JP2016114593A - ガスセンサ素子およびガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ガスセンサ素子あるいはガスセンサにおいて、電極部やリード部が、接合されたセラミック層から剥がれてしまうことを抑制可能な技術を提供する。【解決手段】長手方向に延びる板状のガスセンサ素子は、貫通孔を長手方向先端側に有する絶縁部１１２、及び、貫通孔内に配置された固体電解質部１３１、を有する板状の複合セラミック層１１１と、複合セラミック層１１１の一方の主面側に固体電解質部に接触して配置された電極部１５６と、複合セラミック層の一方の主面側において絶縁部のみに接触すると共に、自身の先端が貫通孔１１２ｍよりも長手方向後端側に引き下がって配置され、電極部に電気的に接続されて長手方向後端側に延びるリード部１５７と、を備える。電極部の後端部は、複合セラミック層の一方の主面側の絶縁部上において、リード部の先端部と重ね合わされてなる。【選択図】図２

Description

本発明は、ガスセンサ素子およびガスセンサに関する。

内燃機関の燃焼制御を行うためにガスセンサが用いられている。ガスセンサは、内燃機関から排出される排気ガス中の特定成分（例えば、酸素）の濃度を検出信号として出力するガスセンサ素子を備える。例えば、特許文献１に記載されたガスセンサ素子は、長手方向に延びる板状の固体電解質層と、長手方向先端側の固体電解質層上に設けられた電極部と、電極部に電気的に接続され長手方向後端側に延びるリード部と、を備えており、リード部が、絶縁層を挟んで固体電解質層上に設けられている。

特開２０１２−１７７６３８号公報

特許文献１に記載されたガスセンサ素子では、リード部が絶縁層を介して固体電解質層上に設けられているので、電極部は、絶縁層を乗り越えるための中間部を介して、リード部に接続されている。このため、この中間部は、例えば電極部の先端部よりも厚みが厚く形成されることとなり、この厚くなる中間部が、ガスセンサ素子の焼成時に大きく収縮する場合がある。すると、その収縮に伴って、中間部が固体電解質層から剥がれてしまい、その結果、電極部あるいはリード部に亀裂や断線が生じるおそれがある。そのため、ガスセンサ素子あるいはガスセンサにおいて、電極部やリード部が、接合されたセラミック層から剥がれてしまうことを抑制可能な技術が求められている。

このような課題は、内燃機関用のガスセンサに限らず、特定ガスの濃度を検出可能なガスセンサ素子あるいはガスセンサに共通した課題である。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、長手方向に延びる板状のガスセンサ素子が提供される。このガスセンサ素子は、貫通孔を前記長手方向先端側に有する絶縁部、及び、前記貫通孔内に配置された固体電解質部、を有する板状の複合セラミック層と；前記複合セラミック層の一方の主面側に前記固体電解質部に接触して配置された電極部と；前記複合セラミック層の前記一方の主面側に前記絶縁部のみに接触すると共に、自身の先端が前記貫通孔よりも前記長手方向後端側に引き下がって配置され、前記電極部に電気的に接続されて前記長手方向後端側に延びるリード部と；を備え、前記電極部の後端部は、前記複合セラミック層の前記一方の主面側の前記絶縁部上において、前記リード部の先端部と重ね合わされてなることを特徴とする。
このような形態のガスセンサ素子であれば、固体電解質部が絶縁部に形成された貫通孔内に配置された複合セラミック層となっており、また、リード部が、固体電解質部に接触することが無く、貫通孔よりも引き下がって絶縁部上のみに配置されているため、リード部と絶縁部との間に絶縁層を設ける必要が無い。このため、リード部と電極部とが重ね合わされる部分（両者が接続される部分）の厚みをより小さくすることができる。そのため、ガスセンサ素子の焼成時において、リード部と電極部とが接続される部分が大きく収縮することが抑制されるので、電極部やリード部が、複合セラミック層から剥がれてしまうことを抑制することができる。この結果、電極部やリード部に亀裂や断線が生じることが抑制される。

