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(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】P2024131302
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】ガスセンサ
(51)【国際特許分類】
G01N 27/409 20060101AFI20240920BHJP
G01N 27/419 20060101ALI20240920BHJP
【ＦＩ】
G01N27/409 100
G01N27/419
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023041494
(22)【出願日】2023-03-16
(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】110000017
【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】村上 勇太
【テーマコード（参考）】
2G004
【Ｆターム（参考）】
2G004BB04
2G004BC02
2G004BD05
2G004BF06
2G004BJ03
2G004ZA04
(57)【要約】
【課題】水がコネクタ電極に到達するのをより抑制する。
【解決手段】ガスセンサ１０は、センサ素子２０と圧粉体４５ａ，４５ｂと碍子４４ａ～４４ｃとを備えている。センサ素子２０は、素子本体６０と上側コネクタ電極７１と多孔質層８０と第１水浸入抑制部９１とを備えている。第１水浸入抑制部９１は、素子本体６０の第１面６０ａに設けられている。第１水浸入抑制部９１は、多孔質層８０が存在しない領域である複数の第１隙間領域９３を有している。複数の第１隙間領域９３は、各々が碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と素子本体６０の長手方向（前後方向）における位置が重複し、且つ、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つは、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と長手方向における位置が重複している。
【選択図】図６
【解決手段】ガスセンサ１０は、センサ素子２０と圧粉体４５ａ，４５ｂと碍子４４ａ～４４ｃとを備えている。センサ素子２０は、素子本体６０と上側コネクタ電極７１と多孔質層８０と第１水浸入抑制部９１とを備えている。第１水浸入抑制部９１は、素子本体６０の第１面６０ａに設けられている。第１水浸入抑制部９１は、多孔質層８０が存在しない領域である複数の第１隙間領域９３を有している。複数の第１隙間領域９３は、各々が碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と素子本体６０の長手方向（前後方向）における位置が重複し、且つ、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つは、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と長手方向における位置が重複している。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、前記センサ素子が内部を軸方向に貫通する貫通孔を有する筒状体と、前記貫通孔内に配置され且つ前記貫通孔の内周面と前記センサ素子との間に充填された１又は複数の圧粉体と、前記貫通孔内に配置され且つ内部を前記センサ素子が貫通し且つ前記圧粉体を前記軸方向に押圧する中空柱状の複数の緻密体と、を備えるガスセンサであって、
前記センサ素子は、
長手方向に沿った両端である前端および後端と、前記長手方向に沿った表面である側面と、を有し、前記前端側が前記被測定ガスに晒される素子本体と、
前記側面の前記後端側に配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記側面の少なくとも一部を被覆する多孔質層と、
前記多孔質層の少なくとも一部よりも前記後端側に位置し且つ前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置するように前記側面に設けられた水浸入抑制部と、
を備え、
前記水浸入抑制部は、前記多孔質層が存在しない領域である複数の隙間領域を有しており、
前記複数の隙間領域は、各々が前記複数の緻密体のいずれかの内周面と前記長手方向における位置が重複し、
前記複数の隙間領域のうち少なくとも１つは、前記複数の緻密体のうち最も前記後端側に位置する緻密体の内周面と前記長手方向における位置が重複している、
ガスセンサ。
前記センサ素子は、
長手方向に沿った両端である前端および後端と、前記長手方向に沿った表面である側面と、を有し、前記前端側が前記被測定ガスに晒される素子本体と、
前記側面の前記後端側に配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記側面の少なくとも一部を被覆する多孔質層と、
前記多孔質層の少なくとも一部よりも前記後端側に位置し且つ前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置するように前記側面に設けられた水浸入抑制部と、
を備え、
前記水浸入抑制部は、前記多孔質層が存在しない領域である複数の隙間領域を有しており、
前記複数の隙間領域は、各々が前記複数の緻密体のいずれかの内周面と前記長手方向における位置が重複し、
前記複数の隙間領域のうち少なくとも１つは、前記複数の緻密体のうち最も前記後端側に位置する緻密体の内周面と前記長手方向における位置が重複している、
ガスセンサ。
【請求項2】
前記複数の隙間領域のうち少なくとも２つは、前記複数の緻密体のうち最も前記後端側に位置する緻密体の内周面と前記長手方向における位置が重複している、
請求項１に記載のガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項3】
前記複数の隙間領域の各々は、前後方向の長さが０．２ｍｍ以上である、
請求項１又は２に記載のガスセンサ。
請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【請求項4】
前記水浸入抑制部は、前記複数の緻密体のいずれかの内周面と前記長手方向における位置が重複する緻密層を有し、
前記複数の隙間領域のうち少なくとも１つは、前記緻密層よりも前記後端側に位置する、
請求項１又は２に記載のガスセンサ。
前記複数の隙間領域のうち少なくとも１つは、前記緻密層よりも前記後端側に位置する、
請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【請求項5】
請求項１又は２に記載のガスセンサであって、
前記センサ素子は、前記側面に配設された電極と、前記電極と前記コネクタ電極とを導通する外側リード部とを備えており、
前記多孔質層は、前記外側リード部の少なくとも一部を被覆している、
ガスセンサ。
前記センサ素子は、前記側面に配設された電極と、前記電極と前記コネクタ電極とを導通する外側リード部とを備えており、
前記多孔質層は、前記外側リード部の少なくとも一部を被覆している、
ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出するセンサ素子を備えるガスセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のガスセンサは、センサ素子と２個の圧粉体と３個の碍子とを備えている。センサ素子は、素子本体と検出部と上側コネクタ電極と多孔質層と水侵入抑制部とを備えている。検出部は、素子本体の前端側に配設された複数の電極を有している。上側コネクタ電極は、素子本体の側面の後端側に配設されている。多孔質層は、側面の少なくとも前端側を被覆し且つ気孔率が１０％以上である。水侵入抑制部は、多孔質層を素子本体の長手方向に沿って分割するように素子本体の側面に配設された隙間領域を有している。隙間領域は、上側コネクタ電極よりも前端側に位置し、前後方向の存在範囲と碍子の内周面の前後方向の存在範囲との連続した重複部分の長さである重複距離が０．５ｍｍ以上であり、前後方向に沿った水の毛細管現象を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１９／１５５８６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述のガスセンサでも、隙間領域を有する水侵入抑制部が存在することで、水（水や水に溶けた硫酸など）が水侵入抑制部よりもセンサ素子の後端側に移動してコネクタ電極に到達するのを抑制できる。しかし、水蒸気濃度が高い被測定ガスにセンサ素子の前端側の部分が晒される場合など、ガスセンサがより過酷な環境で使用される場合を想定すると、水がコネクタ電極に到達するのをより抑制することが求められている。
【0005】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、水がコネクタ電極に到達するのをより抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
［１］本発明のガスセンサは、
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、前記センサ素子が内部を軸方向に貫通する貫通孔を有する筒状体と、前記貫通孔内に配置され且つ前記貫通孔の内周面と前記センサ素子との間に充填された１又は複数の圧粉体と、前記貫通孔内に配置され且つ内部を前記センサ素子が貫通し且つ前記圧粉体を前記軸方向に押圧する中空柱状の複数の緻密体と、を備えるガスセンサであって、
前記センサ素子は、
長手方向に沿った両端である前端および後端と、前記長手方向に沿った表面である側面と、を有し、前記前端側が前記被測定ガスに晒される素子本体と、
前記側面の前記後端側に配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記側面の少なくとも一部を被覆する多孔質層と、
前記多孔質層の少なくとも一部よりも前記後端側に位置し且つ前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置するように前記側面に設けられた水浸入抑制部と、
を備え、
前記水浸入抑制部は、前記多孔質層が存在しない領域である複数の隙間領域を有しており、
