JP2003294698A - 積層型ガスセンサ素子及びその製造方法並びにガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 早期測定開始でき、少消費電力であり、高耐
熱性であり、容易に小型化できる積層型ガスセンサ素子
及びその製造方法並びにガスセンサを提供する。 【解決手段】 ヒータ１１３を有する第１絶縁性基部１
１と、第２セル部用固体電解質体１３１、一対の第２セ
ル部用電極１３２及び１３３を備える第２セル部１３
と、内室１５と、第１セル部用固体電解質体１２１、一
対の第１セル部用電極１２２及び１２３を備える第１セ
ル部１２と、通気性を有する多孔質部１６１を備える第
２絶縁性基部１６と、をこの順に積層して備え、第１セ
ル部用固体電解質体１２１は、第２絶縁性基部１６の１
／２倍以下の厚さであり、且つ、素子の長手方向におい
て第２絶縁性基部１６よりも小さい素子を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は積層型ガスセンサ素
子及びその製造方法並びにガスセンサに関する。更に詳
しくは、耐熱衝撃性等の熱的強度に優れる積層型ガスセ
ンサ素子及びその製造方法並びにガスセンサに関する。
本発明の積層型ガスセンサ素子及びガスセンサは、自動
車等の内燃機関の排気ガス中のガス成分の検知及び測定
に使用されるラムダセンサ素子、空燃比センサ素子、窒
素酸化物センサ素子及び炭化水素ガスセンサ素子等のガ
スセンサ素子及びこのようなガスセンサ素子を備えるガ
スセンサとして好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平９−２６４０９号公報等に
開示されているように、センサ素子内に内室を備えるセ
ンサ素子が知られている。更に、特開平１１−３１６２
１１号公報等に開示されているように、２つの固体電解
質体と内室とを備えるセンサ素子が知られている。これ
らのセンサ素子では、固体電解質体がセンサ素子を構成
する構造部材としても機能するように厚く形成されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、内燃機関からの
排気ガスの調査を内燃機関の始動直後から開始しようと
するためにガスセンサでは早期始動できることが強く望
まれている。また、同時に更なる小型化も望まれてい
る。このようにガスセンサの早期始動を実現するために
は、固体電解質体を活性温度にまで極短時間で昇温させ
る必要がある。しかし、固体電解質体を構成する材質は
一般に熱伝導率が低く、また、熱衝撃に比較的弱い。こ
のため、固体電解質体が大きいことは、ガスセンサ素子
の早期始動性を向上させるうえや、クラックや割れを防
止するうえでも不利である。

【０００４】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、従来に比べて内燃機関の始動後早期に測定を開
始でき、高い耐熱衝撃性を発揮でき、より小型化するこ
とが可能である積層型ガスセンサ素子を提供することを
目的とする。また、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積層型ガスセンサ素子の製造
方法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備えるガスセンサ素子を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の積層型ガスセン
サ素子は、絶縁性セラミックスから形成された第１絶縁
性基部と、固体電解質からなる第１セル部用固体電解質
体及び該第１セル部用固体電解質体の表面に形成された
一対の電極である第１セル部用電極を備える第１セル部
と、絶縁性セラミックスから形成され、且つ、該第１セ
ル部用電極のうちの一方の電極と被測定雰囲気とが接す
るように配置された通気性を有する多孔質部を備える第
２絶縁性基部と、がこの順に積層されて備えられ、該第
１セル部用固体電解質体は、該第２絶縁性基部の１／２
倍以下の厚さであり、且つ、長手方向において該第２絶
縁性基部よりも小さいことを特徴とする。

【０００６】また、本発明の積層型ガスセンサ素子は、
上記第１セル部用固体電解質体は、幅方向において上記
第２絶縁性基部よりも小さいものとすることができる。
更に、上記第１絶縁性基部は、発熱部及び該発熱部に連
接されたヒータリード部を備えるヒータを表面又は内部
に有し、該発熱部は該第１絶縁性基部の長手方向の一端
側に配置され、該発熱部の投影像は上記第１セル部用固
体電解質体の投影像と重なるものとすることができる。
また、上記第１絶縁性基部と上記第２絶縁性基部との間
に大気導入室又は検知室となる内室を備え、上記第１セ
ル部用電極のうちの他方は該内室内の雰囲気と接するよ
うに配置され、且つ、該第１セル部用固体電解質体は、
幅方向において該内室と同じ大きさか又は該内室よりも
小さいものとすることができる。更に、上記内室を隔て
て上記第１セル部用固体電解質体と対向する固体電解質
からなる第２セル部用固体電解質体と、一方の電極が該
内室内の雰囲気と接するように該第２セル部用固体電解
質体の表面に各々形成された一対の電極である第２セル
部用電極と、を有する第２セル部を備えるものとするこ
とができる。また、上記第２セル部用固体電解質体は、
長手方向及び幅方向において上記第１セル部用固体電解
質体よりも小さいものとすることができる。更に、焼成
されて上記第１絶縁性基部となる未焼成第１シート及び
焼成されて上記第２絶縁性基部となる未焼成第２シート
の各々の焼成収縮率は、焼成されて第１セル部用固体電
解質体となる未焼成第１セル部用固体電解質体の焼成収
縮率と同じか若しくは大きいものとすることができる。

【０００７】本発明の積層型ガスセンサ素子の製造方法
は、上記第１絶縁性基部となる未焼成第１シートを備え
る第１積層体と、上記第２絶縁性基部となる未焼成第２
シート及び上記第１セル部用固体電解質体となる未焼成
第１セル部用固体電解質体を備える第２積層体と、を積
層した後、焼成する工程を備え、該未焼成第１シートの
焼成収縮率及び該未焼成第２シートの焼成収縮率を、該
未焼成第１セル部用固体電解質体の焼成収縮率と同じに
するか若しくは大きくすることを特徴とする。本発明の
ガスセンサは、本発明の積層型ガスセンサ素子を備える
ことを特徴とする。

【０００８】

【発明の効果】本発明の積層型ガスセンサ素子による
と、各固体電解質体を必要な温度にまで昇温させるため
の時間が短縮でき、より早期の始動が可能となる。ま
た、従来に比べてより小型の積層型ガスセンサ素子を容
易に得ることができる。更に、内部抵抗を低減させ消費
電力を少なくできる。また、内部抵抗の低減により印加
電圧が低くなり、固体電解質体を分解（ブラックニン
グ）させることなく広い範囲（例えば、Ａ／Ｆ値におい
て）での測定が可能となる。更に、高い耐熱性（クラッ
ク及び割れ等を防止できる）を発揮できる。更に、第１
セル部用固体電解質体が幅方向において第２絶縁性基部
よりも小さいことにより、更に早期始動性に優れ、高い
耐熱性を発揮できる。また、必要な部分にのみ固体電解
質体を形成した場合には、電極リード部等における電流
のリークを危惧する必要がなく、固体電解質体の一部表
面に絶縁層等の絶縁手段を形成する必要がないため、製
造工程上簡便である。更に、第１絶縁性基部が所定の位
置にヒータを有することで特に早期始動性に優れる。ま
た、大気導入室又は検知室となる内室を備え、第１セル
部用固体電解質体が幅方向において内室と同じ大きさで
あるか又は小さいことにより、更に早期始動性に優れ、
高い耐熱性を発揮できる。

【０００９】更に、第２セル部を備えることにより、測
定に２つ以上のセルを必要とする空燃比センサ素子や窒
素酸化物センサ素子等においても、同様に早期始動性に
優れ、高い耐熱性を発揮できる。また、第１セル部用固
体電解質体よりも第２セル部用固体電解質体が小さいこ
とにより、測定に２つ以上のセルを必要とするガスセン
サ素子において、更に早期始動性に優れ、高い耐熱性を
発揮できる。未焼成第１シート及び未焼成第２シートの
各々の焼成収縮率が未焼成第１セル部用固体電解質体の
焼成収縮率と同じか若しくは大きいことにより、特に高
い耐熱性及び機械的強度を発揮できるガスセンサ素子と
なる。

【００１０】本発明のガスセンサ素子の製造方法による
と、従来に比べて早期に測定を開始でき、高い耐熱性及
び機械的強度を発揮でき、更には小型化されたガスセン
サ素子を安定して、確実に得ることができる。また、本
発明のガスセンサによると、小型であって、早期に測定
を開始でき、高い耐久性を発揮できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】［１］本発明の素子を構成する部
分 本発明の積層型ガスセンサ素子は、第１絶縁性基部と、
第１セル部と、第２絶縁性基部と、の少なくとも３つの
部分を備える。以下、これら部分、及び、その他、本発
明の積層型ガスセンサ素子が備えることができる部分に
ついて説明する。

【００１２】（１）第１絶縁性基部 上記「第１絶縁性基部」は、後述する第２絶縁性基部と
共に積層型ガスセンサ素子（以下、単に「素子」ともい
う）全体を支える部分である。この第１絶縁性基部の形
状及び大きさ等は特に限定されない。また、その厚さも
特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上（好まし
くは０．２〜１．５ｍｍ、更に好ましくは０．５〜１．
０ｍｍ、通常２．０ｍｍ以下）とすることができる。但
し、ヒータを内部に有するためには、厚さは０．２ｍｍ
以上であることが好ましい。この厚さが０．１ｍｍ未満
であると素子強度の保障を十分に行うことが困難となる
場合がある。また、特に製造時に第１絶縁性基部となる
未焼成第１シート上に他部材を積層する工程を要する場
合には、この工程を行うことが困難となる場合がある。
また、第１絶縁性基部は単層体であっても複層体であっ
てもよい。

