JP4716286B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、被検出ガスに含まれる特定成分の濃度を検出するガスセンサに関する。

従来、被検出ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するために用いるガスセンサ（ＮＯｘセンサ）は、まず、導入空間に導入された被検出ガスの酸素をポンプセルにてＮＯｘが分解する程度にまで汲み出して検出空間に拡散律速部を介して流れ込む被検出ガスの酸素濃度を調整するように構成されている。そして、この検出空間に一方の多孔質電極が面する形態で一対の多孔質電極が設けられたセンサセルの通電状態に応じたパラメータ，具体的にいうと、センサセルを構成する一対の多孔質電極間を流れる電流値を、被検出ガスに含まれるＮＯｘの濃度を示すパラメータとして検出し、ＮＯｘの濃度を検出するように構成されている。

このとき、ポンプセルおよびセンサセルを適切に機能させるためには、これらセルが活性状態となる温度まで加熱しておく必要があるため、ガスセンサには、ヒータパターンを形成してなるヒータ部が備えられることが一般的である（例えば、特許文献１参照）。また、このようなヒータ部を、ポンプセルを構成する一対の電極のうちで導入空間に面しない他方の多孔質電極側に配置させたガスセンサが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−１５７０６３号公報 特開２０００−２６６７２３号公報

しかし、上述したようにヒータ部が備えられた構成とした場合には、ヒータ部に形成されたヒータパターンからの漏れ電流が、ポンプセルによる酸素の排出，センサセルによるパラメータの検出に悪影響を与えてしまう恐れがある。

例えば、ポンプセルにおいては、一対の多孔質電極間への通電により酸素の排出が制御される構造となっているため、この通電電流にヒータパターンからの漏れ電流が重畳してしまうと、酸素の排出が抑制されてしまう恐れがある。また、センサセルにおいては、一対の多孔質電極間を流れる電流値をパラメータとして検出する構造となっているため、この電流にヒータパターンからの漏れ電流が重畳してしまうと、本来検出すべきパラメータよりも大きいまたは小さいパラメータを特定成分の濃度として検出してしまう恐れがある。

このような漏れ電流の影響は、ポンプセルであれば、その制御に際しての電流値がｍＡオーダであり一般に漏れ電流の影響を受けない程度に大きい（または、大きくすることができる）ことから問題にはならないが、センサセルにおいては、その検出に際しての電流値がμＡオーダでありポンプセルにおける電流値よりも遙かに小さいため、わずかな漏れ電流であっても大きな影響を受けてしまう。

このように、ヒータ部による漏れ電流は、センサセルによる検出に際しての電流値に大きな影響を与えてしまい、結果的にガスセンサとしての検出精度を低下させる要因となってしまうという課題があった。そこで、上記特許文献２のように、センサセル側ではなくポンプセル側にヒータ部を配置させれば、ヒータ部の漏れ電流に起因したセンサセルの検出精度の低下を抑制することが可能となる。

ところで、近年では、ヒータ部を用いてポンプセル、センサセルをより早く活性化させていち早く特定成分の濃度を検出することが求められている。そのために、特許文献２のようにヒータ部とポンプセル（詳細には、ポンプセルを構成する一対の電極のうちで導入空間に面しない他方の電極）との間に中空の空間を介在させて両者を配置していては、ヒータ部からポンプセル、センサセルへのより速やかな熱伝達を効果的に得られにくい。しかし、ポンプセルの他方の多孔質電極は、導入空間より汲み出された酸素を外部に放出する必要があるため、そこで、ポンプセルの他方の多孔質電極とヒータ部とを単純に結合させてヒータ部からの速やかな熱伝達を図ることが考えられるが、ポンプセルの他方の多孔質電極は、導入空間から汲み出された酸素を外部に放出する機能が必須となるため、この電極をヒータ部にて気密的に塞いでしまってはポンプセルとしての機能を果たせない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ヒータ部の漏れ電流によりガスセンサとしての検出精度が低下してしまうことを防止でき、さらには、ポンプセルとしての機能を低下させずに、ポンプセル、センサセルをいち早く活性化させることができるガスセンサを提供することである。

