JP2004241148A

JP2004241148A - セラミックヒータ構造体および検出素子

Info

Publication number: JP2004241148A
Application number: JP2003026237A
Authority: JP
Inventors: Kiko Hiura; 規光日浦
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】一対の発熱体間でのマイグレーションの発生を防止し、連続通電状態での耐久性に優れたセラミックヒータと、それを用いた検出素子を提供する。
【解決手段】長尺平板状のセラミック基体１と、セラミック基体１中に埋設された発熱体２とを具備するセラミックヒータ構造体Ａにおいて、発熱体２と平行なセラミック基体２の外表面までの最小厚みＬｍｉｎを２５０μｍ以上とする。また、発熱体２中のセラミック絶縁体構成成分を１０〜６０体積％含有すること、発熱体２中およびセラミック絶縁体中のアルカリ金属およびアルカリ土類金属の総含有量がそれぞれ５０ｐｐｍ以下とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の内燃機関における空気と燃料の比率を制御するための酸素センサ素子に適した、長尺平板型のセラミック基体中に発熱体を埋設したセラミックヒータ構造体とそれを用いた検出素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、絶縁性セラミックスからなる絶縁基板の内部に発熱体を埋設したセラミックヒータが知られており（特許文献１参照）、車両用のガスセンサの過熱ヒータや、半導体基板の加熱ヒータの他、温水ヒータや、石油ファンヒータとして用いられている。
【０００３】
一方、自動車等の内燃機関においては、排出ガス中の酸素濃度を検出して、その検出値に基づいて内燃機関に供給する空気および燃料供給量を制御することにより、内燃機関からの有害物質、例えばＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを低減させる方法が採用されている。
【０００４】
この検出素子として、主として酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主成分とする固体電解質基板の外面および内面にそれぞれ一対の電極層が形成された固体電解質型の酸素センサが用いられている。
【０００５】
この酸素センサの代表的なものとしては、図６に示すように、平板状の固体電解質基板３１の外面および内面に基準電極３２と測定電極３３をそれぞれ設けると同時に、セラミック絶縁体３４の内部に白金からなる発熱体３５を埋設したセラミックヒータを一体型した酸素センサが提案されている（例えば、特許文献２、３）。このセラミックヒータを一体化した酸素センサは、セラミックヒータによって直接加熱されることによって検知部は８００〜１０００℃の高温まで急速昇温されるメリットを有する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−１４９７９１号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−５４０３９９号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００２−２３６１０４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなセラミックヒータに対して、上記の高温加熱を連続通電して行うと発熱体の抵抗が次第に増加し、最終的に発熱体が断線するという問題があった。
【００１０】
この原因の大きな原因として、セラミック絶縁体の内部に略対称的に埋設された一対の発熱体の間で、セラミック絶縁体内にＮａやＫなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属が、一対の発熱体間でマイグレーションを起しているためであることがわかった。
【００１１】
かかる課題に対してはセラミックヒータを構成する材料として高純度の原料を用い、アルカリ金属、アルカリ土類金属を数ｐｐｍ以下程度まで低減すればマイグレーションの発生を防止できるが、そのような高純度原料はコストが高く、ヒータのコストを高め、高温発熱型のヒータの普及を阻害する要因となる。
