JP3096281B2

JP3096281B2 - 積層型セラミックガスセンサ

Info

Publication number: JP3096281B2
Application number: JP10351477A
Authority: JP
Inventors: 晃国元; 政治長谷井; 敬小野
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: JP2000180410A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は雰囲気中のガス、特
に車などの燃焼排気ガス中のＮＯx、ＨＣ、ＳＯx等のガ
ス濃度を検出するセラミックガスセンサに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車排ガス中に直接挿入して連
続検知が行える全固体型ＮＯxセンサやＨＣセンサが注
目を集め、幾つかの研究結果が報告されている。特開平
４−１４２４５５号公報では、イオン伝導体に検知電極
と参照電極を設置し、被検ガス中で電極間の起電力を測
定する混成電位型ＮＯｘセンサが提案されている。この
センサでは、ＮＯやＮＯ₂に対して感度を示すものの、
ＮＯとＮＯ₂に対する感度極性が相反するために、ＮＯ
とＮＯ₂が共存する被検ガスにおいてはお互いの出力が
キャンセルしあい、ＮＯとＮＯ₂が共存する場合はそれ
らを個々に正確に検出することはできない。また、ＮＯ
感度がＮＯ₂感度に比して小さく、ＮＯ検知時には出力
が小さい欠点がある。このために、このままのセンサ構
成では総ＮＯx検知ができない。

【０００３】この総ＮＯx検知の問題に対しては、その
対策として本発明者らはジルコニア固体電解質間に測定
ガス雰囲気に連通する内部空間を設け、ＮＯx中のＮＯ
あるいはＮＯ₂をどちらか一方に単ガス化して検知する
総ＮＯxセンサを提案した（特願平８−８５４１９号明
細書、特願平８−１６５１０５号明細書）。これはグリ
ーンシートを積層焼結してジルコニア固体電解質内に一
室あるいは二室以上の缶室を形成し、少なくとも一室内
で電気化学的酸素ポンプによりＮＯに還元、あるいはＮ
Ｏ₂に酸化させ、その単ガス化されたＮＯxを検知する方
式の積層型セラミックガスセンサである。さらに、本積
層センサにおいて電気化学的酸素ポンプにＮＯx活性を
付与したＮＯx変換ポンプを提案し（特願平９−３２９
６３７号明細書）、これにより、ＮＯx変換能は大幅に
改善された。

【０００４】一方、これとは別にこのようなグリーシー
トを用いた積層型セラミックセンサに適した、印刷型埋
め込み熱電対を提案してある。例えば、特願平９−２８
６２３４号明細書にて提案されたようにＰｔ−Ｒｈ系印
刷熱電対の負脚をＰｔ電極に直接接合することにより電
極自体の温度を精度よく検出することができる。

【０００５】しかしながら、従来用いていた加熱手段、
すなわちヒーターとそれを埋め込んだヒーター基板は固
体電解質センサの片面にのみ設けられたものでしかなか
った。この片面配置のヒーター基板では、ヒーターから
の熱伝導に大きな勾配をもつことになり、セラミックセ
ンサ内に温度の不均一が生じ易かった。また、積層型セ
ラミックセンサは平板型であり電極が複数対になってい
くと加熱面積が増大し１本のヒーターで加熱エリアを担
うにはヒーター抵抗値の設定や温度制御精度確保が困難
になってしまうという問題点がある。さらに、グリーン
シートを積層してヒーター基板と固体電解質とを一体焼
結する方式で内部空室を形成する構造では、ヒーター基
板と固体電解質とが剥離せずに強固に接合することと内
部空室のガスシール性も同時に確保するためクラック等
の欠陥を完全に排除しなければならない。しかしなが
ら、従来の片面配置のヒーターではその材料的、構造的
な非対称性のため、焼結時に基板間の剥離やクラック、
反り等が生じる問題点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
積層型セラミックガスセンサではヒーターとそれを埋め
込んだヒーター基板は固体電解質センサの片面にのみ設
けられたものでしかなかったためセラミックセンサ内に
温度の不均一が生じ易かった。また、積層型セラミック
センサでは加熱面積が増大した場合には、１本のヒータ
ーで加熱エリアを担うためヒーター抵抗値の設定や温度
制御精度確保が困難になってしまうという問題点があっ
た。さらに、従来の片面配置のヒーターではその材料
的、構造的な非対称性のため、焼結時に基板間の剥離や
クラック、反り等が生じ易いという問題点があった。

