JP4795874B2 - ガスセンサ素子およびそれを用いたガスセンサ、ガスセンサ素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス中の特定ガスの濃度を検出するガスセンサ素子およびそれを用いたガスセンサ、ガスセンサ素子の製造方法に関するものである。

従来、自動車などの排気ガス中の特定ガス、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）や酸素などの濃度に応じ、大きさの異なる起電力が生じたり、抵抗値が変化したりするガスセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。一例としてジルコニアを用いたガスセンサ素子は、ジルコニアからなる固体電解質体を挟む一対の電極（未燃焼ガスの酸化に対する触媒作用をもつ白金（Ｐｔ）等が用いられる。）からなる酸素ポンピングセルを有する検出素子を備えている。酸素ポンピングセルは、固体電解質体に隔てられた雰囲気間の酸素分圧に差が生じた場合に、両雰囲気間の酸素分圧が平衡となるように、酸素分圧の高い側の雰囲気から低い側の雰囲気へ酸素を移動させる特性を有する。このとき、固体電解質体内を移動する酸素は、一方の電極から電子を受け取り酸素イオンとなって移動して、他方の電極で電子を放出するため、両電極間には起電力が生ずる。そこで、一方の雰囲気を大気（あるいは酸素濃度が基準値となるように調整された雰囲気）とし、両雰囲気間の酸素分圧の差に応じた大きさの起電力を生じさせれば、これを測定することで酸素濃度の検出を行うことができる。

このような検出素子は温度が低いと固体電解質体が活性化しないため、例えば自動車の始動時などでは酸素濃度の検出を行える状態となるまで、排気ガスによる昇温を待つ必要があった。そこで、検出素子を加熱して速やかに昇温できるようにしたヒータ素子を備えたガスセンサ素子が開発されている。一般的なガスセンサ素子は、短冊状に形成された検出素子とヒータ素子とが、接着剤（例えば、セメント材）を用いて貼り合わされることにより一体化されている（例えば、特許文献１参照）。接着剤には耐熱性が求められるため、通常、バインダとしてリン（リン酸）を含有する耐熱性セメント材が用いられることが多い。
特開２００５−１１４５２７号公報

ところで、ヒータ素子が貼り合わされる検出素子は、固体電解質体上に形成された電極を保護するように絶縁基体に覆われているが、この絶縁基体には、ピンホール等の貫通孔が形成されてしまう場合がある。そして、ガスセンサ素子は、耐熱性セメント材を用いて検出素子とヒータ素子とを貼り合わせた後、熱処理を行うことでセメント材を固化させる。しかしながら、大気中の湿度が高い状態になると、熱処理前にセメント材に含有されるリン酸が大気中に含まれる水分を吸収することでセメント材の表面に滲み出してしまうことがある。そしてこのガスセンサ素子を排気ガス中に晒すと、排気ガスが高温であり（例えば６００℃以上）、さらに空燃比がリッチ状態にあるのでリン酸が還元されやすく、単離したリンが絶縁基体のピンホールを介して酸素ポンピングセルの白金からなる電極と接触した場合、体積膨張を伴う化学反応を起こし、電極が断線してしまう虞があった。特にこの現象は、セメント材が固着して形成されるセメント部の形成範囲一円において生ずるわけではなく、リンと白金とが反応して体積膨張を生じた際に、その体積膨張が抑制される部位では生じにくい。つまりセメント部の形成範囲のうちの縁部分では、内部分と比べ、ヒータ素子と検出素子との張り合わせの強度が低いため、この部分に電極が存在すると、上記のようにリンと白金とが反応して体積膨張を生じた際に、その体積膨張を十分に抑制することができず、電極が断線を生ずる虞があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、検出素子の電極に断線が生じにくいガスセンサ素子およびそれを用いたガスセンサ、ガスセンサ素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のガスセンサ素子は、軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、を有するガスセンサ素子において、前記セメント部には、リンが含有されており、前記絶縁層は、前記リード部上で、且つ前記セメント部の先端よりも先端側に位置する先端側部位から、前記セメント部の先端よりも後端側に位置する後端側部位に跨って設けられ、複数の層が積層されてなる、貫通孔が形成されていない跨設部を有している。

また、請求項２に係る発明のガスセンサ素子は、軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、を有するガスセンサ素子において、前記セメント部には、リンが含有されており、前記絶縁層は、前記リード部上で、且つ前記セメント部の先端よりも先端側に位置する先端側部位から、前記セメント部の先端よりも後端側に位置する後端側部位に跨って設けられる領域をなす跨設部であって、当該領域内の材料の密度が前記絶縁層の他の領域よりも高められて貫通孔が形成されていない跨設部を有することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のガスセンサ素子は、請求項１または２に記載の発明の構成に加え、前記跨設部は、前記絶縁層と同一の材料から形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のガスセンサは、軸線方向に延びるガスセンサ素子と、当該ガスセンサ素子を固定する筒状の主体金具と、を備えるガスセンサであって、前記ガスセンサ素子は、請求項１乃至３のいずれかに記載のガスセンサ素子を用いることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のガスセンサ素子の製造方法は、軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、を有するガスセンサ素子の製造方法において、前記固体電解質体上に前記一対の電極を形成する電極形成工程と、前記一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆うように前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層に貫通孔が形成されないように、前記絶縁層を積層方向に加圧する加圧工程と、リンを含有し、前記セメント部となるセメント材を前記絶縁層上に塗布するセメント材塗布工程と、前記セメント材を介し、前記絶縁層側に前記ヒータ素子を積層するヒータ素子積層工程と、を有している。

また、請求項６に係る発明のガスセンサ素子の製造方法は、軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、を有するガスセンサ素子の製造方法において、前記固体電解質体上に前記一対の電極を形成する電極形成工程と、前記一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆うように前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層上の前記セメント部の先端が予定される先端予定位置を、前記軸線方向に跨ぐようにして、コート層を形成するコート層形成工程と、リンを含有するセメント材の先端を前記コート層上に位置させつつ、前記軸線方向後端側へ向けて、前記絶縁層上に前記セメント材を塗布するセメント材塗布工程と、前記セメント材を介し、前記絶縁層側に前記ヒータ素子を積層するヒータ素子積層工程と、を有している。

