JP7138055B2

JP7138055B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP7138055B2
Application number: JP2019008692A
Authority: JP
Inventors: 翔太萩野; 正俊池田; 誠伊藤; 振洲蘇; 昊呉; 聡中村; 敬史平山; 大介河合
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: JP2020003471A

Description

本発明は、板形状のセンサ素子を備えるガスセンサに関する。

ガスセンサは、例えば、内燃機関の排気管に配置され、排気管を流れる排ガスを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおける酸素濃度等の特定ガス成分の濃度を検出するために用いられる。ガスセンサのセンサ素子は、酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体と、固体電解質体の両表面における対向位置に設けられた検出電極及び基準電極とを有する。また、固体電解質体に積層された絶縁体には、通電によって発熱する発熱体が埋設されている。発熱体における発熱部は、電極に対向する位置に配置されており、発熱部から発生する熱によって、検出電極、基準電極、及び各電極間に挟まれた固体電解質体の部分を活性温度に加熱している。

例えば、特許文献１の酸素センサ素子においては、セラミック固体電解質からなる板状の基体における両面の対向位置に検出電極及び基準電極が設けられ、基体の内部には、基準電極を収容するとともに大気が導入される大気導入孔が形成されることが記載されている。そして、大気導入孔には、多孔質セラミックスが充填されることが記載されている。

特開２００３－３４４３５０号公報

空燃比等を検出するガスセンサのセンサ素子には、固体電解質体に設けられた検出電極が収容され、検出電極へ排ガス等の検出対象ガスを供給するためのガス室が設けられる。また、センサ素子には、固体電解質体に設けられた基準電極が収容され、基準電極へ大気等の基準ガスを供給するための基準ガスダクトが設けられることがある。

ガス室、基準ガスダクト等のガス空間は、センサ素子における空洞部として形成される。そのため、このガス空間は、発熱体の発熱部から固体電解質体及び各電極への伝熱を抑制する部分となる。従って、センサ素子の早期活性化を図るためには、ガス空間における伝熱を促進する工夫が必要となる。

特許文献１の酸素センサ素子においては、大気導入孔に多孔質セラミックスが充填されていることによって、発熱部から固体電解質体及び各電極への伝熱性が改善されるとも考えられる。しかし、多孔質セラミックスは、大気導入孔の全体に充填されており、大気を透過させることを前提とするものである。そのため、大気導入孔における伝熱性を十分に促進することはできない。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、センサ素子の伝熱性を高めて、センサ素子の早期活性化を図ることができるガスセンサを提供しようとして得られたものである。

本発明の第１態様は、
板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体の表面に設けられた一対の電極（３１１，３１２）と、
前記固体電解質体に積層された絶縁体（３３Ａ，３３Ｂ）と、
前記固体電解質体に隣接する位置において前記絶縁体に囲まれて形成されるとともに、一対の前記電極の一方が収容され、検出対象ガス（Ｇ）又は基準ガス（Ａ）が導入されるガス空間（３５，３６）と、
前記固体電解質体と前記絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が一対の前記電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記ガス空間を形成する前記絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス空間の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体及び一対の前記電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備え、
前記電極には、前記電極を前記積層方向に貫通する貫通孔（３１５）又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、ガスセンサにある。
本発明の第２態様は、
板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体の表面に設けられた一対の電極（３１１，３１２）と、
前記固体電解質体に積層された絶縁体（３３Ａ，３３Ｂ）と、
前記固体電解質体に隣接する位置において前記絶縁体に囲まれて形成されるとともに、一対の前記電極の一方が収容され、検出対象ガス（Ｇ）又は基準ガス（Ａ）が導入されるガス空間（３５，３６）と、
前記固体電解質体と前記絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が一対の前記電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記ガス空間を形成する前記絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス空間の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体及び一対の前記電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備え、
前記ガス空間は、前記検出対象ガスが拡散抵抗部（３２）を介して所定の拡散速度で導入され、一対の前記電極のうちの前記検出対象ガスに晒される検出電極（３１１）が配置されたガス室（３５）として形成されており、
前記発熱体は、前記検出電極に対向して、前記ガス室を形成する前記絶縁体内に埋設されており、
前記伝熱部材は、前記ガス室の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記検出電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記検出電極及び前記固体電解質体との間に挟持されており、
前記検出電極には、前記検出電極を前記積層方向に貫通する貫通孔（３１５）又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記検出電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、ガスセンサにある。
本発明の第３態様は、
板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体の表面に設けられた一対の電極（３１１，３１２）と、
前記固体電解質体に積層された絶縁体（３３Ａ，３３Ｂ）と、
前記固体電解質体に隣接する位置において前記絶縁体に囲まれて形成されるとともに、一対の前記電極の一方が収容され、検出対象ガス（Ｇ）又は基準ガス（Ａ）が導入されるガス空間（３５，３６）と、
前記固体電解質体と前記絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が一対の前記電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記ガス空間を形成する前記絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス空間の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体及び一対の前記電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備え、
前記ガス空間は、前記基準ガスが導入され、一対の前記電極のうちの前記基準ガスに晒される基準電極（３１２）が配置された基準ガスダクト（３６）として形成されており、
前記発熱体は、前記基準電極に対向して、前記基準ガスダクトを形成する前記絶縁体内に埋設されており、
前記伝熱部材は、前記基準ガスダクトの一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記基準電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記基準電極及び前記固体電解質体との間に挟持されており、
前記基準電極には、前記基準電極を前記積層方向に貫通する貫通孔（３１５）又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記基準電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、ガスセンサにある。

本発明の第４態様は、
長尺板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体における、検出対象ガス（Ｇ）に晒される第１主面（３０１）であって前記センサ素子の長尺方向（Ｌ）の先端側位置に設けられた検出電極（３１１）と、
前記固体電解質体における、基準ガス（Ａ）に晒される第２主面（３０２）であって前記長尺方向の先端側位置に設けられた基準電極（３１２）と、
前記固体電解質体の前記第１主面に積層された第１絶縁体（３３Ａ）と、
前記固体電解質体と前記第１絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が前記検出電極及び前記基準電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部の、前記長尺方向の後端側に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記第１絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記第１絶縁体における、前記固体電解質体の前記第１主面に隣接する位置であって、前記検出電極を収容する位置に形成されたガス室（３５）と、
前記ガス室に連通して前記第１絶縁体に設けられ、前記ガス室へ前記検出対象ガスを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部（３２）と、
前記固体電解質体の前記第２主面に積層された第２絶縁体（３３Ｂ）と、
前記第２絶縁体における、前記固体電解質体の前記第２主面に隣接する位置であって、前記長尺方向の後端開口部（３６０）から前記基準電極を収容する位置まで形成され、かつ前記後端開口部から前記基準ガスが導入される基準ガスダクト（３６）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス室の一部において、前記第１絶縁体と前記検出電極との間、又は前記第１絶縁体と前記検出電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体、前記検出電極及び前記基準電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備え、
前記拡散抵抗部は、前記第１絶縁体における前記長尺方向の先端側部位に設けられており、
前記伝熱部材の前記積層方向に直交する断面の断面積は、前記検出電極の前記積層方向に直交する断面の断面積よりも小さく、
前記検出電極の前記長尺方向の先端側部分は、前記伝熱部材が接触していないことによって、前記検出対象ガスに晒されている、ガスセンサにある。
本発明の第５態様は、
長尺板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体における、検出対象ガス（Ｇ）に晒される第１主面（３０１）であって前記センサ素子の長尺方向（Ｌ）の先端側位置に設けられた検出電極（３１１）と、
前記固体電解質体における、基準ガス（Ａ）に晒される第２主面（３０２）であって前記長尺方向の先端側位置に設けられた基準電極（３１２）と、
前記固体電解質体の前記第１主面に積層された第１絶縁体（３３Ａ）と、
前記固体電解質体と前記第１絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が前記検出電極及び前記基準電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部の、前記長尺方向の後端側に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記第１絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記第１絶縁体における、前記固体電解質体の前記第１主面に隣接する位置であって、前記検出電極を収容する位置に形成されたガス室（３５）と、
前記ガス室に連通して前記第１絶縁体に設けられ、前記ガス室へ前記検出対象ガスを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部（３２）と、
前記固体電解質体の前記第２主面に積層された第２絶縁体（３３Ｂ）と、
前記第２絶縁体における、前記固体電解質体の前記第２主面に隣接する位置であって、前記長尺方向の後端開口部（３６０）から前記基準電極を収容する位置まで形成され、かつ前記後端開口部から前記基準ガスが導入される基準ガスダクト（３６）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス室の一部において、前記第１絶縁体と前記検出電極との間、又は前記第１絶縁体と前記検出電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体、前記検出電極及び前記基準電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備え、
前記検出電極には、前記検出電極を前記積層方向に貫通する貫通孔（３１５）又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記検出電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、ガスセンサにある。

