JP6540640B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、複数の電極が設けられた固体電解質層を有するセンサ素子を備えるガスセンサに関する。

酸素濃度、ＮＯｘ（窒素酸化物）濃度、内燃機関の空燃比等を測定するガスセンサのセンサ素子は、複数の電極が設けられた固体電解質層と、固体電解質層に積層された、アルミナ等からなる絶縁層と、絶縁層に埋設された、通電によって発熱する発熱体とを備える。固体電解質層及び複数の電極は、通電によって発熱する発熱体からの熱伝達により加熱され、目標とする活性化温度になるように制御される。このようなセンサ素子を有するガスセンサとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。

また、例えば、特許文献２においては、ジルコニア固体電解質基体に一対の電極対が設けられたセンサ部と、セラミック絶縁層内に発熱体が埋設されたヒータ部とを有する酸素センサ素子について開示されている。この酸素センサ素子において、ヒータ部におけるセラミック絶縁層と、ジルコニア固体電解質基体の一部であるジルコニア固体電解質層との間には、気孔率が３〜２０％の多孔質ジルコニア固体電解質層が形成されている。また、多孔質ジルコニア固体電解質層は、セラミック絶縁層とジルコニア固体電解質層との接合力を高めるために設けられている。

特開２００９−１１５６１８号公報 特開２００４−８５４９１号公報

特許文献２の酸素センサ素子は、セラミック絶縁層がジルコニア固体電解質基体の内部に設けられたものであり、固体電解質層と絶縁層とが積層されたものではない。この酸素センサ素子においては、固体電解質基体による絶縁性能は低く、発熱体に通電を行う際に発熱体から生じるリーク電流が、固体電解質基体における電極によるガス検出精度に与える影響を考慮すると、特許文献２の酸素センサ素子は絶縁性に劣るといえる。

特許文献１等に示される、固体電解質層と絶縁層とが積層されたセンサ素子によれば、センサ素子において絶縁層が占める割合が、特許文献２の酸素センサ素子に比べて高い。そのため、固体電解質層と絶縁層とが積層されたセンサ素子によれば、その絶縁性を高めることができ、発熱体からリーク電流が生じにくくすることができる。

また、ジルコニア等から構成される固体電解質層の線膨張率と、アルミナ等から構成される絶縁層の線膨張率とは当然に異なる。また、センサ素子においては、固体電解質層と絶縁層との積層方向の全長の中心を通ってセンサ素子を積層方向に分ける仮想中心線を仮定したときに、仮想中心線を境界とする２つの半領域において、固体電解質層と絶縁層とが対称の位置に配置されることはない。そのため、固体電解質層と絶縁層との線膨張率の違い、及び固体電解質層と絶縁層とが配置される位置の非対称性により、センサ素子が高温に加熱されるときには、センサ素子には形状の反りが生じる。そして、センサ素子に形状の反りが生じると、センサ素子が被水する場合に、センサ素子にクラック（割れ）が生じるおそれがある。

特許文献１のセンサ素子においては、一方の第１半領域にのみ、絶縁層に比べて線膨張率が高い固体電解質層が配置されており、第１半領域が、他方の第２半領域に比べて膨張しやすくなる。そして、第１半領域側の外面が凸状になるように、第１半領域に反りが生じることが想定される。特許文献２の酸素センサ素子においては、一方の第１半領域に比べて他方の第２半領域に、ジルコニア固体電解質層よりも線膨張率が低いセラミック絶縁層がより多く配置されており、第１半領域が、第２半領域に比べて膨張しやすくなる。そして、第１半領域側の外面が凸状になるように、センサ素子に反りが生じることが想定される。

また、特許文献２の酸素センサ素子においては、ジルコニア固体電解質層とセラミック絶縁層との間に配置された多孔質ジルコニア固体電解質層は、セラミック絶縁層と同様にジルコニア固体電解質層よりも線膨張率が低い。そのため、多孔質ジルコニア固体電解質層の配置によって、第１半領域側の外面がさらに凸状になるように、酸素センサ素子にさらに反りが生じやすくなることが想定される。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、絶縁性を確保するとともに、センサ素子にクラックが生じにくくすることができるガスセンサを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、ガス濃度を検出するためのセンサ素子（１）を備えるガスセンサ（１００）であって、
上記センサ素子は、
金属酸化物からなる１つ又は複数の固体電解質層（２，２Ａ，２Ｂ）と、
該固体電解質層の両主面（２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６）に設けられた複数の電極（３１，３２，３３，３４）と、
上記固体電解質層における上記主面のいずれかに隣接して形成され、上記電極のいずれかに検出ガス（Ｇ）を接触させるための検出ガス室（５１）と、
上記固体電解質層に積層され、該固体電解質層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が低い金属酸化物からなる絶縁層（４１，４２，４３，４４，４５，４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａ）と、
該絶縁層に埋設された発熱体（６）と、を備え、
上記センサ素子を、上記固体電解質層と上記絶縁層との積層方向（Ｄ）の全長の中心を通る仮想中心線（Ｏ）によって２つの半領域に区画する場合に、上記固体電解質層がより多く含まれる側の半領域を第１半領域（Ｒ１）とするとともに、上記発熱体が含まれる半領域を第２半領域（Ｒ２）としたとき、
該第２半領域には、上記絶縁層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が高い金属酸化物からなる、厚み（ｔ）が７〜９７μｍの反り抑制層（７）が配置されており、
該反り抑制層は、上記センサ素子の長手方向（Ｌ）に直交する断面において、上記第１半領域の外面（４１１）が凸状に変形する反りを抑制するものである、ガスセンサにある。
本発明の他の態様は、ガス濃度を検出するためのセンサ素子（１）を備えるガスセンサ（１００）であって、
上記センサ素子は、
金属酸化物からなる１つ又は複数の固体電解質層（２，２Ａ，２Ｂ）と、
該固体電解質層の両主面（２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６）に設けられた複数の電極（３１，３２，３３，３４）と、
上記固体電解質層における上記主面のいずれかに隣接して形成され、上記電極のいずれかに検出ガス（Ｇ）を接触させるための検出ガス室（５１）と、
上記固体電解質層に積層され、該固体電解質層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が低い金属酸化物からなる絶縁層（４１，４２，４３，４４，４５，４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａ）と、
該絶縁層に埋設された発熱体（６）と、を備え、
上記検出ガス室は、上記固体電解質層の第１主面（２０１）に隣接して形成されており、かつ、上記検出ガス室へ上記検出ガスを所定の拡散速度で導入するための多孔質の金属酸化物からなる拡散抵抗層（４０）と、上記絶縁層とによって囲まれて形成されており、
上記固体電解質層の第２主面（２０２）には、上記絶縁層によって囲まれた基準ガスダクト（５２）が隣接して形成されており、
上記センサ素子を、上記固体電解質層と上記絶縁層との積層方向（Ｄ）の全長の中心を通る仮想中心線（Ｏ）によって２つの半領域に区画する場合に、上記固体電解質層がより多く含まれる側の半領域を第１半領域（Ｒ１）とするとともに、上記発熱体が含まれる半領域を第２半領域（Ｒ２）としたとき、
該第２半領域には、上記絶縁層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が高い金属酸化物からなる、厚み（ｔ）が７〜９７μｍの反り抑制層（７）が配置されており、
該反り抑制層は、上記センサ素子の長手方向（Ｌ）に直交する断面において、上記第１半領域の外面（４１１）が凸状に変形する反りを抑制するものである、ガスセンサにある。
本発明のさらに他の態様は、ガス濃度を検出するためのセンサ素子（１）を備えるガスセンサ（１００）であって、
上記センサ素子は、
金属酸化物からなる複数の固体電解質層（２，２Ａ，２Ｂ）と、
該固体電解質層の両主面（２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６）に設けられた複数の電極（３１，３２，３３，３４）と、
上記固体電解質層における上記主面のいずれかに隣接して上記固体電解質層同士の間に形成され、上記電極のいずれかに検出ガス（Ｇ）を接触させるための検出ガス室（５１）と、
上記固体電解質層に積層され、該固体電解質層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が低い金属酸化物からなる絶縁層（４１，４２，４３，４４，４５，４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａ）と、
該絶縁層に埋設された発熱体（６）と、を備え、
上記センサ素子を、上記固体電解質層と上記絶縁層との積層方向（Ｄ）の全長の中心を通る仮想中心線（Ｏ）によって２つの半領域に区画する場合に、上記固体電解質層がより多く含まれる側の半領域を第１半領域（Ｒ１）とするとともに、上記発熱体が含まれる半領域を第２半領域（Ｒ２）としたとき、
該第２半領域には、上記絶縁層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が高い金属酸化物からなる、厚み（ｔ）が７〜９７μｍの反り抑制層（７）が配置されており、
該反り抑制層は、上記センサ素子の長手方向（Ｌ）に直交する断面において、上記第１半領域の外面（４１１）が凸状に変形する反りを抑制するものであり、
複数の上記固体電解質層のうちの上記反り抑制層に最も近い特定固体電解質層の側面は、上記絶縁層内に埋設されており、
上記特定固体電解質層の外形を上記反り抑制層に、上記特定固体電解質層と上記絶縁層との積層方向（Ｄ）に向けて投影したときに、上記反り抑制層は、上記特定固体電解質層の外形を覆う位置及び大きさに形成されている、ガスセンサにある。

