(57)【要約】      （修正有）【課題】センサ素子の製造ばらつきに起因する検出精度の早期劣化を抑制する。【解決手段】第３内部空所６１の酸素を素子本体の外側へ汲み出すように測定用ポンプセル４１がフィードバック制御される際の、基準電極４２と測定電極４４との間の電圧Ｖ２の目標値Ｖ２＊を決定する。目標値Ｖ２＊の決定方法は、（ａ）目標値Ｖ２＊の決定対象のセンサ素子１０１の被測定ガス流通部に酸素と特定ガスとの少なくとも一方を含む所定のモデルガスを導入させた状態で、測定用ポンプセル４１に酸素の汲み出しを行わせたときに測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２を取得するステップと、（ｂ）ステップ（ａ）で取得されたポンプ電流Ｉｐ２の値が大きいセンサ素子１０１ほど目標値Ｖ２＊の値が大きくなる傾向に、決定対象のセンサ素子１０１の目標値を決定するステップと、を含む。【選択図】図１
2020165815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子の制御用の目標値の決定方法であって、
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、前記被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に設けられた外側測定電極と、前記被測定ガス流通部のうちの測定室に配設された内側測定電極と、を有し、前記内側測定電極の周囲から該外側測定電極の周囲に酸素の汲み出しを行う測定用ポンプセルと、
前記素子本体の内部に配設され、前記特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスが導入される基準電極と、
を備え、
前記目標値は、前記測定室の酸素を前記素子本体の外側へ汲み出すように前記測定用ポンプセルがフィードバック制御される際の、前記基準電極と前記内側測定電極との間の電圧の目標値であり、
前記目標値の決定方法は、
（ａ）前記目標値の決定対象の前記センサ素子の前記被測定ガス流通部に酸素と前記特定ガスとの少なくとも一方を含む所定のモデルガスを導入させた状態で、前記測定用ポンプセルに酸素の汲み出しを行わせたときに該測定用ポンプセルに流れるポンプ電流を取得するステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）で取得された前記ポンプ電流の値が大きい前記センサ素子ほど前記目標値の値が大きくなる傾向に、前記決定対象の前記センサ素子の前記目標値を決定するステップと、
を含む、
センサ素子の制御用の目標値の決定方法。
【請求項２】
前記ステップ（ａ）では、前記ポンプ電流の限界電流値を取得し、
前記ステップ（ｂ）では、前記取得された限界電流値が大きい前記センサ素子ほど前記目標値の値が大きくなる傾向に、前記決定対象の前記センサ素子の前記目標値を決定する、
請求項１に記載のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法。
【請求項３】
前記ステップ（ａ）では、前記基準電極と前記内側測定電極との間の電圧が所定の仮目標値になるように前記測定用ポンプセルをフィードバック制御することで前記測定用ポンプセルに酸素の汲み出しを行わせたときの前記ポンプ電流を取得する、
請求項１又は２に記載のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｂ）では、前記ポンプ電流と前記目標値との予め用意した対応関係に基づいて、前記ステップ（ａ）で取得された前記ポンプ電流に対応する前記目標値を、前記決定対象の前記センサ素子の前記目標値に決定する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法を含む、前記目標値が対応付けられた前記センサ素子の製造方法であって、
前記センサ素子を製造する製造工程と、
前記製造されたセンサ素子に対して前記目標値の決定方法の各ステップを行って前記目標値を決定する目標値決定工程と、
前記製造されたセンサ素子と前記決定された目標値とを対応付けておく対応付け工程と、
を含む、センサ素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサ素子の製造方法の各工程と、
前記目標値が対応付けられた前記センサ素子に、前記基準電極と前記内側測定電極との間の電圧が前記対応づけられた目標値になるように前記測定用ポンプセルをフィードバック制御する測定用ポンプセル制御手段を備えた制御装置が接続された状態にする接続工程と、
を含む、ガスセンサの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法を含む、ガスセンサの製造方法であって、
前記センサ素子を製造する製造工程と、
前記センサ素子に、前記基準電極と前記内側測定電極との間の電圧が目標値になるように前記測定用ポンプセルをフィードバック制御する測定用ポンプセル制御手段と、記憶部と、を備えた制御装置を接続する接続工程と、
前記センサ素子に対して前記目標値の決定方法の各ステップを行って前記目標値を決定する目標値決定工程と、
前記決定された目標値を、前記測定用ポンプセルを制御するための前記目標値として前記記憶部に記憶させる目標値記憶工程と、
を含み、
前記目標値決定工程では、前記ステップ（ａ）において、前記制御装置を用いて前記センサ素子の前記測定用ポンプセルに酸素の汲み出しを行わせたときの前記ポンプ電流を取得する、
ガスセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子の制御用の目標値の決定方法，センサ素子の製造方法，及びガスセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガス濃度を検出するガスセンサが知られている。例えば、特許文献１には、複数の酸素イオン伝導性の固体電解質層の積層体と、固体電解質層に設けられた複数の電極とを備えたガスセンサが記載されている。このガスセンサでＮＯｘの濃度を検出する場合、まず、センサ素子の内部の被測定ガス流通部とセンサ素子の外部との間で酸素の汲み出し又は汲み入れが行われて、被測定ガス流通部内の酸素濃度が調整される。酸素濃度が調整された後の被測定ガス中のＮＯｘは、測定電極の周囲で還元される。そして、測定電極と基準電極との間に生じる電圧Ｖ２が所定の目標値Ｖ２＊となるように測定用ポンプセルをフィードバック制御して測定電極の周囲の酸素を汲み出す。このときに流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘの濃度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６６８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなガスセンサを長期間使用すると、使用に伴って同じＮＯｘ濃度でもポンプ電流Ｉｐ２が低下していき検出精度の低下が生じる。この使用に伴う検出精度の低下しやすさが、センサ素子によってばらつくことがあった。例えば、量産された同じ仕様の複数のセンサ素子のうち、一部のセンサ素子が他のセンサ素子よりも早期に検出精度が低下する場合があった。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、センサ素子の製造ばらつきに起因する検出精度の早期劣化を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法は、
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子の制御用の目標値の決定方法であって、
前記センサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、前記被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に設けられた外側測定電極と、前記被測定ガス流通部のうちの測定室に配設された内側測定電極と、を有し、前記内側測定電極の周囲から該外側測定電極の周囲に酸素の汲み出しを行う測定用ポンプセルと、
前記素子本体の内部に配設され、前記特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスが導入される基準電極と、
を備え、
前記目標値は、前記測定室の酸素を前記素子本体の外側へ汲み出すように前記測定用ポンプセルがフィードバック制御される際の、前記基準電極と前記内側測定電極との間の電圧の目標値であり、
前記目標値の決定方法は、
（ａ）前記目標値の決定対象の前記センサ素子の前記被測定ガス流通部に酸素と前記特定ガスとの少なくとも一方を含む所定のモデルガスを導入させた状態で、前記測定用ポンプセルに酸素の汲み出しを行わせたときに該測定用ポンプセルに流れるポンプ電流を取得するステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）で取得された前記ポンプ電流の値が大きい前記センサ素子ほど前記目標値の値が大きくなる傾向に、前記決定対象の前記センサ素子の前記目標値を決定するステップと、
を含む、
ものである。
【０００８】
この目標値の決定方法では、まず、目標値の決定対象のセンサ素子の被測定ガス流通部に酸素と特定ガスとの少なくとも一方を含む所定のモデルガスを導入させた状態で、測定用ポンプセルに酸素の汲み出しを行わせたときに測定用ポンプセルに流れるポンプ電流を取得する。次に、このときのポンプ電流の値が大きいセンサ素子ほど目標値の値が大きくなる傾向に、決定対象のセンサ素子の目標値を決定する。ここで、本発明者らは、例えば同じ工程で製造された複数のセンサ素子など、量産された互いに同じ仕様のセンサ素子であっても、上記のようにして取得したポンプ電流の値（すなわちポンプ電流の流れやすさ）にはばらつきがあることに着目した。このばらつきは、製造時に不可避的に生じるばらつきと考えられる。そして、本発明者らは、ポンプ電流が流れやすいセンサ素子ほど、使用に伴う特定ガス濃度の検出精度の低下（以下、「検出精度の劣化」と称する）が進みやすい傾向にあることを見いだした。そして、さらに検討した結果、上記のように取得したポンプ電流の値が大きい（すなわちポンプ電流が流れやすい）センサ素子ほど上述した目標値を高い値に決定して、その目標値でセンサ素子の制御を行うようにすることで、従来であればセンサ素子の製造ばらつきに起因して検出精度の劣化が進みやすいようなセンサ素子であっても、劣化の進行が遅くなることを見いだした。そのため、本発明の目標値の決定方法で決定された目標値を用いてセンサ素子を制御することで、センサ素子の製造ばらつきに起因する検出精度の早期劣化を抑制できる。
