JP5500148B2 - ガスセンサ素子とその製造方法並びにガスセンサ - Google Patents

ガスセンサ素子とその製造方法並びにガスセンサ Download PDF

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Description

本発明は、少なくとも酸素イオン伝導性を有する固体電解質体の両表面に形成した一対の電極層と通電により発熱する発熱体とを具備し、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサ素子とその製造方法並びにガスセンサに関する。
従来、自動車エンジン等の内燃機関の燃焼排気流路に、該燃焼排気中に含まれる酸素、窒素酸化物、アンモニア、水素等の特定ガス成分の濃度を検知するガスセンサ素子を配設して、内燃機関の燃焼制御や排ガス浄化装置の制御を行っている。
このようなガスセンサ素子として、例えば、特許文献１には、固体電解質体の一方の面に被測定ガスに曝される被測定ガス側電極が設けてあり、他方の面に基準ガスに曝されると共に基準ガス室と対面する基準ガス側電極が設けてあると共に、一体的にヒータが積層されているガスセンサ素子が開示されている。
このようないわゆる積層型のガスセンサ素子ではセンサ部とヒータ部とを一体的に焼成することにより、ガスセンサ部の固体電解質体をすばやく加熱し、早期の活性化を図っている。
また、特許文献２には、積層技術により検知部と発熱部を絶縁層を介して一体となる固体電解質酸素センサ素子において、発熱体が測定電極面上の固体電解質層上に配置され、かつ測定電極を囲んで、測定電極外周部と幾何学的に平行に配置されており、測定電極外周部と発熱体内周部との間隔が、リード引き出し部をのぞいて０．２〜１．５ｍｍである酸素センサ素子が開示されている。
特許文献２にあるような従来の酸素センサ素子では、検知部と発熱部との間に積層技術によって形成した絶縁層を介装することによって、早期の活性化と発熱部からの漏れ電流の防止を図っている。
さらに、特許文献３には、先端が閉じられた中空円筒状に形成された絶縁物からなる中軸と、この中軸の上記先端部分に近接する周部に、上記中空部に連通するように形成した開口部と、この開口部に嵌め合せ設定されるように形成され、上記中空部および上記中軸の外側部分にそれぞれ対応する両面に、それぞれ電極を形成した板状の固体電解質物質からなる酸素濃度検出素子と、上記中軸の外周に巻付設定され、上記酸素濃度検出素子部分に対応して開口を形成した絶縁物シートに、金属薄膜によるヒータ配線を含む電極リード線を形成したシート部材と、このシート部材の上記開口部分を含んで上記中軸の先端部外周部に被覆形成された通気孔を有する絶縁物による保護層とを具備し、上記中軸とシート部材とは一体に焼成され、上記酸素濃度検出部材のそれぞれ電極を有する両面は、上記中軸の中空部の基準気体雰囲気、及び上記保護層を介して測定気体雰囲気にそれぞれ接触されるようにしたことを特徴とする酸素濃度検出装置が開示されている。
ところが、図８に比較例１として示す特許文献１にあるような従来のガスセンサ素子１０ｚにおいては、発熱体１４０ｚと固体電解質層１００との間に、基準ガス室１３０ｚ内に導入された断熱性の高い大気が介在し、発熱体１４０ｚへの通電を開始しても、直ちに、発生した熱が固体電解質体１００ｚの活性化に利用されず不可避的にガスセンサが検出可能となるまでに遅れを生じることになる。
また、従来のいわゆる積層型のガスセンサ素子１０ｚは、略平板状に形成されているため、形状的に熱ストレスによる割れを起こし易く、耐久性向上を図るために絶縁層１５０ｚ、１６０ｚを厚く形成する必要があり、素子の体格が大きくなり易く、それだけ熱効率が悪くなり、早期に活性化するのが困難となっていた。
一方、特許文献２にあるような、従来の酸素センサ素子では、ヒータ部とセンサ部との電気絶縁性を確保するための絶縁膜層が、シート成形、又は、スクリーン印刷等で形成されている。
この絶縁膜層が薄い場合には、製造過程で不可避的にピンホール等の欠陥が形成され、ピンホールを介して被測定ガスがヒータ部に到達して、被測定ガス中の含まれる汚染物質等と反応や昇華等によってヒータの劣化を招く虞がある。
このような劣化を防止すべく、絶縁層を厚くして、ヒータ部の酸化防止を図ろうとすると、ガスセンサ素子の体格が大きくなり、絶縁層の加熱にエネルギを奪われ、固体電解質層の加熱に時間がかかり、早期活性化が困難となる虞がある。
さらに、特許文献３にあるように、一端を閉塞した中空円管形状の絶縁性セラミックスの側面に貫通孔を形成し、その貫通孔に固体電解質を設置する際に、固体電解質を固定するために段付き形状に形成し、両面に電極を形成した固体電解質体をその段部に嵌め込むようにした場合、電極の取り出し構造が複雑で、電極リードの焼成クラック、セラミック基体・固体電解質のクラック等の製造不良が発生し易くなる虞もある。
また、特許文献３の図６等にあるように、電極シートとヒータ部シートとを分割して、筒状の絶縁性セラミック基体に貼り付けた場合、電極部と発熱部が分割されているために、発熱部で発生した熱が電極部に伝わり難くなり、早期活性化が困難となる虞もある。
さらに、製造上、電極シートとヒータシートとの複数のシートを重ならないように貼る必要があるため、工程が複雑になるといった問題も考えられる。
そこで、本願発明は、かかる実情に鑑み、被測定ガス中の特定ガス成分を検出するガスセンサに用いられるガスセンサ素子において、早期の活性化が可能で、耐久性に優れ、かつ、構造が簡素で製造容易なガスセンサ素子及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
請求項１の発明では、少なくとも、特定のイオンに対して導電性を有する固体電解質材料からなる固体電解質体と、
該固体電解質体の互いに対向する表面の、被測定ガスに接する位置に設けた測定電極と、基準ガスに接する位置に設けた基準電極と、
通電により発熱し、上記固体電解質体の活性化を図る発熱体とを具備し、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサ素子であって、
略平板状に形成され、焼成後に上記固体電解質体となる未焼成固体電解質シートと、高い電気絶縁性と高い熱伝導率とを有するセラミックス材料からなり、上記固体電解質体と同一の厚さで、略平板状に形成され、焼成後に絶縁性セラミック基体となる未焼成セラミックシートとを重ね合わせた状態で、一の金型により、上記未焼成固体電解質シートと上記未焼成セラミックシートとを同時に打ち抜き、上記未焼成性セラミックシートに所定形状の貫通孔を穿設すると共に、該貫通孔と同一形状に打ち抜かれた上記未焼成固体電解質シートを上記貫通孔の内側に配設せしめて、一体となした固体電解質体埋設絶縁性セラミック基体と、
上記固体電解質体の一方の表面と同一面上の上記絶縁性セラミック基体の表面で、上記基準電極との電気絶縁距離を確保した位置に配設した上記発熱体とを具備することを特徴とする。
請求項２の発明では、高い電気絶縁性と高い熱伝導率とを有するセラミックス材料からなり、一端が開口し他端が閉塞する有底筒状で、内側に基準ガスとして大気を導入する基準ガス室を具備する筒状セラミック基体と、該筒状セラミック基体の側面に穿設され上記基準ガス室に連通する貫通孔に上記固体電解質体埋設絶縁性セラミック基体に設けた上記基準電極が対向するように積層せしめた上記固体電解質体埋設絶縁性セラミック基体と、上記筒状セラミック基体と上記絶縁性セラミック基体との接合面に配設せしめた上記発熱体とを具備する。
請求項３の発明では、上記電気絶縁距離として、上記固体電解質体の外周縁と上記発熱体の外周縁との距離を０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下に設定する。
請求項４の発明では、上記固体電解質材料が部分安定化ジルコニアである。
請求項５の発明では、上記絶縁性セラミックス材料がアルミナである。
請求項６の発明では、少なくとも、上記固体電解質体と、上記測定電極と、上記基準電極と、上記発熱体とを含むガスセンサ素子と、上記基準電極及び上記測定電極と外部に設けた検出回路とを繋ぐ一対の信号線と、外部に設けた電源から上記発熱体への通電を制御する通電制御装置と、該通電制御装置と上記発熱体とを繋ぐ一対の通電線と、上記ガスセンサ素子の検出部を被測定ガス中に配設すると共に、上記一対の信号線と上記一対の通電線とを保持収容するハウジングとを具備するガスセンサであって、上記ガスセンサ素子が、請求項１ないし５のいずれかに記載のガスセンサ素子であることを特徴とする。
