JP2010048647A - ＮＯｘセンサ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ濃度を精度良く検出することのできるＮＯｘセンサ素子を提供すること。
【解決手段】本発明のＮＯｘセンサ素子１は、被測定ガス室２１と、センサ用固体電解質体３１と一対のセンサ用電極３２とを備えたセンサセル３と、ポンプ用固体電解質体４１と一対のポンプ用電極４２とを備えたポンプセル４と、ヒータ６とを有する。ポンプセル４は、一対のポンプ用電極４２のうち負極側に接続されるポンプ用電極４２が面する空間であるポンプ配設空間２２の酸素濃度を調整するよう構成されている。センサ用電極３２は、センサ用固体電解質体３１におけるセンサ用電極３２が配設されている側の面に形成されるとともに一部がＮＯｘセンサ素子１の軸方向基端側の大気ガス雰囲気に晒されるリード線と接続されている。リード線は、その一部がポンプ配設空間２２を通過するよう配設されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する積層型のＮＯｘセンサ素子に関する。

従来から、被測定ガスが導入される被測定ガス室と、該被測定ガス室中のＮＯｘ濃度を検出する一対のセンサ用電極を備えたセンサセルと、上記被測定ガス室中の酸素濃度を検出する一対のモニタ用電極を備えたモニタセルと、上記被測定ガス室中の酸素濃度を調整する一対のポンプ用電極を備えたポンプセルとを有する積層型のＮＯｘセンサ素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

そして、上記センサ用電極及び上記モニタ用電極は、上記センサ用固体電解質体における上記センサ用電極が配設されている側の面に形成されるとともに一部が上記ＮＯｘセンサ素子の軸方向基端側の大気ガス雰囲気に晒される多孔質のリード線と接続されている。

上記ＮＯｘセンサ素子においては、上記ポンプセルにて上記被測定ガス室内の酸素濃度を調整したうえで、上記センサセルにて検出されるＮＯｘガスに基づく電流値と酸素ガスに基づく電流値との合計電流値と、上記モニタセルにて検出される酸素ガスに基づく電流値との差によってＮＯｘ濃度を検出している。

特開平１０−２６７８９３号公報

ところが、上記従来のＮＯｘセンサ素子においては、以下のような問題があった。すなわち、上記リード線は多孔質であり、ＮＯｘセンサの基端部から取り込まれた大気ガス中の酸素ガスが、上記リード線を伝ってセンサ用電極やモニタ用電極へと到達するという問題があった。そして、上記リード線の内部に入り込んでいる酸素ガスの量はそれぞれ異なるため、上記センサ用電極及び上記モニタ用電極のそれぞれにおいて微量な電流（以下、オフセット電流という。）が検出されていた。
このため、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することが困難であった。

これに対して、上記特許文献１に記載されているように、上記リード線を緻密化することにより、該リード線の内部に酸素ガスが入り込みにくくなるように構成したＮＯｘセンサ素子が提案されている。
ところが、このように上記リード線の気孔率を緻密化することによってもオフセット電流を十分に抑制することができず、また、上記リード線を緻密化することに伴ってＮＯｘセンサ素子の製造コストが増大するという問題があった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することのできる低コストのＮＯｘセンサ素子を提供しようとするものである。

本発明は、被測定ガスが導入される被測定ガス室と、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体と該センサ用固体電解質体における一方の面と他方の面とに配設され上記被測定ガス室中のＮＯｘ濃度を検出する一対のセンサ用電極とを備えたセンサセルと、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体と該ポンプ用固体電解質体における一方の面と他方の面とに配設される一対のポンプ用電極とを備えたポンプセルと、通電により発熱するヒータとを有する積層型のＮＯｘセンサ素子であって、
上記ポンプセルは、上記一対のポンプ用電極のうち負極側に接続されるポンプ用電極が面する空間であるポンプ配設空間中の酸素濃度を調整するよう構成されており、
上記センサ用電極は、上記センサ用固体電解質体における上記センサ用電極が配設されている側の面に形成されるとともに一部が上記ＮＯｘセンサ素子の軸方向基端側の大気ガス雰囲気に晒される多孔質のセンサ用のリード線と接続されており、
該リード線は、その一部が上記ポンプ配設空間を通過するよう配設されていることを特徴とする積層型のＮＯｘセンサ素子にある（請求項１）。

