JP2019196907A - センサ素子及びガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】早期活性を可能とすると共に、ヒータの加熱による素子の破損を抑制したセンサ素子及びガスセンサを提供する。【解決手段】軸線Ｏ方向に延び、固体電解質体１５２，１６２と該固体電解質体の表面に配置された一対の電極１５３及び１５５、１６３及び１６５とを有するセル１５０，１６０を少なくとも１つ以上有する積層型のセンサ素子１９であって、積層方向にセルを挟んで一対のビア導体１４８ｖを介して接続される第１のヒータ１４６と第２のヒータ１４７とを備え、第１のヒータは第１の発熱抵抗体１４６ｍを有し、第２のヒータは第２の発熱抵抗体１４７ｍを有し、積層方向から見たとき、第１の発熱抵抗体及び第２の発熱抵抗体の少なくとも一部がそれぞれ、一対の電極の重なり部分Ｌ１、Ｌ２と重なる。【選択図】図２

Description

本発明は、ヒータを備えたセンサ素子、及びガスセンサに関する。

従来から、固体電解質体の表面に一対の電極を配置したセルを有する板状のセンサ素子が用いられており、さらにこの固体電解質体を活性化温度に加熱するためのヒータがセンサ素子に積層された構成が知られている（特許文献１）。
このセンサ素子は、起動してから早期に活性することが要求されており、素子の昇温速度の向上が求められている。

特開２００８−２０３３１号公報

しかしながら、従来のセンサ素子は、積層方向の片方にのみヒータを積層しているため、ヒータの昇温速度を高くした場合、素子の内側(ヒータ付近)と外側(ヒータから離れた素子の角部)の熱応力が大きくなり、素子の角部が破損するおそれがあることが判明した。
そこで、かかる熱応力を緩和する方法として、セルを挟んだ両面にそれぞれヒータを積層することが考えられるが、２つのヒータを別々に通電加熱すると、各ヒータの発熱がバラついて熱応力の原因になることが判明した。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、早期活性を可能とすると共に、ヒータの加熱による素子の破損を抑制したセンサ素子及びガスセンサを提供することを目的とする。

本発明のセンサ素子は、軸線方向に延び、固体電解質体と該固体電解質体の表面に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有する積層型のセンサ素子であって、積層方向に前記セルを挟んで一対のビア導体を介して接続される第１のヒータと第２のヒータとを備え、前記第１のヒータは第１の発熱抵抗体を有し、前記第２のヒータは第２の発熱抵抗体を有し、前記積層方向から見たとき、前記第１の発熱抵抗体及び前記第２の発熱抵抗体の少なくとも一部がそれぞれ、前記一対の電極の重なり部分と重なることを特徴とする。

このセンサ素子によれば、積層方向にセルを挟んで第１のヒータ及び第２のヒータが配置されているので、ヒータの昇温速度を高くしても、センサ素子の積層方向の温度が不均一になり難く、素子の熱応力を緩和して素子の破損を抑制できる。
但し、第１のヒータ及び第２のヒータを別々に通電加熱すると、各ヒータの発熱（昇温速度や発熱量）がバラついて却って熱応力の原因になる。そこで、各ヒータを一対のビア導体を介して接続することで、各ヒータが並列接続されるので、各ヒータの発熱のバラツキを抑制し、発熱のバラツキに起因したセンサ素子の熱応力も緩和できる。
以上により、２つのヒータによりヒータの昇温速度を高くしても素子の熱応力の上昇を抑制できるので、早期活性を可能とすると共に、ヒータを並列接続することで各ヒータの発熱のバラツキによる素子の破損を抑制できる。

本発明のセンサ素子において、前記第１のヒータは、前記第１の発熱抵抗体よりも断面積が大きい第１のリード部を前記第１の発熱抵抗体と一体に有し、前記第２の発熱抵抗体の両端、又は該両端に接続された幅広部は、前記第１の発熱抵抗体の両端、又は前記第１の発熱抵抗体と前記第１のリード部との間の境界部に前記ビア導体を介して接続されていてもよい。

