JP7237758B2 - ガスセンサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検出ガスの濃度を検出するセンサ素子を備えたガスセンサ及びその製造方法に関する。

自動車等の排気ガス中の酸素やＮＯｘの濃度を検出するガスセンサとして、固体電解質を用いた板状のセンサ素子を有するものが知られている。
この種のガスセンサとして、板状のセンサ素子の後端側外表面に複数の電極パッドを設け、この電極パッドのそれぞれに端子金具を電気的に接触させてセンサ素子からのセンサ出力信号を外部に取り出したり、センサ素子に積層されたヒータに給電するものが広く用いられている（特許文献１）。
このガスセンサでは、セラミック製筒状のセパレータがセンサ素子の後端側を囲むと共に端子金具を保持している。そして、図１３（ａ）に示すように、セパレータは、セラミック粉末をセパレータ形状に成形して未焼成セパレータ１０００ｘを作製し、未焼成セパレータ１０００ｘの下面を焼成基台（セッタ）１２０の上に載置して焼成して製造されている。

特開２０１８－９９５８号公報

しかしながら、図１３（ａ）の未焼成セパレータ１０００ｘを焼成すると、図１３（ｂ）に示す焼成後のセパレータ１０００は収縮し、その上面は寸法が小さくなる。一方、図１３（ａ）の未焼成セパレータ１０００ｘの下面は焼成基台１２０にほぼ全面で接触しているため、未焼成セパレータ１０００ｘが収縮しようとすると両者間に図１３（ｂ）に示す摩擦力Ｆが発生して収縮を抑制し、焼成後のセパレータ１０００の下面は寸法減少が少ない。このため、焼成後のセパレータ１０００の上面と下面とに寸法（径）差が生じ、予定されたセパレータ形状が得られ難くなるという問題がある。
そこで、本発明は、端子金具を保持するセラミック製のセパレータの寸法精度を向上させることができるガスセンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、該軸線方向に垂直に切断した際の断面形状が一対の長辺と一対の短辺とを有する略矩形状をなし、後端側の外表面に電極パッドを有するセンサ素子と、前記電極パッドに直接接して電気的に接続する端子金具と、前記センサ素子の後端側を囲んで前記軸線方向に貫通する素子孔を有し、前記端子金具を前記素子孔に臨ませて保持するセラミック製のセパレータと、を備え、前記軸線方向に沿い、先端側又は後端側の一方である特定方向から見たとき、前記セパレータは最も前記特定方向側に位置する端面と、前記端面よりも凹み、前記素子孔を含む凹部領域とを有するガスセンサであって、前記ガスセンサを前記特定方向から見たとき、前記一対の短辺を仮想的に延長した短辺仮想線と前記セパレータの外縁とによって画定されるＳＡ領域から、前記センサ素子の占めるＳＢ領域を除いた一対の第１領域と、前記一対の長辺を仮想的に延長した長辺仮想線と前記セパレータの外縁とによって画定されるＳＣ領域から、前記ＳＢ領域を除き、かつ前記第１領域と重ならない一対の第２領域と、が存在し、前記凹部領域は、前記センサ素子を挟む合計４つの前記第１領域と前記第２領域のすべてに存在し、かつ、前記第１領域と前記第２領域の合計面積をＳ１とし、前記素子孔を含む前記凹部領域の合計面積をＳ２としたとき、Ｓ２/Ｓ１≧０．５の関係を満たすことを特徴とする。

このガスセンサによれば、未焼成セパレータを焼成基台の上に載置して焼成する際、焼成基台と接する部分に、凹部領域が存在することで、未焼成セパレータの端面のみが焼成基台と接し、焼成基台との接触面積が低減する。このため、焼成の際に未焼成セパレータと焼成基台との間の摩擦力が小さくなるので、未焼成セパレータの下面側の収縮を妨害せず、焼成後のセパレータの上面と下面とが同様に収縮する。その結果、セパレータの上下の寸法（径）差が生じることを抑制してセパレータの寸法精度を向上させることができる。

