(57)【要約】【課題】酸素ポンプセルの固体電解質体にブラックニングを生じさせることなく、リッチとリーンが切り替わるときでも酸素ポンプセルの電流が乱れず追従できるガスセンサを提供する。【解決手段】ガスセンサでは、多孔質層１１２を第１多孔質部１１２Ａ，第２多孔質部１１２Ｂで構成し、それらの気孔率がいずれも２０％以上７０％以下で、かつ、互いの気孔率が１０％以上異なり、さらに多孔質層の面積を１００％としたときの面積率が何れも７０％以下になるように調整されている。これらの条件を満たすことによって、酸素ポンプセルの起電力が場所によって異なるので、センサ全体として見た場合の合成起電力の変化を緩やかにできる。従って、リッチとリーンが切り替わるときでも酸素ポンプセルの電流が乱れず追従できる。【選択図】図３
2011220709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガスが導入される検出室と、
第１固体電解質体、および前記第１固体電解質体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち、一方の第１電極が、多孔質層を介して前記被検出ガスに晒され、他方の第２電極が、前記検出室内に配置され、前記一対の電極間に通電される電流に応じて前記検出室内に導入される前記被検出ガスに含まれる酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルと、
前記検出室を介して、前記第１固体電解質体に積層される第２固体電解質体、および前記第２固体電解質体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち、一方の第３電極が前記検出室内に配置され、前記一対の電極間において前記検出室の酸素濃度に応じた電圧を発生する酸素濃度検知セルと、
を備えたガスセンサにおいて、
前記多孔質層は、前記第１電極を覆って形成されるとともに、気孔率がいずれも２０％以上７０％以下で、かつ、互いの気孔率が１０％以上異なる２以上の多孔質部からなり、
前記ガスセンサの積層方向に見て、前記第１電極に接触する前記多孔質層の接触面の面積を１００％としたときに、前記第１電極に接触する前記多孔質部の部分接触面の面積がそれぞれ７０％以下であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記多孔質層は、前記部分接触面が前記接触面の一端部を構成する第１多孔質部と、前記部分接触面が前記一端とは反対側の他端部を構成する第２多孔質部と、を備える２以上の多孔質部からなり、
前記２以上の多孔質部は、前記第１多孔質部から前記第２多孔質部に向かって多孔質部毎に段階的に気孔率が高くなることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記ガスセンサは、前記第１固体電解質体及び前記第２固体電解質体を加熱するヒータを備え、
前記ガスセンサの積層方向に見たときに、前記多孔質層は、前記部分接触面が前記ヒータの発熱中心側の前記接触面を構成する第３多孔質部と、前記部分接触面が前記第３多孔質部よりも前記発熱中心から離れた前記接触面を構成する第４多孔質部とを備える２以上の多孔質部からなり、
前記２以上の多孔質部は、前記第３多孔質部から前記第４多孔質部に向かって多孔質部毎に段階的に気孔率が低くなることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車などの排気ガス中の特定ガス、例えばＮＯｘや酸素などの濃度に応じ、排気ガスの空燃比制御を行うガスセンサが知られている。一例としてジルコニアを用いた酸素センサは、ジルコニアからなる固体電解質体を挟む一対の電極からなる酸素ポンプセル及び酸素濃度検知セルを備えている。このうち、酸素ポンプセルでは、酸素濃度検知セル間の電圧が基準電圧となるように、一対の電極間に流す電流の大きさや向きが制御され、これにより、ガス検出室から素子外部に向かって酸素の汲み出し、又は素子外部からガス検出室に向かって汲み入れが行われる。そして、酸素ポンプセルに流れる電流に基づいて、排気ガス中に含まれる酸素濃度、ひいては排気ガスの空燃比を特定できる（例えば、特許文献１参照）。なお、この酸素ポンプセルには、排気ガス中に含まれるリン等の被毒物質から電極を保護するため、固体電解質体を挟む一対の電極のうち、被測定ガスに晒される第１電極を覆うように多孔質層が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７―３３１１４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、この酸素ポンプセルは起電力を有するため、一対の電極間に流す電流は、この起電力の影響を受けることとなる。そして、上記のガスセンサでは、燃料がリーンからリッチ（又はリッチからリーン）に切り替わるときに、酸素ポンプセルの起電力が急変するため、その起電力の急変に回路側が追従しきれず、電流がオーバーシュートしてしまい、回復させるために逆シュートする現象（ストイキ乗り越し）が起こるという問題点があった。この場合、排気ガス中の正確な酸素濃度および空燃比を特定することが困難であった。
【０００５】
そこで、例えば、多孔質層の気孔率を従来より小さくすることで、第１電極上のガス置換を遅くすることが考えられる。これにより、酸素ポンプセルの起電力による変化速度をゆるやかにでき、リーンからリッチ（又はリッチからリーン）に切り替わるときであっても、一対の電極間に流す電流が起電力の影響を受けにくくなり、排気ガス中の正確な酸素濃度および空燃比を特定することができる。しかしながら、素子外部からガス検出室内に向かって酸素を汲み入れる場合、第１電極への酸素の到達速度が遅くなる。すると、ガス検出室内に酸素が供給不足になるため、酸素ポンプセルの固体電解質体が電気分解して、固体電解質中に含まれる酸素が検出室内に供給することとなり、固体電解質体の破壊（ブラックニング）が起きる虞があった。
【０００６】
