JP6382178B2

JP6382178B2 - ガスセンサ

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Publication number: JP6382178B2
Application number: JP2015246458A
Authority: JP
Inventors: 水谷　圭吾; 圭吾水谷; 圭祐水谷; 充伸中藤; 貴司荒木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: WO2017104499A1; DE112016005780T5; US10890552B2; US20180364193A1; JP2017111039A

Description

本発明は、排ガス等の被測定ガスにおける特定ガス成分の濃度を測定するガスセンサに関する。

ガスセンサは、内燃機関から排気される排ガスにおける酸素濃度、特定ガス成分濃度等を測定するために用いられる。排ガスの特定ガス成分濃度を測定するガスセンサとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１のガスセンサは、固体電解質体における、ガス室に接する表面には、排ガスの酸素濃度を調整するためのポンプ電極と、酸素濃度が調整された後の排ガスにおける残存酸素濃度を監視するモニタ電極と、酸素濃度が調整された後の排ガスにおける特定ガス成分濃度を監視するセンサ電極とを配置して構成されている。また、モニタ電極とセンサ電極とは、ポンプ電極に対して、ガス室における被測定ガスの流れの下流側に互いに隣接して配置されている。

特開２０１５−６２０１３号公報

しかしながら、ポンプ電極においては、排ガスの酸素濃度を少なくするために、大きな電流を流しており、ポンプ電極に流れる電流値は、モニタ電極及びセンサ電極に流れる電流値に対して桁違いに大きい。特許文献１のガスセンサにおいては、ポンプ電極に通電を行うためのリード部は、センサ電極の側方に隣接して配置されている。そのため、特定ガス成分の濃度に応じてセンサ電極に流れる電流が、ポンプ電極に流れる電流の漏洩等に基づく電気的ノイズの影響を受けて変動するおそれがある。そのため、特定ガス成分濃度の検出精度を高めるためには更なる工夫が必要とされる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、特定ガス成分濃度の検出精度を高めることができるガスセンサを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質板（２）と、
該固体電解質板の一方の表面である第１表面（２０１）に隣接して形成された被測定ガス室（１０１）と、
上記固体電解質板の上記第１表面に設けられ、上記被測定ガス室における被測定ガス（Ｇ）に晒されるポンプ電極（２１）と、
上記固体電解質板の上記第１表面における、上記ポンプ電極に対する被測定ガスの流れの下流側の位置に、互いに隣接して設けられ、上記被測定ガス室における被測定ガスに晒されるモニタ電極（２２）及びセンサ電極（２３）と、
上記固体電解質板の他方の表面である第２表面（２０２）に設けられ、基準ガス（Ａ）に晒される１つ又は複数の基準電極（２４）と、
上記固体電解質板に対向して配置され、該固体電解質板を加熱するヒータ（５）と、
上記ポンプ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ａ）を介して電圧が印加されるときに、上記被測定ガス室における被測定ガスの酸素濃度を調整するポンプセル部（３１）と、
上記モニタ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ｂ）を介して流れる電流を検出して、上記ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスの残留酸素濃度を検出するモニタセル部（３２）と、
上記センサ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ｃ）を介して流れる電流を検出して、上記ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスの特定ガス成分濃度を検出するためのセンサセル部（３３）と、を備え、
被測定ガスの流れの方向（Ｆ）に直交する幅方向（Ｗ）において、上記ポンプ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるポンプ電極用リード部（２１１）と、上記センサ電極との間には、上記モニタ電極が配置されており、
上記ポンプ電極用リード部と、上記センサ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるセンサ電極用リード部（２３１）との間には、上記モニタ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるモニタ電極用リード部（２２１）が配置されており、
上記モニタ電極用リード部は、上記ポンプ電極用リード部から離れた側に偏って上記モニタ電極に繋がっている、ガスセンサにある。
本発明の他の態様は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質板（２）と、
該固体電解質板の一方の表面である第１表面（２０１）に隣接して形成された被測定ガス室（１０１）と、
上記固体電解質板の上記第１表面に設けられ、上記被測定ガス室における被測定ガス（Ｇ）に晒されるポンプ電極（２１）と、
上記固体電解質板の上記第１表面における、上記ポンプ電極に対する被測定ガスの流れの下流側の位置に、互いに隣接して設けられ、上記被測定ガス室における被測定ガスに晒されるモニタ電極（２２）及びセンサ電極（２３）と、
上記固体電解質板の他方の表面である第２表面（２０２）に設けられ、基準ガス（Ａ）に晒される１つ又は複数の基準電極（２４）と、
上記固体電解質板に対向して配置され、該固体電解質板を加熱するヒータ（５）と、
上記ポンプ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ａ）を介して電圧が印加されるときに、上記被測定ガス室における被測定ガスの酸素濃度を調整するポンプセル部（３１）と、
上記モニタ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ｂ）を介して流れる電流を検出して、上記ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスの残留酸素濃度を検出するモニタセル部（３２）と、
上記センサ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ｃ）を介して流れる電流を検出して、上記ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスの特定ガス成分濃度を検出するためのセンサセル部（３３）と、を備え、
被測定ガスの流れの方向（Ｆ）に直交する幅方向（Ｗ）において、上記ポンプ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるポンプ電極用リード部（２１１）と、上記センサ電極との間には、上記モニタ電極が配置されており、
上記ポンプ電極用リード部と、上記センサ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるセンサ電極用リード部（２３１）との間には、上記モニタ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるモニタ電極用リード部（２２１）が配置されており、
上記センサ電極用リード部は、上記ポンプ電極用リード部から離れた側に偏って上記センサ電極に繋がっている、ガスセンサにある。

