(57)【要約】【課題】測定精度が高く，応答性に優れたガスセンサ素子を提供すること。【解決手段】被測定ガス室１２１，１２２と，基準ガス室１６０と，被測定ガス室１２１，１２２に対し酸素を出し入れするポンプセル２と，被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサセル４とを有するガスセンサ素子１。ポンプセル２は，固体電解質板１３と，被測定ガス側ポンプ電極２１と，他のポンプ電極２２とからなる。センサセル４は，固体電解質板１１と，被測定ガス側センサ電極４２と，基準センサ電極４１とからなる。被測定ガス側ポンプ電極２１のうち，被測定ガス側センサ電極４２よりも被測定ガスの流れの上流側に位置する部分は，そのガスセンサ素子１の長手方向に沿った最大長さをｃ，長手方向に直交する幅方向に沿った最大長さをａとすると，２．０≦ｃ／ａ≦７．０である。【選択図】　図１
2004093200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から被測定ガスを導入する被測定ガス室と，基準ガスを導入する基準ガス室と，上記被測定ガス室に対し酸素を出し入れするポンプセルと，上記被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサセルとを有するガスセンサ素子であって，
上記ポンプセルは，固体電解質板と，該固体電解質板における上記被測定ガス室側に設けた被測定ガス側ポンプ電極と，上記固体電解質板における上記被測定ガス側ポンプ電極と反対側の面に設けた他のポンプ電極とからなり，
上記センサセルは，固体電解質板と，該固体電解質板における上記被測定ガス室側に設けた被測定ガス側センサ電極と，上記固体電解質板における上記基準ガス室側に設けた基準センサ電極とからなり，
上記被測定ガス側ポンプ電極のうち，上記被測定ガス側センサ電極よりも上記被測定ガスの流れの上流側に位置する部分は，そのガスセンサ素子の長手方向に沿った最大長さをｃ，上記長手方向に直交する幅方向に沿った最大長さをａとすると，
２．０≦ｃ／ａ≦７．０であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項２】
請求項１において，上記ポンプセルの被測定ガス側ポンプ電極のうち，上記被測定ガス側センサ電極よりも上記被測定ガスの流れの上流側に位置する部分の面積をＳｐ，上記センサセルの被測定ガス側電極の面積をＳｓとすると，
２≦Ｓｐ／Ｓｓ≦３０であることを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項３】
請求項１または２において，上記ポンプセルの被測定ガス側ポンプ電極はＰｔ−Ａｕを含有することを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項４】
請求項３において，上記Ｐｔ−ＡｕにおけるＡｕ含有量は１〜５ｗｔ％であることを特徴とするガスセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，内燃機関の排気系等に設置して，排ガス中のＮＯｘ濃度等を測定するガスセンサ素子に関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車エンジンの排気系に設置し，排ガス中のＮＯｘ濃度，酸素濃度，またエンジン燃焼室の空燃比を測定するガスセンサに用いるガスセンサ素子として，次に示す構成の素子が知られている。
このガスセンサ素子は，被測定ガス室に対し酸素をポンピングするポンプセルと，被測定ガス室に導入されたＮＯｘ濃度を測定するセンサセルとからなる。
【０００３】
ＮＯｘ濃度を測定するセンサセルは，固体電解質板と該固体電解質板に設けた一対の電極とからなる。一方の電極は被測定ガス室に対面する被測定ガス側センサ電極であり，他方の電極は基準ガスとなる大気を導入した大気室と対面する基準センサ電極である。被測定ガス側センサ電極にはＮＯｘに活性な電極が用いられる。
また，ポンプセルは，固体電解質板と該固体電解質板に設けた一対のポンプ電極とからなる。一方のポンプ電極は被測定ガス室に対面する被測定ガス側ポンプ電極であり，該被測定ガス側ポンプ電極にはＮＯｘに不活性な電極が用いられる。
【０００４】
センサセルにおけるＮＯｘ濃度の測定は，被測定ガス側センサ電極上でＮＯｘを分解し，発生した酸素イオン電流に基づいて行う。従って，被測定ガス室の酸素濃度は非常に少ないか，または定常状態となっていなければならない。
