JP6974249B2

JP6974249B2 - Sensor element and gas sensor

Info

Publication number: JP6974249B2
Application number: JP2018089025A
Authority: JP
Inventors: 広大小島; 雄太大石; 大介櫻井
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2038-05-07
Also published as: JP2019196907A

Description

本発明は、ヒータを備えたセンサ素子、及びガスセンサに関する。 The present invention relates to a sensor element provided with a heater and a gas sensor.

従来から、固体電解質体の表面に一対の電極を配置したセルを有する板状のセンサ素子が用いられており、さらにこの固体電解質体を活性化温度に加熱するためのヒータがセンサ素子に積層された構成が知られている（特許文献１）。
このセンサ素子は、起動してから早期に活性することが要求されており、素子の昇温速度の向上が求められている。 Conventionally, a plate-shaped sensor element having a cell in which a pair of electrodes are arranged on the surface of the solid electrolyte body has been used, and a heater for heating the solid electrolyte body to the activation temperature is laminated on the sensor element. The configuration is known (Patent Document 1).
This sensor element is required to be activated at an early stage after it is started, and it is required to improve the rate of temperature rise of the element.

特開２００８−２０３３１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-20331

しかしながら、従来のセンサ素子は、積層方向の片方にのみヒータを積層しているため、ヒータの昇温速度を高くした場合、素子の内側(ヒータ付近)と外側(ヒータから離れた素子の角部)の熱応力が大きくなり、素子の角部が破損するおそれがあることが判明した。
そこで、かかる熱応力を緩和する方法として、セルを挟んだ両面にそれぞれヒータを積層することが考えられるが、２つのヒータを別々に通電加熱すると、各ヒータの発熱がバラついて熱応力の原因になることが判明した。 However, in the conventional sensor element, the heater is laminated only on one side in the stacking direction. Therefore, when the heating rate of the heater is increased, the inside (near the heater) and the outside (corner portion of the element away from the heater) of the element. ) Increased the thermal stress, and it was found that the corners of the element may be damaged.
Therefore, as a method of alleviating such thermal stress, it is conceivable to stack heaters on both sides of the cell, but if the two heaters are energized and heated separately, the heat generated by each heater will vary, causing thermal stress. It turned out to be.

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、早期活性を可能とすると共に、ヒータの加熱による素子の破損を抑制したセンサ素子及びガスセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the present situation, and an object of the present invention is to provide a sensor element and a gas sensor that enable early activity and suppress damage to the element due to heating of a heater.

本発明のセンサ素子は、軸線方向に延び、固体電解質体と該固体電解質体の表面に配置された一対の電極とを有するセルを少なくとも１つ以上有する積層型のセンサ素子であって、積層方向に前記セルを挟んで一対のビア導体を介して接続される第１のヒータと第２のヒータとを備え、前記第１のヒータは第１の発熱抵抗体を有し、前記第２のヒータは第２の発熱抵抗体を有し、前記積層方向から見たとき、前記第１の発熱抵抗体及び前記第２の発熱抵抗体の少なくとも一部がそれぞれ、前記一対の電極の重なり部分と重なり、前記第１のヒータは、前記第１の発熱抵抗体よりも断面積が大きい第１のリード部を前記第１の発熱抵抗体と一体に有し、前記第２の発熱抵抗体の両端、又は該両端に接続された幅広部は、前記第１の発熱抵抗体の両端、又は前記第１の発熱抵抗体と前記第１のリード部との間の境界部に前記ビア導体を介して接続されていることを特徴とする。 The sensor element of the present invention is a laminated sensor element extending in the axial direction and having at least one cell having a solid electrolyte body and a pair of electrodes arranged on the surface of the solid electrolyte body, and has a stacking direction. The cell is provided with a first heater and a second heater connected via a pair of via conductors, the first heater has a first heat generation resistor, and the second heater is provided. Has a second heat-generating resistor, and when viewed from the stacking direction, at least a part of the first heat-generating resistor and the second heat-generating resistor each overlaps with an overlapping portion of the pair of electrodes. Do Ri, said first heater has a first lead portion is larger cross-sectional area than the first heating resistor integrally with the first heat generating resistor, said second heating resistor The wide portions connected to both ends thereof are via the via conductor at both ends of the first heat generation resistor or at the boundary between the first heat generation resistor and the first lead portion. characterized that it is connected Te.

このセンサ素子によれば、積層方向にセルを挟んで第１のヒータ及び第２のヒータが配置されているので、ヒータの昇温速度を高くしても、センサ素子の積層方向の温度が不均一になり難く、素子の熱応力を緩和して素子の破損を抑制できる。
但し、第１のヒータ及び第２のヒータを別々に通電加熱すると、各ヒータの発熱（昇温速度や発熱量）がバラついて却って熱応力の原因になる。そこで、各ヒータを一対のビア導体を介して接続することで、各ヒータが並列接続されるので、各ヒータの発熱のバラツキを抑制し、発熱のバラツキに起因したセンサ素子の熱応力も緩和できる。
以上により、２つのヒータによりヒータの昇温速度を高くしても素子の熱応力の上昇を抑制できるので、早期活性を可能とすると共に、ヒータを並列接続することで各ヒータの発熱のバラツキによる素子の破損を抑制できる。 According to this sensor element, since the first heater and the second heater are arranged with the cell sandwiched in the stacking direction, the temperature in the stacking direction of the sensor element is not high even if the heating rate of the heater is increased. It is difficult to make it uniform, and the thermal stress of the element can be relaxed to prevent damage to the element.
However, if the first heater and the second heater are separately energized and heated, the heat generation (heating rate and heat generation amount) of each heater varies, which causes thermal stress. Therefore, by connecting each heater via a pair of via conductors, each heater is connected in parallel, so that the variation in heat generation of each heater can be suppressed and the thermal stress of the sensor element caused by the variation in heat generation can be alleviated. ..
As described above, since the increase in the thermal stress of the element can be suppressed even if the heating rate of the heater is increased by the two heaters, early activation is possible, and by connecting the heaters in parallel, the heat generation of each heater varies. Damage to the element can be suppressed.

又、このセンサ素子によれば、リード部をなるべく経由せず、第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体の両端に近い部分で並列接続されるので、電流経路がより短くなって各ヒータの発熱のバラツキをさらに抑制できる。
又、第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体の両端に近い部分で各ビア導体を接続することで、ヒータのうち一方（第２の発熱抵抗体）のリード部を実質的に省略でき、材料コストを低減できる。

Further , according to this sensor element, the first heat-generating resistor and the second heat-generating resistor are connected in parallel at a portion close to both ends without passing through the lead portion as much as possible, so that the current path becomes shorter and each of them becomes shorter. The variation in heat generation of the heater can be further suppressed.
Further, by connecting each via conductor at a portion near both ends of the first heat generation resistor and the second heat generation resistor, the lead portion of one of the heaters (second heat generation resistor) is substantially omitted. And the material cost can be reduced.

本発明のガスセンサは、センサ素子と、該センサ素子を保持する主体金具とを備えるガスセンサにおいて、前記センサ素子は、請求項１又は２に記載のセンサ素子を用いることを特徴とする。 The gas sensor of the present invention is a gas sensor including a sensor element and a main metal fitting for holding the sensor element, and the sensor element is characterized by using the sensor element according to claim 1 or 2.

この発明によれば、早期活性を可能とすると共に、ヒータの加熱による素子の破損を抑制したセンサ素子及びガスセンサが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a sensor element and a gas sensor that enable early activity and suppress damage to the element due to heating of the heater.

