JP2017041431A - Ceramic heater, sensor element, and gas sensor - Google Patents

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JP2017041431A JP2016015632A JP2016015632A JP2017041431A JP 2017041431 A JP2017041431 A JP 2017041431A JP 2016015632 A JP2016015632 A JP 2016015632A JP 2016015632 A JP2016015632 A JP 2016015632A JP 2017041431 A JP2017041431 A JP 2017041431A
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隆生 村瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration of a bent part of an exothermic body.SOLUTION: A heater part includes a heater 72, having a linear part 78 and a bent part 77. Resistance per unit length of the bent part 77 at any temperature in a temperature range of greater than or equal to 700°C and less than or equal to 900°C is lower than that of the linear part 78. When resistance per unit length of the bent part 77 is denoted as unit resistance R1, and resistance per unit length of the linear part 78 is denoted as unit resistance R2, a unit resistance ratio R1/R2 at least at any temperature of the temperature range is less than or equal to 0.87.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、セラミックスヒータ,センサ素子及びガスセンサに関する。   The present invention relates to a ceramic heater, a sensor element, and a gas sensor.

従来、セラミックスヒータとしては、セラミックスシートと、セラミックスシートの長手方向に複数回折り返して形成したヒータパターンとを有するものが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載のヒータパターンは、長手方向に沿って形成された直線導体部と、直線導体部同士を連結する折り返し導体部とを備えている。また、短手方向に沿った直線部と直線部同士を連結する折り返し部とを備えたパターンを有するものも知られている(例えば、特許文献2)。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a ceramic heater, one having a ceramic sheet and a heater pattern formed by bending a plurality of times in the longitudinal direction of the ceramic sheet is known (for example, Patent Document 1). The heater pattern described in Patent Document 1 includes a linear conductor portion formed along the longitudinal direction and a folded conductor portion that connects the linear conductor portions. Moreover, what has a pattern provided with the linear part along a transversal direction and the folding | returning part which connects linear parts is known (for example, patent document 2).

特許第4826461号公報Japanese Patent No. 4826461 特許第3571494号公報Japanese Patent No. 3571494

ところで、このようなセラミックスヒータでは、発熱体を構成する導体が高温で酸化することなどにより、発熱体が劣化して断線する場合があった。特に、ヒータパターンの折り返し部分などの屈曲部は、直線部と比べて熱膨張による応力の影響も受けやすいため、直線部と比べて劣化による断線等が生じやすいという問題があった。   By the way, in such a ceramic heater, the heat generating body may be deteriorated and disconnected due to oxidation of a conductor constituting the heat generating body at a high temperature. In particular, a bent portion such as a folded portion of the heater pattern is more susceptible to stress due to thermal expansion than the straight portion, and therefore, there is a problem that disconnection due to deterioration is more likely to occur than the straight portion.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、発熱体の屈曲部の劣化を抑制することを主目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and a main object thereof is to suppress the deterioration of the bent portion of the heating element.

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。   The present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.

本発明のセラミックスヒータは、
直線部と、700℃以上900℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が前記直線部と比べて低い屈曲部と、を有する発熱体と、
前記発熱体を囲むセラミックス体と、
を備えたものである。
The ceramic heater of the present invention is
A heating element having a linear portion and a bent portion having a resistance value per unit length at a temperature in the temperature range of 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower lower than that of the linear portion;
A ceramic body surrounding the heating element;
It is equipped with.

このセラミックスヒータは、発熱体が直線部と屈曲部とを有している。そして、屈曲部は、700℃以上900℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が直線部と比べて低くなっている。これにより、700℃〜900℃の少なくともいずれかの温度において、屈曲部は直線部と比べて発熱密度(単位長さあたりの発熱量)が小さくなり、温度が上昇しにくくなる。高温になるほど発熱体は劣化しやすくなるため、直線部と比べて屈曲部の温度が上昇しにくいことで、屈曲部の劣化を抑制できる。   In this ceramic heater, the heating element has a straight portion and a bent portion. And the resistance value per unit length in the bending part at least in any temperature of the temperature range of 700 degreeC or more and 900 degrees C or less is low compared with a linear part. As a result, at least at a temperature of 700 ° C. to 900 ° C., the bent portion has a smaller heat generation density (a heat generation amount per unit length) than the straight portion, and the temperature is unlikely to rise. Since the heating element is more likely to deteriorate as the temperature becomes higher, it is difficult for the temperature of the bent portion to rise compared to the straight portion, so that deterioration of the bent portion can be suppressed.

本発明のセラミックスヒータにおいて、前記屈曲部の単位長さあたりの抵抗値を単位抵抗値R1[μΩ/mm]とし、前記直線部の単位長さあたりの抵抗値を単位抵抗値R2[μΩ/mm]としたときに、前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値0.87以下としてもよい。こうすれば、屈曲部の劣化を抑制する効果がより高まる。この場合において、前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における前記単位抵抗値比R1/R2が値0.80以下であることが好ましい。   In the ceramic heater of the present invention, the resistance value per unit length of the bent portion is a unit resistance value R1 [μΩ / mm], and the resistance value per unit length of the linear portion is a unit resistance value R2 [μΩ / mm. ], The unit resistance value ratio R1 / R2 at at least one temperature in the temperature range may be 0.87 or less. If it carries out like this, the effect which suppresses deterioration of a bending part will increase more. In this case, it is preferable that the unit resistance value ratio R1 / R2 at a temperature in at least one of the temperature ranges is 0.80 or less.

本発明のセラミックスヒータにおいて、前記屈曲部は、前記直線部と比べて長さ方向に垂直な断面積が大きくてもよい。こうすれば、屈曲部の単位長さあたりの抵抗値が直線部と比べて低くなりやすい。この場合において、前記発熱体は、帯状であり、前記屈曲部は、厚さが前記直線部の厚さ以上であってもよい。また、前記屈曲部の長さ方向に垂直な断面積S1[mm2]と前記直線部の長さ方向に垂直な断面積S2[mm2]との断面積比S2/S1が値0.87以下であることが好ましい。こうすれば、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値0.87以下になりやすい。また、前記断面積比S2/S1が値0.80以下であることがより好ましい。 In the ceramic heater of the present invention, the bent portion may have a larger cross-sectional area perpendicular to the length direction than the straight portion. If it carries out like this, the resistance value per unit length of a bending part will become low easily compared with a linear part. In this case, the heating element may have a strip shape, and the bent portion may have a thickness greater than or equal to the thickness of the linear portion. The cross-sectional area ratio S2 / S1 between the cross-sectional area S1 [mm 2 ] perpendicular to the length direction of the bent portion and the cross-sectional area S2 [mm 2 ] perpendicular to the length direction of the straight portion is 0.87. The following is preferable. In this case, the unit resistance value ratio R1 / R2 at a temperature in at least one of the temperature ranges described above tends to be 0.87 or less. The cross-sectional area ratio S2 / S1 is more preferably 0.80 or less.

本発明のセラミックスヒータにおいて、前記屈曲部は、前記直線部と比べて前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における体積抵抗率が低くてもよい。こうすれば、屈曲部の単位長さあたりの抵抗値が直線部と比べて低くなりやすい。この場合において、前記温度範囲の少なくともいずれかの温度において、前記屈曲部の体積抵抗率ρ1[μΩ・cm]と前記直線部の体積抵抗率ρ2[μΩ・cm]との比である体積抵抗率比ρ1/ρ2が値0.87以下であることが好ましい。こうすれば、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値0.87以下になりやすい。また、前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における前記体積抵抗率比ρ1/ρ2が値0.80以下であることがより好ましい。   In the ceramic heater of the present invention, the bent portion may have a lower volume resistivity at a temperature in at least one of the temperature ranges than the linear portion. If it carries out like this, the resistance value per unit length of a bending part will become low easily compared with a linear part. In this case, the volume resistivity which is a ratio of the volume resistivity ρ1 [μΩ · cm] of the bent portion and the volume resistivity ρ2 [μΩ · cm] of the linear portion at at least one temperature in the temperature range. The ratio ρ1 / ρ2 is preferably less than or equal to 0.87. In this case, the unit resistance value ratio R1 / R2 at a temperature in at least one of the temperature ranges described above tends to be 0.87 or less. Further, it is more preferable that the volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 at a temperature in at least one of the temperature ranges is 0.80 or less.

本発明のセラミックスヒータにおいて、前記セラミックス体は、長手方向と短手方向とを有する板状体であり、前記発熱体は、前記直線部として、前記短手方向に沿って並んでおり長さ方向が前記長手方向に沿った4以上の前記直線部を有し、前記発熱体は、前記屈曲部として、前記短手方向に隣り合う直線部同士を前記長手方向の一端側で接続する複数の一端側屈曲部と、前記短手方向に隣り合う直線部同士を前記長手方向の他端側で接続する1以上の他端側屈曲部と、を有していてもよい。   In the ceramic heater of the present invention, the ceramic body is a plate-like body having a longitudinal direction and a short direction, and the heating elements are arranged along the short direction as the linear portion and are in the length direction. Has four or more linear portions along the longitudinal direction, and the heating element has a plurality of one ends connecting the linear portions adjacent to each other in the lateral direction as the bent portions on one end side in the longitudinal direction. You may have a side bending part and the 1 or more other side bending part which connects the linear parts adjacent to the said transversal direction by the other end side of the said longitudinal direction.

本発明のセラミックスヒータにおいて、前記セラミックス体は、長手方向と短手方向とを有する板状体であり、前記発熱体は、折り返し方向が前記短手方向に沿うように複数回折り返されながら全体として前記長手方向に沿って折り返されるように引き回され、前記短手方向に沿った折り返しのピッチが密な領域と粗な領域とが前記長手方向に沿ってそれぞれ1以上設けられており、前記発熱体は、前記屈曲部の一部として、前記1以上の密な領域のうち該発熱体の発熱時に最も高温になる最高温度領域内に存在し折り返しの頂点が前記短手方向に互いに対向する折り返し部である第1屈曲部を有し、前記第1屈曲部は、前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が前記直線部と比べて低くてもよい。ここで、第1屈曲部は、互いに対向する第1屈曲部間での熱伝達などにより、最高温度領域の中で局所的に高温になりやすい。そのため、屈曲部の中でも第1屈曲部は特に高温になりやすく、劣化しやすい。一方、直線部は、第1屈曲部と比べると高温になりにくい。このセラミックスヒータでは、第1屈曲部が、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が直線部と比べて低くなっているため、発熱体の最高温度領域内の局所的な加熱をより低減できる。すなわち、高温になりやすい第1屈曲部の温度上昇をより抑制できる。これにより、屈曲部の中でも特に劣化しやすい第1屈曲部の劣化を抑制できる。   In the ceramic heater of the present invention, the ceramic body is a plate-like body having a longitudinal direction and a short direction, and the heating element as a whole is bent back and forth so that the folding direction is along the short direction. One or more regions each having a dense fold pitch along the short direction and a rough region are provided along the longitudinal direction so as to be folded along the longitudinal direction. The body exists as a part of the bent portion in the highest temperature region of the one or more dense regions that is the highest temperature when the heating element generates heat, and the folded vertices face each other in the short direction. The first bent portion may have a resistance value per unit length at a temperature in at least one of the temperature ranges lower than that of the linear portion. Here, the first bent portion is likely to be locally high in the highest temperature region due to heat transfer between the first bent portions facing each other. Therefore, among the bent portions, the first bent portion is particularly likely to become high temperature and easily deteriorates. On the other hand, the straight portion is less likely to be hot than the first bent portion. In this ceramic heater, since the resistance value per unit length at the temperature of at least one of the temperature ranges described above is lower than that of the linear portion, the first bent portion has a local area within the maximum temperature region of the heating element. Heating can be further reduced. That is, the temperature rise of the 1st bending part which tends to become high temperature can be suppressed more. Thereby, deterioration of the 1st bending part which is especially easy to deteriorate among bending parts can be controlled.

本発明のセラミックスヒータにおいて、前記セラミックス体は、長手方向と短手方向とを有する板状体であり、前記発熱体は、折り返し方向が前記短手方向に沿うように複数回折り返されながら全体として前記長手方向に沿って折り返されるように引き回され、前記短手方向に沿った折り返しのピッチが密な領域と粗な領域とが前記長手方向に沿ってそれぞれ1以上設けられており、前記発熱体は、前記屈曲部の一部として、前記1以上の密な領域のうち該発熱体の発熱時に最も高温になる最高温度領域内に存在し折り返しの頂点が前記短手方向に互いに対向する折り返し部である第1屈曲部と、前記最高温度領域内に存在し該第1屈曲部よりも前記短手方向で外側に存在する第3屈曲部と、を有し、前記第1屈曲部は、前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が前記第3屈曲部と比べて低くてもよい。ここで、第1屈曲部は、互いに対向する第1屈曲部間での熱伝達などにより、最高温度領域の中で局所的に高温になりやすい。そのため、屈曲部の中でも第1屈曲部は特に高温になりやすく、劣化しやすい。一方、第3屈曲部は、第1屈曲部よりもセラミックス体の外側に位置することから、第1屈曲部と比べると高温になりにくい。このセラミックスヒータでは、第1屈曲部が、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が第3屈曲部と比べて低くなっているため、発熱体の最高温度領域内の局所的な加熱をより低減できる。すなわち、高温になりやすい第1屈曲部の温度上昇をより抑制できる。これにより、屈曲部の中でも特に劣化しやすい第1屈曲部の劣化を抑制できる。   In the ceramic heater of the present invention, the ceramic body is a plate-like body having a longitudinal direction and a short direction, and the heating element as a whole is bent back and forth so that the folding direction is along the short direction. One or more regions each having a dense fold pitch along the short direction and a rough region are provided along the longitudinal direction so as to be folded along the longitudinal direction. The body exists as a part of the bent portion in the highest temperature region of the one or more dense regions that is the highest temperature when the heating element generates heat, and the folded vertices face each other in the short direction. A first bent portion that is a portion and a third bent portion that exists in the highest temperature region and that exists outside the first bent portion in the short direction, the first bent portion being: Low temperature range And it may be lower than the resistance value per unit length also at any temperature between the third bend. Here, the first bent portion is likely to be locally high in the highest temperature region due to heat transfer between the first bent portions facing each other. Therefore, among the bent portions, the first bent portion is particularly likely to become high temperature and easily deteriorates. On the other hand, the third bent portion is located on the outer side of the ceramic body with respect to the first bent portion, and therefore, the third bent portion is less likely to reach a higher temperature than the first bent portion. In this ceramic heater, since the resistance value per unit length of the first bent portion is lower than that of the third bent portion at least in one of the above temperature ranges, the first bent portion is within the maximum temperature region of the heating element. The local heating can be further reduced. That is, the temperature rise of the 1st bending part which tends to become high temperature can be suppressed more. Thereby, deterioration of the 1st bending part which is especially easy to deteriorate among bending parts can be controlled.

本発明のセンサ素子は、
上述したいずれかの態様の本発明のセラミックスヒータを備え、
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するものである。
The sensor element of the present invention is
The ceramic heater according to any one of the aspects described above is provided,
The specific gas concentration in the gas to be measured is detected.

このセンサ素子は、上述したいずれかの態様のセラミックスヒータを備えている。そのため、上述した本発明のセラミックスヒータと同様の効果、例えば発熱体の屈曲部の劣化を抑制する効果が得られる。   This sensor element includes the ceramic heater according to any one of the above-described aspects. Therefore, an effect similar to that of the ceramic heater of the present invention described above, for example, an effect of suppressing deterioration of the bent portion of the heating element can be obtained.

本発明のガスセンサは、
上述した本発明のセンサ素子を備えたものである。
The gas sensor of the present invention is
The sensor element of the present invention described above is provided.

このセンサ素子は、上述したいずれかの態様のセラミックスヒータを備えたセンサ素子を備えている。そのため、上述した本発明のセラミックスヒータやセンサ素子と同様の効果、例えば発熱体の屈曲部の劣化を抑制する効果が得られる。   This sensor element includes a sensor element including the ceramic heater according to any one of the aspects described above. Therefore, an effect similar to that of the ceramic heater or sensor element of the present invention described above, for example, an effect of suppressing deterioration of the bent portion of the heating element can be obtained.

ガスセンサ100の構成の一例を概略的に示した断面模式図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the gas sensor 100. 図1のA−A断面図。AA sectional drawing of FIG. 変形例のヒータ72Aの説明図。Explanatory drawing of the heater 72A of a modification. 変形例のヒータ72Bの説明図。Explanatory drawing of the heater 72B of a modification. 変形例のヒータ72Cの説明図。Explanatory drawing of the heater 72C of a modification. 発熱部76の最高温度領域(第1領域90a)周辺の左右方向に沿った温度分布の概念図。The conceptual diagram of the temperature distribution along the left-right direction around the highest temperature area | region (1st area | region 90a) of the heat generating part 76. FIG.

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態であるガスセンサ100の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。図2は、図1のA−A断面図である。なお、ガスセンサ100は、例えば自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるNOxなどの特定ガスの濃度を、センサ素子101により検出するものである。また、センサ素子101は長尺な直方体形状をしており、このセンサ素子101の長手方向(図1の左右方向)を前後方向とし、センサ素子101の厚み方向(図1の上下方向)を上下方向とする。また、センサ素子101の幅方向(前後方向及び上下方向に垂直な方向)を左右方向とする。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The gas sensor 100 detects the concentration of a specific gas such as NOx in a measured gas such as an exhaust gas of an automobile by the sensor element 101. The sensor element 101 has a long rectangular parallelepiped shape. The longitudinal direction of the sensor element 101 (left-right direction in FIG. 1) is the front-rear direction, and the thickness direction of the sensor element 101 (up-down direction in FIG. 1) is vertical. The direction. The width direction of sensor element 101 (the direction perpendicular to the front-rear direction and the up-down direction) is the left-right direction.

センサ素子101は、それぞれがジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6との6つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する素子である。また、これら6つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子101は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。 The sensor element 101 includes a first substrate layer 1, a second substrate layer 2, a third substrate layer 3, and a first solid electrolyte layer 4 each made of an oxygen ion conductive solid electrolyte layer such as zirconia (ZrO 2 ). The spacer layer 5 and the second solid electrolyte layer 6 are elements having a structure in which the layers are laminated in this order from the bottom in the drawing. The solid electrolyte forming these six layers is dense and airtight. The sensor element 101 is manufactured, for example, by performing predetermined processing and circuit pattern printing on a ceramic green sheet corresponding to each layer, stacking them, and firing and integrating them.

センサ素子101の一先端部であって、第2固体電解質層6の下面と第1固体電解質層4の上面との間には、ガス導入口10と、第1拡散律速部11と、緩衝空間12と、第2拡散律速部13と、第1内部空所20と、第3拡散律速部30と、第2内部空所40とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。   One end of the sensor element 101, and between the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 and the upper surface of the first solid electrolyte layer 4, is a gas inlet 10, a first diffusion rate limiting unit 11, and a buffer space. 12, the second diffusion rate limiting part 13, the first internal space 20, the third diffusion rate limiting part 30, and the second internal space 40 are adjacently formed in such a manner that they communicate in this order.

ガス導入口10と、緩衝空間12と、第1内部空所20と、第2内部空所40とは、スペーサ層5をくり抜いた態様にて設けられた上部を第2固体電解質層6の下面で、下部を第1固体電解質層4の上面で、側部をスペーサ層5の側面で区画されたセンサ素子101内部の空間である。   The gas introduction port 10, the buffer space 12, the first internal space 20, and the second internal space 40 are provided on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 with the upper portion provided in a state in which the spacer layer 5 is cut out. The space inside the sensor element 101 is defined by the lower part being the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 and the side parts being the side surfaces of the spacer layer 5.

第1拡散律速部11と、第2拡散律速部13と、第3拡散律速部30とはいずれも、2本の横長の(図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する)スリットとして設けられる。なお、ガス導入口10から第2内部空所40に至る部位をガス流通部とも称する。   Each of the first diffusion rate controlling unit 11, the second diffusion rate controlling unit 13, and the third diffusion rate controlling unit 30 is provided as two horizontally long slits (the opening has a longitudinal direction in a direction perpendicular to the drawing). . In addition, the site | part from the gas inlet 10 to the 2nd internal space 40 is also called a gas distribution part.

また、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第3基板層3の上面と、スペーサ層5の下面との間であって、側部を第1固体電解質層4の側面で区画される位置に基準ガス導入空間43が設けられている。基準ガス導入空間43には、NOx濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。   Further, at a position farther from the front end side than the gas circulation part, the side part is partitioned by the side surface of the first solid electrolyte layer 4 between the upper surface of the third substrate layer 3 and the lower surface of the spacer layer 5. The reference gas introduction space 43 is provided at the position. For example, the atmosphere is introduced into the reference gas introduction space 43 as a reference gas when measuring the NOx concentration.

大気導入層48は、多孔質セラミックスからなる層であって、大気導入層48には基準ガス導入空間43を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層48は、基準電極42を被覆するように形成されている。   The air introduction layer 48 is a layer made of porous ceramics, and a reference gas is introduced into the air introduction layer 48 through the reference gas introduction space 43. The air introduction layer 48 is formed so as to cover the reference electrode 42.

基準電極42は、第3基板層3の上面と第1固体電解質層4とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間43につながる大気導入層48が設けられている。また、後述するように、基準電極42を用いて第1内部空所20内や第2内部空所40内の酸素濃度(酸素分圧)を測定することが可能となっている。   The reference electrode 42 is an electrode formed in such a manner that it is sandwiched between the upper surface of the third substrate layer 3 and the first solid electrolyte layer 4. As described above, the reference electrode 42 leads to the reference gas introduction space 43. An air introduction layer 48 is provided. Further, as will be described later, it is possible to measure the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20 and the second internal space 40 using the reference electrode 42.

