气体传感器的制作方法

关联申请的相互参照

本申请基于2017年4月18日提出的日本专利申请第2017-082286号并引用其记载内容。

本发明涉及具备传感器元件和加热器的气体传感器。

背景技术：

在内燃机的排气管中配置的气体传感器，以在排气管内流动的排放气体为检测气体(测定气体)，利用该检测气体与大气等基准气体的氧浓度差等来进行气体检测。气体传感器具有以下用途等：检测从排放气体的组成求出的内燃机的空燃比相对于理论空燃比而言处于富燃料侧还是贫燃料侧的用途，定量地检测从排放气体求出的内燃机的空燃比的用途。

气体传感器中，采用在有底筒状的固体电解质体的内侧面及外侧面配置了电极的有底筒状的传感器元件、或者在板状的固体电解质体的两面配置了电极的板状的传感器元件。特别是，在有底筒状的传感器元件中，在固体电解质体的内侧，配置用于将固体电解质体及电极加热至活化温度的加热器。此外，在有底筒状的传感器元件中，设置于固体电解质体的内侧面的电极作为基准电极而暴露于大气等基准气体中，设置于固体电解质体的外侧面的电极作为检测电极而暴露于检测气体中。

关于有底筒状的传感器元件中的检测电极，在固体电解质体的外侧面的周向的一部分设置来实现局部电极化是公知的。另一方面，有底筒状的传感器元件中的基准电极通常设置在固体电解质体的内侧面的周向的整周。

例如，关于专利文献1的氧传感器，公开了实现检测电极的局部电极化的技术。在该氧传感器中，设置于固体电解质体的外侧面的检测电极的周向的形成范围随着从固体电解质体的前端部的加热器远离而缩小。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利4198386号公报

此外，在有底筒状的传感器元件中，在固体电解质体的外侧面配置的检测电极的检测部设置在固体电解质体的前端侧的位置，加热器的加热部也为了有效地加热检测部而设置在固体电解质体的前端侧的位置。此外，固体电解质体中的比检测部靠基端侧的位置保持于气体传感器的壳体。因此，在通过加热器对固体电解质体进行加热时，固体电解质体的前端侧的位置的温度高于固体电解质体的基端侧的位置的温度。

此外，由于固体电解质体保持于壳体，所以还存在从固体电解质体向壳体夺热的现象。因此，还受到该向壳体的热转移的影响，固体电解质体的基端侧的位置的温度变得更低。该热转移的影响取决于构成固体电解质体的材料的热传导率及构成电极的材料的热传导率的大小。与采用陶瓷材料构成的固体电解质体相比，采用金属材料构成的电极的热传导率较高。因此，减小电极的面积对于减小热转移是有效的。

气体传感器所要求的性能中，有迅速且高温地将固体电解质体加热，实现固体电解质体及电极的早期活化等。为了实现该早期活化，可以考虑不仅使检测电极局部电极化还使基准电极局部电极化从而减小向壳体的热转移产生的量。专利文献1的氧传感器，通过使检测电极局部电极化，能够缓和向壳体的热转移的影响。

但是，根据采用传感器元件构成的气体传感器的用途，需要更适当地管理从传感器元件的轴向上的前端侧向基端侧的轴向的温度分布。并且，已知的是，为了实现作为目标的传感器元件的温度分布，需要对局部电极化的基准电极的形状进一步进行研究。

技术实现要素：

本发明提供能够对基准电极的内侧导体部的形状及周向的宽度进行调整、使传感器元件的轴向的温度分布接近作为目标的温度分布的气体传感器。

本发明的一个方案是一种气体传感器，具备：传感器元件，具有：固体电解质体，筒状的筒部的前端部被曲面状的底部封闭，具有离子传导性；检测电极，设置于所述固体电解质体的外侧面，暴露于检测气体中；以及基准电极，设置于所述固体电解质体的内侧面，暴露于基准气体中；以及加热器，前端部具有用于对所述固体电解质体进行加热的发热部，以所述前端部的前端与所述底部的内侧面接触的状态配置在所述固体电解质体的内侧；所述基准电极，具有：内侧检测部，在所述基准电极的最前端侧处的与所述发热部对置的位置上被设置于以所述筒部的中心轴线为中心的周向的整周；内侧连接部，在所述基准电极的最基端侧的位置上被设置于所述周向的整周或一部分，与内侧端子件连接；以及内侧导体部，在将所述内侧检测部和所述内侧连接部相连的位置上被设置于所述周向的一部分，与所述内侧连接部相比，所述周向上的形成范围较窄；所述内侧导体部的所述周向上的形成范围随着从所述内侧检测部朝向所述内侧连接部而阶段性地缩小或者呈锥状地缩小。

发明效果

在上述气体传感器中，对有底筒状的传感器元件的基准电极的形成方式进行了研究。

基准电极具有内侧检测部、内侧连接部以及内侧导体部，内侧导体部的周向的宽度随着从内侧检测部朝向内侧连接部而阶段性地缩小或者呈锥状地缩小。另外，加热器中的设置有发热部的前端部的前端与固体电解质体的底部的内侧面接触。通过这些结构，在传感器元件和加热器被配置于壳体中的气体传感器中，能够利用发热部对基准电极的内侧检测部适当地加热，并且适当地抑制从内侧检测部经由内侧导体部和内侧连接部向传感器元件的基端侧的传热。