上記課題を解決するための本発明のガスセンサは、導入空間，ポンプセル，検出空間，センサセル，ヒータ部，多孔質部を有する積層構造をなしている。これらのうち、ポンプセルは、第１の固体電解質層、および、一方の多孔質電極が導入空間に面する形態で該第１の固体電解質層を挟でなる一対の多孔質電極からなり、この一対の多孔質電極間への通電によって、前記導入空間における酸素濃度を調整するものである。また、センサセルは、ポンプセルの一方の多孔質電極側において前記第１の固体電解質層に積層された第２の固体電解質層、および、一方の多孔質電極が検出空間に面する形態で該第２の固体電解質層に設けられた一対の多孔質電極からなり、この一対の多孔質電極間の通電状態に基づいて、被検出ガスに含まれる特定成分の濃度を検出するものである。

さらに、本発明のガスセンサでは、ポンプセルおよびセンサセルを活性状態とすべく加熱するためのヒータパターンが埋設されたヒータ部を、ポンプセルの一対の多孔質電極のうちで導入空間に面しない他方の多孔質電極に直接又は他部材を介して結合させている。そして、本発明のガスセンサでは、上記ヒータ部をポンプセルの他方の多孔質電極に結合させつつ、ヒータ部と第１の固体電解質層との間に、ポンプセルの他方の多孔質電極と接触する領域から外部へと至る領域にわたって形成され、一部がガスセンサの外部に露出される多孔質部を配置させた点が注目すべき点である。

これにより、ポンプセルは、センサセルよりも、ヒータパターンからの距離が近くなることで絶縁抵抗が低くなるため、ヒータパターンからの漏れ電流の影響を受けやすくなるが、ポンプセルは、その制御に際しての電流値が一般に漏れ電流の影響を受けない程度に大きい（または、大きくすることができる）ため問題になることはない。むしろ、ポンプセルがヒータパターンからの漏れ電流の影響を受けやすいということは、ヒータパターンからの漏れ電流を積極的にポンプセルの多孔質電極から逃がすことができることになるため、本発明のガスセンサによれば、ヒータパターンからの漏れ電流が第２の固体電解質層に到達してセンサセルによる検出結果に悪影響を及ぼすことを適切に防止することができる。さらに、ヒータ部をポンプセルの他方の多孔質電極に直接又は他部材を接触させたことにより、従来のようにポンプセルの他方の多孔質電極とヒータ部との間に空隙を介在させていた構成と比較して、ヒータ部からの熱をポンプセル、ひいてはセンサセルに速やかに伝達することが可能となる。

また、本発明のガスセンサでは、ヒータ部と第１の固体電解質層との間に上記多孔質部を配置させると共に、その多孔質部をポンプセルの他方の多孔質電極に接触する領域から外部へと至る領域にわたって形成させて当該ガスセンサに一部を露出させている。これにより、ヒータ部をポンプセルの他方の多孔質電極の直接又は他部材を介して結合させた場合であっても、この多孔質部を排出経路として、ポンプセルにより導入空間から汲み出された酸素をガスセンサ外部へ良好に排出することができる。さらに、この多孔質部は、ポンプセルにおける他方の多孔質電極に接触する領域から外部へと至る領域に形成されていることから、この多孔質部を介してヒータ部の熱をポンプセル側に伝達することが可能となり、その観点からもポンプセル、センサセルの速やかな活性化を図ることができる。

なお、上述した多孔質部は、ヒータ部と第１の固体電解質層との間であって、ポンプセルにおける他方の多孔質電極と接触する領域から外部へと至る領域にわたって形成されていれば、その具体的な構成については特に限定されない。例えば、ポンプセルにおける他方の多孔質電極と接触する領域からガスセンサ外部へと、ガスセンサの長手方向または長手方向と交差する方向に延びる１以上の経路を、多孔質部として形成することが考えられる。

