特許 7646516 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】2025-03-07

(45)【発行日】2025-03-17

(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 27/416 20060101AFI20250310BHJP

   G01N 27/419 20060101ALI20250310BHJP

   G01N 27/409 20060101ALI20250310BHJP

【ＦＩ】

G01N27/416 331

G01N27/419 327J

G01N27/409 100

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021173915

(22)【出願日】2021-10-25

(65)【公開番号】P2023063863

(43)【公開日】2023-05-10

【審査請求日】2024-07-17

(73)【特許権者】

【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】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】辻野 大

(72)【発明者】

【氏名】岩井 志帆

【審査官】大瀧 真理

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１５５８６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２８５９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１０４７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００６１７６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０９１４８５９４（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／２６ － ２７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

素子本体と、
前記素子本体の長手方向の一方の端部に備えられたコネクタ電極と、
前記素子本体のうちの前記一方の端部を除く部位に備えられたガス導入口と、
前記素子本体の少なくとも一方の主面を被覆する素子保護層と、
を備え、
前記素子保護層は、遮断領域によって第１部分層と第２部分層とに前記長手方向に分離されており、
前記遮断領域には、前記素子本体の前記主面を被覆するとともに前記素子保護層よりも気孔率が低い緻密層が備えられ、
前記緻密層と前記第１部分層との間の部位と、前記緻密層と前記第２部分層との間の部位とのうちの少なくともいずれかに、前記長手方向における寸法が４μｍ以上の隙間が存在しており、
前記隙間の少なくとも一部に被さるとともにジルコニアを主成分とする材料から成るキャップ層を更に備える、センサ素子。

【請求項2】

請求項１に記載のセンサ素子において、
前記長手方向における前記隙間の寸法は、１０μｍ以上である、センサ素子。

【請求項3】

請求項１に記載のセンサ素子において、
前記キャップ層は、前記素子本体に含まれる固体電解質層に用いられている材料と同じ材料であるジルコニアシートを用いて構成されている、センサ素子。

【請求項4】

請求項１に記載のセンサ素子において、
前記キャップ層は、ジルコニアペーストを用いて形成されている、センサ素子。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子において、
前記キャップ層と前記隙間とが平面視において重なり合っている部分の前記長手方向における寸法を前記隙間の前記長手方向における寸法から減算することにより得られる値は１０μｍ以下である、センサ素子。

【請求項6】

請求項１又は２に記載のセンサ素子において、
前記素子本体の前記主面は、ジルコニアシートから成る固体電解質層の表面である、センサ素子。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項に記載のセンサ素子において、
前記素子保護層は、多孔質アルミナ層から成る、センサ素子。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載のセンサ素子において、
前記緻密層は、前記素子保護層よりも気孔率が低いアルミナ層から成る、センサ素子。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項に記載のセンサ素子において、
前記素子本体は、複数の前記主面を備え、
前記コネクタ電極は、複数の前記主面のうちの第１主面と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面とにそれぞれ配され、
前記素子保護層は、前記第１主面と前記第２主面とをそれぞれ被覆しており、
前記遮断領域は、前記第１主面と前記第２主面とにそれぞれ配されている、センサ素子。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１項に記載のセンサ素子を備えるガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ素子及びガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）等の濃度を測定し得るセンサ素子が開示されている。かかるセンサ素子の前端部には、被測定ガスが導入される被測定ガス導入口が備えられている。かかるセンサ素子の後端部には、コネクタ電極が備えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－１５１０１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、被測定ガスに含まれる水分（水）が毛細管現象によってセンサ素子の長手方向に沿って移動する場合がある。かかる水がコネクタ電極に達すると、当該コネクタ電極が腐食し、正常な動作を確保できなくなる場合がある。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様によるセンサ素子は、素子本体と、前記素子本体の長手方向の一方の端部に備えられたコネクタ電極と、前記素子本体のうちの前記一方の端部を除く部位に備えられたガス導入口と、前記素子本体の少なくとも一方の主面を被覆する素子保護層と、を備え、前記素子保護層は、遮断領域によって第１部分層と第２部分層とに前記長手方向に分離されており、前記遮断領域には、前記素子本体の前記主面を被覆するとともに前記素子保護層よりも気孔率が低い緻密層が備えられ、前記緻密層と前記第１部分層との間の部位と、前記緻密層と前記第２部分層との間の部位とのうちの少なくともいずれかに、前記長手方向における寸法が４μｍ以上の隙間が存在している。

【0007】

本発明の他の態様によるガスセンサは、上記のようなセンサ素子を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、コネクタ電極に水が達するのを良好に抑制し得るセンサ素子及びガスセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一実施形態によるガスセンサの例を示す断面図である。

【図2】図２は、一実施形態によるセンサ素子を示す断面図である。

【図3】図３は、一実施形態によるセンサ素子を示す斜視図である。

【図4】図４は、一実施形態によるセンサ素子を示す上面図である。

【図5】図５は、一実施形態によるセンサ素子を示す下面図である。

【図6】図６は、隙間の一部にキャップ層が被さっている場合の例を示す上面図である。

【図7】図７は、隙間の一部にキャップ層が被さっている場合の例を示す下面図である。

【図8】図８は、隙間の一部にキャップ層が被さっている場合の他の例を示す上面図である。

【図9】図９は、隙間の一部にキャップ層が被さっている場合の他の例を示す下面図である。

【図10】図１０Ａ～図１０Ｆは、浸漬試験を行った際の遮断領域の構成を示す図である。

【図11】図１１は、試験結果を示すグラフである。

【図12】図１２は、変形実施形態によるセンサ素子を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［一実施形態］
一実施形態によるセンサ素子及びガスセンサについて図１～図１１を用いて説明する。図１は、本実施形態によるガスセンサの例を示す断面図である。図２は、本実施形態によるセンサ素子を示す断面図である。図３は、本実施形態によるセンサ素子を示す斜視図である。図４は、本実施形態によるセンサ素子を示す上面図である。図５は、本実施形態によるセンサ素子を示す下面図である。

【0011】

図１に示すように、ガスセンサ１０には、センサ素子１２が備えられている。センサ素子１２の形状は、例えば長尺な直方体形状である。センサ素子１２の長手方向を前後方向とする。即ち、図２の紙面左右方向を前後方向とする。換言すれば、後述する素子本体１５（図２参照）の長手方向を前後方向とする。センサ素子１２の厚み方向を上下方向とする。即ち、図２の紙面上下方向を上下方向とする。センサ素子１２の幅方向を左右方向とする。即ち、前後方向及び上下方向に垂直な方向を左右方向とする。

