(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の１つである第１面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第１面の少なくとも一部を被覆し、該第１面が露出した１以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、複数の気孔を有する多孔質体であり、
前記１以上の露出空間は、前記気孔とは異なる空間であり、各々の容積が１２５００μｍ3以上であり、
前記１以上の露出空間は、前記第１面よりも上方に存在する部分の合計容積が０．０３ｍｍ3以上である、
センサ素子。
【請求項２】
前記露出空間の少なくとも１つは、前記第１面に垂直な方向からみたときに、該第１面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央と重なるように位置している、
請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記露出空間の少なくとも１つは、前記第１面に垂直な方向からみたときに、少なくとも一部が前記外側電極の少なくとも一部と重なるように位置している、
請求項１又は２に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記露出空間の少なくとも１つは、前記保護層の外部と連通する開口を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記保護層は、複数の前記露出空間と、該複数の露出空間の少なくとも１つに対して前記第１面に垂直な方向にずれて位置し前記第１面が露出しない複数の非露出空間と、を有している、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項６】
前記保護層は、前記露出空間の少なくとも１つについて、該露出空間を前記第１面に垂直な方向に支持する１以上の柱状部を有している、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項７】
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の１つである第１面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第１面の少なくとも一部を被覆し、該第１面が露出した１以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、前記露出空間の少なくとも１つについて、該露出空間を前記第１面に垂直な方向に支持する１以上の柱状部を有しており、
前記保護層は、複数の前記柱状部を有しており、
複数の前記柱状部は、前記第１面に垂直な方向からみたときに、前記第１面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央から遠いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されている、
センサ素子。
【請求項８】
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の１つである第１面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第１面の少なくとも一部を被覆し、該第１面が露出した１以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、前記露出空間の少なくとも１つについて、該露出空間を前記第１面に垂直な方向に支持する１以上の柱状部を有しており、
前記保護層は、複数の前記柱状部を有しており、
複数の前記柱状部は、前記第１面に垂直な方向からみたときに、前記外側電極から遠いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されている、
センサ素子。
【請求項９】
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の１つである第１面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第１面の少なくとも一部を被覆し、該第１面が露出した１以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記保護層は、前記露出空間の少なくとも１つについて、該露出空間を前記第１面に垂直な方向に支持する１以上の柱状部を有しており、
前記保護層は、複数の前記柱状部を有しており、
複数の前記柱状部は、前記第１面に垂直な方向からみたときに、前記第１面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央に近いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されている、
センサ素子。
【請求項１０】
前記保護層は、長手方向が前記第１面の長手方向に沿った前記露出空間を、該第１面の短手方向に沿って複数有している、
請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項１１】
前記保護層は、長手方向が前記第１面の短手方向に沿った前記露出空間を、該第１面の長手方向に沿って複数有している、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項１２】
前記保護層は、長手方向が前記第１面の長手方向に沿った前記露出空間である第１露出空間を、該第１面の短手方向に沿って複数有しており、且つ、長手方向が前記第１面の短手方向に沿うと共に前記第１露出空間と交差する前記露出空間である第２露出空間を、該第１面の長手方向に沿って複数有している、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項１３】
前記露出空間の少なくとも１つは、該第１面から離れるほど該露出空間が狭くなる傾向の形状をしている、
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項１４】
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の１つである第１面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第１面の少なくとも一部を被覆し、該第１面が露出した１以上の露出空間を有する保護層と、
を備え、
前記露出空間の少なくとも１つは、該第１面から離れるほど互いに近付く方向に傾斜した少なくとも２つの内表面を有している、
センサ素子。
【請求項１５】
前記露出空間の少なくとも１つは、該第１面に対向する内表面が外側に湾曲した曲面になっている、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のセンサ素子を備えたガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子及びガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの所定のガスの濃度を検出するセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。また、こうしたガスセンサにおいて、センサ素子の表面に保護層を形成することが知られている。例えば、特許文献１，２では、印刷やプラズマ溶射によりセンサ素子の表面に保護層を形成することが記載されている。この保護層を形成することで、例えば被測定ガス中の水分の付着によるセンサ素子の割れ等を抑制できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１４８５３
【特許文献２】特許第３７６６５７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなガスセンサのセンサ素子は、通常駆動時の温度が高温（例えば８００℃など）であり、水分の付着で急激に冷えることによるセンサ素子の割れをさらに抑制することが望まれていた。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、センサ素子の素子本体の耐被水性を向上させることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のセンサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体と、
前記素子本体の表面の１つである第１面に配置された外側電極と、
前記素子本体の前記第１面の少なくとも一部を被覆し、該第１面が露出した１以上の露出空間を有する保護層と、
を備えたものである。
【０００８】
このセンサ素子では、素子本体の表面のうち外側電極が配置された第１面の少なくとも一部を、保護層が被覆している。そして、この保護層は、第１面が露出した１以上の露出空間を有している。これにより、保護層の厚さ方向への熱伝導を露出空間によって断熱できるため、保護層の表面に水が付着した場合の素子本体の冷えが抑制される。したがって、素子本体の耐被水性が向上する。
【０００９】
本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも１つは、前記第１面に垂直な方向からみたときに、該第１面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央と重なるように位置していてもよい。ここで、保護層に被覆されている領域の中央は比較的高温になりやすく、中央から遠い部分（例えば第１面の端部に近い部分など）は比較的高温になりにくい。そのため、第１面のうち保護層に被覆されている領域の中央を露出空間によって断熱することで、素子本体の耐被水性がより向上する。なお、「該第１面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央」は、保護層に被覆されている領域のうち第１面の短手方向の中央としてもよいし、第１面の長手方向の中央としてもよいし、第１面の短手方向の中央且つ長手方向の中央（すなわち保護層に被覆されている領域の中心）としてもよい。
【００１０】
本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも１つは、前記第１面に垂直な方向からみたときに、少なくとも一部が前記外側電極の少なくとも一部と重なるように位置していてもよい。外側電極は比較的高温になりやすいため、外側電極の少なくとも一部を露出空間によって断熱することで、素子本体の耐被水性がより向上する。
【００１１】
本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも１つは、前記保護層の外部と連通する開口を有していてもよい。こうすれば、開口から露出空間内の熱を逃がすことができるため、素子本体の過熱が抑制される。したがって、保護層の表面に水が付着した場合の素子本体の急激な温度低下を抑制でき、素子本体の耐被水性が向上する。
【００１２】
本発明のセンサ素子において、前記保護層は、複数の前記露出空間と、該複数の露出空間の少なくとも１つに対して前記第１面に垂直な方向にずれて位置し前記第１面が露出しない複数の非露出空間と、を有していてもよい。保護層内にこのような複数の空間がある場合、合計容積が同じ１つの空間がある場合と比べて、保護層の強度は低下しにくい。そのため、保護層内に空間を設けることで耐被水性を向上させつつ、空間が存在することによる保護層の強度の低下を抑制できる。
【００１３】
本発明のセンサ素子において、前記保護層は、前記露出空間の少なくとも１つについて、該露出空間を前記第１面に垂直な方向に支持する１以上の柱状部を有していてもよい。こうすれば、柱状部が露出空間を支持することで、保護層の強度の低下を抑制できる。
【００１４】
柱状部を有する態様の本発明のセンサ素子において、前記保護層は、複数の前記柱状部を有しており、複数の前記柱状部は、前記第１面に垂直な方向からみたときに、前記第１面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央から遠いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されてもよい。ここで、保護層に被覆されている領域の中央は比較的高温になりやすく、中央から遠い部分（例えば第１面の端部に近い部分など）は比較的高温になりにくい。そのため、比較的高温になりにくい部分ほど柱状部の密度が高くなる傾向にすることで、柱状部によって保護層の強度の低下を抑制しつつ、高温になりやすい領域については柱状部が存在することによる露出空間の断熱効果の低下を抑制できる。したがって、保護層の強度の低下をより抑制しつつ、素子本体の耐被水性をより向上させることができる。ここで、「柱状部の密度が高くなる傾向」は、単位面積あたりの柱状部の数が多くなる傾向や、柱状部の太さが太くなる傾向を含む。
【００１５】
