特許 6392104 ガスセンサ素子及びガスセンサ

(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】6392104

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】ガスセンサ素子及びガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20180910BHJP

   G01N 27/419 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/416 331

   G01N27/419 327H

【請求項の数】4

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-249883(P2014-249883)

(22)【出願日】2014年12月10日

(65)【公開番号】特開2016-109643(P2016-109643A)

(43)【公開日】2016年6月20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】100113022

【弁理士】

【氏名又は名称】赤尾 謙一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100110249

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 昭

(74)【代理人】

【識別番号】100116090

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 和彦

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】中川 将生

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第００／０５７１６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０３０１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７１４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１０８８５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−０２１６１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４０６−２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状の固体電解質体と、
該固体電解質体上に積層して設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の電極であって、前記第１電極は前記固体電解質体と積層方向に隣接する測定室内に露出し、前記第２電極は電極部と該電極部よりも狭幅なリード部とを有して外部との間で酸素を汲み出し及び汲み入れる一対のポンプ電極と、を有し、長手方向に延びるガスセンサ素子であって、
さらに、前記第２電極を覆う緻密層と、
前記ガスセンサ素子の幅方向に延びて前記電極部と前記外部とを連通する連通路と、を有し、
前記長手方向に沿って見た時に、前記連通路の長さが前記電極部の長さよりも短いガスセンサ素子。

【請求項2】

板状の固体電解質体と、
該固体電解質体上に積層して設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の電極であって、前記第１電極は前記固体電解質体と積層方向に隣接する測定室内に露出し、前記第２電極は電極部と該電極部よりも狭幅なリード部とを有して外部との間で酸素を汲み出し及び汲み入れる一対のポンプ電極と、を有し、長手方向に延びるガスセンサ素子であって、
さらに、前記第２電極を覆う緻密層と、
前記長手方向に延びて前記ガスセンサ素子の先端側又は後端側のいずれか一方で前記電極部と前記外部とを連通する連通路と、を有し、
前記ガスセンサ素子の幅方向に沿って見た時に、前記連通路の長さが前記電極部の長さよりも短く、
前記電極部のうち、前記長手方向に沿って見た時に、前記連通路よりも反対側に延びる領域が前記緻密層で直接覆われているガスセンサ素子。

【請求項3】

前記連通路に多孔質体が充填されてなる請求項１又は２記載のガスセンサ素子。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサ素子を有するガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するのに好適に用いられるガスセンサ素子及びガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素、ＮＯｘ等）の濃度を検出するガスセンサが広く用いられている（特許文献１、２）。例えば一般的なＮＯｘセンサは、図２３に示すような酸素ポンピングセル１４００を備えたガスセンサ素子を有している。酸素ポンピングセル１４００は、固体電解質層１０９０の両面に形成された一対の電極１０８０、１１００を有し、電極１０８０は固体電解質層１０９０と積層方向に隣接する測定室１０７０（図示せず）内に露出している。一方、電極１１００は自身の表面を覆う多孔質層１１３０を介して外部との間で排気ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う。そして、測定室１０７０内の排気ガス中の酸素濃度に応じた出力電圧（起電力）が一定となるように酸素ポンピングセル１４００に電圧（Ｖｐ電圧）を印加し、測定室１０７０内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に管理している。
ここで、固体電解質層１０９０の表面には、電極１１００を挟み込むようにしてガス非透過性の緻密層１１１０が積層されている。そして、この緻密層１１１０の先端側に電極１１００を取り囲む略矩形の貫通孔１１２０が設けられ、多孔質層１１３０は貫通孔１１２０に埋設されている。このようにして、多孔質層１１３０を介して電極１１００と外部との間でガスが出入可能になっている。

【0003】

一方、緻密層１１１０の貫通孔１１２０に多孔質層１１３０を埋設する代わりに、固体電解質層１０９０の表面全体に、電極１１００を挟み込むように多孔質層（拡散抵抗層）を積層し、多孔質層の表面全体を緻密層で覆う技術が開発されている（特許文献３）。特許文献３記載の技術の場合、多孔質層の側面が外部に露出しており、この側面を介して電極１１００と外部との間でガスが出入可能になっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−１７３１４６号公報

【特許文献2】特許第４９６６２６６号公報

【特許文献3】特開２０１２−２４７２９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、図２３に示すようなガスセンサ素子の場合、貫通孔１１２０の角部１１２０ｅに応力が集中し易く、被水等の熱衝撃が加わったときに角部１１２０ｅから緻密層１１１０にクラック等が生じやすいという問題がある。又、特許文献３記載の技術の場合、多孔質層を電解質層１０９０の表面全体に積層しているが、多孔質層は他の層との密着性に劣るため、層間強度が低下してガスセンサ素子の強度も低下するおそれがある。
そこで、本発明は、外部に酸素を汲み出し又は汲み入れる電極を有するガスセンサ素子の強度を向上させたガスセンサ素子及びガスセンサの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサ素子は、板状の固体電解質体と、該固体電解質体上に積層して設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の電極であって、前記第１電極は前記固体電解質体と積層方向に隣接する測定室内に露出し、前記第２電極は電極部と該電極部よりも狭幅なリード部とを有して外部との間で酸素を汲み出し及び汲み入れる一対のポンプ電極と、を有し、長手方向に延びるガスセンサ素子であって、さらに、前記第２電極を覆う緻密層と、前記ガスセンサ素子の幅方向に延びて前記電極部と前記外部とを連通する連通路と、を有し、前記長手方向に沿って見た時に、前記連通路の長さが前記電極部の長さよりも短い。

【0007】

このガスセンサ素子によれば、第２電極の電極部の少なくとも一部が連通路を介して外部と連通すると共に、電極部自身がガス透過性を有している。このため、電極部での電極反応に伴って生じる酸素は電極部内を移動して連通路から外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。
従って、従来のガスセンサ素子のように、第２電極を直接覆うガス非透過性の緻密層に貫通孔を設けてガス透過性の多孔質体を埋設する必要がなくなり、被水等の熱衝撃が加わったときに貫通孔の角部から緻密層にクラック等が生じることを抑制し、ガスセンサ素子の強度を向上させることができる。又、固体電解質体の表面全体に、第２電極を挟み込むように多孔質層（拡散抵抗層）を積層して多孔質層の側面からガス透過の経路を確保する構造に比べ、層間強度の低下を抑制してガスセンサ素子の強度を向上できる。