【００１３】また、第１絶縁性基部は上記「絶縁性セラ
ミックス」から構成されて十分な絶縁性を発揮できる。
その絶縁性は特に限定はされないが、例えば、後述のよ
うに表面又は内部にヒータを備える場合には、このヒー
タと素子が備える電極（第１セル部用電極等）との間の
電気抵抗値が１ＭΩ（好ましくは１０ＭΩ）以上となる
ことが好ましい。このような絶縁性を発揮させることが
できる絶縁性セラミックスとしては、アルミナ、ムライ
ト、スピネル、ステアタイト及び窒化アルミニウム等の
うちの１種又は２種以上を主成分とするものを挙げるこ
とができる。中でもアルミナは安価であり、成形も容易
である。このアルミナを用いる場合には十分な絶縁性及
び耐熱性（耐熱衝撃性等）を発揮させるために、第１絶
縁性基部全体に対してアルミナを７０質量％以上（より
好ましくは８０質量％以上、更に好ましく９０質量％）
含有することが好ましい。

【００１４】一方、残部として第１絶縁性基部に直接接
して積層される部位を構成する成分を１〜２０質量％含
有させることができる。これにより第１絶縁性基部とこ
れに直接接して積層される部位との間の熱膨張差を緩和
できる。しかし、特に高い絶縁性を発揮させようとする
場合には、第１絶縁性基部全体に対してアルミナを９０
質量％以上（より好ましくは９５質量％以上、更に好ま
しくは９９．９９％以上）含有し、且つシリカ成分の含
有量を１００００ｐｐｍ以下（より好ましくは１０００
ｐｐｍ以下、更に好ましくは５０ｐｐｍ以下）含有する
か又はシリカ成分を含有しない（測定限界以下）ことが
好ましい。このような第１絶縁性基部では、後述するヒ
ータを第１絶縁性基部の内部及び／又は表面に備える場
合等に特に効果的に電流のリークを防止できる。

【００１５】（２）第１セル部 上記「第１セル部」は、第１セル部用固体電解質体と一
対の電極である第１セル部用電極とを備え、所定のイオ
ン又は気体を一方の電極の側から他方の電極の側へ移動
させることができる部分である。この第１セル部は、例
えば、被測定ガスの濃度を電位差等として出力できる濃
淡電池部や、一対の電極へ電圧を印加することにより一
方の電極の側から他方の電極の側へ所定のイオン又は気
体等を移動させることができるポンプセル部等として機
能させることができる。この第１セル部は、第１セル部
用固体電解質体と一対の第１セル部用電極のみからなっ
ていてもよいが、その他にも例えば、第１セル部用固体
電解質体の内部抵抗を測定するための内部抵抗測定用電
極等の他の部分を備えることができる。尚、被測定ガス
は、被測定雰囲気を構成するガスであって、本発明の素
子による測定目的ガスであり、１種又は２種以上の成分
からなるものである。

【００１６】（２−１）第１セル部用固体電解質体 上記「第１セル部用固体電解質体」は、イオン導電性を
有するものであれば特に限定されることなく用いること
ができる。この第１セル部用固体電解質体としては、例
えば、ジルコニア系焼結体（イットリア等の安定化剤を
含有できる）、ＬａＧａＯ_３系焼結体等を挙げることが
できる。これらの中でも、酸素イオンを導電させる場合
には、酸素イオン導電性に特に優れたジルコニア系焼結
体（イットリア等を安定化剤として含有）を用いること
が好ましい。

【００１７】更には、第１セル部用固体電解質体を構成
するジルコニア結晶は、キュービック相（以下、単に
「Ｃ相」という）及びテトラゴナル相（以下、単に「Ｔ
相」という）の２相を主体とするものであることが好ま
しい。特に、モノクリニック相（以下、単に「Ｍ相」と
いう）は、下記式を満たす程度に微量であるか又は測
定限界以下であることが好ましい。

【数１】

【００１８】この第１セル部用固体電解質体は、第１絶
縁性基部及び／又は第２絶縁性基部に直接接して積層さ
れていてもよく、第１セル部用電極やその他の部材を介
して間接的に積層されていてもよい。但し、第１セル部
用固体電解質体が第１絶縁性基部及び／又は第２絶縁性
基部に直接接して積層される場合には、第１セル部用固
体電解質体全体の８０質量％以下（より好ましくは５０
質量％以下）の第１絶縁性基部及び／又は後述する第２
絶縁性基部を構成する成分を含有させることができる。

【００１９】また、第１セル部用固体電解質体の形状及
び大きさは特に限定されないが、その厚さは、後述する
第２絶縁性基部の厚さの１／２倍以下（好ましくは１／
５倍以下、より好ましくは１／１０倍以下、通常２０μ
ｍ以上）である。この厚さが、第２絶縁性基部が薄いた
めに１／２倍を超える場合は、素子強度の保障を十分に
行うことが困難となる場合がある。また、特に製造時に
第２絶縁性基部となる未焼成第２シート上に他部材を積
層する工程を要する場合には、この工程を行うことが困
難となる場合がある。一方、この厚さが、第１セル部用
固体電解質体が厚いために１／２倍を超える場合は、第
１セル部を構成する電極間の内部抵抗が過度に大きくな
り、短時間で固体電解質体を十分なイオン導電性が発揮
される程度にまで加熱し難く、早期始動が困難となる。

【００２０】更に、厚さは前述のように第２絶縁性基部
の厚さに対しては１／２倍以下であれば、具体的な厚さ
は特に限定されないが、例えば、３００μｍ以下（好ま
しくは２００μｍ以下、更に好ましくは１５０μｍ以
下、特に好ましくは５０μｍ以下、通常２０μｍ以上）
とすることができる。但し、上記の第１セル部用固体電
解質体と第２絶縁性基部との厚さの相関は、第１セル部
用固体電解質体の最も厚い領域と第２絶縁性基部の最も
薄い領域とを比較した場合の相関である。

【００２１】この第１セル部用固体電解質体を３００μ
ｍ以下と薄くした場合には素子を小型化でき、また熱伝
導率がアルミナ等に比べて小さいのが通常である固体電
解質体の体積を小さくでき、素子内の熱伝導性が向上
し、熱が第１セル部に伝わり易くなるため素子の更なる
早期始動が可能となる。更に、その温度の保持に要する
エネルギー量もより少なく抑えることが可能となる等、
種々の優れた効果を発揮させることができる。この第１
セル部用固体電解質体は３００μｍを超えて厚い場合で
あっても素子としての機能は失われないが上記の優れた
効果は得られ難くなる。一方、２０μｍより薄い場合に
は作製が困難となり、また、イオン導電性が十分に得ら
れ難くなる傾向にある。

【００２２】（２−２）第１セル部用電極 上記「第１セル部用電極」は、第１セル部用固体電解質
体の表面に形成された電極である。この第１セル部用電
極のうちの一方のみは、後述する第２絶縁性基部の備え
る多孔質部を介して被測定雰囲気と接することができる
電極である。また、他方の電極は、大気雰囲気や一定圧
力の参照ガスと接し、被測定雰囲気とは接しない電極で
ある。また、第１セル部用電極は、各々第１セル部用固
体電解質体の一面と他面に形成されることで対向して配
置されていてもよく、また、第１セル部用固体電解質体
の一面側に両方の電極が相互に接触しないように配置さ
れていてもよい。また、第１セル部用電極の各々の形状
は特に限定されないが、例えば、幅広に形成された電極
部と、幅細に形成された電極リード部とから構成するこ
とができる。また、これらの電極の大きさも特に限定さ
れない。

【００２３】これら第１セル部用電極を構成する材質は
特に限定されないが、例えば、白金、金、銀、パラジウ
ム、イリジウム、ルテニウム及びロジウムのうちの少な
くとも１種を主成分（通常、各電極全体の７０質量％以
上）にすることができ、通常、白金を主成分とすること
が好ましい。また、第１セル部用固体電解質体を構成す
る主成分を含有していてもよい。更に、第１セル部用電
極の一方の電極と他方の電極とは異なる材質からなるも
のであっても、同じ材質からなるものであってもよい。

【００２４】（３）第２絶縁性基部 上記「第２絶縁性基部」は、第１絶縁性基部と共に素子
全体を支える部分である。この第２絶縁性基部の形状及
び大きさ等は特に限定されない。また、この第２絶縁性
基部の厚さは上記の第１セル部用固体電解質層体の厚さ
との関係を満たせば特に限定されないが、例えば、０．
１ｍｍ以上（好ましくは０．２〜１．５ｍｍ、更に好ま
しくは０．５〜１．０ｍｍ、通常２．０ｍｍ以下）とす
ることができる。この第２絶縁性基部は単層体であって
も複層体であってもよい。但し、ヒータを内部に有する
ためには、厚さは０．２ｍｍ以上であることが好まし
い。この厚さが０．１ｍｍ未満であると素子強度の保障
を十分に行うことが困難となる場合がある。また、特に
製造時に第２絶縁性基部となる未焼成第２シート上に他
部材を積層する工程を要する場合には、この工程を行う
ことが困難となる場合がある。また、第２絶縁性基部は
単層体であっても複層体であってもよい。

【００２５】この第２絶縁性基部は絶縁性セラミックス
から形成される（第２絶縁性基部を構成する多孔質部と
非多孔質部との両方がこの絶縁性セラミックスから形成
されている）。この絶縁性セラミックスとしては、第１
絶縁性基部と同様なものを用いることができるが、第１
絶縁性基部と第２絶縁性基部を形成する絶縁性セラミッ
クスは同一の組成であってもよく、異なる組成であって
もよい。また、第２絶縁性基部の多孔質部と非多孔質部
とを形成する絶縁性セラミックスは同一の組成であって
もよく、異なる組成であってもよい。

