(57)【要約】  ガスセンサ（１０）及びガスセンサの制御方法であって、ガスセンサ（１０）は、センサ素子（１２）を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部（１１０）と、少なくとも被測定ガス流通部（５０）に対するポンプ駆動を制御するポンプ駆動制御部（２００）と、基準電極（６０）と測定電極（９２）との間に生じる起電力に基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する測定用ポンプセル（９０）と、ヒータ部（１１０）を制御するヒータ制御部（２０２）と、ヒータ制御部（２０２）によるヒータ部（１１０）への通電停止後に、ポンプ駆動制御部（２００）によるポンプ駆動を停止するポンプ停止部（２０４Ａ）と、を有する。
2020203774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなり、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部（５０）と、前記被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを導入する基準ガス導入空間（５２）と、が内部に設けられた積層体（２５）と、
前記積層体の内部に形成され、前記基準ガス導入空間を介して前記基準ガスが導入される基準電極（６０）と、
前記被測定ガス流通部の内周面上に配設された測定電極（９２）及び内側ポンプ電極（６４）と、
前記積層体のうち、前記被測定ガスに曝される部分に配設された被測定ガス側電極と、を有するセンサ素子（１２）と、
前記センサ素子を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部（１１０）と、
少なくとも前記被測定ガス流通部に対するポンプ駆動を制御するポンプ駆動制御手段（２００）と、
前記基準電極と前記測定電極との間に生じる起電力に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出手段（９０）と、
前記ヒータ部を制御するヒータ制御手段（２０２）と、
前記ヒータ制御手段による前記ヒータ部への通電停止後に、前記ポンプ駆動制御手段による前記ポンプ駆動を停止するポンプ停止手段（２０４Ａ）と、を有する、ガスセンサ（１０）。
【請求項２】
請求項１記載のガスセンサにおいて、
さらに、前記ヒータ部（１１０）への通電停止に基づいて計時する計時手段（２０６）を有し、
前記ポンプ停止手段（２０４Ｂ）は、前記計時手段（２０６）が所定時間（Ｔａ）を計時した段階で、前記ポンプ駆動を停止する、ガスセンサ。
【請求項３】
請求項１記載のガスセンサにおいて、
さらに、前記積層体（２５）の温度を測定する温度測定手段（２０８）を有し、
前記ポンプ停止手段（２０４Ｃ）は、前記積層体（２５）の温度が予め設定された低温となった段階で、前記ポンプ駆動を停止する、ガスセンサ。
【請求項４】
請求項１記載のガスセンサにおいて、
さらに、前記積層体（２５）の特定部位の温度を測定する温度測定手段（２０８）を有し、
前記ヒータ制御手段（２０２）による前記ヒータ部（１１０）への通電時における前記特定部位の温度と、前記ポンプ停止手段（２０４Ｄ）による前記ポンプ駆動の停止時における前記特定部位の温度の差が２００℃以上である、ガスセンサ。
【請求項５】
請求項４記載のガスセンサにおいて、
前記積層体（２５）の前記特定部位は、前記ヒータ部（１１０）である、ガスセンサ。
【請求項６】
請求項５記載のガスセンサにおいて、
前記温度測定手段（２０８）は、前記ヒータ部（１１０）を構成するヒータ（１１４）の抵抗値に基づいて、前記特定部位の温度を測定する、ガスセンサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスセンサにおいて、
前記ヒータ部（１１０）の停止時点から各種ポンプセルの駆動停止時点までの遅延時間が１０秒以上である、ガスセンサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスセンサにおいて、
駆動停止時と駆動時との温度差が２００℃以上である、ガスセンサ。
【請求項９】
酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなり、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部（５０）と、前記被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを導入する基準ガス導入空間（５２）と、が内部に設けられた積層体（２５）と、
前記積層体（２５）の内部に形成され、前記基準ガス導入空間（５２）を介して前記基準ガスが導入される基準電極（６０）と、
前記被測定ガス流通部（５０）の内周面上に配設された測定電極（９２）及び内側ポンプ電極（６４）と、
前記積層体（２５）のうち、前記被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極と、を有するセンサ素子（１２）と、
前記センサ素子（１２）を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部（１１０）と、
を有するガスセンサの制御方法において、
少なくとも前記被測定ガス流通部（５０）に対するポンプ駆動を制御するステップと、
前記基準電極（６０）と前記測定電極（９２）との間に生じる起電力に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するステップと、
前記ヒータ部（１１０）への通電停止後に前記ポンプ駆動を停止するステップと、を有する、ガスセンサの制御方法。
【請求項１０】
請求項９記載のガスセンサの制御方法において、
さらに、前記ヒータ部（１１０）への通電停止に基づいて計時するステップを有し、
前記ヒータ部（１１０）への通電停止から所定時間（Ｔａ）を計時した段階で、前記ポンプ駆動を停止する、ガスセンサの制御方法。
【請求項１１】
請求項９記載のガスセンサの制御方法において、
さらに、前記積層体の温度を測定するステップを有し、
前記積層体の温度が予め設定された低温となった段階で、前記ポンプ駆動を停止する、ガスセンサの制御方法。
【請求項１２】
請求項９記載のガスセンサの制御方法において、
さらに、前記積層体の特定部位の温度を測定するステップを有し、
前記ヒータ部への通電時における前記特定部位の温度と、前記ポンプ駆動の停止時における前記特定部位の温度の差が２００℃以上である、ガスセンサの制御方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のガスセンサの制御方法において、
前記積層体の前記特定部位は、前記ヒータ部である、ガスセンサの制御方法。
【請求項１４】
請求項１３記載のガスセンサの制御方法において、
前記積層体の特定部位の温度を測定するステップは、前記ヒータ部を構成するヒータの抵抗値に基づいて、前記特定部位の温度を測定する、ガスセンサの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ及びガスセンサの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１８−０７７１１５号公報記載のガスセンサは、使用不可時間を生じさせることなく、電極への物質の吸着に起因したガスセンサの測定精度の劣化を抑制することを解決課題としている。【０００３】
上記課題を解決するために、特開２０１８−０７７１１５号公報記載のガスセンサは、酸素イオン伝導性固体電解質からなるセンサ素子と、センサ素子に設けられ、被測定ガスと接触する少なくとも一つの電極と、ガスセンサを制御する制御手段と、を備えるガスセンサの始動時に、センサ素子に備わるヒータによって、センサ素子を所定の時間ΔＴ、予め定められた駆動温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２で加熱したうえで、センサ素子の温度を駆動温度Ｔ１にまで降温させる。
【発明の概要】
【０００４】
