(57)【要約】【課題】ガスセンサ素子を介してガスセンサの内部に水分が到達することを抑制できる技術を提供することを目的とする。【解決手段】ガスセンサ素子は、測定室内に導入されたガスに晒される露出電極部、又は外部空間に存在するガスに晒される露出電極部を少なくとも有する複数の電極部と、複数の電極部とガスセンサ素子の後端側の外表面に配置される複数の電極パッドとを電気的に接続する複数の配線ユニットと、を備え、複数の配線ユニットは、露出電極部に接続すると共に、露出電極部よりも緻密である緻密部を少なくとも一部に有する緻密配線ユニットを備え、緻密部は、ＳｉＯ２を主成分としたガラスが空隙を閉塞してなる。【選択図】図５
2014055859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延びる板状の積層型ガスセンサ素子であって、
前記長手方向先端側に配置され、外部空間からガス導入部を介してガスが導入された少なくとも１つの測定室と、
該測定室に面するように設けられた固体電解質層と、
前記固体電解質層の表面上に対をなして配置された複数の電極部であって、前記測定室内に導入されたガスに直接又は他部材を介して晒される露出電極部を少なくとも有する複数の電極部と、
前記複数の電極部と前記積層型ガスセンサ素子の前記長手方向後端側の外表面に配置される複数の電極パッドとを電気的に接続する複数の配線ユニットと、
を備える積層型ガスセンサ素子において、
前記複数の配線ユニットは、前記露出電極部に接続すると共に、前記露出電極部よりも緻密である緻密部を少なくとも一部に有する緻密配線ユニットを有し、
前記緻密部は、ＳｉＯ２を主成分としたガラスが空隙を閉塞してなることを特徴とする、積層型ガスセンサ素子。
【請求項２】
長手方向に延びる板状の積層型ガスセンサ素子であって、
固体電解質層と、
前記固体電解質層の前記長手方向先端側の表面上に対をなして配置された複数の電極部であって、外部空間に存在するガスに直接又は他部材を介して晒される露出電極部を少なくとも有する複数の電極部と、
前記複数の電極部と前記積層型ガスセンサ素子の前記長手方向後端側の外表面に配置される複数の電極パッドとを電気的に接続する複数の配線ユニットと、
を備える積層型ガスセンサ素子において、
前記複数の配線ユニットは、前記露出電極部に接続すると共に、前記露出電極部よりも緻密である緻密部を少なくとも一部に有する緻密配線ユニットを有し、
前記緻密部は、ＳｉＯ２を主成分としたガラスが空隙を閉塞してなることを特徴とする、積層型ガスセンサ素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の積層型ガスセンサ素子において、
前記積層型ガスセンサ素子の前記長手方向先端側をＨｅガスに晒した時に、前記前記積層型ガスセンサ素子の前記長手方向後端側から外部に漏れ出す前記Ｈｅガスのリーク量は、１×１０−８ｃｃ／ｓｅｃ以下である、ことを特徴とする積層型ガスセンサ素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の積層型ガスセンサ素子において、
前記配線ユニットは、前記電極部に接続するリード部と、該リード部と前記電極パッドとを接続し、前記積層型ガスセンサ素子の積層方向に貫通するスルーホール導体部と、を備えており、
前記緻密部は、前記スルーホール導体部の空隙を前記ガラスが閉塞してなる、ことを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の積層型ガスセンサ素子において、
前記配線ユニットは、前記電極部に接続するリード部と、該リード部と前記電極パッドとを接続し、前記積層型ガスセンサ素子の積層方向に貫通するスルーホール導体部と、を備えており、
前記緻密部は、前記リード部の空隙を前記ガラスが閉塞してなる、ことを特徴とする積層型ガスセンサ素子。
【請求項６】
請求項５に記載の積層型ガスセンサ素子において、
前記緻密部は、前記リード部の中央よりも前記長手方向後端側に設けられてなる、ことを特徴とする積層型ガスセンサ素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の積層型ガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子の長手方向前記先端側が自身の先端から突出するようにして前記ガスセンサ素子を保持する筒状の主体金具と、
前記主体金具に取り付けられ、前記外気導入部を含む前記ガスセンサ素子の先端側の周囲を取り囲むプロテクタと、を備えることを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ素子、及びガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に取り付けられ、窒素酸化物（ＮＯｘ）や酸素といった特定のガス成分の検出や、特定のガス成分の濃度測定を行うガスセンサが知られている（例えば、特許文献１，２）。この種のガスセンサは、検出信号を出力するガスセンサ素子を備える。ガスセンサ素子は、複数の板状の固体電解質層と、この固体電解質体に対をなして配置された複数の電極部が設けられ、特定のガス成分の濃度に応じて流れる電流や特定のガス成分の濃度に応じて生じる起電力を測定している。
【０００３】
また、ガスセンサ素子には、電極部と電気的に接続し、ガスセンサ素子の外表面に設けられる電極パッドが設けられており、電極パッドを介して外部回路にガスセンサ素子の検出信号を出力している。さらに、ガスセンサ素子には、電極部と電極パッドとを電気的に接続する配線ユニットとを備える。この配線ユニットとしては、例えば、固体電解質層上に配置され、電極部からガスセンサ素子の長手方向に延びるリード部と、リード部と電極パッドとを接続するように、ガスセンサ素子の積層方向に沿って貫通するスルーホール導体部とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−５３１５８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、外部空間の温度や湿度の変化により、ガスセンサ素子の先端側の外表面に結露が生ずると、ガスセンサ素子を介してガスセンサの内部にまで水分が到達し、内部部品（例えば、電極パッドと外部回路接続用のリード線とを接続する複数の接続端子やこの複数の接続端子を非接触の状態に維持するための絶縁性のセパレータ等）に水分が付着することでガスセンサからの正常な出力が得られなくなる虞がある。なお、ガスセンサ素子を介してガスセンサの内部にまで水分が到達するケースとしては、外部空間に存在する特定ガスに直接又は多孔質層を介して晒される電極部や、ガスセンサ素子に設けられた測定室に露出する電極部といった露出電極部から、露出電極部に接続する配線ユニット（リード部、スルーホール導体部）を通過してガスセンサの内部に水分が到達するケースが挙げられる。