【0012】

ガスセンサ１０には、保護カバー１４が更に備えられている。保護カバー１４は、センサ素子１２の長手方向の一方の端部である前端部を保護する。ガスセンサ１０には、セラミックハウジング１６を含むセンサ組立体２０が更に備えられている。セラミックハウジング１６には、金属端子１８が装着されている。金属端子１８は、センサ素子１２の長手方向の他方の端部である後端部を保持するとともにセンサ素子１２に電気的に接続される。セラミックハウジング１６に金属端子１８が装着されることによって、コネクタ２４が構成されている。

【0013】

ガスセンサ１０は、例えば、配管２６に取り付けられ得る。配管２６としては、例えば、車両の排ガス管等が挙げられる。ガスセンサ１０は、被測定ガスである排気ガス等に含まれる特定ガスの濃度を測定するために用いられ得る。特定ガスとしては、例えば、窒素酸化物、酸素（Ｏ_２）等が挙げられるが、これに限定されない。

【0014】

保護カバー１４には、内側保護カバー１４１と、外側保護カバー１４２とが備えられている。内側保護カバー１４１は、センサ素子１２の前端部を覆う有底筒状の保護カバーである。外側保護カバー１４２は、内側保護カバー１４１を覆う有底筒状の保護カバーである。内側保護カバー１４１及び外側保護カバー１４２には、被測定ガスを保護カバー１４内に流通させるための複数の孔が形成されている。内側保護カバー１４１で囲まれた空間内に、センサ素子１２の前端部が位置している。即ち、センサ素子室２８内に、センサ素子１２の前端部が位置している。

【0015】

センサ組立体２０には、センサ素子１２を封入固定する素子封止体３０が備えられている。また、センサ組立体２０には、素子封止体３０に取り付けられたナット３２が更に備えられている。センサ組立体２０には、外筒３４と、コネクタ２４とが更に備えられている。コネクタ２４に備えられた複数の金属端子１８は、センサ素子１２の後端部に備えられたコネクタ電極１６１、１６２（図２参照）に接続されている。即ち、コネクタ２４に備えられた金属端子１８は、素子本体１５（図２参照）の後端部に備えられたコネクタ電極１６１、１６２に接続されている。

【0016】

素子封止体３０には、筒状の主体金具４０と、筒状の内筒４２とが備えられている。主体金具４０の中心軸線と内筒４２の中心軸線とは一致している。主体金具４０と内筒４２とは、溶接固定されている。主体金具４０及び内筒４２の内側の貫通孔内には、セラミックスサポータ４４１～４４３と、圧粉体４６１、４６２と、メタルリング４８とが封入されている。センサ素子１２は、素子封止体３０の中心軸線上に位置している。センサ素子１２は、素子封止体３０を前後方向に貫通している。内筒４２には、縮径部４２１、４２２が形成されている。縮径部４２１は、内筒４２の中心軸線に向かう方向に圧粉体４６２を押圧する。縮径部４２２は、メタルリング４８を介してセラミックスサポータ４４１～４４３及び圧粉体４６１、４６２を前方に押圧する。縮径部４２１、４２２からの押圧力によって、主体金具４０とセンサ素子１２との間、及び、内筒４２とセンサ素子１２との間で、圧粉体４６１、４６２が圧縮される。これにより、保護カバー１４内のセンサ素子室２８と外筒３４内の空間５０との間が圧粉体４６１、４６２によって封止されるとともに、センサ素子１２が固定される。

【0017】

ナット３２は、主体金具４０に固定されている。ナット３２の中心軸線と主体金具４０の中心軸線とは一致している。ナット３２の外周面には、雄ネジ部が形成されている。配管２６に溶接された固定用部材５２の内周面には、雌ネジ部が形成されている。ナット３２の外周面に形成された雄ネジ部は、内周面に雌ネジ部が形成された固定用部材５２内に挿入されている。これにより、保護カバー１４によって保護されたセンサ素子１２の前端部が配管２６内に突出している状態で、ガスセンサ１０が配管２６に固定されている。

【0018】

外筒３４は、内筒４２、センサ素子１２、及び、コネクタ２４の周囲を覆っている。コネクタ２４に接続された複数のリード線５４が、外筒３４の後端から外部に引き出されている。リード線５４は、コネクタ２４を介してセンサ素子１２の各電極に導通している。外筒３４とリード線５４との隙間は、グロメット等によって形成された弾性絶縁部材５６によって封止されている。外筒３４内の空間５０は基準ガス（大気）によって満たされている。センサ素子１２の後端部は、空間５０内に位置している。

【0019】

図２に示すように、センサ素子１２は、素子本体１５を有する。素子本体１５は、複数の層６０、６２、６４、６６、６８、７０から成る積層体１３を有する。第１基板層６０上には、第２基板層６２が積層されている。第２基板層６２上には、固体電解質層６４が積層されている。固体電解質層６４上には、固体電解質層６６が積層されている。固体電解質層６６上には、スペーサ層６８が積層されている。スペーサ層６８上には、固体電解質層７０が積層されている。これらの層６０、６２、６４、６６、６８、７０の材料として、例えば固体電解質が用いられている。より具体的には、これらの層６０、６２、６４、６６、６８、７０の材料として、酸素イオン伝導性の固体電解質が用いられている。酸素イオン伝導性の固体電解質としては、例えばジルコニア（ＺｒＯ_２）等が挙げられ得る。固体電解質層６０、６２、６４、６６、６８、７０には、例えば、ジルコニアシートが用いられている。素子本体１５の後述する主面１５１、１５２は、ジルコニアシートから成る固体電解質層６０、７０の表面である。これらの層６０、６２、６４、６６、６８、７０は、気密性が高い。

【0020】

センサ素子１２は、以下のように製造され得る。即ち、各層に対応するセラミックスグリーンシート（ジルコニアシート）に対して所定の加工及び所定のパターンの印刷等を行う。この後、これらのセラミックスグリーンシートを積層する。この後、焼成によってこれらのセラミックスグリーンシートを一体化する。こうして、センサ素子１２が製造され得る。なお、これらの層６０、６２、６４、６６、６８、７０の材料は、固体電解質に限定されない。例えば、これらの層６０、６２、６４、６６、６８、７０のうちのいずれかが絶縁体によって構成されていてもよい。かかる絶縁体としては、例えば、絶縁セラミックス等が用いられ得る。かかる絶縁セラミックスとしては、例えばアルミナ等が挙げられ得る。

【0021】

センサ素子１２の内部には、被測定ガスが流通する被測定ガス流路（被測定ガス流通部）７９が形成されている。被測定ガス流路７９における被測定ガスの流通方向は、被測定ガス流路７９の長手方向である。被測定ガス流路７９は、スペーサ層６８に形成されている。即ち、被測定ガス流路７９は、スペーサ層６８の一部をくり抜いた態様によって構成されている。被測定ガス流路７９の側面は、スペーサ層６８によって区画されている。被測定ガス流路７９の底面（下面）は、固体電解質層６６の上面によって区画されている。被測定ガス流路７９の天面（上面）は、固体電解質層７０の下面によって区画されている。被測定ガス流路７９の一端は、被測定ガスが導入される導入口であるガス導入口８０である。即ち、図２の左側の部分は、ガス導入口８０である。ガス導入口８０は、素子本体１５の後端部を除く部位に備えられている。より具体的には、ガス導入口８０は、素子本体１５の前端部に備えられている。

