(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定室と、
板状の固体電解質層、並びに前記固体電解質層の表面に配置され、前記測定室に面する第１電極及び前記測定室に面しない第２電極を有し、前記測定室内のガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行うポンピングセルと、
前記第２電極の表面に積層され、前記第２電極と外部との間で前記ガスが出入可能な多孔質層と、
を備えたセンサ素子を有するガスセンサであって、
積層方向から見たときに、前記第２電極の外周縁が前記多孔質層の外周縁より内側に位置し、
前記多孔質層の表面又は内部に、前記第２電極と離間しつつ、前記積層方向から見たときに前記第２電極と前記多孔質層との重なり領域の一部に重なる通気抵抗体を有するガスセンサ。
【請求項２】
測定室と、
板状の固体電解質層、並びに前記固体電解質層の表面に配置され、前記測定室に面する第１電極及び前記測定室に面しない第２電極を有し、前記測定室内のガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行うポンピングセルと、
前記第２電極の表面に積層され、前記第２電極と外部との間で前記ガスが出入可能な多孔質層と、
を備えたセンサ素子を有するガスセンサであって、
積層方向から見たときに、前記第２電極の外周縁が前記多孔質層の外周縁より内側に位置し、
前記多孔質層の表面又は内部に、前記第２電極と離間しつつ、前記積層方向から見たときに前記第２電極と前記多孔質層との重なり領域の一部に重なる通気抵抗体を有し、
前記セル及び前記多孔質層を有し、かつ前記通気抵抗体を有しないセンサ素子を備えたガスセンサを基準ガスセンサとし、該基準ガスセンサの出力安定時のＩｐ値を１００％とし、かつそのオーバーシュート電流の最大値を（１００＋Ｘ）％で表したとき、前記ガスセンサのオーバーシュート電流の最大値が（１００＋Ｘ／２）％以下であるガスセンサ。
但し、前記オーバーシュート電流は、ガス中の空燃比がリッチからリーンに変化した場合に、前記測定室に導入される前記ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う前記ポンピングセルから出力される脈動電流の最大値である。
【請求項３】
前記通気抵抗体はガス不透過性である請求項１又は２記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記積層方向から見たときに、前記通気抵抗体は前記重なり領域の２５．０〜９７．５％の面積に重なる請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記センサ素子は、
さらに、前記測定室内の前記被測定ガス中の酸素濃度に応じた出力電圧を出力する酸素濃度検出セルを備えた酸素センサ素子であって、
前記出力電圧が一定となるように前記ポンピングセルにポンプ電流を流し、該ポンプ電流に応じた前記被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ素子である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記センサ素子は、
さらに、酸素濃度が調整された前記被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じたポンプ電流が流れる第２ポンピングセルを備えたＮＯｘセンサ素子である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記電極は、Ｐｔ及びＡｕを合計で５０質量％以上含有する請求項１〜６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、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素、ＮＯｘ等）の濃度を検出するガスセンサが用いられている（特許文献１、２）。例えば特許文献１記載のガスセンサの場合、図１３に示すようにガスセンサは自身の内部にセンサ素子１０００を有し、センサ素子１０００は２つのセル１３００、１４００を有している。
このうち、セル１４００は固体電解質層１０９０の両面に形成された電極１０８０、１１００を有し、電極１１００は多孔質層１１３０を介して外部との間で排気ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行うポンピングセルとなっている。一方、セル１３００は、測定室１０７０に面して測定室１０７０内の排気ガス中の酸素濃度に応じた出力電圧（起電力）を出力する酸素濃度検出セルとなっている。そして、この出力電圧が一定となるようにポンピングセル１４００に電圧（Ｖｐ電圧）を印加してポンプ電流Ｉｐを流し、該ポンプ電流Ｉｐに応じた排気ガス中の酸素濃度を検出するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７３１４６号公報
【特許文献２】特許第４９６６２６６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、図１４に示すように、測定室１０７０内の排気ガス中の空燃比（Ａ/Ｆ）がリッチからリーンに変化した場合、λセンサである酸素濃度検出セル１３００の出力電圧は急激に変化し、それに応じてポンピングセル１４００に印加されるＶｐ電圧も急激に変化する。すると、ポンピングセル１４００から出力されるポンプ電流Ｉｐにオーバーシュート現象（リップル(Ｒｉｐｐｌｅ)現象）と称される余分な脈動電流Ｒｉが重畳され、酸素濃度の検出値が不正確になるという問題がある。
この原因は、図１５に示すように、ポンピングセル１４００の固体電解質層１０９０と電極１１００との間にコンデンサ回路が形成され、コンデンサの電極間の電圧（Ｖｐ電圧）が時間的に変化すると、それに比例してコンデンサの電極間の電荷が時間的に変化して電流が流れ出すためと考えられる。つまり、このコンデンサ回路におけるコンデンサの容量Ｃと、コンデンサの電荷の変化ΔＱと、コンデンサの電極間のＶｐ電圧の変化ΔＶｐとは、次式（１）の関係にある。
ΔＱ＝Ｃ×ΔＶｐ      （１）
ΔＱ＝Ｒｉであるから、
Ｒｉ＝Ｃ×ΔＶｐ      （２）
となる。式（２）より、Ｖｐ電圧の時間変化であるΔＶｐを小さくするほど、脈動電流（オーバーシュート電流）Ｒｉを低減することになる。
一方、図１６に示すように、排気ガス中の空燃比（Ａ/Ｆ）がストイキ点を跨がないときには、酸素濃度検出セル１３００の出力電圧、ひいてはＶｐ電圧は急激に変化しないので、ポンプ電流Ｉｐに脈動電流Ｒｉは重畳されない。
