JP4936136B2 - センサ素子、センサ素子製造方法およびガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、長手方向に延びる板型形状に形成された複数の固体電解質体と、複数の固体電解質体を厚さ方向に貫通するスルーホールと、スルーホールの内部に配置されて導通経路を形成する導電層と、固体電解質体と導電層とを電気的に絶縁する絶縁層と、を備えるセンサ素子に関するものであり、そのようなセンサ素子の製造方法に関するものであり、そのようなセンサ素子を備えるガスセンサに関する。

従来より、長手方向に延びる板型形状に形成された複数の板型部材（固体電解質体、絶縁性部材など）を積層してなるセンサ素子が知られている（特許文献１：図３）。
このようなセンサ素子においては、板型部材の表面側に配置される第１電極部と板型部材の裏面側に配置される第２電極部とを電気的に接続するために、板型部材を厚さ方向に貫通するスルーホールに配置された導電層を介して、第１電極部材と第２電極部材とを電気的に接続する構成を採用することがある。

また、スルーホールは、１枚の板型部材を貫通するスルーホールに限られることはなく、複数の板型部材を貫通するスルーホールを連結させて用いられることがある。このような連結されたスルーホールを有するセンサ素子においては、スルーホールの内部に配置される導電層が、複数の板型部材を厚さ方向に貫く通電経路を形成している（特許文献２）。

例えば、特許文献２においては、当該文献の図１７に記載のように、スペーサ５のスルーホール５４及び基板８０のスルーホール７７を利用して、酸素センサ部３の電極１２，１３のリード１２ｂ，１３ｂが端子７８に接続されている。つまり、スルーホール５４，７７からなるスルーホールが複数の板型部材（スペーサ５および基板８０）を貫通するように形成されており、このスルーホールの内部に配置される導電性部材が通電経路を形成している。
特開２００１−２４２１２９号公報（図３など） 特開平９−１０５７３７号公報（図１７など）

しかしながら、複数の板型部材を貫通するスルーホールは、板型部材の合計厚さ寸法が大きいために深さ寸法（長さ寸法）が大きくなるため、内部の導電層を適切に配置することができずに、導電層からなる通電経路が不良（断線状態）となる虞がある。

つまり、長さ寸法が大きいスルーホールにおいては、その内部に導電層を挿入する作業が難しくなるため、導電層の挿入作業時においてスルーホールの途中で導電層が途切れてしまい、通電経路が不良（断線状態）となる場合がある。

そこで、本発明はこうした問題に鑑みなされたものであり、複数の固体電解質体を厚さ方向に貫通するスルーホールを有するとともに、スルーホールに配置された導電層により形成される通電経路が不良となり難いセンサ素子を提供すること、そのようなセンサ素子の製造方法を提供すること、そのようなセンサ素子を備えるセンサを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、第１表面から該第１表面の反対側に位置する第１裏面に向かって貫通する第１スルーホールを有する板状の第１固体電解質層と、第２表面から該第２表面の反対側に位置する第２裏面に向かって貫通すると共に、第１スルーホールと連結する第２スルーホールを有し、第１裏面と第２表面とを直接または他部材を介して接触させて第１固体電解質層と積層した板状の第２固体電解質層と、を有するセンサ素子であって、第１固体電解質層は、第１スルーホールの内表面上に設けられた第１内部絶縁層と、第１内部絶縁層と連結し、第１裏面上に設けられた第１外部絶縁層と、第１内部絶縁層上に設けられた第１内部導電層と、第１内部導電層と連結し、第１内部絶縁層上に設けられた第１外部導電層と、を有し、第２固体電解質層は、第２スルーホールの内表面上に設けられた第２内部絶縁層と、第２内部絶縁層と連結し、第２表面上に設けられた第２外部絶縁層と、第２内部絶縁層上に設けられた第２内部導電層と、第２内部導電層と連結し、第２内部絶縁層上に設けられた第２外部導電層と、を有し、第１外部導電層と第２外部導電層とが接触していることを特徴とするセンサ素子である。

このセンサ素子においては、第１固体電解質層の第１スルーホール内に第１内部導電層を、第１裏面上に第１外部導電層をそれぞれ設けている。また、第２固体電解質層の第２スルーホール内に第２内部導電層を、第２表面上に第２外部導電層をそれぞれ設けている。このようなセンサ素子は、第１固体電解質層、第２固体電解質層ごとに第１内部導電層、第１外部導電層（以下、第１導電層と言う）、第２内部導電層及び第２外側導電層（以下、第２導電層と言う）を適切に形成した上で第１固体電解質層、及び第２固体電解質層を積層することで、積層された第１固体電解質層及び第２固体電解質層を貫く第１スルーホール及び第２スルーホール（換言すれば、長さ寸法が大きいスルーホール）においても、通電経路を適切に形成できる。

つまり、第１スルーホール及び第２スルーホールそれぞれの長さ寸法は、積層された第１固体電解質層及び第２固体電解質層における連結されたスルーホールに比べて短いことから、第１導電層及び第２導電層の挿入作業が容易となり、第１導電層及び第２導電層の断線が生じがたくなる。

そして、第１スルーホール及び第２スルーホールに第１導電層及び第２導電層が設けられた第１固体電解質層及び第２固体電解質層を積層して、第１導電層と第２導電層を電気的に接続するにあたり、第１スルーホールや第２スルーホールよりも断面積の大きい第１外部導電層と第２外部導電層が接触させているため、第１導電層と第２導電層との接続状態が良好なものとなる。

これにより、積層された第１固体電解質層及び第２固体電解質層を貫通する連結されたスルーホールにおいても、確実に通電経路を形成することができる。
さらに、第１固体電解質層と第１導電層とを電気的に絶縁する絶縁層、もしくは第２固体電解質層と第２導電層とを電気的に絶縁する絶縁層は、第１内部絶縁層や第２内部絶縁層のみならず第１外部絶縁層や第２外部絶縁層を備えることから、第１固体電解質層と第１外部導電層や、第２固体電解質層と第２外部導電層とが電気的に接続されるのを防止できる。これにより、第１固体電解質層と第１導電層との間や、第２固体電解質層と第２導電層との間（特に、第１固体電解質層と第１外部導電層との間や、第２固体電解質層と第２外部導電層との間）が短絡するのを防止でき、センサ素子の破損（第１固体電解質体や第２固体電解質層のブラックニングなど）が生じるのを防止できる。

さらに、上記のセンサ素子においては、請求項２に記載のように、センサ素を厚み方向に垂直方向から見たときに、第１外部導電層よりも第１外部絶縁層が垂直方向に突出し、且つ第２外部導電層よりも第２外部絶縁層が垂直方向に突出していることが好ましい。