また、酸素ポンプセルの電極の触媒活性を低下させることで、酸素ポンプセルの起電力が小さくでき、リーンからリッチ（又はリッチからリーン）に切り替わるときであっても、一対の電極間に流す電流が起電力の影響を受けにくくなり、排気ガス中の正確な酸素濃度および空燃比を特定することができる。しかしながら、酸素ポンプセルの電極の触媒活性を低下させると、酸素ポンプセルの電極反応が抑止されて電極抵抗が上昇するため、同様にブラックニングが起きる虞があった。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、酸素ポンプセルの固体電解質体にブラックニングを生じさせることなく、リッチとリーンが切り替わるときでも酸素ポンプセルの電流が乱れず追従できる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】
【０００８】
本発明に係るガスセンサの実施態様によれば、被検出ガスが導入される検出室と、第１固体電解質体、および前記第１固体電解質体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち、一方の第１電極が、多孔質層を介して前記被検出ガスに晒され、他方の第２電極が、前記検出室内に配置され、前記一対の電極間に通電される電流に応じて前記検出室内に導入される前記被検出ガスに含まれる酸素の汲み入れまたは汲み出しを行う酸素ポンプセルと、前記検出室を介して、前記第１固体電解質体に積層される第２固体電解質体、および前記第２固体電解質体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち、一方の第３電極が前記検出室内に配置され、前記一対の電極間において前記検出室の酸素濃度に応じた電圧を発生する酸素濃度検知セルと、を備えたガスセンサにおいて、前記多孔質層は、前記第１電極を覆って形成されるとともに、気孔率がいずれも２０％以上７０％以下で、かつ、互いの気孔率が１０％以上異なる２以上の多孔質部からなり、前記ガスセンサの積層方向に見て、前記第１電極接触する前記多孔質層の接触面の面積を１００％としたときに、前記第１電極に接触する前記多孔質部の部分接触面の面積がそれぞれ７０％以下であることを特徴とする。
【０００９】
本実施態様に係るガスセンサでは、多孔質層は、第１電極を覆って形成されるとともに、互いの気孔率が１０％以上異なる２以上の多孔質部からなっているので、第１電極の場所によって酸素の到達速度を異ならせることができる。よって、酸素ポンプセルの起電力の変化速度も場所によって異なるので、センサ全体として見た場合の起電力の変化速度を緩やかにできる。また、多孔質層の気孔率は何れも２０％以上であるので、ガスセンサ外部から検出室内に向かって酸素を汲み入れる場合、第１電極への酸素の到達速度が遅くなることがなく、検出室内に酸素が供給不足にならない。その結果、固体電解質を電気分解して酸素が検出室内に供給することがなく、ブラッブラックニングの発生を防止できる。さらに、気孔率は７０％以下であるので、第１電極を被毒から保護できる。さらに、２以上の多孔質部の第１電極に接触する部分接触面の面積が、それぞれ７０％以下であるので、特定の多孔質部による起電力の変化速度とならない。よって、２以上の起電力を合成することによって、合成起電力の変化速度を緩やかにすることができるので、リッチとリーンが切り替わるときでも酸素ポンプセルの電流が乱れず追従できる。
【００１０】
また、本実施態様において、前記多孔質層は、前記部分接触面が前記接触面の一端部を構成する第１多孔質部と、前記部分接触面が前記一端とは反対側の他端部を構成する第２多孔質部と、を備える２以上の多孔質部からなり、前記２以上の多孔質部は、第１多孔質部から第２多孔質部に向かって多孔質部毎に段階的に気孔率が高くてもよい。これにより、複雑な構成を形成することなく、気孔率が段階的に異なる多孔質部を第１電極に配置することで、合成起電力の変化速度を緩やかにすることが達成でき、リッチとリーンが切り替わるときでも酸素ポンプセルの電流が乱れず追従できることを容易に達成できる。
【００１１】
なお、「第１多孔質部から第２多孔質部に向かって多孔質部毎に段階的に気孔率が高く」するとは、接触面の一端から他端に向かって気孔率の小さい多孔質部から順番に複数配置されていても良いだけでなく、接触面の一端から他端に向かって漸近的に気孔率が高くなっている単一の多孔質層が配置されていても良い。この場合、単一の多孔質層を仮想的に接触面の一端から他端に向かって分割し、分割された多孔質層のそれぞれを複数の多孔質部として考える。
【００１２】
また、本実施態様において、前記ガスセンサは、前記第１固体電解質体及び前記第２固体電解質体を加熱するヒータを備え、前記ガスセンサの積層方向に見たときに、前記多孔質層は、前記部分接触面が前記ヒータの発熱中心側の前記接触面を構成する第３多孔質部と、前記部分接触面が前記第３多孔質部よりも前記発熱中心から離れた前記接触面を構成する第４多孔質部とを備える２以上の多孔質部からなり、前記２以上の多孔質部は、第３多孔質部から第４多孔質部に向かって多孔質部毎に段階的に気孔率が低くてもよい。ヒータには場所によって温度分布がある。ヒータの中央に位置する発熱中心は最も温度が高く、端の部分は温度が低い。温度が高いとガスの拡散速度は速くなり、温度が低いとガスの拡散速度は遅くなる。従って、発熱中心に対応する第３多孔質部の気孔率を高く、その両側の第４多孔質部の気孔率を低くすることで、より２以上の起電力の変化速度の差を離すことで、合成起電力の変化速度をより緩やかにすることができるので、リッチとリーンが切り替わるときでも酸素ポンプセルの電流が乱れず追従できる。
【００１３】
なお、「第３多孔質部から第４多孔質部に向かって多孔質部毎に段階的に気孔率が低く」するとは、第３多孔質部から第４多孔質部に向かって気孔率の大きい多孔質部から順番に複数配置されていても良いだけでなく、発熱中心から遠ざかるに従い漸近的に気孔率が低くなる単一の多孔質層が配置されていても良い。この場合、単一の多孔質層を仮想的に発熱中心側から遠ざかる方向に向かって分割し、分割された多孔質層のそれぞれを複数の多孔質部として考える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ガスセンサ１の縦断面図である。
【図２】ガスセンサ素子１００の分解斜視図である。
【図３】ガスセンサ素子１００の横断面図である。
【図４】評価１の結果を示すグラフである。
【図５】評価２の結果を示すグラフである。
【図６】評価３の結果を示す表である。
【図７】ガスセンサ素子２００の横断面図である。
【図８】ガスセンサ素子３００の横断面図である。
【図９】ガスセンサ素子４００の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明に係るガスセンサの一例として、ガスセンサ１の構造について、図１を参照して説明する。