上記ガスセンサにおいては、ポンプ電極のポンプ電極用リード部とセンサ電極との配置関係に工夫をしている。具体的には、被測定ガスの流れの方向に直交する幅方向において、ポンプ電極用リード部とセンサ電極との間にモニタ電極が配置されている。また、ポンプ電極用リード部とセンサ電極用リード部との間には、モニタ電極用リード部が配置されている。
センサセル部によって検出する特定ガス成分は、被測定ガス中に僅かしか存在せず、この特定ガス成分がセンサ電極において分解される際にセンサセル部に流れる電流は微弱である。一方、ポンプセル部に流れる電流は、排ガス等の被測定ガスに含まれる酸素を排出する際に流れるものであり、センサセル部に流れる電流に比べて桁違いに大きい。

そのため、微弱な電流を検出するためのセンサ電極を、大電流が流れるポンプ電極用リード部から遠ざけることにより、センサセル部が、ポンプ電極用リード部に電流を流す際に生じる電気的ノイズの影響を受けにくくすることができる。特に、上記ガスセンサにおいては、ポンプ電極用リード部とセンサ電極との間にモニタ電極を介在させている。これにより、モニタ電極がセンサ電極をガードする役割を果たし、ポンプ電極用リード部から生じる電気的ノイズがセンサ電極に与える影響を少なくすることができる。

センサセル部においては、ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスの特定ガス成分濃度だけでなく、残留酸素濃度も検出される。そして、ガスセンサにおいては、センサセル部の出力からモニタセル部の出力を差し引くことにより、酸素濃度が調整された後の被測定ガスの残留酸素濃度が特定ガス濃度に与える影響を緩和することができる。

このように、モニタセル部は、残留酸素濃度による影響を緩和して特定ガス成分濃度の検出の補正を行うために用いられるものであり、特定ガス成分濃度の検出を直接行うものではない。そのため、センサ電極が、ポンプ電極用リード部から生じる電気的ノイズの影響を受けて、特定ガス成分濃度の検出に生じる誤差に比べて、モニタ電極が、ポンプ電極用リード部から生じる電気的ノイズの影響を受けて、特定ガス成分濃度の検出に生じる誤差は小さい。

特に、ポンプ電極用リード部における上流側部分と、モニタ電極用リード部との間に、０．５ｍｍ以上の間隔を設けることにより、特定ガス成分濃度の検出に生じる誤差をより小さくすることができる。
それ故、上記ガスセンサにおいては、ポンプ電極用リード部とセンサ電極との間にモニタ電極を介在させることによって、特定ガス成分濃度の検出精度を高めることができる。

実施形態にかかる、ガスセンサの断面を示す説明図。実施形態にかかる、図１のII−II矢視によってガスセンサの断面を示す説明図。実施形態にかかる、図１のIII−III矢視によってガスセンサの断面を示す説明図。実施形態にかかる、図１のIV−IV矢視によってガスセンサの断面を示す説明図。実施形態にかかる、内燃機関に組み付けられるときのガスセンサの状態を示す説明図。実施形態にかかる、リード部同士の間隔とガスセンサの検出誤差との関係を示すグラフ。

