(57)【要約】【課題】特定ガスに対する測定精度の高いガスセンサ素子を提供すること。【解決手段】被測定ガス室に対し、外部から被測定ガスを導入するよう構成したガス導入路１０を有し、被測定ガス室は、電気化学的セルを配置するセル配置室１２１、１２２と、セル配置室１２１、１２２間を接続し、セル配置室１２１、１２２間を移動する被測定ガスを拡散律速させる拡散律速通路１０３とよりなり、ガス導入路１０の経路長をＬ０、ガス導入路１０の経路長に対する直交方向における断面積をＳ０、拡散律速通路１０３の経路長をＬｎ、拡散律速通路１０３の経路長に対する直交方向における断面積をＳｎとすると、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）≦０．４である。【選択図】図１
2004132960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　固体電解質板と該固体電解質板に設けた一対の電極よりなる電気化学的セルと、外部から被測定ガスを導入するよう構成した被測定ガス室を備え、上記固体電解質板に対し上記被測定ガス室形成用のスペーサを積層して構成した積層型のガスセンサ素子において、
　上記ガスセンサ素子は電気化学的セルを複数有し、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室より酸素をポンピングし、該被測定ガス室の酸素濃度を調整するポンプセルであり、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室中の特定ガスを分解し、該分解により生じた酸素イオンを利用して被測定ガス室中の特定ガス濃度を測定するセンサセルであり、
　上記被測定ガス室に対し、外部から被測定ガスを導入するよう構成したガス導入路を有し、
　上記被測定ガス室は、上記電気化学的セルを配置するセル配置室と、該セル配置室間を接続し、上記セル配置室間を移動する被測定ガスを拡散律速させる拡散律速通路とよりなり、
　上記ガス導入路の経路長をＬ０、上記ガス導入路の経路長に対する直交方向における断面積をＳ０、上記拡散律速通路の経路長をＬｎ、上記拡散律速通路の経路長に対する直交方向における断面積をＳｎとすると、
　（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）≦０．４
　であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項２】
　固体電解質板と該固体電解質板に設けた一対の電極よりなる電気化学的セルと、外部から被測定ガスを導入するよう構成した被測定ガス室を備え、上記固体電解質板に対し上記被測定ガス室形成用のスペーサを積層して構成した積層型のガスセンサ素子において、
　上記ガスセンサ素子は電気化学的セルを複数有し、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室より酸素をポンピングし、該被測定ガス室の酸素濃度を調整するポンプセルであり、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室中の特定ガスを分解し、該分解により生じた酸素イオンを利用して被測定ガス室中の特定ガス濃度を測定するセンサセルであり、
　上記被測定ガス室に対し、外部から被測定ガスを導入するよう構成したガス導入路を有し、
　上記被測定ガス室は、上記電気化学的セルを配置するセル配置室と、該セル配置室間を接続し、上記セル配置室間を移動する被測定ガスを拡散律速させる拡散律速通路とよりなり、
　酸素濃度２０％における、上記ポンプセルの電極間に流れるポンプ限界電流値Ｉｐ、上記センサセルの電極間に流れるセンサ限界電流値Ｉｓ（但し、上記ポンプセルを作動させないでセンサセルのみ作動させた場合）との間に、Ｉｓ／Ｉｐ≦０．３なる関係が成立することを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項３】
　固体電解質板と該固体電解質板に設けた一対の電極よりなる電気化学的セルと、外部から被測定ガスを導入するよう構成した被測定ガス室を備え、上記固体電解質板に対し上記被測定ガス室形成用のスペーサを積層して構成した積層型のガスセンサ素子において、
　上記ガスセンサ素子は電気化学的セルを複数有し、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室より酸素をポンピングし、該被測定ガス室の酸素濃度を調整するポンプセルであり、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室中の特定ガスを分解し、該分解により生じた酸素イオンを利用して被測定ガス室中の特定ガス濃度を測定するセンサセルであり、
　上記被測定ガス室に対し、外部から被測定ガスを導入するよう構成したガス導入路を有し、
　上記被測定ガス室は、上記電気化学的セルを配置するセル配置室と、該セル配置室間を接続し、上記セル配置室間を移動する被測定ガスを拡散律速させる拡散律速通路とよりなり、
　酸素濃度２０％における、上記センサセルの電極間に流れるセンサ限界電流値Ｉｓ（但し、上記ポンプセルを作動させないで、センサセルのみ作動させた場合）と上記ポンプセルの上記セル配置室に露出する電極面積をＳｐとの間にＩｓ／Ｓｐ≦０．０６ｍＡ／ｍｍ2なる関係が成立することを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項４】
　請求項１〜３において、ガスセンサ素子長手方向に直交する幅方向の拡散律速通路の幅Ｗｎは０．８ｍｍ以下であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項５】
　請求項１〜４のいずれか１項において、上記拡散律速通路の経路長Ｌｎは０．４ｍｍ以上であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項６】
　請求項１〜５のいずれか１項において、最もガス導入路に近いセル配置室に上記ポンプセルを、最もガス導入路より遠いセル配置室に上記センサセルを配置し、
　上記センサセルを配置したセル配置室の体積をｖ、上記セル配置室の総体積をＶとすると、ｖ／Ｖ≦０．５であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項７】
　請求項１〜６のいずれか１項において、上記ガスセンサ素子の積層方向に沿った上記セル配置室の厚みｔは０．１６ｍｍ以下であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項８】
　請求項１〜７のいずれか１項において、上記セル配置室の総体積は４．１ｍｍ3以下であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項９】
　請求項１〜８のいずれか１項において、上記ガス導入路、セル配置室及び拡散律速通路のいずれか一部には多孔質体を配置してなることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項１０】
　請求項９において、上記多孔質体の気孔率は１０〜５０％であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項１１】
　請求項１〜１０のいずれか１項において、上記ポンプセルの上記セル配置室に露出する電極は、上記ガスセンサ素子の使用時に表面温度が８００℃以上となる領域を有することを特徴とするガスセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、内燃機関の排気系に設置して燃焼制御等に利用する積層型のガスセンサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
　自動車エンジンの燃焼制御等に用いるガスセンサに内蔵されるガスセンサ素子として、多くの素子が知られている。
