(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
該ベース基板の表面に、基準電極、固体電解質体及び検知電極をこの順に積層したセルと、を有し、前記基準電極及び前記検知電極がそれぞれ被測定ガスに晒されるガスセンサであって、
前記セルの積層方向に沿って前記検知電極側から見たときに、前記基準電極は、前記固体電解質体の端縁の少なくとも一部から、前記積層方向に垂直な径方向に向かって突出する突出部を有し、
前記ベース基板は、長手方向に延びる板状をなすと共に、前記ベース基板の一部に発熱部を備えるヒータを有しており、
前記突出部は、前記検知電極の前記長手方向における一方の端縁と他方の端縁とによって、前記長手方向に垂直な幅方向に区切られた領域内に配置されるガスセンサ。
【請求項２】
ベース基板と、
該ベース基板の表面に、基準電極、固体電解質体及び検知電極をこの順に積層したセルと、を有し、前記基準電極及び前記検知電極がそれぞれ被測定ガスに晒されるガスセンサであって、
前記セルの積層方向に沿って前記検知電極側から見たときに、前記基準電極は、前記固体電解質体の端縁の少なくとも一部から、前記積層方向に垂直な径方向に向かって突出する突出部を有し、
前記ベース基板は長手方向に延びる板状をなしており、
前記突出部は、前記固体電解質体のうち、前記長手方向に垂直な幅方向の両端からそれぞれ突出するガスセンサ。
【請求項３】
ベース基板と、
該ベース基板の表面に、基準電極、固体電解質体及び検知電極をこの順に積層したセルと、を有し、前記基準電極及び前記検知電極がそれぞれ被測定ガスに晒されるガスセンサであって、
前記セルの積層方向に沿って前記検知電極側から見たときに、前記基準電極は、前記固体電解質体の端縁の少なくとも一部から、前記積層方向に垂直な径方向に向かって突出する突出部を有し、
前記ベース基板は長手方向に延びる板状をなしており、且つ２つの前記セルが、前記ベース基板上の前記長手方向に垂直な幅方向に並んで配置されてなり、
２つの前記セルのそれぞれ前記突出部は、前記固体電解質体のうち、前記幅方向内側の端から少なくとも突出するガスセンサ。
【請求項４】
前記検知電極は、前記固体電解質体上のみに設けられる請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記突出部は、前記固体電解質体のうち、前記長手方向の一方の端縁と他方の端縁との両端からそれぞれ突出する請求項２記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記ベース基板は被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ部であり、前記ガスセンサがマルチガスセンサを構成する請求項１〜５のいずれか一項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、被測定ガスに含まれる特定成分のガス濃度の測定に用いられるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する技術として、尿素ＳＣＲ（選択触媒還元）システムが注目されている。尿素ＳＣＲシステムは、アンモニア（ＮＨ３）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを化学反応させて、窒素酸化物を窒素（Ｎ２）に還元することにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化するシステムである。
【０００３】
この尿素ＳＣＲシステムでは、窒素酸化物に対して供給されるアンモニアの量が過剰になると、未反応のアンモニアが排気ガスに含まれたまま外部に放出されるおそれがあった。このようなアンモニアの放出を抑制するために、排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するセンサ素子を含む複数種類のガス濃度を測定可能なマルチガスセンサが尿素ＳＣＲシステムに用いられている（例えば、特許文献１参照）。この尿素ＳＣＲシステムでは、マルチガスセンサで測定されるアンモニアの濃度、つまり排気ガスに含まれるアンモニアの濃度が所定範囲内になるように、窒素酸化物の還元に用いられるアンモニアの量が調節されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２１９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に記載されたマルチガスセンサは、図１０に示すように、ＮＯｘセンサ１１００の表面にＮＨ３検知セル１２００を設けたものである。又、ＮＨ３検知セル１２００は、ＮＯｘセンサ１１００の表面に、基準電極１２２０、固体電解質体１２４０及び検知電極１２６０をこの順に積層した積層構造をなし、基準電極１２２０及び検知電極１２６０の間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するようになっている。
具体的には、被測定ガスが、ガス透過性の電極（基準電極１２２０又は検知電極１２６０）と固体電解質体１２４０との３相界面に到達して、３相界面で電極反応を生じて電極の起電力が変化する。この場合、ＮＨ３検知セル１２００の全周にわたって、各電極１２２０、１２６０と固体電解質体１２４０との界面が外部に露出した露出境界部Ｓ１が形成されており、この露出境界部Ｓ１に被測定ガスがそれぞれ到達経路１２２０Ｒｅ、１２６０Ｒｅにより直接到達する。さらに、ＮＨ３検知セル１２００の各電極１２２０、１２６０と固体電解質体１２４０との界面のうち、外部に露出しない（内部）の内部境界部Ｓ２にも、各電極１２２０、１２６０を透過する到達経路１２２０Ｒｉ、１２６０Ｒｉにより被測定ガスが到達する。そして、被測定ガス雰囲気が一定であれば、各到達経路１２２０Ｒｅ、１２６０Ｒｅ、１２２０Ｒｉ、１２６０Ｒｉを経由して被測定ガスが適度に各電極１２２０、１２６０に供給され、被測定ガス中のアンモニア濃度を精度よく検出することができる。
【０００６】
ところで、通常、基準電極１２２０や検知電極１２６０は固体電解質体１２４０の表面にペースト等で印刷して形成されるので、印刷のズレを考慮して固体電解質体１２４０の内側に余裕を設けて各電極を形成している。このため、図１０に示すように、下層側に位置している基準電極１２２０側の露出境界部Ｓ１は固体電解質体１２４０で覆われている。そのため、被測定ガスの雰囲気が急激に変化した場合、下層側の基準電極１２２０では被測定ガスのガス置換が十分に行われず、応答性が低下するという問題がある。つまり、図１０に示すように、被測定ガスの雰囲気が急激に変化した場合には、各電極１２２０、１２６０の内部境界部Ｓ２への被測定ガスの供給は間に合わず、外部に露出した露出境界部Ｓ１が主な電極反応をスタートする部位となる。ところが、上述のように基準電極１２２０側の露出境界部Ｓ１は固体電解質体１２４０で覆われているため被測定ガスが到達し難く、応答性が低下する。
【０００７】
ここで、基準電極１２２０、固体電解質体１２４０及び検知電極１２６０の端面を面一に合わせることができれば、基準電極１２２０側の露出境界部Ｓ１へも被測定ガスが到達し易くなり、応答性の低下を防止できる。しかしながら、上述のように基準電極１２２０や検知電極１２６０の形成時には印刷のズレが生じるため、各電極を固体電解質体１２４０の内側に余裕を設けて形成せざるを得ず、セル１２００の各構成要素の端面を面一に合わせることは実際には困難である。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、積層構造のセルを有するガスセンサにおいて、被測定ガス雰囲気が急激に変化した時の応答性を向上させ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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、ベース基板と、該ベース基板の表面に、基準電極、固体電解質体及び検知電極をこの順に積層したセルと、を有し、前記基準電極及び前記検知電極がそれぞれ被測定ガスに晒されるガスセンサであって、前記セルの積層方向に沿って前記検知電極側から見たときに、前記基準電極は、前記固体電解質体の端縁の少なくとも一部から、前記積層方向に垂直な径方向に向かって突出する突出部を有し、前記ベース基板は、長手方向に延びる板状をなすと共に、前記ベース基板の一部に発熱部を備えるヒータを有しており、前記突出部は、前記検知電極の前記長手方向における一方の端縁と他方の端縁とによって、前記長手方向に垂直な幅方向に区切られた領域内に配置される。
このガスセンサによれば、基準電極が、固体電解質体の端縁の少なくとも一部から突出する突出部を有している。これにより、基準電極と固体電解質体との界面が外部に露出した露出境界部を、固体電解質体に覆われることなく固体電解質体の端縁に形成することができる。ここで、被測定ガスの雰囲気が急激に変化した場合、この露出境界部は主な電極反応のスタートする部位となる。
従って、基準電極の露出境界部は、外部に直接露出して被測定ガスが到達し易くなるので、被測定ガスの雰囲気が急激に変化したときに、下層側の基準電極の上記露出境界部でも被測定ガスのガス置換が十分となり、応答性を向上させることができる。