このセンサ素子によれば、リード部をなるべく経由せず、第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体の両端に近い部分で並列接続されるので、電流経路がより短くなって各ヒータの発熱のバラツキをさらに抑制できる。
又、第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体の両端に近い部分で各ビア導体を接続することで、ヒータのうち一方（第２の発熱抵抗体）のリード部を実質的に省略でき、材料コストを低減できる。

本発明のガスセンサは、センサ素子と、該センサ素子を保持する主体金具とを備えるガスセンサにおいて、前記センサ素子は、請求項１又は２に記載のセンサ素子を用いることを特徴とする。

この発明によれば、早期活性を可能とすると共に、ヒータの加熱による素子の破損を抑制したセンサ素子及びガスセンサが得られる。

本発明の実施形態にかかるガスセンサの断面図である。 センサ素子の模式分解斜視図である。 第１のヒータと第２のヒータとをビア導体を介して接続する態様を示す斜視図である。 第１のヒータの境界部の別の形態を示す上面図である。 センサ素子の別の形態を示す模式分解斜視図である。

本発明の実施形態について、図１〜図３に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるガスセンサ１の軸線Ｏ方向に沿う断面図、図２はセンサ素子１９の模式分解斜視図、図３は第１のヒータ１４６と第２のヒータ１４７とをビア導体１４８ｖを介して接続する態様を示す斜視図である。

図１において、ガスセンサ（全領域空燃比ガスセンサ）１は、センサ素子１９と、軸線Ｏ方向に貫通してセンサ素子１９を挿通させる貫通孔３２を有するホルダ（セラミックホルダ）３０と、セラミックホルダ３０の径方向周囲を取り囲む主体金具１１と、を備えている。
センサ素子１９のうち、検知部２２が形成された先端寄り部位が、セラミックホルダ３０より先端に突出している。このように貫通孔３２を通されたセンサ素子１９は、セラミックホルダ３０の後端面側（図示上側）に配置されたシール材（本例では滑石）４１を、絶縁材からなるスリーブ４３、リングワッシャ４５を介して先後方向に圧縮することによって、主体金具１１の内側において先後方向に気密を保持して固定されている。
なお、センサ素子１９の後端１９ｅを含む後端寄り部位はスリーブ４３及び主体金具１１より後方に突出しており、その後端寄り部位に形成された各センサパッド部１３〜１５及びヒータパッド部１６，１７に、シール材８５を通して外部に引き出された各リード線７１の先端に設けられた端子金具７５が圧接され、電気的に接続されている。また、このセンサパッド部１３〜１５及びヒータパッド部１６，１７を含むセンサ素子１９の後端寄り部位は、外筒８１でカバーされている。以下、さらに詳細に説明する。

センサ素子１９は軸線Ｏ方向に延びると共に、測定対象に向けられる先端側（図示下側）に、被測定ガス側電極１５５等（図２参照）からなり被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検知部２２を備えた帯板状（板状）をなしている。センサ素子１９の横断面は、先後において一定の大きさの長方形（矩形）をなし、セラミックを主体として細長いものとして形成されている。
このセンサ素子１９は、自身の先端寄り部位の内部に検知部２２をなす検知セル層１５１及び基準ガス側電極部１５３Ｅ、被測定ガス側電極部１５５Ｅ（図２参照）が配置され、これに連なり後端寄り部位には、検知用出力取り出し用のリード線７１接続用のセンサパッド部１４，１５（図２参照）が露出形成されている。

本例では、自身の先端寄り部位の内部に、酸素をポンピングするポンプセル層１６１及びポンプ電極部１６３Ｅ、対向電極部１６５Ｅ（図２参照）が設けられており、後端寄り部位には、ポンプセル制御用のリード線７１接続用のセンサパッド部１３、１５（図２参照）が露出形成されている。
すなわち、本例では、センサ素子１９は検知セル１５０及びポンプセル１６０の２セルを備えている。