上記ガスセンサのセンサ素子においては、センサ素子に反りが生じることを抑制するための反り抑制層が配置されている。この反り抑制層を構成する金属酸化物の線膨張率は、絶縁層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも高い。この反り抑制層により、次の効果が得られる。

具体的には、センサ素子を、固体電解質層と絶縁層との積層方向の全長の中心を通る仮想中心線によって２つの半領域に区画する場合に、固体電解質層がより多く含まれる側の半領域を第１半領域とするとともに、発熱体が含まれる反対側の半領域を第２半領域とする。
第１半領域においては、第２半領域に比べて固体電解質層がより多く配置され、第２半領域においては、第１半領域に比べて絶縁層がより多く配置される。

ここで、固体電解質層は、第１半領域と第２半領域との両方に配置される場合がある。この場合、固体電解質層は、第１半領域と第２半領域との両方に、均等には配置されないこととする。そして、「第１半領域においては、第２半領域に比べて固体電解質層がより多く含まれる」とは、第１半領域内に配置される固体電解質層の体積が、第２半領域内に配置される固体電解質層の体積よりも多いことを示す。
なお、固体電解質層は、第１半領域にのみ配置される場合もある。

センサ素子においては、固体電解質層の線膨張率が絶縁層の線膨張率よりも高いことにより、固体電解質層がより多く配置される第１半領域の積層方向の外面が凸状に、絶縁層がより多く配置される第２半領域の積層方向の外面が凹状に変形するよう、形状の反りが生じやすい状態にある。

そこで、センサ素子においては、第２半領域に、絶縁層の線膨張率に比べて線膨張率が高い反り抑制層が配置されている。これにより、第１半領域に配置された材料全体による熱膨張量と、第２半領域に配置された材料全体による熱膨張量とを近くすることができる。そのため、センサ素子が高温に加熱される場合においても、センサ素子の形状に反りが生じにくくすることができる。その結果、センサ素子が被水する場合であっても、センサ素子にクラック（割れ）が生じにくくすることができる。

また、上記センサ素子は、固体電解質層と絶縁層とが積層された構造を有するものである。そのため、センサ素子において絶縁層が占める割合が高く、発熱体からリーク電流が生じにくくすることができる。
それ故、上記ガスセンサによれば、絶縁性を確保するとともに、センサ素子にクラックが生じにくくすることができる。

なお、本発明の各態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。

実施形態１にかかる、センサ素子の断面を示す説明図。 実施形態１にかかる、センサ素子の各構成要素を、センサ素子を分解した状態で示す斜視図。 実施形態１にかかる、センサ素子を備えるガスセンサの断面を示す説明図。 実施形態１の比較品１にかかる、センサ素子の断面を示す説明図。 実施形態１の比較品１にかかる、図４の一部を拡大して示す説明図。 実施形態２にかかる、センサ素子の断面を示す説明図。 実施形態２にかかる、センサ素子の各構成要素を、センサ素子を分解した状態で示す斜視図。 実施形態２の比較品２にかかる、センサ素子の断面を示す説明図。 実施形態２の比較品２にかかる、図８の一部を拡大して示す説明図。 実施形態２にかかる、他のセンサ素子の断面を示す説明図。

上述したガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
本形態のガスセンサ１００は、酸素、ＮＯｘ等のガス濃度を検出するセンサ素子１を備える。センサ素子１は、図１に示すように、金属酸化物からなる１つの固体電解質層２と、固体電解質層２の両主面２０１，２０２に設けられた一対の電極３１，３２と、固体電解質層２における第１主面２０１に隣接して形成され、電極３１に検出ガスＧを接触させるための検出ガス室５１と、固体電解質層２に積層され、固体電解質層２を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が低い金属酸化物からなる絶縁層４１，４２，４３，４４，４５と、絶縁層４４，４５に埋設された発熱体６とを備える。

ガスセンサ１００においては、センサ素子１を、固体電解質層２と絶縁層４１，４２，４３，４４，４５との積層方向Ｄの全長の中心を通る仮想中心線Ｏによって２つの半領域に区画する場合に、固体電解質層２がより多く含まれる（配置される）側の半領域を第１半領域Ｒ１とするとともに、第１半領域Ｒ１とは反対側の半領域であって発熱体６が含まれる（配置される）半領域を第２半領域Ｒ２とする。この場合、第２半領域Ｒ２には、絶縁層４１，４２，４３，４４，４５を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が高い金属酸化物からなる反り抑制層７が配置されている。

本形態のガスセンサ１００は、車両の排気管に配置され、排気管を流れる排ガスを検出ガスＧとするとともに大気を基準ガスＡとし、検出ガスＧ中の酸素、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の濃度、内燃機関の空燃比（Ａ／Ｆ）等を検出するために用いられる。ガスセンサ１００のセンサ素子１は、固体電解質層２を構成する金属酸化物のシートと、絶縁層４１，４２，４３，４４，４５を構成する金属酸化物のシートとを積層し、焼結して形成されたものである。