【0008】

又、本発明のガスセンサ素子は、板状の固体電解質体と、該固体電解質体上に積層して設けられた第１電極及び第２電極からなる一対の電極であって、前記第１電極は前記固体電解質体と積層方向に隣接する測定室内に露出し、前記第２電極は電極部と該電極部よりも狭幅なリード部とを有して外部との間で酸素を汲み出し及び汲み入れる一対のポンプ電極と、を有し、長手方向に延びるガスセンサ素子であって、さらに、前記第２電極を覆う緻密層と、前記長手方向に延びて前記ガスセンサ素子の先端側又は後端側のいずれか一方で前記電極部と前記外部とを連通する連通路と、を有し、前記ガスセンサ素子の幅方向に沿って見た時に、前記連通路の長さが前記電極部の長さよりも短く、前記電極部のうち、前記長手方向に沿って見た時に、前記連通路よりも反対側に延びる領域が前記緻密層で直接覆われている。

【0009】

このガスセンサ素子によれば、第２電極の電極部の少なくとも一部が連通路を介して外部と連通すると共に、電極部自身がガス透過性を有している。このため、電極部での電極反応に伴って生じる酸素は電極部内を移動して連通路から外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。
従って、従来のガスセンサ素子のように、第２電極を直接覆うガス非透過性の緻密層に貫通孔を設けてガス透過性の多孔質体を埋設する必要がなくなり、被水等の熱衝撃が加わったときに貫通孔の角部から緻密層にクラック等が生じることを抑制し、ガスセンサ素子の強度を向上させることができる。又、固体電解質体の表面全体に、第２電極を挟み込むように多孔質層（拡散抵抗層）を積層して多孔質層の側面からガス透過の経路を確保する構造に比べ、層間強度の低下を抑制してガスセンサ素子の強度を向上できる。
一方、連通路が長手方向に延びているため、連通路の長さ（他の層との接触面積）が長くなり、ガスセンサ素子の強度及び層間強度の低下が懸念される。そこで、連通路がガスセンサ素子の先端側又は後端側のいずれか一方で外部と連通するように構成し、電極部のうち長手方向に沿って見た時に、連通路よりも反対側に延びる領域を緻密層で直接覆うことで、強度及び密着性の高い緻密層がこの領域に介在し、該領域でのガスセンサ素子の強度及び層間強度が向上する。これにより、連通路が長手方向に延びていても、ガスセンサ素子の強度及び層間強度の低下を抑制できる。

【0010】

本発明のガスセンサ素子において、前記連通路に多孔質体が充填されていてもよい。
このガスセンサ素子によれば、連通路に多孔質体を充填されているため、連通路を空隙（内部空間）とする場合に比べると連通路の強度が高くなり、ガスセンサ素子の強度及び層間強度をより一層向上できる。

【0011】

本発明のガスセンサは、前記ガスセンサ素子を有する。

【発明の効果】

【0012】

この発明によれば、外部に酸素を汲み出し又は汲み入れる電極を有するガスセンサ素子の強度を向上させたガスセンサ素子及びガスセンサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ（ＮＯｘセンサ）の長手方向に沿う断面図である。

【図2】第１の実施形態に係るガスセンサ素子の斜視図である。

【図3】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図4】第１の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１セル（第１ポンプセル）近傍の分解斜視図である。

【図5】第１の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１＋電極及びＩｐ１＋リードの上面図である。

【図6】図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図7】第２の実施形態に係るガスセンサ素子の斜視図である。

【図8】図７のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

【図9】第２の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１セル（第１ポンプセル）近傍の分解斜視図である。

【図10】第２の実施形態に係るＩｐ１＋電極及びＩｐ１＋リードの上面図である。

【図11】第３の実施形態に係るガスセンサ素子の斜視図である。

【図12】図１１のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

【図13】第３の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１セル（第１ポンプセル）近傍の分解斜視図である。

【図14】第３の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１＋電極及びＩｐ１＋リードの上面図である。

【図15】第４の実施形態に係るガスセンサ素子の斜視図である。

【図16】図１５のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。

【図17】第４の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１セル（第１ポンプセル）近傍の分解斜視図である。

【図18】第４の実施形態に係るガスセンサ素子のＩｐ１＋電極及びＩｐ１＋リードの上面図である。

【図19】第１の実施形態の変形例を示す断面図である。

【図20】第１の実施形態の別の変形例を示す断面図である。

【図21】第２の実施形態の変形例を示す断面図である。

【図22】第３の実施形態の変形例を示す断面図である。

【図23】従来のガスセンサ素子のポンピングセルの分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ（ＮＯｘセンサ）１の縦断面図（軸線ＡＸに沿った長手方向に切断した断面図）、図２は第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０の斜視図、図３は図２のＢ−Ｂ線（軸線ＡＸ）に沿う断面図、図４はガスセンサ素子１０のＩｐ１セル（第１ポンプセル）１１０近傍の分解斜視図である。
なお、ガスセンサ素子の「幅方向」と区別するために、軸線ＡＸに沿う方向（軸線方向）を適宜「長手方向」と称する。ガスセンサ素子の「幅方向」は、「長手方向（軸線方向）」と垂直な方向である。

【0015】

ガスセンサ１は、測定対象ガスである排ガス中の特定ガス（ＮＯｘ）の濃度を検出可能なガスセンサ素子１０を備え、内燃機関の排気管（図示なし）に装着されて使用されるＮＯｘセンサである。このガスセンサ１は、排気管に固定するためのネジ部２１が外表面の所定位置に形成された筒状の主体金具２０を備える。ガスセンサ素子１０は、軸線ＡＸ方向に延びる細長板状をなし、主体金具２０の内側に保持されている。
さらに詳しくは、ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋ（図１において上端の部位）が挿入される挿入孔６２を有する保持部材６０と、この保持部材６０の内側に保持された６個の端子部材とを備える。なお、図１では、６個の端子部材のうち２個の端子部材（具体的には、端子部材７５，７６）のみを図示している。

【0016】

ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋには、平面視矩形状の電極端子部１３〜１８（図１では、電極端子部１４、１７のみ図示）が合計６個形成されている。電極端子部１３〜１８には、それぞれ、前述の端子部材が弾性的に当接して電気的に接続している。例えば、電極端子部１４には、端子部材７５の素子当接部７５ｂが弾性的に当接して電気的に接続している。また、電極端子部１７には、端子部材７６の素子当接部７６ｂが弾性的に当接して電気的に接続している。
さらに、６個の端子部材（端子部材７５，７６など）には、それぞれ、異なるリード線７１が電気的に接続されている。例えば、図１に示すように、端子部材７５のリード線把持部７７によって、リード線７１の芯線が加締められて把持される。また、端子部材７６のリード線把持部７８によって、他のリード線７１の芯線が加締められて把持される。

