JP2008102130A - センサ素子、ガスセンサおよびセンサ素子製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極パッドを備えるとともに面取り部が形成されるセンサ素子において、電極パッドと固体電解質層との間に不適切な通電経路が形成されるのを防止できるセンサ素子と、センサ素子製造方法と、センサ素子を備えるセンサを提供する。
【解決手段】電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６が面取り部４５から離れた位置に形成されることから、センサ素子４は、電極パッドを面取り部に接する領域に形成する場合に比べて、電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６から絶縁層３７の側面を介して固体電解質層（検出素子２０およびヒータ２２）に至るまでの距離を大きく確保することが可能となる。これにより、電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６と固体電解質層とが、絶縁層３７の側面に存在する他部材（電極パッドが削られて生じる剥離片など）を介して電気的に接続されることが生じがたくなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、固体電解質層と、少なくとも固体電解質層上に形成される絶縁層と、絶縁層上に形成される電極パッドと、を備える積層型板状センサ素子、それを含むガスセンサ、および、そのようなセンサ素子の製造方法に関する。

従来より、固体電解質層と、固体電解質層を被覆する絶縁層と、絶縁層上に形成され、接続端子に電気的に接続される電極パッドと、を備える積層型板状センサ素子が知られている（特許文献１、図７）。

そして、センサ素子としては、素子の角を削り取って形成された面取り部を備えるものがある。このように、面取り部を形成することで、センサ素子の角に欠け破損が生じるのを防止できる。また、センサ素子の後端に面取り部を備えることで、他部材（コンタクト部材、リードフレームなど）に組み付ける際の組み付け作業を容易にすることができる。

なお、電極パッドは、センサ素子の後端側に形成され、面取り部に接して形成されている。
特開２００１−１８８０６０号公報（図７、図９参照）

しかしながら、電極パッドを面取り部に接する領域に形成する場合、固体電解質層及び絶縁層を削り取って面取り部を形成するが、この際に、電極パッドの一部が削り取られて剥離片が生じてしまい、その剥離片が電極パッドと固体電解質層とを電気的に接続して不適切な通電経路を形成してしまうという問題がある。

ここで、図８に、電極パッドが面取り部に接する領域に形成される従来のセンサ素子に関して、面取り前および面取り後のそれぞれにおける後端部分の状態を表した説明図を示す。なお、図８では、面取り前および面取り後について、センサ素子の後端部分における平面図および側面図をそれぞれ表している。

図８に示すように、センサ素子１０１は、固体電解質層１０３、絶縁層１０５、複数の電極パッド１０７を備えており、電極パッド１０７は、面取り前においては、センサ素子１０１の後端に接して形成されている（面取り前の平面図および側面図を参照）。

そして、固体電解質層１０３、絶縁層１０５、電極パッド１０７の後端部分を削り取る面取り作業を行うことで、センサ素子１０１の主面と後端面の間の角に面取り部１０９が形成される。図８では、この面取り作業の際、電極パッド１０７の一部が削り取られて異物１１１が生じてしまい、２つの電極パッド１０７と固体電解質層１０３とを電気的に接続している状態を示している（面取り後の平面図および側面図を参照）。

このようにして、剥離片１１１が電極パッド１０７と固体電解質層１０３とを電気的に接続して不適切な通電経路が形成されると、本来の電流経路に流れるべき電流が不適切な通電経路に流れてしまい、センサ出力（換言すれば、電流経路に流れるセンサ電流）が不適切な値となり、センサ素子の検出精度が低下することがある。また、剥離片１１１によって不適切な電流経路が形成されて、固体電解質層１０３の固体電解質層に過剰な電流が流れると、固体電解質層における酸素が欠乏する状態（いわゆるブラックニング）を生じてしまい、センサ素子の破損に至ることがある。

また、電極パッド１０７が面取り部１０９に接する領域に形成される場合、絶縁層１０５の側面を介した電極パッド１０７と固体電解質層１０３との距離が短くなるため、センサ素子１０１の使用環境下において付着した剥離片によって、電極パッド１０７と固体電解質層１０３とを接続する不適切な通電経路が形成される可能性がある。

そこで、本発明はこうした問題に鑑みなされたものであり、電極パッドを備えるとともに面取り部が形成されるセンサ素子において、電極パッドと固体電解質層との間に不適切な通電経路が形成されるのを防止できるセンサ素子を提供すること、そのようなセンサ素子の製造方法を提供すること、そのようなセンサ素子を備えるセンサを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、長手方向に延びる板形状を有し、主面と後端面の間の角または主面と側面の間の角に面取り部を備えたセンサ素子であって、固体電解質層と、前記固体電解質層上に設けられ、前記主面の少なくとも一部を構成する絶縁層と、前記絶縁層上の前記面取り部から離れた位置に設けられ、外部と接続するための電極パッドと、を備え、前記固体電解質層及び前記絶縁層は、前記面取り部に露出していることを特徴とするセンサ素子である。

