JP2012108104A

JP2012108104A - ガスセンサ

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Publication number: JP2012108104A
Application number: JP2011204266A
Authority: JP
Inventors: Ai Igarashi; 愛五十嵐; Nobuo Furuta; 暢雄古田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: DE102011084737A1; JP5275427B2; DE102011084737B4; US20120103808A1; US8623188B2

Abstract

【課題】焼成用セッタから発生した脱粒屑等が未焼成のガスセンサ素子の表面に付着した場合であっても、必要な抗折強度を確保することができ、ガスセンサ素子の破損の発生を抑制することのできるガスセンサを提供する。
【解決手段】板状の固体電解質体と、固体電解質体の一方の表裏面に形成され、当該固体電解質体と共に被測定ガス中の特定ガスの濃度を検知する検知部を構成する一対の検知電極と、を有するガスセンサ素子と、発熱体を有するヒータと、を積層させた板状の積層体を、素子挿通部材を介してハウジングに組み込んだガスセンサであって、積層体の積層方向の両側端部には、アルミナを主成分とする絶縁基体が設けられ、当該絶縁基体の積層方向の両側端面のうち、少なくとも素子挿通部材と対向する部位には、アルミナよりも高靭性な第１材料を主成分とする塗布層が形成され、積層体の積層方向と平行な面には、前記塗布層が形成されていない。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するためのガスセンサに関する。

従来から、例えば自動車から排出される排気ガス等の被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサが知られている。このようなガスセンサでは、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するガスセンサ素子を用いている。このガスセンサ素子は、例えば、ジルコニアを主体とする固体電解質体に一対の電極を具備しており、さらには、絶縁層や、ヒータ等を積層し、全体として板状の外形を有するよう構成したものが知られている。

上記のようなガスセンサ素子において、絶縁層は、例えば、絶縁性及び耐熱性に優れたアルミナを主体としたセラミックから構成されている。また、ヒータは、例えば、アルミナを主体としたセラミックからなるヒータ絶縁層に発熱抵抗体等が埋設された構造とされている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−２９４６８７号公報

上記のガスセンサ素子では、その製造工程において、焼成時に使用する焼成用セッタからアルミナ、ムライト等の脱粒屑が発生することがある。この場合、ガスセンサ素子の積層方向の両側端部に設けられた、未焼成の絶縁層や未焼成のヒータ絶縁層（以下、未焼成の絶縁基体といい、絶縁層やヒータ絶縁層を絶縁基体という）の表面に付着する場合がある。そして、この未焼成の絶縁基体の表面に付着した脱粒屑が、焼成段階で絶縁基体の主成分であるアルミナと反応してアルミナが異常粒成長することにより、絶縁基体の抗折強度の低下を引き起こすという問題があった。また、このような抗折強度の低下によって、ガスセンサ素子を主体金具に組み込んで固定する際に、素子と主体金具（ハウジング）との間に配置され、素子が挿入されるホルダ、スリーブといったセラミック部材や滑石等の素子挿通部材にガスセンサ素子が接触し、組み付け時の圧力がその接触部に影響を及ぼすことによってガスセンサ素子が破損する場合があった。また、ガスセンサの測定時においても、内燃機関等からの振動により、素子挿通部材にガスセンサ素子が接触してガスセンサ素子が破損する場合があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、製造工程において焼成用セッタから発生した脱粒屑等が未焼成のガスセンサ素子の表面に付着した場合であっても、必要な抗折強度を確保することができ、ガスセンサ素子の破損の発生を抑制することのできるガスセンサを提供することを目的とする。

本発明のガスセンサは、板状の固体電解質体と、前記固体電解質体の一方の表裏面に形成され、当該固体電解質体と共に被測定ガス中の特定ガスの濃度を検知する検知部を構成する一対の検知電極と、を有するガスセンサ素子と、発熱体を有するヒータと、を積層させた板状の積層体を、素子挿通部材を介してハウジングに組み込んだガスセンサであって、前記積層体の積層方向の両側端部には、アルミナを主成分とする絶縁基体が設けられ、当該絶縁基体の積層方向の両側端面のうち、少なくとも前記素子挿通部材と対向する部位には、アルミナよりも高靭性な第１材料を主成分とする塗布層が形成され、前記積層体の積層方向に平行な表面には、前記塗布層が形成されていないことを特徴とする。

