(57)【要約】【課題】酸素透過性の第１電極と、これに接続された非酸素透過性の第１リードとを備えるガスセンサ素子において、第１電極の酸素ポンプ性能を低下させることなく、短時間で測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になるガスセンサ素子を提供する。【解決手段】第１電極１３３は、第２測定室１６０に露出する露出部１３３ｂと、第２測定室１６０に露出しない位置に配置されて第１リード１３７と接続する接続部１３３ｄであって、当該第１電極１３３の中で第２測定室１６０から最も離れた位置に配置された接続部１３３ｄとを有する。接続部１３３ｄ全体が、第２測定室１６０からの距離が１．０ｍｍ以内の領域Ａ１内に位置している。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第１電極と、
上記第１電極に接続された非酸素透過性の第１リードと、
上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第２電極と、
上記第１電極と対向して配置された測定室であって、測定対象ガスが導入される測定室と、を備え、
上記測定室内に導入された上記測定対象ガスに含まれるＮＯｘ由来の酸素イオンが、上記固体電解質体を通じて上記測定室から上記測定室外の移動先に移動することで、上記ＮＯｘ由来の酸素濃度に応じた電流が上記第１電極と上記第２電極との間を流れるように構成されてなる
ガスセンサ素子において、
上記第１電極は、
上記測定室に露出する露出部と、
上記測定室に露出しない位置に配置されて、上記第１リードと接続する接続部であって、当該第１電極の中で上記測定室から最も離れた位置に配置された接続部と、を有し、
上記接続部全体が、上記測定室からの距離が１．０ｍｍ以内の領域内に位置してなる
ガスセンサ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサ素子であって、
前記第２電極と対向して配置された基準酸素室、を備え、
前記測定室外の前記移動先は、上記基準酸素室である
ガスセンサ素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスセンサ素子であって、
前記固体電解質体の表面上または裏面上に形成された絶縁層を有し、
前記第１電極の一部と前記第１リードは、上記絶縁層上に形成されてなり、
上記第１電極の前記露出部は、上記絶縁層を貫通する貫通孔を通じて、上記固体電解質体と接触する接触部を含み、
上記第１電極の前記接続部は、上記絶縁層上において、上記第１リードと接続してなるガスセンサ素子。
【請求項４】
酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、
上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第１電極と、
上記第１電極に接続された非酸素透過性の第１リードと、
上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第２電極と、
上記第１電極と対向して配置された測定室であって、測定対象ガスが導入される測定室と、を備え、
上記測定室内に導入された上記測定対象ガスに含まれるＮＯｘ由来の酸素イオンが、上記固体電解質体を通じて上記測定室から上記測定室外の移動先に移動することで、上記ＮＯｘ由来の酸素濃度に応じた電流が上記第１電極と上記第２電極との間を流れるように構成されてなる
ガスセンサ素子において、
上記第１電極は、上記測定室内に配置されてなり、
上記ガスセンサ素子は、上記固体電解質体の表面上または裏面上に形成された絶縁層を有し、
上記第１電極の一部と上記第１リードは、上記絶縁層上に形成されてなり、
上記第１電極は、
上記絶縁層を貫通する貫通孔を通じて、上記固体電解質体と接触する接触部と、
上記測定室内で且つ上記絶縁層上において、上記第１リードと接続する接続部と、を有する
ガスセンサ素子。
【請求項５】
請求項４に記載のガスセンサ素子であって、
前記第２電極と対向して配置された基準酸素室、を備え、
前記測定室外の前記移動先は、上記基準酸素室である
ガスセンサ素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のガスセンサ素子、を備える
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、これを備えたガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジンなどの内燃機関の排気通路に取り付けられ、排気ガス（測定対象ガス）中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検知するガスセンサが知られている（特許文献１，２参照）。特許文献１，２には、このガスセンサを構成するガスセンサ素子として、酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた第１電極と、上記第１電極に接続された第１リードと、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた第２電極と、上記第１電極と対向して配置された測定室（第２室）であって測定対象ガスが導入される測定室と、上記第２電極と対向して配置された基準酸素室とを備えるガスセンサ素子が記載されている。このガスセンサ素子は、上記測定室内に導入された上記測定対象ガスに含まれるＮＯｘ由来の酸素イオンが、上記固体電解質体を通じて上記測定室から上記基準酸素室に移動することで、上記ＮＯｘ由来
の酸素濃度に応じた電流が上記第１電極と上記第２電極との間に流れるように構成されている。
【０００３】
特許文献１，２では、酸素ポンプ性能を確保するために、第１電極を多孔質に形成している。その結果、第１電極は、酸素透過性となる。一方、電気導通性を向上させるためには、単位面積当たりの充填度合を高くことが好ましく、そのために、第１リードを緻密に形成している。その結果、第１リードは、非酸素透過性となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１６５６５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２２１８７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、特許文献１の図４には、第１電極として、測定室（第２室）内に配置された第１電極が記載されている。さらに、第１リードとして、測定室内において第１電極に重なりあうようにして接続する第１リードが記載されている。
ところが、第１電極と第１リードが、上述したような、酸素透過性の第１電極と非酸素透過性の第１リードとの組み合わせの場合には、次のような不具合が発生する虞があった。つまり、第１電極のうち、第１リードに重なる部位（以下、接続部ともいう）において、酸素ポンプ性能が低下し、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知する検知精度が低下する虞があった。
【０００６】
一方、上述の問題を考慮し、第１電極の一部を測定室に露出しない位置（測定室の外側）まで延ばすことで、接続部を、測定室に露出しない位置（測定室の外側）に配置することが考えられる。これにより、「接続部が測定室内に配置されることで酸素ポンプ性能が低下し、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知する検知精度が低下する」ことを抑制することができる。
【０００７】
