JP2001124723A - ヒータ付き酸素センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造時にヒータと酸素濃淡電池素子との間に
応力が残留しにくく、反りや剥離、さらにはジルコニア
固体電解質層への亀裂等の発生が防止されるヒータ付き
酸素センサと、その製造方法を提供する。 【解決手段】 ヒータ付き酸素センサにおいてヒータ２
２は、抵抗発熱パターン２３を覆う多孔質アルミナ製の
絶縁層２４と、ジルコニア系固体電解質で構成されて絶
縁層２４を両側から挟むヒータ本体層２８，２９とから
構成され、かつ絶縁層２４を取り囲むジルコニア系固体
電解質製の結合層１９を一部区間で途切れさせて、絶縁
層２４の露出部４０をヒータ２２の側面に形成した。焼
成時において絶縁層部分に含まれていた有機添加物や不
純物等が蒸発あるいは分解して発生するガスが露出部４
０から効率よく放出され、素子内部に溜まりにくくなる
ので、得られる素子２に膨れや亀裂等の欠陥が発生しに
くくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータ付き酸素セ
ンサとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車エンジン等の内燃機関にお
いて、その空燃比制御等に使用するための各種酸素セン
サが開発されている。このような酸素センサの一形態と
して、セラミックグリーンシートに厚膜印刷法にて電極
パターンを形成した酸素濃淡電池素子成形体と、同じく
セラミックグリーンシートに厚膜印刷法にて抵抗発熱パ
ターンを形成したヒータ成形体とを積層し、一体焼成す
る積層型検出素子を用いるものが知られている。一般
に、酸素濃淡電池素子はジルコニア系固体電解質セラミ
ックで構成される。他方、セラミックヒータの基材とし
ては、絶縁性と高温耐久性とに優れていることから、ア
ルミナを使用することが望ましいが、ジルコニア固体電
解質との間の熱膨張係数が大幅に異なることから、積層
型検出素子用のヒータ基材としてそのまま使用した場
合、焼成後の冷却時において検出素子に反りや曲がりが
生じたり、酸素濃淡電池素子との間に層間剥離等の欠陥
が生じやすくなる問題がある。

【０００３】そこで、この問題を解決するために、絶縁
確保のために抵抗発熱パターンの周囲のみを薄く覆うア
ルミナ絶縁層を設け、その上下を酸素濃淡電池素子と同
様のジルコニア固体電解質からなるヒータ本体層でサン
ドイッチした構造のヒータを使用することが、ドイツ特
許公開公報ＤＥ４３４３０８９Ａ１に開示されている。
また、アルミナ絶縁層とヒータ本体層との界面が素子表
面に開放していると、クラックや層間剥離の起点になり
やすいことから、上記公報には、上下のヒータ本体層の
対向面外縁同士を結合するジルコニア製の結合層を形成
し、間のアルミナ絶縁層の周囲をその結合層にて完全に
取り囲む構成も開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記検
出素子の構成では焼成の際に、次のような不具合が生ず
る心配がある。すなわち、ヒータの積層成形体を焼成す
る際に、これに含有される結合剤、分散剤、溶媒等の有
機添加剤等が蒸発しようとするが、有機添加剤等の蒸発
は成形体の表面付近から開始するので、内部に位置する
アルミナ絶縁層の周囲がジルコニア結合層により完全に
囲まれていると、アルミナ絶縁層からの有機添加剤等の
放出がジルコニア結合層によって妨げられることがあ
る。その結果、密封されたガスにより内圧が上昇して絶
縁層の近傍で膨れや亀裂等が発生し、歩留まり低下を招
来しやすくなる。

【０００５】本発明の課題は、固体電解質層と絶縁層と
の多層構造にてヒータを構成することにより反り等の不
具合を生じにくく、しかも抵抗発熱パターン周囲の絶縁
層近傍での膨れや亀裂等が発生しにくく、高歩留まりで
製造できるヒータ付き酸素センサと、その製造方法とを
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記課題
を解決するために、本発明のヒータ付き酸素センサは、
主体金具の内側に測定対象となるガス中の被検出成分を
検出する検出素子が配置され、該検出素子は、ジルコニ
アを主成分とする酸素イオン伝導性固体電解質（以下、
ジルコニア系固体電解質ともいう）で構成された素子本
体層の一方の面に測定電極を、他方の面に基準電極を形
成した板状の酸素濃淡電池素子と、その酸素濃淡電池素
子の基準電極側に積層一体化される板状のセラミックヒ
ータとを備え、セラミックヒータは、その板厚方向中間
部において該セラミックヒータの板面方向に沿って形成
される抵抗発熱体パターンと、その抵抗発熱体パターン
を埋設する絶縁体を主成分とする絶縁層と、その絶縁層
を板厚方向に挟む形態にて配置され、ジルコニアを主成
分とする酸素イオン伝導性固体電解質で構成されたヒー
タ本体層とを有し、絶縁層の外周縁は、その一部におい
てセラミックヒータの側面に露出する一方、残余部にお
いてはヒータ本体層によって覆われていることを特徴と
する。