【０００６】
従って本発明は、ガスセンサ素子を介してガスセンサの内部にまで水分が到達することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、長手方向に延びる板状の積層型ガスセンサ素子であって、前記長手方向先端側に配置され、外部空間からガス導入部を介してガスが導入された少なくとも１つの測定室と、該測定室に面するように設けられた固体電解質層と、前記固体電解質層の表面上に対をなして配置された複数の電極部であって、前記測定室内に導入されたガスに直接又は他部材を介して晒される露出電極部を少なくとも有する複数の電極部と、前記複数の電極部と前記積層型ガスセンサ素子の前記長手方向後端側の外表面に配置される複数の電極パッドとを電気的に接続する複数の配線ユニットと、を備えるガスセンサ素子において、
前記複数の配線ユニットのうち、前記露出電極部に接続すると共に、前記露出電極部よりも緻密である緻密部を少なくとも一部に有する緻密配線ユニットを備え、前記緻密部は、ＳｉＯ２を主成分としたガラスが空隙を閉塞してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明のガスセンサ素子によれば、露出電極部に接続する緻密配線ユニットに、ＳｉＯ２を主成分としたガラスが空隙を閉塞してなり、露出電極部よりも緻密な緻密部を備えている。これにより、外部空間の温度や湿度の変化により、ガスセンサ素子の先端側の外表面に結露が生じて、露出電極部から、露出電極部に接続する緻密配線ユニットを通過してガスセンサの内部に水分が到達しようとしても、緻密部よりも後端側には水分が到達しにくくなり、内部部品に水分が付着して、ガスセンサからの正常な出力が得られなくなることを抑制できる。
【０００９】
なお、緻密部は、緻密配線ユニットの少なくとも一部に有していればよく、緻密配線ユニットの一部に緻密部を配置していてもよいし、緻密配線ユニット全体が緻密部となっていてもよい。さらに、「露出電極部よりも緻密な緻密部」とは、露出電極部の断面と緻密部の断面とを見たときに、緻密部の任意の断面に露出する空隙の面積の総和が、露出電極部の任意の断面に露出する空隙の面積の総和よりも小さいこと指す。
【００１０】
また、電極部は、測定室内に導入されたガスに直接又は他部材を介して晒される露出電極部を１つ有していてもよいし、複数有していてもよい。なお、電極部が、複数の露出電極部を有している場合、複数の露出電極部に接続する複数の配線ユニットのうち、１つの配線ユニットが緻密配線ユニットであってもよいが、より好ましくは、複数の露出電極部に接続するすべての配線ユニットが緻密配線ユニットであることが好ましい。これにより、すべての緻密配線ユニットにおいて、露出電極部からガスセンサの内部に水分が到達しようとしても、緻密部よりも後端側には水分が到達することを抑制でき、内部部品に水分が付着して、ガスセンサからの正常な出力が得られなくなることを確実に抑制できる。
【００１１】
また、露出電極部は、直接ガスに晒されていてもよいし、多孔質層等の他部材を介してガスに晒されていてもよい。
【００１２】
また、本発明は、長手方向に延びる板状の積層型ガスセンサ素子であって、固体電解質層と、前記固体電解質層の前記長手方向先端側の表面上に対をなして配置された複数の電極部であって、外部空間に存在するガスに直接又は他部材を介して晒される露出電極部を少なくとも有する複数の電極部と、前記複数の電極部と前記積層型ガスセンサ素子の前記長手方向後端側の外表面に配置される複数の電極パッドとを電気的に接続する複数の配線ユニットと、を備える積層型ガスセンサ素子において、
前記複数の配線ユニットは、前記露出電極部に接続すると共に、前記露出電極部よりも緻密である緻密部を少なくとも一部に有する緻密配線ユニットを有し、前記緻密部は、ＳｉＯ２を主成分としたガラスが空隙を閉塞してなることを特徴とする。
【００１３】
この本発明のガスセンサ素子においても、露出電極部に接続する緻密配線ユニットに、ＳｉＯ２を主成分としたガラスが空隙を閉塞してなり、露出電極部よりも緻密な緻密部を備えている。これにより、外部空間の温度や湿度の変化により、ガスセンサ素子の先端側の外表面に結露が生じて、露出電極部から、露出電極部に接続する緻密配線ユニットを通過してガスセンサの内部に水分が到達しようとしても、緻密部よりも後端側には水分が到達しにくくなり、内部部品に水分が付着して、ガスセンサからの正常な出力が得られなくなることを抑制できる。
【００１４】
なお、緻密部は、緻密配線ユニットの少なくとも一部に有していればよく、緻密配線ユニットの一部に緻密部を配置していてもよいし、緻密配線ユニット全体が緻密部となっていてもよい。さらに、「露出電極部よりも緻密な緻密部」とは、露出電極部の断面と緻密部の断面とを見たときに、緻密部の任意の断面に露出する空隙の面積の総和が、露出電極部の任意の断面に露出する空隙の面積の総和よりも小さいこと指す。
【００１５】
また、電極部は、外部空間に存在するガスに直接又は他部材を介して晒される露出電極部を１つ有していてもよいし、複数有していてもよい。なお、電極部が、複数の露出電極部を有している場合、複数の露出電極部に接続する複数の配線ユニットのうち、１つの配線ユニットが緻密配線ユニットであってもよいが、より好ましくは、複数の露出電極部に接続するすべての配線ユニットが緻密配線ユニットであることが好ましい。これにより、すべての緻密配線ユニットにおいて、露出電極部からガスセンサの内部に水分が到達しようとしても、緻密部よりも後端側には水分が到達することを抑制でき、内部部品に水分が付着して、ガスセンサからの正常な出力が得られなくなることを確実に抑制できる。
【００１６】
また、露出電極部は、直接ガスに晒されていてもよいし、多孔質層等の他部材を介してガスに晒されていてもよい。
【００１７】
さらに、本発明においては、前記積層型ガスセンサ素子の先端側をＨｅガスに晒した時に、前記積層型ガスセンサ素子の後端側から外部に漏れ出す前記Ｈｅガスのリーク量は、１×１０−８ｃｃ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。
【００１８】
