JP2023013276A

JP2023013276A - gas sensor

Info

Publication number: JP2023013276A
Application number: JP2021117323A
Authority: JP
Inventors: 伸悟鈴木; Shingo Suzuki; 千万人佐藤; Chimato Sato
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2023-01-26

Abstract

To provide a gas sensor capable of suppressing the occurrence of cracks in a part of an insulator facing a through hole.SOLUTION: A gas sensor 1 includes a solid electrolyte 31, an electrode conductor 310, insulators 33A, 33B, and a heater conductor 34. In the heater through hole 331B formed at a position facing the heater conductor 34 in the insulator 33B, a conductive material 38 is placed. In a portion facing the heater through hole 331B in the heater conductor 34, a recess 343 that recesses from the surface located on the opposite side of the heater through-hole 331B is formed. In recess 343, an insulating material that is a part of insulator 33B is arranged as the convex portion 335.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、ガスセンサに関する。 The present invention relates to gas sensors.

ガスセンサは、内燃機関の排気管に配置され、排気管を流れる排ガスを検出対象ガスとして、検出対象ガスに含まれる酸素、特定ガス等の濃度を求めるよう構成される。また、ガスセンサは、排ガスに基づく内燃機関の空燃比を求めるよう構成される。ガスセンサには、電極導体が設けられた板形状の固体電解質体と、ヒータ導体が設けられた絶縁体とが積層された積層タイプのセンサ素子が用いられることがある。 The gas sensor is arranged in an exhaust pipe of an internal combustion engine, and configured to determine the concentration of oxygen, specific gas, etc. contained in the detection target gas, which is exhaust gas flowing through the exhaust pipe. The gas sensor is also configured to determine the air-fuel ratio of the internal combustion engine based on the exhaust gas. A gas sensor may use a laminated type sensor element in which a plate-shaped solid electrolyte body provided with an electrode conductor and an insulator provided with a heater conductor are laminated.

積層タイプのセンサ素子においては、センサ素子の外部への電極導体及びヒータ導体の配線を行うために、センサ素子の長手方向の基端部の両面に端子導体部が設けられる。また、固体電解質体における、電極導体に対向する位置、及び絶縁体における、ヒータ導体に対向する位置には、導電材料が配置される貫通穴が形成されている。そして、電極導体と端子導体部、及びヒータ導体と端子導体部とは、貫通穴（スルーホール）に配置された導電材料によって導通されている。 In the laminated type sensor element, terminal conductors are provided on both sides of the base end in the longitudinal direction of the sensor element in order to wire the electrode conductors and heater conductors to the outside of the sensor element. Further, through holes in which a conductive material is arranged are formed at positions of the solid electrolyte body facing the electrode conductors and positions of the insulator facing the heater conductors. The electrode conductors and the terminal conductors, and the heater conductors and the terminal conductors, are electrically connected by a conductive material arranged in the through holes.

例えば、特許文献１のセンサ素子の製造方法、センサ素子及びガスセンサにおいては、スルーホールの内周面に絶縁性ペーストによって被覆し、絶縁性ペーストの内側に導電性ペーストを充填することが記載されている。そして、絶縁ペーストによる絶縁層によって、導電性ペーストによる導電体の絶縁が部分的に不十分になることを抑制している。 For example, Patent Document 1 describes a method for manufacturing a sensor element, a sensor element, and a gas sensor, in which the inner peripheral surface of the through hole is coated with an insulating paste, and the inside of the insulating paste is filled with a conductive paste. there is The insulating layer made of the insulating paste prevents the insulation of the conductor by the conductive paste from being partially insufficient.

特開２０１６－１３６１４４号公報JP 2016-136144 A

センサ素子の製造時においては、センサ素子の中間体における、絶縁体を貫通する貫通穴に、溶媒を含有することによって所定の粘度を有する導電性ペーストを流し込む。そして、センサ素子の中間体を焼成するとき等には、導電性ペーストの乾燥・収縮、絶縁性ペーストと固体電解質体、絶縁体等との収縮量の差などによって、ヒータ導体における、貫通穴に対向する部位の、貫通穴の反対側に位置する表面と、絶縁体の表面との間の境界に空洞が生じることがある。 At the time of manufacturing the sensor element, a conductive paste containing a solvent and having a predetermined viscosity is poured into the through hole penetrating the insulator in the intermediate body of the sensor element. When firing the intermediate body of the sensor element, etc., the through hole in the heater conductor may be affected by the drying and shrinkage of the conductive paste, and the difference in shrinkage between the insulating paste and the solid electrolyte body, insulator, etc. Cavities may occur at the boundary between the surface of the opposing portion located on the opposite side of the through-hole and the surface of the insulator.

この空洞の周辺には応力が集中しやすく、応力の集中によって、絶縁体に亀裂が生じるおそれがある。そのため、絶縁体における、貫通穴に対向する部位に亀裂が生じることを防止するためには、更なる工夫が必要とされる。 Stress tends to concentrate around this cavity, and the stress concentration may cause cracks in the insulator. Therefore, in order to prevent the occurrence of cracks in the portion of the insulator facing the through-hole, further measures are required.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、絶縁体における、貫通穴に対向する部位に亀裂が生じにくくすることができるガスセンサを提供しようとするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor in which cracks are less likely to occur in a portion of an insulator facing a through hole.

本発明の一態様は、
固体電解質材料による固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体に設けられた、導電材料による電極導体（３１０）と、
前記固体電解質体の第１表面（３０１）及び第２表面（３０２）のうちの少なくとも一方に積層された、絶縁材料による絶縁体（３３Ａ，３３Ｂ）と、
前記絶縁体に埋設された、導電材料によるヒータ導体（３４）と、を備え、
前記絶縁体における、前記電極導体又は前記ヒータ導体に対向する位置に形成された貫通穴（３３１Ａ，３３１Ｂ）には、前記電極導体又は前記ヒータ導体の導電材料と同一又は異なる組成の導電材料（３８）が配置されており、
前記電極導体又は前記ヒータ導体における、前記貫通穴に対向する部位には、前記貫通穴の反対側に位置する表面から凹む凹部（３４３）、又は前記電極導体もしくは前記ヒータ導体を貫通する貫通凹部（３４４）が形成されており、
前記凹部又は前記貫通凹部には、前記絶縁体の一部である前記絶縁材料が配置されている、ガスセンサ（１）にある。 One aspect of the present invention is
a solid electrolyte body (31) made of a solid electrolyte material;
an electrode conductor (310) made of a conductive material provided on the solid electrolyte body;
insulators (33A, 33B) made of an insulating material laminated on at least one of the first surface (301) and the second surface (302) of the solid electrolyte body;
a heater conductor (34) of conductive material embedded in said insulator;
A conductive material (38 ) is placed and
A portion of the electrode conductor or the heater conductor facing the through hole has a recess (343) recessed from the surface located on the opposite side of the through hole, or a through recess (343) penetrating the electrode conductor or the heater conductor. 344) are formed,
In the gas sensor (1), the insulating material, which is part of the insulator, is arranged in the recess or through recess.

前記一態様のガスセンサにおいては、電極導体又はヒータ導体における、絶縁体の貫通穴に対向する位置の形状に工夫をしている。具体的には、電極導体又はヒータ導体における、絶縁体の貫通穴に対向する部位には、貫通穴の反対側に位置する表面から凹む凹部、又は電極導体もしくはヒータ導体を貫通する貫通凹部が形成されている。この凹部又は貫通凹部は、絶縁体にヒータ導体を設けるときに形成する。 In the gas sensor of the above aspect, the shape of the electrode conductor or the heater conductor at the position facing the through-hole of the insulator is devised. Specifically, in the electrode conductor or the heater conductor, the portion facing the through hole of the insulator is formed with a recess that is recessed from the surface located on the opposite side of the through hole, or a through recess that penetrates the electrode conductor or the heater conductor. It is This recess or through recess is formed when the heater conductor is provided in the insulator.

