特許 7078491 ガスセンサ素子、ガスセンサおよびガスセンサ素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-23

(45)【発行日】2022-05-31

(54)【発明の名称】ガスセンサ素子、ガスセンサおよびガスセンサ素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20220524BHJP

【ＦＩ】

G01N27/416 371G

G01N27/416 376

G01N27/416 371Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018155442

(22)【出願日】2018-08-22

(65)【公開番号】P2019144225

(43)【公開日】2019-08-29

【審査請求日】2021-03-09

(31)【優先権主張番号】P 2018029867

(32)【優先日】2018-02-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】古田 斉

(72)【発明者】

【氏名】山田 哲生

(72)【発明者】

【氏名】小島 章敬

【審査官】櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０３４８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２１９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０３８８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２０２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１７３１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１４８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１６１２４２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／４０６－２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定ガス中の第１成分および第２成分を検出するガスセンサ素子であって、
軸線方向に延びる長尺形状に形成されて、前記軸線方向の先端に形成される先端面と、前記軸線方向の後端に形成される後端面と、前記先端面から前記後端面に至る複数の側面と、を有する素子本体部と、
前記複数の側面のうち少なくとも１つに形成された多孔質部を介して前記被測定ガスを汲み出しまたは汲み込み、前記第１成分を検出する第１検出部と、
前記多孔質部の先端よりも後端側に備えられ、前記第２成分を検出する第２検出部と、
前記素子本体部のうち前記多孔質部を少なくとも覆う素子保護部と、
を備え、
前記複数の側面は、自身の面上に前記第２検出部が備えられる第２検出側面と、前記第２検出側面ではない通常側面と、を備えており、
前記軸線方向の領域のうち前記第２検出部の形成領域を第２検出領域とし、前記多孔質部の形成領域を多孔質領域とした場合に、
前記素子保護部は、前記通常側面においては、前記多孔質領域および前記多孔質領域よりも先端側の領域を少なくとも覆うように形成され、前記第２検出側面においては、前記第２検出部は覆わず、前記第２検出部より先端側の領域のうち少なくとも一部を覆うように形成されている、
ガスセンサ素子。

【請求項2】

前記素子本体部は、前記第１検出部および前記第２検出部を加熱するヒータを備え、
前記ヒータは、前記軸線方向における前記第１検出部の形成領域および前記第２検出領域の少なくとも一方と重複するように配置された発熱部を備えており、
前記第２検出部は、一対の検知電極を備えており、
前記一対の検知電極は、前記素子本体部の幅方向において、前記発熱部の配置領域よりも内側に配置されている、
請求項１に記載のガスセンサ素子。

【請求項3】

前記素子保護部は、前記素子本体部に当接する内側保護部と、前記内側保護部を覆う外側保護部と、を備えており、
前記内側保護部は、前記外側保護部よりも気孔率が大きい多孔質構造であり、
前記外側保護部は、前記内側保護部よりも後端側において前記素子本体部に当接する、
請求項１または請求項２に記載のガスセンサ素子。

【請求項4】

前記第２検出側面に垂直な高さ方向において、前記素子保護部のうち前記第２検出部よりも高い部分を特定保護部とした場合に、
前記軸線方向における前記第２検出部の先端と前記特定保護部の後端との間隔寸法は、２．０ｍｍ以上である、
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のガスセンサ素子。

【請求項5】

前記第２検出側面のうち、前記第２検出部と前記特定保護部との間の領域に、前記第２検出部よりも高さの低い予備保護層を備える、
請求項４に記載のガスセンサ素子。

【請求項6】

被測定ガス中の第１成分および第２成分を検出するガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子を保持するハウジングと、
を備えるガスセンサであって、
前記ガスセンサ素子は、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のガスセンサ素子である、
ガスセンサ。

【請求項7】

被測定ガス中の第１成分および第２成分を検出するガスセンサ素子の製造方法であって、
前記ガスセンサ素子は、素子本体部と、第１検出部と、第２検出部と、素子保護部と、を少なくとも備えるとともに、請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のガスセンサ素子であり、
前記素子本体部、前記第１検出部、前記第２検出部を備える素子部材における前記第２検出部を覆うように加熱により消失する消失材を塗布する、または、焼成後に前記素子部材となる未焼成素子部材において、焼成後に前記第２検出部となる焼成前検出部材を覆う
ように前記消失材を塗布する第１ステップと、
前記第１ステップの後、前記素子部材または前記未焼成素子部材のうち、前記第２検出領域および前記第２検出領域よりも先端側の領域の全てを覆うように、焼成後に前記素子保護部となる焼成前保護材料を塗布する第２ステップと、
前記焼成前保護材料を焼成して前記素子保護部を形成するとともに、前記消失材を消失させる第３ステップと、
前記焼成前保護材料の焼成により生成された素子保護部のうち前記第２検出部を覆う部分を除去する第４ステップと、
を有するガスセンサ素子の製造方法。

【請求項8】

被測定ガス中の第１成分および第２成分を検出するガスセンサ素子の製造方法であって、
前記ガスセンサ素子は、素子本体部と、第１検出部と、第２検出部と、素子保護部と、を少なくとも備えるとともに、請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のガスセンサ素子であり、
当該ガスセンサ素子の製造方法は、焼成により前記素子保護部となる保護部液に対して前記素子本体部を浸漬し、前記素子本体部に前記保護部液を付着させる保護部液付着工程を有しており、
前記保護部液付着工程では、前記第１検出部の前記多孔質部が下側となり、前記第２検出部が上側となるとともに、前記保護部液の液面に対して前記素子本体部が斜めとなる状態で、前記多孔質部が前記保護部液に浸漬され、かつ前記第２検出部が前記保護部液に浸漬されない位置まで、前記素子本体部を下降させることで、前記素子本体部に前記保護部液を付着させる、
ガスセンサ素子の製造方法。

【請求項9】

請求項８に記載のガスセンサ素子の製造方法であって、
前記第２検出側面に垂直な高さ方向において、前記素子保護部のうち前記第２検出部よりも高い部分を特定保護部とした場合に、
前記ガスセンサ素子は、前記第２検出部と前記特定保護部との間の領域に、前記第２検出部よりも高さの低い予備保護層を備えており、
前記保護部液付着工程よりも前に実行する工程として、焼成により前記予備保護層となる予備ペーストを前記素子本体部に形成する予備ペースト形成工程を有する、
ガスセンサ素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガスセンサ素子、ガスセンサおよびガスセンサ素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を備えるガスセンサが知られている。
ガスセンサは、例えば、自動車などの内燃機関の排気管に備えられて、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素、ＮＯｘ等）の濃度を検出する用途に用いられる。ガスセンサ素子としては、固体電解質体および電極を有するセルと、セルに対して積層される絶縁保護層と、を備えるものがある。絶縁保護層は、自身の一部に、セルの電極を保護するための多孔質部が埋設された構成のものがある。

【0003】

このようなガスセンサ素子は、多孔質部がセルの電極を覆うように構成されている。多孔質部は、ガスセンサ素子の外部と電極との間におけるガスの通過を許容しつつ、ススなどの異物が電極に直接接触することを抑制することで、電極を保護する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－０８０６８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上述のガスセンサ素子は、水分が多孔質部に含まれた状態で氷点下まで温度が低下すると、水分の体積変化により生じる応力によってガスセンサ素子（特に絶縁保護層と多孔質部との境界）が破損（クラック発生など）する場合がある。

【0006】

つまり、ガスセンサの設置場所が水分の多い環境である場合には、多孔質部に水分が含まれて、温度低下により水分の体積変化が生じてガスセンサ素子が破損する場合がある。例えば、内燃機関の排気管は、冬季のような低温環境下では内燃機関の停止期間中に凝縮水が発生しやすく、内燃機関の始動時に排気ガスとともに凝縮水がガスセンサに到達して、多孔質部に水分が含まれる場合がある。

【0007】

そこで、本開示は、多孔質部を有する絶縁保護層を備えるガスセンサ素子において、低温環境下で使用する場合でも破損が生じがたいガスセンサ素子を提供すること、そのようなガスセンサ素子を備えるガスセンサを提供すること、およびそのようなガスセンサ素子の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様は、被測定ガス中の第１成分および第２成分を検出するガスセンサ素子であって、素子本体部と、第１検出部と、第２検出部と、素子保護部と、を備える。
素子本体部は、軸線方向に延びる長尺形状に形成されて、軸線方向の先端に形成される先端面と、軸線方向の後端に形成される後端面と、先端面から後端面に至る複数の側面と、を有する。第１検出部は、複数の側面のうち少なくとも１つに形成された多孔質部を介して被測定ガスを汲み出しまたは汲み込み、第１成分を検出する。第２検出部は、多孔質部の先端よりも後端側に備えられ、第２成分を検出する。素子保護部は、素子本体部のうち多孔質部を少なくとも覆うように構成されている。

【0009】

複数の側面は、自身の面上に第２検出部が備えられる第２検出側面と、第２検出側面ではない通常側面と、を備えている。
軸線方向の領域のうち第２検出部の形成領域を第２検出領域とし、多孔質部の形成領域を多孔質領域とした場合に、素子保護部は、通常側面においては、多孔質領域および多孔質領域よりも先端側の領域を少なくとも覆うように形成され、第２検出側面においては、第２検出部は覆わず、第２検出部より先端側の領域のうち少なくとも一部を覆うように形成されている。