本発明の作用効果について説明する。
上記センサ用リード線は、その一部が上記ポンプ配設空間を通過するよう配設されている。これにより、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することのできるＮＯｘセンサ素子を得ることができる。すなわち、多孔質のリード線は、その一部がＮＯｘセンサ素子の軸方向基端側の大気ガス雰囲気に晒されているため、その大気ガス中の酸素ガスがリード線の内部に入り込んでしまう。

そこで、本発明のようにセンサ用のリード線の一部がポンプ配設空間を通過するように構成することにより、該ポンプ配設空間に存在するポンプセルにて、リード線の内部に入り込みオフセット電流の原因となっている酸素ガスを除去することができる。これにより、リード線を伝って入ってきた酸素ガスがセンサ用電極に到達することを抑制することができる。
その結果、オフセット電流を抑制しつつＮＯｘ濃度を検出することができるため、検出精度に優れたＮＯｘセンサ素子を得ることができる。

また、上記のとおり、リード線の一部がポンプ配設空間を通過するよう構成することにより、ＮＯｘセンサ素子の構成を大きく変化することなく検出精度に優れたＮＯｘセンサ素子を得ることができる。このため、検出精度に優れたＮＯｘセンサ素子を低コストにて得ることができる。

以上のとおり、本発明によれば、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することのできるＮＯｘセンサ素子を提供することができる。

本明細書において、軸方向とは、ＮＯｘセンサ素子の軸方向をいうものとする。
また、本明細書において、軸方向先端側とは上記ＮＯｘセンサ素子を排気管等に挿入する側をいい、その反対側を軸方向基端側という。
また、本発明において、上記リード線は、例えば白金からなる導体ペーストを上記センサ用固体電解質体に印刷した後、上記導体ペーストを焼成することにより形成することができる。そして、このように形成することで上記リード線は多孔質となる。

また、上記ポンプ配設空間は、上記被測定ガス室であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、ＮＯｘセンサ素子の構成を大きく変更することなく、ポンプセルにて被測定ガス室における酸素を除去することができるとともにリード線内に入り込んだ酸素を除去することができる。このため、製造コストを増大させることなく、効率良くＮＯｘ濃度を検出することのできるＮＯｘセンサ素子を得ることができる。

また、上記ポンプセルは、複数個形成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記被測定ガス室中の酸素濃度を、確実に所望の濃度に近づけることができる。

また、上記ポンプセルは、複数個形成されており、該複数のポンプセルのうちの少なくとも一つのポンプセルは、上記被測定ガス室中の酸素濃度を調整するために形成されており、それ以外のポンプセルは、上記ポンプ配設空間中の酸素濃度を調整するために形成されていてもよい（請求項４）。
この場合には、被測定ガス室におけるポンプセルとは別個にポンプセルを設けることにより、被測定ガス室の酸素ガス排出と、ポンプ配設空間の酸素ガス排出とを別個のセルにて行うことができる。これにより、それぞれの空間における酸素濃度を効率良く調整することができる。

また、上記被測定ガス室中の酸素濃度を検出する一対のモニタ用電極を備えたモニタセルを有し、上記モニタ用電極は、上記センサ用固体電解質体における上記センサ用電極が配設されている側の面に形成されるとともに一部が上記ＮＯｘセンサ素子の軸方向基端側の大気ガス雰囲気に晒される多孔質のモニタ用のリード線と接続されており、該モニタ用のリード線は、その一部が上記ポンプ配設空間を通過するよう配設されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、センサセルにおける酸素ガスに基づく電流とモニタセルにおける酸素ガスに基づく電流とにより、微量なＮＯｘ濃度も精度良く検出することができる。

また、上記リード線は、上記ポンプ配設空間における略同一の長さの距離を通過するよう配設されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、ＮＯｘ濃度を一層精度良く検出することのできるＮＯｘセンサ素子を得ることができる。すなわち、リード線内に入り込んでいる酸素がポンプ配設空間の同一長さの距離を通過することによって、それぞれのリード線内から同等量の酸素ガスを除去することができる。これにより、センサセル及びモニタセルは、オフセット電流の影響をほとんど受けることなく、ＮＯｘ濃度検出することができる。このため、検出精度に優れたＮＯｘセンサ素子を得ることができる。