本発明の参考態様は、長尺板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有するとともに、前記センサ素子の長尺方向（Ｌ）の先端側位置における互い対向する位置に設けられた第１ポンプ電極（３１１Ａ）及び第２ポンプ電極（３１１Ｂ）を有する第１固体電解質体（３１Ａ）と、
前記第１固体電解質体に対向して配置され、酸素イオンの伝導性を有するとともに、前記センサ素子の長尺方向（Ｌ）の先端側位置における互い対向する位置に設けられた検出電極（３１２Ａ）及び基準電極（３１２Ｂ）を有する第２固体電解質体（３１Ｂ）と、
前記第１固体電解質体の前記第１ポンプ電極が設けられた主面に積層された第１絶縁体（３３Ｃ）と、
前記第１固体電解質体の前記第２ポンプ電極が設けられた主面と前記第２固体電解質体の前記検出電極が設けられた主面との間に挟まれた第２絶縁体（３３Ｄ）と、
前記第２固体電解質体の前記基準電極が設けられた主面に積層された第３絶縁体（３３Ｅ）と、
前記各固体電解質体と前記各絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が前記各電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部の、前記長尺方向の後端側に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記第３絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記第１固体電解質体、前記第２固体電解質体及び前記第２絶縁体によって囲まれて形成され、前記第２ポンプ電極及び前記検出電極を収容する位置に形成されたガス室（３５）と、
前記ガス室に連通して前記第２絶縁体に設けられ、前記ガス室へ検出対象ガスを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部（３２）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス室の一部において、前記第２ポンプ電極と前記検出電極との間、又は前記第２ポンプ電極及び前記第１固体電解質体と前記検出電極及び前記第２固体電解質体との間に挟持され、前記発熱部から前記第１固体電解質体、前記第１ポンプ電極及び前記第２ポンプ電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備える、ガスセンサにある。

（第１～第３態様のガスセンサ）
前記第１～第３態様のガスセンサにおいては、ガス空間を形成する絶縁体内に発熱体が埋設されており、ガス空間の一部における、発熱体が埋設された絶縁体と電極との間、又は発熱体が埋設された絶縁体と電極及び固体電解質体との間には、伝熱部材が挟持されている。この伝熱部材は、検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されており、発熱体の発熱部から固体電解質体及び各電極への伝熱を促進する。

そして、固体電解質体及び各電極が発熱部の発熱によって加熱されるときには、発熱部における熱は、絶縁体を介して固体電解質体及び各電極に伝わるとともに、伝熱部材を介しても固体電解質体及び各電極に伝わる。このとき、発熱部から絶縁体を介して固体電解質体及び各電極へは、ガス空間を迂回するように伝熱が行われる一方、発熱部から伝熱部材を介して固体電解質体及び各電極へは、直進的に伝熱が行われる。

これにより、発熱部から固体電解質体及び各電極への伝熱性、換言すれば、センサ素子の伝熱性を高めることができる。また、ガスセンサの始動時等においては、発熱部の発熱によってセンサ素子を酸素イオンの伝導性を活性化させる温度に加熱するための時間を短縮することができる。

それ故、前記第１～第３態様のガスセンサによれば、センサ素子の伝熱性を高めて、センサ素子の早期活性化を図ることができる。

また、伝熱部材が、発熱体が埋設された絶縁体と電極及び固体電解質体との間に挟持されている場合には、伝熱部材によって電極を覆う面積が減少することにより、センサ素子によってガス検出を行う際の電気抵抗の増加を抑制することができる。また、この場合には、伝熱部材の一部が固体電解質体に接合され、センサ素子における接合強度を高めることができる。また、この場合にも、伝熱部材によって、センサ素子の伝熱性を高めることもできる。なお、第４、第５態様のガスセンサ及び参考態様のガスセンサにおいても、同様である。

（第４、第５態様のガスセンサ）
前記第４、第５態様のガスセンサにおいては、センサ素子がガス室及び基準ガスダクトを有する場合に、ガス室を形成する第１絶縁体に発熱体を配置し、伝熱部材をガス室の一部に配置している。発熱体が第１絶縁体に配置されることにより、発熱体の発熱部を、固体電解質体及び各電極のより近くに配置することができる。また、伝熱部材がガス室の一部に配置されることにより、発熱部の熱をガス室内の伝熱部材を介して固体電解質体及び各電極へ伝えることができる。これにより、センサ素子がガス室及び基準ガスダクトを有する場合に、発熱体の発熱部の熱を、伝熱部材を介して固体電解質体及び各電極へ伝えやすくすることができる。

また、伝熱部材が、第１絶縁体と検出電極及び固体電解質体との間に挟持されている場合には、第１～第３態様のガスセンサと同様に、電気抵抗の増加の抑制及びセンサ素子の接合強度の向上の作用効果が得られる。

（参考態様のガスセンサ）
前記参考態様のガスセンサにおいては、センサ素子が複数の固体電解質体及びガス室を有する場合に、固体電解質体同士の間に位置するガス室の一部に伝熱部材を配置している。そして、発熱体から、２つの固体電解質体のうちの、発熱体が埋設された第３絶縁体から遠い方に位置する第１固体電解質体、第１ポンプ電極及び第２ポンプ電極への伝熱性を改善することができる。

また、伝熱部材が、第２ポンプ電極及び第１固体電解質体と検出電極及び第２固体電解質体との間に挟持されている場合には、第１～第３態様のガスセンサと同様に、電気抵抗の増加の抑制及びセンサ素子の接合強度の向上の作用効果が得られる。

なお、本発明の各態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。

実施形態１にかかる、ガスセンサを示す断面図。実施形態１にかかる、積層前のセンサ素子を示す斜視図。実施形態１にかかる、センサ素子を示す断面図。実施形態１にかかる、センサ素子を示す、図３のIV－IV断面図。実施形態１にかかる、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の配置関係を示す説明図。実施形態１にかかる、他のセンサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の配置関係を示す説明図。実施形態１にかかる、他のセンサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の配置関係を示す説明図。実施形態２にかかる、センサ素子を示す断面図。実施形態２にかかる、センサ素子を示す、図８のIX－IX断面図。実施形態３にかかる、発熱部が長尺方向に蛇行して形成された場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、図１０の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、図１０の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、図１０の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、図１０の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、発熱部が幅方向に蛇行して形成された場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、図１５の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、図１５の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、図１５の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、発熱部が蛇行せずに形成された場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、図１９の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、図１９の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態３にかかる、図１９の場合について、センサ素子における検出電極、発熱部及び伝熱部材の他の配置関係を示す説明図。実施形態４にかかる、センサ素子を示す断面図。実施形態４にかかる、センサ素子を示す、図２３のXXIV－XXIV断面図。実施形態５にかかる、センサ素子を示す、図３のIV－IV断面相当図。実施形態５にかかる、検出電極と伝熱部材との配置関係を示す説明図。実施形態５にかかる、オーバーラップ率と電気抵抗比との関係を示すグラフ。実施形態６にかかる、センサ素子を示す、図３のIV－IV断面相当図。実施形態７にかかる、検出電極と伝熱部材との配置関係を示す説明図。実施形態７にかかる、検出電極の先端から基端側への距離と累積電流との関係を示すグラフ。実施形態７にかかる、検出電極の先端から基端側への距離と応答時間との関係を示すグラフ。実施形態７にかかる、他のセンサ素子の一部を示す断面図。

前述したガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態のガスセンサ１は、図１及び図３に示すように、ガス検出を行うための長尺板形状のセンサ素子２を備える。センサ素子２は、固体電解質体３１、一対の電極としての検出電極３１１及び基準電極３１２、第１絶縁体３３Ａ、第２絶縁体３３Ｂ、ガス空間としてのガス室３５及び基準ガスダクト３６、発熱体３４、伝熱部材３８を備える。

図２～図４に示すように、固体電解質体３１は、酸素イオン（Ｏ^2-）の伝導性を有するものである。検出電極３１１及び基準電極３１２は、固体電解質体３１の表面としての第１主面３０１及び第２主面３０２における互いに対向する位置に設けられている。第１絶縁体３３Ａは、固体電解質体３１の第１主面３０１に積層されており、第２絶縁体３３Ｂは、固体電解質体３１の第２主面３０２に積層されている。

ガス室３５は、固体電解質体３１の第１主面３０１に隣接する位置において第１絶縁体３３Ａに囲まれて形成されるとともに、検出電極３１１が収容されて検出対象ガスＧが導入される部分である。基準ガスダクト３６は、固体電解質体３１の第２主面３０２に隣接する位置において第２絶縁体３３Ｂに囲まれて形成されるとともに、基準電極３１２が収容されて基準ガスＡが導入される部分である。

図２～図５に示すように、発熱体３４は、ガス室３５を形成する第１絶縁体３３Ａ内に埋設されており、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１に繋がる発熱体リード部（リード部）３４２とを有する。発熱部３４１は、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂとの積層方向Ｄにおいて、少なくとも一部が検出電極３１１及び基準電極３１２に重なる位置に配置されている。

伝熱部材３８は、検出対象ガスＧを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されている。伝熱部材３８は、ガス室３５の一部において、検出電極３１１と、発熱体３４が埋設された第１絶縁体３３Ａとの間に挟持されている。伝熱部材３８は、発熱部３４１から固体電解質体３１、検出電極３１１及び基準電極３１２への伝熱を促進するためのものである。

以下に、本形態のガスセンサ１について詳説する。
（内燃機関）
ガスセンサ１は、車両の内燃機関（エンジン）の排気管等に配置され、排気管を流れる排ガスを検出対象ガスＧとして、検出対象ガスＧにおける酸素濃度等を検出するために用いられる。ガスセンサ１は、排ガスにおける酸素濃度、未燃ガス濃度等に基づいて、内燃機関における空燃比を求める空燃比センサとして用いることができる。また、ガスセンサ１は、空燃比センサ以外にも、酸素濃度を求める種々の用途として用いることができる。