【０００７】本発明は前述のような積層型セラミックガ
スセンサにおける問題点、課題を解決し、温度制御性能
の大幅な改善とセンサ製造プロセスでの歩留まり改善、
センサの高信頼性確保を可能とした新規な積層型セラミ
ックガスセンサを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上のような課題に鑑み
我々は以下のような手段にて課題を解決した。すなわ
ち、本発明は、ジルコニア固体電解質基板上に設けられ
た一対の電気化学的な酸素ポンプ電極の一方が、前記ジ
ルコニア固体電解質板を含むセラミック体により形成さ
れかつ被検ガス雰囲気に連通するガス導入口を有する内
部空間に設置され、当該酸素ポンプ電極のもう一方が大
気に連通するダクト内に設置され、一対の窒素酸化物ガ
ス検知電極の一方が酸素ポンプ電極の設置された基板と
同一あるいは別のジルコニア固体電解質基板上に設けら
れ、該電極の少なくとも一方が前記内部空間に設置さ
れ、該窒素酸化物検知電極の電位差あるいは該電極間に
流れる電流の大きさにより窒素酸化物ガス濃度を測定す
るガスセンサにおいて、当該ガスセンサを加熱するヒー
ターがジルコニア基板間に埋め込まれた印刷型ヒーター
であり、当該印刷ヒーターとジルコニア基板間にアルミ
ナ絶縁膜を介して一体焼結接合され、当該埋め込みジル
コニアヒーター基板と前記固体電解質基板が前記ダクト
を構成するようにダクト層を挟んで内部空間の両側に一
体具備されていることを特徴とするジルコニア積層型窒
素酸化物ガスセンサを提供するものである。これにより
センサ平板の両面（上下面）より同時に加熱されるた
め、板内の温度勾配が非常に小さくすることができ、温
度制御性が飛躍的に改善される。勿論、適用されるセン
サには特に制限はなく、混成電位型、濃淡起電力型、限
界電流型等のいずれの方式であっても甚大な適用効果を
有する。

【０００９】さらに、本発明は、少なくも一対の電極が
センサ基板としてのジルコニア固体電解質基板上に設け
られ、該電極の少なくとも一方の電極が前記ジルコニア
固体電解質板を含むセラミック体により形成されかつ被
検ガス雰囲気に連通するガス導入口を有する内部空間に
設置され、該電極間の電位差あるいは該電極間に流れる
電流の大きさにより被検ガス濃度を測定するガスセンサ
において、当該ガスセンサを加熱する埋め込みヒーター
が前記内部空室の両側に連続的に一体形成されており、
前記センサ基板と電気絶縁層を介して前記ヒーターを保
持するヒーター基板とが一体に焼結され、該ヒーターを
埋め込んでいる前記ヒーター基板としてのセラミック基
板の外側面に負電位に設定された金属集電体を固定具備
した構成を特徴とする積層型セラミックガスセンサを提
供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の最も基本的な積層型セラ
ミックガスセンサの構造を図１から図３に示す。図１は
固体電解質基板１の片面に取り付けた検知極２と参照極
３との間の電圧を検出し、この電圧の大きさによりガス
濃度を測定する方式のガスセンサである。図１において
少なくとも電極２，３が固定されている基板１は、ジル
コニア等の固体電解質であればよい。また、検知極２は
前記固体電解質基板１を含むセラミック体で囲われた内
部空室４に設置される。内部空室４は測定雰囲気から被
検ガスが拡散流入するためのガス導入口５が設けられて
いる。参照極３は隔壁６により該内部空室と完全に隔離
され、大気中に通ずるダクト７中に配置される大気基準
極である。この内部空室と大気ダクトを挟むようにヒー
ター基板８が直接接合されている。ヒーター基板８には
ヒーター９が埋め込まれており、雰囲気ガスから遮断さ
れた構造である。