柱状部を有する態様の本発明のセンサ素子において、前記保護層は、複数の前記柱状部を有しており、複数の前記柱状部は、前記第１面に垂直な方向からみたときに、前記外側電極から遠いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されていてもよい。ここで、外側電極は比較的高温になりやすく、第１面のうち外側電極が配置されていない部分は比較的高温になりにくい。そのため、比較的高温になりにくい部分である外側電極から遠い部分ほど柱状部の密度が高くなる傾向に柱状部を配置することで、柱状部によって保護層の強度の低下を抑制しつつ、高温になりやすい外側電極については柱状部が存在することによる露出空間の断熱効果の低下を抑制できる。したがって、保護層の強度の低下をより抑制しつつ、素子本体の耐被水性をより向上させることができる。
【００１６】
ここで、「前記外側電極から遠いほど該柱状部の密度が高くなる傾向」には、前記第１面に垂直な方向からみたときに、前記外側電極と重なる位置の柱状部と比べて該外側電極と重ならない位置の柱状部の密度が高くなる傾向を含む。また、この場合において、複数の前記柱状部は、前記第１面に垂直な方向からみたときに、前記外側電極と重ならないように配置されていてもよい。
【００１７】
柱状部を有する態様の本発明のセンサ素子において、複数の前記柱状部は、前記第１面に垂直な方向からみたときに、前記第１面のうち前記保護層に被覆されている領域の中央に近いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されていてもよい。
【００１８】
柱状部を有する態様の本発明のセンサ素子において、前記保護層は、複数の前記柱状部を有しており、複数の前記柱状部は、前記第１面に垂直な方向からみたときに、前記外側電極に近いほど該柱状部の密度が高くなる傾向に配置されていてもよい。
【００１９】
本発明のセンサ素子において、前記保護層は、長手方向が前記第１面の長手方向に沿った前記露出空間を、該第１面の短手方向に沿って複数有していてもよい。第１面の長手方向に沿った細長い露出空間が第１面の短手方向に沿って複数存在することで、被水時の保護層と素子本体との熱膨張係数差に起因する、保護層から素子本体に対する第１面の短手方向に沿った応力が低減される。したがって、被水時に素子本体が割れにくくなり、素子本体の耐被水性がより向上する。この場合において、長手方向が前記第１面の長手方向に沿った前記露出空間は、前記第１面の短手方向に沿った１辺が他の２辺よりも短い直方体形状の空間としてもよい。
【００２０】
本発明のセンサ素子において、前記保護層は、長手方向が前記第１面の短手方向に沿った前記露出空間を、該第１面の長手方向に沿って複数有していてもよい。第１面の短手方向に沿った細長い露出空間が第１面の長手方向に沿って複数存在することで、被水時の保護層と素子本体との熱膨張係数差に起因する、保護層から素子本体に対する第１面の長手方向に沿った応力が低減される。したがって、被水時に素子本体が割れにくくなり、素子本体の耐被水性がより向上する。この場合において、長手方向が前記第１面の短手方向に沿った前記露出空間は、前記第１面の長手方向に沿った１辺が他の２辺よりも短い直方体形状の空間としてもよい。
【００２１】
本発明のセンサ素子において、前記保護層は、長手方向が前記第１面の長手方向に沿った前記露出空間である第１露出空間を、該第１面の短手方向に沿って複数有しており、且つ、長手方向が前記第１面の短手方向に沿うと共に前記第１露出空間と交差する前記露出空間である第２露出空間を、該第１面の長手方向に沿って複数有していてもよい。こうすれば、被水時の保護層と素子本体との熱膨張係数差に起因する、保護層から素子本体に対する第１面の短手方向に沿った応力と長手方向に沿った応力とが共に低減される。したがって、被水時に素子本体が割れにくくなり、素子本体の耐被水性がより向上する。
【００２２】
本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも１つは、該第１面から離れるほど該露出空間が狭くなる傾向の形状をしていてもよい。このような形状の露出空間は、例えば第１面に平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、保護層の強度の低下を抑制できる。
【００２３】
本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも１つは、該第１面から離れるほど互いに近付く方向に傾斜した少なくとも２つの内表面を有していてもよい。このような内表面を有する露出空間は、例えば第１面に平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、保護層の強度の低下を抑制できる。
【００２４】
本発明のセンサ素子において、前記露出空間の少なくとも１つは、該第１面に対向する内表面が外側に湾曲した曲面になっていてもよい。このような内表面を有する露出空間は、例えば第１面に平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、保護層の強度の低下を抑制できる。
【００２５】
本発明のガスセンサは、
上述したいずれかの態様のセンサ素子
を備えたものである。
【００２６】
このガスセンサは、上述したいずれかの態様の本発明のセンサ素子を備えている。そのため、上述した本発明のセンサ素子と同様の効果、例えば素子本体の耐被水性が向上する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態のセンサ素子１０１の構成の一例を概略的に示した斜視図。
【図２】第１実施形態のガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図３のＣ−Ｃ断面図。
【図５】図３のＤ−Ｄ断面図。
【図６】第２実施形態のセンサ素子１０１Ａの断面図。
【図７】図６のＥ−Ｅ断面図。
【図８】第３実施形態のセンサ素子１０１Ｂの断面図。
【図９】図８のＦ−Ｆ断面図。
【図１０】第４実施形態のセンサ素子１０１Ｃの断面図。
【図１１】図１０のＧ−Ｇ断面図。
【図１２】第５実施形態のセンサ素子１０１Ｄの断面図。
【図１３】図１２のＨ−Ｈ断面図。
【図１４】第６実施形態のセンサ素子１０１Ｅの断面図。
【図１５】図１４のＩ−Ｉ断面図。
【図１６】第７実施形態のセンサ素子１０１Ｆの断面図。
【図１７】図１６のＪ−Ｊ断面図。
【図１８】図１６のＫ−Ｋ断面図。
【図１９】第８実施形態のセンサ素子１０１Ｇの断面図。
【図２０】図１９のＬ−Ｌ断面図。
【図２１】第９実施形態のセンサ素子１０１Ｈの断面図。
【図２２】図２１のＭ−Ｍ断面図。
【図２３】第１０実施形態のセンサ素子１０１Ｉの断面図。
【図２４】センサ素子１０１Ｉの前端周辺の上面図。
【図２５】第１１実施形態のセンサ素子１０１Ｊの断面図。
【図２６】センサ素子１０１Ｊの前端周辺の上面図。
【図２７】第１２実施形態のセンサ素子１０１Ｋの断面図。
【図２８】センサ素子１０１Ｋの前端周辺の上面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１実施形態］
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態であるガスセンサ１００が備えるセンサ素子１０１の構成の一例を概略的に示した斜視図である。図２は、ガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面図である。なお、図２中のセンサ素子１０１の断面部分は、図１のＡ−Ａ断面である。図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図３では、素子本体１０２の断面内部の図示は省略している。図４は、図３のＣ−Ｃ断面図である。図５は、図３のＤ−Ｄ断面図である。センサ素子１０１は長尺な直方体形状をしており、このセンサ素子１０１の長手方向（図２の左右方向）を前後方向とし、センサ素子１０１の厚み方向（図２の上下方向）を上下方向とする。また、センサ素子１０１の幅方向（前後方向及び上下方向に垂直な方向）を左右方向とする。
【００２９】
ガスセンサ１００は、例えば車両の排ガス管などの配管に取り付けられて、被測定ガスとしての排気ガスに含まれるＮＯｘやＯ2等の特定ガスの濃度を測定するために用いられる。本実施形態では、ガスセンサ１００は特定ガス濃度としてＮＯｘ濃度を測定するものとした。ガスセンサ１００は、センサ素子１０１を備えている。センサ素子１０１は、センサ素子本体１０２と、センサ素子本体１０２を被覆する多孔質の保護層８４と、を備えている。なお、センサ素子本体１０２は、センサ素子１０１のうち保護層８４以外の部分を指す。
【００３０】
図２に示すように、センサ素子１０１は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する素子である。また、これら６つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子１０１は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。
【００３１】
センサ素子１０１の一先端部（前方向の端部）であって、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
【００３２】
ガス導入口１０と、緩衝空間１２と、第１内部空所２０と、第２内部空所４０とは、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面で区画されたセンサ素子１０１内部の空間である。
【００３３】
第１拡散律速部１１と、第２拡散律速部１３と、第３拡散律速部３０とはいずれも、２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。なお、ガス導入口１０から第２内部空所４０に至る部位をガス流通部とも称する。
【００３４】
また、ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第３基板層３の上面と、スペーサ層５の下面との間であって、側部を第１固体電解質層４の側面で区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられている。基準ガス導入空間４３には、ＮＯｘ濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。
【００３５】
大気導入層４８は、多孔質セラミックスからなる層であって、大気導入層４８には基準ガス導入空間４３を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。
【００３６】
基準電極４２は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間４３につながる大気導入層４８が設けられている。また、後述するように、基準電極４２を用いて第１内部空所２０内や第２内部空所４０内の酸素濃度（酸素分圧）を測定することが可能となっている。
【００３７】
ガス流通部において、ガス導入口１０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口１０を通じて外部空間からセンサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第１拡散律速部１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間１２は、第１拡散律速部１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速部１３へと導くために設けられた空間である。第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第１内部空所２０に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子１０１外部から第１内部空所２０内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によってガス導入口１０からセンサ素子１０１内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所２０へ導入されるのではなく、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第１内部空所２０へ導入されるようになっている。これによって、第１内部空所２０へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第１内部空所２０は、第２拡散律速部１３を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。
【００３８】
主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部２２ａを有する内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６の上面の天井電極部２２ａと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極２３と、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層６とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。
【００３９】