【００１６】
なお、以下の図面において、図１の上下方向をガスセンサ１（またはガスセンサ素子１００）の軸線Ｏ方向（１点鎖線で示す。）とする。そして、図１の下側を、ガスセンサ１（またはガスセンサ素子１００）の先端側とし、また、図１の上側を、ガスセンサ１（またはガスセンサ素子１００）の後端側として説明する。
【００１７】
ガスセンサ１は、自動車の排気管（図示外）に取り付けられ、内部に保持するガスセンサ素子１００の先端部１１が排気管内を流通する排気ガス中に晒されて、その排気ガス中の酸素濃度から排気ガスの空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサである。ガスセンサ素子１００からは、排気ガスの空燃比がリーンの場合には、理論空燃比に対し余剰となる酸素の量に応じた検出値（電流値）が得られ、リッチの場合には未燃焼ガスを完全燃焼させるのに必要な酸素の量に応じた検出値（電流値）が得られる。これら検出値をもとに、図示しないセンサ制御回路にて排気ガスの空燃比が求められてＥＣＵ（電子制御ユニット）に対し出力され、空燃比フィードバック制御などに利用される。
【００１８】
ガスセンサ素子１００は、軸線Ｏ方向に延びる細幅で板状の素子である（図１では、紙面左右方向を板厚方向、紙面表裏方向を板幅方向として示す。）。ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１００を金属カップ２０内に保持し、さらに、自動車の排気管（図示外）に取り付けるための主体金具５０内にて金属カップ２０を支持することで、ガスセンサ素子１００を主体金具５０内に保持した構造を有する。
【００１９】
ガスセンサ素子１００の中央部１３には、自身の内部にガスセンサ素子１００を挿通させた有底筒状をなす金属製の金属カップ２０が配置されている。金属カップ２０は主体金具５０内にガスセンサ素子１００を保持するための保持部材であり、筒底の開口２５からガスセンサ素子１００の先端部１１が突出されている。また、筒底の縁部分の先端周縁部２３は外周面にかけてテーパ状に形成されている。金属カップ２０内には、アルミナ製のセラミックリング２１と滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング２２とが、それぞれ、自身にガスセンサ素子１００を挿通させた状態で収容されている。滑石リング２２は金属カップ２０内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、ガスセンサ素子１００が金属カップ２０内で位置決めされて保持されている。
【００２０】
金属カップ２０と一体となったガスセンサ素子１００は、その周囲を筒状の主体金具５０に取り囲まれて保持されている。主体金具５０はガスセンサ１を自動車の排気管（図示外）に取り付け固定するためのものであり、ＳＵＳ４３０等の低炭素鋼からなり、外周先端側に排気管への取り付け用の雄ねじ部５１が形成されている。この雄ねじ部５１よりも先端側には、後述するプロテクタ８が係合される先端係合部５６が形成されている。また、主体金具５０の外周中央には取り付け用の工具が係合する工具係合部５２が形成されており、その工具係合部５２の先端面と雄ねじ部５１の後端との間には、排気管に取り付けた際のガス抜けを防止するためのガスケット５５が嵌挿されている。さらに、工具係合部５２の後端側には、後述する外筒６５が係合される後端係合部５７と、その後端側に、主体金具５０内にガスセンサ素子１００を加締め保持するための加締め部５３とが形成されている。
【００２１】
また、主体金具５０の内周で雄ねじ部５１付近には段部５４が形成されている。この段部５４には、ガスセンサ素子１００を保持する金属カップ２０の先端周縁部２３が係止されている。さらに、主体金具５０の内周には滑石リング２６が、自身にガスセンサ素子１００を挿通させた状態で、金属カップ２０の後端側から装填されている。そして、滑石リング２６を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ２７が主体金具５０内に嵌め込まれている。スリーブ２７の後端側外周には段状をなす肩部２８が形成されており、その肩部２８には、円環状の加締めパッキン２９が配置されている。この状態で主体金具５０の加締め部５３が、加締めパッキン２９を介してスリーブ２７の肩部２８を先端側に向けて押圧するように加締められている。スリーブ２７に押圧された滑石リング２６は主体金具５０内で押し潰されて細部にわたって充填され、この滑石リング２６と、金属カップ２０内にあらかじめ装填された滑石リング２２とによって、金属カップ２０およびガスセンサ素子１００が主体金具５０内で位置決め保持される。
【００２２】
主体金具５０の先端（先端係合部５６）からは、内部に保持するガスセンサ素子１００の先端部１１が突出されている。この先端係合部５６には、ガスセンサ素子１００の先端部１１を、排気ガス中のデポジット（燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質）による汚損や被水などによる折損等から保護するためのプロテクタ８が嵌められ、スポット溶接やレーザ溶接によって固定されている。プロテクタ８は、有底筒状の内側プロテクタ９０と、内側プロテクタ９０の外周面との間に空隙を有した状態でその径方向周囲を取り囲む筒状の外側プロテクタ８０とから構成される２重構造を有する。
【００２３】
内側プロテクタ９０には、ガスセンサ素子１００を取り囲む周壁９２と、周壁９２の先端側を塞ぐ底壁９３を有している。そして、周壁９２の後端側に複数の内側導入孔９５と、周壁９２の先端側に複数の水抜き孔９６と、底壁９３に排出口９７とが開口されている。内側プロテクタ９０は、開口端側（後端側）の基端部９１が先端係合部５６の外周に係合され、その状態で外周を一周してレーザ溶接が施されており、主体金具５０に固定されている。また、外側プロテクタ８０には、内側プロテクタ９０の周壁９２を取り囲む周壁８２を有している。この周壁８２の先端側には、複数の外側導入孔８５が開口されている。そして、外側プロテクタ８０は、開口端側の基端部８１が内側プロテクタ９０の基端部９１の外周に係合され、その状態で外周にスポット溶接が施されており、外側プロテクタ８０もまた内側プロテクタ９０と共に主体金具５０に固定されている。さらに、外側プロテクタ８０と内側プロテクタ９０との間の空隙を閉じるように、外側プロテクタ８０の周壁８２の先端側に設けられた先端部８３が内側プロテクタ９０の周壁９２に向けて内側に折り曲げられている。