また、請求項７に係る発明のガスセンサ素子の製造方法は、請求項６に記載の発明の構成に加え、前記検出素子は、前記軸線方向と直交する方向に複数の前記検出素子が連結されて一体となった板状体として形成され、前記コート層形成工程では、前記コート層を前記板状体を構成する個々の前記検出素子の前記絶縁層上の前記先端予定位置を前記軸線方向に跨ぐようにして前記検出素子の直交方向に帯状に形成するものであり、前記コート層形成工程後に、前記板状体を、個々の前記検出素子にあわせて切断する切断工程を有している。

請求項１に係る発明のガスセンサ素子は、セメント部に接する検出素子の絶縁層のうち跨設部には貫通孔が形成されていない。このため、ガスセンサ素子の使用時などに高温且つリッチ雰囲気の排気ガスに晒されることによりリンがセメント部（固化前のセメント材）から滲み出した場合でも、その跨設部においては、リンが絶縁層を通過することがない。この跨設部は、絶縁層の覆うそのリード部上で、セメント部の先端の位置を跨いで設けられている。従って、セメント部の先端と電極のリード部とが絶縁層を介して重なる位置では、セメント部（固化前のセメント材）からリンが滲み出しても、リンが絶縁層を介してリード部に達することはないので、リンと電極との化学反応により体積膨張を生じ電極が断線することを、確実に防止することができる。特に、検出素子とヒータ素子との張り合わせの強度が高くリンと反応した電極の体積膨張を十分に抑制することができるセメント部の内部分や、セメント部の縁部分であっても電極の配置されていない部分に対して、跨設部を設けることなく、電極上（リード部上）で、リンと電極との体積膨張を抑制し難いセメント部の先端の位置を跨いで跨設部を設けているので、上記のような電極の体積膨張に伴う電極の断線を確実に防止でき、さらには跨設部を形成するのに必要な材料の使用量や作業量を効果的に低減することができる。

このような跨設部を設けるにあたり、複数の層を積層すれば、容易に、絶縁層に存在し得る貫通孔を埋めたり塞いだりすることができ、貫通孔の形成されていない跨設部を設けることができる。もっとも、跨設部は２層以上に積層されていてもよく、存在しうる貫通孔が確実に埋められたり塞がれたりすればよい。
また、請求項２に係る発明のガスセンサ素子のように、絶縁層の跨設部が存在する領域内の材料の密度を他の領域よりも高めることにより、絶縁層に存在し得る貫通孔が潰され、貫通孔が形成されていない跨設部を実現することができる。よって請求項１と同様の効果を得ることができる。

また、請求項３に係る発明のように、絶縁層に存在しうる貫通孔を埋めたり塞いだりするのにあたって絶縁層と同一の材料を用いれば、絶縁層との馴染みがよく、跨設部形成後の層の剥離等を防止でき、より確実に、貫通孔の形成されていない跨設部を設けることができる。

請求項４に係る発明のガスセンサは、内燃機関の排気通路に固定され、ガスセンサ素子が高温の排気ガス中に晒されて使用されるが、そのガスセンサ素子として請求項１乃至３のいずれかに記載のガスセンサ素子を用いているので、高温で空燃比がリッチ状態となった排気ガス中でセメント部（固化前のセメント材）に含まれるリンが滲み出していても、リンと電極との反応で生ずる体積膨張により電極の断線が懸念される跨設部においては貫通孔が形成されていないので、絶縁層を介してリンが電極に達することがない。従って、電極とリンとが反応して体積膨張し電極に浮きが生ずることに起因した電極の断線を確実に防止することができ、信頼性の高いガスセンサを提供することができる。

また、請求項５に係る発明のガスセンサ素子の製造方法のように、固体電解質体上の電極を覆って形成した絶縁層を積層方向に加圧すれば、絶縁層に存在し得る貫通孔を、圧力を加えて潰すことができるので、貫通孔が形成されていない絶縁層を実現することができる。こうした加圧処理は、絶縁層上において、セメント部となるセメント材を塗布した場合にセメント材の先端が位置する予定となる先端予定位置を、軸線方向に跨ぐようにして、絶縁層を積層方向に加圧してもよい。このようにすれば、電極上（リード部上）で、リンと電極との体積膨張を抑制し難い部分に対しピンポイントで貫通孔の形成されていない部位を形成でき、加圧にかかる作業量を効果的に低減することができる。

一方、請求項６に係る発明のガスセンサ素子の製造方法のように、固体電解質体上の電極を覆って形成した絶縁層上にコート層を形成しても、絶縁層に存在し得る貫通孔を塞いだり埋めたりすることができるので、貫通孔が形成されていない絶縁層を実現することができる。上記同様、コート層は、絶縁層全体に形成してもよいし、あるいは絶縁層上において、セメント部となるセメント材を塗布した場合にセメント材の先端が位置する予定となる先端予定位置を、軸線方向に跨ぐようにして形成してもよい。このようにすれば、電極上（リード部上）で、リンと電極との体積膨張を抑制し難い部分に対しピンポイントで貫通孔の形成されていない部位を形成でき、コート層を形成するのに必要な材料の使用量や作業量を効果的に低減することができる。

また、請求項７に係る発明のように、複数の固体電解質体を連結した板状体上に形成した個々の固体電解質体に対応する絶縁層上の各先端予定位置を軸線方向に跨ぎ、各固体電解質体の連結方向につながる帯状のコート層を形成し、その後の切断工程で、この板状体を個々の固体電解質体にあわせて切断し、複数のガスセンサ素子を一度に作製してもよい。このようにすれば、それぞれ個別に作製した固体電解質体上の絶縁層にコート層を形成する場合と比べ、複数の固体電解質体上の絶縁層へのコート層の形成を一度の工程で行うことができ、工程の簡易化を図り、多数のガスセンサ素子をより少ない工程数で製造することができる。

以下、本発明を具体化したガスセンサ素子およびそれを用いたガスセンサ、ガスセンサ素子の製造方法の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、一例として、ガスセンサ素子１０を備えたガスセンサ１の構造について、図１〜図４を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態のガスセンサ１の縦断面図である。図２は、第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の斜視図である。図３は、第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の構造を説明するための分解斜視図である。図４は、図３の２点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向から見た、完成後の第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の断面図である。

なお、以下の図面において、図１では上下方向を、図２，図３では左右方向をガスセンサ１（ガスセンサ素子１０）の軸線Ｏ方向（１点鎖線で示す。）とする。そして、図１では下側を、図２，図３では左側をガスセンサ１（ガスセンサ素子１０）の先端側とし、また、図１では上側を、図２，図３では右側をガスセンサ１（ガスセンサ素子１０）の後端側として説明するものとする。