并且，在传感器元件的沿着中心轴线的轴向的温度分布中，能够以尽可能均匀地接近适于固体电解质体和各电极的活化的较高温度的状态维持内侧检测部的周边的温度。并且，通过对基准电极的内侧导体部的形状和周向的宽度进行调整，能够使传感器元件的轴向的温度分布接近作为目标的温度分布。

所述基准电极的内侧导体部的结构，在将气体传感器用于根据排放气体所接触的检测电极与大气所接触的基准电极之间的氧浓度之差来检测在检测电极与基准电极之间产生的电动势的用途的情况下特别有效。根据内侧导体部的结构，当内燃机的空燃比处于富燃料侧且接近理论空燃比的弱富区域时，表示空燃比与电动势的关系的线的梯度陡峭，能够提高弱富区域的空燃比的检测精度，详情在后述的实施方式中表述。

此外，在传感器元件和气体传感器中，将设置传感器元件的底部的一侧称为前端侧，将与前端侧相反的一侧称为基端侧。

根据本发明的一个实施方式，能够提供能够对基准电极的内侧导体部的形状及周向的宽度进行调整、使传感器元件的轴向的温度分布接近作为目标的温度分布的气体传感器。

另外，本发明的一个实施方式中示出的各构成要素的带括号的标记表示与实施方式的图中的标记的对应关系，但是并不将各构成要素仅限于实施方式的内容。

附图说明

本发明的目的、特征、优点等通过参照附图的以下详细说明而更加明确。本发明的附图表示如下。

图1是表示实施方式的气体传感器的截面的说明图。

图2是表示实施方式的传感器元件的基准电极的形成状态的说明图。

图3是表示实施方式的传感器元件的检测电极的形成状态的说明图。

图4是表示实施方式的传感器元件及加热器的一部分的说明图。

图5是对于实施方式的传感器元件的形成有基准电极的内侧导体部及检测电极的外侧导体部的部位，表示与传感器元件的轴向正交的方向的截面的说明图。

图6是表示实施方式的另一传感器元件的基准电极的形成状态的说明图。

图7是表示实施方式的从传感器元件的前端向基端侧的位置、与传感器元件的温度的关系的图表。

图8是表示实施方式的空气过剩率与气体传感器的输出电压的关系的图表。

图9是表示比较方式的空气过剩率与气体传感器的输出电压的关系的图表。

具体实施方式

参照附图对上述的气体传感器的优选实施方式进行说明。

<实施方式>

如图1所示，本实施方式的气体传感器1具备传感器元件2和加热器5。如图2和图3所示，传感器元件2具有：固体电解质体3，筒状的筒部31的前端部被曲面状的底部32封闭，具有离子传导性；检测电极4b，设置在固体电解质体3的外侧面301，暴露于检测气体(测定气体)g；基准电极4a，设置在固体电解质体3的内侧面302，暴露于基准气体a。如图4所示，加热器5在前端部具有用于对固体电解质体3进行加热的发热部521，以前端部的前端501与底部32的内侧面302接触的状态，配置在固体电解质体3的内侧。

如图2所示，基准电极4a具有内侧检测部41、内侧连接部43以及内侧导体部42。内侧检测部41在基准电极4a的最前端侧l1的位置且与发热部521对置的位置遍及以筒部31的中心轴线o为中心的周向c的整周而设置。如图1和图2所示，内侧连接部43在基准电极4a的最基端侧l2的位置遍及周向c的整周而设置，并与内侧端子件71连接。如图2和图5所示，内侧导体部42在将内侧检测部41和内侧连接部43相连的位置设置于周向c的一部分。内侧导体部42的周向c上的形成范围随着从内侧检测部41朝向内侧连接部43而阶段性地缩小。

在本实施方式的传感器元件2和气体传感器1中，将沿着传感器元件2的中心轴线o的方向称为轴向l，将围绕传感器元件2的中心轴线o的方向称为周向c，将从传感器元件2的中心轴线o呈放射状扩展的方向称为径向r。另外，在传感器元件2和气体传感器1中，将设置传感器元件2的底部32的一侧称为前端侧l1，将与前端侧l1相反的一侧称为基端侧l2。

以下，对本实施方式的气体传感器1详细说明。

(内燃机)

气体传感器1配置在从车辆的内燃机(发动机)排放的排放气体所流通的排气管内。气体传感器1将在排气管内流通的排放气体作为检测气体g，并且将大气作为基准气体a，来进行气体检测。本实施方式的气体传感器1被用作氧传感器(也称为λ传感器)，即：检测隔着固体电解质体3而在检测电极4b与基准电极4a之间产生的电动势，判定从排放气体的组成求出的内燃机的空燃比是处于与理论空燃比相比燃料相对于空气的比例较多的富燃料侧，还是处于与理论空燃比相比燃料相对于空气的比例较少的贫燃料侧。

气体传感器1用于使内燃机的空燃比处于有效地维持排气管内配置的三效催化剂的催化剂活性的理论空燃比的附近。与排气管中的三效催化剂的配置位置相比，气体传感器1还能够配置在排放气体的流路的上游侧的位置及下游侧的位置中的某一方。

