JP6367709B2 - ガスセンサ素子およびガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、測定対象ガス（被測定ガス）中に含まれる特定ガスを検出するためのガスセンサ素子およびガスセンサ素子を備えたガスセンサに関する。

従来、被測定ガス（例えば排気ガス等）に含まれる特定ガス（例えばＮＯｘ等）を検出するためのガスセンサ素子、およびそのようなガスセンサ素子を備えるガスセンサが知られている。

このガスセンサ素子としては、板型の固体電解質体と、固体電解質体の外面に形成される一対の電極部と、を有するセルを複数備えているものがある（特許文献１参照）。
例えば、ＮＯｘを検出するガスセンサ素子は、セルとして、第１ポンプセル、酸素濃度検知セル、第２ポンプセルなどを備えており、それらは、絶縁層等を介して積層されている。

このうち、第１ポンプセルは、被測定ガス（排気ガス等）における酸素の汲み入れおよび汲み出し（ポンピング）を行い、被測定ガスの酸素濃度を調整する。酸素濃度検知セルは、第１ポンプセルによって調整された測定対象の酸素濃度を検知する。第２ポンプセルには、酸素濃度が調整された被測定ガスに含まれるＮＯｘ濃度に応じた第２ポンピング電流が流れる。この第２ポンピング電流に基づいて被測定ガスにおけるＮＯｘ濃度を判定できる。

特開２０１０−１２２１８７号公報

上述した従来技術では、各セルの固体電解質体は、絶縁層等を介して積層されており、各固体電解質体の側面がガスセンサ素子の側面の一部を構成しており、固体電解質体が外部に露出しているので、使用状況等によっては、ガスセンサの測定精度が低下することがあった。

詳しくは、ガスセンサを例えば排気管等に取り付けて、排気ガス中の例えばＮＯｘを検出する場合には、ガスセンサを使用しているうちに、ガスセンサ素子の側面にカーボン等の導電物質が付着することがあった。

この導電物質がガスセンサ素子の側面に付着すると、例えば酸素濃度検知セルの固体電解質体と第２ポンプセルの固体電解体とが導通状態となり、例えば酸素濃度の検出やＮＯｘ濃度の検出の際に、各固体電解質体に測定ノイズとなる電流が流れることがあった。

そのため、酸素濃度検知セルにて酸素濃度を検知する精度が低下し、また、第２ポンプセルにてＮＯｘ濃度を精度良く検知することが難しくなることがあった。つまり、従来技術では、被測定ガス中の特定ガスの検出精度が低下するおそれがあった。

そこで、本発明は、特定ガスの検出精度の低下を抑制できるガスセンサ素子を提供すること、および、そのようなガスセンサ素子を備えるガスセンサを提供することを目的とす
る。

（１）本発明の第１局面におけるガスセンサ素子は、三つ以上のセラミック層を積層してなるガスセンサ素子であり、第１測定室と、第２測定室と、導入路と、第１ポンプセルと、酸素濃度検知セルと、第２ポンプセルとを有する。

第１測定室は、三つ以上のセラミック層のうち、二つのセラミック層の層間に形成さており、外部から被測定ガスが導入される。
第２測定室は、第１測定室を形成する層間とは異なる二つのセラミック層の層間に形成されており、第１測定室と少なくとも一部がセラミック層の積層方向に重なり合う。

導入路は、第１測定室と第２測定室との間に配置されるセラミック層を積層方向に貫いており、第１測定室と第２測定室とを連通する。
第１ポンプセルは、第１測定室に隣接するセラミック層と、該セラミック層上に設けられ、第１測定室内に晒される第１内側電極と、第１内側電極と対をなす第１対電極とを備えている。この第１ポンプセルは、第１測定室内の被測定ガスに含まれる酸素をポンピングする。

酸素濃度検知セルは、第１ポンプセルより被測定ガスの導入方向下流側に配置されている。この酸素濃度検知セルは、第１測定室に隣接するセラミック層と、該セラミック層上に設けられ、第１測定室内に晒される検知電極と、検知電極と対をなす基準電極とを備えている。この酸素濃度検知セルは、被測定ガス中の酸素濃度を測定する。

第２ポンプセルは、酸素濃度検知セルより被測定ガスの導入方向下流側に配置されている。この第２ポンプセルは、第２測定室に隣接するセラミック層と、該セラミック層上に設けられ、第２測定室内に晒される第２内側電極と、第２内側電極と対をなす第２対電極とを備えている。この第２ポンプセルは、第２測定室内における被測定ガス中の特定ガス濃度に応じた電流が流れる。

このようなガスセンサ素子において、酸素濃度検知セルを構成するセラミック層は、積層方向に貫く挿通孔を有する検知セル用絶縁性セラミック部と、検知セル用絶縁性セラミック部の挿通孔内に配置された検知セル用固体電解質部とを有する検知セル用複合セラミック層である。また、第２ポンプセルを構成するセラミック層は、積層方向に貫く挿通孔を有する第２ポンプセル用絶縁性セラミック部と、第２ポンプセル用絶縁性セラミック部の挿通孔内に配置された第２ポンプセル用固体電解質部とを有する第２ポンプセル用複合セラミック層である。

さらに、検知セル用固体電解質部には、導入路が設けられている。そして、検知セル用固体電解質部の積層方向の厚みは、第２ポンプセル用固体電解質部の積層方向の厚みより厚く設定されている。

このように、第１局面のガスセンサ素子では、酸素濃度検知セル及び第２ポンプセルを構成するセラミック層が、それぞれ複合セラミック層にて形成されており、挿通孔が形成された絶縁性セラミック部の挿通孔内に固体電解質部が配置されているので、被測定ガス中の特定ガスの検出精度が高いという効果がある。

つまり、第１局面のガスセンサ素子では、固体電解質部が絶縁性セラミック部の挿通孔内に配置されており、従来のように、固体電解質部の側面がガスセンサ素子の側面の一部を構成しておらず、固体電解質部が外部に露出していないので、ガスセンサ素子の側面に
カーボン等の導電物質が付着しても、例えば酸素濃度検知セルや第２ポンプセルの固体電解体部同士が導通状態となりにくい。

従って、例えばガスセンサ素子を長期間使用した場合でも、例えば酸素濃度を精度良く検出できるとともに、被測定ガス中の特定ガスの検出精度の低下を抑制できるという顕著な効果を奏する。

また、第１局面のガスセンサ素子では、被測定ガスが導入される導入路が、検知セル用固体電解質部を貫通するように設けられているので、その点からも、特定ガスの検出精度が高いという効果がある。

詳しくは、被測定ガスを第１測定室から導入路を介して第２測定室に導入し、第２測定室にて特定ガスの濃度を精度良く検出するためには、導入路に導入される被測定ガス中の酸素濃度を精度良く検出し、所定の酸素濃度となるように第１ポンプセルを駆動する必要がある。

