(57)【要約】【課題】酸素濃度測定セルと第１ポンプセルの間の温度勾配を低減し、測定精度に優れるガスセンサを提供する。【解決手段】セラミック層２ｃ、４ｃ、６ｃを積層してなり、セラミック層２ｃ、４ｃの層間に形成されて被測定ガスが導入される第１室Ｓ１と、セラミック層４ｃ、６ｃの層間に形成され、積層方向に第１室と重なり合う第２室Ｓ３と、セラミック層４ｃを積層方向に貫き、第１室Ｓ１の被測定ガスを第２室に導入する導入路Ｓ２と、セラミック層２ｃに設けられ、第１室内に設けられた第１内側電極２ａを備える第１ポンプセル２と、セラミック層６ｃに設けられ、第２室内に設けられた検知電極６ａを備える酸素濃度検知セル６と、酸素濃度検知セル６より被測定ガスの導入方向下流側に設けられ、第２内側電極４ａを備える第２ポンプセル４とを有し、積層方向から投影したとき、検知電極６ａの一部が第１内側電極２ａの輪郭内に位置する。【選択図】図１
2009052950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三つ以上のセラミック層を積層してなるガスセンサであって、
前記セラミック層の層間に形成されると共に、外部から被測定ガスが導入される第１室と、
前記第１室を形成する前記層間とは異なる前記セラミック層の層間に形成されると共に、前記セラミック層の積層方向に前記第１室と重なり合う第２室と、
前記第１室と前記第２室との間に配置される前記セラミック層を前記積層方向に貫くと共に、前記第１室に導入された前記被測定ガスを前記第２室に導入する導入路と、
前記第１室を形成する前記セラミック層に設けられ、前記第１室内に設けられた第１内側電極と該第１内側電極と対をなす第１対電極とを備える共に、前記第１室内の前記被測定ガスに含まれる酸素をポンピングする第１ポンプセルと、
前記第２室を形成する前記セラミック層に設けられ、前記第２室内に設けられた検知電極と該検知電極と対をなす基準電極とを備えると共に、前記被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度検知セルと、
前記酸素濃度検知セルより前記被測定ガスの導入方向下流側に設けられ、該被測定ガスに晒される第２内側電極と該第２内側電極と対をなす第２対電極とを備える共に、前記被測定ガスに含まれる酸素をポンピングする第２ポンプセルとを有し、
前記積層方向から投影したときに、前記検知電極の少なくとも一部が前記第１内側電極の輪郭内に位置するガスセンサ。
【請求項２】
前記積層方向から投影したときに、前記第２内側電極の少なくとも一部が前記第１内側電極の輪郭内に位置する請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記積層方向から投影したときに、前記基準電極の少なくとも一部、前記第１対電極の少なくとも一部及び前記第２対電極の少なくとも一部がいずれも前記第１内側電極の輪郭内に位置する請求項１又は２記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記検知電極と前記基準電極とが前記セラミック層を挟んで対向する位置にある請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記第２内側電極と前記第２対電極とが前記セラミック層を挟んで対向する位置にある請求項１〜４のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記ガスセンサを加熱するヒータをさらに備え、前記積層方向に垂直でかつ前記第２内側電極と前記検知電極とが並ぶ方向において、前記ヒータの発熱中心と前記第２内側電極の中心との距離が前記ヒータの発熱中心と前記検知電極の中心との距離より短い請求項１〜５のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記積層方向に垂直でかつ前記第２内側電極と前記検知電極とが並ぶ方向において、前記ヒータの発熱中心、前記第１内側電極の中心及び前記第２内側電極の中心が一致する請求項６記載のガスセンサ。
【請求項８】
前記第１ポンプセル、前記酸素濃度検知セル及び前記第２ポンプセルはいずれも異なる前記セラミック層に設けられ、かつ、各セラミック層は前記酸素濃度検知セル、前記第２ポンプセル、前記第１ポンプセルの順になるよう積層されている請求項１〜７のいずれかに記載のガスセンサ。
【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被測定ガスの検出に好適に用いられるガスセンサに関し、特に、自動車や各種内燃機関の排ガス中や、ボイラ等の燃焼ガス中のＮＯｘ濃度検出に適したガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の排気ガス規制の強化に伴い、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）量の低減が要求されており、ＮＯｘ濃度を直接測定できるＮＯｘセンサが開発されている（特許文献１〜３参照）。
特許文献３（図６）を参照してＮＯｘセンサの作動原理の一例を簡単に説明すると、まず、被測定ガス空間に連通する第１測定室Ｓ１内の酸素を第１酸素ポンプセル１１１によって汲み出す。このセルは、酸素イオン伝導性の固体電解質層を一対の電極で挟んだ構造になっていて、電極間に電圧を印加することにより、電極間で酸素が移動するようになっている。ここで、酸素濃度測定セル１１２によって第１測定室Ｓ１内の酸素濃度が測定され、測定値に応じて第１室内が所定の酸素濃度になるように第１酸素ポンプセル１１１の動作が制御される。
次に、所定の酸素濃度に制御された被測定ガスが第１測定室Ｓ１から第２測定室Ｓ２へ流入し、第２酸素ポンプセル１１３の電極の触媒作用により被測定ガス中のＮＯｘはＮ２とＯ２に分解される。第２測定室Ｓ２では、被測定ガス中のＮＯｘの分解による酸素を抜き取るように第２酸素ポンプセル１１３に電圧が印加され、第２ポンプ電流Ｉｐ２が流れる。第２ポンプ電流Ｉｐ２は、被測定ガス中のＮＯｘ濃度に比例した値となり、ＮＯｘ濃度が検出されることになる。
【０００３】
一方、センサ内には、センサを活性温度に昇温するヒータが設けられている。なお、固体電解質体の抵抗は、固体電解質体の温度と相関関係を有する。そのため、このセンサでは、通常、酸素濃度測定セル１１２の固体電解質層の抵抗を測定し、測定された抵抗を用いて算出されたセル１１２の温度に基づいて、ヒータを駆動することにより、センサ（酸素濃度測定セル１１２）の温度を制御している。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２８８０８５号公報
【特許文献２】特開平１０−１７７００８号公報
