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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】P2024136535
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】ガスセンサ素子
(51)【国際特許分類】
G01N 27/409 20060101AFI20240927BHJP
G01N 27/416 20060101ALI20240927BHJP
G01N 27/419 20060101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
G01N27/409 100
G01N27/416 331
G01N27/419 327C
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023047679
(22)【出願日】2023-03-24
(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】100124039
【弁理士】
【氏名又は名称】立花 顕治
(72)【発明者】
【氏名】山田 明里
(72)【発明者】
【氏名】神 有輝
【テーマコード（参考）】
2G004
【Ｆターム（参考）】
2G004ZA04
(57)【要約】
【課題】素子基体の内部空間に設けられる拡散律速部に係る工夫と両立可能な方法によって、測定空間における脈動の、前記内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制する。
【解決手段】本発明の一側面に係るガスセンサ素子は、素子基体のガス導入口が開口している面に接して、少なくとも前記ガス導入口を覆う導入口保護層を備え、前記導入口保護層の厚みは、１００μｍ以上である。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の一側面に係るガスセンサ素子は、素子基体のガス導入口が開口している面に接して、少なくとも前記ガス導入口を覆う導入口保護層を備え、前記導入口保護層の厚みは、１００μｍ以上である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面に開口したガス導入口から被測定ガスが内部空間へと導入される素子基体と、
前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面に接して、少なくとも前記ガス導入口を覆う導入口保護層と、
前記導入口保護層と、前記素子基体の、少なくとも前記ガス導入口が開口している面以外の面と、に接して、前記素子基体の、前記ガス導入口が開口している側の所定範囲を覆う周囲保護層と、
を備え、
前記導入口保護層および前記周囲保護層は、それぞれ、多孔質体からなり、
前記導入口保護層の気孔率よりも、前記周囲保護層の気孔率の方が高く、
前記導入口保護層の厚みは、１００μｍ以上である、
ガスセンサ素子。
前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面に接して、少なくとも前記ガス導入口を覆う導入口保護層と、
前記導入口保護層と、前記素子基体の、少なくとも前記ガス導入口が開口している面以外の面と、に接して、前記素子基体の、前記ガス導入口が開口している側の所定範囲を覆う周囲保護層と、
を備え、
前記導入口保護層および前記周囲保護層は、それぞれ、多孔質体からなり、
前記導入口保護層の気孔率よりも、前記周囲保護層の気孔率の方が高く、
前記導入口保護層の厚みは、１００μｍ以上である、
ガスセンサ素子。
【請求項2】
前記周囲保護層の厚みは、前記導入口保護層の厚み以上である、
請求項１に記載のガスセンサ素子。
請求項１に記載のガスセンサ素子。
【請求項3】
前記導入口保護層および前記周囲保護層よりも外側に配置され、少なくとも前記周囲保護層に接する外側保護層をさらに備え、
前記導入口保護層の気孔率は、前記外側保護層の気孔率以上である、
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
前記導入口保護層の気孔率は、前記外側保護層の気孔率以上である、
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
【請求項4】
前記導入口保護層の気孔率は、１０％以上である、
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
【請求項5】
前記導入口保護層の気孔率は、４５％以下である、
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
【請求項6】
前記導入口保護層の厚みは、９００μｍ以下である、
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
【請求項7】
前記周囲保護層の気孔率は、３５％以上である、
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
【請求項8】
前記周囲保護層の気孔率は、７０％以下である、
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
【請求項9】
前記周囲保護層の厚みは、２００μｍ以上である、
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
【請求項10】
前記周囲保護層の厚みは、９００μｍ以下である、
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
【請求項11】
前記外側保護層の気孔率は、１０％以上である、
請求項３に記載のガスセンサ素子。
請求項３に記載のガスセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスセンサ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、自動車の排気ガス等の被測定ガスにおける酸素やＮＯxなどの特定ガスの濃度を検出するガスセンサ素子について、表面に開口したガス導入口から被測定ガスが内部空間へと導入される素子基体を備えるガスセンサ素子が知られている。
【0003】
ここで、上述のガスセンサ素子を備えるガスセンサが配置される排気管などの測定空間における被測定ガスの圧力の急激な変動に合わせて、素子基体の内部空間へと導入される被測定ガスの圧力までもが急激に変動してしまうと、以下の問題が発生する。すなわち、ガスセンサ素子のセンサ出力（センサ信号）が、素子基体の内部空間における被測定ガスの圧力変動に影響を受けて変動してしまい、ガスセンサが特定ガスの濃度を精緻に測定できなくなる可能性がある。なお、ガスセンサが配置される排気管などの測定空間における被測定ガスの圧力の変動は「脈動」とも呼ばれる。上述のとおり、排気管などの測定空間における脈動によって、素子基体の内部空間における被測定ガスの圧力が変動すると、特定ガスの濃度の精緻な測定が困難となり得るため、係る脈動の影響を抑制するための様々な試みがなされている。例えば、下掲の特許文献１には、以下の構成を備えることで、被測定ガス中に発生する排気圧の脈動の影響を回避して、測定電極（検出電極）での測定精度の向上を実現するガスセンサが開示されている。すなわち、ガス導入口と、係るガス導入口を介して取り込まれた被測定ガスが導入される内部空所との間に、ガスセンサ素子の長辺方向に並ぶ２つの拡散律速部を形成し、各拡散律速部の開口のサイズを調整したガスセンサ素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２２－０５９９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本件発明者らは、表面に開口したガス導入口から被測定ガスが内部空間へと導入される素子基体を備えるガスセンサ素子について、脈動の、素子基体の内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制する方法をさらに検討した。特に、本件発明者らは、素子基体の内部空間に設けられる拡散律速部に係る工夫と両立可能な方法によって、脈動の、前記内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制する方法をさらに検討した。その結果、本件発明者らは、少なくともガス導入口を覆う保護層を、素子基体の表面に設けることによっても、前記脈動の、前記内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制できることを確認した。
【0006】
本発明は、一側面では、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、素子基体の内部空間に設けられる拡散律速部に係る工夫と両立可能な方法によって、測定空間における脈動の、前記内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制したガスセンサ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
【0008】
第１の観点に係るガスセンサ素子は、表面に開口したガス導入口から被測定ガスが内部空間へと導入される素子基体と、前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面に接して、少なくとも前記ガス導入口を覆う導入口保護層と、前記導入口保護層と、前記素子基体の、少なくとも前記ガス導入口が開口している面以外の面と、に接して、前記素子基体の、前記ガス導入口が開口している側の所定範囲を覆う周囲保護層と、を備え、前記導入口保護層および前記周囲保護層は、それぞれ、多孔質体からなり、前記導入口保護層の気孔率よりも、前記周囲保護層の気孔率の方が高く、前記導入口保護層の厚みは、１００μｍ以上である。
【0009】
当該構成では、前記ガスセンサ素子は、前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面に接して、少なくとも前記ガス導入口を覆う前記導入口保護層と、前記周囲保護層と、を備える。そして、前記ガスセンサ素子において、前記導入口保護層および前記周囲保護層は、それぞれ、多孔質体からなり、前記導入口保護層の気孔率よりも、前記周囲保護層の気孔率の方が高く、前記導入口保護層の厚みは、１００μｍ以上である。
【0010】
本件発明者らは、前記内部空間内での工夫と両立可能な方法によって、測定空間における脈動の、前記内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制する方法を検討した。その結果、本件発明者らは、少なくとも前記ガス導入口を覆う保護層を、素子基体の表面に設けることによっても、前記脈動の、前記内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制できることを確認した。そして、本件発明者らは、前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面に接して、少なくとも前記ガス導入口を覆う前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制できることを確認した。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができ、特に、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0011】
また、ガスセンサが水に濡れてしまうと、被水割れ、起動時間の増大などの様々な問題が生じることが知られている。そこで、前記ガスセンサ素子は、例えば、前記素子基体の、被水の可能性がある表面を、前記導入口保護層と前記周囲保護層とによって覆うことで、前記ガスセンサ素子の被水を抑制し、つまり、耐被水性を高めている。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層と、前記ガス導入口が開口している側の所定範囲（例えば、被水の可能性がある範囲）を覆う前記周囲保護層とによって、良好な耐被水性を実現するとの効果を奏する。
【0012】
本件発明者らは、さらに検討を重ね、前記導入口保護層の気孔率を前記周囲保護層の気孔率以上とすると、以下の問題が生じることを見出した。すなわち、前記導入口保護層の気孔率を前記周囲保護層の気孔率以上とすると、前記導入口保護層によって前記脈動の影響を十分に抑制することができなくなるとの問題が生じることを、本件発明者らは確認した。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層の気孔率を前記周囲保護層の気孔率よりも低くすることで、前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を確実に抑制する。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記周囲保護層よりも気孔率の低い前記導入口保護層によって前記脈動の影響を確実に抑制でき、特に、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0013】
また、本件発明者らは、前記導入口保護層の厚みを１００μｍ未満とすると、前記導入口保護層による、前記脈動の影響の抑制効果が、十分に発揮されないことを確認した。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層の厚みを１００μｍ以上とすることで、前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を確実に抑制する。したがって、前記ガスセンサ素子は、厚みが１００μｍ以上である前記導入口保護層によって前記脈動の影響を確実に抑制でき、特に、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0014】
第２の観点に係るガスセンサ素子は、上記第１の観点に係るガスセンサ素子において、前記周囲保護層の厚みは、前記導入口保護層の厚み以上であってもよい。当該構成では、前記ガスセンサ素子において、前記周囲保護層の厚みは、前記導入口保護層の厚み以上である。前述のとおり、前記導入口保護層の厚みは１００μｍ以上であり、前記導入口保護層によって、測定空間における前記脈動の、前記内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制する。本件発明者らは、実験により、前記周囲保護層の厚みを前記導入口保護層の厚みよりも小さくすると、前記ガスセンサ素子の耐被水性が悪化することを確認した。前記周囲保護層の厚みを前記導入口保護層の厚みよりも小さくすると、前記導入口保護層の少なくとも一部が、前記周囲保護層の外側に露出することになり、前記周囲保護層および前記導入口保護層の少なくとも一方が破損しやすくなり、上述の耐被水性が悪化する。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記周囲保護層の厚みを前記導入口保護層の厚み以上とすることで、前記ガスセンサ素子の耐被水性を維持、向上させる。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層の厚み以上の厚みを有する前記周囲保護層によって、良好な耐被水性を実現するとの効果を奏する。
【0015】
第３の観点に係るガスセンサ素子は、上記第１または第２の観点に係るガスセンサ素子において、前記導入口保護層および前記周囲保護層よりも外側に配置され、少なくとも前記周囲保護層に接する外側保護層をさらに備えていてもよく、前記導入口保護層の気孔率は、前記外側保護層の気孔率以上であってもよい。
【0016】
当該構成では、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層および前記周囲保護層よりも外側に配置され、少なくとも前記周囲保護層に接する前記外側保護層をさらに備え、前記導入口保護層の気孔率は、前記外側保護層の気孔率以上である。
【0017】
前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層および前記周囲保護層よりも外側に配置される前記外側保護層によって、前記外側保護層を備えない場合よりもさらに、耐被水性を向上させることができるとの効果を奏する。
【0018】
また、前記導入口保護層の気孔率を前記外側保護層の気孔率よりも小さくすると、前記導入口保護層によって被測定ガスの前記内部空間への導入が過剰に制約され、結果として、前記ガスセンサ素子の応答性、測定精度等が悪化する。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層の気孔率を前記外側保護層の気孔率以上とすることで、前記ガスセンサ素子の応答性、測定精度等の悪化を回避する。
【0019】
したがって、前記ガスセンサ素子は、前記ガスセンサ素子の応答性等を悪化させることなく、前記内部空間内での工夫と両立可能な、前記外側保護層以上の気孔率を有する前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0020】