上述したガスセンサにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
本形態のガスセンサ１は、図１〜図３に示すように、固体電解質板２、被測定ガス室１０１、ポンプ電極２１、モニタ電極２２、センサ電極２３、基準電極２４、ヒータ５、ポンプセル部３１、モニタセル部３２及びセンサセル部３３を備える。
固体電解質板２は、酸素イオン伝導性を有しており、板状に形成されている。被測定ガス室１０１は、固体電解質板２の一方の表面である第１表面２０１に隣接して形成されている。ポンプ電極２１は、固体電解質板２の第１表面２０１に設けられており、被測定ガス室１０１における被測定ガスＧに晒されている。モニタ電極２２とセンサ電極２３とは、固体電解質板２の第１表面２０１における、ポンプ電極２１に対する被測定ガスＧの流れの下流側の位置に、互いに隣接して設けられており、被測定ガス室１０１における被測定ガスＧに晒されている。基準電極２４は、固体電解質板２の他方の表面である第２表面２０２に設けられており、基準ガスＡに晒されている。

ヒータ５は、固体電解質板２に対向して配置されており、固体電解質板２を加熱するものである。ポンプセル部３１は、ポンプ電極２１と基準電極２４との間に固体電解質板２の一部２Ａを介して電圧が印加されるときに、被測定ガス室１０１における被測定ガスＧの酸素濃度を調整するものである。モニタセル部３２は、モニタ電極２２と基準電極２４との間に固体電解質板２の一部２Ｂを介して流れる電流を検出して、ポンプ電極２１によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスＧの残留酸素濃度を検出するものである。センサセル部３３は、センサ電極２３と基準電極２４との間に固体電解質板２の一部２Ｃを介して流れる電流を検出して、ポンプ電極２１によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスＧの特定ガス成分濃度を検出するためのものである。

図３に示すように、被測定ガス室１０１における被測定ガスＧの流れの方向Ｆに直交する幅方向Ｗにおいて、ポンプ電極２１から被測定ガスＧの流れの下流側に向けて伸びるポンプ電極用リード部２１１と、センサ電極２３との間には、モニタ電極２２が配置されている。ポンプ電極用リード部２１１と、センサ電極２３から被測定ガスＧの流れの下流側に向けて伸びるセンサ電極用リード部２３１との間には、モニタ電極２２から被測定ガスＧの流れの下流側に向けて伸びるモニタ電極用リード部２２１が配置されている。ポンプ電極用リード部２１１における、幅方向Ｗからモニタ電極２２に対向する部分を含む上流側部分２１１Ａと、モニタ電極用リード部２２１との間には、０．５ｍｍ以上の間隔ｗ１が空けられている。

以下に、本形態のガスセンサ１を詳説する。
ガスセンサ１は、車両における内燃機関の排気通路に配置されて用いられ、排気通路を流れる排ガスを被測定ガスＧとして、排ガス中に含まれる特定ガス成分としてのＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を検出するものである。図５に示すように、ガスセンサ１は、センサ素子を構成するものであり、長尺形状に形成されている。ガスセンサ１の長尺方向Ｌの基端側部分は、絶縁碍子１２に保持されており、絶縁碍子１２は、内燃機関に取り付けられるハウジング１３に保持されている。また、ガスセンサ１の長尺方向Ｌの先端側部分には、被測定ガスＧが流入する検知部１１が設けられており、検知部１１は、貫通孔１４１が設けられた保護カバー１４によって覆われている。被測定ガス室１０１、ポンプ電極２１、モニタ電極２２、センサ電極２３、基準電極２４、ヒータ５、ポンプセル部３１、モニタセル部３２及びセンサセル部３３等は、検知部１１に配置されている。

本形態において、ガスセンサ１の長尺方向Ｌの先端側は、被測定ガス室１０１における被測定ガスＧの流れの上流側となり、ガスセンサ１の長尺方向Ｌの基端側は、被測定ガス室１０１における被測定ガスＧの流れの下流側となる。

図１、図２に示すように、固体電解質板２は、イットリア安定化ジルコニアによって構成されており、ガスセンサ１において１枚だけ配置されている。固体電解質板２の第１表面２０１には、被測定ガス室１０１を形成するための切欠き形状の第１絶縁板４１を介して第２絶縁板４２が積層されている。第１絶縁板４１及び第２絶縁板４２は、アルミナ等の絶縁物によって構成されている。第１絶縁板４１は、固体電解質板２の第１表面２０１における、長尺方向Ｌの基端側部分及び幅方向Ｗの両側部分に設けられている。第１絶縁板４１の長尺方向Ｌの先端側部分には、開口部が形成されており、この開口部には、多孔質体からなる拡散抵抗体４４が配置されている。被測定ガス室１０１は、固体電解質板２の第１表面２０１と第２絶縁板４２との間において、拡散抵抗体４４と第１絶縁板４１とによって四方が囲まれて形成されている。被測定ガスＧは、拡散抵抗体４４を経由して被測定ガス室１０１に流入する。