図３に示すように、ガスセンサ１００は、センサ素子１、ハウジング７０、絶縁碍子７１，７２、接点端子７３、リード線７４、カバー７５、ブッシュ７６、二重のカバー７７Ａ，７７Ｂ等を備える。
センサ素子１は絶縁碍子７１に保持されており、絶縁碍子７１はハウジング７０に保持されている。ガスセンサ１００は、ハウジング７０によって排気管に取り付けられ、センサ素子１は、排気管内に配置される。また、ハウジング７０には、センサ素子１の先端部を覆う二重のカバー７７Ａ，７７Ｂが取り付けられている。センサ素子１は、長尺形状に形成されており、検出ガスＧを検出するためのガス検知部１０は、センサ素子１における長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の端部に設けられている。

一対の電極３１，３２は固体電解質層２の先端部に設けられており、ガス検知部１０は、センサ素子１における、一対の電極３１，３２が位置する先端部に形成されている。また、ガス検知部１０は、アルミナ（酸化アルミニウム）等の多孔質の保護層１２によって覆われている。

絶縁碍子７１の基端側には、接点端子７３を保持する別の絶縁碍子７２が配置されている。後述する、各電極３１，３２のリード部３１１，３２１及び発熱体６のリード部６２は、センサ素子１の基端部に引き出され、接点端子７３に接続されている。接点端子７３に接続されたリード線７４は、ハウジング７０の基端側に取り付けられたカバー７５内において、ブッシュ７６によって保持されている。

固体電解質層２は、金属酸化物の焼結体として板状に形成されている。固体電解質層２を構成する金属酸化物は、イットリア安定化ジルコニア等のジルコニア（酸化ジルコニウム）の材料からなる。この金属酸化物は、ジルコニアを主成分とする種々の材料によって構成することができる。固体電解質層２は、その活性化温度において、酸化物イオン（酸素イオン）の伝導性を有するものである。

図１に示すように、一対の電極３１，３２は、固体電解質層２の第１主面２０１に設けられて検出ガスＧに晒される測定電極３１と、固体電解質層２の第２主面２０２に設けられて基準ガスＡに晒される基準電極３２とからなる。測定電極３１と基準電極３２とは固体電解質層２を介して互いに対向する位置に設けられている。測定電極３１及び基準電極３２と、これらの間に配置された固体電解質層２の一部とによって、ガス濃度を検出するための検出セル１１が形成されている。
なお、第１主面２０１、第２主面２０２とは、固体電解質層２における表面のうち最も面積が大きな一対の表面のことをいう。

本形態のガスセンサ１００は、酸素センサ又はＡ／Ｆセンサとして用いられる。そして、ガスセンサ１００のセンサ素子１においては、測定電極３１に接触する検出ガスＧの酸素濃度と基準電極３２に接触する基準ガスＡの酸素濃度との差によって、測定電極３１と基準電極３２との間に流れる電流が測定され、検出ガスＧの酸素濃度が求められる。
また、ガスセンサ１００をＮＯｘセンサとして用いる場合には、固体電解質層２の第１主面２０１には、酸素濃度を所定の濃度以下に調整するためのポンプ電極と、ＮＯｘ濃度を測定するための測定電極とが設けられる。この場合、ガスセンサ１００のセンサ素子１においては、検出ガスＧのＮＯｘ濃度によって、測定電極と基準電極との間に流れる電流が測定され、検出ガスＧのＮＯｘ濃度が求められる。

図２に示すように、測定電極３１及び基準電極３２は、白金と、固体電解質層２と同種の金属酸化物からなる固体電解質とを含有している。測定電極３１及び基準電極３２には、測定電極３１及び基準電極３２をガスセンサ１００の外部の制御装置に接続するためのリード部３１１，３２１がそれぞれ繋がっている。各リード部３１１，３２１は、各電極３１，３２からセンサ素子１の基端部まで引き出されている。

図１、図２に示すように、固体電解質層２の第１主面２０１には、検出ガス室５１を形成するための切欠き穴が設けられた第２絶縁層４２と、第１絶縁層４１とが順次積層されている。第２絶縁層４２には、検出ガス室５１へ検出ガスＧを所定の拡散速度で導入するための多孔質の金属酸化物からなる拡散抵抗層４０が配置されている。拡散抵抗層４０は、多孔質のアルミナの材料によって構成されている。拡散抵抗層４０は、検出ガス室５１の両側に配置されている。検出ガス室５１は、固体電解質層２の第１主面２０１に接する位置において、第１絶縁層４１、第２絶縁層４２及び拡散抵抗層４０によって囲まれて形成されている。

固体電解質層２の第２主面２０２には、第３絶縁層４３が積層されている。固体電解質層２の第２主面２０２に接する位置には、第３絶縁層４３によって囲まれ、基準ガスＡが導入される基準ガスダクト５２が形成されている。基準ガスダクト５２には、センサ素子１の基端部から大気が導入される。

発熱体６は、第３絶縁層４３に積層された第４絶縁層４４と、第４絶縁層４４に積層された第５絶縁層４５との間に埋設されている。発熱体６は、通電によって発熱する発熱部６１と、発熱部６１の両端に繋がり、ガスセンサ１００の外部の制御装置によって発熱部６１に通電するための一対のリード部６２とを有している。発熱部６１は、固体電解質層２に各電極３１，３２が配置された部位を、センサ素子１の積層方向Ｄに向けて絶縁層４４，４５へ投影した部位に配置されている。

ここで、センサ素子１の積層方向Ｄとは、固体電解質層２と複数の絶縁層４１，４２，４３，４４，４５とが積層された方向のことをいう。また、発熱部６１の単位長さ当たりの電気抵抗値は、リード部６２の単位長さ当たりの電気抵抗値よりも大きい。そして、一対のリード部６２に通電を行うときには、発熱部６１が発熱し、検出セル１１を加熱することができる。

第１絶縁層４１、第２絶縁層４２、第３絶縁層４３、第４絶縁層４４及び第５絶縁層４５は、センサ素子１を焼結する際に一体化される。そして、発熱体６及び反り抑制層７は、一体化された絶縁層４３，４４の内部に埋設される。
また、固体電解質層２及び反り抑制層７は、センサ素子１の長手方向Ｌの全長に亘って配置されている。また、反り抑制層７の長手方向Ｌにおける両端部は、絶縁層４３，４４の内部に埋設されていてもよい。この場合も、反り抑制層７が、センサ素子１の長手方向Ｌの全長に亘って配置されている構成に含まれることとする。なお、長手方向Ｌとは、積層方向Ｄに直交する方向であって、ガスセンサ１００の中心軸線に沿って配置される方向のことをいう。

また、反り抑制層７の４つの側面のうちのいずれか１つ又は互いに対向する２つは、絶縁層４３，４４の外部に露出していてもよい。
また、本形態の反り抑制層７の幅方向Ｗの幅は、発熱体６の発熱部６１の幅方向Ｗの幅よりも大きくした。これ以外にも、反り抑制層７の厚み等が大きい場合には、反り抑制層７の幅方向Ｗの幅は、発熱体６の発熱部６１の幅方向Ｗの幅よりも小さくすることもできる。なお、幅方向Ｗとは、長手方向Ｌ及び積層方向Ｄに直交する方向のことをいう。

