(57)【要約】  ヒータ層のヒータエレメントへの荷電によって発生する信号ノイズを抑制し、高精度にて、安定した起電力値を得ることの出来るガスセンサ素子を提供する。  固体電解質層４ａ〜４ｄに対して、雰囲気中の酸素濃度差に基づくところの起電力を測定する一対の電極２８、３９を少なくとも設けてなるセンサ層と；発熱部を有するヒータエレメント４４とそれを取り囲むように設けた電気絶縁層４３とを含み、かかるヒータエレメントへの通電によって加熱するようにしたヒータ層４２とを有し、それらセンサ層とヒータ層とが積層、一体化されてなる構造のガスセンサ素子において、前記電気絶縁層４３に、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群より選ばれた少なくとも１種類以上の金属酸化物を含有せしめた。【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層に対して、雰囲気中の酸素濃度差に基づくところの起電力を測定するための一対の電極を少なくとも設けてなるセンサ層と；発熱部を有するヒータエレメントと該ヒータエレメントを取り囲むように設けた電気絶縁層とを含み、該ヒータエレメントへの通電によって前記少なくとも一対の電極が設けられた部位を加熱し得るようにしたヒータ層とを有し、それらセンサ層とヒータ層とが積層、一体化されてなる構造のガスセンサ素子にして、
前記電気絶縁層に、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群より選ばれた少なくとも１種類以上の金属酸化物を含有せしめたことを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項２】
前記電気絶縁層中に含まれる金属酸化物成分の合計が、０．１〜１０重量％である請求項１に記載のガスセンサ素子。
【請求項３】
前記金属酸化物成分の合計含有量が、２．５〜５重量％である請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ素子。
【請求項４】
前記電気絶縁層が、アルミナにて構成されている請求項１乃至請求項３のうちの何れか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項５】
前記電気絶縁層が、アルミナ及びシリカにて構成されている請求項１乃至請求項３のうちの何れか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項６】
前記アルカリ金属酸化物が、Ｌｉ、Ｎａ、又はＫの酸化物である請求項１乃至請求項５のうちの何れか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項７】
前記アルカリ土類金属酸化物が、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、又はＢａの酸化物である請求項１乃至請求項６のうちの何れか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項８】
前記ヒータ層の電気絶縁層が、固体電解質層によって取り囲まれている請求項１乃至請求項７のうちの何れか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項９】
前記一対の電極が、外部の被測定ガスに晒される第一の測定電極と、基準酸素濃度の基準ガスに晒される基準電極とから構成されている請求項１乃至請求項８のうちの何れか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のうちの何れか１項に記載のガスセンサ素子を用いて、外部の被測定ガス中の窒素酸化物成分の量を測定するように構成してなる窒素酸化物センサ。
【請求項１１】
前記センサ層内に、外部の被測定ガスがガス導入口から第一の拡散律速通路を通じて導入される第一の空所と、該第一の空所内の雰囲気が第二の拡散律速通路を通じて導入される第二の空所とが設けられている一方、更に、基準酸素濃度の基準ガスが存在せしめられる基準ガス空所が設けられている請求項１０に記載の窒素酸化物センサ。
【請求項１２】
外部の被測定ガスに接触し得るように配設された第一の測定電極と、前記基準ガス空所内の基準ガスに接触し得るように配設された基準電極とから、前記一対の電極を構成して、それら被測定ガスと基準ガスとの間の酸素濃度差に応じた起電力を検出するようにした第一の酸素分圧検出手段を有している請求項１１に記載の窒素酸化物センサ。
【請求項１３】
前記第一の空所の内外に形成された第一の内側ポンプ電極と第一の外側ポンプ電極を有し、前記ガス導入口から該第一の空所内に導入された被測定ガス中に含まれる酸素を、それらポンプ電極間に印加される制御電圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段を有している請求項１１又は請求項１２に記載の窒素酸化物センサ。
【請求項１４】
前記第二の空所内に形成され、前記第一の空所から導入された雰囲気に接触して、該雰囲気中に含まれる窒素酸化物成分を還元乃至は分解せしめる第二の内側ポンプ電極と、前記第二の空所の外に形成された第二の外側ポンプ電極とを有し、それらポンプ電極間に印加される電圧によって、前記第一の空所から導入された雰囲気中に含まれる窒素酸化物成分の還元乃至は分解によって発生した酸素をポンピング処理する測定用ポンプ手段を有している請求項１１乃至請求項１３のうちの何れか１項に記載の窒素酸化物センサ。
【請求項１５】
前記第二の空所の内外に形成された一対の補助ポンプ電極を有し、前記第一の空所から導入された雰囲気中に含まれる酸素を、該一対の補助ポンプ電極間に印加される補助ポンプ電圧に基づいてポンピング処理する補助ポンプ手段が設けられている請求項１１乃至請求項１４のうちの何れか１項に記載の窒素酸化物センサ。
【請求項１６】
前記第一の空所内の雰囲気に接触し得るように配設された第二の測定電極と、前記基準ガス空所内の基準ガスに接触し得るように配設された基準電極とを有し、それら第一の空所内の雰囲気と基準ガスとの間の酸素濃度差に応じた起電力を検出するようにした第二の酸素分圧検出手段を有している請求項１１乃至請求項１５のうちの何れか１項に記載の窒素酸化物センサ。
【請求項１７】
前記第二の空所内の雰囲気に接触し得るように配設された第三の測定電極と、前記基準ガス空所内の基準ガスに接触し得るように配設された基準電極とを有し、それら第二の空所内の雰囲気と基準ガスとの間の酸素濃度差に応じた起電力を検出するようにした第三の酸素分圧検出手段を有している請求項１１乃至請求項１６のうちの何れか１項に記載の窒素酸化物センサ。
【請求項１８】