ところで、上述のようなセンサ素子の電極には、白金及び白金に微量な物質を添加したものが使われている。センサ素子は、電気化学的性質を利用したものであり、その性質を使うために高温（６００〜９００℃）にしなくてはならない。排ガス中には常に酸素（Ｏ２）があるので、ガスセンサは、排ガス中、Ｏ２とＮＯを分離する。分離されたＮＯは別の電極の触媒反応を使ってＯ２とＮ２に分解し、そのＯ２濃度からＮＯ濃度を測定している。触媒電極にＯ２が曝されると、電極のＰｔやＲｈは、ＰｔＯ、ＰｔＯ２やＲｈ２Ｏ３等から作られ、それらはＰｔやＲｈに比べ低温で蒸発する。また、ＰｔやＲｈが酸化されると、触媒反応性が悪化し、さらに、ガスの分解力が低下し、その結果、センサ感度低下に至るおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、触媒電極の酸化を抑えることができ、センサ感度の低下を抑えることができるガスセンサ及びガスセンサの制御方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の一態様によるガスセンサは、酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなり、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部と、被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを導入する基準ガス導入空間と、が内部に設けられた積層体と、前記積層体の内部に形成され、前記基準ガス導入空間を介して前記基準ガスが導入される基準電極と、前記被測定ガス流通部の内周面上に配設された測定電極及び内側ポンプ電極と、前記積層体のうち、前記被測定ガスに曝される部分に配設された被測定ガス側電極と、を有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部と、少なくとも前記被測定ガス流通部に対するポンプ駆動を制御するポンプ駆動制御手段と、前記基準電極と前記測定電極との間に生じる起電力に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する検出手段と、前記ヒータ部を制御するヒータ制御手段と、前記ヒータ制御手段による前記ヒータ部への通電停止後に、前記ポンプ駆動制御手段による前記ポンプ駆動を停止するポンプ停止手段とを有する。
【０００７】
本発明の一態様によるガスセンサの制御方法は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなり、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部と、被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを導入する基準ガス導入空間と、が内部に設けられた積層体と、前記積層体の内部に形成され、前記基準ガス導入空間を介して前記基準ガスが導入される基準電極と、前記被測定ガス流通部の内周面上に配設された測定電極及び内側ポンプ電極と、前記積層体のうち、前記被測定ガスに曝される部分に配設された被測定ガス側電極と、を有するセンサ素子と、前記センサ素子を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部と、を有するガスセンサの制御方法において、少なくとも前記被測定ガス流通部に対するポンプ駆動を制御するステップと、前記基準電極と前記測定電極との間に生じる起電力に基づいて、前記被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するステップと、前記ヒータ部への通電停止後に前記ポンプ駆動を停止するステップと、を有する。
【０００８】
本発明によれば、触媒電極の酸化を抑えることができ、センサ感度の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るガスセンサを示す断面図である。
【図２】第１ガスセンサの構成を示すブロック図である。
【図３】比較例に係るガスセンサの構成を示すブロック図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは比較例に係るガスセンサの制御動作を示すタイムチャートである。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは本実施形態に係る第１ガスセンサの制御動作の一例を示すタイムチャートである。
【図６】第２ガスセンサの構成を示すブロック図である。
【図７】第３ガスセンサの構成を示すブロック図である。
【図８】第４ガスセンサの構成を示すブロック図である。
【図９】実施例１〜５並びに比較例におけるポンプオフ・ディレイ時間、ライトオフ時間、センサ駆動時との温度差を示す表１である。
【図１０】ポンプオフ・ディレイ時間に対するライトオフ時間の変化を示すグラフである。
【図１１】センサ駆動時との温度差に対するライトオフ時間の変化を示すグラフである。
【図１２】ヒータ停止後の経過時間（ポンプオフ・ディレイ時間）に対するガスセンサの表面温度の変化を示すグラフである。
【図１３】センサコントローラの電源系の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係るガスセンサ及びガスセンサの制御方法について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００１１】
本実施形態に係るガスセンサ１０は、図１に示すように、センサ素子１２を備える。センサ素子１２は長尺な直方体形状をしており、このセンサ素子１２の長手方向（図１の左右方向）を前後方向とし、センサ素子１２の厚み方向（図１の上下方向）を上下方向とする。また、センサ素子１２の幅方向（前後方向及び上下方向に垂直な方向）を左右方向とする。
【００１２】
センサ素子１２は、図１に示すように、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第１基板層１４と、第２基板層１６と、第３基板層１８と、第１固体電解質層２０と、スペーサ層２２と、第２固体電解質層２４の６つの層が、図面視で下側からこの順に積層された積層体２５を有する素子である。また、これら６つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。センサ素子１２は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工及び回路パターンの印刷等を行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。
【００１３】
センサ素子１２の一端（図１の左側）であって、第２固体電解質層２４の下面と第１固体電解質層２０の上面との間には、ガス導入口３０と、第１拡散律速部３２と、緩衝空間３４と、第２拡散律速部３６と、第１内部空所３８と、第３拡散律速部４０と、第２内部空所４２と、第４拡散律速部４４と、第３内部空所４６とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。
【００１４】
ガス導入口３０と、緩衝空間３４と、第１内部空所３８と、第２内部空所４２と、第３内部空所４６とは、スペーサ層２２をくり抜いた態様にて設けられ、上部を第２固体電解質層２４の下面で、下部を第１固体電解質層２０の上面で、側部をスペーサ層２２の側面で区画されたセンサ素子１２内部の空間である。
【００１５】
第１拡散律速部３２と、第２拡散律速部３６と、第３拡散律速部４０とはいずれも、２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。また、第４拡散律速部４４は、第２固体電解質層２４の下面との隙間として形成された１本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。なお、ガス導入口３０から第３内部空所４６に至る部位を被測定ガス流通部５０とも称する。
【００１６】
また、被測定ガス流通部５０よりも一端側から遠い位置には、第３基板層１８の上面と、スペーサ層２２の下面との間であって、側部を第１固体電解質層２０の側面で区画される位置に基準ガス導入空間５２が設けられている。基準ガス導入空間５２には、ＮＯｘ濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。
【００１７】