図１、図３に示すように、ポンプ電極２１、モニタ電極２２、センサ電極２３及び基準電極２４は、同じ固体電解質板２に設けられている。ポンプ電極２１は、被測定ガス室１０１における、被測定ガスＧの流れの上流側の位置であって、モニタ電極２２及びセンサ電極２３に比べて拡散抵抗体４４に近い位置に配置されている。モニタ電極２２とセンサ電極２３とは、同等の大きさに形成されており、ポンプ電極２１から同等の位置に配置されている。そして、被測定ガス室１０１における、ポンプ電極２１の配置位置を通過した後の被測定ガスＧの流れに対して、モニタ電極２２とセンサ電極２３との配置条件を同等にしている。

基準電極２４は、ポンプ電極２１、モニタ電極２２及びセンサ電極２３の全体に対向する位置に１つ設けられている。これ以外にも、基準電極２４は、ポンプ電極２１、モニタ電極２２及びセンサ電極２３のそれぞれに対向する位置に別々に３つ設けることもできる。
ポンプ電極２１及びモニタ電極２２は、酸素を分解可能で特定ガス成分を分解しない、Ｐｔ−Ａｕ合金等の金属成分を含むサーメット材料を用いて構成されており、センサ電極２３は、酸素及び特定ガス成分を分解可能な、Ｐｔ−Ｒｈ合金等の金属成分を含むサーメット材料を用いて構成されている。基準電極２４は、酸素を分解可能な、Ｐｔ等の金属成分を含むサーメット材料を用いて構成されている。

図１、図２、図４に示すように、ヒータ５は、アルミナ等の２枚のセラミック基板５１と、２枚のセラミック基板５１の間に埋設された導体層５２とを有している。ヒータ５は、基準ガスＡとしての大気が導入される基準ガス室１０２を形成するための第３絶縁板４３を介して、固体電解質板２の第２表面２０２に積層されている。第３絶縁板４３は、アルミナ等の絶縁物によって構成されている。
第３絶縁板４３は、ガスセンサ１の長尺方向Ｌの基端部に開口部を有する切欠き形状に形成されている。基準ガス室１０２は、固体電解質板２の第２表面２０２とセラミック基板５１との間において、第３絶縁板４３によって三方が囲まれて形成されている。基準ガスＡは、ガスセンサ１の長尺方向Ｌの基端部から基準ガス室１０２に流入する。

図４に示すように、ヒータ５の導体層５２は、ガスセンサ１の外部における通電手段に接続される一対のリード部５２１と、一対のリード部５２１を繋ぎ、一対のリード部５２１に印加される電圧によって通電されるときに発熱する発熱部５２２とを有している。導体層５２に通電が行われるときには、ジュール熱によって主に発熱部５２２が発熱する。そして、この発熱部５２２の発熱によって、ポンプ電極２１、モニタ電極２２及びセンサ電極２３が所望の作動温度に昇温される。
発熱部５２２の抵抗値は、リード部５２１の抵抗値よりも大きい。発熱部５２２の抵抗値は、導体層５２全体の抵抗値の５０％以上を占めるようにすることができる。発熱部５２２は、ポンプ電極２１、モニタ電極２２及びセンサ電極２３が配置された平面領域の略全体に対向する位置に設けられている。

発熱部５２２のパターン配線を、リード部５２１のパターン配線よりも細くすることによって、発熱部５２２の抵抗値をリード部５２１の抵抗値よりも大きくすることができる。また、発熱部５２２の膜厚をリード部５２１の膜厚よりも小さくすること、発熱部５２２の構成材料をリード部５２１の構成材料よりも比抵抗の大きな材料とすること等によっても、発熱部５２２の抵抗値をリード部５２１の抵抗値よりも大きくすることができる。また、パターン配線の太さ、膜厚、構成材料等を変化させる手法を組み合わせて、発熱部５２２の抵抗値をリード部５２１の抵抗値よりも大きくすることもできる。

図１に示すように、ポンプセル部３１は、ポンプ電極２１と、基準電極２４の一部と、ポンプ電極２１と基準電極２４の一部との間に挟まれた固体電解質板２の一部２Ａとによって構成されている。ポンプ電極２１と基準電極２４との間には、これらの電極２１，２４の間に電圧を印加する電圧印加回路６１が設けられている。電圧印加回路６１によって、ポンプ電極２１と基準電極２４との間に電圧が印加されるときに、ポンプ電極２１に接触する被測定ガスＧ中の酸素が分解されて、固体電解質板２を介して基準電極２４へ酸素イオンが透過し、被測定ガス室１０１における被測定ガスＧ中の酸素が除去される。