また、上記のガスセンサであって、前記ヒータ部は、前記他部材として前記多孔質部を介して前記ポンプセルにおける他方の多孔質電極に結合していると良い。導入空間より汲み出された酸素を放出するためのポンプセルの他方の多孔質電極にヒータ部を結合するにあたり、上記酸素の放出経路として機能する多孔質部を介して結合することで、ヒータ部をなすセラミック基体の形状を特殊な形状にせず板状の形状を維持したまま、ヒータ部をポンプセルの他方の多孔質電極に結合させることができる。また、多孔質部をヒータ部とポンプセルの他方の多孔質電極との結合剤として機能させることで、酸素を放出するための他方の多孔質電極を気密的に塞がずに両者の結合が行え、酸素の放出経路も良好に確保することができる。

この多孔質部は、多孔質体により形成されたものであり、その具体的な部材については特に限定されない。例えば、電気絶縁性を重視するのであれば、アルミナを主成分として形成された部材を用いるとよい。この場合、アルミナの電気絶縁性が高いことから、ヒータ部と第１の固体電解質層との間における絶縁性能を高め、ヒータパターンからの漏れ電流のセンサセルへの影響をより小さくすることができる。なお、本発明について「主成分」とは、多孔質部に最も多く含有成分を指すものとする。
また、ヒータパターンからの漏れ電流をポンプセルの多孔質電極から逃がすことを重視するのであれば、ジルコニアを主成分として形成された部材を用いるとよい。この場合、ジルコニアの導電性がアルミナよりも高いことから、ヒータ部と第１の固体電解質層との間において、ヒータパターンからの漏れ電流をよりポンプセルの多孔質電極側へ逃がしやすくすることができる。
さらに、多孔質部をジルコニアとアルミナとを含み、両成分の合計含有量が主成分として形成された部材を用いも良い。

さらに、多孔質部は、ポンプセルによって導入空間より汲み出された酸素を放出することができればその気孔率は特に限定されないが、より良好な酸素放出特性を確保する観点から、前記多孔質部の気孔率が、前記ポンプセルにおける前記他方の多孔質電極の気孔率よりも高いことが好ましい。

なお、多孔質部の気孔率は、具体的には２０％〜８０％の範囲内（より好ましくは３０％〜７０％の範囲内）に設定することが酸素放出特性とポンプセルへの熱伝達性の両者を良好に確保する観点から好ましい。また、多孔質部の気孔率を上述した範囲とした場合、ポンプセルの他方の多孔質電極の気孔率を１％〜２５％（好ましくは、５％〜２０％）の範囲内に設定しつつ、多孔質部の気孔率を当該多孔質電極の気孔率よりも高く設定することが、酸素放出特性の一層の確保の観点から好ましい。なお、上記気孔率は、多孔質部、ポンプセルの他方の多孔質電極の断面をポンプセルとセンサセルとの積層方向に直交する向きに沿ってＳＥＭにて分析し、その分析によって得られたＳＥＭ写真（拡大写真）より、単位面積あたりに占める気孔の面積の比率（％）として求めることができる。さらに、多孔質部の厚みは２０μｍ〜５００μｍの範囲内に設定するのが、上記範囲の気孔率を良好に確保する上で好ましい。

また、本発明のガスセンサは、前記多孔質部は、複数の多孔質層を積層した構成をなしており、この複数の多孔質層のうち、前記ポンプセルにおける前記他方の多孔質電極に接触する電極接触多孔質層の気孔率が、前記ヒータ部に接触するヒータ接触多孔質層の気孔率よりも高い。本発明のガスセンサによれば、多孔質部を複数の多孔質層にて構成した上で、ポンプセルの他方の多孔質電極に接触する電極接触多孔質層の気孔率と、ヒータ部に接触するヒータ接触多孔質層の気孔率との関係を上記のように規定しているため、多孔質部のヒータ部への密着性を良好に確保しながら、ポンプセルの酸素放出特性を良好に得ることが可能となる。

また、上記のガスセンサであって、第３の固体電解質層、および、一方の多孔質電極が前記導入空間に面する形態で該第３の固体電解質層に設けられる一対の多孔質電極からなるとともに、前記ポンプセルと前記センサセルとの間に配置されるモニタセルをさらに備え、前記導入空間は、前記ポンプセルと前記モニタセルとの間に配置され、前記検出空間は、前記センサセルと前記モニタセルとの間に配置されており、前記ポンプセルは、前記モニタセルの前記一対の多孔質電極間に発生する出力信号が一定値となるように前記導入空間における酸素濃度を調整すると良い。

