JP2021131231A - センサ素子、ガスセンサ及びセンサ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】スルーホールが詰まっても基準電極から外部へ酸素を安定して排出することができ、測定精度の低下を抑制し、歩留まりを向上させたセンサ素子、ガスセンサ及びセンサ素子の製造方法を提供する。【解決手段】第１セラミック層１０５と、第１セラミック層に配置された測定電極１１０ａと基準電極１０８ａと、を備えるセンサ素子であって、さらに、第１セラミック層に形成されるスルーホール１０５ａと、スルーホール導体１２１ｃと、基準電極に連結すると共にスルーホール導体に連結する基準リード１０８ｂと、第１セラミック層と対向して配置される第２セラミック層１０３と、を備え、第１セラミック層と第２セラミック層との間には、スルーホールに臨むと共に、基準リードに連通する通気部１３０が設けられ、さらに、センサ素子の外面のうち第２領域１００ｓに開口して、通気部と外部とを連通させるガス流通経路１７０が設けられている。【選択図】図５
Description
本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるセンサ素子、ガスセンサ及びセンサ素子の製造方法に関する。
従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素等）の濃度を検出するためのガスセンサが用いられている。このガスセンサは自身の内部にセンサ素子を有し、センサ素子は、板状の固体電解質体と該固体電解質体に配置された少なくとも一対の電極とを有している。
図１２に示すように、このようなガスセンサ１０００として、一対の電極１００１、１００２の一方をセンサ素子１０００の内部に配置し、固体電解質体１０１０を介して酸素が汲み込まれることで酸素基準として機能する基準電極部１００２とし、基準電極部１００２に基準リード部１００４を接続した技術が知られている（特許文献１参照）。このガスセンサにおいては、一対の電極間１００１、１００２に微小電流を流して基準電極部１００２に酸素を溜めさせ、基準酸素としている。
図１２に示すように、このようなガスセンサ１０００として、一対の電極１００１、１００２の一方をセンサ素子１０００の内部に配置し、固体電解質体１０１０を介して酸素が汲み込まれることで酸素基準として機能する基準電極部１００２とし、基準電極部１００２に基準リード部１００４を接続した技術が知られている（特許文献１参照）。このガスセンサにおいては、一対の電極間１００１、１００２に微小電流を流して基準電極部１００２に酸素を溜めさせ、基準酸素としている。
このため、この技術では、センサ素子１０００の後端側に設けたスルーホール１０２０に、基準リード部１００４の後端を臨ませ、基準リード部１００４を介して基準電極部１００２から透過した酸素をスルーホール１０２０から排出可能になっている。
しかしながら、スルーホール１０２０の内壁にスルーホール導体を形成する際、その導体用の導電性ペーストや異物によってスルーホールが詰まってしまうことがある。そして、この場合には、基準リード部１００４からスルーホール１０２０内に流れた酸素が外部に排出できず、基準電極部１００２における酸素濃度を一定に保つことが困難になり、測定精度が低下する恐れがある。
又、製品の検査時にスルーホール１０２０の詰まりを検出することは可能であるが、スルーホール１０２０が詰まった製品は不良品として廃棄され、製造歩留まりの低下を招く。
又、製品の検査時にスルーホール１０２０の詰まりを検出することは可能であるが、スルーホール１０２０が詰まった製品は不良品として廃棄され、製造歩留まりの低下を招く。
そこで、本発明は、スルーホールが詰まっても基準電極から外部へ酸素を安定して排出することができ、測定精度の低下を抑制し、歩留まりを向上させたセンサ素子、ガスセンサ及びセンサ素子の製造方法の提供を目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のセンサ素子は、第１セラミック層と、該第１セラミック層の表面に配置された一対の電極と、を備え、軸線方向に延びる板状積層型のセンサ素子であって、前記一対の電極は前記センサ素子の前記軸線方向における一端側に配置され、被測定ガスに接触して特定ガスを検出する測定電極と、基準ガスに接触する多孔質の基準電極と、からなり、さらに、少なくとも前記第１セラミック層の前記センサ素子における他端側に形成され、前記センサ素子の積層方向に延びるスルーホールと、前記スルーホールを形成する内壁に設けられるスルーホール導体と、前記基準電極に連結すると共に、前記センサ素子の他端側に向かって延びて前記スルーホール導体に連結する多孔質の基準リードと、前記基準電極及び前記基準リードを挟むように前記第１セラミック層と対向して配置され、前記スルーホールの全体と前記積層方向に重なる領域まで延びるガス非透過性の第２セラミック層と、を備え、前記第１セラミック層と前記第２セラミック層との間には、前記スルーホールに臨むと共に、前記基準リードに連通する通気部が設けられ、さらに、前記スルーホール又は前記通気部に接続すると共に、前記センサ素子の外面のうち、前記スルーホールが開口する領域とは異なる第２領域に開口して、前記通気部と外部とを連通させるガス流通経路が設けられていることを特徴とする。
このセンサ素子によれば、ガス流通経路１７０を設けることで、スルーホール（第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａ）だけでなく、ガス流通経路１７０からも基準リード１０８ｂからの酸素を排出できる。その結果、スルーホールが詰まっても基準電極１０８ａから外部へ酸素を安定して排出することができ、測定精度の低下を抑制できる。
又、スルーホールが詰まったセンサ素子１００の製品であっても、ガス流通経路１７０から酸素を排出できるので、不良品として廃棄する必要がなく、製造歩留まりを向上させることができる。
さらに、ガス流通経路１７０は、スルーホールに直接接続し、又は空隙１３０を介してスルーホールに接続している。これにより、仮にスルーホールが詰まってガス流通経路から酸素を流通させた場合であっても、スルーホールから酸素を排出したときの拡散抵抗をもとに定められたセンサ特性から逸脱せず、この点でも、測定精度の低下を抑制できる。
又、スルーホールが詰まったセンサ素子１００の製品であっても、ガス流通経路１７０から酸素を排出できるので、不良品として廃棄する必要がなく、製造歩留まりを向上させることができる。
さらに、ガス流通経路１７０は、スルーホールに直接接続し、又は空隙１３０を介してスルーホールに接続している。これにより、仮にスルーホールが詰まってガス流通経路から酸素を流通させた場合であっても、スルーホールから酸素を排出したときの拡散抵抗をもとに定められたセンサ特性から逸脱せず、この点でも、測定精度の低下を抑制できる。
本発明のセンサ素子において、前記ガス流通経路は、前記通気部に接続していてもよい。