請求項７の発明では、少なくとも、電気絶縁性を有するセラミックス材料からなり、略平板状に形成され、焼成後に絶縁性セラミック基体となる未焼成セラミックシートに貫通孔を設けると共に、該貫通孔の内側に特定のイオンに対して導電性を有する固体電解質材料からなり、上記絶縁性セラミック基体と同一の厚さに形成され、焼成後に固体電解質体となる未焼成固体電解質シートを埋設せしめる固体電解質体埋設工程と、焼成後に上記固体電解質体となる上記未焼成固体電解質シートの一方の表面に被測定ガスに対向する測定電極を形成する測定電極形成工程と、他方の表面に基準ガスに対向する基準電極を形成する基準電極形成工程と、上記固体電解質体の上記基準電極を形成する面と同一面上であって、焼成後に上記絶縁性セラミック基体となる上記未焼成セラミックシートの表面に発熱体を形成する発熱体形成工程と、電気絶縁性を有する絶縁性セラミックス材料からなり、一端が開放し、他端が閉塞する略有底筒状に形成し、閉塞端側の側面に貫通孔を設けられ、焼成後に筒状セラミック基体となる筒状セラミック基体成形体を形成する筒状セラミック基体形成工程と、上記基準電極を上記筒状セラミック基体成形体の貫通孔に対向せしめて、上記貫通孔に上記未焼成固体電解質シートを埋設した上記未焼成セラミックシートを上記筒状セラミック基体成形体に巻き付けるセラミック基体巻付け工程と、これらを一体的に焼成する焼成工程と、を具備するガスセンサ素子の製造方法であって、上記固体電解質体埋設工程において、略平板状に形成した上記未焼成固体電解質シートと略平板状に形成した上記未焼成セラミックシートとを重ね合わせた状態で、一の金型により、上記未焼成固体電解質シートと上記未焼成セラミックシートとを同時に打ち抜き、上記未焼成セラミックシートに所定形状の貫通孔を穿設すると共に、該貫通孔と同一形状に打ち抜かれた上記固体電解質シートを上記貫通孔の内側に配設せしめることを特徴とする。
本発明は上記の問題を解決するために、早期に活性化が可能で、センサ品質が安定しており、かつ安定的に製造できるガスセンサ素子及びその製造方法を提供するものである。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、早期に固体電解質体の活性化を図ると共に、発熱体の劣化を抑制し、センサとしての品質が安定化されたガスセンサ素子が得られることを見出した。
即ち、請求項１の発明によれば、極めて精度良く、上記固体電解質体が上記絶縁性セラミック基体内に埋設され一体化されており、上記固体電解質体と上記発熱体との間に高い電気絶縁性有する絶縁性セラミック基体が介在しているので、上記発熱体に通電を行ったときに、絶縁性セラミック基体によって上記基準電極との絶縁距離が短くても十分な電気絶縁性が確保され、発熱体からの漏れ電流によって検出結果が不安定となるのを抑制できる。
また、上記発熱体に通電を行ったときに、高い熱伝導率を有する上記絶縁性セラミック基体を介した熱伝導によって上記固体電解質体が加熱されるので速やかに活性化され、被測定ガス中の特定ガス成分の検出が可能となる。
さらに、上記発熱体が上記基準電極と同一面側に設けてあるので、上記絶縁性セラミック基体が、上記発熱体を形成するための基板として機能すると共に、上記発熱体を被測定ガスから隔離し、保護するための保護層としても機能するので、ガスセンサ素子の体格を小さくできる上に、上記発熱体が被測定ガスに晒され劣化する虞がないので、長期に渡って安定した性能を維持できる。
しかも、上記固体電解質体は、同一の厚みで平板状に形成した上記未焼成固体電解質シートと上記未焼成セラミックシートとを重ね合わせ、一の金型で打ち抜くことで上記未焼成セラミックシートへの貫通孔の形成とその貫通孔への上記未焼成固体電解質シートの埋設とを同時に行った後に焼成されているため、極めて精度良く一体化されている。
このため、予め絶縁性セラミック基体に貫通孔を成形して、その貫通孔に、固体電解質材料からなるスラリーを流し込んで、有機溶剤を揮発除去する方法で作成した固体電解質体埋設絶縁性セラミック基体のように、スラリーの乾燥収縮に伴う、固体電解質体の膜厚の変動や固体電解質体と絶縁性セラミック基体との境界に生じる間隙等の問題を生じることがないため、優れた耐久性を発揮できる。
請求項２の発明によれば、上述の効果に加え、上記発熱体が上記絶縁性セラミック基体と上記筒状セラミック基体とによって覆われているので、上記発熱体が被測定ガスに晒される虞がなく、より安定した品質を維持できる。加えて、上記筒状セラミック基体が筒状に形成されているので、ガスセンサ素子を平板状に形成した場合に比べ機械的強度に優れ、被水等の熱衝撃に対して強い耐久性を発揮できる。
請求項３の発明によれば、上記固体電解質体及び上記基準電極と上記発熱体との充分な電気絶縁性を確保しつつ、早期の活性化を図ることができる。
本発明の範囲を外れ、上記電気絶縁距離が０．１ｍｍより短い場合には、上記発熱体に通電したときに上記固体電解質体、又は、上記基準電極に漏れ電流が流れ、センサの検出結果が不安定となる。
また、本発明の範囲を外れ、上記電気絶縁距離が３ｍｍより長い場合には、ガスセンサ素子としての体格が大きくなる上に、上記発熱体に通電したときに上記固体電解質体が活性化されるまでの時間が長くなり、早期の活性化が困難となる虞がある。
請求項４の発明によれば、熱伝導率の低いジルコニアを用いたガスセンサ素子において、早期に活性化を図ることが可能で、耐久性に優れたガスセンサ素子が実現できる。
請求項５の発明によれば、上記絶縁性セラミック基体と上記筒状セラミック基体とが、高い電気絶縁性と高い熱伝導率を有して、上記固体電解質体を早期に活性化可能で、上記発熱体が被測定ガスから保護されているので、耐久性に優れ、かつ、構造が簡素で製造容易なガスセンサ素子を実現できる。
請求項６の発明によれば、早期に活性化が可能でしかも耐久性に優れ、構造が簡素、製造が容易な上に、小型化が容易なガスセンサ素子を用いることにより、極めて信頼性の高いガスセンサを実現できる。
請求項７の発明によれば、上記未焼成セラミックシートに貫通孔を成形し、かつ、上記未焼成固体電解質シートをその貫通孔と同一の形状に打ち抜くと同時にその貫通孔に埋設することができるので、極めて容易に、しかも、極めて精度良く、上記固体電解質体が上記絶縁性セラミック基体内に埋設された状態とすることができ、早期に活性化が可能で耐久性に優れたガスセンサ素子の製造が可能となる。
本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ素子の概要を示し、（ａ）は、底面側から見た一部切り欠き斜視図、（ｂ）は、発熱体のみを示す斜視図、（ｃ）は、本図（ａ）中Ａ−Ａに沿った断面図、（ｄ）は、温度分布を示す模式図。 図１のガスセンサ素子を備えたガスセンサの全体概要を示す縦断面図。 図１のガスセンサ素子の製造方法に係り、固体電解質体の埋設工程の一例を（ａ）〜（ｄ）の順を追って示す説明図で、左側列（ａ−１）〜（ｄ―１）は、断面図、右側列（ａ−２）〜（ｄ−２）は、斜視図。 本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ素子の概要及び製造方法を説明するための展開斜視図。 図１のガスセンサ素子の製造途中の状態を示し、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、縦断面図、（ｃ）は、下面図、（ｄ）は、巻付工程を示す断面図。 本発明のガスセンサ素子の変形例を示し、（ａ）は、発熱体の変形例を示す下面図、（ｂ）は、縦断面図、（ｃ）は、平面図、（ｄ）は、横断面図、（ｅ）は、巻付工程後の一部省略横断面図。 本発明の他の変形例を示し、（ａ）は、電極端子部の下面図、（ｂ）は、電極端子部の平面図、（ｃ）は、信号接続部並びに電源及び演算部の概要を示す模式図、（ｄ）は、接続端子金具の一例を示す縦断面図。 比較例１として、従来のガスセンサ素子を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、Ａ−Ａ平面に沿った要部断面図、（ｃ）は、温度分布を示す模式図。 比較例２として、従来のガスセンサ素子を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図、（ｃ）は、温度分布を示す模式図。 比較例３におけるガスセンサ素子を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図、（ｃ）は、温度分布を示す模式図。 比較例４におけるガスセンサ素子を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図。 比較例５におけるガスセンサ素子を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図。 比較例６におけるガスセンサ素子を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図。 比較例７におけるガスセンサ素子を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図。
図１を参照して、本発明の第１の実施形態におけるガスセンサ素子１０の概要について説明する。
本発明のガスセンサ素子１０は、例えば、内燃機関から排出される燃焼排気を被測定ガスとして、被測定ガス中の酸素濃度を検出して空燃比制御を行うλセンサや、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＳＯｘ（硫黄酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）等の特定ガス成分の濃度を検出する各種のガスセンサに適用することができる。