そして、凹部又は貫通凹部には、絶縁体の一部である絶縁材料が配置されている。この構成により、ガスセンサの製造時又は使用時において、センサ素子が加熱されるときに、ヒータ導体における、貫通穴に対向する部位であって貫通穴の反対側に位置する表面と、絶縁体との間の界面において応力集中が生じにくくすることができる。 An insulating material, which is a part of the insulator, is placed in the recess or through recess. With this configuration, when the sensor element is heated during the manufacture or use of the gas sensor, the surface of the heater conductor facing the through hole and located on the opposite side of the through hole and the insulator. Stress concentration can be made difficult to occur at the interface between them.

それ故、前記一態様のガスセンサによれば、絶縁体における、貫通穴に対向する部位に亀裂が生じにくくすることができる。 Therefore, according to the gas sensor of the aspect, it is possible to make cracks less likely to occur in the portion of the insulator facing the through hole.

なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。 In addition, although the symbols in parentheses of each component shown in one aspect of the present invention indicate the correspondence with the symbols in the drawings in the embodiment, each component is not limited only to the contents of the embodiment.

図１は、実施形態１にかかる、ガスセンサを示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a gas sensor according to Embodiment 1. FIG. 図２は、実施形態１にかかる、センサ素子を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a sensor element according to Embodiment 1. FIG. 図３は、実施形態１にかかる、センサ素子を示す、図２のIII－III断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 2, showing the sensor element according to the first embodiment. 図４は、実施形態１にかかる、センサ素子を、各構成要素に分解した状態で示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing the sensor element disassembled into each component according to the first embodiment. 図５は、実施形態１にかかる、ヒータ用貫通穴の周辺を示す断面図である。5 is a cross-sectional view showing the periphery of the heater through hole according to the first embodiment; FIG. 図６は、実施形態２にかかる、ヒータ用貫通穴の周辺を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the periphery of a heater through-hole according to the second embodiment.

前述したガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態のガスセンサ１は、図１～図３に示すように、固体電解質体３１、電極導体３１０、絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及びヒータ導体３４を備える。固体電解質体３１は、固体電解質材料によって構成されている。電極導体３１０は、導体材料によって構成され、固体電解質体３１に設けられている。絶縁体３３Ａ，３３Ｂは、絶縁材料によって構成され、固体電解質体３１の第１表面３０１及び第２表面３０２に積層されている。ヒータ導体３４は、導電材料によって構成され、絶縁体３３Ｂに埋設されている。 A preferred embodiment of the gas sensor described above will be described with reference to the drawings.
<Embodiment 1>
The gas sensor 1 of this embodiment includes a solid electrolyte body 31, an electrode conductor 310, insulators 33A and 33B, and a heater conductor 34, as shown in FIGS. The solid electrolyte body 31 is made of a solid electrolyte material. The electrode conductor 310 is made of a conductor material and provided on the solid electrolyte body 31 . The insulators 33A and 33B are made of an insulating material and laminated on the first surface 301 and the second surface 302 of the solid electrolyte body 31 . The heater conductor 34 is made of a conductive material and embedded in the insulator 33B.

絶縁体３３Ａにおける、電極導体３１０に対向する位置に形成された電極用貫通穴３３１Ａには、電極導体３１０の導電材料と同一又は異なる組成の導電材料３８が配置されている。また、絶縁体３３Ｂにおける、ヒータ導体３４に対向する位置に形成されたヒータ用貫通穴３３１Ｂには、ヒータ導体３４の導電材料と同一又は異なる組成の導電材料３８が配置されている。ヒータ導体３４における、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに対向する部位には、ヒータ用貫通穴３３１Ｂの反対側に位置する表面から凹む凹部３４３が形成されている。凹部３４３には、絶縁体３３Ｂの一部である絶縁材料が配置されている。 A conductive material 38 having the same or different composition as the conductive material of the electrode conductor 310 is disposed in the electrode through hole 331A formed in the insulator 33A at a position facing the electrode conductor 310 . A conductive material 38 having the same composition as or different from that of the heater conductor 34 is disposed in the heater through-hole 331B formed in the insulator 33B at a position facing the heater conductor 34 . A recess 343 recessed from the surface located on the opposite side of the heater through-hole 331B is formed in the heater conductor 34 at a portion facing the heater through-hole 331B. An insulating material that is part of the insulator 33B is placed in the recess 343 .

以下に、本形態のガスセンサ１について詳説する。
（ガスセンサ１）
図１に示すように、ガスセンサ１は、車両の内燃機関（エンジン）の排気管７の取付口７１に配置され、排気管７を流れる排ガスＧを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおける酸素濃度、特定ガス濃度等を検出するために用いられる。ガスセンサ１は、排ガスＧにおける酸素濃度、未燃ガス濃度等に基づいて、内燃機関における空燃比を求める空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）として用いることができる。空燃比センサは、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が多い燃料リッチの状態から、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が少ない燃料リーンの状態まで定量的に連続して空燃比を検出することができるものである。 The gas sensor 1 of this embodiment will be described in detail below.
(Gas sensor 1)
As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 is arranged at a mounting port 71 of an exhaust pipe 7 of an internal combustion engine (engine) of a vehicle. It is used to detect specific gas concentration. The gas sensor 1 can be used as an air-fuel ratio sensor (A/F sensor) that determines the air-fuel ratio in an internal combustion engine based on the oxygen concentration, unburned gas concentration, etc. in the exhaust gas G. The air-fuel ratio sensor continuously measures the air-fuel ratio quantitatively from a fuel-rich state in which the ratio of fuel to air is high compared to the stoichiometric air-fuel ratio to a fuel-lean state in which the ratio of fuel to air is low compared to the stoichiometric air-fuel ratio. can be detected.

排気管７には、排ガスＧ中の有害物質を浄化するための触媒が配置されており、ガスセンサ１は、排気管７における排ガスＧの流れ方向において、触媒の上流側又は下流側のいずれに配置してもよい。また、ガスセンサ１は、排ガスＧを利用して内燃機関が吸入する空気の密度を高める過給機の吸入側の配管に配置してもよい。また、ガスセンサ１を配置する配管は、内燃機関から排気管７に排気される排ガスＧの一部を、内燃機関の吸気管に再循環させる排気再循環機構における配管としてもよい。 A catalyst for purifying harmful substances in the exhaust gas G is arranged in the exhaust pipe 7, and the gas sensor 1 is arranged either upstream or downstream of the catalyst in the flow direction of the exhaust gas G in the exhaust pipe 7. You may Further, the gas sensor 1 may be arranged in a pipe on the intake side of a turbocharger that uses the exhaust gas G to increase the density of the air that the internal combustion engine takes in. Further, the piping in which the gas sensor 1 is arranged may be piping in an exhaust gas recirculation mechanism that recirculates part of the exhaust gas G discharged from the internal combustion engine to the exhaust pipe 7 to the intake pipe of the internal combustion engine.

（センサ素子２）
図２及び図３に示すように、固体電解質体３１、電極導体３１０、第２絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及びヒータ導体３４は、互いに積層されて、積層タイプのセンサ素子２を形成している。センサ素子２は、長尺の長方形状に形成されており、後述する素子保持材４２によって保持された状態でハウジング４１に保持される。 (Sensor element 2)
As shown in FIGS. 2 and 3, the solid electrolyte body 31, the electrode conductor 310, the second insulators 33A and 33B, and the heater conductor 34 are laminated together to form the laminated type sensor element 2. FIG. The sensor element 2 is formed in an elongated rectangular shape, and is held by the housing 41 while being held by an element holding member 42 which will be described later.