また、上記リード線は、上記ＮＯｘセンサ素子の積層方向に上記ポンプ用電極を上記センサ用固体電解質体に対して投影したときの上記センサ用固体電解質体における投影領域を通過するよう配設されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、リード線内に入り込んでいる酸素ガスを十分に除去することができる。

また、上記リード線は、上記ＮＯｘセンサ素子の積層方向における上記被測定ガス室の高さ以上の距離の上記投影領域を通過するよう配設されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、リード線内に入り込んでいる酸素ガスを十分に除去することができる。

また、上記リード線は、気孔率が１０〜５０％であることが好ましい（請求項９）。
この場合には、本発明の作用効果を顕著に発揮することができる。すなわち、リード線の気孔率が１０〜５０％である場合には、リード線内に酸素ガスが入り込み、オフセット電流に起因するＮＯｘ濃度の検出精度の低下が顕著となる。そのため、かかる気孔率のリード線を有する場合には、本発明を適用することで本発明の作用効果を顕著に発揮することができる。

一方、上記気孔率が１０％未満である場合には、ＮＯｘセンサ素子の製造コストが高くなってしまうおそれがある。さらに、かかる気孔率であってもオフセット電流を十分に抑制できるとはいえない。
また、上記気孔率が５０％を超える場合には、センサ用電極又はモニタ用電極とリード線との電気的接続が十分に図れなくなるおそれがある。

（実施例１）
本発明のＮＯｘセンサ素子に係る実施例について、図１〜図３とともに説明する。
本例のＮＯｘセンサ素子１は、図１、図３に示すように、被測定ガスが導入される被測定ガス室２１と、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体３１とセンサ用固体電解質体３１における一方の面と他方の面とに配設され被測定ガス室２１中のＮＯｘ濃度を検出する一対のセンサ用電極３２とを備えたセンサセル３と、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体４１と該ポンプ用固体電解質体４１における一方の面と他方の面とに配設される一対のポンプ用電極４２とを備えたポンプセル４と、通電により発熱するヒータ６とを有する。

ポンプセル４は、図１に示すように、一対のポンプ用電極４２のうち負極側に接続されるポンプ用電極４２が面する空間であるポンプ配設空間２２中の酸素濃度を調整するよう構成されている。

センサ用電極３２は、センサ用固体電解質体３１におけるセンサ用電極３２が配設されている側の面に形成されるとともに一部がＮＯｘセンサ素子１の軸方向基端側の大気ガス雰囲気に晒される多孔質のセンサ用のリード線（以下、センサ用リード線３３という。）と接続されている。
そして、センサ用リード線３３は、その一部がポンプ配設空間２２を通過するよう配設されている。
なお、本例においては、ポンプ配設空間２２は、被測定ガス室２１である。

以下、詳細に説明する。
センサセル３は、図３に示すように、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体３１と、Ｐｔ−Ｒｈ合金（白金−ロジウム合金）からなるとともにセンサ用固体電解質体３１における一方の面に配設されるセンサ用電極３２（以下、測定電極３２１という。）と、センサ用固体電解質体における他方の面に配設されるセンサ用電極３２（以下、基準電極３２２という。）とを有する。

センサ用リード線３３は、上記ＮＯｘセンサ素子１の積層方向にポンプ用電極４２をセンサ用固体電解質体３１に対して投影したときにセンサ用固体電解質体３１における投影領域４２０を通過するよう配設されている。
具体的には、図２に示すように、センサ用リード線３３は、軸方向基端側から測定電極３２１の横を通過しつつ被測定ガス室２１内へと進入するよう形成されている。また、センサ用リード線３３は、上記投影領域４２０内に向かって屈曲するとともに、基端側へとさらに屈曲して測定電極３２１へと接続されている。

なお、基準電極３２２にも同様にセンサ用リード線３３が接続されているが、本発明の作用効果とは直接関係がないため記載を省略する。これは、後述する第二モニタ用電極５２２についても同様である。

また、センサ用リード線３３は、図１、図３に示すように、ＮＯｘセンサ素子１の積層方向（図１、図３における矢印Ｘ参照）における被測定ガス室２１の高さＨ以上の距離の投影領域４２０を通過するよう配設されている。
具体的には、センサ用リード線３３が投影領域４２０を通過する距離（以下、ポンピングアウト距離という。）を図２に示すようにＬとすると、Ｌ≧Ｈが成り立つ。
また、センサ用リード線３３は、気孔率を１０〜５０％とすることができる。