（２）上記形態のガスセンサ素子において、前記リード部の先端部上に前記電極部の後端部が重ね合わされてなり、前記電極部の後端部は、前記複合セラミック層の前記一方の主面側の前記絶縁部上のみにおいて、前記固体電解質部上に配置された電極部の先端部よりも厚みが大きくなってもよい。
リード部の先端部上に電極部の後端部が重ね合わされる場合には、電極部の後端部に電極部の先端部よりも厚みが大きくなる部位が形成される。この厚みが大きくなる部位が固体電解質部上に配置されると、電極厚み差によってガス検出の精度ばらつきが生じることがある。これに対し、このような形態のガスセンサ素子であれば、固体電解質部上に、電極部の後端部の厚みが大きくなった部分が配置されることがないので、電極厚み差によるガス検出の精度ばらつきを低減することができる。

（３）上記形態のガスセンサ素子において、前記複合セラミック層の他方の主面側に配置され、前記固体電解質部に接触して配置された基準電極部、及び前記基準電極部に電気的に接続されて前記長手方向後端側に延びる基準リード部を備えた基準導体層と、前記基準導体層を介して前記複合セラミック層上に配置されたセラミック層と、をさらに有し、前記電極部及び前記基準電極部間へ定電流を供給することで、前記基準電極部を酸素基準極としてなり、前記電極部の後端部のみが、前記リード部の先端部と重ね合されていてもよい。
複合セラミック層の他方の主面側に、複合セラミック層とセラミック層とに挟まれるようにして、基準電極部及び基準リード部が配置されており、基準電極部が酸素基準極として用いられるガスセンサ素子においては、基準電極部および基準リード部がいずれも多孔質材料にて形成する必要がある。このため、基準電極部および基準リード部を、あえて別体で形成することなく、一体で形成することが容易にガスセンサ素子を形成できる。よって、このようなガスセンサ素子であれば、電極部とリード部とのみを重ねあわせて形成することが好ましい。

本発明は、ガスセンサ素子としての形態以外にも、種々の形態で実現することが可能である。例えば、ガスセンサ素子を備えるガスセンサや、ガスセンサ素子あるいはガスセンサの製造方法等の形態で実現することができる。

ガスセンサを軸線に沿って切断した縦断面図である。 ガスセンサ素子の分解斜視図である。 複合セラミック層の先端側の平面図である。 図３の４−４断面矢視図である。 ガスセンサ素子の製造方法を示す工程図である。 第２実施形態における第２導体層の構成示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態におけるガスセンサ１を軸線ＡＸに沿って切断した縦断面図である。ガスセンサ１は、例えば、内燃機関の排気管に装着されて使用される酸素センサである。以下では、図１に示すガスセンサ１の下側を先端側ＤＬ１、上側を後端側ＤＬ２として説明する。

ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０と主体金具２０とを主に備える。ガスセンサ素子１０は、長手方向ＤＬに延びる板状の素子であり、被測定ガスである排ガス中の酸素濃度を検出可能に構成されている。ガスセンサ素子１０は、自身の長手方向ＤＬに沿った中心線が軸線ＡＸに一致する形態でガスセンサ１内に配置されている。

主体金具２０は、ガスセンサ素子１０を内部に保持する筒状の金具である。主体金具２０は、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを自身よりも先端側に突出させると共に、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋを自身よりも後端側に突出させた状態で、ガスセンサ素子１０を保持している。主体金具２０の先端側には、金属製の外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２が配置され、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを覆っている。外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２は複数のガス導入孔３１ｈ、３２ｈを有している。このガス導入孔３１ｈ、３２ｈを通じて、外部プロテクタ３１の外部の被測定ガスが、内部プロテクタ３２の内側に配置されたガスセンサ素子１０の先端部１０ｓの周囲に導入される。

