(57)【要約】【課題】特定ガスの検出精度の低下を抑制できると共に、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができるガスセンサ素子及びガスセンサ素子を備えたガスセンサを提供すること。【解決手段】ＮＯｘセンサ１におけるガスセンサ素子７は、第２ポンプセル８３における一対の電極として、内側電極９３及び周囲電極９５を備えている。この内側電極９３及び周囲電極９５は、いずれも第３固体電解質体８３ａの同一面に形成されている。周囲電極９５は、内側電極９３の長手方向に対して垂直の幅方向における一方の投影領域ＴＲを除いた設定領域に配置されるので、即ち、幅方向の一方の投影領域ＴＲには周囲電極９５は配置されないので、ガスセンサ素子７の幅方向の寸法を小さくすることが可能である。これにより、ガスセンサ素子７の小型化や省電力化を図ることができる。【選択図】図５
2018021819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガスが導入される第１測定室と、
前記第１測定室において酸素の汲み出し又は汲み入れが行われた前記測定対象ガスが導入される第２測定室と、
固体電解質体、及び該固体電解質体上に形成される一対の第１電極を有し、前記一対の第１電極のうち一方の電極が前記第１測定室に露出して、前記第１測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第１ポンプセルと、
固体電解質体、及び該固体電解質体上に形成される一対の第２電極を有し、前記一対の第２電極のうち一方の電極が前記第２測定室に露出すると共に、他方の電極が前記第２測定室の外部に設けられ、前記第２測定室に導入された前記測定対象ガス中の特定ガス濃度に応じた第２ポンプ電流が流れる第２ポンプセルと、
を有し、
前記測定対象ガスに晒される先端側から後端側に到るように、長手方向に沿って延びるガスセンサ素子であって、
前記一対の第２電極における前記一方の電極である内側電極および前記他方の電極である周囲電極は、いずれも前記第２ポンプセルを形成する固体電解質体の同一面に形成されており、
前記同一面を垂直方向から見た平面視で、
前記周囲電極は、前記内側電極の外周側の一部に配置されると共に、前記長手方向に対して垂直な幅方向の一方に前記内側電極を投影した投影領域を除いた設定領域に配置されており、
さらに、前記内側電極の外周部分は、前記周囲電極に対向する対向部位を備えると共に、該対向部位のうち、前記ガスセンサ素子の使用時の前記内側電極内の前記長手方向における温度勾配の最大値と最小値との中央値以上の高温領域に存在する高温部分の長さが、前記対向部位の長さの５０％以上であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項２】
測定対象ガスが導入される測定室と、
酸素基準源となる基準酸素室と、
固体電解質体と、
該固体電解質体上に形成される一対の電極と、
を備え、
前記一対の電極のうち一方の電極が前記測定室に露出すると共に、他方の電極が前記基準酸素室に露出し、
前記測定対象ガスに晒される先端側から後端側に到るように、長手方向に沿って延びるガスセンサ素子であって、
前記一方の電極である内側電極および前記他方の電極である周囲電極は、いずれも前記固体電解質体の同一面に形成されており、
前記同一面を垂直方向から見た平面視で、
前記周囲電極は、前記内側電極の外周側の一部に配置されると共に、前記長手方向に対して垂直な幅方向の一方に前記内側電極を投影した投影領域を除いた設定領域に配置されており、
さらに、前記内側電極の外周部分は、前記周囲電極に対向する対向部位を備えると共に、該対向部位のうち、前記ガスセンサ素子の使用時の前記内側電極内の前記長手方向における温度勾配の最大値と最小値との中央値以上の高温領域に存在する高温部分の長さが、前記対向部位の長さの５０％以上であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項３】
前記内側電極の前記幅方向の一方の端部から前記ガスセンサ素子の前記幅方向の一方の端部までの第１距離は、前記内側電極の前記幅方向の他方の端部から前記ガスセンサ素子の前記幅方向の他方の端部までの第２距離より短いことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ素子。
【請求項４】
前記内側電極の前記幅方向の一方の端部から前記ガスセンサ素子の前記幅方向の一方の端部までの間を長手方向に投影した第１領域に形成されている前記周囲電極の前記幅方向の第１寸法は、前記内側電極の前記幅方向の他方の端部から前記ガスセンサ素子の前記幅方向の他方の端部までの間を長手方向に投影した第２領域に形成されている前記周囲電極の前記幅方向の第２寸法より短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項５】
前記周囲電極は、前記内側電極の前記先端側又は前記後端側にて前記幅方向に延びる長手側周囲電極部を備えるとともに、前記長手側周囲電極部と接続するように、前記内側電極の前記幅方向の他方にて前記長手方向に延びる幅側周囲電極部を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項６】
前記周囲電極は、前記内側電極の前記先端側及び前記後端側にてそれぞれ前記幅方向に延びる長手側周囲電極部を備えるとともに、前記両長手側周囲電極部と接続するように、前記内側電極の前記幅方向の他方にて前記長手方向に延びる幅側周囲電極部を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項７】
前記周囲電極の面積は、前記内側電極の面積以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項８】
測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を備えたガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子として、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスセンサ素子を備えた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、測定対象ガス中に含まれる特定ガスを検出するためのガスセンサ素子及びそのガスセンサ素子を備えたガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象ガス（例えば排ガス等）に含まれる特定ガス（例えばＮＯｘ等）を検出するためのガスセンサ素子と、そのガスセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。
ガスセンサ素子としては、板型の固体電解質体と、固体電解質体の外面に形成される一対の電極部と、を有するセルを備えたものが知られている。
【０００３】
例えば、ＮＯｘを検出するガスセンサ素子では、セルとして、第１ポンプセル、第２ポンプセルなどを備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。
この第１ポンプセルは、測定対象ガス（排ガス等）における酸素の汲み入れ及び汲み出し（ポンピング）を行い、測定対象ガスの酸素濃度を調整する。第２ポンプセルには、酸素濃度が調整された測定対象ガスに含まれるＮＯｘ濃度に応じた第２ポンプ電流が流れる。この第２ポンプ電流に基づいて測定対象ガスにおけるＮＯｘ濃度を判定できる。
【０００４】
なお、ガスセンサ素子のセルの構成としては、一対の電極部が固体電解質体を挟むように、一方の電極部と他方の電極部とがそれぞれ固体電解質体の異なる面に配置される構成や、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面における異なる位置に配置される構成などが挙げられる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２２１８７号公報