内側ポンプ電極２２は、第１内部空所２０を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層６および第１固体電解質層４）、および、側壁を与えるスペーサ層５にまたがって形成されている。具体的には、第１内部空所２０の天井面を与える第２固体電解質層６の下面には天井電極部２２ａが形成され、また、底面を与える第１固体電解質層４の上面には底部電極部２２ｂが形成され、そして、それら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを接続するように、側部電極部（図示省略）が第１内部空所２０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。
【００４０】
内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とは、多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極２２は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【００４１】
主ポンプセル２１においては、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１内部空所２０に汲み入れることが可能となっている。
【００４２】
また、第１内部空所２０における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０が構成されている。
【００４３】
主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における起電力Ｖ０を測定することで第１内部空所２０内の酸素濃度（酸素分圧）がわかるようになっている。さらに、起電力Ｖ０が一定となるように可変電源２５のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これによって、第１内部空所内２０内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。
【００４４】
第３拡散律速部３０は、第１内部空所２０で主ポンプセル２１の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第２内部空所４０に導く部位である。
【００４５】
第２内部空所４０は、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。ＮＯｘ濃度の測定は、主として、補助ポンプセル５０により酸素濃度が調整された第２内部空所４０において、さらに、測定用ポンプセル４１の動作によりＮＯｘ濃度が測定される。
【００４６】
第２内部空所４０では、あらかじめ第１内部空所２０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、第２内部空所４０内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ１００においては精度の高いＮＯｘ濃度測定が可能となる。
【００４７】
補助ポンプセル５０は、第２内部空所４０に面する第２固体電解質層６の下面の略全体に設けられた天井電極部５１ａを有する補助ポンプ電極５１と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、センサ素子１０１の外側の適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。
【００４８】
係る補助ポンプ電極５１は、先の第１内部空所２０内に設けられた内側ポンプ電極２２と同様なトンネル形態とされた構造において、第２内部空所４０内に配設されている。つまり、第２内部空所４０の天井面を与える第２固体電解質層６に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所４０の底面を与える第１固体電解質層４には、底部電極部５１ｂが形成され、そして、それらの天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４０の側壁を与えるスペーサ層５の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極５１についても、内側ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【００４９】
補助ポンプセル５０においては、補助ポンプ電極５１と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２内部空所４０内に汲み入れることが可能となっている。
【００５０】
また、第２内部空所４０内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極５１と、基準電極４２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１が構成されている。
【００５１】
なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される起電力Ｖ１に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、補助ポンプセル５０がポンピングを行う。これにより第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
【００５２】
また、これとともに、そのポンプ電流Ｉｐ１が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０に入力され、その起電力Ｖ０が制御されることにより、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。ＮＯｘセンサとして使用する際は、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との働きによって、第２内部空所４０内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。
【００５３】
測定用ポンプセル４１は、第２内部空所４０内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、第２内部空所４０に面する第１固体電解質層４の上面であって第３拡散律速部３０から離間した位置に設けられた測定電極４４と、外側ポンプ電極２３と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって構成された電気化学的ポンプセルである。
【００５４】
測定電極４４は、多孔質サーメット電極である。測定電極４４は、第２内部空所４０内の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。さらに、測定電極４４は、第４拡散律速部４５によって被覆されてなる。
【００５５】
第４拡散律速部４５は、セラミックス多孔体にて構成される膜である。第４拡散律速部４５は、測定電極４４に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担うとともに、測定電極４４の保護膜としても機能する。測定用ポンプセル４１においては、測定電極４４の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出することができる。
【００５６】
また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、測定電極４４と、基準電極４２とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力Ｖ２に基づいて可変電源４６が制御される。
【００５７】
第２内部空所４０内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第４拡散律速部４５を通じて測定電極４４に到達することとなる。測定電極４４の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて（２ＮＯ→Ｎ2＋Ｏ2）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力Ｖ２が一定となるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２が制御される。測定電極４４の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。
【００５８】
また、測定電極４４と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と基準電極４２を組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極４４の周りの雰囲気中のＮＯｘ成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のＮＯｘ成分の濃度を求めることも可能である。
【００５９】
また、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、外側ポンプ電極２３と、基準電極４２とから電気化学的なセンサセル８３が構成されており、このセンサセル８３によって得られる起電力Ｖｒｅｆによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
【００６０】
このような構成を有するガスセンサ１００においては、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル４１に与えられる。したがって、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に略比例して、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル４１より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができるようになっている。
【００６１】
さらに、センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、ヒータコネクタ電極７１と、ヒータ７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、圧力放散孔７５と、を備えている。
【００６２】
ヒータコネクタ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極７１を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。
【００６３】
ヒータ７２は、第２基板層２と第３基板層３とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ７２は、スルーホール７３を介してヒータコネクタ電極７１と接続されており、該ヒータコネクタ電極７１を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子１０１を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。
【００６４】
また、ヒータ７２は、第１内部空所２０から第２内部空所４０の全域に渡って埋設されており、センサ素子１０１全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。
【００６５】
ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２とヒータ７２との間の電気的絶縁性、および、第３基板層３とヒータ７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。
【００６６】
圧力放散孔７５は、第３基板層３を貫通し、基準ガス導入空間４３に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。
【００６７】
また、素子本体１０２は、図１，２に示すように、一部が保護層８４により被覆されている。ここで、センサ素子１０１は直方体であるため、図１〜図３に示すように、センサ素子１０１の固体電解質層の外表面として、第１面１０２ａ（上面），第２面１０２ｂ（下面），第３面１０２ｃ（左側面），第４面１０２ｄ（右側面），第５面１０２ｅ（前端面），第６面１０２ｆ（後端面）、の６面を有している。保護層８４は、多孔質体であり、素子本体１０２の６個の表面（第１〜第６面１０２ａ〜１０２ｆ）のうち５面（第１〜第５面１０２ａ〜１０２ｅ）にそれぞれ形成された第１〜第５保護層８４ａ〜８４ｅを備えている。第１〜第５保護層８４ａ〜８４ｅを保護層８４と総称する。第１〜第４保護層８４ａ〜８４ｄの各々は、自身が形成されている素子本体１０２の表面のうち、素子本体１０２の前端面から後方に向かって距離Ｌ（図２参照）までの領域を全て覆っている。また、第１保護層８４ａは、第１面１０２ａのうち外側ポンプ電極２３が形成された部分も被覆している（図２，３参照）。第５保護層８４ｅは、ガス導入口１０も覆っているが、第５保護層８４ｅが多孔質体であるため、被測定ガスは保護層８４ｅの内部を流通してガス導入口に到達可能である。保護層８４は、素子本体１０２の一部（素子本体１０２の前端面を含む、前端面から距離Ｌまでの部分）を被覆して、その部分を保護するものである。保護層８４は、例えば被測定ガス中の水分等が付着して素子本体１０２にクラックが生じるのを抑制する役割を果たす。なお、距離Ｌは、ガスセンサ１００において素子本体１０２が被測定ガスに晒される範囲や、外側ポンプ電極２３の位置などに基づいて、（０＜距離Ｌ＜素子本体１０２の長手方向の長さ）の範囲で定められている。