【0022】

被測定ガス流路７９においては、ガス導入口８０の後段に、第１拡散律速部８２が備えられている。第１拡散律速部８２には、例えば２本のスリットが備えられている。当該スリットの長手方向は、例えば、図２における紙面垂直方向である。第１拡散律速部８２の後段には、緩衝空間８４が備えられている。緩衝空間８４の後段には、第２拡散律速部８６が備えられている。第２拡散律速部８６には、例えば２本のスリットが備えられている。当該スリットの長手方向は、例えば、図２における紙面垂直方向である。第２拡散律速部８６の後段には、第１内部空所８８が備えられている。第１内部空所８８は、第２拡散律速部８６を介して緩衝空間８４に連通している。第１内部空所８８の後段には、第３拡散律速部９０が備えられている。第３拡散律速部９０には、例えば２本のスリットが備えられている。当該スリットの長手方向は、例えば、図２における紙面垂直方向である。第３拡散律速部９０の後段には、第２内部空所９２が備えられている。第２内部空所９２は、第３拡散律速部９０を介して第１内部空所８８に連通している。第２内部空所９２の後段には、第４拡散律速部９４が備えられている。第４拡散律速部９４には、例えば１本のスリットが備えられている。当該スリットの長手方向は、例えば、図２における紙面垂直方向である。第４拡散律速部９４の後段には、第３内部空所９６が備えられている。第３内部空所９６は、第４拡散律速部９４を介して第２内部空所９２に連通している。なお、第１拡散律速部８２、第２拡散律速部８６、第３拡散律速部９０、及び、第４拡散律速部９４のうちの少なくともいずれかを、多孔質体によって構成してもよい。

【0023】

センサ素子１２の内部には、基準ガス導入空間９８が形成されている。上述した被測定ガス流路７９は、センサ素子１２の前端部に位置している。一方、基準ガス導入空間９８は、センサ素子１２の後端部に位置している。基準ガス導入空間９８は、固体電解質層６６の一部をくり抜いた態様によって構成されている。基準ガス導入空間９８の側面は、固体電解質層６６によって区画されている。基準ガス導入空間９８の下面は、固体電解質層６４の上面によって区画されている。基準ガス導入空間９８の上面は、スペーサ層６８の下面によって区画されている。基準ガス導入空間９８には、基準ガスが導入され得る。空間５０（図１参照）内の雰囲気が、基準ガスとなり得る。窒素酸化物の濃度を測定する際の基準ガスは、例えば大気である。

【0024】

センサ素子１２の内部には、大気導入層１００が備えられている。大気導入層１００は、例えば、固体電解質層６４と固体電解質層６６との間に備えられている。大気導入層１００の材料としては、多孔質材料が用いられている。より具体的には、例えば、多孔質アルミナ等の多孔質セラミックスが大気導入層１００の材料として用いられ得る。大気導入層１００の一部は、基準ガス導入空間９８内に露出している。大気導入層１００には、基準ガス導入空間９８を介して基準ガスが導入され得る。大気導入層１００は、後述する基準電極１０２を被覆するように形成されている。大気導入層１００は、基準ガス導入空間９８内の基準ガスに対して所定の拡散抵抗を付与しつつ、当該基準ガスを基準電極１０２に到達させる。大気導入層１００のうちの後端部は、基準ガス導入空間９８内に露出している。大気導入層１００のうちの基準電極１０２を被覆している部分は、基準ガス導入空間９８内に露出していない。

【0025】

固体電解質層６４の上面には、基準電極１０２が形成されている。基準電極１０２の平面形状は、例えば矩形である。基準電極１０２は、固体電解質層６４上に直接形成されている。基準電極１０２の一部は、基準ガスが存する基準ガス室１８２内に露出している。基準ガス室１８２内には、大気導入層１００が存在している。なお、ここでは、基準ガス室１８２内に大気導入層１００が存在している場合を例に説明するが、基準ガス室１８２内に大気導入層１００が存在していなくてもよい。即ち、基準ガス室１８２内が空室であってもよい。大気導入層１００は、基準ガス導入空間９８に達するように形成されている。基準ガス室１８２は、大気導入層１００を介して導入される基準ガスが存し得る。基準電極１０２のうちの固体電解質層６４、６６に接している部分以外の部分は、基準ガス室１８２内に露出している。後述するように、第１内部空所８８内の酸素濃度（酸素分圧）、第２内部空所９２内の酸素濃度、及び、第３内部空所９６内の酸素濃度は、基準電極１０２を用いて測定され得る。基準電極１０２の材料としては、例えば、多孔質のサーメット（Ｃｅｒｍｅｔ）が用いられ得る。サーメットは、セラミックスと金属とを複合させた材料である。例えば、白金（Ｐｔ）とジルコニアとのサーメットが基準電極１０２の材料として用いられ得る。

【0026】

ガス導入口８０は、外部空間に対して開口している。ガス導入口８０を介して外部空間からセンサ素子１２内に被測定ガスが取り込まれ得る。第１拡散律速部８２は、ガス導入口８０から取り込まれる被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する。緩衝空間８４は、第１拡散律速部８２より導入された被測定ガスを第２拡散律速部８６へと導く。第２拡散律速部８６は、緩衝空間８４から第１内部空所８８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。ガス導入口８０を介してセンサ素子１２の内部に取り込まれる被測定ガスは、第１拡散律速部８２、緩衝空間８４、及び、第２拡散律速部８６を介して、第１内部空所８８に導入される。

【0027】

被測定ガス流路７９内には、ポンプ電極１１２が配されている。ポンプ電極１１２は、被測定ガス流路７９における被測定ガスの流通方向に沿うように被測定ガス流路７９内に配されている。外側ポンプ電極１１４は、固体電解質層７０の上面に形成されている。即ち、外側ポンプ電極１１４は、素子本体１５の主面１５１に配されている。外側ポンプ電極１１４は、リード線１１５を介してコネクタ電極１６１に接続されている。ポンプ電極１１２は、第１内部空所８８の内面に形成されている。外側ポンプ電極１１４は、ポンプ電極１１２が形成された領域に対応する領域に形成されている。

【0028】

ポンプ電極１１２の平面形状は、例えば矩形である。ポンプ電極１１２は、第１内部空所８８の底面と第１内部空所８８の天面とにそれぞれ形成された複数の電極によって構成され得る。即ち、ポンプ電極１１２は、天面側ポンプ電極１１２１と、底面側ポンプ電極１１２２とによって構成され得る。天面側ポンプ電極１１２１と、底面側ポンプ電極１１２２とは、不図示のパターン等によって電気的に接続されている。