主体金具２０の内部には、センサ素子１０の外周を取り囲むように環状のセラミックホルダ２１と、粉末充填層２２，２３（以下、滑石リング２２，２３ともいう。）と、セラミックスリーブ２４とが、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２１や滑石リング２２の外周には金属ホルダ２５が配置されている。また、セラミックスリーブ２４の後端側には加締パッキン２６が配置されている。主体金具２０の後端部２７は、加締パッキン２６を介してセラミックスリーブ２４を先端側に押し付けるようにして加締められている。

一方、主体金具２０の後端側には、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋを取り囲むように筒状の外筒５１が配置されている。さらに、外筒５１の内側には、セパレータ６０が配置されている。セパレータ６０は、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋの周囲を取り囲むと共に、４本のリード線７８，７８，７９，７９（図１では２本のみ図示）の先端に取り付けられた４つの端子部材７５，７５，７６，７６（図１では２つのみ図示）を互いに離間して保持する。セパレータ６０は、軸線ＡＸ方向に貫通する挿入孔６２を有している。この挿入孔６２には、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋが挿入される。また、挿入孔６２内には、４個の端子部材７５，７５，７６，７６が互いに離間して配置されており、それぞれガスセンサ素子１０の後述するパッド部１４〜１７に弾性的に当接し電気的に接続している。

本実施形態のガスセンサ１では、外筒５１の後端側の後端開口部５１ｃを閉塞するグロメット７３に、撥水性及び通気性を兼ね備えるフィルタ７４ｆで被覆した金属部材７４が嵌め込まれている。これにより、このガスセンサ１は、ガスセンサ１の外部に存在する大気を、フィルタ７４ｆを通じて外筒５１内に導入し、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋの周囲にまで導入することができる。

図２は、ガスセンサ素子１０の分解斜視図である。図２では、左側がガスセンサ１の先端側ＤＬ１となり、右側が後端側ＤＬ２になる。

ガスセンサ素子１０は、厚み方向ＤＴの一方側ＤＴ１を向く第１素子主面１０ａ上でかつ後端部１０ｋ（図１参照）内に、２つのセンサパッド部１６，１７を有している。センサパッド部１６は、ガスセンサ素子１０内で第１導体層１５０に導通、接続し、センサパッド部１７は、ガスセンサ素子１０内で第２導体層１５５に導通、接続している。また、ガスセンサ素子１０は、厚み方向ＤＴの他方側ＤＴ２を向く第２素子主面１０ｂ上でかつ後端部１０ｋ内に、２つのヒータパッド部１４，１５を有している。ヒータパッド部１４，１５は、ガスセンサ素子１０内で後述するヒータパターン１８１に導通、接続している。

ガスセンサ素子１０は、厚み方向ＤＴに積層された複数のセラミック層及び導体層からなる。具体的には、図２に示すように、ガスセンサ素子１０は、絶縁部１１２及び固体電解質部１３１を含む複合セラミック層１１１を有しており、この複合セラミック層１１１の厚み方向一方側ＤＴ１には、第２導体層１５５、保護層１６０が、この順に積層されている。また、複合セラミック層１１１の厚み方向他方側ＤＴ２には、第１導体層１５０、導入路形成層１７０、ヒータ層１８０が、この順に積層されている。

複合セラミック層１１１は、絶縁部１１２と固体電解質部１３１とを備える。絶縁部１１２は、アルミナからなる矩形板状で、自身を厚み方向ＤＴに貫通する平面視矩形状の貫通孔１１２ｈを有する。固体電解質部１３１は、酸素イオン伝導性のジルコニアセラミックからなる板状で、絶縁部１１２の貫通孔１１２ｈ内に配置される。絶縁部１１２は、厚み方向他方側ＤＴ２を向く第１絶縁主面１１３、及び、これとは逆に厚み方向一方側ＤＴ１を向く第２絶縁主面１１４を有している。固体電解質部１３１は、厚み方向他方側ＤＴ２を向く第１電解質主面１３３、及び、これとは逆に厚み方向一方側ＤＴ１を向く第２電解質主面１３４を有している。

