JP2003344348A

JP2003344348A - 酸素センサ素子

Info

Publication number: JP2003344348A
Application number: JP2002149246A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Yoneyama; 健一米山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】反りの発生を抑制するとともに、熱サイクルに
対しても優れた耐久性を有する酸素センサ素子を得る。【解決手段】大気導入孔３を有するセラミック固体電解
質からなる板状の基体２と、大気導入孔３の内壁に形成
された基準電極４と、基準電極４と対向する基体２外表
面に形成された測定電極５と、基体２内部に設けられた
第１のセラミック絶縁層７と、絶縁層７内に設けられた
発熱体６と、固体電解質からなる基体２の第１のセラミ
ック絶縁層７と略対称的な位置に設けられた第２のセラ
ミック絶縁層８とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板状の酸素センサ
素子に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、環境問題がクローズアップされ、各
業界にて地球環境を最優先とする取り組みがなされてい
る。とりわけ、自動車業界においては、排ガス規制に代
表されるように年々、排気ガス中のＣＯ₂、ＣＯ、Ｈ
Ｃ、ＮＯｘ量を低減していくことが求められている。そ
の中で、更なる排ガス中の上記ガスを低減するために
は、熱機関の内部で燃料を効率よく燃焼させてやること
が重要であり、そのためにも排ガス中の残存酸素量を瞬
時に測定し、その情報を燃焼系に速くフィードバックし
てやることができる酸素センサ素子の要望が高まりつつ
ある。

【０００３】このような酸素センサ素子は、これまで排
気ガスの熱を利用して、コップ型の酸素センサ素子を昇
温し、センサ機能を出現させてきた。しかし、センサ機
能が出現するまでの間の、排ガスは垂れ流しの状態にあ
り、昨今の厳しい排ガス規制には対応しきれなくなって
きた。そこで、コップ型の酸素センサ素子の内部にヒー
タを設け、このヒータによって積極的に加熱することに
よって、速くセンサ機能を出現できるようになり、より
レスポンス良く、情報をフィードバックできるようにな
ってきた。しかしながら、コップ型の酸素センサ素子
は、サイズが大きく、しかもセンサ部とヒータとが離間
しているために、より速くセンサ機能を出現させるため
にも限界があった。

【０００４】そこで、最近では、板状の酸素センサ素子
と板状のセラミックヒータとを焼成一体化することによ
って、小型化とともに、コップ型より昇温スピードを高
めることができる結果、より速くセンサ機能を出現でき
るようになりつつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
板状酸素センサ素子においては、センサ部を形成するジ
ルコニアなどの固体電解質のセラミックグリーンシート
と、タングステンなどの発熱体を埋設したアルミナなど
のセラミックグリーンシートとを積層密着して、脱脂、
焼成すると、焼成時に反りが発生するという課題があっ
た。また、反りに伴い、製造歩留まりが低下し、セラミ
ック材料、電極材料等を無駄にすることになり、コスト
アップにつながるという課題があった。さらには、昇温
降温の繰り返しによって応力が発生しこれによって従っ
て、本発明の目的は、反りの発生を抑制するとともに、
熱サイクルに対しても優れた耐久性を有する酸素センサ
素子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、大気導
入孔を有するセラミック固体電解質からなる板状の基体
と、前記大気導入孔の内壁に形成された基準電極と、該
基準電極と対向する基体外表面に形成された測定電極
と、前記基体内部に設けられた第１のセラミック絶縁層
と、該セラミック絶縁層内に設けられた発熱体と、前記
固体電解質からなる基体の前記第１のセラミック絶縁層
と略対称的な位置に設けられた第２のセラミック絶縁層
とを具備する酸素センサ素子によって上記目的が達成で
きる。

【０００７】特に、前記第１のセラミック絶縁層と第２
のセラミック絶縁層の主成分が同じであることが焼成条
件や応力のバランスの調整などが容易である。

【０００８】また、前記第２のセラミック絶縁層の形成
位置が、前記基準電極と前記測定電極との間に挟まれて
おらず、特に前記大気導入孔を形成した部分であること
が、センサ部のセンサ性能に影響を与えることがない。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の酸素センサ素子の一例に
ついて、図１の（ａ）概略平面図と、（ｂ）Ｘ−Ｘ断面
図をもとに説明する。図１の酸素センサ素子１によれ
ば、板状の固体電解質からなる基体２は一端が封止され
た中空の大気導入孔３が設けられており、その大気導入
孔３の内壁の一部には基準電極４が被着形成され、その
基準電極４と対向する固体電解質基体２の外側表面に
は、被測定ガスと接触する測定電極５が形成されてお
り、センサ部Ａを形成している。また、基体２の表面ま
たは大気導入孔３の内壁には、一端が基準電極４や測定
電極５と電気的に接続された電極リード５１や電極パッ
ド５２が形成されている。