【0029】

ポンプ電極１１２及び外側ポンプ電極１１４の材料としては、例えば、多孔質のサーメットが用いられ得る。

【0030】

ポンプ電極１１２と外側ポンプ電極１１４との間に所望の電圧が印加されることにより、ポンプ電極１１２と外側ポンプ電極１１４との間に正方向又は負方向に電流が流れる。これに伴い、第１内部空所８８内の酸素が外部空間に汲み出され、又は、外部空間の酸素が第１内部空所８８内に汲み入れられ得る。これにより、第１内部空所８８内の酸素濃度が所定の一定値に保持され得る。

【0031】

第３拡散律速部９０は、第１内部空所８８から第２内部空所９２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とともに、当該被測定ガスを第２内部空所９２に導く。即ち、第３拡散律速部９０は、酸素濃度が制御された被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する。

【0032】

第２内部空所９２は、第１内部空所８８において酸素濃度が予め調整された被測定ガスに対して酸素濃度の更なる調整を行うための空間である。即ち、第３拡散律速部９０を介して第２内部空所９２に導入される被測定ガスに対して、更なる酸素濃度の調整が行われる。第２内部空所９２内の酸素濃度が高精度に一定に保たれ得るため、ガスセンサ１０は、窒素酸化物の濃度を高精度に測定し得る。

【0033】

第２内部空所９２の内面には、補助ポンプ電極１２６が形成されている。補助ポンプ電極１２６は、筒状に形成されている。補助ポンプ電極１２６は、天面側電極部１２６１と、底面側電極部１２６２と、不図示の側面側電極部とが一体的に形成されていてもよい。天面側電極部１２６１は、第２内部空所９２の天面に形成されている。底面側電極部１２６２は、第２内部空所９２の底面に形成されている。側面側電極部は、第２内部空所９２の両側の側壁部に形成されている。

【0034】

補助ポンプ電極１２６と外側ポンプ電極１１４との間に電圧が印加されることにより、補助ポンプ電極１２６と外側ポンプ電極１１４との間に正方向又は負方向にポンプ電流が流れる。これに伴い、第２内部空所９２内の酸素が外部空間に汲み出され、又は、外部空間の酸素が第２内部空所９２内に汲み入れられ得る。こうして、酸素のポンピングが行われ得る。第２内部空所９２内の雰囲気中の酸素分圧は、窒素酸化物の濃度の測定に実質的に影響がない程度にまで低く制御され得る。

【0035】

第４拡散律速部９４は、第２内部空所９２から第３内部空所９６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とともに、当該被測定ガスを第３内部空所９６に導く。即ち、第４拡散律速部９４は、酸素濃度が制御された被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する。第４拡散律速部９４は、第３内部空所９６に流入する窒素酸化物の量を制限する役割をも担う。

【0036】

第３内部空所９６には、第２内部空所９２において酸素濃度が予め調整された被測定ガスが、第４拡散律速部９４を介して導入される。第３内部空所９６は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度を検出するための空間である。即ち、第３内部空所９６は、窒素酸化物の濃度を検出するための空間である。

【0037】

固体電解質層６６の上面には、測定電極１３４が形成されている。測定電極１３４の材料としては、例えば多孔質のサーメットが用いられ得る。測定電極１３４は、第３内部空所９６内の雰囲気中に存在する窒素酸化物を還元する触媒として機能する。

【0038】

第２内部空所９２内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で、第４拡散律速部９４を通じて第３内部空所９６の測定電極１３４に到達する。測定電極１３４の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物が測定電極１３４によって還元され（２ＮＯ→Ｎ_２＋Ｏ_２）、測定電極１３４の周囲において酸素が発生する。測定電極１３４の周囲において発生した酸素に対して、ポンピングが行われる。測定電極１３４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。このため、かかるポンピングによって汲み出される酸素量に応じたポンプ電流に基づいて、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度が算出され得る。また、外側ポンプ電極１１４と基準電極１０２との間に生ずる起電力に基づいて、センサ素子１２の外部における被測定ガス中の酸素分圧が検出され得る。

【0039】

このようなガスセンサ１０においては、酸素分圧が一定の低い値に保たれた被測定ガスが得られる。即ち、窒素酸化物の濃度の測定に実質的に影響がない値に酸素分圧が保たれた被測定ガスが得られる。そして、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度にほぼ比例する量の酸素が、窒素酸化物の還元によって発生する。こうして発生する酸素は、ポンピングにより汲み出される。ポンピングによって汲み出された酸素の量に応じてポンプ電流が流れるため、当該ポンプ電流に基づいて被測定ガス中の窒素酸化物の濃度を検出することが可能である。

【0040】

センサ素子１２には、センサ素子１２を加熱して保温するヒータ部１６０が更に備えられている。ヒータ部１６０は、センサ素子１２の温度調整の役割を担う。センサ素子１２に備えられた固体電解質を加熱することにより、当該固体電解質における酸素イオン伝導性を高め得る。ヒータ部１６０には、ヒータ１６４と、スルーホール１６６と、ヒータ絶縁層１６８と、圧力放散孔１７０と、リード線１７２とが備えられている。ヒータ１６４は、リード線１７２及びスルーホール１６６を介して、コネクタ電極１６２に接続されている。

【0041】

コネクタ電極１６２は、第１基板層６０の下面に配されている。即ち、コネクタ電極１６２は、後述する第２主面１５２に配されている。コネクタ電極１６２を外部電源に電気的に接続することによって、外部電源からヒータ部１６０に対して給電が行われ得る。

【0042】

ヒータ１６４は、第２基板層６２と固体電解質層６４とによって上下から挟み込まれている。ヒータ１６４は、例えば電気抵抗体によって形成されている。ヒータ１６４は、リード線１７２及びスルーホール１６６を介してコネクタ電極１６２に接続されている。ヒータ１６４は、コネクタ電極１６２を介して外部から給電されることにより発熱する。ヒータ１６４は、センサ素子１２を形成する固体電解質に対して加熱及び保温を行い得る。

【0043】

ヒータ絶縁層１６８は、ヒータ１６４の上面、下面及び側面を覆うように形成されている。ヒータ絶縁層１６８の材料としては、例えば絶縁体が用いられ得る。より具体的には、ヒータ絶縁層１６８の材料として、例えば多孔質アルミナ等が用いられ得る。

【0044】

圧力放散孔１７０は、固体電解質層６４及び大気導入層１００を貫通し、基準ガス導入空間９８に連通している。圧力放散孔１７０は、ヒータ絶縁層１６８の温度上昇に伴う内圧の上昇を緩和する目的で形成されている。

