JP2021128105A - センサ素子及びガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】Ａｕを主成分とする電極におけるリード部の固体電解質体への密着性を向上させるとともに、検出精度の低下を抑制したセンサ素子及びガスセンサを提供する。
【解決手段】Ａｕを主成分とする第一電極４２ｂｘ、４２ｂｙと、第二電極４２ａｘ、４２ａｙと、固体電解質体４２ｄｘと、を備え、第一電極と第二電極との少なくとも一部が固体電解質体を挟んで対向して配置されてなるセンサ素子４２ｘ、４２ｙであって、第一電極は、第二電極と固体電解質体を挟んで対向する第一電極部４２ｂＥと、第一リード部４２ｂＬとを有し、固体電解質体は、第一電極部に対向する表面の領域に突起を複数有する凹凸部４２ｄｓを備え、第一電極部は凹凸部に直接接し、第一リード部と対向する固体電解質体の表面上には、凹凸形状の表面を有する絶縁層４３が形成され、第一リード部が絶縁層に直接接している。
【選択図】図５
【解決手段】Ａｕを主成分とする第一電極４２ｂｘ、４２ｂｙと、第二電極４２ａｘ、４２ａｙと、固体電解質体４２ｄｘと、を備え、第一電極と第二電極との少なくとも一部が固体電解質体を挟んで対向して配置されてなるセンサ素子４２ｘ、４２ｙであって、第一電極は、第二電極と固体電解質体を挟んで対向する第一電極部４２ｂＥと、第一リード部４２ｂＬとを有し、固体電解質体は、第一電極部に対向する表面の領域に突起を複数有する凹凸部４２ｄｓを備え、第一電極部は凹凸部に直接接し、第一リード部と対向する固体電解質体の表面上には、凹凸形状の表面を有する絶縁層４３が形成され、第一リード部が絶縁層に直接接している。
【選択図】図５
Description
本発明は、例えばアンモニアの濃度の測定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。
近年、ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する技術として、尿素ＳＣＲ（選択触媒還元）システムが注目されている。尿素ＳＣＲシステムは、アンモニア（ＮＨ３）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを化学反応させて、窒素酸化物を窒素（Ｎ２）に還元することにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化するシステムである。
この尿素ＳＣＲシステムでは、窒素酸化物に対して供給されるアンモニアの量が過剰になると、未反応のアンモニアが排気ガスに含まれたまま外部に放出されるおそれがあった。このようなアンモニアの放出を抑制するために、排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を測定するセンサ素子を含む複数種類のガス濃度を測定可能なマルチガスセンサが尿素ＳＣＲシステムに用いられている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、アンモニアセンサ素子は、固体電解質体を挟んで、Ａｕを主成分としアンモニアガスが表面で燃焼し難い検知電極と、アンモニアガスが燃焼する基準電極とを対向して設け、両電極の間の起電力変化によって混成電位式にアンモニア濃度を検出する。
しかしながら、Ａｕを含む電極は表面張力が高く、固体電解質体との密着性が低下するという問題がある。これは、電極としての機能を有する電極部だけでなく、電極部に接続されるリード部についても同様であり、固体電解質体へのリード部の密着性の向上が要求されている。
さらに、混成電位式センサの場合、リード部が固体電解質体に接すると電極反応が生じ、その分だけ電極部の電圧が低下し、検出精度が低下するという問題がある。
さらに、混成電位式センサの場合、リード部が固体電解質体に接すると電極反応が生じ、その分だけ電極部の電圧が低下し、検出精度が低下するという問題がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、Ａｕを主成分とする電極におけるリード部の固体電解質体への密着性を向上させるとともに、検出精度の低下を抑制した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。
上記課題を解決するため、本発明のセンサ素子は、Ａｕを主成分とする第一電極と、第二電極と、固体電解質体と、を備え、前記第一電極と前記第二電極との少なくとも一部が前記固体電解質体を挟んで対向して配置されてなるセンサ素子であって、前記第一電極は、前記第二電極と前記固体電解質体を挟んで対向する第一電極部と、前記第一電極部に電気的に接続されて延びる第一リード部とを有し、前記固体電解質体は、前記第一電極部に対向する表面の領域に突起を複数有する凹凸部を備え、前記第一電極部は前記凹凸部に直接接し、前記第一リード部と対向する前記固体電解質体の表面上には、凹凸形状の表面を有する絶縁層が形成され、前記第一リード部が前記絶縁層に直接接していることを特徴とする。
Ａｕを含む第一電極部は表面張力が高く、固体電解質体との密着性が低下する。そこで、固体電解質体に凹凸部を設けることで、第一電極部がアンカー効果で凹凸部に密着し、固体電解質体との密着性が向上する。又、Ａｕを含む第一リード部も同様に表面張力が高く、相手材との密着性が低下する。
そこで、絶縁層に凹凸形状の表面を設けることで、第一リード部がアンカー効果で表面に密着し、相手材である絶縁層との密着性が向上する。
さらに、第一リード部と固体電解質体との間に絶縁層が介在するので、混成電位式のセンサ（検知セル）であるセンサ素子において、第一リード部が固体電解質体に接しない。このため、第一リード部と、これに対向する基準電極部との間で固体電解質体を介して電極反応が生じることを抑制し、検出精度の低下を抑制することができる。
そこで、絶縁層に凹凸形状の表面を設けることで、第一リード部がアンカー効果で表面に密着し、相手材である絶縁層との密着性が向上する。
さらに、第一リード部と固体電解質体との間に絶縁層が介在するので、混成電位式のセンサ（検知セル）であるセンサ素子において、第一リード部が固体電解質体に接しない。このため、第一リード部と、これに対向する基準電極部との間で固体電解質体を介して電極反応が生じることを抑制し、検出精度の低下を抑制することができる。
本発明のセンサ素子において、前記絶縁層の凹凸形状は、前記凹凸部に倣った凹凸形状であってもよい。
このセンサ素子によれば、絶縁層の凹凸形状が凹凸部に倣うので、絶縁層の表面が凹凸部の形状に類似（反映）し、凹凸部とほぼ同様な形状となる。このため、凹凸でない（平滑な）固体電解質体の表面に絶縁層を形成した場合に比べ、固体電解質体と絶縁層との密着性も向上する。
一方、絶縁層の凹凸形状が凹凸部に倣わずに、絶縁層が凹凸部の高低差を埋めるほど厚いと、絶縁層の表面が平坦になって第一リード部との密着性が低下する。又、絶縁層の厚みが厚過ぎ、第一電極部の下地となる凹凸部と、第一リード部の下地となる絶縁層表面との段差が大きくなる。その結果、第一電極部と第一リード部との接続部分の段差も大きくなるので、両者間で断線が生じる場合がある。
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本発明のセンサ素子において、前記凹凸部は、前記第一リード部と対向する前記固体電解質体の表面の領域にも形成され、前記絶縁層の厚みは、前記凹凸部の高低差よりも小さくてもよい。
このセンサ素子によれば、絶縁層の表面が凹凸部の形状を確実に反映した凹凸状になるので、第一リード部と絶縁層との密着性が確実に向上すると共に、固体電解質体と絶縁層との密着性も確実に向上する。
このセンサ素子によれば、絶縁層の表面が凹凸部の形状を確実に反映した凹凸状になるので、第一リード部と絶縁層との密着性が確実に向上すると共に、固体電解質体と絶縁層との密着性も確実に向上する。
本発明のセンサ素子において、前記第一電極は、前記固体電解質体の成分を含んでもよい。
このセンサ素子によれば、第一電極と固体電解質体との密着性が向上する。
このセンサ素子によれば、第一電極と固体電解質体との密着性が向上する。
本発明のセンサ素子において、前記突起は球状の突起であり、前記球状の突起における球の平均粒径が１０〜５０μｍであってもよい。
このセンサ素子によれば、球状突起によって適度な高低差の凹凸が得られ、アンカー効果を確実に得られるとともに、凹凸の高低差が大き過ぎず、第一電極部と第一リード部との接続部分の段差も小さくなって両者間で断線が生じることを抑制できる。
このセンサ素子によれば、球状突起によって適度な高低差の凹凸が得られ、アンカー効果を確実に得られるとともに、凹凸の高低差が大き過ぎず、第一電極部と第一リード部との接続部分の段差も小さくなって両者間で断線が生じることを抑制できる。
本発明のセンサ素子において、前記第二電極はＰｔを主成分とし、前記第一電極が検知電極、前記第二電極が基準電極であり、前記第一電極と前記第二電極と前記固体電解質体とが混成電位式のアンモニア検知セルを構成してもよい。
このセンサ素子によれば、アンモニアを検知する素子を実現できる。
このセンサ素子によれば、アンモニアを検知する素子を実現できる。
本発明のセンサ素子が、前記センサ素子を備えるとともに、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度を測定するＮＯｘセンサ部を更に備えたマルチガスセンサ素子を構成してもよい。
このセンサ素子によれば、アンモニアとＮＯｘとを検知する素子を実現できる。
することを特徴とするセンサ素子。
このセンサ素子によれば、アンモニアとＮＯｘとを検知する素子を実現できる。
することを特徴とするセンサ素子。
本発明のガスセンサは、前記センサ素子と、該センサ素子を保持する主体金具とを備えてなる。
この発明によれば、Ａｕを主成分とする電極におけるリード部の固体電解質体への密着性を向上させるとともに、検出精度の低下を抑制したセンサ素子及びガスセンサが得られる。
以下、図１〜図４を参照し、本発明の実施形態について説明する。図１は、マルチガスセンサ２００Ａの長手方向に沿う断面図、図２はマルチガスセンサ装置４００の構成を説明するブロック図、図３は第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの構成を示す断面図、図４は第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙと、酸素濃度検出セル６との位置関係を示す平面図である。
マルチガスセンサ２００Ａが特許請求の範囲の「ガスセンサ」に相当し、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙが特許請求の範囲の「センサ素子」に相当する。又、後述するマルチガスセンサ素子部１００Ａが特許請求の範囲の「マルチガスセンサ素子」に相当する。