【００１１】このセンサ構造を作製するには、通常次の
ような積層プロセスが用いられる。例えば、前述の固体
電解質に酸素イオン伝導体であるジルコニア固体電解質
を用い、また他の基板も同じジルコニア固体電解質を用
いることができる。ジルコニア固体電解質にはイットリ
ア（Ｙ₂Ｏ₃）が通常３〜８モル添加されイオン伝導性を
高めて使用する。内部空室４を有するセンサ構造は、こ
れらジルコニア固体電解質のグリーンシートを用いて積
層圧着後、焼成し一体化される。前述のジルコニアグリ
ーンシートを作製するには、通常イットリアとジルコニ
アを所定量配合し、ＰＶＡなどの有機バインダとその溶
剤をさらに配合し、場合によっては分散剤を少量添加
し、ボールミル等で充分に混練する。このようにしてで
きたジルコニア・スラリーをドクターブレード法により
所定の厚みになるようにシート成形を行う。このシート
を乾燥後、積層するセンサ形状に切断し、電極、リード
導体、必要によりアルミナ等の絶縁層をそれぞれのペー
ストを用いて印刷形成する。電極材料はジルコニアの焼
結温度である約１４００℃にても電極活性を失わず、剥
離等の欠陥を生じない材料を用いる。この電極には、燃
焼ガス中のガス検知で一般的な酸素センサではＰｔ電極
が用いられる。この場合には図１の検知極２と参照極３
とも同じＰｔ電極を用いると、Ｎｅｒｎｓｔの式に従う
濃淡起電力型の酸素センサとなる。

【００１２】一方、ＮＯxを検知するには、検知極２に
ＮＯxと酸素に同時に活性を有するＰｔ−Ｒｈ（３％）
などの材料を用いる。参照極３には最低限酸素にのみ活
性を有していれば良く、通常Ｐｔが用いられる。この検
知方式は混成電位型といわれる方式で電極間の電位差は
Ｎｅｒｎｓｔの式には当てはまらないのが特徴である。

【００１３】また、ヒーター９，９に関しては通常Ｐｔ
ペーストをヒーターパターンの形状にスクリーン印刷に
より形成する。ヒーター基板８，８にジルコニアグリー
ンシートを用いる場合には、別途アルミナ絶縁ペースト
を形成してからヒーターパターンを印刷する。これは、
ジルコニアがヒーター電圧により、電気化学的に還元劣
化を起こすからである。また、ヒーター９，９からの電
流リークが起こりセンサ電極に流れ込むと、センサ出力
が変化してしまうからでもある。勿論、固体電解質のグ
リーンシートとそれ以外のグリーンシートとの焼成接合
時に収縮率が合えば、このヒーター基板材に電気絶縁性
の高い物質を用いることがより好ましい。

【００１４】このようにグリーンシート上に電極等が印
刷形成されたそれぞれのシートを、重ね合わせ加熱圧着
することによりシート中のバンイダ同士が結合しシート
が接着される。これを脱脂し１４００℃以上の高温で焼
成することにより一体焼結がなされる。このときに、図
１にては電極２，３が形成されている固体電解質基板１
側のみヒーター基板８が接合される従来構造では、その
構造が図１の上下側で非対称なため、あるいはＰｔヒー
ター材そのものの影響で、収縮歪みが生じやすいのは明
らかであり、本発明構造がその対称性をも確保してくれ
る。