ガス流通部において、ガス導入口10は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口10を通じて外部空間からセンサ素子101内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第1拡散律速部11は、ガス導入口10から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間12は、第1拡散律速部11より導入された被測定ガスを第2拡散律速部13へと導くために設けられた空間である。第2拡散律速部13は、緩衝空間12から第1内部空所20に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子101外部から第1内部空所20内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動(被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動)によってガス導入口10からセンサ素子101内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第1内部空所20へ導入されるのではなく、第1拡散律速部11、緩衝空間12、第2拡散律速部13を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第1内部空所20へ導入されるようになっている。これによって、第1内部空所20へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第1内部空所20は、第2拡散律速部13を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル21が作動することによって調整される。   In the gas circulation part, the gas inlet 10 is a part opened to the external space, and the gas to be measured is taken into the sensor element 101 from the external space through the gas inlet 10. The first diffusion control unit 11 is a part that provides a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured taken from the gas inlet 10. The buffer space 12 is a space provided to guide the gas to be measured introduced from the first diffusion rate controlling unit 11 to the second diffusion rate controlling unit 13. The second diffusion rate limiting unit 13 is a part that imparts a predetermined diffusion resistance to the gas to be measured introduced from the buffer space 12 into the first internal space 20. When the gas to be measured is introduced from the outside of the sensor element 101 to the inside of the first internal space 20, the pressure fluctuation of the gas to be measured in the external space (exhaust pressure pulsation if the gas to be measured is an automobile exhaust gas) ), The gas to be measured that is suddenly taken into the sensor element 101 from the gas inlet 10 is not directly introduced into the first internal space 20, but the first diffusion control unit 11, the buffer space 12, the second After the concentration variation of the gas to be measured is canceled through the diffusion control unit 13, the gas is introduced into the first internal space 20. As a result, the concentration fluctuation of the gas to be measured introduced into the first internal space 20 becomes almost negligible. The first internal space 20 is provided as a space for adjusting the partial pressure of oxygen in the gas to be measured introduced through the second diffusion rate limiting unit 13. The oxygen partial pressure is adjusted by the operation of the main pump cell 21.

主ポンプセル21は、第1内部空所20に面する第2固体電解質層6の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部22aを有する内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6の上面の天井電極部22aと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極23と、これらの電極に挟まれた第2固体電解質層6とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。   The main pump cell 21 includes an inner pump electrode 22 having a ceiling electrode portion 22a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the first internal space 20, and an upper surface of the second solid electrolyte layer 6. An electrochemical pump cell comprising an outer pump electrode 23 provided in a manner exposed to the external space in a region corresponding to the ceiling electrode portion 22a, and a second solid electrolyte layer 6 sandwiched between these electrodes. is there.

内側ポンプ電極22は、第1内部空所20を区画する上下の固体電解質層(第2固体電解質層6および第1固体電解質層4)、および、側壁を与えるスペーサ層5にまたがって形成されている。具体的には、第1内部空所20の天井面を与える第2固体電解質層6の下面には天井電極部22aが形成され、また、底面を与える第1固体電解質層4の上面には底部電極部22bが形成され、そして、それら天井電極部22aと底部電極部22bとを接続するように、側部電極部(図示省略)が第1内部空所20の両側壁部を構成するスペーサ層5の側壁面(内面)に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。   The inner pump electrode 22 is formed across the upper and lower solid electrolyte layers (the second solid electrolyte layer 6 and the first solid electrolyte layer 4) that define the first inner space 20, and the spacer layer 5 that provides side walls. Yes. Specifically, a ceiling electrode portion 22a is formed on the lower surface of the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the first internal space 20, and a bottom portion is formed on the upper surface of the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface. Spacer layers in which the electrode portions 22b are formed and the side electrode portions (not shown) constitute both side walls of the first internal space 20 so as to connect the ceiling electrode portions 22a and the bottom electrode portions 22b. 5 is formed on the side wall surface (inner surface), and is disposed in a tunnel-shaped structure at the portion where the side electrode portion is disposed.

内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23とは、多孔質サーメット電極(例えば、Auを1%含むPtとZrO2とのサーメット電極)として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極22は、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。 The inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23 are formed as a porous cermet electrode (for example, a cermet electrode of Pt and ZrO 2 containing 1% of Au). The inner pump electrode 22 in contact with the gas to be measured is formed using a material that has a reduced reduction ability for the NOx component in the gas to be measured.

主ポンプセル21においては、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に所望のポンプ電圧Vp0を印加して、内側ポンプ電極22と外側ポンプ電極23との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ip0を流すことにより、第1内部空所20内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第1内部空所20に汲み入れることが可能となっている。   In the main pump cell 21, a desired pump voltage Vp 0 is applied between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23, and the pump current is positive or negative between the inner pump electrode 22 and the outer pump electrode 23. By flowing Ip0, oxygen in the first internal space 20 can be pumped into the external space, or oxygen in the external space can be pumped into the first internal space 20.

また、第1内部空所20における雰囲気中の酸素濃度(酸素分圧)を検出するために、内側ポンプ電極22と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、基準電極42によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80が構成されている。   Further, in order to detect the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the atmosphere in the first internal space 20, the inner pump electrode 22, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4. The third substrate layer 3 and the reference electrode 42 constitute an electrochemical sensor cell, that is, a main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80.

主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80における起電力V0を測定することで第1内部空所20内の酸素濃度(酸素分圧)がわかるようになっている。さらに、起電力V0が一定となるように可変電源24のポンプ電圧Vp0をフィードバック制御することでポンプ電流Ip0が制御されている。これによって、第1内部空所内20内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。   By measuring the electromotive force V0 in the main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80, the oxygen concentration (oxygen partial pressure) in the first internal space 20 can be known. Further, the pump current Ip0 is controlled by feedback controlling the pump voltage Vp0 of the variable power source 24 so that the electromotive force V0 is constant. Thereby, the oxygen concentration in the first internal space 20 can be kept at a predetermined constant value.

第3拡散律速部30は、第1内部空所20で主ポンプセル21の動作により酸素濃度(酸素分圧)が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第2内部空所40に導く部位である。   The third diffusion control unit 30 provides a predetermined diffusion resistance to the gas under measurement whose oxygen concentration (oxygen partial pressure) is controlled by the operation of the main pump cell 21 in the first internal space 20, and the gas under measurement is supplied to the gas under measurement. This is the part that leads to the second internal space 40.

第2内部空所40は、第3拡散律速部30を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。NOx濃度の測定は、主として、補助ポンプセル50により酸素濃度が調整された第2内部空所40において、さらに、測定用ポンプセル41の動作によりNOx濃度が測定される。   The second internal space 40 is provided as a space for performing a process related to the measurement of the nitrogen oxide (NOx) concentration in the gas to be measured introduced through the third diffusion control unit 30. The NOx concentration is measured mainly in the second internal space 40 in which the oxygen concentration is adjusted by the auxiliary pump cell 50, and further by measuring the pump cell 41 for measurement.

第2内部空所40では、あらかじめ第1内部空所20において酸素濃度(酸素分圧)が調整された後、第3拡散律速部30を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル50による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、第2内部空所40内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ100においては精度の高いNOx濃度測定が可能となる。   In the second internal space 40, after the oxygen concentration (oxygen partial pressure) is adjusted in advance in the first internal space 20, the auxiliary pump cell 50 is further supplied to the gas to be measured introduced through the third diffusion control unit 30. The oxygen partial pressure is adjusted by the above. Thereby, since the oxygen concentration in the second internal space 40 can be kept constant with high accuracy, the gas sensor 100 can measure the NOx concentration with high accuracy.

補助ポンプセル50は、第2内部空所40に面する第2固体電解質層6の下面の略全体に設けられた天井電極部51aを有する補助ポンプ電極51と、外側ポンプ電極23(外側ポンプ電極23に限られるものではなく、センサ素子101の外側の適当な電極であれば足りる)と、第2固体電解質層6とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。   The auxiliary pump cell 50 includes an auxiliary pump electrode 51 having a ceiling electrode portion 51a provided on substantially the entire lower surface of the second solid electrolyte layer 6 facing the second internal space 40, and an outer pump electrode 23 (outer pump electrode 23). The auxiliary electrochemical pump cell is configured by the second solid electrolyte layer 6 and a suitable electrode outside the sensor element 101 is sufficient.

係る補助ポンプ電極51は、先の第1内部空所20内に設けられた内側ポンプ電極22と同様なトンネル形態とされた構造において、第2内部空所40内に配設されている。つまり、第2内部空所40の天井面を与える第2固体電解質層6に対して天井電極部51aが形成され、また、第2内部空所40の底面を与える第1固体電解質層4には、底部電極部51bが形成され、そして、それらの天井電極部51aと底部電極部51bとを連結する側部電極部(図示省略)が、第2内部空所40の側壁を与えるスペーサ層5の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極51についても、内側ポンプ電極22と同様に、被測定ガス中のNOx成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。   The auxiliary pump electrode 51 is disposed in the second internal space 40 in the same tunnel configuration as the inner pump electrode 22 provided in the first internal space 20. That is, the ceiling electrode portion 51 a is formed on the second solid electrolyte layer 6 that provides the ceiling surface of the second internal space 40, and the first solid electrolyte layer 4 that provides the bottom surface of the second internal space 40 is formed on the first solid electrolyte layer 4. The bottom electrode part 51b is formed, and the side electrode part (not shown) connecting the ceiling electrode part 51a and the bottom electrode part 51b is provided on the spacer layer 5 that provides the side wall of the second internal space 40. It has a tunnel-type structure formed on both wall surfaces. Note that the auxiliary pump electrode 51 is also formed using a material having a reduced reducing ability with respect to the NOx component in the gas to be measured, like the inner pump electrode 22.

補助ポンプセル50においては、補助ポンプ電極51と外側ポンプ電極23との間に所望の電圧Vp1を印加することにより、第2内部空所40内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第2内部空所40内に汲み入れることが可能となっている。   In the auxiliary pump cell 50, by applying a desired voltage Vp1 between the auxiliary pump electrode 51 and the outer pump electrode 23, oxygen in the atmosphere in the second internal space 40 is pumped to the external space, or It is possible to pump into the second internal space 40 from the space.

また、第2内部空所40内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極51と、基準電極42と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81が構成されている。   Further, in order to control the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second internal space 40, the auxiliary pump electrode 51, the reference electrode 42, the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte. The layer 4 and the third substrate layer 3 constitute an electrochemical sensor cell, that is, an auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 81.

なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル81にて検出される起電力V1に基づいて電圧制御される可変電源52にて、補助ポンプセル50がポンピングを行う。これにより第2内部空所40内の雰囲気中の酸素分圧は、NOxの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。   The auxiliary pump cell 50 performs pumping by the variable power source 52 that is voltage-controlled based on the electromotive force V1 detected by the auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 81. Thereby, the oxygen partial pressure in the atmosphere in the second internal space 40 is controlled to a low partial pressure that does not substantially affect the measurement of NOx.

また、これとともに、そのポンプ電流Ip1が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ip1は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル80に入力され、その起電力V0が制御されることにより、第3拡散律速部30から第2内部空所40内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。NOxセンサとして使用する際は、主ポンプセル21と補助ポンプセル50との働きによって、第2内部空所40内での酸素濃度は約0.001ppm程度の一定の値に保たれる。   At the same time, the pump current Ip1 is used to control the electromotive force of the oxygen partial pressure detection sensor cell 80 for main pump control. Specifically, the pump current Ip1 is input as a control signal to the main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 80, and the electromotive force V0 is controlled, so that the third diffusion rate limiting unit 30 controls the second internal space. The gradient of the oxygen partial pressure in the gas to be measured introduced into the gas 40 is controlled so as to be always constant. When used as a NOx sensor, the oxygen concentration in the second internal space 40 is maintained at a constant value of about 0.001 ppm by the action of the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50.

測定用ポンプセル41は、第2内部空所40内において、被測定ガス中のNOx濃度の測定を行う。測定用ポンプセル41は、第2内部空所40に面する第1固体電解質層4の上面であって第3拡散律速部30から離間した位置に設けられた測定電極44と、外側ポンプ電極23と、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4とによって構成された電気化学的ポンプセルである。   The measurement pump cell 41 measures the NOx concentration in the gas to be measured in the second internal space 40. The measurement pump cell 41 includes a measurement electrode 44 provided on a top surface of the first solid electrolyte layer 4 facing the second internal space 40 and spaced from the third diffusion rate-determining portion 30, an outer pump electrode 23, The electrochemical pump cell is constituted by the second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, and the first solid electrolyte layer 4.

測定電極44は、多孔質サーメット電極である。測定電極44は、第2内部空所40内の雰囲気中に存在するNOxを還元するNOx還元触媒としても機能する。さらに、測定電極44は、第4拡散律速部45によって被覆されてなる。   The measurement electrode 44 is a porous cermet electrode. The measurement electrode 44 also functions as a NOx reduction catalyst that reduces NOx present in the atmosphere in the second internal space 40. Further, the measurement electrode 44 is covered with a fourth diffusion rate controlling part 45.

第4拡散律速部45は、セラミックス多孔体にて構成される膜である。第4拡散律速部45は、測定電極44に流入するNOxの量を制限する役割を担うとともに、測定電極44の保護膜としても機能する。測定用ポンプセル41においては、測定電極44の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ip2として検出することができる。   The 4th diffusion control part 45 is a film | membrane comprised with a ceramic porous body. The fourth diffusion control unit 45 plays a role of limiting the amount of NOx flowing into the measurement electrode 44 and also functions as a protective film for the measurement electrode 44. In the measurement pump cell 41, oxygen generated by the decomposition of nitrogen oxides in the atmosphere around the measurement electrode 44 can be pumped out, and the generated amount can be detected as the pump current Ip2.

また、測定電極44の周囲の酸素分圧を検出するために、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、測定電極44と、基準電極42とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2に基づいて可変電源46が制御される。   In order to detect the oxygen partial pressure around the measurement electrode 44, an electrochemical sensor cell, that is, a first solid electrolyte layer 4, a third substrate layer 3, a measurement electrode 44, and a reference electrode 42, that is, A measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82 is configured. The variable power supply 46 is controlled on the basis of the electromotive force V2 detected by the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82.

第2内部空所40内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第4拡散律速部45を通じて測定電極44に到達することとなる。測定電極44の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて(2NO→N2+O2)酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル41によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル82にて検出された起電力V2が一定となるように可変電源46の電圧Vp2が制御される。測定電極44の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル41におけるポンプ電流Ip2を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。 The gas to be measured introduced into the second internal space 40 reaches the measurement electrode 44 through the fourth diffusion rate-determining unit 45 under the condition where the oxygen partial pressure is controlled. Nitrogen oxide in the gas to be measured around the measurement electrode 44 is reduced (2NO → N 2 + O 2 ) to generate oxygen. The generated oxygen is pumped by the measurement pump cell 41. At this time, the variable power source is set so that the electromotive force V2 detected by the measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell 82 is constant. 46 voltage Vp2 is controlled. Since the amount of oxygen generated around the measurement electrode 44 is proportional to the concentration of nitrogen oxide in the gas to be measured, the nitrogen oxide in the gas to be measured using the pump current Ip2 in the measurement pump cell 41. The concentration will be calculated.

また、測定電極44と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、基準電極42とを組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極44の周りの雰囲気中のNOx成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のNOx成分の濃度を求めることも可能である。   If the measurement electrode 44, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, and the reference electrode 42 are combined to form an oxygen partial pressure detecting means as an electrochemical sensor cell, the measurement electrode The electromotive force according to the difference between the amount of oxygen generated by the reduction of the NOx component in the atmosphere around 44 and the amount of oxygen contained in the reference atmosphere can be detected, whereby the NOx component in the gas to be measured It is also possible to determine the concentration of.

また、第2固体電解質層6と、スペーサ層5と、第1固体電解質層4と、第3基板層3と、外側ポンプ電極23と、基準電極42とから電気化学的なセンサセル83が構成されており、このセンサセル83によって得られる起電力Vrefによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。   The second solid electrolyte layer 6, the spacer layer 5, the first solid electrolyte layer 4, the third substrate layer 3, the outer pump electrode 23, and the reference electrode 42 constitute an electrochemical sensor cell 83. The oxygen partial pressure in the gas to be measured outside the sensor can be detected by the electromotive force Vref obtained by the sensor cell 83.

このような構成を有するガスセンサ100においては、主ポンプセル21と補助ポンプセル50とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値(NOxの測定に実質的に影響がない値)に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル41に与えられる。したがって、被測定ガス中のNOxの濃度に略比例して、NOxの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル41より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ip2に基づいて、被測定ガス中のNOx濃度を知ることができるようになっている。   In the gas sensor 100 having such a configuration, by operating the main pump cell 21 and the auxiliary pump cell 50, the oxygen partial pressure is always kept at a constant low value (a value that does not substantially affect the measurement of NOx). A gas to be measured is supplied to the measurement pump cell 41. Therefore, the NOx concentration in the measurement gas is determined based on the pump current Ip2 that flows when oxygen generated by the reduction of NOx is pumped out of the measurement pump cell 41 in proportion to the NOx concentration in the measurement gas. You can know.

さらに、センサ素子101は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子101を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部70を備えている。ヒータ部70は、ヒータコネクタ電極71と、ヒータ72と、スルーホール73と、ヒータ絶縁層74、圧力放散孔75とを備えている。また、ヒータ部70は、セラミックスからなる第1基板層1,第2基板層2,及び第3基板層3を備えている。ヒータ部70は、ヒータ72と、ヒータ72を囲む第2基板層2及び第3基板層3を備えたセラミックスヒータとして構成されている。ヒータ72は、図2に示すように、発熱部76とリード部79とを備えている。   Furthermore, the sensor element 101 includes a heater unit 70 that plays a role of temperature adjustment for heating and maintaining the sensor element 101 in order to increase the oxygen ion conductivity of the solid electrolyte. The heater unit 70 includes a heater connector electrode 71, a heater 72, a through hole 73, a heater insulating layer 74, and a pressure dissipation hole 75. The heater unit 70 includes a first substrate layer 1, a second substrate layer 2, and a third substrate layer 3 made of ceramics. The heater unit 70 is configured as a ceramic heater including a heater 72 and a second substrate layer 2 and a third substrate layer 3 surrounding the heater 72. As shown in FIG. 2, the heater 72 includes a heat generating portion 76 and a lead portion 79.

ヒータコネクタ電極71は、第1基板層1の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極71を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部70へ給電することができるようになっている。   The heater connector electrode 71 is an electrode formed so as to be in contact with the lower surface of the first substrate layer 1. By connecting the heater connector electrode 71 to an external power source, power can be supplied to the heater unit 70 from the outside.

ヒータ72の発熱部76は、第2基板層2と第3基板層3とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ72のリード部79は、スルーホール73を介してヒータコネクタ電極71と接続されており、該ヒータコネクタ電極71を通して外部より給電されることにより発熱部76が発熱し、センサ素子101を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。   The heat generating part 76 of the heater 72 is an electric resistor formed in a form sandwiched between the second substrate layer 2 and the third substrate layer 3 from above and below. The lead portion 79 of the heater 72 is connected to the heater connector electrode 71 through the through hole 73, and the heat generating portion 76 generates heat by being supplied with electric power from the outside through the heater connector electrode 71, thereby forming the sensor element 101. Heat and heat the solid electrolyte.

また、ヒータ72の発熱部76は、第1内部空所20から第2内部空所40の全域に渡って埋設されており、センサ素子101全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。   Further, the heat generating portion 76 of the heater 72 is embedded over the entire area from the first internal space 20 to the second internal space 40, and the entire sensor element 101 is adjusted to a temperature at which the solid electrolyte is activated. Is possible.

ヒータ絶縁層74は、ヒータ72の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層74は、第2基板層2とヒータ72との間の電気的絶縁性、および、第3基板層3とヒータ72との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。   The heater insulating layer 74 is an insulating layer formed on the upper and lower surfaces of the heater 72 by an insulator such as alumina. The heater insulating layer 74 is formed for the purpose of obtaining electrical insulation between the second substrate layer 2 and the heater 72 and electrical insulation between the third substrate layer 3 and the heater 72.

圧力放散孔75は、第3基板層3を貫通し、基準ガス導入空間43に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層74内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。   The pressure dissipating hole 75 is a portion that is provided so as to penetrate the third substrate layer 3 and communicate with the reference gas introduction space 43, and is for the purpose of alleviating the increase in internal pressure accompanying the temperature increase in the heater insulating layer 74. Formed.

ヒータ72の発熱部76及びリード部79について詳細に説明する。発熱部76は、抵抗発熱体であり、図2に示すように、両端がリード部79に接続された帯状の一筆書き形状をしている。発熱部76は、複数(本実施形態では3個)の屈曲部77と、複数(本実施形態では4個)の直線部78とを有している。複数の屈曲部77及び複数の直線部78は、電気的に直列に接続されている。発熱部76は、左右対称の形状をしている。   The heat generating part 76 and the lead part 79 of the heater 72 will be described in detail. The heating part 76 is a resistance heating element, and has a strip-like single-stroke shape in which both ends are connected to the lead part 79 as shown in FIG. The heat generating portion 76 has a plurality of (three in this embodiment) bent portions 77 and a plurality (four in this embodiment) straight portions 78. The plurality of bent portions 77 and the plurality of linear portions 78 are electrically connected in series. The heat generating portion 76 has a symmetrical shape.

複数の直線部78は、センサ素子101の短手方向(左右方向)に沿って等間隔に並んでいる。複数の直線部78は、いずれも、長さ方向がセンサ素子101の長手方向(前後方向)に沿っている。本実施形態では、複数の直線部78は長さ方向が前後方向と平行になるように配設されている。複数の直線部78のうち最も左側に位置する直線部78は、後端が第1リード79aに接続されている。複数の直線部78のうち最も右側に位置する直線部78は、後端が第2リード79bに接続されている。   The plurality of linear portions 78 are arranged at equal intervals along the short direction (left-right direction) of the sensor element 101. In each of the plurality of linear portions 78, the length direction is along the longitudinal direction (front-rear direction) of the sensor element 101. In the present embodiment, the plurality of linear portions 78 are arranged so that the length direction is parallel to the front-rear direction. Of the plurality of straight line portions 78, the leftmost straight line portion 78 has a rear end connected to the first lead 79a. The rear end of the straight line portion 78 located on the rightmost side among the plurality of straight line portions 78 is connected to the second lead 79b.

複数の屈曲部77の各々は、左右方向に隣り合う直線部78同士を接続している。屈曲部77は、隣り合う直線部78同士の前端側(一端側)を接続する先端側屈曲部77aと、隣り合う直線部78同士の後端側(他端側)を接続する後端側屈曲部77bとを有している。本実施形態では、屈曲部77は2個の先端側屈曲部77aと、1個の後端側屈曲部77bとを有している。複数の屈曲部77は、いずれも曲線状に屈曲しており半円の円弧状をしている。なお、屈曲部77は、折れ線状に屈曲した形状であってもよい。   Each of the plurality of bent portions 77 connects the linear portions 78 adjacent in the left-right direction. The bent portion 77 is a front end side bent portion 77a that connects the front end sides (one end side) of the adjacent linear portions 78 and a rear end side bent that connects the rear end sides (the other end side) of the adjacent straight portions 78. Part 77b. In this embodiment, the bent portion 77 has two front end side bent portions 77a and one rear end side bent portion 77b. The plurality of bent portions 77 are bent in a curved shape and have a semicircular arc shape. The bent portion 77 may be bent in a polygonal line shape.