排気管には、排ガス中の有害物質を浄化するための触媒が配置されており、ガスセンサ１は、排気管における排ガスの流れ方向において、触媒の上流側又は下流側のいずれに配置することもできる。また、ガスセンサ１は、排ガスを利用して内燃機関が吸入する空気の密度を高める過給機の吸入側の配管に配置することもできる。また、ガスセンサ１を配置する配管は、内燃機関から排気管に排気される排ガスの一部を、内燃機関の吸気管に再循環させる排気再循環機構における配管とすることもできる。

空燃比センサは、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が多い燃料リッチの状態から、理論空燃比と比べて空気に対する燃料の割合が少ない燃料リーンの状態まで定量的に連続して空燃比を検出することができるものである。空燃比センサにおいては、拡散抵抗部（拡散律速部）３２によってガス室３５へ導かれる検出対象ガスＧの拡散速度が絞られる際に、検出電極３１１と基準電極３１２との間に、酸素イオンの移動量に応じた電流が出力される限界電流特性を示すための所定の電圧が印加される。

図３及び図４に示すように、空燃比センサにおいて、燃料リーン側の空燃比を検出する際には、検出対象ガスＧに含まれる酸素が、イオンとなって検出電極３１１から固体電解質体３１を介して基準電極３１２へ移動する際に生じる電流を検出する。また、空燃比センサにおいて、燃料リッチ側の空燃比を検出する際には、検出対象ガスＧに含まれる未燃ガス（炭化水素、一酸化炭素、水素等）を反応させるために、基準電極３１２から固体電解質体３１を介して検出電極３１１へイオンとなった酸素が移動し、未燃ガスと酸素とが反応する際に生じる電流を検出する。

（センサ素子２）
図３及び図４に示すように、センサ素子２は、固体電解質体３１に、絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及び発熱体３４が積層された積層タイプのものである。固体電解質体３１は、ジルコニア系酸化物からなり、ジルコニアを主成分とし（５０質量％以上含有し）、希土類金属元素又はアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアからなる。固体電解質体３１を構成するジルコニアの一部は、イットリア、スカンジア又はカルシアによって置換することができる。

また、検出電極３１１及び基準電極３１２は、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位に設けられている。検出電極３１１は、固体電解質体３１における、検出対象ガスＧに晒される第１主面３０１に設けられており、基準電極３１２は、固体電解質体３１における、基準ガスＡに晒される第２主面３０２に設けられている。

検出電極３１１及び基準電極３１２は、酸素に対する触媒活性を示す貴金属としての白金、及び固体電解質体３１との共材としてのジルコニア系酸化物を含有している。共材は、固体電解質体３１にペースト状の電極材料を印刷（塗布）して両者を焼結する際に、電極材料によって形成される検出電極３１１及び基準電極３１２と固体電解質体３１との結合強度を維持するためのものである。

固体電解質体３１の第１主面３０１には、第１絶縁体３３Ａと固体電解質体３１とに囲まれたガス室３５が隣接して形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａにおける、検出電極３１１を収容する位置に形成されている。固体電解質体３１の第２主面３０２には、第２絶縁体３３Ｂと固体電解質体３１とに囲まれた基準ガスダクト３６が隣接して形成されている。基準ガスダクト３６は、第２絶縁体３３Ｂにおける、基準電極３１２を収容する位置からセンサ素子２の後端位置まで形成されている。センサ素子２の後端位置には、基準ガスダクト３６の後端開口部３６０が形成されている。また、第１絶縁体３３Ａには、ガス室３５へ検出対象ガスＧを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部３２が、ガス室３５に連通する状態で設けられている。

図１及び図３示すように、センサ素子２は、長尺形状に形成されており、検出電極３１１、基準電極３１２、ガス室３５、拡散抵抗部３２及び発熱体３４の発熱部３４１は、長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位に配置されている。センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、検出電極３１１及び基準電極３１２と、これらの電極３１１，３１２の間に挟まれた固体電解質体３１の部分とによる検知部２１が形成されている。

センサ素子２の長尺方向Ｌとは、センサ素子２が長尺形状に形成された方向のことをいう。また、長尺方向Ｌに直交し、固体電解質体３１と絶縁体３３Ａ，３３Ｂとが積層された方向、換言すれば、固体電解質体３１、絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及び発熱体３４が積層された方向を、積層方向Ｄという。また、長尺方向Ｌと積層方向Ｄとに直交する方向を、幅方向Ｗという。また、センサ素子２の長尺方向Ｌにおいて、検知部２１が形成された側を先端側Ｌ１といい、先端側Ｌ１の反対側を後端側Ｌ２という。

図２に示すように、検出電極３１１及び基準電極３１２には、これらの電極３１１，３１２をガスセンサ１の外部と電気接続するための電極リード部３１３，３１４が接続されており、この電極リード部３１３，３１４は、長尺方向Ｌの後端側Ｌ２の部位まで引き出されている。なお、図２、図３等においては、分かりやすくするために、センサ素子２の長尺方向Ｌの長さを短くして示す。

また、図２及び図５に示すように、発熱体３４は、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１の、長尺方向Ｌの後端側Ｌ１に繋がる一対の発熱体リード部３４２とを有する。
発熱部３４１は、直線部分及び曲線部分によって蛇行する線状の導体部によって形成されている。本形態の発熱部３４１の直線部分は、長尺方向Ｌに平行に形成されている。発熱体リード部３４２は、直線状の導体部によって形成されている。発熱部３４１の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部３４２の単位長さ当たりの抵抗値よりも大きい。発熱体リード部３４２は、長尺方向Ｌの後端側Ｌ２の部位まで引き出されている。発熱体３４は、導電性を有する金属材料を含有している。

本形態の発熱部３４１は、発熱体３４における長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の位置において、長尺方向Ｌに蛇行する形状に形成されている。なお、発熱部３４１は、幅方向Ｗに蛇行して形成されていてもよい。発熱部３４１は、長尺方向Ｌに直交する積層方向Ｄにおいて、検出電極３１１及び基準電極３１２に対向する位置に配置されている。発熱体リード部３４２からの通電によって発熱部３４１が発熱することにより、検出電極３１１、基準電極３１２、及び固体電解質体３１における、各電極３１１，３１２の間に挟まれた部分が目標とする温度に加熱される。

発熱部３４１の断面積は、発熱体リード部３４２の断面積よりも小さく、発熱部３４１の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部３４２の単位長さ当たりの抵抗値よりも高い。この断面積とは、発熱部３４１及び発熱体リード部３４２が延びる方向に直交する面の断面積のことをいう。そして、一対の発熱体リード部３４２に電圧が印加されると、発熱部３４１がジュール熱によって発熱し、この発熱によって、検知部２１の周辺が加熱される。

第１絶縁体３３Ａは、ガス室３５を形成するとともに発熱体３４を埋設するものであり、第２絶縁体３３Ｂは、基準ガスダクト３６を形成するものである。第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体３３Ｂは、アルミナ（酸化アルミニウム）等の金属酸化物によって形成されている。各絶縁体３３Ａ，３３Ｂは、検出対象ガスＧ又は基準ガスＡが透過することができない緻密体として形成されており、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂには、気体が通過することができる気孔がほとんど形成されていない。

図２及び図３に示すように、第１絶縁体３３Ａは、ガス室３５を形成するために積層方向Ｄに貫通された貫通穴３３２を有する絶縁スペーサ３３１と、絶縁スペーサ３３１に積層されて、発熱体３４を埋設するための埋設プレート３３４Ａ，３３４Ｂとによって形成されている。発熱体３４は、埋設プレート３３４Ａ，３３４Ｂの間に埋設されている。

ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａと拡散抵抗部３２と固体電解質体３１とによって閉じられた空間部として形成されている。排気管内を流れる排ガスである検出対象ガスＧは、拡散抵抗部３２を通過してガス室３５内に導入される。

本形態の拡散抵抗部３２は、ガス室３５の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して形成されている。拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａの絶縁スペーサ３３１において、ガス室３５の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して開口された導入口３３３内に配置されている。拡散抵抗部３２は、アルミナ等の多孔質の金属酸化物によって形成されている。ガス室３５に導入される検出対象ガスＧの拡散速度（流量）は、検出対象ガスＧが拡散抵抗部３２における気孔を透過する速度が制限されることによって決定される。

拡散抵抗部３２は、ガス室３５の幅方向Ｗの両側に隣接して形成してもよい。この場合には、拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａの絶縁スペーサ３３１において、ガス室３５の幅方向Ｗの両側に隣接して開口された導入口３３３内に配置される。なお、拡散抵抗部３２は、多孔質体を用いて形成する以外にも、ガス室３５に連通された小さな貫通穴であるピンホールを用いて形成することもできる。

図２及び図３に示すように、第２絶縁体３３Ｂは、基準ガスダクト３６を構成する切欠き部３３６が形成された絶縁スペーサ３３５と、絶縁スペーサ３３５に積層された絶縁プレート３３７とによって形成されている。第１絶縁体３３Ａの絶縁スペーサ３３１及び第２絶縁体３３Ｂの絶縁スペーサ３３５においては、成形、切削、ペーストの塗布等の種々の方法によって、貫通穴３３２又は切欠き部３３６を形成することができる。

