特許 7457664 センサ素子及びガスセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-19

(45)【発行日】2024-03-28

(54)【発明の名称】センサ素子及びガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/41 20060101AFI20240321BHJP

   G01N 27/409 20060101ALI20240321BHJP

【ＦＩ】

G01N27/41 325H

G01N27/409 100

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021029660

(22)【出願日】2021-02-26

(65)【公開番号】P2022130968

(43)【公開日】2022-09-07

【審査請求日】2023-07-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100113022

【弁理士】

【氏名又は名称】赤尾 謙一郎

(74)【代理人】

【氏名又は名称】下田 昭

(72)【発明者】

【氏名】大石 雄太

(72)【発明者】

【氏名】中務 卓哉

【審査官】黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】特表２００５－５１０７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２８８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１６５７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５０４２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－３００７３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／４１

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１９

Ｇ０１Ｎ ２７／４１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体電解質体と、
前記固体電解質体の一方の面に配置されて外部に連通する検知電極と、
前記固体電解質体に埋設されるか、又は前記固体電解質体の他方の面に接して配置される基準電極と、
ヒータと、を備え、
軸線方向に延びて、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検知する板状積層型のセンサ素子であって、
積層方向に見て、前記ヒータは、前記基準電極を挟んで前記固体電解質体の反対側に配置され、
さらに、前記積層方向に見て前記検知電極と前記基準電極の間の位置で前記固体電解質体に埋設され、主面方向に前記基準電極の少なくとも一部と重なる、緻密な絶縁層を備えることを特徴とするセンサ素子。

【請求項2】

前記基準電極は、基準ガスを内部に溜めることが可能な多孔質体からなることを特徴とする請求項１に記載のセンサ素子。

【請求項3】

前記検知電極と前記ヒータとの積層方向の距離が１．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ素子。

【請求項4】

軸線方向に延び、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検知する板状積層型のセンサ素子と、前記センサ素子を保持する主体金具とを備えるガスセンサにおいて、
前記センサ素子は請求項１～３のいずれか一項に記載のセンサ素子を用いることを特徴とするガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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

【背景技術】

【0002】

従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（酸素等）の濃度を検出するためのガスセンサが用いられている。このガスセンサは自身の内部にセンサ素子を有し、センサ素子は、板状の固体電解質体と、該固体電解質体に配置された検知電極及び基準電極とからなる検知セルを有している。さらに、センサ素子はヒータを有しており、検知セルの温度を一定に制御することで、検知精度を保っている。
ここで、一般にヒータによる温度制御は、検知セルを構成する内部抵抗（電極・リードの抵抗、固体電解質体の抵抗、気体の拡散由来の抵抗を含む）を測定することで行われ、予め取得した内部抵抗と検知セル温度との関係に基づいて検知セルの温度を算出し、ヒータを加熱することで温度制御を行っている。

【0003】

ところが、本発明者らが検討したところ、被測定ガスの雰囲気（酸素濃度）によって拡散由来の抵抗が変化することがわかり、内部抵抗における拡散由来の抵抗の割合が大きい場合、温度制御の精度の低下が懸念される。
このようなことから、固体電解質体と基準電極との間に多孔質絶縁体を設け、基準電極の反対面にも他の固体電解質体を設けた技術が開発されている（特許文献１）。又、固体電解質体と基準電極との間に空隙を設け、基準電極の周囲を他の固体電解質で覆った技術も開発されている（特許文献２）。

【0004】

これらの技術では、多孔質絶縁体や空隙により基準電極から固体電解質体へ向かう電流経路を遮断させ、基準電極から他の固体電解質体を介して固体電解質体へ電流を迂回させることで、内部抵抗全体における、固体電解質体を介した検知電極と基準電極との間の固体電解質体の抵抗の割合を増大させ、温度制御の精度の低下を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表2005-510714号公報（図１）