そのため，ポンプセルを用いて被測定ガス室の酸素濃度を調整している。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記ポンプセルにおいて充分に酸素をポンピングできないと，上記被測定ガス室内の酸素濃度を定常状態に保つことが困難となる。また，例え上記ポンプセルのポンピング能力があっても，被測定ガスがセンサセルの被測定ガス側センサ電極に達する前に，酸素濃度が充分に調整されていないと，上記センサセルにおいて，正確なＮＯｘ濃度を測定することが困難となる。
【０００６】
上記ポンプセルのポンピング能力は，上記ポンプセルにおける上記被測定ガス室に対面した被測定ガス側ポンプ電極に，被測定ガスが充分に接触するか否かにより変わる。そのため，上記被測定ガス側ポンプ電極の配設状態が適切でないと，被測定ガスが上記被測定ガス側センサ電極に達する前に上記被測定ガスの酸素濃度を充分に調整できないおそれがある。その結果，ＮＯｘが存在しない場合にもセンサセルに発生するオフセット電流が流れ，ガスセンサ素子によるＮＯｘ濃度の検出を正確に行うことが困難となる。
【０００７】
一方，上記被測定ガス側センサ電極よりも，上記被測定ガスの上流側に充分に大きな被測定ガス側ポンプ電極を配設することも考えられるが，この場合，上記被測定ガス室に導入した被測定ガスの拡散距離が長くなる。そのため，被測定ガスが上記被測定ガス側センサ電極に達するまでに時間を要し，ガスセンサ素子の応答性の低下を招くおそれがある。
【０００８】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，測定精度が高く，かつ応答性に優れたガスセンサ素子を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題の解決手段】
本発明は，外部から被測定ガスを導入する被測定ガス室と，基準ガスを導入する基準ガス室と，上記被測定ガス室に対し酸素を出し入れするポンプセルと，上記被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサセルとを有するガスセンサ素子であって，
上記ポンプセルは，固体電解質板と，該固体電解質板における上記被測定ガス室側に設けた被測定ガス側ポンプ電極と，上記固体電解質板における上記被測定ガス側ポンプ電極と反対側の面に設けた他のポンプ電極とからなり，
上記センサセルは，固体電解質板と，該固体電解質板における上記被測定ガス室側に設けた被測定ガス側センサ電極と，上記固体電解質板における上記基準ガス室側に設けた基準センサ電極とからなり，
上記被測定ガス側ポンプ電極のうち，上記被測定ガス側センサ電極よりも上記被測定ガスの流れの上流側に位置する部分は，そのガスセンサ素子の長手方向に沿った最大長さをｃ，上記長手方向に直交する幅方向に沿った最大長さをａとすると，
２．０≦ｃ／ａ≦７．０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）。
【００１０】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
上述のごとく，上記被測定ガス側ポンプ電極のうち，上記被測定ガス側センサ電極よりも上記被測定ガスの流れの上流側に位置する部分は，そのガスセンサ素子の長手方向に沿った最大長さをｃ，上記長手方向に直交する幅方向に沿った最大長さをａとすると，２．０≦ｃ／ａ≦７．０である。
【００１１】
ｃ／ａが２．０以上であるため，上記被測定ガス室に導入された被測定ガスが，ガスセンサ素子の長手方向に沿って拡散して行くとき，充分に被測定ガス側ポンプ電極に接触する。これにより，被測定ガス中の酸素濃度を充分に調整することができ，センサセルにおける被測定ガス中の特定ガス濃度の測定を正確に行うことができる。
【００１２】
また，ｃ／ａが７．０以下であるため，被測定ガス室に導入された被測定ガスが，上記被測定ガス側センサ電極に達するまでの拡散距離を充分小さくすることができる。そのため，被測定ガスが上記被測定ガス側センサ電極に達するまでに時間を要さず，ガスセンサ素子の応答性を確保することができる。
【００１３】
以上のごとく，本発明によれば，測定精度が高く，かつ応答性に優れたガスセンサ素子を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明（請求項１）において，上記特定ガスとしては，例えば，ＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等がある。