基準ガスダクト３６は、長尺方向Ｌの後端側Ｌ２が開口された、基準ガスＡのダクトとして形成されている。基準ガスダクト３６は、センサ素子２の長尺方向Ｌの後端位置から、固体電解質体３１を介してガス室３５と対向する位置まで形成されている。基準電極３１２は、基準ガスダクト３６内における先端側Ｌ１の部位に収容されている。基準ガスダクト３６には、基準ガスＡとしての大気が、センサ素子２の後端に位置する後端開口部３６０から導入される。

基準ガスダクト３６における、長尺方向Ｌに直交する断面の断面積は、ガス室３５における、長尺方向Ｌに直交する断面の断面積よりも大きい。また、基準ガスダクト３６の積層方向Ｄの厚み（幅）は、ガス室３５の積層方向Ｄの厚み（幅）よりも大きい。基準ガスダクト３６の断面積、厚み、体積等が、ガス室３５の断面積、厚み、体積等よりも大きいことにより、検出電極３１１における未燃ガスを反応させるための、基準ガスＡ中の酸素を、基準ガスダクト３６から検出電極３１１へ十分に供給することができる。

図１に示すように、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位の全周には、検出電極３１１に対する被毒物質、排気管内に生じる凝縮水等を捕獲するための多孔質層３７が設けられている。多孔質層３７は、アルミナ等の多孔質のセラミックス（金属酸化物）によって形成されている。多孔質層３７の気孔率は、拡散抵抗部３２の気孔率よりも大きく、多孔質層３７を透過することができる検出対象ガスＧの流量は、拡散抵抗部３２を透過することができる検出対象ガスＧの流量よりも多い。

（伝熱部材３８）
図３及び図４に示すように、伝熱部材３８は、検出電極３１１の一部に接触する状態で、検出電極３１１と第１絶縁体３３Ａとの間に掛け渡されている。センサ素子２の積層方向Ｄに直交する断面において、伝熱部材３８の断面積は、検出電極３１１の断面積よりも小さい。本形態の伝熱部材３８は、検出電極３１１の平面内（積層方向Ｄに直交する断面内）の中心部付近において、検出電極３１１の表面と第１絶縁体３３Ａの内壁面との間に柱状に配置されている。本形態の伝熱部材３８は、丸形状の断面に形成されている。これ以外にも、伝熱部材３８は、種々の断面形状に形成することができる。

伝熱部材３８は、例えば、図６に示すように、検出電極３１１の中心部付近に矩形状に形成することができる。また、伝熱部材３８は、図７に示すように、検出電極３１１と対向する位置だけでなく、検出電極３１１からはみ出して固体電解質体３１の第１主面３０１と対向する位置にも配置することができる。また、伝熱部材３８は、検出電極３１１の一方側端面から他方側端面まで連続して形成することもできる。矩形状の伝熱部材３８は、長尺方向Ｌに長い形状にしてもよく、幅方向Ｗに長い形状にしてもよい。また、伝熱部材３８は、長尺方向Ｌの延びる部分と幅方向Ｗに延びる部分とによって形成することもできる。また、伝熱部材３８は、検出電極３１１と第１絶縁体３３Ａとの間の複数個所に配置することもできる。

伝熱部材３８の積層方向Ｄに直交する断面積を大きくすることにより、伝熱部材３８を介する伝熱性を高めることができる。ただし、伝熱部材３８が検出電極３１１に接触している場合には、伝熱部材３８が検出電極３１１に接触する面積が大きくなると検出電極３１１の表面積が小さくなる。そのため、発熱部３４１から固体電解質体３１等への伝熱と、検出電極３１１における電気化学反応とのバランスを考慮して、伝熱部材３８の断面積を決定することができる。

伝熱部材３８は、ペースト状の金属酸化物を、第１絶縁体３３Ａ又は検出電極３１１に塗布し、その後、センサ素子２の全体を焼結することによって形成することができる。また、伝熱部材３８を形成するための固形状のスペーサを第１絶縁体３３Ａと検出電極３１１との間に配置し、その後、センサ素子２の全体を焼結することによって伝熱部材３８を形成することもできる。

伝熱部材３８と検出電極３１１との界面においては、検出電極３１１を構成する貴金属の熱伝導率が、金属酸化物の熱伝導率よりも高いことにより、伝熱部材３８の熱伝導性がよくなる。一方、伝熱部材３８と第１絶縁体３３Ａとの界面においては、伝熱部材３８の熱伝導性は下がるが、金属酸化物同士が強固に結合される。

伝熱部材３８は、絶縁性のある金属酸化物であればよく、アルミナの他、ジルコニア、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等から構成することができる。伝熱部材３８は、緻密材として、気体をほとんど透過させない性質を有する。伝熱部材３８においては、金属酸化物の粒子同士が互いに焼結されていることにより、粒子間にほとんど間隙が形成されておらず、検出対象ガスＧとしての排ガスが透過することができなくなっている。そして、伝熱部材３８にほとんど間隙が形成されていないことにより、伝熱部材３８の伝熱性を高くすることができる。

（ガスセンサ１の他の構成）
図１に示すように、ガスセンサ１は、センサ素子２等の他に、センサ素子２を保持する第１インシュレータ４２、第１インシュレータ４２を保持するハウジング４１、第１インシュレータ４２に連結された第２インシュレータ４３、第２インシュレータ４３に保持されてセンサ素子２に接触する接点端子４４を備える。また、ガスセンサ１は、ハウジング４１の先端側Ｌ１の部分に装着された先端側カバー４５、ハウジング４１の後端側Ｌ２の部分に装着されて第２インシュレータ４３、接点端子４４等を覆う後端側カバー４６、接点端子４４に繋がるリード線４８を後端側カバー４６に保持するためのブッシュ４７等を備える。

先端側カバー４５は、内燃機関の排気管内に配置される。先端側カバー４５には、検出対象ガスＧとしての排ガスを通過させるためのガス通過孔４５１が形成されている。先端側カバー４５は、二重構造のものとすることができ、一重構造のものとすることもできる。先端側カバー４５のガス通過孔４５１から先端側カバー４５内に流入する検出対象ガスＧとしての排ガスは、センサ素子２の多孔質層３７及び拡散抵抗部３２を通過して検出電極３１１へと導かれる。

図１に示すように、後端側カバー４６は、内燃機関の排気管の外部に配置される。後端側カバー４６には、後端側カバー４６内へ基準ガスＡとしての大気を導入するための大気導入孔４６１が形成されている。大気導入孔４６１には、液体を通過させない一方、気体を通過させるフィルタ４６２が配置されている。大気導入孔４６１から後端側カバー４６内に導入される基準ガスＡは、後端側カバー４６内の隙間及び基準ガスダクト３６を通過して基準電極３１２へと導かれる。

図１及び図２に示すように、接点端子４４は、検出電極３１１の電極リード部３１３、基準電極３１２の電極リード部３１４、発熱体３４の発熱体リード部３４２のそれぞれに接続されるよう、第２インシュレータ４３に複数配置されている。また、リード線４８は、接点端子４４のそれぞれに接続されている。

図１及び図３に示すように、ガスセンサ１におけるリード線４８は、ガスセンサ１におけるガス検出の制御を行うセンサ制御装置６に電気接続される。センサ制御装置６は、エンジンにおける燃焼運転を制御するエンジン制御装置と連携してガスセンサ１における電気制御を行うものである。センサ制御装置６には、検出電極３１１と基準電極３１２との間に流れる電流を測定する測定回路６１、検出電極３１１と基準電極３１２との間に電圧を印加する印加回路６２、発熱体３４に通電を行うための通電回路等が形成されている。なお、センサ制御装置６は、エンジン制御装置内に構築してもよい。

（製造方法）
センサ素子２の製造においては、固体電解質体３１、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ、拡散抵抗部３２、発熱体３４等を積層して積層体とし、この積層体を加熱して焼結する。検出電極３１１及び基準電極３１２は、白金、固体電解質、溶媒等を含有するペースト材料を固体電解質体３１に印刷（塗布）し、センサ素子２の積層体を焼結する際に、白金及び固体電解質が焼結されて形成される。

（作用効果）
本形態のガスセンサ１においては、ガス室３５を形成する第１絶縁体３３Ａ内に発熱体３４が埋設されており、ガス室３５の一部における、検出電極３１１と、第１絶縁体３３Ａとの間には、伝熱部材３８が挟持されている。この伝熱部材３８は、検出対象ガスＧとしての排ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されており、発熱体３４の発熱部３４１から固体電解質体３１及び各電極３１１，３１２への伝熱を促進する。

そして、ガスセンサ１の使用時において、固体電解質体３１及び各電極３１１，３１２が発熱部３４１の発熱によって加熱されるときには、発熱部３４１における熱は、第１絶縁体３３Ａを介して固体電解質体３１及び各電極３１１，３１２に伝わるとともに、伝熱部材３８を介しても固体電解質体３１及び各電極３１１，３１２に伝わる。このとき、発熱部３４１から第１絶縁体３３Ａを介して固体電解質体３１及び各電極３１１，３１２へは、ガス室３５を迂回するように伝熱が行われる一方、発熱部３４１から伝熱部材３８を介して固体電解質体３１及び各電極３１１，３１２へは、直進的に伝熱が行われる。

