CN101430301B - 气体传感器 - Google Patents

Abstract

一种气体传感器，其包括具有层叠结构且被构造成检测待测气体中所含有的特定气体成分的检测元件。该检测元件包括：感测部，其包括含有第一材料作为主要成分的一个以上的固体电解质层并且具有第一表面和与第一表面相反的第二表面；第一部分，其堆叠在第一表面上且包括含有与第一材料不同的第二材料作为主要成分的一个以上的第一基层；以及第二部分，其堆叠在第二表面上且包括含有第二材料的一个以上的第二基层。一个以上的第二基层的沿堆叠方向的总厚度不小于一个以上的第一基层的总厚度的80％但不大于一个以上的第一基层的总厚度的120％。

Description

气体传感器

技术领域

本发明涉及一种包括被构造成检测待测气体中所含有的特定气体成分的检测元件的气体传感器。该气体传感器的例子是具有通过同时烧结含有不同的主要成分的多个堆叠层而制成的层叠检测元件的气体传感器。 

背景技术

已知使用被安装到汽车的排气管并且包括被构造成根据排气的特定成分(例如，氮氧化物、氧气等)的浓度而改变电动势或电阻值的检测元件的气体传感器。还已知通过同时烧结具有不同的主要成分的多个堆叠层而制造的层叠检测元件。如果通过同时烧结而形成检测元件，则在同一时间完成烧结处理，且不需要层叠处理。因此，可以显著地减少大量处理。例如，日本特开2007-33374号公报或日本特开2007-139749号公报说明了具有这种检测元件的气体传感器。 

日本特开2007-33374号公报(该参考文献中的图2和相关说明)说明了包括气体传感元件的气体传感器，该气体传感元件包括被构造成检测特定气体成分的固体电解质层。在固体电解质层的一个表面上堆叠主要成分与固体电解质层的主要成分不同的保护层。在固体电解质层的另一个表面上堆叠主要成分与固体电解质层的主要成分不同的两个绝缘层。两个绝缘层的总厚度与保护层的厚度不同。 

如下所述制造气体传感元件。也就是说，形成含有氧化锆作为主要成分且烧结后变成固体电解质层的未烧结固体电解质层。形成含有氧化铝作为主要成分且烧结后变成绝缘层的两个 未烧结绝缘层。堆叠未烧结绝缘层。形成含有氧化铝作为主要成分且烧结后变成保护层的未烧结保护层。堆叠未烧结固体电解质层、两个未烧结绝缘层和未烧结保护层而形成未烧结堆叠体。其后，一体烧结(同时烧结)未烧结堆叠体以获得气体传感元件。 

日本特开2007-139749号公报(该参考文献中的图2和相关说明)说明了气体传感元件，该气体传感元件包括：感测部，其包括被构造成检测特定气体成分的第一固体电解质层和第二固体电解质层；以及绝缘层，其堆叠在第一固体电解质层和第二固体电解质层之间。在第二固体电解质层上堆叠主要成分与第一和第二固体电解质层的主要成分不同的保护层。在第一固体电解质层上堆叠主要成分与第一和第二固体电解质层的主要成分不同的两个绝缘层。两个绝缘层的总厚度与保护层的厚度不同。 

如下所述制造气体传感元件。形成含有氧化锆作为主要成分且烧结后变成第一固体电解质层的未烧结第一固体电解质层以及含有氧化锆作为主要成分且烧结后变成第二固体电解质层的未烧结第二固体电解质层。形成含有氧化铝作为主要成分且烧结后变成第一固体电解质层和第二固体电解质层之间的绝缘层的未烧结绝缘层。形成含有氧化铝作为主要成分且烧结后变成保护层的未烧结保护层。形成含有氧化铝作为主要成分且烧结后变成绝缘层的两个未烧结绝缘层。顺次堆叠两个未烧结绝缘层、未烧结第一固体电解质层、未烧结绝缘层、未烧结第二固体电解质层和未烧结保护层而形成未烧结堆叠体。其后，一体烧结(同时烧结)未烧结堆叠体以获得气体传感元件。 

然而，根据日本特开2007-33374号公报和日本特开2007-139749号公报的气体传感元件在烧结时可能翘曲(warp)。 这是因为含有氧化锆作为主要成分的固体电解质层的与烧结有关的收缩率(下文中被称为“烧结收缩率”)与含有氧化铝作为主要成分的其它层的与烧结有关的收缩率大不同。如果气体传感元件变得翘曲，则气体传感元件可能产生破裂或破损。这是因为当通过将其它构件安装到气体传感元件而制造气体传感器时，气体传感元件与其它构件接触。 

因此，可以认为，为了防止烧结的气体传感元件翘曲，可以通过改变构成气体传感元件的各层的材料来减小固体电解质层和其它层之间的烧结收缩率的差异。然而，考虑到气体传感元件的性能、强度和耐久性，在改变材料时存在限制。迄今为止，充分减小烧结收缩率的差异从而在保持良好的传感器性能和物理特性的同时防止翘曲是困难的。 

发明内容

考虑到现有技术的上述问题完成了本发明，本发明的目的是提供一种具有高可靠性的气体传感器，在该气体传感器中，检测元件很少产生翘曲。 

根据第一方面，本发明提供一种包括通过同时烧结相互堆叠的多个层而形成并且被构造成检测待测气体中所含有的特定气体成分的板状检测元件的层叠型气体传感器。该检测元件包括：感测部，其被构造成检测特定气体成分且具有第一表面以及与第一表面相反的第二表面，该感测部包括含有第一材料作为主要成分的一个以上的固体电解质层；第一部分，其堆叠在感测部的第一表面上且包括一个以上的第一基层，该第一基层含有与第一材料不同的第二材料作为主要成分；以及第二部分，其堆叠在感测部的第二表面上且包括一个以上的第二基层，该第二基层含有第二材料作为主要成分，当沿堆叠方向观察时， 一个以上的第二基层的沿感测部、第一部分和第二部分的堆叠方向的总厚度不小于一个以上的第一基层的总厚度的80％但不大于一个以上的第一基层的总厚度的120％。在优选实施例中，在检测元件的至少一部分，第一部分的一个以上的第一基层和第二部分的一个以上的第二基层在堆叠方向上关于感测部对称布置。 

在上述第一方面中，第一基层和第二基层由相同的主要成分形成，且第一基层的厚度基本上等于第二基层的厚度(即，一个以上的第二基层的总厚度不小于一个以上的第一基层的总厚度的80％但不大于一个以上的第一基层的总厚度的120％)。检测元件的至少一部分在堆叠第一基层和第二基层的堆叠方向上具有以感测部为中心的对称结构。因此，由于由烧结收缩率的差异产生的应力在堆叠方向上以固体电解质层为中心几乎均匀(对称)，因此烧结时几乎不产生翘曲。因此，可以防止整个元件翘曲。因此，当将其它构件安装到检测元件时，检测元件几乎不产生破裂或破损，这在制造气体传感器时可以提高组装性能，且可以提供高可靠性的气体传感器。 

“感测部”可沿与各层的堆叠方向正交的方向在检测元件上部分延伸或在检测元件的整个区域上延伸。此外，“第一部分”和“第二部分”也可沿与各层的堆叠方向正交的方向在检测元件的区域上部分延伸或在检测元件的整个区域上延伸。 

此外，可沿与堆叠方向正交的方向以使感测部、第一部分和第二部分中的每一方在检测元件的整个区域上延伸的方式布置感测部、第一部分和第二部分中的每一方。也就是说，在检测元件的所有部分都堆叠感测部、第一部分和第二部分。这样，可以在广范围上形成堆叠以下三层的结构，即：构成感测部的固体电解质层、构成第一部分的第一基层以及构成第二部分的 第二基层。为此，几乎不产生检测元件的翘曲。因此，可以提供具有更高可靠性的气体传感器。 

此外，气体传感器的第二部分可包括通过通电而发热的被埋设的加热器元件。 

因此，通过通电而发热的加热器元件被埋设在第二部分中，从而加热感测部。因此，可以有效地加热感测部(固体电解质层)。 

作为固体电解质层，感测部可包括具有第一表面的第一固体电解质层和具有第二表面的第二固体电解质层，其中，第二固体电解质层的厚度不小于第一固体电解质层的厚度的80％但不大于第一固体电解质层的厚度的120％。 