【００１５】図２の構造は、前記内部空室４の中に検知
極２と参照極３とを同時に配置した構造である。この構
造でガス濃度を測定できるのは、酸素検知以外の混成電
位型の、例えばＮＯxセンサである。この場合でも、参
照極３には酸素以外に不活性である電極、例えばＰｔな
どで形成する必要がある。更に、図３においては外部電
源により電位をかけ、酸素ポンピング電極である内部空
室４のカソード電極１０から酸素イオンのみアノード電
極１１に向かって電気化学的に排出される。このとき、
ガス導入口５を絞ってガスが拡散律速するような拡散抵
抗を備えると限界電流が得られる。この限界電流の大き
さにより測定雰囲気中の酸素濃度を検出することができ
る。

【００１６】図４のセンサ構造は図１の内部空室をさら
に２室４ａ，４ｂに分け、前室に内部空室の酸素濃度調
整用の酸素ポンプ１２，１３を具えたセンサである。前
室と後室との間はガス拡散抵抗を付ける場合には連通口
１４を設ける。前室４ａを形成した場合には、例えば排
気ガス中の干渉ガスを酸化除去することができる。さら
に、雰囲気中に酸素が殆ど無い場合でも大気中から酸素
を供給できるように別途ダクトを形成した構造である。
このような場合にはセンサ基板側からの片面加熱では温
度分布がさらに悪くなることは明らかである。このよう
な場合でも、ヒーター９，９を用いる図４に示す本発明
センサ構造を用いると極めて温度制御性が向上する。

【００１７】同様に図５は、検知極と参照極を同一の内
部空室に配置した混成電位型センサにおいて、内部空室
をさらに２室４ａ，４ｂに分け、酸素ポンプ１２，１３
と新たに大気ダクトを追加した構成である。尚、酸素ポ
ンプおよび検知極の形成してある各室の間は完全に連通
した一室構造であっても構わない。また、同様に図６は
参照極をヒーター基板側に設けた大気ダクト中に設置し
た大気基準型の電位検出型センサの例である。同様に図
７は限界電流式センサの場合のセンサ構造を示す。図８
は図６の構造において、検知極と対向するように第２の
酸素ポンプを追加構成したものである。この第２の酸素
ポンプに特定のガスに対して活性を付与したガス変換ポ
ンプとして機能させることできる。いずれにしても、こ
れらの構造は積層シート数が増し、更に温度分布が悪く
なることは明らかである。本発明構造がこれらに非常に
有効であることは明白である。また、積層シート数が増
すことによりセンサ構造の歪みが大きくなり焼成工程で
の剥離、クラックが発生しやすくなる。ここにおいても
本発明の手段を用いることにより、これらの欠陥を大幅
に抑制することができるのは言うまでもない。

【００１８】図９に示されるセンサ構造は内部空室４
ａ，４ｂに設けられた検知極２と参照極３とからなるガ
ス検出部と、内部空室に大気から酸素を導入または排気
する大気ダクトに固定された酸素ポンプ部１２，１３と
からなるセンサ構造である。しかしながら、従来方法の
片側加熱方式は、例えば検知部と酸素ポンプ部の作動温
度が異なる設定を行う場合にはヒーターパターンの粗密
あるいはヒーター線幅を調節せざるを得なかった。その
ため、微妙な温度調整や温度分布調整が困難であった。
本発明においては、図９に示すようにそれぞれセンサ平
板の両面にヒーター９加熱を具備し、それぞれ最も加熱
する電極に近接させて配置することにより、同じセンサ
内の電極といえども、個別に温度設定が可能となり、よ
り精度の高い温度制御が可能となる。

【００１９】一方、本発明センサはヒーターを少なくと
も二対使用する構造であるため、ヒーターからのリーク
電流の影響に関しては従来より劣る可能性が無いとは言
えない。その対応方策として、図１０に示す二層絶縁層
構造を本発明に追加構成することが望ましい。すなわ
ち、ヒーターに接する第１の絶縁層に多孔質アルミナを
用いることで最も絶縁性の高い物質である空気層の割合
を増した層を形成する。この多孔質層だけでは固体電解
質板との接着性が悪いため、第２の緻密なアルミナ絶縁
層を形成する。いわゆる二層構造のアルミナ絶縁層で構
成すると、ヒーターからのリーク電流をさらに低減する
ことが可能である。