【００１２】
従って、本発明は、一対の発熱体間でのマイグレーションの発生を防止し、連続通電状態での耐久性に優れたセラミックヒータ構造体と、それを用いた検出素子を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題について検討した結果、低純度原料を用いた場合において、アルカリ金属、アルカリ土類金属が存在する場合であっても、発熱体からセラミックヒータ構造体における外表面までの厚みを所定以上に厚くすれば、マイグレーションによる影響を極力低減できることを突き止めた。
【００１４】
即ち、本発明のセラミックヒータ構造体は、長尺平板状のセラミック基体と、該基体中に埋設された発熱体とを具備するセラミックヒータ構造体において、前記発熱体と平行な該構造体の外表面までの最小厚みＬｍｉｎが２５０μｍ以上であることを特徴とするものである。
【００１５】
即ち、上記のように、前記発熱体と平行な該構造体の外表面までの最小厚みＬｍｉｎを２５０μｍ以上とすることによって、Ｎａなどによってマイグレーションが発生し、万一、クラック等が発熱体付近で発生してもそのクラックがセラミックヒータ構造体の外表面に達する確率を大幅に低減できる結果、セラミックヒータ構造体の強度が安定に保たれ、耐久性を高めることができる。
【００１６】
なお、このセラミックヒータ構造体においては、このセラミックヒータ構造体全体がセラミック絶縁体で形成されており、その中に発熱体が埋設されていてもよいが、固体電解質などの非絶縁性材料からなる場合であっても、該構造体内にセラミック絶縁体を形成し、その絶縁体中に発熱体を埋設すればよい。
【００１７】
また、前記発熱体中には、前記セラミック絶縁体の成分を１０〜６０体積％含有することが望ましい。これによって、発熱体とセラミック絶縁体との熱膨張差が収縮挙動などの特性を近似できる結果、クラックなどの発生を低減することができる。
【００１８】
具体的には、前記セラミック絶縁体がアルミナを５０質量％以上含有するセラミックスからなることが強度および耐久性の点で望ましく、また、発熱体が、白金を主体とすることが望ましい。
【００１９】
なお、前記発熱体中および前記セラミック絶縁体中のアルカリ金属およびアルカリ土類金属の総含有量は、許される限り低減することが望ましく、特にそれぞれ５０ｐｐｍ以下であることによってマイグレーションの発生を低減できる。
【００２０】
また、上記セラミックヒータ構造体の応用例としては、セラミックヒータ構造体の一部に凹部が長手方向に形成され、且つ該凹部の開口部を塞ぐように固体電解質基板が形成されており、該固体電解質基板の両面に一対の電極を形成することによって、酸素センサなどの検出素子を形成することができ、上記セラミックヒータを具備することによって、検出素子の精度の向上と検出の安定性、耐久性を高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミックヒータ構造体の基本構造を図１の（ａ）概略平面図、（ｂ）のｘ−ｘ断面図を元に説明する。図１によれば、このセラミックヒータ構造体Ａは、長尺平板状のセラミック絶縁体からなる長尺平板状のセラミック基体１の内部には、発熱体２と、この発熱体２に通電するためのリード３が埋設されている。また、構造体１の終端付近の表面には、一対の電極４が被着形成されており、リード３を経由して発熱体２に電力が供給される。
【００２２】
本発明によれば、かかるセラミックヒータ構造体Ａにおいて、発熱体２からセラミックヒータ構造体Ａの発熱体２と平行なセラミック基体１の外表面までの最小厚みＬｍｉｎがいずれも２５０μｍ以上であることが重要である。
【００２３】
これにより、通電時に発熱体２のマイナス極側にＮａ、Ｃａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が拡散して濃縮しマイグレーションが発生した場合においても、発熱体２付近でクラック等が発生してもそのクラックがセラミック基体１の外表面に達する確率を大幅に低減できる結果、セラミックヒータ構造体の強度が安定に保たれ、耐久性を高めることができる。
【００２４】
従って、上記の最小厚みＬｍｉｎが２５０μｍより短いと、マイグレーション発生によってクラックがセラミック基体１の外表面まで容易に達成して、結果として電気絶縁性を悪くする。上記最小厚みＬｍｉｎは、３５０μｍ以上、さらには５００μｍ以上であることが望ましい。