このように、第１外部導電層よりも第１外部絶縁層が突出していると共に、第２外部導電層よりも第２外部絶縁層が突出しているので、第１固体電解質層と第１外部導電層や、第２固体電解質層と第２外部導電層とが電気的に接続されるのをより防止できる。これにより、第１固体電解質層と第１導電層との間や、第２固体電解質層と第２導電層との間が短絡するのを防止できる。さらに、請求項３に記載のように、第１外部導電層よりも第１外部絶縁層が０．１ｍｍ以上突出していると共に、第２外部導電層よりも第２外部絶縁層が０．１ｍｍ以上突出していることがより好ましい。

次に、上記のセンサ素子においては、請求項４に記載のように、第１外部絶縁層と第２外部絶縁層とは、中間絶縁層を介して接触していることが好ましい。

第１外部導電層よりも第１外部絶縁層を突出させ、且つ第２外部導電層よりも第２外部絶縁層を突出させて、第１外部導電層と第２外部導電層とを接触させると、第１外部絶縁層と第２外部絶縁層との間に空間が形成される場合がある。この空間に中間絶縁層を設けることで、第１固体電解質層と第１導電層とが空間を介して短絡したり、第２固体電解質層と第２導電層とが空間を介して短絡するのを防止できる。なお、この中間絶縁層は、第１外部導電層及び第２外部導電層と接触することがより好ましい。これにより、確実に空間が形成されなくなり、第１固体電解質層と第１導電層との短絡や、第２固体電解質層と第２導電層との短絡を確実に防止できる。

さらに、上記センサ素子においては、請求項５に記載のように、第１固体電解質層と第２固体電解質層とは、中間絶縁層を介して接触していることが好ましい。このように形成された中間絶縁層は、第１固体電解質層と第２固体電解質層とが互いに接触するのを防止することができる。

そして、中間絶縁層を備えるセンサ素子においては、請求項６に記載のように、第１裏面と第２表面との間隔寸法は、１０［μｍ］〜１００［μｍ］の範囲内であることが好ましい。

つまり、第１固体電解質層と第２固体電解質層との間隔寸法を１０［μｍ］以上にすることで、第１固体電解質層と第２固体電解質層との絶縁性を確保できる。

他方、中間絶縁層の厚さ寸法が大きくなると、中間絶縁層を介した熱伝導速度が遅くなり、センサ素子における部位毎の温度差が発生しやすくなり、温度差によって生じる熱膨張差に起因して、第１固体電解質層や第２固体電解質層と中間絶縁層とが剥離してセンサ素子が破損に至る虞がある。そこで、第１固体電解質層と第２固体電解質層との間隔寸法を１００［μｍ］以下にすることで、センサ素子における部位毎の温度差が発生し難くなり、熱膨張差に起因してセンサ素子が破損に至るのを防止できる。

次に、上述のセンサ素子が長手方向に延びる長尺形状を有する場合には、請求項７に記載のように、第１スルーホール及び第２スルーホールは、第１固体電解質層及び第２固体電解質層の長手方向における後端部に形成されており、且つセンサ素子の先端部には発熱部が備えられており、中間絶縁層は、先端部の第１固体電解質層及び第２固体電解質層との間にも配置されており、先端部の中間絶縁層の厚さ寸法は、後端部の中間絶縁層の厚さ寸法よりも小さい、という構成を採ることができる。

このように発熱部を備えるセンサ素子においては、第１スルーホールや第２スルーホールが形成される後端部に比べて、発熱部が備えられる先端部が高温になるため、熱膨張差に起因する第１固体電解質体や第２固体電解質層と中間絶縁層との剥離は、先端部で発生しやすい傾向がある。

これに対して、中間絶縁層は、先端部における厚さ寸法が後端部における厚さ寸法よりも小さく形成されていることから、センサ素子のうち先端部（換言すれば、発熱部の形成部位）は、後端部に比べて、厚さ方向における部位毎の温度差が発生し難くなる。

よって、本発明のセンサ素子によれば、発熱部を備える場合であっても、発熱部の形成部位における温度差が発生し難い構成となるため、熱膨張差に起因してセンサ素子が破損に至るのを防止できる。

なお、センサ素子における先端側とは、長手方向における両端のうち検出対象物にさらされる部分を有する側を意味しており、センサ素子における後端側とは、長手方向の両端のうち先端側とは反対側を意味する。

そして、上記のセンサ素子においては、例えば、請求項８に記載のように、中間絶縁層は、第１固体電解質層と第２固体電解質層との間のうち、先端部から後端部にかけて連続して形成されるとともに、先端部に近づくに従い厚さ寸法が小さくなる寸法変化部を備えることが好ましい。

このように、中間絶縁層に寸法変化部を備えることで、先端部における厚さ寸法と後端部における厚さ寸法とがそれぞれ異なる大きさの中間絶縁層を容易に実現することができる。

なお、中間絶縁層の寸法変化部は、例えば、センサ素子の長手方向に沿って段階的に厚さ寸法が変化する段差形状に形成しても良く、あるいは、センサ素子の長手方向に沿って緩やかに厚さ寸法が変化するテーパ形状に形成しても良い。

さらに、上記のガスセンサ素子は、請求項９に記載のように、第１表面上に設けられ、第１内部絶縁層と連結した第３外部絶縁層と、該第３外部絶縁層上に設けられ、第１内部導電層と連結する第３外部導電層とを有し、第１固体電解質層の後端側には、面取り部が形成されており、該面取り部の表面には、第３外部絶縁層が露出していることが好ましい。

第１固体電解質層が最外層の場合には、センサ素子の角部の欠けを防止するために面取り部が形成されている。また、第１固体電解質層が第１表面上には、外部と電気的接続を行う第３外部導電層が形成される場合がある。この場合、面取り部に第３外部絶縁層が形成されていることで、第１固体電解質層と第３外部導電層とが短絡することを確実に防止できる。

次に、上記目的を達成するためになされた請求項１０に記載の発明は、第１表面から第１表面の反対側に位置する第１裏面に向かって貫通する第１スルーホールを有する板状の第１固体電解質層と、第２表面から該第２表面の反対側に位置する第２裏面に向かって貫通すると共に、前記第１スルーホールと連結する第２スルーホールを有し、前記第１裏面と前記第２表面とを直接または他部材を介して接触させて前記第１固体電解質層と積層した板状の第２固体電解質層とを有するセンサ素子の製造方法であって、積層される前の前記第１固体電解質層の前記第１スルーホールの内表面に第１内部絶縁層を形成すると共に、前記第１裏面上に、前記第１内部絶縁層と連結する第１外部絶縁層を形成する、及び前記第２固体電解質層の前記第２スルーホールの内表面に第２内部絶縁層を形成すると共に、第２表面上の前記第２内部絶縁層と連結する第２外部絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記第１内部絶縁層上に第１内部導電層を形成すると共に、前記第１外部絶縁層上に、前記第１内部導電層と連結する第１外部導電層を形成する、及び、前記第２内部絶縁層上に第２内部導電層を形成すると共に、前記第２外部絶縁上に、前記第２内部導電層と連結する第２外部導電層を形成する導電層形成工程と、前記第１外部導電層と第２外部導電層とを接触させつつ、前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層とを積層する積層工程と、を有することを特徴とする。

