JP6382759B2 - ガスセンサ素子 - Google Patents

Description

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられる板状のガスセンサ素子に関する。

従来から、複数の板状体を積層してなる板状のガスセンサ素子を備えたガスセンサが用いられている（特許文献１）。このガスセンサ素子の内部には、排気ガス中のガス濃度を検出する検知部やヒータ等が配置され、さらにガスセンサ素子の外表面には外部回路と電気的に接続される電極パッドが配置されている。そして、検知部やヒータ等と電極パッドとを、検知部やヒータから延びる導体部とガスセンサ素子の積層方向に貫通するスルーホールとを介して電気的に接続し、検知部やヒータ等から外部回路に電気信号を伝えたり、外部回路から検知部やヒータ等に電圧や電流を加えて検知部やヒータを動作させている。
しかしながら、スルーホールを利用した接続構造においては、電極パッドの個数が増えると、それに伴ってスルーホールが増加して、ガスセンサ素子の強度が低下するという問題がある。
そこで、スルーホールを利用しない接続構造として、電極パッドからガスセンサ素子の外側面に側面導通部を延ばし、この側面導通部を導体部に電気的に接続する技術が開発されている（特許文献２）。

特開２０１３−１８５８６５号公報 特許第４６２８９２０号公報（図３）

しかしながら、特許文献２のように、側面導通部を用いた接続構造の場合、板状のガスセンサ素子の稜線部分に外部からの衝撃が加わると稜線部分に割れや欠けが発生し、稜線部分の導通部位が断線し電極パッドと導体部との電気的導通も断線するという問題があった。

一方、スルーホールを利用した接続構造の場合、上述のようにガスセンサ素子の強度が低下することの他、以下の問題がある。
つまり、図９に示すように、ガスセンサ素子の製造に当っては、焼成前の複数の板状体１１１０、１１５０・・・に予めそれぞれスルーホール１１１０Ｈ、１１５０Ｈを形成しておき、各スルーホール１１１０Ｈ、１１５０Ｈの内側面にも導電材をめっき又はペースト印刷で形成しておく。これは、スルーホール１１１０Ｈ、１１５０Ｈを積層すると孔が深くなるので、後からめっきや印刷することが困難となるからである。このとき、板状体１１１０の裏面に形成された電極から延びるリード１１３０Ｌの後端部１１３０ｅと、スルーホール１１１０Ｈの内側面の導電材とを接触させる。そして、各板状体１１１０、１１５０を積層し、スルーホール１１５０Ｈに重なるように板状体１１５０の外表面に電極パッド１５００をペースト印刷する。その後、全体を焼成してガスセンサ素子を製造する。
しかしながら、各スルーホール１１１０Ｈ、１１５０Ｈの内側面の導電材をめっきや印刷で形成すると、導電材の角部Ｅｄでは厚みが薄くなってしまう。このため、焼成時に各スルーホール１１１０Ｈ、１１５０Ｈが収縮すると、角部Ｅｄの導電材が断線して電極と電極パッドとが断線することがある。又、各スルーホール１１１０Ｈ、１１５０Ｈを積層する際にも各スルーホール１１１０Ｈ、１１５０Ｈ内の導電材同士がズレて断線するおそれがある。なお、スルーホール１１１０Ｈ、１１５０Ｈの内面に導電材をめっきする代わりに、導電ペーストを充填する方法であればスルーホールの角部Ｅｄでの断線は抑制されるが、貴金属の導電ペーストの使用量が多くなってコストアップに繋がる。

又、特許文献１に記載されているように、ガスセンサ素子の外表面と外側面との稜辺を面取りし、製造時のバリなどの表面欠陥を除去すると共に、外部からの衝撃に対する割れや欠け等の損傷を抑制することも行われている。
しかしながら、特許文献２に記載された側面導通部の場合、面取りの際にガスセンサ素子の稜辺に形成された側面導通部が削り取られて断線し、導体部と電極パッドとの電気的接続が切断されるため、面取り部を設けることができなくなる。

そこで、本発明は、ガスセンサ素子の強度を向上させると共に、電極パッドとガスセンサ素子内部の導体部との電気的接続の信頼性を向上させたガスセンサ素子の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ素子は、複数の板状体を積層してなり積層方向に対向する表裏面と、該表裏面を接続する側面からなる板状の積層体と、前記積層体の内部に配置される導体部と、前記積層体の前記表裏面の少なくとも一方に配置されて、前記導体部と外部回路とを電気的に接続する電極パッドと、を備えたガスセンサ素子において、前記積層体の前記側面には、積層方向に２以上の前記板状体を貫通して延びる切欠き部が形成され、前記切欠き部の内側面に、少なくとも前記電極パッドが配置された面まで延びるリード部が形成され、前記リード部の一部が前記導体部に電気的に接続されると共に、前記面に延びた前記リード部に前記電極パッドが直接又は間接的に電気的に接続され、前記リード部を介して前記導体部と前記電極パッドとが電気的に導通される。

