特許 5965734 センサ素子

(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】5965734

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】センサ素子

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/409 20060101AFI20160728BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/409 100

   G01N27/416 331

【請求項の数】2

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-133392(P2012-133392)

(22)【出願日】2012年6月13日

(65)【公開番号】特開2013-257215(P2013-257215A)

(43)【公開日】2013年12月26日

【審査請求日】2014年8月21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】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中川 将生

(72)【発明者】

【氏名】繁田 春彦

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００３−５１７６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８６８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０３８１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２０２２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１５３５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０４７５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４０６−２７／４１

Ｇ０１Ｎ ２７／４１７−２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向に延びる板状の固体電解質層と、前記固体電解質層上に積層された一対の電極部と、前記固体電解質層上に積層され、前記電極部と電気的に接続されて前記長手方向に延びると共に、前記電極部よりも幅が狭い一対のリード部と、を備えるセンサ素子において、
前記電極部と前記リード部との間に位置し、前記電極部と前記リード部とを接続する接続部を有し、
前記リード部の幅は前記電極部の幅の５０%未満であり、
前記接続部の両側面は、前記センサ素子を積層方向に沿って見たときに、半径０．４ｍｍ以上の内側に凸となるアール面であり、
前記長手方向のうち、前記電極部が配置された側を先端側、前記リード部が配置された側を後端側とした場合に、
前記接続部の両側面のうち、前記長手方向において先端側に設けられる外側面は、前記電極部の後端よりも先端側に位置する、ことを特徴とするセンサ素子。

【請求項2】

請求項１に記載のセンサ素子において、
前記長手方向と直交する前記固体電解質層の短手方向について、前記電極部と前記リード部とは異なる範囲に配置されている、ことを特徴とするセンサ素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、窒素酸化物（ＮＯｘ）や酸素といった特定のガス成分の検出や、特定のガス成分の濃度測定を行うガスセンサが知られている（例えば、特許文献１，２）。ガスセンサは、濃度等の検出信号を出力するセンサ素子を備える。

【0003】

センサ素子は、固体電解質層と、電極部と、リード部とを備える。固体電解質層は、例えばジルコニアを主成分として形成され、長手方向に延びる板状部材である。電極部は、例えば白金を主成分として形成され、固体電解質層上に積層される。リード部は、例えば白金を主成分として形成され、固体電解質層上に積層され電極部と電気的に接続される。また、リード部は、長手方向に延び電極部よりも幅が狭い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−６６１９２号公報

【特許文献2】特開２０１０−１２２１８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電極部とリード部との固体電解質層上の形成は、白金等の導電材料を含むペーストを固体電解質層上に印刷して乾燥することで行なわれる。ここで、電極部とリード部とを固体電解質層上に形成する際に、リード部と電極部との境界である接続部に亀裂が生じる場合があった。

【0006】

接続部での亀裂の発生を低減するために、電極部とリード部とを形成するためのペーストの配合組成を変更することが考えられる。しかしながら、ペーストの配合組成の変更は、検出精度の低下等の不具合を生じさせる可能性がある。

【0007】

従って本発明は、接続部の形状を工夫することで、接続部での亀裂の発生を低減できる技術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】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［形態１］
長手方向に延びる板状の固体電解質層と、前記固体電解質層上に積層された一対の電極部と、前記固体電解質層上に積層され、前記電極部と電気的に接続されて前記長手方向に延びると共に、前記電極部よりも幅が狭い一対のリード部と、を備えるセンサ素子において、
前記電極部と前記リード部との間に位置し、前記電極部と前記リード部とを接続する接続部を有し、
前記リード部の幅は前記電極部の幅の５０%未満であり、
前記接続部の両側面は、前記センサ素子を積層方向に沿って見たときに、半径０．４ｍｍ以上の内側に凸となるアール面であり、
前記長手方向のうち、前記電極部が配置された側を先端側、前記リード部が配置された側を後端側とした場合に、
前記接続部の両側面のうち、前記長手方向において先端側に設けられる外側面は、前記電極部の後端よりも先端側に位置する、ことを特徴とするセンサ素子。
この形態によれば、リード部の幅を電極部の幅よりも狭くすることで、固体電解質層を挟んで両側に電極部とリード部とを配置する場合に、両側に配置された一対のリード部の距離を長くできる。これにより、一対のリード部の絶縁を良好に図ることができる。その上、リード部の幅が電極部の幅の５０%未満となるセンサ素子において、接続部の両側面の形状が半径０．４ｍｍ以上の内側に凸となるアール面とすることで、電極部の幅に対してリード部の幅を狭くしたとしても、接続部での亀裂の発生を低減できる。また、短手方向において接続部の幅が極端に短くなる部分が発生する可能性を低減できる。これにより、電極部とリード部との電気的な接続が遮断される可能性を低減できる。