【００２０】更に、ヒーターからのリーク電流をより低
減する必要がある場合には、図１１に示す集電体層１
５，１５をヒーター９，９の外側に設けることで可能で
ある。これはヒーター９，９と逆電位にバイアスされた
集電体１５，１５を外側に設置することで漏れ電流を強
制的にグランドに落とすことができることによる。勿
論、ジルコニア固体電解質１を還元するほどのバイアス
電位は必要ないため、ジルコニア板に直接集電体１５，
１５を形成することができる。以下に実施例を示して、
更に詳細な説明を行うが、本発明の適用範囲は本実施例
のみに拘束されることはないのは言うまでもない。

【００２１】

【実施例】（実施例１）固体電解質にイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を６モル添加したジ
ルコニア粉を用意した。これに有機バインダとしてＰＶ
Ａと有機溶剤を配合し、少量の分散剤とともにポットに
入れ、ボールミルで５０時間混練した。このようにして
作製したジルコニア・スラリーを脱泡機にかけた後、ド
クターブレード法により所定の厚みになるようにシート
成形を行った。これを乾燥後、図８の構造とするように
グリーンシートを切断した。内部空室部４ａ，４ｂはシ
ート１に窓開けをおこなった。切断されたジルコニアセ
ンサ用シートにはリード導体、電極をまた、ジルコニア
ヒーター用シート８にはアルミナ絶縁層、Ｐｔヒーター
パターンをそれぞれスクリーン印刷にて塗布した。内部
空室を形成するために、グリーンシート積層時には昇華
性物質のシートを窓開け部に充填した。これらを温水中
で等方圧がかかるように温水中圧着を行った。これを、
大気中６００℃で脱脂を行い、そのまま１４００℃で焼
成を行いセンササンプルＡを作製した。一方、本発明構
造と比較するために、図８の上面ヒーター基板を形成し
ないサンプルＢも同時に作製した。表１に焼成後のサン
プル外観歩留まり状況を比較する。明らかに本発明構造
はセンサ作製での歩留まり向上、ひいてはセンサの信頼
性確保の上で顕著な効果があることが明白である。

【００２２】

【表１】

【００２３】（実施例２）実施例１で作製したサンプルＡとサンプルＢの正常品を
取り出して、そのセンサ温度制御性能を比較した。サン
プルＡとＢをそれぞれ１００℃の温風が流れている評価
炉にセットし、温風温度を１００℃から３００℃に急激
に昇温させた。このときサンプル温度は自己ヒーターに
より６００℃に一定に加熱されるように、電極部に一体
形成された印刷熱電対によりフィードバック回路により
制御させた。このとき、電極部温度変動の印刷熱電対出
力（温度換算値）をモニタ−した。結果を図１２に示
す。これから明らかなように、本発明のセンサ構造の方
が温度追従性に優れていることが明白である。

【００２４】（実施例３）実施例１と同様に図８に示す構造のセンサを作製した。
但し、ヒーター基板部に関しては、Ｐｔヒーターとジル
コニアシート間に図１０に示す二層構造からなる絶縁層
を形成した。多孔質アルミナ層は純度９９．９９％以上
で平均粒径０．５μｍのアルミナ粉末と有機バインダお
よび有機溶剤を所定量に配合・混練し印刷ペーストとし
た。緻密アルミナ層用としては、純度９９．９９％以上
で平均粒径０．１５μｍのアルミナ粉末と有機バインダ
および有機溶剤を所定量に配合・混練し印刷ペーストと
した。このサンプルを自己加熱ヒーターにより６００℃
となるようにヒーター電圧を印加した。このときのヒー
ター電源のグランドと検知極との間に流れるヒーターリ
ーク電流を、ヒーター電圧を変えて測定した。また、こ
のヒーター基板との絶縁性を比較するために図１０にお
ける多孔質アルミナ層を除外した比較サンプルＣも作製
し、同様の条件でヒーターリーク電流を測定した。測定
比較結果を図１３に示す。ここから明らかに二層絶縁構
造を有するヒーター基板の絶縁性が高いことが判る。

