JP2010038904A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁層を跨ぐようにして形成されるリード部における亀裂の発生が抑制され、特定ガス成分の正確な濃度検出が可能なガスセンサを提供すること。
【解決手段】長手方向に延びる板状の固体電解質層２０１と、前記固体電解質層２０１上に設けられる電極部２０４と、前記電極部２０４に接続するリード部２０５とを有する積層型のセンサ素子１０を有するガスセンサ１であって、前記リード部２０５は、絶縁層２０２を介して前記固体電解質層２０１上に積層され、前記リード部２０５が跨ぐ前記絶縁層２０２の端部は、前記センサ素子１０を積層方向に見たときに、前記長手方向に凹状、凸状、または凹凸状とされている。
【選択図】図３

Description

本発明は、測定対象ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサに関する。

従来、自動車等における各種内燃機関から排出される排気ガス中の特定ガス成分の濃度を検出して内燃機関の燃焼制御に利用されるガスセンサとして、積層型のセンサ素子を用いるものが知られている。積層型のセンサ素子は、例えば素子本体と、この素子本体を加熱により活性化させるヒータとから構成されている。

素子本体は、例えばジルコニアを主体とする固体電解質層と、この固体電解質層の両主面に形成される白金を主体とする一対の電極部と、この一対の電極部に接続され、固体電解質層に沿って延びる白金を主体とする一対のリード部とを有するセルから構成されている。また、ヒータは、例えばアルミナを主体とする一対の基層と、この一対の基層に挟持される白金を主体とする発熱部と、この発熱部の両端部に接続され、絶縁層に沿って延びる白金を主体とする一対のヒータリード部とから構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３２２６３２号公報

ところで、リード部については、触媒反応を抑制して正確な濃度検出を行うために、電極部と接続する先端側の一部を除き、絶縁層を介して固体電解質層上に形成されている。つまり、リード部は、絶縁層の端面を跨ぐように設けられている。しかしながら、このようなリード部については、製造時に絶縁層の端部を跨ぐ部分に亀裂が発生し、電極部からの出力信号を取り出すことができなくなることがある。

すなわち、図９（Ａ）に示されるように、センサ素子は、焼成後に固体電解質層となる未焼成の固体電解質シート９０１に絶縁ペーストを印刷して焼成後に絶縁層となる絶縁パターン９０２を形成した後、スクリーン印刷により導電ペーストを印刷して焼成後にリード部となるリードパターン９０５を形成し、全体を乾燥、焼成して形成する。

この際、固体電解質シート９０１の表面に対して絶縁パターン９０２の表面が一段高くなっているために、この絶縁パターン９０２の端部９１２、特に絶縁パターン９０２の端部９１２の角部に導電ペーストが十分に印刷されず、この部分のリードパターン９０５が薄くなる。このため、図９（Ｂ）に示されるように、乾燥又は焼成中に、リードパターン９０５の収縮に伴う引っ張り応力がこの厚みの薄い部分（絶縁パターン９０２を跨ぐ部分ｍ）に集中して亀裂が発生する。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであって、絶縁層を跨ぐようにして形成されるリード部における亀裂の発生が抑制され、正確な濃度検出が可能なガスセンサを提供することを目的としている。

本発明のガスセンサは、長手方向に延びる板状の固体電解質層と、前記固体電解質層上に設けられる電極部と、前記電極部に接続して前記長手方向に延びるリード部とを有する積層型のセンサ素子と、前記センサ素子を内部に保持する略筒状の主体金具とを有するガスセンサであって、前記リード部は、長手方向先端部が、前記固体電解質層上に積層されるとともに、長手方向後端部が絶縁層を介して前記固体電解質層上に積層され、前記リード部が跨ぐ前記絶縁層の端部は、前記センサ素子を積層方向に見たときに、前記長手方向に凹状、凸状、または凹凸状とされていることを特徴としている。

本発明のガスセンサによれば、リード部が跨って形成される絶縁層の端部を積層方向に見たときに、長手方向に凹状、凸状、または凹凸状とすることで、この絶縁層の端部を跨ぐリード部の厚みが厚くなると共に、絶縁層の端部をなだらかに跨ぐことになり、リード部における製造時の亀裂の発生を抑制し、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。

さらに、本発明のガスセンサによれば、前記絶縁層の前記長手方向に垂直な方向の幅は、前記リード部の前記長手方向の垂直な幅よりも大きいことが好ましい。
これにより、リード部が絶縁層の幅方向の両側にはみ出すことを抑制することができる。このため、見た目にも優れると共に、不必要な触媒反応等が抑制され、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。