【００２６】（３−１）多孔質部 上記「多孔質部」は、第２絶縁性基部の一部であって、
第１セル部を構成する第１セル部用電極のうちの一方と
素子外の被測定雰囲気とを接触させるための部分であ
る。この多孔質部は、電極を構成する金属がリン、鉛及
びケイ素等により被毒されることを防止する作用や、素
子外における被測定ガスの流速に関わらず電極に接触す
る時点での被測定ガスの流速を略一定にする律速作用等
を発揮することができる。この多孔質部はこれらの作用
を十分に発揮できるために、気孔率５％以上（より好ま
しくは２０％以上、更に好ましくは４０以上、通常８０
％以下）であることが好ましい。気孔率が５％未満であ
ると、十分な気孔率の多孔質部を備える素子に比べると
応答性が十分に向上しない傾向にある。また、この多孔
質部の形状は特に限定されず、更に、大きさも特に限定
されないが、多孔質部の大きさが大きくなると、素子全
体の強度が低下する傾向にあるため、過度に大きく形成
する必要はない。

【００２７】また、本発明の積層型ガスセンサ素子で
は、この多孔質部は、その側面の一部又は全部が第２絶
縁性基部を構成する非多孔質部により囲まれているもの
とすることができる。この多孔質部の側面の一部又は全
面を取り囲む枠部の幅は最狭部において少なくとも０．
２ｍｍ以上であることが好ましい。この枠部の最狭部に
おける幅が０．２ｍｍ未満となると、焼成時や使用時の
冷熱間サイクルや衝撃等に対する耐久性が十分に得られ
難くなる傾向にある。また、製造時における未焼成体の
取り扱いも難しくなる場合がある。

【００２８】（４）素子を構成することができるその他
の部分 本発明の素子は、これまでに述べた第１絶縁性基部と第
１セル部と第２絶縁性基部以外にも、素子を構成する他
の部分を備えることができる。その他の部分としては、
例えば、固体電解質体を加熱するヒータ、検知室や大気
導入室等となる内室、内室内に被測定ガスを律速させて
導入するための律速導入部、第１セル部と同様にイオン
導電性を発揮できる他のセル部、各部分の層間の高さを
調節する層間調節層及び第２絶縁性基部の多孔質部と非
多孔質部との境界が細い導電層と接触することを防止す
る中間層等を挙げることができる。

【００２９】（４−１）ヒータ 本発明の素子を稼働させるためには第１セル部の備える
第１セル部用固体電解質体（後述のように複数のセル部
を備える場合にはこれらのセル部が有する各固体電解質
体も同様）を所定の温度にまで加熱しないとイオン導電
性が十分に発揮され難い。このため、ヒータを備えない
素子を用いる場合、例えば、内燃機関の排気ガス中の成
分の測定を行う素子では、素子を高温になる排気管内に
設置することで素子は自然に所定の温度にまで加熱され
る場合もある。しかし、内燃機関の作動状態等に依存す
ることなく、常に正確な測定を行うためには第１セル部
用固体電解質体を加熱するヒータを備えることが好まし
い。

【００３０】このヒータは、通常、発熱部とヒータリー
ド部とを備える。このうち発熱部は電力の供給により実
際に昇温する部位であり、ヒータリード部は外部回路か
らの電力を発熱部まで導く部位である。これらの形状は
特に限定されないが、例えば、発熱部はヒータリード部
と比較して幅細に形成することができる。また、素子内
におけるヒータの位置も特に限定されないが、例えば、
第１絶縁性基部の表面及び／又は内部や、第２絶縁性基
部の表面や内部等とすることができる。更に、発熱部及
びヒータリード部を構成する材質は特に限定されず、例
えば、貴金属、モリブデン及びレニウムの少なくとも１
種により構成することができる。また、発熱部とヒータ
リード部とは同じ材質からなっていてもよく、異なる材
質からなっていてもよい。

【００３１】（４−２）内室 本発明の素子をラムダセンサ等の酸素センサとして使用
する場合等には、検知室は必要とせず、また、参照ガス
を導入する必要も特にないので参照ガス導入室も必要と
しない。しかし、本発明の素子を空燃比センサや窒素酸
化物ガスセンサ等として使用する場合には検知室及び／
又は参照ガス導入室となる内室を１つ又は２つ以上必要
とする場合がある。この内室の形状及び大きさは特に限
定されないが、積層方向の高さは１．０ｍｍ以下（より
好ましくは０．５ｍｍ以下、更に好ましくは０．１ｍｍ
以下、通常０．０２ｍｍ以上）であることが好ましい。

【００３２】また、素子内においてこの内室を備える位
置は特に限定されないが、例えば、図３〜５、図２０及
び図２１のように、第１絶縁性基部と第１セル部との間
に内室を備え、この内室を参照ガス導入室又は検知室と
して機能させることができる。更に、例えば、図６〜１
９、図２２及び図２３のように、後述する第１セル部に
加えて第２セル部を備える２セル型の素子では、第１セ
ル部と第２セル部との間に内室を備え、この内室を検知
室として機能させることができる。

【００３３】この内室は全方向に閉じたものであっても
よく、また、少なくとも一方向で素子外に開放されたも
のであってもよい。このうち全方向に閉じた形状の内室
は参照ガス室として機能させることができる。即ち、第
１セル部の一方の電極がこの全方向に閉じた内室内に面
し、他方の電極が例えば酸素を含有する被測定雰囲気に
面し、第１セル部用固体電解質体をポンプセルとして機
能させることで、内室内に酸素を充填することができ
る。これにより、内室内の雰囲気を参照ガスとして利用
することができる。

【００３４】（４−３）律速導入部 上記のように内室を備える場合であって、例えば、上記
のように内室が少なくとも一方向で素子外に開放される
ことにより、内室内に被測定ガスを律速させて導入する
必要がある場合には、律速導入部を備えることができ
る。この律速導入部は、どのように形成されていてもよ
く、例えば、被測定ガスを律速させて導入できる程度の
通気性を有する律速導入用多孔質部（図６等における１
５１及び１５２）や、被測定ガスを律速させて導入でき
る程度に小さな貫通孔（図１５及び図１６における１５
７）等により形成することができる。この様な律速導入
用多孔質部としては、気孔率が５〜４０％（より好まし
くは５〜３０％、更に好ましくは１０〜２０％）である
ものが挙げられる。一方、被測定雰囲気を構成する被測
定ガスを律速させて導入できる程度に小さな貫通孔とし
ては、素子外表面における開口面積が０．５ｍｍ^２以下
の貫通孔を挙げることができる。

【００３５】（４−４）他のセル部 また、本発明の素子はイオン導電部として第１セル部の
みを備えるもの（図１〜５、図２２及び図２３）とする
ことができるが、その他にもイオン導電性を発揮できる
セル部を備えることができる。例えば、第１セル部以外
に他のセル部を１つ（以下、「第２セル部」という）の
み備える素子としては図６〜１９、図２２及び図２３に
示すような素子を挙げることができる。また、第１セル
部以外に他のセル部を２つ（以下、一方を「第２セル
部」、他方を「第３セル部」という）を備える素子を挙
げることができる。

【００３６】このうち第２セル部は、前述の第１セル部
と同様に、第２セル部用固体電解質体と一対の第２セル
部用電極とを備える。また、第３セル部は、第３セル部
用固体電解質体と一対の第３セル部用電極とを備える。
これら第２セル部用固体電解質体及び第３セル部用固体
電解質体に関しては、第１セル部用固体電解質体と同様
であるが、これらを構成する固体電解質体の大きさ、形
状、厚さ及び組成等は各々異なっていても同じであって
もよい。また、第２セル部用電極及び第３セル部用電極
についても、第１セル部用電極と同様であるが、これら
を構成する電極の大きさ、形状、厚さ及び組成等は各々
異なっていても同じであってもよい。

【００３７】（４−５）層間調節層 また、本発明の素子は、素子の備える各部分間の層間の
高さ等を調節する目的で層間調節層を備えることができ
る。この層間調節層の大きさ、形状、厚さ及び組成等は
特に限定されない。この層間調節層としては、例えば、
図２１及び図２３に示すように、第１セル部１２と第２
セル部１３との間に形成された内室１５と他部の高さを
あわせるために層間調節層１５３及び１５４を備えるこ
とができる。

【００３８】（４−６）中間層 更に、本発明の素子は、第２絶縁性基部の多孔質部と非
多孔質部との境界が、第２絶縁性基部の層下に配置され
るセル部の備える電極と直接接することを防止するため
に、中間層（例えば、図２１及び図２３における１７）
を備えることができる。電極は幅広に形成された電極部
と幅細に形成された電極リード部とから形成することが
できる。しかし、特にこのような幅細の電極リード部が
第２絶縁性基部の多孔質部と非多孔質部との境界と接す
ると、製造過程における積層時や焼成時において細線化
されたり、切断されることが危惧される。このため、第
２絶縁性基部の多孔質部と非多孔質部との境界部分に生
じ易い段差をできる限り平坦化して取り除くために、こ
の境界と電極との間に薄い層（但し、第２絶縁性基部の
通気性を阻害しない）を形成することができる。

【００３９】［２］素子を構成する各部分の相関 これまでに述べたように、本発明の素子は、上述の各部
分を備えることができるが、以下では、これらの各部分
の素子内での大きさ、配置、及び、これら大きさと配置
とが反映される各部分の投影像の位置関係により、素子
を構成する各部分の相関を説明する。

【００４０】（１）第１セル部用固体電解質体と第２絶
縁性基部との相関 本発明の素子は、前述のように第１セル部用固体電解質
体が第２絶縁性基部よりも厚さが薄いことに加えて、素
子の長手方向において第１セル部用固体電解質体の方が
第２絶縁性基部よりも短いものである。このような態様
であることにより、第１セル部は早期に安定して所定の
温度にまで加熱され、少ないエネルギー量でこの温度が
保持できる。この素子の長手方向における第１セル部用
固体電解質体の長さは、第２絶縁性基部の１／２倍以下
（より好ましくは１／４倍以下、更に好ましくは１／８
倍以下、通常１／２０倍以上）であることが好ましい。