【0017】

主体金具２０は、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔２３を有する筒状部材である。この主体金具２０は、径方向内側に突出する形態で貫通孔２３の一部を構成する棚部２５を有している。主体金具２０は、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを自身の先端側外部（図１において下方）に突出させると共に、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋを自身の後端側外部（図１において上方）に突出させた状態で、ガスセンサ素子１０を貫通孔２３内に保持している。
また、主体金具２０の貫通孔２３の内部には、環状のセラミックホルダ４２、滑石粉末を環状に充填してなる２つの滑石リング４３，４４、及びセラミックスリーブ４５が配置されている。詳細には、ガスセンサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で、セラミックホルダ４２、滑石リング４３，４４、及びセラミックスリーブ４５が、この順に、主体金具２０の軸線方向先端側（図１において下端側）から軸線方向後端側（図１において上端側）にわたって重ねて配置されている。

【0018】

また、セラミックホルダ４２と主体金具２０の棚部２５との間には、金属カップ４１が配置されている。また、セラミックスリーブ４５と主体金具２０のカシメ部２２との間には、加締リング４６が配置されている。なお、主体金具２０のカシメ部２２が、加締リング４６を介してセラミックスリーブ４５を先端側に押し付けるように、加締められている。
主体金具２０の先端部２０ｂには、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを覆うように、複数の孔を有する金属製（具体的にはステンレス）の外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２が、溶接によって取り付けられている。一方、主体金具２０の後端部には、外筒５１が溶接によって取り付けられている。外筒５１は、軸線ＡＸ方向に延びる筒状をなし、ガスセンサ素子１０を包囲している。

【0019】

保持部材６０は、絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、軸線ＡＸ方向に貫通する挿入孔６２を有する筒状部材である。挿入孔６２内には、前述した６個の端子部材（端子部材７５，７６など）が配置されている（図１参照）。保持部材６０の後端部には、径方向外側に突出する鍔部６５が形成されている。保持部材６０は、鍔部６５が内部支持部材５３に当接する態様で、内部支持部材５３に保持されている。なお、内部支持部材５３は、外筒５１のうち径方向内側に向けて加締められた加締部５１ｇにより、外筒５１に保持されている。
保持部材６０の後端面６１上には、絶縁部材９０が配置されている。絶縁部材９０は、電気絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、円筒状をなす。この絶縁部材９０には、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔９１が合計６個形成されている。この貫通孔９１には、前述した端子部材のリード線把持部（リード線把持部７７，７８など）が配置されている。

【0020】

また、外筒５１のうち軸線方向後端部（図１において上端部）に位置する後端開口部５１ｃの径方向内側には、フッ素ゴムからなる弾性シール部材７３が配置されている。この弾性シール部材７３には、軸線ＡＸ方向に延びる円筒状の挿通孔７３ｃが、合計６個形成されている。各々の挿通孔７３ｃは、弾性シール部材７３の挿通孔面７３ｂ（円筒状の内壁面）によって構成されている。各々の挿通孔７３ｃには、リード線７１が１本ずつ挿通されている。各々のリード線７１は、弾性シール部材７３の挿通孔７３ｃを通じて、ガスセンサ１の外部に延出している。弾性シール部材７３は、外筒５１の後端開口部５１ｃを径方向内側に加締めることで径方向に弾性圧縮変形し、これにより、挿通孔面７３ｂとリード線７１の外周面７１ｂとを密着させて、挿通孔面７３ｂとリード線７１の外周面７１ｂとの間を水密に封止している。

【0021】

一方、図３に示すように、ガスセンサ素子１０は、板状の固体電解質体１１１、１２１、１３１と、これらの間に配置された絶縁体１４０、１４５とを備え、これらが積層方向に積層された構造を有する。さらに、ガスセンサ素子１０には、固体電解質体１３１の裏面側に、ヒータ１６１が積層されている。このヒータ１６１は、アルミナを主体とする板状の絶縁体１６２、１６３と、その間に埋設されたヒータパターン１６４（Ｐｔを主体としている）とを備えている。

【0022】

固体電解質体１１１、１２１、１３１は、固体電解質であるジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質体１１１の表面側には、多孔質のＩｐ１＋電極１１２が設けられている。また、固体電解質体１１１の裏面側には、多孔質のＩｐ１−電極１１３が設けられている。Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１−電極１１３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、ガス透過性及び透水性を有している。
又、Ｉｐ１＋電極１１２にはＩｐ１＋リード１１６が接続されている（図２参照）。又、Ｉｐ１−電極１１３にはＩｐ１−リード（図示せず）が接続されている。Ｉｐ１＋リード及びＩｐ１−リードは、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１−電極１１３と異なり、緻密に形成されている。このため、Ｉｐ１＋リード及びＩｐ１−リードは、非透水性を有している。
また、Ｉｐ１＋電極１１２（とＩｐ１＋リード１１６）の表面側（図３において上面側）の一部には、Ｉｐ１＋電極１１２を覆うようにしてアルミナ等からなるガス非透過性の保護層１１５が積層されている。

【0023】

ここで、固体電解質体１１１、Ｉｐ１−電極１１３、Ｉｐ１＋電極１１２、Ｉｐ１＋リード１１６、保護層１１５がそれぞれ特許請求の範囲の「固体電解質体」、「第１電極」、「電極部」、「リード部」、「緻密層」に相当する。又、Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１＋リード１１６が特許請求の範囲の「第２電極」に相当し、後述する第１測定室１５０が特許請求の範囲の「測定室」に相当する。
固体電解質体１１１及び電極１１２、１１３は、Ｉｐ１セル１１０（第１ポンプセル）を構成する。このＩｐ１セル１１０は、電極１１２、１１３間に流すポンプ電流Ｉｐ１に応じて、電極１１２の接する雰囲気（ガスセンサ素子１０の外部の雰囲気）と電極１１３の接する雰囲気（後述する第１測定室１５０内の雰囲気）との間で酸素の汲み出し及び汲み入れ（いわゆる酸素ポンピング）を行う。
なお、図２に示すように、ガスセンサ素子１０の長手方向に沿う側面には、ガスセンサ素子１０の幅方向に延びて断面が略矩形の連通路２５１，２５２が矩形スリット状に開口し、Ｉｐ１＋電極１１２と外部とを連通すると共に、Ｉｐ１＋電極１１２自身がガス透過性を有している。そして、Ｉｐ１＋電極１１２で電極反応が生じ、これに伴って酸素が生じるが、この酸素はＩｐ１＋電極１１２内を移動した後、Ｉｐ１＋電極１１２のうち連通路２５１，２５２に接する面から連通路２５１，２５２を介して外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。Ｉｐ１＋電極１１２及び連通路２５１，２５２の詳細については後述する。