上記構成の本発明のガスセンサ素子では、積層体の積層方向の両側端部に設けられたアルミナを主成分とする絶縁基体の積層方向の両側端面のうち、少なくとも素子挿通部材と対向する部位には、アルミナよりも高靭性な第１材料を主成分とする塗布層が形成されている。これにより、塗布層が設けられている部分の抗折強度を高めることができる。よって、製造工程において焼成用セッタから発生した脱粒屑等が未焼成のガスセンサ素子の表面に付着した場合であっても、必要な抗折強度を確保することができ、ハウジングへの組み付け時におけるガスセンサ素子の破損の発生を抑制することができる。また、ガスセンサの測定時において、内燃機関等からの振動により、素子挿通部材にガスセンサ素子が接触したとしても、塗布層を設けることで必要な抗折強度を確保することできるため、ガスセンサ素子の破損の発生を抑制することができる。なお、上記の塗布層を積層体の側面（積層方向と平行な面）には設けないようにしている。積層方向と平行な面においては、素子幅が素子厚みよりも比較的に大きいために、脱粒屑等が未焼成のガスセンサ素子の表面に付着した場合であっても、塗布層を設けなくとも、必要な抗折強度を確保することができ、ガスセンサ素子の破損の発生を抑制することができる。よって、塗布層を設けることなく、生産性やコスト低減を図っている。

なお、「アルミナを主成分とする絶縁基板」とは、絶縁基板を構成する材料のうち、アルミナが５０質量％以上含有されていることを指す。また、「第１材料を主成分とする塗布層」とは、塗布層を構成する材料のうち、第１材料が５０質量％以上含有されていることを指す。
さらには、「アルミナよりも高靭性な第１材料」とは、第１材料がＪＩＳＲ１６０７（１９９０年）により規定されたアルミナの靭性よりも高い靭性を有するものであればよく、例えば、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等が挙げられる。

塗布層の厚さは、１０μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。塗布層の厚さが１０μｍ以上あれば、塗布層による抗折強度の向上効果が得られ、この抗折強度の向上効果は、例えば塗布層の厚さを２０μｍとしても１０μｍの場合とほとんど変わらない。また、ガスセンサ素子が素子挿通部材に挿入されることを考慮すると、塗布層の厚さは、最高でも５０μｍ程度とする必要がある。

さらに、塗布層は、絶縁基体よりも熱伝導率が低い材料からなることが好ましい。これにより、ヒータにより加熱されたガスセンサ素子の熱が塗布層を介して素子挿通部材に伝熱することを抑制でき、ヒータに投入する電力量を抑制することができる。

さらに、塗布層は、絶縁基体との熱膨張率差が０．７×１０^−６以下からなることが好ましい。これにより、塗布層が絶縁基体から剥離することを抑制できる。なお、塗布層と絶縁基体との熱膨張率差が０．７×１０^−６を越える場合には、この効果を得られないことがある。

さらに、塗布層はジルコニアを主成分とすることが好ましい。これにより、塗布層が設けられている部分の抗折強度を高めることができる。その上、ジルコニアはアルミナに比べて体積抵抗率が低いため、上記の塗布層を積層体の側面（積層方向と平行な面）には設けないようにすることによって、電気的なリークが発生することを抑制することができる。

本発明によれば、製造工程において焼成用セッタから発生した脱粒屑等が未焼成のガスセンサ素子の表面に付着した場合であっても、必要な抗折強度を確保することができ、ハウジングへの組み付け時における破損の発生を抑制することのできるガスセンサを提供することができる。