本発明のガスセンサによれば、ポンプセルとセンサセルとの間にモニタセルを配置させているため、ヒータ部とセンサセルとをより離間させることができ、ヒータパターンからの漏れ電流が第２の固体電解質層に到達してセンサセルによる検出結果に悪影響を及ぼすのをより適切に防ぐことができる。また、モニタセルにより生じる出力信号に基づいてポンプセルを駆動する構成を採用することで、ポンプセルによる酸素濃度を調整する機能が良好に働くことになり、上記漏れ電流の悪影響を防止する効果と相俟って、特定成分の濃度検出精度を一層高めることができる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
１．全体構成
本実施形態におけるガスセンサ１は、自動車の内燃機関や各種燃焼機器（例えば、ボイラなど）における排気ガスに含まれる窒素酸化物（以降、「ＮＯｘ」という）の濃度を検出するためのＮＯｘセンサとして構成されたものであって、図１に示すように、それぞれシート状の部材により形成された層として、絶縁層１２０，センサセル２０を構成する第２固体電解質層１３０，絶縁層１４０，モニタセル３０を構成する第３固体電解質層１５０，絶縁層１６０，ポンプセル４０を構成する第１固体電解質層１７０，絶縁層１８０，ヒータ部１９０が、順番（図１における下から上へ向かう順番）に積層された構造となっている。なお、これら各層は、同時焼成により一体化されたものである。即ち、本実施形態のガスセンサ１は、センサセル２０、モニタセル３０、ポンプセル４０からなるセンサ部とヒータ部とが一体的に焼成された積層構造を有するものである。なお、このガスセンサ１は、１３５０℃〜１６００℃の焼成温度による同時焼成を経て形成されている。

これらのうち、まず、ヒータ部１９０は、アルミナやムライト等の絶縁性セラミックからなるシート状の部材１９２，１９４を積層してなるセラミック基体の内部に、ヒータパターン６０を埋設した構成となっているものである。なお、本実施の形態では、上記部材１９２，１９４としてアルミナを用いた。

続いて、ヒータ部１９０の下側に位置する絶縁層１８０は、アルミナからなるシート状の部材である。この絶縁層１８０には、後述する多孔質電極４４と接触する領域から、ガスセンサ１の側面（図１における手間および奥方向）へ向けてガスセンサ１の外部まで延びるように、アルミナからなる多孔質体である多孔質部１８２が形成されている。詳細には、図１におけるガスセンサ１のＡ−Ａ断面をヒータ部１９０側からみた図２に表されるように、多孔質部１８２がポンプセル４０を構成する多孔質電極４４の全面および多孔質電極４４につながるリード部４５の一部を覆い、且つこの多孔質部１８２が多孔質電極４４の左右の辺を跨いでガスセンサ１（第１固体電解質層１７０）の側面に至るように形成されている。また、本実施の形態のガスセンサ１では、この多孔質部１８２を含む絶縁層１８０により、ヒータ部１９０とポンプセルを構成する多孔質電極４４とが空気層を介さずに結合した状態となる。

なお、本実施の形態では、多孔質部１８２が、後述する多孔質電極４４と接触する領域から側面方向へ向かってガスセンサ１外部へと至る領域に形成されているが、この多孔質部１８２は、図３に示すように、多孔質電極４４と接触する領域から先端方向へ向かってガスセンサ２外部へと至る領域に形成した構成としてもよい。より具体的には、図４（図３におけるガスセンサ２のＢ−Ｂ断面をヒータ部１９０側からみた図に相当）に示すように、多孔質部１８２を、ポンプセル４０を構成する多孔質電極４４の一部を覆いつつ、多孔質電極４４の先端側の辺を跨いでガスセンサ２（第１固体電解質層１７０）の先端面に至るように形成した構成してもよい。

また、本実施の形態では、多孔質部１８２の気孔率が、ポンプセル４０を構成する多孔質電極４４の気孔率よりも高くなるように形成されており、具体的には、多孔質部１８２の気孔率が５０％、多孔質電極４４の気孔率が１５％に設定されている。多孔質部１８２と多孔質電極４４の気孔率を上記のような関係に設定することにより、ポンプセル４０（詳細には、多孔質電極４４）からの酸素の放出特性を良好に確保することができる。なお、多孔質部１８２は、未焼成の多孔質部形成シートないしペーストに、粉末状の気孔化剤（例えば、カーボン粉末やテオブロミン粉末）を適宜の量分散させて焼成することにより形成することができる。