これに対して、第１局面のガスセンサ素子では、導入路は検知セル用固体電解質部を貫通するように設けられているので、酸素濃度検知セルの近傍に導入路が配置されることとなり、導入路に導入される被測定ガス中の酸素濃度を精度良く検出できる。

従って、このような精度の良い酸素濃度の検出に基づいて、第１ポンプセルによってポンピングされて所定の酸素濃度となった被測定ガスが、導入路を介して第２測定室に導入されるので、被測定ガスの特定ガスを精度良く検出できる。

このように、第１局面のガスセンサ素子は、導入路の近傍の被測定ガス（即ち実質的に導入路に導入されると考えられる被測定ガス）中の酸素濃度を精度良く検出できるので、結果として、特定ガスも精度良く検出することができる。

さらに、第１局面のガスセンサ素子では、検知セル用固体電解質部の積層方向の厚みは、第２ポンプセル用固体電解質部の積層方向の厚みより厚く設定されているので、検知セル用固体電解質部の強度が高いという利点がある。

通常、固体電解質部を構成する固体電解質は、例えばアルミナ等の絶縁性セラミックに比べて強度が低いが、第１局面のガスセンサ素子では、検知セル用固体電解質部の厚みが、上述のように十分に大きく設定されているので、固体電解質部を貫通するような導入路を設けても、固体電解質部にクラックや割れが生じにくく、強度が高いという利点がある。

ここで、前記特定ガスの検出とは、特定ガスの有無の検出又は特定ガスの濃度の検出を含むものである。
また、前記固体電解質部は、イオン伝導性を有している固体である。また、前記絶縁性セラミック部は、固体電解質部に比べて、電子伝導性及びイオン伝導性が低いものである。

（２）本発明の第２局面のガスセンサ素子では、第１ポンプセルを構成するセラミック層は、積層方向に貫く挿通孔を有する第１ポンプセル用絶縁性セラミック部と、該第１ポンプセル用絶縁性セラミック部の挿通孔内に配置された第１ポンプセル用固体電解質部と、を有する第１ポンプセル用複合セラミック層であってもよい。また、検知セル用固体電解質部の積層方向の厚みは、第１ポンプセル用固体電解質部の積層方向の厚みより厚くてもよい。

このような構成の第２局面のガスセンサ素子では、第１ポンプセル用絶縁性セラミック部の挿通孔に第１ポンプセル用固体電解質部が配置されているので、第１ポンプセル用固体電解質部は他の固体電解質部と同様に外部に露出していない。そのため、ガスセンサ素子の側部に導電物質が付着しても、外部からの電流による影響を受けにくいので、第１ポンプセルの動作を好適に行うことができる。

また、第２局面のガスセンサ素子では、検知セル用固体電解質部の厚みは十分に厚いので、その固体電解質部の強度が高いという効果がある。
さらに、第１ポンプセル用固体電解質部の厚みは、検知セル用固体電解質部の厚みに比べて薄いので、好適に酸素のポンピングを行うことができる。

つまり、第１ポンプセル用固体電解質部は十分に薄いので、酸素のポンピングの際の抵抗が小さく、よって、電流を流して必要なポンピングを行う際に、特定ガスが分解するような高い電圧となりにくい。そのため、特定ガスの濃度が変化し難いので、特定ガスを精度良く検出することができる。

（３）本発明の第３局面のガスセンサ素子では、第１内側電極と、第１対電極と、検知電極と、基準電極と、第２内側電極と、第２対電極とが、それぞれ配置される第１ポンプセル用固体電解質部、検知セル用固体電解質部、第２ポンプセル用固体電解質部の周縁よりも内側に設けられていてもよい。

各電極を構成する電極材料としては、例えば白金のような高価な金属が使用されるが、第３局面のガスセンサ素子では、電極は固体電解質部の周縁より内側（積層方向から見た場合（平面視）で内側）に形成されるので、電極に使用する金属が少なくて済む。よって、省資源に寄与するとともに、コスト低減に寄与するという利点がある。

ここで、「内側」とは、積層方向から見た場合（平面視）で、固体電解質部の内周側のことである。なお、各電極は、各固体電解質部の全周に渡って内側に形成されていることが望ましいが、一部、固体電解質部と同一又は外側に形成されていてもよい。

（４）本発明の第４局面のガスセンサは、被測定ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を備えるガスセンサであって、ガスセンサ素子として、上述のいずれかのガスセンサ素子を備える。

このように、上述のいずれかのガスセンサ素子を備えるガスセンサは、特定ガスの検出精度の低下を抑制できる。また、構成部品の強度を高めることができるので、耐久性が向上するという効果がある。

本発明のガスセンサ素子およびガスセンサによれば、被測定ガス中の特定ガスの検出精度の低下を抑制でき、また、導入路の設けられた固体電解質部の強度を高めることができる。

実施形態のＮＯｘセンサを軸方向に沿って破断した状態を示す断面図である。 ガスセンサ素子の外観を示す斜視図である。 ガスセンサ素子を分解して示す斜視図である。 ガスセンサ素子を長手方向に沿って積層方向に破断し、その先端側における内部構造を模式的に示す説明図である。 （ａ）は第１セラミック層の先端側を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は第２セラミック層の先端側を示す平面図、（ｄ）は（ｃ）の側面図、（ｅ）は第３セラミック層の先端側を示す平面図、（ｆ）は（ｅ）の側面図である。 ガスセンサ素子の成形体の製造方法に関する説明図である。

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下に示す実施形態では、ガスセンサの一種であるＮＯｘセンサを例に挙げる。具体的には、自動車や各種内燃機関における排気管に装着されるガスセンサであって、測定対象となる排気ガス中の特定ガス（窒素酸化物：ＮＯｘ）を検出するガスセンサ素子（検出素子）が組み付けられて構成されるＮＯｘセンサを例に挙げて説明する。

［１．実施形態］
［１−１．ＮＯｘセンサの全体構成］
まず、本実施形態のガスセンサ素子が使用されるＮＯｘセンサの全体の構成について、図１に基づいて説明する。

図１に示す様に、本実施形態におけるＮＯｘセンサ１は、排気管に固定するためのネジ部３が外表面に形成された筒状の主体金具５と、軸線Ｏ方向（ＮＯｘセンサ１の長手方向：図１の上下方向）に延びる板状形状のガスセンサ素子７と、ガスセンサ素子７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９と、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔１１の内壁面がガスセンサ素子７の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される第１セパレータ１３と、ガスセンサ素子７と第１セパレータ１３との間に配置される６個（図１には２個のみ図示）の接続端子１５と、を主に備えている。

ガスセンサ素子７は、後に詳述する様に、長手方向に伸びる直方体形状（板型形状）に形成されており、その先端側に、被測定ガスに含まれる特定ガス（ここではＮＯｘ）を検出する検知部１７を備える。また、ガスセンサ素子７は、後端側（図１の上方：長手方向後端部）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１主面２１および第２主面２３に、電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０（詳細は、図２、図３参照）が形成されている。