このガスセンサ素子によれば、切欠き部の内側面にリード部が形成され、積層体の表裏面の少なくとも一方に形成された電極パッドと導体部がリード部により電気的に導通される。つまり、導体部と電極パッドとを接続するリード部は、凹んだ切欠き部の内側面に形成されているので、ガスセンサ素子の外表面と外側面との稜辺に外力が加わってもリード部には外力が加わらず、導体部と電極パッドとの電気的接続を保持することができる。
又、焼成時にガスセンサ素子の各部材（板状体）が収縮しても、スルーホールのように各板状体の角部に厚みの薄い導通部が介在しないので、焼成時の導体部と電極パッドとの断線が抑制され、電極パッドと導体部との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
また、切欠き部はガスセンサ素子の外側面の外側に向かって開口しているので、リード部をペースト印刷やめっき等で形成し易く、生産性が向上すると共に、リード部を各板状体毎に形成した後に積層した場合のように各板状体がズレてリード部が断線することを抑制できる。

本発明のガスセンサ素子において、前記表裏面と前記側面との稜線に面取部を設けてもよい。
このガスセンサ素子によれば、製造時のバリなどの表面欠陥を除去すると共に、外部からの衝撃に対する割れや欠け等の損傷を抑制することができる。また、面取部を設ける場合は、前記切り欠き部は面取よりも大きく（深く）設けると、導体部と電極パッドとを接続するリード部は、面取部からさらに凹んだ切欠き部の内側面に形成されているので、面取部に外力が加わってもリード部には外力が加わらず、導体部と電極パッドとの電気的接続を確保することができる。

本発明のガスセンサ素子において、前記電極パッドは、前記切欠き部と離間して配置されていてもよい。
このガスセンサ素子によれば、電極パッドは切欠き部内のリード部と所定の電極パッドリード部を介して接続される。このため、電極パッドの内部に切欠き部を形成した場合のように電極パッドの一部が切り欠かれることがなく、電極パッドの面積が大きくなるので、電極パッドと相手材である端子部材との電気的接続の信頼性を向上させることができる。

本発明のガスセンサは、前記ガスセンサ素子を有する。

この発明によれば、ガスセンサ素子の強度を向上させると共に、電極パッドとガスセンサ素子内部の導体部との電気的接続の信頼性を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ（ＮＯｘセンサ）の軸線方向に沿う断面図である。 第１の実施形態に係るガスセンサ素子の斜視図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 第１の実施形態に係るガスセンサ素子の分解斜視図である。 第１の実施形態におけるガスセンサ素子の部分上面図である。 切欠き部の斜視図である。 第２の実施形態に係るガスセンサ素子の斜視図である。 第２の実施形態におけるガスセンサ素子の部分上面図である。 ガスセンサ素子に設けられるスルーホールを示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ（ＮＯｘセンサ）１の縦断面図（軸線ＡＸに沿って切断した断面図）、図２は第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０の斜視図、図３はガスセンサ素子１０の軸線ＡＸに沿う断面図、図４はガスセンサ素子１０の分解斜視図である。

ガスセンサ１は、測定対象ガスである排ガス中の特定ガス（ＮＯｘ）の濃度を検出可能なガスセンサ素子１０を備え、内燃機関の排気管（図示なし）に装着されて使用されるＮＯｘセンサである。このガスセンサ１は、排気管に固定するためのネジ部２１が外表面の所定位置に形成された筒状の主体金具２０を備える。ガスセンサ素子１０は、軸線ＡＸ方向に延びる細長板状をなし、主体金具２０の内側に保持されている。
さらに詳しくは、ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋ（図１において上端の部位）が挿入される挿入孔６２を有する保持部材６０と、この保持部材６０の内側に保持された６個の端子部材とを備える。なお、図１では、６個の端子部材のうち２個の端子部材（具体的には、端子部材７５，７６）のみを図示している。

ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋには、平面視矩形状の電極パッド１３〜１８（図２、図３参照、図１では、電極パッド１４、１７のみ図示）が合計６個形成されている。電極パッド１３〜１８には、それぞれ、前述の端子部材が弾性的に当接して電気的に接続している。例えば、電極パッド１４には、端子部材７５の素子当接部７５ｂが弾性的に当接して電気的に接続している。また、電極パッド１７には、端子部材７６の素子当接部７６ｂが弾性的に当接して電気的に接続している。
さらに、６個の端子部材（端子部材７５，７６など）には、それぞれ、異なるリード線７１が電気的に接続されている。例えば、図１に示すように、端子部材７５のリード線把持部７７によって、リード線７１の芯線が加締められて把持される。また、端子部材７６のリード線把持部７８によって、他のリード線７１の芯線が加締められて把持される。