このように、積層型ガスセンサ素子の先端側をＨｅガスに晒した時に、積層型ガスセンサ素子の後端側から外部に漏れ出すＨｅガスのリーク量は、１×１０−８ｃｃ／ｓｅｃ以下であれば、露出電極部から、露出電極部に接続する緻密配線ユニットを通過してガスセンサの内部に水分が到達することが防止できるため、内部部品に水分が付着して、ガスセンサからの正常な出力が得られなくなることを防止できる。
【００１９】
さらに、本発明においては、前記配線ユニットは、前記電極部に接続するリード部と、該リード部と前記電極パッドとを接続し、前記積層型ガスセンサ素子の積層方向に貫通するスルーホール導体部とを備えており、前記緻密部は、前記スルーホール導体部の空隙を前記ガラスが閉塞してなることが好ましい。
【００２０】
積層型ガスセンサ素子の表面に露出するスルーホール導体部の空隙に、外部からガラスを充填することで緻密部が形成でき、容易に緻密部を形成することができる。
【００２１】
さらに、本発明においては、前記配線ユニットは、前記電極部に接続するリード部と、該リード部と前記電極パッドとを接続し、前記積層型ガスセンサ素子の積層方向に貫通するスルーホール導体部とを備えており、前記緻密部は、前記リード部の空隙を前記ガラスが閉塞してなることが好ましい。
【００２２】
このようにリード部に緻密部を設けることで、積層型ガスセンサ素子の内部に導入された水分をできる限り早い段階で抑制できる。そのため、積層型ガスセンサ素子内部に残存する水分が熱により水蒸気になって膨張し、その結果、積層型ガスセンサ素子にクラックが生じることを抑制できる。また、積層型ガスセンサ素子内部に残存する水分が、ガス測定時に露出電極部から外部に放出され、ガスセンサからの正常な出力が得られなくなることを抑制できる。
【００２３】
さらに、本発明においては、前記緻密部は、前記リード部の中央よりも前記長手方向後端側に設けられてなることが好ましい。一般的に、測定室が配置されたガスセンサ素子の先端側は、ヒータ等により加熱されたり、内燃機関からのガスの影響により、高温になる。そのため、緻密部がリード部の中央よりも先端側に配置されると、温度影響により緻密部のガラスが溶融してしまう虞がある。これに対し、緻密部をリード部の中央よりも後端側に配置することで、温度影響を受けにくくなり、緻密部のガラスが溶融しにくくなる。
【００２４】
さらに、本発明においては、本発明のいずれか一つに記載のガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子の前記外気導入部が自身の先端から突出するようにして前記ガスセンサ素子を保持する筒状の主体金具と、前記主体金具に取り付けられ、前記外気導入部を含む前記ガスセンサ素子の先端部の周囲を取り囲むプロテクタと、を備えるガスセンサであることを特徴とする。
【００２５】
このガスセンサによれば、ガスセンサ素子を介してガスセンサの内部にまで水分が到達することを抑制したガスセンサ素子を備えることで、ガスセンサからの正常な出力が得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態のガスセンサ２００を示す断面図である。
【図２】ガスセンサ素子１０の断面図である。
【図３】ガスセンサ素子１０の分解斜視図である。
【図４】ガスセンサ素子１０の表面を示す図である。
【図５】緻密部９９を説明するための図である。
【図６】第２実施形態の緻密部５９９を説明するための図である。
【図７】第１の評価方法を説明するための図である。
【図８】第２の評価に用いた装置を説明するための図である。
【図９】第２の評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、第１実施形態のガスセンサ２００を示す断面図である。このガスセンサ２００は、図示しない内燃機関（エンジン）の排気管に固定されて、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を測定する。以下、このガスセンサ２００のことを「ＮＯｘセンサ２００」とも呼ぶ。図１は、ＮＯｘセンサ２００の長手方向Ｄ１と平行な断面を示している。以下、図１における下方向（下側）をＮＯｘセンサ２００の先端側ＦＷＤとも呼び、図１における上方向（上側）をＮＯｘセンサ２００の後端側ＢＷＤとも呼ぶ。
【００２８】
ＮＯｘセンサ２００は、筒状の主体金具１３８と、長手方向Ｄ１に延びる板状形状をなすガスセンサ素子１０（特許請求の範囲の積層型ガスセンサ素子に相当）と、ガスセンサ素子１０を囲む筒状のセラミックスリーブ１０６と、絶縁コンタクト部材１６６と、６個の接続端子１１０（図１では、４個図示されている）とを主に備えている。主体金具１３８の外表面には、排気管に固定されるためのねじ部１３９が形成されている。セラミックスリーブ１０６は、ガスセンサ素子１０の径方向周囲を取り囲むように配置されている。絶縁コンタクト部材１６６には、長手方向Ｄ１に貫通するコンタクト挿通孔１６８が形成されている。絶縁コンタクト部材１６６は、コンタクト挿通孔１６８の内壁面がガスセンサ素子１０の後端側部分の周囲を取り囲むように、配置されている。各接続端子１１０は、ガスセンサ素子１０と絶縁コンタクト部材１６６との間に配置されている。
【００２９】
主体金具１３８は、軸線方向（「長手方向Ｄ１」ともいう。）に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。主体金具１３８は、ガスセンサ素子１０の先端側部分が貫通孔１５４の先端側ＦＷＤの外部に配置され、ガスセンサ素子１０の後端側部分が貫通孔１５４の後端側ＢＷＤの外部に配置されるように、ガスセンサ素子１０を貫通孔１５４内に保持している。棚部１５２は、長手方向Ｄ１に垂直な平面に対して傾斜したテーパ面を含んでいる。このテーパ面は、先端側ＦＷＤの直径が、後端側ＢＷＤの直径と比べて小さくなるように、形成されている。
【００３０】
主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、セラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３、１５６（以下、滑石リング１５３、１５６ともいう）、セラミックスリーブ１０６が、この順に先端側ＦＷＤから後端側ＢＷＤに向かって積層されている。セラミックホルダ１５１、滑石リング１５３、１５６、セラミックスリーブ１０６によってガスセンサ素子１０は保持されている。
【００３１】