【文献】米国特許出願公開2010-0224491号明細書（段落００１０）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、検知セルの温度制御では、ヒータを加熱することで検知電極を目標温度に保つようにしているが、一般にヒータは基準電極を挟んで固体電解質体の反対側に配置されることから、検知電極はヒータから最も遠い側に配置される。このため、温度制御の精度を高めるためには、検知電極とヒータの積層方向の距離をなるべく近付け、ヒータからの熱伝達を良好にすることが好ましい。
しかしながら、特許文献１記載の技術の場合、固体電解質体と基準電極との間に介在する多孔質絶縁体が基準ガスを溜める機能も有するため、その厚みを比較的厚くする必要があり、検知電極とヒータの積層方向の距離も増える傾向にある。又、絶縁体が多孔質なため、空隙に溜まったガスが断熱効果を生じ、ヒータの熱が検知電極に伝わり難くなる。同様に、特許文献２記載の技術の場合も、固体電解質体と基準電極との間に設けた空隙が断熱効果を生じ、ヒータの熱が検知電極に伝わり難い。

【0007】

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、ヒータによる検知電極の温度制御の精度を向上させることができるセンサ素子及びガスセンサ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】

上記課題を解決するため、本発明のセンサ素子は、固体電解質体と、前記固体電解質体の一方の面に配置されて外部に連通する検知電極と、前記固体電解質体に埋設されるか、又は前記固体電解質体の他方の面に接して配置される基準電極と、ヒータと、を備え、軸線方向に延びて、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検知する板状積層型のセンサ素子であって、積層方向に見て、前記ヒータは、前記基準電極を挟んで前記固体電解質体の反対側に配置され、さらに、前記積層方向に見て前記検知電極と前記基準電極の間の位置で前記固体電解質体に埋設され、主面方向に前記基準電極の少なくとも一部と重なる、緻密な絶縁層を備えることを特徴とする。

【0009】

このセンサ素子によれば、各電極間に絶縁層が介在するので、基準電極から固体電解質体の最短距離を経て検知電極へ向かう電流経路が絶縁層により遮断される。このため、各電極間の固体電解質体を経由する電流経路は、絶縁層が介在しない場合に比べて迂回して長くなる。
このため、内部抵抗全体における、固体電解質体を介した検知電極と基準電極との間の固体電解質体の抵抗の割合を増大させ、温度制御の精度の低下を抑制できる。
さらに、温度制御では、ヒータを加熱することで検知電極を目標温度に保つようにしているが、絶縁層が緻密であるので、絶縁層が多孔質の場合に比べてその厚みを薄くすることができると共に、多孔質に溜まるガスによる断熱効果も抑制できる。その結果、検知電極とヒータの積層方向の距離を短縮し、ヒータからの熱伝達にも優れるので、温度制御の精度をさらに向上させることができる。

【0010】

本発明のセンサ素子において、前記基準電極は、基準ガスを内部に溜めることが可能な多孔質体からなっていてもよい。
このセンサ素子によれば、積層方向に基準電極の上側又は下側に基準ガスを溜めるための多孔質層や空隙を設ける必要がなく、検知電極とヒータの積層方向の距離をさらに短縮できる。

【0011】

本発明のセンサ素子において、前記検知電極と前記ヒータとの積層方向の距離が１．５ｍｍ以下であってもよい。
このセンサ素子によれば、検知電極とヒータの積層方向の距離を確実に短縮でき、ヒータへの温度制御の精度が向上する。 また、素子の機械的強度の観点から検知電極とヒータとの積層方向の距離が０．６ｍｍ以上であると望ましい。

【0012】

本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検知する板状積層型のセンサ素子と、前記センサ素子を保持する主体金具とを備えるガスセンサにおいて、前記センサ素子は請求項１～３のいずれか一項に記載のセンサ素子を用いることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

この発明によれば、ヒータによる検知電極の温度制御の精度を向上させることができるセンサ素子及びガスセンサが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１の実施形態にかかるガスセンサの断面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態にかかるセンサ素子の検知セル付近の軸線方向に垂直な面に沿う断面図である。