主体金具２０は、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔２３を有する筒状部材である。この主体金具２０は、径方向内側に突出する形態で貫通孔２３の一部を構成する棚部２５を有している。主体金具２０は、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを自身の先端側外部（図１において下方）に突出させると共に、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋを自身の後端側外部（図１において上方）に突出させた状態で、ガスセンサ素子１０を貫通孔２３内に保持している。
また、主体金具２０の貫通孔２３の内部には、環状のセラミックホルダ４２、滑石粉末を環状に充填してなる２つの滑石リング４３，４４、及びセラミックスリーブ４５が配置されている。詳細には、ガスセンサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で、セラミックホルダ４２、滑石リング４３，４４、及びセラミックスリーブ４５が、この順に、主体金具２０の軸線方向先端側（図１において下端側）から軸線方向後端側（図１において上端側）にわたって重ねて配置されている。

また、セラミックホルダ４２と主体金具２０の棚部２５との間には、金属カップ４１が配置されている。また、セラミックスリーブ４５と主体金具２０のカシメ部２２との間には、加締リング４６が配置されている。なお、主体金具２０のカシメ部２２が、加締リング４６を介してセラミックスリーブ４５を先端側に押し付けるように、加締められている。
主体金具２０の先端部２０ｂには、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを覆うように、複数の孔を有する金属製（具体的にはステンレス）の外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２が、溶接によって取り付けられている。一方、主体金具２０の後端部には、外筒５１が溶接によって取り付けられている。外筒５１は、軸線ＡＸ方向に延びる筒状をなし、ガスセンサ素子１０を包囲している。

保持部材６０は、絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、軸線ＡＸ方向に貫通する挿入孔６２を有する筒状部材である。挿入孔６２内には、前述した６個の端子部材（端子部材７５，７６など）が配置されている（図１参照）。保持部材６０の後端部には、径方向外側に突出する鍔部６５が形成されている。保持部材６０は、鍔部６５が内部支持部材５３に当接する態様で、内部支持部材５３に保持されている。なお、内部支持部材５３は、外筒５１のうち径方向内側に向けて加締められた加締部５１ｇにより、外筒５１に保持されている。
保持部材６０の後端面６１上には、絶縁部材９０が配置されている。絶縁部材９０は、電気絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、円筒状をなす。この絶縁部材９０には、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔９１が合計６個形成されている。この貫通孔９１には、前述した端子部材のリード線把持部（リード線把持部７７，７８など）が配置されている。

また、外筒５１のうち軸線方向後端部（図１において上端部）に位置する後端開口部５１ｃの径方向内側には、フッ素ゴムからなる弾性シール部材７３が配置されている。この弾性シール部材７３には、軸線ＡＸ方向に延びる円筒状の挿通孔７３ｃが、合計６個形成されている。各々の挿通孔７３ｃは、弾性シール部材７３の挿通孔面７３ｂ（円筒状の内壁面）によって構成されている。各々の挿通孔７３ｃには、リード線７１が１本ずつ挿通されている。各々のリード線７１は、弾性シール部材７３の挿通孔７３ｃを通じて、ガスセンサ１の外部に延出している。弾性シール部材７３は、外筒５１の後端開口部５１ｃを径方向内側に加締めることで径方向に弾性圧縮変形し、これにより、挿通孔面７３ｂとリード線７１の外周面７１ｂとを密着させて、挿通孔面７３ｂとリード線７１の外周面７１ｂとの間を水密に封止している。

一方、図３に示すように、ガスセンサ素子１０は、板状の固体電解質体１１１、１２１、１３１と、これらの間に配置された絶縁層１４０、１４５とを備え、これらが積層方向に積層された構造を有する。さらに、ガスセンサ素子１０には、固体電解質体１３１の裏面側に、ヒータ１６１が積層されている。このヒータ１６１は、アルミナを主体とする板状の絶縁層１６２、１６３と、その間に埋設されたヒータパターン１６４（Ｐｔを主体としている）とを備えている。

固体電解質体１１１、１２１、１３１は、固体電解質であるジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質体１１１の表面側には、多孔質のＩｐ１＋電極１１２が設けられている。また、固体電解質体１１１の裏面側には、多孔質のＩｐ１−電極１１３が設けられている。Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１−電極１１３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、ガス透過性及び透水性を有している。
又、Ｉｐ１＋電極１１２にはＩｐ１＋リード１１２Ｌが接続されている（図４参照）。又、Ｉｐ１−電極１１３にはＩｐ１−リード１１３Ｌ（図４参照）が接続されている。Ｉｐ１＋リード１１２Ｌ及びＩｐ１−リード１１３Ｌは、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｉｐ＋電極電極１１２及びＩｐ１−電極１１３と異なり、緻密に形成されている。このため、Ｉｐ１＋リード１１２Ｌ及びＩｐ１−リード１１３Ｌは、非透水性を有している。
ここで、固体電解質体１１１、１２１、１３１、絶縁層１４０、１４５、１６２、１６３がそれぞれ特許請求の範囲の「板状体」に相当する。