【００４１】また、素子の幅方向においては、第１セル
部用固体電解質体と第２絶縁性基部との相関は特に限定
されず、例えば、第１セル部用固体電解質体の方が第２
絶縁性基部よりも小さくても（図２、図４〜図９、図１
１〜図１３、図１７及び図１８）、第１セル部用固体電
解質体と第２絶縁性基部とが同じ大きさ（図１、図３、
図１０、図１４、図１５、図１６及び図１９）であって
もよい。しかし、第１セル部用固体電解質体と第２絶縁
性基部とが同じ大きさである場合に比べて、長手方向に
おけると同様に第１セル部を早期に安定して所定の温度
に加熱し、少ないエネルギー量で所定の温度を保持でき
るため、第１セル部用固体電解質体の方が第２絶縁性基
部よりも短いことが好ましい。この素子の幅方向におけ
る第１セル部用固体電解質体の幅は、第２絶縁性基部の
３／４倍以下（より好ましくは２／３倍以下、更に好ま
しくは１／２倍以下、通常１／５倍以上）であることが
好ましい。

【００４２】更に、素子の長手方向における第１セル部
用固体電解質体と第２絶縁性基部の多孔質部との相関は
特に限定されない。従って、第１セル部用固体電解質体
の方が多孔質部よりも小さくてもよく、大きくてもよ
く、第１セル部用固体電解質体と多孔質部とが同じ大き
さであってもよい。しかし、同じ大きさであるか又は第
１セル部用固体電解質体の方が多孔質部よりも小さいこ
とが好ましく、更には、第１セル部用固体電解質体の方
が多孔質部よりも小さいことがより好ましい。

【００４３】同様に、素子の幅方向においても、第１セ
ル部用固体電解質体と多孔質部との相関は特に限定され
ず、例えば、第１セル部用固体電解質体の方が多孔質部
よりも小さくても（図２、図４〜図９及び図１３）、大
きくても（図１、図１０、図１１、図１４、図１５、図
１６及び図１９）、第１セル部用固体電解質体と多孔質
部とが同じ大きさ（図１２）であってもよい。しかし、
同じ大きさであるか又は第１セル部用固体電解質体の方
が多孔質部よりも小さいことが好ましく、更には、第１
セル部用固体電解質体の方が多孔質部よりも小さいこと
がより好ましい。これらの第１セル部用固体電解質体と
多孔質部との相関が好ましい理由は、前述の通りであ
る。

【００４４】更に、第１セル部用固体電解質体の投影像
の外周線は、多孔質部の投影像の外周線と少なくとも一
部で重ならないことが好ましく、全周で重ならないこと
がより好ましい。これは、素子を構成する各部分の外周
線は他部に比べてクラックや割れの起点となる確率が高
い部分であるため、各部分の外周線は相互に接触しない
ように位置していることが好ましいからである。即ち、
このような態様であることにより、クラックや割れの起
点となる可能性のある部位を素子内で分散させることと
なり、素子のクラックや割れが効果的に防止できる。従
って、前述のように早期に安定して所定の温度にまで加
熱され、少ないエネルギー量でこの温度が保持できるこ
とに加えて、クラックや割れを防止できるため、第１セ
ル部用固体電解質体は多孔質部よりも小さく、且つ、第
１セル部用固体電解質体の投影像の外周線は多孔質部の
投影像の外周線の内側に位置することが好ましい。

【００４５】（２）第１セル部用固体電解質体とヒータ
との相関 本発明の素子では、素子の長手方向において第１セル部
用固体電解質体をどの位置に備えていてもよいが、例え
ば、長板状の素子では素子の長手方向の一端側に配置さ
れたものとすることができる。このような素子におい
て、第１絶縁性基部の表面又は内部にヒータを備える場
合、ヒータの発熱部の投影像は第１セル部用固体電解質
体の投影像と少なくとも一部で重なるように配置されて
いることが好ましく、発熱部の投影像の外周縁の内側に
第１セル部用固体電解質体の投影像が位置するように配
置されていることがより好ましい。同様に、第１セル部
用固体電解質体が素子の一端側に配置された素子におい
て、第２絶縁性基部がその表面又は内部にヒータを備え
る場合には、このヒータの発熱部の投影像も第１セル部
用固体電解質体の投影像と少なくとも一部で重なること
が好ましく、発熱部の投影像の外周縁の内側に第１セル
部用固体電解質体の投影像が位置することがより好まし
い。このような態様であることにより、素子は加熱を要
するイオン導電部を効率よく（時間も消費電力も）加熱
及び保温することができる。

【００４６】（３）第１セル部用固体電解質体と内室と
の相関 本発明の素子が前述のように内室を備える場合に、第１
セル部用固体電解質体と内室との相関は特に限定され
ず、第１セル部用固体電解質体の方が内室よりも小さく
てもよく（図４、図６〜図９、図１３、図１７及び図１
８）、大きくてもよく（図３、図５、図１０、図１１、
図１４〜図１６及び図１９）、第１セル部用固体電解質
体と内室とが同じ大きさ（図１２）であってもよい。し
かし、前述のようにより早期に安定して所定の温度にま
で加熱され、より少ないエネルギー量でこの温度が保持
できるためには、第１セル部用固体電解質体と内室とは
同じ大きさであるか、又は第１セル部用固体電解質体の
方が内室よりも小さいことが好ましく、更には、第１セ
ル部用固体電解質体の方が内室よりも小さいことがより
好ましい。

【００４７】また、第１セル部用固体電解質体の投影像
の外周線と第１セル部用固体電解質体と面する内室の投
影像の外周線とは少なくとも一部で重ならないことが好
ましく、全周で重ならないことがより好ましい。この理
由は第１セル部用固体電解質体と多孔質部との相関にお
けると同様であり、クラックや割れの起点となる可能性
のある部位が素子内で分散されるためである。これによ
り、第１セル部用固体電解質体は内室である空間とこの
空間を形作る層間調節層等の緻密層とを跨がない構造と
なり、素子は製造段階における焼成時や、使用段階にお
ける冷熱間サイクル時にクラックや割れを生じ難いとい
う高い耐熱性を発揮できることとなる。この相関は、素
子内にイオン導電部を第１セル部しか有さない素子（即
ち例えば、図３に示すような断面構造を有する素子）だ
けでなく、素子内に２つのイオン導電部を有し且つこれ
らイオン導電部が内室を介して対向する構造を有する素
子（即ち例えば、図６に示すような断面構造を有する素
子）においても同様である。

【００４８】従って、早期に安定して所定の温度にまで
加熱され、少ないエネルギー量でこの温度が保持できる
ことに加えて、クラックや割れを防止できるため、第１
セル部用固体電解質体は内室よりも小さく、且つ、第１
セル部用固体電解質体の投影像の外周線は内室の投影像
の外周線の内側に位置することが好ましい。尚、図２２
では第２セル部固体電解質体１３１は、内室１５と層間
調節層１５４とを跨いで形成されている。これは第１セ
ル部用固体電解質体１２１に比べて第２セル部用固体電
解質体１３１は、その積層方向（内室１５及び層間調節
層１５４に面する）の表面積が小さい。このため、内室
１５と層間調節層１５４とを跨いで形成されていても、
上記のような第１セル部用固体電解質体と内室との場合
におけるような問題は生じないものとすることができ
る。

【００４９】（４）第１セル部用固体電解質体と第２セ
ル部用固体電解質体との相関 また、本発明の素子では第１セル部と第２セル部との２
つのイオン導電部を備えることができる。このような素
子では、第１セル部用固体電解質体と第２セル部用固体
電解質体との大きさの相関は特に限定されず、第１セル
部用固体電解質体の方が第２セル部用固体電解質体より
も大きくてもよく（図７〜図９）、小さくてもよく（図
６、図１０〜図１２及び図１５〜図１８）、第１セル部
用固体電解質体と第２セル部用固体電解質体とが同じ大
きさであってもよい（図１３、図１４及び図１９）。

【００５０】しかし、素子の長手方向及び幅方向の少な
くとも一方の方向において第１セル部用固体電解質体よ
りも第２セル部用固体電解質体の方が小さいことが好ま
しい。更には、素子の長手方向及び幅方向の両方の方向
において第１セル部用固体電解質体よりも第２セル部用
固体電解質体の方が小さいことがより好ましい。また、
特に第２セル部用固体電解質体の投影像の外周線が第１
セル部用固体電解質体の投影像の外周線の内側に位置す
ることが特に好ましい。このような態様であることによ
り、素子は早期始動性に優れるものとなる。

【００５１】（５）内室と多孔質部との相関 更に、本発明の素子では、第１絶縁性基部と第２絶縁性
基部とを他の各部分に比べて相対的に厚く形成すること
ができる。このような場合であって、本発明の素子が内
室を備える場合には、第２絶縁性基部の多孔質部と非多
孔質部との境界面のうち第２絶縁性基部の第１絶縁性基
部に対向する側の表面に現れる境界線の投影像と、内室
のうち第２絶縁性基部側に位置する内室の外周線の投影
像とは少なくとも一部で重ならないことが好ましく、そ
の全周で重ならないことがより好ましい。これにより、
前述の第１セル部用固体電解質体と多孔質部との相関に
おけると同様にクラックや割れの起点となる確率が高い
外周線が相互に接触しないように配置され、素子のクラ
ックや割れが効果的に防止される。また、このような態
様であることに加えて、内室が素子の長手方向及び幅方
向の各々の方向で多孔質部よりも小さいことが好まし
い。このような態様であることにより、素子の機械的強
度を向上させることができる。

【００５２】（６）第１セル部用電極と多孔質部との相
関 本発明の素子では、第１セル部を構成する一対の電極の
うちのいずれか一方のみが多孔質部を介して被測定雰囲
気と接するように配置されている。即ち、一対の電極の
うちの一方の電極の外周線の投影像が多孔質部の外周線
の投影像と少なくとも一部で重なることを意味する。こ
の重なりは第１セル部用電極の３０％以上（より好まし
くは６０％以上、更に好ましくは全面）であることが好
ましい。

