(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024105088
(43)【公開日】2024-08-06
(54)【発明の名称】センサ素子
(51)【国際特許分類】
G01N 27/416 20060101AFI20240730BHJP
G01N 27/419 20060101ALI20240730BHJP
【ＦＩ】
G01N27/416 331
G01N27/419 327B
G01N27/419 327E
G01N27/419 327H
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023009647
(22)【出願日】2023-01-25
(71)【出願人】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100100561
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 正広
(74)【代理人】
【識別番号】100219690
【弁理士】
【氏名又は名称】堀坂 純美子
(72)【発明者】
【氏名】後呂 洋平
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 悠介
(72)【発明者】
【氏名】稲垣 宗太朗
(57)【要約】
【課題】ガスセンサの長期間の使用による測定対象ガスの検出精度の低下を抑制できるセンサ素子を提供する。
【解決手段】長尺板状の基体部１０２の内部に形成された内部空所２０と、基体部１０２の長手方向の一方の端部と内部空所２０とを連通させる拡散律速通路１３と、内部空所２０内に配設された空所内ポンプ電極２２を含む酸素ポンプセル２１と、を含み、基体部１０２の幅方向において、拡散律速通路１３の内部空所２０への開口の幅方向の長さが、内部空所２０の幅方向の長さに対して１／２以下であり、前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、拡散律速通路１３の前記開口と、前記幅方向の各位置における空所内ポンプ電極２２の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値の最大値に対する比が、０．５以上１以下である、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するセンサ素子１０１。
【選択図】図１
【解決手段】長尺板状の基体部１０２の内部に形成された内部空所２０と、基体部１０２の長手方向の一方の端部と内部空所２０とを連通させる拡散律速通路１３と、内部空所２０内に配設された空所内ポンプ電極２２を含む酸素ポンプセル２１と、を含み、基体部１０２の幅方向において、拡散律速通路１３の内部空所２０への開口の幅方向の長さが、内部空所２０の幅方向の長さに対して１／２以下であり、前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、拡散律速通路１３の前記開口と、前記幅方向の各位置における空所内ポンプ電極２２の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値の最大値に対する比が、０．５以上１以下である、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するセンサ素子１０１。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の内部に形成された内部空所と、
前記基体部の長手方向の一方の端部と前記内部空所とを連通させて、被測定ガスを前記内部空所内に導入する拡散律速通路と、
前記内部空所内に配設された空所内ポンプ電極、及び、前記内部空所とは異なる位置に配設され、前記空所内ポンプ電極と対応している空所外ポンプ電極を含む酸素ポンプセルと、
を含み、
前記長手方向と直交する前記基体部の幅方向において、前記拡散律速通路の前記内部空所への開口の前記幅方向の長さが、前記内部空所の前記幅方向の長さに対して１／２以下であり、
前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記幅方向の各位置について、それぞれ、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の電極一方端から前記長手方向の電極他方端に向かって所定の長さを有し、
前記拡散律速通路の前記開口と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値の最大値に対する比が、０．５以上１以下である、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するセンサ素子。
前記基体部の内部に形成された内部空所と、
前記基体部の長手方向の一方の端部と前記内部空所とを連通させて、被測定ガスを前記内部空所内に導入する拡散律速通路と、
前記内部空所内に配設された空所内ポンプ電極、及び、前記内部空所とは異なる位置に配設され、前記空所内ポンプ電極と対応している空所外ポンプ電極を含む酸素ポンプセルと、
を含み、
前記長手方向と直交する前記基体部の幅方向において、前記拡散律速通路の前記内部空所への開口の前記幅方向の長さが、前記内部空所の前記幅方向の長さに対して１／２以下であり、
前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記幅方向の各位置について、それぞれ、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の電極一方端から前記長手方向の電極他方端に向かって所定の長さを有し、
前記拡散律速通路の前記開口と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値の最大値に対する比が、０．５以上１以下である、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するセンサ素子。
【請求項2】
前記最短距離のうちの前記最小値の前記最大値に対する前記比が、０．７以上１以下である請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項3】
前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の前記電極一方端において、凹状の形状である、請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項4】
前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の前記電極一方端において、凹状の円弧形状である、請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項5】
前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の前記電極一方端において、前記拡散律速通路の前記開口と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離が等しい形状である、請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項6】
請求項１に記載のセンサ素子を含む、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸素イオン伝導性の固体電解質を用いたセンサ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスセンサは、自動車の排気ガス等の被測定ガス中の対象とするガス成分（酸素Ｏ２、窒素酸化物ＮＯｘ、アンモニアＮＨ３、炭化水素ＨＣ、二酸化炭素ＣＯ２等）の検出や濃度の測定に使用されている。例えば、自動車の排気ガス中の対象とするガス成分濃度を測定し、その測定値に基づいて自動車に搭載されている排気ガス浄化システムを最適に制御することが行われている。
【0003】
このようなガスセンサとしては、ジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸素イオン伝導性の固体電解質を用いたセンサ素子を備えたガスセンサが知られている（例えば、特開２０２１－１５６６１１号公報、特開２０２２－０５９９４１号公報）。
【0004】
例えば、特開２０２１－１５６６１１号公報には、内側ポンプ電極を含む主ポンプセルと、測定電極を含む測定ポンプセルを有するセンサ素子を備えたＮＯｘセンサが開示されている。前記センサ素子において、主ポンプセルを構成する内側ポンプ電極でＮＯｘが分解されないように、内側ポンプ電極の金属材料として、Ａｕが添加されたＰｔを用いることが開示されている。なお、前記内側ポンプ電極は矩形状であり、センサ素子の内部に形成された内部空所に面して設けられていることが開示されている。
【0005】
また、特開２０２２－０５９９４１号公報には、ガス導入口と内部空所を連通させる拡散律速部が形成されたセンサ素子が開示されており、センサ素子が、平面視において、長辺及び短辺を有し、前記拡散律速部が長辺方向に延びる孔を含むことが開示されている。前記孔の短辺方向の長さは、内部空所の短辺方向の長さよりも短いことが開示されており、この孔の形状によってセンサ素子の剛性を高めることができ、クラックが発生する可能性が低減されることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２１－１５６６１１号公報
【特許文献2】特開２０２２－０５９９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来のＮＯｘセンサ等のガスセンサに含まれるセンサ素子は、固体電解質を活性化させるために、高温（例えば、８００℃程度）に加熱された状態で使用される。この状態で、長期間にわたって高酸素濃度の被測定ガスに晒されると、センサ素子の内部空所内に配設された空所内ポンプ電極（内側ポンプ電極）に含まれるＰｔが酸化し、ＰｔやＡｕが蒸発することがある。空所内ポンプ電極からＡｕが蒸発すると、空所内ポンプ電極においてＮＯｘの分解が起こり、測定電極に到達するＮＯｘが減少してしまうことがある。また、空所内ポンプ電極から蒸発したＡｕが測定電極に付着することにより、測定電極におけるＮＯｘ分解活性が低下してしまうことがある。その結果、ＮＯｘ濃度の検出精度が低下する恐れがある。
【0008】
例えば、特開２０２１－１５６６１１号公報には、主ポンプセルを流れる電流の電流密度が０．４ｍＡ／ｍｍ２以下であれば、主ポンプセルにおけるＮＯｘの分解が好適に抑制されることが開示されている（請求項３）。ただし、特開２０２１－１５６６１１号公報において、電流密度は、内側主ポンプ電極の平均的な電流密度を表したものである。
【0009】
一方、上述のように、特開２０２２－０５９９４１号公報には、前記拡散律速部が長辺方向に延びる孔であって、前記孔の短辺方向の長さが内部空所の短辺方向の長さよりも短い孔を含むことにより、センサ素子の剛性を高めることができ、クラックが発生する可能性が低減されることが開示されている。
【0010】
このような剛性を高めたセンサ素子においても、主ポンプセルにおけるＮＯｘの分解を十分に抑制し、長期間にわたって高い検出精度を維持することが求められる。
【0011】
そこで、本発明は、ガスセンサの長期間の使用による測定対象ガスの検出精度の低下を抑制できるセンサ素子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】
【0012】
本発明者らは、さらに、内部空所内に配設され、主ポンプセルを構成する内側主ポンプ電極に関して検討した。その結果、内側主ポンプ電極内に電流密度分布が存在することを見出した。被測定ガスは、センサ素子の長手方向の一方の端部のガス導入口から拡散律速通路（拡散律速部）を通じて内部空所に導入され、内側主ポンプ電極に到達する。つまり、前記拡散律速通路は内部空所への開口を有している。特に被測定ガス中の酸素濃度が高い時には、内側主ポンプ電極は、前記拡散律速通路の前記開口に近い位置ほど、高濃度の酸素に晒されるため、多くの酸素を汲み出すことになる。すなわち、特に内側主ポンプ電極のうちの前記拡散律速通路の前記開口に近い位置において、電流集中が起こり、主ポンプセルに流れる電流の電流密度が大きくなる。ガスセンサを長期間にわたって使用することにより、内側主ポンプ電極は、特に高濃度の酸素に晒される位置（電流集中が起こる位置）において、電極中の金属成分（例えば、ＰｔやＡｕ）が飛散してしまうことがある。その結果、内側主ポンプ電極それ自体が劣化したり、飛散した金属成分が測定対象ガスを検出すべき測定電極に付着（被毒）したりする場合がある。その結果、ガスセンサの長期間の使用により、測定対象ガスの検出精度が低下することがある。内側主ポンプ電極のうちの前記拡散律速通路の前記開口に近い位置における電流集中を緩和することによって、内側主ポンプ電極からの金属成分（例えば、ＰｔやＡｕ）の飛散を抑制できることを見出した。
【0013】