図１に示すガスセンサ１は、自動車の排気管（図示外）に取り付けられ、内部に保持するガスセンサ素子１０の検出部１０１が排気管内を流通する排気ガス中に晒されて、その排気ガス中の酸素濃度から排気ガスの空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサである。ガスセンサ素子１０からは、排気ガスの空燃比がリーンの場合には、理論空燃比に対し余剰となる酸素の量に応じた検出値（電流値）が得られ、リッチの場合には未燃焼ガスを完全燃焼させるのに必要な酸素の量に応じた検出値（電流値）が得られる。これら検出値をもとに、図示しないセンサ制御回路にて排気ガスの空燃比が求められてＥＣＵ（電子制御ユニット）に対し出力され、空燃比フィードバック制御などに利用される。

ガスセンサ素子１０は、図２に示すように、軸線Ｏ方向に延び短冊状をなす検出素子１００と、同様に軸線Ｏ方向に延び短冊状をなすヒータ素子１５０とが、先端（図中左側の端部）を揃えた状態で互いに貼り合わされ、略角柱状をなす積層体として一体化されている。図１に示すガスセンサ１は、このガスセンサ素子１０をセラミックホルダ３０内に保持し、そのセラミックホルダ３０を自動車の排気管（図示外）に取り付けるための主体金具４内にて支持した構造を有する。なお、ガスセンサ素子１０の詳細な構造については後述する。

ガスセンサ素子１０の軸線Ｏ方向後端側には、軸線Ｏと直交する断面が略コの字形状をなし軸線Ｏ方向に沿って延びる支持碍管１８が、その凹部内に検出素子１００を挟むようにして接着されている。この支持碍管１８はアルミナ等の絶縁性セラミックスから形成され、後述するセラミックホルダ３０内に充填されるガラス製のシール部材３２と、固体電解質（第１の実施の形態ではジルコニア）を主体とする検出素子１００との熱膨張率差により、検出素子１００にクラックが発生することを抑制するために設けられている。

また、ガスセンサ素子１０の軸線Ｏ方向略中央には、ガスセンサ素子１０の周囲を取り巻くようにアルミナ製の絶縁碍管２７が配置されており、接着部材２８によって接着されている。この状態でガスセンサ素子１０は、軸線Ｏ方向に延びる円筒形状をなすアルミナ製のセラミックホルダ３０の後端側から、その内部に挿入されている。セラミックホルダ３０の先端内周には段状の係止部３３が設けられており、この係止部３３に、ガスセンサ素子１０の絶縁碍管２７が係止されている。さらにセラミックホルダ３０内には、後端側から滑石３１の粉末と、ガラス製のシール部材３２とが充填されている。これにより、ガスセンサ素子１０は、先端側をセラミックホルダ３０の先端から突出させた状態でセラミックホルダ３０内に保持され、固定されている。また、セラミックホルダ３０は、その先端側に、外周を一回り大きく形成した段部３４を有する。

ガスセンサ素子１０を保持したセラミックホルダ３０の略中央より先端側の部分は、その周囲を筒状の主体金具４に取り囲まれて保持されている。主体金具４は、ガスセンサ１を自動車の排気管（図示外）に取り付け固定するためのものであり、ＳＵＳ４３０等の低炭素鋼からなり、外周先端側に排気管への取り付け用の雄ねじ部４１が形成されている。また、主体金具４の外周中央には取り付け用の工具が係合する工具係合部４２が形成されており、その工具係合部４２の先端面と雄ねじ部４１の後端との間には、排気管に取り付けた際のガス抜けを防止するためのガスケット４９が嵌挿されている。そして工具係合部４２の後端側には、加締め部４３が形成されている。

また、主体金具４内周で雄ねじ部４１付近には段部４４が形成されており、後端側より主体金具４内に挿入されるセラミックホルダ３０の段部３４が、この段部４４に係止されている。この状態で、主体金具４の内周とセラミックホルダ３０の外周との隙間には滑石リング２４が装填され、さらに滑石リング２４を後端側から押さえるように、リング状の留め具２３が嵌め込まれている。そして、後述する筒状の外筒５の先端部分を留め具２３との間で挟むようにして、主体金具４の加締め部４３が加締められている。これにより、留め具２３および滑石リング２４を介し、セラミックホルダ３０の段部３４が主体金具４の段部４４に向けて押圧され、主体金具４とセラミックホルダ３０とが一体となる。主体金具４とセラミックホルダ３０との間の気密は段部３４，４４間に介在されるリング状の板パッキンによって保持され、燃焼ガスの流出が防止される。

一方、セラミックホルダ３０の保持するガスセンサ素子１０は、その先端部分が主体金具４の先端側の開口から突出された状態となる。この主体金具４の先端には、側面に複数の孔を有した有底円筒状で内外２重構造をなすプロテクタ１９が嵌められており、突出されたガスセンサ素子１０の先端部分を、排気ガス中のデポジット（燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質）による汚損や被水などによる折損等から保護している。

次に、上記した外筒５はステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製であり、主体金具４の後端側に取り付けられ、主体金具４の後端から露出されるセラミックホルダ３０の後端側の部分を囲って保護するものである。外筒５の後端側の周縁部５１は内側に折れ曲げられている。この周縁部５１は、外筒５の後端側の開口を閉塞するように配置される導線セパレータ１６が外筒５内に落下しないよう、Ｏリング５２を介して導線セパレータ１６を支えている。導線セパレータ１６は、後述するガスセンサ素子１０の５本の電極端子１０５，１０６，１０７（図１では電極端子１０５，１０７のみを図示している。）および電極端子１５５，１５６（図１では電極端子１５５のみを図示している。）にそれぞれ接続される５本のリード端子２５が互いに接触しないよう配置させると共に、自身の内部でガスセンサ１の外部へ引き出すための５本のリード線５０と、各リード端子２５とのそれぞれの接続部分を収容して保護している。

この導線セパレータ１６の外周を囲って保護するように、ステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製で筒状をなす保護外筒７が設けられている。保護外筒７は、外筒５に、その後端側から嵌着されて取り付けられており、嵌着部分は加締められている。保護外筒７内には、導線セパレータ１６の後端側で保護外筒７の開口を閉塞して筒内の気密を保持するためのゴムキャップ２０が配設されている。ゴムキャップ２０には複数の挿通孔が設けられており、その挿通孔には導線セパレータ１６から引き出されるリード線５０が気密に内挿されている。このゴムキャップ２０は、保護外筒７の後端側の外側面から加締められて、導線セパレータ１６を先端側に押圧した状態のまま固定されている。