【0010】

つまり、このガスセンサ素子は、多孔質部と多孔質部よりも先端領域を覆う素子保護部を備える。素子保護部が温度低下及び温度上昇の熱衝撃を和らげる為、多孔質部または多孔質部の境界で発生する破損を抑制することができる。また、素子保護部は、第２検出部を覆うことなく、第１検出部の多孔質部を覆うように形成される。これにより、第２検出部に到達しようとする被測定ガスが素子保護部によって遮られることがなくなる。

【0011】

よって、このガスセンサ素子は、素子保護部が熱衝撃を緩和するため、ガスセンサ素子の破損を抑制できる。また、被測定ガスが第２検出部に到達しやすくなるため、第２検出部での検出精度の低下を抑制できる。

【0012】

なお、多孔質部は、複数の側面のうち素子本体部を軸線方向に２等分した２つの領域のうち先端領域に形成されている。
次に、本開示のガスセンサ素子においては、素子本体部は第１検出部および第２検出部を加熱するヒータを備えてもよい。

【0013】

ヒータは、発熱部を備えている。発熱部は、軸線方向における第１検出部の形成領域および第２検出領域の少なくとも一方と重複するように配置されている。
第２検出部は、一対の検知電極を備えている。一対の検知電極は、素子本体部の幅方向において、発熱部の配置領域よりも内側に配置されている。

【0014】

このように構成された一対の検知電極は、発熱部の配置領域よりも広い領域に配置される場合に比べて、全体が発熱部の熱を受け取りやすくなる。
よって、このガスセンサ素子は、一対の電極における温度分布に偏りが生じるのを抑制でき、第２検出部の検出精度が低下することを抑制できる。

【0015】

次に、本開示のガスセンサ素子においては、素子保護部は、素子本体部に当接する内側保護部と、内側保護部を覆う外側保護部と、を備えてもよい。
内側保護部は、外側保護部よりも気孔率が大きい多孔質構造である。外側保護部は、内側保護部よりも後端側において素子本体部に当接する。

【0016】

このガスセンサ素子は、内側保護層の気孔率が外側保護部の気孔率よりも大きい構成を採ることで、多孔質部と内側保護層との間でのガスの移動量が少なくなりすぎるのを抑制できる。

【0017】

次に、本開示のガスセンサ素子においては、第２検出側面に垂直な高さ方向において、素子保護部のうち第２検出部よりも高い部分を特定保護部とした場合に、軸線方向における第２検出部の先端と特定保護部の後端との間隔寸法は、２．０ｍｍ以上であってもよい。

【0018】

このように、第２検出部の先端が特定保護部の後端から一定距離以上離れるように、素子保護部を形成することで、第２検出部への被測定ガスの供給における素子保護部の影響を低減できる。つまり、このガスセンサ素子は、素子保護部が無い場合と比べて、第２検出部に供給される被測定ガスの量が低減するのを抑制でき、素子保護部を備えつつ第２検出部でのガス検出が良好になる。

【0019】

次に、本開示のガスセンサ素子においては、第２検出側面のうち、第２検出部と特定保護部との間の領域に、第２検出部よりも高さの低い予備保護層を備えてもよい。このような予備保護層を備えることで、素子本体部（第２検出側面）を保護しつつ、第２検出部に供給される被測定ガスの量が低減するのを抑制できる。

【0020】

なお、予備保護層は、素子保護部と同じ材料で形成しても良いし、素子保護部と異なる材料で形成しても良い。予備保護層は、素子本体部を破損から保護できるものであれば任意の材料を用いることができる。

【0021】

次に、本開示の他の態様は、被測定ガス中の第１成分および第２成分を検出するガスセンサ素子と、ガスセンサ素子を保持するハウジングと、を備えるガスセンサであって、ガスセンサ素子が上述のうちいずれかのガスセンサ素子である。

【0022】

このようなガスセンサは、上述のガスセンサ素子と同様に、被測定ガスが第２検出部に到達しやすくなるため、第２検出部での検出精度の低下を抑制できる。
次に、本開示の他の態様は、被測定ガス中の第１成分および第２成分を検出するガスセンサ素子の製造方法であって、ガスセンサ素子は、素子本体部と、第１検出部と、第２検出部と、素子保護部と、を少なくとも備えるとともに、上述のうちいずれかのガスセンサ素子であり、ガスセンサ素子の製造方法は、第１ステップと、第２ステップと、第３ステップと、第４ステップと、を有する。

【0023】

第１ステップでは、素子本体部、第１検出部、第２検出部を備える素子部材における第２検出部を覆うように加熱により消失する消失材を塗布するか、または、焼成後に素子部材となる未焼成素子部材において、焼成後に第２検出部となる焼成前検出部材を覆うように消失材を塗布する。

【0024】

第２ステップでは、第１ステップの後、素子部材または未焼成素子部材のうち、第２検出領域および第２検出領域よりも先端側の領域の全てを覆うように、焼成後に前記素子保護部となる焼成前保護材料を塗布する。第３ステップでは、焼成前保護材料を焼成して素子保護部を形成するとともに、消失材を消失させる。第４ステップでは、焼成前保護材料の焼成により生成された素子保護部のうち第２検出部を覆う領域を除去する。

【0025】

この製造方法では、第１ステップ、第３ステップおよび第４ステップを有することで、第２ステップにおいて焼成前保護材料を塗布するにあたり、第２検出領域および第２検出領域よりも先端側の領域の全てを覆うように、焼成前保護材料を塗布することができる。つまり、第２検出部を覆わない素子保護部を備えるガスセンサ素子の製造にあたり、焼成前保護材料の塗布作業において第２検出部を避けるなどの特別対応が必要ないため、作業負担の増加を抑制できる。

【0026】

また、この製造方法により得られるガスセンサ素子は、上述のガスセンサ素子と同様に、素子保護部が熱衝撃を緩和するため、ガスセンサ素子の破損を抑制できる。また、被測定ガスが第２検出部に到達しやすくなるため、第２検出部での検出精度の低下を抑制できる。

【0027】

次に、本開示の他の態様は、被測定ガス中の第１成分および第２成分を検出するガスセンサ素子の製造方法であって、保護部液付着工程を有している。
ガスセンサ素子は、素子本体部と、第１検出部と、第２検出部と、素子保護部と、を少なくとも備えるとともに、上述のうちいずれかに記載のガスセンサ素子である。

【0028】

保護部液付着工程は、焼成により素子保護部となる保護部液に対して素子本体部を浸漬し、素子本体部に保護部液を付着させる工程である。保護部液付着工程では、第１検出部の多孔質部が下側となり、第２検出部が上側となるとともに、保護部液の液面に対して素子本体部が斜めとなる状態で、多孔質部が保護部液に浸漬され、かつ第２検出部が保護部液に浸漬されない位置まで、素子本体部を下降させることで、素子本体部に保護部液を付着させる。

【0029】

これにより、第２検出部を覆うようにカーボン（昇華材）を設ける工程と、素子保護部を除去する工程と、を行うことなく、多孔質領域は覆いつつ第２検出部は覆わない素子保護部を形成することができる。よって、このガスセンサ素子の製造方法によれば、工程を簡略化することができ、ガスセンサ素子の製造の煩雑さを軽減できる。

【0030】

次に、本開示のガスセンサ素子の製造方法においては、ガスセンサ素子が予備保護層を備える場合には、予備ペースト形成工程を有してもよい。予備保護層は、第２検出側面のうち、第２検出部と特定保護部との間の領域に設けられた保護層であり、第２検出部よりも高さの低い保護層である。予備ペースト形成工程は、保護部液付着工程よりも前に実行する工程であり、焼成により予備保護層となる予備ペーストを素子本体部に形成する工程である。

【0031】

これにより、素子保護部に加えて予備保護層を設けることができ、第２検出側面のうち第２検出部と特定保護部との間の領域における素子本体部に破損が生じるのを抑制できる。つまり、先に予備ペースト形成工程を行い、その後、保護部液付着工程を行うことで、素子本体部（第２検出側面）を保護しつつ、第２検出部に供給される被測定ガスの量が低減するのを抑制できるガスセンサ素子を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】マルチガスセンサの内部構造を示す断面図である。

【図2】マルチガス検出装置１の概略構成を示す図である。

【図3】第１アンモニア検出部と第２アンモニア検出部の構造を示す断面図である。

【図4】センサ素子部の外観を表した斜視図である。

【図5】センサ素子部の先端部分のうち第１アンモニア検出部および第２アンモニア検出部が備えられる部分を拡大した斜視図である。

【図6】ヒータの発熱部とアンモニア検出部における一対の電極との相対位置を説明するための模式図である。

【図7】素子保護部の形成方法における（Ａ）第１ステップから（Ｄ）第４ステップまでを段階的に示した説明図である。

【図8】第２実施形態の第２センサ素子部の先端部分の構成を示す説明図である。

【図9】第２センサ素子部における予備保護層および保護層（第１アンモニア検出部、第２アンモニア検出部）の形成位置を示す説明図である。

【図10】保護部液付着工程において、第２素子保護部が形成される前段階の第２センサ素子部を、容器に貯められた保護部液に浸漬する状態を表した説明図である。

【図11】間隔寸法Ｄ１に対するガス流速率の変化状態をシミュレーション解析した解析結果である。

【図12】第１実施形態のセンサ素子部および第２実施形態の第２センサ素子部のガス検出精度を比較した測定結果である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