マルチガスセンサ装置４００は、マルチガスセンサ２００Ａを後述する制御装置（コントロ−ラ）３００に接続したアセンブリである。
マルチガスセンサ装置４００は、マルチガスセンサ２００Ａを後述する制御装置（コントロ−ラ）３００に接続したアセンブリである。
本実施形態のマルチガスセンサ装置４００は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス（被測定ガス）に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）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、排気ガスに含まれるＮＯｘと、アンモニア（尿素）とを反応させた後の排気ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ２）およびアンモニアの濃度を測定するものである。
なお、本実施形態のマルチガスセンサ装置４００が適用されるエンジンは、上述のディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンにも適用することができ、特にエンジンの形式を限定するものではない。
なお、本実施形態のマルチガスセンサ装置４００が適用されるエンジンは、上述のディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンにも適用することができ、特にエンジンの形式を限定するものではない。
図１に示すように、マルチガスセンサ２００Ａは、アンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を検出するマルチガスセンサ素子部１００Ａを組み付けたアッセンブリである。マルチガスセンサ２００Ａは、軸線方向に延びる板状のマルチガスセンサ素子部１００Ａと、排気管に固定されるためのねじ部１３９が外表面に形成された筒状の主体金具１３８と、マルチガスセンサ素子部１００Ａの径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ１０６と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８の内壁面がマルチガスセンサ素子部１００Ａの後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材１６６と、マルチガスセンサ素子部１００Ａと絶縁コンタクト部１６６との間に配置される複数個（図１では２つのみ図示）の接続端子１１０と、を備えている。
主体金具１３８は、軸線方向に貫通する貫通孔１５４を有し、貫通孔１５４の径方向内側に突出する棚部１５２を有する略筒状形状に構成されている。また、主体金具１３８は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの先端側を貫通孔１５４の先端側外部に配置し、電極端子部８０Ａ、８２Ａを貫通孔１５４の後端側外部に配置する状態で、マルチガスセンサ素子部１００Ａを貫通孔１５４に保持している。さらに、棚部１５２は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。
なお、主体金具１３８の貫通孔１５４の内部には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの径方向周囲を取り囲む状態で環状形状のセラミックホルダ１５１、粉末充填層１５３、１５６（以下、滑石リング１５３、１５６ともいう）、および上述のセラミックスリーブ１０６がこの順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ１０６と主体金具１３８の後端部１４０との間には、加締めパッキン１５７が配置されており、セラミックホルダ１５１と主体金具１３８の棚部１５２との間には、滑石リング１５３やセラミックホルダ１５１を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ１５８が配置されている。なお、主体金具１３８の後端部１４０は、加締めパッキン１５７を介してセラミックスリーブ１０６を先端側に押し付けるように、加締められている。
一方、主体金具１３８の先端側（図１における下方）外周には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有する金属製（例えば、ステンレスなど）二重の外部プロテクタ１４２および内部プロテクタ１４３が、溶接等によって取り付けられている。
そして、主体金具１３８の後端側外周には、外筒１４４が固定されている。また、外筒１４４の後端側（図１における上方）の開口部には、マルチガスセンサ素子部１００Ａの電極端子部８０Ａ，８２Ａとそれぞれ電気的に接続される複数本のリード線１４６（図１では３本のみ）が挿通されるリード線挿通孔１６１が形成されたグロメット１５０が配置されている。なお、簡略化のため、図１ではマルチガスセンサ素子部１００Ａの表面と裏面の電極端子部をそれぞれ符号８０Ａ，８２Ａで代表させたが、実際には、後述するＮＯｘセンサ部３０Ａや、第１及び第２アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙ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。
また、主体金具１３８の後端部１４０より突出されたマルチガスセンサ素子部１００Ａの後端側（図１における上方）には、絶縁コンタクト部材１６６が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材１６６は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの後端側の表裏面に形成される電極端子部８０Ａ，８２Ａの周囲に配置される。この絶縁コンタクト部材１６６は、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔１６８を有する筒状形状に形成されると共に、外表面から径方向外側に突出する鍔部１６７が備えられている。絶縁コンタクト部材１６６は、鍔部１６７が保持部材１６９を介して外筒１４４に当接することで、外筒１４４の内部に配置される。そして、絶縁コンタクト部材１６６側の接続端子１１０と、マルチガスセンサ素子部１００Ａの電極端子部８０Ａ，８２Ａとが電気的に接続され、リード線１４６により外部と導通するようになっている。
図２は、本発明の実施形態に係るマルチガスセンサ装置４００の構成を示すブロック図である。なお、図２では説明の便宜のため、マルチガスセンサ２００Ａ内に収容されたマルチガスセンサ素子部１００Ａの長手方向に沿う断面のみを表示している。
マルチガスセンサ装置４００は、制御装置（コントロ−ラ）３００、及びこれに接続されるマルチガスセンサ２００Ａ（マルチガスセンサ素子部１００Ａ）を備えている。制御装置３００は図示しない内燃機関（エンジン）を備える車両に搭載され、制御装置３００はＥＣＵ２２０に電気的に接続されている。なお、マルチガスセンサ２００Ａから伸びるリード線１４６の端はコネクタに接続され、このコネクタを制御装置３００側のコネクタに電気的に接続するようになっている。
マルチガスセンサ装置４００は、制御装置（コントロ−ラ）３００、及びこれに接続されるマルチガスセンサ２００Ａ（マルチガスセンサ素子部１００Ａ）を備えている。制御装置３００は図示しない内燃機関（エンジン）を備える車両に搭載され、制御装置３００はＥＣＵ２２０に電気的に接続されている。なお、マルチガスセンサ２００Ａから伸びるリード線１４６の端はコネクタに接続され、このコネクタを制御装置３００側のコネクタに電気的に接続するようになっている。
次に、マルチガスセンサ素子部１００Ａの構成について説明する。マルチガスセンサ素子部１００Ａは、公知のＮＯｘセンサと同様な構成を有するＮＯｘセンサ部３０Ａと、２つのアンモニアセンサ部である第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙとを備え、詳しくは後述するように第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙはＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面に形成されている。
まず、ＮＯｘセンサ部３０Ａは、絶縁層２３ｅ、第１固体電解質体２ａ、絶縁層２３ｄ、第３固体電解質体６ａ、絶縁層２３ｃ、第２固体電解質体４ａ、及び絶縁層２３ｂ、２３ａをこの順に積層した構造を有する。第１固体電解質体２ａと第３固体電解質体６ａとの層間に第１測定室Ｓ１が画成され、第１測定室Ｓ１の左端（入口）に配置された第１拡散抵抗体８ａを介して外部から排気ガスが導入される。なお、第１拡散抵抗体８ａの外側には多孔質からなる保護層９が配置されている。
第１測定室Ｓ１のうち入口と反対端には第２拡散抵抗体８ｂが配置され、第２拡散抵抗体８ｂを介して第１測定室Ｓ１の右側には、第１測定室Ｓ１と連通する第２測定室（本発明の「ＮＯｘ測定室」に相当）Ｓ２が画成されている。第２測定室Ｓ２は、第３固体電解質体６ａを貫通して第１固体電解質体２ａと第２固体電解質体４ａとの層間に形成されている。
第１測定室Ｓ１のうち入口と反対端には第２拡散抵抗体８ｂが配置され、第２拡散抵抗体８ｂを介して第１測定室Ｓ１の右側には、第１測定室Ｓ１と連通する第２測定室（本発明の「ＮＯｘ測定室」に相当）Ｓ２が画成されている。第２測定室Ｓ２は、第３固体電解質体６ａを貫通して第１固体電解質体２ａと第２固体電解質体４ａとの層間に形成されている。
絶縁層２３ｂ、２３ａの間にはマルチガスセンサ素子部１００Ａの長手方向に沿って延びる長尺板状の発熱抵抗体２１が埋設されている。発熱抵抗体２１は、軸線方向（長手方向）の先端側に発熱部が設けられると共に、該発熱部から軸線方向の後端側に向かって一対のリード部が設けられている。発熱抵抗体２１、及び絶縁層２３ｂ、２３ａがヒータを構成する。このヒータはガスセンサを活性温度に昇温し、固体電解質体の酸素イオンの伝導性を高めて動作を安定化させるために用いられる。
各絶縁層２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅはアルミナを主体とし、第１拡散抵抗体８ａ及び第２拡散抵抗体８ｂはアルミナ等の多孔質物質からなる。又、発熱抵抗体２１は白金等からなる。又、発熱抵抗体２１の発熱部は、例えば蛇行パターン状に形成されるがこれに限られない。
各絶縁層２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅはアルミナを主体とし、第１拡散抵抗体８ａ及び第２拡散抵抗体８ｂはアルミナ等の多孔質物質からなる。又、発熱抵抗体２１は白金等からなる。又、発熱抵抗体２１の発熱部は、例えば蛇行パターン状に形成されるがこれに限られない。
