特許 6363500 ガスセンサ制御装置

(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】6363500

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】ガスセンサ制御装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20180712BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/416 331

【請求項の数】3

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2014-266161(P2014-266161)

(22)【出願日】2014年12月26日

(65)【公開番号】特開2016-125889(P2016-125889A)

(43)【公開日】2016年7月11日

【審査請求日】2017年3月7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】鎌田 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】若園 知宏

(72)【発明者】

【氏名】中川 将生

【審査官】 黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０７２４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１２１６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０６９１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１１８７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１８３３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４８３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１０５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９１０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０２６２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１４１６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００９７５５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４１６

Ｇ０１Ｎ ２７／４１９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１

(57)【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素子であり、
三つ以上の前記セラミック層のうち、二つの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測定室と、
前記第１測定室を形成する前記層間とは異なる二つのセラミック層の層間に形成されると共に、前記第１測定室と少なくとも一部が積層方向に重なり合う第２測定室と、
前記第１測定室と前記第２測定室との間に配置されるセラミック層を前記積層方向に貫くと共に、前記第１測定室と前記第２測定室とを連通する導入路と、
前記第１測定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ポンプセルであり、前記第１測定室に隣接するセラミック層と、該セラミック層上に設けられ、前記第１測定室内に晒される第１内側電極と、該第１内側電極と対をなす第１対電極とを備える第１ポンプセルと、
前記第１ポンプセルより前記被測定ガスの導入方向下流側に配置され、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であり、前記第１測定室に隣接するセラミックと、該セラミック層上に設けられ、前記第１測定室内に晒された検知電極と、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配置され、前記第２測定室内における被測定ガス中の特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２ポンプセルであり、前記第２測定室に隣接するセラミック層と、該セラミック層上に設けられ、前記第２測定室内に晒される第２内側電極と、該第２内側電極が設けられた前記セラミック層の同一面上に設けられ、該第２内側電極と対をなす第２対電極とを備える第２ポンプセルと
を有するガスセンサ素子と、
前記酸素濃度検知セルの内部抵抗に基づき、前記ガスセンサ素子の温度を制御する制御部と、
を有するガスセンサ制御装置であって、
前記酸素濃度検知セルは、前記検知電極と前記基準電極との少なくとも一部が、前記セラミック層を介して対向しており、
前記第２ポンプセルの前記第２内側電極及び前記第２対電極のそれぞれの少なくとも一部は、前記ガスセンサ素子を前記積層方向に見た場合に、前記検知電極と前記基準電極との対向する対向領域の最外周に取り囲まれる特定領域に重なるように配置されており、
且つ、前記基準電極と前記第２対電極とは、基準ガスが導入される基準ガス導入部内に配置されていることを特徴とするガスセンサ制御装置。

【請求項2】

前記ガスセンサ素子を前記積層方向に見た場合に、前記検知電極及び前記基準電極は、それぞれ、少なくとも前記導入路よりも前記被測定ガスの導入方向上流側及び前記被測定ガスの導入方向下流側の前記セラミック層上に、前記導入路を囲むように設けられていると共に、前記導入路は、前記特定領域と少なくとも一部が重なるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ制御装置。

【請求項3】

被測定ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を有するガスセンサを備えたガスセンサ制御装置であって、
前記ガスセンサ素子として、請求項１又は請求項２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制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象ガス（被測定ガス）中に含まれる特定ガスを検出するためのガスセンサ素子と、そのガスセンサ素子の温度を制御する制御部とを備えたガスセンサ制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、被測定ガス（例えば排気ガス等）に含まれる特定ガス（例えばＮＯｘ等）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が知られている。

【0003】

このガスセンサ素子としては、板型の固体電解質体と、固体電解質体の外面に形成される一対の電極と、を有するセルを複数備えているものがある（特許文献１参照）。
例えば、図１４（ａ）に示すように、ＮＯｘを検出するガスセンサ素子は、セルとして、第１ポンプセル９０１、酸素濃度検知セル９０２、第２ポンプセル（ＮＯｘ検知セル）９０３などを備えており、それらは、絶縁層９１０、９２０等を介して積層されている。

【0004】

このうち、第１ポンプセル９０１は、被測定ガス（排気ガス等）における酸素の汲み入れおよび汲み出し（ポンピング）を行い、被測定ガスの酸素濃度を調整する。酸素濃度検知セル９０２は、第１ポンプセル９０１によって調整された測定対象の酸素濃度を検知する。第２ポンプセル９０３には、酸素濃度が調整された被測定ガスに含まれるＮＯｘ濃度に応じた第２ポンピング電流が流れる。この第２ポンピング電流に基づいて被測定ガスにおけるＮＯｘ濃度を検出できる。

【0005】

また、これとは別に、酸素濃度検知セルに配置された検知電極と基準電極との間に、所定の電流値の電流を流し、このときの検知電極と基準電極との間の電圧値と前記電流値とに基づいて、検知電極と基準電極との間の抵抗値（即ち酸素濃度検知セルの内部抵抗）を求め、この抵抗値に基づいて酸素濃度検知セルの温度を検知する技術が開示されている（特許文献２参照）。

【0006】

この技術では、酸素濃度検知セルの温度に基づいて、ヒータへの印加電圧を制御して、ガスセンサ素子の温度をガス検知に好適な温度、即ち第１、第２ポンプセルや酸素濃度検知セルが機能を発揮できる活性化温度に制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−１２２１８７号公報

【特許文献2】特開２００３−１８５６２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところが、上述したヒータの温度制御を行う従来技術においては、温度を測定する位置とＮＯｘ濃度を検出する位置とが、ガスセンサ素子の長手方向に異なる場合には、ガスセンサの測定精度が低下することがあった。

【0009】

例えば、図１４（ａ）に示すように、温度を測定する位置（例えば酸素濃度検知セル９０２の検知電極９０２ａと基準電極９０２ｂとが対向する位置）Ｐ１と、ＮＯｘ濃度の検出に寄与する位置（例えばＮＯｘ濃度の検出のために被測定ガスに接触する第２内側電極
９０３ａの位置）Ｐ２とが、ガスセンサ素子の長手方向（同図左右方向）に異なるガスセンサがある。

【0010】

このガスセンサを、例えば排気管等に取り付けて、排気ガス中の例えばＮＯｘ濃度を検出する場合には、ガスセンサの主体金具の影響や排気ガスの流速の影響等によって、図１４（ｂ）に示すように、ガスセンサ素子の先端側から後端側における温度勾配の傾きが変化することがある。

【0011】

この図１４（ｂ）は、ガスセンサ素子の位置によるガスセンサ素子の温度勾配を示したものであり、図面左側がガスセンサ素子の先端側、図面右側がガスセンサ素子の後端側を示している。そして、○、△、◇は、それぞれ同じガスセンサ素子を示しており、例えば、あるガスセンサ素子の温度勾配が○でありながら、ガスセンサの主体金具の影響や排気ガスの流速の影響の度合の違いなどにより、位置Ｐ１を中心に温度勾配が△や◇のように変化することがあった。

【0012】

つまり、図１４（ｂ）に示すように、位置Ｐ１では、酸素濃度検知セル９０２の温度に基づいて、ガスセンサ素子の温度を制御しているため、それぞれ、○、△、◇のガスセンサ素子の温度は略同じ温度となっているにも関わらず、ガスセンサの主体金具の影響や排気ガスの流速の影響の度合の違いなどにより、ガスセンサ素子の先端側から後端側における温度勾配の傾きが変化し、位置Ｐ２においては、ガスセンサ素子の温度がばらつくことがある。