【0045】

なお、センサ素子１２に備えられた複数の電極の各々は、リード線１１５、コネクタ電極１６１、１６２、コネクタ２４（図１参照）、リード線５４（図１参照）等を介して、不図示の可変電源等に接続される。

【0046】

素子本体１５は、複数の主面１５１、１５２を備える。即ち、素子本体１５は、第１主面１５１と、第１主面１５１の反対側に位置する第２主面１５２とを備える。素子本体１５の第１主面１５１は、当該素子本体１５の一部を構成する固体電解質層７０の表面（上面）である。素子本体１５の第２主面１５２は、当該素子本体１５の一部を構成する固体電解質層６０の表面（下面）である。

【0047】

第１主面１５１には、複数のコネクタ電極１６１が形成されている。また、第２主面１５２には、複数のコネクタ電極１６２が形成されている。コネクタ電極１６１、１６２は、素子本体１５の後端部に備えられている。

【0048】

センサ素子１２には、素子本体１５の第１主面１５１を被覆する素子保護層７２が備えられている。また、センサ素子１２には、素子本体１５の第２主面１５２を被覆する素子保護層７４が備えられている。素子保護層７２、７４は、素子本体１５の反りを防止するとともに素子本体１５を保護する。素子保護層７２、７４は、例えば、多孔質体から成る。より具体的には、素子保護層７２、７４は、例えば、多孔質アルミナ層から成る。素子保護層７２、７４における気孔率は、例えば１０％以上である。素子保護層７２、７４は、例えば、気孔率が比較的高いアルミナペーストである多孔質アルミナペーストを用いて形成されている。

【0049】

素子本体１５の第１主面１５１には、毛細管現象による水の移動を遮断するための遮断領域（水移動抑制領域）３６が配されている。素子本体１５の第２主面１５２には、毛細管現象による水の移動を遮断するための遮断領域３８が配されている。遮断領域３６、３８は、センサ素子１２の前端部とセンサ素子１２の後端部との間に位置している。遮断領域３６には、素子保護層７２が存在していない。遮断領域３８には、素子保護層７４が存在していない。素子保護層７２は、遮断領域３６によって部分層７２１と部分層７２２とに分離されている。部分層７２１と部分層７２２とは、素子本体１５の長手方向に分離されている。素子保護層７４は、遮断領域３８によって部分層７４１と部分層７４２とに分離されている。部分層７４１と部分層７４２とは、素子本体１５の長手方向に分離されている。

【0050】

遮断領域３６には、素子本体１５の第１主面１５１を被覆する緻密層４４が形成されている。遮断領域３８には、素子本体１５の第２主面１５２を被覆する緻密層４６が形成されている。緻密層４４、４６の気孔率は、素子保護層７２、７４の気孔率より低い。緻密層４４、４６における気孔率は、例えば１０％未満である。より具体的には、緻密層４４、４６は、例えば、素子保護層７２、７４よりも気孔率が低いアルミナ層から成る。緻密層４４、４６は、例えば、気孔率が比較的低いアルミナペーストである緻密アルミナペーストを用いて形成されている。緻密層４４、４６として、このような材料を用いているのは、水の移動を良好に抑制するためである。

【0051】

緻密層４４と部分層７２１との間の部位には、隙間ＧＡが存在している。緻密層４４と部分層７２２との間の部位には、隙間ＧＢが存在している。緻密層４６と部分層７４１との間の部位には、隙間ＧＣが存在している。緻密層４６と部分層７４２との間の部位には、隙間ＧＤが存在している。個々の隙間を区別して説明する場合には、符号ＧＡ～ＧＤを用い、個々の隙間を区別せずに説明する場合には、符号Ｇを用いる。

【0052】

センサ素子１２の長手方向における隙間ＧＡの寸法は、４μｍ以上である。センサ素子１２の長手方向における隙間ＧＢの寸法は、４μｍ以上である。センサ素子１２の長手方向における隙間ＧＣの寸法は、４μｍ以上である。センサ素子１２の長手方向における隙間ＧＤの寸法は、４μｍ以上である。センサ素子１２の長手方向における隙間Ｇの寸法を４μｍ以上とするのは、センサ素子１２の長手方向における隙間Ｇの寸法を４μｍ以上とすれば、水の移動を良好に抑制し得るためである。

【0053】

なお、隙間ＧＡと隙間ＧＢとのうちの一方の寸法が４μｍ以上であり、隙間ＧＡと隙間ＧＢとのうちの他方の寸法が４μｍ未満であってもよい。即ち、隙間ＧＡと隙間ＧＢとのうちの少なくともいずれかの寸法が４μｍ以上であればよい。また、隙間ＧＣと隙間ＧＤとのうちの一方の寸法が４μｍ以上であり、隙間ＧＣと隙間ＧＤとのうちの他方の寸法が４μｍ未満であってもよい。即ち、隙間ＧＣと隙間ＧＤとのうちの少なくともいずれかの寸法が４μｍ以上であればよい。

【0054】

本実施形態では、緻密層４４と部分層７２１との間の部位と、緻密層４４と部分層７２１との間の部位とのうちの少なくともいずれかに、４μｍ以上の隙間Ｇが存在している。このため、水の移動が遮断領域３６によって良好に遮断される。また、本実施形態では、緻密層４６と部分層７４１との間の部位と、緻密層４６と部分層７４１との間の部位とのうちの少なくともいずれかに、４μｍ以上の隙間Ｇが存在している。このため、水の移動が遮断領域３６によって良好に遮断される。

【0055】

センサ素子１２の長手方向における隙間Ｇの寸法を１０μｍ以上とすることがより好ましい。センサ素子１２の長手方向における隙間Ｇの寸法を１０μｍ以上とすれば、水の移動をより確実に抑制し得る。

【0056】

センサ素子１２は、隙間Ｇに被さるキャップ層７６、７８を更に備える。キャップ層７６は、隙間ＧＡと隙間ＧＢとに被さっている。キャップ層７８は、隙間ＧＣと隙間ＧＤとに被さっている。キャップ層７６は、緻密層４４の表面（上面）と部分層７２１の表面（上面）と部分層７２２の表面（上面）とに接している。キャップ層７８は、緻密層４６の表面（下面）と部分層７４１の表面（下面）と部分層７４２の表面（下面）とに接している。キャップ層７６、７８を隙間Ｇに被せているのは、主面１５１、１５２のうちの隙間Ｇに露出する部位に異物が付着するのを防止し、ひいては、水の移動を防止するためである。

【0057】

キャップ層７６、７８は、ジルコニアを主成分とする材料から成る。より具体的には、キャップ層７６、７８には、素子本体１５に含まれる固体電解質層に用いられている材料と同じ材料であるジルコニアシートが用いられている。なお、キャップ層７６、７８が、例えば、ジルコニアペースト等を用いて形成されていてもよい。キャップ層７６、７８の気孔率は、素子保護層７２、７４の気孔率より低くてもよい。