【0009】

［適用例１］長手方向に延びる板状の固体電解質層と、前記固体電解質層上に積層された一対の電極部と、前記固体電解質層上に積層され、前記電極部と電気的に接続されて前記長手方向に延びると共に、前記電極部よりも幅が狭い一対のリード部と、を備えるセンサ素子において、
前記電極部と前記リード部との間に位置し、前記電極部と前記リード部とを接続する接続部を有し、
前記リード部の幅は前記電極部の幅の５０%未満であり、
前記接続部の両側面は、前記センサ素子を積層方向に沿って見たときに、半径０．４ｍｍ以上の内側に凸となるアール面である、ことを特徴とするセンサ素子。
適用例１に記載のセンサ素子によれば、リード部の幅を電極部の幅よりも狭くすることで、固体電解質層を挟んで両側に電極部とリード部とを配置する場合に、両側に配置された一対のリード部の距離を長くできる。これにより、一対のリード部の絶縁を良好に図ることができる。
その上、リード部の幅が電極部の幅の５０%未満となるセンサ素子において、接続部の両側面の形状が半径０．４ｍｍ以上の内側に凸となるアール面とすることで、電極部の幅に対してリード部の幅を狭くしたとしても、接続部での亀裂の発生を低減できる。

【0010】

［適用例２］適用例１に記載のセンサ素子において、
前記長手方向と直交する前記固体電解質層短手方向について、前記電極部と前記リード部とは異なる範囲に配置されている、ことを特徴とするセンサ素子。
適用例２に記載のセンサ素子によれば、固体電解質層を挟んで両側に電極部とリード部とを配置する場合に、両側に配置された一対のリード部の距離をより長くできる。これにより、一対のリード部の絶縁をより良好に図ることができる。

【0011】

［適用例３］適用例１又は適用例２に記載のセンサ素子において、
前記長手方向のうち、前記電極部が配置された側を先端側、前記リード部が配置された側を後端側とした場合に、
前記接続部の両側面のうち、前記長手方向において先端側に設けられる外側面は、前記電極部の後端よりも先端側に位置する、ことを特徴とするセンサ素子。
適用例３に記載のセンサ素子によれば、短手方向において接続部の幅が極端に短くなる部分が発生する可能性を低減できる。これにより、電極部とリード部との電気的な接続が遮断される可能性を低減できる。

【0012】

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、センサ素子の製造方法、センサ素子を備えたガスセンサ、ガスセンサを備えた内燃機関等の態様で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例としてのガスセンサ２００を示す断面図である。

【図2】センサ素子１０の断面図である。

【図3】センサ素子１０の分解斜視図である。

【図4】電極ユニットの詳細を説明するための図である。

【図5】第１実験結果を示すグラフである。

【図6】第２実験結果を示すグラフである。

【図7】第１変形例の電極ユニット３００ａを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．変形例：

【0015】

Ａ．実施例：
Ａ−１：ガスセンサの全体構成：
図１は、本発明の実施例としてのガスセンサ２００を示す断面図である。このガスセンサ２００は、図示しない内燃機関（エンジン）の排気管に固定されて、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を測定する（以下、ガスセンサ２００のことを「ＮＯｘセンサ２００」とも呼ぶ）。図１は、ＮＯｘセンサ２００の長手方向Ｄ１と平行な断面を示している。以下、図１における下方向（下側）をＮＯｘセンサ２００の先端側ＦＷＤと呼び、図１における上方向（上側）をＮＯｘセンサ２００の後端側ＢＷＤと呼ぶ。

【0016】

ＮＯｘセンサ２００は、筒状の主体金具１３８と、長手方向Ｄ１に延びる板状形状をなすセンサ素子１０（単に「センサ素子１０」ともいう。）と、センサ素子１０を囲む筒状のセラミックスリーブ１０６と、絶縁コンタクト部材１６６と、６個の接続端子１１０（図１では、４個図示されている）と、を備えている。主体金具１３８の外表面には、排気管に固定されるためのねじ部１３９が形成されている。セラミックスリーブ１０６は、センサ素子１０の径方向周囲を取り囲むように配置されている。絶縁コンタクト部材１６６には、長手方向Ｄ１に貫通するコンタクト挿通孔１６８が形成されている。絶縁コンタクト部材１６６は、コンタクト挿通孔１６８の内壁面がセンサ素子１０の後端部の周囲を取り囲むように、配置されている。各接続端子１１０は、センサ素子１０と絶縁コンタクト部材１６６との間に配置されている。