【０００５】
そして、ΔＶｐを小さくする方策として、ポンピングセル１４００の起電力変化を妨げる、つまり（１）多孔質層１１３０の通気抵抗を大きくする、（２）電極１１００での電極反応を遅くする、ことが考えられる。
このうち（１）については、多孔質層１１３０を緻密にしたり、その大きさを小さくする方策が挙げられる。しかしながら、多孔質層１１３０は一般に絶縁体粒子を焼成して製造されるため、気孔の分布や厚みを一定にすることには限界がある。このため、多孔質層１１３０を緻密にしたり、小さくしても、気孔率や大きさが局所的にばらつき、安定した効果が得られ難いと共に、多孔質層１１３０の製造が困難になるという問題がある。
又、（２）については、電極１１００を緻密にしたり、その厚みを厚くする方策が挙げられる。しかしながら、電極１１００の厚みを厚くすると、電極材料である貴金属（Ｐｔ等）の使用量が増えて電極のコストアップに繋がる。又、電極１１００を緻密にすると、電極１１００と固体電解質層１０９０と気相との３相界面が減少して電極抵抗（センサ素子の内部抵抗）が上昇し、ひいてはセンサ素子の動作電圧が上昇し、後述するブラックニングの発生や、電気回路上の制約が生じるという問題がある。さらに、リッチ雰囲気においては、電極１１００は酸素源（排気ガス中のH2O,CO2等）から測定室１０７０へ酸素をポンピングするが、電極１１００を緻密にしたり厚くすると、電極１１００へ到達するガスが減少してリッチ側の測定範囲が狭くなるという問題がある。
【０００６】
一方、本発明者は（１）について、多孔質層１１３０の気孔率や大きさを従来と同等としつつも、多孔質層１１３０の一部に重なることで、外部から多孔質層１１３０を介して電極１１００に到達する酸素源（排気ガス）の量を減少させる方策を検討した。この場合、上記した（１）、（２）の問題を抑制することができる。
しかしながら、多孔質層１１３０に重なる位置によっては、ブラックニングと称される固体電解質層１０９０の特性劣化が生じることが判明した。ブラックニングは、固体電解質層１０９０を介して電極反応が生じている状態で、固体電解質層１０９０に酸素不足が生じて固体電解質層１０９０中の金属酸化物が還元される現象である。ブラックニングが生じると、固体電解質層１０９０の特性（イオン伝導性）が劣化し、ポンピング性能が低下する。
例えば図１７に示すように、多孔質層１１３０と電極１１００との間に、多孔質層１１３０の外周側に接するように重なる通気抵抗層１２００を設けた場合、通気抵抗層１２００と重なる固体電解質層１０９０の部位Ｂｒでブラックニングが生じるおそれがある。つまり、部位Ｂｒでは、通気抵抗層１２００によって多孔質層１１３０からの酸素源（排気ガスＧ）の供給が妨げられるにも関わらず、固体電解質層１０９０を挟む電極１１００、１０８０によって固体電解質層１０９０から強制的に酸素イオンを移動させる電極反応が生じ、固体電解質層１０９０に酸素不足が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、被測定ガスの雰囲気の変化に伴ってセルの起電力が急激に変化してガスの検出精度が低下することを抑制すると共に、固体電解質層の特性劣化を抑制したガスセンサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、測定室と、板状の固体電解質層、並びに前記固体電解質層の表面に配置され、前記測定室に面する第１電極及び前記測定室に面しない第２電極を有し、前記測定室内のガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行うポンピングセルと、前記第２電極の表面に積層され、前記第２電極と外部との間で前記ガスが出入可能な多孔質層と、を備えたセンサ素子を有するガスセンサであって、積層方向から見たときに、前記第２電極の外周縁が前記多孔質層の外周縁より内側に位置し、前記多孔質層の表面又は内部に、前記第２電極と離間しつつ、前記積層方向から見たときに前記第２電極と前記多孔質層との重なり領域の一部に重なる通気抵抗体を有する。
【０００９】
このガスセンサによれば、外部から多孔質層を介して電極に到達するガス中の酸素源の時間当たりの量は、通気抵抗体が通気抵抗になって減少し、電極上のガス交換速度が遅くなる。これにより、酸素ポンピングを行うセルでの電圧の時間変化が小さくなり、ポンプ電流に重畳される脈動電流（オーバーシュート電流）を低減してガスの検出精度の低下を抑制できる。又、多孔質層自身を緻密にしたり、その大きさを小さくして通気抵抗を実現した場合に比べ、安定して通気抵抗を高くすることができる共に、多孔質層の製造が困難になることも回避される。同様に、電極自身を緻密にしたり、その厚みを厚くする必要がないので、電極のコストアップを抑制すると共に、電極抵抗（センサ素子の内部抵抗）の上昇によるブラックニングの発生を抑制し、リッチ側の測定範囲が狭くなることをも抑制できる。
さらに、通気抵抗体を、絶縁体ペーストを印刷塗布して形成した場合には、印刷による寸法精度が高いので、通気抵抗体の寸法精度も高くなり、上記した効果を安定して発揮することができる。
【００１０】
又、本発明のガスセンサは、測定室と、板状の固体電解質層、並びに前記固体電解質層の表面に配置され、前記測定室に面する第１電極及び前記測定室に面しない第２電極を有し、前記測定室内のガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行うポンピングセルと、前記第２電極の表面に積層され、前記第２電極と外部との間で前記ガスが出入可能な多孔質層と、を備えたセンサ素子を有するガスセンサであって、積層方向から見たときに、前記第２電極の外周縁が前記多孔質層の外周縁より内側に位置し、前記多孔質層の表面又は内部に、前記第２電極と離間しつつ、前記積層方向から見たときに前記第２電極と前記多孔質層との重なり領域の一部に重なる通気抵抗体を有し、前記セル及び前記多孔質層を有し、かつ前記通気抵抗体を有しないセンサ素子を備えたガスセンサを基準ガスセンサとし、該基準ガスセンサの出力安定時のＩｐ値を１００％とし、かつそのオーバーシュート電流の最大値を（１００＋Ｘ）％で表したとき、前記ガスセンサのオーバーシュート電流の最大値が（１００＋Ｘ／２）％以下であるガスセンサである。但し、前記オーバーシュート電流は、ガス中の空燃比がリッチからリーンに変化した場合に、前記測定室に導入される前記ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う前記ポンピングセルから出力される脈動電流の最大値である。