前記複数の隙間領域は、各々が前記複数の緻密体のいずれかの内周面と前記長手方向における位置が重複し、
前記複数の隙間領域のうち少なくとも１つは、前記複数の緻密体のうち最も前記後端側に位置する緻密体の内周面と前記長手方向における位置が重複している、
ものである。
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのセンサ素子と、前記センサ素子が内部を軸方向に貫通する貫通孔を有する筒状体と、前記貫通孔内に配置され且つ前記貫通孔の内周面と前記センサ素子との間に充填された１又は複数の圧粉体と、前記貫通孔内に配置され且つ内部を前記センサ素子が貫通し且つ前記圧粉体を前記軸方向に押圧する中空柱状の複数の緻密体と、を備えるガスセンサであって、
前記センサ素子は、
長手方向に沿った両端である前端および後端と、前記長手方向に沿った表面である側面と、を有し、前記前端側が前記被測定ガスに晒される素子本体と、
前記側面の前記後端側に配設され、外部と電気的に導通するためのコネクタ電極と、
前記側面の少なくとも一部を被覆する多孔質層と、
前記多孔質層の少なくとも一部よりも前記後端側に位置し且つ前記コネクタ電極よりも前記前端側に位置するように前記側面に設けられた水浸入抑制部と、
を備え、
前記水浸入抑制部は、前記多孔質層が存在しない領域である複数の隙間領域を有しており、
前記複数の隙間領域は、各々が前記複数の緻密体のいずれかの内周面と前記長手方向における位置が重複し、
前記複数の隙間領域のうち少なくとも１つは、前記複数の緻密体のうち最も前記後端側に位置する緻密体の内周面と前記長手方向における位置が重複している、
ものである。
【0008】
このガスセンサでは、センサ素子は、素子本体の側面の後端側に配設されたコネクタ電極と、側面の少なくとも一部を被覆する多孔質層と、コネクタ電極よりも前端側に位置するように側面に設けられた水浸入抑制部とを備える。センサ素子が水浸入抑制部を備えることにより、センサ素子（素子本体）の前端側が被測定ガスに晒された場合に、被測定ガス中の水蒸気が液化して生じた水が毛細管現象によって多孔質層内を長手方向に沿ってセンサ素子の後端側に移動したとしても、その水は、コネクタ電極に到達する前に水浸入抑制部に到達する。そして、水浸入抑制部は、多孔質層が存在しない領域である複数の隙間領域を有しており、複数の隙間領域は、各々が複数の緻密体のいずれかの内周面と長手方向における位置が重複している。隙間領域では多孔質層とは異なり素子本体の長手方向に沿った水の毛細管現象が生じにくい。このような隙間領域が複数存在するため、例えば隙間領域が１個のみである場合に比して、長手方向に沿った水の移動をより抑制することができる。また、複数の隙間領域は各々が複数の緻密体のいずれかの内周面と素子本体の長手方向における位置が重複するから、複数の隙間領域の各々が圧粉体と長手方向における位置が重複する場合に比して、液体の水が複数の隙間領域を回り込んで移動することも抑制できる。さらに、複数の隙間領域のうち少なくとも１つは、複数の緻密体のうち最も後端側に位置する緻密体の内周面と長手方向における位置が重複している。ここで、被測定ガス中の水蒸気は、熱源（被測定ガス）から離間するすなわち素子本体の後端側に向かうにつれて液化しやすい。また、隙間領域は、水蒸気の移動を抑制する効果よりも液体の水の毛細管現象による移動を抑制する効果が高い。そのため、最も後端側に位置する緻密体の内周面と長手方向における位置が重複する位置に隙間領域が少なくとも１つ存在することで、その隙間領域には、水蒸気が液化した水の状態で到達しやすいから、隙間領域によって水の移動を十分抑制することができる。この結果、水が水浸入抑制部よりもセンサ素子の後端側に移動してコネクタ電極に到達するのをより抑制することができる。
【0009】
［２］上述したガスセンサ（前記［１］に記載のガスセンサ）において、前記複数の隙間領域のうち少なくとも２つは、前記複数の緻密体のうち最も前記後端側に位置する緻密体の内周面と前記長手方向における位置が重複していてもよい。こうすれば、水がコネクタ電極に到達するのを抑制する効果がより高まる。
【0010】
［３］上述したガスセンサ（前記［１］又は［２］に記載のガスセンサ）において、前記複数の隙間領域の各々は、前後方向の長さが０．２ｍｍ以上であってもよい。こうすれば、隙間領域がより確実に水の移動を抑制できる。この場合において、前記複数の隙間領域のうち１以上について、前記長手方向の長さが４．６ｍｍ以下であってもよい。前記複数の隙間領域のいずれもが、前記長手方向の長さが４．６ｍｍ以下であってもよい。
【0011】
［４］上述したガスセンサ（前記［１］～［３］のいずれかに記載のガスセンサ）において、前記水浸入抑制部は、前記複数の緻密体のいずれかの内周面と前記長手方向における位置が重複する緻密層を有し、前記複数の隙間領域のうち少なくとも１つは、前記緻密層よりも前記後端側に位置していてもよい。緻密層の内部は水蒸気が通過しにくいから、緻密層が存在することで水蒸気の後端側への移動を抑制できる。一方で、水蒸気が液体の水に変化し緻密層と他の部材との隙間など緻密層の内部以外を通って後端側へ移動する場合はある。このとき、緻密層よりも後端側に少なくとも１つの隙間領域が存在することで、水蒸気は緻密層の存在によって緻密層よりも後端側の隙間領域に到達しにくくなり、液体の水は緻密層よりも後端側の隙間領域に到達してもその隙間領域によって後端側への移動が十分抑制される。このように、緻密層とその後方に位置する少なくとも１つの隙間領域とが存在することで、水のコネクタ電極への到達をより抑制できる。
【0012】
［５］上述したガスセンサ（前記［１］～［４］のいずれかに記載のガスセンサ）において、前記センサ素子は、前記側面に配設された電極と、前記電極と前記コネクタ電極とを導通する外側リード部とを備えており、前記多孔質層は、前記外側リード部の少なくとも一部を被覆していてもよい。こうすれば、外部リード部の少なくとも一部を多孔質層により保護することができる。また、外部リード部を多孔質層により保護する場合、コネクタ電極に近い位置に多孔質層が存在しやすいため、本発明を適用する意義がより高い。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】ガスセンサ１０が配管５８に取り付けられた様子を示す縦断面図。
【図2】センサ素子２０の斜視図。
【図3】センサ素子２０の縦断面図。
【図4】センサ素子２０の上面図。
【図5】センサ素子２０の下面図。
【図6】水浸入抑制部９０の配置を示す説明図。
【図7】比較形態の水浸入抑制部９０の配置を示す説明図。
【図8】変形例の水浸入抑制部９０の配置を示す説明図。
【図9】変形例の水浸入抑制部９０の配置を示す説明図。
【図10】変形例の水浸入抑制部９０の配置を示す説明図。
【図11】変形例のガスセンサ１０の水浸入抑制部９０と碍子４４ａ，４４ｃおよび圧粉体４５ａ，４５ｂとの位置関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるガスセンサ１０が配管５８に取り付けられた様子を示す縦断面図である。図２は、センサ素子２０を右上前方から見た斜視図である。図３は、センサ素子２０の縦断面を模式的に示す縦断面図である。図４は、センサ素子２０の上面図である。図５は、センサ素子２０の下面図である。本実施形態において、図２および図３に示すように、センサ素子２０の素子本体６０の長手方向を前後方向（長さ方向）とし、素子本体６０の固体電解質層の積層方向（厚さ方向）を上下方向とし、前後方向および上下方向に垂直な方向すなわち図３で紙面を貫通する方向を左右方向（幅方向）とする。
【0015】
図１に示すように、ガスセンサ１０は、組立体１５と、ナット４７と、外筒４８と、コネクタ５０と、リード線５５と、ゴム栓５７とを備えている。組立体１５は、センサ素子２０と、保護カバー３０と、素子封止体４０とを備えている。ガスセンサ１０は、例えば車両の排ガス管などの配管５８に取り付けられて、被測定ガスとしての排気ガスに含まれるＮＯｘやＯ2等の特定ガスの濃度（特定ガス濃度）を測定するために用いられる。本実施形態では、ガスセンサ１０は、特定ガス濃度としてＮＯｘ濃度を測定するものとした。センサ素子２０の長手方向に沿った両端（前端および後端）のうち、前端側が被測定ガスに晒される側である。
【0016】
保護カバー３０は、図１に示すように、センサ素子２０の前端側を覆う有底筒状の内側保護カバー３１と、この内側保護カバー３１を覆う有底筒状の外側保護カバー３２とを備えている。内側保護カバー３１および外側保護カバー３２の各々には、被測定ガスを流通させるための複数の孔が形成されている。内側保護カバー３１で囲まれた空間として素子室３３が形成されており、センサ素子２０の第５面６０ｅ（前端面）は、この素子室３３内に配置されている。
【0017】
素子封止体４０は、センサ素子２０を封止固定する部材である。素子封止体４０は、主体金具４２および内筒４３を有する筒状体４１と、碍子４４ａ～４４ｃ（緻密体の一例）と、圧粉体４５ａ，４５ｂと、メタルリング４６とを備えている。センサ素子２０は、素子封止体４０の中心軸（ここでは前後方向に延在する軸）に沿って延在するように配置されており、素子封止体４０を軸方向に貫通している。
【0018】
主体金具４２は、筒状の金属製部材である。主体金具４２は、前側が後側よりも内径の小さい肉厚部４２ａとなっている。主体金具４２のうちセンサ素子２０の前端と同じ側（前側）には、保護カバー３０が取り付けられている。主体金具４２の後端は、内筒４３のフランジ部４３ａと溶接されている。肉厚部４２ａの内周面の一部は、段差面である底面４２ｂとなっている。この底面４２ｂは、碍子４４ａが前方に飛び出さないようにこれを押さえている。主体金具４２は、軸方向（ここでは前後方向）に沿って主体金具４２を貫通する貫通孔を有しており、この貫通孔の内部をセンサ素子２０が貫通している。
【0019】
内筒４３は、筒状の金属製部材であり、前端にフランジ部４３ａを有している。内筒４３と主体金具４２とは、同軸に溶接されている。また、内筒４３には、圧粉体４５ｂを内筒４３の中心軸方向に押圧するための縮径部４３ｃと、メタルリング４６を介して碍子４４ａ～４４ｃおよび圧粉体４５ａ，４５ｂを前側に押圧するための縮径部４３ｄとが形成されている。内筒４３は、軸方向（ここでは前後方向）に沿って内筒４３を貫通する貫通孔を有しており、この貫通孔の内部をセンサ素子２０が貫通している。主体金具４２の貫通孔と内筒４３の貫通孔とは軸方向に連通しており、これらが筒状体４１の貫通孔を構成している。
【0020】