上記ポンプセルとは，主に上記被測定ガス室内に酸素を出し入れ（ポンピング）するために設けられた主ポンプセルをはじめ，ポンピング能力を有する全てのセルをいう。即ち，上記ポンプセルには，例えば，被測定ガス室内の酸素濃度をモニタリングするためのモニタ用ポンプセル等も含まれる。
【００１５】
また，上記ポンプセルの被測定ガス側ポンプ電極のうち，上記被測定ガス側センサ電極よりも上記被測定ガスの流れの上流側に位置する部分の面積をＳｐ，上記センサセルの被測定ガス側電極の面積をＳｓとすると，
２≦Ｓｐ／Ｓｓ≦３０であることが好ましい（請求項２）。
【００１６】
この場合には，上記被測定ガス側センサ電極の電極活性を低下させることなく，測定精度の高いガスセンサ素子を得ることができる。
Ｓｐ／Ｓｓが２未満の場合には，ポンプセルによって充分に酸素のポンピングを行うことができず，特定ガス濃度の測定を正確に行うことが困難となるおそれがある。一方，Ｓｐ／Ｓｓが３０を超える場合には，製造時，上記ガスセンサ素子を一体焼成する際，被測定ガス側ポンプ電極に付与された特定ガスに対する不活性成分が飛散して，上記被測定ガス側センサ電極に付着するおそれがある。これにより，被測定ガス側センサ電極の電極活性が低下し，正確な測定を妨げるおそれがある。
【００１７】
また，上記ポンプセルの被測定ガス側ポンプ電極はＰｔ−Ａｕを含有することが好ましい（請求項３）。
この場合には，上記被測定ガス側ポンプ電極を，耐熱性に優れると共に，ＮＯｘ等の特定ガスに対する不活性度に優れたものとすることができる。上記特定ガスに対して不活性とすることにより，上記被測定ガス側ポンプ電極において特定ガスを分解させないようにして，センサセルにおける特定ガスの測定精度への影響を抑制することができる。
【００１８】
また，上記Ｐｔ−ＡｕにおけるＡｕ含有量は１〜５ｗｔ％であることが好ましい（請求項４）。
この場合には，上記被測定ガス側ポンプ電極における特定ガスの分解を抑制すると共に，酸素の分解能力を確保することができる。
上記Ａｕ含有量が１ｗｔ％未満の場合には，上記被測定ガス側ポンプ電極において特定ガスの分解が起こるおそれがある。一方，上記Ａｕ含有量が５ｗｔ％を超える場合には，上記被測定ガス側ポンプ電極における酸素の分解能力が低下するおそれがある。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例に係るガスセンサ素子につき，図１〜図４を用いて説明する。上記ガスセンサ素子１は，外部から被測定ガスを導入する被測定ガス室１２１，１２２と，基準ガスを導入する基準ガス室１６０と，上記被測定ガス室１２１，１２２に対し酸素を出し入れするポンプセル（主ポンプセル２，モニタ用ポンプセル３）と，上記被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサセル４とを有する。
【００２０】
上記主ポンプセル２は，第２固体電解質板１３と，該第２固体電解質板１３における上記被測定ガス室１２１側に設けた被測定ガス側ポンプ電極２１と，上記第２固体電解質板１３における上記被測定ガス側ポンプ電極２１と反対側の面に設けた大気側ポンプ電極２２とからなる。
【００２１】
また，上記モニタ用ポンプセル３は，第１固体電解質板１１と，該第１固体電解質板１１における上記被測定ガス室１２２側に設けた被測定ガス側ポンプ電極３２と，上記第１固体電解質板１１における上記被測定ガス側ポンプ電極３２と反対側の面に設けた大気側ポンプ電極３１とからなる。
【００２２】
上記センサセル４は，第１固体電解質板１１と，該第１固体電解質板１１における上記被測定ガス室１２２側に設けた被測定ガス側センサ電極４２と，上記第１固体電解質板１１における上記基準ガス室１６０側に設けた基準センサ電極４１とからなる。
上記被測定ガス側ポンプ電極２１，３２のうち，上記被測定ガス側センサ電極４２よりも上記被測定ガスの流れの上流側に位置する部分は，図４に示すごとく，そのガスセンサ素子１の長手方向に沿った最大長さをｃ，上記長手方向に直交する幅方向に沿った最大長さをａとすると，２．０≦ｃ／ａ≦７．０である。
【００２３】
本例においては，図４に示すごとく，上記被測定ガス側センサ電極４２よりも被測定ガスの流れの上流側には，主ポンプセル２の被測定ガス側ポンプ電極２１のみがある。それ故，該主ポンプセル２の被測定ガス側ポンプ電極２１について，その長手方向の最大長さｃと幅方向の最大長さａとの関係が，２．０≦ｃ／ａ≦７．０となる。