接続端子１５は、ガスセンサ素子７の電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０にそれぞれ電気的に接続されるとともに、外部からＮＯｘセンサ１の内部に配設されるリード線３５にも電気的に接続されている。これにより、リード線３５が接続される外部機器と電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０との間に流れる電流の電流経路が形成される。

主体金具５は、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔３７を有し、貫通孔３７の径方向内側に突出する棚部３９を有する略筒状形状に構成されている。この主体金具５は、検知部１７を貫通孔３７の先端よりも先端側に配置し、電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０を貫通孔３７の後端よりも後端側に配置する状態で、貫通孔３７に挿通されたガスセンサ素子７を保持するよう構成されている。

また、主体金具５の貫通孔３７の内部には、ガスセンサ素子７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４１、滑石リング４３，４５、及び上述のセラミックスリーブ９が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。

このセラミックスリーブ９と主体金具５の後端部４７との間には、加締パッキン４９が配置され、一方、セラミックホルダ４１と主体金具５の棚部３９との間には、滑石リング
４３，４５やセラミックホルダ４１を保持するための金属ホルダ５１が配置されている。なお、主体金具５の後端部４７は、加締パッキン４９を介して、セラミックスリーブ９を先端側に押し付けるように、加締められている。

更に、主体金具５の先端部５３の外周には、ガスセンサ素子７の突出部分を覆う金属製（例えば、ステンレスなど）の二重構造とされたプロテクタ５５が溶接等によって取り付けられている。

一方、主体金具５の後端側外周には、外筒５７が固定されており、外筒５７の後端側の開口部には、グロメット５９が配置されている。このグロメット５９には、各電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０とそれぞれ電気的に接続される６本のリード線３５（図１では２本が図示）が挿通されるリード線挿通孔６１が形成されている。

なお、第１セパレータ１３の外周には、鍔部６３が形成されており、鍔部６３は、保持部材６５を介して外筒５７に固定されている。また、第１セパレータ１３の後端側には、第１セパレータ１３とグロメット５９に挟持される第２セパレータ６７が配置されており、接続端子１５の後端側が第２セパレータ６７内に挿入されている。

［１−２．ガスセンサ素子の構成］
次に、本実施形態の要部であるガスセンサ素子７について、図２〜図５に基づいて説明する。

なお、図３〜図５において、図面左方向がガスセンサ素子７の先端側であり、図面右方向がガスセンサ素子７の後端側である。また、図２では、図面下方がガスセンサ素子の７の先端側であり、図面上方がガスセンサ素子７の後端側である。なお、図４では、ガスセンサ素子７の長手方向における中間位置の図示を省略するとともに、ガスセンサ素子７と外部機器（制御部７０）との電気的な接続状態を模式的に表している。

＜ガスセンサ素子の全体構成＞
図２に示す様に、ガスセンサ素子７は、長手方向（Ｙ軸方向）に延びる長尺の板材である。なお、図２において、長手方向がガスセンサの軸線Ｏ方向に沿う形態となる。また図２のＺ軸方向は、長手方向に垂直な積層方向であり、Ｘ軸方向は、長手方向及び積層方向に垂直な幅方向である。

ガスセンサ素子７は、長手方向に伸びる直方体形状（板型形状）に形成されており、長手方向に伸びる板状の素子部７１と、同じく長手方向に延びる板状のヒータ７３とが、積層されて構成されている。ガスセンサ素子７は、その先端側に、被測定ガスに含まれる特定ガスを検出する検知部１７を備える。

つまり、図３及び図４に示すように、ガスセンサ素子７は、積層方向（図３の上下方向及び図４の左右方向）の一方の側（図３の上側及び図４の左側）に配置されて、長手方向に伸びる板状の素子部７１と、素子部７１の反対側（裏側）に配置されて、同じく長手方向に延びる板状のヒータ７３とを備える。

更に、素子部７１は、後述するように、第１ポンプセル７５と、酸素濃度検知セル７７と、第２ポンプセル７９とを備える。
＜素子部及びヒータの構成＞
素子部７１は、第１絶縁層８１、第１セラミック層８３、第２絶縁層８５、第２セラミック層８７、第３絶縁層８９、第３セラミック層９１を、この順に積層した構造を有する。また、ヒータ７３は、第４絶縁層９３、第５絶縁層９５をこの順に積層した構造を有す
る。

なお、第１〜第３セラミック層８３，８７，９１は、ガスセンサ素子７の長手方向に延びる板状である。
第１セラミック層８３と第２セラミック層８７との間には、第１測定室９７が形成されている。第１測定室９７の先端側領域は、２つの拡散抵抗体９９（図３参照）を介して外部に繋がっており、拡散抵抗体９９を介して外部から外気である被測定ガス（排気ガス）がガスセンサ素子７の内部に導入される。第１測定室９７は、その後端側領域において、第２セラミック層８７に形成される後述する導入路１０１を介して、第３絶縁層８９に形成される第２測定室１０３に繋がっている。なお、拡散抵抗体９９は、アルミナ等の多孔質物質を用いて形成され、気体の流通が可能になっている。

第５、第６絶縁層９３，９５の間には、タングステン等の導体によって形成された発熱抵抗体１０５が備えられている。発熱抵抗体１０５は、ヒータ７３の一部として備えられている。

ヒータ７３は、外部から供給された電力によって発熱抵抗体１０５が発熱することで、ガスセンサ素子７（特に、素子部７１）を所定の活性温度に昇温し、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。

また、図３、図４に示すように、第１セラミック層８３は、長手方向に延びる板状の第１絶縁性セラミック部１１１と、長手方向先端側に設けられ、第１絶縁性セラミック部１１１を厚み方向に貫通する第１挿通孔１１３と、第１挿通孔１１３を埋めるように配置された板状の第１固体電解質部１１５とを備えている。

また、第２セラミック層８７は、長手方向に延びる板状の第２絶縁性セラミック部１１７と、長手方向先端側に設けられ、第２絶縁性セラミック部１１７を厚み方向に貫通する第２挿通孔１１９と、第２挿通孔１１９を埋めるように配置された板状の第２固体電解質部１２１とを備えている。

さらに、第３セラミック層９１は、長手方向に延びる板状の第３絶縁性セラミック部１２３と、長手方向先端側に設けられ、第３絶縁性セラミック部１２３を厚み方向に貫通する第３挿通孔１２５と、第３挿通孔１２５を埋めるように配置された第３固体電解質部１２７とを備えている。

なお、第１セラミック層８３、第２セラミック層８７、第３セラミック層９１の詳細については、後述する。
＜各セルの構成＞
図３及び図４に示すように、本実施形態では、素子部７１は、第１ポンプセル７５と、酸素濃度検知セル７７と、第２ポンプセル７９とを有している。

第１ポンプセル７５は、第１セラミック層８３の第１固体電解質部１１５と、これを挟持するように配置された一対の電極（第１内側電極１３７、第１対電極１３９）とを備えている。第１内側電極１３７は、第１測定室９７に面している。第１内側電極１３７及び第１対電極１３９は、いずれも白金を主成分にして形成されている。