　例えば、固体電解質板と該固体電解質板に設けた一対の電極よりなる電気化学的セルと該電気化学的セルを複数備え、外部から被測定ガスを導入するガス導入路を有する被測定ガス室を備え、固体電解質と被測定ガスの形成用のスペーサを積層して構成した積層型のガスセンサ素子が知られている。
　上記ガスセンサ素子において、上記被測定ガス室は、電気化学的セルを配置するセル配置室と、該セル配置室間を接続し、セル配置室間を移動する被測定ガスを拡散律速させる拡散律速通路とよりなる。
【０００３】
　このガスセンサ素子は、ガス導入路から被測定ガス室に被測定ガスを導入し、被測定ガス室内に設置した電気化学的セルにおいて被測定ガス濃度を測定する。上記ガスセンサ素子において、電気化学的セルは複数種類配置され、１つは被測定ガス室の酸素濃度を調整するポンプセルであり、他の１つは被測定ガス室において特定ガス濃度を測定するセンサセルである。センサセルの電極上で濃度を測定したい特定ガスを分解し、発生した酸素イオンから得た酸素イオン電流を計ることで特定ガス濃度を検知する。
【特許文献１】特開２０００−２７５２１５号公報（第５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　ところで、センサセルの電極近傍に酸素が存在する場合、センサセルに流れる酸素イオン電流は特定ガスに由来する電流と、酸素に由来する電流とを足し合わせたものとなる。
　そのため、被測定ガス室のセンサセル付近で酸素濃度が時間的に変動した場合、酸素イオン電流は特定ガス濃度が変動せずとも酸素濃度の変動に伴って変化し、正しい特定ガス濃度を測定することが困難となって、測定精度が低下する。
【０００５】
　本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、特定ガスに対する測定精度の高いガスセンサ素子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　第１の発明は、固体電解質板と該固体電解質板に設けた一対の電極よりなる電気化学的セルと、外部から被測定ガスを導入するよう構成した被測定ガス室を備え、上記固体電解質板に対し上記被測定ガス室形成用のスペーサを積層して構成した積層型のガスセンサ素子において、
　上記ガスセンサ素子は電気化学的セルを複数有し、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室より酸素をポンピングし、該被測定ガス室の酸素濃度を調整するポンプセルであり、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室中の特定ガスを分解し、該分解により生じた酸素イオンを利用して被測定ガス室中の特定ガス濃度を測定するセンサセルであり、
　上記被測定ガス室に対し、外部から被測定ガスを導入するよう構成したガス導入路を有し、
　上記被測定ガス室は、上記電気化学的セルを配置するセル配置室と、該セル配置室間を接続し、上記セル配置室間を移動する被測定ガスを拡散律速させる拡散律速通路とよりなり、
　上記ガス導入路の経路長をＬ０、上記ガス導入路の経路長に対する直交方向における断面積をＳ０、上記拡散律速通路の経路長をＬｎ、上記拡散律速通路の経路長に対する直交方向における断面積をＳｎとすると、
　（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）≦０．４
　であることを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項１）。
【０００７】
　第１の発明にかかるガスセンサ素子は、ガス導入路の経路長Ｌ０、ガス導入路の断面積Ｓ０、拡散律速通路の経路長Ｌｎ、拡散律速通路の断面積Ｓｎとの間に（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）≦０．４という関係が成立する。
　ところで、ガスセンサにおいて、被測定ガス導入路から被測定ガスが被測定ガス室に入り、被測定ガス室のポンプセルを設置したセル配置室において、ポンプセルのポンピングにより被測定ガス中の酸素は濃度が略一定（時間変動が小さい）かつ低濃度となる。
　仮に十分なポンピングが行われる前に被測定ガスがセンサセルを設けたセル配置室に移動した場合、センサセルを設けたセル配置室において、酸素の濃度が高くなったり、酸素濃度が時間変動する可能性がある。
　また、後述するごとく、ガスセンサ素子の使用環境によっては、ポンプセルのポンピング能力が一時的に低下する可能性もある。この場合、センサセルを設けたセル配置室に酸素濃度が高い被測定ガスや酸素濃度が時間的に変動する被測定ガスが移動する可能性がある。
【０００８】
　従って、ポンプセルを設けたセル配置室からセンサセルを設けたセル配置室に向かうガスの拡散を適当な状態に制御してやることで、被測定ガス中に含まれる酸素がセンサセルを設けたセル配置室に拡散する前に、ポンプセルを用いて十分に酸素を被測定ガス室から除去することができ、センサセルを設けたセル配置室における酸素濃度をより薄く、酸素濃度の時間変動が生じ難くして、センサセル近傍の高酸素濃度や時間変動が原因となるセンサセルの出力変動を非常に小さくすることができる。
【０００９】
　また、特定ガス濃度がゼロの際もセンサセルから出力が生じ、この出力の原因となるセンサセルに流れる電流をオフセット電流という。
　第１の発明にかかる構成は、センサセルを設けたセル配置室に対する酸素の拡散を制限することができるため、オフセット電流が低く、時間変動し難くなり、ガスセンサ素子の特定ガスに対する測定精度を高くすることができる。
　また、センサセルを流れる特定ガスに由来する電流値に比べてオフセット電流が無視できない程大きくなった場合、ガスセンサ素子の特定ガスの濃度変化に対する分解能が低下するおそれがある。
　仮に、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）が０．４より大きい場合は、オフセット電流が大きくなり、特定ガス濃度の検出精度が悪化するおそれがある。
【００１０】
　また、ガスセンサ素子を、自動車等の車両用エンジンの排気系に設置して用いた場合、エンジン運転条件の変動等により排気ガス中の酸素濃度や温度が変動して、ポンプセルの酸素ポンピング能力がばらつくことがある。ポンプセルの酸素ポンピング能力がばらついた場合、酸素のポンピング量に応じてオフセット電流の値が増減する。
　第１の発明にかかるガスセンサ素子は、オフセット電流の値が小さく、オフセット電流の変動が小さいため、ポンプセルの酸素ポンピング能力がばらつく環境で、優れた精度で特定ガス濃度を検出することができる。
【００１１】
　第２の発明は、固体電解質板と該固体電解質板に設けた一対の電極よりなる電気化学的セルと、外部から被測定ガスを導入するよう構成した被測定ガス室を備え、上記固体電解質板に対し上記被測定ガス室形成用のスペーサを積層して構成した積層型のガスセンサ素子において、
　上記ガスセンサ素子は電気化学的セルを複数有し、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室より酸素をポンピングし、該被測定ガス室の酸素濃度を調整するポンプセルであり、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室中の特定ガスを分解し、該分解により生じた酸素イオンを利用して被測定ガス室中の特定ガス濃度を測定するセンサセルであり、
　上記被測定ガス室に対し、外部から被測定ガスを導入するよう構成したガス導入路を有し、
　上記被測定ガス室は、上記電気化学的セルを配置するセル配置室と、該セル配置室間を接続し、上記セル配置室間を移動する被測定ガスを拡散律速させる拡散律速通路とよりなり、
　酸素濃度２０％における、上記ポンプセルの電極間に流れるポンプ限界電流値Ｉｐ、上記センサセルの電極間に流れるセンサ限界電流値Ｉｓ（但し、上記ポンプセルを作動させないでセンサセルのみ作動させた場合）との間に、Ｉｓ／Ｉｐ≦０．３なる関係が成立することを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項２）。