【０００９】
本発明のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法において、前記ステップ（ａ）では、前記ポンプ電流の限界電流値を取得し、前記ステップ（ｂ）では、前記取得された限界電流値が大きい前記センサ素子ほど前記目標値の値が大きくなる傾向に、前記決定対象の前記センサ素子の前記目標値を決定してもよい。ポンプ電流Ｉｐ２が限界電流になっている状態では、ポンプ電流Ｉｐ２はモデルガス中の酸素濃度及びＮＯｘ濃度以外の影響を受けにくいから、適切な目標値をより精度よく決定できる。
【００１０】
本発明のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法において、前記ステップ（ａ）では、前記基準電極と前記内側測定電極との間の電圧が所定の仮目標値になるように前記測定用ポンプセルをフィードバック制御することで前記測定用ポンプセルに酸素の汲み出しを行わせたときの前記ポンプ電流を取得してもよい。このように、フィードバック制御を行ったときのポンプ電流を取得することで、センサ素子の実際の使用時に近い状態でのポンプ電流を取得できるから、目標値をより適切に決定することができる。
【００１１】
本発明のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法において、前記ステップ（ｂ）では、前記ポンプ電流と前記目標値との予め用意した対応関係に基づいて、前記ステップ（ａ）で取得された前記ポンプ電流に対応する前記目標値を、前記決定対象の前記センサ素子の前記目標値に決定してもよい。こうすれば、例えば予め複数のセンサ素子について実験を行うことなどにより適切な対応関係を用意しておくことで、ステップ（ｂ）ではその対応関係を用いて容易に適切な目標値を決定することができる。
【００１２】
本発明のセンサ素子の製造方法は、
上述したいずれかの態様の本発明のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法を含む、前記目標値が対応付けられた前記センサ素子の製造方法であって、
前記センサ素子を製造する製造工程と、
前記製造されたセンサ素子に対して前記目標値の決定方法の各ステップを行って前記目標値を決定する目標値決定工程と、
前記製造されたセンサ素子と前記決定された目標値とを対応付けておく対応付け工程と、
を備えたものである。
【００１３】
このセンサ素子の製造方法では、上述した目標値の決定方法と同様に、センサ素子の製造ばらつきに起因する検出精度の早期劣化を抑制できるような目標値を決定できる。また、決定した目標値をセンサ素子と対応づけておくから、例えばその後にセンサ素子の制御装置を接続する場合に、そのセンサ素子に適した目標値を設定できる。
【００１４】
本発明の第１のガスセンサの製造方法は、
上述したいずれかの態様のセンサ素子の製造方法の各工程と、
前記目標値が対応付けられた前記センサ素子に、前記基準電極と前記内側測定電極との間の電圧が前記対応づけられた目標値になるように前記測定用ポンプセルをフィードバック制御する測定用ポンプセル制御手段を備えた制御装置が接続された状態にする接続工程と、
を含むものである。
【００１５】
この第１のガスセンサの製造方法では、制御装置とセンサ素子とを備えたガスセンサを製造できる。そして、製造されたガスセンサでは、制御装置の測定用ポンプセル制御手段が、基準電極と内側測定電極との間の電圧が上述した目標値の決定方法で決定された目標値になるように測定用ポンプセルを制御するから、センサ素子の製造ばらつきに起因する検出精度の早期劣化を抑制できる。
【００１６】
本発明の第２のガスセンサの製造方法は、
上述したいずれかの態様の本発明のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法を含む、ガスセンサの製造方法であって、
前記センサ素子を製造する製造工程と、
前記センサ素子に、前記基準電極と前記内側測定電極との間の電圧が目標値になるように前記測定用ポンプセルをフィードバック制御する測定用ポンプセル制御手段と、記憶部と、を備えた制御装置を接続する接続工程と、
前記センサ素子に対して前記目標値の決定方法の各ステップを行って前記目標値を決定する目標値決定工程と、
前記決定された目標値を、前記測定用ポンプセルを制御するための前記目標値として前記記憶部に記憶させる目標値記憶工程と、
を含み、
前記目標値決定工程では、前記ステップ（ａ）において、前記制御装置を用いて前記センサ素子の前記測定用ポンプセルに酸素の汲み出しを行わせたときの前記ポンプ電流を取得する、
ものである。
【００１７】
この第２のガスセンサの製造方法では、制御装置とセンサ素子とを備えたガスセンサを製造できる。そして、製造されたガスセンサでは、測定用ポンプセル制御手段が、基準電極と内側測定電極との間の電圧が上述した目標値の決定方法で決定された目標値になるように測定用ポンプセルを制御するから、センサ素子の製造ばらつきに起因する検出精度の早期劣化を抑制できる。また、センサ素子に制御装置を接続して、この制御装置を用いて目標値決定工程を行うから、センサ素子の実際の使用時に近い状態でのポンプ電流を取得できる。したがって、目標値をより適切に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面模式図。
【図２】制御装置９０と各セルとの電気的な接続関係を示すブロック図。
【図３】電圧Ｖｐ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係を示す説明図。
【図４】複数のセンサ素子１０１の電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係を示す説明図。
【図５】使用に伴う電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係の変化を示す説明図。
【図６】センサ素子２０１の断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。図２は、制御装置９０と各セルとの電気的な接続関係を示すブロック図である。このガスセンサ１００は、例えば内燃機関の排ガス管などの配管に取り付けられている。ガスセンサ１００は、内燃機関の排ガスを被測定ガスとして、被測定ガス中のＮＯｘやアンモニアなどの特定ガスの濃度を検出する。本実施形態では、ガスセンサ１００は特定ガス濃度としてＮＯｘ濃度を測定するものとした。ガスセンサ１００は、長尺な直方体形状をしたセンサ素子１０１と、センサ素子１０１が備える各セル２１，４１，５０，８０〜８３と、可変電源２４，４６，５２を有しガスセンサ１００全体を制御する制御装置９０と、を備えている。
【００２０】
センサ素子１０１は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの層が、図面視で下側からこの順に積層された積層体を有する素子である。また、これら６つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子１０１は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。
【００２１】
センサ素子１０１の先端部側（図１の左端部側）であって、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０と、第４拡散律速部６０と、第３内部空所６１とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
【００２２】
ガス導入口１０と、緩衝空間１２と、第１内部空所２０と、第２内部空所４０と、第３内部空所６１とは、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面で区画されたセンサ素子１０１内部の空間である。
【００２３】
第１拡散律速部１１と、第２拡散律速部１３と、第３拡散律速部３０とはいずれも、２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。また、第４拡散律速部６０は、第２固体電解質層６の下面との隙間として形成された１本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。なお、ガス導入口１０から第３内部空所６１に至る部位を被測定ガス流通部とも称する。
【００２４】
また、被測定ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第３基板層３の上面と、スペーサ層５の下面との間であって、側部を第１固体電解質層４の側面で区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられている。基準ガス導入空間４３には、ＮＯｘ濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。
【００２５】
大気導入層４８は、多孔質セラミックスからなる層であって、大気導入層４８には基準ガス導入空間４３を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。
【００２６】
基準電極４２は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間４３につながる大気導入層４８が設けられている。また、後述するように、基準電極４２を用いて第１内部空所２０内，第２内部空所４０内，及び第３内部空所６１内の酸素濃度（酸素分圧）を測定することが可能となっている。基準電極４２は、多孔質サーメット電極（例えば、ＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）として形成される。
【００２７】