続いて、絶縁層１８０の下側に位置する第１固体電解質層１７０は、ジルコニアを主体とする固体電解質体からなるシート部材であって、この部材における先端側の上下面（図１における上下面，以下同様）を挟むように設けられた一対の多孔質電極４２，４４によりポンプセル４０を形成している。このポンプセル４０における下（図１における下，以下同様）側の多孔質電極４２は、アルミナ製の多孔質体からなる保護層４６によりコーティングされている。上述した多孔質部１８２は、上（図１における上，以下同様）側の多孔質電極４４周辺に位置する絶縁層１８０に形成されている。

続いて、第１固体電解質層１７０の下側に位置する絶縁層１６０は、アルミナからなるシート状の部材であって、第１固体電解質層１７０，第３固体電解質層１５０とともに中空の導入空間２１０を区画形成するためのスペーサとして機能している。

ＮＯｘを含んだ被検出ガスが導かれることになる導入空間２１０は、その先端側にポンプセル４０における下側の多孔質電極４２全体が面する位置関係となるように形成されている。また、この導入空間２１０のうち、先端部分には、それぞれガスセンサ１外部から導入空間２１０へ向かう方向（図１における矢印参照）に沿って積層された多孔質体からなる拡散抵抗体２１２，２１４が設けられている。また、導入空間２１０の後端（図１における右端，以下同様）側の領域には、多孔質体からなる２つの拡散抵抗体２１６が設けられており、これにより、この導入空間２１０の後端側への被検出ガスの流通を制限している。

続いて、絶縁層１６０の下側に位置する第３固体電解質層１５０は、ジルコニアを主体とする固体電解質体からなるシート部材であって、この部材におけるポンプセル４０より後端側の上下面を挟むように設けられた一対の多孔質電極３２，３４によりモニタセル３０を形成している。このモニタセル３０における上側の多孔質電極３２は、導入空間２１０に面している。また、この第３固体電解質層１５０には、モニタセル３０より後端側であって、拡散抵抗体２１６よりも後端側の領域には、上下方向に貫通する貫通孔２２０が形成されている。

続いて、第３固体電解質層１５０の下側に位置する絶縁層１４０は、アルミナからなるシート状の部材であって、第３固体電解質層１５０における貫通孔２２０に対応する領域に、第２固体電解質層１３０、第３固体電解質層１５０とともに中空の検出空間２３０を区画形成するスペーサとして機能している。また、この絶縁層１４０のうち、モニタセル３０における下側の多孔質電極３４に面する領域には、後述のように基準となるガス（本実施形態においては酸素）が満たされる多孔質体２４０が設けられている。なお、この多孔質体２４０は、アルミナ等の絶縁性セラミックにより形成されている。

続いて、絶縁層１４０の下側に位置する第２固体電解質層１３０は、ジルコニアを主体とする固体電解質体からなるシート部材であって、この部材の上面に沿って間隔をあけて設けられた一対の多孔質電極２２，２４によりセンサセル２０を形成している。これらセンサセル２０のうち、一方の多孔質電極２２は、検出空間２３０に面する位置に設けられており、他方の多孔質電極２４は、その一部が多孔質体２４０に接するように設けられている。

そして、第２固体電解質層１３０の下側に位置する絶縁層１２０は、アルミナからなるシート状の部材であって、センサセル２０を構成する第２固体電解質層１３０を保護するための強化層として機能している。

