JP2023051034A - ガスセンサ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用可能なガスセンサ素子を提供する。【解決手段】本発明の一側面に係るガスセンサ素子は、内部空間が設けられる積層体と、前記内部空間に面するように配置される第１多孔質層とを備える。前記第１多孔質層は、スペーサ層の、前記内部空間に対向する側面と、第１の固体電解質層とに接し、気孔率が、１０％以上、５０％以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、ガスセンサ素子に関する。

従来、第１および第２の固体電解質層を、固体電解質よりなる所定厚さのスペーサ層を介して積層させてなる積層構造を有し、前記第１および第２の固体電解質層の間に、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部を設けたガスセンサ素子が知られている。

例えば、下掲の特許文献１には、被測定ガス流通部において、ガス導入口と処理空間との間に緩衝空間を設けたガスセンサが開示されている。また、特許文献２には、被測定ガス流通部が含む空室内に、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための測定電極を独立して設けたガスセンサが開示されている。

特開平１１－２３７３６２号公報 特開２０１５－２００６４３号公報

本件発明者は、上述のような積層構造を有する従来のガスセンサ素子には、次のような問題点があることを見出した。すなわち、ガスセンサ素子は、例えば、排ガスセンサとして使用する等のように、過酷な環境下で使用されることがある。ガスセンサ素子は、そのような過酷な使用環境下においても、長期にわたって、例えば、検出精度の劣化、検出不能等の不具合を招くことなく、動作し続けるのが望ましい。

しかしながら、ガスセンサ素子を繰り返し使用する間に、ガスセンサ素子の内部には様々な要因で負荷が発生し得る。例えば、温度、気圧等の変化により、ガスセンサ素子の内部空間（すなわち、被測定ガス流通部）に応力が生じ得る。この応力が繰り返し生じることによって、ガスセンサ素子の内部空間が破壊される可能性がある。特に、過酷な使用環境下では、この応力は生じやすく、そのような内部空間の破壊が生じやすくなってしまう。

更には、内部空間において、固体電解質層及びスペーサの境界には、角部が形成される。この角部には、上記応力が集中しやすく、その結果、角部及びその近傍で、クラックが発生しやすくなってしまう。本件発明者は、上記のような原因により、内部空間の破壊が生じ、これによって、検出の不具合を招き得るとの問題点があることを見出した。

本発明は、一側面では、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用可能なガスセンサ素子を提供することである。

本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。

本発明の一側面に係るガスセンサ素子は、被測定ガスが導入される内部空間が設けられる積層体と、前記内部空間に面するように配置される１つ以上の多孔質層と、を備える。前記積層体は、第１の固体電解質層、第２の固体電解質層及びスペーサ層により構成される。前記積層体には、前記第１の固体電解質層及び前記第２の固体電解質層が前記スペーサ層を介して積層されることで、前記第１の固体電解質層及び前記第２の固体電解質層の間に、前記内部空間が設けられる。前記１つ以上の多孔質層は、第１多孔質層および第２多孔質層の少なくとも一方を含み、前記１つ以上の多孔質層の各々の気孔率は、１０％以上、５０％以下である。前記第１多孔質層は、前記スペーサ層の、前記内部空間に対向する少なくとも１つの側面と、前記第１の固体電解質層と、の両方に接する。つまり、前記第１多孔質層は、前記スペーサ層の、前記内部空間に対向する少なくとも１つの側面と、前記第１の固体電解質層と、の両方に接して、前記内部空間に面するように配置される。前記第２多孔質層は、前記スペーサ層の、前記内部空間に対向する少なくとも１つの側面と、前記第２の固体電解質層と、の両方に接する。つまり、前記第２多孔質層は、前記スペーサ層の、前記内部空間に対向する少なくとも１つの側面と、前記第２の固体電解質層と、の両方に接して、前記内部空間に面するように配置される。

当該構成では、前記第１多孔質層は、従来のガスセンサ素子における内部空間の角部、特に、スペーサ層と第１の固体電解質層との境界に形成される角部（スペーサ層と第１の固体電解質層との接点）に相当する位置に、前記内部空間に面するように配置される。同様に、前記第２多孔質層は、従来のガスセンサ素子における内部空間の角部、特に、スペーサ層と第２の固体電解質層との境界に形成される角部（スペーサ層と第２の固体電解質層との接点）に相当する位置に、前記内部空間に面するように配置される。つまり、前記第１多孔質層および前記第２多孔質層の少なくとも一方は、従来のガスセンサ素子における内部空間の角部に相当する位置に、前記内部空間に面するように配置される。このように配置される前記第１多孔質層および前記第２多孔質層の少なくとも一方によって、つまり、前記１つ以上の多孔質層によって、従来のガスセンサ素子における内部空間の角部に相当する位置に集中する応力を緩和することができる。

そして、本件発明者は、実験（昇温試験）により、前記１つ以上の多孔質層の各々の気孔率を５０％以下とすることによって、前記１つ以上の多孔質層がクラックの発生を抑制できることを確認した。また、前記１つ以上の多孔質層の各々は、「多孔質である」という性質から、気孔率を１０％以上とした。そのため、前記１つ以上の多孔質層の各々の気孔率は、１０％以上、５０％以下とされる。

したがって、本発明の一側面に係るガスセンサ素子は、角部およびその近傍でクラックが発生して内部空間が破壊されるという事態を防ぐことができ、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用することができる。

一例では、前記第１多孔質層は、前記スペーサ層の、前記内部空間に面する側面の下端と、前記第１の固体電解質層の上面とに接して、前記内部空間に面するように配置されてもよい。つまり、前記スペーサ層と前記第１の固体電解質層との間に、両者に接して両者に挟まれるように、前記内部空間に面する前記第１多孔質層を配置してもよい。当該構成では、前記スペーサ層と前記第１の固体電解質層との間に配置される前記第１多孔質層によって、ガスセンサ素子の（特に、前記積層体の）ヤング率を下げ、内部空間の角部およびその近傍に集中する応力を緩和することができる。つまり、前記第１多孔質層を、前記スペーサ層と前記第１の固体電解質層との間の緩衝材として配置することによって、応力が集中して前記内部空間の角部およびその近傍にクラックが発生してしまうといった事態を防ぐことができる。

一例では、前記第２多孔質層は、前記スペーサ層の、前記内部空間に面する側面の上端と、前記第２の固体電解質層の下面とに接して、前記内部空間に面するように配置されてもよい。つまり、前記スペーサ層と前記第２の固体電解質層との間に、両者に接して両者に挟まれるように、前記内部空間に面する前記第２多孔質層を配置してもよい。当該構成では、前記スペーサ層と前記第２の固体電解質層との間に配置される前記第２多孔質層によって、ガスセンサ素子の（特に、前記積層体の）ヤング率を下げ、内部空間の角部およびその近傍に集中する応力を緩和することができる。つまり、前記第２多孔質層を、前記スペーサ層と前記第２の固体電解質層との間の緩衝材として配置することによって、応力が集中して前記内部空間の角部およびその近傍にクラックが発生してしまうといった事態を防ぐことができる。

上記一側面に係るガスセンサ素子において、前記１つ以上の多孔質層の各々の厚さを４０μｍ以下としてよい。ここで、前記内部空間に面するように配置される、前記１つ以上の多孔質層の各々の厚みを大きくし過ぎると、前記１つ以上の多孔質層の各々に取り込まれる酸素の量が増え、前記内部空間からの酸素の汲み出しまたは汲み入れに要する時間（ライトオフ時間）が大きくなる。そのため、ライトオフ時間を考慮すると、前記１つ以上の多孔質層の各々の厚みは所定の値に抑えるのが望ましく、本件発明者は、４０μｍ以下とするのが望ましいことを確認した。前記１つ以上の多孔質層の各々の厚さを４０μｍ以下とすることによって、ライトオフ時間をガスセンサ素子の実際の使用（通常の使用）に耐えられる範囲の時間とすることができる。

上記一側面に係るガスセンサ素子において、前記１つ以上の多孔質層の各々の厚さを１０μｍ以上としてよい。前記第１多孔質層および前記第２多孔質層の各々の厚さを薄くし過ぎると、前記第１多孔質層および前記第２多孔質層の少なくとも一方によって応力の集中などを防いで、前記内部空間の破壊（クラックの発生）を抑制するという効果が十分には期待できない。そのため、前記第１多孔質層および前記第２多孔質層の各々は、つまり、前記１つ以上の多孔質層の各々は、所定の厚みを有するのが望ましく、本件発明者は、１０μｍ以上とするのが望ましいことを確認した。当該構成によれば、前記１つ以上の多孔質層の各々の厚さを１０μｍ未満にした場合に比べて、応力の集中などを防いで前記内部空間の破壊（クラックの発生）を抑制するとの効果を十分に発揮させることができる。

上記一側面に係るガスセンサ素子において、前記内部空間は、酸素の汲み出しまたは汲み入れが行なわれる１つ以上の空室を含み、前記１つ以上の多孔質層のうち、１つの以上の多孔質層は、少なくとも１つの空室の内部に延伸していてもよい。その場合、前記１つの以上の多孔質層の、前記空室の内部に延伸している部分の体積の合計は、前記空室の体積の５％（パーセント）以上、３０％以下とするのが望ましい。

ここで、前記１つの以上の多孔質層の、前記空室の内部に延伸している部分の体積の合計を、前記空室の体積の３０％よりも大きくすると、前記空室からの酸素の汲み出しまたは汲み入れに要する時間（ライトオフ時間）が大きくなる。ライトオフ時間を考慮すると、前記１つの以上の多孔質層の、前記空室の内部に延伸している部分の体積の合計を、前記空室の体積の３０％以下にするのが望ましい。また、本件発明者は、実験（昇温試験）により、前記１つの以上の多孔質層の、前記空室の内部に延伸している部分の体積の合計を、前記空室の体積の５％以上とすることで、クラックの発生を効果的に抑制することができることを確認した。したがって、前記１つの以上の多孔質層の、前記空室の内部に延伸している部分の体積の合計を、前記空室の体積の５％以上、３０％以下とすることによって、前記内部空間の破壊（クラックの発生）を効果的に抑制することができる。

上記一側面に係るガスセンサ素子において、前記１つ以上の多孔質層のうち、少なくとも１つの多孔質層は、非露出部分を含むように構成されてよい。前記非露出部分とは、前記スペーサ層と、前記第１の固体電解質層および前記第２の固体電解質層の少なくとも一方との間に位置する部分である。前記非露出部分は、前記スペーサ層と、前記第１の固体電解質層および前記第２の固体電解質層の少なくとも一方との両者に接し、前記内部空間に面していない。例えば、前記非露出部分は、前記スペーサ層と、前記第１の固体電解質層との間に、両者に接して両者に挟まれるように配置される部分であって、前記内部空間に面していない部分である。また、例えば、前記非露出部分は、前記スペーサ層と、前記第２の固体電解質層との間に、両者に接して両者に挟まれるように配置される部分であって、前記内部空間に面していない部分である。多孔質層が前記非露出部分を含む場合、前記非露出部分の体積は、前記非露出部分を含む当該多孔質層の体積の１０％以上とするのが望ましい。

当該構成によれば、例えば、前記スペーサ層と前記第１の固体電解質層との間に、両者に接して両者に挟まれるように前記非露出部分を配置することで、前記非露出部分を、前記スペーサ層と前記第１の固体電解質層との間の緩衝材として利用することができる。ただし、前記非露出部分の体積を小さくし過ぎると、前記スペーサ層と前記第１の固体電解質層との間の緩衝材としての前記非露出部分の効果が十分には発揮されない。そのため、前記非露出部分は、所定の体積を有するのが望ましい。そこで、本件発明者は、前記非露出部分の体積について検討を重ね、前記非露出部分の体積は、前記非露出部分を含む当該多孔質層の体積の１０％以上とするのが望ましいことを確認した。前記スペーサ層と前記第２の固体電解質層との間に、両者に接して両者に挟まれるようにように配置される前記非露出部分の体積についても、同様に、前記非露出部分を含む多孔質層の体積の１０％以上とするのが望ましいことを確認した。したがって、前記非露出部分の体積を、前記非露出部分を含む当該多孔質層の体積の１０％以上とすることによって、応力が集中して前記内部空間の角部およびその近傍にクラックが発生してしまうといった事態を防ぐことができる。

上記一側面に係るガスセンサ素子において、前記１つ以上の多孔質層のうち、少なくとも１つの多孔質層は、前記内部空間の内部に配設された少なくとも１つの電極の一部に、重なっていてもよい。具体的には、前記多孔質層は、前記電極の、前記第１の固体電解質層および前記第２の固体電解質層の少なくとも一方に接する面の対向面の少なくとも一部に、重なっていてもよい。

本件発明者は、前記内部空間の内部に配設する電極について、次のような問題が発生することがあるのに気付いた。すなわち、前記電極に例えば白金（Ｐｔ）を用いる場合、ガスセンサ素子を超時間繰り返し使用すると、酸化白金が生成することがある。そして、高温下では白金より酸化白金の方が蒸発しやすいため、酸化白金が蒸発することにより、前記電極と、前記電極が接する固体電解質層（前記第１の固体電解質層または前記第２の固体電解質層）との境界面で剥離が生じることがある。本件発明者は、前記内部空間の内部に配設する電極が、上記のような原因により固体電解質層から剥離し、これによって、ガスセンサ素子の検出の不具合を招き得るとの問題があることに気付いた。特に、ガスセンサ素子を排ガスセンサとして使用するような場合には、前記内部空間の内部に配設する電極は高温にさらされることも多く、そのため、固体電解質層からの剥離も生じやすい。

そこで、本件発明者は、前記多孔質層を、前記内部空間の内部に配設する電極の、前記固体電解質層に接する面の対向面の少なくとも一部に重なるように配置することで、前記電極の剥離を防ぐことを考えた。すなわち、前記多孔質層によって前記電極を、前記電極が接する固体電解質層へと押さえつけることで、前記電極が前記固体電解質層から剥離するのを防ぐことができるのではないかと考えた。そして、本件発明者は、実験（電極剥離試験）により、前記多孔質層を、前記電極の、前記固体電解質層に接する面の対向面の少なくとも一部に重なるように配置することで、前記電極の剥離を抑制できることを確認した。

したがって、当該構成によれば、前記電極が、前記電極が接する固体電解質層から剥離するのを防ぐことができ、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用可能なガスセンサ素子を提供することができる。

上記一側面に係るガスセンサ素子において、前記電極の、前記多孔質層が重なっている部分の面積は、前記電極の、前記対向面の面積の０．５％以上、２０％以下としてもよい。

ここで、前記電極の、前記電極の、前記対向面の面積に対する、前記多孔質層が重なっている部分の面積の割合を２０％よりも大きくした場合、前記電極の性能（例えば、検出精度など）が低下する可能性がある。そこで、前記電極の、前記多孔質層が重なっている部分の面積は、前記電極の、前記対向面の面積の２０％以下とする。