【００１２】
　ガスセンサ素子において、ポンプセルに印加する電圧は変動するが、ポンプセルを流れるポンプ電流が殆ど変化せず、電流−電圧特性の線図がフラットな状態となる場合がある。このような電圧範囲における略一定な電流値を限界電流値という。ポンプセルにおける限界電流値をここではポンプ限界電流値と呼ぶ。ポンプセルの酸素のポンピング能力が高ければ、被測定ガスに含まれる酸素濃度が等しくともポンプ限界電流値が大きくなる。
　また、センサセルにおける限界電流値を、ここではセンサ限界電流値と呼ぶ。
　また、ポンプセルを作動させない状態でセンサセルに流れるセンサ電流値の大小は、被測定ガス中の酸素と上記被測定ガス中の測定したい特定ガスとから得られた酸素イオンの量に対応する。仮にセンサセル近傍への被測定ガスの拡散が制限されれば、Ｉｓは小さくなる。
【００１３】
　第２の発明では、Ｉｓ／Ｉｐ≦０．３となるようにガスセンサ素子を構成し、ポンプセルの酸素のポンピング能力を高くしつつ、ポンプセルを設けたセル配置室からセンサセルを設けたセル配置室へのガス拡散を制限して、センサセル近傍における酸素濃度をより薄く、センサセル近傍における酸素濃度の時間変動を小さくすることができる。
　その結果、特定ガス濃度がゼロの際にセンサセルに流れるオフセット電流を小さくかつ時間変動し難くすることができ、ガスセンサ素子の特定ガス濃度に対する測定精度を高くすることができる。
【００１４】
　仮にＩｓ／Ｉｐが０．３より大である場合は、オフセット電流が、センサセルを流れる特定ガスに由来する電流値に比べて無視できない程大きいため、ガスセンサ素子の特定ガスの濃度変化に対する分解能が低下するおそれがある。
　特に、センサセルを流れるセンサ電流の変動によって特定ガス濃度を検出する際、センサ電流の変動に対しオフセット電流の変動が支配的となった場合は、測定精度が非常に悪化するおそれがある。
【００１５】
　第３の発明は、固体電解質板と該固体電解質板に設けた一対の電極よりなる電気化学的セルと、外部から被測定ガスを導入するよう構成した被測定ガス室を備え、上記固体電解質板に対し上記被測定ガス室形成用のスペーサを積層して構成した積層型のガスセンサ素子において、
　上記ガスセンサ素子は電気化学的セルを複数有し、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室より酸素をポンピングし、該被測定ガス室の酸素濃度を調整するポンプセルであり、
　少なくとも１つの電気化学的セルは被測定ガス室中の特定ガスを分解し、該分解により生じた酸素イオンを利用して被測定ガス室中の特定ガス濃度を測定するセンサセルであり、
　上記被測定ガス室に対し、外部から被測定ガスを導入するよう構成したガス導入路を有し、
　上記被測定ガス室は、上記電気化学的セルを配置するセル配置室と、該セル配置室間を接続し、上記セル配置室間を移動する被測定ガスを拡散律速させる拡散律速通路とよりなり、
　酸素濃度２０％における、上記センサセルの電極間に流れるセンサ限界電流値Ｉｓ（但し、上記ポンプセルを作動させないで、センサセルのみ作動させた場合）と上記ポンプセルの上記セル配置室に露出する電極面積をＳｐとの間にＩｓ／Ｓｐ≦０．０６ｍＡ／ｍｍ2なる関係が成立することを特徴とするガスセンサ素子にある（請求項３）。
【００１６】
　ポンプセルの電極面積を大とすれば、ポンプセルの酸素ポンピング能力が高くなる。Ｉｓ／Ｓｐ≦０．０６ｍＡ／ｍｍ2とすることで、ポンプセルを設けたセル配置室からセンサセルを設けたセル配置室へのガス拡散の拡散量と比べて、ポンプセルの酸素ポンピング能力が大きくなるため、センサセル近傍における酸素濃度をより薄く、センサセル近傍における酸素濃度の時間変動を小さくすることができる。
　その結果、特定ガス濃度がゼロの際にセンサセルに流れるオフセット電流を小さくかつ時間変動し難くすることができ、ガスセンサ素子の特定ガス濃度に対する測定精度を高くすることができる。
【００１７】
　仮に、Ｉｓ／Ｓｐが０．０６ｍＡ／ｍｍ2より大である場合は、オフセット電流が、センサセルを流れる特定ガスに由来する電流値に比べて無視できない程大きいため、ガスセンサ素子の特定ガスの濃度変化に対する分解能が低下するおそれがある。
　特に、センサセルを流れるセンサ電流の変動によって特定ガス濃度を検出する際、センサ電流の変動に対しオフセット電流の変動が支配的となった場合は、測定精度が非常に悪化するおそれがある。
　また、より好ましくはＩｓ／Ｓｐ≦０．０５以下とすることがよい。
【００１８】
　以上、第１〜第３の発明によれば、特定ガスに対する測定精度の高いガスセンサ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
　第１の発明（請求項１）において、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）は、より好ましくは０．０４以下とする。
　これによりオフセット電流を更に小さくすることができ、上記ガスセンサ素子を自動車等の車両用エンジンの排気系に設置して用いた場合、エンジンの運転条件が変動しオフセット電流が変化した場合に、特定ガスの検出精度のばらつきを±１％以下とすることができる。
【００２０】
　第１〜第３の発明のガスセンサ素子を自動車等の車両用エンジンの排気系において、排気ガス中の大気汚染物質浄化触媒に対し後置して取り付けることで（つまり浄化触媒に対しガスセンサ素子を排気ガス流れ下流側に設置することで）、触媒の劣化検知をより正確にモニタすることができる。浄化触媒が劣化すれば、大気汚染物質がより多く浄化触媒の下流側で検出され、第１〜第３の発明にかかるガスセンサ素子は大気汚染物質のひとつであるＮＯｘ濃度検出に利用することができるためである。
　また、触媒が劣化したときにガスセンサ素子で検出して、リッチパージや再生処理を行うことで、浄化率を高い水準で維持することができる。
　そして、検出精度の高い第１〜第３の発明にかかるガスセンサ素子を用いることで、上記浄化触媒の浄化率を高性能に保持することができる。
【００２１】
　また、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）の値の下限は０．０１とすることが好ましい。これより小さくなる場合、導入される被測定ガス量が非常に少なくなり、よってセンサセルを流れる酸素イオン電流量も小さくなる。よって、センサセルにおける酸素イオン電流を検出することが困難となって、測定精度が低下するおそれがある。
【００２２】
　また、電気化学的セルとしては、上述したポンプセル、センサセルの他、被測定ガス室の酸素濃度を監視するモニタセルや、素子外部における酸素濃度を測定する酸素センサセル等がある。
　また、第１〜第３の発明にかかるガスセンサ素子を、特にエンジンの排気系に設置するガスセンサに内蔵して使用する場合、上記電気化学的セルとして、酸素センサセルにおいて検出した酸素濃度からエンジン燃焼室の空燃比を検出する空燃比セルや理論空燃比を検出するλセル等がある。
【００２３】
　また、酸素センサセルとしては、被測定ガス室と基準ガス室にそれぞれ面する電極を備え、両電極によって生じる起電力から酸素濃度を測定する構成のセルと、被測定ガス室と基準ガス室にそれぞれ面する電極を備え、両電極に電圧を印加して発生する限界電流から酸素濃度を測定する構成のセルとがある。
【００２４】
　第１〜第３の発明において、外部から被測定ガスを導入するガス導入路は、ピンホール等の貫通穴で構成することができる。または、上記ガス導入路は、入り口側を多孔質体で覆ったピンホール等の貫通穴で構成することができる（図１、図３参照）。
　特に第１の発明において、後者の場合、上記ガス導入路の経路長Ｌ０は、ピンホール等の貫通穴と入り口側を覆う多孔質体とを合わせた最短距離である。上記ガス導入路の経路長に対する直交方向における断面積Ｓ０は、ピンホール等の貫通穴における断面積とする。
　また、上記ガス導入路は、ピンホール等の貫通穴の内部に多孔質体を充填した構成とすることもできる。内部の一部のみに充填してもよいし、内部全体を充填することもできる。