ポンプセル４は、図１に示すように、被測定ガス室２１とスペーサー７３とを介してセンサ用固体電解質体３１と対向するポンプ用固体電解質体４１を有している。
そして、ポンプ用固体電解質体４１における被測定ガス室２１に面する側の面には、一対のポンプ用電極４２のうちの一方のポンプ用電極４２である第一ポンプ用電極４２１が配設されている。また、ポンプ用固体電解質体４１における他方の面には、他方のポンプ用電極４２である第二ポンプ用電極４２２が配設されている。

なお、ポンプ用電極４２のリード線（図示略）は、積層方向に測定電極３２１及び第一モニタ用電極５２２をセンサ用固体電解質体３１に対して投影したときのセンサ用固体電解質体３１における投影領域（図示略）を通過しないように形成してある。これにより、ポンプ用電極４２のリード線を伝ってきた酸素ガスがセンサセル３やモニタセル５に到達することを抑制することができる。

また、ＮＯｘセンサ素子１は、被測定ガス室２１中の酸素濃度を検出する一対のモニタ用電極５２を備えたモニタセル５を有する。
そして、モニタセル５においては、図３に示すように、センサ用固体電解質体３１における被測定ガス室２１に面する側の面には、一対のモニタ用電極５２のうちの一方のモニタ用電極５２である第一モニタ用電極５２１が配設されている。また、センサ用固体電解質体３１における他方の面には、他方のモニタ用電極５２である第二モニタ用電極５２２が配設されている。

また、第一モニタ用電極５２１は、図２に示すように、センサ用固体電解質体３１における第一モニタ用電極５２１が配設されている側の面に形成されるとともに一部がＮＯｘセンサ素子１の軸方向基端側の大気ガス雰囲気に晒される多孔質のモニタ用のリード線（以下、モニタ用リード線５３という。）と電気的に接続されている。

そして、かかるモニタ用リード線５３は、センサ用リード線３３と同様、センサ用固体電解質体３１に第一ポンプ用電極４２１を投影したときにセンサ用固体電解質体３１における投影領域４２０を通過するよう配設されている。
さらに、モニタ用リード線５３は、センサ用リード線３３と同様、ＮＯｘセンサ素子１の積層方向Ｘにおける被測定ガス室２１の高さＨ以上の距離の被測定ガス室２１内を通過するよう配設されている。
また、モニタ用リード線５３は、気孔率を１０〜５０％とすることができる。
そして、本例では特にセンサ用リード線３３とモニタ用リード線５３とは、被測定ガス室２１における同一の長さのポンピングアウト距離Ｌを通過するよう配設されている。

本例においては、センサセル３とモニタセル５とは、図２、図３に示すように、ＮＯｘセンサ素子１の軸方向に直交する方向に並列に配設してある。すなわち、被測定ガス室２１におけるポンプセル４の下流側において、被測定ガスの流れに直交するようにセンサセル３とモニタセル５とが配設されている。

本例のＮＯｘセンサ素子１は、上記センサセル３、被測定ガス室２、ポンプセル４、ヒータ６のほか、図１に示すように、被測定ガス室２の酸素濃度を検出するモニタセル５と、基準ガスを導入するための第一基準ガス室７１０及び第二基準ガス室７２０と、被測定ガス室２１に被測定ガスを導入するための多孔質拡散抵抗層８とを有する。

以下、具体的に説明する。
センサ用固体電解質体３１における基準電極３２１が配設されている側の面には、図１、図３に示すように、第一基準ガス室７１を形成するための第一基準ガス室形成層７１０が積層されている。

また、センサ用固体電解質体３１には、図１に示すように、被測定ガスを導入するためのガス導入孔３１０が設けられている。
ガス導入孔３１０は、気孔率の比較的大きい多孔質拡散抵抗層８によって覆われている。
そして、多孔質拡散抵抗層８から導入された被測定ガスは、ガス導入孔３１０を介して被測定ガス室２１へと導入される。

また、ポンプ用固体電解質体４１における第二ポンプ用電極４２２が配設された側には、図１、図３に示すように、基準ガスを導入するための第二基準ガス室７２を形成する第二基準ガス室形成層７２０が積層されている。
第二基準ガス室形成層７２０は、さらにその反対側の面においてヒータ６が積層されている。
ヒータ６は、通電により発熱する発熱部６１と、発熱部６１を内蔵するヒータ基板６２とからなる。