【0034】

［１．第１実施形態］
［１－１．全体構成］
第１実施形態として、自動車などの内燃機関に備えられるマルチガスセンサ２について説明する。

【0035】

マルチガスセンサ２は、図１に示すような構成であり、酸素濃度、ＮＯｘ濃度およびアンモニア濃度（ＮＨ_３濃度）を検出するように構成されている。マルチガスセンサ２は、マルチガス検出装置１の一部を構成する。

【0036】

マルチガス検出装置１は、車両に搭載され、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化する尿素ＳＣＲシステムに用いられるものである。より具体的には、マルチガス検出装置１は、排気ガスに含まれるアンモニア、二酸化窒素および窒素酸化物の濃度を検出する。以下、マルチガス検出装置１を搭載する車両を自車両という。二酸化窒素および窒素酸化物をそれぞれ、ＮＯ_２およびＮＯｘともいう。また、ＳＣＲは、Selective Catalytic Reductionの略である。

【0037】

マルチガス検出装置１は、マルチガスセンサ２と、図２に示す制御部３とを備える。
制御部３は、自車両に搭載された電子制御装置２００（ＥＣＵ２００ともいう）と電気的に接続されている。電子制御装置２００は、制御部３で算出された排気ガス中のＮＯ_２濃度、ＮＯｘ濃度およびアンモニア濃度（ＮＨ_３濃度）を示すデータを受信し、受信データに基づいてディーゼルエンジンの運転状態の制御処理を実行したり、触媒に蓄積されたＮＯｘの浄化処理を実行したりする。

【0038】

［１－２．マルチガスセンサ］
マルチガスセンサ２は、図１に示すように、センサ素子部５と、主体金具１０と、セパレータ３４と、接続端子３８とを備える。なお、以下の説明では、マルチガスセンサ２のセンサ素子部５が配置されている側（すなわち、図１の下側）を先端側、接続端子３８が配置されている側（すなわち、図１の上側）を後端側という。

【0039】

センサ素子部５は、軸線Ｏ方向に延びる板形状を有する。センサ素子部５の後端には電極端子部５Ａ，５Ｂが配置されている。図１においては、図示を容易にするために、センサ素子部５に形成された電極端子部を、電極端子部５Ａおよび電極端子部５Ｂのみとしているが、実際には、後述するＮＯｘ検出部１０１、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３が有する電極等の数に応じて複数の電極端子部が形成されている。

【0040】

主体金具１０は、マルチガスセンサ２をディーゼルエンジンの排気管に固定するネジ部１１が外表面に形成された筒状の部材である。主体金具１０は、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔１２と、貫通孔１２の径方向内側に突出する棚部１３とを備える。棚部１３は、貫通孔１２の径方向外側から中心に向かって先端側へ近づく傾きを有する内向きのテ―パ面として形成されている。

【0041】

主体金具１０は、センサ素子部５の先端側を、貫通孔１２から先端側に突出させ、センサ素子部５の後端側を貫通孔１２の後端側に突出させた状態で保持する。
主体金具１０の貫通孔１２の内部には、先端側から後端側に向かって順に、センサ素子部５の径方向周囲を取り囲む筒状の部材であるセラミックホルダ１４と、粉末充填層である滑石リング１５，１６と、セラミックスリーブ１７とが積層されている。

【0042】

セラミックスリーブ１７と主体金具１０の後端側の端部との間には、加締めパッキン１８が配置されている。セラミックホルダ１４と主体金具１０の棚部１３との間には、金属ホルダ１９が配置されている。金属ホルダ１９は、内部に滑石リング１５とセラミックホルダ１４が収容され、滑石リング１５が圧縮充填されることによって金属ホルダ１９と滑石リング１５とは気密状に一体化されている。主体金具１０の後端側の端部は、加締めパッキン１８を介してセラミックスリーブ１７を先端側に向かって押し付けるように加締められる部分である。また、滑石リング１６が主体金具１０の内部で圧縮充填されることで、主体金具１０の内周面とセンサ素子部５の外周面との間の気密が確保されている。

【0043】

主体金具１０の先端側の端部には、ガス流通孔付きの外部プロテクタ２１およびガス流通孔付きの内部プロテクタ２２が設けられている。外部プロテクタ２１および内部プロテクタ２２は、先端側の端部が閉塞されたステンレス鋼などの金属材料から形成された筒状の部材である。内部プロテクタ２２は、センサ素子部５の先端側の端部を覆った状態で主体金具１０に溶接され、外部プロテクタ２１は、内部プロテクタ２２を覆った状態で主体金具１０に溶接されている。

【0044】

主体金具１０の後端側の端部外周には、筒状に形成された外筒３１の先端側の端部が溶接によって固定されている。さらに、外筒３１の後端側の端部である開口には、この開口を閉塞するグロメット３２が配置されている。

【0045】

グロメット３２には、リード線４１が挿入されるリード線挿入孔３３が形成されている。リード線４１は、センサ素子部５の電極端子部５Ａおよび電極端子部５Ｂに電気的に接続される。

【0046】

セパレータ３４は、センサ素子部５の後端側に配置された筒状に形成された部材である。セパレータ３４の内部に形成された空間は、軸線Ｏ方向に貫通する挿入孔３５である。セパレータ３４の外表面には、径方向外側に突出する鍔部３６が形成されている。

【0047】

セパレータ３４の挿入孔３５には、センサ素子部５の後端部が挿入され、電極端子部５Ａ，５Ｂがセパレータ３４の内部に配置される。
セパレータ３４と外筒３１との間には、筒状に形成された金属製の保持部材３７が配置されている。保持部材３７は、セパレータ３４の鍔部３６と接触するとともに外筒３１の内面と接触することにより、セパレータ３４を外筒３１に対して固定した状態で保持する。

【0048】

接続端子３８は、セパレータ３４の挿入孔３５内に配置される部材であり、センサ素子部５の電極端子部５Ａおよび電極端子部５Ｂと、リード線４１とをそれぞれ独立に電気的に接続する導電部材である。なお、図１では、図示を容易にするために、２つの接続端子３８のみが図示されている。

【0049】

センサ素子部５は、ＮＯｘ検出部１０１と、第１アンモニア検出部１０２と、第２アンモニア検出部１０３と、素子保護部１２４と、を備える。なお、第２アンモニア検出部１０３は、図２には示されておらず、図３に示されている。第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３は、ＮＯｘ検出部１０１の長手方向（すなわち、図２の左右方向）における基準電極１４３と略同位置において、ＮＯｘ検出部１０１の幅方向（すなわち、図２の奥行き方向）における位置が互いに異なるように並列に配置されている。このため、図２では、第１アンモニア検出部１０２と第２アンモニア検出部１０３のうち、第１アンモニア検出部１０２のみを示している。

【0050】

ＮＯｘ検出部１０１は、絶縁層１１３、セラミック層１１４、絶縁層１１５、セラミック層１１６、絶縁層１１７、セラミック層１１８、絶縁層１１９および絶縁層１２０が順次積層されて構成されている。絶縁層１１３，１１５，１１７，１１９，１２０、および、セラミック層１１４，１１６，１１８は、アルミナを主体として形成されている。

【0051】

ＮＯｘ検出部１０１は、セラミック層１１４とセラミック層１１６との間に形成される第１測定室１２１を備える。ＮＯｘ検出部１０１は、第１測定室１２１に隣接するようにしてセラミック層１１４とセラミック層１１６との間に配置された拡散抵抗体１２２を介して、外部から第１測定室１２１の内部に排気ガスを導入する。拡散抵抗体１２２は、アルミナ等の多孔質材料で形成されている。

【0052】

ＮＯｘ検出部１０１は、第１ポンピングセル１３０を備える。第１ポンピングセル１３０は、固体電解質層１３１と、ポンピング電極１３２，１３３を備える。
固体電解質層１３１は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。第１測定室１２１と接触する領域における一部分のセラミック層１１４が除去され、固体電解質層１３１が充填（埋設）されている。

【0053】

ポンピング電極１３２，１３３は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極１３２は、固体電解質層１３１において第１測定室１２１と接触する面上に配置される。ポンピング電極１３３は、固体電解質層１３１を挟んでポンピング電極１３２とは反対側で固体電解質層１３１の面上に配置される。ポンピング電極１３３が配置された領域とその周辺の領域の絶縁層１１３は除去され、多孔質体１３４が充填される。多孔質体１３４は、ポンピング電極１３３と外部との間でガス（例えば、酸素）の出入りを可能とする。

【0054】

ＮＯｘ検出部１０１は、酸素濃度検出セル１４０を備える。酸素濃度検出セル１４０は、固体電解質層１４１と、検知電極１４２と、基準電極１４３を備える。
固体電解質層１４１は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。固体電解質層１３１よりも後端側（すなわち、図２の右側）の領域における一部分のセラミック層１１６が除去され、固体電解質層１４１が充填（埋設）されている。

【0055】

検知電極１４２と基準電極１４３は、白金を主体として形成されている。検知電極１４２は、固体電解質層１４１における第１測定室１２１と接触する面上に配置される。基準電極１４３は、固体電解質層１４１を挟んで検知電極１４２とは反対側で固体電解質層１４１の面上に配置される。

【0056】

ＮＯｘ検出部１０１は、基準酸素室１４６を備える。基準酸素室１４６は、基準電極１４３が配置された領域とその周辺の領域の絶縁層１１７が除去されることにより形成された貫通孔である。