【００２５】
　第１〜第３の発明において、被測定ガス室は、上述したようにセル配置室と拡散律速通路とよりなる。
　被測定ガス室を、セル配置室とセル配置室との間に拡散律速通路を備える構成とすることができる。他に、一部のセル配置室とセル配置室とが直接隣接して接続し、間に拡散律速通路を設けない構成とすることもできる。
　上記拡散律速通路をセル配置室よりも幅狭の絞り部より構成することもあるが、セル配置室と同程度の幅を持つように構成することもできる（後述する図６参照）。
【００２６】
　ガス導入路の経路長はＬ０、上記ガス導入路の経路長に対する直交方向における断面積はＳ０である。
　ガス導入路を複数備えた構成の場合、上記経路長Ｌ０は複数のガス導入路の中で最も短いものを採用する。また、断面積Ｓ０は複数のガス導入路の総断面積を採用する。
　また、ガス導入路の経路長Ｌ０は、ガス導入路のガスの入口側（ガスセンサ素子の外側に面し、被測定ガスが入る場所）における中心と出口側（被測定ガス室に面し、被測定ガスが被測定ガス室に入る場所）における中心とを結ぶ線分で、被測定ガスがガス導入路を通過する際の最短長である。この経路長に直交する面での断面積が上記Ｓ０となる。
【００２７】
　最も単純な被測定ガス室の構成は、後述する実施例１に示すような、２つのセル配置室と両者の間に設けた拡散律速通路からなる構成である。また、セル配置室が３つあり、仮にこれをＡ、Ｂ、Ｃとすると、ＡとＢにかかるセル配置室の間は拡散律速通路がなく、ＢとＣにかかるセル配置室の間は拡散律速通路がある構成もある。
　また、拡散律速通路を複数持つ場合もある。例えば、セル配置室が３つあり、それぞれのセル配置室の間が拡散律速通路で結ばれた構成である。
　このように拡散律速通路が複数ある場合のＳｎ／Ｌｎは、各拡散律速通路においてＳｎ／Ｌｎの値を計算した結果、最も小さい値を持つＳｎ／Ｌｎを第１の発明の式において採用する。
【００２８】
　また、第１〜第３の発明にかかるガスセンサ素子は、電気化学的セルを形成する固体電解質板、被測定ガス室を形成するスペーサの他、基準ガス室用のスペーサのほか、ガスセンサ素子を所定の活性化温度に加熱するための板状のセラミックヒータ等を積層して構成することができる。
　また、第１〜第３の発明にかかるガスセンサ素子における特定ガスとは、ＮＯｘやＣＯ、ＨＣ等のガスである。
【００２９】
　また、第２、第３の発明において、ポンプセルとは、酸素をポンピングする能力を備えた電気化学的セルのことで、被測定ガス室内の酸素濃度を検出する電気化学的セルを本発明におけるポンプセルに含めることがある。これは酸素濃度検出の際にイオン化した酸素が電極間を流れるため、酸素ポンピング能力を発揮することがあるためである。その他の機能を有する電気化学的セルも同様に酸素ポンピング能力を発揮することがあり、この場合も本発明におけるポンプセルに含めることがある。
【００３０】
　また、ガスセンサ素子長手方向に直交する幅方向の拡散律速通路の幅Ｗｎは０．８ｍｍ以下であることが好ましい（請求項４）。
　これによりオフセット電流を小さくできる。仮に０．８ｍｍより幅太の場合は、オフセット電流が大きくなるおそれがある。
【００３１】
　また、幅Ｗｎは０．４ｍｍ以下とすることがより好ましい。
　これによりオフセット電流を更に小さくすることができ、第１の発明にかかるガスセンサ素子を上述のように自動車エンジンの排気系に設置して用いた場合にエンジンの運転条件が変動する等してオフセット電流が変化した場合でも、特定ガスの検出精度のばらつきを±１％以下とすることができる。
　また、幅Ｗｎの下限は０．１ｍｍとすることができる。これより小さくなる場合は製造が困難となるおそれがある。また、ガスセンサ素子の応答性が低下するおそれがある。なお、拡散律速通路が複数ある場合、全ての拡散律速通路について上述の要件が成立することが好ましい。
【００３２】
　また、上記拡散律速通路の経路長Ｌｎは０．４ｍｍ以上であることが好ましい（請求項５）。
　これによりオフセット電流を小さくすることができる。
　仮に０．４ｍｍより短い場合はオフセット電流が大きくなってガスセンサ素子の測定精度が悪化するおそれがある。
　また、経路長Ｌｎは０．６ｍｍ以上とすることがより好ましい。
【００３３】
　また、経路長Ｌｎの上限は３ｍｍとすることが好ましい。これより長くなる場合、被測定ガスが導入路より入って各セル配置室に達するに要する時間がより長くなり、ガスセンサ素子の応答性が低下するおそれがある。
　なお、拡散律速通路が複数ある場合、その全てについて上述の要件が成立することが好ましい。
【００３４】
　また、最もガス導入路に近いセル配置室に上記ポンプセルを、最もガス導入路より遠いセル配置室に上記センサセルを配置し、
　上記センサセルを配置したセル配置室の体積をｖ、上記セル配置室の総体積をＶとすると、ｖ／Ｖ≦０．５であることが好ましい（請求項６）。
　ポンプセルによる酸素濃度調整を行った後の被測定ガスをセンサセルに与えてやる必要があるため、センサセルを被測定ガス流れのより下流側に設ける必要がある。その上で、ｖ／Ｖ≦０．５とすることで、オフセット電流を小さくし精度の向上を図って良好な応答性を得ることができる。仮に０．５より大きくなった場合はオフセット電流が大きくなるおそれがある。
【００３５】
　また、ｖ／Ｖは０．２５以下とすることがより好ましい。
　これにより、第１の発明にかかるガスセンサ素子を上述のように自動車エンジンの排気系に設置して用いた場合にエンジンの運転条件が変動する等してオフセット電流が変化した場合でも、特定ガスの検出精度のばらつきを±１％以下とすることができる。
　また、ｖ／Ｖの下限は０．１とすることが好ましい。これにより小さくなる場合は、出力感度が低下するおそれがある。
【００３６】
　また、上記ガスセンサ素子の積層方向に沿った上記セル配置室の厚みｔは０．１６ｍｍ以下であることが好ましい（請求項７）。
　これにより、オフセット電流を小さくすることができる。仮に０．１６ｍｍより厚い場合は、オフセット電流が大きくなるおそれがある。
【００３７】
　また、セル配置室の厚みｔは０．１ｍｍ以下とすることがより好ましい。更に好ましくは０．０５ｍｍ以下とする。
　これにより、第１の発明にかかるガスセンサ素子を上述のように自動車エンジンの排気系に設置して用いた場合にエンジンの運転条件が変動する等してオフセット電流が変化した場合でも、特定ガスの検出精度のばらつきを±１％以下とすることができる。
　また、セル配置室の厚みｔの下限は０．０１ｍｍとすることが好ましい。これより厚みｔが薄くなる場合、出力電流が小さくなるおそれがある。また、応答性が低下するおそれがある。
　なお、複数のセル配置室があったり、一つのセル配置室の中で厚みｔがそれぞれ異なる場合は、最小の厚みについて上述の要件が成立する。
【００３８】
　また、上記セル配置室の総体積は４．１ｍｍ3以下であることが好ましい（請求項８）。
　これにより、オフセット電流を小さくすることができる。
　仮に４．１ｍｍ3より総体積が大きい場合は、オフセット電流が大きくなるおそれがある。
【００３９】
　また、セル配置室の総体積は３．６ｍｍ3以下とすることがより好ましい。
　これにより、第１の発明にかかるガスセンサ素子を上述のように自動車エンジンの排気系に設置して用いた場合にエンジンの運転条件が変動する等してオフセット電流が変化した場合でも、特定ガスの検出精度のばらつきを±１％以下とすることができる。またセル配置室の総体積が０．１ｍｍ3となった場合は出力電流が小さくなりすぎるため、これを下限とすることが好ましい。
【００４０】
　また、上記ガス導入路、セル配置室及び拡散律速通路のいずれか一部には多孔質体を配置してなることが好ましい（請求項９）。
　これにより、オフセット電流を小さくすることができる。
　また、上記多孔質体の気孔率は１０〜５０％であることが好ましい（請求項１０）
　これによりオフセット電流を小さくすることができると共にガスセンサ素子の応答性能を適切な状態とすることができる。