【００２４】
外側導入孔８５から外側プロテクタ８０と内側プロテクタ９０との間の空隙に導入される排気ガスは、内側プロテクタ９０の周壁９２の外周を取り囲む状態で旋回流を生じ、ガス成分と水分とに分離される。ガス成分は内側導入孔９５から内側プロテクタ９０内に導入され、ガスセンサ素子１００に接触し、排出口９７から外部に排出される。一方、水分は、水抜き孔９６から内側プロテクタ９０内に進入し、排出口９７から外部に排出される。こうした構成により、ガスセンサ素子１００の先端部は、排気ガス中のデポジットによる汚損や、被水に起因する熱衝撃による折損等から保護されている。
【００２５】
一方、主体金具５０後端（加締め部５３）からは、内部に保持するガスセンサ素子１００の後端部１２が突出されている。後述するが、ガスセンサ素子１００の後端部１２には、電極を取り出すための白金（Ｐｔ）からなる５つの電極パッド１３５（図２参照）が形成されている。また、それら電極パッド１３５それぞれに接触（電気的に接続）させる５つの接続端子６１（図１ではそのうちの２つを図示。）を内部に保持した絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ６０が、ガスセンサ素子１００の後端部１２に被せられている。このセパレータ６０には、ガスセンサ１の外部に引き出される５本のリード線６４（図１ではそのうちの３本を図示。）と各接続端子６１との各接続部分も収容され保護されている。
【００２６】
外筒６５はステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製で筒状をなし、主体金具５０の後端側に取り付けられ、主体金具５０の後端から露出されるガスセンサ素子１００の後端部１２やセパレータ６０の周囲を覆って保護するものである。外筒６５は、自身の先端側の開口端６６が主体金具５０の後端係合部５７の外周に係合され、外周側から加締められると共に、外周を一周して後端係合部５７にレーザ溶接され、主体金具５０に固定されている。
【００２７】
また、外筒６５とセパレータ６０との間の間隙には、金属製で筒状の保持金具７０が配設されている。保持金具７０は自身の後端を内側に折り曲げて構成した支持部７１を有し、自身の内部に挿通されるセパレータ６０の後端側外周に鍔状に設けられた鍔部６２を支持部７１に係止させて、セパレータ６０を支持している。この状態で、保持金具７０が配置された部分の外筒６５の外周面が加締められ、セパレータ６０を支持した保持金具７０が外筒６５に固定されている。
【００２８】
さらに、セパレータ６０の後端側には、外筒６５の後端を閉塞するグロメット７５が配置されている。このグロメットには、５本のリード線６４を外部に取り出すためのリード線挿通孔７６が５つ（図１ではそのうちの１つを図示）形成されている。
【００２９】
次に、ガスセンサ素子１００の構造について説明する。図１に示すように、ガスセンサ素子１００は、軸線Ｏ方向に延びる板状（短冊状）をなす。このガスセンサ素子１００の先端部１１は、排気ガス中の酸素ガス成分を検出する検出部とされている。この検出部には、排気ガスによる被毒から保護するため、その外表面を覆うようにして検出部保護層９が被覆されている（図１参照。図２では省略。）。
【００３０】
図２に示すように、ガスセンサ素子１００は、互いに積層され主成分が異なる複数層を同時焼成して形成したものであり、特定ガス成分を検出する機能を果たす板状の検出素子１５０と、検出素子１５０を活性化させるために加熱する板状のヒータ１７０とを有する。なお、図２の左右方向が、図１における軸線Ｏ方向に相当し、図２の左側が図１における先端側、図２の右側が図１における後端側に位置する。
【００３１】
まず、検出素子１５０について説明する。図２に示すように、この検出素子１５０は、酸素ポンプセル１５１と、酸素濃度検出セル１５３と、これらの間に積層された緻密な絶縁層１１９と、酸素ポンプセル１５１を介して絶縁層１１９とは反対側に配置された保護層１６０から構成されている。酸素ポンプセル１５１は、緻密な第１固体電解質体１１５と、この第１固体電解質体１１５の両面に形成された第１電極部１１３及び第２電極部１１７とから構成されている。第１固体電解質体１１５は、ジルコニアを主成分として、安定化剤にイットリア又はカルシアを添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。この第１固体電解質体１１５の基端側の所定位置には、第１スルーホール導体２１５ａ及び第２スルーホール導体１１５ｂが貫通形成されている。
【００３２】
第１電極部１１３は、白金を主成分としており、先端側の所定位置に形成された平面視矩形状の第１電極１１３ａと、この第１電極１１３ａから基端側に延びる第１リード１１３ｂとから構成されている。この第１リード１１３ｂは、その基端において、後述する保護本体層１１１に設けられた第８スルーホール導体１１１ｃに電気的に接続している。
【００３３】
第２電極部１１７も、白金を主成分としており、先端側の所定位置に形成された平面視矩形状の第２電極１１７ａと、この第２電極１１７ａから基端側に延びる第２リード１１７ｂとから構成されている。この第２リード１１７ｂは、その基端において、第１固体電解質体１１５に設けられた第２スルーホール導体１１５ｂに電気的に接続すると共に、後述する絶縁層１１９に設けられた第５スルーホール導体１１９ｂに電気的に接続している。
【００３４】
酸素濃度検出セル１５３は、緻密な第２固体電解質体１２３と、この第２固体電解質体１２３の両面に形成された第３電極部１２１及び第４電極部１２５とから構成されている。第２固体電解質体１２３は、第１固体電解質体１１５と同様に、ジルコニアを主成分として、安定化剤にイットリア又はカルシアを添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。また、この第２固体電解質体１２３の基端側の所定位置には、第３スルーホール導体１２３ａが貫通形成されている。
【００３５】
第３電極部１２１は、白金を主成分としており、先端側の所定位置に形成された平面視矩形状の第３電極１２１ａと、この第３電極１２１ａから基端側に延びる第３リード１２１ｂとから構成されている。この第３リード１２１ｂは、その基端において、後述する絶縁層１１９に設けられた第５スルーホール導体１１９ｂに電気的に接続している。
【００３６】
