特許 5952202 ガスセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5952202

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/409 20060101AFI20160630BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/409 100

【請求項の数】7

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-27943(P2013-27943)

(22)【出願日】2013年2月15日

(65)【公開番号】特開2014-157074(P2014-157074A)

(43)【公開日】2014年8月28日

【審査請求日】2015年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 綾

(72)【発明者】

【氏名】磯村 浩

【審査官】 黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０２６７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４７６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３３４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２６６７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１７０９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延びると共に先端が閉じた有底筒状をなし、固体電解質体を主体として構成される素子本体部と、前記素子本体部の内面に形成される内部電極と、前記素子本体部の外面に形成される外部電極と、を備えて測定対象ガス中の特定ガスを検出する検出素子と、
先端部に発熱部を備える長尺形状に形成され、先端部が前記検出素子の内部に挿入されると共に前記検出素子に当接して前記検出素子を加熱するヒータと、
前記検出素子および前記ヒータを収容するケーシングと、
を備えるガスセンサであって、
前記外部電極は、前記素子本体部の先端部分に形成される外部検知部を備え、
前記内部電極は、前記素子本体部の先端部分に形成される内部検知部と、前記素子本体部の後端から前記内部検知部にかけて形成された内部リード部と、を備え、
前記内部検知部は、前記素子本体部の軸線方向において、前記ヒータと前記検出素子との接触点よりも先端側領域に設けられる先端側内部検知部と、前記接触点よりも後端側領域に設けられる後端側内部検知部と、を備え、
前記先端側内部検知部は、前記素子本体部における周方向の全体に形成されており、
前記後端側内部検知部は、前記素子本体部の中心軸線を中心とする周方向に沿った周方向寸法が前記内部リード部の周方向寸法よりも大きく形成されるとともに、少なくとも一部が前記発熱部に対向しており、
前記後端側内部検知部のうち前記内部リードに連結される連結側検知部は、周方向の一部にのみ形成されるとともに、少なくとも一部が前記発熱部に対向すること、
を特徴とするガスセンサ。

【請求項2】

前記後端側内部検知部は、その少なくとも一部が前記素子本体部の周方向において少なくとも前記発熱部の発熱中心に対向すること、
を特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。

【請求項3】

前記後端側内部検知部は、前記素子本体部の周方向に沿った周方向寸法が前記発熱部の周方向寸法の８０％相当値以上であること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ。

【請求項4】

前記後端側内部検知部は、前記素子本体部の軸線方向において少なくとも前記接触点から前記発熱部の後端位置にかけて形成されること、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。

【請求項5】

前記後端側内部検知部は、前記素子本体部の周方向に沿った周方向寸法が前記発熱部の周方向寸法以上であること、
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガスセンサ。

【請求項6】

前記内部検知部の厚さ寸法は、前記内部リード部の厚さ寸法よりも大きいこと、
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガスセンサ。

【請求項7】

前記後端側内部検知部は、前記素子本体部の軸線方向における前記接触点から前記発熱部の先端位置までの領域において、前記素子本体部における周方向の全体に形成されること、
を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出素子とヒータとケーシングとを備えて、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、軸線方向に延びると共に先端が閉じた有底筒状の固体電解質体を主体として構成される素子本体部と、素子本体部の内面に形成される内部電極と、素子本体部の外面に形成される外部電極と、を備えて測定対象ガス中の特定ガスを検出する検出素子と、先端部に発熱部を備える長尺形状に形成され、先端部が検出素子の内部に挿入されると共に検出素子の内面に当接して検出素子を加熱するヒータと、検出素子およびヒータを収容するケーシングと、を備えるガスセンサが知られている。

【0003】

このガスセンサに備えられる検出素子は、素子本体部の固体電解質体が所定の活性化温度（例えば、６５０［℃］以上）まで加熱されて活性化状態になることで、測定対象ガス中の特定ガスを検出可能となる。検出素子は、ヒータや測定対象ガスからの熱伝導による加熱によって活性化状態となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−１３３４３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ヒータによる加熱や測定対象ガスからの熱伝導による加熱が不十分である場合には、素子本体部（より詳細には、固体電解質体）が適切な活性化状態とはならずに、特定ガスを適切に検出できない場合がある。

【0006】

つまり、素子本体部のうち一部が活性化状態であっても、素子本体部のうち内部電極および外部電極の形成領域が活性化状態ではない場合には、素子本体部でのイオンの移動距離が大きくなるため、内部電極と外部電極との間の電気抵抗値が大きくなり、特定ガスを適切に検出できない場合がある。

【0007】

そこで、本発明は、特定ガスを検出するにあたり、検出素子の素子本体部（固体電解質体）を適切に活性化状態にすることができるガスセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のガスセンサは、軸線方向に延びると共に先端が閉じた有底筒状をなし、固体電解質体を主体として構成される素子本体部と、素子本体部の内面に形成される内部電極と、素子本体部の外面に形成される外部電極と、を備えて測定対象ガス中の特定ガスを検出する検出素子と、先端部に発熱部を備える長尺形状に形成され、先端部が検出素子の内部に挿入されると共に検出素子に当接して検出素子を加熱するヒータと、検出素子およびヒータを収容するケーシングと、を備えるガスセンサであって、外部電極は、素子本体部の先端部分に形成される外部検知部を備え、内部電極は、素子本体部の先端部分に形成される内部検知部と、素子本体部の後端から内部検知部にかけて形成された内部リード部と、を備え、内部検知部は、素子本体部の軸線方向において、ヒータと検出素子との接触点よりも先端側領域に設けられる先端側内部検知部と、接触点よりも後端側領域に設けられる後端側内部検知部と、を備え、先端側内部検知部は、素子本体部における周方向の全体に形成されており、後端側内部検知部は、素子本体部の中心軸線を中心とする周方向に沿った周方向寸法が内部リード部の周方向寸法よりも大きく形成されるとともに、少なくとも一部が発熱部に対向しており、後端側内部検知部のうち内部リードに連結される連結側検知部は、周方向の一部にのみ形成されるとともに、少なくとも一部が発熱部に対向すること、を特徴とするガスセンサである。

【0009】

このガスセンサの検出素子においては、内部電極が内部検知部と内部リード部とを備える。
内部検知部は、先端側内部検知部と後端側内部検知部とを備える。

【0010】

このうち、先端側内部検知部は、素子本体部の軸線方向において、ヒータと検出素子との接触点よりも先端側領域に設けられる。また、先端側内部検知部は、素子本体部における周方向領域の全体に形成されている。

【0011】

検出素子のうち先端部分は、測定対象ガスに直接晒されて測定対象ガスからの熱伝導により加熱され易い部分である。つまり、検出素子の素子本体部（固体電解質体）のうち先端部分は、測定対象ガスによる加熱により活性化状態となり易い部分である。

【0012】

このため、検出素子の素子本体部のうち先端側内部検知部が形成される領域は、測定対象ガスによる加熱により活性化状態となり、特定ガスを検出可能な状態となる。
次に、外部電極は、素子本体部の先端部分に形成される外部検知部を備えている。

【0013】

つまり、外部検知部は素子本体部の先端部分に形成されることから、検出素子の素子本体部のうち外部検知部が形成される領域は、測定対象ガスによる加熱により活性化状態となり、特定ガスを検出可能な状態となる。

【0014】

他方、後端側内部検知部は、その少なくとも一部が発熱部に対向している。
つまり、後端側内部検知部の形成領域は、ヒータの発熱部に対向する領域を含むことになり、ヒータの発熱部により加熱され易い部分となる。このため、検出素子の素子本体部のうち後端側内部検知部の形成領域は、ヒータによる加熱により活性化状態となり、特定ガスを検出可能な状態となる。

【0015】

また、後端側内部検知部は、素子本体部の中心軸線を中心とする周方向に沿った周方向寸法が内部リード部の周方向寸法よりも大きく形成されるため、素子本体部との接触面積を大きく確保でき、移動可能なイオンの量が多くなる。