以下に、本例の作用効果について説明する。
センサ用リード線３３は、その一部が被測定ガス室２１を通過するよう配設されている。これにより、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することのできるＮＯｘセンサ素子１を得ることができる。すなわち、多孔質のセンサ用リード線３３は、その一部がＮＯｘセンサ素子１の軸方向基端側の大気ガス雰囲気に晒されているため、その大気ガス中の酸素ガスがセンサ用リード線３３の内部に入り込んでしまう。

そこで、本発明のようにセンサ用リード線３３の一部が被測定ガス室２１を通過するように構成することにより、ポンプ配設空間２２に存在するポンプセル４にて、センサ用リード線３３の内部に入り込みオフセット電流の原因となっている酸素ガスを除去することができる。これにより、センサ用リード線３３を伝って入ってきた酸素ガスが測定電極３２１に到達することを抑制することができる。
その結果、オフセット電流を抑制しつつＮＯｘ濃度を検出することができるため、検出精度に優れたＮＯｘセンサ素子１を得ることができる。

また、上記のとおり、センサ用リード線３３の一部が被測定ガス室２１を通過するよう構成することにより、ＮＯｘセンサ素子１の構成を大きく変化することなく検出精度に優れたＮＯｘセンサ素子１を得ることができる。このため、検出精度に優れたＮＯｘセンサ素子１を低コストにて得ることができる。

また、センサ用リード線３３は、センサ用固体電解質体３１に第一ポンプ用電極４２１を投影したときのセンサ用固体電解質体３１における投影領域４２０を通過するよう配設されているため、センサ用リード線３３内に入り込んでいる酸素ガスを十分に除去することができる。

また、センサ用リード線３３は、ＮＯｘセンサ素子１の積層方向Ｘにおける被測定ガス室２１の高さＨ以上の距離の投影領域４２０を通過するよう配設されているため、センサ用リード線３３内に入り込んでいる酸素ガスを十分に除去することができる。
また、モニタ用リード線３３は、その一部が被測定ガス室２１を通過するよう配設されているため、センサセル４における酸素ガスに基づく電流とモニタセル５における酸素ガスに基づく電流とにより、微量なＮＯｘ濃度も精度良く検出することができる。

また、センサ用リード線３３とモニタ用リード線５３とは、被測定ガス室２１における同一の長さの距離を通過するよう配設されているため、ＮＯｘ濃度を一層精度良く検出することのできるＮＯｘセンサ素子１を得ることができる。すなわち、センサ用リード線３３内及びモニタ用リード線５３内に入り込んでいる酸素が被測定ガス室２１に到達しても、同一長さの距離を通過させることによって、それぞれのリード線３３、５３内から同等量の酸素ガスを除去することができる。これにより、センサセル３とモニタセル５とにおいて、オフセット電流の影響をほとんどなくして、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することのできるＮＯｘセンサ素子１を得ることができる。

また、センサ用リード線３３とモニタ用リード線５３とは、気孔率が１０〜５０％であるため、本発明の作用効果を顕著に発揮することができる。すなわち、センサ用リード線３３及びモニタ用リード線５３の気孔率が１０〜５０％である場合には、センサ用リード線３３及びモニタ用リード線５３内に酸素ガスが入り込み、オフセット電流に起因するＮＯｘ濃度の検出精度の低下が顕著となる。そのため、かかる気孔率のセンサ用リード線３３及びモニタ用リード線５３を有する場合には、本発明を適用することで本発明の作用効果を顕著に発揮することができる。

以上のとおり、本例によれば、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することのできるＮＯｘセンサ素子を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図４に示すように、センサ用リード線３３及びモニタ用リード線５３のポンプ配設空間２２における形状が実施例１と異なるＮＯｘセンサ素子１の例である。
すなわち、投影領域４２０において、センサ用リード線３３及びモニタ用リード線５３は、蛇行しながら軸方向基端側へ向かってそれぞれ測定電極３２１及び第一モニタ用電極５２１へと接続されている。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図５、図６に示すように、センサセル３及びモニタセル５が、ポンプセル４よりも軸方向先端側に配設されているＮＯｘセンサ素子１の例である。
すなわち、センサ用リード線３３及びモニタ用リード線５３は、投影領域４２０を通過して、それぞれ、軸方向先端側の測定電極３２１及び第一モニタ用電極５２１と接続している。