本形態の電極導体３１０は、固体電解質体３１の第１表面３０１に設けられた排気電極３１１、固体電解質体３１の第２表面３０２に設けられた大気電極３１２、並びに排気電極３１１及び大気電極３１２のそれぞれに接続された電極リード部３１３によって構成されている。第２絶縁体３３Ａ，３３Ｂは、固体電解質体３１の第１表面３０１に積層された第１絶縁体３３Ａ及び固体電解質体３１の第２表面３０２に積層された第２絶縁体３３Ｂによって構成されている。ヒータ導体３４は、第２絶縁体３３Ｂに埋設されている。なお、ヒータ導体３４は、第１絶縁体３３Ａに埋設されていてもよい。 The electrode conductor 310 of this embodiment includes an exhaust electrode 311 provided on the first surface 301 of the solid electrolyte body 31, an air electrode 312 provided on the second surface 302 of the solid electrolyte body 31, and the exhaust electrode 311 and the air electrode 312. are configured by electrode lead portions 313 connected to each of the . The second insulators 33A and 33B are composed of the first insulator 33A laminated on the first surface 301 of the solid electrolyte body 31 and the second insulator 33B laminated on the second surface 302 of the solid electrolyte body 31. there is The heater conductor 34 is embedded in the second insulator 33B. The heater conductor 34 may be embedded in the first insulator 33A.

（長手方向Ｌ，積層方向Ｄ，幅方向Ｗ）
本形態において、ガスセンサ１及びセンサ素子２の長手方向Ｌとは、センサ素子２が長尺形状に延びる方向のことをいう。また、長手方向Ｌに直交し、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂとが積層された方向を、積層方向Ｄという。また、長手方向Ｌと積層方向Ｄとに直交する方向を、幅方向Ｗという。また、センサ素子２の長手方向Ｌにおいて、排ガスＧに晒される側を先端側Ｌ１といい、先端側Ｌ１の反対側を基端側Ｌ２という。 (longitudinal direction L, stacking direction D, width direction W)
In this embodiment, the longitudinal direction L of the gas sensor 1 and the sensor element 2 means the direction in which the sensor element 2 extends in a long shape. Also, the direction orthogonal to the longitudinal direction L and in which the solid electrolyte body 31 and the insulators 33A and 33B are stacked is referred to as a stacking direction D. As shown in FIG. A direction orthogonal to the longitudinal direction L and the stacking direction D is called a width direction W. In addition, in the longitudinal direction L of the sensor element 2, the side exposed to the exhaust gas G is called the front end side L1, and the side opposite to the front end side L1 is called the base end side L2.

（固体電解質体３１、排気電極３１１及び大気電極３１２）
図２及び図３に示すように、固体電解質体３１は、所定の活性温度において、酸素イオン（Ｏ^2-）の伝導性を有するものである。固体電解質体３１の第１表面３０１には、排ガスＧに晒される排気電極３１１が設けられており、固体電解質体３１の第２表面３０２には、大気Ａに晒される大気電極３１２が設けられている。排気電極３１１と大気電極３１２とは、センサ素子２の長手方向Ｌの、排ガスＧに晒される先端側Ｌ１の部位において、固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置に配置されている。 (Solid electrolyte body 31, exhaust electrode 311 and air electrode 312)
As shown in FIGS. 2 and 3, the solid electrolyte body 31 has oxygen ion (O ²⁻ ) conductivity at a predetermined activation temperature. An exhaust electrode 311 exposed to the exhaust gas G is provided on the first surface 301 of the solid electrolyte body 31, and an air electrode 312 exposed to the atmosphere A is provided on the second surface 302 of the solid electrolyte body 31. there is The exhaust electrode 311 and the air electrode 312 are arranged in a position overlapping in the stacking direction D with the solid electrolyte body 31 interposed therebetween at a portion on the front end side L1 exposed to the exhaust gas G in the longitudinal direction L of the sensor element 2 .

センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、排気電極３１１及び大気電極３１２と、これらの電極３１１，３１２の間に挟まれた固体電解質体３１の部分とによるセンサセル２１が形成されている。本形態のセンサセル２１は、空燃比センサを構成するために、センサ素子２において１つ形成されている。これ以外にも、センサセル２１は、例えば、ＮＯｘ（窒素酸化物）センサを構成するために、センサ素子２において複数形成されていてもよい。この場合には、複数の電極の組が使用される。 A sensor cell 21 is formed by an exhaust electrode 311, an air electrode 312, and a portion of the solid electrolyte body 31 sandwiched between these electrodes 311 and 312 at a portion on the front end side L1 in the longitudinal direction L of the sensor element 2. ing. One sensor cell 21 of this embodiment is formed in the sensor element 2 in order to constitute an air-fuel ratio sensor. Besides this, a plurality of sensor cells 21 may be formed in the sensor element 2 in order to configure, for example, a NOx (nitrogen oxide) sensor. In this case, multiple electrode sets are used.

固体電解質体３１は、ジルコニア系酸化物からなり、ジルコニアを主成分とし（５０質量％以上含有し）、希土類金属元素又はアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアからなる。固体電解質体３１を構成するジルコニアの一部は、イットリア、スカンジア又はカルシアによって置換される。 The solid electrolyte body 31 is made of a zirconia-based oxide, containing zirconia as a main component (containing 50% by mass or more), and stabilized zirconia or partial zirconia in which a part of zirconia is substituted with a rare earth metal element or an alkaline earth metal element. Consists of stabilized zirconia. A part of the zirconia constituting the solid electrolyte body 31 is replaced with yttria, scandia or calcia.

排気電極３１１及び大気電極３１２は、酸素に対する触媒活性を示す貴金属としての白金、及び固体電解質体３１との共材としてのジルコニア系酸化物を含有している。図１及び図２に示すように、排気電極３１１及び大気電極３１２には、これらの電極３１１，３１２をガスセンサ１の外部と電気接続するための電極リード部３１３が接続されている。電極リード部３１３は、センサ素子２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部位まで引き出されている。電極リード部３１３の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の端部であって、第１絶縁体３３Ａの表面には、電極リード部３１３に接続された端子接続部２２が形成されている。 The exhaust electrode 311 and the air electrode 312 contain platinum as a noble metal exhibiting catalytic activity with respect to oxygen and zirconia-based oxide as a common material with the solid electrolyte body 31 . As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust electrode 311 and the air electrode 312 are connected to electrode lead portions 313 for electrically connecting these electrodes 311 and 312 to the outside of the gas sensor 1 . The electrode lead portion 313 is drawn out to a portion on the base end side L2 in the longitudinal direction L of the sensor element 2. As shown in FIG. A terminal connecting portion 22 connected to the electrode lead portion 313 is formed on the surface of the first insulator 33A at the end of the electrode lead portion 313 on the base end side L2 in the longitudinal direction L.

（ガス室３５）
図２及び図３に示すように、固体電解質体３１の第１表面３０１には、第１絶縁体３３Ａと固体電解質体３１とに囲まれたガス室３５が隣接して形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａの長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位において、排気電極３１１を収容する位置に形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａと拡散抵抗部３２と固体電解質体３１とによって閉じられた空間部として形成されている。排気管７内を流れる排ガスＧは、拡散抵抗部３２を通過してガス室３５内に導入される。 (gas chamber 35)
As shown in FIGS. 2 and 3 , a gas chamber 35 surrounded by the first insulator 33A and the solid electrolyte body 31 is formed adjacent to the first surface 301 of the solid electrolyte body 31 . The gas chamber 35 is formed at a position that accommodates the exhaust electrode 311 at a portion on the tip side L1 in the longitudinal direction L of the first insulator 33A. The gas chamber 35 is formed as a space enclosed by the first insulator 33</b>A, the diffusion resistance section 32 and the solid electrolyte body 31 . The exhaust gas G flowing through the exhaust pipe 7 passes through the diffusion resistance portion 32 and is introduced into the gas chamber 35 .

（拡散抵抗部３２）
図２及び図３に示すように、本形態の拡散抵抗部（ガス導入部）３２は、ガス室３５の幅方向Ｗの両側に設けられている。拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａに形成された導入口内に、酸化アルミニウム等の金属酸化物の多孔質体を配置することによって形成されている。ガス室３５に導入される排ガスＧの拡散速度（流量）は、排ガスＧが拡散抵抗部３２における多孔質体の気孔を通過する速度が制限されることによって決定される。なお、拡散抵抗部３２は、ガス室３５の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位に設けてもよい。 (Diffusion resistance portion 32)
As shown in FIGS. 2 and 3 , the diffusion resistance portions (gas introduction portions) 32 of this embodiment are provided on both sides in the width direction W of the gas chamber 35 . The diffusion resistance portion 32 is formed by arranging a porous body of metal oxide such as aluminum oxide in the inlet formed in the first insulator 33A. The diffusion speed (flow rate) of the exhaust gas G introduced into the gas chamber 35 is determined by limiting the speed at which the exhaust gas G passes through the pores of the porous body in the diffusion resistance portion 32 . Note that the diffusion resistance portion 32 may be provided at a portion on the front end side L1 in the longitudinal direction L of the gas chamber 35 .