【図3】本発明の第１の実施形態にかかるセンサ素子の検知セル付近の平面図である。

【図4】本発明の他の実施形態にかかるセンサ素子の検知セル付近の軸線方向に垂直な面に沿う断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の第１の実施形態について、図１～図３に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるガスセンサ１の断面図、図２は本発明の実施形態にかかるセンサ素子２１の検知セル２２付近の軸線Ｏ方向に垂直な面に沿う断面図、図３はセンサ素子２１の検知セル２２付近の平面図である。

【0016】

図１において、ガスセンサ（酸素センサ）１は、センサ素子２１と、軸線Ｏ方向に貫通してセンサ素子２１を挿通させる貫通孔３２を有するホルダ（セラミックホルダ）３０と、セラミックホルダ３０の径方向周囲を取り囲む主体金具１１と、プロテクタ５１と、を備えている。
センサ素子２１のうち、検知セル２２が形成された先端側が、セラミックホルダ３０及び主体金具１１より先端に突出している。このように貫通孔３２を通されたセンサ素子２１は、セラミックホルダ３０の後端面側（図示上側）に配置されたシール材（本例では滑石）４１を、絶縁材からなるスリーブ４３、リングワッシャ４５を介して先後方向に圧縮することによって、主体金具１１の内側において先後方向に気密を保持して固定されている。

【0017】

なお、センサ素子２１の後端側２９はスリーブ４３及び主体金具１１より後方に突出しており、その後端側２９に形成された各電極端子２４に、シール材８５を通して外部に引き出された各リード線７１の先端に設けられた端子金具７５が圧接され、電気的に接続されている。また、この電極端子２４を含むセンサ素子２１の後端側２９は、外筒８１でカバーされている。以下、さらに詳細に説明する。

【0018】

センサ素子２１は軸線Ｏ方向に延びると共に、測定対象に向けられる先端側（図示下側）に、検知電極１２２等（図２）からなり被検知ガス中の特定ガス成分を検知する検知セル２２を備えた帯板状（板状）積層型をなしている。センサ素子２１の横断面は、先後において一定の大きさの長方形（矩形）をなし、セラミック（固体電解質等）を主体として細長いものとして形成されている。このセンサ素子２１自体は、従来公知のものと同じものであり、固体電解質（部材）の先端側に検知セル２２をなす一対の検知電極が配置され、これに連なり後端側には、検知用出力取り出し用のリード線７１接続用の電極端子２４が露出形成されている。

【0019】

また、本例では、センサ素子２１のうち、固体電解質（部材）に積層状に形成されたセラミック材の先端側内部にヒータ１２５（図２）が設けられており、後端側には、このヒータへの電圧印加用のリード線７１接続用の電極端子２４が露出形成されている。なお、図示はしないが、これら電極端子２４は縦長矩形に形成され、例えばセンサ素子２１の後端側２９において、帯板の幅広面（両面）に３つ又は２つの電極端子が横に並んでいる。
なお、センサ素子２１の検知セル２２に、アルミナ又はスピネル等からなる多孔質の保護層２３が被覆されている。

【0020】

主体金具１１は、先後において同心異径の筒状をなし、先端側には小径で後述するプロテクタ５１を外嵌して固定するための円筒状の円環状部（以下、円筒部ともいう）１２を有し、その後方（図示上方）の外周面には、それより大径をなす、エンジンの排気管への固定用のネジ１３が設けられている。そして、その後方には、このネジ１３によってセンサ１をねじ込むための多角形の工具係合部１４を備えている。また、この工具係合部１４の後方には、ガスセンサ１の後方をカバーする保護筒（外筒）８１を外嵌して溶接する円筒部１５が連設され、その後方には外径がそれより小さく薄肉のカシメ用円筒部１６を備えている。

【0021】

なお、このカシメ用円筒部１６は、図１では、カシメ後のために内側に曲げられている。なお、工具係合部１４の下面には、ねじ込み時におけるシール用のガスケット１９が取着されている。
一方、主体金具１１は、軸線Ｏ方向に貫通する内孔１８を有している。内孔１８の内周面は後端側から先端側に向かって径方向内側に先細るテーパ状の段部１７を有している。