また、本件発明者は、実験（電極剥離試験）により、前記電極の、前記多孔質層が重なっている部分の面積を、前記電極の、前記対向面の面積の０．５％以上とすることにより、前記電極の剥離を効果的に抑制できることを確認した。

つまり、前記電極の、前記多孔質層が重なっている部分の面積を、前記電極の、前記対向面の面積の０．５％以上、２０％以下とすることによって、前記電極の性能の低下を防ぎつつ、前記電極の剥離を効果的に抑制できる。したがって、当該構成によれば、前記電極の性能の低下を防ぎつつ、前記電極の剥離を効果的に抑制でき、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用可能なガスセンサ素子を提供することができる。

上記一側面に係るガスセンサ素子において、前記１つ以上の多孔質層の各々において、ジルコニア（ＺｒＯ₂）の含有率を５０ｗｔ％以上としてもよい。ここで、前述の通り、前記第１多孔質層は前記第１の固体電解質層に接し、また、前記第２多孔質層は前記第２の固体電解質層に接する。そして、前記第１の固体電解質層及び前記第２の固体電解質層は、例えば、それぞれがジルコニア等の酸素イオンの伝導性固体電解質層により構成される。そのため、前記１つ以上の多孔質層の各々を、前記第１の固体電解質層及び前記第２の固体電解質層と同様の材質とする場合、前記第１多孔質層と前記第１の固体電解質層との密着性を向上させることができ、また、前記第２多孔質層と前記第２の固体電解質層との密着性を向上させることができる。したがって、前記１つ以上の多孔質層の各々におけるジルコニア（ＺｒＯ₂）の含有率を５０ｗｔ％以上とすることで、前記第１多孔質層と前記第１の固体電解質層との密着性を向上させることができ、また、前記第２多孔質層と前記第２の固体電解質層との密着性を向上させることができる。

上記一側面に係るガスセンサ素子において、前記１つ以上の多孔質層の各々は絶縁層として構成されてよい。

本発明によれば、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用可能なガスセンサ素子を提供することができる。

図１は、実施の形態に係るセンサ素子の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。 図２は、図１のセンサ素子の要部を説明するための拡大図である。 図３は、変形例に係るセンサ素子の構成を概略的に示す断面模式図であり、被測定ガス流通部の内部に延伸していない第１多孔質層の例を示す。 図４は、変形例に係るセンサ素子の構成を概略的に示す断面模式図であり、測定電極４４の上面の一部に重なっている第１多孔質層の例を示す。 図５は、変形例に係るセンサ素子の構成を概略的に示す断面模式図であり、第３内部空所に面するスペーサ層の前側面と、第２の固体電解質層とに接する第２多孔質層の例を示す。 図６は、変形例に係るセンサ素子の構成を概略的に示す断面模式図であり、第３内部空所に面するスペーサ層の前側面と、第１の固体電解質層と、第２の固体電解質層とに接する多孔質層の例を示す。 図７は、変形例に係るセンサ素子の構成を概略的に示す断面模式図であり、第１内部空所に面するスペーサ層の右側面に接する多孔質層の例を示す。 図８は、変形例に係るセンサ素子の構成を概略的に示す断面模式図であり、第２内部空所に面するスペーサ層の右側面に接する多孔質層の例を示す。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

［構成例］
図１は、本実施形態に係るガスセンサ素子１００の構成の一例を概略的に示す断面模式図である。ガスセンサ素子１００は、例えば、長手方向（軸方向）に沿って延びる細長な長尺の板状体形状を呈し、また、例えば、直方体状に形成される。図１に例示するガスセンサ素子１００は、長手方向それぞれの端部として先端部及び後端部を有しており、以下の説明においては、先端部を図１の左側の端部（つまり、前側の端部）とし、後端部を図１の右側の端部（つまり、後側の端部）とする。しかしながら、ガスセンサ素子１００の形状は、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。なお、以下の説明においては、図１の紙面奥側をガスセンサ素子１００の右側とし、紙面手前側をガスセンサ素子１００の左側とする。

ガスセンサ素子１００は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸素イオンの伝導性固体電解質層により構成される第１基板層１、第２基板層２、第３基板層３、第１の固体電解質層４、スペーサ層５、及び第２の固体電解質層６の６つの層が、図１の断面視で下側から順に積層された構造を有している。すなわち、ガスセンサ素子１００は、第１の固体電解質層４、第２の固体電解質層６及びスペーサ層５により構成される積層体を備える。第１基板層１、第２基板層２、第３基板層３、第１の固体電解質層４、スペーサ層５、及び第２の固体電解質層６の６つの層を形成する固体電解質は、緻密質なものであってよい。緻密質は、気孔率が５％以下であることを指す。

ガスセンサ素子１００は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに、例えば、所定の加工、配線パターンの印刷等の工程を実行した後にそれらを積層し、更に、焼成して一体化させることで製造される。一例として、ガスセンサ素子１００は、複数のセラミックス層の積層体である。本実施形態では、第２の固体電解質層６の上面が、ガスセンサ素子１００の上面を構成し、第１基板層１の下面が、ガスセンサ素子１００の下面を構成し、各層１～６の各側面が、ガスセンサ素子１００の各側面を構成する。

ガスセンサ素子１００の一先端部であって、第２の固体電解質層６の下面及び第１の固体電解質層４の上面の間には、ガス導入口１０、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３、第１内部空所２０、第３拡散律速部３０、第２内部空所４０、第４拡散律速部１６、及び第３内部空所１７が、この順に連通する態様にて隣接形成されるように構成されている。

ガス導入口１０、緩衝空間１２、第１内部空所２０、第２内部空所４０、及び第３内部空所１７は、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた空間であって、上部を第２の固体電解質層６の下面で、下部を第１の固体電解質層４の上面で区画されるガスセンサ素子１００内部の空間（内部空間）である。

第１拡散律速部１１は、２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長辺方向を有する）スリットとして設けられる。また、第２拡散律速部１３、第３拡散律速部３０、及び第４拡散律速部１６のそれぞれは、図面に垂直な方向に延びる長さが、第１内部空所２０、第２内部空所４０、及び３内部空所６１のそれぞれよりも短い孔として設けられる。

図１に例示するように、第２拡散律速部１３および第３拡散律速部３０は、いずれも、第１拡散律速部１１と同様に、２本の横長（図面に垂直な方向に開口が長辺方向を有する）のスリットとして設けられてもよい。これに対して、第４拡散律速部１６は、第２の固体電解質層６の下面との隙間として形成された１本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられてもよい。すなわち、第４拡散律速部１６は、第１の固体電解質層４の上面に接していてもよい。第２拡散律速部１３、第３拡散律速部３０、及び第４拡散律速部１６のそれぞれについては、後ほど詳細に説明する。ガス導入口１０から第３内部空所１７に至る部位（内部空間）を被測定ガス流通部８と称する。

図１に例示するガスセンサ素子１００においては、被測定ガス流通部８（具体的には、第３内部空所１７）の後側は、スペーサ層５の前側面５９ｆと、前側面５９ｆの下端に接する第１多孔質層７ａの、第３内部空所１７に面する側面と、によって塞がれている。詳細は後述するが、被測定ガス流通部８の少なくとも１つの側方（前側、後側、右側、左側の少なくとも１つ）は、スペーサ層５と多孔質層７とによって塞がれる。具体的には、被測定ガス流通部８の少なくとも１つの側方は、スペーサ層５の側面５９と、側面５９の端部（下端、上端）に接する多孔質層７の、被測定ガス流通部８に面する面と、によって塞がれる。

第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は多孔質な層であり、「多孔質」は、気孔率が１０％以上であることを指す。多孔質層７は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ₂）を多く含む材料により構成され、ジルコニアの含有率は５０ｗｔ％以上であってもよい。また、多孔質層７は、絶縁層として構成されてもよい。多孔質層７の厚さは、例えば、１０μｍ以上、４０μｍ以下である。

多孔質層７は、被測定ガス流通部８に面するように配置され、図１に示す例では、第１多孔質層７ａが被測定ガス流通部８に面するように、特に、第３内部空所１７に面するように配置されている。また、多孔質層７は、スペーサ層５の少なくとも１つの側面５９と接し、特に、スペーサ層５の少なくとも１つの側面５９の端部（下端、上端）と接する。図１に示す例では、第１多孔質層７ａがスペーサ層５の前側面５９ｆと接し、特に、スペーサ層５の前側面５９ｆの下端と接している。さらに、多孔質層７は、第１の固体電解質層４および第２の固体電解質層６の少なくとも一方に接し、特に、第１の固体電解質層４の上面および第２の固体電解質層６の下面の少なくとも一方に面している。図１に示す例では、第１多孔質層７ａが、第１の固体電解質層４に接し、特に、第１の固体電解質層４の上面に面している。このようにして、被測定ガス流通部８の側方の少なくとも１つは、スペーサ層５の側面５９と、多孔質層７の被測定ガス流通部８に面する面とによって塞がれる。図１に示す例では、被測定ガス流通部８の後側（すなわち、第３内部空所１７の後側）が、スペーサ層５の前側面５９ｆと、スペーサ層５の前側面５９ｆに接する第１多孔質層７ａの、被測定ガス流通部８に面する面と、によって塞がれている。

被測定ガス流通部８よりも先端側（ガスセンサ素子１００の前側）から遠い位置には、第３基板層３の上面及びスペーサ層５の下面の間であって、側部を第１の固体電解質層４の側面で区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられている。基準ガス導入空間４３には、例えば、大気等の基準ガスが導入される。ただし、ガスセンサ素子１００の構成は、このような例に限定されなくてよい。他の一例として、第１の固体電解質層４は、ガスセンサ素子１００の後端まで延びるように構成されてよく、基準ガス導入空間４３は省略されてよい。この場合、大気導入層４８が、ガスセンサ素子１００の後端まで延びるように構成されてよい。

大気導入層４８は、多孔質アルミナから成り、基準ガス導入空間４３を介して基準ガスが導入されるように構成されている。加えて、大気導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。

基準電極４２は、第３基板層３の上面及び第１の固体電解質層４の間に挟まれるように形成され、その周囲には、上記基準ガス導入空間４３に接続する大気導入層４８が設けられている。基準電極４２は、第１内部空所２０内、第２内部空所４０内、及び第３内部空所１７の酸素濃度（酸素分圧）の測定に使用される。詳細は後述する。

ガス導入口１０は、被測定ガス流通部８において、外部空間に対して開口してなる部位である。ガス導入口１０を通じて外部空間からガスセンサ素子１００内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。本実施形態では、図１に例示されるとおり、ガス導入口１０は、ガスセンサ素子１００の前面に配置される。つまり、被測定ガス流通部８は、ガスセンサ素子１００の前面において開口を有するように構成される。ただし、被測定ガス流通部８が、ガスセンサ素子１００の前面において開口を有するように構成されること、つまり、ガス導入口１０をガスセンサ素子１００の前面に配置することは、必須ではない。ガスセンサ素子１００は、外部空間から被測定ガス流通部８の内部に被測定ガスを取り込むことができればよく、ガス導入口１０を、例えば、ガスセンサ素子１００の右面に配置したり、左面に配置したりしてもよい。

ガス導入口１０を、ガスセンサ素子１００の前面に配置する場合、ガスセンサ素子１００の各側面（右側面および左側面）では、被測定ガス流通部８は、緻密なセラミックス層により閉塞されていてもよい。セラミックス層は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等の材料により構成されてよい。ガスセンサ素子１００の各側面で、被測定ガス流通部８を、緻密なセラミックス層により閉塞する場合、ガスセンサ素子１００は、当該ガス導入口１０を通じて外部空間からガスセンサ素子１００内に被測定ガスを取り込むように構成される。

ただし、ガスセンサ素子１００について、ガスセンサ素子１００の各側面で、被測定ガス流通部８を、緻密なセラミックス層により閉塞することは必須ではない。また、ガスセンサ素子１００にとって、ガス導入口１０を備えることは必須ではない。すなわち、ガスセンサ素子１００は、外部空間から被測定ガス流通部８の内部に被測定ガスを取り込むことができればよく、外部空間からガス導入口１０を通じて被測定ガスを取り込むことは必須ではない。例えば、ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の側面５９の少なくとも１つを緻密なセラミックス層により閉塞せずに開放しておくことによって、ガス導入口１０を設けずに、外部空間から被測定ガス流通部８の内部に被測定ガスを取り込んでもよい。

第１拡散律速部１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。

緩衝空間１２は、第１拡散律速部１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速部１３へと導くために設けられた空間である。

第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第１内部空所２０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部位である。

被測定ガスが、ガスセンサ素子１００外部から第１内部空所２０内まで導入されるにあたって、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によってガス導入口１０からガスセンサ素子１００内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所２０へ導入されるのではなく、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３を通じて被測定ガスの濃度変動が打ち消された後、第１内部空所２０へ導入されるようになっている。これにより、第１内部空間へ導入される被測定ガスの濃度変動はほとんど無視できる程度のものとなる。

第１内部空所２０は、第２拡散律速部１３を通じて導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられている。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。

主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２の固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部２２ａを有する内側ポンプ電極２２と、第２の固体電解質層６の上面（ガスセンサ素子１００の上面）の天井電極部２２ａと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極２３と、これらの電極に挟まれた第２の固体電解質層６とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。

内側ポンプ電極２２は、第１内部空所２０を区画する上下の固体電解質層（第２の固体電解質層６及び第１の固体電解質層４）、及び側壁を与えるスペーサ層５にまたがって形成されている。具体的には、第１内部空所２０の天井面を与える第２の固体電解質層６の下面には天井電極部２２ａが形成され、また、底面を与える第１の固体電解質層４の上面には底部電極部２２ｂが形成される。そして、それら天井電極部２２ａ及び底部電極部２２ｂに接続するように、側部電極部（図示省略）が、第１内部空所２０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されている。つまり、内側ポンプ電極２２は、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態の構造で配設されている。

内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３は、多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔ及びＺｒＯ₂により構成されるサーメット電極）として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極２２は、被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_x）成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。

ガスセンサ素子１００は、主ポンプセル２１において、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の間に所望のポンプ電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の間に正方向又は負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出し、又は外部空間の酸素を第１内部空所２０に汲み入れ可能に構成される。第１内部空所２０内の酸素を外部空間に汲み出す場合に、汲み出される酸素は、外側ポンプ電極２３から排出される。

また、第１内部空所２０における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側ポンプ電極２２、第２の固体電解質層６、スペーサ層５、第１の固体電解質層４、第３基板層３、及び基準電極４２により、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０（すなわち、電気化学的なセンサセル）が構成されている。

ガスセンサ素子１００は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における起電力Ｖ０を測定することで第１内部空所２０内の酸素濃度（酸素分圧）を特定可能に構成される。更に、起電力Ｖ０が一定となるようにＶｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これにより、第１内部空所２０内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。

第３拡散律速部３０は、第１内部空所２０で主ポンプセル２１の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第２内部空所４０に導く部位である。

第２内部空所４０では、ガスセンサ素子１００は、第１内部空所２０において酸素濃度（酸素分圧）が予め調整された後、第３拡散律速部を通じて導入された被測定ガスに対して、補助ポンプセル５０による酸素分圧の調整を更に行うように構成されている。これにより、第２内部空所４０内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ素子１００において、精度の高いＮＯ_x濃度の測定が可能となる。