以下の説明においては、このようなガスセンサの典型例として酸素イオンに対して伝導性を有するジルコニアからなる固体電解質体を含む酸素センサに用いられるガスセンサ素子を例として説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ガスセンサ素子１０は、固体電解質体１００、測定電極１１０、測定電極リード部１１１、測定電極端子部１２１、基準電極１２０、基準電極リード部１２１、基準電極端子部１２２、発熱体１４０、発熱体リード部１４１、１４２、被測定ガス導入室１７０、拡散抵抗層１８０、被測定ガス導入斜面１８１、遮蔽層１９０、緩衝層１９１、絶縁性セラミック基体２００によって一体のシート状に形成したセンサ部発熱部一体化シート２０を基準ガス室１３０、周壁部１３１、貫通孔１３２、閉塞端１３３からなる有底筒状に形成した筒状セラミック基体１３に巻き付けるようにして構成されている。
固体電解質体１００の一方の表面には、被測定ガスに接する測定電極１１０が設けられ、他方の表面であって測定電極１１０に対向する位置には、基準ガスとして導入された大気に接する基準電極１２０を設けられており、固体電解質体１００と測定電極１１０と基準電極１２０とによってセンサ部を構成している。
本発明において、絶縁性セラミック基体２００は、アルミナ等の電気絶縁性を有するセラミックス材料からなり、固体電解質体１００と同一の厚さに形成されており、絶縁性セラミック基体２００に穿設された貫通孔２０１には、固体電解質体１００が埋設されている。
筒状セラミック基体１３は、アルミナ等の電気絶縁性を有するセラミックス材料からなり一端（１３３）が閉塞し、他端が開放する略有底筒状に形成され、内側に基準ガスとして大気を導入する基準ガス室１３０が区画され、閉塞端側の側壁１３１に貫通孔１３２が穿設されている。
絶縁性セラミック基体２００は、筒状セラミック基体１３の外周を覆うように巻き付けられており、貫通孔２０１と貫通孔１３２とは互いに連通する位置に配設されている。
さらに、固体電解質体１００の一方の表面に設けた基準電極１２０は、貫通孔１３２に対向し、基準ガス室１３０内に基準ガスとして導入された大気に接している。
固体電解質体１００の他方の表面に設けた測定電極１１０は、測定電極１１０の表面を覆うように区画された被測定ガス導入室１７０に対向し、被測定ガス導入室１７０内に導入された被測定ガスに接している。
測定電極１１０、基準電極１２０には、それぞれ、測定電極１１１、基準電極リード部１２１が接続され、外部に設けた図略の電源及び検出回路部に接続されている。
本実施形態において、発熱体１４０は、固体電解質体１００の基準電極１２０の設けられた側の表面と同一面上の絶縁性セラミック基体２００の表面で、基準電極１２０及び固体電解質体１００との電気絶縁距離ｄを確保した位置において、測定電極１１０の外側を取り囲むように略コ字型に形成されている。
発熱体１４０は、筒状セラミック基体１３と絶縁性セラミック基体２００との接合面に配設されている。
発熱体１４０の両端は、発熱体リード部１４１、１４２及び発熱体端子部１４３、１４４を介して外部に設けた図略の電源及び通電制御回路に接続され、通電により発熱し、センサ部を加熱活性化する。
測定ガス導入空間１７０を覆うように、所定の拡散抵抗を有する多孔質の拡散抵抗層１８０が形成され、被測定ガス導入斜面１８１を残して、拡散抵抗層１８０の表面を覆うように遮蔽層１９０が形成されている。
本実施形態においては、拡散抵抗層１８０の先端側の端部に、被測定ガスを導入するために遮蔽層１９０で覆われていないテーパ面状の被測定ガス導入斜面１８１が形成されている。
遮蔽層１９０及び緩衝層１９１は、測定電極リード部１１１が被測定ガスに晒されるのを防ぐと共に、拡散抵抗層１８０内を移動する被測定ガスが外部に漏れるのを防いでいる。
本発明者等は、後述する鋭意試験により、以下の知見を得た。
本発明のように、固体電解質体１００を絶縁性セラミック基体２００内に埋設し、基準電極１２０と同一面上で、電気絶縁距離として、固体電解質体１００の外周縁と発熱体１４０の外周縁との距離を所定の絶縁距離ｄ（望ましくは、０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下）を隔てて、固体電解質体１００の周囲を覆うように設けられた発熱体１４０に通電したときに、図１（ｃ）に示すように、絶縁性セラミック基体２００を介した熱伝導により、固体電解質体１００が直接的に加熱され、速やかに活性化を図るとことができる。
このとき、固体電解質体１００に用いられている部分安定化ジルコニアは、熱伝導率が低い（２〜３Ｗ／ｍ・Ｋ）が、熱伝導率の高いアルミナ（２０〜３０Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた絶縁性セラミックス基体２００内に埋設することにより、熱伝導率の低い固体電解質体１００の範囲が測定電極１１０と基準電極１２０とが形成された最小限の領域に限られるので、素子全体としての熱伝導率が相対的に高くなり、効率的に素子温度を昇温させることができる。さらに、アルミナは絶縁性が高いため、固体電解質体１００と発熱体１４０との絶縁距離ｄを短くしても、発熱体１４０へ通電したときにセンサ部への漏れ電流を抑制することが可能で、固体電解質体１００に接近した位置から加熱することができるので、より早期に活性化することができる。
加えて、発熱体１４０が、絶縁性セラミック基体２００と筒状セラミック基体１３との間に埋設されているので、被測定ガスに一切触れることがなく、発熱体１４０が被測定ガス中に含まれる被毒成分による劣化の防止を図ることができ、センサとしての品質が安定化されたガスセンサ素子１０が得られる。
また、発熱体１４０を測定電極１１０の形成された面と同一面側の絶縁性セラミック基体２００の表面に形成したのでは、発熱体１４０を被測定ガスから隔絶するための保護層を形成する必要が生じ、素子の体格が増加する虞があるが、本発明のような構造とすることによって、そのような保護層を形成する必要がなく、素子の体格を小さくすることができる。
さらに、筒状セラミック基体１３が筒状に形成されているので、従来のように、ガスセンサ素子１０を平板状に形成した場合に比べ、機械的強度に優れ、被水等の熱衝撃に対して強い耐久性を発揮できる。
なお、上記実施形態において酸素センサに用いられるガスセンサ素子１０を例に説明したが、本発明において、検出対象となる被測定ガス中の特定成分を特に限定するものではなく、固体電解質材料として公知のＳｒＺｒＯ３、ＳｒＣｅＯ３等のプロトン伝導性を有する公知のＡＢＯ３型遷移金属酸化物を用いても良いし、発熱体として公知の炭化タングステン、窒化珪素、酸化ルテニウム等を用いても良いし、絶縁性セラミックス材料として公知のチタニア、スピネル等を用いても良い。
さらに、ガスセンサ素子１０の表面に、アルミナやスピネル等の耐熱性セラミックス粒子を用いてディッピングやプラズマ溶射等の公知の方法により、被水割れや被毒による劣化防止を図るための多孔質保護層を形成する等については、適宜変更可能である。
図２を参照して、本発明のガスセンサ素子１０を有するガスセンサ１の概要について説明する。
ガスセンサ素子１０は、センサ部と発熱部とを一体的に設けたセンサ部発熱部一体化シート２０が巻き付けられ、有底筒状に形成された筒状セラミック基体１３の閉塞端１３３を先端側とし、開口端を基端側とするように配設され、アルミナ等の電気絶縁性セラミックス材料を略筒状に形成したインシュレータ４１内に挿通保持され、セラミックセメント又は耐熱ガラス等の耐熱性接着部材４０によって固定され、略筒状のハウジング３０内に保持収容され、先端側の検出部が被測定ガスに晒される位置に配設されるようになっている。
インシュレータ４１は、タルク等の封止部材４２を介して、ステンレス等の金属材料を略筒状に形成したハウジング３０内に挿通保持されている。
ハウジング３０の先端側には、ガスセンサ素子１０の先端を覆い、ガスセンサ素子１０を保護する有底筒状のカバー体５０、６０が配設され、カバー体５０、６０の基端側に設けたフランジ部５１、６１を加締め部３５によって加締め固定している。
ケーシング４７は、ステンレスなどの金属材料からなり、略筒状に形成され、ハウジング３０の基端側に設けたボス部３１に挿入固定され、内側に、ガスセンサ素子１０の基端側に引き出した測定電極端子１１２、基準電極端子１２２、通電端子１４５、１４６に接続端子１１３、１２３、１４７、１４８及び接続金具１１４、１２４、１４９、１５０を介して接続され、外部に出力を伝達する信号線８１、８２及び、外部から発熱体１４０に通電するための通電線８３、８４をインシュレータ４３によって絶縁性を確保した状態で保持、固定すると共に、基端側を封止ゴム４６、撥水フィルタ４５、支持部材４４等を介して、気密に保持している。
さらに、ケーシング４７には、基準ガス導入孔４７１が穿設されており、基準ガス導入孔４７１、封止ゴム貫通孔４６１、撥水フィルタ４５、支持部材貫通孔４４１を介して、水の侵入を阻止しつつ、ケーシング４７の内側に導入した大気を、基準ガス室１３０内に導入可能としている。
カバー体５０、６０は、有底筒状に形成され、ガスセンサ素子１０と同心に配設された二重筒構造となっており、それぞれの側面５３、６３及び底面５４、６４に穿設された複数の開孔５２、５５、６２、６５によって、被測定ガスの流速を制御しつつ、ガスセンサ素子１０の先端に導入、導出している。
ハウジング３０の先端側外周には、ネジ部３４が形成され、被測定ガス流路７０に螺結され、ガスセンサ素子１０の先端側を被測定ガス７００に晒すよう保持固定している。
