JP2007255985A - ガスセンサ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】早期活性化を図ることができるガスセンサ素子を提供すること。
【解決手段】酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極と、固体電解質体を加熱するための発熱部１４１を有するヒータ部１４と、固体電解質体とヒータ部１４との間において基準ガス側電極に面すると共に外部から基準ガスを導入するよう構成された空隙部３とを有するガスセンサ素子１。該ガスセンサ素子１の軸方向において発熱部１４１が配設される発熱領域２１における軸方向に直交する方向の空隙部３の最大断面積は、発熱領域２１よりも基端側の非発熱領域２２における軸方向に直交する方向の空隙部３の最大断面積よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用エンジン等の内燃機関の燃焼制御等に用いることができるガスセンサ素子に関する。

従来より、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのガスセンサ素子９が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
該ガスセンサ素子９は、図３４、図３５に示すごとく、酸素イオン伝導性の固体電解質体９１１と該固体電解質体９１１の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極９１２及び基準ガス側電極９１３とからなるセンシング部９１０と、該基準ガス側電極９１３に面する基準ガス空間９３とを有する。

近年、ガスセンサ素子９は、自動車エンジンの始動時から速やかに特定ガス濃度を検知して燃焼制御機構を働かせることができるよう、より早い時間で活性温度に到達（早期活性）することが求められるようになってきている。
そこで、上記ガスセンサ素子９においては、固体電解質体９１１を加熱するために配されたヒータ部９４０に通電することにより発熱部９１４を発熱させてガスセンサ素子９を昇温している。これにより、上記ガスセンサ素子９の早期活性を実現することができる。

しかしながら、ガスセンサ素子９においては、上記のごとく、固体電解質体９１１に設けられた基準ガス側電極９１３に面するように基準ガス空間９３が形成されている。そして、該基準ガス空間９３を形成するために、基準ガス空間形成層９１５が固体電解質体９１１とヒータ部９４０との間に介在している。それ故、ヒータ部９４０の発熱部９１４の熱は、基準ガス空間形成層９１５を伝って固体電解質体９１１へ伝わる。ここで、基準ガス空間９３が大きいと、基準ガス空間形成層９１５から固体電解質体９１１へ伝導する熱量が不充分となるおそれがある。

一方、基準ガス空間９３は、ガスセンサ素子９の基端側まで延設されて、基端部において大気を導入している。それ故、基準ガス空間９３が小さいと、発熱部９１４よりも基端側の基準ガス空間形成層９１５の体積が大きくなるため、基準ガス空間形成層９１５を伝って基端側へ熱が逃げ、センシング部９１０における固体電解質体９１１の温度が上昇し難くなるおそれがある。
そして、そのため、ガスセンサ素子９の早期活性化を図ることが困難となるおそれがある。
また、基準ガス空間９３が小さすぎると、基端側からの大気の導入量が少なくなり、正確なセンサ出力を得ることが困難となるおそれがある。

また、基準ガス空間を有していないガスセンサ素子が提案されている。このガスセンサ素子は発熱部から固体電解質体へと伝熱し易い一方で、ガスセンサ素子の基端側にも伝熱され易くなってしまい、結果的にガスセンサ素子を早期活性させることが困難となるおそれがある。

特開平７−３０１６１６号公報 特開平７−３３３１９４号公報 特開平８−１１４５７１号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、早期活性化を図ることができるガスセンサ素子を提供しようとするものである。