第４の観点に係るガスセンサ素子は、上記第１から上記第３の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記導入口保護層の気孔率は、１０％以上であってもよい。当該構成では、前記導入口保護層の気孔率は、１０％以上である。前記導入口保護層の気孔率を１０％未満とすると、前記導入口保護層によって被測定ガスの前記内部空間への導入が制約され、つまり、前記内部空間へと導入される被測定ガスのガス流量が小さくなって、前記ガスセンサ素子の応答性、測定精度等が悪化する。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層の気孔率を１０％以上とすることで、前記ガスセンサ素子の応答性、測定精度等の悪化を回避する。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記ガスセンサ素子の応答性等を悪化させることなく、前記内部空間内での工夫と両立可能な、１０％以上の気孔率を有する前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0021】
第５の観点に係るガスセンサ素子は、上記第１から上記第４の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記導入口保護層の気孔率は、４５％以下であってもよい。当該構成では、前記導入口保護層の気孔率は、４５％以下である。前記導入口保護層の気孔率を４５％より大きくすると、前記導入口保護層によって前記脈動の影響を十分に抑制することができなくなるとの問題が生じることを、本件発明者らは確認した。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層の気孔率を４５％以下とすることで、前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を確実に抑制する。したがって、前記ガスセンサ素子は、４５％以下の気孔率を有する前記導入口保護層によって前記脈動の影響を確実に抑制でき、特に、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0022】
第６の観点に係るガスセンサ素子は、上記第１から上記第５の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記導入口保護層の厚みは、９００μｍ以下であってもよい。当該構成では、前記導入口保護層の厚みは、９００μｍ以下である。前記導入口保護層の厚みを９００μｍよりも大きくすると、前記導入口保護層によって被測定ガスの前記内部空間への導入が過剰に制約され、結果として、前記ガスセンサ素子の応答性、測定精度等が悪化する。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層の厚みを９００μｍ以下とすることで、前記ガスセンサ素子の応答性、測定精度等の悪化を回避する。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記ガスセンサ素子の応答性等を悪化させることなく、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0023】
第７の観点に係るガスセンサ素子は、上記第１から上記第６の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記周囲保護層の気孔率は、３５％以上であってもよい。当該構成では、前記周囲保護層の気孔率は、３５％以上である。上述のとおり、前記周囲保護層の気孔率の方が、前記導入口保護層の気孔率よりも高い。本件発明者らは、前記周囲保護層の気孔率を３５％未満とすると、前記ガスセンサ素子の耐被水性が悪化することを確認した。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記周囲保護層の気孔率を３５％以上とすることで、前記ガスセンサ素子の耐被水性の悪化を回避する。したがって、前記ガスセンサ素子は、耐被水性を悪化させることなく、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0024】
第８の観点に係るガスセンサ素子は、上記第１から上記第７の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記周囲保護層の気孔率は、７０％以下であってもよい。当該構成では、前記周囲保護層の気孔率は、７０％以下である。本件発明者らは、前記周囲保護層の気孔率を７０％よりも大きくすると、前記周囲保護層が、耐被水性の向上との効果を十分に発揮することができなくなることを確認した。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記周囲保護層の気孔率を７０％以下とすることで、前記周囲保護層によって、前記ガスセンサ素子の耐被水性を確実に向上させる。したがって、前記ガスセンサ素子は、耐被水性を確実に向上させつつ、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0025】
第９の観点に係るガスセンサ素子は、上記第１から上記第８の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記周囲保護層の厚みは、２００μｍ以上であってもよい。当該構成では、前記周囲保護層の厚みは、２００μｍ以上である。前記周囲保護層の厚みを２００μｍ未満とすると、前記周囲保護層は、耐被水性の向上との効果を十分に発揮することができなくなる。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記周囲保護層の厚みを２００μｍ以上とすることで、前記周囲保護層によって、前記ガスセンサ素子の耐被水性を確実に向上させる。したがって、前記ガスセンサ素子は、耐被水性を確実に向上させつつ、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0026】
第１０の観点に係るガスセンサ素子は、上記第１から上記第９の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記周囲保護層の厚みは、９００μｍ以下であってもよい。当該構成では、前記周囲保護層の厚みは、９００μｍ以下である。前記周囲保護層の厚みを９００μｍよりも大きくすると、前記周囲保護層によって被測定ガスの前記内部空間への導入が制約され、前記ガスセンサ素子の応答性、測定精度等の悪化が発生し得る。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記周囲保護層の厚みを９００μｍ以下とすることで、前記ガスセンサ素子の応答性、測定精度の悪化等を回避する。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記ガスセンサ素子の応答性等を悪化させることなく、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0027】
第１１の観点に係るガスセンサ素子は、上記第１から上記第１０の何れかの観点に係るガスセンサ素子において、前記外側保護層の気孔率は、１０％以上であってもよい。当該構成では、前記外側保護層の気孔率は、１０％以上である。上述のとおり、前記外側保護層は、前記導入口保護層および前記周囲保護層よりも外側に配置され、また、前記外側保護層の気孔率は、前記導入口保護層の気孔率以下である。そして、前記外側保護層の気孔率を１０％未満とすると、前記外側保護層によって被測定ガスの前記内部空間への導入が制約され、前記ガスセンサ素子の応答性、測定精度等の悪化が発生し得る。そこで、前記ガスセンサ素子は、前記外側保護層の気孔率を１０％以上とすることで、前記ガスセンサ素子の応答性、測定精度の悪化等を回避する。したがって、前記ガスセンサ素子は、前記ガスセンサ素子の応答性等を悪化させることなく、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、素子基体の内部空間に設けられる拡散律速部に係る工夫と両立可能な方法によって、測定空間における脈動の、前記内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制したガスセンサ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。
【0031】
本件発明者らは、表面に開口したガス導入口から被測定ガスが内部空間へと導入される素子基体を備えるガスセンサ素子について、測定空間における脈動の、前記内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制する方法を検討した。特に、本件発明者らは、前記内部空間における工夫、具体的には、前記内部空間に拡散律速部を設けることで前記脈動の影響を抑制するとの工夫と両立可能な方法によって、前記脈動の影響を抑制する方法を検討した。
【0032】
その結果、本件発明者らは、少なくとも前記ガス導入口を覆う保護層を、前記素子基体の表面に設けることによっても、前記脈動の影響を抑制できることを確認した。すなわち、本件発明者らは、前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面に接して、少なくとも前記ガス導入口を覆う前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制できることを確認した。
【0033】
そこで、本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、前記素子基体の前記ガス導入口が開口している面に接して、少なくとも前記ガス導入口を覆う前記導入口保護層を備える。係る構成により、本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、前記ガスセンサ素子は、前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができ、特に、前記内部空間内での工夫と両立可能な前記導入口保護層によって、前記脈動の影響を抑制することができる。以下では先ず、図１を用いて、本発明の一態様に係るガスセンサ素子として、ガスセンサ素子１０１について説明する。
【0034】
［構成例］
図１は、本実施形態に係るガスセンサ素子１０１の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。ガスセンサ素子１０１は、例えば、長手方向（軸方向）に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図１に例示するガスセンサ素子１０１は、長手方向それぞれの端部として先端部および後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図１の左側の端部（つまり、前側の端部）とし、後端部を図１の右側の端部（つまり、後側の端部）とする。しかしながら、ガスセンサ素子１０１の形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図１の紙面奥側をガスセンサ素子１０１の右側とし、紙面手前側をガスセンサ素子１０１の左側とする。また、図１の紙面上側をガスセンサ素子１０１の上側とし、紙面下側をガスセンサ素子１０１の下側とする。
図１は、本実施形態に係るガスセンサ素子１０１の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。ガスセンサ素子１０１は、例えば、長手方向（軸方向）に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図１に例示するガスセンサ素子１０１は、長手方向それぞれの端部として先端部および後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図１の左側の端部（つまり、前側の端部）とし、後端部を図１の右側の端部（つまり、後側の端部）とする。しかしながら、ガスセンサ素子１０１の形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図１の紙面奥側をガスセンサ素子１０１の右側とし、紙面手前側をガスセンサ素子１０１の左側とする。また、図１の紙面上側をガスセンサ素子１０１の上側とし、紙面下側をガスセンサ素子１０１の下側とする。
【0035】
図１に例示するように、ガスセンサ素子１０１は、素子基体１００と、導入口保護層２００と、周囲保護層３００と、を備える。素子基体１００の表面には、ガス導入口１０が開口しており、係るガス導入口１０から、被測定ガスが、素子基体１００の内部空間である被測定ガス流通部７へと導入される。図１に示す例では、素子基体１００の前側（先端側）の表面にガス導入口１０が開口している。以下の説明においては、素子基体１００の前側（先端側）の表面を、素子基体１００の「先端面」と称することがある。
【0036】
図１に示す例では、素子基体１００の被測定ガス流通部７には、ガス導入口１０から被測定ガス流通部７へと導入された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する拡散律速部１１、１３、１６、１８が設けられている。また、素子基体１００の厚み方向（紙面上下方向）において、素子基体１００の上側の面（上面）には外側ポンプ電極２３が配設されており、素子基体１００の下側の面（下面）に近い位置には、ヒータ７０が配置されている。ヒータ７０は、ヒータエレメント７２に給電することによりヒータエレメント７２を発熱させ、素子基体１００を加熱して保温する。素子基体１００の詳細については、図２を用いて後述する。
【0037】
導入口保護層２００は、素子基体１００のガス導入口１０が開口している面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う。図１に示す例では、導入口保護層２００は、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の先端面の全体に接して、ガス導入口１０を覆っている。
【0038】
周囲保護層３００は、導入口保護層２００と、素子基体１００の、少なくともガス導入口１０が開口している面以外の面と、に接して、素子基体１００の、ガス導入口１０が開口している側の所定範囲を覆う。図１に示す例では、周囲保護層３００は、導入口保護層２００と、素子基体１００の上面および下面とに接している。図には示されていないが、周囲保護層３００は、さらに、素子基体１００の先端側の側面（左面および右面）に接していてもよい。図１に例示する周囲保護層３００は、導入口保護層２００と、少なくとも素子基体１００の上面および下面とに接して、素子基体１００の先端側の所定範囲を覆っている。
【0039】
導入口保護層２００および周囲保護層３００は、それぞれ、多孔質体からなり、導入口保護層２００の気孔率よりも、周囲保護層３００の気孔率の方が高い。導入口保護層２００の厚みＴｈ１は、１００μｍ以上である。
【0040】
図１に例示するように、導入口保護層２００は、被測定ガス流通部７に設けられた拡散律速部１１、１３、１６、１８から独立して、ガス導入口１０を覆っている。そのため、ガスセンサ素子１０１は、被測定ガス流通部７に配置される１つ以上の拡散律速部（例えば、拡散律速部１１、１３、１６、１８）と両立可能な導入口保護層２００によって、測定空間における脈動の、被測定ガス流通部７における被測定ガスの圧力への影響を抑制することができる。すなわち、ガスセンサ素子１０１は、被測定ガス流通部７での工夫と両立可能な導入口保護層２００によって、上述の脈動の影響を抑制することができる。
【0041】
ガスセンサ素子１０１において、周囲保護層３００の厚みＴｈ２は、導入口保護層２００の厚みＴｈ１以上であってもよい。図１に例示するガスセンサ素子１０１において、導入口保護層２００の厚みＴｈ１と、周囲保護層３００の厚みＴｈ２とは等しい。
【0042】
前述のとおり、導入口保護層２００の厚みＴｈ１は１００μｍ以上であり、ガスセンサ素子１０１は、導入口保護層２００によって、測定空間における脈動の、被測定ガス流通部７における被測定ガスの圧力への影響を抑制する。本件発明者らは、実験により、周囲保護層３００の厚みを導入口保護層２００の厚みよりも小さくすると、ガスセンサ素子１０１の耐被水性が悪化することを確認した。周囲保護層３００の厚みを導入口保護層２００の厚みよりも小さくすると、導入口保護層２００の少なくとも一部が、周囲保護層３００の外側に露出することになり、周囲保護層３００および導入口保護層２００の少なくとも一方が破損しやすくなり、上述の耐被水性が悪化する。そこで、ガスセンサ素子１０１は、周囲保護層３００の厚みを導入口保護層２００の厚み以上とすることで、ガスセンサ素子１０１の耐被水性を維持、向上させる。したがって、ガスセンサ素子１０１は、導入口保護層２００の厚み以上の厚みを有する周囲保護層３００によって、良好な耐被水性を実現する。
【0043】
ガスセンサ素子１０１は、導入口保護層２００および周囲保護層３００よりも外側に配置され、少なくとも周囲保護層３００に接する外側保護層４００をさらに備えてもよい。図１に例示するガスセンサ素子１０１は、導入口保護層２００および周囲保護層３００よりも外側に配置され、導入口保護層２００および周囲保護層３００に接する外側保護層４００を備える。外側保護層４００は、例えば、多孔質体からなる。導入口保護層２００の気孔率は、外側保護層４００の気孔率以上とするのが望ましい。
【0044】
ガスセンサ素子１０１は、導入口保護層２００および周囲保護層３００よりも外側に配置される外側保護層４００によって、外側保護層４００を備えない場合よりもさらに、耐被水性を向上させることができる。
【0045】
また、導入口保護層２００の気孔率を外側保護層４００の気孔率よりも小さくすると、導入口保護層２００によって被測定ガスの被測定ガス流通部７への導入が過剰に制約され、結果として、ガスセンサ素子１０１の応答性、測定精度等が悪化する。そこで、ガスセンサ素子１０１は、導入口保護層２００の気孔率を外側保護層４００の気孔率以上とすることで、ガスセンサ素子１０１の応答性、測定精度等の悪化を回避する。
【0046】
したがって、ガスセンサ素子１０１は、ガスセンサ素子１０１の応答性等を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な、外側保護層４００以上の気孔率を有する導入口保護層２００によって、脈動の影響を抑制することができる。