【００１１】
このガスセンサによれば、外部から多孔質層を介して電極に到達するガス中の酸素源の時間当たりの量は、通気抵抗体が通気抵抗になって減少し、電極上のガス交換速度が遅くなる。これにより、酸素ポンピングを行うセルでの電圧の時間変化が小さくなり、ポンプ電流に重畳される脈動電流（オーバーシュート電流）を低減してガスの検出精度の低下を抑制できる。又、多孔質層自身を緻密にしたり、その大きさを小さくして通気抵抗を実現した場合に比べ、安定して通気抵抗を高くすることができる共に、多孔質層の製造が困難になることも回避される。同様に、電極自身を緻密にしたり、その厚みを厚くする必要がないので、電極のコストアップを抑制すると共に、電極抵抗（センサ素子の内部抵抗）の上昇によるブラックニングの発生を抑制し、リッチ側の測定範囲が狭くなることをも抑制できる。
さらに、通気抵抗体を、絶縁体ペーストを印刷塗布して形成した場合には、印刷による寸法精度が高いので、通気抵抗体の寸法精度も高くなり、上記した効果を安定して発揮することができる。
【００１２】
前記通気抵抗体はガス不透過性であってもよい。
このガスセンサによれば、通気抵抗体が確実に外部から多孔質層を介して電極に到達するガス中の酸素源の時間当たりの量を減少させる通気抵抗として機能する。
【００１３】
前記積層方向から見たときに、前記通気抵抗体は前記重なり領域の２５．０〜９７．５％の面積に重なるようにしてもよい。
このガスセンサによれば、通気抵抗体の通気抵抗としての上記効果を発揮するとともに、重なり領域に重なり過ぎて通気抵抗が大きくなり過ぎ、電極抵抗（センサ素子の内部抵抗）が上昇してブラックニングが発生したり、ポンプ電流がほとんど流れなくなる不具合を解消できる。
【００１４】
前記センサ素子は、さらに、前記測定室内の前記被測定ガス中の酸素濃度に応じた出力電圧を出力する酸素濃度検出セルを備えた酸素センサ素子であって、前記出力電圧が一定となるように前記ポンピングセルにポンプ電流を流し、該ポンプ電流に応じた前記被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ素子であってもよい。
このガスセンサによれば、酸素センサ素子に本発明を適用できる。
【００１５】
前記センサ素子は、さらに、酸素濃度が調整された前記被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じたポンプ電流が流れる第２ポンピングセルを備えたＮＯｘセンサ素子であってもよい。
このガスセンサによれば、ＮＯｘセンサ素子に本発明を適用できる。
【００１６】
前記電極は、Ｐｔ及びＡｕを合計で５０質量％以上含有してもよい。
このガスセンサによれば、電極上でのガス反応を緩やかにし、ほぼλ＝１におけるポンプ電流のオーバーシュート又は逆シュートを低減し、検出精度を向上させることができる。
なお、電極がＰｔ及びＡｕを含有する形態としては、Ｐｔ−Ａｕ合金、ＰｔとＡｕの混合体（ＰｔとＡｕの粒子を含むペーストを焼成し、合金とならないもの）、Ｐｔの表面にＡｕめっきした層構造、ＰｔにＡｕを含浸させたもの、が例示される。又、電極がＡｕを０．１〜１０質量％含有すると好ましい。Ｐｔの表面にＡｕめっきした層構造の場合、Ａｕめっきが極めて薄く、Ａｕの含有量が０．１質量％でも機能するからである。又、ＰｔにＡｕを含浸させる方法としては、Ｐｔ基体にＡｕの塩（例えば、ＨＡｕＣｌ４）を含浸させた後に焼成し、塩を熱分解させてＡｕを残存させる方法が挙げられる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、被測定ガスの雰囲気の変化に伴ってセルの起電力が急激に変化してガスの検出精度が低下することを抑制すると共に、固体電解質層の特性劣化を抑制したガスセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）の長手方向に沿う断面図である。
【図２】センサ素子の模式分解斜視図である。
【図３】センサ素子の先端側の部分拡大断面図である。
【図４】センサ素子の軸線方向に直交する断面図である。
【図５】第４電極と多孔質層との位置関係を示す積層方向から見た平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】通気抵抗層が第４電極と離間することによる作用を示す模式図である。
【図８】通気抵抗層が第４電極と接していることによる作用を示す模式図である。
【図９】通気抵抗層の変形例を示す軸線方向に直交する断面図である。
【図１０】通気抵抗層の別の変形例を示す軸線方向に直交する断面図である。
【図１１】ＮＯｘセンサ素子の長手方向に沿う断面図である。
【図１２】重なり率を７５％とし、ガス中の空燃比（Ａ/Ｆ）をリッチからリーンに変化させたときの、酸素ポンプセルのポンプ電流Ｉｐの時間変化を示す図である。
【図１３】従来のガスセンサにおけるセンサ素子の軸線方向に直交する断面図である。
【図１４】ガス中の空燃比（Ａ/Ｆ）をリッチからリーンに変化させたときの、酸素ポンピングセルのポンプ電流Ｉｐの時間変化を示す図である。
【図１５】酸素ポンピングセルの等価回路を示す図である。
【図１６】排気ガス中の空燃比（Ａ/Ｆ）ががストイキ点を跨がないときの、酸素ポンピングセルのポンプ電流Ｉｐの時間変化を示す図である。
【図１７】酸素ポンピングセルの多孔質層と電極との間に通気抵抗層を設けた場合のブラックニングの発生を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るガスセンサ（酸素センサ）１の長手方向（軸線Ｌ方向）に沿う断面図、図２はセンサ素子１００の模式分解斜視図、図３はセンサ素子１００の軸線Ｌ方向の断面図、図４はセンサ素子１００の軸線Ｌ方向に直交する断面図である。
【００２０】
図１に示すように、ガスセンサ１は、センサ素子１００、センサ素子１００等を内部に保持する主体金具（ハウジング）３０、主体金具３０の先端部に装着されるプロテクタ２４等を有している。センサ素子１００は軸線Ｌ方向に延びるように配置されている。
【００２１】
センサ素子１００は、ヒータ部２００と検出素子部３００とを備える。
ヒータ部２００は、図２に示すように、アルミナを主体とする第１基体１０１及び第２基体１０３と、第１基体１０１と第２基体１０３とに挟まれ、白金を主体とする発熱体１０２を有している。発熱体１０２は、先端側に位置する発熱部１０２ａと、発熱部１０２ａから第１基体１０１の長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部１０２ｂとを有している。そして、ヒータリード部１０２ｂの端末は、第１基体１０１に設けられるヒータ側スルーホール１０１ａに形成された導体を介してヒータ側パッド１２０と電気的に接続している。第１基体１０１及び第２基体１０３を積層したものが絶縁セラミック体にあたる。