第１対電極１３９は、第１絶縁層８１のうちの第１対電極１３９と対向する部分（開口部１４１）に埋め込まれた多孔質部１４３（例えば、アルミナ）により覆われている。多孔質部１４３は、ガス（例えば、酸素）が通過可能に構成されている。

酸素濃度検知セル７７は、第２セラミック層８７の第２固体電解質部１２１と、これを挟持するように配置された検知電極１４５及び基準電極１４７とを備えている。
第３絶縁層８９のうち、基準電極１４７に接する部分には、第３絶縁層８９の厚さ方向に貫通する空間部分としての基準酸素室１４９が形成されている。基準酸素室１４９は、平面視で、円形状に形成されると共に、その内部の第３固体電解質部１２７に面する領域に、多孔質部１５１（図４参照）が配置され、その他の領域が空洞として形成されている。

また、第３絶縁層８９のうち、基準酸素室１４９より後端側には、第３絶縁層８９の厚さ方向に貫通する空間部分としての第２測定室１０３が形成されている。なお、第２測定室１０３は、平面視で、矩形状である。

この酸素濃度検知セル７７については、予め定められた微弱な一定値の電流を流すことにより、酸素が酸素濃度検知セル７７を介して第１測定室９７から基準酸素室１４９に送り込まれる。そして、基準酸素室１４９の酸素濃度は、所定の濃度に維持される。これにより、基準酸素室１４９は、酸素濃度の基準として利用される。

第２ポンプセル７９は、第３固体電解質部１２７と、第３固体電解質部１２７のうち、第２測定室１０３に面した表面に配置された第２内側電極１５３と、基準酸素室１４９に面した表面に配置された第２対電極１５５とを備えている。

前記各電極１３９，１３７，１４５，１４７，１５３，１５５は、各電極１３９，１３７，１４５，１４７，１５３，１５５が設けられた各固体電解質部１１５，１２１，１２７において、平面視で、各固体電解質部１１５，１２１，１２７の外周より内側（内周側）に形成されている。

なお、前記各電極１３９，１３７，１４５，１４７，１５３，１５５は、いずれも白金を主成分として形成されている。また、各電極１３９，１３７，１４５，１４７，１５３，１５５は、電極反応を良好に維持するために、気体を内部に流通可能な程度の多孔質状に形成されている。すなわち、被測定ガスの気体（酸素やＮＯｘ等の気相）と電極（触媒相）と固体電解質部（酸素イオン伝導相）とが接する三相界面を良好に形成する程度の多孔質状に形成されている。

また、第１絶縁層８１の後端側外表面には、３つの電極パッド２５，２６，２７が形成されており、第５絶縁層９５の後端側外表面にも、３つの電極パッド２８，２９，３０が形成されている。

図３に示すように、各電極１３９，１３７，１４５，１４７，１５３，１５５および発熱抵抗体１０５は、配線ユニットＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６によって、対応する電極パッド２５，２６，２７，２８，２９，３０と電気的に接続されている。

詳細には、第１電極パッド２５は、第１配線ユニットＬ１によって第１対電極１３９と電気的に接続される。第２電極パッド２６は、第２配線ユニットＬ２によって基準電極１４７と電気的に接続される。第３電極パッド２７は、第３配線ユニットＬ３によって第１内側電極１３７、検知電極１４５、第２内側電極１５３に電気的に接続される。第４電極パッド３０は、第４配線ユニットＬ４によって第２対電極１５５に電気的に接続される。

また、第１ヒータ用電極パッド２８は、第１ヒータ用配線ユニットＬ５によって発熱抵抗体１０５に電気的に接続される。第２ヒータ用電極パッド２９は、第２ヒータ用配線ユニットＬ６によって発熱抵抗体１０５に電気的に接続される。

第１配線ユニットＬ１は、第１リード部Ｌ１ａと第１スルーホール導体部Ｌ１ｂとを有する。第１スルーホール導体部Ｌ１ｂは、貫通孔Ｈ１によって形成される。第１スルーホール導体部Ｌ１ｂは、貫通孔Ｈ１の内表面に導体を形成することで作成される（なお、他のスルーホール導体部の導体の形成も同様である）。

第２配線ユニットＬ２は、第２リード部Ｌ２ａと、第２スルーホール導体部Ｌ２ｂとを有する。第２スルーホール導体部Ｌ２ｂは、各貫通孔Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５によって形成される。

第３配線ユニットＬ３は、第３リード部Ｌ３ａと、第４リード部Ｌ３ｂと、第５リード部Ｌ３ｃと、第３スルーホール導体部Ｌ３ｄとを有する。第３スルーホール導体部Ｌ３ｄは、各貫通孔Ｈ６，Ｈ７，Ｈ８，Ｈ９，Ｈ１０によって形成される。

上記のように、第１内側電極１３７、検知電極１４５、第２内側電極１５３は、共通の第３電極パッド２７に電気的に接続されている。そして、第３電極パッド２７は、制御部７０のグランド電位に接続されている。

第４配線ユニットＬ４は、第６リード部Ｌ４ａと、第４スルーホール導体部Ｌ４ｂとを有する。第４スルーホール導体部Ｌ４ｂは、各貫通孔Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３によって形成される。

第１ヒータ用配線ユニットＬ５は、第１ヒータ用リード部Ｌ５ａと、第１ヒータ用スルーホール導体部Ｌ５ｂとを有する。第１ヒータ用スルーホール導体部Ｌ５ｂは、貫通孔Ｈ１４によって形成される。

第２ヒータ用配線ユニットＬ６は、第２ヒータ用リード部Ｌ６ａと、第２ヒータ用スルーホール導体部Ｌ６ｂとを有する。第２ヒータ用スルーホール導体部Ｌ６ｂは、貫通孔Ｈ１５によって形成される。

＜各セラミック層の構成＞
本実施形態では、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第１セラミック層８３は、長手方向に延びる板状の第１絶縁性セラミック部１１１と、第１絶縁性セラミック部１１１を厚み方向に貫通する第１挿通孔１１３と、第１挿通孔１１３の全体を埋めるように配置された板状の第１固体電解質部１１５とを備えている。

つまり、第１セラミック層８３は、第１絶縁性セラミック部１１１と第１固体電解質部１１５とからなる第１ポンプセル用複合セラミック層である。なお、第１挿通孔１１３及び第１固体電解質部１１５は、平面視で、例えば矩形状である。

図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、第２セラミック層８７は、長手方向に延びる板状の第２絶縁性セラミック部１１７と、第２絶縁性セラミック部１１７を厚み方向に貫通する第２挿通孔１１９と、第２挿通孔１１９の全体を埋めるように配置された板状の第２固体電解質部１２１とを備えている。

つまり、第２セラミック層８７は、第２絶縁性セラミック部１１７と第２固体電解質部１２１とからなる検知セル用複合セラミック層である。
また、図５（ａ）、（ｃ）に示すように、第２固体電解質部１２１は、平面視で、第１固体電解質部１１５より後端側に配置されている。なお、第２挿通孔１１９及び第２固体電解質部１２１は、平面視で、例えば矩形状である。

