JP2001242129A - 積層型ガスセンサ素子及びその製造方法並びにそれを備えるガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度条件に制限されずに設置することがで
き、更に、ガスセンサ自体を小型化することができる積
層型ガスセンサ素子及びその製造方法を提供することを
目的とする。 【解決手段】 焼成後固体電解質層となる未焼成シート
の全面に、絶縁膜用ペーストを塗布し、その後、乾燥さ
せてペーストからなる被膜を形成させ、次いで、被膜及
び未焼成シートを貫通するスルーホールを設ける。その
後、更に、ペーストを表裏面より１回ずつ塗布し、塗布
面と逆のスルーホール開口部より減圧することによりペ
ーストを流下させてスルーホール内壁面に塗着させた未
焼成層を備える積層体を焼成して得る。この素子は、ス
ルーホール内まで絶縁されているため、温度条件に関わ
らず絶縁性を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の内燃機
関から排出される排ガス中の特定成分を検出するための
ガスセンサに関し、そのガスセンサを構成する積層型ガ
スセンサ素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、酸素センサ、ＨＣセンサ、Ｎ
Ｏｘセンサ等、測定対象となるガス中の被検出成分を検
出するためのガスセンサに使用されるガスセンサ素子と
して、長手方向に形成された層を複数積層してなる積層
型ガスセンサ素子（以下、単に「素子」ともいう）が知
られている。このような素子は、固体電解質により形成
される層（以下、単に「固体電解質層」ともいう）であ
って、その表裏面に導電層が配設される層を少なくとも
有する形態で構成されている。一般に、固体電解質層は
ジルコニアを主成分として構成され、このような固体電
解質層は、特定の温度域（２００℃近辺）以下の温度で
は十分な絶縁性を有する。ところで、固体電解質層の表
裏面に導電層を配し、各々の導電層の表裏面を導通する
必要がある場合は、この層にスルーホールを設け、スル
ーホール内に導電層を形成することにより導通すること
ができる。その際、固体電解質層自体は導電層に対して
絶縁層の役目を果たすことになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、固体電解質層
の温度が特定の温度域を超えると固体電解質の絶縁性が
低下し、導電層に対して十分な絶縁性は保持できなくな
る。従って、固体電解質層の表裏面に配設される導電層
間に漏れ電流が流れ、導電層間にてショートが発生する
ことがある。更に、固体電解質層内に大きな漏れ電流が
流れることがあると、その電荷の移動に際して固体電解
質（ジルコニア）の酸素が放出され、固体電解質層内で
酸素の供給がされ難い部分においては黒化が生じ、固体
電解質層の耐久性を悪化させる原因となる。

【０００４】ところで、ガスセンサにおいては素子の前
方側が内燃機関の排気管内に位置するように取り付けら
れ（即ち、前方側が測定対象となるガスに向けられ）、
更に素子自体もヒータを備えることにより強制加熱され
る構造が一般に採用されている関係上、素子の前方側は
かなり高温域に曝されるものである。しかし、これまで
の素子では、その前端から、スルーホールの該前端に最
も近い位置までの長さ方向に平行な向きの距離は、通
常、４５ｍｍ以上であった。

【０００５】このため、素子前方側が高温になったとし
ても、スルーホールまでの間の熱引きによりスルーホー
ル近傍の温度は抑えられ、スルーホール近傍の固体電解
質層は絶縁性を保持することができた。また、ガスセン
サの設置場所を適宜選択することにより、スルーホール
近傍の固体電解質層の温度を低く保持することもでき
た。しかし、素子を設置することのできる場所は、近年
限定される傾向にある。更に、排ガス規制の強化等によ
り、排気量の小さい内燃機関、例えば、２輪自動車にお
いてもガスセンサを設置する必要が生じ、ガスセンサ自
身をより小型化することが要求され、ひいては積層型ガ
スセンサ素子にも小型化が要求されてきている。その一
方で、素子（固体電解質層）に設けられるスルーホール
近傍の絶縁性が不十分である場合に、黒化等の不具合の
発生が起き易いという問題が懸念される。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するものであ
り、温度条件により制限されているガスセンサの設置場
所を拡充することができ、更に、ガスセンサ自体を小型
化することができる積層型ガスセンサ素子を提供するこ
とを目的とする。更に、このような積層型ガスセンサ素
子を確実に、安定して製造することのできる製造方法を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本第１発明の積層型ガス
センサ素子は、表裏面に配設される導電層の導通を図る
ためのスルーホールが形成された固体電解質層を備える
積層型ガスセンサ素子において、少なくとも該スルーホ
ールの内壁面及び端縁は絶縁層により被覆されているこ
とを特徴とする。