【特許文献２】特表２００３−５０８７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一対の電極部が固体電解質体の同一面の異なる位置に配置される構成のセルにおいては、一対の電極部が固体電解質体を挟むように配置される構成のセルに比べて、一対の電極部の間に流れる電流が小さくなる虞がある。
【０００７】
つまり、一対の電極部が固体電解質体を挟むように配置される構成のセルでは、主に固体電解質体を挟んで対向する電極部面積が、固体電解質体におけるイオンの移動に関与する領域となる。
【０００８】
従って、固体電解質体を介して一対の電極部同士が重なる面積を大きくすることにより、固体電解質体におけるイオンの移動に関与する領域を大きく確保できるため、一対の電極部の間に流れる電流を大きくすることが可能である。
【０００９】
これに対して、一対の電極部が固体電解質体の同一面に配置される構成のセルでは、主に、固体電解質体のうち一対の電極部の近傍領域がイオンの移動に関与する領域となるが、電極部同士を重ねることはできない。そのため、一対の電極部同士の距離を近づけたとしても、固体電解質体におけるイオンの移動に関与する領域を大きく確保することが難しい。
【００１０】
このような構成においては、一対の電極部の間に流れる電流が小さくなる虞がある。とりわけ、例えばＮＯｘを検知するためのガスセンサ素子においては、ＮＯｘ濃度に応じて第２ポンプセルに流れる第２ポンプ電流が微少である。このため、第２ポンプセルが、一対の電極部が固体電解質体の同一面に配置される構成となる場合には、第２ポンプ電流の検出精度が低下して、ＮＯｘ検出精度が低下する虞がある。
【００１１】
この対策として、例えば図１５に示すように、固体電解質体Ｐ１の同一面上に、一対の電極部として、中央電極Ｐ２と周囲電極Ｐ３とを設けるとともに、中央電極Ｐ２のほぼ全周（リード部Ｐ４を除いた部分）を囲むように、略四角枠状に周囲電極Ｐ３を設けることが考えられる。
【００１２】
本発明者等の研究によれば、このような構成にすることよって、第２ポンプセルにおける内部抵抗を小さくできるので、微少な第２ポンプ電流であっても検出精度が低下しにくいこと、従って、特定ガスの検出精度の低下を抑制できることが分かっている。
【００１３】
ところが、この場合には、周囲電極Ｐ３を設ける範囲が広くなり、特に素子の幅方向（図１５の上下方向）の寸法が大きくなるので、素子の小型化や省電力化には不利になる。
そこで、本発明は、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるとともに、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができるガスセンサ素子、及び、そのガスセンサ素子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】
【００１４】
（１）本発明の第１局面のガスセンサ素子は、第１測定室と、第２測定室と、第１ポンプセルと、第２ポンプセルと、を有しており、測定対象ガスに晒される先端側から後端側に到るように、長手方向に沿って延びるように構成されている。
【００１５】
第１測定室には、測定対象ガスが導入される。第２測定室には、第１測定室において酸素の汲み出し又は汲み入れが行われた測定対象ガスが導入される。
第１ポンプセルは、固体電解質体と、固体電解質体上に形成される一対の第１電極と、を有する。一対の第１電極のうち一方の電極は、第１測定室に露出している。この第１ポンプセルは、第１測定室に導入された測定対象ガスに対する酸素の汲み出し又は汲み入れを行う。
【００１６】
第２ポンプセルは、固体電解質体と、固体電解質体上に形成される一対の第２電極と、を有する。一対の第２電極のうち一方の電極は、第２測定室に露出すると共に、一対の第２電極のうち他方の電極は、第２測定室の外部に設けられる。この第２ポンプセルは、第２測定室に導入された測定対象ガス中の特定ガス濃度に応じた第２ポンプ電流が流れるように構成されている。
【００１７】
さらに、一対の第２電極における一方の電極である内側電極及び他方の電極である周囲電極は、いずれも第２ポンプセルを形成する固体電解質体の同一面に形成されている。
特に、このガスセンサ素子では、同一面を垂直方向から見た平面視で、周囲電極は、内側電極の外周側の一部に配置されると共に、長手方向に対して垂直な幅方向の一方に内側電極を投影した投影領域を除いた設定領域に配置されている。
【００１８】
しかも、内側電極の外周部分は、周囲電極に対向する対向部位を備えると共に、対向部位のうち、ガスセンサ素子の使用時の内側電極内の長手方向における温度勾配の最大値と最小値との中央値以上の高温領域に存在する高温部分の長さが、対向部位の長さの５０％以上である。
【００１９】
このように、本第１局面では、周囲電極は、長手方向に対して垂直な幅方向の一方に内側電極を投影した投影領域を除いた設定領域に配置されるので、即ち、幅方向の一方の投影領域には周囲電極は配置されないので、ガスセンサ素子の幅方向の寸法を小さくすることが可能である。これにより、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができる。
【００２０】
さらに、本第１局面では、内側電極の周囲電極に対向する対向部位のうち、内側電極内の長手方向における温度勾配（即ちガスセンサ素子の使用時における温度勾配）の最大値と最小値との中央値以上の高温領域に存在する高温部分の長さが、対向部位の長さの５０％以上である。内側電極の対向部位のうち、高温部分の長さは、それより低温の部分（即ち低温部分）の長さ以上である。
【００２１】
従って、仮に一方の投影領域に周囲電極を設けないようにして、ガスセンサ素子の幅方向の寸法を小さくした場合でも、電気化学的な活性の高い高温部分の長さが低温部分の長さよりも長いので、内部抵抗（即ち内側電極と周囲電極との間の内部抵抗）を十分に小さくすることができる。
【００２２】
そのため、例えばＮＯｘセンサのように、一対の第２電極間に流れる電流が小さい場合でもあっても、特定ガスの検出精度の低下を抑制することができる。
つまり、本第１局面では、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する場合に、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるとともに、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができるという顕著な効果を奏する。
【００２３】
ここで、対向部位について説明する。
例えば図６に示すように、内側電極から（幅方向における最大寸法で）長手方向に自身の外周部分を投影した際に、その投影先に周囲電極が存在する場合には、その投影元の外周部分が内側電極の対向部位であるとする。同様に、内側電極から（長手方向における最大寸法で）幅方向の他方に自身の外周部分を投影した際に、その投影先に周囲電極が存在する場合には、その投影元の外周部分が内側電極の対向部位とする。つまり、どちら一方の条件を満たせば対向部位とする。なお、この対向部位については、下記の第２局面でも同様である。
【００２４】
また、前記「ガスセンサ素子の使用時」とは、固体酸化物体の温度が活性化温度以上（即ち各セルが作動する温度以上）であって、ガスセンサ素子を測定対象ガスに晒した場合に特定ガスを検出できる場合である（以下同様）。
【００２５】
なお、前記周囲電極が配置される設定領域とは、平面視で内側電極の周囲（全周）を囲む範囲のうち、前記投影領域を除いた範囲である（以下同様）。
（２）本発明の第２局面のガスセンサ素子は、測定対象ガスが導入される測定室と、酸素基準源となる基準酸素室と、固体電解質体と、固体電解質体上に形成される一対の電極と、を備えている。
【００２６】