本発明者らは、鋭意検討の結果、内側主ポンプ電極の平面視における形状を、平面視における前記拡散律速通路の前記開口との関係において、以下のような形状にすることにより、内側主ポンプ電極のうちの前記拡散律速通路の前記開口に近い位置における電流集中を緩和できることを見出した。その結果、ガスセンサの長期間の使用による測定対象ガスの検出精度の低下を抑制できることを見出した。
【0014】
本発明には、以下の発明が含まれる。
（１） 酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の内部に形成された内部空所と、
前記基体部の長手方向の一方の端部と前記内部空所とを連通させて、被測定ガスを前記内部空所内に導入する拡散律速通路と、
前記内部空所内に配設された空所内ポンプ電極、及び、前記内部空所とは異なる位置に配設され、前記空所内ポンプ電極と対応している空所外ポンプ電極を含む酸素ポンプセルと、
を含み、
前記長手方向と直交する前記基体部の幅方向において、前記拡散律速通路の前記内部空所への開口の前記幅方向の長さが、前記内部空所の前記幅方向の長さに対して１／２以下であり、
前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記幅方向の各位置について、それぞれ、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の電極一方端から前記長手方向の電極他方端に向かって所定の長さを有し、
前記拡散律速通路の前記開口と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値の最大値に対する比が、０．５以上１以下である、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するセンサ素子。
（１） 酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の内部に形成された内部空所と、
前記基体部の長手方向の一方の端部と前記内部空所とを連通させて、被測定ガスを前記内部空所内に導入する拡散律速通路と、
前記内部空所内に配設された空所内ポンプ電極、及び、前記内部空所とは異なる位置に配設され、前記空所内ポンプ電極と対応している空所外ポンプ電極を含む酸素ポンプセルと、
を含み、
前記長手方向と直交する前記基体部の幅方向において、前記拡散律速通路の前記内部空所への開口の前記幅方向の長さが、前記内部空所の前記幅方向の長さに対して１／２以下であり、
前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記幅方向の各位置について、それぞれ、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の電極一方端から前記長手方向の電極他方端に向かって所定の長さを有し、
前記拡散律速通路の前記開口と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値の最大値に対する比が、０．５以上１以下である、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するセンサ素子。
【0015】
（２） 前記最短距離のうちの前記最小値の前記最大値に対する前記比が、０．７以上１以下である上記（１）に記載のセンサ素子。
【0016】
（３） 前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の前記電極一方端において、凹状の形状である、上記（１）又は（２）に記載のセンサ素子。
【0017】
（４） 前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の前記電極一方端において、凹状の円弧形状である、上記（１）～（３）のいずれかに記載のセンサ素子。
【0018】
（５） 前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の前記電極一方端において、前記拡散律速通路の前記開口と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離が等しい形状である、上記（１）～（３）のいずれかに記載のセンサ素子。
【0019】
（６） 上記（１）～（５）のいずれかに記載のセンサ素子を含む、被測定ガス中の測定対象ガスを検出するガスセンサ。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、空所内ポンプ電極（例えば内側主ポンプ電極）のうちの前記拡散律速通路の前記開口に近い位置における電流集中を緩和することができる。その結果、ガスセンサの長期間の使用による測定対象ガスの検出精度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】ガスセンサ１００の概略構成の一例を示す、センサ素子１０１の長手方向の垂直断面模式図である。
【図6】センサ素子１０１（基体部１０２）の長手方向と幅方向とを含む平面に見て、内側主ポンプ電極２２（底部電極部２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。
【図7】変形形態１のセンサ素子２０１の、内側主ポンプ電極２２２（底部電極部２２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。
【図8】変形形態２のセンサ素子３０１の、内側主ポンプ電極３２２（底部電極部３２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。
【図9】変形形態３のセンサ素子４０１の、内側主ポンプ電極４２２（底部電極部４２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。
【図10】比較形態１のセンサ素子９０１の、内側主ポンプ電極９２２（底部電極部９２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明のセンサ素子は、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の内部に形成された内部空所と、
前記基体部の長手方向の一方の端部と前記内部空所とを連通させて、被測定ガスを前記内部空所内に導入する拡散律速通路と、
前記内部空所内に配設された空所内ポンプ電極、及び、前記内部空所とは異なる位置に配設され、前記空所内ポンプ電極と対応している空所外ポンプ電極を含む酸素ポンプセルと、
を含み、
前記長手方向と直交する前記基体部の幅方向において、前記拡散律速通路の前記内部空所への開口の前記幅方向の長さが、前記内部空所の前記幅方向の長さに対して１／２以下であり、
前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記幅方向の各位置について、それぞれ、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の電極一方端から前記長手方向の電極他方端に向かって所定の長さを有し、
前記拡散律速通路の前記開口と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値の最大値に対する比が、０．５以上１以下である。
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含む長尺板状の基体部と、
前記基体部の内部に形成された内部空所と、
前記基体部の長手方向の一方の端部と前記内部空所とを連通させて、被測定ガスを前記内部空所内に導入する拡散律速通路と、
前記内部空所内に配設された空所内ポンプ電極、及び、前記内部空所とは異なる位置に配設され、前記空所内ポンプ電極と対応している空所外ポンプ電極を含む酸素ポンプセルと、
を含み、
前記長手方向と直交する前記基体部の幅方向において、前記拡散律速通路の前記内部空所への開口の前記幅方向の長さが、前記内部空所の前記幅方向の長さに対して１／２以下であり、
前記長手方向と前記幅方向とを含む平面に見て、前記空所内ポンプ電極は、前記幅方向の各位置について、それぞれ、前記基体部の前記長手方向の前記一方の端部に近い側の電極一方端から前記長手方向の電極他方端に向かって所定の長さを有し、
前記拡散律速通路の前記開口と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値の最大値に対する比が、０．５以上１以下である。
【0023】
[ガスセンサの概略構成]
本発明のセンサ素子について、図面を参照して以下に説明する。図１は、センサ素子１０１を含むガスセンサ１００の概略構成の一例を示す長手方向の垂直断面模式図である。以下においては、図１を基準として、上下とは、図１の上側を上、下側を下とし、図１の左側を先端側、右側を後端側とする。図２は、図１のII―II線に沿う断面の一部を示す、センサ素子１０１の部分断面模式図である。図３は、図２のIII－III線に沿う断面、すなわち、センサ素子１０１の長手方向に直交する幅方向の断面の一部を示す、センサ素子１０１の部分断面模式図である。
本発明のセンサ素子について、図面を参照して以下に説明する。図１は、センサ素子１０１を含むガスセンサ１００の概略構成の一例を示す長手方向の垂直断面模式図である。以下においては、図１を基準として、上下とは、図１の上側を上、下側を下とし、図１の左側を先端側、右側を後端側とする。図２は、図１のII―II線に沿う断面の一部を示す、センサ素子１０１の部分断面模式図である。図３は、図２のIII－III線に沿う断面、すなわち、センサ素子１０１の長手方向に直交する幅方向の断面の一部を示す、センサ素子１０１の部分断面模式図である。
【0024】
図１の実施形態において、ガスセンサ１００は、センサ素子１０１によって被測定ガス中のＮＯｘを検知し、その濃度を測定する限界電流型のＮＯｘセンサの一例を示している。
【0025】
センサ素子１０１は、複数の酸素イオン伝導性の固体電解質層が積層された構造を有する基体部１０２を含む、長尺板状の素子である。長尺板状とは、長板状、あるいは、帯状ともいう。基体部１０２は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する。これら６つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。前記６つの層は全て同じ厚みであってもよいし、各層毎に異なる厚みであってもよい。各層の間は、固体電解質からなる接着層を介して接着されており、基体部１０２には前記接着層を含む。図１においては、前記６つの層からなる層構成を例示したが、本発明における層構成はこれに限られるものではなく、任意の層の数及び層構成としてよい。
【0026】
係るセンサ素子１０１は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。
【0027】
センサ素子１０１は、基体部１０２の内部に形成された内部空所を含む。内部空所は、第１内部空所２０と、第２内部空所４０と、第３内部空所６１とを含む。また、第２拡散律速通路１３（すなわち、第２拡散律速部）が第１内部空所２０への開口を有し、第３拡散律速通路３０（すなわち、第３拡散律速部）が第２内部空所４０への開口を有し、第４拡散律速通路６０（すなわち、第４拡散律速部）が第３内部空所６１への開口を有する。
【0028】
センサ素子１０１の長手方向の一方の端部（以下、先端部という）であって、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０が形成されている。被測定ガス流通空所１５、すなわち被測定ガス流通部は、ガス導入口１０から長手方向に、第１拡散律速通路１１（すなわち、第１拡散律速部）と、緩衝空間１２と、第２拡散律速通路１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速通路３０と、第２内部空所４０と、第４拡散律速通路６０と、第３内部空所６１とが、この順に連通する態様にて形成されている。
【0029】
ガス導入口１０と、緩衝空間１２と、第１内部空所２０と、第２内部空所４０と、第３内部空所６１とは、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面で区画されたセンサ素子１０１内部の空間である。
【0030】
第１拡散律速通路１１は、２本の横長の（図１において図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられる。
【0031】
第２拡散律速通路１３は、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面１３ａ，１３ｂで区画された孔である。第２拡散律速通路１３は、センサ素子１０１の長手方向に直交する幅方向（図２において図面の上下方向、また、図３において図面の左右方向）の長さＷＤが、第１内部空所２０の幅方向の長さＷＣに対して２分の１以下である孔として形成されている。第２拡散律速通路１３及び第１内部空所２０の構成の詳細については、後述する。
【0032】