なお、本発明のガスセンサ素子１０を用いる限りにおいて、インシュレータ４１、ハウジング３０、ケーシング４７、カバー体５０、６０等を上記実施形態に限定する物ではなく、公知の形態を適宜採用し得るものである。
本発明のガスセンサ１は、外部に設けた図略の通電制御装置によって発熱体１４０に通電されると、発熱体１４０が発熱し、絶縁性セラミック基体２００を介して発熱体１４０で発生した熱が固体電解質体１００に伝達され、固体電解質体１００が活性化されると、拡散抵抗層１８０を介して被測定ガス導入室１７０内に導入され測定電極１１０に接する被測定ガス中の酸素濃度と、基準ガス室１３０内に導入され基準電極１２０に接する大気中の酸素濃度との差によって両電極間に電位差が生じ、この電位差を測定することによって、あるいは、測定電極１１０と基準電極１２０との間に電圧を印加し、固体電解質体１００に流れる電流を検出することにより、被測定ガス中の酸素濃度を検出できる。
ここで、図３、図４、図５を参照して、本発明のガスセンサ素子１０の製造方法について簡単に説明する。
本発明の素子の製造方法では、絶縁性セラミック材料からなるシート状の絶縁性セラミック基体２００に貫通孔２０１を形成し、その貫通孔２０１内に固体電解質材料からなる固体電解質体１００を埋設し、固体電解質体１００の互いに対向する面に測定電極１１０と基準電極１２０とを設け、基準電極１２０が形成された側の絶縁性セラミック基体２００の表面に発熱体１４０を形成したセンサ部発熱部一体化シート２０を、基準ガス室１３０を備えた筒状セラミックス基体１３に接着・接合することを特徴としている。センサ部発熱部一体化シート２０に検出部の機能と発熱部の機能とが一体的に備わっており、少なくとも、固体電解質体１００、測定電極１１０、基準電極１２０、発熱体１４０、絶縁性セラミック基体２００を含み、１枚ないし２枚のシートで構成されたセンサ部発熱部一体化シート２０を筒状セラミック基体１３に接着、焼成するだけで、ガスセンサ素子１０を得ることができ、極めて製造が簡便である上に、電極パターンを平面状のセラミックスシートの表面に印刷形成するので通電不良及び接着不良を生じ難く、ガスセンサ素子１０の信頼性を向上させることができる。
より具体的な製造法について詳述する。
固体電解質材料には、ジルコニア（二酸化ジルコニウム、ＺｒＯ２）を主成分とし、イットリア（Ｙ２Ｏ３、４〜８ｍｏｌ％）を添加してなるものとすることができる。
また、ジルコニア材料は、ジルコニア、イットリア以外にも、アルミナ、シリカ、マグネシア、カルシア等を含有させることもできる。これらの助剤は、ジルコニアの焼結性向上を図ったり、絶縁性セラミック基体２００との収縮率や熱膨張係数の一致を図ったり、固体電解質体１００と、絶縁性セラミック基体２００、筒状セラミック基体１３及び測定電極１１０、基準電極１２０との密着強度の向上を図ったりする効果がある。
絶縁性セラミックス材料には、熱伝導率及び電気絶縁が高いアルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする（例えば９０ｗｔ％以上含有する）ものが望ましい。また、アルミナ材料は、ジルコニア、イットリア、マグネシア、カルシア、シリカ等を含有することができる。これらの助剤は、アルミナの焼結性向上を図ったり、固体電解質体１００との収縮率や熱膨張係数の一致を図ったり、絶縁性セラミック基体２００及び筒状セラミック基体１３と、固体電解質体１００、測定電極１１０、測定電極リード部１１１、測定電極端子１１１２、基準電極１２０、基準電極リード部１２１、基準電極端子１２２との密着強度の向上を図ったりする効果がある。
まず、焼成後に絶縁性セラミック基体２００となる未焼成セラミックシート（具体的には、未焼成アルミナシートであり、以下、適宜アルミナシートと称す。）ＳＨ２００を作製する。
アルミナシートＳＨ２００は、アルミナ粉末にマグネシア粉末等の焼結助剤とブチラール樹脂等の結合材及びＢＢＰ等の可塑剤を配合し、さらに有機溶媒を混合して、アルミナスラリーを調整し、これをドクターブレード法によりシート状に塗工し、有機溶媒を揮発させることにより形成することができる。
さらに、アルミナシートＳＨ２００には、固体電解質体１００を埋設する貫通孔２０１と必要に応じてビア導体１４４、１２２、１４３を形成するためのスルーホール２０２、２０３、２０４を穿設する。
また一方で、焼成後に固体電解質体１００となる未焼成固体電解質シート（具体的には、未焼成ジルコニアシートであり、以下、適宜、ジルコニアシートと称す。）ＳＨ１００を作製する。
ジルコニアシートＳＨ１００は、ジルコニア粉末にイットリア粉末とブチラール樹脂等の結合材、及び、ＢＢＰ（フタル酸ブチルベンジル）等の可塑剤を配合し、さらに有機溶媒を混合して、ジルコニアスラリーを調整し、これをドクターブレード法によりシート状に塗工し、有機溶媒を揮発させることにより形成することができる。
なお、ジルコニアシートＳＨ１００とアルミナシートＳＨ２００とは、同一膜厚（例えば、焼成後の膜厚として２００μｍ）に形成してあり、焼成時の収縮率が互いに一致するように、それぞれの原料の粒度分布及び配合比等が調整されている。
さらに、ジルコニアシートＳＨ１００を、アルミナシートＳＨ２００に形成した貫通孔２０１と同一形状（例えば、矩形）に打ち抜いて形成し、アルミナシートＳＨ２００の貫通孔２０１に埋設する。
このとき、図３に示すような手順をとることによって、ジルコニアシートＳＨ１００をアルミナシートＳＨ２００に設けた貫通孔２０１内に極めて精度良く、しかも、極めて簡易に、互いに密着状態で埋設することができる。
具体的な固体電解質体埋設工程の手順について、一例を挙げて、図３を参照して説明する。
本図（ａ―１）、（ａ―２)に示すように、アルミナシートＳＨ２００及びジルコニアシートＳＨ１００を重ね合わせた状態で、上ダイＤＵＰ、上パンチＰＵＰ、下ダイＤＬＯ、下パンチＰＬＯ、ベース部ＢＳ等からなる金型にセットする。
本図（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、上ダイＤＵＰを下降させ、アルミナシートＳＨ２００に貫通孔２０１を打ち抜くと同時に、貫通孔２０１と全く同一形状でジルコニアシートＳＨ１００が打ち抜かれて、下パンチＰＬＯに支持された状態で、焼成後に固体電解質体１００となる部分が貫通孔２０１内に配設される。
このとき、アルミナシートＳＨ２００の貫通孔２０１を打ち抜きカスＷＳＴ２００は、上スプリングＳＰＵＰを縮めながら上パンチＰＵＰを押し上げ、上ダイスＤＵＰ内に収容される。
ジルコニアシートＳＨ１００の枠部分は、下スプリングＳＰＬＯを縮めながら下ダイＤＬＯを押し下げる。
さらに、本図（ｃ−１）、（ｃ−２）に示すように、上ダイＤＵＰを引き上げると、アルミナシートＳＨ２００内に埋設され固体電解質体１００となる部分以外の枠状となったジルコニアシートＳＨ１００を介して下ダイＤＬＯによって持ち上げられ、上ダイＤＵＰ内に収容された打ち抜きカスＷＳＴ２００は、上パンチＰＵＰの下降により上ダイＤＵＰから排出される。
その結果、本図（ｄ−１）、（ｄ−２）に示すように、アルミナシートＳＨ２００内に焼成後に固体電解質体１００となる部分が埋設された状態で一体となった固体電解質体埋設シート（２０）を得ることができる。
なお、本実施形態においては、極めて簡単な構造の金型を用いて、アルミナシートＳＨ２００とジルコニアシートＳＨ１００とを重ね合わせて同時に打ち抜くことで、アルミナシートＳＨ２００に貫通孔２０１を形成すると同時にジルコニアシートＳＨ１００の固体電解質体１００となる部分を貫通孔２０１内に埋設する方法を示したが、金型の構造を工夫し、上下軸方向の動きを精度良く調整可能な多段プレス等を用いることで、同時に、アルミナシートＳＨ２００にビア導体１４４、１２２、１４３を形成するためのスルーホール２０２、２０３、２０４を穿孔したり、外形を所定形状に切り出したりすることも可能となる。
また、上述のように、予めシート状に形成したアルミナシートＳＨ２００とジルコニアシートＳＨ１００とを同時に打ち抜いて、アルミナシートＳＨ２００に穿設した貫通孔２０１にジルコニアシートＳＨ１００を埋設することにより、極めて簡便に、絶縁性セラミック基体２００内に固体電解質体１００を埋設させることができるが、この方法以外にも、例えば、アルミナシートＳＨ２００に穿設した貫通孔２０１内にジルコニアシートＳＨ１００を形成するためのジルコニアスラリーを流し込んで、有機溶剤を揮発除去することによって、貫通孔２０１内に焼成後に固体電解質体１００となるジルコニアシートを形成することも可能である。
但し、このように予め穿設した貫通孔２０１内にジルコニアスラリーを流し込んだ場合、乾燥収縮により、固体電解質体１００となる部分の中心部の膜厚が薄くなり易いので、ジルコニアスラリーの表面張力を利用して、中心部の膜厚を厚めに設定する等、焼成後の膜厚が均一となるように留意しなければならない。
さらに、上述の方法より手間が掛かる虞があるが、予め貫通孔２０１を穿設したアルミナシートＳＨ２００に、貫通孔２０１とほぼ同一形状で、挿入クリアランスを設けるために極僅かに小さく形成したジルコニアシート（１００）を貫通孔２０１内に挿入した後、アルミナシートＳＨ２００とジルコニアシート（１００）との隙間に、ジルコニアスラリーとアルミナスラリーとを混合して有機溶媒で希釈したスラリーを接着剤として含浸させるようにしても良い。