（大気ダクト３６）
図２～図４に示すように、固体電解質体３１の第２表面３０２には、第２絶縁体３３Ｂと固体電解質体３１とに囲まれ、大気Ａが導入される大気ダクト３６が隣接して形成されている。大気ダクト３６は、第２絶縁体３３Ｂにおける、大気電極３１２を収容する長手方向Ｌの部位から、センサ素子２の長手方向Ｌにおける基端位置まで形成されている。 (Atmospheric duct 36)
As shown in FIGS. 2 to 4, the second surface 302 of the solid electrolyte body 31 is surrounded by the second insulator 33B and the solid electrolyte body 31, and is adjacent to an atmosphere duct 36 into which the atmosphere A is introduced. formed. The air duct 36 is formed from a portion of the second insulator 33</b>B in the longitudinal direction L accommodating the air electrode 312 to a base end position in the longitudinal direction L of the sensor element 2 .

（各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ）
図２～図４に示すように、第１絶縁体３３Ａは、ガス室３５を形成するものであり、第２絶縁体３３Ｂは、大気ダクト３６を形成するとともにヒータ導体３４を埋設するものである。第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体３３Ｂは、アルミナ（酸化アルミニウム）等の金属酸化物によって形成されている。各絶縁体３３Ａ，３３Ｂは、排ガスＧ又は大気Ａである気体が透過することができない緻密体として形成されている。 (Each insulator 33A, 33B)
As shown in FIGS. 2 to 4, the first insulator 33A forms the gas chamber 35, and the second insulator 33B forms the air duct 36 and embeds the heater conductor 34. . The first insulator 33A and the second insulator 33B are made of metal oxide such as alumina (aluminum oxide). Each of the insulators 33A, 33B is formed as a dense body through which gas such as the exhaust gas G or the air A cannot permeate.

（ヒータ導体３４）
図３及び図４に示すように、ヒータ導体３４は、発熱体として構成されており、大気ダクト３６を形成する第２絶縁体３３Ｂ内に埋設されている。ヒータ導体３４は、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１の、長手方向Ｌの基端側Ｌ２に繋がるヒータリード部３４２とを有する。発熱部３４１は、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂとの積層方向Ｄにおいて、少なくとも一部が排気電極３１１及び大気電極３１２に重なる位置に配置されている。ヒータ導体３４は、導電性を有する金属材料によって構成されている。ヒータリード部３４２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の端部であって、ヒータリード部３４２に接続された端子接続部２２が形成されている。 (heater conductor 34)
As shown in FIGS. 3 and 4, the heater conductor 34 is constructed as a heating element and is embedded in the second insulator 33B forming the air duct 36. As shown in FIG. The heater conductor 34 has a heat generating portion 341 that generates heat when energized, and a heater lead portion 342 connected to the base end side L2 in the longitudinal direction L of the heat generating portion 341 . The heat generating portion 341 is arranged at a position where at least a part thereof overlaps the exhaust electrode 311 and the air electrode 312 in the stacking direction D of the solid electrolyte body 31 and the insulators 33A and 33B. The heater conductor 34 is made of a conductive metal material. A terminal connection portion 22 connected to the heater lead portion 342 at the end portion of the base end side L2 in the longitudinal direction L of the heater lead portion 342 is formed.

（表面保護層３７）
図１に示すように、センサ素子２の長手方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、センサセル２１を覆う表面保護層３７が形成されている。表面保護層３７は、排ガスＧが通過可能な気孔を有するセラミックス材料としての、互いに結合された複数のセラミックス粒子によって構成されている。 (Surface protective layer 37)
As shown in FIG. 1 , a surface protection layer 37 covering the sensor cell 21 is formed on the front end side L1 of the sensor element 2 in the longitudinal direction L. As shown in FIG. The surface protective layer 37 is composed of a plurality of mutually bonded ceramic particles as a ceramic material having pores through which the exhaust gas G can pass.

（他のセンサ素子２の構成）
図示は省略するが、センサ素子２は、１つの固体電解質体３１を有するものに限られず、複数の固体電解質体３１を有するものとしてもよい。電極導体３１０は、複数の固体電解質体３１のそれぞれに設けられる。 (Structure of another sensor element 2)
Although not shown, the sensor element 2 is not limited to having one solid electrolyte body 31 and may have a plurality of solid electrolyte bodies 31 . An electrode conductor 310 is provided on each of the plurality of solid electrolyte bodies 31 .

（ガスセンサ１の他の構成）
図１に示すように、ガスセンサ１は、センサ素子２を排気管７に配置するとともにセンサ制御装置５に電気配線するために、ハウジング４１、素子保持材４２、端子保持材４３、接触部材４３１、接点端子４４、先端側カバー４５、基端側カバー４６、ブッシュ４７、リード線４８等を有する。 (Another Configuration of Gas Sensor 1)
As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 includes a housing 41, an element holding material 42, a terminal holding material 43, contact members 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, 431, and 431. It has a contact terminal 44, a distal end cover 45, a proximal end cover 46, a bush 47, a lead wire 48 and the like.

ハウジング４１は、ガスセンサ１を排気管７の取付口７１に締め付けるために用いられる。ハウジング４１は、素子保持材４２等を介してセンサ素子２を保持する。センサ素子２は、ガラス４２１を介して素子保持材４２に保持され、素子保持材４２は、かしめ用材料４２２，４２３，４２４を介してハウジング４１に保持されている。素子保持材４２の長手方向Ｌの基端側Ｌ２には、接点端子４４を保持する端子保持材４３が連結されている。端子保持材４３は、接触部材４３１によって基端側カバー４６に支持されている。 The housing 41 is used to fasten the gas sensor 1 to the mounting port 71 of the exhaust pipe 7 . The housing 41 holds the sensor element 2 via an element holding member 42 and the like. The sensor element 2 is held by the element holding member 42 via the glass 421 , and the element holding member 42 is held by the housing 41 via caulking materials 422 , 423 and 424 . A terminal holding member 43 for holding contact terminals 44 is connected to the base end side L2 of the element holding member 42 in the longitudinal direction L. As shown in FIG. The terminal holding member 43 is supported by the base end cover 46 by the contact member 431 .

接点端子４４は、センサ素子２における、電極リード部３１３の基端部に繋がる端子接続部２２、及びヒータリード部３４２の基端部に繋がる端子接続部２２に接触して、電極リード部３１３及びヒータリード部３４２をリード線４８に電気的に接続するものである。接点端子４４は、端子保持材４３内に配置された状態で、接続金具４４１を介してリード線４８に接続されている。 The contact terminal 44 is in contact with the terminal connection portion 22 connected to the base end portion of the electrode lead portion 313 and the terminal connection portion 22 connected to the base end portion of the heater lead portion 342 in the sensor element 2 . It electrically connects the heater lead portion 342 to the lead wire 48 . The contact terminal 44 is arranged in the terminal holding member 43 and connected to the lead wire 48 via the connection fitting 441 .