【0058】

図２～図５に示す例においては、キャップ層７６、７８が隙間Ｇの全体に被さっているが、キャップ層７６、７８は隙間Ｇの全体に被さっていなくてもよい。隙間Ｇの一部にキャップ層７６、７８が被さっていてもよい。図６は、隙間Ｇの一部にキャップ層７６、７８が被さっている場合の例を示す上面図である。図７は、隙間Ｇの一部にキャップ層７６、７８が被さっている場合の例を示す下面図である。図６及び図７に示すように、隙間Ｇの一部にキャップ層７６、７８が被さっていてもよい。キャップ層７６と隙間ＧＡとが平面視において重なり合っている部分の寸法ＬＡ（素子本体１５の長手方向における寸法）を隙間ＧＡの寸法から減算することにより得られる値（ＧＡ－ＬＡ）は１０μｍ以下とすることが好ましい。即ち、隙間ＧＡのうちのキャップ層７６が被さっていない部分の寸法（ＧＡ－ＬＡ）は１０μｍ以下とすることが好ましい。また、キャップ層７６と隙間ＧＢとが平面視において重なり合っている部分の寸法ＬＢ（素子本体１５の長手方向における寸法）を隙間ＧＢの寸法から減算することにより得られる値（ＧＢ－ＬＢ）は１０μｍ以下とすることが好ましい。即ち、隙間ＧＢのうちのキャップ層７６が被さっていない部分の寸法（ＧＢ－ＬＢ）は１０μｍ以下とすることが好ましい。また、キャップ層７８と隙間ＧＣとが平面視において重なり合っている部分の寸法ＬＣ（素子本体１５の長手方向における寸法）を隙間ＧＣの寸法から減算することにより得られる値（ＧＣ－ＬＣ）は１０μｍ以下とすることが好ましい。即ち、隙間ＧＣのうちのキャップ層７８が被さっていない部分の寸法（ＧＣ－ＬＣ）は１０μｍ以下とすることが好ましい。また、キャップ層７８と隙間ＧＤとが平面視において重なり合っている部分の寸法ＬＤ（素子本体１５の長手方向における寸法）を隙間ＧＤの寸法から減算することにより得られる値（ＧＤ－ＬＤ）は１０μｍ以下とすることが好ましい。即ち、隙間ＧＤのうちのキャップ層７８が被さっていない部分の寸法（ＧＤ－ＬＤ）は１０μｍ以下とすることが好ましい。個々の寸法を区別して説明する場合には、符号ＬＡ～ＬＤを用い、個々の寸法を区別せずに説明する場合には、符号Ｌを用いる。寸法（Ｇ－Ｌ）を１０μｍ以下とするのは、主面１５１、１５２のうちの隙間Ｇに露出する部位に異物が付着するのを効果的に防止し、ひいては、水の移動を良好に抑制するためである。

【0059】

図８は、隙間Ｇの一部にキャップ層７６、７８が被さっている場合の他の例を示す上面図である。図９は、隙間Ｇの一部にキャップ層７６、７８が被さっている場合の他の例を示す下面図である。図８及び図９に示すように、素子本体１５の左右方向におけるキャップ層７６、７８の寸法が、素子本体１５の左右方向の寸法より小さくてもよい。

【0060】

図２に示すように、素子本体１５の前端部は、保護層７５によって覆われている。保護層７５は、素子保護層７２、７４と相俟って素子本体１５を保護する。保護層７５は、素子本体１５の前端部において、当該素子本体１５の各々の表面を覆っている。保護層７５は、素子保護層７２、７４と同様に、例えば、多孔質層から成る。より具体的には、保護層７５は、例えば、多孔質アルミナ層から成る。保護層７５における気孔率は、例えば１０％以上である。

【0061】

上述したように、素子本体１５の前端部には、ガス導入口８０が備えられている。ガス導入口８０は保護層７５によって覆われているが、上述したように、保護層７５は多孔質体によって構成されている。このため、被測定ガスは、保護層７５の内部を流通してガス導入口８０に到達し得る。

【実施例】

【0062】

実施例１～２及び比較例１～８について、センサ素子１２に対する浸漬試験を行った。試験結果を図１０Ａ～図１０Ｆに示す。図１０Ａ～図１０Ｆは、浸漬試験を行った際の遮断領域の構成を示す図である。浸漬試験においては、第２主面１５２にのみ遮断領域３８を配し、第１主面１５１に遮断領域３６を配さなかった。

【0063】

図１０Ａは、比較例１及び比較例２の構成を示す側面図である。比較例１及び比較例２では、素子保護層７４と緻密層４６とを形成した後に、異物９９１の付着を行った。比較例１及び比較例２では、部分層７４１の後端から緻密層４６の前端にかけて隙間ＧＣを跨ぐように異物９９１を付着させた。比較例１及び比較例２では、隙間ＧＣ内に異物９９１が入り込んでいない。比較例１では、異物９９１の材料として、多孔質アルミナペーストを用いた。比較例２では、異物９９１の材料として、緻密アルミナペーストを用いた。

【0064】

図１０Ｂは、比較例３及び比較例４の構成を示す側面図である。比較例３及び比較例４では、素子保護層７４と緻密層４６とを形成した後に、異物９９１の付着を行った。比較例３及び比較例４では、異物９９１の一部を隙間ＧＣ内に入り込ませた。比較例３では、異物９９１の材料として、多孔質アルミナペーストを用いた。比較例４では、異物９９１の材料として、緻密アルミナペーストを用いた。

【0065】

図１０Ｃは、比較例５及び比較例６の構成を示す側面図である。比較例５及び比較例６では、素子保護層７４と緻密層４６とを形成する前に、異物９９１の付着を行った。比較例５及び比較例６では、部分層７４１の後端が位置する予定の部位から緻密層４６の前端が位置する予定の部位にかけて異物９９１を付着させた。比較例５では、異物９９１の材料として、多孔質アルミナペーストを用いた。比較例６では、異物９９１の材料として、緻密アルミナペーストを用いた。

【0066】

図１０Ｄは、実施例１の構成を示す側面図である。実施例１では、素子保護層７４と緻密層４６とを形成する前に、異物９９２の付着を行った。実施例１では、部分層７４１の後端が位置する予定の部位から緻密層４６の前端が位置する予定の部位にかけて異物９９２を付着させた。実施例１では、異物９９２として、有機物ペーストを用いた。異物９９２が存在していた部分は、浸漬試験が行われる前に行われた焼成処理によって空洞となった。