【０００８】上記「固体電解質層」としては、その表裏
面に導電層として抵抗発熱体及び抵抗発熱体に電圧を印
加するための通電端子を備えるものを挙げることができ
る。更に、基準電極及び検知電極が表裏面に配設された
固体電解質層を挙げることができる。尚、この固体電解
質層は固体電解質が有する酸素イオン導電性を利用する
目的は有しても有さなくてもよい。上記「スルーホー
ル」は、固体電解質層の表裏面でこれら導体層の導通を
図る目的で形成された孔である。

【０００９】そして、上記「絶縁層」は、少なくともス
ルーホールの内壁面及び端縁を覆う形態で形成されてい
る。これにより、スルーホール近傍における絶縁性を高
め、固体電解質層内に流れる漏れ電流の影響による黒化
等を有効に抑制することができる。この絶縁層の組成は
特に限定されず、アルミナ、ムライト等絶縁性に優れた
材料を主成分とする組成により構成することができる。

【００１０】上記「内壁面」（Ｌ）とは、固体電解質層
（２３ｂ）の長さ方向の表裏面を各々延長した面（Ｔ１
及びＴ２）に挟まれるスルーホール（２３１）内の面で
ある。上記「端縁」とは固体電解質層（２３ｂ）の長さ
方向の表裏面を各々延長した面（Ｔ１及びＴ２）と内壁
面（Ｐ）との接する線（Ｌ１及びＬ２）である。尚、ス
ルーホールの開口部を形成している固体電解質層の開口
線の部分の形状は角形状、曲面形状及び傾斜形状等いず
れであってもよく、以下ではこの固体電解質部分を「ス
ルーホール開口端部」（Ｋ）という（括弧内図１参照、
但し、図１は２３１に対してスルーホールの各開口部を
含む形態の断面をとった場合の図である。更に、図３に
おける固体電解質層１１のスルーホール１１１において
も同様である）。

【００１１】この絶縁層の厚さは、第２発明のように、
５μｍ以上（より好ましくは１０μｍ以上）であること
が好ましい。この厚さが５μｍ未満であると、高温にお
いて絶縁層を介した上での固体電解質層と導電層との間
の絶縁性を十分に保持することができないことがある。
尚、固体電解質層のスルーホール開口端部における絶縁
層は薄くなりがちであり、特に、スルーホールの開口端
部が角形状を成している場合は、絶縁層が途切れてしま
う可能性がある。そこで、スルーホールの内壁面及び端
部に形成される絶縁層の厚さを５μｍ以上（より好まし
くは１０μｍ以上）とすることによって、確実に絶縁性
を保持できる。尚、ここでいう「厚さを５μｍ以上とす
る」とは、スルーホールに対して各開口部を含む形態の
断面をとり、固体電解質層と絶縁層との両方の表面に接
する仮想円を形成した場合に、何れの仮想円の直径も５
μｍ以上であることをいう。

【００１２】第１発明のようにスルーホールの内壁面及
び端縁に絶縁層を備え、更に、第２発明のように絶縁層
の厚さが５μｍ以上であれば、例えば、温度４５０℃以
上（更には５５０℃以上）において、通常のバッテリー
電圧１４Ｖが導電層に印加された場合にも十分な絶縁性
を保持することができる。

【００１３】このような素子は、第３発明のように、固
体電解質層の被測定ガスに向けられる前端から、スルー
ホールの前端に最も近い位置までの長手方向に平行な距
離が４０ｍｍ以下（更には３５ｍｍ以下）である素子に
おいてより効果的である。即ち、この距離が４０ｍｍ以
下である場合は、高温に曝される素子前端付近からスル
ーホールまでの間の距離が小さいため十分な熱引きが得
られず、スルーホール近傍が高温になる。このため、ス
ルーホール内にも絶縁層が必須となるからである。

