(57)【要約】【課題】ガスセンサに組み込まれたセンサ素子を対象とするライトオフ測定に先立つ前処理に好適な処理手法を提供する。【解決手段】ガスセンサを、少なくとも１％〜１０％の酸素ガスと１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの一酸化窒素ガスとを含む混合ガスの雰囲気下に配置した状態で、センサ素子を６０秒以上駆動する。【選択図】図３
2020159724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスセンサに組み込まれた、少なくともガス導入口を含む部分が保護カバーに囲繞されてなるセンサ素子を対象とする、ライトオフ測定のためのプレ処理方法であって、
前記ガスセンサを、少なくとも１％〜１０％の酸素ガスと１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの一酸化窒素ガスとを含む混合ガスの雰囲気下に配置した状態で、前記センサ素子を６０秒以上駆動する、
ことを特徴とする、ガスセンサに組み込まれたセンサ素子のプレ処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプレ処理方法であって、
前記混合ガスがさらに、３％〜１５％の水蒸気を含む、
ことを特徴とする、ガスセンサに組み込まれたセンサ素子のプレ処理方法。
【請求項３】
ガスセンサに組み込まれたセンサ素子の検査方法であって、
前記ガスセンサを、少なくとも１％〜１０％の酸素ガスと１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの一酸化窒素ガスとを含む混合ガスの雰囲気下に配置した状態で、前記センサ素子を６０秒以上駆動するプレ処理工程と、
前記プレ処理工程を経た前記ガスセンサのライトオフ時間を測定するライトオフ測定工程と、
を備えることを特徴とする、ガスセンサに組み込まれたセンサ素子の検査方法。
【請求項４】
請求項３に記載の検査方法であって、
前記混合ガスがさらに、３％〜１５％の水蒸気を含む、
ことを特徴とする、ガスセンサに組み込まれたセンサ素子の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質からなるセンサ素子を用いたガスセンサの検査に関し、特に、ライトオフ測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を特定するガスセンサとして、酸素イオン伝導性の固体電解質層を積層した積層体を基体とするセンサ素子を備えたガスセンサが広く知られている。例えば、自動車の排ガスを被測定ガスとし、該排ガス中のＮＯｘの濃度を特定するガスセンサなどが、すでに公知である（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
センサ素子は、概略、固体電解質層の積層体の上面および内部に配置されたポンプ電極と、両者の間の固体電解質層とによって構成された電気化学的ポンプセルと、積層体の内部に配置されたヒータと、を備える。そして、係るセンサ素子を、外部から保護するための保護カバー、外部との電気的接続を可能とするためのコネクタ、保護カバー内部でセンサ素子の両端部の間を気密に封止するための封止部品などと一体に組み付けることにより、ガスセンサが構成される。
【０００４】
このような構成を有するガスセンサによって被測定ガスに含まれる対象ガス成分の濃度を求める際には、被測定ガスが、ヒータによって固体電解質層が活性化する温度に加熱されたセンサ素子の内部に導入される。そして、検出対象ガス成分が分解・還元あるいは酸化される際に生じる所定のガス種が係る電気化学的ポンプセルによって外部へと汲み出される際に当該ポンプセルに流れる電流の大きさに基づいて、検出対象ガス成分の濃度が特定される。例えば、検出対象ガス成分がＮＯｘである場合には、その分解によって生じる酸素の量に応じて流れる電流（ＮＯｘ電流）の大きさに基づいて、ＮＯｘ濃度が特定される。
【０００５】
また、こうしたガスセンサが工業的に量産される場合、出荷に先立って種々の検査が行われる。その１つに、ライトオフ時間の測定（ライトオフ測定）がある。ライトオフ時間とは、ヒータによる加熱が開始されてからセンサ素子が対象ガス成分を検出可能な状態となるまでに要する時間である。ライトオフ時間は、ヒータによる加熱が開始されてから固体電解質が活性化されるまでに要する時間や、センサ素子の内部に存在している酸素を測定精度に影響しない程度まで汲み出すのに要する時間などに応じた値となる。
【０００６】
ライトオフ時間の妥当性を好適に判定できる手法がすでに公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、ガスセンサに組み付ける前のセンサ素子に対して行う電気的特性の検査に先立って、当該センサ素子を所定のガス雰囲気で駆動させる前処理（プレ処理）を行う態様も、すでに公知である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７−１８１０６９号公報
【特許文献２】特許第５８１９６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、ライトオフ測定等の電気的特性の検査は、特許文献２に開示されているように、ガスセンサに組み付ける前のセンサ素子を対象に行われるのが一般的であった。しかしながら、近年、保護カバーの形状の複雑化による雰囲気ガスとの接触の仕方の違いや、保護カバー等による熱引き（熱吸収）の発生などの理由により、ガスセンサへの組付けを行う前後で、ライトオフ時間に相違が生じ得ることがわかってきた。それゆえ、組付け前のセンサ素子のみならず、組付け後の完成品としてのガスセンサを構成するセンサ素子についても、ライトオフ時間を測定（評価）する必要が生じている。
【００１０】
一方で、ライトオフ時間は、電極の水分量や付着物の状態によっても代わり得るものである。それゆえ、同じ条件で作製されており本来であればライトオフ時間は同じとなるはずのセンサ素子あるいはガスセンサ同士であっても、測定に至るまでの履歴（検査の実行の有無、保管状態など）が異なると、これに起因した電極の水分量や付着物の状態の相違が原因となって、値に顕著な相違が生じることがある。このような結果は、センサ素子の本来の品質を反映したものではない。