このように、絶縁層形成工程において第１内部絶縁層、第１外部絶縁層、第２内部絶縁層、および第２外部絶縁層を有する絶縁層を形成することで、その後の導電性部材形成工程において第１導電層や第２導電層が形成された後に、第１導電層や第２導電層と第１固体電解質層や第２固体電解質層とが接触するのを、絶縁層によって防止できる。このため、このセンサ素子の製造方法によれば、第１導電層や第２導電層と第１固体電解質層や第２固体電解質層との間に短絡が生じることを防止できるセンサ素子を製造できる。

また、このセンサ素子製造方法では、導電性部材形成工程において、第１固体電解質層及び第２固体電解質層ごとに第１導電層、第２導電層を形成した後、積層工程において、第１外部導電層と第２外部導電層を接触させつつ、第１固体電解質層と第２固体電解質層を積層する。このように、第１固体電解質層の第１スルーホールや第２固体電解質層の第２スルーホール（換言すれば、長さ寸法が小さいスルーホール）に対して第１導電層や第２導電層を挿入することから、導電性部材を挿入する作業が容易となる。

これにより、本発明のセンサ素子製造方法によれば、第１導電層と第１固体電解質層との間や第２導電層と第２固体電解質層との間が短絡することを防止できるかつ、第１導電層と第２導電層とが確実に接続されたセンサ素子を製造することができる。

次に、上記目的を達成するためになされた請求項１１に記載の発明は、軸線方向に延び、先端部が測定対象ガスに向けられる検出素子と、検出素子の先端部および後端部を自身から突出させて当該検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、該検出素子と該主体金具との間に配置され、該検出素子を該主体金具に支持する支持部材と、を有するガスセンサであって、検出素子は、請求項１から９のいずれかに記載のセンサ素子であること、を特徴とするガスセンサである。

このガスセンサは、検出素子が請求項１から９のいずれかに記載のセンサ素子で構成されていることから、検出素子の内部におけるスルーホールを介した通電経路が不良となり難いため、通電経路の不良に起因するガス検出精度の低下を抑制でき、センサとしてのガス検出精度が低下するのを防止できる。

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
なお、本発明の実施形態として、排気ガスに含まれるＮＯｘを検出するために、内燃機関の排気管に装着されるＮＯｘセンサ２について説明する。

なお、ＮＯｘセンサ２は、ガスセンサの一種であって、自動車や各種内燃機関における測定対象となる排ガス中の特定ガスを検出する検出素子（ガスセンサ素子）を備えて構成されている。

（１）ＮＯｘセンサ全体の構成
図１は、本発明を適用した実施形態のＮＯｘセンサ２（本発明でいうガスセンサ）の全体構成を示す断面図である。

ＮＯｘセンサ２は、排気管に固定するためのネジ部３９が外表面に形成された筒状の主体金具３８と、軸線方向（ＮＯｘセンサ２の長手方向：図中上下方向）に延びる板状形状をなすガスセンサ素子４と、ガスセンサ素子４の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ６と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔６８の内壁面がガスセンサ素子４の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材６６と、ガスセンサ素子４と絶縁コンタクト部材６６との間に配置される複数（図１には２個のみ図示）の接続端子１０（以下、リードフレーム１０ともいう）と、を備えている。

ガスセンサ素子４は、軸線方向に延びる長尺板状形状をなし、測定対象となるガスに向けられる先端側（図中下方：軸線方向先端部）に検出部８が形成され、後端側（図中上方：軸線方向後端部）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１外部２１および第２外部２３に電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６が形成されている。

接続端子１０は、ガスセンサ素子４と絶縁コンタクト部材６６との間に配置されることで、ガスセンサ素子４の電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６にそれぞれ電気的に接続される。また、接続端子１０は、外部からセンサの内部に配設されるリード線４６にも電気的に接続されており、リード線４６が接続される外部機器と電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６との間に流れる電流の電流経路を形成する。

主体金具３８は、軸線方向に貫通する貫通孔５４を有し、貫通孔５４の径方向内側に突出する棚部５２を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具３８は、検出部８を貫通孔５４の先端側外部に配置し、電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６を貫通孔５４の後端側外部に配置する状態で貫通孔５４に挿通されたガスセンサ素子４を保持するよう構成されている。さらに、棚部５２は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。

なお、主体金具３８の貫通孔５４の内部には、ガスセンサ素子４の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ５１、粉末充填層５３，５６（以下、滑石リング５３，５６ともいう）、および上述のセラミックスリーブ６が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ６と主体金具３８の後端部４０との間には、加締パッキン５７が配置されており、セラミックホルダ５１と主体金具３８の棚部５２との間には、滑石リング５３やセラミックホルダ５１を保持するための金属ホルダ５８が配置されている。なお、主体金具３８の後端部４０は、加締パッキン５７を介してセラミックスリーブ６を先端側に押し付けるように、加締められている。

また、主体金具３８の先端部４１の外周には、ガスセンサ素子４の突出部分を覆う金属製（例えば、ステンレスなど）の二重構造とされたプロテクタ（後述する外部プロテクタ４２および内部プロテクタ４３）が溶接等によって取り付けられている。

そして、主体金具３８の後端側外周には、外筒４４が固定されている。また、外筒４４の後端側（図１における上方）の開口部には、ガスセンサ素子４の各電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６とそれぞれ電気的に接続される６本のリード線４６（図１では３本が図示）が挿通されるリード線挿通孔６１が形成されたグロメット５０が配置されている。

また、主体金具３８の後端部４０より突出されたガスセンサ素子４の後端側（図１における上方）には、絶縁コンタクト部材６６が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材６６は、ガスセンサ素子４の後端側の表面に形成される電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６の周囲に配置されている。そして、この絶縁コンタクト部材６６には、突出部６７が形成されており、突出部６７は、保持部材６９を介して、外筒４４に固定されている。

なお、セラミックスリーブ６、セラミックホルダ５１、および滑石リング５３，５６は、本発明でいう支持部材に相当する。
（２）ガスセンサ素子４の構成
ここで、ガスセンサ素子４の概略構造を表す斜視図を、図２に示す。なお、図２では、軸線方向における中間部分を省略してガスセンサ素子４を表している。

ガスセンサ素子４は、検出素子２０、ヒータ２２、外部中間絶縁層３７、電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６を備えて構成されている。なお、ＮＯｘセンサ２に備えられるガスセンサ素子４の概略構成は以下のようである。

まず、ガスセンサ素子４は、軸線方向（図２における左右方向）に延びる板状形状に形成された検出素子２０と、同じく軸線方向に延びる板状形状に形成されたヒータ２２とが積層されて、長方形状の軸断面を有する板状形状に形成されている。