特别是，本实施方式的气体传感器1由于能够适当地保持传感器元件2的轴向l的温度分布，从而在内燃机的排放气体成为更低温度的情况下也能够有效地使用。另外，在比排气管中的三效催化剂的配置位置靠下游侧的位置，与比三效催化剂的配置位置靠上游侧的位置相比，排放气体的温度变低。本实施方式的气体传感器1优选配置在排放气体的温度变低的、比三效催化剂的配置位置靠下游侧的位置。另外，能够在比三效催化剂的配置位置靠上游侧的位置配置检测空燃比的空燃比传感器，在内燃机的燃烧控制中并用空燃比传感器和氧传感器。

(传感器元件2)

如图2所示，传感器元件2的固体电解质体3以氧化锆为主成分，由以稀土类金属元素或碱土类金属元素置换了氧化锆的一部分而得到的稳定氧化锆或部分稳定氧化锆构成。固体电解质体3能够由氧化钇稳定氧化锆或氧化钇部分稳定氧化锆构成。固体电解质体3在规定的活化温度下具有使氧化物离子(o^2-)传导的离子传导性。检测电极4b和基准电极4a含有表现出对氧的催化剂活性的铂、以及构成固体电解质体3的材料。

固体电解质体3的底部32形成为半球面状，固体电解质体3的筒部31形成为圆筒状。在固体电解质体3的轴向l上的与底部32为相反侧的位置，形成有能够使基准气体a向固体电解质体3的内侧流入的开口部33。筒部31的轴向l上的各部的外径考虑到向壳体61的安装而适当变化。

如图1和图3所示，检测电极4b具有外侧检测部45、外侧连接部47以及外侧导体部46。外侧检测部45在检测电极4b的最前端侧l1的位置且隔着固体电解质体3而与内侧检测部41对置的位置遍及以筒部31的中心轴线o为中心的周向c的整周而设置。外侧连接部47在检测电极4b的最基端侧l2的位置遍及周向c的整周而设置，并与外侧端子件72连接。外侧导体部46在将外侧检测部45和外侧连接部47相连的位置设置于周向c的一部分。

基准电极4a的内侧检测部41与外侧检测部45相比在轴向l上较长，并且隔着固体电解质体3而与外侧检测部45的整体的内侧对置。

检测电极4b的外侧连接部47也可以仅形成于筒部31的外侧面301的周向c的一部分。该情况下，外侧导体部46的周向c上的形成范围比外侧连接部47的周向c上的形成范围小。

如图2所示，本实施方式的基准电极4a的内侧导体部42形成为，随着从轴向l的前端侧l1朝向基端侧l2，周向c上的形成范围以三个阶段缩小而变化。关于内侧导体部42，位于最前端侧l1的前端侧部位421的周向c上的形成范围最大，与前端侧部位421的基端侧l2邻接的中间部位422的周向c上的形成范围比前端侧部位421的周向c上的形成范围小，与中间部位422的基端侧l2邻接的基端侧部位423的周向c上的形成范围比中间部位422的周向c上的形成范围小。在前端侧部位421与中间部位422之间、以及中间部位422与基端侧部位423之间，形成有阶差424。内侧导体部42的轴向l上的形成范围比内侧检测部41的轴向l上的形成范围以及内侧连接部43的轴向l上的形成范围长。

前端侧部位421、中间部位422以及基端侧部位423形成为与筒部31的中心轴线o及轴向l平行。换言之，前端侧部位421、中间部位422以及基端侧部位423的周向c的两侧端420相对于轴向l平行。前端侧部位421、中间部位422以及基端侧部位423的相互间的阶差424可以形成为与轴向l正交，也可以形成为相对于轴向l倾斜。

内侧导体部42也可以形成为，随着从轴向l的前端侧l1朝向基端侧l2，周向c上的形成范围以两个阶段缩小而变化。该情况下，以两个阶段缩小的内侧导体部42的前端侧部位及基端侧部位的周向c的两侧端形成为相对于轴向l平行。另外，内侧导体部42也可以形成为，随着从轴向l的前端侧l1朝向基端侧l2，周向c上的形成范围以四个以上的阶段缩小而变化。

基准电极4a的内侧检测部41与筒部31的内侧面302的前端侧l1的位置的整周、和底部32的内侧面302的整体连续地设置。并且，加热器5的前端部的前端501与底部32的内侧面302处的内侧检测部41接触。另一方面，检测电极4b的外侧检测部45不设置于底部32的外侧面301。

基准电极4a的内侧连接部43也可以仅形成于筒部31的内侧面302的周向c的一部分。该情况下，内侧导体部42的周向c上的形成范围比内侧连接部43的周向c上的形成范围小。

内侧导体部42和外侧导体部46在周向c上的一处平行于中心轴线o及轴向l而形成。另外，穿过内侧导体部42的周向c的中心的假想线与轴向l平行。

检测电极4b的外侧导体部46的周向c上的形成部位、与基准电极4a的内侧导体部42的周向c上的形成部位的相对位置关系能够任意地决定。此外，在图2和图5中，作为一例，记载了内侧导体部42和外侧导体部46在周向c上形成在彼此错开90°的位置的状态。