また、ガス導入孔３１０は、センサセル３及びモニタセル５よりも軸方向基端側に配設されている。
そのガス導入孔３１０から導入された被測定ガスは、軸方向先端側へと向かって被測定ガス室２１内を移動する際にポンプセル４の近傍を通過する。そして、ここで十分に酸素ガスが除去された後さらに先端側に配設されるセンサセル３及びモニタセル５へと到達する。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図７、図８に示すように、ポンプセル４が二つ形成されているＮＯｘセンサ素子１の例である。
すなわち、被測定ガス室２１に面するように二つのポンプセル４ａ、４ｂが形成されており、ＮＯｘセンサ素子１の軸方向と平行に並列に配設されている。

そして、センサ用リード線３３及びモニタ用リード線５３は、ともに上記二つのポンプセル４による投影領域４２０ａ、４２０ｂを通過して測定電極３２１及び第一モニタ用電極５２１へと接続されている。
この場合には、図８に示す先端側の投影領域４２０ａを通過する距離Ｌ１と、基端側の投影領域４２０ｂを通過する距離Ｌ２とを合計したものがポンピングアウト距離Ｌとなる。
なお、ポンプセル４は、３つ以上形成することもできる。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図９、図１０に示すように、実施例４とは異なり、二つのポンプセル４のうちの一方のポンプセル４ａは、軸方向先端側に配設されて被測定ガス室２１の酸素濃度を調整するために形成されており、他方のポンプセル４ｂは、軸方向基端側に配設されてポンプ配設空間２２の酸素濃度を調整するために形成されているＮＯｘセンサ素子１の例である。

すなわち、ポンプ配設空間２２に配設されるポンプセル４ｂにて、センサ用リード線３３内及びモニタ用リード線５３内に入り込んだ酸素ガスを除去している。
その他は、実施例１と同様の構成及び作用効果を有する。

（実施例６）
本例は、図１１に示すように、センサ用リード線３３が投影領域４２０を通過する距離であるポンピングアウト距離Ｌを種々変更して作製したＮＯｘセンサ素子においてオフセット電流を測定した例である。
すなわち、積層方向Ｘにおける被測定ガス室２１の高さＨを１とした場合における、センサ用リード線３３のポンピングアウト距離Ｌを、０、０．５、０．７５、１、１．５、２と種々変更して、それぞれのポンピングアウト距離Ｌについて２０個のＮＯｘセンサ素子を作製した。

なお、本例中ポンピングアウト距離Ｌが０とは、センサ用リード線３３がポンプ配設空間２２を通過しているが、投影領域４２０を通過していない場合の結果を示すものである。一方、従来のＮＯｘセンサ素子のように被測定ガス室２１中をセンサ用リード線３３が通過しないＮＯｘセンサ素子（以下、従来品という。）を用いた場合には、０．２μＡであった。

オフセット電流の測定をするに当たって、被測定ガスとしては、５００℃のＮ₂ガスを用いた。
また、ポンプセル４へは０．３Ｖ、センサセル３へは０．４Ｖ、モニタセル５へは０．４Ｖの電圧を印加した。
かかる条件にて、各ポンピングアウト距離ＬについてのＮＯｘセンサ素子によって検出されるオフセット電流値の平均値をプロットしたものが図１１である。
なお、本例において使用した符号は、図１において使用した符号に準ずる。

測定結果を図１１に示す。
同図からわかるように、ポンピングアウト距離Ｌを長くするほど、オフセット電流を十分に低減することができる。特にポンピンアウト距離が１以上の場合には、オフセット電流を０．０１μＡ以下と十分に小さくすることができることがわかる。

一方、従来品においては、前述したとおり、オフセット電流が０．２μＡであり、ＮＯｘ濃度を精度良く検出することが困難となることがわかる。そして、投影領域４２０を通過させない場合、すなわちポンピングアウト距離Ｌが０の場合であっても、オフセット電流は０．１７μＡであり、従来品に対してオフセット電流を抑制できていることがわかる。