ここで、セパレータの寸法精度が要求される部位は、セパレータのうち、センサ素子（の電極パッド）を囲む部位であり、この部位は第１領域と第２領域である。これは、第１領域と第２領域の寸法精度が、電極パッドに対向する端子金具の位置精度に影響を与えるためである。
従って、第１領域と第２領域に凹部領域を設けることで、焼成の際に第１領域と第２領域の収縮を妨害せず、第１領域と第２領域の寸法精度が向上する。
そして、Ｓ２/Ｓ１≧０．５の関係を満たすことで、第１領域と第２領域の合計面積の１/２以上の領域が凹部となるので、第１領域と第２領域と焼成基台との間の摩擦力を確実に小さくし、第１領域と第２領域の寸法精度を確実に向上させることができる。

さらに、凹部領域がセンサ素子を挟んで、第１領域と第２領域とに重なって周方向に９０度ずつ離間して４つ存在することで、焼成基台側の未焼成セパレータの面が焼成時に径方向内側に収縮する際、周方向にほぼ均等に摩擦力が低減して周方向に同様に収縮するので、径方向の寸法（径）差が生じることも抑制してセパレータの寸法精度をさらに向上させることができる。

本発明のガスセンサにおいて、前記凹部領域のうち、前記素子孔の面積Ｓ３を除いた面積Ｓ４に対し、Ｓ４/Ｓ１≧０．５の関係を満たしてもよい。
素子孔は、そもそも貫通孔であり、素子孔自体は焼成時に収縮せず、素子孔の径方向外側に位置する凹部領域が収縮する。そこで、Ｓ４/Ｓ１≧０．５の関係を満たすことで、第１領域と第２領域の合計面積の１/２以上の領域が、収縮に関与する凹部領域となるので、第１領域と第２領域の寸法精度をさらに確実に向上させることができる。

本発明のガスセンサにおいて、前記凹部領域は、前記セパレータの外周に繋がっていてもよい。
セパレータの外周に近いほど、焼成時の収縮量が多いため、凹部領域がセパレータの外周に繋がっていると、セパレータと焼成基台との間の摩擦力をさらに小さくし、第１領域と第２領域の寸法精度をさらに確実に向上させることができる。

本発明のガスセンサにおいて、前記凹部領域は、前記セパレータを先端側及び後端側の両方向から見たときに、それぞれ設けられていてもよい。
このガスセンサによれば、未焼成セパレータを焼成基台上に載置して焼成する際、未焼成セパレータの先後の向きを考慮しなくてよいので、生産性が向上する。

本発明のガスセンサにおいて前記端面を鉛直方向下向きにした状態で前記セパレータを水平面上に載置した際に、前記端面のみが前記水平面に接触した状態で自立してもよい。
このガスセンサによれば、未焼成セパレータの端面も、水平面をなす焼成基台の上に自立するので、焼成時に未焼成セパレータの転倒防止の支持をする必要がなく、生産性が向上する。

本発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延び、該軸線方向に垂直に切断した際の断面形状が一対の長辺と一対の短辺とを有する略矩形状をなし、後端側の外表面に電極パッドを有するセンサ素子と、前記電極パッドに直接接して電気的に接続する端子金具と、前記センサ素子の後端側を囲んで前記軸線方向に貫通する素子孔を有し、前記端子金具を前記素子孔に臨ませて保持するセラミック製のセパレータと、を備え、前記軸線方向に沿い、先端側又は後端側の一方である特定方向から見たとき、前記セパレータは最も前記特定方向側に位置する端面と、前記端面よりも凹み、前記素子孔を含む凹部領域とを有するガスセンサの製造方法であって、未焼成セパレータを前記特定方向から見たとき、前記センサ素子を挿通する素子挿通予定領域をＳＤとし、前記ＳＤにおける一対の短辺を仮想的に延長した短辺仮想線と前記未焼成セパレータの外縁とによって画定されるＳＡ領域から、前記ＳＤを除いた一対の第１領域と、前記ＳＤにおける一対の長辺を仮想的に延長した長辺仮想線と前記未焼成セパレータの外縁とによって画定されるＳＣ領域から、前記ＳＤを除き、かつ前記第１領域と重ならない一対の第２領域と、が存在し、前記凹部領域は、前記センサ素子を挟む合計４つの前記第１領域と前記第２領域のすべてに存在し、かつ、前記第１領域と前記第２領域の合計面積をＳ１とし、前記未焼成セパレータの素子孔を含む前記凹部領域の合計面積をＳ２としたとき、Ｓ２/Ｓ１≧０．５の関係を満たすようにし、前記端面が焼成基台に向くようにして、前記未焼成セパレータを前記焼成基台の上に載置して焼成し、前記セパレータを得ることを特徴とする。