【００１４】本発明の素子は、どの様な方法により製造
されてもよいが、例えば、焼成されて絶縁層となるペー
スト（以下、単に「絶縁層用ペースト」という）を、未
焼成固体電解質シートの表面及び裏面より各１回ずつ塗
布しつつ、この絶縁層用ペーストをスルーホールの内壁
面に流下させることによりスルーホールの内壁面及び端
部に塗着、乾燥させ、スルーホールの内壁面及び端縁を
絶縁層用ペーストにより被覆できる（以下、単に「方法
１」という）。但し、この方法１で製造した場合、焼成
後において固体電解質層のスルーホール開口端部は５μ
ｍ以上の厚さで絶縁層により被覆されない場合があり、
得られる素子は絶縁不良を生じることがある。

【００１５】更に、より絶縁不良の発生率が低く、好ま
しい製造方法として、絶縁層用ペーストを表裏面から各
々２回以上塗布する（以下、単に「方法２」という）こ
とにより、スルーホールの内壁面及び端部近傍（スルー
ホール開口端部を含む）における膜厚を十分に厚くして
絶縁性を確保することができる。この方法２は、スルー
ホールの孔径が焼成前において２．０ｍｍ以上である場
合には有効である。しかし、未焼成固体電解質シートは
焼成により８０％程度収縮するため、焼成後において孔
径が１．５ｍｍ以下となるような孔径のスルーホールに
対して絶縁層用ペーストを厚塗りし、更に、その絶縁層
用ペーストからなる塗膜上に焼成後に導電層となる導電
層用ペーストを被覆した場合、焼成時の収縮によりスル
ーホールの孔径が小さくなり、このスルーホール内が詰
まることがある。そのため、焼成時における導電層と固
体電解質層との熱膨張差を緩和させることができずにク
ラックを生じることがある。

【００１６】このため、特に好ましい製造方法として、
第５発明を挙げることができる。この製造方法は、焼成
されて上記固体電解質層となる未焼成固体電解質シート
の表裏面に、焼成されて上記絶縁層となる絶縁層用ペー
ストを塗布し、乾燥させて塗膜を形成させた後、該塗膜
及び上記未焼成固体電解質シートを貫通する上記スルー
ホールを設け、その後、少なくともスルーホールの内壁
面及び端縁を被覆するように該絶縁層用ペーストを更に
塗布して乾燥させる工程を備えることを特徴とする。

【００１７】この方法（以下、単に「方法３」という）
によると、スルーホールを形成する前の未焼成固体電解
質シートの表裏面に絶縁層用ペーストを各１回ずつ塗布
し、その後スルーホールを形成する。その後、２回目の
絶縁層用ペーストの塗布を上下面両方から１回ずつ行
う。この方法では、スルーホール開口端部にも十分な絶
縁層用ペーストによる層厚を確保することができ、ま
た、焼成時の収縮によりスルーホール内が詰まることも
なく、固体電解質層にクラックを生じることがない。こ
の方法３によると、製造工程に要する工程数も少なく生
産性がよい。また、この方法３によると、特に、第４発
明のようにその孔径が１．５ｍｍ以下（通常０．４ｍｍ
以上）のスルーホールであってもクラックを生じること
がない。

【００１８】また、方法１、方法２及び方法３のいずれ
においても、塗布の方法は限定されず、印刷（スクリー
ン印刷等）による塗布を行うことができる。また、上記
のように塗布する面とは反対側のスルーホール開口部よ
り減圧することにより絶縁層用ペーストの流下を補助す
ることができる。更に、絶縁層用ペーストの性状を調整
することにより、同ペーストの流下を、スルーホールの
内壁面中央付近で留めることができる。このため、スル
ーホール形成後に、未焼成固体電解質シートの表面側及
び裏面側から１回ずつ絶縁層用ペーストを塗布すれば、
スルーホールの内壁面中央付近で絶縁層用ペーストは薄
く重なった状態で塗着される。

【００１９】前記方法１により形成される焼成後におけ
る絶縁層は、図２（ａ）で示した場合、固体電解質層表
面に形成される絶縁層の厚さＤ １は１０〜２０μｍ程度
であり、スルーホール開口端部における最も薄い絶縁層
の厚さＤ２は０μｍを超えて１０μｍ以下程度であり、
スルーホールの内壁面に形成され、固体電解質層表裏面
を延長した２つの面から等距離にある絶縁層の厚さＤ３
は５〜１０μｍ程度である。