因此，在优选实施例中，作为固体电解质层，感测部包括具有第一表面的第一固体电解质层和具有第二表面的第二固体电解质层，且第一固体电解质层的厚度基本上等于第二固体电解质层的厚度(即，第二固体电解质层的厚度不小于第一固体电解质层的厚度的80％但不大于第一固体电解质层的厚度的120％)。因此，在烧结时，可以使第一固体电解质层和第一部分的第一基层之间产生的应力等于第二固体电解质层和第二部分的第二基层之间产生的应力。因此，检测元件很少产生翘曲，从而当将其它构件安装到检测元件时，检测元件几乎不产生破裂或破损。该构造在制造气体传感器时可以提高组装性能。此外，可以提供高可靠性的气体传感器。 

另外，固体电解质层可由作为主要成分的氧化锆形成，且第一基层和第二基层可由作为主要成分的氧化铝形成。 

由于固体电解质层采用氧化锆作为主要成分，因此，可以提高特定气体成分的检测性能。另一方面，由于第一基层和第二基层采用氧化铝作为主要成分，因此，可以提高检测元件抗 高温的耐久性。 

根据第二方面，本发明提供一种包括通过同时烧结相互堆叠的多个层而形成并且被构造成检测待测气体中的特定气体成分的板状检测元件的层叠型气体传感器。该检测元件包括：感测部，其被构造成检测特定气体成分且具有第一表面和与第一表面相反的第二表面，该感测部包括含有第一材料作为主要成分的一个以上的固体电解质层；多孔质层，其堆叠在感测部的第一表面上且被构造成使待测气体暴露于感测部；第三基层，其沿堆叠方向在与感测部相反的一侧堆叠在多孔质层上且含有不同于第一材料的第二材料作为主要成分；导入孔形成层，其堆叠在感测部的第二表面上且具有被构造成使感测部暴露于大气的大气导入孔；以及第四基层，其沿堆叠方向在与感测部相反的一侧堆叠在导入孔形成层上且含有不同于第一材料的第三材料作为主要成分；其中，第四基层的沿感测部、多孔质层、第三基层、导入孔形成层和第四基层的堆叠方向的总厚度不小于第三基层的总厚度的80％但不大于第三基层的总厚度的120％。在第二方面的优选实施例中，在检测元件的至少一部分，第三基层和第四基层在堆叠方向上关于感测部对称布置。 

根据本发明的第二方面，第三基层和第四基层由相同的主要成分形成，且第三基层的厚度基本上等于第四基层的厚度(即，第四基层的总厚度不小于第三基层的总厚度的80％但不大于第三基层的总厚度的120％)。在检测元件的至少一部分，第三基层和第四基层在堆叠方向上重叠并且关于感测部对称布置。由于由烧结收缩率的差异产生的应力在堆叠方向上以固体电解质层为中心几乎均匀(对称)，因此，烧结时几乎不产生翘曲。因此，可以防止整个元件翘曲。特别地，可以防止在烧结过程中由于烧结收缩率的差异产生的应力导致在检测元件中产 生破裂，否则在感测部的两个表面上具有多孔质层和大气导入孔的结构中易于产生该破裂。因此，当烧结或将其它构件安装到检测元件时，检测元件几乎不产生破裂或破损。从而，可以提高制造气体传感器时的组装性能，且可以提供高可靠性的气体传感器。 

气体传感器的第四基层可包括通过通电而发热的被埋设的加热器元件。 

因此，通过通电而发热的加热器元件被埋设在第四基层中，以加热感测部。因此，可以有效地加热感测部(固体电解质层)。 

附图说明

图1是示出根据实施例1的气体传感器的局部剖视图； 

图2是示出根据实施例1的气体传感器的检测元件的分解立体图； 

图3是示出根据实施例1的气体传感器的检测元件的前端侧部分的剖视图； 

图4是示出根据实施例1的气体传感器的检测元件的基端侧部分的剖视图； 

图5是示出根据实施例2的气体传感器的检测元件的分解立体图； 

图6是示出根据实施例2的气体传感器的检测元件的前端侧部分的剖视图； 

图7是示出根据实施例2的气体传感器的检测元件的基端侧部分的剖视图； 

图8是示出根据实施例3的气体传感器的检测元件的分解立体图； 

图9是示出根据实施例3的气体传感器的检测元件的前端侧 部分的剖视图。 

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施例。然而，本发明不应该被解释为限于这些实施例。 

实施例1

下面，参照附图说明本发明的实施例。图1示出了根据实施例1的气体传感器100。此外，图2是示出气体传感器100的检测元件200的分解立体图。此外，图3和图4是分别示出检测元件200的前端侧部分和基端侧部分的剖视图。此外，在图1中，图中的下侧是轴线AX方向的前端侧(以下也被称为“前端侧”)，图中的上侧是轴线AX方向的基端侧(以下简称“基端侧”)。此外，在图2中，图中的左侧是前端侧，图中的右侧是基端侧。 

本实施例示出了可安装到汽车的排气管(未示出)的宽量程空燃比传感器(wide band air-fuel ratio sensor)作为气体传感器100的例子。气体传感器100基于排气中所含有的氧气(特定气体成分)的浓度测量排气的空燃比。在本实施例中，检测元件200的检测部201被保持在排气管的内部且暴露于在排气管中流动的排气(待测气体)。如图1所示，气体传感器100包括：筒状金属壳110，其沿轴线AX方向延伸；板状检测元件200，其被安装到金属壳110的内部；外筒151，其被牢固固定到金属壳110的基端侧；以及保护件160，其被牢固固定到金属壳110的前端侧。 

在这些部件之中，检测元件200具有沿轴线AX方向延伸的板(带)状(参照图1至图4)。检测元件200的前端部包括用于检测排气的氧气成分的检测部201(参照图1)。涂覆检测部保护层205以覆盖检测部201的外表面，从而保护检测部201免受排气 的毒蚀(参照图1。在图2至图4中，检测部保护层被省略)。 

五个电极片235(图1中仅示出其中一个)被设在检测元件200的基端部209的正面和背面上。布置在检测元件200和下面说明的分隔件145之间的五个连接端子147与这些电极片235弹性接触且被电连接到电极片235。 

如图2至图4所示，通过同时烧结含有不同的主要成分的相互堆叠的多个层而形成检测元件200，且检测元件200设有：板状感测部250，其具有检测特定气体成分的功能；板状保护部260，其用于保护感测部250；以及板状加热器部270，其用于加热激活感测部250。在感测部250的一个主表面(第一表面250a)上堆叠保护部260，在感测部250的另一个主表面(第二表面250b)上堆叠加热器部270。此外，在实施例1中，感测部250对应于本发明的以上方面的感测部，保护部260对应于本发明的以上方面的第一部分，加热器部270对应于本发明的以上方面的第二部分。在本实施例中，层中所含有的“主要成分”意味着在该层中含有50重量％的量以上的成分。 

首先，说明感测部250。感测部250包括形成第一表面250a的氧气抽吸单元251、形成第二表面250b的氧气浓度检测单元253以及堆叠在氧气抽吸单元251和氧气浓度检测单元253之间的致密绝缘层219。 

氧气抽吸单元251包括具有第一表面250a的致密第一固体电解质层215以及第一电极213和第二电极217，第一电极213和第二电极217形成在第一固体电解质层215的两个表面上。第一固体电解质层215包括含有氧化锆作为主要成分并且具有添加的作为稳定剂的氧化钇或者氧化钙的部分稳定氧化锆烧结体。第一固体电解质层215的厚度t01(参照图3)是0.2mm。第一通孔导体215a和第二通孔导体215b形成在第一固体电解质层215 的基端侧的预定位置处，贯通第一固体电解质层215。 