セラミックスリーブ１０６と主体金具１３８の後端部１４０との間には、加締めパッキン１５７が配置されている。セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、滑石リング１５３とセラミックホルダ１５１を保持するための金属ホルダ１５８が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、加締めパッキン１５７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側ＦＷＤに押し付けるように、加締められている。
【００３２】
また、主体金具１３８の先端側ＦＷＤの外周には、外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が、溶接等によって取り付けられている。この二重のプロテクタ１４２、１４３は、複数の孔を有する金属（例えば、ステンレスなど）によって形成されており、ガスセンサ素子１０の先端側部分を覆っている。
【００３３】
主体金具１３８の後端側ＢＷＤの外周には、外筒１４４が固定されている。外筒１４４の後端側ＢＷＤの開口部には、グロメット１５０が配置されている。グロメット１５０には、リード線挿通孔１６１が形成されている。リード線挿通孔１６１には、６本のリード線１４６が挿通される（図１では５本のリード線１４６のみが示されている）。これらのリード線１４６は、ガスセンサ素子１０の後端側ＢＷＤの外表面に設けられた後述する電極パッド１２５〜１３０（図３参照）にそれぞれ電気的に接続される。
【００３４】
また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたガスセンサ素子１０の後端側部分には、絶縁コンタクト部材１６６が配置される。この絶縁コンタクト部材１６６は、ガスセンサ素子１０の後端側部分の表面に形成される電極パッド１２５〜１３０（図３参照）の周囲に配置される。絶縁コンタクト部材１６６は、筒状形状に形成され、長手方向Ｄ１に貫通するコンタクト挿通孔１６８を有する。また、絶縁コンタクト部材１６６は、外表面から径方向外側に突出する鍔部１６７を有する。絶縁コンタクト部材１６６と外筒１４４との間には、保持部材１６９が挿入されている。保持部材１６９は、外筒１４４と鍔部１６７に接触することによって、絶縁コンタクト部材１６６を外筒１４４内部に配置する。
【００３５】
図２は、ガスセンサ素子１０の断面図である。図２では、ガスセンサ素子１０のうち、先端側部分を示している。またこの断面図は、長手方向Ｄ１と平行な断面を示している。図２において、左方向は先端方向（先端側）ＦＷＤを示し、右方向は後端方向（後端側）ＢＷＤを示している。ガスセンサ素子１０は、絶縁層１４ｅ、第１固体電解質層１１ａ、絶縁層１４ａ、第２固体電解質層１２ａ、絶縁層１４ｂ、第３固体電解質層１３ａ、及び絶縁層１４ｃ、１４ｄをこの順に積層した構造を有する。これらの層は、長手方向Ｄ１とは垂直な積層方向Ｄ２に沿って積層されている。また、各固体電解質層１１ａ，１２ａ，１３は、長手方向Ｄ１に延びる板状である。
【００３６】
第１固体電解質層１１ａと第２固体電解質層１２ａとの間には、第１測定室１６が形成されている。第１測定室１６の左端（先端側）には第１拡散抵抗体１５ａ（特許請求の範囲のガス導入部に相当）が形成されている。第１拡散抵抗体１５ａを介して外部から外気である被測定ガスＧＭがガスセンサ素子１０内部に導入される。また、第１測定室１６の左端とは反対側の端には第２拡散抵抗体１５ｂが配置されている。
【００３７】
第１測定室１６の後端側には、第２拡散抵抗体１５ｂを介して第１測定室１６と連通する第２測定室１８が形成されている。第２測定室１８は、第２固体電解質層１２ａを貫通して第１固体電解質層１１ａと第３固体電解質層１３ａとの間に形成されている。
【００３８】
２つの絶縁層１４ｃ、１４ｄの間には、長手方向Ｄ１に沿って延びるヒータ５０が埋設されている。ヒータ５０は、ガスセンサ素子１０を所定の活性温度に昇温し、固体電解質層の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。ヒータ５０は、タングステン等の導体によって形成された発熱抵抗体５１を有し、供給された電力によって発熱抵抗体５１が熱を生じる。
【００３９】
第１実施形態では、固体電解質層１１ａ、１２ａ、１３ａは、それぞれ、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主成分に用いて形成されている。絶縁層１４ａ〜１４ｅはアルミナを主成分に用いて形成されており、気体等の流体の透過（流通）を防止できる程度に密に形成されている。第１拡散抵抗体１５ａ及び第２拡散抵抗体１５ｂは、アルミナ等の多孔質物質を用いて形成され、気体の流通が可能になっている。なお、主成分とは「セラミック層中の主材料の含有量が５０ｗｔ％以上であることを指し、例えば、固体電解質層は、ジルコニアが５０ｗｔ％以上含有する。固体電解質層と絶縁層との８つの層のうちの６つの層１４ｅ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ｃ、１４ｄは、それぞれ、原材料のシートを用いて形成されている（例えば、ジルコニアやアルミナ等のセラミックのシート）。２つの絶縁層１４ａ、１４ｂは、セラミックシート上へのスクリーン印刷によって形成されている。そして、焼成前の各層を積層して得られる積層体を焼成することによって、ガスセンサ素子１０が形成される。
【００４０】
ガスセンサ素子１０は、第１ポンピングセル１１と、酸素濃度検出セル１２と、第２ポンピングセル１３とを有している。
【００４１】
第１ポンピングセル１１は、第１固体電解質層１１ａと、これを挟持するように配置された内側第１電極部１１ｃ、及び、対極である外側第１電極部１１ｂとを備えている。内側第１電極部１１ｃは第１測定室１６に面している。内側第１電極部１１ｃ及び外側第１電極部１１ｂはいずれも白金を主成分にして形成されている。また、内側第１電極部１１ｃの表面は多孔質体からなる保護層１１ｅで覆われている。また、外側第１電極部１１ｂは、絶縁層１４ｅのうちの外側第１電極部１１ｂと対向する部分に埋め込まれた、ガス（例えば、酸素）が通過可能な多孔質１１ｄ（例えば、アルミナ）により覆われている。
【００４２】
酸素濃度検出セル１２は、第２固体電解質層１２ａと、これを挟持するように配置された検知電極部１２ｂ及び基準電極部１２ｃとを備えている。検知電極部１２ｂ及び基準電極部１２ｃはいずれも白金を主成分として形成されている。
【００４３】
絶縁層１４ｂは一部が切り抜かれ、第２固体電解質層１２ａに接する基準電極部１２ｃが切り抜かれた部分に配置されている。また切り抜かれた部分には多孔質体が充填されて基準酸素室１７を形成している。酸素濃度検出セル１２に予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素が第１測定室１６から基準酸素室１７内に送り込まれる。そして、基準酸素室１７内の酸素濃度は、所定の濃度に維持される。これにより、基準酸素室１７は、酸素濃度の基準として利用される。