【0047】
ガスセンサ素子１０１において、導入口保護層２００の気孔率は、１０％以上であってもよい。導入口保護層２００の気孔率を１０％未満とすると、導入口保護層２００によって被測定ガスの被測定ガス流通部７への導入が過剰に制約され、つまり、被測定ガス流通部７へと導入される被測定ガスのガス流量が小さくなって、ガスセンサ素子１０１の応答性、測定精度等が悪化する。そこで、ガスセンサ素子１０１は、導入口保護層２００の気孔率を１０％以上とすることで、ガスセンサ素子１０１の応答性、測定精度等の悪化を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１は、ガスセンサ素子１０１の応答性等を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な、１０％以上の気孔率を有する導入口保護層２００によって、脈動の影響を抑制することができる。
【0048】
ガスセンサ素子１０１において、導入口保護層２００の気孔率は、４５％以下であってもよい。導入口保護層２００の気孔率を４５％より大きくすると、導入口保護層２００によって脈動の影響を十分に抑制することができなくなるとの問題が生じることを、本件発明者らは確認した。そこで、ガスセンサ素子１０１は、導入口保護層２００の気孔率を４５％以下とすることで、導入口保護層２００によって、脈動の影響を確実に抑制する。したがって、ガスセンサ素子１０１は、４５％以下の気孔率を有する導入口保護層２００によって脈動の影響を確実に抑制でき、特に、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００によって、脈動の影響を抑制することができる。
【0049】
ガスセンサ素子１０１において、導入口保護層２００の厚みＴｈ１は、９００μｍ以下であってもよい。導入口保護層２００の厚みＴｈ１を９００μｍよりも大きくすると、導入口保護層２００によって被測定ガスの被測定ガス流通部７への導入が過剰に制約され、結果として、ガスセンサ素子１０１の応答性、測定精度等が悪化する。そこで、ガスセンサ素子１０１は、導入口保護層２００の厚みＴｈ１を９００μｍ以下とすることで、ガスセンサ素子１０１の応答性、測定精度等の悪化を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１は、ガスセンサ素子１０１の応答性等を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００によって、脈動の影響を抑制することができる。
【0050】
ガスセンサ素子１０１において、周囲保護層３００の気孔率は、３５％以上であってもよい。上述のとおり、周囲保護層３００の気孔率の方が、導入口保護層２００の気孔率よりも高い。本件発明者らは、周囲保護層３００の気孔率を３５％未満とすると、ガスセンサ素子１０１の耐被水性が悪化することを確認した。そこで、ガスセンサ素子１０１は、周囲保護層３００の気孔率を３５％以上とすることで、ガスセンサ素子１０１の耐被水性の悪化を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１は、耐被水性を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００によって、脈動の影響を抑制することができる。
【0051】
ガスセンサ素子１０１において、周囲保護層３００の気孔率は、７０％以下であってもよい。本件発明者らは、周囲保護層３００の気孔率を７０％よりも大きくすると、周囲保護層３００が、耐被水性の向上との効果を十分に発揮することができなくなることを確認した。そこで、ガスセンサ素子１０１は、周囲保護層３００の気孔率を７０％以下とすることで、周囲保護層３００によって、ガスセンサ素子１０１の耐被水性を確実に向上させる。したがって、ガスセンサ素子１０１は、耐被水性を確実に向上させつつ、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００によって、脈動の影響を抑制することができる。
【0052】
ガスセンサ素子１０１において、周囲保護層３００の厚みＴｈ２は、２００μｍ以上であってもよい。周囲保護層３００の厚みＴｈ２を２００μｍ未満とすると、周囲保護層３００は、ガスセンサ素子１０１の被水性の向上との効果を十分に発揮することができなくなる。そこで、ガスセンサ素子１０１は、周囲保護層３００の厚みＴｈ２を２００μｍ以上とすることで、周囲保護層３００によって、ガスセンサ素子１０１の耐被水性を確実に向上させる。したがって、ガスセンサ素子１０１は、耐被水性を確実に向上させつつ、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００によって、脈動の影響を抑制することができる。
【0053】
ガスセンサ素子１０１において、周囲保護層３００の厚みＴｈ２は、９００μｍ以下であってもよい。周囲保護層３００の厚みＴｈ２を９００μｍよりも大きくすると、周囲保護層３００によって被測定ガスの被測定ガス流通部７への導入が制約され、ガスセンサ素子１０１の応答性、測定精度等の悪化が発生し得る。そこで、ガスセンサ素子１０１は、周囲保護層３００の厚みＴｈ２を９００μｍ以下とすることで、ガスセンサ素子１０１の応答性、測定精度の悪化等を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１は、ガスセンサ素子１０１の応答性等を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００によって、脈動の影響を抑制することができる。
【0054】
ガスセンサ素子１０１において、外側保護層４００の気孔率は、１０％以上であってもよい。上述のとおり、外側保護層４００は、導入口保護層２００および周囲保護層３００よりも外側に配置され、また、外側保護層４００の気孔率は、導入口保護層２００の気孔率以下である。そして、外側保護層４００の気孔率を１０％未満とすると、外側保護層４００によって被測定ガスの被測定ガス流通部７への導入が過剰に制約され、つまり、被測定ガス流通部７へと導入される被測定ガスのガス流量が小さくなって、ガスセンサ素子１０１の応答性、測定精度等が悪化する。そこで、ガスセンサ素子１０１は、外側保護層４００の気孔率を１０％以上とすることで、ガスセンサ素子１０１の応答性、測定精度等の悪化を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１は、ガスセンサ素子１０１の応答性等を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００によって、脈動の影響を抑制することができる。
【0055】
上述のとおり、導入口保護層２００の気孔率は、外側保護層４００の気孔率以上とするのが望ましく、つまり、外側保護層４００の気孔率は、導入口保護層２００の気孔率以下とするのが望ましい。また、導入口保護層２００の気孔率は、１０％以上、４５％以下とするのが望ましい。したがって、外側保護層４００の気孔率は、１０％以上、４５％以下とするのが望ましい。外側保護層４００の気孔率を４５％よりも大きくすると、外側保護層４００は、耐被水性の向上との効果を十分に発揮することができなくなる。そこで、ガスセンサ素子１０１は、外側保護層の気孔率を４５％以下とすることで、外側保護層４００によって、耐被水性を確実に向上させる。さらに、外側保護層４００の厚みＴｈ３は、１００μｍ以上、４００μｍ以下とするのが望ましい。外側保護層４００の厚みを、１００以上、４００以下とすることにより、ガスセンサ素子１０１は、耐被水性を向上させつつ、応答性、測定精度の悪化等を回避することができる。
【0056】
【0057】
＜素子基体＞
図２は、ガスセンサ素子１０１の備える素子基体１００の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。素子基体１００は、例えば、長手方向（軸方向）に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図２に例示する素子基体１００は、長手方向それぞれの端部として先端部および後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図２の左側の端部（つまり、前側の端部）とし、後端部を図２の右側の端部（つまり、後側の端部）とする。しかしながら、素子基体１００の形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図２の紙面奥側を素子基体１００の右側とし、紙面手前側を素子基体１００の左側とする。
図２は、ガスセンサ素子１０１の備える素子基体１００の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。素子基体１００は、例えば、長手方向（軸方向）に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図２に例示する素子基体１００は、長手方向それぞれの端部として先端部および後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図２の左側の端部（つまり、前側の端部）とし、後端部を図２の右側の端部（つまり、後側の端部）とする。しかしながら、素子基体１００の形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図２の紙面奥側を素子基体１００の右側とし、紙面手前側を素子基体１００の左側とする。
【0058】
素子基体１００は、第１基板層１、第２基板層２、第３基板層３、第１固体電解質層４、スペーサ層５、および、第２固体電解質層６を下側から順に積層することで構成される積層体である。各層１－６は、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性を有する固体電解質層により構成される。各層１－６を形成する固体電解質は、緻密質なものであってよい。緻密質は、気孔率が５％以下であることを指す。
【0059】
素子基体１００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、配線パターンの印刷等の工程を実行した後にそれらを積層し、更に、焼成して一体化させることで製造される。一例として、素子基体１００は、複数のセラミックス層の積層体である。本実施形態では、第２固体電解質層６の上面が、素子基体１００の上面を構成し、第１基板層１の下面が、素子基体１００の下面を構成し、各層１～６の各側面が、素子基体１００の各側面を構成する。
【0060】
本実施形態では、素子基体１００の一先端部であって、第２固体電解質層６の下面および第１固体電解質層４の上面の間には、被測定ガスを外部の空間から受け入れるように構成される内部空間が設けられる。本実施形態に係る内部空間は、ガス導入口１０、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３、第１内部空所１５、第３拡散律速部１６、第２内部空所１７、第４拡散律速部１８、および、第３内部空所１９が、この順に連通する態様にて隣接形成されるように構成される。すなわち、本実施形態に係る内部空間は、３室構造（第１内部空所１５、第２内部空所１７、および、第３内部空所１９）を有する。
【0061】
一例では、この内部空間は、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられる。内部空間の上部は、第２固体電解質層６の下面で区画される。内部空間の下部は、第１固体電解質層４の上面で区画される。内部空間の側部は、スペーサ層５の側面で区画される。
【0062】
第１拡散律速部１１は、１以上の横長の（図面に垂直な方向に開口が長辺方向を有する）スリットとして設けられる。例えば、第１拡散律速部１１は、スペーサ層５のくり抜かれたスペースを架橋する第一架橋部と層６との間、および、係る第一架橋部と層４との間のスリットとして設けられる。また、第２拡散律速部１３、第３拡散律速部１６、および、第４拡散律速部１８のそれぞれは、図面に垂直な方向に延びる長さが、第１内部空所１５、第２内部空所１７、および、第３内部空所１９のそれぞれよりも短い孔として設けられる。第２拡散律速部１３は、スペーサ層５のくり抜かれたスペースを架橋する第二架橋部と層６との間、および、係る第二架橋部と層４との間のスリットとして設けられてもよい。第３拡散律速部１６は、スペーサ層５のくり抜かれたスペースを架橋する第三架橋部と層６との間、および、係る第三架橋部と層４との間のスリットとして設けられてもよい。第４拡散律速部１８は、スペーサ層５のくり抜かれたスペースを架橋する第四架橋部と層６との間のスリットとして設けられてもよい。
【0063】
図２に例示するように、第２拡散律速部１３および第３拡散律速部１６は、何れも、第１拡散律速部１１と同様に、２本の横長（図面に垂直な方向に開口が長辺方向を有する）のスリットとして設けられてもよい。これに対して、第４拡散律速部１８は、第２固体電解質層６の下面との隙間として形成された１本の横長の（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ている。ただし、第４拡散律速部１８は、第１拡散律速部１１と同様に、２本の横長（図面に垂直な方向に開口が長辺方向を有する）のスリットとして設けられてもよい。第２拡散律速部１３、第３拡散律速部１６、および第４拡散律速部１８のそれぞれについては、後ほど詳細に説明する。ガス導入口１０から第３内部空所１９に至る部位（内部空間）を被測定ガス流通部７と称する。
【0064】
被測定ガス流通部７よりも先端側（素子基体１００の前側）から遠い位置には、第３基板層３の上面およびスペーサ層５の下面の間であって、第１固体電解質層４の側面で側部を区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられる。基準ガス導入空間４３には、例えば、大気等の基準ガスが導入される。ただし、素子基体１００の構成は、このような例に限定されなくてよい。他の一例として、第１固体電解質層４は、素子基体１００の後端まで延びるように構成されてよく、基準ガス導入空間４３は省略されてよい。この場合、大気導入層４８が、素子基体１００の後端まで延びるように構成されてよい。
【0065】
基準ガス導入空間４３に隣接する第３基板層３の上面の一部には、大気導入層４８が設けられる。大気導入層４８は、多孔質アルミナから成り、基準ガス導入空間４３を介して基準ガスが導入されるように構成される。加えて、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。
【0066】
基準電極４２は、第３基板層３の上面および第１固体電解質層４の間に挟まれるように形成され、その周囲には、上記基準ガス導入空間４３に接続する大気導入層４８が設けられている。基準電極４２は、第１内部空所１５内および第２内部空所１７内の酸素濃度（酸素分圧）の測定に使用される。詳細は後述する。
【0067】
ガス導入口１０は、被測定ガス流通部７において、外部空間に対して開口してなる部位である。素子基体１００は、当該ガス導入口１０を通じて外部空間から内部に被測定ガスを取り込むように構成される。本実施形態では、図２に例示されるとおり、ガス導入口１０は、素子基体１００の先端面（前面）に配置される。つまり、被測定ガス流通部７は、素子基体１００の先端面において開口を有するように構成される。ただし、被測定ガス流通部７が、素子基体１００の先端面において開口を有するように構成されること、つまり、ガス導入口１０を素子基体１００の先端面に配置することは、必須ではない。素子基体１００は、外部空間から被測定ガス流通部７の内部に被測定ガスを取り込むことができればよく、ガス導入口１０を、例えば、素子基体１００の右面に配置したり、左面に配置したりしてもよい。
【0068】
第１拡散律速部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。第１拡散律速部１１は、素子基体１００の内部空間（被測定ガス流通部７）の入口側に、すなわち、ガス導入口１０の側に、設けられたスリットである。
【0069】
緩衝空間１２は、第１拡散律速部１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速部１３へと導くために設けられた空間である。
【0070】
第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第１内部空所１５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。
【0071】
被測定ガスは、ガスセンサ素子１０１（素子基体１００）の外部空間（例えば、測定空間）から第１内部空所１５内まで導入されるにあたり、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から素子基体１００内部に急激に取り込まれる場合がある。この場合であっても、当該構成では、取り込まれる被測定ガスは、直接第１内部空所１５へ導入されるのではなく、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第１内部空所１５へ導入される。これにより、第１内部空所１５へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。
【0072】
第１内部空所１５は、第２拡散律速部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。
【0073】