本発明の実施形態に係るガスセンサ素子の構成を模式的に示す分解斜視図。本発明の実施形態に係るガスセンサの構成を示す断面図。

以下、本発明の実施形態に係る積層型のガスセンサ素子１００を、図面を参照して説明する。図１は、全体形状が板状とされたガスセンサ素子１００の構造を示す分解斜視図であり、ガスセンサ素子１００は、ガスセンサ素子本体３と、ヒータ２を積層させて構成されている。

ガスセンサ素子本体３は、酸素濃度検出セル１３０と酸素ポンプセル１４０とを備えている。酸素濃度検出セル１３０と酸素ポンプセル１４０との間には、ガス検出室形成層１６０が設けられ、酸素ポンプセル１４０の外側（図中上側）に、保護層１２が設けられている。

酸素濃度検出セル１３０は、固体電解質体１１と、その固体電解質体１１の両面に形成された基準電極１３及び検知電極１４とを具備している。固体電解質体１１は、例えば、安定化剤としてイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）あるいはカルシア（ＣａＯ）を添加したジルコニア（ＺｒＯ_２）系焼結体やＬａＧａＯ_３系焼結体等から構成された酸素濃淡電池用の、酸素イオン導電性を有するものである。本実施形態では、イットリアを安定化剤として添加したジルコニアにアルミナが１０〜８０質量％含有された固体電解質体１１を用いている。

上記固体電解質体１１のヒータ２と面する側には、多孔質体からなる基準電極１３が形成されている。また、固体電解質体１１の基準電極１３と反対側に位置する面には、同様に多孔質体からなる検知電極１４が形成されている。基準電極１３及び検知電極１４は、固体電解質体１１と共に検知部を構成する基準電極部１３２と検知電極部１４２とが対向するように設けられ、さらに基準電極部１３２及び検知電極部１４２から、固体電解質体１１の長手方向に沿って基準電極リード部１３１及び検知電極リード部１４１がそれぞれ延設されている。これらの基準電極部１３２、検知電極部１４２、基準電極リード部１３１、検知電極リード部１４１は、例えばＰｔ等から構成されている。

酸素ポンプセル１４０は、第２固体電解質体１８１と、その第２固体電解質体１８１の両面に形成された第３電極１７０、第４電極１９０とから構成されている。第３電極１７０及び第４電極１９０は、第２固体電解質体１８１と共に検知部を構成する第３電極部１７２と第４電極部１９２とが対向するように設けられている。第３電極部１７２には、第２固体電解質体１８１の長手方向に延びる第３リード部１７１が設けられている。また、第４電極部１９２には、第２固体電解質体１８１の長手方向に延びる第４リード部１９１が設けられている。

上記酸素ポンプセル１４０と酸素濃度検出セル１３０との間に形成されたガス検出室形成層１６０は、絶縁部１６１と拡散律速部１６３とからなる。このガス検出室形成層１６０の絶縁部１６１には、検知電極部１４２及び第３電極部１７２に対応する位置にガス検出室１６２が形成されている。このガス検出室１６２は、ガス検出室形成層１６０の幅方向で外部と連通しており、該連通部には、外部とガス検出室１６２との間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する拡散律速部１６３が配置されている。

絶縁部１６１は、絶縁性を有するセラミック焼結体であれば特に限定されなく、例えば、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを挙げることができる。拡散律速部１６３は、アルミナからなる多孔質体である。この拡散律速部１６３によって検出ガスがガス検出室１６２へ流入する際の律速が行われる。

なお、基準電極リード部１３１の末端は、固体電解質体１１に設けられたスルーホール１１０、絶縁層１６０に設けられたスルーホール１６４、第２固体電解質体１８１に設けられたスルーホール１８２及び保護層１２に設けられたスルーホール１２３を介して３個設けられた信号取出し用端子１２６のうちの１つと電気的に接続されている。検知電極リード部１４１の末端は、絶縁層１６０に設けられたスルーホール１６５、第２固体電解質体１８１に設けられたスルーホール１８３及び保護層１２に設けられたスルーホール１２４を介して信号取出し用端子１２６のうちの１つと電気的に接続されている。

