JP6836928B2 - ガスセンサ素子 - Google Patents

Description

本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガス濃度を検出するのに好適に用いられるガスセンサ素子に関する。

従来から、内燃機関の排気ガス中の特定ガス濃度（例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度）を検出するガスセンサ（ＮＯｘセンサ）が用いられている（特許文献１）。図１５に示すように、一般的なガスセンサ（ＮＯｘセンサ）は、第１ポンプセル１１００、酸素濃度検知セル１２００、第２ポンプセル１３００、第１空間１５００、第２空間１６００を主に備えたガスセンサ素子１０００を有している。
第１ポンプセル１１００は、固体電解質層１１１０と、固体電解質層１１１０の両面に形成された一対の電極１１２０，１１３０とを有している。電極１１３０は、固体電解質層１１１０と積層方向に隣接する第１空間１５００内に露出する一方、電極１１２０は、多孔質層１９００を介して外部と連通するように配置されている。この第１ポンプセル１１００は、第１空間１５００と外部との間で排気ガス中の酸素の汲み出し又は汲み入れを行う。酸素濃度検知セル１２００は、固体電解質層１２１０と、固体電解質層１２１０の両面に形成された一対の電極１２２０，１２３０とを有している。電極１２２０は、固体電解質層１２１０と積層方向に隣接する第１空間１５００内に露出する一方、電極１２３０は、ガスセンサ素子１０００内に設けられた基準室１４００内に露出している。この酸素濃度検知セル１２００は、第１ポンプセル１１００にて酸素を汲み出し又は汲み入れした排気ガス中の酸素濃度を測定し、この酸素濃度に応じた出力電圧（起電力）が一定となるように第１ポンプセル１１００に電流（Ｉｐ電流）を流している。

さらに、上述のように酸素濃度が管理された第１空間１５００内の排気ガスは、拡散律速層となる多孔質体１５２０を適宜介した後、第１空間１５００と第２空間１６００との間に配置されたセラミック層を貫く導入路１２５０を通って第２空間１６００に導入される。第２ポンプセル１３００は、固体電解質層１３１０と、固体電解質層１３１０上に形成された一対の電極１３２０，１３３０とを有している。電極１３３０は、固体電解質層１３１０と積層方向に隣接する第２空間１６００内に露出する一方、電極１３２０は、ガスセンサ素子１０００内に設けられた基準室１４００内に露出している。この第２ポンプセル１３００は、第２空間１６００内に導入された排気ガスから特定ガス濃度（ＮＯｘ濃度）を検知するようになっている。

特開平１１−７２４７８号公報（図１、図９）

ところで、ガスセンサ素子１０００に導入される排気ガスは導入方向Ｆに沿って第１空間１５００から第２空間１６００に流れるが、第１空間１５００から第２空間１６００に流れるこの排気ガス中の酸素濃度は、第１空間１５００から第２空間１６００に向かって徐々に低くなる濃度勾配Ｇｒを有している。
しかしながら、ガスセンサ素子１０００の先端側で排気ガスの流速が大きくなることに起因する素子自体の温度勾配や、第１ポンプセル１１００の電極１１３０の劣化によって、濃度勾配Ｇｒが濃度勾配Ｇｒ１のように変化することがある。この際、酸素濃度検知セル１２００の検知電極１２１０上では、濃度勾配Ｇｒ、濃度勾配Ｇｒ１ともに酸素濃度が略同等であるにも関わらず、第２空間１６００に導入される直前の排気ガス中の酸素濃度は、濃度勾配Ｇｒと濃度勾配Ｇｒ１とで差異が生じ、ＮＯｘ濃度の検知精度が低下するという問題がある。

そこで、濃度勾配Ｇｒが変化する影響を低減するため、第２空間１６００になるべく近い部位に酸素濃度検知セル１２００（検知電極１２２０）を配置することが好ましいことになる。しかしながら、第１空間１５００と第２空間１６００の間に多孔質体１５２０が介在する場合、多孔質体１５２０内では濃度勾配Ｇｒが複雑な挙動となって酸素濃度が大きく変動する虞がある。例えば、上記特許文献１の図９には、拡散律速層（多孔質体）内へ検知電極を配置する構成が記載されているが、ＮＯｘ濃度の検知精度の点で好ましくない。つまり、多孔質体１５２０を避けて検知電極１２２０を配置する必要があることが判明した。