碍子４４ａ～４４ｃおよび圧粉体４５ａ，４５ｂは、筒状体４１の貫通孔の内周面とセンサ素子２０との間に配置されている。碍子４４ａ～４４ｃは、圧粉体４５ａ，４５ｂのサポーターとしての役割を果たす。碍子４４ａ～４４ｃの材質としては、例えばアルミナ、ステアタイト、ジルコニア、スピネル、コージェライト、ムライトなどのセラミックス、またはガラスを挙げることができる。碍子４４ａ～４４ｃは、緻密な部材であり、その気孔率は例えば１％未満である。碍子４４ａ～４４ｃの各々は、軸方向（ここでは前後方向）に沿って自身を貫通する貫通孔を有する中空柱状の部材であり、この貫通孔の内部をセンサ素子２０が貫通している。碍子４４ａ～４４ｃの各々の貫通孔は、本実施形態では、センサ素子２０の形状に合わせて、軸方向に垂直な断面が四角形状になっている。圧粉体４５ａ，４５ｂは、例えば粉末を成型したものであり、封止材としての役割を果たす。圧粉体４５ａ，４５ｂの材質としては、例えばタルクのほか、アルミナ粉末、ボロンナイトライドなどのセラミックス粉末が挙げられ、圧粉体４５ａ，４５ｂは、それぞれこれらの少なくとも何れかを含んでいてもよい。圧粉体４５ａ，４５ｂを構成する粒子の平均粒径は、１５０～３００μｍであってもよい。圧粉体４５ａは、碍子４４ａ，４４ｂ間に充填され、碍子４４ａ，４４ｂにより軸方向の両側（前後）から挟まれて押圧されている。圧粉体４５ｂは、碍子４４ｂ，４４ｃ間に充填され、碍子４４ｂ，４４ｃにより軸方向の両側（前後）から挟まれて押圧されている。碍子４４ａ～４４ｃおよび圧粉体４５ａ，４５ｂは、主体金具４２の肉厚部４２ａの底面４２ｂと、縮径部４３ｄおよびメタルリング４６と、により軸方向に両側（前後）から挟まれて押圧されている。縮径部４３ｃ，４３ｄからの押圧力によって、圧粉体４５ａ，４５ｂが筒状体４１とセンサ素子２０との間で圧縮されることにより、圧粉体４５ａ，４５ｂは、保護カバー３０内の素子室３３と外筒４８内の空間４９との間を封止すると共にセンサ素子２０を固定している。
【0021】
ナット４７は、主体金具４２と同軸に主体金具４２の外側に固定されている。ナット４７の外周面には、雄ネジ部が形成されている。この雄ネジ部は、配管５８に溶接された固定用部材５９の内周面に設けられた雌ネジ部と螺合される。これにより、ガスセンサ１０は、センサ素子２０の前端側や保護カバー３０の部分が配管５８内に突出するように配管５８に固定される。
【0022】
外筒４８は、筒状の金属製部材であり、内筒４３と、センサ素子２０の後端側と、コネクタ５０とを覆っている。外筒４８の内側には、主体金具４２の後端部が挿入されている。外筒４８の前端部は、主体金具４２と溶接されている。外筒４８の後端からは、コネクタ５０に接続された複数のリード線５５が外部に引き出されている。コネクタ５０は、センサ素子２０の後端側の表面に配設された上側コネクタ電極７１および下側コネクタ電極７２に接触して電気的に接続されている。このコネクタ５０を介して、リード線５５はセンサ素子２０の内部の各電極６４～６８およびヒータ６９と電気的に導通している。外筒４８とリード線５５との隙間は、ゴム栓５７によって封止されている。外筒４８内の空間４９は、基準ガスで満たされている。空間４９には、センサ素子２０の第６面６０ｆ（後端面）が配置されている。
【0023】
センサ素子２０は、図２～５に示すように、素子本体６０と、検出部６３と、ヒータ６９と、上側コネクタ電極７１と、下側コネクタ電極７２と、多孔質層８０と、水浸入抑制部９０とを備えている。素子本体６０は、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性固体電解質層を複数（図３では６個）積層した積層体を有している。素子本体６０は、長手方向が前後方向に沿っている長尺な直方体形状をしており、上下左右前後の各々の外表面として第１～第６面６０ａ～６０ｆを有している。第１面～第４面６０ａ～６０ｄは、素子本体６０の長手方向に沿った表面であり、素子本体６０の側面に相当する。第５面６０ｅは、素子本体６０の前端面であり、第６面６０ｆは、素子本体６０の後端面である。素子本体６０の寸法は、例えば長さが２５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、厚さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下としてもよい。素子本体６０には、第５面６０ｅに開口して被測定ガスを自身の内部に導入する被測定ガス導入口６１と、第６面６０ｆに開口して特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガス（ここでは大気）を自身の内部に導入する基準ガス導入口６２とが形成されている。
【0024】
検出部６３は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するためのものである。検出部６３は、素子本体６０の前端側に配設された複数の電極を有している。本実施形態では、検出部６３は、第１面６０ａに配設された外側電極６４と、素子本体６０の内部に配設された内側主ポンプ電極６５、内側補助ポンプ電極６６、測定電極６７、基準電極６８とを備えている。内側主ポンプ電極６５および内側補助ポンプ電極６６は、素子本体６０の内部の空間の内周面に配設されており、トンネル状の構造を有している。
【0025】
検出部６３が被測定ガス中の特定ガス濃度を検出する原理は周知であるため、詳細な説明は省略する。検出部６３は、例えば以下のように特定ガス濃度を検出する。検出部６３は、外側電極６４と内側主ポンプ電極６５との間に印加された電圧に基づいて、内側主ポンプ電極６５周辺の被測定ガス中の酸素の外部（素子室３３）への汲み出しまたは汲み入れを行う。また、検出部６３は、外側電極６４と内側補助ポンプ電極６６との間に印加された電圧に基づいて、内側補助ポンプ電極６６周辺の被測定ガス中の酸素の外部（素子室３３）への汲み出しまたは汲み入れを行う。これらにより、酸素濃度が所定濃度に調整された被測定ガスが、測定電極６７周辺に到達する。測定電極６７は、ＮＯｘ還元触媒として機能し、到達した被測定ガス中の特定ガス（ＮＯｘ）を還元する。そして、検出部６３は、還元後の酸素濃度に応じて測定電極６７と基準電極６８との間に発生する起電力、または、その起電力に基づいて測定電極６７と外側電極６４との間に流れる電流を、電気信号として発生させる。このようにして検出部６３が発生させた電気信号は、被測定ガス中の特定ガス濃度に応じた値（特定ガス濃度を導出可能な値）を示す信号であり、検出部６３が検出した検出値に相当する。
【0026】
ヒータ６９は、素子本体６０の内部に配設された電気抵抗体である。ヒータ６９は、外部から給電されることにより発熱して素子本体６０を加熱する。ヒータ６９は、素子本体６０を形成する固体電解質層の加熱および保温を行って、固体電解質層が活性化する温度（例えば８００℃）に調整することが可能となっている。
【0027】
上側コネクタ電極７１および下側コネクタ電極７２は、それぞれ素子本体６０の側面の何れかの後端側に配設されており、外部と電気的に導通するための電極である。上側、下側コネクタ電極７１，７２は、いずれも多孔質層８０に被覆されずに露出している。本実施形態では、上側コネクタ電極７１として上側コネクタ電極７１ａ～７１ｄの４個が左右方向に沿って並べられて、第１面６０ａ（上面）の後端側に配設されている。下側コネクタ電極７２として下側コネクタ電極７２ａ～７２ｄの４個が、左右方向に沿って並べられて、第１面６０ａ（上面）に対向する第２面６０ｂ（下面）の後端側に配設されている。上側コネクタ電極７１ａ～７１ｄおよび下型コネクタ電極７２ａ～７２ｄは、それぞれ検出部６３の複数の電極６４～６８およびヒータ６９の何れかと電気的に導通している。本実施形態では、上側コネクタ電極７１ａが測定電極６７と導通し、上側コネクタ電極７１ｂが外側電極６４と導通し、上側コネクタ電極７１ｃが内側補助ポンプ電極６６と導通し、上側コネクタ電極７１ｄが内側主ポンプ電極６５と導通し、下側コネクタ電極７２ａ～７２ｃがそれぞれヒータ６９と導通し、下側コネクタ電極７２ｄが基準電極６８と導通している。上側コネクタ電極７１ｂと外側電極６４とは、第１面６０ａに配設された外側リード線７５を介して導通している（図３および図４参照）。それ以外のコネクタ電極は、素子本体６０内部に配設されたリード線やスルーホールなどを介して、対応する電極またはヒータ６９と導通している。
【0028】
多孔質層８０は、上側、下側コネクタ電極７１，７２が配設された素子本体６０の側面すなわち第１、第２面６０ａ，６０ｂの少なくとも一部を被覆する多孔質体である。本実施形態では、多孔質層８０は、第１、第２面６０ａ，６０ｂのうち、少なくとも前端側を被覆している。多孔質層８０は、第１、第２面６０ａ，６０ｂをそれぞれ被覆する内側多孔質層８１と、内側多孔質層８１の外側に配設された外側多孔質層８５とを備えている。
【0029】
内側多孔質層８１は、第１面６０ａを被覆する第１内側多孔質層８３と、第２面６０ｂを被覆する第２内側多孔質層８４とを備えている。第１内側多孔質層８３は、第１～第４部分８３ａ～８３ｄを有している（図２～図４参照）。第１部分８３ａは、第１面６０ａにおける、第１面６０ａの前端から第１水浸入抑制部９１の第１緻密層９２の前端部までの領域を被覆している。第２部分８３ｂは、第１面６０ａにおける、第１緻密層９２の後端部から第１水浸入抑制部９１の複数の第１隙間領域９３のうち最も前端側の第１隙間領域９３までの領域を被覆している。第３部分８３ｃは、第１面６０ａにおける、複数の第１隙間領域９３のうち素子本体６０の長手方向に隣り合う第１隙間領域９３の間の領域を被覆している。第３部分８３ｃは、複数の第１隙間領域９３の数よりも１つ少ない数だけ存在する。本実施形態では、第１隙間領域９３の数は２つであるため、第３部分８３ｃの数は１つである。第４部分８３ｄは、第１面６０ａにおける、複数の第１隙間領域９３のうち最も後端側の第１隙間領域９３の後端部から第１面６０ａの後端までの領域を、上側コネクタ電極７１が存在する領域を除いて被覆している。本実施形態の第１内側多孔質層８３は、こうした第１～第４部分８３ａ～８３ｄを有することで、第１面６０ａにおける第１水浸入抑制部９１および上側コネクタ電極７１が存在する領域を除いて、第１面６０ａの前端から後端までの領域を被覆している。第１内側多孔質層８３の第１～第４部分８３ａ～８３ｄの左右の幅は、第１面６０ａの左右の幅と同じであり、第１～第４部分８３ａ～８３ｄは、第１面６０ａのうち左端から右端までに亘って第１面６０ａを被覆している。第１内側多孔質層８３は、外側電極６４および外側リード線７５のそれぞれ少なくとも一部を被覆している。本実施形態では、図３および図４に示すように、第１内側多孔質層８３は、外側電極６４の全てを被覆し、且つ、外側リード線７５のうち、第１水浸入抑制部９１の第１緻密層９２および複数の第１隙間領域９３が存在する領域を除く部分の全てを被覆している。第１内側多孔質層８３は、例えば被測定ガス中の硫酸などの成分から外側電極６４および外側リード線７５を保護して、これらの腐食などを抑制する保護層としての役割を果たす。