【００４４】
第２ポンピングセル１３は、第３固体電解質層１３ａと、第３固体電解質層１３ａのうち第２測定室１８に面した表面に配置された内側第２ポンプ電極部１３ｂ、及び、対極である第２対極電極部（対極第２ポンプ電極部）１３ｃとを備えている。内側第２ポンプ電極部１３ｂ及び対極第２ポンプ電極部１３ｃはいずれも白金を主成分として形成されている。なお、対極第２ポンプ電極部１３ｃは、第３固体電解質層１３ａ上に位置すると共に、絶縁層１４ｂの一部を切り抜いた部分に配置される。また、対極第２ポンプ電極部１３ｃは、基準電極部１２ｃに対向して基準酸素室１７に面している。なお、各電極部１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃを区別せず用いる場合は、「電極部９００」とも呼ぶ。また、後述する電極部９００に接続されたリード部２０ｂ，２０ｃ，２１ｂ，２１ｃ，２３ｂ，２３ｃについて、区別せず用いる場合は「リード部９２０」とも呼ぶ。
【００４５】
なお、図２には、ガスセンサ２００の制御部ＣＵも示されている。制御部ＣＵには、図１に示す接続端子１１０とリード線１４６とを介して、ヒータ５０、及び電極部９００が接続されている。制御部ＣＵは、ヒータ５０に電力を供給する。また、制御部ＣＵは、電極部９００との間で信号を送受信することによって、ガスセンサ２００を制御する。なお、第１実施形態では、制御部ＣＵは、オペアンプ等を用いて形成された電子回路である。制御部ＣＵを、ＣＰＵとメモリとを有するコンピュータを用いて形成してもよい。
【００４６】
電極部９００は、電極反応を良好に維持するために、気体を内部に流通可能な程度の多孔質に形成されている。すなわち、被測定ガスの気体（酸素やＮＯｘ等の気相）と電極部（触媒相）と固体電解質層（酸素イオン伝導相）とが接する三相界面を良好に形成する程度に多孔質である。
【００４７】
ここで、外側第１電極部１１ｂ，内側第１電極部１１ｃ，検知電極部１２ｂ，内側第２ポンプ電極部１３ｂは、多孔質１１ｄや第１拡散抵抗体１５ａを介してガスセンサ素子１０内部に導入された被測定ガスＧＭ，ＧＮに晒される露出電極部である。よって、以下、この４つの電極部１１ｂ，１１ｃ，１２ｂ，１３ｂを、「露出電極部１９」とも呼ぶ。
【００４８】
次に、ガスセンサ素子１０の動作の一例について説明する。まず、エンジンの始動によって制御部ＣＵが起動する。制御部ＣＵは、ヒータ５０に電力を供給する。ヒータ５０は、第１ポンピングセル１１、酸素濃度検出セル１２、第２ポンピングセル１３を活性化温度まで加熱する。そして、各セル１１〜１３が活性化温度まで加熱されると、制御部ＣＵは、第１ポンピングセル１１に電流を流す。これにより、第１ポンピングセル１１は、第１測定室１６に流入した被測定ガス（排ガス）ＧＭ中の過剰な酸素を内側第１電極部１１ｃから外側第１電極部１１ｂへ向かって汲み出す。
【００４９】
制御部ＣＵは、酸素濃度検出セル１２の電極間電圧（端子間電圧）が一定電圧Ｖ１（例えば４２５ｍＶ）になるように、第１ポンピングセル１１の電極間電圧（端子間電圧）を制御する。酸素濃度検出セル１２の電圧は、検知電極部１２ｂにおける酸素濃度を表している。この制御によって、第１測定室１６内の酸素濃度は、ＮＯｘが分解しない程度に調整される。
【００５０】
酸素濃度が調整された被測定ガスＧＮは、第２測定室１８に向かってさらに流れる。制御部ＣＵは、第２ポンピングセル１３に電極間電圧（端子間電圧）を印加する。この電圧は、被測定ガスＧＮ中のＮＯｘガスが酸素と窒素ガスに分解する程度の一定電圧に設定されている（酸素濃度検出セル１２の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）。これにより、被測定ガスＧＮ中のＮＯｘが、窒素と酸素に分解される。
【００５１】
制御部ＣＵは、ＮＯｘの分解により生じた酸素を第２測定室１８から汲み出すように、第２ポンピングセル１３に第２ポンプ電流を流す。第２ポンプ電流とＮＯｘ濃度の間には直線関係があるので、電流を検出することによって被測定ガスＧＮ中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
【００５２】
図３は、ガスセンサ素子１０の分解斜視図である。図４は、ガスセンサ素子１０の絶縁層１４ｅ側を見た外表面を示す図である。図３及び図４に示すように、絶縁層１４ｅの外表面には、３つの電極パッド１２５，１２６，１２７が形成されている。また、図３に示すように、絶縁層１４ｄの外表面には、３つの電極パッド１２８，１２９，１３０が形成されている。各電極パッド１２５〜１３０は、例えば、絶縁層１４ｅ，１４ｄ上に、Ｐｔ等のメタライズインクを印刷し焼成することで形成される。
【００５３】
電極部９００及びヒータ５０は、配線ユニットＬ１〜Ｌ６によって対応する電極パッド１２５〜１３０と電気的に接続されている。詳細には、第１電極パッド１２５は、第１配線ユニットＬ１によって外側第１電極部１１ｂと電気的に接続される。第２電極パッド１２６は、第２配線ユニットＬ２によって基準電極部１２ｃと電気的に接続される。第３電極パッド１２７は、第３配線ユニットＬ３によって内側第１電極部１１ｃ、検知電極部１２ｂ、内側第２ポンプ電極部１３ｂに電気的に接続される。第４電極パッド１３０は、第４配線ユニットＬ４によって対極第２ポンプ電極部１３ｃに電気的に接続される。また、第１ヒータ用電極パッド１２８は、第１ヒータ用配線ユニットＬ５によって発熱抵抗体５１に電気的に接続される。第２ヒータ用電極パッド１２９は、第２ヒータ用配線ユニットＬ６によって発熱抵抗体５１に電気的に接続される。なお、露出電極部１９に接続する第１配線ユニットＬ１と第３配線ユニットＬ３が、「緻密配線ユニット」に相当する。この配線ユニットＬ１〜Ｌ６は、白金を主成分とし、セラミック（例えば、アルミナ）が含まれるペーストを印刷することで設けられている。
【００５４】
第１配線ユニットＬ１は、第１リード部２０ｂと第１スルーホール導体部３１とを有する。第１リード部２０ｂは、第１固体電解質層１１ａ上を外側第１電極部１１ｂから長手方向Ｄ１に沿って延びる。詳細には、第１リード部２０ｂは、外側第１電極部１１ｂから後端側ＢＷＤに向かって長手方向Ｄ１に沿って延びる。第１スルーホール導体部３１は、絶縁層１４ｅを積層方向Ｄ２に貫通する貫通孔Ｈ１５によって形成される。詳細には、第１スルーホール導体部３１は、貫通孔Ｈ１５の内表面に導体を形成することで作成される。図４に示すように、第１スルーホール導体部３１は、一端側開口３１ｐがガスセンサ素子１０の外表面に形成される。これにより、一端側開口３１ｐ側が第１電極パッド１２５と直接に接続される。また、図３に示すように、第１スルーホール導体部３１は、他端側開口側が第１リード部２０ｂと直接に接続される。
