JP2002131278A - Sensor element - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the strength of sensor element, while preventing warpages during the baking thereof. SOLUTION: Leads 15 and 16 are formed to be connected respectively to a reference electrode 3 and a measuring electrode 4, each having a sensing part made for detecting the concentration of oxygen at a space part 5 and leads 17 and 18 formed to be connected to an inner electrode 9 and an outer electrode 10, each having a pumping part made for keeping the concentration of oxygen constant at the space part 5. Two leads 12 are connected, to be connected to a heating resistor 6. When the number of leads to be connected to the electrodes of the sensing parts and the pumping parts is represented by (n), intervals between all of the adjacent leads lie within a range of ±30 deg. (360 deg./n), in terms of the circumferential angle.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の内燃機
関や、各種燃焼機器等の排気ガス中における酸素濃度お
よびＮＯｘ濃度を測定するセンサ素子に関係するもので
あり、具体的には発熱体と検知部が一体化されてなり、
熱衝撃性に優れたガス応答性の速いヒーター一体型の酸
素センサ素子およびＮＯｘセンサ素子に係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor element for measuring an oxygen concentration and a NOx concentration in an exhaust gas from an internal combustion engine such as an automobile or various combustion equipment, and more specifically, to a heating element. And the detection unit are integrated,
The present invention relates to a heater-integrated oxygen sensor element and a NOx sensor element which are excellent in thermal shock and have high gas responsiveness.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、自動車等の内燃機関においては、
排気ガス中の酸素濃度を検出して、その検出値に基づい
て内燃機関に供給する空気および燃料供給量を制御する
ことにより、内燃機関からの有害物質、例えばＣＯ、Ｈ
Ｃ、ＮＯｘを低減させる方法が採用されている。しかし
ながら、近年排気ガスの規制強化の傾向が強まり、エン
ジン始動直後からのＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの検出が必要に
なってきた。2. Description of the Related Art Conventionally, in internal combustion engines such as automobiles,
By detecting the oxygen concentration in the exhaust gas and controlling the amount of air and fuel supplied to the internal combustion engine based on the detected value, harmful substances such as CO, H
A method of reducing C and NOx has been adopted. However, in recent years, exhaust gas regulations have become more strict, and it has become necessary to detect CO, HC, and NOx immediately after starting the engine.

【０００３】このような要求に対して、図８に示すよう
にヒーターを一体化した固体電解質を用いた平板型のセ
ンサ素子６０（以下、平板型素子という）が提案されて
いる。この平板型のセンサ素子６０では、平板状の固体
電解質６１には、排気ガスを取り込むための拡散孔と呼
ばれる小さな孔６２が開けられており、その両面に一対
の電極６３、６４が形成され、さらに空隙６５を挟んで
もう一枚の平板状の固体電解質６６が成形されている。
その固体電解質６６の両面には一対の電極６７、６８が
形成され、また、セラミック絶縁体層６９中には発熱抵
抗体７０が埋設されている。また、電極６７は、大気ガ
ス供給口７１を通じて大気と接触される。In response to such a demand, a flat sensor element 60 (hereinafter, referred to as a flat element) using a solid electrolyte integrated with a heater has been proposed as shown in FIG. In the flat plate type sensor element 60, a small hole 62 called a diffusion hole for taking in exhaust gas is formed in the flat solid electrolyte 61, and a pair of electrodes 63 and 64 are formed on both surfaces thereof. Further, another flat solid electrolyte 66 is formed with the gap 65 interposed therebetween.
A pair of electrodes 67 and 68 are formed on both surfaces of the solid electrolyte 66, and a heating resistor 70 is embedded in the ceramic insulator layer 69. Further, the electrode 67 is brought into contact with the atmosphere through the atmosphere gas supply port 71.

【０００４】このような平板型素子においては、前者の
固体電解質をポンプセルとして、後者の固体電解質を濃
淡電池セルとして作用させて、排気ガス中の酸素濃度を
測定する。In such a flat element, the former solid electrolyte acts as a pump cell and the latter solid electrolyte acts as a concentration cell, and the oxygen concentration in the exhaust gas is measured.

【０００５】一方、平板型のヒーターが一体化されたＮ
Ｏｘセンサ素子７４は、図９に示すように、ガス透過性
のある多孔性の隔壁７７を介して２枚の平板状の固体電
解質層７５、７６により第１空間室７８と第２空間室７
９が形成されている．第１空間室７８の上部における固
体電解質層７５の両面には一対の第１の電極対８０、８
１が、また第２空間室７９の下部における固体電解質層
７６の両面には第２の電極対８２、８３が形成されてい
る。On the other hand, N
As shown in FIG. 9, the Ox sensor element 74 includes a first space chamber 78 and a second space chamber 7 formed by two flat solid electrolyte layers 75 and 76 via a gas-permeable porous partition wall 77.
9 are formed. A pair of first electrode pairs 80 and 8 are provided on both surfaces of the solid electrolyte layer 75 above the first space 78.
1 and second electrode pairs 82 and 83 are formed on both surfaces of the solid electrolyte layer 76 below the second space 79.

【０００６】このようなＮＯｘセンサ素子７４では、セ
ンサ素子７４先端の多孔質のガス拡散孔８４から排気ガ
スを取り込み、第１空間室７８で、排気ガス中のＮＯｘ
を分解させないよう排気ガス中の酸素を第１の電極対８
０、８１の間でポンピングにより第１空間室７８から汲
み出す。この後、ＮＯｘを含有する排気ガスを多孔性の
隔壁７７を通して第２空間室７９に輸送し、第２空間室
７９において電極８２でＮＯｘを完全に分解させて、発
生した酸素をポンピングにより大気に通じるガス供給孔
８５に汲み出す。この時、第１空間室７８の下部の固体
電解質層７６には、その両端に電極対８２、８５が形成
され、第１空間室７８内の酸素濃度を検出するために濃
淡電池が構成されている。In such a NOx sensor element 74, the exhaust gas is taken in from the porous gas diffusion hole 84 at the tip of the sensor element 74, and the NOx in the exhaust gas is
Oxygen in the exhaust gas to prevent the first electrode pair 8 from decomposing.
It is pumped out of the first chamber 78 by pumping between 0 and 81. After that, the exhaust gas containing NOx is transported through the porous partition wall 77 to the second space 79, where the NOx is completely decomposed by the electrode 82 in the second space 79, and the generated oxygen is pumped to the atmosphere. It is pumped out to the gas supply hole 85 which leads. At this time, electrode pairs 82 and 85 are formed at both ends of the solid electrolyte layer 76 below the first space 78, and a concentration cell is configured to detect the oxygen concentration in the first space 78. I have.

【０００７】このようなＮＯｘセンサ素子７４には、同
様にセンシング部を加熱するため、セラミック絶縁層中
８６に発熱抵抗体８７が埋設されている。In such a NOx sensor element 74, a heating resistor 87 is embedded in a ceramic insulating layer 86 in order to heat the sensing portion in the same manner.

【０００８】また、円筒型のセンサ素子としては、図１
０に示すようなセンサ素子９１が特開昭６４−４３７５
３号公報に示されている。このセンサ素子９１は、円筒
管９２の表面に固体電解質層９３が被覆されたものであ
る。その固体電解質層９３の内面側には、第一基準電極
９４と第二基準電極９６、その外側には第一測定電極９
５、第二測定電極９７および発熱抵抗体９８が設けら
れ、さらに、内面側と外面側とを連通する第１〜４の貫
通孔９９〜１０２が形成されている。FIG. 1 shows a cylindrical sensor element.
The sensor element 91 shown in FIG.
No. 3 discloses this. This sensor element 91 is obtained by covering a surface of a cylindrical tube 92 with a solid electrolyte layer 93. A first reference electrode 94 and a second reference electrode 96 are provided on the inner surface side of the solid electrolyte layer 93, and a first measurement electrode 9 is provided on the outside thereof.
Fifth, a second measurement electrode 97 and a heating resistor 98 are provided, and further, first to fourth through holes 99 to 102 communicating between the inner surface side and the outer surface side are formed.

【０００９】この第１〜４の貫通孔９９〜１０２は、一
対の第１および第２の貫通孔９９、１００ともう一対の
第３および第４の貫通孔１０１、１０２とが対向して配
置されている。そして、固体電解質層９３の筒状体９２
に接する内周面には第１の基準電極９４が、その外周面
には第１の測定電極９６が、第１の貫通孔９９に対向す
る位置に設けられている。また同様に、第３の貫通孔１
０１に対応する位置には、第２の基準電極５および第２
の測定電極９７が設けられている。さらに、発熱抵抗体
９８は固体電解質層９３の外周面上に設けられている。
第１および第２の基準電極９４、９５は、固体電解質層
９３に設けられたスルーホールを介して、基準電極端子
１０４に接続されている。また、第１および第２の測定
電極１０６、１０７は、測定電極端子１０５に、発熱抵
抗体９８は発熱抵抗体端子１０６、１０７に各々接続さ
れている。また、発熱抵抗体９８および発熱抵抗体端子
１０６、１０７は、絶縁層１１４、１１８に挟まれて、
固体電解質９３に接触しないように形成されている。The first to fourth through holes 99 to 102 are arranged such that a pair of first and second through holes 99 and 100 and another pair of third and fourth through holes 101 and 102 face each other. Have been. Then, the cylindrical body 92 of the solid electrolyte layer 93 is formed.
A first reference electrode 94 is provided on an inner peripheral surface in contact with the first through hole, and a first measurement electrode 96 is provided on an outer peripheral surface thereof at a position facing the first through hole 99. Similarly, the third through hole 1
01 is located at a position corresponding to the second reference electrode 5 and the second reference electrode 5.
Are provided. Further, the heating resistor 98 is provided on the outer peripheral surface of the solid electrolyte layer 93.
The first and second reference electrodes 94 and 95 are connected to the reference electrode terminal 104 via through holes provided in the solid electrolyte layer 93. The first and second measurement electrodes 106 and 107 are connected to the measurement electrode terminal 105, and the heating resistor 98 is connected to the heating resistor terminals 106 and 107, respectively. Further, the heating resistor 98 and the heating resistor terminals 106 and 107 are sandwiched between insulating layers 114 and 118,
It is formed so as not to contact the solid electrolyte 93.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところが、図８、９に
示す平板型構造のセンサ素子は、本質的に熱衝撃等の機
械的な衝撃を受けると、図８に矢印で示したようにエッ
ジ部に応力が集中して容易に素子が破壊するという欠点
を有していた。However, when the sensor element having the flat plate structure shown in FIGS. 8 and 9 is essentially subjected to a mechanical shock such as a thermal shock, the sensor element has an edge as shown by an arrow in FIG. This has the disadvantage that stress concentrates on the part and the element is easily broken.