このセンサ素子によれば、基準リードを挟む層の内最小限の層にガス流通経路を設ければ済み、例えば第２セラミック層等の強度が高いセンサ素子１００の支持部材にガス流通経路１７０を開口しない等の選択ができるので、素子の開口部分が少なくなって強度の低下を抑制できる。
このセンサ素子によれば、基準リードを挟む層の内最小限の層にガス流通経路を設ければ済み、例えば第２セラミック層等の強度が高いセンサ素子１００の支持部材にガス流通経路１７０を開口しない等の選択ができるので、素子の開口部分が少なくなって強度の低下を抑制できる。
本発明のセンサ素子において、前記センサ素子は前記第１セラミック及び前記第２セラミック層を含む複数のセラミック層の積層体であり、前記ガス流通経路は、前記複数のセラミック層のうち単一のセラミック層に設けられ、センサ素子の前記積層方向及び前記軸線方向に沿う両側面のいずれか、又は前記他端側の端面のうち一方に開口してもよい。
このセンサ素子によれば、複数のセラミック層を横断してガス流通経路を設ける場合に比べ、開口する層が１層と少なくなるので、センサ素子１００の強度の低下を抑制できる。
なお、センサ素子１００の側面のうち、ガス流通経路の全長が短くなる方に向かってガス流通経路が開口すると、流路抵抗を低減することができる。
このセンサ素子によれば、複数のセラミック層を横断してガス流通経路を設ける場合に比べ、開口する層が１層と少なくなるので、センサ素子１００の強度の低下を抑制できる。
なお、センサ素子１００の側面のうち、ガス流通経路の全長が短くなる方に向かってガス流通経路が開口すると、流路抵抗を低減することができる。
本発明のガスセンサは、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するセンサ素子と、前記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１〜３のいずれか一項に記載のセンサ素子を用いることを特徴とする。
本発明のセンサ素子の製造方法は、前記センサ素子の製造方法であって、少なくとも未焼成の第１セラミック層の前記センサ素子における前記他端側に、前記センサ素子の前記積層方向に延びる前記スルーホールを形成するスルーホール形成工程と、前記内壁に未焼成のスルーホール導体を形成するスルーホール導体形成工程と、前記スルーホール導体形成工程の前または後に、前記未焼成の第１セラミック層の前記基準電極側の表面に、前記基準リードとなる未焼成リードであって、前記基準電極に連結すると共に、前記センサ素子の他端側に向かって延びて前記未焼成のスルーホール導体に連結する未焼成リードを形成する未焼成リード形成工程と、前記基準電極および前記基準リードを挟むように前記未焼成の第１セラミック層に対向して、前記スルーホールの全体と前記積層方向に重なる領域まで伸びる未焼成の第２セラミック層を積層する積層工程と、前記未焼成リードと前記未焼成の第２セラミック層とを焼成する焼成工程と、を有し、前記焼成工程より前に、前記焼成工程で焼失することで前記ガス流通経路となる消失部材をあらかじめ形成することを特徴とする。
この発明によれば、スルーホールが詰まっても基準電極から外部へ酸素を安定して排出することができ、測定精度の低下を抑制し、歩留まりを向上させたセンサ素子が得られる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）１の長手方向（軸線Ｌ方向）に沿う断面図、図２はセンサ素子１００の模式分解斜視図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は図３の部分拡大断面図、図５は図３の固体電解質体１０５のスルーホール近傍の部分拡大斜視図、図６は図３の固体電解質体１０５のスルーホール近傍の部分拡大平面図である。
図１は本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）１の長手方向（軸線Ｌ方向）に沿う断面図、図２はセンサ素子１００の模式分解斜視図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は図３の部分拡大断面図、図５は図３の固体電解質体１０５のスルーホール近傍の部分拡大斜視図、図６は図３の固体電解質体１０５のスルーホール近傍の部分拡大平面図である。
図１に示すように、ガスセンサ１は、酸素濃度検出セル１４０、及び酸素濃度検出セル１４０に積層されるヒータ部２００から構成される１セルのセンサ素子１００、センサ素子１００等を内部に保持する主体金具３０、主体金具３０の先端部に装着されるプロテクタ２４等を有している。センサ素子１００は軸線Ｌ方向に延びるように配置され、センサ素子１００の先端側部位の全周を覆って多孔質保護層２０が設けられている。
なお、以下、単に「先端側」、「後端側」という記載については、それぞれ軸線Ｌ方向における先端側、後端側を示している。
なお、以下、単に「先端側」、「後端側」という記載については、それぞれ軸線Ｌ方向における先端側、後端側を示している。
センサ素子１００のうち、ヒータ部２００は、図２に示すように、アルミナを主体とする基体１０１及び第２基体１０３と、基体１０１と第２基体１０３とに挟まれ、白金を主体とする発熱体１０２を有している。発熱体１０２は、先端側に位置する発熱部１０２ａと、発熱部１０２ａから基体１０１の長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部１０２ｂとを有している。そして、ヒータリード部１０２ｂの端末は、基体１０１に設けられるヒータ側スルーホール１０１ａに形成された導体を介してヒータ側パッド１２０と電気的に接続している。
酸素濃度検出セル１４０は、固体電解質体１０５と、その固体電解質１０５の一端（先端）側の両面に形成された測定電極１１０ａ及び基準電極１０８ａとから形成されている。測定電極１１０ａには、固体電解質体１０５の長手方向に沿って延びる測定リード１１０ｂが電気的に接続されている。基準電極１０８ａには、固体電解質体１０５の長手方向に沿って延びる基準リード１０８ｂが電気的に接続されている。
さらに、測定電極１１０ａ及び測定リード１１０ｂを覆うようにして保護層１１１が設けられている。
さらに、測定電極１１０ａ及び測定リード１１０ｂを覆うようにして保護層１１１が設けられている。
そして、測定リード１１０ｂの端末は、保護層１１１に設けられる第１スルーホール１１１ｃに形成される導体を介して検出素子側パッド１２１と電気的に接続する。一方、基準リード１０８ｂの端末は、固体電解質体１０５に設けられる第２スルーホール１０５ａ、保護層１１１に設けられる第３スルーホール１１１ａのそれぞれに形成されるスルーホール導体１２１ｃ（図３参照）を介して検出素子側パッド１２１と電気的に接続する。
各スルーホールはセンサ素子の他端（後端）側に配置されている。
各スルーホールはセンサ素子の他端（後端）側に配置されている。