【００１１】
それゆえ、組付け後の完成品としてのガスセンサを構成するセンサ素子を対象に、ライトオフ測定を行う場合、検査に先立って電極の状態を揃えておく必要がある。
【００１２】
特許文献２には、組付け前のセンサ素子を対象とする素子特性検査に先立つ前処理を開示するものの、組付け後のセンサ素子を対象とするライトオフ測定に関しては、何らの開示も示唆もなされてはいない。また、センサ素子を取り巻く状況が異なるため、組付け後のライトオフ測定に先立って、組付け前のセンサ素子を対象とする前処理と同じ条件で前処理を行うことは、妥当ではない。
【００１３】
一方、特許文献１においては、ガスセンサに組み付ける前のセンサ素子を主たる判定の対象としつつも、組付け後のセンサ素子を判定の対象とすることも可能とされている。しかしながら、少なくとも後者を対象とするライトオフ時間の判定に際して、電極の状態を揃えるために前処理を行うことにつき、何ら開示されてはいない。
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ガスセンサに組み込まれたセンサ素子を対象とするライトオフ測定に先立つ前処理に好適な処理手法を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、ガスセンサに組み込まれた、少なくともガス導入口を含む部分が保護カバーに囲繞されてなるセンサ素子を対象とする、ライトオフ測定のためのプレ処理方法であって、前記ガスセンサを、少なくとも１％〜１０％の酸素ガスと１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの一酸化窒素ガスとを含む混合ガスの雰囲気下に配置した状態で、前記センサ素子を６０秒以上駆動する、ことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第２の態様は、第１の態様に係るプレ処理方法であって、前記混合ガスがさらに、３％〜１５％の水蒸気を含む、ことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第３の態様は、ガスセンサに組み込まれたセンサ素子の検査方法であって、前記ガスセンサを、少なくとも１％〜１０％の酸素ガスと１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの一酸化窒素ガスとを含む混合ガスの雰囲気下に配置した状態で、前記センサ素子を６０秒以上駆動するプレ処理工程と、前記プレ処理工程を経た前記ガスセンサのライトオフ時間を測定するライトオフ測定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第３の態様に係る検査方法であって、前記混合ガスがさらに、３％〜１５％の水蒸気を含む、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の第１ないし第４の態様によれば、組み込まれたセンサ素子の真の状態を反映した、精度のよいライトオフ測定の実行が可能である。特に、混合ガスの酸素濃度を１％〜１０％とすることで、プレ処理の際のセンサ素子の測定電極の酸化が抑制される。
【００２０】
特に、本発明の第２および第４の態様によれば、ライトオフ測定により得られるライトオフ時間の測定ばらつきが好適に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】センサ素子１０１の長手方向に沿った垂直断面図を含む、ガスセンサ１００の動作に関係する構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】ガスセンサ１００のうち、センサ素子１０１のガス流通部が備わる側の端部近傍の構成を例示する断面図である。
【図３】ガスセンサ１００の製造プロセスの概略的な流れを示す図である。
【図４】条件１〜条件２によるプレ処理を経たガスセンサ１００についての、代表的なライトオフ測定プロファイルを示すグラフである。
【図５】条件３〜条件４によるプレ処理を経たガスセンサ１００についての、代表的なライトオフ測定プロファイルを示すグラフである。
【図６】条件５〜条件６によるプレ処理を経たガスセンサ１００についての、代表的なライトオフ測定プロファイルを示すグラフである。
【図７】条件７〜条件９によるプレ処理を経たガスセンサ１００についての、代表的なライトオフ測定プロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜ガスセンサの概略構成＞
初めに、本実施の形態におけるライトオフ測定の対象であるセンサ素子１０１を含む、ガスセンサ１００の概略構成について説明する。本実施の形態においては、ガスセンサ１００が、センサ素子１０１によってＮＯｘを検知し、その濃度を測定する、限界電流型のＮＯｘセンサである場合を例として説明を行う。
【００２３】
図１は、センサ素子１０１の長手方向に沿った垂直断面図を含む、ガスセンサ１００の動作に関係する構成の一例を概略的に示す図である。
【００２４】
センサ素子１０１は、それぞれが酸素イオン伝導性固体電解質であるジルコニア（ＺｒＯ２）からなる（例えばイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などからなる）、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つの固体電解質層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する、平板状の（長尺板状の）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。なお、以降においては、図１におけるこれら６つの層のそれぞれの上側の面を単に上面、下側の面を単に下面と称することがある。また、センサ素子１０１のうち固体電解質からなる部分全体を基体部と総称する。
【００２５】
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。
【００２６】
センサ素子１０１の一先端部であって、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とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。なお、ガス導入口１０から第２内部空所４０に至る部位をガス流通部とも称する。
