特許 6367708 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】6367708

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1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 27/416 20060101AFI20180723BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/416 331

【請求項の数】6

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-266160(P2014-266160)

(22)【出願日】2014年12月26日

(65)【公開番号】特開2016-125888(P2016-125888A)

(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】若園 知宏

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 健太郎

(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２０１０−１２２１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−１０２４６１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−０２６２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０８７５０（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】

測定対象ガスが導入される第１測定室と、
前記第１測定室において酸素の汲み出し又は汲み入れが行われた前記測定対象ガスが導入される第２測定室と、
固体電解質体、及び該固体電解質体上に形成される一対の第１電極を有し、前記一対の第１電極のうち一方の電極が前記第１測定室に露出して、前記第１測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出し又は汲み入れを行う第１ポンプセルと、
固体電解質体、及び該固体電解質体上に形成される一対の第２電極を有し、前記一対の第２電極のうち一方の電極が前記第２測定室に露出すると共に、他方の電極が前記第２測定室の外部に設けられ、前記第２測定室に導入された前記測定対象ガス中の特定ガス濃度に応じた第２ポンピング電流が流れる第２ポンプセルと、
を有するガスセンサ素子であって、
前記一対の第２電極における前記一方の電極および前記他方の電極は、いずれも前記第２ポンプセルを形成する固体電解質体の同一面に形成されており、前記一方の電極が中央側に配置される中央電極として備えられるとともに、前記他方の電極が前記中央電極の周囲領域における少なくとも一部に配置される周囲電極として備えられ、
前記中央電極は、その輪郭の内側に導電性材料が隙間無く配置されて形成されており、
前記周囲電極は、前記中央電極の重心を挟むように配置された２つの仮想点と、前記２つの仮想点どうしをつなぐ連結領域と、を備え、
前記特定ガス濃度は、ＮＯｘ濃度である、
ガスセンサ素子。

【請求項2】

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部材を備えており、
前記セラミック層部材は、前記第１測定室と前記第２測定室とを繋ぐ貫通孔であって、前記第１測定室から前記第２測定室に導入される前記測定対象ガスが通過する貫通孔を備えており、
前記中央電極は、その少なくとも一部が前記第２測定室の内面のうち前記貫通孔に対向する領域に含まれるように形成されている、
請求項１に記載のガスセンサ素子。

【請求項3】

前記中央電極は、前記第２ポンプセルの前記固体電解質体のうち前記第２測定室に面する領域の輪郭から離間して配置されている、
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】

前記中央電極と外部機器とを電気的に接続するための信号経路を備えており、
前記周囲電極は、前記中央電極を部分的に取り囲むように形成され、
前記信号経路は、前記中央電極の周囲領域のうち前記周囲電極が配置されていない領域を通過するように配置される、
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のガスセンサ素子。

【請求項5】

前記中央電極は、円形状または楕円形状であり、
前記周囲電極は、円環状である、
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のガスセンサ素子。

【請求項6】

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５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およびガスセンサ素子を備えたガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象ガス（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】

ガスセンサ素子は、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部と、を有するセルを備えている。
例えば、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、第２ポンプセルなどを備えている（例えば、特許文献１）。

【0004】

第１ポンプセルは、測定対象ガス（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、測定対象ガスの酸素濃度を調整する。そして、第２ポンプセルには、酸素濃度が調整された測定対象ガスに含まれる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測定対象ガスにおけるＮＯｘ濃度を判定できる。

【0005】

なお、ガスセンサ素子におけるセルの構成としては、一対の電極部が固体電解質体を挟むように、一方の電極部と他方の電極部とがそれぞれ固体電解質体の異なる面に配置される構成や、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面における異なる位置に配置される構成などが挙げられる（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−１２２１８７号公報

【特許文献2】特表２００３−５０８７５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面における異なる位置に配置される構成のセルにおいては、一対の電極部が固体電解質体を挟むように配置される構成のセルに比べて、一対の電極部の間に流れる電流が小さくなる虞がある。

【0008】

つまり、一対の電極部が固体電解質体を挟むように配置される構成のセルでは、主に固体電解質体を挟んで対向する電極部面積が固体電解質体におけるイオンの移動に関与する領域となる。従って、一対の電極部同士における固体電解質体の厚み方向に直交する方向の距離を近づけることで、固体電解質体を介して一対の電極部同士が重なる面積を大きくすることができる。これにより、固体電解質体におけるイオンの移動に関与する領域を大きく確保できるため、一対の電極部の間に流れる電流を大きくすることが可能である。

【0009】

これに対して、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面に配置される構成のセルでは、主に、固体電解質体のうち一対の電極部の近傍領域がイオンの移動に関与する領域となるが、電極部同士を重ねることはできない。そのため、一対の電極部同士の距離を近づけたとしても、固体電解質体におけるイオンの移動に関与する領域を大きく確保するこ
とが難しい。このような構成においては、一対の電極部の間に流れる電流が小さくなる虞がある。また、一対の電極部間の距離がセンサ毎にばらつく場合、一対の電極部の間に流れる電流の大きさがばらつくことになり、センサ毎にガス検出精度にばらつきが発生する虞がある。

【0010】

とりわけ、例えばＮＯｘを検知するためのガスセンサ素子においては、ＮＯｘ濃度に応じて第２ポンプセルに流れる第２ポンピング電流が微少である。このため、第２ポンプセルが、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面に配置される構成となる場合には、第２ポンピング電流の検出精度が低下して、ＮＯｘ検出精度が低下する虞がある。

【0011】

なお、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面に配置される構成のセルは、一対の電極部が固体電解質体を挟むように配置される構成のセルに比べて、固体電解質体と一対の電極部との積層方向寸法を小さくすることができるという利点がある。

【0012】

そこで、本発明は、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面に配置される構成のセルを備えるガスセンサ素子であって、特定ガスの検出精度の低下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】

【0013】

本発明の第１の局面におけるガスセンサ素子は、第１測定室と、第２測定室と、第１ポンプセルと、第２ポンプセルと、を有する。
第１測定室は、測定対象ガスが導入される。第２測定室は、第１測定室において酸素の汲み出し又は汲み入れが行われた測定対象ガスが導入される。