【特許文献３】特開２００３−９０８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、３記載のＮＯｘセンサの場合、第１（酸素）ポンプセルと酸素濃度測定セルとが横方向（固体電解質層の長手方向）にずれていた。この場合、ヒータによって温度制御される酸素濃度測定セルに対し、第１（酸素）ポンプセルが横方向に離間するため、酸素濃度測定セルと第１ポンプセルとの間で温度勾配が生じることで、ガスセンサの測定精度に影響を与えることがある。又、外乱によって第１（酸素）ポンプセルの温度が変化したとしても、酸素濃度測定セルの温度が変化しない限りヒータによる温度制御が行われず、外乱に素早く追随してセンサ温度を制御し難いという問題がある。
一方、特許文献２記載のＮＯｘセンサの場合、第１（酸素）ポンプセルと酸素濃度測定セルとが縦方向に積層されていて、横方向にずれていない。しかし、第１測定室内において、酸素濃度測定セルの測定電極が第１（酸素）ポンプセルの内側電極と対向して配置されているため（特許文献２の図１）、酸素濃度測定セルの酸素濃度の測定精度が低下し、それによりＮＯｘセンサの測定精度が低下するという問題がある。これは、第１測定室内において、第１（酸素）ポンプセルの内側電極と対向して酸素濃度測定セルの測定電極が配置されることにより、第１（酸素）ポンプセルによって酸素がポンピングされている所、すなわち被測定ガス中の酸素濃度が大きく増減している所に酸素濃度測定セルの測定電極が配置されることになるため、酸素濃度測定セルの測定値（酸素濃度）が安定しないことに起因する。
【０００６】
すなわち、本発明は、酸素濃度測定セルと第１ポンプセルとの間の温度勾配を低減するとともに、酸素濃度測定セルによる酸素濃度測定を安定して行なうことで、測定精度の優れるガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、三つ以上のセラミック層を積層してなるガスセンサであって、前記セラミック層の層間に形成されると共に、外部から被測定ガスが導入される第１室と、前記第１室を形成する前記層間とは異なる前記セラミック層の層間に形成されると共に、前記セラミック層の積層方向に前記第１室と重なり合う第２室と、前記第１室と前記第２室との間に配置される前記セラミック層を前記積層方向に貫くと共に、前記第１室に導入された前記被測定ガスを前記第２室に導入する導入路と、前記第１室を形成する前記セラミック層に設けられ、前記第１室内に設けられた第１内側電極と該第１内側電極と対をなす第１対電極とを備える共に、前記第１室内の前記被測定ガスに含まれる酸素をポンピングする第１ポンプセルと、前記第２室を形成する前記セラミック層に設けられ、前記第２室内に設けられた検知電極と該検知電極と対をなす基準電極とを備えると共に、前記被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度検知セルと、前記酸素濃度検知セルより前記被測定ガスの導入方向下流側に設けられ、該被測定ガスに晒される第２内側電極と該第２内側電極と対をなす第２対電極とを備える共に、前記被測定ガスに含まれる酸素をポンピングする第２ポンプセルとを有し、前記積層方向から投影したときに、前記検知電極の少なくとも一部が前記第１内側電極の輪郭内に位置するものである。
【０００８】
このような構成とすると、積層方向に垂直な方向に沿って見た場合に、検知電極と第１内側電極とが近接しているため、酸素濃度検知セルと第１ポンプセルとをほぼ同様な温度に制御することができる。その結果、酸素濃度検知セル、第１ポンプセル間で温度勾配が生じることを防止し、ガスセンサの測定精度が向上する。
又、外乱によって第１ポンプセルの温度が変化したとしても、これに近接する酸素濃度検知セルの温度もすぐに変化するため、酸素濃度検知セルの温度変化を測定してヒータを制御すれば、外乱に素早く追従してセンサ全体の温度制御を行うことができる。
さらに、第１室から折り返されて第１室の下方に重なるように第２室が位置し、第１内側電極と検知電極とはそれぞれ異なる室内に設けられるため、第１内側電極と検知電極とが同一の室内で互いに対向することが回避される。その結果、第１ポンプセルで酸素を汲み出した後、第２室へと流出した被測定ガスを測定するため、酸素濃度が安定した状態で酸素濃度検知セルによる酸素濃度の測定を行なうことができる。
つまり、酸素濃度検知セルと第１ポンプセルとを近接させたとしても、上記構成を採用することで、酸素濃度検知セルでの酸素濃度の測定を安定して行うことができる。それにより、ガスセンサの測定精度が向上する。
【０００９】
前記積層方向から投影したときに、前記第２内側電極の少なくとも一部が前記第１内側電極の輪郭内に位置することが好ましい。
このような構成とすると、積層方向に垂直な方向に沿って見た場合に、第２内側電極が検知電極と近接することになるため、酸素濃度検知セルと第２ポンプセルとをほぼ同様な温度に制御することができる。その結果、酸素濃度検知セル、第２ポンプセル間で温度勾配が生じることを防止し、ガスセンサの測定精度がさらに向上する。
又、外乱によって第２ポンプセルの温度が変化したとしても、これに近接する酸素濃度検知セルの温度もすぐに変化するため、酸素濃度検知セルの温度変化を測定してヒータを制御すれば、外乱に素早く追従してセンサ全体の温度制御を行うことができる。
【００１０】
前記積層方向から投影したときに、前記基準電極の少なくとも一部、前記第１対電極の少なくとも一部及び前記第２対電極の少なくとも一部がいずれも前記第１内側電極の輪郭内に位置することが好ましい。
このような構成とすると、各セル間で温度勾配が生じることをさらに防止し、ガスセンサの測定精度がより一層向上する。
【００１１】
前記検知電極と前記基準電極とが前記セラミック層を挟んで対向する位置にあることが好ましい。
なお、検知電極と基準電極とが対向しない場合、その電極間に温度勾配が生じ易い。そして、温度勾配が生じると、その電極間（酸素濃度検知セル）に熱起電力が発生する。その場合、その熱起電力が酸素濃度検知セルの測定値に重畳されるため、酸素濃度検知セルの測定精度が低下し、それによりガスセンサの測定精度が低下する。
そこで、検知電極と基準電極とを対向させることで、検知電極と基準電極との温度勾配が低減し、その電極間（酸素濃度検知セル）の熱起電力の発生を抑制することができるので、ガスセンサの測定精度が向上する。
【００１２】
前記第２内側電極と前記第２対電極とが前記セラミック層を挟んで対向する位置にあることが好ましい。
なお、第２内側電極と第２対電極とが対向しない場合、その電極間に温度勾配が生じ易い。そして、温度勾配が生じると、その電極間（第２ポンプセル）に熱起電力が発生する。その場合、その熱起電力が第２ポンプセルの測定値に重畳されるため、ガスセンサの測定精度が低下する。
そこで、このような構成とすることで、第２内側電極と前記第２対電極との温度勾配が低減し、その電極間（第２ポンプセル）の熱起電力の発生を抑制できるので、ガスセンサの測定精度が向上する。
【００１３】