また、本発明では、前記面取り部は、前記絶縁層だけでなく、前記固体電解質層も露出するように形成されている。その結果、単に絶縁層にのみ面取り部を形成する場合に比べて、面取り部を大きく形成できるので、センサ素子の角に欠け破損が生じるのをより確実に防止できる。

ただし、面取り部に固体電解質層が露出しているため、固体電解質層と電極パッド間の絶縁信頼性の確保が重要となる。そこで、本発明では、電極パッドが面取り部から離れた位置に形成されており、電極パッドを面取り部に接する領域に形成する場合に比べて、絶縁層の側面を介した電極パッドと固体電解質層との距離を大きく確保することが可能となる。

これにより、面取り部形成時に電極パッドが削られず、電極パッドと固体電解質層とが、絶縁層の側面に存在する他部材（電極パッドが削られて生じる剥離片など）を介して短絡するのを防止でき、センサ素子の検出精度が低下及び固体電解質層の破損（ブラックニングなど）を防止できる。

なお、面取り部は、その表面が平面形状となるように（換言すれば、断面が直線形状となるように）形成するのが好ましいが、その表面が曲面形状となるように（換言すれば、断面がＲ形状となるように）形成してもよい。つまり、面取り部は、絶縁層および固体電解質層が露出する形態であればよい。

さらに、絶縁層は、固体電解質層の後端部のみを被覆する形態であってもよいし、あるいは、固体電解質層の長手方向に延びる側方端部のみを被覆する形態であってもよいし、あるいは、固体電解質層の後端部および側方端部の両方を被覆する形態であってもよい。なお、絶縁層が固体電解質層の後端部のみを被覆する場合、絶縁層および固体電解質層が露出する面取り部は、センサ素子の後端部のみに形成でき、絶縁層が固体電解質層の側方端部のみを被覆する場合、絶縁層および固体電解質層が露出する面取り部は、センサ素子の側方端部のみに形成できる。また、絶縁層が固体電解質層の後端部および側方端部の両方を被覆する場合、絶縁層および固体電解質層が露出する面取り部は、センサ素子の後端部および側方端部に形成できる。

なお、固体電解質層のうち絶縁層が形成されていない部位において、固体電解質層のみが露出する面取り部を形成しても良い。
さらに、絶縁層は、長手方向に延びる側方端部を被覆する場合、一方の側方端部のみを被覆する形態であっても良いし、両方の側方端部を被覆する形態であってもよい。

次に、上述のセンサ素子においては、請求項２に記載のように、面取り部は、前記センサ素子の少なくとも主面と後端面の間の形成されている構成を採ることができる。
つまり、このセンサ素子は、主面の後端に面取り部が形成されるため、電極パッドに接続される接続端子（リードフレームなど）を組み付けるにあたり、接続端子を面取り部に沿って移動させることができる。このため、このセンサ素子を用いることで、センサ素子の後端部と接続端子との接触時における衝撃を軽減でき、接続端子との組み付け作業が容易になる。

さらに、本発明のセンサ素子においては、請求項３に記載のように、前記面取り部に露出する前記絶縁層の長手方向の長さをＷ１、前記面取り部に露出する固体電解質層の長手方向長さをＷ２としたときに、Ｗ１＜Ｗ２である構成を採ることができる。

この場合には、絶縁層の露出長さＷ１よりも固体電解質層の露出長さＷ２が長くなるほど大きな面取り部が形成されているので、従来のように絶縁層のみに面取りを形成していた場合と比べ、面取り部が大きく、センサ素子の欠け破損が発生しにくい。

しかし、他方で、絶縁層の露出長さＷ１が固体電解質層の露出長さＷ２に比べて短いため、固体電解質層と電極パッドとの絶縁信頼性を確保する必要性が高い。したがって、本発明のセンサ素子においては、請求項４に記載のように、電極パッドの後端と面取り部の先端との長手方向の長さＷ３としたとき、Ｗ３≧１０Ｗ１であるのが好ましい。

このように、電極パッドと面取り部との間を固体電解質層からより離すことで、電極パッドと固体電解質層とが、他部材（導電性材料からなる剥離片など）を介して短絡するのを防止でき、センサ素子の検出精度が低下と固体電解質層の破損（ブラックニングなど）を効果的に防止できる。こうした効果をさらに高めるためには、請求項５に記載のように、複数の電極パッドのうち、隣り合う２つの電極パッドの最短距離をＷ４としたとき、Ｗ４＜Ｗ１＋Ｗ３を満たすように、電極パッドを配置するのが好ましい。