【0013】

つまり、温度を測定する位置Ｐ１とＮＯｘ濃度の検出に寄与する位置Ｐ２とが、ガスセンサ素子の長手方向に異なる場合には、ＮＯｘ濃度の検出に寄与する位置Ｐ２の温度が目的とする温度からばらつくことがある。

【0014】

このＮＯｘ濃度の検出に寄与する位置Ｐ２の温度ばらつき、即ち、固体電解質体及び一対の電極からなる第２ポンセル（ＮＯｘ検知セル）９０３の温度ばらつきは、電極活性、被測定ガス内の特定ガス以外のガス解離量、固体電解質体の内部抵抗などのばらつきを引き起こすことがあり、それによって、第２ポンピング電流がばらつくことがある。その結果、ＮＯｘ濃度の検出精度の低下に繋がる恐れがある。

【0015】

そこで、本発明は、特定ガスの検出精度の高いガスセンサ素子を備えたガスセンサ制御装置を提供すること、および、そのようなガスセンサ素子を有するガスセンサを備えたガスセンサ制御装置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】

【0016】

（１）本発明の第１局面におけるガスセンサ制御装置は、ガスセンサ素子と制御部とを有する。このうち、ガスセンサ素子は、三つ以上のセラミック層を積層してなり、第１測定室と、第２測定室と、導入路と、第１ポンプセルと、酸素濃度検知セルと、第２ポンプセルとを有する。

【0017】

第１測定室は、三つ以上のセラミック層のうち、二つのセラミック層の層間に形成さており、外部から被測定ガスが導入される。
第２測定室は、第１測定室を形成する層間とは異なる二つのセラミック層の層間に形成されており、第１測定室と少なくとも一部がセラミック層の積層方向に重なり合う。

【0018】

導入路は、第１測定室と第２測定室との間に配置されるセラミック層を積層方向に貫いており、第１測定室と第２測定室とを連通する。
第１ポンプセルは、第１測定室に隣接するセラミック層と、該セラミック層上に設けら
れ、第１測定室内に晒される第１内側電極と、第１内側電極と対をなす第１対電極とを備えている。この第１ポンプセルは、第１測定室内の被測定ガスに含まれる酸素をポンピングする。

【0019】

酸素濃度検知セルは、第１ポンプセルより被測定ガスの導入方向下流側に配置されている。この酸素濃度検知セルは、第１測定室に隣接するセラミック層と、該セラミック層上に設けられ、第１測定室内に晒される検知電極と、検知電極と対をなす基準電極とを備えている。この酸素濃度検知セルは、被測定ガス中の酸素濃度を測定する。

【0020】

第２ポンプセルは、酸素濃度検知セルより被測定ガスの導入方向下流側に配置されている。この第２ポンプセルは、第２測定室に隣接するセラミック層と、該セラミック層上に設けられ、第２測定室内に晒される第２内側電極と、第２内側電極が設けられたセラミック層の同一面上に設けられ、第２内側電極と対をなす第２対電極とを備えている。この第２ポンプセルは、第２測定室内における被測定ガス中の特定ガス濃度に応じた電流（第２ポンピング電流）が流れる。

【0021】

一方、制御部は、酸素濃度検知セルの内部抵抗に基づき、ガスセンサ素子の温度を制御する。
また、前記酸素濃度検知セルは、検知電極と基準電極との少なくとも一部が、セラミック層を介して対向しており、第２内側電極及び第２対電極のそれぞれの少なくとも一部は、ガスセンサ素子を積層方向に見た場合に、検知電極と基準電極との対向する対向領域の最外周に取り囲まれる特定領域に重なるように配置されている。更に、基準電極と第２対電極とは、基準ガスが導入される基準ガス導入部内に配置されている。

【0022】

このように、第１局面のガスセンサ制御装置では、（特定ガスの検出に用いられる）第２ポンプセルの第２内側電極少なくとも一部及び第２対電極の少なくとも一部は、ガスセンサ素子を積層方向に見た場合に、（ガスセンサの温度の制御に用いられる内部抵抗が検出される）酸素濃度検知セルの検知電極と基準電極との対向する対向領域の最外周に取り囲まれる特定領域に重なるように配置されているので、被測定ガス中の特定ガスの検出精度が高いという効果がある。

【0023】

つまり、第１局面のガスセンサ制御装置では、特定ガスを検出する第２内側電極及び第２対電極の配置された位置（以下ガス検出位置と称することもある）を、酸素濃度検知セルの内部抵抗を検出する位置（以下温度制御位置と称することもある）と重ねることで、ガス検出位置では、従来のようなガスセンサ素子の温度ばらつきの影響を受けにくい。

【0024】

すなわち、特定ガスの検出を行う場合には、温度制御位置にて検出された内部抵抗に基づくガスセンサ素子の温度を用いて、ガス検出位置にて特定ガス等の反応（特定ガスを検知する反応）が生じるとして、第２ポンプセルに流れる電流に基づいて特定ガスを検出するが、第１局面のガスセンサ制御装置では、温度制御位置とガス検出位置とが近接しているので、特定ガスを検出する際に温度ばらつきの影響を受けにくい。つまり、第２ポンピング電流のばらつきが生じにくいので、被測定ガス中の特定ガスの検出精度が高いという顕著な効果を奏する。

【0025】

特に、特定ガスの検出に用いられる第２内側電極と第２対電極との間に流れる第２ポンピング電流は、μＡオーダーの微小な電流であることもあるので、わずかな温度ばらつきによる誤差でも、特定ガスの検出に与える影響は大きい。よって、上述した温度制御位置とガス検出位置の配置は重要である。

【0026】

また、第１局面のガスセンサ素子では、基準電極と第２対電極とは、互いに基準ガスが導入される基準ガス導入部内に配置されているので、その点からも特定ガスの検出精度が
高いという利点がある。

【0027】

つまり、酸素濃度の検知に用いられる基準電極と特定ガスの検出に用いられる第２対電極とは、共に、同じ基準ガス導入部内の基準ガス（即ち酸素濃度が同じガス）に接するので、その点からも、検出精度が高いという利点がある。

【0028】

ここで、「特定ガスの検出」とは、特定ガスの有無の検出又は特定ガスの濃度の検出を含むものである。
また、酸素濃度検知セルは、検知電極の全てと基準電極の全てとが対向していてもよいし、検知電極の一部と基準電極の一部とが対向していてもよい。さらに、第２内側電極の全てと第２対電極の全てとが、それぞれ特定領域に重なっていてもよいし、第２内側電極の一部と基準電極の一部とが、それぞれ特定領域に重なっていてもよい。

【0029】

（２）本発明の第２局面のガスセンサ制御装置では、ガスセンサ素子を積層方向に見た場合に、検知電極及び基準電極は、それぞれ、少なくとも導入路よりも被測定ガスの導入方向上流側及び被測定ガスの導入方向下流側のセラミック層上に、導入路を囲むように設けられていると共に、導入路は、特定領域と少なくとも一部が重なるように設けられていてもよい。

【0030】

第２局面のガスセンサ制御装置では、酸素濃度検知セルの検知電極及び基準電極の位置（温度制御位置）と、被測定ガスが導入される導入路と、第２ポンプセルの両電極が、近い位置に設定されていることにより、一層温度ばらつきなどの影響を受けにくく、被測定ガスの特定ガス中の検出精度が高いという効果がある。

【0031】

その上、導入路に導入される被測定ガスは、検知電極と接する位置（例えば導入路の開口部の周囲）などによって、第２測定室に導入される被測定ガス中に含まれる特定ガスの割合がばらつくことがある。それに対して、第２局面のガスセンサ制御装置では、両電極のうちの検知電極は、少なくとも導入路よりも被測定ガスの導入方向上流側及び被測定ガスの導入方向下流側のセラミック層上に、導入路を囲むように配置されているので、第２測定室に導入される被測定ガス中に含まれる特定ガスの割合のばらつきを抑制し、特定ガスの濃度を精度良く検出することができる。