【0030】
第２内側多孔質層８４は、第１～第４部分８４ａ～８４ｄを有している（図２、図４、図５参照）。第１部分８４ａは、第２面６０ｂにおける、第２面６０ｂの前端から第２水浸入抑制部９５の第２緻密層９６の前端部までの領域を被覆している。第２部分８４ｂは、第２面６０ｂにおける、第２緻密層９６の後端部から第２水浸入抑制部９５の複数の第２隙間領域９７のうち最も前端側の第２隙間領域９７までの領域を被覆している。第３部分８４ｃは、第２面６０ｂにおける、複数の第２隙間領域９７のうち素子本体６０の長手方向に隣り合う第２隙間領域９７の間の領域を被覆している。第４部分８４ｄは、第２面６０ｂにおける、複数の第２隙間領域９７のうち最も後端側の第２隙間領域９７の後端部から第２面６０ｂの後端までの領域を、下側コネクタ電極７２が存在する領域を除いて被覆している。本実施形態の第２内側多孔質層８４は、こうした第１～第４部分８４ａ～８４ｄを有することで、第２面６０ｂにおける第２水浸入抑制部９５および下側コネクタ電極７２が存在する領域を除いて、第２面６０ｂの前端から後端までの領域を被覆している。第２内側多孔質層８４の第１～第４部分８４ａ～８４ｄの左右の幅は、第２面６０ｂの左右の幅と同じであり、第１～第４部分８４ａ～８４ｄは、第２面６０ｂのうち左端から右端までに亘って第２面６０ｂを被覆している。
【0031】
外側多孔質層８５は、第１～第５面６０ａ～６０ｅを被覆している。外側多孔質層８５は、第１面６０ａおよび第２面６０ｂについては、内側多孔質層８１を被覆することにより、これらの面を被覆している。外側多孔質層８５は、内側多孔質層８１と比べて前後方向の長さが短くなっており、内側多孔質層８１とは異なり素子本体６０の前端および前端付近の領域だけを被覆している。これにより、外側多孔質層８５は、素子本体６０のうち検出部６３の各電極６４～６８の周辺部分、言い換えると、素子本体６０のうち素子室３３内に配置されて被測定ガスに晒される部分、を被覆している。これにより、外側多孔質層８５は、例えば被測定ガス中の水等が付着して素子本体６０にクラックが生じるのを抑制する保護層としての役割を果たす。
【0032】
多孔質層８０は、例えばアルミナ多孔質体、ジルコニア多孔質体、スピネル多孔質体、コージェライト多孔質体、チタニア多孔質体、マグネシア多孔質体などのセラミックス多孔質体からなるものである。本実施形態では、多孔質層８０は、アルミナ多孔質体からなるものとした。第１内側多孔質層８３および第２内側多孔質層８４の各々の厚さは、例えば５μｍ以上４０μｍ以下としてもよい。外側多孔質層８５の厚さは、例えば４０μｍ以上８００μｍ以下としてもよい。多孔質層８０は、気孔率が１０％以上である。多孔質層８０は外側電極６４や被測定ガス導入口６１を覆っているが、多孔質層８０の気孔率が１０％以上であれば、被測定ガスは多孔質層８０を通過できる。内側多孔質層８１の気孔率は、１０％以上５０％以下としてもよい。外側多孔質層８５の気孔率は、１０％以上８５％以下としてもよい。外側多孔質層８５は、内側多孔質層８１と気孔率が同一でもよいし、内側多孔質層８１よりも気孔率が高くてもよい。
【0033】
内側多孔質層８１の気孔率は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察して得られた画像（ＳＥＭ画像）を用いて以下のように導出した値とする。まず、内側多孔質層８１の断面を観察面とするように内側多孔質層８１の厚さ方向に沿ってセンサ素子２０を切断し、切断面の樹脂埋めおよび研磨を行って観察用試料とする。続いて、ＳＥＭの倍率を１０００倍から１００００倍に設定して観察用試料の観察面を撮影することで内側多孔質層８１のＳＥＭ画像を得る。次に、得た画像を画像解析することにより、画像中の画素の輝度データの輝度分布から判別分析法（大津の２値化）で閾値を決定する。その後、決定した閾値に基づいて画像中の各画素を物体部分と気孔部分とに２値化して、物体部分の面積と気孔部分の面積とを算出する。そして、全面積（物体部分と気孔部分の合計面積）に対する気孔部分の面積の割合を、気孔率（単位：％）として導出する。外側多孔質層８５の気孔率や、後述する第１緻密層９２および第２緻密層９６の気孔率も、同様にして導出した値とする。
【0034】
水浸入抑制部９０は、素子本体６０の長手方向に沿った水の毛細管現象を抑制するものである。本実施形態では、水浸入抑制部９０は、第１水浸入抑制部９１と第２水浸入抑制部９５とを有している。第１水浸入抑制部９１は、上側コネクタ電極７１および第１内側多孔質層８３が配設された第１面６０ａに設けられている。第１水浸入抑制部９１は、多孔質層８０の少なくとも一部（ここでは外側多孔質層８５および第１部分８３ａ）よりも素子本体６０の後端側すなわち後方に設けられている。第１水浸入抑制部９１は、上側コネクタ電極７１よりも素子本体６０の前端側すなわち上側コネクタ電極７１の前方に設けられている。第１水浸入抑制部９１は、外側電極６４よりも後方に設けられている。第１水浸入抑制部９１は、外側電極６４も含む検出部６３が有する複数の電極６４～６８のいずれよりも、後方に設けられている（図３参照）。第１水浸入抑制部９１は、水が第１内側多孔質層８３内を毛細管現象によって後方に移動してきた場合に、水が第１水浸入抑制部９１を通過するのを抑制して、水が上側コネクタ電極７１に到達するのを抑制する役割を果たす。第１水浸入抑制部９１は、第１緻密層９２と、複数（図２～図４では２個）の第１隙間領域９３とを備えている。第１緻密層９２は、気孔率が１０％未満の緻密な層である。第１緻密層９２の左右の幅は、第１面６０ａの左右の幅と同じであり、第１緻密層９２は、第１面６０ａのうち左端から右端までに亘って第１面６０ａを被覆している。第１緻密層９２の前端部は、第１内側多孔質層８３の第１部分８３ａの後端部に接している。第１緻密層９２は、図４に示すように、外側リード線７５の一部を被覆している。複数の第１隙間領域９３の各々は、第１面６０ａ上の領域であって多孔質層８０および第１緻密層９２が存在しない領域である。複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つは、第１緻密層９２よりも後端側に位置する。本実施形態では、複数の第１隙間領域９３のいずれもが、第１緻密層９２よりも後端側に位置する。第１隙間領域９３が存在する部分では、第１面６０ａおよび外側リード線７５が露出している。素子本体６０の長手方向において隣り合う２つの第１隙間領域９３の間（図２～４では１箇所）には、多孔質層８０の一部（ここでは第１内側多孔質層８３の第３部分８３ｃ）が配設されている。
【0035】
第２水浸入抑制部９５は、下側コネクタ電極７２および第２内側多孔質層８４が配設された第２面６０ｂに設けられている。第２水浸入抑制部９５は、多孔質層８０の少なくとも一部（ここでは外側多孔質層８５および第１部分８４ａ）よりも素子本体６０の後端側すなわち後方に設けられている。第２水浸入抑制部９５は、下側コネクタ電極７２よりも素子本体６０の前端側すなわち下側コネクタ電極７２の前方に設けられている。第２水浸入抑制部９５は、外側電極６４も含めた検出部６３が有する複数の電極６４～６８のいずれよりも、後方に配設されている（図３参照）。第２水浸入抑制部９５は、水が第２内側多孔質層８４内を毛細管現象によって後方に移動してきた場合に、水が第２水浸入抑制部９５を通過するのを抑制して、水が下側コネクタ電極７２に到達するのを抑制する役割を果たす。第２水浸入抑制部９５は、第２緻密層９６と、複数（図２、図３、図５では２個）の第２隙間領域９７とを備えている。第２緻密層９６は、気孔率が１０％未満の緻密な層である。第２緻密層９６の左右の幅は、第２面６０ｂの左右の幅と同じであり、第２緻密層９６は、第２面６０ｂのうち左端から右端までに亘って第２面６０ｂを被覆している。第２緻密層９６の前端部は、第２内側多孔質層８４の第１部分８４ａの後端部に接している。複数の第２隙間領域９７の各々は、第２面６０ｂ上の領域であって多孔質層８０および第２緻密層９６が存在しない領域である。複数の第２隙間領域９７のうち少なくとも１つは、第２緻密層９６よりも後端側に位置する。本実施形態では、複数の第２隙間領域９７のいずれもが、第２緻密層９６よりも後端側に位置する。第２隙間領域９７が存在する部分では、第２面６０ｂが露出している。素子本体６０の長手方向において隣り合う２つの第２隙間領域９７の間（図２、図３、図５では１箇所）には、多孔質層８０の一部（ここでは第２内側多孔質層８４の第３部分８４ｃ）が配設されている。
【0036】
第１緻密層９２および第２緻密層９６は、気孔率が１０％未満である点で多孔質層８０と異なるものの、上述した多孔質層８０について例示した材料からなるセラミックスを用いることができる。本実施形態では、第１緻密層９２および第２緻密層９６は、いずれもアルミナのセラミックスとした。第１緻密層９２および第２緻密層９６の各々の厚さは、例えば５μｍ以上４０μｍ以下としてもよい。第１緻密層９２の厚さは、第１内側多孔質層８３の厚さ以上であることが好ましい。同様に、第２緻密層９６の厚さは、第２内側多孔質層８４の厚さ以上であることが好ましい。第１緻密層９２および第２緻密層９６の各々の気孔率は、８％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。気孔率が小さいほど、第１緻密層９２および第２緻密層９６は、素子本体６０の長手方向に沿った水の毛細管現象をより抑制することができる。
【0037】
素子本体６０の長手方向（ここでは前後方向）において、第１緻密層９２の長さＬｅ１（図４参照）および第２緻密層９６の長さＬｅ２（図５参照）は、互いに同一である。長さＬｅ１，Ｌｅ２は、それぞれ０．５ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、水が長手方向に沿って第１緻密層９２および第２緻密層９６を通過するのを抑制することができる。長さＬｅ１，Ｌｅ２は、それぞれ５ｍｍ以上としてもよい。長さＬｅ１，Ｌｅ２は、それぞれ２５ｍｍ以下としてもよく、それぞれ２０ｍｍ以下としてもよい。なお、長さＬｅ１と長さＬｅ２とは、互いに異なる値でもよい。
【0038】