ところで、電極パッドを複数形成する場合、主面の長手方向における同一領域に全ての電極パッドを形成すると、固体電解質層における主面の幅方向領域（長手方向に垂直な方向の領域）が有限であるため、電極パッドの大きさや個数、さらには電極パッド間の絶縁間隔が制限されてしまう。

そこで、上述のセンサ素子においては、請求項６に記載のように、電極パッドは、先端側電極パッドと、前記先端側電極パッドよりも後端側に設けられた後端側電極パッドとを含む構成を採ることができる。

つまり、このような構成のセンサ素子は、長手方向において２カ所以上に電極パッドが形成され、一つの電極パッドの設計自由度を増大できる。このため、このセンサ素子は、電極パッドの増加や電極パッドの大型化、電極パッド間の絶縁間隔の確保に対応することが可能となる。

さらに、本発明のセンサ素子においては、請求項７に記載のように、絶縁層の厚みが５０μｍ未満である構成ととることができる。

絶縁層は、固体電解質層と電極パッドを絶縁できれば良く、絶縁層を薄くすることで、センサ素子を薄肉化できる。そして、５０μｍ未満の厚さの絶縁層は、印刷を用いて固体電解質層上に設けることが有効な手段となる。なお、絶縁層が５０μｍ未満の厚さとなれば、その分面取り部に露出する絶縁層の長さＷ１も小さくなる。しかし、電極パッドが面取り部から離れた位置に形成されることから、絶縁層の露出長さＷ１が小さくなっても、電極パッドと固体電解質層との短絡が防止できる。

次に、上記目的を達成するためになされた請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載のセンサ素子と、前記センサ素子を収納するハウジングと、前記ハウジング内で、前記電極パッドと接続する接続端子と、を備えることを特徴とするガスセンサである。

次に、上記目的を達成するためになされた請求項９に記載の発明は、固体電解質層と、前記固体電解質層上に設けられ、前記主面の少なくとも一部を構成する絶縁層と、前記絶縁層上に設けられ、外部と接続するための電極パッドと、を備えるセンサ素子の製造方法であって、前記センサ素子の主面と後端面の間の角または主面と側面の間の角を除去して、前記電極パッドから離れた位置に面取り部を形成し、前記絶縁層および前記固体電解質層を前記面取り部に露出させる面取り部形成工程を有することを特徴とするセンサ素子製造方法である。

このセンサ素子製造方法においては、面取り部を電極パッドから離れた位置に形成するため、面取り部形成工程において電極パッドが削り取られるのを防止できる。これにより、電極パッドが削られて生じる剥離片が絶縁層の側面に配置されることを防止でき、その剥離片を介して電極パッドと固体電解質層と短絡するのを防止できる。

次に、上述のセンサ素子においては、請求項１０に記載のように、面取り部形成工程では、少なくとも前記センサ素子の主面と後端面の間の角を除去して、前記面取り部を形成することができる。
つまり、このセンサ素子は、主面の後端に面取り部が形成されるため、電極パッドに接続される接続端子を組み付けるにあたり、接続端子を面取り部に沿って移動させ、段階的に接続端子を変形することができる。このため、このセンサ素子を用いることで、センサ素子の後端部と接続端子との接触時における衝撃を軽減でき、素子の後端で欠け破損が生じるのを防止できる。

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
なお、本発明の実施形態として、排気ガスに含まれるＮＯｘを検出するために、内燃機関の排気管に装着されるＮＯｘセンサ２について説明する。

なお、ＮＯｘセンサ２は、ガスセンサの一種であって、自動車や各種内燃機関における測定対象となる排ガス中の特定ガスを検出する検出素子（センサ素子）を備えて構成されている。

（１）ＮＯｘセンサ全体の構成
図１は、本発明を適用した実施形態のＮＯｘセンサ２（本発明でいうガスセンサ）の全体構成を示す断面図である。

ＮＯｘセンサ２は、軸線方向（ＮＯｘセンサ２の長手方向：図中上下方向）に延びる板状形状をなすセンサ素子４と、センサ素子４の径方向周囲を取り囲むように配置されるハウジング（主体金具３８、外筒４４、プロテクタ４２，４３）と、ガスセンサ素子４の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ６と、センサ素子４の後端部の周囲を取り囲む状態で配置されるセパレータ６６と、センサ素子４とセパレータ６６との間に配置される複数（図１には２個のみ図示）の接続端子１０（以下、リードフレーム１０ともいう）と、を備えている。