さらに、本発明のガスセンサによれば、前記絶縁層の端部近傍において、前記リード部の先端部における幅が前記リード部の後端部における幅よりも大きいことが好ましい。リード部の先端部の幅が広がって形成されるため、絶縁層の端部をなだらかに跨ぐことが容易になり、リード部の亀裂の発生をより抑制することができ、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。

さらに、本発明のガスセンサによれば、前記絶縁層の前記幅をＷとし、前記端部の先端と後端との前記長手方向の長さをＤとしたとき、Ｄ／Ｗ≧０．１であることが好ましい。これにより、この絶縁層の端部を跨ぐリード部の厚みを十分に厚くすることができ、リード部の亀裂の発生をより抑制することができ、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。

さらに、本発明のガスセンサにおけるセンサリード部は、前記センサ素子を積層方向に見たときに、端部が長手方向に凹状、凸状、または凹凸状とされた第１リード部と、前記第１リード部の前記端部を跨ぐように形成される第２リード部とを有することが好ましい。

リード部についても、白金等の貴金属の使用を低減する観点から、例えば電極部に接続する先端側と後端側とに分割することが検討されている。具体的には、触媒作用を有する必要がなく、電極部と外部との導通目的である後端側部分を貴金属の使用を低減したものとすることができる。なお、先端側部分は、電極部の端子部分として設けられるものであり、例えば電極部を形成する際、同時に導電ペーストを印刷することで形成される。

このようにセンサリード部を分割する場合、それらの電気的接続を確実なものとするために、接続部となる一方の端部を他方の端部に重ねる必要がある。この場合においても、第１リード部の端部を長手方向に凹状、凸状、または凹凸状とすることで、この第１リード部の端部を跨ぐ第２リード部の厚みが厚くなると共に、第１リード部の端部をなだらかに跨ぐことになり、リード部における製造時の亀裂の発生を抑制し、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。

また、本発明のガスセンサでは、前記絶縁層の端部と、前記第１リード部の端部とが前記センサ素子における長手方向の異なる位置に配置されていることが好ましい。絶縁層の端部と第１リード部の端部とが重なる位置に配置されると、重なり部分の形状が複雑となり、センサ素子が破損する可能性があったり、第２リード部が一度に絶縁層の端部及び第１リード部の端部を跨ぐ必要があるため、跨ぐ高さが高くなり、リード部に亀裂が発生する可能性がある。これに対し、上記構成とすることで、センサ素子の形状が容易となってセンサ素子が破損することなく、また、第２リード部が一度に絶縁層の端部及び第１リード部の端部を跨ぐ必要がないため、リード部の亀裂の発生を抑制できる。

また、本発明のガスセンサでは、前記第１リード部の端部が、前記リード部の先端部に形成されていることが好ましい。これにより、リード部や絶縁層を覆うように固体電解質層に積層する他の層が固体電解質層と隙間を形成することなく積層できる。

また、第２リード部は、前記絶縁層の端部を跨ぐことが好ましい。絶縁層の端部は、リード部と固体電解質層とを離間させるために、できる限り電極部に近づくように配置される。すると、第１リード部の端部と絶縁層の端部が近づくこととなる。この際、第２リード部が絶縁層の端部をも跨ぐことで第１リード部と第２リード部との電気的接続の信頼性が向上する。

また、前記ガスセンサ素子は、ＮＯｘ濃度を検出するよう構成されたＮＯｘセンサ素子であるが好ましい。

センサ素子のリード部における亀裂の発生が抑制され、正確な濃度検出が可能なガスセンサを提供することができる。

本発明のガスセンサの一例を示す断面図。 本発明に用いられるセンサ素子の基本的構造を示す分解斜視図。 絶縁層の端部を凹状とした例を示す平面図および断面図。 絶縁層の端部を凸状とした例を示す平面図。 絶縁層の端部を凹凸状とした例を示す平面図。 センサリード部の第１リード部の端部を凹状とした例を示す平面図およびそのＡ−Ａ矢視断面図。 センサリード部の第１リード部の端部を凸状とした例を示す平面図。 センサリード部の第１リード部の端部を凹凸状とした例を示す平面図。 従来のセンサ素子の一例を示す平面図およびそのＡ−Ａ矢視断面図。

以下、本発明のガスセンサについて、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明のガスセンサの一例を示す断面図である。このガスセンサ１は、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、それらの排気管に装着されて使用される全領域空燃比センサである。

ガスセンサ１は、測定対象気体となる排ガス中の特定ガスを検出する軸線方向に延びる板状のセンサ素子１０と、このセンサ素子１０を内部に保持し、排気管に固定する筒状の主体金具１１とを有している。センサ素子１０は、主体金具１１の両端部から突出するように保持されており、該主体金具１１の先端部から突出する実質的な検出部分となる先端部に多孔質な先端保護層１０ａが形成されている。