【0022】

主体金具１１の内側には、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）からなり、概略短円筒状に形成されたセラミックホルダ３０が配置されている。セラミックホルダ３０は、先端に向かって先細りのテーパ状に形成された先端向き面３０ａを有している。そして、先端向き面３０ａの外周寄りの部位が段部１７に係止されつつ、セラミックホルダ３０が後端側からシール材４１で押圧されることで主体金具１１内にセラミックホルダ３０が位置決めされ、かつ隙間嵌めされている。
一方、貫通孔３２は、セラミックホルダ３０の中心に設けられると共に、センサ素子２１が略隙間なく通るように、センサ素子２１の横断面とほぼ同一の寸法の矩形の開口とされている。

【0023】

センサ素子２１は、セラミックホルダ３０の貫通孔３２に通され、センサ素子２１の先端２１ａをセラミックホルダ３０及び主体金具１１の先端１２ａよりも先方に突出させている。
一方、センサ素子２１の先端部は、一重の有底円筒状のプロテクタ（保護カバー）５１で覆われている。プロテクタ５１の後端は主体金具１１の円筒部１２に外嵌され、溶接されている。又、プロテクタ５１の後端寄りの部位には、径方向（軸線Ｏ方向に垂直な方向）に沿う段部５１ｄが形成され、段部５１ｄより先端側が小径となっている。
そして、段部５１ｄには後端側を向くガス導入孔５６が複数個開口している。

【0024】

一方、プロテクタ５１の先端の底部５１ａ中央にはガス排出孔５３（本例では１個）が設けられている。ガス排出孔５３は、ガス導入孔５６よりも先端側に配置され、ガスセンサ１が取り付けられる取付対象（排気管等）を流れる被検知ガスの流れによってプロテクタ５１内のガスがガス排出孔５３から外部へ吸い出され、その負圧により、ガス導入孔５６から被検知ガスがプロテクタ５１内へ導入される。
なお、図１の例では、プロテクタ５１の先端の底部５１ａ中央が平行な２本の切れ目で後端側に切り起こされてカバー５１ｆを形成し、ガス排出孔５３は、プロテクタ５１の底部５１ａとカバー５１ｆとの間の隙間に径方向に向いて形成されている。

【0025】

又、図１に示すように、センサ素子２１の後端側２９に形成された各電極端子２４には、外部にシール材８５を通して引き出された各リード線７１の先端に設けられた各端子金具７５がそのバネ性により圧接され、電気的に接続されている。そして、この圧接部を含む各端子金具７５は、本例ガスセンサ１では、外筒８１内に配置された絶縁性のセパレータ９１内に設けられた各収容部内に、それぞれ対向配置で設けられている。なお、セパレータ９１は、外筒８１内にカシメ固定された保持部材８２を介して径方向及び先端側への動きが規制されている。そして、この外筒８１の先端部を、主体金具１１の後端側の円筒部１５に外嵌して溶接することで、ガスセンサ１の後方が気密状にカバーされている。
なお、リード線７１は外筒８１の後端部の内側に配置されたシール材（例えばゴム）８５を通されて外部に引き出されており、この小径筒部８３を縮径カシメしてこのシール材８５を圧縮することにより、この部位の気密が保持されている。

【0026】

因みに、外筒８１の軸線Ｏ方向の中央よりやや後端側には、先端側が径大の段部８１ｄが形成され、この段部８１ｄの内面がセパレータ９１の後端を先方に押すように支持する。一方、セパレータ９１はその外周に形成されたフランジ９３を外筒８１の内側に固定された保持部材８２の上に支持させられており、段部８１ｄと保持部材８２とによってセパレータ９１が軸線Ｏ方向に保持されている。