第１の発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極と、上記固体電解質体を加熱するための発熱部を有するヒータ部と、上記固体電解質体と上記ヒータ部との間において上記基準ガス側電極に面すると共に外部から基準ガスを導入するよう構成された空隙部とを有するガスセンサ素子であって、
該ガスセンサ素子の軸方向において上記発熱部が配設される発熱領域における上記軸方向に直交する方向の上記空隙部の最大断面積は、上記発熱領域よりも基端側の非発熱領域における上記軸方向に直交する方向の上記空隙部の最大断面積よりも小さいことを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記発熱領域における上記軸方向に直交する方向の上記空隙部の最大断面積は、上記非発熱領域における上記軸方向に直交する方向の上記空隙部の最大断面積よりも小さい。これにより、上記発熱領域において上記発熱部から上記固体電解質体への熱伝導性を向上させることができるため、上記発熱部により上記固体電解質体を早期に活性温度まで加熱することができる。また、上記発熱領域よりも基端側の上記非発熱領域における伝熱量を抑制することができるため、上記発熱領域から基端側への熱引けを抑制することができる。
そして、そのため、上記発熱部により上記固体電解質体を効率良く加熱することができ、上記ガスセンサ素子の早期活性を実現することができる。

以上のごとく、本発明によれば、早期活性化を図ることができるガスセンサ素子を提供することができる。

第２の発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極と、上記固体電解質体を加熱するための発熱部を有するヒータ部とを有するガスセンサ素子であって、
上記固体電解質体と上記ヒータ部との間には、空隙部が形成されており、
該空隙部は、ガスセンサ素子の軸方向において上記発熱部が配設される発熱領域よりも基端側の非発熱領域に形成されていることを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項４）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記空隙部は、上記軸方向において上記発熱領域よりも基端側の上記非発熱領域に形成されている。これにより、上記発熱領域における熱伝導性を向上させることができると共に、上記発熱領域から基端側への熱引けを抑制することができる。その結果、上記第１の発明（請求項１）と同様に、上記発熱部により上記固体電解質体を効率良く加熱して、上記ガスセンサ素子の早期活性を実現することができる。

以上のごとく、本発明によれば、早期活性化を図ることができるガスセンサ素子を提供することができる。

上記第１の発明（請求項１）及び上記第２の発明（請求項４）のガスセンサ素子として、例えば、Ｏ₂センサ素子、Ａ／Ｆセンサ素子、ＮＯｘセンサ素子及びＨＣセンサ素子等がある。
尚、本明細書において、被測定ガス側雰囲気に曝される側を先端側、その反対側を基端側として説明する。

また、上記第１の発明（請求項１）において、上記発熱領域における上記軸方向に直交する方向の上記空隙部の断面積の平均値である平均断面積は、上記非発熱領域における上記軸方向に直交する方向の上記空隙部の断面積の平均値である平均断面積よりも小さいことが好ましい（請求項２）。
この場合には、本発明の作用効果を充分に発揮することができる。即ち、上記発熱領域における熱伝導性を充分に向上させることができると共に、上記発熱領域から基端側への熱引けを充分に抑制することができる。

また、上記空隙部は、上記基準ガス側電極に面すると共に外部から基準ガスを導入するよう構成された基準ガス空間としても良い（請求項３）。
この場合には、上記基準ガス空間から導入される大気を、上記基準ガス側電極へと充分な量導くことが容易となるため、所望のセンサ出力を容易に得ることができる。

また、上記第２の発明（請求項４）において、上記ガスセンサ素子は、上記固体電解質体を通じて上記基準ガス側電極に基準ガスを供給するポンピングリファレンス機能を有するものとすることができる（請求項５）。
即ち、上記のようなポンピングリファレンス機能を有するガスセンサ素子においては、基準ガス側電極に面する空隙部を設ける必要がない。そして、空隙部のないガスセンサ素子であっても、上記第２の発明を適用することにより、本発明の作用効果を充分に発揮することができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサ素子につき、図１〜図６を用いて説明する。
本例のガスセンサ素子１は、図２、図３、図５に示すごとく、酸素イオン伝導性の固体電解質体１１と、該固体電解質体１１の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極１２及び基準ガス側電極１３と、固体電解質体１１を加熱するための発熱部１４１を有するヒータ部１４とを有する。