２．動作原理
次に、本ガスセンサ１の動作を説明する。
まず、ヒータ部１９０のヒータパターン６０への通電により、ポンプセル４０，モニタセル３０，センサセル２０それぞれが活性状態となる温度まで加熱した状態とする。
この状態において、ＮＯｘを含んだ被検出ガスが拡散抵抗体２１２，２１４を介して導入空間２１０に導入された後（図１における矢印参照）、ポンプセル４０の多孔質電極４２，４４間に、上側の多孔質電極４４が正極となるように電圧を印加することで、導入空間２１０内における被検出ガス中の酸素が還元されて酸素イオンとなり、この酸素イオンが下側の多孔質電極４２から第１固体電解質層１７０を介して上側の多孔質電極４４側へ排出される。この酸素は、多孔質電極４４から多孔質部１８２を介してガスセンサ１外部へと排出されることとなる。

このとき、一対の多孔質電極４２，４４間に印加する電圧の大きさは、モニタセル３０の動作状態に基づいて制御される。この制御について詳述すると、まず、多孔質電極３２から多孔質電極３４の方向に一定値の微弱電流を流すことで、導入空間２１０から多孔質体２４０へと第３固定電解質層１５０を介して酸素が移動し、多孔質体２４０が基準の酸素溜まりとなる。そして、多孔質電極３２，３４間に発生する起電力（電圧値）があらかじめ定めた値となるように多孔質電極４２，４４間に印加する電圧を調整するのである。つまり、モニタセル３０より出力される電圧に基づき、ポンプセル４０を流れる電流の値が制御される。このようにして、ポンプセル４０は、導入空間２１０における酸素濃度を所定濃度に調整するように駆動される。

こうして、ガスセンサ１外部から導入された被検出ガスは、導入空間２１０において酸素濃度が調整された状態で、拡散抵抗体２１６、経由空間２１１および第３固体電解質層１５０の貫通孔２２０を介して検出空間２３０に到達することとなる。

そして、センサセル２０の多孔質電極２２，２４間に、多孔質体２４０に面する電極２４が正極となるように一定値の電圧を印加することで、検出空間２３０内における被検出ガス中の特定成分，具体的にはＮＯｘが窒素（Ｎ_２）と酸素（Ｏ_２）とに解離されて、この酸素が検出空間２３０に面する電極２２から第２固体電解質層１３０を介して多孔質体２４０に接する多孔質電極２４側へ汲み出される。このとき、センサセル２０に流れるポンプ電流の大きさが、被検出ガスに含まれるＮＯｘに比例する関係を有するため、このセンサセル２０に流れるポンプ電流の電流値を、ＮＯｘ濃度を示すパラメータとして検出すれば、ＮＯｘ濃度を算出することができる。

３．作用，効果
このように構成されたガスセンサ１によれば、ポンプセル４０の下の電極４２側において第１固体電解質層１７０と重ねられている第２固体電解質層１３０は、ヒータ部１９０がポンプセル４０の上の多孔質電極４４側において第１固体電解質層１７０と重ねられていることから、ヒータ部１９０との間に、少なくとも第１固体電解質層１７０および絶縁層１８０を挟んだ位置関係となっている。

これにより、第１固体電解質層１７０を用いて構成されるポンプセル４０は、第２固体電解質層１３０を用いて構成されるセンサセル２０よりも、ヒータパターン６０からの距離が近くなることで絶縁抵抗が低くなるため、ヒータパターン６０からの漏れ電流の影響を受けやすくなる。ただ、ポンプセル４０は、その制御に際しての電流値が一般に漏れ電流の影響を受けない程度に大きい（または、大きくすることができる）ため問題になることはない。むしろ、上述したように、ポンプセル４０がヒータパターン６０からの漏れ電流の影響を受けやすくなることは、ヒータパターン６０からの漏れ電流を積極的にポンプセル４０の多孔質電極（特に上の多孔質電極４４）から逃がすことができることとなるため、その漏れ電流が第２固体電解質層１３０に到達してセンサセル２０による検出結果に悪影響を及ぼすことを適切に防止することができる。

また、本実施の形態のガスセンサ１においては、ヒータ部１９０と第１固体電解質層１７０との間に配置された絶縁層１８０に多孔質部１８２が形成されており、この多孔質部１８２を排出経路として、ポンプセル４０の多孔質電極４４より排出される酸素をガスセンサ１外部（換言すれば、被検出ガスが存在する雰囲気）へ排出することができる。さらに、この多孔質部１８２を介してヒータ部１９０とポンプセル４０の多孔質電極４４とを結合させたことにより、多孔質部１８２を介してヒータ部１９０の熱をポンプセル４０、センサセル２０等に速やかに伝達することができ、その観点からポンプセル４０、センサセル２０等の早期活性を実現することが可能となる。