発熱部76は、本実施形態では、貴金属とセラミックスとを含むサーメット(例えば、白金(Pt)とアルミナ(Al23)とのサーメット)とした。なお、発熱部76は、サーメットに限らず、例えば貴金属などの導電性物質を含むものであればよい。発熱部76に用いる貴金属としては、白金,ロジウム(Rh),金(Au),パラジウム(Pd)の少なくとも1以上の金属,又はその合金などが挙げられる。 In the present embodiment, the heat generating portion 76 is a cermet containing noble metal and ceramics (for example, cermet of platinum (Pt) and alumina (Al 2 O 3 )). Note that the heat generating portion 76 is not limited to cermet, and may be anything including a conductive substance such as a noble metal. Examples of the noble metal used for the heat generating portion 76 include at least one metal of platinum, rhodium (Rh), gold (Au), palladium (Pd), or an alloy thereof.

屈曲部77は、使用時に発熱部76が加熱される可能性のある温度範囲である700℃以上900℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度において、単位長さあたりの抵抗値が直線部78と比べて低くなっている。換言すると、屈曲部77の単位長さあたりの抵抗値を単位抵抗値R1[μΩ/mm]とし、直線部78の単位長さあたりの抵抗値を単位抵抗値R2[μΩ/mm]としたときに、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値1未満となっている。こうすることで、700℃〜900℃の少なくともいずれかの温度において、屈曲部77は直線部78と比べて発熱密度(単位長さあたりの発熱量)が小さくなり、温度が上昇しにくくなる。ここで、高温になるほど発熱部76は酸化(例えば発熱部76中の貴金属成分であるPtの酸化)などにより劣化しやすくなる。単位抵抗値比R1/R2を値1未満とすることで、屈曲部77の温度上昇を抑制でき、単位抵抗値比R1/R2が値1以上である場合と比較して、屈曲部77の劣化を抑制することができる。   The bending portion 77 has a linear portion 78 having a resistance value per unit length at least in a temperature range of 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, which is a temperature range in which the heat generating portion 76 may be heated during use. It is lower than In other words, when the resistance value per unit length of the bent portion 77 is a unit resistance value R1 [μΩ / mm], and the resistance value per unit length of the straight portion 78 is a unit resistance value R2 [μΩ / mm]. Further, the unit resistance value ratio R1 / R2 at a temperature in at least one of the above temperature ranges is less than 1. By doing so, at at least one of the temperatures of 700 ° C. to 900 ° C., the bent portion 77 has a smaller heat generation density (a heat generation amount per unit length) than the straight portion 78, and the temperature is unlikely to rise. Here, as the temperature rises, the heat generating portion 76 is more likely to be deteriorated due to oxidation (for example, oxidation of Pt, which is a noble metal component in the heat generating portion 76). By setting the unit resistance value ratio R1 / R2 to a value less than 1, the temperature rise of the bent portion 77 can be suppressed, and the bent portion 77 is deteriorated as compared with the case where the unit resistance value ratio R1 / R2 is 1 or more. Can be suppressed.

なお、屈曲部77及び直線部78の長さ方向は、屈曲部77及び直線部78の軸方向,換言すると電流が流れる方向とする。また、単位抵抗値R1は、屈曲部77の単位長さあたりの抵抗値の平均値とする。同様に、単位抵抗値R2は、直線部78の単位長さあたりの抵抗値の平均値とする。そのため、屈曲部77の一部に直線部78よりも単位長さあたりの抵抗値が高い部分がある場合でも、全体として屈曲部77の方が単位長さあたりの抵抗値が低ければよい。ただし、いずれの屈曲部77のいずれの部分においても単位長さあたりの抵抗値が単位抵抗値R2より低いことが好ましい。また、発熱部76は、上記の温度範囲のいずれの温度においても単位抵抗値比R1/R2が値1未満であることが好ましい。また、発熱部76は、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が、値0.87以下であることが好ましく、値0.80以下であることがより好ましい。また、上記の温度範囲のいずれの温度においても、単位抵抗値比R1/R2は値0.5以上としてもよい。   The length direction of the bent portion 77 and the straight portion 78 is the axial direction of the bent portion 77 and the straight portion 78, in other words, the direction in which current flows. The unit resistance value R1 is an average value of resistance values per unit length of the bent portion 77. Similarly, the unit resistance value R2 is the average value of the resistance values per unit length of the linear portion 78. Therefore, even if there is a part where the resistance value per unit length is higher than that of the straight part 78 in a part of the bending part 77, the bending part 77 only needs to have a lower resistance value per unit length as a whole. However, it is preferable that the resistance value per unit length is lower than the unit resistance value R2 in any of the bent portions 77. Further, it is preferable that the unit resistance value ratio R1 / R2 is less than 1 at any temperature in the above temperature range. Further, in the heat generating portion 76, the unit resistance value ratio R1 / R2 at least in any of the above temperature ranges is preferably a value of 0.87 or less, and more preferably a value of 0.80 or less. Further, the unit resistance value ratio R1 / R2 may be 0.5 or more at any temperature in the above temperature range.

本実施形態では、屈曲部77と直線部78とは同じ材質(上述した白金を含むサーメット)とし、屈曲部77の長さ方向に垂直な断面積S1[mm2]が、直線部78の長さ方向に垂直な断面積S2[mm2]よりも大きくなるようにしている。すなわち、発熱部76は、断面積比S2/S1が値1未満である。こうすることで、700℃以上900℃以下の温度範囲のいずれにおいても、単位抵抗値比R1/R2が値1未満となる。断面積比S2/S1は、値0.87以下が好ましく、値0.80以下がより好ましい。なお、断面積比S2/S1の調整は、例えば、屈曲部77の幅W1を直線部78の幅W2より大きくするか、又は屈曲部77の厚さD1を直線部78の厚さD2より大きくするか、の少なくとも一方により行えばよい。例えば、幅W1>幅W2の場合、断面積比S2/S1が値1未満となるのであれば、厚さD1<厚さD2であってもよいし、厚さD1=厚さD2であってもよいし、厚さD1>厚さD2であってもよい。同様に、厚さD1>厚さD2の場合、断面積比S2/S1が値1未満となるのであれば、幅W1<幅W2であってもよいし、幅W1=幅W2であってもよいし、幅W1>幅W2であってもよい。なお、断面積S1,S2の値も、単位抵抗値R1,R2と同様に屈曲部77,直線部78の各々の平均値とする。本実施形態では、直線部78の断面積は、どの部分でも同じ値(=断面積S2)とした。屈曲部77は、直線部78との接続部分では直線部78と同じ断面積となり、直線部78から離れた位置ほど断面積が大きくなるような形状とした。すなわち、複数の屈曲部77の各々は、左右の中央部分の断面(例えば屈曲部77aであれば前方に最も突出した部分を通る断面)の断面積が最も大きくなるような形状とした。また、断面積比S2/S1は0.5以上としてもよい。幅W1,W2は、0.05mm以上1.5mm以下としてもよい。厚さD1,D2は、0.003mm以上0.1mm以下としてもよい。 In the present embodiment, the bent portion 77 and the straight portion 78 are made of the same material (cermet containing platinum as described above), and the cross-sectional area S1 [mm 2 ] perpendicular to the length direction of the bent portion 77 is the length of the straight portion 78. The cross-sectional area S2 [mm 2 ] perpendicular to the vertical direction is made larger. That is, the heat generating portion 76 has a cross-sectional area ratio S2 / S1 of less than 1. By doing so, the unit resistance value ratio R1 / R2 becomes less than the value 1 in any temperature range from 700 ° C. to 900 ° C. The cross-sectional area ratio S2 / S1 is preferably 0.87 or less, and more preferably 0.80 or less. The cross-sectional area ratio S2 / S1 is adjusted, for example, by making the width W1 of the bent portion 77 larger than the width W2 of the straight portion 78, or making the thickness D1 of the bent portion 77 larger than the thickness D2 of the straight portion 78. Or at least one of them. For example, when the width W1> the width W2, if the cross-sectional area ratio S2 / S1 is less than 1, the thickness D1 <thickness D2 may be satisfied, and the thickness D1 = thickness D2. Or thickness D1> thickness D2 may be sufficient. Similarly, when thickness D1> thickness D2, as long as the cross-sectional area ratio S2 / S1 is less than value 1, width W1 <width W2 may be satisfied, and width W1 = width W2 may be satisfied. Alternatively, width W1> width W2 may be satisfied. The values of the cross-sectional areas S1 and S2 are also average values of the bent portion 77 and the straight portion 78, similarly to the unit resistance values R1 and R2. In the present embodiment, the cross-sectional area of the straight portion 78 is the same value (= cross-sectional area S2) in any part. The bent portion 77 has the same cross-sectional area as that of the straight portion 78 at the connection portion with the straight portion 78, and has a shape in which the cross-sectional area increases as the position is away from the straight portion 78. That is, each of the plurality of bent portions 77 has a shape in which the cross-sectional area of the cross section of the left and right central portions (for example, the cross section passing through the most protruding portion in the case of the bent portions 77a) is the largest. The cross-sectional area ratio S2 / S1 may be 0.5 or more. The widths W1 and W2 may be 0.05 mm or more and 1.5 mm or less. Thickness D1, D2 is good also as 0.003 mm or more and 0.1 mm or less.

リード部79は、発熱部76の左後方に配設された第1リード79aと、右後方に配設された第2リード79bとを有している。第1,第2リード79a,79bは発熱部76への通電用のリードであり、ヒータコネクタ電極71と接続されている。第1リード79aは正極リードであり、第2リード79bは負極リードである。この第1,第2リード79a,79b間に電圧が印加されることで発熱部76に電流が流れ、発熱部76が発熱する。リード部79は、導電体であり、発熱部76と比べて単位長さあたりの抵抗値が低くなっている。そのため、リード部79は発熱部76とは異なり通電時にはほとんど発熱しないようになっている。例えば、リード部79は、発熱部76と比べて体積抵抗率の低い材質であったり、断面積が大きかったりすることで、単位長さあたりの抵抗値が低くなっている。本実施形態では、リード部79は、発熱部76と比べて貴金属の割合が高いことで体積抵抗率が低くなっており、且つ、発熱部76と比べて幅が広いことで断面積が大きくなっている。なお、リード部79の左右方向の幅は、前方の直線部78との接続部分では直線部78と同じであるが、後方ほど幅が広くなっている。   The lead portion 79 includes a first lead 79a disposed on the left rear side of the heat generating portion 76 and a second lead 79b disposed on the right rear side. The first and second leads 79 a and 79 b are leads for energizing the heat generating portion 76 and are connected to the heater connector electrode 71. The first lead 79a is a positive electrode lead, and the second lead 79b is a negative electrode lead. When a voltage is applied between the first and second leads 79a and 79b, a current flows through the heat generating portion 76, and the heat generating portion 76 generates heat. The lead portion 79 is a conductor and has a lower resistance value per unit length than the heat generating portion 76. Therefore, unlike the heat generating portion 76, the lead portion 79 hardly generates heat when energized. For example, the lead portion 79 is made of a material having a lower volume resistivity than the heat generating portion 76 or has a large cross-sectional area, so that the resistance value per unit length is low. In the present embodiment, the lead portion 79 has a lower volume resistivity due to a higher precious metal ratio than the heat generating portion 76, and has a wider cross-sectional area than the heat generating portion 76. ing. Note that the width of the lead portion 79 in the left-right direction is the same as that of the straight portion 78 at the connection portion with the front straight portion 78, but the width becomes wider toward the rear.

こうして構成されたガスセンサ100の製造方法を以下に説明する。まず、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む6枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。このグリーンシートには、印刷時や積層時の位置決めに用いるシート穴や必要なスルーホール等を予め複数形成しておく。また、スペーサ層5となるグリーンシートにはガス流通部となる空間を予め打ち抜き処理などによって設けておく。そして、第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6のそれぞれに対応して、各セラミックスグリーンシートに種々のパターンを形成するパターン印刷処理・乾燥処理を行う。形成するパターンは、具体的には、例えば上述した各電極や各電極に接続されるリード線、大気導入層48,ヒータ72,などのパターンである。パターン印刷は、それぞれの形成対象に要求される特性に応じて用意したパターン形成用ペーストを、公知のスクリーン印刷技術を利用してグリーンシート上に塗布することにより行う。ヒータ72となるパターン形成用のペーストは、上述したヒータ72の材質からなる原料(例えば貴金属とセラミック粒子)と、有機バインダー及び有機溶剤等を混合したものを用いる。   A method for manufacturing the gas sensor 100 thus configured will be described below. First, six green ceramic green sheets containing an oxygen ion conductive solid electrolyte such as zirconia as a ceramic component are prepared. In this green sheet, a plurality of sheet holes and necessary through holes used for positioning during printing and lamination are formed in advance. In addition, a space serving as a gas circulation portion is provided in advance in the green sheet serving as the spacer layer 5 by a punching process or the like. And each corresponding to each of the 1st substrate layer 1, the 2nd substrate layer 2, the 3rd substrate layer 3, the 1st solid electrolyte layer 4, the spacer layer 5, and the 2nd solid electrolyte layer 6, A pattern printing process and a drying process for forming various patterns on the ceramic green sheet are performed. Specifically, the pattern to be formed is, for example, a pattern of the above-described electrodes, lead wires connected to the electrodes, the air introduction layer 48, the heater 72, or the like. Pattern printing is performed by applying a pattern forming paste prepared according to the characteristics required for each object to be formed on a green sheet using a known screen printing technique. The pattern forming paste used for the heater 72 is a mixture of the raw material (for example, precious metal and ceramic particles) made of the material of the heater 72 described above, an organic binder, an organic solvent, and the like.

このとき、ヒータ72となるパターンは、単位抵抗値比R1/R2が値1未満となるように、すなわち断面積比S2/S1が値1未満となるように形成する。例えば、幅W1>幅W2となるようにするには、そのようなパターンを形成できるような形状のマスクを用いる。また、厚さD1>厚さD2となるようにするには、例えば直線部78となる部分のパターンと比べて、屈曲部77となる部分のパターンを形成するペーストの粘度を高くしたり、屈曲部77となる部分のパターンを形成する際の印刷回数を増やしたりする。   At this time, the pattern serving as the heater 72 is formed so that the unit resistance value ratio R1 / R2 is less than 1, that is, the cross-sectional area ratio S2 / S1 is less than 1. For example, in order to satisfy the width W1> the width W2, a mask having a shape capable of forming such a pattern is used. Further, in order to satisfy the thickness D1> thickness D2, for example, the viscosity of the paste that forms the pattern of the portion that becomes the bent portion 77 is made higher than the pattern of the portion that becomes the linear portion 78, or the bending For example, the number of times of printing at the time of forming the pattern of the portion to be the portion 77 is increased.

このように各種のパターンを形成したあと、グリーンシートを乾燥する。乾燥処理についても、公知の乾燥手段を用いて行う。パターン印刷・乾燥が終わると、各層に対応するグリーンシート同士を積層・接着するための接着用ペーストの印刷・乾燥処理を行う。そして、接着用ペーストを形成したグリーンシートをシート穴により位置決めしつつ所定の順序に積層して、所定の温度・圧力条件を加えることで圧着させ、一つの積層体とする圧着処理を行う。こうして得られた積層体は、複数個のセンサ素子101を包含したものである。その積層体を切断してセンサ素子101の大きさに切り分ける。そして、切り分けた積層体を所定の焼成温度で焼成し、センサ素子101を得る。   After forming various patterns in this way, the green sheet is dried. The drying process is also performed using a known drying means. When pattern printing / drying is completed, printing / drying processing of an adhesive paste for laminating / bonding the green sheets corresponding to each layer is performed. Then, the green sheets on which the adhesive paste is formed are stacked in a predetermined order while being positioned by the sheet holes, and are pressed by applying predetermined temperature and pressure conditions, thereby performing a pressing process to form a single laminate. The laminated body thus obtained includes a plurality of sensor elements 101. The laminated body is cut and cut into the size of the sensor element 101. Then, the cut laminate is fired at a predetermined firing temperature to obtain the sensor element 101.

このようにしてセンサ素子101を得ると、センサ素子101を組み込んだセンサ組立体を製造し、保護カバーなどを取り付けることで、ガスセンサ100が得られる。なお、単位抵抗値比R1/R2が値1未満となるようにする点を除いて、上記のようなガスセンサの製造方法は公知であり、例えば国際公開2013/005491号に記載されている。 When the sensor element 101 is obtained in this manner, the gas sensor 100 is obtained by manufacturing a sensor assembly incorporating the sensor element 101 and attaching a protective cover or the like. Except for the point that the unit resistance value ratio R1 / R2 is less than 1, the manufacturing method of the gas sensor as described above is known and described in, for example, International Publication No. 2013/005491.

こうして構成されたガスセンサ100では、使用時に、ヒータ72がヒータコネクタ電極71を介して電源(例えば自動車のオルタネータ)に接続され、第1リード79a,第2リード79b間に直流電圧(例えば12〜14V)が印加される。そして、印加された電圧により、発熱部76に電流が流れて発熱部76が発熱する。これにより、センサ素子101全体が上記固体電解質(各層1〜6)が活性化する温度(例えば、700℃〜900℃)に調整される。このとき、発熱部76は高温になるが、高温になるほど発熱部76は酸化して劣化しやすい。しかも、一般に、屈曲部は、直線部と比べて熱膨張による応力の影響を受けやすいため、直線部と比べて劣化による断線等が生じやすい。より具体的には、屈曲部は熱膨張による応力の影響で微少なクラックが発生しやすい。そして、クラックにより屈曲部の表面積が増加することで酸化が促進されたり、さらにクラックが伸展したりすることで、屈曲部は断線等が生じやすく寿命が短い傾向にある。しかし、本実施形態のヒータ部70では、700℃〜900℃の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値1未満となっている。これにより、700℃〜900℃の少なくともいずれかの温度において、屈曲部77は直線部78と比べてその温度での発熱密度が小さくなり、温度が上昇しにくくなる。これにより、屈曲部77の劣化を抑制でき、屈曲部77の寿命が長くなる。   In the gas sensor 100 configured in this way, when used, the heater 72 is connected to a power source (for example, an alternator of an automobile) via the heater connector electrode 71, and a DC voltage (for example, 12 to 14V) is connected between the first lead 79a and the second lead 79b. ) Is applied. Then, due to the applied voltage, a current flows through the heat generating portion 76 and the heat generating portion 76 generates heat. Thereby, the sensor element 101 whole is adjusted to the temperature (for example, 700 degreeC-900 degreeC) which the said solid electrolyte (each layer 1-6) activates. At this time, the heat generating portion 76 becomes high temperature, but the heat generating portion 76 is easily oxidized and deteriorated as the temperature becomes high. Moreover, in general, the bent portion is more susceptible to stress due to thermal expansion than the straight portion, and therefore, disconnection due to deterioration is more likely to occur than the straight portion. More specifically, the bent portion is likely to generate minute cracks due to the influence of stress due to thermal expansion. Then, the surface area of the bent portion is increased by the crack, whereby the oxidation is promoted or the crack is further extended, so that the bent portion is likely to be disconnected and has a short life. However, in the heater unit 70 of the present embodiment, the unit resistance value ratio R1 / R2 at a temperature of at least one of 700 ° C. to 900 ° C. is less than 1. As a result, at at least one of the temperatures of 700 ° C. to 900 ° C., the bent portion 77 has a lower heat generation density at that temperature than the straight portion 78, and the temperature is unlikely to rise. Thereby, deterioration of the bending part 77 can be suppressed and the lifetime of the bending part 77 becomes long.

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のヒータ部70が本発明のセラミックスヒータに相当し、ヒータ72が発熱体に相当し、屈曲部77が屈曲部に相当し、直線部78が直線部に相当し、第1基板層1,第2基板層2及び第3基板層3がセラミックス体に相当する。   Here, the correspondence between the components of the present embodiment and the components of the present invention will be clarified. The heater portion 70 of this embodiment corresponds to a ceramic heater of the present invention, the heater 72 corresponds to a heating element, the bent portion 77 corresponds to a bent portion, the straight portion 78 corresponds to a straight portion, and the first substrate layer 1, the second substrate layer 2 and the third substrate layer 3 correspond to a ceramic body.

以上詳述した本実施形態のガスセンサ100によれば、ヒータ部70は、ヒータ72が直線部78と屈曲部77とを有している。そして、屈曲部77は、700℃以上900℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が直線部と比べて低くなっている。これにより、700℃〜900℃の少なくともいずれかの温度において、屈曲部77は直線部78と比べて発熱密度が小さくなり、屈曲部77の劣化を抑制できる。このため、屈曲部77に例えば断線などが生じにくくなり、屈曲部77の寿命が長くなる。また、劣化による断線等が生じやすい屈曲部77の寿命が長くなることで、発熱部76全体としての寿命も長くなる。   According to the gas sensor 100 of the present embodiment described in detail above, the heater unit 70 includes the heater 72 having the straight part 78 and the bent part 77. And the bending part 77 has the resistance value per unit length in the temperature range of 700 degreeC or more and 900 degrees C or less lower than a linear part. Thereby, at at least one of the temperatures of 700 ° C. to 900 ° C., the bent portion 77 has a heat generation density lower than that of the straight portion 78, and deterioration of the bent portion 77 can be suppressed. For this reason, it becomes difficult to produce a disconnection etc. in the bending part 77, and the lifetime of the bending part 77 becomes long. In addition, the life of the bent portion 77, which is likely to cause disconnection due to deterioration, is extended, so that the life of the heat generating portion 76 as a whole is also extended.