【００１０】一方、基体２の大気導入孔３の基準電極３
が形成されていない側の基体２の内部には、発熱体６を
内蔵したセラミック絶縁層７が設けられており、この発
熱体６およびセラミック絶縁層７によってヒータ部Ｂを
形成している。

【００１１】本発明においては、発熱体６を内蔵するセ
ラミック絶縁層７と略対称的な位置にセラミック絶縁層
８が設けられている。従来、セラミック絶縁層８を設け
ない場合、発熱体６を内蔵するセラミック絶縁層７は酸
素センサ素子１の大気導入孔３の一方側に形成されるた
めに、セラミック絶縁層７は、酸素センサ素子１全体か
らみると偏った箇所に形成されている。そのために、焼
成時の固体電解質からなる基体２とセラミック絶縁層７
との焼成収縮挙動や、熱膨張係数の違いによって酸素セ
ンサ素子１全体からみると、センサ部Ａを形成した付近
とヒータ部Ｂを形成した付近との間で歪が発生し、この
歪によって反りが発生したり、繰り返し熱サイクルによ
って破損などが発生しやすくなる。

【００１２】これに対して、セラミック絶縁層８を形成
することによってセラミック絶縁層７によって発生した
歪をセラミック絶縁層８の形成によって発生する歪によ
って互いに相殺することによって、反りの発生や熱サイ
クル時における破損の発生を有効に防止することができ
る。

【００１３】なお、セラミック絶縁層８を形成する場所
は、セラミック絶縁層７を形成した箇所と略対称的な位
置に形成されるが、略対称的な位置とは、酸素センサ素
子１の断面図における中心線ｐに対して対称的な位置を
意味するが、例えば、図１（ｂ）に示すように、セラミ
ック絶縁層７が中心線ｐよりも下側の領域に形成されて
いる場合、セラミック絶縁層８は、中心線ｐよりも上側
の領域に形成されていればよい。

【００１４】また、本発明によれば、このセラミック絶
縁層８は、発熱体６を内蔵したセラミック絶縁層７と主
成分が同じであることが望ましく、特に実質的に同一組
成物からなることが最も望ましい。これによって両者の
焼成収縮挙動や熱膨張特性が同じまたは近似することに
よって酸素センサ素子１の設計や制御を容易に行なうこ
とができるためである。

【００１５】また、セラミック絶縁層７、８は、発熱体
６を内蔵するために絶縁体であることが必要であるため
に、このセラミック絶縁層８は、測定電極５、基準電極
４間には形成することはできない。そこで、本発明によ
れば、このセラミック絶縁層８を大気導入孔３を形成す
る部分の一部に設けることによってセンサ部Ａのセンサ
性能を影響を与えることがないことから最も望ましい。

【００１６】なお、発熱体６を内蔵したセラミック絶縁
層７の全体厚みｔは、通常、５〜１００μｍ、特に１０
〜５０μｍであることが望ましく、セラミック絶縁層８
は、セラミック絶縁層７の厚みｔに対して０．８ｔ〜
１．５ｔが適当である。

【００１７】また、このセラミック絶縁層８は、必ずし
も１層である必要はなく、例えば、図２の概略断面図に
示すように、２層以上の複数の層８ａ、８ｂによって形
成することも可能である。かかる場合においても、セラ
ミック絶縁層８ａ、８ｂの合計厚みが上記の範囲である
ことが望ましい。

【００１８】上記の図１では、理論空燃比酸素センサ
（λセンサ）について例示したが、本発明は、ワイドレ
ンジセンサ素子に対しても適用される。図３は、その代
表的な構造を説明するための概略断面図である。この図
３の酸素センサ素子によれば、基体２ａの対向する面に
基準電極４、測定電極５の電極対が形成され、測定電極
５の上側には基体２ｂによって空間部１０が形成されて
いる。また、この空間部１０は、基体２ｃによって閉塞
されており、この基体２ｃには、排気ガスを取り込むた
めの０．１〜０．５ｍｍの大きさの拡散孔１１が開けら
れている。このような構成によれば、拡散孔１１を通過
した排気ガス中の酸素濃度に対応して電極対間に流れる
電流を制御して排気ガス中の空燃比を制御する。