素子本体６０の長手方向（ここでは前後方向）において、各第１隙間領域９３の長さＬｇ１（図４参照）および各第２隙間領域９７の長さＬｇ２（図５参照）は、互いに同一である。長さＬｇ１，Ｌｇ２は、それぞれ０．２ｍｍ以上であることが好ましい。長さＬｇ１，Ｌｇ２は、それぞれ４．６ｍｍ以下としてもよい。長さＬｇ１，Ｌｇ２は、それぞれ１．０ｍｍ以下としてもよい。長さＬｇ１，Ｌｇ２を比較的短くすることにより、素子本体６０の第１、第２面６０ａ，６０ｂが露出する部分、即ち、多孔質層８０および各第１、第２緻密層９２，９６のいずれにも覆われていない部分を少なくすることができる。特に、本実施形態では、第１面６０ａに外側リード線７５が配設されており、各第１隙間領域９３が存在する部分で外側リード線７５が露出する。このため、各第１隙間領域９３の長さを短くすることにより、外側リード線７５のうち多孔質層８０および各第１緻密層９２に保護されない部分を少なくすることができる。各第１隙間領域９３の長さＬｇ１は、互いに異なっていてもよい。各第２隙間領域９７の長さＬｇ２は、互いに異なっていてもよい。長さＬｇ１と長さＬｇ２とは、互いに異なっていてもよい。
【0039】
図６は、水浸入抑制部９０と碍子４４ａ～４４ｃおよび圧粉体４５ａ，４５ｂとの位置関係を示す説明図であり、説明に無関係な部材の図示を省略したガスセンサ１０の縦断面図である。第１水浸入抑制部９１の各第１緻密層９２および第２水浸入抑制部９５の各第２緻密層９６は、それぞれ、複数の碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と素子本体６０の長手方向における位置が重複するように配置されてる。本実施形態では、第１、第２緻密層９２，９６は、それぞれ碍子４４ａ～４４ｃのうち碍子４４ｂの内周面４４ｂ１，４４ｂ２とセンサ素子２０の長手方向における位置が重複するように配置されている。ここで、碍子４４ｂの内周面４４ｂ１は、碍子４４ｂのうち各第１緻密層９２に対向している面、即ち、各第１緻密層９２に向けて露出している面であり、碍子４４ｂの断面四角形状の内周面のうち上側に位置する面である。また、碍子４４ｂの内周面４４ｂ２は、碍子４４ｂのうち各第２緻密層９６に対向している面、即ち、各第２緻密層９６に向けて露出している面であり、碍子４４ｂの断面四角形状の内周面のうち下側に位置する面である。
【0040】
第１水浸入抑制部９１の複数の第１隙間領域９３は、各々が碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と長手方向（ここでは前後方向）における位置が重複するように位置している。さらに、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つは、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と長手方向における位置が重複している。本実施形態では、図６に示すように、複数の第１隙間領域９３（ここでは２つの第１隙間領域９３）のいずれもが、碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と長手方向における位置が重複している。また、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つは、第１緻密層９２よりも素子本体６０の後端側に位置している。本実施形態では、図６に示すように、複数の第１隙間領域９３（ここでは２つの第１隙間領域９３）のいずれもが、第１緻密層９２よりも素子本体６０の後端側に位置している。
【0041】
第２水浸入抑制部９５の複数の第２隙間領域９７は、各々が碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と長手方向（ここでは前後方向）における位置が重複するように位置している。さらに、複数の第２隙間領域９７のうち少なくとも１つは、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ２と長手方向における位置が重複している。本実施形態では、図６に示すように、複数の第２隙間領域９７（ここでは２つの第２隙間領域９７）のいずれもが、碍子４４ｃの内周面４４ｃ２と長手方向における位置が重複している。また、複数の第２隙間領域９７のうち少なくとも１つは、第２緻密層９６よりも素子本体６０の後端側に位置している。本実施形態では、図６に示すように、複数の第２隙間領域９７（ここでは２つの第２隙間領域９７）のいずれもが、第２緻密層９６よりも素子本体６０の後端側に位置している。
【0042】
ここで、碍子４４ｃの内周面４４ｃ１は、碍子４４ｃのうち第１隙間領域９３に露出している面であり、碍子４４ｃの断面四角形状の内周面のうち上側に位置する面である。また、碍子４４ｃの内周面４４ｃ２は、碍子４４ｃのうち第２隙間領域９７に露出している面であり、碍子４４ｃの断面四角形状の内周面のうち下側に位置する面である。
【0043】
次に、こうして構成されたガスセンサ１０の製造方法について説明する。以下、センサ素子２０の製造方法について説明した後に、センサ素子２０を組み込んだガスセンサ１０の製造方法について説明する。
【0044】
センサ素子２０の製造方法について説明する。まず、素子本体６０に対応する複数（ここでは６枚）の未焼成のセラミックスグリーンシートを用意する。各グリーンシートには、必要に応じて切欠や貫通孔や溝などを打ち抜き処理などによって設けたり、電極や配線パターンをスクリーン印刷したりする。また、焼成後に第１内側多孔質層８３および第２内側多孔質層８４となる未焼成多孔質層や、焼成後に第１緻密層９２および第２緻密層９６となる未焼成緻密層についても、スクリーン印刷によりグリーンシートのうち第１、第２面６０ａ，６０ｂに対応する面に形成する。第１隙間領域９３および第２隙間領域９７は、焼成後に第１内側多孔質層８３および第２内側多孔質層８４となる未焼成多孔質層を形成しない部分を設けることで、形成できる。その後に、複数のグリーンシートを積層する。積層された複数のグリーンシートは、焼成後に素子本体となる未焼成素子本体であり、未焼成多孔質層および未焼成緻密層を備えている。そして、この未焼成素子本体を焼成して、第１内側多孔質層８３、第２内側多孔質層８４、第１緻密層９２、第２緻密層９６を備える素子本体６０を得る。続いて、プラズマ溶射により外側多孔質層８５を形成して、センサ素子２０を得る。なお、多孔質層８０、第１緻密層９２、第２緻密層９６の製造方法としては、スクリーン印刷やプラズマ溶射の他に、ゲルキャスト法、ディッピングなどを用いることもできる。
【0045】
センサ素子２０を組み込んだガスセンサ１０の製造方法について説明する。まず、筒状体４１の貫通孔の内部にセンサ素子２０を軸方向に貫通させ、且つ、筒状体４１の内周面とセンサ素子２０との間に碍子４４ａ、圧粉体４５ａ、碍子４４ｂ、圧粉体４５ｂ、碍子４４ｃ、メタルリング４６をこの順に配置する。次に、メタルリング４６を押圧して圧粉体４５ａ，４５ｂを圧縮し、その状態で縮径部４３ｃ，４３ｄを形成することによって素子封止体４０を製造し、筒状体４１の内周面とセンサ素子２０との間を封止する。この状態の素子封止体４０及びそれに固定されたセンサ素子２０とをまとめて一次組立品とも称する。こうして一次組立品を得た後に、素子封止体４０に保護カバー３０を溶接し、ナット４７を取り付けて組立体１５を得る。そして、ゴム栓５７内を通したリード線５５と、これに接続されたコネクタ５０とを用意して、コネクタ５０をセンサ素子２０の後端側に接続する。その後に、外筒４８を主体金具４２に溶接固定して、ガスセンサ１０を得る。
【0046】
次に、こうして構成されたガスセンサ１０の使用例について説明する。ガスセンサ１０が図１のように配管５８に取り付けられた状態で、配管５８内を被測定ガスが流れると、被測定ガスは保護カバー３０内を流通して素子室３３内に流入し、センサ素子２０の前端側が被測定ガスに晒される。そして、ヒータ６９によって素子本体６０が加熱されて固体電解質層が活性化した状態で、被測定ガスが多孔質層８０を通過して外側電極６４に到達および被測定ガス導入口６１からセンサ素子２０内に到達すると、上述したようにこの被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じた電気信号を検出部６３が発生させる。この電気信号を上側、下側コネクタ電極７１，７２を介して取り出すことにより、電気信号に基づいてＮＯｘ濃度が検出される。
【0047】
このとき、被測定ガス中には水蒸気（水蒸気や水蒸気に溶けた硫酸など）が含まれている場合があり、この水蒸気が液化する場合がある。例えばガスセンサ１０の使用後にヒータ６９による素子本体６０の加熱が終了すると、素子本体６０の温度が低下していくため水蒸気が液化する。なお、このときには、熱源（被測定ガス）から離間するすなわちセンサ素子２０（素子本体６０）の後端側に向かうほど温度が低下しやすく、水蒸気が液化しやすい。そして、この液化した水が毛細管現象によって多孔質層８０内を移動していく場合がある。この液体の水が上側、下側コネクタ電極７１，７２に到達すると、水や水に溶けた硫酸などによって上側、下側コネクタ電極７１，７２に錆や腐食が発生したり、上側、下側コネクタ電極７１，７２のうち隣接する電極間の短絡が生じたりする場合がある。あるいは、コネクタ５０の一部であり上側、下側コネクタ電極７１，７２と接触する接触金具に錆や腐食が発生する場合もある。しかし、本実施形態のガスセンサ１０では、被測定ガス中の水が毛細管現象によって多孔質層８０内（特に第１内側多孔質層８３内および第２内側多孔質層８４内）をセンサ素子２０（素子本体６０）の後端側に向かって移動したとしても、水は、上側、下側コネクタ電極７１，７２に到達する前に、第１、第２水浸入抑制部９１，９５に到達する。そして、第１、第２水浸入抑制部９１，９５は、多孔質層８０が存在しない領域である複数の第１、第２隙間領域９３，９７を有している。第１、第２隙間領域９３，９７では多孔質層８０とは異なり素子本体６０の長手方向に沿った水の毛細管現象が生じにくい。このような第１、第２隙間領域９３，９７がそれぞれ複数存在するため、例えば第１隙間領域９３および第２隙間領域９７がそれぞれ１個のみである場合に比して、長手方向に沿った水の移動をより抑制することができる。
【0048】