前記ガスセンサを加熱するヒータをさらに備え、前記積層方向に垂直でかつ前記第２内側電極と前記検知電極とが並ぶ方向において、前記ヒータの発熱中心と前記第２内側電極の中心との距離が前記ヒータの発熱中心と前記検知電極の中心との距離より短いことが好ましい。
このような構成とすると、もともと温度を測定して温度制御を行っている酸素濃度検知セルの検知電極より、第２ポンプセルの第２内側電極の方がヒータにより早く加熱されるので、酸素濃度検知セルの温度制御とタイムラグを生じずに第２ポンプセルも温度制御することができる。
【００１４】
前記積層方向に垂直でかつ前記第２内側電極と前記検知電極とが並ぶ方向において、前記ヒータの発熱中心、前記第１内側電極の中心及び前記第２内側電極の中心が一致することが好ましい。
このような構成とすると、ヒータの温度が第１内側電極及び第２内側電極にすぐに伝わるため、酸素濃度検知セルの温度制御とタイムラグを生じずに第１ポンプセル及び第２ポンプセルが温度制御することができる。
【００１５】
前記第１ポンプセル、前記酸素濃度検知セル及び前記第２ポンプセルはいずれも異なる前記セラミック層に設けられ、かつ、各セラミック層は前記酸素濃度検知セル、前記第２ポンプセル、前記第１ポンプセルの順になるよう積層されていることが好ましい。
このような構成とすると、本発明の構成を有するセンサの製造が容易となる。また、各セルがそれぞれ異なるセラミック層に形成されるため、各セルの電極に流れる電流が混同しないようにできる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、酸素濃度検知セルと第１ポンプセルとの間の温度勾配の低減を図るとともに、酸素濃度検知セルによる酸素濃度測定を安定して行うことで、測定精度の優れるガスセンサ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】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。
＜第１の実施形態＞  図１は、本発明の第１の実施形態に係るＮＯｘセンサの長手方向に沿う断面図を示す。ＮＯｘセンサ１０１は長尺の板状体をなし、ＺｒＯ２等の酸素イオン伝導性の固体電解質層（セラミック層）２ｃ、４ｃ、６ｃをこの順に積層して構成されている。又、固体電解質層２ｃ、４ｃの間には絶縁層１３が介装され、固体電解質層４ｃ、６ｃの間には絶縁層１５が介装されるとともに、固体電解質層２ｃの外側（絶縁層１３とは反対側）には絶縁層１１が積層され、固体電解質層４ｃの外側（絶縁層１５とは反対側）には絶縁層１７が積層されている。
さらに、絶縁層１７の外側には絶縁層１８、１９がこの順で積層され、絶縁層１８、１９の間にはＮＯｘガスセンサの長手方向に沿って延びる長尺板状のヒータ２０が埋設されている。ヒータ２０はガスセンサを活性温度に昇温し、固体電解質層の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。
【００１８】
固体電解質層２ｃと固体電解質層４ｃとの層間に、第１室Ｓ１が形成されている。すなわち、固体電解質層４ｃの上面、固体電解質層２ｃの下面、及び絶縁層１３の側面によって第１室Ｓ１が形成される。又、外部からの被測定ガスの導入口である開口（図１の固体電解質層２ｃ、４ｃの左端）には、拡散抵抗を有する多孔質体からなる拡散律速部３１が設けられている。
第１室Ｓ１に面した固体電解質層２ｃの下面には、第１内側電極２ａが配置され、固体電解質層２ｃの上面（第１室Ｓ１外）には第１内側電極２ａと対をなす第１対電極２ｂが配置されている。なお、本実施例では、第１内部電極２ａと第１対電極２ｂとは、固体電解質層２ｃを挟んで対向して配置されている。そして、第１内側電極２ａ、第１対電極２ｂ、固体電解質層２ｃとによって第１ポンプセル２が構成されている。絶縁層１１は、固体電解質層２ｃに接する第１対電極２ｂが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体３３が充填されている。
又、第１内側電極２ａの表面には、多孔質等からなる電極保護層２ａｓが被覆されている。
【００１９】
固体電解質層４ｃは積層方向に切り抜かれ、切り抜き部が第１室Ｓ１の右端に重なるように位置している。この切り抜き部により、第１室Ｓ１の右端から下方に向かう空間（導入路）Ｓ２が形成され、以下に述べる第２室と連通するようになっている。なお、固体電解質層４ｃが、第１室Ｓ１と第２室Ｓ２との間に配置されるセラミック層に相当する。又、固体電解質層４ｃの切り抜き部は第１内側電極２ａと積層方向に重ならず、少なくとも第１内側電極２ａの下方には固体電解質層４ｃの上面が存在する。
【００２０】
そして、固体電解質層４ｃと固体電解質層６ｃとの層間に、第２室Ｓ３が形成されている。すなわち、固体電解質層６ｃの上面、固体電解質層４ｃの下面、及び絶縁層１５の側面によって第２室Ｓ３が形成される。又、第２室Ｓ３の左端は第１室Ｓ１の左端より右側に位置する。
【００２１】
このように、第２室Ｓ３は導入路Ｓ２を介して第１室Ｓ１に連通すると共に、固体電解質層４ｃを境にして第１室Ｓ１の下方に位置している。すなわち、第１室Ｓ１と第２室Ｓ２とは積層方向に重なり合うことになる。
そして、外部から拡散律速部３１を介して導入された被測定ガスは、第１室Ｓ１を図１の左から右へ流れた後、導入路Ｓ２を介して第２室Ｓ３に導入され、その後右から左へ折り返して流れるようになっている。
なお、本発明は三つ以上のセラミック層を積層してなるが、上記第１室及び第２室が形成される部分において、各セラミック層の間（層間）には他の層が介装され、当該他の層が部分的に存在せずに各セラミック層の間で囲まれた内部空間が上記第１室及び第２室となる。但し、第１室及び第２室が形成されない部分においては、セラミック層の間に他の層が介装されている必要はない。例えば、後述する第３の実施形態において、セラミック層１５、８ｃは接している。
又、本発明におけるセラミック層は固体電解質層だけでなく、他の層（例えば絶縁層）も含む。例えば、上記第１の実施形態において、セラミック層は固体電解質層２ｃ、４ｃ、６ｃであるが、後述する第５の実施形態において、セラミック層は固体電解質層２ｃ、８ｃ、９ｃと、絶縁層１８である。
【００２２】
次に、固体電解質層４ｃと絶縁層１８との間において、第２室Ｓ３から離間する左側の位置に、固体電解質層４ｃの下面から絶縁層１８の上面に至る深さの空間Ｓ４が形成されている。なお、空間Ｓ４は第２室Ｓ３と連通していない。
【００２３】
第２室Ｓ３に面した固体電解質層６ｃの上面には、導入路Ｓ２より左側で、かつ積層方向に見た時に第１内側電極２ａと重なる位置に、第１内側電極２ａより小さい検知電極６ａが配置されている。又、固体電解質層６ｃの下面には検知電極６ａと対向する位置に検知電極とほぼ同寸の基準電極６ｂが配置されている。そして、検知電極６ａ、基準電極６ｂ、固体電解質層６ｃとによって酸素濃度検知セル６が構成されている。なお、絶縁層１７は、固体電解質層６ｃに接する基準電極６ｂが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体からなる充填層３５が充填されている。そして、充填層３５内に所定分圧の酸素を充填できるようになっている。