【0016】

なお、ここでいう後端側内部検知部の周方向寸法とは、周方向寸法のうち最大径となる箇所における寸法を指す。
これらのことから、検出素子の素子本体部のうち、内部電極の内部検知部および外部電極の外部検知部の形成領域は、測定対象ガスおよびヒータによって加熱されて活性化状態となる。これにより、素子本体部が適切な活性化状態となり、内部電極と外部電極との間の電気抵抗値が小さくなって、特定ガスを検出可能な状態となる。

【0017】

また、後端側内部検知部のうち内部リードに連結される連結側検知部は、周方向の一部にのみ形成される。つまり、後端側内部検知部は、少なくとも連結側検知部においては、周方向の全周にわたり形成される構成ではない。このことから、軸線方向における内部リード部との対向領域の全体に後端側内部検知部を形成する場合に比べて、後端側内部検知部の形成領域を縮小できる。これにより、後端側内部検知部の材料費を低減できる。

【0018】

よって、本発明によれば、特定ガスを検出するにあたり、検出素子の素子本体部（固体電解質体）を適切に活性化状態にすることが可能となる。
なお、本発明における「周方向寸法」とは、検出素子の中心軸線に垂直な平面において、検出素子の中心軸線を中心とした角度領域で表される。例えば、後端側内部検知部の周方向寸法は、検出素子の中心軸線を中心とした角度領域のうち後端側内部検知部の形成領域に対応した角度領域である。

【0019】

次に、本発明のガスセンサにおいては、後端側内部検知部は、その少なくとも一部が素子本体部の周方向において少なくとも発熱部の発熱中心に対向する、という構成を採ることができる。

【0020】

ここで、発熱部のうち発熱中心は、最も熱量が大きくなる領域である。このため、後端側内部検知部の少なくとも一部が発熱部の発熱中心に対向することで、後端側内部検知部は発熱部により加熱され易くなる。

【0021】

よって、本発明によれば、後端側内部検知部が活性化状態となり易くなり、特定ガスの検出精度を向上できる。
なお、後端側内部検知部は、素子本体部の軸線方向において少なくとも接触点から発熱部の発熱中心にかけて形成してもよい。

【0022】

つまり、このような後端側内部検知部の形成領域は、ヒータと検出素子との接触点の近傍を含むことになり、ヒータからの熱伝導により加熱され易い部分となる。このため、検出素子の素子本体部のうち後端側内部検知部の形成領域は、ヒータによる加熱により活性化状態となり、特定ガスを検出可能な状態となる。

【0023】

次に、本発明のガスセンサにおいては、後端側内部検知部は、素子本体部の周方向に沿った周方向寸法が発熱部の周方向寸法の８０％相当値以上である、という構成を採ることができる。

【0024】

このように後端側内部検知部を形成することで、素子本体部における周方向領域のうちヒータの発熱部によって活性化状態となる領域に後端側内部検知部を配置できる。
これにより、内部電極と外部電極との間の電気抵抗値が小さくなり、特定ガスの検出精度が向上する。

【0025】

なお、「周方向寸法」とは、検出素子の中心軸線に垂直な平面において、検出素子の中心軸線を中心とした角度領域で表される。
次に、本発明のガスセンサにおいては、後端側内部検知部は、素子本体部の軸線方向において少なくとも接触点から発熱部の後端位置にかけて形成される、という構成を採ることができる。

【0026】

このように後端側内部検知部を形成することで、素子本体部の軸線方向領域のうちヒータの発熱部によって活性化状態となる領域に後端側内部検知部を配置できる。
これにより、内部電極と外部電極との間の電気抵抗値が小さくなり、特定ガスの検出精度が向上する。

【0027】

次に、本発明のガスセンサにおいては、後端側内部検知部は、素子本体部の周方向に沿った周方向寸法が発熱部の周方向寸法以上である、という構成を採ることができる。
このように後端側内部検知部を形成することで、素子本体部における周方向領域のうちヒータの発熱部によって活性化状態となる領域に後端側内部検知部を配置できるとともに、内部電極と素子本体部との接触面積を大きく確保できる。

【0028】

これにより、内部電極と外部電極との間の電気抵抗値が小さくなり、特定ガスの検出精度が向上する。
次に、本発明のガスセンサにおいては、内部検知部の厚さ寸法は、内部リード部の厚さ寸法よりも大きい、という構成を採ることができる。

【0029】

このように、内部検知部の厚さ寸法を内部リード部の厚さ寸法よりも大きくすることで、内部電極の耐久性を向上できる。つまり、素子本体部のうち先端側は後端側に比べて高温に晒されるが、内部電極のうち先端側に配置される内部検知部の厚さ寸法を相対的に大きく形成することで、高温環境下で長期間使用する場合においても、内部電極の破損を抑制できる。

【0030】

よって、本発明によれば、内部電極の耐久性が向上することでガスセンサとしての耐久性も向上でき、特定ガスを検出可能な状態を長期間持続することが可能となる。
次に、本発明のガスセンサにおいては、後端側内部検知部は、素子本体部の軸線方向における接触点から発熱部の先端位置までの領域において、素子本体部における周方向の全体に形成される、という構成を採ることができる。

【0031】

このように後端側内部検知部を形成することで、素子本体部における周方向領域のうちヒータの発熱部によって活性化状態となる領域に後端側内部検知部を配置できるとともに、内部検知部と素子本体部との接触面積をより一層大きく確保できる。

【0032】

これにより、内部電極と外部電極との間の電気抵抗値が小さくなり、特定ガスの検出精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】第１実施形態のガスセンサ（酸素センサ）の全体構成を表す断面図である。

【図2】検出素子の内部構成を表した断面図である。

【図3】検出素子の外観を表した正面図である。

【図4】セラミックヒータの外観を表した斜視図である。

【図5】セラミックヒータの内部構成を表した分解斜視図である。

【図6】セラミックヒータが挿入された検出素子における先端部分の内部構造を模式的に表した説明図である。

【図7】検出素子の周方向における内部電極の形成領域を模式的に表した説明図である。

【図8】内部電極の形状を模式的に表した展開図である。

【図9】第１測定の測定結果である。

【図10】内部電極の内部リード部がセラミックヒータの発熱部に対向しないように配置された酸素センサのうち、図６に示す検出素子およびセラミックヒータにおけるＣ−Ｃ断面に相当する説明図である。

【図11】第２測定の測定結果および第３測定の測定結果である。

【図12】第４測定の測定結果である。

【図13】第５測定の測定結果である。

【図14】連結側検知部以外の領域が周方向の全体（全周）に形成されるとともに、連結側検知部の領域が周方向領域の一部領域に形成される構成の後端側内部検知部を備える内部電極の形状を模式的に表した展開図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

【0035】

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１は、本発明が適用された実施形態としてのガスセンサ（酸素センサ１）の全体構成を表す断面図である。

【0036】

この酸素センサ１は、例えば、内燃機関の排気管にもうけられて、排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、酸素）を検出する用途に用いられる。
尚、本実施形態においては、図１に示す酸素センサ１の下端側が本発明における「センサの先端側」に相当し、同様に、図１に示す酸素センサ１の上端側が「センサの後端側」に相当する。

【0037】

酸素センサ１は、図１に示すように、部分安定化ジルコニアを主成分とする固体電解質体を主体として構成された軸線方向に延びて先端が閉じた有底筒状の検出素子２，検出素子２の内部に配置されて検出素子２を加熱する長尺形状のセラミックヒータ３，酸素センサ１の内部構造物を収容するとともに酸素センサ１を排気管等の取付部に固定するケーシング４などを備えて構成されている。