【0027】

次に、図２、図３を参照し、本発明の特徴部分について説明する。
図２に示すように、センサ素子２１の検知セル２２は、固体電解質体１２１と、固体電解質体１２１の一方の面（図２の上面）に接して配置される検知電極１２２と、固体電解質体１２１に埋設されて配置される基準電極１２３とを備え、酸素濃度を検出する。又、検知セル２２の基準電極１２３側にはヒータ１２５が積層されている。
なお、固体電解質体１２１は、図２の上面側の第１固体電解質体１２１ａと、下面側の第２固体電解質体１２１ｂと、第１固体電解質体１２１ａと第２固体電解質体１２１ｂとの間に積層される第３固体電解質体１２１ｃとを一体に有している。第１固体電解質体１２１ａ～第３固体電解質体１２１ｃは一体となって電気的に接続され、固体電解質体１２１を構成する。

【0028】

固体電解質体１２１は、第１固体電解質体１２１ａ～第３固体電解質体１２１ｃとなる各未焼成シートを積層圧着し、焼成することで形成できる。固体電解質体１２１の断面を見ると、各シートが一体になって第１固体電解質体１２１ａ～第３固体電解質体１２１ｃの境界が見えない場合は、これら各固体電解質体を区別せずに一体の固体電解質体１２１とみなす。一方、境界が見える場合は、各固体電解質体を区別してもよい。

【0029】

ここで、検知電極１２２の表面（図２の上面）には、検知電極１２２を覆うようにして多孔質層１２６が配置されており、保護層２３及び多孔質層１２６を介して検知電極１２２が外部に連通するようになっている。多孔質層１２６はアルミナ等のセラミックからなり、外部から検知電極１２２へ流入する被測定ガスの流入量を調整する拡散抵抗層として機能する。
又、ヒータ１２５は白金を主体とする発熱体からなる配線パターンが蛇行する構成となっている。積層方向Ｄ（図２の上下方向）に見て、ヒータ１２５は、基準電極１２３を挟んで固体電解質体１２１の反対側（図２の下側）に配置されている。

【0030】

なお、多孔質層１２６は平面から見て矩形状であり、センサ素子２１の外形（外縁）を形成する第１セラミック絶縁層１３１の矩形開口部に埋設されるようにして配置されている。同様に、固体電解質体１２１は平面から見て矩形状であり、センサ素子２１の外形（外縁）を形成する第２セラミック絶縁層１３３及び第３セラミック絶縁層１３４の矩形開口部に配置されている。
又、ヒータ１２５は、センサ素子２１の外形（外縁）を形成する第４セラミック絶縁層１３５と第５セラミック絶縁層１３７の間に挟まれるように配置されている。

【0031】

第１セラミック絶縁層１３１及び第５セラミック絶縁層１３７の外面がセンサ素子２１の外側を向く主面を構成する。又、第１セラミック絶縁層１３１、第２セラミック絶縁層１３３、後述する第３セラミック絶縁層１３４、第４セラミック絶縁層１３５及び第５セラミック絶縁層１３７は、この順に積層されている。
なお、センサ素子２１の主面に沿う方向を、主面方向Ｓとする。

【0032】

又、図３に示すように、本例では、基準電極１２３は平面から見てＵ字型に二股分岐して２つの枝部１２３ａ、１２３ｂを有するフォーク形状をなし、Ｕ字の基部の後端側にリード部１２３Ｌが接続されている。
一方、検知電極１２２は平板状をなし、後端側にリード部１２２Ｌが接続されている。

【0033】

さらに、積層方向に見て、検知電極１２２と基準電極１２３の間の位置で、緻密な絶縁層１２４が固体電解質体１２１に埋設されている。詳細には、第１固体電解質体１２１ａと基準電極１２３との間に絶縁層１２４が配置され、絶縁層１２４は第１固体電解質体１２１ａと基準電極１２３とにそれぞれ接している。
より詳しくは、図３に示すように、本例では、絶縁層１２４は主面方向に基準電極１２３と重なり、かつ基準電極１２３より外側にはみ出すように形成されており、絶縁層１２４もＵ字型に二股分岐したフォーク形状になっている。
ここで、「緻密」とは、倍率３０００倍で絶縁層１２４の断面のＳＥＭ（走査電子顕微鏡）の組成像（二次電子像）を見たとき、絶縁層１２４を構成するセラミックの組成と異なる暗部（空隙を表す）の占める面積が４％以下の場合をいう。