【００２９】
また、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。
【００３０】
大気導入層４８は、多孔質アルミナ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。
【００３１】
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内や第２内部空所４０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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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濃度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濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。
【００３７】
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。
【００３８】
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（センサ素子１０１の一方主面）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。
【００３９】
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）に形成されている。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が形成されてなる。これら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとは、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）に設けられた導通部にて接続されてなる（図示省略）。
【００４０】
天井電極部２２ａおよび底部電極部２２ｂは、平面視矩形状に設けられてなる。ただし、天井電極部２２ａのみ、あるいは、底部電極部２２ｂのみが設けられる態様であってもよい。
【００４１】
内側ポンプ電極２２は、ＰｔとＺｒＯ２との多孔質サーメット電極として形成される。すなわち、内側ポンプ電極２２は、Ａｕを含んでいない。このことは、第１内部空所２０におけるＮＯｘの分解を抑制するという観点からは一見不利なようであるが、本実施の形態に係るガスセンサ１００においては、詳細を後述するように、センサ素子１０１の各部が所定の要件を充足するように該センサ素子１０１を構成することで、第１内部空所２０におけるＮＯｘの分解が好適に抑制されてなる。なお、内側ポンプ電極２２におけるＰｔとＺｒＯ２との重量比率は、Ｐｔ：ＺｒＯ２＝８．５：１．５〜６．０：４．０程度であればよい。
【００４２】
一方、外側ポンプ電極２３は、例えばＰｔあるいはその合金とＺｒＯ２とのサーメット電極として、平面視矩形状に形成される。
【００４３】
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との間に可変電源２４によって所望のポンプ電圧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。なお、主ポンプセル２１において内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ０を、主ポンプ電圧Ｖｐ０とも称する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
さらに、起電力Ｖ０が一定となるように主ポンプ電圧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。これにより、第１内部空所内２０内の酸素濃度は所定の一定値に保たれるようになっている。
【００４７】
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。
【００４８】
第２内部空所４０は、第３拡散律速部３０を通じて導入された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、補助ポンプセル５０により酸素濃度が調整された第２内部空所４０において、さらに、測定ポンプセル４１が動作することによりなされる。
【００４９】
第２内部空所４０では、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が行われるようになっている。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。
【００５０】
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。
【００５１】
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と同様の形態にて、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が形成されてなり、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が形成されてなる。これら天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂは、平面視矩形状をなしているとともに、第２内部空所４０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に設けられた導通部にて接続されてなる（図示省略）。
【００５２】
補助ポンプ電極５１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。例えば、Ａｕ−Ｐｔ合金とＺｒＯ２とのサーメット電極として形成される。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、その起電力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。