前記第二の空所内に配設されて、前記第一の空所から導入された雰囲気に接触して、該雰囲気中に含まれる窒素酸化物成分を還元乃至は分解せしめる第四の測定電極と、前記基準ガス空所内の基準ガスに接触し得るように配設された基準電極とを有し、前記第一の空所から導入された雰囲気中に含まれる窒素酸化物成分の還元乃至は分解によって発生した酸素の量と基準ガスに含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出する第四の酸素分圧検出手段を有している請求項１１乃至請求項１７のうちの何れか１項に記載の窒素酸化物センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ素子に係り、特に、自動車の排気ガスや大気中に含まれるＮＯ、ＮＯ2、ＳＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等の酸化物や、ＣＯ、ＣｎＨｍ等の可燃性ガスを測定するガスセンサに好適に用いられるガスセンサ素子、更には、そのようなガスセンサ素子を用いた窒素酸化物（ＮＯｘ）センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被測定ガス中の、上述の如き所定のガス成分の濃度を知るために、各種の測定方法や装置が提案されてきており、例えば、特開平８−２７１４７６号公報（特許文献１）、特開平１１−２３７３６２号公報（特許文献２）、特開２０００−２８５７６号公報（特許文献３）等においては、被測定ガス中の所定の被測定ガス成分を還元乃至は分解せしめ、その際に発生する酸素量を測定することにより、被測定ガス中の被測定ガス成分量を求めるようにした測定装置が、明らかにされている。具体的には、そこでは、被測定ガス中の所定のガス成分濃度を知るために、所定厚さの固体電解質層の複数を積層、一体化せしめてなる、積層構造の素子本体の内部に、第一の拡散律速通路を通じて、被測定ガスが導かれる第一の内部空所と、かかる第一の内部空所内の雰囲気が第二の拡散律速通路を通じて導かれる一方、その雰囲気中に存在する被測定ガス成分が還元乃至は分解せしめられる第二の内部空所と、第一の内部空所内の酸素分圧を制御せしめる第一の酸素ポンプ手段と、第二の内部空所内の酸素を汲み出す第二の酸素ポンプ手段と、この第二の酸素ポンプ手段の作動により流れるポンプ電流を検出する電流検出手段とを設けたガスセンサ素子が用いられ、かかる電流検出手段により検出されるポンプ電流値から、目的とする被測定ガス成分量が、求められるようになっている。【０００３】
また、それら特許文献に開示のガスセンサ素子にあっては、一般に、雰囲気中の酸素濃度を検出したり、配設された各種酸素ポンプ手段のポンピング作動を制御したりすること等のために、雰囲気中の酸素濃度差に基づくところの起電力を測定する少なくとも一対の電極が、積層、一体化せしめられる固体電解質層に対して設けられて、上記した内部空所や、拡散律速通路、酸素ポンプ手段等と共に、センサ層を構成しているのである。【０００４】
さらに、そのようなセンサ層を有するガスセンサ素子においては、かかるセンサ層に対して、一般に、所定のヒータ層が積層、一体化せしめられて、一体の素子構造とされている。なお、このヒータ層は、発熱部を有するヒータエレメントと、このヒータエレメントを取り囲むように設けた電気絶縁層とを含んで構成され、かかるヒータエレメントへの通電によって、前記した、起電力を測定するための一対の電極が設けられたセンサ層の部位を、少なくとも所定温度に加熱せしめて、目的とする被測定ガス成分量の検出作動が、効果的に行われ得るようになっている。【０００５】
しかしながら、それら従来から提案されている積層構造のガスセンサ素子にあっては、それが、排気ガス等の被測定ガスの測定に供されて、それを構成するヒータ層のヒータエレメントに通電が行われ、所定のパルス電圧が印加されたときに、信号ノイズが発生し、そしてその影響を受けて、センサ層に設けた一対の電極にて検出される起電力の出力値が変動する問題があった。特に、近年におけるガスセンサ素子の制御回路のデジタル化に伴って、ヒータエレメントへの電圧印加周波数が漸次低下せしめられる傾向があるのであるが、また、それにつれて、上記した出力値の変動が大きくなるのであり、そして、そのような変動した出力値に基づいて、酸素ポンプ手段の制御を行う等して、被測定ガス中の所定の被測定ガス成分の検出を行った場合にあっては、その検出精度において充分であるとは言い難いものであったのである。【０００６】
【特許文献１】特開平８−２７１４７６号公報
【特許文献２】特開平１１−２３７３６２号公報
【特許文献３】特開２０００−２８５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、センサ層とヒータ層とが積層、一体化されてなる構造のガスセンサ素子において、かかるヒータ層のヒータエレメントへの電圧印加によって発生する信号ノイズの影響を抑制乃至は阻止し、以て高精度にて、安定した出力値を得ることの出来るガスセンサ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、本発明にあっては、かくの如き課題を解決するために、固体電解質層に対して、雰囲気中の酸素濃度差に基づくところの起電力を測定するための一対の電極を少なくとも設けてなるセンサ層と；発熱部を有するヒータエレメントと該ヒータエレメントを取り囲むように設けた電気絶縁層とを含み、該ヒータエレメントへの通電によって前記少なくとも一対の電極が設けられた部位を加熱し得るようにしたヒータ層とを有し、それらセンサ層とヒータ層とが積層、一体化されてなる構造のガスセンサ素子にして、前記電気絶縁層に、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群より選ばれた少なくとも１種類以上の金属酸化物を含有せしめたことを特徴とするガスセンサ素子を、その要旨とするものである。【０００９】
なお、このような本発明に従うガスセンサ素子の望ましい態様の一つによれば、前記電気絶縁層中に含まれる金属酸化物成分の合計量は、０．１〜１０重量％であり、特に有利には、該金属酸化物成分の合計含有量は、２．５〜５重量％である。【００１０】
また、本発明に従うガスセンサ素子においては、有利には、前記電気絶縁層が、アルミナ又はアルミナ及びシリカにて構成されている。【００１１】
さらに、本発明の望ましい他の態様によれば、前記アルカリ金属酸化物は、Ｌｉ、Ｎａ、又はＫの酸化物であり、また前記アルカリ土類金属酸化物は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、又はＢａの酸化物である。【００１２】
更にまた、本発明の好ましい態様の一つによれば、前記ヒータ層の電気絶縁層は、固体電解質層によって取り囲まれている。【００１３】
加えて、本発明の好ましい態様の他の一つによれば、前記一対の電極は、外部の被測定ガスに晒される第一の測定電極と、基準酸素濃度の基準ガスに晒される基準電極とから構成されている。【００１４】