【0017】

主体金具１３８は、軸線方向（「長手方向Ｄ１」ともいう。）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。主体金具１３８は、センサ素子１０の先端が貫通孔１５４の先端側ＦＷＤの外部に配置され、センサ素子１０の後端側が貫通孔１５４の後端側ＢＷＤの外部に配置されるように、センサ素子１０を貫通孔１５４内に保持している。棚部１５２は、長手方向Ｄ１に垂直な平面に対して傾斜したテーパ面を含んでいる。このテーパ面は、先端側ＦＷＤの直径が、後端側ＢＷＤの直径と比べて小さくなるように、形成されている。

【0018】

主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、セラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３、１５６（以下、滑石リング１５３、１５６ともいう）、セラミックスリーブ１０６が、この順に先端側ＦＷＤから後端側ＢＷＤに向かって積層されている。セラミックホルダ１５１、滑石リング１５３、１５６、セラミックスリーブ１０６によってセンサ素子１０は保持されている。

【0019】

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。セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、滑石リング１５３とセラミックホルダ１５１を保持するための金属ホルダ１５８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。

【0020】

また、主体金具１３８の先端側ＦＷＤの外周には、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。この二重のプロテクタ１４２、１４３は、複数の孔を有する金属（例えば、ステンレスなど）によって形成されており、センサ素子１０の突出部分を覆っている。

【0021】

主体金具１３８の後端側ＢＷＤの外周には、外筒１４４が固定されている。外筒１４４の後端側ＢＷＤの開口部には、グロメット１５０が配置されている。グロメット１５０には、リード線挿通孔１６１が形成されている。リード線挿通孔１６１には、６本のリード線１４６が挿通される（図１では５本のリード線１４６のみが示されている）。これらのリード線１４６は、センサ素子１０の後端側ＢＷＤの外表面に設けられた電極パッド（図示せず）にそれぞれ電気的に接続される。

【0022】

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ＢＷＤには、絶縁コンタクト部材１６６が配置される。この絶縁コンタクト部材１６６は、センサ素子１０の後端側ＢＷＤの表面に形成される電極バッド（図示せず）の周囲に配置される。絶縁コンタクト部材１６６は、筒状形状に形成され、長手方向Ｄ１に貫通するコンタクト挿通孔１６８を有する。また、絶縁コンタクト部材１６６は、外表面から径方向外側に突出する鍔部１６７を有する。絶縁コンタクト部材１６６と外筒１４４との間には、保持部材１６９が挿入されている。保持部材１６９は、外筒１４４と鍔部１６７とに接触することによって、絶縁コンタクト部材１６６を外筒１４４の内部に配置する。

【0023】

図２は、センサ素子１０の断面図である。図２では、センサ素子１０のうち、先端側部分を示している。またこの断面図は、長手方向Ｄ１と平行な断面を示している。図２において、左方向は先端方向（先端側）ＦＷＤを示し、右方向は後端方向（後端側）ＢＷＤを示している。センサ素子１０は、絶縁層１４ｅ、第１固体電解質層１１ａ、絶縁層１４ａ、第２固体電解質層１２ａ、絶縁層１４ｂ、第３固体電解質層１３ａ、及び絶縁層１４ｃ、１４ｄをこの順に積層した構造を有する。これらの層は、長手方向Ｄ１とは垂直な積層方向Ｄ２に沿って積層されている。図中では、説明を容易にするために、絶縁層１４ｅが第１固体電解質層１１ａから分離して示されているが、実際には、絶縁層１４ｅは、第１固体電解質層１１ａ上に積層されている。

【0024】

第１固体電解質層１１ａと第２固体電解質層１２ａとの間には、第１測定室１６が形成されている。第１測定室１６の左端（入口）に配置された第１拡散抵抗体１５ａを介して外部から被測定ガスＧＭが導入される。第１測定室１６の入口とは反対側の端には第２拡散抵抗体１５ｂが配置されている。