また、ガスセンサ素子１は、図１〜図３、図５に示すごとく、固体電解質体１１とヒータ部１４との間において空隙部３を有する。
また、同図に示すごとく、ガスセンサ素子１の軸方向において発熱部１４１が配設される発熱領域２１における軸方向に直交する方向の空隙部３の最大断面積は、発熱領域２１よりも基端側の非発熱領域２２における軸方向に直交する方向の空隙部３の最大断面積よりも小さい。

本例の上記空隙部３は、図１に示すごとく、基準ガス側電極１３に面すると共に外部から基準ガスを導入するよう構成された基準ガス空間３１である。以下においては、該基準ガス空間３１のうち、発熱領域２１に形成されている部分を第１基準ガス空間３１１、非発熱領域２２に形成されている部分を第２基準ガス空間３１２として適宜説明する。

本例のガスセンサ素子１につき、以下に詳細に説明する。
ガスセンサ素子１として、例えば、Ｏ₂センサ素子、Ａ／Ｆセンサ素子、ＮＯｘセンサ素子及びＨＣセンサ素子等がある。

ガスセンサ素子１には、図２、図３、図５に示すごとく、ジルコニアよりなる酸素イオン伝導性の固体電解質体１１の表面に白金よりなる被測定ガス側電極１２が設けてある。そして、図５、図６（ａ）に示すごとく、被測定ガス側電極１２は基端部においてリード部１２２に接続され、該リード部１２２は更に端子１２３に接続されて、そこからセンサ出力が導出される。

また、図２、図３、図５に示すごとく、被測定ガス側電極１２が配置された側とは反対側の固体電解質体１１の面に、白金よりなる基準ガス側電極１３が設けられている。そして、図５、図６（ａ）に示すごとく、基準ガス側電極１３は基端部においてリード部１３２に接続され、該リード部１３２は更に端子１３３に接続されて、そこからセンサ出力が導出される。

上記固体電解質体１１には、図２、図３、図５に示すごとく、電気的絶縁性を有すると共に緻密でガスを透過させないアルミナセラミックスよりなる空隙部形成層１５が積層されている。
また、図１〜図５に示すごとく、該空隙部形成層１５には、ガスセンサ素子１の積層後において空隙部３（基準ガス空間３１）を形成するための溝部１５０が設けてある。

本例では、図２、図３に示すごとく、発熱領域２１における第１基準ガス空間３１１と、非発熱領域２２における第２基準ガス空間３１２とは、積層方向の高さが同一かつ一定（ｈ）である。
また、図１〜図４に示すごとく、第１基準ガス空間３１１の幅ｗ１及び第２基準ガス空間３１２の幅ｗ２は、それぞれ軸方向において一定となるように構成してある。ここで、幅ｗ１、ｗ２は、それぞれ第１基準ガス空間３１１、第２基準ガス空間３１２の軸方向に直交する方向の断面形状である台形の斜辺における中間点同士の間の距離とする（以下の実施例においても同様とする）。

本例では、第１基準ガス空間３１１の断面積及び第２基準ガス空間３１２の断面積は、それぞれ一定であるため、上記断面積（ｈ×ｗ１）、（ｈ×ｗ２）がそれぞれ第１基準ガス空間３１１及び第２基準ガス空間３１２の最大断面積となり、平均断面積ともなる。
即ち、図１〜図５に示すごとく、ｗ１＜ｗ２であるため、第１基準ガス空間３１１の最大断面積及び平均断面積（ｈ×ｗ１）は、第２基準ガス空間３１２の最大断面積及び平均断面積（ｈ×ｗ２）よりも小さい。

上記空隙部３は、図４、図５に示すごとく、基端側に設けられた開口部１５１において大気に開放されており、直接大気を導入することができるよう構成されている。そして、大気は、開口部１５１から第２基準ガス空間３１２を介して第１基準ガス空間３１１に導入されて、基準ガス側電極１３へと達する。

また、図２、図３、図５に示すごとく、被測定ガス側電極１２が設けられた側の固体電解質体１１の面には、アルミナよりなる緻密でガスを透過しない遮蔽層１８が積層されている。そして、該遮蔽層１８と固体電解質体１１との間には、アルミナからなる多孔質拡散抵抗層１７が配設されている。
そして、被測定ガスは、多孔質拡散抵抗層１７の外側面１７０から導入されて、被測定ガス側電極１２へと達する。