【００１１】また、図１０に示す円筒状のヒーター一体
型のセンサ素子においては、固体電解質からなるグリー
ンシート９３、１１４上にポンプセル９４および／また
はセンシングセル９５と加熱用の発熱抵抗体９７、さら
にこれらに接続される複数のリード線１０４、１０５、
１０６、１０７が形成され、円筒管の外周に密着した
後、焼成一体化されてセンサ素子とする際、グリーンシ
ートの両端にリード線を形成するので、リード線の位置
が一方に片寄ってしまい、焼成時の変形の原因となって
いた。さらにこの変形の要因として発熱体のリード線の
厚みと電極のリード線の厚みが違うことがあげられる。In the cylindrical sensor element integrated with a heater shown in FIG. 10, a pump cell 94 and / or a sensing cell 95 and a heating resistor 97 for heating are provided on green sheets 93 and 114 made of a solid electrolyte. A plurality of lead wires 104, 105 connected to these,
When 106 and 107 are formed and adhere to the outer periphery of the cylindrical tube, and then fired and integrated to form a sensor element, lead wires are formed at both ends of the green sheet, so that the positions of the lead wires are offset to one side, This caused deformation during firing. Further, as a factor of this deformation, the thickness of the lead wire of the heating element is different from the thickness of the lead wire of the electrode.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明では、上記の問題
について検討した結果、一端が閉口した円筒管の表面
に、少なくとも一対の電極を有する一個以上の検知部
と、該検知部の周囲に検知部を加熱するための発熱体を
埋設した円筒状のヒーター一体型センサ素子であって、
前記電極および発熱抵抗体と電気的に接続するためのリ
ード線の数をｎとしたとき、全ての隣り合うリード線の
間隔が円周角で（３６０°／Ｎ）±３０゜の範囲内に配
置することにより、熱応力をセンサ素子全体にわたり均
等に分散させ、センサ素子の機械的強度を向上させるこ
とが出来ることを見出した。さらにリード線の配置にお
いては発熱抵抗体のリード線同士が対向の位置にあるこ
とおよび電極のリード線同士が対向の位置にある様に配
する。According to the present invention, as a result of studying the above problem, one or more detectors having at least a pair of electrodes are provided on the surface of a cylindrical tube having one end closed, and a plurality of detectors are provided around the detector. A cylindrical heater-integrated sensor element in which a heating element for heating the detection unit is embedded,
Assuming that the number of lead wires for electrically connecting the electrodes and the heating resistor is n, the interval between all adjacent lead wires is within a range of (360 ° / N) ± 30 ° in circumferential angle. By arranging, it has been found that thermal stress can be evenly distributed over the entire sensor element and the mechanical strength of the sensor element can be improved. Further, in the arrangement of the lead wires, the lead wires of the heating resistor are arranged so as to be opposed to each other and the lead wires of the electrodes are arranged so as to be opposed to each other.

【００１３】また、本発明のように、複数のリード線を
円筒の周囲に等間隔で配置した構造を採用することによ
り、センサ素子成形体の収縮が均等に起こり、その結果
リード線とその他のセンサ素子構成材料、例えば固体電
解質材料等との収縮率の違いおよび焼結温度の差に起因
するセンサ素子の変形を防止することが出来ることを見
出した。Further, by employing a structure in which a plurality of lead wires are arranged at equal intervals around a cylinder as in the present invention, contraction of the sensor element molded body occurs evenly, and as a result, the lead wire and other lead wires It has been found that the sensor element can be prevented from being deformed due to a difference in shrinkage from a sensor element constituent material such as a solid electrolyte material and a difference in sintering temperature.

【００１４】また、電極と電気的に接続するためのリー
ド線の厚みとしては、３〜３０μｍであることが望まし
い。リード線の厚みが、３μｍより薄いとリード線の電
気抵抗が大きくなり、電圧値、電流値などの電気信号が取
り出せない場合がある。それに対して、厚みが３０μｍ
を超えると、センサ素子の成形体を焼成する場合、セン
サ素子表面にクラックが入り易い。リード線の厚みとし
ては、１０〜２０μｍの範囲とするとさらに好ましい。Further, it is desirable that the thickness of the lead wire for electrically connecting to the electrode is 3 to 30 μm. If the thickness of the lead wire is less than 3 μm, the electrical resistance of the lead wire becomes large, and it may not be possible to extract an electric signal such as a voltage value or a current value. On the other hand, the thickness is 30 μm
When it exceeds, when the molded body of the sensor element is baked, cracks are easily formed on the surface of the sensor element. More preferably, the thickness of the lead wire is in the range of 10 to 20 μm.

【００１５】[0015]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態として図
１に示すセンサ素子について説明する。Next, a sensor element shown in FIG. 1 will be described as an embodiment of the present invention.

【００１６】図１に示したセンサ素子１によれば、酸素
イオン導電性を有するセラミック固体電解質からなり一
端が封止された、言い換えれば縦断面がＵ字状の円筒管
２には、検知部を構成するための第１の電極対が形成さ
れている。具体的には、円筒管２の内面に、空気などの
基準ガスと接触される基準電極３が形成され、また円筒
管２の基準電極３と対向する外面には排気ガスなどの被
測定ガスと接触する測定電極４が形成されている。According to the sensor element 1 shown in FIG. 1, a detecting portion is provided in a cylindrical tube 2 made of a ceramic solid electrolyte having oxygen ion conductivity and having one end sealed, that is, a U-shaped vertical section. Is formed. Specifically, a reference electrode 3 that is in contact with a reference gas such as air is formed on an inner surface of the cylindrical tube 2, and a measurement target gas such as exhaust gas is formed on an outer surface of the cylindrical tube 2 that faces the reference electrode 3. A measuring electrode 4 to be in contact is formed.

【００１７】また、円筒管２の外側表面には、測定電極
４の一部または全部が露出するような空間部５が形成さ
れており、且つその空間部５の周囲に発熱抵抗体６が埋
設された絶縁層７が設けられている。A space 5 is formed on the outer surface of the cylindrical tube 2 so that part or all of the measurement electrode 4 is exposed, and a heating resistor 6 is buried around the space 5. Provided insulating layer 7 is provided.

【００１８】そして、この空間部５の上面には、この空
間部５を閉塞するように、酸素イオン導電性を有する固
体電解質層８が形成されており、この固体電解質層８の
空間部５側の内面と、それに対向する固体電解質層８外
面には内側電極９と外側電極１０からなる第２の電極対
が形成されている。かかる固体電解質層８と第２の電極
対９、１０は、空間部５の酸素濃度を所定の濃度に制御
するために酸素を移動させるポンプセルとして機能を果
たしている。A solid electrolyte layer 8 having oxygen ion conductivity is formed on the upper surface of the space 5 so as to close the space 5, and the solid electrolyte layer 8 is formed on the space 5 side. A second electrode pair including an inner electrode 9 and an outer electrode 10 is formed on the inner surface of the solid electrolyte layer 8 and the outer surface of the solid electrolyte layer 8 facing the inner surface. The solid electrolyte layer 8 and the second pair of electrodes 9 and 10 function as a pump cell that moves oxygen to control the oxygen concentration in the space 5 to a predetermined concentration.

【００１９】また、第２の電極対９、１０を具備する固
体電解質層８には、被測定ガスとなる排気ガスを取りこ
むための小さな拡散孔１１が形成されている。Further, a small diffusion hole 11 for taking in an exhaust gas to be measured is formed in the solid electrolyte layer 8 having the second pair of electrodes 9 and 10.

【００２０】また、セラミック絶縁層７中に配設された
発熱抵抗体６は、リード線１２を経由して端子電極１３
と接続されており、これらを通じて発熱抵抗体６に電流
を流すことにより発熱抵抗体６が加熱され、基準電極３
および測定電極４を具備する固体電解質からなる円筒管
２および上述の内部電極９および外部電極１０を具備す
る固体電解質層８からなるセンシング部を加熱する仕組
みとなっている。The heating resistor 6 disposed in the ceramic insulating layer 7 is connected to the terminal electrode 13 via the lead wire 12.
The heating resistor 6 is heated by flowing a current through the heating resistor 6 through these, and the reference electrode 3
In addition, a heating mechanism is provided for heating the cylindrical tube 2 made of the solid electrolyte having the measurement electrode 4 and the sensing part made up of the solid electrolyte layer 8 having the internal electrode 9 and the external electrode 10 described above.