固体電解質体１０５は、ジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。
そして、酸素濃度検出セル１４０の各電極１０８ａ、１１０ａ間に微小電流を流して基準電極１０８に酸素を溜めさせ、基準酸素としている。
そして、酸素濃度検出セル１４０の各電極１０８ａ、１１０ａ間に微小電流を流して基準電極１０８に酸素を溜めさせ、基準酸素としている。
第２スルーホール１０５ａ、及び第３スルーホール１１１ａが特許請求の範囲の「スルーホール」に相当する。
固体電解質体１０５、第２基体１０３がそれぞれ特許請求の範囲の「第１セラミック層」、「第２セラミック層」に相当する。
なお、第１セラミック層は、図３のように層全体が固体電解質体であるものに限らず、測定電極１１０ａ及び基準電極１０８ａが配置される部位が固体電解質体で、その周囲が枠状の絶縁セラミックスからなる埋め込みタイプの複合セラミック層であってもよい。
固体電解質体１０５、第２基体１０３がそれぞれ特許請求の範囲の「第１セラミック層」、「第２セラミック層」に相当する。
なお、第１セラミック層は、図３のように層全体が固体電解質体であるものに限らず、測定電極１１０ａ及び基準電極１０８ａが配置される部位が固体電解質体で、その周囲が枠状の絶縁セラミックスからなる埋め込みタイプの複合セラミック層であってもよい。
測定電極１１０ａ、基準電極１０８ａは、貴金属を主成分とすると共にセラミックを含有した組成からなる。貴金属としては白金族元素を用いることができる。これらを形成する好適な白金族元素としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等を挙げることができ、これらはその一種を単独で使用することもできるし、又二種以上を併用することもできる。セラミック成分は、固着という観点から、積層される側の主体となる材料（例えば、固体電解質体１０５）と同様の成分であることが好ましい。
又、測定リード１１０ｂ、基準リード１０８ｂも貴金属を主成分とすることができ、測定電極１１０ａ及び基準電極１０８ａよりも緻密とするとよい。測定リード１１０ｂは必ずしも多孔質でなくてもよいが、基準リード１０８ｂは多孔質であって酸素透過性を有する必要がある。従って、基準リード１０８ｂは貴金属と共にセラミックを含有し、基準電極１０８ａよりもセラミックの割合が少ない組成とすることができる。
又、測定リード１１０ｂ、基準リード１０８ｂも貴金属を主成分とすることができ、測定電極１１０ａ及び基準電極１０８ａよりも緻密とするとよい。測定リード１１０ｂは必ずしも多孔質でなくてもよいが、基準リード１０８ｂは多孔質であって酸素透過性を有する必要がある。従って、基準リード１０８ｂは貴金属と共にセラミックを含有し、基準電極１０８ａよりもセラミックの割合が少ない組成とすることができる。
発熱体１０２、ヒータ側パッド１２０及び検出素子側パッド１２１は、白金族元素で形成することができる。
もっとも、発熱体１０２、測定電極１１０ａ、基準電極１０８ａ、ヒータ側パッド１２０及び検出素子側パッド１２１は、耐熱性及び耐酸化性を考慮するとＰｔを主体にして形成することがより一層好ましい。さらに、発熱体１０２、測定電極１１０ａ、基準電極１０８ａ、、測定リード１１０ｂ、基準リード１０８ｂ、ヒータ側パッド１２０及び検出素子側パッド１２１は、主体となる白金族元素の他にセラミック成分を含有することが好ましい。
もっとも、発熱体１０２、測定電極１１０ａ、基準電極１０８ａ、ヒータ側パッド１２０及び検出素子側パッド１２１は、耐熱性及び耐酸化性を考慮するとＰｔを主体にして形成することがより一層好ましい。さらに、発熱体１０２、測定電極１１０ａ、基準電極１０８ａ、、測定リード１１０ｂ、基準リード１０８ｂ、ヒータ側パッド１２０及び検出素子側パッド１２１は、主体となる白金族元素の他にセラミック成分を含有することが好ましい。
また、固体電解質体１０５の表面には、測定電極１１０ａ及び測定リード１１０ｂを挟み込むようにして、保護層１１１が形成されている。この保護層１１１は、測定電極１１０ａを挟み込むようにして、測定電極１１０ａを被毒から防御するための多孔質の電極保護部１１３ａと、測定リード１１０ｂを挟み込むようにして、固体電解質体１０５を保護するための補強部１１２とからなる。
図１に戻り、主体金具３０は、ＳＵＳ４３０製のものであり、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部３１と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部３２とを有している。また、主体金具３０には、径方向内側に向かって突出する金具側段部３３が設けられており、この金具側段部３３はセンサ素子１００を保持するための金属ホルダ３４を支持している。
そしてこの金属ホルダ３４の内側にはセラミックホルダ３５、滑石３６が先端側から順に配置されている。この滑石３６は金属ホルダ３４内に配置される滑石３７と金属ホルダ３４の後端に渡って配置される第２滑石３８とからなる。
そしてこの金属ホルダ３４の内側にはセラミックホルダ３５、滑石３６が先端側から順に配置されている。この滑石３６は金属ホルダ３４内に配置される滑石３７と金属ホルダ３４の後端に渡って配置される第２滑石３８とからなる。
金属ホルダ３４内で滑石３７が圧縮充填されることによって、センサ素子１００は金属ホルダ３４に対して固定される。また、主体金具３０内で第２滑石３８が圧縮充填されることによって、センサ素子１００の外面と主体金具３０の内面との間のシール性が確保される。そして第２滑石３８の後端側には、アルミナ製のスリーブ３９が配置されている。このスリーブ３９は多段の円筒状に形成されており、軸線に沿うように軸孔３９ａが設けられ、内部にセンサ素子１００を挿通している。そして、主体金具３０の後端側の加締め部３０ａが内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材４０を介してスリーブ３９が主体金具３０の先端側に押圧されている。
また、主体金具３０の先端側外周には、主体金具３０の先端から突出するセンサ素子１００の先端部を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔２４ａを有する金属製のプロテクタ２４が溶接によって取り付けられている。このプロテクタ２４は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ４１、内側には後端部４２ａの外径が先端部４２ｂの外径よりも大きく形成された有底円筒状の内側プロテクタ４２が配置されている。
一方、主体金具３０の後端側には、ＳＵＳ４３０製の外筒２５の先端側が挿入されている。この外筒２５は先端側の拡径した先端部２５ａを主体金具３０にレーザ溶接等により固定している。外筒２５の後端側内部には、セパレータ５０が配置され、セパレータ５０と外筒２５の隙間に保持部材５１が介在している。この保持部材５１は、後述するセパレータ５０の突出部５０ａに係合し、外筒２５を加締めることにより外筒２５とセパレータ５０とにより固定されている。