本発明の実施形態にかかるガスセンサの断面図である。It is sectional drawing of the gas sensor which concerns on embodiment of this invention. センサ素子の模式分解斜視図である。It is a schematic disassembled perspective view of a sensor element. 第１のヒータと第２のヒータとをビア導体を介して接続する態様を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the mode of connecting a 1st heater and a 2nd heater via a via conductor. 第１のヒータの境界部の別の形態を示す上面図である。It is a top view which shows the other form of the boundary part of the 1st heater. センサ素子の別の形態を示す模式分解斜視図である。It is a schematic disassembled perspective view which shows another form of a sensor element.

本発明の実施形態について、図１〜図３に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるガスセンサ１の軸線Ｏ方向に沿う断面図、図２はセンサ素子１９の模式分解斜視図、図３は第１のヒータ１４６と第２のヒータ１４７とをビア導体１４８ｖを介して接続する態様を示す斜視図である。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3. 1 is a cross-sectional view of the gas sensor 1 according to the embodiment of the present invention along the axis O direction, FIG. 2 is a schematic exploded perspective view of the sensor element 19, and FIG. 3 is a first heater 146 and a second heater 147. It is a perspective view which shows the mode of connecting through a via conductor 148v.

図１において、ガスセンサ（全領域空燃比ガスセンサ）１は、センサ素子１９と、軸線Ｏ方向に貫通してセンサ素子１９を挿通させる貫通孔３２を有するホルダ（セラミックホルダ）３０と、セラミックホルダ３０の径方向周囲を取り囲む主体金具１１と、を備えている。
センサ素子１９のうち、検知部２２が形成された先端寄り部位が、セラミックホルダ３０より先端に突出している。このように貫通孔３２を通されたセンサ素子１９は、セラミックホルダ３０の後端面側（図示上側）に配置されたシール材（本例では滑石）４１を、絶縁材からなるスリーブ４３、リングワッシャ４５を介して先後方向に圧縮することによって、主体金具１１の内側において先後方向に気密を保持して固定されている。
なお、センサ素子１９の後端１９ｅを含む後端寄り部位はスリーブ４３及び主体金具１１より後方に突出しており、その後端寄り部位に形成された各センサパッド部１３〜１５及びヒータパッド部１６，１７に、シール材８５を通して外部に引き出された各リード線７１の先端に設けられた端子金具７５が圧接され、電気的に接続されている。また、このセンサパッド部１３〜１５及びヒータパッド部１６，１７を含むセンサ素子１９の後端寄り部位は、外筒８１でカバーされている。以下、さらに詳細に説明する。 In FIG. 1, the gas sensor (all-region air-fuel ratio gas sensor) 1 is a holder (ceramic holder) 30 having a sensor element 19, a through hole 32 penetrating in the axis O direction through which the sensor element 19 is inserted, and a ceramic holder 30. It is provided with a main metal fitting 11 that surrounds the radial circumference.
Of the sensor element 19, the portion near the tip where the detection unit 22 is formed protrudes from the ceramic holder 30 to the tip. The sensor element 19 passed through the through hole 32 in this way has a sealing material (a talc in this example) 41 arranged on the rear end surface side (upper side in the drawing) of the ceramic holder 30, a sleeve 43 made of an insulating material, and a ring washer. By compressing in the front-rear direction via the 45, the airtightness is maintained and fixed in the front-rear direction inside the main metal fitting 11.
The portion near the rear end including the rear end 19e of the sensor element 19 protrudes rearward from the sleeve 43 and the main metal fitting 11, and the sensor pad portions 13 to 15 and the heater pad portion 16 formed on the portion near the rear end. A terminal fitting 75 provided at the tip of each lead wire 71 drawn out to the outside through the sealing material 85 is pressure-welded to 17 and electrically connected. Further, the portion near the rear end of the sensor element 19 including the sensor pad portions 13 to 15 and the heater pad portions 16 and 17 is covered with the outer cylinder 81. Hereinafter, it will be described in more detail.

センサ素子１９は軸線Ｏ方向に延びると共に、測定対象に向けられる先端側（図示下側）に、被測定ガス側電極１５５等（図２参照）からなり被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検知部２２を備えた帯板状（板状）をなしている。センサ素子１９の横断面は、先後において一定の大きさの長方形（矩形）をなし、セラミックを主体として細長いものとして形成されている。
このセンサ素子１９は、自身の先端寄り部位の内部に検知部２２をなす検知セル層１５１及び基準ガス側電極部１５３Ｅ、被測定ガス側電極部１５５Ｅ（図２参照）が配置され、これに連なり後端寄り部位には、検知用出力取り出し用のリード線７１接続用のセンサパッド部１４，１５（図２参照）が露出形成されている。 The sensor element 19 extends in the O-axis direction and is composed of an electrode to be measured on the gas side to be measured such as an electrode 155 (see FIG. 2) on the tip side (lower side in the drawing) facing the measurement target, and detects a specific gas component in the gas to be detected. It has a strip-shaped shape (plate-shaped) provided with a detection unit 22. The cross section of the sensor element 19 forms a rectangle (rectangle) of a certain size before and after, and is formed as an elongated one mainly made of ceramic.
The sensor element 19 has a detection cell layer 151 forming a detection unit 22, a reference gas side electrode unit 153E, and a measured gas side electrode portion 155E (see FIG. 2) arranged inside a portion near the tip thereof, and is connected to the detection cell layer 151. Sensor pad portions 14 and 15 (see FIG. 2) for connecting the lead wire 71 for taking out the output for detection are exposed and formed at the portion near the rear end.

本例では、自身の先端寄り部位の内部に、酸素をポンピングするポンプセル層１６１及びポンプ電極部１６３Ｅ、対向電極部１６５Ｅ（図２参照）が設けられており、後端寄り部位には、ポンプセル制御用のリード線７１接続用のセンサパッド部１３、１５（図２参照）が露出形成されている。
すなわち、本例では、センサ素子１９は検知セル１５０及びポンプセル１６０の２セルを備えている。 In this example, a pump cell layer 161 for pumping oxygen, a pump electrode portion 163E, and a counter electrode portion 165E (see FIG. 2) are provided inside the portion near the tip of the self, and the pump cell control is provided at the portion near the rear end. Sensor pads 13 and 15 (see FIG. 2) for connecting the lead wire 71 are exposed.
That is, in this example, the sensor element 19 includes two cells, a detection cell 150 and a pump cell 160.

また、本例では、センサ素子１９のうち、固体電解質（部材）に積層状に形成されたセラミック材の先端寄り部位の下側に、第１のヒータ１４６を含むヒータ層１４５（図２参照）が設けられており、後端寄り部位には、ヒータ電圧印加用のリード線７１接続用のヒータパッド部１６，１７（図２参照）が露出形成されている。
さらに、セラミック材の先端寄り部位の上側に第２のヒータ１４７（図２参照）が設けられている。第１のヒータ１４６、第２のヒータ１４７については後述する。 Further, in this example, the heater layer 145 (see FIG. 2) including the first heater 146 under the portion of the sensor element 19 near the tip of the ceramic material laminated in a solid electrolyte (member). , And the heater pad portions 16 and 17 (see FIG. 2) for connecting the lead wire 71 for applying the heater voltage are exposed and formed at the portion near the rear end.
Further, a second heater 147 (see FIG. 2) is provided on the upper side of the portion near the tip of the ceramic material. The first heater 146 and the second heater 147 will be described later.