また、Ｉｐ１＋電極１１２（とＩｐ１＋リード１１２Ｌ）の表面側（図３において上面側）には、アルミナ等からなる絶縁層１１５が積層され、絶縁層１１５の先端側にＩｐ１＋電極１１２を取り囲む略矩形の貫通孔が設けられ、この貫通孔に多孔質層１９０が埋設されている。このようにして、多孔質層１９０を介してＩｐ１＋電極１１２と外部との間でガスが出入可能になっている。なお、固体電解質体１１１の表面上のＩｐ１＋電極１１２を除く部位に、アルミナ絶縁層１１８が形成され、Ｉｐ１＋電極１１２はアルミナ絶縁層１１８を積層方向に貫通する貫通孔（図示せず）を通じて、固体電解質体１１１と接触する。
又、固体電解質体１１１及び電極１１２、１１３は、Ｉｐ１セル１１０を構成する。このＩｐ１セル１１０は、電極１１２、１１３間に流すポンプ電流Ｉｐ１に応じて、電極１１２の接する雰囲気（ガスセンサ素子１０の外部の雰囲気）と電極１１３の接する雰囲気（後述する第１空間１５０内の雰囲気）との間で酸素の汲み出し及び汲み入れ（いわゆる酸素ポンピング）を行う。

固体電解質体１２１は、絶縁層１４０を挟んで、固体電解質体１１１と積層方向に対向するように配置されている。固体電解質体１２１の表面側（図３において上面側）には多孔質のＶｓ−電極１２２が設けられている。また、固体電解質体１２１の裏面側（図３において下面側）には、多孔質のＶｓ＋電極１２３が設けられている。Ｖｓ−電極１２２及びＶｓ＋電極１２３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、ガス透過性及び透水性を有している。
又、Ｖｓ−電極１２２にはＶｓ−リード１２２Ｌ（図４参照）が接続され、Ｖｓ＋電極１２３にはＶｓ＋リード１２３Ｌ（図４参照）が接続されている。Ｖｓ＋リード１２３Ｌは、Ｖｓ−電極１２２、Ｖｓ＋電極１２３と同時に形成されているため、多孔質に形成されている。Ｖｓ−リード１２２Ｌは、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｖｓ−電極１２２、Ｖｓ＋電極１２３及びＶｓ＋リード１２３Ｌと異なり、緻密に形成されている。このため、Ｖｓ−リード１２２Ｌは、非透水性を有している。

固体電解質体１１１と固体電解質体１２１との間には、ガスセンサ素子の内部空間としての第１測定室１５０が形成されている。この第１測定室１５０は、排気通路内を流通する排ガスが、ガスセンサ素子１０内に最初に導入される内部空間であり、ガス透過性及び透水性を有する第１多孔質体１５１（図２、図４参照）を通じてガスセンサ素子１０の外部と連通している。第１多孔質体１５１は、ガスセンサ素子１０の外部との仕切りとして、第１測定室１５０の側方に設けられており、第１測定室１５０内への排ガスの単位時間あたりの流通量を制限する。
第１測定室１５０の後端側（図３において右側）には、第１測定室１５０と後述する第２測定室１６０との間の仕切りとして、排ガスの単位時間あたりの流通量を制限する第２多孔質体１５２が設けられている。

固体電解質体１２１及び電極１２２、１２３は、Ｖｓセル１２０を構成する。このＶｓセル１２０は、主として、固体電解質体１２１により隔てられた雰囲気（電極１２２の接する第１測定室１５０内の雰囲気と、電極１２３の接する基準酸素室１７０内の雰囲気）間の酸素分圧差に応じて起電力を発生する。

固体電解質体１３１は、絶縁層１４５を挟んで、固体電解質体１２１と積層方向に対向するように配置されている。固体電解質体１３１の表面側（図３において上面側）には、多孔質のＩｐ２＋電極１３２と多孔質のＩｐ２−電極１３３が設けられている。Ｉｐ２＋電極１３２及びＩｐ２−電極１３３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、ガス透過性及び透水性を有している。
又、Ｉｐ２＋電極１３２にはＩｐ２＋リード１３２Ｌ（図４参照）が接続され、Ｉｐ２−電極１３３にはＩｐ２−リード１３３Ｌ（図４参照）が接続されている。Ｉｐ２＋リード１３２Ｌ及びＩｐ２−リード１３３Ｌは、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｉｐ２＋リード１３２Ｌは、Ｉｐ２＋電極１３２及びＩｐ２−電極１３３と同時に形成されるため、多孔質に形成されている。このため、Ｉｐ２＋リード１３２Ｌは、ガス透過性及び透水性を有している。