【００２５】
また、かかるセラミックヒータ構造体Ａにおいては、発熱体２がセラミック絶縁体形成成分を１０〜６０体積％含有することによって、発熱特性に大きな影響を及ぼすことなく、発熱体２の周囲のセラミック基体１との熱膨張特性を近似させることができる結果、クラックの発生を低減することができる。この含有量は、特に２０〜５０体積％、さらに３０〜４５体積％とすることが望ましい。
【００２６】
また、発熱体２中およびセラミック基体１を形成するセラミック絶縁体中のアルカリ金属およびアルカリ土類金属の総含有量がそれぞれ５０ｐｐｍ以下であることが望ましい。このアルカリ金属およびアルカリ土類金属量は可能な限り低減することが望ましいが、５０ｐｐｍ以下であれば、数ｐｐｍ以下まで低減させることなく、同等の耐久性を維持できる。上記含有量は、それぞれ４０ｐｐｍ以下、低コスト化を考慮すれば１０ｐｐｍ以上であることが望ましい。
【００２７】
かかるセラミック基体１を構成するセラミック絶縁体としては、Ａｌ_２Ｏ_３を５０質量％以上含有するセラミックス、具体的には、アルミナセラミックス、ＡｌとＭｇとの複合酸化物（例えば、スピネル）を主体とするセラミックス、Ａｌと希土類元素との複合酸化物（例えば、ＹＡＧ）を主体とするセラミックスの群から選ばれる少なくとも１種からなることが耐食性、高強度化の点で望ましい。また、相対密度が８０％以上、開気孔率が５％以下の緻密質なセラミックスによって構成されることによって強度が高くなる結果、セラミックヒータ構造体自体の機械的な強度を高めることができる。
【００２８】
一方、発熱体２は、前記セラミック絶縁体との同時焼結性および耐久性の点から、白金またはタングステンを主成分とすることが望ましい。また白金を主成分とする場合は、白金と、ロジウム、パラジウム、ルテニウムの群から選ばれる少なくとも１種との合金を用いて抵抗の調整を図ることもできる。特に、大気などの酸化性雰囲気中で焼成しても酸化しない白金を主体とすることが望ましい。
【００２９】
また、発熱体２中には前述した通り、セラミック絶縁体構成成分を１０〜６０体積％含有することが望ましいが、この場合、セラミック絶縁体構成成分としては、セラミック絶縁体を構成する組成物と同じ組成物のみならず、無添加の場合から両者の熱膨張係数を近似させることができるものであれば、セラミック絶縁体中に含まれる成分のうちの１種または２種以上であってもよい。
【００３０】
また、発熱体２に電力を供給するリード３も発熱体２と類似な材料で形成されることが同時焼結性の点で望ましいが、発熱体２とリード３の抵抗比率は室温において、９：１〜７：３の範囲に制御することが好ましい。発熱体２のパターン構造としては、図１（ｂ）に示すように、長手方向に対して直交するように折り曲げる他、長手方向に平行に折り返すようなパターンであってもよい。
【００３１】
本発明のセラミックヒータ構造体Ａを製造するには、例えば、まず、図２に示すように、絶縁性セラミック組成物を用いて所定のシート成形方法によって絶縁性グリーンシート１１ａ、１１ｂを作製する。
【００３２】
そして、上記絶縁性グリーンシートのうち、グリーンシート１１ｂの表面に、発熱体用のペーストを用いて発熱体パターン１２およびリードパターン１３を印刷塗布する。また、グリーンシート１１ｂの下面には、一対の電極１４を印刷塗布する。なお、電極１４とリードパターン１３とは、各グリーンシート１１ｂを貫通するビア導体１５によって電気的に接続される。
【００３３】
そして、上記発熱体パターン１２やリードパターン１３を印刷した絶縁性グリーンシート１１ｂの上面にグリーンシート１１ａを積層圧着した後、焼成することによって本発明のセラミックヒータ構造体Ａを作製することができる。このときの焼成温度は絶縁性セラミックスとしてＡｌ_２Ｏ_３を５０質量％以上含有するセラミック絶縁体を用いた場合には、１３００〜１６００℃が適当である。
【００３４】
上記図１、図２のセラミックヒータ構造体Ａは酸素センサなどの検出素子における検知部加熱用として特に好適に用いられる。そこで、本発明のセラミックヒータ構造体Ａを酸素センサＢに適用した場合の一例について図３の概略断面図をもとに説明する。
【００３５】
