(57)【要約】      （修正有）【課題】外部に酸素を汲み出し又は汲み入れる電極を有するガスセンサ素子の強度を向上させたガスセンサ素子及びガスセンサを提供する。【解決手段】板状の固体電解質体と、固体電解質体上に積層して設けられた第１電極及び第２電極１１２からなる一対の電極であって、第１電極は測定室内に露出し、第２電極は電極部１１２と該電極部よりも狭幅なリード部１１６とを有して外部との間で酸素を汲み出し又は汲み入れる一対の電極と、を有するガスセンサ素子であって、さらに、第２電極１１２を覆う緻密層を有し、電極部は、第１電極と固体電解質体を挟んで対向する重なり部Ｓと、該重なり部の外側に位置する延出部１１２ｓとを備え、延出部の積層方向に交差する側面の少なくとも一部が外部に露出して露出部１１２ｅを形成する。【選択図】図５
2016109642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の固体電解質体と、
該固体電解質体上に積層して設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の電極であって、前記第１電極は前記固体電解質体と積層方向に隣接する測定室内に露出し、前記第２電極は電極部と該電極部よりも狭幅なリード部とを有して外部との間で酸素を汲み出し又は汲み入れる一対の電極と、を有するガスセンサ素子であって、
さらに、前記第２電極を覆う緻密層を有し、
前記電極部は、前記第１電極と前記固体電解質体を挟んで対向する重なり部と、該重なり部の外側に位置する延出部とを備え、
前記延出部の前記積層方向に交差する側面の少なくとも一部が前記外部に露出して露出部を形成するガスセンサ素子。
【請求項２】
前記延出部の前記露出部の幅は、前記重なり部のうち前記側面に沿う最大幅より狭く、かつ前記リード部の幅よりも広い請求項１記載のガスセンサ素子。
【請求項３】
前記露出部が前記外部に直接露出する請求項１又は２記載のガスセンサ素子。
【請求項４】
前記露出部は多孔質の保護層を介して外部に露出する請求項１又は２記載のガスセンサ素子。
【請求項５】
請求項１又は２記載のガスセンサ素子を有するガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるガスセンサ素子及びガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素、ＮＯｘ等）の濃度を検出するガスセンサが広く用いられている（特許文献１、２）。例えば一般的なＮＯｘセンサは、図９に示すような酸素ポンピングセル１４００を備えたガスセンサ素子を有している。酸素ポンピングセル１４００は、固体電解質層１０９０の両面に形成された一対の電極１０８０、１１００を有し、電極１０８０は固体電解質層１０９０と積層方向に隣接する測定室１０７０（図示せず）内に露出している。一方、電極１１００は自身の表面を覆う多孔質層１１３０を介して外部との間で排気ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う。そして、測定室１０７０内の排気ガス中の酸素濃度に応じた出力電圧（起電力）が一定となるように酸素ポンピングセル１４００に電圧（Ｖｐ電圧）を印加し、測定室１０７０内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に管理している。
ここで、固体電解質層１０９０の表面には、電極１１００を挟み込むようにしてガス非透過性の緻密層１１１０が積層されている。そして、この緻密層１１１０の先端側に電極１１００を取り囲む略矩形の貫通孔１１２０が設けられ、多孔質層１１３０は貫通孔１１２０に埋設されている。このようにして、多孔質層１１３０を介して電極１１００と外部との間でガスが出入可能になっている。
【０００３】
一方、緻密層１１１０の貫通孔１１２０に多孔質層１１３０を埋設する代わりに、固体電解質層１０９０の表面全体に、電極１１００を挟み込むように多孔質層（拡散抵抗層）を積層し、多孔質層の表面全体を緻密層で覆う技術が開発されている（特許文献３）。特許文献３記載の技術の場合、多孔質層の側面が外部に露出しており、この側面を介して電極１１００と外部との間でガスが出入可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１７３１４６号公報
【特許文献２】特許第４９６６２６６号公報
【特許文献３】特開２０１２−２４７２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図９に示すようなガスセンサ素子の場合、貫通孔１１２０の角部１１２０ｅに応力が集中し易く、被水等の熱衝撃が加わったときに角部１１２０ｅから緻密層１１１０にに応力が集中し易く、被水等の熱衝撃が加わったときに角部１１２０ｅから緻密層１１１０にクラック等が生じやすいという問題がある。又、特許文献３記載の技術の場合、多孔質層を電解質層１０９０の表面全体に積層しているが、多孔質層は他の層との密着性に劣るため、層間強度が低下してガスセンサ素子の強度も低下するおそれがある。