第一电极213采用铂作为主要成分并且包括：第一电极部213a，其形成在第一电极213的前端侧的预定位置处且在俯视图中呈矩形；以及第一引线部213b，其从第一电极部213a延伸至基端侧。第一引线部213b被电连接到设在下面说明的保护主体层211的基端处的第八通孔导体211c。 

第二电极217采用铂作为主要成分并且包括：第二电极部217a，其形成在第二电极217的前端侧的预定位置处且在俯视图中呈矩形；以及第二引线部217b，其从第二电极部217a延伸至基端侧。第二引线部217b被电连接到设在第一固体电解质层215的基端处的第二通孔导体215b，且被电连接到设在下面说明的绝缘层219的第五通孔导体219b。 

氧气浓度检测单元253包括具有第二表面250b的致密第二固体电解质层223以及第三电极221与第四电极225，第三电极221和第四电极225形成在第二固体电解质层223的两个表面上。如在第一固体电解质层215中那样，第二固体电解质层223包括含有氧化锆作为主要成分并且具有添加的作为稳定剂的氧化钇或者氧化钙的部分稳定氧化锆烧结体。第二固体电解质层223的厚度t02(参照图3)是0.2mm。因此，第二固体电解质层223的厚度t02不小于第一固体电解质层215的厚度t01的80％但不大于第一固体电解质层215的厚度t01的120％。在本实施例中，第二固体电解质层223的厚度t02与第一固体电解质层215的厚度t01相等(t01＝t02)。此外，第三通孔导体223a形成在第二固体电解质层223的基端侧的预定位置处，贯通第二固体电解质层223。 

第三电极221采用铂作为主要成分并且包括：第三电极部221a，其形成在第三电极221的前端侧的预定位置处且在俯视图 中呈矩形；以及第三引线部221b，其从第三电极部221a延伸至基端侧。第三引线部221b被电连接到设在下面说明的绝缘层219的基端处的第五通孔导体219b。 

第四电极225采用铂作为主要成分并且包括：第四电极部225a，其形成在第四电极225的前端侧的预定位置处且在俯视图中呈矩形；以及第四引线部225b，其从第四电极部225a延伸至基端侧。第四引线部225b被电连接到设在第二固体电解质层223的基端处的第三通孔导体223a。 

由作为主要成分的氧化铝形成绝缘层219。绝缘层219的厚度是0.1mm。因此，感测部250的整体厚度t0(参照图3)是0.5mm。 

在绝缘层219中，贯通绝缘层219且在俯视图中呈矩形的气体检测室219d设置在与第二电极部217a和第三电极部221a对应的位置处。此外，在预定的速率控制条件下实现外侧元件部和气体检测室219d之间的气体扩散的扩散速率控制部220分别设置在气体检测室219d的宽度方向的两侧。扩散速率控制部220包括氧化铝多孔质体。 

另外，第四通孔导体219a和第五通孔导体219b形成在绝缘层219的基端侧的预定位置处，贯通绝缘层219。第四通孔导体219a被电连接到设在第一固体电解质层215处的第一通孔导体215a，且被电连接到设在第二固体电解质层223处的第三通孔导体223a。另外，第五通孔导体219b被电连接到第二电极217的第二引线部217b，且被电连接到第三电极221的第三引线部221b。 

接着，说明保护部260。保护部260具有单一的致密保护主体层(第一基层)211。保护主体层211包括主要成分为氧化铝的材料。保护主体层211的厚度t1(参照图3)、即保护部260的厚度t1为0.4mm。 

在保护主体层211中，贯通保护主体层211且在俯视图中呈 矩形的开口211d设置在与第一电极部213a对应的位置处。主要成分为氧化铝的多孔质气体导入部212设置在开口211d中，以闭塞开口211d。 

此外，在保护主体层211的表面的基端侧的预定位置处沿宽度方向并置布置三个电极片235。此外，第六通孔导体211a、第七通孔导体211b和第八通孔导体211c形成在保护主体层211的基端侧的预定位置处，贯通保护主体层211。第六通孔导体211a被电连接到其中一个电极片235，且被电连接到设在第一固体电解质层215的第一通孔导体215a。此外，第七通孔导体211b被电连接到其中另一个电极片235，且被电连接到设在第一固体电解质层215的第二通孔导体215b。此外，第八通孔导体211c被电连接到上述两个电极片之外的电极片235，且被电连接到第一电极213的第一引线部213b。 

接着，说明加热器部270。加热器部270包括具有电绝缘性的致密第一加热器绝缘层(第二基层)227、具有电绝缘性的致密第二加热器绝缘层(第二基层)231以及置于第一加热器绝缘层227和第二加热器绝缘层231之间且通过通电而发热的加热器元件(加热器电阻器)229。第一加热器绝缘层227由主要成分为氧化铝的材料形成并且堆叠在感测部250的第二表面250b上。此外，第二加热器绝缘层231由主要成分为氧化铝的材料形成。由于第一加热器绝缘层227的厚度为0.2mm，第二加热器绝缘层231的厚度为0.2mm，因此，层227和231的厚度t2(参照图3)、即加热器部270的厚度t2为0.4mm。因此，第一和第二加热器绝缘层227和231的总厚度t2不小于保护主体层211的厚度t1的80％但不大于保护主体层211的厚度t1的120％。在本实施例中，第一和第二加热器绝缘层227和231的总厚度t2与保护主体层211的厚度t1相等(t1＝t2)。

第九通孔导体231a和第十通孔导体231b形成在第二加热器绝缘层231的基端侧的预定位置处，贯通第二加热器绝缘层231。此外，在第二加热器绝缘层231的表面的基端侧的预定位置处沿宽度方向并置布置两个电极片235。一个电极片235被电连接到第九通孔导体231a，另一个电极片235被电连接到第十通孔导体231b。 

加热器元件229包括布置在前端侧的预定位置处的呈梳子状的曲折状加热器部229a、从加热器部229a的一端延伸至基端侧的第一加热器引线部229b以及从加热器部229a的另一端延伸至基端侧的第二加热器引线部229c。第一加热器引线部229b被电连接到设在第二加热器绝缘层231的基端处的第九通孔导体231a。另外，第二加热器引线部229c被电连接到设在第二加热器绝缘层231的基端处的第十通孔导体231b。 

从而，根据实施例1的检测元件200设置有感测部250，该感测部250的主要成分为氧化锆且具有用作检测特定气体成分的第一和第二固体电解质层215和223。此外，在感测部250的第一表面250a上堆叠主要成分与第一和第二固体电解质层215和223的主要成分不同(在本实施例中，氧化铝用作主要成分)且具有致密保护主体层211的保护部260。此外，在感测部250的第二表面250b上堆叠加热器部270，该加热器部270的主要成分与保护主体层211的主要成分相同(在本实施例中，主要成分为氧化铝)并且该加热器部270具有致密的第一和第二加热器绝缘层227和231。 

第一和第二加热器绝缘层227和231的总厚度t2不小于保护主体层211的厚度t1的80％但不大于保护主体层211的厚度t1的120％。在本实施例中，第一和第二加热器绝缘层227和231的总厚度t2与保护主体层211的厚度t1相等(t1＝t2)。

此外，构成感测部250的第二固体电解质层223的厚度t02不小于第一固体电解质层215的厚度t01的80％但不大于第一固体电解质层215的厚度t01的120％。在本实施例中，第二固体电解质层223的厚度t02与第一固体电解质层215的厚度t01相等(t01＝t02)。 

因此，检测元件200的除了设置有气体导入部212的部分和设置有第一至第十通孔导体211a、211b、211c等的部分之外的所有部分呈对称结构，在该对称结构中，在将感测部250的第一和第二固体电解质层215和223置于保护部260与加热器部270之间的状态下相互堆叠保护部260的保护主体层211与加热器部270的第一和第二加热器绝缘层227与231。 