図３によれば、図１のセラミック基体１の上面に長手方向に延びる凹部５が形成されている。この凹部５の一端は封止され、他端はセラミック基体１の端面にて開放されている。そしてこの凹部５の開口部を塞ぐように、ジルコニア固体電解質基板６が設けられている。このジルコニア固体電解質基板６の表面側に白金からなる測定電極７が、凹部５側内壁に白金からなる基準電極８が形成されている。かかる固体電解質基板６と一対の電極７、８によって酸素濃度を検知するセンサ部を形成している。また、排気ガスによる電極の被毒を防止する観点から、測定電極７表面には電極保護層としてセラミック多孔質層９が形成されている。
【００３６】
かかる構造によれば、セラミックヒータ構造体の一部に検知部が形成されることによってこの検知部を効率的に加熱することができる。
【００３７】
この酸素センサＢの場合においても、発熱体２と平行なセラミック基体１の外表面までのセラミック絶縁体の最小厚みＬｍｉｎを２５０μｍ以上とすることによって、前述したような理由から耐久性を高めることができる。
【００３８】
また、この図３の酸素センサＢでは、ジルコニア固体電解質基板６を除く部分がすべてセラミック絶縁体からなるものであるが、本発明は、これに限定されることなく、例えば、図４の酸素センサＣに示すように、セラミック基体１全体をジルコニアセラミックスなどによって形成し、その一部分にアルミナなどのセラミック絶縁体１０を形成し、そのセラミック絶縁体１０の内部に発熱体２を埋設することもできる。
【００３９】
かかる場合においても、発熱体２と平行なセラミック基体１の外表面までのセラミック絶縁体１０およびジルコニアセラミックスとの合計厚みＬｍｉｎを２５０μｍ以上とすることによって、前述したような理由から耐久性を高めることができる。
【００４０】
上記において用いられるジルコニア固体電解質は、ＺｒＯ_２を含有するセラミックスからなり、安定化剤として、Ｙ_２Ｏ_３およびＹｂ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３等の希土類酸化物を酸化物換算で１〜３０モル％、好ましくは３〜１５モル％含有する部分安定化ＺｒＯ_２あるいは安定化ＺｒＯ_２が用いられている。また、ＺｒＯ_２中のＺｒを１〜２０原子％をＣｅで置換したＺｒＯ_２を用いることにより、イオン導電性が大きくなり、応答性がさらに改善されるといった効果がある。さらに、焼結性を改善する目的で、上記ＺｒＯ_２に対して、Ａｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２を添加含有させることができるが、多量に含有させると、高温におけるクリープ特性が悪くなることから、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の添加量は総量で５質量％以下、特に２質量％以下であることが望ましい。
【００４１】
固体電解質基板６の表面に被着形成される基準電極８、測定電極７、さらにはこの電極７、８と接続されるリード（図示せず）は、いずれも白金、あるいは白金と、ロジウム、パラジウム、ルテニウムおよび金の群から選ばれる１種との合金が用いられる。
【００４２】
また、測定電極７の表面に形成されるセラミック多孔質層９は、厚さ１０〜８００μｍで、気孔率が１０〜５０％のジルコニア、アルミナ、γ−アルミナおよびスピネルの群から選ばれる少なくとも１種によって形成されていることが望ましい。
【００４３】
次に、図４の酸素センサの製造方法について、図５の分解斜視図に基づき説明する。
【００４４】
まず、固体電解質のグリーンシート２０を作製する。このグリーンシート２０は、例えば、ジルコニアの酸素イオン伝導性を有するセラミック固体電解質粉末に対して、適宜、成形用有機バインダーを添加してドクターブレード法や、押出成形や、静水圧成形（ラバープレス）あるいはプレス形成などの周知の方法により作製する。尚、薄く作製したグリーンシートを所定の厚みになるように複数枚重ねて積層したものを使用することもできる。
【００４５】
次に、上記のグリーンシート２０の両面に、それぞれ測定電極７および基準電極８となるパターン２１やリードパターン２２や電極パッドパターン２３などを例えば、白金を含有する導電性ペーストを用いてスラリーデッィプ法、あるいはスクリーン印刷、パット印刷、ロール転写で印刷形成する。また、グリーンシート２０には適宜、スルーホール（図示せず）等を形成して導電性ペーストを充填し、シート表裏間の電極パッドパターン２３間の接続を行う。
【００４６】
次に、大気導入孔２４を形成したジルコニアのグリーンシート２５を作製する。大気導入孔２４は、グリーンシート２５にパンチング等によって開口するか、またはプレス成形によって大気導入孔２４を形成した型を用いてプレス成形することもできる。