ところが、接続部を上記測定室に露出しない位置に配置したとしても、次のような不具合が発生する虞があった。上述のガスセンサでは、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知するための通常制御を開始する前に、一定時間、第１電極と第２電極との間に一定電流を流すことで、ガスセンサ素子の内部に溜まっている酸素を、測定室を通じて基準酸素室に移動させる（汲み出す）制御を行うことが要求される。ガスセンサ素子の内部（詳細には、測定室や第１電極の内部）に溜まっている酸素の影響を受けることなく、外部から導入される測定対象ガス中のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ由来の酸素濃度）を適切に検出できるようにするためである。
【０００８】
しかしながら、第１電極の接続部を測定室に露出しない位置（閉塞された位置）に配置していると、接続部内に溜まっている（吸着している）酸素を速やかに汲み出すことができない虞があった。このため、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知するための通常制御を開始した後も、接続部内に多くの酸素が残留してしまい、通常制御中に、この残留酸素が少しずつ測定室内に時間をかけて移動してゆく現象が生じる虞があった。このように、接続部内の残留酸素が長時間にわたって測定室内に供給される影響で、制御を開始してからセンサ出力（固体電解質体を通じて測定室から基準酸素室に酸素イオンが移動することによって第１電極と第２電極との間を流れる電流値、これに対応するＮＯｘ濃度）が安定するまでに、長時間を要してしまう虞があった。すなわち、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になるまでに、長時間を要してしまう虞があった。
【０００９】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、酸素透過性の第１電極と、これに接続された非酸素透過性の第１リードとを備えるガスセンサ素子において、第１電極の酸素ポンプ性能を低下させることなく、短時間で測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になるガスセンサ素子、及びこれを備えたガスセンサ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】
【００１０】
本発明の一態様は、酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第１電極と、上記第１電極に接続された非酸素透過性の第１リードと、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第２電極と、上記第１電極と対向して配置された測定室であって、測定対象ガスが導入される測定室と、を備え、上記測定室内に導入された上記測定対象ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）由来の酸素イオンが、上記固体電解質体を通じて上記測定室から上記測定室外の移動先に移動することで、上記ＮＯｘ由来の酸素濃度に応じた電流が上記第１電極と上記第２電極との間を流れるように構成されてなるガスセンサ素子において、上記第１電極は、上記測定室に露出する露出部と、上記測定室に露出しない位置に配置されて、上記第１リードと接続する接続部であって、当該第１電極の中で上記測定室から最も離れた位置に配置された接続部と、を有し、上記接続部全体が、上記測定室からの距離が１．０ｍｍ以内の領域内に位置してなるガスセンサ素子である。
【００１１】
上述のガスセンサ素子は、酸素透過性の第１電極と、この第１電極に接続された非酸素透過性の第１リードとを備えている。このうち、第１電極は、測定室に露出する露出部と、測定室に露出しない位置（測定室の外側）に配置されて第１リードと接続する接続部とを有している。この接続部は、測定室の外側で第１リードと接続させるために、第１電極を測定室から離れる方向に延長して形成されるため、第１電極のうちで測定室から最も離れた位置に配置されている。
【００１２】
このような構成のガスセンサ素子では、従来、接続部内に溜まっている（吸着している）酸素を速やかに汲み出すことができない虞があった。このため、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知するための通常制御を開始した後も、接続部内に多くの酸素が残留しており、通常制御中に、この残留酸素が少しずつ測定室内に移動してゆく現象が生じる虞があった。この影響で、制御を開始してからセンサ出力が安定するまでに、長時間を要してしまう虞があった。すなわち、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になるまでに、長時間を要してしまう虞があった。
【００１３】
これに対し、上述のガスセンサ素子では、接続部全体を、上記測定室からの距離が１．０ｍｍ以内の領域内に配置している。これにより、接続部内に溜まっている酸素を速やかに汲み出すことが可能となり、制御を開始してからセンサ出力が安定するまでの時間を短くすることが可能となる。すなわち、短時間で、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になる。
【００１４】
しかも、上述のガスセンサ素子では、第１電極が、上記測定室に露出しない位置において第１リードと接続している。このため、前述の特許文献１（特許第４１６５６５２号公報）と異なり、「接続部が測定室内に配置されることで、酸素ポンプ性能が低下し、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知する検知精度が低下する」ことを抑制することができる。
なお、ＮＯｘ由来の酸素イオンが測定室から測定室外に移動する「移動先」としては、例えば、当該測定室とは異なるガスセンサ素子の内部空間（例えば、後述する基準酸素室、他の測定室）、ガスセンサ素子外の空間（例えば、ガスセンサ素子が接して測定対象ガスが流通する空間、ガスセンサ素子が接して大気が流通する空間）が挙げられる。
【００１５】
さらに、上記のガスセンサ素子であって、前記第２電極と対向して配置された基準酸素室、を備え、前記測定室外の前記移動先は、上記基準酸素室であるガスセンサ素子とすると良い。
すなわち、酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第１電極と、上記第１電極に接続された非酸素透過性の第１リードと、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第２電極と、上記第１電極と対向して配置された測定室であって、測定対象ガスが導入される測定室と、上記第２電極と対向して配置された基準酸素室と、を備え、上記測定室内に導入された上記測定対象ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）由来の酸素イオンが、上記固体電解質体を通じて上記測定室から上記基準酸素室に移動することで、上記ＮＯｘ由来の酸素濃度に応じた電流が上記第１電極と上記第２電極との間を流れるように構成されてなるガスセンサ素子において、上記第１電極は、上記測定室に露出する露出部と、上記測定室に露出しない位置に配置されて、上記第１リードと接続する接続部であって、当該第１電極の中で上記測定室から最も離れた位置に配置された接続部と、を有し、上記接続部全体が、上記測定室からの距離が１．０ｍｍ以内の領域内に位置してなるガスセンサ素子とすると良い。
上述のガスセンサ素子を用いることで、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出することができる。