【0014】

第１ポンプセルは、固体電解質体と、該固体電解質体上に形成される一対の第１電極と、を有する。一対の第１電極のうち一方の電極は、第１測定室に露出している。第１ポンプセルは、第１測定室に導入された測定対象ガスに対する酸素の汲み出し又は汲み入れを行う。

【0015】

第２ポンプセルは、固体電解質体と、該固体電解質体上に形成される一対の第２電極と、を有する。一対の第２電極のうち一方の電極は、第２測定室に露出すると共に、一対の第２電極のうち他方の電極は、第２測定室の外部に設けられる。第２ポンプセルは、第２測定室に導入された測定対象ガス中の特定ガス濃度に応じた第２ポンピング電流が流れるように構成されている。

【0016】

一対の第２電極における一方の電極および他方の電極は、いずれも前記第２ポンプセルを形成する固体電解質体の同一面に形成されている。一方の電極が中央側に配置される中央電極として備えられるとともに、他方の電極が中央電極の周囲領域における少なくとも一部に配置される周囲電極として備えられる。

【0017】

中央電極は、その輪郭の内側に導電性材料が隙間無く配置されて形成されている。周囲電極は、中央電極の重心を挟むように配置された２つの仮想点と、２つの仮想点どうしをつなぐ連結領域と、を備える。

【0018】

このように、第２ポンプセルにおける一対の第２電極が、上述のような中央電極および周囲電極で構成されることで、一対の第２電極がそれぞれ矩形形状に形成されて単に隣接して配置される構成と比べて、一対の第２電極どうしの距離に製造バラツキが生じがたくなる。つまり、中央電極の重心と周囲電極における２つの仮想点との相対的な位置関係が特定されると共に、周囲電極が連結領域を有することにより、中央電極と周囲電極との距
離が一定範囲内となるため、一対の第２電極どうしの距離に製造バラツキが生じがたくなる。

【0019】

とりわけ、第２ポンピング電流は微少電流であることから、一対の第２電極どうしの距離の製造バラツキを抑えることで、第２ポンピング電流の検出誤差を低減できるため、第２ポンプセルにおけるガス検出精度の低下を抑制できる。

【0020】

また、中央電極の周囲領域における少なくとも一部に周囲電極が配置される構成であるため、ガスセンサ素子の全体における部位毎に温度勾配が生じたとしても、中央電極と周囲電極との温度差が生じがたくなる。このため、ガスセンサ素子の全体における部位毎に温度勾配が生じたとしても、その温度勾配に起因する第２ポンピング電流の検出誤差を低減できるため、第２ポンプセルにおけるガス検出精度の低下を抑制できる。

【0021】

さらに、中心電極は、その輪郭の内側に導電性材料が隙間無く配置されて形成されているため、同じ大きさの輪郭において導電性材料の隙間を有する構成の電極に比べて、有効な電極面積（導電性材料の面積）を大きく確保できる。このように有効な電極面積を大きく確保することで、中心電極の配置領域における単位面積あたりの第２ポンピング電流を大きくすることができ、第２ポンプセルにおけるガス検出精度の低下を抑制できる。さらに、このような中心電極を備えることで有効な電極面積を大きく確保できるため、中心電極の大型化を抑制でき、ガスセンサ素子の大型化も抑制できる。

【0022】

よって、このガスセンサ素子によれば、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面に配置される構成のセルを備える場合においても、特定ガスの検出精度の低下を抑制できる。

【0023】

なお、周囲電極は、中央電極の周囲を切れ目無く完全に取り囲むように形成してもよい。その場合、中央電極と外部機器とを電気的に接続するための信号経路については、固体電解質体の同一面ではなく、例えば、固体電解質体を厚さ方向に貫通するスルーホールを経由して固体電解質体の裏面に繋がるように形成してもよい。

【0024】

上述のガスセンサ素子は、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部材を備えてもよい。そして、セラミック層部材は、第１測定室と第２測定室とを繋ぐ貫通孔であって、第１測定室から第２測定室に導入される測定対象ガスが通過する貫通孔を備えてもよい。さらに、中央電極は、その少なくとも一部が第２測定室の内面のうち貫通孔に対向する領域に含まれるように形成されてもよい。

【0025】

このような構成のガスセンサ素子は、第２測定室に導入される測定対象ガスが中央電極に触れやすくなり、第２ポンプセルにおけるガス検出精度を向上できる。
なお、「貫通孔に対向する領域」とは、換言すれば、貫通孔を貫通方向（測定対象ガスの流入方向）に投影した領域であり、この領域は、貫通孔から流入した測定対象ガスが到達しやすい領域である。

【0026】

上述のガスセンサ素子においては、中央電極は、固体電解質体のうち第２測定室に面する領域の輪郭から離間して配置されてもよい。
このような構成のガスセンサ素子は、固体電解質体のうち第２測定室に面する領域の輪郭に中央電極が接する構成に比べて、ガスセンサ素子の製造時に、中央電極の電極位置に製造誤差が生じても、中央電極の一部（特に、端部）が第２測定室に露出しない状態となるのを抑制できる。つまり、中央電極の電極位置に製造誤差が生じても、第２測定室に露出する中央電極の面積に誤差が生じるのを抑制できるとともに、第２ポンピング電流に誤差が生じるのを抑制できる。

【0027】

よって、このガスセンサ素子によれば、第２ポンピング電流に誤差が生じるのを抑制できるため、第２ポンプセルにおけるガス検出精度の低下を抑制できる。
上述のガスセンサ素子においては、中央電極と外部機器とを電気的に接続するための信号経路を備えてもよい。そして、周囲電極は、中央電極を部分的に取り囲むように形成され、信号経路は、中央電極の周囲領域のうち周囲電極が配置されていない領域を通過するように配置されてもよい。

【0028】

このような構成のガスセンサ素子においては、固体電解質体のうち中央電極および周囲電極を形成する面に対して、中央電極と外部機器とを電気的に接続するための信号経路を配置することができる。