Ｉｐ２＋電極１３２とＶｓ＋電極１２３との間には、孤立した小空間としての基準酸素室１７０が形成されている。この基準酸素室１７０は、絶縁層１４５に形成されている開口部１４５ｂにより構成されている。なお、基準酸素室１７０内のうちＩｐ２＋電極１３２側には、セラミックス製の多孔質体が配置されている。
また、Ｉｐ２−電極１３３と積層方向に対向する位置には、ガスセンサ素子の内部空間としての第２測定室１６０が形成されている。この第２測定室１６０は、絶縁層１４５を積層方向に貫通する開口部１４５ｃと、固体電解質体１２１を積層方向に貫通する開口部１２５と、絶縁層１４０を積層方向に貫通する開口部１４１とにより構成されている。
第１測定室１５０と第２測定室１６０とは、ガス透過性及び透水性を有する第２多孔質体１５２を通じて連通している。従って、第２測定室１６０は、第１多孔質体１５１、第１測定室１５０、及び第２多孔質体１５２を通じて、ガスセンサ素子１０の外部と連通している。

固体電解質体１３１及び電極１３２、１３３は、窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を検知するためのＩｐ２セル１３０を構成する。このＩｐ２セル１３０は、第２空間１６０内で分解されたＮＯｘ由来の酸素（酸素イオン）を、固体電解質体１３１を通じて、基準酸素室１７０に移動させる。このとき、電極１３２及び電極１３３の間には、第２空間１６０内に導入された排ガス（測定対象ガス）に含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れる。
このうち、Ｉｐ１セル１１０、Ｖｓセル１２０、Ｉｐ２セル１３０は、それぞれ上記したように固体電解質体とその表面に配置された一対の電極を有し、各電極の電圧又は電流を外部回路に取り出したり、外部回路から各電極に電圧を印加し又は電流を流すようになっている。又、ヒータ１６１のヒータパターン１６４には外部回路から電圧を印加し又は電流を流すようになっている。

ここで、本実施形態のガスセンサ１によるＮＯｘ濃度検知について、簡単に説明する。
ガスセンサ素子１０の固体電解質体１１１、１２１、１３１は、ヒータパターン１６４の昇温に伴い加熱され、活性化する。これにより、Ｉｐ１セル１１０、Ｖｓセル１２０、及びＩｐ２セル１３０が動作するようになる。
排気通路（図示なし）内を流通する排ガス（測定対象ガス）は、第１多孔質体１５１による流通量の制限を受けつつ第１測定室１５０内に導入される。このとき、Ｖｓセル１２０には、電極１２３側から電極１２２側へ微弱な電流Ｉｃｐが流されている。このため、排ガス中の酸素は、負極側となる第１測定室１５０内の電極１２２から電子を受け取ることができ、酸素イオンとなって固体電解質体１２１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。つまり、電極１２２、１２３間で電流Ｉｃｐが流されることによって、第１測定室１５０内の酸素が基準酸素室１７０内に送り込まれる。

第１測定室１５０内に導入された排ガスの酸素濃度が所定値より薄い場合、電極１１２側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、ガスセンサ素子１０の外部から第１測定室１５０内へ酸素の汲み入れを行う。一方、第１測定室１５０内に導入された排ガスの酸素濃度が所定値より濃い場合、電極１１３側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、第１測定室１５０内からガスセンサ素子１０外部へ酸素の汲み出しを行う。
このように、第１測定室１５０において酸素濃度が調整された排ガスは、第２多孔質体１５２を通じて、第２測定室１６０内に導入される。第２測定室１６０内で電極１３３と接触した排ガス中のＮＯｘは、電極１３２、１３３間に電圧Ｖｐ２を印加されることで、電極１３３上で窒素と酸素に分解（還元）され、分解された酸素は、酸素イオンとなって固体電解質体１３１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。このとき、第１測定室１５０で汲み残された残留酸素も同様に、Ｉｐ２セル１３０によって基準酸素室１７０内に移動する。これにより、Ｉｐ２セル１３０には、ＮＯｘ由来の電流及び残留酸素由来の電流が流れる。

ここで、第１測定室１５０で汲み残された残留酸素の濃度は、上記のように所定値に調整されているため、その残留酸素由来の電流は略一定とみなすことができ、ＮＯｘ由来の電流の変動に対し影響は小さく、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流は、ＮＯｘ濃度に比例することとなる。従って、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流Ｉｐ２を検出し、その電流値に基づいて、排ガス中のＮＯｘ濃度を検知することができる。