また、本例では、センサ素子１９のうち、固体電解質（部材）に積層状に形成されたセラミック材の先端寄り部位の下側に、第１のヒータ１４６を含むヒータ層１４５（図２参照）が設けられており、後端寄り部位には、ヒータ電圧印加用のリード線７１接続用のヒータパッド部１６，１７（図２参照）が露出形成されている。
さらに、セラミック材の先端寄り部位の上側に第２のヒータ１４７（図２参照）が設けられている。第１のヒータ１４６、第２のヒータ１４７については後述する。

なお、これらセンサパッド部１３〜１５、ヒータパッド部１６，１７は縦長矩形に形成され、例えばセンサ素子１９の後端寄り部位において、図２に示すように帯板の幅広面にセンサパッド部１３〜１５が３つ横に並び、反対面にヒータパッド部１６，１７が２つ横に並んでいる。
さらに、センサ素子１９の検知部２２に、アルミナ又はスピネル等からなる多孔質の保護層２３が被覆されている。

主体金具１１は、先後において同心異径の筒状をなし、先端側が小径で、後述するプロテクタ５１、６１を外嵌して固定するための円筒状の円環状部（以下、円筒部ともいう）１２を有し、その後方（図示上方）の外周面には、それより大径をなす、エンジンの排気管への固定用のネジ１３が設けられている。そして、その後方には、このネジ１３によってセンサ１をねじ込むための多角形部１４を備えている。また、この多角形部１４の後方には、ガスセンサ１の後方をカバーする保護筒（外筒）８１を外嵌して溶接する円筒部１１ｅが連設され、その後方には外径がそれより小さく薄肉のカシメ用円筒部１６を備えている。なお、このカシメ用円筒部１６は、図１では、カシメ後のために内側に曲げられている。なお、多角形部１４の下面には、ねじ込み時におけるシール用のガスケット２１が取着されている。
一方、主体金具１１は、軸線Ｏ方向に貫通する内孔１８を有している。内孔１８の内周面は後端側から先端側に向かって径方向内側に先細るテーパ状の段部１１ｄを有している。

主体金具１１の内側には、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）からなり、概略短円筒状に形成されたセラミックホルダ３０が配置されている。セラミックホルダ３０は、先端に向かって先細りのテーパ状に形成された先端向き面３０ａを有している。そして、先端向き面３０ａの外周寄りの部位が段部１１ｄに係止されつつ、セラミックホルダ３０が後端側からシール材４１で押圧されることで主体金具１１内にセラミックホルダ３０が位置決めされ、かつ隙間嵌めされている。
一方、貫通孔３２は、セラミックホルダ３０の中心に設けられると共に、センサ素子１９が略隙間なく通るように、センサ素子１９の横断面とほぼ同一の寸法の矩形の開口とされている。

センサ素子１９は、セラミックホルダ３０の貫通孔３２に通され、センサ素子１９の先端をセラミックホルダ３０及び主体金具１１の先端１２ａよりも先方に突出させている。
一方、センサ素子１９の先端部位は、本形態では、２層構造からなり、共にそれぞれ通気孔（穴）５６、６７を有する有底円筒状のプロテクタ（保護カバー）５１，６１で覆われている。このうち内側のプロテクタ５１の後端が、主体金具１１の円筒部１２に外嵌され、溶接されている。なお、通気孔５６はプロテクタ５１の後端側で周方向において例えば８箇所設けられている。一方プロテクタ５１の先端側にも、周方向において例えば４箇所、排出穴５３が設けられている。
また、外側のプロテクタ６１は、内側のプロテクタ５１に外嵌して、同時に円筒部１２に溶接されている。外側のプロテクタ６１の通気孔６７は、先端寄り部位に、周方向において例えば８箇所設けられており、また、プロテクタ６１先端の底部中央にも排出孔６９が設けられている。