【0024】

固体電解質体１２１は、絶縁体１４０を挟んで、固体電解質体１１１と積層方向に対向するように配置されている。固体電解質体１２１の表面側（図２において上面側）には、多孔質のＶｓ−電極１２２が設けられている。また、固体電解質体１２１の裏面側（図２において下面側）には、多孔質のＶｓ＋電極１２３が設けられている。Ｖｓ−電極１２２及びＶｓ＋電極１２３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、ガス透過性及び透水性を有している。
又、Ｖｓ−電極１２２にはＶｓ−リード（図示せず）が接続され、Ｖｓ＋電極１２３にはＶｓ＋リード（図示せず）が接続されている。Ｖｓ−リード及びＶｓ＋リードは、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｖｓ−リードはＶｓ−電極１２２、Ｖｓ＋電極１２３及びＶｓ＋リードと異なり、緻密に形成されている。このため、Ｖｓ−リードは、非透水性を有している。ここでＶｓ＋リードはガス透過性及び透水性を有する。

【0025】

固体電解質体１１１と固体電解質体１２１との間には、ガスセンサ素子の内部空間としての第１測定室１５０が形成されている。この第１測定室１５０は、排気通路内を流通する排ガスが、ガスセンサ素子１０内に最初に導入される内部空間であり、ガス透過性及び透水性を有する第１多孔質体１５１（図２、図４参照）を通じてガスセンサ素子１０の外部と連通している。第１多孔質体１５１は、ガスセンサ素子１０の外部との仕切りとして、第１測定室１５０の側方に設けられており、第１測定室１５０内への排ガスの単位時間あたりの流通量を制限する。
第１測定室１５０の後端側（図２において右側）には、第１測定室１５０と後述する第２測定室１６０との間の仕切りとして、排ガスの単位時間あたりの流通量を制限する第２多孔質体１５２が設けられている。

【0026】

固体電解質体１２１及び電極１２２、１２３は、Ｖｓセル１２０を構成する。このＶｓセル１２０は、主として、固体電解質体１２１により隔てられた雰囲気（電極１２２の接する第１測定室１５０内の雰囲気と、電極１２３の接する基準酸素室１７０内の雰囲気）間の酸素分圧差に応じて起電力を発生する。

【0027】

固体電解質体１３１は、絶縁体１４５を挟んで、固体電解質体１２１と積層方向に対向するように配置されている。固体電解質体１３１の表面側（図２において上面側）には、多孔質のＩｐ２＋電極１３２と多孔質のＩｐ２−電極１３３が設けられている。Ｉｐ２＋電極１３２及びＩｐ２−電極１３３は、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されており、ガス透過性及び透水性を有している。
又、Ｉｐ２＋電極１３２にはＩｐ２＋リード（図示せず）が接続され、Ｉｐ２−電極１３３にはＩｐ２−リード（図示せず）が接続されている。Ｉｐ２＋リード及びＩｐ２−リードは、Ｐｔ粉末とセラミック粉末とを含むサーメットにより形成されているが、Ｉｐ２＋リードは、Ｉｐ２＋電極１３２及びＩｐ２−電極１３３と同時に形成されるため、多孔質に形成されている。このため、Ｉｐ２＋リードは、ガス透過性及び透水性を有している。

【0028】

Ｉｐ２＋電極１３２とＶｓ＋電極１２３との間には、孤立した小空間としての基準酸素室１７０が形成されている。この基準酸素室１７０は、絶縁体１４５に形成されている開口部１４５ｂにより構成されている。なお、基準酸素室１７０内のうちＩｐ２＋電極１３２側には、セラミックス製の多孔質体が配置されている。
また、Ｉｐ２−電極１３３と積層方向に対向する位置には、ガスセンサ素子の内部空間としての第２測定室１６０が形成されている。この第２測定室１６０は、絶縁体１４５を積層方向に貫通する開口部１４５ｃと、固体電解質体１２１を積層方向に貫通する開口部１２５と、絶縁体１４０を積層方向に貫通する開口部１４１とにより構成されている。
第１測定室１５０と第２測定室１６０とは、ガス透過性及び透水性を有する第２多孔質体１５２を通じて連通している。従って、第２測定室１６０は、第１多孔質体１５１、第１測定室１５０、及び第２多孔質体１５２を通じて、ガスセンサ素子１０の外部と連通している。

【0029】

固体電解質体１３１及び電極１３２、１３３は、ＮＯｘ濃度を検知するためのＩｐ２セル１３０（第２ポンプセル）を構成する。このＩｐ２セル１３０は、第２測定室１６０内で分解されたＮＯｘ由来の酸素（酸素イオン）を、固体電解質体１３１を通じて、基準酸素室１７０に移動させる。このとき、電極１３２及び電極１３３の間には、第２測定室１６０内に導入された排ガス（測定対象ガス）に含まれるＮＯｘの濃度に応じた電流が流れる。

【0030】

なお、本実施形態では、次のようにして、各電極１１２、１１３、１２２、１２３、１３２、１３３を形成している。具体的には、まず、１００重量部のＰｔ粉末と１４重量部のセラミック粉末と１０重量部の有機バインダー（例えば、エチルセルロース）を混合し、この混合物に対し所定量の溶媒を加えて、電極用ペーストを作製する。次いで、この電極用ペーストを対応する固体電解質体の表面側及び裏面側に塗工する。その後、加熱により有機バインダを消失させて、多孔質の各電極１１２、１１３、１２２、１２３、１３２、１３３が形成される。

【0031】

又、本実施形態では、次のようにして、各電極１１２、１１３、１２２、１２３、１３２、１３３に接続される上記した各リードを形成している。具体的には、電極１２３、１３２に接続される各リードは、電極用ペーストを用いて、電極と同時に形成される。一方、電極１１２、１１３、１２２、１３３に接続される各リードは、まず、１００重量部のＰｔ粉末と１８重量部のセラミック粉末と５重量部の有機バインダー（例えば、エチルセルロース）を混合し、この混合物に対し所定量の溶媒を加えて、リード用ペーストを作製する。次いで、このリード用ペーストを対応する固体電解質体の表面側及び裏面側に塗工する。その後、加熱により有機バインダを消失させて、各リードが形成される。
ところで、電極１１２、１１３、１２２、１３３に接続される各リード用ペーストは、前述の電極用ペーストに比べて、有機バインダーの添加量を少量（約半分の量）にしている。このように、加熱により消失して内部空孔を形成する有機バインダの添加量を少量とすることで、内部空孔の少ない緻密なリードが形成される。