反り抑制層７は、金属酸化物の焼結体として板状に形成されている。反り抑制層７は、固体電解質層２と発熱体６との間の位置において、絶縁層４３，４４によって両側から挟まれている。反り抑制層７は、金属酸化物の焼結体として板状に形成されている。反り抑制層７を構成する金属酸化物は、固体電解質層２を構成する金属酸化物と同種の金属酸化物であるイットリア安定化ジルコニア等のジルコニアの材料からなる。この金属酸化物は、ジルコニアを主成分とする種々の材料によって構成することができる。複数の絶縁層４１，４２，４３，４４，４５は、アルミナの材料によって構成されている。複数の絶縁層４１，４２，４３，４４，４５を構成するアルミナの材料の密度は、拡散抵抗層４０を構成するアルミナの材料の密度に比べて高い。

ジルコニアの線膨張率（線膨張係数）は、室温〜１０００℃において、７×１０^-6〜２×１０^-5［Ｋ^-1］であり、アルミナの線膨張率（線膨張係数）は、室温〜１０００℃において、６×１０^-6〜１．５×１０^-5［Ｋ^-1］である。ただし、ジルコニア又はアルミナに他成分が含有される場合には、その含有量によっては、この数値に当てはまらない場合もある。
反り抑制層７を構成する金属酸化物の線膨張率は、ジルコニアの線膨張率以上であることが好ましい。

固体電解質層２及び反り抑制層７は、ジルコニア材料以外の金属酸化物の焼結体によって構成することも可能である。固体電解質層２には、強度及び耐熱の観点から、ジルコニア材料を用いることが最適である。また、反り抑制層７は、絶縁層４１，４２，４３，４４，４５を構成するアルミナ材料よりも熱伝導率の低い金属酸化物として、ムライト(３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂)、フォルステライト(２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂)、コージェライト(２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、ステアタイト(ＭｇＯ・ＳｉＯ₂)等とすることも可能である。ただし、反り抑制層７は、固体電解質層２を構成するジルコニア材料と同種のジルコニア材料から構成することにより、センサ素子１の製造を簡単にし、センサ素子１内の熱膨張のムラを少なくし、また、センサ素子１の強度の信頼性を向上させることができる。

反り抑制層７の厚みｔは、固体電解質層２の厚みよりも小さい。反り抑制層７の厚みｔは、７〜９７μｍとすることができる。ジルコニアの粒子の直径は１μｍ程度であり、反り抑制層７の厚みｔが７μｍ未満である場合には、反り抑制層７による十分な反り抑制効果が得られないおそれがある。また、反り抑制層７を印刷（ペーストの塗布）によって形成する場合、反り抑制層７を７μｍ未満の厚みｔに形成することは困難と考えられる。一方、反り抑制層７の厚みｔの上限は、固体電解質層２の厚みよりも小さい範囲で適宜決定することができる。ただし、反り抑制層７の厚みｔが９７μｍを超えると、センサ素子１の使用時に、反り抑制層７の周辺にクラック等が生じることが懸念される。

図１に示すように、本形態のセンサ素子１においては、固体電解質層２は、センサ素子１の積層方向Ｄの全長の中心を通る仮想中心線Ｏによって区画される第１半領域Ｒ１に配置されている。反り抑制層７を配置する第２半領域Ｒ２内の位置は、センサ素子１に現れる形状の反りを抑制するための種々の位置とすることができる。反り抑制層７は、仮想中心線Ｏから見て、発熱体６が配置された位置よりもさらに遠い位置に配置することもできる。言い換えれば、仮想中心線Ｏから反り抑制層７の中心までの間隔は、仮想中心線Ｏから発熱体６の中心までの間隔よりも大きくすることができる。また、第２半領域Ｒ２には、積層方向Ｄに適宜間隔を空けて２枚の反り抑制層７を配置することも可能である。

センサ素子１の温度制御は、検出セル１１の温度と、検出セル１１のインピーダンスとの関係を用いて行われる。検出セル１１の温度と、検出セル１１のインピーダンスとの関係は、関係マップとして制御装置に記憶されている。制御装置には、検出セル１１のインピーダンスを測定する回路が形成されている。発熱体６への印加電力は、ＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）等を利用したＰＩＤ制御等によって、検出セル１１のインピーダンスが目標とする値になるよう調整される。

本形態のセンサ素子１においては、第３絶縁層４３と第４絶縁層４４との間に、センサ素子１の反りを抑制するための反り抑制層７が埋設されていることにより、センサ素子１にクラックが生じにくくする効果が得られる。
以下に、反り抑制層７が配置された本形態のセンサ素子１と、本形態のセンサ素子１から反り抑制層７が除かれた従来のセンサ素子９（図４参照）とを比較して、各センサ素子１，９におけるクラック（割れ）の生じやすさについて考察する。

図４に示すように、従来のセンサ素子９においては、排ガスとしての検出ガスＧ又は発熱体６の発熱部６１の発熱によって高温に加熱された高温安定時には、センサ素子９の各部が熱膨張する。このとき、センサ素子９の各部における熱膨張は、固体電解質層２、拡散抵抗層４０、絶縁層９４、発熱体６のそれぞれを構成する材料の線膨張率が大きい部分ほど大きくなる。

拡散抵抗層４０及び絶縁層９４と絶縁層９４との間に挟まれる固体電解質層２の線膨張率が、拡散抵抗層４０及び絶縁層９４の線膨張率よりも大きいことにより、固体電解質層２は、拡散抵抗層４０及び絶縁層９４に比べて大きく熱膨張しようとする。このとき、固体電解質層２は、積層方向Ｄに直交する平面方向により多く熱膨張しようとする。しかし、固体電解質層２は、拡散抵抗層４０及び絶縁層９４と焼結されて、拡散抵抗層４０及び絶縁層９４に固定されていることにより、積層方向Ｄに直交する平面方向に熱膨張することが阻止される。

そのため、固体電解質層２における、拡散抵抗層４０及び絶縁層９４との界面の近傍において、固体電解質層２には、積層方向Ｄに直交する平面方向の中心側に向けた応力Ｎが作用する。そして、固体電解質層２の中心部付近が、積層方向Ｄの第１半領域Ｒ１側の外面９４２に向けて変形しようとする。また、拡散抵抗層４０及び絶縁層９４の間に固体電解質層２が配置された第１半領域Ｒ１における熱膨張量が、固体電解質層２が配置されず、絶縁層９４と発熱体６とからなる第２半領域Ｒ２における熱膨張量よりも大きくなる。

その結果、固体電解質層２が配置された第１半領域Ｒ１の外面９４２が凸状に、固体電解質層２が配置されていない第２半領域Ｒ２の外面９４３が凹状に変形するよう、センサ素子９の形状に反りが生じる。同図においては、この反りを二点鎖線Ｓによって示す。そして、センサ素子９に生じた反りにより、センサ素子９の各部には、応力が作用する。