第１導体層１５０は、固体電解質部１３１の第１電解質主面１３３上に、貫通孔１１２ｈよりも内側に引き下がって形成された矩形状の第１電極部１５１と、この第１電極部１５１から長手方向後端側ＤＬ２に延びる帯状の第１リード部１５２とからなる。即ち、この第１導体層１５０は、第１電解質主面１３３と第１絶縁主面１１３とに跨がって形成されている。

第２導体層１５５は、固体電解質部１３１の第２電解質主面１３４上に、貫通孔１１２ｈよりも内側に引き下がって形成される略矩形状の部位と、この部位から長手方向後端側ＤＬ２に延びる帯状の部位とを有する第２電極部１５６と、この第２電極部１５６から長手方向後端側ＤＬ２に延びる帯状の第２リード部１５７とからなる。即ち、この第２導体層１５５は、第２電解質主面１３４と第２絶縁主面１１４とに跨がって形成されている。第２導体層１５５の詳細な構成については後述する。

複合セラミック層１１１の厚み方向一方側ＤＴ１には、第２導体層１５５を覆って、保護層１６０が積層されている。この保護層１６０は、多孔質部１６２と保護部１６１とを備える。多孔質部１６２は、第２電極部１５６及び複合セラミック層１１１の固体電解質部１３１上に配置された多孔質セラミックからなる。保護部１６１は、多孔質部１６２を囲んで収容する貫通孔１６１ｈが穿孔され、複合セラミック層１１１の絶縁部１１２に重なってこれを保護する緻密質セラミックからなる。貫通孔１６１ｈは、第２電極部１５６に外部の被測定ガスを導くガス導入路ＧＤとなっている。

保護部１６１上には、前述したセンサパッド部１６，１７が設けられている。センサパッド部１６は、スルーホール１１２ｍ，１６１ｍを通じて、第１導体層１５０の後端側ＤＬ２の端部１５２ｅに電気的に導通している。センサパッド部１７は、スルーホール１６１ｎを通じて、第２導体層１５５の後端側ＤＬ２の端部１５７ｅに電気的に導通している。

導入路形成層１７０は、緻密質のセラミックからなり、この導入路形成層１７０をその厚さ方向ＤＴに貫通する導入溝１７５が形成されている。導入溝１７５は、導入路形成層１７０のほか、複合セラミック層１１１及びヒータ層１８０（絶縁層１８２）に囲まれて、第１電極部１５１に大気を導入する大気導入路ＡＤを構成する。さらに詳細には、導入溝１７５は、平面視矩形状の基準室溝１７６と、この基準室溝１７６よりも幅細で基準室溝１７６から後端側ＤＬ２に延び、導入路形成層１７０の後端（図２において右端）に開口する通気溝１７７とからなる。このうち、基準室溝１７６は、導入路形成層１７０のほか、複合セラミック層１１１の固体電解質部１３１及びヒータ層１８０に囲まれて、基準室ＫＳを構成する。また、通気溝１７７は、導入路形成層１７０のほか、複合セラミック層１１１の絶縁部１１２及びヒータ層１８０に囲まれて、通気路ＴＲを構成する。なお、基準室ＫＳには、固体電解質部１３１上に形成された第１電極部１５１が露出している。

ヒータ層１８０は、アルミナからなる２枚の板状の絶縁層１８２，１８３と、これらの間に埋設された、ヒータパターン１８１とを備える。ヒータパターン１８１は、蛇行状の発熱部１８１ｄ、及び、この発熱部１８１ｄの両端にそれぞれ接続され、直線状に延びる第１リード部１８１ｂ及び第２リード部１８１ｃからなる。第１リード部１８１ｂの後端側ＤＬ２の端部１８１ｅは、スルーホール１８３ｍを通じてヒータパッド部１４と電気的に導通している。また、第２リード部１８１ｃの後端側ＤＬ２の端部１８１ｆは、スルーホール１８３ｎを通じてヒータパッド部１５と電気的に導通している。