また、複数の第１、第２隙間領域９３，９７は、各々が複数の碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面（本実施形態では碍子４４ｃの内周面４４ｃ１，４４ｃ２）と長手方向における位置が重複している。これにより、液体の水が複数の第１、第２隙間領域９３，９７をセンサ素子２０の外側から回り込んでセンサ素子２０の後端側に移動するのを抑制することができる。例えば、比較形態として、図７に示すように、各第１、第２隙間領域９３，９７がそれぞれ圧粉体４５ｂの内周面とセンサ素子２０の長手方向における位置が重複するように配置される場合を考える。ここで、圧粉体４５ｂは、例えば粉末を成型したものであり、吸水性を有する。この場合、液体の水は、複数の第１、第２隙間領域９３，９７内の移動は抑制されるものの、圧粉体４５ｂ内の移動は容易である。このため、液体の水が圧粉体４５ｂ内を移動することにより、複数の第１、第２隙間領域９３，９７をセンサ素子２０の外側から回り込んで複数の第１、第２隙間領域９３，９７よりも後端側に移動してしまう場合がある（図７中の太矢印参照）。これに対して、本実施形態のセンサ素子２０では、図６に示すように、複数の第１、第２隙間領域９３，９７がそれぞれ碍子４４ｃの内周面とセンサ素子２０の長手方向における位置が重複するように配置されており、碍子４４ｃは緻密である。このため、液体の水が複数の第１、第２隙間領域９３，９７をセンサ素子２０の外側から回り込んでセンサ素子２０の後端側に移動するのを抑制することができる。
【0049】
さらに、複数の第１、第２隙間領域９３，９７のうち少なくとも１つは、複数の碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１，４４ｃ２と長手方向における位置が重複している。ここで、被測定ガス中の水蒸気は、上述したように、熱源（被測定ガス）から離間するすなわちセンサ素子２０（素子本体６０）の後端側に向かうにつれて液化しやすい。また、第１，第２隙間領域９３，９７は、水蒸気の移動を抑制する効果よりも液体の水の毛細管現象による移動を抑制する効果が高い。そのため、複数の碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１，４４ｃ２と長手方向における位置が重複する位置に第１、第２隙間領域９３，９７がそれぞれ少なくとも１つ存在することで、その第１、第２隙間領域９３，９７に到達する水は水蒸気ではなく液体の状態になりやすいから、第１、第２隙間領域９３，９７によって水の移動を十分抑制することができる。
【0050】
そして、第１、第２水浸入抑制部９１，９５は、碍子４４ｂの内周面４４ｂ１，４４ｂ２と素子本体６０の長手方向における位置が重複するように配置された第１，第２緻密層９２，９６を有している。第１、第２緻密層９２，９６は緻密であるから、第１、第２隙間領域９３，９７と比較して水蒸気の移動を抑制する効果が高い。そのため、第１、第２緻密層９２，９６が存在することで水蒸気の後端側への移動を抑制できる。また、第１、第２緻密層９２，９６は緻密であるから、多孔質層８０とは異なり素子本体６０の長手方向に沿った水の毛細管現象が生じにくいため、第１、第２緻密層９２，９６の内部の液体の水の移動も抑制できる。ただし、水蒸気が液体の水に変化し第１、第２緻密層９２，９６と他の部材との隙間など第１、第２緻密層９２，９６の内部以外を通って後端側へ移動する場合はある。このとき、第１、第２緻密層９２，９６よりも後端側に少なくとも１つ（本実施形態では２つ）の第１、第２隙間領域９３，９７が存在することで、水蒸気は第１、第２緻密層９２，９６の存在によって第１、第２緻密層９２，９６よりも後端側の第１、第２隙間領域９３，９７に到達しにくくなり、液体の水は第１、第２緻密層９２，９６よりも後端側の第１、第２隙間領域９３，９７に到達してもその第１、第２隙間領域９３，９７によって後端側への移動が十分抑制される。このように、第１、第２緻密層９２，９６とその後方に位置する少なくとも１つの第１、第２隙間領域９３，９７とが存在することで、水の上側、下側コネクタ電極７１，７２への到達をより抑制できる。
【0051】
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のセンサ素子２０が本発明のセンサ素子に相当し、筒状体４１が筒状体に相当し、圧粉体４５ａ，４５ｂが圧粉体に相当し、碍子４４ａ～４４ｃが緻密体に相当し、素子本体６０が素子本体に相当し、第１、第２面６０ａ，６０ｂが側面に相当し、上側、下側コネクタ電極７１（７１ａ～７１ｄ），７２（７２ａ～７２ｄ）がコネクタ電極に相当し、多孔質層８０、特に第１、第２内側多孔質層８３，８４が多孔質層に相当し、第１、第２水浸入抑制部９１，９５が水浸入抑制部に相当し、複数の第１、第２隙間領域９３，９７が複数の隙間領域に相当する。また、第１、第２緻密層９２，９６が緻密層に相当し、外側電極６４が側面に配設された電極に相当し、外側リード線７５が外側リード部に相当する。
【0052】
以上詳述した本実施形態のセンサ素子２０によれば、素子本体６０の第１面６０ａに配設された第１水浸入抑制部９１が複数の第１隙間領域９３を有するから、第１隙間領域９３が１個のみである場合に比して、液体の水が第１水浸入抑制部９１よりもセンサ素子２０の後端側に移動して上側コネクタ電極７１ａ～７１ｄに到達するのをより抑制することができる。また、複数の第１隙間領域９３は各々が碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と素子本体６０の前後方向における位置が重複するから、第１隙間領域９３の位置が圧粉体４５ａ，４５ｂと重複する場合に比して、液体の水が複数の第１隙間領域９３を回り込んで移動するのも抑制できる。さらに、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つが、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と前後方向における位置が重複する。そのため、その第１隙間領域９３には、熱源（被測定ガス）から遠いことで水蒸気が液化した水の状態で到達しやすいから、その第１隙間領域９３によって水の移動を十分抑制できる。これらの結果、水が第１水浸入抑制部９１よりもセンサ素子２０の後端側に移動して上側コネクタ電極７１に到達するのをより抑制できる。
【0053】
同様に、素子本体６０の第２面６０ｂに配設された第２水浸入抑制部９５が複数の第２隙間領域９７を有するから、第２隙間領域９７が１個のみである場合に比して、液体の水が第２水浸入抑制部９５よりもセンサ素子２０の後端側に移動して下側コネクタ電極７２ａ～７２ｄに到達するのをより抑制することができる。また、複数の第２隙間領域９７は各々が碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と前後方向における位置が重複するから、第２隙間領域９７の位置が圧粉体４５ａ，４５ｂと重複する場合に比して、液体の水が複数の第２隙間領域９７を回り込んで移動するのも抑制できる。さらに、複数の第２隙間領域９７のうち少なくとも１つが、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ２と前後方向における位置が重複する。そのため、その第２隙間領域９７には、熱源（被測定ガス）から遠いことで水蒸気が液化した水の状態で到達しやすいから、その第２隙間領域９７によって水の移動を十分抑制できる。これらの結果、水が第２水浸入抑制部９５よりもセンサ素子２０の後端側に移動して下側コネクタ電極７２に到達するのをより抑制できる。
【0054】
また、複数の第１隙間領域９３のうち２つが、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と前後方向における位置が重複している。そのため、複数の第１隙間領域９３のうち１つのみが碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と位置が重複する場合に比して、水が上側コネクタ電極７１に到達するのを抑制する効果がより高まる。同様に、複数の第２隙間領域９７のうち２つが、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ２と前後方向における位置が重複している。そのため、複数の第２隙間領域９７のうち１つのみが碍子４４ｃの内周面４４ｃ２と位置が重複する場合に比して、水が下側コネクタ電極７２に到達するのを抑制する効果がより高まる。
【0055】
さらに、複数の第１、第２隙間領域９３，９７の各々が、前後方向の長さが０．２ｍｍ以上であるため、複数の第１、第２隙間領域９３，９７がより確実に水の移動を抑制できる。
【0056】
そして、第１水浸入抑制部９１は、碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と前後方向における位置が重複する第１緻密層９２を有し、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つは、第１緻密層９２よりも後端側に位置している。これにより、水蒸気は第１緻密層９２の存在によって第１緻密層９２よりも後端側の第１隙間領域９３に到達しにくくなり、液体の水は第１緻密層９２よりも後端側の第１隙間領域９３に到達してもその第１隙間領域９３によって後端側への移動が十分抑制される。このように、第１緻密層９２とその後方に位置する少なくとも１つの第１隙間領域９３とが存在することで、水の上側コネクタ電極７１への到達をより抑制できる。同様に、第２水浸入抑制部９５は、碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と前後方向における位置が重複する第２緻密層９６を有し、複数の第２隙間領域９７のうち少なくとも１つは、第２緻密層９６よりも後端側に位置している。これにより、水蒸気は第２緻密層９６の存在によって第２緻密層９６よりも後端側の第２隙間領域９７に到達しにくくなり、液体の水は第２緻密層９６よりも後端側の第２隙間領域９７に到達してもその第２隙間領域９７によって後端側への移動が十分抑制される。このように、第２緻密層９６とその後方に位置する少なくとも１つの第２隙間領域９７とが存在することで、水の下側コネクタ電極７２への到達をより抑制できる。
【0057】
そしてまた、センサ素子２０は、上側コネクタ電極７１が配設された第１面６０ａに配設された外側電極６４と、外側電極６４と上側コネクタ電極７１ｂとを導通する外側リード線７５と、を備えている。多孔質層８０（特に第１内側多孔質層８３）は、外側リード線７５の少なくとも一部を被覆している。このため、外側リード線７５の少なくとも一部を多孔質層８０によって保護することができる。また、外側リード線７５を多孔質層８０によって保護する場合、上側コネクタ電極７１に近い位置に多孔質層８０（第１内側多孔質層８３）が存在しやすいため、水が第１内側多孔質層８３を介して上側コネクタ電極７１に到達するのを第１水浸入抑制部９１の複数の第１隙間領域９３によって抑制する意義がより高い。
【0058】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【0059】