【００６８】
なお、本実施形態では、図１に示すように、素子本体１０２は前後方向の長さと、左右方向の幅と、上下方向の厚さとがそれぞれ異なっており、長さ＞幅＞厚さとなっている。また、距離Ｌは素子本体１０２の幅及び厚さよりも大きい値であるものとした。
【００６９】
図２〜５に示すように、保護層８４は、内部に空間９０を有する。具体的には、第１保護層８４ａが上側空間９１を有し、第２保護層８４ｂが下側空間９２を有し、第３保護層８４ｃが左側空間９３を有し、第４保護層８４ｄが右側空間９４を有している。この空間９１〜９４を空間９０と総称する。
【００７０】
上側空間９１は、第１面１０２ａが露出した露出空間であり、略直方体形状に形成されている。上側空間９１は、図４に示すように、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときすなわち上面視で、第１面１０２ａのうち保護層８４（第１保護層８４ａ）に被覆されている領域（第１面１０２ａのうち前端面から距離Ｌまでの領域）の中心を含むように位置している。すなわち、第１面１０２ａのうち保護層８４（第１保護層８４ａ）に被覆されている領域の中心が、上側空間９１に露出している。なお、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の中心とは、その領域の前後方向の中央且つ左右方向の中央を意味する。また、上側空間９１は、上方からみたときに、上側空間９１の少なくとも一部が外側ポンプ電極２３の少なくとも一部と重なるように位置していてもよい。本実施形態では、図４に示すように、上方からみたときに、上側空間９１は外側ポンプ電極２３全体と重なる（上側空間９１が外側ポンプ電極２３全体を含む）ように位置している。すなわち、外側ポンプ電極２３全体が上側空間９１内に露出している。
【００７１】
下側空間９２，左側空間９３，右側空間９４は、上側空間９１とは異なりそれぞれ第２面１０２ｂ，第３面１０２ｃ，第４面１０２ｄが露出しているが、上側空間９１と同様の形状をしている。第２面１０２ｂ，第３面１０２ｃ，第４面１０２ｄに対する下側空間９２，左側空間９３，右側空間９４の位置関係は、第１面１０２ａに対する上側空間９１の位置関係と同様である。上側空間９１と下側空間９２とは上下対称な形状及び配置をしている。左側空間９３と右側空間９４とは左右対称な形状及び配置をしている。
【００７２】
具体的には、下側空間９２は、第２面１０２ｂが露出した露出空間であり、略直方体形状に形成されている。下側空間９２は、図５に示すように、第２面１０２ｂに垂直な方向すなわち下方からみたときに、第２面１０２ｂのうち保護層８４（第２保護層８４ｂ）に被覆されている領域（第２面１０２ｂのうち前端面から距離Ｌまでの領域）の中心を含むように位置している。
【００７３】
左側空間９３は、第３面１０２ｃが露出しており、第３面１０２ｃに垂直な方向すなわち左方からみたときに、第３面１０２ｃのうち保護層８４（第３保護層８４ｃ）に被覆されている領域（第３面１０２ｃのうち前端面から距離Ｌまでの領域）の中心を含むように位置している。右側空間９４は、第４面１０２ｄが露出しており、第４面１０２ｄに垂直な方向すなわち右方からみたときに、第４面１０２ｄのうち保護層８４（第４保護層８４ｄ）に被覆されている領域（第４面１０２ｄのうち前端面から距離Ｌまでの領域）の中心を含むように位置している。
【００７４】
保護層８４は、例えばアルミナ多孔質体、ジルコニア多孔質体、スピネル多孔質体、コージェライト多孔質体，チタニア多孔質体、マグネシア多孔質体などの多孔質体からなるものである。本実施形態では、保護層８４はアルミナ多孔質体からなるものとした。特に限定するものではないが、保護層８４の膜厚は例えば１００〜１０００μｍであり、保護層８４の気孔率は例えば５体積％〜８５体積％である。
【００７５】
こうして構成されたガスセンサ１００の製造方法を以下に説明する。ガスセンサ１００の製造方法では、まず素子本体１０２を製造し、次に素子本体１０２に保護層８４を形成してセンサ素子１０１を製造する。
【００７６】
素子本体１０２を製造する方法について説明する。まず、６枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。そして、第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６のそれぞれに対応して、各セラミックスグリーンシートに電極や絶縁層、抵抗発熱体等のパターンを印刷する。このように各種のパターンを形成したあと、グリーンシートを乾燥する。その後、それらを積層して積層体とする。こうして得られた積層体は、複数個の素子本体１０２を包含したものである。その積層体を切断して素子本体１０２の大きさに切り分け、所定の焼成温度で焼成して、素子本体１０２を得る。
【００７７】
次に、素子本体１０２に保護層８４を形成する方法について説明する。保護層８４の形成は、ゲルキャスト法，スクリーン印刷，ディッピング，プラズマ溶射などの種々の方法により形成することができる。また、保護層８４内の空間９０の形成は、燃焼によって消失する消失材（例えばカーボン，テオブロミンなど）を用いて行うことができる。
【００７８】
なお、ゲルキャスト法は、スラリーを、スラリー自身の化学反応により固化して成形体とする方法である。例えば、成形型の内部に素子本体１０２の一部（被覆したい部分）を露出させ、成形型と素子本体１０２との隙間にスラリーを流し込み、固化させる。ゲルキャスト法に用いるスラリーとしては、例えば、保護層８４の原料粉末（セラミックス粒子など）と、焼結助剤と、有機溶媒と、分散剤及びゲル化剤とを含むものを用いることができる。ゲル化剤としては、重合可能な少なくとも２種類の有機化合物を含むものであれば、特に限定されないが、例えば、ウレタン反応が可能な２種類の有機化合物を含むものなどが挙げられる。このような２種類の有機化合物としては、イソシアネート類とポリオール類が挙げられる。スラリーを調製するに当たっては、まず、原料粉末、焼結助剤、有機溶媒及び分散剤を所定の割合で添加して所定時間に亘ってこれらを混合することによりスラリー前駆体を調製する。そして、スラリーを使用する直前に、そのスラリー前駆体にゲル化剤を添加して混合することによりスラリーとする。なお、スラリー前駆体に、ゲル化剤を構成するイソシアネート類、ポリオール類及び触媒のいずれか１つか２つを添加しておき、その後、スラリーを調製する際に、残りの成分を添加してもよい。スラリー前駆体にゲル化剤を添加したあとのスラリーは、時間経過に伴いゲル化剤の化学反応（ウレタン反応）が進行し始めるため、速やかに成形型内に流し込むことが好ましい。
【００７９】
例えば、保護層８４を形成する場合、以下のように行う。まず、素子本体１０２の表面に、消失材を塗布及び乾燥することで、上側空間９１，下側空間９２，左側空間９３，右側空間９４の形状の消失体を形成する。消失材の塗布は、例えばスクリーン印刷，グラビア印刷，インクジェット印刷などによって行うことができる。また、塗布及び乾燥を複数回繰り返して消失体を形成しても良い。次に、素子本体１０２の表面に保護層８４を形成する。これにより、空間９０の形状の消失体を備えた保護層８４が形成される。その後、消失体を燃焼により消失させる。これにより、消失体の部分が空間９０となり、内部に空間９０を有する保護層８４が形成される。このようにして素子本体１０２に保護層８４を形成し、センサ素子１０１を得る。なお、ゲルキャスト法，スクリーン印刷又はディッピングにより保護層８４を形成する際には、保護層８４となるスラリーを固化や乾燥させた後に、スラリーを焼成して保護層８４とする。この場合、保護層８４の焼成と消失体の燃焼とを同時に行ってもよい。また、プラズマ溶射により保護層８４を形成する場合には、保護層８４を形成した後に消失体を燃焼により消失させればよい。
【００８０】
なお、空間９０の形状の消失体を備えた保護層８４（あるいは焼成前の保護層８４）を形成する際には、保護層８４の一部の形成と消失体の一部の形成とを繰り返し行って、素子本体１０２の表面から厚さ方向に徐々に積層していくことで保護層８４と消失体とを形成してもよい。また、保護層８４の形成は、第１〜第５保護層８４ａ〜８４ｅをまとめて形成して行ってもよいし、第１〜第５保護層８４ａ〜８４ｅを１層ずつ形成して行ってもよい。
【００８１】
このようにしてセンサ素子１０１を得ると、所定のハウジングに収容してガスセンサ１００の本体（図示せず）に組み込むことで、ガスセンサ１００が得られる。
【００８２】
こうして構成されたガスセンサ１００の使用時には、配管内の被測定ガスがセンサ素子１０１に到達し、保護層８４を通過してガス導入口１０内に流入する。そして、センサ素子１０１は、ガス導入口１０内に流入した被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する。このとき、被測定ガスに含まれる水分が保護層８４の表面に付着する場合がある。素子本体１０２は、上述したようにヒータ７２により固体電解質が活性化する温度（例えば８００℃など）に調整されており、素子１０２に水分が付着すると温度が急激に低下して素子本体１０２にクラックが生じる場合がある。ここで、本実施形態の保護層８４は、内部に空間９０を有している。これにより、保護層８４の厚さ方向（保護層８４の外周面から素子本体１０２へ向かう方向）への熱伝導を空間９０によって断熱できるため、保護層８４の表面に水が付着した場合の素子本体１０２の冷えが抑制される。具体的には、上側空間９１，下側空間９２，左側空間９３，右側空間９４の各々が存在することで、保護層８４の上側，下側，左側，右側の各々の表面に水が付着した場合の素子本体１０２の冷えを抑制できる。したがって、本実施形態では、素子本体１０２の耐被水性が向上している。
【００８３】
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の素子本体１０２が本発明の素子本体に相当し、外側ポンプ電極２３が外側電極に相当し、上側空間９１が露出空間に相当し、保護層８４が保護層に相当する。
【００８４】
以上詳述した本実施形態のガスセンサ１００によれば、センサ素子１０１は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を備えた長尺な直方体形状の素子本体１０２と、素子本体１０２の第１面１０２ａに配置された外側ポンプ電極２３と、素子本体１０２の第１面１０２ａの少なくとも一部を被覆し、第１面１０２ａが露出した１以上の露出空間（上側空間９１）を有する保護層８４と、を備えている。これにより、保護層８４の厚さ方向への熱伝導（特に第１保護層８４ａの上側表面から下方への熱伝導）を上側空間９１によって断熱できるため、保護層８４の表面に水が付着した場合の素子本体１０２の冷えが抑制される。したがって、素子本体１０２の耐被水性が向上する。また、下側空間９２，左側空間９３，右側空間９４の各々が存在することで、第２〜第４保護層８４ｂ〜８４ｄの各々の表面に水が付着した場合の素子本体１０２の冷えを抑制できるため、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。
【００８５】
また、上側空間９１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の中央と重なるように位置している。ここで、保護層８４に被覆されている領域の中央は比較的高温になりやすく、中央から遠い部分（例えば第１面１０２ａの端部に近い部分など）は比較的高温になりにくい。そのため、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の中央を上側空間９１によって断熱することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。
【００８６】
さらに、上側空間９１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、少なくとも一部が外側ポンプ電極２３の少なくとも一部と重なるように位置している。ここで、外側ポンプ電極２３は、固体電解質層（各層１〜６）と比べて熱伝導率が比較的高く、比較的高温になりやすい。そのため、外側ポンプ電極２３の少なくとも一部を上側空間９１によって断熱することで、耐被水性がより向上する。また、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、上側空間９１は外側ポンプ電極２３全体と重なる（上側空間９１が外側ポンプ電極２３全体を含む）ように位置しているため、外側ポンプ電極２３全体を上側空間９１によって断熱できる。これにより、素子本体１０２の耐被水性がさらに向上する。
【００８７】
［第２実施形態］
図６は、第２実施形態のセンサ素子１０１Ａの断面図である。図７は、図６のＥ−Ｅ断面図である。センサ素子１０１Ａは、保護層８４が空間９０とは異なる空間９０Ａを備えており、それ以外の点は第１実施形態のセンサ素子１０１と同じである。
【００８８】
空間９０Ａは、上側空間９１Ａ，下側空間９２Ａ，左側空間９３Ａ，右側空間９４Ａを有している。上側空間９１Ａは、第１保護層８４ａの上面に開口する連通孔Ｈ１をさらに備えている点以外は、第１実施形態の上側空間９１と同じである。同様に、各空間９２Ａ〜９４Ａは、保護層８４の外側の面に開口する連通孔Ｈ２〜Ｈ４をさらに備えている点以外は、第１実施形態の各空間９２〜９４と同じである。