【００５３】（７）第１セル部用電極と第２セル部用電
極との相関 本発明の素子において、内室を隔てて第１セル部と対向
する第２セル部を備えることができる。このような素子
においては、第１セル部用電極のうちの内室に面する電
極の実電極領域と、第２セル部用電極のうちの内室に面
する電極の実電極領域とは、少なくとも一部で対向（４
０％以上、更に好ましくは６０％以上）していることが
好ましく、特に第１セル部用電極のうちの内室に面する
電極の投影像は、第２セル部用電極のうちの内室に面す
る電極の投影像内にすべて含まれるように配置されてい
ることが好ましい。このような態様の素子は応答性に優
れ、測定雰囲気の変化が激しい場合であっても応答遅れ
を生じ難いものとなる。

【００５４】尚、上記でいう実電極領域とは、電極のう
ち各セル部内において実際にイオンを導電させる機能に
関与する領域である。即ち、第１セル部用電極の内室に
面する電極においては、一面側で固体電解質体と接し、
他面側で内室に面している領域である。一方、第２セル
部用電極の内室に面する電極においても、一面側で固体
電解質体と接し、他面側で内室に面している領域であ
る。例えば、図１９における第１セル部用電極１２３と
第２セル部用電極１３２とにはそれぞれ、実電極領域と
非実電極領域がある。

【００５５】［３］本発明の素子の具体的な構成 本発明の素子は、上記［１］において説明した各部分を
備え、更にこれらの各部分は上記［２］において説明し
たような相関を有することができる。このような素子の
具体的な構成は特に限定されないが、例えば、以下のよ
うな、イオン導電部を１つ備える素子、イオン導電部を
２つ備える素子、及び、イオン導電部を３つ備える素子
等を挙げることができる。

【００５６】（１）イオン導電部を１つのみ備える素子 例えば、第１絶縁性基部、１つの内室、第１セル部及び
第２絶縁性基部の各々をこの順に積層して備えるイオン
導電部を１つのみ備える素子である。この素子は、更に
例えば、第１セル部を構成する第１セル部用固体電解質
体として酸素イオン導電性を有するものを用いてこの第
１セル部を酸素濃淡電池として機能させ、内室を参照ガ
ス導入室として用いることで、酸素センサや空燃比セン
サ等として用いることができる。尚、この素子でいう参
照ガス導入室は、測定に際して基準となるガスを導入す
るための室である。この基準となるガスとしては、大気
や一定濃度に保たれた各種の気体等を用いることができ
る。

【００５７】このような素子としては、図３（幅方向断
面図）、図２０（長手方向断面図）及び図２１（分解斜
視図）に示すような具体的構成とすることができる。
尚、図２０は図３のＡ−Ａ’における模式的な断面図で
あり、図３は図２０のＢ−Ｂ’における模式的な断面図
である。即ち、第１絶縁性基部１１は、第１絶縁性基部
下部１１１と第１絶縁性基部上部１１２との間に発熱部
１１４及びヒータリード部１１５を備え、スルーホール
１１６を介してヒータ取出パッド１１７から外部と導通
されるヒータ１１３を備えるものとすることができる。
また、第１内室１５は層間調節層１５３により形成する
ことができる。更に、第１セル部１２は、第１セル部用
固体電解質体１２１と、この第１セル部用固体電解質体
の表面に形成された一対の第１セル部用電極１２２及び
１２３と、層間調節層１２４とを備えるものとすること
ができる。

【００５８】これらの第１セル部用電極のうちの一方の
電極１２３は、層間調節層１２４の端部に形成されたス
ルーホール１２５を介し、更に後述する中間層非多孔質
部１７２に形成されたスルーホール１７４を介し、後述
する第２絶縁性基部非多孔質部１６２の端部に形成され
たスルーホール１６３を介して電極取出パッド１６５に
接続して、外部回路へと導出することができる。一方、
電極１２２は、後述する中間層非多孔質部１７２の端部
に形成されたスルーホール１７３を介し、後述する第２
絶縁性基部非多孔質部１６２の端部に形成されたスルー
ホール１６３を介して電極取出パッド１６４に接続し
て、外部回路へと導出することができる。

【００５９】また、多孔質材から形成された中間層多孔
質部１７１及び非多孔質材から形成された中間層非多孔
部１７２を有する中間層を備えることができる。更に、
多孔質材から形成された第２絶縁性基部多孔質部１６１
及び非多孔質材から形成された第２絶縁性基部非多孔部
１６２を有する第２絶縁性基部を備えることができる。
この第２絶縁性基部多孔質部１６１と第２絶縁性基部非
多孔質部１６２との境界１６７は、この中間層多孔質部
１７１と中間層非多孔質部１７２との境界１７６と接し
ないことが好ましい。

【００６０】（２）イオン導電部を２つ備える素子 また、例えば、第１絶縁性基部、第２セル部、１つの内
室、第１セル部及び第２絶縁性基部の各々をこの順に積
層して備えるイオン導電部を２つ備える素子である。こ
の素子は、更に例えば、第１セル部及び第２セル部の各
々を構成する固体電解質体として酸素イオン導電性を有
するものを用い、第２セル部を酸素濃淡電池として機能
させ、第１セル部を酸素ポンプとして機能させ、内室を
検知室として用いることで、空燃比センサ等として用い
ることができる。尚、この素子でいう検知室は、被測定
雰囲気中に含有される酸素を第１セル部の酸素ポンプ作
用により導入及び導出でき、また、第２セル部の濃淡電
池作用により、室内の酸素濃度を測定することができる
室である。このような素子としては、図６（幅方向断面
図）、図２２（長手方向断面図）及び図２３（分解斜視
図）に示すような具体的な構成とすることができる。
尚、図２２は図６のＡ−Ａ’における模式的な断面図で
あり、図６は図２２のＢ−Ｂ’における模式的な断面図
である。また、この素子については、後述する実施例で
詳細に説明する。

【００６１】（３）イオン導電部を３つ備える素子 更に、例えば、第１絶縁性基部、第３セル部、第２内室
及び第３内室、第２セル部、第１内室、第１セル部及び
第２絶縁性基部の各々をこの順に積層して備えるイオン
導電部を３つ備える素子である。この素子は、第１セル
部、第２セル部及び第３セル部の各々を構成する固体電
解質体として酸素イオン導電性を有するものを用い、第
１セル部及び第３セル部を酸素ポンプセルとして機能さ
せ、第２セル部を酸素濃淡電池として機能させ、第１内
室を検知室として用い、第２内室を第１内室に連通する
一酸化窒素分解室とし、第３内室を参照ガス室として用
いることで、窒素酸化物センサ素子として用いることが
できる。

【００６２】［４］本発明の素子の製造方法 以下では、本発明の素子の製造方法について説明する。
本発明の素子を得る方法は特に限定されず、例えば、第
１絶縁性基部となる未焼成第１シート又は第２絶縁性基
部となる未焼成第２シートの一面側に、焼成されて各部
となる未焼成部分（未焼成第１セル部や、未焼成第２シ
ート又は未焼成第１シート等）を順次積層し、得られる
未焼成素子を焼成して得ることができる。

【００６３】また、本発明の製造方法のように第１積層
体と第２積層体とに分けて積層する工程を経る製造方法
により得ることもでき、この製造方法においては更に第
１絶縁性シート及び第２絶縁性シートを除く他の部分と
なる未焼成部分は、第１積層体及び第２積層体のいずれ
の積層体中に形成されていてもよい。以下で説明する第
１積層体と第２積層体とに分けて積層する工程を備え、
且つ、第２積層体側に未焼成第１セル部を形成する工程
を備える製造方法は、特にイオン導電部を２つ以上備え
る素子の製造に適している。

【００６４】上記「未焼成第１シート」は、焼成されて
第１絶縁性基部となるものである。この未焼成第１シー
トを構成し、焼成されて絶縁性セラミックスとなる未焼
成絶縁性セラミックスは、焼成されて十分な絶縁性を発
揮できるものであれば特に限定されない。その形成方法
も特に限定されないが、例えば、セラミック原料粉末
（例えば、アルミナ、ムライト、スピネル、ステアタイ
ト及び窒化アルミニウム等のうちの１種又は２種以上か
らなる粉末又はこれらを主成分とする粉末）、バインダ
及び可塑剤等から調合されたペーストをドクターブレー
ド法等により、シート状に成形した後、乾燥させて、得
られるグリーンシートを所望の大きさに切り出すことに
より得られる素シートとして、又は、この素シートを複
数枚積層したものとして得ることができる。

【００６５】上記「第１積層体」は、未焼成第１シート
のみからなるか、又は、未焼成第１シートとその他の未
焼成部分を備えるものである。その他の未焼成部分と
は、焼成されて第２絶縁性基部となる未焼成第２シート
及び第１セル部となる未焼成第１セル部を除く他の部分
である。その他の未焼成部分としては、例えば、焼成さ
れて層間調節層となる未焼成層間調節層や、複数のイオ
ン導電部を備えることとなる未焼成素子を形成する場合
には、焼成されて第２セル部や第３セル部となる未焼成
イオン導電部等を挙げることができる。

【００６６】上記「未焼成第２シート」は、焼成されて
第２絶縁性基部となるものである。この未焼成第２シー
トを構成し、焼成されて非多孔質部となる未焼成非多孔
質部を構成する絶縁性セラミックスは、上記で述べた未
焼成第１シートにおける未焼成絶縁性セラミック部と同
様なものとすることができる。一方、焼成されて多孔質
部となる未焼成多孔質部を構成する絶縁性セラミックス
は、焼成されて十分な通気性を発揮できるものであれば
特に限定されず、その形成方法も特に限定されない。例
えば、セラミック原料粉末（例えば、アルミナ、ムライ
ト、スピネル、ステアタイト及び窒化アルミニウム等の
うちの１種又は２種以上からなる粉末又はこれらを主成
分とする粉末）、多孔質化粉末（例えば、カーボン粉
末、テオブロミン等のキサンチン誘導体等からなる粉末
又はこれらを主成分とする粉末）、バインダ及び可塑剤
等から調合されたペーストをドクターブレード法等によ
り、シート状に成形した後、乾燥させて、得られるグリ
ーンシートを所望の大きさに切り出すことにより得られ
る素シートとして、又は、この素シートを複数枚積層し
たものとして得ることができる。