又、図１に示すように、センサ素子１９の後端寄り部位に形成された各センサパッド部１３〜１５及びヒータパッド部１６，１７には、外部にシール材８５を通して引き出された各リード線７１の先端に設けられた各端子金具７５がそのバネ性により圧接され、電気的に接続されている。そして、この圧接部を含む各端子金具７５は、本例ガスセンサ１では、外筒８１内に配置された絶縁性のセパレータ９１内に設けられた各収容部内に、それぞれ対向配置で設けられている。なお、セパレータ９１は、外筒８１内にカシメ固定された保持部材８２を介して径方向及び先端側への動きが規制されている。そして、この外筒８１の先端部を、主体金具１１の後端寄り部位の円筒部１１ｅに外嵌して溶接することで、ガスセンサ１の後方が気密状にカバーされている。
なお、リード線７１は外筒８１の後端部の内側に配置されたシール材（例えばゴム）８５を通されて外部に引き出されており、外筒８１の小径筒部８３を縮径カシメしてこのシール材８５を圧縮することにより、この部位の気密が保持されている。

因みに、外筒８１の軸線Ｏ方向の中央よりやや後端側には、先端側が径大の段部８１ｄが形成され、この段部８１ｄの内面がセパレータ９１の後端を先方に押すように支持する。一方、セパレータ９１はその外周に形成されたフランジ９３を外筒８１の内側に固定された保持部材８２の上に支持させられており、段部８１ｄと保持部材８２とによってセパレータ９１が軸線Ｏ方向に保持されている。

次に、図２を参照し、センサ素子１９の構成について説明する。
センサ素子１９は厚さ方向（積層方向）に、図２の上方から順に、外側セラミック層１８３、第１セラミック層１８０、ポンプセル１６０、第３セラミック層１７０、検知セル１５０及びヒータ層１４５を積層してなる。各層１４５、１５０〜１８３は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなり、外形寸法（少なくとも幅及び長さ）の等しい矩形板状をなしている。

外側セラミック層１８３は、第１セラミック層１８０と積層され、センサ素子１９の外表面（図２の上面）を構成すると共に、その後端部にセンサパッド部１３〜１５が配置される。
第１セラミック層１８０は、先端側（図２の左側）に矩形状の多孔質層１８２が幅方向に横断するように充填され、多孔質層１８２の先端側には先端セラミック層１８０ａを有している。第１セラミック層１８０は以下のポンプセル層１６１を保護して覆い、多孔質層１８２はポンプセル１６０におけるポンプ電極部１６３Ｅを覆っている。
多孔質層１８２は第１セラミック層１８０と同じ幅であり、多孔質層１８２の両側面がセンサ素子１９の軸線Ｏ方向に沿う側面に露出し、多孔質層１８２の両側面を介してポンプ電極１６３と外部との間で酸素の汲み出し及び汲み入れが可能となっている。

ポンプセル１６０は、矩形板状の固体電解質体１６２を備えたポンプセル層１６１と、固体電解質体１６２の表裏面にそれぞれ設けられた上述のポンプ電極１６３及び対向電極１６５とを備えている。ポンプセル層１６１の先端側（図２の左側）には矩形状に開口する貫通部１６１ｈが設けられ、貫通部１６１ｈに埋め込まれるように固体電解質体１６２が配置されている。なお、ポンプ電極１６３はポンプ電極部１６３Ｅ、及び、当該ポンプ電極部１６３Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１６３Ｌからなり、対向電極１６５は対向電極部１６５Ｅ、及び、当該対向電極部１６５Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１６５Ｌからなる。
固体電解質体１６２，ポンプ電極１６３及び対向電極１６５は、後述する測定室１７１内の被測定ガス中の酸素の汲み出し及び汲み入れを行う酸素ポンプセルを構成し、対向電極１６５は測定室１７１に臨み、ポンプ電極部１６３Ｅは多孔質層１８２を介して外部に連通している。

リード部１６３Ｌは、第１セラミック層１８０、外側セラミック層１８３に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１３と電気的に接続されている。又、リード部１６５Ｌは、ポンプセル層１６１、第１セラミック層１８０、外側セラミック層１８３に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１５と電気的に接続されている。
そして、測定室１７１内の酸素濃度に応じ、ポンプ電極１６３及び対向電極１６５の間に流れる電流の方向及び大きさがセンサパッド部１３、１５を介して２本のリード線７１から外部装置によって制御され、酸素がポンピングされる。