【００１９】なお、かかる酸素センサにおいては、基体
２ｃを挟む両面に一対の電極を形成してこれをポンピン
グセルとして機能させてもよい。

【００２０】なお、上記空間部１０内には素子の強度を
持たせるため多孔質のセラミックスを充填することもで
きる。また、上記の拡散孔１１は、素子上面の他、側面
や先端に形成することもできる。さらには、拡散孔１１
は空間内に一定の排気ガスを取り込むための孔として機
能すればよく、そのため、拡散孔１１は、多数個の孔で
形成してもよいし、またセラミック多孔質層で形成して
もよい。

【００２１】本発明によれば、図３に示すような酸素セ
ンサ素子においても、発熱体６を内蔵したセラミック絶
縁層７と略対称的な位置にセラミック絶縁層８を形成す
る。この場合、セラミック絶縁層８は、図３に示すよう
に、空間部１０を形成する基体２ｂをセラミック絶縁層
８として置き換えることが望ましい。さらには、大気導
入孔３を形成する基体２ｄの一部または全部をセラミッ
ク絶縁層８によって置き換えてもよい。（固体電解質）本発明の酸素センサ素子１において基体
２として用いられる固体電解質は、ＺｒＯ₂やＴｉＯ₂な
ど、公知のセラミック固体電解質によって形成できる
が、その性能の点からジルコニア系固体電解質からなる
ことが望ましい。ジルコニア固体電解質は、安定化剤と
して、Ｙ₂Ｏ₃およびＹｂ₂Ｏ₃、Ｓｃ₂Ｏ₃、Ｓｍ₂Ｏ₃、Ｎ
ｄ ₂Ｏ₃、Ｄｙ₂Ｏ₃等の希土類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。
また、ＺｒＯ₂中のＺｒの１〜２０原子％をＣｅで置換
したＺｒＯ₂を用いることにより、酸素イオン導電性が
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。さらに、焼結性を改善する目的で、上記ＺｒＯ₂
に対して、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂を添加含有させることが
できるが、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ＳｉＯ₂の添
加量は総量で５重量％以下、特に２重量％以下であるこ
とが望ましい。（電極）固体電解質基体２の表面または大気導入孔３の
内壁に被着形成される基準電極４、測定電極５、さらに
は電極リード５１、電極パッド５２は、いずれも白金、
あるいは白金と、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種との合金が用いられる。ま
た、センサ動作時における電極中の金属の粒成長を防止
する目的と、応答性に係わる白金粒子と固体電解質と気
体との、いわゆる３相界面の接点を増大する目的で、上
述のセラミック固体電解質成分を１〜５０体積％、特に
１０〜３０体積％の割合で上記電極４、５中に混合して
もよい。また、電極形状としては、四角形でも楕円形で
もよい。また、電極４、５の厚さは、３〜２０μｍ、特
に５〜１０μｍが好ましい。（セラミック絶縁層）一方、発熱体６を埋設するセラミ
ック絶縁層７やセラミック絶縁層８としては、Ａｌ
₂Ｏ₃、ムライト、スピネルの群から選ばれる少なくとも
１種のセラミックスからなる相対密度が８０％以上、開
気孔率が５％以下の緻密質なセラミックスによって構成
されていることが望ましく、特にＡｌ₂Ｏ₃セラミックス
が望ましい。上記セラミックス中には、焼結性を改善す
る目的で種々の焼結助剤、例えばＡｌ₂Ｏ₃セラミックス
の場合、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｉの酸化物を総和で１〜１０質
量％含有していてもよいが、このセラミック絶縁層７、
８中において、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属の含有量とし
ては、マイグレーションしてヒータ部Ｂにおける一対の
ヒータ間の電気絶縁性を悪くするため酸化物重量換算で
５０ｐｐｍ以下に制御することが望ましい。また、相対
密度を上記の範囲とすることによって、基板強度が高く
なる結果、酸素センサ自体の機械的な強度を高めること
ができるためである。（多孔質層）また、測定電極５の表面には、図１（ｂ）
に示すように、保護のためにセラミック多孔質層９を形
成することが望ましい。このセラミック多孔質層９は、
厚さ１０〜８００μｍで、気孔率が１０〜５０％のジル
コニア、アルミナ、γ−アルミナおよびスピネルの群か
ら選ばれる少なくとも１種によって形成されていること
が望ましい。この多孔質層９の厚さが１０μｍより薄い
か、あるいは気孔率が５０％を超えると、電極被毒物質
Ｐ、Ｓｉ等が容易に電極に達して電極性能が低下する場
合がある。それに対して、多孔質層９の厚さが８００μ
ｍを超えるか、あるいは気孔率が１０％より小さくなる
とガスの多孔質層９中の拡散速度が遅くなり、電極のガ
ス応答性が悪くなる場合がある。特に、多孔質層９の厚
さとしては気孔率にもよるが、１００〜５００μｍが適
当である。（ヒータ）ヒータ部Ｂにおけるセラミック絶縁層７内に
埋設された発熱体６や発熱体６へのリード（図示せず）
は、金属として白金単味、あるいは白金とロジウム、パ
ラジウム、ルテニウムの群から選ばれる１種との合金を
用いることができる。この場合、発熱体８とリードの抵
抗比率は室温において、９：１〜７：３の範囲に制御す
ることが好ましい。