【００２２】
検出素子部３００は、酸素濃度検出セル１３０と酸素ポンプセル１４０との２つのセルを備える。酸素濃度検出セル１３０は、第１固体電解質層１０５と、その第１固体電解質１０５の両面に形成された第１電極１０４及び第２電極１０６とから形成されている。第１電極１０４は、第１電極部１０４ａと、第１電極部１０４ａから第１固体電解質層１０５の長手方向に沿って延びる第１リード部１０４ｂとから形成されている。第２電極１０６は、第２電極部１０６ａと、第２電極部１０６ａから第１固体電解質層１０５の長手方向に沿って延びる第２リード部１０６ｂとから形成されている。
【００２３】
そして、第１リード部１０４ｂの端末は、第１固体電解質層１０５に設けられる第１スルーホール１０５ａ、後述する絶縁層１０７に設けられる第２スルーホール１０７ａ、第２固体電解質層１０９に設けられる第４スルーホール１０９ａ及び絶縁保護層１１１に設けられる第６スルーホール１１１ａのそれぞれに形成される導体を介して検出素子側パッド１２１と電気的に接続する。一方、第２リード部１０６ｂの端末は、後述する絶縁層１０７に設けられる第３スルーホール１０７ｂ、第２固体電解質層１０９に設けられる第５スルーホール１０９ｂ及び絶縁保護層１１１に設けられる第７スルーホール１１１ｂのそれぞれに形成される導体を介して検出素子側パッド１２１と電気的に接続する。
【００２４】
一方、酸素ポンプセル１４０は、第２固体電解質層１０９と、その第２固体電解質層１０９の両面に形成された第３電極１０８、第４電極１１０とから形成されている。第３電極１０８は、第３電極部１０８ａと、この第３電極部１０８ａから第２固体電解質層１０９の長手方向に沿って延びる第３リード部１０８ｂとから形成されている。第４電極１１０は、第４電極部１１０ａと、この第４電極部１１０ａから第２固体電解質層１０９の長手方向に沿って延びる第４リード部１１０ｂとから形成されている。
【００２５】
そして、第３リード部１０８ｂの端末は、第２固体電解質層１０９に設けられる第５スルーホール１０９ｂ及び絶縁保護層１１１に設けられる第７スルーホール１１１ｂのそれぞれに形成される導体を介して検出素子側パッド１２１と電気的に接続する。一方、第４リード部１１０ｂの端末は、後述する絶縁保護層１１１に設けられる第８スルーホール１１１ｃに形成される導体を介して検出素子側パッド１２１と電気的に接続する。なお、第２リード部１０６ｂと第３リード部１０８ｂは同電位となっている。
【００２６】
これら第１固体電解質層１０５、第２固体電解質層１０９は、ジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）又はカルシア（ＣａＯ）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。
【００２７】
発熱体１０２、第１電極１０４、第２電極１０６、第３電極１０８、第４電極１１０、ヒータ側パッド１２０及び検出素子側パッド１２１は、白金族元素で形成することができる。これらを形成する好適な白金族元素としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等を挙げることができ、これらはその一種を単独で使用することもできるし、又二種以上を併用することもできる。
【００２８】
もっとも、発熱体１０２、第１電極１０４、第２電極１０６、第３電極１０８、第４電極１１０、ヒータ側パッド１２０及び検出素子側パッド１２１は、耐熱性及び耐酸化性を考慮するとＰｔを主体にして形成することがより一層好ましい。さらに、発熱体１０２、第１電極１０４、第２電極１０６、第３電極１０８、第４電極１１０、ヒータ側パッド１２０及び検出素子側パッド１２１は、主体となる白金族元素の他にセラミック成分を含有することが好ましい。このセラミック成分は、固着という観点から、積層される側の主体となる材料（例えば、第１固体電解質層１０５、第２固体電解質層１０９の主体となる成分）と同様の成分であることが好ましい。
【００２９】
そして、上記酸素ポンプセル１４０と酸素濃度検出セル１３０との間に、絶縁層１０７が形成されている。絶縁層１０７は、絶縁部１１４と拡散律速部１１５とからなる。この絶縁層１０７の絶縁部１１４には、第２電極部１０６ａ及び第３電極部１０８ａに対応する位置に中空のガス検出室１０７ｃが形成されている。このガス検出室１０７ｃは、絶縁層１０７の幅方向で外部と連通しており、該連通部分には、外部とガス検出室１０７ｃ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１１５が配置されている。
【００３０】
絶縁部１１４は、絶縁性を有するセラミック焼結体であれば特に限定されなく、例えば、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを挙げることができる。
【００３１】
拡散律速部１１５は、アルミナからなる多孔質体である。この拡散律速部１１５によって検出ガスがガス検出室（測定室）１０７ｃへ流入する際の律速が行われる。
【００３２】
また、第２固体電解質層１０９の表面には、第４電極１１０を挟み込むようにして、絶縁保護層１１１が積層されている。この絶縁保護層１１１の先端側には、第４電極部１１０ａを取り囲むように略矩形の貫通孔１１２ａが設けられ、貫通孔１１２ａには多孔質層１１３ａが埋設されている。多孔質層１１３ａは第４電極部１１０ａを覆い、第４電極部１１０ａを被毒から防御すると共に、外部に露出して第４電極部１１０ａと外部との間で多孔質層１１３ａを介してガスが出入可能になっている。
さらに、多孔質層１１３ａの外部に向く表面には、多孔質層１１３ａの外周側を覆いつつ、多孔質層１１３ａの中央部が開口する矩形環状で絶縁性の通気抵抗層１５０が積層されている。
なお、本実施の形態のセンサ素子１００は、酸素濃度検出セル１３０の電極間に生じるＶｓ電圧（起電力）が所定の値（例えば、４５０ｍＶ）となるように、酸素ポンプセル１４０の電極間に流れる電流（Ｉｐ電流）の方向及び大きさが調整され、酸素ポンプセル１４０に流れるＩｐ電流に応じた被測定ガス中の酸素濃度をリニアに検出する酸素センサ素子に相当する。
又、図３に示すように、センサ素子１００の先端側の全周を覆う多孔質保護層２０が設けられている。
【００３３】
酸素ポンプセル１４０が特許請求の範囲の「ポンピングセル」に相当する。又、第４電極１１０（正確には第４電極部１１０ａ）、第２固体電解質層１０９、通気抵抗層１５０が、それぞれ特許請求の範囲の「電極」、「固体電解質層」、「通気抵抗体」に相当する。