上記空隙部形成層１５には、図２、図３、図５に示すごとく、ヒータ基材１４０が積層されている。そして、該ヒータ基材１４０には、通電により発熱する発熱部１４１とこれに電気的に接続されたリード部１４２とが空隙部形成層１５と対向するよう設けてある。このように、ガスセンサ素子１には、ヒータ基材１４０と発熱部１４１とリード部１４２とからなるヒータ部１４が構成されている。
また、リード部１４２と接続された端子１４３を介して発熱部１４１に外部から通電がなされる。

そして、リード部１４２を介して発熱部１４１に通電されると、ヒータ基材１４０に積層された空隙部形成層１５が加熱される。これにより、更に空隙部形成層１５から固体電解質体１１へと伝熱して固体電解質体１１が活性温度に達する。そして、被測定ガス側電極１２と基準ガス側電極１３との間においてその酸素濃度の差に応じた電流が発生する。この電流値を読み取ることにより、被測定ガス中の酸素濃度を検出することができるようになっている。

尚、本例のガスセンサ素子１は、例えば、図６（ａ）に示す軸方向長さＬ１を４６ｍｍ、幅Ｗを４．５ｍｍ、図６（ｂ）に示す発熱部１４１の軸方向長さＬ２を６．０ｍｍ、図６（ｃ）に示すガスセンサ素子１の先端部の厚みｄ１を２．０ｍｍ、基端部の厚みｄ２を１．６ｍｍとすることができる。この場合、第１基準ガス空間３１１の幅ｗ１を、例えば、０．３〜１．０ｍｍ、第２基準ガス空間３１２の幅ｗ２を１．０〜３．０ｍｍとすることができる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
発熱領域２１における軸方向に直交する方向の空隙部３（第１基準ガス空間３１１）の最大断面積（ｈ×ｗ１）は、図１〜図５に示すごとく、非発熱領域２２における軸方向に直交する方向の空隙部３（第２基準ガス空間３１２）の最大断面積（ｈ×ｗ２）よりも小さい。これにより、発熱領域２１において発熱部１４１から固体電解質体１１への熱伝導性を向上させることができるため、発熱部１４１により固体電解質体１１を早期に活性温度まで加熱することができる。また、発熱領域２１よりも基端側の非発熱領域２２における伝熱量を抑制することができるため、発熱領域２１から基端側への熱引けを抑制することができる。
そして、そのため、発熱部１４１により固体電解質体１１を効率良く加熱することができ、ガスセンサ素子１の早期活性を実現することができる。

また、空隙部３は、図１に示すごとく、外部から基準ガスを導入するよう構成された基準ガス空間３１（第１基準ガス空間３１１及び第２基準ガス空間３１２）である。これにより、基準ガス空間３１の基端側から導入される大気を、基準ガス側電極１３へと充分な量導くことが容易となるため、所望のセンサ出力を容易に得ることができる。

また、図１〜図５に示すごとく、発熱領域２１における上記平均断面積（ｈ×ｗ１）は、非発熱領域２２における上記平均断面積（ｈ×ｗ２）よりも小さいため、本発明の作用効果を充分に発揮することができる。即ち、発熱領域２１における熱伝導性を充分に向上させることができると共に、発熱領域２１から基端側への熱引けを充分に抑制することができる。

以上のごとく、本例によれば、早期活性化を図ることができるガスセンサ素子を得ることができる。

尚、ガスセンサ素子１において、被測定ガス側電極１２を覆うように被測定ガス空間（例えば、図２５における符号１９参照）が形成されていても良い。
また、上記空隙部３の基端側に開口部１５１を設ける代わりに、固体電解質体１１にスルーホールを設けて、該スルーホールから基準ガス（大気）を導入することができるよう構成しても良い。
その他、上記第１の発明（請求項１）の構成は、本例の構成に限られるものではない。