その上、基準電極の突出部は、固体電解質体から突出しているため、固体電解質体の端面及び基準電極の端面を面一に合わせる必要が無く、基準電極を印刷により形成する際の印刷のズレの影響を抑制することができる。
さらに、このガスセンサによれば、ベース基板に、ベース基板の一部に発熱部を備えるヒータを有しているため、ヒータの発熱による長手方向への温度勾配がベース基板に発生する。これに対し、このようなベース基板上に配置したセルにおいて、上記領域内に基準電極の突出部を配置することで、検知電極と基準電極の露出境界部とを、長手方向において略同位置に配置することができ、温度勾配によるセルの検出精度の低下を抑制することができる。
なお、基準電極の突出部は、領域内に一部配置されていても良いし、全部配置されていても良い。
【００１０】
なお、基準電極の突出部は、固体電解質体の端縁の一部から径方向に向かって突出していても良いし、固体電解質体の端縁の全体から径方向に向かって突出していても良い。
さらに、検知電極は、基準電極の突出部が突出する固体電解質体の端縁が検知電極によって覆われないように配置していればよく、固体電解質体上にのみに形成されていても良いし、基準電極の突出部が突出する固体電解質体の端縁を避けて、固体電解質体よりも径方向に突出するように設けられていても良い。
【００１３】
又、本発明のガスセンサは、ベース基板と、該ベース基板の表面に、基準電極、固体電解質体及び検知電極をこの順に積層したセルと、を有し、前記基準電極及び前記検知電極がそれぞれ被測定ガスに晒されるガスセンサであって、前記セルの積層方向に沿って前記検知電極側から見たときに、前記基準電極は、前記固体電解質体の端縁の少なくとも一部から、前記積層方向に垂直な径方向に向かって突出する突出部を有し、前記ベース基板は長手方向に延びる板状をなしており、前記突出部は、前記固体電解質体のうち、前記長手方向に垂直な幅方向の両端からそれぞれ突出する。
このガスセンサによれば、基準電極が、固体電解質体の端縁の少なくとも一部から突出する突出部を有している。これにより、基準電極と固体電解質体との界面が外部に露出した露出境界部を、固体電解質体に覆われることなく固体電解質体の端縁に形成することができる。ここで、被測定ガスの雰囲気が急激に変化した場合、この露出境界部は主な電極反応のスタートする部位となる。
従って、基準電極の露出境界部は、外部に直接露出して被測定ガスが到達し易くなるので、被測定ガスの雰囲気が急激に変化したときに、下層側の基準電極の上記露出境界部でも被測定ガスのガス置換が十分となり、応答性を向上させることができる。
その上、基準電極の突出部は、固体電解質体から突出しているため、固体電解質体の端面及び基準電極の端面を面一に合わせる必要が無く、基準電極を印刷により形成する際の印刷のズレの影響を抑制することができる。
さらに、このガスセンサによれば、少なくとも２か所以上の異なる位置に上記露出境界部を形成することができ、２か所以上の露出境界部で被測定ガスの雰囲気の急激な変化を取得できるので、応答性をさらに向上させることができる。
【００１５】
又、本発明のガスセンサは、ベース基板と、該ベース基板の表面に、基準電極、固体電解質体及び検知電極をこの順に積層したセルと、を有し、前記基準電極及び前記検知電極がそれぞれ被測定ガスに晒されるガスセンサであって、前記セルの積層方向に沿って前記検知電極側から見たときに、前記基準電極は、前記固体電解質体の端縁の少なくとも一部から、前記積層方向に垂直な径方向に向かって突出する突出部を有し、前記ベース基板は長手方向に延びる板状をなしており、且つ２つの前記セルが、前記ベース基板上の前記長手方向に垂直な幅方向に並んで配置されてなり、２つの前記セルのそれぞれ前記突出部は、前記固体電解質体のうち、前記幅方向内側の端から少なくとも突出する。
このガスセンサによれば、基準電極が、固体電解質体の端縁の少なくとも一部から突出する突出部を有している。これにより、基準電極と固体電解質体との界面が外部に露出した露出境界部を、固体電解質体に覆われることなく固体電解質体の端縁に形成することができる。ここで、被測定ガスの雰囲気が急激に変化した場合、この露出境界部は主な電極反応のスタートする部位となる。
従って、基準電極の露出境界部は、外部に直接露出して被測定ガスが到達し易くなるので、被測定ガスの雰囲気が急激に変化したときに、下層側の基準電極の上記露出境界部でも被測定ガスのガス置換が十分となり、応答性を向上させることができる。
その上、基準電極の突出部は、固体電解質体から突出しているため、固体電解質体の端面及び基準電極の端面を面一に合わせる必要が無く、基準電極を印刷により形成する際の印刷のズレの影響を抑制することができる。
さらに、このガスセンサによれば、長手方向に延びるベース基板において、幅方向の端部は外部雰囲気の影響により、温度変化が生じやすい。そのためベース基板上に、幅方向に並んでセルが２つ配置される場合に、突出部をセルの固体電解質体の幅方向外側の端から突出させると、突出部がベース基板の端部に配置されることとなり、ベース基板の温度変化の影響を受けやすい。そこで、突出部をセルの固体電解質体の幅方向内側の端から突出させることで、ベース基板の温度変化の影響を受けにくくなり、２つのセルの検出精度の低下やバラツキを抑制することができる。
【００１６】
本発明のガスセンサにおいて、前記検知電極は、前記固体電解質体上のみに設けられていてもよい。
このガスセンサによれば、検知電極においても、検知電極と固体電解質体との界面が外部に露出した露出境界部を、検知電極の全周にわたって形成することでき、被測定ガスの雰囲気が急激に変化したときに応答性をさらに向上させることができる。その上、検知電極が、基準電極の突出部が突出する固体電解質体の端縁を避けて配置することができるため、基準電極の突出部を適切な位置に配置することができる。
本発明のガスセンサにおいて、前記突出部は、前記固体電解質体のうち、前記長手方向の一方の端縁と他方の端縁との両端からそれぞれ突出していてもよい。
このガスセンサによれば、基準電極と固体電解質体との界面が外部に露出した露出境界部を、固体電解質体の端縁の幅方向の両端だけでなく、長手方向の両端にわたって形成することができる。これにより、被測定ガスの雰囲気が急激に変化したときに、下層側の基準電極の上記露出境界部でも被測定ガスのガス置換が十分となり、応答性をさらに向上させることができる。
本発明のガスセンサにおいて、前記ベース基板は被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ部であり、前記ガスセンサがマルチガスセンサを構成してもよい。
このガスセンサによれば、セルによる被測定ガス中の特定成分の他、ＮＯｘ濃度も検出することができるマルチガスセンサを実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、積層構造のセルを有するガスセンサにおいて、被測定ガス雰囲気が急激に変化した時の応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマルチガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。
【図２】マルチガスセンサ及びガスセンサ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部の幅方向に沿う断面図である。
【図４】第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部の積層方向に沿って見た上面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るマルチガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部の幅方向に沿う断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部の積層方向に沿って見た上面図である。
【図８】第３の実施形態に係る第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部の積層方向に沿って見た上面図である。
【図９】実際の第１アンモニアセンサ部、第２アンモニアセンサ部のアンモニアセンサ出力の時間変化を示す図である。
【図１０】従来のガスセンサのセル（ＮＨ３検知セル）の３相界面への被測定ガスの到達経路を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１〜図４を参照し、本発明の第１の実施形態に係るマルチガスセンサについて説明する。図１は、マルチガスセンサの軸線Ｏ方向（長手方向）に沿う断面図、図２はマルチガスセンサ装置の構成を説明するブロック図、図３は第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部の構成を示す幅方向に沿う断面図、図４は第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部の積層方向に沿って見た上面図である。