【００５７】
測定ポンプセル４１は、第２内部空所４０内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定ポンプセル４１は、第２内部空所４０に面する第１固体電解質層４の上面であって第３拡散律速部３０から離間した位置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。
【００５８】
測定電極４４は、多孔質サーメット電極である。例えばＰｔあるいはその合金とＺｒＯ２とのサーメット電極として形成される。測定電極４４は、第２内部空所４０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。さらに、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。
【００５９】
第４拡散律速部４５は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする多孔体にて構成される膜である。第４拡散律速部４５は、測定電極４４に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担うとともに、測定電極４４の保護膜としても機能する。
【００６０】
測定ポンプセル４１においては、測定電極４４の周囲の雰囲気中におけるＮＯｘ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。
【００６１】
また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、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、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Ｖ２に基づいて可変電源４６が制御される。
【００６２】
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４５を通じて測定電極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ＮＯｘ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ＮＯｘの濃度に比例するものであるから、測定ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中のＮＯｘ濃度が算出されることとなる。以降、係るポンプ電流Ｉｐ２のことを、ＮＯｘ電流Ｉｐ２とも称する。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
なお、図１においては各ポンプセルやセンサセルの配線を簡略化して示しているが、実際のセンサ素子１０１においては、素子長手方向においてガス導入口１０が備わる側とは反対側の端部の表面もしくは裏面に図示しない接続端子がそれぞれの電極に対応させて設けられてなるとともに、それぞれの電極と対応する接続端子とを結ぶ図示しない配線パターンが素子表面または内部に形成されてなる。そして、ガスセンサ１００にセンサ素子１０１が組み込まれた状態においては、図示しないコネクタに備わる、所定のリード線と接続された接続端子が、センサ素子１０１の接続端子と接触することで、センサ素子１０１と外部との電気的接続が実現されるようになっている。
【００６６】
センサ素子１０１は、さらに、基体部を構成する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。
【００６７】
ヒータ部７０は、ヒータ電極７１と、ヒータエレメント７２と、ヒータリード７２ａと、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４とを主として備えている。ヒータ部７０は、ヒータ電極７１を除いて、センサ素子１０１の基体部に埋設されてなる。
【００６８】
ヒータ電極７１は、第１基板層１の下面（センサ素子１０１の他方主面）に接する態様にて形成されてなる電極である。
【００６９】
ヒータエレメント７２は、第２基板層２と第３基板層３との間に設けられた抵抗発熱体である。ヒータエレメント７２は、センサ素子１０１の外部から通電経路であるヒータ電極７１、スルーホール７３、およびヒータリード７２ａを通じて給電されることより発熱する。ヒータエレメント７２は、Ｐｔにて、あるいはＰｔを主成分として、形成されてなる。ヒータエレメント７２は、センサ素子１０１のガス流通部が備わる側の所定範囲に、素子厚み方向においてガス流通部と対向するように埋設されている。ヒータエレメント７２は、１０μｍ〜２０μｍ程度の厚みを有するように設けられる。
【００７０】
センサ素子１０１においては、ヒータ電極７１を通じてヒータエレメント７２に電流を流すことにより、ヒータエレメント７２を発熱させることで、センサ素子１０１の各部を所定の温度に加熱、保温することができるようになっている。具体的には、センサ素子１０１は、ガス流通部付近の固体電解質および電極の温度が７００℃〜９００℃程度になるように加熱される。係る加熱によって、センサ素子１０１において基体部を構成する固体電解質の酸素イオン伝導性が高められる。なお、ガスセンサ１００が使用される際の（センサ素子１０１が駆動される際の）ヒータエレメント７２による加熱温度を、センサ素子駆動温度と称する。
【００７１】
また、ガスセンサ１００は、各部の動作を制御するとともに、ＮＯｘ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯｘ濃度を特定するコントローラ１１０をさらに備える。
【００７２】
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さらには補助ポンプセル５０を作動させることによって被測定ガスに含まれる酸素を汲み出し、酸素分圧がＮＯｘの測定に実質的に影響がない程度（例えば０．０００１ｐｐｍ〜１ｐｐｍ）にまで十分に低められた被測定ガスが、測定電極４４に到達する。測定電極４４においては、到達した被測定ガス中のＮＯｘが還元されることによって、酸素が発生する。係る酸素は、測定ポンプセル４１より汲み出されるが、係る汲み出しの際に流れるＮＯｘ電流Ｉｐ２は、被測定ガス中のＮＯｘの濃度と一定の関数関係（以下、感度特性と称する）を有する。