被測定ガス流通部において、ガス導入口１０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口１０を通じて外部空間からセンサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第１拡散律速部１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間１２は、第１拡散律速部１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速部１３へと導くために設けられた空間である。第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第１内部空所２０に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子１０１外部から第１内部空所２０内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によってガス導入口１０からセンサ素子１０１内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所２０へ導入されるのではなく、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３を通じて被測定ガスの圧力変動が打ち消された後、第１内部空所２０へ導入されるようになっている。これによって、第１内部空所２０へ導入される被測定ガスの圧力変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第１内部空所２０は、第２拡散律速部１３を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。
【００２８】
主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部２２ａを有する内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６の上面の天井電極部２２ａと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極２３と、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層６とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。
【００２９】
内側ポンプ電極２２は、第１内部空所２０を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層６および第１固体電解質層４）、および、側壁を与えるスペーサ層５にまたがって形成されている。具体的には、第１内部空所２０の天井面を与える第２固体電解質層６の下面には天井電極部２２ａが形成され、また、底面を与える第１固体電解質層４の上面には底部電極部２２ｂが形成され、そして、それら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを接続するように、側部電極部（図示省略）が第１内部空所２０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。
【００３０】
内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とは、多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極２２は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【００３１】
主ポンプセル２１においては、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１内部空所２０に汲み入れることが可能となっている。
【００３２】
また、第１内部空所２０における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０が構成されている。
【００３３】
主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における起電力（電圧Ｖ０）を測定することで第１内部空所２０内の酸素濃度（酸素分圧）がわかるようになっている。さらに、電圧Ｖ０が目標値となるように可変電源２４のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これによって、第１内部空所２０内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。
【００３４】
第３拡散律速部３０は、第１内部空所２０で主ポンプセル２１の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第２内部空所４０に導く部位である。
【００３５】
第２内部空所４０は、あらかじめ第１内部空所２０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整を行うための空間として設けられている。これにより、第２内部空所４０内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ１００においては精度の高いＮＯｘ濃度測定が可能となる。
【００３６】
補助ポンプセル５０は、第２内部空所４０に面する第２固体電解質層６の下面の略全体に設けられた天井電極部５１ａを有する補助ポンプ電極５１と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、センサ素子１０１の外側の適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。
【００３７】
係る補助ポンプ電極５１は、先の第１内部空所２０内に設けられた内側ポンプ電極２２と同様なトンネル形態とされた構造において、第２内部空所４０内に配設されている。つまり、第２内部空所４０の天井面を与える第２固体電解質層６に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所４０の底面を与える第１固体電解質層４には、底部電極部５１ｂが形成され、そして、それらの天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４０の側壁を与えるスペーサ層５の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極５１についても、内側ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【００３８】
補助ポンプセル５０においては、補助ポンプ電極５１と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２内部空所４０内に汲み入れることが可能となっている。
【００３９】
また、第２内部空所４０内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極５１と、基準電極４２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１が構成されている。
【００４０】
なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される起電力（電圧Ｖ１）に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、補助ポンプセル５０がポンピングを行う。これにより第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
【００４１】
また、これとともに、そのポンプ電流Ｉｐ１が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０に入力され、その電圧Ｖ０が制御されることにより、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。ＮＯｘセンサとして使用する際は、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との働きによって、第２内部空所４０内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。
【００４２】
第４拡散律速部６０は、第２内部空所４０で補助ポンプセル５０の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第３内部空所６１に導く部位である。第４拡散律速部６０は、第３内部空所６１に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担う。
【００４３】
第３内部空所６１は、あらかじめ第２内部空所４０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第４拡散律速部６０を通じて導入された被測定ガスに対して、被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。ＮＯｘ濃度の測定は、主として、第３内部空所６１において、測定用ポンプセル４１の動作により行われる。
【００４４】
測定用ポンプセル４１は、第３内部空所６１内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、第３内部空所６１に面する第１固体電解質層４の上面に設けられた測定電極４４と、外側ポンプ電極２３と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって構成された電気化学的ポンプセルである。測定電極４４は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を、内側ポンプ電極２２よりも高めた材料にて構成された多孔質サーメット電極である。測定電極４４は、第３内部空所６１内の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。
【００４５】
測定用ポンプセル４１においては、測定電極４４の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出することができる。
【００４６】
また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、測定電極４４と、基準電極４２とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力（電圧Ｖ２）に基づいて可変電源４６が制御される。
【００４７】