【0032】

なお、各電極が導入路を囲む範囲としては、多い方が望ましいが、少なくとも前記導入路よりも被測定ガスの導入方向上流側（つまり第１ポンプセル側）及び被測定ガスの導入方向下流側を含むことが好適である（以下同様）。

【0033】

（３）本発明の第３局面のガスセンサの制御装置は、被測定ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を有するガスセンサを備えたガスセンサ制御装置であって、前記ガスセンサ素子として、第１または第２局面のガスセンサ素子を備える。

【0034】

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の制御装置は、特定ガスの検出精度が高いという効果がある。

【発明の効果】

【0035】

本発明のガスセンサ制御装置によれば、被測定ガス中の特定ガスの検出精度が高いという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】第１実施形態のＮＯｘ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】第１実施形態のガスセンサ素子の外観を示す斜視図である。

【図3】第１実施形態のガスセンサ素子を分解して示す斜視図である。

【図4】第１実施形態のガスセンサ素子の一部を示す平面図である。

【図5】第１実施形態のガスセンサ素子の導入路の近傍の構成を、Ｚ軸方向に沿って破断し拡大して模式的に示す断面図である。

【図6】第１実施形態のガスセンサ素子における酸素濃度検知セル及び第２ポンプセルの各電極の配置を、Ｚ軸方向に見たように重ね合わせて示す平面図である。

【図7】第１実施形態のガスセンサ素子をＹ軸方向に沿ってＺ軸方向に破断し、その先端側における内部構造と制御部の構成とを模式的に示す説明図である。

【図8】第１実施形態の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9】（ａ）第２実施形態のガスセンサ素子の導入路の近傍の構成を、Ｚ軸方向に沿って破断し拡大して模式的に示す断面図、（ｂ）はその酸素濃度検知セル及び第２ポンプセルの各電極の配置を、Ｚ軸方向に見たように重ね合わせて示す平面図である。

【図10】（ａ）第３実施形態のガスセンサ素子の導入路の近傍の構成を、Ｚ軸方向に沿って破断し拡大して模式的に示す断面図、（ｂ）はその酸素濃度検知セル及び第２ポンプセルの各電極の配置を、Ｚ軸方向に見たように、重ね合わせて示す平面図である。

【図11】第４実施形態のガスセンサ素子を分解して示す斜視図である。

【図12】第４実施形態のガスセンサ素子の一部を示す平面図である。

【図13】第４実施形態のガスセンサ素子の導入路の近傍の構成を、Ｚ軸方向に沿って破断し拡大して模式的に示す断面図である。

【図14】（ａ）は従来のガスセンサ素子の断面図、（ｂ）はそのガスセンサ素子の長手方向における温度ばらつきを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0037】

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ＮＯｘセンサを備えたガスセンサ制御装置を例に挙げる。具体的には、自動車や各種内燃機関における排気管に装着されるガスセンサを備えたガスセンサ制御装置であって、測定対象となる排気ガス中の特定ガス（窒素酸化物：ＮＯｘ）を検出するガスセンサ素子（検出素子）が組み付けられて構成されるＮＯｘセンサを備えたガスセンサ制御装置を例に挙げて説明する。

【0038】

［１．第１実施形態］
［１−１．ＮＯｘセンサの全体構成］
まず、第１実施形態のガスセンサ素子が使用されるＮＯｘセンサの全体の構成について、図１に基づいて説明する。

【0039】

図１に示す様に、第１実施形態におけるＮＯｘ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Ｏ方向（ＮＯｘ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Ｏ方向に貫通する貫通孔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第１セパレータ１３と、ガスセンサ素子７と第１セパレータ１３との間に配置される６個（図１には２個のみ図示）の接続端子１５、を主に備えている。

【0040】

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（板型形状）に形成されており、その先端側に、被測定ガスに含まれる特定ガス（ここではＮＯｘ）を検出する検知部１７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２５，２６，２７，２８，２９，３０（詳細は、図２、図３参照）が形成されている。

【0041】

接続端子１５は、ガスセンサ素子７の電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０にそれぞれ電気的に接続されるとともに、外部からＮＯｘセンサ１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いる。これにより、リード線３５が接続される外部機器と電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０との間に流れる電流の電流経路が形成される。

【0042】

主体金具５は、軸線Ｏ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１７を貫通孔３７の先端よりも先端側に配置し、電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０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。

【0043】

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４３，４５、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。

【0044】

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４３，４５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。

【0045】

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。

【0046】

一方、主体金具５の後端側外周には、外筒５７が固定されており、外筒５７の後端側の開口部には、グロメット５９が配置されている。このグロメット５９には、各電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０とそれぞれ電気的に接続される６本のリード線３５（図１では２本が図示）が挿通されるリード線挿通孔６１が形成されている。

【0047】

なお、第１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。また、第１セパレータ１３の後端側には、第１セパレータ１３とグロメット５９に狭持される第２セパレータ６７が配置されており、接続端子１５の後端側が第２セパレータ６７内に挿入されている。

【0048】

［１−２．ガスセンサ素子の構成］
次に、ガスセンサ素子７の構成について、図２〜図６に基づいて説明する。
なお、図２において、長手方向がガスセンサの軸線Ｏ方向に沿う形態となる。また図２のＺ軸方向は、長手方向に垂直な積層方向（以下平面視と称することもある）であり、Ｘ軸方向は、長手方向及び積層方向に垂直な幅方向である。また、図３、図４において、左方向がガスセンサ素子７の先端側であり、右方向がガスセンサ素子７の後端側である。

【0049】

＜ガスセンサ素子の全体構成＞
図２に示す様に、ガスセンサ素子７は、長手方向（Ｙ軸方向）に延びる長尺で、直方体形状の板材である。

【0050】

このガスセンサ素子７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。また、ガスセンサ素子７は、そ
の先端側に、被測定ガスに含まれる特定ガスを検出する検知部１７を備える。

【0051】

つまり、ガスセンサ素子７は、図３に示すように、積層方向（図３の上下方向）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。

【0052】

素子部７１は、後述するように、第１ポンプセル７５と、酸素濃度検知セル７７と、第２ポンプセル７９とを備える。
＜素子部及びヒータの構成＞
素子部７１は、第１絶縁層８１、第１セラミック層８３、第２絶縁層８５、第２セラミック層８７、第３絶縁層８９、第３セラミック層９１を、この順に積層した構造を有する。また、ヒータ７３は、第４絶縁層９３、第５絶縁層９５をこの順に積層した構造を有する。

【0053】

また、第１〜第３セラミック層８３，８７，９１は、ガスセンサ素子７の長手方向に延びる板状である。
第１セラミック層８３と第２セラミック層８７との間には、第１測定室９７が形成されている。第１測定室９７の先端側領域は、２つの拡散抵抗体９９を介して外部に繋がっており、拡散抵抗体９９を介して外部から外気である被測定ガス（排気ガス）がガスセンサ素子７の内部に導入される。第１測定室９７は、その後端側領域において、第２セラミック層８７に形成される導入路１０１を介して、第３絶縁層８９に形成される第２測定室１０３に繋がっている。

【0054】

なお、導入路１０１の形状は、積層方向に見て（即ち積層方向と同じ方向で見た場合（平面視で））例えば円形である。つまり、導入路１０１は、円柱状の空間として形成されている。