【００２１】本発明においては、空間部５の酸素濃度を
検知するセンシング部を形成する基準電極３、測定電極
４に接続するリード線１５、１６と、空間部５の酸素濃
度を一定に保つためのポンピング部を形成する内部電極
９、外部電極１０に接続するリード線１７、１８、が形
成され、発熱抵抗体６に接続される２本のリード線１２
が接続されている。そして、センシング部とポンピング
部の電極に接続するリード線の数をｎとしたとき、全て
の隣り合うリード線の間隔が円周角θで（３６０°／
ｎ）±３０゜の範囲内とすることにより、センサ素子の
強度を改善するとともに、焼成時の反りを防止すること
ができる。この実施形態では、各リード線１５、１６、
１７、１８は４本であるから、それぞれの隣り合う電極
のなす円周角θを９０±３０゜としてある。なお、上記
式を満たすためにはｎは１２以下とする。In the present invention, in order to keep the oxygen concentration in the space 5 constant, the lead wires 15 and 16 connected to the reference electrode 3 and the measurement electrode 4 forming the sensing part for detecting the oxygen concentration in the space 5 and the measurement electrode 4 are formed. The lead wires 17 and 18 connected to the internal electrode 9 and the external electrode 10 forming the pumping portion are formed, and the two lead wires 12 connected to the heating resistor 6 are formed.
Is connected. When the number of lead wires connected to the electrodes of the sensing unit and the pumping unit is n, the interval between all adjacent lead wires is (360 ° /
n) By setting it within the range of ± 30 °, it is possible to improve the strength of the sensor element and prevent warpage during firing. In this embodiment, each of the lead wires 15, 16,
17 and 18 are four, and the circumferential angle θ between the adjacent electrodes is set to 90 ± 30 °. In order to satisfy the above expression, n is set to 12 or less.

【００２２】このリード線の間隔は円周角θとして、
（３６０°／ｎ）±２０°の範囲とするとさらに好まし
く、この場合はｎは１８以下とすれば良い。The interval between the lead wires is defined as a circumferential angle θ.
(360 ° / n) ± 20 ° is more preferable. In this case, n may be set to 18 or less.

【００２３】例えば、図１（ｄ）に示すように４本のリ
ード線１５、１６、１７、１８は円筒管２の内部、円筒
管２の表面や絶縁層７中または表面に形成することが出
来るが、４本のリード線の場合は、図１（ｄ）に示すよ
うに、形成場所によらずセンサ素子１の中央部におい
て、隣接するリード線の間隔を円周角θで、９０±３０
°の範囲に設定すればよい。この際、円周角θは隣接す
るリード線１５、１６、１７、１８とセンサ素子１の中
心線を結ぶ半径の線間に形成される角度である。For example, as shown in FIG. 1D, four lead wires 15, 16, 17, 18 can be formed inside the cylindrical tube 2, on the surface of the cylindrical tube 2, in the insulating layer 7, or on the surface. However, in the case of four lead wires, as shown in FIG. 1 (d), the interval between adjacent lead wires at the center of the sensor element 1 is 90 ± 30
The angle may be set in the range of °. At this time, the circumferential angle θ is an angle formed between lines of a radius connecting the adjacent lead wires 15, 16, 17, 18 and the center line of the sensor element 1.

【００２４】これにより、リード線１５、１６、１７、
１８の材料とその他のセンサ素子１の構成材料である、
例えば固体電解質材料等との熱膨張係数の差を緩和する
目的と、後述するようにセンサ素子１を同時焼成する際
のリード線１５、１６、１７、１８と固体電解質等の材
料間の収縮率および収縮温度の違いに起因するセンサ素
子１の変形を防止する。As a result, the lead wires 15, 16, 17,
18 and other constituent materials of the sensor element 1.
For example, for the purpose of reducing the difference in thermal expansion coefficient between the solid electrolyte material and the like, and the contraction rate between the lead wires 15, 16, 17, and 18 and the material such as the solid electrolyte when the sensor element 1 is simultaneously fired as described later. Further, the deformation of the sensor element 1 due to the difference in the shrinkage temperature is prevented.

【００２５】また、リード線１５、１６、１７、１８の
厚みとしては３〜３０μｍであることが好ましい。リー
ド線１５、１６、１７、１８の厚みが３μｍ未満となる
と、導通が十分取れず途中で断線してしまう。また、前
記厚みが３０μｍを越えるとリード線１５、１６、１
７、１８の表面にクラックが発生し断線してしまうので
好ましくない。The thickness of the lead wires 15, 16, 17, 18 is preferably 3 to 30 μm. If the thickness of the lead wires 15, 16, 17, 18 is less than 3 μm, sufficient electrical continuity cannot be obtained, and the wires will be broken in the middle. If the thickness exceeds 30 μm, the lead wires 15, 16, 1
It is not preferable because cracks occur on the surfaces of Nos. 7 and 18 to cause disconnection.

【００２６】さらに、発熱抵抗体６の２本のリード線１
２が円筒管２を包むように対向する位置にあり、電極の
リード線１５と１６、１７と１８がそれぞれ対向する位
置にあることにより、センサ素子１の強度を改善し変形
を減少させることができる。発熱抵抗体６のリード線１
２においては発熱抵抗体６自身を発熱させるためにリー
ド線１２の厚みは厚く（抵抗は小さく）しなければなら
ない。そして、電極のリード線１５、１６、１７、１８
は信号を取り出せればよく、厚みはそれほど必要として
いない。Further, the two lead wires 1 of the heating resistor 6
2 is positioned so as to enclose the cylindrical tube 2 and the electrode leads 15 and 16, and 17 and 18 are positioned opposite each other, so that the strength of the sensor element 1 can be improved and deformation can be reduced. . Lead wire 1 of heating resistor 6
In No. 2, the thickness of the lead wire 12 must be large (the resistance is small) in order to generate heat from the heating resistor 6 itself. Then, the electrode lead wires 15, 16, 17, 18
Only needs to be able to extract the signal, and does not require much thickness.

【００２７】また、発熱抵抗体６のリード線１２を他の
電極のリード線のように、線状のリード線とする場合
は、他のリード線と同様にこれらを全て含めたリード線
間の角度を管理すれば良い。When the lead wire 12 of the heating resistor 6 is a linear lead wire like the lead wire of another electrode, similarly to the other lead wires, the lead wire 12 including all of them is disposed between the lead wires. You only need to manage the angle.

【００２８】本発明において用いられるセラミック固体
電解質は、ＺｒＯ₂を含有するセラミックスからなり、
安定化剤として、Ｙ₂Ｏ₃およびＹｂ₂Ｏ₃、Ｓｃ₂Ｏ₃、Ｓ
ｍ₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂Ｏ₃等の希土類元素酸化物を酸
化物換算で１〜３０モル％、好ましくは３〜１５モル％
含有する部分安定化ＺｒＯ₂あるいは安定化ＺｒＯ₂が用
いられている。The ceramic solid electrolyte used in the present invention comprises a ceramic containing ZrO ₂ ,
As stabilizers, Y ₂ O ₃ and Yb ₂ O ₃ , Sc ₂ O ₃ , S
Rare earth element oxides such as m ₂ O ₃ , Nd ₂ O ₃ and Dy ₂ O ₃ are 1 to 30 mol%, preferably 3 to 15 mol% in terms of oxides.
Contains partially stabilized ZrO ₂ or stabilized ZrO ₂ .

【００２９】また、ＺｒＯ₂中のＺｒを１〜２０原子％
をＣｅで置換したＺｒＯ₂を用いると、電子伝導性が大
きくなり応答性がさらに改善されるといった効果があ
る。Further, the content of Zr in ZrO ₂ is 1 to 20 atomic%.
The use of ZrO _{2 in} which is substituted by Ce has the effect of increasing the electron conductivity and further improving the responsiveness.

【００３０】さらに、焼結性を改善する目的で、上記Ｚ
ｒＯ₂に対して、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂を含有させることが
できるが、これらを多量に含有させると、高温における
クリープ特性が悪くなることから、Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉ
Ｏ₂の添加量は総量で５重量％以下、さらに好ましくは
２重量％以下とすることが望ましい。Further, for the purpose of improving the sinterability, the above Z
Al ₂ O ₃ and SiO ₂ can be contained in rO ₂ , but if these are contained in a large amount, the creep characteristics at high temperatures deteriorate, so that Al ₂ O ₃ and Si ₂
It is desirable that the total amount of added O ₂ be 5% by weight or less, more preferably 2% by weight or less.

【００３１】一方、発熱抵抗体６を埋設する絶縁層７と
しては、アルミナ、スピネル、フォルステライト、ジル
コニア、ガラス等のセラミック材料を用いることができ
る。絶縁層７としてガラスを用いることができるが、こ
の場合は耐熱性の観点から、ＢａＯ、ＰｂＯ、ＳｒＯ、
ＣａＯ、ＣｄＯのうちの少なくとも１種を５重量％以上
含有するガラスであり、特に結晶化ガラスであることが
望ましい。On the other hand, as the insulating layer 7 in which the heating resistor 6 is embedded, a ceramic material such as alumina, spinel, forsterite, zirconia, or glass can be used. Glass can be used as the insulating layer 7, but in this case, from the viewpoint of heat resistance, BaO, PbO, SrO,
The glass contains at least one of CaO and CdO in an amount of 5% by weight or more, and is particularly preferably a crystallized glass.