基准电极4a的内侧导体部42的与轴向l正交的方向的最小截面积、以及检测电极4b的外侧导体部46的与轴向l正交的方向的最小截面积，在确保不对气体传感器1的输出电压造成影响的电阻值、从耐热性的观点出发不成为问题的范围内决定。另外，关于位于内侧检测部41的附近的内侧导体部42、以及位于外侧检测部45的附近的外侧导体部46，它们自身也与各检测部41、45同样地表现出进行气体检测的功能。

在传感器元件2的前端部，至少将检测电极4b的外侧检测部45的整体覆盖地，设置有由陶瓷的多孔质体构成的保护层21。保护层21用于防止检测电极4b的催化剂中毒及沾水。

(电极形成方法)

接下来，说明对固体电解质体3形成基准电极4a和检测电极4b的方法。

本实施方式的基准电极4a和检测电极4b通过非电解镀处理而形成。该非电解镀处理在室温下对由在电气方面不活泼的材质构成的固体电解质体进行，因此在对实施镀敷的部位进行了活化处理之后进行。

具体而言，使将有机铂化合物溶解于有机溶剂、并利用粘合剂等调整了粘度的活性膏剂含浸于将多孔质的橡胶材料、海绵材料、毛毡材料等形成为规定形状而得的多孔质载体。并且，使该多孔质载体描绘基准电极4a和检测电极4b的图案形状而与固体电解质体3接触，使活性膏剂附着于固体电解质体3。

接下来，对设有活性膏剂的固体电解质体3进行热处理，将活性膏剂中的有机物除去，并且使活性膏剂中的有机铂化合物中的铂原子固定于固体电解质体3，形成基准电极4a和检测电极4b的电极图案。此外，热处理还能够在用于形成基准电极4a的活性膏剂附着于固体电解质体3之后、和用于形成检测电极4b的活性膏剂附着于固体电解质体3之后分别进行。

此后，将固体电解质体3的电极图案浸渍于含有还原剂的非电解铂镀敷液中，使电极图案中的铂析出。这样，在固体电解质体3形成基准电极4a和检测电极4b。

此外，还能够取代利用多孔质载体描绘基准电极4a和检测电极4b的图案形状，而采用遮盖(masking)橡胶将固体电解质体3的内侧面302和外侧面301的不形成电极的部位遮盖，来形成电极图案。另外，各电极4a、4b除了进行非电解镀处理而形成以外，还能够通过进行电镀处理而形成，并且还能够使用含有铂微粒的膏剂来形成。

在使形成电极图案的精度提高的情况、形成复杂电极图案的情况等情况下，优选进行使用了多孔质载体的非电解镀处理。并且，从提高针对排放气体中的微量气体成分的灵敏性、膜厚精度、耐热性等的观点出发，也优选进行非电解镀处理。

本实施方式的实现了局部电极化的基准电极4a的、固体电解质体3的内侧面302处的电极削减率在如下范围内。这里，如图2所示，将固体电解质体3的内侧面302整体的表面积设为s1，在固体电解质体3的内侧面302整体中，将形成基准电极4a的表面积设为s2。电极削减率，作为在固体电解质体3的内侧面302整体中、基准电极4a被削减了的表面积的比例，利用(s1-s2)/s1来表示。并且，电极削减率具有0.3≤(s1-s2)/s1≤0.7的关系。关于该数值范围所示的临界含义，在后述的确认试验1中表示。

另外，基准电极4a的平均膜厚在0.4～1.6μm的范围内。关于该数值范围所示的临界含义，在后述的确认试验2中表示。基准电极4a的各部即内侧检测部41、内侧导体部42以及内侧连接部43以厚度均匀的方式形成。但是，在基准电极4a，形成有许多气孔，在该许多气孔中，有从基准电极4a的内部连续地形成至表面的气孔。关于基准电极4a的平均膜厚，对基准电极4a的平面方向上的十个部位的膜厚进行测定，取该十个部位的膜厚的平均值。

(其它传感器元件2)

另外，也可以如图6所示那样，基准电极4a的内侧导体部42形成为，随着从轴向l的前端侧l1朝向基端侧l2，周向c上的形成范围呈锥状缩小而变化。该锥状的内侧导体部42的周向c上的形成范围从内侧检测部41到内侧连接部43连续地变化。内侧导体部42的轴向l上的形成范围比内侧检测部41的轴向l上的形成范围以及内侧连接部43的轴向l上的形成范围长，内侧导体部42的周向c的两侧端420形成为平缓的锥状。在将基准电极4a在平面上展开时，内侧导体部42的周向c的两端之间的倾斜角度在2～10°的范围内。

(加热器5)

如图4所示，加热器5具有陶瓷的基材51a、51b以及包括设置于基材51b的导体的发热体52。发热部521是在发热体52中截面积形成得最小、当对发热体52通电时由于焦耳热而发热的部位。发热部521在发热体52的前端部形成为在轴向l上蜿蜒蛇形的形状。加热器5通过在作为芯棒的基材51a的周围卷绕设有发热体52的片状的基材51b而形成。作为芯棒的基材51a的前端501与基准电极4a的内侧检测部41的内侧面302接触。

(气体传感器1的其它结构)