第２内部空所４０内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第４拡散律速部６０を通じて第３内部空所６１内の測定電極４４に到達することとなる。測定電極４４の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて（２ＮＯ→Ｎ2＋Ｏ2）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された電圧Ｖ２が一定となるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２が制御される。測定電極４４の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。
【００４８】
また、測定電極４４と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２とを組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極４４の周りの雰囲気中のＮＯｘ成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のＮＯｘ成分の濃度を求めることも可能である。
【００４９】
また、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、外側ポンプ電極２３と、基準電極４２とから電気化学的なセンサセル８３が構成されており、このセンサセル８３によって得られる起電力（電圧Ｖｒｅｆ）によりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
【００５０】
このような構成を有するガスセンサ１００においては、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル４１に与えられる。したがって、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に略比例して、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル４１より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができるようになっている。
【００５１】
さらに、センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、ヒータコネクタ電極７１と、ヒータ７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、圧力放散孔７５とを備えている。
【００５２】
ヒータコネクタ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極７１を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。
【００５３】
ヒータ７２は、第２基板層２と第３基板層３とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ７２は、スルーホール７３を介してヒータコネクタ電極７１と接続されており、該ヒータコネクタ電極７１を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子１０１を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。
【００５４】
また、ヒータ７２は、第１内部空所２０から第３内部空所６１の全域に渡って埋設されており、センサ素子１０１全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。
【００５５】
ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２とヒータ７２との間の電気的絶縁性、および、第３基板層３とヒータ７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。
【００５６】
圧力放散孔７５は、第３基板層３及び大気導入層４８を貫通し、基準ガス導入空間４３に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。
【００５７】
制御装置９０は、上述した可変電源２４，４６，５２と、制御部９１と、を備えている。制御部９１は、ＣＰＵ９２及び記憶部９４などを備えたマイクロプロセッサである。記憶部９４は、例えばＨＤＤなどであり、各種データを記憶する装置である。制御部９１は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０にて検出される電圧Ｖ０、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される電圧Ｖ１、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出される電圧Ｖ２、センサセル８３にて検出される電圧Ｖｒｅｆ、主ポンプセル２１にて検出されるポンプ電流Ｉｐ０、補助ポンプセル５０にて検出されるポンプ電流Ｉｐ１及び測定用ポンプセル４１にて検出されるポンプ電流Ｉｐ２を入力する。また、制御部９１は可変電源２４，４６，５２へ制御信号を出力することで可変電源２４，４６，５２が出力する電圧Ｖｐ０，Ｖｐ１，Ｖｐ２を制御し、これにより、主ポンプセル２１，測定用ポンプセル４１及び補助ポンプセル５０を制御する。記憶部９４には、後述する目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２＊なども記憶されている。制御部９１のＣＰＵ９２は、これらの目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２＊を参照して、各セル２１，４１，５０の制御を行う。
【００５８】
制御部９１は、電圧Ｖ０が目標値（目標値Ｖ０＊と称する）となるように（つまり第１内部空所２０の酸素濃度が目標濃度となるように）可変電源２４のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御する。
【００５９】
また、制御部９１は、電圧Ｖ１が一定値（目標値Ｖ１＊と称する）となるように（つまり第２内部空所４０の酸素濃度がＮＯｘの測定に実質的に影響がない所定の低酸素濃度となるように）可変電源５２の電圧Ｖｐ１をフィードバック制御する。これとともに、制御部９１は、電圧Ｖｐ１によって流れるポンプ電流Ｉｐ１が一定値（目標値Ｉｐ１＊と称する）となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖ０の目標値Ｖ０＊を設定（フィードバック制御）する。これにより、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となる。また、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧が、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御される。目標値Ｖ０＊は、第１内部空所２０の酸素濃度が０％よりは高く且つ低酸素濃度となるような値に設定される。
【００６０】
さらに、制御部９１は、電圧Ｖ２が一定値（目標値Ｖ２＊と称する）となるように（つまり第３内部空所６１内の酸素濃度が所定の低濃度になるように）可変電源４６の電圧Ｖｐ２をフィードバック制御する。これにより、被測定ガス中のＮＯｘが第３内部空所６１で還元されることにより発生した酸素が実質的にゼロとなるように、第３内部空所６１内から酸素が汲み出される。そして、制御部９１は、特定ガス（ここではＮＯｘ）に由来して第３内部空所６１で発生する酸素に応じた検出値としてポンプ電流Ｉｐ２を取得し、このポンプ電流Ｉｐ２に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を算出する。このように、センサ素子１０１内に導入された被測定ガス中の特定ガスに由来する酸素の汲み出しを行い、汲み出す酸素量に基づいて（本実施形態ではポンプ電流Ｉｐ２に基づいて）特定ガス濃度を検出する方式を、限界電流方式と称する。
【００６１】
記憶部９４には、ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度との対応関係として、関係式（例えば一次関数の式）やマップなどが記憶されている。このような関係式又はマップは、予め実験により求めておくことができる。
【００６２】
こうして構成されたガスセンサ１００の使用例を以下に説明する。制御装置９０のＣＰＵ９２は、上述した各ポンプセル２１，４１，５０の制御や、上述した各センサセル８０〜８３からの各電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖｒｅｆの取得を行っている状態とする。この状態で、被測定ガスがガス導入口１０から導入されると、被測定ガスは、第１拡散律速部１１，緩衝空間１２及び第２拡散律速部１３を通過し、第１内部空所２０に到達する。次に、第１内部空所２０及び第２内部空所４０において被測定ガスの酸素濃度が主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０によって調整され、調整後の被測定ガスが第３内部空所６１に到達する。そして、ＣＰＵ９２は、取得したポンプ電流Ｉｐ２と記憶部９４に記憶された対応関係とに基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。
【００６３】
次に、こうしたガスセンサ１００の製造方法について以下に説明する。本実施形態のガスセンサ１００の製造方法は、
センサ素子１０１を製造する製造工程と、
製造されたセンサ素子１０１の目標値Ｖ２＊を決定する目標値決定工程と、
製造されたセンサ素子１０１と決定された目標値Ｖ２＊とを対応付けておく対応付け工程と、
目標値Ｖ２＊が対応付けられたセンサ素子１０１に、基準電極４２と測定電極４４との間の電圧Ｖ２が対応付けられた目標値Ｖ２＊になるように測定用ポンプセル４１をフィードバック制御する制御装置９０が接続された状態にする接続工程と、
を含む。
【００６４】