第３拡散律速通路３０は、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面３０ａ，３０ｂで区画された孔である。第４拡散律速通路６０は、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面６０ａ，６０ｂで区画された孔である。第３拡散律速通路３０と、第４拡散律速通路６０とは、センサ素子１０１の幅方向（図２において図面の上下方向）の長さが、それぞれ、第２内部空所４０及び第３内部空所６１の幅方向の長さよりも短い孔として形成されている。
【0033】
また、被測定ガス流通空所１５よりも先端側から遠い位置には、第３基板層３の上面と、スペーサ層５の下面との間であって、側部を第１固体電解質層４の側面で区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられている。基準ガス導入空間４３は、センサ素子１０１の他方の端部（以下、後端部という）に開口部を有している。基準ガス導入空間４３には、ＮＯｘ濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。
【0034】
大気導入層４８は、多孔質アルミナからなる層であって、大気導入層４８には基準ガス導入空間４３を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。
【0035】
基準電極４２は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間４３につながる大気導入層４８が設けられている。すなわち、基準電極４２は、多孔質である大気導入層４８と基準ガス導入空間４３とを介して、基準ガスと接するように配設されている。また、後述するように、基準電極４２を用いて第１内部空所２０内、第２内部空所４０内、及び第３内部空所６１内の酸素濃度（酸素分圧）を測定することが可能となっている。
【0036】
被測定ガス流通空所１５において、ガス導入口１０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口１０を通じて外部空間からセンサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。
【0037】
本実施形態においては、被測定ガス流通空所１５は、センサ素子１０１の先端面に開口したガス導入口１０から被測定ガスが導入される形態であるが、本発明はこの形態に限定されるものではない。例えば、被測定ガス流通空所１５には、ガス導入口１０の凹所が存在しなくてもよい。この場合は、第１拡散律速通路１１が実質的にガス導入口となる。
【0038】
また、例えば、被測定ガス流通空所１５は、基体部１０２の長手方向に沿う側面に、緩衝空間１２と連通する開口を有している形態であってもよい。この場合は、前記開口を通じて、基体部１０２の長手方向に沿う側面から被測定ガスが導入される。
【0039】
第１拡散律速通路１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。
【0040】
緩衝空間１２は、第１拡散律速通路１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速通路１３へと導くために設けられた空間である。
【0041】
第２拡散律速通路１３は、緩衝空間１２から第１内部空所２０に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。
【0042】
結果として、第１内部空所２０に導入される被測定ガスの量が所定の範囲になっていればよい。すなわち、センサ素子１０１の先端部から第２拡散律速通路１３の全体として、所定の拡散抵抗を付与されていればよい。例えば、第２拡散律速通路１３によりガス導入口１０と第１内部空所２０とが連通する、すなわち、第１拡散律速通路１１と、緩衝空間１２とが存在しない態様としてもよい。
【0043】
緩衝空間１２は、被測定ガスの圧力が変動する場合に、その圧力変動が検出値に与える影響を緩和するために設けられた空間である。
【0044】
被測定ガスが、センサ素子１０１外部から第１内部空所２０内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によってガス導入口１０からセンサ素子１０１内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所２０へ導入されるのではなく、第１拡散律速通路１１、緩衝空間１２、第２拡散律速通路１３を通じて被測定ガスの圧力変動が打ち消された後、第１内部空所２０へ導入されるようになっている。これによって、第１内部空所２０へ導入される被測定ガスの圧力変動はほとんど無視できる程度のものとなる。
【0045】
第１内部空所２０は、第２拡散律速通路１３を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。
【0046】
センサ素子１０１は、内部空所内に配設された空所内ポンプ電極、及び、前記内部空所とは異なる位置に配設され、前記空所内ポンプ電極と対応している空所外ポンプ電極を含む酸素ポンプセルを含む。「前記空所内ポンプ電極と対応している」とは、前記空所外ポンプ電極が、前記空所内ポンプ電極と、少なくとも１つの固体電解質層を介して設けられていることを意味する。空所内ポンプ電極は、内側主ポンプ電極２２と、補助ポンプ電極５１と、測定電極４４を含む。酸素ポンプセルは、主ポンプセル２１と、補助ポンプセル５０と、測定用ポンプセル４１とを含む。
【0047】
主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２固体電解質層６の下面に設けられた天井電極部２２ａを有する内側主ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６の上面に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極２３と、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層６とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。
【0048】
内側主ポンプ電極２２は、第１内部空所２０に面して配設されている。すなわち、内側主ポンプ電極２２は、第１内部空所２０を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層６および第１固体電解質層４）、および、側壁を与えるスペーサ層５にまたがって形成されている。具体的には、第１内部空所２０の天井面を与える第２固体電解質層６の下面には天井電極部２２ａが形成され、また、底面を与える第１固体電解質層４の上面には底部電極部２２ｂが形成され、そして、それら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを接続するように、側部電極部（図示省略）が第１内部空所２０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。内側主ポンプ電極２２の形状の詳細は後述する。
【0049】
本実施形態においては、第１内部空所２０が本発明の内部空所に相当し、主ポンプセル２１が本発明の酸素ポンプセルに相当し、内側主ポンプ電極２２が本発明の空所内ポンプ電極に相当する。
【0050】
内側主ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とは、多孔質サーメット電極（金属成分とセラミックス成分が混在した態様の電極）である。セラミックス成分としては、特に限定されないが、基体部１０２と同様に、酸素イオン伝導性の固体電解質を用いることが好ましい。例えば、セラミックス成分として、ＺｒＯ２を用いることができる。
【0051】
被測定ガスに接触する内側主ポンプ電極２２は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。内側主ポンプ電極２２は、触媒活性を有する貴金属（例えばＰｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｄの少なくとも１つ）と、触媒活性を有する貴金属の測定対象ガス（本実施形態においてはＮＯｘ）に対する触媒活性を低下させる貴金属（例えばＡｕ，Ａｇ等）とを含んでいるとよい。本実施形態においては、内側主ポンプ電極２２は、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ２との多孔質サーメット電極とした。
【0052】
外側ポンプ電極２３は、上述の触媒活性を有する貴金属を含んでいればよい。上述した基準電極４２についても同様に、上述の触媒活性を有する貴金属を含んでいればよい。本実施形態においては、外側ポンプ電極２３は、ＰｔとＺｒＯ２との多孔質サーメット電極とした。
【0053】
主ポンプセル２１においては、内側主ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を可変電源２４により印加して、内側主ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１内部空所２０に汲み入れることが可能となっている。
【0054】
また、第１内部空所２０における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側主ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０が構成されている。
【0055】
主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における起電力Ｖ０を測定することで第１内部空所２０内の酸素濃度（酸素分圧）がわかるようになっている。さらに、起電力Ｖ０が一定となるようにポンプ電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これによって、第１内部空所２０内の酸素濃度を所定の一定値に保つことができる。
【0056】
第３拡散律速通路３０は、第１内部空所２０で主ポンプセル２１の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第２内部空所４０に導く部位である。
【0057】
第２内部空所４０は、第３拡散律速通路３０を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧をより高精度に調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、補助ポンプセル５０が作動することによって調整される。
【0058】
第２内部空所４０では、あらかじめ第１内部空所２０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第３拡散律速通路３０を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整が行われるようになっている。これにより、第２内部空所４０内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ１００においては精度の高いＮＯｘ濃度測定が可能となる。
【0059】
補助ポンプセル５０は、第２内部空所４０に面する第２固体電解質層６の下面の略全体に設けられた天井電極部５１ａを有する補助ポンプ電極５１と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、被測定ガス流通空所１５とは異なる位置、例えばセンサ素子１０１の外側の適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。
【0060】
補助ポンプ電極５１は、被測定ガス流通空所１５内の、内側主ポンプ電極２２よりも前記基体部１０２（センサ素子１０１）の長手方向の前記一方の端部（先端部）から遠い位置に配設されている。
【0061】
係る補助ポンプ電極５１は、第１内部空所２０内に設けられた内側主ポンプ電極２２と同様なトンネル形態とされた構造において、第２内部空所４０内に配設されている。つまり、第２内部空所４０の天井面を与える第２固体電解質層６に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所４０の底面を与える第１固体電解質層４には、底部電極部５１ｂが形成され、そして、それらの天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４０の側壁を与えるスペーサ層５の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。
【0062】
なお、補助ポンプ電極５１についても、内側主ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。補助ポンプ電極５１は、内側主ポンプ電極２２と同様に、触媒活性を有する貴金属（例えばＰｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｄの少なくとも１つ）と、触媒活性を有する貴金属の測定対象ガス（本実施形態においてはＮＯｘ）に対する触媒活性を低下させる貴金属（例えばＡｕ，Ａｇ等）とを含んでいるとよい。本実施形態においては、補助ポンプ電極５１は、内側主ポンプ電極２２と同様に、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ２との多孔質サーメット電極とした。