なお、これらセンサパッド部１３〜１５、ヒータパッド部１６，１７は縦長矩形に形成され、例えばセンサ素子１９の後端寄り部位において、図２に示すように帯板の幅広面にセンサパッド部１３〜１５が３つ横に並び、反対面にヒータパッド部１６，１７が２つ横に並んでいる。
さらに、センサ素子１９の検知部２２に、アルミナ又はスピネル等からなる多孔質の保護層２３が被覆されている。 The sensor pad portions 13 to 15 and the heater pad portions 16 and 17 are formed in a vertically long rectangular shape. For example, in a portion near the rear end of the sensor element 19, the sensor pad portion 13 is formed on the wide surface of the strip as shown in FIG. ~ 15 are arranged side by side, and two heater pad portions 16 and 17 are arranged side by side on the opposite surface.
Further, the detection unit 22 of the sensor element 19 is coated with a porous protective layer 23 made of alumina, spinel, or the like.

主体金具１１は、先後において同心異径の筒状をなし、先端側が小径で、後述するプロテクタ５１、６１を外嵌して固定するための円筒状の円環状部（以下、円筒部ともいう）１２を有し、その後方（図示上方）の外周面には、それより大径をなす、エンジンの排気管への固定用のネジ１３が設けられている。そして、その後方には、このネジ１３によってセンサ１をねじ込むための多角形部１４を備えている。また、この多角形部１４の後方には、ガスセンサ１の後方をカバーする保護筒（外筒）８１を外嵌して溶接する円筒部１１ｅが連設され、その後方には外径がそれより小さく薄肉のカシメ用円筒部１６を備えている。なお、このカシメ用円筒部１６は、図１では、カシメ後のために内側に曲げられている。なお、多角形部１４の下面には、ねじ込み時におけるシール用のガスケット２１が取着されている。
一方、主体金具１１は、軸線Ｏ方向に貫通する内孔１８を有している。内孔１８の内周面は後端側から先端側に向かって径方向内側に先細るテーパ状の段部１１ｄを有している。 The main metal fitting 11 has a cylindrical shape having concentric and different diameters at the front and rear, and has a small diameter on the tip side, and is a cylindrical annular portion (hereinafter, also referred to as a cylindrical portion) for externally fitting and fixing the protectors 51 and 61 described later. 12 is provided, and a screw 13 for fixing to the exhaust pipe of the engine having a larger diameter is provided on the outer peripheral surface behind the 12 (upper side in the drawing). A polygonal portion 14 for screwing the sensor 1 by the screw 13 is provided behind the screw 13. Further, behind the polygonal portion 14, a cylindrical portion 11e to which a protective cylinder (outer cylinder) 81 covering the rear of the gas sensor 1 is fitted and welded is continuously provided, and the outer diameter thereof is smaller than that behind the cylindrical portion 11e. It is provided with a small and thin-walled caulking cylindrical portion 16. In FIG. 1, the caulking cylindrical portion 16 is bent inward for post-caulking. A gasket 21 for sealing at the time of screwing is attached to the lower surface of the polygonal portion 14.
On the other hand, the main metal fitting 11 has an inner hole 18 penetrating in the axis O direction. The inner peripheral surface of the inner hole 18 has a tapered step portion 11d that tapers inward in the radial direction from the rear end side to the tip side.

主体金具１１の内側には、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）からなり、概略短円筒状に形成されたセラミックホルダ３０が配置されている。セラミックホルダ３０は、先端に向かって先細りのテーパ状に形成された先端向き面３０ａを有している。そして、先端向き面３０ａの外周寄りの部位が段部１１ｄに係止されつつ、セラミックホルダ３０が後端側からシール材４１で押圧されることで主体金具１１内にセラミックホルダ３０が位置決めされ、かつ隙間嵌めされている。
一方、貫通孔３２は、セラミックホルダ３０の中心に設けられると共に、センサ素子１９が略隙間なく通るように、センサ素子１９の横断面とほぼ同一の寸法の矩形の開口とされている。 Inside the main metal fitting 11, a ceramic holder 30 made of an insulating ceramic (for example, alumina) and formed in a substantially short cylindrical shape is arranged. The ceramic holder 30 has a tip facing surface 30a formed in a tapered shape that tapers toward the tip. Then, the ceramic holder 30 is positioned in the main metal fitting 11 by pressing the ceramic holder 30 from the rear end side with the sealing material 41 while the portion of the tip facing surface 30a near the outer circumference is locked to the step portion 11d. And it is fitted in the gap.
On the other hand, the through hole 32 is provided in the center of the ceramic holder 30 and is a rectangular opening having substantially the same dimensions as the cross section of the sensor element 19 so that the sensor element 19 can pass through without a gap.

センサ素子１９は、セラミックホルダ３０の貫通孔３２に通され、センサ素子１９の先端をセラミックホルダ３０及び主体金具１１の先端１２ａよりも先方に突出させている。
一方、センサ素子１９の先端部位は、本形態では、２層構造からなり、共にそれぞれ通気孔（穴）５６、６７を有する有底円筒状のプロテクタ（保護カバー）５１，６１で覆われている。このうち内側のプロテクタ５１の後端が、主体金具１１の円筒部１２に外嵌され、溶接されている。なお、通気孔５６はプロテクタ５１の後端側で周方向において例えば８箇所設けられている。一方プロテクタ５１の先端側にも、周方向において例えば４箇所、排出穴５３が設けられている。
また、外側のプロテクタ６１は、内側のプロテクタ５１に外嵌して、同時に円筒部１２に溶接されている。外側のプロテクタ６１の通気孔６７は、先端寄り部位に、周方向において例えば８箇所設けられており、また、プロテクタ６１先端の底部中央にも排出孔６９が設けられている。 The sensor element 19 is passed through a through hole 32 of the ceramic holder 30, and the tip of the sensor element 19 is projected beyond the tip 12a of the ceramic holder 30 and the main metal fitting 11.
On the other hand, the tip portion of the sensor element 19 has a two-layer structure in this embodiment, and is covered with bottomed cylindrical protectors (protective covers) 51 and 61, both of which have ventilation holes (holes) 56 and 67, respectively. .. Of these, the rear end of the inner protector 51 is fitted and welded to the cylindrical portion 12 of the main metal fitting 11. It should be noted that the ventilation holes 56 are provided at, for example, eight places in the circumferential direction on the rear end side of the protector 51. On the other hand, on the tip side of the protector 51, for example, four discharge holes 53 are provided in the circumferential direction.
Further, the outer protector 61 is fitted onto the inner protector 51 and is welded to the cylindrical portion 12 at the same time. The vent holes 67 of the outer protector 61 are provided at, for example, eight places in the circumferential direction near the tip, and the discharge holes 69 are also provided at the center of the bottom of the tip of the protector 61.

又、図１に示すように、センサ素子１９の後端寄り部位に形成された各センサパッド部１３〜１５及びヒータパッド部１６，１７には、外部にシール材８５を通して引き出された各リード線７１の先端に設けられた各端子金具７５がそのバネ性により圧接され、電気的に接続されている。そして、この圧接部を含む各端子金具７５は、本例ガスセンサ１では、外筒８１内に配置された絶縁性のセパレータ９１内に設けられた各収容部内に、それぞれ対向配置で設けられている。なお、セパレータ９１は、外筒８１内にカシメ固定された保持部材８２を介して径方向及び先端側への動きが規制されている。そして、この外筒８１の先端部を、主体金具１１の後端寄り部位の円筒部１１ｅに外嵌して溶接することで、ガスセンサ１の後方が気密状にカバーされている。
なお、リード線７１は外筒８１の後端部の内側に配置されたシール材（例えばゴム）８５を通されて外部に引き出されており、外筒８１の小径筒部８３を縮径カシメしてこのシール材８５を圧縮することにより、この部位の気密が保持されている。 Further, as shown in FIG. 1, each of the sensor pad portions 13 to 15 and the heater pad portions 16 and 17 formed in the portion near the rear end of the sensor element 19 has lead wires drawn out through the sealing material 85 to the outside. Each terminal fitting 75 provided at the tip of the 71 is pressure-welded by its springiness and electrically connected. In the gas sensor 1 of this example, the terminal fittings 75 including the pressure contact portion are provided in opposite arrangements in each accommodating portion provided in the insulating separator 91 arranged in the outer cylinder 81. .. The separator 91 is restricted from moving in the radial direction and toward the tip side via a holding member 82 that is caulked and fixed in the outer cylinder 81. Then, the tip of the outer cylinder 81 is fitted onto the cylindrical portion 11e of the portion near the rear end of the main metal fitting 11 and welded, so that the rear of the gas sensor 1 is airtightly covered.
The lead wire 71 is pulled out to the outside through a sealing material (for example, rubber) 85 arranged inside the rear end portion of the outer cylinder 81, and the small diameter cylinder portion 83 of the outer cylinder 81 is crimped. By compressing the sealing material 85 of the lever, the airtightness of this portion is maintained.