この発明によれば、本発明は、端子金具を保持するセラミック製のセパレータの寸法精度を向上させたガスセンサが得られる。

本発明の実施形態に係るガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。 センサ素子の後端側の斜視図である。 先端側セパレータの斜視図である。 先端側端子金具を先端側セパレータに保持する工程図である。 図４のＡ－Ａ線に沿う断面で、先端側セパレータと後端側セパレータの組み付けを示す工程図である。 先端側セパレータの各領域を示す平面図である。 先端側セパレータの各領域を示すさらに別の平面図である。 先端側セパレータの製造方法の一例を示す工程図である。 未焼成セパレータの斜視図である。 未焼成セパレータの焼成時の径方向の収縮状態を示す平面図である。 凹部領域を２つのみとした場合の、未焼成セパレータの焼成時の径方向の収縮状態を示す平面図である。 先端側セパレータの各領域を示す他の平面図である。 従来のセパレータの製造方法の一例を示す工程図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）１の軸線Ｏ方向に沿う全体断面図、図２はセンサ素子１０の斜視図、図３は先端側セパレータ９０の斜視図、図４は先端側端子金具３０を先端側セパレータ９０に保持する工程図、図５は図４のＡ－Ａ線に沿う断面で、先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５の組み付けを示す工程図、を示す。
このガスセンサ１は、自動車や各種内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサである。

図１において、ガスセンサ１は、排気管に固定されるためのねじ部１３９が外表面に形成された筒状の主体金具１３８と、軸線Ｏ方向（ガスセンサ１の長手方向：図中上下方向）に延びる板状形状をなすセンサ素子１０と、センサ素子１０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１０６と、自身の先端側の内部空間に、センサ素子１０の後端部の周囲を取り囲む状態で配置されるセラミック製筒状の先端側セパレータ９０と、先端側セパレータ９０に保持される４個の先端側端子金具３０（図１では、２個のみを図示）と、セラミック製筒状の後端側セパレータ９５と、後端側セパレータ９５に保持される４個の後端側端子金具４０（図１では、２個のみを図示）と、を備えている。
又、後述するように、後端側セパレータ９５は、先端側セパレータ９０の後端側に接して配置され、互いに接続されている。
先端側端子金具３０と、後端側端子金具４０とはそれぞれ先端側と後端側に配置されて互いに接続されている。先端側セパレータ９０、先端側端子金具３０がそれぞれ「特許請求の範囲の「セパレータ」、「端子金具」に相当する。

図２に示すように、センサ素子１０の後端側の両面に電極パッド１１ａがそれぞれ幅方向に２つ並んでいる。又、センサ素子１０は、軸線Ｏ方向に垂直に切断した際の断面形状が一対の長辺ＬＢと一対の短辺ＬＡとを有する略矩形状をなしている。
各電極パッド１１ａは、例えばＰｔを主体とする焼結体として形成することができる。一方、センサ素子１０の先端のガス検出部１１は、アルミナ等の多孔質保護層１４で覆われている。

主体金具１３８は、ステンレスから構成され、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。この貫通孔１５４には、センサ素子１０の先端部を自身の先端よりも突出させるように当該センサ素子１０が配置されている。さらに、棚部１５２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１３８の貫通孔１５４の内部には、センサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で略環状形状のアルミナ製のセラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３（以下、滑石リング１５３ともいう）、および上述のセラミックスリーブ１０６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１０６と主体金具１３８の後端部１４０との間には、加締めパッキン１５７が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、加締めパッキン１５７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側に押し付けるように、加締められている。

一方、図１に示すように、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、センサ素子１０の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）二重のプロテクタである、外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が溶接等によって取り付けられている。

主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。また、後端側端子金具４０の後端側にはそれぞれリード線１４６が接続され、リード線１４６は後端側セパレータ９５の後端側へ引き出されている。
そして、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、後端側セパレータ９５から引き出された６本のリード線１４６（図１では２本のみを表示）が挿通されるリード線挿通孔１７０ｈが形成された、ゴム製のグロメット１７０が配置されている。