【０００７】なお、絶縁層の外周縁の、前記周方向の残
余区間においては、周自身の外側において両ヒータ本体
層の対向面外縁部同士を互いに結合する結合層により、
側面への露出が阻止される構成とすることもできる。こ
の場合、結合層はヒータ本体層の一部とみなす。

【０００８】また、上記構成のヒータ付き酸素センサ
は、以下の本発明の方法により製造できる。酸素イオン
伝導性固体電解質の原料粉末により、素子本体層となる
べき未焼成素子本体成形体を板状に形成し、その両面に
測定電極及び基準電極となるべき未焼成電極パターン
を、それら電極の原料粉末を用いて形成することにより
酸素濃淡電池素子の未焼成体を作り、酸素イオン伝導性
固体電解質の原料粉末により、各々ヒータ本体層となる
べき未焼成ヒータ本体成形体をそれぞれ板状に形成し、
絶縁層となるべき未焼成絶縁層を絶縁性セラミックの原
料粉末により形成し、また抵抗発熱体パターンとなるべ
き未焼成発熱体パターンを該発熱体の原料粉末により、
未焼成ヒータ本体成形体の間に挟み込む形で形成し、さ
らに結合層となるべき未焼成結合層パターンにより、未
焼成絶縁層の周囲を取り囲み、かつ該未焼成絶縁層の周
縁の一部を側面に露出させる形態で形成することにより
セラミックヒータの未焼成体を作り、それら酸素濃淡電
池素子の未焼成体とセラミックヒータの未焼成体とを積
層・一体化することにより未焼成積層組立体となし、そ
の未焼成積層組立体を焼成することにより検出素子を得
る。

【０００９】上記構成のヒータ付き酸素センサを製造す
る際、絶縁層の外周縁が一部区間においてセラミックヒ
ータの側面に露出しているため、以下のような効果が達
成される。すなわち、ヒータ本体層の対向面外縁同士を
結合する結合層は、絶縁層の露出部形成により途切れ、
絶縁層の密封状態が解消される形となる。その結果、焼
成時において絶縁層部分に含まれていた有機添加物や不
純物等が蒸発あるいは分解して発生するガス（以下、こ
れらを総称して分解ガスという）は、上記結合層の途切
れ部を経て側面の露出部分から効率よく放出され、素子
内部に溜まりにくくなるので、得られる素子に膨れや亀
裂等が発生しにくくなる。

【００１０】また、セラミックヒータのヒータ本体層が
酸素濃淡電池素子と同様（ジルコニアを主成分としてい
れば、必ずしも完全に同一材質でなくともよい）のジル
コニア系固体電解質で構成されているので、セラミック
ヒータと酸素濃淡電池素子との間の熱膨張差及び熱収縮
差が縮小され、焼成・冷却時等において検出素子の反り
や曲がりが生じにくくなる。さらに、絶縁層の露出部を
除いて、これを挟むヒータ本体層の対向面外縁同士が結
合層により結合され、絶縁層とヒータ本体層との間の界
面が素子表面に開放しない形になっているので、ヒータ
と酸素濃淡電池素子との間の層間剥離が生じにくくな
る。よって、ヒータ付き酸素センサの構造として上記本
発明の構造を採用することにより、不良発生率を抑える
ことができ、ひいては製造歩留まりの大幅な向上に寄与
する。