製造工程では、例えば以下のようにセンサ素子１０１を製造する。まず、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む６枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。このグリーンシートには、印刷時や積層時の位置決めに用いるシート穴や必要なスルーホール等を予め複数形成しておく。また、スペーサ層５となるグリーンシートには被測定ガス流通部となる空間を予め打ち抜き処理などによって設けておく。そして、第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６のそれぞれに対応して、各セラミックスグリーンシートに種々のパターンを形成するパターン印刷処理・乾燥処理を行う。形成するパターンは、具体的には、例えば上述した各電極や各電極に接続されるリード線、大気導入層４８，ヒータ部７０，などのパターンである。パターン印刷は、それぞれの形成対象に要求される特性に応じて用意したパターン形成用ペーストを、公知のスクリーン印刷技術を利用してグリーンシート上に塗布することにより行う。乾燥処理についても、公知の乾燥手段を用いて行う。パターン印刷・乾燥が終わると、各層に対応するグリーンシート同士を積層・接着するための接着用ペーストの印刷・乾燥処理を行う。そして、接着用ペーストを形成したグリーンシートをシート穴により位置決めしつつ所定の順序に積層して、所定の温度・圧力条件を加えることで圧着させ、一つの積層体とする圧着処理を行う。こうして得られた積層体は、複数個のセンサ素子１０１を包含したものである。その積層体を切断してセンサ素子１０１の大きさに切り分ける。そして、切り分けた積層体を所定の焼成温度で焼成し、センサ素子１０１を得る。
【００６５】
次に、製造された複数のセンサ素子１０１の各々に対して、目標値Ｖ２＊を決定する目標値決定工程を行う。目標値決定工程を行うためには、まず、準備として、目標値Ｖ２＊を決定するために用いる、ポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊との対応関係を得る対応関係取得ステップを行う。この対応関係は、目標値Ｖ２＊を決定したいセンサ素子１０１と同じ仕様の複数のセンサ素子１０１を用いて得ることができる。すなわち、対応関係取得ステップは、今回のセンサ素子１０１の製造工程より前に、予め行っておくこともできる。また、今回製造された、目標値Ｖ２＊を決定したい複数のセンサ素子１０１そのものを用いて、この対応関係を得てもよい。すなわち、今回のセンサ素子１０１の製造工程の後に、対応関係取得ステップを行ってもよい。
【００６６】
対応関係取得ステップでは、複数のセンサ素子１０１の各々について、電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係を調べ、その結果に基づいて、ポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊との対応関係を求める。
【００６７】
具体的には、まず、ヒータ７２によりセンサ素子１０１を使用温度（例えば８００℃）に加熱した状態で、センサ素子１０１の前端側を所定のモデルガスに晒し、センサ素子１０１の後端側を基準ガス（ここでは大気）に晒した状態とする。これにより、センサ素子１０１の使用時と同じように、モデルガスは被測定ガス流通部に導入されて測定電極４４まで到達し、基準ガスは基準電極４２まで到達する。所定のモデルガスとしては、酸素とＮＯｘとの少なくとも一方を含み、酸素濃度及びＮＯｘ濃度が既知の一定の値であるガスを用いる。モデルガスは、例えばベースガスとして窒素を用いてもよい。本実施形態では、酸素を含まず、ＮＯｘ濃度が５００ｐｐｍであり、ベースガスが窒素であるモデルガスを用いるものとした。この状態で、可変電源４６の電圧Ｖｐ２を所定の値にして、測定用ポンプセル４１に測定電極４４の周囲からの酸素の汲み出しを行わせる。このとき、測定用ポンプセル４１のフィードバック制御を行う必要はなく、例えば測定用ポンプセル４１のオープンループ制御を行えばよい。そして、ポンプ電流Ｉｐ２が安定したときのポンプ電流Ｉｐ２及び電圧Ｖ２の値を測定する。この電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との測定を、電圧Ｖｐ２の値を変更して複数回行う。あるいは、電圧Ｖｐ２を連続的に変化させて、電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２とを連続的に測定してもよい。これにより、電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係が得られる。同様に、複数のセンサ素子１０１の各々について、電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係を取得する。
【００６８】
図３は、電圧Ｖｐ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係、すなわち測定用ポンプセル４１の電圧電流特性を示す説明図である。図４は、取得された複数のセンサ素子１０１の電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係を示す説明図である。図３に示すように、電圧Ｖｐ２が低い領域では、電圧Ｖｐ２の増加に伴ってポンプ電流Ｉｐ２が増加していく。電圧Ｖｐ２がある程度高い領域では、被測定ガス流通部が有する拡散抵抗の影響で、電圧Ｖｐ２が変化してもポンプ電流Ｉｐ２の増加は緩やかになり、ポンプ電流Ｉｐ２がほぼ一定の値になる。すなわちポンプ電流Ｉｐ２が限界電流になる。この領域はプラトー領域と呼ばれる。例えば図３の実線で示す電圧電流特性では、領域Ｒがプラトー領域である。プラトー領域よりもさらに電圧Ｖｐ２が高い領域では、例えばガス中に水分があればそれが分解されて酸素が発生するため、再び電圧Ｖｐ２の増加に伴ってポンプ電流Ｉｐ２が増加するようになる。ここで、図１からもわかるように、電圧Ｖｒｅｆ，Ｖｐ２，Ｖ２の間には、Ｖｒｅｆ＝Ｖｐ２＋Ｖ２（ただしこの式ではＶｐ２とＶ２との正負は逆であり、絶対値で表すと｜Ｖ２｜＝｜Ｖｐ２｜＋｜Ｖｒｅｆ｜）の関係が成立する。そのため、電圧Ｖｒｅｆの変動を考えなければ、電圧Ｖｐ２が大きくなるほど電圧Ｖ２も大きくなる傾向にある。また、電圧Ｖｒｅｆが一定の値であれば、電圧Ｖｐ２に対応する電圧Ｖ２は１つの値に定まる。そのため、取得された電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係は図３と同様になる。具体的には、図４に示すように、電圧Ｖ２が低い領域では電圧Ｖ２の増加に伴ってポンプ電流Ｉｐ２も増加していくが、電圧Ｖ２が高くなるとポンプ電流Ｉｐ２が限界電流になるプラトー領域が表れ、さらに電圧Ｖ２が高くなると、再び電圧Ｖ２の増加に伴ってポンプ電流Ｉｐ２が増加するようになる。また、図４の曲線Ａ１〜Ａ４に示すように、量産された互いに同じ仕様の複数のセンサ素子１０１であっても、電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係は互いに全く同一にはならず、ポンプ電流Ｉｐ２の流れやすさにばらつきが生じる。図４では、曲線Ａ４が最もポンプ電流Ｉｐ２が流れやすい。例えば、センサ素子１０１の製造時には、第１〜第３拡散律速部１１，１３，３０すなわちスリットの大きさのわずかな製造誤差により、複数のセンサ素子１０１間で被測定ガス流通部の拡散抵抗に不可避的なばらつきが生じる。このばらつきに起因して、ポンプ電流Ｉｐ２の流れやすさにばらつきが生じ、例えば曲線Ａ１〜Ａ４のようなばらつきとして表れていると考えられる。すなわち、図３では図示を省略しているが、図３に示す測定用ポンプセル４１の電圧電流特性が複数のセンサ素子１０１間で不可避的にばらついており、そのばらつきが図４の曲線Ａ１〜Ａ４のように表れていると考えられる。
【００６９】
そして、本発明者らは、ポンプ電流Ｉｐ２が流れやすいセンサ素子１０１ほど、使用に伴う特定ガス濃度の検出精度の低下（以下、「検出精度の劣化」と称する）が進みやすい傾向にあることを見いだした。例えば、図４では曲線Ａ１の関係を有するセンサ素子１０１よりも曲線Ａ４の関係を有するセンサ素子１０１の方が、検出精度の劣化が進みやすい傾向にあることを見いだした。
【００７０】
図５は、使用に伴う電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係の変化を示す説明図である。例えば使用開始時に電圧Ｖｐ２とポンプ電流Ｉｐ２とが図３の実線に示す関係にあり、電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２とが図５の実線に示す関係にあったとする。この場合、図３に示す関係は、使用に伴って一点鎖線で示す関係に変化し、さらに使用すると２点鎖線で示すような関係に変化する。すなわち、使用に伴ってポンプ電流Ｉｐ２の立ち上がり部分がなだらかになっていき、プラトー領域がＲからＲ’，Ｒ’’のように狭くなっていく。これに対応して、図５に示す関係も同様に変化し、プラトー領域がＲからＲ’，Ｒ’’のように狭くなっていく。これにより、図５においてポンプ電流Ｉｐ２がほぼ一定の値になる電圧Ｖ２の下限値（プラトー領域となる電圧Ｖ２の下限値）が高くなっていく。例えば図５では、使用開始時は電圧Ｖ２≧値Ｃ１となる領域ではポンプ電流Ｉｐ２がほぼ一定の値であるのに対し、使用に伴ってポンプ電流Ｉｐ２がほぼ一定となる電圧Ｖ２の下限値が値Ｃ１から値Ｃ２，Ｃ３のように右側にずれていく。これは、例えば、使用に伴って測定電極４４中の貴金属（ここではＰｔ）が酸化して蒸発しやすくなり、結果的に貴金属が減少して測定電極４４の触媒活性が低下し測定電極４４の反応抵抗が高くなることが原因と考えられる。そして、このような使用に伴う電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係の変化により、センサ素子１０１のＮＯｘ濃度の検出精度が低下する。例えば、電圧Ｖｒｅｆがある値である場合に、電圧Ｖｐ２が図３に示す値Ｄ１であれば電圧Ｖ２が図５の目標値Ｖ２＊になるとする。この場合、図３，図５に示す関係が一点鎖線の関係まで変化しても、値Ｄ１，目標値Ｖ２＊はプラトー領域Ｒ’内にある（目標値Ｖ２＊が値Ｃ２以上である）ため、同じＮＯｘ濃度に対応するポンプ電流Ｉｐ２の値はほとんど変化しない。一方で、図３，図５に示す関係が二点鎖線の関係まで変化すると、値Ｄ１，目標値Ｖ２＊はプラトー領域Ｒ’’から外れる（目標値Ｖ２＊が値Ｃ３よりも小さくなる）。この状態では、二点鎖線に変化する前とＮＯｘ濃度が同じであっても、ポンプ電流Ｉｐ２が限界電流にならないことでポンプ電流Ｉｐ２が低下してしまい、ＮＯｘ濃度の検出精度が低下する。したがって、目標値Ｖ２＊がポンプ電流Ｉｐ２の立ち上がり部分に近いほど、言い換えると、目標値Ｖ２＊が図５の値Ｃ１に近いほど、検出精度が早期に劣化することになる。
【００７１】