【００８９】
連通孔Ｈ１は、保護層８４の上面に略四角形状に開口した直方体形状の空間である。ただし、これに限らず例えば円形に開口していてもよい。この連通孔Ｈ１により、上側空間９１Ａは保護層８４の外部と連通している。連通孔Ｈ１の位置は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央としてもよいし、左右方向の中央としてもよいし、中心（前後左右の中央）としてもよい。また、連通孔Ｈ１の位置は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、外側ポンプ電極２３と重なる位置としてもよい。本実施形態では、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、連通孔Ｈ１は、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の中心であり、外側ポンプ電極２３と重なる位置に形成されている。
【００９０】
連通孔Ｈ２〜Ｈ４の、それぞれ対応する第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄに対する位置関係や形状は、第１面１０２ａに対する連通孔Ｈ１の位置関係や形状と同様である。なお、本実施形態では、上側空間９１Ａと下側空間９２Ａとは上下対称な形状及び配置をしている。左側空間９３Ａと右側空間９４Ａとは左右対称な形状及び配置をしている。
【００９１】
以上説明したセンサ素子１０１Ａも、センサ素子１０１と同様に、各空間９１Ａ〜９４Ａが存在することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。また、上側空間９１Ａは、第１保護層８４ａの外部と連通する開口（連通孔Ｈ１の開口）を有している。これにより、開口から上側空間９１Ａ内の熱を逃がすことができるため、素子本体１０２の過熱が抑制される。したがって、保護層８４の表面に水が付着した場合の素子本体１０２の急激な温度低下を抑制でき、素子本体１０２の耐被水性が向上する。同様に、各空間９２Ａ〜９４Ａが連通孔Ｈ２〜Ｈ４の開口を有することで、素子本体１０２の耐被水性が向上する。
【００９２】
［第３実施形態］
図８は、第３実施形態のセンサ素子１０１Ｂの断面図である。図９は、図８のＦ−Ｆ断面図である。センサ素子１０１Ｂは、保護層８４が空間９０とは異なる空間９０Ｂを備えており、それ以外の点は第１実施形態のセンサ素子１０１と同じである。
【００９３】
空間９０Ｂは、上側空間９１Ｂ，下側空間９２Ｂ，左側空間９３Ｂ，右側空間９４Ｂを有している。上側空間９１Ｂは、第１面１０２ａが露出した複数の露出空間９５Ｂ１と、露出空間９５Ｂ１に対して第１面１０２ａに垂直な方向（上方）にずれて位置し第１面１０２ａが露出しない複数の非露出空間９６Ｂ１と、を有している。露出空間９５Ｂ１は、略直方体形状の空間である。露出空間９５Ｂ１は、図９に示すように左右方向に３個，前後方向に４個の計１２個が存在し、上面視で格子状に配列されている。非露出空間９６Ｂ１は、略直方体形状の空間である。非露出空間９６Ｂ１は、図９に示すように左右方向に４個，前後方向に５個の計２０個が存在し、上面視で格子状に配列されている。複数の露出空間９５Ｂ１はいずれも上下方向の長さが同じである。また、複数の非露出空間９６Ｂ１はいずれも上下方向の長さが同じであり、上下方向の位置も同じである。すなわち、複数の露出空間９５Ｂ１と複数の非露出空間９６Ｂ１とは、上下２段に配列されている。
【００９４】
複数の露出空間９５Ｂ１と複数の非露出空間９６Ｂ１とは、上下方向に垂直な方向から見たときに互いの位置が重複しないように、上下に離れた高さに位置している。また、複数の露出空間９５Ｂ１と複数の非露出空間９６Ｂ１とは、互いに左右方向にずれた位置且つ前後方向にずれた位置に配置されている。
【００９５】
下側空間９２Ｂは、第２面１０２ｂが露出した複数の露出空間９５Ｂ２と、露出空間９５Ｂ２に対して第２面１０２ｂに垂直な方向（下方）にずれて位置し第２面１０２ｂが露出しない複数の非露出空間９６Ｂ２と、を有している。左側空間９３Ｂは、第３面１０２ｃが露出した複数の露出空間９５Ｂ３と、露出空間９５Ｂ３に対して第３面１０２ｃに垂直な方向（左方）にずれて位置し第３面１０２ｃが露出しない複数の非露出空間９６Ｂ３と、を有している。右側空間９４Ｂは、第４面１０２ｄが露出した複数の露出空間９５Ｂ４と、露出空間９５Ｂ４に対して第４面１０２ｄに垂直な方向（右方）にずれて位置し第４面１０２ｄが露出しない複数の非露出空間９６Ｂ４と、を有している。各露出空間９５Ｂ２〜９５Ｂ４，各非露出空間９６Ｂ２〜９６Ｂ４の、それぞれ対応する第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄに対する位置関係や形状は、第１面１０２ａに対する露出空間９５Ｂ１，非露出空間９６Ｂ１の位置関係や形状と同様である。なお、本実施形態では、露出空間９５Ｂ３，９５Ｂ４はそれぞれ上下方向に１個，前後方向に４個の計４個とした。また、非露出空間９６Ｂ３，９６Ｂ４はそれぞれ上下方向に２個，前後方向に５個の計１０個とした。また、本実施形態では、上側空間９１Ｂと下側空間９２Ｂとは上下対称な形状及び配置をしている。左側空間９３Ｂと右側空間９４Ｂとは左右対称な形状及び配置をしている。
【００９６】
以上説明したセンサ素子１０１Ｂも、センサ素子１０１と同様に、各空間９１Ｂ〜９４Ｂが存在することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。また、第１保護層８４ａは、複数の露出空間９５Ｂ１と、複数の露出空間９５Ｂ１の少なくとも１つに対して第１面１０２ａに垂直な方向にずれて位置し第１面１０２ａが露出しない複数の非露出空間９６Ｂ１と、を有している。第１保護層８４ａ内にこのような複数の空間がある場合、合計容積が同じ１つの空間がある場合と比べて、第１保護層８４ａの強度は低下しにくい。そのため、第１保護層８４ａ内に空間を設けることで素子本体１０２の耐被水性を向上させつつ、空間が存在することによる第１保護層８４ａの強度の低下を抑制できる。また、複数の露出空間９５Ｂ１に対して垂直な方向にずれて位置する複数の非露出空間９６Ｂ１があることで、同じ形状及び数の複数の空間が全て第１面１０２ａに平行な方向にずれて位置している（垂直な方向にはずれていない）場合と比べて、空間同士の位置を離しやすい。そのため、第１保護層８４ａの強度の低下をより抑制できる。各空間９２Ｂ〜９４Ｂについても、同様の構成により同様の効果が得られる。
【００９７】
［第４実施形態］
図１０は、第４実施形態のセンサ素子１０１Ｃの断面図である。図１１は、図１０のＧ−Ｇ断面図である。センサ素子１０１Ｃは、保護層８４が空間９０Ｂとは異なる空間９０Ｃを備えており、それ以外の点は第３実施形態のセンサ素子１０１Ｂと同じである。
【００９８】
空間９０Ｃは、上側空間９１Ｃ，下側空間９２Ｃ，左側空間９３Ｃ，右側空間９４Ｃを有している。上側空間９１Ｃは、第１面１０２ａが露出した複数の露出空間９５Ｃ１と、露出空間９５Ｃ１に対して第１面１０２ａに垂直な方向（上方）にずれて位置し第１面１０２ａが露出しない複数の非露出空間９６Ｃ１と、を有している。同様に、各空間９２Ｃ〜９４Ｃは、複数の露出空間９５Ｃ２〜９５Ｃ４と、複数の非露出空間９６Ｃ２〜Ｃ４と、を有している。
【００９９】
非露出空間９６Ｃ１の数，形状，配置は、第３実施形態の非露出空間９６Ｂ１と同じである。同様に、非露出空間９６Ｃ２〜９６Ｃ４の数，形状，配置は、第３実施形態の非露出空間９６Ｂ２〜９６Ｂ４と同じである。
【０１００】
複数の露出空間９５Ｃ１は、複数の非露出空間９６Ｃ１に対して第１面１０２ａに垂直な方向及び前後方向にずれて位置しているが、左右方向の位置は同じである。この点が第３実施形態の露出空間９５Ｂ１と非露出空間９６Ｂ１との位置関係と異なる。図１１に示すように、露出空間９５Ｃ１は、左右方向に４個，前後方向に４個の計１６個が存在し、上面視で格子状に配列されている。
【０１０１】
同様に、複数の露出空間９５Ｃ２〜９５Ｃ４についても、対応する複数の非露出空間９６Ｃ２〜９６Ｃ４と左右方向の位置は同じである。なお、各露出空間９５Ｃ２〜９５Ｃ４の、それぞれ対応する第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄに対する位置関係や形状は、第１面１０２ａに対する露出空間９５Ｃ１の位置関係や形状と同様である。なお、本実施形態では、露出空間９５Ｃ３，９５Ｃ４はそれぞれ上下方向に２個，前後方向に４個の計８個とした。また、本実施形態では、上側空間９１Ｃと下側空間９２Ｃとは上下対称な形状及び配置をしている。左側空間９３Ｃと右側空間９４Ｃとは左右対称な形状及び配置をしている。
【０１０２】
以上説明したセンサ素子１０１Ｃも、センサ素子１０１やセンサ素子１０１Ｂと同様の構成により、同様の効果が得られる。
【０１０３】
［第５実施形態］
図１２は、第５実施形態のセンサ素子１０１Ｄの断面図である。図１３は、図１２のＨ−Ｈ断面図である。センサ素子１０１Ｄは、保護層８４が空間９０とは異なる空間９０Ｄを備えており、それ以外の点は第１実施形態のセンサ素子１０１と同じである。
【０１０４】
空間９０Ｄは、上側空間９１Ｄ，下側空間９２Ｄ，左側空間９３Ｄ，右側空間９４Ｄを有している。上側空間９１Ｄは、上側空間９１Ｄを第１面１０２ａに垂直な方向に支持する柱状部Ｐ１が複数形成されている点以外は、第１実施形態の上側空間９１と同じである。同様に、各空間９２Ｄ〜９４Ｄは、それぞれ対応する第２面〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄに垂直な方向に各空間を支持する柱状部Ｐ２〜Ｐ４が複数形成されている点以外は、第１実施形態の各空間９２〜９４と同じである。
【０１０５】
柱状部Ｐ１は、第１保護層８４ａの一部であり、四角柱状の形状をしている。柱状部Ｐ１の形状は、これに限らず円柱状や三角柱状，五角形以上の多角柱状などとしてもよい。図１３に示すように、複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央から遠いほど柱状部Ｐ１の密度が高くなる傾向に配置されている。より具体的には、前後方向の中央から遠いほど単位面積あたりの柱状部Ｐ１の数が多くなる傾向（複数の柱状部Ｐ１が密集する傾向）に配置されている。換言すると、複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の前端や後端に近いほど、単位面積あたりの柱状部Ｐ１の数が多くなる傾向に配置されている。また、複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、外側ポンプ電極２３から遠いほど単位面積あたりの柱状部Ｐ１の数が多くなる傾向に配置されている。複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、外側ポンプ電極２３と重なる位置の柱状部Ｐ１と比べて外側ポンプ電極２３と重ならない位置の柱状部Ｐ１の単位面積あたりの数が多くなる傾向に配置されている。
【０１０６】
柱状部Ｐ２〜Ｐ４の、それぞれ対応する第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄに対する位置関係や形状は、第１面１０２ａに対する柱状部Ｐ１の位置関係や形状と同様である。例えば、柱状部Ｐ２は、第２面１０２ｂに垂直な方向からみたときに、第２面１０２ｂのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央から遠いほど単位面積あたりの柱状部Ｐ２の数が多くなる傾向に配置されている。柱状部Ｐ３は、第３面１０２ｃに垂直な方向からみたときに、第３面１０２ｃのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央から遠いほど単位面積あたりの柱状部Ｐ３の数が多くなる傾向に配置されている。柱状部Ｐ４は、第４面１０２ｄに垂直な方向からみたときに、第４面１０２ｄのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央から遠いほど単位面積あたりの柱状部Ｐ４の数が多くなる傾向に配置されている。なお、本実施形態では、複数の柱状部Ｐ１と複数の柱状部Ｐ２とは上下対称な形状及び配置をしている。複数の柱状部Ｐ３と複数の柱状部Ｐ４とは左右対称な形状及び配置をしている。
【０１０７】
以上説明したセンサ素子１０１Ｄも、センサ素子１０１と同様に、各空間９１Ｄ〜９４Ｄが存在することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。また、第１保護層８４ａは、上側空間９１Ｄについて、上側空間９１Ｄを第１面１０２ａに垂直な方向に支持する１以上の柱状部Ｐ１を有している。そのため、柱状部Ｐ１が上側空間９１Ｄを支持することで、第１保護層８４ａの強度の低下を抑制できる。さらに、第１保護層８４ａは、複数の柱状部Ｐ１を有しており、複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａのうち第１保護層８４ａに被覆されている領域の中央から遠いほど柱状部Ｐ１の密度が高くなる傾向に配置されている。ここで、第１保護層８４ａに被覆されている領域の中央は比較的高温になりやすく、中央から遠い部分（例えば第１面１０２ａの端部に近い部分など）は比較的高温になりにくい。そのため、比較的高温になりにくい部分ほど柱状部Ｐ１の密度が高くなる傾向にすることで、柱状部Ｐ１によって第１保護層８４ａの強度の低下を抑制しつつ、高温になりやすい領域については柱状部Ｐ１が存在することによる上側空間９１Ｄの断熱効果の低下を抑制できる。したがって、第１保護層８４ａの強度の低下をより抑制しつつ、素子本体１０２の耐被水性をより向上させることができる。各空間９２Ｄ〜９４Ｄについても、同様の構成により同様の効果が得られる。