【００１１】例えば未焼成絶縁層と未焼成ヒータ本体成
形体とは、それぞれ原料粉末に有機添加剤が配合された
混合物により形成されるが、原料粉末の種類（例えば材
質や粒度分布）が異なれば、有機添加剤の種類や配合量
の少なくともいずれかが、未焼成絶縁層と未焼成ヒータ
本体成形体との間で互いに相違することもありうる。こ
のような場合、絶縁層側の有機添加剤の方がヒータ本体
成形体側の有機添加剤よりも量が多かったり、あるいは
蒸発や分解が進行しにくかったりすると、分解ガス放出
が結合層により妨げられたときに不具合をより生じやす
くなる。従って、このような場合に、絶縁層に露出部を
形成する本発明の構成を採用することで、その効果を一
層有効に発揮させることができる。

【００１２】検出素子は、自動車用の酸素センサ等にお
いては、横長の軸状に形成されることも多い。このよう
な場合、セラミックヒータは横長形状に形成できる。ま
た、絶縁層の露出部は、該セラミックヒータの長手方向
における両端面の少なくとも一方に形成することができ
る。露出部においては、絶縁体とヒータ本体層との界面
が素子表面に開放する形となるが、その形成位置を横長
のヒータの短辺部分に相当する長手方向端面に限定する
ことで、絶縁体を挟む両ヒータ本体層の結合層を介した
結合状態が高められ、層間剥離等が一層起こりにくくな
る。

【００１３】セラミックヒータを横長形状に形成する場
合、その抵抗発熱部は、例えば酸素濃淡電池素子の先端
部に形成される検出部に対応して、長手方向のいずれか
一方の端部に形成されることが多い。この場合、その抵
抗発熱部を形成する抵抗発熱体パターンを、セラミック
ヒータの長手方向おける一方の端部側に形成することが
できる。この構成では、その抵抗発熱体パターンに通電
するためのリードパターンが、該抵抗発熱体パターンか
ら長手方向に沿って他方の端部側に至る形態で形成され
る形となる。この場合、絶縁層の露出部は、酸素濃淡電
池素子の検出部が位置して、高温の排気ガス、油、ある
いは水等の飛散にさらされやすい抵抗発熱体パターン側
の端面ではなく、これと反対側の端面（他方の端部側の
端面）にのみ形成することで、酸素センサ使用時におい
て露出部が高温排気ガス等によるアタックを受けにくく
なり、ヒータをより長寿命化できる。

【００１４】上述の絶縁層は、アルミナを主体とするア
ルミナ系多孔質セラミックにより構成することができ
る。これにより、素子の高温耐久性が向上するととも
に、多孔質であるために、素子製造の際に、焼成・冷却
によるヒータ本体層との間の熱収縮差を吸収することが
でき、素子の曲がりや層間剥離等の不具合が生じにくく
なる。また、多孔質セラミックからなる絶縁層を形成す
る場合、有機成形助剤や焼失粒子（高分子材料やカーボ
ン等で構成される）等の添加物を多く配合する形にな
る。すなわち、未焼成絶縁層は、未焼成ヒータ本体成形
体よりも有機成形助剤が多く配合される形となる。これ
に本発明の構成を適用することで、露出部形成により絶
縁層中の分解ガス放出を促進するという、本発明の効果
がより有効に発揮される。

【００１５】結合層は、ジルコニアを主体とする酸素イ
オン伝導性固体電解質により形成することができる。こ
の構成では、ヒータ本体層と結合層とが同様のジルコニ
ア系固体電解質により形成されるので、結合層を介した
ヒータ本体層の結合力が高められ、層間剥離等の欠陥が
一層生じにくくなる。

【００１６】セラミックヒータは酸素濃淡電池素子に対
し、第二絶縁層を介して接合することができる。この場
合、その第二絶縁層の外周縁が、周方向の一部区間にお
いて検出素子の側面に露出する一方、残余の区間におい
ては、自身の外側において酸素濃淡電池素子とヒータ本
体層との対向面外縁部同士を互いに結合する第二結合層
により、側面への露出が阻止されている構成とすること
ができる。第二絶縁層あるいは第二結合層は、前記した
絶縁層あるいは結合層と同様の構成を採用できる。第二
絶縁層にも露出部を設けることで、前記した絶縁層に形
成される露出部と全く同様の効果が、該第二絶縁層側に
おいても達成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に示す実施例を参照して説明する。図１には、この発
明のヒータ付き酸素センサの一実施例として、自動車等
の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１を示し
ている。この酸素センサ１はλ型酸素センサと通称され
るもので、細長い板状の検出素子２が主体金具３の内側
に固定された構造を有している。そして、該主体金具３
の外周面に形成された取付ねじ部３ａにより、先端側の
検出部Ｄが排気管内に位置するように取り付けられ、該
排気管内を流れる被測定ガスとしての高温の排気ガスに
晒される。検出素子２は方形状の軸断面を有し、図２
（ａ）の分解斜視図に示すように、それぞれ横長板状に
形成された酸素濃淡電池素子２０と、該酸素濃淡電池素
子２０を所定の活性化温度に加熱するセラミックヒータ
２２とにより構成されている。酸素濃淡電池素子２０は
ジルコニア系固体電解質により構成された素子本体層２
１を有する。