如图1所示，气体传感器1除了传感器元件2和加热器5之外，还具备保持传感器元件2的壳体61、在壳体61的前端侧部位安装的前端侧罩62、在壳体61的基端侧部位安装的基端侧罩63、在传感器元件2的基端侧部位的内侧面302安装的内侧端子件71、在传感器元件2的基端侧部位的外侧面301安装的外侧端子件72等。

(壳体61)

如图1所示，为了保持传感器元件2而在壳体61形成有朝向轴向l贯通的插通孔611。插通孔611具有位于轴向l的前端侧l1的小径孔部612、和位于轴向l的基端侧l2且比小径孔部612扩径了的大径孔部613。传感器元件2插通在插通孔611的小径孔部612内和大径孔部613内，经由在传感器元件2与大径孔部613的间隙内配置的滑石粉、套筒等密封件64而被保持。

此外，传感器元件2的外径最大的部分即凸缘部34卡止于小径孔部612的端部，从而防止传感器元件2从插通孔611向前端侧l1脱出。在壳体61的轴向l的基端侧部位，形成有向内周侧弯曲的铆接部615。并且，在铆接部615与凸缘部34之间密封件64在轴向l上被压缩，传感器元件2被保持于壳体61。传感器元件2的前端侧部位的、特别是形成了内侧检测部41和外侧检测部45的部位从壳体61向轴向l的前端侧l1突出而配置。

(前端侧罩62和基端侧罩63)

如图1所示，在壳体61的轴向l的前端侧部位，将从壳体61向前端测l1突出的传感器元件2的部分覆盖而安装有用于保护传感器元件2的前端侧罩62。前端侧罩62配置在排气管内。在前端侧罩62，形成有用于使检测气体g通过的气体通过孔621。前端侧罩62能够采用双重结构，也能够采用一重结构。从前端侧罩62的气体通过孔621向前端侧罩62内流入的作为检测气体g的排放气体穿过传感器元件2的保护层21而被向检测电极4b引导。

在壳体61的轴向l的基端侧部位，安装有基端侧罩63。基端侧罩63配置在排气管的外部。在基端侧罩63的一部分，形成有导入孔631，该导入孔631用于将作为基准气体a的大气向基端侧罩63内导入。在导入孔631，配置有不使液体通过而使气体通过的过滤器632。从导入孔631向基端侧罩63内导入的基准气体a穿过基端侧罩63内的间隙，被向传感器元件2的内侧面302处的基准电极4a引导。

如图1所示，在传感器元件2的基端侧部位的内侧面302，安装有与基准电极4a的内侧连接部43接触的内侧端子件71。并且，在传感器元件2的基端侧部位的外侧面301，安装有与检测电极4b的外侧连接部47接触的外侧端子件72。在内侧端子件71和外侧端子件72，安装有导线65，该导线65用于将传感器元件2的基准电极4a及检测电极4b与外部的控制装置电连接。导线65通过配置在基端侧罩63内的衬套66而被保持。

本实施方式的气体传感器1当用作氧传感器时，在空燃比处于富燃料侧的、理论空燃比附近的弱富区域的情况下，能够用作特殊的空燃比传感器。在用作该空燃比传感器的情况下，对气体传感器1的输出电压的微小变化进行检测。

换言之，本方式的气体传感器1，在将理论空燃比为14.5时的、用向内燃机供给的空气质量除以燃料完全燃烧在理论上所需的最少空气质量而得到的值即空气过剩率λ设为1.00的情况下，能够用于根据电动势来检测空气过剩率λ为0.97～1.00的范围内的空燃比。

(作用效果)

关于本实施方式的气体传感器1，对有底筒状的传感器元件2的基准电极4a的形成方式进行了研究。

基准电极4a具有内侧检测部41、内侧连接部43以及内侧导体部42，内侧导体部42的周向c上的形成范围随着从内侧检测部41朝向内侧连接部43而阶段性地缩小。另外，加热器5的设有发热部521的前端部的前端501与固体电解质体3的底部32的内侧面302接触。通过这些结构，在传感器元件2和加热器5被配置于壳体61的气体传感器1中，能够利用发热部521对基准电极4a的内侧检测部41适当地加热，并且适当地抑制从内侧检测部41经由内侧导体部42和内侧连接部43向传感器元件2的基端侧l2的传热。

并且，在传感器元件2的沿着中心轴线o的轴向l上的温度分布中，能够将内侧检测部41的周边的温度，以尽可能均匀地接近适于固体电解质体3和各电极4a、4b的活化的较高温度的状态进行维持。并且，通过对基准电极4a的内侧导体部42的形状和周向c上的形成范围进行调整，能够使传感器元件2的轴向l的温度分布接近作为目标的温度分布。

图7示出了从传感器元件2的底部32的外侧面301的轴向l的前端朝向轴向l的基端侧l2的位置(mm)、与各位置的传感器元件2的温度(℃)的关系。该图中，示出了具有实现了局部电极化的基准电极4a的本实施方式的传感器元件2的轴向l的温度分布t1、以及在固体电解质体3的内侧面302的整体具有基准电极4a的比较方式的传感器元件的轴向l的温度分布t2。