補助ポンプセル５０は、補助ポンプ電極５１、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、ガスセンサ素子１００と外側の適当な電極であれば足りる）、及び第２の固体電解質層６により構成される補助的な電気化学的ポンプセルである。補助ポンプ電極５１は、第２内部空所４０に面する第２の固体電解質層６の下面の略全体に設けられた天井電極部５１ａを有する。

係る補助ポンプ電極５１は、先の第１内部空所２０内に設けられた内側ポンプ電極２２と同様なトンネル形態の構造で、第２内部空所４０内に配設されている。つまり、第２内部空所４０の天井面を与える第２の固体電解質層６に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所４０の底面を与える第１の固体電解質層４には、底部電極部５１ｂが形成される。そして、それらの天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４０の側壁を与えるスペーサ層５の両壁面にそれぞれ形成される。これにより、補助ポンプ電極５１は、トンネル形態の構造を有している。

なお、補助ポンプ電極５１も、内側ポンプ電極２２と同様に、被測定ガス中の窒素酸化物成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。

ガスセンサ素子１００は、補助ポンプセル５０において、補助ポンプ電極５１及び外側ポンプ電極２３の間に所望の電圧Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、又は外部空間から第２内部空所４０内に汲み入れ可能に構成される。

また、第２内部空所４０内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極５１、基準電極４２、第２の固体電解質層６、スペーサ層５、第１の固体電解質層４、及び第３基板層３により、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１（すなわち、電気化学的なセンサセル）が構成されている。

なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される起電力Ｖ１に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、補助ポンプセル５０がポンピングを行う。これにより、第２内部空所４０内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯ_xの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。

また、これと共に、そのポンプ電流Ｉｐ１が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０に入力され、その起電力Ｖ０が制御されることにより、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。ＮＯ_xセンサとして使用する際は、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との働きによって、第２内部空所４０内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。

第４拡散律速部１６は、第２内部空所４０で補助ポンプセル５０の動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第３内部空所１７に導く部位である。第４拡散律速部１６は、第３内部空所１７に流入するＮＯ_xの量を制限する役割を担う。

第３内部空所１７は、あらかじめ第２内部空所４０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第４拡散律速部１６を通じて導入された被測定ガスに対して、被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_x）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。ＮＯ_x濃度の測定は、主として、第３内部空所１７において、測定用ポンプセル４１の動作により行われる。

図１に例示する第３内部空所１７において、第３内部空所１７の後側は、スペーサ層５の前側面５９ｆと、スペーサ層５の前側面５９ｆに接する第１多孔質層７ａの、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面する面と、によって塞がれている。

測定用ポンプセル４１は、第３内部空所１７内において、被測定ガス中のＮＯ_x濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、測定電極４４、外側ポンプ電極２３、第２の固体電解質層６、スペーサ層５、及び第１の固体電解質層４により構成される電気化学的ポンプセルである。測定電極４４は、第３内部空所１７に面する第１の固体電解質層４の上面であって第３拡散律速部３０から離間した位置に設けられる。

測定電極４４は、多孔質サーメット電極である。測定電極４４は、被測定ガス中のＮＯ_x成分に対する還元能力を、内側ポンプ電極２２よりも高めた材料にて構成される。測定電極４４は、第３内部空所１７内の雰囲気中に存在するＮＯ_xを還元するＮＯ_x還元触媒としても機能する。

ガスセンサ素子１００は、測定用ポンプセル４１において、測定電極４４の周囲の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出可能に構成される。

また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第２の固体電解質層６、スペーサ層５、第１の固体電解質層４、第３基板層３、測定電極４４、及び基準電極４２により、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２（すなわち、電気化学的なセンサセル）が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出される電圧（起電力）Ｖ２に基づいて可変電源４６が制御される。

第２内部空所４０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１６を通じて第３内部空所１７内の測定電極４４に到達することとなる。測定電極４４の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて（２ＮＯ→Ｎ₂＋Ｏ₂）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出される制御電圧Ｖ２が一定となるように可変電源の電圧Ｖｐ２が制御される。測定電極４４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ものであるから、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。

また、測定電極４４、第１の固体電解質層４、第３基板層３、及び基準電極４２を組み合わせて、電気化学的センサセルとして酸素分圧検出手段を構成するようにすることで、測定電極４４の周りの雰囲気中のＮＯ_x成分の還元によって発生した酸素の量と基準大気に含まれる酸素の量との差に応じた起電力を検出することができる。これにより、被測定ガス中の窒素酸化物成分の濃度を求めることも可能である。

また、第２の固体電解質層６、スペーサ層５、第１の固体電解質層４、第３基板層３、外側ポンプ電極２３、及び基準電極４２から電気化学的なセンサセル８３が構成されている。ガスセンサ素子１００は、このセンサセル８３によって得られる起電力Ｖｒｅｆによりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能に構成されている。

以上の構成を有するガスセンサ素子１００において、主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０を作動させることにより、酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯ_xの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスを測定用ポンプセル４１に与えることができる。したがって、ガスセンサ素子１００は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に略比例して、ＮＯ_xの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル４１より汲み出されることで流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中の窒素酸化物濃度を特定可能に構成されている。

更に、ガスセンサ素子１００は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、ガスセンサ素子１００を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ７０を備えている。図１の例では、ヒータ７０は、ヒータ電極７０１、発熱部７０２、リード部７３、ヒータ絶縁層７４、及び圧力放散孔７５を更に備えている。リード部７３は、スルーホールにより構成されてよい。

本実施形態では、ヒータ７０は、ガスセンサ素子１００において、ガスセンサ素子１００の上面に対向する、ガスセンサ素子１００の下面側に配置される。すなわち、ヒータ７０は、ガスセンサ素子１００の厚み方向（鉛直方向／積層方向）において、ガスセンサ素子１００の上面よりもガスセンサ素子１００の下面に近い位置に、配置されている。

ヒータ電極７０１は、第１基板層１の下面（ガスセンサ素子１００の下面）に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータ電極７０１を外部電源と接続することにより、外部からヒータ７０へ給電することができるようになっている。

発熱部７０２は、第２基板層２及び第３基板層３に上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。発熱部７０２は、リード部７３を介してヒータ電極７０１と接続されており、該ヒータ電極７０１を通して外部より給電されることにより発熱し、ガスセンサ素子１００を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。

また、発熱部７０２は、第１内部空所２０から第２内部空所４０の全域に渡って埋設されており、ガスセンサ素子１００全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。

ヒータ絶縁層７４は、発熱部７０２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２及び発熱部７０２の間の電気的絶縁性、並びに第３基板層３及び発熱部７０２の間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。

圧力放散孔７５は、第３基板層３を貫通し、基準ガス導入空間４３に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。

＜多孔質層＞
図２は、図１のガスセンサ素子１００の要部を説明するための拡大図である。具体的には、図２は、第３内部空所１７（被測定ガス流通部８）の後側を塞ぐ第１多孔質層７ａ（多孔質層７）とスペーサ層５とについて、その詳細を示す図である。前述の通り、多孔質層７は、気孔率が１０％以上の多孔質な層である。

図２に例示する第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面して、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する面である前側面５９ｆと、第１の固体電解質層４との両方に接している。すなわち、第１多孔質層７ａは、被測定ガス流通部８に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆの下端と、第１の固体電解質層４の上面とに接している。第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の前側面５９ｆの下端に接して、被測定ガス流通部８と第１の固体電解質層４の上面とに面していると言い換えてもよい。

スペーサ層５と第１の固体電解質層４との間に、両者に接して両者に挟まれるように、被測定ガス流通部８に面する第１多孔質層７ａを配置する構成によって、以下の効果を期待することができる。すなわち、スペーサ層５と第１の固体電解質層４との間に配置される第１多孔質層７ａによって、ガスセンサ素子１００の（特に、前記積層体の）ヤング率を下げ、被測定ガス流通部８の角部およびその近傍に集中する応力を緩和することが期待できる。つまり、第１多孔質層７ａを、スペーサ層５と第１の固体電解質層４との間の緩衝材として配置することによって、応力が集中して被測定ガス流通部８の角部およびその近傍にクラックが発生してしまうといった事態を防ぐことが期待できる。

そして、詳細は後述するが、本件発明者は、実験（昇温試験）により、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）によるクラック抑制効果を十分に発揮させるためには、第１多孔質層７ａの気孔率は、５０％以下とするのが望ましいことを確認した。前述の通り、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）の気孔率は１０％以上であるから、気孔率が１０％以上、５０％以下である第１多孔質層７ａを、図１～図２に例示する位置に配置することで、クラックの発生（被測定ガス流通部８の破壊）を抑制することができる。

ここで、ガスセンサ素子１００において、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）の厚さは、例えば４０μｍ以下である。被測定ガス流通部８に面するように配置される第１多孔質層７ａの厚みを大きくし過ぎると、第１多孔質層７ａに取り込まれる酸素の量が増え、被測定ガス流通部８（特に、第１多孔質層７ａが面する空室（図１の例では第３内部空所１７））からの酸素の汲み出しまたは汲み入れに要する時間（ライトオフ時間）が大きくなる。そのため、ライトオフ時間を考慮すると、第１多孔質層７ａの厚みは所定の値に抑えるのが望ましく、本件発明者は、４０μｍ以下とするのが望ましいことを確認した。第１多孔質層７ａの厚さを４０μｍ以下とすることによって、ライトオフ時間をガスセンサ素子１００の実際の使用（通常の使用）に耐えられる範囲の時間とすることができる。

また、ガスセンサ素子１００において、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）の厚さは、例えば１０μｍ以上である。第１多孔質層７ａの厚さを薄くし過ぎると、第１多孔質層７ａによって応力の集中などを防いで、被測定ガス流通部８の破壊（クラックの発生）を抑制するという効果が十分には期待できない。そのため、第１多孔質層７ａは、所定の厚みを有するのが望ましく、本件発明者は、１０μｍ以上とするのが望ましいことを確認した。当該構成によれば、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）の厚さを１０μｍ未満にした場合に比べて、応力の集中などを防いで被測定ガス流通部８の破壊（クラックの発生）を抑制するとの効果を十分に発揮させることができる。

ガスセンサ素子１００において、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ₂）の含有率が５０ｗｔ％以上の多孔質な層として構成されてもよい。ここで、前述の通り、第１多孔質層７ａは第１の固体電解質層４に接する。そして、第１の固体電解質層４は、例えば、ジルコニア等の酸素イオンの伝導性固体電解質層により構成される。そのため、第１多孔質層７ａを、第１の固体電解質層４と同様の材質とする場合、第１多孔質層７ａと第１の固体電解質層４との密着性を向上させることができる。したがって、第１多孔質層７ａにおけるジルコニアの含有率を５０ｗｔ％以上とすることで、第１多孔質層７ａと第１の固体電解質層４との密着性を向上させることができる。

ガスセンサ素子１００において、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、例えば、絶縁層として構成されてもよい。

図２に例示するような、スペーサ層５の前側面５９ｆの下端と第１の固体電解質層４の上面との間に、両者に接して両者に挟まれるように配置される第１多孔質層７ａは、例えば、以下のように形成される。すなわち、第１の固体電解質層４の上面とスペーサ層５の下面とを接着する接着層として、多孔質層７を含む接着層を用いる。そして、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面する前側面５９ｆの下端に位置する部分（および、その周辺）に、接着層（多孔質層７）を残すことによって、図２に例示するような第１多孔質層７ａを形成してもよい。

すなわち、第１の固体電解質層４の上面とスペーサ層５の下面とを接着する、多孔質層７を含む接着層を、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９の一つの下端に位置する部分（および、その周辺）に残すことで、第１多孔質層７ａを形成してもよい。

図２において、第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の前側面５９ｆの下端と、第１の固体電解質層４の上面との間に、両者に接して両者に挟まれた状態で、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面している。第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の前側面５９ｆの下端と、第１の固体電解質層４の上面とが接しないよう、両者の間に挟まった状態で、被測定ガス流通部８に面していると捉えてもよい。

ここで、図１を用いて説明したように、ガスセンサ素子１００において、被測定ガス流通部８は、酸素の汲み出しまたは汲み入れが行なわれる１つ以上の空室を含み、例えば、第１内部空所２０、第２内部空所４０、及び第３内部空所１７を含む。そして、図２に例示する第１多孔質層７ａは、第３内部空所１７に面する部分である露出部分７１と、第３内部空所１７に面していない部分である非露出部分７２と、を含んでいる。

露出部分７１は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）の内部に延伸している部分であり、つまり、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）の内部に露出している部分である。図２に例示する露出部分７１は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）の内部に延伸して、スペーサ層５の前側面５９ｆと、第１の固体電解質層４との両方に接している。露出部分７１は、スペーサ層５の前側面５９ｆの下端に接して、被測定ガス流通部８と第１の固体電解質層４の上面とに面していると言い換えてもよい。露出部分７１は、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９の端部（下端、上端）と、多孔質層７の、被測定ガス流通部８に面する面とが接触する位置から、被測定ガス流通部８の内部へと延伸する部分である。図２に例示する露出部分７１は、スペーサ層５の前側面５９ｆの下端と、多孔質層７の、被測定ガス流通部８に面する面とが接触する位置から、被測定ガス流通部８の内部へと延伸して、第１の固体電解質層４の上面に面している。

図２に例示する第１多孔質層７ａにおいて、第３内部空所１７の内部に延伸している露出部分７１の体積は、例えば、第３内部空所１７の体積の５％以上、３０％以下である。

図２に例示する第１多孔質層７ａについて、露出部分７１の体積を、第３内部空所１７の体積の３０％よりも大きくすると、第３内部空所１７からの酸素の汲み出しまたは汲み入れに要する時間（ライトオフ時間）が大きくなる。ライトオフ時間を考慮すると、第１多孔質層７ａの、露出部分７１の体積は、第３内部空所１７の体積の３０％以下にするのが望ましい。また、本件発明者は、後述する実験（昇温試験）により、第１多孔質層７ａの、露出部分７１の体積を、第３内部空所１７の体積の５％以上とすることで、クラックの発生を効果的に抑制することができることを確認した。したがって、第１多孔質層７ａの、露出部分７１の体積を、第３内部空所１７の体積の５％以上、３０％以下とすることによって、被測定ガス流通部８の破壊（クラックの発生）を効果的に抑制することができる。

非露出部分７２は、多孔質層７の、スペーサ層５と第１の固体電解質層４との間に位置する部分であって、スペーサ層５と第１の固体電解質層４との両者に接して（面して）、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面していない部分である。図２に例示する非露出部分７２は、スペーサ層５と第１の固体電解質層４とに挟まれている。非露出部分７２は、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９の端部（下端、上端）と、多孔質層７の、被測定ガス流通部８に面する面とが接触する位置から、スペーサ層５の内部へと延伸する部分である。図２に例示する非露出部分７２は、スペーサ層５の前側面５９ｆの下端と、多孔質層７の、被測定ガス流通部８に面する面とが接触する位置から、スペーサ層５の内部へと延伸して、第１の固体電解質層４の上面に面している。