なお、マルチガスセンサ２００Ａが特許請求の範囲の「ガスセンサ」に相当し、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙがそれぞれ特許請求の範囲の「セル」に相当する。又、後述するＮＯｘセンサ部３０Ａが特許請求の範囲の「ベース基板」に相当する。
本実施形態のマルチガスセンサ装置４００は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス（被測定ガス）に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する尿素ＳＣＲシステムに用いられるものである。より具体的には、排気ガスに含まれるＮＯｘと、アンモニア（尿素）とを反応させた後の排気ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）およびアンモニアの濃度を測定するものである。
なお、本実施形態のマルチガスセンサ装置４００が適用されるエンジンは、上述のディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンにも適用することができ、特にエンジンの形式を限定するものではない。
【００２０】
図１に示すように、マルチガスセンサ２００Ａは、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出するマルチガスセンサ素子部１００Ａを組み付けたアッセンブリである。マルチガスセンサ２００Ａは、軸線方向に延びる板状のマルチガスセンサ素子部１００Ａと、排気管に固定されるためのねじ部１３９が外表面に形成された筒状の主体金具１３８と、マルチガスセンサ素子部１００Ａ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１０６と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８の内壁面がマルチガスセンサ素子部１００Ａの後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１６６と、マルチガスセンサ素子部１００Ａと絶縁コンタクト部１６６との間に配置される複数個（図１では２つのみ図示）の接続端子１１０とを備えている。
【００２１】
主体金具１３８は、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具１３８は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの先端側を貫通孔１５４の先端側外部に配置し、電極端子部８０Ａ、８２Ａを貫通孔１５４の後端側外部に配置する状態で、マルチガスセンサ素子部１００Ａを貫通孔１５４に保持している。さらに、棚部１５２は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
【００２２】
なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、マルチガスセンサ素子部１００Ａ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１５１、粉末充填層１５３、１５６（以下、滑石リング１５３、１５６ともいう）、および上述のセラミックスリーブ１０６がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ１０６と主体金具１３８の後端部１４０との間には、加締めパッキン１５７が配置されており、セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、滑石リング１５３やセラミックホルダ１５１を保持するための金属ホルダ１５８が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、加締めパッキン１５７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側に押し付けるように、加締められている。
【００２３】
一方、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）二重の外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が、溶接等によって取り付けられている。
【００２４】
そして、主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。また、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの電極端子部８０Ａ、８２Ａとそれぞれ電気的に接続される複数本のリード線１４６（図１では３本のみ）が挿通されるリード線挿通孔１６１が形成されたグロメット１５０が配置されている。なお、簡略化のため、図１ではマルチガスセンサ素子部１００Ａの表面と裏面の電極端子部をそれぞれ符号８０Ａ、８２Ａで代表させたが、実際には、後述するＮＯｘセンサ部３０Ａや、第１及び第２アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙが有する電極等の数に応じて、複数の電極端子部が形成されている。
【００２５】
また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたマルチガスセンサ素子部１００Ａの後端側（図１における上方）には、絶縁コンタクト部材１６６が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材１６６は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの後端側の表裏面に形成される電極端子部８０Ａ、８２Ａの周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材１６６は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部１６７が備えられている。絶縁コンタクト部材１６６は、鍔部１６７が保持部材１６９を介して外筒１４４に当接することで、外筒１４４の内部に配置される。そして、絶縁コンタクト部材１６６側の接続端子１１０と、マルチガスセンサ素子部１００Ａの電極端子部８０Ａ、８２Ａとが電気的に接続され、リード線１４６により外部と導通するようになっている。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態に係るマルチガスセンサ装置４００の構成を示すブロック図である。なお、図２では説明の便宜のため、マルチガスセンサ２００Ａ内に収容されたマルチガスセンサ素子部１００Ａの軸線Ｏ方向に沿う断面のみを表示している。
マルチガスセンサ装置４００は、制御装置（コントロ−ラ）３００、及びこれに接続されるマルチガスセンサ２００Ａ（マルチガスセンサ素子部１００Ａ）を備えている。制御装置３００は図示しない内燃機関（エンジン）を備える車両に搭載され、制御装置３００はＥＣＵ２２０に電気的に接続されている。なお、マルチガスセンサ２００Ａから伸びるリード線１４６の端はコネクタに接続され、このコネクタを制御装置３００側のコネクタに電気的に接続するようになっている。
【００２７】
次に、マルチガスセンサ素子部１００Ａの構成について説明する。マルチガスセンサ素子部１００Ａは、公知のＮＯｘセンサと同様な構成を有するＮＯｘセンサ部３０Ａと、２つのアンモニアセンサ部である第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙとを備え、詳しくは後述するように第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙはＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面に形成されている。
【００２８】
まず、ＮＯｘセンサ部３０Ａは、絶縁層２３ｅ、第１固体電解質体２ａ、絶縁層２３ｄ、第３固体電解質体６ａ、絶縁層２３ｃ、第２固体電解質体４ａ、及び絶縁層２３ｂ、２３ａをこの順に積層した構造を有する。第１固体電解質体２ａと第３固体電解質体６ａとの層間に第１測定室Ｓ１が画成され、第１測定室Ｓ１の左端（入口）に配置された第１拡散抵抗体８ａを介して外部から排気ガスが導入される。なお、第１拡散抵抗体８ａの外側には多孔質からなる保護層９が配置されている。
第１測定室Ｓ１のうち入口と反対端には第２拡散抵抗体８ｂが配置され、第２拡散抵抗体８ｂを介して第１測定室Ｓ１の右側には、第１測定室Ｓ１と連通する第２測定室（本発明の「ＮＯｘ測定室」に相当）Ｓ２が画成されている。第２測定室Ｓ２は、第３固体電解質体６ａを貫通して第１固体電解質体２ａと第２固体電解質体４ａとの層間に形成されている。
【００２９】
絶縁層２３ｂ、２３ａの間にはマルチガスセンサ素子部１００Ａの軸線Ｏ方向に沿って延びる長尺板状の発熱抵抗体２１が埋設されている。発熱抵抗体２１は、軸線Ｏ方向の先端側に発熱部が設けられると共に、該発熱部から軸線方向の後端側に向かって一対のリード部が設けられている。発熱抵抗体２１、及び絶縁層２３ｂ、２３ａが特許請求の範囲の「ヒータ」に相当する。このヒータはガスセンサを活性温度に昇温し、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。