【0038】

図２は、検出素子２の内部構成を表した断面図である。図３は、検出素子２の外観を表した正面図である。
検出素子２は、軸線方向（図２では上下方向）に延びると共に先端側（図２では下方）が閉塞された有底筒状の素子本体部２４と、素子本体部２４の外面に形成される外部電極２６と、素子本体部２４の内面に形成される内部電極２７と、を備えている。また、検出素子２の先端部分は、特定ガス（本実施形態では、酸素）を検出するためのガス検出部２５となる。

【0039】

図４は、セラミックヒータ３の外観を表した斜視図である。図５は、セラミックヒータ３の内部構成を表した分解斜視図である。
セラミックヒータ３は、軸線方向に延びる長尺形状（棒状）に形成されており、その先端側内部に発熱部１４２を備えるセラミックヒータである。

【0040】

なお、本実施形態のセラミックヒータ３においては、長手方向の両端部のうち、発熱部分を備える側（発熱部１４２が形成される側）を「先端側」とし、これと反対側の端部を「後端側」として説明する。

【0041】

セラミックヒータ３は、発熱抵抗体１４１を有する丸棒状（略円柱形状）のセラミック基体１０２と、セラミック基体１０２の外表面に設けられるとともに発熱抵抗体１４１と電気的に接続される一対の電極パッド１２１と、を備えている。

【0042】

なお、検出素子２およびセラミックヒータ３の詳細構成については、後述する。
図１に戻り、ケーシング４は、検出素子２を保持するとともにそのガス検出部２５を排気管等の内部に突出させる主体金具５と、主体金具５の上部に延設されて検出素子２との間で基準ガス空間を形成する外筒６と、主体金具５の内部に収容されるホルダ５１，充填部材５２，スリーブ５３と、外筒６の内部に保持されるセパレータ７と、セパレータ７の内部に収容される外部電極端子部材８，内部電極端子部材９と、を備えて構成されている。

【0043】

また、主体金具５は、円筒状の本体を有し、検出素子２を下方から支持するホルダ５１，ホルダ５１の上部に充填される滑石粉末からなる充填部材５２，充填部材５２を上方から押圧するスリーブ５３などを内部に収容する。

【0044】

即ち、主体金具５の下端側の内周には、内向き突出した段部５４が設けられており、この段部５４にパッキン５５を介してホルダ５１が係止されることにより、検出素子２が下方から支持されている。そして、ホルダ５１の上側における主体金具５の内周面と検出素子２の外周面との間に充填部材５２が配設され、さらにこの充填部材５２の上側に筒状のスリーブ５３及びパッキン５６が順次同軸状に内挿された状態で主体金具５の上端部が内方（下方）に加締められることで、充填部材５２が加圧充填される。それにより、検出素子２が主体金具５に対してしっかりと固定されている。また、主体金具５の下端側外周には、検出素子２の突出部分を覆うとともに、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ５７，５８が溶接によって取り付けられている。

【0045】

そして、主体金具５の上部開口部を覆うように外筒６の下端開口端部が主体金具５に外挿された後、この下端開口端部に外方から溶接が施され、外筒６が主体金具５に装着されている。

【0046】

また、外筒６における上端開口部６１の近傍には、セラミックで筒状に形成された絶縁性のセパレータ７が内挿されている。
セパレータ７は、その軸方向中央付近の外周面に外側に突出したフランジ部７１を有している。セパレータ７は、外筒６が外方から加締められることにより、このフランジ部７１の下端面が外筒６の上部に係止される態様で外筒６の内部に保持されている。

【0047】

また、セパレータ７は、自身の後端面７２から先端面７３に向けて貫通する複数の挿通孔７４と、セラミックヒータ３の後端部３１を収容可能に先端面７３に形成された凹部７５と、を備えている。そして、セパレータ７は、外部電極端子部材８と内部電極端子部材９とをそれぞれ異なる挿通孔７４の内部に収容して、外部電極端子部材８と内部電極端子部材９との絶縁性、外部電極端子部材８と外筒６との絶縁性、および内部電極端子部材９と外筒６との絶縁性を保持している。

【0048】

そして、外部電極端子部材８は、検出素子２の外周面に配置された外部電極２６とリード線２１とを電気的に接続するように配置されており、内部電極端子部材９は、検出素子２の内周面に配置された内部電極２７とリード線２２とを電気的に接続するように配置されている。

【0049】

外部電極端子部材８は、１枚の金属板（例えば、ステンレス鋼板）によって構成され、セパレータ７における挿通孔７４の内部に収容される外部セパレータ収容部８１と、外部電極２６に当接して外部電極端子部材８と検出素子２とを電気的に接続する外部素子当接部８２と、外部セパレータ収容部８１と外部素子当接部８２とを連結する外部連結部８３と、を備える。

【0050】

内部電極端子部材９は、１枚の金属板（例えば、ステンレス鋼板）によって構成され、セパレータ７における挿通孔７４の内部に収容される内部セパレータ収容部９１と、検出素子２の内部に収容される検出素子収容部９２と、内部セパレータ収容部９１と検出素子収容部９２とを連結する内部連結部９３と、を備える。

【0051】

検出素子収容部９２は、内部電極２７に当接して内部電極端子部材９と検出素子２とを電気的に接続する内部素子当接部９８と、セラミックヒータ３を把持するヒータ把持部９９と、を備えて構成される。

【0052】

次に、外筒６の上端開口部６１には、検出素子２の電極に夫々接続されるリード線２１，２２を夫々外部に引き出すとともに、酸素センサ１の内部への水分や油分の侵入を防止するシールユニット１０が設けられている。

【0053】

このシールユニット１０は、フッ素ゴムからなる円柱状のグロメット１１と、このグロメット１１の中央を軸方向に貫通する貫通孔１４に嵌挿可能な筒状挿入部材１６と、この筒状挿入部材１６の上端部（大気側端部）を覆うとともに、これらグロメット１１の貫通孔１４の内周面と筒状挿入部材１６の外周面との間に挟持されて固定されるシート状の通気フィルタ１７と、を備えて構成されている。

【0054】

そして、グロメット１１には、上記の貫通孔１４と、リード線２１，２２を挿通するための挿通孔１５と、が形成されている。
また、通気フィルタ１７は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の未焼成成形体を、ＰＴＦＥの融点よりも高い加熱温度で一軸方向に延伸することにより得られる多孔質繊維構造体（例えば、商品名：ゴアテックス（ジャパンゴアテックス（株）））により、水滴等の水を主体とする液体の透過は阻止し、かつ気体（空気、水蒸気等）の透過は許容する通気フィルタとして構成されている。

【0055】

そして、これらグロメット１１，通気フィルタ１７および筒状挿入部材１６の組付けの際には、通気フィルタ１７が筒状挿入部材１６の大気側端部とその外周面とを覆うように筒状挿入部材１６に被せられ、この状態で筒状挿入部材１６とともに貫通孔１４に挿入される。このようにして、通気フィルタ１７は、筒状挿入部材１６の外周面と貫通孔１４の内周面との間に挟まれ、通気経路を塞いだ状態で固定される。

【0056】

そして、このように形成されたシールユニット１０が、外筒６の上端開口部６１の内側に配置され、グロメット１１が、外筒６を介して径方向に加締められる。こうして、外筒６およびグロメット１１が密着し、そのシール性がより確実なものとされる。そして、この通気フィルタ１７により通気性及び防水性を保持しつつ、大気側から筒状挿入部材１６の内部に形成された通気経路を介して基準ガス空間に空気が導入される。

【0057】

［１−２．検出素子］
図２および図３に示すように、検出素子２は、素子本体部２４と、外部電極２６と、内部電極２７と、を備えている。また、検出素子２の先端部分は、特定ガス（本実施形態では、酸素）を検出するためのガス検出部２５となる。

【0058】

素子本体部２４は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体（例えば、部分安定化ジルコニアなど）を主成分として構成される。素子本体部２４は、一端が閉塞し他端が開口した有底筒状に形成されると共に、外向きに突出した鍔部２４ａを備える。