また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたセンサ素子１０の後端側（図１における上方）には、先端側セパレータ９０が配置され、外表面から径方向外側に突出する鍔部９０ｐが備えられている。先端側セパレータ９０は、鍔部９０ｐが保持部材１６９を介して外筒１４４に当接することで、外筒１４４の内部に保持される。
又、グロメット１７０と先端側セパレータ９０の間に後端側セパレータ９５が配置され、グロメット１７０の弾性力により後端側セパレータ９５が先端側セパレータ９０を先端側へ押圧する。これにより、鍔部９０ｐが保持部材１６９側へ押し付けられ、先端側セパレータ９０及び後端側セパレータ９５は、外筒１４４の内部に互いに接続された状態で（つまり、軸線Ｏ方向に分離せずに）保持されている。

図３に示すように、先端側セパレータ９０の中心には軸線方向に貫通する矩形の素子孔９０ｈが形成され、素子孔９０ｈを径方向外側の４隅から囲むように４つの溝部９０ｃが形成されている。そして、図４に示すように、溝部９０ｃに後端側から先端側端子金具３０が挿通されると（図４（ａ））、先端側端子金具３０が先端側セパレータ９０内に保持される（図４（ｂ））。
このようにして、素子孔９０ｈがセンサ素子１０の後端側を囲み、各溝部９０ｃに保持された各先端側端子金具３０が素子孔９０ｈに臨んでセンサ素子１０の後端側の外表面に対向し、センサ素子１０の外表面に形成された電極パッド１１ａ（図１参照）に直接接して電気的に接続する。

図４に示すように、先端側端子金具３０は全体として軸線Ｏ方向に延び、後端側端子金具４０に接続される接続部３３と、接続部３３の先端側に繋がる断面Ｌ字状の本体部３５と、本体部３５の先端側でセンサ素子１０に向かって折り返される弾性部３２と、を一体に備えている。本体部３５は溝部９０ｃに挿通されて保持される。弾性部３２は、電極パッド１１ａに弾性的に接続する。なお、４本の先端側端子金具３０はいずれも先端側セパレータ９０内で隣接する先端側端子金具３０同士が線対称の形状である。
そして、先端側端子金具３０が先端側セパレータ９０内に保持された状態で、接続部３３が先端側セパレータ９０の後端側へ突出している（図４（ｂ））。

一方、図５（ａ）に示すように、後端側端子金具４０は全体として軸線Ｏ方向に延び、後端側にリード線１４６に接続される圧着端子部４７と、圧着端子部４７の先端側の断面Ｃ字状の円筒状の径大部４５と、径大部４５の先端側に繋がる断面Ｃ字状の円筒状の先端部４３と、を一体に備えている。
先端側端子金具３０及び後端側端子金具４０は、例えば１枚の金属板（ＳＵＳ３０４等）を打ち抜いた後、所定形状に折り曲げて製造することができるが、これに限定されない。
そして、後端側セパレータ９５は周方向に並ぶ４個の挿通孔９５ｈを有する円筒状をなし、この挿通孔に後端側端子金具４０が挿通されて保持される（図５（ａ））。
このとき、後端側端子金具４０の先端部４３の先端側が後端側セパレータ９５の先端向き面よりも突出している。

そして、図４に示すように、先端側セパレータ９０の後端向き面には、詳しくは後述する第２の凹部領域９０ｒ２が形成されている。
又、図５に示すように、後端側セパレータ９５の先端向き面の外周側には、センサ素子１０の幅方向に沿って突出する２つの凸部９５ｐが形成されている。
そして、この状態で、軸線Ｏ方向に先端側セパレータ９０の後端側に後端側セパレータ９５を配置し、先端側セパレータ９０の第２の凹部領域９０ｒ２に後端側セパレータ９５の凸部９５ｐを係合させ、図１の保持部材１６９とグロメット１７０との間に、先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５を挟んで保持することで、先端側セパレータ９０と後端側セパレータ９５とが互いに接続される（図５（ｂ））。
又、このとき、先端側セパレータ９０の後端側に突出した先端側端子金具３０の断面Ｃ字の円筒状の接続部３３に、後端側セパレータ９５の先端側に突出した後端側端子金具４０の先端部４３が嵌挿され、両端子金具が電気的に接続されるようになっている。この場合、先端側端子金具３０は後端側端子金具４０を介してリード線１４６に間接的に接続されることとなる。