【0034】

又、基準電極１２３の表面（図２の下面及び側面）には、第２固体電解質体１２１ｂが接して配置されている。ここで、基準電極１２３と絶縁層１２４との接続面と、第２固体電解質体１２１ｂの表面（図２の上面）とは面一であり、積層方向に第１固体電解質体１２１ａと第２固体電解質体１２１ｂとの間であって絶縁層１２４の非形成部位には第３固体電解質体１２１ｃが配置されている。
つまり、第２固体電解質体１２１ｂは、第３固体電解質体１２１ｃを介して第１固体電解質体１２１ａと電気的に接続する。なお、第３固体電解質体１２１ｃを第２固体電解質体１２１ｂと一体に形成させ、第２固体電解質体１２１ｂが第１固体電解質体１２１ａと直接的に電気的に接続するようにしてもよい。

【0035】

なお、第２固体電解質体１２１ｂは平面から見て第１固体電解質体１２１ａと同一寸法の矩形状であり、センサ素子２１の外形（外縁）を形成する第３セラミック絶縁層１３４の矩形開口部に配置されている。第３固体電解質体１２１ｃも第３セラミック絶縁層１３４の矩形開口部の一部（絶縁層１２４の非形成部位）に配置されている。

【0036】

固体電解質体１２１（第１固体電解質体１２１ａ、第２固体電解質体１２１ｂ及び第３固体電解質体１２１ｃ）は、ジルコニア（ＺｒＯ_２）に安定化剤としてイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）又はカルシア（ＣａＯ）を添加してなる部分安定化ジルコニア焼結体から構成されている。
検知電極１２２、基準電極１２３は、貴金属を主成分とすると共にセラミックを含有した組成からなる。貴金属としては白金族元素を用いることができる。これらを形成する好適な白金族元素としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等を挙げることができ、これらはその一種を単独で使用することもできるし、又二種以上を併用することもできる。セラミック成分は、固着という観点から、積層される側の主体となる材料（各固体電解質体１）と同様の成分であることが好ましい。
又、リード部１２２Ｌ、１２３Ｌも貴金属を主成分とすることができる。
各セラミック絶縁層１３１～１３７はアルミナ等から形成することができる。

【0037】

なお、本例では基準電極１２３は、多孔質体であって基準ガスを内部に溜めることが可能である。そして、検知セル２２の各電極１２２，１２３間に微小電流を流して基準電極１２３に酸素を溜めさせ、基準酸素としている。

【0038】

次に、図２を参照し、絶縁層１２４の作用について説明する。
ヒータ１２５による検知セル２２の温度制御をする際には、検知セル２２の各電極１２２，１２３間にパルス電流を流し、固体電解質体１２１の内部抵抗（インピーダンス）を測定する。
このとき、仮に絶縁層１２４が介在しない場合は各電極１２２，１２３間の電流経路は、固体電解質体１２１（第１固体電解質体１２１ａ）の最短距離となる。
一方、図２に示すように、各電極１２２，１２３間に絶縁層１２４が介在すると、基準電極１２３から第１固体電解質体１２１ａへ直接向かう電流経路が絶縁層１２４により遮断される。このため、各電極１２２，１２３間の電流経路Ｃは、基準電極１２３に接する第２固体電解質体１２１ｂ及び第３固体電解質体１２１ｃを通って第１固体電解質体１２１ａ、検知電極１２２へ流れる経路となり、絶縁層１２４が介在しない場合に比べて迂回して長くなる。