因みに、外筒８１の軸線Ｏ方向の中央よりやや後端側には、先端側が径大の段部８１ｄが形成され、この段部８１ｄの内面がセパレータ９１の後端を先方に押すように支持する。一方、セパレータ９１はその外周に形成されたフランジ９３を外筒８１の内側に固定された保持部材８２の上に支持させられており、段部８１ｄと保持部材８２とによってセパレータ９１が軸線Ｏ方向に保持されている。 Incidentally, a stepped portion 81d having a large diameter at the tip side is formed on the rear end side of the outer cylinder 81 slightly from the center in the axis O direction, and the inner surface of the stepped portion 81d supports the rear end of the separator 91 so as to push it forward. do. On the other hand, in the separator 91, a flange 93 formed on the outer periphery thereof is supported on a holding member 82 fixed to the inside of the outer cylinder 81, and the separator 91 is oriented in the axis O direction by the stepped portion 81d and the holding member 82. It is held in.

次に、図２を参照し、センサ素子１９の構成について説明する。
センサ素子１９は厚さ方向（積層方向）に、図２の上方から順に、外側セラミック層１８３、第１セラミック層１８０、ポンプセル１６０、第３セラミック層１７０、検知セル１５０及びヒータ層１４５を積層してなる。各層１４５、１５０〜１８３は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなり、外形寸法（少なくとも幅及び長さ）の等しい矩形板状をなしている。 Next, the configuration of the sensor element 19 will be described with reference to FIG.
The sensor element 19 is laminated with an outer ceramic layer 183, a first ceramic layer 180, a pump cell 160, a third ceramic layer 170, a detection cell 150, and a heater layer 145 in order from the upper part of FIG. 2 in the thickness direction (lamination direction). It becomes. Each layer 145, 150 to 183 is made of an insulating ceramic such as alumina, and has a rectangular plate shape having the same external dimensions (at least width and length).

外側セラミック層１８３は、第１セラミック層１８０と積層され、センサ素子１９の外表面（図２の上面）を構成すると共に、その後端部にセンサパッド部１３〜１５が配置される。
第１セラミック層１８０は、先端側（図２の左側）に矩形状の多孔質層１８２が幅方向に横断するように充填され、多孔質層１８２の先端側には先端セラミック層１８０ａを有している。第１セラミック層１８０は以下のポンプセル層１６１を保護して覆い、多孔質層１８２はポンプセル１６０におけるポンプ電極部１６３Ｅを覆っている。
多孔質層１８２は第１セラミック層１８０と同じ幅であり、多孔質層１８２の両側面がセンサ素子１９の軸線Ｏ方向に沿う側面に露出し、多孔質層１８２の両側面を介してポンプ電極１６３と外部との間で酸素の汲み出し及び汲み入れが可能となっている。 The outer ceramic layer 183 is laminated with the first ceramic layer 180 to form the outer surface (upper surface of FIG. 2) of the sensor element 19, and the sensor pad portions 13 to 15 are arranged at the rear end thereof.
The first ceramic layer 180 is filled with a rectangular porous layer 182 on the tip side (left side in FIG. 2) so as to cross in the width direction, and has a tip ceramic layer 180a on the tip side of the porous layer 182. ing. The first ceramic layer 180 protects and covers the following pump cell layer 161 and the porous layer 182 covers the pump electrode portion 163E in the pump cell 160.
The porous layer 182 has the same width as the first ceramic layer 180, and both side surfaces of the porous layer 182 are exposed on the side surfaces along the axis O direction of the sensor element 19, and the pump electrodes are exposed via both side surfaces of the porous layer 182. It is possible to pump and pump oxygen between 163 and the outside.

ポンプセル１６０は、矩形板状の固体電解質体１６２を備えたポンプセル層１６１と、固体電解質体１６２の表裏面にそれぞれ設けられた上述のポンプ電極１６３及び対向電極１６５とを備えている。ポンプセル層１６１の先端側（図２の左側）には矩形状に開口する貫通部１６１ｈが設けられ、貫通部１６１ｈに埋め込まれるように固体電解質体１６２が配置されている。なお、ポンプ電極１６３はポンプ電極部１６３Ｅ、及び、当該ポンプ電極部１６３Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１６３Ｌからなり、対向電極１６５は対向電極部１６５Ｅ、及び、当該対向電極部１６５Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１６５Ｌからなる。
固体電解質体１６２，ポンプ電極１６３及び対向電極１６５は、後述する測定室１７１内の被測定ガス中の酸素の汲み出し及び汲み入れを行う酸素ポンプセルを構成し、対向電極１６５は測定室１７１に臨み、ポンプ電極部１６３Ｅは多孔質層１８２を介して外部に連通している。 The pump cell 160 includes a pump cell layer 161 having a rectangular plate-shaped solid electrolyte body 162, and the above-mentioned pump electrodes 163 and facing electrodes 165 provided on the front and back surfaces of the solid electrolyte body 162, respectively. A penetrating portion 161h that opens in a rectangular shape is provided on the tip end side (left side of FIG. 2) of the pump cell layer 161 and a solid electrolyte body 162 is arranged so as to be embedded in the penetrating portion 161h. The pump electrode 163 is composed of a pump electrode portion 163E and a lead portion 163L extending from the pump electrode portion 163E toward the rear end side, and the counter electrode 165 is rearward from the counter electrode portion 165E and the counter electrode portion 165E. It consists of a lead portion 165L extending toward the end side.
The solid electrolyte body 162, the pump electrode 163 and the counter electrode 165 constitute an oxygen pump cell for pumping and pumping oxygen in the gas to be measured in the measurement chamber 171 described later, and the counter electrode 165 faces the measurement chamber 171. The pump electrode portion 163E communicates with the outside via the porous layer 182.

リード部１６３Ｌは、第１セラミック層１８０、外側セラミック層１８３に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１３と電気的に接続されている。又、リード部１６５Ｌは、ポンプセル層１６１、第１セラミック層１８０、外側セラミック層１８３に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１５と電気的に接続されている。
そして、測定室１７１内の酸素濃度に応じ、ポンプ電極１６３及び対向電極１６５の間に流れる電流の方向及び大きさがセンサパッド部１３、１５を介して２本のリード線７１から外部装置によって制御され、酸素がポンピングされる。 The lead portion 163L is electrically connected to the sensor pad portion 13 via through holes provided in the first ceramic layer 180 and the outer ceramic layer 183. Further, the lead portion 165L is electrically connected to the sensor pad portion 15 via through holes provided in the pump cell layer 161, the first ceramic layer 180, and the outer ceramic layer 183.
Then, the direction and magnitude of the current flowing between the pump electrode 163 and the counter electrode 165 are controlled by an external device from the two lead wires 71 via the sensor pad portions 13 and 15 according to the oxygen concentration in the measurement chamber 171. And oxygen is pumped.