　１０％未満である場合は、被測定ガスの拡散が阻害され、ガスセンサ素子の応答性能低下が発生するおそれがある。また、５０％より大である場合はオフセット電流の低減効果が小さくなるおそれがある。
　また、上記多孔質材料はアルミナ及び／またはジルコニア含有材料であることが好ましい。
【００４１】
　また、上記ポンプセルの上記セル配置室に露出する電極は、上記ガスセンサ素子の使用時に表面温度が８００℃以上となる領域を有することが好ましい（請求項１１）。
　電極の温度が高いほうが、ポンプセルのポンピング能力が高くなるため、ガスセンサ素子の耐熱限界を超えない程度に高温であるほうが、オフセット電流を減らすためには望ましい。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
　第１の発明にかかるガスセンサ素子１は、図１〜図３に示すごとく、固体電解質板１１に設けた一対の電極３１と３２、４１と４２、５１と５２及び固体電解質板１３に設けた一対の電極２１と２２よりなる電気化学的セルと、外部から被測定ガスを導入するよう構成した被測定ガス室を備え、上記固体電解質板１１、１３に対し上記被測定ガス室形成用のスペーサ１２を積層して構成した積層型のガスセンサ素子１である。
【００４３】
　上記ガスセンサ素子１は電気化学的セルを複数有する。
　１つの電気化学的セルは被測定ガス室より酸素をポンピングし、該被測定ガス室の酸素濃度を調整するポンプセル２である。
　また１つの電気化学的セルは被測定ガス室中のＮＯｘを分解し、該分解により生じた酸素イオンを利用して被測定ガス室中のＮＯｘ濃度を測定するセンサセル４である。
　その他、電気化学的セルとしてモニタセル３、λセル５を有する。
【００４４】
　また、上記被測定ガス室に対し、外部から被測定ガスを導入するよう構成したガス導入路１０を有し、上記被測定ガス室は、上記電気化学的セル２、３、４を配置する第１及び第２セル配置室１２１、１２２と、該セル配置室１２１、１２２間を接続し、上記セル配置室１２１、１２２間を移動する被測定ガスを拡散律速させる拡散律速通路１０３とよりなる。
【００４５】
　図３に示すごとく、上記ガス導入路１０の経路長をＬ０、上記ガス導入路１０の経路長に対する直交方向における断面積をＳ０、上記拡散律速通路１０３の経路長をＬｎ、上記拡散律速通路１０３の経路長に対する直交方向における断面積をＳｎとすると、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）≦０．４である。
【００４６】
　以下、詳細に説明する。
　本例のガスセンサ素子１は、自動車エンジンの排気系に設置してエンジンの燃焼制御に利用するガスセンサに内蔵して用いる。そして、排気ガス中のＮＯｘ濃度を測定し、また酸素濃度を測定し、またエンジンにおけるλ点（理論空燃比点）を検出する。
【００４７】
　ガスセンサ素子１は、第１及び第２セル配置室１２１、１２２と第１及び第２基準ガス室１４０、１６０を備え、第１セル配置室１２１に対して酸素をポンピングするポンプセル２、第２セル配置室１２２の酸素濃度を監視するモニタセル３、第２セル配置室１２２のＮＯｘ濃度を検知するセンサセル４、ガスセンサ素子１外部の被測定ガス中の酸素濃度に基づいてエンジンのλ点を検出するλセル５を有する。
【００４８】
　図１に示すごとく、本例は、図面下方から順にヒータ部６、第１基準ガス室１４０用スペーサ１４、ポンプセル用固体電解板１３、第１及び第２セル配置室１２１、１２２及び拡散律速通路１０３からなる被測定ガス室の形成用スペーサ１２、固体電解質板１１、第２基準ガス室１６０形成用スペーサ１６及び多孔質体１７を順に積層して構成したガスセンサ素子１である。
　第１及び第２セル配置室１２１、１２２にはガス導入路１０を通じて外部から排気ガスを導入し、第１及び第２基準ガス室１４０、１６０には大気を導入する。
【００４９】
　第１セル配置室１２１はガス導入路１０と直接連通し、ポンプセル２を配置する場所となる。第２セル配置室１２２は、第１セル配置室１２１と拡散抵抗通路１０３を通じて連通し、モニタセル３とセンサセル４とを配置する場所となる。なお、図２に示すごとく、モニタセル３とセンサセル４とは、ガスセンサ素子１の幅方向に並べて配置する。
【００５０】
　固体電解質板１１、ポンプセル用固体電解質板１３、スペーサ１２との間に第１及び第２セル配置室１２１、１２２が形成される。
　また、本例のガスセンサ素子１は、上記固体電解質板１１のガス導入路１０を覆う多孔質体１７を有し、該多孔質体１７と隣接して、第２基準ガス室１６０を形成するスペーサ１６を配置する。
　また、ポンプセル用固体電解質板１３、スペーサ１４、ヒータ部６との間に第１基準ガス室１４０がスペーサ１４により形成される。
【００５１】
　上記ヒータ部６は、ヒータ基板１５と該ヒータ基板１５上に設けた発熱体６１を有する。そして、上記固体電解質板１１、ポンプセル用固体電解質板１３はジルコニアセラミック、ヒータ基板１５、スペーサ１４、１２、１６、多孔質体１７は絶縁性のアルミナセラミックよりなる。
【００５２】
　図１、図２に示すごとく、上記ポンプセル２はポンプセル用固体電解質板１３に設けた第１セル配置室１２１と面する第１ポンプ電極２１、第１基準ガス室１４０と面する第２ポンプ電極２２とよりなる。両電極２１、２２は可変電源２５１及び電流計２５２を備えたポンプ回路２５に接続される。
【００５３】
　上記モニタセル３は固体電解質板１１に設けた第２セル配置室１２２とする被測定ガス側電極３２、第２基準ガス室１６０と面する基準電極３１とよりなる。両電極３１、３２は電源３５１及び電流計３５２を備えたモニタ回路３５に接続される。
　そして、モニタセル３でポンプセル２の動作を制御するため、電流計３５２から電源２５１に向かうフィードバック回路２５５を設ける。
　なお、フィードバック回路２５５は図１と図２において分断して記載したが、両図面に記したｚの位置が分断箇所である。
【００５４】
　上記センサセル４は固体電解質板１１に設けた第２セル配置室１２２と面する被測定ガス側電極４２、第２基準ガス室１６０と面する基準電極４１とよりなる。両電極４１、４２は電源４５１及び電流計４５２を備えたセンサ回路４５に接続する。
【００５５】
　図１に示すごとく、上記λセル５は固体電解質板１１と多孔質体１７との間に設け、多孔質体１７を通じて素子外部の被測定ガスに接する被測定ガス側電極５２、第２基準ガス室１６０と面する基準電極５１とよりなる。両電極５１、５２は電圧計５５２を備えたλセル回路５５に接続する。
　また、ヒータ部６にかかる発熱体６１は、図示を略したヒータリードや端子を通じて電源６５１を備えたヒータ回路６５に接続する。
　モニタセル３、センサセル４、λセル５の基準電極３１、４１、５１は、図１、図２に示すごとく一体に形成された共通電極よりなる。
【００５６】
　また、図１、図３（ａ）に示すごとく、本例のガス導入路１０は、入り口側を多孔質体１０１で覆ったピンホール１０２からなる。そのため、上記ガス導入路１０の経路長Ｌ０は、ピンホール１０２と入り口側を覆う多孔質体１０１とを合わせた最短距離である。上記ガス導入路１０の経路長Ｌ０に対する直交方向における断面積Ｓ０は、ピンホール１０２における断面積から決定する。
　そして、図３（ａ）、（ｂ）に示すごとく、本例にかかるガスセンサ素子１のガス導入路１０の経路長Ｌ０が０．２８ｍｍ、ガス導入路１０の断面積Ｓ０が０．１３ｍｍ2、拡散律速通路１０３経路長Ｌｎが１．６ｍｍ、拡散律速通路１０３の断面積Ｓｎが０．０４ｍｍ2である。従って、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）は０．０５となり、０．４以下である。
【００５７】
　ガスセンサ素子１の長手方向に直交する幅方向の拡散律速通路の幅Ｗｎは０．３２ｍｍであり０．８ｍｍ以下である。
　センサセル４を配置した第２セル配置室１２２の体積ｖは０．９４ｍｍ3、ガス導入路１０が直接連通する第１セル配置室１２１の体積は１．５４ｍｍ3、総体積Ｖは２．４８ｍｍ3であり、ｖ／Ｖ＝０．３８で０．５以下となる。
【００５８】