図５は、図４における二点鎖線Ｘ１で囲む部分を拡大して示す。図５に示すように、絶縁層９４１が凸状に反ることにより、絶縁層９４１と拡散抵抗層４０と検出ガス室５１との境界部Ｍ１付近には、応力が作用する。また、この境界部Ｍ１には、拡散抵抗層４０が検出ガス室５１へ膨張しようとする熱応力も作用する。

このような応力が作用する状態において、センサ素子９の絶縁層９４１の表面（外面９４２）が被水する場合には、絶縁層９４１及び拡散抵抗層４０が急冷されて、境界部Ｍ１には、絶縁層９４１及び拡散抵抗層４０が収縮しようとする熱応力が作用する。そして、境界部Ｍ１においては、反りによる応力及び膨張による熱応力が生じている状態に、さらに収縮による熱応力も作用することになる。そのため、境界部Ｍ１に作用する応力が許容値を超えるときには、境界部Ｍ１の近傍に位置する拡散抵抗層４０にクラックＫが生じるおそれがある。

一方、図１に示すように、本形態のセンサ素子１においては、第２半領域Ｒ２に反り抑制層７が配置されたことにより、固体電解質層２が配置された第１半領域Ｒ１における熱膨張量と、反り抑制層７が配置された第２半領域Ｒ２における熱膨張量とが近くなる。また、第２半領域Ｒ２に配置された反り抑制層７は、第１半領域Ｒ１側の外面４１１に凸状に変形しようとする固体電解質層２とは反対に、第２半領域Ｒ２側の外面４５１に凸状に変形しようとする。その結果、センサ素子１の形状に生じる反りの量が減少し、反りに伴ってセンサ素子１の各部に作用する応力も減少する。

こうして、第１絶縁層４１と拡散抵抗層４０と検出ガス室５１との境界部Ｍ１に作用する応力が減少する。そして、センサ素子１の第１絶縁層４１の外面４１１が被水したとしても、境界部Ｍ１に作用する応力が減少していることにより、境界部Ｍ１に作用する応力が許容値を超えにくくなる。そのため、境界部Ｍ１の近傍に位置する拡散抵抗層４０にクラックＫが生じにくくなる。

反り抑制層７は、第１半領域Ｒ１側の外面４１１が凸状に変形するセンサ素子１の反りを解消するために配置する。第２半領域Ｒ２に配置する反り抑制層７の位置、大きさ、厚み等は、第１半領域Ｒ１に配置される固体電解質層２及び検出ガス室５１の位置、大きさ、厚み等に応じて、適宜設定することができる。

また、センサ素子１は、固体電解質層２と絶縁層４１，４２，４３，４４，４５とが積層された構造を有するものである。そのため、センサ素子１において絶縁層４１，４２，４３，４４，４５が占める割合が高く、絶縁層４４，４５内に埋設された発熱体６の発熱部６１から、絶縁層４４，４５へリーク電流が生じにくくすることができる。
それ故、本形態のセンサ素子１によれば、絶縁性を確保するとともに、第１絶縁層４１と拡散抵抗層４０と検出ガス室５１との境界部Ｍ１の近傍に位置する拡散抵抗層４０にクラックＫが生じにくくすることができる。

（実施形態２）
本形態においては、図６に示すように、電極３３，３４が設けられた２枚の固体電解質層２Ａ，２Ｂを用いたセンサ素子１について示す。
本形態のセンサ素子１においては、２枚の固体電解質層２Ａ，２Ｂの間に、検出ガスＧが導入される検出ガス室５１が形成されている。第１固体電解質層２Ａの両主面２０３，２０４には、検出ガス室５１内の検出ガスＧの酸素濃度を調整するための一対のポンプ電極３３が、第１固体電解質層２Ａを介して互いに対向する位置に設けられている。一方のポンプ電極３３は、検出ガス室５１内に配置されており、他方のポンプ電極３３は、検出ガスＧが透過可能な多孔質体からなるガス導入層４０Ａ内に埋設されている。

第２固体電解質層２Ｂの両主面２０５，２０６には、検出ガス室５１内の検出ガスＧの酸素濃度を検出するための一対の検出電極３４が、第２固体電解質層２Ｂを介して互いに対向する位置に設けられている。一方の検出電極３４は、検出ガス室５１内に配置されており、他方の検出電極３４は、絶縁層４４Ａ内に埋設されている。一対の検出電極３４と、これらの間に配置された第２固体電解質層２Ｂの一部とによって、ガス濃度を検出するための検出セル１１が形成されている。

図６、図７に示すように、本形態の絶縁層は、第１固体電解質層２Ａに積層された第１絶縁層４１Ａ、第１固体電解質層２Ａと第２固体電解質層２Ｂとの間に挟まれた第２絶縁層４２Ａ、第２固体電解質層２Ｂの全側面を囲む第３絶縁層４３Ａ、第２固体電解質層２Ｂ及び第３絶縁層４３Ａに積層された第４絶縁層４４Ａ、第４絶縁層４４Ａに順次積層された第５絶縁層４５Ａ及び第６絶縁層４６Ａからなる。

ガス導入層４０Ａは、第１絶縁層４１Ａに囲まれた状態で第１固体電解質層２Ａに積層されている。第２絶縁層４２Ａの一部には、検出ガスＧを所定の拡散速度で検出ガス室５１に導入するための拡散抵抗層４０Ｂが形成されている。
第１固体電解質層２Ａ及び第２固体電解質層２Ｂは、絶縁層４１Ａ，４３Ａ内に全側面が埋設された特定固体電解質層として形成されている。具体的には、第１固体電解質層２Ａの全側面は、第１絶縁層４１Ａ内に埋設されており、第２固体電解質層２Ｂの全側面は、第３絶縁層４３Ａ内に埋設されている。第２固体電解質層２Ｂは、発熱体６に最も近い固体電解質層である。
反り抑制層７は、第４絶縁層４４Ａと第５絶縁層４５Ａとの間に埋設されている。発熱体６は、第５絶縁層４５Ａと第６絶縁層４６Ａとの間に埋設されている。

図７に示すように、反り抑制層７は、第２固体電解質層２Ｂの外形（表面形状）を、センサ素子１の積層方向Ｄに向けて反り抑制層７に投影したときに、第２固体電解質層２Ｂの外形の全体を覆う位置及び大きさに形成されている。より具体的には、反り抑制層７の幅方向Ｗの寸法Ｗ１は、第２固体電解質層２Ｂの幅方向Ｗの寸法Ｗ２よりも大きく、反り抑制層７の長手方向Ｌの寸法Ｌ１は、第２固体電解質層２Ｂの長手方向Ｌの寸法Ｌ２よりも大きい。なお、幅方向Ｗは、センサ素子１の長手方向Ｌ及び積層方向Ｄに直交する方向である。
この反り抑制層７の構成により、センサ素子１の形状に生じる反りを効果的に減少させることができる。

図１に示すように、本形態のセンサ素子１においては、第１固体電解質層２は、センサ素子の積層方向Ｄの全長の中心を通る仮想中心線Ｏによって区画される第１半領域Ｒ１に配置されている。第２固体電解質層２は、仮想中心線Ｏ上において、第１半領域Ｒ１と、仮想中心線Ｏを介して第１半領域Ｒ１の反対側に位置する第２半領域Ｒ２とに跨って配置されている。反り抑制層７は、第２半領域Ｒ２に配置されている。