第３セラミック層１７０の先端側（図２の左側）には測定室１７１が矩形状に開口している。又、第３セラミック層１７０の長辺側の両側面には、測定室１７１を外部と区画する拡散多孔質層１７３が配置されている。一方、測定室１７１の先端側と後端側には、測定室１７１の側壁をなすセラミック絶縁層１７５が配置されている。
測定室１７１は拡散多孔質層１７３を介して外部と連通しており、拡散多孔質層１７３は外部と測定室１７１との間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する。 A measuring chamber 171 is opened in a rectangular shape on the tip end side (left side in FIG. 2) of the third ceramic layer 170. Further, on both side surfaces on the long side of the third ceramic layer 170, a diffusion porous layer 173 that partitions the measurement chamber 171 from the outside is arranged. On the other hand, on the front end side and the rear end side of the measurement chamber 171, the ceramic insulating layer 175 forming the side wall of the measurement chamber 171 is arranged.
The measurement chamber 171 communicates with the outside through the diffusion porous layer 173, and the diffusion porous layer 173 realizes gas diffusion between the outside and the measurement chamber 171 under a predetermined rate-determining condition.

検知セル１５０は、矩形板状の固体電解質体１５２を備えた検知セル層１５１と、固体電解質体１５２の表裏面にそれぞれ設けられた基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５とを備えている。検知セル層１５１の先端側（図２の左側）には矩形状に開口する貫通部１５１ｈが設けられ、貫通部１５１ｈに埋め込まれるように固体電解質体１５２が配置されている。なお、基準ガス側電極１５３は基準ガス側電極部１５３Ｅ、及び、当該基準ガス側電極部１５３Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１５３Ｌからなり、被測定ガス側電極１５５は被測定ガス側電極部１５５Ｅ、及び、当該被測定ガス側電極部１５５Ｅから後端側へ向かって延びるリード部１５５Ｌからなる。
固体電解質体１５２，基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５は、被測定ガス中の酸素濃度の検知セルを構成し、被測定ガス側電極部１５５Ｅは測定室１７１に臨んでいる。一方、基準ガス側電極部１５３Ｅは、リード部１５３Ｌ、スルーホールを介して外部に通気する。 The detection cell 150 includes a detection cell layer 151 having a rectangular plate-shaped solid electrolyte 152, and a reference gas side electrode 153 and a measured gas side electrode 155 provided on the front and back surfaces of the solid electrolyte 152, respectively. There is. A penetrating portion 151h having a rectangular opening is provided on the tip end side (left side of FIG. 2) of the detection cell layer 151, and the solid electrolyte 152 is arranged so as to be embedded in the penetrating portion 151h. The reference gas side electrode 153 includes a reference gas side electrode portion 153E and a lead portion 153L extending from the reference gas side electrode portion 153E toward the rear end side, and the measured gas side electrode 155 is a measured gas side electrode. It is composed of a portion 155E and a lead portion 155L extending from the measured gas side electrode portion 155E toward the rear end side.
The solid electrolyte 152, the reference gas side electrode 153, and the measured gas side electrode 155 constitute a detection cell for the oxygen concentration in the measured gas, and the measured gas side electrode portion 155E faces the measurement chamber 171. On the other hand, the reference gas side electrode portion 153E is ventilated to the outside through the lead portion 153L and the through hole.

リード部１５３Ｌは、検知セル層１５１、第３セラミック層１７０、ポンプセル層１６１、第１セラミック層１８０、外側セラミック層１８３に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１４と電気的に接続されている。又、リード部１５５Ｌは、第３セラミック層１７０、ポンプセル層１６１、第１セラミック層１８０、外側セラミック層１８３に設けられたスルーホールを介してセンサパッド部１５と電気的に接続されている。
そして、基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５の検出信号が、センサパッド部１４，１５から２本のリード線７１を介して外部に出力され、酸素濃度が検出される。
検知セル１５０、ポンプセル１６０がそれぞれ特許請求の範囲の「セル」に相当する。基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５、並びにポンプ電極１６３及び対向電極１６５がそれぞれ特許請求の範囲の「一対の電極」に相当する。 The lead portion 153L is electrically connected to the sensor pad portion 14 via through holes provided in the detection cell layer 151, the third ceramic layer 170, the pump cell layer 161 and the first ceramic layer 180, and the outer ceramic layer 183. There is. Further, the lead portion 155L is electrically connected to the sensor pad portion 15 via through holes provided in the third ceramic layer 170, the pump cell layer 161 and the first ceramic layer 180, and the outer ceramic layer 183.
Then, the detection signals of the reference gas side electrode 153 and the measured gas side electrode 155 are output from the sensor pad portions 14 and 15 to the outside via the two lead wires 71, and the oxygen concentration is detected.
The detection cell 150 and the pump cell 160 correspond to the "cells" in the claims, respectively. The reference gas side electrode 153 and the measured gas side electrode 155, and the pump electrode 163 and the counter electrode 165 each correspond to the "pair of electrodes" in the claims.

なお、センサ素子１９においては、検知セル１５０の電極間に生じる電圧（起電力）が所定の値（例えば、４５０ｍＶ）となるように、ポンプセル１６０の電極間に流れる電流の方向及び大きさが調整され、ポンプセル１６０に流れる電流に応じた被測定ガス中の酸素濃度をリニアに検出する酸素センサ素子を構成する。 In the sensor element 19, the direction and magnitude of the current flowing between the electrodes of the pump cell 160 are adjusted so that the voltage (electromotive force) generated between the electrodes of the detection cell 150 becomes a predetermined value (for example, 450 mV). It constitutes an oxygen sensor element that linearly detects the oxygen concentration in the measured gas according to the current flowing through the pump cell 160.

ヒータ層１４５は、セラミック製の第１層１４５ａ、セラミック製の第２層１４５ｂ、及び第１層１４５ａと第２層１４５ｂの間に配置される第１のヒータ１４６を備えている。第１層１４５ａは検知セル層１５１と対向している。第１のヒータ１４６は、蛇行状のパターンを有する発熱体である第１の発熱抵抗体１４６ｍ、及び第１の発熱抵抗体１４６ｍの両端１４６ｅ（図３参照）から後端側に延びる２つの第１のリード部１４６Ｌを備えている。
第１のリード部１４６Ｌは、第２層１４５ｂに設けられたスルーホールを介してヒータパッド部１６，１７と電気的に接続されている。そして、２本のリード線７１を介してヒータパッド部１６，１７から第１のヒータ１４６に通電することで、第１のヒータ１４６が発熱し、固体電解質体１５２，１６２を活性化する。
この第１のヒータ１４６（ヒータ層１４５）は、検知セル１５０及びポンプセル１６０よりも積層方向の片側（図２の下側）に配置されている。 The heater layer 145 includes a first layer 145a made of ceramic, a second layer 145b made of ceramic, and a first heater 146 arranged between the first layer 145a and the second layer 145b. The first layer 145a faces the detection cell layer 151. The first heater 146 has a first heating element 146 m, which is a heating element having a meandering pattern, and two second heaters extending toward the rear end side from both ends 146e (see FIG. 3) of the first heating element 146 m. The lead portion 146L of 1 is provided.
The first lead portion 146L is electrically connected to the heater pad portions 16 and 17 via through holes provided in the second layer 145b. Then, by energizing the first heater 146 from the heater pad portions 16 and 17 via the two lead wires 71, the first heater 146 generates heat and activates the solid electrolyte bodies 152 and 162.
The first heater 146 (heater layer 145) is arranged on one side (lower side in FIG. 2) in the stacking direction with respect to the detection cell 150 and the pump cell 160.