【００２４】
また，上記ポンプセルの被測定ガス側ポンプ電極のうち，上記被測定ガス側センサ電極４２よりも上記被測定ガスの流れ（矢印Ｇ）の上流側に位置する部分の面積をＳｐ，上記被測定ガス側電極４２の面積をＳｓとすると，２≦Ｓｐ／Ｓｓ≦３０である。
本例においては，主ポンプセル２の被測定ガス側ポンプ電極２１の面積がＳｐとなる。
【００２５】
上記特定ガスはＮＯｘであり，上記ガスセンサ素子１は，例えば自動車の排ガス中のＮＯｘを検出するために用いられる。
また，上記主ポンプセル２及びモニタ用ポンプセル３の被測定ガス側ポンプ電極２１，３２はＰｔ−Ａｕを含有する。そして，該Ｐｔ−ＡｕにおけるＡｕ含有量，即ち被測定ガス側ポンプ電極２１，３２に含有するＰｔ−Ａｕ合金に対するＡｕの含有率は１〜５ｗｔ％である。
【００２６】
以下，詳細に説明する。
図１〜図３に示すごとく，本例のガスセンサ素子１は，積層された第１固体電解質板１１，被測定ガス室用のスペーサ１２，第２固体電解質板１３，大気室用のスペーサ１４，セラミックヒータ１９よりなる。
そして，ガスセンサ素子１は，第１及び第２被測定ガス室１２１，１２２と大気室１４０，基準ガス室１６０を備え，第１被測定ガス室１２１に対して酸素ガスをポンピングする主ポンプセル２，第２被測定ガス室１２２の酸素濃度を監視するモニタ用ポンプセル３，第２被測定ガス室１２２のＮＯｘ濃度を検知するセンサセル４を有する。
【００２７】
第１及び第２固体電解質板１１，１３，スペーサ１２との間に第１及び第２被測定ガス室１２１，１２２がある。図１，図２に示すごとく，第１被測定ガス室１２１は，第１固体電解質板１１に設けた導入穴１１０で外部に連通し，第１被測定ガス室１２１と第２被測定ガス室１２２との間を連通する拡散通路１２０がある。
また，本例のガスセンサ素子１は，上記第１固体電解質板１１の導入穴１１０を覆う多孔質拡散層１７を有し，該多孔質拡散層１７と隣接して，基準ガス室１６０を形成するスペーサ１６１及び絶縁板１６２を有する。
【００２８】
また，第２固体電解質板１３，スペーサ１４，セラミックヒータ１９との間に基準ガスとなる大気を導入する第１大気室１４０がある。
上記セラミックヒータ１９は，ヒータ基板１９１と該ヒータ基板１９１上に設けた発熱体１９０，該発熱体１９０を覆う被覆板１９２とよりなる。
そして，上記第１及び第２の固体電解質板１１，１３はジルコニアセラミック，その他は絶縁性のアルミナセラミックよりなる。
図２に示すごとく，発熱体１９０に対する給電は，発熱体１９０に一体的に形成されたリード部１９５，スルーホール１９３，端子部１９４を介して行われる。
【００２９】
上記主ポンプセル２は，図１，図２に示すごとく，第２固体電解質板１３に設けた第１被測定ガス室１２１と対面する第１ポンプ電極２１，第１大気室１４０と対面する第２ポンプ電極２２とよりなる。両電極２１，２２は電源２５１及び電流計２５２を備えたポンプ回路２５に接続する。
【００３０】
上記モニタ用ポンプセル３は，図２，図３に示すごとく，第１固体電解質板１１に設けた第２被測定ガス室１２２と対面する被測定ガス側ポンプ電極３２，第２大気室１６０と対面する大気側ポンプ電極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に接続する。
【００３１】
上記センサセル４は，図１〜図３に示すごとく，第１固体電解質板１１に設けた第２被測定ガス室１２２と対面する被測定ガス側センサ電極４２，第２大気室１６０と対面する基準センサ電極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。
そして，モニタ用ポンプセル３を用いて主ポンプセル２の動作を制御するため，電流計３５２から電源２５１にむかうフィードバック回路（図示略）がある。
【００３２】
そして，被測定ガス側ポンプ電極２１，３２はＮＯｘに対して不活性なＰｔ−Ａｕ電極よりなる。Ａｕの含有率は３ｗｔ％である。上記センサセル４の被測定ガス側センサ電極４２はＮＯｘに対して活性なＰｔ−Ｒｈ電極よりなる。その他の電極２２，３１，４１はＰｔ−Ｒｈ電極である。Ｒｈの含有率は２０ｗｔ％である。また，被測定ガス側センサ電極４２はＡｕを０．２ｗｔ％添加する。
【００３３】