そして、一対の電極のうち一方の電極が測定室に露出すると共に、他方の電極が基準酸素室に露出し、測定対象ガスに晒される先端側から後端側に到るように、長手方向に沿って延びる構成を有する。さらに、一方の電極である内側電極および他方の電極である周囲電極は、いずれも固体電解質体の同一面に形成されている。
【００２７】
特に、このガスセンサ素子では、同一面を垂直方向から見た平面視で、周囲電極は、内側電極の外周側の一部に配置されると共に、長手方向に対して垂直な幅方向の一方に内側電極を投影した投影領域を除いた設定領域に配置されている。
【００２８】
さらに、内側電極の周囲電極に対向する対向部位のうち、内側電極内の長手方向における温度勾配（即ちガスセンサ素子の使用時における温度勾配）の最大値と最小値との中央値以上の高温領域に存在する高温部分の長さは、対向部位の長さの５０％以上である。つまり、内側電極の対向部位のうち、高温部分の長さは、それより低温の部分（低温部分）の長さ以上である。
【００２９】
従って、仮に一方の投影領域に周囲電極を設けないようにして、ガスセンサ素子の幅方向の寸法を小さくした場合でも、電気化学的な活性の高い高温部分の長さが低温部分の長さよりも長いので、内部抵抗（即ち内側電極と周囲電極との間の内部抵抗）を十分に小さくすることができる。
【００３０】
そのため、一対の第２電極間に流れる電流が小さい場合でもあっても、特定ガスの検出精度の低下を抑制することができる。
つまり、本第２局面では、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する場合に、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるとともに、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができるという顕著な効果を奏する。
【００３１】
（３）本発明の第３局面では、内側電極の幅方向の一方の端部からガスセンサ素子の幅方向の一方の端部までの第１距離は、内側電極の幅方向の他方の端部からガスセンサ素子の幅方向の他方の端部までの第２距離より短い。
【００３２】
本第３局面では、第１距離より第２距離が長い（即ち幅が広い）ので、この幅の広い領域（第２領域）に、周囲電極を配置して、その反対側の幅の狭い領域（第１領域）には、周囲電極を配置しないようにできる。
【００３３】
これにより、ガスセンサ素子の幅を狭くできるので、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができる。
また、例えば印刷によって電極を形成する場合には、印刷幅には、一定の限度があり、あまり幅が狭い領域には好適に印刷ができない。しかし、本第３局面では、第１距離より第２距離が長い（幅が広い）ので、仮にガスセンサ素子の全体の幅を狭くした場合でも、比較的幅の広い第２領域に、印刷によって容易に周囲電極を形成することができる。
【００３４】
なお、ここで、内側電極の幅方向の一方の端部とは、ガスセンサ素子の幅方向の一方の端部に最も近い端部であり、内側電極の幅方向の他方の端部とは、ガスセンサ素子の幅方向の他方の端部に最も近い端部である（第４局面も同様である）。
【００３５】
（４）本発明の第４局面では、内側電極の幅方向の一方の端部からガスセンサ素子の幅方向の一方の端部までの間を長手方向に投影した第１領域に形成されている周囲電極の幅方向の寸法は、内側電極の幅方向の他方の端部からガスセンサ素子の幅方向の他方の端部までの間を長手方向に投影した第２領域に形成されている周囲電極の幅方向の寸法より短い。
【００３６】
本第４局面では、第２領域に配置する周囲電極の幅を広くし、第１領域に配置する周囲電極の幅を狭くする（例えば０にする）ことにより、ガスセンサ素子の幅を狭くできるので、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができる。
【００３７】
（５）本発明の第５局面では、周囲電極は、内側電極の先端側又は後端側にて幅方向に延びる長手側周囲電極部を備えるとともに、長手側周囲電極部と接続するように、内側電極の幅方向の他方にて長手方向に延びる幅側周囲電極部を備えている。
【００３８】
本第５局面では、周囲電極の好ましい形状（平面視でＬ字形状）を例示したものである。
（６）本発明の第６局面では、周囲電極は、内側電極の先端側及び後端側にてそれぞれ幅方向に延びる長手側周囲電極部を備えるとともに、両長手側周囲電極部と接続するように、内側電極の幅方向の他方にて長手方向に延びる幅側周囲電極部を備えている。
【００３９】
本第６局面では、周囲電極の好ましい形状（平面視でコ字形状）を例示したものである。この場合には、第５局面より周囲電極を長く設定することが可能であるので、微弱な電流でも精度良く検出できる。よって、特定ガスの検出精度を高めることができる。
【００４０】
（７）本発明の第７局面では、周囲電極の面積は、内側電極の面積以上である。
これにより、微弱な電流でも精度良く検出できるので、特定ガスの検出精度を高めることができる。
【００４１】
（８）本発明の第８局面のガスセンサは、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を備えたガスセンサであって、ガスセンサ素子として、第１〜第７局面のガスセンサ素子を備えている。
【００４２】
このガスセンサは、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるとともに、（コンパクトなガスセンサ素子を用いることにより）ガスセンサの小型化や省電力化を図ることができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明のガスセンサ素子及びガスセンサによれば、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるとともに、ガスセンサ素子の小型化や省電力化を図ることができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１実施形態のＮＯｘセンサを軸方向に沿って破断した状態を示す断面図である。
【図２】第１実施形態のガスセンサ素子を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態のガスセンサ素子を分解して示す斜視図である。
【図４】第１実施形態のガスセンサ素子を厚み方向に破断し、その先端側における内部構造等を表す説明図である。
【図５】第１実施形態における固体電解質体の同一表面に配置された内側電極及び周囲電極を示す平面図である。
【図６】第１実施形態における固体電解質体の同一表面に配置された内側電極及び周囲電極を拡大して示す平面図である。
【図７】第１実施形態のガスセンサ素子の長手方向における温度分布及びその温度分布と内側電極及び周囲電極との関係等を示す説明図である。
【図８】第１実施形態における内側電極及び周囲電極の平面視における寸法等の関係を示す説明図である。
【図９】第２実施形態における固体電解質体の同一表面に配置された内側電極及び周囲電極を示す平面図である。
【図１０】第２実施形態のガスセンサ素子の長手方向における温度分布及びその温度分布と内側電極及び周囲電極との関係等を示す説明図である。
【図１１】第３実施形態における固体電解質体の同一表面に配置された内側電極及び周囲電極を示す平面図である。
【図１２】第３実施形態におけるガスセンサ素子の長手方向における温度分布を示すグラフである。
【図１３】第４実施形態のガスセンサ素子を厚み方向に破断し、その先端側における内部構造等を表す説明図である。
【図１４】他の実施形態における固体電解質体の同一表面に配置された内側電極及び周囲電極を示す平面図である。
【図１５】従来技術の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下に示す実施形態では、ガスセンサの一種であるＮＯｘセンサを例に挙げる。具体的には、自動車や各種内燃機関における排気管に装着されるガスセンサであって、測定対象となる排ガス（即ち周囲の大気より高温となるガス）中の特定ガス（窒素酸化物：ＮＯｘ）を検出するガスセンサ素子（検出素子）が組み付けられて構成されるＮＯｘセンサを例に挙げて説明する。