【0059】

外部電極２６は、測定対象ガスに接触する測定電極であり、例えば白金からなる多孔質状の電極である。図３に示すように、外部電極２６は、鍔部２４ａから閉塞した先端部にかけての素子本体部２４の外表面に形成される外部検知部２６ａと、他部材（外部電極端子部材８（図１参照））と接触するために素子本体部２４の外表面の開口端領域に設けられた外部接続部２６ｂと、外部検知部２６ａと外部接続部２６ｂとを電気的に接続するための外部リード部２６ｃと、を備える。

【0060】

図２に示すように、内部電極２７は、特定ガスを検出する際の基準ガス濃度を定めるための基準電極であり、例えば白金からなる多孔質状の電極である。内部電極２７は、素子本体部２４の内面のうち先端部分に形成される内部検知部２７ａと、他部材（内部電極端子部材９（図１参照））と接触するために素子本体部２４の内面の開口端領域に設けられた内部接続部２７ｂと、内部検知部２７ａと内部接続部２７ｂとを電気的に接続するための内部リード部２７ｃと、を備える。

【0061】

内部リード部２７ｃは、素子本体部２４の後端側（内部接続部２７ｂの形成領域）から素子本体部２４の先端側（内部検知部２７ａ）にかけて形成される。
内部接続部２７ｂおよび内部リード部２７ｃは、それぞれの幅方向寸法（周方向寸法）が同一寸法となる形態で形成されている。

【0062】

内部検知部２７ａは、素子本体部２４の軸線方向において、セラミックヒータ３と検出素子２との接触点６３（接触位置Ｃｐ）よりも先端側領域に設けられる先端側内部検知部２７ｄと、接触点６３（接触位置Ｃｐ）よりも後端側領域に設けられる後端側内部検知部２７ｅと、を備える。

【0063】

素子本体部２４は、その内面のうち後端側領域（接触点６３（接触位置Ｃｐ）よりも後端側の領域）の一部において、内部リード部２７ｃおよび後端側内部検知部２７ｅが形成されない検知部未形成領域２４ｂを有する。

【0064】

内部検知部２７ａの厚さ寸法は、内部リード部２７ｃの厚さ寸法に比べて、大きく形成されている。具体的には、内部検知部２７ａの厚さ寸法は、０．９［μｍ］であり、内部リード部２７ｃの厚さ寸法は、０．７［μｍ］である。

【0065】

なお、内部検知部２７ａのうち先端側内部検知部２７ｄおよび後端側内部検知部２７ｅの説明は、後述する。
［１−３．セラミックヒータ］
図４に示すように、セラミックヒータ３は、軸線方向に延びる長尺形状（棒状）に形成されており、その先端側内部に発熱部１４２を備えるセラミックヒータである。

【0066】

セラミックヒータ３は、発熱抵抗体１４１を有する丸棒状（略円柱形状）のセラミック基体１０２と、セラミック基体１０２の外表面に設けられるとともに発熱抵抗体１４１と電気的に接続される一対の電極パッド１２１と、を備えている。

【0067】

セラミックヒータ３は、セラミック基体１０２の後端側に設けられた一対の電極パッド１２１を介して外部装置（電源装置など）から発熱抵抗体１４１に対して通電されることで、発熱抵抗体１４１が発熱するよう構成されている。なお、図４では、一対の電極パッド１２１のうち一方は図示可能な表側の電極パッド１２１のみ図示しており、裏側の電極パッド１２１は図示されておらず、その形成位置は符号の矢印で示される位置である。

【0068】

発熱抵抗体１４１のうち発熱部１４２（図４参照）は、セラミック基体１０２の先端側に配置されている。つまり、セラミックヒータ３は、セラミック基体１０２のうち先端側が発熱することで、検出素子２を加熱するよう構成されている。

【0069】

図５に示すように、セラミックヒータ３は、丸棒状のアルミナセラミック製の碍管１０１の外周に絶縁性の高いアルミナセラミック製のグリーンシート１４０，１４６が巻き付けられ、これが焼成されることによって製造される。

【0070】

グリーンシート１４０の上には、ヒートパターンとしてのタングステン系の材料を主体とする発熱抵抗体１４１が形成されている。発熱抵抗体１４１は、先端側に形成される発熱部１４２と、発熱部１４２の両端のそれぞれに接続される一対のリード部１４３と、を備えて構成される。

【0071】

グリーンシート１４０の後端側には、２個のスルーホール１４４が設けられている。一対のリード部１４３は、２個のスルーホール１４４を介して、セラミックヒータ３の外表面上に形成される２つの電極パッド１２１と電気的に接続される。

【0072】

グリーンシート１４６は、グリーンシート１４０のうち発熱抵抗体１４１が形成される側の面に圧着されるシートである。
グリーンシート１４６のうちグリーンシート１４０に接する圧着面とは反対側の表面にアルミナペーストが塗布され、この塗布面を内側にしてグリーンシート１４０，１４６が碍管１０１に巻き付けられて外周から内向きに押圧されることにより、セラミックヒータ成形体が形成される。その後、セラミックヒータ成形体が焼成されることにより、セラミックヒータ３として形成される。

【0073】

［１−４．先端側内部検知部および後端側内部検知部］
図２に示すように、内部検知部２７ａは、素子本体部２４の軸線方向において、セラミックヒータ３と検出素子２との接触点６３よりも先端側領域に設けられる先端側内部検知部２７ｄと、接触点６３よりも後端側領域に設けられる後端側内部検知部２７ｅと、を備える。

【0074】

ここで、図６に、セラミックヒータ３が挿入された検出素子２における先端部分の内部構造を模式的に表した説明図を示す。図６では、検出素子２およびセラミックヒータ３のそれぞれの内部構造を表しており、発熱部１４２は点線で表している。

【0075】

図６では、検出素子２の軸線方向位置（図の上下方向位置）のうち、内面の先端を内面先端位置Ｅｄ、接触点６３に相当する位置を接触位置Ｃｐ、発熱部１４２の先端に相当する位置を発熱部先端位置Ｈｄ、発熱部１４２のうち軸線方向領域で最も熱量が大きくなる領域を発熱部発熱中心Ｈｃ、発熱部１４２の後端に相当する位置を発熱部後端位置Ｈｕ、内部電極２７の内部検知部２７ａの後端に相当する位置を検知部後端位置Ｅｕ、としてそれぞれ図示している。

【0076】

本実施形態の検出素子２は、内面先端位置Ｅｄから発熱部先端位置Ｈｄまでの寸法が２．５［ｍｍ］であり、発熱部先端位置Ｈｄから発熱部後端位置Ｈｕまでの寸法が３．５［ｍｍ］である。

【0077】

なお、図２では、これらのうち、内面先端位置Ｅｄ、接触位置Ｃｐ、検知部後端位置Ｅｕ、を図示している。
また、図７に、検出素子２の周方向における内部電極２７の形成領域を模式的に表した説明図を示す。なお、図７では、図６に示す検出素子２およびセラミックヒータ３におけるＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面に相当する説明図をそれぞれ示す。

【0078】

内部電極２７の内部検知部２７ａのうち、先端側内部検知部２７ｄは、図２および図６に示すように、素子本体部２４の軸線方向領域については、素子本体部２４の内面のうち接触位置Ｃｐ（接触点６３に相当する位置）から内面先端位置Ｅｄまでの領域（第１領域Ｔ１）に形成されている。

【0079】

先端側内部検知部２７ｄは、図７の「Ａ−Ａ断面」欄に示すように、検出素子２（素子本体部２４）の中心軸線Ｓ１を中心とする周方向領域については、素子本体部２４の内面において中心軸線Ｓ１を中心とする周方向領域の全体（全周）に形成されている。