図２に示すように、モニタセル部３２は、モニタ電極２２と、基準電極２４の一部と、モニタ電極２２と基準電極２４の一部との間に挟まれた固体電解質板２の一部２Ｂとによって構成されている。モニタ電極２２と基準電極２４との間には、これらの電極２２，２４の間に所定の電圧を印加した状態で、これらの電極２２，２４の間に流れる電流を検出するモニタ用電流検出回路６２が設けられている。モニタ電極２２に接触する被測定ガスＧ中の残留酸素が分解されるときには、固体電解質板２を介して基準電極２４へ酸素イオンが透過する。このとき、モニタ電極２２と基準電極２４との間に固体電解質板２の一部２Ｂを介して流れる電流が、モニタ用電流検出回路６２によって検出される。

同図に示すように、センサセル部３３は、センサ電極２３と、基準電極２４の一部と、センサ電極２３と基準電極２４の一部との間に挟まれた固体電解質板２の一部２Ｃとによって構成されている。センサ電極２３と基準電極２４との間には、これらの電極２３，２４の間に所定の電圧を印加した状態で、これらの電極２３，２４の間に流れる電流を検出するセンサ用電流検出回路６３が設けられている。センサ電極２３に接触する被測定ガスＧ中の残留酸素及び特定ガス成分が分解されるときには、固体電解質板２を介して基準電極２４へ酸素イオンが透過する。このとき、センサ電極２３と基準電極２４との間に固体電解質板２の一部２Ｃを介して流れる電流が、センサ用電流検出回路６３によって検出される。
また、ガスセンサ１の動作を制御する制御部においては、センサセル部３３の電流の出力からモニタセル部３２の電流の出力が差し引かれることにより、被測定ガスＧである排ガス中の残存酸素の影響が緩和されて、特定ガス成分であるＮＯｘの濃度が求められる。

図３に示すように、ポンプ電極用リード部２１１は、固体電解質板２の第１表面２０１において、ポンプ電極２１に繋がって形成されている。ポンプ電極用リード部２１１は、ポンプ電極２１を電圧印加回路６１に接続するためのものである。ポンプ電極用リード部２１１は、ポンプ電極２１の幅方向Ｗにおける一方側の側面の下流側端部から、幅方向Ｗにおける一方側に位置ずれして、被測定ガス室１０１における被測定ガスＧの流れの下流側（ガスセンサ１の長尺方向Ｌの基端側）に向けて設けられている。ポンプ電極用リード部２１１における、ポンプ電極２１に繋がる部分２１２を除く全体は、固体電解質板２と第１絶縁板４１との間に埋設されている。

より具体的には、ポンプ電極用リード部２１１における、ポンプ電極２１に繋がる部分２１２を除く、幅方向Ｗからモニタ電極２２に対向する部分を含む上流側部分２１１Ａと、上流側部分２１１Ａよりも被測定ガスＧの流れの下流側に位置する下流側部分２１１Ｂの全体とは、固体電解質板２と第１絶縁板４１との間に埋設されている。この構成により、ポンプ電極用リード部２１１を固体電解質板２と第１絶縁板４１とによって包み込むことができる。これにより、ガスセンサ１を製造する際に、固体電解質板２、各絶縁板４１，４２，４３及びヒータ５等を積層した積層体の燒結を行うとき、あるいはガスセンサ１を使用するときにおいて、高温の環境下に晒されたポンプ電極用リード部２１１の金属成分等が揮発して、センサ電極２３やモニタ電極２２に付着することを抑制することができる。

固体電解質板２の第１表面２０１において、モニタ電極２２の下流側端部には、モニタ電極２２から被測定ガスＧの流れの下流側に向けて伸びるモニタ電極用リード部２２１が繋がっている。モニタ電極用リード部２２１は、モニタ電極２２をモニタ用電流検出回路６２に接続するためのものである。モニタ電極用リード部２２１は、被測定ガスＧの流れの下流側に向けて直線状に設けられている。モニタ電極用リード部２２１における、モニタ電極２２に繋がる部分２２２を除く全体は、固体電解質板２と第１絶縁板４１との間に埋設されている。

固体電解質板２の第１表面２０１において、センサ電極２３の下流側端部には、センサ電極２３から被測定ガスＧの流れの下流側に向けて伸びるセンサ電極用リード部２３１が繋がっている。センサ電極用リード部２３１は、センサ電極２３をセンサ用電流検出回路６３に接続するためのものである。センサ電極用リード部２３１は、被測定ガスＧの流れの下流側に向けて直線状に設けられている。センサ電極用リード部２３１における、センサ電極２３に繋がる部分２３２を除く全体は、固体電解質板２と第１絶縁板４１との間に埋設されている。