また、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値0.87以下であることで、屈曲部77の劣化を抑制する効果がより高まる。単位抵抗値比R1/R2が値0.80以下であることで、屈曲部77の劣化を抑制する効果がさらに高まる。屈曲部77は、直線部78と比べて長さ方向に垂直な断面積が大きいため、屈曲部77の単位長さあたりの抵抗値(単位抵抗値R1)が直線部78の単位抵抗値R2と比べて低くなりやすい。発熱部76は、帯状であり、屈曲部77は、厚さが直線部78の厚さ以上になっている。断面積比S2/S1が値0.87以下であるため、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値0.87以下になりやすい。また、断面積比S2/S1が値0.80以下であることで、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値0.80以下になりやすい。   In addition, since the unit resistance value ratio R1 / R2 at the temperature in at least one of the above temperature ranges is 0.87 or less, the effect of suppressing the deterioration of the bent portion 77 is further enhanced. When the unit resistance value ratio R1 / R2 is 0.80 or less, the effect of suppressing the deterioration of the bent portion 77 is further enhanced. Since the bent portion 77 has a larger cross-sectional area perpendicular to the length direction than the straight portion 78, the resistance value (unit resistance value R1) per unit length of the bent portion 77 is equal to the unit resistance value R2 of the straight portion 78. Compared to low. The heat generating portion 76 has a strip shape, and the bent portion 77 has a thickness equal to or greater than the thickness of the linear portion 78. Since the cross-sectional area ratio S2 / S1 has a value of 0.87 or less, the unit resistance value ratio R1 / R2 at the temperature in at least one of the above temperature ranges tends to be 0.87 or less. Further, when the cross-sectional area ratio S2 / S1 is 0.80 or less, the unit resistance value ratio R1 / R2 at any temperature in the temperature range described above tends to be 0.80 or less.

さらに、セラミックス体(第1基板層1,第2基板層2及び第3基板層3)は、長手方向と短手方向とを有する板状体であり、ヒータ72は、直線部78として、短手方向(左右方向)に沿って並んでおり長さ方向が長手方向(前後方向)に沿った4以上の直線部78を有し、ヒータ72は、屈曲部77として、短手方向に隣り合う直線部78同士を長手方向の先端側で接続する複数の先端側屈曲部77aと、短手方向に隣り合う直線部同士78を長手方向の後端側で接続する1以上の後端側屈曲部77bと、を有している。さらにまた、センサ素子101は、ヒータ部70を備えており、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する。ガスセンサ100は、センサ素子101を備えている。   Furthermore, the ceramic body (the first substrate layer 1, the second substrate layer 2, and the third substrate layer 3) is a plate-like body having a longitudinal direction and a short direction, and the heater 72 is a short portion as a straight portion 78. The heater 72 has four or more straight portions 78 that are arranged along the hand direction (left-right direction) and whose length direction is along the longitudinal direction (front-rear direction). A plurality of front end side bent portions 77a connecting the straight portions 78 to each other on the front end side in the longitudinal direction, and one or more rear end side bent portions connecting the straight portions 78 adjacent to each other in the short side direction on the rear end side in the longitudinal direction. 77b. Furthermore, the sensor element 101 includes a heater unit 70 and detects a specific gas concentration in the gas to be measured. The gas sensor 100 includes a sensor element 101.

なお、本発明は上述した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態様で実施し得ることはいうまでもない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

例えば、上述した実施形態では、断面積比S2/S1を値1未満としたが、700℃〜900℃の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値1未満であればよい。例えば、屈曲部77が、直線部78と比べて上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における体積抵抗率が低くてもよい。すなわち、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度において、屈曲部77の体積抵抗率ρ1[μΩ・cm]と直線部78の体積抵抗率ρ2[μΩ・cm]との比である体積抵抗率比ρ1/ρ2が値1未満であってもよい。こうしても、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2を値1未満とすることができ、屈曲部77の劣化を抑制してヒータ72の寿命を長くできる。上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度において体積抵抗率比ρ1/ρ2は値0.87以下であることが好ましく、値0.80以下であることがより好ましい。例えば、屈曲部77に含まれる貴金属(導体)の割合を直線部78と比べて高くすることで、体積抵抗率ρ1を体積抵抗率ρ2より低くすることができる。あるいは、例えば直線部78は白金を主成分とし、屈曲部77は白金に加えて又は代えて白金よりも体積抵抗率の低い貴金属(ロジウム,金など)を添加することでも、体積抵抗率ρ1を体積抵抗率ρ2より低くすることができる。すなわち、屈曲部77が、直線部78には含まれず直線部78に含まれる貴金属よりも体積抵抗率の低い貴金属を含有していてもよい。あるいは、屈曲部77に、主成分の貴金属と比べて抵抗温度係数(単位:[%/℃])の小さい材質を直線部78よりも多く含有させることで、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における体積抵抗率ρ1を体積抵抗率ρ2より低くすることもできる。このような抵抗温度係数の小さい材質としては、ニクロム(ニッケル(Ni)とクロム(Cr)とを含む合金),カンタル(登録商標:鉄,クロム,及びアルミニウムを含む合金),二珪化モリブデン(MoSi2)などが挙げられる。なお、体積抵抗率ρ1,ρ2の値も、単位抵抗値R1,R2と同様に屈曲部77,直線部78の各々の平均値とする。また、上記の温度範囲のいずれの温度においても、体積抵抗率比ρ1/ρ2は0.5以上としてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the cross-sectional area ratio S2 / S1 is less than 1, but the unit resistance value ratio R1 / R2 at least in the temperature range of 700 ° C. to 900 ° C. is less than 1. That's fine. For example, the bent portion 77 may have a lower volume resistivity at least in one of the above temperature ranges than the straight portion 78. That is, the volume resistivity ratio, which is the ratio of the volume resistivity ρ1 [μΩ · cm] of the bent portion 77 and the volume resistivity ρ2 [μΩ · cm] of the linear portion 78 at least in any of the above temperature ranges. ρ1 / ρ2 may be less than 1. Even in this case, the unit resistance value ratio R1 / R2 at least in one of the above temperature ranges can be less than 1, and the deterioration of the bent portion 77 can be suppressed and the life of the heater 72 can be extended. The volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 is preferably 0.87 or less, and more preferably 0.80 or less at least in any of the above temperature ranges. For example, the volume resistivity ρ1 can be made lower than the volume resistivity ρ2 by making the ratio of the noble metal (conductor) contained in the bent portion 77 higher than that of the straight portion 78. Alternatively, for example, the linear portion 78 is mainly composed of platinum, and the bent portion 77 can be obtained by adding a noble metal (rhodium, gold, etc.) having a lower volume resistivity than platinum in addition to or instead of platinum. The volume resistivity can be lower than ρ2. That is, the bent portion 77 may contain a noble metal having a volume resistivity lower than that of the noble metal contained in the straight portion 78 without being included in the straight portion 78. Alternatively, the bent portion 77 contains a material having a smaller temperature coefficient of resistance (unit: [% / ° C.]) than that of the main component noble metal, more than at least one of the above temperature ranges. The volume resistivity ρ1 at temperature can be made lower than the volume resistivity ρ2. Examples of such a material having a small resistance temperature coefficient include nichrome (an alloy containing nickel (Ni) and chromium (Cr)), Kanthal (registered trademark: an alloy containing iron, chromium, and aluminum), molybdenum disilicide (MoSi). 2 ). Note that the values of the volume resistivity ρ1, ρ2 are also average values of the bent portion 77 and the straight portion 78, similarly to the unit resistance values R1, R2. Further, at any temperature in the above temperature range, the volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 may be 0.5 or more.

なお、ヒータ部70において、断面積比S2/S1を値1未満とすることと、体積抵抗率比ρ1/ρ2を値1未満とすることと、を組み合わせてもよい。例えば、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における断面積比S2/S1と体積抵抗率比ρ1/ρ2との積(=単位抵抗値比R1/R2)が、値1未満、値0.87以下、又は値0.80以下となるようにしてもよい。なお、断面積比S2/S1を値1未満とする場合でも、屈曲部77と直線部78との材質は異なっていてもよい。   In the heater section 70, the cross-sectional area ratio S2 / S1 may be less than 1 and the volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 may be less than 1. For example, the product (= unit resistance value ratio R1 / R2) of the cross-sectional area ratio S2 / S1 and the volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 at least at any temperature in the above temperature range is less than the value 1 and the value 0.87. Or less than 0.80. Even when the cross-sectional area ratio S2 / S1 is less than 1, the material of the bent portion 77 and the straight portion 78 may be different.

ヒータ部70のヒータ72の形状(パターン)は、上述した実施形態に限られない。ヒータ72は、屈曲部77と直線部78とを有していればよい。例えば、直線部78は長さ方向がヒータ部70の長手方向(前後方向)に沿っていれば、平行でなくてもよい。図3は、変形例のヒータ72Aの説明図である。ヒータ72Aでは、4個の直線部78のうち、左右の中央の2個の長さ方向は、長手方向に沿っているが、長手方向に対して傾斜している。具体的には、左から2番目の直線部78は後方ほど左側に位置するように傾斜し、右から2番目の直線部78は後方ほど右側に位置するように傾斜している。こうすることで、上述した図2の形状のヒータ72と比べて、屈曲部77の半径(曲率半径)を大きくすることができる。換言すると、屈曲部77の曲率半径を小さくすることなく、発熱部76の左右方向の幅を小さくすることができる。また、リード部79は、図2とは異なり、前方の直線部78との接続部分も直線部78より幅が広くなっている。なお、リード部79の形状は図2と同じとしてもよいし、図2のヒータ72においてリード部79の形状を図3と同じとしてもよい。このような変形例のヒータ72Aでも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。例えば、700℃〜900℃の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2を値1未満とすることで、屈曲部77の劣化を抑制できる。   The shape (pattern) of the heater 72 of the heater unit 70 is not limited to the above-described embodiment. The heater 72 only needs to have a bent portion 77 and a straight portion 78. For example, the linear part 78 may not be parallel as long as the length direction is along the longitudinal direction (front-rear direction) of the heater part 70. FIG. 3 is an explanatory diagram of a modified heater 72A. In the heater 72A, the two longitudinal directions of the four straight portions 78 are along the longitudinal direction, but are inclined with respect to the longitudinal direction. Specifically, the second straight portion 78 from the left is inclined so as to be located on the left side as it is rearward, and the second straight portion 78 from the right is inclined so that it is located on the right side as it is backward. By doing so, the radius (curvature radius) of the bent portion 77 can be increased as compared with the heater 72 having the shape of FIG. 2 described above. In other words, the width of the heat generating portion 76 in the left-right direction can be reduced without reducing the radius of curvature of the bent portion 77. Further, unlike FIG. 2, the lead portion 79 is wider than the straight portion 78 at the connecting portion with the straight portion 78 in the front. The shape of the lead portion 79 may be the same as that in FIG. 2, or the shape of the lead portion 79 in the heater 72 of FIG. 2 may be the same as that in FIG. Even with the heater 72 </ b> A of such a modification, the same effect as the above-described embodiment can be obtained. For example, the deterioration of the bent portion 77 can be suppressed by setting the unit resistance value ratio R1 / R2 at a temperature in the temperature range of 700 ° C. to 900 ° C. to be less than 1.

上述した実施形態では、発熱部76は3個の屈曲部77と4個の直線部78とを備えていたが、これに限られない。例えば屈曲部77は3個以上としてもよいし、1個又は2個としてもよいし、直線部78は4個以上としてもよいし、3個以下としてもよい。直線部78は4個以上の偶数としてもよい。先端側屈曲部77a及び後端側屈曲部77bの数についても、本実施形態では先端側屈曲部77aが2個,後端側屈曲部77bが1個としたが、接続される直線部78の数に応じて変更することができる。例えば、先端側屈曲部77aは1個としてもよいし、複数であれば2個以上であってもよい。後端側屈曲部77bは1以上であればよい。直線部78が2個で屈曲部77が1個である場合、発熱部76は後端側屈曲部77bを有さなくてもよい。   In the above-described embodiment, the heat generating portion 76 includes the three bent portions 77 and the four straight portions 78, but is not limited thereto. For example, the number of the bent portions 77 may be three or more, one or two, and the number of the straight portions 78 may be four or more, or may be three or less. The straight line portion 78 may be four or more even numbers. Regarding the number of the front end side bent portions 77a and the rear end side bent portions 77b, the front end side bent portion 77a and the rear end side bent portion 77b are one in this embodiment, but It can be changed according to the number. For example, the number of the distal end side bent portions 77a may be one, or two or more as long as it is plural. The rear end side bent portion 77b may be one or more. When the number of the straight portions 78 is two and the number of the bent portions 77 is one, the heat generating portion 76 may not have the rear end side bent portion 77b.

上述した実施形態では、直線部78は長さ方向が長手方向(前後方向)に沿っていたが、直線部78の長さ方向がヒータ部70の短手方向に沿っていてもよい。この場合、複数の直線部78がヒータ部70の長手方向に沿って並んでおり、屈曲部77は長手方向に隣り合う直線部78同士を短手方向の一端側や他端側で接続していてもよい。図4は、この場合の変形例のヒータ72Bの説明図である。このような変形例のヒータ72Bでも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。例えば、700℃〜900℃の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2を値1未満とすることで、屈曲部77の劣化を抑制できる。   In the embodiment described above, the length direction of the straight portion 78 is along the longitudinal direction (front-rear direction), but the length direction of the straight portion 78 may be along the short direction of the heater portion 70. In this case, a plurality of linear portions 78 are arranged along the longitudinal direction of the heater portion 70, and the bent portion 77 connects the linear portions 78 adjacent to each other in the longitudinal direction at one end side or the other end side in the lateral direction. May be. FIG. 4 is an explanatory diagram of a heater 72B of a modified example in this case. Even with such a modified heater 72B, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. For example, the deterioration of the bent portion 77 can be suppressed by setting the unit resistance value ratio R1 / R2 at a temperature in the temperature range of 700 ° C. to 900 ° C. to be less than 1.

上述した実施形態では、屈曲部77は直線部78から離れた位置ほど断面積が大きくなるような形状としたが、これに限られない。例えば、屈曲部77の断面積は、どの部分でも同じ値(=断面積S1)としてもよい。この場合、直線部78と屈曲部77との接続部分に段差が生じてもよい。ただし、発熱部76中には段差がない方が好ましいため、屈曲部77と直線部78とで断面積を異ならせる場合、図2のように屈曲部77は断面積が徐々に変化する形状とすることが好ましい。また、直線部78の断面積は、どの部分でも同じ値(=断面積S2)としたが、これに限られない。例えば、直線部78の中に断面積が徐々に変化する部分が存在していてもよい。また、発熱部76が複数の屈曲部77を有する場合、複数の屈曲部77のうち少なくとも1つが、他の屈曲部77とは断面積が異なっていてもよい。複数の直線部78についても同様である。   In the above-described embodiment, the bent portion 77 has a shape in which the cross-sectional area increases as the position is farther from the straight portion 78, but is not limited thereto. For example, the cross-sectional area of the bent portion 77 may be the same value (= cross-sectional area S1) in any part. In this case, a step may be generated at the connection portion between the straight portion 78 and the bent portion 77. However, since it is preferable that there is no step in the heat generating portion 76, when the cross-sectional area is made different between the bent portion 77 and the straight portion 78, the bent portion 77 has a shape in which the cross-sectional area gradually changes as shown in FIG. It is preferable to do. Moreover, although the cross-sectional area of the linear part 78 was made into the same value (= cross-sectional area S2) in any part, it is not restricted to this. For example, a portion where the cross-sectional area gradually changes may exist in the straight portion 78. Further, when the heat generating portion 76 has a plurality of bent portions 77, at least one of the plurality of bent portions 77 may have a cross-sectional area different from that of the other bent portions 77. The same applies to the plurality of linear portions 78.

上述した実施形態では、ヒータ72は帯状としたが、これに限らず線状(例えば断面が円又は楕円)としてもよい。   In the above-described embodiment, the heater 72 has a belt shape, but is not limited thereto, and may have a linear shape (for example, a circle or an ellipse in cross section).

上述した実施形態では、ヒータ部70を備えたガスセンサ100として説明したが、本発明はセンサ素子101単体としてもよいし、ヒータ部70単体すなわちセラミックスヒータ単体としてもよい。なお、ヒータ部70は第1基板層1,第2基板層2,第3基板層3を備えていたが、ヒータ72を囲むセラミックス体を有すればよい。例えば、ヒータ72の下側の層が第1基板層1及び第2基板層2の2層ではなく、1層だけであってもよい。また、ヒータ部70はヒータ絶縁層74を備えていたが、ヒータ72を囲むセラミックス体(例えば第1基板層1,第2基板層2)が絶縁性を有する材質(例えば、アルミナのセラミックス)であれば、ヒータ絶縁層74は省略してもよい。また、センサ素子101の大きさは、例えば前後方向の長さが25mm以上100mm以下、左右方向の幅が2mm以上10mm以下、上下方向の厚さが0.5mm以上5mm以下としてもよい。   In the above-described embodiment, the gas sensor 100 including the heater unit 70 has been described. However, the present invention may be the sensor element 101 alone or the heater unit 70 alone, that is, the ceramic heater alone. In addition, although the heater part 70 was provided with the 1st board | substrate layer 1, the 2nd board | substrate layer 2, and the 3rd board | substrate layer 3, it should just have the ceramic body which surrounds the heater 72. FIG. For example, the lower layer of the heater 72 may be only one layer instead of the two layers of the first substrate layer 1 and the second substrate layer 2. The heater unit 70 includes the heater insulating layer 74, but the ceramic body (for example, the first substrate layer 1 and the second substrate layer 2) surrounding the heater 72 is made of an insulating material (for example, alumina ceramic). If present, the heater insulating layer 74 may be omitted. The size of the sensor element 101 may be, for example, a length in the front-rear direction of 25 mm to 100 mm, a width in the left-right direction of 2 mm to 10 mm, and a thickness in the vertical direction of 0.5 mm to 5 mm.

図4に示したヒータ72Bのような、直線部78の長さ方向がヒータ部70の短手方向に沿っている態様のヒータにおいて、ヒータの折り返しのピッチに粗密を設けてもよい。図5は、変形例のヒータ72Cのの説明図である。ヒータ72Cの発熱部76は、図5に示すように、両端がリード部79に接続された帯状のジグザグの一筆書き形状をしている。発熱部76は、複数(図5では32個)の屈曲部91と、複数(図5では31個)の直線部78とを有している。複数の屈曲部91及び複数の直線部78は、電気的に直列に接続されている。発熱部76は、センサ素子101の左右方向の中心軸(図5の二点鎖線)を対称軸として左右対称の形状をしている。発熱部76のうち中心軸よりも左側の部分を左側発熱部76aと称し、左側発熱部76aと対称な右側の部分を右側発熱部76bと称する。   In a heater having a mode in which the length direction of the linear portion 78 is along the short direction of the heater portion 70, such as the heater 72B shown in FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of a modified heater 72C. As shown in FIG. 5, the heat generating portion 76 of the heater 72 </ b> C has a band-like zigzag one-stroke shape in which both ends are connected to the lead portion 79. The heat generating portion 76 includes a plurality (32 in FIG. 5) of bent portions 91 and a plurality (31 in FIG. 5) of linear portions 78. The plurality of bent portions 91 and the plurality of linear portions 78 are electrically connected in series. The heat generating part 76 has a left-right symmetric shape with the center axis (two-dot chain line in FIG. 5) of the sensor element 101 in the left-right direction as the axis of symmetry. The left portion of the heat generating portion 76 from the central axis is referred to as a left heat generating portion 76a, and the right portion symmetrical to the left heat generating portion 76a is referred to as a right heat generating portion 76b.

左側発熱部76a及び右側発熱部76bは、それぞれ、折り返し方向が左右方向に沿うように屈曲部91の部分で複数回折り返されながら、全体として前後方向に引き回されている。また、左側発熱部76aと右側発熱部76bとは、複数の直線部78のうち最も前方に位置する直線部78aにより接続されている。これにより、発熱部76は、全体として後方から前方に向かった後に直線部78a(及びこれに接続された左外側屈曲部92b,右外側屈曲部92d)の部分で後方に向けて折り返されるように引き回されている。すなわち、発熱部76は、全体として長手方向(前後方向)に沿って1回折り返されるように引き回されている。   Each of the left heat generating portion 76a and the right heat generating portion 76b is routed in the front-rear direction as a whole while being bent back and forth at the bent portion 91 so that the folding direction is along the left-right direction. Further, the left heat generating portion 76 a and the right heat generating portion 76 b are connected by a straight portion 78 a located at the foremost position among the plurality of straight portions 78. As a result, the heat generating portion 76 as a whole is turned from the rear to the front and then folded back toward the rear at the straight portion 78a (and the left outer bent portion 92b and the right outer bent portion 92d connected thereto). Has been routed. That is, the heat generating portion 76 is routed so as to be folded once along the longitudinal direction (front-rear direction) as a whole.

屈曲部91は、いずれも折り返し方向が左右方向(短手方向)に沿っている折り返し部である。ここで、左側発熱部76aのうち左右方向でセンサ素子101の内側(右側)に位置する複数の屈曲部91を左内側屈曲部92aと称する。左側発熱部76aのうち左右方向でセンサ素子101の外側(左側)に位置する複数の屈曲部91を左外側屈曲部92bと称する。同様に、右側発熱部76bのうち左右方向でセンサ素子101の内側(左側)及び外側(右側)にそれぞれ位置する複数の屈曲部91を、右内側屈曲部92c及び右外側屈曲部92dと称する。発熱部76は、左内側屈曲部92a,左外側屈曲部92b,右内側屈曲部92c,及び右外側屈曲部92dをそれぞれ8個ずつ有している。左内側屈曲部92a及び右外側屈曲部92dは、左方(短手方向の一方)から右方(短手方向の他方)に向かった後に左方に向けて折り返された折り返し部である。左外側屈曲部92b及び右内側屈曲部92cは、右方から左方に向かった後に右方に向けて折り返された折り返し部である。複数の屈曲部91は、いずれも曲線状に屈曲しており半円の円弧状をしている。なお、屈曲部91は、折れ線状に屈曲した形状であってもよい。発熱部76は、これらの複数の屈曲部91と複数の直線部78とが1つずつ交互に接続されるように配置されている。すなわち、複数の屈曲部91の各々は、前後方向に隣り合う直線部78同士を接続している。より具体的には、左内側屈曲部92aは、左側発熱部76aの隣り合う直線部78同士の右端側を接続している。左外側屈曲部92bは、左側発熱部76aの隣り合う直線部78同士の左端側を接続している。同様に、右内側屈曲部92c及び右外側屈曲部92dは、右側発熱部76bの隣り合う直線部78同士の左端側及び右端側をそれぞれ接続している。左側発熱部76aの複数の屈曲部91のうち最も後方に位置する屈曲部91(後述する第2屈曲部96c)は、後端が第1リード79aに接続されている。右側発熱部76bの複数の屈曲部91のうち最も後方に位置する屈曲部91(後述する第2屈曲部96f)は、後端が第2リード79bに接続されている。   Each of the bent portions 91 is a folded portion in which the folded direction is along the left-right direction (short direction). Here, a plurality of bent portions 91 located on the inner side (right side) of the sensor element 101 in the left-right direction in the left heat generating portion 76a are referred to as left inner bent portions 92a. A plurality of bent portions 91 located on the outer side (left side) of the sensor element 101 in the left-right direction in the left heat generating portion 76a are referred to as left outer bent portions 92b. Similarly, a plurality of bent portions 91 respectively located on the inner side (left side) and the outer side (right side) of the sensor element 101 in the left-right direction in the right heat generating portion 76b are referred to as a right inner bent portion 92c and a right outer bent portion 92d. The heat generating portion 76 includes eight left inner bent portions 92a, left outer bent portions 92b, right inner bent portions 92c, and right outer bent portions 92d. The left inner bent portion 92a and the right outer bent portion 92d are folded portions that are turned leftward from the left (one in the short direction) toward the right (the other in the short direction). The left outer bent portion 92b and the right inner bent portion 92c are folded portions that are turned toward the right after moving from the right toward the left. The plurality of bent portions 91 are all bent in a curved shape and have a semicircular arc shape. The bent portion 91 may have a bent shape. The heat generating portion 76 is arranged so that the plurality of bent portions 91 and the plurality of linear portions 78 are alternately connected one by one. That is, each of the plurality of bent portions 91 connects the linear portions 78 adjacent in the front-rear direction. More specifically, the left inner bent portion 92a connects the right end sides of the adjacent linear portions 78 of the left heat generating portion 76a. The left outer bent portion 92b connects the left end sides of the adjacent straight portions 78 of the left heat generating portion 76a. Similarly, the right inner bent portion 92c and the right outer bent portion 92d connect the left end side and the right end side of the adjacent straight portions 78 of the right heat generating portion 76b, respectively. Of the plurality of bent portions 91 of the left heat generating portion 76a, the rearmost bent portion 91 (second bent portion 96c described later) has a rear end connected to the first lead 79a. Of the plurality of bent portions 91 of the right heat generating portion 76b, the rearmost bent portion 91 (second bent portion 96f described later) has a rear end connected to the second lead 79b.