また、絶縁層１８０に形成された多孔質部１８２は、電気絶縁性が高いアルミナから形成されているため、ヒータ部１９０と第１固体電解質層１７０との間における絶縁性能を高め、ヒータパターン６０からの漏れ電流のポンプセル４０またはセンサセル２０への影響をより小さくすることができる。

４．変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態においては、絶縁層１８０に形成された多孔質部１８２が、側面方向（または先端方向）へ向かってガスセンサ１外部へと至る領域に形成されたものを例示した。この多孔質部１８２が形成された領域については、側面方向（または先端方向）へ至る１の経路となる領域だけであってもよいが、例えば、この多孔質部１８２については、ガスセンサ１外部へとガスセンサ１の長手方向または長手方向と交差する方向に延びる１以上の経路として形成してもよい。

また、上記実施形態においては、絶縁層１８０の多孔質部１８２が、電気絶縁性を重視してアルミナを主成分として形成されたものを例示した。しかし、この多孔質部１８２については、例えば、ヒータパターン６０からの漏れ電流をポンプセル４０の多孔質電極から逃がすことを重視するのであれば、ジルコニアを主成分として形成された多孔質部１８２を用いることとしてもよい。この場合、ジルコニアの導電性がアルミナよりも高いことから、ヒータ部１９０と第１固体電解質層１７０との間において、ヒータパターン６０からの漏れ電流をよりポンプセル４０の多孔質電極側へ積極的に逃がすことができる。あるいは、アルミナベースのヒータ部１９０とジルコニアベースのポンプセル４０との同時焼成を確実に実現する観点から、ジルコニアとアルミナとを含み、両成分の合計含有量が主成分として形成された多孔質部１８２を用いることとしてもよい。
さらに、絶縁層１８０の多孔質部１８２における多孔質電極４４との密着性を向上させる目的で、多孔質電極４４の構成材料を多孔質部１８２に微量添加してもよい。

また、上記実施形態においては、ヒータ部１９０を、多孔質部１８２を介してポンプセル４０の多孔質電極４４に結合させたものを例示した。しかし、ヒータ部１９０を構成する部材１９２のポンプセル４０に向かい合う面の一部に凸条部を形成し、この凸条部を直接、多孔質電極４４の一部に接触（結合）させて、多孔質電極４４のうち上記凸条部と接しない部位とヒータ部１９０との間に多孔質部１８２を配置させるようにしても良い。このような形態であっても、ヒータ部１９０の熱をポンプセル４０、センサセル２０等に良好に伝達でき、ポンプセル４０から多孔質電極４４を介して排出される酸素を、多孔質部１８２を通じてガスセンサ１外部に排出することができる。

また、上記実施形態においては、多孔質部１８２を単層にて形成したが、多孔質部は複数の多孔質層を積層した構成をなしていても良い。その具体的な形態として、図５に示すように、この形態のガスセンサ３では、多孔質部がポンプセル４０を構成する多孔質電極４４に接触する電極接触多孔質層２４３と、ヒータ部１９０（詳細には、ヒータ部１９０を構成する部材１９２）に接触するヒータ接触多孔質層２４１との２層構造をなすものである。そして、この図５に示すガスセンサ３では、電極接触多孔質層２４３の気孔率が、ヒータ部１９０に接触するヒータ接触多孔質層２４１の気孔率よりも高く形成されており、具体的には、電極接触多孔質層２４３の気孔率が５０％、ヒータ接触多孔質層２４１の気孔率が３０％に形成されている。

このガスセンサ３では、多孔質部を電極接触多孔質層２４３とヒータ接触多孔質層２４１の気孔率を上記のような関係にしているので、ポンプセル４０（詳細には多孔質電極４４）を介しての酸素放出特性を多孔質部により良好に確保しながら、多孔質部のヒータ部１９０に対する密着性が良好に確保することが可能となる。なお、このように多孔質部を複数の多孔質層を用いて構成する場合には、多孔質層の材質（組成）を同じものにする必要はなく、ヒータ部１９０へのさらなる密着性向上等を考慮して、それぞれの多孔質層の材質（組成）を適宜変更しても良い。