第１ポンピングセル２は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主体とする第１固体電解質体２ａと、これを挟持するように配置された内側第１ポンピング電極２ｂ及び対極となる外側第１ポンピング電極２ｃとを備え、内側第１ポンピング電極２ｂは第１測定室Ｓ１に面している。内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃはいずれも白金を主体とし、内側第１ポンピング電極２ｂの表面は多孔質体からなる保護層１１で覆われている。
又、外側第１ポンピング電極２ｃの上面に相当する絶縁層２３ｅはくり抜かれて多孔質体１３が充填され、外側第１ポンピング電極２ｃと外部とを連通させてガス（酸素）の出入を可能としている。
又、外側第１ポンピング電極２ｃの上面に相当する絶縁層２３ｅはくり抜かれて多孔質体１３が充填され、外側第１ポンピング電極２ｃと外部とを連通させてガス（酸素）の出入を可能としている。
酸素濃度検出セル６は、ジルコニアを主体とする第３固体電解質体６ａと、これを挟持するように配置された検知電極６ｂ及び基準電極６ｃとを備え、検知電極６ｂは内側第１ポンピング電極２ｂより下流側で第１測定室Ｓ１に面している。検知電極６ｂ及び基準電極６ｃはいずれも白金を主体としている。
なお、絶縁層２３ｃは、第３固体電解質体６ａに接する基準電極６ｃが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１５を形成している。そして、酸素濃度検出セル６にＩｃｐ供給回路５４を用いて予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。
なお、絶縁層２３ｃは、第３固体電解質体６ａに接する基準電極６ｃが内部に配置されるように切り抜かれ、その切り抜き部には多孔質体が充填されて基準酸素室１５を形成している。そして、酸素濃度検出セル６にＩｃｐ供給回路５４を用いて予め微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。
第２ポンピングセル４は、ジルコニアを主体とする第２固体電解質体４ａと、第２固体電解質体４ａのうち第２測定室Ｓ２に面した表面に配置された内側第２ポンピング電極４ｂ及び対極となる第２ポンピング対電極４ｃとを備えている。内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃはいずれも白金を主体としている。
なお、第２ポンピング対電極４ｃは、第２固体電解質体４ａ上における絶縁層２３ｃの切り抜き部に配置され、基準電極６ｃに対向して基準酸素室１５に面している。
なお、第２ポンピング対電極４ｃは、第２固体電解質体４ａ上における絶縁層２３ｃの切り抜き部に配置され、基準電極６ｃに対向して基準酸素室１５に面している。
そして、内側第１ポンピング電極２ｂ、検知電極６ｂ、内側第２ポンピング電極４ｂはそれぞれ基準電位に接続されている。
次に、２つのアンモニアセンサ部である第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙについて説明する。
図３に示すように、マルチガスセンサ素子部１００Ａは、それぞれ幅方向に離間する第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙを有している。
図３に示すように、マルチガスセンサ素子部１００Ａは、それぞれ幅方向に離間する第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙを有している。
第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面（下面）をなす絶縁層２３ａ上に形成されている。より詳しくは、第１アンモニアセンサ部４２ｘは、絶縁層２３ａ上に第１基準電極４２ａｘが形成され、第１基準電極４２ａｘの上面及び側面を覆って第１固体電解質体４２ｄｘが形成されている。さらに、第１固体電解質体４２ｄｘの表面に第１検知電極４２ｂｘが形成されている。そして、第１基準電極４２ａｘ及び第１検知電極４２ｂｘの間の起電力変化によって被測定ガス中のアンモニア濃度を検出するようになっている。
同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙは、絶縁層２３ａ上に第２基準電極４２ａｙが形成され、第２基準電極４２ａｙの上面及び側面を覆って第２固体電解質体４２ｄｙが形成されている。さらに、第２固体電解質体４２ｄｙの表面に第２検知電極４２ｂｙが形成されている。
同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙは、絶縁層２３ａ上に第２基準電極４２ａｙが形成され、第２基準電極４２ａｙの上面及び側面を覆って第２固体電解質体４２ｄｙが形成されている。さらに、第２固体電解質体４２ｄｙの表面に第２検知電極４２ｂｙが形成されている。
第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙが、特許請求の範囲の「第一電極」に相当する。第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙが、特許請求の範囲の「第二電極」に相当する。
本実施形態では、ヒータ（発熱抵抗体２１、絶縁層２３ｂ、及び絶縁層２３ａ）を積層方向に挟むようにＮＯｘ検知部と、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙとが配置される。但し、ヒータに対してＮＯｘ検知部と両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙとが積層方向の片側に配置されてもよい。
また、本実施形態では、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、それぞれ固体電解質体４２ｄｘ、４２ｄｙと、該固体電解質体４２ｄｘ、４２ｄｙの対向する両表面にそれぞれ設けられた一対の電極（４２ａｘ、４２ｂｘ）、（４２ａｙ、４２ｂｙ）とを備えている。そして、各一対の電極のうち、第１基準電極４２ａｘ、及び第２基準電極４２ａｙがＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面上に配置されている。
さらに、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、多孔質からなる保護層２３ｇによって一体に覆われている。
保護層２３ｇは、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙへの被毒物質の付着を防止すると共に、外部から第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙに流入する被測定ガスの拡散速度を調整するものである。保護層２３ｇを形成する材料としては、アルミナ（酸化アルミニウム）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、シリカアルミナ、および、ムライトの群から選ばれる少なくとも１種の材料を例示できる。保護層２３ｇによる被測定ガスの拡散速度は、保護層２３ｇの厚さや、粒径や、粒度分布や、気孔率や、配合比率などを調整することにより調整される。
保護層２３ｇは、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙへの被毒物質の付着を防止すると共に、外部から第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙに流入する被測定ガスの拡散速度を調整するものである。保護層２３ｇを形成する材料としては、アルミナ（酸化アルミニウム）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、シリカアルミナ、および、ムライトの群から選ばれる少なくとも１種の材料を例示できる。保護層２３ｇによる被測定ガスの拡散速度は、保護層２３ｇの厚さや、粒径や、粒度分布や、気孔率や、配合比率などを調整することにより調整される。
なお、保護層２３ｇを設けてもよいし、保護層２３ｇを設けることなく第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙなどを露出させてもよく、特に限定するものではない。また、保護層２３ｇにより第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙとの感度比を調整する場合には、上述の実施形態ではなく、それぞれに保護層を設けても良い。
第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙはアンモニアガスが電極表面では燃焼し難い電極である。アンモニアは、検知電極４２ｂｘ（４２ｂｙ）を通って検知電極４２ｂｘ（４２ｂｙ）とその下の基準電極４２ａｘ（４２ａｙ）との界面で酸素イオンと反応（電極反応）し、アンモニアの濃度を検出する。
第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙとしては、Ａｕを主成分（例えば７０質量％以上）として含有する材料から形成することができる。第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙとしては、Ｐｔ単体であるか、Ｐｔを主成分（例えば７０質量％以上）として含有する材料から形成することができる。
第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙとしては、Ａｕを主成分（例えば７０質量％以上）として含有する材料から形成することができる。第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙとしては、Ｐｔ単体であるか、Ｐｔを主成分（例えば７０質量％以上）として含有する材料から形成することができる。
但し、第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙは、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙよりもアンモニアガスが電極表面で燃焼し易い組成であれば、特に限定されない。
又、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙが、Ａｕの他、第１固体電解質体４２ｄｘの成分を含むと、第１固体電解質体４２ｄｘとの密着性が向上する。