この第２固体電解質部１２１には、平面視で略中央に、例えば面積中心（平面形状における重心）より若干後端側に、前記導入路１０１が設けられている。この導入路１０１は、第２固体電解質部１２１を厚み方向に貫通する円柱状の貫通孔である。なお、導入路１０１の平面形状は、例えば直径０．４〜１．２ｍｍの範囲内の例えば直径０．８ｍｍの円形である。

図５（ｅ）、（ｆ）に示すように、第３セラミック層９１は、長手方向に延びる板状の第３絶縁性セラミック部１２３と、第３絶縁性セラミック部１２３を厚み方向に貫通する第３挿通孔１２５と、第３挿通孔１２５の全体を埋めるように配置された第３固体電解質部１２７とを備えている。

つまり、第３セラミック層９１は、第３絶縁性セラミック部１２３と第３固体電解質部１２７とからなる第２ポンプセル用複合セラミック層である。
また、図５（ｃ）、（ｅ）に示すように、第３固体電解質部１２７は、平面視で、第２固体電解質部１２１と同様な位置に配置されている。なお、第３挿通孔１２５及び第３固体電解質部１２７は、平面視で、例えば矩形状である。

なお、第１〜３挿通孔１１３，１１９，１２５及び第１〜第３固体電解質部１１５，１２１，１２７の四隅は、平面視でＲ形状となるように丸めてある。
そして、本実施形態では、前記第２固体電解質部１２１の厚みＴ２は、第１、第３固体電解質部１１５，１２７の厚みＴ１、Ｔ３より大きく設定されている。例えば、各厚みは、Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１のように設定されている。詳しくは、第２固体電解質部１２１の厚みＴ２は、例えば１００〜３００μｍの範囲内の例えば２００μｍである。第１固体電解質部１１５の厚みＴ１は、例えば２０〜１６０μｍの範囲内の例えば９０μｍである。第３固体電解質部１２７の厚みＴ３は、例えば６０〜２２０μｍの範囲内の例えば１４０μｍである。

ここで、第１〜第３固体電解質部１１５，１２１，１２７は、それぞれ、酸素イオン伝導性を有するジルコニアを主成分に用いて形成されている。第１〜第５絶縁層８１，８５，８９，９３，９５、第１〜第３絶縁性セラミック部１１１，１１７，１２３は、電気絶縁性を有するアルミナを主成分に用いて形成されており、気体等の流体の透過（流通）を防止できる程度に密に形成されている。

なお、主成分とは、「各構成中の主材料の含有量が５０ｗｔ％以上であること」を指し、例えば、第１〜第３固体電解質部１１５，１２１，１２７は、ジルコニアが５０ｗｔ％以上含有されている。

［１−３．ガスセンサ素子の動作］
次に、ガスセンサ素子７の動作の一例について説明する。
まず、エンジンの始動によって制御部７０（図４参照）が起動すると、制御部７０は、ヒータ７３に電力を供給する。ヒータ７３は、第１ポンプセル７５、酸素濃度検知セル７７、第２ポンプセル７９を活性化温度まで加熱する。

そして、各セル７５、７７、７９が活性化温度まで加熱されると、制御部７０は、第１ポンプセル７５に電流（第１ポンピング電流Ｉｐ１）を流す。これにより、第１ポンプセル７５は、第１固体電解質部１１５を介して第１内側電極１３７と第１対電極１３９との間で酸素を移動させることで、第１測定室９７に流入した被測定ガス（排気ガス）における酸素の汲み入れおよび汲み出しを行う。

制御部７０は、酸素濃度検知セル７７の電極間電圧（端子間電圧）が一定電圧Ｖ１（例えば４２５ｍＶ）になるように、第１ポンプセル７５に通電する第１ポンピング電流Ｉｐ１を制御する。酸素濃度検知セル７７の電圧は、基準酸素室１４９の酸素濃度を基準として、検知電極１４５における酸素濃度に応じた値となる。この制御によって、第１測定室９７の内部の酸素濃度は、ＮＯｘが分解しない程度に調整される。

第１測定室９７にて酸素濃度が調整された被測定ガスは、第２固体電解質部１２１の導入路１０１を介して、第２測定室１０３に向かってさらに流れる。
制御部７０は、第２ポンプセル７９に電極間電圧（端子間電圧）を印加する。この電圧は、被測定ガス中のＮＯｘガスが酸素と窒素ガスに分解する程度の一定電圧に設定されている（酸素濃度検知セル７７の制御電圧の値より高い電圧、例えば４５０ｍＶ）。これにより、被測定ガス中のＮＯｘが、窒素と酸素に分解される。

制御部７０は、ＮＯｘの分解により生じた酸素を第２測定室１０３から汲み出すように、第２ポンプセル７９に電流（第２ポンピング電流Ｉｐ２）が流れる。第２ポンピング電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度の間には比例関係があるので、第２ポンピング電流Ｉｐ２の電流値を検出することによって被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することができる。

なお、ガスセンサ素子７は、接続端子１５およびリード線３５を介して、外部機器（制御部７０）に接続される。制御部７０は、ヒータ７３に発熱用の電力を供給するとともに、素子部７１の各セル（第１ポンプセル７５，酸素濃度検知セル７７，第２ポンプセル７９）との間で信号を送受信することによって、ガスセンサ素子７を制御する。

なお、本実施形態では、制御部７０は、オペアンプ等を用いて形成された電子回路として備えられる。制御部７０は、ＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータを用いて形成してもよい。

［１−４．ガスセンサの製造方法］
次に、本実施形態のＮＯｘセンサ１の製造方法について、前記図３及び図６を用いて簡単に説明する。

なお、ここでは、以下に述べるように、図３に示す下方の層から順次他の層を積層するようにしてＮＯｘセンサ１を製造する例について説明するが、各構成の製造手順は、これに限定されるものではない。

＜材料作製工程＞
図３に示すように、ガスセンサ素子７を製造する場合、まず、公知のガスセンサ素子７の材料となる各種積層材料、即ち、素子部７１の第１〜第３絶縁性セラミック部１１１，１１７，１２３となる未焼成絶縁シート、第１〜第３固体電解質部１１５，１２１，１２７となる未焼成固体電解質シート、第１絶縁層８１となる未焼成絶縁層シート、ヒータ７３の第４、第５絶縁層９３、９５となる未焼成絶縁シートを作製する。

具体的には、未焼成絶縁シートを形成する場合には、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、ブチラール樹脂とジブチルフタレートとを加えて、更に混合溶媒（トルエン及びメチルエチルケトン）を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成絶縁シートを作製する。

特に、第１〜第３絶縁性セラミック部１１１，１１７，１２３となる各未焼成絶縁シートには、第１〜第３固体電解質部１１５，１２１，１２７の未焼成固体電解質シートの平
面形状に対応した矩形状の貫通孔を形成する。