　また、ガスセンサ素子１の積層方向に沿った第１及び第２セル配置室１２１、１２２の厚みｔは、固体電解質板１３に設けた電極２１の表面と該電極２１と対向する固体電解質板１１との距離、または固体電解質板１３の表面と対向する固体電解質板１１に設けた電極３２または４２との距離のいずれか値の小さいほうである。
　本例にかかるガスセンサ素子１では、図３（ａ）に示すｔがセル配置室の厚みとなり、０．１２ｍｍで０．１６ｍｍ以下である。
　また、本例のガスセンサ素子１において、第１と第２のセル配置室１２１、１２２の総体積は２．４８ｍｍ3で、４．１ｍｍ3以下である。
【００５９】
　また、図３（ｂ）に示すごとく、スペーサ１２において、ガスセンサ素子１の側面１９１、１９２と第１セル配置室１２１の内側面１９５、１９６との最小距離Ｋ１、ガスセンサ素子１の側面１９１、１９２と第２セル配置室１２２の内側面１９３、１９４との最小距離Ｋ２は同図に記載した通りであり、この距離Ｋ１、Ｋ２はいずれも０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。これにより、第１や第２セル配置室１２１、１２２からガスセンサ素子１側面において被測定ガスの漏れが発生しがたくなる。また、より好ましくは、距離Ｋ１、Ｋ２を０．８ｍｍ以上とする。
【００６０】
　また、本例のガスセンサ素子１の製造方法について説明する。
　ヒータ基板１５、スペーサ１４、固体電解質板１３、固体電解質板１１、多孔質体１７のグリーンシートをそれぞれ作成する。
　ヒータ基板１５に発熱体等となる印刷部を導電性材料を含んだペーストを印刷して形成する。また、固体電解質板１３には各電極となる印刷部を電極材料を含んだペーストを印刷して形成すると共にスペーサ１２となる部分を、セラミック材料を含んだペーストを用いて印刷形成する。
　また、固体電解質板１１にも各電極となる印刷部をペーストにより形成すると共にスペーサ１６となる部分を、セラミック材料を含んだペーストを用いて印刷形成する。
　その後、各グリーンシートを積層、圧着して一体化し、焼成する。
【００６１】
　本例の作用効果について説明する。
　本例のガスセンサ素子１は、ガス導入路１０の経路長Ｌ０、ガス導入路１０の断面積Ｓ０、拡散律速通路１０３の経路長Ｌｎ、拡散律速通路１０３の断面積Ｓｎとの間に（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）≦０．４という関係が成立する。
　そのため、ガス導入路１０から拡散した被測定ガス中の酸素がＮＯｘを検出するセンサセル４を設けた第２セル配置室１２２に拡散する前に、ポンプセル２で酸素を被測定ガス室から除去することができる。よって、被測定ガス室内における酸素濃度をより薄く、酸素濃度の時間変動を非常に小さくすることができる。
　その結果、ＮＯｘ濃度がゼロの際にセンサセル４に流れるオフセット電流が小さくかつ時間変動し難くなり（実施例２参照）、ガスセンサ素子１のＮＯｘに対する測定精度を高くすることができる。
【００６２】
　以上、本例によれば、特定ガスに対する測定精度の高いガスセンサ素子を提供することができる。
【００６３】
（実施例２）
　本例は、実施例１にかかるガスセンサ素子１の性能について評価した。
　（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）が異なるガスセンサ素子を何本か準備し、これらのガスセンサ素子について、被測定ガス中のＮＯ濃度がゼロである際にセンサセルに流れる電流（オフセット電流）を測定した。ガスセンサ素子の構成は実施例１に示したものと同形状であり、オフセット電流は図２の電流計４５２によって測定できる。
【００６４】
　また、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）が異なるガスセンサ素子を何本か準備し、これらのガスセンサ素子を、ＮＯ濃度を３００ｐｐｍから１００ｐｐｍへと切り替えた被測定ガス中にさらして、センサセルに流れる電流を図２の電流計４５２によって測定した。
　ＮＯ濃度を切り替えた時刻をＴ０、時刻Ｔ０より以前の、ＮＯ濃度３００ｐｐｍに対応した電流計４５２の値をＩ０、時刻Ｔ０以降、電流計４５２の値が０．６Ｉ０（６０％低下した値）となった時刻をＴ１として、Ｔ１−Ｔ０の値を測定した。このＴ１−Ｔ０の値が小さければ小さい程、ガスセンサ素子は応答性に優れている。
　そして、オフセット電流を左縦軸に、Ｔ１−Ｔ０の値を応答性として単位をｍｓで右縦軸に、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）を横軸に採用した線図に測定結果を記載して、これを図４とした。
【００６５】
　同図に示すように、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）が０．４より大となると、オフセット電流が０．１μＡを越えることが分かった。また、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）の増加に応じてオフセット電流が増大することが分かった。
　この時、オフセット電流が０．１μＡを越えたものでは、以下、図５に示したように、酸素濃度を変化させた時の精度が１０％を越えてしまう結果になる。
　また、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）が０．２以上となると、応答性は２０００ｍｓより小さくなり、それ以降は（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）が増加しても、応答性は殆ど変化しないことが分かった。
　従って、同図より（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）を０．４以下と設定することで測定精度が高く、応答性に優れたガスセンサ素子が得られることが分かった。
【００６６】
　また、実施例１にかかるガスセンサ素子で、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）が異なるものを何本か準備し、被測定ガス中のＮＯ濃度は一定で０ｐｐｍ、酸素濃度を０から２０％へシフトさせた際にセンサセルに流れる電流を、図２の電流計４５２で測定した。
　酸素濃度０％での電流値に対し、酸素濃度を２０％にシフトさせた際の電流値から、電流値の変化率を求めた。
　また、酸素濃度０％で、ＮＯ濃度を１００ｐｐｍにした時の電流地から、同酸素濃度でＮＯ濃度０ｐｐｍにおける電流値を差し引いたものをＮＯ感度として、ＮＯ感度に対する上記変化量の比率を変化率として求めた。
　理想的には電流計４５２の値は変化せず、よって変化率は０となるはずである。しかし、実際には、酸素が分解して発生した酸素イオン電流からの寄与分もあり、変化率は０とならない。
　そして、この変化率を精度として縦軸に採用し、横軸を（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）とした線図を図５に記載した。
【００６７】
　同図に示すように、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）が０．４を越えると、酸素濃度の変化と共にセンサ電流が大きく増大して精度が１０％を越えてしまった。
　つまり、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）≦０．４とすることで、酸素濃度に依存し難いセンサ電流を得て、測定精度に優れたガスセンサ素子が得られることが分かった。
　ガスセンサ素子の精度が１０％を越えてしまうと、触媒劣化の誤検出を起こしてしまう場合があり、また触媒の高浄化率を維持するための再生処理の頻度が過剰となり、逆に燃費が悪化してしまう。
　一方、応答性に関しては２秒を越えてしまうと、車両走行中の排ガス濃度変動に追随できず、リアルタイム測定が困難となる。
【００６８】
（実施例３）
　本例は、図６に示すごとき被測定ガス室７を備えたガスセンサ素子１について説明する。