【0055】

第４、第５絶縁層９３，９５の間には、タングステン等の導体によって形成された発熱抵抗体１０５が備えられている。発熱抵抗体１０５は、ヒータ７３の一部として備えられている。

【0056】

ヒータ７３は、外部から供給された電力によって発熱抵抗体１０５が発熱することで、ガスセンサ素子７（特に、素子部７１）を所定の活性温度に昇温し、固体電解質体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。

【0057】

なお、前記第１〜第３セラミック層８３、８７、９１は、それぞれ、酸素イオン伝導性を有する固体電解質である例えばジルコニアを主成分に用いて形成されている。また、第１〜第５絶縁層８１、８５、８９、９３、９５は、電気絶縁材料である例えばアルミナを主成分に用いて形成されており、気体等の流体の透過（流通）を防止できる程度に密に形成されている。拡散抵抗体９９は、アルミナ等の多孔質物質を用いて形成され、気体の流通が可能になっている。

【0058】

ここで、主成分とは「セラミック層中の主材料の含有量が５０ｗｔ％以上であること」を指し、例えば、第１〜第３セラミック層８３、８７、９１は、ジルコニアが５０ｗｔ％以上含有されている。

【0059】

＜各セルの構成＞
図３及び図４に示すように、素子部７１は、第１ポンプセル７５と、酸素濃度検知セル７７と、第２ポンプセル７９とを有している。

【0060】

第１ポンプセル７５は、固体電解質体からなる第１セラミック層８３と、これを挟持するように配置された一対の矩形状の電極、即ち第１内側電極１１１及び第１対電極１１３とを備えている。第１内側電極１１１は、第１測定室９７に面している。

【0061】

第１対電極１１３は、第１絶縁層８１のうちの第１対電極１１３と対向する部分（開口部１１５）に埋め込まれた多孔質部１１７（例えば、アルミナ）により覆われている。多孔質部１１７は、ガス（例えば、酸素）が通過可能に構成されている。

【0062】

酸素濃度検知セル７７は、固体電解質体からなる第２セラミック層８７と、これを挟持するように配置された円環状の一対の電極、即ち検知電極１１９及び基準電極１２１とを備えている。また、第２セラミック層８７には、検知電極１１９及び基準電極１２１の中心（平面視）に、第２セラミック層８７を厚み方向に貫通する導入路１０１が設けられている。なお、導入路１０１は、平面視で円形である。

【0063】

第３絶縁層８９のうち、基準電極１２１に接する部分には、第３絶縁層８９の厚さ方向に貫通する空間部分としての基準酸素室１２３が形成されている。この基準酸素室１２３内には、第３セラミック層９１側に多孔質部１２５（図７参照）が配置され、第２セラミック層８７側は空間となっている。なお、基準酸素室１２３は、平面視で例えば１箇所が欠けた円環状（即ちＣ字状）に形成されている。

【0064】

また、第３絶縁層８９のうち、基準酸素室１２３の中央（平面視）には、第３絶縁層８９の厚さ方向に貫通する空間部分としての第２測定室１０３が形成されている。なお、第２測定室１０３は、平面視で円形である。

【0065】

なお、円環状の基準酸素室１２３と円形の第２測定室１０３とは、環状隔壁１２７を介して同心状に形成されており、環状隔壁１２７は、基準酸素室１２３を横断するようにして設けられた直線状隔壁１２９により、基準酸素室１２３の外周側と接続されている（図４（ｄ）参照）。

【0066】

前記酸素濃度検知セル７７については、予め定められた微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素が酸素濃度検知セル７７を介して第１測定室９７から基準酸素室１２３に送り込まれる。そして、基準酸素室１２３の酸素濃度は、所定の濃度に維持される。これにより、基準酸素室１２３は、酸素濃度の基準として利用される。

【0067】

第２ポンプセル７９は、固体電解質からなる第３セラミック層９１と、第３セラミック層９１のうち、第２測定室１０３に面した表面に配置された第２内側電極１３１と、基準酸素室１２３に面した表面に配置された第２対電極１３３とを備えている。

【0068】

このうち、第２内側電極１３１は、平面視で円形であり、導入路１０１と重なる位置（即ち導入路１０１の直下に：図５参照）配置されている。また、第２対電極１３３は、第２内側電極１３１の外周側を囲むように配置された、一部が欠けた円環状（即ちＣ字状：図４（ｃ）参照）であり、第２対電極１３３の表面は、前記多孔質部１２５により覆われている（図７参照）。

【0069】

また、第１絶縁層８１の後端側外表面には、３つの電極パッド２５，２６，２７が形成されており、第５絶縁層９５の後端側外表面にも、３つの電極パッド２８，２９，３０が形成されている。

【0070】

なお、前記各電極１１１，１１３，１１９，１２１，１３１，１３３及び電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０は、いずれも白金を主成分として形成されている。ま
た、各電極１１１，１１３，１１９，１２１，１３１，１３３は、電極反応を良好に維持するために、気体を内部に流通可能な程度の多孔質状に形成されている。すなわち、被測定ガスの気体（酸素やＮＯｘ等の気相）と電極（触媒相）と固体電解質（酸素イオン伝導相）とが接する三相界面を良好に形成する程度の多孔質状に形成されている。

【0071】

また、図３に示すように、各電極１１１，１１３，１１９，１２１，１３１，１３３および発熱抵抗体１０５は、配線ユニットＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６によって、対応する電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０と電気的に接続されている。

【0072】

詳細には、第１電極パッド２５は、第１配線ユニットＬ１によって第１対電極１１３と電気的に接続される。第２電極パッド２６は、第２配線ユニットＬ２によって基準電極１２１と電気的に接続される。第３電極パッド２７は、第３配線ユニットＬ３によって第１内側電極１１１、検知電極１１９、第２内側電極１３１に電気的に接続される。第４電極パッド３０は、第４配線ユニットＬ４によって第２対電極１３３に電気的に接続される。

【0073】

第１ヒータ用電極パッド２８は、第１ヒータ用配線ユニットＬ５によって発熱抵抗体１０５に電気的に接続される。第２ヒータ用電極パッド２９は、第２ヒータ用配線ユニットＬ６によって発熱抵抗体１０５に電気的に接続される。

【0074】

そして、前記各配線ユニットＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６のうち、第１配線ユニットＬ１は、第１リード部Ｌ１ａと第１スルーホール導体部Ｌ１ｂとを有する。第１スルーホール導体部Ｌ１ｂは、貫通孔Ｈ１によって形成される。第１スルーホール導体部Ｌ１ｂは、貫通孔Ｈ１の内表面に導体を形成することで作成される（なお、他のスルーホール導体部の導体の形成も同様である）。

【0075】

第２配線ユニットＬ２は、第２リード部Ｌ２ａと、第２スルーホール導体部Ｌ２ｂとを有する。第２スルーホール導体部Ｌ２ｂは、各貫通孔Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５によって形成される。

【0076】

第３配線ユニットＬ３は、第３ａリード部Ｌ３ａと、第３ｂリード部Ｌ３ｂと、第３ｃリード部Ｌ３ｃと、第３スルーホール導体部Ｌ３ｄとを有する。第３スルーホール導体部Ｌ３ｄは、各貫通孔Ｈ６，Ｈ７，Ｈ８，Ｈ９，Ｈ１０によって形成される。

【0077】

上記のように、第１内側電極１１１、検知電極１１９、第２内側電極１３１は、共通の第３電極パッド２７に電気的に接続されている。
第４配線ユニットＬ４は、第４リード部Ｌ４ａと、第４スルーホール導体部Ｌ４ｂとを有する。第４スルーホール導体部Ｌ４ｂは、各貫通孔Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３によって形成される。