これにより、発熱部３４１から固体電解質体３１及び各電極３１１，３１２への伝熱性、換言すれば、センサ素子２の伝熱性を高めることができる。また、ガスセンサ１の始動時等においては、発熱部３４１の発熱によってセンサ素子２を酸素イオンの伝導性を活性化させる温度に加熱するための時間を短縮することができる。

また、ガスセンサ１の使用時において、発熱部３４１による熱を効果的に固体電解質体３１及び各電極３１１，３１２へ伝えることができる。そのため、発熱体３４によってセンサ素子２を加熱する際の発熱体３４の消費電力を低減させることができる。

また、本形態においては、発熱体３４が、ガス室３５を形成する第１絶縁体３３Ａの内部に埋設されていることにより、発熱体３４と固体電解質体３１との距離を近づけることができる。そして、発熱体３４の発熱部３４１によって固体電解質体３１及び各電極３１１，３１２を加熱する時間をより短縮することができる。

それ故、本形態のガスセンサ１によれば、センサ素子２の伝熱性を高めて、センサ素子２の早期活性化を図ることができる。

＜実施形態２＞
本形態においては、発熱体３４を第２絶縁体３３Ｂの内部に埋設したセンサ素子２について示す。
図８及び図９に示すように、第２絶縁体３３Ｂには、基準ガスＡが導入される基準ガスダクト３６が形成されている。発熱体３４は、第２絶縁体３３Ｂにおいて、基準電極３１２に対向して配置されている。本形態の伝熱部材３８は、基準ガスダクト３６の一部において、基準電極３１２と、発熱体３４が埋設された第２絶縁体３３Ｂとの間に挟持されている。

第２絶縁体３３Ｂは、基準ガスダクト３６を形成するとともに、発熱体３４を埋設する絶縁スペーサ３３５及び絶縁プレート３３７Ａ，３３７Ｂを積層して形成することができる。第１絶縁体３３Ａは、ガス室３５を形成するよう絶縁スペーサ３３１及び絶縁プレート３３４を積層して形成することができる。

本形態のセンサ素子２においても、発熱体３４の発熱部３４１から発生する熱を、第２絶縁体３３Ｂ及び伝熱部材３８を介して固体電解質体３１及び各電極３１１，３１２へ効果的に伝えることができる。そのため、本形態のガスセンサ１によれば、実施形態１の場合と同様に、センサ素子２の伝熱性を高めて、センサ素子２の早期活性化を図ることができる。

本形態のガスセンサ１におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。

＜実施形態３＞
本形態においては、発熱体３４の発熱部３４１と伝熱部材３８との種々の配置関係について示す。
本形態においては、図１０に示すように、発熱部３４１の一部と伝熱部材３８の一部とは、積層方向Ｄにおいて互いに重なる位置に配置されている。また、本形態においては、第１絶縁体３３Ａに発熱体３４が埋設された場合について示す。発熱部３４１においては、発熱部３４１が設けられた、積層方向Ｄに直交する平面内（長尺方向Ｌ及び幅方向Ｗに平行な平面内）において最も高温になる発熱中心が形成される。

発熱中心は、第１絶縁体３３Ａにおける発熱部３４１の配置位置の長尺方向Ｌ及び幅方向Ｗの中心付近に形成される。発熱中心は、発熱体３４への通電を開始して１秒が経過した後、集中的に発熱する領域としてのヒートスポットを形成する。ヒートスポットが形成される位置は、発熱部３４１の形成状態、伝熱部材３８と発熱部３４１との積層方向Ｄにおける重なり具合等に応じて変化する。本形態においては、ヒートスポットが検出電極３１１の平面内の中心位置の近くに形成されるようにしている。

図１０に示すように、本形態の発熱部３４１は、長尺方向Ｌに蛇行して形成されており、長尺方向Ｌに平行な複数の平行部分３４３Ａ，３４３Ｂと、平行部分３４３Ａ，３４３Ｂ同士を曲線状に連結する連結部分３４４とを有する。平行部分３４３Ａ，３４３Ｂは、幅方向Ｗの内側位置に一対に形成された内側平行部分３４３Ａと、内側平行部分３４３Ａに対して幅方向Ｗの外側位置に一対に形成された一対の外側平行部分３４３Ｂとを有する。

一対の内側平行部分３４３Ａ同士の幅方向Ｗの間隔は、互いに隣接する内側平行部分３４３Ａと外側平行部分３４３Ｂとの間隔よりも狭い。伝熱部材３８の一部は、一対の内側平行部分３４３Ａの一部に対して積層方向Ｄに重なる位置に配置されている。一対の内側平行部分３４３Ａ同士の間隔が、互いに隣接する内側平行部分３４３Ａと外側平行部分３４３Ｂとの間隔よりも狭いことにより、伝熱部材３８の一部が一対の内側平行部分３４３Ａに積層方向Ｄにおいて対向しやすくすることができる。

伝熱部材３８は、長尺方向Ｌ及び幅方向Ｗに平行な平面内において、長尺方向Ｌに平行に形成して、伝熱部材３８の一部を、一対の内側平行部分３４３Ａの一部に積層方向Ｄにおいて重なる位置に配置することができる。この場合、図１１に示すように、伝熱部材３８は、一方の内側平行部分３４３Ａに対して積層方向Ｄに対向する位置に設けることができる。

また、図１２に示すように、伝熱部材３８は、長尺方向Ｌ及び幅方向Ｗに平行な平面内において、長尺方向Ｌに対して傾斜して形成し、伝熱部材３８の一部を、一対の内側平行部分３４３Ａの一部に積層方向Ｄにおいて対向させることができる。この場合、伝熱部材３８は、一対の内側平行部分３４３Ａに対して積層方向Ｄに部分的に対向する状態で形成することができる。

また、図１３に示すように、伝熱部材３８は、一対の内側平行部分３４３Ａのそれぞれに対して積層方向Ｄにおいて対向するよう一対に形成することもできる。この場合、伝熱部材３８は、内側平行部分３４３Ａと平行に形成することができる。また、この場合、図１４に示すように、伝熱部材３８は、各内側平行部分３４３Ａの長尺方向Ｌの複数個所に対して積層方向Ｄに対向する状態で形成することができる。

また、図１５に示すように、発熱体３４の発熱部３４１は、幅方向Ｗに蛇行する状態で形成することもできる。発熱部３４１は、一対の発熱体リード部３４２の長尺方向Ｌに繋がる一対の蛇行部分３４５によって形成することができる。蛇行部分３４５は、幅方向Ｗの内側位置において曲線状に形成された内側曲線部分３４６Ａと、幅方向Ｗの外側位置において曲線状に形成された外側曲線部分３４６Ｂとが交互に連なって形成されている。

伝熱部材３８は、一対の蛇行部分３４５における複数の内側曲線部分３４６Ａに積層方向Ｄにおいて重なる位置に配置することができる。また、図１６に示すように、伝熱部材３８は、一方の蛇行部分３４５における内側曲線部分３４６Ａに積層方向Ｄにおいて重なる位置に配置することもできる。これらの場合に、伝熱部材３８は、センサ素子２の長尺方向Ｌに平行に形成することができる。

また、図１７に示すように、伝熱部材３８は、長尺方向Ｌ及び幅方向Ｗに平行な平面内において、長尺方向Ｌに対して傾斜して形成し、伝熱部材３８の一部を、一対の蛇行部分３４５の一部に積層方向Ｄにおいて重なる位置に配置することができる。また、図１８に示すように、伝熱部材３８は、一対の蛇行部分３４５のそれぞれに対して積層方向Ｄにおいて対向するよう一対に形成することもできる。この場合、伝熱部材３８は、一対の蛇行部分３４５の内側曲線部分３４６Ａに積層方向Ｄにおいて重なる位置に形成することができ、一対の蛇行部分３４５の内側曲線部分３４６Ａ及び外側曲線部分３４６Ｂに積層方向Ｄにおいて重なる位置に形成することもできる。

また、発熱体３４の発熱部３４１は、発熱体リード部３４２に比べて比抵抗が大きい状態にあれば、必ずしも蛇行して形成する必要はない。図１９に示すように、発熱部３４１は、一対の発熱体リード部３４２に繋がる、センサ素子２の長尺方向Ｌに平行な一対の平行部分と、一対の平行部分を連結する連結部分として形成することもできる。この場合、伝熱部材３８は、一対の平行部分に積層方向Ｄに重なる位置に形成することができる。また、図２０に示すように、伝熱部材３８は、一方の平行部分に積層方向Ｄにおいて重なる位置に形成することもできる。

また、この場合には、図２１に示すように、伝熱部材３８は、一対の平行部分に積層方向Ｄにおいて重なるように、長尺方向Ｌに傾斜して形成することもできる。また、図２２に示すように、伝熱部材３８は、一対の平行部分のそれぞれに対して積層方向Ｄにおいて対向するよう一対に形成することもできる。

本形態においても、発熱体３４は、第１絶縁体３３Ａに埋設する代わりに、第２絶縁体３３Ｂに埋設することもできる。この場合にも、発熱部３４１と伝熱部材３８とは、積層方向Ｄにおいて重なる種々の位置関係で配置することができる。