又、酸素濃度検知セル６に予め微弱な電流Ｉｃｐを流すことにより、酸素を基準電極６ｂ側の充填層３５内に充填し、酸素基準とする。
【００２４】
一方、第２室Ｓ３に面した固体電解質層４ｃの下面には、第２室Ｓ３のほぼ左端で、かつ積層方向に見た時に第１内側電極２ａと重なる位置に、第２内側電極４ａが配置されている。つまり、第２室Ｓ３内で第２内側電極４ａは検知電極６ａより被測定ガスの導入方向下流側に位置している。又、第２室Ｓ３外で、かつ空間Ｓ４に面した固体電解質層４ｃの下面には、第２内側電極４ａと対をなす第２内側電極４ａとほぼ同寸の第２対電極４ｂが配置されている。そして、第２内側電極４ａ、第２対電極４ｂ、固体電解質層４ｃとによって第２ポンプセル４が構成されている。
【００２５】
固体電解質層２ｃ、４ｃ、６ｃとしては、例えばジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体（イットリア−ジルコニア固溶体）を用いることができる。又、固体電解質層としては、イットリア−ジルコニア固溶体の他に、カルシア−ジルコニア固溶体、スカンジア−ジルコニア固溶体、二酸化セリウム、二酸化トリウム、二酸化ハフニウム等の各固溶体、ペロブスカイト型固溶体、３価金属酸化物固溶体等を使用できる。
【００２６】
各電極２ａ〜６ｂ、及びヒータ２０としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｅ等の１種以上からなる白金族元素を用いることができるが、耐熱性及び耐酸化性を考慮するとＰｔを主体とすることが好ましい。又、各電極２ａ〜６ｂと固体電解質層２ｃ、４ｃ、６ｃとの密着性を向上させるため、白金族元素に加えてセラミック成分を含有する材料を用いてもよく、このセラミック成分としては固体電解質層を構成する成分と同様のものを用いることができる。例えば、固体電解質層がＺｒＯ２である場合、各電極２ａ〜６ｂとしてＰｔとＺｒＯ2からなる多孔質サーメットを用いることができる。
特に、被測定ガスに接触する第１内側電極２ａ及び検知電極６ａとしては、測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力が低い（又は還元能力のない）材料を用いることが好ましく、例えばＬａ3 ＣｕＯ4 等のペロブスカイト構造を有する化合物、Ａｕ等の触媒活性の低い金属とセラミックスのサーメット、又はＡｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ族金属とセラミックスとのサーメットを用いることが好ましい。更に、電極材料としてＡｕとＰｔ族金属の合金を用いる場合、Ａｕ含有量を合金全体の０．０３〜３５ｖｏｌ％にすることが好ましい。また、第２内側電極４ａとしては、ＲｈとＺｒＯ2からなる多孔質サーメットを例示できる。
【００２７】
各絶縁層１１〜１９は、例えば絶縁性を有するセラミック焼結体を用いることができ、アルミナやムライト等の酸化物系セラミックを例示することができる。
拡散律速部は、被測定ガスが流入する際の律速が行われるものであればよく、多孔質体の他、スリット等を用いることができ、アルミナ等からなる多孔質体を例示することができる。拡散律速部は、外気をセンサ内に出入を律速させ、センサ内の電極周囲の酸素濃度を安定化する。
【００２８】
以上のようにしてＮＯｘセンサが構成され、積層方向から投影したときに、検知電極６ａ及び第２内側電極４ａがいずれも第１内側電極２ａの輪郭内に位置するようになっている。
なお、検知電極６ａ及び第２内側電極４ａが完全に第１内側電極２ａの輪郭内に位置していることが最も好ましいが、検知電極６ａ及び第２内側電極４ａの少なくともいずれかの一部が第１内側電極２ａの輪郭内に位置すればよい（各電極４ａ、６ａのいずれかが第１内側電極２ａと重なりを一部に有していればよい）。
【００２９】
次に、第１の実施形態に係るＮＯｘセンサの動作の一例について説明する。まず、図示しない外部電源及び駆動回路を介してヒータが作動し、センサを活性化温度まで加熱する。被測定ガス（排ガス）は拡散律速部３１を通って第１室Ｓ１に流入し、第１ポンプセル２は、第１室Ｓ１内の排ガス中の過剰な酸素を第１内側電極２ａから第１対電極２ｃへ向かって汲み出す。
酸素が汲み出されたガスは第１室Ｓ１から導入路Ｓ２を通って第２室Ｓ３に導入され、第２室Ｓ３の被測定ガス導入方向上流にある酸素濃度検知セル６（電極６ａ）に到達する。従って、酸素濃度検知セル６の両端電圧Ｖｓを測定することにより、第１室Ｓ１内（第２室Ｓ３に流入直後）の酸素濃度を検出することができる。そして、Ｖｓが所定電圧となるように第１ポンプセル２に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１（又は電圧）を制御することにより、第１室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に管理する。
【００３０】
酸素濃度が管理された被測定ガスは、第２室Ｓ３内で酸素濃度検知セル６より被測定ガス導入方向下流に位置する第２ポンプセル４（第２内側電極４ａ）に向かってさらに流れる。従って、第２ポンプセル４に被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の電圧（第１ポンプセル２の電圧より高い電圧）を印加することにより、ＮＯｘの分解により生じた酸素を第２室Ｓ３から汲み出すことができる。この際、第２ポンプセル４に流れる第２ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には直線関係があるため、Ｉｐ２を検出することにより被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
なお、第２ポンプセル４で汲み出された酸素は、第２対電極４ｃから空間Ｓ４内へ流れる。又、第２内側電極４ａとして多孔質ロジウム等の触媒機能を有する電極を用いると、ＮＯｘの分解を促進することができる。
【００３１】
ここで、通常のＮＯｘセンサでは、固体電解質体の電気抵抗が温度に比例する性質を利用して、酸素濃度検知セル６の固体電解質層６ｃの抵抗を測定し、ヒータ２０の動作を制御してセンサ温度を制御している。
ここで、第１の実施形態においては検知電極６ａと第２内側電極４ａとが第１内側電極２ａの輪郭内に位置しているため、積層方向から見たときに検知電極６ａ、第１内側電極２ａ、第２内側電極４ａがいずれも近接している。一方、ヒータは積層方向に垂直な方向に延びるので、酸素濃度検知セル６、第１ポンプセル２、第２ポンプセル４がヒータの長手方向から見ていずれも接近していることになり、各セルをほぼ同様な温度に制御することができる。その結果、各セル２，４，６間で温度勾配が生じることを防止し、ガスセンサの測定精度が向上する。