【0029】

上述のガスセンサ素子においては、中央電極は、円形状または楕円形状であってもよく、周囲電極は、円環状であってもよい。
このような構成のガスセンサ素子においては、周囲電極が円環状であるため、周囲電極が中央電極の周囲領域を途切れることなく包囲できる。また、中央電極が円形状または楕円形状であることで、中央電極の外周形状が周囲電極の内周形状と類似する形状となり、中央電極と周囲電極との間隔が中央電極の外周全体にわたり一定にし易くなり、中央電極の外周全体をイオンの移動に寄与する領域として使用できる。

【0030】

本発明の別の局面のガスセンサは、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、上述のいずれかのガスセンサ素子を備える。

【0031】

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、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面に配置される構成のセルを備える場合においても、特定ガスの検出精度の低下を抑制できる。

【発明の効果】

【0032】

本発明のガスセンサ素子およびガスセンサによれば、一対の電極部がそれぞれ固体電解質体の同一面に配置される構成のセルを備える場合においても、特定ガスの検出精度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図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】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】ガスセンサ素子の先端側における内部構造を表す説明図である。

【図5】第２ポンピングセルにおける一対の電極（中央第２ポンプ電極部および周囲第２ポンプ電極部）の形状を表した拡大説明図である。

【図6】第２実施形態の第２ガスセンサ素子の先端側における内部構造を表す説明図である。

【図7】（ａ）は、第１変形形態の第２ポンプセルにおける一対の電極（中央電極および周囲電極）の形状を表した拡大説明図であり、（ｂ）は、第２変形形態の第２ポンプセルにおける一対の電極（中央電極および周囲電極）の形状を表した拡大説明図であり、（ｃ）は、第３変形形態の第２ポンプセルにおける一対の電極（中央電極および周囲電極）の形状を表した拡大説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

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１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１を例に挙げて説明する。

【0035】

［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。図１は、ＮＯｘセンサの内部構成を表す断面図である。図１では、図面下方向がＮＯｘセンサの先端側であり、図面上方向がＮＯｘセンサの後端側である。

【0036】

図１に示す様に、本実施形態における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と、を備えている。

【0037】

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、測定対象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１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０（詳細は、図２，図３参照）が形成されている。

【0038】

ガスセンサ素子７の電極パッド１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０には、それぞれ異なる接続端子１５が電気的に接続されるとともに、接続端子１５は、外部からセンサの内部に配設されるリード線３５に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１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０との間に流れる電流の電流経路が形成される。

【0039】

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１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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、６個のリード線挿通孔６１（図１では２個のみ図示）が形成されたグロメット５９が配置されている。６個のリード線挿通孔６１には、電極パッド１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０に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。

【0044】

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との間で挟持される第２セパレータ６７が配置されている。接続端子１５の後端側は、第２セパレータ６７の内部に挿入されている。

【0045】

［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４に基づいて詳細に説明する。

【0046】

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では、図面下方向がガスセンサ素子７の先端側であり、図面上方向がガスセンサ素子７の後端側である。
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。

【0047】

ガスセンサ素子７は、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、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。ガスセンサ素子７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１７を備える。

【0048】

図３は、ガスセンサ素子７を分解した斜視図である。図３において、図面左方向がガスセンサ素子７の先端側であり、図面右方向がガスセンサ素子７の後端側である。図４は、ガスセンサ素子７の先端側における内部構造を表す説明図である。図４に示す説明図は、ガスセンサ素子７をその長手方向と平行な面で切断した部分の端面図（切断部端面図）であって、素子部７１およびヒータ７３の積層状態を表した端面図である。図４において、図面左方向がガスセンサ素子７の先端側であり、図面右方向がガスセンサ素子７の後端側である。また、図４では、ガスセンサ素子７の長手方向における中間位置の図示を省略するとともに、ガスセンサ素子７と外部機器（制御部３０）との電気的な接続状態を模式的に表している。

【0049】

ガスセンサ素子７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。

【0050】

このうち、素子部７１は、絶縁体８４ｅ、第１固体電解質体８１ａ、絶縁体８４ａ、第２固体電解質体８２ａ、絶縁体８４ｂ、第３固体電解質体８３ａをこの順に積層した構造を有する。また、ヒータ７３は、絶縁体８４ｃ、８４ｄをこの順に積層した構造を有する。これらの各層は、ガスセンサ素子７の長手方向に対して垂直方向に積層されている。また、各固体電解質体８１ａ，８２ａ，８３ａは、ガスセンサ素子７の長手方向に延びる板状である。

【0051】

第１固体電解質体８１ａと第２固体電解質体８２ａとの間には、第１測定室８６が形成されている。第１測定室８６の先端側領域は、２つの第１拡散抵抗体８５ａを介して外部に繋がっている。第１拡散抵抗体８５ａを介して外部から外気である測定対象ガス（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８６は、その後端側領域において、第２固体電解質体８２ａに形成される貫通孔８８ａを介して、絶縁体８４ｂに形成される第２測定室８８に繋がっている。

【0052】

２つの絶縁体８４ｃ、８４ｄ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。

【0053】

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。

【0054】

第１実施形態では、固体電解質体８１ａ、８２ａ、８３ａは、それぞれ、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主成分に用いて形成されている。絶縁体８４ａ〜８４ｅは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。第１拡散抵抗体８５ａ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。なお、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、固体電解質体は、ジルコニアが５０ｗｔ％以上含有されている。固体電解質体と絶縁体との８つの層のうちの６つの層８４ｅ、８１ａ、８２ａ、８３ａ、８４ｃ、８４ｄは、それぞれ、原材料のシートを用いて形成されている（例えば、ジルコニアやアルミナ等のセラミックのシート）。２つの絶縁体８４ａ、８４ｂは、セラミックシート上へのスクリーン印刷によって形成されている。そして、焼成前の各層を積層して得られる積層体を焼成することによって、ガスセンサ素子７が形成される。

【0055】

また、素子部７１は、第１ポンピングセル８１と、酸素濃度検出セル８２と、第２ポンピングセル８３と、を有している。
第１ポンピングセル８１は、第１固体電解質体８１ａと、これを挟持するように配置された一対の電極（内側第１電極部８１ｃ、外側第１電極部８１ｂ）とを備えている。内側第１電極部８１ｃは第１測定室８６に面している。内側第１電極部８１ｃ及び外側第１電極部８１ｂはいずれも白金を主成分にして形成されている。外側第１電極部８１ｂは、絶縁体８４ｅのうちの外側第１電極部８１ｂと対向する部分に埋め込まれた多孔質部８１ｄ（例えば、アルミナ）により覆われている。多孔質部８１ｄは、ガス（例えば、酸素）が通過可能に構成されている。