また、セパレータ５０には、酸素濃度検出セル１４０やヒータ部２００用のリード線１１〜１４を挿入するための通孔５０ｂが先端側から後端側にかけて貫設されている（なお、リード線１４については図示せず）。通孔５０ｂ内には、リード線１１〜１４と、酸素濃度検出セル１４０の検出素子側パッド１２１及びヒータ部２００のヒータ側パッド１２０とを接続する接続端子１６が収容されている。各リード線１１〜１４は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してＥＣＵ等の外部機器と各リード線１１〜１４とは電気信号の入出力が行われることになる。また、各リード線１１〜１４は詳細に図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて披覆した構造を有している。
さらに、セパレータ５０の後端側には、外筒２５の後端側の開口部２５ｂを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ５２が配置されている。このゴムキャップ５２は、外筒２５の後端内に装着された状態で、外筒２５の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒２５に固着されている。ゴムキャップ５２にも、リード線１１〜１４をそれぞれ挿入するための通孔５２ａが先端側から後端側にかけて貫設されている。
次に、図３、図４を参照し、本発明の特徴部分である基準リード１０８ｂとスルーホール（第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａ）近傍の構成について説明する。なお、図３は図２のＡ−Ａ線に沿い、軸線Ｌ方向及び積層方向に平行な面で切断した断面図である。
基準リード１０８ｂは、基準電極１０８ａの後端側に重なるように接続されると共に、固体電解質体１０５の一方の面（ヒータ部２００側の面）に接してセンサ素子１００の軸線Ｌ方向に沿って延設されている。又、基準リード１０８ｂの後端は、第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａのそれぞれの内壁に設けられたスルーホール導体１２１ｃに連結されている。
基準リード１０８ｂは、基準電極１０８ａの後端側に重なるように接続されると共に、固体電解質体１０５の一方の面（ヒータ部２００側の面）に接してセンサ素子１００の軸線Ｌ方向に沿って延設されている。又、基準リード１０８ｂの後端は、第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａのそれぞれの内壁に設けられたスルーホール導体１２１ｃに連結されている。
そして、固体電解質体１０５と第２基体１０３との間には、第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａに臨むと共に、基準リード１０８ｂに連通する空隙（通気部）１３０が形成されている。つまり、空隙１３０は、軸線Ｌ方向に沿って第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａの内壁を跨ぎ、さらにスルーホール導体１２１ｃを抜けて延び、各スルーホールに臨んでいる。なお、第２基体１０３は、第２スルーホール１０５ａの全体と積層方向に重なる領域まで（つまり、第２スルーホール１０５ａの底面全体に臨むように）延びている。
より詳細には、空隙１３０は、第２スルーホール１０５ａの底面（第２基体１０３）から、各スルーホールとほぼ同軸で各スルーホールよりも径大の略円錐状に固体電解質体１０５に向かって広がっている。そして、基準リード１０８ｂの末端の下面（第２基体１０３側の面）が第２基体１０３と積層方向に離間して露出し、空隙１３０の一部を構成している。
より詳細には、空隙１３０は、第２スルーホール１０５ａの底面（第２基体１０３）から、各スルーホールとほぼ同軸で各スルーホールよりも径大の略円錐状に固体電解質体１０５に向かって広がっている。そして、基準リード１０８ｂの末端の下面（第２基体１０３側の面）が第２基体１０３と積層方向に離間して露出し、空隙１３０の一部を構成している。
なお、空隙１３０が「基準リード１０８ｂに連通する」とは、空隙１３０が基準リード１０８ｂに連通する（面している）が、基準電極１０８ａには連通しないことを意味する。空隙１３０が基準電極１０８ａに連通すると、基準電極１０８ａの酸素濃度が大気と同じになってしまい、大気と違う酸素濃度に設定できなくなるからである。
又、空隙１３０が基準リード１０８ｂと連通する軸線Ｌ方向の長さは限定されないが、連通長さが長すぎるとセンサ素子１００の強度が低下する。従って、空隙１３０が基準リード１０８ｂの一部のみに連通することが好ましく、基準リード１０８ｂの末端側の部位のみに連通することがより好ましい。
又、空隙１３０が基準リード１０８ｂと連通する軸線Ｌ方向の長さは限定されないが、連通長さが長すぎるとセンサ素子１００の強度が低下する。従って、空隙１３０が基準リード１０８ｂの一部のみに連通することが好ましく、基準リード１０８ｂの末端側の部位のみに連通することがより好ましい。
さらに、固体電解質体１０５と第２基体１０３との間には、空隙１３０に接続するガス流通経路１７０が設けられている。
具体的には、図５、図６に示すように、ガス流通経路１７０は、空隙１３０に接続すると共に、センサ素子１００の一方の側面１００ｓに開口して、空隙１３０と外部とを連通させる。
側面１００ｓが特許請求の範囲の「第２領域」に相当する。この側面１００ｓは、センサ素子１００の外面のうち、第３スルーホール１１１ａが開口する領域である上面１００ｆとは異なる面である。
具体的には、図５、図６に示すように、ガス流通経路１７０は、空隙１３０に接続すると共に、センサ素子１００の一方の側面１００ｓに開口して、空隙１３０と外部とを連通させる。
側面１００ｓが特許請求の範囲の「第２領域」に相当する。この側面１００ｓは、センサ素子１００の外面のうち、第３スルーホール１１１ａが開口する領域である上面１００ｆとは異なる面である。
なお、図４、図５に示すように、スルーホール（第２スルーホール１０５ａ）と空隙１３０との境界ＢＤは、第２スルーホール１０５ａの内壁を積層方向に延ばした延長線上に位置する領域までを第２スルーホール１０５ａとみなして定める。
また、本例では、ガス流通経路１７０は、空隙１３０を起点に、幅方向に沿う方向よりも後端側に傾いて延びている。
また、本例では、ガス流通経路１７０は、空隙１３０を起点に、幅方向に沿う方向よりも後端側に傾いて延びている。
このように、ガス流通経路１７０を設けることで、スルーホール（第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａ）だけでなく、ガス流通経路１７０からも基準リード１０８ｂからの酸素を排出できる。その結果、スルーホールが詰まっても基準電極１０８ａから外部へ酸素を安定して排出することができ、測定精度の低下を抑制できる。