なお、ＮＯｘを検出するための検出素子２０は、従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細な説明は省略するが、その概略構成は以下のようである。
検出素子２０は、固体電解質基板（固体電解質体からなる板状の基板）の両側に多孔質電極を形成した酸素濃淡検知セルと、同じく固体電解質基板の両側に多孔質電極を形成した酸素ポンプセルと、同じく固体電解質基板の上に多孔質電極を形成したＮＯｘセルと、これらの素子の間に積層され、中空の測定ガス室を形成するためのスペーサと、を備えて構成される。

この固体電解質基板は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアから形成され、多孔質電極は、Ｐｔを主体に形成される。また、測定ガス室を形成するスペーサは、アルミナを主体に構成されており、中空に形成された測定ガス室の内側には、酸素濃淡検知セルにおける一方の多孔質電極と、酸素ポンプセルにおける一方の多孔質電極が露出するように配置されている。

なお、測定ガス室は、検出素子２０の先端側において内部空間として設けられている。そして、検出素子２０のうち測定ガス室や多孔質電極などが形成される領域が、ガスセンサ素子４の検出部８である。

また、検出素子２０には、測定ガス室と検出素子２０の外部とを連通する拡散律速部（図示省略）が形成されている。この拡散律速部は、例えば、アルミナ等からなる多孔質体で構成されており、測定対象ガスが測定ガス室へ流入する際の律速を行う。さらに、検出素子２０には、多孔質体で構成された通気部（図示省略）が形成されている。この通気部は、酸素ポンプセルの駆動により移動する酸素を通過させるために使用される。

そして、本実施形態の検出素子２０においては、電極端子部３０，３１，３２，３３は、検出素子２０の積層方向に貫通する連結されたスルーホール（図示省略）に配置されたスルーホール導体（図示省略）を介して、検出素子２０の内部に備えられる酸素濃淡検知セルの多孔質電極、酸素ポンプセルの多孔質電極などに電気的に接続されている。なお、連結スルーホールの内周面には絶縁性材料からなる中間絶縁層が形成されているため、スルーホール導体は検出素子２０の固体電解質基板には直接には接しておらず、配線部などを介して各セルの多孔質電極に接続されている。

次に、図３に、ガスセンサ素子４のうちヒータ２２の発熱抵抗体パターン１２１が形成される積層面における内部構造を表した断面図を示し、図４に、図３におけるガスセンサ素子４のうちＡ−Ａ視断面における内部構造を表した断面図を示す。なお、図４では、検出素子２０の内部構造については図示を省略している。なお、また、図５は、図４の第２固体電解質基板１２５、第１固体電解質基板１２７、内部中間絶縁層１２９のうちスルーホール部分を拡大した説明図であり、検出素子２０の図示は省略している。図３、図４および図５においては、軸線方向における中間部分を省略してガスセンサ素子４を表している。

ヒータ２２は、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体パターン１２１と、ジルコニアを主体とする３つの固体電解質基板１２３，１２５，１２７と、アルミナを主体とする内部中間絶縁層１２９と、外部と接続するための一対の電極端子部３４，３６と、導電性材料を主体とする第１導電層１３７、第２導電層１３８と、を備えて構成されている。

３つの固体電解質基板１２３、１２５，１２７は、長手方向に延びる板型形状に形成されており、ガスセンサ素子４のうち第１外部２１から第２外部２３に向かう方向にかけて、第３固体電解質基板１２３、第２固体電解質基板１２５、第１固体電解質基板１２７の順に配置されている。そして、第２固体電解質基板１２５および第１固体電解質基板１２７は、後端側に外部の厚さ方向に貫通する第２スルーホール１３３、第１スルーホール１３４が形成されている。

図４に示すように、発熱抵抗体パターン１２１は、第３固体電解質基板１２３と第２固体電解質基板１２５との間に形成されている。また、図３に示すように、発熱抵抗体パターン１２１は、ヒータ２２の長手方向先端側（図３においては左側が先端側）に備えられる発熱部１３１と、発熱部１３１の両端部からそれぞれ後端側（図３においては右側が後端側）に延びる一対のヒータリード部１３５と、を備えて構成されている。なお、一対のヒータリード部１３５は、発熱部１３１の端部から第２スルーホール１３３にかけて形成されている。

そして、発熱抵抗体パターン１２１と第３固体電解質基板１２３との間、または発熱抵抗体パターン１２１と第２固体電解質基板１２５との間には、中間絶縁層（図示省略）が形成されている。

第２固体電解質基板１２５および第１固体電解質基板１２７は、内部中間絶縁層１２９を介して積層されており、第１固体電解質基板１２７の外表面には外部中間絶縁層３７が形成されている。なお、第２固体電解質基板１２５および第１固体電解質基板１２７にそれぞれ形成された第２スルーホール１３３、第１スルーホール１３４は、内部中間絶縁層１２９のスルーホール１３６と繋がることにより、第２固体電解質基板１２５、内部中間絶縁層１２９、第１固体電解質基板１２７を積層方向に貫通するスルーホールが形成される。

また、図５に示すように、第２固体電解質基板１２５および第１固体電解質基板１２７の第１スルーホール１３４および第２スルーホール１３３にそれぞれ備えられる第１導電層１３７、第２導電層１３８が互いに接続されて、連結されたスルーホールの一端から他端にいたる導通経路が形成される。

第２固体電解質基板１２５の第２表面１２６上のうち、第２スルーホール１３３の周縁には、第２外部絶縁層１３９が形成されている。また、第２固体電解質基板１２５の第２スルーホール１３３の内表面上には、第２内部絶縁層１４１が形成されている。また、第１固体電解質基板１２７の第１裏面１２８上のうち、第１スルーホール１３４の周縁には、第１外部絶縁層１４０が形成されている。また、第１固体電解質基板１２７の第１スルーホール１３４の内表面上には、第１内部絶縁層１４２が形成されている。

また、第１導電層１３７及び第２導電層１３８は、第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３の内部に設けられ発熱抵抗体パターン１２１と電極端子部３４，３６とを電気的に接続している。

具体的には、第１導電層１３７は、第１内部導電層１４３及び第１外部導電層１４５を備えている。このうち、第１内部導電層１４３は、第１固体電解質基板１２７において第１スルーホール１３４の内部（第１内部絶縁層１４２上）に配置されている。また、第１外部導電層１４５は、第１内部導電層１４３に電気的に接続されるとともに、第１外部絶縁層１４０上に形成されている。
また、第２導電層１３８は、第２内部導電層１４７及び第２外部導電層１４９を備えている。このうち、第２内部導電層１４７は、第２固体電解質基板１２５において第２スルーホール１３３の内部（第２内部絶縁層１４１上）に配置されている。また、第２外部導電層１４９は、第２内部導電層１４７に電気的に接続されるとともに、第２外部絶縁層１３９上に形成されている。