＜実施形態４＞
本形態においては、センサ素子２が複数の固体電解質体３１Ａ，３１Ｂを有する場合について示す。
図２３及び図２４に示すように、本形態のセンサ素子２は、２枚の固体電解質体３１Ａ，３１Ｂを有し、固体電解質体３１Ａ，３１Ｂ同士の間に位置するガス室３５の一部に伝熱部材３８を有する。２枚の固体電解質体３１Ａ，３１Ｂは、第１ポンプ電極３１１Ａ及び第２ポンプ電極３１１Ｂを有する第１固体電解質体３１Ａと、検出電極３１２Ａ及び基準電極３１２Ｂを有する第２固体電解質体３１Ｂとからなる。

第１固体電解質体３１Ａは、酸素イオンの伝導性を有するものである。第１固体電解質体３１Ａは、２つの固体電解質体３１Ａ，３１Ｂのうちの、発熱体３４が埋設された第３絶縁体３３Ｅから遠い方に位置するものである。第１ポンプ電極３１１Ａ及び第２ポンプ電極３１１Ｂは、第１固体電解質体３１Ａの長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の位置における互い対向する位置に設けられている。第２固体電解質体３１Ｂは、第１固体電解質体３１Ａに対向して配置されており、酸素イオンの伝導性を有するものである。検出電極３１２Ａ及び基準電極３１２Ｂは、第２固体電解質体３１Ｂの長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の位置における互い対向する位置に設けられている。

本形態のセンサ素子２は、第１絶縁体３３Ｃと、ガス室３５を形成するための第２絶縁体３３Ｄと、発熱体３４を埋設するための第３絶縁体３３Ｅとを有する。第１絶縁体３３Ｃは、第１固体電解質体３１Ａの第１ポンプ電極３１１Ａが設けられた主面に積層されている。第１絶縁体３３Ｃには、第１ポンプ電極３１１Ａを保護するとともに、第１ポンプ電極３１１Ａへ検出対象ガスＧを導入するための多孔質体３９が配置されている。

図２３及び図２４に示すように、第２絶縁体３３Ｄは、第１固体電解質体３１Ａの第２ポンプ電極３１１Ｂが設けられた主面と第２固体電解質体３１Ｂの検出電極３１２Ａが設けられた主面との間に挟まれている。第２絶縁体３３Ｄにおける幅方向Ｗの両側には、検出対象ガスＧを透過させる拡散抵抗部３２が配置されている。拡散抵抗部３２は、第２絶縁体３３Ｄにおける長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の位置に配置することもできる。なお、第１固体電解質体３１Ａの第２ポンプ電極３１１Ｂが設けられた主面と、第２固体電解質体３１Ｂの検出電極３１２Ａが設けられた主面とは互いに向き合っている。

第３絶縁体３３Ｅは、第２固体電解質体３１Ｂの基準電極３１２Ｂが設けられた主面に積層されている。第３絶縁体３３Ｅは、発熱体３４を挟み込んで埋設する一対の絶縁プレート３３９によって形成されている。基準電極３１２は、第２固体電解質体３１Ｂと第３絶縁体３３Ｅとに挟まれて、第３絶縁体３３Ｅ内に埋設されている。

第１ポンプ電極３１１Ａと第２ポンプ電極３１１Ｂとは、第１固体電解質体３１Ａにおける互いに対向する位置に配置されている。検出電極３１２Ａと基準電極３１２Ｂとは、第２固体電解質体３１Ｂにおける互いに対向する位置に配置されている。また、第２ポンプ電極３１１Ｂと検出電極３１２Ａとは、ガス室３５内において互いに対向している。

発熱体３４は、第３絶縁体３３Ｅ内に埋設されており、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１の、長尺方向Ｌの後端側Ｌ２に繋がる発熱体リード部３４２とを有する。発熱部３４１の少なくとも一部は、各固体電解質体３１Ａ，３１Ｂと各絶縁体３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅとの積層方向Ｄにおいて、各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２Ａ，３１２Ｂに重なる位置に配置されている。

ガス室３５は、第１固体電解質体３１Ａ、第２固体電解質体３１Ｂ及び第２絶縁体３３Ｄによって囲まれて形成されるとともに、第２ポンプ電極３１１Ｂ及び検出電極３１２Ａを収容する位置に形成されている。拡散抵抗部３２は、ガス室３５に連通して第２絶縁体３３Ｄに設けられており、ガス室３５へ検出対象ガスＧを所定の拡散速度で導入するためのものである。

図２３及び図２４に示すように、伝熱部材３８は、ガス室３５の一部において、第２ポンプ電極３１１Ｂと検出電極３１２Ａとの間に挟持されており、発熱部３４１から第１固体電解質体３１Ａ、第１ポンプ電極３１１Ａ及び第２ポンプ電極３１１Ｂへの伝熱を促進するためのものである。伝熱部材３８は、ガス室３５における１個所に配置するだけでなく、ガス室３５における複数個所に配置することもできる。本形態の伝熱部材３８も、実施形態３において示したように、発熱部３４１に積層方向Ｄにおいて重なる位置に配置することができる。

本形態のセンサ素子２を用いたガスセンサ１においては、第１ポンプ電極３１１Ａと第２ポンプ電極３１１Ｂとの間に電圧が印加され、ガス室３５内に導入される検出対象ガスＧの酸素濃度が調整される。また、検出電極３１２Ａと基準電極３１２Ｂとの間にも、拡散抵抗部３２を利用して限界電流特性が生じるための電圧が印加され、ガス室３５内の酸素濃度に応じて、検出電極３１２Ａと基準電極３１２Ｂとの間に流れるセンサ電流が検出される。ガスセンサ１のセンサ制御装置６は、このセンサ電流によって、検出対象ガスＧから特定される、内燃機関の空燃比等を求めることができる。

本形態においては、発熱部３４１の熱は、第３絶縁体３３Ｅ及び第２固体電解質体３１Ｂを経由するとともに、ガス室３５の周囲に位置する第２絶縁体３３Ｄを経由して、第１固体電解質体３１Ａ及び第１、第２ポンプ電極３１１Ｂへ伝達される。また、伝熱部材３８の存在により、発熱部３４１の熱は、第２固体電解質体３１Ｂの検出電極３１２Ａから伝熱部材３８を経由して第１固体電解質体３１Ａの第２ポンプ電極３１１Ｂへと伝達される。そして、発熱部３４１の熱は、各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２Ａ，３１２Ｂの周囲において第２絶縁体３３Ｄを経由して第１固体電解質体３１Ａに伝達されるだけでなく、各電極３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２Ａ，３１２Ｂ及び伝熱部材３８を経由して第１固体電解質体３１Ａに伝達される。

これにより、本形態においては、発熱部３４１から、第１固体電解質体３１Ａ、第１ポンプ電極３１１Ａ及び第２ポンプ電極３１１Ｂへの伝熱性を改善することができる。そして、本形態のガスセンサ１によれば、実施形態１の場合と同様に、センサ素子２の伝熱性を高めて、センサ素子２の早期活性化を図ることができる。

＜実施形態５＞
本形態は、実施形態１に示すセンサ素子２において、伝熱部材３８が、第１絶縁体３３Ａと検出電極３１１及び固体電解質体３１との間に挟持された場合について示す。
図２５及び図２６に示すように、伝熱部材３８は、検出電極３１１と固体電解質体３１とに跨る位置に設けられている。検出電極３１１には、検出電極３１１を積層方向Ｄに貫通する貫通孔３１５が形成されている。本形態の貫通孔３１５は、検出電極３１１の中心部分に形成されており、検出電極３１１の長尺方向Ｌに長い長方形状として形成されている。伝熱部材３８は、検出電極３１１の一部と固体電解質体３１の一部とに接触する状態で設けられている。

伝熱部材３８は、貫通孔３１５を介して固体電解質体３１に接触しているとともに、検出電極３１１における、貫通孔３１５の縁部に接触している。換言すれば、伝熱部材３８は、固体電解質体３１の表面から検出電極３１１の表面にオーバーラップして形成されている。本形態の伝熱部材３８は、貫通孔３１５の長方形状に倣った形状に形成されている。

図２７には、センサ素子２の長尺方向Ｌに直交する断面において、伝熱部材３８と固体電解質体３１及び検出電極３１１とが接触する幅方向Ｗの長さの範囲における、伝熱部材３８と検出電極３１１とのオーバーラップ率αを示す。オーバーラップ率αは、伝熱部材３８の幅方向Ｗの幅をｄ、伝熱部材３８と検出電極３１１とが重なる両側の範囲をｄ１、ｄ２としたとき、α＝（ｄ１＋ｄ２）／ｄの式によって表される。

同図においては、オーバーラップ率αが０～１の間で変化するときに、検出電極３１１の電気抵抗比がどれだけ変化するかを示す。検出電極３１１の電気抵抗比は、センサ素子２に伝熱部材３８が設けられていない場合を基準としての１とする。オーバーラップ率αが１である場合は、伝熱部材３８の全体が検出電極３１１に接触している場合を示す。オーバーラップ率αは、伝熱部材３８の配置箇所に対応して、検出電極３１１に形成する貫通孔３１５の大きさを大きくすることによって小さくする。オーバーラップ率αが０である場合は、伝熱部材３８の全体が、貫通孔３１５内に配置された状態で固体電解質体３１に接触している場合を示す。オーバーラップ率αが小さくなると、検出電極３１１の面積が小さくなり、検出電極３１１の電気抵抗比は大きくなる。