接着，说明检测元件200的制造方法。此外，为了方便起见，将用相同的附图标记说明烧结后的构件和与烧结后的构件对应的未烧结构件(参照图2)。 

首先，通过湿混和来分散第一原料粉末和增塑剂而制备浆料，其中，该第一原料粉末含有97重量％的量的氧化铝粉末和作为烧结调节剂的3重量％的量的二氧化硅，并且该增塑剂包含丁醛树脂和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)。在利用刮刀装置由片成形方法使浆料成形为片之后，将该片状材料切割成具有预定尺寸，从而分别形成与绝缘层219对应的未烧结绝缘层219、与保护主体层211对应的未烧结保护主体层211、与第一加热器绝缘层227对应的未烧结第一加热器绝缘层227以及与第二加热器绝缘层231对应的未烧结第二加热器绝缘层231。此外，在未烧结绝缘层219中形成气体检测室219d。此外，在未烧结保护主体层211中形成开口211d。 

此外，通过湿混和来分散第二原料粉末和增塑剂而制备第二浆料，其中，该第二原料粉末含有63重量％的量的氧化铝粉 末、作为烧结调节剂的3重量％的量的二氧化硅、和34重量％的量的碳粉末，并且该增塑剂包含丁醛树脂和DBP。由该浆料制备与气体导入部212对应的未烧结气体导入部212。 

此外，通过湿混和来分散100重量％的量的氧化铝粉末以及含有丁醛树脂和DBP的增塑剂而制备第三浆料。由该浆料制备与扩散速率控制部220对应的未烧结扩散速率控制部220。 

另外，通过湿混和来分散第三原料粉末和增塑剂而制备第四浆料，其中，该第三原料粉末含有97重量％的量的氧化锆粉末和作为烧结调节剂的二氧化硅(SiO₂粉末和氧化铝粉末合计为3重量％的量)，并且该增塑剂含有丁醛树脂和DBP。利用该浆料形成与第一固体电解质层215对应的未烧结第一固体电解质层215和与第二固体电解质层223对应的未烧结第二固体电解质层223。 

如图2所示从下方顺次堆叠如下物质来形成未烧结堆叠体：未烧结第二加热器绝缘层231、与加热器元件229对应的未烧结加热器元件229、未烧结第一加热器绝缘层227、与第四电极225对应的未烧结第四电极225、未烧结第二固体电解质层223、与第三电极221对应的未烧结第三电极221、未烧结绝缘层219、与第二电极217对应的未烧结第二电极217、未烧结第一固体电解质层215、与第一电极213对应的未烧结第一电极213以及未烧结保护主体层211等。 

具体地，利用主要成分为铂的膏(paste)通过丝网印刷术(screen printing)在未烧结第二加热器绝缘层231上形成未烧结加热器元件229。在未烧结第二加热器绝缘层231和未烧结加热器元件229上堆叠未烧结第一加热器绝缘层227。 

另外，利用含有90重量％的量的铂和10重量％的量的氧化锆粉末的铂膏通过丝网印刷术在未烧结第二固体电解质层223 的一个表面上形成未烧结第四电极225。在未烧结第一加热器绝缘层227上堆叠带未烧结第四电极225的未烧结第二固体电解质层223，使得未烧结第四电极225被置于未烧结第一加热器绝缘层227和未烧结第二固体电解质层223之间。其后，利用含有90重量％的量的铂和10重量％的量的氧化锆粉末的铂膏通过丝网印刷术在未烧结第二固体电解质层223上形成未烧结第三电极221。 

接着，在未烧结第二固体电解质层223和未烧结第三电极221上堆叠未烧结绝缘层219和未烧结扩散速率控制部220。此外，在烧结之后将变成气体检测室219d的部分上印刷主要成分为碳的膏。 

此外，利用含有90重量％的量的铂和10重量％的量的氧化锆粉末的铂膏通过丝网印刷术在未烧结第一固体电解质层215的一个表面上形成未烧结第二电极217。在未烧结绝缘层219上堆叠带未烧结第二电极217的未烧结第一固体电解质层215，使得未烧结第二电极217被置于未烧结绝缘层219和未烧结第一固体电解质层215之间。其后，利用含有90重量％的量的铂和10重量％的量的氧化锆粉末的铂膏通过丝网印刷术在未烧结第一固体电解质层215上形成未烧结第一电极213。 

接着，在未烧结第一固体电解质层215和未烧结第一电极213上堆叠未烧结保护主体层211。在未烧结保护主体层211上预先形成与气体导入部212对应的未烧结气体导入部212。从而，形成了未烧结堆叠体。 

接着，在以1MPa对未烧结堆叠体加压并且使其压配合(pressure-fitted)之后，将该未烧结层叠体切割成预定尺寸。其后，从该未烧结堆叠体中除去树脂，进行将未烧结堆叠体保持在1500℃的烧结温度下一个小时的常规烧结，由此获得检测 元件200。 

其后，利用尖晶石粉末、钛和氧化铝溶胶的浆料在检测元件200的前端部201的周围形成与检测部保护层205对应的未烧结检测部保护层205。其后，在1000℃的烧结温度下对检测元件200进行三个小时的热处理，从而获得具有检测部保护层205的检测元件200。 

接着，说明气体传感器100的其它部分。带底的筒状金属杯状物131被布置在从检测元件200的主干部207的中央稍稍偏向前端侧的位置，使得检测元件200被插入到金属杯状物131中，并且检测元件200的检测部201从筒状底部131c的开口突出。金属杯状物131将检测元件200保持在金属壳110中，前端周缘部132呈直径朝向前端侧变小的锥状。在金属杯状物131中容纳氧化铝制的陶瓷环133和压缩滑石粉的第一滑石环135，使得检测元件200被插入到金属杯状物131中。在金属杯状物131中粉碎第一滑石环135，并且将第一滑石环135完全填充在金属杯状物131中，由此，检测元件200被定位和保持在金属杯状物131中。 

与金属杯状物131形成为一体的检测元件200被保持成使得检测元件的径向周边被筒状金属壳110围绕。金属壳110适于将气体传感器100安装固定到汽车的排气管，并且金属壳110由如SUS430等低碳钢制成。外螺纹部111形成在金属壳110的外周的前端侧，用于安装到排气管。此外，在外螺纹部111的更前端侧，环状前端固定部113突出，下面说明的保护件160被固定到该固定部113。 

另外，在金属壳110的外周的中央形成与安装工具接合的工具接合部117。此外，当金属壳110被安装到排气管时用于防止气体泄漏的垫圈119被插在工具接合部117和外螺纹部111之间。此外，在工具接合部117的基端侧形成基端固定部116，下面说 明的外筒151被固定到该基端固定部116。此外，在更基端侧，形成用于将检测元件200弯边(crimp)保持在金属壳110中的弯边部118。 

此外，在金属壳110的内周的前端侧形成直径朝向前端侧减小的锥状台阶部115。用于保持检测元件200的金属杯状物131的锥状前端周缘部132与台阶部115接合。此外，在检测元件200被插入到第二滑石环137的状态下将第二滑石环137布置在金属壳110内部的金属杯状物131的基端侧。筒状套筒141被装配在金属壳110中，并且从基端侧加压第二滑石环137。台阶状的肩部142形成在套筒141处。环状弯边填料143被布置在肩部142处。金属壳110的弯边部118被弯边，以朝向前端侧隔着弯边填料143加压套筒141的肩部142。 

在金属壳110中粉碎由套筒141加压的第二滑石环137并将该第二滑石环137完全填充在金属壳110中。借助于预先填充在金属杯状物131中的第二滑石环137和第一滑石环135将金属杯状物131和检测元件200定位和保持在金属壳110中。可以由夹在弯边部118和套筒141的肩部142之间的弯边填料143来保持金属壳110的气密性，从而防止了燃烧气体流出。 

在检测元件200中，检测元件的基端部209从作为金属壳110的基端部的弯边部118朝向基端侧突出，由绝缘陶瓷制成的筒状分隔件145覆盖基端部209。分隔件145在内部保持五个连接端子147(图1中仅示出了其中一个)，这些连接端子147与形成在检测元件200的基端部209的五个电极片235电连接。这些连接端子147与被引出到气体传感器100的外部的五根导线149(图1中仅示出了其中三根)电连接。分隔件145容纳连接端子147和导线149，同时使各连接部分彼此绝缘。 