さらに、上記実施形態では、ガスセンサ１としてＮＯｘセンサを示したが、ＮＯｘセンサの他、アンモニア濃度、ＨＣ濃度またはＣＯ濃度等を検出するガスセンサにも本発明を適用することができる。

ガスセンサ１の内部構造を示す図（要部断面図）である。 図１におけるガスセンサ１のＡ−Ａ断面を表した図である。 別の実施形態におけるガスセンサ２の内部構造を示す図（要部断面図）である。 図３におけるガスセンサ２のＢ−Ｂ断面を表した図である。 ガスセンサ３の内部構造を示す図（要部断面図）である。

符号の説明

１，２，３…ガスセンサ、２０…センサセル、２２，２４…多孔質電極、３０…モニタセル、３２，３４…多孔質電極、４０…ポンプセル、４２，４４…多孔質電極、４６…保護層、６０…ヒータパターン、１２０…絶縁層、１３０…第２固体電解質層、１４０…絶縁層、１５０…第３固体電解質層、１６０…絶縁層、１７０…第１固体電解質層、１８０…絶縁層、１８２…多孔質部、１９０…ヒータ部、２１０…導入空間、２１２，…拡散抵抗体、２２０…貫通孔、２３０…検出空間。

Claims (5)

1. 特定成分を含んだ被検出ガスが導入される導入空間と、
   第１の固体電解質層、および、一方の多孔質電極が前記導入空間に面する形態で該第１の固体電解質層を挟んでなる一対の多孔質電極からなり、この一対の多孔質電極間への通電によって、前記導入空間における酸素濃度を調整するポンプセルと、
   前記導入空間内の酸素濃度が調整された雰囲気が、拡散抵抗体を介して導入される検出空間と、
   該ポンプセルの一方の多孔質電極側において前記第１の固体電解質層に積層された第２の固体電解質層、および、一方の多孔質電極が前記検出空間に面する形態で該第２の固体電解質層に設けられた一対の多孔質電極からなり、この一対の多孔質電極間の通電状態に基づいて、前記特定成分の濃度を検出するセンサセルと、
   を備えるガスセンサであって、
   前記ポンプセルおよび前記センサセルをそれぞれ活性状態とすべく加熱するためのヒータパターンがセラミック基体に埋設されると共に、前記ポンプセルにおける一対の多孔質電極のうちで前記導入空間に面しない他方の多孔質電極に直接又は他部材を介して結合されたヒータ部と、
   前記ヒータ部と前記第１の固体電解質層との間に配置されると共に、前記ポンプセルにおける前記他方の多孔質電極と接触する領域から外部へと至る領域にわたって形成され、一部が当該ガスセンサの外部に露出している多孔質部を有しており、
   前記多孔質部は、複数の多孔質層を積層した構成をなしており、この複数の多孔質層のうち、前記ポンプセルにおける前記他方の多孔質電極に接触する電極接触多孔質層の気孔率が、前記ヒータ部に接触するヒータ接触多孔質層の気孔率よりも高い
   ことを特徴とするガスセンサ。
2. 前記ヒータ部は、前記他部材として前記多孔質部を介して前記ポンプセルにおける前記他方の多孔質電極に結合している
   ことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記多孔質部の気孔率が、前記ポンプセルにおける前記他方の多孔質電極の気孔率よりも高い
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 前記多孔質部の気孔率が、２０％〜８０％の範囲内に設定されている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
5. 第３の固体電解質層、および、一方の多孔質電極が前記導入空間に面する形態で該第３の固体電解質層に設けられる一対の多孔質電極からなるとともに、前記ポンプセルと前記センサセルとの間に配置されるモニタセルをさらに備え、前記導入空間は、前記ポンプセルと前記モニタセルとの間に配置され、前記検出空間は、前記センサセルと前記モニタセルとの間に配置されており、前記ポンプセルは、前記モニタセルの前記一対の多孔質電極間に発生する出力信号が一定値となるように前記導入空間における酸素濃度を調整する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のガスセンサ。