このようなことから、図１６に示すように、多孔質体１５２０を取り去り、第２空間１６００に隣接する導入路１２５０に検知電極１２２０を近付ける、つまり、導入路１２５０を囲むように、第１空間１５００内に検知電極１２２０を配置することが考えられる。
一方、濃度勾配Ｇｒが変化する影響を低減するには、第１空間１５００と第２空間１６００の寸法を小さくする、つまりガスセンサ素子を小型化することが好ましい。ところが、この場合、図１６の破線で示すように、固体電解質層１２１０ｘの幅も狭くなり、導入路１２５０と第１空間１５００の壁面との間隔Ｄも狭くなる。検知電極１２２０を印刷等で形成する場合の印刷ズレを考慮すると、間隔Ｄが狭くなるにつれて導入路１２５０と第１空間１５００の壁面との間に検知電極１２２０を形成することが困難になり、濃度勾配Ｇｒが変化する影響を低減することが難しくなる。
従って、本発明は、小型化を図ると共に、ガスセンサ素子の内部に導入される酸素の濃度勾配が変化する影響を低減し、特定ガス濃度を精度よく検知できるガスセンサ素子の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点のガスセンサ素子は、軸線方向に延び、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、第１セラミック層と、第３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空間と、前記第１セラミック層と、第２セラミック層の層間に形成されると共に、前記第１空間と少なくとも一部が積層方向に重なり合う第２空間と、前記第１セラミック層を前記積層方向に貫く空間を形成すると共に、前記第１空間に導入された前記被測定ガスを前記第２空間に導入する１つの導入路と、前記第１空間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空間に隣接する前記第３セラミック層と、前記第３セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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空間に隣接する前記第１セラミック層と、前記第１セラミック層上に設けられ、前記第１空間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空間内における前記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空間に隣接する前記第２セラミック層と、前記第２セラミック層上に設けられ、前記第２空間内に晒された第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、前記導入路よりも前記導入方向上流側に配置され、前記第１空間を形成して前記軸線方向に延びる側壁の少なくとも一方から他の側壁に向かって、両側壁の間に隙間を設けて延び、かつ前記第１空間を前記積層方向に囲む２つの壁面に接続する仕切り壁をさらに備え、前記検知電極は、前記第１空間に露出すると共に、前記軸線方向に見て、前記側壁と前記導入路との間、又は前記他の側壁と前記導入路との間の一方にのみ配置され、前記軸線方向と交差する幅方向に見て、前記検知電極と前記導入路とが重なり、前記軸線に見て、前記仕切り壁と前記検知電極の少なくとも一方が前記導入路と重なると共に、前記導入路よりも前記導入方向上流側で前記仕切り壁と前記検知電極とが隙間を設けずに重なり、前記積層方向に前記導入路と前記第２内側電極とが少なくとも一部で重なることを特徴とする。

ガスセンサ素子内を第１空間から第２空間に流れる被測定ガス中の酸素濃度は、第１空間から第２空間に向かって徐々に低くなる濃度勾配を有しているが、この濃度勾配が、ガスセンサ素子自体の温度勾配や、第１ポンプセルの電極の劣化によって変化することがある。そして、この濃度勾配が変化する影響により、第２空間に導入される直前の被測定ガスの酸素濃度に差異が生じ、第２ポンプセルで検知する特定ガス濃度の検知精度が低下するという問題がある。
そして、濃度勾配が変化する影響を低減するには、検知電極を導入路に近付けると共に、検知電極を配置する第１空間と第２空間の寸法を小さくする、つまりガスセンサ素子を小型化することが好ましいが、導入路と第１空間の壁面との間隔も狭くなる。このため、検知電極を印刷等で形成する場合の印刷ズレを考慮すると、間隔が狭くなるにつれて導入路と第１空間の壁面との間に検知電極を形成することが困難になる。

そこで、このガスセンサ素子によれば、軸線方向に見て側壁と導入路との間のうち、広幅の一方にのみ検知電極を配置すればよいので、ガスセンサ素子を小型化した場合に、検知電極を印刷で形成する場合の印刷ズレやその他の製造誤差を考慮しても、検知電極を導入路に近接して確実に形成することができる。又、側壁と導入路との間のうち一方にのみ検知電極を形成する場合には、検知電極を形成しない側の側壁と導入路との間に被測定ガスが流れてしまい、反対側の検知電極に被測定ガスが十分に流れずに測定精度が低下する。
そこで、第１空間を仕切り壁で仕切ることで、第１空間を流れる被測定ガスは、必ず仕切り壁の隙間を通って下流側の導入路へ流れる。このとき、軸線方向と交差する幅方向に見て、検知電極が導入路と重なり、かつ軸線方向に見て、導入路よりも上流側で仕切り壁と検知電極とが隙間を設けずに重なるので、被測定ガスが仕切り壁の隙間を通って必ず検知電極に流れるようにすることができる。その結果、ガスセンサ素子内の被測定ガス中の酸素濃度の濃度勾配が変化する影響を低減し、特定ガス濃度を精度よく検知できる。