【0057】

ＮＯｘ検出部１０１は、第１測定室１２１の下流側に第２測定室１４８を備える。第２測定室１４８は、検知電極１４２および基準電極１４３よりも後端側で固体電解質層１４１および絶縁層１１７を貫通して形成される。ＮＯｘ検出部１０１は、第１測定室１２１から排出された排気ガスを第２測定室１４８の内部に導入する。

【0058】

ＮＯｘ検出部１０１は、第２ポンピングセル１５０を備える。第２ポンピングセル１５０は、固体電解質層１５１と、ポンピング電極１５２，１５３を備える。
固体電解質層１５１は、酸素イオン導電性を有するジルコニアを主体として形成されている。基準酸素室１４６および第２測定室１４８と接触する領域とその周辺の領域のセラミック層１１８が除去され、セラミック層１１８の代わりに固体電解質層１５１が充填（埋設）されている。

【0059】

ポンピング電極１５２，１５３は、白金を主体として形成されている。ポンピング電極１５２は、固体電解質層１５１において第２測定室１４８と接触する面上に配置される。ポンピング電極１５３は、基準酸素室１４６を挟んで基準電極１４３とは反対側で固体電解質層１５１の面上に配置される。基準酸素室１４６の内部において、ポンピング電極１５３を覆うように多孔質体１４７が配置されている。

【0060】

ＮＯｘ検出部１０１は、ヒータ１６０を備える。ヒータ１６０は、白金を主体として形成され、通電されることで発熱する発熱抵抗体であり、絶縁層１１９と絶縁層１２０との間に配置される。

【0061】

第１アンモニア検出部１０２は、ＮＯｘ検出部１０１の外表面、より具体的には、絶縁層１２０の上に形成されている。第１アンモニア検出部１０２は、ＮＯｘ検出部１０１における基準電極１４３と軸線Ｏ方向（すなわち、図２の左右方向）における同位置に配置されている。

【0062】

第１アンモニア検出部１０２は、絶縁層１２０の上に形成される第１基準電極２１１と、第１基準電極２１１の表面および側面を覆う第１固体電解質体２１２と、第１固体電解質体２１２の表面に形成される第１検知電極２１３とを備える。同様に、第２アンモニア検出部１０３は、図３に示すように、絶縁層１２０の上に形成される第２基準電極２２１と、第２基準電極２２１の表面および側面を覆う第２固体電解質体２２２と、第２固体電解質体２２２の表面に形成される第２検知電極２２３とを備える。

【0063】

第１基準電極２１１および第２基準電極２２１は、電極材として白金を主体に構成されており、具体的には、Ｐｔおよび酸化ジルコニウムを含む材料から構成されている。第１固体電解質体２１２および第２固体電解質体２２２は、イットリア安定化ジルコニア等の酸素イオン伝導性材料で構成されている。第１検知電極２１３および第２検知電極２２３は、電極材として金を主体に構成されており、具体的には、Ａｕおよび酸化ジルコニウムを含む材料から構成されている。なお、第１検知電極２１３および第２検知電極２２３の電極材は、アンモニアに対する感度とＮＯ_２に対する感度との比が第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３において異なるように、選択されている。

【0064】

また、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３は、多孔質材料を用いた保護層２３０によって一体に覆われている。保護層２３０は、第１検知電極２１３および第２検知電極２２３への被毒物質の付着を防止するとともに、外部から第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３に流入するアンモニアの拡散速度を調整するものである。このように、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３は混成電位式のセンシング部として機能する。

【0065】

［１－３．素子保護部］
センサ素子部５は、図２および図４に示すように、ＮＯｘ検出部１０１の先端側領域を覆う素子保護部１２４を備えている。

【0066】

素子保護部１２４は、多孔質構造であり、ガスが通過可能に構成されている。
素子保護部１２４は、ＮＯｘ検出部１０１のうち少なくとも多孔質体１３４を覆うように形成されている。素子保護部１２４は、ＮＯｘ検出部１０１のうち拡散抵抗体１２２も覆っている。

【0067】

ＮＯｘ検出部１０１は、自身の外表面として、先端面１０１ａと、後端面１０１ｂと、３つの通常側面１０１ｃと、１つのアンモニア検出側面１０１ｄと、を備える。３つの通常側面１０１ｃは、多孔質体１３４が露出する通常側面１０１ｃと、その両側に連なる２つの通常側面１０１ｃである。アンモニア検出側面１０１ｄは、第１アンモニア検出部１０２と第２アンモニア検出部１０３とが形成されている。

【0068】

ＮＯｘ検出部１０１における軸線方向の領域のうち、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）（詳細には、保護層２３０）の形成領域を第２検出領域ＲＥ２と定義し、第２検出領域ＲＥ２よりも先端側の領域を第１検出領域ＲＥ１と定義し、第２検出領域ＲＥ２よりも後端側の領域を第３検出領域ＲＥ３と定義する。また、多孔質体１３４の形成領域を第４検出領域ＲＥ４と定義し、第４検出領域ＲＥ４よりも先端側の領域を第５検出領域と定義し、第４検出領域ＲＥ４よりも 後端側の領域を第６検出領域ＲＥ６と定義する。ここで、軸線方向において、第２検出領域ＲＥ２の先端は、第４検出領域ＲＥ４の後端よりも先端側に位置しており、第２検出領域ＲＥ２の一部と第４検出領域ＲＥ４の一部とが重複する。

【0069】

なお、多孔質体１３４は、複数の側面（３つの通常側面１０１ｃおよび１つのアンモニア検出側面１０１ｄ）のうちＮＯｘ検出部１０１を軸線方向に２等分した２つの領域のうち先端領域に形成されている。また、第１検出領域ＲＥ１は、ＮＯｘ検出部１０１のうち先端面１０１ａの全部と側面の一部（３つの通常側面１０１ｃの一部および１つのアンモニア検出側面１０１ｄの一部）である。

【0070】

素子保護部１２４は、３つの通常側面１０１ｃにおいては、第４検出領域ＲＥ４および第５検出領域ＲＥ５を少なくとも覆うように形成されている。さらに、素子保護部１２４は、３つの通常側面１０１ｃにおいては、第６検出領域ＲＥ６の一部を覆うように構成されている。詳細には、素子保護部１２４は、第２ポンピングセル１５０の形成領域を少なくとも覆うように形成されている。ここで、素子保護部１２４が第４検出領域ＲＥ４および第６検出領域ＲＥ６の少なくとも一部を覆う事で、多孔質体１３４と絶縁層１１３との境界も素子保護部１２４により覆われる。

【0071】

素子保護部１２４は、図２および図５に示すように、アンモニア検出側面１０１ｄにおいては、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）（詳細には、保護層２３０）は覆わず、第１検出領域ＲＥ１のうち少なくとも一部を覆うように形成されている。また、素子保護部１２４は、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３の幅方向外側に形成される連通部１２４ｃを有している。この連通部１２４ｃは、素子保護部１２４のうちアンモニア検出側面１０１ｄの上に形成される部分であって、アンモニア検出側面１０１ｄのうち第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３を除く領域に形成される。また、連通部１２４ｃは、素子保護部１２４のうち通常側面１０１ｃに形成される部分に連通する形態で備えられる。素子保護部１２４は、連通部１２４ｃを有することで、通常側面１０１ｃおよびアンモニア検出側面１０１ｄからの剥離を低減できる。

【0072】

つまり、センサ素子部５は、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３を覆うことなく、多孔質体１３４（ＮＯｘ検出部１０１の多孔質部）を覆うように形成された素子保護部１２４を備える。これにより、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３に到達しようとする排気ガス（被測定ガス）が素子保護部１２４によって遮られることがなくなる。

【0073】

素子保護部１２４は、図２に示すように、ＮＯｘ検出部１０１に当接する内側保護部１２４ａと、内側保護部１２４ａを覆う外側保護部１２４ｂと、を備える。
内側保護部１２４ａは、アルミナを用いて構成されており、気孔率が７０％の多孔質構造である。外側保護部１２４ｂは、アルミナを用いて構成されており、気孔率が４６％の多孔質構造である。つまり、内側保護部１２４ａは、外側保護部１２４ｂよりも気孔率が大きい多孔質構造である。

【0074】

外側保護部１２４ｂは、３つの通常側面１０１ｃにおいては、内側保護部１２４ａよりも後端側においてＮＯｘ検出部１０１に当接する。
［１－４．アンモニア検出部およびヒータ部］
ＮＯｘ検出部１０１は、上述のように、ヒータ１６０を備えている。

【0075】

ヒータ１６０は、第１ポンピングセル１３０、酸素濃度検出セル１４０、第２ポンピングセル１５０、第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３を加熱する。
ヒータ１６０は、図６に示すように、発熱部１６０ａと、一対のヒータリード部１６０ｂと、を備える。発熱部１６０ａは、ヒータリード部１６０ｂを介した電流通電により発熱する発熱抵抗体を用いて構成されている。

【0076】

発熱部１６０ａは、軸線方向において、「第１ポンピングセル１３０、酸素濃度検出セル１４０、第２ポンピングセル１５０の形成領域」および「第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３の形成領域」のうち少なくとも一方と重複するように配置されている。

【0077】

発熱部１６０ａは、ＮＯｘ検出部１０１の幅方向において、ＮＯｘ検出部１０１の中心軸Ｃ１を中央として幅方向（図６の上下方向）にヒータ幅寸法Ｌ１ずつ拡がる配置領域の内側に配置されている。

【0078】

第１アンモニア検出部１０２は、一対の検知電極（第１基準電極２１１，第１検知電極２１３）を備えている。第２アンモニア検出部１０３は、一対の検知電極（第２基準電極２２１，第２検知電極２２３）を備えている。