次に、ガスセンサ素子１０の構造について説明する。前述したように、図２に示すガスセンサ素子１０は、短冊状に形成されたヒータ素子１５０と検出素子１００とをセメント部１０４（図４参照）によって互いに貼り合わせて積層体として一体に構成したものである。なお、以下の説明において、検出素子１００を構成する各部材（後述する絶縁基体１１０，１１６，１２４および固体電解質体１１４，１２０，１２２）はそれぞれ短冊状をなし積層されるものであり、その積層方向において、ガスセンサ素子１０として一体化された際に検出素子１００側から見てヒータ素子１５０が配置された側となる各部材の面を、便宜上、「主面」と呼び、主面と反対側の面を「裏面」と呼ぶものとする。従って、図３，図４では、各部材の紙面上側となる面が主面であり、紙面下側となる面が裏面となる。また、ヒータ素子１５０を構成する各部材（後述する絶縁基体１６０，１７０）についても検出素子１００を構成する各部材にならい、図３，図４において紙面上側となる面を「主面」と呼び、紙面下側となる面を「裏面」と呼ぶものとする。

図４に示すように、ヒータ素子１５０は、絶縁性を有するアルミナを主体とする絶縁基体１６０，１７０間に、タングステンやモリブデン等の高融点金属からなる発熱抵抗体１８０を挟んだ構造となっている。図３に示すように、発熱抵抗体１８０は、ヒータ素子１５０内でつながった１本の導電パターンからなる。発熱抵抗体１８０は、主に発熱がなされるように断面積が小さく形成されたパターンからなる発熱部１８１を有する。その発熱部１８１はヒータ素子１５０の先端側（図３における左手側）に配設され、発熱部１８１の両端にそれぞれ接続される２本のリード部１８２は、発熱部１８１より大きな断面積を有するように形成されると共に、絶縁基体１６０，１７０の短手方向に並列し長手方向に沿って後端側（図３における右手側）まで延設されている。また、ヒータ素子１５０の後端側にて、電極取出用の２本の電極端子１５５，１５６が、リード部１８２の後端（発熱抵抗体１８０の末端）にそれぞれ接続された状態で絶縁基体１６０，１７０間に挟み込まれ、ヒータ素子１５０の後端から外部に突出されている。

次に図４に示すように、検出素子１００は、絶縁性を有するアルミナを主体とする絶縁基体１１０，１１６，１２４と、ジルコニアを主体とする固体電解質体１１４，１２０，１２２とが、ヒータ素子１５０に対向配置される側から絶縁基体１１０、固体電解質体１１４、絶縁基体１１６、固体電解質体１２０，１２２、絶縁基体１２４の順に重ねて積層された構造を有する。そして、固体電解質体１１４および固体電解質体１２０の各両面には、それぞれ、白金を主体とする導電パターンからなる一対の電極１３０，１３５および一対の電極１４０，１４５が形成されている。図３に示すように、各絶縁基体１１０，１１６，１２４と各固体電解質体１１４，１２０，１２２は、いずれも細長い短冊状の板体として形成されている。

固体電解質体１１４の主面（上記したようにヒータ素子１５０側となる面）上に形成される電極１３０は、固体電解質体１１４の先端側（図中左手側）から後端側（図中右手側）に延びるリード部１３２を有し、その先端部分には幅広の電極部１３１が形成されている。またリード部１３２後端側の後端部１３３は、固体電解質体１１４に形成されたビアホール１１５内に介在されるビア導体１３４を介し、固体電解質体１１４の主面と反対側の裏面上に形成される中継電極１３９に接続されている。固体電解質体１１４の裏面上には、電極１３０と対となる電極１３５が形成されており、電極１３０と同様に、固体電解質体１１４の先端側から後端側に延びるリード部１３７と、リード部の先端部分にて幅広に形成された電極部１３６とを有する。電極部１３６は、固体電解質体１１４を挟んで電極部１３１と対向する位置に配置されている。そして、リード部１３７後端側の後端部１３８は、固体電解質体１１４の後端にて、電極１３０に接続された中継電極１３９と並列に配置されている。中継電極１３９と電極１３５の後端部１３８とは、それぞれ、電極取出用の２本の電極端子１０５と電極端子１０６とに接続されており、その電極端子１０５，１０６は、固体電解質体１１４と固体電解質体１２０との間に、絶縁基体１１６と共に挟み込まれ、検出素子１００の後端から外部に突出されている。

次に、絶縁基体１１０は固体電解質体１１４の主面側に配設され、上記電極１３０を固体電解質体１１４との間に挟み込んでいる。その絶縁基体１１０の先端側で、上記電極部１３１が配置される位置には、自身の厚み方向に貫通する開口部１１１が設けられている。そして、この開口部１１１内には、絶縁基体１１０と同様にアルミナを主体とし多孔質となるように形成されたポーラス層１１２が設けられている。固体電解質体１１４上に形成される電極１３０の電極部１３１は、このポーラス層１１２を介し、外気と連通されるように構成されている。なお、絶縁基体１１０が、本発明における「絶縁層」に相当する。

一方、固体電解質体１１４の裏面側には、上記電極１３５を固体電解質体１１４との間に挟み込んだ状態で、絶縁基体１１６が配設される。この絶縁基体１１６の先端側で、上記電極部１３６が配置される位置にも、自身の厚み方向に貫通する開口部１１７が設けられている。絶縁基体１１６の厚み方向両側に積層配置される固体電解質体１１４と固体電解質体１２０とによって開口部１１７は閉じられ、内部がガス検出室１２６として構成される。電極１３５の電極部１３６は、このガス検出室１２６内に配置されている。また、開口部１１７の側壁のうち、絶縁基体１１６の短手方向両側の側壁には拡散律速部１１８が設けられている。拡散律速部１１８はアルミナからなる多孔質体として形成され、この拡散律速部１１８を介し、検出素子１００の周囲の排気ガスをガス検出室１２６内に導入できるように構成されている。拡散律速部１１８は、排気ガス導入の際に、ガス検出室１２６内への排気ガスの流入量が規制されるように設けられている。なお、固体電解質体１１４が、本発明において、自身上に設けられた電極のリード部が絶縁層で覆われる「固体電解質体」に相当し、その固体電解質体１１４上に設けられた電極１３０が、本発明において、少なくとも自身のリード部が絶縁層に覆われる「一対の電極のうちの一方の電極」に相当する。