主ポンプセル２１は、内側ポンプ電極２２、外側ポンプ電極２３、および、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層６によって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。内側ポンプ電極２２は、第１内部空所１５に隣接する（面する）第２固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられる天井電極部２２ａを有する。外側ポンプ電極２３は、第２固体電解質層６の上面の天井電極部２２ａに対応する領域に外部空間に隣接する態様にて設けられる。
【0074】
内側ポンプ電極２２は、第１内部空所１５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１５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が形成される。そして、それら天井電極部２２ａおよび底部電極部２２ｂに接続するように、側部電極部（図示省略）が、第１内部空所１５の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されている。つまり、内側ポンプ電極２２は、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態の構造で配設されている。
【0075】
内側ポンプ電極２２および外側ポンプ電極２３は、多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔおよびＺｒＯ2により構成されるサーメット電極）として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極２２は、被測定ガス中の窒素酸化物（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。
【0076】
ガスセンサ素子１０１（素子基体１００）は、主ポンプセル２１において、内側ポンプ電極２２および外側ポンプ電極２３の間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極２２および外側ポンプ電極２３の間に正方向又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１５内の酸素を外部空間に汲み出し、または、外部空間の酸素を第１内部空所１５に汲み入れ可能に構成される。
【0077】
また、第１内部空所１５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、内側ポンプ電極２２、第２固体電解質層６、スペーサ層５、第１固体電解質層４、第３基板層３、および、基準電極４２により、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０（すなわち、電気化学的なセンサセル）が構成されている。
【0078】
ガスセンサ素子１０１（素子基体１００）は、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１５内の酸素濃度（酸素分圧）を特定可能に構成される。更に、起電力Ｖ０が一定となるように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。これにより、第１内部空所１５内の酸素濃度を所定の一定値に保つことができる。
【0079】
第３拡散律速部１６は、第１内部空所１５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１７に導く部位である。
【0080】
第２内部空所１７は、第３拡散律速部１６を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧をさら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。
【0081】
補助ポンプセル５０は、補助ポンプ電極５１、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、素子基体１００の外側の適当な電極であれば足りる）、および、第２固体電解質層６により構成される補助的な電気化学的ポンプセルである。補助ポンプ電極５１は、第２内部空所１７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。
【0082】
係る補助ポンプ電極５１は、先の第１内部空所１５内に設けられた内側ポンプ電極２２と同様なトンネル形態の構造で、第２内部空所１７内に配設されている。つまり、第２内部空所１７の天井面を与える第２固体電解質層６の下面に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所１７の底面を与える第１固体電解質層４の上面には、底部電極部５１ｂが形成される。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１７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る。これにより、補助ポンプ電極５１は、トンネル形態の構造を有している。
【0083】
なお、補助ポンプ電極５１も、内側ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中の窒素酸化物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。
【0084】
ガスセンサ素子１０１（素子基体１００）は、補助ポンプセル５０において、補助ポンプ電極５１および外側ポンプ電極２３の間に所望の電圧Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所１７内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、または、外部空間から第２内部空所１７内に汲み入れ可能に構成される。
【0085】
また、第２内部空所１７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、基準電極４２、第２固体電解質層６、スペーサ層５、第１固体電解質層４、および、第３基板層３により、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１（すなわち、電気化学的なセンサセル）が構成されている。
【0086】
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１７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。
【0087】
また、これと共に、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拡散律速部１６から第２内部空所１７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１７内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。
【0088】
第４拡散律速部１８は、第２内部空所１７で補助ポンプセル５０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３内部空所１９に導く部位である。
【0089】
第３内部空所１９は、第４拡散律速部１８を通じて導入された被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯx）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。ＮＯx濃度は、測定用ポンプセル４１の動作により測定される。本実施形態では、第１内部空所１５において酸素濃度（酸素分圧）が予め調整された後、第２内部空所１７において、第３拡散律速部１６を通じて導入された被測定ガスに対して、補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整が更に行われる。これにより、第２内部空所１７から第３内部空所１９に導入される被測定ガスの酸素濃度を高精度に一定に保つことができる。そのため、本実施形態に係るガスセンサ素子１０１は、精度の高いＮＯx濃度の測定が可能となる。
【0090】
測定用ポンプセル４１は、第３内部空所１９内において、被測定ガス中の窒素酸化物濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、測定電極４４、外側ポンプ電極２３、第２固体電解質層６、スペーサ層５、および、第１固体電解質層４により構成される電気化学的ポンプセルである。図２の例では、測定電極４４は、第３内部空所１９に隣接する（面する）第１固体電解質層４の上面に設けられる。
【0091】
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１９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。図２の例では、測定電極４４は、第３内部空所１９内で露出している。他の一例では、測定電極４４は、拡散律速部により被覆されていてもよい。該拡散律速部は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とする多孔体の膜により構成されてもよい。該拡散律速部は、測定電極４４に流入するＮＯxの量を制限する役割を担うと共に、測定電極４４の保護膜としても作用する。
【0092】
ガスセンサ素子１０１は、測定用ポンプセル４１において、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として検出可能に構成される。
【0093】
また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第２固体電解質層６、スペーサ層５、第１固体電解質層４、第３基板層３、測定電極４４、および、基準電極４２により、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２（すなわち、電気化学的なセンサセル）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にて検出される電圧（起電力）Ｖ２に基づいて可変電源４６が制御される。
【0094】
第３内部空所１９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にて検出される制御電圧Ｖ２が一定となるように可変電源の電圧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。
【0095】
また、測定電極４４、第１固体電解質層４、第３基板層３、および、基準電極４２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ることで、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る。これにより、被測定ガス中の窒素酸化物成分の濃度を求めることも可能である。
【0096】
また、第２固体電解質層６、スペーサ層５、第１固体電解質層４、第３基板層３、外側ポンプ電極２３、および、基準電極４２から電気化学的なセンサセル８３が構成されている。ガスセンサ素子１０１は、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に構成されている。
【0097】
以上の構成を有する素子基体１００（ガスセンサ素子１０１）において、主ポンプセル２１および補助ポンプセル５０を作動させることにより、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を測定用ポンプセル４１に与えることができる。したがって、ガスセンサ素子１０１は、被測定ガス中の窒素酸化物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で流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中の窒素酸化物濃度を特定可能に構成されている。
【0098】
さらに、ガスセンサ素子１０１（素子基体１００）は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、素子基体１００を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ７０を備えている。ヒータ７０は、ヒータ電極７１と、ヒータエレメント７２と、ヒータリード（不図示）と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、ヒータ抵抗検出リード（不図示）とを、主として備えている。また、図２の例では、ヒータ７０は、さらに、圧力放散孔７５を備えている。
【0099】
ヒータ７０は、ヒータ電極７１を除いて、ガスセンサ素子１０１の基体部（素子基体１００）に埋設されてなる。本実施形態では、ヒータ７０は、素子基体１００の厚み方向（鉛直方向／積層方向）において、素子基体１００の上面よりも素子基体１００の下面に近い位置に配置されている。ただし、ヒータ７０の配置は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。
【0100】
ヒータ電極７１は、第１基板層１の下面（素子基体１００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を外部電源と接続することにより、外部からヒータ７０へ給電することができるようになっている。
【0101】
ヒータエレメント７２は、第２基板層２および第３基板層３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り、つまり、第２基板層２と第３基板層３との間に設けられた抵抗発熱体である。ヒータエレメント７２は、素子基体１００の外部に備わるヒータ電源（不図示）から、通電経路であるヒータ電極７１、スルーホール７３、および、ヒータリードを通じて給電されることにより、発熱し、素子基体１００を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。ヒータエレメント７２は、Ｐｔにて、あるいはＰｔを主成分として、形成されてなる。ヒータエレメント７２は、素子基体１００の被測定ガス流通部７が備わる側の所定範囲に、素子厚み方向において被測定ガス流通部７と対向するように埋設されている。ヒータエレメント７２は、例えば、１０μｍ～２０μｍ程度の厚みを有するように設けられる。
【0102】
ヒータエレメント７２の両端に接続された１対のヒータリードは、略同一の形状を有するように、つまりは、両者の抵抗値が同じであるように、設けられる。係る１対のヒータリードはそれぞれ、対応するスルーホール７３を介して、異なるヒータ電極７１と接続されている。
【0103】
さらに、ヒータエレメント７２と一方のヒータリードとの接続部から引き出される態様にて、ヒータ抵抗検出リードが設けられている。なお、ヒータ抵抗検出リードの抵抗値は無視できるものとする。ヒータ抵抗検出リードは、対応するスルーホール７３を介して、ヒータ電極７１と接続されている。
【0104】
また、ヒータエレメント７２は、素子基体１００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。すなわち、ガスセンサ素子１０１においては、ヒータ電極７１を通じてヒータエレメント７２に電流を流すことにより、ヒータエレメント７２を発熱させることで、素子基体１００の各部を所定の温度に加熱、保温することができるようになっている。具体的には、素子基体１００は、被測定ガス流通部７付近の固体電解質および電極の温度が、例えば、７００℃～９００℃程度（または、７５０℃～９５０℃）になるように加熱される。係る加熱によって、ガスセンサ素子１０１において素子基体１００を構成する固体電解質の酸素イオン伝導性が高められる。なお、ガスセンサ素子１０１を備えるガスセンサが使用される際の（ガスセンサ素子１０１が駆動される際の）ヒータエレメント７２による加熱温度を、センサ素子駆動温度と称することがある。
【0105】
ヒータエレメント７２による発熱の程度は、ヒータエレメント７２の抵抗値の大きさ（ヒータ抵抗）によって把握される。ヒータ抵抗検出リードは、係るヒータ抵抗の測定のために、設けられてなる。
【0106】
ヒータ絶縁層７４は、ヒータエレメント７２を覆う態様にて形成されてなる絶縁層であり、例えば、ヒータエレメント７２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とヒータエレメント７２との間の電気的絶縁性、並びに、第３基板層３とヒータエレメント７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。ヒータ絶縁層７４は、７０μｍ～１１０μｍ程度の厚みにて、素子基体１００の先端面および側面から２００μｍ～７００μｍ程度離隔させた位置に設けられる。ただし、ヒータ絶縁層７４の厚みは一定である必要はなく、ヒータエレメント７２が存在する箇所としない箇所とで異なっていてもよい。
【0107】
圧力放散孔７５は、第３基板層３を貫通し、基準ガス導入空間４３に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。ただし、圧力放散孔７５を設けることは必須ではなく、圧力放散孔７５を設けなくてもよい。
【0108】
＜素子基体の先端面のうち、導入口保護層が接する部分の面積についての考察＞