【0056】

酸素濃度検出セル８２は、第２固体電解質体８２ａと、これを挟持するように配置された検知電極部８２ｂ及び基準電極部８２ｃとを備えている。検知電極部８２ｂ及び基準電極部８２ｃはいずれも白金を主成分として形成されている。

【0057】

絶縁体８４ｂのうち基準電極部８２ｃに接する部分には、絶縁体８４ｂの厚さ方向に貫通する空間部分としての基準酸素室８７が形成されている。基準酸素室８７は、絶縁体８４ｂの厚さ方向に見たときの断面形状がＣ字形状に形成されると共に、その内部の第３固体電解質体８３ａに面する領域に多孔質部８７ａが配置され、その他の領域が空洞として形成されている。また、絶縁体８４ｂのうち基準酸素室８７の内側領域には、絶縁体８４ｂの厚さ方向に貫通する空間部分としての第２測定室８８が形成されている。

【0058】

酸素濃度検出セル８２に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
酸素濃度検出セル８２を介して第１測定室８６から基準酸素室８７に送り込まれる。そして、基準酸素室８７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８７は、酸素濃度の基準として利用される。

【0059】

第２ポンピングセル８３は、第３固体電解質体８３ａと、第３固体電解質体８３ａのうち第２測定室８８に面した表面に配置された一対の電極（中央第２ポンプ電極部８３ｂ、周囲第２ポンプ電極部８３ｃ）とを備えている。中央第２ポンプ電極部８３ｂ及び周囲第２ポンプ電極部８３ｃはいずれも白金を主成分として形成されている。なお、周囲第２ポンプ電極部８３ｃは、第３固体電解質体８３ａのうち絶縁体８４ｂに対向する面に形成されると共に、絶縁体８４ｂの基準酸素室８７に対応する領域に配置される。周囲第２ポンプ電極部８３ｃは、基準電極部８２ｃに対向するように基準酸素室８７に面している。中央第２ポンプ電極部８３ｂは、第３固体電解質体８３ａのうち絶縁体８４ｂに対向する面に形成されると共に、絶縁体８４ｂの第２測定室８８に対応する領域に配置される。

【0060】

各電極部８１ｂ、８１ｃ、８２ｂ、８２ｃ、８３ｂ、８３ｃ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、測定対象ガスの気体（酸素やＮＯｘ等の気相）と電極部（触媒相）と固体電解質体（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。

【0061】

絶縁体８４ｅの後端側外表面には、３つの電極パッド１２５，１２６，１２７が形成されている。また、絶縁体８４ｄの後端側外表面には、３つの電極パッド１２８，１２９，１３０が形成されている。各電極パッド１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０は、例えば、絶縁体８４ｅ，８４ｄに、Ｐｔ等のメタライズインクを印刷し焼成することで形成される。

【0062】

各電極部８１ｂ、８１ｃ、８２ｂ、８２ｃ、８３ｂ、８３ｃおよび発熱抵抗体１０５は、配線ユニットＬ１〜Ｌ６によって、対応する電極パッド１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０と電気的に接続されている。

【0063】

詳細には、第１電極パッド１２５は、第１配線ユニットＬ１によって外側第１電極部８１ｂと電気的に接続される。第２電極パッド１２６は、第２配線ユニットＬ２によって基準電極部８２ｃと電気的に接続される。第３電極パッド１２７は、第３配線ユニットＬ３によって内側第１電極部８１ｃ、検知電極部８２ｂ、中央第２ポンプ電極部８３ｂに電気的に接続される。第４電極パッド１３０は、第４配線ユニットＬ４によって周囲第２ポンプ電極部８３ｃに電気的に接続される。第１ヒータ用電極パッド１２８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１２９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。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）が含まれるペーストを印刷することで設けられている。

【0064】

第１配線ユニットＬ１は、第１リード部９０ｂと第１スルーホール導体部９５ａとを有する。第１リード部９０ｂは、第１固体電解質体８１ａに沿って外側第１電極部８１ｂから長手方向に延びる。詳細には、第１リード部９０ｂは、外側第１電極部８１ｂから後端側に向かって長手方向に沿って延びる。第１スルーホール導体部９５ａは、絶縁体８４ｅを積層方向に貫通する貫通孔Ｈ１５によって形成される。詳細には、第１スルーホール導体部９５ａは、貫通孔Ｈ１５の内表面に導体を形成することで作成される。第１スルーホール導体部９５ａは、一端が第１電極パッド１２５と接続されるとともに、他端が第１リード部９０ｂと接続される。

【0065】

第２配線ユニットＬ２は、第２リード部９１ｃと、第２スルーホール導体部９５ｂと、
を有する。第２リード部９１ｃは、第２固体電解質体８２ａに沿って基準電極部８２ｃから後端側に向かって長手方向に延びる。第２スルーホール導体部９５ｂは、絶縁体８４ｅ，第１固体電解質体８１ａ、絶縁体８４ａ，第２固体電解質体８２ａを積層方向に貫通する貫通孔Ｈ１６，Ｈ２６，Ｈ３６，Ｈ４６によって形成される。詳細には、第２スルーホール導体部９５ｂは、貫通孔Ｈ１６，Ｈ２６，Ｈ３６，Ｈ４６の内表面に導体を形成することで作成される。第２スルーホール導体部９５ｂは、一端が第２電極パッド１２６と接続され、他端が第２リード部９１ｃと接続される。