【0032】

又、本実施形態では、固体電解質体１１１の表面上のＩｐ１＋電極１１２を除く部位に、アルミナ絶縁層１１８が形成され、Ｉｐ１＋電極１１２はアルミナ絶縁層１１８を積層方向に貫通する貫通孔１１８ｂ（図４参照）を通じて、固体電解質体１１１と接触する。
さらに、固体電解質体１１１の裏面上のＩｐ１−電極１１３を除く部位には、アルミナ絶縁層１１９が形成され、Ｉｐ１−電極１１３はアルミナ絶縁層１１９を積層方向に貫通する貫通孔１１９ｂ（図４参照）を通じて、固体電解質体１１１と接触する。

【0033】

さらに、本実施形態では、固体電解質体１２１の表面上のＶｓ−電極１２２を除く部位に、アルミナ絶縁層１２８が形成され、Ｖｓ−電極１２２はアルミナ絶縁層１２８を積層方向に貫通する貫通孔（図示せず）を通じて、固体電解質体１２１と接触する。
さらに、固体電解質体１２１の裏面上のＶｓ＋電極１２３を除く部位に、アルミナ絶縁層１２９が形成され、Ｖｓ＋電極１２３はアルミナ絶縁層１２９を積層方向に貫通する貫通孔（図示せず）を通じて、固体電解質体１２１と接触する。

【0034】

さらに、本実施形態では、固体電解質体１３１の表面上のＩｐ２＋電極１３２を除く部位に、アルミナ絶縁層１３８が形成され、Ｉｐ２＋電極１３２はアルミナ絶縁層１３８を積層方向に貫通する貫通孔（図示せず）を通じて、固体電解質体１３１と接触する。さらに、固体電解質体１３１の表面上のＩｐ２−電極１３３を除く部位にも、アルミナ絶縁層１３８が形成され、電極１３３はアルミナ絶縁層１３８を積層方向に貫通する貫通孔（図示せず）を通じて、固体電解質体１３１と接触する。

【0035】

ここで、本実施形態のガスセンサ１によるＮＯｘ濃度検知について、簡単に説明する。
ガスセンサ素子１０の固体電解質体１１１、１２１、１３１は、ヒータパターン１６４の昇温に伴い加熱され、活性化する。これにより、Ｉｐ１セル１１０、Ｖｓセル１２０、及びＩｐ２セル１３０が動作するようになる。
排気通路（図示なし）内を流通する排ガス（測定対象ガス）は、第１多孔質体１５１による流通量の制限を受けつつ第１測定室１５０内に導入される。このとき、Ｖｓセル１２０には、電極１２３側から電極１２２側へ微弱な電流Ｉｃｐが流されている。このため、排ガス中の酸素は、負極側となる第１測定室１５０内の電極１２２から電子を受け取ることができ、酸素イオンとなって固体電解質体１２１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。つまり、電極１２２、１２３間で電流Ｉｃｐが流されることによって、第１測定室１５０内の酸素が基準酸素室１７０内に送り込まれる。

【0036】

第１測定室１５０内に導入された排ガスの酸素濃度が所定値より薄い場合、電極１１２側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、ガスセンサ素子１０の外部から第１測定室１５０内へ酸素の汲み入れを行う。一方、第１測定室１５０内に導入された排ガスの酸素濃度が所定値より濃い場合、電極１１３側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、第１測定室１５０内からガスセンサ素子１０外部へ酸素の汲み出しを行う。
このように、第１測定室１５０において酸素濃度が調整された排ガスは、第２多孔質体１５２を通じて、第２測定室１６０内に導入される。第２測定室１６０内で電極１３３と接触した排ガス中のＮＯｘは、電極１３２、１３３間に電圧Ｖｐ２を印加されることで、電極１３３上で窒素と酸素に分解（還元）され、分解された酸素は、酸素イオンとなって固体電解質体１３１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。このとき、第１測定室１５０で汲み残された残留酸素も同様に、Ｉｐ２セル１３０によって基準酸素室１７０内に移動する。これにより、Ｉｐ２セル１３０には、ＮＯｘ由来の電流及び残留酸素由来の電流が流れる。なお、基準酸素室１７０内に移動
した酸素は、基準酸素室１７０内に接するＶｓ＋電極１２３とＶｓリード及びＩｐ２＋電極１３
２とＩｐ２＋リードを介して外部（大気）に放出される、このため、Ｖｓ＋リード及びＩｐ２＋
リードは多孔質となっている。

【0037】

ここで、第１測定室１５０で汲み残された残留酸素の濃度は、上記のように所定値に調整されているため、その残留酸素由来の電流は略一定とみなすことができ、ＮＯｘ由来の電流の変動に対し影響は小さく、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流は、ＮＯｘ濃度に比例することとなる。従って、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流Ｉｐ２を検出し、その電流値に基づいて、排ガス中のＮＯｘ濃度を検知することができる。

【0038】

次に、図５、図６を参照し、Ｉｐ１＋電極１１２及びＩｐ１＋リード１１６の詳細な構成及び作用について説明する。図５はガスセンサ素子１０のＩｐ１＋電極及びＩｐ１＋リードの上面図、図６は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図、である。なお、図５は保護層１１５を取り去った状態での上面図を示す。
図５に示すように、Ｉｐ１＋電極１１２は、軸線ＡＸ方向が長辺をなす矩形状であり、そのうち後端側の１つの角部から幅方向外側に向かって舌片状の接続部１１２ｄが延び、接続部１１２ｄはＩｐ１＋リード１１６の先端部と接続している。一方、ガスセンサ素子１０の両側面には、Ｉｐ１＋電極１１２の幅方向両端部からそれぞれガスセンサ素子１０の上面を跨いで幅方向に延びる連通路２５１，２５２が開口している（図６参照）。又、各連通路２５１，２５２は、Ｉｐ１＋電極１１２の幅方向の中央部で分離され、この中央部のＩｐ１＋電極１１２の上面１１２ｃを保護層１１５が直接覆っている。
なお、図６に示すように、各連通路２５１，２５２は、Ｉｐ１＋電極１１２の幅方向両端部の上面１１２ａをそれぞれ覆うようにして、保護層１１５と固体電解質体１１１の間をガスセンサ素子１０の両側面に向かって幅方向に延びている。このため、図４に示すように、アルミナ絶縁層１１８の貫通孔１１８ｂは、Ｉｐ１＋電極１１２の幅方向両端からガスセンサ素子１０の両側面へ向かって切り抜かれている。

