特許 6169989 ガスセンサ素子およびガスセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6169989

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】ガスセンサ素子およびガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/419 20060101AFI20170713BHJP

   G01N 27/409 20060101ALI20170713BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/419 327H

   G01N27/419 327J

   G01N27/409 100

   G01N27/419 327C

【請求項の数】7

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-21190(P2014-21190)

(22)【出願日】2014年2月6日

(65)【公開番号】特開2015-148503(P2015-148503A)

(43)【公開日】2015年8月20日

【審査請求日】2016年7月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大矢 誠二

(72)【発明者】

【氏名】清水 泰光

【審査官】 黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】 実開平３−６１５６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１１−３３７５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３７５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３８４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１５１０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１４１６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４０９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００００７８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０１−２２４６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２９４６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４２２３４７１（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４１９

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１６

Ｇ０１Ｎ ２７／４１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属を主成分とする一対の電極部が表面に配置された板型のセラミックスからなる固体電解質体と、
前記固体電解質体に積層されるとともに、測定対象ガスまたは大気を導入するための中空部の壁面の少なくとも一部をなすセラミックスからなる緻密体と、
を備えて、前記測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子であって、
前記一対の電極部のうち一方は、前記中空部に面する状態で配置される中空部側電極部であり、
前記中空部側電極部は、前記中空部の壁面から離れて配置され、
前記中空部には、前記中空部側電極部を部分的に覆う多孔質体であって、前記中空部側電極部の上から、当該中空部側電極部の端部を越えて、前記固体電解質体のうち前記中空部に露出する面上まで形成されたセラミックスからなる多孔質体が備えられること、
を特徴とするガスセンサ素子。

【請求項2】

前記中空部側電極部は、自身の長手方向における両端のそれぞれが、前記多孔質体と前記固体電解質体との間で挟み込まれること、
を特徴とする請求項１に記載のガスセンサ素子。

【請求項3】

外部から前記中空部までのガス導入経路に多孔質状の拡散抵抗部が備えられており、
前記多孔質体の拡散抵抗は、前記拡散抵抗部の拡散抵抗以下であること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ素子。

【請求項4】

前記中空部側電極部は、多孔質電極であり、
前記中空部側電極部の拡散抵抗は、前記拡散抵抗部の拡散抵抗以上であること、
を特徴とする請求項３に記載のガスセンサ素子。

【請求項5】

前記中空部は、前記測定対象ガスが導入される測定室であること、
を特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のガスセンサ素子。

【請求項6】

前記中空部は、大気が導入される大気室であること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ素子。

【請求項7】

測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を備えるガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子として、請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載のガスセンサ素子を備えること、
を特徴とするガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するためのガスセンサ素子、およびそのようなガスセンサ素子を備えるガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を備えるガスセンサの一例としては、内燃機関の排気管等の排気流路に設置されて、排気ガス中の酸素濃度を検出して内燃機関の燃焼制御に利用される酸素センサが知られている。また、他のガスセンサとしては、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ、空燃比等を検出する空燃比センサなどがある。

【0003】

このようなガスセンサは、例えば、筒状の主体金具を備えて、その主体金具によりガスセンサ素子を保持するものがある。
また、ガスセンサ素子としては、例えば、板型形状のガスセンサ素子がある。このガスセンサ素子は、一対の電極部が表面に配置された板型の固体電解質体と、固体電解質体に積層されるとともに、測定対象ガスまたは大気を導入するための中空部の壁面の少なくとも一部を形成する緻密体と、を備えて構成される。

【0004】

なお、ガスセンサ素子は、セラミックスからなる未焼成積層体を焼成することで製造されており、未焼成積層体は、固体電解質体となる未焼成固体電解質シートに、電極部となる金属を主成分とする未焼成電極部、中空部の壁面となる未焼成壁面シート等を印刷及び積層することで形成される。

【0005】

このようなガスセンサ素子においては、製造時における脱脂工程での加熱による体積収縮や焼成工程の初期段階での、セラミックスと金属との温度変化による熱収縮率差などに起因して未焼成固体電解質シートに小さな破損（生切れ）が生じることがある。そして、この生切れが発生した部位が熱衝撃下においてクラック起点となり、焼成後の固体電解質体にクラックが発生してガスセンサ素子の機能が損なわれる場合がある。

【0006】

これに対して、電極部の端部を緻密体に挟み込む構成を採ることで、未焼成電極部の収縮を抑制して、生切れを抑制するガスセンサ素子が提案されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４２２３４７１号公報

【特許文献2】特許第３６３５１９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、上記従来のガスセンサ素子においては、電極部のうち緻密体に挟み込まれる部分への酸素供給が不十分となる可能性があり、その結果、固体電解質体にブラックニングが発生する虞がある。

【0009】

例えば、図１８に示すガスセンサ素子５０７は、多孔質電極５８７の端部が絶縁スペーサ５９３と固体電解質体５８３とに挟み込まれる構成であるが、固体電解質体５８３のうち多孔質電極５８７の端部に接する領域５８４において、ブラックニングが発生する虞がある。なお、ガスセンサ素子５０７は、一対の多孔質電極５８５，５８７が固体電解質体５８３に積層されると共に、固体電解質体５８３，絶縁スペーサ５９３，絶縁部材５９６によって形成される中空部５９１を備える。

【0010】

なお、ブラックニングとは、固体電解質体の外観が変色する現象（薄黄色〜黒色に変色）であり、固体電解質体の内部の酸素が取り除かれることで結晶構造が乱れる現象である。ブラックニングが発生した固体電解質体は、電子伝導性を発現してセンサ精度の悪化を招くことがあり、ブラックニングの程度がひどい場合にはクラックの起点となることがある。

【0011】

このようなブラックニングを抑制するためには、例えば、電極部の端部を挟み込む部材を緻密体ではなく多孔質材料に置き換えることで、電極部の端部への酸素供給を行うことが考えられる。例えば、特許文献２に記載のように、電極部の端部を多孔質体（第１拡散抵抗体）と固体電解質層との間で挟み込む構成が考えられる。

【0012】

しかし、特許文献２に記載のガスセンサ素子では、電極部の端部が多孔質体と緻密体との境界部分に到達するように配置されており、電極部と緻密体とが当接する構成であるため、固体電解質体のうちこの当接部位において「生切れ」が発生する可能性がある。特に、電極部と緻密体とでは材質の違いによる熱収縮量に違いがあるため、固体電解質体のうちこの当接部位において「生切れ」が発生する可能性がある。

【0013】

そこで、本発明は、固体電解質体のブラックニングを抑制できると共に、製造時における固体電解質体の生切れを抑制して焼成後の固体電解質体におけるクラックを抑制できるガスセンサ素子を提供すること、およびそのようなガスセンサ素子を備え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】

【0014】

（１）本発明の第１局面におけるガスセンサ素子は、固体電解質体と緻密体とを備えて、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子であって、中空部には、中空部側電極部の端部のうち少なくとも一部を固体電解質体との間で挟み込む多孔質体が備えられる。

【0015】

なお、固体電解質体は、金属を主成分とする一対の電極部が表面に配置された板型のセラミックスからなる部材であり、緻密体は、固体電解質体に積層されるとともに、測定対象ガスまたは大気を導入するための中空部の壁面の少なくとも一部を形成する。