【0080】

内部電極２７の内部検知部２７ａのうち、後端側内部検知部２７ｅは、図２および図６に示すように、素子本体部２４の軸線方向領域については、接触位置Ｃｐから発熱部後端位置Ｈｕまでの領域（第２領域Ｔ２、第３領域Ｔ３、第４領域Ｔ４）を少なくとも含むように形成されている。より詳細には、後端側内部検知部２７ｅは、素子本体部２４の軸線方向領域においては、接触位置Ｃｐから検知部後端位置Ｅｕまでの領域（第２領域Ｔ２から第５領域Ｔ５までの領域）に形成されている。つまり、後端側内部検知部２７ｅは、素子本体部２４の軸線方向において、接触位置Ｃｐから発熱部発熱中心Ｈｃまでの領域（第２領域Ｔ２、第３領域Ｔ３）を少なくとも含むように形成されている。

【0081】

また、後端側内部検知部２７ｅのうち、内部リード２７部ｃに連結される領域は、連結側検知部２７ｆである。連結側検知部２７ｆは、発熱部後端位置Ｈｕから検知部後端位置Ｅｕまでの領域（第５領域Ｔ５）に形成されている。

【0082】

内部電極２７の内部リード部２７ｃ（図６では図示省略）は、図６における第６領域Ｔ６に形成されている。
図７の「Ｂ−Ｂ断面」欄および「Ｃ−Ｃ断面」欄の内容から判るように、後端側内部検知部２７ｅは、検出素子２の中心軸線Ｓ１を中心とする周方向領域については、周方向寸法（検知部周方向寸法Ｗ１または検知部幅方向寸法Ｗ１ともいう）が内部リード部２７ｃの周方向寸法（リード部周方向寸法Ｗ３またはリード部幅方向寸法Ｗ３ともいう）よりも大きく形成されている。

【0083】

また、後端側内部検知部２７ｅの検知部周方向寸法Ｗ１は、セラミックヒータ３の発熱部１４２の周方向寸法（発熱部周方向寸法Ｗ２または発熱部幅方向寸法Ｗ２ともいう）よりも大きい。また、後端側内部検知部２７ｅは、その少なくとも一部が素子本体部２４の周方向においてセラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部発熱中心Ｈｃに対向するように形成されている。

【0084】

さらに、連結側検知部２７ｆは、その少なくとも一部が素子本体部２４の周方向においてセラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部発熱中心Ｈｃに対向するように形成されている。また、連結側検知部２７ｆは、素子本体部２４の内面における周方向の一部にのみ形成されており、全周にわたり形成されるものではない。

【0085】

このように構成される酸素センサ１は、セラミックヒータ３からの加熱および測定対象ガスからの熱伝導により、検出素子２の先端部分（詳細には、発熱部後端位置Ｈｕよりも先端側の領域）が活性化状態となり、測定対象ガス中の特定ガス（本実施形態では、酸素）を検出することが可能となる。

【0086】

［１−５．効果］
以上説明したように、本実施形態の酸素センサ１においては、内部電極２７の先端側内部検知部２７ｄは、検出素子２のうち接触点６３（接触位置Ｃｐ）よりも先端側の領域に設けられており、排気ガス（測定対象ガス）による加熱により活性化状態となり易い部分に設けられる。

【0087】

また、外部電極２６の外部検知部２６ａは、検出素子２のうち鍔部２４ａよりも先端側に形成されており、このうち接触点６３（接触位置Ｃｐ）よりも先端側の領域に設けられる部分は、排気ガス（測定対象ガス）による加熱により活性化状態となり易い部分である。

【0088】

つまり、外部検知部２６ａの先端部分および先端側内部検知部２７ｄは、測定対象ガス（排気ガス）による加熱により活性化状態となり、特定ガス（酸素）を検出可能な状態となる。

【0089】

次に、後端側内部検知部２７ｅは、その少なくとも一部が素子本体部２４の周方向においてセラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部発熱中心Ｈｃに対向するように形成されている。

【0090】

また、後端側内部検知部２７ｅは、素子本体部２４の軸線方向において、接触位置Ｃｐ（接触点６３）から発熱部発熱中心Ｈｃまでの領域（第２領域Ｔ２、第３領域Ｔ３）を少なくとも含むように形成されている。これにより、後端側内部検知部２７ｅは、少なくとも接触位置Ｃｐ（接触点６３）から発熱部１４２の発熱部発熱中心Ｈｃにかけて形成される部分を含んでいる。

【0091】

つまり、後端側内部検知部２７ｅの形成領域は、セラミックヒータ３と検出素子２との接触位置Ｃｐ（接触点６３）の近傍を含むことになり、セラミックヒータ３からの熱伝導により加熱され易い部分となる。このため、検出素子２の素子本体部２４のうち後端側内部検知部２７ｅの形成領域は、セラミックヒータ３による加熱により活性化状態となり、特定ガス（酸素）を検出可能な状態となる。

【0092】

また、後端側内部検知部２７ｅは、素子本体部２４の中心軸線Ｓ１を中心とする周方向に沿った検知部周方向寸法Ｗ１が内部リード部２７ｃのリード部周方向寸法Ｗ３よりも大きく形成されるため、素子本体部２４との接触面積を大きく確保でき、移動可能なイオンの量が多くなる。

【0093】

これらのことから、検出素子２の素子本体部２４のうち、内部電極２７の内部検知部２７ａおよび外部電極２６の外部検知部２６ａの形成領域は、測定対象ガスおよびヒータによって加熱されて活性化状態となる。これにより、素子本体部２４が適切な活性化状態となり、内部電極２７と外部電極２６との間の電気抵抗値が小さくなって、特定ガス（酸素）を検出可能な状態となる。

【0094】

よって、本実施形態の酸素センサ１によれば、特定ガス（酸素）を検出するにあたり、検出素子２の素子本体部２４を適切に活性化状態にすることができる。
また、後端側内部検知部２７ｅの検知部周方向寸法Ｗ１は、セラミックヒータ３の発熱部１４２の周方向寸法（発熱部周方向寸法Ｗ２または発熱部幅方向寸法Ｗ２ともいう）よりも大きい。さらに、後端側内部検知部２７ｅは、その少なくとも一部が素子本体部２４の周方向においてセラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部発熱中心Ｈｃに対向するように形成されている。

【0095】

このように後端側内部検知部２７ｅを形成することで、素子本体部２４における周方向領域のうち発熱部１４２によって活性化状態となる領域に後端側内部検知部２７ｅを配置できるとともに、内部電極２７と素子本体部２４との接触面積を大きく確保できる。

【0096】

これにより、内部電極２７と外部電極２６との間の電気抵抗値が小さくなり、特定ガス（酸素）の検出精度が向上する。
本実施形態においては、内部検知部２７ａの厚さ寸法は、内部リード部２７ｃの厚さ寸法に比べて、大きく形成されている。

【0097】

このように、内部検知部２７ａの厚さ寸法を内部リード部２７ｃの厚さ寸法よりも大きくすることで、マイグレーションなどの影響により内部検知部２７ａの一部が移動する可能性がある環境下であっても、内部検知部２７ａが完全に消失することが生じがたくなる。つまり、マイグレーションなどの影響が生じる環境下で長期間使用する場合においても、内部検知部２７ａと素子本体部２４との接触面積を大きく確保できる。

【0098】

よって、本実施形態の酸素センサ１によれば、素子本体部２４の適切な活性化状態を継続することができ、特定ガス（酸素）を検出可能な状態を長期間持続することが可能となる。

【0099】

［１−６．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
内燃機関の排気ガスが測定対象ガスの一例に相当し、酸素が特定ガスの一例に相当し、セラミックヒータ３がヒータの一例に相当する。

【0100】

［２．検出素子の活性化状態の比較測定］
酸素センサ１の検出素子２に関して、内部電極２７の形状（形成領域）を変更した場合における検出素子２の活性化状態の違いを比較測定した測定結果について説明する。