そこで、本発明は、外部に酸素を汲み出し又は汲み入れる電極を有するガスセンサ素子の強度を向上させたガスセンサ素子及びガスセンサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ素子は、板状の固体電解質体と、該固体電解質体上に積層して設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の電極であって、前記第１電極は前記固体電解質体と積層方向に隣接する測定室内に露出し、前記第２電極は電極部と該電極部よりも狭幅なリード部とを有して外部との間で酸素を汲み出し又は汲み入れる一対の電極と、を有するガスセンサ素子であって、さらに、前記第２電極を覆う緻密層を有し、前記電極部は、前記第１電極と前記固体電解質体を挟んで対向する重なり部と、該重なり部の外側に位置する延出部とを備え、前記延出部の前記積層方向に交差する側面の少なくとも一部が前記外部に露出して露出部を形成する。
【０００７】
このガスセンサ素子によれば、第２電極の電極部の側面の少なくとも一部が露出部としてガスセンサ素子の外部に露出すると共に、電極部自身がガス透過性を有している。このため、電極部での電極反応に伴って生じる酸素は電極部内を移動して露出部から外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。
従って、従来のガスセンサ素子のように、第２電極を直接覆うガス非透過性の緻密層に貫通孔を設けてガス透過性の多孔質体を埋設する必要がなくなり、被水等の熱衝撃が加わったときに貫通孔の角部から緻密層にクラック等が生じることを抑制し、ガスセンサ素子の強度を向上させることができる。又、固体電解質体の表面全体に、第２電極を挟み込むように多孔質層（拡散抵抗層）を積層して多孔質層の側面からガス透過の経路を確保する構造に比べ、層間強度の低下を抑制してガスセンサ素子の強度を向上できる。
【０００８】
本発明のガスセンサ素子において、前記延出部の前記露出部の幅は、前記重なり部のうち前記側面に沿う最大幅より狭く、かつ前記リード部の幅よりも広くてもよい。
このガスセンサ素子によれば、他の層との密着性に若干劣る電極部の面積をガスセンサ素子の外面（側面）近傍で低減することができ、ガスセンサ素子の外側部分での層間強度の低下を抑制し、ガスセンサ素子の強度をより一層向上できる。
【０００９】
本発明のガスセンサ素子において、前記露出部が前記外部に直接露出してもよい。
このガスセンサ素子によれば、露出部とガスセンサ素子の側面との間に内部空間が存在せず、この内部空間でガスセンサ素子の層間強度が低下することを抑制し、ガスセンサ素子の強度をより一層向上できる。
【００１０】
本発明のガスセンサ素子において、前記露出部は多孔質の保護層を介して外部に露出してもよい。
このガスセンサ素子によれば、例えばガスセンサ素子の外側に、被毒を防止するための保護層を設け、保護層を介して露出部を露出させることができる。
【００１１】
本発明のガスセンサは、前記ガスセンサ素子を有する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、外部に酸素を汲み出し又は汲み入れる電極を有するガスセンサ素子の強度を向上させたガスセンサ素子及びガスセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ（ＮＯｘセンサ）の軸線方向に沿う断面図である。
【図２】第１の実施形態に係るガスセンサ素子の斜視図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】第１の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１セル（第１ポンプセル）近傍の分解斜視図である。
【図５】第１の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１＋電極及びＩｐ１＋リードの上面図である。
【図６】第２の実施形態に係るガスセンサ素子の斜視図である。
【図７】第２の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１セル（第１ポンプセル）近傍の分解斜視図である。
【図８】第２の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１＋電極及びＩｐ１＋リードの上面図である。
【図９】従来のガスセンサ素子のポンピングセルの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ（ＮＯｘセンサ）１の縦断面図（軸線ＡＸに沿って切断した断面図）、図２は第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０の斜視図、図３は図２のＢ−Ｂ線（軸線ＡＸ）に沿う断面図、図４はガスセンサ素子１０のＩｐ１セル（第１ポンプセル）１１０近傍の分解斜視図である。
【００１５】
ガスセンサ１は、測定対象ガスである排ガス中の特定ガス（ＮＯｘ）の濃度を検出可能なガスセンサ素子１０を備え、内燃機関の排気管（図示なし）に装着されて使用されるＮＯｘセンサである。このガスセンサ１は、排気管に固定するためのネジ部２１が外表面の所定位置に形成された筒状の主体金具２０を備える。ガスセンサ素子１０は、軸線ＡＸ方向に延びる細長板状をなし、主体金具２０の内側に保持されている。
さらに詳しくは、ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋ（図１において上端の部位）が挿入される挿入孔６２を有する保持部材６０と、この保持部材６０の内側に保持された６個の端子部材とを備える。なお、図１では、６個の端子部材のうち２個の端子部材（具体的には、端子部材７５，７６）のみを図示している。