第３セラミック層１７０の先端側（図２の左側）には測定室１７１が矩形状に開口している。又、第３セラミック層１７０の長辺側の両側面には、測定室１７１を外部と区画する拡散多孔質層１７３が配置されている。一方、測定室１７１の先端側と後端側には、測定室１７１の側壁をなすセラミック絶縁層１７５が配置されている。
測定室１７１は拡散多孔質層１７３を介して外部と連通しており、拡散多孔質層１７３は外部と測定室１７１との間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する。

検知セル１５０は、矩形板状の固体電解質体１５２を備えた検知セル層１５１と、固体電解質体１５２の表裏面にそれぞれ設けられた基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５とを備えている。検知セル層１５１の先端側（図２の左側）には矩形状に開口する貫通部１５１ｈが設けられ、貫通部１５１ｈに埋め込まれるように固体電解質体１５２が配置されている。なお、基準ガス側電極１５３は基準ガス側電極部１５３Ｅ、及び、当該基準ガス側電極部１５３Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１５３Ｌからなり、被測定ガス側電極１５５は被測定ガス側電極部１５５Ｅ、及び、当該被測定ガス側電極部１５５Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１５５Ｌからなる。
固体電解質体１５２，基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５は、被測定ガス中の酸素濃度の検知セルを構成し、被測定ガス側電極部１５５Ｅは測定室１７１に臨んでいる。一方、基準ガス側電極部１５３Ｅは、リード部１５３Ｌ、スルーホールを介して外部に通気する。

リード部１５３Ｌは、検知セル層１５１、第３セラミック層１７０、ポンプセル層１６１、第１セラミック層１８０、外側セラミック層１８３に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１４と電気的に接続されている。又、リード部１５５Ｌは、第３セラミック層１７０、ポンプセル層１６１、第１セラミック層１８０、外側セラミック層１８３に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１５と電気的に接続されている。
そして、基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５の検出信号が、センサパッド部１４，１５から２本のリード線７１を介して外部に出力され、酸素濃度が検出される。
検知セル１５０、ポンプセル１６０がそれぞれ特許請求の範囲の「セル」に相当する。基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５、並びにポンプ電極１６３及び対向電極１６５がそれぞれ特許請求の範囲の「一対の電極」に相当する。

なお、センサ素子１９においては、検知セル１５０の電極間に生じる電圧（起電力）が所定の値（例えば、４５０ｍＶ）となるように、ポンプセル１６０の電極間に流れる電流の方向及び大きさが調整され、ポンプセル１６０に流れる電流に応じた被測定ガス中の酸素濃度をリニアに検出する酸素センサ素子を構成する。

ヒータ層１４５は、セラミック製の第１層１４５ａ、セラミック製の第２層１４５ｂ、及び第１層１４５ａと第２層１４５ｂの間に配置される第１のヒータ１４６を備えている。第１層１４５ａは検知セル層１５１と対向している。第１のヒータ１４６は、蛇行状のパターンを有する発熱体である第１の発熱抵抗体１４６ｍ、及び第１の発熱抵抗体１４６ｍの両端１４６ｅ（図３参照）から後端側に延びる２つの第１のリード部１４６Ｌを備えている。
第１のリード部１４６Ｌは、第２層１４５ｂに設けられたスルーホールを介してヒータパッド部１６，１７と電気的に接続されている。そして、２本のリード線７１を介してヒータパッド部１６，１７から第１のヒータ１４６に通電することで、第１のヒータ１４６が発熱し、固体電解質体１５２，１６２を活性化する。
この第１のヒータ１４６（ヒータ層１４５）は、検知セル１５０及びポンプセル１６０よりも積層方向の片側（図２の下側）に配置されている。

一方、第１セラミック層１８０と外側セラミック層１８３との間に第２のヒータ１４７が介装されている。第２のヒータ１４７は、蛇行状のパターンを有する発熱体である第２の発熱抵抗体１４７ｍ、及び第２の発熱抵抗体１４７ｍの両端１４６ｅ（図３参照）に接続された幅広部１４７ｔを備えている。第２の発熱抵抗体１４７ｍは、第１セラミック層１８０の多孔質層１８２に重なる位置に配置されている。
なお、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第２の発熱抵抗体１４７ｍの発熱がバラつかないよう、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第２の発熱抵抗体１４７ｍは略同一形状、同一寸法とされている。
この第２のヒータ１４７は、積層方向に検知セル１５０及びポンプセル１６０を挟んで第１のヒータ１４６の反対側（図２の上側）に配置されている。