図１に示すように、先端側カバー４５は、ハウジング４１の長手方向Ｌの先端側Ｌ１に設けられており、センサ素子２のセンサセル２１を覆う。先端側カバー４５には、センサ素子２に接触する排ガスＧが流通可能なガス流通孔４５１が形成されている。センサ素子２のセンサセル２１及び先端側カバー４５は、内燃機関の排気管７内に配置される。排気管７内を流れる排ガスＧの一部は、先端側カバー４５のガス流通孔４５１から先端側カバー４５内に流入する。そして、先端側カバー４５内の排ガスＧは、センサ素子２の表面保護層３７及び拡散抵抗部３２を通過して排気電極３１１へと導かれる。 As shown in FIG. 1 , the tip side cover 45 is provided on the tip side L1 in the longitudinal direction L of the housing 41 and covers the sensor cell 21 of the sensor element 2 . A gas flow hole 451 through which the exhaust gas G coming into contact with the sensor element 2 can flow is formed in the tip end cover 45 . The sensor cell 21 of the sensor element 2 and the tip end cover 45 are arranged inside the exhaust pipe 7 of the internal combustion engine. A portion of the exhaust gas G flowing through the exhaust pipe 7 flows into the tip end cover 45 through the gas flow holes 451 of the tip end cover 45 . Then, the exhaust gas G inside the front end cover 45 passes through the surface protective layer 37 and the diffusion resistance portion 32 of the sensor element 2 and is guided to the exhaust electrode 311 .

基端側カバー４６は、ハウジング４１の長手方向Ｌの基端側Ｌ２に設けられており、ガスセンサ１の長手方向Ｌの基端側Ｌ２に位置する配線部を覆って、この配線部を大気Ａ中の水等から保護するためのものである。配線部は、センサ素子２に電気的に繋がる部分としての、接点端子４４、接点端子４４とリード線４８との接続部分（接続金具４４１）等によって構成される。 The base end cover 46 is provided on the base end side L2 in the longitudinal direction L of the housing 41, and covers the wiring portion positioned on the base end side L2 in the longitudinal direction L of the gas sensor 1 to protect the wiring portion from the atmosphere A. It is for protecting from water etc. inside. The wiring part is configured by the contact terminal 44 as a part electrically connected to the sensor element 2, a connecting part (connecting fitting 441) between the contact terminal 44 and the lead wire 48, and the like.

基端側カバー４６の長手方向Ｌの基端側Ｌ２の部分の内周側には、複数のリード線４８を保持するブッシュ４７が保持されている。基端側カバー４６には、ガスセンサ１の外部から大気Ａを導入するための大気導入孔４６１が形成されている。大気導入孔４６１は、撥水フィルタ４６２によって覆われている。センサ素子２における、大気ダクト３６の基端位置は、基端側カバー４６内の空間に開放されており、大気Ａは、大気ダクト３６内の大気電極３１２へ導かれる。 A bush 47 that holds a plurality of lead wires 48 is held on the inner peripheral side of the portion on the proximal side L2 in the longitudinal direction L of the proximal side cover 46 . An air introduction hole 461 for introducing air A from the outside of the gas sensor 1 is formed in the base end cover 46 . The air introduction hole 461 is covered with a water-repellent filter 462 . The base end position of the air duct 36 in the sensor element 2 is open to the space inside the base end cover 46 , and the air A is led to the air electrode 312 inside the air duct 36 .

（センサ制御装置５）
図１に示すように、ガスセンサ１におけるリード線４８は、ガスセンサ１におけるガス検出の制御を行うセンサ制御装置５に電気接続されている。センサ制御装置５は、エンジンにおける燃焼運転を制御するエンジン制御装置６と連携してガスセンサ１における電気制御を行うものである。センサ制御装置５は、各種制御回路、コンピュータ等を用いて構成されている。なお、センサ制御装置５は、エンジン制御装置６内に構築してもよい。センサ制御装置５は、排気電極３１１と大気電極３１２との間に直流電圧を印加する回路５１１、及び排気電極３１１と大気電極３１２との間に流れる電流を検出する回路５１２等を用いて構成されている。 (Sensor control device 5)
As shown in FIG. 1 , the lead wire 48 of the gas sensor 1 is electrically connected to the sensor control device 5 that controls gas detection by the gas sensor 1 . The sensor control device 5 performs electrical control of the gas sensor 1 in cooperation with the engine control device 6 that controls combustion operation in the engine. The sensor control device 5 is configured using various control circuits, a computer, and the like. Note that the sensor control device 5 may be constructed within the engine control device 6 . The sensor control device 5 includes a circuit 511 for applying a DC voltage between the exhaust electrode 311 and the air electrode 312, a circuit 512 for detecting current flowing between the exhaust electrode 311 and the air electrode 312, and the like. ing.

（第１絶縁体３３Ａの電極用貫通穴３３１Ａ）
図５に示すように、第１絶縁体３３Ａにおける、電極導体３１０の電極リード部３１３に対向する位置に形成された電極用貫通穴３３１Ａには、導電材料３８が配置されている。第１絶縁体３３Ａの外側表面における、電極用貫通穴３３１Ａに対向する部位には、導電材料による端子接続部２２が設けられている。そして、電極用貫通穴３３１Ａに配置された導電材料３８によって、電極導体３１０の電極リード部３１３と端子接続部２２とが電気接続されている。 (Electrode through hole 331A of first insulator 33A)
As shown in FIG. 5, a conductive material 38 is arranged in an electrode through-hole 331A formed in the first insulator 33A at a position facing the electrode lead portion 313 of the electrode conductor 310 . A terminal connection portion 22 made of a conductive material is provided at a portion of the outer surface of the first insulator 33A facing the electrode through hole 331A. The electrode lead portion 313 of the electrode conductor 310 and the terminal connection portion 22 are electrically connected by the conductive material 38 disposed in the electrode through hole 331A.

排気電極３１１の電極リード部３１３に対向する電極用貫通穴３３１Ａは、第１絶縁体３３Ａを積層方向Ｄに貫通する状態で形成されている。大気電極３１２の電極リード部３１３に対向する電極用貫通穴３３１Ａは、第１絶縁体３３Ａ及び固体電解質体３１を積層方向Ｄに貫通する状態で形成されている。各電極用貫通穴３３１Ａにおける導電材料３８は、各電極用貫通穴３３１Ａを充填する状態に配置されている。 The electrode through hole 331A facing the electrode lead portion 313 of the exhaust electrode 311 is formed in a state of penetrating the first insulator 33A in the stacking direction D. As shown in FIG. The electrode through hole 331A facing the electrode lead portion 313 of the air electrode 312 is formed in a state of penetrating the first insulator 33A and the solid electrolyte body 31 in the stacking direction D. As shown in FIG. The conductive material 38 in each electrode through-hole 331A is arranged in a state of filling each electrode through-hole 331A.

（第２絶縁体３３Ｂのヒータ用貫通穴３３１Ｂ）
図５に示すように、第２絶縁体３３Ｂにおける、ヒータ導体３４の一対のヒータリード部３４２に対向する位置に形成された各ヒータ用貫通穴３３１Ｂには、導電材料３８が配置されている。第２絶縁体３３Ｂの外側表面における、各ヒータ用貫通穴３３１Ｂに対向する部位には、導電材料による端子接続部２２がそれぞれ設けられている。そして、各ヒータ用貫通穴３３１Ｂに配置された導電材料３８によって、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２と端子接続部２２とが電気接続されている。 (Heater through hole 331B of second insulator 33B)
As shown in FIG. 5, the conductive material 38 is arranged in each heater through-hole 331B formed in the second insulator 33B at a position facing the pair of heater lead portions 342 of the heater conductor 34 . Terminal connection portions 22 made of a conductive material are provided at portions of the outer surface of the second insulator 33B that face the heater through holes 331B. The heater lead portion 342 of the heater conductor 34 and the terminal connection portion 22 are electrically connected by the conductive material 38 arranged in each heater through hole 331B.

ヒータリード部３４２に対向するヒータ用貫通穴３３１Ｂは、第２絶縁体３３Ｂを積層方向Ｄに貫通する状態で形成されている。ヒータ用貫通穴３３１Ｂにおける導電材料３８は、ヒータ用貫通穴３３１Ｂを充填する状態に配置されている。 The heater through hole 331B facing the heater lead portion 342 is formed in a state of penetrating the second insulator 33B in the stacking direction D. As shown in FIG. The conductive material 38 in the heater through hole 331B is arranged in a state of filling the heater through hole 331B.