【００１６】
ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋには、平面視矩形状の電極端子部１３〜１８（図１では、電極端子部１４、１７のみ図示）が合計６個形成されている。電極端子部１３〜１８には、それぞれ、前述の端子部材が弾性的に当接して電気的に接続している。例えば、電極端子部１４には、端子部材７５の素子当接部７５ｂが弾性的に当接して電気的に接続している。また、電極端子部１７には、端子部材７６の素子当接部７６ｂが弾性的に当接して電気的に接続している。
さらに、６個の端子部材（端子部材７５，７６など）には、それぞれ、異なるリード線７１が電気的に接続されている。例えば、図１に示すように、端子部材７５のリード線把持部７７によって、リード線７１の芯線が加締められて把持される。また、端子部材７６のリード線把持部７８によって、他のリード線７１の芯線が加締められて把持される。
【００１７】
主体金具２０は、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔２３を有する筒状部材である。この主体金具２０は、径方向内側に突出する形態で貫通孔２３の一部を構成する棚部２５を有している。主体金具２０は、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを自身の先端側外部（図１において下方）に突出させると共に、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋを自身の後端側外部（図１において上方）に突出させた状態で、ガスセンサ素子１０を貫通孔２３内に保持している。
また、主体金具２０の貫通孔２３の内部には、環状のセラミックホルダ４２、滑石粉末を環状に充填してなる２つの滑石リング４３，４４、及びセラミックスリーブ４５が配置されている。詳細には、ガスセンサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で、セラミックホルダ４２、滑石リング４３，４４、及びセラミックスリーブ４５が、この順に、主体金具２０の軸線方向先端側（図１において下端側）から軸線方向後端側（図１において上端側）にわたって重ねて配置されている。
【００１８】
また、セラミックホルダ４２と主体金具２０の棚部２５との間には、金属カップ４１が配置されている。また、セラミックスリーブ４５と主体金具２０のカシメ部２２との間には、加締リング４６が配置されている。なお、主体金具２０のカシメ部２２が、加締リング４６を介してセラミックスリーブ４５を先端側に押し付けるように、加締められている。
主体金具２０の先端部２０ｂには、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを覆うように、複数の孔を有する金属製（具体的にはステンレス）の外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２が、溶接によって取り付けられている。一方、主体金具２０の後端部には、外筒５１が溶接によって取り付けられている。外筒５１は、軸線ＡＸ方向に延びる筒状をなし、ガスセンサ素子１０を包囲している。
【００１９】
保持部材６０は、絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、軸線ＡＸ方向に貫通する挿入孔６２を有する筒状部材である。挿入孔６２内には、前述した６個の端子部材（端子部材７５，７６など）が配置されている（図１参照）。保持部材６０の後端部には、径方向外側に突出する鍔部６５が形成されている。保持部材６０は、鍔部６５が内部支持部材５３に当接する態様で、内部支持部材５３に保持されている。なお、内部支持部材５３は、外筒５１のうち径方向内側に向けて加締められた加締部５１ｇにより、外筒５１に保持されている。
保持部材６０の後端面６１上には、絶縁部材９０が配置されている。絶縁部材９０は、電気絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、円筒状をなす。この絶縁部材９０には、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔９１が合計６個形成されている。この貫通孔９１には、前述した端子部材のリード線把持部（リード線把持部７７，７８など）が配置されている。
【００２０】
また、外筒５１のうち軸線方向後端部（図１において上端部）に位置する後端開口部５１ｃの径方向内側には、フッ素ゴムからなる弾性シール部材７３が配置されている。この弾性シール部材７３には、軸線ＡＸ方向に延びる円筒状の挿通孔７３ｃが、合計６個形成されている。各々の挿通孔７３ｃは、弾性シール部材７３の挿通孔面７３ｂ（円筒状の内壁面）によって構成されている。各々の挿通孔７３ｃには、リード線７１が１本ずつ挿通されている。各々のリード線７１は、弾性シール部材７３の挿通孔７３ｃを通じて、ガスセンサ１の外部に延出している。弾性シール部材７３は、外筒５１の後端開口部５１ｃを径方向内側に加締めることで径方向に弾性圧縮変形し、これにより、挿通孔面７３ｂとリード線７１の外周面７１ｂとを密着させて、挿通孔面７３ｂとリード線７１の外周面７１ｂとの間を水密に封止している。