つまり、ガスセンサ素子７は、第１〜第３絶縁性セラミック部１１１，１１７，１２３の挿通孔１１３，１１９，１２５に、第１〜第３固体電解質部１１５，１２１，１２７が埋め込まれた構成であるので、予め、第１〜第３絶縁性セラミック部１１１，１１７，１２３となる各未焼成絶縁シートに、第１〜第３固体電解質部１１５，１２１，１２７の各挿通孔１１３，１１９，１２５の平面形状に対応した貫通孔を形成する。

また、第１絶縁層８１となる未焼成絶縁シートにも、開口部１４１に対応した矩形状の貫通孔を形成する。
なお、後述する焼成によって、各未焼成絶縁シート及びその貫通孔の形状は若干変化する（以下、未焼成の部材についても、焼成の前後で形状は変化する）。

また、前記未焼成固体電解質シートを形成する場合、まず、ジルコニアを主体とするセラミック粉末に対して、アルミナ粉末やブチラール樹脂などを加えて、さらに混合溶媒（トルエン及びメチルエチルケトン）を混合して、スラリーを生成する。そして、このスラリーをドクターブレード法によりシート状とし、混合溶媒を揮発させることで未焼成固体電解質シートを作製する。

そして、この第１〜第３各固体電解質部１１５，１２１，１２７となる未焼成固体電解質シートを、第１〜第３各固体電解質部１１５，１２１，１２７に対応した矩形状に切断する。

詳しくは、第１〜第３各固体電解質部１１５，１２１，１２７となる未焼成固体電解質シートを、第１〜第３絶縁性セラミック部１１１，１１７，１２３の未焼成絶縁シートに開けられた貫通孔（即ち、各挿通孔１１３，１１９，１２５に対応した形状の貫通孔）に隙間無く埋め込むことができるような矩形状に切断する。

これとは別に、焼成後に、第２、第３絶縁層８５，８９となる材料として、アルミナを主体とするセラミック粉末に対して、ブチラール樹脂とジブチルフタレートとを加えて、更に混合溶媒（トルエン及びメチルエチルケトン）を混合して、アルミナスラリーを作製する。

また、焼成後に、拡散抵抗体９９、多孔質部１４３、多孔質部１５１などになる未焼成の多孔質を形成ために、アルミナ粉末１００質量％、加熱焼失材（例えば、カーボンなど）及び可塑剤を湿式混合により分散した多孔質用スラリーを作製する。可塑剤はブチラール樹脂及びＤＢＰを有する。

そして、これらの材料を用いて、下記に示すように、ガスセンサ素子７を作製する。
＜積層工程＞
まず、ヒータ７３の第５絶縁層９５となる未焼成絶縁シートの表面（上面）に、発熱抵抗体１０５及び第１、第２ヒータ用リード部Ｌ５ａ，Ｌ６ａとなるヒータパターンを形成する。

ヒータパターンの材料として、例えば白金を主成分とし、セラミック（例えば、アルミナ）が含まれる白金ペーストを作製し、この白金ペーストを印刷してヒータパターンを形成する。

また、未焼成絶縁シートの下面には、例えば白金等のメタライズインクを用いて、各電極パッド２８，２９，３０の形状に印刷しておく。
さらに、第５絶縁層９５には、貫通孔Ｈ１３，Ｈ１４，Ｈ１５となる孔をあけておき、この孔の内周面には、前記メタライズインクを塗布しておく。

なお、他の貫通孔Ｈ１〜Ｈ１５の形成方法及びメタライズインクの塗布方法も同様であるので、以下では、他の貫通孔Ｈ１〜Ｈ１５に関する同様な説明は省略する。
次に、ヒータパターン等を形成した第５絶縁層９５の表面に、ヒータパターンを覆うように、第４絶縁層９３となる未焼成絶縁シートを積層する。

次に、第３絶縁性セラミック部１２３となる未焼成絶縁シートの挿通孔１２５に対応した貫通孔に、第３固体電解質部１２７となる未焼成固体電解質シートを埋め込んで、第３セラミック層９１となる第３複合シート９１ａ（図３参照）を作製する。

次に、第４絶縁層９３となる未焼成絶縁シートの表面（上面）に、第３セラミック層９１となる第３複合シート９１ａを積層する。なお、第３複合シート９１ａを作製する時期は、第３複合シート９１ａを積層する前であればよい（以下、他の第１、第２複合シート８３ａ，８７ａ（図３参照）の作製時期も同様である）。

次に、第３複合シート９１ａの表面に、上述したメタライズインクを用いて、第２内側電極１５３と第２対電極１５５となる電極パターンを印刷する。また、上述した白金ペーストを用いて、第４、第５リード部Ｌ３ｃ，Ｌ４ａとなるリードパターンを印刷する。

なお、電極パターンとリードパターンの材料は、他のセラミック層８３，８７でも同様である。
また、第３複合シート９１ａの表面（上面）に、上述したアルミナスラリーを用いて、第３絶縁層８９となる層を印刷する。

この層を形成する際には、基準酸素室１４９及び第２測定室１０３となる部分には層を形成せずに、開口としておく。そして、基準酸素室１４９となる開口の底部には、多孔質部１５１となる多孔質スラリーを印刷する。また、多孔質スラリーの上面と第２測定室１０３となる開口には、昇華剤としてカーボンペーストを印刷する。

次に、第２絶縁性セラミック部１１７となる未焼成絶縁シートの挿通孔１１９に対応した貫通孔に、第２固体電解質部１２１となる未焼成固体電解質シートを埋め込んで、第２セラミック層８７となる第２複合シート８７ａを作製する。

次に、第２複合シート８７ａの未焼成固体電解質シートに、導入路１０１となる貫通孔を開ける。なお、この貫通孔には、カーボンペーストを充填する。
そして、第２複合シート８７ａの上面に、検知電極１４５となる電極パターンと第３リード部Ｌ３ｂとなるリードパターンを形成する。一方、第２複合シート８７ａの下面には、基準電極１４７と第２リード部Ｌ２ａとなるリードパターンを形成する。

次に、前記第３絶縁層８９となる層の表面に、前記電極パターン等を設けた第２複合シート８７ａを積層する。
次に、第２複合シート８７ａの表面（上面）に、アルミナスラリーを用いて、第２絶縁層８５となる層を印刷する。

この層には、拡散抵抗体９９を形成する位置に第１の開口を設けるとともに、第１測定室１１５となる位置にも第２の開口を設けておく。そして、第１の開口には、拡散抵抗体９９となる多孔質スラリーを印刷する。また、第１測定室１１５となる第２の開口には、カーボンペーストを印刷する。なお、第１、第２の開口は連通している。

次に、第１絶縁性セラミック部１１１となる未焼成絶縁シートの挿通孔１１３に対応した貫通孔に、第１固体電解質部１１５となる未焼成固体電解質シートを埋め込んで、第１セラミック層８３となる第１複合シート８３ａを作製する。