【0025】

第１測定室１６の右側には、第２拡散抵抗体１５ｂを介して第１測定室１６と連通する第２測定室１８が形成されている。第２測定室１８は、第２固体電解質層１２ａを貫通して第１固体電解質層１１ａと第３固体電解質層１３ａとの間に形成されている。

【0026】

絶縁層１４ｃ、１４ｄの間には、長手方向Ｄ１に沿って延びるヒータ５０が埋設されている。ヒータ５０は、ガスセンサ素子１０を所定の活性温度に昇温し、固体電解質層の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。ヒータ５０は、タングステン等の導体によって形成された発熱抵抗体であり、供給された電力によって熱を生じる。なお、ヒータ５０は、２つの層１４ｃ、１４ｄによって支持されている。

【0027】

なお、本実施例では、固体電解質層１１ａ、１２ａ、１３ａは、それぞれ、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主成分に用いて形成されている。絶縁層１４ａ〜１４ｅはアルミナを主成分に用いて形成されており、第１拡散抵抗体１５ａ及び第２拡散抵抗体１５ｂは、アルミナ等の多孔質物質を用いて形成されている。なお、主成分とは「セラミック層中の主材料の含有量が５０ｗｔ％以上であることを指し、例えば、固体電解質層は、ジルコニアが５０ｗｔ％以上含有すること」を指す。固体電解質層と絶縁層との８つの層のうちの６つの層１４ｅ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、原材料のシートを用いて形成されている（例えば、ジルコニアやアルミナ等のセラミックのシート）。２つの絶縁層１４ａ、１４ｂは、セラミックシート上へのスクリーン印刷によって形成されている。そして、焼成前の各層を積層して得られる積層体を焼成することによって、センサ素子１０が形成される。

【0028】

ガスセンサ素子１０は、第１ポンピングセル１１と、酸素濃度検出セル１２と、第２ポンピングセル１３とを有している。

【0029】

第１ポンピングセル１１は、第１固体電解質層１１ａと、これを挟持するように配置された内側第１電極ユニット１１ｃ、及び、対極である外側第１電極ユニット１１ｂとを備えている。内側第１電極ユニット１１ｃは第１測定室１６に面している。内側第１電極ユニット１１ｃ及び外側第１電極ユニット１１ｂはいずれも白金を主成分にして形成されている。また、内側第１電極ユニット１１ｃの表面は多孔質体からなる保護層１１ｅで覆われている。また、外側第１電極ユニット１１ｂは、絶縁層１４ｅのうちの外側第１電極ユニット１１ｂと対向する部分に埋め込まれた、ガス（例えば、酸素）が通過可能な多孔質１１ｄ（例えば、アルミナ）により覆われている。

【0030】

酸素濃度検出セル１２は、第２固体電解質層１２ａと、これを挟持するように配置された検知電極ユニット１２ｂ及び基準電極ユニット１２ｃとを備えている。検知電極ユニット１２ｂ及び基準電極ユニット１２ｃはいずれも白金を主成分として形成されている。

【0031】

絶縁層１４ｂは、第２固体電解質層１２ａに接する基準電極ユニット１２ｃが内部に配置されるように切り抜かれている。その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１７を形成している。酸素濃度検出セル１２に予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素が第１測定室１６から基準酸素室１７内に送り込まれる。そして、基準酸素室１７内の酸素濃度は、所定の濃度に維持される。これにより、基準酸素室１７は、酸素濃度の基準として利用される。

【0032】

第２ポンピングセル１３は、第３固体電解質層１３ａと、第３固体電解質層１３ａのうち第２測定室１８に面した表面に配置された内側第２ポンプ電極ユニット１３ｂ、及び、対極である第２対極電極ユニット（対極第２ポンプ電極ユニット）１３ｃとを備えている。内側第２ポンプ電極ユニット１３ｂ及び対極第２ポンプ電極ユニット１３ｃはいずれも白金を主成分として形成されている。なお、対極第２ポンプ電極ユニット１３ｃの電極部は、第３固体電解質層１３ａ上における絶縁層１４ｂの切り抜き部に配置され、基準電極ユニット１２ｃの電極部に対向して基準酸素室１７に面している。

【0033】

なお、図２には、ＮＯｘセンサ２００（センサ素子１０）の制御部ＣＵも示されている。制御部ＣＵには、図１に示す接続端子１１０とリード線１４６とを介して、ヒータ５０と、各電極ユニット１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃが接続されている。後述するように、制御部ＣＵは、ヒータ５０に電力を供給する。また、制御部ＣＵは、各電極ユニット１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃに対して信号を送受信することによって、ＮＯｘセンサ２００（センサ素子１０）を制御する。なお、本実施例では、制御部ＣＵは、オペアンプ等を用いて形成された電子回路である。制御部ＣＵを、ＣＰＵとメモリとを有するコンピュータを用いて形成してもよい。