【0016】

中空部側電極部は、一対の電極部のうちの一方であり、中空部に面する状態で配置される。また、中空部側電極部は、緻密体から離れて配置される。
このガスセンサ素子は、中空部に、中空部側電極部を部分的に覆う多孔質体を備える。この多孔質体は、中空部側電極部の上から、当該中空部側電極部の端部を越えて、固体電解質体のうち中空部に露出する面上まで形成されたセラミックスからなる。

【0017】

つまり、中空部側電極部の端部の少なくとも一部が、固体電解質体と多孔質体との間で挟み込まれる構成であることから、中空部側電極部は、その挟み込まれた部分の移動（収縮による移動）が制限される。このため、製造時における脱脂工程での加熱時や焼成工程の初期段階において、中空部側電極部の収縮を抑制でき、固体電解質体に生切れが生じるのを抑制できる。これにより、焼成後の固体電解質体において、生切れに起因するクラックの発生を抑制できる。

【0018】

また、中空部側電極部の端部が固体電解質体と多孔質体との間で挟み込まれることから、中空部側電極部の端部が緻密体と固体電解質体との間で挟み込まれる構成とは異なり、中空部側電極部の端部は多孔質体を介して酸素供給を受けることが可能となる。これにより、酸素の欠乏が発生しがたくなり、固体電解質体にブラックニングが発生するのを抑制できる。

【0019】

さらに、中空部側電極部は、緻密体から離れて配置されることから、中空部側電極部と緻密体との当接部位が存在せず、固体電解質体において、中空部側電極部と緻密体との収縮量の違いに起因する応力が生じることを抑制できる。これにより、中空部側電極部と緻密体との収縮量の違いに起因して、固体電解質体に「生切れ」が発生するのを抑制できる。この結果、焼成後の固体電解質体におけるクラックを抑制できる。

【0020】

よって、本発明のガスセンサ素子によれば、固体電解質体のブラックニングを抑制できると共に、製造時における固体電解質体の生切れを抑制して焼成後の固体電解質体におけるクラックを抑制できる。

【0021】

（２）本発明の他の局面におけるガスセンサ素子においては、中空部側電極部は、自身の長手方向における両端のそれぞれが、多孔質体と固体電解質体との間で挟み込まれる、という構成を採ることができる。

【0022】

脱脂工程や焼成工程初期段階において中空部側電極部が収縮する場合、中空部側電極部の長手方向に垂直な方向の収縮量に比べて、中空部側電極部の長手方向の収縮量が大きくなることから、固体電解質体の生切れは、中空部側電極部のうち長手方向の両端で発生しやすくなる。

【0023】

これに対して、中空部側電極部の長手方向における両端のそれぞれが、多孔質体と固体電解質体との間で挟み込まれる構成を採ることで、固体電解質体の生切れをより効果的に抑制できる。

【0024】

（３）本発明のさらに他の局面におけるガスセンサ素子においては、外部から中空部までのガス導入経路に多孔質状の拡散抵抗部が備えられており、多孔質体の拡散抵抗は、拡散抵抗部の拡散抵抗以下である、という構成を採ることができる。

【0025】

つまり、多孔質体の拡散抵抗が、拡散抵抗部の拡散抵抗と同じあるいは拡散抵抗部の拡散抵抗よりも小さい構成であれば、多孔質体において特定ガス（酸素など）の拡散が律速されることがなくなる。これにより、多孔質体を介した特定ガス（酸素など）の供給量を充分に確保でき、固体電解質体でのブラックニングをより一層抑制することができる。

【0026】

（４）本発明のさらに他の局面におけるガスセンサ素子においては、中空部側電極部は、多孔質電極であり、中空部側電極部の拡散抵抗は、拡散抵抗部の拡散抵抗以上である、という構成を採ることができる。

【0027】

このように、中空部側電極部の拡散抵抗が拡散抵抗部の拡散抵抗と同じあるいは拡散抵抗部の拡散抵抗よりも大きい構成であれば、中空部側電極部での特定ガス（酸素など）の拡散を律速することができ、中空部側電極部による特定ガス（酸素など）のポンピングを適切に実現できる。

【0028】

これにより、ガスセンサ素子による特定ガスの検出精度を向上できる。
（５）本発明のさらに他の局面におけるガスセンサは、中空部が、測定対象ガスが導入される測定室であってもよい。

【0029】

（６）本発明のさらに他の局面におけるガスセンサは、中空部は、大気が導入される大気室であってもよい。
（７）本発明のさらに他の局面におけるガスセンサは、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を備えるガスセンサであって、ガスセンサ素子として、上述のガスセンサ素子を備える。

【0030】

このように、上述のいずれかのガスセンサ素子を備えるガスセンサは、ガスセンサ素子における固体電解質体のブラックニングを抑制できると共に、ガスセンサ素子の製造時における固体電解質体の生切れを抑制して焼成後の固体電解質体におけるクラックを抑制できる。

【発明の効果】

【0031】

本発明のガスセンサ素子およびガスセンサは、固体電解質体のブラックニングを抑制できると共に、製造時における固体電解質体の生切れを抑制して焼成後の固体電解質体におけるクラックを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】実施形態の空燃比センサを軸方向に沿って破断した状態を示す断面図である。

【図2】ガスセンサ素子を示す斜視図である。

【図3】ガスセンサ素子を分解して示す斜視図である。

【図4】図２のガスセンサ素子におけるＡ−Ａ視端面を表す端面図である。

【図5】図４のガスセンサ素子におけるＢ−Ｂ視端面を表す端面図である。

【図6】ガスセンサ素子の成形体の製造方法に関する説明図である。

【図7】ガスセンサ素子の製造途中段階を示す説明図である。

【図8】第２ガスセンサ素子における内部構造を表す端面図である。

【図9】図８の第２ガスセンサ素子におけるＣ−Ｃ視端面を表す端面図である。

【図10】図９の第２ガスセンサ素子におけるＥ−Ｅ視端面を表す端面図である。

【図11】第３ガスセンサ素子における内部構造を表す端面図である。

【図12】図１１の第３ガスセンサ素子におけるＦ−Ｆ視端面を表す端面図である。

【図13】第４ガスセンサ素子における内部構造を表す端面図である。

【図14】図１３の第４ガスセンサ素子におけるＧ−Ｇ視端面を表す端面図である。

【図15】図１４の第４ガスセンサ素子におけるＪ−Ｊ視端面を表す端面図である。

【図16】第５ガスセンサ素子における内部構造を表す端面図である。

【図17】第２多孔質体のうち多孔質電極との重なり部分の大きさを説明するための説明図である。

【図18】従来のガスセンサ素子におけるブラックニングを説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下に示す実施形態では、ガスセンサの一種である酸素センサのうち全領域空燃比センサ（以下単に、空燃比センサともいう）を例に挙げる。具体的には、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、測定対象となる排ガス中の特定ガス（酸素）を検出するガスセンサ素子（検出素子）が組み付けられるとともに、内燃機関の排気管に装着される空燃比センサを例に挙げて説明する。

【0034】

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
本実施形態のガスセンサ素子が使用される空燃比センサの全体の構成について、図１に基づいて説明する。図１は、空燃比センサの内部構成を表す断面図である。

【0035】

図１に示す様に、本実施形態における空燃比センサ１は、排気管に固定するためのネジ部３が外表面に形成された筒状の主体金具５と、軸線方向（空燃比センサ１の長手方向：図１の上下方向）に延びる板状形状のガスセンサ素子７と、ガスセンサ素子７の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ９と、軸線方向に貫通する挿通孔１１の内壁面がガスセンサ素子７の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１３（セパレータ１３）と、ガスセンサ素子７とセパレータ１３との間に配置される５個（図１には２個のみ図示）の接続端子１５と、を備えている。