このように、センサ素子４（ヒータ２２）においては、第１固体電解質基板１２７の第１スルーホール１３４内に第１内部導電層１４３を、第１裏面１２８上に第１外部導電層１４５をそれぞれ設けている。また、第２固体電解質基板１２５の第２スルーホール１３３内に第２内部導電層１４７を、第２表面１２６上と第２外部導電層１４９をそれぞれ設けている。このようなセンサ素子４は、第１固体電解質基板１２７、第２固体電解質基板１２５ごとに第１内部導電層１４３、第１外部導電層１４５、第２内部導電層１４７及び第２外側導電層１４９を適切に形成した上で第１固体電解質基板１２７、及び第２固体電解質基板１２５を積層することで、積層された第１固体電解質基板１２７及び第２固体電解質基板１２５を貫く第１スルーホール１３４及び第２スルーホール１３３においても、通電経路を適切に形成できる。

そして、第１スルーホール１３４及び第２スルーホール１３３に第１導電層１３７及び第２導電層１３８が設けられた第１固体電解質基板１２７及び第２固体電解質基板１２５を積層して、第１導電層１３７と第２導電層１３８を電気的に接続するにあたり、第１スルーホール１３４や第２スルーホール１３３よりも断面積の大きい第１外部導電層１４５と第２外部導電層１４９が接触させているため、第１導電層１３７と第２導電層１３８との接続状態が良好なものとなる。

さらに、第１固体電解質基板１２７と第１導電層１３７とを電気的に絶縁する絶縁層、もしくは第２固体電解質基板１２５と第２導電層１３８とを電気的に絶縁する絶縁層は、第１内部絶縁層１４２や第２内部絶縁層１４１のみならず第１外部絶縁層１４０や第２外部絶縁層１３９を備えることから、第１固体電解質基板１２７と第１外部導電層１４５や、第２固体電解質基板１２５と第２外部導電層１４９とが電気的に接続されるのを防止できる。

さらに、第１外部導電層１４５よりも第１外部絶縁層１４０が突出している。また、第２外部導電層１４９よりも第２外部絶縁層１３９が突出している。具体的には、第１外部絶縁層１４０及び第２外部絶縁層１３９の突出部位の距離ｔ１が０．２ｍｍとなっている。

このように、第１外部導電層１４５よりも第１外部絶縁層１４０が突出している、及び、第２外部導電層１４９よりも第２外部絶縁層１３９が突出しているので、第１固体電解質基板１２７と第１外部導電層１４５や、第２固体電解質基板１２５と第２外部導電層１４９とが電気的に接続されるのをより防止できる。

さらに、第１外部絶縁層１４０と第２外部絶縁層１３９との突出部位には、中間絶縁層１２９が介されている。これにより、第１外部絶縁層１４０と第２外部絶縁層１３９との間を埋めることとなり、第１固体電解質基板１２７と第１導電層１３７とが空間を介して短絡したり、第２固体電解質基板１２５と第２導電層１３８とが空間を介して短絡するのを防止できる。

さらに、図４に示すように、この中間絶縁層１２９は、第１固体電解質基板１２７と第２固体電解質基板１２５との間に接触している。これにより、第１固体電解質基板１２７と第２固体電解質基板１２５とが互いに接触するのを防止することができる。

さらに、第１裏面１２８と第２表面１２６との間隔寸法Ｗは、５０μｍである。このように、第１固体電解質基板１２７と第２固体電解質基板１２５との間隔寸法Ｗを１０［μｍ］以上にすることで、第１固体電解質基板１２７と第２固体電解質基板１２５との絶縁性を確保できる。また、第１固体電解質基板１２７と第２固体電解質基板１２５との間隔寸法Ｗを１００［μｍ］以下にすることで、センサ素子４における部位毎の温度差が発生し難くなり、熱膨張差に起因してセンサ素子４が破損に至るのを防止できる。

次に、図４に示すように、外部中間絶縁層３７は、検出素子２０およびヒータ２２を構成する固体電解質基板のうち少なくとも第１外部２１および第２外部２３の後端部を覆うように形成されている。なお、外部中間絶縁層３７は、アルミナを主体とする絶縁性材料で構成されている。

また、ガスセンサ素子４は、図２に示すように、第１外部２１の後端側（図２における右側）に４個の電極端子部３０，３１，３２，３３を備えており、第２外部２３の後端側に２個の電極端子部３４，３６を備えている。

このうち、電極端子部３０，３１，３２，３３は、検出素子２０の第１外部２１に形成される外部中間絶縁層３７に積層形成されており、電極端子部３４，３６は、ヒータ２２の第２外部２３に形成される外部中間絶縁層３７に積層形成されている。また、図４に示すように、電極端子部３４，３６は、ヒータ２２の第１導電層１３７、第２導電層１３８を介して、発熱抵抗体パターン１２１に電気的に接続されている。

そして、上述したように、ガスセンサ素子４がＮＯｘセンサ２に組み付けられる場合には、電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６は、接続端子１０に接続される。つまり、電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６は、ガスセンサ素子４の内部（酸素濃淡検知セル、酸素ポンプセル、ＮＯｘセル、発熱抵抗体パターンなど）と外部機器とを接続する通電経路の一部を構成するために備えられる。

（３）ガスセンサ素子４の製造方法
次に、ガスセンサ素子４の製造方法について説明する。
まず、焼成後にガスセンサ素子４となる未焼成積層体を作製する。

未焼成積層体は、所定の材料を積層することで構成されている。
なお、未焼成積層体を構成する所定の材料としては、焼成後にヒータ２２の固体電解質基板となる未焼成固体電解質シート、焼成後に外部中間絶縁層３７，内部中間絶縁層１２９となる未焼成絶縁性シート等が含まれる。 なお、本実施形態においては、未焼成絶縁性シートを用いたが、それぞれペーストを塗布することで各部を形成しても良い。

これらのうち、未焼成固体電解質シートは、例えば、ジルコニアを主体とするセラミック粉末に対して、アルミナ粉末やブチラール樹脂などを加えて、さらに混合溶媒（トルエン及びメチルエチルケトン）を混合して生成したスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させて作製される。

そして、スルーホールが必要となる未焼成固体電解質体シートについては、予め定められたスルーホール形成位置に対してスルーホールを形成するためのスルーホール形成工程が実施される。なお、このとき、ヒータ２２の第１固体電解質基板１２７、第２固体電解質基板１２５となる未焼成固体電解質体シートには、第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３が形成される。

次に、未焼成固体電解質体シートのうち予め定められた形成位置に絶縁層を形成するための絶縁層形成工程が実施される。
具体的には、ヒータ２２の第２固体電解質基板１２５，第１固体電解質基板１２７となる未焼成固体電解質体シートにおいては、第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３の内表面上に第１内部絶縁層１４２、第２内部絶縁層１４１が形成される。また、未焼成固体電解質体シートの第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３周縁の第２表面１２６上及び第１裏面１２８上に、第１外部絶縁層１４０、第２外部絶縁層１３９が形成される。

この絶縁層は、アルミナを主体とする絶縁性ペーストを公知の印刷手法（スクリーン印刷など）を用いて印刷し、乾燥させることで形成できる。例えば、絶縁性ペーストの印刷時において、未焼成固体電解質体シートのうち印刷側外部とは反対側の外部におけるスルーホール開口部より、スルーホール内部を減圧することで、スルーホールの内表面上およびスルーホール周縁の外部上に対して、絶縁性ペーストを塗布することができる。