大気導入層５４は、多孔質アルミナ等のセラミックスからなり、基準ガス導入空間５２に露出している層である。この大気導入層５４には基準ガス導入空間５２を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層５４は、基準電極６０を被覆するように形成されている。この大気導入層５４は、基準ガス導入空間５２内の基準ガスに対して所定の拡散抵抗を付与しつつ、これを基準電極６０に導入する。なお、大気導入層５４は、基準電極６０よりもセンサ素子１２の後端側（図１の右側）でのみ基準ガス導入空間５２に露出するように形成されている。換言すると、基準ガス導入空間５２は、基準電極６０の直上までは形成されていない。但し、基準電極６０が基準ガス導入空間５２の図１における真下に形成されていてもよい。
【００１８】
基準電極６０は、第３基板層１８の上面と第１固体電解質層２０とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間５２につながる大気導入層５４が設けられている。なお、基準電極６０は、第３基板層１８の上面に直に形成されており、第３基板層１８の上面に接する部分以外が大気導入層５４に覆われている。また、後述するように、基準電極６０を用いて第１内部空所３８内、第２内部空所４２内、第３内部空所４６内の酸素濃度（酸素分圧）を測定することが可能となっている。基準電極６０は、多孔質サーメット電極（例えば、ＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）として形成される。
【００１９】
被測定ガス流通部５０において、ガス導入口３０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口３０を通じて外部空間からセンサ素子１２内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第１拡散律速部３２は、ガス導入口３０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間３４は、第１拡散律速部３２より導入された被測定ガスを第２拡散律速部３６へと導くために設けられた空間である。第２拡散律速部３６は、緩衝空間３４から第１内部空所３８に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子１２の外部から第１内部空所３８内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によってガス導入口３０からセンサ素子１２内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所３８へ導入されるのではなく、第１拡散律速部３２、緩衝空間３４、第２拡散律速部３６を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第１内部空所３８へ導入されるようになっている。これによって、第１内部空所３８へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第１内部空所３８は、第２拡散律速部３６を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、後述する主ポンプセル６２が作動することによって調整される。
【００２０】
主ポンプセル６２は、第１内部空所３８の内面に設けられた内側ポンプ電極６４、第２固体電解質層２４の上面のうち、内側ポンプ電極６４と対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極６６と、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層２４とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。
【００２１】
内側ポンプ電極６４は、第１内部空所３８を区画する上下の固体電解質層（第１固体電解質層２０及び第２固体電解質層２４）、及び、側壁を与えるスペーサ層２２にまたがって形成されている。具体的には、第１内部空所３８の天井面を与える第２固体電解質層２４の下面には内側ポンプ電極６４の天井電極部６４ａが形成され、また、底面を与える第１固体電解質層２０の上面には底部電極部６４ｂが直に形成され、そして、これら天井電極部６４ａと底部電極部６４ｂとを接続するように、側部電極部（図示省略）が第１内部空所３８の両側壁部を構成するスペーサ層２２の側壁面（内面）に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造として配設されている。
【００２２】
内側ポンプ電極６４と外側ポンプ電極６６とは、多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極６４は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【００２３】
主ポンプセル６２においては、内側ポンプ電極６４と外側ポンプ電極６６との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極６４と外側ポンプ電極６６との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所３８内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１内部空所３８に汲み入れることが可能となっている。
【００２４】
また、第１内部空所３８における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側ポンプ電極６４と、第２固体電解質層２４と、スペーサ層２２と、第１固体電解質層２０と、基準電極６０によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル７０（主ポンプ制御用センサセル７０と記す）が構成されている。
【００２５】
主ポンプ制御用センサセル７０における起電力Ｖ０を測定することで、第１内部空所３８内の酸素濃度（酸素分圧）がわかるようになっている。さらに、起電力Ｖ０が一定となるように可変電源７２のポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これによって、第１内部空所３８内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。
【００２６】
第３拡散律速部４０は、第１内部空所３８で主ポンプセル６２の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第２内部空所４２に導く部位である。
【００２７】
第２内部空所４２は、予め第１内部空所３８において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第３拡散律速部４０を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル７４による酸素分圧の調整を行うための空間として設けられている。これにより、第２内部空所４２内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、このガスセンサ１０においては精度の高いＮＯｘ濃度測定が可能となる。
【００２８】
上記補助ポンプセル７４は、第２内部空所４２の内面に設けられた補助ポンプ電極７６と、外側ポンプ電極６６（外側ポンプ電極６６に限られるものではなく、センサ素子１２の外側の適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層２４とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。
【００２９】
この補助ポンプ電極７６は、上記第１内部空所３８内に設けられた内側ポンプ電極６４と同様なトンネル形状とされた構造において、第２内部空所４２内に配設されている。つまり、第２内部空所４２の天井面を与える第２固体電解質層２４に対して天井電極部８０ａが形成され、また、第２内部空所４２の底面を与える第１固体電解質層２０の上面には、底部電極部８０ｂが直に形成され、そして、それらの天井電極部８０ａと底部電極部８０ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４２の側壁を与えるスペーサ層２２の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極７６についても、内側ポンプ電極６４と同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【００３０】