各絶縁層２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅはアルミナを主体とし、第１拡散抵抗体８ａ及び第２拡散抵抗体８ｂはアルミナ等の多孔質物質からなる。又、発熱抵抗体２１は白金等からなる。又、発熱抵抗体２１の発熱部は、例えば蛇行パターン状に形成されるがこれに限られない。
【００３０】
第１ポンピングセル２は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主体とする第１固体電解質体２ａと、これを挟持するように配置された内側第１ポンピング電極２ｂ及び対極となる外側第１ポンピング電極２ｃとを備え、内側第１ポンピング電極２ｂは第１測定室Ｓ１に面している。内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃはいずれも白金を主体とし、内側第１ポンピング電極２ｂの表面は多孔質体からなる保護層１１で覆われている。
又、外側第１ポンピング電極２ｃの上面に相当する絶縁層２３ｅはくり抜かれて多孔質体１３が充填され、外側第１ポンピング電極２ｃと外部とを連通させてガス（酸素）の出入を可能としている。
【００３１】
酸素濃度検出セル６は、ジルコニアを主体とする第３固体電解質体６ａと、これを挟持するように配置された検知電極６ｂ及び基準電極６ｃとを備え、検知電極６ｂは内側第１ポンピング電極２ｂより下流側で第１測定室Ｓ１に面している。検知電極６ｂ及び基準電極６ｃはいずれも白金を主体としている。
なお、絶縁層２３ｃは、第３固体電解質体６ａに接する基準電極６ｃが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１５を形成している。そして、酸素濃度検出セル６にＩｃｐ供給回路５４を用いて予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。
【００３２】
第２ポンピングセル４は、ジルコニアを主体とする第２固体電解質体４ａと、第２固体電解質体４ａのうち第２測定室Ｓ２に面した表面に配置された内側第２ポンピング電極４ｂ及び対極となる第２ポンピング対電極４ｃとを備えている。内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃはいずれも白金を主体としている。
なお、第２ポンピング対電極４ｃは、第２固体電解質体４ａ上における絶縁層２３ｃの切り抜き部に配置され、基準電極６ｃに対向して基準酸素室１５に面している。
そして、内側第１ポンピング電極２ｂ、検知電極６ｂ、内側第２ポンピング電極４ｂはそれぞれ基準電位に接続されている。
【００３３】
次に、２つのアンモニアセンサ部（セル）である第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙについて説明する。
図３に示すように、マルチガスセンサ素子部１００Ａは、それぞれ幅方向に離間する第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙを有している。
【００３４】
第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面（下面）をなす絶縁層２３ａ上に形成されている。より詳しくは、第１アンモニアセンサ部４２ｘは、絶縁層２３ａ上に第１基準電極４２ａｘが形成され、第１基準電極４２ａｘの表面に第１固体電解質体４２ｄｘが形成されている。さらに、第１固体電解質体４２ｄｘの表面に第１検知電極４２ｂｘが形成されている。そして、第１基準電極４２ａｘ及び第１検知電極４２ｂｘの間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するようになっている。
同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙは、絶縁層２３ａ上に第２基準電極４２ａｙが形成され、第２基準電極４２ａｙの表面に第２固体電解質体４２ｄｙが形成されている。さらに、第２固体電解質体４２ｄｙの表面に第２検知電極４２ｂｙが形成されている。
ここで、第１基準電極４２ａｘ、第２基準電極４２ａｙがそれぞれ特許請求の範囲の「基準電極」に相当する。第１固体電解質体４２ｄｘ、第２固体電解質体４２ｄｙがそれぞれ特許請求の範囲の「固体電解質体」に相当する。第１検知電極４２ｂｘ、第２検知電極４２ｂｙがそれぞれ特許請求の範囲の「検知電極」に相当する。
【００３５】
第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙとしては、Ａｕを主成分（例えば７０質量％以上）含有し、ＰｔやＰｄを含有する材料から形成することができる。第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙとしては、Ｐｔ単体であるか、Ｐｔを主成分（例えば７０質量％以上）含有する材料から形成することができる。第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙはアンモニアガスが電極表面では燃焼し難い電極である。アンモニアは、以下に述べる３相界面で酸素イオンと反応（電極反応）し、アンモニアの濃度を検出する。
第１固体電解質体４２ｄｘ、第２固体電解質体４２ｄｙは、例えば部分安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成されている。
【００３６】
図４に示すように、第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙは幅方向（マルチガスセンサ素子部１００Ａの長手方向（軸線Ｏ方向）に垂直な方向）に長い矩形をなす。一方で、第１固体電解質体４２ｄｘ及び第２固体電解質体４２ｄｙはそれぞれ第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙよりも幅方向に短い略正方形をなしている。そして、第１固体電解質体４２ｄｘ及び第２固体電解質体４２ｄｙの幅方向の両端から、それぞれ第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙが突出し（はみ出し）、それぞれ２つの突出部４２ａｐ１、４２ａｐ２を形成している。なお、軸線Ｏ方向には、それぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ及び第２固体電解質体４２ｄｙが第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙよりも突出し（はみ出し）ている。
なお、積層方向に垂直な「径方向」とは、積層方向に垂直な方向の全方向であればよいが、本実施形態では、「径方向」は幅方向に相当する。
【００３７】
又、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙは、それぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ及び第２固体電解質体４２ｄｙよりも小さい矩形をなしており、それぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ及び第２固体電解質体４２ｄｙの端縁よりも内側に配置されている。
そして、それぞれ第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙの幅方向外側の突出部４２ａｐ１、４２ａｐ２から後端側へ向かって基準電極リード４２ａＬ１、４２ａＬ２が絶縁層２３ａ上に延びている。同様に、それぞれ第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙの幅方向中央から、後端側へ向かって検知電極リード４２ｂＬ１、４２ｂＬ２が絶縁層２３ａ上に（一部はそれぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ及び第２固体電解質体４２ｄｙ上に）、延びている。
【００３８】
このように、第１基準電極４２ａｘ（又は第２基準電極４２ａｙ）に突出部４２ａｐ１（又は突出部４２ａｐ２）を設けることで、第１基準電極４２ａｘ（又は第２基準電極４２ａｙ）と第１固体電解質体４２ｄｘ（又は第２固体電解質体４２ｄｙ）との界面が外部に露出した露出境界部Ｓ１０を、第１固体電解質体４２ｄｘ（又は第２固体電解質体４２ｄｙ）に覆われることなく、第１固体電解質体４２ｄｘ（又は第２固体電解質体４２ｄｙ）の端縁に形成することができる。
【００３９】
従って、露出境界部Ｓ１０は、外部に直接露出して被測定ガスが到達し易くなるので、被測定ガスの雰囲気が急激に変化したときに、下層側の第１基準電極４２ａｘ（又は第２基準電極４２ａｙ）でも被測定ガスのガス置換が十分となり、応答性を向上させることができる。
【００４０】