又、スルーホールが詰まったセンサ素子１００の製品であっても、ガス流通経路１７０から酸素を排出できるので、不良品として廃棄する必要がなく、製造歩留まりを向上させることができる。
なお、ガス流通経路１７０は、スルーホールが詰まったときの予備の排出経路であるので、１個設ければ十分である。
又、スルーホールが詰まったセンサ素子１００の製品であっても、ガス流通経路１７０から酸素を排出できるので、不良品として廃棄する必要がなく、製造歩留まりを向上させることができる。
なお、ガス流通経路１７０は、スルーホールが詰まったときの予備の排出経路であるので、１個設ければ十分である。
ここで、スルーホールが詰まったときに酸素を外部に排出する別の経路を確保するだけであれば、例えばガス流通経路１７０がスルーホールや空隙１３０よりも先端側で基準リード１０８ｂに臨む構成としてもよいことになる。
しかしながら、センサ素子１００は、スルーホールから酸素を排出したときの拡散抵抗をもとに所定のセンサ特性を定めている。そのため、ガス流通経路１７０がスルーホールや空隙１３０よりも先端側で基準リード１０８ｂに臨むようにすると、基準リード１０８ｂから外部に酸素を排出する拡散抵抗が設定値から変化してしまい、測定精度が低下する。
そこで、ガス流通経路１７０は、空隙１３０を介してスルーホール（第２スルーホール１０５ａ又は第３スルーホール１１１ａ）に接続するか、又は後述する図９〜図１１に示すようにスルーホールに直接接続している必要がある。
これにより、仮にスルーホールが詰まってガス流通経路１７０から酸素を流通させた場合であっても、スルーホールから酸素を排出したときの拡散抵抗をもとに定められたセンサ特性から逸脱せず、測定精度の低下を抑制できる。
しかしながら、センサ素子１００は、スルーホールから酸素を排出したときの拡散抵抗をもとに所定のセンサ特性を定めている。そのため、ガス流通経路１７０がスルーホールや空隙１３０よりも先端側で基準リード１０８ｂに臨むようにすると、基準リード１０８ｂから外部に酸素を排出する拡散抵抗が設定値から変化してしまい、測定精度が低下する。
そこで、ガス流通経路１７０は、空隙１３０を介してスルーホール（第２スルーホール１０５ａ又は第３スルーホール１１１ａ）に接続するか、又は後述する図９〜図１１に示すようにスルーホールに直接接続している必要がある。
これにより、仮にスルーホールが詰まってガス流通経路１７０から酸素を流通させた場合であっても、スルーホールから酸素を排出したときの拡散抵抗をもとに定められたセンサ特性から逸脱せず、測定精度の低下を抑制できる。
なお、空隙１３０を設ける理由は以下による。
つまり、後述するように、センサ素子１００を製造する際、基準リード１０８ｂとなる導電ペースト層に、グリーンシート等の比較的硬質の未焼成の第２基体１０３を積層する。このとき、第２基体１０３でスルーホール導体１２１ｃや、スルーホール導体１２１ｃ近傍の導電ペースト層が押し潰れてしまう。
そこで、通気部（空隙）１３０となる箇所に、焼失材を、スルーホール導体１２１ｃ近傍の導電ペースト層の表面に設けることで、第２基体１０３がスルーホール導体１２１ｃや導電ペースト層に直接接触することが抑制される。
つまり、後述するように、センサ素子１００を製造する際、基準リード１０８ｂとなる導電ペースト層に、グリーンシート等の比較的硬質の未焼成の第２基体１０３を積層する。このとき、第２基体１０３でスルーホール導体１２１ｃや、スルーホール導体１２１ｃ近傍の導電ペースト層が押し潰れてしまう。
そこで、通気部（空隙）１３０となる箇所に、焼失材を、スルーホール導体１２１ｃ近傍の導電ペースト層の表面に設けることで、第２基体１０３がスルーホール導体１２１ｃや導電ペースト層に直接接触することが抑制される。
これにより、スルーホール導体１２１ｃや、スルーホール導体１２１ｃ近傍の（スルーホール導体１２１ｃと連結された部位の）導電ペースト層が押し潰れて薄くなることが抑制され、得られた基準リード１０８ｂの酸素透過性が変化してガス検出出力が不安定になることが抑制できる。又、基準リード１０８ｂが通気部１３０に連通する（露出する）ことによっても、基準リード１０８ｂから通気部１３０を介してスルーホールに酸素を確実に排出できる。
なお、通気部１３０の厚みは０でなければよいが、通気部１３０の厚みが１μｍ以上であると酸素透過性の観点から好ましい。
なお、通気部１３０の厚みは０でなければよいが、通気部１３０の厚みが１μｍ以上であると酸素透過性の観点から好ましい。
次に、図７を参照し、センサ素子１００の製造方法の一例について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、未焼成の固体電解質体１０５ｘの表面（図７の上面）に、それぞれ測定電極１１０ａ及び測定リード１１０ｂとなる導電ペースト１１０ａｘ、１１０ｂｘを印刷する。そして、導電ペースト１１０ａｘ、１１０ｂｘを覆うように、グリーンシートからなる未焼成の保護層１１１ｘ（未焼成の電極保護部１１３ａｘを含む）を固体電解質体１０５ｘに積層する。
そして、固体電解質体１０５ｘ及び保護層１１１ｘの後端側に、積層方向に延びるスルーホール（第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａ）、第１スルーホール１１１ｃを形成する（スルーホール形成工程）。
なお、固体電解質体１０５ｘが特許請求の範囲の「未焼成の第１セラミック層」に相当する。
まず、図７（ａ）に示すように、未焼成の固体電解質体１０５ｘの表面（図７の上面）に、それぞれ測定電極１１０ａ及び測定リード１１０ｂとなる導電ペースト１１０ａｘ、１１０ｂｘを印刷する。そして、導電ペースト１１０ａｘ、１１０ｂｘを覆うように、グリーンシートからなる未焼成の保護層１１１ｘ（未焼成の電極保護部１１３ａｘを含む）を固体電解質体１０５ｘに積層する。
そして、固体電解質体１０５ｘ及び保護層１１１ｘの後端側に、積層方向に延びるスルーホール（第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａ）、第１スルーホール１１１ｃを形成する（スルーホール形成工程）。
なお、固体電解質体１０５ｘが特許請求の範囲の「未焼成の第１セラミック層」に相当する。
次に、図７（ｂ）に示すように、検出素子側パッド１２１及びスルーホール導体１２１ｃの材料となる導体ペースト１２１ｘを、保護層１１１ｘ側の第３スルーホール１１１ａから供給（充填）する。このとき、各スルーホール１１１ａ、１１１ｃの一部を埋めるよう、導体ペースト１２１ｘを供給する。
そして、図７（ｃ）に示すように、保護層１１１ｘと各スルーホールを挟んで反対の固体電解質体１０５ｘ側を負圧ＮＰとし、導体ペースト１２１ｘを、各スルーホールを通して固体電解質体１０５ｘの表面まで流動（吸引）する。導体ペースト１２１ｘは、固体電解質体１０５ｘ表面の各スルーホールの周りに負圧ＮＰによって突出する。そして、スルーホール導体１２１ｃｘは各スルーホールの内壁を覆う。このようにして、それぞれ未焼成の検出素子側パッド１２１ｘ及びスルーホール導体１２１ｃｘを形成する（スルーホール導体形成工程）。