そして、図４に示すように複数のセンサ素子１０１の製造ばらつきが存在する場合、目標値Ｖ２＊を複数のセンサ素子１０１のいずれにおいても同じ値に設定しておくと、ポンプ電流Ｉｐ２が流れやすいセンサ素子１０１ほど、検出精度の劣化が進みやすくなる。例えば、図４では、曲線Ａ１〜Ａ４の各々の、ポンプ電流Ｉｐ２がほぼ一定となる電圧Ｖ２（プラトー領域に対応する電圧Ｖ２）の下限値（図５の値Ｃ１に相当）を結んだ線として、直線Ｌ１を示している。仮に複数のセンサ素子１０１において目標値Ｖ２＊を全て同じ値Ｂ１に設定すると、点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の順でこれらの点が直線Ｌ１に近くなる。そのため、曲線Ａ４の関係を有するセンサ素子１０１が、検出精度が最も早期に劣化することになる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、図４に示す右上がりの直線Ｌ２を設定し、直線Ｌ２と曲線Ａ１〜Ａ４との交点の電圧Ｖ２の値Ｂ１〜Ｂ４を、曲線Ａ１〜Ａ４の関係を有するセンサ素子１０１の各々の目標値Ｖ２＊として決定することとした。例えば曲線Ａ１の関係を有するセンサ素子１０１であれば目標値Ｖ２＊を値Ｂ１に決定し、曲線Ａ４の関係を有するセンサ素子１０１であれば目標値Ｖ２＊を値Ｂ４に決定する。この直線Ｌ２は、直線Ｌ１を値ΔＶだけ右に平行移動させた直線である。この直線Ｌ２上で目標値Ｖ２＊を定めれば、曲線Ａ１〜Ａ４のいずれの関係のセンサ素子１０１であっても、目標値Ｖ２＊が直線Ｌ１に対して同じ値ΔＶだけ離れることになるから、検出精度の劣化の進み方が同程度となる。なお、目標値Ｖ２＊は、プラトー領域に対応する電圧Ｖ２の範囲内で定める必要がある。すなわち、電圧Ｖ２が目標値Ｖ２＊になったときの電圧Ｖｐ２によって流れるポンプ電流Ｉｐ２が限界電流になるように、目標値Ｖ２＊を定める必要がある。そのため、目標値Ｖ２＊は高すぎても不適切であり、例えば図５では値Ｃｍ以下の値、図４では値Ｂｍ以下の値としたり、さらにマージンを設けた小さい値として、目標値Ｖ２＊を定める必要がある。したがって、値Ｂｍも考慮して、図４の値ΔＶが大きくなりすぎないように、直線Ｌ２を定める。
【００７３】
また、実際に直線Ｌ２上で目標値Ｖ２＊を定めるためには、目標値Ｖ２＊の決定対象のセンサ素子１０１のポンプ電流Ｉｐ２の流れやすさがどの程度なのかを知る必要がある。例えば、決定対象のセンサ素子１０１が図４の曲線Ａ１〜Ａ４のいずれに当てはまる関係を有するのかを判定する必要がある。そこで、本実施形態では、測定用ポンプセル４１のフィードバック制御の目標値Ｖ２＊の仮の値Ｂｓ（＝仮目標値）を予め定めておくこととした。値Ｂｓは、目標値Ｖ２＊と同じく、プラトー領域に対応する電圧Ｖ２の範囲内で定めることが好ましい。値Ｂｓは、センサ素子１０１の製造ばらつきがあっても図４のポンプ電流Ｉｐ２の立ち上がり部分の領域を確実に避けることができるように、高めの値としておくことが好ましい。例えば、値Ｂｓは，目標値Ｖ２＊として使用する可能性のある値のうち最大値にマージンを加えた値としてもよい。本実施形態では、図４に示すように、ポンプ電流Ｉｐ２がほぼ一定となる電圧Ｖ２（プラトー領域に対応する電圧Ｖ２）の範囲内で且つ高めの値として、値Ｂｓを定めるものとした。また、図４に示すように、値Ｂｓは、直線Ｌ２と曲線Ａ１〜Ａ４の交点を含む範囲である値Ｂ１〜Ｂ４のうちの最大値である値Ｂ４にマージンを加えた値（値Ｂ４よりも大きい値）とした。この値Ｂｓに対応するポンプ電流Ｉｐ２の値と、そのポンプ電流Ｉｐ２に対応する目標値Ｖ２＊との対応関係を、予め求めておく。例えば、図４の例では、あるセンサ素子１０１が曲線Ａ１の関係を有する場合、値Ｂｓに対応するポンプ電流Ｉｐ２は値Ｉ１であり、定めるべき目標値Ｖ２＊は値Ｂ１である。そこで、この値Ｉ１と値Ｂ１とを対応づけておく。同様に、曲線Ａ２〜Ａ４についても、値Ｉ２〜Ｉ４と値Ｂ２〜Ｂ４とをそれぞれ対応づけておく。こうして得られた対応関係を、ポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊との対応関係として、関係式（例えば一次関数の式）やマップなどの形で求めておく。図４では曲線Ａ１〜Ａ４のみを例示したが、実際には多数のセンサ素子１０１で同様の曲線を測定し、それらの結果に基づいてポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊との対応関係を決定しておく。
【００７４】
以上のように、複数のセンサ素子１０１の各々について、電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係を調べ、その結果に基づいて、ポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊との対応関係を決定すると、対応関係取得ステップを終了する。
【００７５】
次に、目標値決定工程について説明する。本実施形態の目標値決定工程は、
（ａ）目標値Ｖ２＊の決定対象のセンサ素子１０１の被測定ガス流通部に酸素と特定ガスとの少なくとも一方を含む所定のモデルガスを導入させた状態で、測定用ポンプセル４１に酸素の汲み出しを行わせたときに測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２を取得するステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）で取得されたポンプ電流Ｉｐ２の値が大きいセンサ素子１０１ほど目標値Ｖ２＊の値が大きくなる傾向に、決定対象のセンサ素子１０１の目標値Ｖ２＊を決定するステップと、
を含む。
【００７６】
ステップ（ａ）では、目標値Ｖ２＊の決定対象のセンサ素子１０１について、まず、ヒータ７２によりセンサ素子１０１を使用温度に加熱した状態で、センサ素子１０１の前端側を所定のモデルガスに晒し、センサ素子１０１の後端側を基準ガス（ここでは大気）に晒した状態とする。本実施形態では、対応関係取得ステップで取得した対応関係を用いて目標値Ｖ２＊を決定するため、対応関係取得ステップで用いたモデルガスと、少なくとも酸素濃度及びＮＯｘ濃度が同じモデルガスを用いる。対応関係取得ステップで用いたモデルガスと同一の組成のモデルガスを用いることが好ましい。センサ素子１０１の温度や基準ガスの組成などのその他の条件についても、対応関係取得ステップにおける測定時と同じとすることが好ましい。この状態で、測定用ポンプセル４１に酸素の汲み出しを行わせたときに測定用ポンプセル４１に流れるポンプ電流Ｉｐ２を測定して、測定した値を取得する。本実施形態では、目標値Ｖ２＊を上述した値Ｂｓ（＝仮目標値）に設定して測定用ポンプセル４１をフィードバック制御した状態で、ポンプ電流Ｉｐ２を測定する。すなわち、電圧Ｖ２が値Ｂｓになるように測定用ポンプセル４１をフィードバック制御したときの、ポンプ電流Ｉｐ２を測定する。本実施形態では、上述したように、値Ｂｓはポンプ電流Ｉｐ２がほぼ一定となる電圧Ｖ２（プラトー領域に対応する電圧Ｖ２）の範囲内で定められているから、ステップ（ａ）では、ポンプ電流Ｉｐ２の限界電流値を取得することになる。ポンプ電流Ｉｐ２の測定は、ポンプ電流Ｉｐ２が十分安定してから行うことが好ましい。ステップ（ａ）では、測定用ポンプセル４１をフィードバック制御するために、制御装置９０と同様の装置をセンサ素子１０１に接続してもよい。
【００７７】
ステップ（ａ）でポンプ電流Ｉｐ２を取得すると、ステップ（ｂ）では、上述した対応関係取得ステップで得た対応関係に基づいて、ステップ（ａ）で取得されたポンプ電流Ｉｐ２に対応する値を調べ、その値を目標値Ｖ２＊の決定対象のセンサ素子１０１の目標値Ｖ２＊として決定する。例えば、図４に示すように、ステップ（ａ）で得られたポンプ電流Ｉｐ２が値Ｉ１であった場合には目標値Ｖ２＊を値Ｂ１に設定し、ステップ（ａ）で得られたポンプ電流Ｉｐ２が値Ｉ４であった場合には目標値Ｖ２＊を値Ｂ４に設定する。これにより、ステップ（ａ）で取得されたポンプ電流Ｉｐ２の値（ここではポンプ電流Ｉｐ２の限界電流値）が大きいセンサ素子１０１ほど、目標値Ｖ２＊の値が大きくなる傾向に、決定対象のセンサ素子１０１の目標値Ｖ２＊が決定される。すなわち、ポンプ電流Ｉｐ２が流れやすいセンサ素子１０１ほど目標値Ｖ２＊の値が大きくなる傾向に、決定対象のセンサ素子１０１の目標値Ｖ２＊が決定される。
【００７８】
目標値Ｖ２＊を決定すると、決定された値と、決定対象のセンサ素子１０１とを対応づけておく対応付け工程を行う。すなわち、センサ素子１０１の各々について、決定された目標値Ｖ２＊がわかるようにしておく。例えば、目標値Ｖ２＊の値が記載された紙などをセンサ素子１０１と共に運ぶようにするなど、直接的な対応付けを行ってもよい。あるいは、センサ素子１０１に付与された製造番号と目標値Ｖ２＊の値との対応関係を記憶媒体に記憶しておいたり、製造工程のトレーサビリティをオンライン上のデータとして例えばサーバーに管理しておいたりするなど、間接的な対応付けを行ってもよい。
【００７９】
その後、接続工程では、センサ素子１０１に、制御装置９０を接続する。また、対応付け工程でセンサ素子１０１に対応づけられた目標値Ｖ２＊の値を、制御装置９０の記憶部９４に記憶させる。これにより、制御装置９０は、基準電極４２と測定電極４４との間の電圧Ｖ２が目標値決定工程で決定された目標値Ｖ２＊になるように測定用ポンプセル４１をフィードバック制御できるようになる。接続工程において、制御装置９０の接続と記憶部９４への目標値Ｖ２＊の値の記憶とは、どちらを先に行ってもよい。これにより、ガスセンサ１００が製造される。このガスセンサ１００では、目標値Ｖ２＊の値が、上述した目標値決定工程で決定された値になっているから、検出精度の早期劣化が抑制される。
【００８０】
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の第１基板層１，第２基板層２，第３基板層３，第１固体電解質層４，スペーサ層５及び第２固体電解質層６が本発明の素子本体に相当し、外側ポンプ電極２３が外側測定電極に相当し、第３内部空所６１が測定室に相当し、測定電極４４が内側測定電極に相当し、測定用ポンプセル４１が測定用ポンプセルに相当し、基準電極４２が基準電極に相当する。また、制御装置９０が制御装置に相当し、ＣＰＵ９２及び可変電源４６が測定用ポンプセル制御手段に相当し、記憶部９４が記憶部に相当する。また、上述した実施形態では、センサ素子１０１及びガスセンサ１００の製造方法を説明することにより、本発明のセンサ素子の制御用の目標値の決定方法の一例も明らかにしている。
【００８１】