図３に示すように、モニタ電極用リード部２２１は、ガスセンサ１の幅方向Ｗにおいて、ポンプ電極用リード部２１１とセンサ電極用リード部２３１との間に配置されている。
モニタ電極用リード部２２１は、ポンプ電極用リード部２１１から離れた側に偏ってモニタ電極２２に繋がっている。より具体的には、モニタ電極用リード部２２１は、モニタ電極２２の下流側端部における、ポンプ電極用リード部２１１から最も離れた位置に繋がっている。この構成により、モニタ電極用リード部２２１をポンプ電極用リード部２１１から遠ざけることが容易になる。また、センサ電極用リード部２３１は、ポンプ電極用リード部２１１から離れた側に偏ってセンサ電極２３に繋がっている。より具体的には、センサ電極用リード部２３１は、センサ電極２３の下流側端部における、ポンプ電極用リード部２１１から最も離れた位置に繋がっている。この構成により、センサ電極用リード部２３１をポンプ電極用リード部２１１から遠ざけることが容易になる。

同図に示すように、ポンプ電極用リード部２１１における上流側部分２１１Ａと、モニタ電極用リード部２２１との間隔ｗ１は、ポンプ電極用リード部２１１における下流側部分２１１Ｂと、モニタ電極用リード部２２１との間隔ｗ２よりも大きい。そして、ポンプ電極用リード部２１１の上流側部分２１１Ａは、モニタ電極２２から離れるように幅方向Ｗの一方側に迂回して配置されており、ポンプ電極用リード部２１１の下流側部分２１１Ｂは、上流側部分２１１Ａに比べてモニタ電極用リード部２２１に近づいて配置されている。また、ポンプ電極用リード部２１１における上流側部分２１１Ａと、モニタ電極用リード部２２１との間には、０．５ｍｍ以上の間隔ｗ１が空けられている。この間隔ｗ１は、実際に製造するガスセンサ１の大きさを考慮して、１．５ｍｍ以下とすることができる。

ポンプ電極２１、モニタ電極２２及びセンサ電極２３は、ヒータ５の発熱部５２２によって６５０℃以上に加熱される。ヒータ５の発熱部５２２による加熱中心は、ポンプ電極２１と対向する位置に設定されている。また、ポンプ電極用リード部２１１の上流側部分２１１Ａも同様に、ヒータ５の発熱部５２２によって６５０℃以上に加熱される。そして、ガスセンサ１の先端側部分は、６５０℃以上の高温領域となり、高温であることによって、ポンプ電極２１に電流を流す際に、ポンプ電極用リード部２１１から生じる電気的ノイズの影響を受けやすくなる。

ポンプ電極用リード部２１１の上流側部分２１１Ａを、モニタ電極２２から幅方向Ｗの一方側に迂回させることにより、ポンプ電極用リード部２１１をモニタ電極２２及びセンサ電極２３から極力離すことができる。また、ポンプ電極用リード部２１１の配置位置が、固体電解質板２と第１絶縁板４１との間における幅方向Ｗの外側の端面に近づき過ぎる場合には、固体電解質板２と第１絶縁板４１とを接合する際の不具合が生じやすくなる。また、この場合には、被測定ガス室１０１からガスセンサ１の外部への被測定ガスＧのリークが生じやすくなる。そのため、ポンプ電極用リード部２１１の下流側部分２１１Ｂは、モニタ電極用リード部２２１に近くなる位置に配置している。

ポンプ電極用リード部２１１、モニタ電極用リード部２２１及びセンサ電極用リード部２３１は、Ｐｔ等の金属成分を含むサーメット材料によって構成されている。各リード部は、ガスセンサ１の長尺方向Ｌの基端部まで設けられ、金具、リード線等を介してガスセンサ１の外部における制御機器に電気的に接続される。

本形態のガスセンサ１においては、ガスセンサ１の幅方向Ｗにおいて、ポンプ電極用リード部２１１と、センサ電極２３及びセンサ電極用リード部２３１との間に、モニタ電極２２及びモニタ電極用リード部２２１を配置している。
センサセル部３３によって検出するＮＯｘ等の特定ガス成分は、排ガス等の被測定ガスＧ中に僅かしか存在せず、この特定ガス成分がセンサ電極２３において分解される際にセンサセル部３３に流れる電流は微弱である。一方、ポンプセル部３１に流れる電流は、被測定ガスＧに含まれる酸素を排出する際に流れるものであり、センサセル部３３に流れる電流に比べて桁違いに大きい。