次に、図３、図６、図７を参照し、本発明の特徴部分について説明する。
図３に示すように、後端側（特定方向）から見たとき、先端側セパレータ９０は最も後端側に位置する４つの端面（凸面）９０ｅと、端面９０ｅよりも凹んだ第１の凹部領域９０ｒ１、第２の凹部領域９０ｒ２及び素子孔９０ｈと、を有する。ここで、理解を助けるため、４つの端面９０ｅをハッチング表示してある。
第１の凹部領域９０ｒ１は、センサ素子１０の短辺方向に沿い、素子孔９０ｈを跨いで合計２個形成されている。第２の凹部領域９０ｒ２は、第１の凹部領域９０ｒ１と交差するように、センサ素子１０の長辺方向に沿い、素子孔９０ｈを跨いで合計２個形成されている。
４つの端面９０ｅは、それぞれ隣接する第１の凹部領域９０ｒ１と第２の凹部領域９０ｒ２と、素子孔９０ｈとで囲まれた部位に形成されている。
第１の凹部領域９０ｒ１、第２の凹部領域９０ｒ２、及び素子孔９０ｈが特許請求の範囲の「凹部領域」に相当する。

ここで、図６に示すように、ガスセンサ１（具体的には、センサ素子１０がガスセンサ１として配置された状態での先端側セパレータ９０）を後端側（特定方向）から見たとき、一対の短辺ＬＡを仮想的に延長した短辺仮想線と先端側セパレータ９０の外縁とによって画定される部位をＳＡ領域とする。又、センサ素子１０の占める部位をＳＢ領域とする。一対の長辺ＬＢを仮想的に延長した長辺仮想線と先端側セパレータ９０の外縁とによって画定される部位をＳＣ領域とする。
又、図７に示すように、ＳＡ領域からＳＢ領域を除いた部位を第１領域Ｒ１とする。又、ＳＣ領域からＳＢ領域を除き、かつ第１領域Ｒ１と重ならない部位を第２領域Ｒ２とする。
第１領域Ｒ１は、センサ素子１０の短辺方向に沿い、センサ素子１０を跨いで合計２個形成されている。第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１と交差するように、センサ素子１０の長辺方向に沿い、センサ素子１０を跨いで合計２個形成されている。

このとき、凹部領域（第１の凹部領域９０ｒ１、第２の凹部領域９０ｒ２及び素子孔９０ｈのいずれか）は、センサ素子１０を挟む合計４つの第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２のすべてに存在する。又、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の合計面積をＳ１とし、凹部領域（第１の凹部領域９０ｒ１、第２の凹部領域９０ｒ２及び素子孔９０ｈ）の合計面積をＳ２としたとき、Ｓ２/Ｓ１≧０．５の関係を満たす。なお、Ｓ１，Ｓ２は投影面積である。
具体的には、本例では、素子孔９０ｈがセンサ素子１０を囲むようにして、第１領域Ｒ１と第２領域の素子側に重なる。又、素子孔９０ｈよりの径方向外側にて、２つの第１の凹部領域９０ｒ１が２つの第１領域Ｒ１をそれぞれ包含しつつ第１領域Ｒ１よりはみ出して形成され、２つの第２の凹部領域９０ｒ２が２つの第１領域Ｒ１とそれぞれ完全に重なっている。
又、第１の凹部領域９０ｒ１及び第２の凹部領域９０ｒ２の径方向内側が素子孔９０ｈに連通（接続）している。

先端側セパレータ９０は、図８に示すようにして製造することができる。
まず、セラミック粉末を成形して、図９に示す未焼成セパレータ９０ｘを作製する。未焼成セパレータ９０ｘは、焼成して先端側セパレータ９０となり、その寸法は焼成後の先端側セパレータ９０よりわずかに大きいが、実質的には相似形をなす。
ここで、未焼成セパレータ９０ｘの各構成要素は、図９において、図３の先端側セパレータ９０の各構成要素の符号の末尾に「ｘ」を付記して図示され、焼成前後の各構成要素は対応しているので説明を省略する。例えば、先端側セパレータ９０の端面９０ｅと、未焼成セパレータ９０ｘの端面９０ｅｘとが対応する。