【0078】

第１ヒータ用配線ユニットＬ５は、第１ヒータ用リード部Ｌ５ａと、第１ヒータ用スルーホール導体部Ｌ５ｂとを有する。第１ヒータ用スルーホール導体部Ｌ５ｂは、貫通孔Ｈ１４によって形成される。

【0079】

第２ヒータ用配線ユニットＬ６は、第２ヒータ用リード部Ｌ６ａと、第２ヒータ用スルーホール導体部Ｌ６ｂとを有する。第２ヒータ用スルーホール導体部Ｌ６ｂは、貫通孔Ｈ１５によって形成される。

【0080】

なお、各配線ユニットＬ１〜Ｌ６は、白金を主成分とし、セラミック（例えばアルミナ）を含む材料から構成されている。
＜導入路の周囲の構成＞
次に、本実施形態の要部である導入路１０１の周囲における各電極１１９、１２１、１３１、１３３の配置について、図５及び図６に基づいて、詳細に説明する。

【0081】

図５及び図６に示すように、第２セラミック層８７の上面には、導入路１０１を囲むように、円環状の検知電極１１９が配置されており、第２セラミック層８７の下面には、導入路１０１を囲むように、円環状の基準電極１２１が配置されている。

【0082】

検知電極１１９の幅は、基準電極１２１の幅より大きいので、平面視で、基準電極１２１は検知電極１１９の範囲内にて、重なるように配置されている。つまり、基準電極１２１は検知電極１１９の投影領域内に配置され、所定の円環状の対向領域Ｒ１（即ち基準電極１２１と一致する領域）にて重なっている。

【0083】

また、第３絶縁層８９には、導入路１０１の直下（図５の下方）に、円形の第２測定室１０３が設けられており、その外周側には、基準酸素室１２３がＣ字状（図４（ｃ）参照）に設けられている。

【0084】

更に、第３セラミック層９１の上面には、導入路１０１の直下に、円形の第２内側電極１３１が、第２測定室１０３内に配置されると共に、第２内側電極１３１の外周側には、Ｃ字状の第２対電極１３３が、基準酸素室１２３内に配置されている。

【0085】

特に、第１実施形態では、平面視で、基準電極１２１の円環状の外周（後述する最外周）ＧＳより内側の範囲（特定領域Ｒ２：図６の点線で囲まれる範囲内）に、第２内側電極１３１及び第２対電極１３３の全体が配置されている。

【0086】

つまり、第１実施形態では、第２内側電極１３１の少なくとも一部及び第２対電極１３３の少なくとも一部が、検知電極１１９と基準電極１２１との対向する対向領域Ｒ１の最外周（ここでは、基準電極１２１の外周ＧＳと同じ）に取り囲まれる特定領域Ｒ２に重なるように配置されている。また、基準電極１２１と第２対電極１３３とは、基準ガスが導入される基準酸素室１２３内に配置されている。

【0087】

更に、検知電極１１９及び基準電極１２１は、それぞれ導入路１０１の周囲に（即ち導入路の外周側を全て囲むよう）設けられていると共に、導入路１０１は、特定領域Ｒ２と少なくとも一部が重なるように設けられている。なお、導入路１０１の直下に（即ち導入路１０１の軸方向に）第２内側電極１３１が配置されている。

【0088】

［１−３．ガスセンサ制御装置の構成］
次に、ガスセンサ制御装置の全体構成について、図７に基づいて説明する。
図７に示すように、第１実施形態のガスセンサ制御装置１４１は、上述したガスセンサ素子７と、ガスセンサ素子７の動作を制御する制御部１４３とを備えている。

【0089】

制御部１４３は、マイクロコンピュータ１４５、電気回路部１４７等を有している。
マイクロコンピュータ１４５は、各種演算を実行するＣＰＵ１４９と、演算結果等が記憶されるＲＡＭ１５１と、ＣＰＵ１４９が実行するプログラム等を記憶するＲＯＭ１５３とを備えている。また、Ａ／Ｄコンバータ１５５と、そのＡ／Ｄコンバータ１５５を介して電気回路部１４７と接続されると共に、電子制御装置（以下、ＥＣＵと記載する）１５７と通信するための信号入出力部１５９と、図示しないタイマクロック等を備えている。

【0090】

電気回路部１４７は、基準電圧比較回路１６１、Ｉｐ１ドライブ回路１６３、Ｖｓ検出回路１６５、Ｉｃｐ供給回路１６７、Ｒｐｖｓ検出回路１６９、Ｉｐ２検出回路１７１、Ｖｐ２印加回路１７３、ヒータ駆動回路１７５から構成され、マイクロコンピュータ１４
５による制御を受けて、ガスセンサ素子７を用いて排気ガス中のＮＯｘ濃度の検出を行う。

【0091】

尚、第１ポンプセル７５の第１測定室９７側の第１内側電極１１１、酸素濃度検知セル７７の第１測定室９７側の検知電極１１９、第２ポンプセル７９の第２測定室１０３側の第２内側電極１３１は、基準電位に接続されている。

【0092】

Ｉｃｐ供給回路１６７は、酸素濃度検知セル７７の検知電極１１９と基準電極１２１との間に電流Ｉｃｐを供給し、第１測定室９７内から基準酸素室１２３内への酸素の汲み出しを行う。

【0093】

Ｖｓ検出回路１６５は、検知電極１１９と基準電極１２１との間の電圧Ｖｓを検出するための回路であり、その検出結果を基準電圧比較回路１６１に対し出力している。
基準電圧比較回路１６１は、Ｖｓ検出回路１６５により検出された検知電極１１９と基準電極１２１との間の電圧Ｖｓを、基準となる基準電圧（例えば４２５ｍＶ）と比較するための回路であり、その比較結果をＩｐ１ドライブ回路１６３に対し出力している。

【0094】

Ｉｐ１ドライブ回路１６３は、第１ポンプセル７５の第１内側電極１１１と第１対電極１１３との間に電流（第１ポンピング電流）Ｉｐ１を供給するための回路である。電流Ｉｐ１の大きさや向きは、基準電圧比較回路１６１による検知電極１１９と基準電極１２１との間の電圧の比較結果に基づいて、検知電極１１９と基準電極１２１との間の電圧が予め設定された基準電圧と略一致するように調整されている。

【0095】

その結果、第１ポンプセル７５により、第１測定室９７内からガスセンサ素子７外部への酸素の汲み出し、或いはガスセンサ素子７外部から第１測定室９７内への酸素の汲み入れが行われる。換言すると、第１ポンプセル７５は、検知電極１１９と基準電極１２１との間の電圧が一定値（基準電圧の値）に保たれるように、第１測定室９７内における酸素濃度の調整を行っている。

【0096】

また、Ｖｐ２印加回路１７３は、第２ポンプセル７９の第２内側電極１３１と第２対電極１３３との間へ電圧Ｖｐ２（例えば４５０ｍＶ）を印加するための回路であり、これにより、第２測定室１０３内から基準酸素室１２３への酸素の汲み出しが行われる。

【0097】

Ｉｐ２検出回路１７１は、第２内側電極１３１から第２対電極１３３に流れた電流（第２ポンピング電流）Ｉｐ２の値の検出を行う回路である。
Ｒｐｖｓ検出回路１６９は、前記酸素濃度検知セル７７の検知電極１１９と基準電極１２１と間に瞬間的に電流Ｉｒを供給し、供給された電流Ｉｒによって発生した検知電極１１９と基準電極１２１と間の電圧Ｖｒを検出する。この検出された電圧Ｖｒはマイクロコンピュータ１４５に出力される。