複数の直線部78は、センサ素子101の長手方向(前後方向)に沿って互いに離間して並んでいる。複数の直線部78は、いずれも、長さ方向がセンサ素子101の短手方向(左右方向)に沿っている。図5のヒータ72Cでは、複数の直線部78はいずれも長さ方向が左右方向と平行になるように配設されている。なお、直線部78の長さ方向は、直線部78の軸方向,換言すると電流が流れる方向とする。屈曲部91の長さ方向についても同様とする。   The plurality of linear portions 78 are spaced apart from each other along the longitudinal direction (front-rear direction) of the sensor element 101. In each of the plurality of linear portions 78, the length direction is along the short direction (left-right direction) of the sensor element 101. In the heater 72C of FIG. 5, the plurality of linear portions 78 are all arranged such that the length direction is parallel to the left-right direction. The length direction of the straight portion 78 is the axial direction of the straight portion 78, in other words, the direction in which current flows. The same applies to the length direction of the bent portion 91.

また、発熱部76は、左右方向に沿った折り返しのピッチに粗密の変化がつけられており、このピッチの違いによって前方から後方に向かってこの順に第1〜第4領域90a〜90dに分かれている。第1〜第4領域90a〜90dの各々は、左右方向に沿った折り返しのピッチがピッチP1〜P4に設定されている。なお、折り返しのピッチとは、折り返しの周期であり、発熱部76の前後方向の線幅(図5では直線部78の線幅)と、発熱部76のうち前後に隣り合う部分(図5では直線部78)の前後方向の間隔(距離)と、の和である。図5のヒータ72Cでは、P1=P3<P2=P4とした。このように、発熱部76は、折り返しのピッチが密な領域88(第1,第3領域90a,90c)と、折り返しのピッチが粗な領域89(第2,第4領域90b,90d)とを有しており、これらの領域が前後方向に沿って配置されている。なお、第1領域90a及び第3領域90cは、互いに線幅が等しく、互いに直線部78の前後の間隔が等しい。また、第3領域90c及び第4領域90dは、互いに線幅が等しく、互いに直線部78の前後の間隔が等しい。第1〜第4領域90a〜90dの各々は、互いの接続部分(互いの境界の前後)では線幅が変化しているが、それ以外の部分は同じ領域内であれば線幅は一定である。例えば、第1領域90aと第2領域90bとにまたがる屈曲部91a,91dは、第1領域90a側から第2領域90b側に向かうにつれて線幅が徐々に大きく(太く)なっている。第2領域90bと第3領域90cとにまたがる屈曲部91b,91eや、第3領域90cと第4領域90dとにまたがる屈曲部91c,91fについても同様に線幅が徐々に変化する形状をしている。   In addition, the heating portion 76 has a change in roughness in the folding pitch along the left-right direction, and is divided into first to fourth regions 90a to 90d in this order from the front to the rear due to the difference in pitch. Yes. In each of the first to fourth regions 90a to 90d, the folding pitch along the left-right direction is set to the pitches P1 to P4. Note that the turn-back pitch is the turn-back cycle, and the line width in the front-rear direction of the heat generating portion 76 (line width of the straight portion 78 in FIG. 5) and the portion adjacent to the front and rear in the heat generating portion 76 (in FIG. 5). It is the sum of the distance (distance) in the front-rear direction of the straight line portion 78). In the heater 72C of FIG. 5, P1 = P3 <P2 = P4. As described above, the heat generating portion 76 includes a region 88 (first and third regions 90a and 90c) having a dense turn-back pitch and a region 89 (second and fourth regions 90b and 90d) having a rough turn-back pitch. These regions are arranged along the front-rear direction. The first region 90a and the third region 90c have the same line width and the same distance between the front and rear of the linear portion 78. In addition, the third region 90c and the fourth region 90d have the same line width and the same distance before and after the linear portion 78. In each of the first to fourth regions 90a to 90d, the line width is changed at the connection part (before and after the boundary), but the line width is constant if the other parts are in the same region. is there. For example, the bent portions 91a and 91d extending over the first region 90a and the second region 90b have a gradually increasing (thicker) line width from the first region 90a side toward the second region 90b side. Similarly, the bent portions 91b and 91e extending over the second region 90b and the third region 90c and the bent portions 91c and 91f extending over the third region 90c and the fourth region 90d have a shape in which the line width gradually changes. ing.

発熱部76は、このように前後方向に沿って1以上の密な領域88と1以上の粗な領域89とを有することで、発熱時のセンサ素子101の前後方向の温度分布が調整されている。図5のヒータ72Cでは、前後方向に沿って第1〜第4領域90a〜90dの各々の周辺(各層1〜6のうち各領域90a〜90dの上下に位置する部分)の平均温度を比較すると、第1領域90aの周辺が最も高温となり、第2領域90b,第3領域90c,第4領域90dの順に周辺の温度が低くなっている。なお、基本的には折り返しのピッチが密である領域の周辺ほど高温になる傾向にあるが、図5のヒータ72Cでは、第3領域90cの周辺は第2領域90bの周辺よりやや低温になっている。これは、第3領域90cは第1領域90aよりも占有面積が小さい(前後方向の長さが小さい)ことや、第2領域90bの周辺は第1領域90aによっても加熱されることなどが理由である。また、発熱部76の発熱時には密な領域88のうち第1領域90aの温度(平均温度)が第3領域90cの温度(平均温度)よりも高温になり、発熱部76のうち第1領域90aの温度(平均温度)が最も高温になることから、第1領域90aを最高温度領域と称する。なお、密な領域88(第1領域90a,第3領域90c)のうちどの領域が最高温度領域であるかの判断は、発熱部76全体の平均温度が700℃〜900℃になるように調整した状態での各領域の平均温度に基づいて行うものとする。   Thus, the heat generating part 76 has one or more dense regions 88 and one or more rough regions 89 along the front-rear direction, so that the temperature distribution in the front-rear direction of the sensor element 101 during heat generation is adjusted. Yes. In the heater 72C of FIG. 5, when the average temperatures of the periphery of each of the first to fourth regions 90a to 90d (portions positioned above and below the regions 90a to 90d in each layer 1 to 6) are compared along the front-rear direction. The periphery of the first region 90a is the highest temperature, and the periphery temperature decreases in the order of the second region 90b, the third region 90c, and the fourth region 90d. Basically, the area around the area where the turn-back pitch is dense tends to be higher, but in the heater 72C of FIG. 5, the area around the third area 90c is slightly lower than the area around the second area 90b. ing. This is because the third region 90c has a smaller occupied area (the length in the front-rear direction is smaller) than the first region 90a, and the periphery of the second region 90b is also heated by the first region 90a. It is. Further, when the heat generating portion 76 generates heat, the temperature (average temperature) of the first region 90 a in the dense region 88 becomes higher than the temperature (average temperature) of the third region 90 c, and the first region 90 a of the heat generating portion 76. Therefore, the first region 90a is referred to as the highest temperature region. The determination of which region is the highest temperature region among the dense regions 88 (the first region 90a and the third region 90c) is adjusted so that the average temperature of the entire heating unit 76 is 700 ° C. to 900 ° C. It is based on the average temperature of each region in the state.

また、発熱部76の密な領域88及び粗な領域89は、内側ポンプ電極22,補助ポンプ電極51,及び測定電極44との位置関係が調整されている。これについて説明する。図5では、内側ポンプ電極22を発熱部76に向けて厚さ方向(ここでは下方向)に投影した領域である内側ポンプ電極投影領域Apを一点鎖線枠で示している。同様に、補助ポンプ電極51及び測定電極44をそれぞれ発熱部76に投影した内側補助ポンプ電極投影領域Aq,測定電極投影領域Amも一点鎖線枠で示している。なお、図1に示すように、測定電極44の真上には補助ポンプ電極51の天井電極部51aが存在する。そのため、図5における内側補助ポンプ電極投影領域Aqと測定電極投影領域Amとは重複しており、より具体的には測定電極投影領域Amが内側補助ポンプ電極投影領域Aqに含まれている。図5からわかるように、密な領域88の第1領域90aは、内側ポンプ電極投影領域Apと少なくとも一部が重複するように位置している。換言すると、第1領域90aの少なくとも一部が内側ポンプ電極22と上下に対向する(内側ポンプ電極22の真下に位置する)ように配設されている。また、図5では、内側ポンプ電極投影領域Apは第1領域90aに含まれるように位置している。粗な領域89の第2領域90bは、内側補助ポンプ電極投影領域Aqと重複するように位置しており、内側補助ポンプ電極投影領域Aqのうち測定電極投影領域Amよりも前方の部分は第2領域90bに含まれている。密な領域88の第3領域90cは、測定電極投影領域Amと少なくとも一部が重複するように位置しており、図5のヒータ72Cでは測定電極投影領域Amが第3領域90cの前後にはみ出すように両者が重複している。   Further, in the dense region 88 and the rough region 89 of the heat generating portion 76, the positional relationship with the inner pump electrode 22, the auxiliary pump electrode 51, and the measurement electrode 44 is adjusted. This will be described. In FIG. 5, the inner pump electrode projection region Ap, which is a region in which the inner pump electrode 22 is projected in the thickness direction (downward here) toward the heat generating portion 76, is indicated by a one-dot chain line frame. Similarly, the inner auxiliary pump electrode projection area Aq and the measurement electrode projection area Am in which the auxiliary pump electrode 51 and the measurement electrode 44 are respectively projected onto the heat generating portion 76 are also indicated by alternate long and short dash lines. As shown in FIG. 1, the ceiling electrode portion 51 a of the auxiliary pump electrode 51 exists immediately above the measurement electrode 44. Therefore, the inner auxiliary pump electrode projection area Aq and the measurement electrode projection area Am in FIG. 5 overlap each other, and more specifically, the measurement electrode projection area Am is included in the inner auxiliary pump electrode projection area Aq. As can be seen from FIG. 5, the first region 90 a of the dense region 88 is positioned so as to at least partially overlap the inner pump electrode projection region Ap. In other words, at least a part of the first region 90a is disposed so as to face the inner pump electrode 22 in the vertical direction (located directly below the inner pump electrode 22). In FIG. 5, the inner pump electrode projection region Ap is positioned so as to be included in the first region 90a. The second region 90b of the rough region 89 is located so as to overlap the inner auxiliary pump electrode projection region Aq, and the portion of the inner auxiliary pump electrode projection region Aq in front of the measurement electrode projection region Am is the second. It is included in the area 90b. The third region 90c of the dense region 88 is positioned so as to at least partially overlap the measurement electrode projection region Am, and the measurement electrode projection region Am protrudes before and after the third region 90c in the heater 72C of FIG. So both overlap.

このように、密な領域88及び粗な領域89と、内側ポンプ電極22,補助ポンプ電極51,及び測定電極44との位置関係が調整されていることで、各電極やその周辺の温度分布が調整されている。上述したように、発熱部76の発熱時には、第1領域90aの周辺が最も高温となり、第2領域90b,第3領域90c,第4領域90dの順に周辺の温度が低くなる。そのため、内側ポンプ電極22,補助ポンプ電極51,測定電極44の温度をそれぞれ温度Tp,Tq,Tm[℃]とすると、温度Tp>温度Tq>温度Tmとなっている。なお、測定電極投影領域Amが密な領域88の第3領域90cと重複していることで、温度Tmは温度Tqよりも低いものの、その差はわずかであり、温度Tmが低くなりすぎないようになっている。なお、密な領域88や粗な領域89の折り返しのピッチは、発熱部76の発熱時の温度Tp,Tq,Tmを所望の値にするように定めることができる。特にこれに限定するものではないが、密な領域88のピッチP1,P3はそれぞれ例えば0.4mm〜0.7mmであり、粗な領域89のピッチP2,P4はそれぞれ例えば0.7mm〜0.9mmである。   As described above, the positional relationship among the dense region 88 and the rough region 89, the inner pump electrode 22, the auxiliary pump electrode 51, and the measurement electrode 44 is adjusted, so that the temperature distribution of each electrode and its surroundings can be adjusted. It has been adjusted. As described above, when the heat generating portion 76 generates heat, the periphery of the first region 90a has the highest temperature, and the peripheral temperature decreases in the order of the second region 90b, the third region 90c, and the fourth region 90d. Therefore, assuming that the temperatures of the inner pump electrode 22, the auxiliary pump electrode 51, and the measurement electrode 44 are temperatures Tp, Tq, and Tm [° C.], respectively, temperature Tp> temperature Tq> temperature Tm. The measurement electrode projection area Am overlaps with the third area 90c of the dense area 88, so that although the temperature Tm is lower than the temperature Tq, the difference is slight and the temperature Tm does not become too low. It has become. Note that the folding pitch of the dense region 88 and the rough region 89 can be determined so that the temperatures Tp, Tq, and Tm when the heat generating portion 76 generates heat are set to desired values. Although not particularly limited thereto, the pitches P1 and P3 of the dense region 88 are each 0.4 mm to 0.7 mm, for example, and the pitches P2 and P4 of the rough region 89 are each 0.7 mm to 0.00 mm, for example. 9 mm.

また、発熱部76は、屈曲部91の一部として、第1屈曲部95,第2屈曲部96,第3屈曲部97を有している。ここで、第1屈曲部95とは、最高温度領域(第1領域90a)内に存在し折り返しの頂点が左右方向に互いに対向する屈曲部91(折り返し部)である。すなわち、第1屈曲部95は、第1領域90a内で互いに対向する第1屈曲部95a,95cと、第1屈曲部95b,95dとの4個の屈曲部91である。また、第2屈曲部96とは、粗な領域89内に存在し折り返しの頂点が左右方向に互いに対向する屈曲部91(折り返し部)である。すなわち、第2屈曲部96は、第2領域90b内で互いに対向する第2屈曲部96a,96dと、第4領域90d内で互いに対向する第2屈曲部96b,96eと、第2屈曲部96c,96fとの6個の屈曲部91である。また、第3屈曲部97とは、最高温度領域(第1領域90a)内に存在し第1屈曲部95よりも短手方向(左右方向)で外側に存在する屈曲部91(折り返し部)である。すなわち、第3屈曲部97は、左外側屈曲部92bのうち第1領域90a内に存在する3つの屈曲部91と、右外側屈曲部92dのうち第1領域90a内に存在する3つの屈曲部91と、の6個の屈曲部91である。なお、密な領域88と粗な領域89とにまたがっている(密な領域88及び粗な領域89の両方と重複している)屈曲部91は、第1屈曲部95及び第2屈曲部96のいずれにも含めないものとする。すなわち、第1,第2領域90a,90bにまたがる屈曲部91a,91dと、第2,第3領域90b,90cにまたがる屈曲部91b,91eと、第3,第4領域90c,90dにまたがる屈曲部91c,91fは、第1屈曲部95にも第2屈曲部96にも含めない。一方、第3屈曲部97に関しては、最高温度領域(第1領域90a)とそれ以外の領域とにまたがっている屈曲部91についても、第1屈曲部95よりも短手方向(左右方向)で外側に存在する屈曲部91であれば、第3屈曲部97に含めるものとする。また、図5のヒータ72Cでは、密な領域88のうち最高温度領域(第1領域90a)内に存在する第1屈曲部95同士の距離X1[mm]が、粗な領域89内に存在する第2屈曲部96同士の距離X2[mm]と等しくなっている。ただし、ヒータ72Cは、X1=X2である場合に限らず、X1>X2であってもよいし、X1<X2であってもよい。なお、図5のヒータ72Cでは、第1屈曲部95a,95c間の距離と、第1屈曲部95b,95d間の距離とはいずれも等しい値(=距離X1)とした。同様に、第2屈曲部96a,96d間の距離と、第2屈曲部96b,96e間の距離と、第2屈曲部96c,96f間の距離とはいずれも等しい値(=距離X2)とした。ただし、例えば第1屈曲部95a,95c間の距離と、第1屈曲部95b,95d間の距離とが異なるなど、複数の第1屈曲部95の各々の対向する距離が一定でないような場合には、各々の対向する距離の平均値を距離X1とする。距離X2についても同様とする。また、図5のヒータ72Cでは、第1屈曲部95及び第2屈曲部96のいずれにも含まれない屈曲部91a〜91fについても、互いに対向する距離は距離X2(=距離X1)に等しいものとした。距離X1,X2は、例えば、それぞれ0.2mm以上1.0mm未満としてもよい。   Further, the heat generating portion 76 includes a first bent portion 95, a second bent portion 96, and a third bent portion 97 as a part of the bent portion 91. Here, the 1st bending part 95 is the bending part 91 (folding part) which exists in the highest temperature area | region (1st area | region 90a), and the vertex of folding | turning mutually opposes in the left-right direction. That is, the first bent portions 95 are four bent portions 91 including first bent portions 95a and 95c and first bent portions 95b and 95d that face each other in the first region 90a. The second bent portion 96 is a bent portion 91 (folded portion) that exists in the rough area 89 and whose vertices of folding are opposed to each other in the left-right direction. That is, the second bent portion 96 includes second bent portions 96a and 96d facing each other in the second region 90b, second bent portions 96b and 96e facing each other in the fourth region 90d, and the second bent portion 96c. , 96f and six bent portions 91. The third bent portion 97 is a bent portion 91 (folded portion) that exists in the highest temperature region (first region 90 a) and that exists outside in the short direction (left-right direction) than the first bent portion 95. is there. That is, the third bent portion 97 includes three bent portions 91 existing in the first region 90a in the left outer bent portion 92b, and three bent portions present in the first region 90a in the right outer bent portion 92d. 91, and six bent portions 91. It should be noted that the bent portion 91 spanning the dense region 88 and the rough region 89 (overlapping both the dense region 88 and the rough region 89) is the first bent portion 95 and the second bent portion 96. It shall not be included in any of the above. That is, the bent portions 91a and 91d extending over the first and second regions 90a and 90b, the bent portions 91b and 91e extending over the second and third regions 90b and 90c, and the bent extending over the third and fourth regions 90c and 90d. The portions 91 c and 91 f are not included in the first bent portion 95 or the second bent portion 96. On the other hand, with respect to the third bent portion 97, the bent portion 91 extending over the highest temperature region (first region 90 a) and the other regions is also shorter than the first bent portion 95 (in the left-right direction). The bent portion 91 existing outside is included in the third bent portion 97. In the heater 72 </ b> C of FIG. 5, the distance X <b> 1 [mm] between the first bent portions 95 existing in the highest temperature region (first region 90 a) in the dense region 88 exists in the rough region 89. It is equal to the distance X2 [mm] between the second bent portions 96. However, the heater 72C is not limited to the case of X1 = X2, and may be X1> X2 or X1 <X2. In the heater 72C of FIG. 5, the distance between the first bent portions 95a and 95c and the distance between the first bent portions 95b and 95d are both equal (= distance X1). Similarly, the distance between the second bent portions 96a and 96d, the distance between the second bent portions 96b and 96e, and the distance between the second bent portions 96c and 96f are all equal (= distance X2). . However, when the distance between the first bent portions 95 is not constant, for example, the distance between the first bent portions 95a and 95c is different from the distance between the first bent portions 95b and 95d. The distance X1 is the average value of the distances facing each other. The same applies to the distance X2. Further, in the heater 72C of FIG. 5, the distance between the bent portions 91a to 91f not included in any of the first bent portion 95 and the second bent portion 96 is equal to the distance X2 (= distance X1). It was. The distances X1 and X2 may be, for example, 0.2 mm or more and less than 1.0 mm, respectively.