【００１６】
さらに、上記いずれかのガスセンサ素子であって、前記固体電解質体の表面上または裏面上に形成された絶縁層を有し、前記第１電極の一部と前記第１リードは、上記絶縁層上に形成されてなり、上記第１電極の前記露出部は、上記絶縁層を貫通する貫通孔を通じて、上記固体電解質体と接触する接触部を含み、上記第１電極の前記接続部は、上記絶縁層上において、上記第１リードと接続してなるガスセンサ素子とすると良い。
【００１７】
上述のガスセンサ素子では、第１電極の露出部（第１電極のうち測定室に露出する部位）は、絶縁層の貫通孔を通じて、固体電解質体と接触する接触部を有している。一方、第１リードは、絶縁層上に形成している（これにより、固体電解質体と接触させないようにしている）。また、第１電極の接続部は、絶縁層上において、第１リードと接続している。従って、上述のガスセンサ素子では、第１電極の接続部を、測定室に露出しない位置に配置すると共に、固体電解質体と接触させないようにしている。
【００１８】
これにより、上述のガスセンサでは、第１電極の接触部のみを、実際に感応部として機能させることができ、検知対象であるＮＯｘ濃度を精度良く検知することが可能となる。なお、第１リードは、第１電極とは電気特性が異なるため、第１リードやこれと接続した接続部の一部が固体電解質体と接触する構成とした場合は、ガス濃度を精度良く検知することができないことがある。
【００１９】
本発明の他の態様は、酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第１電極と、上記第１電極に接続された非酸素透過性の第１リードと、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第２電極と、上記第１電極と対向して配置された測定室であって、測定対象ガスが導入される測定室と、を備え、上記測定室内に導入された上記測定対象ガスに含まれるＮＯｘ由来の酸素イオンが、上記固体電解質体を通じて上記測定室から上記測定室外の移動先に移動することで、上記ＮＯｘ由来の酸素濃度に応じた電流が上記第１電極と上記第２電極との間を流れるように構成されてなるガスセンサ素子において、上記第１電極は、上記測定室内に配置されてなり、上記ガスセンサ素子は、上記固体電解質体の表面上または裏面上に形成された絶縁層を有し、上記第１電極の一部と上記第１リードは、上記絶縁層上に形成されてなり、上記第１電極は、上記絶縁層を貫通する貫通孔を通じて、上記固体電解質体と接触する接触部と、上記測定室内で且つ上記絶縁層上において、上記第１リードと接続する接続部と、を有するガスセンサ素子である。
【００２０】
上述のガスセンサ素子は、酸素透過性の第１電極と、この第１電極に接続された非酸素透過性の第１リードとを備えている。このうち、第１電極は、その全体が測定室内に配置されている（第１電極の表面または裏面の全体が測定室に露出している）。さらに、接続部は、測定室内で第１リードと接続している。
【００２１】
このような構成とすることで、接続部内に溜まっている酸素を速やかに汲み出すことが可能となり、制御を開始してからセンサ出力が安定するまでの時間を短くすることが可能となる。すなわち、短時間で、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になる。
【００２２】
しかも、上述のガスセンサ素子では、第１電極の接続部が、絶縁層上において、第１リードと接続している（これにより、固体電解質体と接触させないようにしている）。従って、接続部が測定室内に配置されていても、接続部が第１電極の酸素ポンプ性能に影響を及ぼすことがない（第１電極の酸素ポンプ性能を低下させることがない）。このため、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知する検知精度が低下することを抑制できる。
【００２３】
さらに、上記のガスセンサ素子であって、前記第２電極と対向して配置された基準酸素室、を備え、前記測定室外の前記移動先は、上記基準酸素室であるガスセンサ素子とすると良い。
すなわち、酸素イオン伝導性を有する板状の固体電解質体と、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第１電極と、上記第１電極に接続された非酸素透過性の第１リードと、上記固体電解質体の表面側または裏面側に設けられた酸素透過性の第２電極と、上記第１電極と対向して配置された測定室であって、測定対象ガスが導入される測定室と、上記第２電極と対向して配置された基準酸素室と、を備え、上記測定室内に導入された上記測定対象ガスに含まれるＮＯｘ由来の酸素イオンが、上記固体電解質体を通じて上記測定室から上記基準酸素室に移動することで、上記ＮＯｘ由来の酸素濃度に応じた電流が上記第１電極と上記第２電極との間を流れるように構成されてなるガスセンサ素子において、上記第１電極は、上記測定室内に配置されてなり、上記ガスセンサ素子は、上記固体電解質体の表面上または裏面上に形成された絶縁層を有し、上記第１電極の一部と上記第１リードは、上記絶縁層上に形成されてなり、上記第１電極は、上記絶縁層を貫通する貫通孔を通じて、上記固体電解質体と接触する接触部と、上記測定室内で且つ上記絶縁層上において、上記第１リードと接続する接続部と、を有するガスセンサ素子とすると良い。
上述のガスセンサ素子を用いることで、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出することができる。
【００２４】
また、本発明の他の態様は、上記いずれかのガスセンサ素子、を備えるガスセンサである。
このガスセンサは、前述のいずれかのガスセンサ素子を有している。このため、このガスセンサでは、第１電極の酸素ポンプ性能を低下させることなく、短時間で測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態及び変形形態にかかるガスセンサの断面図である。
【図２】実施形態及び変形形態にかかるガスセンサ素子の斜視図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】ガスセンサ素子を構成する各層を示す斜視図である。
【図５】図４のＥ部の拡大図である。
【図６】図４のＦ部の拡大図である。
【図７】Ｉｐ２−電極の接続部の位置を示す図であり、図３のＣ矢視図である。
【図８】ガスセンサ素子の性能評価試験の結果を示す図である。
【図９】ガスセンサ素子の性能評価試験の結果を示す他の図である。
【図１０】変形形態にかかるガスセンサ素子について、Ｉｐ２−電極の接続部の位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、実施形態にかかるガスセンサ１の縦断面図（軸線ＡＸに沿って切断した断面図）である。図２は、実施形態にかかるガスセンサ素子１０の斜視図である。図３は、図２のＢ−Ｂ断面図であり、ガスセンサ素子１０の内部構造を示している。図４は、ガスセンサ素子１０を構成する各層を示す斜視図であり、積層方向（図４において上下方向）について積層順に並べて示している。図５は、図４のＥ部の拡大図であり、図６は、図４のＦ部の拡大図である。
【００２７】
ガスセンサ１は、測定対象ガスである排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を検出可能なガスセンサ素子１０を備え、内燃機関の排気管（図示なし）に装着されて使用されるＮＯｘセンサである（図１参照）。このガスセンサ１は、排気管に固定するためのネジ部２１が外表面の所定位置に形成された筒状の主体金具２０を備える。ガスセンサ素子１０は、軸線ＡＸ方向に延びる細長板状をなし、主体金具２０の内側に保持されている（図１、図２参照）。
【００２８】