さらに、第１検知電極４２ｂｘ（又は第２検知電極４２ｂｙ）は、第１固体電解質体４２ｄｘ（又は第２固体電解質体４２ｄｙ）の端縁よりも内側に位置している。つまり、第１検知電極４２ｂｘ（又は第２検知電極４２ｂｙ）は、第１固体電解質体４２ｄｘ（又は第２固体電解質体４２ｄｙ）上のみに設けられている。従って、第１検知電極４２ｂｘ（又は第２検知電極４２ｂｙ）においても、第１検知電極４２ｂｘ（又は第２検知電極４２ｂｙ）と第１固体電解質体４２ｄｘ（又は第２固体電解質体４２ｄｙ）との界面が外部に露出した露出境界部Ｓ１を、第１検知電極４２ｂｘ（又は第２検知電極４２ｂｙ）の全周にわたって形成することができる。
【００４１】
なお、一般的なセルの基準電極においても、基準電極から引き出されて外部回路に電気的に接続されるリードは、固体電解質体から突出している。しかしながら、本発明においては、積極的に電極反応を生じさせる３相界面（上述の露出境界部Ｓ１０）を固体電解質体上に露出させるため、基準電極それ自体に突出部を形成することを目的としており、上記リードは対象としない。
このため、第１基準電極４２ａｘ又は第２基準電極４２ａｙ（以下、適宜「電極」という）と基準電極リード４２ａＬ１又は基準電極リード４２ａＬ２（以下、「リード」という）とを、形状、材質、又は緻密性によって区別する。例えば、固体電解質体と重なる部分の電極の幅の最も狭い部分よりも狭い部分をリードとすることができる。又、固体電解質体との密着性向上等を目的として固体電解質体の材料（共素地）を電極材料に添加するなどにより、電気抵抗が高くなった部位を電極とみなし、これより電気抵抗が低い部位をリードとみなすことができる。又、被測定ガスを透過させるために緻密性が低い（空隙率が多い）部位を電極とみなし、これより緻密性が高い部位をリードとみなすことができる。なお、リードの「幅」とは、リードを流れる電流の経路に垂直な方向の幅をいう。
例えば、図４の場合、第１固体電解質体４２ｄｘ（又は第２固体電解質体４２ｄｙ）と重なる部分の第１基準電極４２ａｘ（又は第２基準電極４２ａｙ）の最も狭い部分の幅はＷ１（軸線Ｏ方向の幅）であるから、Ｗ１よりも狭幅の部分（幅方向に沿う幅がＷ２の部分）を基準電極リード４２ａＬ１（又は基準電極リード４２ａＬ２）とする。
【００４２】
なお、本実施形態では、ベース基板を構成するＮＯｘセンサ部３０Ａは長手方向（軸線Ｏ方向）に延びる板状をなすと共に、ヒータを有している。そして、このヒータ(具体的には発熱抵抗体２１)は軸線Ｏ方向の一部に発熱部を有するため、ヒータの発熱による長手方向（軸線Ｏ方向）への温度勾配（分布）がＮＯｘセンサ部３０Ａに生じる。
そこで、突出部４２ａｐ１（又は突出部４２ａｐ２）を、それぞれ第１検知電極４２ｂｘ（又は第２検知電極４２ｂｙ）の先端４２ｂｆと後端４２ｂｅとによって、幅方向に区切られた領域Ｒ内に配置することにより、第１検知電極４２ｂｘ（又は第２検知電極４２ｂｙ）と第１基準電極４２ａｘ（又は第２基準電極４２ａｙ）とを、長手方向（軸線Ｏ方向）において略同位置にすることができ、ＮＯｘセンサ部３０Ａの温度勾配による第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの検出精度の低下を抑制することができる。
【００４３】
又、本実施形態では、突出部４２ａｐ１（又は突出部４２ａｐ２）は、第１固体電解質体４２ｄｘ（又は第２固体電解質体４２ｄｙ）の幅方向の両端からそれぞれ突出している。このため、少なくとも２か所以上の異なる位置に露出境界部Ｓ１０を形成することができ、２か所以上の露出境界部Ｓ１０で被測定ガスの雰囲気の急激な変化を取得できるので、応答性をさらに向上させることができる。
【００４４】
さらに、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、多孔質からなる保護層２３ｇによって一体に覆われている。
保護層２３ｇは、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙへの被毒物質の付着を防止すると共に、外部から第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙに流入する被測定ガスの拡散速度を調整するものである。保護層２３ｇを形成する材料としては、アルミナ（酸化アルミニウム）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、シリカアルミナ、および、ムライトの群から選ばれる少なくとも１種の材料を例示できる。保護層２３ｇによる被測定ガスの拡散速度は、保護層２３ｇの厚さや、粒径や、粒度分布や、気孔率や、配合比率などを調整することにより調整される。
なお、上述の実施形態のように保護層２３ｇを設けてもよいし、保護層２３ｇを設けることなく第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙなどを露出させてもよく、特に限定するものではない。また、保護層２３ｇにより第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙとの感度比を調整する場合には、上述の実施形態ではなく、それぞれに保護層を設けても良い。
【００４５】
次に、図２に戻り、制御装置３００の構成の一例について説明する。制御装置３００は、回路基板上に（アナログ）制御回路５９とマイクロコンピュータ（マイコン）６０とを備えている。マイクロコンピュータ６０は制御装置３００全体を制御し、ＣＰＵ（中央演算処理装置）６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、信号入出力部６４、Ａ／Ｄコンバータ６５、及び図示しないクロックを備え、ＲＯＭ等に予め格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。
制御回路５９は、詳しくは後述する基準電圧比較回路５１、Ｉｐ１ドライブ回路５２、Ｖｓ検出回路５３、Ｉｃｐ供給回路５４、Ｉｐ２検出回路５５、Ｖｐ２印加回路５６、ヒータ駆動回路５７、それぞれ第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの起電力を検出する第１起電力検出回路５８ａ及び第２起電力検出回路５８ｂを備える。
制御回路５９は、ＮＯｘセンサ部３０Ａを制御し、ＮＯｘセンサ部３０Ａに流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
第１起電力検出回路５８ａ及び第２起電力検出回路５８ｂは、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの各電極間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
【００４６】
詳細には、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外側第１ポンピング電極２ｃはＩｐ１ドライブ回路５２に接続され、基準電極６ｃはＶｓ検出回路５３及びＩｃｐ供給回路５４に並列に接続されている。又、第２ポンピング対電極４ｃはＩｐ２検出回路５５及びＶｐ２印加回路５６に並列に接続されている。ヒータ回路５７はヒータ(具体的には発熱抵抗体２１)に接続されている。
又、第１アンモニアセンサ部４２ｘの一対の電極４２ａｘ、４２ｂｘがそれぞれ第１起電力検出回路５８ａに接続されている。同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙの一対の電極４２ａｙ、４２ｂｙがそれぞれ第２起電力検出回路５８ｂに接続されている。
【００４７】
各回路５１〜５７は、以下のような機能を有する。
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃの間に第１ポンピング電流Ｉｐ１を供給しつつ、その際の第１ポンピング電流Ｉｐ１を検出する。
Ｖｓ検出回路５３は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間の電圧Ｖｓを検出し、検出結果を基準電圧比較回路５１に出力する。
基準電圧比較回路５１は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）とＶｓ検出回路５３の出力（電圧Ｖｓ）とを比較し、比較結果をＩｐ１ドライブ回路５２に出力する。そして、Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電圧Ｖｓが上記基準電圧に等しくなるようにＩｐ１電流の流れる向き及び大きさを制御し、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度の所定値に調整する。
Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間に微弱な電流Ｉｃｐを流し、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、基準電極６ｃを基準となる所定の酸素濃度に晒させる。
Ｖｐ２印加回路５６は、内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃの間に、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。