【００１８】一方、セラミックヒータ（以下、単にヒー
タともいう）２２は、高融点金属あるいは導電性セラミ
ックで構成された抵抗発熱体パターン２３をセラミック
基体中に埋設した構成を有する。具体的には、ヒータ２
２は、絶縁性セラミックとしてのアルミナを主体とする
アルミナ系多孔質セラミックにより、ヒータ２２の板厚
方向中間位置に形成された第一絶縁層（絶縁層）２４
と、その第一絶縁層２４中に埋設される形でセラミック
ヒータ２２の板面方向に沿って形成される抵抗発熱体パ
ターン２３と、第一絶縁層２４を厚さ方向両側から挟む
形で形成されるとともに、それぞれジルコニアを主成分
とする酸素イオン伝導性固体電解質で構成された第一ヒ
ータ本体層２８及び第二ヒータ本体層２９とを備えてい
る。また、ヒータ２２は、第一ヒータ本体層２８側にお
いて、アルミナ系多孔質セラミックにより構成される第
二絶縁層２７を介して、酸素濃淡電池素子２０の多孔質
電極２６側に接合されている。なお、多孔質セラミック
からなる第一絶縁層２４及び第二絶縁層２７は、素子製
造の焼成・冷却時に発生する絶縁層と各ジルコニア系固
体電解質層との間の熱収縮差を吸収する緩衝層としても
機能する。

【００１９】図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、セラ
ミックヒータ２２の第一絶縁層２４の外周縁は、該ヒー
タ２２の側面の周方向の一部区間、具体的にはヒータ２
２の長手方向において、抵抗発熱体パターン２３の形成
側と反対側の端面に露出して、露出部４０を形成してい
る。他方、第一絶縁層２４の外周縁は、上記側面周方向
の残余区間において、その外側に位置する両ヒータ本体
層２８，２９の対向面外縁部同士を互いに結合する結合
層１９により、側面への露出が阻止されている。この結
合層１９は、ヒータ本体層２８，２９と同様のジルコニ
ア系固体電解質にて構成されている。また、抵抗発熱体
パターン２３に通電するためのリード部２３ａ，２３ａ
は、図３（ｂ）に示すように、ヒータ２２の酸素濃淡電
池素子２０と対向しない側の板面末端、すなわち露出部
４０の側に形成された電極端子部７，７に、それぞれビ
ア２３ｂを介して接続されている。

【００２０】酸素濃淡電池素子２０において多孔質電極
２５，２６（２６は基準用電極）には、素子本体層２１
の長手方向に沿って酸素センサ１の取付基端側に向けて
延びる電極リード部２５ａ，２６ａがそれぞれ一体化さ
れている。このうち、ヒータ２２と対向しない側の電極
２５からの電極リード部２５ａは、その末端が電極端子
部７として使用される。一方、ヒータ２２に対向する側
の電極２６の電極リード部２６ａは、図３（ａ）に示す
ように、素子本体層２１を厚さ方向に横切るビア２６ｂ
により反対側の素子面に形成された電極端子部７と接続
されている。各電極２５，２６は、Ｐｔ又はＰｔ合金等
のペーストを用いてスクリーン印刷等によりパターン形
成し、これを焼成することにより得られる多孔質電極で
ある。

【００２１】図１に戻り、検出素子２は、主体金具３内
側の絶縁体４に挿通され、先端の検出部Ｄが主体金具３
の先端より突出した状態で、ガラス封着材層３２により
絶縁体４内に固定される。また、絶縁体４は、タルクリ
ング３６と加締めリング３７とを介して主体金具３の後
端部を加締めることにより固定されている。また、主体
金具３の先端外周にはプロテクトカバー６ａ，６ｂが取
り付けられている。また、外筒１８の末端部（図面上
部）はゴム製のグロメット１５でシールされ、酸素濃淡
電池素子２１及びヒータ２２に通じるリード線１４がこ
れを貫通して外部に延びている。