また，図２に示すごとく，上記センサセル４における両電極４１，４２は，導電性リード部４１１，４２１を介して，外部の端子４１２，４２２に電気的に接続されている。また，上記導電性リード部４１１，４２１は，上記第１固体電解質板１１，スペーサ１６１，絶縁板１６２に形成したスルーホール１８１，１８２を通して，上記電極４１，４２と上記端子４１２，４２２とをそれぞれ接続している。
【００３４】
また，図２に示すごとく，上記モニタ用ポンプセル３における両電極３１，３２も同様に，導電性リード部３１１，３２１を介して，外部の端子３１２，３２２に電気的に接続されている。また，上記導電性リード部３１１，３２１は，上記第１固体電解質板１１，スペーサ１６１，絶縁板１６２に形成したスルーホール１８３，１８４を通して，上記電極３１，３２と上記端子３１２，３２２とをそれぞれ接続している。
【００３５】
また，上記主ポンプセル２における両電極２１，２２も同様に，導電性リード部２１１，２２１を介して，外部の端子２１５，２２５に電気的に接続されている。また，上記導電性リード部２１１，２２１は，上記第２固体電解質板１３，スペーサ１４，ヒータ基板１９１，被覆板１９２に形成したスルーホール１８５，１８６を通して，上記電極２１，２２と上記端子２１５，２２５とをそれぞれ接続している。
【００３６】
図４に示すごとく，上記センサセル４とモニタ用ポンプセル３とは，上記被測定ガスの流れ方向に関して，上記主ポンプセル２よりも下流側の位置において並列配置されている。
上記主ポンプセル２の被測定ガス側ポンプ電極２１は，長手方向の長さｃ＝８．０ｍｍ，幅方向の長さａ＝１．６ｍｍである。また，上記モニタ用ポンプセル３の被測定ガス側ポンプ電極３２及びセンサセル４の被測定ガス側センサ電極４２は，それぞれ長手方向の長さｅ＝２．８ｍｍ，幅方向の長さｄ＝１．２ｍｍである。
【００３７】
次に，本例の作用効果につき説明する。
上述のごとく，上記被測定ガス側ポンプ電極２１，３２のうち，上記被測定ガス側センサ電極４２よりも上記被測定ガスの流れの上流側に位置する部分は，そのガスセンサ素子の長手方向に沿った最大長さをｃ，上記長手方向に直交する幅方向に沿った最大長さをａとすると，２．０≦ｃ／ａ≦７．０である。
即ち，本例においては，図４に示すごとく，主ポンプセル２の被測定ガス側ポンプ電極２１について，その長手方向の最大長さｃと幅方向の最大長さａとの関係が，２．０≦ｃ／ａ≦７．０である。
【００３８】
ｃ／ａが２．０以上であるため，上記第１被測定ガス室１２１に導入された被測定ガスが，ガスセンサ素子１の長手方向に沿って拡散して行くとき，充分に被測定ガス側ポンプ電極２１に接触する。これにより，被測定ガス中の酸素濃度を充分に調整することができ，センサセル４における被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を正確に行うことができる。
【００３９】
また，ｃ／ａが７．０以下であるため，第１被測定ガス室１２１及び第２被測定ガス室１２２に導入された被測定ガスが，上記被測定ガス側センサ電極４２に達するまでの拡散距離を充分小さくすることができる。そのため，被測定ガスが上記被測定ガス側センサ電極４２に達するまでに時間を要さず，ガスセンサ素子１の応答性を確保することができる。
【００４０】
また，上記主ポンプセル２及びモニタ用ポンプセル３の被測定ガス側ポンプ電極２１，３２はＰｔ−Ａｕを含有する。そのため，被測定ガス側ポンプ電極２１，３２を，耐熱性に優れると共に，ＮＯｘに対する不活性度に優れたものとすることができる。ＮＯｘに対して不活性とすることにより，上記被測定ガス側ポンプ電極２１，３２においてＮＯｘを分解させないようにして，センサセル４におけるＮＯｘの測定精度への影響を抑制することができる。
【００４１】
また，上記Ｐｔ−ＡｕにおけるＡｕ含有量は１〜５ｗｔ％であるため，上記被測定ガス側ポンプ電極２１，３２における特定ガスの分解を抑制すると共に，酸素の分解能力を確保することができる。
【００４２】
以上のごとく，本例によれば，測定精度が高く，かつ応答性に優れたガスセンサ素子を提供することができる。
【００４３】
（実施例２）
本例においては，図５に示すごとく，主ポンプセルの被測定ガス側ポンプ電極の長手方向の長さｃと幅方向の長さａとの比ｃ／ａと，ガスセンサ素子に生ずるオフセット電流の大きさ，及びガスセンサ素子の応答時間との関係を測定した。上記の比ｃ／ａ以外については実施例１と同様の構成のガスセンサ素子を用いた。
【００４４】