当該構成によれば、例えば、スペーサ層５と第１の固体電解質層４との間に、両者に接して両者に挟まれるように非露出部分７２を配置することで、非露出部分７２を、スペーサ層５と第１の固体電解質層４との間の緩衝材として利用することができる。

ただし、非露出部分７２の体積を小さくし過ぎると、スペーサ層５と第１の固体電解質層４との間の緩衝材としての非露出部分７２の効果が十分には発揮されない。そのため、非露出部分７２は、所定の体積を有するのが望ましい。そこで、本件発明者は、非露出部分７２の体積について検討を重ね、非露出部分７２の体積は、非露出部分７２を含む多孔質層７の体積の１０％以上とするのが望ましいことを確認した。

そのため、図２に例示する第１多孔質層７ａにおいて、非露出部分７２の体積は、例えば、図２に例示する第１多孔質層７ａの体積の１０％以上である。したがって、非露出部分７２の体積を、非露出部分７２を含む多孔質層７の体積の１０％以上とすることによって、応力が集中して被測定ガス流通部８の角部およびその近傍にクラックが発生してしまうといった事態を防ぐことができる。

なお、以下に図５などを用いて説明する第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）についても、第１多孔質層７ａと同様に、例えば、気孔率は１０％以上、５０％以下であり、また、厚さは１０μｍ以上、４０μｍ以下であることが望ましい。また、第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、第１多孔質層７ａと同様に、例えば、ジルコニアの含有率が５０ｗｔ％以上の多孔質な層として構成されてもよいし、例えば、絶縁層として構成されてもよい。さらに、第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）についても、第１多孔質層７ａと同様に、非露出部分７２を含む場合、非露出部分７２の体積は、例えば、非露出部分７２を含む多孔質層７（第２多孔質層７ｂ）の体積の１０％以上である。

図１および図２には、第３内部空所１７（被測定ガス流通部８）に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆに接する第１多孔質層７ａ（多孔質層７）の例を示した。しかしながら、第３内部空所１７に面する多孔質層７は、第３内部空所１７（被測定ガス流通部８）を区画するスペーサ層５の右側面５９ｒおよび左側面５９ｌの少なくとも一方に接してもよい。また、ガス導入口１０をガスセンサ素子１００の前面に配置しない場合、被測定ガス流通部８に面する多孔質層７は、被測定ガス流通部８の前側を区画するスペーサ層５の後側面５９ｂに接してもよい。

＜特徴＞
図１を用いて説明したように、ガスセンサ素子１００は、被測定ガスが導入される内部空間である被測定ガス流通部８が設けられる積層体と、被測定ガス流通部８に面するように配置される１つ以上の多孔質層７と、を備える。前記積層体は、第１の固体電解質層４、第２の固体電解質層６及びスペーサ層５により構成される。前記積層体には、第１の固体電解質層４及び第２の固体電解質層６がスペーサ層５を介して積層されることで、第１の固体電解質層４及び第２の固体電解質層６の間に、被測定ガス流通部８が設けられる。

ガスセンサ素子１００が備える、被測定ガス流通部８に面するように配置される１つ以上の多孔質層７は、図１～図２に例示したような第１多孔質層７ａ、および、図５、図７～図８を用いて説明するような第２多孔質層７ｂの少なくとも一方を含む。第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９の少なくとも１つ（例えば、前側面５９ｆ、後側面５９ｂ、右側面５９ｒ、左側面５９ｌのいずれか１つ）と、第１の固体電解質層４と、の両方に接する。つまり、第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９の少なくとも１つと、第１の固体電解質層４と、の両方に接して、被測定ガス流通部８に面するように配置される。第２多孔質層７ｂは、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９の少なくとも１つ（例えば、前側面５９ｆ、後側面５９ｂ、右側面５９ｒ、左側面５９ｌのいずれか１つ）と、第２の固体電解質層６と、の両方に接する。つまり、第２多孔質層７ｂは、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９の少なくとも１つと、第２の固体電解質層６と、の両方に接して、被測定ガス流通部８に面するように配置される。そして、ガスセンサ素子１００が備える、前記１つ以上の多孔質層７の各々の気孔率は、１０％以上、５０％以下である。

当該構成では、第１多孔質層７ａは、従来のガスセンサ素子における内部空間の角部、特に、スペーサ層と第１の固体電解質層との境界に形成される角部（スペーサ層と第１の固体電解質層との接点）に相当する位置に、前記内部空間に面するように配置される。同様に、第２多孔質層７ｂは、従来のガスセンサ素子における内部空間の角部、特に、スペーサ層と第２の固体電解質層との境界に形成される角部（スペーサ層と第２の固体電解質層との接点）に相当する位置に、前記内部空間に面するように配置される。つまり、第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの少なくとも一方は、従来のガスセンサ素子における内部空間の角部に相当する位置に、前記内部空間に面するように配置される。このように配置される第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの少なくとも一方によって、つまり、多孔質層７によって、従来のガスセンサ素子における内部空間の角部に相当する位置に集中する応力を緩和することができる。

そして、本件発明者は、実験（後述する昇温試験）により、多孔質層７の気孔率を５０％以下とすることによって、多孔質層７がクラックの発生を抑制できることを確認した。また、多孔質層７は、「多孔質である」という性質から、気孔率を１０％以上である。そのため、多孔質層７（第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂ）の気孔率は、１０％以上、５０％以下とされる。

したがって、ガスセンサ素子１００は、角部およびその近傍でクラックが発生して内部空間（被測定ガス流通部８）が破壊されるという事態を防ぐことができ、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用することができる。

ガスセンサ素子１００において、多孔質層７は被測定ガス流通部８に面するように配置されればよく、例えば、被測定ガス流通部８に含まれる第１内部空所２０、第２内部空所４０、および第３内部空所１７の少なくとも１つに面するように配置されればよい。すなわち、多孔質層７は、被測定ガス流通部８（内部空間）の含む、酸素の汲み出しまたは汲み入れが行なわれる空室（第１内部空所２０、第２内部空所４０、および、第３内部空所１７）の少なくとも１つに面していればよい。

ガスセンサ素子１００において、第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９の少なくとも１つと、第１の固体電解質層４とに接して、被測定ガス流通部８に面するように配置されればよい。第１多孔質層７ａは、例えば、前側面５９ｆ、後側面５９ｂ、右側面５９ｒ、左側面５９ｌのいずれかの下端と、第１の固体電解質層４の上面とに接して、被測定ガス流通部８に面するように配置されればよい。

ガスセンサ素子１００において、第２多孔質層７ｂは、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９の少なくとも１つと、第２の固体電解質層６とに接して、被測定ガス流通部８に面するように配置されればよい。第２多孔質層７ｂは、例えば、前側面５９ｆ、後側面５９ｂ、右側面５９ｒ、左側面５９ｌのいずれかの上端と、第２の固体電解質層６の下面とに接して、被測定ガス流通部８に面するように配置されればよい。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、前述までの実施形態の説明は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。上記実施形態には、種々の改良及び変形が行われてよい。上記実施形態の各構成要素に関して、適宜、構成要素の省略、置換及び追加が行われてもよい。また、上記実施形態の各構成要素の形状及び寸法は、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

（被測定ガス流通部の内部への延伸の要否）
図３は、変形例に係るガスセンサ素子１００の構成を概略的に示す断面模式図であり、被測定ガス流通部８の内部に延伸していない第１多孔質層７ａの例を示す。図１および図２に例示した多孔質層７（第１多孔質層７ａ）は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）の内部に延伸している部分である露出部分７１を含んでいた。しかしながら、多孔質層７にとって、露出部分７１を含むことは必須ではなく、例えば、図３に例示するように、多孔質層７は、非露出部分７２を含み、露出部分７１を含まなくてもよい。

すなわち、図３に例示する第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、図１および図２に例示した多孔質層７（第１多孔質層７ａ）と同様に、スペーサ層５の前側面５９ｆと、第１の固体電解質層４との両方に接している。すなわち、図３に例示する第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の前側面５９ｆの下端に接すると共に、第１の固体電解質層４の上面に接している（面している）。そして、図３に例示する第１多孔質層７ａは、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面しているが、被測定ガス流通部８の内部には延伸しておらず、つまり、露出部分７１を含んでいない。

図３に例示したように、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する少なくとも１つの側面（例えば、前側面５９ｆ）と、第１の固体電解質層４とに接して、被測定ガス流通部８に面していればよい。第１多孔質層７ａは、被測定ガス流通部８の内部に延伸していなくともよく、つまり、被測定ガス流通部８の内部に延伸する露出部分７１を含まなくてもよい。

同様に、図５等を用いて後述する第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する少なくとも１つの側面（例えば、前側面５９ｆ）と、第２の固体電解質層６とに接して、被測定ガス流通部８に面していればよい。第２多孔質層７ｂは、被測定ガス流通部８の内部に延伸していなくともよく、つまり、被測定ガス流通部８の内部に延伸する露出部分７１を含まなくてもよい。

（電極の、被測定ガス流通部に面する面の一部への重なりの要否）
図４は、変形例に係るガスセンサ素子１００の構成を概略的に示す断面模式図であり、測定電極４４の上面の一部に重なっている第１多孔質層７ａの例を示す。図１および図２に例示した多孔質層７（第１多孔質層７ａ）は、測定電極４４の、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面する面に重なっていなかった。しかしながら、図４に例示するように、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、測定電極４４の、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面する面の一部に重なっていてもよい。

すなわち、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８の内部に配設された電極（例えば、測定電極４４）の、第１の固体電解質層４に接する（面する）面の対向面の少なくとも一部に、重なっていてもよい。図４に示す例では、第１多孔質層７ａが、測定電極４４の上面の一部に、重なっている。

同様に、第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８の内部に配設された電極（例えば、天井電極部２２ａ、天井電極部５１ａ）の、第２の固体電解質層６に接する（面する）面の対向面の少なくとも一部に、重なっていてもよい。第２多孔質層７ｂが、被測定ガス流通部８の内部に配設された電極の、第２の固体電解質層６に接する（面する）面の対向面の少なくとも一部に、重なっている構成について、詳細は、図７および図８を用いて後述する。

ここで、本件発明者は、被測定ガス流通部８の内部に配設する電極について、次のような問題が発生することがあるのに気付いた。すなわち、前記電極に例えば白金（Ｐｔ）を用いる場合、ガスセンサ素子を超時間繰り返し使用すると、酸化白金が生成することがある。そして、高温下では白金より酸化白金の方が蒸発しやすいため、酸化白金が蒸発することにより、前記電極と、前記電極が接する固体電解質層（第１の固体電解質層４または第２の固体電解質層６）との境界面で剥離が生じることがある。本件発明者は、被測定ガス流通部８の内部に配設する電極が、上記のような原因により固体電解質層から剥離し、これによって、ガスセンサ素子の検出の不具合を招き得るとの問題があることに気付いた。特に、ガスセンサ素子を排ガスセンサとして使用するような場合には、被測定ガス流通部８の内部に配設する電極は高温にさらされることも多く、そのため、固体電解質層からの剥離も生じやすい。

そこで、本件発明者は、多孔質層７を、被測定ガス流通部８の内部に配設する電極の、前記固体電解質層に接する面の対向面の少なくとも一部に重なるように配置することで、前記電極の剥離を防ぐことを考えた。すなわち、多孔質層７によって前記電極を、前記電極が接する固体電解質層へと押さえつけることで、前記電極が前記固体電解質層から剥離するのを防ぐことができるのではないかと考えた。そして、本件発明者は、実験（後述する電極剥離試験）により、多孔質層７を、前記電極の、前記固体電解質層に接する面の対向面の少なくとも一部に重なるように配置することで、前記電極の剥離を抑制できることを確認した。

したがって、当該構成によれば、前記電極が、前記電極が接する固体電解質層から剥離するのを防ぐことができ、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用可能なガスセンサ素子を提供することができる。

図４に例示するガスセンサ素子１００おいて、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）の内部に配設された測定電極４４の、第１の固体電解質層４に接する（面する）面の対向面の一部に、重なっている。したがって、ガスセンサ素子１００は、測定電極４４が、測定電極４４の接する第１の固体電解質層４から剥離するのを防ぐことができ、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用することができる。

図４に例示するガスセンサ素子１００において、測定電極４４の、第１多孔質層７ａが重なっている部分の面積は、例えば、測定電極４４の、第１の固体電解質層４に接する面の対向面の面積の０．５％以上、２０％以下である。

ここで、測定電極４４の、第１の固体電解質層４に接する面の対向面の面積全体に対する、第１多孔質層７ａが重なっている部分の面積の割合を２０％よりも大きくした場合、測定電極４４の性能（例えば、検出精度など）が低下する可能性がある。そこで、測定電極４４の、第１多孔質層７ａが重なっている部分の面積は、測定電極４４の、第１の固体電解質層４に接する面の対向面の面積の２０％以下とする。

また、本件発明者は、実験（電極剥離試験）により、測定電極４４の、第１多孔質層７ａが重なっている部分の面積を、測定電極４４の、第１の固体電解質層４に接する面の対向面の面積の０．５％以上とすることにより、測定電極４４の剥離を効果的に抑制できることを確認した。

つまり、測定電極４４の、第１多孔質層７ａが重なっている部分の面積を、測定電極４４の、第１の固体電解質層４に接する面の面積の０．５％以上、２０％以下とすることによって、測定電極４４の性能の低下を防ぎつつ、測定電極４４の剥離を効果的に抑制できる。したがって、ガスセンサ素子１００は、測定電極４４の性能の低下を防ぎつつ、測定電極４４の剥離を効果的に抑制でき、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用することができる。電極剥離試験について、その詳細は後述する。

（第２多孔質層を備える例）
図５は、変形例に係るガスセンサ素子１００の構成を概略的に示す断面模式図であり、第３内部空所１７に面するスペーサ層５の前側面５９ｆと、第２の固体電解質層６とに接する第２多孔質層７ｂの例を示す。これまでに図１～図４を用いて説明してきたガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆと、第１の固体電解質層４とに接する第１多孔質層７ａを備えていた。しかしながら、ガスセンサ素子１００が備える多孔質層７は、第１多孔質層７ａに限られるものではなく、第２多孔質層７ｂであってもよい。図５に例示するガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆと、第２の固体電解質層６とに接する第２多孔質層７ｂを備えている。

すなわち、図５に例示するように、第２多孔質層７ｂは、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆと、第２の固体電解質層６との両方に接している。すなわち、第２多孔質層７ｂは、被測定ガス流通部８に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆの上端と、第２の固体電解質層６の下面とに接している。第２多孔質層７ｂは、スペーサ層５の前側面５９ｆの上端に接して、被測定ガス流通部８と第２の固体電解質層６の下面とに面していると言い換えてもよい。