次に、未焼成固体電解質体シートごとに、第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３の内表面上およびスルーホール周縁の第２裏面１２６上及び第１表面１２８上に対して未焼成導体部を形成するための導電層形成工程が実施される。なお、未焼成導体部は、焼成により第１導電層１３７、第２導電層１３８となる。

つまり、導電層形成工程では、第１スルーホール１３４が形成された未焼成固体電解質体シートにおいて、第１スルーホール１３４における第１内部絶縁層１４２上に第１内部導電層１４３を形成し、さらに、第１内部導電層１４３に電気的に接続されるとともに第１外部絶縁層１４０上に設けられる第１外部導電層１４５を形成する。また、第２スルーホール１３３が形成された未焼成固体電解質体シートにおいて、第２スルーホール１３３における第２内部絶縁層１４１上に第２内部導電層１４７を形成し、さらに、第２内部導電層１４７に電気的に接続されるとともに第２外部絶縁層１３９上に設けられる第２外部導電層１４９を形成する。

次に、未焼成導電層が形成された複数の未焼成固体電解質体シートを、未焼成絶縁性シートや未焼成検出素子とともに積層することで、未焼成積層体を作製する積層工程が実施される。

ここで、図６に、第２固体電解質基板１２５、第１固体電解質基板１２７、内部中間絶縁層１２９の積層工程において、第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３が連結される説明図を示す。

なお、図６は、第２固体電解質基板１２５、第３固体電解質基板１２７、内部中間絶縁層１２９のうちスルーホール部分を拡大した説明図であり、検出素子２０の図示は省略している。

積層工程では、第１外部導電層１４５、第２外部導電層１４９を接触させつつ、第２固体電解質基板１２５と第１固体電解質基板１２７となる未焼成固体電解質体シートを積層することで、第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３が連結される。つまり、複数の未焼成固体電解質体シートが積層されることで、複数の未焼成固体電解質体シートを貫通する連結されたスルーホール（換言すれば、長さ寸法の大きいスルーホール）が形成されるとともに、長さ寸法の大きい連結されたスルーホールを貫く第１導電層１３７、第２導電層１３８が接続される。

なお、積層工程では、全ての構成要素（未焼成固体電解質体シート、未焼成絶縁性シート、未焼成検出素子など）を一度に積層して未焼成積層体を形成してもよく、あるいは、予め定められた順番に従い各構成要素を積層することで、未焼成積層体を形成してもよい。

また、未焼成絶縁性シートは、例えば、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、ブチラール樹脂とジブチルフタレートとを加えて、更に混合溶媒（トルエン及びメチルエチルケトン）を混合して生成されたスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させて作製される。あるいは、未焼成絶縁性シートに代えて、絶縁性ペーストを公知の印刷手法（スクリーン印刷など）を用いて印刷し、乾燥させることで、未焼成中間絶縁層を形成しても良い。なお、未焼成絶縁性シートは、焼成後に、外部中間絶縁層３７や内部中間絶縁層１２９などとして備えられる。

上記のようにして所定の材料（構成要素）を全て積層したあと、その積層体を予め定められた圧力（例えば、１ＭＰａ）で加圧して、圧着された未焼成積層体を得るための加圧工程を実行する。そして、加圧工程で得られた未焼成積層体を、所定の大きさに切断することにより、ガスセンサ素子４の大きさと略一致する複数（例えば１０個）の未焼成積層体を得る。

その後、この未焼成積層体から樹脂抜きを行う樹脂抜き工程を実行し、さらに、予め定められた焼成温度（例えば、１５００℃）で所定時間（例えば、１時間）にわたり焼成を行う焼成工程を実行して、焼成後積層体が作製される。

上記の工程を含む各種工程を実行することで、ガスセンサ素子４としての焼成後積層体が作製される。
そして、このようにして作製されたガスセンサ素子４を用いてＮＯｘセンサ２を作製するためには、ガスセンサ素子４を主体金具３８に組み付ける組付工程を行う。

即ち、この組付工程では、上記製造方法で作製されたガスセンサ素子４を金属ホルダ５８に挿入し、さらにガスセンサ素子４をセラミックホルダ５１、滑石リング５３で固定し、組み立て体を作製する。その後、この組み立て体を主体金具３８に固定し、ガスセンサ素子４の軸線方向後端部側を滑石リング５６、セラミックスリーブ６に挿通させつつ、これらを主体金具３８に挿入する。そして、主体金具３８の後端部４０にてセラミックスリーブ６を加締め、下部組立体を作製する。なお、下部組立体には、あらかじめ外部プロテクタ４２、内部プロテクタ４３が取付けられている。

一方、外筒４４、絶縁コンタクト部材６６、グロメット５０などを組みつけることで上部組立体を作製する。そして、下部組立体と上部組立体と接合することで、ＮＯｘセンサ２を得ることができる。

以上説明したように、ＮＯｘセンサ２に備えられるガスセンサ素子４の製造方法では、まず、絶縁層形成工程において、第２固体電解質基板１２５および第１固体電解質基板１２７における第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３に対して、第1内部絶縁層１４２、第２内部絶縁層１４１、第1外部絶縁層１４０および第２外部絶縁層１３９を有する絶縁層を形成する。そして、絶縁層形成工程の後に実行する導電層形成工程において、第２固体電解質基板１２５および第１固体電解質基板１２７における第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３に対して、第１内部導電層１４３、第２内部導電層１４７、第１外部導電層１４５および第２外部導電層１４９を形成する。

このように、絶縁層形成工程の後に導電性部材形成工程を実行することで、第１導電層１３７、第２導電層１３８と第２固体電解質基板１２５、第１固体電解質基板１２７とが接触するのを防止でき、短絡を防止できる。

また、本実施形態のセンサ素子製造方法では、導電層形成工程において、第２固体電解質基板１２５および第１固体電解質基板１２７に第１外部導電層１４５及び第２外部導電層１４９を形成した後、積層工程において、その第１外部導電層１４５、第２外部導電層１４９を接触させつつ、第２固体電解質基板１２５および第１固体電解質基板１２７を積層している。これにより、
第２固体電解質基板１２５および第１固体電解質基板１２７にそれぞれ形成された第１導電層１３７、第２導電層１３８の接続状態が良好なものとなる。

なお、上記実施形態においては、ＮＯｘセンサ２が特許請求の範囲におけるガスセンサに相当し、ガスセンサ素子４がセンサ素子に相当し、第２固体電解質基板１２５が第２固体電解質層に相当し、第１固体電解質基板１２７が第１固体電解質層に相当し、発熱抵抗体パターン１２１の発熱部１３１が発熱部に相当し、内部中間絶縁層１２９が、中間絶縁層に相当している。

さらに、セラミックスリーブ６、セラミックホルダ５１、および滑石リング５３，５６が、本発明におけるガスセンサの支持部材に相当する。
（４）その他の実施形態
本発明の実施の形態は、上記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