（凹部３４３）
図５に示すように、ヒータ導体３４の凹部３４３は、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２における、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに対向する部位に形成されている。本形態の凹部３４３は、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２の一部が他の部分に比べて薄くなる状態で形成されている。また、凹部３４３は、曲面状に凹む状態で形成されている。 (Recess 343)
As shown in FIG. 5, the recessed portion 343 of the heater conductor 34 is formed at a portion of the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 facing the heater through hole 331B. The recess 343 of this embodiment is formed in such a manner that a portion of the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 is thinner than the other portions. Further, the recessed portion 343 is formed in a state of being recessed into a curved surface.

（ヒータ用貫通穴３３１Ｂの周辺の構造）
図４及び図５に示すように、第２絶縁体３３Ｂは、ヒータ導体３４を間に挟み込むよう、複数枚の基材３３２，３３３が接合されることによって形成されている。本形態のヒータ導体３４は、大気ダクト３６を形成する内側基材３３２と、内側基材３３２の積層方向Ｄの外側に積層された外側基材３３３との間に埋設されている。ヒータ導体３４は、第２絶縁体３３Ｂを構成する外側基材３３３の表面に設けられている。ヒータ導体３４のヒータリード部３４２の凹部３４３には、内側基材３３２と外側基材３３３との間に挟まれた、絶縁材料による絶縁層３３４の一部が、凸部３３５として膨らむ状態で配置されている。 (Structure around heater through hole 331B)
As shown in FIGS. 4 and 5, the second insulator 33B is formed by bonding a plurality of substrates 332 and 333 so as to sandwich the heater conductor 34 therebetween. The heater conductor 34 of this embodiment is embedded between an inner base material 332 that forms the air duct 36 and an outer base material 333 that is laminated on the outer side of the inner base material 332 in the lamination direction D. As shown in FIG. The heater conductor 34 is provided on the surface of the outer base material 333 that constitutes the second insulator 33B. A part of the insulating layer 334 made of an insulating material sandwiched between the inner base material 332 and the outer base material 333 is arranged in a bulging state as a convex part 335 in the concave part 343 of the heater lead part 342 of the heater conductor 34 . It is

また、本形態のヒータ導体３４は、外側基材３３３にパターン印刷によって設けられ、内側基材３３２の表面に設けられた、絶縁材料としての絶縁ペーストによる絶縁層３３４と、外側基材３３３との間に挟まれている。換言すれば、絶縁層３３４は、内側基材３３２の表面と、外側基材３３３の表面、及び外側基材３３３におけるヒータ導体３４の表面との間に設けられている。 In addition, the heater conductor 34 of this embodiment is provided on the outer base material 333 by pattern printing. sandwiched between. In other words, the insulating layer 334 is provided between the surface of the inner base material 332 , the surface of the outer base material 333 , and the surface of the heater conductor 34 on the outer base material 333 .

ヒータリード部３４２の凹部３４３に絶縁層３３４による凸部３３５が配置されていることにより、センサ素子２の加熱時に、第２絶縁体３３Ｂとヒータリード部３４２との間の境界に空洞が生じないようにすることができる。センサ素子２の加熱時には、センサ素子２を製造する際における、センサ素子２の焼成時、ヒータ導体３４等への通電時等、又はガスセンサ１の使用時としてのセンサ素子２の使用時等がある。また、絶縁ペーストによる絶縁層３３４を用いることにより、ヒータリード部３４２の凹部３４３に絶縁材料の一部が容易に充填されるようにすることができる。 Since the convex portion 335 formed by the insulating layer 334 is arranged in the concave portion 343 of the heater lead portion 342, no cavity is generated at the boundary between the second insulator 33B and the heater lead portion 342 when the sensor element 2 is heated. can be made When the sensor element 2 is heated, when the sensor element 2 is manufactured, when the sensor element 2 is baked, when the heater conductor 34 is energized, or when the gas sensor 1 is used, the sensor element 2 is used. . Further, by using the insulating layer 334 made of insulating paste, the concave portion 343 of the heater lead portion 342 can be easily filled with a part of the insulating material.

絶縁ペーストは、第２絶縁体３３Ｂと同様の酸化アルミニウム等の絶縁材料によって構成されている。絶縁ペーストは、センサ素子２が焼成された後に絶縁体３３Ｂを構成する。第１絶縁体３３Ａ、第２絶縁体３３Ｂ、固体電解質体３１等が積層されたセンサ素子２の中間体において、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２の凹部３４３には、絶縁ペーストの一部が配置される。そして、焼成後のセンサ素子２においては、絶縁ペーストが内側基材３３２及び外側基材３３３と一体化し、第２絶縁体３３Ｂの一部がヒータリード部３４２の凹部３４３に配置された状態が形成される。 The insulating paste is made of an insulating material such as aluminum oxide similar to the second insulator 33B. The insulating paste constitutes the insulator 33B after the sensor element 2 has been fired. In the intermediate body of the sensor element 2 in which the first insulator 33A, the second insulator 33B, the solid electrolyte body 31, etc. are laminated, part of the insulating paste is placed in the recess 343 of the heater lead portion 342 of the heater conductor 34. be done. Then, in the sensor element 2 after baking, the insulating paste is integrated with the inner base material 332 and the outer base material 333, and a part of the second insulator 33B is arranged in the recess 343 of the heater lead part 342. be done.

また、センサ素子２において、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２と導電材料３８とは一体化されている。そのため、凹部３４３は、ヒータリード部３４２及び導電材料３８において陥没する状態に形成されていてもよい。また、外側基材３３３は、２枚積層されており、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに充填された導電材料３８の一部３８１は、外側基材３３３同士の間の隙間、及び外側基材３３３の外側表面に浸透している。 Further, in the sensor element 2, the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 and the conductive material 38 are integrated. Therefore, the recessed portion 343 may be formed in a recessed state in the heater lead portion 342 and the conductive material 38 . Two outer substrates 333 are laminated, and a part 381 of the conductive material 38 filled in the heater through-hole 331B is distributed between the outer substrates 333 and the outside of the outer substrates 333 . permeates the surface.

絶縁層３３４の絶縁ペーストの厚みは、例えば、９μｍ以上３０μｍ以下の範囲内に設定すればよい。この構成により、絶縁ペーストがヒータ導体３４のヒータリード部３４２の凹部３４３に適切に充填される。また、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２の厚みは、例えば、１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲内に設定すればよい。この構成により、ヒータリード部３４２の導通性を確保するとともに凹部３４３の形成を容易にすることができる。また、ヒータ用貫通穴３３１Ｂの大きさ（直径）は、φ２００μｍ以上φ３００μ以下とすればよい。 The thickness of the insulating paste of the insulating layer 334 may be set within a range of 9 μm or more and 30 μm or less, for example. With this configuration, the insulating paste is appropriately filled into the recessed portion 343 of the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 . Moreover, the thickness of the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 may be set within a range of, for example, 10 μm or more and 30 μm or less. With this configuration, it is possible to secure the conductivity of the heater lead portion 342 and facilitate the formation of the concave portion 343 . Also, the size (diameter) of the heater through-hole 331B may be φ200 μm or more and φ300 μm or less.

ヒータ導体３４のヒータリード部３４２の凹部３４３は、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに対向する中心側部位において、５μｍ以上の深さであって、１００μｍ以上３００μｍ以下の最大径に形成されている。最大径とは、最も直径が大きくなる部位の長さのことをいう。換言すれば、凹部３４３の最も深い部位の深さは５μｍ以上であり、凹部３４３の最大径は１００μｍ以上３００μｍ以下である。凹部３４３の平面形状は、必ずしも円形状である必要はない。 The recessed portion 343 of the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 is formed with a depth of 5 μm or more and a maximum diameter of 100 μm or more and 300 μm or less at the center side portion facing the heater through hole 331B. The maximum diameter refers to the length of the portion with the largest diameter. In other words, the depth of the deepest part of the recess 343 is 5 μm or more, and the maximum diameter of the recess 343 is 100 μm or more and 300 μm or less. The planar shape of the recess 343 does not necessarily have to be circular.