【００３２】また、この絶縁層７は、相対密度が８０％
以上、開気孔率が５％以下の緻密質のセラミックスによ
って構成されていることが望ましい。これは、絶縁層７
が緻密質であることにより絶縁層７の強度が高くなる結
果、センサ素子１自体の機械的な強度を高めることがで
きるためである。The insulating layer 7 has a relative density of 80%.
As described above, it is desirable that the ceramics be made of dense ceramics having an open porosity of 5% or less. This is the insulating layer 7
The reason for this is that the strength of the insulating layer 7 is increased by the fact that the sensor element 1 is dense, so that the mechanical strength of the sensor element 1 itself can be increased.

【００３３】また、上記セラミック絶縁層７の内部に埋
設される発熱抵抗体６としては、白金、ロジウム、パラ
ジウム、ルテニウムの群から選ばれる１種または２種以
上の合金からなることが望ましく、特に、絶縁層７との
同時焼結性の点で、その絶縁層７の焼成温度よりも融点
の高い金属または合金を選択することが望ましい。The heating resistor 6 embedded in the ceramic insulating layer 7 is preferably made of one or more alloys selected from the group consisting of platinum, rhodium, palladium and ruthenium. From the viewpoint of simultaneous sintering with the insulating layer 7, it is desirable to select a metal or alloy having a melting point higher than the firing temperature of the insulating layer 7.

【００３４】また、発熱抵抗体６中には上記の金属の他
に焼結防止と絶縁層７との接着力を高める観点からアル
ミナ、スピネル、アルミナ／シリカの化合物、フォルス
テライトあるいは上述の電解質となり得るジルコニア等
を体積比率で１０〜８０％、特に３０〜５０％の範囲で
混合することが望ましい。The heating resistor 6 contains, in addition to the above-mentioned metals, alumina, spinel, a compound of alumina / silica, forsterite, or the above-mentioned electrolyte from the viewpoint of preventing sintering and increasing the adhesive strength with the insulating layer 7. It is desirable to mix the obtained zirconia and the like in a volume ratio of 10 to 80%, particularly 30 to 50%.

【００３５】空間部５を閉塞する固体電解質層８は、空
間部５を覆うように、絶縁層７の表面に形成されてい
る。この固体電解質層８は、円筒管２と同様に、酸素イ
オン伝導性を有する前記円筒管２を構成する固体電解質
と同様な材質によって構成される。特に、この固体電解
質層８は、円筒管２を構成する固体電解質と同一の材質
からなることが望ましい。The solid electrolyte layer 8 closing the space 5 is formed on the surface of the insulating layer 7 so as to cover the space 5. The solid electrolyte layer 8 is made of the same material as the solid electrolyte constituting the cylindrical tube 2 having oxygen ion conductivity, similarly to the cylindrical tube 2. In particular, the solid electrolyte layer 8 is desirably made of the same material as the solid electrolyte constituting the cylindrical tube 2.

【００３６】また、絶縁層７の外表面に形成された固体
電解質層８は、発熱抵抗体６からの熱の放散を防止す
る。また、絶縁層７の上下面に同様の固体電解質が形成
されることになる結果、固体電解質からなる円筒管２と
セラミック絶縁層７間の熱膨張差や焼成収縮差等に起因
する応力を緩和させ、熱応力をできる限り小さくする作
用もなす。Further, the solid electrolyte layer 8 formed on the outer surface of the insulating layer 7 prevents the heat dissipation from the heating resistor 6. Further, similar solid electrolytes are formed on the upper and lower surfaces of the insulating layer 7, and as a result, stress caused by a difference in thermal expansion or firing contraction between the cylindrical tube 2 made of the solid electrolyte and the ceramic insulating layer 7 is reduced. In addition, it has the effect of minimizing thermal stress as much as possible.

【００３７】なお、発熱抵抗体６は、円筒管２や空間部
５上部の固体電解質層８および第２の電極対９、１０に
対して直接接することなく、絶縁層５内に埋設されてい
ることが必要であって、発熱抵抗体６と円筒管２および
固体電解質層８との間の絶縁層７の厚みとしては少なく
とも２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上であることが望
ましい。The heating resistor 6 is embedded in the insulating layer 5 without directly contacting the cylindrical tube 2 and the solid electrolyte layer 8 and the second pair of electrodes 9 and 10 above the space 5. It is necessary that the thickness of the insulating layer 7 between the heating resistor 6, the cylindrical tube 2 and the solid electrolyte layer 8 be at least 2 μm or more, preferably 5 μm or more.

【００３８】空間部５の形状としては、特に限定するも
のではないが、円筒管２の外面に形成する上で、円筒管
２の長手方向の長さが長い長方形状あるいは楕円形状で
あることが好ましいが、空間部５が長方形状の場合は、
その角部は緩やかな曲面によって形成することによって
空間部５の角部への熱応力の集中を緩和することができ
る。The shape of the space 5 is not particularly limited, but may be rectangular or elliptical when the length of the cylindrical tube 2 in the longitudinal direction is long when formed on the outer surface of the cylindrical tube 2. Preferably, when the space 5 is rectangular,
By forming the corner with a gentle curved surface, the concentration of thermal stress on the corner of the space 5 can be reduced.

【００３９】図１（ａ）〜（ｄ）に示したセンサ素子１
において、空間部５の上部に形成した固体電解質層８に
形成した拡散孔１１は、直径が１００〜５００μｍであ
ることが望ましく、この小さな拡散孔１１は、１個また
は２個以上であってもよい。The sensor element 1 shown in FIGS. 1 (a) to 1 (d)
In the above, the diffusion holes 11 formed in the solid electrolyte layer 8 formed on the upper part of the space portion 5 preferably have a diameter of 100 to 500 μm, and even if the number of the small diffusion holes 11 is one or two or more, Good.

【００４０】なお、このセンサ素子１においては、拡散
孔１１を固体電解質層８に形成したが、この拡散孔１１
は、空間部５内に被測定ガスを導入できるものであれ
ば、その形成場所を問わない。In the sensor element 1, the diffusion holes 11 are formed in the solid electrolyte layer 8.
Is not limited as long as the gas to be measured can be introduced into the space 5.

【００４１】本発明のセンサ素子１における測定電極
３、基準電極４、ポンピング電極９、１０を形成する各
電極、およびそれらの電極と電気的な接続をしているリ
ード線１５、１６、１７、１８は、いずれも白金、ロジ
ウム、パラジウム、ルテニウムおよび金の群から選ばれ
る１種、または２種以上の合金、特に白金が好適に用い
られる。抵抗値を低く保つ観点からいうと、単一金属材
料により形成する方がより好ましい。The electrodes forming the measuring electrode 3, the reference electrode 4, the pumping electrodes 9, 10 in the sensor element 1 of the present invention, and the lead wires 15, 16, 17, which are electrically connected to those electrodes. As for No. 18, one or two or more alloys selected from the group consisting of platinum, rhodium, palladium, ruthenium and gold, particularly platinum are preferably used. From the viewpoint of keeping the resistance value low, it is more preferable to form a single metal material.

【００４２】また、センサ動作時電極中の上記金属の粒
成長を防止する目的と、応答性に係わる金属粒子と固体
電解質とガスとの、いわゆる３相界面の接点を増大する
目的で、上述の円筒管２または固体電解質層８を構成す
る固体電解質成分を１〜５０体積％、特に１０〜３０体
積％の割合で上記電極中に混合することが望ましい。In addition, for the purpose of preventing grain growth of the metal in the electrode during operation of the sensor and the purpose of increasing the contact point at the so-called three-phase interface between the metal particles, the solid electrolyte, and the gas related to the response, It is desirable to mix the solid electrolyte component constituting the cylindrical tube 2 or the solid electrolyte layer 8 in the electrode at a ratio of 1 to 50% by volume, particularly 10 to 30% by volume.

【００４３】なお、第１の電極対３、４のうち、円筒管
２の内面に形成される基準電極３は、測定電極４の前記
空間部５に露出する部分に対向する内面部分に形成され
ていればよく、測定電極４の露出部面積よりも大きい面
積、例えば、円筒管２の先端の内面全面に形成されてい
てもよい。The reference electrode 3 formed on the inner surface of the cylindrical tube 2 of the first pair of electrodes 3 and 4 is formed on the inner surface of the measuring electrode 4 facing the portion exposed to the space 5. It may be formed over an area larger than the exposed area of the measurement electrode 4, for example, over the entire inner surface of the distal end of the cylindrical tube 2.

【００４４】さらに、上記の電極のうち、被測定ガスと
接触する３つの電極、ポンピング電極９、１０と測定電
極４に対しては、適宜、電極が被毒することを防止する
ことを目的として、電極４、９、１０、の表面に多孔性
のセラミック電極保護層を形成することができる。な
お、図面では、便宜上、省略した。Further, among the above-mentioned electrodes, the three electrodes, the pumping electrodes 9, 10 and the measurement electrode 4, which are in contact with the gas to be measured, are appropriately designed to prevent the electrodes from being poisoned. A porous ceramic electrode protective layer can be formed on the surfaces of the electrodes 4, 9, 10,. In the drawings, they are omitted for convenience.