【００３４】
絶縁保護層１１１は、例えば絶縁性を有するセラミック焼結体を用いることができ、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを例示することができる。
多孔質層１１３ａとしては、アルミナ等やムライト等のセラミックからなる多孔質体を例示することができる。多孔質層１１３ａは、例えば上記セラミックとカーボン粒子の混合ペーストを焼成する際に、カーボンを焼失させて製造することができる。なお、後述する図３〜図５に示すように、本実施形態では、第４電極１１０（第４電極部１１０ａ）の外周縁が多孔質層１１３ａの外周縁より内側に位置している。この場合、第２固体電解質層１０９の表面に形成する第４電極１１０の外形を貫通孔１１２ａの外形よりも小さくすることで、貫通孔１１２ａに多孔質層１１３ａとなるペーストを埋設した際、貫通孔１１２ａと第４電極１１０との間の第２固体電解質層１０９の表面にも多孔質層１１３ａが形成されるようになる。
【００３５】
通気抵抗層１５０は、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックのペーストを塗布（印刷）して形成することができる。特に、通気抵抗層１５０を多孔質層１１３ａと同一組成とすると、多孔質層１１３ａとの接着性が向上するので好ましい。
通気抵抗層１５０は、多孔質層１１３ａよりもガスの通気抵抗が大きいものであればよい。又、通気抵抗層１５０は、第４電極１１０及び第２固体電解質層１０９と接しない限り、必ずしも絶縁性を有していなくてもよい。絶縁性を有しない通気抵抗層１５０としては、金属、第２固体電解質層１０９と同様な部分安定化ジルコニアを用いることができる。但し、通気抵抗層１５０が第４電極１１０又は第２固体電解質層１０９と接する場合は、絶縁性を有している必要がある。
又、通気抵抗層１５０の通気抵抗は、ポンプ電流に重畳される脈動電流（オーバーシュート電流）を低減する効果を発揮するように適宜調整すればよい。
【００３６】
図１に戻り、主体金具３０は、ＳＵＳ４３０製のものであり、ガスセンサを排気管に取り付けるための雄ねじ部３１と、取り付け時に取り付け工具をあてがう六角部３２とを有している。また、主体金具３０には、径方向内側に向かって突出する金具側段部３３が設けられており、この金具側段部３３はセンサ素子１００を保持するための金属ホルダ３４を支持している。そしてこの金属ホルダ３４の内側にはセラミックホルダ３５、滑石３６が先端側から順に配置されている。この滑石３６は金属ホルダ３４内に配置される第１滑石３７と金属ホルダ３４の後端に渡って配置される第２滑石３８とからなる。金属ホルダ３４内で第１滑石３７が圧縮充填されることによって、センサ素子１００は金属ホルダ３４に対して固定される。また、主体金具３０内で第２滑石３８が圧縮充填されることによって、センサ素子１００の外面と主体金具３０の内面との間のシール性が確保される。そして第２滑石３８の後端側には、アルミナ製のスリーブ３９が配置されている。このスリーブ３９は多段の円筒状に形成されており、軸線に沿うように軸孔３９ａが設けられ、内部にセンサ素子１００を挿通している。そして、主体金具３０の後端側の加締め部３０ａが内側に折り曲げられており、ステンレス製のリング部材４０を介してスリーブ３９が主体金具３０の先端側に押圧されている。
【００３７】
また、主体金具３０の先端側外周には、主体金具３０の先端から突出するセンサ素子１００の先端部を覆うと共に、複数のガス取り入れ孔２４ａを有する金属製のプロテクタ２４が溶接によって取り付けられている。このプロテクタ２４は、二重構造をなしており、外側には一様な外径を有する有底円筒状の外側プロテクタ４１、内側には後端部４２ａの外径が先端部４２ｂの外径よりも大きく形成された有底円筒状の内側プロテクタ４２が配置されている。
【００３８】
一方、主体金具３０の後端側には、ＳＵＳ４３０製の外筒２５の先端側が挿入されている。この外筒２５は先端側の拡径した先端部２５ａを主体金具３０にレーザ溶接等により固定している。外筒２５の後端側内部には、セパレータ５０が配置され、セパレータ５０と外筒２５の隙間に保持部材５１が介在している。この保持部材５１は、後述するセパレータ５０の突出部５０ａに係合し、外筒２５を加締めることにより外筒２５とセパレータ５０とにより固定されている。
【００３９】
また、セパレータ５０には、検出素子部３００やヒータ部２００用のリード線１１〜１５を挿入するための通孔５０ｂが先端側から後端側にかけて貫設されている（なお、リード線１４、１５については図示せず）。通孔５０ｂ内には、リード線１１〜１５と、検出素子部３００の検出素子側パッド１２１及びヒータ部２００のヒータ側パッド１２０とを接続する接続端子１６が収容されている。各リード線１１〜１５は、外部において、図示しないコネクタに接続されるようになっている。このコネクタを介してＥＣＵ等の外部機器と各リード線１１〜１５とは電気信号の入出力が行われることになる。また、各リード線１１〜１５は詳細に図示しないが、導線を樹脂からなる絶縁皮膜にて披覆した構造を有している。
【００４０】
さらに、セパレータ５０の後端側には、外筒２５の後端側の開口部２５ｂを閉塞するための略円柱状のゴムキャップ５２が配置されている。このゴムキャップ５２は、外筒２５の後端内に装着された状態で、外筒２５の外周を径方向内側に向かって加締めることにより、外筒２５に固着されている。ゴムキャップ５２にも、リード線１１〜１５をそれぞれ挿入するための通孔５２ａが先端側から後端側にかけて貫設されている。
【００４１】
図３、図４に示すように、通気抵抗層１５０は多孔質層１１３ａの表面に形成されて第４電極１１０と離間しつつ、多孔質層１１３ａの外周部を覆っている。そこで、以下、図５〜図８を参照し、通気抵抗層１５０について詳細に説明する。
なお、図３、図４に示すように、多孔質保護層２０は、センサ素子１００の先端面を含み、軸線Ｌ方向に沿って後端側に延びるように形成され、かつセンサ素子１００（積層体）の表裏面及び両側面の４面を完全に囲んで形成されている。
【００４２】
次に、通気抵抗層１５０について説明する。
図５は第４電極１１０と多孔質層１１３ａとの位置関係を示す積層方向から見た平面図、図６は図５のＡ−Ａ線に沿う断面図、図８は第４電極１１０が多孔質層１１３ａの内側に位置した場合の積層方向から見た平面図、図７は通気抵抗層１５０が第４電極１１０と離間することによる作用を示す模式図、図８は通気抵抗層１５０が第４電極１１０と接していることによる作用を示す模式図、である。