　図６（ａ）に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は、固体電解質板１１、ポンプセル用固体電解質板１３、スペーサ１２との間に被測定ガス室７が形成される。また、上記固体電解質板１１のガス導入路１０を覆う多孔質体１７を有し、該多孔質体１７と隣接して、第２基準ガス室１６０を形成するスペーサ１６を配置する。
　また、ポンプセル用固体電解質板１３、スペーサ１４、ヒータ部６との間に第１基準ガス室１４０がスペーサ１４により形成される。
【００６９】
　本例の被測定ガス室７は、第１、第２及び第３セル配置室７１、７２、７４と第２セル配置室７２と第３セル配置室７４との間にある拡散抵抗通路７３とよりなる。
　ポンプセル２は固体電解質板１３に設けた一対の電極２１、２２よりなり、両電極２１、２２は共に第１〜第３のセル配置室７１〜７４にまたがるように形成する。モニタセル３は第２セル配置室７２に、センサセル４は第３セル配置室７４に配置する。
　また、拡散抵抗通路７３と第１〜第３のセル配置室７１〜７４は全て同じ幅である。
【００７０】
　本例にかかるガスセンサ素子１において、ガス導入路１０の経路長Ｌ０＝０．２８ｍｍ、ガス導入路１０の断面積Ｓ０＝０．１２６ｍｍ2である。拡散律速通路７３の経路長Ｌｎ＝１．６ｍｍ、拡散律速通路７３の断面積Ｓｎ＝０．０３８ｍｍ2である。従って、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）＝０．０５であり、０．４以下となる。その他詳細は実施例１と同様である。また、本例にかかるガスセンサ素子１も、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７１】
（実施例４）
　本例は、実施例１と同じ構成のガスセンサ素子であるが、図７に示すごとく、第２セル配置室１２２を多孔質材料で充填して構成した。
　この多孔質材料は第２セル配置室１２２等を形成するスペーサ１２と同じ組成のアルミナセラミックよりなり、気孔率は２５％である。
　その他詳細は実施例１と同様の構成であり、ポンプセルにおいて酸素を充分に排出できると共に実施例１と同じ作用効果を有する。
【００７２】
（実施例５）
　本例は、実施例１と同じ構成のガスセンサ素子１であるが、図８に示すごとく、セル配置室８１、８３、８５が３つ、各セル配置室８１、８３、８５間で連通する拡散抵抗通路８２、８４が２つ、またガス導入路８０１、８０２が２つある被測定ガス室８を有する。
　このガスセンサ素子１は、図８（ｂ）に示すごとく、固体電解質板１１、ポンプセル用固体電解質板１３、スペーサ１２との間に被測定ガス室８が形成される。また、上記固体電解質板１１に第２基準ガス室１６０を形成するスペーサ１６を配置する。
　また、ポンプセル用固体電解質板１３、スペーサ１４、ヒータ部６との間に第１基準ガス室１４０がスペーサ１４により形成される。
【００７３】
　本例の被測定ガス室８は、第１、第２及び第３セル配置室８１、８３、８５と第１セル配置室８１と第２セル配置室８３との間の拡散抵抗通路８２、第２セル配置室８３と第３セル配置室８５との間にある拡散抵抗通路８４とよりなる。
　ポンプセル２は第１セル配置室８１に、モニタセル３は第２セル配置室８３に、センサセル４は第３セル配置室８５に配置する。
　また、第１セル配置室８１に連通するガス導入路８０１、８０２もスペーサ１２に設けてあり、ガスセンサ素子の側面８０５より被測定ガスを導入する構成である。
【００７４】
　本例にかかるガスセンサ素子１において、ガス導入路８０１、８０２は共に経路長Ｌ０が等しく０．２８ｍｍである。また、ガス導入路８０１、８０２をあわせた断面積Ｓ０は０．１３ｍｍ2である。
　拡散律速通路８２、８４の経路長Ｌｎも共に等しく０．８ｍｍ、拡散律速通路８２、８４の断面積Ｓｎも共に等しく０．０３８ｍｍ2である。
　従って、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）＝０．０５であり、０．４以下となる。
　その他詳細は実施例１と同様である。
　また、本例にかかるガスセンサ素子１も、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７５】
（実施例６）
　本例にかかるガスセンサ素子１は、図９〜図１２に示すごとき、ガスセンサ素子１である。
　すなわち、ポンプセル２とモニタセル３、センサセル４とを有するガスセンサ素子２であって、ポンプセル２の第１セル配置室に面する第１ポンプ電極２１は、図１１に示すごとく、第１セル配置室１２１、拡散律速通路１０３、第２セル配置室１２２を覆うように形成する。このときポンプセルの第１ポンプ電極２１の面積は２０ｍｍ2である。
　ポンプセル２の第１基準ガス室１４０と面する第２ポンプ電極２２は、図１２に示すごとく、第１セル配置室１２１よりも小さくてもよい。
　ポンプセル２にかかる第１ポンプ電極２１の面積を２０ｍｍ2と大きくすることで、被測定ガス中の妨害ガスである酸素をより効果的に排出することができる。
【００７６】
　本例のポンプセル２は可変電源２５１及び電流計２５２を備えたポンプ回路２５に接続され、可変電源２５１からポンプセル２に印加する電圧は、電流計２５２の値、すなわちポンプ電流の値に応じてフィードバック制御して、およそ電流計２５２の値が一定となるようにポンプセル２に電圧を印加する。
　図１０に示すごとく、第２セル配置室１２２にはモニタセル３の被測定ガス側電極３２とセンサセル４の被測定ガス側電極４２が面しており、両者の面積は等しく、３．６ｍｍ2である。
　本例の第１セル配置室１２１、拡散律速通路１０３、第２セル配置室１２２の各部寸法Ｄ１〜Ｄ５は、Ｄ１＝５ｍｍ、Ｄ２＝１．６ｍｍ、Ｄ３＝２．７ｍｍ、Ｄ４＝１４ｍｍ、Ｄ５＝０．２４ｍｍである。
【００７７】
　本例にかかるガスセンサ素子１について、ポンプセル２の電極２１，２２間に流れるポンプ限界電流値Ｉｐ、センサセル４の電極４１，４２間に流れるセンサ電流値Ｉｓ（但し、上記ポンプセル２を作動させない場合）と、オフセット電流について以下に示すごとく測定を行った。
　即ち、試料となるガスセンサ素子を準備し、被測定ガスとして酸素濃度２０％の窒素希釈混合ガスを供給し、第１及び第２基準ガス室１４０，１６０に酸素濃度が２１％である空気を供給した。ポンプ回路２５の可変電源２５１をオフにした状態で、センサ回路４５に接続した電流計４５２の値がＩｓである。また、可変電源２５１から０．４５Ｖという電圧を供給した際の電流計２５２の値がＩｐである。
【００７８】
　上記と同じガスセンサ素子１に、被測定ガスとして、ＮＯｘを含まない、酸素濃度０〜２０％の窒素希釈混合ガスを供給して、可変電源２５１から０〜０．４５Ｖという電圧を供給し、電流計２５２が各酸素濃度に対応するポンプセル限界電流値という状態となった時の、電流計４５２の値を測定し、これをオフセット電流とした。
　このような測定を、７本の拡散律速通路１０３のは幅であるＫ５を違えたガスセンサ素子１について行って、測定結果を図１３に記載した。
　同図より明らかであるが、Ｉｓ／Ｉｐ≦０．３とすることで、オフセット電流を０．１μＡ以下と低く抑制できることがわかった。
【００７９】
　更に、実施例２と同じ要領で、ガスセンサ素子の応答性について測定した。
　その結果、Ｉｓ／Ｉｐが非常に小さい場合でも、応答性は２０００ｍｓであり、上記の測定結果とも合わせて、Ｉｓ／Ｉｐ≦０．３であれば、オフセット電流が小さく、応答性に優れた素子が得られることが分かった。
【００８０】
（実施例７）
　本例にかかるガスセンサ素子１は、図１４、図１５に示すごとく、電気化学的セルを５つ有する構成である。
　すなわち、図１４に示すごとく、本例のガスセンサ素子１は、多孔質体９２１、固体電解質板９２２、スペーサ９２３、固体電解質板９２４、スペーサ９２５、基板９２６を積層してなり、スペーサ９２５と基板９２６との間には、アルミナからなる２枚の絶縁板９２７、９２８で挟持され、通電により発熱する発熱体６１を有する。
【００８１】
　固体電解質板９２２とスペーサ９２３、固体電解質板９２４との間には、ガス導入路９７、第１セル配置室１２１、拡散律速通路１０３、第２セル配置室１２２を有する。固体電解質板９２４とスペーサ９２５との間には基準ガス室９２４０がある。