【００７３】
係る感度特性は、ガスセンサ１００を実使用するに先立ってあらかじめ、ＮＯｘ濃度が既知の複数種類のモデルガスを用いて特定され、そのデータがコントローラ１１０に記憶される。そして、ガスセンサ１００の実使用時には、被測定ガスにおけるＮＯｘ濃度に応じて流れるＮＯｘ電流Ｉｐ２の値を表す信号がコントローラ１１０に時々刻々と与えられ、コントローラ１１０においては、その値と特定した感度特性とに基づいて、ＮＯｘ濃度が次々と演算され出力される。これにより、ガスセンサ１００によれば、被測定ガス中のＮＯｘ濃度をほぼリアルタイムで知ることができるようになっている。
【００７４】
なお、ＮＯｘ電流Ｉｐ２の値は被測定ガス中の酸素濃度に対しても依存性を有することがあり、そのような場合、必要に応じて、ＮＯｘ電流Ｉｐ２を被測定ガス中の酸素濃度を示す情報（例えばポンプ電流Ｉｐ０や起電力Ｖｒｅｆ）に基づいて補正したうえでＮＯｘ濃度を求めることで、より精度を高める態様であってもよい。
【００７５】
図２は、ガスセンサ１００（より詳細には、コントローラ１１０や各種電源などを除くその本体部）のうち、センサ素子１０１のガス流通部が備わる側の端部近傍の構成を例示する断面図である。
【００７６】
ガスセンサ１００（の本体部）は、センサ素子１０１に加え、外側保護カバー１０２と、内側保護カバー１０３と、固定ボルト１０４と、ハウジング１０５とを主として備える。
【００７７】
外側保護カバー１０２および内側保護カバー１０３は、センサ素子１０１のうち、使用時に被検ガスに直接に接触する部分、具体的には、ガス導入口１０や第１内部空所２０や第２内部空所４０などが備わる一先端部１０１ａを保護する、略円筒状の金属製の外装部材である。外側保護カバー１０２と内側保護カバー１０３とは、図２に示すように２層構造をなしており、かつ、両者は同軸に配置される。そして、センサ素子１０１の一先端部１０１ａは、内側保護カバー１０３によって囲繞される空間に配置される。
【００７８】
外側保護カバー１０２は、概略、開放端を有しかつ該開放端側からハウジング１０５に嵌め合わされる円筒状の嵌合部１０２ａと、嵌合部１０２ａに対し略同一の径にて連続する円筒状の部位である中間部１０２ｂと、中間部１０２ｂよりも断面径が小さい有底筒状の部位である先端部１０２ｃとを有している。嵌合部１０２ａ、中間部１０２ｂ、先端部１０２ｃは同軸となっている。また、中間部１０２ｂと先端部１０２ｃとは、外側保護カバー１０２全体の延在方向に直交する屈曲面を介して連続している。
【００７９】
中間部１０２ｂには、複数の第１貫通孔Ｈ１が設けられている。複数の第１貫通孔Ｈ１は、中間部１０２ｂの周方向において等間隔に設けられている。また、先端部１０２ｃには、複数の第２貫通孔Ｈ２が設けられている。複数の第２貫通孔Ｈ２は、先端部１０２ｃの周方向において等間隔に設けられている。
【００８０】
内側保護カバー１０３は、概略、開放端を有しかつ該開放端側からハウジング１０５に嵌め合わされる円筒状の嵌合部１０３ａと、嵌合部１０２ａよりも小さい径を有する連続する円筒状の部位である中間部１０３ｂと、中間部１０３ｂに連続する円錐台状の部位である先端部１０３ｃとを有している。中間部１０３ｂには断面視Ｕ字状に外側へと突出する突出部１０３ｄが周方向にわたって設けられている。嵌合部１０３ａ、中間部１０３ｂ、先端部１０３ｃは同軸となっている。
【００８１】
さらに、中間部１０３ｂには、複数の第３貫通孔Ｈ３が設けられている。複数の第３貫通孔Ｈ３は、中間部１０３ｂの周方向において等間隔に設けられている。加えて、先端部１０３ｃの底部の中央部分には、第４貫通孔Ｈ４が設けられている。
【００８２】
なお、図２に示す第１貫通孔Ｈ１、第２貫通孔Ｈ２、第３貫通孔Ｈ３、および第４貫通孔の配置位置および配置個数はあくまで例示であって、これに限られるものではない。
【００８３】
外側保護カバー１０２および内側保護カバー１０３が以上のような構成を有することから、ガスセンサ１００が使用される際、あるいは後述するライトオフ測定およびこれに先立つプレ処理の際、ガスセンサ１００の外部の雰囲気はまず、外部から第１貫通孔Ｈ１を通じて外側保護カバー１０２の中間部１０２ｂと内側保護カバー１０３の中間部１０３ｂとの間の領域ＲＥ１に流入する。そして、領域ＲＥ１に流入した雰囲気は、突出部１０３ｄによる整流作用を受けつつ、第３貫通孔Ｈ３を通じて、センサ素子１０１の一先端部１０１ａが配置された内側保護カバー１０３の内部の領域ＲＥ２に侵入する。領域ＲＥ２に入り込んだ雰囲気の一部はセンサ素子１０１の内部に取り込まれ、被検ガスの濃度の算出に利用される。センサ素子１０１の内部に取り込まれなかった雰囲気は、第４貫通孔Ｈ４を通じて、領域ＲＥ２から内側保護カバー１０３の先端部１０３ｃと外側保護カバー１０２の先端部１０２ｃとの間の領域ＲＥ３に流出する。外側保護カバー１０２の先端部１０２ｃにおいては、第２貫通孔Ｈ２を通じてガスセンサ１００の外側の雰囲気が出入り可能になっているので、領域ＲＥ２から領域ＲＥ３へと流出した雰囲気は、ガスセンサ１００の外側から第２貫通孔Ｈ２を通じて領域ＲＥ３へと取り込まれた雰囲気ともども、第２貫通孔Ｈ２を通じて外部へと流出する。
【００８４】
固定ボルト１０４は、ガスセンサ１００を測定位置に固定する際に用いられる環状の部材である。固定ボルト１０４は、ねじ切りがされたボルト部１０４ａと、ボルト部１０４ａを螺合する際に保持される保持部１０４ｂとを備えている。ボルト部１０４ａは、ガスセンサ１００の取り付け位置に設けられたナットと螺合する。例えば、自動車の排気管に設けられたナット部にボルト部１０４ａが螺合されることで、ガスセンサ１００は、外側保護カバー１０２の側が排気管内に露出する態様にて該排気管に固定される。
【００８５】
また、ガスセンサ１００の内部においては、図２に示すように、センサ素子１０１が、ガス導入口等が備わる一先端部１０１ａを残して、交互に隣接配置された複数のガイシと複数の封止材（タルク）のそれぞれの軸中心位置に嵌合されている。なお、図１においては、２つのガイシ１０６、１０８と両者の間に備わる１つの封止材１０７とを示しているが、実際には、ガイシ１０８に隣接してさらにもう一つの封止材ともう一つのガイシとがこの順に嵌め合わされている。また、２つのガイシ１０６、１０８とその間の封止材１０７が、略円筒状をなす金属製のハウジング１０５の内筒部に嵌合されてなる。そして、このハウジング１０５の一方端側は外側保護カバー１０２および内側保護カバー１０３に嵌合されてなり、他方端側は図示を省略する外筒に囲繞されてなる。外筒は、その先端部分が凹部１０４ｃに挿入されることによって固定されてなる。ハウジング１０５の外周には、金属製の固定ボルト１０４が固着されてなる。