【００６７】上記「未焼成第１セル部用固体電解質体」
は、焼成されて第１セル部の第１セル部用固体電解質体
となる部分である。この未焼成第１セル部用固体電解質
体は、前述のように焼成されてイオン導電性を発揮でき
るものであれば特に限定されないが、酸素イオンを導電
させるためにジルコニア系焼結体を第１セル部用固体電
解質体として用いる場合には、セラミック原料粉末とし
て、ジルコニア粉末及びイットリア粉末等が配合された
ものを用いることができる。

【００６８】この未焼成第１セル部用固体電解質体の形
成方法は特に限定されないが、例えば、セラミック原料
粉末（例えば、ジルコニア粉末及びイットリア粉末等か
らなる粉末又はこれらを主成分とする粉末）、バインダ
及び可塑剤等から調合されたペーストをドクターブレー
ド法により成形した後、乾燥させて得られるグリーンシ
ートを所定の大きさに切り出して得ることができる。ま
た、同様なペーストをスクリーン印刷法により成形した
後、乾燥させて得ることができる。

【００６９】また、第１セル部用固体電解質体と共に第
１セル部を構成することとなる、一対の第１セル部用電
極は、未焼成第１セル部用電極として形成することがで
きる。この未焼成第１セル部用電極は、焼成されて導電
性を発揮できるものであれば特に限定されない。その形
成方法も特に限定されないが、例えば、白金、金、銀、
パラジウム、イリジウム、ルテニウム及びロジウムのう
ちの少なくとも１種の金属を含有する原料粉末、バイン
ダ及び可塑剤等から調合されたペーストをスクリーン印
刷法等により、未焼成第１セル部用固体電解質体の表面
に、所望の形状に薄く塗布した後、乾燥させて得ること
ができる。また、この未焼成第１セル部用電極を、未焼
成第１セル部用固体電解質体の表面に上記の形成方法等
により形成することで未焼成第１セル部を得ることがで
きる。

【００７０】上記「第２積層体」は、未焼成第２シート
及び未焼成第１セル部のみからなるか、又は、未焼成第
２シート及び未焼成第１セル部とその他の未焼成部分を
備えるものである。このその他の未焼成部分とは、焼成
されて第１絶縁性基部となる未焼成第１シートを除く他
の部分の未焼成体であれば特に限定されないが、例え
ば、焼成されて層間調節層となる未焼成層間調節層や、
複数のイオン導電部を備えることとなる未焼成素子を形
成する場合には、焼成されて第２セル部や第３セル部と
なる未焼成イオン導電部等を挙げることができる。

【００７１】また、検知室や参照ガス導入室等となる内
室の形成方法は特に限定されないが、例えば、内室とな
る積層面にスペーサを介して第１積層体と第２積層体と
を接合することで、焼成後に内室を得ることができる。
また、焼成により焼失するペーストを充填したり、この
ようなペーストから得られる未焼成シートを積層するこ
とにより、焼成後に内室を得ることができる。

【００７２】更に、本発明の素子では第１絶縁性基部又
は第２絶縁性基部の表面にヒータを備えることができる
が、このような第１絶縁性基部及び第２絶縁性基部は、
例えば、１枚の素シート又は複数枚の素シートが積層さ
れた複層素シートの表面に焼成されてヒータとなる未焼
成ヒータを形成することにより得ることができる。ま
た、本発明の素子では第１絶縁性基部又は第２絶縁性基
部の内部にヒータを備えることができるが、このような
第１絶縁性基部及び第２絶縁性基部は、例えば、焼成後
にヒータとなる未焼成ヒータを素シート又は複層素シー
トの一面に形成し、次いで、この未焼成ヒータを覆うよ
うに、更に別の素シート又は別の複層素シートを積層圧
着し、乾燥させることにより得ることができる。

【００７３】この未焼成ヒータは、焼成後に通電により
発熱する導電層であればよく、その形成方法は特に限定
はされないが、例えば、貴金属、モリブデン及びレニウ
ムの少なくとも１種の金属を含有する原料粉末、バイン
ダ及び可塑剤等から調合されたペーストをスクリーン印
刷法等により所望の形状に成形した後、乾燥させること
で得ることができる。

【００７４】［５］本発明の素子及び製造方法における
各未焼成体の焼成収縮 未焼成第１シート（第１絶縁性基部となる）、未焼成第
２シート（第２絶縁性基部となる）、未焼成第１セル部
用固体電解質体（第１セル部用固体電解質体となる）及
び未焼成第２セル部用固体電解質体（第２セル部用固体
電解質体となる）の各々の焼成収縮率は特に限定され
ず、また、これらの焼成収縮率の相関も特に限定されな
い。従って、未焼成第１シートの焼成収縮率と未焼成第
２シートの焼成収縮率とは同じであっても、異なってい
てもよい。同様に、未焼成第１セル部用固体電解質体の
焼成収縮率と未焼成第２セル部用固体電解質体の焼成収
縮率とは同じであっても、異なっていてもよい。

【００７５】しかし、未焼成第１シート及び未焼成第２
シートの両方の焼成収縮率が、未焼成イオン導電部用固
体電解質体の焼成収縮率よりも大きく（より好ましくは
０．３〜６％大きく、更に好ましくは０．３〜３％大き
く、特に好ましくは０．５〜１．５％大きく）すること
が好ましい。但し、複数の未焼成イオン導電部用固体電
解質体を備える場合には少なくとも最も大きい未焼成イ
オン導電部用固体電解質体の焼成収縮率よりも大きいこ
とが好ましい。このような焼成収縮率の相関とすること
により、各絶縁性基部による残留応力を適度に固体電解
質体に付加した状態を焼成後に保つことができ、クラッ
ク及び割れの防止に極めて効果的である。

【００７６】尚、上記にいう焼成収縮率（％）とは、未
焼成体の所定位置の長さをＬ_１とし、温度１３００〜１
６００℃において焼成して得られた焼成体の同じ位置の
長さをＬ_２とした場合に、下記式から算出される割合
Ｘ（％）をいうものとする。 Ｘ（％）＝｛（Ｌ_１−Ｌ２）／Ｌ_１）｝×１００ ・・・ また、上記にいう一方の焼成収縮率が他方の焼成収縮率
よりもＸ_３％大きいとは、未焼成第１シート及び未焼成
第２シートのうちの小さい方の焼成収縮率をＸ _１％と
し、未焼成イオン導電部用固体電解質体の焼成収縮率
（複数の未焼成イオン導電部用固体電解質体を備える場
合には最も大きい焼成収縮率）をＸ_２％とした場合に、
Ｘ_３＝Ｘ_２−Ｘ_１であることをいうものとする。

【００７７】更に、未焼成第２シートにおける、未焼成
多孔質部と未焼成非多孔質部との焼成収縮率は、特に限
定されず、同じであってもよく、異なっていてもよい
が、未焼成多孔質部の焼成収縮率は、未焼成非多孔質部
の焼成収縮率よりも小さく（より好ましくは０．３〜
１．５％小さく、更に好ましくは０．３〜１．１％小さ
く、特に好ましくは０．３〜０．７％小さく）すること
が好ましい。未焼成多孔質部の焼成収縮率が未焼成非多
孔質部の焼成収縮率よりも小さいことにより、焼成時に
未焼成非多孔質部の方が未焼成多孔質部よりも大きく収
縮するため、多孔質部と非多孔質部とがより強固に接合
され、得られる素子全体の熱的強度及び機械的強度を他
の場合に比べて向上させることができる。尚、上記にい
う焼成収縮率（％）とは、上記式から算出される割合
Ｘ（％）をいうものとする。また、上記にいう一方の焼
成収縮率が他方の焼成収縮率よりもＸ_３％小さいとは、
未焼成多孔質部の焼成収縮率をＸ_１％とし、未焼成非多
孔質部の焼成収縮率をＸ_２％とした場合に、Ｘ_３＝Ｘ_２
−Ｘ_１であることをいうものとする。

【００７８】［６］ガスセンサ 本発明のガスセンサは、本発明の素子を備える。本発明
のガスセンサは、これら以外についての構成は特に限定
されないが、例えば、以下のようなものとすることがで
きる。即ち、素子１は、ホルダ２１１、タルク粉末等か
らなる緩衝材２１２及びスリーブ２１３（素子１とスリ
ーブ２１３との間に、素子１と後述するリード線２６と
を電気的に接続するリードフレーム２５を介する）等の
熱による膨張収縮を緩和できる治具類に固定され、更
に、これら全体が主体金具２２に固定された構造とする
ことができる。また、主体金具２２の一端側には被測定
ガスを導入できる複数の孔を有し、且つ素子１の検知部
（図２４においては発熱部、濃淡電池用固体電解質体及
びポンプセル用固体電解質体等を備える一端側部）近傍
を覆ってガスセンサ２の一端側を保護するプロテクタ２
３を配設し、主体金具２２の他端側にはガスセンサ２の
他端側を保護する外筒２４を配設することができる。更
に、外筒２４の一端側からは、素子１を外部回路へと接
続するためのリード線２６を分岐挿通する貫通孔が設け
られたセパレータ２７及びガスセンサ２内への水等の侵
入を防止するグロメット２８を備えることができる。

【００７９】このようなガスセンサ２を用いて内燃機関
から排出される排気ガスを測定しようとする場合には、
例えば、主体金具２２の側面に螺子形状などの取付部２
２１を設けることにより排気ガスの流通する排気管に素
子１の検知部が突出するように取り付け、素子１の検知
部を被測定ガスに曝して測定を行うことができる。