なお、未焼成セパレータ９０ｘにおいて、センサ素子１０を挿通する（センサ素子１０が配置される）位置を、素子挿通予定領域ＳＤとする。
素子挿通予定領域ＳＤは未焼成セパレータ９０ｘを見ただけでは規定できないので、センサ素子１０の短辺方向の向きを先端側セパレータ９０に組付けた状態に揃え、センサ素子１０の短辺方向の大きさをセパレータ９０と未焼成セパレータ９０ｘの大きさの比率に合わせて拡大した状態で、上記した後端側（特定方向）から見たとき、未焼成セパレータ９０ｘの重心にセンサ素子１０の重心を合わせたときのセンサ素子１０の外縁とみなす。セパレータ９０と未焼成セパレータ９０ｘの大きさの違いは、公知のセラミックスの焼成時の収縮率から算出したり、同素材、同形状のセパレータを実際に同条件で焼成することで実験的に求めることができる。
例えば、セパレータの大きさが焼成前後で3/4に収縮する場合、素子挿通予定領域ＳＤの大きさは、（焼成後の）センサ素子１０の大きさの4/3に拡大した上で規定することになる。

そして、図８（ａ）に示すように、未焼成セパレータ９０ｘの端面(下面)９０ｅｘが焼成基台（セッタ）１２０の上面に向くようにして、未焼成セパレータ９０ｘを焼成基台１２０上に載置して焼成し、先端側セパレータ９０を製造する。
ここで、未焼成セパレータ９０ｘが焼成基台１２０と接する部分に、凹部領域（第１の凹部領域９０ｒ１、第２の凹部領域９０ｒ２及び素子孔９０ｈ）が存在することで、未焼成セパレータ９０ｘの端面９０ｅのみが焼成基台１２０と接し、焼成基台１２０との接触面積が低減する。このため、図８（ｂ）に示すように、焼成の際に未焼成セパレータ９０ｘと焼成基台１２０との間の摩擦力が小さくなるので、未焼成セパレータ９０ｘの下面側の収縮を妨害せず、焼成後の先端側セパレータ９０の上面と下面とが同様に収縮する。その結果、セパレータの上下の寸法（径）差が生じることを抑制してセパレータの寸法精度を向上させることができる。

ここで、セパレータの寸法精度が要求される部位は、先端側セパレータ９０のうち、センサ素子１０（の電極パッド１１ａ）を囲む部位であり、この部位は第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２である。これは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の寸法精度が、電極パッド１１ａに対向する先端側端子金具３０の位置精度に影響を与えるためである。
従って、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２に凹部領域を設けることで、焼成の際に第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の収縮を妨害せず、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の寸法精度が向上する。
そして、Ｓ２/Ｓ１≧０．５の関係を満たすことで、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の合計面積の１/２以上の領域が凹部となるので、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２と焼成基台１２０との間の摩擦力を確実に小さくし、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の寸法精度を確実に向上させることができる。

さらに、第１の凹部領域９０ｒ１ｘ、第２の凹部領域９０ｒ２ｘがセンサ素子１０を挟んで、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とに重なって、周方向に９０度ずつ離間して４つ存在することで、図１０に示すように、焼成基台１２０側の未焼成セパレータ９０ｘの面が焼成時に径方向内側に収縮する際、周方向にほぼ均等に摩擦力が低減して周方向に同様に収縮するので、径方向の寸法（径）差が生じることも抑制してセパレータの寸法精度をさらに向上させることができる。
これに対し、例えばセンサ素子１０を挟んで対向する２つの第１の凹部領域９０ｒ１ｘのみを設けた場合、図１１に示すように、第１の凹部領域９０ｒ１ｘと交差する方向（図１１の上下方向）には凹部が存在せず焼成基台１２０との接触面積が低減しない。このため、第１の凹部領域９０ｒ１ｘと交差する方向では焼成基台１２０との間に摩擦力Ｆが生じて収縮を妨害し、摩擦力が小さい第１の凹部領域９０ｒ１ｘの方向（図１１の水平方向）との間で径方向に収縮度が異なって寸法（径）差が生じ、得られたセパレータの断面が不均一（楕円形）になってしまう。