【００８６】
以上のような構成を有することで、ガスセンサ１００では、所定位置に取り付けられた状態において、センサ素子１０１の一先端部１０１ａの周りの雰囲気（外側保護カバー１０２および内側保護カバー１０３内の雰囲気）と外部の雰囲気とが完全に遮断されるようになっており、これにより、被検ガス中における対象ガス成分の濃度を精度良く測定できるようになっている。
【００８７】
＜ガスセンサの製造プロセス＞
次に、図２に示したようなガスセンサ１００を製造する（工業的に量産する）プロセスについて、特に、センサ素子１０１の作製以降のプロセスについて、説明する。図３は、ガスセンサ１００の製造プロセスの概略的な流れを示す図である。
【００８８】
まず、センサ素子１０１が作製される（ステップＳ１）。センサ素子１０１の作製は、上述したように、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という６つの固体電解質層に対応するセラミックスグリーンシートに対し、最終的に内部空所その他の空間となる貫通孔の打ち抜き形成や各種電極や配線となる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、得られた積層体を焼成して一体化させることによって、行われる。
【００８９】
焼成によって酸化された電極の還元を目的として、リッチ雰囲気下でのエージング処理（ステップＳ２）が施される。リッチ雰囲気の形成には、例えば、ＣＯや、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、あるいはＣ３Ｈ８などを含むガスが用いられる。
【００９０】
エージング処理は、センサ素子１０１を製造する過程において行われる焼成によって酸化した電極を還元させることを目的として行われる。
【００９１】
そして、エージング処理を経た後のセンサ素子１０１を対象に、素子プレ処理（ステップＳ３）を行ったうえで、電気的特性の確認を主たる目的とする素子特性検査（ステップＳ４）が行われる。なお、これらの素子プレ処理や素子特性検査に並行して、あるいは先んじて、センサ素子１０１の外観検査が行われてもよい。
【００９２】
素子プレ処理は、図示しない所定の素子特性検査用チャンバにセンサ素子１０１をセットし、当該チャンバ内に混合比率が既知である混合ガス（第１プレ処理ガス）を流した状態で、センサ素子１０１を所定時間駆動する処理である。ここで、センサ素子１０１を駆動するとは、実際にＮＯｘ電流Ｉｐ２を測定すればプレ処理用ガスのＮＯ濃度に応じた電流値が得られる状態となるように、ヒータ部７０を含めたセンサ素子１０１の各部に対して、所定の電圧の印加および所定の電流量での通電を行い、各部を動作させることを意味する。素子プレ処理の際の素子駆動温度は例えば８５０℃とされる。
【００９３】
第１プレ処理ガスとしては、酸素（Ｏ２）ガスを１０％〜１８％程度含み、微量成分として数％程度の水蒸気（Ｈ２Ｏ）と数百ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ程度の一酸化窒素（ＮＯ）ガスとを含み、残余を窒素（Ｎ２）ガスとした混合ガスが、例示される。
【００９４】
素子プレ処理は、焼成の際の電極の酸化度合とその後のエージング処理の際の還元度合が、個々のセンサ素子１０１によって様々であり、同じ条件で焼成およびエージング処理を行ったとしても、必ずしも一定のものとはなっていないことや、エージング処理後の電極においてリッチ成分が吸着して残留することがあり、その程度も個々のセンサ素子１０１ごとおよび電極ごとにまちまちであることを踏まえ、素子特定検査に際してセンサ素子１０１の各電極の状態を安定させる目的で、行うものである。
【００９５】
素子プレ処理の時間（第１プレ処理ガス雰囲気下でセンサ素子１０１を駆動する時間）は１０分程度で十分である。その目的およびガスセンサ１００の生産性を鑑みると、処理時間を過度に長くする必要はない。
【００９６】
素子プレ処理が終了すると、引き続き、当該検査用チャンバ内にセンサ素子１０１を保持した状態で、素子特性検査が行われる。
【００９７】
素子特性検査においては、いくつかの検査がなされるが、その１つにライトオフ測定（ライトオフ検査）がある（ステップＳ４ａ）。
【００９８】
ライトオフ測定においては、ＮＯを既知の混合比率にて混合した第１検査用ガスをチャンバ内に流した状態で、センサ素子１０１への通電の開始とともにＮＯｘ電流の測定を開始し、ＮＯｘ濃度の測定開始後の（通電開始後の）時間変化を連続的にモニタする。係る場合の素子駆動温度も例えば８５０℃とされる。
【００９９】
本実施の形態においては、ＮＯｘ濃度値が、第１プレ処理ガスにおけるＮＯ濃度値の±１０％以内の値に到達するまでに要した時間を、ライトオフ時間として特定する。特定されたライトオフ時間が所定の閾値以内である場合、当該センサ素子１０１はライトオフ測定に合格したと判定される。なお、他の手法および基準にて、ライトオフ測定についてのセンサ素子１０１の良否が判定される態様であってもよい。また、第１検査用ガスは第１プレ処理ガスと同じ混合比を有していてもよい。
【０１００】
ライトオフ測定を含め、全ての素子特性検査に合格したセンサ素子１０１が、ガスセンサ１００の組立処理に供される（ステップＳ５）。
【０１０１】
係る組立処理においてはまず、組付けの対象となるセンサ素子１０１の周囲に、ガイシ１０６、１０８や封止材１０７などの環装部品が所定の順序で環装され、そしてそれらの環装部品の外周にハウジング１０５がさらに環装され、ハウジング１０５の外周には固定ボルト１０４が取り付けられる。その際、接続端子が備わるセンサ素子１０１の他方端側はハウジング１０５から突出した状態とされ、接続端子は図示しないコネクタと接続される。さらにハウジング１０５を覆うコネクタの外側に図示しない外筒が嵌め合わされることで、ガスセンサ１００の組立が完了する。
【０１０２】
本実施の形態においては、このようにして組み立てられたガスセンサ１００を対象に、改めてプレ処理（ステップＳ６）およびライトオフ測定（ステップＳ７）を行う。