次に、固体電解質体１２０は、絶縁基体１１０の裏面側に配設される。固体電解質体１２０の主面上には、電極１３０，１３５と同様に、固体電解質体１２０の先端側から後端側に延びるリード部１４２と、リード部の先端部分にて幅広に形成された電極部１４１とを有する電極１４０が形成されている。電極部１４１は、ガス検出室１２６内に露出されている。一方、固体電解質体１２０上のリード部１４２後端側の後端部１４３は、固体電解質体１１４上の電極１３５の後端部１３８と対向する位置に配置されると共に、電極端子１０６と接続されている。つまり、電極１３５と電極１４０とは同電位となっている。また、固体電解質体１２０の主面とは反対側の裏面上にも電極１４０と対となる電極１４５が形成されており、同様に、固体電解質体１２０の先端側から後端側に延びるリード部１４７と、リード部の先端部分にて幅広に形成された電極部１４６とを有する。電極部１４６は、固体電解質体１２０を挟んで電極部１４１と対向する位置に配置されている。そして、リード部１４７後端側の後端部１４８は、固体電解質体１２０の後端に配置され、電極取出用の電極端子１０７と接続されている。電極端子１０７は、固体電解質体１２０と固体電解質体１２２との間に挟み込まれ、検出素子１００の後端から外部に突出されている。

固体電解質体１２０の裏面側には、上記電極１４５を固体電解質体１２０との間に挟み込んだ状態で、固体電解質体１２２が配設されている。さらに、固体電解質体１２２の裏面側に、絶縁基体１２４が配設されている。このように検出素子１００は、間に電極を挟んだ状態で固体電解質体と絶縁基体とを積層した積層体であり、各部材の原形となる部材を上記のように積層した後に焼成することで一体となった検出素子１００として形成されている。なお、積層体の側面は、図示しない絶縁性の保護膜によって覆われ保護されると共に、固体電解質体１１４，１２０，１２２が外気に晒されないように構成されている。

そして、検出素子１００とヒータ素子１５０との間には、コート層８５およびセメント部１０４が配設されている。このセメント部１０４の先端７５は、ポーラス層１１２よりも後端側に位置されている。また、コート層８５はリード部１３２上で、且つセメント部１０４の先端７５に跨るように形成されている。後述するガスセンサ素子１０の製造過程では、検出素子１００上にセメント材２０４が塗布され、その検出素子１００とヒータ素子１５０とが先端部分を揃えた状態でセメント材２０４により貼り合わされる。さらに熱処理が行われることによってセメント材２０４が固化されセメント部１０４として形成され、このセメント部１０４を介し、検出素子１００とヒータ素子１５０とが積層体として一体となったガスセンサ素子１０が作製される。

ここで、ガスセンサ素子１０によって、排気ガス中の特定ガス（第１の実施の形態では酸素）の濃度を検出するしくみについて、簡単に説明する。ジルコニアからなる固体電解質体は、室温では絶縁性を示すが高温環境下（例えば６００℃以上）では活性化され、酸素イオン導電性を示す。この性質を用い、固体電解質体を隔てた２室それぞれに白金電極を設けると、酸素分圧の高い側から低い側へ分圧平衡となるように酸素が移動し、このとき両電極間に電流が流れる。これは、白金電極を触媒として酸素分子が還元され、電極から電子を受け取って酸素イオン化し、固体電解質体内を移動して対となる電極に電子を運搬することによるものである。電子が運搬されるとき、両電極間の電位は約０．９Ｖを示す。

そこで、図４に示すように、電極１４５から電極１４０に向けて電流を流し、両電極１４０，１４５間の電位が、例えば０．４５Ｖを示すように、つまり、酸素が運搬されるときとされないときとの境目の電圧を基準とし、その電圧が維持されるように、電極１３０と電極１３５との間に印加する電圧を制御する。ガス検出室１２６内に流入した排気ガスの空燃比がリッチであった場合、排気ガス中には酸素がほとんどなく、電極１３０，１３５間では検出素子１００の外部からガス検出室１２６内に酸素を汲み入れる向きに電子が移動されるように制御される。一方、ガス検出室１２６内に流入した排気ガスの空燃比がリーンであった場合、排気ガス中には多くの酸素が存在するため、電極１３０，１３５間ではガス検出室１２６から外部へ酸素を汲み出す向きに電子が移動されるように制御される。このとき得られる電流の向きと大きさから、上記境目の電圧を示すときの空燃比（理論空燃比）に対する排気ガスの空燃比を検出することができるのである。

次に、第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の製造方法について、図５〜図７を参照して説明する。図５は、第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の製造工程を模式的に示す図である。図６は、セメント材塗布工程において塗布されるセメント材の塗布予定領域９０と、シート層形成工程においてシート層が形成される保護領域８０とを重ねて示した、未焼成検出素子２００を未焼成絶縁基体２１０側から見た図である。

［電極形成工程］
図５に示すように、焼成後に固体電解質体１１４となる未焼成固体電解質体２１４は、ジルコニア粉末を主成分とする原料粉末と焼結調整材と可塑剤とを湿式混合により分散したスラリーから短冊状をなすように成形される。このとき、ビアホール１１５（図３参照）が形成され、さらにそのビアホール１１５内に、焼成後にビア導体１３４となる導電性ペーストが充填される。そして、スクリーン印刷により、未焼成固体電解質体２１４の一方の面上に、焼成後に電極１３０となる未焼成電極２３０が形成され、他方の面上に、焼成後に電極１３５，中継電極１３９となる未焼成電極，未焼成中継電極（図示外）がそれぞれ形成される。

また、焼成後に固体電解質体１２０，１２２となる未焼成固体電解質体２２０，２２２も同様に成形され、未焼成固体電解質体２２０の両面には、焼成後に電極１４０，１４５となる未焼成電極（図示外）がスクリーン印刷により形成される。さらに、焼成後に絶縁基体１１０，１１６，１２４となる未焼成絶縁基体２１０，２１６，２２４が、アルミナ粉末を主成分とする原料粉末と焼結調整材とを湿式混合により分散したスラリーから短冊状をなすように成形される。このとき、未焼成絶縁基体２１０には開口部１１１が形成され、同様に、未焼成絶縁基体２１６にも開口部１１７（図３参照）が形成される。一方、焼成後に拡散律速部１１８となる未焼成拡散律速部２１８は、アルミナ粉末から調製されるスラリーを用いて成形される。そしてポーラス層１１２となる未焼成ポーラス層２１２は、アルミナ粉末を主成分とする原料粉末と焼結調製材と白金粉末とを湿式混合により分散したスラリーから成形される。