主体金具１１は、径方向外側に排気管に固定するためのネジ部１１ａが設けられており、また径方向内側に軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成された棚部１１ｂが設けられている。

主体金具１１の内部には、センサ素子１０の外周部を取り囲むように環状のセラミックホルダ１２、粉末充填層１３、１４（以下、滑石リング１３、１４ともいう）、セラミックスリーブ１５が、この順に先端側から後端側にかけて配置されている。セラミックホルダ１２や滑石リング１３の外周部には金属ホルダ１６が配置されており、主体金具１１の気密性が維持されている。また、セラミックスリーブ１５の後端部には加締パッキン１７が配置されており、この加締パッキン１７を介してセラミックスリーブ１５を先端側に押し付けるようにして主体金具１１の後端部が加締められている。

このような主体金具１１の先端側には、センサ素子１０の先端部を囲むように、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレス等）の２重のプロテクタ（外部プロテクタ２１、内部プロテクタ２２）が溶接等によって取り付けられている。一方、後端側には、センサ素子１０を囲むようにして外筒２６が固定されており、その後端側の開口部には、先端側が接続端子２７に電気的に接続され、後端側が外部機器と電気的に接続される５本のリード線２８（図１では３本図示）が押通されるリード線押通孔２９ａが形成されたグロメット２９が配置されている。

また、外筒２６の内部には、センサ素子１０の電極端子部４１およびヒータ端子部４２と接続端子２７とを電気的に接続する絶縁コンタクト部材３１が配置されている。絶縁コンタクト部材３１は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔３１ａを有する筒状とされており、この内部にセンサ素子１０と接続端子２７とが挿入され、センサ素子１０の電極端子部４１およびヒータ端子部４２に接続端子２７が押圧されることでこれらが電気的に接続されている。これらにより、センサ素子１０の電極端子部４１およびヒータ端子部４２と外部機器との間に電流経路が形成されている。

さらに、絶縁コンタクト部材３１の径方向外側には鍔部３１ｂが形成されており、この鍔部３１ｂが外筒２６内に設けられた保持部材３２に支持されることで、絶縁コンタクト部材３１が外筒２６の内部に保持されている。

図２は、本発明のガスセンサ１に用いられるセンサ素子１０（先端保護層１０ａを除く）の基本的構造を示す分解斜視図であり、各センサリード部が絶縁層を介して固体電解質層上に形成される構造のものを図示したものである。また、図２では、従来と同様に絶縁層の端部の平面形状を平坦なものとし、またセンサリード部やヒータリード部についても分割されていない単一なものとしているが、後述するように本発明に用いるセンサ素子１０はこれらの部分が適宜変更されることによって構成されるものである。

センサ素子１０は、例えば酸素濃度検出セル１１０と酸素ポンプセル１３０とが層間調整層１２０を介して積層された素子本体１００と、この素子本体１００を加熱するためのヒータ１６０とを有している。

酸素濃度検出セル１１０は、第１固体電解質層１１５の一方の主面（図中、下側の主面）に第１絶縁層１１４、第１電極部１１２、および第１センサリード部１１３が形成され、他方の主面に第２絶縁層１１６、第２電極部１１８、および第２センサリード部１１９が形成されている。

第１電極部１１２は、例えば略四角形状とされ、第１絶縁層１１４よりも先端側の第１固体電解質層１１５上に形成されている。また、第１センサリード部１１３は、第１電極部１１２の後端側に接続され、第１固体電解質層１１５の長手方向に沿って延ばされている。この第１センサリード部１１３は、例えば先端側が第１固体電解質層１１５上に直接形成され、後端側が第１絶縁層１１４を介して第１固体電解質層１１５上に形成されている。

第１センサリード部１１３の端末は、第１絶縁層１１４に設けられる第１スルーホール１１４ａ、第１固体電解質層１１５に設けられる第２スルーホール１１５ａ、層間調整層１２０に設けられる第３スルーホール１２０ａ、第２固体電解質層１３５に設けられる第６スルーホール１３５ａおよび表面保護層１４０に設けられる第８スルーホール１４０ａを介して電極端子部４１に電気的に接続されている。

第２電極部１１８は、例えば略四角形状とされ、第２絶縁層１１６よりも先端側の第１固体電解質層１１５上に形成されている。また、第２センサリード部１１９は、第２電極部１１８の後端側に接続され、第１固体電解質層１１５の長手方向に沿って延ばされている。この第２センサリード部１１９は、例えば先端側が第１固体電解質層１１５上に直接形成され、後端側が第２絶縁層１１６を介して第１固体電解質層１１５上に形成されている。