【００２１】
一方、図３に示すように、ガスセンサ素子１０は、板状の固体電解質体１１１、１２１、１３１と、これらの間に配置された絶縁体１４０、１４５とを備え、これらが積層方向に積層された構造を有する。さらに、ガスセンサ素子１０には、固体電解質体１３１の裏面側に、ヒータ１６１が積層されている。このヒータ１６１は、アルミナを主体とする板状の絶縁体１６２、１６３と、その間に埋設されたヒータパターン１６４（Ｐｔを主体としている）とを備えている。
【００２２】
固体電解質体１１１、１２１、１３１は、固体電解質であるジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質体１１１の表面側には、多孔質のＩｐ１＋電極１１２が設けられている。また、固体電解質体１１１の裏面側には、多孔質のＩｐ１−電極１１３が設けられている。Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１−電極１１３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、ガス透過性及び透水性を有している。
又、Ｉｐ１＋電極１１２にはＩｐ１＋リード１１６が接続されている（図２参照）。又、Ｉｐ１−電極１１３にはＩｐ１−リード（図示せず）が接続されている。Ｉｐ１＋リード及びＩｐ１−リードは、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｉｐ＋電極電極１１２及びＩｐ１−電極１１３と異なり、緻密に形成されている。このため、Ｉｐ１＋リード及びＩｐ１−リードは、非透水性を有している。
また、Ｉｐ１＋電極１１２（とＩｐ１＋リード１１６）の表面側（図３において上面側）の全体には、Ｉｐ１＋電極１１２を覆うようにしてアルミナ等からなるガス非透過性の保護層１１５が積層されている。
【００２３】
ここで、固体電解質体１１１、Ｉｐ１−電極１１３、Ｉｐ１＋電極１１２、Ｉｐ１＋リード１１６、保護層１１５がそれぞれ特許請求の範囲の「固体電解質体」、「第１電極」、「電極部」、「リード部」、「緻密層」に相当する。又、Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１＋リード１１６が特許請求の範囲の「第２電極」に相当し、後述する第１測定室１５０が特許請求の範囲の「測定室」に相当する。
なお、本実施形態では、保護層１１５がＩｐ１＋電極１１２を「直接」覆っているが、保護層１１５とＩｐ１＋電極１１２の間に気孔が存在する場合もあると共に、保護層１１５とＩｐ１＋電極１１２の間に外部と通じない空間が介在してもよいことから、保護層１１５がＩｐ１＋電極１１２を「直接」覆うことは必要ではない。
【００２４】
固体電解質体１１１及び電極１１２、１１３は、Ｉｐ１セル１１０（第１ポンプセル）を構成する。このＩｐ１セル１１０は、電極１１２、１１３間に流すポンプ電流Ｉｐ１に応じて、電極１１２の接する雰囲気（ガスセンサ素子１０の外部の雰囲気）と電極１１３の接する雰囲気（後述する第１測定室１５０内の雰囲気）との間で酸素の汲み出し及び汲み入れ（いわゆる酸素ポンピング）を行う。
なお、図２、図５に示すように、Ｉｐ１＋電極１１２はＩｐ１＋電極１１２のうち電極１１３との対向部分である重なり部Ｓ（図４参照）と重なり部Ｓより外側に位置する延出部１１２ｓを有する。このうち、延出部１１２ｓの側面の一部が露出部１１２ｅとしてガスセンサ素子１０の外部に露出すると共に、Ｉｐ１＋電極１１２自身がガス透過性を有している。そして、Ｉｐ１＋電極１１２のうち電極１１３との対向部分である重なり部Ｓ（中央部分）で電極反応が生じ、これに伴って酸素が生じるが、この酸素はＩｐ１＋電極１１２内を移動してＩｐ１＋電極１１２のうち重なり部Ｓより外側に位置する延出部１１２ｓ内を移動し、露出部１１２ｅから外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。露出部１１２ｅを含むＩｐ１＋電極１１２の詳細については後述する。
【００２５】
固体電解質体１２１は、絶縁体１４０を挟んで、固体電解質体１１１と積層方向に対向するように配置されている。固体電解質体１２１の表面側（図２において上面側）には、多孔質のＶｓ−電極１２２が設けられている。また、固体電解質体１２１の裏面側（図２において下面側）には、多孔質のＶｓ＋電極１２３が設けられている。Ｖｓ−電極１２２及びＶｓ＋電極１２３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、ガス透過性及び透水性を有している。
又、Ｖｓ−電極１２２にはＶｓ−リード（図示せず）が接続され、Ｖｓ＋電極１２３にはＶｓ＋リード（図示せず）が接続されている。Ｖｓ−リード及びＶｓ＋リードは、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｖｓ−リードはＶｓ−電極１２２、Ｖｓ＋電極１２３及びＶｓ＋リードと異なり、緻密に形成されている。このため、Ｖｓ−リードは、非透水性を有している。ここでＶｓ＋リードはガス透過性及び透水性を有する。
【００２６】