【００２０】また、前記方法２により形成される絶縁層
を図２（ｂ）で示した場合、Ｄ１は２０〜４０μｍ程度
であり、Ｄ２は１０〜２０μｍ程度であり、Ｄ３は１５
〜２５μｍ程度である。即ち、方法１により形成される
絶縁層よりも厚みが全体に厚くなる。但し、この方法２
では、スルーホールの孔径が大きく、このスルーホール
内にて絶縁層及び導電層による詰まりがないことが前提
である。

【００２１】また、前記方法３により形成される絶縁層
を図１で示した場合、Ｄ１は２０〜４０μｍとすること
ができ、Ｄ２は１０〜２０μｍとすることができ、Ｄ３
は５〜１０μｍとすることができる。即ち、方法１に比
べるとＤ３の厚みはほぼ同じであるが、Ｄ１及びＤ２は
厚みを増すことができる。更に、方法２と比べると、Ｄ
３を小さくできる。尚、方法１〜方法３で形成された絶
縁層の厚さＤ１〜Ｄ３は、同様な方法で形成されるスル
ーホールを挟む反対部分等でも同様な厚さとなる。

【００２２】本第６発明のガスセンサは、第１発明〜第
５発明のいずれかに記載の積層型ガスセンサ素子を備え
ることを特徴とする。本発明のガスセンサの形態は特に
限定されないが、例えば、主体金具内に、素子を配設
し、前方側に配置される検知部を排気管内等に突出する
ように、主体金具の外表面に形成された取付ねじ部によ
り螺設し、被測定ガス（排気ガス）に曝して使用するこ
とができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の積層型ガスセンサ
素子を実施例により更に詳しく説明する。 １．素子の構造 図３は、本発明の素子の一例である酸素センサ素子Ａの
分解斜視図である。素子Ａは酸素濃淡電池部１及びヒー
タ部２から構成される。このうち酸素濃淡電池部１は、
酸素イオン伝導性を有する酸素濃淡電池用固体電解質層
１１を有し、酸素濃淡電池用固体電解質層１１の一端
（図５における主体金具３の先端より突出する部分）寄
りの表裏面には検知電極１３ａの電極部１３１ａ及び基
準電極１３ｂの電極部１３１ｂが接して配設されてい
る。検知電極１３ａ及び基準電極１３ｂの各々には、酸
素濃淡電池用固体電解質層１１の長手方向にリード部１
３２ａ及び１３２ｂがそれぞれ延設されて、検知部Ｘを
構成している。但し、これらの各リード部１３２ａ及び
１３２ｂは酸素濃淡電池用固体電解質体１１と、酸素濃
淡電池部第１絶縁層１２ａ及び酸素濃淡電池部第２絶縁
層１２ｂにより絶縁されている。尚、リード部１３２ａ
の末端は信号取出し用端子１３３ａである。また、リー
ド部１３２ｂの末端は酸素濃淡電池用固体電解質層１
１、酸素濃淡電池部第１絶縁層１２ａ及び酸素濃淡電池
部第２絶縁層１２ｂを貫通する酸素濃淡電池部スルーホ
ール１１１を介して、信号取出し用端子１４と導通され
る。検知電極１３ａ全体、基準電極１３ｂ全体、信号取
出し端子１４は各々本発明にいう導体層である。

【００２４】一方、ヒータ部２は、高融点金属又は導電
性セラミック等から構成される抵抗発熱体２１を備え、
この抵抗発熱体２１は、絶縁性アルミナ系セラミック等
からなるヒータ部第１絶縁層２２ａ及びヒータ部第２絶
縁層２２ｂに挟持され、更に、ジルコニア等から構成さ
れるヒータ部第１本体層２３ａ及びヒータ部第２本体層
２３ｂに挟持され、更に、絶縁性アルミナ系セラミック
等からなるヒータ部第３絶縁層２４ａ及びヒータ部第４
絶縁層２４ｂとにより挟持される多層構造を呈する。こ
の抵抗発熱体２１は、ヒータ部第４絶縁層２４ｂ、ヒー
タ部第２本体層２３ｂ及びヒータ部第３絶縁層２２ｂを
貫通するヒータ部スルーホール２３１及び２３１’を介
してヒータ部通電端子２５及び２５’と導通されてい
る。尚、抵抗発熱体２１、ヒータ部通電端子２５及び２
５’は、本発明でいう導体層である。

