１０６のリード部がかすれて断線しまう。階段状部分を設けることで、このようなかすれによる断線を防止できる。
【００３９】
階段状にする場合でも、一段の段差が大きければ断線が生じやすい。ここでは、一段の落差が４０μｍ以下となるようにされている。固体電解質層１０５の一層の層厚さと外側電極層１０６との層厚さの違いによるリード部の断線状況についての調査結果を図７に示す。図７中●で示されるものは断線しておらず、×で示されるものは断線してしまったものを示す。図７に示されるように、断線の有無は、外側電極層１０６の膜厚にはあまり左右されず、固体電解質層１０５の一層の層厚さが４０μｍを境に状況が異なる。即ち、固体電解質層１０５の一層の層厚さを４０μｍ以下とすることで、外側電極層１０６のリード部の断線を効果的に防止することができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、各層１０５ａ〜１０５ｃの層厚さを基体部１００側であるほど厚くし、かつ、各層厚さを４０μｍ以下としたが、これらはそれぞれ独立して採用してもそれぞれの効果がある。また、基体部１００を円柱状としたが、断面が四角形の棒状のものとし、その表面に機能層をスクリーン印刷後の焼結によって構築してもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、階段状部分の段差部間の長さ（図４（ａ）におけるＷａやＷｂ）が３００μｍ以上とされている（固体電解質層印刷工程において、段差部間の長さが３００μｍ以上となるように固体電解質層の各層が印刷される）。このようにすることで、外側電極層１０６のリード部と固体電解質層１０５の各層１０５ａ〜１０５ｃとの接触面積が増え、リード部の剥離や断線を確実に防止することができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、固体電解質層１０５の段差部の外側に保護層（第二保護層１０７）が形成されている（固体電解質層１０５の段差部の外側に保護層を印刷する保護層印刷工程を設けている）。固体電解質層１０５の段差部は、下段になるにつれて膜厚が薄くなる。そこで、段差部を保護層（第二保護層１０７）で被覆することで、固体電解質層１０５の段差部の剥離やクラックを防止することができる。
【００４３】
また、上記実施形態では、ガス拡散層１０３と第二保護層１０７との間の層厚さは３０μｍ以上とされている。このようにすることで、ガス拡散層１０３と第二保護層１０７との間に位置する固体電解質層１０５にピンホールが生じた場合でも、ピンホール同士の結合を防止でき、そこから発生するクラックを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の酸素センサの一実施形態の断面図である。
【図２】図１のセンサの検出素子周面の展開図である。
【図３】検出素子の検出部の拡大展開図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ（ＩＶａ−ＩＶａ，ＩＶｂ−ＩＶｂ）線断面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ（Ｖａ−Ｖａ，Ｖｂ−Ｖｂ，Ｖｃ−Ｖｃ）線断面図である。
【図６】段差部を設けない場合の図４（ａ）相当図である。
【図７】固体電解質層の一層の層厚さと外側電極層との層厚さの違いによるリード部の断線状況についての調査結果である。
【符号の説明】
【００４５】
１    酸素センサ
２    検出素子
２ａ  電極
１００      基体部
１０１      ヒータパターン
１０２      第一保護層
１０３      ガス拡散層
１０４      内側電極層
１０５      固体電解質層
１０６      外側電極層
１０７      第二保護層
１０８      拡散層
【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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