【００５５】
第２配線ユニットＬ２は、第２リード部２１ｃと、第２スルーホール導体部３２と、を有する。第２リード部２１ｃは、第２固体電解質層１２ａ上を基準電極部１２ｃから後端側ＢＷＤに向かって長手方向Ｄ１に沿って延びる。第２スルーホール導体部３２は、絶縁層１４ｅ，第１固体電解質層１１ａ、絶縁層１４ａ，第２固体電解質層１２ａを積層方向Ｄ２に貫通する貫通孔Ｈ１６，Ｈ２６，Ｈ３６，Ｈ４６によって形成される。詳細には、第２スルーホール導体部３２は、貫通孔Ｈ１６，Ｈ２６，Ｈ３６，Ｈ４６の内表面に導体を形成することで作成される。第２スルーホール導体部３２は、一端側開口３２ｐがガスセンサ素子１０の外表面に形成されることで、一端側開口３２ｐ側が第２電極パッド１２６と直接に接続される（図４）。また、第２スルーホール導体部３２は、他端側開口側が第２リード部２１ｃと直接に接続される。
【００５６】
第３配線ユニットＬ３は、第３リード部２０ｃと、第４リード部２１ｂと、第５リード部２３ｂと、第３スルーホール導体部３３と、を有する。第３リード部２０ｃは、第１固体電解質層１１ａ上を内側第１電極部１１ｃから後端側ＢＷＤに向かって長手方向Ｄ１に沿って延びる。第４リード部２１ｂは、第２固体電解質層１２ａ上を検知電極部１２ｂから後端側ＢＷＤに向かって長手方向Ｄ１に沿って延びる。第５リード部２３ｂは、第３固体電解質層１３ａ上を内側第２ポンプ電極部１３ｂから後端側ＢＷＤに向かって長手方向Ｄ１に沿って延びる。第３スルーホール導体部３３は、絶縁層１４ｅ，第１固体電解質層１１ａ，絶縁層１４ａ，第２固体電解質層１２ａ，絶縁層１４ｂを積層方向Ｄ２に貫通する貫通孔Ｈ１７，Ｈ２７，Ｈ３７，Ｈ４７，Ｈ５７によって形成される。詳細には、第３スルーホール導体部３３は、貫通孔Ｈ１７，Ｈ２７，Ｈ３７，Ｈ４７，Ｈ５７の内表面に導体を形成することで作成される。図４に示すように、第３スルーホール導体部３３は、一端側開口３３ｐがガスセンサ素子１０の外表面に形成される。これにより、一端側開口３３ｐ側が第３電極パッド１２７と直接に接続される。また図３に示すように、第３スルーホール導体部３３は、その途中において第３リード部２０ｃと第４リード部２１ｂに直接に接続される。また、第３スルーホール導体部３３の他端側開口側が第５リード部２３ｂに直接に接続される。
【００５７】
第４配線ユニットＬ４は、第６リード部２３ｃと、第４スルーホール導体部３４と、接続ラインＬ７６と、を有する。第６リード部２３ｃは、第３固体電解質層１３ａ上を対極第２ポンプ電極部１３ｃから後端側ＢＷＤに向かって長手方向Ｄ１に沿って延びる。第４スルーホール導体部３４は、第３固体電解質層１３ａ，絶縁層１４ｃ，絶縁層１４ｄを積層方向Ｄ２に貫通する貫通孔Ｈ６６，Ｈ７６，Ｈ８６によって形成される。詳細には、第４スルーホール導体部３４は、貫通孔Ｈ６６，Ｈ７６，Ｈ８６の内表面に導体を形成することで作成される。第４スルーホール導体部３４は、途中において絶縁層１４ｃ上に形成された導体（Ｐｔを主成分とする接続ラインＬ７６）によって貫通孔Ｈ６６側と貫通孔Ｈ７６側に形成された導体が電気的に接続されている。第４スルーホール導体部３４は、一端側開口がガスセンサ素子１０の外表面に形成されることで、一端側開口側が第４電極パッド１３０と接続されている。また、第４スルーホール導体部３４は、他端側開口側が第６リード部２３ｃに直接に接続される。
【００５８】
上記のように、内側第１電極部１１ｃ、検知電極部１２ｂ、内側第２ポンプ電極部１３ｂは、共通の第３電極パッド１２７に電気的に接続されている。そして、第３電極パッド１２７は、制御部ＣＵのグランド電位に接続されている。
【００５９】
第１ヒータ用配線ユニットＬ５は、第１ヒータ用リード部５２と、第１ヒータ用スルーホール導体部３６と、を有する。第１ヒータ用リード部５２は、発熱抵抗体５１から後端側ＢＷＤに向かって長手方向Ｄ１に沿って延びる。第１ヒータ用スルーホール導体部３６は、絶縁層１４ｄを積層方向Ｄ２に貫通する貫通孔Ｈ８８によって形成される。詳細には、第１ヒータ用スルーホール導体部３６は、貫通孔Ｈ８８の内表面に導体を形成することで作成される。第１ヒータ用スルーホール導体部３６は、一端側開口側が第１ヒータ用リード部５２に直接に接続され、他端側開口が第１ヒータ用電極パッド１２８に直接に接続される。
【００６０】
第２ヒータ用配線ユニットＬ６は、第２ヒータ用リード部５３と、第２ヒータ用スルーホール導体部３８と、を有する。第２ヒータ用リード部５３は、発熱抵抗体５１から後端側ＢＷＤに向かって長手方向Ｄ１に沿って延びる。第２ヒータ用スルーホール導体部３８は、絶縁層１４ｄを積層方向Ｄ２に貫通する貫通孔Ｈ８９によって形成される。詳細には、第２ヒータ用スルーホール導体部３８は、貫通孔Ｈ８９の内表面に導体を形成することで作成される。第２ヒータ用スルーホール導体部３８は、一端側開口側が第２ヒータ用リード部５３に直接に接続され、他端側開口が第２ヒータ用電極パッド１２９に直接に接続される。ここで、第１ヒータ用リード部５２は電流が流入するプラス端子であり、第２ヒータ用リード部５３は電流が流出するマイナス端子である。
【００６１】
次に、本発明の要部について説明する。図５は、緻密部９９を説明するための図である。図５（Ａ）は、図４の４Ｆ−４Ｆの断面図である。以下では、第１スルーホール導体部３１に形成された緻密部９９について説明するが、第１実施形態では、第３スルーホール導体部３３についても同様の緻密部９９を備えている。
【００６２】
図５に示すように、第１スルーホール導体部３１は、貫通孔Ｈ１５と、貫通孔Ｈ１５を区画する壁面に形成された白金を主成分とする導体９４とを有する。図５に示すように、緻密部９９は、第１スルーホール導体部３１の空隙をガラスにて閉塞するように形成されている。具体的には、緻密部９９は、貫通孔Ｈ１５において、一端側開口３１ｐから略球状に凹んだ形態で形成されている。そして、図５に示すように、緻密部９９は、貫通孔Ｈ１５、及び導体９４内に形成された白金粒子間の微細な空孔を埋めるように形成されている。ここで、第１スルーホール導体部３１のうち、貫通孔Ｈ１５及び導体９４内の微細な空孔が「空隙」に相当する。
【００６３】