そのため、微弱な電流を検出するためのセンサ電極２３を、大電流が流れるポンプ電極用リード部２１１から遠ざけることにより、センサセル部３３が、ポンプ電極用リード部２１１に電流を流す際に生じるリーク電流等の電気的ノイズの影響を受けにくくすることができる。ガスセンサ１においては、ポンプ電極用リード部２１１とセンサ電極２３との間にモニタ電極２２を介在させている。これにより、モニタ電極２２がセンサ電極２３をガードする役割を果たし、ポンプ電極用リード部２１１から生じる電気的ノイズがセンサ電極２３に与える影響を少なくすることができる。

また、上述したように、モニタセル部３２は、残留酸素濃度による影響を緩和して特定ガス成分濃度の検出の補正を行うために用いられるものであり、特定ガス成分濃度の検出を直接行うものではない。そのため、センサ電極２３が、ポンプ電極用リード部２１１から生じる電気的ノイズの影響を受けて、特定ガス成分濃度の検出に生じる誤差に比べて、モニタ電極２２が、ポンプ電極用リード部２１１から生じる電気的ノイズの影響を受けて、特定ガス成分濃度の検出に生じる誤差は小さい。特に、ポンプ電極用リード部２１１における上流側部分２１１Ａと、モニタ電極用リード部２２１との間に、０．５ｍｍ以上の間隔を設けることにより、特定ガス成分濃度の検出に生じる誤差をより小さくすることができる。
それ故、ガスセンサ１においては、ポンプ電極用リード部２１１とセンサ電極２３との間にモニタ電極２２を介在させることによって、特定ガス成分濃度の検出精度を高めることができる。

また、ガスセンサ１の幅方向Ｗにおいて、ポンプ電極用リード部２１１とセンサ電極２３との間にモニタ電極２２を介在させることによって、次の効果を得ることもできる。
ガスセンサ１を製造する際に、固体電解質板２、各絶縁板４１，４２，４３及びヒータ５等を積層した積層体の燒結を行うとき、あるいはガスセンサ１を使用するときにおいては、高温の環境下に晒されたポンプ電極用リード部２１１の金属成分等が揮発するおそれがある。この場合、ポンプ電極用リード部２１１から揮発した金属成分等がセンサ電極２３に付着して、センサ電極２３が被毒すると、特定ガス成分濃度の検出精度を悪化させる要因となり得る。そのため、ポンプ電極用リード部２１１とセンサ電極２３との間にモニタ電極２２を介在させ、センサ電極２３をポンプ電極用リード部２１１からできるだけ遠ざけることによって、センサ電極２３の被毒のおそれを少なくすることができる。

（確認試験）
本確認試験においては、ポンプ電極用リード部２１１における上流側部分２１１Ａとモニタ電極用リード部２２１との間隔ｗ１と、ガスセンサ１による特定ガス成分濃度の検出誤差との関係を測定した。そして、このリード部２１１Ａ，２２１同士の間隔ｗ１が異なる複数のガスセンサ１を試作し、各ガスセンサ１の被測定ガス室１０１には、酸素の濃度が５％、一酸化窒素（ＮＯ）の濃度が１００ｐｐｍ、残部が窒素である被測定ガスＧを流入させて、特定ガス成分濃度の検出を行った。

図６においては、実際の一酸化窒素の濃度に対する、ガスセンサ１によって検出した一酸化窒素の濃度の誤差を検出誤差として示す。同図に示すように、ポンプ電極用リード部２１１における上流側部分２１１Ａとモニタ電極用リード部２２１との間隔ｗ１が狭くなるほど検出誤差が大きくなる。特に、リード部２１１Ａ，２２１同士の間隔ｗ１が０．５ｍｍよりも小さくなると、検出誤差が急激に増加することが分かる。この理由は、リード部２１１Ａ，２２１同士の間隔ｗ１が０．５ｍｍよりも小さくなると、ポンプ電極用リード部２１１の上流側部分２１１Ａとモニタ電極用リード部２２１との間の電気的絶縁性が低下して、これらのリード部２１１Ａ，２２１間に生じるリーク電流が増大したためであると考える。

特定ガス成分濃度に起因する微小な電流を検出する本形態のガスセンサ１においては、電気的ノイズが特定ガス成分濃度の検出に与える影響が無視できない。そのため、上述したように、ポンプ電極用リード部２１１と、センサ電極２３及びモニタ電極２２との配置関係を適切にし、かつ、ポンプ電極用リード部２１１の上流側部分２１１Ａとモニタ電極２２との間隔ｗ１を適切にすることが重要となる。
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態として採用することができる。