又、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙが、Ａｕの他、第１固体電解質体４２ｄｘの成分を含むと、第１固体電解質体４２ｄｘとの密着性が向上する。
第１固体電解質体４２ｄｘ、第２固体電解質体４２ｄｙは、例えば部分安定化ジルコニア（ＹＳＺ）で構成されている。又、第１基準電極４２ａｘ及び第２基準電極４２ａｙは基準電極４２ａと同様な組成とすることができ、第１検知電極４２ｂｘ及び第２検知電極４２ｂｙは検知電極４２ｂと同様な組成とすることができる。
ここで、本実施形態においては、酸素濃度検出セル６のインピーダンスが測定されており、この測定されたインピーダンスをもとに、ヒータ（発熱抵抗体２１）が加熱されている。このため、酸素濃度検出セル６近傍においてマルチガスセンサ素子部１００Ａの温度が最も安定した値（温度推定可能な値）に保たれる。
このため、図４に示すように、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、酸素濃度検出セル６の軸線Ｏ方向における両端の間の領域６ｓに、それぞれの少なくとも一部が重なるように配置されている。これにより、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの温度がより安定した値に保たれる。
酸素濃度検出セル６は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの幅方向（軸線方向と垂直な方向）における中央部に配置され、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、酸素濃度検出セル６の幅方向の形成領域６ｘを挟んで幅方向の両側に配置されている。
このため、図４に示すように、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、酸素濃度検出セル６の軸線Ｏ方向における両端の間の領域６ｓに、それぞれの少なくとも一部が重なるように配置されている。これにより、両アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙの温度がより安定した値に保たれる。
酸素濃度検出セル６は、マルチガスセンサ素子部１００Ａの幅方向（軸線方向と垂直な方向）における中央部に配置され、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙは、酸素濃度検出セル６の幅方向の形成領域６ｘを挟んで幅方向の両側に配置されている。
次に、図２に戻り、制御装置３００の構成の一例について説明する。制御装置３００は、回路基板上に（アナログ）制御回路５９とマイクロコンピュータ（マイコン）６０とを備えている。マイクロコンピュータ６０は制御装置３００全体を制御し、ＣＰＵ（中央演算処理装置）６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、信号入出力部６４、Ａ／Ｄコンバータ６５、及び図示しないクロックを備え、ＲＯＭ等に予め格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。
制御回路５９は、詳しくは後述する基準電圧比較回路５１、Ｉｐ１ドライブ回路５２、Ｖｓ検出回路５３、Ｉｃｐ供給回路５４、Ｉｐ２検出回路５５、Ｖｐ２印加回路５６、ヒータ駆動回路５７、それぞれ第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの起電力を検出する第１起電力検出回路５８ａ及び第２起電力検出回路５８ｂを備える。
制御回路５９は、ＮＯｘセンサ部３０Ａを制御し、ＮＯｘセンサ部３０Ａに流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
第１起電力検出回路５８ａ及び第２起電力検出回路５８ｂは、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの各電極間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
制御回路５９は、詳しくは後述する基準電圧比較回路５１、Ｉｐ１ドライブ回路５２、Ｖｓ検出回路５３、Ｉｃｐ供給回路５４、Ｉｐ２検出回路５５、Ｖｐ２印加回路５６、ヒータ駆動回路５７、それぞれ第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの起電力を検出する第１起電力検出回路５８ａ及び第２起電力検出回路５８ｂを備える。
制御回路５９は、ＮＯｘセンサ部３０Ａを制御し、ＮＯｘセンサ部３０Ａに流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１、第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
第１起電力検出回路５８ａ及び第２起電力検出回路５８ｂは、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの各電極間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出してマイクロコンピュータ６０に出力する。
詳細には、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外側第１ポンピング電極２ｃはＩｐ１ドライブ回路５２に接続され、基準電極６ｃはＶｓ検出回路５３及びＩｃｐ供給回路５４に並列に接続されている。又、第２ポンピング対電極４ｃはＩｐ２検出回路５５及びＶｐ２印加回路５６に並列に接続されている。ヒータ回路５７はヒータ(具体的には発熱抵抗体２１)に接続されている。
又、第１アンモニアセンサ部４２ｘの一対の電極４２ａｘ、４２ｂｘがそれぞれ第１起電力検出回路５８ａに接続されている。同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙの一対の電極４２ａｙ、４２ｂｙがそれぞれ第２起電力検出回路５８ｂに接続されている。
又、第１アンモニアセンサ部４２ｘの一対の電極４２ａｘ、４２ｂｘがそれぞれ第１起電力検出回路５８ａに接続されている。同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙの一対の電極４２ａｙ、４２ｂｙがそれぞれ第２起電力検出回路５８ｂに接続されている。
各回路５１〜５７は、以下のような機能を有する。
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃの間に第１ポンピング電流Ｉｐ１を供給しつつ、その際の第１ポンピング電流Ｉｐ１を検出する。
Ｖｓ検出回路５３は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間の電圧Ｖｓを検出し、検出結果を基準電圧比較回路５１に出力する。
基準電圧比較回路５１は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）とＶｓ検出回路５３の出力（電圧Ｖｓ）とを比較し、比較結果をＩｐ１ドライブ回路５２に出力する。そして、Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電圧Ｖｓが上記基準電圧に等しくなるようにＩｐ１電流の流れる向き及び大きさを制御し、第１測定室Ｓ１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。
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、内側第１ポンピング電極２ｂ及び外側第１ポンピング電極２ｃの間に第１ポンピング電流Ｉｐ１を供給しつつ、その際の第１ポンピング電流Ｉｐ１を検出する。
Ｖｓ検出回路５３は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間の電圧Ｖｓを検出し、検出結果を基準電圧比較回路５１に出力する。
基準電圧比較回路５１は、基準電圧（例えば、４２５ｍＶ）とＶｓ検出回路５３の出力（電圧Ｖｓ）とを比較し、比較結果をＩｐ１ドライブ回路５２に出力する。そして、Ｉｐ１ドライブ回路５２は、電圧Ｖｓが上記基準電圧に等しくなるようにＩｐ１電流の流れる向き及び大きさを制御し、第１測定室Ｓ１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。
Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間に微弱な電流Ｉｃｐを流し、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、基準電極６ｃを基準となる所定の酸素濃度に晒させる。
Ｖｐ２印加回路５６は、内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃの間に、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。
Ｉｐ２検出回路５５は、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から第２固体電解質体４ａを介して第２ポンピング対電極４ｃ側に汲み出される際に、第２ポンピングセル４に流れる第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。
Ｖｐ２印加回路５６は、内側第２ポンピング電極４ｂ及び第２ポンピング対電極４ｃの間に、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（例えば、４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。
Ｉｐ２検出回路５５は、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から第２固体電解質体４ａを介して第２ポンピング対電極４ｃ側に汲み出される際に、第２ポンピングセル４に流れる第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出する。
Ｉｐ１ドライブ回路５２は、検出した第１ポンピング電流Ｉｐ１の値をＡ／Ｄコンバータ６５に出力する。又、Ｉｐ２検出回路５５は、検出した第２ポンピング電流Ｉｐ２の値をＡ／Ｄコンバータ６５に出力する。
Ａ／Ｄコンバータ６５はこれらの値をデジタル変換し、信号入出力部６４を介してＣＰＵ６１に出力する。
Ａ／Ｄコンバータ６５はこれらの値をデジタル変換し、信号入出力部６４を介してＣＰＵ６１に出力する。