【0039】

このため、内部抵抗全体における、固体電解質体１２１を介した検知電極１２２と基準電極１２３との間の固体電解質体１２１の抵抗の割合を増大させ、温度制御の精度の低下を抑制できる。
さらに、検知セル２２の温度制御では、ヒータ１２５を加熱することで検知電極１２２を目標温度に保つようにしているが、絶縁層１２４が緻密であるので、絶縁層１２４が多孔質の場合に比べてその厚みを薄くすることができると共に、多孔質に溜まるガスによる断熱効果も抑制できる。その結果、検知電極１２２とヒータ１２５の積層方向の距離を短縮し、ヒータ１２５からの熱伝達にも優れるので、温度制御の精度をさらに向上させることができる。

【0040】

又、本例では、基準電極１２３は、基準ガスを内部に溜めることが可能な多孔質体からなるので、積層方向に基準電極１２３の上側又は下側に基準ガスを溜めるための多孔質層や空隙を設ける必要がなく、検知電極１２２とヒータ１２５の積層方向の距離をさらに短縮できる。
なお、このような観点からは、検知電極１２３とヒータ１２５との積層方向の距離が１．５ｍｍ以下であることが好ましい。

【0041】

本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、図４に示すように、基準電極１２７が固体電解質体１２９に埋設されず、固体電解質体１２９の他方の面（基準電極１２３が配置される面と反対の面；図４の下面）に接して配置されてもよい。
なお、図４の例では、基準電極１２７は検知電極１２２Ｂと同様な矩形状をなしている。そして、第１の実施形態と同様、緻密な絶縁層１２４Ｂは、積層方向に見て検知電極１２２Ｂと基準電極１２７の間の位置で固体電解質体１２９に埋設され、主面方向に基準電極１２７及び検知電極１２２Ｂと重なり、かつ基準電極１２７及び検知電極１２２Ｂより主面方向の外側にはみ出すように形成されている。なお、検知電極１２２Ｂが絶縁層１２４Ｂより主面方向の外側にはみ出してもよい。

【0042】

ここで、図４において、検知セル２２Ｂのうち、検知セル２２と同一構成部分は同一符号を付して説明を省略する。又、図４の例では、固体電解質体１２９は、固体電解質体１２９用の２枚の未焼成のシートの間に未焼成の絶縁層１２４Ｂシートを挟んで積層し、焼成することで一体に形成されている。固体電解質体１２９の断面を見ると、各シートが一体になって境界Ｂが見えない場合が多いが、境界Ｂが見えていてもよい。後者の場合は、固体電解質体１２９は上層と下層からなることになる。
なお、固体電解質体１２９（又はその上層と下層）は平面から見て矩形状であり、センサ素子２１の外形（外縁）を形成する第２セラミック絶縁層１３３Ｂの矩形開口部に配置されている。
図４の例でも、基準電極１２７から固体電解質体１２９の最短距離を経て検知電極１２２Ｂへ向かう電流経路が絶縁層１２４により遮断される。このため、電流経路は、絶縁層１２４Ｂが介在しない場合に比べて固体電解質体１２９内を迂回して長くなる。

【0043】

本発明はセンサ素子のうち酸素を検知する検知セルであれば適用でき、センサ素子としては、酸素の濃度を測定するものに限定されず、窒素酸化物（ＮＯｘ）又は炭化水素（ＨＣ）等の濃度を測定するものを用いてもよい。
基準電極の形状も限定されず、上述のフォーク状でなく、矩形平板状であってもよいし、３又以上に分岐するフォーク状でもよい。
又、本例では、検知電極１２２及び基準電極１２３が配置される部位が固体電解質体で、その周囲が枠状のセラミック絶縁層からなる埋め込みタイプの複合体であったが、固体電解質体は、層全体がセンサ素子２１の外形（外縁）を形成する板状であってもよい。

【符号の説明】

【0044】

１ ガスセンサ
１１ 主体金具
２１ センサ素子
１２１、１２９ 固体電解質体
１２２、１２２Ｂ 検知電極
１２３、１２７ 基準電極
１２４、１２４Ｂ 絶縁層
１２５ ヒータ
Ｏ 軸線
Ｄ 積層方向
Ｓ 主面方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】