本実施形態におけるガスセンサ素子１０では、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋの周囲の大気が、前述した大気導入路ＡＤを通じて、第１電極部１５１に到達する。一方、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓの周囲の被測定ガスは、保護層１６０の貫通孔１６１ｈに配置された多孔質部１６２を通じて、第２電極部１５６に到達する。第１電極部１５１と第２電極部１５６との間には、固体電解質部１３１が配置されているので、第１電極部１５１に接触する大気の酸素濃度に対し、第２電極部１５６に接触する被測定ガスの酸素濃度が異なる場合、第１電極部１５１と固体電解質部１３１と第２電極部１５６とで酸素濃淡電池が構成され、第１電極部１５１と第２電極部１５６との間に電位差が生じる。本実施形態のガスセンサ１を用いれば、この電位差を表す信号を、センサパッド部１６，１７に導通する２本のリード線７８を通じて取得することにより、被測定ガス中の酸素濃度を検知することができる。なお、酸素濃度測定時には、ヒータパッド部１４，１５に導通する２本のリード線７９を通じてヒータパターン１８１に電流を供給し発熱させることで、固体電解質部１３１を加熱し活性化させる。

図３は、複合セラミック層１１１の先端側ＤＬ１の平面図である。上述したように、第２導体層１５５は、貫通孔１１２ｈよりも内側に引き下がって固体電解質部１３１の第２電解質主面１３４の一部を覆う略矩形状の部位と、この部位から長手方向後端側ＤＬ２に延びる帯状の部位とを有する第２電極部１５６と、帯状の第２リード部１５７とからなる。第２電極部１５６と第２リード部１５７とは、異なる材料によって構成されている。具体的には、第２電極部１５６は、自身の内部に被測定ガスを取り込むために、導電性を有する多孔質材料によって形成されている。これに対して、第２リード部１５７は、電気抵抗を小さくするために、第２電極部１５６よりも緻密な導電性材料によって形成されている。第２リード部１５７と第２電極部１５６との電気抵抗率（比抵抗）の差は、例えば、１０μΩ・ｃｍ以上であり、第２リード部１５７の方が第２電極部１５６よりも電気抵抗率が小さい。第２リード部１５７の後端側の端部１５７ｅが接続されるスルーホール１６１ｎも含め、各スルーホールは、第２リード部１５７と同じ材料によって満たされている。

図４は、図３の４−４断面矢視図である。第２リード部１５７は、厚みが略一定であり、複合セラミック層１１１の第２絶縁主面１１４側において、絶縁部１１２のみに接触する。そして、第２リード部１５７は、自身の先端が、複合セラミック層１１１に設けられた貫通孔１１２ｈよりも長手方向後端側ＤＬ２に引き下がって配置され、自身の後端は、長手方向後端側ＤＬ２に延びる。一方、第２リード部１５７が電気的に接続される第２電極部１５６は、第２電解質主面１３４上における厚みが第２リード部１５７の厚みと略同じである。そして、第２電極部１５６は、自身の後端部１５６ｅが、貫通孔１１２ｈよりも長手方向後端側ＤＬ２に延び、複合セラミック層１１１の第２絶縁主面１１４側の絶縁部１１２上において、第２リード部１５７の先端部１５７ｈと重ね合わされている。本実施形態では、第２リード部１５７の先端部１５７ｈの上側に、第２電極部１５６の後端部１５６ｅが重ね合わされている。そして、第２電極部１５６の後端部１５６ｅは、複合セラミック層１１１の第２絶縁主面１１４側の絶縁部１１２上のみにおいて、固体電解質部１３１の第１電解質主面１３３上に配置された第２電極部１５６の先端部１５６ｈよりも厚みＴが大きくなる。第２電極部１５６の厚みＴが大きくなっている部分のことを、以下では、段差部１５６ｄともいう。なお、第２リード部１５７の先端は、ガスセンサ素子１０の長手方向の全長のうち半分よりも長手方向先端側ＤＬ１に配置されていることが好ましい。さらには、第２リード部１５７の先端は、ガスセンサ素子１０のうち、ヒータパターン１８１の発熱部１８１ｄが配置される長手方向の領域内に配置されていることが好ましい。