【００２５】２．ガスセンサの構造 図５は、本発明のガスセンサのうち酸素濃度を検出で
き、λ型酸素センサと通称される酸素センサＢの一例の
断面図である。素子Ａは、その前方側が主体金具３の先
端より突出するように挿通され、ガラス封着材層４１に
より絶縁性ホルダ４０内に固定される。この絶縁性ホル
ダ４０は、タルクリング５１と加締めリング５２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の前方側には、排気ガスを導
入するための孔が設けられた二重のプロテクタ６１、６
２が配設されている。主体金具３の後方側にはケーシン
グ７が配設され、ケーシング７の末端（図中上部）には
ゴム製グロメット８が配設され、素子Ａに通ずるリード
線９が貫通・固定されている。酸素センサＢは、素子Ａ
の検知部Ｘが形成されている部分が排気管（図示せず）
内に突出するように、取付ねじ部３１により排気管に取
り付けられる。

【００２６】３．素子の製造 酸素濃淡電池部となる第１組立体の作製 ジルコニア粉末を有機バインダとともに混練した生素地
を用いて酸素濃淡電池用固体電解質層１１となる未焼成
固体電解質シートを形成した。このシートの検知電極１
３１ａ及び基準電極１３１ｂに対応する部位を除く表裏
面に、アルミナを主成分とする絶縁層用ペーストによ
り、酸素濃淡電池部絶縁層１２ａ及び１２ｂとなるパタ
ーンを印刷・乾燥させた。更に、白金を主成分とする導
電層用ペーストを所定の形状に印刷・乾燥させて、検知
電極１３ａの電極部１３１ａ、基準電極１３ｂの電極部
１３１ｂ、リード部１３２ａ、１３２ｂ、信号取出し用
端子１４となる未焼成の導電層を印刷・乾燥させた。

【００２７】尚、酸素濃淡電池部絶縁層１２ａ、１２
ｂ、基準電極１３ａ、検知電極１３ｂ、信号取出し用端
子１４及びヒータ部スルーホール１１１は、下記方法３
により形成した。即ち、酸素濃淡電池部スルーホール１
１１の端縁及び内壁面は絶縁されている。

【００２８】ヒータ部となる第２組立体の作製 次いで、ヒータ部第２本体層２３ｂとなる、上述のと
同様の未焼成固体電解質シートであり、スルーホール２
３１及び２３１’となる穴が形成されたシートに、下記
方法１、方法２及び方法４によりヒータ部第２絶縁層２
２ｂ、ヒータ部第４絶縁層２４ｂ、ヒータ部通電端子２
５及び２５’、抵抗発熱体２１となる層を印刷・乾燥
し、更に、ヒータ部第１絶縁層２２ａとなる層を印刷・
乾燥し、ヒータ部第１本体層２３ａとなる上述のと同
様の未焼成固体電解質シートを積層・圧着し、第２組立
体を得た。

【００２９】また、ヒータ部第２本体層２３ｂとなる、
上述のと同様の未焼成固体電解質シートであり、スル
ーホールが形成されていないシートに、下記方法３によ
りヒータ部第２絶縁層２２ｂ、ヒータ部第４絶縁層２４
ｂ、ヒータ部通電端子２５及び２５’、抵抗発熱体２１
となる層を印刷・乾燥し、更に、ヒータ部第１絶縁層２
２ａとなる層を印刷・乾燥し、ヒータ部第１本体層２３
ａとなる上述のと同様の未焼成固体電解質シートを積
層・圧着し、第２組立体を得た。即ち、ヒータ部スルー
ホール２３１、２３１’内の絶縁層は４種類の方法によ
り形成した。尚、方法４は本発明の範囲外の製造方法で
あり、本発明の範囲外の素子を得る。