次に、図２、図５、図６を参照し、本発明の特徴部分である切欠き部及びリード部について説明する。なお、図５はガスセンサ素子１０の部分上面図、図６は切欠き部５ｎ１の斜視図である。
図２に示すように、ガスセンサ素子１０は上記各板状体１１１、１２１、１３１、１４０、１４５、１６２、１６３を積層してなる板状の積層体５を本体部分としている。又、積層体５の外表面と外側面との４つの稜辺は面取りされて面取り部５ｃを形成している。さらに、積層体５の両方の外側面の後端側であって電極パッド１３、１５よりも先端側には、積層方向に延びる切欠き部５ｎ１、５ｎ２が形成され、各切欠き部５ｎ１、５ｎ２の内側面にはリード部７ａ，７ｂが形成されている。
なお、図５に示すように、各切欠き部５ｎ１、５ｎ２は積層方向から見て外側から内側に向かって半円状に形成され、このうち一方の切欠き部５ｎ１は絶縁層１１５から絶縁層１６２に至る積層体５の部位を貫通しているが、ヒータ１６１を貫通していない。又、切欠き部５ｎ２は絶縁層１１５を貫通しているが、積層体５の他の部位を貫通していない（図４、図５参照）。

又、切欠き部５ｎ１に形成されたリード部７ａは、Ｉｐ１−電極１１３のＩｐ１−リード１１３Ｌ、Ｖｓ−電極１２２のＶｓ−リード１２２Ｌ、Ｉｐ２−電極１３３のＩｐ２−リード１３３Ｌ（より具体的には、Ｉｐ１−リード１１３Ｌの後端部１１３ｅ、Ｖｓ−リード１２２Ｌの後端部１２２ｅ、Ｉｐ２−リード１３３Ｌの後端部１３３ｅ（図４〜図６参照））に電気的に接続している。一方、切欠き部５ｎ２に形成されたリード部７ｂは、Ｉｐ１＋電極１１２のＩｐ１＋リード１１２Ｌ（より具体的には、Ｉｐ１＋リード１１２Ｌの後端部１１２ｅ（図４、図５参照））に電気的に接続している。なお、図５では、リードのうち、Ｉｐ１＋電極１１２、Ｉｐ１−電極１１３からそれぞれ延びるリード１１２Ｌ，１１３Ｌ、及びそれらリードの後端部１１２ｅ、１１３ｅのみを表示している。
さらに、各電極パッド１３、１５の先端側には、電極パッド１３、１５より狭幅の電極パッドリード部１３Ｌ，１５Ｌが先端に向かって延び、各電極パッドリード部１３Ｌ，１５Ｌがそれぞれ切欠き部５ｎ１、５ｎ２の後端部まで延びると共に、各リード部７ａ，７ｂに電気的に接続している。又、各リード部７ａ，７ｂは、軸線ＡＸ方向に沿って、それぞれ切欠き部５ｎ１、５ｎ２の先端から後端寄りの各電極パッドリード部１３Ｌ，１５Ｌと接する部位まで形成されている。さらに、各リード部７ａ，７ｂは、それぞれ切欠き部５ｎ１、５ｎ２の積層方向に延びている。
ここで、切欠き部５ｎ１、５ｎ２の内側面に形成されたリード部７ａ、７ｂが特許請求の範囲の「リード部」に相当し、リード部７ａ、７ｂに電気的に接続するリードが特許請求の範囲の「導体部」に相当する。

各リード部７ａ，７ｂは、例えば電極パッド１３、１５やＩｐ１−リード１１３Ｌ等と同様の導電性材料のペースト（Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットのペースト等）を印刷して焼成して形成することができる。
各リード部７ａ，７ｂは、例えば図６に示すようにして形成することができる。つまり、リード部７ａを形成する前の切欠き部５ｎ１の内側面には、切欠き部５ｎ１の内側面に沿った半円弧状の後端部１１３ｅ、１２２ｅ、１３３ｅの各端面が露出している。又、切欠き部５ｎ１の内側面と面一になるようにして、切欠き部５ｎ１の上面をリード部１５Ｌが覆っている。従って、切欠き部５ｎ１の内側面のうち、少なくとも後端部１１３ｅ、１２２ｅ、１３３ｅ（の各端面）及びリード部１５Ｌを包含する領域（図６のハッチングの領域）を覆うようにペースト印刷することで、リード部７ａを形成することができる。このようにして、リード部７ａは、Ｉｐ１−電極１１３、Ｖｓ−電極１２２及びＩｐ２−電極１３３と、電極パッド１５とを電気的に接続する。リード部７ｂについても同様である。