【００２２】また、本発明の酸素センサ素子１は、素子
全体の厚さとしては、０．８〜２．０ｍｍ、特に１．０
〜１．７ｍｍ、素子の長さとしては４０〜６０ｍｍ、特
に４５〜５５ｍｍが急速昇温性と素子のエンジン中への
取付け具合との関係から好ましい。（製造方法）次に、本発明の酸素センサ素子の製造方法
について、図１の酸素センサ素子を例にとってその製造
方法を図４の分解斜視図をもとに説明する。

【００２３】まず、固体電解質のグリーンシート２０を
作製する。このグリーンシート２０は、例えば、ジルコ
ニアの酸素イオン導電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
ドクターブレード法や、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
作製する。尚、薄く作製したグリーンシートを所定の厚
みになるように複数枚重ねて積層したものを使用するこ
ともできる。

【００２４】次に、上記のグリーンシート２０の両面
に、それぞれ測定電極５および基準電極４となるパター
ン２１やリードパターン２２や電極パッドパターン２３
などを例えば、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、ロール転写で印刷形成する。また、グリーンシー
ト２０には適宜、スルーホール（図示せず）等を形成し
て導電性ペーストを充填し、シート表裏間の電極等を接
続を行う。

【００２５】次に、大気導入孔２４を形成したグリーン
シートを作製する。この時、本発明によれば、大気導入
孔２４を形成したジルコニアグリーンシート２５の表面
に、例えば、アルミナ、ムライト、スピネルの群から選
ばれる少なくとも１種のセラミックスのスラリーを所定
の厚みで塗布してセラミック絶縁層２６を塗布する。大
気導入孔２４は、パンチング等によって開口するか、ま
たはプレス成形によって大気導入孔２４を形成した型を
用いてプレス成形する。また、前記グリーンシート２０
と同一の材質からなる大気導入孔２４の反対側を塞ぐた
めのグリーンシート２７を作製する。

【００２６】そして、上記のグリーンシート２０、２
５、２７をアクリル樹脂や有機溶媒などの接着材を介在
させるか、あるいはローラ等で圧力を加えながら機械的
に積層、接着する。

【００２７】なお、この時に測定電極５となるパターン
２１の表面には、図１のセラミック多孔質層９を形成す
るための多孔質スラリーを印刷塗布形成してもよい。

【００２８】次に、図４に示すように、グリーンシート
２０と同様にして作製されたジルコニアグリーンシート
２８表面に、セラミック絶縁体、例えば、アルミナ、ム
ライト、スピネルの群から選ばれる少なくとも１種のセ
ラミックスを含む絶縁性ペーストをスラリーデッィプ
法、あるいはスクリーン印刷、パット印刷、ロール転写
で印刷し、セラミック絶縁層２９ａを形成する。

【００２９】次に、このセラミック絶縁層２９ａの表面
に、発熱体６を形成するためのヒータパターン３０を印
刷塗布する。そして、再度、ヒータパターン３０の上
に、前記絶縁性ペーストを塗布してセラミック絶縁層２
９ｂを形成することにより、ヒータ部Ｂの積層体を作製
する。

【００３０】また、ジルコニアグリーンシート２８、セ
ラミック絶縁層２９ａ、２９ｂには、ヒータパターンを
外部に導出するための電極パッド（図示せず）と接続す
るために導体ビアを形成することもできる。

【００３１】なお、上記のヒータ部Ｂを作製するにあた
り、セラミック絶縁層２９ａ、２９ｂは、上記のように
絶縁性スラリーの印刷塗布によって形成する他に、絶縁
性スラリーを用いてドクターブレード法などのシート成
形方法によって絶縁性シートを形成して積層することも
できる。