そして、本発明にあっては、上述の如く構成してなるガスセンサ素子を用いて、外部の被測定ガス中の窒素酸化物成分の量を測定するように構成してなる窒素酸化物センサ、所謂ＮＯｘセンサをも、その要旨の一つとするものである。【００１５】
なお、この本発明に従う窒素酸化物センサの望ましい態様の一つによれば、前記センサ層内に、外部の被測定ガスがガス導入口から第一の拡散律速通路を通じて導入される第一の空所と、該第一の空所内の雰囲気が第二の拡散律速通路を通じて導入される第二の空所とが設けられている一方、更に、基準酸素濃度の基準ガスが存在せしめられる基準ガス空所が設けられている構成が、有利に採用されることとなる。【００１６】
また、そのような本発明の窒素酸化物センサの他の望ましい態様の一つによれば、外部の被測定ガスに接触し得るように配設された第一の測定電極と、前記基準ガス空所内の基準ガスに接触し得るように配設された基準電極とから、前記一対の電極を構成して、それら被測定ガスと基準ガスとの間の酸素濃度差に応じた起電力を検出するようにした第一の酸素分圧検出手段を有している構成が、有利に採用される。【００１７】
さらに、かかる本発明に従う窒素酸化物センサの別の望ましい態様によれば、前記第一の空所の内外に形成された第一の内側ポンプ電極と第一の外側ポンプ電極を有し、前記ガス導入口から該第一の空所内に導入された被測定ガス中に含まれる酸素を、それらポンプ電極間に印加される制御電圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段を有してなる構成が、有利に採用される。【００１８】
また、本発明に従う窒素酸化物センサの好ましい態様によれば、前記第二の空所内に形成され、前記第一の空所から導入された雰囲気に接触して、該雰囲気中に含まれる窒素酸化物成分を還元乃至は分解せしめる第二の内側ポンプ電極と、前記第二の空所の外に形成された第二の外側ポンプ電極とを有し、それらポンプ電極間に印加される電圧によって、前記第一の空所から導入された雰囲気中に含まれる窒素酸化物成分の還元乃至は分解によって発生した酸素をポンピング処理する測定用ポンプ手段を有してなる構成が、有利に採用される。【００１９】
さらに、本発明に従う窒素酸化物センサの他の好ましい態様によれば、前記第二の空所の内外に形成された一対の補助ポンプ電極を有し、前記第一の空所から導入された雰囲気中に含まれる酸素を、該一対の補助ポンプ電極間に印加される補助ポンプ電圧に基づいてポンピング処理する補助ポンプ手段が設けられてなる構成が、有利に採用されることとなる。【００２０】
加えて、本発明に従う窒素酸化物センサの別の好ましい態様によれば、前記第一の空所内の雰囲気に接触し得るように配設された第二の測定電極と、前記基準ガス空所内の基準ガスに接触し得るように配設された基準電極とを有し、それら第一の空所内の雰囲気と基準ガスとの間の酸素濃度差に応じた起電力を検出するようにした第二の酸素分圧検出手段を有してなる構成が、有利に採用される。【００２１】
また、本発明に従う窒素酸化物センサの更に別の好ましい態様によれば、前記第二の空所内の雰囲気に接触し得るように配設された第三の測定電極と、前記基準ガス空所内の基準ガスに接触し得るように配設された基準電極とを有し、それら第二の空所内の雰囲気と基準ガスとの間の酸素濃度差に応じた起電力を検出するようにした第三の酸素分圧検出手段を有してなる構成が、有利に採用される。【００２２】
そして、本発明の窒素酸化物センサの他の好ましい態様の一つによれば、前記第二の空所内に配設されて、前記第一の空所から導入された雰囲気に接触して、該雰囲気中に含まれる窒素酸化物成分を還元乃至は分解せしめる第四の測定電極と、前記基準ガス空所内の基準ガスに接触し得るように配設された基準電極とを有し、前記第一の空所から導入された雰囲気中に含まれる窒素酸化物成分の還元乃至は分解によって発生した酸素の量と基準ガスに含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出する第四の酸素分圧検出手段を有してなる構成が、採用されることとなる。
【発明の効果】
【００２３】
このような本発明に従うガスセンサ素子にあっては、センサ層に対して積層、一体化されたヒータ層において、そのヒータエレメントを取り囲むように設けられた電気絶縁層中に、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物のうちの少なくとも１種類以上の金属酸化物が含有せしめられていることにより、ヒータエレメントとセンサ層、ひいては一対の電極との間の抵抗が効果的に高められ得て、かかるヒータ層のヒータエレメントに、その発熱のための電圧が印加（負荷）された場合にあっても、発生する信号ノイズに基づく影響が効果的に抑制乃至は遮断され、以て、前記センサ層から正確な出力値を得ることが出来ることとなるのであり、従って、かかるガスセンサ素子による、より高精度な被測定ガス成分の検出を、安定して実現することが可能となったのである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に従うガスセンサ素子の一つであるＮＯｘセンサ素子の一例を示す縦断  面説明図であり、また、そのようなＮＯｘセンサ素子に、ポンプ手段や酸素分圧検出手  段を設けてなるＮＯｘセンサの概略をも示している。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面の形態を示す部分説明図である。
【図３】図１に示されるＮＯｘセンサ素子において用いられたヒータ層の構成を示す分  解斜視説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
２  センサ素子                          ４ａ〜４ｆ  固体電解質層
６  基準空気導入通路                    ８  緩衝空所
１０  第一の空所                        １２  第二の空所
１４  目詰まり防止空所                  １６  ガス導入口
１８  第一の隔壁                        ２０  第一の拡散律速通路
２２  第二の隔壁                        ２４  第二の拡散律速通
２６  内側ポンプ電極                    ２６ａ  天井電極部
２６ｂ  低部電極部                      ２６ｃ  側部電極部
２８  外側ポンプ電極                    ３０  第三の隔壁
３２  第三の拡散律速通路                ３４  補助ポンプ電極
３４ａ  天井電極部                      ３４ｂ  底部電極部
３６  測定（用）電極                    ３８  電極保護層
３９  基準電極                          ４０  多孔質アルミナ層