【００２５】（実施例４）実施例３で使用した比較サンプルＣの絶縁層構成で、ヒ
ーターが埋設されるジルコニア固体電解質基板１の外側
面にＰｔ印刷による集電体１５を形成した。さらに図１
１に示すように、この集電体１５に負電位を与えるため
定電圧を印加した。この状態で測定した集電体電位とヒ
ーターリーク電流との関係を図１４に示す。尚、ヒータ
ー印加電圧は６．２Ｖ、センサ作動温度は６００℃であ
った。また、集電体電位は０〜−０．８Ｖで変化させ
た。図１４から判るように集電体１５をグランド電位
（０Ｖ）にするだけでもリーク電流はかなり軽減するこ
とが可能である。さらに、集電体電位をヒーター電位と
逆電位に設定することによりリーク電流を完全にゼロに
することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は積層型セラミックガスセンサの
構造およびその製造プロセスにおいて、以下のような作
用、効果があることが明らかである。すなわち、内部空
室を持つ多層構造体平板の両面に加熱源を有するため、
迅速な熱応答性が得られる。またヒーター（基板）が対
称に構成されるため、グリーンシートを積層焼結する工
程において基板の剥離、クラック等の欠陥を無くすこと
ができ、歩留まりの改善、製品の信頼性を大幅に向上で
きる。これらは、積層数が増えてくると著しい効果を発
揮できる。また、本発明の構成において、新規な二層絶
縁層構造あるいは集電体を併設する、さらには集電体に
ヒーターとの逆電位を印加することによりヒーターから
のリーク電流を大幅に低減しセンサの信頼性を向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は濃淡電池型および混成電位型センサでの
本発明構造の一例である。

【図２】図２は混成電位型センサでの本発明構造の一例
である。

【図３】図３は限界電流式センサでの本発明構造の一例
である。

【図４】図４は濃淡電池型および混成電位型センサでの
さらに進んだ本発明構造の一例である。

【図５】図５は混成電位型センサでのさらに進んだ本発
明構造の一例である。

【図６】図６は濃淡電池型および混成電位型センサでの
さらに進んだ本発明構造のもう一つの一例である。

【図７】図７は限界電流式センサのさらに進んだ本発明
構造の一例である。

【図８】図８は混成電位型センサのより進んだ本発明の
一例である。

【図９】図９は本発明のヒーター配置に関する構造の一
例である。

【図１０】図１０は本発明の二層構造を有する絶縁層の
断面模式図である。

【図１１】図１１は本発明の集電体を有するセンサ構造
の一例である。

【図１２】図１２は実施例２における電極温度の熱応答
性を示すデータである。

【図１３】図１３は実施例３におけるヒーターリーク電
流に関するデータおよび比較例である。

【図１４】図１４は実施例４の集電体電位の効果を示す
ヒーターリーク電流のデータである。

【符号の説明】

１固体電解質基板２検知極３参照極４内部空室５ガス導入口６隔壁７大気ダクト８ヒーター基板９ヒーター１０カソード極１１アノード極１２，１３酸素ポンプ電極１４連通口１５集電体１６，１７第２の酸素ポンプ電極（変換ポンプ電極）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−288087（ＪＰ，Ａ) 特開平２−91557（ＪＰ，Ａ) 特開平10−325825（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−228155（ＪＰ，Ａ) 特開平９−281075（ＪＰ，Ａ) 特開平９−218178（ＪＰ，Ａ) 特開平９−196884（ＪＰ，Ａ) 特開平９−127046（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−146955（ＪＰ，Ｕ) 国際公開98／12550（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/416 G01N 27/409 G01N 27/419