【0063】
補助ポンプセル５０においては、補助ポンプ電極５１と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ１を可変電源５２により印加することにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２内部空所４０内に汲み入れることが可能となっている。
【0064】
また、第２内部空所４０内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極５１と、基準電極４２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１が構成されている。
【0065】
なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される起電力Ｖ１に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、補助ポンプセル５０がポンピングを行う。これにより第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
【0066】
また、これとともに、そのポンプ電流Ｉｐ１が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０の起電力Ｖ０の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０に入力され、その起電力Ｖ０が制御されることにより、第３拡散律速通路３０から第２内部空所４０内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。ＮＯｘセンサとして使用する際は、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との働きによって、第２内部空所４０内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。
【0067】
第４拡散律速通路６０は、第２内部空所４０で補助ポンプセル５０の動作により酸素濃度（酸素分圧）がさらに低く制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第３内部空所６１に導く部位である。
【0068】
第３内部空所６１は、第４拡散律速通路６０を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を測定するための空間として設けられている。測定用ポンプセル４１の動作によりＮＯｘ濃度が測定される。
【0069】
測定用ポンプセル４１は、第３内部空所６１内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、第３内部空所６１に面する第１固体電解質層４の上面に設けられた測定電極４４と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、被測定ガス流通空所１５とは異なる位置、例えばセンサ素子１０１の外側の適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって構成された電気化学的ポンプセルである。
【0070】
測定電極４４は、前記被測定ガス流通空所１５内の、前記内側主ポンプ電極２２及び前記補助ポンプ電極５１よりも前記基体部１０２（センサ素子１０１）の長手方向の前記一方の端部（先端部）から遠い位置に配設されている。
【0071】
測定電極４４は、多孔質サーメット電極である。測定電極４４は、第３内部空所６１内の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。測定電極４４は、触媒活性を有する貴金属（例えばＰｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｐｄの少なくとも１つ）を含む電極である。触媒活性を有する貴金属の測定対象ガス（本実施形態においてはＮＯｘ）に対する触媒活性を低下させる貴金属（例えばＡｕ，Ａｇ等）を含まないことが好ましい。本実施形態においては、測定電極４４は、Ｐｔ及びＲｈとＺｒＯ２との多孔質サーメット電極とした。
【0072】
測定用ポンプセル４１においては、測定電極４４の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出することができる。
【0073】
また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、測定電極４４と、基準電極４２とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力Ｖ２に基づいて可変電源４６が制御される。
【0074】
第２内部空所４０内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第４拡散律速通路６０を通じて第３内部空所６１内の測定電極４４に到達することとなる。測定電極４４の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて（２ＮＯ→Ｎ２＋Ｏ２）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力Ｖ２が一定となるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２が制御される。測定電極４４の周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例するものであるから、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。
【0075】
また、測定電極４４と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２とを組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすれば、測定電極４４の周りの雰囲気中のＮＯｘ成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができ、これによって被測定ガス中のＮＯｘ成分の濃度を求めることも可能である。
【0076】
また、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、外側ポンプ電極２３と、基準電極４２とから電気化学的なセンサセル８３が構成されており、このセンサセル８３によって得られる起電力Ｖｒｅｆによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
【0077】
このような構成を有するガスセンサ１００においては、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル４１に与えられる。したがって、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に略比例して、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル４１より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができるようになっている。
【0078】
さらに、センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、ヒータ電極７１と、ヒータ７２と、ヒータリード７６と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４、圧力放散孔７５とを備えている。
【0079】
ヒータ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータ電極７１を外部電源であるヒータ電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。
【0080】
ヒータ７２は、第２基板層２と第３基板層３とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ７２は、ヒータ７２に接続していて且つセンサ素子１０１の長手方向後端側に延びているヒータリード７６と、スルーホール７３とを介してヒータ電極７１と接続されており、該ヒータ電極７１を通して外部より給電されることにより発熱し、センサ素子１０１を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。
【0081】
また、ヒータ７２は、第１内部空所２０から第３内部空所６１の全域に渡って埋設されており、センサ素子１０１全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。主ポンプセル２１、補助ポンプセル５０、及び測定用ポンプセル４１が作動できるように温度が調整されていればよい。これらの全域が同じ温度に調整される必要はなく、センサ素子１０１に温度分布があってもよい。
【0082】
本実施形態のセンサ素子１０１においては、ヒータ７２が基体部１０２に埋設された態様であるが、この態様に限定されるものでない。ヒータ７２は、基体部１０２を加熱するように配設されていればよい。すなわち、ヒータ７２は、上述の主ポンプセル２１、補助ポンプセル５０、及び測定用ポンプセル４１が作動できる酸素イオン伝導性を発現させる程度に、センサ素子１０１を加熱できるものであればよい。例えば、本実施形態のように基体部１０２に埋設されていてもよい。あるいは、例えば、ヒータ部７０が基体部１０２とは別のヒータ基板として形成され、基体部１０２の隣接位置に配設されていてもよい。
【0083】
ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２及びヒータリード７６の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２とヒータ７２及びヒータリード７６との間の電気的絶縁性、および、第３基板層３とヒータ７２及びヒータリード７６との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。
【0084】
圧力放散孔７５は、第３基板層３を貫通し、ヒータ絶縁層７４と基準ガス導入空間４３とが連通するように形成されている。圧力放散孔７５によって、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇が緩和されうる。なお、圧力放散孔７５のない構成としてもよい。
【0085】
（拡散律速通路と内部空所内の構成）
第１内部空所２０と、第１内部空所２０に被測定ガスを導入する第２拡散律速通路１３の構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、センサ素子１０１（基体部１０２）の長手方向と幅方向とを含む平面に見た断面を、図３は、センサ素子１０１（基体部１０２）の幅方向の断面を、それぞれ示している。
第１内部空所２０と、第１内部空所２０に被測定ガスを導入する第２拡散律速通路１３の構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、センサ素子１０１（基体部１０２）の長手方向と幅方向とを含む平面に見た断面を、図３は、センサ素子１０１（基体部１０２）の幅方向の断面を、それぞれ示している。
【0086】
図２に示されるように、第１内部空所２０は、平面視において略矩形状である。第２拡散律速通路１３は、スペーサ層５の凸部５ａ，５ｂにより幅方向の長さが絞られた孔である。すなわち、第２拡散律速通路１３は、凸部５ａの側面１３ａと、凸部５ｂの側面１３ｂにより側面が区画された孔である。第２拡散律速通路１３は、第１内部空所２０への開口を有している。スペーサ層５の凸部５ａ，５ｂの基体部１０２の先端部から遠い側の側面は、第１内部空所２０を区画する側面２０ａ，２０ｂとなっている。
【0087】
第２拡散律速通路１３は、センサ素子１０１の長手方向に所定の長さを有し、センサ素子１０１の長手方向に直交する断面が概ね矩形状の孔であって、前記断面の幅方向の長さが第１内部空所２０の幅方向の長さよりも短い孔である。図３に示されるように、第１内部空所２０の、基体部１０２の長手方向の先端部に近い側面には、第２拡散律速通路１３の開口が存在する。第２拡散律速通路１３の開口の幅方向の長さＷＤは、第１内部空所２０の幅方向の長さＷＣに対して１／２以下（すなわち、比ＷＤ／ＷＣが１／２以下）である。また、本実施形態においては、第２拡散律速通路１３の開口の厚み方向の長さと、第１内部空所２０の厚み方向の長さとは、概ね同じである。第２拡散律速通路１３の開口の厚み方向の長さと、第１内部空所２０の厚み方向の長さとは、異なっていてもよい。
【0088】