また、図６には、反り抑制層７の外形（寸法Ｗ１，Ｌ１）が、第２固体電解質層２Ｂの外形（寸法Ｗ２，Ｌ２）よりも大きく、さらに発熱体６の発熱部６１の外形よりも大きい場合について示す。これ以外にも、反り抑制層７の厚み等が大きい場合には、図１０に示すように、反り抑制層７の外形（寸法Ｗ１，Ｌ１）は、第２固体電解質層２Ｂの外形（寸法Ｗ２，Ｌ２）よりも大きい一方、反り抑制層７の幅方向Ｗの幅は、発熱部６１の幅方向Ｗの幅よりも小さくすることもできる。

以下に、反り抑制層７が配置された本形態のセンサ素子１と、本形態のセンサ素子１から反り抑制層７が除かれた従来のセンサ素子９（図８参照）とを比較して、各センサ素子１，９におけるクラック（割れ）の生じやすさについて考察する。

図８に示すように、従来のセンサ素子９においては、排ガスとしての検出ガスＧ又は発熱体６の発熱部６１の発熱によって高温に加熱された高温安定時には、センサ素子９の各部が熱膨張する。このとき、センサ素子９の各部における熱膨張は、各固体電解質層２Ａ，２Ｂ、絶縁層９４、発熱体６のそれぞれを構成する材料の線膨張率が大きい部分ほど大きくなる。

拡散抵抗層４０Ａ，４０Ｂ、絶縁層９４，９４１の間に位置する固体電解質層２の線膨張率が、拡散抵抗層４０Ａ，４０Ｂ及び絶縁層９４，９４１の線膨張率よりも大きいことにより、固体電解質層２Ａ，２Ｂは、拡散抵抗層４０Ａ，４０Ｂ及び絶縁層９４，９４１に比べて大きく熱膨張しようとする。このとき、固体電解質層２Ａ，２Ｂは、積層方向Ｄに直交する平面方向により多く熱膨張しようとする。しかし、固体電解質層２Ａ，２Ｂは、拡散抵抗層４０Ａ，４０Ｂ及び絶縁層９４，９４１と焼結されて、拡散抵抗層４０Ａ，４０Ｂ及び絶縁層９４，９４１に固定されていることにより、積層方向Ｄに直交する平面方向に熱膨張することが阻止される。

そのため、固体電解質層２Ａ，２Ｂにおける、拡散抵抗層４０Ａ，４０Ｂ及び絶縁層９４，９４１との界面の近傍において、固体電解質層２Ａ，２Ｂには、積層方向Ｄに直交する平面方向の中心側に向けた応力Ｎが作用する。そして、固体電解質層２Ａ，２Ｂの中心部付近が、積層方向Ｄの第１半領域Ｒ１側の外面９４２に向けて変形しようとする。また、第１固体電解質層２Ａ及び第２固体電解質層２Ｂの一部が配置された第１半領域Ｒ１における熱膨張量が、第２固体電解質層２Ｂの残部、絶縁層９４及び発熱体６が配置された第２半領域Ｒ２における熱膨張量よりも大きくなる。

その結果、固体電解質層２Ａ，２Ｂがより多く分布する第１半領域Ｒ１側の外面９４２が凸状に、固体電解質層２Ａ，２Ｂの分布が少ない第２半領域Ｒ２側の外面９４３が凹状に変形するよう、センサ素子９の形状に反りが生じる。同図においては、この反りを二点鎖線Ｓによって示す。そして、センサ素子９に生じた反りにより、センサ素子９の各部には、応力が作用する。

図９は、図８における二点鎖線Ｘ２で囲む部分を拡大して示す。図９に示すように、絶縁層９４１及びガス導入層４０Ａの外面９４２が凸状に反ることにより、絶縁層９４１とガス導入層４０Ａとの境界部Ｍ２には、応力が作用する。また、この境界部Ｍ２には、絶縁層９４１がガス導入層４０Ａへ膨張しようとする熱応力も作用する。

このような応力が作用する状態において、センサ素子９の絶縁層９４１及びガス導入層４０Ａの外面９４２が被水する場合には、絶縁層９４１及びガス導入層４０Ａが急冷されて、境界部Ｍ２には、絶縁層９４１及びガス導入層４０Ａが収縮しようとする熱応力が作用する。そして、境界部Ｍ２においては、反りによる応力及び膨張による熱応力が生じている状態に、さらに収縮による熱応力も作用することになる。そのため、境界部Ｍ２に作用する応力が許容値を超えるときには、境界部Ｍ２の近傍に位置する拡散抵抗層４０ＡにクラックＫが生じるおそれがある。

一方、図１に示すように、本形態のセンサ素子１においては、第２半領域Ｒ２に反り抑制層７が配置されたことにより、第１固体電解質層２Ａ、第２固体電解質層２Ｂの一部及び拡散抵抗層４０Ａ，４０Ｂが配置された第１半領域Ｒ１における熱膨張量と、第２固体電解質層２Ｂの残部、発熱体６及び反り抑制層７が配置された第２半領域Ｒ２における熱膨張量とが近くなる。その結果、センサ素子１の形状に生じる反りの量が減少し、反りに伴ってセンサ素子１の各部に作用する応力も減少する。

こうして、第１絶縁層４１とガス導入層４０Ａとの境界部Ｍ２に作用する応力が減少する。そして、センサ素子１の第１絶縁層４１及び拡散抵抗層４０Ａの外面４１１Ａが被水したとしても、境界部Ｍ２に作用する応力が減少していることにより、境界部Ｍ２に作用する応力が許容値を超えにくくなる。そのため、境界部Ｍ２の近傍に位置する拡散抵抗層４０ＡにクラックＫが生じにくくなる。

反り抑制層７は、第１半領域Ｒ１側の外面４１１Ａが凸状に変形するセンサ素子１の反りを解消するために配置する。第２半領域Ｒ２に配置する反り抑制層７の位置、大きさ、厚み等は、各固体電解質層２Ａ，２Ｂ及び検出ガス室５１の位置、大きさ、厚み等に応じて、適宜設定することができる。

また、センサ素子１は、固体電解質層２Ａ，２Ｂと絶縁層４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａとが積層された構造を有するものである。そのため、センサ素子１において絶縁層４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａが占める割合が高く、絶縁層４５Ａ，４６Ａ内に埋設された発熱体６の発熱部６１から、絶縁層４５Ａ，４６Ａへリーク電流が生じにくくすることができる。
それ故、本形態のセンサ素子１によれば、絶縁性を確保するとともに、第１絶縁層４１Ａと拡散抵抗層４０Ａとの境界部Ｍ２の近傍に位置する拡散抵抗層４０ＡにクラックＫが生じにくくすることができる。