外筒151被布置成围绕分隔件145的外周。外筒151由不锈钢 (在本实施例中是SUS304)制成，并且前端开口部152被布置在金属壳110的基端固定部116的径向外侧。使前端开口部152从外部弯边，绕外周激光焊接该前端开口部152，将该前端开口部152接合到基端固定部116。 

此外，金属制的筒状保持金属配件(fitting)153被布置在外筒151和分隔件145之间的间隙中。保持金属配件153具有通过使保持金属配件153的基端向内弯曲而构成的支撑部154。保持金属配件153通过使凸台部146与支撑部154接合来支撑分隔件145，该凸台部146设置在分隔件145的基端侧的外周。在该状态下，使布置保持金属配件153的部分处的外筒151从外部弯边，并且支撑分隔件145的保持金属配件153被固定到外筒151。 

另外，由氟基橡胶制成的密封圈155被装配在外筒151的基端侧开口。密封圈155具有五个插入孔156(图1中仅示出了其中一个)，并且将从分隔件145延伸的五根导线149气密性地插入到各自插入孔156中。在该状态下，在使密封圈155向前端侧按压分隔件145的状态下，使外筒151从密封圈155的外部弯边，并且将密封圈固定到外筒151。 

保持在金属壳110处的检测元件200具有从作为金属壳110的前端部的前端固定部113突出的检测部201。通过激光焊接将保护件160装配固定到前端固定部113，以保护检测元件200的检测部201不会由于排气中存在的沉着物(如燃料灰和油成分等毒性附着物质)而污损并且不会由于与水接触而破损。保护件160具有包括带底的筒状内侧保护件161和形成筒的外侧保护件171的双重结构，该外侧保护件171隔着气隙包围内侧保护件161的径向外周。 

内侧保护件161形成带底的筒状且在检测元件200的检测部201被布置在内侧保护件161的内部的状态下固定到金属壳110。 在内侧保护件161处，用于将排气从外部导入到内部的多个内侧导入孔167相对于检测元件200的前端200s被设置在更基端侧。内侧导入孔167沿轴线AX方向被划分成两段并且分别沿圆周方向并置。此外，在内侧保护件161的前端侧沿圆周方向并置设置向内切入和开口的多个(三个)排水孔166。这些排水孔166相对于检测元件200的前端200s位于更前端侧。另外，用于向外排出排气和水的排出孔164形成在内侧保护件161的底壁的中央。 

另一方面，外侧保护件171被固定到金属壳110，从而隔着气隙包围内侧保护件161的径向外周。使外侧保护件171的前端部172朝向内侧保护件161向内弯曲。因此，内侧保护件161和外侧保护件171之间的气隙在前端侧处被闭塞。此外，在外侧保护件171的相对于检测元件200的前端200s的更前端侧的预定位置沿圆周方向并置形成多个(八个)外侧导入孔177，这些外侧导入孔177用于将排气从外侧保护件171的外部导入到外侧保护件171的内部。向内延伸的板状引导体178被设置在各自的外侧导入孔177中。因此，经由外侧导入孔177从外部导入到内部的排气产生了回旋流，这样，排气在外侧保护件171和内侧保护件161之间的气隙内沿轴线AX的圆周方向回旋。 

如上所述制造气体传感器100。也就是说，将由上述方法制造的检测元件200插入到金属杯状物131中，然后用陶瓷环133和第一滑石环135固定该检测元件200，从而形成组件。接着，将该组件插入到接合了保护件160的金属壳110中，然后插入第二滑石环137、套筒141和弯边填料143，并且使金属壳110的弯边部118弯边，从而形成下部组件。另一方面，组装外筒151、分隔件141和密封圈155等，从而形成上部组件。将下部组件和上部组件彼此安装以完成气体传感器100。 

如上所述，在实施例1中，保护主体层211、第一和第二加 热器绝缘层227和231由相同的主要成分(在本实施例中为氧化铝)形成，且它们的厚度被制成彼此基本上相等(在本实施例中是相等的厚度，即t1＝t2)。采用保护主体层211、第一和第二加热器绝缘层227和231在厚度方向上以第一和第二固体电解质层215和223为中心重叠对称的对称结构。因此，由烧结收缩率的差异导致的应力在以第一和第二固体电解质层215和223为中心的厚度方向上几乎均匀(对称)。因此，几乎不产生翘曲，并且可以防止整个元件翘曲。因此，当将其它构件安装到检测元件200时，检测元件200几乎不产生破裂或破损。从而，提高了用于制造气体传感器100的组装性能，且可以提供高可靠性的气体传感器100。 

另外，在实施例1中，沿与检测元件200的各层的堆叠方向正交的方向在整个检测元件200上分别布置感测部250、保护部260和加热器部270。也就是说，感测部250、保护部260和加热器部270在检测元件200的所有部分都相互重叠。这样，可以在宽范围上形成重叠结构，其中，感测部250、保护部260的保护主体层211以及加热器部270的第一和第二加热器绝缘层227和231这三个构件相互重叠。具体地，在实施例1中，检测元件200的除了设置气体导入部212的部分以及设置第一至第十通孔导体211a、211b、211c等的部分之外的所有部分都形成对称结构。因此，当烧结检测元件200时几乎不产生翘曲，并且可以提供具有更高可靠性的气体传感器100。 

此外，在实施例1中，使构成感测部250的第一固体电解质层215和第二固体电解质层223具有相同的厚度(在本实施例中是相同的厚度，即t01＝t02)。因此，当烧结时，可以使第一固体电解质层215与保护部260的保护主体层211之间产生的应力等于第二固体电解质层223与加热器部270的第一和第二加热器 绝缘层227、231之间产生的应力。因此，即使考虑到这一点，当烧结时，在检测元件200中也几乎不产生翘曲。此外，当将其它构件安装到检测元件200时，检测元件200也几乎不产生破裂和破损，可以提高制造气体传感器100时的组装性能，且可以提供高可靠性的气体传感器100。 

另外，由于第一和第二固体电解质层215和223采用氧化锆作为主要成分，因此，可以提供特定气体成分的良好检测性能。另一方面，由于保护主体层211与第一和第二加热器绝缘层227、231采用氧化铝作为主要成分，因此，可以提高检测元件200的抗高温的耐久性。 

实施例2

接着，说明实施例2。图5是构成根据本发明的以上方面的气体传感器300的检测元件400的分解立体图。此外，图6和图7是分别示出检测元件400的前端侧部分和基端侧的剖视图。在根据本实施例的气体传感器300中，检测元件400的模式与根据实施例1的气体传感器100的检测元件200的模式不同。其它特征与上述实施例1中的基本上类似。省略或简化与实施例1的部分类似的部分的说明。 

通过同时烧结含有不同的主要成分的相互堆叠的多个层而形成根据实施例2的检测元件400，且该检测元件400具有沿轴线AX方向延伸的板状(即板带)。检测元件400包括感测部450、保护部460和加热器部470。在感测部450的一个主表面(第一表面450a)上堆叠保护部460，在感测部450的另一个主表面(第二表面450b)上堆叠加热器部470。此外，感测部450对应于根据本发明的以上方面的感测部。保护部460对应于根据本发明的以上方面的第一部分，加热器部470对应于根据本发明的以上方面的第二部分。

首先，说明感测部450。感测部450包括构成氧气浓差电池的致密固体电解质层415以及第一电极413和第二电极417，第一电极413和第二电极417形成在固体电解质层415的两个表面上。固体电解质层415包括部分稳定氧化锆烧结体，该部分稳定氧化锆烧结体的主要成分为氧化锆并且还含有添加的氧化钇或氧化钙作为稳定剂。固体电解质层415的厚度t3(参照图6)为0.5mm，且第一通孔导体415a形成在固体电解质层415的基端侧的预定位置处，贯通固体电解质层415。 

第一电极413采用铂作为主要成分并且包括：第一电极部413a，其形成在第一电极413的前端侧的预定位置处，并且在俯视图中呈矩形；以及第一引线部413b，其从第一电极部413a向基端侧延伸。第一引线部413b被电连接到设在下面说明的保护主体层411的基端的第三通孔导体411b。 