これまで、ガス導入口１０を覆う導入口保護層が、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面（例えば、先端面）の全体に接する例を説明した。しかしながら、ガスセンサ素子１０１において、ガス導入口１０を覆う導入口保護層が、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面の全体に接することは必須ではない。ガスセンサ素子１０１において、ガス導入口１０を覆う導入口保護層２００は、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接していればよく、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面の、全体ではなく一部のみに接していてもよい。以下、図３を用いて、少なくともガス導入口１０を覆って、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面の一部のみに接する導入口保護層２００Ａの例を説明する。
これまで、ガス導入口１０を覆う導入口保護層が、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面（例えば、先端面）の全体に接する例を説明した。しかしながら、ガスセンサ素子１０１において、ガス導入口１０を覆う導入口保護層が、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面の全体に接することは必須ではない。ガスセンサ素子１０１において、ガス導入口１０を覆う導入口保護層２００は、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接していればよく、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面の、全体ではなく一部のみに接していてもよい。以下、図３を用いて、少なくともガス導入口１０を覆って、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面の一部のみに接する導入口保護層２００Ａの例を説明する。
【0109】
図３は、変形例１に係るガスセンサ素子１０１Ａの構成の一例を概略的に示す断面模式図である。ガスセンサ素子１０１Ａは、ガスセンサ素子１０１と同様に、例えば、長手方向（軸方向）に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図３に例示するガスセンサ素子１０１Ａは、長手方向それぞれの端部として先端部および後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図３の左側の端部（つまり、前側の端部）とし、後端部を図３の右側の端部（つまり、後側の端部）とする。しかしながら、ガスセンサ素子１０１Ａの形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図３の紙面奥側をガスセンサ素子１０１Ａの右側とし、紙面手前側をガスセンサ素子１０１Ａの左側とする。また、図３の紙面上側をガスセンサ素子１０１Ａの上側とし、紙面下側をガスセンサ素子１０１Ａの下側とする。
【0110】
図３に例示するように、ガスセンサ素子１０１Ａは、素子基体１００と、導入口保護層２００Ａと、周囲保護層３００Ａと、を備える。ガスセンサ素子１０１Ａが備える素子基体１００は、ガスセンサ素子１０１が備える素子基体１００と同様であるため、詳細は略記する。
【0111】
導入口保護層２００Ａは、素子基体１００のガス導入口１０が開口している面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う。図３に示す例では、導入口保護層２００Ａは、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の先端面の、全体ではなく一部のみに接して、ガス導入口１０を覆っている。特に、図３に示す例において、導入口保護層２００Ａは、素子基体１００の先端面の、ガス導入口１０の周囲の領域（ガス導入口１０の縁）にのみ接している。
【0112】
周囲保護層３００Ａは、導入口保護層２００Ａと、素子基体１００の、少なくともガス導入口１０が開口している面以外の面と、に接して、素子基体１００の、ガス導入口１０が開口している側の所定範囲を覆う。図３に示す例では、周囲保護層３００Ａは、導入口保護層２００Ａと、素子基体１００の、上面と、下面と、ガス導入口１０が開口している先端面とに接している。図には示されていないが、周囲保護層３００Ａは、さらに、素子基体１００の先端側の側面（左面および右面）に接していてもよい。図３に例示する周囲保護層３００Ａは、導入口保護層２００と、少なくとも、素子基体１００の、上面と、下面と、先端面とに接して、素子基体１００の先端側の所定範囲を覆っている。
【0113】
導入口保護層２００Ａおよび周囲保護層３００Ａは、それぞれ、多孔質体からなり、導入口保護層２００Ａの気孔率よりも、周囲保護層３００Ａの気孔率の方が高い。導入口保護層２００Ａの厚みＴｈ１は、１００μｍ以上である。
【0114】
図３に例示するように、導入口保護層２００Ａは、被測定ガス流通部７に設けられた拡散律速部１１、１３、１６、１８から独立して、ガス導入口１０を覆っている。そのため、ガスセンサ素子１０１Ａは、被測定ガス流通部７に配置される１つ以上の拡散律速部（例えば、拡散律速部１１、１３、１６、１８）と両立可能な導入口保護層２００Ａによって、測定空間における脈動の、被測定ガス流通部７における被測定ガスの圧力への影響を抑制することができる。すなわち、ガスセンサ素子１０１Ａは、被測定ガス流通部７での工夫と両立可能な導入口保護層２００Ａによって、上述の脈動の影響を抑制することができる。
【0115】
ガスセンサ素子１０１Ａにおいて、周囲保護層３００Ａの厚みＴｈ２は、導入口保護層２００Ａの厚みＴｈ１以上であってもよい。図３に例示するガスセンサ素子１０１Ａにおいて、導入口保護層２００Ａの厚みＴｈ１は、周囲保護層３００Ａの厚みＴｈ２よりも小さい（薄い）。つまり、周囲保護層３００Ａの厚みは、導入口保護層２００Ａの厚みよりも大きい（厚い）。ガスセンサ素子１０１Ａは、周囲保護層３００Ａの厚みを導入口保護層２００Ａの厚み以上とすることで、ガスセンサ素子１０１Ａの耐被水性を維持、向上させる。したがって、ガスセンサ素子１０１Ａは、導入口保護層２００Ａの厚み以上の厚みを有する周囲保護層３００Ａによって、良好な耐被水性を実現する。
【0116】
ガスセンサ素子１０１Ａは、導入口保護層２００Ａおよび周囲保護層３００Ａよりも外側に配置され、少なくとも周囲保護層３００Ａに接する外側保護層４００Ａをさらに備えてもよい。図３に例示するガスセンサ素子１０１Ａは、導入口保護層２００Ａおよび周囲保護層３００Ａよりも外側に配置され、周囲保護層３００Ａのみに接する外側保護層４００Ａを備える。外側保護層４００Ａは、外側保護層４００と同様に、例えば、多孔質体からなる。導入口保護層２００Ａの気孔率は、外側保護層４００Ａの気孔率以上とするのが望ましい。ガスセンサ素子１０１Ａは、導入口保護層２００Ａおよび周囲保護層３００Ａよりも外側に配置される外側保護層４００Ａによって、外側保護層４００Ａを備えない場合よりもさらに、耐被水性を向上させることができる。また、ガスセンサ素子１０１Ａは、導入口保護層２００Ａの気孔率を外側保護層４００Ａの気孔率以上とすることで、ガスセンサ素子１０１Ａの応答性、測定精度等の悪化を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１Ａは、ガスセンサ素子１０１Ａの応答性等を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な、外側保護層４００Ａ以上の気孔率を有する導入口保護層２００Ａによって、脈動の影響を抑制することができる。
【0117】
ガスセンサ素子１０１Ａにおいて、導入口保護層２００Ａの気孔率は、１０％以上であってもよい。ガスセンサ素子１０１Ａは、導入口保護層２００Ａの気孔率を１０％以上とすることで、ガスセンサ素子１０１Ａの応答性、測定精度等の悪化を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１Ａは、ガスセンサ素子１０１Ａの応答性等を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な、１０％以上の気孔率を有する導入口保護層２００Ａによって、脈動の影響を抑制することができる。
【0118】
ガスセンサ素子１０１Ａにおいて、導入口保護層２００Ａの気孔率は、４５％以下であってもよい。ガスセンサ素子１０１Ａは、導入口保護層２００Ａの気孔率を４５％以下とすることで、導入口保護層２００Ａによって、脈動の影響を確実に抑制する。したがって、ガスセンサ素子１０１Ａは、４５％以下の気孔率を有する導入口保護層２００Ａによって脈動の影響を確実に抑制でき、特に、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００Ａによって、脈動の影響を抑制することができる。
【0119】
ガスセンサ素子１０１Ａにおいて、導入口保護層２００Ａの厚みＴｈ１は、９００μｍ以下であってもよい。ガスセンサ素子１０１Ａは、導入口保護層２００Ａの厚みＴｈ１を９００μｍ以下とすることで、ガスセンサ素子１０１Ａの応答性、測定精度等の悪化を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１Ａは、ガスセンサ素子１０１Ａの応答性等を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００Ａによって、脈動の影響を抑制することができる。
【0120】
ガスセンサ素子１０１Ａにおいて、周囲保護層３００Ａの気孔率は、３５％以上であってもよい。ガスセンサ素子１０１Ａは、周囲保護層３００Ａの気孔率を３５％以上とすることで、ガスセンサ素子１０１Ａの耐被水性の悪化を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１Ａは、耐被水性を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００Ａによって、脈動の影響を抑制することができる。
【0121】
ガスセンサ素子１０１Ａにおいて、周囲保護層３００Ａの気孔率は、７０％以下であってもよい。ガスセンサ素子１０１Ａは、周囲保護層３００Ａの気孔率を７０％以下とすることで、周囲保護層３００Ａによって、ガスセンサ素子１０１Ａの耐被水性を確実に向上させる。したがって、ガスセンサ素子１０１Ａは、耐被水性を確実に向上させつつ、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００Ａによって、脈動の影響を抑制することができる。
【0122】
ガスセンサ素子１０１Ａにおいて、周囲保護層３００Ａの厚みＴｈ２は、２００μｍ以上であってもよい。ガスセンサ素子１０１Ａは、周囲保護層３００Ａの厚みＴｈ２を２００μｍ以上とすることで、周囲保護層３００Ａによって、ガスセンサ素子１０１Ａの耐被水性を確実に向上させる。したがって、ガスセンサ素子１０１Ａは、耐被水性を確実に向上させつつ、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００Ａによって、脈動の影響を抑制することができる。
【0123】
ガスセンサ素子１０１Ａにおいて、周囲保護層３００Ａの厚みＴｈ２は、９００μｍ以下であってもよい。ガスセンサ素子１０１Ａは、周囲保護層３００Ａの厚みＴｈ２を９００μｍ以下とすることで、ガスセンサ素子１０１Ａの応答性、測定精度の悪化等を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１Ａは、ガスセンサ素子１０１Ａの応答性等を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００Ａによって、脈動の影響を抑制することができる。
【0124】
ガスセンサ素子１０１Ａにおいて、外側保護層４００Ａの気孔率は、１０％以上であってもよい。ガスセンサ素子１０１Ａは、外側保護層４００Ａの気孔率を１０％以上とすることで、ガスセンサ素子１０１Ａの応答性、測定精度等の悪化を回避する。したがって、ガスセンサ素子１０１Ａは、ガスセンサ素子１０１Ａの応答性等を悪化させることなく、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層２００Ａによって、脈動の影響を抑制することができる。
【0125】
外側保護層４００と同様に、外側保護層４００Ａの気孔率は、１０％以上、４５％以下とするのが望ましい。また、外側保護層４００Ａの厚みＴｈ３は、１００μｍ以上、４００μｍ以下とするのが望ましい。
【0126】
＜導入口保護層と周囲保護層との厚みについての考察＞
図３には、少なくともガス導入口１０を覆って、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面（例えば、先端面）の一部のみに接し、その厚みＴｈ１が、周囲保護層の厚みＴｈ２よりも小さい導入口保護層２００Ａの例を説明した。しかしながら、ガスセンサ素子１０１において、少なくともガス導入口１０を覆って、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面の一部のみに接する導入口保護層の厚みＴｈ１は、周囲保護層の厚みＴｈ２と等しくてもよい。以下、図４を用いて、少なくともガス導入口１０を覆って、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面の一部のみに接し、その厚みＴｈ１が、周囲保護層の厚みＴｈ２に等しい導入口保護層２００Ｂの例を説明する。
図３には、少なくともガス導入口１０を覆って、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面（例えば、先端面）の一部のみに接し、その厚みＴｈ１が、周囲保護層の厚みＴｈ２よりも小さい導入口保護層２００Ａの例を説明した。しかしながら、ガスセンサ素子１０１において、少なくともガス導入口１０を覆って、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面の一部のみに接する導入口保護層の厚みＴｈ１は、周囲保護層の厚みＴｈ２と等しくてもよい。以下、図４を用いて、少なくともガス導入口１０を覆って、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面の一部のみに接し、その厚みＴｈ１が、周囲保護層の厚みＴｈ２に等しい導入口保護層２００Ｂの例を説明する。
【0127】
図４は、変形例２に係るガスセンサ素子１０１Ｂの構成の一例を概略的に示す断面模式図である。ガスセンサ素子１０１Ｂは、ガスセンサ素子１０１と同様に、例えば、長手方向（軸方向）に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図４に例示するガスセンサ素子１０１Ｂは、長手方向それぞれの端部として先端部および後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図４の左側の端部（つまり、前側の端部）とし、後端部を図４の右側の端部（つまり、後側の端部）とする。しかしながら、ガスセンサ素子１０１Ｂの形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図４の紙面奥側をガスセンサ素子１０１Ｂの右側とし、紙面手前側をガスセンサ素子１０１Ｂの左側とする。また、図４の紙面上側をガスセンサ素子１０１Ｂの上側とし、紙面下側をガスセンサ素子１０１Ｂの下側とする。
【0128】
図４に例示するように、ガスセンサ素子１０１Ｂは、素子基体１００と、導入口保護層２００Ｂと、周囲保護層３００Ｂと、を備える。ガスセンサ素子１０１Ｂは、導入口保護層２００Ｂおよび周囲保護層３００Ｂよりも外側に配置され、少なくとも周囲保護層３００Ｂに接する外側保護層４００Ｂをさらに備えてもよい。図４に例示するガスセンサ素子１０１Ｂは、素子基体１００と、導入口保護層２００Ｂと、周囲保護層３００Ｂと、外側保護層４００Ｂとを備える。外側保護層４００Ｂは、図４に例示するように、導入口保護層２００Ｂに接していてもよい。ガスセンサ素子１０１Ｂが備える素子基体１００は、ガスセンサ素子１０１が備える素子基体１００と同様であるため、詳細は略記する。
【0129】
導入口保護層２００Ｂは、素子基体１００のガス導入口１０が開口している面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う。図４に示す例では、導入口保護層２００Ｂは、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の先端面の、全体ではなく一部のみに接して、ガス導入口１０を覆っている。特に、図４に示す例において、導入口保護層２００Ｂは、素子基体１００の先端面の、ガス導入口１０の周囲の領域（ガス導入口１０の縁）にのみ接している。導入口保護層２００Ｂは、多孔質体からなる。ガスセンサ素子１０１Ｂにおいて、導入口保護層２００Ｂの厚みＴｈ１は、導入口保護層２００、導入口保護層２００Ａと同様に、１００μｍ以上である。
【0130】
導入口保護層２００Ｂの気孔率は、導入口保護層２００、導入口保護層２００Ａと同様に、４５％以下であってもよい。導入口保護層２００Ｂの気孔率は、導入口保護層２００、導入口保護層２００Ａと同様に、１０％以上であってもよい。導入口保護層２００Ｂの厚みＴｈ１は、導入口保護層２００、導入口保護層２００Ａと同様に、９００μｍ以下であってもよい。
【0131】
図４に例示するように、導入口保護層２００Ｂは、被測定ガス流通部７に設けられた拡散律速部１１、１３、１６、１８から独立して、ガス導入口１０を覆っている。そのため、ガスセンサ素子１０１Ｂは、被測定ガス流通部７に配置される１つ以上の拡散律速部（例えば、拡散律速部１１、１３、１６、１８）と両立可能な導入口保護層２００Ｂによって、測定空間における脈動の、被測定ガス流通部７における被測定ガスの圧力への影響を抑制することができる。すなわち、ガスセンサ素子１０１Ｂは、被測定ガス流通部７での工夫と両立可能な導入口保護層２００Ｂによって、上述の脈動の影響を抑制することができる。