例えば、上述した実施形態では、第１緻密層９２は碍子４４ｂと前後方向における位置が重複していたが、これに限られない。第１緻密層９２は、例えば碍子４４ａ又は碍子４４ｃと前後方向における位置が重複していてもよい。これらの場合も、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つが第１緻密層９２よりも後端側に位置していればよい。また、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも２つが第１緻密層９２よりも後端側に位置していることが好ましく、複数の第１隙間領域９３のうちのいずれもが第１緻密層９２よりも後端側に位置していることがより好ましい。第２緻密層９６の位置および第２緻密層９６と第２隙間領域９７との位置関係についても同様である。
【0060】
上述した実施形態において、第１水浸入抑制部９１が第１緻密層９２を備えなくてもよい。同様に、第２水浸入抑制部９５が第２緻密層９６を備えなくてもよい。例えば、図８に示す変形例の水浸入抑制部９０は、第１緻密層９２および第２緻密層９６を備えていない。この場合も、上述した実施形態と同様に、複数の第１、第２隙間領域９３，９７の各々が、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１，４４ｃ２と前後における位置が重複しているから、水が第１、第２水浸入抑制部９１，９５よりもセンサ素子２０の後端側に移動して上側、下側コネクタ電極７１，７２に到達するのをより抑制することができる。
【0061】
上述した実施形態では、複数の第１隙間領域９３のうち２つが、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と前後方向の位置が重複していたが、これに限られない。複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つが、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と前後方向の位置が重複していればよい。第２隙間領域９７についても同様である。例えば、図９に示す変形例の水浸入抑制部９０では、複数（ここでは２個）の第１隙間領域９３のうち１つが碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と前後方向の位置が重複しており、もう１つの第１隙間領域９３は碍子４４ｂの内周面４４ｂ１と前後方向の位置が重複している。同様に、複数（ここでは２個）の第２隙間領域９７のうち１つが碍子４４ｃの内周面４４ｃ２と前後方向の位置が重複しており、もう１つの第２隙間領域９７は碍子４４ｂの内周面４４ｂ２と前後方向の位置が重複している。また、図１０に示す変形例の水浸入抑制部９０では、複数（ここでは２個）の第１隙間領域９３のうち１つが碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と前後方向の位置が重複しており、もう１つの第１隙間領域９３は碍子４４ａの内周面４４ａ１と前後方向の位置が重複している。同様に、複数（ここでは２個）の第２隙間領域９７のうち１つが碍子４４ｃの内周面４４ｃ２と前後方向の位置が重複しており、もう１つの第２隙間領域９７は碍子４４ａの内周面４４ａ２と前後方向の位置が重複している。図９および図１０に示す水浸入抑制部９０においても、複数の第１、第２隙間領域９３，９７の各々が、碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と前後方向における位置が重複し、且つ、複数の第１、第２隙間領域９３，９７のうち少なくとも１つずつが、最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１，４４ｃ２と前後における位置が重複しているから、水が第１、第２水浸入抑制部９１，９５よりもセンサ素子２０の後端側に移動して上側、下側コネクタ電極７１，７２に到達するのをより抑制することができる。ただし、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも２つが碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と前後方向の位置が重複している方が、水が上側、下側コネクタ電極７１，７２に到達するのをより抑制することができるため好ましい。そのため、図９および図１０のセンサ素子２０よりも図９のセンサ素子２０がより好ましい。
【0062】
上述した実施形態では、ガスセンサ１０は、３個の碍子４４ａ～４４ｃおよび２個の圧粉体４５ａ，４５ｂを備えていたが、１又は複数の圧粉体と、複数の碍子とを備えていればよい。例えば、図１１に示す変形例のガスセンサ１０は、上述した実施形態の碍子４４ｂを備えておらず、２個の碍子４４ａ，４４ｃを備えている。また、このガスセンサ１０は、圧粉体４５ａと圧粉体４５ｂとが前後方向に隣接している。圧粉体４５ａと圧粉体４５ｂとは互いの境界が区別できず一体化していてもよい。このガスセンサ１０においても、複数（ここでは２個）の第１、第２隙間領域９３，９７の各々が、碍子４４ａ，４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃの内周面４４ｃ１，４４ｃ２と前後における位置が重複しているから、水が第１、第２水浸入抑制部９１，９５よりもセンサ素子２０の後端側に移動して上側、下側コネクタ電極７１，７２に到達するのをより抑制することができる。図１１のガスセンサ１０において、水浸入抑制部９０が、碍子４４ａと前後方向の位置が重複する第１緻密層９２および第２緻密層９６を備えていてもよい。図１１のガスセンサ１０において、複数の第１、第２隙間領域９３，９７の配置を図１０と同様となるように変更してもよい。
【0063】
上述した実施形態および図８～図１１に示した変形例では、第１隙間領域９３および第２隙間領域９７がそれぞれ２つであったが、これに限らず第１隙間領域９３および第２隙間領域９７の少なくとも一方が３つ以上設けられていてもよい。例えば上述した実施形態において第１隙間領域９３を３つ以上とする場合、複数の第１隙間領域９３の各々が碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と前後方向における位置が重複し、且つ、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つが、碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と前後方向における位置が重複していればよい。また、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも２つが、碍子４４ｃの内周面４４ｃ１と前後方向における位置が重複していることが好ましい。第２隙間領域９７についても同様である。
【0064】
上述した実施形態では、緻密体の例として碍子４４ａ～４４ｃを挙げたが、これに限らず碍子以外の緻密体を用いてもよい。緻密体は、気孔率が１０％未満であればよい。気孔率が１０％未満の緻密体であれば、内部を水が通過しにくいため、上述した第１、第２隙間領域９３，９７を回り込むことによる水の移動を十分に抑制できる。緻密体の気孔率は、５％未満であってもよい。緻密体の気孔率は、内側多孔質層８１の気孔率と同様にＳＥＭを用いて導出した値とする。
【0065】
上述した実施形態において、センサ素子２０が第２内側多孔質層８４を備えずに、第２面６０ｂが多孔質層８０で被覆されていなくてもよい。この場合、センサ素子２０は、第２水浸入抑制部９５を備えなくてもよい。水浸入抑制部は、素子本体が有する側面（上述した実施形態では第１～第４面６０ａ～６０ｄ）のうち、コネクタ電極および多孔質保護層が配設された側面（上述した実施形態では、第１、第２面６０ａ，６０ｂ）の少なくとも１つに配設されていればよい。こうすれば、少なくとも水浸入抑制部が配設された側面において、水が水浸入抑制部を通過してコネクタ電極に到達するのを抑制することができる。
【0066】
上述した実施形態では、第１内側多孔質層８３は、第１面６０ａにおける第１水浸入抑制部９１および上側コネクタ電極７１が存在する領域を除いて、第１面６０ａの前端から後端までの領域を被覆していたが、これに限られない。例えば、第１内側多孔質層８３のうち第４部分８３ｄは、第１面６０ａにおける、複数の第１隙間領域９３のうち最も後端側の第１隙間領域９３の後端部から上側コネクタ電極７１の前端部までの領域またはそれよりも前端側までの領域を被覆していてもよい。第２内側多孔質層８４の第４部分８３ｄについても同様である。
【0067】
上述した実施形態では、素子本体６０は、直方体形状としたが、これに限られない。例えば、素子本体６０は、円筒または円柱状であってもよい。この場合、素子本体６０は、側面を１つ有することになる。
【実施例0068】
以下に、ガスセンサを具体的に作製した例を実施例として説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【0069】
［比較例１および実施例１～３］
図１～図５に示したガスセンサ１０と同様の製造方法を途中まで実行してセンサ素子２０を素子封止体４０に固定した一次組立品を作製し、比較例１および実施例１～３とした。比較例１および実施例１～３は、いずれもセンサ素子２０が第１、第２緻密層９２，９６を備えない態様とした。表１に示すように、比較例１および実施例１～３では、いずれも第１隙間領域９３が２つ設けられているものとした。また、比較例１および実施例１～３では、センサ素子２０を素子封止体４０に固定したときに碍子４４ａ，４４ｂ，４４ｃのそれぞれと重複する位置に存在する第１隙間領域９３の数を種々変更した。具体的には、比較例１では、２つの第１隙間領域９３が碍子４４ｂと重複する位置に設けられている。実施例１は、図８に示した態様とし、２つの第１隙間領域９３が碍子４４ｃと重複する位置に設けられている。実施例２は、図９に示した態様とし、１つの第１隙間領域９３が碍子４４ｂと重複する位置に設けられ、もう１つの第１隙間領域９３が碍子４４ｃと重複する位置に設けられている。実施例３は、図１０に示した態様とし、１つの第１隙間領域９３が碍子４４ａと重複する位置に設けられ、もう１つの第１隙間領域９３が碍子４４ｃと重複する位置に設けられている。比較例１および実施例１～３の各第１隙間領域９３の長さＬｇ１は、いずれも０．２ｍｍとした。なお、比較例１および実施例１～３のいずれにおいても、第２隙間領域９７については、第１隙間領域９３と同数設けられており、それぞれ第１隙間領域９３と前後方向における同一の位置に設けられている。