第２拡散律速通路１３の形状は、第２拡散律速通路１３の開口の幅方向の長さＷＤが第１内部空所２０の幅方向の長さＷＣに対して１／２以下であり、且つ、所望の拡散抵抗となるように、適宜設定してよい。第２拡散律速通路１３の開口の幅方向の長さＷＤの第１内部空所２０の幅方向の長さＷＣに対する比（ＷＤ／ＷＣ）の上限値は、例えば、１／３以下、１／４以下、１／５以下等であってもよい。比（ＷＤ／ＷＣ）の下限値は、特に限定されないが、例えば、１／２０以上、１／１０以上等であってよい。
【0089】
第２拡散律速通路１３における拡散抵抗は、第２拡散律速通路１３の長手方向の長さと、センサ素子１０１の長手方向に直交する断面の面積に依存する。第２拡散律速通路１３は、上述のように厚み方向の長さが第１内部空所２０の厚み方向の長さと概ね同じであるため、幅方向の長さをセンサ素子１０１の幅方向の長さに対して短くしやすい。センサ素子１０１の幅方向において、第２拡散律速通路１３（空間であるため、断熱性が高い）が存在しない部分が相対的に多くなるため、センサ素子１０１の厚み方向への熱伝導が良好になる。その結果、センサ素子１０１の昇温時においてセンサ素子１０１に加わる熱応力が低減し、センサ素子１０１の内部構造にクラックが発生しにくくなると考えられる。
【0090】
また、本実施形態の第２拡散律速通路１３は、スペーサ層５を、公知のパンチング装置等により打ち抜くことにより形成することができるため、製造工程において、センサ素子１０１の個体間におけるばらつきをより低減し得るというメリットもある。
【0091】
なお、本実施形態においては、第２内部空所４０内に被測定ガスを導入する第３拡散律速通路３０、及び、第３内部空所６１内に被測定ガスを導入する第４拡散律速通路６０は、いずれも、第２拡散律速通路１３と同様に、センサ素子１０１の長手方向に所定の長さを有し、センサ素子１０１の長手方向に直交する断面が概ね矩形状の孔であって、前記断面の幅方向の長さが、それぞれ、第２内部空所４０及び第３内部空所６１の幅方向の長さよりも短い孔である。第３拡散律速通路３０の第２内部空所４０への開口の幅方向の長さは、例えば、第２内部空所４０の幅方向の長さに対して１／２以下であってよい。また、第４拡散律速通路６０の第３内部空所６１への開口の幅方向の長さは、例えば、第３内部空所６１の幅方向の長さに対して１／２以下であってよい。
【0092】
（内部空所内の酸素濃度分布と空所内ポンプ電極）
次に、第１内部空所２０内に被測定ガスが導入された時の、第１内部空所２０内の酸素濃度分布について説明する。図４は、図２と同じ断面において、第１内部空所２０内の酸素濃度分布を示す模式図である。図４において、第１内部空所２０内の内側主ポンプ電極２２は図示を省略している。
次に、第１内部空所２０内に被測定ガスが導入された時の、第１内部空所２０内の酸素濃度分布について説明する。図４は、図２と同じ断面において、第１内部空所２０内の酸素濃度分布を示す模式図である。図４において、第１内部空所２０内の内側主ポンプ電極２２は図示を省略している。
【0093】
酸素を含む被測定ガスが、第２拡散律速通路１３の開口を通じて、第１内部空所２０内に導入されると、被測定ガスは、第２拡散律速通路１３の開口から放射状に拡散すると考えられる。被測定ガス中の酸度濃度には、拡散に伴って濃度勾配が生じる。酸素濃度は、拡散距離が長いほど低濃度になる。図４の矢印は、第２拡散律速通路１３の開口から放射状に酸素濃度が低下していく様子を模式的に示している。矢印の太さが細くなるほど、酸素濃度が低下することを示す。濃度勾配が生じた結果として、第２拡散律速通路１３の開口から同心円状の酸素濃度分布が形成される。
【0094】
理想的には、第２拡散律速通路１３の側面１３ａ及び第１内部空所２０の側面２０ａにより形成される角と、第２拡散律速通路１３の側面１３ｂ及び第１内部空所２０の側面２０ｂにより形成される角とを結んだ線分Ｌ０の中点Ｃを中心に、放射状に拡散すると考えられる。拡散距離は、中点Ｃからの距離に相当する。すなわち、酸素濃度は、中点Ｃからの距離が長いほど低濃度になる。図４の矢印は、第２拡散律速通路１３の開口から放射状に酸素濃度が低下していく様子を模式的に示している。矢印の太さが細くなるほど、酸素濃度が低下することを示し、矢印の破線部分はより低濃度であることを示している。濃度勾配が生じた結果として、中点Ｃからの同心円状の酸素濃度分布が形成される。図４の破線は、中点Ｃを中心とする円の円弧であり、同一破線上は、酸素濃度が同じであると考えられる。中点Ｃからの距離が長いほど酸素濃度は低いと考えられる。
【0095】
第２拡散律速通路１３の開口は、幅方向に長さＷＤを有している。従って、実際には、図５に示すように、第２拡散律速通路１３の側面１３ａ及び第１内部空所２０の側面２０ａにより形成される角と、第２拡散律速通路１３の側面１３ｂ及び第１内部空所２０の側面２０ｂにより形成される角とを結んだ線分Ｌ０から、放射状に拡散すると考えられる。図５は、図２と同じ断面において、線分Ｌ０から拡散する場合における、第１内部空所２０内の酸素濃度分布を示す模式図である。図５においても、第１内部空所２０内の内側主ポンプ電極２２は図示を省略している。酸素濃度は、線分Ｌ０からの距離が長いほど低濃度になると考えられる。つまり、線分Ｌ０からの等距離線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５が等酸素濃度線になるような酸素濃度分布が形成されると考えられる。酸素濃度は、線分Ｌ０からの距離が長いほど、すなわち、等距離線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５の順に、低濃度となる。線分Ｌ０からの等距離線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、線分Ｌ０からの最短距離が等しい点の連続により表される線分である。線分Ｌ０からの距離が近いほど等距離線は湾曲し、線分Ｌ０からの距離が遠いほど等距離線は幅方向の直線に近づく。なお、第２拡散律速通路１３の開口の幅方向の長さＷＤが短くなるほど、等距離線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、図４における同心円に近づくと考えられる。
【0096】
例えば、仮に、第２拡散律速通路１３の開口の幅方向の長さＷＤが、第１内部空所２０の幅方向の長さＷＣとほぼ同じである場合には、第１内部空所２０内の酸素濃度は、基体部１０２の長手方向の各位置について、幅方向に一様になる。実際には、第２拡散律速通路１３の開口の幅方向の長さＷＤは、第１内部空所２０の幅方向の長さＷＣに比べて短い。そのため、図５に示されるように、第１内部空所２０内の酸素濃度は、基体部１０２の長手方向の各位置について、幅方向に一様ではなく、幅方向に酸素濃度勾配が存在する。第１内部空所２０内の幅方向において第２拡散律速通路１３の開口がある部分の酸素濃度が、第１内部空所２０内の幅方向の他の部分よりも高くなる。第１内部空所２０内は、特に、基体部１０２の長手方向の第２拡散律速通路１３の開口に近い側において、幅方向の酸素濃度勾配がより顕著になる。第１内部空所２０内の第２拡散律速通路１３の開口に近い位置において、局所的に酸素濃度が高い部分が存在することになる。
【0097】
第１内部空所２０内には、被測定ガス中の酸素をポンピングするための内側主ポンプ電極２２が配設されている。主ポンプセル２１に流れるポンプ電流Ｉｐ０は内側主ポンプ電極２２の全体として流れる電流であるが、微視的にみると、内側主ポンプ電極２２の各位置において、各位置に接する被測定ガス中の酸素濃度に応じた電流密度で電流が流れる。すなわち、内側主ポンプ電極２２のうちの、被測定ガス中の酸素濃度が高い位置において、電流密度が高くなり、その位置において電流集中が起こる。
【0098】
つまり、特に被測定ガス中の酸素濃度が高い時には、内側主ポンプ電極２２は、第２拡散律速通路１３の開口に近い位置ほど、高濃度の酸素に晒されるため、多くの酸素を汲み出すことになる。すなわち、特に内側主ポンプ電極２２のうちの第２拡散律速通路１３の開口に近い位置において、電流集中が起こり、主ポンプセルに流れる電流の電流密度が大きくなる。ガスセンサを長期間にわたって使用することにより、内側主ポンプ電極２２は、特に高濃度の酸素に晒される位置（電流集中が起こる位置）において、電極中の金属成分（ＰｔやＡｕ）が飛散してしまうことがある。その結果、内側主ポンプ電極２２それ自体が劣化したり、飛散したＡｕが測定電極４４に付着する（被毒）ことにより測定電極４４のＮＯｘに対する分解活性が低下したりする場合がある。その結果、ガスセンサの長期間の使用により、測定対象ガス（本実施形態においては、ＮＯｘ）の検出精度が低下することがある。
【0099】
より詳細に検討する。過剰な電流集中が起こると、すなわち、局所的に過剰な電流密度の位置が存在すると、局所的に大きな電流密度でポンプ電流Ｉｐ０が流れることにより、過剰な電流密度の位置において局所的に内側主ポンプ電極２２に含まれるＰｔが酸化しやすくなり、その結果、内側主ポンプ電極２２からＰｔやＡｕが蒸発しやすくなると考えられる。なお、Ｐｔは触媒活性を有する貴金属の例であり、Ａｕは、触媒活性を有する貴金属のＮＯｘに対する触媒活性を低下させる貴金属の例である。ＰｔやＡｕが蒸発すると、内側主ポンプ電極２２のうちの蒸発によりＰｔやＡｕが減少した部分において、局所的に反応抵抗が増加する。すると、内側主ポンプ電極２２全体としての抵抗値が大きくなる。そして、内側主ポンプ電極２２全体に印加されるポンプ電圧Ｖｐ０が大きくなる。その結果、内側主ポンプ電極２２のうちの蒸発によりＰｔやＡｕが減少した部分において、Ａｕが減少したことにより被測定ガス中のＮＯｘを分解しやすくなってしまうことが起こり得る。また、ポンプ電圧Ｖｐ０が大きくなると、内側主ポンプ電極２２のうちの蒸発によりＰｔやＡｕが減少した部分において、さらに電流集中が大きくなると考えられる。特に、長期間にわたりガスセンサを使用した場合には、上述のような、電流集中による局所的なＰｔやＡｕの蒸発、その結果のポンプ電圧Ｖｐ０の増大、そして更なる電流集中が継続的に起こると推測される。そのため、ガスセンサ１００の使用によりポンプ電圧Ｖｐ０がより大きくなっていくと考えられる。その結果、内側主ポンプ電極２２の過剰な電流密度の位置において、ＮＯｘを分解しやすくなると考えられる。つまり、ガスセンサ１００の長期間の使用によりＮＯｘ出力の検出精度が低下すると考えられる。
【0100】
従って、内側主ポンプ電極２２における過剰な電流集中の発生しないような形状にすることにより、ガスセンサの長期間の使用により測定対象ガス（本実施形態においてはＮＯｘ）の検出精度が低下することを抑制できると考えられる。
【0101】
図６は、センサ素子１０１（基体部１０２）の長手方向と幅方向とを含む平面に見て、内側主ポンプ電極２２（底部電極部２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。本実施形態において、内側主ポンプ電極２２の天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとは、同形状あるいは実質的に同形状である。
【0102】
センサ素子１０１（基体部１０２）の長手方向と幅方向とを含む平面に見て、空所内ポンプ電極（本実施形態において、内側主ポンプ電極２２）は、前記幅方向の各位置について、それぞれ、基体部１０２の長手方向の先端部に近い側の電極一方端から前記長手方向の電極他方端に向かって所定の長さを有する平面形状にて形成されている。
【0103】
所定の長さとは、主ポンプセル２１が酸素ポンプセルとしての役割を果たすことができる程度に、内側主ポンプ電極２２の電極面積を確保できるような長さである。所定の長さは、ガスセンサ１００の使用目的、第１内部空所２０内に導入される被測定ガスの量、及び第１内部空所２０の体積等を考慮して、当業者が適宜決定してよい。
【0104】
内側主ポンプ電極２２の長手方向の長さは、幅方向の各位置について、適宜設定してよいが、例えば、第１内部空所２０の長手方向の長さに対して、５０％以上であってよい。そのようにすれば、内側主ポンプ電極２２について、主ポンプセル２１が十分な酸素ポンプ機能を発現できる程度の電極面積を確保することができるであろう。また、幅方向において、第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口が存在する位置における内側主ポンプ電極２２の長手方向の長さが、前記開口が存在しない位置における内側主ポンプ電極２２の長手方向の長さ以下であるとよい。つまり、幅方向に見て前記開口が存在する位置において、第１内部空所２０内のうちのセンサ素子１０１の長手方向の前記開口に近い位置には電極が存在しないようにするとよい。前記開口に近い位置は、局所的に酸素濃度が高くなっているため、そのような位置に電極を存在させないことにより、電流集中を低減することができる。
【0105】
内側主ポンプ電極２２の幅方向の長さは、適宜設定してよいが、例えば、第１内部空所２０の幅方向の長さに対して、５０％以上であってよい。そのようにすれば、第１内部空所２０の体積に対して、十分な酸素ポンプ機能を果たすことができる。また、好ましくは、幅方向において、少なくとも、第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口が存在する位置に内側主ポンプ電極２２が配設されているとよい。そのようにすれば、第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口から導入された被測定ガス中の酸素をより効率的に第１内部空所２０から汲み出すことができる。