【0098】

なお、マイクロコンピュータでは、前記電流Ｉｒと電圧Ｖｒとに基づいて、酸素濃度検知セル７７の内部抵抗Ｒｐｖｓ（パルス抵抗）を算出する。この内部抵抗Ｒｐｖｓは、酸素濃度検知セル７７の温度と対応しているので、周知のように、内部抵抗Ｒｐｖｓから、酸素濃度検知セル７７の温度を求めることができる。

【0099】

ヒータ駆動回路１７５は、ＣＰＵ１４９により制御され、ヒータ９５の発熱抵抗体１０５へ電圧を印加し、第１ポンプセル７５、酸素濃度検知セル７７、第２ポンプセル７９（即ち各セル７５、７７、７９の固体電解質）の加熱を行うと共に、それらの固体電解質の温度を所定の温度に保たせるための回路である。

【0100】

［１−４．ガスセンサ素子の動作］
次に、ガスセンサ素子７の動作の一例について説明する。
まず、エンジンの始動によって制御部１４３が起動すると、制御部１４３は、ヒータ７３に電力を供給する。ヒータ７３は、第１ポンプセル７５、酸素濃度検知セル７７、第２ポンプセル７９を活性化温度まで加熱する。

【0101】

ここで、ヒータ７３の制御について説明する。
上述したように、マイクロコンピュータ１４９では、酸素濃度検知セル７７の内部抵抗Ｒｐｖｓから求めた酸素濃度検知セル７７の温度に基づいて、ヒータ駆動回路１７５の動作を制御して、第１ポンプセル７５、酸素濃度検知セル７７、第２ポンプセル７９の加熱を行って、各セル７５、７７、７９の温度を所定の温度に制御する。

【0102】

つまり、ヒータ駆動回路１７５では、各セル７５、７７、７９の固体電解質（本第１実施形態では、具体的に酸素濃度検知セル７７の固体電解質）が狙いとする温度になるように、発熱抵抗体１０５をＰＷＭ通電制御して当該発熱抵抗体１０５に電圧を印加する制御を行う。

【0103】

そして、上述したヒータ７３の制御によって、各セル７５、７７、７９が活性化温度まで加熱されると、制御部１４３は、第１ポンプセル７５に電流（第１ポンピング電流）Ｉｐ１を流す。これにより、第１ポンプセル７５は、固体電解質を介して第１内側電極１１１と第１対電極１１３との間で酸素を移動させることで、第１測定室９７に流入した被測定ガス（排気ガス）における酸素の汲み入れおよび汲み出しを行う。

【0104】

制御部１４３は、酸素濃度検知セル７７の電極間電圧（端子間電圧）が一定電圧Ｖ１（例えば４２５ｍＶ）になるように、第１ポンプセル７５に通電する第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御する。酸素濃度検知セル７７の電圧は、基準酸素室１２３の酸素濃度を基準として、検知電極１１９における酸素濃度に応じた値となる。この制御によって、第１測定室９７の内部の酸素濃度は、ＮＯｘが分解しない程度に調整される。

【0105】

第１測定室９７にて酸素濃度が調整された被測定ガスは、酸素濃度検知セル７７の導入路１０１を介して、第２測定室１０３に向かってさらに流れる。
制御部１４３は、第２ポンプセル７９に電極間電圧（端子間電圧）を印加する。この電圧は、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素と窒素ガスに分解する程度の一定電圧に設定されている（酸素濃度検知セル７７の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）。これにより、被測定ガス中のＮＯｘが、窒素と酸素に分解される。

【0106】

制御部１４３は、ＮＯｘの分解により生じた酸素を第２測定室１０３から汲み出すように、第２ポンプセル７９に電流（第２ポンピング電流）Ｉｐ２が流れる。第２ポンピング電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には比例関係があるので、第２ポンピング電流Ｉｐ２の電流値を検出することによって被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。

【0107】

なお、ガスセンサ素子７は、接続端子１５およびリード線３５を介して、外部機器（ＥＵＣ１５７）に接続される。制御部１４３は、ヒータ７３に発熱用の電力を供給するとともに、素子部７１の各セル（第１ポンプセル７５，酸素濃度検知セル７７，第２ポンプセル７９）との間で信号を送受信することによって、ガスセンサ素子７を制御する。

【0108】

［１−５．ガスセンサの製造方法］
次に、第１実施形態のＮＯｘセンサ１の製造方法について、前記図３及び図８を用いて説明する。

【0109】

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の材料を作製する。
具体的には、素子部７１の各セル７５、７７、７９の固体電解質体となる未焼成固体電解質シート、素子部７１の第１絶縁層８１となる未焼成絶縁シート、素子部７１の第２、第３絶縁層８５、８９となる未焼成絶縁部（スクリーン印刷により形成される未焼成絶縁部）の材料、ヒータ７３の第４、第５絶縁層９３、９５となる未焼成絶縁シートなどを作製する。

【0110】

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。

【0111】

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。なお、未焼成絶縁部の材料として、未焼成絶縁シートを形成する材料と同様なスラリーを作製する。

【0112】

さらに、焼成後に、拡散抵抗体９９、多孔質部１１７、多孔質部１２５になる未焼成の多孔質部を形成する場合、まず、アルミナ粉末１００質量％、加熱焼失材（例えば、カーボンなど）及び可塑剤を湿式混合により分散した多孔質用の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。

【0113】

そして、これらのシートや材料を用いて、従来と同様に、例えば下記の手順で、焼成後にガスセンサ素子７となる未圧着積層体を作製する。
例えば、図３の下側の層から順に積層する場合には、まず、第５絶縁層９５となる未焼成絶縁シートを配置し、その上面に、発熱抵抗体１０５となる白金ペーストをスクリーン印刷してヒータパターンを形成する。

【0114】

次に、第５絶縁層９５となる未焼成絶縁シートの上面に、ヒータパターンを覆うように、第４絶縁層９３となる未焼成絶縁シートを積層する。
次に、第４絶縁層９３となる未焼成絶縁シートの上面に、第３セラミック層９１となる未焼成固体電解質シートを積層する。

【0115】

次に、第３セラミック層９１となる未焼成固体電解質シートの上面に、白金のメタライズインクを用いたスクリーン印刷によって、第２内側電極１３１及び第２対電極１３３となる電極パターンを形成する。また、白金にアルミナを加えたペーストを用いたスクリーン印刷によって、第３ｃリード部Ｌ３ｃ及び第４リード部Ｌ４ａとなるリードパターンを形成する。

【0116】

次に、第３セラミック層９１となる未焼成固体電解質シートの上面に、未焼成絶縁部のスラリーを用いてスクリーン印刷して、第３絶縁層８９となる未焼成絶縁部を形成する。この未焼成絶縁部の基準酸素室１２３内には、多孔質部１２５となる多孔質用のスラリーを充填し、その上に、カーボンペーストを充填する。

【0117】

次に、第３絶縁層８９となる未焼成絶縁部の上面に、第２セラミック層８７となる未焼成固体電解質シートを積層する。この未焼成固体電解質シートには、予め、導入路１０１となる貫通孔を開けておく。また、未焼成固体電解質シートの上面及び下面に、予め、基
準電極１２１及び検知電極１１９となる電極パターンを前記と同様に形成し、第２リード部Ｌ２ａ及び第３ｂリード部Ｌ３ｂとなるリードパターンを前記と同様に形成する。

【0118】

次に、第２セラミック層８７となる未焼成固体電解質シートの上面に、未焼成絶縁部のスラリーを用いてスクリーン印刷して、第２絶縁層８５となる未焼成絶縁部を形成する。
なお、この未焼成絶縁部のうち、拡散抵抗体９９となる開口には、前記多孔質用のスラリーをスクリーン印刷する。また、第１測定室９７となる開口には、カーボンペーストをスクリーン印刷する。