【0039】

そして、Ｉｐ１＋電極１１２の側面１１２ｅ及び上面１１２ａが各連通路２５１，２５２に接し、Ｉｐ１＋電極１１２が各連通路２５１，２５２を介して外部と連通するようになっている。又、本実施形態では、各連通路２５１，２５２は、ガス透過性及び透水性を有する多孔質体を充填してなるが、各連通路２５１，２５２を空隙としてもよい。この多孔質体は、例えばアルミナ粒子を粒子間に隙間が生じるように焼結して形成することができる。

【0040】

ここで、Ｉｐ１＋リード１１６の幅Ｗ３は、幅Ｗ３と同じ方向（軸線ＡＸに直交する方向）におけるＩｐ１＋電極１１２の幅Ｗ４よりも狭い。なお、幅Ｗ３は、Ｉｐ１＋リード１１６の長手方向（図４では軸線ＡＸ方向）と直交する方向におけるＩｐ１＋リード１１６の最大幅である。又、幅Ｗ４は、幅Ｗ３と同じ方向におけるＩｐ１＋電極１１２の最小幅である。
さらに、本実施形態では、軸線ＡＸ方向に沿って各連通路２５１，２５２の長さＷ２がＩｐ１＋電極１１２の長さＷ１よりもそれぞれ短くなっている。ここで、幅Ｗ２は連通路２５１、２５２の最大幅であり、Ｗ１はＩｐ１＋電極の最大長さである。なお、各連通路２５１，２５２は、軸線ＡＸ方向に沿ってＩｐ１＋電極１１２の中央部に配置されている。

【0041】

このように、Ｉｐ１＋電極１１２の側面１１２ｅ及び上面１１２ａが各連通路２５１，２５２を介して外部と連通すると共に、Ｉｐ１＋電極１１２自身がガス透過性を有している。このため、Ｉｐ１＋電極１１２で電極反応によって生じた酸素は、Ｉｐ１＋電極１１２内を移動した後、側面１１２ｅ及び上面１１２ａから連通路２５１，２５２を介して外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。

【0042】

従って、図９に示す従来のガスセンサ素子のように、Ｉｐ１＋電極１１２を覆うガス非透過性の保護層１１５に貫通孔を設けてガス透過性の多孔質体を埋設する必要がなくなり、被水等の熱衝撃が加わったときに貫通孔の角部から保護層１１５にクラック等が生じることを抑制し、ガスセンサ素子１０の強度を向上させることができる。
又、固体電解質体１１１の表面全体に、Ｉｐ１＋電極１１２を挟み込むように多孔質層（拡散抵抗層）を積層して多孔質層の側面からガス透過の経路を確保する構造に比べ、層間強度の低下を抑制してガスセンサ素子１０の強度を向上できる。特に、各連通路２５１，２５２の長さＷ２をＩｐ１＋電極１１２の長さＷ１よりも短くしているので、多孔質体又は空隙からなるために他の層より強度及び密着性が劣る各連通路２５１，２５２と、他の層との接触面積を低減することができ、ガスセンサ素子１０の強度及び層間強度の低下を大幅に抑制することができる。
なお、Ｉｐ１＋電極１１２からの酸素の汲み出し又は汲み入れには、それほど大きな表面積は要求されず、Ｉｐ１＋電極１１２の側面１１２ｅ及び上面１１２ａから十分に酸素の汲み出し又は汲み入れを行うことができる。

【0043】

さらに、本実施形態では、各連通路２５１，２５２が多孔質体を充填してなるため、各連通路２５１，２５２を空隙（内部空間）とする場合に比べると各連通路２５１，２５２の強度が高くなり、ガスセンサ素子１０の強度及び層間強度をより一層向上できる。
さらに、本実施形態では、連通路２５１，２５２をＩｐ１＋電極１１２の中央部Ｒで２つに分離し、この中央部ＲにおけるＩｐ１＋電極１１２の上面１１２ｃを保護層１１５が直接覆っている。このため、強度及び密着性の高い保護層１１５が中央部Ｒに介在することによって、中央部Ｒでのガスセンサ素子１０の強度及び層間強度が向上し、ガスセンサ素子１０の強度をより一層向上できる。
なお、保護層１１５がＩｐ１＋電極１１２を「覆う」とは、Ｉｐ１＋電極１１２の上面１１２ｃのように保護層１１５がＩｐ１＋電極１１２を直接覆う（Ｉｐ１＋電極１１２に接する）場合の他、Ｉｐ１＋電極１１２の上面１１２ａのように保護層１１５とＩｐ１＋電極１１２との間に連通路２５１，２５２が介在する場合も含む。

【0044】

次に、図７〜図１０を参照し、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサ素子２００について説明する。なお、第２の実施形態に係るガスセンサ素子２００は、Ｉｐ１＋電極２１２、連通路２６０、保護層２１５及びアルミナ絶縁層２１８の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０と同一であるので、同一部分の構成については説明を省略する。
図７は第２の実施形態に係るガスセンサ素子２００の斜視図、図８は図７のＤ−Ｄ線に沿う断面図、図９はガスセンサ素子２００のＩｐ１セル（第１ポンプセル）２１０近傍の分解斜視図、図１０はＩｐ１＋電極２１２及びＩｐ１＋リード１１６の上面図である。なお、図１０は保護層２１５を取り去った状態での上面図を示す。

【0045】

図７〜図１０に示すように、第２の実施形態における連通路２６０は、第１の実施形態における連通路２５１，２５２を幅方向に繋げて一体とした形状を有している。すなわち、連通路２６０は、Ｉｐ１＋電極２１２の軸線ＡＸ方向の中央部を通り、かつＩｐ１＋電極２１２を幅方向に跨ぐようにＩｐ１＋電極２１２の上面を覆いつつ、保護層２１５と固体電解質体１１１の間をガスセンサ素子１０の両側面に向かって幅方向に延びている。
そして、Ｉｐ１＋電極２１２の側面２１２ｅ及び上面２１２ａが連通路２６０に接し、Ｉｐ１＋電極２１２が連通路２６０を介して外部と連通するようになっている。又、本実施形態では、連通路２６０は、ガス透過性及び透水性を有する多孔質体を充填してなるが、連通路２６０を空隙としてもよい。