（実施例２）
本例は、図７〜図９に示すごとく、第１基準ガス空間３１１（発熱領域２１における空隙部３）の高さｈ１が、第２基準ガス空間３１２（非発熱領域２２における空隙部３）の高さｈ２よりも小さいガスセンサ素子１の例である。そして、第１基準ガス空間３１１の高さは、軸方向において一定（ｈ１）であり、又、第２基準ガス空間３１２の高さは、軸方向において一定（ｈ２）である。
また、第１基準ガス空間３１１及び第２基準ガス空間３１２の幅は、軸方向において変わることなく一定（ｗ）である。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図１０〜図１２に示すごとく、第１基準ガス空間３１１と第２基準ガス空間３１２とを有する空隙部３の幅が先端側から基端側に向かうに従ってテーパ状に大きくなっていくような形状を有するガスセンサ素子１の例である。
尚、空隙部３の高さは、発熱領域２１に設けられた第１基準ガス空間３１１と非発熱領域２２に設けられた第２基準ガス空間３１２とで同一かつ一定（ｈ）である。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図１３〜図１５に示すごとく、第２基準ガス空間３１２（非発熱領域２２における空隙部３）が、発熱領域２１に隣接する一部の領域において、幅ｗ１より大きい幅ｗ２を有するガスセンサ素子１の例である。
上記領域より基端側の部分においては、上記幅ｗ１と同一幅であるｗ３を有する第２基準ガス空間３１２が形成されている。
尚、空隙部３の高さは、軸方向において同一かつ一定（ｈ）としてある。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図１６〜図１８に示すごとく、第２基準ガス空間３１２（非発熱領域２２における空隙部３）が、基端側の一部の領域において第１基準ガス空間３１１（発熱領域２１における空隙部３）の幅ｗ１よりも大きい幅ｗ２を有するガスセンサ素子１の例である。
そして、幅ｗ２の上記第２基準ガス空間３１２よりも先端側においては、第１基準ガス空間３１１の幅と同一の幅（ｗ１）で第２基準ガス空間３１２が形成されている。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例６）
本例は、図１９〜図２１に示すごとく、２本の第２基準ガス空間３１２（非発熱領域２２における空隙部３）を有するガスセンサ素子１の例である。
即ち、上記２本の第２基準ガス空間３１２は、図１９、図２１に示すごとく、固体電解質体１１に接した状態で、ガスセンサ素子１の軸方向に沿って互いに基端側から平行に、同一幅ｗ２で形成されている。そして、発熱領域２１と非発熱領域２２との境界近辺で２本の第２基準ガス空間３１２が合流して、更にその先端側に形成された第１基準ガス空間３１１に連結されている。
尚、空隙部３の高さは、軸方向において同一かつ一定（ｈ）である。

本例においては、図２０、図２１に示すごとく、２本の第２基準ガス空間３１２の軸方向に直交する方向の断面積の合計（２×ｈ×ｗ２）は、第１基準ガス空間３１１の断面積（ｈ×ｗ１）よりも大きい。一方、第２基準ガス空間３１２のそれぞれの断面積（ｈ×ｗ２）は、同図に示すごとく、第１基準ガス空間３１１の断面積（ｈ×ｗ１）よりも小さい。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例７）
本例は、図２２〜図２４に示すごとく、第１基準ガス空間３１１（発熱領域２１における空隙部３）の高さが、基端側に向かうに従ってテーパ状に大きくなるガスセンサ素子１の例である。
尚、第１基準ガス空間３１１及び第２基準ガス空間３１２（非発熱領域２２における空隙部３）は共に同一の幅（ｗ）で形成されており、第２基準ガス空間３１２の高さは軸方向において一定（ｈ）である。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例８）
本例は、図２５〜図２７に示すごとく、被測定ガス中の酸素濃度を検知するセンサセル１０と、被測定ガス空間１９に酸素を出し入れするポンプセル５０とを有する２セル型のガスセンサ素子１の例である。
該ガスセンサ素子１は、図２６に示すごとく、発熱領域２１よりも基端側の非発熱領域２２において空隙部３を有する。

