(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基体と、該セラミック基体の表面に接合され、少なくとも金属成分を含有する厚膜状のコンタクト端子と、を有するセンサ用基板であって、前記コンタクト端子は、外部の電気回路と電気的に接続している金属製電極リード板と接触によって電気的に接続する機能を有し、且つ上記セラミック基体の表面に接合している基部と、前記基部の表面に接合している凸部とを有することを特徴とするセンサ用基板。
【請求項２】
前記セラミック基体には、測定雰囲気中の特定ガスを検出する検出部が接合しており、前記検出部と前記コンタクト端子の少なくとも一部とを接続する導電体が、前記セラミック基体の表面又は内部に形成されている請求項１記載のセンサ用基板。
【請求項３】
上記凸部の高さが５〜５０μｍである請求項１又は２記載のセンサ用基板。
【請求項４】
上記凸部の上から見た投影面積は、凸部の形成された領域を含めた基部全面積の１０〜６０％である請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のセンサ用基板。
【請求項５】
上記基部と上記凸部に含有される金属成分の主成分が、同じである請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載のセンサ用基板。
【請求項６】
上記基部はセラミック成分を含有している請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載のセンサ用基板。
【請求項７】
上記基部に含有される上記セラミック成分の主成分が前記セラミック基体の前記基部との接合表面に含有されるセラミックの主成分と同じである請求項６記載のセンサ用基板。
【請求項８】
上記凸部はセラミック成分を含有している請求項１乃至７のうちのいずれか１項に記載のセンサ用基板。
【請求項９】
上記凸部に含有される上記セラミック成分の主成分が前記基部の前記凸部との接合表面に含有されるセラミックの主成分と同じである請求項８記載のセンサ用基板。
【請求項１０】
上記セラミック基体の前記基部との接合表面に含有されるセラミック成分の主成分が、アルミナ又はジルコニアである請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載のセンサ用基板。
【請求項１１】
上記基部に含有されるセラミック成分の含有量が、上記凸部に含有されるセラミック成分の含有量よりも多い請求項１乃至１０のうちのいずれか１項に記載のセンサ用基板。
【請求項１２】
上記基部には５〜１６質量％のアルミナが含有されており、上記凸部には５質量％未満のアルミナが含有されている請求項１１記載のセンサ用基板。
【請求項１３】
上記基部には７．５〜２４質量％のジルコニアが含有されており、上記凸部には７．５質量％未満のジルコニアが含有されている請求項１１記載のセンサ用基板。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のセンサ用基板を備えることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のセンサ用基板を備えるセンサであって、
前記金属製電極リード板を前記コンタクト端子との間で挟持する絶縁板と、
該絶縁板の周囲を包囲する金属リングとを備え、
該金属リングが前記金属製電極リード板を前記コンタクト端子に接触させる押圧力を付与するようなバネ力によって自らを前記センサ用基板に固定保持していることを特徴とするセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ用基板とこれを備えるガスセンサ素子、更には該センサ用基板を備えるセンサに関する。更に詳しく言えば、コンタクト端子と金属製電極リード板とが十分に密着して接続されるセンサ用基板、及びこのセンサ用基板を備え、出力信号が安定し、誤作動のないガスセンサ素子、更に前記金属製電極リード板がセンサ用基板に接合されてなるセンサに関する。