検出電極３１１の電気抵抗とは、固体電解質体３１を介して検出電極３１１と基準電極３１２との間に酸素イオンによる電流が流れる際の検出電極３１１の電気抵抗のことをいう。同図のグラフは、検出電極３１１が７５０℃である場合についての電気抵抗を求めたものである。オーバーラップ率が０．４よりも小さくなると、検出電極３１１の電気抵抗比の増加割合が大きくなることが分かる。そのため、オーバーラップ率は、０．４以上となるようにすることが好ましい。

本形態の伝熱部材３８は、検出電極３１１及び固体電解質体３１に跨って接触していることにより、検出電極３１１の有効表面積の減少を抑え、伝熱部材３８の接合強度を高めることができる。より具体的には、伝熱部材３８が固体電解質体３１にも接触していることにより、伝熱部材３８によって検出電極３１１を覆う面積が減少し、検出電極３１１の有効表面積が大きく保たれる。これにより、ガスセンサ１によってガス検出を行う際の電気抵抗の増加を抑制することができる。

また、伝熱部材３８が、検出電極３１１だけではなく固体電解質体３１に接合されていることにより、伝熱部材３８と固体電解質体３１とは金属酸化物同士の結合によって強固に結合される。これにより、センサ素子２における伝熱部材３８の接合強度を高めることができる。また、本形態においても、伝熱部材３８によって、センサ素子２の伝熱性を高めることができる。

なお、検出電極３１１には、貫通孔３１５を形成する代わりに、検出電極３１１の一部を切り欠く切欠きを形成してもよい。貫通孔３１５及び切欠きは、固体電解質体３１の表面が露出するように、検出電極３１１の略四角形状の外形内において、検出電極３１１が形成されていない部分によって形成される。

＜実施形態６＞
本形態は、図２８に示すように、実施形態２に示すセンサ素子２において、伝熱部材３８が、第２絶縁体３３Ｂと基準電極３１２及び固体電解質体３１との間に挟持された場合について示す。
本形態の発熱体３４は、基準ガスダクト３６が形成された第２絶縁体３３Ｂの内部に埋設されている。伝熱部材３８は、基準電極３１２と固体電解質体３１とに跨る位置に設けられている。基準電極３１２には、基準電極３１２を積層方向Ｄに貫通する貫通孔３１５が形成されている。本形態の貫通孔３１５は、基準電極３１２の中心部分に形成されている。伝熱部材３８は、基準電極３１２の一部と固体電解質体３１の一部とに接触する状態で設けられている。

伝熱部材３８は、貫通孔３１５を介して固体電解質体３１に接触しているとともに、基準電極３１２における、貫通孔３１５の縁部に接触している。換言すれば、伝熱部材３８は、固体電解質体３１の表面から基準電極３１２の表面にオーバーラップして形成されている。

本形態においても、基準電極３１２と固体電解質体３１とに接触する伝熱部材３８によって、実施形態５のセンサ素子２と同様の作用効果を得ることができる。本形態のガスセンサ１におけるその他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。

＜実施形態７＞
本形態においては、実施形態１に示したセンサ素子２について、検出電極３１１の表面に伝熱部材３８を設ける位置を検討した。
発明者の研究の結果、伝熱部材３８が検出電極３１１の表面に設けられる場合、伝熱部材３８は、検出電極３１１における、拡散抵抗部３２を通過した検出対象ガスＧが始めに接触する部位には設けない方がよいことが分かった。

図２９に示すように、センサ素子２において、拡散抵抗部３２は、第１絶縁体３３Ａにおける長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位に設けられており、ガス室３５内には、拡散抵抗部３２を介してセンサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１から検出対象ガスＧが導入される。伝熱部材３８は、検出電極３１１の表面の一部に接触して設けられる。伝熱部材３８の積層方向Ｄに直交する断面の断面積は、検出電極３１１の積層方向Ｄに直交する断面の断面積よりも小さい。

伝熱部材３８は、検出電極３１１における、拡散抵抗部３２に近い長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位を除く、検出電極３１１の一部に接触して設けられている。検出電極３１１の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部分は、伝熱部材３８が接触していないことによって、検出対象ガスＧに晒されている。

図３０には、検出電極３１１の長尺方向Ｌの先端３１６から基端側Ｌ２への位置と、検出電極３１１と基準電極３１２とにガス検出を行う際の電流が流れるときの検出電極３１１の累積電流との関係を示す。検出電極３１１においては、検出対象ガスＧが始めに接触する長尺方向Ｌの先端側Ｌ１から順に電気化学反応が開始される。そして、検出電極３１１の長尺方向Ｌの基端側Ｌ２に行くに連れて、電気化学反応は弱くなる。

検出電極３１１における長尺方向Ｌの先端側部分の表面を伝熱部材３８によって塞いでしまうと、この先端側部分において分解されて電流として検出されるべき酸素が拡散されてしまう。そのため、検出電極３１１における長尺方向Ｌの先端側部分の表面には、伝熱部材３８が接触していないことが好ましい。

累積電流は、検出電極３１１の全体に流れる電流を１００％とした場合に、検出電極３１１の長尺方向Ｌの先端３１６から基端側Ｌ２へ行くに連れて累積されて増加する電流を表す。累積電流は、検出電極３１１の長尺方向Ｌの先端３１６においては０％であるものの、検出電極３１１の先端３１６から基端側Ｌ２へ４ｍｍ移動した位置においては、ほぼ１００％となる。

つまり、検出電極３１１の先端３１６から基端側Ｌ２へ４ｍｍ以上移動した位置においては、検出電極３１１に流れる電流は最大になる。最低限５０％程度の累積電流が得られれば、検出電極３１１における電気化学反応が得られることより、伝熱部材３８は、検出電極３１１の長尺方向Ｌの先端３１６から０．２ｍｍ以上離れた位置から基端側Ｌ２に向けて設けることができる。また、最低限７０％程度の累積電流を得るためには、伝熱部材３８は、検出電極３１１の長尺方向Ｌの先端３１６から０．５ｍｍ以上離れた位置から基端側Ｌ２に向けて設けることが好ましい。

また、図３１には、検出電極３１１に対して伝熱部材３８を設ける長尺方向Ｌの位置を変化させた種々の場合において、センサ素子２によって、検出対象ガスＧの空燃比（Ａ／Ｆ）が、Ａ／Ｆ＝１５からＡ／Ｆ＝１４に変化したことを検出するための応答時間がどれだけになるかを求めたシミュレーション結果を示す。伝熱部材３８の長尺方向Ｌの長さは４ｍｍとし、伝熱部材３８の幅方向Ｗの幅は１ｍｍとし、検出電極３１１の幅方向Ｗの幅は２ｍｍとした。そして、検出電極３１１の長尺方向Ｌの先端３１６から、伝熱部材３８の長尺方向Ｌの先端３８１までの距離をＬｘ［ｍｍ］とし、この距離Ｌｘを０～４ｍｍの範囲で変化させた。

同図において、応答時間は、距離Ｌｘが４ｍｍである場合を基準としての１とし、距離Ｌｘが変化するに連れて応答時間が相対的にどれだけ変化するかを求めた。距離Ｌｘが０ｍｍの場合には、応答時間が１．８程度になり、距離Ｌｘが０．２ｍｍの場合には、応答時間が１．３程度になることが分かった。このことより、伝熱部材３８における、検出電極３１１に接触する部位の長尺方向Ｌの先端３８１は、検出電極３１１の長尺方向Ｌの先端３１６から、０．２ｍｍ以上長尺方向Ｌの基端側Ｌ２へ離れていることが好ましい。また、伝熱部材３８における、検出電極３１１に接触する位置の長尺方向Ｌの先端３８１は、検出電極３１１の長尺方向Ｌの先端３１６から、０．５ｍｍ以上長尺方向Ｌの基端側Ｌ２へ離れていることがさらに好ましい。

また、伝熱部材３８は、固体電解質体３１の積層方向Ｄに直交する平面方向における断面積が一定の直線状の柱形状に形成する以外にも、図３２に示すように、固体電解質体３１の平面方向における断面積が検出電極３１１に近づくに連れて小さくなる台形の柱形状に形成することもできる。特に、伝熱部材３８の先端側Ｌ１の側面は、検出電極３１１に近づくに連れて基端側Ｌ２に位置するよう傾斜させることができる。この場合にも、伝熱部材３８における、検出電極３１１に接触する位置の長尺方向Ｌの先端３８１は、検出電極３１１の長尺方向Ｌの先端３１６から、０．２ｍｍ以上長尺方向Ｌの基端側Ｌ２へ離れていることが好ましい。

＜確認試験＞
本確認試験においては、発熱体３４が第１絶縁体３３Ｃ内に埋設されるとともに伝熱部材３８が配置された実施形態１のセンサ素子２を、目標とする作動温度（活性温度）に加熱する際に要する時間を測定した。また、比較のために、発熱体３４が第２絶縁体３３Ｂ内に埋設されるとともに伝熱部材３８が配置されていない従来のセンサ素子を、作動温度に加熱する際に要する時間を測定した。測定を行った結果、実施形態１のセンサ素子２を用いたガスセンサ１においては、加熱を開始してから作動温度に到達するまでの活性時間が、従来のガスセンサの活性時間を１００％としたときに、従来のガスセンサの活性時間に比べて約３０％程度に短縮されることが確認された。そして、実施形態１のセンサ素子２を用いたガスセンサ１においては、センサ素子２を常温（２５℃）から作動温度（例えば６５０℃）にするまでの発熱体３４への通電時間を１秒以下にできることが分かった。