【００４５】この電極保護層は、ジルコニア、アルミ
ナ、マグネシアおよびスピネルの群から選ばれる少なく
とも１種からなる開気孔率が１０〜４０％の多孔質体か
ら構成される。また、電極保護層の厚みは、その開気孔
率にもよるが１０〜２００μｍ、特に５０〜１５０μｍ
の範囲が好適である。The electrode protective layer is made of a porous material having an open porosity of 10 to 40% and made of at least one selected from the group consisting of zirconia, alumina, magnesia and spinel. In addition, the thickness of the electrode protective layer depends on the open porosity, but is 10 to 200 μm, particularly 50 to 150 μm.
Is suitable.

【００４６】また、電極の保護を目的として、電極４、
９の表面に電極保護層を被覆する代わりに、空間部５の
上下面に形成されている測定電極４や内側電極９を保護
するために、拡散孔１１の直下に、多孔質の円柱体を配
置して、拡散孔１１を通過した排気ガスが直接、電極
４、９に触れないようにすることもできる。For the purpose of protecting the electrodes, the electrodes 4,
In order to protect the measurement electrode 4 and the inner electrode 9 formed on the upper and lower surfaces of the space 5 instead of coating the surface of the electrode 9 with an electrode protection layer, a porous columnar body is provided directly below the diffusion hole 11. By disposing, the exhaust gas passing through the diffusion hole 11 can be prevented from directly touching the electrodes 4 and 9.

【００４７】さらには、この空間部５内には、上記の電
極を保護する役目と、空間部５の強度を高めるために、
空間部５内部全体にセラミックの多孔質体を充填するこ
とも可能である。Further, in order to protect the above-mentioned electrodes and to increase the strength of the space 5,
It is also possible to fill the entire space 5 with a ceramic porous body.

【００４８】次に、本発明のセンサ素子１の製造方法の
一例を、図２〜５を用いて説明する。Next, an example of a method for manufacturing the sensor element 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.

【００４９】（１）まず図２（ａ）に示すように、円筒
管２を形成するために、一端が封止された中空の円筒管
素体２５を作製する。この円筒管素体２５は、ジルコニ
ア等の酸素イオン伝導性を有するセラミック固体電解質
粉末に対して、適宜、成形用有機バインダーを添加して
押出成形や、静水圧成形（ラバープレス）あるいはプレ
ス形成などの周知の方法により作製される。(1) First, as shown in FIG. 2A, to form the cylindrical tube 2, a hollow cylindrical tube body 25 whose one end is sealed is prepared. The cylindrical tube body 25 is formed by appropriately adding an organic binder for molding to a ceramic solid electrolyte powder having oxygen ion conductivity, such as zirconia, by extrusion, isostatic pressing (rubber pressing), press forming, or the like. It is manufactured by a well-known method.

【００５０】この時、用いられる固体電解質粉末として
は、ジルコニア粉末に対して、前述したような安定化剤
を酸化物換算で１〜３０モル％、好ましくは３〜１５モ
ル％の割合で添加した混合粉末、あるいはジルコニアと
上記安定化剤との共沈原料粉末が用いられる。また、Ｚ
ｒＯ₂中のＺｒの１〜２０原子％をＣｅで置換したＺｒ
Ｏ₂粉末、または共沈原料を用いることもできる。さら
に、焼結性を改善する目的で、上記固体電解質粉末に、
Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂を５重量％以下、特に２重量％以下
の割合で添加することも可能である。At this time, as the solid electrolyte powder to be used, the above-mentioned stabilizer was added to the zirconia powder at a ratio of 1 to 30 mol%, preferably 3 to 15 mol% in terms of oxide. A mixed powder or a coprecipitated raw material powder of zirconia and the above stabilizer is used. Also, Z
Zr in which 1 to 20 atomic% of Zr in rO ₂ is substituted by Ce
O ₂ powder or a coprecipitated material can also be used. Furthermore, for the purpose of improving sinterability,
It is also possible to add Al ₂ O ₃ or SiO ₂ at a ratio of 5% by weight or less, particularly 2% by weight or less.

【００５１】（２）そして、図２（ｂ）のように上記固
体電解質からなる円筒管素体２５の内面および外面に、
第１の電極対として基準電極３および測定電極４となる
電極パターン２６、２７を例えば、白金を含有する導電
性ペーストを用いてスラリーデッィプ法、あるいはスク
リーン印刷、パット印刷、ロール転写で形成する。この
時、円筒管素体２５内面への基準電極パターン２７の印
刷は、円筒管素体２５内部に導体ペーストを先端に充填
したのち排出して先端の内面全面に塗布形成するように
すると効率がよい。このようにして、センサ素体Ａを作
製する。(2) Then, as shown in FIG. 2B, the inner and outer surfaces of the cylindrical tubular body 25 made of the solid electrolyte are
The electrode patterns 26 and 27 serving as the reference electrode 3 and the measurement electrode 4 as the first electrode pair are formed by, for example, a slurry dipping method using a platinum-containing conductive paste, or screen printing, pad printing, or roll transfer. At this time, the efficiency of the printing of the reference electrode pattern 27 on the inner surface of the cylindrical tube body 25 is such that the conductive paste is filled into the inside of the cylindrical tube body 25 and then discharged and applied to the entire inner surface of the front end. Good. Thus, the sensor body A is manufactured.

【００５２】（３）次に、ヒーター素体Ｂを作製する。
図３（ａ）に示すように、固体電解質層８を形成するた
めに、固体電解質を形成するセラミック粉末に適宜成形
用有機バインダーを添加してスラリーを調製し、この絶
縁体スラリーを用いてドクターブレード法、押出し成形
法、金型プレス法などにより所定厚さのグリーンシート
３０を作製する。このグリーンシート３０の厚みは、シ
ートの取り扱いの観点から５０〜５００μｍ、特に１０
０〜３００μｍの範囲が好ましい。(3) Next, the heater element B is manufactured.
As shown in FIG. 3A, in order to form the solid electrolyte layer 8, a slurry is prepared by appropriately adding an organic binder for molding to ceramic powder forming the solid electrolyte, and a doctor is prepared using this insulator slurry. The green sheet 30 having a predetermined thickness is manufactured by a blade method, an extrusion molding method, a die pressing method, or the like. The thickness of the green sheet 30 is 50 to 500 μm, particularly 10
The range of 0 to 300 μm is preferred.

【００５３】そして、この固体電解質層８形成用のグリ
ーンシート３０の両面に第２の電極対９、１０を形成す
べく、白金を含有する導電性ペーストを用いてスラリー
デッィプ法、あるいはスクリーン印刷、パット印刷、ロ
ール転写によって、リード部を含む電極パターン３１、
３２を所定の位置に形成する。Then, in order to form second electrode pairs 9 and 10 on both sides of the green sheet 30 for forming the solid electrolyte layer 8, a slurry dipping method using a platinum-containing conductive paste, screen printing, or pad printing is used. An electrode pattern 31 including a lead portion by printing and roll transfer,
32 are formed at predetermined positions.

【００５４】そして、上記の固体電解質層８用グリーン
シート３０の表面に発熱抵抗体６を内蔵するセラミック
絶縁層７を形成するために、アルミナ、スピネル、フォ
ルステライト、ジルコニア、ガラスの群から選ばれる少
なくとも１種のセラミック粉末に、適宜成形用有機バイ
ンダーを添加してスラリーを調製し、図３（ｂ）に示す
ように、このスラリーの電極３１形成部を除くグリーン
シート３０の片面にスクリーン印刷等でセラミック絶縁
層３３を塗布した後、図３（ｃ）に示すように、絶縁層
３３表面に白金粉末を含む導電性ペーストをスクリーン
印刷法、パット印刷法、ロール転写法等により印刷して
リード部を含む発熱抵抗体パターン３４を形成する。In order to form the ceramic insulating layer 7 having the heat generating resistor 6 on the surface of the green sheet 30 for the solid electrolyte layer 8, the ceramic insulating layer 7 is selected from the group consisting of alumina, spinel, forsterite, zirconia and glass. A slurry is prepared by appropriately adding an organic binder for molding to at least one type of ceramic powder, and as shown in FIG. 3B, screen printing or the like is performed on one surface of the green sheet 30 excluding the electrode 31 forming portion of the slurry. 3C, a conductive paste containing platinum powder is printed on the surface of the insulating layer 33 by a screen printing method, a pad printing method, a roll transfer method, etc., as shown in FIG. The heating resistor pattern 34 including the portion is formed.

【００５５】その後、図３（ｄ）に示すように、再度、
上記絶縁体スラリーを塗布して絶縁体層３５形成して、
絶縁層３３、３５中に発熱体パターン３４を埋設させ
る。このようにして、図４（ａ）の斜視図に示すような
ヒーター素体Ｂを作製する。Thereafter, as shown in FIG.
Applying the insulator slurry to form an insulator layer 35,
A heating element pattern 34 is embedded in the insulating layers 33 and 35. In this way, a heater element B as shown in the perspective view of FIG.

【００５６】（４）次に、図４（ｂ）に示すように、上
記円筒状のセンサ素体Ａの表面に、ヒーター素体Ｂを巻
き付けて円筒状積層体を作製する。この際、ヒーター素
体Ｂをセンサ素体Ａに巻き付けるには、ヒーター素体Ｂ
とセンサ素体Ａとの間にアクリル樹脂や有機溶媒などの
接着剤を介在させて接着させたり、あるいはローラ等で
圧力を加えたりしながら機械的に接着することができ
る。(4) Next, as shown in FIG. 4 (b), a heater element B is wound around the surface of the cylindrical sensor element A to form a cylindrical laminate. At this time, in order to wind the heater element B around the sensor element A, the heater element B
An adhesive such as an acrylic resin or an organic solvent can be interposed between the sensor element A and the sensor element A, or can be mechanically bonded while applying pressure with a roller or the like.