【0066】

第３配線ユニットＬ３は、第３リード部９０ｃと、第４リード部９１ｂと、第５リード部９３ｂと、第３スルーホール導体部９５ｃと、を有する。第３リード部９０ｃは、第１固体電解質体８１ａに沿って内側第１電極部８１ｃから後端側に向かって長手方向に延びる。第４リード部９１ｂは、第２固体電解質体８２ａに沿って検知電極部８２ｂから後端側に向かって長手方向に延びる。第５リード部９３ｂは、第３固体電解質体８３ａに沿って中央第２ポンプ電極部８３ｂから後端側に向かって長手方向に延びる。第３スルーホール導体部９５ｃは、絶縁体８４ｅ，第１固体電解質体８１ａ，絶縁体８４ａ，第２固体電解質体８２ａ，絶縁体８４ｂを積層方向に貫通する貫通孔Ｈ１７，Ｈ２７，Ｈ３７，Ｈ４７，Ｈ５７によって形成される。詳細には、第３スルーホール導体部９５ｃは、貫通孔Ｈ１７，Ｈ２７，Ｈ３７，Ｈ４７，Ｈ５７の内表面に導体を形成することで作成される。第３スルーホール導体部９５ｃは、一端が第３電極パッド１２７と接続され、その中間部分が第３リード部９０ｃと第４リード部９１ｂに接続され、他端が第５リード部９３ｂに接続される。

【0067】

上記のように、内側第１電極部８１ｃ、検知電極部８２ｂ、中央第２ポンプ電極部８３ｂは、共通の第３電極パッド１２７に電気的に接続されている。そして、第３電極パッド１２７は、制御部３０のグランド電位に接続されている。

【0068】

第４配線ユニットＬ４は、第６リード部９３ｃと、第４スルーホール導体部９５ｄと、を有する。第６リード部９３ｃは、第３固体電解質体８３ａに沿って周囲第２ポンプ電極部８３ｃから後端側に向かって長手方向に延びる。第４スルーホール導体部９５ｄは、第３固体電解質体８３ａ，絶縁体８４ｃ，絶縁体８４ｄを積層方向に貫通する貫通孔Ｈ６６，Ｈ７６，Ｈ８６によって形成される。詳細には、第４スルーホール導体部９５ｄは、貫通孔Ｈ６６，Ｈ７６，Ｈ８６の内表面に導体を形成することで作成される。第４スルーホール導体部９５ｄは、一端が第４電極パッド１３０と接続され、他端が第６リード部９３ｃに接続される。

【0069】

第１ヒータ用配線ユニットＬ５は、第１ヒータ用リード部９４ａと、第１ヒータ用スルーホール導体部９６ａと、を有する。第１ヒータ用リード部９４ａは、発熱抵抗体１０５から後端側に向かって長手方向に沿って延びる。第１ヒータ用スルーホール導体部９６ａは、絶縁体８４ｄを積層方向に貫通する貫通孔Ｈ８８によって形成される。詳細には、第１ヒータ用スルーホール導体部９６ａは、貫通孔Ｈ８８の内表面に導体を形成することで作成される。第１ヒータ用スルーホール導体部９６ａは、一端が第１ヒータ用リード部９４ａに接続され、他端が第１ヒータ用電極パッド１２８に接続される。

【0070】

第２ヒータ用配線ユニットＬ６は、第２ヒータ用リード部９４ｂと、第２ヒータ用スルーホール導体部９６ｂと、を有する。第２ヒータ用リード部９４ｂは、発熱抵抗体１０５から後端側に向かって長手方向に沿って延びる。第２ヒータ用スルーホール導体部９６ｂは、絶縁体８４ｄを積層方向に貫通する貫通孔Ｈ８９によって形成される。詳細には、第２ヒータ用スルーホール導体部９６ｂは、貫通孔Ｈ８９の内表面に導体を形成することで作成される。第２ヒータ用スルーホール導体部９６ｂは、一端が第２ヒータ用リード部９４ｂに接続され、他端が第２ヒータ用電極パッド１２９に接続される。ここで、第１ヒー
タ用リード部９４ａは電流が流入するプラス端子であり、第２ヒータ用リード部９４ｂは電流が流出するマイナス端子である。

【0071】

［１−３．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３０が起動すると、制御部３０は、ヒータ７３に電力を供給する。ヒータ７３は、第１ポンピングセル８１、酸素濃度検出セル８２、第２ポンピングセル８３を活性化温度まで加熱する。そして、各セル８１〜８３が活性化温度まで加熱されると、制御部３０は、第１ポンピングセル８１に電流（第１ポンピング電流Ｉｐ１）を流す。これにより、第１ポンピングセル８１は、第１固体電解質体８１ａを介して内側第１電極部８１ｃと外側第１電極部８１ｂとの間で酸素を移動させることで、第１測定室８６に流入した測定対象ガス（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。

【0072】

制御部３０は、酸素濃度検出セル８２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ポンピングセル８１に通電する第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御する。酸素濃度検出セル８２の電圧は、基準酸素室８７の酸素濃度を基準として、検知電極部８２ｂ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８６の内部の酸素濃度は、ＮＯｘが分解しない程度に調整される。

【0073】

第１測定室８６にて酸素濃度が調整された測定対象ガスは、第２測定室８８に向かってさらに流れる。制御部３０は、第２ポンピングセル８３に電極間電圧（端子間電圧）を印加する。この電圧は、測定対象ガス中の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（酸素濃度検出セル８２の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）。これにより、測定対象ガス中のＮＯｘが、窒素と酸素に分解される。

【0074】

ＮＯｘの分解により生じた酸素を第２測定室８８から汲み出すように、第２ポンピングセル８３に電流（第２ポンピング電流Ｉｐ２）が流れ、制御部３０は、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。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測定対象ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。

【0075】

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（制御部３０）に接続される。制御部３０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ポンピングセル８１，酸素濃度検出セル８２，第２ポンピングセル８３）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。なお、第１実施形態では、制御部３０は、オペアンプ等を用いて形成された電子回路として備えられる。制御部３０は、ＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータを用いて形成してもよい。

【0076】

［１−４．第２ポンプセルの構成］
第２ポンピングセル８３は、上述したように、第３固体電解質体８３ａと、第３固体電解質体８３ａのうち第２測定室８８に面した表面に配置された一対の電極（中央第２ポンプ電極部８３ｂ、周囲第２ポンプ電極部８３ｃ）とを備えている。