第２センサリード部１１９の端末は、層間調整層１２０に設けられる第４スルーホール１２０ｂ、第３絶縁層１３４に設けられる第５スルーホール１３４ａ、第２固体電解質層１３５に設けられる第７スルーホール１３５ｂおよび表面保護層１４０に設けられる第９スルーホール１４０ｂを介して電極端子部４１に電気的に接続されている。

一方、酸素ポンプセル１３０は、第２固体電解質層１３５の一方の主面（図中、下側の主面）に第３絶縁層１３４、第３電極部１３２、および第３センサリード部１３３が形成され、他方の主面に第４絶縁層１３６、第４電極部１３８、および第４センサリード部１３９が形成されている。

第３電極部１３２は、例えば略四角形状とされ、第３絶縁層１３４よりも先端側の第２固体電解質層１３５上に形成されている。また、第３センサリード部１３３は、第３電極部１３２の後端側に接続され、第２固体電解質層１３５の長手方向に沿って延ばされている。この第３センサリード部１３３は、例えば先端側が第２固体電解質層１３５上に直接形成され、後端側が第４絶縁層１３６を介して第２固体電解質層１３５上に形成されている。

第３センサリード部１３３の端末は、第３絶縁層１３４に設けられる第５スルーホール１３４ａ、第２固体電解質層１３５に設けられる第７スルーホール１３５ｂおよび表面保護層１４０に設けられる第９スルーホール１４０ｂを介して電極端子部４１と電気的に接続されている。なお、第２センサリード部１１９と第３センサリード部１３３とは第４スルーホール１２０ｂを介して同電位となっている。

第４電極部１３８は、例えば略四角形状とされ、第４絶縁層１３６よりも先端側の第２固体電解質層１３５上に形成されている。また、第４センサリード部１３９は、第４電極部１３８の後端側に接続され、第２固体電解質層１３５の長手方向に沿って延ばされている。この第４センサリード部１３９は、例えば先端側が第２固体電解質層１３５上に直接形成され、後端側が第４絶縁層１３６を介して第２固体電解質層１３５上に形成されている。第４センサリード部１３９の端末は、表面保護層１４０に設けられる第１０スルーホール１４０ｃを介して電極端子部４１と電気的に接続されている。

これら酸素濃度検出セル１１０と酸素ポンプセル１３０との間に配置される層間調整層１２０には、第２電極部１１８と第３電極部１３２とによって挟まれる部分に検出室１２０ｃとなる空間部が設けられている。そして、検出室１２０ｃの幅方向の両側に、測定ガスをその素子外部における流速に関係なく一定の速度に律速させて導入する拡散律速部１２１が配置されている。拡散律速部１２１は、測定ガスを導入できる程度に多孔質なものとされている。

また、第２固体電解質層１３５の表面には、第４電極部１３８と第４センサリード部１３９とを挟み込むようにして、表面保護層１４０が積層されている。表面保護層１４０のうち第４電極部１３８に重なる部分には貫通孔１４０ｄが設けられており、この貫通孔１４０ｄに電極保護部１４１が嵌め込まれるようにして設けられている。

一方、ヒータ１６０は、アルミナを主体とする第１基層１６１および第２基層１６７と、これらに挟まれる白金を主体とする発熱部１６３と、この発熱部１６３から第１基層１６１等の長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部１６４とを有している。また、ヒータリード部１６４の端末は、第１基層１６１に形成されたスルーホールを介してヒータ端子部４２に接続されている。

なお、以下では、第１固体電解質層１１５および第２固体電解質層１３５を総称して固体電解質層２０１と呼び、第１絶縁層１１４、第２絶縁層１１６、第３絶縁層１３４、および第４絶縁層１３６を総称して絶縁層２０２と呼び、第１電極部１１２、第２電極部１１８、第３電極部１３２、および第４電極部１３８を総称して電極部２０４と呼び、第１センサリード部１１３、第２センサリード部１１９、第３センサリード部１３３、および第４センサリード部１３９を総称してリード部２０５と呼ぶ。

図３は、絶縁層２０２の一例を示す平面図（図３（Ａ））およびそのＡ−Ａ矢視断面図（図３（Ｂ））であり、積層方向に見たときに絶縁層２０２の端部２１２が長手方向に凹状とした例を示したものである。なお、以下の各図においては、図中左側を先端側として図示している。図３に示すように、絶縁層２０２は、固体電解質層２０１上に形成され、例えば先端側の端部２１２が凹状とされている。そして、リード部２０５は、先端部２０５ａが固体電解質層２０１上に直接形成され、後端部２０５ｂが絶縁層２０２を介して固体電解質層２０１上に形成されている。