上述のようにして、アルミナシートＳＨ２００の貫通孔２０１内にジルコニアシート（１００）が埋設された固体電解質体埋設シート（２０）に、図４、図５に示すように、センサ部を構成するための測定電極１１０、測定電極リード部１１１、測定電極端子部１１２、基準電極１２０、基準電極リード部１２１、基準電極ビア導体１２２、基準電極端子部１２３、発熱体１４０、発熱体リード部１４１、１４２、発熱体ビア導体１４３、１４４、発熱体端子部１４５、１４６、被測定ガス導入室１７０、拡散抵抗層１８０、遮蔽層１９０、緩衝層１９１を厚膜印刷等の公知の方法により形成して、センサ部発と熱部とを一体化したセンサ部発熱部一体化シート２０を得ることができる。
なお、具体的な測定電極形成工程、基準電極形成工程、発熱体形成工程の各工程には、公知の厚膜印刷法を適宜用いることができる、
測定電極１１０、測定電極リード部１１１、測定電極端子部１１２、基準電極１２０、基準電極リード部１２１、基準電極ビア導体１２２、基準電極端子部１２３、発熱体リード部１４１、１４２、発熱体ビア導体１４３、１４４、発熱体端子部１４５、１４６には、例えば、金、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、又は、これらの合金等の公知の導体材料を用いることができ、さらに、これらの導体材料に、固体電解質体１００の主成分であるジルコニア、又は、絶縁性セラミック基体２００の主成分であるアルミナを含有させたのでも良い。
発熱体１４０には、例えば、白金、ロジウム、タングステン、レニウム、又は、これらの合金等の公知の抵抗発熱材料を用いることができ、さらに、これらの抵抗発熱材料に、絶縁性セラミック基体２００を構成するアルミナを含有させたものでも良い。
図４、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、測定電極１１０は、固体電解質体１００の一方の表面を覆うように略矩形に印刷形成されている。
測定電極１１０の基端側の端縁に接続して、基端側に向かって伸びる測定電極リード部１１１が絶縁性セラミック基体２００の測定電極側の表面に印刷形成されている。
測定電極リード部１１１の基端側に接続して、絶縁性セラミック基体２００の基端側において測定電極側表面に測定電極端子部１１２が印刷形成されている。
図４、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、基準電極１２０は、測定電極１１０に対向する位置において、固体電解質体１００の表面を覆うように印刷形成されている。
基準電極１２０の基端側の端縁に接続して、基端側に向かって伸びる基準電極リード部１２１が絶縁性セラミック基体２００の基準電極側表面に印刷形成されている。
絶縁性セラミック基体２００に穿設され、基準電極側表面と測定電極側表面とを貫通するスルーホール２０３内には、基準電極リード部１２１の基端側に接続するビア導体１２２が吸引印刷等の公知の方法により形成されている。
ビア導体１２２に接続して、絶縁性セラミック基体２００の基端側において、測定電極側表面には基準電極端子部１２３が印刷形成されている。
本実施形態においては、絶縁性セラミック基体２００の基準電極側の表面には、図５（ｃ）に示すように、基準電極１２０及び固体電解質体１００と一定の絶縁距離ｄ（例えば、０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下）を隔てて、基準電極１２０の周囲を取り囲むように略コ字型に発熱体１４０が印刷形成されている。
発熱体１４０の両端のそれぞれに接続して、基端側に伸びる発熱体リード部１４１、１４２が絶縁性セラミック基体２００の基準電極側の表面に印刷形成されている。
絶縁性セラミック基体２００に穿設され、基準電極側表面と測定電極側表面とを貫通するスルーホール２０２、２０４内には、発熱体リード部１４１、１４２のそれぞれの基端側に接続するビア導体１４３、１４４が吸引印刷等の公知の方法により形成されている。
ビア導体１４３、１４４に接続して、絶縁性セラミック基体２００の基端側において、測定電極側の表面には発熱体電極端子部１４５、１４６が印刷形成されている。
被測定ガス導入室１７０は、焼成により焼失する結合材と有機溶剤とからなる焼失ペーストを用いて、図４、図５（ｂ）、（ｄ）に示すように、測定電極１１０の表面を覆うように略矩形に印刷形成されている。
さらに、本実施形態における拡散抵抗層１８０は、焼成後に所定の拡散抵抗を有する多孔質層となるように、アルミナ粉末、樹脂粉末及びバインダを配合し、さらに有機溶媒を混合してなる、拡散層ペーストを用いて、被測定ガス導入室１７０を覆いつつ、絶縁性セラミック基体２００の先端側の端縁まで伸びるように印刷形成されている。
また、拡散抵抗層１８０には、図４、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、先端側において、被測定ガスを導入するために遮蔽層１９０で覆われていないテーパ面状の被測定ガス導入斜面１８１が切削、研磨等の方法により形成されている。
被測定ガス導入斜面１８１を設けることにより、ガスセンサ素子１０の長手軸方向に対して直交する方向に流れる被測定ガスに対して斜めに開口する被測定ガス導入斜面１８１から拡散抵抗層１８０内に導入され、さらに拡散抵抗層１８０よりも拡散抵抗の小さい被測定ガス導入室１７０内に導入されることになる。
なお、被測定ガス導入斜面１８１をテーパ状に加工するのは、センサ部発熱部一体化シート２０を筒状セラミック基体１３に巻き付ける前に行っても良いし、巻付け後に行っても良いし、焼成後に行っても良い。
図４、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、拡散抵抗層１８０の表面を覆いつつ、基端側に伸びるように、アルミナ等の絶縁体ペーストを用いて遮蔽層１９０、及び、緩衝層１９１が印刷形成されている。
なお、上述のアルミナシートＳＨ２００を用いて遮蔽層１９０を形成しても良い。
以上のような工程を経て、固体電解質体１００、測定電極１１０、基準電極１２０、発熱体１４０、被測定ガス導入室１７０、拡散抵抗層１８０、遮蔽層１９０、絶縁性セラミック基体２００等が一体となった、略平板状のセンサ部発熱部一体化シート２０ができあがる。
一方、筒状セラミック基体１３は、アルミナ等の絶縁性セラミックス材料を用いて、筒状セラミック基体形成工程として、例えば、押出成形、射出成形、ＣＩＰ、ＨＩＰ等の公知の成形方法を用いることが可能で、略筒状（例えば、外径φ２．５ｍｍ、内径φ２．１ｍｍ、長さ５０ｍｍ)に伸び、基端側が開口し、先端側が閉塞して、内側に基準ガスとして大気を導入する基準ガス室１３０を区画した有底筒状に形成されており、閉塞端側の側面に周壁１３１を貫通し、略矩形に形成された側面貫通孔１３２が穿設されている。
なお、筒状セラミック基体１３を押出成形によって形成する場合には、アルミナ粉末にバインダ・離形剤・純水を配合し、杯土とし、これを押出成形により中空円管形状に連続的に成形し、得られた未焼成の筒状セラミック基体を所定の長さにカットし、その一方の端部を同材質の坏土を用いて封止し、乾燥して成形体の強度を高くした状態で側面貫通孔１３２を穿設する。
一方、筒状セラミック基体１３を射出成形、ＣＩＰ、ＨＩＰによって成形する場合には、分割金型及び中子を用いることにより、基準ガス室１３０、周壁部１３１、側面貫通孔１３２、閉塞端１３３を同時に形成することができる。
上述のセンサ部発熱部一体化シート２０を図５（ｄ）に示すように、筒状セラミック基体１３に巻き付けて、所定の温度で焼成する（例えば、大気雰囲気下、４００℃で４時間加熱し脱脂。その後１５００℃で２時間焼成。）焼成工程を経ることにより、本発明のガスセンサ素子１０が完成する。
このとき、基準電極１１０が、筒状セラミック基体１３に穿設した側面貫通孔１３２に対向するように巻付位置に留意する。
また、セラミック基体巻付工程として、センサ部発熱部一体化シート２０を筒状セラミック基体１３に巻き付ける際には、基準電極１２０を除く絶縁性セラミック基体２００の基準電極側表面に、アルミナとバインダを有機溶剤に分散させた接着ペーストを塗布して接着するのが望ましい。
さらに、センサ部発熱部一体化シート２０の筒状セラミック基体１３への巻付けは、筒状セラミック基体１３の乾燥後、脱バインダ後、仮焼後、焼成後のいずれかに行うことができる。
筒状セラミック基体１３を乾燥することによって筒状セラミック基体１３の強度が増し、センサ部発熱部一体化シート２０の巻付けが容易となる。
また、筒状セラミック基体１３の脱バインダ後の場合には、筒状セラミック基体１３が多孔質となり、接着ペーストが含浸してセンサ部発熱部一体化シート２０が強固に接着されるので、焼成時にデラミネーションが起こり難くなる。
さらに、筒状セラミック基体１３を焼成温度よりも低い温度で仮焼することにより、筒状セラミック基体１３を構成するアルミナの粒子間にネックグロスを生じさせ、筒状セラミック基体１３の強度が高くなるので、センサ部発熱部一体化シート２０の巻付け工程において、さらに破損を生じ難くなる。