在本实施方式的传感器元件2中，可知距离前端的位置为5～25mm的范围的温度高于比较方式的传感器元件2。并且，在本实施方式的传感器元件2中，固体电解质体3中的配置外侧检测部45和内侧检测部41的轴向l的范围、即距离前端的位置为5～20mm的范围中的温度被维持为，接近作为目标的温度即500℃的状态。由此可知，通过实现基准电极4a的局部电极化，容易获得传感器元件2的作为目标的温度分布。

在加热器5的设有发热部521的前端部的前端501与固体电解质体3的底部32的内侧面302接触的传感器元件2中，传感器元件2的前端侧l1的部分比基端侧l2的部分更多地被加热。并且，由于传感器元件2的基端侧l2的部分保持于壳体61，因此发生从基端侧l2的部分向壳体61的热转移。另外，在本实施方式的传感器元件2中，在内侧导体部42的形成部位，削减了基准电极4a的形成范围，从而难以产生从传感器元件2的前端侧l1向基端侧l2的热转移。即，由于基准电极4a的热传导率比固体电解质体3的热传导率高，因此通过削减基准电极4a的形成范围，使得难以产生从传感器元件2的前端侧l1向基端侧l2的热转移。

通过利用局部电极化削减检测电极4b也能够获得该难以产生热转移的效果。但是，相比于检测电极4b与加热器5的距离，基准电极4a与加热器5的距离较小，基准电极4a接近加热器5。因此，通过削减基准电极4a的内侧导体部42，使得难以产生从传感器元件2的前端侧l1向基端侧l2的热转移的效果显著，能够更加适当地维持传感器元件2的温度。

基准电极4a的内侧导体部42的结构仅在将气体传感器1用作氧传感器且空燃比处于富燃料侧的、理论空燃比附近的弱富区域的情况下在用作空燃比传感器时是有效的。

图8针对本实施方式的传感器元件2示出了空气过剩率λ与气体传感器1的输出电压(v)的关系，图9针对在固体电解质体3的内侧面302的整体具有基准电极4a的比较方式的传感器元件示出了空气过剩率λ与气体传感器1的输出电压(v)的关系。

在空气过剩率λ为1的附近，存在相对于理论空燃比而言的富区域和贫区域的边界。在空气过剩率λ为1以上的范围中的贫区域，气体传感器1的输出电压输出0.1v左右，而在空气过剩率λ为0.97～1的范围的弱富区域，气体传感器1的输出电压输出0.7～0.83v左右。弱富区域的输出电压具有随着从λ＝1的理想值(理论空燃比)向富侧移动而输出电压逐渐上升的关系。在本实施方式中，将相对于该空气过剩率λ的变化、输出电压上升的变化的倾斜度作为输出电压的变化率，换言之，将表示空气过剩率λ(或空燃比)与输出电压(或电动势)的关系的关系线的梯度作为输出电压的变化率。

如图8所示，可知本实施方式的传感器元件2的弱富区域的输出电压的变化率，大于图9所示那样的比较方式的传感器元件的弱富区域的输出电压的变化率。换言之，可知本实施方式的传感器元件2的弱富区域的关系线与比较方式的传感器元件的弱富区域的关系线相比更加陡峭。由此，在本实施方式的传感器元件2中，在对弱富区域的空燃比(空气过剩率λ)进行检测时，容易将空燃比的较小变化作为输出电压的变化来检测。因此，根据本实施方式的气体传感器1，能够提高弱富区域的空燃比的检测精度。这样的弱富区域的输出电压的变化率增大的特性，当采用前述的实现了局部电极化的基准电极4a的结构时比较显著。

关于传感器元件2的检测电极4b，根据排放气体的组成，吸附hc(碳化氢)、co(一氧化碳)等未燃气体的状态、以及吸附nox(氮氧化物)的状态切换。在与传感器元件2的检测电极4b接触的排放气体的空燃比处于燃料富侧时，富燃料气体中的hc(碳化氢)、co(一氧化碳)等未燃气体吸附于检测电极4b的pt(铂)。接着，在与检测电极4b接触的排放气体的空燃比从燃料富侧切换为燃料贫侧时，贫燃料气体中的no等吸附于检测电极4b的pt，并且已吸附于pt的hc、co等从检测电极4b的pt脱离。

此时，在传感器元件2检测出富燃料的状态下，也在hc、co等脱离了的部分上吸附no。由此，当在理论空燃比的附近检测出富燃料时，气体传感器1的输出电压会稍许降低。这样，从弱富区域到理论空燃比，形成输出电压缓慢地倾斜的状态。该输出电压缓慢地倾斜的状态还由于co对pt的吸附能高于hc对pt的吸附能、hc比co更快地脱离而引起。

在基准电极4a形成于固体电解质体3的内侧面302整体的情况下，基准电极4a的基端侧部分变得比前端侧部分温度低的程度较大。因此，成为低温的基端侧部分的富燃料气体中的hc、co等不易脱离，从弱富区域到理论空燃比的附近，气体传感器1的输出电压容易维持，弱富区域的输出电压的倾斜缓慢。

另一方面，实现了局部电极化的本实施方式的基准电极4a如图7所示，基准电极4a的内侧检测部41与基准电极4a的内侧导体部42的温度差变小。因此，特别是吸附于内侧导体部42的富燃料气体中的hc、co等的脱离变快，从弱富区域到理论空燃比的附近，一定程度上不易维持气体传感器1的输出电压，弱富区域的输出电压的倾斜变陡峭。