第４電極部１２５も、白金を主成分としており、先端側の所定位置に形成された平面視矩形状の第４電極１２５ａと、この第４電極１２５ａから基端側に延びる第４リード１２５ｂとから構成されている。この第４リード１２５ｂは、その基端において、第２固体電解質体１２３に設けられた第２スルーホール導体１２３ａに電気的に接続している。
【００３７】
絶縁層１１９は、アルミナを主成分として形成されている。この絶縁層１１９には、前述の第２電極１１７ａ及び第３電極１２１ａに対応する位置に、この絶縁層１１９を貫通する平面視矩形状の検出室１１９ｄが設けられている。また、この検出室１１９ｄの幅方向の両側には、素子外部と検出室１１９ｄとの間のガス拡散を所定の律速条件下で実現する拡散律速部１２０，１２０がそれぞれ設けられている。この拡散律速部１２０，１２０は、アルミナの多孔質体からなる。
【００３８】
また、絶縁層１１９の基端側の所定位置には、第４スルーホール導体１１９ａ及び第５スルーホール導体１１９ｂが貫通形成されている。この第４スルーホール導体１１９ａは、第１固体電解質体１１５に設けられた第１スルーホール導体１１５ａに電気的に接続すると共に、第２固体電解質体１２３に設けられた第３スルーホール導体１２３ａに電気的に接続している。また、第５スルーホール導体１１９ｂは、第２電極部１１７の第２リード１１７ｂに電気的に接続すると共に、第３電極部１２１の第３リード１２１ｂに電気的に接続している。
【００３９】
次に、保護層１６０について説明する。図２に示すように、この保護層１６０は、緻密な保護本体層１１１を有する。この保護本体層１１１は、アルミナを主成分とする材質からなる。この保護本体層１１１には、前述の第１電極１１３ａに対応する位置に、この保護本体層１１１を貫通する平面視矩形状の開口１１１ｄが設けられている。そして、この開口１１１ｄ内には、これを閉塞するようにして、アルミナを主成分とする多孔質層１１２が設けられている。この多孔質層１１２は、気孔率がいずれも２０％以上７０％以下で、かつ、互いの気孔率が１０％以上異なる複数の多孔質部から構成されている。なお、多孔質層１１２の詳細については後述する。
【００４０】
また、保護本体層１１１の表面のうち、基端側の所定位置には、３つの電極パッド１３５，１３５，１３５が幅方向に並んで配置されている。この保護本体層１１１の基端側の所定位置には、第６スルーホール導体１１１ａ、第７スルーホール導体１１１ｂ及び第８スルーホール導体１１１ｃが貫通形成されている。第６スルーホール導体１１１ａは、電極パッド１３５の１つに電気的に接続すると共に、第１固体電解質体１１５に設けられた第１スルーホール導体１１５ａに電気的に接続している。また、第７スルーホール導体１１１ｂは、電極パッド１３５の１つに電気的に接続すると共に、第１固体電解質体１１５に設けられた第２スルーホール導体１１５ｂに電気的に接続している。また、第８スルーホール導体１１１ｃは、電極パッド１３５の１つに電気的に接続すると共に、第１電極部１１３の第１リード１１３ｂに電気的に接続している。
【００４１】
次に、ヒータ１７０について説明する。ヒータ１７０は、図２に示すように、第４電極部１２５を介して第２固体電解質体１２３に積層している。ヒータ１７０は、電気絶縁性の緻密な第１ヒータ絶縁層１２７と、電気絶縁性の緻密な第２ヒータ絶縁層１３１と、これらの間に挟まれ、通電により発熱する発熱抵抗体１２９とを有する。第１ヒータ絶縁層１２７、第２ヒータ絶縁層１３１は、それぞれアルミナを主成分とした材質から形成されている。
【００４２】
また、この第２ヒータ絶縁層１３１の基端側の所定位置には、第９スルーホール導体１３１ａと第１０スルーホール導体１３１ｂが貫通形成されている。また、この第２ヒータ絶縁層１３１の表面のうち、基端側の所定位置には、２つの電極パッド１３５，１３５が幅方向に並んで配置されている。一方の電極パッド１３５は、第９スルーホール導体１３１ａに電気的に接続している。他方の電極パッド１３５は、第１０スルーホール導体１３１ｂに電気的に接続している。
【００４３】
発熱抵抗体１２９は、先端側の所定位置に配置され、蛇行状をなす発熱部１２９ａと、この発熱部１２９ａの一端から基端側に延びる第１ヒータリード部１２９ｂと、発熱部１２９ａの他端から基端側に延びる第２ヒータリード部１２９ｃとからなる。第１ヒータリード部１２９ｂは、その基端において、第２ヒータ絶縁層１３１に設けられた第９スルーホール導体１３１ａに電気的に接続している。また、第２ヒータリード部１２９ｃは、その基端において、第２ヒータ絶縁層１３１に設けられた第１０スルーホール導体１３１ｂに電気的に接続している。
【００４４】
次に、ガスセンサ１を用いて排気ガス中の酸素濃度（排気ガスの空燃比）を検出する動作について簡単に説明する。図３に示すガスセンサ素子１００において、まず、検出室１１９ｄ内に、拡散律速部１２０，１２０を介して排気ガスが流入する。排気ガスの拡散速度は、拡散律速部１２０，１２０の気孔率によって所定の律速条件下で制御されている。この条件下で、酸素濃度検出セル１５３（図２参照）の第４電極１２５ａから第３電極１２１ａに向けて微小電流を通電する。この通電により、第３電極１２１ａ側から第４電極１２５ａ側に第２固体電解質体１２３を介して被検出ガス中の酸素が汲み込まれ、第４電極１２５ａが酸素基準部として機能する。
【００４５】
次に、第３電極１２１ａと第４電極１２５ａ間に発生する起電力（Ｖｓ）を検出し、この起電力（Ｖｓ）が基準電圧となるように酸素ポンプセル１５１（図２参照）の第１電極１１３ａ，第２電極１１７ａ間に流すポンプ電流（Ｉｐ）の大きさや向きを制御する。このポンプ電流（Ｉｐ）の大きさや向きに応じて、多孔質層１１２を介して、検出室１１９ｄの酸素の汲み入れ汲み出しが行われ、起電力（Ｖｓ）が基準電圧に制御される。そして、ガスセンサ１から出力されるポンプ電流（Ｉｐ）の大きさと向きに基づいて、排気ガス中に含まれる酸素濃度、ひいては排気ガスの空燃比を特定できる。
【００４６】
次に、多孔質層１１２の構造について、図３を参照して説明する。ガスセンサ素子１００において、多孔質層１１２は、アルミナを主成分とする多孔体である。多孔質層１１２は、気孔率が互いに異なる２種類の多孔質部１１２Ａ，１１２Ｂによって構成されている。このうち、第１多孔質部１１２Ａは、第１電極１１３ａの幅方向の一端寄りの表面を覆うようにして薄く形成されている。第２多孔質部１１２Ｂは、第１電極１１３ａの幅方向の他端寄りの表面を覆うと共に、第１多孔質部１１２Ａの上から保護本体層１１１の開口１１１ｄを埋めるようにして形成されている。