固体電解質体１１１と固体電解質体１２１との間には、ガスセンサ素子の内部空間としての第１測定室１５０が形成されている。この第１測定室１５０は、排気通路内を流通する排ガスが、ガスセンサ素子１０内に最初に導入される内部空間であり、ガス透過性及び透水性を有する第１多孔質体１５１（図２、図４参照）を通じてガスセンサ素子１０の外部と連通している。第１多孔質体１５１は、ガスセンサ素子１０の外部との仕切りとして、第１測定室１５０の側方に設けられており、第１測定室１５０内への排ガスの単位時間あたりの流通量を制限する。
第１測定室１５０の後端側（図２において右側）には、第１測定室１５０と後述する第２測定室１６０との間の仕切りとして、排ガスの単位時間あたりの流通量を制限する第２多孔質体１５２が設けられている。
【００２７】
固体電解質体１２１及び電極１２２、１２３は、Ｖｓセル１２０を構成する。このＶｓセル１２０は、主として、固体電解質体１２１により隔てられた雰囲気（電極１２２の接する第１測定室１５０内の雰囲気と、電極１２３の接する基準酸素室１７０内の雰囲気）間の酸素分圧差に応じて起電力を発生する。
【００２８】
固体電解質体１３１は、絶縁体１４５を挟んで、固体電解質体１２１と積層方向に対向するように配置されている。固体電解質体１３１の表面側（図２において上面側）には、多孔質のＩｐ２＋電極１３２と多孔質のＩｐ２−電極１３３が設けられている。Ｉｐ２＋電極１３２及びＩｐ２−電極１３３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、ガス透過性及び透水性を有している。
又、Ｉｐ２＋電極１３２にはＩｐ２＋リード（図示せず）が接続され、Ｉｐ２−電極１３３にはＩｐ２−リード（図示せず）が接続されている。Ｉｐ２＋リード及びＩｐ２−リードは、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｉｐ２＋リードは、Ｉｐ２＋電極１３２及びＩｐ２−電極１３３と同時に形成されるため、多孔質に形成されている。このため、Ｉｐ２＋リードは、ガス透過性及び透水性を有している。
【００２９】
Ｉｐ２＋電極１３２とＶｓ＋電極１２３との間には、孤立した小空間としての基準酸素室１７０が形成されている。この基準酸素室１７０は、絶縁体１４５に形成されている開口部１４５ｂにより構成されている。なお、基準酸素室１７０内のうちＩｐ２＋電極１３２側には、セラミックス製の多孔質体が配置されている。
また、Ｉｐ２−電極１３３と積層方向に対向する位置には、ガスセンサ素子の内部空間としての第２測定室１６０が形成されている。この第２測定室１６０は、絶縁体１４５を積層方向に貫通する開口部１４５ｃと、固体電解質体１２１を積層方向に貫通する開口部１２５と、絶縁体１４０を積層方向に貫通する開口部１４１とにより構成されている。
第１測定室１５０と第２測定室１６０とは、ガス透過性及び透水性を有する第２多孔質体１５２を通じて連通している。従って、第２測定室１６０は、第１多孔質体１５１、第１測定室１５０、及び第２多孔質体１５２を通じて、ガスセンサ素子１０の外部と連通している。
【００３０】
固体電解質体１３１及び電極１３２、１３３は、ＮＯｘ濃度を検知するためのＩｐ２セル１３０（第２ポンプセル）を構成する。このＩｐ２セル１３０は、第２測定室１６０内で分解されたＮＯｘ由来の酸素（酸素イオン）を、固体電解質体１３１を通じて、基準酸素室１７０に移動させる。このとき、電極１３２及び電極１３３の間には、第２測定室１６０内に導入された排ガス（測定対象ガス）に含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れる。
【００３１】
なお、本実施形態では、次のようにして、各電極１１２、１１３、１２２、１２３、１３２、１３３を形成している。具体的には、まず、１００重量部のＰｔ粉末と１４重量部のセラミック粉末と１０重量部の有機バインダー（例えば、エチルセルロース）を混合し、この混合物に対し所定量の溶媒を加えて、電極用ペーストを作製する。次いで、この電極用ペーストを対応する固体電解質体の表面側及び裏面側に塗工する。その後、加熱により有機バインダを消失させて、多孔質の各電極１１２、１１３、１２２、１２３、１３２、１３３が形成される。
【００３２】
又、本実施形態では、次のようにして、各電極１１２、１１３、１２２、１２３、１３２、１３３に接続される上記した各リードを形成している。具体的には、電極１２３、１３２に接続される各リードは、電極用ペーストを用いて、電極と同時に形成される。一方、電極１１２、１１３、１２２、１３３に接続される各リードは、まず、１００重量部のＰｔ粉末と１８重量部のセラミック粉末と５重量部の有機バインダー（例えば、エチルセルロース）を混合し、この混合物に対し所定量の溶媒を加えて、リード用ペーストを作製する。次いで、このリード用ペーストを対応する固体電解質体の表面側及び裏面側に塗工する。その後、加熱により有機バインダを消失させて、各リードが形成される。
ところで、電極１１２、１１３、１２２、１３３に接続される各リード用ペーストは、前述の電極用ペーストに比べて、有機バインダーの添加量を少量（約半分の量）にしている。このように、加熱により消失して内部空孔を形成する有機バインダの添加量を少量とすることで、内部空孔の少ない緻密なリードが形成される。
【００３３】
又、本実施形態では、固体電解質体１１１の表面上のＩｐ１＋電極１１２を除く部位に、アルミナ絶縁層１１８が形成され、Ｉｐ１＋電極１１２はアルミナ絶縁層１１８を積層方向に貫通する貫通孔１１８ｂ（図４参照）を通じて、固体電解質体１１１と接触する。