【0079】

第１アンモニア検出部１０２における一対の電極（第１基準電極２１１と第１検知電極２１３）、および、第２アンモニア検出部１０３における一対の電極（第２基準電極２２１と第２検知電極２２３。）は、ＮＯｘ検出部１０１の幅方向において、ＮＯｘ検出部１０１の中心軸Ｃ１を中央として幅方向（図６の上下方向）に検知幅寸法Ｌ２ずつ拡がる配置領域の内側に配置されている。

【0080】

検知幅寸法Ｌ２は、ヒータ幅寸法Ｌ１よりも小さい。つまり、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３におけるそれぞれの一対の電極は、ＮＯｘ検出部１０１の幅方向において、発熱部１６０ａの配置領域の内側に配置されている。

【0081】

このように構成された第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３におけるそれぞれの一対の電極は、発熱部１６０ａの配置領域よりも広い領域に配置される場合に比べて、全体が発熱部１６０ａの熱を受け取りやすくなる。

【0082】

［１－５．センサ素子部の製造方法］
センサ素子部５の製造方法について説明する。
最初に、センサ素子部５のベースとなるＮＯｘ検出部１０１、第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３の製造方法について説明する。

【0083】

まず、イットリアの安定化剤を固溶させたジルコニア粉末に、アルミナ粉末２０質量％を含有させ、バインダ（ポリビニルブチラール）と共に混練した生素地を用いて、固体電解質層および固体電解質体となる未焼成固体電解質シートを作製する。なお、この未焼成固体電解質シートは複数の固体電解質層や固体電解質体を切り出すことができる大きさである。

【0084】

また、アルミナ粉末を、バインダ（ポリビニルブチラール）と共に混練した生素地を用いて、焼成後に絶縁層またはセラミック層となる未焼成アルミナシートを作製する。なお、焼成後にスルーホール（図示省略）を有する絶縁層またはセラミック層となる未焼成アルミナシートにおいては、スルーホールとなる貫通孔を形成する。

【0085】

焼成後にセラミック層となる未焼成アルミナシートにおいては、固体電解質層などを配置するための開口部を形成する。この未焼成アルミナシートの開口部に対して未焼成固体電解質シートを埋設（または、生素地を充填）した後、シート上の所定領域に、白金を主体とする導電ペーストを所定のパターンに印刷し、乾燥させて、電極（ポンピング電極１３２，１３３など）やリード部となる導体パターンを形成する。スルーホールとなる貫通孔を有する未焼成アルミナシートにおいては、貫通孔の内壁面に対して導電ペーストを施す。これにより、焼成後にセラミック層となる未焼成アルミナシートを得られる。

【0086】

また、ヒータ１６０が形成される未焼成アルミナシートにおいては、所定領域に、前述と同様の導電ペーストを所定のパターン形状に印刷・乾燥し、発熱部１６０ａおよびヒータリード部１６０ｂとなる導電パターンを形成すると共に、スルーホールとなる貫通孔の内壁面に対して導体ペーストを充填する。この未焼成アルミナシートの導電パターンが印刷された面に対して、別の未焼成アルミナシートを積層・減圧圧着することにより、ヒータ用未焼成シートを得られる。

【0087】

そして、焼成後に絶縁層となる未焼成アルミナシート、焼成後にセラミック層となる未焼成アルミナシート、ヒータ用未焼成シートなどを所定の順番で積層し、減圧圧着して組立体を得る。

【0088】

このとき、アルミナ粉末、造孔剤としてのカーボン粉末、ポリビニルブチラールからなるバインダ、分散剤を混合したスラリーを、多孔質体１３４や拡散抵抗体１２２などが形成される部位に充填する。また、造孔剤としてのカーボン粉末を混合したスラリーを、第１測定室１２１および第２測定室１４８などが形成される部位に充填する。

【0089】

そして、この組立体を公知の手法により切断し、複数（例えば、１０個）の未焼成積層体を切り出す。そして、この未焼成積層体を大気雰囲気下にて脱脂し脱バインダ処理した後、１５００℃で１時間焼成することで、ＮＯｘ検出部１０１が得られる。

【0090】

この後、ＮＯｘ検出部１０１の所定位置に、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３を形成する。第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３を形成した後、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３を覆うように、保護層２３０を形成する。

【0091】

なお、第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３、保護層２３０の製造方法は、公知の製造方法を採用できるため、ここでは詳細な説明は省略する。
このようにして、素子保護部１２４が形成される前段階のセンサ素子部５（換言すれば、ＮＯｘ検出部１０１、第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３、保護層２３０を備える素子部材）が得られる。

【0092】

次に、素子保護部１２４の形成方法について説明する。
まず、第１ステップでは、図７（Ａ）に示すように、素子保護部１２４が形成される前段階のセンサ素子部５（ＮＯｘ検出部１０１、第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３、保護層２３０を備える素子部材）において、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）を覆うように、消失材１７１を塗布する。消失材１７１は、カーボン粉末を主体とするスラリーである。

【0093】

次の第２ステップでは、図７（Ｂ）に示すように、第１ステップの後、素子部材のうち、第２検出領域ＲＥ２および第１検出領域ＲＥ１の全てを覆うとともに、第３検出領域ＲＥ３の一部を覆うように、焼成前保護材料１２４ｐを塗布する。焼成前保護材料１２４ｐは、焼成後に素子保護部１２４となる材料であり、スラリー液である。

【0094】

このスラリー液は、アルミナ粉末（平均粒径＜１μｍ）、アルミナ繊維（平均繊維長さ５０μｍ）、カーボン粉末（平均粒径２０μｍ）、アルミナゾル（外配合）に、有機溶剤（例えばエタノール、プロピレングリコール、ブチルカルビトール）を添加し、攪拌し、適度な粘度となるように調整して調製した。なお、スラリー液の各成分の含有量は、例えば、アルミナ粉末（平均粒径＜１μｍ）とアルミナ繊維（平均繊維長さ５０μｍ）の合計量６０～８０体積％、カーボン粉末（平均粒径２０μｍ）２０～４０体積％、アルミナゾル（外配合）１０重量％である。

【0095】

なお、スラリー液を構成する粉末の平均粒径は、レーザー回折散乱法によって求め、セラミック繊維長さはスラリー液に混合する前にセラミック繊維それぞれの長さを平均化して求めることができる。

【0096】

焼成前保護材料１２４ｐは、焼成後に内側保護部１２４ａとなる焼成前内側材料１２４ａｐと、焼成後に外側保護部１２４ｂとなる焼成前外側材料１２４ｂｐと、を備える。なお、焼成前内側材料１２４ａｐおよび焼成前外側材料１２４ｂｐのそれぞれにおける各成分の含有量を調整することで、焼成後の内側保護部１２４ａおよび外側保護部１２４ｂそれぞれの気孔率を異なる値に制御できる。例えば、気孔化材としてのカーボン粉末の含有量を調整することで、内側保護部１２４ａの気孔率を外側保護部１２４ｂの気孔率よりも大きくするように制御できる。

【0097】

第２ステップでは、まず、素子部材（素子保護部１２４が形成される前段階のセンサ素子部５）の先端を、焼成前内側材料１２４ａｐのスラリー液に漬けて、素子部材の先端の周囲に所定厚み（例えば、１００μｍ）の内側塗布層を形成する。この後、内側塗布層における余分な有機溶剤を消失させるために、内側塗布層を備えた素子部材を、２０～２００℃に設定した乾燥機内に配置し、数時間乾燥させる。

【0098】

次に、乾燥した内側塗布層が形成された素子部材の先端を、焼成前外側材料１２４ｂｐのスラリー液に漬けて、素子部材の先端の周囲に所定厚み（例えば、４００μｍ）の外側塗布層を形成する。厚み寸法の制御は、例えば、スラリー液へ漬ける回数やスラリー液の粘度などの調整により実現できる。この後、外側塗布層における余分な有機溶剤を消失させるために、外側塗布層を備えた素子部材を、２０～２００℃に設定した乾燥機内に配置し、数時間乾燥させる。

【0099】

次の第３ステップでは、図７（Ｃ）に示すように、内側塗布層及び外側塗布層を備えた素子部材を、大気中において９００～１１００℃で３時間焼成することで、内側保護部１２４ａおよび外側保護部１２４ｂを有する素子保護部１２４が得られる。この焼成時に、消失材１７１が高温により消失することで、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）と素子保護部１２４の内面との間に空間が設けられる。

【0100】

次の第４ステップでは、図７（Ｄ）に示すように、焼成前保護材料１２４ｐ（焼成前内側材料１２４ａｐ、焼成前外側材料１２４ｂｐ）の焼成により生成された素子保護部１２４（内側保護部１２４ａ、外側保護部１２４ｂ）のうち、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）を覆う部分を除去する。素子保護部１２４の一部の除去作業は、例えば、レーザー加工機や超音波カッターなどを用いて実現できる。

【0101】

これにより、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）が露出するとともに、素子保護部１２４が形成されたセンサ素子部５が得られる。
なお、ここでは、内側塗布層および外側塗布層の形成後に同時焼成したが、内側塗布層を焼成した後に、外側塗布層を焼成してもよい。

【0102】

そして、上述した方法によって製造されたセンサ素子部５を、所定の方法に従ってハウジング（主体金具１０、外筒３１など）に組み付けることによりマルチガスセンサ２を製造することができる。