【０１０８】
また、複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、外側ポンプ電極２３から遠いほど柱状部Ｐ１の密度が高くなる傾向に配置されている。ここで、外側ポンプ電極２３は、固体電解質層（各層１〜６）と比べて熱伝導率が比較的高いため、第１面１０２ａのうち外側ポンプ電極２３が配置されていない部分と比べて高温になりやすい。そのため、比較的高温になりにくい部分である外側ポンプ電極２３から遠い部分ほど柱状部Ｐ１の密度が高くなる傾向に柱状部Ｐ１を配置することで、柱状部Ｐ１によって第１保護層８４ａの強度の低下を抑制しつつ、高温になりやすい外側ポンプ電極２３については柱状部Ｐ１が存在することによる上側空間９１Ｄの断熱効果の低下を抑制できる。したがって、第１保護層８４ａの強度の低下をより抑制しつつ、素子本体１０２の耐被水性をより向上させることができる。
【０１０９】
［第６実施形態］
図１４は、第６実施形態のセンサ素子１０１Ｅの断面図である。図１５は、図１４のＩ−Ｉ断面図である。センサ素子１０１Ｅは、保護層８４が空間９０Ｄとは異なる空間９０Ｅを備えており、それ以外の点は第５実施形態のセンサ素子１０１Ｄと同じである。
【０１１０】
空間９０Ｅは、上側空間９１Ｅ，下側空間９２Ｅ，左側空間９３Ｅ，右側空間９４Ｅを有している。各空間９１Ｅ〜９４Ｅは、各空間９１Ｅ〜９４Ｅを支持する柱状部Ｐ１〜Ｐ４の配置や数が異なる点以外は、第５実施形態の各空間９１Ｄ〜９４Ｄと同じである。
【０１１１】
図１５に示すように、複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央に近いほど柱状部Ｐ１の密度が高くなる傾向に配置されている。より具体的には、前後方向の中央に近いほど単位面積あたりの柱状部Ｐ１の数が多くなる傾向（複数の柱状部Ｐ１が密集する傾向）に配置されている。また、複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、外側ポンプ電極２３に近いほど単位面積あたりの柱状部Ｐ１の数が多くなる傾向に配置されている。複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、外側ポンプ電極２３と重ならない位置の柱状部Ｐ１と比べて外側ポンプ電極２３と重なる位置の柱状部Ｐ１の単位面積あたりの数が多くなる傾向に配置されている。
【０１１２】
柱状部Ｐ２〜Ｐ４の、それぞれ対応する第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄに対する位置関係や形状は、第１面１０２ａに対する柱状部Ｐ１の位置関係や形状と同様である。例えば、柱状部Ｐ２は、第２面１０２ｂに垂直な方向からみたときに、第２面１０２ｂのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央に近いほど単位面積あたりの柱状部Ｐ２の数が多くなる傾向に配置されている。柱状部Ｐ３は、第３面１０２ｃに垂直な方向からみたときに、第３面１０２ｃのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央に近いほど単位面積あたりの柱状部Ｐ３の数が多くなる傾向に配置されている。柱状部Ｐ４は、第４面１０２ｄに垂直な方向からみたときに、第４面１０２ｄのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央に近いほど単位面積あたりの柱状部Ｐ４の数が多くなる傾向に配置されている。なお、本実施形態では、複数の柱状部Ｐ１と複数の柱状部Ｐ２とは上下対称な形状及び配置をしている。複数の柱状部Ｐ３と複数の柱状部Ｐ４とは左右対称な形状及び配置をしている。
【０１１３】
以上説明したセンサ素子１０１Ｅも、センサ素子１０１と同様に、各空間９１Ｅ〜９４Ｅが存在することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。また、柱状部Ｐ１が上側空間９１Ｅを支持することで、第１保護層８４ａの強度の低下を抑制できる。各空間９２Ｅ〜９４Ｅについても、同様の構成により同様の効果が得られる。
【０１１４】
［第７実施形態］
図１６は、第７実施形態のセンサ素子１０１Ｆの断面図である。図１７は、図１６のＪ−Ｊ断面図である。図１８は、図１６のＫ−Ｋ断面図である。センサ素子１０１Ｆは、保護層８４が空間９０とは異なる空間９０Ｆを備えており、それ以外の点は第１実施形態のセンサ素子１０１と同じである。
【０１１５】
空間９０Ｆは、上側空間９１Ｆ，下側空間９２Ｆ，左側空間９３Ｆ，右側空間９４Ｆを有している。図１７に示すように、上側空間９１Ｆは、長手方向が第１面１０２ａの長手方向（前後方向）に沿った露出空間である第１露出空間９７Ｆ１を、第１面１０２ａの短手方向（左右方向）に沿って複数有している。また、上側空間９１Ｆは、長手方向が第１面１０２ａの短手方向に沿うと共に第１露出空間９７Ｆ１と交差する露出空間である第２露出空間９８Ｆ１を、第１面１０２ａの長手方向に沿って複数有している。なお、本実施形態では、第１露出空間９７Ｆ１は２個存在し、第２露出空間９８Ｆ１は５個存在するものとした。複数の第２露出空間９８Ｆ１は、前後方向に均等な間隔で位置している。
【０１１６】
第１露出空間９７Ｆ１及び第２露出空間９８Ｆ１は、いずれも略直方体形状の空間である。また、第１露出空間９７Ｆ１は、スリット状の形状をしており、第１面１０２ａの短手方向に沿った１辺（左右方向の辺）が他の２辺（上下方向，前後方向の辺）よりも短い。第２露出空間９８Ｆ１は、スリット状の形状をしており、第１面１０２ａの長手方向に沿った１辺（前後方向の辺）が他の２辺（上下方向，左右方向の辺）よりも短い。
【０１１７】
下側空間９２Ｆは、上側空間９１Ｆと同様に複数の第１露出空間９７Ｆ２と、複数の第２露出空間９８Ｆ２と、を有している。左側空間９３Ｆは、上側空間９１Ｆと同様に複数の第１露出空間９７Ｆ３と、複数の第２露出空間９８Ｆ３と、を有している。右側空間９４Ｆは、上側空間９１Ｆと同様に複数の第１露出空間９７Ｆ４と、複数の第２露出空間９８Ｆ４と、を有している。
【０１１８】
各第１露出空間９７Ｆ２〜９７Ｆ４，各第２露出空間９８Ｆ２〜９８Ｆ４の、それぞれ対応する第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄに対する位置関係や形状は、第１面１０２ａに対する第１露出空間９７Ｆ１，第２露出空間９８Ｆ１の位置関係や形状と同様である。例えば、複数の第１露出空間９７Ｆ２〜９７Ｆ４は、長手方向がそれぞれ対応する第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄの長手方向（前後方向）に沿っている。複数の第２露出空間９８Ｆ２〜９８Ｆ４は、長手方向がそれぞれ対応する第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄの短手方向に沿っている。また、複数の第１露出空間９７Ｆ２と複数の第２露出空間９８Ｆ２とは交差しており、複数の第１露出空間９７Ｆ３と複数の第２露出空間９８Ｆ３とは交差しており、複数の第１露出空間９７Ｆ４と複数の第２露出空間９８Ｆ４とは交差している。また、本実施形態では、上側空間９１Ｆと下側空間９２Ｆとは上下対称な形状及び配置をしている。左側空間９３Ｆと右側空間９４Ｆとは左右対称な形状及び配置をしている。
【０１１９】
以上説明したセンサ素子１０１Ｆも、センサ素子１０１と同様に、各空間９１Ｆ〜９４Ｆが存在することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。また、第１保護層８４ａは、複数の第１露出空間９７Ｆ１と複数の第２露出空間９８Ｆ１とを有している。第１面１０２ａの長手方向に沿った細長い第１露出空間９７Ｆ１が第１面１０２ａの短手方向に沿って複数存在することで、被水時の第１保護層８４ａと素子本体１０２との熱膨張係数差に起因する、第１保護層８４ａから素子本体１０２に対する第１面１０２ａの短手方向に沿った応力が低減される。また、第１面１０２ａの短手方向に沿った細長い第２露出空間９８Ｆ１が第１面１０２ａの長手方向に沿って複数存在することで、被水時の第１保護層８４ａと素子本体１０２との熱膨張係数差に起因する、第１保護層８４ａから素子本体１０２に対する第１面１０２ａの長手方向に沿った応力が低減される。これらにより、被水時に素子本体１０２が割れにくくなり、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。第２〜第４保護層８４ｂ〜８４ｄの各々についても、各空間９２Ｆ〜９４Ｆが存在することで、同様の構成により同様の効果が得られる。
【０１２０】
［第８実施形態］
図１９は、第８実施形態のセンサ素子１０１Ｇの断面図である。図２０は、図１９のＬ−Ｌ断面図である。センサ素子１０１Ｇは、保護層８４が空間９０Ｇを備えている。空間９０Ｇは、上側空間９１Ｇ，下側空間９２Ｇ，左側空間９３Ｇ，右側空間９４Ｇを有している。上側空間９１Ｇは、複数の第１露出空間９７Ｆ１を備えており、第２露出空間９８Ｆ１を備えない点以外は、第７実施形態の上側空間９１Ｆと同じである。同様に、各空間９２Ｇ〜９４Ｇは、それぞれ複数の第１露出空間９７Ｆ２〜９７Ｆ４を備えており、それぞれ第２露出空間９８Ｆ２〜９８Ｆ４を備えない点以外は、第７実施形態の各空間９２Ｆ〜９４Ｆと同じである。
【０１２１】
以上説明したセンサ素子１０１Ｇも、センサ素子１０１と同様に、各空間９１Ｇ〜９４Ｇが存在することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。また、第１保護層８４ａが複数の第１露出空間９７Ｆ１を有していることで、第７実施形態と同様に、被水時の第１保護層８４ａと素子本体１０２との熱膨張係数差に起因する、第１保護層８４ａから素子本体１０２に対する第１面１０２ａの短手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体１０２が割れにくくなり、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。第２〜第４保護層８４ｂ〜８４ｄの各々についても、それぞれ第１露出空間９７Ｆ２〜９７Ｆ４が存在することで、同様の効果が得られる。
【０１２２】
［第９実施形態］
図２１は、第９実施形態のセンサ素子１０１Ｈの断面図である。図２２は、図２１のＭ−Ｍ断面図である。センサ素子１０１Ｈは、保護層８４が空間９０Ｈを備えている。空間９０Ｈは、上側空間９１Ｈ，下側空間９２Ｈ，左側空間９３Ｈ，右側空間９４Ｈを有している。上側空間９１Ｈは、複数の第２露出空間９８Ｆ１を備えており、第１露出空間９７Ｆ１を備えない点以外は、第７実施形態の上側空間９１Ｆと同じである。同様に、各空間９２Ｈ〜９４Ｈは、それぞれ複数の第２露出空間９８Ｆ２〜９８Ｆ４を備えており、それぞれ第１露出空間９７Ｆ２〜９７Ｆ４を備えない点以外は、第７実施形態の各空間９２Ｆ〜９４Ｆと同じである。
【０１２３】
以上説明したセンサ素子１０１Ｈも、センサ素子１０１と同様に、各空間９１Ｈ〜９４Ｈが存在することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。また、第１保護層８４ａが複数の第２露出空間９８Ｆ１を有していることで、第７実施形態と同様に、被水時の第１保護層８４ａと素子本体１０２との熱膨張係数差に起因する、第１保護層８４ａから素子本体１０２に対する第１面１０２ａの長手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体１０２が割れにくくなり、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。第２〜第４保護層８４ｂ〜８４ｄの各々についても、それぞれ第２露出空間９８Ｆ２〜９８Ｆ４が存在することで、同様の効果が得られる。
【０１２４】
［第１０実施形態］
図２３は、第１０実施形態のセンサ素子１０１Ｉの断面図である。図２４は、センサ素子１０１Ｉの前端周辺の上面図である。センサ素子１０１Ｉは、保護層８４が空間９０とは異なる空間９０Ｉを備えており、それ以外の点は第１実施形態のセンサ素子１０１と同じである。
【０１２５】
空間９０Ｉは、上側空間９１Ｉ，下側空間９２Ｉ，左側空間９３Ｉ，右側空間９４Ｉをそれぞれ複数有している。上側空間９１Ｉは、第１面１０２ａが露出した露出空間である。上側空間９１Ｉは、長手方向が第１面１０２ａの長手方向に沿った略三角柱形状の空間である。複数の上側空間９１Ｉは、第１面１０２ａの短手方向に沿って複数（本実施形態では６個）並べて配置されている。上側空間９１Ｉは、図２３に示すように、第１面１０２ａに垂直な断面（上下左右方向に沿った断面）が三角形状をしている。そのため、上側空間９１Ｉは、第１面１０２ａから離れるほどすなわち上方に向かうほど、空間が狭くなる傾向の形状をしている。また、上側空間９１Ｉは、第１面１０２ａに垂直な断面視で第１面１０２ａに対向する三角形の２辺を構成する内表面Ｓａ１，Ｓｂ１を有している。内表面Ｓａ１，Ｓｂ１は、第１面１０２ａから離れるほどすなわち上方に向かうほど互いに近付く方向に傾斜している。また、複数の上側空間９１Ｉのうち左右方向の中央の４個の上側空間９１Ｉには、外側ポンプ電極２３が露出している。