そして、図７（ｃ）に示すように、保護層１１１ｘと各スルーホールを挟んで反対の固体電解質体１０５ｘ側を負圧ＮＰとし、導体ペースト１２１ｘを、各スルーホールを通して固体電解質体１０５ｘの表面まで流動（吸引）する。導体ペースト１２１ｘは、固体電解質体１０５ｘ表面の各スルーホールの周りに負圧ＮＰによって突出する。そして、スルーホール導体１２１ｃｘは各スルーホールの内壁を覆う。このようにして、それぞれ未焼成の検出素子側パッド１２１ｘ及びスルーホール導体１２１ｃｘを形成する（スルーホール導体形成工程）。
なお、第１スルーホール１１１ｃ側のスルーホール導体は、積層する前の各層においてスルーホール導体を形成した後、各層を積層して形成している。同様に、スルーホール導体１２１ｃｘについても、まず、図７（ａ）の積層する前の各層１０５ｘ、１１１ｘにそれぞれスルーホール導体を形成した後、各層を積層して形成してもよい。この場合、各層にスルーホール導体を形成してから各層を積層した際、ペースト状の各層のスルーホール導体の端部同士が結合する。
また、スルーホール導体１２１ｃｘが特許請求の範囲の「未焼成のスルーホール導体」に相当する。
また、スルーホール導体１２１ｃｘが特許請求の範囲の「未焼成のスルーホール導体」に相当する。
次に、図７（ｄ）に示すように、図７（ｃ）のスルーホール導体形成工程の前又は後（本例ではスルーホール導体形成工程の後）に、固体電解質体１０５ｘの下面（基準電極１０８ａ側の表面）に、それぞれ基準電極１０８ａ及び基準リード１０８ｂとなる導電ペースト１０８ａｘ、１０８ｂｘを印刷する。このとき、導電ペースト（未焼成リード）１０８ｂｘの後端が、固体電解質体１０５ｘの下面に広がったスルーホール導体１２１ｃｘの上に重なる（スルーホール導体１２１ｃｘと電気的に連結する）ようにする（未焼成リード形成工程）。
なお、導電ペースト１０８ｂｘが特許請求の範囲の「未焼成リード」に相当する。
なお、導電ペースト１０８ｂｘが特許請求の範囲の「未焼成リード」に相当する。
次に、図７（ｅ）に示すように、予め、グリーンシートからなる未焼成の基体１０１ｘ及び第２基体１０３ｘを、発熱部１０２ａとなる導電ペースト１０２ａｘを挟んで積層しておく。そして、この積層体の第２基体１０３ｘ側の表面のうち、スルーホール（第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａ）の軸線Ａｘを中心としてスルーホールより径大となる位置（スルーホールに臨むと共に、未焼成リード１０８ｂｘと接する位置）に、予め焼失部材１３０ｘをドーム状に盛り上がるように印刷する。
そして、図７（ｆ）に示すように、固体電解質体１０５ｘの下面に対向して、少なくとも未焼成リード１０８ｂｘを覆うように、積層体の第２基体１０３ｘ側を積層する（積層工程）。このとき、金属を含む導電ペースト１０８ｂｘ、１２１ｘは焼失部材１３０ｘよりも柔らかいので、導電ペースト１０８ｂｘ、１２１ｘが焼失部材１３０ｘに押されて上方（保護層１１１ｘ側）へ凹む。
なお、第２基体１０３ｘが特許請求の範囲の「未焼成の第２セラミック層」に相当する。
そして、図７（ｆ）に示すように、固体電解質体１０５ｘの下面に対向して、少なくとも未焼成リード１０８ｂｘを覆うように、積層体の第２基体１０３ｘ側を積層する（積層工程）。このとき、金属を含む導電ペースト１０８ｂｘ、１２１ｘは焼失部材１３０ｘよりも柔らかいので、導電ペースト１０８ｂｘ、１２１ｘが焼失部材１３０ｘに押されて上方（保護層１１１ｘ側）へ凹む。
なお、第２基体１０３ｘが特許請求の範囲の「未焼成の第２セラミック層」に相当する。
そして、未焼成リード１０８ｂｘと第２基体１０３ｘを含む全体を焼成する（焼成工程）。焼成により、焼失部材１３０ｘが焼失して空隙１３０及びガス流通経路１７０となり、図３、図４に示すセンサ素子１００が完成する。
図８は、図７（ｅ）における焼失部材１３０ｘを示す斜視図である。
焼失部材１３０ｘは、ドーム状の本体部１３０ｘ１と、本体部１３０ｘ１から一方の側面１００ｓｘまで尾根状に隆起して延びる枝部１３０ｘ２とを一体に備えた形状をなしている。
本体部１３０ｘ１は焼失後に空隙１３０となり、枝部１３０ｘ２は焼失後にガス流通経路１７０となる。
なお、積層工程にて、固体電解質体１０５ｘは焼失部材１３０ｘに追随し、固体電解質体１０５ｘが焼失部材１３０ｘの枝部１３０ｘ２に押されて上方（保護層１１１ｘ側）へ凹み、ガス流通経路１７０として開口する。
焼失部材１３０ｘとしては、例えばカーボン等の１０００℃以下で焼失する材料を用いることができる。
焼失部材１３０ｘは、ドーム状の本体部１３０ｘ１と、本体部１３０ｘ１から一方の側面１００ｓｘまで尾根状に隆起して延びる枝部１３０ｘ２とを一体に備えた形状をなしている。
本体部１３０ｘ１は焼失後に空隙１３０となり、枝部１３０ｘ２は焼失後にガス流通経路１７０となる。
なお、積層工程にて、固体電解質体１０５ｘは焼失部材１３０ｘに追随し、固体電解質体１０５ｘが焼失部材１３０ｘの枝部１３０ｘ２に押されて上方（保護層１１１ｘ側）へ凹み、ガス流通経路１７０として開口する。
焼失部材１３０ｘとしては、例えばカーボン等の１０００℃以下で焼失する材料を用いることができる。
なお、図７（ｄ）の未焼成リード形成工程を、図７（ｃ）のスルーホール導体形成工程の前に行ってもよい。この場合は、未焼成リード１０８ｂｘを、固体電解質体１０５ｘの下面のうち第２スルーホール１０５ａの周縁に近い位置まで延ばして形成する。これにより、図７（ｃ）にて負圧ＮＰにより固体電解質体１０５ｘの下面にスルーホール導体１２１ｃｘが広がった際、未焼成リード１０８ｂｘの上に重なって両者が連結される。
又、図７（ｅ）、（ｆ）の積層工程にて、予め焼失部材１３０ｘを形成する態様としては、焼失部材１３０ｘを第２基体１０３ｘ側に形成する代わりに、固体電解質体１０５ｘ側に焼失部材１３０ｘを形成してもよい。
又、図７（ｅ）、（ｆ）の積層工程にて、予め焼失部材１３０ｘを形成する態様としては、焼失部材１３０ｘを第２基体１０３ｘ側に形成する代わりに、固体電解質体１０５ｘ側に焼失部材１３０ｘを形成してもよい。
次に、図９〜図１１を参照し、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサについて説明する。但し、第２の実施形態に係るガスセンサは、センサ素子１００Ｂの構成が異なること以外は、第１の実施形態に係るガスセンサと同一であるので、センサ素子１００Ｂの構成についてのみ説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係るセンサ素子１００Ｂの軸線Ｌ方向に沿う断面図であり、図３に対応する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係るセンサ素子１００Ｂの軸線Ｌ方向に沿う断面図であり、図３に対応する。