図５に例示するような、スペーサ層５の前側面５９ｆの上端と第２の固体電解質層６の下面との間に、両者に接して両者に挟まれるように配置される第２多孔質層７ｂは、例えば、以下のように形成される。すなわち、第２の固体電解質層６の下面とスペーサ層５の上面とを接着する接着層として、多孔質層７を含む接着層を用いる。そして、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面する前側面５９ｆの上端に位置する部分（および、その周辺）に、接着層（多孔質層７）を残すことによって、図５に例示するような第２多孔質層７ｂを形成してもよい。

すなわち、第２の固体電解質層６の下面とスペーサ層５の上面とを接着する、多孔質層７を含む接着層を、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９の一つの上端に位置する部分（および、その周辺）に残すことで、第２多孔質層７ｂを形成してもよい。

一例では、第２多孔質層７ｂは、図５、図７～図８に例示するように、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９の上端と、第２の固体電解質層６の下面とに接して、被測定ガス流通部８に面するように配置されてもよい。つまり、スペーサ層５と第２の固体電解質層６との間に、両者に接して両者に挟まれるように、被測定ガス流通部８に面する第２多孔質層７ｂを配置してもよい。当該構成では、スペーサ層５と第２の固体電解質層６との間に配置される第２多孔質層７ｂによって、ガスセンサ素子の（特に、前記積層体の）ヤング率を下げ、内部空間の角部およびその近傍に集中する応力を緩和することができる。つまり、第２多孔質層７ｂを、スペーサ層５と第２の固体電解質層６との間の緩衝材として配置することによって、応力が集中して被測定ガス流通部８の角部およびその近傍にクラックが発生してしまうといった事態を防ぐことができる。

図５に例示する第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）おいて、第１多孔質層７ａと同様に、例えば、気孔率は１０％以上、５０％以下であり、また、厚さは１０μｍ以上、４０μｍ以下であることが望ましい。被測定ガス流通部８に面するように配置される第２多孔質層７ｂの厚みを大きくし過ぎると、第２多孔質層７ｂに取り込まれる酸素の量が増え、被測定ガス流通部８（特に、第２多孔質層７ｂが面する空室（図５の例では第３内部空所１７））からの酸素の汲み出しまたは汲み入れに要する時間（ライトオフ時間）が大きくなる。そのため、ライトオフ時間を考慮すると、第２多孔質層７ｂの厚みは所定の値に抑えるのが望ましく、本件発明者は、４０μｍ以下とするのが望ましいことを確認した。第２多孔質層７ｂの厚さを４０μｍ以下とすることによって、ライトオフ時間をガスセンサ素子１００の実際の使用（通常の使用）に耐えられる範囲の時間とすることができる。また、第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、第１多孔質層７ａと同様に、例えば、ジルコニアの含有率が５０ｗｔ％以上の多孔質な層として構成されてもよい。前述の通り、第２多孔質層７ｂは第２の固体電解質層６に接する。そして、第２の固体電解質層６は、例えば、ジルコニア等の酸素イオンの伝導性固体電解質層により構成される。そのため、第２多孔質層７ｂを、第２の固体電解質層６と同様の材質とする場合、第２多孔質層７ｂと第２の固体電解質層６との密着性を向上させることができる。したがって、第２多孔質層７ｂにおけるジルコニアの含有率を５０ｗｔ％以上とすることで、第２多孔質層７ｂと第２の固体電解質層６との密着性を向上させることができる。さらに、第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、例えば、絶縁層として構成されてもよい。

図５に例示する第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、図１～図２を用いて説明した第１多孔質層７ａと同様に、第３内部空所１７に面する部分である露出部分７１と、第３内部空所１７に面していない部分である非露出部分７２と、を含んでいる。図５に例示する第２多孔質層７ｂにおいて、露出部分７１は、スペーサ層５の前側面５９ｆの上端と、第２多孔質層７ｂの、被測定ガス流通部８に面する面とが接触する位置から、第３内部空所１７の内部へと延伸して、第２の固体電解質層６の下面に面している。図５に例示する第２多孔質層７ｂにおいて、第３内部空所１７の内部に延伸している露出部分７１の体積は、例えば、第３内部空所１７の体積の５％以上、３０％以下である。

図５に例示する第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）において、非露出部分７２は、第２多孔質層７ｂの、スペーサ層５と第２の固体電解質層６との間に位置する部分である。非露出部分７２は、スペーサ層５と第２の固体電解質層６との両者に接して（面して）、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面していない。図５に例示する第２多孔質層７ｂにおいて、非露出部分７２は、スペーサ層５の前側面５９ｆの上端と、多孔質層７の、被測定ガス流通部８に面する面とが接触する位置から、スペーサ層５の内部へと延伸して、第２の固体電解質層６の下面に面している。そして、図５に例示する第２多孔質層７ｂにおいて、非露出部分７２の体積は、例えば、図５に例示する第２多孔質層７ｂの体積の１０％以上である。

ガスセンサ素子１００は、図１～図４を用いて説明してきた第１多孔質層７ａ、および、図５を用いて説明した第２多孔質層７ｂの少なくとも一方を備えればよく、例えば、第１多孔質層７ａと第２多孔質層７ｂとを両方備えてもよい。

（第１の固体電解質層と第２の固体電解質層とに接する多孔質層を備える例）
図６は、変形例に係るガスセンサ素子１００の構成を概略的に示す断面模式図であり、第３内部空所１７に面するスペーサ層５の前側面５９ｆと、第１の固体電解質層４と、第２の固体電解質層６とに接する多孔質層７の例を示す。これまでに図１～図５を用いて説明してきたガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆと、第１の固体電解質層４または第２の固体電解質層６とに接する多孔質層７を備えていた。しかしながら、ガスセンサ素子１００が備える多孔質層７は、第１の固体電解質層４または第２の固体電解質層６に接するものに限られるものではなく、第１の固体電解質層４と第２の固体電解質層６との両方に接するものであってもよい。

図６に例示する多孔質層７は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面して、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する前側面５９ｆと、第１の固体電解質層４と、第２の固体電解質層６とに接している。図６に例示する多孔質層７は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆと、第１の固体電解質層４との両方に接する第１多孔質層７ａがさらに第２の固体電解質層６に接して（面して）いる例と捉えることができる。また、図６に例示する多孔質層７は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆと、第２の固体電解質層６との両方に接する第２多孔質層７ｂがさらに第１の固体電解質層４に接して（面して）いる例と捉えることもできる。

図６に例示するように、ガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆと、第１の固体電解質層４と、第２の固体電解質層６とに接する多孔質層７を備えてもよい。

図６に例示する多孔質層７は、これまでに説明してきた第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂと同様に、例えば、気孔率は１０％以上、５０％以下であり、また、厚さは１０μｍ以上、４０μｍ以下であることが望ましい。また、図６に例示する多孔質層７は、第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂと同様に、例えば、ジルコニアの含有率が５０ｗｔ％以上の多孔質な層として構成されてもよいし、例えば、絶縁層として構成されてもよい。

（第１内部空所に面する多孔質層を備える例）
図７は、変形例に係るガスセンサ素子１００の構成を概略的に示す断面模式図であり、第１内部空所２０に面するスペーサ層５の右側面５９ｒに接する多孔質層７（第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂ）の例を示す。これまでに図１～図６を用いて説明してきたガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部８（第３内部空所１７）に面して、スペーサ層５の前側面５９ｆと、第１の固体電解質層４および第２の固体電解質層６の少なくとも一方とに接する多孔質層７を備えていた。しかしながら、ガスセンサ素子１００が備える多孔質層７が面するのは、第３内部空所１７に限られるものではない。また、ガスセンサ素子１００が備える多孔質層７が接するのは、スペーサ層５の前側面５９ｆに限られるものではない。

図７に例示する第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第１内部空所２０）に面して、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する面である右側面５９ｒと、第１の固体電解質層４との両方に接している。すなわち、第１多孔質層７ａは、被測定ガス流通部８に面して、スペーサ層５の右側面５９ｒの下端と、第１の固体電解質層４の上面とに接している。第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の右側面５９ｒの下端に接して、被測定ガス流通部８と第１の固体電解質層４の上面とに面していると言い換えてもよい。

同様に、図７に例示する第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第１内部空所２０）に面して、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する面である右側面５９ｒと、第２の固体電解質層６との両方に接している。すなわち、第２多孔質層７ｂは、被測定ガス流通部８に面して、スペーサ層５の右側面５９ｒの上端と、第２の固体電解質層６の下面とに接している。第２多孔質層７ｂは、スペーサ層５の右側面５９ｒの上端に接して、被測定ガス流通部８と第２の固体電解質層６の下面とに面していると言い換えてもよい。

図７に例示する第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第１内部空所２０）の内部に配設された底部電極部２２ｂの、第１の固体電解質層４に接する（面する）面の対向面（図では上面）の少なくとも一部に、重なっている。

同様に、図７に例示する第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第１内部空所２０）の内部に配設された天井電極部２２ａの、第２の固体電解質層６に接する（面する）面の対向面（図では下面）の少なくとも一部に、重なっている。

図７には、ガスセンサ素子１００が第１多孔質層７ａと第２多孔質層７ｂとを備える例を示した。しかしながら、ガスセンサ素子１００が備える多孔質層７は、第１多孔質層７ａと第２多孔質層７ｂとの少なくとも一方であればよく、第１多孔質層７ａと第２多孔質層７ｂとを両方とも備えることは必須ではない。

また、図７において、第１多孔質層７ａは底部電極部２２ｂの上面の一部に重なり、第２多孔質層７ｂは、天井電極部２２ａの下面の一部に重なっている。しかしながら、ガスセンサ素子１００にとって、第１多孔質層７ａが底部電極部２２ｂの上面の一部に重なっていることは必須ではなく、第１多孔質層７ａは底部電極部２２ｂの上面の一部に重なっていなくてもよい。同様に、ガスセンサ素子１００にとって、第２多孔質層７ｂが天井電極部２２ａの下面の一部に重なっていることは必須ではなく、第２多孔質層７ｂは天井電極部２２ａの下面の一部に重なっていなくてもよい。

図７に例示する第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの各々は、これまでに説明してきた第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂと同様に、例えば、気孔率は１０％以上、５０％以下であり、また、厚さは１０μｍ以上、４０μｍ以下であることが望ましい。図７に例示する第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの各々は、これまでに説明してきた第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂと同様に、例えば、ジルコニアの含有率が５０ｗｔ％以上の多孔質な層として構成されてもよい。また、図７に例示する第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの各々は、これまでに説明してきた第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂと同様に、例えば、絶縁層として構成されてもよい。

図７に例示する第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの各々は、これまでに図１～図２、図４～５を用いて説明してきた第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂと同様に、露出部分７１と非露出部分７２とを含んでいる。

図７に例示する第１多孔質層７ａにおいて、露出部分７１は、スペーサ層５の右側面５９ｒの下端と、第１多孔質層７ａの、第１内部空所２０に面する面とが接触する位置から、第１内部空所２０の内部へと延伸して、第１の固体電解質層４の上面に面している。図７に例示する第２多孔質層７ｂにおいて、露出部分７１は、スペーサ層５の右側面５９ｒの上端と、第２多孔質層７ｂの、第１内部空所２０に面する面とが接触する位置から、第１内部空所２０の内部へと延伸して、第２の固体電解質層６の下面に面している。

図７において、第１多孔質層７ａの露出部分７１の体積と、第２多孔質層７ｂの露出部分７１の体積との合計は、例えば、第１内部空所２０の体積の５％以上、３０％以下である。

図７に例示する第１多孔質層７ａにおいて、非露出部分７２は、第１多孔質層７ａの、スペーサ層５と第１の固体電解質層４との間に位置して、第１内部空所２０（被測定ガス流通部８）に面していない部分である。図７に例示する第１多孔質層７ａの非露出部分７２は、スペーサ層５の右側面５９ｒの下端と、第１多孔質層７ａの、第１内部空所２０に面する面とが接触する位置から、スペーサ層５の内部へと延伸して、第１の固体電解質層４の上面に面している。そして、図７に例示する第１多孔質層７ａにおいて、非露出部分７２の体積は、例えば、図７に例示する第１多孔質層７ａの体積の１０％以上である。

図７に例示する第２多孔質層７ｂにおいて、非露出部分７２は、第２多孔質層７ｂの、スペーサ層５と第２の固体電解質層６との間に位置して、第１内部空所２０（被測定ガス流通部８）に面していない部分である。図７に例示する第２多孔質層７ｂの非露出部分７２は、スペーサ層５の右側面５９ｒの上端と、第２多孔質層７ｂの、第１内部空所２０に面する面とが接触する位置から、スペーサ層５の内部へと延伸して、第２の固体電解質層６の下面に面している。そして、図７に例示する第２多孔質層７ｂにおいて、非露出部分７２の体積は、例えば、図７に例示する第２多孔質層７ｂの体積の１０％以上である。

図７に例示するガスセンサ素子１００おいて、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第１内部空所２０）の内部に配設された底部電極部２２ｂの、第１の固体電解質層４に接する（面する）面の対向面の一部に、重なっている。特に、図７に例示するガスセンサ素子１００において、底部電極部２２ｂの、第１多孔質層７ａが重なっている部分の面積は、例えば、底部電極部２２ｂの、第１の固体電解質層４に接する面の対向面の面積の０．５％以上、２０％以下である。

また、図７に例示するガスセンサ素子１００おいて、第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第１内部空所２０）の内部に配設された天井電極部２２ａの、第２の固体電解質層６に接する（面する）面の対向面の一部に、重なっている。特に、図７に例示するガスセンサ素子１００において、天井電極部２２ａの、第２多孔質層７ｂが重なっている部分の面積は、例えば、天井電極部２２ａの、第２の固体電解質層６に接する面の対向面の面積の０．５％以上、２０％以下である。

図７には、第１内部空所２０（被測定ガス流通部８）に面して、スペーサ層５の右側面５９ｒに接する多孔質層７（第１多孔質層７ａ、第２多孔質層７ｂ）の例を示した。しかしながら、第１内部空所２０に面する多孔質層７は、第１内部空所２０（被測定ガス流通部８）を区画するスペーサ層５の左側面５９ｌに接してもよい。また、ガス導入口１０をガスセンサ素子１００の前面に配置しない場合、被測定ガス流通部８に面する多孔質層７は、被測定ガス流通部８の前側を区画するスペーサ層５の後側面５９ｂに接してもよい。

（第２内部空所に面する多孔質層を備える例）
図８は、変形例に係るガスセンサ素子１００の構成を概略的に示す断面模式図であり、第２内部空所４０に面するスペーサ層５の右側面５９ｒに接する多孔質層７（第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂ）の例を示す。

図８に例示する第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第２内部空所４０）に面して、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する面である右側面５９ｒと、第１の固体電解質層４との両方に接している。すなわち、第１多孔質層７ａは、被測定ガス流通部８に面して、スペーサ層５の右側面５９ｒの下端と、第１の固体電解質層４の上面とに接している。第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の右側面５９ｒの下端に接して、被測定ガス流通部８と第１の固体電解質層４の上面とに面していると言い換えてもよい。