【0132】
周囲保護層３００Ｂは、導入口保護層２００Ｂと、素子基体１００の、少なくともガス導入口１０が開口している面以外の面と、に接して、素子基体１００の、ガス導入口１０が開口している側の所定範囲を覆う。図４に示す例では、周囲保護層３００Ｂは、導入口保護層２００Ｂと、素子基体１００の、上面と、下面と、ガス導入口１０が開口している先端面とに接している。図には示されていないが、周囲保護層３００Ｂは、さらに、素子基体１００の先端側の側面（左面および右面）に接していてもよい。図４に例示する周囲保護層３００Ｂは、導入口保護層２００と、少なくとも、素子基体１００の、上面と、下面と、先端面とに接して、素子基体１００の先端側の所定範囲を覆っている。周囲保護層３００Ｂは、多孔質体からなる。導入口保護層２００Ｂの気孔率よりも、周囲保護層３００Ｂの気孔率の方が高い。
【0133】
周囲保護層３００Ｂの厚みＴｈ２は、周囲保護層３００、周囲保護層３００Ａと同様に、「素子基体１００のガス導入口１０が開口している面（例えば、先端面）に接して、少なくともガス導入口１０を覆う」導入口保護層の厚み以上であってもよい。周囲保護層３００Ｂの厚みＴｈ２は、導入口保護層２００Ｂの厚みＴｈ１以上であってもよい。図４に例示するガスセンサ素子１０１Ｂにおいて、導入口保護層２００Ｂの厚みＴｈ１と、周囲保護層３００Ｂの厚みＴｈ２とは等しい。
【0134】
周囲保護層３００Ｂの気孔率は、周囲保護層３００、周囲保護層３００Ａと同様に、３５％以上であってもよい。周囲保護層３００Ｂの気孔率は、周囲保護層３００、周囲保護層３００Ａと同様に、７０％以下であってもよい。周囲保護層３００Ｂの厚みＴｈ２は、周囲保護層３００、周囲保護層３００Ａと同様に、２００μｍ以上であってもよい。周囲保護層３００Ｂの厚みＴｈ２は、周囲保護層３００、周囲保護層３００Ａと同様に、９００μｍ以下であってもよい。
【0135】
外側保護層４００Ｂは、外側保護層４００、外側保護層４００Ａと同様に、例えば、多孔質体からなる。導入口保護層２００Ｂの気孔率は、外側保護層４００Ｂの気孔率以上とするのが望ましく、つまり、外側保護層４００Ｂの気孔率は、導入口保護層２００Ｂの気孔率以下とするのが望ましい。外側保護層４００Ｂの気孔率は、外側保護層４００、外側保護層４００Ａと同様に、１０％以上であってもよい。特に、外側保護層４００Ｂの気孔率は、外側保護層４００、外側保護層４００Ａと同様に、１０％以上、４５％以下とするのが望ましい。また、外側保護層４００Ｂの厚みＴｈ３は、１００μｍ以上、４００μｍ以下とするのが望ましい。
【0136】
＜導入口保護層の先端側の面と後端側の面との大きさについての考察＞
これまで、ガス導入口１０を覆う導入口保護層について、先端側の面（図１、３、４において紙面左側の面）と、後端側の面（図１、３、４において紙面右側の面）とが、同様のサイズを有する例を説明した。しかしながら、ガスセンサ素子１０１において、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う導入口保護層について、先端側の面と後端側の面とは、サイズが異なっていてもよい。すなわち、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う導入口保護層について、係る導入口保護層の先端面のサイズと、後端面のサイズとは異なっていてもよい。以下、図５を用いて、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接し、少なくともガス導入口１０を覆い、素子基体１００に接する面（例、後端面）と、その面に対向する面（例、先端面）とでサイズの異なる導入口保護層２００Ｃの例を説明する。
これまで、ガス導入口１０を覆う導入口保護層について、先端側の面（図１、３、４において紙面左側の面）と、後端側の面（図１、３、４において紙面右側の面）とが、同様のサイズを有する例を説明した。しかしながら、ガスセンサ素子１０１において、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う導入口保護層について、先端側の面と後端側の面とは、サイズが異なっていてもよい。すなわち、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う導入口保護層について、係る導入口保護層の先端面のサイズと、後端面のサイズとは異なっていてもよい。以下、図５を用いて、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接し、少なくともガス導入口１０を覆い、素子基体１００に接する面（例、後端面）と、その面に対向する面（例、先端面）とでサイズの異なる導入口保護層２００Ｃの例を説明する。
【0137】
図５は、変形例３に係るガスセンサ素子１０１Ｃの構成の一例を概略的に示す断面模式図である。ガスセンサ素子１０１Ｃは、ガスセンサ素子１０１と同様に、例えば、長手方向（軸方向）に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図５に例示するガスセンサ素子１０１Ｃは、長手方向それぞれの端部として先端部および後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図５の左側の端部（つまり、前側の端部）とし、後端部を図５の右側の端部（つまり、後側の端部）とする。しかしながら、ガスセンサ素子１０１Ｃの形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図５の紙面奥側をガスセンサ素子１０１Ｃの右側とし、紙面手前側をガスセンサ素子１０１Ｃの左側とする。また、図５の紙面上側をガスセンサ素子１０１Ｃの上側とし、紙面下側をガスセンサ素子１０１Ｃの下側とする。
【0138】
図５に例示するように、ガスセンサ素子１０１Ｃは、素子基体１００と、導入口保護層２００Ｃと、周囲保護層３００Ｃと、を備える。ガスセンサ素子１０１Ｃは、導入口保護層２００Ｃおよび周囲保護層３００Ｃよりも外側に配置され、少なくとも周囲保護層３００Ｃに接する外側保護層４００Ｃをさらに備えてもよい。図５に例示するガスセンサ素子１０１Ｃは、素子基体１００と、導入口保護層２００Ｃと、周囲保護層３００Ｃと、外側保護層４００Ｃとを備える。外側保護層４００Ｃは、図５に例示するように、導入口保護層２００Ｃに接していてもよい。ガスセンサ素子１０１Ｃが備える素子基体１００は、ガスセンサ素子１０１が備える素子基体１００と同様であるため、詳細は略記する。
【0139】
導入口保護層２００Ｃは、素子基体１００のガス導入口１０が開口している面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う。図５に示す例では、導入口保護層２００Ｃは、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の先端面の全体に接して、ガス導入口１０を覆っている。導入口保護層２００Ｃは、多孔質体からなる。ガスセンサ素子１０１Ｃにおいて、導入口保護層２００Ｃの厚みＴｈ１は、導入口保護層２００、２００Ａ、２００Ｂと同様に、１００μｍ以上である。
【0140】
導入口保護層２００Ｃの気孔率は、導入口保護層２００、２００Ａ、２００Ｂと同様に、４５％以下であってもよい。導入口保護層２００Ｃの気孔率は、導入口保護層２００、２００Ａ、２００Ｂと同様に、１０％以上であってもよい。導入口保護層２００Ｃの厚みＴｈ１は、導入口保護層２００、２００Ａ、２００Ｂと同様に、９００μｍ以下であってもよい。
【0141】
導入口保護層２００Ｃにおいて、「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面（例えば、素子基体１００の先端面）」に接する面のサイズと、係る面に対向する面のサイズとは異なる。例えば、「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の先端面」に接する、導入口保護層２００Ｃの後端側の面（後端面）のサイズと、導入口保護層２００Ｃの先端側の面（先端面）のサイズとは、異なる。導入口保護層２００Ｃの後端面は、導入口保護層２００Ｃの先端面よりも小さくてもよい。図４に示す例において、素子基体１００の長手方向の軸（軸線、図の左右方向に沿う線）に平行でかつ軸に接する断面において、導入口保護層２００Ｃの後端面の上下方向（素子基体１００の厚み方向、積層方向）の長さは、先端面の上下方向の長さよりも短い。
【0142】
図５には、「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面」に接する面のサイズと、係る面に対向する面のサイズとが異なる導入口保護層２００Ｃとして、先端面が後端面よりも大きな導入口保護層２００Ｃの例を示した。しかしながら、導入口保護層２００Ｃにおいて、先端面は後端面よりも小さくてもよい。例えば、素子基体１００の長手方向の軸に平行でかつ軸に接する断面において、導入口保護層２００Ｃの後端面の上下方向の長さは、先端面の上下方向の長さよりも、長くてもよい。
【0143】
図５に例示するように、導入口保護層２００Ｃは、被測定ガス流通部７に設けられた拡散律速部１１、１３、１６、１８から独立して、ガス導入口１０を覆っている。そのため、ガスセンサ素子１０１Ｃは、被測定ガス流通部７に配置される１つ以上の拡散律速部（例えば、拡散律速部１１、１３、１６、１８）と両立可能な導入口保護層２００Ｃによって、測定空間における脈動の、被測定ガス流通部７における被測定ガスの圧力への影響を抑制することができる。すなわち、ガスセンサ素子１０１Ｃは、被測定ガス流通部７での工夫と両立可能な導入口保護層２００Ｃによって、上述の脈動の影響を抑制することができる。
【0144】
周囲保護層３００Ｃは、導入口保護層２００Ｃと、素子基体１００の、少なくともガス導入口１０が開口している面以外の面と、に接して、素子基体１００の、ガス導入口１０が開口している側の所定範囲を覆う。図５に示す例では、周囲保護層３００Ｃは、導入口保護層２００Ｃと、素子基体１００の上面および下面とに接している。図には示されていないが、周囲保護層３００Ｃは、さらに、素子基体１００の先端側の側面（左面および右面）に接していてもよい。図５に例示する周囲保護層３００Ｃは、導入口保護層２００と、少なくとも、素子基体１００の上面および下面とに接して、素子基体１００の先端側の所定範囲を覆っている。周囲保護層３００Ｃは、多孔質体からなる。導入口保護層２００Ｃの気孔率よりも、周囲保護層３００Ｃの気孔率の方が高い。
【0145】
周囲保護層３００Ｃの厚みＴｈ２は、周囲保護層３００、３００Ａ、３００Ｂと同様に、「素子基体１００のガス導入口１０が開口している面（例えば、先端面）に接して、少なくともガス導入口１０を覆う」導入口保護層の厚み以上であってもよい。周囲保護層３００Ｃの厚みＴｈ２は、導入口保護層２００Ｃの厚みＴｈ１以上であってもよい。図５に例示するガスセンサ素子１０１Ｃにおいて、導入口保護層２００Ｃの厚みＴｈ１と、周囲保護層３００Ｃの厚みＴｈ２とは等しい。
【0146】
周囲保護層３００Ｃの気孔率は、周囲保護層３００、３００Ａ、３００Ｂと同様に、３５％以上であってもよい。周囲保護層３００Ｃの気孔率は、周囲保護層３００、３００Ａ、３００Ｂと同様に、７０％以下であってもよい。周囲保護層３００Ｃの厚みＴｈ２は、周囲保護層３００、３００Ａ、３００Ｂと同様に、２００μｍ以上であってもよい。周囲保護層３００Ｃの厚みＴｈ２は、周囲保護層３００、３００Ａ、３００Ｂと同様に、９００μｍ以下であってもよい。
【0147】
外側保護層４００Ｃは、外側保護層４００、４００Ａ、４００Ｂと同様に、例えば、多孔質体からなる。導入口保護層２００Ｃの気孔率は、外側保護層４００Ｃの気孔率以上とするのが望ましく、つまり、外側保護層４００Ｃの気孔率は、導入口保護層２００Ｃの気孔率以下とするのが望ましい。外側保護層４００Ｃの気孔率は、外側保護層４００、４００Ａ、４００Ｂと同様に、１０％以上であってもよい。特に、外側保護層４００Ｃの気孔率は、外側保護層４００、４００Ａ、４００Ｂと同様に、１０％以上、４５％以下とするのが望ましい。また、外側保護層４００Ｃの厚みＴｈ３は、１００μｍ以上、４００μｍ以下とするのが望ましい。
【0148】
＜導入口保護層の後端面の大きさと素子基体の先端面の大きさとに係る考察＞
これまで、ガス導入口１０を覆う導入口保護層について、「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面」に接する面のサイズが、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面のサイズ以下である例を説明した。例えば、図１、３、４、５において、ガス導入口１０を覆う導入口保護層２００、２００Ａ～２００Ｃの後端側の面（各図において紙面右側の面）のサイズは、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面（例えば、先端面）のサイズ以下である。しかしながら、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う導入口保護層において、素子基体１００に接する面は、係る「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面」よりも大きくてもよい。以下、図６を用いて、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接して、少なくともガス導入口１０を覆い、素子基体１００に接する面が、「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面」よりも大きな導入口保護層２００Ｄの例を説明する。
これまで、ガス導入口１０を覆う導入口保護層について、「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面」に接する面のサイズが、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面のサイズ以下である例を説明した。例えば、図１、３、４、５において、ガス導入口１０を覆う導入口保護層２００、２００Ａ～２００Ｃの後端側の面（各図において紙面右側の面）のサイズは、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面（例えば、先端面）のサイズ以下である。しかしながら、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う導入口保護層において、素子基体１００に接する面は、係る「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面」よりも大きくてもよい。以下、図６を用いて、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面に接して、少なくともガス導入口１０を覆い、素子基体１００に接する面が、「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面」よりも大きな導入口保護層２００Ｄの例を説明する。
【0149】
図６は、変形例４に係るガスセンサ素子１０１Ｄの構成の一例を概略的に示す断面模式図である。ガスセンサ素子１０１Ｄは、ガスセンサ素子１０１と同様に、例えば、長手方向（軸方向）に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図６に例示するガスセンサ素子１０１Ｄは、長手方向それぞれの端部として先端部および後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図６の左側の端部（つまり、前側の端部）とし、後端部を図６の右側の端部（つまり、後側の端部）とする。しかしながら、ガスセンサ素子１０１Ｄの形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図６の紙面奥側をガスセンサ素子１０１Ｄの右側とし、紙面手前側をガスセンサ素子１０１Ｄの左側とする。また、図６の紙面上側をガスセンサ素子１０１Ｄの上側とし、紙面下側をガスセンサ素子１０１Ｄの下側とする。
【0150】
図６に例示するように、ガスセンサ素子１０１Ｄは、素子基体１００と、導入口保護層２００Ｄと、周囲保護層３００Ｄと、を備える。ガスセンサ素子１０１Ｄは、導入口保護層２００Ｄおよび周囲保護層３００Ｄよりも外側に配置され、少なくとも周囲保護層３００Ｄに接する外側保護層４００Ｄをさらに備えてもよい。図６に例示するガスセンサ素子１０１Ｄは、素子基体１００と、導入口保護層２００Ｄと、周囲保護層３００Ｄと、外側保護層４００Ｄとを備える。外側保護層４００Ｄは、図６に例示するように、導入口保護層２００Ｄに接していてもよい。ガスセンサ素子１０１Ｄが備える素子基体１００は、ガスセンサ素子１０１が備える素子基体１００と同様であるため、詳細は略記する。
【0151】
導入口保護層２００Ｄは、素子基体１００のガス導入口１０が開口している面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う。図６に示す例では、導入口保護層２００Ｄは、ガス導入口１０が開口している素子基体１００の先端面の全体に接して、ガス導入口１０を覆っている。導入口保護層２００Ｄは、多孔質体からなる。
【0152】
導入口保護層２００Ｄの、「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面（例えば、素子基体１００の先端面）」に接する面のサイズは、係る「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の面」のサイズよりも大きい。例えば、「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の先端面」に接する、導入口保護層２００Ｃの後端側の面（後端面）のサイズは、「ガス導入口１０が開口している素子基体１００の先端面」のサイズよりも大きい。図４に示す例において、素子基体１００の長手方向の軸（軸線、図の左右方向に沿う線）に平行でかつ軸に接する断面において、導入口保護層２００Ｃの後端面の上下方向の長さは、素子基体１００の先端面の上下方向の長さよりも長い。