さらに、固体電解質体１１１の裏面上のＩｐ１−電極１１３を除く部位には、アルミナ絶縁層１１９が形成され、Ｉｐ１−電極１１３はアルミナ絶縁層１１９を積層方向に貫通する貫通孔１１９ｂ（図４参照）を通じて、固体電解質体１１１と接触する。
【００３４】
さらに、本実施形態では、固体電解質体１２１の表面上のＶｓ−電極１２２を除く部位に、アルミナ絶縁層１２８が形成され、Ｖｓ−電極１２２はアルミナ絶縁層１２８を積層方向に貫通する貫通孔（図示せず）を通じて、固体電解質体１２１と接触する。
さらに、固体電解質体１２１の裏面上のＶｓ＋電極１２３を除く部位に、アルミナ絶縁層１２９が形成され、Ｖｓ＋電極１２３はアルミナ絶縁層１２９を積層方向に貫通する貫通孔（図示せず）を通じて、固体電解質体１２１と接触する。
【００３５】
さらに、本実施形態では、固体電解質体１３１の表面上のＩｐ２＋電極１３２を除く部位に、アルミナ絶縁層１３８が形成され、Ｉｐ２＋電極１３２はアルミナ絶縁層１３８を積層方向に貫通する貫通孔（図示せず）を通じて、固体電解質体１３１と接触する。さらに、固体電解質体１３１の表面上のＩｐ２−電極１３３を除く部位にも、アルミナ絶縁層１３８が形成され、電極１３３はアルミナ絶縁層１３８を積層方向に貫通する貫通孔（図示せず）を通じて、固体電解質体１３１と接触する。
【００３６】
ここで、本実施形態のガスセンサ１によるＮＯｘ濃度検知について、簡単に説明する。
ガスセンサ素子１０の固体電解質体１１１、１２１、１３１は、ヒータパターン１６４の昇温に伴い加熱され、活性化する。これにより、Ｉｐ１セル１１０、Ｖｓセル１２０、及びＩｐ２セル１３０が動作するようになる。
排気通路（図示なし）内を流通する排ガス（測定対象ガス）は、第１多孔質体１５１による流通量の制限を受けつつ第１測定室１５０内に導入される。このとき、Ｖｓセル１２０には、電極１２３側から電極１２２側へ微弱な電流Ｉｃｐが流されている。このため、排ガス中の酸素は、負極側となる第１測定室１５０内の電極１２２から電子を受け取ることができ、酸素イオンとなって固体電解質体１２１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。つまり、電極１２２、１２３間で電流Ｉｃｐが流されることによって、第１測定室１５０内の酸素が基準酸素室１７０内に送り込まれる。
【００３７】
第１測定室１５０内に導入された排ガスの酸素濃度が所定値より薄い場合、電極１１２側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、ガスセンサ素子１０の外部から第１測定室１５０内へ酸素の汲み入れを行う。一方、第１測定室１５０内に導入された排ガスの酸素濃度が所定値より濃い場合、電極１１３側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、第１測定室１５０内からガスセンサ素子１０外部へ酸素の汲み出しを行う。
このように、第１測定室１５０において酸素濃度が調整された排ガスは、第２多孔質体１５２を通じて、第２測定室１６０内に導入される。第２測定室１６０内で電極１３３と接触した排ガス中のＮＯｘは、電極１３２、１３３間に電圧Ｖｐ２を印加されることで、電極１３３上で窒素と酸素に分解（還元）され、分解された酸素は、酸素イオンとなって固体電解質体１３１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。このとき、第１測定室１５０で汲み残された残留酸素も同様に、Ｉｐ２セル１３０によって基準酸素室１７０内に移動する。これにより、Ｉｐ２セル１３０には、ＮＯｘ由来の電流及び残留酸素由来の電流が流れる。
【００３８】
ここで、第１測定室１５０で汲み残された残留酸素の濃度は、上記のように所定値に調整されているため、その残留酸素由来の電流は略一定とみなすことができ、ＮＯｘ由来の電流の変動に対し影響は小さく、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流は、ＮＯｘ濃度に比例することとなる。従って、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流Ｉｐ２を検出し、その電流値に基づいて、排ガス中のＮＯｘ濃度を検知することができる。なお、基準酸素室１７０内に移動した酸素は、基準酸素室１７０内に接するＶｓ＋電極１２３とＶｓリード及びＩｐ２＋電極１３２とＩｐ２＋リードを介して外部（大気）に放出される、このため、Ｖｓ＋リード及びＩｐ２＋リードは多孔質となっている。
【００３９】
次に、図５を参照し、Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１＋リード１１６の詳細な構成及び作用について説明する。
Ｉｐ１＋電極１１２は、軸線ＡＸ方向が長辺をなす矩形状の電極本体部１１２ｃと、電極本体部１１２ｃの長辺中央部から側面（軸線ＡＸに交差する方向の面）に向かって延びる矩形状の延出部１１２ｓとを一体に有し、全体として略十字形をなしている。延出部１１２ｓの側面をなす露出部１１２ｅはガスセンサ素子１０の外側面と面一になっていて、露出部１１２ｅが外部に直接露出している。