【００４６】
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
まず、第１実施形態のガスセンサ素子が使用されるＮＯｘセンサの全体の構成について、図１に基づいて説明する。なお、図１の下方向がＮＯｘセンサの先端側であり、図１の上方向がＮＯｘセンサの後端側である。
【００４７】
図１に示す様に、本第１実施形態におけるＮＯｘセンサ１は、排気管に固定するためのネジ部３が外表面に形成された筒状の主体金具５と、軸線Ｏ方向（ＮＯｘセンサ１の長手方向：図１の上下方向）に延びる板状形状のガスセンサ素子７と、ガスセンサ素子７の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ９と、軸線Ｏ方向に貫通する挿通孔１１の内壁面がガスセンサ素子７の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される第１セパレータ１３と、ガスセンサ素子７と第１セパレータ１３との間に配置される６個（図１には２個のみ図示）の接続端子１５と、を備えている。
【００４８】
ガスセンサ素子７は、後に詳述する様に、長手方向に伸びる直方体形状（板型形状）に形成されており、その先端側に、測定対象ガス（ここでは排ガス）に含まれる特定ガス（ここではＮＯｘ）を検出する検知部１７を備える。また、ガスセンサ素子７は、後端側（図１の上方：長手方向後端部）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１主面２１および第２主面２３に、電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０（詳細は、図２，図３参照）が形成されている。
【００４９】
ガスセンサ素子７の電極パッド２５〜３０には、それぞれ異なる接続端子１５が電気的に接続されるとともに、接続端子１５は、外部からセンサの内部に配設されるリード線３５に電気的に接続されている。これにより、リード線３５が接続される外部機器と電極パッド２５〜３０との間に流れる電流の電流経路が形成される。
【００５０】
主体金具５は、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔３７を有し、貫通孔３７の径方向内側に突出する棚部３９を有する略筒状形状に構成されている。この主体金具５は、検知部１７を貫通孔３７の先端よりも先端側に配置し、電極パッド２５〜３０を貫通孔３７の後端よりも後端側に配置する状態で、貫通孔３７に挿通されたガスセンサ素子７を保持するよう構成されている。
【００５１】
また、主体金具５の貫通孔３７の内部には、ガスセンサ素子７の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ４１、滑石リング４３、４５、及び上述のセラミックスリーブ９が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。
【００５２】
このセラミックスリーブ９と主体金具５の後端部４７との間には、加締パッキン４９が配置され、一方、セラミックホルダ４１と主体金具５の棚部３９との間には、滑石リング４３、４５やセラミックホルダ４１を保持するための金属ホルダ５１が配置されている。なお、主体金具５の後端部４７は、加締パッキン４９を介してセラミックスリーブ９を先端側に押し付けるように、加締められている。
【００５３】
更に、主体金具５の先端部５３の外周には、ガスセンサ素子７の突出部分を覆う金属製（例えば、ステンレスなど）の二重構造とされたプロテクタ５５が溶接等によって取り付けられている。
【００５４】
一方、主体金具５の後端側外周には、外筒５７が固定されている。また、外筒５７の後端側の開口部には、６個のリード線挿通孔６１（図１では２個のみ図示）が形成されたグロメット５９が配置されている。６個のリード線挿通孔６１には、電極パッド２５〜３０にそれぞれ電気的に接続される６本のリード線３５（図１では２本が図示）が挿通される。
【００５５】
なお、第１セパレータ１３の外周には、鍔部６３が形成されており、鍔部６３は、保持部材６５を介して外筒５７に固定されている。また、第１セパレータ１３の後端側には、第１セパレータ１３とグロメット５９との間で挟持される第２セパレータ６７が配置されている。接続端子１５の後端側は、第２セパレータ６７の内部に挿入されている。
【００５６】
［１−２．ガスセンサ素子の構成］
次に、ガスセンサ素子７の構成について、図２〜図４に基づいて詳細に説明する。
なお、図２では、下方向がガスセンサ素子７の先端側であり、上方向がガスセンサ素子７の後端側である。図３では、左方向がガスセンサ素子７の先端側であり、右方向がガスセンサ素子７の後端側である。図４では、左方向がガスセンサ素子７の先端側であり、右方向がガスセンサ素子７の後端側である。また、図４では、ガスセンサ素子７の長手方向における中間位置の図示を省略するとともに、ガスセンサ素子７と外部機器（制御部１１０）との電気的な接続状態を模式的に表している。
【００５７】
図２に示す様に、ガスセンサ素子７は、長手方向（Ｙ軸方向）に延びる長尺の板材である。なお、図２において、長手方向がガスセンサの軸線Ｏ方向に沿う形態となる。また図２のＺ軸方向は、長手方向に垂直な積層方向であり、Ｘ軸方向は、長手方向及び積層方向に垂直な幅方向である。
【００５８】
ガスセンサ素子７は、長手方向に伸びる直方体形状（板型形状）に形成されており、長手方向に伸びる板状の素子部７１と、同じく長手方向に延びる板状のヒータ７３と、が積層されて構成されている。ガスセンサ素子７は、その先端側に、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する検知部１７を備える。
【００５９】
図３に分解して示す様に、ガスセンサ素子７は、積層方向の一方の側（図３の上側）に配置されて、長手方向に伸びる板状の素子部７１と、素子部７１の反対側（裏側）に配置されて、同じく長手方向に延びる板状のヒータ７３と、を備える。
【００６０】
また、素子部７１は、後述するように、第１ポンプセル８１と、酸素濃度検出セル８２と、第２ポンプセル８３と、を有している。
具体的には、素子部７１は、絶縁体８４ｅ、第１固体電解質体８１ａ、絶縁体８４ａ、第２固体電解質体８２ａ、絶縁体８４ｂ、第３固体電解質体８３ａをこの順に積層した構造を有する。また、ヒータ７３は、絶縁体８４ｃ、８４ｄをこの順に積層した構造を有する。これらの各層は、ガスセンサ素子７の長手方向に対して垂直方向に積層されている。また、各固体電解質体８１ａ，８２ａ，８３ａは、ガスセンサ素子７の長手方向に延びる板状である。
【００６１】
第１固体電解質体８１ａと第２固体電解質体８２ａとの間には、第１測定室８６が形成されている。第１測定室８６の先端側領域は、２つの第１拡散抵抗体８５ａを介して外部に繋がっている。第１拡散抵抗体８５ａを介して外部から外気である測定対象ガス（排ガス）がガスセンサ素子７の内部に導入される。第１測定室８６は、その後端側領域において、第２固体電解質体８２ａに形成される貫通孔８８ａを介して、絶縁体８４ｂに形成される第２測定室８８に繋がっている。
【００６２】
２つの絶縁体８４ｃ、８４ｄの間には、タングステン等の導体によって形成された発熱抵抗体９１が備えられている。発熱抵抗体９１は、ヒータ７３の一部として備えられている。
【００６３】
ヒータ７３は、外部から供給された電力によって発熱抵抗体９１が発熱することで、ガスセンサ素子７（特に、素子部７１）を所定の活性温度に昇温し、固体電解質体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。
【００６４】
なお、発熱抵抗体９１はその大部分が、内側電極９３より先端側に配置されている。従って、発熱抵抗体９１によって加熱する場合には、内側電極９３より先端側の温度が高くなる。即ち、ガスセンサ素子７の長手方向における温度のピークが、内側電極９３より先端側となる（後述する図７参照）。