同様に、図８に例示する第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第２内部空所４０）に面して、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する面である右側面５９ｒと、第２の固体電解質層６との両方に接している。すなわち、第２多孔質層７ｂは、被測定ガス流通部８に面して、スペーサ層５の右側面５９ｒの上端と、第２の固体電解質層６の下面とに接している。第２多孔質層７ｂは、スペーサ層５の右側面５９ｒの上端に接して、被測定ガス流通部８と第２の固体電解質層６の下面とに面していると言い換えてもよい。

図８に例示する第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第２内部空所４０）の内部に配設された底部電極部５１ｂの、第１の固体電解質層４に接する（面する）面の対向面（図では上面）の少なくとも一部に、重なっている。

同様に、図８に例示する第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第２内部空所４０）の内部に配設された天井電極部５１ａの、第２の固体電解質層６に接する（面する）面の対向面（図では下面）の少なくとも一部に、重なっている。

図８には、ガスセンサ素子１００が第１多孔質層７ａと第２多孔質層７ｂとを備える例を示した。しかしながら、ガスセンサ素子１００が備える多孔質層７は、第１多孔質層７ａと第２多孔質層７ｂとの少なくとも一方であればよく、第１多孔質層７ａと第２多孔質層７ｂとを両方とも備えることは必須ではない。

また、図８において、第１多孔質層７ａは底部電極部５１ｂの上面の一部に重なり、第２多孔質層７ｂは、天井電極部５１ａの下面の一部に重なっている。しかしながら、ガスセンサ素子１００にとって、第１多孔質層７ａが底部電極部５１ｂの上面の一部に重なっていることは必須ではなく、第１多孔質層７ａは底部電極部５１ｂの上面の一部に重なっていなくてもよい。同様に、ガスセンサ素子１００にとって、第２多孔質層７ｂが天井電極部５１ａの下面の一部に重なっていることは必須ではなく、第２多孔質層７ｂは天井電極部５１ａの下面の一部に重なっていなくてもよい。

図８に例示する第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの各々は、これまでに説明してきた第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂと同様に、例えば、気孔率は１０％以上、５０％以下であり、また、厚さは１０μｍ以上、４０μｍ以下であることが望ましい。図８に例示する第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの各々は、これまでに説明してきた第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂと同様に、例えば、ジルコニアの含有率が５０ｗｔ％以上の多孔質な層として構成されてもよい。また、図８に例示する第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの各々は、これまでに説明してきた第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂと同様に、例えば、絶縁層として構成されてもよい。

図８に例示する第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの各々は、これまでに図１～図２、図４～５を用いて説明してきた第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂと同様に、露出部分７１と非露出部分７２とを含んでいる。

図８に例示する第１多孔質層７ａにおいて、露出部分７１は、スペーサ層５の右側面５９ｒの下端と、第１多孔質層７ａの、第２内部空所４０に面する面とが接触する位置から、第２内部空所４０の内部へと延伸して、第１の固体電解質層４の上面に面している。図８に例示する第２多孔質層７ｂにおいて、露出部分７１は、スペーサ層５の右側面５９ｒの上端と、第２多孔質層７ｂの、第２内部空所４０に面する面とが接触する位置から、第２内部空所４０の内部へと延伸して、第２の固体電解質層６の下面に面している。

図８において、第１多孔質層７ａの露出部分７１の体積と、第２多孔質層７ｂの露出部分７１の体積との合計は、例えば、第２内部空所４０の体積の５％以上、３０％以下である。

図８に例示する第１多孔質層７ａにおいて、非露出部分７２は、第１多孔質層７ａの、スペーサ層５と第１の固体電解質層４との間に位置して、第２内部空所４０（被測定ガス流通部８）に面していない部分である。図８に例示する第１多孔質層７ａの非露出部分７２は、スペーサ層５の右側面５９ｒの下端と、第１多孔質層７ａの、第２内部空所４０に面する面とが接触する位置から、スペーサ層５の内部へと延伸して、第１の固体電解質層４の上面に面している。そして、図８に例示する第１多孔質層７ａにおいて、非露出部分７２の体積は、例えば、図８に例示する第１多孔質層７ａの体積の１０％以上である。

図８に例示する第２多孔質層７ｂにおいて、非露出部分７２は、第２多孔質層７ｂの、スペーサ層５と第２の固体電解質層６との間に位置して、第２内部空所４０（被測定ガス流通部８）に面していない部分である。図８に例示する第２多孔質層７ｂの非露出部分７２は、スペーサ層５の右側面５９ｒの上端と、第２多孔質層７ｂの、第２内部空所４０に面する面とが接触する位置から、スペーサ層５の内部へと延伸して、第２の固体電解質層６の下面に面している。そして、図８に例示する第２多孔質層７ｂにおいて、非露出部分７２の体積は、例えば、図８に例示する第２多孔質層７ｂの体積の１０％以上である。

図８に例示するガスセンサ素子１００おいて、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第２内部空所４０）の内部に配設された底部電極部５１ｂの、第１の固体電解質層４に接する（面する）面の対向面の一部に、重なっている。特に、図７に例示するガスセンサ素子１００において、底部電極部５１ｂの、第１多孔質層７ａが重なっている部分の面積は、例えば、底部電極部５１ｂの、第１の固体電解質層４に接する面の対向面の面積の０．５％以上、２０％以下である。

また、図８に例示するガスセンサ素子１００おいて、第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８（第２内部空所４０）の内部に配設された天井電極部５１ａの、第２の固体電解質層６に接する（面する）面の対向面の一部に、重なっている。特に、図８に例示するガスセンサ素子１００において、天井電極部５１ａの、第２多孔質層７ｂが重なっている部分の面積は、例えば、天井電極部５１ａの、第２の固体電解質層６に接する面の対向面の面積の０．５％以上、２０％以下である。

図８には、第２内部空所４０（被測定ガス流通部８）に面して、スペーサ層５の右側面５９ｒに接する多孔質層７（第１多孔質層７ａ、第２多孔質層７ｂ）の例を示した。しかしながら、第２内部空所４０に面する多孔質層７は、第２内部空所４０（被測定ガス流通部８）を区画するスペーサ層５の左側面５９ｌに接してもよい。また、ガス導入口１０をガスセンサ素子１００の前面に配置しない場合、被測定ガス流通部８に面する多孔質層７は、被測定ガス流通部８の前側を区画するスペーサ層５の後側面５９ｂに接してもよい。

図４、図６～図８に例示したように、ガスセンサ素子１００において、多孔質層７（第１多孔質層７ａ、第２多孔質層７ｂ）のうち、少なくとも１つの多孔質層７は、被測定ガス流通部８の内部に配設された少なくとも１つの電極の一部に、重なっている。具体的には、多孔質層７は、前記電極の、第１の固体電解質層４および第２の固体電解質層６の少なくとも一方に接する面の対向面の少なくとも一部に、重なっている。図４および図６には、測定電極４４の上面の一部に第１多孔質層７ａ（多孔質層７）が重なっている例を示した。また、図７には、第１多孔質層７ａが底部電極部２２ｂの上面の一部に重なり、第２多孔質層７ｂが天井電極部２２ａの下面の一部に重なる例を示した。さらに、図８には、第１多孔質層７ａが底部電極部５１ｂの上面の一部に重なり、第２多孔質層７ｂが天井電極部５１ａの下面の一部に重なる例を示した。測定電極４４、天井電極部２２ａ、底部電極部２２ｂ、天井電極部５１ａ、底部電極部５１ｂは、被測定ガス流通部８（内部空間）の内部に配設された電極の例である。

そして、ガスセンサ素子１００において、前記電極の、多孔質層７が重なっている部分の面積は例えば、、前記電極の、前記対向面の面積の０．５％以上、２０％以下である。

これまでに説明してきたガスセンサ素子１００について、留意すべき事項を以下に例示する。

（Ｉ）多孔質層が面する空室について
ガスセンサ素子１００において、多孔質層７は、被測定ガス流通部８に面している。被測定ガス流通部８は、酸素の汲み出しまたは汲み入れが行なわれる空室を１つ以上含み、ガスセンサ素子１００が備える多孔質層７は、少なくとも１つの空室に面している。例えば、多孔質層７は、被測定ガス流通部８に含まれる空室のうち、図１～６に例示したように第３内部空所１７に面していてもよいし、図７に例示したように第１内部空所２０に面していてもよいし、図８に例示したように第２内部空所４０に面していてもよい。

ガスセンサ素子１００は、１つ以上の多孔質層７を備えていればよく、多孔質層７が面している空室は１つであってもよいし、複数であってもよい。例えば、ガスセンサ素子１００が備える１つ以上の多孔質層７がいずれも、第１内部空所２０にのみ面していてもよいし、第２内部空所４０にのみ面していてもよいし、第３内部空所１７にのみ面していてもよい。

同様に、ガスセンサ素子１００は、第１内部空所２０に面する１つ以上の多孔質層７と、第２内部空所４０に面する１つ以上の多孔質層７とを備えてもよい。また、ガスセンサ素子１００は、第１内部空所２０に面する１つ以上の多孔質層７と、第３内部空所１７に面する１つ以上の多孔質層７とを備えてもよい。さらに、ガスセンサ素子１００は、第２内部空所４０に面する１つ以上の多孔質層７と、第３内部空所１７に面する１つ以上の多孔質層７とを備えてもよい。ガスセンサ素子１００は、第１内部空所２０に面する１つ以上の多孔質層７と、第２内部空所４０に面する１つ以上の多孔質層７と、第３内部空所１７に面する１つ以上の多孔質層７と、を備えてもよい。

例えば、ガスセンサ素子１００は、第１内部空所２０に面する第１多孔質層７ａ、第２内部空所４０に面する第１多孔質層７ａ、第３内部空所１７に面する第１多孔質層７ａ、第１内部空所２０に面する第２多孔質層７ｂ、第２内部空所４０に面する第２多孔質層７ｂ、第３内部空所１７に面する第２多孔質層７ｂの少なくとも１つを備えていればよい。

なお、多孔質層７のうち、第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の側面５９の１つと第１の固体電解質層４との両方に接する多孔質層７であり、第２多孔質層７ｂは、スペーサ層５の側面５９の１つと第２の固体電解質層６との両方に接する多孔質層７である。

なお、被測定ガス流通部８が、酸素の汲み出しまたは汲み入れが行なわれる空室として、第１内部空所２０、第２内部空所４０、および第３内部空所１７を含むことは必須ではない。被測定ガス流通部８が、被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する１つ以上の拡散律速部（第１拡散律速部１１、第２拡散律速部１３、第３拡散律速部３０、第４拡散律速部１６の少なくとも１つ）によって２つ以上の空室に区切られていることは必須ではない。被測定ガス流通部８が含む空室は、１つであっても、複数であってもよく、被測定ガス流通部８が、第１内部空所２０、第２内部空所４０、および第３内部空所１７に区切られている例は、ガスセンサ素子１００の一例でしかない。ガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部８が含む１つ以上の空室の少なくとも１つに面して、スペーサ層５の、前記空室に対向する側面５９と、第１の固体電解質層４および第２の固体電解質層６の少なくとも一方とに接する多孔質層７を備えればよい。

（ＩＩ）多孔質層が接するスペーサ層の側面について
ガスセンサ素子１００において、被測定ガス流通部８に面している多孔質層７は、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９の少なくとも１つに接する。例えば、多孔質層７は、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９のうち、図１～６に例示したように前側面５９ｆ接してもよいし、図７および図８に例示したように右側面５９ｒに接してもよい。また、図示しないが、多孔質層７は、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９のうち、左側面５９ｌに接してもよいし、後側面５９ｂに接してもよい。

図１に例示したガスセンサ素子１００において、ガス導入口１０はガスセンサ素子１００の前側面に配置されている。しかしながら、ガスセンサ素子１００において、ガス導入口１０を設けるか否か、設けるとしてガスセンサ素子１００のいずれの側面に設けるかは任意であり、例えば、ガス導入口１０をガスセンサ素子１００の右側面に配置してもよい。そして、例えば、ガス導入口１０を設けない場合、また、ガス導入口１０をガスセンサ素子１００の右側面に配置する場合、被測定ガス流通部８に面する多孔質層７は、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する後側面５９ｂに接してもよい。ガス導入口１０を設けるか否か、設けるとしてガスセンサ素子１００のいずれの側面に設けるかについて、詳細は後述する。

ガスセンサ素子１００は、１つ以上の多孔質層７を備えていればよく、多孔質層７が接するスペーサ層５の側面５９は１つであってもよいし、複数であってもよい。例えば、ガスセンサ素子１００が備える１つ以上の多孔質層７がいずれも、スペーサ層５の前側面５９ｆにのみ接してもよいし、後側面５９ｂにのみ接してもよいし、右側面５９ｒにのみ接してもよいし、左側面５９ｌにのみ接してもよい。

同様に、スペーサ層５の前側面５９ｆ、後側面５９ｂ、右側面５９ｒ、および左側面５９ｌのうちの２つ以上の側面５９が、多孔質層７に接してもよい。例えば、ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の前側面５９ｆに接する１つ以上の多孔質層７と、スペーサ層５の後側面５９ｂに接する１つ以上の多孔質層７とを備えてもよい。ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の前側面５９ｆに接する１つ以上の多孔質層７と、スペーサ層５の右側面５９ｒに接する１つ以上の多孔質層７とを備えてもよい。ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の前側面５９ｆに接する１つ以上の多孔質層７と、スペーサ層５の左側面５９ｌに接する１つ以上の多孔質層７とを備えてもよい。ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の後側面５９ｂに接する１つ以上の多孔質層７と、スペーサ層５の右側面５９ｒに接する１つ以上の多孔質層７とを備えてもよい。ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の後側面５９ｂに接する１つ以上の多孔質層７と、スペーサ層５の左側面５９ｌに接する１つ以上の多孔質層７とを備えてもよい。ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の右側面５９ｒに接する１つ以上の多孔質層７と、スペーサ層５の左側面５９ｌに接する１つ以上の多孔質層７とを備えてもよい。

ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の前側面５９ｆ、後側面５９ｂ、および右側面５９ｒの各々に接する１つ以上の多孔質層７を備えてもよい。ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の前側面５９ｆ、後側面５９ｂ、および左側面５９ｌの各々に接する１つ以上の多孔質層７を備えてもよい。ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の前側面５９ｆ、右側面５９ｒ、および左側面５９ｌの各々に接する１つ以上の多孔質層７を備えてもよい。ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の後側面５９ｂ、右側面５９ｒ、および左側面５９ｌの各々に接する１つ以上の多孔質層７を備えてもよい。

ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の前側面５９ｆ、後側面５９ｂ、右側面５９ｒ、および左側面５９ｌの各々に接する１つ以上の多孔質層７を備えてもよい。

（ＩＩＩ）多孔質層が接する固体電解質層について
ガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部８に面するように配置される多孔質層７として、第１の固体電解質層４に接する第１多孔質層７ａ、および、第２の固体電解質層６に接する第２多孔質層７ｂの少なくとも一方を備えればよい。すなわち、ガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部８に面するように配置され、第１の固体電解質層４および第２の固体電解質層６の少なくとも一方に接する多孔質層７を備えればよい。