図１～図５に示したガスセンサ１０と同様の製造方法を途中まで実行してセンサ素子２０を素子封止体４０に固定した一次組立品を作製し、比較例１および実施例１～３とした。比較例１および実施例１～３は、いずれもセンサ素子２０が第１、第２緻密層９２，９６を備えない態様とした。表１に示すように、比較例１および実施例１～３では、いずれも第１隙間領域９３が２つ設けられているものとした。また、比較例１および実施例１～３では、センサ素子２０を素子封止体４０に固定したときに碍子４４ａ，４４ｂ，４４ｃのそれぞれと重複する位置に存在する第１隙間領域９３の数を種々変更した。具体的には、比較例１では、２つの第１隙間領域９３が碍子４４ｂと重複する位置に設けられている。実施例１は、図８に示した態様とし、２つの第１隙間領域９３が碍子４４ｃと重複する位置に設けられている。実施例２は、図９に示した態様とし、１つの第１隙間領域９３が碍子４４ｂと重複する位置に設けられ、もう１つの第１隙間領域９３が碍子４４ｃと重複する位置に設けられている。実施例３は、図１０に示した態様とし、１つの第１隙間領域９３が碍子４４ａと重複する位置に設けられ、もう１つの第１隙間領域９３が碍子４４ｃと重複する位置に設けられている。比較例１および実施例１～３の各第１隙間領域９３の長さＬｇ１は、いずれも０．２ｍｍとした。なお、比較例１および実施例１～３のいずれにおいても、第２隙間領域９７については、第１隙間領域９３と同数設けられており、それぞれ第１隙間領域９３と前後方向における同一の位置に設けられている。
【0070】
【表1】
【0071】
比較例１および実施例１～３のセンサ素子２０は、以下のように作製した。まず、安定化剤のイットリアを４ｍｏｌ％添加したジルコニア粒子と有機バインダーと有機溶剤とを混合してテープ成形により成形したセラミックスグリーンシートを６枚用意した。各々のグリーンシートには各電極等のパターンを印刷した。また、焼成後に第１内側多孔質層８３および第２内側多孔質層８４となる未焼成多孔質層を、スクリーン印刷により形成した。未焼成多孔質層は、原料粉末（アルミナ粉末）、バインダー溶液（ポリビニルアセタールとブチルカルビトール）、溶媒（アセトン）、造孔材を混合して調合したスラリーとした。その後に、６枚のグリーンシートを積層および焼成した。これにより、第１、第２内側多孔質層８３，８４を備えた素子本体６０を作製して、比較例１および実施例１～３のセンサ素子２０とした。素子本体６０の寸法は、長さが６７．５ｍｍ、幅が４．２５ｍｍ、厚さが１．４５ｍｍとした。第１，第２内側多孔質層８３，８４は、厚さが２０μｍ、気孔率が３０％とした。素子封止体４０の碍子４４ａ～４４ｃはいずれもアルミナからなるセラミックスの焼結体とした。碍子４４ａ～４４ｃの気孔率をＳＥＭ画像を用いて導出したところ、１％未満であった。圧粉体４５ａ，４５ｂはタルク粉末を成形したものとした。また、筒状体４１内で圧粉体４５ａ，４５ｂに前後から加わる封止荷重が適切となるように、タルク粉末の量を調整した。
【0072】
［液体浸入試験］
比較例１および実施例１～３の一次組立品について、素子本体６０の前端側を液体に浸した場合に毛細管現象によって素子本体６０の後端側にどの程度液体が浸入するかを試験した。まず、センサ素子２０の前端（第５面６０ｅ）側が下側で長手方向が鉛直方向に沿うように一次組立品を配置した。続いて、センサ素子２０の前端側が被測定ガスを模擬したモデルガス（温度１００℃，水濃度３％，ベースガスは窒素）に晒されるようにした。この状態で、センサ素子２０の素子本体６０の前端から後端側に向かって２０ｍｍの位置（以下、浸漬位置）までの部分を、レッドチェック液に浸した。浸漬位置は、碍子４４ａよりも素子本体６０の前端側である。その状態で放置し、レッドチェック液がセンサ素子２０の上側コネクタ電極７１の前端部に到達するまでの時間を計測し、染み上がり時間とした。素子本体６０の浸漬位置から上側コネクタ電極７１の前端部までの前後方向の距離を、染み上がり時間で除すことで、染み上がり速度を算出した。比較例１の染み上がり速度を基準（Ｆ）とし、実施例１～３において、染み上がり速度が比較例１に対して１５％以上低下していた場合に優（Ａ）と判定し、１５％未満且つ１０％以上低下していた場合に良（Ｂ）と判定し、１０％未満且つ５％以上低下していた場合に可（Ｃ）と判定した。レッドチェック液は、栄進化学製のＲ－３Ｂ（ＮＴ）プラスを用いた。レッドチェック液は、炭化水素油を４０～６０ｗｔ％、可塑性溶剤を１０～２０ｗｔ％、グリコールエーテルを１～２０ｗｔ％、非イオン界面活性剤を１２～５０ｗｔ％、アゾ系油溶性赤色染料を１～５ｗｔ％含む。レッドチェック液は、２０℃での密度が０．８６ｇ／ｃｍ3であり、水よりも密度が小さい。レッドチェック液の沸点は１００℃である
比較例１および実施例１～３の一次組立品について、素子本体６０の前端側を液体に浸した場合に毛細管現象によって素子本体６０の後端側にどの程度液体が浸入するかを試験した。まず、センサ素子２０の前端（第５面６０ｅ）側が下側で長手方向が鉛直方向に沿うように一次組立品を配置した。続いて、センサ素子２０の前端側が被測定ガスを模擬したモデルガス（温度１００℃，水濃度３％，ベースガスは窒素）に晒されるようにした。この状態で、センサ素子２０の素子本体６０の前端から後端側に向かって２０ｍｍの位置（以下、浸漬位置）までの部分を、レッドチェック液に浸した。浸漬位置は、碍子４４ａよりも素子本体６０の前端側である。その状態で放置し、レッドチェック液がセンサ素子２０の上側コネクタ電極７１の前端部に到達するまでの時間を計測し、染み上がり時間とした。素子本体６０の浸漬位置から上側コネクタ電極７１の前端部までの前後方向の距離を、染み上がり時間で除すことで、染み上がり速度を算出した。比較例１の染み上がり速度を基準（Ｆ）とし、実施例１～３において、染み上がり速度が比較例１に対して１５％以上低下していた場合に優（Ａ）と判定し、１５％未満且つ１０％以上低下していた場合に良（Ｂ）と判定し、１０％未満且つ５％以上低下していた場合に可（Ｃ）と判定した。レッドチェック液は、栄進化学製のＲ－３Ｂ（ＮＴ）プラスを用いた。レッドチェック液は、炭化水素油を４０～６０ｗｔ％、可塑性溶剤を１０～２０ｗｔ％、グリコールエーテルを１～２０ｗｔ％、非イオン界面活性剤を１２～５０ｗｔ％、アゾ系油溶性赤色染料を１～５ｗｔ％含む。レッドチェック液は、２０℃での密度が０．８６ｇ／ｃｍ3であり、水よりも密度が小さい。レッドチェック液の沸点は１００℃である
【0073】
表１には、比較例１および実施例１～３の一次組立品のそれぞれの、碍子４４ａ，４４ｂ，４４ｃのそれぞれと重複する位置に存在する第１隙間領域９３の数と、液体浸入試験の判定結果とを示した。
【0074】
表１から分かるように、比較例１および実施例１～３の一次組立品は、いずれも、碍子４４ａ～４４ｃのいずれかの内周面と前後方向における位置が重複する複数（２個）の第１隙間領域９３を有している。そして、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃと重複する位置に第１隙間領域９３が存在しない比較例１と比べて、碍子４４ｃと重複する位置に少なくとも１つの第１隙間領域９３が存在する実施例１～３は、いずれも液体浸入試験の判定結果がＣ以上であった。すなわち、比較例１に比して、実施例１～３はいずれも染み上がり速度が５％以上低下していた。このことから、複数の第１隙間領域９３のうち少なくとも１つが、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側に位置する碍子４４ｃと重複する位置に設けられていることで、水が複数の第１隙間領域９３よりもセンサ素子２０の後端側に移動して上側コネクタ電極７１に到達するのをより抑制できることが確認された。
【0075】
また、表１からわかるように、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側の碍子４４ｃと重複する位置に２つの第１隙間領域９３が存在する実施例１は、碍子４４ｃと重複する位置に１つの第１隙間領域９３のみが存在する実施例２，３と比べて、染み上がり速度がより低下していた。このことから、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側の碍子４４ｃと重複する位置に少なくとも２つの第１隙間領域９３が設けられることで、水が上側コネクタ電極７１に到達するのを抑制する効果がより高まることが確認された。なお、実施例２と実施例３とを比較すると、碍子４４ａと重複する位置に第１隙間領域９３が設けられた実施例３と比べて、碍子４４ａよりも素子本体６０の後端側に位置する碍子４４ｂと重複する位置に第１隙間領域９３が設けられた実施例２の方が、染み上がり速度がより低下していた。このことから、碍子４４ａ～４４ｃのうち最も後端側の碍子４４ｃ以外の碍子と重複する位置に第１隙間領域９３を設ける場合、なるべく後端に近い碍子と重複する位置に第１隙間領域９３を設けることで、水が上側コネクタ電極７１に到達するのを抑制する効果が高まることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【0076】
本発明は、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出するガスセンサに利用可能である。
【符号の説明】
【0077】
１０ ガスセンサ、１５ 組立体、２０ センサ素子、３０ 保護カバー、３１ 内側保護カバー、３２ 外側保護カバー、３３ 素子室、４０ 素子封止体、４１ 筒状体、４２ 主体金具、４２ａ 肉厚部、４２ｂ 底面、４３ 内筒、４３ａ フランジ部、４３ｃ，４３ｄ 縮径部、４４ａ～４４ｃ 碍子、４４ａ１，４４ａ２，４４ｂ１，４４ｂ２，４４ｃ１，４４ｃ２ 内周面、４５ａ，４５ｂ 圧粉体、４６ メタルリング、４７ ナット、４８ 外筒、４９ 空間、５０ コネクタ、５５ リード線、５７ ゴム栓、５８ 配管、５９ 固定用部材、６０ 素子本体、６０ａ～６０ｆ 第１面～第６面、６１ 被測定ガス導入口、６２ 基準ガス導入口、６３ 検出部、６４ 外側電極、６５ 内側主ポンプ電極、６６ 内側補助ポンプ電極、６７ 測定電極、６８ 基準電極、６９ ヒータ、７１，７１ａ～７１ｄ 上側コネクタ電極、７２，７２ａ～７２ｄ 下側コネクタ電極、７５ 外側リード線、８０ 多孔質層、８１ 内側多孔質層、８３ 第１内側多孔質層、８３ａ～８３ｄ 第１～第４部分、８４ 第２内側多孔質層、８４ａ～８４ｄ 第１～第４部分、８５ 外側多孔質層、９０ 水浸入抑制部、９１ 第１水浸入抑制部、９２ 第１緻密層、９３ 第１隙間領域、９５ 第２水浸入抑制部、９６ 第２緻密層、９７ 第２隙間領域。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】