【0103】

［１－６．制御部］
図２に示すように、制御部３は、制御回路１８０と、マイクロコンピュータ１９０（以下、マイコン１９０）を備える。

【0104】

制御回路１８０は、回路基板上に配置されたアナログ回路である。制御回路１８０は、Ｉｐ１ドライブ回路１８１、Ｖｓ検出回路１８２、基準電圧比較回路１８３、Ｉｃｐ供給回路１８４、Ｖｐ２印加回路１８５、Ｉｐ２検出回路１８６、ヒータ駆動回路１８７および起電力検出回路１８８を備える。

【0105】

そして、ポンピング電極１３２、検知電極１４２およびポンピング電極１５２は、基準電位に接続される。ポンピング電極１３３は、Ｉｐ１ドライブ回路１８１に接続される。基準電極１４３は、Ｖｓ検出回路１８２とＩｃｐ供給回路１８４に接続される。ポンピング電極１５３は、Ｖｐ２印加回路１８５とＩｐ２検出回路１８６に接続される。ヒータ１６０は、ヒータ駆動回路１８７に接続される。

【0106】

Ｉｐ１ドライブ回路１８１は、ポンピング電極１３２とポンピング電極１３３との間に電圧Ｖｐ１を印加して第１ポンピング電流Ｉｐ１を供給するとともに、供給した第１ポンピング電流Ｉｐ１を検出する。

【0107】

Ｖｓ検出回路１８２は、検知電極１４２と基準電極１４３との間の電圧Ｖｓを検出し、検出した結果を基準電圧比較回路１８３へ出力する。
基準電圧比較回路１８３は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）とＶｓ検出回路１８２の出力（すなわち、電圧Ｖｓ）とを比較し、比較結果をＩｐ１ドライブ回路１８１へ出力する。そしてＩｐ１ドライブ回路１８１は、電圧Ｖｓが基準電圧と等しくなるように、第１ポンピング電流Ｉｐ１の流れる向きと第１ポンピング電流Ｉｐ１の大きさとを制御するとともに、第１測定室１２１内の酸素濃度を、ＮＯｘが分解しない程度の所定値に調整する。

【0108】

Ｉｃｐ供給回路１８４は、検知電極１４２と基準電極１４３との間に微弱な電流Ｉｃｐを流す。これにより、酸素が第１測定室１２１から固体電解質層１４１を介して基準酸素室１４６に送り込まれるため、基準酸素室１４６は、基準となる所定の酸素濃度に設定される。

【0109】

Ｖｐ２印加回路１８５は、ポンピング電極１５２とポンピング電極１５３との間に、一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加する。これにより、第２測定室１４８では、第２ポンピングセル１５０を構成するポンピング電極１５２，１５３の触媒作用によって、ＮＯｘが解離される。この解離により得られた酸素イオンがポンピング電極１５２とポンピング電極１５３との間の固体電解質層１５１を移動することにより第２ポンピング電流Ｉｐ２が流れる。Ｉｐ２検出回路１８６は、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。

【0110】

ヒータ駆動回路１８７は、発熱抵抗体であるヒータ１６０の一端にヒータ通電用の正電圧を印加するともに、ヒータ１６０の他端にヒータ通電用の負電圧を印加することにより、ヒータ１６０を駆動する。

【0111】

起電力検出回路１８８は、第１基準電極２１１と第１検知電極２１３との間の起電力（以下、第１アンモニア起電力）と、第２基準電極２２１と第２検知電極２２３との間の起電力（以下、第２アンモニア起電力）を検出し、検出結果を示す信号をマイコン１９０へ出力する。

【0112】

マイコン１９０は、ＣＰＵ１９１、ＲＯＭ１９２、ＲＡＭ１９３および信号入出力部１９４を備える。
ＣＰＵ１９１は、ＲＯＭ１９２に記憶されたプログラムに基づいて、センサ素子部５を制御するための処理を実行する。信号入出力部１９４は、Ｉｐ１ドライブ回路１８１、Ｖｓ検出回路１８２、Ｉｐ２検出回路１８６、ヒータ駆動回路１８７および起電力検出回路１８８に接続される。信号入出力部１９４は、Ｉｐ１ドライブ回路１８１、Ｖｓ検出回路１８２、Ｉｐ２検出回路１８６および起電力検出回路１８８からのアナログ信号の電圧値をディジタルデータに変換してＣＰＵ１９１へ出力する。

【0113】

またＣＰＵ１９１は、信号入出力部１９４を介してヒータ駆動回路１８７へ駆動信号を出力することにより、ヒータ１６０に供給する電力をパルス幅変調により通電制御して、ヒータ１６０が目標の温度になるようにしている。なお、ヒータ１６０の通電制御は、ＮＯｘ検出部１０１を構成するセル（例えば、酸素濃度検出セル１４０）のインピーダンスを検出し、検出したインピーダンスが目標値となるように供給電力量を制御する公知の手法によって実現することができる。

【0114】

またＣＰＵ１９１は、ＲＯＭ１９２から各種データを読み込み、第１ポンピング電流Ｉｐ１の値、第２ポンピング電流Ｉｐ２の値、第１アンモニア起電力の値および第２アンモニア起電力の値から種々の演算処理を行う。

【0115】

ＣＰＵ１９１が実行する演算処理は、公知の手法を用いることができ、ここでの詳細な説明は省略する。なお、ＣＰＵ１９１は、例えば、まず、第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２、第１アンモニア起電力および第２アンモニア起電力に基づいて、酸素濃度、ＮＯｘ濃度出力、第１アンモニア濃度出力および第２アンモニア濃度出力を求める演算処理を行う。そして、ＣＰＵ１９１は、酸素濃度、ＮＯｘ濃度出力、第１アンモニア濃度出力および第２アンモニア濃度出力を用いて、所定の補正式を用いた演算を行うことで、排気ガス中のアンモニア濃度、ＮＯ_２濃度およびＮＯｘ濃度を求める。

【0116】

なお、マイクロコンピュータ１９０の各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、ＲＯＭが、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部３を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。また、マイクロコンピュータが実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

【0117】

このように構成された制御部３を備えるマルチガス検出装置１は、ＮＯｘ検出部１０１と第１アンモニア検出部１０２と第２アンモニア検出部１０３とを備えるマルチガスセンサ２を用いて、排気ガスに含まれるアンモニア、ＮＯ_２およびＮＯｘの濃度を算出する。

【0118】

［１－７．効果］
以上説明したように、本実施形態のマルチガスセンサ２は、素子保護部１２４を有するセンサ素子部５を備えている。

【0119】

センサ素子部５は、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３を覆うことなく、多孔質体１３４（ＮＯｘ検出部１０１の多孔質部）を覆うように形成された素子保護部１２４を備える。これにより、熱衝撃を緩和し、センサ素子部５の破損を抑制できる。また、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３に到達しようとする排気ガス（被測定ガス）が素子保護部１２４によって遮られることがなくなる。

【0120】

よって、センサ素子部５は、排気ガスが第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３に到達しやすくなるため、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３での検出精度の低下を抑制できる。

【0121】

次に、センサ素子部５においては、内側保護部１２４ａの気孔率が外側保護部１２４ｂの気孔率よりも大きい。このため、センサ素子部５は、多孔質体１３４（ＮＯｘ検出部１０１の多孔質部）と内側保護部１２４ａとの間でのガスの移動量が少なくなりすぎるのを抑制できる。

【0122】

次に、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３におけるそれぞれの一対の電極（第１基準電極２１１と第１検知電極２１３。第２基準電極２２１と第２検知電極２２３。）は、ＮＯｘ検出部１０１の幅方向において、発熱部１６０ａの配置領域の内側に配置されている。

【0123】

このように構成された第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３におけるそれぞれの一対の電極は、発熱部１６０ａの配置領域よりも広い領域に配置される場合に比べて、全体が発熱部１６０ａの熱を受け取りやすくなる。

【0124】

よって、センサ素子部５は、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３におけるそれぞれの一対の電極における温度分布に偏りが生じるのを抑制でき、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３の検出精度が低下することを抑制できる。

【0125】

また、センサ素子部５を備えるマルチガスセンサ２は、センサ素子部５と同様に、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３での検出精度の低下を抑制できる。

【0126】

次に、センサ素子部５の製造方法では、第１ステップ、第３ステップおよび第４ステップを有することで、第２ステップにおいて焼成前保護材料１２４ｐ（焼成前内側材料１２４ａｐ、焼成前外側材料１２４ｂｐ）を塗布するにあたり、第２検出領域ＲＥ２および第１検出領域ＲＥ１の全てを覆うように、焼成前保護材料１２４ｐを塗布することができる。つまり、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３を覆わない素子保護部１２４を備えるセンサ素子部５の製造にあたり、焼成前保護材料１２４ｐの塗布作業において第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３を避けるなどの特別対応が必要ない。このため、焼成前保護材料１２４ｐの塗布方法として、素子部材をスラリー液へ浸漬する方法（ディップ法）を採用できる。この方法は、素子部材をそのままの状態でスラリー液に漬けるという簡便な方法であるため、焼成前保護材料１２４ｐの塗布作業における作業負担の増加を抑制できる。

【0127】

［１－８．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。
センサ素子部５がガスセンサ素子に相当し、ＮＯｘ検出部１０１が素子本体部および第１検出部に相当する。先端面１０１ａが先端面に相当し、後端面１０１ｂが後端面に相当し、３つの通常側面１０１ｃおよび１つのアンモニア検出側面１０１ｄが複数の側面に相当し、アンモニア検出側面１０１ｄが第２検出側面に相当し、通常側面１０１ｃが通常側面に相当し、多孔質体１３４が多孔質部に相当する。