上記センサセル１０は、図２５に示すごとく、固体電解質体１１とその一方の面と他方の面とに配された被測定ガス側電極１２と基準ガス側電極１３とからなる。被測定ガス側電極１２は被測定ガス空間１９に面している。
また、被測定ガス側電極１２は、図２６に示すごとく、基端部においてリード部１２２に接続され、そこからセンサ出力が導出されている。

上記ポンプセル５０は、図２５に示すごとく、固体電解質体５１と、その一方の面と他方の面とに配されたポンプ電極５２、５３とからなる。そして、ポンプ電極５２は、被測定ガス空間１９に面している。
また、ポンプ電極５２、５３は、図２６に示すごとく、基端部においてリード部５２２、５３２に接続され、そこからセンサ出力が導出されている。

また、ガスセンサ素子１は、図２５、図２７に示すごとく、被測定ガス空間１９をガスセンサ素子１の外部における被測定ガス側雰囲気と連結する導通孔６を有する。該導通孔６は、固体電解質体５１と多孔質拡散抵抗層１７とに形成されている。
そして、被測定ガスは、導通孔６より導入されて多孔質拡散抵抗層１７の内側面１７１から被測定ガス空間１９へと供給される。
また、センサセル１０の基準ガス側電極１３へは、センサセル１０の酸素ポンピング機能によって被測定ガス空間１９から酸素を供給している。

そして、センサセル１０は、図２５に示すごとく、基準ガス側電極１３の表面と被測定ガス空間１９との間の酸素濃度差に基づく起電力を、被測定ガス側電極１２と基準ガス側電極１３との間に生じるよう構成してある。そして、この起電力が所定の値からずれたとき、ポンプセル５０のポンプ電極５２、５３間に所定の電圧をかけることにより、ポンプセル５０によって被測定ガス空間１９に酸素の出し入れを行い、被測定ガス空間１９を所定の酸素濃度となるようにする。このときに流れる電流から被測定ガス中の酸素濃度を検出する。
その他は、実施例２と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例９）
本例は、図２８に示すごとく、ポンプセル５０とセンサセル１０とを有する２セル型のガスセンサ素子１であって、ポンプセル５０側にヒータ部１４を積層すると共に、被測定ガス空間１９の外側に多孔質拡散抵抗層１７を設けたガスセンサ素子１の例である。
また、該ガスセンサ素子１は、固体電解質体１１の被測定ガス空間１９を設けた面と反対側の面に空隙部３を有している。
その他は、実施例８と同様の構成及び作用効果を有する。
また、ガスセンサ素子１は、２セル型としつつ空隙部形成層１５の基端側に開口部を設けて、該開口部から大気を導入することができるよう構成することもできる。

（実施例１０）
本例は、図２９、図３０に示すごとく、切削によって空隙部形成層１５を形成するガスセンサ素子１の製造方法の例である。
本例の製造方法によってガスセンサ素子１を作製するに当たって、図２９に示すごとく、空隙部形成層１５を形成するためのグリーンシート１００を、ドクターブレード法や押出成形法等で作製する。その後、図２９、図３０に示すごとく、所望の形状を有する切削刃物７０を装着した切削機７を用いて、焼成前のグリーンシート１００に、複数の溝部１５０を形成していく。

即ち、例えば、図３０に示すごとく、切削刃物７０を矢印Ｚの方向に回転させつつ、切削機７を矢印Ｙの方向に進行させることにより切削を行う。
尚、適宜切削刃物７０の刃の形状を変えることにより、発熱領域２１と非発熱領域２２とにおける溝部１５０の形状を容易に変更することもできる。
そして、グリーンシート１００を他の層と積層した後、短冊状に切断し、焼成することにより複数のガスセンサ素子１を得る。
以上のごとく、本例の製造方法を用いれば、上記溝部１５０の形状が複雑な場合にも、所望の形状に容易に加工することができる。