【００３２】この後、上記の各グリーンシートをアクリ
ル樹脂や有機溶媒などの接着材を介在させるか、あるい
はローラ等で圧力を加えながら両者を機械的に接着する
ことにより接着一体化した後、これらを同時に焼成す
る。焼成は、大気中または不活性ガス雰囲気中、１３０
０℃〜１７００℃の温度範囲で１〜１０時間焼成する。
なお、焼成時には、焼成時のセンサ部の反りを抑制する
ため、錘として平滑なアルミナ等の基板を積層体の上に
置くことにより反りをさらに低減することができる。

【００３３】その後、必要に応じて、焼成後の測定電極
２１の表面に、プラズマ溶射法等により、アルミナ、ジ
ルコニア、スピネルの群から選ばれる少なくとも１種の
多孔質セラミック層を形成することによって、センサ部
とヒータ部が一体化された酸素センサ素子を形成するこ
とができる。

【００３４】

【実施例】（実施例１）まず、平均粒径０．８μｍのジ
ルコニア粉末に対して、アクリル系バインダー、溶剤お
よびメディアを混合し、４８時間撹拌してスラリーを得
た。その後、ドクターブレード成形にて前記スラリーを
成形、乾燥させて、厚さ１８０μｍのジルコニアグリー
ンシートを作製し、密着液にて積層して、所定厚みのジ
ルコニアグリーンシートＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを作製した。

【００３５】また、平均粒径０．５μｍのアルミナ粉末
に対して、アクリル系バインダーおよびテルピネオール
を調合し、３本ロールにて１０回パス混合した後、テル
ピネオールにて希釈し、粘度調整した絶縁性ペーストＡ
を調製した。

【００３６】さらに、平均粒径１μｍの白金粉末に対し
て、アクリル系バインダーおよびテルピネオールを調合
し、３本ロールにて１０回パス混合した後、テルピネオ
ールにて希釈し、粘度調整した電極用ペーストおよびヒ
ータ用ペーストを調製した。

【００３７】まず、ジルコニアグリーンシートＡに上記
電極用ペーストを用いて、基準電極や測定電極および電
極リード、電極パッドなどのパターンをスクリーン印刷
にて形成した。

【００３８】また、ジルコニアグリーンシートＢの表面
に、前記絶縁性ペーストＡを用いて、ドクターブレード
法によって厚さ３０μｍのセラミック絶縁層を形成し
た。そして、このジルコニアグリーンシートＢに金型に
て検知部分が幅１．６ｍｍ、長さ１１ｍｍを有する溝形
状に打ち抜き、大気導入孔を形成した。

【００３９】さらに、ジルコニアグリーンシートＣの表
面に、前記絶縁性ペーストＡをスクリーン印刷塗布して
厚さ１５μｍのセラミック絶縁層を形成した。そしてこ
のセラミック絶縁層の表面に、前記ヒータ用ペーストを
用いてスクリーン印刷にて厚さ１５μｍの発熱体やリー
ドパターン等を印刷塗布した後、更にその上に前記絶縁
性ペーストをスクリーン印刷、乾燥させて、全体厚みが
３０μｍのセラミック絶縁層を形成し、ジルコニアグリ
ーンシートＣの表面に、発熱体を内在するセラミック絶
縁層を形成した。

【００４０】その後、上記電極パターンを形成したジル
コニアグリーンシートＡ、大気導入孔を形成し、セラミ
ック絶縁層が形成されたジルコニアグリーンシートＢ、
ジルコニアグリーンシートＤ、発熱体を内在したセラミ
ック絶縁層を形成したジルコニアグリーンシートＣをこ
の順序で位置決めして、密着液を用いて密着積層し、加
圧プレスしてグリーン積層体を得た。そして、このグリ
ーン積層体を１４００℃にて２時間焼成して、酸素セン
サ素子を作製した。作製した酸素センサ素子は、長さが
４６ｍｍ、幅が３ｍｍ、厚みが１．５ｍｍのものであ
る。

【００４１】この作製した酸素センサ素子５０個につい
て、表面粗さ計にて反りを測定した。反りは、測定電極
を上にしてセットした時、素子の長手方向に表面粗さ計
の触針を作動させ、測定し、その５０個の平均を算出し
た。その結果、反りは３５μｍであった。