図９に示すように、センサ素子１００Ｂは、酸素濃度検出セル１４０、酸素濃度検出セル１４０に積層されるヒータ部２００に加え、酸素濃度検出セル１４０の反対面に積層される酸素ポンプセル１５０を備えた２セルのセンサ素子である。
酸素濃度検出セル１４０及びヒータ部２００は、第１の実施形態に係るセンサ素子１００と同一であるので説明を省略する。
酸素濃度検出セル１４０及びヒータ部２００は、第１の実施形態に係るセンサ素子１００と同一であるので説明を省略する。
酸素ポンプセル１５０は、固体電解質体１６５と、その固体電解質１６５の両面に形成された第１ポンプ電極１６２ａ及び第２ポンプ電極１６３ａとから形成されている。第１ポンプ電極１６２ａ及び第２ポンプ電極１６３ａには、固体電解質体１６５の長手方向に沿ってそれぞれ延びるリード（図示せず）が電気的に接続されている。
第１ポンプ電極１６２ａは固体電解質体１６５の下面（酸素濃度検出セル１４０側）に配置され、保護層１１１の先端側を略矩形にくり抜いた測定空間１６１の内部に臨んでいる。同様に、測定空間１６１の内部には測定電極１１０ａが臨み、第１ポンプ電極１６２ａと測定電極１１０ａとが測定空間１６１の内部で対向している。
なお、測定空間１６１は、第１の実施形態に係るセンサ素子１００における電極保護部１１３ａを取り去った形態である。
第１ポンプ電極１６２ａは固体電解質体１６５の下面（酸素濃度検出セル１４０側）に配置され、保護層１１１の先端側を略矩形にくり抜いた測定空間１６１の内部に臨んでいる。同様に、測定空間１６１の内部には測定電極１１０ａが臨み、第１ポンプ電極１６２ａと測定電極１１０ａとが測定空間１６１の内部で対向している。
なお、測定空間１６１は、第１の実施形態に係るセンサ素子１００における電極保護部１１３ａを取り去った形態である。
一方、第２ポンプ電極１６３ａは固体電解質体１６５の上面（酸素濃度検出セル１４０と反対側）に配置されている。そして、第２ポンプ電極１６３ａ及びリード（図示せず）を覆うようにして保護層１６７が設けられている。
この保護層１６７は、第１の実施形態に係るセンサ素子１００における保護層１１１と同様に、第２ポンプ電極１６３ａを挟み込むようにして第２ポンプ電極１６３ａを被毒から防御するための多孔質の電極保護部１１３ａと、リード（図示せず）を挟み込むようにして固体電解質体１６５を保護するための補強部１６６とからなる。
この保護層１６７は、第１の実施形態に係るセンサ素子１００における保護層１１１と同様に、第２ポンプ電極１６３ａを挟み込むようにして第２ポンプ電極１６３ａを被毒から防御するための多孔質の電極保護部１１３ａと、リード（図示せず）を挟み込むようにして固体電解質体１６５を保護するための補強部１６６とからなる。
第２の実施形態においては、基準リード１０８ｂの端末は、固体電解質体１０５に設けられる第２スルーホール１０５ａ（図２参照）、保護層１１１に設けられる第３スルーホール１１１ａ（図２参照）、固体電解質体１６５に設けられる第４スルーホール１６５ａ、保護層１６７に設けられる第５スルーホール１６６ａのそれぞれに形成されるスルーホール導体１６９ｃを介して検出素子側パッド１６９と電気的に接続する。
第２スルーホール１０５ａ、第３スルーホール１１１ａ、第４スルーホール１６５ａ、第５スルーホール１６６ａが特許請求の範囲の「スルーホール」に相当する。
なお、第１ポンプ電極１６２ａ及び第２ポンプ電極１６３ａからそれぞれ延びるリードの端末は、固体電解質体１６５及び保護層１６７を貫通するスルーホールに形成される導体（図示せず）を介して検出素子側パッド１６９と電気的に接続する。
第２スルーホール１０５ａ、第３スルーホール１１１ａ、第４スルーホール１６５ａ、第５スルーホール１６６ａが特許請求の範囲の「スルーホール」に相当する。
なお、第１ポンプ電極１６２ａ及び第２ポンプ電極１６３ａからそれぞれ延びるリードの端末は、固体電解質体１６５及び保護層１６７を貫通するスルーホールに形成される導体（図示せず）を介して検出素子側パッド１６９と電気的に接続する。
センサ素子１００Ｂは、酸素濃度検出セル１４０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、酸素ポンプセル１５０の電極間に流れる電流の方向及び大きさが調整され、酸素ポンプセル１５０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に相当する。
図９に示すように、センサ素子１００Ｂにおいても、固体電解質体１０５と第２基体１０３との間には、第２スルーホール１０５ａ及び第３スルーホール１１１ａに臨むと共に、基準リード１０８ｂに連通する通気部（空隙）１３２が形成されている。空隙１３２は、第２基体１０３から固体電解質体１０５に向かって凸のドーム状に形成されている。
さらに、図１０、図１１に示すように、固体電解質体１６５を貫通し、空隙１３２に接続するガス流通経路１７２が設けられている。
具体的には、ガス流通経路１７２は、空隙１３２に接続すると共に、センサ素子１００の後端向き面１００Ｂｅに開口して、空隙１３２と外部とを連通させる。そして、図１１に示すように、ガス流通経路１７２は、未焼成の固体電解質体１６５のシートから第４スルーホール１６５ａを打ち抜く際、第４スルーホール１６５ａに連通して後端向き面１００Ｂｅに開口するように同時にシートを打ち抜いて形成することができる。
後端向き面１００Ｂｅが特許請求の範囲の「第２領域」に相当する。この後端向き面１００ｅは、センサ素子１００の外面のうち、スルーホール（第５スルーホール１６６ａ）が開口する領域である上面１００Ｂｆとは異なる面である。
具体的には、ガス流通経路１７２は、空隙１３２に接続すると共に、センサ素子１００の後端向き面１００Ｂｅに開口して、空隙１３２と外部とを連通させる。そして、図１１に示すように、ガス流通経路１７２は、未焼成の固体電解質体１６５のシートから第４スルーホール１６５ａを打ち抜く際、第４スルーホール１６５ａに連通して後端向き面１００Ｂｅに開口するように同時にシートを打ち抜いて形成することができる。
後端向き面１００Ｂｅが特許請求の範囲の「第２領域」に相当する。この後端向き面１００ｅは、センサ素子１００の外面のうち、スルーホール（第５スルーホール１６６ａ）が開口する領域である上面１００Ｂｆとは異なる面である。
第２の実施形態においても、ガス流通経路１７２を設けることで、スルーホールだけでなく、ガス流通経路１７２からも基準リード１０８ｂからの酸素を排出できる。その結果、スルーホールが詰まっても基準電極１０８ａから外部へ酸素を安定して排出することができ、測定精度の低下を抑制できる。又、製造歩留まりを向上させることができる。
なお、第１の実施形態においては、ガス流通経路１７０は空隙１３０に接続している。この空隙１３０及びガス流通経路１７０を、上述の焼失部材１３０ｘを第２基体１０３ｘ側に形成することで形成すれば、第２基体１０３ｘ等のセンサ素子１００の支持部材にガス流通経路１７０を開口する必要がなく、素子の開口部分が少なくなって強度の低下を抑制できる。