【0153】
ガスセンサ素子１０１Ｄにおいて、導入口保護層２００Ｄの厚みＴｈ１は、導入口保護層２００、２００Ａ～２００Ｃと同様に、１００μｍ以上である。導入口保護層２００Ｄの気孔率は、導入口保護層２００、２００Ａ～２００Ｃと同様に、４５％以下であってもよい。導入口保護層２００Ｄの気孔率は、導入口保護層２００、２００Ａ～２００Ｃと同様に、１０％以上であってもよい。導入口保護層２００Ｄの厚みＴｈ１は、導入口保護層２００、２００Ａ～２００Ｃと同様に、９００μｍ以下であってもよい。
【0154】
図６に例示するように、導入口保護層２００Ｄは、被測定ガス流通部７に設けられた拡散律速部１１、１３、１６、１８から独立して、ガス導入口１０を覆っている。そのため、ガスセンサ素子１０１Ｄは、被測定ガス流通部７に配置される１つ以上の拡散律速部（例えば、拡散律速部１１、１３、１６、１８）と両立可能な導入口保護層２００Ｄによって、測定空間における脈動の、被測定ガス流通部７における被測定ガスの圧力への影響を抑制することができる。すなわち、ガスセンサ素子１０１Ｄは、被測定ガス流通部７での工夫と両立可能な導入口保護層２００Ｄによって、上述の脈動の影響を抑制することができる。
【0155】
周囲保護層３００Ｄは、導入口保護層２００Ｄと、素子基体１００の、少なくともガス導入口１０が開口している面以外の面と、に接して、素子基体１００の、ガス導入口１０が開口している側の所定範囲を覆う。図６に示す例では、周囲保護層３００Ｄは、導入口保護層２００Ｄと、素子基体１００の上面および下面とに接している。図には示されていないが、周囲保護層３００Ｄは、さらに、素子基体１００の先端側の側面（左面および右面）に接していてもよい。図６に例示する周囲保護層３００Ｄは、導入口保護層２００と、少なくとも、素子基体１００の上面および下面とに接して、素子基体１００の先端側の所定範囲を覆っている。周囲保護層３００Ｄは、多孔質体からなる。導入口保護層２００Ｄの気孔率よりも、周囲保護層３００Ｄの気孔率の方が高い。
【0156】
周囲保護層３００Ｄの厚みＴｈ２は、周囲保護層３００、３００Ａ～３００Ｃと同様に、「素子基体１００のガス導入口１０が開口している面（例えば、先端面）に接して、少なくともガス導入口１０を覆う」導入口保護層の厚み以上であってもよい。周囲保護層３００Ｄの厚みＴｈ２は、導入口保護層２００Ｄの厚みＴｈ１以上であってもよい。図６に例示するガスセンサ素子１０１Ｄにおいて、導入口保護層２００Ｄの厚みＴｈ１と、周囲保護層３００Ｄの厚みＴｈ２とは等しい。
【0157】
周囲保護層３００Ｄの気孔率は、周囲保護層３００、３００Ａ～３００Ｃと同様に、３５％以上であってもよい。周囲保護層３００Ｄの気孔率は、周囲保護層３００、３００Ａ～３００Ｃと同様に、７０％以下であってもよい。周囲保護層３００Ｄの厚みＴｈ２は、周囲保護層３００、３００Ａ～３００Ｃと同様に、２００μｍ以上であってもよい。周囲保護層３００Ｄの厚みＴｈ２は、周囲保護層３００、３００Ａ～３００Ｃと同様に、９００μｍ以下であってもよい。
【0158】
外側保護層４００Ｄは、外側保護層４００、４００Ａ～４００Ｃと同様に、例えば、多孔質体からなる。導入口保護層２００Ｄの気孔率は、外側保護層４００Ｄの気孔率以上とするのが望ましく、つまり、外側保護層４００Ｄの気孔率は、導入口保護層２００Ｄの気孔率以下とするのが望ましい。外側保護層４００Ｄの気孔率は、外側保護層４００、４００Ａ～４００Ｃと同様に、１０％以上であってもよい。特に、外側保護層４００Ｄの気孔率は、外側保護層４００、４００Ａ～４００Ｃと同様に、１０％以上、４５％以下とするのが望ましい。また、外側保護層４００Ｄの厚みＴｈ３は、１００μｍ以上、４００μｍ以下とするのが望ましい。
【0159】
［特徴］
以上のとおり、本発明の一態様に係るガスセンサ素子（ガスセンサ素子１０１、１０１Ａ～１０１Ｄ）は、表面に開口したガス導入口１０から被測定ガスが被測定ガス流通部７（内部空間）へと導入される素子基体１００を備える。本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、素子基体１００のガス導入口１０が開口している面（例えば、素子基体１００の先端面）に接して、少なくともガス導入口１０を覆う導入口保護層（導入口保護層２００、２００Ａ～２００Ｄ）を備える。本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、上述の導入口保護層と、少なくとも、素子基体１００の「ガス導入口１０が開口している面」以外の面（例えば、素子基体１００の上面、下面等）と、に接して、素子基体１００の、ガス導入口１０が開口している側の所定範囲を覆う周囲保護層（周囲保護層３００、３００Ａ～３００Ｄ）を備える。係る周囲保護層は、素子基体１００の、ガス導入口１０が開口している面に接してもよいし、ガス導入口１０が開口している面に接していなくてもよい。
以上のとおり、本発明の一態様に係るガスセンサ素子（ガスセンサ素子１０１、１０１Ａ～１０１Ｄ）は、表面に開口したガス導入口１０から被測定ガスが被測定ガス流通部７（内部空間）へと導入される素子基体１００を備える。本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、素子基体１００のガス導入口１０が開口している面（例えば、素子基体１００の先端面）に接して、少なくともガス導入口１０を覆う導入口保護層（導入口保護層２００、２００Ａ～２００Ｄ）を備える。本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、上述の導入口保護層と、少なくとも、素子基体１００の「ガス導入口１０が開口している面」以外の面（例えば、素子基体１００の上面、下面等）と、に接して、素子基体１００の、ガス導入口１０が開口している側の所定範囲を覆う周囲保護層（周囲保護層３００、３００Ａ～３００Ｄ）を備える。係る周囲保護層は、素子基体１００の、ガス導入口１０が開口している面に接してもよいし、ガス導入口１０が開口している面に接していなくてもよい。
【0160】
本発明の一態様に係るガスセンサ素子において、上述の導入口保護層および周囲保護層は、それぞれ、多孔質体からなり、導入口保護層の気孔率よりも、周囲保護層の気孔率の方が高く、導入口保護層の厚みは、１００μｍ以上である。
【0161】
本件発明者らは、被測定ガス流通部７における工夫（具体的には、被測定ガス流通部７に設けられる拡散律速部）と両立可能な方法によって、測定空間における脈動の、被測定ガス流通部７における被測定ガスの圧力への影響を抑制する方法を検討した。その結果、本件発明者らは、少なくともガス導入口１０を覆う保護層を、素子基体１００の表面に設けることによっても、脈動の、被測定ガス流通部７における被測定ガスの圧力への影響を抑制できることを確認した。そして、本件発明者らは、素子基体１００のガス導入口１０が開口している面に接して、少なくともガス導入口１０を覆う導入口保護層によって、脈動の影響を抑制できることを確認した。したがって、本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、係る導入口保護層によって、脈動の影響を抑制することができ、特に、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な上述の導入口保護層によって、脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0162】
また、ガスセンサ（特に、素子基体１００）が水に濡れてしまうと、被水割れ、起動時間の増大などの様々な問題が生じることが知られている。そこで、本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、例えば、素子基体１００の、被水の可能性がある表面を、上述の導入口保護層と周囲保護層とによって覆うことで、素子基体１００の被水を抑制し、つまり、耐被水性を高めている。したがって、本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、導入口保護層と、ガス導入口１０が開口している側の所定範囲（例えば、被水の可能性がある範囲）を覆う周囲保護層とによって、良好な耐被水性を実現するとの効果を奏する。
【0163】
本件発明者らは、さらに検討を重ね、上述の導入口保護層の気孔率を周囲保護層の気孔率以上とすると、以下の問題が生じることを見出した。すなわち、導入口保護層の気孔率を周囲保護層の気孔率以上とすると、導入口保護層によって脈動の影響を十分に抑制することができなくなるとの問題が生じることを、本件発明者らは確認した。そこで、本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、導入口保護層の気孔率を周囲保護層の気孔率よりも低くすることで、導入口保護層によって、脈動の影響を確実に抑制する。したがって、本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、周囲保護層よりも気孔率の低い導入口保護層によって脈動の影響を確実に抑制でき、特に、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層によって、脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0164】
また、本件発明者らは、上述の導入口保護層の厚みを１００μｍ未満とすると、導入口保護層による、脈動の影響の抑制効果が、十分に発揮されないことを確認した。そこで、本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、導入口保護層の厚みを１００μｍ以上とすることで、導入口保護層によって、脈動の影響を確実に抑制する。したがって、本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、厚みが１００μｍ以上である上述の導入口保護層によって脈動の影響を確実に抑制でき、特に、被測定ガス流通部７における工夫と両立可能な導入口保護層によって、脈動の影響を抑制することができるとの効果を奏する。
【0165】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、前述までの実施形態の説明は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。上記実施形態には、種々の改良および変形が行われてよい。上記実施形態の各構成要素に関して、適宜、構成要素の省略、置換および追加が行われてもよい。また、上記実施形態の各構成要素の形状および寸法は、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、前述までの実施形態の説明は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。上記実施形態には、種々の改良および変形が行われてよい。上記実施形態の各構成要素に関して、適宜、構成要素の省略、置換および追加が行われてもよい。また、上記実施形態の各構成要素の形状および寸法は、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
【0166】
（素子基体の構成について）
これまで、本発明の一態様に係るガスセンサ素子が、図２に例示する素子基体１００を備える例を説明してきた。しかしながら、本発明の一態様に係るガスセンサ素子にとって、図２に例示する素子基体１００を備えることは必須ではない。本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、「表面に開口したガス導入口から被測定ガスが内部空間へと導入される素子基体」を備えていればよく、係る素子基体は、図２に例示する構成を備えていなくてもよい。
これまで、本発明の一態様に係るガスセンサ素子が、図２に例示する素子基体１００を備える例を説明してきた。しかしながら、本発明の一態様に係るガスセンサ素子にとって、図２に例示する素子基体１００を備えることは必須ではない。本発明の一態様に係るガスセンサ素子は、「表面に開口したガス導入口から被測定ガスが内部空間へと導入される素子基体」を備えていればよく、係る素子基体は、図２に例示する構成を備えていなくてもよい。
【0167】
［実施例］
本発明の効果を検証するため、以下の基準素子１、および、実施例１～２３に係るガスセンサ素子を作製した。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
本発明の効果を検証するため、以下の基準素子１、および、実施例１～２３に係るガスセンサ素子を作製した。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【0168】
【表1】
【0169】
【表2】
【0170】
表１および表２は、基準素子１、および、実施例１～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子を備えるガスセンサに対する試験（動圧測定試験）の結果等を示す。具体的には、表１は、基準素子１、および、外側保護層４００を備えない実施例１～１３のそれぞれに係るガスセンサ素子を備えるガスセンサの動圧依存性および耐被水性等を示す。表２は、基準素子１、および、外側保護層４００を備える実施例１４～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子を備えるガスセンサの動圧依存性および耐被水性を示す。
【0171】
表１および表２において、基準素子１は共通である。基準素子１は、「素子基体のガス導入口が開口している面に接して、少なくとも係るガス導入口を覆う」導入口保護層を備えないガスセンサ素子であり、例えば、従来のガスセンサ素子である。基準素子１は、「素子基体の、少なくともガス導入口が開口している面以外の面に接して、係る素子基体の、ガス導入口が開口している側の所定範囲を覆う」周囲保護層を備える。基準素子１は、「周囲保護層よりも外側に配置され、少なくとも周囲保護層に接する」外側保護層を備えない。基準素子１において、周囲保護層の気孔率［％］は６０であり、周囲保護層の厚み［μｍ］は５００である。以下の説明において、気孔率および厚みの単位は記載を省略する。
【0172】
実施例１～２３は、それぞれ、「素子基体のガス導入口が開口している面に接して、少なくとも係るガス導入口を覆う」導入口保護層を備えるガスセンサ素子である。また、実施例１～２３は、それぞれ、基準素子１と同様に、周囲保護層を備える。ただし、表１の実施例１～１３は何れも、「導入口保護層および周囲保護層よりも外側に配置され、少なくとも周囲保護層に接する」外側保護層を備えないのに対して、表２の実施例１４～２３は、それぞれ、係る外側保護層を備える。
【0173】
実施例１～８、１０、１１、１３～２１、２３は、何れも、周囲保護層の気孔率が「３５以上、７０以下」の範囲にあり、特に、実施例８、２１は、何れも、周囲保護層の気孔率が７０である。これに対して、実施例９、２２は、何れも、周囲保護層の気孔率が２５であり、周囲保護層の気孔率が３５よりも小さい（低い）。また、実施例１２は、周囲保護層の気孔率が８０であり、周囲保護層の気孔率が７０よりも大きい（高い）。
【0174】
実施例１～１２、１４～２３は、何れも、周囲保護層の厚みが「２００以上、９００以下」の範囲にあり、特に、実施例７、８、１２、２０、２１は、何れも、周囲保護層の厚みが２００である。また、実施例１０、２３は、何れも、周囲保護層の厚みが９００である。これに対して、実施例１３は、周囲保護層の厚みが１００であり、周囲保護層の厚みが２００未満である。
【0175】
実施例１～５、７～１８、２０～２３は、何れも、導入口保護層の気孔率が、周囲保護層の気孔率よりも低く（小さく）、つまり、導入口保護層の気孔率よりも周囲保護層の気孔率の方が高い（大きい）。これに対して、実施例６、１９は、何れも、導入口保護層の気孔率が、周囲保護層の気孔率よりも高く（大きく）、導入口保護層の気孔率は、周囲保護層の気孔率以上である。
【0176】
実施例１～５、７～１８、２０～２３は、何れも、導入口保護層の気孔率が「１０以上、４５以下」の範囲にあり、特に、実施例４、５、８、１２、１７、１８、２１は、何れも、導入口保護層の気孔率が４５である。これに対して、実施例６、１９は、何れも、導入口保護層の気孔率が７０であり、導入口保護層の気孔率が４５よりも大きい（高い）。
【0177】
実施例２～１３、１５～２３は、何れも、導入口保護層の厚みが「１００以上、９００以下」の範囲にあり、特に、実施例２、７、８、１２、１３、１５、２０、２１は、何れも、導入口保護層の厚みが１００である。また、実施例１０、２３は、何れも、導入口保護層の厚みが９００である。これに対して、実施例１、１４は、何れも、導入口保護層の厚みが５０であり、導入口保護層の厚みが１００よりも小さい（薄い）。
【0178】
実施例１～１０、１２～２３は、何れも、導入口保護層の厚みが、周囲保護層の厚み以下であり、つまり、周囲保護層の厚みは、導入口保護層の厚み以上である。これに対して、実施例１１において、周囲保護層の厚みは、導入口保護層の厚みよりも、小さい（薄い）。
【0179】
表２に示す実施例１４～２３は、何れも、外層保護層の気孔率が「１０以上、４５以下」の範囲にあり、特に、実施例２０の外層保護層の気孔率は１０であり、また、実施例２１の外層保護層の気孔率は４５である。
【0180】
実施例１４～２３は、何れも、外層保護層の厚みが「１００以上、４００以下」の範囲にあり、特に、実施例２０、２１は、何れも、外層保護層の厚みが１００であり、また、実施例２３の外層保護層の厚みは４００である。