４２  ヒータ層                          ４３  電気絶縁層
４３ａ  上側電気絶縁層                  ４３ｂ  下側電気絶縁層
４４  ヒータエレメント                  ４４ａ  発熱部
４４ｂ  電流供給リード部                ４５  圧力放散孔
４６  スルーホール                      ４７  コネクタパッド
５０  主ポンプセル
５２  主ポンプセル制御用酸素分圧検出セル
５４、６０、６６  可変電源              ５６  補助ポンプセル
５８  補助ポンプセル制御用酸素分圧検出セル
６２  測定用ポンプセル
６４  測定用ポンプセル制御用酸素分圧検出セル
６８  センサセル
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、図面に示される代表的な具体例を参照しつつ、本発明の構成について、詳細に説明することとする。【００２７】
先ず、図１〜図３は、本発明に従うガスセンサ素子の一例に係るＮＯｘ（窒素酸化物）センサ素子の代表的なものの概略構造を示しており、そこにおいて、図１は、そのような素子の積層構造を示す縦断面説明図であり、また図２は、かかる素子の図１におけるＩＩ−ＩＩ断面説明図であり、更に図３は、図１に示されるＮＯｘセンサ素子におけるヒータ層を構成する、ヒータエレメントと電気絶縁層を示す斜視説明図である。【００２８】
そして、それらの図において、２は、細長な長尺の板状体形状を呈するセンサ素子であって、該センサ素子２は、図１より明らかな如く、緻密な気密の複数の酸素イオン伝導性の固体電解質層４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆを含んで積層されてなる、一体構造の板状体とされている。なお、各固体電解質層４ａ〜４ｆは、何れも、ジルコニア磁器等の公知の酸素イオン伝導性の固体電解質材料を用いて形成され、また、そのような一体構造のセンサ素子２は、従来と同様にして、未焼成の固体電解質層の積層構造物を焼成して一体化せしめることにより、容易に得ることが出来る。【００２９】
また、かかる一体構造のセンサ素子２内には、図において最上部に位置する固体電解質層４ａと、上から三番目に位置する固体電解質層４ｃとが、スペーサ層となる固体電解質層４ｂを介して、積層、一体化せしめられることによって、それら固体電解質層４ａ、４ｃ間に位置する内部空所が、図１から明らかな如く、固体電解質層４ｂの厚さに対応する高さにおいて、換言すれば、それら固体電解質層４ａ、４ｃ間における、固体電解質層４ｂの存在しない空間として、素子長手方向に延びるように形成されている。なお、そのような内部空所とは独立した形態において、基準ガス存在空所としての基準空気導入通路６が、固体電解質層４ｂ、４ｄ間において、固体電解質層４ｃの存在しない空所として、センサ素子２の長手方向に延びるように設けられ、また、この基準空気導入通路６は、ここでは、従来と同様に、センサ素子２の基部側（図１において、右側）の端部において開口し、大気に連通せしめられるようになっている。【００３０】
さらに、センサ素子２内において、二つの固体電解質層４ａ、４ｃ間に形成された内部空所は、図１及び図２から明らかなように、それぞれ矩形形状の平面形態を呈する緩衝空所８と第一の空所１０と第二の空所１２とが、それぞれ別個に仕切られた形態において、且つ素子長手方向に所定幅で延びるようにして、順次、配設されて、構成されているのである。また、そのような内部空所と同一のレベルに位置するように、スペーサ層となる固体電解質層４ｂの存在しない、外方に開口する目詰まり防止空所１４が、素子先端における二つの固体電解質層４ａ、４ｃ間に形成されており、この目詰まり防止空所１４の開口部が、素子外部の被測定ガスを取り入れるためのガス導入口１６とされている。【００３１】
そして、かかる目詰まり防止空所１４と緩衝空所８とは、固体電解質層４ｂにて構成される第一の隔壁１８によって区画されていると共に、この第一の隔壁１８は、その上部と下部のそれぞれにおいて、上側および下側の固体電解質層４ａ、４ｃに対しては、図２に示される如く、緩衝空所８と略同一の幅の素子幅方向に拡がるスリット形状において、第一の拡散律速手段たる第一の拡散律速通路２０がそれぞれ形成され、この上下の第一拡散律速通路２０、２０を通じて、ガス導入口１６から目詰まり防止空所１４を通って導かれた外部空間の被測定ガスが、所定の拡散抵抗の下に、緩衝空所８内に導入され得るようになっている。【００３２】
また、緩衝空所８と第一の空所１０とを区画する第二の隔壁２２にあっても、それが、固体電解質層４ｂにて与えられていると共に、上記した第一の隔壁１８と同様に、その上部および下部において、第二の拡散律速手段たる第二の拡散律速通路２４が、それぞれ、素子外側及び素子内側の固体電解質層４ａ、４ｃとの間において、素子幅方向に拡がるスリット形状において形成され、この第二の拡散律速通路２４を通じて、所定の拡散抵抗の下に、緩衝空所８から第一の空所１０内に、緩衝空所８内の雰囲気（被測定ガス）が導き入れられるようになっている。そして、固体電解質層４ａと、その内外面に形成された内側ポンプ電極２６及び外側ポンプ電極２８とから構成される、電気化学的なポンプセルである主ポンプ手段のポンピング作動にて、第一の空所１０内における雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、或いは外部空間の酸素を第一の空所１０内に汲み入れて、第一の空所１０内の雰囲気中の酸素濃度（分圧）が、従来と同様に、所定の濃度に制御されるようになっている。【００３３】
なお、かくの如き素子構造において、緩衝空所８を設け、また、それを区画する第一の隔壁１８と第二の隔壁２２に、それぞれ、スリット形状の第一及び第二の拡散律速通路２０、２４を設けることによって、次のような利益を享受することが可能となる。即ち、通常、外部空間における排気圧の脈動によって、ガス導入口１６を通じて、酸素が、センサ素子２の内部空所に急激に入り込むこととなるが、図示の構造においては、この外部空間からの酸素は、直接、内部空所（処理空間）に入り込まずに、第一の拡散律速通路２０を介して、その前段の緩衝空所８に入り込み、更に、第二の拡散律速通路２４を通じて、内部空所である第一の空所１０内に導き入れられるようになるのである。従って、排気圧の脈動による酸素濃度の急激な変化は、緩衝空所８や、その前後に設けた第一及び第二の拡散律速通路２０、２４によって打ち消され、内部空所（第一の空所１０）に対する排気圧の脈動の影響は、殆ど無視することが出来る程度となるのである。その結果、処理空間におけるポンプ手段での酸素ポンピング量と、被測定ガス中の酸素濃度との相関性がよくなり、測定精度の向上が図られ得ることになると共に、内部空所を、例えば、空燃比を求めるためのセンサとして兼用させることも可能となるのである。なお、このような効果を有利に発揮させる上において、第一及び第二の隔壁２０、２４にそれぞれ設けられる第一及び第二の拡散律速通路２０、２４は、それぞれ、１０μｍ以下の間隙を有するスリット形状において設けられていることが望ましい。【００３４】