【０１２６】
各空間９２Ｉ〜９４Ｉは、上側空間９１Ｉと同様に、第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄが露出した露出空間である。また、各空間９２Ｉ〜９４Ｉは、対応する第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄに垂直な断面視で対応する面に対向する三角形の２辺を構成する内表面Ｓａ２〜Ｓａ４，Ｓｂ２〜Ｓｂ４を有している。各空間９２Ｉ〜９４Ｉの、それぞれ対応する第２〜第４面１０２ｂ〜１０２ｄに対する位置関係や形状は、第１面１０２ａに対する上側空間９１Ｉの位置関係や形状と同様である。なお、左側空間９３Ｉ及び右側空間９４Ｉは、それぞれ上下方向に２個並べて配置されている。本実施形態では、複数の上側空間９１Ｉと複数の下側空間９２Ｉとは上下対称な形状及び配置をしている。複数の左側空間
９３Ｉと複数の右側空間９４Ｉとは左右対称な形状及び配置をしている。
【０１２７】
以上説明したセンサ素子１０１Ｉも、センサ素子１０１と同様に、各空間９１Ｉ〜９４Ｉが存在することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。また、上側空間９１Ｉは、第１面１０２ａから離れるほど空間が狭くなる傾向の形状をしている。このような形状の上側空間９１Ｉは、例えば図３の上側空間９１のように第１面１０２ａに平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、第１保護層８４ａの強度の低下を抑制できる。
【０１２８】
また、上側空間９１Ｉは、第１面１０２ａから離れるほど互いに近付く方向に傾斜した少なくとも２つの内表面Ｓａ１，Ｓｂ１を有している。このような内表面Ｓａ１，Ｓｂ１を有する上側空間９１Ｉは、例えば図３の上側空間９１のように第１面１０２ａに平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、第１保護層８４ａの強度の低下を抑制できる。
【０１２９】
また、第１保護層８４ａは、長手方向が第１面１０２ａの長手方向に沿った上側空間９１Ｉを、第１面１０２ａの短手方向に沿って複数有している。そのため、センサ素子１０１Ｆ，１０１Ｇと同様に、被水時の第１保護層８４ａと素子本体１０２との熱膨張係数差に起因する、第１保護層８４ａから素子本体１０２に対する第１面１０２ａの短手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体１０２が割れにくくなり、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。
【０１３０】
第２〜第４保護層８４ｂ〜８４ｄの各々についても、それぞれ各空間９２Ｉ〜９４Ｉが存在することで、第１保護層８４ａと同様の構成により同様の効果が得られる。
【０１３１】
［第１１実施形態］
図２５は、第１１実施形態のセンサ素子１０１Ｊの断面図である。図２６は、センサ素子１０１Ｊの前端周辺の上面図である。センサ素子１０１Ｊは、保護層８４が空間９０とは異なる空間９０Ｊを備えており、それ以外の点は第１実施形態のセンサ素子１０１と同じである。空間９０Ｊは、露出空間９５Ｊ１〜９５Ｊ６を有している。
【０１３２】
露出空間９５Ｊ１は、素子本体１０２の上側に配置された空間であり、第１面１０２ａが露出している。露出空間９５Ｊ１は、半楕円柱状の空間であり、第１面１０２ａに対向する内表面（保護層８４の内側すなわち下方を向いた面）が長方形を第１保護層８４ａの外側（上方）に湾曲させた曲面（円筒の内周面の一部に相当する曲面）となっている。そのため、露出空間９５Ｊ１は、第１面１０２ａに垂直な断面（上下左右方向に沿った断面）が半楕円形状をしており、第１面１０２ａから離れるほど（上方に向かうほど）空間が狭くなる傾向の形状をしている。外側ポンプ電極２３は、全体が露出空間９５Ｊ１に露出している。露出空間９５Ｊ１は、長手方向が第１面１０２ａの長手方向に沿っている。
【０１３３】
露出空間９５Ｊ２は、素子本体１０２の下側に配置された空間であり、第２面１０２ｂが露出している。露出空間９５Ｊ２は、半楕円柱状の空間であり、第２面１０２ｂに対向する内表面（保護層８４の内側すなわち上方を向いた面）が長方形を第２保護層８４ｂの外側（下方）に湾曲させた曲面（円筒の内周面の一部に相当する曲面）となっている。露出空間９５Ｊ２は、長手方向が第２面１０２ｂの長手方向に沿っている。露出空間９５Ｊ２は、露出空間９５Ｊ１と上下対称な形状及び配置をしている。
【０１３４】
露出空間９５Ｊ３は、素子本体１０２の左上に配置された空間であり、第１面１０２ａ及び第３面１０２ｃが露出している。露出空間９５Ｊ３は、円柱の一部を切り欠いた形状をしている。露出空間９５Ｊ３は、第１面１０２ａに対向する内表面（下方を向いた面）が長方形を第１保護層８４ａの外側（上方）に湾曲させた曲面（円筒の内周面の一部に相当する曲面）となっている。そのため、露出空間９５Ｊ３は、第１面１０２ａから離れるほど（上方に向かうほど）空間が狭くなる傾向の形状をしている。また、露出空間９５Ｊ３は、第３面１０２ｃに対向する内表面（右方を向いた面）が長方形を第３保護層８４ｃの外側（左方）に湾曲させた曲面（円筒の内周面の一部に相当する曲面）となっている。そのため、露出空間９５Ｊ３は、第３面１０２ｃから離れるほど（左方に向かうほど）空間が狭くなる傾向の形状をしている。露出空間９５Ｊ３は、長手方向が第１面１０２ａ及び第３面１０２ｃの長手方向に沿っている。
【０１３５】
露出空間９５Ｊ４は、素子本体１０２の左下に配置された空間であり、第２面１０２ｂ及び第３面１０２ｃが露出している。露出空間９５Ｊ４は、露出空間９５Ｊ３と上下対称な形状及び配置をしている。露出空間９５Ｊ５は、素子本体１０２の右上に配置された空間であり、第１面１０２ａ及び第４面１０２ｄが露出している。露出空間９５Ｊ５は、露出空間９５Ｊ３と左右対称な形状及び配置をしている。露出空間９５Ｊ６は、素子本体１０２の右下に配置された空間であり、第２面１０２ｂ及び第４面１０２ｄが露出している。露出空間９５Ｊ６は、露出空間９５Ｊ４と左右対称な形状及び配置をしており、露出空間９５Ｊ５と上下対称な形状及び配置をしている。
【０１３６】
露出空間９５Ｊ１，９５Ｊ３，９５Ｊ５は、第１面１０２ａの短手方向に沿って配置されている。露出空間９５Ｊ２，９５Ｊ４，９５Ｊ６は、第２面１０２ｂの短手方向に沿って配置されている。露出空間９５Ｊ３，９５Ｊ４は、第３面１０２ｃの短手方向に沿って配置されている。露出空間９５Ｊ５，９５Ｊ６は、第４面１０２ｄの短手方向に沿って配置されている。
【０１３７】
以上説明したセンサ素子１０１Ｊも、センサ素子１０１と同様に、各露出空間９５Ｊ１〜９５Ｊ６が存在することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。また、露出空間９５Ｊ１，９５Ｊ３，９５Ｊ５は、第１面１０２ａから離れるほど空間が狭くなる傾向の形状をしている。さらに、露出空間９５Ｊ１，９５Ｊ３，９５Ｊ５は、第１面１０２ａに対向する内表面が外側に湾曲した曲面になっている。このような形状の空間は、例えば図３の上側空間９１のように第１面１０２ａに平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、第１保護層８４ａの強度の低下を抑制できる。
【０１３８】
また、保護層８４は、長手方向が第１面１０２ａの長手方向に沿った複数の露出空間である露出空間９５Ｊ１，９５Ｊ３，９５Ｊ５を、第１面１０２ａの短手方向に沿って並べて有している。そのため、センサ素子１０１Ｆ，１０１Ｇと同様に、被水時の第１保護層８４ａと素子本体１０２との熱膨張係数差に起因する、第１保護層８４ａから素子本体１０２に対する第１面１０２ａの短手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体１０２が割れにくくなり、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。
【０１３９】
第２面１０２ｂに対する露出空間９５Ｊ２，９５Ｊ４，９５Ｊ６や、第３面１０２ｃに対する露出空間９５Ｊ３，９５Ｊ４、第４面１０２ｄに対する露出空間９５Ｊ５，９５Ｊ６についても、第１面１０２ａに対する露出空間９５Ｊ１，９５Ｊ３，９５Ｊ５と同様の構成により同様の効果が得られる。
【０１４０】
［第１２実施形態］
図２７は、第１２実施形態のセンサ素子１０１Ｋの断面図である。図２８は、センサ素子１０１Ｋの前端周辺の上面図である。センサ素子１０１Ｋは、保護層８４が空間９０とは異なる空間９０Ｋを備えており、それ以外の点は第１実施形態のセンサ素子１０１と同じである。空間９０Ｋは、露出空間９５Ｋ１〜９５Ｋ４を有している。
【０１４１】
露出空間９５Ｋ１，９５Ｋ２は、それぞれセンサ素子１０１Ｊの露出空間９５Ｊ１，９５Ｊ２と同じ空間である。
【０１４２】
露出空間９５Ｋ３は、素子本体１０２の上側，下側，左側にまたがって配置された空間であり、第１面１０２ａ，第２面１０２ｂ及び第３面１０２ｃが露出している。露出空間９５Ｋ３は、楕円柱の一部を切り欠いた形状をしている。露出空間９５Ｋ３は、第１面１０２ａに対向する内表面（下方を向いた面）が長方形を第１保護層８４ａの外側（上方）に湾曲させた曲面（円筒の内周面の一部に相当する曲面）となっている。そのため、露出空間９５Ｋ３は、第１面１０２ａから離れるほど（上方に向かうほど）空間が狭くなる傾向の形状をしている。露出空間９５Ｋ３は、第２面１０２ｂに対向する内表面（上方を向いた面）が長方形を第２保護層８４ｂの外側（下方）に湾曲させた曲面（円筒の内周面の一部に相当する曲面）となっている。そのため、露出空間９５Ｋ３は、第２面１０２ｂから離れるほど（下方に向かうほど）空間が狭くなる傾向の形状をしている。また、露出空間９５Ｋ３は、第３面１０２ｃに対向する内表面（右方を向いた面）が長方形を第３保護層８４ｃの外側（左方）に湾曲させた曲面（円筒の内周面の一部に相当する曲面）となっている。そのため、露出空間９５Ｋ３は、第３面１０２ｃから離れるほど（左方に向かうほど）空間が狭くなる傾向の形状をしている。露出空間９５Ｋ３は、長手方向が第１面１０２ａ，第２面１０２ｂ及び第３面１０２ｃの長手方向に沿っている。
【０１４３】
露出空間９５Ｋ４は、素子本体１０２の上側，下側，右側にまたがって配置された空間であり、第１面１０２ａ，第２面１０２ｂ及び第４面１０２ｄが露出している。露出空間９５Ｋ４は、露出空間９５Ｋ３と左右対称な形状及び配置をしている。
【０１４４】
露出空間９５Ｋ１，９５Ｋ３，９５Ｋ４は、第１面１０２ａの短手方向に沿って配置されている。露出空間９５Ｋ２，９５Ｋ３，９５Ｋ４は、第２面１０２ｂの短手方向に沿って配置されている。
【０１４５】
以上説明したセンサ素子１０１Ｋも、センサ素子１０１と同様に、各露出空間９５Ｋ１〜９５Ｋ４が存在することで、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。また、露出空間９５Ｋ１，９５Ｋ３，９５Ｋ４は、第１面１０２ａから離れるほど空間が狭くなる傾向の形状をしている。さらに、露出空間９５Ｋ１，９５Ｋ３，９５Ｋ４は、第１面１０２ａに対向する内表面が外側に湾曲した曲面になっている。このような形状の空間は、例えば図３の上側空間９１のように第１面１０２ａに平行な内表面を有する直方体形状の空間と比べて、第１保護層８４ａの強度の低下を抑制できる。第２面１０２ｂに対する露出空間９５Ｋ２，９５Ｋ３，９５Ｋ４や、第３面１０２ｃに対する露出空間９５Ｋ３、第４面１０２ｄに対する露出空間９５Ｋ４についても、第１面１０２ａに対する露出空間９５Ｋ１，９５Ｋ３，９５Ｋ４と同様の構成により同様の効果、すなわち第２〜第４保護層８４ｂ〜８４ｄの強度の低下を抑制できる効果が得られる。
【０１４６】
また、保護層８４は、長手方向が第１面１０２ａの長手方向に沿った複数の露出空間である露出空間９５Ｋ１，９５Ｋ３，９５Ｋ４を、第１面１０２ａの短手方向に沿って並べて有している。そのため、センサ素子１０１Ｆ，１０１Ｇと同様に、被水時の第１保護層８４ａと素子本体１０２との熱膨張係数差に起因する、第１保護層８４ａから素子本体１０２に対する第１面１０２ａの短手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体１０２が割れにくくなり、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。さらに、保護層８４は、長手方向が第２面１０２ｂの長手方向に沿った複数の露出空間である露出空間９５Ｋ２，９５Ｋ３，９５Ｋ４を、第２面１０２ｂの短手方向に沿って並べて有している。そのため、センサ素子１０１Ｆ，１０１Ｇと同様に、第２保護層８４ｂから素子本体１０２に対する第２面１０２ｂの短手方向に沿った応力が低減される。これにより、被水時に素子本体１０２が割れにくくなり、素子本体１０２の耐被水性がより向上する。
【０１４７】
なお、上述した第２〜第１２実施形態の保護層８４内の各空間についても、第１実施形態と同様に、燃焼によって消失する消失材を用いることで形成することができる。
【０１４８】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【０１４９】