Ｉｐ２検出回路５５は、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から第２固体電解質体４ａを介して第２ポンピング対電極４ｃ側に汲み出される際に、第２ポンピングセル４に流れる第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。
【００４８】
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、検出した第１ポンピング電流Ｉｐ１の値をＡ／Ｄコンバータ６５に出力する。又、Ｉｐ２検出回路５５は、検出した第２ポンピング電流Ｉｐ２の値をＡ／Ｄコンバータ６５に出力する。
Ａ／Ｄコンバータ６５はこれらの値をデジタル変換し、信号入出力部６４を介してＣＰＵ６１に出力する。
【００４９】
次に、制御回路５９を用いた制御の一例について説明する。まず、エンジンが始動されて外部電源から電力の供給を受けると、ヒータ回路５７を介してヒータが作動し、第１ポンピングセル２、酸素濃度検出セル６、第２ポンピングセル４を活性化温度まで加熱する。又、Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間に微弱な電流Ｉｃｐを流し、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。
又、ヒータによってＮＯｘセンサ部３０Ａが適温まで加熱されると、それに伴ってＮＯｘセンサ部３０Ａ上の第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙも所望の温度に昇温される。
【００５０】
そして、各セルが活性化温度まで加熱されると、第１ポンピングセル２は、第１測定室Ｓ１に流入した被測定ガス（排ガス）中の酸素を内側第１ポンピング電極２ｂから外側第１ポンピング電極２ｃへ向かって汲み出す。
このとき、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル６の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｓに対応したものとなるため、この電極間電圧Ｖｓが上記基準電圧になるように、Ｉｐ１ドライブ回路５２が第１ポンピングセル２に流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御し、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に調整する。
【００５１】
酸素濃度が調整された被測定ガスは第２測定室Ｓ２に向かってさらに流れる。そして、Ｖｐ２印加回路５６は、第２ポンピングセル４の電極間電圧（端子間電圧）として、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（酸素濃度検出セル６の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。そして、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から汲み出されるよう、第２ポンピングセル４に第２ポンピング電流Ｉｐ２が流れる。この際、第２ポンピング電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には直線関係があるため、Ｉｐ２検出回路５５が第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出することにより、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
【００５２】
又、第１起電力検出回路５８ａが一対の電極４２ａｘ、４２ｂｘ間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出し、第２起電力検出回路５８ｂが一対の電極４２ａｙ、４２ｂｙ間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出することにより、後述するように被測定ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。
【００５３】
次に、制御装置３００のマイクロコンピュータ６０による、各種ガス濃度を算出する処理を説明する。
まず、第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙの２つのアンモニアセンサ部を設けた理由は以下のとおりである。すなわち、アンモニアセンサ部は、アンモニアだけでなく、ＮＯ２をも検出してしまうので、被検出ガス中にアンモニア以外のＮＯ２ガスが含まれているとアンモニアの検出精度が低下する。そこで、アンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度との比がそれぞれ異なるアンモニアセンサ部を２つ設けると、アンモニアガスとＮＯ２ガスの２つの未知濃度に対し、２つのアンモニアセンサ部から別々の感度による値を検出するので、アンモニアガスとＮＯ２の濃度を算出できることになる。ここでアンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度との比とは、そのアンモニアセンサ部が検出する全感度（アンモニア、及びＮＯｘ）に対する、アンモニアの検出感度の比をいう。なお、本実施例においては、アンモニアセンサ部はＮＯガスを検出しないので、「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度の比」＝「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯ２に対する感度の比」として判断している。また、アンモニアセンサ部がＮＯ２ガスを検出しない場合には、アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度の比」＝「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯに対する感度の比」として判断してもよい。
つまり、アンモニアセンサ部のセンサ出力は、ｘ：アンモニア濃度、ｙ：ＮＯ２ガス濃度、Ｄ：Ｏ２濃度に対し、Ｆ（ｘ、ｙ、Ｄ）で表されるが、上記感度比が異なる２つのＮＯ２センサ部を用いると、Ｆ１（ｍｘ、ｎｙ、Ｄ）、Ｆ２（ｓｘ、ｔｙ、Ｄ）（ｍ、ｎ、ｓ、ｔは係数）の２つの式が得られる。Ｆ１、Ｆ２、Ｄはセンサ出力から得られるので、２つの式から２つの未知数（ｘ、ｙ）を解けばよいことになる。具体的には、上記二つの式からｙを除去し、後述の式(1)〜(3)のようにｘの式を得ることによって計算できる。
【００５４】
次に、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙによるＮＯ２及びアンモニアの検出、並びにＮＯ２とアンモニアの濃度の算出の詳細について説明する。
第１アンモニアセンサ部４２ｘの第１基準電極４２ａｘと第１検知電極４２ｂｘとの間には、被測定ガスに含まれるアンモニア濃度に応じて起電力が発生する。第１起電力検出回路５８ａは、第１基準電極４２ａｘと第１検知電極４２ｂｘとの間の起電力を第１アンモニア起電力として検出する。同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙの第２基準電極４２ａｙと第２検知電極４２ｂｙとの間にも、アンモニア濃度に応じて起電力が発生する。第２起電力検出回路５８ｂは、第２基準電極４２ａｙと第２検知電極４２ｂｙとの間の起電力を第２アンモニア起電力として検出する。
【００５５】
ここで、マイクロコンピュータ６０のＲＯＭ６３には、以下に説明する各種のデータ（関係式）が格納されている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３から当該各種データを読み込み、第１ポンピング電流Ｉｐ１の値、第２ポンピング電流Ｉｐ２の値、第１アンモニア起電力および第２アンモニア起電力から種々の演算処理を行う。
ここで、ＲＯＭ６３には、「第１アンモニア起電力−第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力−第２アンモニア濃度出力関係式」、「第１ポンピング電流Ｉｐ１−Ｏ2濃度出力関係式」、「第２ポンピング電流Ｉｐ２−ＮＯｘ濃度出力関係式」、「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」（補正式(1)：下記参照）、「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正ＮＯ２濃度出力関係式」(補正式(2))、「ＮＯｘ濃度出力＆補正アンモニア濃度出力＆補正ＮＯ２濃度出力-補正ＮＯx濃度出力関係式」（補正式（3））が格納されている。
なお、各種データは、上述のように所定の関係式として設定されていてもよいし、センサの出力から各種ガス濃度を算出するものであればよく、例えばテーブルとして設定されていてもよい。その他にも、予めガス濃度が既知のガスモデルを用いて得られた値（関係式やテーブルなど）とされていてもよい。
【００５６】
「第１アンモニア起電力−第１アンモニア濃度出力関係式」及び「第２アンモニア起電力−第２アンモニア濃度出力関係式」は、第１アンモニアセンサ部４２ｘおよび第２アンモニアセンサ部４２ｙから出力されたアンモニア起電力と、被測定ガスのアンモニア濃度に係るアンモニア濃度出力との関係を表す式である。