【0034】

次に、センサ素子１０の動作の一例について説明する。まず、エンジンの始動によって制御部ＣＵが起動する。制御部ＣＵは、ヒータ５０に電力を供給する。ヒータ５０は、第１ポンピングセル１１、酸素濃度検出セル１２、第２ポンピングセル１３を活性化温度まで加熱する。そして、各セル１１〜１３が活性化温度まで加熱されたことに応じて、制御部ＣＵは、第１ポンピングセル１１に電流を流す。これにより、第１ポンピングセル１１は、第１測定室１６に流入した被測定ガス（排ガス）ＧＭ中の過剰な酸素を内側第１電極ユニット１１ｃから外側第１電極ユニット１１ｂへ向かって汲み出す。

【0035】

制御部ＣＵは、酸素濃度検出セル１２の電極間電圧（端子間電圧）が一定電圧Ｖ１（例えば４２５ｍＶ）になるように、第１ポンピングセル１１の電極間電圧（端子間電圧）を制御する。酸素濃度検出セル１２の電圧は、検知電極ユニット１２ｂにおける酸素濃度を表している。この制御によって、第１測定室１６内の酸素濃度は、ＮＯｘが分解しない程度に調整される。

【0036】

酸素濃度が調整された被測定ガスＧＮは、第２測定室１８に向かってさらに流れる。制御部ＣＵは、第２ポンピングセル１３に電極間電圧（端子間電圧）を印加する。この電圧は、被測定ガスＧＮ中のＮＯｘガスが酸素と窒素ガスに分解する程度の一定電圧に設定されている（酸素濃度検出セル１２の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）。これにより、被測定ガスＧＮ中のＮＯｘが、窒素と酸素に分解される。

【0037】

制御部ＣＵは、ＮＯｘの分解により生じた酸素を第２測定室１８から汲み出すように、第２ポンピングセル１３に第２ポンプ電流を流す。第２ポンプ電流とＮＯｘ濃度の間には直線関係があるので、電流を検出することによって被測定ガスＧＮ中のＮＯｘ濃度を検出することができる。

【0038】

図３は、センサ素子１０の分解斜視図である。絶縁層１４ｅの外表面には、３つの電極パッド１２５，１２６，１２７が形成されている。絶縁層１４ｄの外表面には、３つの電極パッド１２８，１２９，１３０が形成されている。

【0039】

絶縁層１４ｅには、３つのスルーホールＨ１５，Ｈ１６，Ｈ１７が形成されている。第１固体電解質層１１ａには、２つのスルーホールＨ２６，Ｈ２７が形成されている。絶縁層１４ａには、２つのスルーホールＨ３６，Ｈ３７と、第２測定室１８の一部を構成する貫通孔１８ａと、第１測定室１６とが形成されている。第２固体電解質層１２ａには、２つのスルーホールＨ４６，Ｈ４７と、第２測定室１８の一部を構成する貫通孔１８ｂと、が形成されている。絶縁層１４ｂには、１つのスルーホールＨ５７と、第２測定室１８の一部を構成する貫通孔１８ｃと、基準酸素室１７と、が形成されている。第３固体電解質層１３ａには、１つのスルーホールＨ６６が形成されている。絶縁層１４ｃには、１つのスルーホールＨ７６が形成されている。また、絶縁層１４ｃには、２つのスルーホールＨ６６，Ｈ７６を電気的に接続するための接続ラインＬ７６が形成されている。絶縁層１４ｄには、３つのスルーホールＨ８６，Ｈ８８，Ｈ８９が形成されている。上記各スルーホールは、焼成前のセラミックシートに穴を開けることで形成される。なお、スルーホールには、焼成前に導電性ペーストを形成することで、焼成後にスルーホール導体が形成されている。

【0040】

外側第１電極ユニット１１ｂは、第１固体電解質層１１ａの２つ主面のうちの一方の面上に配置されている。内側第１電極ユニット１１ｃは、第１固体電解質層１１ａの２つの主面のうちの他方の面上に配置されている。外側第１電極ユニット１１ｂと内側第１電極ユニット１１ｃのそれぞれの電極部は第１固体電解質層１１ａを挟んで対向する。