さらに詳しくは、ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋ（図１において上端の部位）が挿入される挿入孔６２を有する保持部材６０と、この保持部材６０の内側に保持された６個の端子部材とを備える。なお、図１では、６個の端子部材のうち２個の端子部材（具体的には、端子部材７５，７６）のみを図示している。
【００２９】
ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋ（図２において右端部）には、平面視矩形状の電極端子部が合計６個形成されている。詳細には、ガスセンサ素子１０の第１面１０ａに、電極端子部１３，１４，１５が形成され、第２面１０ｂに、電極端子部１６，１７，１８が形成されている。電極端子部１３〜１８には、それぞれ、前述の端子部材が弾性的に当接して電気的に接続している（図１参照）。具体的には、各々の端子部材の先端側に位置する素子当接部が、電極端子部１３〜１８のいずれかに弾性的に当接する。例えば、電極端子部１４には、端子部材７５の素子当接部７５ｂが弾性的に当接して電気的に接続している。また、電極端子部１７には、端子部材７６の素子当接部７６ｂが弾性的に当接して電気的に接続している（図１参照）。
【００３０】
さらに、６個の端子部材（端子部材７５，７６など）には、それぞれ、異なるリード線７１が電気的に接続されている。具体的には、端子部材の後端部に位置するリード線把持部によって、リード線７１の芯線が把持されることで、端子部材にリード線７１が電気的に接続される。例えば、図１に示すように、端子部材７５のリード線把持部７７によって、リード線７１の芯線が把持されることで、端子部材７５にリード線７１が電気的に接続される。また、端子部材７６のリード線把持部７８によって、他のリード線７１の芯線が把持されることで、端子部材７６に他のリード線７１が電気的に接続される。
【００３１】
主体金具２０は、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔２３を有する筒状部材である。この主体金具２０は、径方向内側に突出する形態で貫通孔２３の一部を構成する棚部２５を有している。主体金具２０は、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを自身の先端側外部（図１において下方）に突出させると共に、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋを自身の後端側外部（図１において上方）に突出させた状態で、ガスセンサ素子１０を貫通孔２３内に保持している。
【００３２】
また、主体金具２０の貫通孔２３の内部には、環状のセラミックホルダ４２、滑石粉末を環状に充填してなる２つの滑石リング４３，４４、及びセラミックスリーブ４５が配置されている。詳細には、ガスセンサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で、セラミックホルダ４２、滑石リング４３，４４、及びセラミックスリーブ４５が、この順に、主体金具２０の軸線方向先端側（図１において下端側）から軸線方向後端側（図１において上端側）にわたって重ねて配置されている。
【００３３】
また、セラミックホルダ４２と主体金具２０の棚部２３との間には、金属カップ４１が配置されている。また、セラミックスリーブ４５と主体金具２０のカシメ部２２との間には、加締リング４６が配置されている。なお、主体金具２０のカシメ部２２が、加締リング４６を介してセラミックスリーブ４５を先端側に押し付けるように、加締められている。
【００３４】
主体金具２０の先端部２０ｂには、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを覆うように、複数の孔を有する金属製（具体的にはステンレス）の外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２が、溶接によって取り付けられている。一方、主体金具２０の後端部には、外筒５１が溶接によって取り付けられている。外筒５１は、軸線ＡＸ方向に延びる筒状をなし、ガスセンサ素子１０を包囲している。
【００３５】
保持部材６０は、絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、軸線ＡＸ方向に貫通する挿入孔６２を有する筒状部材である。挿入孔６２内には、前述した６個の端子部材（端子部材７５，７６など）が配置されている（図１参照）。保持部材６０の後端部には、径方向外側に突出する鍔部６５が形成されている。保持部材６０は、鍔部６５が内部支持部材５３に当接する態様で、内部支持部材５３に保持されている。なお、内部支持部材５３は、外筒５１のうち径方向内側に向けて加締められた加締部５１ｇにより、外筒５１に保持されている。
【００３６】
保持部材６０の後端面６１上には、絶縁部材９０が配置されている。絶縁部材９０は、電気絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、円筒状をなす。この絶縁部材９０には、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔９１が合計６個形成されている。この貫通孔９１には、前述した端子部材のリード線把持部（リード線把持部７７，７８など）が配置されている。
【００３７】
また、外筒５１のうち軸線方向後端部（図１において上端部）に位置する後端開口部５１ｃの径方向内側には、フッ素ゴムからなる弾性シール部材７３が配置されている（図１参照）。この弾性シール部材７３には、軸線ＡＸ方向に延びる円筒状の挿通孔７３ｃが、合計６個形成されている。各々の挿通孔７３ｃは、弾性シール部材７３の挿通孔面７３ｂ（円筒状の内壁面）によって構成されている。各々の挿通孔７３ｃには、リード線７１が１本ずつ挿通されている。各々のリード線７１は、弾性シール部材７３の挿通孔７３ｃを通じて、ガスセンサ１の外部に延出している。弾性シール部材７３は、外筒５１の後端開口部５１ｃを径方向内側に加締めることで径方向に弾性圧縮変形し、これにより、挿通孔面７３ｂとリード線７１の外周面７１ｂとを密着させて、挿通孔面７３ｂとリード線７１の外周面７１ｂとの間を水密に封止している。
【００３８】
一方、ガスセンサ素子１０は、図３に示すように、板状の固体電解質体１１１、１２１、１３１と、これらの間に配置された絶縁体１４０、１４５とを備え、これらが積層方向（図３において上下方向）に積層された構造を有する。さらに、ガスセンサ素子１０には、固体電解質体１３１の裏面１３１ｃ側（図３において下面側）に、ヒータ１６１が積層されている。このヒータ１６１は、アルミナを主体とする板状の絶縁体１６２、１６３と、その間に埋設されたヒータパターン１６４（Ｐｔを主体としている）とを備えている（図３，６参照）。ヒータパターン１６４は、Ｗ字状の発熱部１６４ｄと、発熱部１６４ｄの両端にそれぞれ接続される直線状の第１リード部１６４ｂ及び第２リード部１６４ｃとを備える。第１リード部１６４ｂは電極端子部１６に電気的に接続され、第２リード部１６４ｃは電極端子部１８に電気的に接続されている（図６参照）。
【００３９】
固体電解質体１１１、１２１、１３１は、固体電解質であるジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質体１１１の表面１１１ｂ側（図３において上面側）には、多孔質のＩｐ１＋電極１１２が設けられている。また、固体電解質体１１１の裏面１１１ｃ側（図３において下面側）には、多孔質のＩｐ１−電極１１３が設けられている。Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１−電極１１３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、酸素透過性を有している。