【００４７】
そして、大気導入孔２４の反対側を塞ぐために、前記ジルコニアグリーンシート２０と同一の材質からなるジルコニアグリーンシート２６を配置する。
【００４８】
次に、例えば、アルミナ、ムライト、スピネルの群から選ばれる少なくとも１種の絶縁性セラミックスからなるセラミック絶縁層２７の間に発熱体パターン２８を埋設したヒータ部を配置する。
【００４９】
ヒータ部の形成にあたっては、例えば、ジルコニアグリーンシート２９の表面に絶縁性セラミックスのスラリーを所定の厚みで塗布してセラミック絶縁層２７ａを形成した後、白金などの導体ペーストを用いてセラミック絶縁層２７ａの表面に発熱体パターン２８を印刷塗布し、再度、絶縁性セラミックスのスラリーを所定の厚みで塗布してセラミック絶縁層２７ｂを形成する。
【００５０】
また、他の方法としては、絶縁性セラミックスのスラリーを用いてドクターブレード法によって所定厚みに成形した絶縁性グリーンシート２７ａ、２７ｂを形成し、その一方のグリーンシート表面に白金などの導体ペーストを用いて発熱体パターン２８を印刷塗布し、積層することもできる。
【００５１】
そして、上記の各グリーンシートをアクリル樹脂や有機溶媒などの接着材を介在させるか、あるいはローラやプレスにより１．０〜１００ＭＰａの圧力を加えながら機械的に積層、接着して一体化する。
【００５２】
また、ジルコニアグリーンシート２９、セラミック絶縁層２７ａには、発熱体パターン２８を外部に導出するための電極パッド３０や、これと接続するための導体ビア３１を形成することもできる。
【００５３】
この後、この積層体を大気中または不活性ガス雰囲気中、１３００℃〜１７００℃の温度範囲で１〜１０時間焼成する。なお、焼成時には、焼成時の反りを抑制するため、錘として平滑なアルミナ等の基板を積層体の上に置くことにより反りをさらに低減することができる。
【００５４】
その後、必要に応じて、焼成後の測定電極２１の表面に、プラズマ溶射法等により、アルミナ、ジルコニア、スピネルの群から選ばれる少なくとも１種のセラミック多孔質層を形成することによって、センサ部とヒータ部が一体化された酸素センサを形成することができる。
【００５５】
本発明の検出素子は、素子全体の厚さとしては、０．８〜１．５ｍｍ、特に１．０〜１．２ｍｍ、素子の長さとしては４５〜５５ｍｍ、特に４５〜５０ｍｍが急速昇温性と素子のエンジン中への取付け具合との関係から好ましい。
【００５６】
【実施例】
図４に示すセラミックヒータ構造体を、図５に従い以下のようにして作製した。
【００５７】
アルミナとシリカをそれぞれ０．１質量％含む５モル％Ｙ_２Ｏ_３含有のジルコニア粉末にポリビニルアルコール溶液を添加してスラリーを作製し、押出成形により焼結後の厚さが０．４ｍｍになるようなジルコニアグリーンシート２０を作製した。
【００５８】
その後、ジルコニアグリーンシート２０の両面に、平均粒子径が０．１μｍで８モル％のイットリアからなるジルコニアを３０体積％結晶内に含有する白金粉末を含有する導電性ペーストをスクリーン印刷して、測定電極と基準電極のパターン２１、リードパターン２２を印刷形成した後、大気導入孔２４を形成したジルコニアグリーンシート２５をアクリル樹脂の接着剤により積層し検知部用積層体を得た。
【００５９】
次に、アルミナに焼結助剤としてＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｉＯ_２の酸化物を総和で７質量％含有したものに、溶媒としてトルエンを、さらに、成型用有機バインダーとしてアクリル樹脂を加え混合してアルミナ絶縁性ペーストを調製し、ジルコニアグリーンシート２９の表面に、焼成後の厚みが２０μｍとなるようスクリーン印刷してアルミナセラミック絶縁層２７ａを形成した。そして、その表面にアルミナを１０〜７０質量％含有する白金粉末のペーストを用いて発熱体パターン２８をスクリーン印刷した。
【００６０】
その後、この発熱体パターン２８の表面に、上記アルミナ絶縁性ペーストを焼成後２０μｍになるようにスクリーン印刷してアルミナセラミック絶縁層２７ｂを形成し、その上に再度、前記ジルコニアグリーンシート２６を積層して、ヒータ部用積層体を作製した。
【００６１】
その後、センサ部用積層体とヒータ部用積層体とを積層し、１５００℃で１時間焼成して、ヒータを一体化した酸素センサを作製した。