【００２２】以下、図１のヒータ付き酸素センサ１の検
出素子２（図２）の製造方法について図９を用いて説明
する。検出素子２を製造するために、図９に示すような
未焼成積層組立体３００を作製する。該未焼成積層組立
体３００は、主に、酸素濃淡電池素子２０を形成するた
めの第一部分２１０（酸素濃淡電池素子の未焼成体）
と、ヒータ２２を形成するための第二部分２１１とから
なる。

【００２３】まず、第一部分２１０は、ジルコニア粉末
を有機成形助剤とともに混練した生素地を用いて形成さ
れた、素子本体層２１となるべきジルコニアグリーンシ
ート２２０（未焼成素子本体成形体）を含んでいる。そ
のジルコニアグリーンシート２２０の両面の、電極２
５，２６（図２）の形成が予定された部分を除く領域
に、リード部２５ａ，２６ａと素子本体層２１との間を
絶縁するための絶縁コート２２１及び２２２が、有機成
形助剤を含むアルミナペースト等を用いて形成される。
それら絶縁コート２２１及び２２２を形成した後、電極
２５，２６及びリード部２５ａ，２６ａを形成するため
の電極パターン２２３及び２２４がＰｔペースト等によ
り印刷形成される。また、外側電極２５となる側の電極
パターン２２３の上には保護用のオーバーコート２２５
がアルミナペースト等により形成される。また、ジルコ
ニアグリーンシート２２０には貫通孔２２０ａが孔設さ
れており、ここに充填されたペーストに基づく導通部に
より、端子７とリード部２５ａ，２６ａとが導通するよ
うになっている。

【００２４】一方、第二部分２１１は、Ｐｔペーストに
より印刷形成されるヒータパターン２２９（未焼成発熱
体パターン）と、アルミナペーストによりこれを挟む形
で形成され、第一絶縁層２４となるべき未焼成絶縁層を
作るアルミナコート２２８，２３０とを含む。また、そ
の両側には、第一ヒータ本体層２８、第二ヒータ本体層
２９となるべきジルコニアグリーンシート２２７，２３
１（未焼成ヒータ本体成形体）が積層される。アルミナ
コート２２８，２３０は、ジルコニアグリーンシート２
２７，２３２の、露出部４０側の長手方向端縁を除く外
周縁部には施されず、結合層１９の形成代を作ってい
る。また、アルミナコート２２８，２３０の外側には、
ジルコニア固体電解質粉末を用いたペーストによる結合
層パターン２３１が形成される。この実施例では、アル
ミナコート２２８，２３０及びヒータパターン２２９の
各塗布層に対応して結合層パターン２３１をほぼ同厚さ
で３回に分けて塗布することにより、これらの塗布層２
２８〜２３０の合計厚さにほぼ等しい結合層パターン２
３１を形成している。なお、アルミナコート２２８，２
３０、ヒータパターン２２９及び結合層パターン２３１
の厚さは、その印刷塗布回数により調整できる。

【００２５】以上のように形成された第一部分２１０と
第二部分２１１との間に、端子２４３ａ，２４３ｂを挟
み込んだ形で、これらをアルミナペーストからなるアル
ミナコート２２６（未焼成第二絶縁層）を介して張り合
わせて、未焼成積層組立体３００が完成する。そして、
この未焼成積層組立体３００を一体焼成することで、図
２に示した検出素子２が得られる。

【００２６】周知の通り、セラミックグリーンシートや
アルミナペーストあるいはジルコニアペーストには、結
合剤、分散剤、溶媒等の有機添加剤や、焼結助剤等の蒸
発成分が少なからず含有されている。ここで、ヒータ２
２となる第二部分２１１において、結合層１９となる結
合層パターン２３１は基端部端面において途切れ、アル
ミナコート２２８，２３０が第二部分２１１の側面に露
出する形となっている（焼成後の露出部４０に対応する
ものである）。これにより絶縁層２４となるべきアルミ
ナコート２２８，２３０は、結合層パターン２３１及び
ジルコニアグリーンシート２２７，２３２による密封状
態が、上記の露出部において解消される。