一方、検知電極が第１空間内に配置されていない場合には、上記濃度勾配が変化する影響を低減することはできるが、第１ポンプセル（第１内側電極）と検知電極との距離が遠くなり過ぎて被測定ガスに対する酸素濃度検知の応答性が低下する。そこで、検知電極を第１空間に配置することで、酸素濃度検知の精度と応答性を両立することができる。
さらに、検知電極が第１空間に露出するようにしている。つまり、検知電極の主面（表面）は、第１空間内で視認可能に配置されており、拡散律速層（多孔質体）の内部には配置されていない。このため、酸素の濃度勾配が複雑な挙動となって酸素濃度が大きく変動する拡散律速層（多孔質体）内で酸素濃度を検知することを回避し、特定ガス濃度をより一層精度よく検知できる。

さらに、積層方向に第２内側電極と導入路とが少なくとも一部で重なっていることで、第２内側電極が導入路に近付く。これにより、第２内側電極に近い導入路近傍の酸素濃度を検知電極で検知することができ、ガスセンサ素子内を第１空間から第２空間へ流れる酸素の濃度勾配が変化する影響をさらに低減し、特定ガス濃度をさらに精度よく検知できる。

本発明の第２の観点のガスセンサ素子は、軸線方向に延び、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、第１セラミック層と、第３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空間と、前記第１セラミック層と、第２セラミック層の層間に形成されると共に、前記第１空間と少なくとも一部が積層方向に重なり合う第２空間と、前記第１セラミック層を前記積層方向に貫く空間を形成すると共に、前記第１空間に導入された前記被測定ガスを前記第２空間に導入する１つの導入路と、前記第１空間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空間に隣接する前記第３セラミック層と、前記第３セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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空間に隣接する前記第１セラミック層と、前記第１セラミック層上に設けられ、前記第１空間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空間内における前記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空間に隣接する前記第２セラミック層と、前記第２セラミック層上に設けられ、前記第２空間内に晒された第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、前記導入路よりも前記導入方向上流側に配置され、前記第１空間を形成して前記軸線方向に延びる側壁の少なくとも一方から他の側壁に向かって、両側壁の間に隙間を設けて延び、かつ前記第１空間を前記積層方向に囲む２つの壁面に接続する仕切り壁をさらに備え、前記検知電極は、前記第１空間に露出すると共に、前記軸線方向と交差する幅方向に見て、前記導入路と前記仕切り壁の間の領域に配置され、前記軸線方向に見て、前記仕切り壁の前記隙間と前記検知電極とが重なり、前記積層方向に前記導入路と前記第２内側電極とが少なくとも一部で重なることを特徴とする。

このガスセンサ素子によれば、軸線方向に見て、検知電極は、導入路と仕切り壁の間の領域に配置されているので、ガスセンサ素子を小型化した場合に、第１空間の側壁と導入路との間が狭くても、これと無関係に（導入路に干渉されずに）第１空間の幅方向に検知電極を広がって形成することができる。そのため、検知電極を印刷で形成する場合の印刷ズレやその他の製造誤差を考慮しても、検知電極を導入路に近接して確実に形成することができる。又、軸線方向に仕切り壁の隙間と検知電極とが重なっているので、被測定ガスは、隙間を通って検知電極に必ず流れ、測定精度の低下を抑制できる。
その結果、ガスセンサ素子内の被測定ガス中の酸素濃度の濃度勾配が変化する影響を低減し、特定ガス濃度を精度よく検知できる。

又、第１の観点のガスセンサ素子と同様に、検知電極を第１空間に配置することで、酸素濃度検知の精度と応答性を両立することができる。
又、第１の観点のガスセンサ素子と同様に、酸素の濃度勾配が複雑な挙動となって酸素濃度が大きく変動する拡散律速層（多孔質体）内で酸素濃度を検知することを回避し、特定ガス濃度をより一層精度よく検知できる。
さらに、第１の観点のガスセンサ素子と同様に、第２内側電極に近い導入路近傍の酸素濃度を検知電極で検知することができ、ガスセンサ素子内を第１空間から第２空間へ流れる酸素の濃度勾配が変化する影響をさらに低減し、特定ガス濃度をさらに精度よく検知できる。