［積層工程］
上記のように形成された各材料と、別途作製された電極端子１０５，１０６，１０７とが、前述した構成をなすように積層され、例えば１５０ＭＰａで加圧されることにより互いに圧着される。未焼成固体電解質体２１４の未焼成電極２３０が形成された主面上には未焼成絶縁基体２１０が配置されて、両者間に未焼成電極２３０を挟んだ状態で互いに圧着される。このとき、未焼成電極２３０の部位のうち、少なくともリード部１３２は、未焼成絶縁基体２１０により覆われることとなるが、電極部１３１は、未焼成絶縁基体２１０の開口部１１１内に配置されて、未焼成ポーラス層２１２を介して外気に晒されることとなる。

［コート層形成工程］
次に、未焼成絶縁基体２１０の主面（焼成後に貼り合わされるヒータ素子１５０側の面）上に、未焼成絶縁基体２１０と同一の材料から調製したペースト状の未焼成コート材２８５による層が形成される。この未焼成コート材２８５は、図６に示すように、未焼成絶縁基体２１０の主面上にて、未焼成絶縁基体２１０の裏面側に積層配置される未焼成固体電解質体２１４の主面上に形成されている未焼成電極２３０のリード部１３２が、積層方向に沿って見たときに未焼成絶縁基体２１０と重なる位置の一部を含む、保護領域８０（図中１点鎖線で示す。）内に形成される。後述するが、検出素子１００とヒータ素子１５０とを貼り合わせるため、セメント材塗布工程（図５参照）において検出素子１００の絶縁基体１１０の主面上にセメント材２０４が塗布される。電極１３０の電極部１３１はポーラス層１１２を介して外気に晒される必要があるため、セメント材２０４は、ポーラス層１１２にかからないように塗布される。このため、未焼成検出素子２００の未焼成絶縁基体２１０の主面上において、焼成後に上記セメント材２０４が塗布される予定位置である塗布予定領域９０（図中２点鎖線で示す。）は、未焼成絶縁基体２１０の開口部１１１よりも未焼成検出素子２００の後端側（図中右側）に設けられる。

上記した保護領域８０は、塗布予定領域９０のうち、未焼成検出素子２００の先端側（図中左側）における先端予定位置９１を前後方向（軸線Ｏ方向）に跨ぐ位置に設けられる。換言すると、保護領域８０は、未焼成検出素子２００を積層方向に沿って見たときに、未焼成絶縁基体２１０の主面上で未焼成電極２３０のリード部１３２が配置される位置を含み、且つ、そのリード部１３２上において、塗布予定領域９０の先端予定位置９１よりも未焼成検出素子２００の先端側に位置する先端側部位７１から、先端予定位置９１よりも未焼成検出素子２００の後端側に位置する後端側部位７２に跨った位置に設けられる。コート層形成工程では、この未焼成絶縁基体２１０の主面上の保護領域８０に、図５に示すように、未焼成コート材２８５による層を形成することで、この保護領域８０内における未焼成絶縁基体２１０の主面を覆っている。未焼成絶縁基体２１０の成形の際にピンホール等の貫通孔が形成される虞があるが、この未焼成コート材２８５が配設されることにより、少なくとも保護領域８０内においては貫通孔が埋められて、保護領域８０は、貫通孔の形成されていない領域として構成される。なお、焼成後にコート層８５となる未焼成コート材２８５が形成された、焼成後に絶縁基体１１０となる未焼成絶縁基体２１０上の保護領域８０が、本発明における「跨設部」に相当する。

［焼成工程］
次に、図５に示すように、未焼成検出素子２００は焼成され、各部材が一体となった検出素子１００が形成される。なお、図示しないが、未焼成検出素子２００の焼成が行われる前には、未焼成検出素子２００の側面にはアルミナを主体とする絶縁性のペーストがスクリーン印刷され、焼成後に検出素子１００の固体電解質体１１４，１２０，１２２が、検出素子１００の側面から露出されることがないように保護される。

［セメント材塗布工程］
そして、検出素子１００を構成する絶縁基体１１０の主面上で、図６において未焼成検出素子２００上の塗布予定領域９０として示した領域に相当する部分に、セメント材２０４が塗布される。セメント材２０４としては、接着成分に加え、バインダ成分としてリンが含有されたリン酸系セメントが用いられている。塗布されるセメント材２０４の先端７５は前述した絶縁基体１１０主面上の保護領域８０内、すなわち、未焼成コート材２８５が焼成されてなるコート層８５上に位置され、その位置から絶縁基体１１０の後端側にかけて、セメント材２０４が塗布される。

［ヒータ素子積層工程］
さらに、別工程で製造されたヒータ素子１５０が、セメント材２０４の塗布された検出素子１００と、先端部分を揃えて貼り合わされ、ヒータ素子１５０と検出素子１００とがセメント材２０４によって固着され、熱処理を行ってセメント材２０４を固化させてセメント部１０４を作成し、積層体として一体となったガスセンサ素子１０が完成される。

このようにガスセンサ素子１０では、絶縁基体１１０およびその主面上に形成されたコート層８５を積層方向に沿って見たときに、少なくとも、固体電解質体１１４の主面上に形成された電極１３０のリード部１３２と、固体電解質体１１４の主面側に積層配置される絶縁基体１１０の主面上に形成されるセメント部１０４の縁部分とが重なる位置（第１の実施の形態ではセメント部１０４の先端７５とリード部１３２とが積層方向に交差する位置を含むその周辺部位が相当する。）には、セメント部１０４と電極１３０とが連通可能なピンホール等の貫通孔が存在しない。このため、ガスセンサ素子１０が高温で還元性の排気ガス雰囲気に晒されて、絶縁基体１１０の主面側に形成されたセメント部１０４（固化前のセメント材２０４）に含有されるリンが滲み出しても、絶縁基体１１０の裏面側に配置された電極１３０のリード部１３２に達することがなく、リンと白金との化学反応に伴う電極１３０の断線等が生ずることがない。