つまり、基準リード１０８ｂを挟む層１０５，１０３の内、最小限の層１０５にガス流通経路１７０を設ければ済み、例えば第２基体１０３等の強度が高くセンサ素子１００の支持部材にガス流通経路１７０を開口しない等の選択ができる。
一方、第２の実施形態においては、ガス流通経路１７２はスルーホールに接続している。これにより、空隙１３０とは別の位置に外部への酸素の排出経路を設けることができる。
つまり、基準リード１０８ｂを挟む層１０５，１０３の内、最小限の層１０５にガス流通経路１７０を設ければ済み、例えば第２基体１０３等の強度が高くセンサ素子１００の支持部材にガス流通経路１７０を開口しない等の選択ができる。
一方、第２の実施形態においては、ガス流通経路１７２はスルーホールに接続している。これにより、空隙１３０とは別の位置に外部への酸素の排出経路を設けることができる。
又、ガス流通経路を、センサ素子１００を構成する複数のセラミック層のうち、単一のセラミック層（第１の実施形態と第２の実施形態でそれぞれ固体電解質体１０５、１６５）に設けると、複数のセラミック層を横断してガス流通経路を設ける場合に比べ、開口する層が１層と少なくなるので、センサ素子１００の強度の低下を抑制できる。
なお、センサ素子１００の側面のうち、ガス流通経路の全長が短くなる方に向かってガス流通経路が開口すると、流路抵抗を低減することができる。
なお、センサ素子１００の側面のうち、ガス流通経路の全長が短くなる方に向かってガス流通経路が開口すると、流路抵抗を低減することができる。
本発明は上記実施形態に限定されず、固体電解質体と、測定電極と基準電極とを有する酸素検出セルを有するあらゆるガスセンサ（センサ素子）に適用可能であり、本実施の形態の酸素センサ（酸素センサ素子）に限らず、例えばＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ素子）に適用することができる。セルの数も上述の１セルや２セルに限定されず、例えば３セルのＮＯｘセンサに適用することができる。
通気部やガス流通経路の形状も上記実施形態に限定されない。
１ ガスセンサ
３０ 主体金具
１００ センサ素子
１００ｓ、１００Ｂｅ 第２領域
１０３ 第２セラミック層（第２基体）
１０３ｘ 未焼成の第２セラミック層
１０５ 第１セラミック層（固体電解質体）
１０５ａ、１１１ａ、１６５ａ、１６６ａ スルーホール
１０５ｘ 未焼成の第１セラミック層
１０８ａ 基準電極
１０８ｂ 基準リード
１０８ｂｘ 未焼成リード
１１０ａ 測定電極
１２１ｃ、１６９ｃ スルーホール導体
１２１ｃｘ 未焼成のスルーホール導体
１３０、１３２ 通気部
１３０ｘ 消失部材
１７０、１７２ ガス流通経路
Ｌ 軸線
３０ 主体金具
１００ センサ素子
１００ｓ、１００Ｂｅ 第２領域
１０３ 第２セラミック層（第２基体）
１０３ｘ 未焼成の第２セラミック層
１０５ 第１セラミック層（固体電解質体）
１０５ａ、１１１ａ、１６５ａ、１６６ａ スルーホール
１０５ｘ 未焼成の第１セラミック層
１０８ａ 基準電極
１０８ｂ 基準リード
１０８ｂｘ 未焼成リード
１１０ａ 測定電極
１２１ｃ、１６９ｃ スルーホール導体
１２１ｃｘ 未焼成のスルーホール導体
１３０、１３２ 通気部
１３０ｘ 消失部材
１７０、１７２ ガス流通経路
Ｌ 軸線
Claims (5)
- 第１セラミック層と、
該第１セラミック層の表面に配置された一対の電極と、を備え、軸線方向に延びる板状積層型のセンサ素子であって、
前記一対の電極は前記センサ素子の前記軸線方向における一端側に配置され、被測定ガスに接触して特定ガスを検出する測定電極と、基準ガスに接触する多孔質の基準電極と、からなり、
さらに、少なくとも前記第１セラミック層の前記センサ素子における他端側に形成され、前記センサ素子の積層方向に延びるスルーホールと、
前記スルーホールを形成する内壁に設けられるスルーホール導体と、
前記基準電極に連結すると共に、前記センサ素子の他端側に向かって延びて前記スルーホール導体に連結する多孔質の基準リードと、
前記基準電極及び前記基準リードを挟むように前記第１セラミック層と対向して配置され、前記スルーホールの全体と前記積層方向に重なる領域まで延びるガス非透過性の第２セラミック層と、を備え、
前記第１セラミック層と前記第２セラミック層との間には、前記スルーホールに臨むと共に、前記基準リードに連通する通気部が設けられ、
さらに、前記スルーホール又は前記通気部に接続すると共に、前記センサ素子の外面のうち、前記スルーホールが開口する領域とは異なる第２領域に開口して、前記通気部と外部とを連通させるガス流通経路が設けられていることを特徴とするセンサ素子。 - 前記ガス流通経路は、前記通気部に接続していることを特徴とする請求項１記載のセンサ素子。
- 前記センサ素子は前記第１セラミック及び前記第２セラミック層を含む複数のセラミック層の積層体であり、
前記ガス流通経路は、前記複数のセラミック層のうち単一のセラミック層に設けられ、センサ素子の前記積層方向及び前記軸線方向に沿う両側面のいずれか、又は前記他端側の端面のうち一方に開口することを特徴とする請求項２記載のセンサ素子。 - 被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するセンサ素子と、前記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１〜３のいずれか一項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。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ素子の製造方法であって、
少なくとも未焼成の第１セラミック層の前記センサ素子における前記他端側に、前記センサ素子の前記積層方向に延びる前記スルーホールを形成するスルーホール形成工程と、
前記内壁に未焼成のスルーホール導体を形成するスルーホール導体形成工程と、
前記スルーホール導体形成工程の前または後に、前記未焼成の第１セラミック層の前記基準電極側の表面に、前記基準リードとなる未焼成リードであって、前記基準電極に連結すると共に、前記センサ素子の他端側に向かって延びて前記未焼成のスルーホール導体に連結する未焼成リードを形成する未焼成リード形成工程と、
前記基準電極および前記基準リードを挟むように前記未焼成の第１セラミック層に対向して配置され、前記スルーホールの全体と前記積層方向に重なる領域まで伸びる未焼成の第２セラミック層を積層する積層工程と、
前記未焼成リードと前記未焼成の第２セラミック層とを焼成する焼成工程と、を有し、
前記焼成工程より前に、前記焼成工程で焼失することで前記ガス流通経路となる消失部材をあらかじめ形成することを特徴とするセンサ素子の製造方法。
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