この変形例のヒータ72Cでは、第1屈曲部95の幅Wa1[mm]が直線部78の幅W2よりも大きくなっていることで第1屈曲部95の単位長さ当たりの抵抗値を変化させている。この変形例のヒータ72Cでは、700℃以上900℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度において、第1屈曲部95の単位長さあたりの抵抗値である単位抵抗値Ra1[μΩ/mm]が、直線部78の単位長さあたりの抵抗値である単位抵抗値R2[μΩ/mm]よりも低くなっている。換言すると、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比Ra1/R2が値1未満となっている。こうすることで、700℃〜900℃の少なくともいずれかの温度において、第1屈曲部95は直線部78と比べて発熱密度(単位長さあたりの発熱量)が小さくなる。詳細は後述するが、このように単位抵抗値Ra1が単位抵抗値R2よりも低い(すなわち単位抵抗値比Ra1/R2が値1未満)ことで、最高温度領域(第1領域90a)内で高温になりやすい第1屈曲部95の温度上昇を抑制でき、屈曲部91の中でも特に劣化しやすい第1屈曲部95の劣化を抑制できる。なお、図5のヒータ72Cでは、第1屈曲部95以外の屈曲部91(第3屈曲部97も含む)については、各領域内において直線部78と断面積(太さ及び線幅)が同じであり、単位長さあたりの抵抗値も同じとした。ただし、上述した実施形態で説明したように単位抵抗値R1及び単位抵抗値R2は、それぞれ屈曲部91及び直線部78の単位長さあたりの抵抗値の平均値である。そのため、図5のヒータ72Cにおいても、第1屈曲部95の単位抵抗値Ra1が直線部78の単位抵抗値R2より低いことで、R1<R2(単位抵抗値比R1/R2が値1未満)を満たしている。   In the heater 72C of this modified example, the resistance value per unit length of the first bent portion 95 is changed because the width Wa1 [mm] of the first bent portion 95 is larger than the width W2 of the linear portion 78. ing. In the heater 72C of this modified example, the unit resistance value Ra1 [μΩ / mm], which is the resistance value per unit length of the first bent portion 95, is at least in the temperature range of 700 ° C. or more and 900 ° C. or less. The unit resistance value R2 [μΩ / mm], which is the resistance value per unit length of the linear portion 78, is lower. In other words, the unit resistance value ratio Ra1 / R2 at a temperature in at least one of the above temperature ranges is less than 1. By doing so, the heat generation density (heat generation amount per unit length) of the first bent portion 95 is smaller than that of the straight portion 78 at at least one of the temperatures of 700 ° C. to 900 ° C. Although details will be described later, since the unit resistance value Ra1 is lower than the unit resistance value R2 (that is, the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is less than 1), the temperature is high in the maximum temperature region (first region 90a). It is possible to suppress the temperature rise of the first bent portion 95 that is likely to become low, and it is possible to suppress the deterioration of the first bent portion 95 that is particularly easily deteriorated among the bent portions 91. In the heater 72C of FIG. 5, the bending portion 91 (including the third bending portion 97) other than the first bending portion 95 has the same cross-sectional area (thickness and line width) as the linear portion 78 in each region. The resistance value per unit length is also the same. However, as described in the above-described embodiment, the unit resistance value R1 and the unit resistance value R2 are average values of resistance values per unit length of the bent portion 91 and the straight portion 78, respectively. Therefore, also in the heater 72C of FIG. 5, the unit resistance value Ra1 of the first bent portion 95 is lower than the unit resistance value R2 of the linear portion 78, so that R1 <R2 (unit resistance value ratio R1 / R2 is less than 1). Meet.

なお、単位抵抗値Ra1は、第1屈曲部95の単位長さあたりの抵抗値の平均値とする。そのため、第1屈曲部95の一部に直線部78よりも単位長さあたりの抵抗値が高い部分がある場合でも、全体として第1屈曲部95の方が単位長さあたりの抵抗値が低ければよい。ただし、いずれの第1屈曲部95のいずれの部分においても単位長さあたりの抵抗値が単位抵抗値R2より低いことが好ましい。また、発熱部76は、上記の温度範囲のいずれの温度においても単位抵抗値比Ra1/R2が値1未満であることが好ましい。また、発熱部76は、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比Ra1/R2が、値0.87以下であることが好ましく、値0.80以下であることがより好ましい。また、上記の温度範囲のいずれの温度においても、単位抵抗値比Ra1/R2は値0.5以上としてもよい。また、図5のヒータ72Cでは、帯状のヒータ72Cの第1屈曲部95の幅Wa1を直線部78の幅W2よりも大きくする(太くする)ことで、第1屈曲部95の断面積Sa1[mm2]を直線部78の断面積S2よりも大きく(断面積比S2/Sa1が値1未満)し、これにより単位抵抗値比Ra1/R2を値1未満としている。断面積Sa1は、第1屈曲部95の各々の長さ方向に垂直な断面積である。断面積比S2/Sa1を調整して単位抵抗値比Ra1/R2を値1未満とすることで、700℃以上900℃以下の温度範囲のいずれにおいても、単位抵抗値比Ra1/R2が値1未満となる。断面積比S2/Sa1は、値0.87以下が好ましく、値0.80以下がより好ましい。なお、図5のヒータ72Cでは、幅Wa1を幅W2より大きくすることで断面積比S2/Sa1を調整しているが、幅Wa1を幅W2より大きくするか、又は第1屈曲部95の厚さDa1を直線部78の厚さD2より大きくするか、の少なくとも一方により断面積比S2/Sa1を調整すればよい。断面積Sa1の値も、単位抵抗値Ra1と同様に第1屈曲部95の平均値とする。第1屈曲部95は、直線部78との接続部分では直線部78(及び第3屈曲部97)と同じ断面積となり、直線部78から離れた位置ほど断面積が大きく(ここでは幅Wa1が大きく)なるような形状とした。すなわち、複数の第1屈曲部95の各々は、前後の中央部分の断面(例えば第1屈曲部95a,95bであれば右方に最も突出した部分を通る断面)の断面積が最も大きくなるような形状とした。なお、第1屈曲部95と直線部78との接続部分に段差が生じるようにして、第1屈曲部95の断面積がどの部分でも同じ値(=断面積Sa1)となるようにしてもよい。また、断面積比S2/Sa1は値0.5以上としてもよい。幅Wa1は、0.05mm以上1.5mm以下としてもよい。厚さDa1は、0.003mm以上0.1mm以下としてもよい。 The unit resistance value Ra1 is an average value of resistance values per unit length of the first bent portion 95. Therefore, even when a part of the first bent portion 95 has a higher resistance value per unit length than the straight portion 78, the first bent portion 95 as a whole has a lower resistance value per unit length. That's fine. However, it is preferable that the resistance value per unit length is lower than the unit resistance value R2 in any part of any of the first bent portions 95. Moreover, it is preferable that the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is less than 1 at any temperature in the above temperature range. Further, in the heat generating portion 76, the unit resistance value ratio Ra1 / R2 at at least one temperature in the above temperature range is preferably a value of 0.87 or less, and more preferably a value of 0.80 or less. Further, at any temperature within the above temperature range, the unit resistance value ratio Ra1 / R2 may be 0.5 or more. Further, in the heater 72C of FIG. 5, the width Wa1 of the first bent portion 95 of the belt-like heater 72C is made larger (thicker) than the width W2 of the linear portion 78, whereby the cross-sectional area Sa1 [ mm 2 ] is larger than the cross-sectional area S2 of the straight portion 78 (the cross-sectional area ratio S2 / Sa1 is less than 1), and thereby the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is less than 1. The cross-sectional area Sa1 is a cross-sectional area perpendicular to the length direction of each of the first bent portions 95. By adjusting the cross-sectional area ratio S2 / Sa1 so that the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is less than 1, the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is 1 in any temperature range from 700 ° C. to 900 ° C. Less than. The cross-sectional area ratio S2 / Sa1 is preferably 0.87 or less, and more preferably 0.80 or less. In the heater 72C of FIG. 5, the cross-sectional area ratio S2 / Sa1 is adjusted by making the width Wa1 larger than the width W2. However, the width Wa1 is made larger than the width W2 or the thickness of the first bent portion 95 is increased. The cross-sectional area ratio S2 / Sa1 may be adjusted by making the length Da1 larger than the thickness D2 of the linear portion 78 or by at least one of them. The value of the cross-sectional area Sa1 is also the average value of the first bent portion 95, similarly to the unit resistance value Ra1. The first bent portion 95 has the same cross-sectional area as that of the straight portion 78 (and the third bent portion 97) at the connection portion with the straight portion 78, and the cross-sectional area is larger at a position away from the straight portion 78 (here, the width Wa1 is smaller). (Large). That is, each of the plurality of first bent portions 95 has the largest cross-sectional area of the cross section of the front and rear central portions (for example, the cross section passing through the most protruding portion to the right in the case of the first bent portions 95a and 95b). Shape. It should be noted that a step may be formed at the connection portion between the first bent portion 95 and the straight portion 78 so that the cross-sectional area of the first bent portion 95 is the same value (= cross-sectional area Sa1) in any portion. . The cross-sectional area ratio S2 / Sa1 may be 0.5 or more. The width Wa1 may be 0.05 mm or more and 1.5 mm or less. Thickness Da1 is good also as 0.003 mm or more and 0.1 mm or less.

こうして構成された変形例のヒータ72Cを備えたガスセンサ100では、発熱部76の折り返しのピッチの粗密が調整されていることで、使用時(発熱部76の発熱時)に、上述した各電極の温度は温度Tp>温度Tq>温度Tmとなる。ここで、内側ポンプ電極22の周辺は、主ポンプセル21による第1内部空所20内の酸素濃度の調整前の被測定ガスがガス導入口10側から流入するため、酸素濃度が高い。そのため、主ポンプセル21が多量の酸素を汲み出せるように、温度Tpを温度Tq,Tmよりも高温にして、内側ポンプ電極22及びその周辺の固体電解質層をより活性化させている。一方、補助ポンプ電極51及び測定電極44の周辺は、内側ポンプ電極22の周辺と比較すると酸素濃度が低い。そのため、例えば被測定ガス中の水や二酸化炭素の還元などにより水素や一酸化炭素が生じる場合があり、これらがNOx中の酸素と化学反応してしまい測定精度が低下する場合がある。そして、このような特定ガス(NOx)以外の成分の還元は、高温になるほど生じやすい。そのため、温度Tq,Tmを温度Tpより低くすることで、このような測定精度の低下を抑制できるようにしている。   In the gas sensor 100 including the heater 72C of the modified example configured as described above, the roughness of the turn-back pitch of the heat generating portion 76 is adjusted, so that each electrode described above can be used during use (when the heat generating portion 76 generates heat). The temperature is Tp> temperature Tq> temperature Tm. Here, in the vicinity of the inner pump electrode 22, the gas to be measured before the adjustment of the oxygen concentration in the first internal space 20 by the main pump cell 21 flows in from the gas inlet 10 side, so that the oxygen concentration is high. Therefore, the inner pump electrode 22 and the surrounding solid electrolyte layer are more activated by setting the temperature Tp higher than the temperatures Tq and Tm so that the main pump cell 21 can pump a large amount of oxygen. On the other hand, the oxygen concentration around the auxiliary pump electrode 51 and the measurement electrode 44 is lower than that around the inner pump electrode 22. Therefore, for example, hydrogen or carbon monoxide may be generated due to reduction of water or carbon dioxide in the gas to be measured, and these may chemically react with oxygen in NOx, resulting in a decrease in measurement accuracy. Such reduction of components other than the specific gas (NOx) is likely to occur as the temperature increases. Therefore, such a decrease in measurement accuracy can be suppressed by making the temperatures Tq and Tm lower than the temperature Tp.

このように、変形例のヒータ72Cを備えたヒータ部70では、センサ素子101の前後方向については密な領域88及び粗な領域89(第1〜第4領域90a〜90d)を設けることで意図的に温度分布を生じさせている。これとは別に、第1〜第4領域90a〜90dの各々の領域の中でも、温度分布が生じる場合がある。例えば、一般的に、発熱部76の温度は、左内側屈曲部92a及び右内側屈曲部92cの方が左外側屈曲部92b及び右外側屈曲部92dよりも高温になりやすい。互いに対向する左内側屈曲部92a及び右内側屈曲部92c間で熱伝達が生じることや、左内側屈曲部92a及び右内側屈曲部92cの方が左外側屈曲部92b及び右外側屈曲部92dよりもセンサ素子101の左右の内側に位置することなどが理由である。そのため、一般的に、左内側屈曲部92a及び右内側屈曲部92cのうち特に第1屈曲部95は、最高温度領域(第1領域90a)内でさらに局所的に高温になりやすい。すなわち、屈曲部91の中でも第1屈曲部95は特に高温になりやすく、劣化しやすい。一方、直線部78は、第1屈曲部95と比べると高温になりにくい。変形例のヒータ72Cでは、第1屈曲部95が、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が直線部78と比べて低くなっている(単位抵抗値比Ra1/R2が値1未満)。そのため、ヒータ72Cの最高温度領域(第1領域90a)内の局所的な加熱をより低減できる。すなわち、高温になりやすい第1屈曲部95の温度上昇をより抑制できる。これにより、屈曲部91の中でも特に劣化しやすい第1屈曲部95の劣化を抑制できる。また、劣化による断線等が生じやすい第1屈曲部95の寿命が長くなることで、ヒータ72C全体としての寿命も長くなる。図6は、発熱部76の最高温度領域(第1領域90a)周辺の左右方向に沿った温度分布の概念図である。図6の右側は、図5のうち第1領域90aの周辺を示した図であり、図6の左側は、図6の右側に示したB−B線に沿った第3基板層3(図1参照)の上面の温度分布のグラフである。図6のグラフに示すように、単位抵抗値Ra1=単位抵抗値R2である場合(グラフの太破線)には、第1屈曲部95周辺すなわちセンサ素子101の左右の中央部分が局所的に加熱されて高温になりやすい。一方、変形例のヒータ72Cのように単位抵抗値Ra1が単位抵抗値R2より低い場合(グラフの太実線)には、第1屈曲部95周辺の温度低下が他の部分の温度低下よりも大きくなり、局所的な加熱が低減される。   Thus, in the heater part 70 provided with the heater 72C of the modified example, the dense region 88 and the rough region 89 (first to fourth regions 90a to 90d) are provided in the front-rear direction of the sensor element 101. Temperature distribution is generated. Apart from this, a temperature distribution may occur in each of the first to fourth regions 90a to 90d. For example, in general, the temperature of the heat generating portion 76 is likely to be higher in the left inner bent portion 92a and the right inner bent portion 92c than in the left outer bent portion 92b and the right outer bent portion 92d. Heat transfer occurs between the left inner bent portion 92a and the right inner bent portion 92c facing each other, and the left inner bent portion 92a and the right inner bent portion 92c are more than the left outer bent portion 92b and the right outer bent portion 92d. This is because the sensor element 101 is positioned on the left and right sides of the sensor element 101. Therefore, in general, the first bent portion 95 among the left inner bent portion 92a and the right inner bent portion 92c is likely to become locally higher in the highest temperature region (first region 90a). That is, among the bent portions 91, the first bent portion 95 is particularly likely to have a high temperature and easily deteriorates. On the other hand, the straight portion 78 is less likely to be hot than the first bent portion 95. In the heater 72C of the modified example, the resistance value per unit length of the first bent portion 95 at a temperature in at least one of the above temperature ranges is lower than that of the straight portion 78 (unit resistance value ratio Ra1 / R2 is less than 1). Therefore, local heating in the maximum temperature region (first region 90a) of the heater 72C can be further reduced. That is, the temperature rise of the 1st bending part 95 which tends to become high temperature can be suppressed more. Thereby, deterioration of the 1st bending part 95 which is easy to deteriorate among the bending parts 91 can be suppressed. In addition, the life of the first bent portion 95 that is likely to cause disconnection or the like due to deterioration becomes longer, so that the life of the heater 72C as a whole also becomes longer. FIG. 6 is a conceptual diagram of a temperature distribution along the left-right direction around the maximum temperature region (first region 90a) of the heat generating portion 76. The right side of FIG. 6 is a view showing the periphery of the first region 90a in FIG. 5, and the left side of FIG. 6 is the third substrate layer 3 along the line BB shown on the right side of FIG. 1) is a graph of the temperature distribution on the upper surface. As shown in the graph of FIG. 6, when the unit resistance value Ra1 = unit resistance value R2 (thick broken line in the graph), the vicinity of the first bent portion 95, that is, the left and right central portions of the sensor element 101 are locally heated. It tends to be hot. On the other hand, when the unit resistance value Ra1 is lower than the unit resistance value R2 (thick solid line in the graph) as in the heater 72C of the modified example, the temperature decrease around the first bent portion 95 is larger than the temperature decrease in other portions. And local heating is reduced.

なお、図5のヒータ72Cでは、断面積比S2/Sa1を値1未満としたが、第1屈曲部95及び直線部78の体積抵抗率を調整することで単位抵抗値比Ra1/R2を値1未満にしてもよい。例えば、700℃〜900℃の少なくともいずれかの温度において、第1屈曲部95の体積抵抗率ρa1[μΩ・cm]と直線部78の体積抵抗率ρ2との比である体積抵抗率比ρa1/ρ2が値1未満であってもよい。こうしても、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比Ra1/R2を値1未満とすることができる。上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度において体積抵抗率比ρa1/ρ2は値0.87以下であることが好ましく、値0.80以下であることがより好ましい。なお、体積抵抗率ρa1と体積抵抗率ρ2との調整は、上述した体積抵抗率ρ1と体積抵抗率ρ2との調整と同様にして行うことができる。なお、体積抵抗率ρa1の値も、単位抵抗値Ra1と同様に第1屈曲部95の平均値とする。また、上記の温度範囲のいずれの温度においても、体積抵抗率比ρa1/ρ2は値0.5以上としてもよい。   In the heater 72C of FIG. 5, the cross-sectional area ratio S2 / Sa1 is less than 1, but the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is adjusted by adjusting the volume resistivity of the first bent portion 95 and the straight portion 78. It may be less than 1. For example, at a temperature of at least one of 700 ° C. to 900 ° C., the volume resistivity ratio ρa1 / which is the ratio of the volume resistivity ρa1 [μΩ · cm] of the first bent portion 95 to the volume resistivity ρ2 of the linear portion 78. ρ2 may be less than 1. Even in this case, the unit resistance value ratio Ra1 / R2 at at least one temperature in the above temperature range can be less than 1. The volume resistivity ratio ρa1 / ρ2 is preferably a value of 0.87 or less, more preferably a value of 0.80 or less, at least in any of the above temperature ranges. The volume resistivity ρa1 and the volume resistivity ρ2 can be adjusted in the same manner as the volume resistivity ρ1 and the volume resistivity ρ2 described above. Note that the value of the volume resistivity ρa1 is also the average value of the first bent portions 95, similarly to the unit resistance value Ra1. Further, at any temperature in the above temperature range, the volume resistivity ratio ρa1 / ρ2 may be a value of 0.5 or more.

また、図5のヒータ72Cでは、第1屈曲部95の幅Wa1が第3屈曲部97の幅Wa3[mm]よりも大きくなっている。これにより、ヒータ72Cは、700℃〜900℃の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比Ra1/Ra3が値1未満となっている。ここで、単位抵抗値Ra3[μΩ/mm]は、第3屈曲部97の単位長さあたりの抵抗値である。このように、第1屈曲部95が、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が第3屈曲部97と比べて低いことによっても、第1屈曲部95の劣化を抑制できる。一般的に、第1屈曲部95は、上述したように最高温度領域(第1領域90a)の中で局所的に高温になりやすく、劣化しやすい。一方、第3屈曲部97は、第1屈曲部よりもヒータ部70の外側に位置することから、第1屈曲部95と比べると高温になりにくい。そのため、単位抵抗値比Ra1/Ra3を値1未満とすることで、最高温度領域(第1領域90a)内の局所的な加熱をより低減できる。すなわち、高温になりやすい第1屈曲部95の温度上昇をより抑制できる。これにより、単位抵抗値比Ra1/R2を値1未満とする場合と同様に、屈曲部91の中でも特に劣化しやすい第1屈曲部95の劣化を抑制でき、ヒータ72C全体としての寿命も長くなる。なお、単位抵抗値Ra3は、第3屈曲部97の単位長さあたりの抵抗値の平均値とする。また、図5のヒータ72Cでは、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度において、単位抵抗値比Ra1/R2が値1未満であることと、単位抵抗値比Ra1/Ra3が値1未満であることと、を共に満たしているが、両者の少なくとも一方を満たしていれば、第1屈曲部95の劣化を抑制する効果は得られる。例えば、複数の屈曲部91のいずれについても、第1領域90a〜第4領域90dの同じ領域内の直線部78よりも単位長さあたりの抵抗値を同じように低くした場合、単位抵抗値比Ra1/R2は値1未満になり且つ単位抵抗値比Ra1/Ra3は値1となる(第1屈曲部95及び第3屈曲部97の単位抵抗値が同じ)こともありうる。そのような場合でも、単位抵抗値比Ra1/R2が値1である場合と比べて第1屈曲部95の劣化を抑制する効果は得られる。   Further, in the heater 72C of FIG. 5, the width Wa1 of the first bent portion 95 is larger than the width Wa3 [mm] of the third bent portion 97. Thereby, as for the heater 72C, unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 in the temperature of at least any one of 700 to 900 degreeC is less than the value 1. Here, the unit resistance value Ra3 [μΩ / mm] is a resistance value per unit length of the third bent portion 97. As described above, the first bent portion 95 is deteriorated even when the resistance value per unit length at a temperature in at least one of the above temperature ranges is lower than that of the third bent portion 97. Can be suppressed. In general, as described above, the first bent portion 95 is likely to be locally high in the maximum temperature region (the first region 90a) and is likely to deteriorate. On the other hand, the third bent portion 97 is located on the outer side of the heater portion 70 with respect to the first bent portion. Therefore, by setting the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 to a value less than 1, local heating in the maximum temperature region (first region 90a) can be further reduced. That is, the temperature rise of the 1st bending part 95 which tends to become high temperature can be suppressed more. As a result, as in the case where the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is less than 1, it is possible to suppress the deterioration of the first bent portion 95 that is particularly easily deteriorated among the bent portions 91, and the life of the heater 72C as a whole is also extended. . The unit resistance value Ra3 is an average value of resistance values per unit length of the third bent portion 97. Further, in the heater 72C of FIG. 5, the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is less than a value 1 and the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 is less than a value 1 at least in any one of the temperatures described above. However, if at least one of the two is satisfied, an effect of suppressing the deterioration of the first bent portion 95 can be obtained. For example, in any of the plurality of bent portions 91, when the resistance value per unit length is made to be lower than that of the straight portion 78 in the same region of the first region 90a to the fourth region 90d, the unit resistance value ratio Ra1 / R2 may be less than 1 and the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 may be 1 (the unit resistance values of the first bent portion 95 and the third bent portion 97 are the same). Even in such a case, the effect of suppressing the deterioration of the first bent portion 95 can be obtained as compared with the case where the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is 1.