本形態のセンサ素子１においても、反り抑制層７の厚みｔ等のその他の構成は、上記実施形態１の場合と同様である。また、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素等は、実施形態１の場合と同様である。本形態においても、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（確認試験１）
本確認試験においては、実施形態１に示したセンサ素子１（実施品１）と、実施形態１に示した従来のセンサ素子９（比較品１）とについて、各センサ素子１，９の高温安定時における、被水に対するクラック耐性を確認した。
具体的には、７５０℃に加熱された各センサ素子１，９を被水させ、各センサ素子１，９を被水させる水滴の大きさ（体積）を０．１〜３０．０μＬの範囲で変更させたときに、各センサ素子１，９にクラックが生じたか否かを確認した。クラックが生じたか否かの確認は、ガスセンサの使用時に一対の電極３１，３２，３３間に流れる電流値の変化を監視して行った。この監視においては、各センサ素子１，９にクラックが生じると、各センサ素子１，９の内部への酸素導入量が増加する性質を利用し、初期電流値に対して電流値が１０％変動したときに、クラックが生じたと判断した。

なお、絶縁層４１，４２，４３，４４，４５にはアルミナを用い、反り抑制層７にはジルコニアを用いた。また、反り抑制層７の厚みは１０μｍとした。
表１に、確認を行った結果を示す。同表においては、クラックが生じなかった場合を○で示し、クラックが生じた場合を×で示す。

比較品１としてのセンサ素子９においては、水滴の大きさが１０．０μＬ以上に大きくなる場合に、クラックが生じることが確認された。一方、実施品１としてのセンサ素子１においては、水滴の大きさが２０．０μＬ以上に大きくなる場合に、クラックが生じることが確認された。

以上の結果より、実施品１としてのセンサ素子１においては、反り抑制層７を有することによって、センサ素子１の高温安定時に、センサ素子１にクラックが生じにくくなることが分かった。この理由は、反り抑制層７によって、センサ素子１の形状に生じる反りを抑制できたためであると考える。

（確認試験２）
本確認試験においては、実施形態１に示したセンサ素子１について、反り抑制層７の適切な厚みｔを確認した。具体的には、反り抑制層７の厚みｔを３〜９７μｍの範囲で変更させたときに、センサ素子１に１０μＬの水滴を滴下し、センサ素子１にクラックが生じたか否かを確認した。クラックが生じたか否かの判断は、確認試験１の場合と同様にして行った。

なお、絶縁層４１，４２，４３，４４，４５にはアルミナを用い、反り抑制層７にはジルコニアを用いた。
表２に、確認を行った結果を示す。同表においては、クラックが生じなかった場合を○で示し、クラックが生じた場合を×で示す。

反り抑制層７の厚みｔが５μｍ以下である場合には、センサ素子１にクラックが生じることが確認された。この理由は、反り抑制層７の厚みｔが小さくなり過ぎ、センサ素子１の形状に生じる反りを十分に抑制できなかったためであると考える。
一方、反り抑制層７の厚みｔの上限には、特別な限界はない。ただし、反り抑制層７の厚みｔが９７μｍを超えると、センサ素子１の使用時に、反り抑制層７の周辺にクラック等が生じることが懸念される。また、反り抑制層７の厚みｔが固体電解質層２の厚みよりも大きくなると、センサ素子１に逆方向の反り、すなわち第２半領域Ｒ２の積層方向Ｄの表面が凸状になる反りが生じる可能性が高くなる。
そして、反り抑制層７の厚みは、７μｍ以上とすることにより、センサ素子１にクラックが生じにくくできることが確認された。

（確認試験３）
本確認試験においては、実施形態２に示したセンサ素子１（実施品２）と、実施形態２に示した従来のセンサ素子９（比較品２）とについて、各センサ素子１，９の高温安定時におけるクラック耐性を確認した。各センサ素子１，９の設定条件、及びクラックが生じたか否かの判断は、確認試験１の場合と同様にして行った。

また、実施品２としてのセンサ素子１においては、反り抑制層７の幅方向Ｗの寸法Ｗ１が、第２固体電解質層２Ｂの幅方向Ｗの寸法Ｗ２よりも大きい場合（Ｗ１＞Ｗ２）と、反り抑制層７の幅方向Ｗの寸法Ｗ１が、第２固体電解質層２Ｂの幅方向Ｗの寸法Ｗ２よりも小さい場合（Ｗ１＜Ｗ２）とについて、クラックの有無を確認した。なお、反り抑制層７の長手方向Ｌの寸法Ｌ１は、第２固体電解質層２Ｂの長手方向Ｌの寸法Ｌ２よりも大きくした。

なお、絶縁層４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａにはアルミナを用い、反り抑制層７にはジルコニアを用いた。また、反り抑制層７の厚みは１０μｍとした。
表３に、確認を行った結果を示す。同表においては、クラックが生じなかった場合を○で示し、クラックが生じた場合を×で示す。

比較品２としてのセンサ素子９においては、水滴の大きさが５．０μＬ以上に大きくなる場合に、クラックが生じることが確認された。一方、実施品２としてのセンサ素子１においては、幅の関係がＷ１＞Ｗ２の場合には、水滴の大きさを３０．０μＬまで大きくしてもセンサ素子１にクラックは生じないことが確認された。また、実施品２としてのセンサ素子１においては、幅の関係がＷ１＜Ｗ２の場合には、水滴の大きさが２５．０μＬ以上に大きくなる場合に、クラックが生じることが確認された。

以上の結果より、実施品２としてのセンサ素子１においては、反り抑制層７を有することによって、センサ素子１の高温安定時に、センサ素子１にクラックが生じにくくなることが分かった。この理由は、反り抑制層７によって、センサ素子１の形状に生じる反りを抑制できたためであると考える。
また、幅の関係がＷ１＞Ｗ２を満たす場合に、センサ素子１にクラックが最も生じにくくなることが分かった。この理由は、上記条件を満たす場合に、センサ素子１の形状に生じる反りを効果的に抑制できたためであると考える。

なお、本確認試験において、７５０℃に加熱されたセンサ素子１の反り量は、次のようになった。反り量は、センサ素子１の積層方向Ｄにおける最大厚みと最小厚みとの差として示す。
比較品２としてのセンサ素子９の反り量は、１２１μｍとなった。また、実施品２としてのセンサ素子１であって幅の関係がＷ１＜Ｗ２の場合の反り量は、７７μｍとなり、実施品２としてのセンサ素子１であって幅の関係がＷ１＞Ｗ２の場合の反り量は、５０μｍ以下として、正確に測定ができなかった。このことから、センサ素子１の反り量と、センサ素子１におけるクラックの生じやすさとの間には相関関係があることが分かった。

（確認試験４）
本確認試験においては、実施形態２に示したセンサ素子１について、反り抑制層７の適切な厚みｔを確認した。具体的には、反り抑制層７の厚みｔを２〜９９μｍの範囲で変更させたときに、センサ素子１に１０μＬの水滴を滴下し、センサ素子１にクラックが生じたか否かを確認した。クラックが生じたか否かの判断は、確認試験１の場合と同様にして行った。

なお、絶縁層４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａにはアルミナを用い、反り抑制層７にはジルコニアを用いた。
表４に、確認を行った結果を示す。同表においては、クラックが生じなかった場合を○で示し、クラックが生じた場合を×で示す。