一方、筒状セラミック基体１３を焼成した後、センサ部発熱部一体化シート２０を巻き付けた場合、筒状セラミック基体１３の強度が高く、シートの巻き付けが極めて容易にとなる。
また、ガスセンサ素子を完成させるための焼成の段階での収縮率を小さくできるので、センサ部発熱部一体化シート２０に与える熱ストレスを小さくし、クラックやデラミネーションの発生を抑制することができる。
但し、筒状セラミック基体１３を複数回焼成することとなるので、過焼成とならないよう留意する必要がある。
図６、図７を参照して本発明のガスセンサ素子の幾つかの変形例について説明する。
上記実施形態においては、発熱体１４０を基準電極１２０の周囲を覆うように略コ字型に形成した例を示したが、図６（ａ）に示すように、発熱体１４０ａを例えば、蛇腹状にパターン化して印刷形成したものであっても良い。
また、上記実施形態においては、被測定ガス導入斜面１８１をガスセンサ素子１０の長手軸方向に対して先端側下方に向かって開口するように形成したが、図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、ガスセンサ素子１０の長手軸方向に対して直交するように側面方向に開口するように形成しても良い。
さらに、上記実施形態においては、図２に示したように、測定電極端子部１１２、基準電極端子部１２３、発熱体端子部１４５、１４６が、筒状セラミック基体２００の基端側で、周方向に対して、センサ部の設けられた方向に偏りをもって配設された例を示したが、図７に示すように、絶縁性セラミック基体２００の基端側において、各端子部が均等に並ぶように配設し、筒状セラミック基体１３に巻き付けたときに、周方向に対して均等な位置に並ぶようにしても良い。このような配置をすることによって、外部との接続を図る接続金具を図７（ｄ）に示すような、板バネ状に形成して、各端子部１１２ｂ、１２３ｂ１４５ｂ、１４６ｂに対して接点部１１３ｂ、１２４ｂ、１４７ｂ、１４８ｂが弾性的に接触するようにすることもできる。このような構成とすることによって、ガスセンサ素子１０ｂをガスセンサ１に組み付ける作業が容易となる上に、外部からの振動に対しての耐久性を向上させることもできる。
なお、本図（ｄ）に示すように、発熱体端子部１４５ｂ、１４６ｂは一対の通電端子１４９ｂ、１５０ｂ及び通電線を介して発熱体通電制御部に接続されており、発熱体１４０への通電を制御する発熱体通電制御部は、電源＋Ｂからの通電を開閉するＭＯＳＦＥＴやＳＣＲやＩＧＢＴ等の半導体スイッチＳＷと、例えば、ＰＷＭ制御やオンオフ制御等を実行するため、半導体スイッチＳＷを開閉駆動するドライバＤＲＶとによって構成されている。
また、測定電極１１０と基準電極１２０とは、一対の信号線を介して電源及び検出回路ＤＴＣに接続され、測定電極１１０と基準電極１２０との起電力の差や、測定電極１１０と基準電極１２０との間に流れる電流を検出し、被測定ガス中の特定成分の濃度を算出する。
ここで、図８〜図１３を参照し、比較例１〜６として示した従来構造のガスセンサ素子１０ｚ、１０ｇ、１０ｆ、及び、本発明の効果を発揮し得ない技術的臨界を示すガスセンサ素子１０ｃ、１０ｄ、１０ｅの問題点について詳述する。
図８は、比較例１として、特許文献１にあるような、従来のいわゆる積層型ガスセンサ素子１０ｚの典型例を示すものである。
以下の説明において、本発明のガスセンサ素子１０と類似の構成に対して同じ符号を付し、枝番としてｚの記号を付したので、詳細な説明を省略し、本発明との違いを中心に説明する。
比較例１においては、平板状に形成された固体電解質体１００ｚの一方の面には、測定電極１１０ｚ、測定電極リード部１１１ｚ、測定電極端子部１１２ｚ、被測定ガス導入室１７０ｚ、拡散抵抗層１８０ｚ、遮蔽層１９０ｚ、緩衝層１９１ｚ、基準電極端子部１２３ｚが、形成され、他方の面には、基準電極１２０ｚ、基準電極リード部１２１ｚが形成され、固体電解質体１００ｚに設けたスルーホール１０１ｚ内には、基準電極リード部１２１ｚの端部と基準伝挙ｋ右端支部１２３ｚとを繋ぐビア電極１２２ｚが形成されている。
さらに、基準電極側に積層して、基準ガス室１３０ｚを区画する略コ字型に伸びる基準ガス室形成層１３１ｚが設けられ、さらに、基準ガス室形成層１３１ｚに積層して、基準ガス室１３０ｚの底部を構成すると共に発熱体１４０ｚとの絶縁を図る平板状に形成された絶縁層１５０ｚが設けられ、さらに、発熱体１４０ｚと一対の発熱体リード部１４１ｚ、１４２ｚが形成された平板状のヒータ基体１６０ｚが設けられ、ヒータ基体１６０に穿設したスルーホール１６１ｚ、１６２ｚには、発熱体リード部１４１ｚ、１４２ｚと発熱体端子部１４５ｚ、１４６ｚとの導通を図るビア導体１４４ｚ、１４３ｚが形成されている。
さらに、遮蔽層１８１ｚの側面には被測定ガス導入斜面１８１ｚが形成されている。
このような積層構造をした比較例１として示す従来のガスセンサ素子１０ｚでは、本図（ｃ）に示すように、発熱体１４０ｚで発生した熱は、絶縁層１５０ｚを介して、基準ガス室１３０ｚ内に導入された大気を加熱すると共に、加熱された大気、及び、基準ガス室形成層１３１ｚを介して、伝達された熱が固体電解質体１００ｚに伝わる。
基準ガス室１３０ｚ内に導入された大気層が介在している。大気層は断熱性が高く、熱伝導率が低い（０．１５〜０．２５Ｗ／ｍ・ｋ）。
通電により発熱体１４０ｚが発熱すると、その熱エネルギの一部は、熱伝導率の高いアルミナ（２０〜３０Ｗ／ｍ・Ｋ）からなる絶縁層１５０ｚ及び基準ガス形成層１３１ｚを介して熱伝導により固体電解質体１００ｚに伝達されるが、熱伝導率が低い（２〜３Ｗ／ｍ・Ｋ）ジルコニアからなる固体電解質体１００ｚ自体を介して、検出部を構成する測定電極１１０ｚ及び基準電極１２０ｚの形成された部分が加熱されることになる。
また、発熱体１４０ｚで発生した熱エネルギの多くは、一旦、基準ガス室１３０ｚ内の熱伝導率の低い大気の加熱に用いられ、その後、温度の上昇した大気によって固体電解質１００ｚが加熱されることになる。
さらに、発熱体１４０ｚからの輻射熱は直接的に固体電解質層１００ｚ伝達されるが、一般的に、固体電解質層１００ｚに用いられるイットリア安定化ジルコニアは、白色系の色を呈しており、輻射熱を反射し易くなっている。
したがって、発熱体１４０ｚへの通電を開始しても、直ちに、発生した熱が固体電解質体１００ｚの活性化に利用されず不可避的にガスセンサが検出可能となるまでに遅れを生じることになる。
また、比較例１のように、ヒータ絶縁層１５０ｚ、１６０ｚの間に発熱体１４０ｚを埋設してヒータ部を形成し、基準ガス室１３０ｚを挟んで積層方向の一方の側にセンサ部（１００ｚ、１１０ｚ、１２０ｚ、１３０ｚ）を、他方にヒータ部（１４０ｚ、１５０ｚ、１６０ｚ）を積層した場合、センサ部に較べてヒータ部の温度が高くなるので、必然的にセンサ部に比べてヒータ部側の熱膨張が大きくなり、ヒータ部の外面に引張応力が発生し、ヒータ絶縁層１５０ｚ、１６０ｚやヒータリード部１４１ｚ、１４２ｚ等に亀裂が発生する虞があった。
このような亀裂を避けるべく、ヒータ絶縁層１５０ｚ、１６０ｚを厚くし、熱応力を吸収するなどの対応がなされてきたが、センサ素子１０ｚの体格が大きくなるので、加熱体積の増大を招き、ガスセンサの早期活性化が困難となる虞もあった。
さらに、比較例１のように、固体電解質体１００ｚを先端側から基端側まで伸びる平板状に形成されていると、測定電極リード部１１１ｚ、基準電極リード部１２１ｚ、測定電極端子部１１２ｚ、ビア導体１２２ｚ、基準電極端子部１２３ｚが導電性を有する固体電解質体１００ｚに形成されることになるので、測定電極端子１１２ｚと基準電極端子１２３ｚとの間に電圧を印加したときに、固体電解質体１００ｚの導電性による電流が流れ、検出精度の低下を招く虞もある。
図９を参照して、比較例２として示す特許文献２にあるようなガスセンサ素子１０ｇについて説明する。
比較例２においては、本発明のガスセンサ素子１０と類似の構成に対して同じ符号を付し、枝番としてｇの記号を付してある。
本発明においては、固体電解質体１００を絶縁積セラミック基体２００内に埋設しているが、比較例２においては、対向する両面のそれぞれに測定電極１１０ｇ、測定電極リード部１１１ｇ、測定電極端子部１１２ｇ、基準電極１２０ｇ、基準電極１２１ｇ、ビア導体部１２２ｇ、基準電極端子部１２３ｇを形成した平板状の固体電解質体１００ｇを、基準電極１２０ｇが貫通孔１３２ｇに対向するように筒状セラミック基体１３ｇに巻付け、さらに測定電極１１０ｇの外周側に絶縁層１５０ｇを介して、発熱体１４０ｇ、発熱体リード部１４１ｇ、１４２ｇ、発熱体端子部１４５ｇ、１４６ｇを設け、絶縁層１５０ｇの測定電極１１０ｇに対向する位置に測定ガス導入空間１７０ｇを区画するように開口部１５１ｇを設け、開口部１５１ｇに露出する測定電極１１０ｇを覆うように積層して、拡散抵抗層１８０ｇを形成し、さらに、その外周を覆うように遮蔽層１９０ｇが形成してある。このような構成とすることにより、測定電極１１０ｇと発熱体１４０ｇの端縁との絶縁距離ｄを短くして、早期に固体電解質体１００ｇの活性化を図ることも可能であるが、発熱体１４０と固体電解質体１００ｇとの絶縁を確保するためには、絶縁層１５０ｇの膜厚ｔ１５０を厚くして、充分な絶縁距離（例えば、１００μｍ以上）を設ける必要がある。