また、第３リード部１７１の末端は、第２固体電解質体１８１に設けられたスルーホール１８３及び保護層１２に設けられたスルーホール１２４を介して１つの信号取出し用端子１２６と電気的に接続されている。第４リード部１９１の末端は、保護層１２に設けられたスルーホール１２５を介して１つの信号取出し用端子１２６と電気的に接続されている。なお、検知電極リード部１４１と第３リード部１７１は、スルーホール１６５を介して同電位となっている。

ヒータ２は、抵抗発熱体２１を備え、この抵抗発熱体２１は、絶縁性に優れるアルミナからなるセラミック焼結体から構成される第１絶縁基体２２及び第２絶縁基体２３（特許請求の範囲の「絶縁基体」に相当）に挟持されている。この抵抗発熱体２１は、蛇行状に形成される発熱部２１２と、この発熱部２１２の端部とそれぞれ接続され、長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部２１３とを有している。また、このヒータリード部２１３の発熱部２１２と接続される側と反対側の端部は、第２絶縁基体２３を貫通する２つのスルーホール２３１を介して、外部回路接続用の外部端子と接続される一対のヒータ通電端子２３２とそれぞれ電気的に接続されている。

抵抗発熱体２１としては、貴金属、タングステン、モリブデン等を使用することができる。貴金属としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ等が挙げられ、これらのうちの１種のみを使用しても良いし、２種以上を併用しても良い。なお、抵抗発熱体２１は、耐熱性、耐酸化性等を考慮して貴金属を主体に構成することが好ましく、Ｐｔを主体に構成することがより好ましい。また、この抵抗発熱体２１には、主体となる貴金属にセラミック成分を含有させると良い。このセラミック成分としては、抵抗発熱体２１が埋設されることになるセラミック製の第１絶縁基体２２及び第２絶縁基体２３の主体となる成分と同成分（本実施形態ではアルミナ）を含有することが、固着強度の観点から好ましい。

また、抵抗発熱体２１において、発熱部２１２は通電により発熱する部位であり、リード部２１３は、外部から供給される直流電圧をこの発熱部２１２まで通電し自身はほとんど発熱しない部位である。これら発熱部２１２及びリード部２１３の形状は各々特に限定されないが、例えば、発熱部２１２をリード部２１３より幅細とし、リード部２１３より密なパターンとなるように蛇行させた形状を採用することができる。

また、保護層１２は、第４電極部１９２の表面上に形成され第４電極部１９２自身を被毒から防護するための多孔質状の電極保護層１２２と、第４リード部１９１の表面上に形成され第２固体電解質体１８１を保護するための強化保護層（特許請求の範囲の「絶縁基体」に相当）１２１とを具備している。この強化保護層１２１はアルミナからなるセラミック焼結体から構成されている。

上記のガスセンサ素子本体３とヒータ２を積層して構成されるガスセンサ素子１００において、その積層方向の両側端部（図１中上側端部と下側端部）には、アルミナからなる強化保護層１２１と、アルミナからなる第２絶縁基体２３が位置している。そして、強化保護層１２１と第２絶縁基体２３の積層方向の両側端面（図中強化保護層１２１の上側面と第２絶縁基体２３の下側面）のうち、少なくとも後述するガスセンサ素子１００が挿通される素子挿通部材（具体的には、金属ホルダ３４、セラミックホルダ３５、滑石３６及びスリーブ３９）に対向する部位には、塗布層１５１，１５２が形成されている。本実施形態では、ガスセンサ素子１００の先端から約１２ｍｍの位置から約３０ｍｍの位置まで、塗布層１５１，１５２が形成されている。また、積層体の積層方向と平行な強化保護層１２１の側面１５３及び第２絶縁基体２３の側面１５４には、このような塗布層が形成されていない。また、第２固体電解質体１８１の側面、ガス検出室形成層１６０の側面、固体電解質体１１の側面、第１絶縁基体２２の側面にも、同様に上記のような塗布層は形成されていない。

塗布層１５１，１５２は、ジルコニアを主成分としており、例えば、ジルコニアを５０％程度含むペーストを印刷によって未焼成の積層体の塗布層１５１，１５２の形成部位に塗布し、積層体とともに脱脂、焼成することによって形成することができる。なお、塗布層１５１、１５２はジルコニア以外に、アルミナ、ムライト、チタニア等の絶縁セラミックが含有されていても良い。