【0119】

次に、第２絶縁層８５となる未焼成絶縁部の上面に、第１セラミック層８３となる未焼成固体電解質シートを積層する。この未焼成固体電解質シートの上面及び下面には、予め、第１内側電極１１１及び第１対電極１１３となる電極パターンを前記と同様に形成し、第１リード部Ｌ１ａ及び第３ａリード部Ｌ３ａとなるリードパターンを前記と同様に形成する。

【0120】

次に、第１セラミック層８３となる未焼成固体電解質シートの上面に、第１絶縁層８１となる未焼成絶縁シートを積層する。この未焼成絶縁シートには、予め、開口部１１５となる貫通孔を空けおく。そして、この貫通孔に、多孔質部１１７となる多孔質用のスラリーをスクリーン印刷する。

【0121】

このようにして未圧着積層体が形成される。なお、この未圧着積層体には、電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０となる未焼成電極パッドなどが形成されている。
そして、この未圧着積層体を１ＭＰａで加圧することにより、図８に示す様な圧着された成形体１８１を得る。

【0122】

そして、加圧により得られた成形体１８１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と大きさが同等の複数（例えば１０個）の未焼成積層体を得る。
その後、この未焼成積層体を樹脂抜きし、さらに焼成温度１５００℃にて、１時間で本焼成して、図２に示す様なガスセンサ素子７を得る。

【0123】

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Ｏ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。

【0124】

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、ＮＯｘセンサ１を得る。

【0125】

［１−６．効果］
（１）第１実施形態のガスセンサ制御装置１４１では、ＮＯｘの検出に用いられる第２ポンプセル７９の第２内側電極１３１及び第２対電極１３３のそれぞれの少なくとも一部は、ガスセンサ素子７を積層方向に見た場合に、酸素濃度検知セル７７の検知電極１１９と基準電極１２１との対向する対向領域Ｒ１の最外周ＳＧに取り囲まれる特定領域Ｒ２に重なるように配置されているので、排気ガス中のＮＯｘの検出精度が高いという効果がある。

【0126】

つまり、ＮＯｘを検出する第２ポンプセル７９の第２内側電極１３１及び第２対電極１３３の配置された位置（ガス検出位置）を、酸素濃度検知セル７７の内部抵抗を検出する位置（温度制御位置）と重ねることで、ガス検出位置では、ガスセンサ素子７の長手方向における温度ばらつきの影響を受けにくい。

【0127】

すなわち、温度制御位置とガス検出位置とが近接している場合には、ＮＯｘ濃度を検出する際に、第２ポンピング電流Ｉｐ２が温度ばらつきの影響を受けにくいので、ＮＯｘの検出精度が高いという顕著な効果を奏する。

【0128】

また、第１実施形態では、基準電極１２１と第２対電極１３３とは、互いに同じ基準酸素室１２３内に配置されているので、基準ガスが同じであり、その点からもＮＯｘの検出精度が高いという利点がある。

【0129】

更に、導入路１０１の直下に、第２測定電極１３１が配置されているので、導入路１０１から導入された被測定ガスが第２測定電極に接触し易く、ＮＯｘの検出精度が高いという効果がある。

【0130】

（２）また、第１実施形態では、酸素濃度検知セル７７の検知電極１１９及び基準電極１２１の位置と、導入路１０１と、第２ポンプセル７９とが、近い位置（即ち積層方向に重なるような位置）に設定されているので、ＮＯｘの検出精度が高いという効果がある。

【0131】

その上、導入路１０１に導入される被測定ガスは、検知電極１１９と接する位置（例えば導入路１０１の開口部の周囲）などによって、第２測定室１０３に導入される被測定ガス中に含まれるＮＯｘの割合がばらつくことがある。それに対して、第１実施形態では、検知電極１１９及び基準電極は、少なくとも被測定ガスの導入方向上流側及び被測定ガスの導入方向下流側の第２セラミック層８７上に、導入路１０１を囲むように配置されているので、第２測定室１０３に導入される被測定ガス中に含まれるＮＯｘの割合のばらつきを抑制し、ＮＯｘの濃度を精度良く検出することできる。

【0132】

［１−７．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と第１実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
ＮＯｘセンサ１、ガスセンサ素子７、第１ポンプセル７５、酸素濃度検知セル７７、第２ポンプセル７９が、それぞれ、ガスセンサ、ガスセンサ素子、第１ポンプセル、酸素濃度検知セル、第２ポンプセルの一例に相当する。

【0133】

また、第１測定室９７、導入路１０１、第２測定室１０３が、それぞれ、第１測定室、導入路、第２測定室の一例に相当する。
また、セラミック層８３，８７，９１がセラミック層の一例に相当し、第１内側電極１１１、第１対電極１１３、検知電極１１９、基準電極１２１、基準酸素室１２３、第２内側電極１３１、第２対電極１３３が、それぞれ、第１内側電極、第１対電極、検知電極、基準電極、基準ガス導入部、第２内側電極、第２対電極の一例に相当する。

【0134】

［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態のガスセンサ制御装置について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。なお、第１実施形態と同様な構成の番号については、第１実施形態と同様な番号を使用する。

【0135】

第２実施形態のガスセンサ制御装置では、図９（ａ）に示すように、第１実施形態と同様に、上側（図９（ａ）の上側）より、酸素濃度検知セル７７の第２セラミック層８７、
第３絶縁層８９、第２ポンプセル７９の第３セラミック層９１などが配置されている。

【0136】

また、第２セラミック層８７の上面に、円環状の検知電極１１９が配置され、第２セラミック層８７の下面に、同心状に円環状の基準電極１２１が配置されている。さらに、第３セラミック層９１の上面に、円形の第２内側電極１３１及びＣ字状の第２対電極１３３が配置されている。なお、各電極１１９、１２１、１３１、１３３の形状は平面視のものである（以下同様）。

【0137】

なお、第２内側電極１３１は第２測定室１０３内に配置され、基準電極１２１及び第２対電極１３３は基準酸素室１２３内に配置されている。
第２実施形態においても、基準電極１２１は検知電極１１９の投影領域内に配置されており、基準電極１２１と検知電極１１９とは、平面視で所定の円環状の対向領域Ｒ１（即ち基準電極１２１と一致する領域）にて重なっている。また、導入路１０１の直下に、第２内側電極１３１が配置されている。

【0138】

更に、平面視で、基準電極１２１の外周（従って前記最外周）ＧＳより内側の範囲（特定領域Ｒ２：図９（ｂ）の点線で囲まれる範囲内）に、第２内側電極１３１及び第２対電極１３３が配置されている。

【0139】

第２実施形態では、平面視で、第２対電極１３３の外径が基準電極１２１の外径より大きいので、基準電極１２１の外周ＧＳが、第２対電極１３３の内周と外周との間に位置している。

【0140】

第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果を奏する。
［３．第３実施形態］
次に、第３実施形態のガスセンサ制御装置について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。なお、第１実施形態と同様な構成の番号については、第１実施形態と同様な番号を使用する。

【0141】

第３実施形態のガスセンサ制御装置では、図１０（ａ）に示すように、第１実施形態と同様に、上側（図１０（ａ）の上側）より、酸素濃度検知セル７７の第２セラミック層８７、第３絶縁層８９、第２ポンプセル７９の第３セラミック層９１などが配置されている。

【0142】

また、第２セラミック層８７の上面に、円環状の検知電極１１９が配置され、第２セラミック層８７の下面に、同心状に円環状の基準電極１２１が配置されている。第３セラミック層９１の上面に、円形の第２内側電極１３１及びＣ字状の第２対電極１３３が配置されている。