さらに、固体電解質体１００ｇが筒状セラミック基体１３ｇの外周を全周に渡って覆うように形成されているので、必然的に、絶縁層１５０ｇはその外周を全周に渡って覆うように形成することになり、さらに、遮蔽層１９０ｇは絶縁層１５０ｇの外周を全周に渡って覆うように形成することになり、先端側に、被測定ガスを導入するための被測定ガス導入斜面１８１ｇを形成することになる。
このため、本図（ｂ）に示すように、ガスセンサ素子１０ｇの外径が太くなり、素子全体としての熱容量が大きくなる虞がある。
さらに、本図（ｃ）に示すように、発熱体１４０ｇが、外周方向から固体電解質体１００ｇを加熱することになるので、比較例１と同様に、必然的に熱伝導率の低い固体電解質体１００ｇを通過して検出部の両側面方向から熱エネルギが伝達されることになる。
また、発熱体１４０ｇがガスセンサ素子１０ｇの外周に近い位置に配設されているので、素子の周囲に存在する被測定ガスへ多くのエネルギが発散され、素子の中心に設けられた基準ガス室１３０ｇ内の大気の加熱が不十分となる虞もある。
したがって、比較例２のような構成では、エネルギ効率が低く、早期に活性化するのが困難となる虞がある。
図１０を参照して、比較例３として示すガスセンサ素子１０ｆについて説明する。比較例２においては、本発明のガスセンサ素子１０と類似の構成に対して同じ符号を付し、枝番としてｆの記号を付してある。
比較例３においては、固体電解質体１００を絶縁性セラミック基体２００ｆ内に埋設し、さらに、基準電極１２０の設けられた側に発熱体１４０ｆを形成してある点は、本発明と同様であるが、本発明のように、筒状セラミック基体１３を用いるのではなく、略コ字型に形成した基準ガス室形成層１３１ｆ及び平板状の絶縁層１５０ｆを積層することによって基準ガス室１３０ｆを区画している。
このような構成とすることによって、本図（ｂ）に示すように、縦断面は、本発明の第１の実施形態の断面と同様の構造となるが、本図（ｃ）に示すように、横断面が平板状となっている点が相違する。
このため、本発明と同様、発熱体１４０ｆを絶縁性セラミック基体２００ｆの基準電極１２０と同一面側に設けることによって高い熱伝導率を有する絶縁性セラミック基体２００ｆを介して早期に固体電解質体１００を加熱活性化できると期待される。
しかし、絶縁性セラミック基体２００ｆが平板状であり、しかも、基準電極１２０ｆの両側に所定の絶縁距離を隔てて発熱体１４０ｆが形成されているので、横幅の広い形状となる。
このため、外部から被水等の熱ストレスに対して弱い構造となり、耐久性の低下を招く虞がある。
図１１を参照して、比較例４として示すガスセンサ素子１０ｃについて説明する。比較例４においては、本発明のガスセンサ素子１０と類似の構成に対して同じ符号を付し、枝番としてｃの記号を付してある。
比較例４は、基本構造は、図１に示した本発明のガスセンサ素子１０と同様であるが、固体電解質体１００の端縁と発熱体１４０ｃとの絶縁距離ｄが本発明の範囲をはずれ、０．１ｍｍより短い構成である。
比較例４では、早期の活性化が可能である点は図１に示した実施例と同様であるが、絶縁距離ｄが短いため、発熱体１４０ｄへ通電したときに、漏れ電流が発生し、センサの出力に重畳して検出されることになり、センサ本来の機能が不安定となる虞がある。
図１２を参照して、比較例５として示すガスセンサ素子１０ｄについて説明する。比較例５においては、本発明のガスセンサ素子１０と類似の構成に対して同じ符号を付し、枝番としてｄの記号を付してある。
比較例５は、固体電解質体１００ｄを絶縁性セラミック基体２００ｄ内に埋設して、その対向する両面に測定電極１１０ｄと基準電極１２０ｄとを形成して、筒状セラミック基体１３ｄに巻き付けてある点は共通するが、発熱体１４０ｄを絶縁性セラミック基体２００ｄの測定電極１１０ｄと同一面上に形成し、被測定ガスに晒されないよう発熱体１４０ｄの表面を覆うように保護層として膜厚２０μｍの絶縁層１９２ｄ、１９３ｄを印刷形成した点が相違する。
このような構成とすることで、測定電極１１０ｄと発熱体１４０ｄの端縁との絶縁距離ｄを短くして、早期に固体電解質体１００ｄの活性化を図ることも可能であるが、印刷形成された発熱体１４０ｄを覆う絶縁層１９２、１９３ｄの膜厚が薄いので、ピンホールの影響を避けることができず、被測定ガス中の被毒成分によって発熱体１４０ｄの劣化を招く虞がある。
また、比較例２と同様に、発熱体１４０ｄが素子の外周側に設けてあるため、発熱体１４０ｄで発生した熱エネルギが固体電解質体１００ｄの加熱や、基準ガス室１３０ｄ内に導入された大気の加熱よりも、外部に放出されて無駄となってしまう虞もある。
図１３を参照して、比較例６として示すガスセンサ素子１０ｅについて説明する。比較例６においては、本発明のガスセンサ素子１０と類似の構成に対して同じ符号を付し、枝番としてｅの記号を付してある。
比較例６は、固体電解質体１００ｅを絶縁性セラミック基体２００ｅ内に埋設して、その対向する両面に測定電極１１０ｅと基準電極１２０ｅとを形成して、筒状セラミック基体１３ｅに巻き付けてある点は共通するが、発熱体１４０ｅを絶縁性セラミック基体２００ｅの測定電極１１０ｅと同一面上に形成し、被測定ガスに晒されないよう発熱体１４０ｅの表面を覆うように保護層としてドクターブレード法により成形された膜厚２２０μｍの絶縁層１９２ｅ、１９３ｅを貼り合わせた点が相違する。
このような構成とすることで、測定電極１１０ｅと発熱体１４０ｅの端縁との絶縁距離ｄを短くして、早期に固体電解質体１００ｅの活性化を図ることも可能であり、比較例５のようなピンホールによる悪影響が避けられるが、比較例２や比較例５と同様、発熱体１４０ｅが素子の外周側に設けてあるため、発熱体１４０ｅで発生した熱エネルギが固体電解質体１００ｅの加熱や、基準ガス室１３０ｅ内に導入された大気の加熱よりも、外部に放出されて無駄となってしまう虞もある。
特に、比較例６では、絶縁層１９２ｅ、１９３ｅの膜厚が厚いので、発熱体１４０ｅで発生した熱が絶縁層１９２ｅ、１９３ｅに奪われ早期の活性化を阻害することになる。
図１４を参照して、比較例７として示すガスセンサ素子１０fについて説明する。比較例４においては、本発明のガスセンサ素子１０と類似の構成に対して同じ符号を付し、枝番としてfの記号を付してある。
比較例４は、基本構造は、図１に示した本発明のガスセンサ素子１０と同様であるが、固体電解質体１００の端縁と発熱体１４０fとの絶縁距離ｄが本発明の範囲を０．５ｍｍ外れ、３．５ｍｍとした構成である。
比較例７では、絶縁距離ｄが長いため、発熱体１４０ｄへ通電したときに、固体電解質１００ｆの加熱に時間がかかり、早期活性が遅くなる虞がある。
ここで、本発明の効果を確認するために行った試験結果について説明する。
図１に示した第１の実施形態におけるガスセンサ素子１０と、比較例１〜比較例６に示したガスセンサ素子１０ｚ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅを用いて、（１）早期活性化時間の測定、（２）発熱体耐久試験、（３）被水割れ試験を行い、比較した。
（１）早期活性化時間として、ガスセンサ素子の発熱体には、６．５ｖの電圧を印加し、測定電極と基準電極との間には０．４ｖの電圧を印加し、検出される電流値が安定した電流の±２％に入るまでの時間を測定し、６秒未満を良好とした。
（２）発熱体耐久試験として、発熱体に６．５ｖの電圧を印加し、１０００時間の耐久試験後の抵抗値変化を測定し、抵抗値の悪化がないことを良好な素子とした。
（３）被水割れ試験として、ガスセンサ素子の発熱体に通電をした状態で、水滴を滴下して被水割れが生じた滴下量を計測し、比較例１として示した従来野ガスセンサ素子１０ｚにおける滴下量を１０とし相対比較で表した。
被水割れが生じるまでの滴下量が多いほど、素子の強度は強いといえる。
表１に、本発明の実施例及び比較例１〜７の試験結果を示す。
本発明の実施例においては、早期活性化時間が４秒であり、発熱体に通電開始時の抵抗値は１．９Ωで、１０００時間の耐久試験後の抵抗値も１．９Ωであった。また、被水割れ試験の結果、割れに至る滴下量は、比較例１の割れ滴下量を１０とした場合、はるか多い滴下量であった。したがって、実施例１においては、耐久背において、比較例１と同等の効果が見られ、早期活性化及び耐被水割れ強度に顕著な効果が見られたので、総合評価として優位な効果ありと判断し、○印を付した。
比較例１においては、早期活性化時間が１０秒であった。これよりも早期活性化時間を短くできた場合を効果ありとして評価した。発熱体に通電開始時の抵抗値は２．０Ωで、１０００時間の耐久試験後の抵抗値も２．０Ωであった。
比較例１の被水割れ試験結果を１０として、実施例及び他の比較例を評価した。
比較例２においては、早期活性化時間は６秒で、比較例１よりは早期活性化されているが本発明の実施例よりも長い時間であった。耐久試験前後の抵抗値は、実施例とほぼ同様の１．９Ωと２．０Ωであった。被水割れ試験の結果は、素子の外径が本発明の実施例より太いにも拘わらず割れに至る滴下量は少なくなっている。これは、発熱体が素子の外周表面に近い位置に配設されているため、表面温度が高く、被水時の熱ストレスが大きいためと考えられる。比較例２においては、早期活性化時間に改善が見られたものの、耐被水割れ強度が比較例１より低下しており、総合評価として優位な効果なしと判断し、×印を付した。