本発明のセンサ用基板は、ジルコニア厚膜型センサ、チタニア厚膜型センサ、全領域型酸素センサ等、自動車等の内燃機関から排出される排気ガスに含まれる酸素ガス及びＮＯｘガス等を検出するためのガスセンサの他、温度センサ、湿度センサ等、各種のセンサに組み込んで使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、平板状の固体電解質体を用いたガスセンサ素子（以下、単に「素子」ということもある。）が知られている。また、これらの素子には、セラミックヒータが一体に、又は別体として配設されることが多い。このようなガスセンサ素子においては、被検出ガスに直接接触しない基準電極と、被検出ガスに接触する検知電極とを固体電解質体の表面に形成し、これらの電極間に発生する電圧を検出すること、及びこれらの電極間に流れる電流を検出すること、により被検出ガスに含まれる酸素ガス等の濃度などを検出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなガスセンサ素子においては、基準電極及び検知電極からの信号の取り出し、或いはセラミックヒータへの電力の供給等のため、素子の表面に形成されたコンタクト端子に金属製電極リード板が接続される。しかし、素子の幅方向に僅かな反りがあったりすると、コンタクト端子と金属製電極リード板とが十分に密着せず、使用時、抵抗が大きくなって出力信号が安定せず、素子が誤作動することがある。また、セラミックヒータでは、電力の供給が不安定になることがある。
【０００４】
本発明は、上記の従来の問題点を解決するものであり、コンタクト端子と金属製電極リード板とが十分に密着し、使用時、接続部における電気抵抗の上昇等のないセンサ用基板を提供することを目的とする。また、本発明は、このセンサ用基板を備え、出力信号、或いは電力の供給が安定し、誤作動することのないガスセンサ素子及びセンサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１発明のセンサ用基板は、セラミック基体と、該セラミック基体の表面に接合され、少なくとも金属成分を含有する厚膜状のコンタクト端子と、を有するセンサ用基板であって、前記コンタクト端子は、外部の電気回路と電気的に接続している金属製電極リード板と接触によって電気的に接続する機能を有し、且つ上記セラミック基体の表面に接合している基部と、前記基部の表面に接合している凸部とを有することを特徴とする。
【０００６】
このセンサ用基板は、第２発明のように、セラミック基体に、測定雰囲気中の特定ガスを検出する検出部が接合され、この検出部とコンタクト端子の少なくとも一部とを接続する導電体が、セラミック基体の表面又は内部に形成されたガスセンサ素子を構成する部材として有用である。
【０００７】
上記「セラミック基体」は、どのようなセラミックスにより形成されていてもよいが、酸素イオン伝導性に優れる固体電解質体として各種ガスの検知に用いられるジルコニア、及び絶縁性に優れ、且つ機械的強度の大きいアルミナ等により形成することができる。また、このセラミック基体は、ジルコニア、アルミナ等からなる単層品であってもよいし、２種以上のセラミックス層からなる複層品であってもよい。更に、同種のセラミックスを主成分とし、組成の異なるセラミックス層からなる複層品であってもよい。尚、セラミック基体がジルコニア層を有する場合も、セラミック基体の表層は、絶縁性に優れ、機械的強度等の大きいアルミナにより形成されることが多い。
【０００８】
導電体としては、ジルコニア層等、酸素イオン伝導性に優れるセラミック層の片面、又は表裏面に形成される基準用及び検知用等の電極が挙げられ、その他、アルミナ層等、絶縁性に優れるセラミックス層に埋設される発熱抵抗体などが挙げられる。電極は、白金、金、オスミウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム等、触媒作用を有する貴金属元素、又はこれらの貴金属元素を主成分とし、少量のセラミックスを配合した導電材料により形成することができる。電極は、印刷法、めっき法、スパッタリング法等、通常の方法により形成することができる。
【０００９】
また、発熱抵抗体も電極と同様の貴金属元素を主成分とする導電材料により形成することができ、白金と、イリジウム、ロジウム及びパラジウムのうちの少なくとも１種とからなり、一部が合金化した金属の混合物により形成することが好ましい。イリジウム、ロジウム及びパラジウムは、発熱抵抗体を１００質量部（以下、「部」と略記する。）とした場合に、それらの合計量で５〜３５部、特に１５〜３０部とすることが好ましい。この範囲のイリジウム、ロジウム及びパラジウムを含有する発熱抵抗体は抵抗温度係数が小さいため昇温速度が大きく、低電力型のガスセンサ素子とすることができる。