このようにガスセンサ素子本体３とヒータ２を積層して構成されるガスセンサ素子１００のうちで測定対象ガスに晒される先端側の部分には、周囲の全周に亘って、多孔質保護層（図示せず）が形成される。

以上のように、酸素ポンプセル１４０と酸素濃度検出セル１３０とを備えたガスセンサ素子１００では、酸素ポンプセル１４０の酸素ポンプ作用により、ガス検出室１６２内の被測定ガス中に含まれる酸素を導入及び導出でき、酸素濃度検出セル１３０の濃淡電池作用により酸素濃度を測定できるようになっており、空燃比センサ等として用いることができる。

図２は、上述したガスセンサ素子１００が組み込まれたガスセンサであり、具体的には内燃機関の排気管に取り付けられ、排ガス中の酸素濃度の測定等に使用されるガスセンサ２００の一例を示した全体断面図である。

図２に示す主体金具（ハウジング）３０は、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部３１と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部３２とを有している。また、主体金具３０には、径方向内側に向かって突出する金具側段部３３が設けられており、この金具側段部３３はガスセンサ素子１００を保持するための金属ホルダ３４を支持している。そしてこの金属ホルダ３４の内側にはガスセンサ素子１００を所定位置に配置するセラミックホルダ３５、滑石３６が先端側から順に配置されている。

この滑石３６は、金属ホルダ３４内に配置される第１滑石３７と、金属ホルダ３４の後端に渡って配置される第２滑石３８とからなる。そして第２滑石３８の後端側には、アルミナ製のスリーブ３９が配置されている。このスリーブ３９は多段の円筒状に形成されており、軸線に沿うように軸孔３９１が設けられ、内部にガスセンサ素子１００を挿通している。そして、主体金具３０の後端側のかしめ部３０１が内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材４０を介してスリーブ３９が主体金具３０の先端側に押圧されている。

ガスセンサ素子１００の表面に形成された前述の塗布層１５１，１５２は、金属ホルダ３４の先端側からスリーブ３９の後端側の部分に至る、金属ホルダ３４、セラミックホルダ３５、滑石３６及びスリーブ３９との対向部位に設けられている。

また、主体金具３０の先端側外周には、主体金具３０の先端から突出するガスセンサ素子１００の先端部１０１を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔２４１を有する金属製のプロテクタ２４が溶接により取り付けられている。このプロテクタ２４は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ４１、内側には後端部４２１の外径が先端部４２２の外径よりも大きく形成された有底円筒状の内側プロテクタ４２が配置されている。

一方、主体金具３０の後端側には、外筒２５の先端側が挿入されている。この外筒２５は、先端側の拡径した先端部２５１を主体金具３０にレーザ溶接等により固定されている。外筒２５の後端側内部には、セパレータ５０が配置され、セパレータ５０と外筒２５の隙間に保持部材５１が介在している。この保持部材５１は、セパレータ５０の突出部５０１に係合し、外筒２５をかしめることにより外筒２５とセパレータ５０とにより固定されている。

また、セパレータ５０には、ガスセンサ素子１００のリード線１１１〜１１５（図２には、１１１から１１３のみを示す。）を挿入するための通孔５０２が先端側から後端側にかけて貫設されている。通孔５０２内には、リード線１１１〜１１５とガスセンサ素子１００の外部端子とを接続する接続端子１１６が収容されている。各リード線１１１〜１１５は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してＥＣＵ等の外部機器と各リード線１１１〜１１５とは電気信号の入出力が行われることになる。また、各リード線１１１〜１１５は詳細に図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて被覆した構造を有している。

さらに、セパレータ５０の後端側には、外筒２５の後端側の開口部２５２を閉塞するための略円柱状のゴムキャップ５２が配置されている。このゴムキャップ５２は、外筒２５の後端内に装着された状態で、外筒２５の外周を径方向内側に向かってかしめることにより、外筒２５に固着されている。ゴムキャップ５２にも、リード線１１１〜１１５を挿入するための通孔５２１が先端側から後端側にかけて貫設されている。