【0106】
図６において、図５と同様に、線分Ｌ０と等距離線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５とを破線で示している。図６に示されるように、内側主ポンプ電極２２（底部電極部２２ｂ）の先端部側の電極一方端において、点Ｐｍａｘは、線分Ｌ０からの最短距離が最大値Ｄｍａｘとなる点を示し、点Ｐｍｉｎは、線分Ｌ０からの最短距離が最小値Ｄｍｉｎとなる点を示す。なお、第２拡散律速通路１３の開口の幅方向の長さＷＤが第１内部空所２０の幅方向の長さＷＣと比較して十分に短い場合には、線分Ｌ０から前記電極一方端までの最短距離と、線分Ｌ０の中点Ｃから前記電極一方端までの最短距離とは、ほぼ等しくなる。
【0107】
平面視にて、拡散律速通路の内部空所への開口（本実施形態において、第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口、すなわち線分Ｌ０）と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極（本実施形態において、内側主ポンプ電極２２）の前記電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値Ｄｍｉｎの最大値Ｄｍａｘに対する比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）が、０．５以上１以下である。
【0108】
比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）が１の場合には、拡散律速通路の内部空所への開口と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離がすべて等しい。すなわち、前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端は、幅方向のいずれの位置においても、線分Ｌ０からの最短距離が同じである。従って、前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端に接する被測定ガス中の酸素濃度は、幅方向のいずれの位置においても等しいと考えられる。つまり、前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端上において、酸素濃度が一様となり、局所的に酸素濃度が高い部分が生じない。前記電極一方端上において、電流密度分布が一様になり、局所的な電流集中が発生しにくいと考えられる。従って、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）の値が大きいほど（１に近づくほど）、前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端に接する被測定ガス中の酸素濃度勾配がなだらかになり、局所的な電流集中が抑制される、すなわち、空所内ポンプ電極における最大電流密度が小さくなると考えられる。
【0109】
比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）が、０．５以上１以下であれば、前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端に接する被測定ガス中の酸素濃度勾配を効果的に低減できる。その結果、内側主ポンプ電極２２における電流集中を効果的に緩和することができる。比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、例えば、０．７以上１以下であってもよい。
【0110】
本実施形態においては、内側主ポンプ電極２２の平面形状は、前記電極一方端において、凹状の円弧形状である。すなわち、内側主ポンプ電極２２の平面形状は、第１内部空所２０の平面形状とほぼ同じ大きさの矩形（長方形）の、基体部１０２の先端部に近い側の一方電極端を円弧形状（例えば半円状）に凹ませた形状である。さらに言い換えれば、矩形（長方形）のうちの一方電極端が例えば半円形状に抉られており、その半円形状部分には電極が存在しない。そして、矩形（長方形）のうちの一方電極端の半円形状部分以外の部分に電極が存在する。内側主ポンプ電極２２において、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、０．９以上である。
【0111】
図６に示されるように、平面視において、第１内部空所２０には、内側主ポンプ電極２２の存在する電極存在領域と、内側主ポンプ電極２２の存在しない電極不存在領域とがある。電極不存在領域は、内側主ポンプ電極２２の電極一方端側における開口側の電極不存在領域と、内側主ポンプ電極２２の幅方向両端及び電極他方端と第１内部空所２０との間の隙間の電極不存在領域とを含む。第１内部空所２０内の、第２拡散律速通路１３の開口に近い位置においては、上述のように、局所的に酸素濃度が高い領域が存在する。このような局所的に酸素濃度が高い領域を電極不存在領域にすることにより、内側主ポンプ電極２２の局所的な電流集中を効果的に低減することができる。内側主ポンプ電極２２の局所的な電流集中を低減する観点において、開口側の電極不存在領域の面積は、第１内部空所２０の面積に対して、例えば、１０％以上であってよい。また、１５％以上、２０％以上であってよい。
【0112】
内側主ポンプ電極２２の存在する電極存在領域の面積は、第１内部空所２０の面積に対して、例えば、５０％以上であってよい。また、６０％以上、７０％以上であってよい。このような範囲であれば、内側主ポンプ電極２２について、主ポンプセル２１が十分な酸素ポンプ機能を発現できる程度の電極面積を確保することができるであろう。
【0113】
上述の実施形態のセンサ素子１０１においては、内側主ポンプ電極２２の平面形状は、前記電極一方端において、凹状の円弧形状であったが、内側主ポンプ電極２２の平面形状は、これに限られない。比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）が、０．５以上１以下となる範囲で、様々な平面形状を取り得る。以下に、内側主ポンプ電極２２の平面形状についての、変形形態１～３を示す。
【0114】
（変形形態１）
図７は、変形形態１のセンサ素子２０１の、内側主ポンプ電極２２２（底部電極部２２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。内側主ポンプ電極２２２（底部電極部２２２ｂ）の平面形状以外は、図６と同様である。図７においても、図６と同様に、内側主ポンプ電極２２２（底部電極部２２２ｂ）の先端部側の電極一方端において、点Ｐｍａｘは、線分Ｌ０からの最短距離が最大値Ｄｍａｘとなる点を示し、点Ｐｍｉｎは、線分Ｌ０からの最短距離が最小値Ｄｍｉｎとなる点を示す。
図７は、変形形態１のセンサ素子２０１の、内側主ポンプ電極２２２（底部電極部２２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。内側主ポンプ電極２２２（底部電極部２２２ｂ）の平面形状以外は、図６と同様である。図７においても、図６と同様に、内側主ポンプ電極２２２（底部電極部２２２ｂ）の先端部側の電極一方端において、点Ｐｍａｘは、線分Ｌ０からの最短距離が最大値Ｄｍａｘとなる点を示し、点Ｐｍｉｎは、線分Ｌ０からの最短距離が最小値Ｄｍｉｎとなる点を示す。
【0115】
センサ素子２０１における内側主ポンプ電極２２２の平面形状は、基体部１０２の先端部に近い側の電極一方端において、その一部が凹状の円弧形状である。内側主ポンプ電極２２２の平面形状は、第１内部空所２０の平面形状とほぼ同じ大きさの矩形（長方形）の、基体部１０２の先端部に近い側のうち、幅方向において、第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口が存在する位置を含む一部を、円弧形状に凹ませた形状である。言い換えれば、矩形（長方形）のうちの一方電極端の一部が例えば弓型形状に抉られており、その弓型形状部分には電極が存在しない。そして、矩形（長方形）のうちの前記弓型形状部分以外の部分に電極が存在する。内側主ポンプ電極２２２において、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、０．５である。
【0116】
（変形形態２）
図８は、変形形態２のセンサ素子３０１の、内側主ポンプ電極３２２（底部電極部３２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。内側主ポンプ電極３２２（底部電極部３２２ｂ）の平面形状以外は、図６と同様である。図８においても、図６と同様に、内側主ポンプ電極３２２（底部電極部３２２ｂ）の先端部側の電極一方端において、点Ｐｍａｘは、線分Ｌ０からの最短距離が最大値Ｄｍａｘとなる点を示し、点Ｐｍｉｎは、線分Ｌ０からの最短距離が最小値Ｄｍｉｎとなる点を示す。
図８は、変形形態２のセンサ素子３０１の、内側主ポンプ電極３２２（底部電極部３２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。内側主ポンプ電極３２２（底部電極部３２２ｂ）の平面形状以外は、図６と同様である。図８においても、図６と同様に、内側主ポンプ電極３２２（底部電極部３２２ｂ）の先端部側の電極一方端において、点Ｐｍａｘは、線分Ｌ０からの最短距離が最大値Ｄｍａｘとなる点を示し、点Ｐｍｉｎは、線分Ｌ０からの最短距離が最小値Ｄｍｉｎとなる点を示す。
【0117】
センサ素子３０１における内側主ポンプ電極３２２の平面形状は、矩形状あるいは概ね矩形状であり、第１内部空所２０の先端部側には電極が存在しないようになされている。第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口（すなわち線分Ｌ０）からの最短距離が遠くなるほど、上述のように線分Ｌ０からの等距離線は幅方向の直線に近づく。そのため、矩形状（電極一方端が幅方向の直線状）であっても、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）が大きくなりうる。内側主ポンプ電極３２２において、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、０．７である。
【0118】
（変形形態３）
図９は、変形形態３のセンサ素子４０１の、内側主ポンプ電極４２２（底部電極部４２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。内側主ポンプ電極４２２（底部電極部４２２ｂ）の平面形状以外は、図６と同様である。図９においても、図６と同様に、内側主ポンプ電極４２２（底部電極部４２２ｂ）の先端部側の電極一方端において、点Ｐｍａｘは、線分Ｌ０からの最短距離が最大値Ｄｍａｘとなる点を示し、点Ｐｍｉｎは、線分Ｌ０からの最短距離が最小値Ｄｍｉｎとなる点を示す。
図９は、変形形態３のセンサ素子４０１の、内側主ポンプ電極４２２（底部電極部４２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。内側主ポンプ電極４２２（底部電極部４２２ｂ）の平面形状以外は、図６と同様である。図９においても、図６と同様に、内側主ポンプ電極４２２（底部電極部４２２ｂ）の先端部側の電極一方端において、点Ｐｍａｘは、線分Ｌ０からの最短距離が最大値Ｄｍａｘとなる点を示し、点Ｐｍｉｎは、線分Ｌ０からの最短距離が最小値Ｄｍｉｎとなる点を示す。
【0119】
センサ素子４０１における内側主ポンプ電極４２２の平面形状は、基体部１０２の先端部に近い側の電極一方端において、凹状である。具体的には、内側主ポンプ電極４２２の平面形状は、第１内部空所２０の平面形状とほぼ同じ大きさの矩形（長方形）の、基体部１０２の先端部に近い側を台形状に凹ませた形状である。言い換えれば、矩形（長方形）のうちの一方電極端が台形状に抉られており、その台形状部分には電極が存在しない。そして、矩形（長方形）のうちの前記台形状部分以外の部分に電極が存在する。内側主ポンプ電極４２２において、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、０．８である。
【0120】
内側主ポンプ電極の平面形状は、種々の形状を取り得る。基体部１０２の長手方向と幅方向とを含む平面に見て、内側主ポンプ電極の平面形状は、基体部１０２の先端部に近い側の電極一方端において、例えば、内側主ポンプ電極２２、２２２、４２２のように、凹状の形状であってよい。
【0121】
基体部１０２の長手方向と幅方向とを含む平面に見て、内側主ポンプ電極の平面形状は、基体部１０２の先端部に近い側の電極一方端において、例えば、内側主ポンプ電極２２のように、凹状の円弧形状であってよい。
【0122】