ガスセンサ素子１００は、例えば、図１～図４に例示したように第１多孔質層７ａを備えてもよいし、図５に例示したように第２多孔質層７ｂを備えてもよいし、図７および図８に例示したように、第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂを備えてもよい。また、ガスセンサ素子１００が備える多孔質層７は、第１の固体電解質層４および第２の固体電解質層６のいずれか一方にのみ接する例に限られず、図６に例示したように第１の固体電解質層４および第２の固体電解質層６の両方に接してもよい。

（ＩＶ）多孔質層の個数
ガスセンサ素子１００は、第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの少なくとも一方を備えればよく、第１多孔質層７ａのみを備えてもよいし、第２多孔質層７ｂのみを備えてもよいし、第１多孔質層７ａおよび第２多孔質層７ｂの両方を備えてもよい。

これまで、図１～図６には、１つの空室に面して、スペーサ層５の側面５９の１つに接する、１つの多孔質層７を備えるガスセンサ素子１００の例を示した。また、図７～図８には、１つの空室に面して、スペーサ層５の側面５９の１つに接する、２つの多孔質層７を備えるガスセンサ素子１００の例を示した。しかしながら、ガスセンサ素子１００は、１つの空室に面する複数の多孔質層７を備えていてもよく、そのうちの或る多孔質層７はスペーサ層５の右側面５９ｒに接し、別の多孔質層７はスペーサ層５の左側面５９ｌに接していてもよい。また、被測定ガス流通部８が２つ以上の空室に区切られている場合、ガスセンサ素子１００は、各々が、複数の空室の各々に面する複数の多孔質層７を備えていてもよい。例えば、ガスセンサ素子１００は、第１内部空所２０に面する多孔質層７と、第２内部空所４０に面する多孔質層７と、第３内部空所１７に面する多孔質層７とを備えてもよい。ガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部８（被測定ガス流通部８に含まれる空室の１つ）に面して、スペーサ層５の側面５９と、第１の固体電解質層４および第２の固体電解質層６の少なくとも一方とに接する多孔質層７を備えていればよい。

（Ｖ）被測定ガス流通部の内部への延伸の要否
ガスセンサ素子１００は、被測定ガス流通部８に面するように配置され、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９と、第１の固体電解質層４および第２の固体電解質層６の少なくとも一方とに接する接する多孔質層７を備えればよい。ガスセンサ素子１００が備える多孔質層７が、被測定ガス流通部８の内部に延伸していることは必須ではなく、多孔質層７は、被測定ガス流通部８の内部に延伸していてもよいし、被測定ガス流通部８の内部に延伸していなくてもよい。すなわち、図１、図２、図４～図８に例示したように、多孔質層７は、被測定ガス流通部８の内部に延伸していてもよく、つまり、露出部分７１を含んでいてもよい。また、図３に例示したように、多孔質層７は、被測定ガス流通部８の内部に延伸していなくてもよく、つまり、露出部分７１を含んでいなくてもよい。

上述の通り、露出部分７１は、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９の端部（下端、上端）と、多孔質層７の、被測定ガス流通部８に面する面とが接触する位置から、被測定ガス流通部８の内部へと延伸する部分である。

ガスセンサ素子１００において、被測定ガス流通部８の含む１つの空室の内部に、１つ以上の多孔質層７が延伸している場合、それら１つ以上の多孔質層７の露出部分７１の体積の合計は、前記空室の体積の５％以上、３０％以下とするのが望ましい。例えば、図１～図２、図４～図５に例示したように、１つの空室の内部に、１つの多孔質層７のみが延伸している場合、その１つの多孔質層７の露出部分７１の体積は、その１つの空室の体積の５％以上、３０％以下とするのが望ましい。また、例えば、図７～図８に例示したように、１つの空室の内部に、複数の多孔質層７が延伸している場合、それら複数の多孔質層７の露出部分７１の体積の合計は、その１つの空室の体積の５％以上、３０％以下とするのが望ましい。

なお、１つの空室の内部に、複数の多孔質層７が延伸している場合、それら複数の多孔質層７は、各々が、スペーサ層５の、同じ１つの側面５９に接していてもよいし、スペーサ層５の、互いに異なる複数の側面５９の各々に接していてもよい。例えば、第３内部空所１７に面する２つの多孔質層７が、共に、スペーサ層５の右側面５９ｒに接してもよく、この場合、これら２つの多孔質層７の露出部分７１の体積の合計は、第３内部空所１７の体積の５％以上、３０％以下であればよい。また、例えば、第３内部空所１７に面する、或る多孔質層７は、スペーサ層５の右側面５９ｒに接し、第３内部空所１７に面する、別の多孔質層７は、スペーサ層５の左側面５９ｌに接してもよい。この場合、その或る多孔質層７の露出部分７１の体積と、その別の多孔質層７の露出部分７１の体積との合計が、第３内部空所１７の体積の５％以上、３０％以下であればよい。

（ＶＩ）スペーサ層の内部への延伸の要否
これまでに説明してきたガスセンサ素子１００において多孔質層７は、非露出部分７２を含んでいた。すなわち、これまでに説明してきた多孔質層７は、第１の固体電解質層４または第２の固体電解質層６と、スペーサ層５とに挟まれて、被測定ガス流通部８に面していない部分である非露出部分７２を含んでいた。図１～図８のガスセンサ素子１００は、第１の固体電解質層４とスペーサ層５との間に、両者に接して配置される第１多孔質層７ａ、および、第２の固体電解質層６とスペーサ層５との間に、両者に接して配置される第２多孔質層７ｂの少なくとも一方を備えていた。例えば図２に例示するガスセンサ素子１００においては、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９（特に、その下端）と、第１の固体電解質層４（特に、その上面）とが接しないように、両者の間に、両者に接する第１多孔質層７ａが配置されていた。例えば図５に例示するガスセンサ素子１００においては、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９（特に、その上端）と、第２の固体電解質層６（特に、その下面）とが接しないように、両者の間に、両者に接する第２多孔質層７ｂが配置されていた。

しかしながら、ガスセンサ素子１００において多孔質層７は、被測定ガス流通部８に面するように配置され、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９と、第１の固体電解質層４および第２の固体電解質層６の少なくとも一方と、に接すればよい。すなわち、多孔質層７が非露出部分７２を含むことは、ガスセンサ素子１００にとって必須ではなく、多孔質層７は、非露出部分７２を含んでいてもよいし、非露出部分７２を含んでいなくてもよい。

例えば、多孔質層７は、被測定ガス流通部８に面するように、従来の被測定ガス流通部の角部分に相当する位置に配置されてもよい。具体的には、第１多孔質層７ａは、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９（特に、その下端）と、第１の固体電解質層４（特に、その上面）との接触位置に接して、被測定ガス流通部８の内部に配置されてもよい。同様に、第２多孔質層７ｂは、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９（特に、その上端）と、第２の固体電解質層６（特に、その下面）との接触位置に接して、被測定ガス流通部８の内部に配置されてもよい。

すなわち、ガスセンサ素子１００において、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９と、第１の固体電解質層４の上面（または第２の固体電解質層６の下面）とは接触していてもよい。スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に面する側面５９と、第１の固体電解質層４の上面（または第２の固体電解質層６の下面）とが接触する場合、ガスセンサ素子１００は、両者の接触位置に接して、被測定ガス流通部８に面する多孔質層７を備えていればよい。

従来の被測定ガス流通部の角部分に相当する位置に、被測定ガス流通部８に面するように多孔質層７を配置することによって、角部分に集中していた応力を緩和することができ、角部分およびその近傍でのクラックの発生を抑止できる。したがって、ガスセンサ素子１００は、「被測定ガス流通部８の角部分に応力が集中して角部分およびその近傍でクラックが発生する」という事態を回避することができ、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用できる。

なお、上述の通り、非露出部分７２は、スペーサ層５の、被測定ガス流通部８に対向する側面５９の端部（下端、上端）と、多孔質層７の、被測定ガス流通部８に面する面とが接触する位置から、スペーサ層５の内部へと延伸する部分と言い換えてもよい。

（ＶＩＩ）電極との重なりの要否
ガスセンサ素子１００において多孔質層７は、被測定ガス流通部８の内部に配設された電極の、被測定ガス流通部８に面する面の一部に、重なっていてもよいし、重なっていなくてもよい。

例えば、図１～図３、図５に例示するように、第１多孔質層７ａは、被測定ガス流通部８の内部に配設された電極（図では測定電極４４）の、被測定ガス流通部８に面する面の一部に、重なっていなくてもよい。また、図４、図６～図８に例示するように、第１多孔質層７ａ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８の内部に配設された電極（図では測定電極４４、底部電極部２２ｂ、底部電極部５１ｂ）の、被測定ガス流通部８に面する面の一部に、重なっていてもよい。また、図６～図８に例示するように、第２多孔質層７ｂ（多孔質層７）は、被測定ガス流通部８の内部に配設された電極（図では測定電極４４、天井電極部２２ａ、天井電極部５１ａ）の、被測定ガス流通部８に面する面の一部に、重なっていてもよい。

図４、図６～図８に例示したガスセンサ素子１００において、被測定ガス流通部８の内部に配設された電極の、多孔質層７が重なっている部分の面積は、例えば、前記電極の、被測定ガス流通部８に面する面の面積の０．５％以上、２０％以下である。

（ＶＩＩＩ）ガスセンサ素子の構成
上記実施形態におけるガスセンサ素子１００の各構成要素に関して、適宜、構成要素の省略、置換及び追加が行われてもよい。固体電解質層を積層することでガスセンサ素子１００を構成する場合、ガスセンサ素子１００は、複数の固体電解質層を含んでいれば、積層する固体電解質層の数は、適宜変更されてよい。

また、ガスセンサ素子１００にとって、被測定ガス流通部８が、被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与する１つ以上の拡散律速部によって２つ以上の空室に区切られていることも必須ではない。これまでに説明してきた例では、被測定ガス流通部８は、第１拡散律速部１１、第２拡散律速部１３、第３拡散律速部３０、第４拡散律速部１６によって、第１内部空所２０、第２内部空所４０、及び第３内部空所１７に区切られていた。しかしながら、被測定ガス流通部８は、酸素の汲み出しまたは汲み入れが行なわれる空室を１つ以上含んでいればよく、被測定ガス流通部８に含まれる空室が複数であることは必須ではない。例えば、被測定ガス流通部８は、酸素の汲み出しまたは汲み入れが行なわれる空室を２つ含んでもよいし、１つだけ含んでいてもよい。また、ガスセンサ素子１００にとって、１つ以上の拡散律速部を備えることも必須ではない。

（ＩＸ）ガス導入口及びガス排出部の配置
上記実施形態では、ガス導入口１０が、ガスセンサ素子１００の前面に設けられる例を説明したが、ガス導入口１０が、ガスセンサ素子１００の前面に設けられることは、ガスセンサ素子１００にとって、必須ではない。ガスセンサ素子１００は、外部空間から被測定ガス流通部８の内部に被測定ガスを取り込むことができればよく、ガス導入口１０を、例えば、ガスセンサ素子１００の右面に配置したり、左面に配置したりしてもよい。

また、ガスセンサ素子１００にとって、ガス導入口１０を備えることは必須ではない。すなわち、ガスセンサ素子１００は、外部空間から被測定ガス流通部８の内部に被測定ガスを取り込むことができればよく、外部空間からガス導入口１０を通じて被測定ガスを取り込むことは必須ではない。例えば、ガスセンサ素子１００は、スペーサ層５の側面５９の少なくとも１つを緻密なセラミックス層により閉塞せずに開放しておくことによって、ガス導入口１０を備えずに、外部空間から被測定ガス流通部８の内部に被測定ガスを取り込んでもよい。

［実施例Ａ（昇温試験）］
本発明の効果（特に、クラック発生を抑止する効果であるクラック抑止効果）を検証するため、以下の実施例及び比較例に係るガスセンサを作製した。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

ガスセンサ素子の構成に上記図１および図２に示される構成を採用し、実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３に係るガスセンサ素子を作製した。また、比較例１は、多孔質層７を備えない従来のガスセンサ素子であり、つまり、被測定ガス流通部８（例えば、第３内部空所１７）の後側をスペーサ層５の前側面５９ｆによって塞ぎ、被測定ガス流通部８に面する多孔質層７を備えないガスセンサ素子である。多孔質層７を備えない点を除いて、比較例１は、これまでに説明してきたガスセンサ素子１００（例えば、図１のガスセンサ素子１００）と同様の構造を備える。すなわち、実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３と、比較例１との違いは、多孔質層７を備えるか否かである。

なお、前述の通り、多孔質層７は多孔質な層であり、「多孔質な」とは、気孔率が１０％以上であることを意味する。そのため、実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３に係るガスセンサ素子が備える多孔質層７の気孔率は、１０％以上とした。また、実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３に係るガスセンサ素子が備える多孔質層７の気孔率は、多孔質層７を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察して得たＳＥＭ画像を解析して測定した値である。

図１および図２に示される構成を備える実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３に係るガスセンサ素子のうち、実施例１～実施例１１については、ガスセンサ素子が備える多孔質層７（第１多孔質層７ａ）の気孔率を、５０％以下とした。これに対して、比較例２および比較例３については、ガスセンサ素子が備える多孔質層７の気孔率を、５０％よりも大きな値とした。

具体的には、多孔質層７の気孔率は、実施例１および実施例２において１０％であり、実施例３において１５％であり、実施例４において２０％であり、実施例５において２５％であり、実施例６において３０％である。また、実施例７において４０％であり、実施例８において４５％であり、実施例９および実施例１０において５０％であり、実施例１１において２５％である。これに対して、比較例２において多孔質層７の気孔率は５５％であり、比較例３において多孔質層７の気孔率は６０％である。

また、図１および図２に示される構成を備える実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３に係るガスセンサ素子のうち、実施例１～実施例１０、および、比較例２～比較例３と、実施例１１とは、以下の点において、異なる。すなわち、実施例１～実施例１０、および、比較例２～比較例３と、実施例１１とは、「多孔質層７（第１多孔質層７ａ）が内部に延伸している空室（第３内部空所１７）の体積に対する、多孔質層７の露出部分７１の体積の割合」が異なる。以下では、「多孔質層７（第１多孔質層７ａ）が内部に延伸している空室（第３内部空所１７）の体積に対する、多孔質層７の露出部分７１の体積の割合」を、単に「露出部分７１の体積割合」と称することがある。

すなわち、「露出部分７１の体積割合」は、実施例１～実施例１０、および、比較例２～比較例３において５％以上であるのに対して、実施例１１においては、５％未満とした。

具体的には、露出部分７１の体積割合は、実施例１において５．３％であり、実施例２において２０％であり、実施例３および実施例５において５％であり、実施例４において１６％であり、実施例６において７％である。また、露出部分７１の体積割合は、実施例７において２５％であり、実施例８において３０％、実施例９において１２％であり、実施例１０において２４％である。さらに、露出部分７１の体積割合は、比較例２において１８％であり、比較例３において２０％である。これに対して、実施例１１において、露出部分７１の体積割合は３％である。