図５に示すごとく，ｃ／ａが１〜８の間の８個の値を取るようにそれぞれ設計したガスセンサ素子を作製した。そして，各ガスセンサ素子に生ずるオフセット電流の大きさを測定した。また，各ガスセンサ素子につき，ＮＯｘを０〜３００ｐｐｍの間で変化させた場合の６３％応答時間を測定した。この６３％応答時間とは，ＮＯｘを０ｐｐｍから３００ｐｐｍ，３００ｐｐｍから０ｐｐｍと変化させたとき，センサの出力がそれぞれトータルの変化量の６３％変化するまでの時間をいう。
【００４５】
測定結果を図５に表す。同図において，「○」がオフセット電流の値を示し，「●」が応答時間を示す。また，これらの測定はＮ＝２で行った。
図５から分かるように，ｃ／ａが小さくなるとオフセット電流が増加し，ｃ／ａが大きくなると応答時間が長くなる。そして，ｃ／ａが２を下回ると，オフセット電流が急激に大きくなり，０．１μＡを超える。また，ｃ／ａが７．０を超えると，ガスセンサ素子の応答時間が１．３秒を超えて大きくなる。
本例の結果より，２．０≦ｃ／ａ≦７．０とすることにより，測定精度が高く，かつ応答性に優れたガスセンサ素子が得られることが分かる。
【００４６】
（実施例３）
本例においては，図６に示すごとく，主ポンプセル２の被測定ガス側ポンプ電極２１の面積Ｓｐとセンサセル４の被測定ガス側センサ電極４２の面積Ｓｓとの比Ｓｐ／Ｓｓと，ガスセンサ素子に生ずるオフセット電流の大きさ，及び電極抵抗の大きさとの関係を測定した。
上記の比Ｓｐ／Ｓｓ以外については実施例１と同様の構成のガスセンサ素子を用いた。
【００４７】
図６に示すごとく，Ｓｐ／Ｓｓが１，２，４，６，３０，５０の６個の値を取るようにそれぞれ設計したガスセンサ素子を作製した。そして，各ガスセンサ素子に生ずるオフセット電流の大きさを測定した。また，各ガスセンサ素子につき，センサセルの電極抵抗を測定した。この電極抵抗とは，図７に示すごとく，センサセルの電圧−電流特性（ａ）において，リニアな特性の得られる印加電圧０．２〜０．３Ｖの間の抵抗であり，図７における直線（ｂ）の傾きにより表される。
【００４８】
測定結果を図６に表す。
図６から分かるように，Ｓｐ／Ｓｓが小さくなるとオフセット電流が増加し，Ｓｐ／Ｓｓが大きくなると，センサセルの電極抵抗が大きくなる。そして，Ｓｐ／Ｓｓが２を下回ると，オフセット電流が急激に大きくなり，０．１μＡを超える。また，Ｓｐ／Ｓｓが３０を超えると，電極抵抗が４．０×１０４を超えて大きくなる。即ち，センサセルの電極活性が小さくなる。
本例の結果より，２≦Ｓｐ／Ｓｓ≦３０とすることにより，測定精度が高く，かつセンサセルの電極活性に優れたガスセンサ素子が得られることが分かる。
【００４９】
（実施例４）
本例のガスセンサ素子１は，図８に示すごとく，第１と第２の被測定ガス室５２０，５４０が第１と第２の固体電解質板５１，５５等の積層方向に位置するよう構成する。
本例のガスセンサ素子１は，第１固体電解質板５１，スペーサ５２，第２固体電解質板５３，スペーサ５４，第３固体電解質板５５，スペーサ５６，セラミックヒータ１９を積層構成してなる。
【００５０】
第１固体電解質板５１と第２固体電解質板５３とスペーサ５２との間に第１被測定ガス室５２０が，第２固体電解質板５３と第３固体電解質板５５とスペーサ５４との間に第２被測定ガス室５４０が，第３固体電解質板５５とスペーサ５６とセラミックヒータ１９との間に大気室５５０がある。
【００５１】
第１固体電解質板５１に設けた導入穴５１０から第１被測定ガス室５２０に対し被測定ガスを導入する。多孔質拡散層１７は導入穴５１０を覆うように第１固体電解質板５１に対し積層する。第１と第２の被測定ガス室５２０，５４０との間は拡散通路５３０により連通される。
【００５２】
そして，主ポンプセル２の第１ポンプ電極２１は第１被測定ガス室５２０と対面し，第２ポンプ電極２２は拡散抵抗層１７を通じて素子の外部雰囲気に曝される。第１及び第２のポンプ電極２１，２２は第１固体電解質板５１に設ける。
センサセル４の第２被測定ガス室５４０と対面する被測定ガス側センサ電極４２と大気室５５０と対面する基準センサ電極４１とは，第３固体電解質板５５に設ける。モニタ用起電力セル７における，上記第２被測定ガス室５４０と対面する被測定ガス側電極７２と，大気室５５０と対面する大気側電極７１とは，第３固体電解質板５５に設ける。
【００５３】
そして，主ポンプセル２のポンプ電極２１，２２は電源２５１及び電流計２５２を備えたポンプ回路２５に接続する。モニタ用起電力セル７の電極７１，７２は電圧計７５６を備えたモニタ回路７５に接続する。センサセル４の電極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。