絶縁層２０２をこのようなものとすることで、製造時に、例えば先端側から後端側へと導電ペーストを印刷した場合には、絶縁パターン２０２の端部２１２の幅方向（図３（Ａ）中、上下方向）の両側から徐々に絶縁パターン２０２の端部２１２の角部を乗り越えるようにして導電ペーストを印刷することができ、また逆方向から導電ペーストを印刷した場合にも、絶縁パターン２０２の端部２１２の幅方向の中心部分から徐々に絶縁パターン２０２の端部２１２の角部を下るようにして導電ペーストを印刷することができ、いずれにしてもリードパターン２０５における絶縁パターン２０２の端部２１２を跨ぐ部分ｍを従来に比べて厚くすることができ、また、絶縁パターン２０２の端部２１２をなだらかに跨ぐことができる。このため、乾燥及び焼成中にリードパターン２０５が収縮した場合であっても、絶縁パターン２０２の端部２１２に跨るリードパターン２０５に亀裂が発生することを抑制することができる。

また、図４は、積層方向に見たときに、絶縁層２０２の端部２１２が長手方向に凸状とした例を示す平面図である。このようなものについては、例えば製造時に先端側から後端側へと導電ペーストを印刷した場合には、絶縁パターン２０２の端部２１２の幅方向の中心部分から徐々に絶縁パターン２０２の端部２１２の角部を乗り越えるようにして導電ペーストを印刷することができ、また逆方向から導電ペーストを印刷した場合にも、絶縁パターン２０２の端部２１２の幅方向の両側から徐々に絶縁パターン２０２の端部２１２の角部を下るようにして導電ペーストを印刷することができ、いずれにしてもリードパターン２０５における絶縁パターン２０２の端部２１２を跨ぐ部分ｍを従来に比べて厚くすることができ、また、絶縁パターン２０２の端部２１２をなだらかに跨ぐことができる。このため、乾燥及び焼成中にリードパターン２０５が収縮した場合であっても、絶縁パターン２０２の端部２１２に跨るリードパターン２０５に亀裂が発生することを抑制することができる。

さらに、図５は、積層方向に見たときに、絶縁層２０２の端部２１２が長手方向に凹凸状とした例を示す平面図である。このようなものについては、例えば製造時に先端側から後端側へと導電ペーストを印刷した場合には、絶縁パターン２０２の端部２１２における個々の凸状部分に幅方向の中心部分から徐々に絶縁パターン２０２の端部２１２の角部を乗り越えるようにして導電ペーストを印刷することができ、また逆方向から導電ペーストを印刷した場合にも、絶縁パターン２０２の端部２１２における個々の凹状部分に幅方向の両側から徐々に絶縁パターン２０２の端部２１２の角部を下るようにして導電ペーストを塗布することができ、いずれにしてもリードパターン２０５における絶縁パターン２０２の端部２１２を跨ぐ部分ｍを従来に比べて厚くすることができ、また、また、絶縁パターン２０２の端部２１２をなだらかに跨ぐことができる。このため、乾燥及び焼成中にリードパターン２０５が収縮した場合であっても、絶縁パターン２０２の端部２１２に跨るリードパターン２０５に亀裂が発生することを抑制することができる。

このように、本発明の第１のガスセンサ１は、センサ素子１０におけるリード部２０５が跨って形成される絶縁層２０２の端部２１２を長手方向に凹状、凸状、または凹凸状とすることで、この絶縁層２０２の端部２１２を跨ぐリード部２０５の厚みが厚くなると共に、絶縁層２０２の端部２１２をなだらかに跨ぐことになり、リード部２０５の製造時の亀裂の発生を抑制し、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。

絶縁層２０２の端部２１２の形状は、必ずしも限定されるものではないものの、例えば凹状と凸状とでは凹状が好ましい。このように、絶縁層２０２の端部２１２を凹状とすることで、製造時、リードパターン２０５を形成するために導電ペーストを印刷した際、絶縁パターン２０２の端部２１２から幅方向の両側に導電ペーストがはみ出すことを抑制することができる。

すなわち、図３に示すように絶縁層２０２の端部２１２を凹状とした場合、例えば先端側から後端側へと導電ペーストを印刷した場合、絶縁パターン２０２の端部２１２における幅方向の両側から中心部分に向かって導電ペーストが集められるようにして印刷されるために幅方向の両側へのはみ出しが抑制され、また逆方向から導電ペーストを印刷した場合にも、絶縁パターン２０２の端部２１２における幅方向の両側部分によって導電ペーストが保持されるために幅方向の両側へのはみ出しが抑制される。このため、見た目にも優れると共に、不必要な触媒反応等が抑制され、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。

さらに、図３（Ａ）、図４、図５に示されるように、絶縁層２０２の幅Ｗ２０２は、リード部２０５の幅Ｗ２０５よりも大きくなっている。これにより、リードパターン２０５が絶縁パターン２０２の幅方向の両側にはみ出すことを抑制することができる。このため、見た目にも優れると共に、不必要な触媒反応等が抑制され、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。なお、絶縁層２０２の幅Ｗ２０２がリード部２０５の幅Ｗ２０５の１．１倍以上となっていることがより好ましい。