図５は、ガスセンサ素子１０の製造方法を示す工程図である。以下では、焼成後の部材とこれに対応する焼成前の部材とは、便宜上、同一符号を用いて説明する。本実施形態における製造方法では、まず、ガスセンサ素子１０を構成する部材ごとに未焼成部材を準備する（ステップＳ１０）。具体的には、未焼成絶縁層１８３，１８２、未焼成導入路形成層１７０、未焼成複合セラミック層１１１、未焼成保護層１６０を準備する。

これらの部材のうち、未焼成複合セラミック層１１１は、例えば、次の手順により作製される。まず、ドクタブレード法等により形成した未焼成絶縁部用シート（絶縁グリーンシート）と、未焼成電解質部用シート（電解質グリーンシート）とを用意する。次に、未焼成絶縁部用シートに、パンチを用いて貫通孔１１２ｈを形成して、未焼成絶縁部１１２を作製する。引き続いて、同パンチを用いて、未焼成絶縁部１１２の貫通孔１１２ｈ内に、未焼成電解質部１３１を挿入する。具体的には、未焼成絶縁部１１２の上に、未焼成電解質部用シートを重ね、前述のパンチを用いて未焼成電解質部用シートから未焼成電解質部１３１を打ち抜くと共に、未焼成絶縁部１１２の貫通孔１１２ｈ内に未焼成電解質部１３１を挿入する。そして、貫通孔１１２ｈに未焼成電解質部１３１が挿入された未焼成絶縁部１１２を、厚み方向に圧縮する。

次に、スクリーン印刷法により、未焼成電解質部１３１の第１電解質シート主面１３３、及び、未焼成絶縁部１１２の第１絶縁シート主面１１３に跨がるように、未焼成第１導体層１５０（未焼成第１電極部１５１及び未焼成第１リード部１５２）を形成する。未焼成第１導体層１５０（未焼成第１リード部１５２）は、未焼成絶縁部１１２を貫通するスルーホール１１２ｍに接続される。

続いて、スクリーン印刷法により、未焼成絶縁部１１２の第２絶縁シート主面１１４上に、未焼成第２リード部１５７を形成し、その後、スクリーン印刷法により、未焼成電解質部１３１の第２電解質シート主面１３４上に、未焼成第２電極部１５６を形成する。このとき、図３に示したように、未焼成第２電極部１５６の後端部１５６ｅが、未焼成第２リード部１５７の先端部１５７ｈ上に重なるように、スクリーン印刷を行う。以上の手順により、未焼成複合セラミック層１１１が作製される。

次いで、図２に示したように、未焼成絶縁層１８３，１８２、未焼成導入路形成層１７０、未焼成複合セラミック層１１１、未焼成保護層１６０を、この順に積層して、未焼成ガスセンサ素子１０を作製する（ステップＳ２０）。これらの部材を積層するにあたり、未焼成絶縁層１８３には、予め、未焼成ヒータパターン１８１及びスルーホール１８３ｍ，１８３ｎを形成しておく。また、未焼成導入路形成層１７０には、予め、未焼成基準室溝１７６及び未焼成通気溝１７７を含む未焼成導入溝１７５を形成しておく。また、未焼成保護層１６０は、焼成後に多孔質部１６２となる未焼成多孔質部１６２、及び、これを囲み、焼成後に保護部１６１となる未焼成保護部１６１を、予め形成しておく。また、未焼成保護層１６０の後端側ＤＬ２には、未焼成保護部１６１を貫通して、スルーホール１１２ｍ及び未焼成第２導体層１５５に接続するスルーホール１６１ｍ，１６１ｎを、予め形成しておく。なお、未焼成保護層１６０及び未焼成絶縁層１８３には、焼成後にヒータパッド部１４，１５及びセンサパッド部１６，１７となる未焼成パッド部を予め印刷しておく。

未焼成ガスセンサ素子１０が作製された後、公知の手法により、未焼成ガスセンサ素子１０を焼成する（ステップＳ３０）。以上の工程により、ガスセンサ素子１０が作製される。