そして，モニタ用起電力セル７を用いて主ポンプセル２の動作を制御するため，電圧計７５６から電源２５１にむかうフィードバック回路２５５がある。
【００５４】
そして，被測定ガス側ポンプ電極２１はＮＯｘに対して不活性なＰｔ−Ａｕ電極よりなる。モニタ用起電力セル７はＯ２に対する触媒活性に優れるＰｔ電極よりなる。被測定ガス側センサ電極４２はＮＯｘに対して活性なＰｔ−Ｒｈ電極よりなる。その他の電極２２，７１，４１はＰｔ−Ｒｈ電極である。また，被測定ガス側センサ電極４２はＡｕを０．２ｗｔ％添加する。
なお，モニタ用起電力セル７は，請求項１に記載したポンプセルには含まれない。
その他，実施例１と同様の構成を有し，同様の作用効果を有する。
【００５５】
なお，図９に示すように，モニタ用起電力セル７を第１固体電解質板５１に設けることもできる。また，主ポンプセル２の第２ポンプ電極２２とモニタ用起電力セル７の大気側ポンプ電極７１とは一体化することができる。
【００５６】
（実施例５）
本例のガスセンサ素子１は，図１０，図１１に示すごとく，センサセル４とモニタ用ポンプセル３を直列に接続した構成を有する。
即ち，図１１に示すごとく，被測定ガスの流れ（矢印Ｇ）の上流側から，主ポンプセル２，モニタ用ポンプセル３，センサセル４がこの順に直列配置されている。
【００５７】
本例のガスセンサ素子１は，図１０に示すごとく，スペーサ６１，第１固体電解質板６２，スペーサ６３，第２固体電解質板６４，スペーサ６５，セラミックヒータ１９を積層構成してなる。
スペーサ６１と第１固体電解質板６２との間に第１大気室（基準ガス室）６１０が，第１固体電解質板６２とスペーサ６３と第２固体電解質板６４との間に第１及び第２の被測定ガス室６３１，６３２が，第２固体電解質板６４とスペーサ６５とヒータ１９との間に第２大気室６５０がある。
【００５８】
第１固体電解質板６２に設けた導入穴６２０から第１被測定ガス室６３１に対し被測定ガスを導入する。多孔質拡散層１７は導入穴６２０を覆うように第１固体電解質板６２に対し積層する。第１と第２の被測定ガス室６３１，６３２との間は拡散通路６３０により連通される。
【００５９】
そして，主ポンプセル２の第１ポンプ電極２１は第１被測定ガス室６３１と対面し，第２ポンプ電極２２は第２大気室６５０と対面する。第１及び第２のポンプ電極２１，２２は第２固体電解質板６４に設ける。
センサセル４の第２被測定ガス室６３２と対面する被測定ガス側センサ電極４２と第１大気室６１０と対面する基準センサ電極４１とは，第１固体電解質板６２に設ける。モニタ用ポンプセル３における，上記第２被測定ガス室６３２と対面する被測定ガス側ポンプ電極３２と，大気室６１０と対面する大気側ポンプ電極３１とは，第１固体電解質板６２に設ける。
【００６０】
そして，主ポンプセル２のポンプ電極２１，２２は電源２５１及び電流計２５２を備えたポンプ回路２５に接続する。モニタ用ポンプセル３の電極３１，３２は電源３５１，電流計３５２を備えたモニタ回路３５に接続する。センサセル４の電極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。
そして，主ポンプセル２の動作を制御するため，電流計２５２から電源２５１にむかうフィードバック回路２５５がある。
【００６１】
そして，被測定ガス側ポンプ電極２１，３２はＮＯｘに対して不活性なＰｔ−Ａｕ電極よりなる。被測定ガス側センサ電極４２はＮＯｘに対して活性なＰｔ−Ｒｈ電極よりなる。その他の電極２２，３１，４１はＰｔ−Ｒｈ電極である。また，被測定ガス側センサ電極４２はＡｕを０．２ｗｔ％添加する。
【００６２】
また，本例の場合にも，２．０≦ｃ／ａ≦７．０，２≦Ｓｐ／Ｓｓ≦３０が成り立つが，ｃ，ａ，Ｓｐ，Ｓｓは，以下の定義に従う。
即ち，図１１に示すごとく，主ポンプセル２の被測定ガス側ポンプ電極２１の素子長手方向の長さをｃ１，素子幅方向の長さをａ１とし，モニタ用ポンプセル３の被測定ガス側ポンプ電極の素子長手方向の長さをｃ２，素子幅方向の長さをａ２とする。このとき，ｃ＝ｃ１＋ｃ２，ａ＝（ａ１ｃ１＋ａ２ｃ２）／（ｃ１＋ｃ２）として，ｃ／ａを算出する。
また，Ｓｐは，主ポンプセル２及びモニタ用ポンプセル３の被測定ガス側ポンプ電極２１，３２の面積の合計である。
【００６３】
なお，ポンピング能力を有するポンプセルがセンサセルよりも，被測定ガスの流れの上流側に複数存在する場合には，これらのポンプセルの被測定ガス側ポンプ電極の長手方向の長さをそれぞれｃ１，ｃ２，・・・ｃｎ，幅方向の長さをａ１，ａ２，・・・ａｎとすると，ｃ＝Σｃｎ，ａ＝（Σａｎｃｎ）／Σｃｎとして，ｃ／ａを算出する。