（実施例１１）
本例は、図３１に示すごとく、プレスによって空隙部形成層１５を形成するガスセンサ素子１の製造方法の例である。
本例では、下型８２にテフロン（登録商標）シート８３を介して焼成前のグリーンシート１００を載置する。そして、該グリーンシート１００の周りを囲うようにゴムパッキン８４を配置した後、上型８１によってグリーンシート１００をプレスする。これにより、グリーンシート１００に所望の形状を有する複数の溝部１５０を形成することができる。
その後の工程は上記実施例１０と同様である。
本例の場合にも、溝部１５０を所望の形状に形成することができる。

（実施例１２）
本例は、表１、図３２に示すごとく、ガスセンサ素子の軸方向に直交する方向の空隙部３の断面積を種々変更して試料を作製し、該試料を加熱して素子温度が６５０℃（活性温度）に達するまでに要する時間（以下、活性時間という）を調べた例である。
本例では、空隙部３は、発熱領域２１と非発熱領域２２とにおいて、それぞれ第１基準ガス空間３１１と第２基準ガス空間３１２とを有しており、これらの軸方向に直交する方向の断面積を種々変更して活性時間を測定した。

まず、図３２（ａ）に示す従来のガスセンサ素子を試料１として作製した。また、図３２（ｂ）に示すごとく、第１基準ガス空間３１１の断面積が第２基準ガス空間３１２の断面積よりも小さい本発明品のガスセンサ素子を試料２〜試料４として作製した。また、図３２（ｃ）に示すごとく、本発明品とは逆に、第１基準ガス空間３１１の断面積が第２基準ガス空間３１２の断面積よりも大きいガスセンサ素子を試料５〜試料７として作製した。
各試料における第１基準ガス空間３１１、第２基準ガス空間３１２のそれぞれの断面積は、表１に示す通りである。

そして、上記試料を加熱して得られた結果を元に、試料１より活性時間が短いものを○、長いものを×とする良否判定を行った。
測定結果を表１に示す。

表１からわかるように、本発明品である試料２〜試料４については、基準となる試料１よりも早期活性を達成している。また、第１基準ガス空間３１１の断面積が第２基準ガス空間３１２の断面積よりも大きい試料５〜試料７については、試料１よりも早期活性を達成しているとはいえない。
また、本発明品の中でも、第１基準ガス空間３１１の断面積が小さく、第２基準ガス空間３１２の断面積が大きいものほど活性時間を短くすることができることがわかる。

（実施例１３）
本例は、表２、図３３に示すごとく、非発熱領域２２に空隙部が形成されていないガスセンサ素子と、形成されているガスセンサ素子とについて、上記実施例１２と同様に活性時間を調べた例である。

まず、図３３（ａ）に示す従来のガスセンサ素子を試料１として作製した。また、図３３（ｂ）に示すごとく、非発熱領域２２に空隙部３が形成されている本発明品のガスセンサ素子を試料２、試料３として作製した。
上記試料１〜試料３における空隙部３の有無及びその断面積は、表２に示す通りである。
その他は、実施例１２と同様である。
測定結果を表２に示す。

表２からわかるように、従来のガスセンサ素子である試料１に比べて、本発明品の試料２及び試料３は、充分に早期活性を達成している。
また、空隙部３の断面積が大きい方が活性時間をより短くすることができることがわかる。