【0101】

図８に、内部電極２７の形状を模式的に表した展開図を示す。
図８では、内部電極２７の内部検知部２７ａのうち、先端側内部検知部２７ｄの周方向寸法（幅方向寸法）をＷａとして表し、後端側内部検知部２７ｅの周方向寸法（幅方向寸法）をＷｂとして表し、内部リード部２７ｃの周方向寸法（幅方向寸法）をＷｃとして表す。

【0102】

なお、本測定に用いた検出素子２の内部電極２７は、内部接続部２７ｂおよび内部リード部２７ｃのそれぞれの周方向寸法（幅方向寸法）が同一寸法となる形状である。
図８では、先端側内部検知部２７ｄが検出素子２の内面の周方向の全面に形成される形態の内部電極２７を図示しており、先端側内部検知部２７ｄの周方向寸法Ｗａ（幅方向寸法Ｗａ）は、検出素子２の内面の全周寸法と同じである。また、図８における後端側内部検知部２７ｅの周方向寸法Ｗｂ（幅方向寸法Ｗｂ）は、図７における検知部周方向寸法Ｗ１に相当する。

【0103】

また、図８では、内部電極２７のうち、内部検知部２７ａの先端側内部検知部２７ｄの軸線方向寸法をＬａとして表し、内部検知部２７ａの後端側内部検知部２７ｅの軸線方向寸法をＬｂとして表し、内部リード部２７ｃおよび内部接続部２７ｂを合わせた軸線方向寸法をＬｃとして表している。

【0104】

［２−１．第１測定］
第１測定として、セラミックヒータ３および測定対象ガスによる加熱が行われる条件下において、内部検知部２７ａにおける後端側内部検知部２７ｅの検知部周方向寸法Ｗ１（検知部幅方向寸法Ｗ１（＝Ｗｂ））を変化させた場合において、検知部周方向寸法Ｗ１ごとの検出素子２の活性化状態を比較した比較測定について説明する。

【0105】

なお、内部電極２７が活性化する所定温度で安定させた状態で測定を行っている。
第１測定では、後端側内部検知部２７ｅの検知部周方向寸法Ｗ１がセラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部周方向寸法Ｗ２（発熱部幅方向寸法Ｗ２）よりも大きい検出素子２（試料１）と、後端側内部検知部２７ｅの検知部周方向寸法Ｗ１がセラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部周方向寸法Ｗ２よりも小さい検出素子２（試料２〜試料４）と、の４種類の検出素子２を用いた。

【0106】

なお、試料１が最も検知部周方向寸法Ｗ１が大きく、試料１から試料４にかけて次第に検知部周方向寸法Ｗ１が小さくなる。
また、試料１から試料４は、いずれも、後端側内部検知部２７ｅの軸線方向位置および軸線方向寸法Ｌｂに関して、後端側内部検知部２７ｅが図６に示す接触位置Ｃｐから発熱部後端位置Ｈｕまでの領域（第２領域Ｔ２、第３領域Ｔ３、第４領域Ｔ４）を少なくとも含むように形成されている。

【0107】

さらに、第１測定では、試料１から試料４までの各試料についてそれぞれ複数個を用いて比較測定を実施した。
検出素子２の活性化状態は、内部電極２７と外部電極２６との間の電気抵抗値（電極間抵抗値Ｒｉ）に基づき判断することができ、電極間抵抗値Ｒｉが小さいほど活性化状態が高いと判断でき、電極間抵抗値Ｒｉが大きいほど活性化状態が低いと判断できる。

【0108】

第１測定の測定結果を図９に示す。
図９に示すように、試料１が最も電極間抵抗値Ｒｉが小さくなり（最も活性化状態が高くなり）、試料１から試料４にかけて次第に電極間抵抗値Ｒｉが大きくなる（活性化状態が低くなる）ことが判る。

【0109】

このうち、試料１および試料２の活性化状態であれば、酸素を検知することが可能であるが、試料３や試料４の活性化状態では、酸素を検知することが難しい状態である。
なお、試料２は、検知部周方向寸法Ｗ１が発熱部周方向寸法Ｗ２の８０％相当値である。また、試料１から試料４のいずれも、内部リード部２７ｃの周方向寸法Ｗｃ（幅方向寸法Ｗｃ）は、発熱部周方向寸法Ｗ２の２０％相当値である。

【0110】

ここでの「周方向寸法」とは、検出素子２の中心軸線Ｓ１に垂直な平面において、検出素子２の中心軸線Ｓ１を中心とした角度領域で表される。
よって、第１測定によれば、後端側内部検知部２７ｅの検知部周方向寸法Ｗ１（検知部幅方向寸法Ｗ１）がセラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部周方向寸法Ｗ２（発熱部幅方向寸法Ｗ２）の８０％相当値よりも大きい検出素子であれば、セラミックヒータ３および測定対象ガスによる加熱が行われる条件下において、適切に酸素を検出できることが判る。

【0111】

［２−２．第２測定］
次に、第２測定として、セラミックヒータ３および測定対象ガスによる加熱が行われる条件下において、内部検知部２７ａの後端側内部検知部２７ｅとセラミックヒータ３の発熱部１４２との対向面積の大きさを変化させた場合において、対向面積の大きさごとの検出素子２の活性化状態を比較した比較測定について説明する。

【0112】

なお、第２測定は、内部電極２７の内部リード部２７ｃがセラミックヒータ３の発熱部１４２に対向しないように配置された酸素センサ１を用いて実施した。
図１０に、内部電極２７の内部リード部２７ｃがセラミックヒータ３の発熱部１４２に対向しないように配置された酸素センサ１のうち、図６に示す検出素子２およびセラミックヒータ３におけるＣ−Ｃ断面に相当する説明図を示す。

【0113】

本測定に用いた検出素子２は、内部リード部２７ｃのリード部周方向寸法Ｗ３（リード部幅方向寸法Ｗ３（＝Ｗｃ））が角度領域で１５０度となるように形成されている。このリード部周方向寸法Ｗ３は、セラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部周方向寸法Ｗ２（発熱部幅方向寸法Ｗ２）に対する８０％相当値以上の大きさである。

【0114】

また、本測定に用いた検出素子２においては、後端側内部検知部２７ｅは、素子本体部２４の内面において中心軸線Ｓ１を中心とする周方向領域の全体（全周）に形成されており、検知部周方向寸法Ｗ１（検知部幅方向寸法Ｗ１（＝Ｗｂ））が検出素子２の内面の全周寸法と同じである。つまり、本測定に用いた検出素子２は、内部検知部２７ａ（後端側内部検知部２７ｅおよび先端側内部検知部２７ｄ）が素子本体部２４の内面において中心軸線Ｓ１を中心とする周方向領域の全体（全周）に形成される構成である。

【0115】

第２測定では、後端側内部検知部２７ｅの軸線方向寸法が異なる３種類の検出素子２を用いて、後端側内部検知部２７ｅとセラミックヒータ３の発熱部１４２との重複面積（対向面積）の大きさが異なる３種類の酸素センサ１について比較測定を行った。

【0116】

具体的には、重複面積（対向面積）の大きさが発熱部１４２の８０％相当値となるよう構成された酸素センサ１（試料１１）と、重複面積（対向面積）の大きさが発熱部１４２の５０％相当値となるよう構成された酸素センサ１（試料１２）と、重複面積（対向面積）が無い状態となるよう構成された酸素センサ１（試料１３）と、を用いた。

【0117】

なお、第２測定では、試料１１から試料１３までの各試料についてそれぞれ複数個を用いて比較測定を実施した。検出素子２の活性化状態は、内部電極２７と外部電極２６との間の電気抵抗値（電極間抵抗値Ｒｉ）に基づき判断することができ、電極間抵抗値Ｒｉが小さいほど活性化状態が高いと判断でき、電極間抵抗値Ｒｉが大きいほど活性化状態が低いと判断できる。