基体部１０２の長手方向と幅方向とを含む平面に見て、内側主ポンプ電極の平面形状は、基体部１０２の先端部に近い側の電極一方端において、第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口と、幅方向の各位置における内側主ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離が等しい形状であってよい。すなわち、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）＝１。
【0123】
（比較形態）
図１０は、比較形態のセンサ素子９０１の、内側主ポンプ電極９２２（底部電極部９２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。内側主ポンプ電極９２２（底部電極部９２２ｂ）の平面形状以外は、図６と同様である。図１０においても、図６と同様に、内側主ポンプ電極９２２（底部電極部９２２ｂ）の先端部側の電極一方端において、点Ｐｍａｘは、線分Ｌ０からの最短距離が最大値Ｄｍａｘとなる点を示し、点Ｐｍｉｎは、線分Ｌ０からの最短距離が最小値Ｄｍｉｎとなる点を示す。
図１０は、比較形態のセンサ素子９０１の、内側主ポンプ電極９２２（底部電極部９２２ｂ）の平面形状を示す模式図である。内側主ポンプ電極９２２（底部電極部９２２ｂ）の平面形状以外は、図６と同様である。図１０においても、図６と同様に、内側主ポンプ電極９２２（底部電極部９２２ｂ）の先端部側の電極一方端において、点Ｐｍａｘは、線分Ｌ０からの最短距離が最大値Ｄｍａｘとなる点を示し、点Ｐｍｉｎは、線分Ｌ０からの最短距離が最小値Ｄｍｉｎとなる点を示す。
【0124】
比較形態のセンサ素子９０１における内側主ポンプ電極９２２の平面形状は、第１内部空所２０の平面形状とほぼ同じ大きさの矩形（長方形）である。幅方向において、第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口（すなわち線分Ｌ０）が存在する位置の、前記開口に近い位置は、局所的に酸素濃度が高くなっており、幅方向の酸素濃度勾配が大きい。内側主ポンプ電極９２２の基体部１０２の先端部に近い側の電極一方端が、幅方向の酸素濃度勾配が大きい位置に存在するために、幅方向において、前記開口（すなわち線分Ｌ０）が存在する位置の、前記電極一方端上において、過剰な電流集中が発生すると考えられる。内側主ポンプ電極９２２において、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、０．１である。
【0125】
上記に、本発明の実施形態及び変形形態の例として、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するセンサ素子１０１、２０１、３０１、４０１を示したが、本発明はこれらの形態に限られない。本発明には、ガスセンサの長期間の使用による測定対象ガスの検出精度の低下を抑制するという本発明の目的を達成する範囲であれば、種々の形態のセンサ素子が含まれ得る。
【0126】
上述の実施形態においては、ガスセンサ１００は被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出したが、測定対象ガスはＮＯｘに限られない。例えば、測定対象ガスはＮＯｘ以外の他の酸化物ガス（例えば、二酸化炭素ＣＯ２、水Ｈ２Ｏ等）であってもよい。測定対象ガスが酸化物ガスの場合には、上述のＮＯｘ濃度を検出する実施形態と同様に、酸化物ガスそれ自体を含む被測定ガスが第３内部空所６１に導入され、測定電極４４において被測定ガス中の酸化物ガスが還元されて酸素が発生する。発生した酸素を測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２として取得して測定対象ガスを検出することができる。
【0127】
また、例えば、測定対象ガスはアンモニアＮＨ３等の非酸化物ガスであってもよい。測定対象ガスが非酸化物ガスの場合には、非酸化物ガスを酸化物ガスに変換（例えば、アンモニアＮＨ３の場合にはＮＯに変換）し、変換された酸化物ガスを含む被測定ガスが第３内部空所６１に導入される。測定電極４４において被測定ガス中の変換された酸化物ガスが還元されて酸素が発生する。発生した酸素を測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２として取得して測定対象ガスを検出することができる。非酸化物ガスの酸化物ガスへの変換は、内側主ポンプ電極２２及び補助ポンプ電極５１の少なくともいずれか一方が触媒として機能することによって行うことができる。
【0128】
上述の実施形態のセンサ素子１０１、及び変形形態のセンサ素子２０１、３０１、４０１においては、第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口は、幅方向において、第１内部空所２０の中央に位置していたが、これに限られない。前記開口は、幅方向において、第１内部空所２０の中央からずれた位置に存在していてもよい。
【0129】
上述の実施形態のセンサ素子１０１、及び変形形態のセンサ素子２０１、３０１、４０１においては、第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口は、１つであったが、これに限られない。拡散律速通路の第１内部空所２０への開口は、複数あってもよい。複数の開口のそれぞれの幅方向の長さの合計が、第１内部空所２０の幅方向の長さＷＣに対して１／２以下であればよい。この場合、複数の開口と、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値の最大値に対する比が、０．５以上１以下であればよい。この場合の最短距離とは、複数の開口のそれぞれと、前記幅方向の各位置における前記空所内ポンプ電極の前記電極一方端との間の最短距離のうちの最短のものを意味する。
【0130】
上述の実施形態のセンサ素子１０１、及び変形形態のセンサ素子２０１、３０１、４０１においては、第２拡散律速通路１３は、基体部１０２の長手方向において、幅方向の長さが一様な孔であったが、これに限られない。第２拡散律速通路１３の開口の幅方向の長さＷＤが、第１内部空所２０の幅方向の長さＷＣに対して１／２以下となっていれば、基体部１０２の長手方向において、幅方向の長さが変化してもよい。第２拡散律速通路１３は、例えば、基体部１０２の先端部側から第１内部空所２０側に向かって、幅方向の長さが大きくなる形状であってもよいし、小さくなる形状であってもよい。
【0131】
上述の実施形態のセンサ素子１０１においては、内側主ポンプ電極２２は、第１内部空所２０の天井面に形成された天井電極部２２ａと、第１内部空所２０の底面に形成された底部電極部２２ｂと、それら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを接続するように第１内部空所２０の側面に形成された側部電極部とで構成されていたが、これに限られない。内側主ポンプ電極２２は、例えば、第１内部空所２０の天井面にのみ形成されていてもよい。あるいは、第１内部空所２０の底面にのみ形成されていてもよい。また、例えば、内側主ポンプ電極２２が天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを有する場合において、天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとは同じ平面形状であってもよいし、異なる平面形状であってもよい。天井電極部２２ａ及び底部電極部２２ｂの少なくとも一方において、第２拡散律速通路１３の開口と、前記幅方向の各位置における前記電極一方端との間の最短距離について、前記最短距離のうちの最小値の最大値に対する比が、０．５以上１以下であればよい。
【0132】
上述の実施形態のセンサ素子１０１においては、内側主ポンプ電極２２の平面形状を本発明の形状とし、補助ポンプ電極５１及び測定電極４４の平面形状は矩形状としたが、これに限られない。内側主ポンプ電極２２、補助ポンプ電極５１及び測定電極４４の少なくとも１つの電極の平面形状を、内側主ポンプ電極２２と同様に、本発明の形状としてもよい。少なくとも、電極に接する被測定ガス中の酸素濃度が最も高い内側主ポンプ電極２２について、平面形状を本発明の形状とすることが好ましい。内側主ポンプ電極２２、補助ポンプ電極５１及び測定電極４４のいずれについても、平面形状を本発明の形状としてもよい。
【0133】
上述の実施形態のガスセンサ１００においては、センサ素子１０１は、図１に示すように、第１内部空所２０、第２内部空所４０、及び第３内部空所６１の３つの内部空所を備え、各内部空所には、内側主ポンプ電極２２、補助ポンプ電極５１、及び測定電極４４がそれぞれ配置されている構造であったが、これに限られない。例えば、第１内部空所２０及び第２内部空所４０の２つの内部空所を備え、第１内部空所２０には内側主ポンプ電極２２が、第２内部空所４０には補助ポンプ電極５１及び測定電極４４がそれぞれ配置されている構造としてもよい。この場合、例えば、補助ポンプ電極５１と測定電極４４との間の拡散律速通路として、測定電極４４を覆う多孔体保護層を形成してもよい。
【0134】
上述の実施形態のガスセンサ１００においては、外側ポンプ電極２３は、主ポンプセル２１における外側主ポンプ電極と、補助ポンプセル５０における外側補助ポンプ電極と、測定用ポンプセル４１における外側測定電極との３つの電極の機能を兼ねていたが、これに限られない。例えば、外側主ポンプ電極、外側補助ポンプ電極、及び外側測定電極はそれぞれ別の電極として形成されていてもよい。例えば、外側主ポンプ電極、外側補助ポンプ電極、及び外側測定電極のいずれか１つ以上を外側ポンプ電極２３とは別に基体部１０２の外表面に被測定ガスと接するように設けてもよい。あるいは、外側主ポンプ電極、外側補助ポンプ電極、及び外側測定電極のいずれか１つ以上を基準電極４２が兼ねてもよい。
【0135】
[センサ素子製造方法]
次に、上述のようなセンサ素子の製造方法の一例を説明する。ジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む複数の未焼成のシート状成形物（いわゆるグリーンシート）に所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後に、当該複数のシートを積層し、その積層体を切断した後、焼成することによってセンサ素子１０１を作製することができる。
次に、上述のようなセンサ素子の製造方法の一例を説明する。ジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む複数の未焼成のシート状成形物（いわゆるグリーンシート）に所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後に、当該複数のシートを積層し、その積層体を切断した後、焼成することによってセンサ素子１０１を作製することができる。
【0136】
以下においては、図１に示した６つの層からなるセンサ素子１０１を作製する場合を例として説明する。
【0137】
まず、ジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含む６枚のグリーンシートを準備する。グリーンシートの作製には、公知の成形方法を用いることができる。例えば、安定化剤のイットリア（Ｙ２Ｏ３）を４ｍｏｌ％添加したジルコニア（ＺｒＯ２）粉末を有機バインダー及び有機溶剤と混合し、テープ成形により成形し、所望の大きさに切断することにより準備してよい。６枚のグリーンシートは全て同じ厚みでもよいし、形成する層によって厚みが異なってもよい。６枚のグリーンシートそれぞれに、印刷時や積層時の位置決めに用いるシート穴等を、パンチング装置による打ち抜き処理などの公知の方法で、予め形成して、ブランクシートを作製する。スペーサ層５に用いるブランクシートには、内部空所等の貫通部も同様の方法で形成する。その他の層にも必要な貫通部を予め形成する。
【0138】
本実施形態においては、スペーサ層５に用いるブランクシートには、各内部空所２０，４０，６１と同様に、第２拡散律速通路１３、第３拡散律速通路３０、及び第４拡散律速通路６０を、例えば、パンチング装置による打ち抜き処理により、予め形成する。
【0139】
第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの層に用いるブランクシートに、各層毎に必要な種々のパターンの印刷・乾燥処理を行う。パターンの印刷には、公知のスクリーン印刷技術を用いることができる。乾燥処理についても、公知の乾燥手段を用いることができる。
【0140】
例えば、内側主ポンプ電極２２の形成に用いる電極ペーストを、所望の組成となるように作製する。次に、第２固体電解質層６の下面となる面、及び第１固体電解質層４の上面となる面に、内側主ポンプ電極２２用の電極ペーストを、所望の位置に所望のパターンで印刷・乾燥する。
【0141】
このような工程を繰り返し、６枚のブランクシートそれぞれに対する種々のパターンの印刷・乾燥が終わると、６枚の印刷済みブランクシートを、シート穴等で位置決めしつつ所定の順序で積み重ねて、所定の温度・圧力条件で圧着させて積層体とする圧着処理を行う。圧着処理は、公知の油圧プレス機等の積層機で加熱・加圧することにより行う。加熱・加圧する温度、圧力及び時間は、用いる積層機に依存するものであるが、良好な積層が実現できるように、適宜定めることができる。
【0142】