センサ素子４は、表裏の位置関係となる第１主面２１および第２主面２３、先端面２４、後端面２５、側面２７、２６を有し、測定対象となるガスに向けられる先端側（図中下方：軸線方向先端部）に検出部８が形成され、第１主面２１および第２主面２３に設けられた電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６が形成されている。

接続端子１０は、センサ素子４とセパレータ６６との間に配置されることで、センサ素子４の電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６にそれぞれ電気的に接続される。また、接続端子１０は、外部からセンサの内部に配設されるリード線４６に電気的に接続されている。

主体金具３８は、軸線方向に貫通する貫通孔５４を有し、貫通孔５４の径方向内側に突出する棚部５２を有する略筒状形状に構成されている。また、検出部８は、貫通孔５４から先端側に突出し、他方、電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６は貫通孔５４の後端側に突出している。

なお、主体金具３８の貫通孔５４の内部には、センサ素子４の径方向周囲を取り囲む状態で、セラミックホルダ５１、粉末充填層５３，５６、および上述のセラミックスリーブ６、加締パッキン５７が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。セラミックホルダ５１と主体金具３８の棚部５２との間には、粉末充填層５３やセラミックホルダ５１を保持するための金属ホルダ５８が配置されている。

また、主体金具３８の先端部４１には、センサ素子４の検出部８を覆うプロテクタ（外部プロテクタ４２および内部プロテクタ４３）が溶接等によって取り付けられている。
また、主体金具３８の後端側には、外筒４４が固定されている。また、外筒４４の後端側開口部には、グロメット５０が配置されている。グロメット５０は６本のリード線４６（図１では３本が図示）を挿通するリード線挿通孔６１を有している。

セパレータ６６は、センサ素子４の後端側の表面に形成される電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６の周囲に配置されている。そして、このセパレータ６６には、突出部６７が形成されており、突出部６７は、保持部材６９を介して、外筒４４に固定されている。

（２）センサ素子４の構成
ここで、センサ素子４の概略構造を表す斜視図を、図２に示す。なお、図２では、軸線方向における中間部分を省略してセンサ素子４を表している。また、図３に、センサ素子４のうち後端側の一部を拡大した側面図を示す。なお、図３では、内部構成の一部を点線で表している。

センサ素子４は、検出素子２０、ヒータ２２、絶縁層３７、電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６を備えている。なお、ＮＯｘセンサ２として用いられるセンサ素子４は従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細な説明は省略するが、その概略構成は以下のようである。

まず、センサ素子４は、軸線方向（図２における左右方向）に延びる板状形状に形成された検出素子２０と、同じく軸線方向に延びる板状形状に形成されたヒータ２２とが積層されて、長方形状の軸断面を有する板状形状に形成されている。

検出素子２０は、固体電解質層の両側に多孔質電極を形成した酸素濃淡検知セルと、同じく固体電解質層の両側に多孔質電極を形成した酸素ポンプセルと、同じく固体電解質層の上に多孔質電極を形成したＮＯｘセルと、これらの素子の間に積層され、中空の測定ガス室を形成するためのスペーサと、を備えて構成される。
この固体電解質層は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアから形成され、多孔質電極は、Ｐｔを主体に形成される。また、測定ガス室を形成するスペーサは、アルミナを主体に構成されており、中空に形成された測定ガス室の内側には、酸素濃淡検知セルにおける一方の多孔質電極と、酸素ポンプセルにおける一方の多孔質電極が露出するように配置されている。
なお、測定ガス室は、検出素子２０の先端側において内部空間として設けられている。そして、検出素子２０のうち測定ガス室や多孔質電極などが形成される領域が、検出部８である。

また、検出素子２０には、測定ガス室と検出素子２０の外部とを連通する拡散律速部（図示省略）が形成されている。この拡散律速部は、例えば、アルミナ等からなる多孔質体で構成されており、測定対象ガスが測定ガス室へ流入する際の律速を行う。さらに、検出素子２０には、多孔質体で構成された通気部（図示省略）が形成されている。この通気部は、酸素ポンプセルの駆動により移動する酸素を通過させるために使用される。

そして、ヒータ２２は、ジルコニアを主体とする固体電解質層の間に、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体パターンが挟み込まれて形成されている。
次に、絶縁層３７は、検出素子２０およびヒータ２２を構成する固体電解質層のうち少なくとも後端部を覆うように形成されている。なお、絶縁層３７は、アルミナを主体とする絶縁性材料で構成されている。

また、センサ素子４は、図２に示すように、第１主面２１の後端側（図２における右側）に４個の電極パッド３０，３１，３２，３３を備えており、第２主面２３の後端側に２個の電極パッド３４，３６を備えている。