凹部３４３の最も深い部位の深さが５μｍ未満である場合には、センサ素子２の加熱時に、凹部３４３がさらに深くなるように空洞が大きくなり、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２と絶縁層３３４との間の界面に応力集中が生じにくくする効果が得られないおそれがある。凹部３４３の最も深い部位の深さは、ヒータリード部３４２の厚みに関わらず、５μｍ以上４５０μｍ以下の範囲内とする。凹部３４３には、グリーンシートの積層体に圧力を加えて、グリーンシート同士を圧着させることによって絶縁層３３４を構成する絶縁ペーストを充填させる。 If the depth of the deepest part of the recess 343 is less than 5 μm, the recess 343 becomes deeper when the sensor element 2 is heated, and the cavity becomes larger. There is a risk that the effect of making it difficult for stress concentration to occur at the interface between the The depth of the deepest portion of the concave portion 343 is set within the range of 5 μm or more and 450 μm or less regardless of the thickness of the heater lead portion 342 . The concave portion 343 is filled with an insulating paste that constitutes the insulating layer 334 by applying pressure to the stack of green sheets and pressing the green sheets together.

凹部３４３の最大径が１００μｍ以上３００μｍ以下であることにより、ヒータ用貫通穴３３１Ｂの大きさとの関係において、凹部３４３を形成することが容易である。 Since the maximum diameter of the recess 343 is 100 μm or more and 300 μm or less, it is easy to form the recess 343 in relation to the size of the heater through-hole 331B.

（センサ素子２の製造方法）
以下に、センサ素子２の製造方法について説明する。
センサ素子２を製造するに当たっては、固体電解質体３１のグリーンシート、第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体（基材）３３Ｂのグリーンシートを、押出成形法、ドクターブレード成形法等によって成形する。次いで、第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体３３Ｂのグリーンシートに、パンチング装置等によってヒータ用貫通穴３３１Ｂを形成する。次いで、固体電解質体３１のグリーンシートに、パターン印刷によって電極導体３１０を形成する。また、第１絶縁体３３Ａのグリーンシートの電極用貫通穴３３１Ａ及び第２絶縁体３３Ｂのグリーンシートのヒータ用貫通穴３３１Ｂに導電材料３８を充填するとともに、第２絶縁体３３Ｂのグリーンシートに、パターン印刷によってヒータ導体３４を形成する。 (Manufacturing method of sensor element 2)
A method for manufacturing the sensor element 2 will be described below.
In manufacturing the sensor element 2, the green sheet of the solid electrolyte body 31, the green sheets of the first insulator 33A and the second insulator (base material) 33B are molded by an extrusion molding method, a doctor blade molding method, or the like. Next, heater through holes 331B are formed in the green sheets of the first insulator 33A and the second insulator 33B by a punching device or the like. Next, an electrode conductor 310 is formed on the green sheet of the solid electrolyte body 31 by pattern printing. Further, the electrode through-hole 331A of the green sheet of the first insulator 33A and the heater through-hole 331B of the green sheet of the second insulator 33B are filled with the conductive material 38, and the green sheet of the second insulator 33B is A heater conductor 34 is formed by pattern printing.

また、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２における、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに対向する部分の表面を押圧し、ヒータリード部３４２の表面に凹部３４３を形成する。次いで、固体電解質体３１のグリーンシート、第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体３３Ｂのグリーンシートを互いに積層する。このとき、第２絶縁体３３Ｂの内側基材３３２を構成するグリーンシートには絶縁ペーストを設け、内側基材３３２と、第２絶縁体３３Ｂの外側基材３３３との間に絶縁ペーストが挟まれるようにする。そして、複数のグリーンシート同士が密着するように、グリーンシートの積層体に圧力を加えて、グリーンシート同士を圧着させる。このとき、第２絶縁体３３Ｂの内側基材３３２における絶縁ペーストが、絶縁層３３４となってヒータリード部３４２の凹部３４３に充填される。 The surface of the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 facing the heater through hole 331B is pressed to form a recess 343 on the surface of the heater lead portion 342 . Next, the green sheet of the solid electrolyte body 31, the green sheets of the first insulator 33A and the green sheets of the second insulator 33B are laminated together. At this time, an insulating paste is applied to the green sheet forming the inner base material 332 of the second insulator 33B, and the insulating paste is sandwiched between the inner base material 332 and the outer base material 333 of the second insulator 33B. make it Then, pressure is applied to the laminate of the green sheets so that the plurality of green sheets are in close contact with each other, and the green sheets are crimped to each other. At this time, the insulating paste in the inner base material 332 of the second insulator 33B becomes the insulating layer 334 and fills the concave portion 343 of the heater lead portion 342 .

その後、グリーンシートの積層体の焼成が行われ、センサ素子２が製造される。グリーンシートの積層体が焼成されたときには、内側基材３３２、外側基材３３３及び絶縁層３３４が接合されて第２絶縁体３３Ｂとなる。 Thereafter, the laminate of green sheets is fired to manufacture the sensor element 2 . When the laminate of green sheets is fired, the inner base material 332, the outer base material 333 and the insulating layer 334 are joined to form the second insulator 33B.

なお、ヒータリード部３４２の表面における凹部３４３は、外圧を加えるのではなく、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに充填された導電材料３８が熱収縮する際に、ヒータリード部３４２の一部がヒータ用貫通穴３３１Ｂに引き寄せられることによって形成されてもよい。導電材料３８には溶剤が含まれている。グリーンシートの積層体が乾燥又は焼成されるときには、導電材料３８における溶剤が揮発することによって凹部３４３が形成されてもよい。 It should be noted that the recess 343 on the surface of the heater lead portion 342 does not apply an external pressure, but when the conductive material 38 filled in the heater through hole 331B thermally shrinks, a part of the heater lead portion 342 becomes a heater through hole. It may be formed by being drawn into hole 331B. The conductive material 38 contains a solvent. When the laminate of green sheets is dried or fired, the recesses 343 may be formed by evaporating the solvent in the conductive material 38 .

（作用効果）
本形態のガスセンサ１においては、ヒータ導体３４における、第２絶縁体３３Ｂのヒータ用貫通穴３３１Ｂに対向する位置の形状に工夫をしている。具体的には、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２における、第２絶縁体３３Ｂのヒータ用貫通穴３３１Ｂに対向する部位には、ヒータ用貫通穴３３１Ｂの反対側に位置する表面から凹む凹部３４３が形成されている。この凹部３４３は、第２絶縁体３３Ｂのグリーンシートにヒータ導体３４を設けるときに形成する。 (Effect)
In the gas sensor 1 of this embodiment, the shape of the heater conductor 34 at the position facing the heater through-hole 331B of the second insulator 33B is devised. Specifically, the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 has a concave portion 343 recessed from the surface opposite to the heater through hole 331B in the portion facing the heater through hole 331B of the second insulator 33B. formed. This concave portion 343 is formed when the heater conductor 34 is provided on the green sheet of the second insulator 33B.

そして、凹部３４３には、第２絶縁体３３Ｂの一部である絶縁材料が配置されている。この構成により、ガスセンサ１の製造時又は使用時において、センサ素子２が加熱されるときに、ヒータ導体３４における、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに対向する部位であってヒータ用貫通穴３３１Ｂの反対側に位置する表面と、第２絶縁体３３Ｂとの間の界面において応力集中が生じにくくすることができる。 An insulating material, which is part of the second insulator 33B, is placed in the recess 343 . With this configuration, when the sensor element 2 is heated during the manufacture or use of the gas sensor 1, a portion of the heater conductor 34 facing the heater through-hole 331B and on the opposite side of the heater through-hole 331B is heated. Stress concentration can be made difficult to occur at the interface between the surface located and the second insulator 33B.

それ故、本形態のガスセンサ１によれば、第２絶縁体３３Ｂにおける、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに対向する部位に亀裂が生じにくくすることができる。 Therefore, according to the gas sensor 1 of the present embodiment, cracks are less likely to occur in the second insulator 33B at the portion facing the heater through-hole 331B.