【００１０】
上記「コンタクト端子」は、通常、セラミック基体の一方の端縁の表面に形成され、セラミック基体の表面に形成される上記「基部」と、この基部の表面に形成される上記「凸部」とからなる。基部は、セラミック基体の平面方向及び厚さ方向の所定部位に設けられたスルーホール等を介して導電体の端部と導通される。また、凸部には、上記「金属製電極リード板」が押圧され、接続されて、電極からの信号の取り出し、発熱抵抗体への電力の供給等がなされる。凸部の平面形状は特に限定されず、円形、楕円形、多角形、帯状等、どのような形状であってもよい。
【００１１】
コンタクト端子の基部及び凸部は、いずれも電極及び発熱抵抗体と同様に、貴金属元素を主成分とする導電材料を使用し、印刷法等、同様の方法により形成することができる。凸部は、特に、白金等、押圧により容易に変形し、コンタクト端子と金属製電極リード板とを十分に密着させることができる、硬度の低い材質からなることが好ましい。金属製電極リード板は、材質等、特に限定されないが、ステンレス鋼、インコネル等、十分な強度と耐酸化性とを有する合金などにより形成することが好ましい。
【００１２】
第１発明のセンサ用基板は、第１４発明のように、ガスセンサ素子を構成する部材として有用である。このガスセンサ素子は、平板であって反りがないことが好ましく、幅方向においては５〜１０μｍ以下の精度で平坦であることが必要とされている。この精度が低いと、コンタクト端子と金属製電極リード板とが十分に密着せず、出力信号が不安定となり、誤作動する等の問題が発生する。
【００１３】
コンタクト端子が有する凸部は、金属製電極リード板が押圧された際に、変形し、コンタクト端子と金属製電極リード板とを十分に密着させるために形成されるものであり、所期の目的を達成するためには、第３発明のように、押圧前の、基部からの高さが５〜５０μｍであることが好ましい。凸部の高さが５μｍ未満であると、コンタクト端子と金属製電極リード板とを十分に密着させることができず、５０μｍを超える場合は、押圧された凸部の周縁部にクラックが発生し、接触抵抗が大きくなるため好ましくない。この凸部の高さは、５〜３０μｍ、特に１０〜２０μｍであることがより好ましく、この範囲の高さの凸部であれば、コンタクト端子と金属製電極リード板とを容易に密着させることができ、空隙を生ずることもない。
【００１４】
また、第４発明のように、凸部の上から見た投影面積は、基部の全面積の１０〜６０％とすることが好ましい。この合計面積が１０％未満であり、凸部の形成が過少であると、コンタクト端子と金属製電極リード板との密着性が凸部がない場合より低下し、接触抵抗が大きくなることがある。一方、６０％を超える場合は、隣接する変形した凸部同士が接触し、金属製電極リード板が部分的に接触しないことがあり、好ましくない。更に、この凸部は基部の全面に渡って均等に形成することが好ましく、偏在している場合は、金属製電極リード板の全面をコンタクト端子に十分に密着させることができないことがある。
【００１５】
基部と凸部とは、第５発明のように、それらに含有される金属成分の主成分が同じであることが好ましい。このように主成分が同じであれば、基部と凸部とが強固に接合され、使用時に剥離したり、密着不良により基部と凸部との間の電気抵抗が大きくなったりすることがない。また、基部と凸部には、第６乃至第８発明のように、セラミック成分が含有されていることが好ましい。特に、基部にセラミック成分を含有させることにより、セラミック基体との接合性を向上させることができ、凸部にもセラミック成分を含有させることにより、基部と凸部との接合性が低下することもない。
【００１６】
また、基部に含有されるセラミック成分の主成分は、第７発明のように、セラミック基体の基部との接合表面に含有されるセラミックの主成分と同じであることが好ましい。更に、凸部に含有されるセラミック成分の主成分は、第９発明のように、基部の凸部との接合表面に含有されるセラミックの主成分と同じであることが特に好ましい。このようにすれば、セラミック基体と基部、及び基部と凸部とを容易に、且つ強固に接合することができる。また、このセラミック成分は、第１０発明のように、センサ基板を形成するセラミック成分として多用されるアルミナ又はジルコニア、特に、絶縁性に優れ、機械的強度が大きく、セラミック基体の表層を形成することが多いアルミナであることがより好ましい。