【0041】

検知電極ユニット１２ｂは、第２固体電解質層１２ａの２つの主面のうちの一方の面上に配置されている。基準電極ユニット１２ｃは、第２固体電解質層１２ａの２つの主面のうちの他方の面上に配置されている。詳細には、検知電極ユニット１２ｂと基準電極ユニット１２ｃのそれぞれの電極部が第２固体電解質層１２ａを挟んで対向する。

【0042】

対極第２ポンプ電極ユニット１３ｃと内側第２ポンプ電極ユニット１３ｂとは、第３固体電解質層１３ａの２つの主面のうちの一方の面上に配置されている。対極第２ポンプ電極１３ｃと基準電極ユニット１２ｃのそれぞれの電極部は、基準酸素室１７を挟んで対向する。

【0043】

内側第１電極ユニット１１ｃ，検知電極ユニット１２ｂ，内側第２ポンプ電極ユニット１３ｂは、スルーホールＨ１７，Ｈ２７，Ｈ３７，Ｈ４７，Ｈ５７を介して電極パッド１２４に電気的に接続されている。電極パッド１２７は、基準電位に接続されている。外側第１電極ユニット１１ｂはスルーホールＨ１５を介して電極パッド１２５に電気的に接続されている。基準電極ユニット１２ｃは、スルーホールＨ１６，Ｈ２６，Ｈ３６，Ｈ４６を介して電極パッド１２６に電気的に接続されている。対極第２ポンプ電極ユニット１３ｃは、スルーホールＨ８６，Ｈ７６、Ｈ６６及び接続ラインＬ７６を介して電極パッド１３０に電気的に接続されている。ヒータ５０は、一方のリード線がスルーホールＨ８８を介して電極パッド１２８に電気的に接続され、他方のリード線がスルーホールＨ８９を介して電極パッド１２９に電気的に接続されている。

【0044】

Ａ−２．電極ユニットの詳細構成：
図４は、電極ユニットの詳細を説明するための図である。図４は、外側第１電極ユニット１１ｂの先端側部分を積層方向Ｄ２に沿って見たときの図である。ここでは、外側第１電極ユニット１１ｂについて説明を行うが、他の電極ユニット（例えば、内側第１電極ユニット１１ｃ）も同様の構成である。また、以下では、各電極ユニット１１ｂ，１１ｃ，１２ｂ，１２ｃ，１３ｃ，１３ｂを区別することなく用いる場合は「電極ユニット３００」とも呼ぶ。

【0045】

電極ユニット３００は、先端側ＦＷＤから後端側ＢＷＤに向かう順に、電極部３０２と、接続部３０３と、リード部３０４と、を備える。なお、各部３０２，３０３，３０４の境界には、点線を付している。電極部３０２は、対極の電極部３０２との間で電流が流れてガスセンサ素子１０で行なわれるＮＯｘの濃度検出に利用される。

【0046】

リード部３０４は、電極部３０２と外部（詳細には制御部ＣＵ）とを電気的に接続するために用いられる。リード部３０４は、長手方向Ｄ１に延び、後端側ＢＷＤに位置する後端部で対応する電極パッド１２５，１２６，１２７，１３０に電気的に接続される。リード部３０４の幅Ｂは、電極部３０２の幅Ａよりも狭い。これにより、固体電解質層１１ａ，１２ａを挟んで両側に電極部３０２とリード部３０４とを配置する場合に、両側に配置された一対のリード部３０４の距離を長くできる。これにより、一対のリード部３０４の絶縁を良好に図ることができる。

【0047】

接続部３０３は、電極部３０２とリード部３０４との間に位置し、電極部３０２とリード部３０４とを電気的に接続する。すなわち、接続部３０３は、電極部３０２とリード部３０４との境界部であるとも言える。接続部３０３の両側面には、内側に凸のアール面３１０，３１２が形成されている。なお、説明の便宜上、アール面３１０，３１２のうち一方を「第１アール面３１０」とも呼び、他方を「第２アール面３１２」とも呼ぶ。第１アール面３１０は、半径Ｒａである。第２アール面３１２は、半径Ｒｂである。第１アール面３１０は、電極部３０２よりも後端側ＢＷＤにアールの中心Ｐａが位置する。第２アール面３１２は、リード部３０４よりも先端側ＦＷＤにアールの中心Ｐｂが位置する。また、本実施例では、第２アール面３１２は、第１アール面３１０よりも先端側ＦＷＤに設けられている。ここで、第２アール面３１２が、課題を解決するための手段に記載の「外側面」に相当する。