【0067】

図１０Ｅは、比較例７及び比較例８の構成を示す側面図である。比較例７及び比較例８では、素子保護層７４と緻密層４６とを形成した後に、異物９９１の付着を行った。比較例７及び比較例８では、部分層７４１の後端から緻密層４６の前端にかけて隙間ＧＣを跨ぐように異物９９１を付着させた。また、比較例７及び比較例８では、緻密層４６の後端から部分層７４２の前端にかけて隙間ＧＤを跨ぐように異物９９１を付着させた。比較例７及び比較例８では、隙間ＧＣ、ＧＤ内に異物９９１が入り込んでいない。比較例７では、異物９９１の材料として、多孔質アルミナペーストを用いた。比較例８では、異物９９１の材料として、緻密アルミナペーストを用いた。

【0068】

図１０Ｆは、実施例２の構成を示す側面図である。実施例２では、素子保護層７４と緻密層４６とを形成した後に、キャップ層７８の形成を行った。実施例２では、部分層７４１の後端から緻密層４６の前端にかけて隙間ＧＣを跨ぐようにキャップ層７８を形成した。実施例２では、隙間ＧＣ内にキャップ層７８が入り込んでいない。実施例２では、気孔率が比較的低いジルコニアペーストである緻密ジルコニアペーストを、キャップ層７８の材料として用いた。

【0069】

浸漬試験においては、センサ素子１２の前端部をスタンプインクに浸漬した。スタンプインクに浸漬した部位の寸法（センサ素子１２の長手方向の寸法）は、２５ｍｍとした。浸漬時間は、５時間とした。浸漬試験を行った際の温度は、３５±５℃とした。浸漬試験を行った際の湿度は、８０±５％とした。スタンプインクが隙間ＧＣを超えて移動しなかった場合には、ＯＫと判定した。スタンプインクが隙間ＧＣを超えて移動した場合には、ＮＧと判定した。

【0070】

比較例１～比較例８は、いずれもＮＧであった。これらのことから、異物９９１の材料が多孔質アルミナであっても緻密アルミナであっても同様にＮＧであることが分かる。また、これらのことから、異物９９１が隙間ＧＣに入り込んでいるか否かにかかわらず、ＮＧであることが分かる。

【0071】

実施例１は、ＯＫであった。実施例１がＯＫとなったのは、空洞は水の移動を促進しないためである。

【0072】

実施例２は、ＯＫであった。このことから、ジルコニアから成る材料は、毛細管現象による水の移動を良好に抑制することが分かる。

【0073】

図１１は、試験結果を示すグラフである。図１１に示す折れ線グラフは、遮断領域３６によって水が遮断される確率を示している。図１１に示す棒グラフは、試験に用いられたサンプルの数である。図１１における横軸は、隙間Ｇの寸法を示している。図１１における左側の縦軸は、水が遮断される確率を示している。図１１における右側の縦軸は、サンプル数を示している。図１１に示す「０≦Ｇ＜４」は、隙間Ｇが０μｍ以上、４μｍ未満である場合を示している。図１１に示す「４≦Ｇ＜１０」は、隙間Ｇが４μｍ以上、１０μｍ未満である場合を示している。図１１に示す「１０≦Ｇ＜２０」は、隙間Ｇが１０μｍ以上、２０μｍ未満である場合を示している。図１１に示す「１１０≦Ｇ」は、隙間Ｇが１１０μｍ以上である場合を示している。

【0074】

図１１から分かるように、センサ素子１２の長手方向における隙間Ｇの寸法が０μｍである場合には、遮断領域３６によって水が遮断される確率は０％である。また、図１１から分かるように、センサ素子１２の長手方向における隙間Ｇの寸法が４μｍ以上である場合には、遮断領域３６によって水が遮断される確率は１００％である。このように、センサ素子１２の長手方向における隙間Ｇの寸法を４μｍ以上とすることが、毛細管現象による水の移動を遮断する上で有効である。

【0075】

このように、本実施形態によれば、センサ素子１２の長手方向における寸法が４μｍ以上の隙間Ｇが遮断領域３６に配されている。このため、本実施形態によれば、毛細管現象による水の移動を良好に抑制することができ、ひいては、コネクタ電極１６１、１６２に水が達するのを良好に抑制することができる。しかも、本実施形態によれば、キャップ層７８が隙間Ｇの少なくとも一部に被さっているため、異物が隙間Ｇに入り込むのを抑制することができる。このため、本実施形態によれば、異物を介して水が移動するのを抑制することができる。しかも、キャップ層７８がジルコニアを主成分とする材料から成るため、当該キャップ層７８を介しての水の移動も良好に抑制される。

【0076】

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。

【0077】

例えば、上記実施形態では、素子本体１５の第１主面１５１が素子保護層７２によって被覆されており、素子本体１５の第２主面１５２が素子保護層７４によって被覆されている場合を例に説明した。即ち、上記実施形態では、素子本体１５の両方の主面１５１、１５２が素子保護層７２、７４によって被覆されている場合を例に説明した。しかし、このような構成に限定されない。例えば、素子本体１５の第１主面１５１が素子保護層７２によって被覆されており、素子本体１５の第２主面１５２が素子保護層７４によって被覆されていなくてもよい。この場合、第１主面１５１にのみ遮断領域３６が配される。また、素子本体１５の第１主面１５１が素子保護層７２によって被覆されておらず、素子本体１５の第２主面１５２が素子保護層７４によって被覆されていてもよい。この場合、第２主面１５２にのみ遮断領域３８が配される。

【0078】

また、上記実施形態では、素子本体１５の両方の主面１５１、１５２に遮断領域３６、３８がそれぞれ配されている場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、素子本体１５の両方の主面１５１、１５２が素子保護層７２、７４によって被覆されており、第１主面１５１に遮断領域３６が配されており、第２主面１５２に遮断領域３８が配されていなくてもよい。また、素子本体１５の両方の主面１５１、１５２が素子保護層７２、７４によって被覆されており、第１主面１５１に遮断領域３６が配されておらず、第２主面１５２に遮断領域３８が配されていてもよい。