一方、第１セラミック層１８０と外側セラミック層１８３との間に第２のヒータ１４７が介装されている。第２のヒータ１４７は、蛇行状のパターンを有する発熱体である第２の発熱抵抗体１４７ｍ、及び第２の発熱抵抗体１４７ｍの両端１４６ｅ（図３参照）に接続された幅広部１４７ｔを備えている。第２の発熱抵抗体１４７ｍは、第１セラミック層１８０の多孔質層１８２に重なる位置に配置されている。
なお、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第２の発熱抵抗体１４７ｍの発熱がバラつかないよう、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第２の発熱抵抗体１４７ｍは略同一形状、同一寸法とされている。
この第２のヒータ１４７は、積層方向に検知セル１５０及びポンプセル１６０を挟んで第１のヒータ１４６の反対側（図２の上側）に配置されている。 On the other hand, a second heater 147 is interposed between the first ceramic layer 180 and the outer ceramic layer 183. The second heater 147 includes a second heating element 147m, which is a heating element having a meandering pattern, and a wide portion 147t connected to both ends 146e (see FIG. 3) of the second heating element 147m. ing. The second heat generation resistor 147 m is arranged at a position overlapping the porous layer 182 of the first ceramic layer 180.
The first heat-generating resistor 146m and the second heat-generating resistor 147m have substantially the same shape and dimensions so that the heat generation of the first heat-generating resistor 146m and the second heat-generating resistor 147m does not vary. There is.
The second heater 147 is arranged on the opposite side (upper side of FIG. 2) of the first heater 146 with the detection cell 150 and the pump cell 160 interposed therebetween in the stacking direction.

そして、第１のヒータ１４６と第２のヒータ１４７とは、第１層１４５ａ、検知セル層１５１、第３セラミック層１７０、ポンプセル層１６１、第１セラミック層１８０に設けられたスルーホールにそれぞれ形成された一対のビア導体１４８ｖを介し、電気的に接続されている。
さらに、積層方向から見たとき、第１の発熱抵抗体１４６ｍ及び第２の発熱抵抗体１４７ｍの少なくとも一部がそれぞれ、基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５の重なり部分Ｌ１、並びにポンプ電極１６３及び対向電極１６５の重なり部分Ｌ２と重なる。なお、第１の発熱抵抗体１４６ｍ及び第２の発熱抵抗体１４７ｍの少なくとも一部は、重なり部分Ｌ１、Ｌ２の両方と重なる必要がある。これにより、各セル１５０、１６０が両発熱抵抗体１４６ｍ、１４７ｍによって確実に加熱される。
なお、本例では、ビア導体１４８ｖは、スルーホールの内部にＰｔ等の導電材を充填した柱状をなす。 The first heater 146 and the second heater 147 are formed in through holes provided in the first layer 145a, the detection cell layer 151, the third ceramic layer 170, the pump cell layer 161 and the first ceramic layer 180, respectively. It is electrically connected via a pair of via conductors 148v.
Further, when viewed from the stacking direction, at least a part of the first heat generating resistor 146 m and the second heat generating resistor 147 m is the overlapping portion L1 of the reference gas side electrode 153 and the measured gas side electrode 155, and the pump, respectively. It overlaps with the overlapping portion L2 of the electrode 163 and the counter electrode 165. It should be noted that at least a part of the first heat generation resistor 146 m and the second heat generation resistor 147 m needs to overlap with both the overlapping portions L1 and L2. As a result, the cells 150 and 160 are surely heated by both heat generation resistors 146 m and 147 m.
In this example, the via conductor 148v forms a columnar shape in which a conductive material such as Pt is filled inside the through hole.

次に、図３を参照し、第１のヒータ１４６と第２のヒータ１４７とをビア導体１４８ｖを介して接続する態様について説明する。
まず、本実施形態では、積層方向に検知セル１５０及びポンプセル１６０を挟んで第１のヒータ１４６及び第２のヒータ１４７が配置されているので、ヒータの昇温速度を高くしても、センサ素子１９の積層方向の温度が不均一になり難く、素子の熱応力を緩和して素子の破損を抑制できる。
但し、第１のヒータ１４６及び第２のヒータ１４７を別々に通電加熱すると、各ヒータ１４６，１４７の発熱（昇温速度や発熱量）がバラついて却って熱応力の原因になる。 Next, with reference to FIG. 3, a mode in which the first heater 146 and the second heater 147 are connected via the via conductor 148v will be described.
First, in the present embodiment, since the first heater 146 and the second heater 147 are arranged with the detection cell 150 and the pump cell 160 sandwiched in the stacking direction, even if the temperature rise rate of the heater is increased, the sensor element The temperature in the stacking direction of 19 is unlikely to be non-uniform, and the thermal stress of the element can be relaxed to suppress damage to the element.
However, when the first heater 146 and the second heater 147 are energized and heated separately, the heat generation (heating rate and heat generation amount) of each of the heaters 146 and 147 varies, which causes thermal stress.

そこで、各ヒータ１４６，１４７を一対のビア導体１４８ｖを介して接続することで、各ヒータ１４６，１４７が並列接続されるので、各ヒータ１４６，１４７の発熱のバラツキを抑制し、発熱のバラツキに起因したセンサ素子１９の熱応力も緩和できる。
以上により、２つのヒータ１４６，１４７によりヒータの昇温速度を高くしても素子の熱応力の上昇を抑制できるので早期活性を可能とすると共に、ヒータ１４６，１４７を並列接続することで各ヒータの発熱のバラツキによる素子の破損を抑制できる。 Therefore, by connecting the heaters 146 and 147 via the pair of via conductors 148v, the heaters 146 and 147 are connected in parallel, so that the variation in heat generation of each heater 146 and 147 is suppressed and the variation in heat generation is achieved. The resulting thermal stress of the sensor element 19 can also be relaxed.
As described above, even if the heating rate of the heaters is increased by the two heaters 146 and 147, the increase in the thermal stress of the element can be suppressed, so that early activation is possible, and the heaters 146 and 147 are connected in parallel to each heater. It is possible to suppress damage to the element due to variations in heat generation.

なお、第１の発熱抵抗体１４６ｍ及び第２の発熱抵抗体１４７ｍを同一抵抗α、それぞれの同一抵抗のバラツキをα'とみなしたとき、ヒータ１４６，１４７を並列接続したときの合成抵抗Ｒ、合成抵抗のバラツキＲ'は、以下となる。
Ｒ＝α／２
Ｒ'＝｛１/（２√２）｝×α'
従って、ヒータ１４６，１４７を並列接続したときの全体の合成抵抗のバラツキＲ'は、ヒータ１４６，１４７を別個に通電加熱したときの各抵抗のバラツキα'に比べて小さくなるので、各ヒータ１４６，１４７の発熱のバラツキを抑制できることになる。 When the first heat-generating resistor 146m and the second heat-generating resistor 147m are regarded as the same resistance α, and the variation of the same resistance is regarded as α', the combined resistance R when the heaters 146 and 147 are connected in parallel, The variation R'of the combined resistance is as follows.
R = α / 2
R'= {1 / (2√2)} × α'
Therefore, the variation R'of the total combined resistance when the heaters 146 and 147 are connected in parallel is smaller than the variation α'of each resistance when the heaters 146 and 147 are separately energized and heated. , 147 heat generation variations can be suppressed.