第二电极417采用铂作为主要成分并且包括：第二电极部417a，其形成在第二电极417的前端侧的预定位置处，并且在俯视图中呈矩形；以及第二引线部417b，其从第二电极部417a向基端侧延伸。第二引线部417b被电连接到设在固体电解质层415的基端的第一通孔导体415a。 

接着，说明保护部460。保护部460具有单一的致密保护主体层(第一基层)411。保护主体层411由主要成分为氧化铝的材料制成。保护主体层411的厚度t4(参照图6)、即保护部460的厚度t4为0.5mm。另外，在保护主体层411处，贯通保护主体层411且在俯视图中呈矩形的开口411d被设置在与第一电极部413a对应的位置。主要成分为氧化铝的多孔质气体导入部412被设置在开口411d中以闭塞开口411d。 

此外，在保护主体层411的表面的基端侧的预定位置处沿宽度方向并置布置两个电极片435。此外，第二通孔导体411a和第 三通孔导体411b形成在保护主体层411的基端侧的预定位置处，贯通保护主体层411。第二通孔导体411a被电连接到其中一个电极片435，且被电连接到设在固体电解质层415的第一通孔导体415a。另外，第三通孔导体411b被电连接到另一个电极片435，且被电连接到第一电极413的第一引线部413b。 

接着，说明加热器部470。加热器部470包括具有电绝缘性的致密第一加热器绝缘层427(第二基层)、具有电绝缘性的致密第二加热器绝缘层431(第二基层)以及通过通电而发热的加热器元件429。第一加热器绝缘层427由主要成分为氧化铝的材料形成并且被堆叠在感测部450的第二表面450b上。此外，第二加热器绝缘层431由主要成分为氧化铝的材料形成。由于第一加热器绝缘层427和第二加热器绝缘层431均具有0.25mm的厚度，因此，加热器绝缘层427和431的总厚度t5(参照图6)、即加热器部470的厚度t5为0.5mm。因此，第一和第二加热器绝缘层427和431的总厚度t5(加热器部470的厚度t5)与保护主体层411的厚度t4(保护部460的厚度t4)相等。即，t4＝t5。 

此外，第四通孔导体431a和第五通孔导体431b形成在第二加热器绝缘层431的基端侧的预定位置处，贯通第二加热器绝缘层431。此外，在第二加热器绝缘层431的基端侧的预定位置处沿宽度方向并置布置两个电极片435。一个电极片435被电连接到第四通孔导体431a，且另一个电极片435被电连接到第五通孔导体431b。 

加热器元件429包括布置在前端侧的预定位置处的Z字状或梳子状(曲折状)加热器部429a、从加热器部429a的一端向基端侧延伸的第一加热器引线部429b以及从加热器部429a的另一端向基端侧延伸的第二加热器引线部429c。第一加热器引线部429b被电连接到设在第二加热器绝缘层431的基端侧的第四 通孔导体431a。此外，第二加热器引线部429c被电连接到设在第二加热器绝缘层431的基端侧的第五通孔导体431b。 

从而，根据实施例2的检测元件400采用氧化锆作为主要成分并且包括具有用作检测特定气体成分的固体电解质层415的感测部450。此外，在感测部450的第一表面450a上堆叠保护部460，该保护部460具有致密保护主体层411且其主要成分与固体电解质层415的主要成分不同(在本实施例中，使用氧化铝作为主要成分)。另外，在感测部450的第二表面450b上堆叠加热器部470，该加热器部470具有致密第一和第二加热器绝缘层427和431且其主要成分与保护主体层411的主要成分相同(在本实施例中，使用氧化铝作为主要成分)。 

此外，第一和第二加热器绝缘层427和431的总厚度t5不小于保护主体层411的厚度t4的80％但不大于保护主体层411的厚度t4的120％。在本实施例中，第一和第二加热器绝缘层427和431的总厚度t5与保护主体层411的厚度t4相等(即t4＝t5)。 

因此，检测元件400的除了设置气体导入部412的部分和设置第一至第五通孔导体411a、411b等的部分之外的所有部分都呈对称结构。也就是说，提供感测部450、保护部460的保护主体层411以及加热器部470的第一和第二加热器绝缘层427和431这三个构件在厚度方向上重叠对称的对称结构。 

接着，说明检测元件400的制造方法。此外，为了方便起见，将用相同的附图标记说明烧结后构件和与烧结后构件对应的未烧结构件(参照图5)。 

首先，通过湿混和来分散第一原料粉末和增塑剂而制备浆料，其中，该第一原料粉末含有97重量％的量的氧化铝粉末和作为烧结调节剂的3重量％的量的二氧化硅，并且该增塑剂包含丁醛树脂和DBP。由该浆料分别形成与保护主体层411对应的未 烧结保护主体层411、与第一加热器绝缘层427对应的未烧结第一加热器绝缘层427以及与第二加热器绝缘层431对应的未烧结第二加热器绝缘层431。此外，在未烧结保护主体层411中形成开口411d。 

此外，通过湿混和来分散第二原料粉末和增塑剂而制备第二浆料，其中，该第二原料粉末含有63重量％的量的氧化铝粉末、作为烧结调节剂的3重量％的量的二氧化硅和34重量％的量的碳粉末，并且该增塑剂包含丁醛树脂和DBP。由该浆料制备与气体导入部412对应的未烧结气体导入部412。 

另外，通过湿混和来分散第三原料粉末和增塑剂而制备第三浆料，其中，该第三原料粉末含有97重量％的量的氧化锆粉末和作为烧结调节剂的二氧化硅(SiO₂粉末和氧化铝粉末合计为3重量％的量)，并且该增塑剂含有丁醛树脂和DBP。由该浆料形成与固体电解质层415对应的未烧结固体电解质层415。 

如图5所示从下方顺次堆叠如下物质来制备未烧结堆叠体：未烧结第二加热器绝缘层431、与加热器元件429对应的未烧结加热器元件429、未烧结第一加热器绝缘层427、与第二电极417对应的未烧结第二电极417、未烧结固体电解质层415、与第一电极413对应的未烧结第一电极413以及未烧结保护主体层411等。 

具体地，利用主要成分为铂的膏通过丝网印刷术在未烧结第二加热器绝缘层431上形成未烧结加热器元件429。在未烧结第二加热器绝缘层431和未烧结加热器元件429上堆叠未烧结第一加热器绝缘层427。 

此外，利用含有90重量％的量的铂和10重量％的量的氧化锆的铂膏通过丝网印刷术在未烧结固体电解质层415上形成未烧结第二电极417。在未烧结第一加热器绝缘层427上堆叠带未 烧结第二电极417的未烧结固体电解质层415，使得未烧结第二电极417被置于未烧结第一加热器绝缘层427和未烧结固体电解质层415之间。其后，利用含有90重量％的量的铂和10重量％的量的氧化锆的铂膏通过丝网印刷术在未烧结固体电解质层415上形成未烧结第一电极413。 

接着，在未烧结固体电解质层415和未烧结第一电极413上堆叠未烧结保护层411。在未烧结保护主体层411中预先形成与气体导入部412对应的未烧结气体导入部412。从而，形成未烧结堆叠体。 

接着，在以1MPa对未烧结堆叠体加压并且使其压配合之后，将该未烧结层叠体切割成预定尺寸。其后，从该未烧结堆叠体中除去树脂，进行将未烧结堆叠体保持在1500℃的烧结温度下一个小时的常规烧结，由此获得检测元件400。 

其后，利用尖晶石粉末、钛和氧化铝溶胶的浆料在检测元件400的前端侧的周围形成与检测部保护层(未示出)对应的未烧结检测部保护层。其后，在1000℃的烧结温度下对检测元件400进行三个小时的热处理，从而获得具有检测部保护层的检测元件400。 

此外，在根据实施例2的检测元件400中，电极片435的数量(4个)与根据实施例1的检测元件200的电极片235的数量(5个)不同。因此，构成气体传感器300的与电极片435有关的构件例如连接端子147、导线149、分隔件145等(参照图1)的数量和模式取决于电极片435的数量而不同。 