さらに、図３（Ａ）、図４、図５に示されるように、絶縁層２０２の端部２１２近傍において、リード部２０５の先端部２０５ａは後端側に向かって拡径した拡径部を有している。つまり、絶縁層２０２の端部２１２近傍において、リード部２０５の先端部２０５ａにおける幅Ｗ２０５ａがリード部２０５の後端部２０５ｂにおける幅Ｗ２０５ｂよりも大きくなっている。このように、リード部２０５の先端部２０５ａの幅が広がって形成されるため、リード部２０５が絶縁層２０２の端部２１２をなだらかに跨ぐことが容易になり、リード部２０５の亀裂の発生をより抑制することができ、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。

図３に示すように絶縁層２０２の端部が凹状のものについては、絶縁層２０２の端部２１２の幅Ｗ２０２に対する深さ（長さ）Ｄ２０２の比（Ｄ２０２／Ｗ２０２）を０．１以上とすることが好ましい。また、図４に示すように絶縁層２０２の端部が凸状のものについては、絶縁層２０２の端部の幅Ｗ２０２に対する高さ（長さ９Ｄ２０２の比（Ｄ２０２／Ｗ２０２）を０．１以上とすることが好ましい。さらに、図５に示すように絶縁層２０２の端部が凹凸状のものについては、これを構成する個々の凸部の幅Ｗ２０２に対する高さ（長さ）Ｄ２０２の比（Ｄ２０２／Ｗ２０２）を０．１以上とすることが好ましい。このようなものとすることで、製造時、リードパターン２０５を形成するために導電ペーストを印刷した際、絶縁パターン２０２の端部２１２に導電ペーストをより効果的に印刷することができ、その厚みを十分なものとすることができる。

次に、リード部２０５が第１リード部２０６と第２リード部２０７とで形成されているガスセンサ１について説明する。図６は、このような第１リード部２０６及び第２リード部２０７の一例を示す平面図（図６（Ａ））およびそのＡ−Ａ矢視断面図（図６（Ｂ））であり、積層方向に見たときに、端部２１６が長手方向に凹状とした例を示したものである。第１リード部２０６は、例えば先端側が固体電解質層２０１上に形成され、後端側が絶縁層２０２を介して固体電解質層２０１上に形成され、先端側の端部２１６が凹状とされている。そして、第２リード部２０７は、先端側が固体電解質層２０１上に直接形成され、後端側が絶縁層２０２及び第１リード部２０６を介して固体電解質層２０１上に形成されている。

第１リード部２０６をこのようなものとすることで、すなわち製造時に、例えば第２リードパターン２０７を形成するために先端側から後端側へと導電ペーストを印刷した場合には、第１リードパターン２０６の端部２１６の幅方向の両側から徐々に第１リードパターン２０６の端部２１６の角部を乗り越えるようにして導電ペーストを印刷することができ、また逆方向から導電ペーストを印刷した場合にも、第１リードパターン２０６の端部２１６の幅方向の中心部分から徐々に第１リードパターン２０６の端部２１６の角部を下るようにして導電ペーストを塗布することができ、いずれにしても第２リードパターン２０７における第１リードパターン２０６の端部２１６を跨ぐ部分ｎを従来に比べて厚くすることができ、また、第１リードパターン２０６の端部２１６をなだらかに跨ぐことができる。このため、乾燥及び焼成中に第２リードパターン２０７が収縮した場合であっても、第１リードパターン２０６の端部２１６に跨る第２リードパターン２０７に亀裂が発生することを抑制することができる。

また、図７は、積層方向に見たときに、第１リード部２０６の端部２１６を長手方向に凸状とした例を示す平面図である。このようなものについては、例えば製造時に第２リードパターン２０７を形成するために先端側から後端側へと導電ペーストを印刷した場合には、第１リードパターン２０６の端部２１６の幅方向の中心部分から徐々に第１リードパターン２０６の端部２１６の角部を乗り越えるようにして導電ペーストを印刷することができ、また逆方向から導電ペーストを印刷した場合にも、第１リードパターン２０６の端部２１６の幅方向の両側から徐々に第１リードパターン２０６の端部２１６の角部を下るようにして導電ペーストを印刷することができ、いずれにしても第２リードパターン２０７における第１リードパターン２０６の端部２１６を跨ぐ部分ｎを従来に比べて厚くすることができ、また、第１リードパターン２０６の端部２１６をなだらかに跨ぐことができる。このため、乾燥及び焼成中に第２リードパターン２０７が収縮した場合であっても、第１リードパターン２０６の端部２１６に跨る第２リードパターン２０７に亀裂が発生することを抑制することができる。