【0143】

なお、第２内側電極１３１は第２測定室１０３内に配置され、基準電極１２１及び第２対電極１３３は基準酸素室１２３内に配置されている。
第３実施形態においては、平面視で、基準電極１２１と検知電極１１９とは、所定の環状の対向領域Ｒ１にて重なっている。また、導入路１０１の直下に、第２内側電極１３１が配置されている。

【0144】

更に、平面視で、検知電極１１９の外周（従って前記最外周）ＧＳより内側の範囲（特定領域Ｒ２：図１０（ｂ）の点線で囲まれる範囲内）に、第２内側電極１３１及び第２対電極１３３の少なくとも一部が配置されている。

【0145】

なお、第３実施形態では、平面視で、基準電極１２１の外径が検知電極１１９の外径よ
り大きいので、検知電極１１９の外周ＧＳが基準電極１２１の内周と外周との間に位置している。

【0146】

第３実施形態においても、第１実施形態と同様な効果を奏する。
［４．第４実施形態］
次に、第４実施形態のガスセンサ制御装置について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。なお、第１実施形態と同様な構成の番号については、第１実施形態と同様な番号を使用する。

【0147】

第４実施形態では、検知電極、基準電極、第２内側電極、第２対電極や、その近傍の構成が、第１実施形態と大きく異なっている。
＜ガスセンサ素子の構成＞
まず、第４実施形態のガスセンサ制御装置のうち、ガスセンサ素子７の構成について、図１１及び図１２に基づいて説明する。なお、ガスセンサ素子７以外は、第１実施形態と同様である。

【0148】

第４実施形態のガスセンサ素子７は、素子部７１とヒータ７３とを備えており、素子部７１は、第１ポンプセル７５と酸素濃度検知セル７７と第２ポンプセル７９とを備えている。

【0149】

このうち、第１ポンプセル７５は、固体電解質体からなる第１セラミック層８３の両側に、第１内側電極１１１と第１対電極１１３とを備えている。なお、第１ポンプセル７５の上面側には、多孔質部１１７を有する第１絶縁層８１を備えており、下面側には、第１測定室９７を有する第２絶縁層８５を備えている。

【0150】

酸素濃度検知セル７７は、導入路１０１を有し固体電解質体からなる第２セラミック層８７の両側に、検知電極１１９と基準電極１２１とを備えている。
第２ポンプセル７９は、固体電解質体からなる第３セラミック層９１の上面に、第２内側電極１３１と第２対電極１３３とを備えている。

【0151】

酸素濃度検知セル７７と第２ポンプセル７９との間には、上層８９ａと下層８９ｂとからなる第３絶縁層８９が配置されている。
詳しくは、図１２に示すように、上層８９ａには、基準酸素室１２３の一部（図１３の上部）を構成する円形の貫通孔１２３ａが形成され、下層８９ｂには、基準酸素室１２３の一部（図１３の下部）を構成する円形の貫通孔１２３ｂが形成されている。

【0152】

また、上層８９ａには、第２測定室１０３の一部（図１３の上部）を構成する矩形状の貫通孔１０３ａが形成され、下層８９ｂには、第２測定室１０３の一部（図１３の下部）を構成する矩形状の貫通孔１０３ｂが形成されている。なお、下層８９ｂの貫通孔１０３ｂは、上層８９ａの貫通孔１０３ａよりも、先端側に長く延びるように構成されている。

【0153】

なお、ヒータ７３は、第４絶縁層９３と第５絶縁層９５との間に、発熱抵抗体１０５を備えている。
＜導入路の周囲の構成＞
次に、第４実施形態の要部である導入路１０１の周囲の構成について、図１２及び図１３に基づいて、詳細に説明する。

【0154】

図１２及び図１３に示すように、酸素濃度検知セル７７の検知電極１１９は矩形状であり、基準電極１２１は、矩形状の１箇所の角部が凹んだ形状である。
また、検知電極１１９と基準電極１２１とのガスセンサ素子７の長手方向（図１２、図
１３の左右方向）における寸法は同じであり、検知電極１１９と基準電極１２１との幅方向（図１２の上下方向）における寸法は、検知電極１１９の方が基準電極１２１より長く設定されている。

【0155】

更に、検知電極１１９と基準電極１２１とは、平面視で、検知電極１１９の投影領域内に基準電極１２１が含まれているように配置されている。なお、図１３では、基準電極１２１の外周（従って前記最外周）ＧＳを点線で示してある。

【0156】

また、第２内側電極１３１と第２対電極１３３とは矩形状であり、ガスセンサ素子７の後端側（図１３の右側）より順番に、幅方向に沿って平行に配置されている。
なお、平面視で、第２内側電極１３１は、第２測定室１０３の貫通孔１０３ｂの範囲内に形成されており、第２対電極１３３は、基準酸素室１２３全体を含むように形成されている。

【0157】

つまり、第４実施形態においては、平面視で、基準電極１２１と検知電極１１９とは、所定の対向領域Ｒ１（即ち基準電極１２１と同じ領域）にて重なっている。また、導入路１０１の直下に、第２内側電極１３１の一部が配置されている。

【0158】

更に、平面視で、基準電極１２１の外周ＧＳより内側の範囲（特定領域Ｒ２：図１２の点線で囲まれる範囲内）に、第２内側電極１３１の一部と第２対電極１３３の全体が配置されている。

【0159】

従って、ここでは、前記対向領域Ｒ１と前記特定領域Ｒ２とは同じ範囲となっている。
第４実施形態においても、実施例１と同様な効果を奏する。
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。

【0160】

（１）例えば、導入路の平面形状としては、円形が挙げられるが、それ以外の多角形や楕円形等の他の形状であってもよい。
（２）検知電極及び基準電極の平面形状としては、円環状が挙げられるが、それ以外の各種の環状の形状であってもよい。また、環状でなくてもよい。

【0161】

（３）第２内側電極の平面形状としては、円形が挙げられるが、それ以外の多角形や楕円形等の他の形状であってもよい。
（４）第２対電極の平面形状としては、一部が切り欠かれた円環状（例えばＣ字状）が挙げられるが、それ以外の各種の環状などの形状であってもよい。また、環状でなくてもよい。

【0162】

（５）基準酸素室の平面形状としては、一部が切り欠かれた円環状（例えばＣ字状）が挙げられるが、それ以外の多角形や楕円形等などの他の環状の形状であってもよい。
また、基準酸素室としては、周囲が密閉された空間を採用できるが、例えば大気と連通するように構成してもよい。

【0163】

（６）第１ポンプセル７５は、上記各実施形態では、第１セラミック層８３を用いて形成されていたが、例えば、第２セラミック層８７を用いて形成してもよい。具体的には、第２セラミック層８７の酸素濃度検知セル７７よりも先端側に、第１ポンプセル７５を配置してもよい。つまり、この場合には、第２セラミック層８７は、第１ポンプセル７５のセラミック層と酸素濃度検知セル７７のセラミック層とを兼ねる。

【0164】

（７）上記実施形態では、ガスセンサとしてＮＯｘセンサを例に挙げたが、本発明は、例えばアンモニアセンサ等の他のガスセンサにも適用することができる。

【符号の説明】

【0165】

１…ガスセンサ、７…ガスセンサ素子、７５…第１ポンプセル、７７…酸素濃度検知セル、７９…第２ポンプセル、８３、８７、９１…セラミック層、９７…第１測定室、１０１…導入路、１０３…第２測定室、１１１…第１内側電極、１１３…第１対電極、１１９…検知電極、１２１…基準電極、１２３…基準酸素室、１３１…第２内側電極、１３３…第２対電極

【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】