【０１０３】
これは、ガスセンサ１００に組み付けられた状態におけるセンサ素子１０１のライトオフ時間が、センサ素子１０１そのものを直接に測定対象として場合のライトオフ時間と異なってしまう場合があることを踏まえたものである。
【０１０４】
ガスセンサ１００が実際に使用される際、センサ素子１０１は、外部から内側保護カバー１０３内に流入した被測定ガスを直接の測定（検出）対象とするところ、組付け前のセンサ素子１０１を対象としたステップＳ４ａにおけるライトオフ測定はあくまで、センサ素子１０１の略全体が直接に第１プレ処理ガスに露出した状態で行われる。係る露出状態と、ガスセンサ１００に組み込まれ、外側保護カバー１０２、内側保護カバー１０３、ハウジング１０５などの金属製の部材に囲繞された状態とでは、それらの部材による熱引き（熱吸収）の発生や、センサ素子１０１と接触するガスの流量（流速）の違いなどの要因により、同じセンサ素子１０１であってもライトオフ時間に差異が生じる可能性がある。
【０１０５】
この点を鑑み、本実施の形態においては、ガスセンサ１００に組み込まれたセンサ素子１０１を対象に、再度のライトオフ測定を行うようにするとともに、係るライトオフ測定に先立って、素子プレ処理と同様に、プレ処理を行う。
【０１０６】
プレ処理は、ガスセンサ１００を図示しない所定の検査用チャンバに取り付けたうえで、混合比率が既知である混合ガス（第２プレ処理ガス）を当該チャンバ内に流し、係る第２プレ処理ガスの雰囲気下でセンサ素子１０１を所定時間駆動することにより行う。プレ処理の際の素子駆動温度は例えば８５０℃とされる。
【０１０７】
第２プレ処理ガスにおけるガス種の混合比率は、第１プレ処理ガスとは違えられる。具体的には、１％〜１０％程度の酸素（Ｏ２）ガスと、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍ程度の一酸化窒素（ＮＯ）ガスとを少なくとも含み、残余を窒素（Ｎ２）ガスとした混合ガスが、例示される。
【０１０８】
すなわち、第２プレ処理ガスにおいては、酸素の混合比が第１プレ処理ガスよりも小さい。これは、センサ素子１０１の存在形態が素子プレ処理のときとは相違することを鑑みたものである。具体的には、外側保護カバー１０２および内側保護カバー１０３の内部を通過する必要がある分、素子プレ処理の場合に比してセンサ素子１０１に到達するガスの流量が小さくなることに起因して、センサ素子１０１の温度が高くなり、それゆえに測定電極４４周りの温度も高くなるため、第１プレ処理ガスと同程度に酸素を含んでいた場合、測定電極４４が酸化されやすい、ということを考慮したものである。
【０１０９】
また、第１プレ処理ガスとは異なり、第２プレ処理ガスにおいて水蒸気（Ｈ２Ｏ）の含有は必須ではない。ただし、第２プレ処理ガスは３％〜１５％程度の水蒸気（Ｈ２Ｏ）を含んでいてもよい。係る場合、ライトオフ測定により得られるライトオフ時間の測定ばらつきが抑制される。これは、主ポンプセル２１によって第１内部空所２０に到達した第２プレ処理ガスの酸素を汲み出す際や、補助ポンプセル５０によって第２内部空所４０に到達した第２プレ処理ガスの酸素を汲み出す際に、水蒸気が分解され、これによって生じた水素が酸素と結合することにより、測定電極４４にまで到達する第２プレ処理ガスにおける酸素濃度（酸素分圧）がより好適に低減され、測定電極４４の酸化がより生じにくくなることによるものと、推察される。
【０１１０】
プレ処理の時間（第２プレ処理ガス雰囲気下でセンサ素子１０１を駆動する時間）は６０秒以上であればよい。素子プレ処理の場合と同様、その目的およびガスセンサ１００の生産性を鑑みると、処理時間を過度に長くする必要はない。
【０１１１】
プレ処理が終了すると、引き続き、当該検査用チャンバ内にセンサ素子１０１を保持し、かつＮＯを既知の混合比率にて混合した第２検査用ガスをチャンバ内に流した状態で、ライトオフ測定を行う。ライトオフ測定の実施内容および判定基準は、ステップＳ４ａのときと同様である。プレ処理を行うことにより、ライトオフ測定に際し、組付け以降にセンサ素子１０１の各電極において生じた吸着物等の影響が排除されるので、組付け後のセンサ素子１０１の真の状態を反映した、精度のよいライトオフ測定の実行が可能である。なお、第２検査用ガスは第２プレ処理ガスと同じ混合比を有していてもよい。
【０１１２】
ライトオフ測定により特定されたライトオフ時間が所定の判定基準を満たしたガスセンサ１００は、製品として出荷の対象となる。
【０１１３】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、センサ素子のライトオフ時間の測定を、センサ素子をガスセンサに組み込んだ状態で行う場合において、係るライトオフ測定に先立って、センサ素子を所定の雰囲気で駆動するプレ処理を行うようにすることで、組み込まれたセンサ素子の真の状態を反映した、精度のよいライトオフ測定の実行が可能である。そして、係るプレ処理の際に用いる混合ガスの酸素濃度を１％〜１０％とすることで、センサ素子の測定電極の酸化を抑制しつつ、プレ処理を行うことができる。
【０１１４】
＜変形例＞
上述の実施の形態においては、２室構造のセンサ素子１０１を対象に説明を行っていたが、当該実施形態においてガスセンサに組み込まれたセンサ素子を対象に行っているプレ処理は、３室構造を有するセンサ素子に対しても、好適に適用が可能である。
【実施例】
【０１１５】
ガスセンサ１００に組み込まれたセンサ素子１０１を対象とするプレ処理を、第２プレ処理ガスにおけるガス種（ＮＯ、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、および残余としてのＮ２）の混合比率（濃度）と処理時間との組み合わせを違えつつ行った。
【０１１６】
具体的には、処理を行わない場合も含め、第２プレ処理ガスの混合比率と処理時間との組み合わせを９通り（条件１〜条件９）に違え、いずれの条件でのプレ処理においても、６つのガスセンサ１００（センサ素子１０１）を処理対象とした。ただし、条件２は、プレ処理を行わない場合に相当する。また、センサ素子１０１としては、同一のロットにて製造されてなり、かつ、素子特性検査の際のライトオフ特性に合格したものを用いている。素子駆動温度はいずれも８５０℃とした。
【０１１７】