さらに、図８は、積層方向に見たときに、第１リード部２０６の端部２１６を長手方向に凹凸状とした例を示す平面図である。このようなものについては、例えば製造時に第２リードパターン２０７を形成するために先端側から後端側へと導電ペーストを印刷した場合には、第１リードパターン２０６の端部２１６における個々の凸状部分に幅方向の中心部分から徐々に第１リードパターン２０６の端部２１６の角部を乗り越えるようにして導電ペーストを印刷することができ、また逆方向から導電ペーストを印刷した場合にも、第１リードパターン２０６の端部２１６における個々の凹状部分に幅方向の両側から徐々に第１リードパターン２０６の端部２１６の角部を下るようにして導電ペーストを印刷することができ、いずれにしても第２リードパターン２０７における第１リードパターン２０６の端部２１６を跨ぐ部分ｎを従来に比べて厚くすることができ、また、第１リードパターン２０６の端部２１６をなだらかに跨ぐことができる。このため、乾燥及び焼成中に第２リードパターン２０７が収縮した場合であっても、第１リードパターン２０６の端部に跨る第２リードパターン２０７に亀裂が発生することを抑制することができる。

このようにリード部２０５を第１リード部２０６と第２リード部２０７との両者で形成することで、機能を分離して高性能化が可能になると共に、例えば電極部２０４に接続される第２リード部２０７については、従来と同様に貴金属を主体とすることで触媒作用が必要とされる電極部２０４と同時に導電ペーストを印刷して形成することができると共に、電極端子部４１に接続される第１リード部２０６ついては、貴金属の使用を低減したものとすることができる。また、第１リード部２０６の端部２１６に第２リード部２０７が跨って形成されるものとすることで、これらの電気的接続を確実なものとすることができる。

さらに、第２リード部２０７が跨るようにして形成される第１リード部２０６の端部２１６を長手方向に凹状、凸状、または凹凸状とすることで、第２リード部２０７の第１リード部２０６の端部２１６を跨ぐ部分における亀裂の発生を抑制し、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。

第１リード部２０６の端部は、必ずしも限定されるものではないものの、例えば凹状と凸状とでは凹状が好ましい。このように、第１リード部２０６の端部を凹状とすることで、センサ素子１０の製造時、第２リードパターン２０７を形成するために導電ペーストを印刷した際、第１リードパターン２０６の端部における幅方向の両側に導電ペーストがはみ出すことを抑制することができる。

すなわち、図６に示すように凹状とした場合、例えば先端側から後端側へと導電ペーストを印刷した場合、第１リードパターン２０６の端部２１６の幅方向の両側から中心部分に向かって導電ペーストが集められるようにして印刷されるため幅方向へのはみ出しが抑制され、また逆方向から導電ペーストを印刷した場合にも、第１リードパターン２０６の端部２１６における幅方向の両側部分によって導電ペーストが保持されるため幅方向へのはみ出しが抑制される。このため、見た目にも優れると共に、不必要な触媒反応等が抑制され、正確な濃度検出が可能なものとすることができる。

図６に示すように第１リード部２０６の端部２１６が凹状のものについては、第１センサ分割部２０６の端部２１６の幅Ｗ２０６に対する長さ（深さ）Ｄ２０６の比（Ｄ２０６／Ｗ２０６）を０．１以上とすることが好ましい。また、図７に示すように第１リード部２０６の端部２１６が凸状のものについては、第１リード部２０６の端部２１６の幅Ｗ２０６に対する長さ（高さ）Ｄ２０６の比（Ｄ２０６／Ｗ２０６）を０．１以上とすることが好ましい。さらに、図８に示すように第１リード部２０６の端部２１６が凹凸状のものについては、これを構成する個々の凸部の幅Ｗ２０６に対する長さ（高さ）Ｄ２０６の比（２０６／ｗ２０６）を０．１以上とすることが好ましい。このようなものとすることで、製造時、第２リードパターン２０７を形成するために導電ペーストを印刷した際、第１リードパターン２０６の端部に導電ペーストをより効果的に印刷することができ、その厚みを十分なものとすることができる。

また、図６（Ａ）、図７、図８に示すように、第１リード部２０６と第２リード部２０７とは、固体電解質層２０１側に配置される第１リード部２０６の幅Ｗ２０６が第２リード部２０７の幅Ｗ２０７よりも広くなっていることが好ましく、例えば第１リード部２０６の幅Ｗ２０６が第２リード部２０７の幅Ｗ２０７の１．１倍以上となっていることが好ましい。このように、一般に先に形成される第１リード部２０６の幅Ｗ２０６を後に形成される第２リード部２０７の幅Ｗ２０７よりも広くすることで、製造時、第２リードパターン２０７を形成するために導電ペーストを印刷した際、第１リードパターン２０６の幅方向の両側に導電ペーストがはみ出すことを抑制することができる。