【００４３】
図５に示すように、本実施形態では、第４電極１１０（第４電極部１１０ａ）の外周縁が多孔質層１１３ａの外周縁より内側に位置している。
ここで、第４電極１１０は、第４電極部１１０ａと第４リード部１１０ｂとから形成されており、このうち第４電極部１１０ａが電極反応に寄与する電極として作用する。従って、第４電極１１０の「外周縁」とは、電極反応に寄与する第４電極部１１０ａの外周縁を表し、かつ第４リード部１１０ｂを除外するよう、以下のように規定する。すなわち、第４電極１１０の「外周縁」とは、積層方向から見たときに、第４電極１１０のうち、第４リード部１１０ｂに接する部分を除く外周縁をいう。又、「第４電極１１０のうち第４リード部１１０ｂに接する部分」とは、第４リード部１１０ｂにつながる第４電極部１１０ａの辺（本例では２つの辺）を通る接線Ｍ１、Ｍ２で第４電極１１０を切ったとき、接線Ｍ１、Ｍ２で表される第４リード部１１０ｂと第４電極部１１０ａの境界線をいう。
従って、図５の例では、第４電極１１０の「外周縁」とは、（１）第４リード部１１０ｂとつながらない部位における第４電極部１１０ａの実際の外周縁と、（２）接線Ｍ１、Ｍ２で表される第４リード部１１０ｂと第４電極部１１０ａの境界線と、からなる。又、例えば接線Ｍ１、Ｍ２の交点が多孔質層１１３ａの外周縁より外側に位置する場合、この交点は「第４電極１１０のうち第４リード部１１０ｂに接する部分」であるから、第４電極１１０の「外周縁」には該当しない。従って、この場合も、当該交点と境界線を除外した第４電極１１０の外周縁が多孔質層１１３ａの外周縁より内側に位置する限り、「第４電極１１０（第４電極部１１０ａ）の外周縁が多孔質層１１３ａの外周縁より内側に位置している」ことになる。
又、第４電極部１１０ａと多孔質層１１３ａとの重なり領域Ｓは、第４電極１１０の外周縁で囲まれる領域（図５のクロスハッチング部分）である。
【００４４】
次に、通気抵抗層１５０による作用について説明する。
図６に示すように、通気抵抗層１５０は第４電極１１０と離間しつつ、多孔質層１１３ａの外周を覆い、通気抵抗層１５０の中央の開口Ｏｐから多孔質層１１３ａが露出している。このため、外部から多孔質層１１３ａ（開口Ｏｐ）を介して第４電極１１０に到達する酸素源（排気ガス）の時間当たりの量は、通気抵抗層１５０が通気抵抗になって減少し、第４電極１１０上のガス交換速度が遅くなる。これにより、酸素ポンプセル１４０でのＶｐ電圧の時間変化（ΔＶｐ）が小さくなり、脈動電流（オーバーシュート電流）Ｒｉを低減してガスの検出精度の低下を抑制できる。又、多孔質層１１３ａ自身を緻密にしたり、その大きさを小さくする必要がないので、安定して通気抵抗を高くすることができる共に、多孔質層の製造が困難になることも回避される。同様に、第４電極１１０自身を緻密にしたり、その厚みを厚くする必要がないので、電極のコストアップを抑制すると共に、電極抵抗（センサ素子の内部抵抗）の上昇によるブラックニングの発生を抑制し、リッチ側の測定範囲が狭くなることをも抑制できる。
さらに、通気抵抗層１５０を、絶縁体ペーストを印刷塗布して形成した場合には、印刷による寸法精度が高いので、通気抵抗層１５０の寸法精度も高くなり、上記した効果を安定して発揮することができる。
【００４５】
なお、図５に示すように、積層方向から見たときに、第４電極１１０（第４電極部１１０ａ）の外周縁が多孔質層１１３ａの外周縁より外側にはみ出さず、内側に位置するので、多孔質層１１３ａのうち第４電極１１０より外側の部位Ｔを通気抵抗層１５０が覆っても、第４電極１１０に到達する酸素源（排気ガス）の通気抵抗として機能しない。つまり、通気抵抗層１５０は、多孔質層１１３ａ内で実際に電極として機能する部位となる、第４電極部１１０ａと多孔質層１１３ａとの重なり領域Ｓの一部を覆う必要がある。
【００４６】
又、通気抵抗層１５０による重なり領域Ｓの重なり率は、式１から求めることができる。
式１：重なり率（％）＝[｛（重なり領域Ｓの面積）−（開口Ｏｐの面積）｝／（重なり領域Ｓの面積）］×１００で求めることができる。なお、各面積は、図５のように積層方向に投影した場合の面積とする。ここで、開口Ｏｐの面積は、重なり領域Ｓのうち、通気抵抗層１５０と重ならない面積、つまり通気抵抗層１５０によって積層方向に閉塞されない部位の面積に相当する。
重なり率が２５．０〜９７．５％であることが好ましい。
重なり率が２５．０％未満であると、上記した通気抵抗層１５０の通気抵抗としての効果が減少し、脈動電流Ｒｉを低減することが困難になる場合がある。重なり率が９７．５％を超えると、通気抵抗としての効果が大きくなり過ぎ、電極抵抗（センサ素子の内部抵抗）が上昇してブラックニングが発生したり、Ｉｐ電流がほとんど流れなくなることがある。
【００４７】
次に、通気抵抗層１５０を第４電極１１０から離間させることによる作用について説明する。
図７に示すように、通気抵抗層１５０が第４電極１１０から離間していると、通気抵抗層１５０が第４電極１１０を覆っている部位においても、通気抵抗層１５０と第４電極１１０との間隙から酸素源（排気ガス）が第４電極１１０及びその下側の第２固体電解質層１０９に供給されるので、ブラックニングの発生を抑制できる。
一方、図８に示すように、通気抵抗層１５０が第４電極１１０に接していると、通気抵抗層１５０が第４電極１１０を覆っている部位では、酸素源（排気ガス）が第４電極１１０及びその下側の第２固体電解質層１０９に供給されず、ブラックニングが発生するおそれがある。特に、上述のように重なり率が２５．０％以上になると、通気抵抗層１５０が第４電極１１０を覆っている部位に隣接する第２固体電解質層１０９から、通気抵抗層１５０と重なる第２固体電解質層１０９の部位Ｂｒへの酸素源（排気ガス）の供給が追い付かず、図６とは異なりブラックニングが発生する可能性が高くなる。
【００４８】
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、上記実施形態では通気抵抗層１５０の中央に開口Ｏｐを形成し、この開口Ｏｐ部分では重なり領域Ｓを閉塞しないように構成したが、通気抵抗層１５０の形状、配置位置、個数等はこれに限定されない。つまり、図９に示すように、重なり領域Ｓの中央部に対応する多孔質層１１３ａの表面に通気抵抗層１５２を設け、通気抵抗層１５２の周囲に多孔質層１１３ａを露出させてもよい。
又、図１０に示すように、重なり領域Ｓの複数の位置に対応して、複数の通気抵抗層１５３、１５４を設けてもよい。なお、図１０の例では、多孔質層１１３ａの内部に複数の通気抵抗層１５３、１５４が埋設され、通気抵抗層１５３、１５４の隙間は重なり領域Ｓに重ならないように構成されている。通気抵抗層１５３、１５４の埋設位置が積層方向に異なっていてもよい。