【００４７】
この多孔質層１１２では、第１多孔質部１１２Ａ、第２多孔質部１１２Ｂの各気孔率はいずれも２０％以上７０％以下で、かつ、互いの気孔率が１０％以上異なるように調整されている（条件１）。なお、本実施形態では、第２多孔質部１１２Ｂの気孔率の方が、第１多孔質部１１２Ａの気孔率よりも高く調整されている。また、多孔質層１１２が第１電極１１３ａに積層方向に接触する接触面の面積を１００％としたときに、第１多孔質部１１２Ａ、第２多孔質部１１２Ｂの第１電極１１３ａに積層方向に接触する部分接触面の面積がそれぞれ７０％以下になるように調整されている（条件２）。
【００４８】
多孔質層１１２における多孔質部の配置構成は、製法上容易である。つまり、第１多孔質部１１２Ａを、第１電極１１３ａの幅方向の一端寄りの表面を覆うように形成した後に、第１多孔質部１１２Ａの上から保護本体層１１１の開口１１１ｄを埋めるようにして第２多孔質部１１２Ｂを形成すればよいので、条件１、２を満たす多孔質層を容易に形成することができる。
【００４９】
（評価１）
次に、多孔質層１１２を上記構造としたことの効果を確認するため、ガスセンサの比較試験を行った。本試験では、比較品であるガスセンサのサンプルＡ、Ｂと、本発明品であるガスセンサのサンプルＣを用意した。サンプルＡ、Ｂの多孔質層は何れも１種類の気孔率を有する多孔質層で構成した。なお、サンプルＡの多孔質層の気孔率は５０％、サンプルＢの多孔質層の気孔率は３０％、サンプルＣの多孔質層１１２はサンプルＡ、Ｂと同じ気孔率を有する第１多孔質部１１２Ａ、第２多孔質部１１２Ｂをそれぞれ用いた。つまり、サンプルＢの方が密である。これら３本のガスセンサのサンプルＡ、Ｂ、Ｃを自動車の排気管に取り付け、リーンからリッチに切り替わるときのポンプ電流（Ｉｐ）を測定した。ポンプ電流はセンサ出力である。
【００５０】
次に、比較試験の結果について、図４のグラフを参照して説明する。まず、サンプルＡの酸素ポンプセルに流れる電流（以下、ポンプ電流という）の変化について説明する。リーンからリッチに切り替わると、ポンプ電流は、少し時間を置いてから徐々に低下し始め、ガスが検出室１１９ｄ内に到達したと思われる時間Ｐ経過時に０ｍＡとなった。その直後、ポンプ電流は急激に低下しさらにその反動で上昇するストイキ乗り越しが起きた。これは、酸素ポンプセルの第１電極にガスが到達したことによって酸素ポンプセルの起電力が急変したことに伴い、その起電力の急変に回路側が追従しきれず、ポンプ電流がオーバーシュートしてしまい、回復させるために逆シュートしたのが原因である。その後は緩やかに低下し、一定値に推移した。なお、リーンからリッチに切り替わった時点からポンプ電流が０ｍＡになるまでの時間Ｐは、ガス検出室内にガスが到達するまでに要する時間である。
【００５１】
次に、サンプルＢのポンプ電流の変化について説明する。サンプルＢでは、サンプルＡに遅れてストイキ乗り越しが起きたが、サンプルＡで起きたストイキ乗り越しよりも小さかった。この理由は、サンプルＢの気孔率がサンプルＡの気孔率よりも低いため、サンプルＡに比べて酸素ポンプセルの起電力が緩やかに変化したのが原因と思われる。
【００５２】
次に、サンプルＣのポンプ電流の変化について説明する。サンプルＣでは、ストイキ乗り越しが起きなかった。これは、酸素ポンプセル１５１の起電力の変化速度が多孔質部によってそれぞれ異なることから、センサ全体として見た場合の起電力の変化が緩やかになったものと推測される。従って、サンプルＣでは、リッチとリーンが切り替わるときでもポンプ電流が乱れず追従できることがわかった。
【００５３】
（評価２）
次に、上記した比較試験の結果の理由を確認するために、サンプルＣの酸素ポンプセル１５１の場所毎の起電力について試験をおこなった。図３に示すように、酸素ポンプセル１５１（図２参照）は、第２多孔質部１１２Ｂを含む酸素ポンプセルＣ１と、第１多孔質部１１２Ａを含む酸素ポンプセルＣ２とに分けられる。上記したように、第２多孔質部１１２Ｂの気孔率の方が第１多孔質部１１２Ａの気孔率よりも高い。つまり、第１多孔質部１１２Ａの方が密である。このサンプルＣについて、評価１の比較試験と同様に、リーンからリッチに切り替えたときの酸素ポンプセルＣ１，Ｃ２の各起電力（ｍＶ）と、これら２つの合成起電力（ｍＶ）とについてそれぞれ測定した。
【００５４】
なお、酸素ポンプセルＣ１、Ｃ２の各起電力を測定するにあたり、第１多孔質部１１２Ａの気孔率を有する多孔質部、第２多孔質部１１２Ｂの気孔率を有する多孔質部を準備した。そして、絶縁層１１９の代わりに絶縁層１１９と同材質の絶縁層（拡散律速部及び検出室は形成せず）を配置したガスセンサ素子１００の開口１１１ｄ全体に対して、この２つの多孔質部をそれぞれ充填した２つのサンプルを作製し、これを用いて酸素ポンプセルＣ１、Ｃ２の各起電力を測定した。
【００５５】
次に、各起電力の測定結果について、図５のグラフを参照して説明する。リーンからリッチに切り替わると、気孔率の高い第２多孔質部１１２Ｂを含む酸素ポンプセルＣ１では、起電力が急激に上昇し、一定値に推移した。一方、気孔率の低い第１多孔質部１１２Ａを含む酸素ポンプセルＣ２では、ガスが第１多孔質部１１２Ａを通過する速度が遅い。よって、酸素ポンプセルＣ２の起電力は、酸素ポンプセルＣ１の変化速度に遅れて徐々に上昇し、酸素ポンプセルＣ１と同じ値に推移した。なお、リーンからリッチに切り替わった時点から起電力４５０ｍＶ（基準電圧）になるまでの時間Ｓは、ガスが第１電極１１３ａ（図３参照）に到達するまでに要する時間である。
【００５６】
これらに対し、酸素ポンプセルＣ１，Ｃ２の合成起電力は、酸素ポンプセルＣ１に少し遅れて緩やかに上昇し、酸素ポンプセルＣ１，Ｃ２と同じ値に推移した。さらに、合成起電力の変化速度は、酸素ポンプセルＣ２の変化速度よりも速かった。このように、酸素ポンプセルＣ１，Ｃ２の合成起電力は、各起電力を合成したものであるので、酸素ポンプセル１５１全体の起電力の変化速度を緩やかにできる。合成起電力の変化速度が緩やかであるので、上記したストイキ乗り越しが起きるのを防ぐことができる。従って、上記した比較試験の結果のように、サンプルＣでは、ストイキ乗り越しが起こらなかったと推測される。
【００５７】
（評価３）
次に、多孔質部の気孔率及び面積率を変えたことによるガスセンサの評価試験を行った。まず、試験方法について説明する。図６に示す表のように、多孔質部の気孔率及び面積率を変えた１５本のガスセンサのサンプル１〜１５を用意した。多孔質層を構成する多孔質部をＡ、Ｂ、Ｃとし、気孔率及び面積率をそれぞれの割合（％）で示した。なお、面積率は、各多孔質部において、第１電極部に積層方向に接触する接触面の面積を１００％としたときに、第１電極に積層方向に接触する部分接触面の面積のそれぞれの割合である。