「第１ポンピング電流Ｉｐ１−Ｏ２濃度出力関係式」は、第１ポンピング電流Ｉｐ１と、被測定ガスのＯ２濃度との関係を表す式である。
「第２ポンピング電流Ｉｐ２−ＮＯｘ濃度出力関係式」は、第２ポンピング電流Ｉｐ２と、被測定ガスのＮＯｘ濃度との関係を表す式である。
「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」は、酸素濃度及びＮＯ２濃度の影響を受けたアンモニア濃度出力（第１、第２）と、酸素濃度及びＮＯ２濃度の影響を除去した補正アンモニア濃度出力の関係を表す式である。
「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正ＮＯ２濃度出力関係式」は、酸素濃度及びアンモニア濃度の影響を受けたＮＯ２濃度出力と、酸素濃度及びアンモニア濃度の影響を除去した補正ＮＯ２濃度出力の関係を表す式である。
「ＮＯｘ濃度出力＆補正アンモニア濃度出力＆補正ＮＯ２濃度出力-補正ＮＯx濃度出力関係式」は、アンモニア濃度及びＮＯ２濃度の影響を受けたＮＯｘ濃度出力と、アンモニア濃度及びＮＯ２濃度の影響を除去、修正した正確な補正ＮＯｘ濃度出力の関係を表す式である。
【００５７】
次に、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１において実行される、第１ポンピング電流Iｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２、第１アンモニア起電力ＥＭＦおよび第２アンモニア起電力ＥＭＦから、ＮＯｘ濃度およびアンモニア濃度を求める演算処理について説明する。
ＣＰＵ６１は、第１ポンピング電流Iｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２、第１アンモニア起電力および第２アンモニア起電力が入力されると、Ｏ2濃度出力、ＮＯｘ濃度出力、第１アンモニア濃度出力および第２アンモニア濃度出力、を求める演算処理を行う。具体的には、ＲＯＭ６３から「第１アンモニア起電力−第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力−第２アンモニア濃度出力関係式」、「第１ポンピング電流Ｉｐ１−Ｏ2濃度出力関係式」、「第２ポンピング電流Ｉｐ２−ＮＯｘ濃度出力関係式」を呼び出し、当該関係式を用いて各濃度出力を算出する処理を行う。
尚、「第１アンモニア起電力−第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力−第２アンモニア濃度出力関係式」は、第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙが使用環境中で出力し得るＥＭＦの全範囲において、被測定ガス中のアンモニア濃度とセンサのアンモニア濃度換算出力とが概ね直線関係になるように設定された式である。このような換算式でもって換算することによって、後の補正式において、傾き及びオフセットの変化を利用した計算を可能とする。
Ｏ2濃度出力、ＮＯｘ濃度出力、第１アンモニア濃度出力および第２アンモニア濃度出力が求められると、ＣＰＵは、以下に説明する補正式を用いた演算を行うことで、被測定ガスのアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を求める。
【００５８】
補正式(1)：x =F  (A、B、D)
= (eA-c)*(jB-h-fA+d)/(eA-c-iB+g) + fA-d
補正式(2)：y = F'(A、B、D)
= (jB-h-fA+d)/(eA-c-iB+g) 
補正式(3)：z =  C  -  aｘ  +  bｙ
ここで、ｘはアンモニア濃度であり、yはＮＯ２濃度であり、zはＮＯx濃度である。また、Ａは第１アンモニア濃度出力であり、Ｂは第２アンモニア濃度出力であり、ＣはＮＯｘ濃度出力であり、ＤはＯ２濃度出力である。そして、式(1)、(2)のＦ及びＦ'は、ｘが（Ａ、Ｂ、Ｄ）の関数であることを表す。さらに、ａ、 ｂは補正係数、c、 d、 e、 f、 g、 h、 i、 j はＯ2濃度出力Ｄを用いて計算される係数である（Ｄによって決まる係数）。
上述の補正式(1)〜(3)に、第１アンモニア濃度出力（A）、第２アンモニア濃度出力(B)、ＮＯｘ濃度出力（C）およびＯ2濃度出力(D)、を各代入して演算することによって、被測定ガスのアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を求める。
なお、補正式(1)及び(2)は第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙの特性に基づいて定まる式であり、補正式(3)はＮＯｘセンサ部の特性に基づいて定まる式である。なお、式(1)〜(3)は、あくまでも補正式の一例を示したものであり、ガス検知特性に応じて、他の補正式や、係数等を適宜変更しても良い。
【００５９】
以上より、本発明の実施形態に係るマルチガスセンサ２００Ａを用いることで、アンモニア及びＮＯｘが共存し、且つ酸素濃度が変化する環境においても、アンモニアとＮＯｘをそれぞれ分離して精度よく検出することができる。
【００６０】
次に、図５〜図７を参照し、本発明の第２の実施形態に係るマルチガスセンサ（ガスセンサ）について説明する。なお、第２の実施形態に係るマルチガスセンサは、２つのアンモニアセンサ部（セル）である第１アンモニアセンサ部４２ｘ１及び第２アンモニアセンサ部４２ｙ１の構成、及び配置位置が異なること以外は、第１の実施形態と同一であるので、同一部分の構成については説明を省略する。
図５に示すように、アンモニアセンサ部４２ｘ１、４２ｙ１は、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面（上面）をなす絶縁層２３ｅの表面上に設けられている。
【００６１】
より詳しくは、図６に示すように、第１アンモニアセンサ部４２ｘ１は、絶縁層２３ｅ上に第１基準電極４２ａｘ１が形成され、第１基準電極４２ａｘ１の表面に第１固体電解質体４２ｄｘ１が形成されている。さらに、第１固体電解質体４２ｄｘ１の表面に第１検知電極４２ｂｘ１が形成されている。そして、第１基準電極４２ａｘ１及び第１検知電極４２ｂｘ１の間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するようになっている。
同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙ１は、絶縁層２３ｅ上に第２基準電極４２ａｙ１が形成され、第２基準電極４２ａｙ１の表面に第２固体電解質体４２ｄｙ１が形成されている。さらに、第２固体電解質体４２ｄｙ１の表面に第２検知電極４２ｂｙ１が形成されている。
【００６２】
図７に示すように、第１基準電極４２ａｘ１及び第２基準電極４２ａｙ１は略正方形をなす。一方で、第１固体電解質体４２ｄｘ１及び第２固体電解質体４２ｄｙ１はそれぞれ第１基準電極４２ａｘ１及び第２基準電極４２ａｙ１よりも小さい略正方形をなしており、それぞれ第１基準電極４２ａｘ１及び第２基準電極４２ａｙ１よりも内側に配置されている。このため、第１固体電解質体４２ｄｘ１及び第２固体電解質体４２ｄｙ１の端縁の全体から、それぞれ第１基準電極４２ａｘ１及び第２基準電極４２ａｙ１が突出し（はみ出し）、それぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ１及び第２固体電解質体４２ｄｙ１の略全周を取り囲む突出部４２ａｐ５、４２ａｐ６を形成している。但し、突出部４２ａｐ５、４２ａｐ６のうち、それぞれ後述する検知電極リード４２ｂＬ３、４２ｂＬ４と重なる部分は短絡を防止するために切り欠かれて切欠き部４２ａｒが形成され、突出部４２ａｐ５、４２ａｐ６は後端側が開口する略コの字状に形成されている。
【００６３】
又、第１検知電極４２ｂｘ１及び第２検知電極４２ｂｙ１は、それぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ１及び第２固体電解質体４２ｄｙ１よりも小さい矩形をなしており、それぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ１及び第２固体電解質体４２ｄｙ１の端縁よりも内側に配置されている。
そして、それぞれ第１基準電極４２ａｘ１及び第２基準電極４２ａｙ１の幅方向外側の突出部４２ａｐ５、４２ａｐ６から、幅方向外側へさらに延びた後、後端側へ向かって折り返すようにして基準電極リード４２ａＬ３、４２ａＬ３が絶縁層２３ｅ上に延びている。同様に、それぞれ第１検知電極４２ｂｘ１及び第２検知電極４２ｂｙ１の幅方向中央から、後端側へ向かって絶縁層２３ｅ上に（一部はそれぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ１及び第２固体電解質体４２ｄｙ１上に）検知電極リード４２ｂＬ３、４２ｂＬ４が延びている。
【００６４】