【００３０】方法１ 未焼成固体電解質シートの所定位置にスルーホールを孔
設した。その後、表裏面に各々絶縁層用ペーストをスク
リーン印刷した。但し、その際、各々印刷面に対向する
スルーホール開口部より減圧することにより、スルーホ
ールの内壁面及びスルーホール開口端部にも絶縁層用ペ
ーストを塗着さた。次いで、乾燥させた。即ち、絶縁層
用ペーストはスルーホール内壁面及びスルーホール開口
端部に１層のみ塗着される。

【００３１】方法２ 方法１により塗着された絶縁層用ペーストが印刷・乾燥
された表裏面に、更に、対向するスルーホール開口部よ
り減圧しながら絶縁層用ペーストを同様な方法で加刷
し、乾燥させた。即ち、絶縁層用ペーストはスルーホー
ル内壁面及びスルーホール開口端部に２層塗着される。

【００３２】方法３ スルーホールの形成されていない未焼成固体電解質シー
トの表裏面に絶縁層用ペーストを各々スクリーン印刷
し、乾燥させた。その後、絶縁層用ペーストが印刷され
た未焼成固体電解質シートの所定位置にスルーホールを
孔設した。次いで、方法１と同様に減圧しながら表裏面
に各々絶縁層用ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させ
た。即ち、絶縁層用ペーストはスルーホール内壁面には
１層のみ塗着され、スルーホール開口端部であり、且つ
固体電解質層の表裏面上の部分には２層塗着される。

【００３３】方法４ 未焼成固体電解質シートの表裏面に絶縁層用ペーストを
スクリーン印刷する際に減圧せず、スルーホール内壁面
に絶縁層用ペーストを塗着させず、表裏面のみ塗着さ
せ、乾燥させた。

【００３４】組立、脱脂、及び焼成 第２組立体にヒータ部第３絶縁層２４ａとなる層を印刷
・乾燥し、第１組立体に積層・圧着して積層体を得た。
そして、上記積層体はシート当たりに素子Ａとなる組立
体が５本形成されているので、これを所定寸法に切断し
て、組立体を得た。次いで、得られた組立体を大気雰囲
気下、４５０℃で１時間保持して脱脂した。その後、１
５００℃で１時間焼成し、素子Ａを得た。

【００３５】尚、素子は表１に示すように、ヒータ部ス
ルーホール２３１及び２３１’の孔径が異なる２種類を
作製し、更に、方法１〜方法４の各々を用いて７種類を
作製した。また、各種類の素子は２０個ずつ作製した。

【００３６】

【表１】

【００３７】得られた素子の寸法 図４は、〜で得られた素子の検知部Ｘにおける縦断
面図である。素子幅「Ｗ」：４．５ｍｍ、酸素濃淡電池
用固体電解質層１１の厚さ「Ｄ４」：０．４ｍｍ、酸素
濃淡電池部第１絶縁層１２ｂ及びヒータ部第３絶縁層２
４ａの合計厚さ「Ｄ５」：０．０４ｍｍ、ヒータ部第１
本体層２３ａの厚さ「Ｄ６」：０．４ｍｍ、ヒータ部第
１絶縁層２２ａ及びヒータ部第２絶縁層２２ｂの合計厚
さ「Ｄ６」：０．０７ｍｍ、ヒータ部第２本体層２３ｂ
の厚さ「Ｄ８」：０．４ｍｍ、ヒータ部第４絶縁層厚２
４ｂの厚さ「Ｄ９」：０．０３ｍｍ、酸素濃淡電池部第
２絶縁層１２ａの厚さ「Ｄ１０」：０．０２ｍｍ、酸素
濃淡電池部スルーホール孔径：１．６ｍｍ、素子前端か
らスルーホールへの層方向に平行な向きの距離（尚、ヒ
ータ部スルーホール孔径の値については後述する）：３
５ｍｍである。

【００３８】４．素子の評価 ３．で得られた７種類の素子を用い、焼成によるスルー
ホール近傍におけるクラックの発生の有無と、通電によ
る黒化の発生率を評価した。クラックについては、得ら
れた７種類の素子を４０倍双眼顕微鏡にて目視検査して
評価した。１個でもクラックの発生が認められた場合
は、表１に「有り」と評価し、全く認められなかった場
合は「無し」と評価した。また、黒化については、作製
した７種類各々２０個の素子をそれぞれ図５に示すよう
なガスセンサとして組立、得られたガスセンサを７５０
℃の擬似排気ガス中に曝し、ヒータ部２に１４Ｖの電圧
を印加して５００時間放置した。５００時間経過後、ガ
スセンサを分解し、目視により素子の表面の黒化の発生
を評価し、黒化の発生率として表１に併記した。