上記構成の本実施形態のガスセンサ２００では、図１，２に示したように、ガスセンサ素子１００を構成する積層体の外側に位置する強化保護層１２１と第２絶縁基体２３の積層方向の両側端面（図１中強化保護層１２１の上側面と第２絶縁基体２３の下側面）のうち、少なくとも金属ホルダ３４、セラミックホルダ３５、滑石３６、及びスリーブ３９といった素子挿通部材と対向する部位には、アルミナよりも高靭性なジルコニアを主成分とする塗布層１５１，１５２が形成されている。これによって、ガスセンサ素子１００を焼成する際に、焼成用セッタから発生した脱粒屑等が、未焼成のガスセンサ素子１００の表面に付着した場合であっても、必要な抗折強度を確保することができ、主体金具３０への組み付け時におけるガスセンサ素子１００の破損の発生を抑制することができる。また、ガスセンサ２００の測定時においても、内燃機関等からの振動により、素子挿通部材にガスセンサ素子１００が接触したとしても、塗布層１５１、１５２を設けることで必要な抗折強度を確保することができるため、ガスセンサ素子１００の破損の発生を抑制することができる。

実際に、実施例１〜８、比較例１のガスセンサ素子（１ロット３０本）を、２ロットずつ（合計５４０本）作製し、夫々の抗折強度を測定した。実施例１〜８では、塗布層１５１，１５２を１層塗布したもの（実施例１〜４）と、２層塗布したもの（実施例５〜８）を夫々作製した。実施例１〜８、比較例１のガスセンサ素子のうち、１ロットについては焼成用セッタから発生した脱粒屑に相当する異物が付着した場合について抗折強度を測定し、他の１ロットについては焼成用セッタから発生した脱粒屑に相当する異物が付着していない場合について抗折強度を測定した。なお、抗折強度の測定方法としては、３点曲げ試験を用いた。なお、３点曲げ試験の条件としては、スパン２０ｍｍとして、スパン中央部（塗布層１５１、１５２が設けられている部分）に速度１０ｍｍ／ｍｉｎでゲージを下げて、ガスセンサ素子が折れた時の荷重値を取得し、さらに、それぞれ実施例毎、比較例毎に平均値を取得した。

焼成用セッタから発生した脱粒屑に相当する異物が付着した場合、比較例１の抗折強度の平均値を１としたときに、実施例１〜８の抗折強度の平均値は約１．０９となり、約９％抗折強度が高くなっていた。実施例１〜４（１層塗布）と、実施例５〜８（２層塗布）の抗折強度の平均値には、有意な差はなかった、

焼成用セッタから発生した脱粒屑に相当する異物が付着していない場合、比較例１の抗折強度の平均値を１としたときに、実施例１〜８の抗折強度の平均値は約１．１５となり、約１５％抗折強度が高くなっていた。実施例１〜４（１層塗布）と、実施例５〜８（２層塗布）の抗折強度の平均値には、有意な差はなかった、

上記の実施例に示されるように、ジルコニアを主成分とする塗布層１５１，１５２を有する実施例１〜８では、塗布層を有しない比較例１に比べて抗折強度が向上していることを確認できた。

なお、本実施形態では、塗布層１５１、１５２を、ガスセンサ素子１００を構成する積層体の側面（積層方向と平行な面）には設けないようにしている。積層方向と平行な面においては、ガスセンサ素子１００の素子幅が素子厚みよりも比較的に大きいために、脱粒屑等が未焼成のガスセンサ素子１００の表面に付着した場合であっても、塗布層１５１、１５２を設けなくとも、必要な抗折強度を確保することができ、ガスセンサ素子１００の破損の発生を抑制することができる。よって、塗布層を設けることなく、生産性やコスト低減を図っている。