なお、単位抵抗値比Ra1/R2を値1未満とする場合と同様に、単位抵抗値比Ra1/Ra3を値1未満とする場合には、例えば、第1屈曲部95の断面積Sa1を第3屈曲部97の断面積Sa3[mm2]よりも大きく(断面積比Sa3/Sa1が値1未満)すればよい。断面積比Sa3/Sa1を値1未満とする場合には、第1屈曲部95の幅Wa1を第3屈曲部97の幅Wa3より大きくするか、又は第1屈曲部95の厚さDa1を第3屈曲部97の厚さDa3より大きくするか、の少なくとも一方を行えばよい。あるいは、上述した温度範囲の少なくともいずれかの温度において、第1屈曲部95の体積抵抗率ρa1と第3屈曲部97の体積抵抗率ρa3[μΩ・cm]との比である体積抵抗率比ρa1/ρa3を値1未満とすることで、単位抵抗値比Ra1/Ra3を値1未満としてもよい。断面積Sa3の値や体積抵抗率ρa3の値も、上述した単位抵抗値Ra3と同様に第3屈曲部97の平均値とする。図5のヒータ72Cでは、第3屈曲部97の断面積は、どの部分でも同じ値(=断面積Sa3)とした。 Similarly to the case where the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is less than 1, when the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 is less than 1, the cross-sectional area Sa1 of the first bent portion 95 is set to, for example, What is necessary is just to make it larger than the cross-sectional area Sa3 [mm < 2 >] of the 3 bending part 97 (cross-sectional area ratio Sa3 / Sa1 is less than 1). When the cross-sectional area ratio Sa3 / Sa1 is less than 1, the width Wa1 of the first bent portion 95 is made larger than the width Wa3 of the third bent portion 97, or the thickness Da1 of the first bent portion 95 is set to the first value. It is sufficient that at least one of the thicknesses Da3 of the three bent portions 97 is made larger. Alternatively, the volume resistivity ratio ρa1 which is the ratio of the volume resistivity ρa1 of the first bent portion 95 and the volume resistivity ρa3 [μΩ · cm] of the third bent portion 97 at least in one of the above temperature ranges. By making / ρa3 less than 1, the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 may be less than 1. The value of the cross-sectional area Sa3 and the value of the volume resistivity ρa3 are also set to the average value of the third bent portion 97, like the unit resistance value Ra3 described above. In the heater 72C of FIG. 5, the cross-sectional area of the third bent portion 97 is the same value (= cross-sectional area Sa3) in any part.

単位抵抗値比Ra1/Ra3,断面積比Sa3/Sa1,体積抵抗率比ρa1/ρa3の好ましい態様や値(数値範囲)については、単位抵抗値比Ra1/R2を値1未満とする場合において説明したものと同様の態様や値(数値範囲)を適用することができる。例えば、第1屈曲部95の一部に第3屈曲部97よりも単位長さあたりの抵抗値が高い部分がある場合でも、全体として第1屈曲部95の方が単位長さあたりの抵抗値が低ければよい。また、いずれの第1屈曲部95のいずれの部分においても単位長さあたりの抵抗値が単位抵抗値Ra3より低いことが好ましい。また、発熱部76は、上記の温度範囲のいずれの温度においても単位抵抗値比Ra1/Ra3が値1未満であることが好ましい。また、発熱部76は、上記の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比Ra1/Ra3が、値0.87以下であることが好ましく、値0.80以下であることがより好ましい。また、上記の温度範囲のいずれの温度においても、単位抵抗値比Ra1/Ra3は値0.5以上としてもよい。断面積比Sa3/Sa1,体積抵抗率比ρa1/ρa3についても同様である。幅Wa3は、0.05mm以上1.5mm以下としてもよい。厚さDa3は、0.003mm以上0.1mm以下としてもよい。   Preferred modes and values (numerical ranges) of the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3, the cross-sectional area ratio Sa3 / Sa1, and the volume resistivity ratio ρa1 / ρa3 will be described when the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is less than 1. The same aspect and value (numerical range) as those described above can be applied. For example, even when a part of the first bent portion 95 has a portion with a higher resistance value per unit length than the third bent portion 97, the first bent portion 95 as a whole has a resistance value per unit length. Should be low. In any part of any first bent portion 95, the resistance value per unit length is preferably lower than the unit resistance value Ra3. Further, it is preferable that the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 is less than 1 at any temperature in the above temperature range. Further, in the heat generating portion 76, the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 at least in any of the above temperature ranges is preferably 0.87 or less, and more preferably 0.80 or less. The unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 may be 0.5 or more at any temperature in the above temperature range. The same applies to the cross-sectional area ratio Sa3 / Sa1 and the volume resistivity ratio ρa1 / ρa3. The width Wa3 may be 0.05 mm or more and 1.5 mm or less. Thickness Da3 is good also as 0.003 mm or more and 0.1 mm or less.

なお、上述したように、図5のヒータ72Cでは、第1屈曲部95以外の屈曲部91(第3屈曲部97も含む)については、各領域内において直線部78と断面積(太さ及び線幅)が同じであり、単位長さあたりの抵抗値も同じとした。ただし、第1屈曲部95以外の屈曲部91についても単位長さあたりの抵抗値が単位抵抗値R2より低くなるようにする(例えば屈曲部91を直線部78よりも太くする)ことが好ましい。こうすれば、第1屈曲部95以外の屈曲部91についても劣化を抑制できる。また、第1屈曲部95以外の屈曲部91(第3屈曲部97も含む)について単位長さあたりの抵抗値が単位抵抗値R2より低くなるようにしつつ(例えば直線部78よりも太くする)、第1屈曲部95については第3屈曲部97よりもさらに単位長さあたりの抵抗値が低くなるように(例えば第3屈曲部97よりも太くする)してもよい。こうすれば、屈曲部91全体の劣化を抑制しつつ、最高温度領域(第1領域90a)内の局所的な加熱を抑制して、第1屈曲部95については劣化をより抑制できる。   As described above, in the heater 72C of FIG. 5, the bending portion 91 (including the third bending portion 97) other than the first bending portion 95 has a straight portion 78 and a cross-sectional area (thickness and thickness) in each region. The line width is the same, and the resistance value per unit length is also the same. However, it is preferable that the bending portion 91 other than the first bending portion 95 has a resistance value per unit length lower than the unit resistance value R2 (for example, the bending portion 91 is thicker than the straight portion 78). By so doing, the deterioration of the bent portions 91 other than the first bent portion 95 can also be suppressed. Further, the resistance value per unit length of the bent portion 91 (including the third bent portion 97) other than the first bent portion 95 is made lower than the unit resistance value R2 (for example, thicker than the straight portion 78). The first bent portion 95 may have a lower resistance value per unit length than the third bent portion 97 (eg, thicker than the third bent portion 97). If it carries out like this, local heating in the highest temperature area | region (1st area | region 90a) will be suppressed, suppressing deterioration of the whole bending part 91, and deterioration about the 1st bending part 95 can be suppressed more.

なお、上述した実施形態における単位抵抗値比R1/R2を値1未満とする場合と同様に、図5のヒータ72Cにおいて単位抵抗値比Ra1/R2を値1未満とする場合には、断面積比S2/Sa1を値1未満とすることと、体積抵抗率比ρa1/ρ2を値1未満とすることと、を組み合わせてもよい。同様に、図5のヒータ72Cにおいて単位抵抗値比Ra1/Ra3を値1未満とする場合には、断面積比Sa3/Sa1を値1未満とすることと、体積抵抗率比ρa1/ρa3を値1未満とすることと、を組み合わせてもよい。また、単位抵抗値Ra1と単位抵抗値R2との関係と同様に、単位抵抗値Ra1は、最高温度領域(第1領域90a)内に存在し第1屈曲部95の直近の直線部78(図5では8個の直線部78)の単位長さあたりの抵抗値である単位抵抗値Ra4[μΩ/mm]よりも低くてもよい。なお、第1屈曲部95の直近の直線部78とは、第1屈曲部95に直接接続されている直線部78を意味する。なお、単位抵抗値比Ra1/R2を値1未満とすることに代えて単位抵抗値比Ra1/Ra4を値1未満としてもよいし、単位抵抗値比Ra1/R2を値1未満とすることに加えて、単位抵抗値比Ra1/Ra4を値1未満としてもよい。   Similarly to the case where the unit resistance value ratio R1 / R2 is less than 1 in the above-described embodiment, when the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is less than 1 in the heater 72C of FIG. The ratio S2 / Sa1 may be less than 1 and the volume resistivity ratio ρa1 / ρ2 may be less than 1. Similarly, when the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 is less than 1 in the heater 72C of FIG. 5, the cross-sectional area ratio Sa3 / Sa1 is less than 1 and the volume resistivity ratio ρa1 / ρa3 is a value. You may combine making it less than one. Similarly to the relationship between the unit resistance value Ra1 and the unit resistance value R2, the unit resistance value Ra1 exists in the maximum temperature region (first region 90a) and is a straight portion 78 (see FIG. 5 may be lower than the unit resistance value Ra4 [μΩ / mm], which is the resistance value per unit length of the eight straight portions 78). Note that the straight portion 78 closest to the first bent portion 95 means a straight portion 78 that is directly connected to the first bent portion 95. Instead of setting the unit resistance value ratio Ra1 / R2 to less than 1, the unit resistance value ratio Ra1 / Ra4 may be set to less than 1, or the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is set to less than 1. In addition, the unit resistance value ratio Ra1 / Ra4 may be less than 1.

図5の変形例のヒータ72Cでは、発熱部76の密な領域88及び粗な領域89は、内側ポンプ電極22,補助ポンプ電極51,及び測定電極44との位置関係が図5に示したように調整されていたが、特にこれに限られない。温度Tp>温度Tq>温度Tmとなるようにした点についても、特にこれに限られない。ただし、最高温度領域(第1領域90a)の少なくとも一部が内側ポンプ電極投影領域Apと重複していることが好ましい。   In the heater 72C of the modified example of FIG. 5, the dense region 88 and the rough region 89 of the heat generating portion 76 are as shown in FIG. 5 in the positional relationship with the inner pump electrode 22, the auxiliary pump electrode 51, and the measurement electrode 44. However, the present invention is not limited to this. The point where temperature Tp> temperature Tq> temperature Tm is also not particularly limited. However, it is preferable that at least a part of the maximum temperature region (first region 90a) overlaps with the inner pump electrode projection region Ap.

図5に示したヒータ72Cのパターンと比べて屈曲部91及び直線部78の数を増減させてもよい。この場合、発熱部76は、屈曲部91として、2以上の第1屈曲部95(互いに対向する1対以上の第1屈曲部95)と、2以上の第2屈曲部96(互いに対向する1対以上の第2屈曲部96)と、を少なくとも有していればよい。単位抵抗値比Ra1/Ra3を値1未満とする場合には、発熱部76は1以上の第3屈曲部97を有していればよく、複数の第3屈曲部97を有していてもよい。また、左側発熱部76aと右側発熱部76bとは対称でなくてもよい。   The number of the bent portions 91 and the straight portions 78 may be increased or decreased as compared with the pattern of the heater 72C shown in FIG. In this case, the heat generating portion 76 includes two or more first bent portions 95 (one or more pairs of first bent portions 95 facing each other) and two or more second bent portions 96 (one facing each other) as the bent portions 91. And at least a pair of second bent portions 96). When the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 is less than 1, the heat generating portion 76 only needs to have one or more third bent portions 97, and may have a plurality of third bent portions 97. Good. Further, the left heat generating portion 76a and the right heat generating portion 76b may not be symmetrical.

密な領域88及び粗な領域89(第1〜第4領域90a〜90d)の配置についても、図5のヒータ72Cに限られない。例えば、第3領域90cのピッチP3がピッチP2,P4と等しいなど、第1領域90a以外は全て粗な領域89であってもよい。なお、このように密な領域88が1つしか存在しない場合、その領域が最高温度領域となる。また、図5のヒータ72Cでは発熱部76は密な領域88及び粗な領域89をそれぞれ2つずつ有していたが、ヒータの折り返しのピッチに粗密を設ける場合には、発熱部76は1以上の密な領域88と1以上の粗な領域89とを有していればよい。また、図5のヒータ72Cでは、密な領域88は粗な領域89と比べて線幅及び前後方向の間隔のいずれも小さくなっているが、密な領域88は粗な領域89と比べて折り返しのピッチが密(ピッチが小さい)であればよい。すなわち、密な領域88は粗な領域89と比べて線幅及び前後方向の間隔の少なくとも一方が小さくなっていればよい。   The arrangement of the dense area 88 and the coarse area 89 (first to fourth areas 90a to 90d) is not limited to the heater 72C in FIG. For example, all of the areas other than the first area 90a may be rough areas 89, such that the pitch P3 of the third area 90c is equal to the pitches P2 and P4. If there is only one dense region 88 as described above, that region becomes the maximum temperature region. Further, in the heater 72C of FIG. 5, the heat generating portion 76 has two dense regions 88 and two rough regions 89, respectively. However, when the heater is turned up and down, the heat generating portion 76 is 1 What is necessary is just to have the above dense area | region 88 and the 1 or more rough area | region 89. FIG. In the heater 72C of FIG. 5, the dense region 88 is smaller in both the line width and the front-rear direction interval than the rough region 89, but the dense region 88 is folded back compared to the rough region 89. As long as the pitch is dense (the pitch is small). That is, the dense region 88 only needs to have at least one of the line width and the front-rear direction interval smaller than that of the rough region 89.

図5のヒータ72Cでは、直線部78は長さ方向がヒータ部70の短手方向(左右方向)と平行としたが、長さ方向が短手方向に沿っていれば、平行でなくてもよい。例えば、直線部78の長さ方向が短手方向から傾斜(ただし45°未満)していてもよい。   In the heater 72C of FIG. 5, the linear portion 78 has a length direction parallel to the short direction (left and right direction) of the heater portion 70. However, if the length direction is along the short direction, the straight portion 78 may not be parallel. Good. For example, the length direction of the straight portion 78 may be inclined (but less than 45 °) from the short direction.

以下には、センサ素子を具体的に作製した例を実施例として説明する。実験例2〜9,11〜18が本発明の実施例に相当し、実験例1,10が比較例に相当する。また、実験例1Aが比較例に相当し、実験例2Aが本発明の実施例に相当する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, an example in which a sensor element is specifically manufactured will be described as an example. Experimental examples 2 to 9 and 11 to 18 correspond to examples of the present invention, and experimental examples 1 and 10 correspond to comparative examples. Experimental example 1A corresponds to a comparative example, and experimental example 2A corresponds to an example of the present invention. In addition, this invention is not limited to a following example.

[実験例1〜9]
上述した実施形態のガスセンサ100の製造方法に従って、図1,2に示したセンサ素子101を作製して実験例1〜9とした。実験例1〜9は、屈曲部77の幅W1を変えることで断面積比S2/S1を以下の表1に示すように種々変更した点以外は、同じ構成とした。センサ素子101の大きさは、前後方向の長さが67.5mm、左右方向の幅が4.25mm、上下方向の厚さが1.45mmとした。実験例1の屈曲部77の幅W1及び直線部78の幅W2はいずれも0.25mmとした。また、実験例1の屈曲部77の厚さD1及び直線部78の厚さD2はいずれも0.01mmとした。なお、センサ素子101を作製するにあたり、セラミックスグリーンシートは、安定化剤のイットリアを4mol%添加したジルコニア粒子と有機バインダーと有機溶剤とを混合し、テープ成形により成形した。ヒータ部70の発熱部76用の導電性ペーストは、以下のように調整した。アルミナ粒子を4質量%,Ptを96質量%、及び溶媒としてのアセトンを所定量加えて予備混合を行い予備混合液を得た。ポリビニルブチラール20質量%を、ブチルカルビトール80質量%に溶解させて得た有機バインダー液を、予備混合液に添加して混合した後、適宜ブチルカルビトールを添加して粘度を調整することにより、導電性ペーストを得た。なお、実験例1は、屈曲部77と直線部78とで同じ導電性ペーストを用いており、700℃〜900℃のいずれの温度においても、体積抵抗率比ρ1/ρ2は値1である。実験例2〜9についても同様である。
[Experimental Examples 1-9]
According to the manufacturing method of the gas sensor 100 of the embodiment described above, the sensor element 101 shown in FIGS. Experimental Examples 1 to 9 have the same configuration except that the cross-sectional area ratio S2 / S1 is variously changed as shown in Table 1 below by changing the width W1 of the bent portion 77. The sensor element 101 has a length in the front-rear direction of 67.5 mm, a width in the left-right direction of 4.25 mm, and a thickness in the vertical direction of 1.45 mm. The width W1 of the bent portion 77 and the width W2 of the straight portion 78 in Experimental Example 1 were both 0.25 mm. In addition, the thickness D1 of the bent portion 77 and the thickness D2 of the straight portion 78 in Experimental Example 1 were both 0.01 mm. In producing the sensor element 101, the ceramic green sheet was formed by mixing zirconia particles to which 4 mol% of a stabilizer yttria was added, an organic binder, and an organic solvent, and then forming a tape. The conductive paste for the heat generating part 76 of the heater part 70 was adjusted as follows. Preliminary mixing was performed by adding 4% by mass of alumina particles, 96% by mass of Pt, and a predetermined amount of acetone as a solvent to obtain a premixed solution. By adding and mixing the organic binder liquid obtained by dissolving 20% by mass of polyvinyl butyral in 80% by mass of butyl carbitol to the premixed solution, and adjusting the viscosity by adding butyl carbitol as appropriate. A conductive paste was obtained. In Experimental Example 1, the same conductive paste is used for the bent portion 77 and the linear portion 78, and the volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 is 1 at any temperature of 700 ° C to 900 ° C. The same applies to Experimental Examples 2 to 9.

[実験例10〜18]
体積抵抗率比ρ1/ρ2を以下の表1に示すように種々変更した点以外は実験例1と同様にして、実験例10〜18のセンサ素子101を作製した。なお、体積抵抗率比ρ1/ρ2の変更は、屈曲部77のPtの含有割合を変えることにより行った。なお、実験例10〜18の幅W1,W2及び厚さD1,D2はいずれも実験例1と同じであり、実験例10〜18の断面積比S2/S1はいずれも値1.00である。また、実験例10及び実験例1は、断面積比S2/S1の値及び体積抵抗率比ρ1/ρ2の値が同じである。
[Experimental Examples 10 to 18]
Sensor elements 101 of Experimental Examples 10 to 18 were fabricated in the same manner as Experimental Example 1 except that the volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 was variously changed as shown in Table 1 below. The volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 was changed by changing the content ratio of Pt in the bent portion 77. Note that the widths W1 and W2 and the thicknesses D1 and D2 of Experimental Examples 10 to 18 are all the same as Experimental Example 1, and the cross-sectional area ratios S2 / S1 of Experimental Examples 10 to 18 are all 1.00. . In Experimental Example 10 and Experimental Example 1, the value of the cross-sectional area ratio S2 / S1 and the value of the volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 are the same.

なお、実験例10〜18の体積抵抗率ρ1の測定は、以下のように作製したテストピースを用いて行った。まず、焼成後に第2基板層2となるセラミックスグリーンシート上に、ヒータ絶縁層74となる絶縁性ペーストを印刷した。次に、実験例10〜18の各々と同じ条件で作製した屈曲部77用の導電性ペーストを、絶縁性ペースト上に直方体形状に印刷した。その後、実験例10〜18と同じ条件で焼成して、直方体形状の発熱部を形成し、実験例10〜18の各々のテストピースを得た。そして、直方体形状の発熱部に抵抗値測定用リードを取り付けて、テストピースを電気炉で700℃〜900℃に加熱し、この状態で発熱部の抵抗値を測定した。そして、直方体形状の発熱部の長さ及び断面積と測定した抵抗値とに基づいて、体積抵抗率ρ1を算出した。体積抵抗率ρ2についても、同様にテストピースを用いて測定した抵抗値から算出した。なお、実験例10〜18の体積抵抗率比ρ1/ρ2の値は、700℃〜900℃の範囲ではほとんど変化しなかった。   In addition, the measurement of volume resistivity (rho) 1 of Experimental Examples 10-18 was performed using the test piece produced as follows. First, the insulating paste used as the heater insulating layer 74 was printed on the ceramic green sheet used as the 2nd board | substrate layer 2 after baking. Next, the conductive paste for the bent portion 77 produced under the same conditions as in each of Experimental Examples 10 to 18 was printed in a rectangular parallelepiped shape on the insulating paste. Then, it baked on the same conditions as Experimental Examples 10-18, the rectangular parallelepiped heat generating part was formed, and each test piece of Experimental Examples 10-18 was obtained. And the lead for resistance value measurement was attached to the heat generating part of the rectangular parallelepiped shape, the test piece was heated to 700 ° C. to 900 ° C. with an electric furnace, and the resistance value of the heat generating part was measured in this state. And volume resistivity (rho) 1 was computed based on the length and cross-sectional area of a rectangular parallelepiped heat-emitting part, and the measured resistance value. Similarly, the volume resistivity ρ2 was calculated from the resistance value measured using a test piece. In addition, the value of volume resistivity ratio (rho) 1 / (rho) 2 of Experimental Examples 10-18 hardly changed in the range of 700 to 900 degreeC.

[評価試験]
実験例1〜18について、発熱部76の耐久性(寿命)を評価した。具体的には、発熱部76の温度の平均値が所定温度になるようにリード部79に電圧を印加してヒータ72に通電した。そして、その状態で2000時間以内に発熱部76に断線が生じるか否かを判定した。2000時間を超えて断線が生じなかった場合を「A(優,実用レベル以上)」とし、1000時間を超えて2000時間以内に断線が生じた場合を「B(良,実用レベル)」とし、1000時間以内に断線が生じた場合を「C(不可,実用レベル未満)」とした。発熱部76の平均温度を700℃,750℃,800℃,850℃,900℃とした場合について、それぞれ発熱部76の耐久性を評価した。発熱部76の温度の調整は、リード部79に印加する電圧を変えることで行った。また、発熱部76の温度は、センサ素子101の下面の温度を放射温度計により測定することで、間接的に測定した。評価試験の結果を表1に示す。表1には、各実験例の単位抵抗値比R1/R2,断面積比S2/S1,及び体積抵抗率比ρ1/ρ2の値も示した。単位抵抗値比R1/R2の値は、断面積比S2/S1と体積抵抗率比ρ1/ρ2との積として算出した。
[Evaluation test]
About Experimental Examples 1-18, durability (life) of the heat generating part 76 was evaluated. Specifically, a voltage is applied to the lead portion 79 so that the heater 72 is energized so that the average value of the temperature of the heat generating portion 76 becomes a predetermined temperature. In this state, it was determined whether or not a disconnection occurred in the heat generating portion 76 within 2000 hours. The case where disconnection did not occur after 2000 hours was designated as “A (excellent, practical level or higher)”, and the case where disconnection occurred within 2000 hours after 1000 hours was designated as “B (good, practical level)”. The case where disconnection occurred within 1000 hours was defined as “C (impossible, less than practical level)”. The durability of the heat generating portion 76 was evaluated for each case where the average temperature of the heat generating portion 76 was 700 ° C., 750 ° C., 800 ° C., 850 ° C., and 900 ° C. The temperature of the heat generating portion 76 was adjusted by changing the voltage applied to the lead portion 79. Moreover, the temperature of the heat generating part 76 was indirectly measured by measuring the temperature of the lower surface of the sensor element 101 with a radiation thermometer. The results of the evaluation test are shown in Table 1. Table 1 also shows values of the unit resistance value ratio R1 / R2, the cross-sectional area ratio S2 / S1, and the volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 of each experimental example. The value of the unit resistance value ratio R1 / R2 was calculated as the product of the cross-sectional area ratio S2 / S1 and the volume resistivity ratio ρ1 / ρ2.