補助ポンプセル７４においては、補助ポンプ電極７６と外側ポンプ電極６６との間に所望の電圧Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所４２内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２内部空所４２内に汲み入れることが可能となっている。
【００３１】
また、第２内部空所４２内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極７６と、基準電極６０と、第２固体電解質層２４と、スペーサ層２２と、第１固体電解質層２０とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２（補助ポンプ制御用センサセル８２と記す）が構成されている。
【００３２】
なお、この補助ポンプ制御用センサセル８２にて検出される起電力Ｖ１に基づいて電圧制御される可変電源８４にて、補助ポンプセル７４がポンピングを行う。これにより、第２内部空所４２内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
【００３３】
また、これと共に、そのポンプ電流Ｉｐ１が、主ポンプ制御用センサセル７０の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主ポンプ制御用センサセル７０に入力され、その起電力Ｖ０が制御されることにより、第３拡散律速部４０から第２内部空所４２内に導入される被測定ガス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。ＮＯｘセンサとして使用する際は、主ポンプセル６２と補助ポンプセル７４との働きによって、第２内部空所４２内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。
【００３４】
第４拡散律速部４４は、第２内部空所４２で補助ポンプセル７４の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第３内部空所４６に導く部位である。第４拡散律速部４４は、第３内部空所４６に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担う。
【００３５】
第３内部空所４６は、予め第２内部空所４２において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第４拡散律速部４４を通じて導入された被測定ガスに対して、被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。ＮＯｘ濃度の測定は、主として、第３内部空所４６において、測定用ポンプセル９０の動作により行われる。
【００３６】
測定用ポンプセル９０は、第３内部空所４６内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定用ポンプセル９０は、第３内部空所４６に面する第１固体電解質層２０の上面に直に設けられた測定電極９２と、外側ポンプ電極６６と、第２固体電解質層２４と、スペーサ層２２と、第１固体電解質層２０とによって構成された電気化学的ポンプセルである。測定電極９２は、多孔質サーメット電極である。測定電極９２は、第３内部空所４６内の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。
【００３７】
測定用ポンプセル９０においては、測定電極９２の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出することができる。
【００３８】
また、測定電極９２の周囲の酸素分圧を検出するために、第１固体電解質層２０と、測定電極９２と、基準電極６０とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用センサセル８３が構成されている。測定用ポンプ制御用センサセル８３にて検出された起電力Ｖ２に基づいて可変電源９４が制御される。
【００３９】
第２内部空所４２内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第４拡散律速部４４を通じて第３内部空所４６の測定電極９２に到達することとなる。測定電極９２の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて（２ＮＯ→Ｎ2＋Ｏ2）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル９０によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用センサセル８３にて検出された起電力Ｖ２が一定となるように可変電源９４の電圧Ｖｐ２が制御される。測定電極９２の周囲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から、測定用ポンプセル９０におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。
【００４０】
また、第２固体電解質層２４と、スペーサ層２２と、第１固体電解質層２０と、第３基板層１８と、外側ポンプ電極６６と、基準電極６０とから電気化学的なセンサセル９６が構成されており、このセンサセル９６によって得られる起電力Ｖｒｅｆによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
【００４１】
さらに、第２固体電解質層２４と、スペーサ層２２と、第１固体電解質層２０と、第３基板層１８と、外側ポンプ電極６６と、基準電極６０とから電気化学的な基準ガス調整ポンプセル１００が構成されている。この基準ガス調整ポンプセル１００は、外側ポンプ電極６６と基準電極６０との間に接続された可変電源１０２が印加する電圧Ｖｐ３により制御電流Ｉｐ３が流れることで、ポンピングを行う。これにより、基準ガス調整ポンプセル１００は、外側ポンプ電極６６の周囲の空間から基準電極６０の周囲の空間（大気導入層５４）に酸素の汲み入れを行う。可変電源１０２の電圧Ｖｐ３は、制御電流Ｉｐ３が所定の値（一定値の直流電流）となるような直流電圧として、予め定められている。
【００４２】
また、基準ガス調整ポンプセル１００では、制御電流Ｉｐ３が流れた際の基準電極６０の平均電流密度が０μＡ／ｍｍ2超過４００μＡ／ｍｍ2未満となるように、基準電極６０の面積、制御電流Ｉｐ３、可変電源１０２の電圧Ｖｐ３等が予め定められている。ここで、平均電流密度は、制御電流Ｉｐ３の平均値を、基準電極６０の面積Ｓで除して得られる電流密度を意味する。基準電極６０の面積Ｓは、基準電極６０のうち大気導入層５４に面する部分の面積であり、本実施形態では基準電極６０の上面の面積（前後方向長さ×左右方向幅）である。なお、基準電極６０の前後方向長さや左右方向幅に対して、基準電極６０の上下方向厚さは非常に小さいため、基準電極６０の側面（前後左右の面）の面積は無視できる。制御電流Ｉｐ３の平均値は、制御電流Ｉｐ３の瞬間的な変化を無視できるような十分長い所定期間について時間平均した値とする。平均電流密度は、２００μＡ／ｍｍ2以下とすることが好ましく、１７０μＡ／ｍｍ2以下とすることがより好ましく、１６０μＡ／ｍｍ2以下とすることがさらに好ましい。基準電極６０の面積Ｓは、５ｍｍ2以下とすることが好ましい。特に限定するものではないが、基準電極６０の前後方向長さは例えば０．２〜２ｍｍであり、左右方向幅は例えば０．２〜２．５ｍｍである。制御電流Ｉｐ３の平均値は、例えば１〜１００μＡである。制御電流Ｉｐ３の平均値は１μＡ超過であることが好ましく、４μＡ以上であることがより好ましく、５μＡ以上であることがさらに好ましく、８μＡ以上であることがさらに好ましい。
【００４３】
このような構成を有するガスセンサ１０においては、主ポンプセル６２と補助ポンプセル７４とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル９０に与えられる。従って、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に略比例して、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル９０より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができるようになっている。