【0036】

ガスセンサ素子７は、後に詳述する様に、長手方向に伸びる直方体形状の素子本体部７０と、素子本体部７０の先端側を覆う多孔質の保護層１７と、を備える。素子本体部７０は、その先端側に、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する検知部９０を備える。また、ガスセンサ素子７は、後端側（図１の上方：長手方向後端部）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１主面２１および第２主面２３に、電極パッド２５，２７，２９，３１，３３（詳細は、図２，図３参照）が形成されている。

【0037】

接続端子１５は、ガスセンサ素子７の電極パッド２５，２７，２９，３１，３３にそれぞれ電気的に接続されるとともに、外部からセンサの内部に配設されるリード線３５にも電気的に接続されており、リード線３５が接続される外部機器と電極パッド２５，２７，２９，３１，３３との間に流れる電流の電流経路を形成する。

【0038】

主体金具５は、軸線方向に貫通する貫通孔３７を有し、貫通孔３７の径方向内側に突出する棚部３９を有する略筒状形状に構成されている。この主体金具５は、検知部９０を貫通孔３７の先端よりも先端側に配置し、電極パッド２５，２７，２９，３１，３３を貫通孔３７の後端よりも後端側に配置する状態で、貫通孔３７に挿通されたガスセンサ素子７を保持するよう構成されている。

【0039】

また、主体金具５の貫通孔３７の内部には、ガスセンサ素子７の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ４１、滑石リング４３、滑石リング４５、及び上述のセラミックスリーブ９が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。

【0040】

このセラミックスリーブ９と主体金具５の後端部４７との間には、加締パッキン４９が配置され、一方、セラミックホルダ４１と主体金具５の棚部３９との間には、滑石リング４３やセラミックホルダ４１を保持するための金属ホルダ５１が配置されている。なお、主体金具５の後端部４７は、加締パッキン４９を介してセラミックスリーブ９を先端側に押し付けるように、加締められている。

【0041】

更に、主体金具５の先端部５３の外周には、ガスセンサ素子７の突出部分を覆う金属製（例えば、ステンレスなど）の二重構造とされたプロテクタ５５が溶接等によって取り付けられている。

【0042】

一方、主体金具５の後端側外周には、外筒５７が固定されている。また、外筒５７の後端側の開口部には、各電極パッド２５，２７，２９，３１，３３とそれぞれ電気的に接続される５本のリード線３５（図１では３本が図示）が挿通されるリード線挿通孔５９が形成されたグロメット６１が配置されている。

【0043】

なお、セパレータ１３の外周には、鍔部６３が形成されており、鍔部６３は、保持部材６５を介して外筒５７に固定されている。
［１−２．ガスセンサ素子の構成］
次に、本実施形態の要部であるガスセンサ素子７の構成について、図２〜図５に基づいて詳細に説明する。

【0044】

図２は、ガスセンサ素子７の外観を表す斜視図である。
図２に示す様に、ガスセンサ素子７は、長手方向（Ｙ軸方向）に延びる長尺の板材である。なお、図２において、長手方向がガスセンサの軸線方向に沿う形態となる。また図２のＺ軸方向は、長手方向に垂直な厚さ方向であり、Ｘ軸方向は、長手方向及び厚さ方向に垂直な幅方向である。

【0045】

ガスセンサ素子７は、長手方向に伸びる直方体形状の素子本体部７０と、素子本体部７０の先端側（図２における下側）を覆う多孔質の保護層１７と、を備える。素子本体部７０は、長手方向に伸びる板状の素子部７１と、同じく長手方向に延びる板状のヒータ７３と、が積層されて構成されている。素子本体部７０は、その先端側に、測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出する検知部９０を備える。保護層１７は、少なくとも検知部９０を覆うように、素子本体部７０の先端面１２７及び側面（第１主面２１，第２主面２３，第１側面１１１、第２側面１１３）上に設けられる。

【0046】

図３に、ガスセンサ素子７を分解した斜視図を示す。なお、図３では、保護層１７、および後述する第１長辺面取り部１２１，第２長辺面取り部１２２，第３長辺面取り部，第４長辺面取り部の図示を省略している。

【0047】

ガスセンサ素子７の素子本体部７０は、図３に分解して示す様に、積層方向の一方の側（図３の上側）に配置されて、長手方向に伸びる板状の素子部７１と、素子部７１の反対側（裏側）に配置されて、同じく長手方向に延びる板状のヒータ７３と、を備える。

【0048】

このうち、素子部７１は、酸素濃淡電池セル８１と、酸素ポンプセル８９と、絶縁スペーサ９３と、絶縁基板９７と、を備えて構成される。
酸素濃淡電池セル８１は、固体電解質体７５と、多孔質電極７７と、リード部７７ａと、多孔質電極７９と、リード部７９ａと、を備える。

【0049】

固体電解質体７５は、ジルコニアを主体とした板型形状の部材である。一対の多孔質電極７７、７９は、固体電解質体７５を挟み込むように、固体電解質体７５の表面および裏面に配置される。

【0050】

リード部７７ａは、一端が多孔質電極７７に接続されると共に、ガスセンサ素子７（素子本体部７０）の長手方向（図３では、左右方向）に延びるように配置される。リード部７９ａは、一端が多孔質電極７９に接続されると共に、ガスセンサ素子７（素子本体部７０）の長手方向（図３では、左右方向）に延びるように配置される。

【0051】

酸素ポンプセル８９は、固体電解質体８３と、多孔質電極８５と、リード部８５ａと、多孔質電極８７と、リード部８７ａと、を備える。
固体電解質体８３は、ジルコニアを主体とした板型形状の部材である。一対の多孔質電極８５、８７は、固体電解質体８３を挟み込むように、固体電解質体８３の表面および裏面に配置される。

【0052】

リード部８５ａは、一端が多孔質電極８５に接続されると共に、ガスセンサ素子７（素子本体部７０）の長手方向（図３では、左右方向）に延びるように配置される。リード部８７ａは、一端が多孔質電極８７に接続されると共に、ガスセンサ素子７（素子本体部７０）の長手方向（図３では、左右方向）に延びるように配置される。

【0053】

固体電解質体７５，８３は、イットリアを安定化剤として固溶させたジルコニアで形成されている。
多孔質電極７７，７９，８５，８７およびリード部７７ａ，７９ａ，８５ａ，８７ａは、Ｐｔを主体に形成されている。

【0054】

絶縁スペーサ９３は、アルミナを主体とした板型形状の部材であり、中空のガス測定室９１を備える。絶縁スペーサ９３は、酸素濃淡電池セル８１と酸素ポンプセル８９との間に積層される。これにより、絶縁スペーサ９３は、ガス測定室９１の壁面の少なくとも一部を形成している。ガス測定室９１の内側には、酸素濃淡電池セル８１の一方の多孔質電極７７と、酸素ポンプセル８９の一方の多孔質電極８７と、が露出するように配置されている。

【0055】

また、ガス測定室９１の内部には、２つの多孔質体９２が配置される。多孔質体９２は、例えば、アルミナ等からなる多孔質体で構成されている。２つの多孔質体９２は、多孔質電極８７の端部および多孔質電極７７の端部に重なるように配置される。なお、多孔質体９２の詳細については後述する。