又、第１の実施形態によれば、外乱によって酸素濃度検知セル６以外の部分（例えば第１ポンプセル２，第２ポンプセル４）の温度が変化したとしても、これに近接する酸素濃度検知セル６の温度もすぐに変化するため、酸素濃度検知セル６の温度変化を測定してヒータを制御すれば、外乱に素早く追従してセンサ全体の温度制御を行なうことができる。
【００３２】
さらに、第１の実施形態によれば、第１室から折り返されて第１室の下方に重なるように第２室が位置し、第１内側電極２ａと検知電極６ａとはそれぞれ異なる室内に設けられるため、第１内側電極２ａと検知電極６ａとが同一の室内で互いに対向することが回避される。
その結果、第１ポンプセル２で酸素を汲み出した後、第２室へと流出した被測定ガスを測定するため、酸素濃度が安定した状態で酸素濃度検知セル６による酸素濃度の測定を行なうことができる。
これに対し、第１内側電極２ａと検知電極６ａとが同一室内で互いに対向する位置にある場合（例えば、特許文献２の図１の電極６ｂと７ａに相当）、被測定ガス中の酸素濃度が大きく増減している所に酸素濃度検知セル６の検知電極６ａが配置されるため、酸素濃度検知セル６の測定値が大きく変動する。又、この変動を避けるために検知電極６ａを第１内側電極２ａの外側に配置した場合、検知電極６ａが第１内側電極２ａの輪郭内に位置しなくなるため、上記したように各セル間で温度勾配が生じる。
【００３３】
なお、セラミックの積層方向から投影したときに、基準電極６ｂの少なくとも一部、第１対電極２ｂの少なくとも一部及び第２対電極４ａの少なくとも一部がいずれも第１内側電極の輪郭内に位置すると、上記した各セルの温度勾配がさらに抑制されるので好ましい。さらに、すべての電極が第１内側電極の輪郭内に完全に重なるように位置すると最も好ましい。
又、第１の実施形態において、検知電極６ａと基準電極６ｂとが固体電解質（セラミック）層を挟んで対向する位置にある。このような構成とすると、検知電極６ａと基準電極６ｂの間で熱起電力が発生することを防止でき、測定精度が向上する。
【００３４】
さらに、第１の実施形態において、上記積層方向に垂直でかつ第２内側電極４ａと検知電極６ａとが並ぶ方向（図１の左右方向）において、ヒータ２０の発熱中心２０ｃと第２内側電極４ａの中心との距離が、ヒータの発熱中心２０ｃと検知電極６ａの中心との距離より短い。ここで、ヒータの発熱中心とは、ヒータの最大温度部分をいい、通常、ヒータの中心部が最も温度が高く、周縁部へ向かって温度が低下する。このような構成とすると、もともと温度を測定して温度制御を行なっている酸素濃度検知セル６の検知電極６ａより第２ポンプセル４の第２内側電極４ａの方が早く加熱されるので、酸素濃度検知セル６の温度制御とタイムラグを生じずに第２ポンプセル４も温度制御することができる。
【００３５】
又、上記積層方向に垂直でかつ第２内側電極４ａと検知電極６ａとが並ぶ方向（図１の左右方向）において、ヒータの発熱中心２０ｃ、第１内側電極２ａの中心及び第２内側電極４ａの中心が一致することが好ましい。このような構成とすると、ヒータの温度が第１内側電極２ａ及び第２内側電極４ａにすぐに伝わるため、酸素濃度検知セル６の温度制御とより一層タイムラグを生じずに、第１ポンプセル２及び第２ポンプセル４が温度制御することができる。
【００３６】
なお、第１の実施形態において、第１ポンプセル２、酸素濃度検知セル６及び第２ポンプセル４がいずれもそれぞれ異なる固体電解質（セラミック）層２ｃ、６ｃ、４ｃ上に設けられ、かつ、各固体電解質層２ｃ、６ｃ、４ｃは酸素濃度検知セル６、第２ポンプセル４、第１ポンプセル２の順になるよう積層されている。このような構成とすると、センサの製造が容易となる。また、各セルがそれぞれ異なるセラミック層に形成されるため、各セルの電極に流れる電流が混同しないようにできる。
【００３７】
次に、上記センサ１０１の製造方法の一例を簡単に説明する。まず、ジルコニア系粉末、バインダ及び有機溶剤を含むスラリーからドクターブレード法により、各固体電解質層となるグリーンシートを製造する。各固体電解質層上の電極は、電極材料、バインダ及び有機溶剤を含むペーストを上記グリーンシート上にスクリーン印刷することにより形成する。同様に、各固体電解質層の間に介装される絶縁層についても、絶縁材料（アルミナ等）、バインダ及び有機溶剤を含むペーストを上記グリーンシート（又は電極）上にスクリーン印刷することにより形成する。
そして、各固体電解質層を積層圧着し、所定温度で脱バインダ後、焼成してセンサを製造する。
なお、拡散律速部等の多孔質は、絶縁材料（アルミナ等）、バインダ及び有機溶剤を含むペーストを所定位置にスクリーン印刷した後、焼成する際にバインダを焼失させ多数の気泡を生じさせることによって形成する。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態に係るＮＯｘセンサ１０２の長手方向に沿う断面図を示す。ＮＯｘセンサ１０２は、酸素濃度検知セル６及び第２ポンプセル４の電極配置が異なることの他はＮＯｘセンサ１０１と同様であるので、同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
ＮＯｘガスセンサ１０２において、固体電解質層６ｃ、４ｃの位置がＮＯｘセンサ１０１と入れ替わり、絶縁層１３の下層に固体電解質層６ｃが位置している。そして、固体電解質層６ｃの上面と固体電解質層２ｃの下面とで挟まれた空間が第１室Ｓ１となる。固体電解質層６ｃは積層方向に切り抜かれ、切り抜き部が第１室Ｓ１の右端に重なるように位置し、導入路Ｓ２をなしている。次に、固体電解質層６ｃの下面と固体電解質層４ｃの上面とで挟まれた空間が第２室Ｓ３となる。この第２室Ｓ３は、導入路Ｓ２に重なるとともに導入路Ｓ２より左側へ延びている。
【００３９】
第２室Ｓ３に面した固体電解質層６ｃの下面には、導入路Ｓ２より左側で第１内側電極２ａに重なる位置に、検知電極６ａが配置されている。又、固体電解質層６ｃの上面（第１室Ｓ１内）には検知電極６ａと対向する位置に検知電極とほぼ同寸の基準電極６ｂが配置されている。そして、検知電極６ａ、基準電極６ｂ、固体電解質層６ｃとによって酸素濃度検知セル６が構成されている。なお、基準電極６ｂは、絶縁体からなる封止層６ｂｓで被覆され、基準電極６ｂ内に所定分圧の酸素を充填できるようになっている。なお、基準電極６ｂは、封止層６ｂｓによって第１室Ｓ１から隔離されている。
又、酸素濃度検知セル６に予め微弱な電流Ｉｃｐを流すことにより、酸素を基準電極６ｂ側の基準電極６ｂ内に充填し、酸素基準とする。
【００４０】