【００８０】

【実施例】以下、本発明の素子のうち２つのイオン導電
部を有する素子について、図６、図２２及び図２３を用
いて更に詳しく説明する。尚、以下では解かり易さのた
めに各部の符号を焼成前後で同じにした。 ［１］積層型ガスセンサ素子の製造（図６及び図２２に
示される模式的な断面構造を有する素子） 〈１〉第１積層体の作製（第１積層体形成工程） （１）未焼成第１シート１１の作製 素シート１１１及び１１２の作製 アルミナ粉末、ブチラール樹脂、ジブチルフタレート、
トルエン及びメチルエチルケトンを用いてスラリーを得
た。その後、このスラリーをドクターブレード法により
厚さ０．５ｍｍのグリーンシート２枚に成形した。次い
で、一方のグリーンシートはそのまま未焼成第１シート
の一部である素シート１１２（焼成後、第１絶縁性基部
上層１１２となる）とした。他方のグリーンシートに
は、その一端側の所定位置に２つのスルーホール１１６
を設けて素シート１１１（焼成後、第１絶縁性基部下層
１１１となる）とした。

【００８１】 未焼成ヒータ１１３の形成 白金粉末とアルミナ粉末とを配合した混合粉末、ブチラ
ール樹脂及びブチルカルビトールを用いてスラリーを得
た。このスラリーを素シート１１１の一面に所定の形状
にスクリーン印刷し、発熱部１１４となる幅細の未焼成
発熱部１１４及びヒータリード部１１５となる幅広の未
焼成ヒータリード部１１５を備える未焼成ヒータ１１３
を形成した。

【００８２】 未焼成ヒータ取出パッド１１７の形成
及び未焼成ヒータ１１３との接続 上記と同様にスラリーを得た。このスラリーを未焼成
ヒータ１１３が形成された素シート１１１の一面とは反
対の他面側に、スルーホール１１６上を通過するように
スクリーン印刷し、未焼成ヒータ取出パッド１１７を形
成した。次いで、同様なスラリーをスルーホール１１６
内に流し込むようにして、未焼成ヒータリード部１１５
と未焼成ヒータ取出パッド１１７とを焼成後に導通でき
るように接続した。

【００８３】 素シート１１１及び１１２の張り合わ
せ 上記までに得られた一方の素シート１１１の未焼成ヒ
ータ１１３が形成された一面に、上記で得られた他方
の素シート１１２をその一面に第２ブタノールとブチル
カルビトールとの混合液を塗布した後、積層し、圧着し
て未焼成ヒータ１１３を内部に備える未焼成第１シート
１１を得た。

【００８４】（２）未焼成第２セル部１３の形成 この未焼成第２セル部１３は焼成されて酸素濃度検知セ
ルとして機能する。 未焼成第２セル部用電極１３３の形成 白金粉末とジルコニア粉末とを配合した混合粉末、ブチ
ラール樹脂及びブチルカルビトールを用いてスラリーを
得た。このスラリーを上記（１）で得られた積層体の素
シート１１２の表面にスクリーン印刷し、焼成されて電
極部となる幅広の未焼成電極部と、焼成されて電極リー
ド部となる幅細の未焼成電極リード部とを備える未焼成
第２セル部用電極１３３を形成した。この電極は焼成後
に、第２セル部の参照電極となる。

【００８５】 未焼成第２セル部用固体電解質体１３
１の形成 ジルコニア粉末とアルミナ粉末とを配合した混合粉末、
分散剤、ブチルカルビトール、ジブチルフタレート及び
アセトンを用いてスラリーを得た。このスラリーを上記
（２）で形成された未焼成第２セル部用電極１３３上
に厚さ３０μｍでスクリーン印刷し、乾燥させて未焼成
第２セル部用固体電解質体１３１を得た。

【００８６】 未焼成層間調節層（第２セル部用）１
３４の形成 アルミナ粉末、ブチラール樹脂、ジブチルフタレート、
トルエン及びメチルエチルケトンを用いてスラリーを得
た。このスラリーを上記（２）で形成された未焼成第
２セル部用固体電解質体１３１を除く、素シート１１２
及び未焼成第２セル部用電極１３３の未焼成電極リード
部上に、未焼成第２セル部用固体電解質体１３１の表面
と高さが合うようにスクリーン印刷し、乾燥させて未焼
成層間調節層１３４を得た。但し、後に未焼成電極１３
３の未焼成電極リード部と未焼成電極取出パッド１６６
とを接続するためのスルーホール１３５が形成されるよ
うに印刷を行った。

【００８７】 未焼成第２セル部用電極１３２の形成 上記（２）と同様にスラリーを得た。このスラリーを
未焼成第２セル部用固体電解質体１３１及び未焼成層間
調節層１３４の表面に印刷し、乾燥させて、焼成されて
電極部となる幅広の未焼成電極部（この未焼成電極部は
未焼成第２セル部用固体電解質体１３１の表面に形成し
た）と、焼成されて電極リード部となる幅細の未焼成電
極リード部（この未焼成電極リード部は未焼成層間調節
層１３４の表面に形成した）を備える未焼成第２セル部
用電極１３２を形成した。この電極は焼成後に第２セル
部の検知電極となる。このようにして未焼成第２セル部
１３を、未焼成第１シート１１上に積層し、上記（１）
及び上記（２）により第１積層体を得た。

【００８８】〈２〉内室１５及び未焼成律速導入部１５
１及び１５２の形成 （１）未焼成層間調節層（内室形成用）１５３及び１５
４の形成 上記〈１〉（２）と同様にスラリーを得た。このスラ
リーを上記〈１〉（２）までに形成された第１積層体の
未焼成第２セル部用電極１３２と未焼成層間調節層１３
４上にスクリーン印刷し、乾燥させて未焼成層間調節層
１５３及び１５４を得た。但し、後に未焼成第２セル部
用電極１３２の未焼成電極リード部と未焼成電極取出パ
ッド１６５と接続するためのスルーホール１５５が形成
され、また、未焼成第２セル部用電極１３３の未焼成電
極リード部と未焼成電極取出パッド１６６と接続するた
めのスルーホール１５６が形成されるように印刷を行っ
た。更に、焼成後に内室１５が形成されるように未焼成
層間調節層を１５３と１５４との２つの部位に分け、そ
の間に空間が形成されるように印刷を行った。

【００８９】（２）未焼成律速導入部１５１及び１５２
の形成 アルミナ粉末（焼成後に空隙を残存させることができる
粒径）、ブチラール樹脂、ジブチルフタレート、トルエ
ン及びメチルエチルケトンを用いてスラリーを得た。こ
のスラリーを第１積層体の未焼成層間調節層１３４上で
あって、未焼成層間調節層１５３及び１５４の形成され
ていない部分に図２３に示すような形状にスクリーン印
刷し、乾燥させて未焼成律速導入用多孔質部１５１及び
１５２を得た。尚、未焼成層間調節層１５３及び１５４
並びに未焼成律速導入部１５１及び１５２に囲まれた図
２３中の内室１５は検知室となる。

【００９０】〈３〉第２積層体の作製 （１）未焼成第２シート１６の作製 アルミナ粉末、ブチラール樹脂、ジブチルフタレート、
トルエン及びメチルエチルケトンを用いて非多孔質部用
スラリーを得た。このスラリーをドクターブレード法に
より厚さ５００μｍの非多孔質部用のグリーンシートに
成形した。一方、アルミナ粉末、カーボン粉末、ブチラ
ール樹脂、ジブチルフタレート、トルエン及びメチルエ
チルケトンを用いて多孔質部用スラリーを得た。このス
ラリーをドクターブレード法により厚さ５００μｍの多
孔質部用のグリーンシートに成形した。これら２種のグ
リーンシートから図２３に示すような非多孔質部となる
未焼成非多孔質部１６２となるシートの一端側に多孔質
部１６１となる未焼成多孔質部１６１を備えるシートを
形成した。次いで、スルーホール１６３となる孔を３つ
設けて未焼成第２シート１６を得た。

【００９１】（２）未焼成中間層１７の形成 上記〈３〉（１）と同様の多孔質部用及び非多孔質部用
の２種のスラリーを得た。このうち多孔質部用のスラリ
ーを、上記〈３〉（１）で得られた未焼成第２シート１
６の備える未焼成多孔質部１６１を覆うようにスクリー
ン印刷し、乾燥させて中間層１７の多孔質部１７１とな
る未焼成中間層多孔質部１７１を形成した。次いで、非
多孔質部用のスラリーを未焼成第２シート１６上であっ
て、未焼成中間層多孔質部１７１が形成されていない表
面にスクリーン印刷し、乾燥させて中間層１７の非多孔
質部１７２となる未焼成中間層非多孔質部１７２を形成
した。但し、後に未焼成第２セル部用電極１３３と未焼
成電極取出パッド１６６とを接続するためのスルーホー
ル１７５が形成され、また、未焼成第２セル部用電極１
３２及び未焼成第１セル部用電極１２３と未焼成電極取
出パッド１６５とを接続するためのスルーホール１７４
が形成され、更に、未焼成第１セル部用電極１２２と未
焼成電極取出パッド１６４とを接続するためのスルーホ
ール１７３が形成されるように印刷を行った。

【００９２】（３）未焼成第１セル部１２の形成 この未焼成第１セル部１２は焼成されて酸素ポンプセル
として機能する。 未焼成第１セル部用電極１２２の形成 上記〈１〉（２）と同様にスラリーを得た。このスラ
リーを上記で得られた未焼成中間層１７の表面にスクリ
ーン印刷し、焼成されて電極部となる幅広の未焼成電極
部１２２１と、焼成されて電極リード部となる幅細の未
焼成電極リード部１２２２を備える未焼成第１セル部用
電極１２２を形成した。

【００９３】 未焼成第１セル部用固体電解質体１２
１の形成 上記〈１〉（２）と同様にスラリーを得た。このスラ
リーを上記で得られた未焼成第１セル部用電極１２２の
未焼成電極部上に３０μｍの厚さにスクリーン印刷し、
乾燥させて未焼成第１セル部用固体電解質体１２１を得
た。