【００４４】
さらに、センサ素子１２は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１２を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部１１０を備えている。ヒータ部１１０は、ヒータコネクタ電極１１２と、ヒータ１１４と、スルーホール１１６と、ヒータ絶縁層１１８と、圧力放散孔１２０と、リード線１２２とを備えている。
【００４５】
ヒータコネクタ電極１１２は、第１基板層１４の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極１１２を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部１１０へ給電することができるようになっている。
【００４６】
ヒータ１１４は、第２基板層１６と第３基板層１８とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ１１４は、リード線１２２及びスルーホール１１６を介してヒータコネクタ電極１１２と接続されており、該ヒータコネクタ電極１１２を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子１２を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。
【００４７】
また、ヒータ１１４は、緩衝空間３４から第３内部空所４６の全域に渡って埋設されており、センサ素子１２全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。
【００４８】
ヒータ絶縁層１１８は、ヒータ１１４の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成された多孔質アルミナからなる絶縁層である。ヒータ絶縁層１１８は、第２基板層１６とヒータ１１４との間の電気的絶縁性、及び、第３基板層１８とヒータ１１４との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。
【００４９】
圧力放散孔１２０は、第３基板層１８を貫通し、基準ガス導入空間５２に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層１１８内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。
【００５０】
なお、図１に示した可変電源７２、８４、９４、１０２等は、実際にはセンサ素子１２内に形成された図示しないリード線やコネクタ及びリード線を介して、各電極と接続されている。
【００５１】
次に、こうしたガスセンサ１０の製造方法の一例を以下に説明する。先ず、ジルコニア等の酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む６枚の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。このグリーンシートには、印刷時や積層時の位置決めに用いるシート穴や必要なスルーホール等を予め複数形成しておく。また、スペーサ層２２となるグリーンシートには被測定ガス流通部５０となる空間を予め打ち抜き処理等によって設けておく。そして、第１基板層１４と、第２基板層１６と、第３基板層１８と、第１固体電解質層２０と、スペーサ層２２と、第２固体電解質層２４のそれぞれに対応して、各セラミックスグリーンシートに種々のパターンを形成するパターン印刷処理・乾燥処理を行う。形成するパターンは、具体的には、例えば上述した各電極や各電極に接続されるリード線１２２、大気導入層５４、ヒータ部１１０等のパターンである。パターン印刷は、それぞれの形成対象に要求される特性に応じて用意したパターン形成用ペーストを、公知のスクリーン印刷技術を利用してグリーンシート上に塗布することにより行う。乾燥処理についても、公知の乾燥手段を用いて行う。パターン印刷・乾燥が終わると、各層に対応するグリーンシート同士を積層・接着するための接着用ペーストの印刷・乾燥処理を行う。そして、接着用ペーストを形成したグリーンシートをシート穴により位置決めしつつ所定の順序に積層して、所定の温度・圧力条件を加えることで圧着させ、一つの積層体２５とする圧着処理を行う。こうして得られた積層体２５は、複数個のセンサ素子１２を包含したものである。その積層体２５を切断してセンサ素子１２の大きさに切り分ける。そして、切り分けた積層体２５を所定の焼成温度で焼成し、センサ素子１２を得る。
【００５２】
ここで、本実施形態に係るガスセンサ１０に関し、いくつかの実施例を図２〜図８を参照しながら説明する。
【００５３】
先ず、第１実施例に係るガスセンサ（以下、第１ガスセンサ１０Ａと記す）は、図２に示すように、上述したセンサ素子１２と、ポンプ駆動制御部２００と、ヒータ制御部２０２と、第１ポンプ停止部２０４Ａとを有する。
【００５４】
ポンプ駆動制御部２００は、少なくとも被測定ガス流通部５０（図１参照）に対するポンプ駆動（被測定ガス流通部５０から酸素を汲み出す）を制御する。ヒータ制御部２０２は、ヒータ部１１０への通電／停止を制御する。第１ポンプ停止部２０４Ａは、ヒータ制御部２０２によるヒータ部１１０への通電停止後に、ポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を停止する。
【００５５】
これらポンプ駆動制御部２００、ヒータ制御部２０２及び第１ポンプ停止部２０４Ａは、例えば１つ又は複数のＣＰＵ（中央処理ユニット）と記憶装置等を有する１以上の電子回路にて構成される。電子回路は、例えば記憶装置に記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することにより、所定の機能が実現されるソフトウェア機能部でもある。もちろん、複数の電子回路を機能に合わせて接続したＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等の集積回路で構成してもよい。以下、同様である。
【００５６】
一方、比較例に係るガスセンサ１０００は、図３に示すように、上述したセンサ素子１２と、ポンプ駆動制御部２００と、ヒータ制御部２０２とを有する。
【００５７】
ポンプ駆動制御部２００は、少なくとも被測定ガス流通部５０に対するポンプ駆動（被測定ガス流通部５０から酸素を汲み出す）を制御する。ヒータ制御部２０２は、ヒータ部１１０への通電／停止を制御する。
【００５８】
ここで、第１ガスセンサ１０Ａの制御方法を、比較例の制御方法と比較しながら説明する。
【００５９】
先ず、比較例の制御方法は、図３及び図４Ａ〜図４Ｃに示すように、ポンプ駆動制御部２００及びヒータ制御部２０２にＯＮ信号が入力されることで、各種ポンプセルが駆動し、ヒータ部１１０への通電も行われる。その後、図４Ｂに示すように、センサ素子１２の温度（以下、センサ温度と記す）は高温である第１温度Ｔｈａ（例えば８００℃）をほぼ維持する。
【００６０】
そして、図４Ｃに示すように、通電停止時点ｔａにおいて、ポンプ駆動制御部２００及びヒータ制御部２０２にＯＦＦ信号が入力されることで、各種ポンプセルが駆動停止し、同時にヒータ部１１０への通電も停止される。このとき、図４Ｂに示すように、ヒータ部１１０への通電が停止してからセンサ温度が徐々に低下していくことになるが、センサ温度は所定温度Ｔｈｂ（例えば５００℃）以上という高い温度を、ある一定期間Ｔａにわたって維持する。ヒータ部１１０への通電停止直後は、直ぐに温度が下がらず、しばらく高温状態が続く。高温状態でポンプ駆動していない被測定ガス流通部５０に排ガスが入ってくると、その中の酸素により触媒電極（基準電極６０、内側ポンプ電極６４、補助ポンプ電極７６、測定電極９２等）が酸化される。すなわち、上述の一定期間Ｔａにおいて、触媒電極の酸化を引き起こす。また、上述した電極酸化による影響は、ガスセンサ１０００の感度低下を引き起こすだけでなく、ガスセンサ１０００を駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）の遅延を引き起こす。
【００６１】