【0128】

第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３が第２検出部の一例に相当し、素子保護部１２４が素子保護部の一例に相当し、内側保護部１２４ａが内側保護部の一例に相当し、外側保護部１２４ｂが外側保護部の一例に相当する。消失材１７１が消失材の一例に相当し、焼成前保護材料１２４ｐ，焼成前内側材料１２４ａｐ、焼成前外側材料１２４ｂｐが焼成前保護材料の一例に相当する。

【0129】

第２検出領域ＲＥ２が第２検出領域に相当し、第１検出領域ＲＥ１が第２検出領域よりも先端側の領域に相当し、ヒータ１６０がヒータに相当し、発熱部１６０ａが発熱部に相当し、第１基準電極２１１および第１検知電極２１３が一対の検知電極に相当し、第２基準電極２２１および第２検知電極２２３が一対の検知電極に相当する。第４検出領域ＲＥ４が多孔質領域に相当する。

【0130】

マルチガスセンサ２がガスセンサの一例に相当し、主体金具１０がハウジングの一例に相当する。
［２．第２実施形態］
［２－１．第２センサ素子部］
第２実施形態として、第２センサ素子部１０５について説明する。第２センサ素子部１０５は、第１実施形態のセンサ素子部５と比べて、素子保護部の形態が異なるため、異なる部分を中心に説明する。

【0131】

なお、以下の説明では、第２センサ素子部１０５のうち、第１実施系態と同様の構成については、同一符号を付しており、それらの詳細説明は省略する。
図８に示すように、第２センサ素子部１０５は、ＮＯｘ検出部１０１と、第１アンモニア検出部１０２と、第２アンモニア検出部１０３と、第２素子保護部２２４と、予備保護層２３２と、を備える。

【0132】

なお、図８では、第２センサ素子部１０５のうち先端部分を図示しており、後端部分の図示を省略している。また、図８では、第２素子保護部２２４を点線で表し、第２センサ素子部１０５のうち第２素子保護部２２４で覆われる部分（ＮＯｘ検出部１０１の一部、予備保護層２３２の一部など）を実線で表している。

【0133】

第２素子保護部２２４は、第１実施形態の素子保護部１２４と同じ材料で構成されている。第２素子保護部２２４は、アンモニア検出側面１０１ｄを覆う部分の後端部（以下、第１後端部２２４ａともいう）よりも、多孔質体１３４が形成される通常側面１０１ｃを覆う部分の後端部（以下、第２後端部２２４ｂともいう）の方が、ＮＯｘ検出部１０１の後端側に位置するように形成されている。また、第２素子保護部２２４は、第１後端部２２４ａが保護層２３０よりも先端側に位置し、第２後端部２２４ｂが保護層２３０よりも後端側に位置するように形成されている。

【0134】

ここで、第２素子保護部２２４のうち、アンモニア検出側面１０１ｄに垂直な方向（高さ方向。図８の上下方向。）において、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）よりも高い部分（図８において斜線で表した領域）を特定保護部２２４ｃとする。第２センサ素子部１０５の軸線方向（図８の左右方向）において、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）の先端と特定保護部２２４ｃの後端との間隔寸法Ｄ１は、２．５ｍｍである。つまり、第２センサ素子部１０５は、間隔寸法Ｄ１が２．０ｍｍ以上となるように構成されている。

【0135】

予備保護層２３２は、第２素子保護部２２４と同じ材料で構成されている。図８に示すように、予備保護層２３２は、保護層２３０よりも低く構成されている。予備保護層２３２の高さ寸法Ｈ２は０．１０ｍｍであり、保護層２３０の高さ寸法Ｈ１は０．１５ｍｍである。予備保護層２３２は、図９に示すように、ＮＯｘ検出部１０１のアンモニア検出側面１０１ｄのうち、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）よりも軸線方向の先端側に配置されている。また、予備保護層２３２は、その先端側領域が第２素子保護部２２４により覆われている。

【0136】

つまり、予備保護層２３２は、図８に示すように、アンモニア検出側面１０１ｄのうち、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）と特定保護部２２４ｃとの間の領域に、備えられる。

【0137】

次に、第２センサ素子部１０５の製造方法について説明する。
まず、第２センサ素子部１０５のベースとなるＮＯｘ検出部１０１、第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３、保護層２３０の製造方法については、第１実施形態のセンサ素子部５と同様であるため、説明を省略する。

【0138】

第２素子保護部２２４および予備保護層２３２が形成される前段階の第２センサ素子部１０５（換言すれば、ＮＯｘ検出部１０１、第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３、保護層２３０を備える素子部材）を得た後、予備ペースト形成工程および保護部液付着工程を実行する。

【0139】

予備ペースト形成工程は、保護部液付着工程よりも前に実行される工程である。予備ペースト形成工程は、ＮＯｘ検出部１０１のアンモニア検出側面１０１ｄのうち所定領域（図９参照）に対して、予備ペースト２３２ａを塗布する工程である。

【0140】

予備ペースト２３２ａは、焼成により予備保護層２３２となるペーストである。この予備ペースト２３２ａは、アルミナ粉末（平均粒径＜１μｍ）、アルミナ繊維（平均繊維長さ５０μｍ）、カーボン粉末（平均粒径２０μｍ）、アルミナゾル（外配合）に、有機溶剤（例えばエタノール、プロピレングリコール、ブチルカルビトール）を添加し、攪拌し、適度な粘度となるように調整して調製した。なお、予備ペースト２３２ａの各成分の含有量は、例えば、アルミナ粉末（平均粒径＜１μｍ）とアルミナ繊維（平均繊維長さ５０μｍ）の合計量６０～８０体積％、カーボン粉末（平均粒径２０μｍ）２０～４０体積％、アルミナゾル（外配合）１０重量％である。

【0141】

この後、予備ペースト２３２ａにおける余分な有機溶剤を消失させるために、予備ペースト２３２ａが塗布された素子部材（第２素子保護部２２４が形成される前段階の第２センサ素子部１０５）を、２０～２００℃に設定した乾燥機内に配置し、数時間乾燥させる。

【0142】

保護部液付着工程は、第２素子保護部２２４が形成される前段階の第２センサ素子部１０５を保護部液２２５に浸漬し、保護部液２２５をＮＯｘ検出部１０１の所定領域に付着させる工程である。

【0143】

保護部液２２５は、焼成により第２素子保護部２２４となるスラリー液である。このスラリー液は、アルミナ粉末（平均粒径＜１μｍ）、アルミナ繊維（平均繊維長さ５０μｍ）、カーボン粉末（平均粒径２０μｍ）、アルミナゾル（外配合）に、有機溶剤（例えばエタノール、プロピレングリコール、ブチルカルビトール）を添加し、攪拌し、適度な粘度となるように調整して調製した。なお、スラリー液の各成分の含有量は、例えば、アルミナ粉末（平均粒径＜１μｍ）とアルミナ繊維（平均繊維長さ５０μｍ）の合計量６０～８０体積％、カーボン粉末（平均粒径２０μｍ）２０～４０体積％、アルミナゾル（外配合）１０重量％である。

【0144】

保護部液付着工程では、図１０に示すように、容器２２６に貯められた保護部液２２５に対して、素子部材（第２素子保護部２２４が形成される前段階の第２センサ素子部１０５）を浸漬する。このとき、素子部材について、ＮＯｘ検出部１０１の多孔質体１３４が下側となり、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）が上側となるとともに、保護部液２２５の液面に対してＮＯｘ検出部１０１が斜めとなる状態とした上で、素子部材を保護部液２２５に浸漬する。また、このとき、多孔質体１３４が保護部液２２５に浸漬され、かつ第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）が保護部液２２５に浸漬されない位置まで、素子部材を下降させる。このようにして、素子部材（第２素子保護部２２４が形成される前段階の第２センサ素子部１０５）に対して、保護部液２２５を付着させることができる。

【0145】

この後、保護部液２２５における余分な有機溶剤を消失させるために、保護部液２２５を備えた素子部材を、２０～２００℃に設定した乾燥機内に配置し、数時間乾燥させる。
次に、予備ペーストおよび保護部液２２５を備えた素子部材を、大気中において９００～１１００℃で３時間焼成することで、予備保護層２３２および第２素子保護部２２４が形成された第２センサ素子部１０５が得られる。

【0146】

そして、このようにして製造された第２センサ素子部１０５を、所定の方法に従ってハウジング（主体金具１０、外筒３１など）に組み付けることによりマルチガスセンサ２を製造することができる。

【0147】

［２－２．シミュレーション解析結果および測定結果］
ここで、第２センサ素子部１０５に被測定ガスを供給するにあたり、第２センサ素子部１０５の間隔寸法Ｄ１を変化させた場合に、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３へ到達する被測定ガスの流速の変化状態をシミュレーション解析した解析結果について説明する。

【0148】

なお、間隔寸法Ｄ１は、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）の先端と特定保護部２２４ｃの後端との軸線方向における距離である。
流速の変化状態のシミュレーション解析は、第２素子保護部２２４を備えていないセンサ素子部に被測定ガスを供給した場合に、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３へ到達する被測定ガスの流速を基準値（１００％）としてシミュレーション解析を実施した。シミュレーション解析では、間隔寸法Ｄ１が異なる複数の第２センサ素子部１０５を用いており、各第２センサ素子部１０５のそれぞれで解析した流速について、基準値に対する相対割合を算出し、算出結果をガス流速率とした。