以上のように、ガスセンサ素子１０の積層体５に切欠き部５ｎ１、５ｎ２を設け、切欠き部５ｎ１、５ｎ２の内側面に露出した各リードと、電極パッド（又はその電極パッドリード部）とを覆うようにリード部７ａ、７ｂを形成することで、電極パッド１３、１５と導体部がリード部７ａ、７ｂにより電気的に導通される。つまり、導体部と電極パッド１３、１５とを接続するリード部７ａ、７ｂは、凹んだ切欠き部５ｎ１、５ｎ２の内側面に形成されているので、ガスセンサ素子１０の外表面と外側面との稜辺に外力が加わってもリード部７ａ、７ｂには外力が加わらず、導体部と電極パッド１３、１５との電気的接続を保持することができる。
又、焼成時にガスセンサ素子１０の各部材（板状体）が収縮しても、スルーホールのように各板状体の角部に厚みの薄いリード部が介在しないので、焼成時の導体部と電極パッドとの断線が抑制され、電極パッドと導通部との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
さらに、切欠き部５ｎ１、５ｎ２はガスセンサ素子１０の外側面の外側に向かって開口しているので、リード部７ａ、７ｂをペースト印刷やめっき等で形成し易く、好ましくはリード部７ａ、７ｂを一度にペースト印刷やめっきすることで生産性が向上すると共に、リード部７ａ、７ｂを各板状体毎に形成した後に積層した場合のように各板状体がズレてリード部が断線することを抑制できる。

なお、第１の実施形態では、電極パッド１３、１５は切欠き部５ｎ１、５ｎ２と離間して配置され、切欠き部５ｎ１、５ｎ２のリード部７ａ、７ｂは電極パッドリード部１３Ｌ、１５Ｌを介して電極パッド１３、１５と接続されている。この構成とすると、以下の第２の実施形態のように電極パッドの内部に切欠き部を形成した場合に比べて電極パッドの面積が大きくなるので、電極パッドと端子部材との電気的接続の信頼性を向上させることができる。
又、第１の実施形態では、各切欠き部５ｎ１、５ｎ２は積層体５を完全に貫通していないので、積層体５を完全に貫通させた場合に比べてガスセンサ素子１０の強度がさらに向上する。

次に、図７、図８を参照し、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ素子２００について説明する。図７はガスセンサ素子２００の斜視図、図８はガスセンサ素子２００の部分上面図である。なお、第２の実施形態に係るガスセンサ素子２００は、導体部となる各電極のリード（詳細は後述する）、切欠き部５ｎ３、５ｎ４、リード部７ｃ、７ｄ、及び電極パッド２１３、２１５の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０と同一であるので、同一部分の構成については説明を省略する。
図７に示すように、ガスセンサ素子２００は板状の積層体５を本体部分とすると共に、４つの稜辺は面取りされて面取り部５ｃを形成している。さらに、積層体５の両方の外側面の後端側であって電極パッド２１３、２１５の軸線ＡＸ方向中央には、積層方向に延びる切欠き部５ｎ３、５ｎ４が形成され、各切欠き部５ｎ３、５ｎ４の内側面にはリード部７ｃ，７ｄが形成されている。
なお、図８に示すように、各切欠き部５ｎ３、５ｎ４は積層方向から見て外側から内側に向かって半円状に形成され、いずれも絶縁層１１５からヒータ１６１に至る積層体５全体を貫通している。又、切欠き部５ｎ３、５ｎ４は、それぞれ電極パッド２１３、２１５の軸線ＡＸ方向中央部分を積層方向から見て外側から内側に向かって半円状に切り欠いている。

又、切欠き部５ｎ３に形成されたリード部７ｃは、導体部となるＩｐ１−電極１１３のＩｐ１−リード１１３Ｌ２、Ｖｓ−電極１２２のＶｓ−リード１２２Ｌ２、Ｉｐ２−電極１３３のＩｐ２−リード１３３Ｌ２（より具体的には、Ｉｐ１−リード１１３Ｌ２の後端部１１３ｅ２、Ｖｓ−リード１２２Ｌ２の後端部１２２ｅ２、Ｉｐ２−リード１３３Ｌ２の後端部１３３ｅ２）に電気的に接続している。一方、切欠き部５ｎ４に形成されたリード部７ｄは、導体部となるＩｐ１＋電極１１２のＩｐ１＋リード１１２Ｌ２（より具体的には、Ｉｐ１＋リード１１２Ｌ２の後端部１１２ｅ２）に電気的に接続している。なお、図８では、リードのうち、Ｉｐ１＋電極１１２、Ｉｐ１−電極１１３からそれぞれ延びるリード１１２Ｌ２，１１３Ｌ２、及びそれらリードの後端部１１２ｅ２、１１３ｅ２のみを表示している。
そして、切欠き部５ｎ３、５ｎ４にそれぞれ形成されたリード部７ｃ、７ｄが各電極パッド２１３、２１５の切欠かれた部位で電気的に接続している。又、各リード部７ｃ，７ｄは、軸線ＡＸ方向に沿って、それぞれ切欠き部５ｎ３、５ｎ４の先端から切欠き部５ｎ３、５ｎ４の中央部まで形成され、積層方向から見て略１／４円状に形成されている。さらに、各リード部７ｃ，７ｄは、それぞれ切欠き部５ｎ３、５ｎ４の積層方向に延びている。