【0077】

図３および図４から判るように、中央第２ポンプ電極部８３ｂおよび周囲第２ポンプ電極部８３ｃは、いずれも第３固体電解質体８３ａの同一面に形成されている。また、中央第２ポンプ電極部８３ｂは、中央側に配置される中央電極として備えられるとともに、周囲第２ポンプ電極部８３ｃは、中央第２ポンプ電極部８３ｂの周囲領域における少なくとも一部に配置される周囲電極として備えられる。

【0078】

ここで、図５に、中央第２ポンプ電極部８３ｂおよび周囲第２ポンプ電極部８３ｃの形状を表した拡大説明図を示す。
中央第２ポンプ電極部８３ｂは、円形に形成されている。また、中央第２ポンプ電極部８３ｂは、その輪郭の内側に導電性材料（白金を主成分とする導電性材料）が隙間無く配置されて形成されている。

【0079】

周囲第２ポンプ電極部８３ｃは、環状形状の一部に切り欠きを有する形状（Ｃ字形状）であり、中央第２ポンプ電極部８３ｂを取り囲むように配置されている。周囲第２ポンプ電極部８３ｃは、中央第２ポンプ電極部８３ｂの重心８３ｄを挟むように配置された２つの仮想点８３ｅと、２つの仮想点８３ｅどうしをつなぐ連結領域８３ｆと、を備える。

【0080】

つまり、周囲第２ポンプ電極部８３ｃは、中央第２ポンプ電極部８３ｂの周囲全周（３６０度）のうち、少なくとも１８０度以上の領域を取り囲むように配置されている。特に、本実施形態の周囲第２ポンプ電極部８３ｃは、２７０度以上の領域を取り囲むように配置されている。

【0081】

また、図４に示すように、中央第２ポンプ電極部８３ｂは、その少なくとも一部が第２測定室８８の内面のうち貫通孔８８ａに対向する領域に含まれるように形成されている。貫通孔８８ａは、第２固体電解質体８２ａを板厚方向に貫通して形成されており、第１測定室８６と第２測定室８８とを繋ぐとともに、第１測定室８６から第２測定室８８に導入される測定対象ガスのガス流路を形成する。

【0082】

さらに、第２ポンピングセル８３の中央第２ポンプ電極部８３ｂは、図４に示すように、第３固体電解質体８３ａのうち第２測定室８８に面する領域（第３固体電解質体８３ａのうち第２測定室８８の内壁面を形成する領域）の輪郭から離間して配置されている。換言すれば、中央第２ポンプ電極部８３ｂは、絶縁体８４ｂから離間して配置されている。なお、絶縁体８４ｂは、第２測定室８８の内壁面のうち、第３固体電解質体８３ａにより形成される内壁面に隣接する内壁面を形成している。

【0083】

［１−５．効果］
以上説明したように、本実施形態のＮＯｘセンサ１におけるガスセンサ素子７は、第２ポンピングセル８３における一対の電極として、中央第２ポンプ電極部８３ｂおよび周囲第２ポンプ電極部８３ｃを備えている。

【0084】

中央第２ポンプ電極部８３ｂおよび周囲第２ポンプ電極部８３ｃは、いずれも第３固体電解質体８３ａの同一面に形成されている。中央第２ポンプ電極部８３ｂは、中央電極として備えられるとともに、周囲第２ポンプ電極部８３ｃは、中央第２ポンプ電極部８３ｂの周囲領域の一部に配置される周囲電極として備えられる。

【0085】

第２ポンピングセル８３における一対の電極が、中央第２ポンプ電極部８３ｂおよび周囲第２ポンプ電極部８３ｃで構成されることで、一対の電極がそれぞれ矩形形状に形成されて単に隣接して配置される構成と比べて、一対の電極どうしの距離に製造バラツキが生じがたくなる。つまり、中央第２ポンプ電極部８３ｂの重心８３ｄと周囲第２ポンプ電極部８３ｃの２つの仮想点８３ｅとの相対的な位置関係が特定されると共に、周囲第２ポンプ電極部８３ｃが２つの仮想点８３ｅどうしをつなぐ連結領域８３ｆを有することにより、中央第２ポンプ電極部８３ｂと周囲第２ポンプ電極部８３ｃとの距離が一定範囲内となる。このため、中央第２ポンプ電極部８３ｂと周囲第２ポンプ電極部８３ｃとの距離に製造バラツキが生じがたくなる。

【0086】

とりわけ、第２ポンピングセル８３に流れる第２ポンピング電流Ｉｐ２は微少電流であることから、中央第２ポンプ電極部８３ｂと周囲第２ポンプ電極部８３ｃとの距離の製造バラツキを抑えることで、第２ポンピング電流Ｉｐ２の検出誤差を低減できるため、第２ポンピングセル８３におけるガス検出精度（ＮＯｘ検出精度）の低下を抑制できる。

【0087】

また、中央第２ポンプ電極部８３ｂの周囲領域における少なくとも一部に周囲第２ポンプ電極部８３ｃが配置される構成であるため、ガスセンサ素子７の全体における部位毎に温度勾配が生じたとしても、中央第２ポンプ電極部８３ｂと周囲第２ポンプ電極部８３ｃとの温度差が生じがたくなる。このため、ガスセンサ素子７の全体における部位毎に温度勾配が生じたとしても、その温度勾配に起因する第２ポンピング電流Ｉｐ２の検出誤差を低減できるため、第２ポンピングセル８３におけるガス検出精度（ＮＯｘ検出精度）の低下を抑制できる。

【0088】

さらに、中央第２ポンプ電極部８３ｂは、その輪郭の内側に導電性材料が隙間無く配置されて形成されているため、同じ大きさの輪郭において導電性材料の隙間を有する構成の電極に比べて、有効な電極面積（導電性材料の面積）を大きく確保できる。このように有効な電極面積を大きく確保することで、中央第２ポンプ電極部８３ｂの配置領域における単位面積あたりの第２ポンピング電流Ｉｐ２を大きくすることができ、第２ポンピングセル８３におけるガス検出精度（ＮＯｘ検出精度）の低下を抑制できる。さらに、このような中央第２ポンプ電極部８３ｂを備えることで有効な電極面積を大きく確保できるため、中央第２ポンプ電極部８３ｂの大型化を抑制でき、ガスセンサ素子７の大型化も抑制できる。