【００５８】
サンプルについて、Ｎｏ３，４，５，７，９，１１，１２，１４は、本発明品であり、Ｎｏ１，２，６，８，１０，１３，１５は比較品である。そして、これらガスセンサのサンプル１〜１５について、ストイキ乗り越し、ブラックニング、被毒について３つの評価を行った。
【００５９】
（１）ストイキ乗り越し
排気量２０００ＣＣのＶ型６気筒エンジンにつながれた排気管にサンプル１〜１５のガスセンサ１を取り付ける。そして、ヒータ１７０にてガスセンサ素子１００を加熱してガスセンサ素子１００を活性させた後、２５００ｒｐｍのエンジン回転数で、排気ガスのλ値を０．９７から１．０３に切り替えたときのポンプ電流を測定した。そして、λ値が１をまたぐ際に発生するポンプ電流のオーバーシュート及び逆シュートの振幅が、λ値０．９７から１．０３までに変化するポンプ電流の振幅の５％未満となるものを○、５％以上となるものを×とした。
【００６０】
（２）ブラックニング
λ値が０．７９となるガス雰囲気が装填されたチャンバー内（室温）にサンプル１〜１５のガスセンサ１を配置する。そして、ヒータ１７０にてガスセンサ素子１００を加熱してガスセンサ素子１００を活性させた後、１２時間放置する。その後、サンプル１〜１５のガスセンサ１からガスセンサ素子１００を取り出し、ガスセンサ素子１００の表面を目視する。このとき、ガスセンサ素子１００（第１固体電解質体１１５、第２固体電解質体１２３）が新品のガスセンサ素子１００よりも黒く変色しているものを×、新品のガスセンサ素子１００と同じ状態（同色）であるものを○とした。
【００６１】
（３）被毒（リン被毒）
排気量１８００ＣＣの直列４気筒エンジンにつながれた排気管にサンプル１〜１５のガスセンサ１を取り付ける。そして、ヒータ１７０にてガスセンサ素子１００を加熱してガスセンサ素子１００を活性させた後、リン含有量が０．１ｗｔ％のエンジンオイル（１０Ｗ−４０）を無鉛ガソリンに６．４ｍｌ／Ｌ添加したものを燃料として、耐久試験を７５０時間実施した。耐久試験前と耐久試験後とにおいて、酸素ポンプセル１５１の内部抵抗の変化率が５０％以下のものを○、５０％を超えるものを×とした。
【００６２】
次に、評価試験の判定結果について、図６を参照して説明する。
・サンプル１・・・気孔率が１種類である従来品である。上記した評価１の比較試験と同様に、ストイキ乗り越しが起きたので判定は「×」であった。
・サンプル２・・・気孔率の異なる２種類の多孔質部であるが、気孔率の差が５％しかないので、起電力の差がほとんど生じず、サンプル１と同様にストイキ乗り越しが起きたので判定は「×」であった。
・サンプル３・・・２種類の多孔質部で、面積率は同じでＡの気孔率を３０％、Ｂの気孔率を４０％にしたものである。この場合、ストイキ乗り越し、ブラックニング、被毒の何れも起きなかったので判定は「○」であった。
・サンプル４・・・２種類の多孔質部で、面積率は同じでＡの気孔率を３０％、Ｂの気孔率を５０％にしたものである。これもサンプル３と同様に判定は「○」であった。
・サンプル５・・・２種類の多孔質部で、Ａの気孔率を３０％、Ｂの気孔率を５０％にし、Ａの面積率を３０％、Ｂの面積率を７０％にしたものである。これも判定は「○」であった。
・サンプル６・・・２種類の多孔質部で、Ａの気孔率を３０％、Ｂの気孔率を５０％にし、Ａの面積率を２５％、Ｂの面積率を７５％にしたものである。この場合、ストイキ乗り越しが起きたので判定は「×」であった。これはＡ、Ｂの合成起電力が、Ｂの領域の起電力にほとんど支配されてしまったため、起電力を緩やかにできなかったためと思われる。
・サンプル７・・・サンプル５の多孔質部の面積率を入れ替えたものである。この場合も判定は「○」であった。
・サンプル８・・・サンプル６の多孔質部の面積率を入れ替えたものである。この場合も判定は「×」であった。理由はサンプル６と同じである。
・サンプル９・・・２種類の多孔質部で、面積率は同じで、Ａの気孔率を２０％、Ｂの気孔率を５０％にしたものである。この場合、ストイキ乗り越し、ブラックニング、被毒の何れも起きなかったので判定は「○」であった。
・サンプル１０・・２種類の多孔質部で、面積率は同じで、Ａの気孔率を１５％、Ｂの気孔率を５０％にしたものである。この場合、ブラックニングが起きたので判定は「×」であった。これは、Ａの気孔率が小さ過ぎために、酸素の電極への到達速度が遅くなり、ガス検出室内に酸素が供給不足になるため、酸素ポンプセルの固体電解質体が電気分解して、固体電解質中に含まれる酸素が検出室内に供給することとなり、固体電解質体にブラックニングが起きたと思われる。
・サンプル１１・・・２種類の多孔質部で、面積率は同じで、Ａの気孔率を３０％、Ｂの気孔率を６０％にしたものである。この場合、ストイキ乗り越し、ブラックニング、被毒の何れも起きなかったので判定は「○」であった。
・サンプル１２・・・２種類の多孔質部で、面積率は同じで、Ａの気孔率を３０％、Ｂの気孔率を７０％にしたものである。この場合、ストイキ乗り越し、ブラックニング、被毒の何れも起きなかったので判定は「○」であった。
・サンプル１３・・・２種類の多孔質部で、面積率は同じで、Ａの気孔率を３０％、Ｂの気孔率を７５％にしたものである。この場合、被毒が確認されたので判定は「×」であった。これは、気孔率の高いＢを被毒物質が通過してしまい、第１電極部が劣化したためと思われる。
・サンプル１４・・・３種類の多孔質部で、Ａの気孔率を３０％、Ｂの気孔率を４０％、Ｃの気孔率を６０％とし、Ａの面積離率を２０％、Ｂの面積離率を３０％、Ｃの面積離率を５０％としたものである。この場合、ストイキ乗り越し、ブラックニング、被毒の何れも起きなかったので判定は「○」であった。
・サンプル１５・・・３種類の多孔質部で、Ａの気孔率を３０％、Ｂの気孔率を４０％、Ｃの気孔率を６０％とし、Ａの面積離率を１５％、Ｂの面積離率を１０％、Ｃの面積離率を７５％としたものである。この場合、ストイキ乗り越しが起きたので判定は「×」であった。これはＡ、Ｂ、Ｃの合成起電力が、Ｃの領域の起電力にほとんど支配されてしまったため、起電力を緩やかにできなかったためと思われる。
【００６３】