又、上記実施形態では、第２固体電解質層１０９の表面には、第４電極１１０を挟み込むようにして、貫通孔１１２ａを有する絶縁保護層１１１が積層され、貫通孔１１２ａに多孔質層１１３ａが埋設されていたが、絶縁保護層１１１を設けずに、多孔質層１１３ａを直接第４電極１１０上に積層してもよい。
【００４９】
又、本発明は、固体電解質層の表面に配置された電極を有するセルと、電極の表面に配置されて電極と外部との間でガスが出入可能な多孔質層とを備えたセンサ素子を有するあらゆるガスセンサに適用可能であり、本実施の形態の酸素センサ（酸素センサ素子）に適用することができるが、これらの用途に限られず、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、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ（ＮＯｘセンサ素子）や、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ（ＨＣセンサ素子）等に本発明を適用してもよい。
【００５０】
図１１は、センサ素子であるＮＯｘセンサ素子１００Ｂを長手方向に沿って切断した断面図である。
ＮＯｘセンサ素子１００Ｂは概ね長尺の板状体をなし、固体電解質層２ｃ、６ｃ、４ｃをこの順に積層して構成されている。又、固体電解質層２ｃ、６ｃの間には絶縁層６３が介装され、固体電解質層６ｃ、４ｃの間には絶縁層６５が介装されるとともに、固体電解質層２ｃの外側（絶縁層６３とは反対側）には絶縁保護層６１が積層され、固体電解質層４ｃの外側（絶縁層６５とは反対側）には絶縁層１８、１９がこの順で積層されている。
ここで、後述する第１ポンピングセル２の第１対向電極２ｂが多孔質層７９を介して外部に露出するので特許請求の範囲の「電極」に対応する。
さらに、絶縁層６８、６９の間にはＮＯｘセンサ素子の長手方向に沿って延び、ＮＯｘセンサを活性温度に昇温するヒータ２０が埋設されている。
【００５１】
絶縁層６３は平面視コの字状に切り抜かれ、コの字の開口が図１１の左を向くように配置される。これにより、絶縁層６３の切り抜き部分が空隙となり、固体電解質層６ｃの表面（図１１の上面）、固体電解質層２ｃの裏面（図１１の下面）、及び絶縁層６３の側面によって内部空間が形成される。又、外部からの被測定ガスの導入口である上記開口（図１１の固体電解質層２ｃ、６ｃの左端）には、拡散抵抗を有する拡散律速部７０が設けられている。一方、上記内部空間における右端から中央よりの所定位置に当該内部空間を図１１の紙面方向に区画する拡散律速部７１が配置され、拡散律速部７０、７１の間の内部空間が第１測定室Ｓ１となる。
第１測定室Ｓ１に面した固体電解質層２ｃの裏面には、平面視ほぼ矩形状の第１内側電極２ａが配置され、固体電解質層２ｃの表面には第１内側電極２ａと対向する位置に第１対向電極２ｂが配置されている。そして、第１内側電極２ａ、第１対向電極２ｂ、固体電解質層２ｃとによって第１ポンピングセル２が構成されている。なお、絶縁保護層６１は、固体電解質層２ｃに接する第１対向電極２ｂが内部に配置されるように平面視ほぼ矩形状に切り抜かれた貫通孔６１ａを備え、貫通孔６１ａの内部に多孔質層７９が充填されている。
【００５２】
さらに、多孔質層７９の表面には、第１対向電極２ｂと多孔質層７９との重なり領域の一部に重なる絶縁性の通気抵抗層１５６が設けられている。
なお、ＮＯｘセンサ素子１００Ｂにおいても、第１対向電極２ｂの外周縁が多孔質層７９の外周縁より内側に位置する。そして、通気抵抗層１５６は多孔質層７９及び第１対向電極２ｂの外周部を覆うように形成され、通気抵抗層１５６の中央部が略矩形上に開口する。なお、第１対向電極２ｂは、絶縁保護層３０ｂと同一の層として、絶縁保護層３０ｂに切り抜かれた貫通孔の内部に配置されている。
【００５３】
一方、第１測定室Ｓ１に面した固体電解質層６ｃの表面には、拡散律速部７１よりやや左側で、かつ第１内側電極２ａの右端より右側の位置に、平面視ほぼ矩形状で第１内側電極２ａより小さい検知電極６ａが配置されている。又、固体電解質層６ｃの裏面には検知電極６ａと対向する位置に検知電極とほぼ同寸の基準電極６ｂが配置されている。そして、検知電極６ａ、基準電極６ｂ、固体電解質層６ｃと、によって酸素濃度検知セル６が構成されている。なお、基準電極６ｂは、絶縁層６５の平面視ほぼ矩形状の切り抜き部を介して固体電解質層６ｃに接し、基準電極６ｂの裏面（切り抜き部）には多孔質体又は絶縁体からなる充填層７５が充填され、充填層７５内に所定分圧の酸素を充填できるようになっている。
なお、酸素濃度検知セル６に予め微弱な電流Ｉｃｐを流すことにより、酸素を基準電極６ｂ側の充填層７５に充填する。
【００５４】
固体電解質層６ｃ、絶縁層６５は拡散律速部７１よりも右側で平面視矩形状に切り抜かれ、これらの切り抜き部は上記内部空間の右端に重なるように位置している。これにより、上記内部空間の右端から下方に延びる空隙が形成され、この空隙と、上記内部空間のうち拡散律速部７１より右側の部分とによってＮＯｘ測定室Ｓ２が規定される。
そして、外部から拡散律速部７０を介して導入された被測定ガスは、第１測定室Ｓ１を図１１の左から右へ流れた後、拡散律速部７１を介してＮＯｘ測定室Ｓ２へ流れるようになっている。
【００５５】
ＮＯｘ測定室Ｓ２に面した固体電解質層４ｃの表面には、平面視ほぼ矩形状の第２内側電極４ａが配置されている。又、充填層７５に面した固体電解質層４ｃの表面には、第２内側電極の外側電極となる第２外側電極４ｂが配置されている。そして、第２内側電極４ａ、第２外側電極４ｂ、固体電解質層４ｃと、によって第２ポンピングセル４が構成されている。
【００５６】
各絶縁保護層６１〜６９、多孔質層７９、固体電解質層２ｃ、４ｃ、６ｃ、各電極２ａ〜６ｂ、及びヒータ２０としては、それぞれ上記センサ素子１００と同様な材料を用いることができる。
特に、被測定ガスに接触する第１内側電極２ａ及び検知電極６ａとしては、測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力が低い（又は還元能力のない）材料を用いることが好ましく、例えばＬａ3 ＣｕＯ4 等のペロブスカイト構造を有する化合物、Ａｕ等の触媒活性の低い金属とセラミックスのサーメット、又はＡｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ族金属とセラミックスとのサーメットを用いることが好ましい。更に、電極材料としてＡｕとＰｔ族金属の合金を用いる場合、Ａｕ含有量を合金全体の０．０３〜３５ｖｏｌ％にすることが好ましい。また、第２内側電極４ａとしては、ＲｈとＺｒＯ2からなる多孔質サーメットを例示できる。