実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３の各々の「露出部分７１の体積割合」を調整するため、実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３に係る多孔質層７（第１多孔質層７ａ）の厚さは、特に、露出部分７１の厚さは、１０～４０μｍとした。すなわち、実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３に係る露出部分７１の厚さを、１０～４０μｍとすることによって、実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３の各々について、「露出部分７１の体積割合」を調整した。

なお、実施例１～実施例１１、比較例２、および、比較例３に係るガスセンサ素子において、露出部分７１の体積割合は、以下の理由から３０％以下とした。すなわち、露出部分７１の体積割合を３０％より大きくすると、多孔質層７（第１多孔質層７ａ）が内部に延伸している空室（第３内部空所１７）からの酸素の汲み出し（排出）、および、前記空室への酸素の汲み入れに要する時間が大きくなる。つまり、露出部分７１の体積割合を３０％より大きくすると、ライトオフ時間（発熱部７０２に通電を開始してからＮＯｘ濃度を正しく検出可能になるまでの時間）が大きくなる。そのため、ライトオフ時間をガスセンサ素子の実際の使用（通常の使用）に耐えられる範囲の時間とするために、露出部分７１の体積割合は３０％以下とした。

上述の各実施例及び各比較例に係るガスセンサ素子について、以下の昇温試験を行なって、クラックの発生（クラック抑制）について評価した。すなわち、昇温試験では、ガスセンサ素子の実際の使用時（通常の使用時）よりも大きな電流を発熱部７０２に一時的に流して、ガスセンサ素子に熱的過負荷を与えた。その後、当該ガスセンサ素子の状態を検査し、クラックの発生（クラック抑制）について評価した。

評価においては、熱的過負荷を与えた後にもクラックが発生しなかったもの（クラック無し）について、「クラック抑制」を「〇」とした。熱的過負荷を与えた後に微小なクラックが発生していたもの（微小なクラック有り）について、「クラック抑制」を「△」とした。熱的過負荷を与えた後に微小とはいえないクラックが発生していたもの（クラック有り）について、「クラック抑制」を「×」とした。以下の表１は、クラックの発生を評価した結果を示す。表１の「多孔質層有無」は多孔質層７を備えるか否かを示し、「気孔率」は多孔質層７を備える場合に、備えている多孔質層７の気孔率を示す。また、「クラック抑制」は、熱的過負荷を与えた後のクラックの発生の有無、クラックが発生した場合のクラックの規模（大きさ）を示している。

表１の評価結果に示されるとおり、各実施例は、各比較例に比べて、クラック抑制が良好であった。この結果から、本発明によれば、内部空間の破壊（具体的には、クラックの発生）を抑止することによって過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用可能なガスセンサ素子を提供可能であることが分かった。

特に、表１において、比較例１の「クラック抑制」は「×」となっており、また、多孔質層７の気孔率を５５％とした比較例２、および、多孔質層７の気孔率を６０％とした比較例３についても、「クラック抑制」は「×」となっている。これに対して、実施例１から実施例１０の「クラック抑制」は「〇」となっており、また、実施例１１の「クラック抑制」は「△」となっている。つまり、多孔質層７を備えない比較例１、気孔率が５０％よりも大きい多孔質層７を備える比較例２～比較例３に比べて、気孔率が５０％以下である多孔質層７を備える実施例１～実施例１１によれば、クラック抑制を改善することができた。

そして、前述の通り、多孔質層７の気孔率は１０％以上である。したがって、ガスセンサ素子は、気孔率が１０％以上、５０％以下である多孔質層７を備えることによって、クラックの発生（内部空間の破壊）を抑制し得ることが分かった。

また、気孔率が５０％以下である多孔質層７を備えるガスセンサ素子のうち、実施例１～実施例１０の「クラック抑制」は「〇」であるのに対し、実施例１１の「クラック抑制」は「△」である。つまり、露出部分７１の体積割合が５％未満である実施例１１に比べて、露出部分７１の体積割合が５％以上である実施例１～実施例１０によれば、クラック抑制を改善することができた。

そして、前述の通り、ライトオフ時間を考慮すると、露出部分７１の体積割合は３０％以下とするのが望ましい。したがって、気孔率が１０％以上、５０％以下である多孔質層７を備えるガスセンサ素子は、露出部分７１の体積割合を５％以上、３０％以下にすることによって、より効果的にクラックの発生（内部空間の破壊）を抑制し得ることが分かった。

これらの結果から、上記実施形態及び変形例によれば、過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用可能なガスセンサ素子を提供可能であることが検証できた。

なお、ガスセンサ素子１００が、或る空室に面する１つ以上の多孔質層７を備える場合は、それら１つ以上の多孔質層７の露出部分７１の体積の合計の、その或る空室の体積に対する割合を、５％以上、３０％以下とすることが好ましい。

例えば、ガスセンサ素子１００が、スペーサ層５の、第３内部空所１７に対向する右側面５９ｒに接する第１多孔質層７ａ（ｒ）と、スペーサ層５の、第３内部空所１７に対向する左側面５９ｌに接する第１多孔質層７ａ（ｌ）とを備える場合、以下のようになる。すなわち、第１多孔質層７ａ（ｒ）の露出部分７１ａ（ｒ）の体積と、第１多孔質層７ａ（ｌ）の露出部分７１ａ（ｌ）の体積との合計は、第３内部空所１７の体積の５％以上、３０％以下である。

［実施例Ｂ（電極剥離試験）］
本発明の効果（特に、電極の剥離を抑制する効果である電極剥離抑制効果）を検証するため、以下の実施例に係るガスセンサを作製した。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

上述の昇温試験でクラックが発生しなかったガスセンサ素子を用いて、実施例１～実施例５に係るガスセンサ素子を作製した。具体的には、上記図１及び図２に示される構成を備え、多孔質層７の気孔率を２５％とし、露出部分７１の体積割合を１５％としたガスセンサ素子を用いて、実施例１～実施例５に係るガスセンサ素子を作成した。具体的には、実施例１～実施例５に係るガスセンサ素子において、多孔質層７（第１多孔質層７ａ）の厚さを、特に、露出部分７１の厚さを、一定とし、具体的には２０μｍとすることによって、実施例１～実施例５に係るガスセンサ素子の「露出部分７１の体積割合」を１５％とした。前述の通り、「露出部分７１の体積割合」とは、「多孔質層７（第１多孔質層７ａ）が内部に延伸している空室（第３内部空所１７）の体積に対する、多孔質層７の露出部分７１の体積の割合」を指す。

特に、実施例１～実施例５に係るガスセンサ素子においては、図４に例示するように、多孔質層７（第１多孔質層７ａ）が、空室（第３内部空所１７）の内部に配設された電極（測定電極４４）の、空室に面する面の一部に重なっている。実施例１～実施例５に係るガスセンサ素子は、互いに、「電極（測定電極４４）の、空室（第３内部空所１７）に面する面全体の面積に対する、電極の、空室に面する面の、多孔質層７が重なっている部分の面積の割合」が異なる。以下では、「電極の、空室に面する面全体の面積に対する、電極の、空室に面する面の、多孔質層７が重なっている部分の面積の割合」を、単に「面積割合」と称することがある。

具体的には、面積割合は、実施例１において０．２５％であり、実施例２において５％であり、実施例３において１０％であり、実施例４において１５％であり、実施例５において２０％である。

なお、実施例１～実施例５に係るガスセンサ素子において、面積割合は、以下の理由から２０％以下とした。すなわち、面積割合を２０％よりも大きくした場合、電極の性能（例えば、検出精度など）が低下する可能性がある。そのため、実施例１～実施例５に係るガスセンサ素子において、面積割合は、２０％以下とした。

上述の各実施例に係るガスセンサ素子について、以下の評価システムＥＳを用いた電極剥離試験を行なって、電極剥離抑制効果について評価した。すなわち、評価システムＥＳは、空気ブロワＢＬと、空気ブロワＢＬに接続されたガス流路ＦＰと、ガス流路ＦＰに固定された、各実施例に係るガスセンサ素子と、を含んでいる。

電極剥離試験においては、先ず、室温の大気雰囲気下に評価システムＥＳを配置する。そして、空気ブロワＢＬによるガス流（空気流）の流速を０ｍ／秒に設定する。この条件下で、測定用ポンプセル４１の電極間電圧を測定する（第１電圧と呼ぶ）。次に、１分間の通常制御（通常の使用）と、通常制御に続く１分間の制御停止との１サイクルを、８００００回繰り返す。通常制御によって、ヒータ７０に対する電力供給と、各実施例に係るガスセンサ素子の電極に対する信号の送受信とが、行われる。制御停止によって、ヒータ７０に対する電力供給と、各実施例に係るガスセンサ素子の電極に対する信号の送受信との両方が、停止される。８００００回のサイクルの最中では、空気ブロワＢＬによる流速は０ｍ／秒に維持されている。次に、第１電圧と同じ条件下で、測定用ポンプセル４１の電極間電圧を測定する（第２電圧と呼ぶ）。第２電圧の測定後、各実施例に係るガスセンサ素子を切断する。そして、断面における電極（測定電極４４）と固体電解質層（第１の固体電解質層４）との境界を、ＳＥＭを用いて観察した。

８００００回のサイクルの後、測定電極４４と第１の固体電解質層４との境界を観察して、剥離が発生していなかったものについて、「電極剥離抑制」を「Ａ」と評価し、微小な剥離が発生していたものについて、「電極剥離抑制」を「Ｂ」と評価した。以下の表２は、電極剥離抑制（電極剥離抑制効果）を評価した結果を示す。表２の「電極において、多孔質層が重なっている部分の面積割合（％）」は、上述の「面積割合」を示す。すなわち、「電極において、多孔質層が重なっている部分の面積割合（％）」は、「電極の、空室に面する面全体の面積に対する、電極の、空室に面する面の、多孔質層７が重なっている部分の面積の割合」を言い換えたものである。また、「電極剥離抑制」は、８００００回のサイクルを実施した後の、電極（測定電極４４）の固体電解質層（第１の固体電解質層４）からの剥離の有無および規模（大きさ）を示している。

表２の評価結果に示されるとおり、各実施例は、電極剥離抑制効果が良好であった。すなわち、多孔質層７を、被測定ガス流通部８（内部空間）の内部に配設した電極の、被測定ガス流通部８の面する面の一部に重なるように配置することによって、電極が固体電解質層から剥離するのを抑制し得ることを確認することができた。この結果から、本発明によれば、内部空間の破壊（具体的には、被測定ガス流通部８（内部空間）の内部に配設した電極の、固体電解質層からの剥離）を抑止することによって過酷な使用環境下であっても、比較的に長期にわたって不具合を招くことなく使用可能なガスセンサ素子を提供可能であることが分かった。

特に、表２において、実施例１の「電極剥離抑制」は「Ｂ」となっているのに対して、実施例２～５の「電極剥離抑制」は「Ａ」となっている。つまり、面積割合が５％未満である実施例１に比べて、面積割合が５％以上である実施例２～実施例５によれば、電極剥離抑制効果を改善することができた。

そして、前述の通り、電極の性能を考慮すると、面積割合は２０％以下とするのが望ましい。したがって、被測定ガス流通部８の内部に配設した電極に重なるように多孔質層７を配置したガスセンサ素子において、面積割合を０．５％以上、２０％以下とすることで、電極の剥離（内部空間の破壊）をより効果的に抑制し得ることが確認できた。

１００…センサ素子、４…第１の固体電解質層４…第２の固体電解質層、
５…スペーサ層、５９ｆ…前側面（スペーサ層の、内部空間に対向する側面）、
５９ｂ…後側面（スペーサ層の、内部空間に対向する側面）、
５９ｌ…左側面（スペーサ層の、内部空間に対向する側面）、
５９ｒ…右側面（スペーサ層の、内部空間に対向する側面）、
７…多孔質層、８…被測定ガス流通部（内部空間）、
２０…第１内部空所（空室）、４０…第２内部空所（空室）、
１７…第３内部空所（空室）、４４…測定電極（電極）、
２２ａ…天井電極部（電極）、２２ｂ…底部電極部（電極）、
５１ａ…天井電極部（電極）、５１ｂ…底部電極部（電極）、
７１…露出部分（多孔質層の、空室の内部に延伸している部分）、７２…非露出部分

Claims (9)

1. 第１の固体電解質層、第２の固体電解質層及びスペーサ層により構成される積層体であって、前記第１の固体電解質層及び前記第２の固体電解質層が前記スペーサ層を介して積層されることで、前記第１の固体電解質層及び前記第２の固体電解質層の間に、被測定ガスが導入される内部空間が設けられる、積層体と、
   前記内部空間に面するように配置される１つ以上の多孔質層と、
   を備え、
   前記１つ以上の多孔質層は、前記スペーサ層の、前記内部空間に対向する少なくとも１つの側面及び前記第１の固体電解質層の両方に接する第１多孔質層、及び前記スペーサ層の、前記内部空間に対向する少なくとも１つの側面及び前記第２の固体電解質層の両方に接する第２多孔質層の少なくとも一方を含み、
   前記１つ以上の多孔質層の各々の気孔率は、１０％以上、５０％以下である、
   ガスセンサ素子。
2. 前記１つ以上の多孔質層の各々の厚さは４０μｍ以下である、
   請求項１に記載のガスセンサ素子。
3. 前記１つ以上の多孔質層の各々の厚さは１０μｍ以上である、
   請求項１または２に記載のガスセンサ素子。
4. 前記内部空間は、酸素の汲み出しまたは汲み入れが行なわれる１つ以上の空室を含み、
   前記１つ以上の多孔質層のうち、１つの以上の多孔質層は、前記１つ以上の空室のうち、少なくとも１つの空室の内部に延伸しており、
   前記１つの以上の多孔質層の、前記空室の内部に延伸している部分の体積の合計は、前記空室の体積の５％以上、３０％以下である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
5. 前記１つ以上の多孔質層のうち、少なくとも１つの多孔質層は、
   前記スペーサ層と、前記第１の固体電解質層および前記第２の固体電解質層の少なくとも一方との間に位置する部分であって、前記スペーサ層と、前記第１の固体電解質層および前記第２の固体電解質層の少なくとも一方との両者に接し、前記内部空間に面していない部分である非露出部分を含み、
   前記非露出部分の体積は、前記非露出部分を含む多孔質層の体積の１０％以上である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
6. 前記１つ以上の多孔質層のうち、少なくとも１つの多孔質層は、前記内部空間の内部に配設された少なくとも１つの電極の、前記第１の固体電解質層および前記第２の固体電解質層の少なくとも一方に接する面の対向面の少なくとも一部に、重なっている、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
7. 前記電極の、前記多孔質層が重なっている部分の面積は、前記電極の、前記対向面の面積の０．５％以上、２０％以下である、
   請求項６に記載のガスセンサ素子。
8. 前記１つ以上の多孔質層の各々において、ジルコニアの含有率は５０ｗｔ％以上である、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
9. 前記１つ以上の多孔質層の各々は絶縁層である、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。

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