例えば、上記実施形態（以下、第１実施形態ともいう）においては、固体電解質体の先端側から後端側にかけて厚さ寸法が一定に形成された内部中間絶縁層１２９を備えるガスセンサ素子４について説明したが、固体電解質体の間に配置される内部中間絶縁層は、上記の形態に限定されるものではない。

そこで、第２実施形態として、発熱部の形成領域における厚さ寸法と外部導電性部材の周囲領域における厚さ寸法とが異なる形態の内部中間絶縁層を備える第２センサ素子２０４について説明する。

図７に、第２センサ素子２０４の内部構造を表した断面図を示す。なお、図７では、第２センサ素子２０４の構成要素のうち、第１実施形態のガスセンサ素子４と同様の構成要素については、第１実施形態と同一の符号を用いて表す。

第２センサ素子２０４は、ガスセンサ素子４と同様に軸線方向に延びる長尺板状形状をなしており、検出素子２０、第２ヒータ２２２、外部中間絶縁層３７、電極端子部３０、３１、３２、３３、３４、３６を備えて構成されている。なお、第２センサ素子２０４は、ガスセンサ素子４と同様に、電極端子部３０，３１，３２，３３，３４，３６を備えているが、図６では、電極端子部３６（３４）のみを図示し、電極端子部３０，３１，３２，３３については図示を省略している。

第２ヒータ２２２は、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体パターン１２１と、ジルコニアを主体とする３つの固体電解質基板１２３，１２５，１２７と、アルミナを主体とする第２内部中間絶縁層２２９と、外部と接続するための一対の電極端子部３４，３６と、導電性材料を主体とする第１導電層１３７、第２導電層１３８と、を備えて構成されている。

発熱抵抗体パターン１２１は、第２ヒータ２２２の長手方向先端側（図７においては左側が先端側）に備えられる発熱部１３１と、発熱部１３１の両端部からそれぞれ後端側（図７においては右側が後端側）に延びる一対のヒータリード部１３５と、を備えて構成されている。第１導電層１３７及び第２導電層１３８は、発熱抵抗体パターン１２１と電極端子部３４，３６とを電気的に接続するために備えられており、第１導電層には、第１内部導電層１４３および第１外部導電層１４５、第２導電層には、第２内部導電層１４７、第２外側導電層１４９を備えている。

そして、第２ヒータ２２２は、第２固体電解質基板１２５，第１固体電解質基板１２７の長手方向における後端側に形成された第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３を備えている。
第２内部中間絶縁層２２９は、第２固体電解質基板１２５と第１固体電解質基板１２７との間のうち、第１スルーホール１３４及び第２スルーホール１３３が形成された後端側だけでなく、発熱部１３１が形成された先端側にも配置されている。

発熱部１３１の形成された先端側における第２内部中間絶縁層２２９の厚さ寸法Ｗ１は、２０［μｍ］であり、第１スルーホール１３４及び第２スルーホール１３３が形成された後端側における第２内部中間絶縁層２２９の厚さ寸法Ｗ２は、１００［μｍ］である。つまり、第２内部中間絶縁層２２９は、先端側における厚さ寸法Ｗ１が後端側における厚さ寸法Ｗ２よりも小さい形態で形成されている。

また、第２センサ素子２０４の第２内部中間絶縁層２２９は、第２固体電解質基板１２５と第１固体電解質基板１２７との間のうち発熱部１３１に近づくに従い厚さ寸法が小さくなる寸法変化部２３０が形成されている。

このように発熱部１３１を備える第２センサ素子２０４においては、第１スルーホール１３４及び第２スルーホール１３５が形成される後端側に比べて、発熱部１３１が備えられる先端側が高温になるため、熱膨張差に起因する第２固体電解質基板１２５、第１固体電解質基板１２７と内部中間絶縁層１２９との剥離は、先端側で発生しやすい傾向がある。

これに対して、第２内部中間絶縁層２２９は、先端側における厚さ寸法Ｗ１が後端側における厚さ寸法Ｗ２よりも小さく形成されている。このことから、第２センサ素子２０４のうち先端側（換言すれば、発熱部１３１の形成部位）は、後端側に比べて、厚さ方向における部位毎の温度差が発生し難くなる。

よって、第２実施形態の第２センサ素子２０４によれば、発熱部１３１を備える場合であっても、発熱部１３１の形成部位における温度差が発生し難い構成となるため、熱膨張差に起因して破損に至るのを防止できる。

なお、第２センサ素子２０４における先端側とは、第２センサ素子２０４の長手方向における両端のうち検出対象物にさらされる検出部を有する側を意味しており、第２センサ素子２０４における後端側とは、長手方向の両端のうち先端側とは反対側を意味する。

そして、第２内部中間絶縁層２２９は、寸法変化部２３０を備えることで、先端側における厚さ寸法Ｗ１と後端側おける厚さ寸法Ｗ２とがそれぞれ異なる大きさとなる形態を採ることができる。

次に、他の実施形態としては、内部中間絶縁層は、センサ素子の後端部から先端部にかけて連続して形成される形態に限られることはなく、少なくともスルーホールが形成される後端側に形成される形態であっても良い。

例えば、内部中間絶縁層は、図８に示す第３センサ素子３０４の第３ヒータ３２２に備えられる第３内部中間絶縁層３２９のように、第１スルーホール１３４、第２スルーホール１３３周縁には配置されるが、発熱部１３１の形成部位には配置されていない。

また、他の実施形態として、図９の形態が挙げられる。なお、図９は、第４センサ素子４０４の内部構造を表した断面図である。なお、図９では、第４センサ素子４０４の構成要素のうち、第１実施形態のガスセンサ素子４と同様の構成要素については、第１実施形態と同一の符号を用いて表す。

図９に示すように、センサ素子４０４の後端側には、面取り部５００が形成されている。この面取り部５００は、センサ素子４０４の欠けを防止するために設けられている。そして、外部中間絶縁層３７は、面取部５００の表面に露出している。

このように、面取り部５００に外部中間絶縁層３７が露出していることで、第１固体電解質基板１２７と電極端子部３４、３５とが短絡することを確実に防止できる。なお、外部中間絶縁層３７が特許請求の範囲の第３外部絶縁層に相当し、電極端子部３４、３６が第３外部導電層に相当する。

また、上記実施形態においては、ヒータを備えるセンサ素子について説明したが、ヒータを有さないセンサ素子に対して本発明を適用しても良い。また、本発明が適用されるスルーホールおよび導電性部材は、発熱抵抗体パターンに接続される通電経路を形成するものに限られることはなく、酸素濃淡検知セル、酸素ポンプセル、ＮＯｘセルに接続される通電経路を形成するものであってもよい。