【００６２】
なお、上記酸素センサ素子において、ジルコニアグリーンシート２９の厚みを種々変化させて、発熱体と平行な構造体の外表面までの最小厚みＬｍｉｎが表１の通りの数種の酸素センサを作製した。
【００６３】
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属含有量は、発熱体中において４３ｐｐｍ、アルミナセラミック絶縁体中で３５ｐｐｍであった。
【００６４】
この実施条件それぞれにつき、各５０本ずつ作製したセラミックヒータ構造体について、電圧を印加することにより発熱体を１１００℃にし、２０時間後、５０時間後、１００時間後の絶縁性とクラックの発生について評価を行った。
【００６５】
絶縁性評価では、セラミックヒータ構造体の発熱部を２５℃の水中に浸漬し、発熱体に５００Ｖ通電し、発熱体と水間における抵抗を測定した。５０００ＭΩ以上を絶縁抵抗ＯＫとした。また、クラックの発生有無は、レッドチェックにて判定した。結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】

表１の結果より、発熱体からセラミック基体表面までの最小厚みＬｍｉｎが２５０μｍより短い試料（Ｎｏ．１〜４）は、絶縁抵抗の低下がみられ、発熱体部にクラックが発生した試料が多かった。
【００６７】
一方、本発明品はいずれも絶縁抵抗の変化はほとんどなく、クラック発生割合も１０％以下であり、耐久性に優れたセラミックヒータであった。
【００６８】
また、発熱体中のアルミナ量を１０〜６０体積％とすること、さらにはアルカリ金属、アルカリ土類金属量を５０ｐｐｍ以下とすることでさらに耐久性が向上した。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、発熱体からセラミック基体の外表面までの最小厚みＬｍｉｎを制御することによって、アルカリ金属やアルカリ土類金属によるマイグレーションを有効に防止することができる結果、セラミックヒータの寿命を飛躍的に改善することができるとともに、酸素センサなどの検出素子の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミックヒータの（ａ）概略平面図と（ｂ）ｘ−ｘ断面図を示す。
【図２】図１のセラミックヒータの製造方法を説明するための分解斜視図を示す。
【図３】本発明におけるセラミックヒータを用いた検出素子の一例を説明するための概略断面図である。
【図４】本発明におけるセラミックヒータを用いた検出素子の他の例を説明するための概略断面図である。
【図５】図４の検出素子の製造方法を説明するための分解斜視図である。
【図６】従来のセラミックヒータを用いた酸素センサの概略断面図である。
【符号の説明】
１セラミック基体
２発熱体
３リード
４電極
５凹部
Ａセラミックヒータ構造体

Claims

長尺平板状のセラミック基体と、該構造体中に埋設された発熱体とを具備するセラミックヒータ構造体において、前記発熱体と平行な該基体の外表面までの最小厚みＬｍｉｎが２５０μｍ以上であることを特徴とするセラミックヒータ構造体。
前記発熱体が、セラミック絶縁体中に埋設されてなることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒータ構造体。
前記発熱体が、セラミック絶縁体構成成分を１０〜６０体積％含有することを特徴とする請求項２記載にセラミックヒータ構造体。
前記セラミック絶縁体が少なくともＡｌ_２Ｏ_３を５０質量％以上含有するセラミックスからなる請求項２または請求項３記載のセラミックヒータ構造体。
前記発熱体が白金またはタングステンを主体とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載のセラミックヒータ構造体。
前記発熱体中および前記セラミック絶縁体中のアルカリ金属およびアルカリ土類金属の総含有量がそれぞれ５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか記載のセラミックヒータ構造体。
請求項１乃至請求項６のいずれか記載のセラミックヒータ構造体におけるセラミック基体の一部に凹部が長手方向に形成され、且つ該凹部の開口部を塞ぐように固体電解質基板が形成されており、該固体電解質基板の両面に一対の電極を形成してなることを特徴とする検出素子。