次に、制御回路５９を用いた制御の一例について説明する。まず、エンジンが始動されて外部電源から電力の供給を受けると、ヒータ回路５７を介してヒータが作動し、第１ポンピングセル２、酸素濃度検出セル６、第２ポンピングセル４を活性化温度まで加熱する。又、Ｉｃｐ供給回路５４は、検知電極６ｂ及び基準電極６ｃの間に微弱な電流Ｉｃｐを流し、酸素を第１測定室Ｓ１から基準酸素室１５内に送り込み、酸素基準とする。
又、ヒータによってＮＯｘセンサ部３０Ａが適温まで加熱されると、それに伴ってＮＯｘセンサ部３０Ａ上の第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙも所望の温度に昇温される。
又、ヒータによってＮＯｘセンサ部３０Ａが適温まで加熱されると、それに伴ってＮＯｘセンサ部３０Ａ上の第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙも所望の温度に昇温される。
そして、各セルが活性化温度まで加熱されると、第１ポンピングセル２は、第１測定室Ｓ１に流入した被測定ガス（排ガス）中の酸素を内側第１ポンピング電極２ｂから外側第１ポンピング電極２ｃへ向かって汲み出す。
このとき、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル６の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｓに対応したものとなるため、この電極間電圧Ｖｓが上記基準電圧になるように、Ｉｐ１ドライブ回路５２が第１ポンピングセル２に流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御し、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に調整する。
このとき、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度は、酸素濃度検出セル６の電極間電圧（端子間電圧）Ｖｓに対応したものとなるため、この電極間電圧Ｖｓが上記基準電圧になるように、Ｉｐ１ドライブ回路５２が第１ポンピングセル２に流れる第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御し、第１測定室Ｓ１内の酸素濃度をＮＯｘが分解しない程度に調整する。
酸素濃度が調整された被測定ガスは第２測定室Ｓ２に向かってさらに流れる。そして、Ｖｐ２印加回路５６は、第２ポンピングセル４の電極間電圧（端子間電圧）として、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素とＮ２ガスに分解する程度の一定電圧Ｖｐ２（酸素濃度検出セル６の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）を印加し、ＮＯｘを窒素と酸素に分解する。そして、ＮＯｘの分解により生じた酸素が第２測定室Ｓ２から汲み出されるよう、第２ポンピングセル４に第２ポンピング電流Ｉｐ２が流れる。この際、第２ポンピング電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には直線関係があるため、Ｉｐ２検出回路５５が第２ポンピング電流Ｉｐ２を検出することにより、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。
又、第１起電力検出回路５８ａが一対の電極４２ａｘ、４２ｂｘ間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出し、第２起電力検出回路５８ｂが一対の電極４２ａｙ、４２ｂｙ間のアンモニア濃度出力（起電力）を検出することにより、後述するように被測定ガス中のアンモニア濃度を検出することができる。
次に、制御装置３００のマイクロコンピュータ６０による、各種ガス濃度を算出する処理を説明する。
まず、第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙの２つのアンモニアセンサ部を設けた理由は以下のとおりである。すなわち、アンモニアセンサ部は、アンモニアだけでなく、ＮＯ２をも検出してしまうので、被検出ガス中にアンモニア以外のＮＯ２ガスが含まれているとアンモニアの検出精度が低下する。そこで、アンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度との比がそれぞれ異なるアンモニアセンサ部を２つ設けると、アンモニアガスとＮＯ２ガスの２つの未知濃度に対し、２つのアンモニアセンサ部から別々の感度による値を検出するので、アンモニアガスとＮＯ２の濃度を算出できることになる。
まず、第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙの２つのアンモニアセンサ部を設けた理由は以下のとおりである。すなわち、アンモニアセンサ部は、アンモニアだけでなく、ＮＯ２をも検出してしまうので、被検出ガス中にアンモニア以外のＮＯ２ガスが含まれているとアンモニアの検出精度が低下する。そこで、アンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度との比がそれぞれ異なるアンモニアセンサ部を２つ設けると、アンモニアガスとＮＯ２ガスの２つの未知濃度に対し、２つのアンモニアセンサ部から別々の感度による値を検出するので、アンモニアガスとＮＯ２の濃度を算出できることになる。
ここで、「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度との比」とは、そのアンモニアセンサ部が検出する全感度（アンモニア、及びＮＯｘ）に対する、アンモニアの検出感度の比をいう。
なお、本実施例においては、アンモニアセンサ部はＮＯガスを検出しないので、「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度の比」＝「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯ２に対する感度の比」として判断している。また、アンモニアセンサ部がＮＯ２ガスを検出しない場合には、アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度の比」＝「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯに対する感度の比」として判断してもよい。
なお、本実施例においては、アンモニアセンサ部はＮＯガスを検出しないので、「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度の比」＝「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯ２に対する感度の比」として判断している。また、アンモニアセンサ部がＮＯ２ガスを検出しない場合には、アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯｘに対する感度の比」＝「アンモニアセンサ部のアンモニアに対する感度とＮＯに対する感度の比」として判断してもよい。
つまり、アンモニアセンサ部のセンサ出力は、ｘ：アンモニア濃度、ｙ：ＮＯ２ガス濃度、Ｄ：Ｏ２濃度に対し、Ｆ（ｘ、ｙ、Ｄ）で表されるが、上記感度比が異なる２つのＮＯ２センサ部を用いると、Ｆ１（ｍｘ、ｎｙ、Ｄ）、Ｆ２（ｓｘ、ｔｙ、Ｄ）（ｍ、ｎ、ｓ、ｔは係数）の２つの式が得られる。Ｆ１、Ｆ２、Ｄはセンサ出力から得られるので、２つの式から２つの未知数（ｘ、ｙ）を解けばよいことになる。具体的には、上記二つの式からｙを除去し、後述の式(1)〜(3)のようにｘの式を得ることによって計算できる。
なお、第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙのアンモニアに対する感度比は、これら第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙの温度が互いに異なることによっても変化する場合がある。そこで、上述のように、軸線方向に見て、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙが、酸素濃度検出セル６の領域６ｓの少なくとも一部に重なるように配置し、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの温度を所定範囲内で一定に保つことで、上記感度比の温度による変化を少なくすることができる。
次に、第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙによるＮＯ２及びアンモニアの検出、並びにＮＯ２とアンモニアの濃度の算出の詳細について説明する。
第１アンモニアセンサ部４２ｘの第１基準電極４２ａｘと第１検知電極４２ｂｘとの間には、被測定ガスに含まれるアンモニア濃度に応じて起電力が発生する。第１起電力検出回路５８ａは、第１基準電極４２ａｘと第１検知電極４２ｂｘとの間の起電力を第１アンモニア起電力として検出する。同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙの第２基準電極４２ａｙと第２検知電極４２ｂｙとの間にも、アンモニア濃度に応じて起電力が発生する。第２起電力検出回路５８ｂは、第２基準電極４２ａｙと第２検知電極４２ｂｙとの間の起電力を第２アンモニア起電力として検出する。
第１アンモニアセンサ部４２ｘの第１基準電極４２ａｘと第１検知電極４２ｂｘとの間には、被測定ガスに含まれるアンモニア濃度に応じて起電力が発生する。第１起電力検出回路５８ａは、第１基準電極４２ａｘと第１検知電極４２ｂｘとの間の起電力を第１アンモニア起電力として検出する。同様に、第２アンモニアセンサ部４２ｙの第２基準電極４２ａｙと第２検知電極４２ｂｙとの間にも、アンモニア濃度に応じて起電力が発生する。第２起電力検出回路５８ｂは、第２基準電極４２ａｙと第２検知電極４２ｂｙとの間の起電力を第２アンモニア起電力として検出する。
ここで、マイクロコンピュータ６０のＲＯＭ６３には、以下に説明する各種のデータ（関係式）が格納されている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３から当該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アンモニア起電力および第２アンモニア起電力から種々の演算処理を行う。
ここで、ＲＯＭ６３には、「第１アンモニア起電力−第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力−第２アンモニア濃度出力関係式」、「第１ポンピング電流Ｉｐ１−Ｏ2濃度出力関係式」、「第２ポンピング電流Ｉｐ２−ＮＯｘ濃度出力関係式」、「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」（補正式(1)：下記参照）、「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正ＮＯ２濃度出力関係式」(補正式(2))、「ＮＯｘ濃度出力＆補正アンモニア濃度出力＆補正ＮＯ２濃度出力-補正ＮＯx濃度出力関係式」（補正式（3））が格納されている。