以上で説明した本実施形態のガスセンサ素子１０およびガスセンサ１では、絶縁部１１２に設けられた貫通孔１１２ｈに固体電解質部１３１が配置されることにより、複合セラミック層１１１が形成されている。そして、第２リード部１５７が、固体電解質部１３１に接触することが無く、貫通孔１１２ｈよりも引き下がって絶縁部１１２上に配置されているため、第２リード部１５７と絶縁部１１２との間に別途、絶縁層を設ける必要が無い。このため、第２リード部１５７と重ね合わされる（第２リード部１５７と接続される）第２電極部１５６の後端部１５６ｅ（段差部１５６ｄ）の厚みＴを小さくすることができる。そのため、ガスセンサ素子１０の焼成時において、段差部１５６ｄが大きく収縮することが抑制されるので、段差部１５６ｄの収縮に伴って第２電極部１５６が、複合セラミック層１１１から剥がれてしまうことを抑制することができる。この結果、第２電極１５６に亀裂や断線が生じることを抑制することができる。

また、本実施形態では、第２導体層１５５に形成される段差部１５６ｄが、絶縁部１１２上に配置されており、固体電解質部１３１上には配置されることがないので、第２電極１５６の厚み差によるガス検出の精度ばらつきを低減することができる。

また、本実施形態では、緻密な第２リード部１５７が、絶縁部１１２上のみに配置され、固体電解質部１３１上には、多孔質の粗い第２電極部１５６が配置されているため、固体電解質部１３１中に被測定ガスを良好に通過させることができる。そのため、固体電解質部１３１にブラックニング（黒化現象）が発生することを抑制することができ、固体電解質部１３１の脆化を抑制することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態における第２導体層１５５の構成示す説明図である。上記第１実施形態では、図４に示したように、複合セラミック層１１１上に形成される第２導体層１５５は、第２リード部１５７の先端部１５７ｈの上側に、第２電極部１５６の後端部１５６ｅが重ね合わされることにより構成されている。これに対して、第２実施形態では、図６に示すように、第２導体層１５５が、第２電極部１５６の後端部１５６ｅの上側に、第２リード部１５７の先端部１５７ｈが重ね合わされることにより構成される。このような構成であれば、第２リード部１５７に形成される段差部１５７ｄの厚みＴを小さくすることができるので、第２リード部１５７が、複合セラミック層１１１（絶縁部１１２）から剥がれてしまうことを抑制することができる。この結果、第２リード部１５７に亀裂や断線が生じることを抑制することができる。

Ｃ．変形例：
＜変形例１＞
上記実施形態では、第２導体層１５５を、第２リード部１５７の先端部１５７ｈと第２電極部１５６の後端部１５６ｅとを重ね合わせることにより形成しているが、第１導体層１５０も同様に、第１リード部１５２の先端部と第１電極部１５１の後端部とを重ね合わせることによって形成してもよい。

＜変形例２＞
ガスセンサ素子１０およびガスセンサ１の構造は、図１や図２に示した構造に限られない。例えば、ガスセンサ素子は、導入路形成層１７０を有していない構造であってもよい。

具体的には、ヒータ層の絶縁層うち、複合セラミック層側の絶縁層（特許請求の範囲のセラミック層に相当）が、第１導体層（特許請求の範囲の基準導体層に相当）を介して複合セラミック層に積層される。このようなガスセンサ素子では、第２電極部と第１電極部（特許請求の範囲の基準電極部に相当）との間に定電流を供給することで、第１電極部を酸素基準極として機能させ、酸素基準極をもとにガス検知が行われる。

この場合、第１電極部を酸素基準極として機能させるために、第１電極部および第１リード部（特許請求の範囲の基準リード部に相当）がいずれも多孔質材料にて形成する必要がある。このため、第１電極部および第１リード部を、あえて別体で形成することなく、一体で形成することが容易にガスセンサ素子を形成できる。つまり、第２電極部と、第２リード部とを、上述に説明したように重ね合わせて形成しつつ、第１電極部と第１リード部とは、重ね合わせることなく一体で形成することが、ガスセンサ素子を容易に形成できるため好ましい。