【００５７】
拡散律速部は、被測定ガスが流入する際の律速が行われるものであればよく、スリットの他、多孔質体等を用いることができ、アルミナ等からなる多孔質体を例示することができる。拡散律速部は、センサ内と外気（又は拡散律速部で区画される空間同士）の直接接触を遮断しつつガスをセンサ内に出入させ、センサ内の電極周囲の酸素濃度を安定化する。
【００５８】
以上のようにしてＮＯｘセンサ（素子）が構成され、例えば以下のように動作する。まず、ヒータが作動し、センサを活性化温度まで加熱する。被測定ガス（排ガス）は拡散律速部７０を通って第１測定室Ｓ１に流入し、第１ポンピングセル２は、第１測定室Ｓ１内の排ガス中の過剰な酸素を第１内側電極２ａから第１対向電極２ｃへ向かって汲み出す。
酸素が汲み出されたガスは第１測定室Ｓ１の下流に流れ、酸素濃度検知セル６（電極６ａ）に到達する。従って、酸素濃度検知セル６の両端電圧Ｖｓをモニタすることにより、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度を検出することができる。そして、Ｖｓが所定電圧となるように第１ポンピングセル２の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｐ１を制御することにより、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に管理する。
【００５９】
酸素濃度が管理された排ガス（ＮＯｘガス）は、拡散律速部７１を通ってＮＯｘ測定室Ｓ２内の第２ポンピングセル４（第２内側電極４ａ）に向かって流れる。従って、第２ポンピングセル４にＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の電圧を印加することにより、ＮＯｘガスの分解により生じた酸素をＮＯｘ測定室Ｓ２から汲み出すことができる。この際、第２ポンピングセル４に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯxガス濃度の間には比例関係があるため、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。
なお、第２ポンピングセル４で汲み出された酸素は、第２対向電極４ｃから充填層７５に充填される。又、第２内側電極４ａとして多孔質ロジウム等の触媒機能を有する電極を用いると、ＮＯｘガスの分解を促進することができる。
【００６０】
ＮＯｘセンサ素子１００Ｂにおいても、通気抵抗層１５６が通気抵抗になって第１対向電極２ｂ上のガス交換速度が遅くなる。これにより、Ｖｐ電圧の時間変化（ΔＶｐ）が小さくなり、脈動電流（オーバーシュート電流）Ｒｉを低減してガスの検出精度の低下を抑制できる。
【実施例】
【００６１】
図１〜図５に示すセンサ素子（酸素センサ素子）１００を有するガスセンサ１を製造した。第４電極部１１０ａと多孔質層１１３ａとの重なり領域Ｓの大きさを一定とし、通気抵抗層１５０の開口Ｏｐの大きさを種々に変えて重なり率が０〜９９．０％の間のガスセンサを複数製造した。通気抵抗層１５０は、アルミナペーストを絶縁保護層１１１及び多孔質層１１３ａの多孔質層１１３ａの外周部に塗布（印刷）した後、センサ素子１００と同時に焼成して形成した。
なお、重なり率（％）＝[｛（重なり領域Ｓの面積）−（開口Ｏｐの面積）｝／（重なり領域Ｓの面積）］×１００で表される。
【００６２】
以上のようにして得られたガスセンサを用い、脈動電流（オーバーシュート電流）Ｒｉの抑制効果、及び酸素ポンプセル１４０の限界電流を測定した。
脈動電流（オーバーシュート電流）Ｒｉの抑制効果は、各ガスセンサを排気量２０００ｃｃの並列４気筒エンジンに繋がれた排気管に取り付け、センサ制御を行った後、３０００ｒｐｍのエンジン回転数で排気ガスのλ（空燃比）を０．９５から１．０５に切り替えたとき、酸素ポンプセル１４０のポンプ電流Ｉｐに、図１４に示した脈動電流Ｒｉが発生したか否かを評価した。具体的には、通気抵抗層１５０を設けない従来品からなる基準ガスセンサ（表１の重なり率０．０％のガスセンサ）における出力安定時のＩｐ値を１００％としたとき、オーバーシュート電流Ｒｉの最大値を上記Ｉｐ値を基準として（１００＋Ｘ）％で表す。一方、各実施例のガスセンサでのオーバーシュート電流Ｒｉの最大値が上記Ｉｐ値を基準として（１００＋Ｘ／２）％以下となれば評価○とした。例えば、基準ガスセンサのＲｉの最大値が１１０％である場合、実施例のガスセンサでのＲｉの最大値が１０５％以下であれば、評価が○である。
限界電流は、モデルガスの空燃比（Ａ/Ｆ）をＡ/Ｆ＝１０の極リッチ雰囲気とし、Ｖｓを４５０ｍＶに制御できれば評価○とした。
得られた結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
0006517613.tif 000002
【００６４】
表１から明らかなように、重なり率を２５．０〜９７．５％とすると、脈動電流Ｒｉが低減されたとともに、十分なＩｐ電流が得られ、ガスセンサの動作に支障がなかった。
重なり率が２５．０％未満であると、脈動電流Ｒｉを低減することが困難になった。重なり率が９７．５％を超えると、電極抵抗（センサ素子の内部抵抗）が上昇してＩｐ電流が小さくなり、ガスセンサの動作に支障が生じて不適であった。
なお、図１２は、重なり率を７５％とし、ガス中の空燃比（Ａ/Ｆ）をリッチからリーンに変化させたときの、酸素ポンプセル１４０のポンプ電流Ｉｐの時間変化を示す。脈動電流Ｒｉが抑制されたことがわかる。
【符号の説明】
【００６５】
１    ガスセンサ
１００、１００Ｂ    センサ素子
１０９、２ｃ    固体電解質層
１１０、２ｂ    電極
１１３ａ、７９    多孔質層
１３０、４    セル（酸素濃度検出セル、第２ポンピングセル）
１４０、２    セル（ポンピングセル、第１ポンピングセル）
１５０、１５２、１５３、１５４、１５６    通気抵抗体（通気抵抗層）
Ｓ    電極と多孔質層との重なり領域
１０７ｃ、Ｓ１    測定室
【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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【図１６】
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【図１７】
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