如上所述，在实施例2中，保护主体层411以及第一和第二加热器绝缘层427和431由相同的主要成分形成(在本实施例中是氧化铝)，且它们的厚度被制成彼此基本上相等(在本实施例中是相同的厚度，即t4＝t5)。此外，采用保护主体层411、第一 和第二加热器绝缘层427和431在厚度方向上以固体电解质层415为中心重叠对称的对称结构。因此，由烧结收缩率的差异导致的应力在厚度方向上以固体电解质层415为中心几乎均匀(对称)，几乎不产生翘曲，并且可以防止整个元件翘曲。因此，当将其它构件安装到检测元件400时，检测元件400几乎不产生破裂或破损。这样，提高了制造气体传感器300时的组装性能，且可以提供高可靠性的气体传感器300。 

此外，与实施例1的部分类似的部分可以产生与实施例1的作用和效果类似的作用和效果。 

实施例3

接着，说明实施例3。图8是示出根据实施例3的气体传感器500的检测元件600的分解立体图。此外，图9是示出检测元件600的前端侧部分的剖视图。在根据实施例3的气体传感器中，检测元件600的模式与根据实施例1的气体传感器100的检测元件200的模式不同。其它特征与上述实施例1中的基本上类似，省略或简化与实施例1的部分类似的部分的说明。 

通过同时烧结含有不同的主要成分的相互堆叠的多个层而形成根据实施例3的检测元件600，且该检测元件600具有沿轴线AX方向延伸的板状(即板带)。检测元件600包括感测部650、多孔质层612、遮蔽层610、导入孔形成层625以及加热器部670。在感测部650的一个主表面(第一表面650a)上堆叠多孔质层612和遮蔽层610，在感测部650的另一个主表面(第二表面650b)上堆叠导入孔形成层627和加热器部670。此外，遮蔽层610对应于本发明的以上方面的第三基层。 

首先，说明感测部650。感测部650包括构成氧气浓差电池的致密固体电解质层615以及第一电极613和第二电极617，第一电极613和第二电极617形成在固体电解质层615的两个表面上。 固体电解质层615包括部分稳定氧化锆烧结体，该部分稳定氧化锆烧结体的主要成分为氧化锆并且还含有添加的作为稳定剂的氧化钇或氧化钙。固体电解质层615的厚度t6(参照图9)为0.5mm，且第一通孔导体615a形成在固体电解质层615的预定位置处，贯通固体电解质层615。 

第一电极613含有铂作为主要成分并且包括：第一电极部613a，其形成在第一电极613的前端侧的预定位置处，且在俯视图中呈矩形；以及第一引线部613b，其从第一电极部613a向基端侧延伸。 

第二电极617含有铂作为主要成分并且包括：第二电极部617a，其形成在第二电极617的前端侧的预定位置处，且在俯视图中呈矩形；以及第二引线部617b，其从第二电极部617a向基端侧延伸。第二引线部617b被电连接到设在固体电解质层615的基端处的第一通孔导体615a。 

此外，一个电极片635布置在固体电解质层615的表面的基端侧的预定位置处。电极片635被连接到第一通孔导体615a且还被电连接到第二电极417的第二引线部417b。 

接着，说明多孔质层612。多孔质层612被布置在与第一电极部613a对应的位置处，且允许排气通过多孔质层612以使待测气体暴露于第一电极部613a。另外，多孔质层612由主要成分为氧化铝的材料制成。 

此外，遮蔽层610隔着多孔质层612堆叠在固体电解质层615上，且由主要成分为氧化铝的材料制成。保护主体层611的厚度t7(参照图9)为0.5mm。 

接着，说明导入孔形成层625。导入孔形成层625被设置在固体电解质层615的第二表面650b上。导入孔形成层625由主要成分为氧化铝的材料形成并且是具有电绝缘性的致密层。在与 第二电极部617a对应的位置朝向基端侧形成大气导入孔625a。因此，允许大气通过导入孔形成层625，使得大气接触第二电极部617a。 

接着，说明加热器部670。加热器部670包括具有电绝缘性的致密第一加热器绝缘层627(第四基层)、具有电绝缘性的致密第二加热器绝缘层631(第四基层)以及通过通电而发热并且置于第一加热器绝缘层627和第二加热器绝缘层631之间的加热器元件629。第一加热器绝缘层627由主要成分为氧化铝的材料形成并且堆叠在感测部650的第二表面650b上。此外，第二加热器绝缘层631由主要成分为氧化铝的材料形成。由于第一加热器绝缘层627和第二加热器绝缘层631均具有0.25mm的厚度，因此，作为加热器绝缘层627和631的总厚度的厚度t8(参照图9)是0.5mm。因此，第一和第二加热器绝缘层627和631的总厚度t8与遮蔽层611的厚度t7相等(即t7＝t8)。 

此外，第二通孔导体631a和第三通孔导体631b形成在第二加热器绝缘层631的基端侧的预定位置处，贯通第二加热器绝缘层631。此外，在第二加热器绝缘层631的基端侧的预定位置处沿宽度方向并置布置两个电极片635。一个电极片635被电连接到第二通孔导体631a，另一个电极片635被电连接到第三通孔导体631b。 

加热器元件629包括布置在前端侧的预定位置处的Z字状或梳子状(曲折状)加热器部629a、从加热器部629a的一端向基端侧延伸的第一加热器引线部629b以及从加热器部629a的另一端向基端侧延伸的第二加热器引线部629c。第一加热器引线部629b被电连接到设在第二加热器绝缘层631的基端侧的第二通孔导体631a。此外，第二加热器引线部629c被电连接到设在第二加热器绝缘层631的基端侧的第三通孔导体631b。

从而，根据实施例3的检测元件600采用氧化锆作为主要成分且包括具有用作检测特定气体成分的固体电解质层615的感测部650。此外，在感测部650的第一表面650a上堆叠多孔质层612和致密遮蔽层610，该多孔质层612能够使待测气体暴露于感测部650，该遮蔽层610的主要成分不同于固体电解质层615的主要成分(在本实施例中，氧化铝用作主要成分)。此外，在感测部650的第二表面650b上堆叠导入孔形成层625以及第一加热器绝缘层627和第二加热器绝缘层631，该导入孔形成层625具有能够使大气暴露于感测部650的大气导入孔625a，第一加热器绝缘层627和第二加热器绝缘层631由主要成分不同于固体电解质层615的主要成分的致密材料制成。 

此外，第一和第二加热器绝缘层627和631的总厚度t8不小于遮蔽层611的厚度t7的80％但不大于遮蔽层611的厚度t7的120％。在本实施例中，第一和第二加热器绝缘层627和631的总厚度t8与遮蔽层611的厚度t7相等(即t7＝t8)。因此，提供感测部650、遮蔽层611以及第一和第二加热器绝缘层627和631这三个构件在厚度方向上重叠对称的对称结构。 

接着，说明检测元件600的制造方法。此外，为了方便起见，将用相同的附图标记表示烧结后构件和与烧结后构件对应的未烧结构件(参照图8)。 

首先，通过湿混和来分散第一原料粉末和增塑剂而制备浆料，其中，该第一原料粉末含有97重量％的量的氧化铝粉末和作为烧结调节剂的3重量％的量的二氧化硅，并且该增塑剂包含丁醛树脂和DBP。利用该浆料分别形成与遮蔽层610对应的未烧结遮蔽层610、与导入孔形成层625对应的未烧结导入孔形成层625、与第一加热器绝缘层627对应的未烧结第一加热器绝缘层627以及与第二加热器绝缘层631对应的未烧结第二加热器绝缘 层631。 

此外，通过湿混和来分散第二原料粉末和增塑剂而制备第二浆料，其中，该第二原料粉末含有63重量％的量的氧化铝粉末、作为烧结调节剂的3重量％的量的二氧化硅和34重量％的量的碳粉末，并且该增塑剂包含丁醛树脂和DBP。利用该浆料制备与多孔质层612对应的未烧结多孔质层612。 

此外，通过湿混和来分散第三原料粉末和增塑剂而制备第三浆料，其中，该第三原料粉末含有97重量％的量的氧化锆粉末和二氧化硅(SiO₂粉末和氧化铝粉末合计为3重量％的量)，并且该增塑剂含有丁醛树脂和DBP。利用该浆料形成与固体电解质层615对应的未烧结固体电解质层615。 