【0079】

また、上記実施形態では、遮断領域３６に１つの緻密層４４が備えられている場合を例に説明したが、遮断領域３６に複数の緻密層４４が備えられていてもよい。また、上記実施形態では、遮断領域３８に１つの緻密層４６が備えられている場合を例に説明したが、遮断領域３８に複数の緻密層４６が備えられていてもよい。図１２は、変形実施形態によるセンサ素子を示す断面図である。図１２に示すように、遮断領域３６に複数の緻密層４４が備えられていてもよい。図１２に示す例においては、互いに隣接する複数の緻密層４４の間の部位に隙間ＧＡが存在している。素子本体１５の長手方向における隙間ＧＡの寸法は、上記実施形態と同様に、４μｍ以上に設定されている。図１２においては、隙間ＧＡと第１部分層７２１との間に位置する緻密層４４に、符号４４－Ｆが付されている。また、図１２においては、隙間ＧＡと第２部分層７２２との間に位置する緻密層４４に、符号４４－Ｒが付されている。図１２に示す例は、緻密層４４－Ｒと第１部分層７２１との間の部位に隙間ＧＡが存在していると把握され得る。また、図１２に示す例は、緻密層４４－Ｆと第２部分層７２２との間の部位に隙間ＧＡが存在しているとも把握され得る。図１２に示すように、遮断領域３８に複数の緻密層４６が備えられていてもよい。図１２に示す例においては、互いに隣接する複数の緻密層４６の間の部位に隙間ＧＣが存在している。素子本体１５の長手方向における隙間ＧＣの寸法は、上記実施形態と同様に、４μｍ以上に設定されている。図１２においては、隙間ＧＣと第１部分層７４１との間に位置する緻密層４６に、符号４６－Ｆが付されている。また、図１２においては、隙間ＧＣと第２部分層７４２との間に位置する緻密層４６に、符号４６－Ｒが付されている。図１２に示す例は、緻密層４６－Ｒと第１部分層７４１との間の部位に隙間ＧＣが存在していると把握され得る。また、図１２に示す例は、緻密層４６－Ｆと第２部分層７４２との間の部位に隙間ＧＣが存在しているとも把握され得る。

【0080】

上記の実施形態から把握し得る発明について、以下に記載する。

【0081】

センサ素子（１２）は、素子本体（１５）と、前記素子本体の長手方向の一方の端部に備えられたコネクタ電極（１６１、１６２）と、前記素子本体のうちの前記一方の端部を除く部位に備えられたガス導入口（８０）と、前記素子本体の少なくとも一方の主面（１５１、１５２）を被覆する素子保護層（７２、７４）と、を備え、前記素子保護層は、遮断領域（３６、３８）によって第１部分層（７２１、７４１）と第２部分層（７２２、７４２）とに前記長手方向に分離されており、前記遮断領域には、前記素子本体の前記主面を被覆するとともに前記素子保護層よりも気孔率が低い緻密層（４４、４６）が備えられ、前記緻密層と前記第１部分層との間の部位と、前記緻密層と前記第２部分層との間の部位とのうちの少なくともいずれかに、前記長手方向における寸法が４μｍ以上の隙間（ＧＡ、ＧＢ、ＧＣ、ＧＤ）が存在している。このような構成によれば、素子本体の長手方向における寸法が４μｍ以上の隙間が存在しているため、毛細管現象による水の移動を良好に抑制することができ、ひいては、コネクタ電極に水が到達するのを良好に抑制することができる。

【0082】

前記長手方向における前記隙間の寸法は、１０μｍ以上であってもよい。このような構成によれば、毛細管現象による水の移動をより確実に抑制することができ、ひいては、コネクタ電極に水が到達するのをより確実に抑制することができる。

【0083】

前記隙間の少なくとも一部に被さるとともにジルコニアを主成分とする材料から成るキャップ層（７６、７８）を更に備えてもよい。このような構成によれば、キャップ層が隙間の少なくとも一部に被さっているため、異物が隙間に入り込むのを抑制することができる。このため、このような構成によれば、異物を介して水が移動するのを抑制することができる。しかも、キャップ層がジルコニアを主成分とする材料から成るため、当該キャップ層を介しての水の移動も良好に抑制される。

【0084】

前記キャップ層は、前記素子本体に含まれる固体電解質層（６０、６２、６４、６６、６８、７０）に用いられている材料と同じ材料であるジルコニアシートを用いて構成されていてもよい。

【0085】

前記キャップ層は、ジルコニアペーストを用いて形成されていてもよい。

【0086】

前記キャップ層と前記隙間とが平面視において重なり合っている部分の前記長手方向における寸法（ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、ＬＤ）を前記隙間の前記長手方向における寸法から減算することにより得られる値（ＧＡ－ＬＡ、ＧＢ－ＬＢ、ＧＣ－ＬＣ、ＧＤ－ＬＤ）は１０μｍ以下であってもよい。このような構成によれば、隙間に異物が入り込むのを良好に抑制することができる。

【0087】

前記素子本体の前記主面は、ジルコニアシートから成る固体電解質層の表面であってもよい。

【0088】

前記素子保護層は、多孔質アルミナ層から成ってもよい。

【0089】

前記緻密層は、前記素子保護層よりも気孔率が低いアルミナ層から成ってもよい。

【0090】

前記素子本体は、複数の前記主面を備え、前記コネクタ電極は、複数の前記主面のうちの第１主面（１５１）と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面（１５２）とにそれぞれ配され、前記素子保護層は、前記第１主面と前記第２主面とをそれぞれ被覆しており、前記遮断領域は、前記第１主面と前記第２主面とにそれぞれ配されていてもよい。

【0091】

ガスセンサ（１０）は、上記のようなセンサ素子を備える。

【符号の説明】

【0092】

１０：ガスセンサ １２：センサ素子
１３：積層体 １４：保護カバー
１５：素子本体 １６：セラミックハウジング
１８：金属端子 ２０：センサ組立体
２４：コネクタ ２６：配管
２８：センサ素子室 ３０：素子封止体
３２：ナット ３４：外筒
３６、３８：遮断領域 ４０：主体金具
４２：内筒 ４４、４６：緻密層
４８：メタルリング ５０：空間
５２：固定用部材 ５４、１１５、１７２：リード線
５６：弾性絶縁部材 ６０：固体電解質層、第１基板層
６２：固体電解質層、第２基板層 ６４、６６、７０：固体電解質層
６８：固体電解質層、スペーサ層 ７２、７４：素子保護層
７５：保護層 ７６、７８：キャップ層
７９：被測定ガス流路 ８０：ガス導入口
８２：第１拡散律速部 ８４：緩衝空間
８６：第２拡散律速部 ８８：第１内部空所
９０：第３拡散律速部 ９２：第２内部空所
９４：第４拡散律速部 ９６：第３内部空所
９８：基準ガス導入空間 １００：大気導入層
１０２：基準電極 １１２：ポンプ電極
１１４：外側ポンプ電極 １２６：補助ポンプ電極
１３４：測定電極 １４１：内側保護カバー
１４２：外側保護カバー １５１：主面、第１主面
１５２：主面、第２主面 １６０：ヒータ部
１６１、１６２：コネクタ電極 １６４：ヒータ
１６６：スルーホール １６８：ヒータ絶縁層
１７０：圧力放散孔 １８２：基準ガス室
４２１、４２２：縮径部
４４１～４４３：セラミックスサポータ ４６１、４６２：圧粉体
７２１、７２２、７４１、７４２：部分層
９９１、９９２：異物 １１２１：天面側ポンプ電極
１１２２：底面側ポンプ電極 １２６１：天面側電極部
１２６２：底面側電極部 Ｇ、ＧＡ～ＧＤ：隙間
Ｌ、ＬＡ～ＬＤ：寸法

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】