以上から、ＮＯｘ濃度を一層精度良く検出することができるように、センサ用リード線３３がポンプ配設空間２２を通過するよう配設することが好ましく、ポンピングアウト距離Ｌを１以上とすることがさらに好ましいことがわかる。

実施例１における、ＮＯｘセンサ素子の縦断面図。 図１におけるＡ−Ａ線断面図。 図１におけるＢ−Ｂ線断面図。 実施例２における、ＮＯｘセンサ素子の横断面図。 実施例３における、ＮＯｘセンサ素子の縦断面図。 図５におけるＣ−Ｃ線断面図。 実施例４における、ＮＯｘセンサ素子の縦断面図。 図７におけるＤ−Ｄ線断面図。 実施例５における、ＮＯｘセンサ素子の縦断面図。 図９における、Ｅ−Ｅ線断面図。 実施例６における、ポンピングアウト距離とオフセット電流との関係を示すプロット図。

符号の説明

１ ＮＯｘセンサ素子
２１ 被測定ガス室
２２ ポンプ配設空間
３ センサセル
３１ センサ用固体電解質体
３２ センサ用電極
３３ リード線
４ ポンプセル
４１ ポンプ用固体電解質体
４２ ポンプ用電極
６ ヒータ

Claims (9)

1. 被測定ガスが導入される被測定ガス室と、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体と該センサ用固体電解質体における一方の面と他方の面とに配設され上記被測定ガス室中のＮＯｘ濃度を検出する一対のセンサ用電極とを備えたセンサセルと、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体と該ポンプ用固体電解質体における一方の面と他方の面とに配設される一対のポンプ用電極とを備えたポンプセルと、通電により発熱するヒータとを有する積層型のＮＯｘセンサ素子であって、
   上記ポンプセルは、上記一対のポンプ用電極のうち負極側に接続されるポンプ用電極が面する空間であるポンプ配設空間中の酸素濃度を調整するよう構成されており、
   上記センサ用電極は、上記センサ用固体電解質体における上記センサ用電極が配設されている側の面に形成されるとともに一部が上記ＮＯｘセンサ素子の軸方向基端側の大気ガス雰囲気に晒される多孔質のセンサ用のリード線と接続されており、
   該リード線は、その一部が上記ポンプ配設空間を通過するよう配設されていることを特徴とする積層型のＮＯｘセンサ素子。
2. 請求項１において、上記ポンプ配設空間は、上記被測定ガス室であることを特徴とする積層型のＮＯｘセンサ素子。
3. 請求項２において、上記ポンプセルは、複数個形成されていることを特徴とする積層型のＮＯｘセンサ素子。
4. 請求項１において、上記ポンプセルは、複数個形成されており、該複数のポンプセルのうちの少なくとも一つのポンプセルは、上記被測定ガス室中の酸素濃度を調整するために形成されており、それ以外のポンプセルは、上記ポンプ配設空間中の酸素濃度を調整するために形成されていることを特徴とする積層型のＮＯｘセンサ素子。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記被測定ガス室中の酸素濃度を検出する一対のモニタ用電極を備えたモニタセルを有し、上記モニタ用電極は、上記センサ用固体電解質体における上記センサ用電極が配設されている側の面に形成されるとともに一部が上記ＮＯｘセンサ素子の軸方向基端側の大気ガス雰囲気に晒される多孔質のモニタ用のリード線と接続されており、該モニタ用のリード線は、その一部が上記ポンプ配設空間を通過するよう配設されていることを特徴とする積層型のＮＯｘセンサ素子。
6. 請求項５において、上記リード線は、上記ポンプ配設空間における略同一の長さの距離を通過するよう配設されていることを特徴とする積層型のＮＯｘセンサ素子。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、上記リード線は、上記ＮＯｘセンサ素子の積層方向に上記ポンプ用電極を上記センサ用固体電解質体に対して投影したときの上記センサ用固体電解質体における投影領域を通過するよう配設されていることを特徴とする積層型のＮＯｘセンサ素子。
8. 請求項７において、上記リード線は、上記ＮＯｘセンサ素子の積層方向における上記被測定ガス室の高さ以上の距離の上記投影領域を通過するよう配設されていることを特徴とする積層型のＮＯｘセンサ素子。
9. 請求項１〜８のいずれか一項において、上記リード線は、気孔率が１０〜５０％であることを特徴とする積層型のＮＯｘセンサ素子。

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