反り抑制層７の厚みｔが２μｍ以下である場合には、センサ素子１にクラックが生じることが確認された。この理由は、反り抑制層７の厚みｔが小さくなり過ぎ、センサ素子１の形状に生じる反りを十分に抑制できなかったためであると考える。
一方、反り抑制層７の厚みｔの上限には、特別な限界はない。ただし、反り抑制層７の厚みｔが９９μｍを超えると、センサ素子１の使用時に、反り抑制層７の周辺にクラック等が生じることが懸念される。また、反り抑制層７の厚みｔがいずれかの固体電解質層２Ａ，２Ｂの厚みよりも大きくなると、センサ素子１に逆方向の反り、すなわち第２半領域Ｒ２の積層方向Ｄの表面が凸状になる反りが生じる可能性が高くなる。
そして、反り抑制層７の厚みは、４μｍ以上とすることにより、センサ素子１にクラックが生じにくくできることが確認された。

なお、本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。

１００ ガスセンサ
１ センサ素子
２，２Ａ，２Ｂ 固体電解質層
３１，３２，３３，３４ 電極
４１，４２，４３，４４，４５，４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａ 絶縁層
７ 反り抑制層

Claims (7)

1. ガス濃度を検出するためのセンサ素子（１）を備えるガスセンサ（１００）であって、
   上記センサ素子は、
   金属酸化物からなる１つ又は複数の固体電解質層（２，２Ａ，２Ｂ）と、
   該固体電解質層の両主面（２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６）に設けられた複数の電極（３１，３２，３３，３４）と、
   上記固体電解質層における上記主面のいずれかに隣接して形成され、上記電極のいずれかに検出ガス（Ｇ）を接触させるための検出ガス室（５１）と、
   上記固体電解質層に積層され、該固体電解質層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が低い金属酸化物からなる絶縁層（４１，４２，４３，４４，４５，４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａ）と、
   該絶縁層に埋設された発熱体（６）と、を備え、
   上記センサ素子を、上記固体電解質層と上記絶縁層との積層方向（Ｄ）の全長の中心を通る仮想中心線（Ｏ）によって２つの半領域に区画する場合に、上記固体電解質層がより多く含まれる側の半領域を第１半領域（Ｒ１）とするとともに、上記発熱体が含まれる半領域を第２半領域（Ｒ２）としたとき、
   該第２半領域には、上記絶縁層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が高い金属酸化物からなる、厚み（ｔ）が７〜９７μｍの反り抑制層（７）が配置されており、
   該反り抑制層は、上記センサ素子の長手方向（Ｌ）に直交する断面において、上記第１半領域の外面（４１１）が凸状に変形する反りを抑制するものである、ガスセンサ。
2. ガス濃度を検出するためのセンサ素子（１）を備えるガスセンサ（１００）であって、
   上記センサ素子は、
   金属酸化物からなる１つ又は複数の固体電解質層（２，２Ａ，２Ｂ）と、
   該固体電解質層の両主面（２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６）に設けられた複数の電極（３１，３２，３３，３４）と、
   上記固体電解質層における上記主面のいずれかに隣接して形成され、上記電極のいずれかに検出ガス（Ｇ）を接触させるための検出ガス室（５１）と、
   上記固体電解質層に積層され、該固体電解質層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が低い金属酸化物からなる絶縁層（４１，４２，４３，４４，４５，４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａ）と、
   該絶縁層に埋設された発熱体（６）と、を備え、
   上記検出ガス室は、上記固体電解質層の第１主面（２０１）に隣接して形成されており、かつ、上記検出ガス室へ上記検出ガスを所定の拡散速度で導入するための多孔質の金属酸化物からなる拡散抵抗層（４０）と、上記絶縁層とによって囲まれて形成されており、
   上記固体電解質層の第２主面（２０２）には、上記絶縁層によって囲まれた基準ガスダクト（５２）が隣接して形成されており、
   上記センサ素子を、上記固体電解質層と上記絶縁層との積層方向（Ｄ）の全長の中心を通る仮想中心線（Ｏ）によって２つの半領域に区画する場合に、上記固体電解質層がより多く含まれる側の半領域を第１半領域（Ｒ１）とするとともに、上記発熱体が含まれる半領域を第２半領域（Ｒ２）としたとき、
   該第２半領域には、上記絶縁層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が高い金属酸化物からなる、厚み（ｔ）が７〜９７μｍの反り抑制層（７）が配置されており、
   該反り抑制層は、上記センサ素子の長手方向（Ｌ）に直交する断面において、上記第１半領域の外面（４１１）が凸状に変形する反りを抑制するものである、ガスセンサ。
3. ガス濃度を検出するためのセンサ素子（１）を備えるガスセンサ（１００）であって、
   上記センサ素子は、
   金属酸化物からなる複数の固体電解質層（２，２Ａ，２Ｂ）と、
   該固体電解質層の両主面（２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６）に設けられた複数の電極（３１，３２，３３，３４）と、
   上記固体電解質層における上記主面のいずれかに隣接して上記固体電解質層同士の間に形成され、上記電極のいずれかに検出ガス（Ｇ）を接触させるための検出ガス室（５１）と、
   上記固体電解質層に積層され、該固体電解質層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が低い金属酸化物からなる絶縁層（４１，４２，４３，４４，４５，４１Ａ，４２Ａ，４３Ａ，４４Ａ，４５Ａ，４６Ａ）と、
   該絶縁層に埋設された発熱体（６）と、を備え、
   上記センサ素子を、上記固体電解質層と上記絶縁層との積層方向（Ｄ）の全長の中心を通る仮想中心線（Ｏ）によって２つの半領域に区画する場合に、上記固体電解質層がより多く含まれる側の半領域を第１半領域（Ｒ１）とするとともに、上記発熱体が含まれる半領域を第２半領域（Ｒ２）としたとき、
   該第２半領域には、上記絶縁層を構成する金属酸化物の線膨張率よりも線膨張率が高い金属酸化物からなる、厚み（ｔ）が７〜９７μｍの反り抑制層（７）が配置されており、
   該反り抑制層は、上記センサ素子の長手方向（Ｌ）に直交する断面において、上記第１半領域の外面（４１１）が凸状に変形する反りを抑制するものであり、
   複数の上記固体電解質層のうちの上記反り抑制層に最も近い特定固体電解質層の側面は、上記絶縁層内に埋設されており、
   上記特定固体電解質層の外形を上記反り抑制層に、上記特定固体電解質層と上記絶縁層との積層方向（Ｄ）に向けて投影したときに、上記反り抑制層は、上記特定固体電解質層の外形を覆う位置及び大きさに形成されている、ガスセンサ。
4. 上記固体電解質層及び上記反り抑制層は、ジルコニア材料によって構成されており、
   上記絶縁層は、アルミナ材料によって構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
5. 上記反り抑制層は、上記固体電解質層と上記発熱体との間の位置において、上記絶縁層によって両側から挟まれている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
6. 上記固体電解質層及び上記反り抑制層は、上記センサ素子の長手方向（Ｌ）の全長に亘って配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
7. 上記反り抑制層は、上記絶縁層の内部に埋設されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスセンサ。

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