プレ処理を行った場合における、混合ガスのＮＯ、Ｏ２、およびＨ２Ｏの濃度と、プレ処理時間とは以下のように違えた。
【０１１８】
ＮＯ濃度：１００ｐｐｍ、５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍの３水準；
Ｏ２濃度：１％、１０％、２０％の３水準；
Ｈ２Ｏ濃度：０％、３％、５％、１５％の４水準；
プレ処理時間：６０ｓｅｃ、１８０ｓｅｃ、４２０ｓｅｃの３水準。
【０１１９】
そして、それぞれのプレ処理の終了後、各ガスセンサ１００のセンサ素子１０１に対し共通の条件でライトオフ測定を行い、その結果に基づいて、プレ処理条件の妥当性を判定した。
【０１２０】
より詳細には、それぞれのセンサ素子１０１の初期状態を揃えるべく、全てのガスセンサ１００についていったん、ＮＯ濃度が５００ｐｐｍ、Ｏ２濃度が１０％、Ｈ２Ｏ濃度が５％で残余がＮ２である混合ガスの雰囲気下で４２０秒駆動させる、条件１のプレ処理と同等の処理を行った。そして、後段の処理（条件２以外のガスセンサについてはプレ処理とその後のライトオフ測定、条件２のガスセンサについてはライトオフ測定）を行うようにした。
【０１２１】
また、ライトオフ測定の際の第２検査用ガスとしては、ＮＯを１００ｐｐｍ含み、残余がＮ２である混合ガスを用いた。素子駆動温度は８５０℃とした。
【０１２２】
図４ないし図７は、それぞれ、条件１〜条件２、条件３〜条件４、条件５〜条件６、および条件７〜条件９によるプレ処理を経たガスセンサ１００についての、代表的なライトオフ測定プロファイル（センサ素子１０１への通電開始後のＮＯｘ濃度値の時間変化）を示すグラフである。上述のように、第２検査用ガスはＮＯを１００ｐｐｍ含んでいるので、ライトオフ時間は、センサ素子１０１への通電開始後、ＮＯｘ濃度値が９０ｐｐｍ〜１１０ｐｐｍ以内の範囲に収まる時間として求めた。
【０１２３】
条件１〜条件９のそれぞれについての、第２プレ処理ガスにおけるＮＯ、Ｏ２、Ｈ２Ｏの濃度およびプレ処理の時間と、ライトオフ測定プロファイルの形状と、同じ条件でプレ処理した６つのセンサ素子１０１についてのライトオフ時間のバラツキ値（最大値と最小値の差分値）と、係るバラツキ値に基づいて判定されるバラツキ度と、ライトオフ測定プロファイルの形状とバラツキ度とに基づいて判定されるプレ処理の妥当性の判定結果とを、表１に一覧にして示す。
【０１２４】
【表１】
2020159724.tif 000003
【０１２５】
ライトオフ測定プロファイルについては、表１に示すように、プレ処理を行わずにライトオフ測定を行った条件２のセンサ素子１０１についてのみ、ＮＯｘ濃度値が１００ｐｐｍを下回るアンダーシュートが確認された。プレ処理を行ったうえでライトオフ測定を行った他の条件のセンサ素子１０１については、アンダーシュートのないノーマルな（正常な）プロファイルが得られた。
【０１２６】
また、バラツキ度については、バラツキ値が４ｓｅｃ以下であれば「小」と判定し、バラツキ値が４ｓｅｃを超えて１０ｓｅｃ以下であれば「中」と判定し、バラツキ値が１０ｓｅｃを超えていれば「大」と判定した。なお、バラツキ値が小さいということは、ライトオフ測定における測定時間の再現性が高いということ、つまりはライトオフ測定の精度がよいということである。そして、このような精度のライトオフ特性を実施可能ということは、プレ処理が適切に行われているということを意味する。
【０１２７】
そして、本実施例においては、ライトオフ測定プロファイルにアンダーシュートが生じず、かつ、バラツキ値が１０ｓｅｃ以下となった（バラツキ度が「中」もしくは「小」である）場合、プレ処理の条件が妥当であったと判定した。
【０１２８】
表１からわかるように、Ｏ２濃度が２０％と高い条件４のセンサ素子１０１についてのみ、バラツキ値が１０ｓｅｃを超えバラツキ度が「大」と判定された。一方で、Ｏ２濃度が１％以上１０％以下でＮＯ濃度が１００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下である条件１、３、５〜９のセンサ素子１０１については、バラツキ度が「中」または「小」と判定された。
【０１２９】
特に、プレ処理時間のみが異なる条件１、５、６のセンサ素子１０１を対比すると、プレ処理時間が長いほど、バラツキ値が低下する傾向があることがわかる。また、Ｈ２Ｏ濃度のみが異なる条件７〜９のセンサ素子１０１を対比すると、Ｈ２Ｏ濃度が大きいほど、バラツキ値が低下する傾向があることがわかる。
【０１３０】
以上の結果は、１％〜１０％の酸素（Ｏ２）ガスと、１００ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの一酸化窒素（ＮＯ）ガスとを少なくとも含み、残余としてＮ２を含む混合ガスを用いたプレ処理を、６０ｓｅｃ以上行うことで、ライトオフ測定が精度よく行えることを意味している。加えて、当該混合ガスが３％〜１５％程度の水蒸気（Ｈ２Ｏ）を含むようにした場合、ライトオフ測定をさらに精度よく行えるということも意味している。
【符号の説明】
【０１３１】
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
２３  外側ポンプ電極
３０  第３拡散律速部
４０  第２内部空所
４１  測定ポンプセル
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
４８  大気導入層
５０  補助ポンプセル
５１  補助ポンプ電極
７０  ヒータ部
７２  ヒータエレメント
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  測定ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル
１００  ガスセンサ
１０１  センサ素子
１０１ａ  一先端部
１０２  外側保護カバー
１０３  内側保護カバー
１０４  固定ボルト
１０５  ハウジング
１０６、１０８  ガイシ
１０７  封止材
【図１】
2020159724.tif 000004
【図２】
2020159724.tif 000005
【図３】
2020159724.tif 000006
【図４】
2020159724.tif 000007
【図５】
2020159724.tif 000008
【図６】
2020159724.tif 000009
【図７】
2020159724.tif 000010