ここで、ＲＯＭ６３には、「第１アンモニア起電力−第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力−第２アンモニア濃度出力関係式」、「第１ポンピング電流Ｉｐ１−Ｏ2濃度出力関係式」、「第２ポンピング電流Ｉｐ２−ＮＯｘ濃度出力関係式」、「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」（補正式(1)：下記参照）、「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正ＮＯ２濃度出力関係式」(補正式(2))、「ＮＯｘ濃度出力＆補正アンモニア濃度出力＆補正ＮＯ２濃度出力-補正ＮＯx濃度出力関係式」（補正式（3））が格納されている。
なお、各種データは、上述のように所定の関係式として設定されていてもよいし、センサの出力から各種ガス濃度を算出するものであればよく、例えばテーブルとして設定されていてもよい。その他にも、予めガス濃度が既知のガスモデルを用いて得られた値（関係式やテーブルなど）とされていてもよい。
「第１アンモニア起電力−第１アンモニア濃度出力関係式」及び「第２アンモニア起電力−第２アンモニア濃度出力関係式」は、第１アンモニアセンサ部４２ｘおよび第２アンモニアセンサ部４２ｙから出力されたアンモニア起電力と、被測定ガスのアンモニア濃度に係るアンモニア濃度出力との関係を表す式である。
「第１ポンピング電流Ｉｐ１−Ｏ２濃度出力関係式」は、第１ポンピング電流Ｉｐ１と、被測定ガスのＯ２濃度との関係を表す式である。
「第２ポンピング電流Ｉｐ２−ＮＯｘ濃度出力関係式」は、第２ポンピング電流Ｉｐ２と、被測定ガスのＮＯｘ濃度との関係を表す式である。
「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」は、酸素濃度及びＮＯ２濃度の影響を受けたアンモニア濃度出力（第１、第２）と、酸素濃度及びＮＯ２濃度の影響を除去した補正アンモニア濃度出力の関係を表す式である。
「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正ＮＯ２濃度出力関係式」は、酸素濃度及びアンモニア濃度の影響を受けたＮＯ２濃度出力と、酸素濃度及びアンモニア濃度の影響を除去した補正ＮＯ２濃度出力の関係を表す式である。
「ＮＯｘ濃度出力＆補正アンモニア濃度出力＆補正ＮＯ２濃度出力-補正ＮＯx濃度出力関係式」は、アンモニア濃度及びＮＯ２濃度の影響を受けたＮＯｘ濃度出力と、アンモニア濃度及びＮＯ２濃度の影響を除去、修正した正確な補正ＮＯｘ濃度出力の関係を表す式である。
「第１ポンピング電流Ｉｐ１−Ｏ２濃度出力関係式」は、第１ポンピング電流Ｉｐ１と、被測定ガスのＯ２濃度との関係を表す式である。
「第２ポンピング電流Ｉｐ２−ＮＯｘ濃度出力関係式」は、第２ポンピング電流Ｉｐ２と、被測定ガスのＮＯｘ濃度との関係を表す式である。
「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正アンモニア濃度出力関係式」は、酸素濃度及びＮＯ２濃度の影響を受けたアンモニア濃度出力（第１、第２）と、酸素濃度及びＮＯ２濃度の影響を除去した補正アンモニア濃度出力の関係を表す式である。
「第１アンモニア濃度出力＆第２アンモニア濃度出力＆Ｏ2濃度出力−補正ＮＯ２濃度出力関係式」は、酸素濃度及びアンモニア濃度の影響を受けたＮＯ２濃度出力と、酸素濃度及びアンモニア濃度の影響を除去した補正ＮＯ２濃度出力の関係を表す式である。
「ＮＯｘ濃度出力＆補正アンモニア濃度出力＆補正ＮＯ２濃度出力-補正ＮＯx濃度出力関係式」は、アンモニア濃度及びＮＯ２濃度の影響を受けたＮＯｘ濃度出力と、アンモニア濃度及びＮＯ２濃度の影響を除去、修正した正確な補正ＮＯｘ濃度出力の関係を表す式である。
次に、マイクロコンピュータ６０のＣＰＵ６１において実行される、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ＥＭＦおよび第２アンモニア起電力ＥＭＦから、ＮＯｘ濃度およびアンモニア濃度を求める演算処理について説明する。
ＣＰＵ６１は、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アンモニア起電力が入力されると、Ｏ2濃度出力、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。具体的には、ＲＯＭ６３から「第１アンモニア起電力−第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力−第２アンモニア濃度出力関係式」、「第１ポンピング電流Ｉｐ１−Ｏ2濃度出力関係式」、「第２ポンピング電流Ｉｐ２−ＮＯｘ濃度出力関係式」を呼び出し、当該関係式を用いて各濃度出力を算出する処理を行う。
ＣＰＵ６１は、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アンモニア起電力が入力されると、Ｏ2濃度出力、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。具体的には、ＲＯＭ６３から「第１アンモニア起電力−第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力−第２アンモニア濃度出力関係式」、「第１ポンピング電流Ｉｐ１−Ｏ2濃度出力関係式」、「第２ポンピング電流Ｉｐ２−ＮＯｘ濃度出力関係式」を呼び出し、当該関係式を用いて各濃度出力を算出する処理を行う。
尚、「第１アンモニア起電力−第１アンモニア濃度出力関係式」、「第２アンモニア起電力−第２アンモニア濃度出力関係式」は、第１アンモニアセンサ部４２ｘと第２アンモニアセンサ部４２ｙが使用環境中で出力し得るＥＭＦの全範囲において、被測定ガス中のアンモニア濃度とセンサのアンモニア濃度換算出力とが概ね直線関係になるように設定された式である。このような換算式でもって換算することによって、後の補正式において、傾き及びオフセットの変化を利用した計算を可能とする。
Ｏ2濃度出力、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が求められると、ＣＰＵは、以下に説明する補正式を用いた演算を行うことで、被測定ガスのアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を求める。
Ｏ2濃度出力、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が求められると、ＣＰＵは、以下に説明する補正式を用いた演算を行うことで、被測定ガスのアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を求める。
補正式(1)：x =F (A、B、D)
= (eA-c)*(jB-h-fA+d)/(eA-c-iB+g) + fA-d
補正式(2)：y = F'(A、B、D)
= (jB-h-fA+d)/(eA-c-iB+g)
補正式(3)：z = C - aｘ + bｙ
= (eA-c)*(jB-h-fA+d)/(eA-c-iB+g) + fA-d
補正式(2)：y = F'(A、B、D)
= (jB-h-fA+d)/(eA-c-iB+g)
補正式(3)：z = C - aｘ + bｙ
ここで、ｘはアンモニア濃度であり、yはＮＯ２濃度であり、zはＮＯx濃度である。また、Ａは第１アンモニア濃度出力であり、Ｂは第２アンモニア濃度出力であり、ＣはＮＯｘ濃度出力であり、ＤはＯ２濃度出力である。そして、式(1),(2)のＦ及びＦ'は、ｘが（Ａ，Ｂ、Ｄ）の関数であることを表す。さらに、ａ, ｂは補正係数、c, d, e, f, g, h, i, j はＯ2濃度出力Ｄを用いて計算される係数である（Ｄによって決まる係数）。
上述の補正式(1)〜(3)に、第１アンモニア濃度出力（A）、第２アンモニア濃度出力(B)、ＮＯｘ濃度出力（C）およびＯ2濃度出力(D)、を各代入して演算することによって、被測定ガスのアンモニア濃度及びＮＯｘ濃度を求める。
なお、補正式(1)及び(2)は第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙの特性に基づいて定まる式であり、補正式(3)はＮＯｘセンサ部の特性に基づいて定まる式である。なお、式(1)〜(3)は、あくまでも補正式の一例を示したものであり、ガス検知特性に応じて、他の補正式や、係数等を適宜変更しても良い。
なお、補正式(1)及び(2)は第１アンモニアセンサ部４２ｘ、第２アンモニアセンサ部４２ｙの特性に基づいて定まる式であり、補正式(3)はＮＯｘセンサ部の特性に基づいて定まる式である。なお、式(1)〜(3)は、あくまでも補正式の一例を示したものであり、ガス検知特性に応じて、他の補正式や、係数等を適宜変更しても良い。
次に、図５〜図８を参照して、本発明の特徴部分である第１アンモニアセンサ部４２ｘ及び第２アンモニアセンサ部４２ｙの詳細な構成について説明する。なお、以下では第１アンモニアセンサ部４２ｘを例としてその構成を説明するが、第２アンモニアセンサ部４２ｙの構成についても同様である。
図５は第１アンモニアセンサ部４２ｘの斜視図、図６は第１アンモニアセンサ部４２ｘの分解斜視図、図７は図５のＡ方向から見た平面図、図８は図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
図５、図６に示すように、第１検知電極４２ｂｘと第１基準電極４２ａｘとの少なくとも一部が第１固体電解質体４２ｄｘを挟んで対向して配置されている。
なお、図５のＣ−Ｃ線に沿う断面が図３に示されている。
図５は第１アンモニアセンサ部４２ｘの斜視図、図６は第１アンモニアセンサ部４２ｘの分解斜視図、図７は図５のＡ方向から見た平面図、図８は図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
図５、図６に示すように、第１検知電極４２ｂｘと第１基準電極４２ａｘとの少なくとも一部が第１固体電解質体４２ｄｘを挟んで対向して配置されている。
なお、図５のＣ−Ｃ線に沿う断面が図３に示されている。
そして、第１検知電極４２ｂｘは、第１基準電極４２ａｘと第１固体電解質体４２ｄｘを挟んで対向する第一電極部４２ｂＥと、第一電極部４２ｂＥに電気的に接続されて軸線Ｏ方向に延びる第一リード部４２ｂＬとを有している。
同様に、第１基準電極４２ａｘは、第１検知電極４２ｂｘと第１固体電解質体４２ｄｘを挟んで対向する基準電極部４２ａＥと、基準電極部４２ａＥに電気的に接続されて軸線Ｏ方向に延びる基準リード部４２ａＬとを有している。