得られた積層体は、複数個のセンサ素子１０１を包含している。その積層体を切断してセンサ素子１０１の単位に切り分ける。切り分けられた積層体を所定の焼成温度で焼成し、センサ素子１０１を得る。焼成温度は、センサ素子１０１の基体部１０２を構成する固体電解質が焼結して緻密体となり、かつ、電極等が所望の気孔率を保持する温度であればよい。例えば、１３００～１５００℃程度の焼成温度で焼成される。
【0143】
得られたセンサ素子１０１を、センサ素子１０１の先端部が被測定ガスに接し、センサ素子１０１の後端部が基準ガスに接するような態様でケーシングに組み込むことにより、ガスセンサ１００を作製する。
【実施例0144】
以下に、実施例を用いてさらに説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0145】
［実施例１～４及び比較例１］
実施例１～４及び比較例１として、上述したセンサ素子１０１の製造方法に従って、内側ポンプ電極の平面形状がそれぞれ異なるセンサ素子を作製した。実施例１～４及び比較例１のいずれにおいても、内側主ポンプ電極は天井電極部及び底部電極部を有するものとし、天井電極部及び底部電極部は同じ平面形状とした。また、いずれも厚み１０μｍとした。
実施例１～４及び比較例１として、上述したセンサ素子１０１の製造方法に従って、内側ポンプ電極の平面形状がそれぞれ異なるセンサ素子を作製した。実施例１～４及び比較例１のいずれにおいても、内側主ポンプ電極は天井電極部及び底部電極部を有するものとし、天井電極部及び底部電極部は同じ平面形状とした。また、いずれも厚み１０μｍとした。
【0146】
実施例１～４及び比較例１のいずれにおいても、第１内部空所２０の大きさは、センサ素子１０１の長手方向（以下において、単に長手方向と表記する）の長さ３．３ｍｍ、センサ素子１０１の長手方向に直交する幅方向の長さ（以下において、単に幅方向と表記する）２．５ｍｍ、厚み１００μｍとした。第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口は、幅方向の長さ０．５ｍｍとし、前記開口の幅方向の中心と、第１内部空所２０の幅方向の中心とが一致するように配置した。
【0147】
実施例１として、図６に示される内側主ポンプ電極２２を有するセンサ素子１０１を作製した。内側主ポンプ電極２２において、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、０．９以上であった。内側主ポンプ電極２２の天井電極部２２ａ及び底部電極部２２ｂの形状はそれぞれ、幅方向の両端において、長手方向の長さが３．１ｍｍ、長手方向の後端部側において、幅方向の長さが幅２．３ｍｍとした。長手方向の先端部側において、幅方向の中点を中心とする直径２．３ｍｍの半円状に凹んだ平面形状とした。
【0148】
実施例２として、図７に示される内側主ポンプ電極２２２を有するセンサ素子２０１を作製した。内側主ポンプ電極２２２において、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、０．５であった。内側主ポンプ電極２２２の天井電極部及び底部電極部２２２ｂの形状はそれぞれ、幅方向の両端において、長手方向の長さが３．１ｍｍ、長手方向の後端部側において、幅方向の長さが幅２．３ｍｍとした。長手方向の先端部側において、幅方向の中点を中心とする幅方向の長さ１．５ｍｍの部分が直径２．３ｍｍの円弧状に凹んだ平面形状とした。
【0149】
実施例３として、図８に示される内側主ポンプ電極３２２を有するセンサ素子３０１を作製した。内側主ポンプ電極３２２において、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、０．７であった。内側主ポンプ電極３２２の天井電極部及び底部電極部３２２ｂの形状はそれぞれ、長手方向の長さが１．６ｍｍ、幅方向の長さが幅２．３ｍｍの矩形状とした。長手方向の後端部側の電極他方端の、長手方向の位置が、他の実施例１、２、４、及び比較例１と同じ位置になるように配設し、長手方向の先端部側の電極一方端が開口から遠い位置（開口から長手方向に１．７ｍｍの位置）に存在するようにした。
【0150】
実施例４として、図９に示される内側主ポンプ電極４２２を有するセンサ素子４０１を作製した。内側主ポンプ電極４２２において、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、０．８あった。内側主ポンプ電極４２２の天井電極部及び底部電極部４２２ｂの形状はそれぞれ、幅方向の両端において、長手方向の長さが３．１ｍｍ、長手方向の後端部側において、幅方向の長さが幅２．３ｍｍとした。また、幅方向の中央において、長手方向の長さが１．０ｍｍとした。長手方向の先端部側において、先端部側を下底とする台形状に凹んだ平面形状とした。台形の上底は、幅方向の中点を中心に幅方向の長さが１．５ｍｍ、台形の下底は、幅方向の長さが幅２．３ｍｍとした。
【0151】
比較例１として、図１０に示される内側主ポンプ電極９２２を有するセンサ素子９０１を作製した。内側主ポンプ電極９２２において、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）は、０．１であった。内側主ポンプ電極９２２の天井電極部及び底部電極部９２２ｂの形状はそれぞれ、長手方向の長さが３．１ｍｍ、幅方向の長さが幅２．３ｍｍの矩形状とした。
【0152】
内側ポンプ電極以外は、センサ素子１０１と同じ構成として、各センサ素子を作製した。作製した各センサ素子をそれぞれケーシングに組み込んでガスセンサを作製した。
【0153】
［耐久試験］
ディーゼルエンジンを用いた耐久試験を行い、ＮＯｘ検出感度の劣化の程度を評価した。耐久試験の前と後とにおいて、ガスセンサのＮＯ濃度５００ｐｐｍにおけるＮＯｘ感度（Ｉｐ２電流値）を、それぞれ測定し、耐久試験前と耐久試験後のＮＯｘ感度変化率を算出した。ＮＯｘ感度変化率により、ＮＯｘ検出感度の劣化の程度を評価・判定した。具体的には、以下のように試験を行った。
ディーゼルエンジンを用いた耐久試験を行い、ＮＯｘ検出感度の劣化の程度を評価した。耐久試験の前と後とにおいて、ガスセンサのＮＯ濃度５００ｐｐｍにおけるＮＯｘ感度（Ｉｐ２電流値）を、それぞれ測定し、耐久試験前と耐久試験後のＮＯｘ感度変化率を算出した。ＮＯｘ感度変化率により、ＮＯｘ検出感度の劣化の程度を評価・判定した。具体的には、以下のように試験を行った。
【0154】
まず、実施例１のガスセンサをモデルガス装置において測定した。実施例１のガスセンサをモデルガス装置の測定用配管に取り付けた。実施例１のガスセンサを駆動した。ＮＯ＝５００ｐｐｍかつＯ２＝０％のモデルガスを測定用配管に流し、実施例１のガスセンサのＩｐ２電流値（Ｉｐ２fresh）を測定した。実施例２～４及び比較例１のそれぞれについても同様にＩｐ２電流値（Ｉｐ２fresh）を測定した。なお、測定に用いたモデルガス中におけるＮＯとＯ２以外のガス成分は、Ｈ２Ｏ（３％）、及びＮ２（残部）とした。
【0155】
次に、ディーゼルエンジンを用いた耐久試験を行った。実施例１～４及び比較例１の各ガスセンサを自動車の排ガス管の配管に取り付けた。そして、各ガスセンサを駆動させた。この状態で、エンジン回転数１５００～３５００ｒｐｍ、負荷トルク０～３５０Ｎ・ｍの範囲で構成した４０分間の運転パターンを、３０００時間が経過するまで繰り返した。なお、そのときのガス温度は２００℃～６００℃、ＮＯｘ濃度は０～１５００ｐｐｍであった。
【0156】
上記の耐久試験後の各ガスセンサについて、上述の方法により、ＮＯ＝５００ｐｐｍかつＯ２＝０％のモデルガスにおける耐久試験後のそれぞれのガスセンサのＩｐ２電流値（Ｉｐ２aged）を測定した。
【0157】
実施例１～４及び比較例１のガスセンサのそれぞれについて、耐久試験前後におけるＮＯｘ検出感度の変化量を算出した。すなわち、耐久試験前におけるＩｐ２電流値（Ｉｐ２fresh）に対する、耐久試験後のＩｐ２電流値（Ｉｐ２aged）の変化率（ＮＯｘ感度変化率）を算出した。
【0158】
ＮＯｘ感度変化率（％）＝（Ｉｐ２aged／Ｉｐ２fresh－１）×１００
【0159】
求めたＮＯｘ感度変化率（％）について、以下の基準で判定し、耐久性能を評価した。
Ａ：ＮＯｘ感度変化率が±５％以内
Ｂ：ＮＯｘ感度変化率が±５％より大きく、±１０％以内
Ｃ：ＮＯｘ感度変化率が±１０％より大きく、±１５％以内
Ｄ：ＮＯｘ感度変化率が±１５％より大きい
Ａ：ＮＯｘ感度変化率が±５％以内
Ｂ：ＮＯｘ感度変化率が±５％より大きく、±１０％以内
Ｃ：ＮＯｘ感度変化率が±１０％より大きく、±１５％以内
Ｄ：ＮＯｘ感度変化率が±１５％より大きい
【0160】
判定Ａ、Ｂ、及びＣであれば、実使用において、長期間使用した場合であっても、精度よくＮＯｘを検出することができると考えられる。
【0161】
表１に、実施例１～４及び比較例１の評価結果を示す。また、併せて、実施例１～４及び比較例１のそれぞれにおける、内側主ポンプ電極の平面形状、及び、比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）の値を示す。
【0162】
【表1】
【0163】
実施例１～４はいずれも、比較例１と比較して、良好な耐久性能を有することが確認された。比（最小値Ｄｍｉｎ／最大値Ｄｍａｘ）が大きいほど（１に近づくほど）、より良好な耐久性能を有することが確認された。
【0164】
以上のように、本発明によれば、内側主ポンプ電極２２において、第２拡散律速通路１３の第１内部空所２０への開口に近い位置における電流集中を緩和することができるため、ガスセンサ１００の長期間の使用により主ポンプセル２１の抵抗値が上昇した場合であっても、内側主ポンプ電極２２における測定対象ガス（例えば、ＮＯｘ）の分解をより抑制できる。その結果、ガスセンサの長期間の使用による測定対象ガスの検出精度の低下を抑制できる。
【符号の説明】
【0165】
１ 第１基板層
２ 第２基板層
３ 第３基板層
４ 第１固体電解質層
５ スペーサ層
６ 第２固体電解質層
１０ ガス導入口
１１ 第１拡散律速通路
１２ 緩衝空間
１３ 第２拡散律速通路
１５ 被測定ガス流通空所
２０ 第１内部空所
２１ 主ポンプセル
２２、２２２、３２２、４２２、９２２ 内側主ポンプ電極
２２ａ （内側主ポンプ電極の）天井電極部
２２ｂ、２２２ｂ、３２２ｂ、４２２ｂ、９２２ｂ （内側主ポンプ電極の）底部電極部
２３ 外側ポンプ電極
２４ （主ポンプセルの）可変電源
３０ 第３拡散律速通路
４０ 第２内部空所
４１ 測定用ポンプセル
４２ 基準電極
４３ 基準ガス導入空間
４４ 測定電極
４６ （測定用ポンプセルの）可変電源
４８ 大気導入層
５０ 補助ポンプセル
５１ 補助ポンプ電極
５１ａ （補助ポンプ電極の）天井電極部
５１ｂ （補助ポンプ電極の）底部電極部
５２ （補助ポンプセルの）可変電源
６０ 第４拡散律速通路
６１ 第３内部空所
７０ ヒータ部
７１ ヒータ電極
７２ ヒータ
７３ スルーホール
７４ ヒータ絶縁層
７５ 圧力放散孔
７６ ヒータリード
８０ 主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル
８１ 補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル
８２ 測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル
８３ センサセル
１００ ガスセンサ
１０１、２０１、３０１、４０１、９０１ センサ素子
１０２ 基体部
２ 第２基板層
３ 第３基板層
４ 第１固体電解質層
５ スペーサ層
６ 第２固体電解質層
１０ ガス導入口
１１ 第１拡散律速通路
１２ 緩衝空間
１３ 第２拡散律速通路
１５ 被測定ガス流通空所
２０ 第１内部空所
２１ 主ポンプセル
２２、２２２、３２２、４２２、９２２ 内側主ポンプ電極
２２ａ （内側主ポンプ電極の）天井電極部
２２ｂ、２２２ｂ、３２２ｂ、４２２ｂ、９２２ｂ （内側主ポンプ電極の）底部電極部
２３ 外側ポンプ電極
２４ （主ポンプセルの）可変電源
３０ 第３拡散律速通路
４０ 第２内部空所
４１ 測定用ポンプセル
４２ 基準電極
４３ 基準ガス導入空間
４４ 測定電極
４６ （測定用ポンプセルの）可変電源
４８ 大気導入層
５０ 補助ポンプセル
５１ 補助ポンプ電極
５１ａ （補助ポンプ電極の）天井電極部
５１ｂ （補助ポンプ電極の）底部電極部
５２ （補助ポンプセルの）可変電源
６０ 第４拡散律速通路
６１ 第３内部空所
７０ ヒータ部
７１ ヒータ電極
７２ ヒータ
７３ スルーホール
７４ ヒータ絶縁層
７５ 圧力放散孔
７６ ヒータリード
８０ 主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル
８１ 補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル
８２ 測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル
８３ センサセル
１００ ガスセンサ
１０１、２０１、３０１、４０１、９０１ センサ素子
１０２ 基体部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