【0046】

このように、第２の実施形態においても、Ｉｐ１＋電極２１２の側面２１２ｅ及び上面２１２ａが連通路２６０を介して外部と連通すると共に、Ｉｐ１＋電極２１２自身がガス透過性を有している。このため、電極反応に伴って生じた酸素はＩｐ１＋電極２１２内を移動した後、側面２１２ｅ及び上面２１２ａから連通路２６０を介して外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。
従って、Ｉｐ１＋電極２１２を覆う保護層２１５に貫通孔を設けてガス透過性の多孔質体を埋設する必要がなくなり、ガスセンサ素子２００の強度及び層間強度を向上させることができる。特に、連通路２６０の長さＷ２をＩｐ１＋電極１１２の長さＷ１よりも短くしているので、多孔質体又は空隙からなるために他の層より強度及び密着性に劣る連通路２６０と、他の層との接触面積を低減することができ、ガスセンサ素子２００の強度及び層間強度の低下を大幅に抑制することができる。

【0047】

又、本実施形態では、連通路２６０がガスセンサ素子２００の両側面に繋がるように幅方向に延びている。このため、外気が連通路２６０に流出入し易く、連通路２６０を介したＩｐ１＋電極２１２からの酸素の汲み出し又は汲み入れの効率が向上する。なお、後述する第３及び第４の実施形態においては、連通路が軸線ＡＸ方向に延びているため、連通路の長さが長くなることから、ガスセンサ素子の強度及び層間強度の低下を抑制するため、連通路がガスセンサ素子の先端側又は後端側のいずれか一方でのみ外部と連通するように構成している。一方、本実施形態では、軸線ＡＸ方向に比べて長さの短い幅方向に連通路２６０が延びているため、ガスセンサ素子２００の両側面で連通路２６０が外部と連通するように構成しても差し支えない。

【0048】

次に、図１１〜図１４を参照し、本発明の第３の実施形態に係るガスセンサ素子３００について説明する。なお、第３の実施形態に係るガスセンサ素子３００は、Ｉｐ１＋電極３１２、連通路３５０、保護層３１５及びアルミナ絶縁層３１８の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０と同一であるので、同一部分の構成については説明を省略する。
図１１は第３の実施形態に係るガスセンサ素子３００の斜視図、図１２は図１１のＥ−Ｅ線に沿う断面図、図１３はガスセンサ素子３００のＩｐ１セル（第１ポンプセル）３１０近傍の分解斜視図、図１４はＩｐ１＋電極３１２及びＩｐ１＋リード１１６の上面図である。なお、図１４は保護層３１５を取り去った状態での上面図を示す。

【0049】

図１１〜図１４に示すように、第３の実施形態における連通路３５０は、第１の実施形態における連通路２５１，２５２とは異なり、軸線ＡＸ方向に延びている。すなわち、連通路３５０は、Ｉｐ１＋電極３１２の後端部よりも先端側の上面３１２ａを覆う（跨ぐ）ようにして、保護層３１５と固体電解質体１１１の間をガスセンサ素子３００の先端へ向かって軸線ＡＸ方向に延び、ガスセンサ素子３００の先端向き面に矩形状に開口している。このため、図１３に示すように、アルミナ絶縁層３１８の貫通孔３１８ｂは、Ｉｐ１＋電極３１２からガスセンサ素子３００の先端へ向かってコ字状に切り抜かれている。
そして、図１２に示すように、Ｉｐ１＋電極３１２の先端向き面３１２ｆ及び上面３１２ａが連通路３５０に接し、Ｉｐ１＋電極３１２が連通路３５０を介して外部と連通するようになっている。又、本実施形態では、連通路３５０は、ガス透過性及び透水性を有する多孔質体を充填してなるが、連通路３５０を空隙としてもよい。
ここで、第１の実施形態と同様、Ｉｐ１＋リード１１６の幅Ｗ３は、Ｉｐ１＋電極３１２の幅Ｗ４よりも狭い。さらに、本実施形態では、図１４に示すように、幅方向に沿って連通路３５０の長さＷ５がＩｐ１＋電極３１２の長さＷ４よりも短くなっている。

【0050】

このように、第３の実施形態においても、Ｉｐ１＋電極３１２の先端向き面３１２ｆ及び上面３１２ａが連通路３５０を介して外部と連通すると共に、Ｉｐ１＋電極３１２自身がガス透過性を有している。このため、電極反応に伴って生じた酸素はＩｐ１＋電極３１２内を移動した後、先端向き面３１２ｆ及び上面３１２ａから連通路３５０を介して外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。
従って、Ｉｐ１＋電極３１２を覆う保護層３１５に貫通孔を設けてガス透過性の多孔質体を埋設する必要がなくなり、ガスセンサ素子３００の強度及び層間強度を向上させることができる。特に、連通路３５０の長さＷ５をＩｐ１＋電極３１２の長さＷ４よりも短くしているので、他の層より強度及び密着性に劣る連通路３５０と、他の層との接触面積を低減することができ、ガスセンサ素子３００の強度及び層間強度の低下を大幅に抑制することができる。

【0051】

一方、図１２に示すように、Ｉｐ１＋電極３１２の後端部の上面３１２ｂが保護層３１５で直接覆われている。すなわち、Ｉｐ１＋電極３１２のうち、連通路３５０の後端縁３５０ｅよりも後端側の領域Ｓ（図１４参照）が保護層３１５で直接覆われている。なお、領域Ｓが特許請求の範囲の「軸線方向に沿って連通路よりも反対側に延びる領域」に相当する。
本実施形態においては、連通路３５０が軸線ＡＸ方向に延びているため、連通路３５０の長さ（他の層との接触面積）が長くなり、ガスセンサ素子の強度及び層間強度の低下が懸念される。そこで、連通路３５０がガスセンサ素子３００の先端側のみで外部と連通するように構成し、領域ＳにてＩｐ１＋電極３１２を保護層３１５で直接覆うことで、強度及び密着性の高い保護層３１５が領域Ｓに介在し、領域Ｓでのガスセンサ素子３００の強度及び層間強度が向上する。これにより、連通路３５０が軸線ＡＸ方向に延びていても、ガスセンサ素子３００の強度及び層間強度の低下を抑制できる。

【0052】

次に、図１５〜図１８を参照し、本発明の第４の実施形態に係るガスセンサ素子４００について説明する。なお、第４の実施形態に係るガスセンサ素子４００は、Ｉｐ１＋電極４１２、連通路４５０、保護層４１５及びアルミナ絶縁層４１８の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係るガスセンサ素子１０と同一であるので、同一部分の構成については説明を省略する。
図１５は第４の実施形態に係るガスセンサ素子４００の斜視図、図１６は図１５のＦ−Ｆ線に沿う断面図、図１７はガスセンサ素子４００のＩｐ１セル（第１ポンプセル）４１０近傍の分解斜視図、図１８はＩｐ１＋電極４１２及びＩｐ１＋リード１１６の上面図である。なお、図１８は保護層４１５を取り去った状態での上面図を示す。