ここで、図３に示すように、本実施形態では、第１のヒータ１４６は、第１の発熱抵抗体１４６ｍと、第１の発熱抵抗体１４６ｍよりも断面積が大きい一対の第１のリード部１４６Ｌとを一体に有している。又、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第１のリード部１４６Ｌとは境界部１４６Ｄを介して接続されている。
そして、各ビア導体１４８ｖは、第２の発熱抵抗体１４７ｍの幅広部１４７ｔと、第１の発熱抵抗体１４６ｍの境界部１４６Ｄとに接続されている。 Here, as shown in FIG. 3, in the present embodiment, the first heater 146 is a pair of first leads having a cross-sectional area larger than that of the first heat-generating resistor 146 m and the first heat-generating resistor 146 m. It has a portion 146L integrally. Further, the first heat generation resistor 146m and the first lead portion 146L are connected to each other via a boundary portion 146D.
Each via conductor 148v is connected to a wide portion 147t of the second heat generation resistor 147m and a boundary portion 146D of the first heat generation resistor 146m.

これにより、各ヒータ１４６，１４７が、リード部をなるべく経由せず、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第２の発熱抵抗体１４７ｍの両端１４６ｅ、１４７ｅに近い部分で並列接続されるので、電流経路がより短くなって各ヒータ１４６，１４７の発熱のバラツキをさらに抑制できる。
又、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第２の発熱抵抗体１４７ｍの両端１４６ｅ、１４７ｅに近い部分で各ビア導体１４８ｖを接続することで、ヒータ１４６，１４７のうち一方（第２の発熱抵抗体１４７ｍ）のリード部を実質的に省略でき、材料コストを低減できる。 As a result, the heaters 146 and 147 are connected in parallel at both ends 146e and 147e of the first heat generation resistor 146m and the second heat generation resistor 147m without passing through the lead portion as much as possible. Is shorter, and the variation in heat generation of each of the heaters 146 and 147 can be further suppressed.
Further, by connecting each via conductor 148v at both ends 146e and 147e of the first heat generation resistor 146m and the second heat generation resistor 147m, one of the heaters 146 and 147 (second heat generation resistor). The lead portion (147 m) can be substantially omitted, and the material cost can be reduced.

なお、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第２の発熱抵抗体１４７ｍの両端１４６ｅ、１４７ｅよりも発熱抵抗体側で接続すると、発熱抵抗体の有効長さが短くなって発熱量が低減してしまうので、各発熱抵抗体１４６ｍ、１４７ｍの両端１４６ｅ、１４７ｅよりも発熱抵抗体側で接続しないのはいうまでもない。
又、第１の発熱抵抗体１４６ｍの両端１４６ｅは、第１の発熱抵抗体１４６ｍの幅（これを断面積に比例するとみなす）ｄ２が一定の部分の端部である。両端１４７ｅも同様である。 If the first heat-generating resistor 146m and the second heat-generating resistor 147m are connected on the heat-generating resistor side of both ends 146e and 147e, the effective length of the heat-generating resistor will be shortened and the amount of heat generated will be reduced. Needless to say, the heat-generating resistors are not connected on the heat-generating resistor side of both ends 146e and 147e of each heat-generating resistor 146m and 147m.
Further, both ends 146e of the first heat-generating resistor 146m are ends of a portion where the width d2 of the first heat-generating resistor 146m (which is regarded as proportional to the cross-sectional area) d2 is constant. The same applies to both ends 147e.

又、境界部１４６Ｄは、第１の発熱抵抗体１４６ｍの幅ｄ２が一定の部分の端部１４６ｅと、第１のリード部１４６Ｌの幅（これを断面積に比例するとみなす）ｄ１が一定の部分の端部との間の領域である。
従って、境界部１４６Ｄは、図３の例では幅ｄ２から徐々に幅ｄ１に広がる略台形状であるが、図４のように、第１の発熱抵抗体１４６ｍと第１のリード部１４６Ｌが直接繋がる場合は、その境界の線状部分である。
さらに、境界部１４６Ｄの一部にビア導体１４８ｖが接続されていればよく、図３の例では、境界部１４６Ｄ及びその後端の第１のリード部１４６Ｌに跨ってビア導体１４８ｖが接続されている。 Further, the boundary portion 146D is a portion in which the end portion 146e of the portion where the width d2 of the first heat generation resistor 146 m is constant and the width d1 of the first lead portion 146L (which is regarded as proportional to the cross-sectional area) d1 are constant. The area between the ends of the.
Therefore, the boundary portion 146D has a substantially trapezoidal shape that gradually expands from the width d2 to the width d1 in the example of FIG. 3, but as shown in FIG. 4, the first heat generation resistor 146m and the first lead portion 146L are directly connected. When connected, it is the linear part of the boundary.
Further, it is sufficient that the via conductor 148v is connected to a part of the boundary portion 146D, and in the example of FIG. 3, the via conductor 148v is connected across the boundary portion 146D and the first lead portion 146L at the rear end. ..

次に、図５を参照し、センサ素子の別の形態について説明する。図５はセンサ素子１９０の別の形態（１セル型のλセンサ）を示す模式分解斜視図である。
センサ素子１９０は、ポンプセル１６０を有さずに検知セル１５０のみを有する点がセンサ素子１９と異なるので、センサ素子１９と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。 Next, another form of the sensor element will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic exploded perspective view showing another form (one-cell type λ sensor) of the sensor element 190.
Since the sensor element 190 is different from the sensor element 19 in that it does not have the pump cell 160 but has only the detection cell 150, the same parts as the sensor element 19 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

センサ素子１９０は厚さ方向（積層方向）に、図５の上方から順に、外側セラミック層１８４、第４セラミック層１８５、第３セラミック層１７０、検知セル１５０、第５セラミック層１８６及び第１のヒータ１４６を含むヒータ層１４５を積層してなる。各層１４５、１５０〜１８５は、アルミナ等の絶縁性セラミックからなり、外形寸法（少なくとも幅及び長さ）の等しい矩形板状をなしている。 The sensor element 190 has a thickness direction (lamination direction) of the outer ceramic layer 184, the fourth ceramic layer 185, the third ceramic layer 170, the detection cell 150, the fifth ceramic layer 186, and the first ceramic layer 184 in this order from the upper side of FIG. The heater layer 145 including the heater 146 is laminated. Each layer 145, 150 to 185 is made of an insulating ceramic such as alumina, and has a rectangular plate shape having the same external dimensions (at least width and length).

外側セラミック層１８４は、第４セラミック層１８５と積層されてセンサ素子１９０の外表面（図５の上面）を構成すると共に、その後端部にセンサパッド部１４、１５が配置される。
第３セラミック層１７０及び検知セル１５０は、図２のセンサ素子１９と同一構成であり、被測定ガス側電極部１５５Ｅは測定室１７１に臨み、測定室１７１に流入した被検出ガス中の特定ガス成分を検出する。一方、基準ガス側電極部１５３Ｅは、第５セラミック層１８６の大気導入孔１８６ｈを介して外部に通気する。ここで、大気導入孔１８６ｈは、第５セラミック層１８６の幅方向中央にて軸線Ｏ方向に延びているが、第５セラミック層１８６を先後に貫通しないで、第５セラミック層１８６が大気導入孔１８６ｈを枠状に囲む形態となっている。
そして、検知セル層１５１、第３セラミック層１７０、第４セラミック層１８５及び外側セラミック層１８４における大気導入孔１８６ｈの後端側と重なる部位には、それぞれ矩形の開口１５０ｖ、１７０ｖ、１８５ｖ、１８４ｖが開口している。これにより、大気導入孔１８６ｈが各開口１５０ｖ、１７０ｖ、１８５ｖ、１８４ｖと連通し、開口１８４ｖから大気を導入可能になっている。 The outer ceramic layer 184 is laminated with the fourth ceramic layer 185 to form the outer surface (upper surface of FIG. 5) of the sensor element 190, and the sensor pad portions 14 and 15 are arranged at the rear end portions.
The third ceramic layer 170 and the detection cell 150 have the same configuration as the sensor element 19 in FIG. 2, and the electrode portion 155E on the gas side to be measured faces the measurement chamber 171 and the specific gas in the gas to be detected that has flowed into the measurement chamber 171. Detect components. On the other hand, the reference gas side electrode portion 153E is ventilated to the outside through the atmosphere introduction hole 186h of the fifth ceramic layer 186. Here, the atmosphere introduction hole 186h extends in the axis O direction at the center of the width direction of the fifth ceramic layer 186, but does not penetrate the fifth ceramic layer 186 first and later, and the fifth ceramic layer 186 is the atmosphere introduction hole. It has a form that surrounds 186h in a frame shape.
Rectangular openings 150v, 170v, 185v, and 184v are provided at the portions of the detection cell layer 151, the third ceramic layer 170, the fourth ceramic layer 185, and the outer ceramic layer 184 that overlap with the rear end side of the atmospheric introduction hole 186h, respectively. It is open. As a result, the atmosphere introduction hole 186h communicates with each of the openings 150v, 170v, 185v, and 184v, and the atmosphere can be introduced from the opening 184v.