以上の試験結果より、多孔質層を構成する２以上の多孔質部において、気孔率は、ブラックニング防止の観点から２０％以上（サンプル１０の結果を参照）とし、さらに被毒防止の観点から７０％以下（サンプル１３の結果を参照）にすることが必要であることが確認された。また、ストイキ乗り越し防止の観点から、互いの気孔率が１０％以上異なることが必要であることが確認された（サンプル２の結果を参照）。さらに、面積率においては、複数の多孔質部における起電力を合成して起電力を緩やかにするために、７０％以下にすることが必要であることが確認された。つまり、以下の条件１，２を満たすことが必要である。
・条件１・・・多孔質部の気孔率が何れも２０％以上７０％以下で、かつ、互いの気孔率が１０％以上異なること。
・条件２・・・多孔質部の面積率が何れも７０％以下であること。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態であるガスセンサ１では、多孔質層１１２を第１多孔質部１１２Ａ，第２多孔質部１１２Ｂで構成し、それらの気孔率がいずれも２０％以上７０％以下で、かつ、互いの気孔率が１０％以上異なり、さらに面積率が何れも７０％以下になるように調整されている。これらの条件を満たすことによって、第１電極１１３ａの場所によって酸素の到達速度を異ならせることができる。よって、酸素ポンプセル１５１の起電力の変化速度も場所によって異なるので、センサ全体として見た場合の合成起電力の変化速度を緩やかにできる。
【００６５】
また、各多孔質部の気孔率は何れも２０％以上７０％以下であるので、第１電極１１３ａを被毒から保護できると共に、ブラックニングの発生を防止できる。また、互いの気孔率が１０％以上異なるので、第１電極１１３ａにおける第１多孔質部１１２Ａ，第２多孔質部１１２Ｂの各領域によって起電力の変化速度に差異を生じさせることができ、酸素ポンプセル１５１の合成起電力の変化速度を緩やかにすることができる。また、２以上の各多孔質部の部分接触面のそれぞれの面積が７０％以下であるので、特定の多孔質部による起電力の変化速度とならない。よって、２以上の起電力を合成することによって、起電力の変化速度を緩やかにすることができる。
【００６６】
なお、本発明のガスセンサは、上記実施形態に限られるものではなく、種々、変更可能である。例えば、多孔質層１１２における２以上の多孔質部の配置構成は、上記実施例に限らず種々変更可能であり、条件１，２を満たせば、例えば、以下に示す２つのガスセンサ素子２００，３００のような、多孔質部の配置構成が可能である。
【００６７】
図７に示すガスセンサ素子２００では、多孔質層２１２は、多孔質層２１２と第１電極１１３ａとの接触面の幅方向の中央寄りに形成された第１多孔質部２１２Ａと、接触面の外縁部寄りに形成された第２多孔質部２１２Ｂと、とから構成されている。第１多孔質部２１２Ａの位置は、ヒータ１７０の幅方向の中央部位である発熱中心に対応している。この多孔質層２１２では、第１多孔質部２１２Ａの気孔率が、その両側の第２多孔質部２１２Ｂの各気孔率よりも低く調整されている。
【００６８】
ヒータ１７０には場所によって温度分布がある。ヒータ１７０の中央に位置する発熱中心は最も温度が高く、端の部分は温度が低い。温度が高いとガスの拡散速度は速くなり、温度が低いとガスの拡散速度は遅くなる。従って、発熱中心に対応する第１多孔質部２１２Ａの気孔率を高く、その外縁側の第２多孔質部２１２Ｂの気孔率を低くすることで、起電力の変化速度の差をより離すことができ、合成起電力の変化速度をより緩やかにすることができるので、リッチとリーンが切り替わるときでも酸素ポンプセルの電流が乱れず追従できる。
【００６９】
なお、第１多孔質部２１２Ａが、特許請求の範囲の「第３多孔質部」に相当し、第２多孔質部２１２Ｂが「第４多孔質部」に相当する。
【００７０】
また、図８に示すガスセンサ素子３００では、多孔質層３１２は、多孔質層２１２と第１電極１１３ａとの接触面の幅方向の一端側から他端側に向けて順に配置された５つの第１多孔質部３１２Ａ〜第５多孔質部３１２Ｅで構成されている。この多孔質層３１２では、第１多孔質部３１２Ａ〜第５多孔質部３１２Ｅの各気孔率は、第１〜第５の順に段階的高くなるように調整されている。酸素ポンプセル１５１の起電力も場所によって異なるので、センサ全体として見た場合の合成起電力の変化速度を緩やかにできる。なお、第１多孔質部３１２Ａが特許請求の範囲の「第１多孔質部」に相当し、第５多孔質部３１２Ｅが「第２多孔質部」に相当する。
【００７１】
また、図９に示すガスセンサ素子４００では、多孔質層４１２は、多孔質層４１２と第１電極１１３ａとの接触面の幅方向の一端寄りを構成する第１多孔質部４１２Ａと、他端寄りを構成する第２多孔質部４１２Ｂとで構成されている。第１多孔質部４１２Ａ及び第２多孔質部４１２Ｂは、積層方向に直交する方向に並んでいるので、気孔率の低い方の多孔質部４１２Ａを通過する酸素を第１電極１１３ａに速く到達させることができる。よって、酸素ポンプセルの起電力の変化速度も場所によって異なるので、センサ全体として見た場合の起電力の変化速度を緩やかにできる。
【００７２】
なお、上記実施形態は、ガスセンサとして、上記では全領域空燃比センサを例に挙げたが、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサなどにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１      ガスセンサ
１００      ガスセンサ素子
１１２      多孔質層
１１２Ａ，１１２Ｂ    第１多孔質部、第２多孔質部
１１３      第１電極部
１１５      第１固体電解質体
１１７      第２電極部
１１９ｄ    ガス検出室
１２１      第３電極部
１２３      第２固体電解質体
１２５      第４電極部
１５１      酸素ポンプセル
１５３      酸素濃度検出セル
１７０      ヒータ
２００      ガスセンサ素子
２１２      多孔質層
２１２Ａ〜２１２Ｃ    第１〜第３多孔質部
２１５ａ    スルーホール導体
３００      ガスセンサ素子
３１２      多孔質層
３１２Ａ〜３１２Ｅ  第１〜第５多孔質部
４００      ガスセンサ素子
Ｃ１，Ｃ２  酸素ポンプセル
【図１】
2011220709.tif 000003
【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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