【0048】

上記のような電極ユニット３００は、例えば、白金を主成分としたペーストをスクリーンマスクで対応する固体電解質層１１ａ，１２ａ，１３ａ上に印刷し、印刷後に所定温度（例えば、８０〜９０℃）で乾燥することで形成できる。

【0049】

ここで、長手方向Ｄ１と直交する短手方向Ｄ３について、電極部３０２とリード部３０４とは異なる範囲に配置されることが好ましい。すなわち、図４に記載するように、短手方向Ｄ３について、電極部３０２が位置する範囲Ｄａと、リード部３０４が位置する範囲Ｄｂとが重なることなくずれていることが好ましい。こうすることで、固体電解質層１１ａ，１２ａを挟んで、電極ユニット１１ｂ，１１ｃ，１２ｂ，１２ｃを配置する場合に、両側に配置された一対のリード部３０４の距離を長くできる。すなわち、図４に示す電極ユニット３００の対極となる電極ユニット（単に「対極ユニット」とも呼ぶ。）を、長手方向Ｄ１を軸に反転させて、電極ユニット３００と対極ユニットとを固体電解質層１１ａ，１２ａを挟んで配置する。これにより、電極ユニット３００のリード部３０４と対極ユニットのリード部とが、固体電解質層１１ａ，１２ａを挟んで対向する可能性をより低減できる。これにより、一対のリード部３０４の絶縁をより良好に図ることができる。

【0050】

また、第２アール面３１２は、電極部３０２の後端３３０より先端側ＦＷＤに位置することが好ましい。図４に示す電極ユニット３００では、第２アール面３１２は、後端３３０よりも距離Ｌａだけ先端側ＦＷＤに位置する。言い換えれば、長手方向Ｄ１について、第１アール面３１０と第２アール面３１２とは異なる範囲に位置することが好ましい。こうすることで、接続部３０３の幅（短手方向Ｄ３の長さ）が極端に短くなる可能性を低減できる。これにより、電極部３０２とリード部３０４との電気的な接続が遮断される可能性を低減できる。

【0051】

Ａ−３．実験結果：
評価試験は以下の手順で行なった。すなわち、白金を主成分としたペーストをグリーンシート上にスクリーンマスクで印刷し、乾燥前の電極ユニット３００を形成する。次に乾燥機内にペーストを印刷したグリーンシートを入れる。そして、乾燥機にて乾燥温度９５℃にて３分間乾燥し、その後グリーンシートを取り出して大気中で５分間放置する。このサイクルを５回繰り返し、その後、拡大鏡で目視することで電極ユニット３００に亀裂が発生したか否かを判断する。作製した複数の電極ユニット３００に対して亀裂が発生した電極ユニット３００の割合を発生率ＶＤ（％）とした。なお、乾燥後の電極ユニット３００のうち、電極部３０２の厚みは１５μｍとし、リード部３０４の厚みは２５μｍとした。また、乾燥後の接続部３０３の厚みは、電極部３０２とリード部３０４の厚みの間の値とし、電極部３０２からリード部３０４に近づくに従って厚みを大きくした。なお、電極ユニット３００の作製に用いたペースト組成は以下の通りである。

【0052】

＜ペースト組成＞白金１００に対する比率（ｗｔ％）
白金 １００
セラミック粉末 ２０
有機バインダー ８
溶剤 ２５

【0053】

Ａ−３−１．第１実験結果：
電極ユニット３００の形状について、電極部３０２の幅Ａとリード部の幅Ｂの割合（Ｂ／Ａ）を変化させたサンプルを用いて、上記評価試験を行った。幅Ａと幅Ｂの割合（幅割合）の変化は、幅Ｂを０．３９ｍｍに固定し幅Ａを変化させることで行なった。各サンプルを１００本ずつ作製した。なお、第１実験に用いた各サンプルの接続部３０３の半径Ｒａ，Ｒｂは、共に０．３ｍｍである。

【0054】

図５は、第１実験結果を示すグラフである。横軸は幅割合（Ｂ／Ａ）を示し、縦軸は発生率ＶＤを示している。

【0055】

Ａ−３−２．第２実験結果：
電極ユニット３００の形状について、幅割合（Ｂ／Ａ）が一定（１３％）で、半径Ｒａ，Ｒｂを共に変化させたサンプルを用いて、上記評価試験を行った。なお、第２実験で用いたサンプルの幅Ａは３．１ｍｍであり、幅Ｂは０．３９ｍｍである。すなわち、図５中に記載のサンプルＮｏ．１と幅Ａ，Ｂが同じ値のサンプルを用いた。なお、各サンプルを１００本ずつ作製した。