なお、塗布層１５１，１５２を１層塗布した場合、塗布層１５１，１５２の厚さは、約１０μｍとなり、２層塗布した場合、塗布層１５１，１５２の厚さは、約２０μｍとなったが、これらの間で抗折強度の差は見られなかった。また、ガスセンサ素子が素子挿通部材に挿入されることを考慮すると、塗布層１５１，１５２の厚さは、最高でも５０μｍ程度とする必要がある。このため、塗布層１５１，１５２の厚さは、１０μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。

さらに、塗布層１５１、１５２は、強化保護層１２１や第２絶縁基体２３よりも熱伝導率が低い材料からなっている。これにより、ヒータ２により加熱されたガスセンサ素子１００の熱が塗布層１５１、１５２を介して素子挿通部材に伝熱することを抑制でき、ヒータ２に投入する電力量を抑制することができる。

さらに、塗布層１５１、１５２は、強化保護層１２１や第２絶縁基体２３との熱膨張率差が０．７×１０^−６以下からなることが好ましい。これにより、塗布層１５１、１５２が強化保護層１２１や第２絶縁基体２３から剥離することを抑制できる。なお、本実施形態においては、塗布層１５１、１５２の熱膨張率８．７×１０^−６であり、強化保護層１２１や第２絶縁基体２３の熱膨張率８．６×１０^−６である。

さらに、塗布層１５１、１５２はジルコニアを主成分としているので、塗布層１５１、１５２が設けられている部分の抗折強度を高めることができる。その上、ジルコニアはアルミナに比べて体積抵抗率が低いため、上記の塗布層１５１、１５２を積層体の側面（積層方向と平行な面）には設けないようにすることによって、電気的なリークが発生することを抑制することができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、本実施形態では、塗布層１５１、１５２がジルコニアを主成分とする材料から形成されていたが、これに限らず、アルミナよりも高靭性な第１材料を主成分とすればよく、例えば、第１材料がＪＩＳＲ１６０７（１９９０年）により規定されたアルミナの靭性よりも高い靭性を有するものであればよく、より具体的には、窒化珪素、炭化珪素を主成分としても良い。
また、本実施形態では、強化保護層１２１や第２絶縁基体２３がアルミナからなっていたが、これに限らず、アルミナを主成分とすればよく、その他、ジルコニアやムライトが含有されていても良い。
また、空燃比センサ以外のガスセンサ、例えば、ＨＣセンサ、ＣＯセンサ、ＮＯｘセンサに使用する積層型ガスセンサ素子に対しても、上記と同様にして適用することができる。

２……ヒータ、３……ガスセンサ素子本体、１１……固体電解質体、１３……基準電極、１４……検知電極、２１……抵抗発熱体、２３……第２絶縁基体、１００……ガスセンサ素子、１２１……強化保護層、１５１，１５２……塗布層、１５３，１５４……側面、２００……ガスセンサ。

Claims

板状の固体電解質体と、
前記固体電解質体の一方の表裏面に形成され、当該固体電解質体と共に被測定ガス中の特定ガスの濃度を検知する検知部を構成する一対の検知電極と、
を有するガスセンサ素子と、
発熱体を有するヒータと、
を積層させた板状の積層体を、素子挿通部材を介してハウジングに組み込んだガスセンサであって、
前記積層体の積層方向の両側端部には、アルミナを主成分とする絶縁基体が設けられ、当該絶縁基体の積層方向の両側端面のうち、少なくとも前記素子挿通部材と対向する部位には、アルミナよりも高靭性な第１材料を主成分とする塗布層が形成され、
前記積層体の積層方向に平行な表面には、前記塗布層が形成されていない
ことを特徴とするガスセンサ。
請求項１記載のガスセンサであって、
前記塗布層の厚さが１０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とするガスセンサ。
請求項１または請求項２記載のガスセンサであって、
前記塗布層は、前記絶縁基体よりも熱伝導率が低い材料からなることを特徴とするガスセンサ。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
前記塗布層は、前記絶縁基体との熱膨張率差が０．７×１０^−６以下となる材料からなることを特徴とするガスセンサ。
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
前記塗布層は、ジルコニアを主成分とすることを特徴とするガスセンサ。