これに対して、第１ガスセンサ１０Ａの第１ポンプ停止部２０４Ａは、図２並びに図５Ａ〜図５Ｃに示すように、入力されたＯＦＦ信号を遅延して、ヒータ制御部２０２によるヒータ部１１０への通電停止後に、ポンプ駆動制御部２００にＯＦＦ信号を出力する。すなわち、ヒータ部１１０への通電停止時点ｔａよりも遅い時点ｔｂにおいて、ポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を停止する。
【００６２】
これにより、ヒータ部１１０への通電停止時点ｔａから時点ｔｂにわたってポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動が継続されることで、被測定ガス流通部５０から酸素の汲み出しが行われる。その結果、基準電極６０や測定電極９２等の酸化が抑制され、第１ガスセンサ１０Ａの感度低下が抑えられる。
【００６３】
また、上述のように、電極酸化が抑制されるため、第１ガスセンサ１０Ａを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）も早くなる。ライトオフ時間が早いということは、エンジン始動時から早い時間でＮＯｘ濃度を知ることができ、製品品質の向上も図ることができる。
【００６４】
次に、第２実施例に係るガスセンサ（以下、第２ガスセンサ１０Ｂと記す）は、図６に示すように、上述した第１ガスセンサ１０Ａと同様の構成を有するが、第２ポンプ停止部２０４Ｂと、ＯＦＦ信号が入力される計時手段２０６とを有する点で異なる。なお、第１ガスセンサ１０Ａと重複する部分についての説明を省略する。
【００６５】
図５Ａ〜図５Ｃに示すように、計時手段２０６は、ＯＦＦ信号が入力された通電停止時点ｔａから所定時間Ｔｂを計時した段階で、第２ポンプ停止部２０４ＢにＯＦＦ信号を出力する。第２ポンプ停止部２０４Ｂは、計時手段２０６からのＯＦＦ信号の入力に基づいて、ポンプ駆動制御部２００にＯＦＦ信号を出力する。すなわち、ヒータ部１１０への通電停止時点ｔａから所定時間Ｔｂが経過した時点ｔｂにおいて、ポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を停止する。
【００６６】
そして、計時手段２０６が計時する所定時間Ｔｂとして、基準電極６０や測定電極９２等が酸化し難い環境となる温度に達する時間に設定することで、ポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を停止した後、基準電極６０や測定電極９２等は酸化し難い環境下に晒されるため、第２ガスセンサ１０Ｂの感度低下が抑えられる。しかも、上述のように、第２ガスセンサ１０Ｂを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）も早くなる。
【００６７】
次に、第３実施例に係るガスセンサ（以下、第３ガスセンサ１０Ｃと記す）は、図７に示すように、上述した第１ガスセンサ１０Ａと同様の構成を有するが、第３ポンプ停止部２０４Ｃと、センサ素子１２の温度（センサ温度）を測定する温度測定部２０８とを有する点で異なる。なお、第１ガスセンサ１０Ａと重複する部分についての説明を省略する。
【００６８】
温度測定部２０８は、センサ素子１２の温度（センサ温度Ｔｈ）を測定して、該センサ温度Ｔｈを第３ポンプ停止部２０４Ｃに供給する。温度測定部２０８は、センサ素子１２のうち、ある特定部位の温度を測定する。特定部位としては、例えば積層体２５の下面や側面等でもよいし、ヒータ部１１０でもよい。
【００６９】
第３ポンプ停止部２０４Ｃは、入力されたセンサ温度Ｔｈと予め設定された閾温度Ｔｔｈとを比較して、センサ温度Ｔｈが閾温度Ｔｔｈ以下となった時点で、ポンプ駆動制御部２００にＯＦＦ信号を出力する。例えば、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、第３ポンプ停止部２０４Ｃは、ヒータ部１１０への通電停止時点ｔａからセンサ温度Ｔｈが閾温度Ｔｔｈ以下となった時点ｔｂ、すなわち、所定時間Ｔｂが経過した時点で、ポンプ駆動制御部２００にＯＦＦ信号を出力して、ポンプ駆動を停止する。
【００７０】
所定時間Ｔｂとして、基準電極６０や測定電極９２等が酸化し難い環境となる温度に達する時間に設定することで、ポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を停止した後、基準電極６０や測定電極９２等は酸化し難い環境下に晒されるため、第３ガスセンサ１０Ｃの感度低下が抑えられる。しかも、上述のように、第３ガスセンサ１０Ｃを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）も早くなる。
【００７１】
次に、第４実施例に係るガスセンサ（以下、第４ガスセンサ１０Ｄと記す）は、図８に示すように、上述した第３ガスセンサ１０Ｃと同様の構成を有するが、第４ポンプ停止部２０４Ｄと温度差演算部２１０とを有する点で異なる。なお、第３ガスセンサ１０Ｃと重複する部分についての説明を省略する。
【００７２】
温度差演算部２１０は、上述した第１温度Ｔｈａと温度測定部２０８からの現在のセンサ温度Ｔｈとの差分（温度差ΔＴｈ）を演算して、第４ポンプ停止部２０４Ｄに出力する。
【００７３】
第４ポンプ停止部２０４Ｄは、入力された温度差ΔＴｈと予め設定された目標温度差ΔＴｔｈとを比較して、温度差ΔＴｈが目標温度差ΔＴｔｈ以上となった時点で、ポンプ駆動制御部２００にＯＦＦ信号を出力する。すなわち、ヒータ部１１０への通電停止時点ｔａから温度差ΔＴｈが目標温度差ΔＴｔｈ以上となった時点ｔｂ、すなわち、所定時間Ｔｂが経過した時点で、ポンプ駆動制御部２００にＯＦＦ信号を出力して、ポンプ駆動を停止する。
【００７４】
上述と同様に、所定時間Ｔｂとして、基準電極６０や測定電極９２等が酸化し難い環境となる温度に達する時間に設定することで、ポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を停止した後、基準電極６０や測定電極９２等は酸化し難い環境下に晒されるため、第４ガスセンサ１０Ｄの感度低下が抑えられる。しかも、上述のように、第４ガスセンサ１０Ｄを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）も早くなる。
【実施例】
【００７５】
実施例１〜５並びに比較例に係るガスセンサについて、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、大気中で１０分間駆動した後、ガスセンサの駆動を停止した。このとき、ガスセンサの駆動停止時におけるヒータの停止時点ｔａから各種ポンプセルの駆動停止時点ｔｂまでの時間、すなわち、ポンプオフ・ディレイ時間Ｔｂを実施例１〜５並びに比較例について異ならせた。その場合の実施例１〜５並びに比較例におけるライトオフ時間Ｔｃと、センサ駆動時との温度差を確認した。その結果を図９の表１に示す。【００７６】
なお、図９の表１中、「ポンプオフ・ディレイ時間Ｔｂ」は、ヒータの停止時点ｔａから各種ポンプセルの駆動停止時点ｔｂまでの遅延時間である。「ライトオフ時間Ｔｃ」は、上述したように、ガスセンサを駆動してから安定するまでの時間である。「センサ駆動時との温度差」は、センサ駆動時におけるガスセンサの表面温度とヒータ停止後におけるガスセンサの表面温度との差である。【００７７】
また、上記表１の結果に基づき、ポンプオフ・ディレイ時間Ｔｂに対するライトオフ時間Ｔｃの変化を図１０に示し、センサ駆動時との温度差に対するライトオフ時間Ｔｃの変化を図１１に示す。また、ヒータ停止後の経過時間（ポンプオフ・ディレイ時間Ｔｂ）に対するガスセンサの表面温度の変化を図１２に示す。【００７８】
［考察］
図９の表１及び図１０の結果から、実施例１〜５は、いずれも比較例に対して、ライトオフ時間Ｔｃが短縮できていることがわかる。すなわち、ポンプオフ・ディレイ時間Ｔｂは１０秒以上が好ましく、２０秒以上がさらに好ましく、３０秒以上がより好ましい。【００７９】
図９の表１及び図１１の結果から、実施例１〜５は、いずれも比較例に対して、ライトオフ時間Ｔｃが短縮できていることがわかる。すなわち、センサ駆動時との温度差は２００℃以上が好ましく、３５０℃以上がさらに好ましく、４３５℃以上がより好ましい。【００８０】
図９の表１及び図１２の結果から、ポンプオフ・ディレイ時間Ｔｂ（経過時間）が長くなるにつれてガスセンサの表面温度が低下することがわかる。図１１の結果からもわかるように、センサ駆動時との温度差が２００℃以上が好ましく、３５０℃以上がさらに好ましく、４３５℃以上がより好ましいことから、経過時間は１０秒以上が好ましく、２０秒以上がさらに好ましく、３０秒以上がより好ましい。【００８１】