一方、第２室Ｓ３に面した固体電解質層４ｃの上面には、第２室Ｓ３のほぼ左端で第１内側電極２ａに重なる位置に、第２内側電極４ａが配置されている。つまり、第２室Ｓ３内で第２内側電極４ａは検知電極６ａより被測定ガス導入方向下流側に位置している。又、第２Ｓ３室に面さない固体電解質層４ｃの下面には第２内側電極４ａと対向する位置に第２内側電極とほぼ同寸の第２対電極４ｂが配置されている。そして、第２内側電極４ａ、第２対電極４ｂ、固体電解質層４ｃとによって第２ポンプセル４が構成されている。
なお、第２対電極４ｂは、絶縁層１７内に埋設しつつ固体電解質層４ｃに接し、第２対電極４ｂ内に酸素を充填できるようになっている。
【００４１】
第２の実施形態においても、酸素濃度検知セル６、第１ポンプセル２、第２ポンプセル４がヒータ長手方向から見ていずれも接近し、各セルをほぼ同様な温度に制御することができる。その結果、各セル間で温度勾配が生じことを防止する。
又、第２の実施形態においても、第１内側電極２ａと検知電極６ａとがそれぞれ異なる室内に設けられ、第１内側電極２ａと検知電極６ａとが同一の室内で互いに対向することを回避できる。
【００４２】
＜第３の実施形態＞
図３は、本発明の第３の実施形態に係るＮＯｘセンサ１０３の長手方向に沿う断面図を示す。ＮＯｘセンサ１０３は、酸素濃度検知セル６及び第２ポンプセル４の電極配置が異なることの他はＮＯｘセンサ１０１と同様であるので、同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
ＮＯｘセンサ１０３において、ＮＯｘセンサ１０１の固体電解質層４ｃ、６ｃがなく、固体電解質層６ｃの位置に共通層となる１つの固体電解質層８ｃが配置されている。そして、固体電解質層４ｃの代わりに絶縁層（セラミック層）１５の上面と固体電解質層２ｃの下面とで挟まれた空間が第１室Ｓ１となる。絶縁層１５、固体電解質層８ｃは積層方向に切り抜かれ、切り抜き部が第１室Ｓ１の右端に重なるように位置し、導入路Ｓ２をなしている。次に、固体電解質層８ｃの下面と絶縁層（セラミック層）１８の上面とで挟まれた空間が第２室Ｓ３となる。この第２室Ｓ３は、導入路Ｓ２に重なるとともに、導入路Ｓ２より左側へ延びている。
【００４３】
第２室Ｓ３に面した固体電解質層８ｃの下面には、導入路Ｓ２より左側で第１内側電極２ａに重なる位置に、検知電極６ａが配置されている。又、固体電解質層８ｃの上面には検知電極６ａと対向する位置に検知電極とほぼ同寸の基準電極６ｂが配置されている。そして、検知電極６ａ、基準電極６ｂ、固体電解質層８ｃとによって酸素濃度検知セル６が構成されている。なお、絶縁層１５の下面側には、固体電解質層８ｃに接する基準電極６ｂが内部に配置されるように溝部が形成され、その溝部には多孔質体からなる充填層３７が充填され、充填層３７内に所定分圧の酸素を充填できるようになっている。
又、酸素濃度検知セル６に予め微弱な電流Ｉｃｐを流すことにより、酸素を基準電極６ｂ側の充填層３７内に充填し、酸素基準とする。
【００４４】
一方、第２室Ｓ３に面した固体電解質層８ｃの下面には、第２室Ｓ３のほぼ左端で第１内側電極２ａに重なる位置に、第２内側電極４ａが配置されている。つまり、第２室Ｓ３内で第２内側電極４ａは検知電極６ａより被測定ガス導入方向下流側に位置している。又、固体電解質層８ｃの上面には第２内側電極４ａと対向する位置に第２内側電極とほぼ同寸の第２対電極４ｂが配置されている。そして、第２内側電極４ａ、第２対電極４ｂ、固体電解質層８ｃとによって第２ポンプセル４が構成されている。なお、第２対電極４ｂは、絶縁層１５の上記溝部内に配置される。
【００４５】
第３の実施形態においても、酸素濃度検知セル６、第１ポンプセル２、第２ポンプセル４がヒータ長手方向から見ていずれも接近し、各セルをほぼ同様な温度に制御することができる。その結果、各セル間で温度勾配が生じることを防止する。
又、第３の実施形態においても、第１内側電極２ａと検知電極６ａとがそれぞれ異なる室内に設けられ、第１内側電極２ａと検知電極６ａとが同一の室内で互いに対向することを回避できる。
【００４６】
＜第４の実施形態＞
図４は、本発明の第４の実施形態に係るＮＯｘセンサ１０４の長手方向に沿う断面図を示す。ＮＯｘセンサ１０４は、酸素濃度検知セル６及び第２ポンプセル４の電極配置が異なることの他はＮＯｘセンサ１０１と同様であるので、同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
ＮＯｘセンサ１０４において、固体電解質層６ｃ、４ｃの位置がＮＯｘガスセンサ１０１と入れ替わり、絶縁層１３の下層に固体電解質層６ｃが位置している。そして、固体電解質層６ｃの上面と固体電解質層２ｃの下面とで挟まれた空間が第１室Ｓ１となる。固体電解質層６ｃは積層方向に切り抜かれ、切り抜き部が第１室Ｓ１の右端に重なるように位置し、導入路Ｓ２をなしている。さらに、固体電解質層６ｃの下面と固体電解質層４ｃの上面とで挟まれた空間が第２室Ｓ３となる。この第２室Ｓ３は、導入路Ｓ２に重なるとともに、導入路Ｓ２より左側へ延びている。これに加えて、第２室とは別に、固体電解質層４ｃの下面と絶縁層１８の上面とで形成された第３室が形成され、この第３室が固体電解質層４ｃを積層方向に切り抜いた切り抜き部に重なるとともに、この切り抜き部より左側へ延びている。なお、第２室Ｓ３と第３室は、上記した固体電解質層４ｃの切り抜き部を介して連通している。
【００４７】
第２室Ｓ３に面した固体電解質層６ｃの下面には、第２室Ｓ３左端に接し、第１内側電極２ａに重なる位置に、検知電極６ａが配置されている。又、検知電極６ａより左側における絶縁層１５内には、固体電解質層６ｃの下面に接するように検知電極とほぼ同寸の基準電極６ｂが配置されている。そして、検知電極６ａ、基準電極６ｂ、固体電解質層６ｃとによって酸素濃度検知セル６が構成されている。なお、絶縁層１５には、固体電解質層６ｃに接する基準電極６ｂが内部に配置されるように切り抜き部が形成され、その切り抜き部には多孔質体からなる充填層３８が充填され、充填層３８内に所定分圧の酸素を充填できるようになっている。
又、酸素濃度検知セル６に予め微弱な電流Ｉｃｐを流すことにより、酸素を基準電極６ｂ側の充填層３８内に充填し、酸素基準とする。
【００４８】
一方、第３室に面した固体電解質層４ｃの下面には、第３室左端に接し第１内側電極２ａに重なる位置に、第２内側電極４ａが配置されている。つまり、第２内側電極４ａは検知電極６ａより被測定ガス導入方向下流側に位置している。又、固体電解質層４ｃの上面には、第２内側電極４ａと対向し、かつ基準電極６ｂの下方位置に第２内側電極とほぼ同寸の第２対電極４ｂが配置されている。そして、第２内側電極４ａ、第２対電極４ｂ、固体電解質層４ｃとによって第２ポンプセル４が構成されている。
なお、第２対電極４ｂの上面は充填層３８に接し、充填層３８を挟んで第２対電極４ｂと基準電極６ｂが位置している。
【００４９】
第４の実施形態においても、酸素濃度検知セル６、第１ポンプセル２、第２ポンプセル４がヒータ長手方向から見ていずれも接近し、各セルをほぼ同様な温度に制御することができる。その結果、各セル間で温度勾配が生じることを防止する。