【0118】

第２測定の測定結果を、図１１の左側領域に示す。
図１１の左側領域に示すように、試料１１が最も電極間抵抗値Ｒｉが小さくなり（最も活性化状態が高くなり）、試料１１から試料１３にかけて次第に電極間抵抗値Ｒｉが大きくなる（活性化状態が低くなる）ことが判る。

【0119】

このうち、試料１１および試料１２の活性化状態であれば、酸素を検知することが可能であるが、試料１３の活性化状態では、酸素を検知することが難しい状態である。
よって、第２測定によれば、後端側内部検知部２７ｅとセラミックヒータ３の発熱部１４２との重複面積（対向面積）の大きさが発熱部１４２の５０％相当値となるよう構成された酸素センサ１であれば、セラミックヒータ３および測定対象ガスによる加熱が行われる条件下において、適切に酸素を検出できることが判る。

【0120】

［２−３．第３測定］
次に、第３測定として、第２測定に用いた３種類の各試料について、検出素子２とセラミックヒータ３との相対位置を変更して、内部電極２７の内部リード部２７ｃがセラミックヒータ３の発熱部１４２に対向するように配置された酸素センサ１について、対向面積の大きさごとの検出素子２の活性化状態を比較した比較測定について説明する。

【0121】

つまり、第３測定では、内部リード部２７ｃが発熱部１４２に対向するように配置された酸素センサ１について、内部検知部２７ａの後端側内部検知部２７ｅとセラミックヒータ３の発熱部１４２との対向面積の大きさを変化させた場合において、対向面積の大きさごとの検出素子２の活性化状態を比較した。

【0122】

なお、第３測定に用いた３種類の試料２１，２２，２３は、それぞれ第２測定での試料１１〜試料１３における検出素子２とセラミックヒータ３との相対位置を変更したものである。

【0123】

第３測定の測定結果を、図１１の右側領域に示す。
図１１の右側領域に示すように、試料２１，２２，２３のいずれも電極間抵抗値Ｒｉはほぼ等しい値であり、第２測定において最も活性化状態が高い試料１１と同等の抵抗値あるいは同等以下の抵抗値を示している。つまり、第３測定の試料２１，２２，２３は、いずれも第２測定での試料１１と同等あるいはそれ以上に良好な活性化状態である。

【0124】

これは、内部電極２７のうち、内部検知部２７ａ（後端側内部検知部２７ｅ）のみならず、内部リード部２７ｃについても、活性化状態となった素子本体部２４との間でイオンの授受が可能な領域として機能したためと考えられる。

【0125】

つまり、本測定に用いた検出素子２は、内部リード部２７ｃのリード部周方向寸法Ｗ３（リード部幅方向寸法Ｗ３（＝Ｗｃ））が角度領域で１５０度となるように形成されており、このリード部周方向寸法Ｗ３は、セラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部周方向寸法Ｗ２（発熱部幅方向寸法Ｗ２）に対する８０％相当値以上の大きさである。

【0126】

このため、試料２２，２３においては、後端側内部検知部２７ｅとセラミックヒータ３の発熱部１４２との重複面積（対向面積）の大きさが発熱部１４２の５０％相当値よりも小さいものの、内部検知部２７ａに代わり内部リード部２７ｃがイオン授受領域として機能することで、試料２１と同等の良好な活性化状態になったと考えられる。

【0127】

また、第３測定の試料２１は、第２測定の試料１１と比べて、複数の測定結果のバラツキが小さいことから、内部電極２７の内部リード部２７ｃをセラミックヒータ３の発熱部１４２に対向するように配置することで、検出素子２の活性化状態がより良好な状態となることが判る。

【0128】

よって、第３測定によれば、内部電極２７の内部リード部２７ｃをセラミックヒータ３の発熱部１４２に対向するように配置することで、セラミックヒータ３および測定対象ガスによる加熱が行われる条件下において、適切に酸素を検出できることが判る。

【0129】

［２−４．第４測定］
次に、第４測定として、セラミックヒータ３による加熱は行わず、測定対象ガスによる加熱のみが行われる条件下において、検出素子２とセラミックヒータ３との接触位置Ｃｐ（接触点６３）に対する内部検知部２７ａ（後端側内部検知部２７ｅ）の検知部後端位置Ｅｕの相対位置を変化させた場合において、その相対位置ごとの検出素子２の活性化状態を比較した比較測定について説明する。

【0130】

第４測定では、接触位置Ｃｐ（接触点６３）よりも後端側に検知部後端位置Ｅｕが設けられる構成の２種類の酸素センサ１（試料３１，３２）と、接触位置Ｃｐ（接触点６３）に検知部後端位置Ｅｕが設けられる構成の酸素センサ１（試料３３）と、接触位置Ｃｐ（接触点６３）よりも先端側に検知部後端位置Ｅｕが設けられる構成の２種類の酸素センサ１（試料３４，３５）と、の５種類の酸素センサ１を用いた。

【0131】

なお、本測定に用いた検出素子２は、後端側内部検知部２７ｅは、素子本体部２４の内面において中心軸線Ｓ１を中心とする周方向領域の全体（全周）に形成されており、検知部周方向寸法Ｗ１（検知部幅方向寸法Ｗ１（＝Ｗｂ））が検出素子２の内面の全周寸法と同じである。つまり、本測定に用いた検出素子２は、内部検知部２７ａ（後端側内部検知部２７ｅおよび先端側内部検知部２７ｄ）は、素子本体部２４の内面において中心軸線Ｓ１を中心とする周方向領域の全体（全周）に形成されている。

【0132】

また、試料３１が最も後端側に検知部後端位置Ｅｕが設けられており、試料３１から試料３５になるに従い、次第に検知部後端位置Ｅｕが先端側に近づくように構成されている。換言すれば、試料３１が最も内部検知部２７ａの面積が大きく形成されており、試料３１から試料３５にかけて次第に内部検知部２７ａの面積が小さくなる。

【0133】

第４測定の測定結果を図１２に示す。
図１２に示すように、試料３１，３２，３３が最も電極間抵抗値Ｒｉが小さくなり（最も活性化状態が高くなり）、試料３４から試料３５にかけて次第に電極間抵抗値Ｒｉが大きくなる（活性化状態が低くなる）ことが判る。

【0134】

このような活性化状態の相違が生じた原因の１つとしては、内部検知部２７ａの面積の大きさが影響していると考えられる。このことは、最も内部検知部２７ａの面積の小さい試料３５の活性化状態が最も低く、試料３４，試料３３になるに従い、活性化状態が良好になることからも裏付けられる。

【0135】

しかし、試料３１，３２，３３の測定結果を比較すると、内部検知部２７ａの面積の大きさが異なるにもかかわらず、活性化状態はほぼ同等である。これは、検出素子２の先端領域で測定対象ガスから受けた熱量が、検出素子２の先端側から後端側に熱伝導する際に、接触位置Ｃｐ（接触点６３）にて発熱停止状態のセラミックヒータ３にも熱伝導してしまい、検出素子２のうち接触位置Ｃｐ（接触点６３）よりも後端側領域が十分に加熱されないことが原因と考えられる。

【0136】

このことから、検出素子２のうち接触位置Ｃｐ（接触点６３）よりも先端側領域は、測定対象ガスによる加熱で活性化状態となりうるが、検出素子２のうち接触位置Ｃｐ（接触点６３）よりも後端側領域は、測定対象ガスによる加熱では十分には活性化状態となり難いことが判る。

【0137】

よって、検出素子２のうち接触位置Ｃｐ（接触点６３）よりも後端側領域は、測定対象ガスによる加熱ではなく、セラミックヒータによる加熱を利用することで活性化状態とすることができる。このことから、検出素子２をより高い活性化状態にするためには、セラミックヒータによる加熱を利用することが有効である。

【0138】

［２−５．第５測定］
次に、第５測定として、セラミックヒータ３による加熱は行わず、測定対象ガスによる加熱のみが行われる条件下において、内部検知部２７ａの周方向寸法（幅方向寸法）を変化させた場合において、周方向寸法ごとの検出素子２の活性化状態を比較した比較測定について説明する。