【００１７】
更に、セラミック成分は、第１１発明のように、凸部より基部に多量に含有されることが好ましい。基部はセラミック基体に接合されるため、セラミック成分の含有量が多いことが好ましく、一方、凸部にはステンレス鋼等の金属からなる電極リード板が接合されるため、セラミック成分の含有量が少ないことが好ましい。
【００１８】
このセラミック成分がアルミナである場合、その含有量は、第１２発明のように、基部は５〜１６質量％であり、凸部は５質量％未満であることが好ましい。基部に含有されるアルミナが５質量％未満であると、セラミック基体とコンタクト端子とを十分に強固に接合させることができず、１６質量％を超える場合は、基部の電気抵抗が過大となるため好ましくない。一方、凸部に含有されるアルミナが５質量％以上であると、コンタクト端子の抵抗が上昇するとともに、ステンレス鋼等の金属からなる電極リード板との接触抵抗が増大することとなり、好ましくない。
【００１９】
また、このセラミック成分がジルコニアである場合、その含有量は、第１３発明のように、基部は７．５〜２４質量％であり、凸部は７．５質量％未満であることが好ましい。基部に含有されるジルコニアが７．５質量％未満であると、セラミック基体とコンタクト端子とを十分に強固に接合させることができず、２４質量％を超える場合は、基部の電気抵抗が過大となるため好ましくない。一方、凸部に含有されるジルコニアが７．５質量％以上であると、コンタクト端子の抵抗が上昇するとともに、ステンレス鋼等の金属からなる電極リード板との接触抵抗が増大することとなり、好ましくない。
【００２０】
上記のセンサ用基板を用いてセンサを構成するに際して、コンタクト端子と金属製電極リード板とを接触させるためには、第１５発明のように、コンタクト端子との間で金属製電極リード板を挟持するような絶縁板を金属製電極リード板の外側に配し、それら全体を絶縁板の更に外側から包囲する様な金属リングを配するとともに、絶縁板に対して金属製電極リード板をコンタクト端子の方向に押圧する力を付与するように金属リングに弾性変形を与えた状態でセンサ基板に保持固定させる構成とするとよい。上記のように強い弾性力を有する金属リングを用いると、コンタクト端子と金属製リード板との間の接合が高温でも良好に維持できるので、好ましい。
【００２１】
第１５発明においては、弾性力を発生するように金属リングを変形させるのに、金属リングを大きく変形させると高温で塑性変形してしまうので、金属リングの材料としてヤング率の大きい材料［インコネル（登録商標）やインコロイ（登録商標）］を用い、変形量を小さくすることが好ましいが、そうすると、金属製電極リード板やセンサ基板、絶縁板などの厚みを精度よく揃える必要がある。しかし、本願発明においては、コンタクト端子の凸部が変形することで厚みバラツキを吸収する作用を有しているので、上記部品の厚みバラツキの精度を落とすことができ、また、製品としての歩留を上げることにも繋がる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明する。
コンタクト端子と金属製電極リード板の詳細について図１乃至図５により、また、ガスセンサ素子の製造方法について図６により説明する。
以下の製造方法では、解かり易さのために、図６を用いて素子１個の大きさのシートに各パターンを印刷し、積層するかのように説明するが、実際の工程においては、複数個の素子を製造することができる大きさのグリーンシートに所要個数分の印刷を施し、積層した後、素子形状の未焼成積層体を切り出し、これらを脱脂し、焼成して素子を製造した。
【００２３】
実施例１（基準酸素自己生成方式の酸素センサ素子）
セラミック基体として、発熱抵抗体が埋設されたアルミナ層と、表面に電極が形成された固体電解質体として作用するジルコニア層を含む積層体と、を用いて形成された基準酸素自己生成方式の酸素センサ素子について、素子を分解して模式的に表す図６を参照して説明する。
（１）アルミナ層用未焼成シートの作製
アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１００質量部（以下単に「部」という。）と、ブチラール樹脂１４部とジブチルフタレート７部を配合し、トルエン及びメチルエチルケトンとからなる混合溶媒を用いて混合し、スラリーとした後、ドクターブレード法により、第１アルミナ層未焼成シート及び第２アルミナ層用未焼成シートを作製した。第１アルミナ層用未焼成シートは厚さ０．４ｍｍ、長さ５ｃｍであり、焼成後は第１アルミナ層１１ａとなる。第２アルミナ層用未焼成シートは厚さ０．２５ｍｍ、長さ５ｃｍであり、焼成後は第２アルミナ層１１ｂとなる。
【００２４】
（２）ヒータパターンの形成
アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）４部と白金粉末１００部を配合した導電層用ペーストを、第１アルミナ層用未焼成シート（焼成後、第１アルミナ層１１ａ）の一方の面に発熱部パターン（焼成後、発熱部１２１）を印刷、乾燥させ、その後、ヒータリードパターン（焼成後、ヒータリード部１２２）を印刷、乾燥させ、ヒータパターン（焼成後、発熱抵抗体１２）を形成した。次いで、第１アルミナ層用未焼成シートの基端付近に発熱抵抗体１２の導通を図るためのスルーホール１１１ａを形成し、裏面のスルーホール１１１ａに対応する位置に発熱抵抗体用コンタクト端子基部パターン（焼成後、発熱抵抗体用コンタクト端子の基部１９１ａ）を印刷、乾燥させた。その後、ヒータパターン上から第２アルミナ層用未焼成シート（焼成後、基体の上半分）を積層し、圧着接合した。
【００２５】
発熱抵抗体用コンタクト端子基部パターンの形成には、８０質量％の白金と２０質量％のロジウムに、これらの合計量を１００部とした場合に１０部のアルミナを配合して調製したペーストを使用した。この基部パターンの平面形状は、６．５×１．８ｍｍの矩形であって、厚さは２０μｍである（焼成後、図１乃至図３における基部１９１ａとなる。）。
【００２６】
（３）緩衝層パターンの形成
（２）で作製したセラミック積層体の第２アルミナ層用未焼成シート上に、アルミナ８０部、ジルコニア２０部を配合した緩衝層用ペーストを用いて、緩衝層パターン（焼成後、緩衝層１３）を４０±１０μの厚さに印刷、乾燥させた。
【００２７】
（４）基準電極パターンの形成
（３）で形成した緩衝層パターン上に、（２）で用いた導電層用ペーストを用いて、基準電極部パターン（焼成後、基準電極部１４１ａ）及び基準電極リード部パターン（焼成後、基準電極リード部１４２ａ）からなる基準電極パターン（焼成後、基準電極１４ａ）を２０μｍ±１０の厚さに印刷、乾燥させた。
【００２８】
（５）固体電解質体パターンの形成
ジルコニア粉末（純度９９．９％以上、平均粒径０．３μｍ）５０部とアルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３ｍｍ）５０部、ブチルカルビトール３３．３部、ジブチルフタレート０．８部、分散剤０．５部及びバインダ２０部に所要量のアセトンを加えて、４時間混合した後、アセトンを蒸発させて、固体電解質体用ペーストを調合した。
この固体電解質体用ペーストを基準電極部パターンを覆うように長さ方向に１３ｍｍ、厚さ２５±１０μｍに印刷、乾燥させ、固体電解質層体パターン（焼成後、固体電解質体１５）を形成した。
【００２９】
（６）絶縁層パターンの形成
（１）で調合したスラリーにブチルカルビトール５０部に所要量のアセトンを加えて、４時間混合した後、アセトンを蒸発させて、絶縁層用ペーストを調合した。この絶縁層用ペーストを緩衝層パターン上であり、固体電解質体パターンが印刷されていない部分に２５±１０μｍの厚さで印刷、乾燥させ、絶縁層パターン（焼成後、絶縁層１６）を形成した。但し、スルーホール１６１にあたる部分には印刷しなかった。
【００３０】
（７）検知電極パターンの形成
（５）及び（６）で形成した固体電解質体パターンと絶縁層パターンの上に、（２）で調合した導電層用ペーストを用いて、検知電極部パターン（焼成後、検知電極部１４１ｂ）及び検知電極リード部パターン（焼成後、検知電極リード部１４２ｂ）からなる検知電極パターン（焼成後、検知電極１４ｂ）を２０±１０μｍの厚さに印刷、乾燥させた。
【００３１】
（８）補強層用未焼成シートの作製及び積層