このように、第１基準電極４２ａｘ１（又は第２基準電極４２ａｙ１）に突出部４２ａｐ５（又は突出部４２ａｐ６）を設けることで、第１基準電極４２ａｘ１（又は第２基準電極４２ａｙ１）と第１固体電解質体４２ｄｘ１（又は第２固体電解質体４２ｄｙ１）との界面が外部に露出した露出境界部Ｓ１０を、第１固体電解質体４２ｄｘ１（又は第２固体電解質体４２ｄｙ１）に覆われることなく、第１固体電解質体４２ｄｘ１（又は第２固体電解質体４２ｄｙ１）の端縁に形成することができる（図７では、四周の露出境界部Ｓ１０のうち１つのみそれぞれ記載）。
一方、第１検知電極４２ｂｘ１（又は第２検知電極４２ｂｙ１）の端縁には露出境界部Ｓ１が露出している。
【００６５】
従って、第１の実施形態と同様に、第１基準電極４２ａｘ１（又は第２基準電極４２ａｙ１）は、外部に直接露出して被測定ガスが到達し易い露出境界部Ｓ１０を形成するので、被測定ガスの雰囲気が急激に変化しても被測定ガスのガス置換が十分となって応答性を向上させることができる。
【００６６】
なお、図７の場合、第１固体電解質体４２ｄｘ１（又は第２固体電解質体４２ｄｙ１）と重なる部分の第１基準電極４２ａｘ１（又は第２基準電極４２ａｙ１）の最も狭い部分の幅はＷ１（軸線Ｏ方向の幅）であり、Ｗ１よりも狭幅の部分（幅がＷ２、Ｗ３の部分）を基準電極リード４２ａＬ３（又は基準電極リード４２ａＬ４）とする。つまり、基準電極リード４２ａＬ３（又は基準電極リード４２ａＬ４）は、第１基準電極４２ａｘ１（又は第２基準電極４２ａｙ１）の幅方向外側の突出部４２ａｐ５（４２ａｐ６）の幅方向の外縁よりも幅方向外側へさらに延びた幅Ｗ３の部位と、この部位から後端側へ向かって折り返して延びる幅Ｗ２の部位とする。
【００６７】
又、本実施形態では、突出部４２ａｐ５（又は突出部４２ａｐ６）は、第１固体電解質体４２ｄｘ１（又は第２固体電解質体４２ｄｙ１）の長手方向（軸線Ｏ方向）の両端にもそれぞれ突出している。このため、露出境界部Ｓ１０を第１固体電解質体４２ｄｘ１（又は第２固体電解質体４２ｄｙ１）の幅方向の両端だけでなく、長手方向の両端にわたって形成することができ、被測定ガスの雰囲気が急激に変化したときに、下層側の基準電極の上記露出境界部でも被測定ガスのガス置換が十分となり、応答性をさらに向上させることができる。
【００６８】
次に、図８を参照し、本発明の第３の実施形態に係るマルチガスセンサ（ガスセンサ）について説明する。なお、第３の実施形態に係るマルチガスセンサは、２つのアンモニアセンサ部（セル）である第１アンモニアセンサ部４２ｘ２及び第２アンモニアセンサ部４２ｙ２の構成が異なること以外は、第１の実施形態と同一であるので、同一部分の構成については説明を省略する。
【００６９】
より詳しくは、図８に示すように、第１アンモニアセンサ部４２ｘ２は、絶縁層２３ａ上に第１基準電極４２ａｘ２が形成され、第１基準電極４２ａｘ２の表面に第１固体電解質体４２ｄｘ２が形成されている。さらに、第１固体電解質体４２ｄｘ２の表面に第１検知電極４２ｂｘ２が形成されている。そして、第１基準電極４２ａｘ２及び第１検知電極４２ｂｘ２の間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するようになっている。
【００７０】
同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙ２は、絶縁層２３ａ上に第２基準電極４２ａｙ２が形成され、第２基準電極４２ａｙ２の表面に第２固体電解質体４２ｄｙ２が形成されている。さらに、第２固体電解質体４２ｄｙ２の表面に第２検知電極４２ｂｙ２が形成されている。
さらに、図８に示すように、第１基準電極４２ａｘ２及び第２基準電極４２ａｙ２は幅方向に長い矩形をなす。一方で、第１固体電解質体４２ｄｘ２及び第２固体電解質体４２ｄｙ２はそれぞれ第１基準電極４２ａｘ２及び第２基準電極４２ａｙ２よりも幅方向に短い略正方形をなしている。そして、第１固体電解質体４２ｄｘ２及び第２固体電解質体４２ｄｙ２の幅方向内側の端から、それぞれ第１基準電極４２ａｘ２及び第２基準電極４２ａｙ２が突出し（はみ出し）、それぞれ２つの突出部４２ａｐ７、４２ａｐ８を形成している。なお、軸線Ｏ方向には、それぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ２及び第２固体電解質体４２ｄｙ２が第１基準電極４２ａｘ２及び第２基準電極４２ａｙ２よりも突出し（はみ出し）ている。
【００７１】
又、第１検知電極４２ｂｘ２及び第２検知電極４２ｂｙ２は、それぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ２及び第２固体電解質体４２ｄｙ２よりも小さい矩形をなしており、それぞれ第１固体電解質体４２ｄｘ２及び第２固体電解質体４２ｄｙ２の端縁よりも内側に配置されている。
そして、それぞれ第１基準電極４２ａｘ２及び第２基準電極４２ａｙ２から後端側へ向かって基準電極リード４２ａＬ５、４２ａＬ６が絶縁層２３ａ上に延びている。同様に、それぞれ第１検知電極４２ｂｘ２及び第２検知電極４２ｂｙ２の幅方向中央から、後端側へ向かって検知電極リード４２ｂＬ５、４２ｂＬ６が絶縁層２３ａ上に延びている。なお、基準電極リード４２ａＬ５、４２ａＬ６と検知電極リード４２ｂＬ５、４２ｂＬ６とは並列に並んで延びている。
【００７２】
このように、長手方向に延びるベース基板３０Ａにおいて、幅方向の端部は外部雰囲気の影響により、温度変化が生じやすい。そのため絶縁層２３ａ上に、幅方向に並んで第１アンモニアセンサ部４２ｘ２及び第２アンモニアセンサ部４２ｙ２が配置される場合に、突出部を第１アンモニアセンサ部４２ｘ２（又は第２アンモニアセンサ部４２ｙ２）の第１固体電解質体４２ｄｘ２（又は第２固体電解質体４２ｄｙ２）の幅方向外側の端から突出させると、突出部がベース基板３０Ａの端部に配置されることとなり、ベース基板の温度変化の影響を受けやすい。そこで、突出部４２ａｐ７、４２ａｐ８のように、突出部を第１アンモニアセンサ部４２ｘ２（又は第２アンモニアセンサ部４２ｙ２）の第１固体電解質体４２ｄｘ２（又は第２固体電解質体４２ｄｙ２）の幅方向内側の端から当該幅方向内側に向かって突出させることで、ベース基板３０Ａの温度変化の影響を受けにくくなり、２つのセルの検出精度の低下やバラツキを抑制することができる。
【００７３】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、基準電極、突出部、検知電極及び固体電解質体の形状は上記実施形態に限定されない。
又、上記実施形態では、各基準電極に対して突出部が２か所以上形成されていたが、１つの基準電極に対して突出部が１か所形成されていてもよい。又、上記実施形態では、アンモニアセンサ部（セル）が２つ設けられていたが、アンモニアセンサ部（セル）が１つであってもよい。
さらに、上記実施形態では、アンモニアセンサ部がＮＯｘセンサ部上に配置されたマルチガスセンサであったが、ＮＯｘセンサ部に限られることなく、ベース基板上にアンモニアセンサ部が配置されたガスセンサであっても良い。
【実施例】
【００７４】
次に、図９を参照し、基準電極に突出部を設けたことによる第１アンモニアセンサ部、第２アンモニアセンサ部のアンモニアセンサ出力の時間変化について説明する。
実施例として、図１〜図４に示す本発明の第１の実施形態に係るマルチガスセンサ２００Ａを準備した。比較例として、第１アンモニアセンサ部、第２アンモニアセンサ部の断面構造を図１０に示すように（突出部を設けないように）したこと以外は、第１の実施形態に係るマルチガスセンサ２００Ａと同一構造のマルチガスセンサを準備した。
そして、各マルチガスセンサをモデルガス流中に配置し、モデルガスの雰囲気を図９のＰ点で急激に変化させ（アンモニアをＰ点で急激に添加し、酸素濃度をＰ点で減少させ）、各マルチガスセンサの第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部のアンモニアセンサ出力の時間変化を測定した。
【００７５】
その結果、図９に示すように、実施例の場合、Ｐ点からアンモニアセンサ出力が定常値（１００％）に到達するまでの時間が短く、被測定ガス雰囲気が変化した時の応答性が優れていることがわかった。
一方、比較例の場合、Ｐ点からアンモニアセンサ出力が定常値に到達するまでの時間が実施例に比べて長く、応答性が劣った。
【符号の説明】
【００７６】
２１、２３ｂ、２３ａ    ヒータ
３０Ａ    ベース基板（ＮＯｘセンサ部）
４２ａｘ、４２ａｙ、４２ａｘ１、４２ａｙ１、４２ａｘ２、４２ａｙ２    基準電極
４２ｂｘ、４２ｂｙ、４２ｂｘ１、４２ｂｙ１、４２ｂｘ２、４２ｂｙ２    検知電極
４２ｄｘ、４２ｄｙ、４２ｄｘ１、４２ｄｙ１、４２ｄｘ２、４２ｄｙ２    固体電解質体
４２ｘ、４２ｙ、４２ｘ１、４２ｙ１、４２ｘ２、４２ｙ２    セル
４２ａｐ１〜４２ａｐ８    突出部
２００Ａ    ガスセンサ（マルチガスセンサ）
Ｏ    軸線
Ｒ    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】
0006517686.tif 000008
【図８】
0006517686.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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