次に、第２の実施の形態のガスセンサ素子３５０について説明する。第２の実施の形態のガスセンサ素子３５０の検出素子３００は、第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の検出素子１００のように保護領域８０にコート層８５による層を形成する代わりに、押圧処理を施して、保護領域内において存在し得るピンホール等の貫通孔を潰して塞ぐ処理を行ったものである。従って、第２の実施の形態のガスセンサ素子３５０の構造は、第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の構造と比べ、検出素子１００の主面上へのコート層８５の形成の有無のみ異なり、その他の部位については同一であるため、構造についての説明は省略し、以下、製造方法について図７を参照しながら説明する。図７は、第２の実施の形態のガスセンサ素子３５０の製造工程を模式的に示す図である。

図７に示すように、第２の実施の形態のガスセンサ素子３５０は、第１の実施の形態と同様の電極形成工程および積層工程を経て、未焼成検出素子４００の積層体を得る。

［加圧工程］
次の加圧工程では、図６で説明した保護領域８０に対し、未焼成検出素子４００の主面側から積層方向に加圧がなされる。これにより、保護領域８０内における未焼成絶縁基体２１０を構成する材料の密度が高められる。保護領域８０内において存在し得るピンホール等の貫通孔は潰され、保護領域８０は、貫通孔の形成されていない領域として構成される。

その後、第１の実施の形態と同様に、焼成工程にて未焼成検出素子４００が焼成されて検出素子３００となり、セメント材塗布工程にて検出素子３００の主面上の塗布予定領域９０（図６参照）にセメント材２０４が塗布され、ヒータ素子積層工程にて検出素子３００とヒータ素子１５０とが貼り合わされる。さらに熱処理によりセメント材２０４が固化されて形成されるセメント部１０４を介し、検出素子３００とヒータ素子１５０とが積層体として一体となった、第２の実施の形態のガスセンサ素子３５０が完成する。

第１の実施の形態のガスセンサ素子１０と同様に、第２の実施の形態のガスセンサ素子１０の検出素子３００においても、少なくとも絶縁基体１１０の保護領域８０には、絶縁基体１１０の主面上に形成されるセメント部１０４と、絶縁基体１１０の裏面側に配置される電極１３０とが連通可能なピンホール等の貫通孔が存在しない。従って、ガスセンサ素子３５０が高温で還元性の排気ガス雰囲気に晒されて、絶縁基体３００の主面側に形成されたセメント部１０４（固化前のセメント材２０４）に含有されるリンが滲み出しても、絶縁基体３００の裏面側に配置された電極１３０のリード部１３２に達することがなく、リンと白金との化学反応に伴う電極１３０の断線等が生ずることがない。

［実施例１］
このように、第１の実施の形態では、絶縁基体の保護領域にコート層を形成した検出素子を得て、第２の実施の形態では、保護領域に押圧処理を施した検出素子を得たが、その保護領域おいて実際に、ピンホール等の貫通孔が存在しないことを確認するため評価試験を行った。この評価試験では、図５で説明した第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の製造方法に従って焼成工程までを行い、保護領域にコート層が形成された検出素子の第１のサンプルを作製した。同様に、図７で説明した第２の実施の形態のガスセンサ素子３５０の製造方法に従って焼成工程までを行い、保護領域を押圧処理した検出素子の第２のサンプルを作製した。さらに、比較対象として、図５で説明した第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の製造方法に従いつつも、コート層形成工程を省き、焼成工程までを行い、保護領域にコート層が形成されていない検出素子の第３のサンプルを作製した。次に、第１〜第３のサンプルそれぞれの保護領域を除く部分にマスキングを施し、各サンプルの保護領域にカーボンスプレーを塗布した。そして、第１実施の形態の電極１３０に相当する電極と、塗布されたカーボンスプレーとの間に１００Ｖの電圧を印加し、１ＭΩのレンジにて導通試験を行った。

その結果、第１，第２のサンプルでは、絶縁基体を介して導通が確認された検出素子はなかった。しかし、第３のサンプルでは、約６５％の検出素子において、絶縁基体を介した導通が確認された。つまり、保護領域にコート層が形成されておらず、加圧処理も施されていない第３のサンプルでは、保護領域内においてピンホール等の貫通孔が存在し得る場合があるが、コート層を形成した第１のサンプルや、加圧処理を施した第２のサンプルでは、保護領域内において、例え貫通孔が存在したとしてもコート層によって塞がれ、保護領域内にはピンホール等の貫通孔が存在し得ないことがわかった。

なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。例えば、保護領域８０に形成したコート層８５は絶縁基体１１０と同一の材料から調製したが、異なる材料を用いてもよい。また、保護領域８０は、検出素子１００の積層方向に沿ってみたときに、電極１３０とセメント部１０４の先端７５とが重なる位置を含み、その先端７５を前後方向（軸線Ｏ方向）に跨ぐ位置に設けたが、先端７５のみならず、セメント部１０４の縁部分が電極１３０と重なる位置であれば、電極１３０の延設方向に沿って位置を跨ぐように設けてもよい。

また、第１，第２の実施の形態では、保護領域８０へのコート層８５の形成や押圧処理は焼成前の未焼成検出素子２００，４００に対して行ったが、焼成後の保護領域８０に対し、絶縁性を有する材料の塗布や噴霧を行って貫通孔を埋めたり塞いだりしてもよい。また、絶縁基体１１０と固体電解質体１１４との間に、他の固体電解質体を積層配置させて、貫通孔を塞いでもよい。あるいは、絶縁基体１１０の主面側あるいは裏面側に、さらに、他の絶縁基体を積層配置させて、貫通孔を塞いでもよい。

また、第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の製造方法では１つの検出素子１００の製造過程に着目して説明を行ったが、焼成前までの製造過程では、複数の未焼成検出素子が幅方向並んで一体となった状態で形成し、コート材による層の形成後に、各未焼成検出素子を単体に切断し、焼成してもよい。この場合、コート層形成工程では、図８に示すように、例えば４個の未焼成検出素子５５０が一体となった未焼成検出素子体５００の未焼成絶縁基体５１０の主面上に、第１の実施の形態と同様の未焼成コート材５８５による層の形成を行うが、このとき、各検出素子の列設方向、すなわち幅方向に帯状となるように形成するとよい。後のセメント材塗布工程において、単体に単離された各検出素子に塗布するセメント材の塗布予定領域９０は、コート層形成工程においては４箇所設けられることとなるが、それぞれの先端予定位置９１を前後方向（軸線Ｏ方向）に跨いだ状態で未焼成コート材５８５が帯状に形成されるとよい。このようにすれば、コート材の形成を一度の工程で行うことができる。そして、図９に示すように、切断工程によって、各未焼成検出素子５５０を単体に切断し、以降は第１の実施の形態と同様の過程を経て、一度に４つのガスセンサ素子を形成すればよい。