如图8所示从下方顺次堆叠如下物质来制备未烧结堆叠体：未烧结第二加热器绝缘层631、与加热器元件629对应的未烧结加热器元件629、未烧结第一加热器绝缘层627、未烧结导入孔形成层625、与第二电极617对应的未烧结第二电极617、未烧结固体电解质层615、与第一电极613对应的未烧结第一电极613、未烧结多孔质层612以及未烧结遮蔽层610等。 

具体地，利用主要成分为铂的膏通过丝网印刷术在未烧结第二加热器绝缘层631上形成未烧结加热器元件629。在未烧结第二加热器绝缘层631和未烧结加热器元件629上堆叠未烧结第一加热器绝缘层627和未烧结导入孔形成层625。 

此外，利用含有90重量％的量的铂和10重量％的量的氧化锆粉末的铂膏通过丝网印刷术在未烧结固体电解质层615上形成未烧结第二电极617。在未烧结导入孔形成层625上堆叠带未烧结第二电极617的未烧结固体电解质层615，使得未烧结第二电极617被置于未烧结导入孔形成层625和未烧结固体电解质层615之间。其后，利用含有90重量％的量的铂和10重量％的量的 氧化锆粉末的铂膏通过丝网印刷术在未烧结固体电解质层615上形成未烧结第一电极613。 

接着，在未烧结固体电解质层615和未烧结第一电极613上堆叠未烧结多孔质层612和未烧结遮蔽层610。从而，形成未烧结堆叠体。 

接着，在以1MPa对未烧结堆叠体加压且使其压配合之后，将该未烧结层叠体切割成预定尺寸。其后，从该未烧结堆叠体中除去树脂，进行将未烧结堆叠体保持在1500℃的烧结温度下一个小时的常规烧结，由此获得检测元件600。 

其后，利用尖晶石粉末、钛和氧化铝溶胶的浆料在检测元件600的前端部分的周围形成与检测部保护层(未示出)对应的未烧结检测部保护层。其后，在1000℃的烧结温度下对检测元件600进行三个小时的热处理，从而获得具有检测部保护层的检测元件600。 

如上所述，在实施例3中，遮蔽层610、第一和第二加热器绝缘层627和631由相同的主要成分形成且被制成具有基本上相等的厚度。检测元件的至少一部分在重叠遮蔽层610、第一和第二加热器绝缘层627和631的堆叠方向上具有以感测部650为中心的对称结构。因此，由烧结收缩率的差异导致的应力在堆叠方向上以固体电解质层615为中心几乎均匀(对称)，几乎不产生翘曲，并且可以防止整个元件翘曲。特别地，可以防止检测元件600由于烧结时由烧结收缩率的差异产生的应力导致的破裂，否则在感测部650的两个表面处具有多孔质层612和大气导入孔625的结构中易于发生该破裂。因此，当烧结检测元件600时或将其它构件安装到检测元件600时，检测元件600几乎不产生破裂或破损。此外，可以提高用于制造气体传感器500的组装性能，可以提供高可靠性的气体传感器500。

此外，与实施例1的部分类似的部分可以产生与实施例1的作用和效果类似的作用和效果。 

顺便提及，在上述实施例中，第一基层、第二基层、第三基层和第四基层中的每一方均由致密材料形成。该致密材料被限定为例如具有2％以下的孔隙率的材料。用于测量孔隙率的方法的例子包括：水平(沿层的主面)研磨待测量的层；以5000倍的倍率分析研磨面的SEM(扫描电子显微照片)图像；并且基于分析结果算出孔隙率。 

在上述说明中，根据各实施例说明了本发明。然而，本发明不限于上述实施例1至3，当然，可以对如上所述示出的本发明进行各种形式上和细节上的修改。这些修改包含在所附权利要求书限定的精神和范围内。 

例如，在实施例1和2中，沿与检测元件200和400的各层的堆叠方向正交的方向在检测元件200和400上分别整个布置感测部250、450以及保护部260、460和加热器部270、470。然而，可采用以下模式：沿与检测元件200和400的各层的堆叠方向正交的方向仅布置这些部件的一部分。例如，可以在沿与检测元件200和400的各层的堆叠方向正交的方向整个布置感测部250、450以及加热器部270、470的同时沿与检测元件200和400的各层的堆叠方向正交的方向仅布置保护元件260、460的一部分。此外，在这些情况下，通过在至少一部分层叠结构处提供部分对称结构，可以防止检测元件的该至少一部分在烧结时翘曲。 

另外，在实施例1至3中，示出了宽量程空燃比传感器作为气体传感器100、300和500。然而，本发明可适用于氧气传感器、NO_X传感器、碳氢化物传感器等。 

本申请基于2007年11月6日提交的日本专利申请No.2007-288932，该日本专利申请的全部内容通过引用包含于此。

Claims (9)

1.一种气体传感器，其包括：

板状检测元件，其被构造成检测待测气体中所含有的特定气体成分，所述检测元件具有层叠结构并且包括：

感测部，其被构造成检测所述特定气体成分且具有第一表面以及与所述第一表面相反的第二表面，所述感测部包括含有第一材料作为主要成分的一个以上的固体电解质层；

第一部分，其堆叠在所述感测部的所述第一表面上且包括含有不同于所述第一材料的第二材料作为主要成分的一个以上的第一基层；以及

第二部分，其堆叠在所述感测部的所述第二表面上且包括含有所述第二材料作为主要成分的一个以上的第二基层，

其中，所述一个以上的第二基层的沿所述感测部、所述第一部分和所述第二部分的堆叠方向的总厚度不小于所述一个以上的第一基层的总厚度的80％但不大于所述一个以上的第一基层的总厚度的120％，

所述第一部分和所述第二部分堆叠在所述一个以上的固体电解质层上。

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，在所述检测元件的至少一部分，所述第一部分的所述一个以上的第一基层和所述第二部分的所述一个以上的第二基层在所述堆叠方向上关于所述感测部对称布置。

3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，所述感测部、所述第一部分和所述第二部分中的每一方沿与所述堆叠方向正交的方向在所述检测元件的整个区域上延伸。

4.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，所述第二部分包括被构造成通过通电而发热的被埋设的加热器元件。

5.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，所述感测部包括：第一固体电解质层，其具有限定所述第一表面的表面；以及第二固体电解质层，其具有限定所述第二表面的表面，

其中，所述第二固体电解质层的厚度不小于所述第一固体电解质层的厚度的80％但不大于所述第一固体电解质层的厚度的120％。

6.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，所述第一材料为氧化锆，所述第二材料为氧化铝。

7.一种气体传感器，其包括：

检测元件，其被构造成检测待测气体中所含有的特定气体成分，所述检测元件具有层叠结构并且包括：

感测部，其被构造成检测所述特定气体成分且具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述感测部包括含有第一材料作为主要成分的一个以上的固体电解质层；

多孔质层，其堆叠在所述感测部的所述第一表面上且被构造成使所述待测气体暴露于所述感测部；

第三基层，其沿堆叠方向在与所述感测部相反的一侧堆叠在所述多孔质层上且含有不同于所述第一材料的第二材料作为主要成分；

导入孔形成层，其堆叠在所述感测部的所述第二表面上且具有被构造成使所述感测部暴露于大气的大气导入孔；以及

第四基层，其沿堆叠方向在与所述感测部相反的一侧堆叠在所述导入孔形成层上且含有不同于所述第一材料的第三材料作为主要成分；

其中，所述第四基层的沿所述感测部、所述多孔质层、所述第三基层、所述导入孔形成层和所述第四基层的堆叠方向的总厚度不小于所述第三基层的总厚度的80％但不大于所述第三基层的总厚度的120％。

8.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，在所述检测元件的至少一部分，所述第三基层和所述第四基层在所述堆叠方向上关于所述感测部对称布置。

9.根据权利要求7或8所述的气体传感器，其特征在于，所述第四基层包括被构造成通过通电而发热的被埋设的加热器元件。

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