（１）と同様な原料及び配合割合にて調合したスラリーを用いてドクターブレード法により、第１補強層用未焼成シート及び第２補強層用未焼成シートを作製した。第１補強層用未焼成シートは厚さ０．２５ｍｍ、長さ４ｃｍであり、焼成後第１補強層１８ａとなり、基端部にはスルーホール１８１ａが形成されている。第２補強層用未焼成シートは、厚さ０．４ｍｍ、長さ３．５ｃｍであり、焼成後、第２補強層１８ｂとなり、基端部にはスルーホール１８１ｂが形成されている。
その後、第１補強層用未焼成シートを（７）で形成した検知電極パターンの電極リード部パターンを覆うように積層し、その後、更に、第２補強層用未焼成シートを、第１補強層用未焼成シート上に積層した。
【００３２】
（９）電極用コンタクト端子基部パターンの形成
発熱抵抗体用コンタクト端子基部パターンの場合と同様のペーストを用いて、基準電極及び検知電極の各々と信号の入出力を行う電極用コンタクト端子基部パターン（焼成後、電極用コンタクト端子の基部を構成する。）を、スルーホール１８１ｂに対応する位置に印刷した。このパターンの平面形状及び高さは発熱抵抗体用コンタクト端子基部パターンの場合と同様である。
【００３３】
（１０）多孔質層用未焼成シートの作製及び積層
（１）と同様に、アルミナ粉末（純度９９．９９％以上、平均粒径０．３μｍ）１００部と、カーボン粉末（真球状粒子、平均粒径５μｍ）２２部、ブチラール樹脂１２部とジブチルフタレート７部を配合し、トルエン及びメチルエチルケトンとからなる混合溶媒を用いて混合し、スラリーとした後、ドクターブレード法により、厚さ１７５μｍ、長さ１０ｍｍの多孔質層用未焼成シートを作製した。
得られた多孔質層用未焼成シート（焼成後、多孔質層１７）を（７）で形成した検知電極部パターンを覆うように積層した。
【００３４】
（１１）各コンタクト端子の凸部パターンの形成
アルミナの配合量を３部とした他は各コンタクト端子の基部の形成に用いたものと同様のペーストを用いて、各コンタクト端子の基部を形成するためのパターン上に、直径４００μｍ、高さ３０μｍの円柱状のパターン（焼成後、図１乃至図３における凸部１９２ａとなる。）３３個を印刷、乾燥した。
【００３５】
上記のように発熱抵抗体ペースト及びコンタクト端子用ペーストにアルミナを含有させることにより、焼成後の発熱抵抗体或いは電極と各コンタクト端子の抵抗値を調整することができ、発熱抵抗体或いは電極と各コンタクト端子とアルミナ層との密着性を大きく向上させることができる。尚、発熱抵抗体では、アルミナの含有量は、発熱体を１００部とした場合に、３〜２０部とすることができる。アルミナが３部未満であると、アルミナ層との密着性が十分に向上せず、２０部を超える場合は、発熱抵抗体の抵抗が大きくなり、酸素センサ素子の耐久性が低下することがある。
【００３６】
（１２）脱脂及び焼成
（１）〜（１１）の工程によって形成された積層体を、大気雰囲気下、４２０℃で２時間保持し、脱脂した。その後、大気雰囲気下、１５２０℃で１時間保持し、焼成した。焼成後、各コンタクト端子の基部の大きさは５．４４×１．５１ｍｍ、厚さは１３μｍとなり、凸部の直径は３３０μｍ、高さは２０μｍとなった。
【００３７】
（１３）電極リード板の接続
（９）における焼成により得られた焼結体の表裏面に形成されたコンタクト端子１９ａ、１９ｂのそれぞれにインコネルからなる金属製電極リード板（図２、３における２）を当接させ、コンタクト端子１９ａ、１９ｂとの間にアルミナシートを介装し、更に、各々のコンタクト端子に金属製電極リード板が当接された部分の全周にアルミナシートを巻回し、そのうえから圧入リングを嵌め込み、かしめることによって各々の金属製電極リード板をコンタクト端子の凸部に押圧させ、密着させて接続し、酸素センサ素子を得た。
【００３８】
このようにして得られた酸素センサ素子において、アルミナ層１１ａと１１ｂとからなるセラミック基体、このセラミック基体に埋設された発熱抵抗体１２、アルミナ層１１ａの表面に形成された発熱抵抗体用コンタクト端子１９ａ、及びこれらコンタクト端子１９ａに接続された金属製電極リード板２によりセンサ用基板が形成される。また、緩衝層１３、固体電解質体１５、絶縁層１６、多孔質層１７、及び補強層１８ａ、１８ｂからなるセラミック基体、このセラミック基体に埋設された基準電極１４ａ、及び検知電極１４ｂ、補強層１８ｂの表面に形成された電極用コンタクト端子１９ｂ、及びこれらコンタクト端子１９ｂに接続された金属製電極リード板２によりセンサ用基板が形成される（以上、符号は図１乃至図３及び図６参照）。