すなわち、ガスセンサ素子１０の外側面が「外部」との境界となっていて、露出部１１２ｅが外部に「直接」露出するとは、露出部１１２ｅがガスセンサ素子１０の外側面と面一であるか、ガスセンサ素子１０の外側面よりも外部に突出することをいう。これに対し、後述する図６〜図８の第２の実施形態において、露出部が外部に「空間を介して」露出するとは、露出部がガスセンサ素子１０の外側面よりも内側に位置し、露出部とガスセンサ素子１０の外側面との間に内部空間を有することをいう。
又、固体電解質体１１１を挟んでＩｐ１＋電極１１２とＩｐ１−電極１１３とが対向して重なり部Ｓが形成され、電極本体部１１２ｃは重なり部Ｓと一致するか、重なり部Ｓを含んでいる。そして、Ｉｐ１＋電極１１２の後端側で、かつ重なり部Ｓよりも外側に舌片状の接続部１１２ｄが延び、接続部１１２ｄはＩｐ１＋リード１１６の先端部と接続している。
【００４０】
ここで、Ｉｐ１＋リード１１６の幅Ｗ３は、幅Ｗ３と同じ方向（軸線ＡＸに直交する方向）におけるＩｐ１＋電極１１２の幅Ｗ４よりも狭い。なお、幅Ｗ３は、Ｉｐ１＋リード１１６の長手方向（図５では軸線ＡＸ方向）と直交する方向におけるＩｐ１＋リード１１６の最大幅である。又、幅Ｗ４は、幅Ｗ３と同じ方向におけるＩｐ１＋電極１１２の最小幅である。
さらに、本実施形態では、延出部１１２ｓ及びその側面をなす露出部１１２ｅが重なり部Ｓの外側に設けられている。そして、延出部１１２ｓ及び露出部１１２ｅの幅Ｗ２は、重なり部Ｓのうち側面に沿う最大幅Ｗ１より狭く、かつＩｐ１＋リード１１６の幅Ｗ３よりも広くなっている。
【００４１】
このように、Ｉｐ１＋電極１１２の側面の少なくとも一部が露出部１１２ｅとしてガスセンサ素子１０の外部に露出すると共に、Ｉｐ１＋電極１１２自身がガス透過性を有している。このため、Ｉｐ１＋電極１１２のうち電極１１３との対向部分（重なり部Ｓ）で電極反応が生じ、これに伴って酸素が生じるが、この酸素はＩｐ１＋電極１１２内を移動して露出部１１２ｅから外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。
従って、図９に示す従来のガスセンサ素子のように、Ｉｐ１＋電極１１２を直接覆うガス非透過性の保護層１１５に貫通孔を設けてガス透過性の多孔質体を埋設する必要がなくなり、被水等の熱衝撃が加わったときに貫通孔の角部から保護層１１５にクラック等が生じることを抑制し、ガスセンサ素子１０の強度を向上させることができる。又、固体電解質体１１１の表面全体に、Ｉｐ１＋電極１１２を挟み込むように多孔質層（拡散抵抗層）を積層して多孔質層の側面からガス透過の経路を確保する構造に比べ、層間強度の低下を抑制してガスセンサ素子１０の強度を向上できる。
なお、Ｉｐ１＋電極１１２からの酸素の汲み出し又は汲み入れには、それほど大きな表面積は要求されず、Ｉｐ１＋電極１１２の側面（露出部１１２ｅ）から十分に酸素の汲み出し又は汲み入れを行うことができる。
【００４２】
さらに、本実施形態では、延出部１１２ｓ及び露出部１１２ｅが重なり部Ｓの外側に設けられ、延出部１１２ｓ及び露出部１１２ｅの幅Ｗ２は、重なり部Ｓのうち側面に沿う最大幅Ｗ１より狭い。このため、他の層との密着性に若干劣るＩｐ１＋電極１１２の面積をガスセンサ素子１０の外面（側面）近傍で低減することができ、ガスセンサ素子１０の外側部分での層間強度の低下を抑制し、ガスセンサ素子１０の強度をより一層向上できる。
さらに、本実施形態では、露出部１１２ｅはガスセンサ素子の側面と面一になっていて、露出部１１２ｅが外部に直接露出している。このため、後述する図６の例のように、露出部１１２ｅとガスセンサ素子の外側面との間に内部空間が存在せず、この内部空間でガスセンサ素子１０の層間強度が低下することを抑制し、ガスセンサ素子１０の強度をより一層向上できる。
【００４３】
次に、図６〜図８を参照し、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ素子２００について説明する。なお、第２の実施形態に係るガスセンサ素子２００は、Ｉｐ１＋電極２１２及びアルミナ絶縁層２１８の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０と同一であるので、同一部分の構成については説明を省略する。
図６は第２の実施形態に係るガスセンサ素子２００の斜視図、図７はガスセンサ素子２００のＩｐ１セル（第１ポンプセル）２１０近傍の分解斜視図、図８はＩｐ１＋電極２１２及びＩｐ１＋リード１１６の上面図である。
図６に示すように、Ｉｐ１＋電極２１２の側面全体が露出部２１２ｅとして、ガスセンサ素子２００の外部に空間２５０を介して露出している。空間２５０は軸線方向に延びる矩形スリットとしてガスセンサ素子２００の外側面に開口している。
第２の実施形態においても、Ｉｐ１＋電極２１２自身がガス透過性を有しているので、電極反応に伴って生じた酸素はＩｐ１＋電極２１２内を移動し、露出部２１２ｅから空間２５０を介して外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。
【００４４】
図７、図８に示すように、Ｉｐ１＋電極２１２は、ガスセンサ素子２００（アルミナ絶縁層２１８）の外形よりも小さく、軸線ＡＸ方向が長辺をなす矩形状をなしている。そして、アルミナ絶縁層２１８は、Ｉｐ１＋電極２１２及び空間２５０に相当する部位、すなわちガスセンサ素子２００の両方の外側面に繋がる部位２１８ｂが切り欠かれている。従って、Ｉｐ１＋電極２１２の側面全体をなす露出部２１２ｅが空間２５０内に露出し、空間２５０がガスセンサ素子２００の外側面から外部に連通している。このように、第２の実施形態においては、露出部２１２ｅが外部に「空間を介して」露出している。