上記実施形態をまとめると以下のようになる。【００８２】
［１］  本実施形態は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなり、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部５０と、被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを導入する基準ガス導入空間５２と、が内部に設けられた積層体２５と、積層体２５の内部に形成され、基準ガス導入空間５２を介して基準ガスが導入される基準電極６０と、被測定ガス流通部５０の内周面上に配設された測定電極９２及び内側ポンプ電極６４と、積層体２５のうち、被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極と、を有するセンサ素子１２と、センサ素子１２を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部１１０と、少なくとも被測定ガス流通部５０に対するポンプ駆動（被測定ガス流通部５０から酸素を汲み出す）を制御するポンプ駆動制御部２００と、基準電極６０と測定電極９２との間に生じる起電力に基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する測定用ポンプセル９０と、ヒータ部１１０を制御するヒータ制御部２０２と、ヒータ制御部２０２によるヒータ部１１０への通電停止後に、ポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を停止する第１ポンプ停止部２０４Ａと、を有する。【００８３】
ヒータ制御部２０２によるヒータ部１１０への通電停止から一定期間Ｔａでは、基準電極６０や測定電極９２等の触媒電極が酸化しやすい環境となっている。ヒータ部１１０への通電停止直後は、直ぐに温度が下がらず、しばらく高温状態が続く。高温状態でポンプ駆動していない被測定ガス流通部５０に排ガスが入ってくると、その中の酸素により触媒電極が酸化される。【００８４】
電極酸化による影響はガスセンサの感度低下を引き起こすだけでなく、ガスセンサを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）の遅延を引き起こす。【００８５】
これに対して、本実施形態では、少なくとも一定期間Ｔａにポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を継続することで、一定期間Ｔａにおいて、被測定ガス流通部５０から酸素の汲み出しが行われ、基準電極６０や測定電極９２等の酸化が抑制され、ガスセンサの感度低下が抑えられる。しかも、上述のように、電極酸化が抑制されるため、ガスセンサを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）も早くなる。ライトオフ時間が早いということは、エンジン始動時から早い時間でＮＯｘ濃度を知ることができ、製品品質の向上も図ることができる。【００８６】
［２］  本実施形態において、さらに、ヒータ部１１０への通電停止に基づいて計時する計時手段２０６を有し、第２ポンプ停止部２０４Ｂは、計時手段２０６が少なくとも一定期間Ｔａを計時した段階で、ポンプ駆動を停止する。【００８７】
ヒータ制御部２０２によるヒータ部１１０への通電を停止すると、被測定ガス流通部５０の温度が低下していく。被測定ガス流通部５０の温度が高い一定期間Ｔａは、基準電極６０や測定電極９２等が酸化しやすい環境となっている。少なくとも上記一定期間Ｔａにポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を継続することで、上記一定期間Ｔａでの基準電極６０や測定電極９２等の酸化が抑制される。【００８８】
そして、計時手段２０６が計時する所定時間Ｔｂとして、基準電極６０や測定電極９２等が酸化し難い環境となる温度に達する所定時間Ｔｂに設定することで、ポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を停止した後、基準電極６０や測定電極９２等は酸化し難い環境下に晒されるため、ガスセンサの感度低下が抑えられる。しかも、上述のように、ガスセンサを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）も早くなる。【００８９】
［３］  本実施形態において、さらに、積層体２５の温度を測定する温度測定部２０８を有し、第３ポンプ停止部２０４Ｃは、積層体２５の温度が予め設定された低温となった段階で、ポンプ駆動を停止する。【００９０】
ヒータ制御部２０２によるヒータ部１１０への通電を停止すると、積層体２５の特定部位の温度が低下していく。特定部位の温度が高い一定期間Ｔａは、基準電極６０や測定電極９２等が酸化しやすい環境となっている。この一定期間Ｔａにポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を継続することで、上記一定期間Ｔａでの基準電極６０や測定電極９２等の酸化が抑制される。【００９１】
そして、特定部位の温度が予め設定された低温として、基準電極６０や測定電極９２等が酸化し難い環境となる温度にすることで、ポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を停止した後、基準電極６０や測定電極９２等は酸化し難い環境下に曝されるため、ガスセンサの感度低下が抑えられる。しかも、上述のように、ガスセンサを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）も早くなる。【００９２】
［４］  本実施形態において、さらに、積層体２５の特定部位の温度を測定する温度測定部２０８を有し、ヒータ制御部２０２によるヒータ部１１０への通電時における特定部位の温度と、第４ポンプ停止部２０４Ｄによるポンプ駆動の停止時における特定部位の温度の差が所定温度（２００℃）以上である。【００９３】
ヒータ制御部２０２によるヒータ部１１０への通電停止から温度の差が２００℃未満の期間では、基準電極６０や測定電極９２等が酸化しやすい環境となっている。この期間にポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を継続することで、上記一定期間Ｔａでの基準電極６０や測定電極９２等の酸化が抑制される。一方、前記温度の差が２００℃以上となった場合は、基準電極６０や測定電極９２等が酸化し難い環境となるため、第４ポンプ停止部２０４Ｄによるポンプ駆動を停止する。【００９４】
［５］  本実施形態において、積層体２５の特定部位は、ヒータ部１１０である。ヒータ部１１０の温度を測定することは、積層体２５のうち、最も高い温度の部位を測定することにつながる。従って、ヒータ部１１０の温度を基準にすることで、被測定ガス流通部５０が高温状態となっている期間にわたって、確実に、ポンプ駆動制御部２００によるポンプ駆動を継続させることができる。これにより、基準電極６０や測定電極９２等の酸化を抑制することができ、ガスセンサの感度低下を抑えることができる。もちろん、ライトオフ時間も早くすることができる。【００９５】
［６］  本実施形態において、温度測定部２０８は、ヒータ部１１０を構成するヒータ１１４の抵抗値に基づいて、特定部位の温度を測定する。ヒータ１１４が例えば白金等で構成されていれば、特定部位の温度の上昇に従って、ヒータ１１４の電気抵抗が高くなる。そこで、ヒータ１１４の抵抗値に基づいて、特定部位の温度を測定することができる。【００９６】
［７］  本実施形態において、ヒータ１１４の停止時点から各種ポンプセルの駆動停止時点までの遅延時間（ポンプオフ・ディレイ時間）は１０秒以上が好ましく、２０秒以上がさらに好ましく、３０秒以上がより好ましい。【００９７】
［８］  本実施形態において、ガスセンサの駆動停止時と駆動時との温度差は２００℃以上が好ましく、３５０℃以上がさらに好ましく、５００℃以上がより好ましい。【００９８】