【００６５】
第１実施形態では、固体電解質体８１ａ、８２ａ、８３ａ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。絶縁体８４ａ〜８４ｅ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８５ａ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、固体電解質体は、ジルコニアが５０ｗｔ％以上含有されている。
【００６６】
固体電解質体と絶縁体との８つの層のうちの６つの層８４ｅ、８１ａ、８２ａ、８３ａ、８４ｃ、８４ｄ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つの絶縁体８４ａ、８４ｂ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７が形成される。
【００６７】
次に、第１ポンプセル８１、酸素濃度検出セル８２、第２ポンプセル８３について説明する。
第１ポンプセル８１は、第１固体電解質体８１ａと、これを挟持するように配置された一対の電極（内側第１電極８１ｃ、外側第１電極８１ｂ）とを備えている。
【００６８】
内側第１電極８１ｃは、第１測定室８６に面している。内側第１電極８１ｃ及び外側第１電極８１ｂは、いずれも白金を主成分にして形成されている。外側第１電極８１ｂは、絶縁体８４ｅのうちの外側第１電極８１ｂと対向する部分に埋め込まれた多孔質部８１ｄ（例えば、アルミナ）により覆われている。多孔質部８１ｄは、ガス（例えば、酸素）が通過可能に構成されている。
【００６９】
酸素濃度検出セル８２は、第２固体電解質体８２ａと、これを挟持するように配置された酸素内側電極８２ｂ及び基準電極８２ｃとを備えている。酸素内側電極８２ｂ及び基準電極８２ｃは、いずれも白金を主成分として形成されている。
【００７０】
絶縁体８４ｂのうち基準電極部８２ｃに接する部分には、絶縁体８４ｂの厚さ方向に貫通する空間部分としての基準酸素室８７が形成されている。基準酸素室８７は、絶縁体８４ｂの厚さ方向に見たとき（平面視）の形状が例えばＬ字形に形成されると共に、その内部の第３固体電解質体８３ａに面する領域に多孔質部８７ａが配置され、その他の領域が空洞として形成されている。なお、酸素内側電極８２ｂ及び基準電極８２ｃは、平面視で基準酸素室８７と同形状となるように、例えばＬ字形である。
【００７１】
また、絶縁体８４ｂのうち基準酸素室８７より後端側には、絶縁体８４ｂの厚さ方向に貫通する空間部分としての第２測定室８８が形成されている。この第２測定室８８は、平面視で例えば長方形である。
【００７２】
なお、酸素濃度検出セル８２に予め定められた微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素が酸素濃度検出セル８２を介して第１測定室８６から基準酸素室８７に送り込まれる。そして、基準酸素室８７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８７は、酸素濃度の基準として利用される。
【００７３】
第２ポンプセル８３は、第３固体電解質体８３ａと、第３固体電解質体８３ａのうち第２測定室８８に面した表面に配置された一対の電極（内側電極９３、周囲電極９５）とを備えている。内側電極９３及び周囲電極９５はいずれも白金を主成分として形成されている。
【００７４】
そして、周囲電極９５は、第３固体電解質体８３ａのうち絶縁体８４ｂに対向する面に形成されると共に、絶縁体８４ｂの基準酸素室８７に対応する領域に配置される。周囲電極９５は、基準電極８２ｃに対向するように基準酸素室８７に面している。内側電極９３は、第３固体電解質体８３ａのうち絶縁体８４ｂに対向する面に形成されると共に、絶縁体８４ｂの第２測定室８８に対応する領域に配置される。
【００７５】
なお、後述するように、周囲電極９５は、平面視で、基準酸素室８７と同様な例えばＬ字形であり、内側電極９３は、平面視で、第２測定室８８と同様な例えば長方形である。
各電極８１ｂ、８１ｃ、８２ｂ、８２ｃ、９３、９５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状に形成されている。すなわち、測定対象ガスの気体（酸素やＮＯｘ等の気相）と電極（触媒相）と固体電解質体（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の多孔質状に形成されている。
【００７６】
絶縁体８４ｅの後端側外表面には、３つの電極パッド２５，２６，２７が形成されている。また、絶縁体８４ｄの後端側外表面には、３つの電極パッド２８，２９，３０が形成されている。各電極パッド２５〜３０は、例えば、絶縁体８４ｅ，８４ｄ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。
【００７７】
各電極８１ｂ、８１ｃ、８２ｂ、８２ｃ、９３、９５及び発熱抵抗体９１は、配線ユニットＬ１〜Ｌ６によって、対応する電極パッド２５〜３０と電気的に接続されている。
詳細には、第１電極パッド２５は、第１配線ユニットＬ１によって外側第１電極８１ｂと電気的に接続される。第２電極パッド２６は、第２配線ユニットＬ２によって基準電極８２ｃと電気的に接続される。第３電極パッド２７は、第３配線ユニットＬ３によって内側第１電極８１ｃ、酸素内側電極８２ｂ、内側電極９３に電気的に接続される。第４電極パッド３０は、第４配線ユニットＬ４によって周囲電極９５に電気的に接続される。
【００７８】
第１ヒータ用電極パッド２８は、第１ヒータ用配線ユニットＬ５によって発熱抵抗体９１に電気的に接続される。第２ヒータ用電極パッド２９は、第２ヒータ用配線ユニットＬ６によって発熱抵抗体９１に電気的に接続される。なお、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。
【００７９】
第１配線ユニットＬ１は、第１リード部１０１ａと第１スルーホール導体部１０１ｂとを有する。第１リード部１０１ａは、第１固体電解質体８１ａに沿って外側第１電極８１ｂから長手方向に延びる。第１スルーホール導体部１０１ｂは、一端が第１電極パッド２５と接続されるとともに、他端が第１リード部１０１ａと接続される。
【００８０】
第２配線ユニットＬ２は、第２リード部１０２ａと、第２スルーホール導体部１０２ｂと、を有する。第２リード部１０２ａは、第２固体電解質体８２ａに沿って基準電極８２ｃから後端側に向かって長手方向に延びる。第２スルーホール導体部１０２ｂは、一端が第２電極パッド２６と接続され、他端が第２リード部１０２ａと接続される。
【００８１】
第３配線ユニットＬ３は、第３リード部１０３ａと、第４リード部１０３ｂと、第５リード部１０３ｃと、第３スルーホール導体部１０３ｄと、を有する。第３リード部１０３ａは、第１固体電解質体８１ａに沿って内側第１電極８１ｃから後端側に向かって長手方向に延びる。第４リード部１０３ｂは、第２固体電解質体８２ａに沿って酸素内側電極８２ｂから後端側に向かって長手方向に延びる。第５リード部１０３ｃは、第３固体電解質体８３ａに沿って内側電極９３から後端側に向かって長手方向に延びる。
【００８２】
第３スルーホール導体部１０３ｄは、一端が第３電極パッド２７と接続され、その中間部分が第３リード部１０３ａと第４リード部１０３ｂに接続され、他端が第５リード部１０３ｃに接続される。
【００８３】
なお、内側第１電極８１ｃ、酸素内側電極８２ｂ、内側電極９３は、共通の第３電極パッド２７に電気的に接続されている。また、第３電極パッド２７は、制御部１１０（図４参照）のグランド電位に接続されている。
【００８４】
第４配線ユニットＬ４は、第６リード部１０４ａと、第４スルーホール導体部１０４ｂと、を有する。第６リード部１０４ａは、第３固体電解質体８３ａに沿って周囲電極９５から後端側に向かって長手方向に延びる。第４スルーホール導体部１０４ｂは、一端が第４電極パッド３０と接続され、他端が第６リード部１０４ａに接続される。