図３に示すように、絶縁層３７は、検出素子２０を覆うように形成されており、電極パッド３０，３１，３２，３３は、絶縁層３７に積層形成されている。なお、図３での図示は省略するが、ヒータ２２においても、ヒータ２２の第２主面２３を覆うように絶縁層３７が形成されており、電極パッド３４，３６は、その絶縁層３７に積層形成されている。

また、図３に示すように、電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６は、絶縁層３７および検出素子２０の一部を貫通するスルーホールに配置されたスルーホール導体７１を介して、検出素子２０の内部に備えられる複数の配線部７２（図３では、１つのみを記載）に電気的に接続されている。

なお、スルーホールは絶縁性材料からなる絶縁層で覆われているため、スルーホール導体７１は検出素子２０の固体電解質層には直接には接していない。また、複数の配線部７２は、Ｐｔなどの導電性材料で形成されており、検出素子２０の酸素濃淡検知セルにおける一対の多孔質電極、検出素子２０の酸素ポンプセルにおける一対の多孔質電極、ヒータ２２に備えられる発熱抵抗体パターンなどにそれぞれ電気的に接続されている。

そして、上述したように、センサ素子４がＮＯｘセンサ２に組み付けられる場合には、電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６は、接続端子１０にそれぞれ接続される。つまり、電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６は、センサ素子４の内部（酸素濃淡検知セル、酸素ポンプセル、ＮＯｘセル、発熱抵抗体パターンなど）と外部機器とを接続する通電経路の一部を構成するために備えられる。

また、センサ素子４は、図２および図３に示すように、絶縁層３７が形成された検出素子２０およびヒータ２２のうち、第１主面２１および第２主面２３と後端面２５との間の角を削り取って形成される面取り部４５を有している。この面取り部４５は、絶縁層３７およびその下の固体電解質層が面取り部４５に露出するように、削り取って形成されている。

絶縁層３７と固体電解質層とを露出する面取り部４５を形成することで、面取り部がない場合および絶縁層３７のみが露出する面取り部を形成した場合と比べて、センサ素子４の角部分に欠け破損が生じるのをより確実に防止できる。また、面取り部４５を形成することで、リードフレーム１０が配置されたセパレータ６６に対してセンサ素子４を挿入して組み付ける際に、リードフレーム１０を面取り部４５に沿って移動させることができる。このため、面取り部４５を備えるセンサ素子４は、組み付け作業時において、リードフレーム１０との接触時における衝撃を軽減でき、リードフレーム１０が配置されたセパレータ６６に対する組み付け作業が容易になる。

また、図２に示すように、電極パッド３０，３１，３２，３３は、センサ素子４の第１主面２１のうち面取り部４５から離れた位置に形成されており、また、電極パッド３４，３６は、センサ素子４の第２主面２３のうち面取り部４５から離れた位置に形成されている。したがって、センサ素子４は、電極パッドを面取り部に接する領域に形成する場合に比べて、電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６から絶縁層３７の露出面を介して固体電解質層の露出面に至るまでの距離（すなわち、Ｗ１＋Ｗ３）を大きく確保することが可能となる。

センサ素子４は、面取り部４５に露出する絶縁層３７の長手方向の長さをＷ１、面取り部４５に露出する固体電解質層の長手方向長さをＷ２としたときに、Ｗ１＝１０μｍ、Ｗ２＝９０μｍである。また、センサ素子４は、電極パッド３０、３１、３２、３３の後端と面取り部４５の先端との長手方向の長さＷ３としたとき、Ｗ３＝１００μｍである。

このように、固体電解質層の長手方向の距離Ｗ２が絶縁層３７の長手方向の距離Ｗ１よりも大きくなる（Ｗ１＜Ｗ２）面取り部４５を形成するセンサ素子４であっても、電極パッドと面取り部との間Ｗ３がＷ３≧１０Ｗ１とすることで、電極パッド３０，３１，３２，３３と検出素子２０との間、または電極パッド３４，３６とヒータ２２との間に、他部材（電極パッドが削られて生じる剥離片など）を介した不適切な通電経路が形成されるのを防止でき、センサ素子４の検出精度が低下するのを防止できる。また、電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６の絶縁間隔をＷ４としたとき、Ｗ４＝２８μｍであり、Ｗ４＜Ｗ１＋Ｗ３となるため、センサ素子４は、不適切な通電経路が形成されるのを防止できるため、検出素子２０の破損（ブラックニングなど）が生じるのを防止できる。

さらに、センサ素子４は、絶縁層３７の厚みが１０μｍである。このように、絶縁層３７の厚みが５０μｍ未満であっても、電極パッド３０、３１、３２、３３が面取り部４５から離れた位置に形成されることから、電極パッド３０，３１，３２，３３と検出素子２０との間、または電極パッド３４，３６とヒータ２２との間に、他部材（電極パッドが削られて生じる剥離片など）を介した不適切な通電経路が形成されるのを防止でき、センサ素子４の検出精度が低下するのを防止できる。また、センサ素子４は、不適切な通電経路が形成されるのを防止できるため、検出素子２０の破損（ブラックニングなど）が生じるのを防止できる。