又、固体電解質体１１１（図示せず）を挟んでＩｐ１＋電極２１２とＩｐ１−電極１１３（図示せず）とが対向して重なり部Ｓが形成されている。そして、Ｉｐ１＋電極２１２の後端側で、かつ重なり部Ｓよりも外側に舌片状の接続部２１２ｄが延び、接続部２１２ｄはＩｐ１＋リード１１６の先端部と接続している。
なお、Ｉｐ１＋リード１１６の幅Ｗ３は、Ｉｐ１＋電極２１２の幅Ｗ４よりも狭いが、露出部２１２ｅの幅Ｗ２は、重なり部Ｓのうち側面に沿う最大幅Ｗ１よりも広くなっている。
【００４５】
このように、Ｉｐ１＋電極２１２の側面の少なくとも一部が露出部２１２ｅとしてガスセンサ素子１０の外部に空間２５０を介して露出すると共に、Ｉｐ１＋電極２１２自身がガス透過性を有している。このため、Ｉｐ１＋電極２１２のうち重なり部Ｓで電極反応に伴って生じた酸素はＩｐ１＋電極２１２内を移動し、露出部２１２ｅから空間２５０を介して外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。
従って、図９に示す従来のガスセンサ素子のように、保護層１１５に貫通孔を設けてガス透過性の多孔質体を埋設する必要がなくなり、被水等の熱衝撃が加わったときに貫通孔の角部から保護層１１５にクラック等が生じることを抑制し、ガスセンサ素子２００の強度を向上させることができる。又、固体電解質体１１１の表面全体に、Ｉｐ１＋電極２１２を挟み込むように多孔質層（拡散抵抗層）を積層して多孔質層の側面からガス透過の経路を確保する構造に比べ、層間強度の低下を抑制してガスセンサ素子２００の強度を向上できる。
なお、Ｉｐ１＋電極２１２からの酸素の汲み出し又は汲み入れには、それほど大きな表面積は要求されず、Ｉｐ１＋電極２１２の側面（露出部２１２ｅ）から十分に酸素の汲み出し又は汲み入れを行うことができる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、Ｉｐ１＋電極２１２の露出部２１２ｅがガスセンサ素子２００の外側面よりも内側に位置するため、露出部２１２ｅがガスセンサ素子２００の外側を流れる被測定ガスに直接接触せず、露出部２１２ｅの被毒や露出部２１２ｅがガス中の固形物と衝突して欠損することを抑制できる。
【００４７】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、第２電極の電極部の側面の一部又は全部が露出部を形成すればよい。又、電極部に設けられる延出部１１２ｓや、重なり部Ｓ及び空間２５０の大きさや形状も限定されない。例えば、上記実施形態では延出部１１２ｓが長方形状であるのに対し、外部に向かって窄まる台形形状としても良い。
又、例えばガスセンサ素子の外側全体（露出部を含む）を覆うように、被毒を防止するための多孔質の保護層を設け、保護層を介して露出部を露出させてもよい。なお、保護層は、ガスセンサ素子の積層体を作成した後に、保護層のスラリーにディップ等することにより設けることができる。
【００４８】
又、第２の実施形態において、空間２５０の一部にＩｐ１＋電極２１２の側面が張り出すように延びてもよい。
又、上記第１及び第２の実施形態では、ガスセンサ素子の側面に電極部の露出部１１２ｅ、２１２ｅが露出したが、ガスセンサ素子の先端又は後端向き面に露出部が露出してもよい。同様に、第２の実施形態において、空間２５０がガスセンサ素子の先端又は後端向き面に開口してもよい。
【００４９】
又、本発明は、固体電解質体と積層方向に隣接する測定室内に露出する第１電極と、外部との間で酸素を汲み出し又は汲み入れる第２電極と、を有するガスセンサ素子（ガスセンサ）に適用可能であり、本実施の形態のＮＯｘセンサ素子（ＮＯｘセンサ）に適用することができるが、これらの用途に限られず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ（酸素センサ素子）や、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ（ＨＣセンサ素子）等に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１    ガスセンサ
１０、２００    ガスセンサ素子
１１１    固体電解質体
１１２、２１２、１１６    第２電極
１１２、２１２    電極部
１１２ｅ、２１２ｅ    露出部
１１２ｓ    延出部
１１３    第１電極
１１５    緻密層
１１６    リード部
１５０    測定室
Ｓ    重なり部
Ｗ１    重なり部のうち側面に沿う最大幅
Ｗ２    露出部の幅
Ｗ３    リード部の幅
Ｗ４    リード部の幅と同じ方向における電極部の幅
【図１】
2016109642.tif 000003
【図２】
2016109642.tif 000004
【図３】
2016109642.tif 000005
【図４】
2016109642.tif 000006
【図５】
2016109642.tif 000007
【図６】
2016109642.tif 000008
【図７】
2016109642.tif 000009
【図８】
2016109642.tif 000010
【図９】
2016109642.tif 000011