比較例３においては、早期活性時間は４秒で、本発明の実施例と同程度であった。耐久試験前後の抵抗値は、実施例とほぼ同様２．０Ωと１．９Ωであった。被水割れ試験の結果は、比較例１の半分近くに悪化した。
これは、断面形状がより幅広な平板状とであるので熱ストレスに対する耐久性が低くなったためと考えられる。
比較例３においては、早期活性化時間に顕著な改善が見られたものの、耐被水割れ強度が比較例１より著しく低下しており、総合評価として優位な効果なしと判断し、×印を付した。
比較例４においては、早期活性化時間は４秒で、実施例と同程度であるが、発熱体からの漏れ電流により、大きなノイズが検出され、検出電流が±２％に安定しなかった。
また、耐久試験前後の抵抗値は１．９Ωと１．９Ωで実施例と同程度であった。また、被水割れ試験の結果は、実施例と同程度であった。
比較例４においては、早期活性化時間及び耐被水割れ強度に著しい改善が見られたものの、ノイズが大きく、センサとしての信頼性に欠け、総合評価として優位な効果なしと判断し、×印を付した。
比較例５においては、早期活性化時間は４秒で、実施例と同程度であるが、耐久試験前後の抵抗値は２．０Ωから２８Ωと大きく変化している。
これは、保護層１９２ｄ、１９３ｄが薄いため被測定ガスの影響により、発熱体１４０ｄが劣化したものと考えられる。
また、被水割れ試験の結果は、実施例と同程度であった。
比較例５においては、早期活性化時間及び耐被水割れ強度に著しい改善が見られたが、耐久試験において抵抗値の著しい劣化が見られ、総合評価として優位な効果なしと判断し、×印を付した。
比較例６においては、早期活性化時間が６秒と実施例よりも遅い値であった。これは、発熱体が外周部に近い位置に設けられているのに加え、厚い保護層に熱を奪われたためと考えられる。また、耐久試験前後の抵抗値は、２．０Ωと１．９Ωで実施例と同程度であった。
また、被水割れ試験の結果は、実施例と同程度であった。
比較例６においては、耐被水割れ強度に著しい改善がみられ、早期活性化時間にやや改善が見られ、耐久性には問題がなかったので、総合評価として、やや効果ありと判断し、△印を付した。
比較例７においては、早期活性化時間が６秒と実施例よりも遅い値であった。
これは、発熱体が固体電解質から離れた位置に設けられているためと考えられる。
ガスセンサ素子が略円筒状に形成されているので、絶縁距離の僅かな違いでも、発熱体１４０ｆで発生した熱が固体電解質体１００ｆに伝達されるまでの通過容積が大きくなり、その分、早期活性化時間が長くなったものと考えられる。
また、耐久試験前後の抵抗値は、１．９Ωと２．０Ωで実施例と同程度であった。被水割れの結果は、実施例と同程度であった。
比較例７においては、耐被水割れ強度に著しい改善がみられ、早期活性化時間にやや改善が見られ、耐久性には問題がなかったので、総合評価として、やや効果ありと判断し、△印を付した。
以上により、本発明のように、固体電解質体１００を絶縁性セラミック基体２００内に埋設し、一端（１３３）が閉塞し、他端（１３４）が開口する筒状セラミック基体１３の内側に形成した基準ガス室１３０に穿設した貫通孔１３２巻き付けて、固体電解質体１００の一方の表面に形成した測定電極を被測定ガスに対向させ、他方の表面に形成した基準電極１２０を貫通孔１３２に露出させ基準ガス室１３０に対向させ、発熱体１４０を素子１０の中心に近い、基準電極１２０の形成された面と同一面上に形成することにより、早期に活性化が可能でしかも耐久性に優れたガスセンサ素子を形成できることが確認された。
１ ガスセンサ
１０ ガスセンサ素子
１００ 固体電解質体
１１０ 測定電極
１２０ 基準電極
１３ 筒状セラミック基体
１３０ 基準ガス室
１３１ 周壁部
１３２ 貫通孔
１３３ 閉塞端
１３４ 開口端
１４０ 発熱体
１７０ 被測定ガス導入室
１８０ 拡散抵抗層
１９０ 遮蔽層
２０ センサ部発熱部一体化シート（固体電解質埋設シート）
２００ 絶縁性セラミック基体
２０１ 貫通孔
特開２００２−２２８６２６号公報 特開平１‐２５３６４９号公報 特公平６‐４８２５８号公報

Claims (7)

  1. 少なくとも、特定のイオンに対して導電性を有する固体電解質材料からなる固体電解質体と、
    該固体電解質体の互いに対向する表面の、被測定ガスに接する位置に設けた測定電極と、基準ガスに接する位置に設けた基準電極と、
    通電により発熱し、上記固体電解質体の活性化を図る発熱体とを具備し、被測定ガス中の特定成分を検出するガスセンサ素子であって、
    略平板状に形成され、焼成後に上記固体電解質体となる未焼成固体電解質シートと、高い電気絶縁性と高い熱伝導率とを有するセラミックス材料からなり、上記固体電解質体と同一の厚さで、略平板状に形成され、焼成後に絶縁性セラミック基体となる未焼成セラミックシートとを重ね合わせた状態で、一の金型により、上記未焼成固体電解質シートと上記未焼成セラミックシートとを同時に打ち抜き、上記未焼成性セラミックシートに所定形状の貫通孔を穿設すると共に、該貫通孔と同一形状に打ち抜かれた上記未焼成固体電解質シートを上記貫通孔の内側に配設せしめて、一体となした後、焼成した固体電解質体埋設絶縁性セラミック基体と、
    上記固体電解質体の一方の表面と同一面上の上記絶縁性セラミック基体の表面で、上記基準電極との電気絶縁距離を確保した位置に配設した上記発熱体とを具備することを特徴とするガスセンサ素子。
  2. 高い電気絶縁性と高い熱伝導率とを有するセラミックス材料からなり、一端が開口し他端が閉塞する有底筒状で、内側に基準ガスとして大気を導入する基準ガス室を設けた筒状セラミック基体と、
    該筒状セラミック基体の側面に穿設され上記基準ガス室に連通する貫通孔に上記固体電解質体埋設絶縁性セラミック基体に設けた上記基準電極が対向するように積層せしめた上記固体電解質体埋設絶縁性セラミック基体と、
    上記筒状セラミック基体と上記絶縁性セラミック基体との接合面に配設せしめた上記発熱体とを具備する請求項１に記載のガスセンサ素子。
  3. 上記電気絶縁距離として、上記固体電解質体の外周縁と上記発熱体の外周縁との距離を０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下に設定した請求項１又は２に記載のガスセンサ素子。
  4. 上記固体電解質材料が、部分安定化ジルコニアである請求項１ないし３のいずれかに記載のガスセンサ素子。
  5. 上記絶縁性セラミックス材料が、アルミナである請求項１ないし４のいずれかに記載のガスセンサ素子。
  6. 少なくとも、
    上記固体電解質体と、上記測定電極と、上記基準電極と、上記発熱体とを含むガスセンサ素子と、
    上記基準電極及び上記測定電極と外部に設けた検出回路とを繋ぐ一対の信号線と、
    外部に設けた電源から上記発熱体への通電を制御する通電制御装置と、該通電制御装置と上記発熱体とを繋ぐ一対の通電線と、
    上記ガスセンサ素子の検出部を被測定ガス中に配設すると共に、上記一対の信号線と上記一対の通電線とを保持収容するハウジングとを具備するガスセンサであって、
    上記ガスセンサ素子が、請求項１ないし５のいずれかに記載のガスセンサ素子であることを特徴とするガスセンサ。
  7. 少なくとも、
    電気絶縁性を有するセラミックス材料からなり、略平板状に形成され、焼成後に絶縁性セラミック基体となる未焼成セラミックシートに貫通孔を設けると共に、該貫通孔の内側に特定のイオンに対して導電性を有する固体電解質材料からなり、上記絶縁性セラミック基体と同一の厚さに形成され、焼成後に固体電解質体となる未焼成固体電解質シートを埋設せしめる固体電解質体埋設工程と、焼成後に上記固体電解質体となる上記未焼成固体電解質シートの一方の表面に被測定ガスに対向する測定電極を形成する測定電極形成工程と、
    他方の表面に基準ガスに対向する基準電極を形成する基準電極形成工程と、上記固体電解質体の上記基準電極を形成する面と同一面上であって、焼成後に上記絶縁性セラミック基体となる上記未焼成セラミックシートの表面に発熱体を形成する発熱体形成工程と、
    電気絶縁性を有する絶縁性セラミックス材料からなり、一端が開放し、他端が閉塞する略有底筒状に形成し、閉塞端側の側面に貫通孔を設けられ、焼成後に筒状セラミック基体となる筒状セラミック基体成形体を形成する筒状セラミック基体形成工程と、
    上記基準電極を上記筒状セラミック基体成形体の貫通孔に対向せしめて、上記貫通孔に上記未焼成固体電解質シートを埋設した上記未焼成セラミックシートを上記筒状セラミック基体成形体に巻き付けるセラミック基体巻付け工程と、
    これらを一体的に焼成する焼成工程と、を具備するガスセンサ素子の製造方法であって、
    上記固体電解質体埋設工程において、略平板状に形成した上記未焼成固体電解質シートと略平板状に形成した上記未焼成セラミックシートとを重ね合わせた状態で、一の金型により、上記未焼成固体電解質シートと上記未焼成セラミックシートとを同時に打ち抜き、上記未焼成セラミックシートに所定形状の貫通孔を穿設すると共に、該貫通孔と同一形状に打ち抜かれた上記固体電解質シートを上記貫通孔の内側に配設せしめることを特徴とするガスセンサ素子の製造方法。
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