なお、本発明において、「セパレータ」は、センサ素子１０の後端側を囲む素子孔１０ｈを有し、端子金具３０を保持するものを対象とする。これは、上述のように、セパレータの寸法精度が要求される部位は、先端側セパレータ９０のうち、センサ素子１０を囲み、端子金具３０を保持する部位（第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２）であるからである。
一方、後端側セパレータ９５は端子金具４０を保持するが、端子金具４０は端子金具３０に接続されるものであって、センサ素子１０の電極パッド１１ａに直接接しないので、特許請求の範囲の「セパレータ」に該当しない。

又、図１２に示すように、本実施形態では、凹部領域のうち、素子孔９０ｈの面積Ｓ３を除いた面積（つまり、第１の凹部領域９０ｒ１と第２の凹部領域９０ｒ２の合計面積）Ｓ４に対し、Ｓ４/Ｓ１≧０．５の関係を満たす。
素子孔９０ｈは、そもそも貫通孔であり、素子孔９０ｈ自体は焼成時に収縮せず、素子孔９０ｈの径方向外側に位置する第１の凹部領域９０ｒ１と第２の凹部領域９０ｒ２とが収縮する。
そこで、Ｓ４/Ｓ１≧０．５の関係を満たすことで、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の合計面積の１/２以上の領域が、収縮に関与する第１の凹部領域９０ｒ１と第２の凹部領域９０ｒ２となるので、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の寸法精度をさらに確実に向上させることができる。

又、本実施形態では、図３に示すように、凹部領域（第１の凹部領域９０ｒ１と第２の凹部領域９０ｒ２）は、先端側セパレータ９０の外周に繋がっている。
先端側セパレータ９０の外周に近いほど、焼成時の収縮量が多いため、凹部領域が先端側セパレータ９０の外周に繋がっていると、先端側セパレータ９０と焼成基台１２０との間の摩擦力をさらに小さくし、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の寸法精度をさらに確実に向上させることができる。

又、凹部領域が、先端側セパレータ９０を先端側及び後端側の両方向から見たときに、それぞれ設けられていると、未焼成セパレータ９０ｘを焼成基台１２０上に載置して焼成する際、未焼成セパレータ９０ｘの先後の向きを考慮しなくてよいので、生産性が向上する。
又、先端側セパレータ９０の端面９０ｅを鉛直方向下向きにした状態で先端側セパレータ９０を水平面上に載置した際に、端面９０ｅのみが水平面に接触した状態で自立するとよい。
この場合、図８（ａ）に示すように、先端側セパレータ９０とほぼ相似形の未焼成セパレータ９０ｘの端面(下面)９０ｅｘも、水平面をなす焼成基台１２０の上面に自立するので、焼成時に未焼成セパレータ９０ｘの転倒防止の支持をする必要がなく、生産性が向上する。

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、凹部領域は素子孔だけであってもよい。但し、凹部領域が素子孔だけであると、Ｓ２/Ｓ１≧０．５の関係を満たすために素子孔を大径にする必要があり、セパレータの強度が低下するので、凹部領域が素子孔の他に、（有底の）凹部領域を有することが好ましい。
又、有底の凹部領域としては、本実施例の第１の凹部領域９０ｒ１と第２の凹部領域９０ｒ２のように、素子孔９０ｈの外縁に連通（接続）する態様に限らず、素子孔９０ｈの径方向外側に分離して第１の凹部領域９０ｒ１と第２の凹部領域９０ｒ２が存在する（つまり素子孔９０ｈと第１の凹部領域９０ｒ１と第２の凹部領域９０ｒ２との間にも端面９０ｅが介在する）態様でもよい。

又、ガスセンサとしては特に限定されず、酸素センサの他、例えばＮＯｘセンサ、全領域ガスセンサが挙げられる。

１ ガスセンサ
１０ センサ素子
１１ａ 電極パッド
３０ 端子金具（先端側端子金具）
９０ セパレータ（先端側セパレータ）
９０ｅ、９０ｅｘ 端面
９０ｈ、９０ｈｘ 素子孔（凹部領域）
９０ｒ１、９０ｒ１ｘ 第１の凹部領域（凹部領域）
９０ｒ２、９０ｒ１ｘ 第２の凹部領域（凹部領域）
９０ｘ 未焼成セパレータ
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域
Ｏ 軸線
ＬＡ 短辺
ＬＢ 長辺