【００４０】
なお、本実施形態では、次のようにして、Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１−電極１１３を形成している。具体的には、まず、１００重量部のＰｔ粉末と１４重量部のセラミック粉末と１０重量部の有機バインダー（例えば、エチルセルロース）を混合し、この混合物に対し所定量の溶媒を加えて、電極用ペーストを作製する。次いで、この電極用ペーストを固体電解質体１１１の表面１１１ｂ側及び裏面１１１ｃ側に塗工する。その後、加熱により有機バインダを消失させて、多孔質の電極１１２、１１３が形成される。
【００４１】
図５に示すように、Ｉｐ１＋電極１１２の接続部１１２ｄには、Ｉｐ１＋リード１１６が接続されている。このＩｐ１＋リード１１６は、電極端子部１３に電気的に接続されている。また、Ｉｐ１−電極１１３の接続部１１３ｄには、Ｉｐ１−リード１１７が接続されている。このＩｐ１−リード１１７は、電極端子部１５に電気的に接続されている。Ｉｐ１＋リード１１６及びＩｐ１−リード１１７は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１−電極１１３と異なり、緻密に形成されている。このため、Ｉｐ１＋リード１１６及びＩｐ１−リード１１７は、非酸素透過性となっている。
【００４２】
なお、本実施形態では、次のようにして、Ｉｐ１＋リード１１６及びＩｐ１−リード１１７を形成している。具体的には、まず、１００重量部のＰｔ粉末と１８重量部のセラミック粉末と５重量部の有機バインダー（例えば、エチルセルロース）を混合し、この混合物に対し所定量の溶媒を加えて、リード用ペーストを作製する。次いで、このリード用ペーストを固体電解質体１１１の表面１１１ｂ側及び裏面１１１ｃ側に塗工する。その後、加熱により有機バインダを消失させて、リード１１６、１１７が形成される。
ところで、リード用ペーストは、前述の電極用ペーストに比べて、有機バインダーの添加量を少量（約半分の量）にしている。このように、加熱により消失して内部空孔を形成する有機バインダの添加量を少量とすることで、内部空孔の少ない緻密なリード１１６、１１７が形成される。
【００４３】
また、Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１＋リード１１６の表面側（図３〜図５において上面側）には、アルミナ等からなる保護層１１５が積層されている。この保護層１１５のうちＩｐ１＋電極１１２と積層方向に対向する位置には、ガスセンサ素子１０の外部に露出する第１多孔質体１１４が設けられている。この第１多孔質体１１４は、ガス透過性を有し、Ｉｐ１＋電極１１２の一部と接触している。Ｉｐ１＋電極１１２のうち第１多孔質体１１４と接触する部位を、接触部１１２ｂとする。
【００４４】
固体電解質体１１１及び電極１１２、１１３は、Ｉｐ１セル１１０（第１ポンプセル）を構成する（図３参照）。このＩｐ１セル１１０は、電極１１２、１１３間に流すポンプ電流Ｉｐ１に応じて、電極１１２の接する雰囲気（ガスセンサ素子１０の外部の雰囲気）と電極１１３の接する雰囲気（後述する第１測定室１５０内の雰囲気）との間で酸素の汲み出し及び汲み入れ（いわゆる酸素ポンピング）を行う。
【００４５】
固体電解質体１２１は、絶縁体１４０を挟んで、固体電解質体１１１と積層方向に対向するように配置されている。固体電解質体１２１の表面１２１ｂ側（図３において上面側）には、多孔質のＶｓ−電極１２２が設けられている。また、固体電解質体１２１の裏面１２１ｃ側（図３において下面側）には、多孔質のＶｓ＋電極１２３が設けられている。Ｖｓ−電極１２２及びＶｓ＋電極１２３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、酸素透過性を有している。
【００４６】
図５に示すように、Ｖｓ−電極１２２の接続部１２２ｄには、Ｖｓ−リード１２６が接続されている。このＶｓ−リード１２６は、電極端子部１５に電気的に接続されている。このＶｓ−リード１２６は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｖｓ−電極１２２と異なり、緻密に形成されている。このため、Ｖｓ−リード１２６は、非酸素透過性である。一方、図５，６に示すように、Ｖｓ＋電極１２３には、Ｖｓ＋リード１２７が接続されている。このＶｓ＋リード１２７は、電極端子部１４に電気的に接続されている。このＶｓ＋リード１２７は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｖｓ＋電極１２３と同時に形成されるため、多孔質に形成されている。このため、Ｖｓ＋リード１２７は、酸素透過性を有している。
【００４７】
固体電解質体１１１と固体電解質体１２１との間には、ガスセンサ素子の内部空間としての第１測定室１５０が形成されている（図３参照）。この第１測定室１５０は、排気通路内を流通する排ガスが、ガスセンサ素子１０内に最初に導入される内部空間であり、ガス透過性を有する第２多孔質体１５１を通じてガスセンサ素子１０の外部と連通している。第２多孔質体１５１は、ガスセンサ素子１０の外部との仕切りとして、第１測定室１５０の側方に設けられており、第１測定室１５０内への排ガスの単位時間あたりの流通量を制限する（図２、図５参照）。
【００４８】
第１測定室１５０の後端側（図３において右側）には、第１測定室１５０と後述する第２測定室１６０との間の仕切りとして、排ガスの単位時間あたりの流通量を制限する第３多孔質体１５２が設けられている。
【００４９】
固体電解質体１２１及び電極１２２、１２３は、Ｖｓセル１２０を構成する（図３参照）。このＶｓセル１２０は、主として、固体電解質体１２１により隔てられた雰囲気（電極１２２の接する第１測定室１５０内の雰囲気と、電極１２３の接する基準酸素室１７０内の雰囲気）間の酸素分圧差に応じて起電力を発生する。
【００５０】
固体電解質体１３１は、絶縁体１４５を挟んで、固体電解質体１２１と積層方向に対向するように配置されている。固体電解質体１３１の表面１３１ｂ側（図３において上面側）には、多孔質のＩｐ２＋電極１３２と多孔質のＩｐ２−電極１３３が設けられている。Ｉｐ２＋電極１３２及びＩｐ２−電極１３３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、酸素透過性を有している。
【００５１】
図６に示すように、Ｉｐ２＋電極１３２には、Ｉｐ２＋リード１３６が接続されている。このＩｐ２＋リード１３６は、電極端子部１７に電気的に接続されている。このＩｐ２＋リード１３６は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｉｐ２＋電極１３２と同時に形成されるため、多孔質に形成されている。このため、Ｉｐ２＋リード１３６は、酸素透過性を有している。一方、Ｉｐ２−電極１３３の接続部１３３ｄには、Ｉｐ２−リード１３７が接続されている。このＩｐ２−リード１３７は、電極端子部１５に電気的に接続されている。このＩｐ２−リード１３７は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｉｐ２−電極１３３と異なり、緻密に形成されている。このため、Ｉｐ２−リード１３７は、非酸素透過性である。
【００５２】
Ｉｐ２＋電極１３２と対向する位置、より具体的には、Ｉｐ２＋電極１３２とＶｓ＋電極１２３との間には、孤立した小空間としての基準酸素室１７０が形成されている（図３参照）。換言すれば、Ｉｐ２＋電極１３２（第２電極）は、ガスセンサ素子１０内に形成された基準酸素室１７０に面している（臨んでいる）。この基準酸素室１７０は、絶縁体１４５に形成されている開口部１４５ｂにより構成されている。なお、基準酸素室１７０内のうちＩｐ２＋電極１３２側には、セラミックス製の多孔質体が配置されている。
【００５３】
また、Ｉｐ２−電極１３３と積層方向に対向する位置には、ガスセンサ素子の内部空間としての第２測定室１６０が形成されている。換言すれば、Ｉｐ２−電極１３３（第１電極）は、ガスセンサ素子１０内に形成された第２測定室１６０に面している（臨んでいる）。この第２測定室１６０は、絶縁体１４５を積層方向に貫通する開口部１４５ｃと、固体電解質体１２１を積層方向に貫通する開口部１２５と、絶縁体１４０を積層方向に貫通する開口部１４１とにより構成されている。
第１測定室１５０と第２測定室１６０とは、ガス透過性を有する第３多孔質体１５２を通じて連通している。従って、第２測定室１６０は、第２多孔質体１５１、第１測定室１５０、及び第３多孔質体１５２を通じて、ガスセンサ素子１０の外部と連通している。
【００５４】
なお、本実施形態では、固体電解質体１３１が、特許請求の範囲に記載の「固体電解質体」に相当する。また、Ｉｐ２−電極１３３が、特許請求の範囲に記載の「第１電極」に相当する。また、Ｉｐ２−リード１３７が、特許請求の範囲に記載の「第１リード」に相当する。また、Ｉｐ２＋電極１３２が、特許請求の範囲に記載の「第２電極」に相当する。また、第２測定室１６０が、特許請求の範囲に記載の「測定室」に相当する。また、基準酸素室１７０が、特許請求の範囲に記載の「測定室外の移動先」及び「基準酸素室」に相当する。また、接続部１３３ｄが、特許請求の範囲に記載の「接続部」に相当する。
【００５５】
固体電解質体１３１及び電極１３２、１３３は、ＮＯｘ濃度を検知するためのＩｐ２セル１３０（第２ポンプセル）を構成する。このＩｐ２セル１３０は、第２測定室１６０内で分解されたＮＯｘ由来の酸素（酸素イオン）を、固体電解質体１３１を通じて、第２測定室１６０外の移動先である基準酸素室１７０に移動させる。このとき、電極１３２に接続されたリード１３６及び電極１３３に接続されたリード１３７には、第２測定室１６０内に導入された排ガス（測定対象ガス）に含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れる。
【００５６】
なお、本実施形態では、固体電解質体１３１の表面１３１ｂ上に、アルミナ絶縁層１３８が形成されている。さらに、Ｉｐ２＋電極１３２の一部及びＩｐ２＋リード１３６は、アルミナ絶縁層１３８上に形成されている。さらに、Ｉｐ２−電極１３３の一部及びＩｐ２−リード１３７も、アルミナ絶縁層１３８上に形成されている（これにより、固体電解質体１３１と接触させないようにしている）。また、Ｉｐ２−電極１３３の接続部１３３ｄは、アルミナ絶縁層１３８上において、リード１３７と接続している。なお、この接続部１３３ｄは、第２測定室１６０の外側に位置し、且つ、Ｉｐ２−電極１３３のうちで第２測定室１６０から最も離れた位置に配置されている（図７参照）。
【００５７】
また、電極１３２は、アルミナ絶縁層１３８を積層方向に貫通する貫通孔１３８ｂを通じて、固体電解質体１３１と接触する接触部１３２ｃを有する。また、電極１３３のうち第２測定室１６０に露出する露出部１３３ｂは、アルミナ絶縁層１３８を積層方向に貫通する貫通孔１３８ｃを通じて、固体電解質体１３１と接触する接触部１３３ｃを有する（図３参照）。
【００５８】
従って、本実施形態では、Ｉｐ２−電極１３３の接続部１３３ｄを、第２測定室１６０に露出しない位置に配置すると共に、固体電解質体１３１と接触させないようにしている。これにより、Ｉｐ２−電極１３３のうち接触部１３３ｃのみを、実際に感応部として機能させることができ、測定対象であるＮＯｘ濃度を精度良く検知することが可能となる。なお、リード１３７と電極１３３とは電気特性が異なるため、リードやこれと接続した接続部の一部が固体電解質体と接触する構成とした場合は、接触させない本実施形態と
比べて、ガス濃度の検知精度が劣ることになる。
【００５９】
なお、本実施形態では、露出部１３３ｂが、特許請求の範囲に記載の「露出部」に相当する。また、アルミナ絶縁層１３８が、特許請求の範囲に記載の「絶縁層」に相当する。また、接触部１３３ｃが、特許請求の範囲に記載の「接触部」に相当する。
【００６０】
また、本実施形態では、固体電解質体１１１の表面１１１ｂ上に、アルミナ絶縁層１１８が形成されている（図３参照）。さらに、Ｉｐ１＋電極１１２の一部及びＩｐ１＋リード１１６は、アルミナ絶縁層１１８上に形成されている。さらに、Ｉｐ１＋電極１１２の接触部１１２ｂは、アルミナ絶縁層１１８を積層方向に貫通する貫通孔１１８ｂを通じて、固体電解質体１１１と接触する接触部１１２ｃを有する。
【００６１】
さらに、固体電解質体１１１の裏面１１１ｃ上には、アルミナ絶縁層１１９が形成されている。さらに、Ｉｐ１−電極１１３の一部及びＩｐ１−リード１１７は、アルミナ絶縁層１１９上に形成されている。さらに、Ｉｐ１−電極１１３のうち第１測定室１５０に露出する露出部１１３ｂは、アルミナ絶縁層１１９を積層方向に貫通する貫通孔１１９ｂを通じて、固体電解質体１１１と接触する接触部１１３ｃを有する。
【００６２】
さらに、本実施形態では、固体電解質体１２１の表面１２１ｂ上に、アルミナ絶縁層１２８が形成されている。さらに、Ｖｓ−電極１２２の一部及びＶｓ−リード１２６は、アルミナ絶縁層１２８上に形成されている。さらに、Ｖｓ−電極１２２のうち第１測定室１５０に露出する露出部１２２ｂは、アルミナ絶縁層１２８を積層方向に貫通する貫通孔１２８ｂを通じて、固体電解質体１２１と接触する接触部１２２ｃを有する。
【００６３】
さらに、固体電解質体１２１の裏面１２１ｃ上には、アルミナ絶縁層１２９が形成されている。さらに、Ｖｓ＋電極１２３の一部及びＶｓ＋リード１２７は、アルミナ絶縁層１２９上に形成されている。さらに、Ｖｓ＋電極１２３は、アルミナ絶縁層１２９を積層方向に貫通する貫通孔１２９ｂを通じて、固体電解質体１２１と接触する接触部１２３ｃを有する。
【００６４】
また、本実施形態では、Ｉｐ２−電極１３３の接続部１３３ｄが、第２測定室１６０に露出しない位置に配置され、第２測定室１６０の外側でＩｐ２−リード１３７と接続している（図７参照）。このため、前述の特許文献１（特許第４１６５６５２号公報）と異なり、「接続部が測定室内に配置されることで、酸素ポンプ性能が低下し、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知する検知精度が低下する」ことを抑制できる。
【００６５】
ここで、本実施形態のガスセンサ１によるＮＯｘ濃度検知について、簡単に説明する。
ガスセンサ素子１０の固体電解質体１１１、１２１、１３１は、ヒータパターン１６４の昇温に伴い加熱され、活性化する。これにより、Ｉｐ１セル１１０、Ｖｓセル１２０、及びＩｐ２セル１３０が動作するようになる。
【００６６】
排ガス（測定対象ガス）中のＮＯｘ濃度を検知するための通常制御を開始する前に、一定時間（例えば、２０秒間）、電極１３２と電極１３３との間に一定電流を流すことで、ガスセンサ素子１０の内部に溜まっている酸素を、第２測定室１６０を通じて基準酸素室１７０に移動させる（汲み出す）制御を行う。ガスセンサ素子１０の内部（詳細には、第２測定室１６０や電極１３３の内部）に溜まっている酸素の影響を受けることなく、外部から導入される排ガス中のＮＯｘ濃度（ＮＯｘ由来の酸素濃度）を適切に検出できるようにするためである。
【００６７】
排気通路（図示なし）内を流通する排ガス（測定対象ガス）は、第２多孔質体１５１による流通量の制限を受けつつ第１測定室１５０内に導入される。このとき、Ｖｓセル１２０には、電極１２３側から電極１２２側へ微弱な電流Ｉｃｐが流されている。このため、排ガス中の酸素は、負極側となる第１測定室１５０内の電極１２２から電子を受け取ることができ、酸素イオンとなって固体電解質体１２１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。つまり、電極１２２、１２３間で電流Ｉｃｐが流されることによって、第１測定室１５０内の酸素が基準酸素室１７０内に送り込まれる。
【００６８】
第１測定室１５０内に導入された排ガスの酸素濃度が所定値より低い場合、電極１１２側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、ガスセンサ素子１０の外部から第１測定室１５０内へ酸素の汲み入れを行う。一方、第１測定室１５０内に導入された排ガスの酸素濃度が所定値より高い場合、電極１１３側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、第１測定室１５０内からガスセンサ素子１０外部へ酸素の汲み出しを行う。
【００６９】
このように、第１測定室１５０において酸素濃度が調整された排ガスは、第３多孔質体１５２を通じて、第２測定室１６０内に導入される。第２測定室１６０内で電極１３３と接触した排ガス中のＮＯｘは、電極１３２、１３３間に一定電圧Ｖｐ２を印加することで、電極１３３上で窒素と酸素に分解（還元）され、分解された酸素は、酸素イオンとなって固体電解質体１３１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。このとき、第１測定室１５０で汲み残された残留酸素も同様に、Ｉｐ２セル１３０によって基準酸素室１７０内に移動する。これにより、Ｉｐ２セル１３０には、ＮＯｘ由来の電流及び残留酸素由来の電流が流れる。
【００７０】
ここで、第１測定室１５０で汲み残された残留酸素の濃度は、上記のように所定値に調整されているため、その残留酸素由来の電流は略一定とみなすことができ、ＮＯｘ由来の電流の変動に対し影響は小さく、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流は、ＮＯｘ濃度に比例することとなる。従って、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流Ｉｐ２を検出し、その電流値に基づいて、排ガス中のＮＯｘ濃度を検知することができる。
【００７１】
ところで、本実施形態のガスセンサ１では、ガスセンサ素子１０が、前述のように、酸素透過性のＩｐ２−電極１３３と、このＩｐ２−電極１３３に接続された非酸素透過性のＩｐ２−リード１３７とを備えている。このうち、電極１３３は、第２測定室１６０に露出する露出部１３３ｂと、第２測定室１６０に露出しない位置に配置されてリード１３７と接続する接続部１３３ｄとを有している。この接続部１３３ｄは、第２測定室１６０の外側でリード１３７と接続させるために、電極１３３を第２測定室１６０から離れる方向に延長して形成されるため、電極１３３のうちで第２測定室１６０から最も離れた位置に配置されている（図７参照）。
【００７２】
従来、このような構成のガスセンサ素子を備えるガスセンサでは、Ｉｐ２−電極の接続部内に溜まっている酸素を速やかに汲み出すことができない虞があった。このため、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知するための通常制御を開始した後も、接続部内に多くの酸素が残留（吸着）しており、通常制御中に、この残留酸素が少しずつ測定室内に時間をかけて移動してゆく現象が生じる虞があった。このように、接続部内の残留酸素が長時間にわたって測定室内に供給される影響で、制御を開始してからセンサ出力（固体電解質体１３１を通じて第２測定室１６０から基準酸素室１７０に酸素イオンが移動することによって電極１３２と電極１３３との間を流れる電流値、これに対応するＮＯｘ濃度値）が安定するまでに、長時間を要してしまう虞があった。すなわち、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になるまでに、長時間を要してしまう虞があった。
【００７３】
これに対し、本実施形態のガスセンサ１では、ガスセンサ素子１０において、図７に示すように、Ｉｐ２−電極１３３の接続部１３３ｄ全体を、第２測定室１６０からの距離が１．０ｍｍ以内の領域Ａ１（図７において二点鎖線Ｋ１で囲まれた領域）内に配置している。これにより、接続部１３３ｄ内に溜まっている酸素を速やかに汲み出すことが可能となり、ガスセンサ１（ガスセンサ素子１０）の制御を開始してからセンサ出力が安定するまでの時間を短くすることが可能となる。すなわち、短時間で、排ガス（測定対象ガス）中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になる。このことは、後述する性能評価試験の結果より明らかである。
【００７４】
（変形形態）
次に、本発明の変形形態について説明する。なお、本変形形態のガスセンサ２０１は、実施形態のガスセンサ１と比較してガスセンサ素子のみが異なり、その他の部位については同様である（図１参照）。詳細には、本変形形態のガスセンサ素子２１０は、実施形態のガスセンサ素子１０と比較して、第２測定室に対するＩｐ２−電極の位置が異なり、その他についてはほぼ同様である。従って、ここでは、実施形態と異なる点を中心に説明し、同様な点については説明を省略または簡略化する。
【００７５】
実施形態のガスセンサ素子１０では、図７に示すように、Ｉｐ２−電極１３３のうち接続部１３３ｄを、第２測定室１６０の外側で、且つ、第２測定室１６０からの距離が１．０ｍｍ以内の領域Ａ１（図７において二点鎖線Ｋ１で囲まれた領域）の内側に配置した。
【００７６】
これに対し、本変形形態のガスセンサ素子２１０では、図１０に示すように、Ｉｐ２−電極２３３を、第２測定室２６０内に配置している。すなわち、接続部２３３ｄを含めてＩｐ２−電極２３３の全体を、第２測定室２６０内に配置している。これにより、接続部２３３ｄを含めたＩｐ２−電極２３３の全体を、第２測定室２６０内に露出させている。また、Ｉｐ２−リード２３７は、第２測定室２６０内で、Ｉｐ２−電極２３３の接続部２３３ｄと接続している。
【００７７】
このような構成とすることで、Ｉｐ２−電極２３３の接続部２３３ｄ内に溜まっている酸素を速やかに汲み出すことが可能となり、制御を開始してからセンサ出力が安定するまでの時間を短くすることが可能となる。すなわち、短時間で、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になる。このことは、後述する性能評価試験の結果より明らかである。
【００７８】
また、固体電解質体１３１の表面１３１ｂ上には、アルミナ絶縁層２３８が形成されており、Ｉｐ２−電極２３３は、アルミナ絶縁層２３８の貫通孔２３８ｃを通じて、固体電解質体１３１と接触する接触部２３３ｃを有している（図１０参照）。一方、Ｉｐ２−リード２３７は、アルミナ絶縁層２３８上に形成されている（これにより、固体電解質体１３１と接触させないようにしている）。また、Ｉｐ２−電極２３３の接続部２３３ｄは、アルミナ絶縁層２３８上において、Ｉｐ２−リード２３７と接続している（これにより、固体電解質体１３１と接触させないようにしている）。
【００７９】
これにより、接続部２３３ｄが第２測定室２６０内に配置されていても、接続部２３３ｄがＩｐ２−電極２３３の酸素ポンプ性能に影響を及ぼすことがない（Ｉｐ２−電極２３３の酸素ポンプ性能を低下させることがない）。このため、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知する検知精度が低下することを抑制できる。しかも、Ｉｐ２−電極２３３の接触部２３３ｃのみを、実際に感応部として機能させることができ、検知対象であるＮＯｘ濃度を精度良く検知することが可能となる。
【００８０】
なお、本変形形態では、Ｉｐ２−電極２３３が、特許請求の範囲に記載の「第１電極」に相当する。また、接続部２３３ｄが、特許請求の範囲に記載の「接続部」に相当する。また、Ｉｐ２−リード２３７が、特許請求の範囲に記載の「第１リード」に相当する。また、アルミナ絶縁層２３８が、特許請求の範囲に記載の「絶縁層」に相当する。また、接触部２３３ｃが、特許請求の範囲に記載の「接触部」に相当する。
【００８１】
（性能評価試験）
次に、ガスセンサ素子（ガスセンサ）の性能評価試験について説明する。
まず、Ｉｐ２−電極の接続部のうち第２測定室から最も離れている箇所から第２測定室までの距離Ｄ１（図７参照）を異ならせたガスセンサ素子を作製した。距離Ｄ１は、０〜２．０ｍｍの範囲で、０．５ｍｍ間隔で異ならせている。次いで、各々のガスセンサ素子を用いて、ガスセンサ（図１参照）を作製した。このようにして、距離Ｄ１の異なるガスセンサを用意した。なお、距離Ｄ１＝０ｍｍのガスセンサ素子は、変形形態のガスセンサ素子２１０に相当し、接続部２３３ｄを含めてＩｐ２−電極２３３の全体を第２測定室２６０内に配置した形態である。
【００８２】
次に、大気（空気）を測定対象ガスとして、各々のガスセンサについて性能評価試験を行った。具体的には、各々のガスセンサの固体電解質体を活性化させた後、各々のガスセンサを制御して、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を測定した。まず、一定時間（例えば、２０秒間）、電極１３２、１３３間に一定電流を流す制御を行って、ガスセンサ素子の内部に溜まっている酸素を、第２測定室１６０を通じて基準酸素室１７０に移動させる（汲み出す）。なお、本明細書では、この制御を予備制御と呼ぶことにする。
【００８３】
その後、電極１３２、１３３間に一定電圧Ｖｐ２を印加して、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知する通常制御を行う。電極１３２、１３３間に一定電圧Ｖｐ２を印加することで、第２測定室１６０内で電極１３３と接触した測定対象ガス中のＮＯｘが、電極１３３上で窒素と酸素に分解（還元）され、分解された酸素は、酸素イオンとなって固体電解質体１３１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。これにより、Ｉｐ２セル１３０には、ＮＯｘ由来の電流が流れる。
【００８４】
本試験では、各々のガスセンサについて、制御（予備制御）を開始した時点からＩｐ２セル１３０を流れる電流Ｉｐ２を検出し、その電流値に基づいて測定対象ガス中のＮＯｘ濃度（ppm)を測定した。その結果を、図８に示す。なお、本試験は、大気（空気）を測定対象ガスとしているため、ＮＯｘ濃度の値が０ppm付近の値に安定したとき、出力安定状態になった、すなわち、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になったと判断できる。
【００８５】
図８では、距離Ｄ１を０mmとしたガスセンサのデータを、細実線で示している。また、距離Ｄ１を０．５mmとしたガスセンサのデータを、破線で示している。また、距離Ｄ１を１．０mmとしたガスセンサのデータを、二点鎖線で示している。また、距離Ｄ１を１．５mmとしたガスセンサのデータを、一点鎖線で示している。また、距離Ｄ１を２．０mmとしたガスセンサのデータを、太実線で示している。
また、各々のガスセンサについて、制御を開始した時点から１８０秒後に検出されたＮＯｘ濃度の値を取得した。その結果を図９に示す。なお、図９では、距離Ｄ１に対するＮＯｘ濃度の値を示している。
【００８６】
図８に示すように、距離Ｄ１を１．０ｍｍよりも大きくした場合は、ＮＯｘ濃度の値が０ppm付近に安定するまでに長時間を要した。具体的には、距離Ｄ１を１．５ｍｍとした場合は、ＮＯｘ濃度の値が０ppm付近に安定するまでに、約４００秒を要した。なお、制御開始から１８０秒後に検出されたＮＯｘ濃度の値は、約１．８ppmであった（図９参照）。また、距離Ｄ１を２．０ｍｍとした場合は、ＮＯｘ濃度の値が０ppm付近に安定するまでに、約６００秒を要した。なお、制御開始から１８０秒後に検出されたＮＯｘ濃度の値は、約４．０ppmであった（図９参照）。
【００８７】
距離Ｄ１を１．０ｍｍよりも大きくした場合において、上述のように、出力が安定するまでに長時間を要した理由は、次のように考えることができる。距離Ｄ１を１．０ｍｍよりも大きくすると、予備制御を行っても、Ｉｐ２−電極の接続部内に溜まっている酸素を速やかに汲み出すことができなくなると考えられる。このため、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検知するための通常制御を開始した後も、接続部内に多くの酸素が残留（吸着）しており、通常制御中に、この残留酸素が少しずつ第２測定室内に移動してゆく現象が生じると考えられる。この影響で、制御を開始してからセンサ出力が安定するまでに、すなわち、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になるまでに、長時間を要してしまうと考えられる。
【００８８】
一方、距離Ｄ１を１．０ｍｍ以下とした場合は、図８に示すように、制御開始から１８０秒程度で、ＮＯｘ濃度の値が０ppm付近に安定した。また、図９に示すように、距離Ｄ１を１．０ｍｍ以下とした場合では、制御開始から１８０秒後に検出されたＮＯｘ濃度の値が、ほぼ０ppmになった。
【００８９】
以上の結果より、距離Ｄ１を１．０ｍｍ以下とすることで、接続部１３３ｄ内に溜まっている酸素を速やかに汲み出すことが可能となり、制御を開始してから出力が安定するまでの時間を短くすることが可能となるといえる。すなわち、短時間で、測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を適切に検出できる状態になるといえる。
【００９０】
以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態及び変形形態では、第２測定室１６０内で分解されたＮＯｘ由来の酸素（酸素イオン）の移動先を、基準酸素室１７０としたガスセンサを例示した。しかしながら、本発明は、このようなガスセンサに限定されるものではなく、第２測定室１６０内で分解されたＮＯｘ由来の酸素（酸素イオン）の移動先を、基準酸素室１７０とは異なる第２測定室１６０の外部（例えば、第１測定室１５０、ガスセンサ素子１０外の測定対象ガスが流通する空間、ガスセンサ素子１０外の大気が流通する空間）としたガスセンサにも適用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１，２０１  ガスセンサ
１０，２１０  ガスセンサ素子
１１１，１２１，１３１  固体電解質体
１１１ｂ，１２１ｂ，１３１ｂ  固体電解質体の表面
１１１ｃ，１２１ｃ，１３１ｃ  固体電解質体の裏面
１３２  Ｉｐ２＋電極（第２電極）
１３３，２３３  Ｉｐ２−電極（第１電極）
１３３ｂ  露出部
１３３ｃ，２３３ｃ  接触部
１３３ｄ，２３３ｄ  接続部
１３６  Ｉｐ２＋リード
１３７，２３７  Ｉｐ２−リード（第１リード）
１３８，２３８  アルミナ絶縁層（絶縁層）
１３８ｃ，２３８ｃ  貫通孔
１５０  第１測定室
１６０，２６０  第２測定室（測定室）
１７０  基準酸素室
Ａ１  第２測定室（測定室）からの距離が１．０ｍｍ以内の領域
【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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【図１０】
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