その他，実施例１と同様の構成を有し，同様の作用効果を有する。
【００６４】
また，図示した構成のほか，主ポンプセル２を第１固体電解質板６２に設け，センサセル４やモニタ用ポンプセル３を第２固体電解質板６４に設ける構成でもよい。
【００６５】
（実施例６）
本例は，図１２に示すごとく，実施例１と同様の構成のガスセンサ素子１であるが，モニタ用ポンプセルを持たない２セル式の素子である。
そして，主ポンプセル２はポンプ回路２５に設けた電流計２５２から電源２５１に向かうフィードバック回路２５５がある。
その他，実施例１と同様の構成を有し，同様の作用効果を有する。
【００６６】
また，図示した構成のほか，主ポンプセル２を第１固体電解質板１１に設け，センサセル４やモニタ用ポンプセル３を第２固体電解質板１３に設ける構成でもよい。
【００６７】
（実施例７）
本例は，図１３，図１４に示すごとく，主ポンプセル２における被測定ガス側電極２１が，第１被測定ガス室６３１の上下左右の壁面に形成されているガスセンサ素子１の例である。
即ち，上記被測定ガス側電極２１は，図１４に示すごとく，第２固体電解質板６４の他に，第１固体電解質板６２にも形成されており，更に，これらを連結するようにして，スペーサ６３の内側面にも形成されている。
【００６８】
この場合，上記被測定ガス側電極２１の幅方向の長さａ１は，ａ１＝（ａ１１＋ａ１２）／２により算出される。ここで，ａ１１は，上記被測定ガス側電極２１のうち，上記第１固体電解質板６２に形成された部分の幅方向の最大長さであり，ａ１２は，上記被測定ガス側電極２１のうち，上記第２固体電解質板６４に形成された部分の幅方向の最大長さである。なお，上記第１被測定ガス室６３１の左右の壁面に形成された部分の長さについては考慮しない。
【００６９】
また，上記被測定ガス側電極２１の素子長手方向の長さｃ１は，全体の長さの中で最も長い部分の長さとする。
また，上記被測定ガス側電極２１の面積Ｓｐ１は，第１固体電解質板６２，第２固体電解質板６４，スペーサ６３の内側面に形成された全ての被測定ガス側電極２１の総面積とする。
その他は，実施例５と同様の構成を有し，同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における，ガスセンサ素子の断面説明図。
【図２】実施例１における，ガスセンサ素子の斜視展開図。
【図３】実施例１における，ガスセンサ素子の横断面説明図（図１のＡ−Ａ線矢視断面図）。
【図４】実施例１における，主ポンプセルとモニタ用ポンプセルとセンサセルとの位置関係を表す説明図。
【図５】実施例２における，オフセット電流及び応答時間の測定結果を示す線図。
【図６】実施例３における，オフセット電流及び電極抵抗の測定結果を示す線図。
【図７】実施例３における，電極抵抗を説明するための電圧と電流の関係を示す線図。
【図８】実施例４における，積層方向に被測定ガス室が並んだ構成のガスセンサ素子を示す断面説明図。
【図９】実施例４における，図８とは異なる，積層方向に被測定ガス室が並んだ構成のガスセンサ素子を示す断面説明図。
【図１０】実施例５における，モニタ用ポンプセルとセンサセルとが直列に並んだ構成のガスセンサ素子を示す断面説明図。
【図１１】実施例５における，主ポンプセルとモニタ用ポンプセルとセンサセルとの位置関係を表す説明図。
【図１２】実施例６における，センサセルとポンプセルのみよりなるガスセンサ素子の断面説明図。
【図１３】実施例７における，主ポンプセルにおける被測定ガス側電極が，第１被測定ガス室の上下左右の壁面に形成されているガスセンサ素子の断面説明図。
【図１４】図１３のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【符号の説明】
１．．．ガスセンサ素子，
１１．．．第１固体電解質板，
１２１．．．第１被測定ガス室，
１２２．．．第２被測定ガス室，
１６０．．．基準ガス室，
２．．．主ポンプセル，
２１．．．被測定ガス側ポンプ電極，
３．．．モニタ用ポンプセル，
３２．．．被測定ガス側ポンプ電極，
４．．．センサセル，
４１．．．基準センサ電極，
４２．．．被測定ガス側センサ電極，
【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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