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ジルコニア固体電解質基板上に設けられ
た一対の電気化学的な酸素ポンプ電極の一方が、前記ジ
ルコニア固体電解質板を含むセラミック体により形成さ
れかつ被検ガス雰囲気に連通するガス導入口を有する内
部空間に設置され、当該酸素ポンプ電極のもう一方が大
気に連通するダクト内に設置され、一対の窒素酸化物ガ
ス検知電極の一方が酸素ポンプ電極の設置された基板と
同一あるいは別のジルコニア固体電解質基板上に設けら
れ、該電極の少なくとも一方が前記内部空間に設置さ
れ、該窒素酸化物検知電極の電位差あるいは該電極間に
流れる電流の大きさにより窒素酸化物ガス濃度を測定す
るガスセンサにおいて、当該ガスセンサを加熱するヒー
ターがジルコニア基板間に埋め込まれた印刷型ヒーター
であり、当該印刷ヒーターとジルコニア基板間にアルミ
ナ絶縁膜を介して一体焼結接合され、当該埋め込みジル
コニアヒーター基板と前記固体電解質基板が前記ダクト
を構成するようにダクト層を挟んで内部空間の両側に一
体具備されていることを特徴とするジルコニア積層型窒
素酸化物ガスセンサ。
【請求項２】前記記載の酸素ポンプ電極において、内
部空間に設置された一方の電極が、被検ガスである窒素
酸化物ガスを一酸化窒素あるいは二酸化窒素の単組成ガ
スに電気化学的に変換する請求項１に記載のジルコニア
積層型窒素酸化物ガスセンサ。
【請求項３】前記記載の内部空間が２室に分けられ、
被検ガス雰囲気に連通するガス導入口を有する前室に前
記酸素ポンプ電極の一方を設置し、連通口で通じた後室
に前記窒素酸化物ガス検知電極の少なくとも一方を設置
した請求項１又は２に記載のジルコニア積層型窒素酸化
物ガスセンサ。
【請求項４】前記記載のアルミナ絶縁膜が、前記ヒー
ターに接触する第１の多孔質アルミナ絶縁膜とジルコニ
ア基板に接触する第２の緻密質アルミナ絶縁膜から構成
される二重層構造を持つ請求項１乃至３の何れかに記載
のジルコニア積層型窒素酸化物ガスセンサ。
【請求項５】前記記載の一面にあるジルコニアヒータ
ー基板のヒーター加熱部が他面にあるジルコニアヒータ
ー基板のヒーター加熱部と前記記載の内部空間を挟んで
非対称に設置され、それぞれ最も近接する電極部をそれ
ぞれ独立に加熱制御することを特徴とする請求項１乃至
４の何れかに記載のジルコニア積層型窒素酸化物ガスセ
ンサ。
【請求項６】前記記載のジルコニアヒーター基板の外
表面に負電位に設定された金属集電体を固定具備した構
成を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のジルコ
ニア積層型窒素酸化物ガスセンサ。
【請求項７】少なくも一対の電極がセンサ基板として
のジルコニア固体電解質基板上に設けられ、該電極の少
なくとも一方の電極が前記ジルコニア固体電解質板を含
むセラミック体により形成されかつ被検ガス雰囲気に連
通するガス導入口を有する内部空間に設置され、該電極
間の電位差あるいは該電極間に流れる電流の大きさによ
り被検ガス濃度を測定するガスセンサにおいて、当該ガ
スセンサを加熱する埋め込みヒーターが前記内部空室の
両側に連続的に一体形成されており、前記センサ基板と
電気絶縁層を介して前記ヒーターを保持するヒーター基
板とが一体に焼結され、該ヒーターを埋め込んでいる前
記ヒーター基板としてのセラミック基板の外側面に負電
位に設定された金属集電体を固定具備した構成を特徴と
する積層型セラミックガスセンサ。