传感器元件2中的外侧检测部45和内侧检测部41的温度优选维持在400～600℃的范围内。该温度越低就越容易产生后述的hc的吸附能与co的吸附能之差，弱富区域的气体传感器1的输出电压的倾斜越容易变陡峭。但是，当外侧检测部45和内侧检测部41的温度不足400℃时，检测电极4b和基准电极4a的催化剂活性减弱，气体传感器1的输出电压有可能不稳定。另一方面，当外侧检测部45和内侧检测部41的温度超过600℃时，hc的吸附能与co的吸附能之差减小，弱富区域的气体传感器1的输出电压的倾斜不易陡峭。因此，外侧检测部45和内侧检测部41的温度更优选以接近500℃的方式维持在450～550℃的范围内。

本实施方式的基准电极4a的内侧导体部42的周向c上的形成范围，随着从内侧检测部41朝向内侧连接部43而阶段性地缩小。通过形成该阶段性的内侧导体部42，能够使轴向l上的基准电极4a的表面积的变化平缓，换言之，能够使与轴向l垂直的方向的基准电极4a的截面积的变化平缓。由此，基准电极4a的内侧导体部42与固体电解质体3之间的边界部的面积增加。并且，当通过加热器5的加热使传感器元件2升温至作为目标的温度时，该升温中途产生的固体电解质体3与基准电极4a的热膨胀差平缓。因此，能够缓和作用于内侧导体部42的热应力，使得在内侧导体部42不易发生剥离等。

假设，当基准电极4a的内侧检测部41与内侧导体部42的边界部处的表面积和截面积的变化变得急剧，则想到会有如下问题。即，当通过加热器5的加热使传感器元件2升温至作为目标的温度时，在该升温中途，由于固体电解质体3与基准电极4a的热膨胀差，作用于内侧检测部41与内侧导体部42的边界部的热应力增大，有可能在内侧导体部42发生剥离等。

因此，根据本实施方式的气体传感器1，对基准电极4a的内侧导体部42的形状和周向c上的形成范围进行调整，能够使传感器元件2的轴向l上的温度分布接近作为目标的温度分布。另外，在弱富区域，不仅能够作为氧传感器使用，而且能够作为对空燃比的变化定量地进行检测的空燃比传感器使用。并且，能够提高该弱富区域的空燃比的检测精度。

另外，在内侧导体部42的周向c上的形成范围随着从内侧检测部41朝向内侧连接部43而呈锥状缩小的情况下，也同样能够获得本实施方式的作用效果。

<确认试验1>

在本试验中，作为气体传感器1的性能试验，测定了使基准电极4a的电极削减率(s1-s2)/s1×100(％)变化时的弱富区域的气体传感器1的输出电压的变化率(倾斜度)的差异、以及传感器元件2的轴向l的各部的温度差异。具体而言，将使传感器元件2的电极削减率(s1-s2)/s1×100(％)以25％、30％、50％、70％、75％这五个阶段变化的气体传感器1的各样品作为试验品1～5，求出了关于试验品1～5的输出电压的变化率。并且，将基准电极4a的内侧检测部41的轴向l上的长度设为10mm，将基准电极4a的内侧连接部43的轴向l上的长度设为5mm。另外，本试验的电极削减率以百分率表示。

各样品中的检测电极4b的外侧检测部45、外侧导体部46以及外侧连接部47的各尺寸如下。如图3所示，将传感器元件2的全长l1设为40mm，将从传感器元件2的前端到外侧检测部45的前端的长度l2设为2mm，将外侧检测部45的长度l3设为5mm，将从传感器元件2的前端到外侧连接部47的前端的长度l4设为30mm，将外侧连接部47的长度l5设为35mm。均表示为轴向l的长度。

另外，在本试验中，关于各样品，利用加热器5进行加热以使传感器元件2的前端达到500℃，测定了传感器元件2的前端的温度。另外，在各样品的传感器元件2的前端的温度稳定后，对于各样品的气体传感器1，供给混合了一氧化碳、甲烷、丙烷以及氮的富燃料气体以使空燃比达到0.97，将在基准电极4a与检测电极4b之间检测出的电压作为输出电压(传感器输出)进行了测定。

另外，将空气过剩率λ为弱富区域的0.97～1.00的范围划分为空气过剩率λ为0.97～0.98、0.98～0.99以及0.99～1.00这三个范围，求出了该三个范围的输出电压的变化率。并且，将三个范围的输出电压的变化率中的最小值作为输出电压的变化率。

将第一范围的输出电压的变化率设为α1、将第二范围的输出电压的变化率设为α2、将第三范围的输出电压的变化率设为α3，根据以下计算式求出了三个范围的输出电压的变化率。

α1＝(v0.97-v0.98)/0.01

α2＝(v0.98-v0.99)/0.01

α3＝(v0.99-v1.00)/0.01

此外，将空气过剩率λ为1.00时的输出电压设为v1.00，将空气过剩率λ为0.99时的输出电压设为v0.99，将空气过剩率λ为0.98时的输出电压设为v0.98，将空气过剩率λ为0.97时的输出电压设为v0.97。