また、素子先端において外方に開口する目詰まり防止空所１４は、ガス導入口１６を通じて導入される、外部空間の被測定ガス中に発生する粒子物（スート、オイル燃焼物等）が、緩衝空所８の入口付近において詰まるということを回避するように設けられるものであって、これによって、より高精度にＮＯｘ成分を測定することが可能となり、そしてその高精度な状態を長期に亘って維持することが出来るという特徴を発揮するところから、そのような目詰まり防止空所１４の配設が、有利に採用され得るのである。【００３５】
ところで、第一の空所１０に対して配設される主ポンプ手段において、内側ポンプ電極２６及び外側ポンプ電極２８は、一般に、多孔質サーメット電極とされ、例えばＰｔ等の金属とＺｒＯ2 等のセラミックス材料とから構成されることになるが、特に、被測定ガスに接触する第一の空所１０内に配置される内側ポンプ電極２６は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対して変化を惹起させない材料、即ち、ＮＯやＮＯ2 の如きＮＯｘ成分に対する還元能力乃至は分解能力を弱めた、或いはそのような還元／分解能力のない材料を用いる必要があり、例えば、Ｌａ3ＣｕＯ4等のペロブスカイト構造を有する化合物、或いはＡｕ等の触媒活性の低い金属とセラミックス材料とのサーメット、或いはＡｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ族金属とセラミックス材料とのサーメットで、構成されることとなる。【００３６】
また、かかる主ポンプ手段を構成する内側ポンプ電極２６は、図１に示されるように、第一の空所１０を区画する上下の固体電解質層４ａ、４ｃ及び側壁を与える固体電解質層４ｂに跨って形成されている。具体的には、第一の空所１０の天井面を与える固体電解質層４ａの下面には、天井電極部２６ａが形成され、また、底面を与える固体電解質層４ｃの上面には、底部電極部２６ｂが形成され、そして、それら天井電極部２６ａと底部電極部２６ｂとを接続するように、側部電極部２６ｃが、第一の空所１０の両側壁部を構成する固体電解質層４ｂの側壁面（内面）に、それぞれ形成されて、そのような側部電極部２６ｃの配設部位においてトンネル形態とされたトンネル型電極構造において、配設されている。【００３７】
さらに、かかる例示のセンサ素子２においては、第一の空所１０と第二の空所１２とを区画する第三の隔壁３０が、固体電解質層４ｂにて与えられて、図１に示される如く、その上部と下部において、前記した第一及び第二の隔壁１８、２２と同様に、固体電解質層４ａ及び固体電解質層４ｃとの間において、素子幅方向に広がる第二の空所１２の幅に略等しい長さのスリット形状において、第一の空所１０と第二の空所１２とを連通せしめる第三の拡散律速手段としての第三の拡散律速通路３２が形成されており、この第三の拡散律速通路３２を通じて、第一の空所１０内の酸素濃度（分圧）が制御された雰囲気が、所定の拡散抵抗の下に、第二の空所１２内に導かれるようになっている。【００３８】
そして、第二の空所１２内には、補助ポンプ電極３４と測定用電極３６とが設けられており、この補助ポンプ電極３４と、外側の適当な電極、例えば外側ポンプ電極２８とを、固体電解質層４ａを介して組み合わせ、補助的な電気化学的ポンプセルとして構成することにより、第二の空所１２内の雰囲気中の酸素濃度（分圧）を所定濃度に制御し得るようになっている。加えて、かかる補助ポンプ電極３４は、先の第一の空所１０内に設けられた内側ポンプ電極２６と同様なトンネル型電極構造において、第二の空所１２内に設けられているのである。即ち、第二の空所１２の天井面を与える固体電解質層４ａに対して、天井電極部３４ａが形成され、また、第二の空所１２の底面を与える固体電解質層４ｃには、底部電極部３４ｂが形成され、そして、それら天井電極部３４ａと底部電極部３４ｂとを連結する側部電極部３４ｃが、第二の空所１２の側壁を与える固体電解質層４ｂの両側面にそれぞれ形成されて、トンネル構造とされているのである。なお、このような補助ポンプ電極３４は、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極２６と同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元／分解能力を弱めた、或いは還元／分解能力のない材料を用いて、形成されており、例えば、Ａｕ１％を含むＰｔとＺｒＯ2 との多孔質サーメット電極にて形成されている。【００３９】
さらに、かかる第二の空所１２内に配設される測定電極３６は、第二の空所１２内の酸素濃度（分圧）が制御された雰囲気が接触せしめられることにより、その雰囲気中に含まれるＮＯｘ成分の還元乃至は分解が惹起されるような成分を含んで形成されていることが必要であり、ここでは、被測定ガス中のＮＯｘ成分を還元乃至は分解せしめ得る電極金属材料と、セラミックス材料とのサーメットからなる多孔質電極の形態において、形成されている。なお、そのような測定電極３８を構成するサーメットを与える電極金属材料としては、有利には、貴金属が用いられ、特に貴金属の中でも、Ｐｔ（白金）又はＰｔとＲｈ（ロジウム）との合金が有利に用いられ、また、ＰｔとＲｈの合金比率としては、Ｐｔ：Ｒｈ＝１００〜４０重量％：０〜６０重量％の比率を満足するような割合が好適に採用されることとなる。更に、電極金属材料として、貴金属が用いられた場合において、そのような貴金属とセラミックス材料との比率（ｖｏｌ％）としては、貴金属／セラミックス材料＝６５／３５〜４０／６０の範囲内の値が有利に採用されることとなる。【００４０】
また、測定電極３６を構成するサーメットを与える他の一つの成分であるセラミックス材料としては、固体電解質層４ｃとの強固な結合のために、ＺｒＯ2 材料が有利に用いられることとなる。【００４１】
さらに、この第二の空所１２内に配置される測定電極３６には、同様に第二の空所１２内に配設された補助ポンプ電極３４から揮散する金属の如き不活性成分等が付着することを防ぎ、かかる測定電極３６の触媒活性（ＮＯｘ分解／還元能）を有効に保持し得るように、図１に示される如く、かかる測定電極３６上に、それを覆うようにして形成された多孔質セラミックス層からなる電極保護層３８が、Ａｌ2Ｏ3の如きセラミックス材料を用いて、所定厚さにおいて形成されているのである。【００４２】