さらに、積層方向から見たとき、第１の発熱抵抗体１４６ｍ及び第２の発熱抵抗体１４７ｍの少なくとも一部がそれぞれ、基準ガス側電極１５３及び被測定ガス側電極１５５の重なり部分Ｌ１と重なる。これにより、セル１５０が両発熱抵抗体１４６ｍ、１４７ｍによって確実に加熱される。 Further, when viewed from the stacking direction, at least a part of the first heat generating resistor 146 m and the second heat generating resistor 147 m overlaps with the overlapping portion L1 of the reference gas side electrode 153 and the measured gas side electrode 155, respectively. As a result, the cell 150 is surely heated by both heat generation resistors 146 m and 147 m.

センサ素子１９０においても、積層方向に検知セル１５０を挟んで第１のヒータ１４６及び第２のヒータ１４７が配置されているので、ヒータの昇温速度を高くしても、センサ素子１９０の積層方向の温度が不均一になり難く、素子の熱応力を緩和して素子の破損を抑制できる。
又、各ヒータ１４６，１４７を一対のビア導体１４８ｖを介して接続することで、各ヒータ１４６，１４７が並列接続されるので、各ヒータ１４６，１４７の発熱のバラツキを抑制し、発熱のバラツキに起因したセンサ素子１９０の熱応力も緩和できる。 In the sensor element 190 as well, since the first heater 146 and the second heater 147 are arranged with the detection cell 150 interposed therebetween in the stacking direction, even if the heating rate of the heater is increased, the stacking direction of the sensor element 190 It is difficult for the temperature to become non-uniform, and the thermal stress of the element can be relaxed to prevent damage to the element.
Further, by connecting the heaters 146 and 147 via the pair of via conductors 148v, the heaters 146 and 147 are connected in parallel, so that the variation in heat generation of each heater 146 and 147 is suppressed and the variation in heat generation is achieved. The resulting thermal stress of the sensor element 190 can also be relaxed.

本発明のガスセンサは、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜にその構造、構成を設計変更して具体化できる。
センサ素子としては、酸素の濃度を測定するものに限定されず、窒素酸化物（ＮＯｘ）又は炭化水素（ＨＣ）等の濃度を測定するものを用いてもよい。
ビア導体の形状も積層方向に延びていれば特に限定されず、柱状、筒状の他、スルーホールの周方向の一部に形成されたリードのような形状でもよい。
上記実施形態では、第２のヒータが第２のリード部を有さず、短い幅広部が第２の発熱抵抗体の両端に接続されたが、第２のヒータに第２のリード部を設け、第１のリード部と第２のリード部とをビア導体で接続してもよい。 The structure and configuration of the gas sensor of the present invention can be appropriately redesigned and embodied without departing from the gist of the present invention.
The sensor element is not limited to the one that measures the concentration of oxygen, and an element that measures the concentration of nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HC), or the like may be used.
The shape of the via conductor is not particularly limited as long as it extends in the stacking direction, and may be a columnar shape, a cylindrical shape, or a lead-like shape formed in a part of the circumferential direction of the through hole.
In the above embodiment, the second heater does not have a second lead portion, and a short wide portion is connected to both ends of the second heat generation resistor, but the second heater is provided with a second lead portion. , The first lead portion and the second lead portion may be connected by a via conductor.

測定室１７１に被検出ガスを流入させる経路としては、図２、図５のようにセンサ素子１９，１９０の軸線Ｏ方向に沿う両側面に拡散多孔質層１７３を露出させる他、センサ素子の先端や後端に拡散多孔質層を露出させてもよい。又、場合によっては、拡散多孔質層を設けずに、測定室１７１から連通路をセンサ素子の側面、先端向き面、後端向き面等に開口させてもよい。
基準ガス側電極部を大気に通気させるための大気導入孔を設ける場合も、同様にセンサ素子の側面、先端向き面、後端向き面等に大気導入孔を開口させればよい。 As a path for the gas to be detected to flow into the measurement chamber 171, the diffusion porous layer 173 is exposed on both side surfaces of the sensor elements 19 and 190 along the axis O direction as shown in FIGS. 2 and 5, and the tip of the sensor element is exposed. The diffuse porous layer may be exposed at the rear end. Further, in some cases, the communication passage may be opened from the measurement chamber 171 to the side surface, the front end facing surface, the rear end facing surface, or the like of the sensor element without providing the diffusion porous layer.
When providing an air introduction hole for ventilating the reference gas side electrode portion to the atmosphere, the air introduction hole may be similarly opened on the side surface, the front end facing surface, the rear end facing surface, or the like of the sensor element.

１ガスセンサ
１１主体金具
１９、１９０センサ素子
１４６第１のヒータ
１４６ｍ第１の発熱抵抗体
１４６ｅ第１の発熱抵抗体の両端
１４６Ｌ第１のリード部
１４６Ｄ境界部
１４７第２のヒータ
１４７ｍ第２の発熱抵抗体
１４７ｅ第２の発熱抵抗体の両端
１４７ｔ幅広部
１４８ｖビア導体
１５０、１６０セル
１５２，１６２固体電解質体
１５３及び１５５、１６３及び１６５一対の電極
Ｏ軸線
Ｌ１、Ｌ２一対の電極の重なり部分 1 Gas sensor 11 Main metal fittings 19, 190 Sensor element 146 First heater 146m First heat generation resistor 146e Both ends of the first heat generation resistor 146L First lead part 146D Boundary part 147 Second heater 147m Second heat generation Resistor 147e Both ends of the second heating resistor 147t Wide part 148v Via conductor 150, 160 Cell 152,162 Solid electrolytes 153 and 155, 163 and 165 Pair of electrodes O-axis L1, L2 Overlapping part of pair of electrodes

Claims

A laminated sensor element having at least one cell extending in the axial direction and having a solid electrolyte body and a pair of electrodes arranged on the surface of the solid electrolyte body.
A first heater and a second heater connected via a pair of via conductors with the cell sandwiched in the stacking direction are provided.
The first heater has a first heating resistor and the second heater has a second heating resistor.
Wherein when viewed from the laminating direction, at least a portion each of said first heating resistor and the second heating resistor, Ri overlapping portion and Do weight of said pair of electrodes,
The first heater has a first lead portion having a larger cross-sectional area than the first heat generation resistor integrally with the first heat generation resistor.
Both ends of the second heat-generating resistor, or wide portions connected to the two ends, are located at both ends of the first heat-generating resistor or between the first heat-generating resistor and the first lead portion. sensor element characterized that it is connected through the via conductor in the boundary portion.

In a gas sensor including a sensor element and a main metal fitting for holding the sensor element,
The sensor element is a gas sensor using the sensor element according to claim 1.