【0056】

素子部７１の側面（絶縁スペーサ９３の側面）には、排ガス（測定対象ガス）の取り込み口となる２つのガス導入部９４が形成されており、ガス導入部９４は、ガス測定室９１に連通している。２つのガス導入部９４からガス測定室９１までの各経路には、拡散律速部９５が形成されている。拡散律速部９５は、例えば、アルミナ等からなる多孔質体で構成されており、測定対象ガスがガス測定室９１へ流入する際の律速を行う。拡散律速部９５は、その一部がガス導入部９４から外部に露出する状態で備えられている。

【0057】

つまり、このガスセンサ素子７においては、ガス導入部９４は、素子本体部７０の最外面において異なる２方向に向けて形成されており、拡散律速部９５は、異なる２方向に向けて露出している。

【0058】

絶縁基板９７は、アルミナを主体とした板型形状の部材であり、厚さ方向に貫通する空間部９７ａを備える。この絶縁基板９７の空間部９７ａには、拡散律速部９５と同様の多孔質体で構成された通気部９９が埋設されている。この通気部９９は、酸素ポンプセル８９の多孔質電極８５を測定対象ガスに晒している。

【0059】

なお、ガス測定室９１は、素子本体部７０（詳細には、素子部７１）のうち先端側（図３における左側）に位置するように形成されている。素子部７１の長手方向のうち、ガス測定室９１の形成領域およびガス測定室９１よりも先端側となる領域は、酸素を検知するための検知部９０として備えられる。

【0060】

一方、ヒータ７３は、アルミナを主体とする絶縁基板１０１、１０３の間に、Ｐｔを主体とする発熱抵抗体パターン１０５が挟み込まれて形成されている。
このようなガスセンサ素子７では、第１主面２１の後端側（図３における右側）に３個の電極パッド２５，２７，２９が形成され、第２主面２３の後端側に２個の電極パッド３１、３３が形成されている。

【0061】

このうち、第１主面２１の１つの電極パッド２９（図２の右側電極パッド）は、図３に示すように、絶縁基板９７に設けられるスルーホール１６１、固体電解質体８３に設けられるスルーホール１６５、絶縁スペーサ９３に設けられるスルーホール１７１、リード部７７ａを介して、酸素濃淡電池セル８１の多孔質電極７７に電気的に接続される。また、この電極パッド２９は、絶縁基板９７に設けられるスルーホール１６１、固体電解質体８３に設けられるスルーホール１６５、リード部８７ａを介して、酸素ポンプセル８９の多孔質電極８７にも電気的に接続される。よって、多孔質電極７７と多孔質電極８７とは、同電位で電気的に接続される。

【0062】

また、他の電極パッド２７（図２の中央電極パッド）は、図３に示すように、絶縁基板９７に設けられるスルーホール１６２、固体電解質体８３に設けられるスルーホール１６６、絶縁スペーサ９３に設けられるスルーホール１７２、固体電解質体７５に設けられるスルーホール１７６、リード部７９ａを介して、酸素濃淡電池セル８１の多孔質電極７９と電気的に接続される。更に他の電極パッド２５（図２の左側電極パッド）は、図３に示すように、絶縁基板９７に設けられるスルーホール１６３、リード部８５ａを介して、酸素ポンプセル８９の多孔質電極８５と電気的に接続されている。

【0063】

また、電極パッド３１、３３は、図３に示すように、絶縁基板１０３に設けられたスルーホール１８１，１８２を介して、発熱抵抗体パターン１０５の両端に、各々電気的に接続されている。

【0064】

図２に戻り、上述した構成のガスセンサ素子７は、長尺の略直方体形状の板材であるので、その径方向の外周側の角部には、その長手方向（図２のＹ方向）に沿って伸びる４つの辺（長手稜線）Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４を備えている。

【0065】

詳しくは、ガスセンサ素子７は、ガスセンサ素子７の長手方向に沿って延びる４つの外周壁として、第１主面２１および第２主面２３と、第１主面２１および第２主面２３に連接された第１側面１１１および第２側面１１３と、を備えている。また、第１主面２１と第１側面１１１との間の稜線である第１辺Ｈ１と、第１主面２１と第２側面１１３との間の稜線である第２辺Ｈ２と、第２主面２３と第２側面１１３との間の稜線である第３辺Ｈ３と、第２主面２３と第１側面１１１との間の稜線である第４辺Ｈ４とを備えている。

【0066】

第１辺Ｈ１，第２辺Ｈ２，第３辺Ｈ３，第４辺Ｈ４には、それぞれＣ面取り量０．２ｍｍのＣ面取りが施されて形成された第１長辺面取り部１２１，第２長辺面取り部１２２，第３長辺面取り部，第４長辺面取り部が設けられている。なお、図２では、第３長辺面取り部および第４長辺面取り部が現れないため、第３長辺面取り部および第４長辺面取り部についての符号による図示は省略している。

【0067】

ガスセンサ素子７の後端側（図２の上方）は、その中央に（長手方向と垂直な）後端面１２９を残す様にして、後端面１２９の周囲の四方の稜線に対してＣ面取りを施すことで、後端側Ｃ面取り部１３１が形成されている。

【0068】

保護層１７は、多孔質状のアルミナで構成されており、素子本体部７０のうち少なくとも検知部９０を覆うように形成されている。
［１−３．ガスセンサ素子の先端側における内部構造］
次に、ガスセンサ素子７の先端側における内部構造について説明する。

【0069】

図４に、図２のガスセンサ素子７におけるＡ−Ａ視端面を表す端面図であって、ガスセンサ素子７の先端側における内部構造を示す端面図を示す。なお、図４では、保護層１７の図示を省略している。

【0070】

図４に示すように、ガスセンサ素子７は、２つのセル（酸素濃淡電池セル８１、酸素ポンプセル８９）を備えており、これら２つのセルが、絶縁スペーサ９３を介して積層される構成である。

【0071】

酸素濃淡電池セル８１は、一対の多孔質電極７７および多孔質電極７９が固体電解質体７５の表面および裏面にそれぞれ配置されて構成されている。酸素ポンプセル８９は、一対の多孔質電極８５および多孔質電極８７が固体電解質体８３の表面および裏面にそれぞれ配置されて構成されている。

【0072】

ガス測定室９１は、上面が酸素濃淡電池セル８１で形成され、下面が酸素ポンプセル８９で形成され、側壁が絶縁スペーサ９３で形成された空間である。
ガス測定室９１の内側には、酸素濃淡電池セル８１の多孔質電極７７と、酸素ポンプセル８９の多孔質電極８７と、が露出するように配置されている。

【0073】

また、ガス測定室９１の内部には、２つの多孔質体９２が配置される。多孔質体９２は、例えば、アルミナ等のセラミックスからなる多孔質体で構成されている。２つの多孔質体９２は、多孔質電極８７の長手方向における先端および後端に重なるように配置される。また、２つの多孔質体９２は、多孔質電極７７の長手方向における先端および後端に重なるように配置される。つまり、多孔質体９２は、多孔質電極７７を部分的に覆うとともに、多孔質電極７７の上から、当該多孔質電極７７の端部を越えて、固体電解質体７５のうちガス測定室９１に露出する面上まで形成されている。

【0074】

ここで、図５に、図４のガスセンサ素子７におけるＢ−Ｂ視端面を表す端面図を示す。
図４および図５に示すように、２つの多孔質体９２は、絶縁スペーサ９３の内部に形成されるガス測定室９１のうち先端（図５における左側端部）および後端（図５における右側端部）にそれぞれ配置されている。