なお、例示のセンサ素子２においては、固体電解質層４ｃの第二の空所１２とは反対側において、基準空気導入通路６内の基準空気に接触せしめられ得るような形態において、基準電極３９が設けられ、この基準電極３９を用いて、外部空間の雰囲気（被測定ガス）の他、第一の空所１０や第二の空所１２内の雰囲気中の酸素濃度（分圧）を測定することが可能となっている。特に、測定電極３６と固体電解質層４ｃ、４ｄと基準電極３９とを組み合わせて、電気化学的センサセルとしての酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極３６の周りの雰囲気中に含まれるＮＯｘ成分の還元乃至は分解によって発生した酸素の量と基準空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出来、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が可能である。なお、ここでは、基準電極３９は、シール層としての固体電解質層４ｄ上に設けられ、更に、それを覆うように、空気導入用の多孔質アルミナ層４０が設けられており、基準空気導入通路６内の基準空気が、かかる多孔質アルミナ層４０を通じて、基準電極３９に接触せしめられ得るようになっている。【００４３】
ここで、例示のセンサ素子２におけるセンサ層は、上述せるところより明らかな如く、固体電解質層４ａ〜４ｄ、各内部空所６、８、１０、１２、１４、各電極２６、２８、３４、３６、３９、多孔質アルミナ層４０にて、構成されているのである。【００４４】
また、かかるセンサ素子２においては、図１に示されるように、固体電解質層４ｃの前記内部空所（８、１０、１２）の配設側とは反対側に、複数のセラミックス層、即ち固体電解質層４ｄ〜４ｆが積層一体化せしめられており、そして、隣り合う二つの固体電解質層４ｄ及び４ｅにて上下から挟まれて、それら二つの固体電解質層４ｄ、４ｅによって取り囲まれた形態において、外部からの給電によって発熱するヒータ層４２が設けられている。このヒータ層４２は、センサ素子を構成する固体電解質層４ａ〜４ｆにおける酸素イオンの導電性を高めるために、それらを所定の温度に加熱すべく設けられたものであって、ヒータエレメント４４を、固体電解質層４ｄ及び４ｅとの電気的絶縁を得るためのアルミナ等の電気絶縁層４３にて、上下から挟んで取り囲んだ形態において配設され、更に、そのようなヒータ層４２は、そのセンサ素子基部側において、固体電解質層４ｄを貫通する圧力放散孔４５によって、基準空気導入通路６に連通せしめられて、ヒータ層４２内の内圧上昇が緩和せしめられ得るようになっている。また、かかるヒータ層４２のヒータエレメント４４は、固体電解質層４ｅ及び４ｆを貫通して設けられた、周囲が絶縁されたスルーホール４６を通じて、素子表面に取り出され、更に、固体電解質層４ｆとは絶縁して形成されたコネクタパッド４７に導通せしめられるようになっている。【００４５】
さらに、かかるヒータ層４２におけるヒータエレメント４４は、少なくとも第一の空所１０及び第二の空所１２を区画する固体電解質層４ａ〜４ｃ部分を所定の温度に加熱し得るように構成されており、ここでは、図３に示される如く、それら第一及び第二の空所１０、１２の配設部位付近を加熱せしめる発熱部４４ａと、この発熱部４４ａの両端にそれぞれ接続されて、かかる発熱部４４ａに所定のヒータ電流を通電せしめる電流供給リード４４ｂ、４４ｂとから構成されている。そして、このヒータエレメント４４を挟むようにして、上側電気絶縁層４３ａ及び下側電気絶縁層４３ｂを設けて、一体的な電気絶縁層４３とすることにより、ヒータエレメント４４が、電気絶縁層４３にて取り囲まれるようにして、配設されているのである（図１参照）。なお、このような電流供給リード部４４ｂを通じて、ヒータエレメント４４の発熱部４４ａに通電せしめられる電流には、一般に、所定周波数で所定の電圧が印加されるパルス電流が、好適に用いられることとなる。そして、そのようなパルス電流としては、通常、周波数が１０〜１０００Ｈｚ程度、好ましくは５０〜５００Ｈｚ程度のパルス電流であり、また電圧としては、一般に、８〜２４Ｖ、好ましくは１０〜１７Ｖ程度とされることとなるが、特に、このようなパルス電流の通電、換言すればパルス電圧の印加によって、前記した信号ノイズの発生による影響が顕著となるのである。【００４６】
そして、このようなＮＯｘセンサ素子２においては、固体電解質層４ａと内側及び外側ポンプ電極２６及び２８とから、電気化学的なポンプセル、即ち主ポンプセル５０が構成され、また、第一の空所１０内の酸素濃度（分圧）を検出するために、固体電解質層４ａ〜４ｄと内側ポンプ電極２６と基準電極３９とから、電気化学的なセンサセル、即ち主ポンプセル制御用酸素分圧検出セル（第二の酸素分圧検出手段）５２が構成されている。なお、そこで、５４は、主ポンプセル５０を駆動するための可変電源である。【００４７】
また、第二の空所１２内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、固体電解質層４ａと外側ポンプ電極２８と補助ポンプ電極３４とからなる電気化学的なポンプセル、即ち補助ポンプセル５６が構成されており、そして第二の空所１２内の酸素分圧を検出すべく、固体電解質層４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと補助ポンプ電極３４と基準電極３９とから、電気化学的なセンサセル、即ち補助ポンプセル制御用酸素分圧検出セル（第三の酸素分圧検出手段）５８が構成されている。なお、この補助ポンプセル制御用酸素分圧検出セル５８によって電圧制御される可変電源６０にて、補助ポンプセル５６がポンプ作動させられるようになっていると共に、そのポンプ電流値：Ｉｐ１が、前記主ポンプセル制御用酸素分圧検出セル５２における起電力：Ｖ０の制御に用いられるようになっている。【００４８】
さらに、測定電極３６の周りの雰囲気中における窒素酸化物（ＮＯｘ）の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量を検出すべく、固体電解質４ａ、４ｂ、４ｃと外側ポンプ電極２８と測定電極３６とから、電気化学的なポンプセル、即ち測定用ポンプセル６２が構成され、一方、そのような測定電極３６の周りの雰囲気中の酸素分圧を検知する測定用ポンプセル制御用酸素分圧検出セル（第四の酸素分圧検出手段）６４が、固体電解質層４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと測定電極３６と基準電極３９とによって、電気化学的なセンサセルとして、構成されている。そして、この測定用ポンプセル制御用酸素分圧検出セル６４にて検出された起電力：Ｖ２に基づき、電圧が制御される可変電源６４によって、測定用ポンプセル６２がポンプ作動せしめられて、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に対応したポンプ電流値：Ｉｐ２が得られるようになっている。【００４９】
更にまた、固体電解質層４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと外側ポンプ電極２８と基準電極３９とからも、電気化学的なセンサセル（第一の酸素分圧検出手段）６８が構成されており、このセンサセル６８によって得られる起電力：Ｖｒｅｆによって、センサ外部の被測定ガス中の酸素分圧（濃度）を検出し得るようになっている。【００５０】