弱富区域的输出电压的变化率变大、倾斜度变陡峭的判定基准设为输出电压的变化是否为10以上。并且，将变化率为10以上的情况设为陡峭而以○表示，将变化率小于10的情况设为缓慢而以×表示。

另外，在本试验中，还测定了各样品的传感器元件2的内部电阻。该内部电阻作为基准电极4a和检测电极4b之间的电阻进行了测定。各样品中的检测电极4b的形状是相同的，随着各样品的基准电极4a的电极削减率(s1-s2)/s1×100(％)增大，内部电阻增加。

在高温气氛下，可以认为，在基准电极4a和检测电极4b发生热凝聚，传感器元件2的内部电阻增大。在此，将各样品的气体传感器1配置于发动机的排气管，使空气过剩率λ为0.95，使发动机以1000rpm运转了1000小时。并且，在该发动机的运转后，对各样品的气体传感器1的传感器元件2的内部电阻进行了测定。在内部电阻的判定中，将内部电阻为200kω以下的情况设为○，将内部电阻超过200kω的情况设为×。

表1表示进行变化率的判定和内部电阻的判定的结果。

[表1]

(表1)

关于电极削减率小于30％的试验品1，由于输出电压的变化率小于10，所以其判定为×。另外，关于电极削减率超过70％的试验品5，由于内部电阻超过200kω，所以其判定为×。另外，关于电极削减率在30～70％的范围内的试验品2～4，输出电压的变化率的判定和内部电阻的判定均为○。根据该结果可知，通过使基准电极4a的电极削减率在30～70％的范围内，能够使弱富区域的气体传感器1的输出电压的变化梯度陡峭，并且能够将传感器元件2的内部电阻抑制得较低。

关于实施方式的图6所示的、内侧导体部42随着从前端侧l1朝向基端侧l2而呈锥状变化的情况，表示出本试验的结果。但是，在实施方式的图2所示的内侧导体部42随着从前端侧l1朝向基端侧l2而阶段性变化的情况下也获得了同样的结果。

另外，在本试验中，测定了各样品的传感器元件2的轴向l的各部的温度。采用热电偶并使热电偶的测温触点与检测电极4b的形成部位接触而进行了该温度的测定。关于各部的温度，从传感器元件2的前端朝向基端侧l2，对离开了5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm的各位置进行了测定。

对传感器元件2的温度进行测定的结果示于表2。

[表2]

(表2)

可知，在从传感器元件2的前端朝向基端侧l2的5～20mm的范围内的位置，传感器元件2的温度保持在400℃以上。但是，在从传感器元件2的前端朝向基端侧l2的25～40mm的范围内的位置，基准电极4a的电极削减率(s1-s2)/s1×100(％)越小，则传感器2的温度降低越显著。由此可知，增大基准电极4a的电极削减率能够使传感器元件2的温度在轴向l的大范围内维持得较高。

<确认试验2>

在本试验中，确认了基准电极4a的平均膜厚(μm)的最佳范围。具体而言，确认了使基准电极4a的平均膜厚变化时的气体传感器1的响应性和传感器元件2的内部电阻。另外，将采用了使基准电极4a的平均膜厚以0.33μm、0.40μm、1.12μm、1.60μm、1.68μm这五个阶段变化的传感器元件2的气体传感器1的各样品作为试验品6～10，求出了试验品6～10的响应性和内部电阻。另外，将基准电极4a的内侧检测部41的轴向l的长度设为10mm，将基准电极4a的内侧连接部43的轴向l的长度设为5mm，将基准电极4a的电极削减率(s1-s2)/s1×100(％)设为40％。另外，对于各样品，利用加热器5进行加热以使传感器元件2的前端成为500℃，测定了传感器元件2的前端的温度。其它条件与确认试验1的情况相同。

关于基准电极4a的平均膜厚，采用荧光x射线膜厚计对基准电极4a的任意10处的膜厚进行测定而取其平均值。将各样品的采用传感器元件2的气体传感器1配置在发动机的排气管中，使发动机的空燃比从空气过剩率λ为0.95的富燃料状态向空气过剩率λ为1.05的贫燃料状态多次变化时，根据气体传感器1的输出电压从0.6v变成0.3v的电压降低时间，判定了气体传感器1的响应性。并且，在该判定中，将该电压降低时间为200ms以下的情况设为○，将该时间超过200ms的情况设为x。关于传感器元件2的内部电阻，与确认试验1的情况同样地进行了测定、判定。

进行气体传感器1的响应性的判定和传感器元件的内部电阻的判定的结果示于表3。

[表3]

(表3)

关于基准电极4a的平均膜厚为0.33mm的试验品6，由于传感器元件2的内部电阻超过200kω，所以其判定成为×。此外，关于基准电极4a的平均膜厚为1.68mm的试验品10，由于传感器元件1的响应性超过200ms，所以其判定成为×。并且，关于基准电极4a的平均膜厚在0.4～1.6μm的范围内的试验品7～9，响应性的判定和内部电阻的判定均为○。根据该结果可知，通过使基准电极4a的平均膜厚在0.4～1.6μm的范围内，能够较高地维持传感器元件1的响应性，并且能够将传感器元件2的内部电阻抑制得较低。

本发明不限定于各实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进一步构成不同的实施方式。本发明也包括各种变形例、等价范围内的变形。