【0053】

図１５〜図１８に示すように、第４の実施形態における連通路４５０は、第３の実施形態における連通路３５０を、ガスセンサ素子４００の後端側のみで外部と連通するように構成したものである。すなわち、連通路４５０は、Ｉｐ１＋電極４１２の先端部よりも後端側の上面４１２ａを覆う（跨ぐ）ようにして、保護層４１５と固体電解質体１１１の間をガスセンサ素子４００の後端へ向かって軸線ＡＸ方向に延び、ガスセンサ素子４００の後端向き面に矩形状に開口している。このため、図１７に示すように、アルミナ絶縁層４１８の貫通孔４１８ｂは、Ｉｐ１＋電極４１２からガスセンサ素子４００の後端へ向かってコ字状に切り抜かれている。
そして、図１６に示すように、Ｉｐ１＋電極４１２の後端向き面４１２ｃ及び上面４１２ａが連通路４５０に接し、Ｉｐ１＋電極４１２が連通路４５０を介して外部と連通するようになっている。又、本実施形態では、連通路４５０は、ガス透過性及び透水性を有する多孔質体を充填してなるが、連通路４５０を空隙としてもよい。
ここで、第１の実施形態と同様、Ｉｐ１＋リード１１６の幅Ｗ３は、Ｉｐ１＋電極４１２の幅Ｗ４よりも狭い。さらに、本実施形態では、幅方向に沿って連通路４５０の長さＷ５がＩｐ１＋電極４１２の長さＷ４よりも短くなっている。

【0054】

このように、第４の実施形態においても、Ｉｐ１＋電極４１２の後端向き面４１２ｃ及び上面４１２ａが連通路４５０を介して外部と連通すると共に、Ｉｐ１＋電極４１２自身がガス透過性を有している。このため、電極反応に伴って生じた酸素はＩｐ１＋電極４１２内を移動した後、後端向き面４１２ｃ及び上面４１２ａから連通路４５０を介して外部へ汲み出され又は外部から汲み入れられる。
従って、Ｉｐ１＋電極４１２を覆う保護層４１５に貫通孔を設けてガス透過性の多孔質体を埋設する必要がなくなり、ガスセンサ素子４００の強度及び層間強度を向上させることができる。特に、連通路３５０の長さＷ５をＩｐ１＋電極３１２の長さＷ４よりも短くしているので、連通路４５０と他の層との接触面積を低減することができ、ガスセンサ素子４００の強度及び層間強度の低下を大幅に抑制することができる。

【0055】

一方、図１６に示すように、Ｉｐ１＋電極４１２の後端部の上面４１２ｂが保護層４１５で直接覆われている。すなわち、Ｉｐ１＋電極４１２のうち、連通路４５０の先端縁４５０ｅよりも先端側の領域Ｓ２（図１８参照）が保護層４１５で直接覆われている。なお、領域Ｓ２が特許請求の範囲の「軸線方向に沿って連通路よりも反対側に延びる領域」に相当する。
本実施形態においても、連通路４５０が軸線ＡＸ方向に延びているため、連通路３５０の長さ（他の層との接触面積）が長くなり、ガスセンサ素子の強度及び層間強度の低下が懸念される。そこで、連通路４５０がガスセンサ素子４００の後端側のみで外部と連通するように構成し、領域Ｓ２にてＩｐ１＋電極４１２を保護層４１５で直接覆うことで、強度及び密着性の高い保護層４１５が領域Ｓ２に介在し、領域Ｓ２でのガスセンサ素子４００の強度及び層間強度が向上する。これにより、連通路４５０が軸線ＡＸ方向に延びていても、ガスセンサ素子４００の強度及び層間強度の低下を抑制できる。

【0056】

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、第２電極の電極部及び連通路の大きさや形状、配置位置、個数も限定されない。
例えば、図１９に示すように、第１の実施形態において、各連通路２５１ｙ，２５２ｙをＩｐ１＋電極１１２と面一にし、各連通路２５１ｙ，２５２ｙがＩｐ１＋電極１１２の両側面１１２ｅにのみそれぞれ接するようにしてもよい。
図２０に示すように、第１の実施形態において、ガスセンサ素子１０の側面とＩｐ１＋電極１１２の両側面１１２ｅとの間に、連通路２５１，２５２の代わりにＩｐ１＋電極１１２と面一にガス非透過性の絶縁層１７１、１７２をそれぞれ充填し、絶縁層１７２よりも絶縁層１５１ｚ側にのみ連通路２５１ｚ，２５２ｚを設けてもよい。この場合、各連通路２５１ｚ，２５２ｚはＩｐ１＋電極１１２の上面１１２ａにのみそれぞれ接する。
図２１に示すように、第２の実施形態において、連通路２６０ｙをＩｐ１＋電極１１２の後端側に配置し、連通路２６０ｙがＩｐ１＋電極２１２の後端向き面２１２ｈにのみ接するようにしてもよい。
図２２に示すように、第３の実施形態において、連通路３５０ｙをＩｐ１＋電極３１２の側面に配置し、連通路３５０ｙがＩｐ１＋電極３１２の一側面３１２ｅにのみ接するようにしてもよい。なお、この場合、Ｉｐ１＋電極３１２のうち、連通路３５０ｙの後端縁３５０ｙｅよりも後端側の領域Ｓが保護層３１５で直接覆われている。

【0057】

又、本発明は、固体電解質体と積層方向に隣接する測定室内に露出する第１電極と、外部との間で酸素を汲み出し又は汲み入れる第２電極と、を有するガスセンサ素子（ガスセンサ）に適用可能であり、本実施の形態のＮＯｘセンサ素子（ＮＯｘセンサ）に適用することができるが、これらの用途に限られず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ（酸素センサ素子）や、ＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ（ＨＣセンサ素子）等に本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0058】

１ ガスセンサ
１０、２００、３００、４００ ガスセンサ素子
１１１ 固体電解質体
１１２、２１２、３１２、４１２、１１６ 第２電極
１１２、２１２、３１２、４１２ 電極部
１１３ 第１電極
１１５ 緻密層（保護層）
１１６ リード部
１５０ 測定室
２５１、２５２、２６０、３５０、４５０ 連通路
ＡＸ 長手方向（軸線方向）
Ｗ１ 長手方向に沿って見た時の電極部の長さ
Ｗ２ 長手方向に沿って見た時の連通路の長さ
Ｗ３ リード部の幅
Ｗ４ リード部の幅と同じ方向における（幅方向に沿う）電極部の幅
Ｗ５ 幅方向に沿う連通路の長さ
Ｓ，Ｓ２ 電極部のうち長手方向に沿って連通路よりも反対側に延びる領域

【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】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】