【0075】

また、２つの多孔質体９２は、多孔質電極８７のうち長手方向における先端（図５における左側端部）および後端（図５における右側端部）に重なるように配置される。つまり、図４に示すように、多孔質体９２は、多孔質電極８７の端部のうち少なくとも一部を固体電解質体８３との間で挟み込む状態で、ガス測定室９１に配置されている。

【0076】

このような構成の多孔質電極８７は、多孔質体９２と固体電解質体８３とに挟み込まれた部分の移動（収縮による移動）が制限される。このため、ガスセンサ素子７の製造時における脱脂工程での加熱時や焼成工程の初期段階において、多孔質電極８７の収縮を抑制でき、固体電解質体８３に生切れが生じるのを抑制できる。

【0077】

また、多孔質電極８７の端部が固体電解質体８３と多孔質体９２との間で挟み込まれることから、多孔質電極の端部が緻密体と固体電解質体との間で挟み込まれる構成とは異なり、多孔質電極８７の端部は多孔質体９２を介して酸素供給を受けることが可能である。

【0078】

同様に、２つの多孔質体９２は、多孔質電極７７のうち先端および後端に重なるように配置されており、多孔質体９２は、多孔質電極７７の端部のうち少なくとも一部を固体電解質体７５との間で挟み込む状態で、ガス測定室９１に配置されている（図４参照）。

【0079】

このため、多孔質電極７７についても、多孔質電極８７と同様に、多孔質体９２と固体電解質体７５とに挟み込まれた部分の移動（収縮による移動）が制限されるため、多孔質電極７７の収縮を抑制でき、固体電解質体７５に生切れが生じるのを抑制できる。また、多孔質電極７７についても、多孔質電極８７と同様に、多孔質体９２を介して酸素供給を受けることが可能な構成である。

【0080】

また、図４および図５に示すように、多孔質電極８７および多孔質電極７７は、ガス測定室９１の断面積よりも小さく形成されており、絶縁スペーサ９３から離れた状態で配置されている。

【0081】

このように、多孔質電極８７と絶縁スペーサ９３との当接部位が存在しないことから、固体電解質体８３において、多孔質電極８７と絶縁スペーサ９３との収縮量の違いに起因する応力が生じることを抑制できる。

【0082】

なお、多孔質電極７７についても同様に、多孔質電極７７と絶縁スペーサ９３との当接部位が存在しないことから、固体電解質体７５において、多孔質電極７７と絶縁スペーサ９３との収縮量の違いに起因する応力が生じることを抑制できる。

【0083】

ここで、ガス導入部９４に備えられる拡散律速部９５の拡散抵抗を１．０とした場合、２つの多孔質体９２の拡散抵抗は、それぞれ０．１〜１．０であり、多孔質電極８７および多孔質電極７７の拡散抵抗は、それぞれ１．０〜１００程度となるように設定される。

【0084】

つまり、ガスセンサ素子７においては、多孔質体９２の拡散抵抗は、拡散律速部９５の拡散抵抗と同じあるいは拡散律速部９５の拡散抵抗よりも小さい。
このように、多孔質体９２の拡散抵抗が、拡散律速部９５の拡散抵抗と同じあるいは拡散律速部９５の拡散抵抗よりも小さい構成であれば、多孔質体９２において特定ガス（酸素など）の拡散が律速されることがなくなる。これにより、多孔質体９２を介した特定ガス（酸素など）の供給量を充分に確保でき、固体電解質体８３および固体電解質体７５でのブラックニングをより一層抑制することができる。

【0085】

また、ガスセンサ素子７においては、多孔質電極８７の拡散抵抗は、拡散律速部９５の拡散抵抗と同じあるいは拡散律速部９５の拡散抵抗よりも大きい。
このように、多孔質電極８７の拡散抵抗が拡散律速部９５の拡散抵抗と同じあるいは拡散律速部９５の拡散抵抗よりも大きい構成であれば、多孔質電極８７での特定ガス（酸素など）の拡散を律速することができ、多孔質電極８７による特定ガス（酸素など）のポンピングを適切に実現できる。これにより、ガスセンサ素子７による特定ガス（酸素など）の検出精度を向上できる。

【0086】

多孔質電極７７についても、多孔質電極８７と同様に、拡散抵抗が拡散律速部９５の拡散抵抗と同じあるいは拡散律速部９５の拡散抵抗よりも大きい構成であるため、多孔質電極７７での特定ガス（酸素など）の拡散を律速することができ、多孔質電極７７による特定ガス（酸素など）のポンピングを適切に実現できる。

【0087】

［１−４．ガスセンサの製造方法］
本実施形態の空燃比センサ１の製造方法について、図６〜図７に基づいて説明する。
図６は、ガスセンサ素子の成形体１４１の製造方法に関する説明図であり、図７は、ガスセンサ素子の製造途中段階を示す説明図である。

【0088】

ガスセンサ素子７を製造する場合、まず、公知のガスセンサ素子７の材料となる各種積層材料、即ち、素子部７１の固体電解質体７５、８３となる未焼成固体電解質シートや、素子部７１の絶縁基板９７となる未焼成絶縁シートや、ヒータ７３の絶縁基板１０１、１０３となる未焼成絶縁シートなどを積層状態とし、未圧着積層体を得る。なお、この未圧着積層体には、電極パッド２５，２７，２９，３１，３３となる未焼成電極パッドなどが形成されている。

【0089】

これらのうち、例えば、未焼成固体電解質シートを形成する場合、まず、ジルコニアを主体とするセラミック粉末に対して、アルミナ粉末やブチラール樹脂などを加えて、さらに混合溶媒（トルエン及びメチルエチルケトン）を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成固体電解質シートが作製される。

【0090】

また、未焼成絶縁シートを形成する場合、まず、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、ブチラール樹脂とジブチルフタレートとを加えて、更に混合溶媒（トルエン及びメチルエチルケトン）を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成絶縁シートが作製される。

【0091】

さらに、未焼成の拡散律速部を形成する場合、まず、アルミナ粉末，気孔化剤（カーボン粉末など），可塑剤を湿式混合により分散したスラリーを生成する。可塑剤はブチラール樹脂及びＤＢＰを有する。このスラリーを用い、焼成後に拡散律速部９５や通気部９９となる部位に、未焼成の拡散律速部を形成する。

【0092】

また、未焼成の多孔質体を形成する場合、まず、アルミナ粉末，気孔化剤（カーボン粉末など），バインダを湿式混合により分散したペーストを生成する。バインダはブチラール樹脂を用いる。このペーストを用い、焼成後に多孔質体９２となる部位に、未焼成の多孔質体を形成する。

【0093】

このとき、ペーストにおけるバインダ量や固形分の組成比、気孔化剤の添加量などを調整することで、焼成後の拡散律速部９５，通気部９９，多孔質体９２におけるそれぞれの拡散抵抗を任意に調整することが可能となる。

【0094】

また、未焼成の多孔質電極およびリード部を形成する場合、白金と部分安定化ジルコニア、バインダを湿式混合により分散したペーストを生成する。このペーストを用いて、焼成後に多孔質電極およびリード部となる部位に、未焼成の多孔質電極およびリード部を形成する。このとき、バインダ量や固形分の組成比、気孔化剤の添加量などを調整することで、焼成後の多孔質電極およびリード部におけるそれぞれの拡散抵抗を任意に調整することが可能となる。