【００２７】上記のような露出部の形成により、焼成時
において、絶縁層部分となるアルミナコート２２８，２
３０中の有機添加物や不純物等に基づく分解ガスの放出
が促進される。これにより、分解ガスが素子内部に溜ま
りにくくなり、得られるヒータ２２に膨れや亀裂あるい
は層間剥離等の欠陥が発生しにくくなる。特に、アルミ
ナコート２２８，２３０は、多孔質セラミック層を得る
ために有機添加剤の配合量が、ジルコニアグリーンシー
ト２２７，２３２や結合層パターン２３１よりも多く、
場合によっては高分子材料やカーボン等の焼失粒子（焼
成時に蒸発あるいは分解して焼失する粒子）が配合され
ることもあり、焼成時の分解ガスもそれらと比較して多
く発生する。しかしながら、絶縁層のパターンに上記の
露出部を形成することで、ガスの放出をスムーズに行う
ことができ、欠陥発生を効果的に抑制することができ
る。なお、結合層パターン２３１に代えて、枠状のジル
コニアグリーンシートを配置するようにしてもよい。

【００２８】図４〜図８に、絶縁層の露出部形成態様の
いくつかの変形例を示す。図４は、検出部Ｄ側において
第一絶縁層２４の露出部４０を形成した例であり、図５
は、検出部Ｄ側と基端部Ｆ側の両方に露出部４０を形成
した例である。一方、図６は基端部Ｆ側の端面において
第一絶縁層２４の全体を露出させるのではなく、断続的
に露出させた例を示す。図７では露出部４０を、各リー
ド部２３ａの基端位置に対応して形成している。また、
図８では、結合層１９の周方向において複数の露出部４
０を所定の間隔で複数形成した例を示す。以上のように
露出部４０は種々の態様にて形成できるが、第一絶縁層
２４から分解ガスを放出させる経路となり得、かつ結合
層１９の結合作用を損なわない範囲にて、その形状・数
量につての制限はない。

【００２９】また、図１０に示すように、第二絶縁層２
７側において、素子本体層２１とヒータ本体層との間に
も結合層５９を形成することができ、第一絶縁層２４側
と全く同様にして露出部６０を形成することができる。
なお、第二絶縁層２７は、ヒータ２２内の第一絶縁層２
４よりは薄く形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒータ付き酸素センサの一例を示す酸
素センサの断面図。

【図２】その検出素子の構造を示す説明図。

【図３】図２に続いて検出素子の構造を示す説明図。

【図４】図２の検出素子の変形例を示す断面図。

【図５】同じく変形例を示す断面図。

【図６】同じく変形例を示す断面図。

【図７】同じく変形例を示す断面図。

【図８】同じく変形例を示す断面図。

【図９】図２の検出素子の製造方法を示す分解斜視図。

【図１０】図２の検出素子の変形例を示す別の変形例を
示す断面図。

【符号の説明】

１ 酸素センサ（ヒータ付き酸素センサ） ２ 検出素子 １９ 結合層 ２０ 酸素濃淡電池素子 ２１ 素子本体層 ２２ セラミックヒータ ２３ 抵抗発熱体パターン ２４ 第一絶縁層（絶縁層） ２５ 多孔質電極（測定電極） ２６ 多孔質電極（基準電極） ２７ 第二絶縁層 ２８ 第一ヒータ本体層（ヒータ本体層） ２９ 第二ヒータ本体層（ヒータ本体層） ４０ 露出部 ２１０ 第一部分（酸素濃淡電池素子の未焼成体） ２１１ 第二部分（セラミックヒータの未焼成体） ２２０ ジルコニアグリーンシート（素子本体成形体） ２２６ アルミナコート（未焼成第二絶縁層） ２２７，２３１ ジルコニアグリーンシート（未焼成ヒ
ータ本体成形体） ２２８，２３０ アルミナコート（未焼成第一絶縁層） ２２９ ヒータパターン（未焼成発熱体パターン） ３００ 未焼成積層組立体 Ｄ 検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 正典 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G004 BB04 BJ03 BM07