また、本確認試験においては、実施形態１のセンサ素子２を用いたガスセンサ１において、センサ素子２を作動温度に維持するための定常時の消費電力を測定した。また、比較のために、従来のセンサ素子を用いたガスセンサにおいても、センサ素子を作動温度に維持するための定常時の消費電力を測定した。測定を行った結果、実施形態１のセンサ素子２を用いたガスセンサ１においては、従来のガスセンサの定常時の消費電力を１００％としたときに、従来のガスセンサの消費電力に比べて、約５０％程度に小さくなることが確認された。

また、本確認試験においては、伝熱部材３８が発熱部３４１に積層方向Ｄにおいて重なる実施形態３のセンサ素子２を用いたガスセンサ１と、伝熱部材３８が発熱部３４１に積層方向Ｄにおいて重ならない実施形態１のセンサ素子２を用いたガスセンサ１とについて、発熱体３４に通電を開始してから目標とする作動温度になるまでの活性時間について測定した。測定を行った結果、実施形態３のセンサ素子２を用いたガスセンサ１の活性時間は、実施形態１のセンサ素子２を用いたガスセンサ１の活性時間に比べて、約３０％程度に短縮されることが確認された。

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。

１ガスセンサ
２センサ素子
３１，３１Ａ，３１Ｂ固体電解質体
３１１，３１２，３１１Ａ，３１１Ｂ，３１２Ａ，３１２Ｂ電極
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ絶縁体
３４発熱体
３５ガス室（ガス空間）
３８伝熱部材

Claims

長尺板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体における、検出対象ガス（Ｇ）に晒される第１主面（３０１）であって前記センサ素子の長尺方向（Ｌ）の先端側位置に設けられた検出電極（３１１）と、
前記固体電解質体における、基準ガス（Ａ）に晒される第２主面（３０２）であって前記長尺方向の先端側位置に設けられた基準電極（３１２）と、
前記固体電解質体の前記第１主面に積層された第１絶縁体（３３Ａ）と、
前記固体電解質体と前記第１絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が前記検出電極及び前記基準電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部の、前記長尺方向の後端側に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記第１絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記第１絶縁体における、前記固体電解質体の前記第１主面に隣接する位置であって、前記検出電極を収容する位置に形成されたガス室（３５）と、
前記ガス室に連通して前記第１絶縁体に設けられ、前記ガス室へ前記検出対象ガスを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部（３２）と、
前記固体電解質体の前記第２主面に積層された第２絶縁体（３３Ｂ）と、
前記第２絶縁体における、前記固体電解質体の前記第２主面に隣接する位置であって、前記長尺方向の後端開口部（３６０）から前記基準電極を収容する位置まで形成され、かつ前記後端開口部から前記基準ガスが導入される基準ガスダクト（３６）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス室の一部において、前記第１絶縁体と前記検出電極との間、又は前記第１絶縁体と前記検出電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体、前記検出電極及び前記基準電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備え、
前記拡散抵抗部は、前記第１絶縁体における前記長尺方向の先端側部位に設けられており、
前記伝熱部材の前記積層方向に直交する断面の断面積は、前記検出電極の前記積層方向に直交する断面の断面積よりも小さく、
前記検出電極の前記長尺方向の先端側部分は、前記伝熱部材が接触していないことによって、前記検出対象ガスに晒されている、ガスセンサ。
前記拡散抵抗部は、前記第１絶縁体における、前記ガス室の前記長尺方向の先端側に隣接する先端側部位、前記第１絶縁体における、前記ガス室の、前記長尺方向及び前記積層方向の双方に直交する幅方向の両側に隣接する先端側部位、又は前記第１絶縁体における、前記ガス室の前記積層方向に隣接する先端側部位に設けられている、請求項１に記載のガスセンサ。
前記伝熱部材における、前記検出電極に接触する位置の前記長尺方向の先端は、前記検出電極の前記長尺方向の先端から、０．２ｍｍ以上前記長尺方向の基端側へ離れている、請求項１又は２に記載のガスセンサ。
板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体の表面に設けられた一対の電極（３１１，３１２）と、
前記固体電解質体に積層された絶縁体（３３Ａ，３３Ｂ）と、
前記固体電解質体に隣接する位置において前記絶縁体に囲まれて形成されるとともに、一対の前記電極の一方が収容され、検出対象ガス（Ｇ）又は基準ガス（Ａ）が導入されるガス空間（３５，３６）と、
前記固体電解質体と前記絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が一対の前記電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記ガス空間を形成する前記絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス空間の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体及び一対の前記電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備え、
前記電極には、前記電極を前記積層方向に貫通する貫通孔（３１５）又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、ガスセンサ。
板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体の表面に設けられた一対の電極（３１１，３１２）と、
前記固体電解質体に積層された絶縁体（３３Ａ，３３Ｂ）と、
前記固体電解質体に隣接する位置において前記絶縁体に囲まれて形成されるとともに、一対の前記電極の一方が収容され、検出対象ガス（Ｇ）又は基準ガス（Ａ）が導入されるガス空間（３５，３６）と、
前記固体電解質体と前記絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が一対の前記電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記ガス空間を形成する前記絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス空間の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体及び一対の前記電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備え、
前記ガス空間は、前記検出対象ガスが拡散抵抗部（３２）を介して所定の拡散速度で導入され、一対の前記電極のうちの前記検出対象ガスに晒される検出電極（３１１）が配置されたガス室（３５）として形成されており、
前記発熱体は、前記検出電極に対向して、前記ガス室を形成する前記絶縁体内に埋設されており、
前記伝熱部材は、前記ガス室の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記検出電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記検出電極及び前記固体電解質体との間に挟持されており、
前記検出電極には、前記検出電極を前記積層方向に貫通する貫通孔（３１５）又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記検出電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、ガスセンサ。
長尺板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体における、検出対象ガス（Ｇ）に晒される第１主面（３０１）であって前記センサ素子の長尺方向（Ｌ）の先端側位置に設けられた検出電極（３１１）と、
前記固体電解質体における、基準ガス（Ａ）に晒される第２主面（３０２）であって前記長尺方向の先端側位置に設けられた基準電極（３１２）と、
前記固体電解質体の前記第１主面に積層された第１絶縁体（３３Ａ）と、
前記固体電解質体と前記第１絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が前記検出電極及び前記基準電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部の、前記長尺方向の後端側に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記第１絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記第１絶縁体における、前記固体電解質体の前記第１主面に隣接する位置であって、前記検出電極を収容する位置に形成されたガス室（３５）と、
前記ガス室に連通して前記第１絶縁体に設けられ、前記ガス室へ前記検出対象ガスを所定の拡散速度で導入するための拡散抵抗部（３２）と、
前記固体電解質体の前記第２主面に積層された第２絶縁体（３３Ｂ）と、
前記第２絶縁体における、前記固体電解質体の前記第２主面に隣接する位置であって、前記長尺方向の後端開口部（３６０）から前記基準電極を収容する位置まで形成され、かつ前記後端開口部から前記基準ガスが導入される基準ガスダクト（３６）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス室の一部において、前記第１絶縁体と前記検出電極との間、又は前記第１絶縁体と前記検出電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体、前記検出電極及び前記基準電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備え、
前記検出電極には、前記検出電極を前記積層方向に貫通する貫通孔（３１５）又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記検出電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、ガスセンサ。
板形状のセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）において、
前記センサ素子は、
酸素イオンの伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体の表面に設けられた一対の電極（３１１，３１２）と、
前記固体電解質体に積層された絶縁体（３３Ａ，３３Ｂ）と、
前記固体電解質体に隣接する位置において前記絶縁体に囲まれて形成されるとともに、一対の前記電極の一方が収容され、検出対象ガス（Ｇ）又は基準ガス（Ａ）が導入されるガス空間（３５，３６）と、
前記固体電解質体と前記絶縁体との積層方向（Ｄ）において少なくとも一部が一対の前記電極に重なる位置に配置された、通電によって発熱する発熱部（３４１）、及び前記発熱部に繋がる一対のリード部（３４２）を有し、かつ前記ガス空間を形成する前記絶縁体内に埋設された発熱体（３４）と、
前記検出対象ガスを透過させない、金属酸化物の緻密材によって形成されるとともに、前記ガス空間の一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記電極及び前記固体電解質体との間に挟持され、かつ前記発熱部から前記固体電解質体及び一対の前記電極への伝熱を促進するための伝熱部材（３８）と、を備え、
前記ガス空間は、前記基準ガスが導入され、一対の前記電極のうちの前記基準ガスに晒される基準電極（３１２）が配置された基準ガスダクト（３６）として形成されており、
前記発熱体は、前記基準電極に対向して、前記基準ガスダクトを形成する前記絶縁体内に埋設されており、
前記伝熱部材は、前記基準ガスダクトの一部において、前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記基準電極との間、又は前記発熱体が埋設された前記絶縁体と前記基準電極及び前記固体電解質体との間に挟持されており、
前記基準電極には、前記基準電極を前記積層方向に貫通する貫通孔（３１５）又は切欠きが形成されており、
前記伝熱部材は、前記貫通孔又は前記切欠きを介して前記固体電解質体に接触しているとともに、前記基準電極における、前記貫通孔又は前記切欠きの縁部に接触している、ガスセンサ。