例えば、上述した第１実施形態では、上側空間９１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の中心と重なるように位置していたが、これに限られない。例えば、上側空間９１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央とは重なり左右方向の中央とは重ならないようにしてもよいし、左右方向の中央とは重なり前後方向の中央とは重ならないようにしてもよいし、左右方向の中央と重ならず前後方向の中央とも重ならないようにしてもよい。
【０１５０】
上述した第１実施形態において、素子本体１０２がヒータ７２により通常駆動時の温度（例えば８００℃など）に加熱された状態における第１面１０２ａの中の最高温度の領域を最高温度領域とし、上側空間９１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、この最高温度領域と重なるように位置していてもよい。こうすれば、第１面１０２ａのうちセンサ素子１０１の使用時に最も高温となる領域を上側空間９１によって断熱できるため、素子本体の耐被水性がより向上する。
【０１５１】
上述した第２実施形態では、各空間９１Ａ〜９４Ａはそれぞれ連通孔Ｈ１〜Ｈ４を１つずつ有していたが、これに限られない。１つの空間が複数の連通孔を有していてもよい。また、保護層８４が複数の空間を有する場合に、外部に開口している空間と開口していない空間とがあってもよい。
【０１５２】
上述した第３実施形態では、露出空間９５Ｂ１と非露出空間９６Ｂ１とが、上下方向に垂直な方向から見たときに互いの位置が重複しないように上下に離れた高さに位置していたが、これに限らず上下方向に垂直な方向から見たときに互いの位置が一部重複してもよい。また、露出空間９５Ｂ１と非露出空間９６Ｂ１とが前後方向にずれて位置していたが、前後方向の位置が同じであってもよい。例えば、露出空間９５Ｂ１と非露出空間９６Ｂ１とが上下にずれているのみで前後左右の位置は同じであってもよい。また、空間９０Ｂは内側と外側との２段に配列された空間（例えば露出空間９５Ｂ１と非露出空間９６Ｂ１）を有しているが、これに限らず３段以上に配列された空間を有していてもよい。また、複数の非露出空間９６Ｂ１間で上下の高さが異なっていてもよい。また、第３実施形態において、保護層８４が非露出空間９６Ｂ１〜９６Ｂ４を備えていなくてもよい。また、第３実施形態において、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の中央に近いほど密度が高くなる傾向に露出空間９５Ｂ１や非露出空間９６Ｂ１が配置されていてもよい。こうすれば、比較的高温になりやすい部分の断熱性を高めることができ、素子本体１０２の耐被水性が向上する。同様に、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、外側ポンプ電極２３に近いほど密度が高くなる傾向に露出空間９５Ｂ１や非露出空間９６Ｂ１が配置されていてもよい。なお、「空間の密度が高くなる傾向」は、単位面積あたりの空間の数が多くなる傾向や、空間が大きくなる傾向を含む。なお、上記の変形例は第４実施形態においても同様に適用できる。
【０１５３】
上述した第５，第６実施形態では、複数の柱状部Ｐ１の単位面積あたりの数を変化させることで柱状部Ｐ１の密度を変化させたが、これに限らず柱状部Ｐ１の太さを変化させることで柱状部Ｐ１の密度を変化させてもよい。また、複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、外側ポンプ電極２３と重ならないように配置されていてもよい。あるいは、柱状部Ｐ１の密度を場所によって特に変化させなくてもよい。
【０１５４】
上述した第５実施形態では、複数の柱状部Ｐ１は、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の前後方向の中央から遠いほど柱状部Ｐ１の密度が高くなる傾向に配置されていたが、これに限らず左右方向の中央から遠いほど柱状部Ｐ１の密度が高くなる傾向に配置されていてもよいし、前後左右の中心から遠いほど柱状部Ｐ１の密度が高くなる傾向に配置されていてもよい。第６実施形態における柱状部Ｐ１の配置についても、同様に、前後方向に限らず左右方向に沿って密度を変化させてもよい。
【０１５５】
上述した第７実施形態では、第１露出空間９７Ｆ１は、第１面１０２ａの短手方向に沿った１辺が他の２辺よりも短いが、これに限られない、第１露出空間９７Ｆ１の長手方向が第１面１０２ａの長手方向に沿っていればよい。同様に、第７実施形態では第２露出空間９８Ｆ１は、第１面１０２ａの長手方向に沿った１辺が他の２辺よりも短いが、これに限られない。第２露出空間９８Ｆ１の長手方向が第１面１０２ａの短手方向に沿っていればよい。
【０１５６】
上述した第１１実施形態では、露出空間９５Ｊ３は、素子本体１０２の上側及び左側にまたがって配置されているが、これに限られない。例えば、保護層８４が、露出空間９５Ｊ３の代わりに、素子本体１０２の上側に配置された半楕円柱状の空間と、素子本体１０２の左側に配置された半楕円柱状の空間と、を有していてもよい。露出空間９５Ｊ４〜９５Ｊ６や第１２実施形態の露出空間９５Ｋ３，９５Ｋ４についても同様である。
【０１５７】
上述した第１０〜第１２実施形態では、保護層８４が備える各空間は長手方向が前後方向に沿っているものとしたが、特にこれに限られない。第１面１０２ａが露出する露出空間が、第１面１０２ａから離れるほど空間が狭くなる傾向の形状をしていれば、第１保護層８４ａの強度の低下を抑制できる効果は得られる。例えば、図２３の上側空間９１Ｉが、三角錐形状をしていてもよい。図２５の露出空間９５Ｊ１が、半球形状をしていてもよい。
【０１５８】
上述した第１〜第１２実施形態では、素子本体１０２の上側に位置する空間と下側に位置する空間とは上下対称であり、素子本体１０２の左側に位置する空間と右側に位置する空間とは左右対称であるものとしたが、特にこれに限られない。また、上述した第１〜第１２実施形態では、第１〜第４保護層８４ａ〜８４ｄの各々が空間を有していたが、これに限られない。保護層８４は、第１面１０２ａが露出した１以上の露出空間を有していればよい。例えば、第１実施形態において、保護層８４は上側空間９１を有していればよく、下側空間９２，左側空間９３，右側空間９４のうち１以上を有していなくてもよい。また、第５保護層８４ｅが第１〜第４保護層８４ａ〜８４ｄと同様に空間を有していてもよい。
【０１５９】
上述した第１〜第１２実施形態では、保護層８４は第１〜第５保護層８４ａ〜８４ｅを有していたが、これに限られない。保護層８４は少なくとも第１保護層８４ａを有していればよい。また、第１保護層８４ａは、第１面１０２ａの少なくとも一部を被覆していればよい。
【０１６０】
上述した実施形態では、保護層８４が備える各空間の大きさについて特に説明しなかったが、各空間は保護層８４の気孔と区別できる大きさであればよい。例えば、空間１つ１つの容積を１２５００μｍ3以上としてもよい。また、空間の容積率を、容積率＝（保護層８４が備える空間の合計容積）／（保護層８４の体積）×１００とすると、容積率は６０％以下としてもよい。なお、上記の「保護層８４の体積」は保護層８４が備える空間の容積も含んだ値である。
【０１６１】
上述した第１〜第１２実施形態では説明しなかったが、第１面１０２ａよりも上方に存在する１以上の空間の合計容積は、０．０３ｍｍ3以上であることが好ましい。こうすれば、この１以上の空間が素子本体の耐被水性を向上させる効果がより確実に得られる。例えば、上述した第１〜第１０実施形態では、上側空間９１，９１Ａ〜９１Ｉの各々について、合計容積が０．０３ｍｍ3以上であることが好ましい。第１１実施形態では、露出空間９５Ｊ１と、露出空間９５Ｊ３のうち第１面１０２ａよりも上方に位置する部分と、露出空間９５Ｊ５のうち第１面１０２ａよりも上方に位置する部分と、の合計容積が０．０３ｍｍ3以上であることが好ましい。第１２実施形態では、露出空間９５Ｋ１と、露出空間９５Ｋ３のうち第１面１０２ａよりも上方に位置する部分と、露出空間９５Ｋ４のうち第１面１０２ａよりも上方に位置する部分と、の合計容積が０．０３ｍｍ3以上であることが好ましい。同様に、第２面１０２ｂよりも下方に存在する１以上の空間の合計容積は、０．０３ｍｍ3以上であることが好ましい。第３面１０２ｃよりも左方に存在する１以上の空間の合計容積は、０．０１５ｍｍ3以上であることが好ましい。第４面１０２ｄよりも右方に存在する１以上の空間の合計容積は、０．０１５ｍｍ3以上であることが好ましい。なお、「第１面１０２ａよりも上方」は、第１面１０２ａの真上に限らず例えば左上や右上なども含む。同様に、「第２面１０２ｂよりも下方」は第２面１０２ｂの真下に限らない。「第３面１０２ｃよりも左方」、「第４面１０２ｄよりも右方」についても同様である。
【０１６２】
上述した第１〜第１２実施形態では説明しなかったが、隣り合う２つの面（１辺を共有する面）にまたがる１以上の空間が存在する場合、この１以上の空間の合計容積は、０．００２ｍｍ3以上であることが好ましい。こうすれば、この１以上の空間が素子本体の耐被水性を向上させる効果がより確実に得られる。例えば、第１１実施形態において、第１面１０２ａと第３面１０２ｃとにまたがる露出空間９５Ｊ３の容積が０．００２ｍｍ3以上であることが好ましい。同様に、第２面１０２ｂと第３面１０２ｃとにまたがる露出空間９５Ｊ４、第１面１０２ａと第４面１０２ｄとにまたがる露出空間９５Ｊ５、第２面１０２ｂと第４面１０２ｄとにまたがる露出空間９５Ｊ６についても、各々の容積が０．００２ｍｍ3以上であることが好ましい。なお、「隣り合う２つの面にまたがる空間」とは、２つの面の各々に垂直な方向のいずれにも存在する空間を意味する。例えば、露出空間９５Ｊ３は、第１面１０２ａに垂直な方向（上方）と第３面１０２ｃに垂直な方向（左方）とのいずれにも存在しており、第１面１０２ａ及び第３面１０２ｃにまたがる空間である。
【０１６３】
保護層８４は、上述した第１〜第１２実施形態の空間９０，９０Ａ〜９０Ｋやその変形例の空間が備える各空間のうち２以上を適宜組み合わせて備えるものとしてもよい。この場合の組み合わせとは、異なる種類の空間を保護層８４がそれぞれ備える場合や、異なる種類の空間の形状や配置についての上述した特徴を兼ね備えた空間を保護層８４が備える場合を含む。
【０１６４】
例えば、第２実施形態以外の各空間の１以上について、保護層８４の外部と連通する開口を有するようにしてもよい。空間に開口を設ける場合、第２実施形態の連通孔Ｈ１〜Ｈ４のように空間と外部とを連通させる連通孔を設けてもよいし、空間を保護層８４の表面まで延長して空間がそのまま外部に開口するようにしてもよい。なお、空間の開口は、水が内部に直接侵入することを抑制でき且つ開口から空間内の熱を逃がすことができるように、適切な大きさにすることが好ましい。例えば、開口面積を１００μｍ2〜１０００μｍ2としてもよい。
【０１６５】
例えば、第１実施形態以外の実施形態の各空間についても、露出空間の少なくとも１つが、第１面１０２ａに垂直な方向からみたときに、第１面１０２ａのうち保護層８４に被覆されている領域の中央と重なるように位置していてもよいし、少なくとも一部が外側ポンプ電極２３の少なくとも一部と重なるように位置していてもよい。
【符号の説明】
【０１６６】
１  第１基板層、２  第２基板層、３  第３基板層、４  第１固体電解質層、５  スペーサ層、６  第２固体電解質層、１０  ガス導入口、１１  第１拡散律速部、１２  緩衝空間、１３  第２拡散律速部、２０  第１内部空所、２１  主ポンプセル、２２  内側ポンプ電極、２２ａ  天井電極部、２２ｂ  底部電極部、２３  外側ポンプ電極、２５  可変電源、３０  第３拡散律速部、４０  第２内部空所、４１  測定用ポンプセル、４２  基準電極、４３  基準ガス導入空間、４４  測定電極、４５  第４拡散律速部、４６  可変電源、４８  大気導入層、５０  補助ポンプセル、５１  補助ポンプ電極、５１ａ  天井電極部、５１ｂ  底部電極部、５２  可変電源、７０  ヒータ部、７１  ヒータコネクタ電極、７２  ヒータ、７３  スルーホール、７４  ヒータ絶縁層、７５  圧力放散孔、８０  主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８１  補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８２  測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８３  センサセル、８４保護層、８４ａ〜８４ｅ  第１〜第５保護層、９０，９０Ａ〜９０Ｋ  空間、９１，９１Ａ〜９１Ｉ  上側空間、９２，９２Ａ〜９２Ｉ  下側空間、９３，９３Ａ〜９３Ｉ  左側空間、９４，９４Ａ〜９４Ｉ  右側空間、９５Ｂ１〜９５Ｂ４，９５Ｃ１〜９５Ｃ４，９５Ｊ１〜９５Ｊ６，９５Ｋ１〜９５Ｋ４  露出空間、９６Ｂ１〜９６Ｂ４，９６Ｃ１〜９６Ｃ４  非露出空間、９７Ｆ１〜９７Ｆ４  第１露出空間、９８Ｆ１〜９８Ｆ４  第２露出空間、１００  ガスセンサ、１０１，１０１Ａ〜１０１Ｋ  センサ素子、１０２  素子本体、１０２ａ〜１０２ｆ  第１面〜第６面、Ｈ１〜Ｈ４  連通孔、Ｐ１〜Ｐ４  柱状部、Ｓａ１〜Ｓａ４，Ｓｂ１〜Ｓｂ４  内表面。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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