以上詳述した本実施形態のセンサ素子１０１の目標値Ｖ２＊の決定方法では、まず、ステップ（ａ）において、測定用ポンプセル４１に酸素の汲み出しを行わせたときのポンプ電流Ｉｐ２を取得する。そして、ステップ（ｂ）では、取得されたポンプ電流Ｉｐ２の値が大きいセンサ素子１０１ほど目標値Ｖ２＊の値が大きくなる傾向に、決定対象のセンサ素子１０１の目標値を決定する。これにより、センサ素子１０１の製造ばらつきに起因する検出精度の早期劣化を抑制できる。より具体的には、ポンプ電流Ｉｐ２が流れやすいセンサ素子１０１であっても、ＮＯｘ濃度の検出精度の劣化を遅らせることができる。また、複数のセンサ素子１０１間で同じ値に設定していた従来の目標値Ｖ２＊に基づく測定用ポンプセル４１のフィードバック制御ではポンプ電流Ｉｐ２が限界電流にならないようなセンサ素子１０１であっても、本実施形態の目標値Ｖ２＊の決定方法を行うことで、ポンプ電流Ｉｐ２が限界電流になるような適切な目標値Ｖ２＊を決定できる。例えば従来よりも被測定ガス流通部の拡散抵抗が小さい（ポンプ電流Ｉｐ２が流れやすい）センサ素子１０１であっても、適切な目標値Ｖ２＊を決定できる。したがって、センサ素子１０１の設計の自由度が高くなる。また、従来では許容されなかったセンサ素子１０１の製造ばらつきが許容できるようになるなど、量産品の製造ばらつきの許容幅を広くすることができる。
【００８２】
また、本実施形態のセンサ素子１０１の目標値Ｖ２＊の決定方法では、ステップ（ａ）でポンプ電流Ｉｐ２の限界電流値を取得し、ステップ（ｂ）ではその限界電流値が大きいセンサ素子１０１ほど目標値Ｖ２＊の値が大きくなる傾向に、決定対象のセンサ素子１０１の目標値を決定する。ポンプ電流Ｉｐ２が限界電流になっている状態では、ポンプ電流Ｉｐ２はモデルガス中の酸素濃度及びＮＯｘ濃度以外の影響（例えば、モデルガス中の水分の影響）を受けにくいから、適切な目標値Ｖ２＊をより精度よく決定できる。また、センサ素子１０１の実際の使用時にも、ポンプ電流Ｉｐ２が限界電流となるように測定用ポンプセル４１が制御される。そのため、ステップ（ａ）でも限界電流値を取得して、限界電流値に基づいて目標値Ｖ２＊を決定することで、目標値Ｖ２＊をより適切に決定できる。
【００８３】
さらに、本実施形態のセンサ素子１０１の目標値Ｖ２＊の決定方法では、ステップ（ａ）において、電圧Ｖ２が所定の仮目標値（ここでは値Ｂｓ）になるように測定用ポンプセル４１をフィードバック制御することで測定用ポンプセル４１に酸素の汲み出しを行わせたときのポンプ電流Ｉｐ２を取得する。このように、フィードバック制御を行ったときのポンプ電流Ｉｐ２を調べることで、センサ素子１０１の実際の使用時に近い状態でのポンプ電流Ｉｐ２の流れやすさを調べることができるから、目標値Ｖ２＊をより適切に決定することができる。さらに、ポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊との予め用意した対応関係に基づいて、目標値Ｖ２＊の値を決定するから、容易に適切な目標値を決定することができる。
【００８４】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施しうることは言うまでもない。
【００８５】
上述した実施形態では、図４の直線Ｌ２で示したように、ポンプ電流Ｉｐ２が流れやすいほど（ステップ（ａ）で取得されたポンプ電流Ｉｐ２の値が大きいほど）目標値Ｖ２＊の値が直線的に増加するように、ポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊との対応関係を定めたが、直線的な関係に限られない。例えば、曲線Ａ１と曲線Ａ４とでは、使用に伴う電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係の変化の仕方（図５参照）が異なる場合もあり得る。そのため、センサ素子１０１の製造ばらつきがあっても複数のセンサ素子１０１間の検出精度の劣化の進み方が同程度となるように、実験により適切なポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊との対応関係を定めればよい。
【００８６】
上述した実施形態では、直線Ｌ２は直線Ｌ１を平行移動させた直線としたが、直線Ｌ２の傾きを直線Ｌ１の傾きとは異ならせてもよい。
【００８７】
上述した実施形態では、ポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊の値との対応関係を予め定めておいたが、これに限られない。対応関係を予め定めない場合でも、複数のセンサ素子１０１について、ステップ（ａ）で取得されたポンプ電流Ｉｐ２の値が大きいほど（ポンプ電流Ｉｐ２が流れやすいほど）目標値Ｖ２＊の値が大きくなる傾向に、目標値Ｖ２＊の値を決定すればよい。こうしても、少なくとも複数のセンサ素子１０１について目標値Ｖ２＊を全て同じ値に決定する場合と比べれば、センサ素子１０１の製造ばらつきに起因する検出精度の早期劣化を抑制できる。
【００８８】
上述した実施形態では言及しなかったが、制御装置９０は、使用に伴う特定ガス濃度の検出精度の低下を補正するように、駆動時間補正を行ってもよい。すなわち、使用に伴って、同じＮＯｘ濃度の被測定ガスに対して流れるポンプ電流Ｉｐ２の値が低下していくため、これを補うように駆動時間補正を行ってもよい。例えば、ＣＰＵ９２は、駆動時間が長くなるほど、記憶部９４に記憶されたポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度との対応関係を変化させて、ポンプ電流Ｉｐ２に対応するＮＯｘ濃度の値を高めの値に補正するようにしてもよい。あるいは、ＣＰＵ９２は、駆動時間が長くなるほど、測定用ポンプセル４１から検出したポンプ電流Ｉｐ２の値を補正して（値を大きくして）、補正後のポンプ電流Ｉｐ２と記憶部９４に記憶された対応関係とに基づいてＮＯｘ濃度を導出してもよい。本実施形態のセンサ素子１０１は、センサ素子１０１の製造ばらつきがあっても複数のセンサ素子１０１間の検出精度の劣化の進み方が同程度となるように目標値Ｖ２＊が定められているから、複数のセンサ素子１０１について同じ手法で駆動時間補正を行うだけで、使用に伴う特定ガス濃度の検出精度の低下を効果的に抑制できる。すなわち、駆動時間補正については、センサ素子１０１の製造ばらつきを考慮する必要がなくなる。
【００８９】
上述した実施形態では説明を省略したが、ステップ（ａ）では、主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０も動作させるなど、ガスセンサ１００の使用時に制御装置９０が行う制御となるべく同じ制御を行ったときの、ポンプ電流Ｉｐ２を取得することが好ましい。特に、モデルガスがＮＯｘだけでなく酸素も含んでいる場合には、ガスセンサ１００の使用時と同様に主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０を動作させて、被測定ガスの酸素濃度を主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０によって調整することが好ましい。同様に、上述した対応関係取得ステップにおいても、ガスセンサ１００の使用時に制御装置９０が行う主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０の制御となるべく同じ制御を行った状態で電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係を取得して、その結果に基づいてポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊との対応関係を決定することが好ましい。
【００９０】
上述した実施形態では、目標値決定工程を行った後に接続工程を行ったが、これに限られない。例えば以下のようにしてガスセンサ１００を製造してもよい。まず、製造工程でセンサ素子１０１を製造した後に、接続工程を行ってセンサ素子１０１に制御装置９０を接続する。この状態では、記憶部９４には目標値Ｖ２＊が記憶されていなかったり、仮目標値（例えば値Ｂｓ）が記憶されていてもよい。次に、上述した目標値決定工程を行って目標値Ｖ２＊を決定する。このとき、ステップ（ａ）では、センサ素子１０１に接続された制御装置９０を用いて測定用ポンプセル４１に酸素の汲み出しを行わせる。この目標値決定工程では、例えば記憶部９４に一時的に目標値Ｖ２＊として値Ｂｓを記憶させてもよい。続いて、決定された目標値Ｖ２＊の値を、測定用ポンプセル４１を制御するための目標値Ｖ２＊として記憶部９４に記憶させる目標値記憶工程を行う。これにより、目標値Ｖ２＊が設定されたガスセンサ１００が製造される。このように、制御装置９０を接続してから目標値Ｖ２＊を決定してもよい。この場合は、上述した対応付け工程を省略できる。また、センサ素子１０１に制御装置９０を接続して、この制御装置９０を用いて目標値決定工程を行うから、センサ素子１０１の実際の使用時に近い状態でのポンプ電流Ｉｐ２を取得できる。したがって、目標値Ｖ２＊をより適切に決定することができる。
【００９１】
上述した実施形態では、対応関係取得ステップにおいて、仮目標値である値Ｂｓに対応するポンプ電流Ｉｐ２の値とそのポンプ電流Ｉｐ２に対応する目標値Ｖ２＊との対応関係を求めておいたが、これに限られない。例えば、図４の曲線Ａ１〜Ａ４のような複数の曲線と直線Ｌ２とをまとめて、ポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊との対応関係としてもよい。こうすれば、値Ｂｓに限らず他の値を仮目標値としてステップ（ａ）を行った場合でも、同じ対応関係を用いてステップ（ｂ）で目標値Ｖ２＊を決定できる。
【００９２】
上述した実施形態では、ステップ（ａ）で測定用ポンプセル４１をフィードバック制御したときのポンプ電流Ｉｐ２を取得したが、フィードバック制御を行わなくてもよい。例えば、電圧Ｖ２が仮目標値Ｂｓになるようにオープンループ制御を行ったり作業者が電圧Ｖｐ２を調整したりして、ポンプ電流Ｉｐ２を取得してもよい。また、予め定められたポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊の値との対応関係をステップ（ｂ）で用いない場合は、複数のセンサ素子１０１の各々について、ステップ（ａ）で所定の電圧Ｖｐ２に対応するポンプ電流Ｉｐ２を取得して、取得した値が大きいセンサ素子１０１ほど目標値Ｖ２＊の値が大きくなる傾向に、目標値Ｖ２＊を決定してもよい。上述したように、図３に示した電圧Ｖｐ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係も、図４と同様にセンサ素子１０１の製造ばらつきによって異なる関係になるから、電圧Ｖｐ２に対応するポンプ電流Ｉｐ２の値の大小に基づいてセンサ素子１０１におけるポンプ電流Ｉｐ２の流れやすさを把握することはできる。ただし、より適切な目標値Ｖ２＊を決定するためには、上述したように予めポンプ電流Ｉｐ２と目標値Ｖ２＊の値との対応関係を求めておくことが好ましい。