【００９４】 未焼成層間調節層１２４（第１セル部
用）の形成 上記〈１〉（２）と同様にスラリーを得た。このスラ
リーを上記で得られた未焼成第１セル部用固体電解質体
１２１を除く、未焼成中間層１７及び未焼成第１セル部
用電極１２２の未焼成電極リード部上に、未焼成第１セ
ル部用固体電解質体１２１の表面と高さが合うようにス
クリーン印刷し、乾燥させて未焼成層間調節層１２４を
得た。但し、後に未焼成第２セル部用電極１３３と未焼
成電極取出パッド１６６とを接続するためのスルーホー
ル１２６が形成され、また、未焼成第２セル部用電極１
３２及び未焼成第１セル部用電極１２３（この時点では
未形成）と未焼成電極取出パッド１６５とを接続するた
めのスルーホール１２５が形成されるように印刷を行っ
た。

【００９５】 未焼成第１セル部用電極１２３の形成 上記〈１〉（２）と同様にスラリーを得た。このスラ
リーを未焼成第１セル部用固体電解質体１２１及び未焼
成層間調節層１２４の表面に印刷し、乾燥させて、焼成
されて電極部となる幅広の未焼成電極部（この未焼成電
極部は未焼成第１セル部用固体電解質体１２１の表面に
形成した）と、焼成されて電極リード部となる幅細の未
焼成電極リード部（この未焼成電極リード部は未焼成層
間調節層１２４の表面に形成した）を備える未焼成第１
セル部用電極１２３を形成した。このようにして、上記
（１）〜（３）により第２積層体を得た。

【００９６】〈４〉第１積層体と第２積層体との接合 一面側に内室１５と未焼成律速導入部１５１及び１５２
等が形成された第１積層体のこの面と、第２積層体の未
焼成第２セル部用電極１３２が形成された面とに、第２
ブタノールとブチルカルビトールとの混合液を塗布した
後、接合し、圧着して未焼成素子１を得た。

【００９７】〈５〉脱脂及び焼成 上記〈４〉までに得られた未焼成素子１を、大気雰囲気
において、脱脂処理を行った。その後、大気雰囲気にお
いて１３００〜１６００℃で焼成し積層型ガスセンサ素
子１を得た。

【００９８】〈６〉ガスセンサの製造 上記〈５〉までに得られた素子１を用いて図２４に示す
ガスセンサ２を製造した。このガスセンサ２において、
素子１は主体金具２２内に収められたセラミックホルダ
２１１、タルク粉末２１２及びセラミックスリーブ２１
３（センサ素子１とセラミックスリーブ２１３との間に
はリードフレーム２５を介し、センサ素子１の上端はセ
ラミックスリーブ２１３内に位置する）に支持されて固
定されている。この主体金具２２の下部には、センサ素
子１の下部を覆う複数の孔を有する２重構造の金属製の
プロテクタ２３が取設され、主体金具２２の上部には外
筒２１３が取設されている。また、外筒２４の上部に
は、センサ素子１を外部回路と接続するためのリード線
２６を分岐挿通する貫通孔が設けられたセラミックセパ
レータ２７及びグロメット２８を備える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例の積層型ガスセンサ素子の幅方向
の模式的な断面図である。

【図２】本発明の他例の積層型ガスセンサ素子の幅方向
の模式的な断面図である。

【図３】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の幅
方向の模式的な断面図である。

【図４】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の幅
方向の模式的な断面図である。

【図５】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の幅
方向の模式的な断面図である。

【図６】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の幅
方向の模式的な断面図である。

【図７】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の幅
方向の模式的な断面図である。

【図８】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の幅
方向の模式的な断面図である。

【図９】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の幅
方向の模式的な断面図である。

【図１０】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の
幅方向の模式的な断面図である。

【図１１】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の
幅方向の模式的な断面図である。

【図１２】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の
幅方向の模式的な断面図である。

【図１３】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の
幅方向の模式的な断面図である。

【図１４】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の
幅方向の模式的な断面図である。

【図１５】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の
幅方向の模式的な断面図である。

【図１６】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の
幅方向の模式的な断面図である。

【図１７】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の
幅方向の模式的な断面図である。

【図１８】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の
幅方向の模式的な断面図である。

【図１９】本発明の更に他例の積層型ガスセンサ素子の
幅方向の模式的な断面図である。

【図２０】本発明の一例の積層型ガスセンサ素子の長手
方向の模式的な断面図である。

【図２１】本発明の一例の積層型ガスセンサ素子の模式
的な分解斜視図である。

【図２２】本発明の一例の積層型ガスセンサ素子の長手
方向の模式的な断面図である。

【図２３】本発明の一例の積層型ガスセンサ素子の模式
的な分解斜視図である。

【図２４】本発明のガスセンサの一例の模式的な断面図
である。

【符号の説明】

１；積層型ガスセンサ素子、１１；第１絶縁性基部、１
１１；第１絶縁性基部上部、１１２；第１絶縁性基部下
部、１１３；ヒータ、１１４；発熱部、１１５；ヒータ
リード部、１１７；ヒータ取出パッド、１１８；ヒータ
取出線、１２；第１セル部、１２１；第１セル部用固体
電解質体、１２２、１２３；第１セル部用電極、１２
４；層間調節層（第１セル部用）、１２５、１２７１、
１２７２；絶縁層、１３；第２セル部、１３１；第２セ
ル部用固体電解質体、１３２、１３３；第２セル部用電
極、１３４；層間調節層（第２セル部用）、１５；内室
（第１内室）、１５１、１５２、１５７；律速導入部、
１５３、１５４；層間調節層（第１内室形成用）、１
６；第２絶縁性基部、１６１；第２絶縁性基部多孔質
部、１６２；第２絶縁性基部非多孔質部、１６４、１６
５、１６６；電極取出パッド、１６７；第２絶縁性基部
の多孔質部と非多孔質部との境界、１７；中間層、１７
１；中間層多孔質部、１７２；中間層非多孔質部、１７
６；中間層の多孔質部と非多孔質部との境界、１８１；
内室（第２内室）、２；ガスセンサ、２１１；ホルダ、
２１２；緩衝材、２１３；スリーブ、２２；主体金具、
２２１；取付用螺子部、２３；プロテクタ、２４；外
筒、２５；リードフレーム、２６；リード線、２７；セ
パレータ、２８；グロメット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２５Ｊ 27/58 Ｂ 27/46 ３３１ (72)発明者 平岩 雅道 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 (72)発明者 森 茂樹 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 BD05 BE10 BE22 BJ02 BM07

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性セラミックスから形成された第１
   絶縁性基部と、固体電解質からなる第１セル部用固体電
   解質体及び該第１セル部用固体電解質体の表面に形成さ
   れた一対の電極である第１セル部用電極を備える第１セ
   ル部と、絶縁性セラミックスから形成され、且つ、該第
   １セル部用電極のうちの一方の電極と被測定雰囲気とが
   接するように配置された通気性を有する多孔質部を備え
   る第２絶縁性基部と、がこの順に積層されて備えられ、 該第１セル部用固体電解質体は、該第２絶縁性基部の１
   ／２倍以下の厚さであり、且つ、長手方向において該第
   ２絶縁性基部よりも小さいことを特徴とする積層型ガス
   センサ素子。
2. 【請求項２】 上記第１セル部用固体電解質体は、幅方
   向において上記第２絶縁性基部よりも小さい請求項１記
   載の積層型ガスセンサ素子。
3. 【請求項３】 上記第１絶縁性基部は、発熱部及び該発
   熱部に連接されたヒータリード部を備えるヒータを表面
   又は内部に有し、該発熱部は該第１絶縁性基部の長手方
   向の一端側に配置され、該発熱部の投影像は上記第１セ
   ル部用固体電解質体の投影像と重なる請求項１又は２に
   記載の積層型ガスセンサ素子。
4. 【請求項４】 上記第１絶縁性基部と上記第２絶縁性基
   部との間に大気導入室又は検知室となる内室を備え、 上記第１セル部用電極のうちの他方は該内室内の雰囲気
   と接するように配置され、且つ、該第１セル部用固体電
   解質体は、幅方向において該内室と同じ大きさか又は該
   内室よりも小さい請求項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】 上記内室を隔てて上記第１セル部用固体
   電解質体と対向する固体電解質からなる第２セル部用固
   体電解質体と、一方の電極が該内室内の雰囲気と接する
   ように該第２セル部用固体電解質体の表面に各々形成さ
   れた一対の電極である第２セル部用電極と、を有する第
   ２セル部を備える請求項４記載の積層型ガスセンサ素
   子。
6. 【請求項６】 上記第２セル部用固体電解質体は、長手
   方向及び幅方向において上記第１セル部用固体電解質体
   よりも小さい請求項５に記載の積層型ガスセンサ素子。
7. 【請求項７】 焼成されて上記第１絶縁性基部となる未
   焼成第１シート及び焼成されて上記第２絶縁性基部とな
   る未焼成第２シートの各々の焼成収縮率は、焼成されて
   第１セル部用固体電解質体となる未焼成第１セル部用固
   体電解質体の焼成収縮率と同じか若しくは大きい請求項
   １乃至６のうちのいずれか１項に記載の積層型ガスセン
   サ素子。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７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、上記
   第１絶縁性基部となる未焼成第１シートを備える第１積
   層体と、上記第２絶縁性基部となる未焼成第２シート及
   び上記第１セル部用固体電解質体となる未焼成第１セル
   部用固体電解質体を備える第２積層体と、を積層した
   後、焼成する工程を備え、 該未焼成第１シートの焼成収縮率及び該未焼成第２シー
   トの焼成収縮率を、該未焼成第１セル部用固体電解質体
   の焼成収縮率と同じにするか若しくは大きくすることを
   特徴とする積層型ガスセンサ素子の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１乃至７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。