そして、第１のヒータ１４６と第２のヒータ１４７とは、第１層１４５ａ、検知セル層１５１、第３セラミック層１７０、ポンプセル層１６１、第１セラミック層１８０に設けられたスルーホールにそれぞれ形成された一対のビア導体１４８ｖを介し、電気的に接続されている。
さらに、積層方向から見たとき、第１の発熱抵抗体１４６ｍ及び第２の発熱抵抗体１４７ｍの少なくとも一部がそれぞれ、基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５の重なり部分Ｌ１、並びにポンプ電極１６３及び対向電極１６５の重なり部分Ｌ２と重なる。なお、第１の発熱抵抗体１４６ｍ及び第２の発熱抵抗体１４７ｍの少なくとも一部は、重なり部分Ｌ１、Ｌ２の両方と重なる必要がある。これにより、各セル１５０、１６０が両発熱抵抗体１４６ｍ、１４７ｍによって確実に加熱される。
なお、本例では、ビア導体１４８ｖは、スルーホールの内部にＰｔ等の導電材を充填した柱状をなす。

次に、図３を参照し、第１のヒータ１４６と第２のヒータ１４７とをビア導体１４８ｖを介して接続する態様について説明する。
まず、本実施形態では、積層方向に検知セル１５０及びポンプセル１６０を挟んで第１のヒータ１４６及び第２のヒータ１４７が配置されているので、ヒータの昇温速度を高くしても、センサ素子１９の積層方向の温度が不均一になり難く、素子の熱応力を緩和して素子の破損を抑制できる。
但し、第１のヒータ１４６及び第２のヒータ１４７を別々に通電加熱すると、各ヒータ１４６，１４７の発熱（昇温速度や発熱量）がバラついて却って熱応力の原因になる。

そこで、各ヒータ１４６，１４７を一対のビア導体１４８ｖを介して接続することで、各ヒータ１４６，１４７が並列接続されるので、各ヒータ１４６，１４７の発熱のバラツキを抑制し、発熱のバラツキに起因したセンサ素子１９の熱応力も緩和できる。
以上により、２つのヒータ１４６，１４７によりヒータの昇温速度を高くしても素子の熱応力の上昇を抑制できるので早期活性を可能とすると共に、ヒータ１４６，１４７を並列接続することで各ヒータの発熱のバラツキによる素子の破損を抑制できる。

なお、第１の発熱抵抗体１４６ｍ及び第２の発熱抵抗体１４７ｍを同一抵抗α、それぞれの同一抵抗のバラツキをα'とみなしたとき、ヒータ１４６，１４７を並列接続したときの合成抵抗Ｒ、合成抵抗のバラツキＲ'は、以下となる。
Ｒ＝α／２
Ｒ'＝｛１/（２√２）｝×α'
従って、ヒータ１４６，１４７を並列接続したときの全体の合成抵抗のバラツキＲ'は、ヒータ１４６，１４７を別個に通電加熱したときの各抵抗のバラツキα'に比べて小さくなるので、各ヒータ１４６，１４７の発熱のバラツキを抑制できることになる。

ここで、図３に示すように、本実施形態では、第１のヒータ１４６は、第１の発熱抵抗体１４６ｍと、第１の発熱抵抗体１４６ｍよりも断面積が大きい一対の第１のリード部１４６Ｌとを一体に有している。又、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第１のリード部１４６Ｌとは境界部１４６Ｄを介して接続されている。
そして、各ビア導体１４８ｖは、第２の発熱抵抗体１４７ｍの幅広部１４７ｔと、第１の発熱抵抗体１４６ｍの境界部１４６Ｄとに接続されている。