また、図５の二点鎖線で示すように、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２における凹部３４３を形成する部位は、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに充填された導電材料３８の内側端面に形成された窪み３８３に沿って、ヒータ用貫通穴３３１Ｂ内に突出していてもよい。この場合には、凹部３４３は、ヒータリード部３４２の一部がヒータ用貫通穴３３１Ｂに向けて屈曲することによって形成されている。 Further, as indicated by a two-dot chain line in FIG. 5, the portion of the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 where the recess 343 is formed is a recess formed in the inner end surface of the conductive material 38 filled in the heater through-hole 331B. 383, it may protrude into the heater through-hole 331B. In this case, the recess 343 is formed by bending a portion of the heater lead portion 342 toward the heater through hole 331B.

この場合の凹部３４３は、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに充填された導電材料３８が熱収縮する際に、ヒータリード部３４２の一部がヒータ用貫通穴３３１Ｂに引き寄せられること、及び導電材料３８における溶剤が揮発して導電材料３８が乾燥収縮することの少なくともいずれかによって形成される。なお、センサ素子２において、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２と導電材料３８とは一体化されている。そのため、センサ素子２において、ヒータリード部３４２と導電材料３８とを明確に区別する必要はない。 The concave portion 343 in this case is such that when the conductive material 38 filled in the heater through-hole 331B is thermally contracted, part of the heater lead portion 342 is drawn to the heater through-hole 331B, and the solvent in the conductive material 38 is is formed by at least one of volatilization and dry shrinkage of the conductive material 38 . In addition, in the sensor element 2, the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 and the conductive material 38 are integrated. Therefore, it is not necessary to clearly distinguish between the heater lead portion 342 and the conductive material 38 in the sensor element 2 .

＜実施形態２＞
本形態は、図６に示すように、ヒータ導体３４のヒータリード部３４２に貫通凹部３４４が形成され、導電材料３８がヒータ用貫通穴３３１Ｂの内周面に形成された場合を示す。ヒータ導体３４のヒータリード部３４２の貫通凹部３４４には、内側基材３３２と外側基材３３３との間に挟まれた、絶縁材料による絶縁層３３４の一部が、凸部３３６として膨らむ状態で配置されている。 <Embodiment 2>
In this embodiment, as shown in FIG. 6, the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 is formed with the through recess 344, and the conductive material 38 is formed on the inner peripheral surface of the heater through hole 331B. A portion of the insulating layer 334 made of an insulating material sandwiched between the inner base material 332 and the outer base material 333 swells as a protrusion 336 in the through recess 344 of the heater lead portion 342 of the heater conductor 34 . are placed.

貫通凹部３４４は、ヒータリード部３４２を積層方向Ｄに貫通する穴によって形成されており、貫通凹部３４４における、ヒータ用貫通穴３３１Ｂの反対側に位置する表面の縁部には、テーパ状の開口部３４５が形成されている。導電材料３８が、ヒータ用貫通穴３３１Ｂの内周面に配置されていることによって、ヒータ用貫通穴３３１Ｂの中心部に、導電材料３８を貫通する貫通中心部３８２が形成されている。第２絶縁体３３Ｂの絶縁層３３４の一部は、ヒータリード部３４２の貫通凹部３４４及びヒータ用貫通穴３３１Ｂの貫通中心部３８２に凸部３３６として配置されている。 The through recess 344 is formed by a hole penetrating the heater lead portion 342 in the stacking direction D, and a tapered opening is formed at the edge of the surface of the through recess 344 located on the opposite side of the heater through hole 331B. A portion 345 is formed. By arranging the conductive material 38 on the inner peripheral surface of the heater through-hole 331B, a through center portion 382 that penetrates the conductive material 38 is formed in the central portion of the heater through-hole 331B. A part of the insulating layer 334 of the second insulator 33B is arranged as a convex portion 336 in the penetrating concave portion 344 of the heater lead portion 342 and the penetrating central portion 382 of the heater through hole 331B.

本形態においては、ヒータリード部３４２に貫通凹部３４４が形成されていることにより、導電材料３８がヒータリード部３４２を貫通してヒータ用貫通穴３３１Ｂに配置されるようにする。これにより、第２絶縁体３３Ｂにおける、ヒータ用貫通穴３３１Ｂに対向する部位に亀裂が生じにくくすることができる。 In this embodiment, the heater lead portion 342 is provided with the through recess 344 so that the conductive material 38 penetrates the heater lead portion 342 and is arranged in the heater through hole 331B. As a result, cracks are less likely to occur in the portion of the second insulator 33B that faces the heater through hole 331B.

本形態のガスセンサ１においても、第２絶縁体３３Ｂの内側基材３３２、外側基材３３３、絶縁層３３４等の構成は、実施形態１の場合と同様である。本形態のガスセンサ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の構成、作用効果等と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の構成要素と同様である。 Also in the gas sensor 1 of this embodiment, the configurations of the inner base material 332, the outer base material 333, the insulating layer 334, etc. of the second insulator 33B are the same as those of the first embodiment. Other configurations, effects, and the like of the gas sensor 1 of this embodiment are the same as those of the first embodiment. Also in the present embodiment, constituent elements indicated by the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment.

＜その他の実施形態＞
詳細は省略するが、電極導体３１０としての排気電極３１１の電極リード部３１３における、電極用貫通穴３３１Ａに対向する部位に、電極用貫通穴３３１Ａの反対側に位置する表面から凹む凹部、又は電極リード部３１３を貫通する貫通凹部が形成されていてもよい。この場合には、凹部又は貫通凹部には、第１絶縁体３３Ａの一部である絶縁材料が配置される。 <Other embodiments>
Although details are omitted, in the electrode lead portion 313 of the exhaust electrode 311 as the electrode conductor 310, a recess or an electrode A through recess penetrating through the lead portion 313 may be formed. In this case, an insulating material that is part of the first insulator 33A is placed in the recess or through recess.

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。 The present invention is not limited to only each embodiment, and further different embodiments can be configured without departing from the scope of the invention. In addition, the present invention includes various modifications, modifications within the equivalent range, and the like. Further, the technical idea of the present invention also includes combinations, forms, and the like of various constituent elements assumed from the present invention.

１ガスセンサ
２センサ素子
３１固体電解質体
３１０電極導体
３３Ａ，３３Ｂ絶縁体
３３１Ａ，３３１Ｂ貫通穴
３４ヒータ導体
３４３凹部
３４４貫通凹部
Reference Signs List 1 gas sensor 2 sensor element 31 solid electrolyte body 310 electrode conductor 33A, 33B insulator 331A, 331B through hole 34 heater conductor 343 recess 344 through recess

Claims

a solid electrolyte body (31) made of a solid electrolyte material;
an electrode conductor (310) made of a conductive material provided on the solid electrolyte body;
insulators (33A, 33B) made of an insulating material laminated on at least one of the first surface (301) and the second surface (302) of the solid electrolyte body;
a heater conductor (34) of conductive material embedded in said insulator;
A conductive material (38 ) is placed and
A portion of the electrode conductor or the heater conductor facing the through hole has a recess (343) recessed from the surface located on the opposite side of the through hole, or a through recess (343) penetrating the electrode conductor or the heater conductor. 344) are formed,
A gas sensor (1), wherein the insulating material, which is part of the insulator, is arranged in the recess or the through recess.

2. The gas sensor according to claim 1, wherein said recess is formed to have a depth of 5 [mu]m or more and a maximum diameter of 100 [mu]m or more and 300 [mu]m or less at a center side portion of a portion facing said through hole.

The heater conductor is composed of a heat generating portion (341) that generates heat when energized, and a heater lead portion (342) connected to the heat generating portion,
3. The gas sensor according to claim 1, wherein said recessed portion or said through recessed portion is formed in a portion of said heater lead portion facing said through hole.

Claims 1 to 3, wherein the portion of the heater conductor forming the recess protrudes into the through hole along a recess (383) formed in the inner end surface of the conductive material filled in the through hole. The gas sensor according to any one of 1.

A part of an insulating layer (334) made of an insulating material sandwiched between the base materials (332, 333) constituting the insulator is formed in the concave portion or the penetrating concave portion to form convex portions (335, 336). 5. The gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas sensor is arranged in an inflated state.