緻密部９９は、配合組成が、ＳｉＯ２：５６ｗｔ％（５５ｗｔ％〜６０ｗｔ％）、Ａｌ２Ｏ３：１３ｗｔ％（１０ｗｔ％〜１５ｗｔ％）、Ｃａ：８ｗｔ％（６ｗｔ％〜９ｗｔ％）、Ｒ２Ｏ３：１２ｗｔ％（１０ｗｔ％〜１５ｗｔ％）、Ｒ２Ｏ：１０ｗｔ％（６ｗｔ％〜１２ｗｔ％）からなるガラスが空隙を閉塞してなる。なお、上記配合組成のうち、括弧書きで示した配合組成は、好ましい範囲の配合組成である。
【００６４】
緻密部９９は、ガスセンサ素子１０の各部（例えば、絶縁層１４ｅ，第１固体電解質層１１ａ等）を積層後、第１スルーホール導体部３１の空隙内に外部からガラスを充填することで形成している。詳細には、絶縁層１４ｅの表面上に形成された一端側開口３１ｐ（図４参照）から、粉末状のガラスを含むペーストを第１スルーホール導体部３１に投入し、その後、投入したペーストを加熱してガラスを溶融させた後に固化させることで緻密部９９を形成している。なお、粉末状のガラスをそのまま第１スルーホール導体部３１に投入し、その後加熱、固化させて緻密部９９を形成してもよい。
【００６５】
第１実施形態のガスセンサ素子１０によれば、露出電極部１９に接続する緻密配線ユニットＬ１、Ｌ３に、ＳｉＯ２を主成分としたガラスが空隙を閉塞してなり、露出電極部１９よりも緻密な緻密部９９を備えている。これにより、外部空間の温度や湿度の変化により、ガスセンサ素子１０の先端側ＦＷＤの外表面に結露が生じて、露出電極部１９から、露出電極部１９に接続する緻密配線ユニットＬ１、Ｌ３を通過してガスセンサの内部に水分が到達しようとしても、緻密部９９よりも後端側ＢＷＤには水分が到達しにくくなり、絶縁コンタクト部材１６６や接続端子１１０等に水分が付着して、ガスセンサ２００からの正常な出力が得られなくなることを抑制できる。
【００６６】
さらに、第１実施形態のガスセンサ素子１０によれば、緻密部９９は、第１スルーホール導体部３１、または第３スルーホール導体部３３の空隙をガラスが閉塞している。ガスセンサ素子１０の外表面に露出する第１スルーホール導体部３１、第３スルーホール導体部３３の空隙に、外部からガラスを充填することで空隙を閉塞する緻密部９９が形成でき、容易に緻密部９９を形成することができる。
【００６７】
次に、第２実施形態のガスセンサ素子５１０について図６を用いて説明する。第１実施形態では、第１スルーホール導体部３１や第３スルーホール導体部３３に緻密部９９が形成されていたが、第２実施形態では、第１リード部２０ｂ、第３リード部２０ｃと、第４リード部２１ｂと、第５リード部２３ｂに、緻密部５９９が形成されている。なお、第２実施形態のガスセンサは、第１実施形態と同様のガスセンサ２００であるため、説明を省略する。また、ガスセンサ素子５１０のうち、第１実施形態のガスセンサ素子１０と同様の構成については、省略または簡略する。なお、以下の第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一の構成については第１実施形態と同一の符号を用いて説明する。
【００６８】
図６は、図３における絶縁層１４ｅ、第１固体電解質層１１ａ、外側第１電極部１１ｂ、第１リード部２０ｂ、第１スルーホール導体部３１、及び第１電極パッド１２５を抜き出して説明した説明図である。なお、図６は、図２と同様に、ガスセンサ素子１０の断面図で示している。以下では、第１リード部２０ｂに形成された緻密部５９９について説明するが、第２実施形態では、第３リード部２０ｃ、第４リード部２１ｂ、及び第５リード部２３ｂについても同様の緻密部５９９を備えている。
【００６９】
図６に示すように、第１リード部２０ｂの中央よりも後端側ＢＷＤには、緻密部５９９が設けられている。この緻密部５９９は、第１リード部２０ｂの空隙をガラスにて閉塞するように形成されている。すなわち、緻密部５９９は、第１リード部２０ｂ内に形成された白金粒子間の微細な空孔を埋めるように形成されている。ここで、第１リード部２０ｂ内の微細な空孔が「空隙」に相当する。
【００７０】
緻密部５９９は、緻密部９９と同様に、配合組成が、ＳｉＯ２：５６ｗｔ％（５５ｗｔ％〜６０ｗｔ％）、Ａｌ２Ｏ３：１３ｗｔ％（１０ｗｔ％〜１５ｗｔ％）、Ｃａ：８ｗｔ％（６ｗｔ％〜９ｗｔ％）、Ｒ２Ｏ３：１２ｗｔ％（１０ｗｔ％〜１５ｗｔ％）、Ｒ２Ｏ：１０ｗｔ％（６ｗｔ％〜１２ｗｔ％）からなるガラスにて空隙を閉塞してなる。なお、上記配合組成のうち、括弧書きで示した配合組成は、好ましい範囲の配合組成である。
【００７１】
緻密部５９９は、第１リード部２０ｂを第１固体電解質層１１ａに印刷した後、第１リード部２０ｂの緻密部５９９の形成予定位置の表面に粉末状のガラスを含むペーストを印刷し、その後、印刷したペーストを加熱してガラスを溶融させることで、第１リード部２０ｂの空隙に充填させ、その後にガラスを固化させることで形成している。
また、第１リード部２０ｂを緻密部５９９の形成予定位置以外の部位に印刷した後、第１リード部２０ｂの緻密部５９９の形成予定位置にＰｔとガラスを含むペーストを印刷し、印刷したペーストを加熱してガラスを溶融させ、その後、ガラスを固化させることで形成してもよい。
【００７２】
第２実施形態のガスセンサ素子５１０によれば、露出電極部１９に接続する緻密配線ユニットＬ１、Ｌ３に、ＳｉＯ２を主成分としたガラスが空隙を閉塞してなり、露出電極部１９よりも緻密な緻密部５９９を備えている。これにより、外部空間の温度や湿度の変化により、ガスセンサ素子５１０の先端側ＦＷＤの外表面に結露が生じて、露出電極部１９から、露出電極部１９に接続する緻密配線ユニットＬ１、Ｌ３を通過してガスセンサ２００の内部に水分が到達しようとしても、緻密部５９９よりも後端側ＢＷＤには水分が到達しにくくなり、絶縁コンタクト部材１６６や接続端子１１０等に水分が付着して、ガスセンサ２００からの正常な出力が得られなくなることを抑制できる。を抑制できる。
【００７３】
さらに、第２実施形態のガスセンサ素子５１０によれば、緻密部５９９は、第１リード部２０ｂ、第３リード部２０ｃ、第４リード部２１ｂ、及び第５リード部２３ｂの空隙をガラスが閉塞してなる。このように第１リード部２０ｂ、第３リード部２０ｃ、第４リード部２１ｂ、及び第５リード部２３ｂに緻密部５９９を設けることで、ガスセンサ素子５１０の内部に導入された水分をできる限り早い段階で抑制できる。そのため、ガスセンサ素子５１０内部に残存する水分が熱により水蒸気になって膨張し、その結果、ガスセンサ素子５１０にクラックが生じることを抑制できる。また、ガスセンサ素子５１０内部に残存する水分が、ガス測定時に露出電極部１９から外部に放出され、ガスセンサ２００からの正常な出力が得られなくなることを抑制できる。
【００７４】