【００８５】
第１ヒータ用配線ユニットＬ５は、第１ヒータ用リード部１０５ａと、第１ヒータ用スルーホール導体部１０５ｂと、を有する。第１ヒータ用リード部１０５ａは、発熱抵抗体９１から後端側に向かって長手方向に沿って延びる。第１ヒータ用スルーホール導体部１０５ｂは、一端が第１ヒータ用リード部１０５ａに接続され、他端が第１ヒータ用電極パッド２８に接続される。
【００８６】
第２ヒータ用配線ユニットＬ６は、第２ヒータ用リード部１０６ａと、第２ヒータ用スルーホール導体部１０６ｂと、を有する。第２ヒータ用リード部１０６ａは、発熱抵抗体９１から後端側に向かって長手方向に沿って延びる。第２ヒータ用スルーホール導体部１０６ｂは、一端が第２ヒータ用リード部１０６ａに接続され、他端が第２ヒータ用電極パッド２９に接続される。
【００８７】
また、上述したように、各電極８１ｂ、８１ｃ、８２ｂ、８２ｃ、９３、９５は、白金を主成分とする多孔質の電極であり、各電極８１ｂ、８１ｃ、８２ｂ、８２ｃ、９３、９５には、それぞれ、第１〜第６リード部１０１ａ、１０３ａ、１０３ｂ、１０２ａ、１０３ｃ、１０４ａの先端側（図３の左側）の一部がわずかに重なるようにして接続されている（なお、重なる部分は図示していない）。
【００８８】
なお、第１〜第６リード部１０１ａ、１０３ａ、１０３ｂ、１０２ａ、１０３ｃ、１０４ａは、白金を主成分としているが、その組成は、各電極８１ｂ、８１ｃ、８２ｂ、８２ｃ、９３、９５とは異なる。具体的には、第１〜第６リード部１０１ａ、１０３ａ、１０３ｂ、１０２ａ、１０３ｃ、１０４ａのうち、１０１ａ、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、電極ペーストに比べバインダー量を少量にし、緻密なリード部を形成している。一方、１０２ａ、１０４ａは、電極ペーストと同じペーストを使用して形成している。
【００８９】
［１−３．ガスセンサ素子の動作］
次に、ガスセンサ素子７の動作の一例について説明する。
図４に示すように、まず、エンジンの始動によって制御部１１０が起動すると、制御部１１０は、ヒータ７３に電力を供給する。ヒータ７３は、第１ポンプセル８１、酸素濃度検出セル８２、第２ポンプセル８３を活性化温度まで加熱する。
【００９０】
そして、各セル８１〜８３が活性化温度まで加熱されると、制御部１１０は、第１ポンプセル８１に電流（第１ポンプ電流Ｉｐ１）を流す。これにより、第１ポンプセル８１は、第１固体電解質体８１ａを介して内側第１電極８１ｃと外側第１電極８１ｂとの間で酸素を移動させることで、第１測定室８６に流入した測定対象ガス（排ガス）における酸素の汲み入れ及び汲み出しを行う。
【００９１】
制御部１１０は、酸素濃度検出セル８２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ポンプセル８１に通電する第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する。酸素濃度検出セル８２の電圧は、基準酸素室８７の酸素濃度を基準として、酸素内側電極８２ｂにおける酸素濃度に応じた値となる。この制御によって、第１測定室８６の内部の酸素濃度は、ＮＯｘが分解しない程度に調整される。
【００９２】
第１測定室８６にて酸素濃度が調整された測定対象ガスは、第２測定室８８に向かってさらに流れる。制御部１１０は、第２ポンプセル８３に電極間電圧（端子間電圧）を印加する。この電圧は、測定対象ガス中の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８２の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）。これにより、測定対象ガス中のＮＯｘが、窒素と酸素に分解される。
【００９３】
ＮＯｘの分解により生じた酸素を第２測定室８８から汲み出すように、第２ポンプセル８３に電流（第２ポンプ電流Ｉｐ２）が流れ、制御部１１０は、第２ポンプ電流Ｉｐ２を検出する。第２ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には比例関係があるので、第２ポンプ電流Ｉｐ２の電流値を検出することによって測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
【００９４】
なお、ガスセンサ素子７は、接続端子１５およびリード線３５を介して、外部機器（制御部１１０）に接続される。制御部１１０は、ヒータ７３に発熱用の電力を供給するとともに、素子部７１の各セル（第１ポンプセル８１，酸素濃度検出セル８２，第２ポンプセル８３）との間で信号を送受信することによって、ガスセンサ素子７を制御する。なお、第１実施形態では、制御部１１０は、オペアンプ等を用いて形成された電子回路として備えられる。制御部１１０は、ＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータを用いて形成してもよい。
【００９５】
［１−４．第２ポンプセルの構成］
次に、本第１実施形態の要部である第２ポンプセル８３の構成について説明する。
図３及び図４から判るように、第２ポンプセル８３は、第３固体電解質体８３ａと、第３固体電解質体８３ａのうち第２測定室８８に面した表面に配置された一対の電極（内側電極９３、周囲電極９５とを備えている。また、内側電極９３及び周囲電極９５は、いずれも第３固体電解質体８３ａの同一面に形成されている。
【００９６】
図５に拡大して示すように、前記同一面を垂直方向から見た平面視で、内側電極９３は長方形であり、周囲電極９５は内側電極９３の隣り合う２辺（即ち上辺及び左辺）に沿って、内側電極９３（即ちその外周）と所定の間隔をあけて配置されたＬ字形である。
【００９７】
なお、周囲電極９５と内側電極９３との間隔は、例えば０．２〜０．９ｍｍの範囲で一定（例えば０．４ｍｍ）であり、周囲電極９５の面積（例えば１．３ｍｍ２）は、内側電極９３の面積（例えば１．１ｍｍ２）より大である。
【００９８】
詳しくは、周囲電極９５は、内側電極９３の先端側（図５の左側）にて、幅方向（図５の上下方向）に延びる長方形の長手側周囲電極部９５ａを備えている。また、この長手側周囲電極部９５ａの他方（図５の上方）の端部と接続するように、内側電極９３の幅方向の他方にて、長手方向（図５の左右方向）に延びる長方形の幅側周囲電極部９５ｂを備えている。
【００９９】
この周囲電極９５は、内側電極９３の幅方向における一方（図５の下方）に内側電極９３を投影した投影領域ＴＲには形成されていない。つまり、周囲電極９５は、内側電極９３の外周側の一部に配置されると共に、前記長手方向に対して垂直な幅方向の一方（図５の下方）に内側電極９３を投影した投影領域ＴＲを除いた設定領域ＳＲに配置されている。ここでは、前記図５に示すように、周囲電極９５は、内側電極９３の周囲のうち、投影領域ＴＲを除いた設定領域ＳＲの一部に配置されている。
【０１００】
言い換えると、設定領域ＳＲは、内側電極９３の全周を囲む範囲（即ち平面視で３６０度の範囲）から、投影領域ＴＲを除いたものであり、ここでは、設定領域ＳＲの一部に、Ｌ字形に周囲電極９５が配置されている。例えば、設定領域ＳＲには、第５リード部１０３ｃが形成されている範囲は含まない。  
【０１０１】
さらに、図６に示すように、内側電極９３の外周は、周囲電極９５に対向する対向部位ＴＢ（図６の太線で示す部分）を備えている。ここで、対向部位ＴＢについて説明する。
内側電極９３から（幅方向における最大寸法で）長手方向に自身の外周部分を投影した際に（例えば図６の左向きの矢印方向に投影した際に）、その投影先に周囲電極９５が存在する場合には、その投影元の外周部分が内側電極９３の対向部位ＴＢであるとする。
【０１０２】
同様に、内側電極９３から（長手方向における最大寸法で）幅方向の他方に自身の外周部分を投影した際に（例えば図６の上向きの矢印方向に投影した際に）、その投影先に周囲電極９５が存在する場合には、その投影元の外周部分が内側電極９３の対向部位ＴＢとする。つまり、どちら一方の条件を満たせば対向部位ＴＢとする。