これにより、各ヒータ１４６，１４７が、リード部をなるべく経由せず、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第２の発熱抵抗体１４７ｍの両端１４６ｅ、１４７ｅに近い部分で並列接続されるので、電流経路がより短くなって各ヒータ１４６，１４７の発熱のバラツキをさらに抑制できる。
又、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第２の発熱抵抗体１４７ｍの両端１４６ｅ、１４７ｅに近い部分で各ビア導体１４８ｖを接続することで、ヒータ１４６，１４７のうち一方（第２の発熱抵抗体１４７ｍ）のリード部を実質的に省略でき、材料コストを低減できる。

なお、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第２の発熱抵抗体１４７ｍの両端１４６ｅ、１４７ｅよりも発熱抵抗体側で接続すると、発熱抵抗体の有効長さが短くなって発熱量が低減してしまうので、各発熱抵抗体１４６ｍ、１４７ｍの両端１４６ｅ、１４７ｅよりも発熱抵抗体側で接続しないのはいうまでもない。
又、第１の発熱抵抗体１４６ｍの両端１４６ｅは、第１の発熱抵抗体１４６ｍの幅（これを断面積に比例するとみなす）ｄ２が一定の部分の端部である。両端１４７ｅも同様である。

又、境界部１４６Ｄは、第１の発熱抵抗体１４６ｍの幅ｄ２が一定の部分の端部１４６ｅと、第１のリード部１４６Ｌの幅（これを断面積に比例するとみなす）ｄ１が一定の部分の端部との間の領域である。
従って、境界部１４６Ｄは、図３の例では幅ｄ２から徐々に幅ｄ１に広がる略台形状であるが、図４のように、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第１のリード部１４６Ｌが直接繋がる場合は、その境界の線状部分である。
さらに、境界部１４６Ｄの一部にビア導体１４８ｖが接続されていればよく、図３の例では、境界部１４６Ｄ及びその後端の第１のリード部１４６Ｌに跨ってビア導体１４８ｖが接続されている。

次に、図５を参照し、センサ素子の別の形態について説明する。図５はセンサ素子１９０の別の形態（１セル型のλセンサ）を示す模式分解斜視図である。
センサ素子１９０は、ポンプセル１６０を有さずに検知セル１５０のみを有する点がセンサ素子１９と異なるので、センサ素子１９と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。

センサ素子１９０は厚さ方向（積層方向）に、図５の上方から順に、外側セラミック層１８４、第４セラミック層１８５、第３セラミック層１７０、検知セル１５０、第５セラミック層１８６及び第１のヒータ１４６を含むヒータ層１４５を積層してなる。各層１４５、１５０〜１８５は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなり、外形寸法（少なくとも幅及び長さ）の等しい矩形板状をなしている。

外側セラミック層１８４は、第４セラミック層１８５と積層されてセンサ素子１９０の外表面（図５の上面）を構成すると共に、その後端部にセンサパッド部１４、１５が配置される。
第３セラミック層１７０及び検知セル１５０は、図２のセンサ素子１９と同一構成であり、被測定ガス側電極部１５５Ｅは測定室１７１に臨み、測定室１７１に流入した被検出ガス中の特定ガス成分を検出する。一方、基準ガス側電極部１５３Ｅは、第５セラミック層１８６の大気導入孔１８６ｈを介して外部に通気する。ここで、大気導入孔１８６ｈは、第５セラミック層１８６の幅方向中央にて軸線Ｏ方向に延びているが、第５セラミック層１８６を先後に貫通しないで、第５セラミック層１８６が大気導入孔１８６ｈを枠状に囲む形態となっている。
そして、検知セル層１５１、第３セラミック層１７０、第４セラミック層１８５及び外側セラミック層１８４における大気導入孔１８６ｈの後端側と重なる部位には、それぞれ矩形の開口１５０ｖ、１７０ｖ、１８５ｖ、１８４ｖが開口している。これにより、大気導入孔１８６ｈが各開口１５０ｖ、１７０ｖ、１８５ｖ、１８４ｖと連通し、開口１８４ｖから大気を導入可能になっている。