【００５７】そして、上記の円筒状積層体のセンサ素体
Ａを構成する固体電解質からなる円筒管素体２５および
ヒーター素体Ｂにおけるセラミック絶縁層３３、３５お
よび固体電解質層３０、並びに各電極が同時に焼成可能
な温度で焼成することにより、センサ素体Ａとセンサ素
体Ｂとを一体化することができる。The ceramic insulating layers 33 and 35, the solid electrolyte layer 30, and the electrodes in the cylindrical tubular body 25 and the heater body B, which are the solid body constituting the sensor body A of the above-mentioned cylindrical laminated body, are formed of the solid electrolyte. Simultaneously firing at a temperature that allows firing allows the sensor element A and the sensor element B to be integrated.

【００５８】例えば、固体電解質としてジルコニア、絶
縁層としてアルミナを用いた場合には、アルゴンガス等
の不活性雰囲気中あるいは大気中において１３００〜１
７００℃で１〜１０時間程度焼成することによりヒータ
ー素体Ａとセンサ素体Ｂとを同時焼成することができ
る。For example, when zirconia is used as the solid electrolyte and alumina is used as the insulating layer, 1300 to 1 in an inert atmosphere such as argon gas or in the air.
By firing at 700 ° C. for about 1 to 10 hours, the heater element A and the sensor element B can be simultaneously fired.

【００５９】なお、拡散孔１１の形成は、上記の製造工
程においていずれの段階でも形成すればよい。例えば、
図３（ｄ）に示すように、巻き付け処理前のヒーター素
体Ｂの固体電解質層グリーンシート３０に貫通孔３６を
形成するか、あるいは焼成後の固体電解質層にマイクロ
ドリル等を用いて貫通孔３６を開けてもよいが、作業性
および加工歩留まりの観点からは焼成前に形成すること
が好ましい。The diffusion holes 11 may be formed at any stage in the above manufacturing process. For example,
As shown in FIG. 3D, a through hole 36 is formed in the solid electrolyte layer green sheet 30 of the heater element B before the winding process, or a through hole is formed in the solid electrolyte layer after firing using a micro drill or the like. Although 36 may be opened, it is preferably formed before firing from the viewpoint of workability and processing yield.

【００６０】なお、本発明の空燃比センサ素子１は、上
述した製造方法に基づき、セラミック絶縁層７、第２の
電極対９、１０を具備する固体電解質層８を形成するヒ
ーター素体Ｂを、円筒管素体２５の表面に第１の電極対
３、４形成用電極パターン２６、２７およびリード部２
８、２９が形成されたセンサ素体Ａの表面に巻き付け、
焼成して形成することが生産性の点で優れるが、かかる
巻き付け処理において、図１（ｃ）に示すような、ヒー
ター素体Ｂの合わせ目３７は、ヒーター素体Ｂの両端部
が重なることなく所定の間隔が開いていることが望まし
く特にこの円筒管２における巻き付けられていない領域
の横断面における円周角δが５〜５０°、特に１０〜２
５°であることが望ましい。このとき電極パターン２６
とリード部２８及び電極パターン２７とリード部２９
は、それぞれ同時印刷を行い形成した。厚みを変えるた
めに別々に形成しても構わない。In the air-fuel ratio sensor element 1 of the present invention, the heater element B for forming the ceramic insulating layer 7 and the solid electrolyte layer 8 having the second electrode pairs 9 and 10 is formed based on the above-described manufacturing method. The electrode patterns 26 and 27 for forming the first electrode pairs 3 and 4 and the lead portions 2 are formed on the surface of the cylindrical tubular body 25.
Wrap around the surface of the sensor element body A on which 8, 29 are formed,
Forming by firing is excellent in terms of productivity, but in such a winding process, the joint 37 of the heater element B as shown in FIG. In particular, the circumferential angle δ in the cross section of the unwound region of the cylindrical tube 2 is 5 to 50 °, particularly 10 to 2 °.
Preferably, it is 5 °. At this time, the electrode pattern 26
And lead portion 28 and electrode pattern 27 and lead portion 29
Were formed by simultaneous printing. They may be formed separately to change the thickness.

【００６１】これは上記円周角が５°より小さいと、ヒ
ーター素体Ｂの大きさおよびセンサ素体Ａの製造ばらつ
きによってヒーター素体Ｂの端面が一部重なり合う場合
が発生しやすくなり、センサ素子１の歩留まりが悪くな
る。また、中心角が５０°を越えると、焼成時にセンサ
素子１が楕円形に変形しやすくなり、熱衝撃性が低下す
るおそれがある。If the circumferential angle is smaller than 5 °, the size of the heater element B and the manufacturing variation of the sensor element A may cause the end faces of the heater element B to partially overlap with each other. The yield of the element 1 is reduced. On the other hand, if the central angle exceeds 50 °, the sensor element 1 tends to be deformed into an elliptical shape during firing, and the thermal shock resistance may be reduced.

【００６２】また、電極保護層は、ヒーター素体Ｂをセ
ンサ素体Ａに巻き付け処理する前に、基準電極用パター
ン２７を除き、他の３つの電極パターン２６、３１、３
２の表面に、焼成後に多孔質となるようなアルミナ、ス
ピネル、フォルステライト、ジルコニア等のセラミック
スのスラリーをスクリーン印刷法、スラリーディップ法
により被覆形成した後、前述したように巻き付け処理し
て円筒状積層体を作製し、同時焼成して形成するとよ
い。このセラミック電極保護層としては、ガス透過性の
観点から１０〜４０％、特に２０〜３０％の開気孔率を
有することが望ましい。Further, before the heater element B is wound around the sensor element A, the electrode protection layer, except for the reference electrode pattern 27, is used for the other three electrode patterns 26, 31, 3.
A slurry of ceramics such as alumina, spinel, forsterite, and zirconia, which becomes porous after firing, is formed on the surface of No. 2 by a screen printing method or a slurry dipping method, and then wound as described above to form a cylindrical shape. It is preferable to form a laminate and fire it at the same time. The ceramic electrode protective layer desirably has an open porosity of 10 to 40%, particularly 20 to 30% from the viewpoint of gas permeability.

【００６３】他の構造のセンサ素子として、ヒーターが
一体化された理論空燃比を測定するセンサ素子４０の場
合は、図５（ａ）とそのセンシング部のＸ４−Ｘ４断面
図である図５（ｂ）およびそのセンサ素子４０のＸ５−
Ｘ５断面図である図５（ｃ）に示したように、固体電解
質の円筒管２の外側に測定電極４が、内側面に基準電極
３が形成されており、センサ素子１を加熱するための発
熱抵抗体６がセラミック絶縁体７に埋設されている。ま
た、円筒管２の外側に形成されている測定電極４の表面
には電極を排気ガスの被毒防止のために、多孔性のセラ
ミック電極保護層４１が形成されている。In the case of a sensor element 40 having an integrated heater and measuring a stoichiometric air-fuel ratio as a sensor element having another structure, FIG. 5A is a cross-sectional view of the sensing section taken along line X4-X4 of FIG. b) and X5- of the sensor element 40 thereof
As shown in FIG. 5 (c), which is a cross-sectional view of X5, a measurement electrode 4 is formed outside the solid electrolyte cylindrical tube 2 and a reference electrode 3 is formed on the inside surface thereof. The heating resistor 6 is embedded in the ceramic insulator 7. A porous ceramic electrode protection layer 41 is formed on the surface of the measurement electrode 4 formed outside the cylindrical tube 2 to prevent the electrode from being poisoned by exhaust gas.

【００６４】このようなセンサ素子においては図５
（ｃ）に示すように円筒管２の外側に測定電極４と接続
するリード線４２と、基準電極３と接続するリード線４
３が形成されている。このような理論空燃比センサ素子
４０では、この２本のリード線４２、４３はそれぞれ１
５０〜２１０°の間隔をおいて形成することが望まし
い。In such a sensor element, FIG.
As shown in (c), a lead wire 42 connected to the measurement electrode 4 and a lead wire 4 connected to the reference electrode 3 are provided outside the cylindrical tube 2.
3 are formed. In such a stoichiometric air-fuel ratio sensor element 40, the two lead wires 42 and 43
It is desirable to form at intervals of 50 to 210 °.

【００６５】さらに他の構造として、本発明のヒーター
一体型のＮＯｘ濃度測定用のセンサ素子４４は、センサ
素子４４の断面図を図６に示すように、円筒管２の表面
に第１空間室４５と第1空間室４５とはガス透過性を有
する多孔性のガス拡散壁４７を介して第２空間室４６が
形成され、第１空間室４５および第２空間室４６を塞ぐ
ように固体電解質層４８が形成された構造を有する。第
１空間室４５の上の固体電解質層４８の外側および内側
には一対の金を含有する白金の電極対４９、５０が、ま
た第２空間室４６に露出する円筒管２の外側表面と内側
表面にも一対の白金の電極対５１、５２が形成されてい
る。As yet another structure, a sensor element 44 for measuring NOx concentration of a heater-integrated type according to the present invention has a first space chamber formed on the surface of a cylindrical tube 2 as shown in FIG. A second space chamber 46 is formed between the first space chamber 45 and the first space chamber 45 via a porous gas diffusion wall 47 having gas permeability, and a solid electrolyte is formed so as to close the first space chamber 45 and the second space chamber 46. It has a structure in which a layer 48 is formed. A pair of gold-containing platinum electrodes 49 and 50 are provided on the outside and inside of the solid electrolyte layer 48 above the first space 45, and the outside surface and the inside of the cylindrical tube 2 exposed to the second space 46. A pair of platinum electrode pairs 51 and 52 are also formed on the surface.