又、第４の実施形態においても、第１内側電極２ａと検知電極６ａとがそれぞれ異なる室内に設けられ、第１内側電極２ａと検知電極６ａとが同一の室内で互いに対向することを回避できる。
【００５０】
＜第５の実施形態＞
図５は、本発明の第５の実施形態に係るＮＯｘセンサ１０５の長手方向に沿う断面図を示す。ＮＯｘセンサ１０５は、酸素濃度検知セル６及び第２ポンプセル４の電極配置が異なることの他はＮＯｘセンサ１０１と同様であるので、同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
ＮＯｘセンサ１０５において、ＮＯｘセンサ１０１における固体電解質層４ｃの代わりに固体電解質層９ｃが配置され、固体電解質層６ｃの代わりに固体電解質層８ｃが配置されている。固体電解質層９ｃには電極が配置されず単に室を規定するセラミック層（壁）として機能し、固体電解質層８ｃは酸素濃度検知セル６及び第２ポンプセル４の共通層となる。そして、固体電解質層９ｃの上面と固体電解質層２ｃの下面とで挟まれた空間が第１室Ｓ１となっている。
【００５１】
固体電解質層９ｃ、絶縁層１５、固体電解質層８ｃは積層方向に切り抜かれ、切り抜き部が第１室Ｓ１の右端に重なるように位置し、これらの層の高さ分の導入路Ｓ２をなしている。さらに、固体電解質層８ｃの下面と絶縁層１８の上面とで挟まれた空間が第２室Ｓ３となる。この第２室Ｓ３は、導入路Ｓ２に重なるとともに導入路Ｓ２より左側へ延びている。さらに、第２室Ｓ３の左端側の固体電解質層８ｃは積層方向に切り抜かれ、切り抜き部が第２室Ｓ３の左端に重なるように位置している。これに加えて、固体電解質層９ｃの下面と固体電解質層８ｃの上面とで挟まれた空間が第３室となる。第３室が固体電解質層８ｃの上記切り抜き部に重なって第２室Ｓ３と連通するとともに、この切り抜き部より左側へ延びている。
【００５２】
第２室Ｓ３に面した固体電解質層８ｃの下面には、第１内側電極２ａに重なる位置に、検知電極６ａが配置されている。又、固体電解質層８ｃの上面には、検知電極６ａと対向する位置に検知電極とほぼ同寸の基準電極６ｂが配置されている。そして、検知電極６ａ、基準電極６ｂ、固体電解質層８ｃとによって酸素濃度検知セル６が構成されている。なお、基準電極６ｂは、絶縁層１５内に埋設しつつ固体電解質層８ｃに接し、基準電極６ｂ内に所定分圧の酸素を充填できるようになっている。
又、酸素濃度検知セル６に予め微弱な電流Ｉｃｐを流すことにより、酸素を基準電極６ｂ側の基準電極６ｂ内に充填し、酸素基準とする。
【００５３】
一方、第３室に面した固体電解質層８ｃの上面には、第３室左端に接し第１内側電極２ａに重なる位置に、第２内側電極４ａが配置されている。つまり、第２内側電極４ａは検知電極６ａより被測定ガス導入方向下流側に位置している。又、固体電解質層８ｃの下面には、第２内側電極４ａと対向する位置に第２内側電極とほぼ同寸の第２対電極４ｂが配置されている。そして、第２内側電極４ａ、第２対電極４ｂ、固体電解質層８ｃとによって第２ポンプセル４が構成されている。
なお、第２対電極４ｂは、絶縁層１７内に埋設しつつ固体電解質層８ｃに接し、第２対電極４ｂ内に酸素を充填できるようになっている。
【００５４】
第５の実施形態においても、酸素濃度検知セル６、第１ポンプセル２、第２ポンプセル４がヒータ長手方向から見ていずれも接近し、各セルをほぼ同様な温度に制御することができる。その結果、各セル間で温度勾配が生じることを防止する。
又、第５の実施形態においても、第１内側電極２ａと検知電極６ａとがそれぞれ異なる室内に設けられ、第１内側電極２ａと検知電極６ａとが同一の室内で互いに対向することを回避できる。
【００５５】
＜第６の実施形態＞
図６は、本発明の第６の実施形態に係るＮＯｘセンサ１０６の長手方向に沿う断面図を示す。ＮＯｘセンサ１０６は、酸素濃度検知セル６及び第２ポンプセル４の電極配置が異なることの他はＮＯｘセンサ１０１と同様であるので、同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
ＮＯｘセンサ１０６において、ＮＯｘセンサ１０１における固体電解質層４ｃの代わりに固体電解質層９ｃが配置され、固体電解質層６ｃの代わりに固体電解質層８ｃが配置されている。固体電解質層９ｃには電極が配置されず単に室を規定するセラミック層（壁）として機能し、固体電解質層８ｃは酸素濃度検知セル６及び第２ポンプセル４の共通層となる。そして、固体電解質層９ｃの上面と固体電解質層２ｃの下面とで挟まれた空間が第１室Ｓ１となっている。
【００５６】
固体電解質層９ｃは積層方向に切り抜かれ、切り抜き部が第１室Ｓ１の右端に重なるように位置し、導入路Ｓ２をなしている。さらに、固体電解質層９ｃの下面と固体電解質層８ｃの上面とで挟まれた空間が第２室Ｓ３となる。この第２室Ｓ３は、導入路Ｓ２に重なるとともに導入路Ｓ２より左側へ延びている。
【００５７】
第２室Ｓ３に面した固体電解質層８ｃの上面には、第２室中央より右側でかつ第１内側電極２ａに重なる位置に、検知電極６ａが配置されている。又、固体電解質層８ｃの下面には、検知電極６ａと対向する位置に検知電極とほぼ同寸の基準電極６ｂが配置されている。そして、検知電極６ａ、基準電極６ｂ、固体電解質層８ｃとによって酸素濃度検知セル６が構成されている。なお、絶縁層１７には、固体電解質層８ｃに接する基準電極６ｂが内部に配置されるように切り抜き部が形成され、その切り抜き部には多孔質体からなる充填層３９が充填され、充填層３９内に所定分圧の酸素を充填できるようになっている。
又、酸素濃度検知セル６に予め微弱な電流Ｉｃｐを流すことにより、酸素を基準電極６ｂ側の充填層３９内に充填し、酸素基準とする。
【００５８】
一方、第２室Ｓ３に面した固体電解質層８ｃの上面には、第２室左端に接し第１内側電極２ａに重なる位置に、第２内側電極４ａが配置されている。つまり、第２室Ｓ３内で第２内側電極４ａは検知電極６ａより被測定ガス導入方向下流側に位置している。又、固体電解質層８ｃの下面には、第２内側電極４ａと対向する位置に第２内側電極とほぼ同寸の第２対電極４ｂが配置されている。そして、第２内側電極４ａ、第２対電極４ｂ、固体電解質層８ｃとによって第２ポンプセル４が構成されている。
なお、第２対電極４ｂは、絶縁層１７の切り抜き部内に配置され、第２対電極４ｂの下面は充填層３８に接する。
【００５９】
第６の実施形態においても、酸素濃度検知セル６、第１ポンプセル２、第２ポンプセル４がヒータ長手方向から見ていずれも接近し、各セルをほぼ同様な温度に制御することができる。その結果、各セル間で温度勾配が生じることを防止する。
又、第６の実施形態においても、第１内側電極２ａと検知電極６ａとがそれぞれ異なる室内に設けられ、第１内側電極２ａと検知電極６ａとが同一の室内で互いに対向することを回避できる。
【００６０】
＜第７の実施形態＞