（３）センサ素子４の製造方法
次に、センサ素子４の製造方法について説明する。
まず、焼成後にセンサ素子４となる未焼成積層体を作製する。

未焼成積層体は、焼成後に検出素子２０およびヒータ２２の固体電解質層となる未焼成固体電解質シート、焼成後に絶縁層３７となる未焼成絶縁層、焼成後に電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６となる未焼成電極パッドなどが含まれる。

これらのうち、例えば、未焼成固体電解質シートは、ジルコニアを主体とするセラミック粉末に対して、アルミナ粉末やブチラール樹脂などを加えて、さらに混合溶媒（トルエン及びメチルエチルケトン）を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させて作製される。また、未焼成絶縁層は、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、ブチラール樹脂とジブチルフタレートとを加えて、更に混合溶媒（トルエン及びメチルエチルケトン）を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーを調整して未焼成絶縁性層用の絶縁ペーストを作製する。

そして、未焼成積層体の作製は、未焼成固体電解質シート（焼成後に検出素子２０およびヒータ２２の固体電解質層となるシート）上に絶縁ペーストを印刷し、焼成後に絶縁層３７となる未焼成絶縁層を形成する絶縁ペースト印刷工程と、その後に、未焼成絶縁層上に未焼成電極パッドを印刷する電極パッド印刷工程とを含む。この電極パッド印刷工程においては、未焼成絶縁層のうち、面取り部４５の形成予定領域から離れた領域に対して、未焼成電極パッドを形成する。

積層体を加圧する工程を経て、未焼成積層体を、所定の大きさに切断することにより、センサ素子４の大きさと略一致する複数（例えば１０個）の未焼成積層体を得る。その後、この未焼成積層体から樹脂抜きを行う樹脂抜き工程を実行し、さらに、未焼成積層体を焼成する。

このあと、焼成後積層体の主面のうち面取り部４５の形成予定領域について、面取り装置（あるいは研磨装置）を用いて絶縁層３７および固体電解質層の一部を削り取ることで、絶縁層および固体電解質層が露出する面取り部４５を形成する。

ここで、図４に、面取り前および面取り後のそれぞれにおけるセンサ素子４のうち後端部分の状態を表した説明図を示す。なお、図４では、面取り前および面取り後について、センサ素子４のうち第１主面２１の後端部分における平面図および側面図をそれぞれ表している。

図４に示すように、電極パッド３０，３１，３２，３３は、面取り前においては、面取り部４５の形成予定領域４７から離れて形成されている（面取り前の平面図および側面図を参照）。なお、図示は省略するが、第２主面２３の電極パッド３４，３６についても、同様に、面取り部の形成予定領域から離れて形成される。この結果、面取り部４５を形成するにあたり、電極パッド３０，３１，３２，３３，３４，３６が削り取られるのを防止できる（面取り後の平面図および側面図を参照）。

（４）その他の実施形態
本発明の実施の形態は、上記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

例えば、上記実施形態においては、主面の後端に面取り部を備える検出素子について説明したが、主面の側端に面取り部を形成しても良い。
ここで、図５に、主面の側端に面取り部が形成された第２センサ素子１０４のうち、後端部分の状態を表した説明図を示す。図５では、面取り前および面取り後について、第２センサ素子１０４のうち第１主面１２１の後端部分における平面図および側面図をそれぞれ表している。

図５に示すように、第２センサ素子１０４は、検出素子１２０、絶縁層１３７、複数の電極パッド１３０，１３１，１３２，１３３を備えている。そして、第２センサ素子１０４は、面取り前においては、絶縁層１３７が形成された検出素子１２０の第１主面１２１のうち、面取り部１４５の形成予定領域１４７から離れた領域に、電極パッド１３０，１３１，１３２，１３３が形成されている（面取り前の平面図および側面図を参照）。この結果、面取り部１４５を形成するにあたり、電極パッド１３０，１３１，１３２，１３３が削り取られるのを防止できる（面取り後の平面図および側面図を参照）。

これにより、第２センサ素子１０４の製造時に、電極パッド１３０，１３１，１３２，１３３が削られて生じる剥離片が絶縁層１３７の側面に配置されることを防止でき、その剥離片を介して電極パッド１３０，１３１，１３２，１３３と検出素子１２０（固体電解質層）とが電気的に接続されることを防止できる。