同様に、第１基準電極４２ａｘは、第１検知電極４２ｂｘと第１固体電解質体４２ｄｘを挟んで対向する基準電極部４２ａＥと、基準電極部４２ａＥに電気的に接続されて軸線Ｏ方向に延びる基準リード部４２ａＬとを有している。
第一電極部４２ｂＥ及び基準電極部４２ａＥは、電極として機能し、本例ではそれぞれ略矩形をなしている。
第一リード部４２ｂＬ及び基準リード部４２ａＬは、それぞれ第一電極部４２ｂＥ及び基準電極部４２ａＥの後端に接続され、短冊状に延びている。第一リード部４２ｂＬ及び基準リード部４２ａＬは、それぞれ第一電極部４２ｂＥ及び基準電極部４２ａＥより狭幅で、かつ多孔質からなっていて、第一電極部４２ｂＥ及び基準電極部４２ａＥからの酸素を透過させることができる。
なお、図７に示すように、第一リード部４２ｂＬと基準リード部４２ａＬとが幅方向に離間できるよう、本例では第一リード部４２ｂＬは第一電極部４２ｂＥの左後端に接続される一方、基準リード部４２ａＬは基準電極部４２ａＥの右後端に接続されている。
第一リード部４２ｂＬ及び基準リード部４２ａＬは、それぞれ第一電極部４２ｂＥ及び基準電極部４２ａＥの後端に接続され、短冊状に延びている。第一リード部４２ｂＬ及び基準リード部４２ａＬは、それぞれ第一電極部４２ｂＥ及び基準電極部４２ａＥより狭幅で、かつ多孔質からなっていて、第一電極部４２ｂＥ及び基準電極部４２ａＥからの酸素を透過させることができる。
なお、図７に示すように、第一リード部４２ｂＬと基準リード部４２ａＬとが幅方向に離間できるよう、本例では第一リード部４２ｂＬは第一電極部４２ｂＥの左後端に接続される一方、基準リード部４２ａＬは基準電極部４２ａＥの右後端に接続されている。
又、図７に示すように、第一電極部４２ｂＥにおける第一電極部４２ｂＥと第一リード部４２ｂＬの境界は、第一電極部４２ｂＥから第一リード部４２ｂＬが延びる方向（図７では軸線Ｏ方向）と垂直な方向の第一リード部４２ｂＬの数点の位置の平均幅をＷ２としたとき、Ｗ２に平行な方向の第一電極部４２ｂＥの最大幅Ｗ１の１/２以下の幅になった部分とする。
例えば、図５、図６に示すように、第一リード部４２ｂＬの一端は、第一電極部４２ｂＥの端部に重なり領域４２ｂｔを設けるようにして第一電極部４２ｂＥに接続されるが、この重なり領域４２ｂｔは第一電極部４２ｂＥの一部とみなす。
例えば、図５、図６に示すように、第一リード部４２ｂＬの一端は、第一電極部４２ｂＥの端部に重なり領域４２ｂｔを設けるようにして第一電極部４２ｂＥに接続されるが、この重なり領域４２ｂｔは第一電極部４２ｂＥの一部とみなす。
そして、図５、図６に示すように、第１固体電解質体４２ｄｘは、少なくとも第一電極部４２ｂＥに対向する表面の領域（図５、図６では第１固体電解質体４２ｄｘの上面）に突起４２ｄｒを複数有する凹凸部４２ｄｓを備え、第一電極部４２ｂＥは凹凸部４２ｄｓに直接接している。
又、第一リード部４２ｂＬと対向する第１固体電解質体４２ｄｘの表面上（図５、図６では第１固体電解質体４２ｄｘの上面の左後端側と、それに続く後端側の側面）には、凹凸形状の表面４３ｓを有する絶縁層４３が形成され、第一リード部４２ｂＬが絶縁層４３に直接接している。
なお、特許請求の範囲の固体電解質体の「表面上」とは、「第１固体電解質体４２ｄｘの表面」のさらに上に、第１固体電解質体４２ｄｘと別体である絶縁層４３が、第１固体電解質体４２ｄｘの表面を覆って形成されていることを意味する。
又、第一リード部４２ｂＬと対向する第１固体電解質体４２ｄｘの表面上（図５、図６では第１固体電解質体４２ｄｘの上面の左後端側と、それに続く後端側の側面）には、凹凸形状の表面４３ｓを有する絶縁層４３が形成され、第一リード部４２ｂＬが絶縁層４３に直接接している。
なお、特許請求の範囲の固体電解質体の「表面上」とは、「第１固体電解質体４２ｄｘの表面」のさらに上に、第１固体電解質体４２ｄｘと別体である絶縁層４３が、第１固体電解質体４２ｄｘの表面を覆って形成されていることを意味する。
なお、本例では、凹凸部４２ｄｓは、第一電極部４２ｂＥに対向する第１固体電解質体４２ｄｘの上面全面、及び４つの側面すべてに形成されている。但し、第１固体電解質体４２ｄｘの上面のうち、第一電極部４２ｂＥに対向する領域（つまり、第一電極部４２ｂＥに重なる領域）のみに凹凸部４２ｄｓが形成されていてもよく、また、第二電極部４２ａＥに対向する第１固体電解質体４２ｄｘの下面に凹凸部が形成されていてもよい。
又、本例では、絶縁層４３は、第一リード部４２ｂＬの幅より広い領域に形成され、第一リード部４２ｂＬの幅方向両端から絶縁層４３がはみ出している。これにより、製造時に絶縁層４３の表面に未焼成の第一リード部４２ｂＬを印刷等で形成する際、印刷ズレ等が生じても第一リード部４２ｂＬを絶縁層４３の表面に確実に形成できる。
又、本例では、絶縁層４３は、第一リード部４２ｂＬの幅より広い領域に形成され、第一リード部４２ｂＬの幅方向両端から絶縁層４３がはみ出している。これにより、製造時に絶縁層４３の表面に未焼成の第一リード部４２ｂＬを印刷等で形成する際、印刷ズレ等が生じても第一リード部４２ｂＬを絶縁層４３の表面に確実に形成できる。
図８に、凹凸部４２ｄｓ及び表面４３ｓによる効果を示す。
Ａｕを含む第一電極部４２ｂＥは表面張力が高く、第１固体電解質体４２ｄｘとの密着性が低下する。そこで、第１固体電解質体４２ｄｘに凹凸部４２ｄｓを設けることで、第一電極部４２ｂＥがアンカー効果で凹凸部４２ｄｓに密着し、第１固体電解質体４２ｄｘとの密着性が向上する。
又、Ａｕを含む第一リード部４２ｂＬも同様に表面張力が高く、相手材との密着性が低下する。そこで、絶縁層４３に凹凸形状の表面４３ｓを設けることで、第一リード部４２ｂＬがアンカー効果で表面４３ｓに密着し、相手材である絶縁層４３との密着性が向上する。
Ａｕを含む第一電極部４２ｂＥは表面張力が高く、第１固体電解質体４２ｄｘとの密着性が低下する。そこで、第１固体電解質体４２ｄｘに凹凸部４２ｄｓを設けることで、第一電極部４２ｂＥがアンカー効果で凹凸部４２ｄｓに密着し、第１固体電解質体４２ｄｘとの密着性が向上する。
又、Ａｕを含む第一リード部４２ｂＬも同様に表面張力が高く、相手材との密着性が低下する。そこで、絶縁層４３に凹凸形状の表面４３ｓを設けることで、第一リード部４２ｂＬがアンカー効果で表面４３ｓに密着し、相手材である絶縁層４３との密着性が向上する。
さらに、第一リード部４２ｂＬと第１固体電解質体４２ｄｘとの間に絶縁層４３が介在するので、混成電位式のセンサ（検知セル）である第１アンモニアセンサ部４２ｘにおいて、第一リード部４２ｂＬが第１固体電解質体４２ｄｘに接しない。
このため、第一リード部４２ｂＬと、これに対向する基準電極部４２ａＥとの間で第１固体電解質体４２ｄｘを介して電極反応ＥＲ（図８）が生じることを抑制し、検出精度の低下を抑制することができる。
このため、第一リード部４２ｂＬと、これに対向する基準電極部４２ａＥとの間で第１固体電解質体４２ｄｘを介して電極反応ＥＲ（図８）が生じることを抑制し、検出精度の低下を抑制することができる。
凹凸部４２ｄｓは、例えば以下のようにして形成することができる。まず、第１固体電解質体４２ｄｘの原料粉末を仮焼したものをバインダーと混合した材料を、矩形板状に加圧成形して母体とする。そして、この母体の上面及び４つの側面に、第１固体電解質体４２ｄｘの原料粉末を造粒した所定粒径の球形粒子をバインダーと混合した材料を塗布する。その後、全体を焼成すると、球形粒子同士が焼結して適宜結合しつつも、第１固体電解質体４２ｄｘの表面に球形粒子が露出して凹凸状になる。
表面４３ｓは、それ自体で凹凸形状になるよう、凹凸部４２ｄｓと同様に、絶縁層４３の原料粉末を造粒した球形粒子をバインダーと混合した材料を、凹凸でない（平滑な）第１固体電解質体４２ｄｘの表面に塗布して焼成して形成してもよい。
但し、凹凸でない（平滑な）第１固体電解質体４２ｄｘの表面に絶縁層４３を形成した場合、第１固体電解質体４２ｄｘと絶縁層４３との密着性が低下したり、絶縁層４３の製造工程が煩雑になることがある。
但し、凹凸でない（平滑な）第１固体電解質体４２ｄｘの表面に絶縁層４３を形成した場合、第１固体電解質体４２ｄｘと絶縁層４３との密着性が低下したり、絶縁層４３の製造工程が煩雑になることがある。
そこで、図８に示すように、凹凸部４２ｄｓの表面に絶縁層４３を形成し、表面４３ｓが凹凸部４２ｄｓに倣った凹凸形状にすると、第１固体電解質体４２ｄｘと絶縁層４３との密着性も向上するので好ましい。
ここで、「倣う」とは、表面４３ｓが凹凸部４２ｄｓの形状に類似（反映）し、凹凸部４２ｄｓとほぼ同様な形状であることをいう。すなわち、図９に示すように、絶縁層４３の厚みｔ１が凹凸部４２ｄｓの高低差Ｄ０を埋めるほど厚くなく、表面４３ｓにおける凹凸の高低差Ｄ１が、凹凸部４２ｄｓの高低差Ｄ０に近いものをいう。
又、絶縁層４３の厚みｔ１が高低差Ｄ０に比べて厚くないので、第一電極部４２ｂＥの下地となる凹凸部４２ｄｓと、第一リード部４２ｂＬの下地となる表面４３ｓとの段差が小さくなる。その結果、第一電極部４２ｂＥと第一リード部４２ｂＬとの接続部分の段差Ｇ１も小さくなるので、両者間で断線が生じることを抑制できる。
ここで、「倣う」とは、表面４３ｓが凹凸部４２ｄｓの形状に類似（反映）し、凹凸部４２ｄｓとほぼ同様な形状であることをいう。すなわち、図９に示すように、絶縁層４３の厚みｔ１が凹凸部４２ｄｓの高低差Ｄ０を埋めるほど厚くなく、表面４３ｓにおける凹凸の高低差Ｄ１が、凹凸部４２ｄｓの高低差Ｄ０に近いものをいう。
又、絶縁層４３の厚みｔ１が高低差Ｄ０に比べて厚くないので、第一電極部４２ｂＥの下地となる凹凸部４２ｄｓと、第一リード部４２ｂＬの下地となる表面４３ｓとの段差が小さくなる。その結果、第一電極部４２ｂＥと第一リード部４２ｂＬとの接続部分の段差Ｇ１も小さくなるので、両者間で断線が生じることを抑制できる。
これに対し、図１０に示すように、絶縁層４３の厚みｔ２が凹凸部４２ｄｓの高低差Ｄ０を埋めるほど厚いと、表面４３ｓにおける凹凸の高低差Ｄ２が、凹凸部４２ｄｓの高低差Ｄ０より小さくなり、表面４３ｓの凹凸形状が凹凸部４２ｄｓと異なり、平坦になってしまう。
その結果、第一リード部４２ｂＬが表面４３ｓに密着するアンカー効果が低下し、相手材である絶縁層４３との密着性を向上させることが困難になる。
又、絶縁層４３の厚みｔ２が高低差Ｄ０に比べて厚いので、第一電極部４２ｂＥの下地となる凹凸部４２ｄｓと、第一リード部４２ｂＬの下地となる表面４３ｓとの段差が大きくなる。その結果、第一電極部４２ｂＥと第一リード部４２ｂＬとの接続部分の段差Ｇ２も大きくなるので、両者間で断線が生じる場合がある。
その結果、第一リード部４２ｂＬが表面４３ｓに密着するアンカー効果が低下し、相手材である絶縁層４３との密着性を向上させることが困難になる。