さらに、本発明においては、緻密部５９９は、第１リード部２０ｂ、第３リード部２０ｃ、第４リード部２１ｂ、及び第５リード部２３ｂの中央よりも長手方向後端側ＢＷＤに設けられてなる。一般的に、第１測定室１６及び第２測定室１８が配置されたガスセンサ素子５１０の先端側ＦＷＤは、ヒータ５０等により加熱されたり、内燃機関からのガスの影響により、高温になる。そのため、緻密部５９９を第１リード部２０ｂ、第３リード部２０ｃ、第４リード部２１ｂ、及び第５リード部２３ｂの中央よりも後端側ＢＷＤに配置することで、温度影響を受けにくくなり、緻密部５９９のガラスが溶融しにくくなる。
【００７５】
次に、第１実施形態のガスセンサ素子１０を実施例１、第２実施形態のガスセンサ素子５１０を実施例２とし、以下のような評価を実施した。なお、比較例としては、緻密部９９を設けていない第１実施形態と同形態のガスセンサ素子を準備した。
【００７６】
この実施例１、実施例２及び比較例を図７に示す評価装置にて第１の評価を行った。図７は、第１の評価方法を説明するための図である。なお、図７は、実施例１のガスセンサ素子１０を用いて説明している。まず、赤色のインク液２１２を入れた容器２１０を準備する。そして、実施例１、実施例２及び比較例について、多孔質１１ｄ及び第１拡散抵抗体１５ａ（図２参照）が位置する先端側部分を赤色のインク液２１２に漬けて２日間放置する。２日間放置後に容器２１０から実施例１、実施例２及び比較例を取り出して、電極パッド１２５，１２７のうち一端側開口３１ｐ，３３ｐ近傍が赤くなっているか否かを確認した。上記評価を、実施例１、実施例２、及び比較例共に、各サンプル１０本ずつ行なった。その結果、実施例１、実施例２は、１０本中赤くなったサンプルはゼロであったのに対し、比較例は１０本全てのサンプルが赤くなった。すなわち、実施例１、実施例２は、ガスセンサ素子１０、ガスセンサ素子５１０の先端側部分から侵入した水が、後端側部分に位置する一端側開口３１ｐ，３３ｐから外部に流出することを防止できた。
【００７７】
次に、実施例１、実施例２及び比較例を図８に示す評価装置３００にて第２の評価を行った。図８は、第２の評価に用いた装置を説明するための図である。なお、図８は、実施例１のガスセンサ素子１０を用いて説明している。評価装置３００は、実施例１、実施例２、及び比較例のＨｅリーク量を測定するための装置である。評価装置３００は、Ｈｅガスが充填されたガスボンベ３２０と、流入流路固定具３１０と、固定器具３１４と、流入流路３１３と、リーク流路３１９と、真空ポンプＰとを備えている。ガスセンサ素子１０の先端側部分が流入流路３１３から流入したＨｅガスに晒されるように、固定器具３１４によってガスセンサ素子１０を固定している。リーク流路３１９は、一端側開口３３ｐ，３１ｐ（図４）を含むガスセンサ素子１０の後端側部分と連通している。また、リーク流路３１９の途中にはバルブ３１６と、検出器３１８とが配置されている。
【００７８】
実施例１、実施例２及び比較例のそれぞれを評価装置３００にセットする。そして、真空ポンプＰを動作させた状態でバルブ３１６を開状態にして、リーク流路３１９内を所定値（本実施例では、所定値は１３．３パスカル）以下の圧力に下げる。これは、ガスセンサ素子の内部が十分に減圧されていることを確認している。その後、リーク流路３１９内の圧力が所定値以下になった時点で、ガスボンベ３２０から流入流路３１３を介してＨｅガスを流量５Ｌ／ｍｉｎで３０秒間吹き付ける。吹き付け直後（つまりは吹き付け開始から３０秒後）に、検出器３１８を用いてリーク流路３１９にリークしたＨｅガスの単位時間当たりの量を測定した。なお、実施例１、実施例２、及び比較例共に各サンプル３０本ずつ用いて第２の評価を行った。
【００７９】
図９は、第２の評価結果を示すグラフである。図９のうち、括弧書きで記載した数値は、実施例１、実施例２、比較例毎の平均値である。図９に示すように、実施例１、実施例２は、いずれもＨｅリーク量が１×１０−８ｃｃ／ｓｅｃ以下であった。これに対し、比較例は、Ｈｅリーク量が１×１０−８ｃｃ／ｓｅｃを越えてしまった。
【００８０】
このように、第１実施形態のガスセンサ１０、及び第２実施形態のガスセンサ素子５１０の先端側をＨｅガスに晒した時に、ガスセンサ素子１０及びガスセンサ素子５１０の後端側から外部に漏れ出すＨｅガスのリーク量が、１×１０−８ｃｃ／ｓｅｃ以下であれば、露出電極部１９から、露出電極部１９に接続する緻密配線ユニットＬ１、Ｌ３を通過してガスセンサ２００の内部に水分が到達することが防止できるため、絶縁コンタクト部材１６６や接続端子１１０等に水分が付着して、ガスセンサ２０からの正常な出力が得られなくなることを防止できる。
【００８１】
本発明は、上記実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８２】
第１実施形態では、第１スルーホール導体部３１及び第３スルーホール導体部３３に緻密部９９が設けられていたが、これに限られず、第１スルーホール導体部３１のみ、又は第２スルーホール導体部３３のみに緻密部９９を設けてもよい。
また、第２実施形態では、第１リード部２０ｂ、第３リード部２０ｃ、第４リード部２１ｂ、及び第５リード部２３ｂにそれぞれ緻密部５９９が設けられていたが、これに限られず、第１リード部２０ｂのみに緻密部５９９を設けてもよいし、第３リード部２０ｃのみに緻密部５９９を設けてもよいし、第４リード部２１ｂのみに緻密部５９９を設けてもよいし、第５リード部２３ｂのみに緻密部５９９を設けていてもよい。さらには、第３配線ユニットＬ３に接続する、第３リード部２０ｃ、第４リード部２１ｂ、第５リード部２３ｂに緻密部５９９を設け、さらには、第１配線ユニットＬ１に接続する、第１リード部２０ｂに緻密部５９９を設けていない形態であってもよい。
【００８３】
また、第１実施形態、第２実施形態では、ガスセンサ２００として、ＮＯｘの濃度を測定するＮＯｘセンサ２００にて説明したが、これに限られず、公知の全領域空燃比センサやラムダセンサのような酸素センサに本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１０、５１０…ガスセンサ素子
１９…露出電極部
２０…ガスセンサ素子
２０ｂ…第１リード部
２０ｃ…第３リード部
２１ｂ…第４リード部
２１ｃ…第２リード部
２３ｂ…第５リード部
２３ｃ…第６リード部
３１…第１スルーホール導体部
３１ｐ，３２ｐ，３３ｐ…一端側開口
３２…第２スルーホール導体部
３３…第３スルーホール導体部
５０…ヒータ
９９、５９９…緻密部
２００…ガスセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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