【００６６】そして、円筒管２、固体電解質層４８およ
び電極対４９、５０、５１、５２を過熱する目的で、空
間室４５、４６の周囲には、セラミック絶縁層７中に発
熱抵抗体６が埋設されている。In order to heat the cylindrical tube 2, the solid electrolyte layer 48 and the electrode pairs 49, 50, 51, 52, a heating resistor 6 is provided around the space chambers 45, 46 in the ceramic insulating layer 7. It is buried.

【００６７】このセンサ素子４４においては、拡散孔５
３を通して空間室４５に排気ガスを取り込み、第１空間
室内の第１電極対４９、５０でＮＯｘを分解させないよ
うに過剰な酸素をポンピングにより排出した後、その排
気ガスをさらに多孔性の隔壁４７を通して、第２空間室
４６に輸送し、さらに第２電極対５１、５２でＮＯｘを
分解させた後、発生した酸素をポンピングにより円筒管
２の内側より大気中に放散する．このＮＯｘ濃度測定用
のセンサ素子４４は、この際得られたポンピング電流値
から、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。In the sensor element 44, the diffusion hole 5
Exhaust gas is taken into the space chamber 45 through 3 and excess oxygen is discharged by pumping so that the first electrode pair 49 and 50 in the first space chamber does not decompose NOx. Then, the oxygen is transported to the second space chamber 46 and NOx is decomposed by the second electrode pair 51, 52, and then the generated oxygen is released into the atmosphere from the inside of the cylindrical tube 2 by pumping. The sensor element 44 for measuring the NOx concentration detects the NOx concentration in the exhaust gas from the pumping current value obtained at this time.

【００６８】このようなヒーター一体型のＮＯｘ濃度測
定用のセンサ素子４４においても、センサ素子４４中央
において図１（ｄ）に示したように、円筒管の周囲に６
０〜１２０°の範囲で電極のリード線を配置するように
すればよい。In the sensor element 44 for NOx concentration measurement integrated with the heater, as shown in FIG.
What is necessary is just to arrange the electrode lead wire in the range of 0 to 120 °.

【００６９】なお、本発明には、上記のヒーター一体型
の酸素濃度測定用のセンサ素子１、４０およびＮＯｘ濃
度を測定するセンサ素子４４に限定されたものでなく、
電極のリード線を含めたセンサ素子の一部または全てを
同時に焼成して作製するセンサ素子の全てが含まれるこ
とは言うまでもない。The present invention is not limited to the heater-integrated sensor elements 1 and 40 for measuring oxygen concentration and the sensor element 44 for measuring NOx concentration.
It goes without saying that all of the sensor elements manufactured by simultaneously firing some or all of the sensor elements including the electrode lead wires are included.

【００７０】[0070]

【実施例】市販のアルミナ粉末と、５モル％Ｙ₂Ｏ₃含有
のジルコニア粉末と、白金粉末をそれぞれ準備した。EXAMPLES Commercially available alumina powder, zirconia powder containing 5 mol% Y ₂ O ₃ , and platinum powder were prepared.

【００７１】まず、５モル％Ｙ₂Ｏ₃含有のジルコニア粉
末にポリビニルアルコール溶液を添加して坏土を作製
し、押出成形により焼結後、外径が約４ｍｍ、内径が１
ｍｍになるように一端が封じた円筒管素体を作製し、そ
の表面に、測定電極として白金ペーストからなる長方形
状の電極パターンおよびリードパターンを印刷塗布する
とともに、成形体の内部全面にも白金ペーストを塗布し
て基準電極を形成してセンサ素体を作製した。なお、測
定電極４および基準電極３の厚みは焼成後に約５μｍと
なるように調整した。First, a polyvinyl alcohol solution was added to zirconia powder containing 5 mol% of Y ₂ O ₃ to prepare a kneaded material, which was sintered by extrusion, and then had an outer diameter of about 4 mm and an inner diameter of 1 mm.
mm, and a rectangular electrode pattern and lead pattern made of platinum paste are printed and coated on the surface of the cylindrical tube body as a measurement electrode, and platinum is also applied to the entire inner surface of the molded body. A paste was applied to form a reference electrode, thereby producing a sensor element. The thickness of the measurement electrode 4 and the reference electrode 3 was adjusted to be about 5 μm after firing.

【００７２】また、５モル％Ｙ₂Ｏ₃含有のジルコニア粉
末にアクリル系バインダーとトルエン溶液を加えてスラ
リーを作製し、ドクターブレード法により厚みが約２０
０μｍのジルコニアグリーンシートを作製した。そし
て、スクリーン印刷法によりこのグリーンシートの両面
の対向する位置に第２の電極パターンの対を形成した
後、種々の位置にリード線１５、１６、１７、１８が配
置されるように、またリード線１５、１６、１７、１８
が種々の厚みになるようにリード線パターンを印刷し
た。A slurry was prepared by adding an acrylic binder and a toluene solution to zirconia powder containing 5 mol% of Y ₂ O _3, and a slurry having a thickness of about 20 was obtained by a doctor blade method.
A 0 μm zirconia green sheet was prepared. Then, after forming a pair of second electrode patterns at opposing positions on both sides of the green sheet by a screen printing method, the leads 15, 16, 17, and 18 are arranged at various positions. Lines 15, 16, 17, 18
Were printed with various lead wire patterns.

【００７３】その後、このジルコニアグリーンシートの
電極形成領域以外に、アルミナ粉末を含むスラリーをス
クリーン印刷で焼成後に約１０μｍの厚みになるように
塗布後、白金ペーストを用いて発熱抵抗体６パターンを
焼成後に１０μｍの厚みになるように印刷形成し、アル
ミナのスラリーを発熱抵抗体６パターンが埋設されるよ
うに塗布してヒータ素体Ｂを作製した。After that, a slurry containing alumina powder was applied by screen printing to a thickness of about 10 μm in a region other than the electrode formation region of the zirconia green sheet so as to have a thickness of about 10 μm. Thereafter, printing was performed so as to have a thickness of 10 μm, and a slurry of alumina was applied so as to embed the heating resistor 6 pattern, thereby producing a heater element B.

【００７４】そして、上記のセンサ素体１の表面に、上
記ヒーター素体を巻き付けて円筒状積層体を作製した。
なお、巻き付けにあたって接着材としてアクリル系バイ
ンダーを用いた。その後、この円筒状積層体を１５００
℃、大気中で２時間焼成して、本発明のセンサ素子１を
完成させた。この際、最終的に作製したセンサ素子１に
おける円筒管２について巻き付けられていない領域の円
筒管２の横断面における中心角を種々変えた。Then, the heater element was wound around the surface of the sensor element 1 to form a cylindrical laminate.
Note that an acrylic binder was used as an adhesive for winding. After that, the cylindrical laminate was put into 1500
The resultant was fired in the air at a temperature of 2 ° C. for 2 hours to complete the sensor element 1 of the present invention. At this time, the central angle of the cross section of the cylindrical tube 2 in the region where the cylindrical tube 2 in the finally manufactured sensor element 1 was not wound was varied.

【００７５】作製したセンサ素子１の評価に関しては、
まず、センサ素子１全体の反り量を三次元測定器により
測定し１ｃｍ長さ当たりの反り量を表１に記載した。ま
た、センサ素子１を室温から１０００℃まで２０秒で昇
温し、１０００℃から室温まで空冷するという温度サイ
クルを１サイクルとしこれを２０万回繰り返し、センサ
素子１が破壊する割合を求めた。実験において、リード
線１５、１６、１７、１８の円周角とリード線１５、１
６、１７、１８の厚みは、サイクル試験後、低倍率の操
作型電子顕微鏡を用い、センサ素子１の中央部の断面を
観察して求めた。この際、試料はそれぞれ１００個と
し、円周角はそれぞれのリード線の間の円周角をθと
し、その後円周角の差、θ−（３６０°／Ｎ）の最大値
を計算した。Regarding the evaluation of the manufactured sensor element 1,
First, the amount of warpage of the entire sensor element 1 was measured with a three-dimensional measuring device, and the amount of warpage per 1 cm length is shown in Table 1. In addition, the temperature cycle of heating the sensor element 1 from room temperature to 1000 ° C. in 20 seconds and air cooling from 1000 ° C. to room temperature was defined as one cycle, and this cycle was repeated 200,000 times, and the rate at which the sensor element 1 was broken was determined. In the experiment, the circumferential angles of the leads 15, 16, 17, 18 and the leads 15, 1
After the cycle test, the thicknesses of 6, 17, and 18 were obtained by observing the cross section of the central portion of the sensor element 1 using a low-magnification operation type electron microscope. At this time, the number of samples was 100, and the circumferential angle was defined as the circumferential angle between the lead wires, and the difference between the circumferential angles and the maximum value of θ− (360 ° / N) were calculated.

【００７６】上記の結果をまとめて表１に示す。Table 1 summarizes the above results.