そして、このような構成のＮＯｘセンサを用いて、被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を検出するに際しては、先ず、外部の被測定ガスが、センサ素子２の先端の目詰まり防止空所１４から、第一の隔壁１８の上下に設けたスリット形状の第一の拡散律速通路２０を通じて、緩衝空所８内に導入された後、更に、第二の隔壁２２の上下に設けたスリット状の第二の拡散律速通路２４を通じて、第一の空所１０内に導き入れられ、そこで、主ポンプセル制御用酸素分圧検出セル５２における起電力：Ｖ０が一定となるように、可変電源５４の電圧を制御して、主ポンプセル５０におけるポンプ電流：Ｉｐ０が制御される。なお、ここで、第一の空所１０内の雰囲気中の酸素分圧は、所定の値、例えば１０-7ａｔｍ程度となるように制御される。【００５１】
また、第三の隔壁３０の上下のスリット状の第三の拡散律速通路３２を通じて、第一の空所１０から第二の空所１２内に導かれた雰囲気は、補助ポンプセル制御用酸素分圧検出セル５８にて検知される起電力：Ｖ１に基づいて電圧制御される可変電源６０からの給電によって、補助ポンプセル５６が酸素のポンピング作動を行い、第二の空所１２内の雰囲気中の酸素分圧を、窒素酸化物の測定に実質的に影響がない低い酸素分圧値に制御するようになっている。また、この補助ポンプセル５６におけるポンピング電流：Ｉｐ１は、制御信号として、前記主ポンプセル制御用酸素分圧検出セル５２に入力され、その起電力：Ｖ０が制御されることにより、第三の拡散律速通路３２から補助ポンプ電極３４に至る第二の空所１２内の雰囲気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。【００５２】
さらに、第二の空所１２内において、酸素分圧が制御された雰囲気は、電極保護層３８を通じて、所定の拡散抵抗の下に、測定電極３６に到達するようになるが、その導かれた雰囲気中の窒素酸化物は、測定電極３６の周りにおいて、還元乃至は分解されて、酸素を発生する。そして、この発生した酸素が、測定用ポンプセル６２によって、ポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプセル制御用酸素分圧検出セル６４における起電力：Ｖ２が一定となるように、可変電源６６の電圧が制御される。ここで、このように測定電極３６の周り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ところから、測定用ポンプセル６２におけるポンプ電流：Ｉｐ２を用いて、目的とする被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度が、算出されることとなるのである。【００５３】
ところで、かくの如き構造のセンサ素子２を用いたＮＯｘセンサにて、外部の被測定ガス中に存在するＮＯｘ濃度を測定するに際しては、素子温度を、その測定に有効な温度範囲に保持すべく、ヒータエレメント４４には、コネクタパッド４７を通じて、通電が行われ、所定のパルス電圧が印加せしめられることとなるのであるが、その際、ヒータエレメント４４への印加電圧によって、信号ノイズが発生し、雰囲気中の酸素濃度差に基づくところの起電力を測定する、酸素分圧検出セル５２、５８、６４、６８における出力（検出起電力値）に変動を惹起するようになるのであり、特に、外側ポンプ電極２８と基準電極３９によって、起電力：Ｖｒｅｆを検出する酸素分圧検出セルたるセンサセル６８において、大きな出力変動が惹起されることとなるのである。【００５４】
このため、かかる例示のセンサ素子２におけるヒータ層４４を構成する電気絶縁層４３には、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物からなる群より選ばれた、少なくとも１種以上の金属酸化物が、含有せしめられているのであり、これによって、ヒータエレメント４４とセンサ層との間の抵抗が有利に高められ得て、ヒータエレメント４４に対する通電に際して惹起せしめられる信号ノイズの影響が、効果的に抑制乃至は遮断せしめられ得るようになっているのである。【００５５】
ここにおいて、そのような信号ノイズの影響に対する優れた抑制乃至は遮断効果を発揮する、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等の酸化物や、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等の酸化物が、単独で、又はそれら複数の組み合わせにおいて用いられ、また、それら酸化物は、酸化物の形態において、又は焼成によって酸化物を形成し得る化合物の形態において、電気絶縁層４３の構成材料中に配合せしめられることとなる。【００５６】
なお、そのような金属酸化物の電気絶縁層４３中における含有量は、電気絶縁層４３の材質や金属酸化物の種類、更には目的とする作用、効果の程度に応じて適宜に選定されることとなるが、一般に、金属酸化物の合計量において、電気絶縁層４３中に０．１〜１０重量％の割合となるように、好ましくは、２．５〜５重量％の割合となるように、含有せしめられていることが望ましい。かかる金属酸化物の含有量が少なくなり過ぎると、十分な信号ノイズ抑制効果を発揮し難くなるからであり、また、あまりにも多い金属酸化物の含有は、ヒータ層４２を、センサ層（固体電解質層４ａ〜４ｄとその内部に設けた空所６、８、１０、１２、１４や電極２６、２８、３４、３６、３９等から構成される）と共に同時焼成して、一体的な積層構造の素子とすることが困難となる等の問題を惹起するからである。このように、電気絶縁層４３中に含有せしめられる金属酸化物成分の合計量を規制することにより、ヒータエレメント４４とセンサ層（具体的には、各酸素分圧検出セル５２、５８、６４、６８の各電極）との間の抵抗値を有利に高めて、目的とするヒータ層４２から発生する信号ノイズの影響の抑制乃至は遮断を効果的に図りつつ、電気絶縁層４３、ひいてはヒータ層４２の形成を容易と為し、以て、一体的な積層型のガスセンサ素子２を有利に得ることが出来るのである。【００５７】
さらに、このような特定の金属酸化物が含有せしめられる電気絶縁層４３は、アルミナやスピネル等の公知の電気絶縁性のセラミック材料を用いて、形成されることとなるが、特に、本発明においては、アルミナを用いて、又はアルミナとシリカを用いて形成されることが望ましく、また、一般に、多孔質構造において形成されることとなる。このように、電気絶縁層４３をアルミナ又はアルミナ及びシリカにて構成することにより、本発明に従うところの特定の金属酸化物を添加することによる高抵抗化に基づくところの信号ノイズの影響の抑制／阻止効果は、より一層効果的に達成され得るのである。【００５８】