また、図６（Ａ）、図７、図８に示すように、このような第１リード部２０６の端部２１６と絶縁層２０２の端部２０６とが異なる位置に配置されている。絶縁層２０２の端部２１２直上に第１リード部２０６の端部２１６を重ねて形成した場合、これらの重なり部分の形状が複雑となるためにセンサ素子１０破損しやすく、また第２リード部２０７が一度に跨ぐ高さが高くなることがあり、製造時に亀裂が発生するおそれがある。これに対し、上記構成とすることで、センサ素子１０の形状が容易となってセンサ素子１０が破損することなく、また、第２リード部２０７が一度に絶縁層２０２の端部２１２及び第１リード部２０６の端部２１６を跨ぐ必要がないため、リード部２０５の亀裂の発生を抑制できる。

また、図６（Ａ）、図７、図８に示すように、第１リード部２０６の端部２１６が、リード部２０５の先端部２０５ａに形成されていることが好ましい。これにより、センサ素子１０の厚みが余分に厚くなることが無く、表面保護層１４０が固体電解質層と２０２と隙間を形成することなく積層できる。

また、図６（Ａ）、図７、図８に示すように、第２リード部２０７は、絶縁層２０２の端部２１２を跨ぐことが好ましい。これにより、第１リード部２０６と第２リード部２０７との電気的接続の信頼性が向上する。

なお、本発明は上記実施の形態に限らず、各種変形が可能なことは言うまでもない。例えば、ガスセンサ素子１０は酸素センサ素子であるが、これに限られずＮＯｘ濃度を検出するよう構成されたＮＯｘセンサ素子であってもよい。

１…ガスセンサ、２…主体金具、１０…ガスセンサ素子、１００…素子本体、１６０…ヒータ、１１２…第１電極部、１１３…第１センサリード部、１１４…第１絶縁層、１１５…第１固体電解質層、１１６…第２絶縁層、１１８…第２電極部、１１９…第２センサリード部、１３２…第３電極部、１３３…第３センサリード部、１３４…第３絶縁層、１３５…第２固体電解質層、１３６…第４絶縁層、１３８…第４電極部、１３９…第４センサリード部、１６１…第１基層、１６３…発熱部、１６４…ヒータリード部、２０１…固体電解質層（第１固体電解質層、第２固体電解質層）、２０２…絶縁層（第１絶縁層、第２絶縁層、第３絶縁層、第４絶縁層）、２０４…電極部（第１電極部、第２電極部、第３電極部、第４電極部）、２０５…リード部（第１センサリード部、第２センサリード部、第３センサリード部、第４センサリード部）、２０６…第１リード部、２０７…第２リード部

Claims (9)

1. 長手方向に延びる板状の固体電解質層と、前記固体電解質層上に設けられる電極部と、前記電極部に接続して前記長手方向に延びるリード部とを有する積層型のセンサ素子と、前記センサ素子を内部に保持する略筒状の主体金具とを有するガスセンサであって、
   前記リード部は、長手方向先端部が、前記固体電解質層上に積層されるとともに、長手方向後端部が絶縁層を介して前記固体電解質層上に積層され、
   前記リード部が跨ぐ前記絶縁層の端部は、前記センサ素子を積層方向に見たときに、前記長手方向に凹状、凸状、または凹凸状とされていることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記絶縁層の前記長手方向に垂直な方向の幅は、前記リード部の前記長手方向に垂直な方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
3. 前記絶縁層の端部近傍において、前記リード部の先端部における前記幅が前記リード部の後端部における前記幅よりも大きいことを特徴とする請求項２記載のガスセンサ。
4. 前記絶縁層の前記幅をＷとし、前記端部の先端と後端との前記長手方向の長さをＤとしたとき、Ｄ／Ｗ≧０．１である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
5. 前記リード部は、前記センサ素子を積層方向に見たときに、端部が長手方向に凹状、凸状、または凹凸状とされた第１リード部と、前記第１リード部の前記端部を跨ぐように形成される第２リード部とを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
6. 前記絶縁層の端部と、前記第１リード部の端部とが前記センサ素子における長手方向の異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項５記載のガスセンサ。
7. 前記第１リード部の端部は、前記リード部の前記先端部に形成されていることを特徴とする請求項６記載のガスセンサ。
8. 前記第２リード部は、前記絶縁層の端部を跨ぐことを特徴とする請求項７記載のガスセンサ。
9. 前記ガスセンサ素子は、ＮＯｘ濃度を検出するよう構成されたＮＯｘセンサ素子であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のガスセンサ。