【0095】

そして、この未圧着積層体を１ＭＰａで加圧することにより、図６に示す様な圧着された成形体１４１を得る。なお、加圧前の未圧着積層体を得るまでの製造方法については、公知のガスセンサ素子の製造方法と同様であるため詳細な説明は省略する。

【0096】

そして、加圧により得られた成形体１４１を、所定の大きさで切断することにより、ガスセンサ素子７の素子部７１およびヒータ７３と大きさが略一致する複数（例えば１０個）の未焼成積層体を得る。

【0097】

その後、この未焼成積層体を樹脂抜きし（脱脂工程）、さらに焼成温度１５００℃にて、１時間で本焼成して（焼成工程）、図７に示す様な焼成積層体１４３を得る。
次に、この焼成積層体１４３の長手方向に伸びる４辺（第１辺Ｈ１，第２辺Ｈ２，第３辺Ｈ３，第４辺Ｈ４）に対して面取りを行い、第１長辺面取り部１２１，第２長辺面取り部１２２，第３長辺面取り部，第４長辺面取り部を形成する（図２参照）。具体的には、焼成積層体１４３の長手方向に伸びる４辺（第１辺Ｈ１，第２辺Ｈ２，第３辺Ｈ３，第４辺Ｈ４）を回転砥石に当接して、周知のＣ面取りを行う。これにより、素子本体部７０を得る。

【0098】

このようにして素子本体部７０を得た後、この素子本体部７０の先端側の周囲に、焼成後に保護層１７（図２参照）となる未焼成保護層を形成する。
その後、未焼成保護層の熱処理を行う。具体的には、未焼成保護層が形成された素子本体部７０を、熱処理温度１０００℃、熱処理時間３時間で熱処理を行い、保護層１７が形成されたガスセンサ素子７を得る。

【0099】

このようにしてガスセンサ素子７を得た後、ガスセンサ素子７を主体金具５に組み付ける組付工程を行う。
即ち、この工程では、上記製造方法で作製されたガスセンサ素子７を金属ホルダ５１に挿入し、さらにガスセンサ素子７をセラミックホルダ４１、滑石リング４３で固定し、組み立て体を作製する。その後、この組み立て体を主体金具５に固定し、ガスセンサ素子７の軸線方向後端部側を滑石リング４５、セラミックスリーブ９に挿通させつつ、これらを主体金具５に挿入する。

【0100】

そして、主体金具５の後端部４７にてセラミックスリーブ９を加締め、下部組立体を作製する。なお、下部組立体には、あらかじめプロテクタ５５が取付けられている。
一方、外筒５７、セパレータ１３、グロメット６１などを組みつけ、上部組立体を作製する。そして、下部組立体と上部組立体とを接合し、空燃比センサ１を得る。

【0101】

［１−５．効果］
以上説明したように、本実施形態の空燃比センサ１におけるガスセンサ素子７は、多孔質電極８７の端部のうち少なくとも一部が多孔質体９２と固体電解質体８３との間で挟み込まれる構成であることから、多孔質電極８７は、多孔質体９２と固体電解質体８３とで挟み込まれた部分の移動（収縮による移動）が制限される。

【0102】

このため、ガスセンサ素子７の製造時における脱脂工程での加熱時や焼成工程の初期段階において、多孔質電極８７の収縮を抑制でき、固体電解質体８３に生切れが生じるのを抑制できる。これにより、焼成後の固体電解質体８３において、生切れに起因するクラックの発生を抑制できる。

【0103】

また、多孔質電極８７の端部が固体電解質体８３と多孔質体９２との間で挟み込まれることから、多孔質電極の端部が緻密体と固体電解質体との間で挟み込まれる構成とは異なり、多孔質電極８７の端部は多孔質体９２を介して酸素供給を受けることが可能である。これにより、酸素の欠乏が発生しがたくなり、固体電解質体８３にブラックニングが発生するのを抑制できる。

【0104】

なお、２つの多孔質体９２は、多孔質電極８７の他に、多孔質電極７７のうち先端および後端に重なるように配置されており、多孔質体９２は、多孔質電極７７の端部のうち少なくとも一部を固体電解質体７５との間で挟み込む状態で、ガス測定室９１に配置されている（図４参照）。

【0105】

このため、多孔質電極７７についても、多孔質電極８７と同様に、多孔質体９２と固体電解質体７５とに挟み込まれた部分の移動（収縮による移動）が制限されるため、多孔質電極７７の収縮を抑制でき、固体電解質体７５に生切れが生じるのを抑制できる。これにより、焼成後の固体電解質体８３において、生切れに起因するクラックの発生を抑制できる。

【0106】

なお、多孔質電極７７についても、多孔質電極８７と同様に、多孔質体９２を介して酸素供給を受けることが可能な構成であるため、酸素の欠乏が発生しがたくなり、固体電解質体８３にブラックニングが発生するのを抑制できる。

【0107】

次に、多孔質電極８７は、ガス測定室９１の断面積よりも小さく形成されており、絶縁スペーサ９３から離れた状態で配置されている。このように、多孔質電極８７と絶縁スペーサ９３との当接部位が存在しないことから、固体電解質体８３において、多孔質電極８７と絶縁スペーサ９３との収縮量の違いに起因する応力が生じることを抑制できる。

【0108】

これにより、多孔質電極８７と絶縁スペーサ９３との収縮量の違いに起因して、固体電解質体８３に「生切れ」が発生するのを抑制でき、生切れに起因して焼成後の固体電解質体８３にクラックが生じることを抑制できる。

【0109】

なお、多孔質電極７７についても同様に、多孔質電極７７と絶縁スペーサ９３との当接部位が存在しないことから、多孔質電極７７と絶縁スペーサ９３との収縮量の違いに起因して、固体電解質体７５に「生切れ」が発生するのを抑制でき、生切れに起因して焼成後の固体電解質体７５にクラックが生じることを抑制できる。

【0110】

よって、ガスセンサ素子７によれば、固体電解質体８３および固体電解質体７５のブラックニングを抑制できると共に、製造時における固体電解質体８３および固体電解質体７５の生切れを抑制して焼成後の固体電解質体８３および固体電解質体７５におけるクラックを抑制できる。

【0111】

次に、ガスセンサ素子７においては、多孔質体９２の拡散抵抗は、拡散律速部９５の拡散抵抗と同じあるいは拡散律速部９５の拡散抵抗よりも小さい。このように、多孔質体９２の拡散抵抗が、拡散律速部９５の拡散抵抗と同じあるいは拡散律速部９５の拡散抵抗よりも小さい構成であれば、多孔質体９２において特定ガス（酸素など）の拡散が律速されることがなくなる。これにより、多孔質体９２を介した特定ガス（酸素など）の供給量を充分に確保でき、固体電解質体８３および固体電解質体７５でのブラックニングをより一層抑制することができる。

【0112】

また、ガスセンサ素子７においては、多孔質電極８７の拡散抵抗は、拡散律速部９５の拡散抵抗よりも大きい。このように、多孔質電極８７の拡散抵抗が拡散律速部９５の拡散抵抗よりも大きい構成であれば、多孔質電極８７での特定ガス（酸素など）の拡散を律速することができ、多孔質電極８７による特定ガス（酸素など）のポンピングを適切に実現できる。これにより、ガスセンサ素子７による特定ガス（酸素など）の検出精度を向上できる。