表1に示すように、単位抵抗値比R1/R2の値が小さいほど、発熱部76の断線が生じにくくなる傾向が見られた。単位抵抗値比R1/R2の値が小さいほど、より高い温度でも発熱部76の断線が生じにくくなる傾向が見られた。また、単位抵抗値比R1/R2が値0.87以下である実験例4〜9,13〜18では、700℃〜900℃のいずれの温度においても評価がA(優)又はB(良)であった。単位抵抗値比R1/R2が値0.80以下である実験例6〜9,15〜18では、700℃〜900℃のいずれの温度においても評価がA(優)であった。なお、評価がB(良)又はC(不可)である実験例では、いずれも屈曲部77に断線が生じていた。また、実験例1〜9と実験例10〜18との比較から、単位抵抗値比R1/R2の値が同じであれば、断面積比S2/S1を変化させた場合と体積抵抗率比ρ1/ρ2を変化させた場合とで、同じ結果が得られることがわかった。なお、屈曲部77の厚さD1を変えることで断面積比S2/S1を変化させた場合も、実験例1〜9と同じ結果になった。   As shown in Table 1, there was a tendency that the smaller the value of the unit resistance value ratio R1 / R2, the harder the disconnection of the heat generating portion 76 occurred. As the value of the unit resistance value ratio R1 / R2 is smaller, there is a tendency that disconnection of the heat generating portion 76 is less likely to occur even at a higher temperature. In Experimental Examples 4 to 9, 13 to 18, where the unit resistance value ratio R1 / R2 is 0.87 or less, the evaluation is A (excellent) or B (good) at any temperature of 700 ° C. to 900 ° C. Met. In Experimental Examples 6 to 9, 15 to 18 in which the unit resistance value ratio R1 / R2 is 0.80 or less, the evaluation was A (excellent) at any temperature of 700 ° C. to 900 ° C. In all of the experimental examples in which the evaluation was B (good) or C (impossible), the bent portion 77 was disconnected. Further, from comparison between Experimental Examples 1-9 and Experimental Examples 10-18, if the unit resistance value ratio R1 / R2 is the same, the volume resistivity ratio ρ1 is the same as when the cross-sectional area ratio S2 / S1 is changed. It was found that the same result was obtained when / ρ2 was changed. In addition, when the cross-sectional area ratio S2 / S1 was changed by changing the thickness D1 of the bent portion 77, the same results as in Experimental Examples 1 to 9 were obtained.

[実験例1A,2A]
上述した実施形態のガスセンサ100の製造方法に従って、図5に示したヒータ72Cを備えたセンサ素子101を作製して実験例1A,2Aとした。ただし、実験例1Aでは、第1屈曲部95の幅Wa1は第1領域90a内の直線部78や第3屈曲部97と同じ線幅とし、厚さも同じとした。これにより、実験例1Aでは、単位抵抗値比R1/R2を値1.00とし、単位抵抗値比Ra1/R2を値1.29とし、単位抵抗値比Ra1/Ra3を値1.00とした。なお、実験例1Aでは、発熱部76のうち密な領域88の線幅はいずれも0.26mmとし、粗な領域89の線幅はいずれも0.41mmとした(密な領域88と粗な領域89との接続部分を除く)。折り返しのピッチP1,P3はいずれも0.56mmとした。折り返しのピッチP2,P4はいずれも0.82mmとした。実験例2Aは、第1屈曲部95の幅Wa1を0.46mmとして、図5のように第1屈曲部95の線幅を太くした点以外は、実験例1Aと同様とした。これにより、実験例2Aでは、単位抵抗値比R1/R2を値0.92とし、単位抵抗値比Ra1/R2を値0.73とし、単位抵抗値比Ra1/Ra3を値0.57とした。
[Experimental examples 1A, 2A]
According to the method for manufacturing the gas sensor 100 of the embodiment described above, the sensor element 101 including the heater 72C illustrated in FIG. However, in Experimental Example 1A, the width Wa1 of the first bent portion 95 is the same line width as the straight portion 78 and the third bent portion 97 in the first region 90a, and the thickness is also the same. Thus, in Experimental Example 1A, the unit resistance value ratio R1 / R2 is set to the value 1.00, the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is set to the value 1.29, and the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 is set to the value 1.00. . In Experimental Example 1A, the line widths of the dense regions 88 in the heat generating portion 76 are all 0.26 mm, and the line widths of the coarse regions 89 are all 0.41 mm (the dense regions 88 and the coarse regions 88 are coarse). Except for the connection with the region 89). The folding pitches P1 and P3 were both 0.56 mm. The folding pitches P2 and P4 were both 0.82 mm. Experimental Example 2A was the same as Experimental Example 1A except that the width Wa1 of the first bent portion 95 was 0.46 mm and the line width of the first bent portion 95 was increased as shown in FIG. Thus, in Experimental Example 2A, the unit resistance value ratio R1 / R2 is set to a value of 0.92, the unit resistance value ratio Ra1 / R2 is set to a value of 0.73, and the unit resistance value ratio Ra1 / Ra3 is set to a value of 0.57. .

[評価試験]
実験例1A,2Aについて、ヒータ72Cの発熱時の温度及び耐久性(寿命)を評価した。具体的には、リード部79に12Wの電圧を印加してヒータ72Cに通電した。そして、電圧印加後3分以上経過し、センサ素子101の温度が安定した状態における最高温度領域(第1領域90a)の温度分布を測定した。第1領域90aの温度分布は、センサ素子101の下面のうち第1領域90aの直下の矩形の領域の温度を放射温度計により測定することで間接的に測定し、測定結果から最高温度,平均温度,最小温度,及び最高温度と平均温度との差を導出した。また、耐久性の評価として、ヒータ72Cに電圧を印加した状態で、2000時間以内に発熱部76に断線が生じるか否かを判定した。2000時間を超えて断線が生じなかった場合を「A(優,実用レベル以上)」とし、1000時間を超えて2000時間以内に断線が生じた場合を「B(良,実用レベル)」とし、1000時間以内に断線が生じた場合を「C(不可,実用レベル未満)」とした。
[Evaluation test]
For Experimental Examples 1A and 2A, the temperature and durability (lifetime) of the heater 72C during heat generation were evaluated. Specifically, a voltage of 12 W was applied to the lead portion 79 to energize the heater 72C. Then, the temperature distribution in the maximum temperature region (first region 90a) in a state where the temperature of the sensor element 101 was stable after 3 minutes or more after voltage application was measured. The temperature distribution of the first region 90a is indirectly measured by measuring the temperature of the rectangular region directly below the first region 90a of the lower surface of the sensor element 101 with a radiation thermometer. The temperature, the minimum temperature, and the difference between the maximum temperature and the average temperature were derived. Further, as an evaluation of durability, it was determined whether or not a disconnection occurred in the heat generating portion 76 within 2000 hours in a state where a voltage was applied to the heater 72C. The case where disconnection did not occur after 2000 hours was designated as “A (excellent, practical level or higher)”, and the case where disconnection occurred within 2000 hours after 1000 hours was designated as “B (good, practical level)”. The case where disconnection occurred within 1000 hours was defined as “C (impossible, less than practical level)”.

実験例1A,2Aの単位抵抗値比R1/R2,Ra1/R2,Ra1/Ra3,第1領域90aの温度分布(最高温度,平均温度,最小温度,最高温度と平均温度との差),及び耐久性の評価を、表2にまとめて示す。   Unit resistance value ratios R1 / R2, Ra1 / R2, Ra1 / Ra3 of experimental examples 1A and 2A, temperature distribution of first region 90a (maximum temperature, average temperature, minimum temperature, difference between maximum temperature and average temperature), and The durability evaluation is summarized in Table 2.

表2に示すように、単位抵抗値比R1/R2,Ra1/R2,Ra1/Ra3の値が1未満である実験例2Aは耐久性の評価がA(優)であった。一方、これらの値が1以上である実験例1Aは耐久性の評価がC(不可)であった。このことから、第1屈曲部95の単位抵抗値Ra1を小さくする(及びそれにより単位抵抗値比R1/R2,Ra1/R2,及びRa1/Ra3を小さくする)ことで、ヒータ72C全体としての寿命を延ばすことができていると考えられる。なお、実験例1Aでは、第1屈曲部95に断線が生じていた。また、実験例2Aは、実験例1Aと比べて、最高温度領域(第1領域90a)内の最高温度が低くなっており、最高温度と平均値との差も小さくなっていた。一方で、最高温度領域内の最小温度は、実験例1Aと2Aとでほとんど差はなかった。すなわち、実験例2Aでは、最高温度領域のうち第1屈曲部95の局所的な加熱を低減できていた。このことから、実験例2Aでは、特に劣化しやすい第1屈曲部95の劣化を抑制できており、これにより第1屈曲部95の劣化を抑制してヒータ72Cの寿命を長くできていると考えられる。   As shown in Table 2, in Example 2A in which the values of the unit resistance value ratios R1 / R2, Ra1 / R2, and Ra1 / Ra3 were less than 1, the evaluation of durability was A (excellent). On the other hand, in the experimental example 1A in which these values are 1 or more, the durability evaluation was C (impossible). From this, the lifetime of the heater 72C as a whole is reduced by reducing the unit resistance value Ra1 of the first bent portion 95 (and thereby reducing the unit resistance value ratios R1 / R2, Ra1 / R2, and Ra1 / Ra3). It is thought that it can be extended. In Experimental Example 1A, the first bent portion 95 was disconnected. In Experimental Example 2A, the maximum temperature in the maximum temperature region (first region 90a) was lower than in Experimental Example 1A, and the difference between the maximum temperature and the average value was also small. On the other hand, the minimum temperature in the maximum temperature region was hardly different between Experimental Examples 1A and 2A. That is, in Experimental Example 2A, local heating of the first bent portion 95 in the maximum temperature region could be reduced. Therefore, in Experimental Example 2A, it is possible to suppress the deterioration of the first bent portion 95 that is particularly easily deteriorated, thereby suppressing the deterioration of the first bent portion 95 and extending the life of the heater 72C. It is done.

1 第1基板層、2 第2基板層、3 第3基板層、4 第1固体電解質層、5 スペーサ層、6 第2固体電解質層、10 ガス導入口、11 第1拡散律速部、12 緩衝空間、13 第2拡散律速部、20 第1内部空所、21 主ポンプセル、22 内側ポンプ電極、22a 天井電極部、22b 底部電極部、23 外側ポンプ電極、24 可変電源、30 第3拡散律速部、40 第2内部空所、41 測定用ポンプセル、42 基準電極、43 基準ガス導入空間、44 測定電極、45 第4拡散律速部、46 可変電源、48 大気導入層、50 補助ポンプセル、51 補助ポンプ電極、51a 天井電極部、51b 底部電極部、52 可変電源、70 ヒータ部、71 ヒータコネクタ電極、72,72A,72B,72C ヒータ、73 スルーホール、74 ヒータ絶縁層、75 圧力放散孔、76 発熱部、76a 左側発熱部、76b 右側発熱部、77 屈曲部、77a 先端側屈曲部、77b 後端側屈曲部、78,78a 直線部、79 リード部、79a,79b 第1,第2リード、80 主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、81 補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、82 測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、83 センサセル、88 密な領域、89 粗な領域、90a〜90d 第1〜第4領域、91,91a〜91f 屈曲部、92a 左内側屈曲部、92b 左外側屈曲部、92c 右内側屈曲部、92d 右外側屈曲部、95,95a〜95d 第1屈曲部、96,96a〜96f 第2屈曲部、97 第3屈曲部、100 ガスセンサ、101 センサ素子、Am 測定電極投影領域、Ap 内側ポンプ電極投影領域、Aq 内側補助ポンプ電極投影領域。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st board | substrate layer, 2nd board | substrate layer, 3rd board | substrate layer, 4th 1st solid electrolyte layer, 5 spacer layer, 6 2nd solid electrolyte layer, 10 gas inlet, 11 1st diffusion control part, 12 buffer Space, 13 Second diffusion limiting part, 20 First internal space, 21 Main pump cell, 22 Inner pump electrode, 22a Ceiling electrode part, 22b Bottom electrode part, 23 Outer pump electrode, 24 Variable power supply, 30 Third diffusion limiting part , 40 2nd internal space, 41 Measurement pump cell, 42 Reference electrode, 43 Reference gas introduction space, 44 Measurement electrode, 45 4th diffusion control part, 46 Variable power supply, 48 Air introduction layer, 50 Auxiliary pump cell, 51 Auxiliary pump Electrode, 51a Ceiling electrode part, 51b Bottom electrode part, 52 Variable power supply, 70 Heater part, 71 Heater connector electrode, 72, 72A, 72B, 72C Heater, 73 Through hole, 74 Heater insulating layer, 75 Pressure dissipation hole, 76 Heat generating part, 76a Left heat generating part, 76b Right heat generating part, 77 Bent part, 77a Front end side bent part, 77b Rear end side bent part, 78, 78a Linear part, 79 Lead part, 79a, 79b First and second lead, 80 Main pump control oxygen partial pressure detection sensor cell, 81 Auxiliary pump control oxygen partial pressure detection sensor cell, 82 Measurement pump control oxygen partial pressure detection sensor cell, 83 Sensor cell , 88 dense region, 89 rough region, 90a to 90d first to fourth regions, 91, 91a to 91f bent portion, 92a left inner bent portion, 92b left outer bent portion, 92c right inner bent portion, 92d right outer Bent part, 95, 95a to 95d First bent part, 96, 96a to 96f Second bent part, 97 Third bent part, 100 Gas sensor, 10 Sensor element, Am measuring electrode projection area, Ap inner pumping electrode projection area, Aq inner auxiliary pumping electrode projection region.

Claims (15)

直線部と、700℃以上900℃以下の温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が前記直線部と比べて低い屈曲部と、を有する発熱体と、
前記発熱体を囲むセラミックス体と、
を備えたセラミックスヒータ。
A heating element having a linear portion and a bent portion having a resistance value per unit length at a temperature in the temperature range of 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower lower than that of the linear portion;
A ceramic body surrounding the heating element;
Ceramic heater with
前記屈曲部の単位長さあたりの抵抗値を単位抵抗値R1[μΩ/mm]とし、前記直線部の単位長さあたりの抵抗値を単位抵抗値R2[μΩ/mm]としたときに、前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位抵抗値比R1/R2が値0.87以下である、 請求項1に記載のセラミックスヒータ。   When the resistance value per unit length of the bent portion is a unit resistance value R1 [μΩ / mm] and the resistance value per unit length of the linear portion is a unit resistance value R2 [μΩ / mm], The ceramic heater according to claim 1, wherein the unit resistance value ratio R1 / R2 at a temperature in at least one of the temperature ranges is 0.87 or less. 前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における前記単位抵抗値比R1/R2が値0.80以下である、
請求項2に記載のセラミックスヒータ。
The unit resistance value ratio R1 / R2 at a temperature in at least one of the temperature ranges is 0.80 or less,
The ceramic heater according to claim 2.
前記屈曲部は、前記直線部と比べて長さ方向に垂直な断面積が大きい、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のセラミックスヒータ。
The bent portion has a larger cross-sectional area perpendicular to the length direction than the straight portion,
The ceramic heater according to any one of claims 1 to 3.
前記発熱体は、帯状であり、
前記屈曲部は、厚さが前記直線部の厚さ以上である、
請求項4に記載のセラミックスヒータ。
The heating element is strip-shaped,
The bent portion has a thickness equal to or greater than the thickness of the linear portion.
The ceramic heater according to claim 4.
前記屈曲部の長さ方向に垂直な断面積S1[mm2]と前記直線部の長さ方向に垂直な断面積S2[mm2]との断面積比S2/S1が値0.87以下である、
請求項4又は5に記載のセラミックスヒータ。
The cross-sectional area ratio S2 / S1 between the cross-sectional area S1 [mm 2 ] perpendicular to the length direction of the bent part and the cross-sectional area S2 [mm 2 ] perpendicular to the length direction of the straight part is 0.87 or less. is there,
The ceramic heater according to claim 4 or 5.
前記断面積比S2/S1が値0.80以下である、
請求項6に記載のセラミックスヒータ。
The cross-sectional area ratio S2 / S1 is 0.80 or less,
The ceramic heater according to claim 6.
前記屈曲部は、前記直線部と比べて前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における体積抵抗率が低い、
請求項1〜7のいずれか1項に記載のセラミックスヒータ。
The bent portion has a lower volume resistivity at a temperature in at least one of the temperature ranges than the linear portion,
The ceramic heater according to any one of claims 1 to 7.
前記温度範囲の少なくともいずれかの温度において、前記屈曲部の体積抵抗率ρ1[μΩ・cm]と前記直線部の体積抵抗率ρ2[μΩ・cm]との比である体積抵抗率比ρ1/ρ2が値0.87以下である、
請求項8に記載のセラミックスヒータ。
The volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 which is the ratio of the volume resistivity ρ1 [μΩ · cm] of the bent portion and the volume resistivity ρ2 [μΩ · cm] of the linear portion at at least one temperature in the temperature range. Is less than or equal to 0.87,
The ceramic heater according to claim 8.
前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における前記体積抵抗率比ρ1/ρ2が値0.80以下である、
請求項9に記載のセラミックスヒータ。
The volume resistivity ratio ρ1 / ρ2 at a temperature of at least one of the temperature ranges is 0.80 or less,
The ceramic heater according to claim 9.
前記セラミックス体は、長手方向と短手方向とを有する板状体であり、
前記発熱体は、前記直線部として、前記短手方向に沿って並んでおり長さ方向が前記長手方向に沿った4以上の前記直線部を有し、
前記発熱体は、前記屈曲部として、前記短手方向に隣り合う直線部同士を前記長手方向の一端側で接続する複数の一端側屈曲部と、前記短手方向に隣り合う直線部同士を前記長手方向の他端側で接続する1以上の他端側屈曲部と、を有している、
請求項1〜10のいずれか1項に記載のセラミックスヒータ。
The ceramic body is a plate-like body having a longitudinal direction and a short direction,
The heating element has four or more straight portions that are arranged along the short direction as the straight portions and whose length direction is along the long direction,
The heating element includes, as the bent portion, a plurality of one-end-side bent portions that connect the straight portions adjacent in the short direction on one end side in the longitudinal direction, and the straight portions adjacent in the short direction. One or more other side bent portions connected at the other end side in the longitudinal direction,
The ceramic heater of any one of Claims 1-10.
前記セラミックス体は、長手方向と短手方向とを有する板状体であり、
前記発熱体は、折り返し方向が前記短手方向に沿うように複数回折り返されながら全体として前記長手方向に沿って折り返されるように引き回され、前記短手方向に沿った折り返しのピッチが密な領域と粗な領域とが前記長手方向に沿ってそれぞれ1以上設けられており、
前記発熱体は、前記屈曲部の一部として、前記1以上の密な領域のうち該発熱体の発熱時に最も高温になる最高温度領域内に存在し折り返しの頂点が前記短手方向に互いに対向する折り返し部である第1屈曲部を有し、
前記第1屈曲部は、前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が前記直線部と比べて低い、
請求項1〜11のいずれか1項に記載のセラミックスヒータ。
The ceramic body is a plate-like body having a longitudinal direction and a short direction,
The heating element is routed so as to be folded back along the longitudinal direction as a whole while being folded a plurality of times so that the folding direction is along the short direction, and the folding pitch along the short direction is dense. One or more regions and coarse regions are provided along the longitudinal direction,
The heating element is present as a part of the bent portion in the highest temperature region of the one or more dense regions where the heating element generates the highest temperature when the heating element generates heat, and the vertices of folding are opposed to each other in the lateral direction. A first bent portion that is a folded portion
The first bent portion has a lower resistance value per unit length at at least one temperature in the temperature range than the linear portion.
The ceramic heater according to any one of claims 1 to 11.
前記セラミックス体は、長手方向と短手方向とを有する板状体であり、
前記発熱体は、折り返し方向が前記短手方向に沿うように複数回折り返されながら全体として前記長手方向に沿って折り返されるように引き回され、前記短手方向に沿った折り返しのピッチが密な領域と粗な領域とが前記長手方向に沿ってそれぞれ1以上設けられており、
前記発熱体は、前記屈曲部の一部として、前記1以上の密な領域のうち該発熱体の発熱時に最も高温になる最高温度領域内に存在し折り返しの頂点が前記短手方向に互いに対向する折り返し部である第1屈曲部と、前記最高温度領域内に存在し該第1屈曲部よりも前記短手方向で外側に存在する第3屈曲部と、を有し、
前記第1屈曲部は、前記温度範囲の少なくともいずれかの温度における単位長さあたりの抵抗値が前記第3屈曲部と比べて低い、
請求項1〜12のいずれか1項に記載のセラミックスヒータ。
The ceramic body is a plate-like body having a longitudinal direction and a short direction,
The heating element is routed so as to be folded back along the longitudinal direction as a whole while being folded a plurality of times so that the folding direction is along the short direction, and the folding pitch along the short direction is dense. One or more regions and coarse regions are provided along the longitudinal direction,
The heating element is present as a part of the bent portion in the highest temperature region of the one or more dense regions where the heating element generates the highest temperature when the heating element generates heat, and the vertices of folding are opposed to each other in the lateral direction. A first bent portion that is a folded portion, and a third bent portion that exists in the highest temperature region and that is present outside in the short direction from the first bent portion,
The first bent portion has a lower resistance value per unit length at at least one temperature in the temperature range than the third bent portion.
The ceramic heater according to any one of claims 1 to 12.
請求項1〜13のいずれか1項に記載のセラミックスヒータを備え、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子。   A sensor element comprising the ceramic heater according to claim 1 and detecting a specific gas concentration in a gas to be measured. 請求項14に記載のセンサ素子を備えたガスセンサ。   A gas sensor comprising the sensor element according to claim 14.
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