【０１０３】
従って、この場合には、長方形の内側電極９３の上辺及び左辺が対向部位ＴＢとなる。
なお、対向部位ＴＢの長さは、内側電極９３の対向部位ＴＢにおける外周の長さである。また、内側電極９３の外周の形状によっては、長手方向に投影した場合と幅方向の他方に投影した場合とでは、対向部位ＴＢが一部重なることがある。この場合に対向部位ＴＢの長さを求める場合には、重なっている部分の一方を除いて求めることができる。
【０１０４】
さらに、本第１実施形態では、図７に示すように、上述した対向部位ＴＢのうち、ガスセンサ素子７の使用時の内側電極９３内の長手方向における温度勾配の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）との中央値｛（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）／２｝以上の高温領域ＫＲに存在する高温部分ＫＢの長さが、対向部位ＴＢの全体の長さの５０％以上である（ここでは上回る）。
【０１０５】
ここで、上述した温度勾配について説明する。
通常、ガスセンサ（ここではＮＯｘセンサ）１を用いて測定対象ガス（例えば排ガス）中の特定ガス（例えばＮＯｘ）を検出する場合（例えばＮＯｘ濃度を検出する場合）には、ガスセンサ素子７の各固体電解質体８１ａ、８２ｂ、８３ａ（少なくとも各固体電解質体８１ａ、８２ｂ、８３ａの各電極が配置された部分）が、所定の活性化温度以上（即ち、各セル８１、８２、８３の作動が可能な温度以上）となったときに行われる。
【０１０６】
例えばヒータ７３によって加熱された場合や、周囲環境の大気より高温の排ガスによって加熱された場合において、活性化温度以上となったときに、ＮＯｘ濃度の検出が行われる。
【０１０７】
この活性化温度以上（例えば６００℃）の場合には、ガスセンサ素子７は、長手方向に沿って、例えば図７の上図に示すような温度勾配（温度分布）になる。なお、活性化以降の温度分布は、外乱の影響がなければ、ほぼ同様の温度分布となる。
【０１０８】
すなわち、ＮＯｘセンサ１によって排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する場合には、ガスセンサ素子７のうち、発熱抵抗体９１が配置される部分の温度が高いので、通常は、内側電極９３より先端側は、後端側より温度が高くなる。
【０１０９】
従って、内側電極９３を、前記中央値を示す中央ラインＣＬで先端側（図７の左側）と後端側に区分した場合、先端側の部分が高温領域ＫＲであり、対向部位ＴＢのうち、この高温領域ＫＲに含まれる部分（図６のＬ字状の斜線部分の外周側）が高温部分ＫＢである。また、残りの中央ラインＣＬより後端側の部分が、高温部分ＫＢではない低温部分ＴＥである。従って、高温部分ＫＢの外周の長さは、低温部分ＴＥの外周の長さよりも長くなっている。
【０１１０】
なお、図７の上図の温度分布は、ガスセンサ素子７の長手方向に沿った温度分布、詳しくは、幅方向における中心において、長手方向に沿った温度分布であり、例えば赤外線サーモグラフィ等を用いて求めることができる。また、ガスセンサ素子７の幅方向の温度分布は、ほぼ一定である（即ちあまり温度変化はない）。
【０１１１】
また、本第１実施形態では、図８に示すように、内側電極９３の幅方向の一方（図８の下方）の端部からガスセンサ素子７の幅方向の一方の端部までの第１距離（Ａ１）は、内側電極９３の幅方向の他方（図８の上方）の端部からガスセンサ素子７の幅方向の他方の端部までの第２距離（Ａ２）より短いように設定されている。
【０１１２】
なお、第１距離（Ａ１）は、例えば０．４〜１．０ｍｍの範囲の例えば０．７ｍｍであり、第２距離（Ａ２）は、例えば１．０〜２．０ｍｍの範囲の例えば１．６ｍｍである。
さらに、図８に示す第１寸法Ｂ１（即ち周囲電極９５が内側電極９３より図８の下方に突出する寸法：第１実施形態では０）は、第２寸法Ｂ２（即ち周囲電極９５が内側電極９３より図８の上方に突出する寸法）より短いように設定されている。
【０１１３】
詳しくは、内側電極９３の幅方向の一方の端部からガスセンサ素子の幅方向の一方の端部までの間を長手方向（図８の左右方向）に投影した場合、その投影した範囲である第１領域Ｒ１に形成されている周囲電極９５の幅方向の第１寸法Ｂ１は、内側電極９３の幅方向の他方の端部からガスセンサ素子７の幅方向の他方の端部までの間を長手方向に投影した場合、その投影した範囲である第２領域Ｒ２に形成されている周囲電極９５の幅方向の第２寸法Ｂ２より短いように設定されている。
【０１１４】
なお、第１寸法（Ｂ１）は、例えば０．６ｍｍ以下の範囲の例えば０ｍｍであり、第２寸法（Ｂ２）は、例えば０．７〜１．３ｍｍの範囲の例えば１．０ｍｍである。ここで、第１寸法（Ｂ１）については、周囲電極９５が内側電極９３より図８の上方に位置する場合をマイナス（−）とするので、マイナスの値であってもよい。
【０１１５】
［１−５．効果］
以上説明したように、本実施形態のＮＯｘセンサ１におけるガスセンサ素子７は、第２ポンプセル８３における一対の電極として、内側電極９３及び周囲電極９５を備えている。この内側電極９３及び周囲電極９５は、いずれも第３固体電解質体８３ａの同一面に形成されている。
【０１１６】
そして、周囲電極９５は、内側電極９３の長手方向に対して垂直の幅方向における一方の投影領域ＴＲを除いた設定領域ＳＲに配置されるので、即ち、幅方向の一方の投影領域ＴＲには周囲電極９５は配置されないので、ガスセンサ素子７の幅方向の寸法を小さくすることが可能である。これにより、ガスセンサ素子７の小型化や省電力化を図ることができる。
【０１１７】
さらに、内側電極９３の周囲電極９５に対向する対向部位ＴＢのうち、ガスセンサ素子７の使用時の内側電極９３内の長手方向における温度勾配の最大値と最小値との中央値以上の（先端側の）高温領域ＫＲに存在する高温部分ＫＢの長さが、対向部位ＴＢの長さの５０％以上である（ここでは上回っている）。つまり、内側電極９３の対向部位ＴＢのうち、高温部分ＫＢの長さは、それより低温の低温部分ＴＥの長さに比べて長い。
【０１１８】
従って、一方の投影領域ＴＲに周囲電極９５を設けないようにして、ガスセンサ素子７の幅方向の寸法を小さくした場合でも、内部抵抗を十分に小さくすることができる。
そのため、ＮＯｘセンサ１のように、内側電極９３と周囲電極９５との間に流れる電流が小さい場合でもあっても、ＮＯｘの検出精度の低下を抑制することができる。
【０１１９】
つまり、本第１実施形態では、ＮＯｘの検出精度の低下を抑制できるとともに、ガスセンサ素子７の小型化や省電力化を図ることができるという顕著な効果を奏する。
また、本第１実施形態では、第１距離Ａ１より第２距離Ａ２が長い（即ち幅方向における内側電極９３の他方の端部とガスセンサ素子７の他方の端部との隙間が広い）。そのため、この幅の広い領域（第２領域Ｒ２）に、印刷等によって周囲電極９５を容易に形成できる。なお、第２領域Ｒ２に周囲電極９５を設けることにより、第２領域Ｒ２と反対側の幅の狭い領域（第１領域Ｒ１）には、周囲電極９５を設けないようにできる。
【０１２０】
これにより、ガスセンサ素子７の幅を狭くできるので、この点からも、ガスセンサ素子７の小型化や省電力化を図ることができる。
なお、印刷幅には、一定の限度があり、あまり幅が狭い領域には好適に印刷ができない。しかし、本第１実施形態では、第２距離Ａ２が長い（幅が広い）ので、仮にガスセンサ素子７の全体の幅を狭くした場合でも、比較的幅の広い第２領域に、印刷によって容易に周囲電極９５を形成することができる。
【０１２１】
さらに、本第１実施形態では、第２領域Ｒ２に配置する周囲電極９５の幅を広くし、第１領域Ｒ１に配置する周囲電極９５の幅を狭くする（例えば０にする）ことにより、ガスセンサ素子７の幅を狭くできるので、この点からも、ガスセンサ素子７の小型化や省電力化を図ることができる。
【０１２２】
なお、本第１実施形態では、周囲電極９５の面積は、内側電極９３の面積以上であるので、微弱な電流でも精度良く検出できる。