【００４２】また、この酸素センサ素子を、室温から約
２０秒で１０００℃まで昇温した後、ファンで強制的に
室温まで急冷するという温度サイクルを１サイクルとし
て、これを２万回行った後、クラックの発生率を測定し
た結果、２０個のいずれもクラックの発生は全く認めら
れなかった。（実施例２）実施例１のドクターブレード法によって形
成した厚さ１８０μｍのジルコニアのグリーンシートＥ
１、Ｅ２の表面に、実施例１の絶縁性ペーストＡを塗布
して厚さ１５μｍのセラミック絶縁層をそれぞれ形成し
た。そして、このセラミック絶縁層を形成した各ジルコ
ニアグリーンシートＥ１、Ｅ２を密着液を用いて積層し
た後、金型にて幅１．６ｍｍ、長さ１１ｍｍを有する溝
形状に打ち抜き、大気導入孔を形成した。

【００４３】そして、上記のようにして作製した大気導
入孔を形成したグリーンシートＥ１、Ｅ２の積層体を、
実施例１の大気導入孔を形成し、且つセラミック絶縁層
を形成したジルコニアシートＢと置き換える以外は、実
施例１と全く同様にして酸素センサ素子を作製し、同様
の評価を行なった。その結果、反りは３８μｍであり、
クラックの発生も全く認められなかった。（実施例３）平均粒径０．５μｍのフォルステライト粉
末に対して、アクリル系バインダーおよびテルピネオー
ルを調合し、３本ロールにて１０回パス混合した後、テ
ルピネオールにて希釈し、粘度調整した絶縁性ペースト
Ｂを得た。

【００４４】そして、実施例１の絶縁性ペーストＡに代
えて、実施例１のジルコニアグリーンシートＢの表面に
この絶縁性ペーストＢを塗布して厚さ３０μｍのセラミ
ック絶縁層を形成した。そして、このセラミック絶縁層
を形成したジルコニアグリーンシートＢに実施例１と同
じ大きさの溝形状に打ち抜き、大気導入孔を形成した。
これを実施例１の大気導入孔を形成したジルコニアグリ
ーンシートＢに置き換える以外は、実施例１と全く同様
にして酸素センサ素子を作製し、同様の評価を行なっ
た。その結果、反りは４２μｍであり、クラックの発生
も全く認められなかった。（比較例）実施例１にて前記別の絶縁層を形成したグリ
ーンシートを用いず、絶縁層が形成されていないグリー
ンシートに換える以外は実施例１同様に行った。その結
果、反りは１０５μｍであった。また、熱サイクル試験
後、２０個中、１５個の酸素センサにクラックの発生が
認められた。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明によれば、
発熱体を内在したセラミック絶縁層とは別に、このセラ
ミック絶縁層と略対称的な位置に、第２のセラミック絶
縁層とを形成することによって、センサ素子の反りの発
生を抑制するとともに、熱サイクルに対する耐久性を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸素センサ素子の一例を説明するため
の（ａ）概略平面図、（ｂ）ｘ−ｘ断面図である。

【図２】本発明の酸素センサ素子の他の例を説明するた
めの概略断面図である。

【図３】本発明の酸素センサ素子の他の例を説明するた
めの概略断面図である。

【図４】本発明の酸素センサ素子の製造方法として、図
１の酸素センサ素子の製造方法を説明するための分解斜
視図である。

【符号の説明】

１酸素センサ素子２基体３大気導入孔４基準電極５測定電極６発熱体７、８セラミック絶縁層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大気導入孔を有するセラミック固体電解質
からなる板状の基体と、前記大気導入孔の内壁に形成さ
れた基準電極と、該基準電極と対向する基体外表面に形
成された測定電極と、前記基体内部に設けられた第１の
セラミック絶縁層と、該絶縁層内に設けられた発熱体
と、前記固体電解質からなる基体の前記第１のセラミッ
ク絶縁層と略対称的な位置に設けられた第２のセラミッ
ク絶縁層とを具備することを特徴とする酸素センサ素
子。
【請求項２】前記第１のセラミック絶縁層と第２のセラ
ミック絶縁層の主成分が同じであることを特徴とする請
求項１記載の酸素センサ素子
【請求項３】前記第２のセラミック絶縁層の形成位置
が、前記基準電極と前記測定電極との間に挟まれていな
いことを特徴とする請求項１または請求項２記載の酸素
センサ素子。
【請求項４】前記第２のセラミック絶縁層の形成位置
が、前記大気導入孔を形成した部分であることを特徴と
する請求項３記載の酸素センサ素子。