＜変形例３＞
ガスセンサ素子１０は、1種類の固体電解質層を有している構造であったが、例えば、ガスセンサ素子は、ポンプセルと起電力セルと呼ばれる２種類の固体電解質層を有する構造であってもよい。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態や変形例の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…ガスセンサ
１０…ガスセンサ素子
１４，１５…ヒータパッド部
１６，１７…センサパッド部
２０…主体金具
３１…外部プロテクタ
３２…内部プロテクタ
５１…外筒
６０…セパレータ
６２…挿入孔
７３…グロメット
７４…金属部材
７４ｆ…フィルタ
７５，７６…端子部材
７８，７９…リード線
１１１…複合セラミック層
１１２…絶縁部
１１２ｈ…貫通孔
１１２ｍ，１６１ｍ，１６１ｎ，１８３ｍ，１８３ｎ…スルーホール
１１３…第１絶縁主面
１１４…第２絶縁主面
１３１…固体電解質部
１３３…第１電解質主面
１３４…第２電解質主面
１５０…第１導体層
１５１…第１電極部
１５２…第１リード部
１５５…第２導体層
１５６…第２電極部
１５７…第２リード部
１６０…保護層
１６１…保護部
１６１ｈ…貫通孔
１６２…多孔質部
１７０…導入路形成層
１７５…導入溝
１７６…基準室溝
１７７…通気溝
１８０…ヒータ層
１８１…ヒータパターン
１８１ｂ…第１リード部
１８１ｃ…第２リード部
１８１ｄ…発熱部
１８２，１８３…絶縁層
ＧＤ…ガス導入路
ＡＤ…大気導入路
ＴＲ…通気路
ＫＳ…基準室
ＡＸ…軸線

Claims (4)

1. 長手方向に延びる板状のガスセンサ素子であって、
   貫通孔を前記長手方向先端側に有する絶縁部、及び、前記貫通孔内に配置された固体電解質部、を有する板状の複合セラミック層と、
   前記複合セラミック層の一方の主面側に前記固体電解質部に接触して配置された電極部と、
   前記複合セラミック層の前記一方の主面側において前記絶縁部のみに接触すると共に、自身の先端が前記貫通孔よりも前記長手方向後端側に引き下がって配置され、前記電極部に電気的に接続されて前記長手方向後端側に延びるリード部と、
   を備え、
   前記電極部の後端部は、前記複合セラミック層の前記一方の主面側の前記絶縁部上において、前記リード部の先端部と重ね合わされてなる
   ことを特徴とするガスセンサ素子。
2. 請求項１に記載のガスセンサ素子であって、
   前記リード部の先端部上に前記電極部の後端部が重ね合わされてなり、
   前記電極部の後端部は、前記複合セラミック層の前記一方の主面側の前記絶縁部上のみにおいて、前記固体電解質部上に配置された前記電極部の先端部よりも厚みが大きくなる
   ことを特徴とするガスセンサ素子。
3. 請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ素子であって、
   前記複合セラミック層の他方の主面側に配置され、前記固体電解質部に接触して配置された基準電極部、及び前記基準電極部に電気的に接続されて前記長手方向後端側に延びる基準リード部を備えた基準導体層と、前記基準導体層を介して前記複合セラミック層上に配置されたセラミック層と、をさらに有し、
   前記電極部及び前記基準電極部間へ定電流を供給することで、前記基準電極部を酸素基準極としてなり、
   前記電極部の後端部のみが、前記リード部の先端部と重ね合されてなる
   ことを特徴とするガスセンサ素子。
4. 軸線方向に延びるガスセンサ素子と、
   該ガスセンサ素子の周囲を取り囲む主体金具と、
   を備えるガスセンサであって、
   前記ガスセンサ素子は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のガスセンサ素子であることを特徴とするガスセンサ。