［１−６．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と第１実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
【０１２３】
第１実施形態の、ＮＯｘセンサ１、ガスセンサ素子７、第１ポンプセル８１、固体電解質体８１ａ、８３ａ、第１電極８１ｂ、８１ｃ、第１測定室８６、第２測定室８８、第２ポンプセル８３、内側電極９３、周囲電極９５、長手側周囲電極部９５ａ、幅側周囲電極部９５ｂが、それぞれ、本発明の、ガスセンサ、ガスセンサ素子、第１ポンプセル、固体電解質体、第１電極、第１測定室、第２測定室、第２ポンプセル、内側電極、周囲電極の一例に相当する。
【０１２４】
［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な構成については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第１実施形態と同様な構成は、同じ番号を用いて説明する。
【０１２５】
図９及び図１０に示すように、本第２実施形態のガスセンサ素子１２１は、第１実施形態とは、周囲電極１２３の形状が異なる。
詳しくは、周囲電極１２３は、平面視でコ字形状であり、内側電極９３の先端側（図９の左側）及び後端側にてそれぞれ幅方向に延びる長手側周囲電極部１２３ａ、１２３ｂを備えるとともに、両長手側周囲電極部１２３ａ、１２３ｂと接続するように、内側電極９３の幅方向の他方（図９の上方）にて長手方向に延びる幅側周囲電極部１２３ｃを備えている。
【０１２６】
本第２実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、第１実施形態より内側電極９３の対向部位ＴＢ（図９の太線部分）を長く設定できるので、一層検出精度が向上するという利点がある。
【０１２７】
［３．第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な構成については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第１実施形態と同様な構成は、同じ番号を用いて説明する。
【０１２８】
図１１に示すように、本第３実施形態のガスセンサ素子１３１は、第１実施形態とは、周囲電極１３３と内側電極１３５の形状が異なる。
詳しくは、周囲電極１３３は、平面視で弓状に湾曲した形状であり、内側電極１３５の先端側（図１１の左側）にて幅方向に延びる長手側周囲電極部１３３ａと、内側電極９３の幅方向の他方（図１１の上方）にて長手方向に延びる幅側周囲電極部１３３ｂと、長手側周囲電極部１３３ａと幅側周囲電極部１３３ｂとを接続する１／４円の形状の中間電極部１３３ｃを備えている。
【０１２９】
また、内側電極１３５は、長手方向が長い略長方形であり、その周囲の角部（頂点）は滑らかに湾曲している。
さらに、高温部分ＫＢ（図１１の斜線部分の外周側）は、中央ラインＣＬより先端側である。ここでは、中央ラインＣＬは、図１２に示すように、６９１℃と６４２℃との中央値であり、高温部分ＫＢの対向部位ＴＢ（図１１の太線部分）に対する割合（外周部分の長さの割合）は、６４．７％である。
【０１３０】
なお、本第３実施形態では、内側電極１３５の対向部位ＴＢとして（即ち十分な電流が流れる範囲として）、内側電極１３５と周囲電極１３３との間隔が一定の部分を採用している。
【０１３１】
本第３実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。
［４．第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な構成については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第１実施形態と同様な構成は、同じ番号を用いて説明する。
【０１３２】
本第４実施形態のガスセンサは、いわゆる限界電流方式によって酸素濃度を検出する酸素センサであり、図１３に示すように、その酸素センサに用いられるガスセンサ素子１４１は、第１実施形態とは、ガスセンサ素子１４１自体の構造が異なっている。
【０１３３】
詳しくは、ガスセンサ素子１４１は、図１３の左右方向に長い長尺の素子であり、例えばアルミナを主成分とする絶縁体１４３、１４５と、例えばジルコニアを主成分とする固体電解質体１４７と、（ヒータ部分を構成する）例えばアルミナを主成分とする絶縁体１４９、１５１とが積層された構造を有している。
【０１３４】
なお、両絶縁体１４９、１５１の間には、発熱抵抗体１５２が配置されている。
また、絶縁体１４３には、多孔質体１５３が充填された貫通孔１５５が設けられている。絶縁体１４５には、貫通孔１５５と連通して測定対象ガス（例えば排ガス）が導入される測定室１５７と、酸素基準源となる基準酸素室１５９とが設けられている。
【０１３５】
固体電解質体１４７の同一表面上には一対の電極１６１、１６３が設けられており、このうち、一方の電極である周囲電極１６１が測定室１５７に露出すると共に、他方の電極である内側電極１６３が基準酸素室１５９に露出している。
【０１３６】
この周囲電極１６１と内側電極１６３との形状や配置等は、前記第１実施形態と同様である。
本第４実施形態では、例えば周囲電極１６１と内側電極１６３との間に電圧を印加して、周囲電極１６１と内側電極１６３との間にポンプ電流を流し、このポンプ電流によって、酸素をポンピングする（例えば測定室１５７から基準酸素室１５９に酸素を移動させる）。
【０１３７】
そして、周知のように、そのポンピングの際のポンプ電流が一定になった値（限界電流）から、酸素濃度を検出する。
本第４実施形態は、第１実施形態とは検出するガス成分が異なるが、第１実施形態と同様に、ガス濃度の検出精度の低下を抑制できるとともに、装置の小型化や省電力化を図ることができる。
【０１３８】
なお、これとは別に、測定室１５７中の酸素濃度と基準酸素室１５９中の酸素濃度との酸素濃度差に起因して、周囲電極１６１と内側電極１６３との間に発生する起電力に基づいて、周知のように酸素濃度を検出することも可能である。
【０１３９】
［５．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【０１４０】
（１）例えば、図１４に示すように、周囲電極１７１の一方（図１４の下方）の端部が、内側電極１７３の一方の端部よりも、ガスセンサ素子１７５の一方の端部側に突出していてもよい。
【０１４１】
この場合も、第１寸法Ｂ１＜第２寸法Ｂ２、第１距離Ａ１＜第２距離Ａ２の関係が成立している。
（２）また、前記各実施形態では、ガスセンサ素子の先端側から後端側に延びる固体電解質体を使用してが、各電極が設けられる位置に固体電解質体を設けてもよい。なお、周知電極と内側電極とが設けられる固体電解質体は一体のものを用いる。
【０１４２】
つまり、基板として、例えばアルミナを主成分とする絶縁体を用い、その絶縁体の一部に固体電解質体を埋め込むように配置してもよい。
（３）なお、上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【０１４３】
１…ＮＯｘセンサ
７、１４１…ガスセンサ素子
８１…第１ポンプセル
８１ａ、８２ａ、８３ａ、１４７…固体電解質体
８１ｂ、８１ｃ…第１電極
８６…第１測定室
８８…第２測定室
８８…第２ポンプセル
９３、１６１…内側電極
９５、１２３、１６３…周囲電極
９５ａ、１２３ａ、１２３ｂ…長手側周囲電極部
９５ｂ、１２３ｃ…幅側周囲電極部
１５７…測定室
１５９…基準酸素室
Ａ１…第１距離
Ａ２…第２距離
Ｂ１…第１寸法
Ｂ２…第２寸法
Ｒ１…第１領域
Ｒ２…第２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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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