［９］  本実施形態に係るガスセンサの制御方法は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数積層してなり、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部５０と、被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスを導入する基準ガス導入空間５２と、が内部に設けられた積層体２５と、積層体２５の内部に形成され、基準ガス導入空間５２を介して基準ガスが導入される基準電極６０と、被測定ガス流通部５０の内周面上に配設された測定電極９２及び内側ポンプ電極６４と、積層体２５のうち、被測定ガスに晒される部分に配設された被測定ガス側電極（外側ポンプ電極６６等）と、を有するセンサ素子１２と、センサ素子１２を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部１１０と、を有するガスセンサの制御方法であって、少なくとも被測定ガス流通部５０に対するポンプ駆動（被測定ガス流通部５０から酸素を汲み出す）を制御するステップ（ポンプ駆動制御）と、基準電極６０と測定電極９２との間に生じる起電力に基づいて、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するステップ（検出手段）と、ヒータ部１１０への通電停止後にポンプ駆動を停止するステップと、を有する。【００９９】
ヒータ部１１０への通電停止から一定期間Ｔａでは、基準電極６０や測定電極９２等が酸化しやすい環境となっている。ヒータ部１１０への通電停止直後は、直ぐに温度が下がらず、しばらく高温状態が続く。高温状態でポンプ駆動していない被測定ガス流通部５０に排ガスが入ってくると、その中の酸素により触媒電極が酸化される。【０１００】
電極酸化による影響はガスセンサの感度低下を引き起こすだけでなく、ガスセンサを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）の遅延を引き起こす。【０１０１】
これに対して、本実施形態では、ヒータ部１１０への通電停止から少なくとも一定期間Ｔａにポンプ駆動を継続することで、少なくとも一定期間Ｔａにおいて、被測定ガス流通部５０から酸素の汲み出しが行われ、基準電極６０や測定電極９２等の酸化が抑制され、ガスセンサの感度低下が抑えられる。しかも、上述のように、電極酸化が抑制されるため、ガスセンサを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）も早くなる。ライトオフ時間が早いということは、エンジン始動時から早い時間でＮＯｘ濃度を知ることができ、製品品質の向上も図ることができる。【０１０２】
［１０］  本実施形態において、さらに、ヒータ部１１０への通電停止に基づいて計時するステップを有し、ヒータ部１１０への通電停止から少なくとも一定期間Ｔａを計時した段階で、ポンプ駆動を停止する。【０１０３】
ヒータ部１１０への通電を停止すると、被測定ガス流通部５０の温度が低下していく。被測定ガス流通部５０の温度が高い一定期間Ｔａは、基準電極６０や測定電極９２等が酸化しやすい環境となっている。この一定期間Ｔａにポンプ駆動を継続することで、上記一定期間Ｔａでの基準電極６０や測定電極９２等の酸化が抑制される。【０１０４】
そして、一定期間Ｔａとして、基準電極６０や測定電極９２等が酸化し難い環境となる温度に達する時間に設定することで、ポンプ駆動を停止した後、基準電極６０や測定電極９２等は酸化し難い環境下に晒されるため、ガスセンサの感度低下が抑えられる。しかも、上述のように、ガスセンサを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）も早くなる。【０１０５】
［１１］  本実施形態において、さらに、積層体２５の温度を測定するステップを有し、積層体２５の温度が予め設定された低温となった段階で、ポンプ駆動を停止する。【０１０６】
ヒータ部１１０への通電を停止すると、積層体２５の特定部位の温度が低下していく。特定部位の温度が高い一定期間Ｔａは、基準電極６０や測定電極９２等が酸化しやすい環境となっている。この一定期間Ｔａにポンプ駆動を継続することで、上記一定期間Ｔａでの基準電極６０や測定電極等の酸化が抑制される。【０１０７】
そして、特定部位の温度が予め設定された低温として、基準電極６０や測定電極９２等が酸化し難い環境となる温度にすることで、ポンプ駆動を停止した後、基準電極６０や測定電極９２等は酸化し難い環境下に晒されるため、ガスセンサの感度低下が抑えられる。しかも、上述のように、ガスセンサを駆動してから安定するまでの時間（ライトオフ時間）も早くなる。【０１０８】
［１２］  本実施形態において、さらに、積層体２５の特定部位の温度を測定するステップを有し、ヒータ部１１０への通電時における特定部位の温度と、ポンプ駆動の停止時における特定部位の温度の差が２００℃以上である。【０１０９】
ヒータ部１１０への通電停止から温度の差が２００℃未満の一定期間Ｔａでは、基準電極６０や測定電極９２等が酸化しやすい環境となっている。この一定期間Ｔａにポンプ駆動を継続することで、上記一定期間Ｔａでの基準電極６０や測定電極９２等の酸化が抑制される。一方、温度の差が２００℃以上となった場合は、基準電極６０や測定電極９２等が酸化し難い環境となるため、ポンプ駆動を停止する。【０１１０】
［１３］  本実施形態において、積層体２５の特定部位は、ヒータ部１１０である。ヒータ部１１０の温度を測定することは、積層体２５のうち、最も高い温度の部位を測定することにつながる。従って、ヒータ部１１０の温度を基準にすることで、被測定ガス流通部５０が高温状態となっている期間にわたって、確実に、ポンプ駆動を継続させることができる。これにより、基準電極６０や測定電極９２等の酸化を抑制することができ、ガスセンサの感度低下を抑えることができる。もちろん、ライトオフ時間も早くすることができる。【０１１１】
［１４］  本実施形態において、積層体２５の特定部位の温度を測定するステップは、ヒータ部１１０を構成するヒータ１１４の抵抗値に基づいて、特定部位の温度を測定する。ヒータ１１４が例えば白金等で構成されていれば、特定部位の温度の上昇に従って、ヒータ１１４の電気抵抗が高くなる。そこで、ヒータ１１４の抵抗値に基づいて、特定部位の温度を測定することができる。【０１１２】
なお、本発明に係るガスセンサ及びガスセンサの制御方法は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。【０１１３】
上述した実施形態では、基準ガスを大気としたが、被測定ガス中の特定ガスの濃度の検出の基準となるガスであれば、これに限られない。例えば、予め所定の酸素濃度（＞被測定ガスの酸素濃度）に調整したガスが基準ガスとして満たされていてもよい。【０１１４】
上述した実施形態では、センサ素子１２は被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するものとしたが、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するものであれば、これに限られない。例えば、被測定ガス中の酸素濃度を検出するものとしてもよい。【０１１５】
なお、本発明の実施に当たっては、本発明の思想を損なわない範囲で自動車用部品としての信頼性向上のための諸手段が付加されてもよい。【０１１６】
図１３に示すように、上述したポンプ駆動制御部２００等を実装したセンサコントローラ３００は、外部電源３０２（自動車のバッテリー等）からの電力が電源ユニット３０４を介してヒータ制御部２０２等に供給されている。そのため、自動車に対してキーオフ（運転手がエンジンを止めること）がなされることで、センサコントローラ３００への通電が強制的に切られた場合、センサ素子１２のヒータ１１４とポンプが同時にオフされる場合がある。【０１１７】
そこで、キーオフ後もヒータ１１４とポンプ等を駆動し続けるために、センサコントローラ３００に、ポンプ駆動用の予備電源３０６や蓄電池等を備えてもよい。これにより、強制的に通電が切られた場合であっても、予備電源３０６や蓄電池等からの電源供給によって、センサ素子１２は、ポンピングし続けられる。
【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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【国際調査報告】
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