１ガスセンサ
１０１被測定ガス室
２固体電解質板
２１ポンプ電極
２１１ポンプ電極用リード部
２２モニタ電極
２３センサ電極
２４基準電極
５ヒータ

Claims

酸素イオン伝導性を有する固体電解質板（２）と、
該固体電解質板の一方の表面である第１表面（２０１）に隣接して形成された被測定ガス室（１０１）と、
上記固体電解質板の上記第１表面に設けられ、上記被測定ガス室における被測定ガス（Ｇ）に晒されるポンプ電極（２１）と、
上記固体電解質板の上記第１表面における、上記ポンプ電極に対する被測定ガスの流れの下流側の位置に、互いに隣接して設けられ、上記被測定ガス室における被測定ガスに晒されるモニタ電極（２２）及びセンサ電極（２３）と、
上記固体電解質板の他方の表面である第２表面（２０２）に設けられ、基準ガス（Ａ）に晒される１つ又は複数の基準電極（２４）と、
上記固体電解質板に対向して配置され、該固体電解質板を加熱するヒータ（５）と、
上記ポンプ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ａ）を介して電圧が印加されるときに、上記被測定ガス室における被測定ガスの酸素濃度を調整するポンプセル部（３１）と、
上記モニタ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ｂ）を介して流れる電流を検出して、上記ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスの残留酸素濃度を検出するモニタセル部（３２）と、
上記センサ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ｃ）を介して流れる電流を検出して、上記ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスの特定ガス成分濃度を検出するためのセンサセル部（３３）と、を備え、
被測定ガスの流れの方向（Ｆ）に直交する幅方向（Ｗ）において、上記ポンプ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるポンプ電極用リード部（２１１）と、上記センサ電極との間には、上記モニタ電極が配置されており、
上記ポンプ電極用リード部と、上記センサ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるセンサ電極用リード部（２３１）との間には、上記モニタ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるモニタ電極用リード部（２２１）が配置されており、
上記モニタ電極用リード部は、上記ポンプ電極用リード部から離れた側に偏って上記モニタ電極に繋がっている、ガスセンサ。
酸素イオン伝導性を有する固体電解質板（２）と、
該固体電解質板の一方の表面である第１表面（２０１）に隣接して形成された被測定ガス室（１０１）と、
上記固体電解質板の上記第１表面に設けられ、上記被測定ガス室における被測定ガス（Ｇ）に晒されるポンプ電極（２１）と、
上記固体電解質板の上記第１表面における、上記ポンプ電極に対する被測定ガスの流れの下流側の位置に、互いに隣接して設けられ、上記被測定ガス室における被測定ガスに晒されるモニタ電極（２２）及びセンサ電極（２３）と、
上記固体電解質板の他方の表面である第２表面（２０２）に設けられ、基準ガス（Ａ）に晒される１つ又は複数の基準電極（２４）と、
上記固体電解質板に対向して配置され、該固体電解質板を加熱するヒータ（５）と、
上記ポンプ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ａ）を介して電圧が印加されるときに、上記被測定ガス室における被測定ガスの酸素濃度を調整するポンプセル部（３１）と、
上記モニタ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ｂ）を介して流れる電流を検出して、上記ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスの残留酸素濃度を検出するモニタセル部（３２）と、
上記センサ電極と上記基準電極との間に上記固体電解質板の一部（２Ｃ）を介して流れる電流を検出して、上記ポンプ電極によって酸素濃度が調整された後の被測定ガスの特定ガス成分濃度を検出するためのセンサセル部（３３）と、を備え、
被測定ガスの流れの方向（Ｆ）に直交する幅方向（Ｗ）において、上記ポンプ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるポンプ電極用リード部（２１１）と、上記センサ電極との間には、上記モニタ電極が配置されており、
上記ポンプ電極用リード部と、上記センサ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるセンサ電極用リード部（２３１）との間には、上記モニタ電極から被測定ガスの流れの下流側に向けて伸びるモニタ電極用リード部（２２１）が配置されており、
上記センサ電極用リード部は、上記ポンプ電極用リード部から離れた側に偏って上記センサ電極に繋がっている、ガスセンサ。
上記ポンプ電極用リード部における、上記幅方向から上記モニタ電極に対向する部分を含む上流側部分（２１１Ａ）と、上記モニタ電極用リード部との間には、０．５ｍｍ以上の間隔（ｗ１）が空けられている、請求項１又は２に記載のガスセンサ。
上記ポンプ電極用リード部における、上記上流側部分は、上記固体電解質板と、上記被測定ガス室を形成する絶縁板（４１）との間に埋設されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサ。
上記ポンプ電極用リード部における上記上流側部分と上記モニタ電極用リード部との上記間隔は、上記ポンプ電極用リード部における、上記上流側部分よりも被測定ガスの流れの下流側に位置する下流側部分（２１１Ｂ）と上記モニタ電極用リード部との間隔（ｗ２）よりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサ。