(57)【要約】  センサ素子は、素子本体１０２と、測定電極４４と、測定電極リード９０と、気密層と、リード絶縁層とを備える。素子本体１０２は、積層された酸素イオン伝導性の複数の固体電解質層を有し、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ている。測定電極４４は、被測定ガス流通部に配設されている。測定電極リード９０は、測定電極４４に接続され被測定ガス流通部に配設された第１部分９１と、第１部分９１に接続され素子本体１０２に埋設された第２部分９２と、を有する。気密層は、素子本体１０２の一部であり、第２部分９２のうち第１部分９１との境界を含む端部領域９２Ｅを囲んでいる。リード絶縁層９３は、素子本体１０２の一部であり、第２部分９２のうち端部領域９２Ｅ以外の少なくとも一部を囲んでいる。
2018230703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された酸素イオン伝導性の複数の固体電解質層を有し、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、
前記被測定ガス流通部に配設された測定電極と、
前記測定電極に接続され前記被測定ガス流通部に配設された第１部分と、該第１部分に接続され前記素子本体に埋設された第２部分と、を有する測定電極リードと、
前記素子本体の一部であり、前記第２部分のうち前記第１部分との境界を含む端部領域を囲む気密層と、
前記素子本体の一部であり、前記第２部分のうち前記端部領域以外の少なくとも一部を囲むリード絶縁層と、
を備えたセンサ素子。
【請求項２】
前記端部領域は、前記複数の固体電解質層の積層方向から見たときに、前記第２部分のうち前記第１部分との境界から前記測定電極リードの長さ方向に沿った長さＬが０．２５ｍｍ以上である、
請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記長さＬが１．０ｍｍ以上である、
請求項２に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記端部領域は、前記複数の固体電解質層の積層方向から見たときに、前記第２部分のうち前記第１部分との境界から前記測定電極リードの長さ方向に沿った長さＬが２ｍｍ以下である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記素子本体は、積層方向に隣り合う前記固体電解質層同士を接着する接着層を有し、
前記気密層は、前記接着層であるか、又は、前記固体電解質層及び前記接着層である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ素子を備えたガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子及びガスセンサに関する。
【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センサ素子が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載のセンサ素子は、積層された複数の固体電解質体と、固体電解質体の内部空間に配置された複数の電極と、各々の電極と接続するリードと、リードを絶縁する絶縁層と、を備えている。絶縁層は固体電解質体の表面に形成され、リードはその絶縁層上に形成されており、これにより絶縁層はリードを固体電解質体から絶縁している。絶縁層の材質としてはアルミナが記載されている。このセンサ素子は、排ガス中のＮＯｘを電極上で窒素と酸素とに分解し、分解された酸素に由来して電極間に流れる電流に基づいてＮＯｘ濃度を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２７８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リードを絶縁する絶縁層は、多孔質体など酸素を透過させてしまう部材である場合がある。そのため、例えばセンサ素子の製造時に生じる微細な空間や製造後のクラックなどにより、外部から絶縁層まで酸素が到達する経路（パス）が存在すると、パス及び絶縁層を経由してリードに接続された電極まで酸素が到達する場合があった。そして、このように特定ガスに由来しない酸素が電極まで到達すると、特定ガス濃度の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、特定ガス濃度の検出精度の低下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は、
積層された酸素イオン伝導性の複数の固体電解質層を有し、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、
前記被測定ガス流通部に配設された測定電極と、
前記測定電極に接続され前記被測定ガス流通部に配設された第１部分と、該第１部分に接続され前記素子本体に埋設された第２部分と、を有する測定電極リードと、
前記素子本体の一部であり、前記第２部分のうち前記第１部分との境界を含む端部領域を囲む気密層と、
前記素子本体の一部であり、前記第２部分のうち前記端部領域以外の少なくとも一部を囲むリード絶縁層と、
を備えたものである。【０００８】
このセンサ素子では、測定電極リードが、被測定ガス流通部に配設された第１部分と、第１部分に接続され素子本体に埋設された第２部分と、を有している。そして、第２部分のうち第１部分との境界を含む端部領域を気密層が囲んでおり、端部領域以外の少なくとも一部をリード絶縁層が囲んでいる。そのため、仮に外部からリード絶縁層まで酸素が到達し、さらにリード絶縁層内を酸素が移動したとしても、第２部分のうち被測定ガス流通部内への出口となる端部領域は気密層で囲まれているから、リード絶縁層内の酸素は被測定ガス流通部に到達しにくくなる。これにより、外部からの酸素が測定電極に到達することによる特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。【０００９】
ここで、前記気密層の気孔率は、０体積％以上２体積％以下であってもよい。前記測定電極リードは、気密であることが好ましい。前記測定電極リードの気孔率は、０体積％以上１０体積％以下としてもよい。前記測定電極リードは、気孔率が５体積％未満であることが好ましく、２体積％以下であることがより好ましい。前記リード絶縁層は、気密層よりも酸素の透過性が高い。前記リード絶縁層は、酸素の透過性が前記測定電極リードと同じであるか又は前記測定電極リードよりも高くてもよい。前記リード絶縁層は、例えば気孔率が５体積％以上１０体積％以下であってもよい。【００１０】
本発明のセンサ素子において、前記端部領域は、前記複数の固体電解質層の積層方向から見たときに、前記第２部分のうち前記第１部分との境界から前記測定電極リードの長さ方向に沿った長さＬが０．２５ｍｍ以上であってもよい。こうすれば、上述した特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制する効果がより確実に得られる。この場合において、前記長さＬが１．０ｍｍ以上であってもよい。長さＬが長いほど、上述した特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制する効果が高くなりやすい。前記長さＬは１．１ｍｍ以上であってもよい。【００１１】
本発明のセンサ素子において、前記端部領域は、前記複数の固体電解質層の積層方向から見たときに、前記第２部分のうち前記第１部分との境界から前記測定電極リードの長さ方向に沿った長さＬが２ｍｍ以下であってもよい。こうすれば、測定電極リードからのリーク電流の影響を抑制できる。【００１２】
本発明のセンサ素子において、前記素子本体は、積層方向に隣り合う前記固体電解質層同士を接着する接着層を有し、前記気密層は、前記接着層であるか、又は、前記固体電解質層及び前記接着層であってもよい。こうすれば、接着層、又は、固体電解質層及び接着層を、気密層として利用できるから、固体電解質層とも接着層とも異なる別の気密層を用いる場合と比較して、センサ素子を製造しやすい。【００１３】
本発明のセンサ素子は、前記素子本体の外表面に配設された外側ポンプ電極を備えていてもよい。また、本発明のセンサ素子は、前記素子本体の内部に配設された基準電極を備え、前記素子本体は、前記被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを前記基準電極に導入する基準ガス導入層を備えていてもよい。基準ガスは大気としてもよい。また、本発明のセンサ素子は、前記被測定ガス流通部に配設された内側ポンプ電極を備えていてもよい。【００１４】
本発明のガスセンサは、上述したいずれかの態様のセンサ素子を備えたものである。そのため、このガスセンサは、上述した本発明のセンサ素子と同様の効果、例えば特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガスセンサ１００の断面模式図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面の一部を示す断面図。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図２のＣ−Ｃ断面の一部を示す断面図。
【図５】比較例のリード絶縁層１９３を示す断面図。
【図６】変形例のガスセンサ１００の断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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センサ素子１０１を備えたガスセンサ１００の断面模式図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面のうち測定電極４４及び測定電極リード９０周辺の断面図である。図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図４は、図２のＣ−Ｃ断面の一部を示す断面図である。ガスセンサ１００は、被測定ガス中の特定ガス（本実施形態ではＮＯｘ）の濃度を検出するセンサ素子１０１を備えている。センサ素子１０１は長尺な直方体形状をしており、このセンサ素子１０１の長手方向（図１の左右方向）を前後方向とし、センサ素子１０１の厚み方向（図１の上下方向）を上下方向とする。また、センサ素子１０１の幅方向（前後方向及び上下方向に垂直な方向）を左右方向とする。
【００１７】
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構造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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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に至る部位を被測定ガス流通部とも称する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。さらに、起電力Ｖ０が一定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内部空所内２０内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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、測定用ポンプセル４１の動作によりＮＯｘ濃度が測定される。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
測定用ポンプセル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。測定用ポンプセル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。
【００４１】
測定電極４４は、多孔質サーメット電極である。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。
【００４２】
第４拡散律速部４５は、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、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。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。
【００４３】
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Ｖ２に基づいて可変電源４６が制御される。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４、圧力放散孔７５とを備えている。
【００４９】
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を介して下部コネクタパッド８６と接続されており、該下部コネクタパッド８６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。
【００５０】
また、ヒータ７２は、第１内部空所２０から第２内部空所４０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。
【００５１】
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。
【００５２】
圧力放散孔７５は、第３基板層３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。
【００５３】
第２固体電解質層６の上面の後端側には、上部コネクタパッド８５が配設されている（図１参照）。同様に、第１基板層１の下面の後端側には、下部コネクタパッド８６が配設されている。上部，下部コネクタパッド８５，８６は、センサ素子１０１と外部とを電気的に導通するためのコネクタ電極として機能する。上部，下部コネクタパッド８５，８６は、図示は省略するがそれぞれ複数（本実施形態では４個ずつ）配設されている。上部コネクタパッド８５の１つは、図２〜４に示す測定電極リード９０と導通しており、測定電極リード９０を介して測定電極４４と導通している。測定電極４４以外の他の各電極についても、図示しない電極リードを介して上部コネクタパッド８５又は下部コネクタパッド８６のいずれかと導通している。これらの上部，下部コネクタパッド８５，８６を介して、外部からセンサ素子１０１の各電極（内側ポンプ電極２２，外側ポンプ電極２３，基準電極４２，測定電極４４，補助ポンプ電極５１）に電圧又は電流を印加したり各電極の電圧や電流を測定したりすることができるようになっている。上述した可変電源２４，可変電源４６，可変電源５２による電圧の印加や、ポンプ電流Ｉｐ０，Ｉｐ１，Ｉｐ２，起電力Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖｒｅｆの検出なども、実際はこの上部，下部コネクタパッド８５，８６を介して行われる。
【００５４】
また、図１では図示を省略しているが、図２〜４に示すように、第１固体電解質層４上には気密な接着層９４が存在する。接着層９４は、各層１〜６の積層方向（ここでは上下方向）に隣り合う第１固体電解質層４とスペーサ層５とを接着している。接着層９４は、第１固体電解質層４の上面のうち、緩衝空間１２，第１内部空所２０，及び第２内部空所４０などの被測定ガス流通部以外のほとんどを覆っている。接着層９４は、各層１〜６と同様に酸素イオン伝導性を有することが好ましい。本実施形態では、接着層９４は各層１〜６と同じジルコニアを主成分とするセラミックスとした。なお、スペーサ層５と第１固体電解質層４との間に限らず、各層１〜６のうち積層方向に隣り合う層同士の間には図示しない接着層が存在している。
【００５５】
なお、センサ素子１０１のうち各層１〜６及び接着層９４を含む各層間の接着層などを素子本体１０２と称する。素子本体１０２には、センサ素子１０１のうち空間（被測定ガス流通部，基準ガス導入空間４３，及び圧力放散孔７５）及び通電される構成要素（各電極，各電極リード，上部コネクタパッド８５，下部コネクタパッド８６，ヒータ７２）は含まないものとする。
【００５６】
測定電極リード９０及びその周辺の構成について、図２〜４を用いて詳細に説明する。測定電極リード９０は、図２に示すようにセンサ素子１０１中で測定電極４４よりも左側に配置されている。測定電極リード９０は、測定電極４４に接続され被測定ガス流通部のうち第２内部空所４０に配設された第１部分９１と、第１部分９１の左側に接続されセンサ素子１０１の素子本体１０２に埋設された第２部分９２と、を有する。第１部分９１は、図２，３に示すように、測定電極リード９０のうち測定電極４４に接続された部分から第２内部空所４０の左側面４０ａまでの部分である。第１部分９１は、直線形状をしている。第１部分９１は、第１固体電解質層４の上面に直に配設されている。第１部分９１は、一部が第２内部空所４０に露出し、一部が測定電極４４及び第４拡散律速部４５で覆われている。第２部分９２は、第１〜第３直線部９２ａ〜９２ｃを有している。第１直線部９２ａは、第１部分９１の左端部に右端が接続され左右方向に沿って配設されている。第２直線部９２ｂは、第１直線部９２ａの左端部に前端が接続され前後方向に沿ってセンサ素子１０１の後端付近まで配設されている。第３直線部９２ｃは、第２直線部９２ｂの後端部に右端が接続され左右方向に沿ってセンサ素子１０１の左端まで配設されている。第３直線部９２ｃは、左端部がセンサ素子１０１の左側面に露出しており、この左側面に配設された図示しない側面リードを介して、上部コネクタパッド８５の１つと導通している。第１部分９１と第２部分９２との境界は、第２内部空所４０の左側面４０ａと同一平面上に位置する。測定電極リード９０は、例えば白金等の貴金属又はタングステン，モリブデン等の高融点金属と、第１固体電解質層４の主成分と同じジルコニアと、を有するサーメットの導電体である。測定電極リード９０は気密なものであり、酸素をほとんど透過させない。測定電極リード９０は、例えば気孔率が０体積％以上１０体積％以下としてもよい。測定電極リード９０は、気孔率が５体積％未満であることが好ましく、２体積％以下であることがより好ましい。
【００５７】
測定電極リード９０の一部はリード絶縁層９３に囲まれている。また、第２部分９２の一部である端部領域９２Ｅ（図２参照）は、リード絶縁層９３に囲まれていない。端部領域９２Ｅは、第２部分９２のうち第１部分９１との境界を含む第１部分９１側の端部の領域である。端部領域９２Ｅは、本実施形態では、第１直線部９２ａの全てと、第２直線部９２ｂのうち前側の一部とを含む。この端部領域９２Ｅを素子本体１０２の積層方向（ここでは上下方向）から見たときの、第２部分９２のうち第１部分９１との境界から測定電極リード９０の長さ方向に沿った長さを、長さＬとする。測定電極リード９０の長さ方向とは、測定電極リード９０の中心軸の軸方向であり、測定電極リード９０を流れる電流の方向に沿った方向である。図２において端部領域９２Ｅ内に１点鎖線で示した折れ線の線分の長さが、長さＬである。また、図３に示した第１直線部９２ａの長さＬ１と、図４に示した長さＬ２との和が、長さＬである。なお、図３の長さＬ１は、第１直線部９２ａのうち上面視で左側面４０ａから第２直線部９２ｂの中心軸までの左右方向の長さである。また、図４の長さＬ２は、第２直線部９２ｂのうち上面視で第１直線部９２ａの中心軸からリード絶縁層９３の前端までの前後方向の長さである。なお、図４に示すように、端部領域９２Ｅは第１固体電解質層４上に直接形成され、第２直線部９２ｂのうち端部領域９２Ｅ以外の部分はリード絶縁層９３の上に形成されているため、端部領域９２Ｅのうちリード絶縁層９３側の端部付近は上下の段差状になっている。ただし、上述したように長さＬは積層方向から見たときの長さであるため、このような積層方向に沿った段差の高さは長さＬの値には考慮しないものとする。この長さＬは０．２５ｍｍ以上が好ましく、１．０ｍｍ以上がより好ましく、１．１ｍｍ以上がさらに好ましい（理由は後述する）。また、長さＬは２ｍｍ以下が好ましい。端部領域９２Ｅの下方には第１固体電解質層４が存在し、上方及び前後左右には接着層９４が存在しており、端部領域９２Ｅは第１固体電解質層４及び接着層９４に挟まれてこれらに囲まれている。この第１固体電解質層４及び接着層９４は上述したように気密なものであり、これらが本発明の気密層に相当する。なお、気密層（ここでは第１固体電解質層４及び接着層９４）の気孔率は、例えば０体積％以上２体積％以下としてもよい。第１固体電解質層４の気孔率は０体積％以上２体積％以下としてもよい。接着層９４の気孔率は０体積％以上２体積％以下としてもよい。
【００５８】
リード絶縁層９３は、素子本体１０２の一部であり、測定電極リード９０の第２部分９２のうち端部領域９２Ｅ以外の少なくとも一部を囲んでその部分を第１固体電解質層４及びスペーサ層５から絶縁している。リード絶縁層９３は、長手方向が前後方向に沿うように配設されている。リード絶縁層９３は、第２直線部９２ｂのうち端部領域９２Ｅを除いた部分の上下左右を囲んでいる。また、リード絶縁層９３は、第３直線部９２ｃのうちセンサ素子１０１の左端部付近以外の部分の上下前後を囲んでいる。すなわち、リード絶縁層９３は、第２部分９２のうち端部領域９２Ｅ及び端部領域９２Ｅとは反対側の端部を含む領域以外を全て囲んでいる。なお、リード絶縁層９３は、第１部分９１と第３直線部９２ｃの左端部とを囲んでいない。これにより、センサ素子１０１の製造時に、リード絶縁層９３が、第１部分９１と測定電極４４との接続部分及び第３直線部９２ｃの左端部等の、電気的接続が必要な部分を覆ってしまうことを抑制している。リード絶縁層９３は、アルミナ等のセラミックスの絶縁体である。リード絶縁層９３は、気密層（ここでは第１固体電解質層４及び接着層９４）よりも酸素の透過性が高い。リード絶縁層９３は、酸素の透過性が測定電極リード９０と同じであるか又は測定電極リード９０よりも高い。リード絶縁層９３は、例えば気孔率が５体積％以上１０体積％以下としてもよい。リード絶縁層９３は、第１固体電解質層４及び接着層９４に挟まれてこれらに囲まれている。なお、リード絶縁層９３は、被測定ガス流通部（ここでは第２内部空所４０）との最短距離が０．２５ｍｍ以上であってもよいし、０．３ｍｍ以上であってもよい。図２では、リード絶縁層９３と第２内部空所４０との最短距離は、リード絶縁層９３の右前方の端部と第２内部空所４０の左後端との距離である。
【００５９】
次に、こうしたガスセンサ１００の製造方法の一例を以下に説明する。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及び乾燥処理を行う。形成するパターンは、具体的には、例えば上述した測定電極４４などの各電極、及び測定電極リード９０などの各電極に接続されるリード線，リード絶縁層９３，上部コネクタパッド８５，下部コネクタパッド８６，大気導入層４８，及びヒータ部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接着する接着層となる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。
【００６０】
なお、第１固体電解質層４となるグリーンシート上に測定電極リード９０及びリード絶縁層９３となるパターンを形成する際には、例えば以下のようにしてもよい。まず、グリーンシート上にリード絶縁層９３のうち測定電極リード９０の下側を覆う部分となるパターンを形成する。次に、測定電極リード９０となるパターンを形成する。そして、リード絶縁層９３のうち測定電極リード９０の側方及び上側を覆う部分を形成する。なお、測定電極リード９０となるパターンは、複数回に分けて形成してもよい。
【００６１】
その後、センサ素子１０１を組み込んだガスセンサ１００を製造する。例えば、センサ素子１０１に素子封止体を取り付けて封止固定し、上部コネクタパッド８５及び下部コネクタパッド８６と導通するようにセンサ素子１０１の後端側にコネクタ及びリード線を取り付ける。また、素子封止体のうちセンサ素子１０１の先端側に保護カバーを取り付ける。また。素子封止体のうちセンサ素子１０１の後端側に外筒を取り付けると共に、外筒からリード線を外部に引き出す。なお、このようなセンサ素子１０１を組み込んでガスセンサ１００を組み立てる工程は公知であり、例えば特開２０１５−１７８９８８号公報に記載されている。
【００６２】
ここで、ガスセンサ１００において測定電極リード９０の端部領域９２Ｅを気密層（第１固体電解質層４及び接着層９４）で囲んでいる理由について説明する。センサ素子１０１には、外部からリード絶縁層９３まで酸素が到達する経路（パス）が存在する場合がある。例えば、センサ素子の製造時に混入したゴミや、製造後のクラックなどによって、このようなパスが形成されてしまう場合がある。このようなパスが存在すると、センサ素子１０１の外部からリード絶縁層９３まで酸素（例えば酸素を含む大気）が到達し、さらにリード絶縁層９３内を酸素が移動していく場合がある。そして、このような酸素が第２内部空所４０に到達すると、測定電極４４の周囲にはＮＯｘに由来しない酸素が増えることになり、ＮＯｘ濃度の検出精度が低下してしまう。例えば、ＮＯｘに由来しない酸素が増えることで、図１のポンプ電流Ｉｐ２及び起電力Ｖ２が変化してしまい、これらの少なくともいずれかを用いてＮＯｘ濃度を検出する場合に検出の精度が低下してしまう。しかし、本実施形態のガスセンサ１００では、端部領域９２Ｅは酸素を透過するリード絶縁層９３では囲まれておらず、代わりに酸素をほとんど透過しない気密層（第１固体電解質層４及び接着層９４）で囲まれている。このように、測定電極リード９０の第２部分９２のうち第２内部空所４０内への出口となる部分である端部領域９２Ｅが気密層で囲まれているため、リード絶縁層９３内の酸素は第２内部空所４０に到達しにくくなる。これにより、外部からの酸素が測定電極４４に到達しにくくなり、上述したＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。これに対し、例えば図５に示す比較例のように、リード絶縁層１９３が端部領域９２Ｅに相当する部分も囲んでおり左側面４０ａに露出している場合（長さＬ＝０ｍｍに相当する場合）を考える。この比較例では、矢印で示したようにリード絶縁層９３を経由して第２内部空所４０内に酸素が到達しやすくなるため、上述したＮＯｘ濃度の検出精度の低下が生じやすい。
【００６３】
なお、図５の比較例では、外部からリード絶縁層９３までのパスが存在しない場合でも、センサ素子１０１の不使用時等に酸素（例えば酸素を含む大気）が被測定ガス流通部からリード絶縁層９３内に移動する場合がある。この場合、センサ素子１０１の使用時にリード絶縁層９３内の酸素が第２内部空所４０に供給されてしまい、ＮＯｘ濃度の検出精度が低下することがある。補助ポンプセル５０がポンピングを行うことで、リード絶縁層９３から供給される酸素を外部に汲み出せば検出精度は回復するが、少なくともセンサ素子１０１の使用開始時など汲み出しが不十分な期間は検出精度が低下した状態となる。そのため、図５の比較例では、センサ素子１０１の信号（例えばポンプ電流Ｉｐ２）が正しいＮＯｘ濃度を表す値に安定化するまでに時間がかかる場合がある。これに対し、本実施形態のガスセンサ１００では、測定電極リード９０の端部領域９２Ｅを気密層が囲んでおり、リード絶縁層９３内の酸素が第２内部空所４０に供給されにくい。そのため、センサ素子１０１の使用開始時から信号の安定化までの時間を短くすることができる。このように、本実施形態のガスセンサ１００では、外部からの酸素のパスが存在する場合のＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制でき、さらにセンサ素子１０１の信号安定化までの時間も短くすることができる。
【００６４】
以上詳述した本実施形態のガスセンサ１００によれば、測定電極リード９０の端部領域９２Ｅを気密層が囲んでいることで、外部からの酸素が測定電極４４に到達することによるＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。また、長さＬを０．２５ｍｍ以上とすることで、このようなＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制する効果がより確実に得られる。なお、長さＬが長いほど、このようなＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制する効果が高くなりやすい。
【００６５】
また、端部領域９２Ｅの長さＬが２ｍｍ以下であることで、測定電極リード９０からのリーク電流の影響を抑制できる。
【００６６】
さらに、素子本体１０２は、積層方向に隣り合う第１固体電解質層４及びスペーサ層５を接着する接着層９４を有し、端部領域９２Ｅを囲む気密層は第１固体電解質層４及び接着層９４である。そのため、第１固体電解質層４及び接着層９４を気密層として利用できるから、第１固体電解質層４とも接着層９４とも異なる別の気密層を用いて端部領域９２Ｅを囲む場合と比較して、センサ素子１０１を製造しやすい。
【００６７】
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得ることはいうまでもない。
【００６８】
例えば、上述した実施形態では、端部領域９２Ｅは、第１直線部９２ａの全てと第２直線部９２ｂのうち前側の一部とを含んでいたが、これに限られない。例えば、端部領域９２Ｅは、第１直線部９２ａの一部のみであってもよい。また、測定電極リード９０の形状（リードの配線の経路）も、上述した実施形態に限られない。例えば、上述した実施形態では、第１部分９１と第２部分９２との境界は第２内部空所４０の左側面４０ａとしたが、これに限らず第２内部空所４０の右側面又は後側面が境界であってもよい。
【００６９】
上述した実施形態では、端部領域９２Ｅを囲む気密層は第１固体電解質層４及び接着層９４としたが、これに限られない。例えば、端部領域９２Ｅの下側にも接着層９４が存在して、端部領域９２Ｅが接着層９４で囲まれていてもよい。すなわち気密層が接着層９４であってもよい。あるいは、端部領域９２Ｅを囲む気密層は第１固体電解質層４とも接着層９４とも異なる別の気密な部材であってもよい。
【００７０】
上述した実施形態では、リード絶縁層９３は、第２部分９２のうち端部領域９２Ｅ及び端部領域９２Ｅとは反対側の端部を含む領域以外を全て囲んでいたが、これに限られない。リード絶縁層９３は、第２部分９２のうち端部領域９２Ｅ以外の少なくとも一部を囲んでいればよい。
【００７１】
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を備えるものとしたが、これに限られない。例えば、さらに第３内部空所を備えていてもよい。図６は、この場合の変形例のガスセンサ１００の断面模式図である。図示するように、この変形例のガスセンサ１００では、測定電極４４が第４拡散律速部４５で被覆されていない。代わりに、補助ポンプ電極５１と測定電極４４との間には、第３拡散律速部３０と同様の第４拡散律速部６０が形成されている。これにより、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おり、被測定ガス流通部の一部を構成している。そして、補助ポンプ電極５１は第２内部空所４０内に配設されており、測定電極４４は第３内部空所６１に面する第１固体電解質層４の上面に配設されている。この変形例のガスセンサ１００は、第４拡散律速部６０が図１の第４拡散律速部４５と同様の働きをするため、上述した実施形態と同様に被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。そして、この変形例のガスセンサ１００でも、上述した実施形態と同様に、測定電極リードの端部領域を気密層が囲むようにすることで、外部からの酸素が測定電極４４に到達することによるＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。
【００７２】
上述した実施形態では、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、このときのポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中のＮＯｘ濃度が算出されるものとしたが、基準電極４２と測定電極４４との間の電圧に基づいて被測定ガス中の特定濃度を検出するものであれば、これに限られない。例えば、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ガス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ができる。また、この場合でも、上述した実施形態と同様に、測定電極リードの端部領域を気密層が囲むようにすることで、外部からの酸素が測定電極４４に到達することによるＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。
【００７３】
上述した実施形態では、センサ素子１０１は被測定ガス中の特定ガス濃度としてＮＯｘ濃度を検出したが、これに限られない。例えば、センサ素子１０１は特定ガス濃度として酸素濃度を検出してもよい。
【実施例】
【００７４】
以下には、センサ素子を具体的に作製した例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００７５】
［実施例１］
上述したセンサ素子１０１の製造方法に従って、図１〜４に示したセンサ素子１０１を作製して実施例１とした。センサ素子１０１を作製するにあたり、各層１〜６となるグリーンシートは、安定化剤のイットリアを４ｍｏｌ％添加したジルコニア粒子と有機バインダーと有機溶剤とを混合し、テープ成形により成形した。測定電極リード９０用のペーストは、安定化剤のイットリアを４ｍｏｌ％添加したジルコニア粒子１１．２質量％と白金６０質量％と有機バインダーと有機溶剤を混合して調製した。リード絶縁層９３用のペーストとしては、アルミナ粉末とバインダー溶液とを１：２の重量割合で混合して調製した。接着層９４用のペーストは、安定化剤のイットリアを４ｍｏｌ％添加したジルコニア粒子と有機バインダーと有機溶剤とを混合して調製した。センサ素子１０１において、測定電極リード９０の端部領域９２Ｅの長さＬは１．１ｍｍとした。リード絶縁層９３は、第１固体電解質層４，接着層９４，及び測定電極リード９０よりも気孔率が高かった。そのため、リード絶縁層９３は、第１固体電解質層４，接着層９４，及び測定電極リード９０よりも酸素の透過性が高いと考えられる。【００７６】
［実施例２］
長さＬを０．２５ｍｍとした点以外は、実施例１と同様のセンサ素子１０１を作製して実施例２とした。なお、実施例２では、端部領域９２Ｅは、第１直線部９２ａの一部のみとした。【００７７】
［比較例１］
図５に示すように長さＬが０ｍｍとなるようにリード絶縁層１９３のパターンを形成した点以外は、実施例１と同様のセンサ素子１０１を作製して比較例１とした。【００７８】
［検出精度の評価］
実施例１，２及び比較例１について、センサ素子１０１の被測定ガスの検出精度を評価した。なお、検出精度を評価するにあたり、実施例１，２及び比較例１の製造時に、各層のグリーンシートの積層前に第１固体電解質層４及びスペーサ層５となるグリーンシートの間に髪の毛や衣服の繊維などの異物を配置して、外部からリード絶縁層９３への酸素の経路を意図的に形成しておいた。そして、製造後の実施例１，２及び比較例１の各々について、検出精度を評価した。具体的には、まず、センサ素子１０１を大気中に配置し、ヒータ７２の温度が所定温度になるようにヒータ部７０に電圧を印加してヒータ７２に通電した。また、ガス流通部には窒素をベースガスとし酸素濃度が１８％，ＮＯｘ濃度が０ｐｐｍのモデルガスを流入させた。そして、各セル２１，４１，５０，８０〜８３を駆動させ、ポンプ電流Ｉｐ２の値が安定するまで待ち、安定後のポンプ電流Ｉｐ２の値を測定した。そして、酸素濃度が１８％である場合のポンプ電流Ｉｐ２の値が許容範囲（０μＡ以上１μＡ以下）内の場合に検出精度は良好（Ａ）と判定し、許容範囲を外れた場合に不良（Ｆ）と判定した。実施例１，２及び比較例１の長さＬの値及び判定結果を表１に示す。【００７９】
【表１】
2018230703.tif 000003
【００８０】
表１に示したように、長さＬが０ｍｍである比較例１では検出精度の評価結果が不良であったのに対し、長さＬが０．２５ｍｍ以上である実施例１，２では検出精度の評価結果は良好であった。なお、比較例１では、ポンプ電流Ｉｐ２の値が許容範囲よりも大きい値になっていた。測定電極４４周辺の酸素が増えるほどポンプ電流Ｉｐ２は大きくなる傾向にあることから、比較例１ではモデルガス中の酸素が外部から第２内部空所４０に到達したことで、ポンプ電流Ｉｐ２の値が大きい値になったと考えられる。【００８１】
本出願は、２０１７年６月１６日に出願された日本国特許出願第２０１７−１１８９３７号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
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センサ素子及びガスセンサに利用可能である。
【符号の説明】
【００８３】
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、４０ａ  左側面、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、７０  ヒータ部、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、８５  上部コネクタパッド、８６  下部コネクタパッド、９０  測定電極リード、９１  第１部分、９２  第２部分、９２ａ〜９２ｃ  第１〜第３直線部、９２Ｅ  端部領域、９３  リード絶縁層、９４  接着層、１００  ガスセンサ、１０１  センサ素子、１０２  素子本体、１９３  リード絶縁層。
【図１】
2018230703.tif 000004
【図２】
2018230703.tif 000005
【図３】
2018230703.tif 000006
【図４】
2018230703.tif 000007
【図５】
2018230703.tif 000008
【図６】
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【国際調査報告】
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