【0056】

図６は、第２実験結果を示すグラフである。横軸は半径Ｒａ，Ｒｂの値を示し、縦軸は、発生率ＶＤを示している。

【0057】

Ａ−４．効果：
図５に示すように、半径Ｒａ，Ｒｂが０．３ｍｍ、幅割合Ｂ／Ａが５０％以上のサンプルにおいては発生率ＶＤが０％であったのに対し、半径Ｒａ，Ｒｂが０．３ｍｍ、幅割合Ｂ／Ａが４０％のサンプルＮｏ．１においては発生率ＶＤが０．４％であった。さらに、半径Ｒａ，Ｒｂが０．３ｍｍ、幅割合Ｂ／Ａが５０％未満のサンプルにおいては発生率ＶＤが増加した。つまり、一対のリード部の絶縁を良好に図るために、リード部の幅を電極部の幅の５０%未満とすると、接続部３０３に亀裂が発生することがわかる。
しかしながら、図６に示すように、幅割合Ｂ／ＡがサンプルＮｏ．１と同一のサンプルで半径Ｒａ，Ｒｂを変化させた評価試験では、半径Ｒａ，Ｒｂが０．４ｍｍ以上では、発生率ＶＤが０％であった。すなわち、図５に示すような、発生率ＶＤが増加する（つまり接続部３０３に亀裂が発生する）接続部３０３の両側面３１０，３１２を内側に凸となるアール面とし、アール面の半径を０．４ｍｍ以上とすることで、接続部３０３での亀裂の発生を低減できた。また、接続部３０３の両側面３１０，３１２の形状によって亀裂発生を低減しているため、電極ユニット３００を形成するためのペースト組成の設計自由度を向上できる。

【0058】

Ｂ．変形例：
本発明は、上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0059】

Ｂ−１．第１変形例：
図７は、第１変形例の電極ユニット３００ａを説明するための図である。第１実施例の電極ユニット３００と異なる点は、接続部３０３ａの形状である。その他の構成については第１実施例と同様の構成であるため、同様の構成については同一の符号を付すと共に説明を省略する。なお、電極部３０２、接続部３０３ａ、リード部３０４の境界には点線を付している。上記第１実施例の接続部３０３は、短手方向Ｄ３について、電極部３０２が位置する範囲Ｄａと、リード部３０４が位置する範囲Ｄｂとが重なることなくずれている関係を有していた。しかしながら、接続部３０３ａの両側面３１０ａ，３１２ａが、センサ素子１０を積層方向に沿って見たときに、接続部３０３ａの両側面３１０ａ，３１２ａが、半径０．４ｍｍ以上の内側に凸のアール面となる限りにおいて、第１変形例の電極ユニット３００ａのように範囲Ｄｂの全てが範囲Ｄａ内に位置する関係であっても良い。このようにしても、アール面である両側面３１０ａ，３１２ａの半径Ｒｃ，Ｒｄが０．４ｍｍ以上であることから、上記第１実施例と同様に、接続部３０３ａの亀裂の発生を低減できる。

【符号の説明】

【0060】

１０…センサ素子
１１…第１ポンピングセル
１１ａ…第１固体電解質層
１１ｂ…外側第１電極ユニット
１１ｃ…内側第１電極ユニット
１１ｄ…多孔質
１１ｅ…保護層
１２…酸素濃度検出セル
１２ａ…第２固体電解質層
１２ｂ…検知電極ユニット
１２ｃ…基準電極ユニット
１３…第２ポンピングセル
１３ａ…第３固体電解質層
１３ｂ…内側第２ポンプ電極ユニット
１３ｃ…対極第２ポンプ電極ユニット
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ…絶縁層
１５ａ…第１拡散抵抗体
１５ｂ…第２拡散抵抗体
１６…第１測定室
１７…基準酸素室
１８…第２測定室
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…貫通孔
５０…ヒータ
１１０…接続端子
１３８…主体金具
２００…ガスセンサ
３００…電極ユニット
３００ａ…電極ユニット
３０２…電極部
３０３…接続部
３０３ａ…接続部
３０４…リード部
３１０，３１２…側面
３１０ａ，３１２ａ…側面
３３０…後端

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】