なお、第１，第２の実施の形態では、保護領域８０に存在しうるピンホール等の貫通孔に対し埋める、塞ぐあるいは潰すなどの処理を未焼成絶縁基体２１０の形成後に行って、保護領域８０に貫通孔が形成されないようにしたが、その他の方法として、未焼成絶縁基体２１０の形成の際に、予め作製した貫通孔のない層を、未焼成絶縁基体２１０の保護領域８０に値する部位に埋設させてもよいし、あるいは未焼成絶縁基体２１０自体を密に形成し、未焼成絶縁基体２１０そのものを、貫通孔が存在し得ない部材として構成してもよい。また、保護領域８０を含む未焼成絶縁基体２１０の全体に対し、上記のような層を形成して存在し得る貫通孔を塞いだり、または埋めたりしてもよいし、あるいは加圧により存在し得る貫通孔を潰したりしてもよく、こうした処理を行った結果、少なくとも保護領域８０において貫通孔が形成されていなければよい。

本発明のガスセンサ素子およびその製造方法は、窒素酸化物、酸素および炭化水素などを検出するセンサのガスセンサ素子に適用でき、特定のガス濃度を検出可能な各種センサに用いられるガスセンサ素子にも利用できる。

第１の実施の形態のガスセンサ１の縦断面図である。 第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の斜視図である。 第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の構造を説明するための分解斜視図である。 図３の２点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向から見た、完成後の第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の断面図である。 第１の実施の形態のガスセンサ素子１０の製造工程を模式的に示す図である。 セメント材塗布工程において塗布されるセメント材の塗布予定領域９０と、シート層形成工程においてシート層が形成される保護領域８０とを重ねて示した、未焼成検出素子２００を未焼成絶縁基体２１０側から見た図である。 第２の実施の形態のガスセンサ素子３５０の製造工程を模式的に示す図である。 複数の未焼成検出素子が一体となった未焼成検出素子体５００にセメント材を塗布するセメント材塗布工程を示す斜視図である。 セメント材が塗布された未焼成検出素子体５００を切断し、単体の未焼成検出素子５５０を形成する切断工程を示す斜視図である。

１ ガスセンサ
４ 主体金具
１０ ガスセンサ素子
７１ 先端側部位
７２ 後端側部位
７５ 先端
８０ 保護領域
８５ コート層
９０ 塗布予定領域
１００ 検出素子
１０１ 検出部
１０４ セメント部
１１０ 絶縁基体
１１４ 固体電解質体
１３０，１３５ 電極
１３１，１３６ 電極部
１３２，１３７ リード部
１５０ ヒータ素子
２０４ セメント材

Claims (7)

1. 軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、
   当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、
   前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、
   を有するガスセンサ素子において、
   前記セメント部には、リンが含有されており、
   前記絶縁層は、前記リード部上で、且つ前記セメント部の先端よりも先端側に位置する先端側部位から、前記セメント部の先端よりも後端側に位置する後端側部位に跨って設けられ、複数の層が積層されてなる、貫通孔が形成されていない跨設部を有することを特徴とするガスセンサ素子。
2. 軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、
   当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、
   前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、
   を有するガスセンサ素子において、
   前記セメント部には、リンが含有されており、
   前記絶縁層は、前記リード部上で、且つ前記セメント部の先端よりも先端側に位置する先端側部位から、前記セメント部の先端よりも後端側に位置する後端側部位に跨って設けられる領域をなす跨設部であって、当該領域内の材料の密度が前記絶縁層の他の領域よりも高められて貫通孔が形成されていない跨設部を有することを特徴とするガスセンサ素子。
3. 前記跨設部は、前記絶縁層と同一の材料から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
4. 軸線方向に延びるガスセンサ素子と、
   当該ガスセンサ素子を固定する筒状の主体金具と、
   を備えるガスセンサであって、
   前記ガスセンサ素子は、請求項１乃至３のいずれかに記載のガスセンサ素子を用いることを特徴とするガスセンサ。
   
   
5. 軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、
   当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、
   前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、
   を有するガスセンサ素子の製造方法において、
   前記固体電解質体上に前記一対の電極を形成する電極形成工程と、
   前記一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆うように前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
   前記絶縁層に貫通孔が形成されないように、前記絶縁層を積層方向に加圧する加圧工程と、
   リンを含有し、前記セメント部となるセメント材を前記絶縁層上に塗布するセメント材塗布工程と、
   前記セメント材を介し、前記絶縁層側に前記ヒータ素子を積層するヒータ素子積層工程と、
   を有することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
6. 軸線方向に延びる短冊状の固体電解質体と、当該固体電解質体上に設けられた一対の電極であって、前記固体電解質体の前記軸線方向先端側に形成された電極部、および、当該電極部から前記軸線方向の後端側に向けて延びるリード部からそれぞれが構成され、互いの前記電極部が対向する一対の電極と、当該一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆う絶縁層と、を有する検出素子と、
   当該検出素子の軸線方向と平行な方向に延設されると共に前記絶縁層側に設けられ、前記検出素子を加熱する短冊状のヒータ素子と、
   前記絶縁層と前記ヒータ素子とに挟まれ、自身の先端が、前記絶縁層の先端よりも前記軸線方向後端側に位置するように設けられたセメント部と、
   を有するガスセンサ素子の製造方法において、
   前記固体電解質体上に前記一対の電極を形成する電極形成工程と、
   前記一対の電極のうち一方の電極の少なくとも前記リード部を覆うように前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
   前記絶縁層上の前記セメント部の先端が予定される先端予定位置を、前記軸線方向に跨ぐようにして、コート層を形成するコート層形成工程と、
   リンを含有するセメント材の先端を前記コート層上に位置させつつ、前記軸線方向後端側へ向けて、前記絶縁層上に前記セメント材を塗布するセメント材塗布工程と、
   前記セメント材を介し、前記絶縁層側に前記ヒータ素子を積層するヒータ素子積層工程と、
   を有することを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
7. 前記検出素子は、前記軸線方向と直交する方向に複数の前記検出素子が連結されて一体となった板状体として形成され、
   前記コート層形成工程では、前記コート層を前記板状体を構成する個々の前記検出素子の前記絶縁層上の前記先端予定位置を前記軸線方向に跨ぐようにして前記検出素子の直交方向に帯状に形成するものであり、
   前記コート層形成工程後に、前記板状体を、個々の前記検出素子にあわせて切断する切断工程を有したことを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ素子の製造方法。

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