Claims (6)

1. 軸線方向に延び、該軸線方向に垂直に切断した際の断面形状が一対の長辺と一対の短辺とを有する略矩形状をなし、後端側の外表面に電極パッドを有するセンサ素子と、
   前記電極パッドに直接接して電気的に接続する端子金具と、
   前記センサ素子の後端側を囲んで前記軸線方向に貫通する素子孔を有し、前記端子金具を前記素子孔に臨ませて保持するセラミック製のセパレータと、を備え、
   前記軸線方向に沿い、先端側又は後端側の一方である特定方向から見たとき、前記セパレータは最も前記特定方向側に位置する端面と、前記端面よりも凹み、前記素子孔を含む凹部領域とを有するガスセンサであって、
   前記ガスセンサを前記特定方向から見たとき、前記一対の短辺を仮想的に延長した短辺仮想線と前記セパレータの外縁とによって画定されるＳＡ領域から、前記センサ素子の占めるＳＢ領域を除いた一対の第１領域と、前記一対の長辺を仮想的に延長した長辺仮想線と前記セパレータの外縁とによって画定されるＳＣ領域から、前記ＳＢ領域を除き、かつ前記第１領域と重ならない一対の第２領域と、が存在し、
   前記凹部領域は、前記センサ素子を挟む合計４つの前記第１領域と前記第２領域のすべてに存在し、かつ、
   前記第１領域と前記第２領域の合計面積をＳ１とし、
   前記素子孔を含む前記凹部領域の合計面積をＳ２としたとき、
   Ｓ２/Ｓ１≧０．５の関係を満たすことを特徴とするガスセンサ。
2. 前記凹部領域のうち、前記素子孔の面積Ｓ３を除いた面積Ｓ４に対し、
   Ｓ４/Ｓ１≧０．５の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記凹部領域は、前記セパレータの外周に繋がっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 前記凹部領域は、前記セパレータを先端側及び後端側の両方向から見たときに、それぞれ設けられていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のガスセンサ。
5. 前記端面を鉛直方向下向きにした状態で前記セパレータを水平面上に載置した際に、前記端面のみが前記水平面に接触した状態で自立することを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のガスセンサ。
6. 軸線方向に延び、該軸線方向に垂直に切断した際の断面形状が一対の長辺と一対の短辺とを有する略矩形状をなし、後端側の外表面に電極パッドを有するセンサ素子と、
   前記電極パッドに直接接して電気的に接続する端子金具と、
   前記センサ素子の後端側を囲んで前記軸線方向に貫通する素子孔を有し、前記端子金具を前記素子孔に臨ませて保持するセラミック製のセパレータと、を備え、
   前記軸線方向に沿い、先端側又は後端側の一方である特定方向から見たとき、前記セパレータは最も前記特定方向側に位置する端面と、前記端面よりも凹み、前記素子孔を含む凹部領域とを有するガスセンサの製造方法であって、
   未焼成セパレータを前記特定方向から見たとき、前記センサ素子を挿通する素子挿通予定領域をＳＤとし、前記ＳＤにおける一対の短辺を仮想的に延長した短辺仮想線と前記未焼成セパレータの外縁とによって画定されるＳＡ領域から、前記ＳＤを除いた一対の第１領域と、前記ＳＤにおける一対の長辺を仮想的に延長した長辺仮想線と前記未焼成セパレータの外縁とによって画定されるＳＣ領域から、前記ＳＤを除き、かつ前記第１領域と重ならない一対の第２領域と、が存在し、
   前記凹部領域は、前記センサ素子を挟む合計４つの前記第１領域と前記第２領域のすべてに存在し、かつ、
   前記第１領域と前記第２領域の合計面積をＳ１とし、
   前記未焼成セパレータの素子孔を含む前記凹部領域の合計面積をＳ２としたとき、
   Ｓ２/Ｓ１≧０．５の関係を満たすようにし、
   前記端面が焼成基台に向くようにして、前記未焼成セパレータを前記焼成基台の上に載置して焼成し、前記セパレータを得ることを特徴とするガスセンサの製造方法。

Images