　固体電解質板９２２と多孔質体９２１との間には電極９１１が、固体電解質板９２２の表面で第１セル配置室１２１と面する側に電極９１２が、固体電解質板９２４で第１セル配置室１２１と面する側には電極９１３がある。
【００８２】
　固体電解質板９２４の表面で第２セル配置室１２２と面する側に電極９１４、９１６が設けてある。電極９１６は表面を多孔質体９２３０で覆われている。また、電極９１４のほうが拡散律速通路１０３に近い位置にある。
　固体電解質板９２４とスペーサ９２５との間に電極９１５がある。電極９１５の一部は基準ガス室９２４０と面する。
【００８３】
　本例のガスセンサ素子１が有する５つの電気化学的セルについて説明する。
　５つの電気化学的セルはそれぞれポンプセル９３、λセル９４、モニタセル９４５、サブポンプセル９５、センサセル９６である。
　ポンプセル９３の第１セル配置室１２１から酸素を素子外部に排出するセルで、電極９１１、電極９１２、電極９１３、固体電解質板９２２からなり、可変電源９３１と電流計９３２とを有するポンプ回路９３０に接続される。
　λセル９４は被測定ガス中の酸素濃度を測定することでλ点を検出するセルである。電極９１１と電極９１５、固体電解質板９２２、９２４からなり、電極９１５を基準極とした起電力式のセルである。λセル９４は電圧計９４２を有するλ回路９４０に接続される。
【００８４】
　モニタセル９４５は第１セル配置室１２１の酸素濃度を監視して、ポンプセル９３の作動を制御するために設けてあり、電極９１３と電極９１５、固体電解質板９２４からなり、電極９１５を基準極とした起電力式のセルである。モニタセル９４５は電圧計９４６を有するモニタ回路９４５０に接続され、電圧計９４６の出力に基いてポンプ回路９３０の可変電源９３１を制御できるよう制御回路９４７が設けてある。
　サブポンプセル９５は第２セル配置室１２２に残留する酸素を排出するセルで、電極９１４、電極９１５と固体電解質板９２４からなる。サブポンプセル９５は、電源９５１と電流計９５２を有するサブポンプ回路９５０に接続される。
【００８５】
　センサセル９６は第２セル配置室１２２において特定ガス濃度（ＮＯｘ等）を測定するセルで、電極９１６と電極９１５、固体電解質板９２４からなる。サブポンプセル９５との違いは、電極９１５の基準ガス室９２４０に露出した側で構成されていること、電極９１６の表面は直接第２セル配置室１２２に露出せず、通気性のある多孔質体９２３０で覆われて間接的に露出していることである。センサセル９６は、電源９６１、電流計９６２を有するセンサ回路９６０に接続される。
【００８６】
　本例にかかる構成のガスセンサ素子１ついて、ポンプセル９３、サブポンプセル９５に流れるポンプ限界電流値Ｉｐ、センサセル９６に流れるセンサ電流値Ｉｓ（但し、上記ポンプセル９３，サブポンプセル９５を作動させない場合）との間にＩｓ／Ｉｐ≦０．３なる関係が成立した場合、オフセット電流を小さく抑制することができて、精度の高い測定が可能なガスセンサ素子を得ることができる。その他詳細は実施例６と同様である。
【００８７】
（実施例８）
　本例は、拡散律速通路の幅Ｗｎの長さとオフセット電流、応答性との関係について評価した。
　実施例１に記載したガスセンサ素子で拡散律速通路の幅Ｗｎの異なるものを複数種類用意して、実施例２に記載した要領で、オフセット電流と応答性について測定し、図１６の線図に結果を記載した。
　同図から、Ｗｎを０．８ｍｍ以下と設定することでオフセット電流が小さく、応答性に優れたガスセンサ素子が得られることが分かった。
【００８８】
（実施例９）
　本例は、拡散律速通路の長さＬｎの長さとオフセット電流、応答性との関係について評価した。
　実施例１に記載したガスセンサ素子で拡散律速通路の長さＬｎの異なるものを複数種類用意して、実施例２に記載した要領で、オフセット電流と応答性について測定し、図１７の線図に結果を記載した。
　同図から、Ｌｎを０．４ｍｍ以下と設定することでオフセット電流が小さく、応答性に優れたガスセンサ素子が得られることが分かった。
【００８９】
（実施例１０）
　本例は、セル配置室の厚みｔの厚さとオフセット電流、応答性との関係について評価した。
　実施例１に記載したガスセンサ素子でセル配置室の厚みｔの異なるものを複数種類用意して、実施例２に記載した要領で、オフセット電流と応答性について測定し、図１８の線図に結果を記載した。
　同図から、ｔを０．４ｍｍ以下と設定することでオフセット電流が小さく、応答性に優れたガスセンサ素子が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】実施例１における、ガスセンサ素子の長手方向の断面説明図。
【図２】図１にかかるＡ−Ａ矢視断面図。
【図３】実施例１における、（ａ）被測定ガス室の要部断面説明図、（ｂ）被測定ガス室用のスペーサの平面図。
【図４】実施例２における、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）とセンサセルにおけるオフセット電流、応答性との関係を示す線図。
【図５】実施例２における、（Ｓｎ／Ｌｎ）／（Ｓ０／Ｌ０）と精度との関係を示す線図。
【図６】実施例３における、（ａ）セル配置室と拡散抵抗通路の幅が等しい被測定ガス室を有するガスセンサ素子の要部断面説明図、（ｂ）スペーサの平面図。
【図７】実施例４における、第２セル配置室に多孔質材料を充填したガスセンサ素子のスペーサの平面図。
【図８】実施例５における、（ａ）３つのセル配置室と２つのガス導入路を備えた被測定ガス室を有するガスセンサ素子のスペーサの平面図、（ｂ）要部断面説明図。
【図９】実施例６における、ガスセンサ素子の長手方向の断面説明図。
【図１０】実施例６における、センサセル及びモニタセルの被測定ガス側電極を示す説明図。
【図１１】実施例６における、第１ポンプ電極を示す説明図。
【図１２】実施例６における、第２ポンプ電極を示す説明図。
【図１３】Ｉｓ／Ｉｐとオフセット電流との関係を示す説明図。
【図１４】実施例７における、５つの電気化学的セルを有するガスセンサ素子の長手方向の断面説明図。
【図１５】実施例７における、第１セル配置室、第２セル配置室を示す説明図。
【図１６】実施例８における、拡散律速通路の幅Ｗｎとセンサセルにおけるオフセット電流、応答性との関係を示す線図。
【図１７】実施例９における、拡散律速通路の経路長Ｌｎとセンサセルにおけるオフセット電流、応答性との関係を示す線図。
【図１８】実施例１０における、セル配置室ｔとセンサセルにおけるオフセット電流、応答性との関係を示す線図。
【符号の説明】
【００９１】
　１　ガスセンサ素子
　１０　ガス導入路
　１１、１３　固体電解質板
　１２、１４　スペーサ
　１２１　第１セル配置室
　１２２　第２セル配置室
　１０３　拡散抵抗通路
　２　ポンプセル
　３　モニタセル
　４　センサセル
　５　λセル
【図１】
2004132960.tif 000003
【図２】
2004132960.tif 000004
【図３】
2004132960.tif 000005
【図４】
2004132960.tif 000006
【図５】
2004132960.tif 000007
【図６】
2004132960.tif 000008
【図７】
2004132960.tif 000009
【図８】
2004132960.tif 000010
【図９】
2004132960.tif 000011
【図１０】
2004132960.tif 000012
【図１１】
2004132960.tif 000013
【図１２】
2004132960.tif 000014
【図１３】
2004132960.tif 000015
【図１４】
2004132960.tif 000016
【図１５】
2004132960.tif 000017
【図１６】
2004132960.tif 000018
【図１７】
2004132960.tif 000019
【図１８】
2004132960.tif 000020