【0181】
本件発明者らは、上述の基準素子１、および、実施例１～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子について、測定空間における脈動の、内部空間における被測定ガスの圧力への影響（動圧依存性）を比較するために、以下の試験を行なった。すなわち、基準素子１、および、実施例１～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子を含むガスセンサに対して、動圧測定試験を行なって、動圧依存性（脈動の影響を抑制する効果）を評価した。動圧測定試験においては、自動車のエンジンの排気管に圧力計および各ガスセンサを取り付け、動圧測定を行なった。エンジンとしては、Ｖ型８気筒の４．６Ｌガソリンエンジンを使用し、動圧測定試験においては、８気筒のうち４気筒を動作させた。エンジンを動作させることによって動圧（脈動）が生じ、動圧測定においては、各ガスセンサ（各ガスセンサ素子）のポンプ電流（以下、「Ｉｐ０」と称する）の変化率（％）を測定した。Ｉｐ０は、ガスセンサ素子の内部空間における被測定ガスの圧力（係る圧力の変化）に応じて変化する。動圧測定試験においては、ΔＩｐ０／（Ｉｐ０平均値）をＩｐ０の変化率（％）とした。Ｉｐ０のピークピーク値（Peak-to-peak value）をΔＩｐ０とした。Ｉｐ０を示す信号の取得間隔は、１ｍｓｅｃとした。エンジン条件（回転数、スロットル開度、λ）を調整することによって、複数種類の動圧を生じさせ、各動圧におけるＩｐ０の変化率を測定した。Ｉｐ０の変化率が小さい程、動圧依存性が抑制されているといえ、つまり、測定空間（排気管内）における脈動の、ガスセンサ素子の内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制できているといえる。
【0182】
併せて、本件発明者らは、各ガスセンサ（各ガスセンサ素子）について、その耐被水性を評価した。今回の耐被水性の評価においては、先ず、各実施例に係る複数本（例、５本）のガスセンサ（ガスセンサ素子）について、所定の時間間隔で水滴を滴下し、被水割れ等の被水による影響が確認された時点までの合計滴下水量（限界被水量）の平均値を算出した。各実施例に係る限界被水量（限界被水量の平均値）から、各ガスセンサ（各ガスセンサ素子）の耐被水性を評価した。限界被水量の値が大きいほど、耐被水性が優れていることになる。
【0183】
表１およ表２において、「動圧依存性」が「◎（極めて良好）」とは、実施例１～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子（ガスセンサ）の動圧依存性が、基準素子１の動圧依存性に比べて、５０％以上向上したことを示している。動圧依存性は、「測定空間における脈動の、内部空間における被測定ガスの圧力への影響を抑制する効果」と捉えることができる。「動圧依存性」が「〇（良好）」とは、実施例１～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子の動圧依存性が、基準素子１の動圧依存性に比べて、３０％以上、５０％未満の範囲で向上したことを示している。「動圧依存性」が「△（若干向上）」とは、実施例１～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子の動圧依存性が、基準素子１の動圧依存性に比べて、１０％以上、３０％未満の範囲で向上したことを示している。「動圧依存性」が「×（不良）」とは、実施例１～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子の動圧依存性が、基準素子１の動圧依存性と比較して、１０％未満の範囲で向上した、同等である、または、悪化した、ことを示している。
【0184】
表１およ表２において、「耐被水性」が「◎（極めて良好）」とは、実施例１～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子（ガスセンサ）について、基準素子１の耐被水性よりも高い耐被水性を確認したことを示している。「耐被水性」が「〇（良好）」とは、実施例１～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子（ガスセンサ）について、基準素子１と同等の耐被水性を確認したことを示している。「耐被水性」が「×（不良）」とは、基準素子１の耐被水性に比べて、実施例１～２３のそれぞれに係るガスセンサ素子の耐被水性が、悪化（低下）していたことを示している。
【0185】
（周囲保護層の気孔率を導入口保護層よりも高くすることで実現される効果）
表１において、導入口保護層の気孔率が、周囲保護層の気孔率よりも低い実施例２～５、７～１３は、何れも、「動圧依存性」が「〇」または「△」である。これに対して、導入口保護層の気孔率が、周囲保護層の気孔率よりも高い実施例６の「動圧依存性」は「×」である。
表１において、導入口保護層の気孔率が、周囲保護層の気孔率よりも低い実施例２～５、７～１３は、何れも、「動圧依存性」が「〇」または「△」である。これに対して、導入口保護層の気孔率が、周囲保護層の気孔率よりも高い実施例６の「動圧依存性」は「×」である。
【0186】
同様に、表２において、導入口保護層の気孔率が、周囲保護層の気孔率よりも低い実施例１５～１８、２０～２３は、何れも、「動圧依存性」が「〇」または「△」である。これに対して、導入口保護層の気孔率が、周囲保護層の気孔率よりも高い実施例１９の「動圧依存性」は「×」である。
【0187】
そのため、導入口保護層の気孔率を周囲保護層の気孔率よりも低くすることで、特に、導入口保護層の気孔率よりも周囲保護層の気孔率を高くすることで、動圧依存性を改善することができ、つまり、脈動の影響を抑制できることを確認した。したがって、ガスセンサ素子は、周囲保護層よりも気孔率の低い導入口保護層によって、脈動の影響を確実に抑制することができる。特に、ガスセンサ素子は、被測定ガス流通部での工夫（具体的には、拡散律速部）と両立可能な、「周囲保護層よりも気孔率の低い導入口保護層」によって、脈動の影響を極めて良好に抑制することができる。
【0188】
（導入口保護層の厚みを１００以上とすることで実現される効果）
表１において、導入口保護層の厚みが「１００以上」の範囲にある実施例２～５、７～１３は、何れも、「動圧依存性」が「〇」または「△」である。これに対して、導入口保護層の厚みが１００よりも小さく５０である実施例１の「動圧依存性」は「×」である。
表１において、導入口保護層の厚みが「１００以上」の範囲にある実施例２～５、７～１３は、何れも、「動圧依存性」が「〇」または「△」である。これに対して、導入口保護層の厚みが１００よりも小さく５０である実施例１の「動圧依存性」は「×」である。
【0189】
同様に、表２において、導入口保護層の厚みが「１００以上」の範囲にある実施例１５～１８、２０～２３は、何れも、「動圧依存性」が「〇」または「△」である。これに対して、導入口保護層の厚みが１００よりも小さく５０である実施例１４の「動圧依存性」は「×」である。
【0190】
そのため、導入口保護層の厚みを「１００以上」の範囲とすることで、ガスセンサ素子の動圧依存性を改善でき、つまり、脈動の影響を抑制する効果が向上することが確認された。したがって、ガスセンサ素子は、厚みが１００以上である導入口保護層によって、脈動の影響を確実に抑制することができる。特に、ガスセンサ素子は、被測定ガス流通部での工夫（具体的には、拡散律速部）と両立可能な、「厚みが１００以上である導入口保護層」によって、脈動の影響を極めて良好に抑制することができる。
【0191】
（周囲保護層の厚みを導入口保護層の厚み以上とすることで実現される効果）
表１において、周囲保護層の厚みが導入口保護層の厚み以上である実施例１～８、１０は、何れも、「耐被水性」が「〇」である。これに対して、周囲保護層の厚みが導入口保護層の厚みよりも薄い実施例１１は、「耐被水性」が「×」である。
表１において、周囲保護層の厚みが導入口保護層の厚み以上である実施例１～８、１０は、何れも、「耐被水性」が「〇」である。これに対して、周囲保護層の厚みが導入口保護層の厚みよりも薄い実施例１１は、「耐被水性」が「×」である。
【0192】
そのため、周囲保護層の厚みを導入口保護層の厚み以上とすることで、ガスセンサ素子の耐被水性を向上できることが確認された。周囲保護層の厚みを導入口保護層の厚みよりも小さく（薄く）すると、導入口保護層の少なくとも一部が、周囲保護層の外側に露出することになり、周囲保護層および導入口保護層の少なくとも一方が破損しやすくなり、ガスセンサ素子の耐被水性が悪化する。そこで、ガスセンサ素子は、周囲保護層の厚みを導入口保護層の厚み以上とすることで、ガスセンサ素子の耐被水性を維持、向上させる。したがって、ガスセンサ素子は、導入口保護層の厚み以上の厚みを有する周囲保護層によって、良好な耐被水性を実現する。
【0193】
（外側保護層を備えることで実現される効果）
実施例１～６、８、１０のそれぞれと、実施例１４～１９、２１、２３のそれぞれとは、「導入口保護層および周囲保護層よりも外側に配置され、少なくとも周囲保護層に接する」外側保護層を備えるか否かを除いて、周囲保護層の気孔率および厚み、導入口保護層の気孔率および厚みは、同様である。そして、実施例１～６、８、１０のそれぞれの「耐被水性」が「〇」であるのに対して、実施例１４～１９、２１、２３のそれぞれの「耐被水性」は「◎」である。つまり、上述の外側保護層により、ガスセンサ素子の耐被水性が向上した。
実施例１～６、８、１０のそれぞれと、実施例１４～１９、２１、２３のそれぞれとは、「導入口保護層および周囲保護層よりも外側に配置され、少なくとも周囲保護層に接する」外側保護層を備えるか否かを除いて、周囲保護層の気孔率および厚み、導入口保護層の気孔率および厚みは、同様である。そして、実施例１～６、８、１０のそれぞれの「耐被水性」が「〇」であるのに対して、実施例１４～１９、２１、２３のそれぞれの「耐被水性」は「◎」である。つまり、上述の外側保護層により、ガスセンサ素子の耐被水性が向上した。
【0194】
そのため、「導入口保護層および周囲保護層よりも外側に配置され、少なくとも周囲保護層に接する」外側保護層により、ガスセンサ素子の耐被水性を向上できることを確認した。したがって、ガスセンサ素子は、導入口保護層および周囲保護層よりも外側に配置される、上述の外側保護層によって、係る外側保護層を備えない場合よりもさらに、耐被水性を向上させることができる。
【0195】
特に、上述の外側保護層は、気孔率が「１０以上、４５以下」の範囲にあり、厚みが「１００以上、４００以下」の範囲にある。そのため、気孔率が「１０以上、４５以下」の範囲にあり、厚みが「１００以上、４００以下」の範囲にある外側保護層によって、ガスセンサ素子は、係る外側保護層を備えない場合よりもさらに、耐被水性を向上させることができる。
【0196】
（導入口保護層の気孔率を４５％以下とすることで実現される効果）
表１において、導入口保護層の気孔率が４５である実施例４、５、８、１２の「動圧依存性」は「△」であるのに対して、「４５未満」の範囲にある実施例２、３、７、９、１０、１１、１３は、何れも、「動圧依存性」が「〇」である。同様に、表２において、導入口保護層の気孔率が４５である実施例１７、１８、２１の「動圧依存性」は「△」であるのに対して、「４５未満」の範囲にある実施例１５、１６、２０、２２、２３は、何れも、「動圧依存性」が「〇」である。そして、導入口保護層の気孔率が４５よりも大きく７０である実施例６、１９は、何れも、「動圧依存性」が「×」である。
表１において、導入口保護層の気孔率が４５である実施例４、５、８、１２の「動圧依存性」は「△」であるのに対して、「４５未満」の範囲にある実施例２、３、７、９、１０、１１、１３は、何れも、「動圧依存性」が「〇」である。同様に、表２において、導入口保護層の気孔率が４５である実施例１７、１８、２１の「動圧依存性」は「△」であるのに対して、「４５未満」の範囲にある実施例１５、１６、２０、２２、２３は、何れも、「動圧依存性」が「〇」である。そして、導入口保護層の気孔率が４５よりも大きく７０である実施例６、１９は、何れも、「動圧依存性」が「×」である。
【0197】
そのため、（１）導入口保護層の気孔率の上限は４５であること、および、（２）導入口保護層の気孔率を「４５以下」の範囲とすることで、ガスセンサ素子の動圧依存性を改善でき、つまり、脈動の影響を抑制する効果が向上することが確認された。したがって、ガスセンサ素子は、気孔率が４５以下である導入口保護層によって、脈動の影響を確実に抑制することができる。特に、ガスセンサ素子は、被測定ガス流通部での工夫（具体的には、拡散律速部）と両立可能な、「気孔率が４５以下である導入口保護層」によって、脈動の影響を極めて良好に抑制することができる。
【0198】
なお、導入口保護層の気孔率を１０未満とすると、導入口保護層により被測定ガスの内部空間（被測定ガス流通部）への導入が制約され、つまり、内部空間へと導入される被測定ガスのガス流量が小さくなって、ガスセンサ素子の応答性、測定精度等が悪化する。そこで、ガスセンサ素子は、導入口保護層の気孔率を１０以上とすることで、応答性、測定精度等の悪化を回避する。
【0199】
（周囲保護層の気孔率を３５％以上とすることで実現される効果）
表１において、周囲保護層の気孔率が「３５以上」の範囲にある実施例１～８、１０は、何れも、「耐被水性」が「〇」であるのに対して、周囲保護層の気孔率が３５よりも小さい２５である実施例９の「耐被水性」は「×」である。同様に、表２において、周囲保護層の気孔率が「３５以上」の範囲にある実施例１４～２１、２３は、何れも、「耐被水性」が「◎」または「〇」であるのに対して、周囲保護層の気孔率が３５よりも小さい２５である実施例２２の「耐被水性」は「×」である。
表１において、周囲保護層の気孔率が「３５以上」の範囲にある実施例１～８、１０は、何れも、「耐被水性」が「〇」であるのに対して、周囲保護層の気孔率が３５よりも小さい２５である実施例９の「耐被水性」は「×」である。同様に、表２において、周囲保護層の気孔率が「３５以上」の範囲にある実施例１４～２１、２３は、何れも、「耐被水性」が「◎」または「〇」であるのに対して、周囲保護層の気孔率が３５よりも小さい２５である実施例２２の「耐被水性」は「×」である。
【0200】
そのため、周囲保護層の気孔率を「３５以上」の範囲とすることで、ガスセンサ素子の耐被水性を向上できることを確認した。したがって、ガスセンサ素子は、「気孔率が３５以上である周囲保護層」によって、ガスセンサ素子の耐被水性を向上させつつ、被測定ガス流通部での工夫と両立可能な導入口保護層によって、脈動の影響を極めて良好に抑制することができる。
【0201】
（周囲保護層の気孔率を７０％以下とすることで実現される効果）
表１において、実施例８と実施例１２とは、周囲保護層の気孔率が７０以下であるかを除いて、周囲保護層の厚み、導入口保護層の気孔率および厚みは、同様である。そして、実施例８の「耐被水性」が「〇」であるのに対して、実施例１２の「耐被水性」は「×」である。つまり、周囲保護層の気孔率を７０以下とすることで、ガスセンサ素子の耐被水性が向上した。
表１において、実施例８と実施例１２とは、周囲保護層の気孔率が７０以下であるかを除いて、周囲保護層の厚み、導入口保護層の気孔率および厚みは、同様である。そして、実施例８の「耐被水性」が「〇」であるのに対して、実施例１２の「耐被水性」は「×」である。つまり、周囲保護層の気孔率を７０以下とすることで、ガスセンサ素子の耐被水性が向上した。
【0202】
そのため、周囲保護層の気孔率を７０以下とすることで、ガスセンサ素子の耐被水性を向上できることを確認した。したがって、ガスセンサ素子は、「気孔率が７０以下である周囲保護層」によって、ガスセンサ素子の耐被水性を向上させつつ、被測定ガス流通部での工夫と両立可能な導入口保護層によって、脈動の影響を極めて良好に抑制することができる。
【0203】
（周囲保護層の厚みを２００以上とすることで実現される効果）
表１において、実施例２と実施例１３とは、周囲保護層の厚みが２００以下であるかを除いて、周囲保護層の気孔率、導入口保護層の気孔率および厚みは、同様である。そして、実施例２の「耐被水性」が「〇」であるのに対して、実施例１３の「耐被水性」は「×」である。つまり、周囲保護層の厚みを２００以上とすることで、ガスセンサ素子の耐被水性が向上した。
表１において、実施例２と実施例１３とは、周囲保護層の厚みが２００以下であるかを除いて、周囲保護層の気孔率、導入口保護層の気孔率および厚みは、同様である。そして、実施例２の「耐被水性」が「〇」であるのに対して、実施例１３の「耐被水性」は「×」である。つまり、周囲保護層の厚みを２００以上とすることで、ガスセンサ素子の耐被水性が向上した。
【0204】
そのため、周囲保護層の厚みを２００以上とすることで、ガスセンサ素子の耐被水性を向上できることを確認した。したがって、ガスセンサ素子は、「厚みが２００以上である周囲保護層」によって、ガスセンサ素子の耐被水性を向上させつつ、被測定ガス流通部での工夫と両立可能な導入口保護層によって、脈動の影響を極めて良好に抑制することができる。
【符号の説明】
【0205】
１０…ガス導入口、７…被測定ガス流通部（内部空間）、１００…素子基体、
１０１、１０１Ａ～１０１Ｄ…センサ素子（ガスセンサ素子）、
２００、２００Ａ～２００Ｄ…導入口保護層、
３００、３００Ａ～３００Ｄ…周囲保護層、４００、４００Ａ～４００Ｄ…外側保護層、
Ｔｈ１…導入口保護層の厚み、Ｔｈ２…周囲保護層の厚み
１０１、１０１Ａ～１０１Ｄ…センサ素子（ガスセンサ素子）、
２００、２００Ａ～２００Ｄ…導入口保護層、
３００、３００Ａ～３００Ｄ…周囲保護層、４００、４００Ａ～４００Ｄ…外側保護層、
Ｔｈ１…導入口保護層の厚み、Ｔｈ２…周囲保護層の厚み
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