【0089】

よって、ガスセンサ素子７によれば、一対の電極部（中央第２ポンプ電極部８３ｂおよび周囲第２ポンプ電極部８３ｃ）がそれぞれ第３固体電解質体８３ａの同一面に配置される構成のセル（第２ポンピングセル８３）を備える場合においても、特定ガス（ＮＯｘ）の検出精度の低下を抑制できる。

【0090】

また、ガスセンサ素子７は、第１測定室８６と第２測定室８８との間に配置される第２固体電解質体８２ａ（セラミック層部材）を備えており、第２固体電解質体８２ａは、第１測定室８６と第２測定室８８とを繋ぐ貫通孔８８ａであって、第１測定室８６から第２測定室８８に導入される測定対象ガスが通過する貫通孔８８ａを備えている。そして、中央第２ポンプ電極部８３ｂは、その少なくとも一部が第２測定室８８の内面のうち貫通孔８８ａに対向する領域に含まれるように形成されている。

【0091】

このような構成のガスセンサ素子７は、第２測定室８８に導入される測定対象ガス（排気ガス）が中央第２ポンプ電極部８３ｂに触れやすくなり、第２ポンピングセル８３におけるガス検出精度（ＮＯｘ検出精度）を向上できる。

【0092】

さらに、第２ポンピングセル８３の中央第２ポンプ電極部８３ｂは、第３固体電解質体８３ａのうち第２測定室８８に面する領域（第３固体電解質体８３ａのうち第２測定室８８の内壁面を形成する領域）の輪郭から離間して配置されている。つまり、中央第２ポンプ電極部８３ｂは、絶縁体８４ｂから離間して配置されている。

【0093】

このような構成のガスセンサ素子７は、第３固体電解質体８３ａのうち第２測定室８８に面する領域の輪郭に中央第２ポンプ電極部が接する構成に比べて、ガスセンサ素子の製造時に、中央第２ポンプ電極部８３ｂの電極位置に製造誤差が生じても、中央第２ポンプ電極部８３ｂの一部（特に、端部）が第２測定室８８に露出しない状態となるのを抑制できる。換言すれば、中央第２ポンプ電極部８３ｂの一部（特に、端部）が絶縁体８４ｂと第３固体電解質体８３ａとの間に挟まれるのを抑制できる。

【0094】

つまり、ガスセンサ素子７は、中央第２ポンプ電極部８３ｂの電極位置に製造誤差が生じても、第２測定室８８に露出する中央第２ポンプ電極部８３ｂの面積に誤差が生じるのを抑制できるとともに、第２ポンピング電流Ｉｐ２に誤差が生じるのを抑制できる。

【0095】

よって、ガスセンサ素子７によれば、第２ポンピング電流Ｉｐ２に誤差が生じるのを抑制できるため、第２ポンピングセル８３におけるガス検出精度（ＮＯｘ検出精度）の低下を抑制できる。

【0096】

本実施形態のＮＯｘセンサ１は、このようなガスセンサ素子７を備えているため、一対の電極部（中央第２ポンプ電極部８３ｂおよび周囲第２ポンプ電極部８３ｃ）がそれぞれ第３固体電解質体８３ａの同一面に配置される構成のセル（第２ポンピングセル８３）を備える場合においても、特定ガス（ＮＯｘ）の検出精度の低下を抑制できる。

【0097】

［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。
ＮＯｘセンサ１がガスセンサの一例に相当し、ガスセンサ素子７がガスセンサ素子の一例に相当し、第１測定室８６が第１測定室の一例に相当し、第２測定室８８が第２測定室の一例に相当する。

【0098】

第１ポンピングセル８１が第１ポンプセルの一例に相当し、外側第１電極部８１ｂおよび内側第１電極部８１ｃが一対の第１電極の一例に相当する。
第２ポンピングセル８３が第２ポンプセルの一例に相当し、中央第２ポンプ電極部８３ｂおよび周囲第２ポンプ電極部８３ｃが一対の第２電極の一例に相当する。中央第２ポンプ電極部８３ｂが中央電極の一例に相当し、周囲第２ポンプ電極部８３ｃが周囲電極の一例に相当し、周囲第２ポンプ電極部８３ｃの仮想点８３ｅが仮想点の一例に相当し、周囲第２ポンプ電極部８３ｃの連結領域８３ｆが連結領域の一例に相当する。

【0099】

第２固体電解質体８２ａがセラミック層部材の一例に相当し、貫通孔８８ａが貫通孔の一例に相当する。
［２．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。

【0100】

例えば、上記実施形態では、中央第２ポンプ電極部８３ｂの少なくとも一部が第２測定室８８の内面のうち貫通孔８８ａに対向する領域に含まれる構成のガスセンサ素子７について説明したが、本発明のガスセンサ素子はこのような構成に限られることはない。また、上記実施形態では、酸素濃度検出セル８２の基準電極部８２ｃが基準酸素室８７のうち周囲第２ポンプ電極部８３ｃに対向する領域の全体に配置される構成のガスセンサ素子７について説明したが、本発明のガスセンサ素子はこのような構成に限られることはない。

【0101】

具体的には、図６に示す第２実施形態の第２ガスセンサ素子１０７のように、中央第２ポンプ電極部８３ｂが貫通孔（変形貫通孔１８８ａ）に対向する領域に含まれないように配置される構成であってもよい。なお、変形貫通孔１８８ａは、変形第２固体電解質体１８２ａを板厚方向に貫通して形成されており、第２測定室８８の後端側に繋がる位置に形成されている。このような構成であっても、測定対象ガスを第２測定室８８に導入でき、中央第２ポンプ電極部８３ｂおよび周囲第２ポンプ電極部８３ｃを備える第２ポンピングセル８３によって、特定ガス（ＮＯｘ）を検出できる。