そして、第２の実施形態においても、各導体部のリードや電極パッド（又はその電極パッドリード部）と、切欠き部５ｎ３、５ｎ４内のリード部７ｃ、７ｄとの断線が抑制され、電極パッドと導体部との電気的接続の信頼性を向上させることができる。又、スルーホールの数をゼロとするか若しくは減らすことができるので、ガスセンサ素子の強度を向上させることができる。さらに、ガスセンサ素子の稜辺を面取りした際にリード部７ｃ、７ｄが削り取られることがなく、導体部と電極パッドとの電気的接続を確保しつつ、面取り部を設けることができる。

なお、第２の実施形態では、各リード１１３Ｌ２、１２２Ｌ２、１３３Ｌ２はいずれも積層体５の一方の外側面（図８の右側の側面）に露出し、リード１１２Ｌ２は積層体５の他の外側面（図８の左側の側面）に露出している。この構成によれば、互いに対をなすＩｐ１＋電極１１２とＩｐ１−電極１１３からそれぞれ延びる各リード１１２Ｌ２、１１３Ｌ２の幅方向の間隔を第１の実施形態よりも広げることができ、各リード１１２Ｌ２、１１３Ｌ２の短絡（ショート）をより有効に抑制することができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、各切欠き部は積層方向から見て外側から内側に向かって半円状に形成されたが、各切欠き部の形状は限定されず、例えば積層方向から見て三角形、矩形、多角形、長円形、楕円形、不定形であってもよい。但し、切欠き部に角部があると応力が集中するおそれがあるので、切欠き部に角部を有しない形態（切欠き部の内側面が曲面）であると好ましい。
電極パッドの形状も上記に限定されない。
又、本発明は、積層体の内部に配置される導体部と、導体部に電気的に接続する電極パッドと、を有するガスセンサ素子（ガスセンサ）に適用可能であり、本実施の形態のＮＯｘセンサ素子（ＮＯｘセンサ）に適用することができるが、これらの用途に限られず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ（酸素センサ素子）や、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ（ＨＣセンサ素子）等に本発明を適用してもよい。

１ ガスセンサ
５ 積層体
５ｎ１〜５ｎ４ 切欠き部
７ａ〜７ｄ リード部
１０、２００ ガスセンサ素子
１３〜１８ 電極パッド
１１１、１２１、１３１、１４０、１４５、１６２、１６３ 板状体（固体電解質体、絶縁層）
１１０、１２０、１３０、１６１ セル
１６１ ヒータ
１１２Ｌ、１１３Ｌ、１２２Ｌ、１３３Ｌ、１１２Ｌ２、１１３Ｌ２、１２２Ｌ２、１３３Ｌ２ リード（導体部）
１１２ｅ、１１３ｅ、１２２ｅ、１３３ｅ、１１２ｅ２、１１３ｅ２、１２２ｅ２、１３３ｅ２ 切欠き部の内側面に露出するリードの部位

Claims (4)

1. 複数の板状体を積層してなり積層方向に対向する表裏面と、該表裏面を接続する側面からなる板状の積層体と、
   前記積層体の内部に配置される導体部と、
   前記積層体の前記表裏面の少なくとも一方に配置されて、前記導体部と外部回路とを電気的に接続する電極パッドと、を備えたガスセンサ素子において、
   前記積層体の前記側面には、積層方向に２以上の前記板状体を貫通して延びる切欠き部が形成され、
   前記切り欠き部の内側面に、少なくとも前記電極パッドが配置された面まで延びるリード部が形成され、前記リード部の一部が前記導体部に電気的に接続されると共に、前記面に延びた前記リード部に前記電極パッドが直接又は間接的に電気的に接続され、前記リード部を介して前記導体部と前記電極パッドとが電気的に接続されるセンサ素子。
2. 前記表裏面と前記側面との稜線に面取部が設けられる請求項１記載のガスセンサ素子。
3. 前記電極パッドは、前記切欠き部と離間して配置されている請求項１又は２に記載のガスセンサ素子。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサ素子を有するガスセンサ。

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