実施例１における、ガスセンサ素子の先端部の基準ガス空間を示す説明図。 図１におけるＡ−Ａ線断面説明図。 図１におけるＢ−Ｂ線断面説明図。 実施例１における、空隙部形成層の上面図。 実施例１における、ガスセンサ素子の斜視展開図。 実施例１における、（ａ）ガスセンサ素子の上面図、（ｂ）ヒータ部の説明図、（ｃ）ガスセンサ素子の側面図。 実施例２における、（ａ）空隙部形成層の上面図、（ｂ）ガスセンサ素子の側面図。 図７（ａ）におけるＡ−Ａ線断面説明図。 図７（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面説明図。 実施例３における、空隙部形成層の上面図。 図１０におけるＡ−Ａ線断面説明図。 図１０におけるＢ−Ｂ線断面説明図。 実施例４における、空隙部形成層の上面図。 図１３におけるＡ−Ａ線断面説明図。 図１３におけるＢ−Ｂ線断面説明図。 実施例５における、空隙部形成層の上面図。 図１６におけるＡ−Ａ線断面説明図。 図１６におけるＢ−Ｂ線断面説明図。 実施例６における、空隙部形成層の上面図。 図１９におけるＡ−Ａ線断面説明図。 図１９におけるＢ−Ｂ線断面説明図。 実施例７における、（ａ）空隙部形成層の上面図、（ｂ）ガスセンサ素子の側面図。 図２２におけるＡ−Ａ線断面説明図。 図２２におけるＢ−Ｂ線断面説明図。 図２７におけるＡ−Ａ線断面説明図。 図２７におけるＢ−Ｂ線断面説明図。 実施例８における、ガスセンサ素子の上面図。 実施例９における、ガスセンサ素子の先端部の断面説明図。 実施例１０における、空隙部形成層の溝部の形成方法を示す斜視説明図。 実施例１０における、空隙部形成層に溝部を形成している状態を示す断面説明図。 実施例１１における、空隙部形成層の溝部を形成している状態を示す断面説明図。 実施例１２における、（ａ）試料１の空隙部形成層の上面図、（ｂ）試料２〜試料４の空隙部形成層の上面図、（ｃ）試料５〜試料７の空隙部形成層の上面図。 実施例１３における、（ａ）試料１の空隙部形成層の上面図、（ｂ）試料２又は試料３の空隙部形成層の上面図。 従来例における、ガスセンサ素子の先端側の断面説明図。 従来例における、ガスセンサ素子の基端側の断面説明図。

符号の説明

１ ガスセンサ素子
１１ 固体電解質体
１２ 被測定ガス側電極
１３ 基準ガス側電極
１４ ヒータ部
１４０ 発熱部
２１ 発熱領域
２２ 非発熱領域
３ 空隙部

Claims (5)

1. 酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極と、上記固体電解質体を加熱するための発熱部を有するヒータ部と、上記固体電解質体と上記ヒータ部との間において上記基準ガス側電極に面すると共に外部から基準ガスを導入するよう構成された空隙部とを有するガスセンサ素子であって、
   該ガスセンサ素子の軸方向において上記発熱部が配設される発熱領域における上記軸方向に直交する方向の上記空隙部の最大断面積は、上記発熱領域よりも基端側の非発熱領域における上記軸方向に直交する方向の上記空隙部の最大断面積よりも小さいことを特徴とするガスセンサ素子。
2. 請求項１において、上記発熱領域における上記軸方向に直交する方向の上記空隙部の断面積の平均値である平均断面積は、上記非発熱領域における上記軸方向に直交する方向の上記空隙部の断面積の平均値である平均断面積よりも小さいことを特徴とするガスセンサ素子。
3. 請求項１又は２において、上記空隙部は、上記基準ガス側電極に面すると共に外部から基準ガスを導入するよう構成された基準ガス空間であることを特徴とするガスセンサ素子。
4. 酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極と、上記固体電解質体を加熱するための発熱部を有するヒータ部とを有するガスセンサ素子であって、
   上記固体電解質体と上記ヒータ部との間には、空隙部が形成されており、
   該空隙部は、ガスセンサ素子の軸方向において上記発熱部が配設される発熱領域よりも基端側の非発熱領域に形成されていることを特徴とするガスセンサ素子。
5. 請求項４において、上記固体電解質体を通じて上記基準ガス側電極に基準ガスを供給するポンピングリファレンス機能を有することを特徴とするガスセンサ素子。

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