【0102】

また、第２ガスセンサ素子１０７のように、酸素濃度検出セルの基準電極部（変形基準電極部１８２ｃ）が基準酸素室８７のうち周囲第２ポンプ電極部８３ｃに対向する領域の一部に配置される構成であってもよい。なお、変形検知電極部１８２ｂおよび変形基準電極部１８２ｃは、上述の検知電極部８２ｂおよび基準電極部８２ｃのような円形状ではなく、半円形状に形成されている。また、変形検知電極部１８２ｂおよび変形基準電極部１８２ｃは、第３固体電解質体８３ａのうち、第２ガスセンサ素子１０７の長手方向における中央第２ポンプ電極部８３ｂの重心８３ｄよりも先端側の領域に配置されている。このような構成であっても、基準酸素室８７の酸素濃度を所定濃度に維持するための酸素濃度検知セルを実現できる。

【0103】

なお、第２ガスセンサ素子１０７は、ガスセンサ素子７のうち、第２固体電解質体８２ａに代えて変形第２固体電解質体１８２ａを備え、検知電極部８２ｂに代えて変形検知電極部１８２ｂを備え、基準電極部８２ｃに代えて変形基準電極部１８２ｃを備えることで構成されている。第２ガスセンサ素子１０７は、変形素子部１７１とヒータ７３とが積層されて構成されている。

【0104】

次に、第２ポンプセルにおける一対の第２電極は、中央第２ポンプ電極部８３ｂおよび周囲第２ポンプ電極部８３ｃのような構成に限られることはない。
例えば、図７（ａ）に示す第１変形形態のように、第２ポンプセルにおける一対の第２電極は、円形ではなく矩形の変形中央電極部１８３ｂと、変形中央電極部１８３ｂの周囲に配置される変形周囲電極部１８３ｃと、で構成してもよい。矩形の変形中央電極部１８３ｂを用いることで、円形の場合よりも中央電極の面積を大きく確保できる場合には、このような構成を採ることで、有効な電極面積（導電性材料の面積）を大きく確保でき、単位面積あたりの第２ポンピング電流Ｉｐ２を大きくできるため、特定ガス（ＮＯｘ）の検出精度の低下を抑制できる。

【0105】

また、図７（ｂ）に示す第２変形形態のように、第２ポンプセルにおける一対の第２電極は、第１実施形態の中央第２ポンプ電極部８３ｂとはリード部との接続位置が異なる第２変形中央電極部２８３ｂと、第１実施形態の周囲第２ポンプ電極部８３ｃとはリード部との接続位置が異なる第２変形周囲電極部２８３ｃと、で構成してもよい。第２変形周囲電極部２８３ｃは、環状形状の一部に切り欠きを有する形状（Ｃ字形状）であり、その端部がリード部（第６リード部９３ｃ）に接続されている。つまり、中央電極および周囲電極のそれぞれにおけるリード部との接続位置は、特定の位置に限られることはなく、任意の位置に設定することができる。

【0106】

さらに、図７（ｃ）に示す第３変形形態のように、第２ポンプセルにおける一対の第２電極は、矩形の第３変形中央電極部３８３ｂと、第３変形中央電極部３８３ｂの周囲のうち３辺に対応する領域に配置される第３変形周囲電極部３８３ｃと、で構成してもよい。つまり、周囲電極は、第３変形中央電極部３８３ｂの４辺全てに対応する領域に配置される構成に限られることはなく、中央電極（第３変形中央電極部３８３ｂ）の重心８３ｄを挟むように配置された２つの仮想点８３ｅと、２つの仮想点８３ｅどうしをつなぐ連結領域８３ｆと、を備える構成であれば、任意の構成を採ることができる。

【0107】

さらに図示はしないが、第２ポンプセルにおける一対の第２電極は、中央電極と、中央電極の周囲を切れ目無く完全に取り囲むように形成された周囲電極と、で構成してもよい。この場合、中央電極のリード部（信号経路）は、固体電解質体を厚さ方向に貫通するスルーホールを介して固体電解質体の裏面に繋がるように形成してもよい。

【0108】

また、第１実施形態のガスセンサ素子７においては、基準酸素室８７は、その内部のうち第３固体電解質体８３ａに面する領域に多孔質部８７ａが配置され、その他の領域が空
洞として形成される構成であるが、基準酸素室の内部全体に多孔質部が配置される構成であっても良い。

【0109】

さらに、第１実施形態のガスセンサ素子７は、周囲電極（周囲第２ポンプ電極部８３ｃ）の全体が基準酸素室８７の内部に露出する構成であるが、周囲電極の一部が基準酸素室の内部に露出する構成であってもよい。例えば、基準酸素室を第２ガスセンサ素子１０７の変形基準電極部１８２ｃに対応する領域（中央第２ポンプ電極部８３ｂの重心８３ｄよりも先端側の領域）に形成して、周囲電極（周囲第２ポンプ電極部８３ｃ）のうち一部がその基準酸素室の内部に露出し、その他の部分が絶縁体８４ｂと第３固体電解質体８３ａとの間に挟まれる構成であっても良い。

【符号の説明】

【0110】

１…ＮＯｘセンサ、７…ガスセンサ素子、３０…制御部、７１…素子部、７３…ヒータ、８１…第１ポンピングセル、８１ａ…第１固体電解質体、８１ｂ…外側第１電極部、８１ｃ…内側第１電極部、８１ｄ…多孔質部、８２…酸素濃度検出セル、８２ａ…第２固体電解質体、８２ｂ…検知電極部、８２ｃ…基準電極部、８３…第２ポンピングセル、８３ａ…第３固体電解質体、８３ｂ…中央第２ポンプ電極部、８３ｃ…周囲第２ポンプ電極部、８３ｄ…重心、８３ｅ…仮想点、８３ｆ…連結領域、８６…第１測定室、８７…基準酸素室、８７ａ…多孔質部、８８…第２測定室、８８ａ…貫通孔、１０７…第２ガスセンサ素子、１７１…変形素子部、１８２ａ…変形第２固体電解質体、１８２ｂ…変形検知電極部、１８２ｃ…変形基準電極部、１８３ｂ…変形中央電極部、１８３ｃ…変形周囲電極部、１８８ａ…変形貫通孔、２８３ｂ…第２変形中央電極部、２８３ｃ…第２変形周囲電極部、３８３ｂ…第３変形中央電極部、３８３ｃ…第３変形周囲電極部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】