【００９３】
上述した実施形態では、対応関係取得ステップにおいて図４に示すような電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係を取得したが、図４の一部のデータの取得を省略してもよい。例えば、図４のうち電圧Ｖ２が低い領域（電圧Ｖ２とポンプ電流Ｉｐ２との関係が右上がりの直線になっている領域）や、電圧Ｖ２が高い領域（例えば、仮目標値である値Ｂよりも電圧Ｖ２が高い領域，又はプラトー領域よりも電圧Ｖ２が高い領域）のデータの取得を省略してもよい。
【００９４】
上述した実施形態では、センサ素子１０１は被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するものとしたが、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するものであれば、これに限られない。例えば、ＮＯｘに限らず他の酸化物濃度を特定ガス濃度としてもよい。特定ガスが酸化物の場合には、上述した実施形態と同様に特定ガスそのものを第３内部空所６１で還元したときに酸素が発生するから、測定用ポンプセル４１はこの酸素に応じた検出値（例えばポンプ電流Ｉｐ２）を取得して特定ガス濃度を検出できる。また、特定ガスがアンモニアなどの非酸化物であってもよい。特定ガスが非酸化物の場合には、特定ガスを酸化物に変換（例えばアンモニアであればＮＯに変換）することで、変換後のガスが第３内部空所６１で還元したときに酸素が発生するから、測定用ポンプセル４１はこの酸素に応じた検出値（例えばポンプ電流Ｉｐ２）を取得して特定ガス濃度を検出できる。例えば、第１内部空所２０の内側ポンプ電極２２が触媒として機能することにより、第１内部空所２０においてアンモニアをＮＯに変換できる。
【００９５】
上述した実施形態では、センサ素子１０１の素子本体は複数の固体電解質層（層１〜６）を有する積層体としたが、これに限られない。センサ素子１０１の素子本体は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を少なくとも１つ含んでいればよい。例えば、図１において第２固体電解質層６以外の層１〜５は固体電解質層以外の材質からなる層（例えばアルミナからなる層）としてもよい。この場合、センサ素子１０１が有する各電極は第２固体電解質層６に配設されるようにすればよい。例えば、図１の測定電極４４は第２固体電解質層６の下面に配設すればよい。また、基準ガス導入空間４３を第１固体電解質層４に設ける代わりにスペーサ層５に設け、大気導入層４８を第１固体電解質層４と第３基板層３との間に設ける代わりに第２固体電解質層６とスペーサ層５との間に設け、基準電極４２を第３内部空所６１よりも後方且つ第２固体電解質層６の下面に設ければよい。
【００９６】
上述した実施形態では、制御部９１は、ポンプ電流Ｉｐ１が目標値Ｉｐ１＊となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖ０の目標値Ｖ０＊を設定（フィードバック制御）し、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊となるようにポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御したが、他の制御を行ってもよい。例えば、制御部９１は、ポンプ電流Ｉｐ１が目標値Ｉｐ１＊となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいてポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御してもよい。すなわち、制御部９１は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０からの電圧Ｖ０の取得や目標値Ｖ０＊の設定を省略して、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて直接的にポンプ電圧Ｖｐ０を制御（ひいてはポンプ電流Ｉｐ０を制御）してもよい。
【００９７】
上述した実施形態において、外側ポンプ電極２３を含むセンサ素子１０１の前側（被測定ガスに晒される部分）の表面が、アルミナなどのセラミックスからなる多孔質保護層で被覆されていてもよい。この多孔質保護層の拡散抵抗も、製造時に不可避的なばらつきが生じて、ポンプ電流Ｉｐ２の流れやすさに影響する場合がある。上述した実施形態のセンサ素子１０１の目標値Ｖ２＊の決定方法では、多孔質保護層の製造ばらつきに起因する検出精度の早期劣化も抑制できる。
【００９８】
上述した実施形態では、ガスセンサ１００のセンサ素子１０１は第１内部空所２０，第２内部空所４０，第３内部空所６１を備えるものとしたが、これに限られない。例えば、図６のセンサ素子２０１のように、第３内部空所６１を備えないものとしてもよい。図６に示した変形例のセンサ素子２０１では、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。また、測定電極４４は、第２内部空所４０内の第１固体電解質層４の上面に配設されている。測定電極４４は、第４拡散律速部４５によって被覆されてなる。第４拡散律速部４５は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などのセラミックス多孔体にて構成される膜である。第４拡散律速部４５は、上述した実施形態の第４拡散律速部６０と同様に、測定電極４４に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担う。また、第４拡散律速部４５は、測定電極４４の保護膜としても機能する。補助ポンプ電極５１の天井電極部５１ａは、測定電極４４の直上まで形成されている。このような構成のセンサ素子２０１であっても、上述した実施形態と同様に例えばポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯｘ濃度を検出できる。この場合、測定電極４４の周囲が測定室として機能することになる。
【００９９】
上述した実施形態では、外側ポンプ電極２３は、主ポンプセル２１の外側主ポンプ電極，補助ポンプセル５０の外側補助ポンプ電極，及び測定用ポンプセル４１の外側測定電極を兼ねていたが、これに限られない。外側主ポンプ電極，外側補助ポンプ電極，及び外側測定電極のうちのいずれか１以上を、外側ポンプ電極２３とは別に素子本体の外側に被測定ガスと接触するように設けてもよい。
【０１００】
上述した実施形態では、内側ポンプ電極２２は、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極としたが、これに限られない。内側ポンプ電極２２は、触媒活性を有する貴金属（例えばＰｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｄの少なくともいずれか）と、触媒活性を有する貴金属の特定ガスに対する触媒活性を抑制させる触媒活性抑制能を有する貴金属（例えばＡｕ）と、を含んでいればよい。補助ポンプ電極５１についても、内側ポンプ電極２２と同様に、触媒活性を有する貴金属と、触媒活性抑制能を有する貴金属と、を含んでいればよい。外側ポンプ電極２３，基準電極４２，測定電極４４は、それぞれ、上述した触媒活性を有する貴金属を含んでいればよい。各電極２２，２３，４２，４４，５１は、それぞれ、貴金属と酸素イオン導電性を有する酸化物（例えばＺｒＯ2）とを含むサーメットであることが好ましいが、これらの電極の１以上がサーメットでなくてもよい。各電極２２，２３，４２，４４，５１は、それぞれ、多孔質体であることが好ましいが、これらの電極の１以上が多孔質体でなくてもよい。
【０１０１】
上述した実施形態では、値Ｂｓ（＝仮目標値）をポンプ電流Ｉｐ２がほぼ一定となる電圧Ｖ２（プラトー領域に対応する電圧Ｖ２）の範囲内で定めておき、ステップ（ａ）ではポンプ電流Ｉｐ２の限界電流値を取得したが、これに限られない。値Ｂｓがプラトー領域から外れた電圧Ｖ２に相当する値であっても、すなわちステップ（ａ）で取得するポンプ電流Ｉｐ２が限界電流値でなくとも、図４の曲線Ａ１〜Ａ４からわかるようにポンプ電流Ｉｐ２の流れやすさの違いは把握できる。そのため、値Ｂｓがプラトー領域から外れていても、上述した実施形態と同様に目標値Ｖ２＊を決定することはできる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガス濃度を検出するガスセンサに利用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  第１基板層、２  第２基板層、３  第３基板層、４  第１固体電解質層、５  スペーサ層、６  第２固体電解質層、１０  ガス導入口、１１  第１拡散律速部、１２  緩衝空間、１３  第２拡散律速部、２０  第１内部空所、２１  主ポンプセル、２２  内側ポンプ電極、２２ａ  天井電極部、２２ｂ  底部電極部、２３  外側ポンプ電極、２４  可変電源、３０  第３拡散律速部、４０  第２内部空所、４１  測定用ポンプセル、４２  基準電極、４３  基準ガス導入空間、４４  測定電極、４５  第４拡散律速部、４６  可変電源、４８  大気導入層、５０  補助ポンプセル、５１  補助ポンプ電極、５１ａ  天井電極部、５１ｂ  底部電極部、５２  可変電源、６０  第４拡散律速部、６１  第３内部空所、７０  ヒータ部、７１  ヒータコネクタ電極、７２  ヒータ、７３  スルーホール、７４  ヒータ絶縁層、７５  圧力放散孔、８０  主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８１  補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８２  測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８３  センサセル、９０  制御装置、９１  制御部、９２  ＣＰＵ、９４  記憶部、１００  ガスセンサ、１０１，２０１  センサ素子。
【図１】
2020165815.tif 000003
【図２】
2020165815.tif 000004
【図３】
2020165815.tif 000005
【図４】
2020165815.tif 000006
【図５】
2020165815.tif 000007
【図６】
2020165815.tif 000008