【００３９】表１より、ヒータ部スルーホール内を絶縁
していない素子Ｎｏ７では焼成によるクラックは生じな
かったものの、全てのガスセンサにおいて黒化を生じ
た。また、方法１により形成された素子Ｎｏ１及びＮｏ
２では、焼成によるクラックは生じなかったものの、３
５〜４０％の確率で黒化を生じた。更に、方法２により
形成された素子Ｎｏ４では、スルーホールの孔径が小さ
いために全ての素子でクラックを生じた。これに対し
て、方法２により形成された素子Ｎｏ３、方法３により
形成された素子Ｎｏ５、Ｎｏ６では、クラック及び黒化
を全くは生じることなく優れた素子及びガスセンサを得
ることができた。

【００４０】

【発明の効果】本第１発明によると、温度条件によらず
設置場所を広く選択することができ、高温に曝される場
合であっても黒化を生じることのない小型の積層型ガス
センサ素子を得ることができる。また、第６発明による
と、このような積層型ガスセンサ素子を安定して得るこ
とができる。また、第７発明によると、設置場所の選択
性が広く、高い耐久性を備えるガスセンサを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法３により形成されたガスセンサ素
子のスルーホール近傍の拡大断面図である。

【図２】本発明の方法１又は２により形成されたガスセ
ンサ素子のスルーホール近傍の拡大断面図である。

【図３】本発明のガスセンサ素子の分解斜視図である。

【図４】本発明のガスセンサ素子の縦断面図である。

【図５】本発明のガスセンサの断面図である。

【符号の説明】

Ａ；酸素センサ素子、１；酸素濃淡電池部、１１；酸素
濃淡電池用固体電解質層、１２ａ；酸素濃淡電池部第１
絶縁層、１２ｂ；酸素濃淡電池部第２絶縁層、１３ａ；
検知電極、１３ｂ；基準電極、２；ヒータ部、２１；抵
抗発熱体、２２ａ；ヒータ部第１絶縁層、２２ｂ；ヒー
タ部第２絶縁層、２３ａ；ヒータ部第１本体層、２３
ｂ；ヒータ部第２本体層、２４ａ；ヒータ部第３絶縁
層、２４ｂ；ヒータ部第４絶縁層、Ｂ；ガスセンサ、
３；主体金具、Ｐ；内壁面、Ｌ１、Ｌ２；端縁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大川 哲平 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 BC02 BE13 BF27 BJ03 BM04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表裏面に配設される導電層の導通を図る
   ためのスルーホールが形成された固体電解質層を備える
   積層型ガスセンサ素子において、少なくとも該スルーホ
   ールの内壁面及び端縁は絶縁層により被覆されているこ
   とを特徴とする積層型ガスセンサ素子。
2. 【請求項２】 上記絶縁層の厚さは５μｍ以上である請
   求項１記載の積層型ガスセンサ素子。
3. 【請求項３】 上記固体電解質層の被測定ガスに向けら
   れる前端から、上記スルーホールの該前端に最も近い位
   置までの長手方向に平行な距離が４０ｍｍ以下である請
   求項１又は２記載の積層型ガスセンサ素子。
4. 【請求項４】 上記スルーホールの孔径は１．５ｍｍ以
   下である請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の
   積層型ガスセンサ素子。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のうちのいずれか１項に
   記載の積層型ガスセンサ素子の製造方法であって、焼成
   されて上記固体電解質層となる未焼成固体電解質シート
   の表裏面に、焼成されて上記絶縁層となる絶縁層用ペー
   ストを塗布し、乾燥させて塗膜を形成させた後、該塗膜
   及び上記未焼成固体電解質シートを貫通する上記スルー
   ホールを設け、その後、少なくともスルーホールの内壁
   面及び端縁を被覆するように該絶縁層用ペーストを更に
   塗布して乾燥させる工程を備えることを特徴とする積層
   型ガスセンサ素子の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のうちのいずれか１項に
   記載の積層型ガスセンサ素子を備えることを特徴とする
   ガスセンサ。