【００７７】[0077]

【表１】 [Table 1]

【００７８】表１より、試料Ｎｏ.１の市販の平板型の
センサ素子１は、上記の条件では破損率は１００％であ
った。また、円周角の差が３０°より大きなＮｏ.２〜
４では、温度サイクルによる破損率が高く、焼成後のセ
ンサ素子１の変形も大きいことがわかる。それに対し
て、隣接するリード線１５、１６、１７、１８間の円周
角の差が、３０°より小さな試料は全て破損率も低く、
センサ素子１の反りも小さかった。From Table 1, it can be seen that the commercially available flat sensor element 1 of sample No. 1 had a breakage rate of 100% under the above conditions. In addition, No. 2 having a difference in circumferential angle larger than 30 °
In No. 4, it can be seen that the failure rate due to the temperature cycle is high, and the deformation of the sensor element 1 after firing is large. On the other hand, samples having a difference in circumferential angle between adjacent lead wires 15, 16, 17, 18 smaller than 30 ° all have a low breakage rate,
The warpage of the sensor element 1 was also small.

【００７９】また、表１より、リード線の厚みが３０μ
ｍを越えるＮｏ．１４は、センサ素子１の表面にクラッ
クが生じていた。また、リード線１５、１６、１７、１
８の厚みが３μｍ未満の試料Ｎｏ．９では、リード線１
５、１６、１７、１８の抵抗が高くなり、信号が取り出
せないものや、導通のないものがあった。これに対し、
Ｎｏ．１０〜１３は、センサ素子１の表面にクラックは
存在せず、信号が取り出せないものや、導通のないもの
はなかった。この結果から、リード線１５、１６、１
７、１８の厚みとしては、３〜３０μｍが優れることが
わかる。Further, according to Table 1, the thickness of the lead wire was 30 μm.
m. In No. 14, cracks occurred on the surface of the sensor element 1. Also, lead wires 15, 16, 17, 1
Sample No. 8 having a thickness of less than 3 μm. In 9, lead wire 1
The resistances of 5, 16, 17, and 18 were increased, and some of them could not take out a signal and some did not conduct. In contrast,
No. In Nos. 10 to 13, there were no cracks on the surface of the sensor element 1 and no signal could not be taken out or no signal was conducted. From these results, it can be seen that the leads 15, 16, 1
It can be seen that the thicknesses of 7 and 18 are preferably 3 to 30 μm.

【００８０】また、Ｎｏ．７を用いて、７００℃におい
て円筒管２の内外面で発生する起電力を０．５Ｖとなる
ように制御した時の、空燃比に対するポンピング電流値
を測定しその関係を図７に示した。この図から、ポンピ
ング電流と空燃比の関係は、単一の曲線で表わされるこ
とがわかる。これにより本発明のセンサ素子１は広範囲
の燃焼領域においても空気と燃料の比率を検出する充分
なセンシング機能を有することは明らかである。In addition, No. 7, the pumping current value with respect to the air-fuel ratio when the electromotive force generated on the inner and outer surfaces of the cylindrical tube 2 at 700 ° C. was controlled to 0.5 V was measured, and the relationship is shown in FIG. From this figure, it can be seen that the relationship between the pumping current and the air-fuel ratio is represented by a single curve. Thus, it is apparent that the sensor element 1 of the present invention has a sufficient sensing function for detecting the ratio of air to fuel even in a wide combustion area.

【００８１】[0081]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のセンサ素子
によれば、一端が閉口した円筒管の表面に、少なくとも
一対の電極を有する一個以上の検知部と、該検知部の周
囲に検知部を加熱するための発熱抵抗体を埋設し、前記
電極と電気的に接続するためのリード線を有する円筒状
のヒーター一体型センサ素子であって、前記リード線の
数をｎとしたとき、全ての隣り合うリード線の間隔が円
周角で（３６０°／Ｎ）±３０゜の範囲内としたことに
よって、センサ素子の変形を起こすことなく発熱抵抗体
を内蔵するセラミック絶縁層とを同時焼成して作製でき
るため、製造コストが極めて安価になり、経済性の観点
からも優れている。しかも、電極と電気的な接続をする
リード線が円筒管の周囲に均等に配置されているため、
従来のセンサ素子では得られない急速昇温などの熱衝撃
性に優れたセンサ素子が提供でき、また、その結果、セ
ンサ活性化時間を短縮することもできる。As described in detail above, according to the sensor element of the present invention, at least one detecting portion having at least a pair of electrodes is provided on the surface of a cylindrical tube having one end closed, and the detecting portion is provided around the detecting portion. Embedded heating resistor for heating the part, a cylindrical heater-integrated sensor element having a lead wire for electrical connection with the electrode, where n is the number of the lead wire, By setting the interval between all adjacent lead wires to be within the range of (360 ° / N) ± 30 ° in the circumferential angle, the sensor element and the ceramic insulating layer containing the heating resistor can be simultaneously formed without causing deformation of the sensor element. Since it can be produced by firing, the production cost is extremely low, and it is excellent also from the viewpoint of economy. Moreover, since the lead wires for electrical connection with the electrodes are evenly arranged around the cylindrical tube,
It is possible to provide a sensor element having excellent thermal shock properties such as rapid temperature rise that cannot be obtained with a conventional sensor element, and as a result, it is possible to shorten the sensor activation time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明のセンサ素子の実施形態を示す図であ
り、（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのＸ１−Ｘ１断面図、
（ｃ）はそのＸ２−Ｘ２断面図、（ｄ）はそのＸ３−Ｘ
３断面図である。1A and 1B are diagrams showing an embodiment of a sensor element of the present invention, wherein FIG. 1A is a perspective view, FIG.
(C) is its X2-X2 sectional view, (d) is its X3-X
It is three sectional drawing.

【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明のセンサ素子におけ
るセンサ素体の製造工程を示す図である。FIGS. 2 (a) and 2 (b) are diagrams showing a manufacturing process of a sensor element body in the sensor element of the present invention.

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のセンサ素子におけ
るヒーター素体の製造工程を示す図である。FIGS. 3 (a) to 3 (d) are diagrams showing the steps of manufacturing a heater element in the sensor element of the present invention.

【図４】（ａ）、（ｂ）は、本発明のセンサ素子の製造
工程を示す斜視図である。FIGS. 4A and 4B are perspective views showing a manufacturing process of the sensor element of the present invention.

【図５】本発明のセンサ素子の他の実施形態を示す図で
あり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はそのＸ４−Ｘ４断面
図、（ｃ）はそのＸ５−Ｘ５断面図である。FIGS. 5A and 5B are diagrams showing another embodiment of the sensor element of the present invention, wherein FIG. 5A is a perspective view, FIG. 5B is a cross-sectional view along line X4-X4, and FIG. 5C is a cross-sectional view along line X5-X5. .

【図６】本発明のＮＯｘセンサ素子の一例を示すための
概略断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing an example of the NOx sensor element of the present invention.

【図７】本発明のセンサ素子のポンピング電流と空燃比
との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a pumping current and an air-fuel ratio of the sensor element of the present invention.

【図８】従来の平板型のセンサ素子を示す概略断面図で
ある。FIG. 8 is a schematic sectional view showing a conventional flat sensor element.

【図９】従来の平板型ＮＯｘセンサ素子を示す概略断面
図である。FIG. 9 is a schematic sectional view showing a conventional flat plate type NOx sensor element.

【図１０】従来の円筒型センサ素子を示す斜視図であ
る。FIG. 10 is a perspective view showing a conventional cylindrical sensor element.

【符号の説明】 １：センサ素子、２：円筒管 ３、４、９、１０、１２、１３：電極、５：空間部、
６：発熱抵抗体、７：セラミック絶縁層、８：固体電解
質、１１：拡散孔 １５、１６、１７、１８：リード線[Description of Signs] 1: sensor element, 2: cylindrical tube 3, 4, 9, 10, 12, 13: electrode, 5: space,
6: Heating resistor, 7: Ceramic insulating layer, 8: Solid electrolyte, 11: Diffusion hole 15, 16, 17, 18: Lead wire

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】一端が閉口した円筒管の表面に、少なくと
も一対の電極を有する一個以上の検知部と、該検知部の
周囲に検知部を加熱するための発熱抵抗体を埋設し、前
記電極と接続するリード線を有する円筒状のヒーター一
体型センサ素子であって、前記電極と接続するリード線
の数をｎとしたとき、全ての隣り合うリード線の間隔が
円周角で（３６０°／ｎ）±３０゜の範囲内にあること
を特徴とするセンサ素子。At least one detecting portion having at least one pair of electrodes and a heating resistor for heating the detecting portion around the detecting portion are embedded in a surface of a cylindrical tube having one end closed, and the electrodes are embedded in the cylindrical tube. And a cylindrical heater-integrated sensor element having a lead wire connected to the electrode, where n is the number of lead wires connected to the electrode, and the distance between all adjacent lead wires is a circumferential angle (360 °). / N) The sensor element is within the range of ± 30 °. 【請求項２】前記電極に接続するリード線の本数が、４
本以上であることを特徴とする請求項１記載のセンサ素
子。2. The method according to claim 2, wherein the number of lead wires connected to said electrodes is four.
The sensor element according to claim 1, wherein the number of the sensor elements is equal to or more than one. 【請求項３】前記電極または発熱抵抗体に接続するリー
ド線の厚みが３〜３０μｍであることを特徴とする請求
項１記載のセンサ素子。3. The sensor element according to claim 1, wherein a thickness of a lead wire connected to the electrode or the heating resistor is 3 to 30 μm.