【0139】

なお、第５測定では、内部検知部２７ａにおける後端側内部検知部２７ｅの検知部周方向寸法Ｗ１（検知部幅方向寸法Ｗ１（＝Ｗｂ））を変化させるとともに、内部検知部２７ａの先端側内部検知部２７ｄについても、周方向寸法（幅方向寸法）を変化させた。具体的には、先端側内部検知部２７ｄおよび後端側内部検知部２７ｅのそれぞれの周方向寸法（幅方向寸法）を同一寸法とした。

【0140】

第５測定では、内部検知部２７ａの検知部周方向寸法Ｗ１がセラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部周方向寸法Ｗ２（発熱部幅方向寸法Ｗ２）よりも大きい検出素子２（試料４１）と、内部検知部２７ａの検知部周方向寸法Ｗ１がセラミックヒータ３の発熱部１４２の発熱部周方向寸法Ｗ２よりも小さい検出素子２（試料４２〜試料４４）と、の４種類の検出素子２を用いた。

【0141】

なお、試料４１は、内部検知部２７ａ（先端側内部検知部２７ｄおよび後端側内部検知部２７ｅ）が、素子本体部２４の内面において中心軸線Ｓ１を中心とする周方向領域の全体（全周）に形成される構成である。そして、試料４１が最も検知部周方向寸法Ｗ１が大きく、試料４１から試料４４にかけて次第に検知部周方向寸法Ｗ１が小さくなる。

【0142】

第５測定の測定結果を図１３に示す。
図１３に示すように、試料４１が最も電極間抵抗値Ｒｉが小さくなり（最も活性化状態が高くなり）、試料４１から試料４４にかけて次第に電極間抵抗値Ｒｉが大きくなる（活性化状態が低くなる）ことが判る。

【0143】

この測定結果によれば、検出素子２のうち接触位置Ｃｐ（接触点６３）よりも先端側領域においては、内部検知部２７ａの面積を大きく確保することで、測定対象ガスの加熱による活性化状態を向上できることが判る。

【0144】

よって、第５測定の測定結果によれば、検出素子２のうち接触位置Ｃｐ（接触点６３）よりも先端側領域における内部検知部２７ａ（先端側内部検知部２７ｄ）を大きく形成することで、検出素子２の活性化状態が良好になることが判る。より好ましくは、検出素子２のうち接触位置Ｃｐ（接触点６３）よりも先端側領域における内部検知部２７ａ（先端側内部検知部２７ｄ）を、素子本体部２４の内面において中心軸線Ｓ１を中心とする周方向領域の全体（全周）に形成するとよい。

【0145】

［３．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

【0146】

例えば、上記第１実施形態では、後端側内部検知部２７ｅに関して、検出素子２（素子本体部２４）の中心軸線Ｓ１を中心とする周方向領域が全体（全周）ではなく一部領域である後端側内部検知部２７ｅについて説明したが、周方向領域が全体（全周）となるように後端側内部検知部２７ｅを形成しても良い。これは、例えば、第２測定に用いた試料１１と同様の構成である。

【0147】

また、後端側内部検知部２７ｅについては、軸線方向領域の一部領域について周方向領域の全体（全周）に形成し、軸線方向領域におけるその他の領域については周方向領域の一部に形成するという形態の後端側内部検知部２７ｅとして形成しても良い。

【0148】

このような構成の後端側内部検知部２７ｅの一例としては、素子本体部２４の軸線方向における接触位置Ｃｐ（接触点６３）から発熱部１４２の発熱部先端位置Ｈｄまでの領域（図６での第２領域Ｔ２）では周方向領域の全体（全周）に形成され、発熱部先端位置Ｈｄから検知部後端位置Ｅｕまでの領域（図６での第３領域Ｔ３〜第５領域Ｔ５）では周方向領域の一部領域に形成される構成の後端側内部検知部２７ｅが挙げられる。

【0149】

このように後端側内部検知部２７ｅを形成することで、素子本体部２４における周方向領域のうちセラミックヒータ３の発熱部１４２によって活性化状態となる領域に後端側内部検知部２７ｅを配置できるとともに、内部検知部２７ａと素子本体部２４との接触面積をより一層大きく確保できる。

【0150】

これにより、内部電極２７と外部電極２６との間の電気抵抗値が小さくなり、特定ガス（酸素）の検出精度が向上する。
あるいは、後端側内部検知部２７ｅの他の例としては、素子本体部２４の軸線方向における接触位置Ｃｐ（接触点６３）から発熱部１４２の発熱部後端位置Ｈｕまでの領域（図６での第２領域Ｔ２から第４領域Ｔ４）では周方向領域の全体（全周）に形成され、発熱部後端位置Ｈｕから検知部後端位置Ｅｕまでの領域（図６での第５領域Ｔ５）では周方向領域の一部領域に形成される構成の後端側内部検知部２７ｅが挙げられる。換言すれば、この後端側内部検知部２７ｅは、連結側検知部２７ｆ以外の領域が周方向の全体（全周）に形成されるとともに、連結側検知部２７ｆの領域が周方向領域の一部領域に形成される構成である。このような構成の後端側内部検知部２７ｅを備える内部電極２７の形状を模式的に表した展開図を図１４に示す。

【0151】

このような構成の内部電極２７を備えるガスセンサは、内部電極２７と外部電極２６との間の電気抵抗値が小さくなり、特定ガス（酸素）の検出精度が向上する。
次に、上記の第１実施形態では、内部接続部２７ｂおよび内部リード部２７ｃがそれぞれの幅方向寸法（周方向寸法）が同一寸法となる形態の内部電極２７の検出素子２について説明したが、内部電極２７はこのような形態に限定されるものではない。例えば、内部接続部２７ｂは、内部リード部２７ｃよりも幅方向寸法を大きく形成しても良い。あるいは、内部接続部２７ｂは、外部接続部２６ｂと同様に、周方向の全周にわたり形成される形態であってもよい。

【0152】

次に、内部検知部２７ａは、少なくとも一部が素子本体部における周方向領域の全体にわたり連続して形成されていればよく、素子本体部の内部のうち検知部後端位置Ｅｕよりも先端側領域の全面に形成されていなくてもよい。

【0153】

また、先端側内部検知部２７ｄは、素子本体部における周方向領域の全体にわたり連続して形成される部分を有していればよく、素子本体部の先端側の内部全面に形成されていなくてもよい。例えば、素子本体部の先端側頂点部に、先端側内部検知部２７ｄが形成されない検知部未形成領域を設けても良い。

【0154】

次に、内部検知部２７ａの厚さ寸法および内部リード部２７ｃの厚さ寸法は、上記数値に限られることはなく、例えば、内部検知部２７ａの厚さ寸法は、０．５〜２．０［μｍ］の範囲内で任意の数値に設定してもよく、内部リード部２７ｃの厚さ寸法は、０．１〜１．０［μｍ］の範囲内で任意の数値に設定してもよい。ただし、この場合、内部検知部２７ａの厚さ寸法が内部リード部２７ｃの厚さ寸法よりも大きくなるように、内部検知部２７ａおよび内部リード部２７ｃのそれぞれの厚さ寸法を選択する必要がある。

【符号の説明】

【0155】

１…ガスセンサ（酸素センサ）、２…検出素子、３…セラミックヒータ、４…ケーシング、２４…素子本体部、２４ｂ…検知部未形成領域、２５…ガス検出部、２６…外部電極、２６ａ…外部検知部、２６ｂ…外部接続部、２６ｃ…外部リード部、２７…内部電極、２７ａ…内部検知部、２７ｂ…内部接続部、２７ｃ…内部リード部、２７ｄ…先端側内部検知部、２７ｅ…後端側内部検知部、２７ｆ…連結側検知部、６３…接触点、１４１…発熱抵抗体、１４２…発熱部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】