【0149】

図１１に示すシミュレーション解析結果によれば、間隔寸法Ｄ１が１．５ｍｍ以上であれば、ガス流速率が９０％以上となり、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３に供給される被測定ガスの量が大幅に低減するのを抑制でき、ガス検出精度の低下を抑制できることが分かる。さらに、間隔寸法Ｄ１が２．０ｍｍ以上であれば、ガス流速率がほぼ１００％となり、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３に対して被測定ガスを十分に供給でき、ガス検出精度が良好となることが分かる。

【0150】

このシミュレーション解析結果によれば、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）の先端が特定保護部２２４ｃの後端から一定距離以上離れるように、第２素子保護部２２４を形成することで、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）への被測定ガスの供給における第２素子保護部２２４の影響を低減できる。つまり、間隔寸法Ｄ１が２．０ｍｍ以上の第２センサ素子部１０５は、素子保護部が無い場合と比べて、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）に供給される被測定ガスの量が低減するのを抑制でき、第２素子保護部２２４を備えつつ第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）でのガス検出が良好になる。

【0151】

次に、第１実施形態のセンサ素子部５および第２実施形態の第２センサ素子部１０５のガス検出精度を比較した測定結果について説明する。本測定では、同一の被測定ガスを供給した場合の第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３の検出信号を、センサ素子部５および第２センサ素子部１０５のそれぞれについて測定した。そして、その記録結果に基づいて、素子保護部の形状の違いによって検出精度（検出信号の大きさ）がどのように異なるのかを評価した。

【0152】

素子保護部の形状の違いに関しては、センサ素子部５の素子保護部１２４は、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３の幅方向外側に形成される連通部１２４ｃ（図５参照）を備えている。これに対して、第２センサ素子部１０５の第２素子保護部２２４は、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３の幅方向外側に形成される部分を備えていない（図８参照）。

【0153】

なお、本測定では、比較基準として、素子保護部を備えていないセンサ素子部（図１２では「素子保護部無し」と表記）を用いた場合の、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３それぞれの検出信号を基準値（１００％）として用いた。測定結果は、基準値に対する相対値（出力変化率）として算出した。

【0154】

図１２に示すように、第２センサ素子部１０５およびセンサ素子部５は、いずれも、出力変化率が約８０％を超えており、素子保護部が無い場合と比べて、ガス検出精度が大きく低下するのを抑制できることがわかる。なお、図１２では、素子保護部を備えていないセンサ素子部の出力変化率を「素子保護部無し」と表記している。

【0155】

とりわけ、第２センサ素子部１０５は、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３のいずれの出力変化率も、センサ素子部５に比べて大きくなっている。このため、センサ素子部５の素子保護部１２４のように連通部１２４ｃを備える構成に比べて、第２センサ素子部１０５の第２素子保護部２２４のように、第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３の幅方向外側に形成される部分を有しない構成は、被測定ガスに含まれるアンモニアの検出精度に優れていることが分かる。

【0156】

［２－３．効果］
以上説明したように、本第２実施形態の第２センサ素子部１０５は、第２素子保護部２２４を備えている。第２センサ素子部１０５は、軸線方向における第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）の先端と特定保護部２２４ｃの後端との間隔寸法Ｄ１が２．０ｍｍ以上である。

【0157】

上述のシミュレーション解析結果（図１１）に示すように、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）の先端が特定保護部２２４ｃの後端から一定距離以上離れるように、第２素子保護部２２４を形成することで、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）への被測定ガスの供給における第２素子保護部２２４の影響を低減できる。つまり、第２センサ素子部１０５は、素子保護部が無い場合と比べて、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）に供給される被測定ガスの量が低減するのを抑制でき、第２素子保護部２２４を備えつつ第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）でのガス検出が良好になる。

【0158】

次に、第２センサ素子部１０５は、アンモニア検出側面１０１ｄのうち、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）と特定保護部２２４ｃとの間に、予備保護層２３２を備えている。このような予備保護層２３２を備えることでＮＯｘ検出部１０１（アンモニア検出側面１０１ｄ）を保護しつつ、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）に供給される被測定ガスの量が低減するのを抑制できる。

【0159】

次に、第２センサ素子部１０５の製造方法においては、保護部液付着工程が実行される。これにより、第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）を覆うようにカーボン（昇華材）を設ける工程と、素子保護部を除去する工程と、を行うことなく、多孔質体１３４は覆いつつ第１アンモニア検出部１０２（第２アンモニア検出部１０３）は覆わない第２素子保護部２２４を形成することができる。

【0160】

よって、第２センサ素子部１０５の製造方法によれば、第１実施形態のセンサ素子部５の製造方法に比べて、工程を簡略化することができ、ガスセンサ素子の製造の煩雑さを軽減できる。

【0161】

次に、第２センサ素子部１０５の製造方法においては、予備ペースト形成工程が実行される。これにより、第２素子保護部２２４に加えて予備保護層２３２を設けることができ、ＮＯｘ検出部１０１のアンモニア検出側面１０１ｄのうち、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）と特定保護部２２４ｃとの間の領域におけるＮＯｘ検出部１０１に破損が生じるのを抑制できる。

【0162】

つまり、先に予備ペースト形成工程を行い、その後、保護部液付着工程を行うことで、ＮＯｘ検出部１０１（アンモニア検出側面１０１ｄ）を保護しつつ、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）に供給される被測定ガスの量が低減するのを抑制できるガスセンサ素子を製造できる。

【0163】

［２－４．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。
第２センサ素子部１０５がガスセンサ素子の一例に相当し、第２素子保護部２２４が素子保護部の一例に相当し、特定保護部２２４ｃが特定保護部の一例に相当し、予備保護層２３２が予備保護層の一例に相当し、保護部液２２５が保護部液の一例に相当する。

【0164】

［３．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

【0165】

例えば、上記実施形態では、焼成後の素子部材（ＮＯｘ検出部１０１、第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３、保護層２３０を備える素子部材）に対して、焼成前保護材料１２４ｐを塗布し、焼成前保護材料１２４ｐを焼成して素子保護部１２４を形成する製造方法について説明したが、このような製造方法に限られることはない。具体的には、焼成前の素子部材に対して焼成前保護材料１２４ｐを塗布して、未焼成の素子部材および焼成前保護材料１２４ｐを同時に焼成しても良い。

【0166】

また、上記実施形態では、センサ素子部として、ＮＯｘ検出部１０１の側面のうちヒータ１６０に近い側面に第２検出部（第１アンモニア検出部１０２および第２アンモニア検出部１０３）が形成されたセンサ素子部５について説明したが、このような形態に限られることはない。具体的には、ＮＯｘ検出部１０１における３つの通常側面１０１ｃのいずれかに第２検出部を備えても良い。

【0167】

さらに、上記第１実施形態のセンサ素子部５においては、軸線方向における保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）と素子保護部１２４との隙間部分の寸法（間隔寸法）が２．０ｍｍ以上である構成であっても良い。

【0168】

さらに、上記第１実施形態のセンサ素子部５においては、ＮＯｘ検出部１０１のアンモニア検出側面１０１ｄのうち、保護層２３０（第１アンモニア検出部１０２、第２アンモニア検出部１０３）と素子保護部１２４との間の領域に、予備保護層を備えても良い。

【0169】

また、予備保護層２３２は、第２素子保護部２２４と同じ材料で形成されるものに限られることはなく、第２素子保護部２２４と異なる材料で形成しても良い。予備保護層２３２は、ＮＯｘ検出部１０１（素子本体部）を破損から保護できるものであれば任意の材料を用いることができる。

【0170】

また、上述した各種数値（粒径、含有量、体積％、厚み寸法など）は、上記数値に限られることはなく、特許請求の範囲に記載の技術的範囲において、任意の値を採ることができる。

【0171】

次に、上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【0172】

上述したマイコン１９０の他、当該マイコン１９０を構成要素とするシステム、当該マイコン１９０としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、濃度算出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

【符号の説明】

【0173】

１…マルチガス検出装置、２…マルチガスセンサ、５…センサ素子部、１０…主体金具
、１０１…ＮＯｘ検出部、１０１ａ…先端面、１０１ｂ…後端面、１０１ｃ…通常側面、１０１ｄ…アンモニア検出側面、１０２…第１アンモニア検出部、１０３…第２アンモニア検出部、１０５…第２センサ素子部、１２２…拡散抵抗体、１２４…素子保護部、１２４ａ…内側保護部、１２４ａｐ…焼成前内側材料、１２４ｂ…外側保護部、１２４ｂｐ…焼成前外側材料、１２４ｐ…焼成前保護材料、１３０…第１ポンピングセル、１３４…多孔質体、１４０…酸素濃度検出セル、１５０…第２ポンピングセル、１６０…ヒータ、１６０ａ…発熱部、１７１…消失材、２１１…第１基準電極、２１２…第１固体電解質体、２１３…第１検知電極、２２１…第２基準電極、２２２…第２固体電解質体、２２３…第２検知電極、２２４…第２素子保護部、２２４ｃ…特定保護部、２２５…保護部液、２３０…保護層、２３２…予備保護層、Ｌ１…ヒータ幅寸法、Ｌ２…検知幅寸法、ＲＥ１…第１検出領域、ＲＥ２…第２検出領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】