【0113】

多孔質電極７７についても、多孔質電極８７と同様に、拡散抵抗が拡散律速部９５の拡散抵抗よりも大きい構成であるため、多孔質電極７７での特定ガス（酸素など）の拡散を律速することができ、多孔質電極７７による特定ガス（酸素など）のポンピングを適切に実現できる。

【0114】

［１−６．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
多孔質電極７７および多孔質電極７９が一対の電極部の一例に相当し、多孔質電極８５および多孔質電極８７が一対の電極部の一例に相当し、絶縁スペーサ９３が緻密体の一例に相当し、ガス測定室９１が中空部の一例および測定室の一例に相当する。

【0115】

多孔質電極７７および多孔質電極８７がそれぞれ中空部側電極部の一例に相当し、拡散律速部９５が拡散抵抗部の一例に相当する。
［２．第２実施形態］
第２実施形態として、多孔質体が多孔質電極の周方向全体にわたり配置される第２ガスセンサ素子１０７を備える酸素センサについて説明する。

【0116】

第２実施形態の酸素センサは、第１実施形態の空燃比センサ１におけるガスセンサ素子７を第２ガスセンサ素子１０７に置き換えるとともに、接続端子１５やリード線３５などの数量変更や、セパレータ１３やグロメット６１などの形状変更などが実施されることで構成される。

【0117】

第２ガスセンサ素子１０７は、図８，９，１０に示すように、第２素子本体部１７０の大気室１９１において、多孔質電極８７の周方向全体にわたり配置される第２多孔質体１９２を備えている。

【0118】

なお、図８は、第２ガスセンサ素子１０７における内部構造を表す端面図であり、図９の第２ガスセンサ素子１０７におけるＤ−Ｄ視端面を表す端面図に相当する。図９は、図８の第２ガスセンサ素子１０７におけるＣ−Ｃ視端面を表す端面図であり、図１０は、図９の第２ガスセンサ素子１０７におけるＥ−Ｅ視端面を表す端面図である。

【0119】

このような第２多孔質体１９２を備える第２ガスセンサ素子１０７は、多孔質電極８７の周方向全体の端部が第２多孔質体１９２と固体電解質体８３との間で挟み込まれる構成である。

【0120】

なお、第２ガスセンサ素子１０７は、上述のガスセンサ素子７のような２セル構造（酸素濃淡電池セル８１、酸素ポンプセル８９）ではなく、１セル構造（固体電解質体８３、多孔質電極８５、多孔質電極８７を有する酸素ポンプセル）である。第２ガスセンサ素子１０７の大気室１９１は、固体電解質体８３、絶縁スペーサ９３、絶縁基板１９６によって形成されている。大気室１９１は、第２ガスセンサ素子１０７の後端部で開口する空間として形成されており、後端部の開口から大気を導入可能に構成されている。また、第２ガスセンサ素子１０７は、多孔質電極８７に接続される第２リード部８７ｂが、上述のガスセンサ素子７のリード部８７ａに比べて幅寸法が細く形成されている。

【0121】

１セル構造の第２ガスセンサ素子１０７は、大気室１９１に基準ガスとしての大気を導入した状態で、多孔質電極８５が測定対象ガスに接するように配置されることで、多孔質電極８５と多孔質電極８７との間に起電力を生じる。この起電力は、測定対象ガスにおける酸素濃度（特定ガス濃度）と、大気における酸素濃度との比率によって変化する。このため、第２ガスセンサ素子１０７の多孔質電極８５と多孔質電極８７との間に生じる起電力を用いることで、測定対象ガスにおける酸素の検出が可能となる。

【0122】

なお、第２ガスセンサ素子１０７のうちガスセンサ素子７と同一の構成については、同一符号で表している。
この第２ガスセンサ素子１０７は、上述のガスセンサ素子７と同様に、固体電解質体８３のブラックニングを抑制できると共に、製造時における固体電解質体８３の生切れを抑制して焼成後の固体電解質体８３におけるクラックを抑制できる。

【0123】

つまり、ガスセンサ素子は、多孔質体が多孔質電極の長手方向における先端および後端に配置される構成（ガスセンサ素子７）に限られることはなく、多孔質体が多孔質電極の周方向全体にわたり配置される構成（第２ガスセンサ素子１０７）であっても良い。

【0124】

ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
多孔質電極８５および多孔質電極８７が一対の電極部の一例に相当し、絶縁スペーサ９３および絶縁基板１９６が緻密体の一例に相当し、大気室１９１が中空部の一例および大気室の一例に相当する。第２多孔質体１９２が多孔質体の一例に相当し、多孔質電極８７が中空部側電極部の一例に相当し、拡散律速部９５が拡散抵抗部の一例に相当する。

【0125】

［３．第３実施形態］
第３実施形態として、外部から中空部（ガス測定室）までのガス導入経路が１カ所に形成される第３ガスセンサ素子２０７を備える酸素センサについて説明する。

【0126】

第３実施形態の酸素センサは、第１実施形態の空燃比センサ１におけるガスセンサ素子７を第３ガスセンサ素子２０７に置き換えることで構成される。
第３ガスセンサ素子２０７は、図１１、１２に示すように、外部からガス測定室９１までの第２ガス導入部１９４を１カ所のみ備える。なお、第２ガス導入部１９４は、第３素子本体部２７０の側面ではなく、第３素子本体部２７０の先端（図１１における左端）に設けられている。第２ガス導入部１９４には、アルミナ等からなる多孔質体で構成された第２拡散律速部１９５が備えられる。

【0127】

なお、図１１は、第３ガスセンサ素子２０７における内部構造を表す端面図である。図１２は、図１１の第３ガスセンサ素子２０７におけるＦ−Ｆ視端面を表す端面図である。
また、第３ガスセンサ素子２０７は、第３素子本体部２７０のガス測定室９１において、多孔質電極８７の端部のうち長手方向に垂直な幅方向における両端（図１２における左右両端）に配置される２つの第３多孔質体２９２を備えている。

【0128】

このような２つの第３多孔質体２９２を備える第３ガスセンサ素子２０７は、多孔質電極８７の端部が２つの第３多孔質体２９２と固体電解質体８３との間で挟み込まれる構成である。また、第３ガスセンサ素子２０７は、多孔質電極７７の端部が２つの第３多孔質体２９２と固体電解質体７５との間で挟み込まれる構成である。

【0129】

なお、第３ガスセンサ素子２０７は、上述のガスセンサ素子７と同様の２セル構造（酸素濃淡電池セル８１、酸素ポンプセル８９）である。第３ガスセンサ素子２０７のガス測定室９１は、固体電解質体８３、第２絶縁スペーサ１９３、固体電解質体７５によって形成されている。なお、第３ガスセンサ素子２０７のうち上述のガスセンサ素子と同一の構成については、同一符号で表している。

【0130】

この第３ガスセンサ素子２０７は、上述のガスセンサ素子７と同様に、固体電解質体８３および固体電解質体７５のブラックニングを抑制できると共に、製造時における固体電解質体８３および固体電解質体７５の生切れを抑制して焼成後の固体電解質体８３および固体電解質体７５におけるクラックを抑制できる。

【0131】

つまり、ガスセンサ素子は、外部から中空部（ガス測定室）までのガス導入経路を複数備える構成（ガスセンサ素子７）に限られることはなく、ガス導入経路を１カ所備える構成（第３ガスセンサ素子２０７）であってもよい。