以上、本発明に従うガスセンサ素子の代表的な実施形態について、更には、そこで示された構造のセンサ素子を用いたセンサの一つである、窒素酸化物（ＮＯｘ）センサについて、詳細に説明してきたが、本発明が、そのような例示の形態のもののみに限定して解釈されるものでないことは、言うまでもないところであって、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良などを加えた態様において実施され得るものであることは、他言を要しないところであり、また、そのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることが、理解されるべきである。【００５９】
例えば、センサ素子の構造としては、センサ層とヒータ層とが積層、一体化されてなる構造とされている一方、かかるセンサ層が、固体電解質層に一対の電極を設けて、それぞれの電極が晒される雰囲気中の酸素濃度差に基づいて起電力を測定するようにした構造のものであれば、如何なる公知の構造のものも採用可能である。従って、例示のセンサ素子２においては、各センサセル（６８、５２、５８、６４）を構成する測定電極（２８、２６、３４、３６）が、各ポンプセル（５０、５６、６２）のポンプ電極と同一の電極とされているが、それら測定電極とポンプ電極とを別個の電極にて構成することも可能であり、また、基準ガス空所や基準電極にあっても、例示の如く、共通の一つの空所や電極にて構成される他、各センサセルに対応して別個の空所や電極にて構成することが可能である。【００６０】
また、例示の具体例に係るセンサ素子２においては、ガス導入口１６と、第一の隔壁１８との間に目詰まり防止空所１４が形成されていたが、そのような目詰まり防止空所１４を設けることなく、ガス導入口１６と、第一の拡散律速通路２０の入り口部が一致した形態において、第一の隔壁１８を設けることも可能であり、また、さらに、第二及び第三の拡散律速通路、２４、３２にあっても、その配設形態が、例示のものに限定されるものではないことは、言うまでもないところである。【００６１】
さらに、本発明に従うガスセンサ素子は、被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を測定するセンサのみならず、被測定ガス中に存在する酸素の影響を受けるＮＯｘ以外の結合酸素含有成分、例えば、Ｈ2ＯやＣＯ2等の測定にも有効に適用することが出来、例えば、ＣＯ2やＨ2Ｏを電気分解して発生したＯ2を酸素ポンプで汲み出す構成のガスセンサや、Ｈ2Ｏを電気分解して発生したＨ2をプロトンイオン伝導性固体電解質を用いてポンピング処理するガスセンサにも適用することが可能である。さらに、一対の電極をそれぞれ異なる酸素濃度の雰囲気に晒し、それら雰囲気中の酸素濃度差に基づくところの起電力を測定するようにした構造のセンサ層を有するガスセンサ素子の最も単純なものは、酸素センサであるが、本発明は、また、そのような酸素センサに対しても適用可能であることが、理解されるべきである。
【実施例】
【００６２】
以下に、本発明の代表的な実施例を示して、本発明の特徴を更に明確にすることとするが、本発明が、また、そのような実施例の記載によっても、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。【００６３】
図１に示される如き構造を有する各種のセンサ素子（２）を、従来と同様な手法に従って製造した。即ち、固体電解質層（４ａ〜４ｆ）を与える未焼成の固体電解質（ＺｒＯ2）のテープ（グリーンシート）を用いて、それらを順次積層せしめるに際して、所定の電極が設けられる固体電解質層（４ａ、４ｂ、４ｃ等）を与えるグリーンシートには、焼成によってサーメット電極を形成する電極ペーストを、所定の部位に印刷し、また固体電解質層（４ｂ、４ｃ）を与えるグリーンシートには、目詰まり防止空所（１４）、緩衝空所（８）、第一の空所（１０）、第二の空所（１２）を形成するための空所や、基準空気導入通路（６）を形成するための空所を、プレス加工によって形成し、更に固体電解質層（４ｄ、４ｅ、４ｆ）には、圧力拡散孔（４５）やスルーホール（４６）のための打ち抜きが行われ、そして、固体電解質層（４ｄ、４ｅ）を与えるグリーンシート間には、ヒータ層（４２）の形成層（上側電気絶縁層４３ａ＋ヒータエレメント４４＋下側電気絶縁層４３ｂ）を介在せしめた状態において積層一体化し、またその際、第一、第二、及び第三の拡散律速通路（２０、２４、３２）をスリット形状において形成するために、第一、第二、及び第三の隔壁（１８、２２、３０）を与えるグリーンシート（４ｂ）の上面及び下面並びにそれらに対向する固体電解質層（４ａ、４ｃ）を与えるグリーンシート面に、焼成によって消失する物質であるテオブロミンの層を所定厚さに形成して、焼成を行うことにより、目的とする素子構造のセンサ素子（２）を得た。【００６４】
そして、そのようなセンサ素子（２）の製造に際して、ヒータ層（４２）を構成する電気絶縁層（４３：上側電気絶縁層４３ａ＋下側電気絶縁層４３ｂ）を形成するために、下記表１に示される各種の金属酸化物乃至は焼成によってそれを形成し得る化合物の所定量を含有せしめた各種（アルミナ＋２．５％シリカ）層を印刷することにより、異なる金属酸化物の所定量が電気絶縁層（４３）中に含有せしめられてなる各種のセンサ素子（２）を得た。【００６５】
次いで、かかる得られた各種のセンサ素子（２）を用いて、そのヒータ層（４２）のヒータエレメント（４４）には、周波数：１００Ｈｚ、電圧：１４Ｖのパルス電圧を印加せしめて、素子温度が８５０℃となるように加熱する一方、外側ポンプ電極（２８）とヒータエレメント（４４）との間の交流抵抗値を、インピーダンス・アナライザを用いて測定し、その結果を、下記表１に併せ示した。なお、この交流抵抗値が大きければ大きい程、ヒータエレメント（４４）から生ずる信号ノイズのセンサ層側への影響を阻止する効果が高くなるのである。【００６６】
【表１】
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【００６７】
かかる表１の結果より明らかな如く、電気絶縁層（４３）に、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物を含有せしめた実験例１〜１２の場合にあっては、そのような金属酸化物を含有せしめていない実験例１３の交流抵抗値に対して、著しく高い交流抵抗値となっており、そしてこのことから、センサ層／ヒータ層間の抵抗値が効果的に増大せしめられていることが認められ、これによって、ヒータエレメント（４４）から発生する信号ノイズに基づく悪影響が、効果的に低減せしめられ得て、センサ層における出力値の変動が有利に抑制乃至は阻止され得ることを理解することが出来る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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