この第２センサ素子１０４は、第１主面１２１と側面１２６、１２７の間の角に面取り部１４５を備えることから、接続端子（リードフレーム）との組み付け方向が後端からではなく側方からとなる用途において、リードフレームを面取り部１４５に沿って移動させることができる。このため、面取り部１４５を備える第２センサ素子１０４は、側方端部からリードフレームを組み付ける用途において、リードフレームとの接触時における衝撃を軽減でき、リードフレームに対する組み付け作業が容易になる。

次に、面取り部の形成位置は、センサ素子（検出素子）の後端部または側方端部のいずれか一方に限定されることはなく、センサ素子の後端部および側方端部にそれぞれ面取り部を形成しても良い。また、複数の電極パッドは、センサ素子の長手方向における形成領域が全て同一位置となるように（換言すれば、横一列に配置されるように）形成されるものに限られることはなく、センサ素子の長手方向領域における電極パッドの形成領域が２カ所以上となるように構成しても良い。

ここで、主面の後端および側端にそれぞれ面取り部２４５を備えており、素子の長手方向領域における電極パッドの形成領域を２カ所備えて構成される第３センサ素子２０４について説明する。図６に、第３センサ素子２０４の第１主面２２１のうち後端部分における平面図を示す。

この第３センサ素子２０４は、第１主面２２１の後端部および側方端部にそれぞれ面取り部２４５を備えることから、後端部から接続端子（リードフレーム）を組み付ける用途、および側方端部から接続端子を組み付ける用途のそれぞれに対応することが可能となる。

また、第３センサ素子２０４は、素子の長手方向領域において、電極パッド２３０，２３３の形成領域２４６と、電極パッド２３１，２３２の形成領域２４７とが、それぞれ異なる位置に設定されており、素子の長手方向領域における電極パッドの形成領域が２カ所備えられている。
つまり、第３センサ素子２０４は、素子の長手方向領域が異なる２カ所の電極パッド形成領域にそれぞれ電極パッドを配置することで、上述したセンサ素子４および第２センサ素子１０４に比べて、電極パッド２３０，２３１，２３２，２３３の１個あたりの幅寸法を大きくすることができる。

なお、第３センサ素子２０４は、主面２２１と後端面２２５の角および主面２２１と側面２２６，２２７の間の角の両方に面取り部２４５が形成されている。これにより、主面に電極パッドを配置するための有効面積が小さくなるが、素子の長手方向領域における電極パッド形成領域を２カ所備えることで、電極パッド２３０，２３１，２３２，２３３の大型化に対応可能となる。

また、第３センサ素子２０４は、電極パッド２３０，２３１，２３２，２３３が面取り部２４５から離れた位置に形成されるため、絶縁層２３７の露出面に付着した剥離片によって電極パッドと検出素子２２５とが電気的に接続されることが生じがたくなる。

さらに、電極パッド２３２、２３１の距離をＷ４としたとき、Ｗ４＝３０μｍである。このように、電極パッド２３２、２３１の最短距離Ｗ４よりも電極パッド２３２、２３１と固体電解質層との距離（Ｗ１＋Ｗ３）がＷ４＜Ｗ１＋Ｗ３となるため、電極パッド２３０，２３１，２３２，２３３、２３４，２３６と固体電解質層の間に、他部材（電極パッドのが削られて生じる剥離片など）を介した不適切な通電経路が形成されるのを防止でき
、センサ素子４の検出精度が低下とするのを防止できる。

次に、１つの主面に形成される電極パッドの個数は、上述した個数（２個または４個）に限られることはなく、例えば、図７に示す第４センサ素子３０４のように、３個の電極パッド３３０，３３１，３３２を備えるように構成しても良いし、５個以上でもよい。なお、第４センサ素子３０４も、主面３２１の後端および側端のそれぞれに面取り部３４５を備えている。

また、上記実施形態では、表面が平面形状となるように（換言すれば、断面が直線形状となるように）形成された面取り部について説明したが、検出素子に形成される面取り部の形状は平面形状に限られることはなく、例えば、表面が外側に凸となる曲面形状に形成しても良い。

また、上記実施形態では、面取り部形成工程を焼成工程の後に実行したが、面取り部形成工程は、焼成工程の前に実行しても良い。具体的には、電極パッド印刷工程の後、加圧工程を行い、さらに所定の大きさに切断することで未焼成積層体を得る。その後、この未焼成積層体の主面のうち、面取り部の形成予定領域について、面取り装置（あるいは研磨装置）を用いて、焼成後に絶縁層となる未焼成絶縁層、および焼成後に検出素子の固体電解質層となる未焼成固体電解質層の一部を削り取ることで、面取り部を形成する面取り工程を行う。そして、その後、この未焼成積層体から樹脂抜きを行う樹脂抜き工程を実行し、さらに、予め定められた焼成温度で所定時間にわたり焼成を行う焼成工程を実行することで、センサ素子を得る。このような方法で、センサ素子を製造しても良い。