【0132】

ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
多孔質電極７７および多孔質電極７９が一対の電極部の一例に相当し、多孔質電極８５および多孔質電極８７が一対の電極部の一例に相当し、第２絶縁スペーサ１９３が緻密体の一例に相当し、ガス測定室９１が中空部の一例および測定室の一例に相当する。第３多孔質体２９２が多孔質体の一例に相当し、多孔質電極７７および多孔質電極８７が中空部側電極部の一例に相当し、第２拡散律速部１９５が拡散抵抗部の一例に相当する。

【0133】

［４．第４実施形態］
第４実施形態として、多孔質体が多孔質電極の端部における４辺のうち３辺に配置される第４ガスセンサ素子３０７を備える酸素センサについて説明する。

【0134】

第４実施形態の酸素センサは、第１実施形態の空燃比センサ１におけるガスセンサ素子７を第４ガスセンサ素子３０７に置き換えることで構成される。
第４ガスセンサ素子３０７は、図１３，１４，１５に示すように、第４素子本体部３７０のガス測定室９１において、多孔質電極８７の端部における４辺のうち３辺に配置される第４多孔質体３９２を備えている。

【0135】

なお、図１３は、第４ガスセンサ素子３０７における内部構造を表す端面図であり、図１４の第４ガスセンサ素子３０７におけるＨ−Ｈ視端面を表す端面図に相当する。図１４は、図１３の第４ガスセンサ素子３０７におけるＧ−Ｇ視端面を表す端面図であり、図１５は、図１４の第４ガスセンサ素子３０７におけるＪ−Ｊ視端面を表す端面図である。

【0136】

このような第４多孔質体３９２を備える第４ガスセンサ素子３０７は、多孔質電極８７の端部における４辺のうち３辺の端部が第４多孔質体３９２と固体電解質体８３との間で挟み込まれる構成である。また、第４ガスセンサ素子３０７は、多孔質電極７７の端部における４辺のうち３辺の端部が第４多孔質体３９２と固体電解質体７５との間で挟み込まれる構成である。

【0137】

また、この第４ガスセンサ素子３０７は、第３ガスセンサ素子２０７と同様に、外部からガス測定室９１までの第２ガス導入部１９４を１カ所のみ備える。
なお、第４ガスセンサ素子３０７は、上述のガスセンサ素子７と同様の２セル構造（酸素濃淡電池セル８１、酸素ポンプセル８９）である。第４ガスセンサ素子３０７のガス測定室９１は、固体電解質体８３、第２絶縁スペーサ１９３、固体電解質体７５によって形成されている。

【0138】

なお、第４ガスセンサ素子３０７のうち上述のガスセンサ素子と同一の構成については、同一符号で表している。
この第４ガスセンサ素子３０７は、上述のガスセンサ素子７と同様に、固体電解質体８３および固体電解質体７５のブラックニングを抑制できると共に、製造時における固体電解質体８３および固体電解質体７５の生切れを抑制して焼成後の固体電解質体８３および固体電解質体７５におけるクラックを抑制できる。

【0139】

つまり、ガスセンサ素子は、多孔質体が多孔質電極の長手方向における先端および後端に配置される構成（ガスセンサ素子７）に限られることはなく、多孔質体が多孔質電極の端部における４辺のうち３辺に配置される構成（第４ガスセンサ素子３０７）であっても良い。

【0140】

ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
多孔質電極７７および多孔質電極７９が一対の電極部の一例に相当し、多孔質電極８５および多孔質電極８７が一対の電極部の一例に相当し、第２絶縁スペーサ１９３が緻密体の一例に相当し、ガス測定室９１が中空部の一例および測定室の一例に相当する。第４多孔質体３９２が多孔質体の一例に相当し、多孔質電極７７および多孔質電極８７が中空部側電極部の一例に相当し、第２拡散律速部１９５が拡散抵抗部の一例に相当する。

【0141】

なお、第４ガスセンサ素子３０７の変形例として、図１６に示すような第５多孔質体４９２を備える第５ガスセンサ素子４０７が挙げられる。
第５ガスセンサ素子４０７は、図１６に示すように、第５素子本体部４７０のガス測定室９１において、多孔質電極８７の端部における４辺のうち、多孔質電極８７の長手方向における両側面および後端の３辺に配置される第５多孔質体４９２を備えている。

【0142】

つまり、ガスセンサ素子は、多孔質体が多孔質電極の長手方向における先端および両側面の３辺に配置される構成（第４ガスセンサ素子３０７）に限られることはなく、多孔質体が多孔質電極の端部における両側面および後端の３辺に配置される構成（第５ガスセンサ素子４０７）であっても良い。

【0143】

この場合、第５多孔質体４９２が多孔質体の一例に相当する。
［５．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

【0144】

例えば、多孔質体、多孔質電極、拡散律速部のそれぞれの拡散抵抗は、上記数値に限定されるものではなく、本発明が適用される数値範囲において、任意の数値を採ることができる。

【0145】

つまり、多孔質体および拡散律速部（拡散抵抗部）のそれぞれの拡散抵抗は、多孔質体の拡散抵抗が拡散律速部（拡散抵抗部）の拡散抵抗以下となる態様において、任意の数値を採ることができる。また、多孔質電極（中空部側電極部）および拡散律速部（拡散抵抗部）のそれぞれの拡散抵抗は、多孔質電極（中空部側電極部）の拡散抵抗が拡散律速部（拡散抵抗部）の拡散抵抗よりも大きくなる態様において、任意の数値を採ることができる。

【0146】

また、多孔質体のうち、中空部側電極部との重なり部分の大きさは、上記の各実施形態に示される大きさに限定されるものではなく、多孔質体と固体電解質体との間で中空部側電極部を挟み込むことができる態様において、任意の大きさを採ることができる。

【0147】

例えば、第２ガスセンサ素子１０７においては、第２多孔質体１９２のうち多孔質電極８７との重なり部分の大きさは、図１７の図中上側領域に示す寸法Ｌ１のような小さい範囲としてもよく、図１７の図中下側領域に示す寸法Ｌ２のような大きい範囲としてもよい。図１７では、第２多孔質体１９２のうち多孔質電極８７との重なり部分が小さい場合の構成を図中上側領域に示し、第２多孔質体１９２のうち多孔質電極８７との重なり部分が大きい場合の構成を図中下側領域に示している。

【0148】

なお、第２多孔質体１９２と多孔質電極８７との重なり部分が大きい場合であっても、多孔質電極８７は、絶縁スペーサ９３に接触することなく、絶縁スペーサ９３から離れて配置される。

【符号の説明】

【0149】

１…空燃比センサ、７…ガスセンサ素子、１７…保護層、７０…素子本体部、７１…素子部、７３…ヒータ、７５…固体電解質体、７７…多孔質電極、７９…多孔質電極、８１…酸素濃淡電池セル、８３…固体電解質体、８５…多孔質電極、８７…多孔質電極、８９…酸素ポンプセル、９０…検知部、９１…ガス測定室、９２…多孔質体、９３…絶縁スペーサ、９４…ガス導入部、９５…拡散律速部、１０７…第２ガスセンサ素子、１９１…大気室、１９２…第２多孔質体、１９３…第２絶縁スペーサ、１９４…第２ガス導入部、１９５…第２拡散律速部、２０７…第３ガスセンサ素子、２９２…第３多孔質体、３０７…第４ガスセンサ素子、３９２…第４多孔質体、４０７…第５ガスセンサ素子、４９２…第５多孔質体４９２。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】