図７は、本発明の第７の実施形態に係るＮＯｘセンサ１０７の長手方向に沿う断面図を示す。ＮＯｘセンサ１０７は、酸素濃度検知セル６及び第２ポンプセル４の電極配置が異なることの他はＮＯｘセンサ１０１と同様であるので、同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
ＮＯｘセンサ１０７において、ＮＯｘセンサ１０１における固体電解質層４ｃ、絶縁層１５がなく、固体電解質層６ｃの代わりに固体電解質層８ｃが配置されている。固体電解質層８ｃは酸素濃度検知セル６及び第２ポンプセル４の共通層となる。そして、固体電解質層８ｃの上面と固体電解質層２ｃの下面とで挟まれた空間が第１室Ｓ１となっている。
【００６１】
固体電解質層８ｃは積層方向に切り抜かれ、切り抜き部が第１室Ｓ１の右端に重なるように位置し、導入路Ｓ２をなしている。さらに、固体電解質層８ｃの下面と絶縁層１８の上面とで挟まれた空間が第２室Ｓ３となる。この第２室Ｓ３は、導入路Ｓ２に重なるとともに連通部Ｓ２より左側へ延びている。
【００６２】
第２室Ｓ３に面した固体電解質層８ｃの下面には、第２室中央より右側でかつ第１内側電極２ａに重なる位置に、基準電極６ｂが配置されている。又、固体電解質層８ｃの下面には、基準電極６ｂの左側に検知電極６ａが配置されている。そして、検知電極６ａ、基準電極６ｂ、固体電解質層８ｃとによって酸素濃度検知セル６が構成されている。なお、基準電極６ｂは、絶縁体からなる封止層６ｂｓで被覆され、基準電極６ｂ内に所定分圧の酸素を充填できるようになっている。
又、酸素濃度検知セル６に予め微弱な電流Ｉｃｐを流すことにより、酸素を基準電極６ｂ側の基準電極６ｂ内に充填し、酸素基準とする。
【００６３】
一方、第２室Ｓ３に面した固体電解質層８ｃの下面には、検知電極６ａの左側でかつ第２室Ｓ３左端に接し、第１内側電極２ａに重なる位置に、第２内側電極４ａが配置されている。つまり、第２室Ｓ３内で第２内側電極４ａは検知電極６ａより被測定ガス導入方向下流側に位置している。又、第２内側電極４ａより左側における絶縁層１７内には、固体電解質層８ｃの下面に接するように第２内側電極とほぼ同寸の第２対電極４ｂが配置されている。そして、第２内側電極４ａ、第２対電極４ｂ、固体電解質層８ｃとによって第２ポンプセル４が構成されている。
なお、第２対電極４ｂは、絶縁層１７内に埋設しつつ固体電解質層８ｃに接し、第２対電極４ｂ内に酸素を充填できるようになっている。又、第２内側電極４ａは、多孔質体からなるオーバーコート層４ａｓで被覆され、酸素のポンピングを律速することで、内側電極４ａに隣接した検知電極６ａ（酸素濃度検知セル６）による酸素濃度の測定を安定化させると共に、隣接する検知電極６ａの電極成分（Ａｕ）がコンタミネーションとして第２内側電極４ａに混入するのを防止する。
【００６４】
第７の実施形態においても、酸素濃度検知セル６、第１ポンプセル２、第２ポンプセル４がヒータ長手方向から見ていずれも接近し、各セルをほぼ同様な温度に制御することができる。その結果、各セル間で温度勾配が生じることを防止する。
又、第７の実施形態においても、第１内側電極２ａと検知電極６ａとがそれぞれ異なる室内に設けられ、第１内側電極２ａと検知電極６ａとが同一の室内で互いに対向することを回避できる。
【００６５】
本発明においては、室内側に設けられた電極（第１、２内側電極、検知電極）間の位置関係を規定するが、その対電極の位置関係は特に限定されない。例えば、第１ポンプセル２において、第１対電極２ｂが第１内側電極２ａと対向する位置でなく第１内側電極２ａから離れた位置（例えば図１の右側）にあってもよい。
【００６６】
本発明は、自動車や各種内燃機関の排ガス中や、ボイラ等の燃焼ガス中のＮＯｘガス濃度検出用ガス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ない。例えば、第２ポンプセル４の設定電圧を変えることにより、ＮＯX以外のガス（例えばＣＯXやＨ2Ｏ、ＨＣなど）を選択時に分解させ、これらのガス濃度を測定することもできる。又、各ガスを分解する設定電圧を段階的に変えることにより、Ｏ2，ＮＯX，Ｈ2Ｏ，ＣＯ2等の多成分ガスを１つのガスセンサで測定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＮＯｘセンサの長手方向断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るＮＯｘセンサの長手方向断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るＮＯｘセンサの短手方向断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係るＮＯｘセンサの長手方向断面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係るＮＯｘセンサの長手方向断面図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係るＮＯｘセンサの短手方向断面図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係るＮＯｘセンサの短手方向断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｓ１                                  第１室
Ｓ３                                  第２室
２ａ                                  第１内側電極
２ｂ                                  第１対電極
２                                    第１ポンプセル
４ａ                                  第２内側電極
４ｂ                                  第２対電極
４                                    第２ポンプセル
６ａ                                  検知電極
６ｂ                                  基準電極
６                                    酸素濃度検知セル
２ｃ〜９ｃ                            固体電解質層
１１、１３、１５、１７、１８，１９    絶縁層
２０                                  ヒータ
２０ｃ                                ヒータの発熱中心
１０１〜１０７                        ＮＯｘセンサ
【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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