さらに、積層方向から見たとき、第１の発熱抵抗体１４６ｍ及び第２の発熱抵抗体１４７ｍの少なくとも一部がそれぞれ、基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５の重なり部分Ｌ１と重なる。これにより、セル１５０が両発熱抵抗体１４６ｍ、１４７ｍによって確実に加熱される。

センサ素子１９０においても、積層方向に検知セル１５０を挟んで第１のヒータ１４６及び第２のヒータ１４７が配置されているので、ヒータの昇温速度を高くしても、センサ素子１９０の積層方向の温度が不均一になり難く、素子の熱応力を緩和して素子の破損を抑制できる。
又、各ヒータ１４６，１４７を一対のビア導体１４８ｖを介して接続することで、各ヒータ１４６，１４７が並列接続されるので、各ヒータ１４６，１４７の発熱のバラツキを抑制し、発熱のバラツキに起因したセンサ素子１９０の熱応力も緩和できる。

本発明のガスセンサは、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜にその構造、構成を設計変更して具体化できる。
センサ素子としては、酸素の濃度を測定するものに限定されず、窒素酸化物（ＮＯｘ）又は炭化水素（ＨＣ）等の濃度を測定するものを用いてもよい。
ビア導体の形状も積層方向に延びていれば特に限定されず、柱状、筒状の他、スルーホールの周方向の一部に形成されたリードのような形状でもよい。
上記実施形態では、第２のヒータが第２のリード部を有さず、短い幅広部が第２の発熱抵抗体の両端に接続されたが、第２のヒータに第２のリード部を設け、第１のリード部と第２のリード部とをビア導体で接続してもよい。

測定室１７１に被検出ガスを流入させる経路としては、図２、図５のようにセンサ素子１９，１９０の軸線Ｏ方向に沿う両側面に拡散多孔質層１７３を露出させる他、センサ素子の先端や後端に拡散多孔質層を露出させてもよい。又、場合によっては、拡散多孔質層を設けずに、測定室１７１から連通路をセンサ素子の側面、先端向き面、後端向き面等に開口させてもよい。
基準ガス側電極部を大気に通気させるための大気導入孔を設ける場合も、同様にセンサ素子の側面、先端向き面、後端向き面等に大気導入孔を開口させればよい。

１ ガスセンサ
１１ 主体金具
１９、１９０ センサ素子
１４６ 第１のヒータ
１４６ｍ 第１の発熱抵抗体
１４６ｅ 第１の発熱抵抗体の両端
１４６Ｌ 第１のリード部
１４６Ｄ 境界部
１４７ 第２のヒータ
１４７ｍ 第２の発熱抵抗体
１４７ｅ 第２の発熱抵抗体の両端
１４７ｔ 幅広部
１４８ｖ ビア導体
１５０、１６０ セル
１５２，１６２ 固体電解質体
１５３及び１５５、１６３及び１６５ 一対の電極
Ｏ 軸線
Ｌ１、Ｌ２ 一対の電極の重なり部分

Claims (3)

1. 軸線方向に延び、固体電解質体と該固体電解質体の表面に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有する積層型のセンサ素子であって、
   積層方向に前記セルを挟んで一対のビア導体を介して接続される第１のヒータと第２のヒータとを備え、
   前記第１のヒータは第１の発熱抵抗体を有し、前記第２のヒータは第２の発熱抵抗体を有し、
   前記積層方向から見たとき、前記第１の発熱抵抗体及び前記第２の発熱抵抗体の少なくとも一部がそれぞれ、前記一対の電極の重なり部分と重なることを特徴とするセンサ素子。
2. 前記第１のヒータは、前記第１の発熱抵抗体よりも断面積が大きい第１のリード部を前記第１の発熱抵抗体と一体に有し、
   前記第２の発熱抵抗体の両端、又は該両端に接続された幅広部は、前記第１の発熱抵抗体の両端、又は前記第１の発熱抵抗体と前記第１のリード部との間の境界部に前記ビア導体を介して接続されている請求項１に記載のセンサ素子。
3. センサ素子と、該センサ素子を保持する主体金具とを備えるガスセンサにおいて、
   前記センサ素子は、請求項１又は２に記載のセンサ素子を用いることを特徴とするガスセンサ。

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