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主体金具の内側に測定対象となるガス中
   の被検出成分を検出する検出素子が配置され、該検出素
   子は、ジルコニアを主成分とする酸素イオン伝導性固体
   電解質で構成された素子本体層の一方の面に測定電極
   を、他方の面に基準電極を形成した板状の酸素濃淡電池
   素子と、その酸素濃淡電池素子の基準電極側に積層一体
   化される板状のセラミックヒータとを備え、 前記セラミックヒータは、その板厚方向中間部において
   該セラミックヒータの板面方向に沿って形成される抵抗
   発熱体パターンと、その抵抗発熱体パターンを埋設する
   絶縁体を主成分とする絶縁層と、その絶縁層を板厚方向
   に挟む形態にて配置され、ジルコニアを主成分とする酸
   素イオン伝導性固体電解質で構成されたヒータ本体層と
   を有し、 前記絶縁層の外周縁は、その一部において前記セラミッ
   クヒータの側面に露出する一方、残余部においては前記
   ヒータ本体層によって覆われていることを特徴とするヒ
   ータ付き酸素センサ。
2. 【請求項２】 前記セラミックヒータは横長形状に形成
   され、前記絶縁層の露出部が、該セラミックヒータの長
   手方向における両端面の少なくとも一方に形成されてい
   る請求項１記載のヒータ付き酸素センサ。
3. 【請求項３】 前記抵抗発熱体パターンは前記セラミッ
   クヒータの長手方向おける一方の端部側に形成され、そ
   の抵抗発熱体パターンに通電するためのリードパターン
   が、該抵抗発熱体パターンから前記長手方向に沿って他
   方の端部側に至る形態で形成されており、前記絶縁層の
   露出部は他方の端部側の端面にのみ形成されている請求
   項２記載のヒータ付き酸素センサ。
4. 【請求項４】 前記絶縁層は、アルミナを主体とするア
   ルミナ系多孔質セラミックにより構成されている請求項
   １ないし３のいずれかに記載のヒータ付き酸素センサ。
5. 【請求項５】 前記結合層は、ジルコニアを主体とする
   酸素イオン伝導性固体電解質により形成されている請求
   項１ないし４のいずれかに記載のヒータ付き酸素セン
   サ。
6. 【請求項６】 前記セラミックヒータは前記酸素濃淡電
   池素子に対し、第二絶縁層を介して接合されており、そ
   の第二絶縁層の外周縁は、周方向の一部区間において前
   記検出素子の側面に露出する一方、前記周方向の残余区
   間においては、自身の外側において前記酸素濃淡電池素
   子と前記ヒータ本体層との対向面外縁部同士を互いに結
   合する第二結合層により、前記側面への露出が阻止され
   ている請求項１ないし５のいずれかに記載のヒータ付き
   酸素センサ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載のヒ
   ータ付き酸素センサの製造方法であって、 前記酸素イオン伝導性固体電解質の原料粉末により、前
   記素子本体層となるべき未焼成素子本体成形体を板状に
   形成し、その両面に前記測定電極及び前記基準電極とな
   るべき未焼成電極パターンを、それら電極の原料粉末を
   用いて形成することにより酸素濃淡電池素子の未焼成体
   を作り、 前記酸素イオン伝導性固体電解質の原料粉末により、各
   々前記ヒータ本体層となるべき未焼成ヒータ本体成形体
   をそれぞれ板状に形成し、前記絶縁層となるべき未焼成
   絶縁層を絶縁性セラミックの原料粉末により形成し、ま
   た前記抵抗発熱体パターンとなるべき未焼成発熱体パタ
   ーンを該発熱体の原料粉末により、前記未焼成ヒータ本
   体成形体の間に挟み込む形で形成し、さらに前記結合層
   となるべき未焼成結合層パターンにより、前記未焼成絶
   縁層の周囲を取り囲み、かつ該未焼成絶縁層の周縁の一
   部を側面に露出させる形態で形成することによりセラミ
   ックヒータの未焼成体を作り、 それら酸素濃淡電池素子の未焼成体とセラミックヒータ
   の未焼成体とを積層・一体化することにより未焼成積層
   組立体となし、その未焼成積層組立体を焼成することに
   より前記検出素子を得ることを特徴とするヒータ付き酸
   素センサの製造方法。
8. 【請求項８】 前記未焼成絶縁層と前記未焼成ヒータ本
   体成形体とは、それぞれ原料粉末に有機添加剤が配合さ
   れた混合物により形成されており、かつ該有機添加剤の
   種類及び配合量の少なくともいずれかが、前記未焼成絶
   縁層と前記未焼成ヒータ本体成形体との間で互いに相違
   するものとされている請求項７記載のヒータ付き酸素セ
   ンサの製造方法。
9. 【請求項９】 前記未焼成絶縁層は、前記未焼成ヒータ
   本体成形体よりも前記有機添加剤が多く配合される形で
   形成されている請求項８記載のヒータ付き酸素センサの
   製造方法。