さらに、上記実施形態は、ヒータがジルコニアを主体とする固体電解質層の間にＰｔを主体とする発熱抵抗体パターンが挟み込まれている形態であるが、ヒータがアルミナを主体とする絶縁基板の間にＰｔを主体とする発熱抵抗体パターンが挟み込まれている形態であっても良い。この場合、絶縁層は、ヒータには設けられず、検出素子のみに設けられていてもよい。

さらに、上記実施形態では、ＮＯｘセンサについて説明したが、本発明は、ＮＯｘセンサに限られることはなく、例えば、排ガス中に含まれる酸素を検出するために、内燃機関の排気管に装着される全領域空燃比センサであってもよい。

ＮＯｘセンサの全体構成を示す断面図である。 センサ素子の概略構造を表す斜視図である。 センサ素子のうち後端側の一部を拡大した側面図である。 面取り前および面取り後のそれぞれにおけるセンサ素子のうち後端部分の状態を表した説明図である。 主面の側方端部に面取り部が形成された第２センサ素子のうち、後端部分の状態を表した説明図である。 第３センサ素子の第１主面のうち後端部分における平面図である。 第４センサ素子の後端部分における平面図である。 従来のセンサ素子のうち、面取り前および面取り後のそれぞれにおける後端部分の状態を表した説明図である。

符号の説明

２…ＮＯｘセンサ、４…センサ素子、８…検出部、１０…リードフレーム、２１…第１主面、２３…第２主面、２４…先端面、２５…後端面、２６，２７…側面、３０，３１，３２，３３，３４，３６…電極パッド、３７…絶縁層、４５…面取り部、１０４…第２センサ素子、１２１…第１主面、１３０，１３１，１３２，１３３…電極パッド、１３７…絶縁層、１４５…面取り部、２０４…第３センサ素子、２２１…第１主面、２３０，２３１，２３２，２３３…電極パッド、２３７…絶縁層、２４５…面取り部、３０４…第４センサ素子、３３０，３３１，３３２…電極パッド、３４５…面取り部。

Claims (10)

1. 長手方向に延びる板形状を有し、主面と後端面の間の角にまたは主面と側面の間の角に面取り部を備えたセンサ素子であって、
   固体電解質層と、
   前記固体電解質層上に設けられ、前記主面の少なくとも一部を構成する絶縁層と、
   前記絶縁層上の前記面取り部から離れた位置に設けられ、外部回路と接続するための電極パッドと、を備え、
   前記固体電解質層及び前記絶縁層は、前記面取り部に露出していることを特徴とするセンサ素子。
2. 前記面取り部は、前記センサ素子の少なくとも主面と後端面との間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ素子。
3. 前記面取り部に露出する前記絶縁層の長手方向の長さをＷ１、前記面取り部に露出する前記固体電解質層の長手方向長さをＷ２としたときに、Ｗ１＜Ｗ２であることを特徴とする請求項２に記載のセンサ素子。
4. 前記電極パッドの後端と前記面取り部の先端との長手方向の長さをＷ３としたときに、Ｗ３≧１０Ｗ１であることを特徴とする請求項３に記載のセンサ素子。
5. 前記電極パッドは、複数設けられており、隣り合う２つの電極パッドの最短距離をＷ４としたとき、Ｗ４＜Ｗ１＋Ｗ３であることを特徴とする請求項４に記載のセンサ素子。
6. 前記電極パッドは、
   先端側電極パッドと、
   前記先端側電極パッドよりも後端側に設けられた後端側電極パッドとを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセンサ素子。
7. 前記絶縁層の厚みが５０μｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサ素子。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のセンサ素子と、
   前記センサ素子を収納するハウジングと、
   前記ハウジング内で、前記電極パッドと接続する接続端子と、
   を備えることを特徴とするガスセンサ。
9. 固体電解質層と、
   前記固体電解質層上に設けられ、前記主面の少なくとも一部を構成する絶縁層と、
   前記絶縁層上に設けられ、外部と接続するための電極パッドと、
   を備えるセンサ素子の製造方法であって、
   前記センサ素子の主面と後端面の間の角または主面と側面の間の角を除去して、前記電極パッドから離れた位置に面取り部を形成し、前記絶縁層および前記固体電解質層を前記面取り部に露出させる面取り部形成工程を有することを特徴とするセンサ素子製造方法。
10. 前記面取り部形成工程では、少なくとも前記センサ素子の主面と後端面の間の角を除去して、前記面取り部を形成することを特徴とする請求項９に記載のセンサ素子。