そして、この第１複合シート８３ａの上面に、第１対電極１３９となる電極パターンと第１リード部Ｌ１ａとなるリードパターンを形成する。一方、第１複合シート８３ａの下面には、第１内側電極１３７と第３リード部Ｌ３ａとなるリードパターンを形成する。

次に、前記第２絶縁層８５となる層の表面に、前記電極パターン等を設けた第１複合シート８３ａを積層する。
次に、第１複合シート８３ａの表面に、第１絶縁層８１となる未焼成絶縁シートを積層する。

なお、この未焼成絶縁シートの開口部１４１に対応した貫通孔には、予め多孔質スラリーを印刷しておく。また、この未焼成絶縁シートの下面には、前記メタライズインクを用いて、各電極パッド２５，２６，２７の形状に印刷しておく。

このようにして、各層を積層することにより、未焼成積層体が形成される。
そして、この未圧着積層体を１ＭＰａで加圧することにより、図６に示す様な圧着された成形体１６１を得る。

その後、加圧により得られた成形体１６１を、所定の大きさで切断することにより、ガスセンサ素子７と大きさが同等の複数（例えば１０個）の未焼成積層体を得る。
その後、この未焼成積層体を樹脂抜きし、さらに焼成温度１５００℃にて、１時間で本焼成して、図２に示す様なガスセンサ素子７を得る。

このようにしてガスセンサ素子７を得た後、ガスセンサ素子７を主体金具５に組み付ける組付工程を行う。
即ち、この工程では、上記製造方法で作製されたガスセンサ素子７を金属ホルダ５１に挿入し、さらにガスセンサ素子７をセラミックホルダ４１、滑石リング４３で固定し、組み立て体を作製する。その後、この組み立て体を主体金具５に固定し、ガスセンサ素子７の軸線Ｏ方向後端部側を滑石リング４５、セラミックスリーブ９に挿通させつつ、これらを主体金具５に挿入する。

そして、主体金具５の後端部４７にてセラミックスリーブ９を加締め、下部組立体を作製する。なお、下部組立体には、あらかじめプロテクタ５５が取付けられている。
一方、外筒５７、セパレータ１３、グロメット５９などを組みつけ、上部組立体を作製する。そして、下部組立体と上部組立体とを接合し、ＮＯｘセンサ１を得る。

［１−５．効果］
（１）本実施形態のガスセンサ素子７では、酸素濃度検知セル７７及び第２ポンプセル７９を構成する第２、第３セラミック層８７，９１は、それぞれ、検知セル用複合セラミック層、第２ポンプセル用複合セラミック層にて形成されており、挿通孔１１９，１２５が形成された第２、第３絶縁性セラミック部１１７，１２３を備えている。そして、この挿通孔１１９，１２５内には第２、第３固体電解質部１２１，１２７が配置されている（即ち埋め込まれている）ので、被測定ガス中のＮＯｘの検出精度が高いという効果がある。

つまり、このガスセンサ素子７では、第２、第３固体電解質部１２１，１２７の側面が
ガスセンサ素子７の側面の一部を構成しておらず、第２、第３固体電解質部１２１，１２７が外部に露出していないので、ガスセンサ素子７の側面にカーボン等の導電物質が付着しても、酸素濃度検知セル７７や第２ポンプセル７９に測定ノイズとなる電流が流れにくい。

従って、例えばガスセンサ素子７を長期間使用した場合でも、ＮＯｘ等の検出精度の低下を抑制できるという顕著な効果を奏する。
また、本実施形態のガスセンサ素子７では、被測定ガスが導入される導入路１０１が、第２セラミック層（即ち検知セル用複合セラミック層）８７の第２固体電解質部１２１を貫通するように設けられているので、その点からも、ＮＯｘ検出精度が高いという効果がある。

つまり、このガスセンサ素子７では、実際に導入路１０１に導入される近傍に酸素濃度検知セル７７が配置されるため、導入路１０１に導入される被測定ガス中の酸素濃度を精度良く検知できるので、ＮＯｘ濃度を精度良く検出できる。

さらに、本実施形態のガスセンサ素子７では、第２セラミック層８７の第２固体電解質部１２１の厚みは、第３セラミック層（即ち第２ポンプセル用複合セラミック層）９１の第３固体電解質部１２７の厚みより厚い。

よって、例えばアルミナより強度が低いジルコニア等からなる第２固体電解質部１２１を貫通するように導入路１０１を設けても、第２固体電解質部１２１にクラックや割れが生じにくいという利点がある。

（２）本実施形態のガスセンサ素子７では、第２セラミック層８７の第２固体電解質部１２１の厚みは、第１セラミック層（即ち第１ポンプセル用複合セラミック層）８３の第１固体電解質部１１５の厚みより厚いので、第２固体電解質部１２１の強度が第１固体電解質部１１５の強度よりも高いという効果がある。

また、第１セラミック層８３の第１固体電解質部１１５の厚みは、第２セラミック層８７の第２固体電解質部１２１の厚みに比べて薄いので、ＮＯｘの分解を抑制しつつ、好適に酸素のポンピングを行うことができる。よって、この点からも、ＮＯｘ濃度を精度良く検出できる。

（３）本実施形態のガスセンサ素子７では、平面視で、第１内側電極１３７と、第１対電極１３９と、検知電極１４５と、基準電極１４７と、第２内側電極１５３と、第２対電極１５５とが、各固体電解質部１１５，１２１，１２７の周縁よりも内側にて、各固体電解質部１１５，１２１，１２７上に設けられている。

従って、各電極１３７，１３９，１４５，１４７，１５３，１５５に使用する金属が少なくて済むので、省資源に寄与するとともに、コスト低減に寄与するという利点がある。
（４）本実施形態のＮＯｘセンサ１は、上述したガスセンサ素子７を備えているので、ＮＯｘの検出精度の低下を抑制できる。また、構成部品の強度を高めることができるので、耐久性が向上するという効果がある。

［１−６．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
ＮＯｘセンサ１、ガスセンサ素子７、第１ポンプセル７５、酸素濃度検知セル７７、第２ポンプセル７９が、それぞれ、ガスセンサ、ガスセンサ素子、第１ポンプセル、酸素濃度検知セル、第２ポンプセルの一例に相当する。

また、また、第１測定室９７、導入路１０１、第２測定室１０３が、それぞれ、第１測定室、導入路、第２測定室の一例に相当する。
また、セラミック層８３，８７，９１が、セラミック層の一例に相当し、第１セラミック層８３、第２セラミック層８７、第３セラミック層が、それぞれ、第１ポンプセル用複合セラミック層、検知セル用複合セラミック層、第２ポンプセル用複合セラミック層の一例に相当する。

また、第１内側電極１３７、第１対電極１３９、検知電極１４５、基準電極１４７、第２内側電極１５３、第２対電極１５５が、それぞれ、第１内側電極、第１対電極、検知電極、基準電極、第２内側電極、第２対電極の一例に相当する。