ＮＯｘセンサの全体構成を示す断面図である。 ガスセンサ素子の概略構造を表す斜視図である。 ガスセンサ素子のうちヒータの発熱抵抗体パターンが形成される積層面における内部構造を表した断面図である。 図３におけるガスセンサ素子のうちＡ−Ａ視断面における内部構造を表した断面図である。 第１固体電解質基板、第２固体電解質基板、内部中間絶縁層が積層された説明図である。 第１固体電解質基板、第２固体電解質基板、内部中間絶縁層の積層工程において、連結スルーホールおよび導電性部材が形成される状態を表した説明図である。 第２センサ素子の内部構造を表した断面図である。 第３センサ素子の内部構造を表した断面図である。 第４センサ素子の内部構造を表した断面図である。

符号の説明

２…ＮＯｘセンサ、４…ガスセンサ素子、１０…リードフレーム（接続端子）、２０…検出素子、２２…ヒータ、３０，３１，３２，３３，３４，３６…電極端子部、３７…外部中間絶縁層、３８…主体金具、６９…保持部材、１２１…発熱抵抗体パターン、１２３…第３固体電解質基板、１２５…第２固体電解質基板、１２７…第１固体電解質基板、１２９…内部中間絶縁層、１３１…発熱部、１３３…第２スルーホール、１３４…第１スルーホール、１３５…ヒータリード部、１３７…第１導電層、１３８…第２導電層、２０４…第２センサ素子、２２２…第２ヒータ、２２９…第２内部中間絶縁層、２３０…寸法変化部、３０４…第３センサ素子、３２２…第３ヒータ、３２９…第３内部中間絶縁層、４０４…第４センサ素子、５００…面取り部。

Claims (11)

1. 第１表面から該第１表面の反対側に位置する第１裏面に向かって貫通する第１スルーホールを有する板状の第１固体電解質層と、
   第２表面から該第２表面の反対側に位置する第２裏面に向かって貫通すると共に、前記第１スルーホールと連結する第２スルーホールを有し、前記第１裏面と前記第２表面とを直接または他部材を介して接触させて前記第１固体電解質層と積層した板状の第２固体電解質層と、
   を有するセンサ素子であって、
   前記第１固体電解質層は、前記第１スルーホールの内表面上に設けられた第１内部絶縁層と、該第１内部絶縁層と連結し、第１裏面上に設けられた第１外部絶縁層と、前記第１内部絶縁層上に設けられた第１内部導電層と、前記第１内部導電層と連結し、前記第１外部絶縁層上に設けられた第１外部導電層と、を有し、
   前記第２固体電解質層は、前記第２スルーホールの内表面上に設けられた第２内部絶縁層と、該第２内部絶縁層と連結し、第２表面上に設けられた第２外部絶縁層と、前記第２内部絶縁層上に設けられた第２内部導電層と、前記第２内部導電層と連結し、前記第２外部絶縁層上に配置された第２外部導電層と、を有し、
   第１外部導電層と前記第２外部導電層とが接触していることを特徴とするセンサ素子。
2. 前記センサ素子を厚み方向に垂直方向から見たときに、前記第１外部導電層よりも前記第１外部絶縁層が垂直方向に突出し、且つ前記第２外部導電層よりも前記第２外部絶縁層が垂直方向に突出していることを特徴とする請求項１に記載のセンサ素子。
3. 前記センサ素子を厚み方向に垂直方向から見たときに、前記第１外部導電層よりも前記第１外部絶縁層が垂直方向に０．１ｍｍ以上突出し、且つ前記第２外部導電層よりも前記第２外部絶縁層が垂直方向に０．１ｍｍ以上突出していることを特徴とする請求項２に記載のセンサ素子。
4. 前記第１外部絶縁層と前記第２外部絶縁層とは、中間絶縁層を介して接触していることを特徴とする請求項２又は３に記載のセンサ素子。
5. 前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層とは、前記中間絶縁層を介して接触していることを特徴とする請求項４に記載のセンサ素子。
6. 前記第１裏面と前記第２表面との間隔寸法は、１０［μｍ］〜１００［μｍ］の範囲内であること、
   を特徴とする請求項５に記載のセンサ素子。
7. 前記センサ素子は長手方向に延びる長尺形状を有し、
   前記第１スルーホール及び前記第２スルーホールは、前記第１固体電解質層及び前記第２固体電解質層の長手方向における後端部に形成されており、且つ、前記センサ素子の先端部には発熱部が備えられており、
   前記中間絶縁層は、前記先端部の前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層との間にも設けられており、
   前記先端部の前記中間絶縁層の厚さ寸法は、前記後端部の前記中間絶縁層の厚さ寸法よりも小さいこと、を特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のセンサ素子。
8. 前記中間絶縁層は、前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層との間のうち、前記先端部から前記後端部にかけて連続して形成されるとともに、前記先端部に近づくに従い厚さ寸法が小さくなる寸法変化部を備えること、
   を特徴とする請求項７に記載のセンサ素子。
9. 前記第１表面上に設けられ、前記第１内部絶縁層と連結した第３外部絶縁層と、該第３外部絶縁層上に設けられ、前記第１内部導電層と連結する第３外部導電層とを有し、
   前記第１固体電解質層の後端側には、面取り部が形成されており、該面取り部の表面には、前記第３外部絶縁層が露出していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のセンサ素子。
10. 第１表面から第１表面の反対側に位置する第１裏面に向かって貫通する第１スルーホールを有する板状の第１固体電解質層と、第２表面から該第２表面の反対側に位置する第２裏面に向かって貫通すると共に、前記第１スルーホールと連結する第２スルーホールを有し、前記第１裏面と前記第２表面とを直接または他部材を介して接触させて前記第１固体電解質層と積層した板状の第２固体電解質層とを有するセンサ素子の製造方法であって、
    積層される前の前記第１固体電解質層の前記第１スルーホールの内表面に第１内部絶縁層を形成すると共に、前記第１裏面上に、前記第１内部絶縁層と連結する第１外部絶縁層を形成する、及び前記第２固体電解質層の前記第２スルーホールの内表面に第２内部絶縁層を形成すると共に、第２表面上の前記第２内部絶縁層と連結する第２外部絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
    前記第１内部絶縁層上に第１内部導電層を形成すると共に、前記第１外部絶縁層上に、前記第１内部導電層と連結する第１外部導電層を形成する、及び、前記第２内部絶縁層上に第２内部導電層を形成すると共に、前記第２外部絶縁上に、前記第２内部導電層と連結する第２外部導電層を形成する導電層形成工程と、
    前記第１外部導電層と第２外部導電層とを接触させつつ、前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層とを積層する積層工程と、
    を有することを特徴とするセンサ素子の製造方法。
11. 軸線方向に延び、先端部が測定対象ガスに向けられる検出素子と、
    前記検出素子の先端部および後端部を自身から突出させて当該検出素子の周囲を取り囲む主体金具と、
    該検出素子と該主体金具との間に配置され、該検出素子を該主体金具に支持する支持部材と、
    を有するガスセンサであって、
    前記検出素子は、請求項１から９のいずれかに記載のセンサ素子であること、
    を特徴とするガスセンサ。