又、絶縁層４３の厚みｔ２が高低差Ｄ０に比べて厚いので、第一電極部４２ｂＥの下地となる凹凸部４２ｄｓと、第一リード部４２ｂＬの下地となる表面４３ｓとの段差が大きくなる。その結果、第一電極部４２ｂＥと第一リード部４２ｂＬとの接続部分の段差Ｇ２も大きくなるので、両者間で断線が生じる場合がある。
特に、「倣う」形状として、図９に示すように凹凸部４２ｄｓの表面の絶縁層４３の厚みｔ１が、凹凸部４２ｄｓの高低差Ｄ０よりも小さいと、表面４３ｓが凹凸部４２ｄｓの形状を確実に反映した凹凸状になるので好ましい。
ここで、絶縁層４３の厚みｔ１は、図８に示すような断面として、第一リード部４２ｂＬの延びる方向に沿った倍率６００倍の断面ＳＥＭ像を取得し、その像での絶縁層４３の最大厚みとする。
ここで、絶縁層４３の厚みｔ１は、図８に示すような断面として、第一リード部４２ｂＬの延びる方向に沿った倍率６００倍の断面ＳＥＭ像を取得し、その像での絶縁層４３の最大厚みとする。
又、凹凸部４２ｄｓの高低差Ｄ０も、図８に示すような断面として、第一リード部４２ｂＬの延びる方向に沿った倍率６００倍の断面ＳＥＭ像（走査電子顕微鏡像）を、第一リード部４２ｂＬの幅方向の異なる位置で３個取得する。そして、各像における凹凸部４２ｄｓの凸部（突起４２ｄｒ）と隣接する凹部の高低差の最大値とする。
図１１は、第一リード部４２ｂＬの延びる方向に沿った実際の断面ＳＥＭを示す。図１１の例では、凹凸部４２ｄｓを構成する突起４２ｄｒは球状の突起である。
ここで、凹凸部４２ｄｓの高低差Ｄ０は、隣接する凸部と凹部の高低差の最大値であり、図１１においては、隣接する球が焼結して結合し、個々の球体形状を失った部分Ｐ３，Ｐ４では高低差Ｄｘが小さい。
一方、隣接する球が結合せずに両者間に隙間を有し、個々の球体形状を保った部分Ｐ１，Ｐ２では高低差Ｄ０が大きく、凹凸部４２ｄｓの高低差を代表しているとみなす。
つまり、隣接する球が結合せずに両者間に隙間を有し、個々の球体形状を保った部分Ｐ１，Ｐ２が凹凸部４２ｄｓの凹凸形状を反映している。
なお、図１１では、部分Ｐ１，Ｐ２に対応する絶縁層４３の領域の厚みｔ１が絶縁層４３の最大厚みとなっており、絶縁層４３の厚みを代表しているとみなす。
ここで、凹凸部４２ｄｓの高低差Ｄ０は、隣接する凸部と凹部の高低差の最大値であり、図１１においては、隣接する球が焼結して結合し、個々の球体形状を失った部分Ｐ３，Ｐ４では高低差Ｄｘが小さい。
一方、隣接する球が結合せずに両者間に隙間を有し、個々の球体形状を保った部分Ｐ１，Ｐ２では高低差Ｄ０が大きく、凹凸部４２ｄｓの高低差を代表しているとみなす。
つまり、隣接する球が結合せずに両者間に隙間を有し、個々の球体形状を保った部分Ｐ１，Ｐ２が凹凸部４２ｄｓの凹凸形状を反映している。
なお、図１１では、部分Ｐ１，Ｐ２に対応する絶縁層４３の領域の厚みｔ１が絶縁層４３の最大厚みとなっており、絶縁層４３の厚みを代表しているとみなす。
図１２は、凹凸部４２ｄｓの表面の実際のＳＥＭを示す。凹凸部４２ｄｓを構成する突起４２ｄｒが複数の球状の突起であることがわかる。
この球状の突起における球の平均粒径が１０〜５０μｍであると、アンカー効果を確実に得られるとともに、凹凸の高低差が大き過ぎず、第一電極部４２ｂＥと第一リード部４２ｂＬとの接続部分の段差Ｇ１も小さくなって両者間で断線が生じることをさらに抑制できる。
球の平均粒径が１０μｍ未満であると、アンカー効果が不十分となる場合がある。球の平均粒径が５０μｍを超えると、凹凸の高低差が大き過ぎ、第一電極部４２ｂＥと第一リード部４２ｂＬとの接続部分の段差Ｇ１が大きくなって両者間で断線が生じる場合がある。
この球状の突起における球の平均粒径が１０〜５０μｍであると、アンカー効果を確実に得られるとともに、凹凸の高低差が大き過ぎず、第一電極部４２ｂＥと第一リード部４２ｂＬとの接続部分の段差Ｇ１も小さくなって両者間で断線が生じることをさらに抑制できる。
球の平均粒径が１０μｍ未満であると、アンカー効果が不十分となる場合がある。球の平均粒径が５０μｍを超えると、凹凸の高低差が大き過ぎ、第一電極部４２ｂＥと第一リード部４２ｂＬとの接続部分の段差Ｇ１が大きくなって両者間で断線が生じる場合がある。
なお、球状の突起における球の平均粒径は、図１２において、倍率３００倍の断面ＳＥＭ像にて最表面に表れている粒子を１０個抽出し、その平均粒径を円相当径で求める。このとき、周囲の粒子に一部が隠れている粒子については、隠れていない部分の輪郭を円弧としてみなして直径を求めてもよい。
又、球の平均粒径は、凹凸部４２ｄｓが第一電極部４２ｂＥ及び第一リード部４２ｂＬ以外の第１固体電解質体４２ｄｘの表面にも形成されている場合は、その部分につき図１２のような表面のＳＥＭを取得して測定する。
一方、凹凸部４２ｄｓが第一電極部４２ｂＥで覆われた第１固体電解質体４２ｄｘのみに形成されている場合は、第一電極部４２ｂＥを王水で溶解させた部分につき、図１２のような表面のＳＥＭを取得して測定する。
又、球の平均粒径は、凹凸部４２ｄｓが第一電極部４２ｂＥ及び第一リード部４２ｂＬ以外の第１固体電解質体４２ｄｘの表面にも形成されている場合は、その部分につき図１２のような表面のＳＥＭを取得して測定する。
一方、凹凸部４２ｄｓが第一電極部４２ｂＥで覆われた第１固体電解質体４２ｄｘのみに形成されている場合は、第一電極部４２ｂＥを王水で溶解させた部分につき、図１２のような表面のＳＥＭを取得して測定する。
本発明のマルチガスセンサ素子（マルチガスセンサ素子部１００Ａ）は、１つ以上のセンサ素子（アンモニアセンサ部４２ｘ）と、１つのＮＯｘセンサ部を備える。
ここで、マルチガスセンサ素子が２つ以上のセンサ素子（アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙ）を備える場合、全てのセンサ素子が上述の凹凸部４２ｄｓと、絶縁層４３とを有する。
ここで、マルチガスセンサ素子が２つ以上のセンサ素子（アンモニアセンサ部４２ｘ、４２ｙ）を備える場合、全てのセンサ素子が上述の凹凸部４２ｄｓと、絶縁層４３とを有する。
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
センサ素子はマルチガスセンサ素子に設けられるものに限らず、単独のアンモニアセンサ素子として構成されていてもよい。
又、センサ素子がマルチガスセンサ素子に設けられる位置も上記に限定されず、例えばアンモニアセンサ部４２ｘ１、４２ｙ１を、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面（上面）をなす絶縁層２３ｅの表面上に設けても良い。
センサ素子はマルチガスセンサ素子に設けられるものに限らず、単独のアンモニアセンサ素子として構成されていてもよい。
又、センサ素子がマルチガスセンサ素子に設けられる位置も上記に限定されず、例えばアンモニアセンサ部４２ｘ１、４２ｙ１を、ＮＯｘセンサ部３０Ａの外表面（上面）をなす絶縁層２３ｅの表面上に設けても良い。
第一電極と第二電極との少なくとも一部が固体電解質体を挟んで対向して配置されていれば、配置の形態は限定されない。
凹凸部や絶縁層の表面形状も上記に限定されない。
凹凸部や絶縁層の表面形状も上記に限定されない。
３０Ａ ＮＯｘセンサ部
４２ａｘ、４２ａｙ 第二電極（第１基準電極及び第２基準電極）
４２ｂｘ、４２ｂｙ 第一電極（第１検知電極及び第２検知電極）
４２ｂＥ 第一電極部
４２ｂＬ 第一リード部
４２ｄｘ 固体電解質体（第１固体電解質体）
４２ｄｒ 突起
４２ｄｓ 凹凸部
４２ｘ、４２ｙ センサ素子（第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部）
４３ 絶縁層
４３ｓ 凹凸形状の表面
１００Ａ マルチガスセンサ素子（マルチガスセンサ素子部）
１３８ 主体金具
２００Ａ ガスセンサ（マルチガスセンサ）
ｔ１ 絶縁層の厚み
Ｄ０ 凹凸部の高低差
４２ａｘ、４２ａｙ 第二電極（第１基準電極及び第２基準電極）
４２ｂｘ、４２ｂｙ 第一電極（第１検知電極及び第２検知電極）
４２ｂＥ 第一電極部
４２ｂＬ 第一リード部
４２ｄｘ 固体電解質体（第１固体電解質体）
４２ｄｒ 突起
４２ｄｓ 凹凸部
４２ｘ、４２ｙ センサ素子（第１アンモニアセンサ部及び第２アンモニアセンサ部）
４３ 絶縁層
４３ｓ 凹凸形状の表面
１００Ａ マルチガスセンサ素子（マルチガスセンサ素子部）
１３８ 主体金具
２００Ａ ガスセンサ（マルチガスセンサ）
ｔ１ 絶縁層の厚み
Ｄ０ 凹凸部の高低差
Claims (8)
- Ａｕを主成分とする第一電極と、第二電極と、固体電解質体と、を備え、前記第一電極と前記第二電極との少なくとも一部が前記固体電解質体を挟んで対向して配置されてなるセンサ素子であって、
前記第一電極は、前記第二電極と前記固体電解質体を挟んで対向する第一電極部と、前記第一電極部に電気的に接続されて延びる第一リード部とを有し、
前記固体電解質体は、前記第一電極部に対向する表面の領域に突起を複数有する凹凸部を備え、
前記第一電極部は前記凹凸部に直接接し、
前記第一リード部と対向する前記固体電解質体の表面上には、凹凸形状の表面を有する絶縁層が形成され、前記第一リード部が前記絶縁層に直接接していることを特徴とするセンサ素子。 - 前記絶縁層の凹凸形状は、前記凹凸部に倣った凹凸形状であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ素子。
- 前記凹凸部は、前記第一リード部と対向する前記固体電解質体の表面の領域にも形成され、前記絶縁層の厚みは、前記凹凸部の高低差よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ素子。
- 前記第一電極は、前記固体電解質体の成分を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ素子。
- 前記突起は球状の突起であり、
前記球状の突起における球の平均粒径が１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ素子。 - 前記第二電極はＰｔを主成分とし、前記第一電極が検知電極、前記第二電極が基準電極であり、
前記第一電極と前記第二電極と前記固体電解質体とが混成電位式のアンモニア検知セルを構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ素子。 - 請求項６に記載のセンサ素子を備えるとともに、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度を測定するＮＯｘセンサ部を更に備えたマルチガスセンサ素子を構成することを特徴とするセンサ素子。
- 請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ素子と、該センサ素子を保持する主体金具とを備えてなるガスセンサ。
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