さらに、第１絶縁性セラミック部１１１、第２絶縁性セラミック部１１７、第３絶縁性セラミック部１２３が、それぞれ、第１ポンプセル用絶縁性セラミック部、検知セル用絶縁性セラミック部、第２ポンプセル用絶縁性セラミック部の一例に相当し、第１固体電解質部１１５、第２固体電解質部１２１、第３固体電解質部１２７が、それぞれ、第１ポンプセル用固体電解質部１１５、検知セル用固体電解質部１２１、第２ポンプセル用固体電解質部の一例に相当する。

［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

（１）例えば、第１〜第３固体電解質部の平面形状（平面視での形状）としては、本実施形態では矩形状が挙げられているが、それ以外の多角形や円形等の他の形状であってもよい。

（２）第２固体電解質部の導入路の平面形状としては、本実施形態では円形が挙げられているが、それ以外の多角形や楕円形等の他の形状であってもよい。
（３）基準酸素室としては、本実施形態では周囲が密閉された空間を採用しているが、例えば大気と連通するように構成してもよい。

（４）第１ポンプセル７５は、本実施形態では、第１セラミック層８３を用いて形成されていたが、例えば、第２セラミック層８７を用いて形成してもよい。具体的には、第２セラミック層８７の第２挿通孔１１９よりも先端側に、第１挿通孔１１３を設け、この第１挿通孔１１３に第１固体電解質部１１５を配置してもよい。つまり、この場合には、第２セラミック層８７は、第１ポンプセル用複合セラミック層と検知セル用複合セラミック層とを兼ねる。

（５）酸素濃度検知セル７７は、本実施形態では、第２セラミック層８７を用いて形成されていたが、例えば、第１セラミック層８３を用いて形成してもよい。具体的には、第１セラミック層８３の第１挿通孔１１３よりも後端側に、第２挿通孔１１９を設け、この第２挿通孔１１９に第２固体電解質部１２１を配置してもよい。つまり、この場合には、第１セラミック層８３は、第１ポンプセル用複合セラミック層と検知セル用複合セラミック層とを兼ねる。

（６）第１〜第３固体電解質部を形成する場合として、本実施形態では、未焼成固体電解質シートを、第１〜第３絶縁性セラミック部となる未焼成絶縁シートの挿通孔に対応した貫通孔に埋め込むようにしたが、例えば、これらの挿通孔に対応した貫通孔に、それぞ
れ第１〜第３固体電解質部となる材料のペーストを印刷して埋め込むようにしてもよい。

（７）上記実施形態では、第１測定室と導入路と第２測定室とを空間にて接続しているが、例えば酸素濃度検知セルの下流側から第２ポンプセルの上流側の間の空間内に、この空間を遮断するように配置された多孔質層を設けてもよい。

（８）上記実施形態では、ガスセンサとしてＮＯｘセンサを例に挙げたが、本発明は、例えばアンモニアセンサ等の他のガスセンサにも適用することができる。

１…ガスセンサ、７…ガスセンサ素子、７５…第１ポンプセル、７７…酸素濃度検知セル、７９…第２ポンプセル、８３、８７、９１…セラミック層、９７…第１測定室、１０１…導入路、１０３…第２測定室、１１１、１１７、１２３…絶縁性セラミック部、１１３、１１９、１２５…挿通孔、１１５、１２１、１２７…固体電解質部、１３７…第１内側電極、１３９…第１対電極、１４５…検知電極、１４７…基準電極、１５３…第２内側電極、１５５…第２対電極

Claims (4)

1. 三つ以上のセラミック層を積層してなるガスセンサ素子であり、
   三つ以上の前記セラミック層のうち、二つのセラミック層の層間に形成されると共に、外部から被測定ガスが導入される第１測定室と、
   前記第１測定室を形成する前記層間とは異なる二つのセラミック層の層間に形成されると共に、前記第１測定室と少なくとも一部が積層方向に重なり合う第２測定室と、
   前記第１測定室と前記第２測定室との間に配置されるセラミック層を前記積層方向に貫くと共に、前記第１測定室と前記第２測定室とを連通する導入路と、
   前記第１測定室内の前記被測定ガスに含まれる酸素をポンピングする第１ポンプセルであり、前記第１測定室に隣接するセラミック層と、該セラミック層上に設けられ、前記第１測定室内に晒される第１内側電極と、該第１内側電極と対をなす第１対電極とを備える第１ポンプセルと、
   前記第１ポンプセルより前記被測定ガスの導入方向下流側に配置され、前記被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度検知セルであり、前記第１測定室に隣接するセラミックと、該セラミック層上に設けられ、前記第１測定室内に晒された検知電極と、該検知電極と対をなす基準電極とを備える酸素濃度検知セルと、
   前記酸素濃度検知セルより前記被測定ガスの導入方向下流側に配置され、前記第２測定室内における被測定ガス中の特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２ポンプセルであり、前記第２測定室に隣接するセラミック層と、該セラミック層上に設けられ、前記第２測定室内に晒される第２内側電極と、該第２内側電極と対をなす第２対電極とを備える第２ポンプセルと、
   を有するガスセンサ素子であって、
   前記酸素濃度検知セルを構成するセラミック層は、前記積層方向に貫く挿通孔を有する検知セル用絶縁性セラミック部と、該検知セル用絶縁性セラミック部の前記挿通孔に配置された検知セル用固体電解質部とを有する検知セル用複合セラミック層であり、
   前記第２ポンプセルを構成する前記セラミック層は、前記積層方向に貫く挿通孔を有する第２ポンプセル用絶縁性セラミック部と、該第２ポンプセル用絶縁性セラミック部の前記挿通孔内に配置された第２ポンプセル用固体電解質部とを有する第２ポンプセル用複合セラミック層であり、
   さらに、前記検知セル用固体電解質部には、前記導入路が設けられており、
   前記検知セル用固体電解質部の前記積層方向の厚みは、前記第２ポンプセル用固体電解質部の前記積層方向の厚みより厚いことを特徴とするガスセンサ素子。
2. 前記第１ポンプセルを構成する前記セラミック層は、前記積層方向に貫く挿通孔を有する第１ポンプセル用絶縁性セラミック部と、該第１ポンプセル用絶縁性セラミック部の前記挿通孔内に配置された第１ポンプセル用固体電解質部とを有する第１ポンプセル用複合セラミック層であり、
   前記検知セル用固体電解質部の前記積層方向の厚みは、前記第１ポンプセル用固体電解質部の前記積層方向の厚みより厚いことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ素子。
3. 前記第１内側電極と、前記第１対電極と、前記検知電極と、前記基準電極と、前記第２内側電極と、前記第２対電極とが、それぞれ配置される前記第１ポンプセル用固体電解質部、前記検知セル用固体電解質部、前記第２ポンプセル用固体電解質部の周縁よりも内側に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセンサ素子。
4. 被測定ガスに含まれる特定ガスを検出するガスセンサ素子を備えるガスセンサであって、
   前記ガスセンサ素子として、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のガスセンサ素子を備えることを特徴とするガスセンサ。