【００３９】
このようにして得られた酸素センサ素子を用いて構成したセンサの断面図を図７に示す。
センサ素子１は主体金具７の中央に形成された貫通孔内に挿通され、検出部１ａを主体金具の先端側に突出した状態で保持される。検出部１ａの周囲には、測定ガスから検出部を保護するとともに、検出ガスを置換可能に検出部に導入する通気穴が設けられたプロテクタ６が設けられる。センサ素子の後端側ではセンサ素子からセンサ出力を取り出し、或いはセンサ素子に加熱用電力を供給するための金属製リード板２が接合される。
【００４０】
また、センサ素子と金属製リード板との接合に関して、図８を参照して説明する。
センサ素子１の後端部分にはコンタクト端子１９ａ（及び図示しない１９ｂ）が形成されており、コンタクト端子の表面に接触して金属製リード板２が配置される。金属製リード板２の外側には金属製リード板２をコンタクト端子１９ａ（及び１９ｂ）との間で挟持する絶縁板５が配置されており、更にその外側には絶縁板の周囲を包囲するように金属リング４が弾性変形した状態で圧入嵌合されている。金属リング４は、センサ素子１のコンタクト端子１９ａ（及び１９ｂ）に対向する方向に弾性変形によりわずかに広げられて嵌合しているので、その弾性力により絶縁板５を押圧し、ひいては金属製リード板２をコンタクト端子１９ａ（及び１９ｂ）に押圧して確実な電気的接続を図るとともに、金属リング２自らをセンサ素子１の後端部分に固定保持している。
【００４１】
【発明の効果】
第１発明によれば、各コンタクト端子と金属製電極リード板とが十分に密着して接続されたセンサ用基板とすることができる。また、第２乃至第１３発明によれば、各コンタクト端子と金属製電極リード板とをより強固に接合させ、接続させることができる。更に、第１４発明によれば、このようなセンサ用基板を備えることにより、出力信号が安定し、誤作動のないガスセンサ素子とすることができる。また、第１５発明によれば、凹凸を有するコンタクト端子と金属リングを用いた接合構造とを組み合わせることで、高温まで安定した電気的接続が維持される耐熱性の高いセンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミック基体と、その表面に形成された発熱抵抗体用コンタクト端子とを示す斜視図である。
【図２】セラミック基体の表面に形成された発熱抵抗体用コンタクト端子と、接続前の金属製電極リード板との断面図である。
【図３】金属製電極リード板を発熱抵抗体用コンタクト端子に押圧して、接続した後の断面図である。
【図４】（ａ）は発熱抵抗体用コンタクト端子の基部の表面に帯状に形成された凸部の一例を示す平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ’断面図である。
【図５】（ａ）は発熱抵抗体用コンタクト端子の基部の表面に菱形形状に形成された凸部の他の例を示す平面図、（ｂ）はそのＹ−Ｙ’断面図である。
【図６】実施例１において製造した酸素センサ素子を分解して模式的に表す斜視図である。
【図７】実施例１において製造した酸素センサ素子を用いた酸素センサの軸方向断面図である。
【図８】図７の酸素センサのコンタクト端子の接合構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１；ガスセンサ素子、１１ａ；第１アルミナ層、１１ｂ；第２アルミナ層、１１１ａ；スルーホール、１２；発熱抵抗体、１２１；発熱部、１２２；ヒータリード部、１３；緩衝層、１４ａ；基準電極、１４ｂ；検知電極、１５；固体電解質層、１６；絶縁層、１７；多孔質層、１８ａ；第１補強層、１８ｂ第２補強層、１９ａ；発熱抵抗体用コンタクト端子、１９１ａ；基部、１９２ａ；凸部、１９ｂ；電極用コンタクト端子、２；金属製電極リード板、３；酸素センサ、４；金属リング、５；絶縁板。
【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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