本発明の第３の観点のガスセンサ素子は、軸線方向に延び、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、第１セラミック層内に第２セラミック層が配置されて複合層を形成し、第３セラミック層と、前記複合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空間と、前記第１空間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空間に隣接する前記第３セラミック層と、該第３セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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空間に隣接する前記第１セラミック層と、該第１セラミック層上に設けられ、前記第１空間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１空間内における前記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１空間に隣接する前記第２セラミック層と、該第２セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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、前記第２内側電極よりも前記導入方向上流側に配置され、前記第１空間を形成して前記軸線方向に延びる側壁の少なくとも一方から他の側壁に向かって、両側壁の間に隙間を設けて延び、かつ前記第１空間を前記積層方向に囲む２つの壁面に接続する仕切り壁をさらに備え、前記検知電極は、前記第１空間に露出すると共に、前記軸線方向に見て、前記側壁と前記第２内側電極との間、又は前記他の側壁と前記第２内側電極との間の一方にのみ配置され、前記軸線方向と交差する幅方向に見て、前記検知電極と前記第２内側電極とが重なり、前記軸線方向に見て、前記仕切り壁と前記検知電極の少なくとも一方が前記第２内側電極と重なると共に、前記第２内側電極よりも前記導入方向上流側で前記仕切り壁と前記検知電極とが隙間を設けずに重なることを特徴とする。

このガスセンサ素子によっても、第１の観点のガスセンサ素子と同様に、ガスセンサ素子を小型化した場合に、検知電極を印刷で形成する場合の印刷ズレやその他の製造誤差を考慮しても、検知電極を導入路に近接して確実に形成することができる。そして、被測定ガスは、必ず検知電極を通って下流側の導入路へ流れるので、測定精度の低下を抑制し、ガスセンサ素子内の被測定ガス中の酸素濃度の濃度勾配が変化する影響を低減し、特定ガス濃度を精度よく検知できる。

又、第１の観点のガスセンサ素子と同様に、検知電極を第１空間に配置することで、酸素濃度検知の精度と応答性を両立することができる。
又、第１の観点のガスセンサ素子と同様に、酸素の濃度勾配が複雑な挙動となって酸素濃度が大きく変動する拡散律速層（多孔質体）内で酸素濃度を検知することを回避し、特定ガス濃度をより一層精度よく検知できる。
さらに、導入路が無く、導入路の位置に直接第２内側電極が配置されているので、検知電極と第２内側電極がより近接し、濃度勾配が変化する影響をより一層低減し、特定ガス濃度をさらに精度よく検知できる。

本発明の第４の観点のガスセンサ素子は、軸線方向に延び、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、第１セラミック層内に第２セラミック層が配置されて複合層を形成し、第３セラミック層と、前記複合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空間と、前記第１空間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空間に隣接する前記第３セラミック層と、該第３セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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空間に隣接する前記第１セラミック層と、該第１セラミック層上に設けられ、前記第１空間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１空間内における前記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１空間に隣接する前記第２セラミック層と、該第２セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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、前記第２内側電極よりも前記導入方向上流側に配置され、前記第１空間を形成して前記軸線方向に延びる側壁の少なくとも一方から他の側壁に向かって、両側壁の間に隙間を設けて延び、かつ前記第１空間を前記積層方向に囲む２つの壁面に接続する仕切り壁をさらに備え、前記検知電極は、前記第１空間に露出すると共に、前記軸線方向と交差する幅方向に見て、前記第２内側電極と前記仕切り壁の間の領域に配置され、前記軸線方向に見て、前記仕切り壁の前記隙間と前記検知電極とが重なることを特徴とする。

このガスセンサ素子によっても、第２の観点のガスセンサ素子と同様に、ガスセンサ素子を小型化した場合に、検知電極を印刷で形成する場合の印刷ズレやその他の製造誤差を考慮しても、検知電極を導入路に近接して確実に形成することができる。そして、被測定ガスは、必ず検知電極を通って下流側の導入路へ流れるので、測定精度の低下を抑制し、ガスセンサ素子内の被測定ガス中の酸素濃度の濃度勾配が変化する影響を低減し、特定ガス濃度を精度よく検知できる。

又、第２の観点のガスセンサ素子と同様に、検知電極を第１空間に配置することで、酸素濃度検知の精度と応答性を両立することができる。
又、第２の観点のガスセンサ素子と同様に、酸素の濃度勾配が複雑な挙動となって酸素濃度が大きく変動する拡散律速層（多孔質体）内で酸素濃度を検知することを回避し、特定ガス濃度をより一層精度よく検知できる。
さらに、導入路が無く、導入路の位置に直接第２内側電極が配置されているので、検知電極と第２内側電極がより近接し、濃度勾配が変化する影響をより一層低減し、特定ガス濃度をさらに精度よく検知できる。

本発明の第２、４の観点のガスセンサ素子において、前記軸線方向に見て、前記検知電極と前記仕切り壁とが重なっていてもよい。
仕切り壁が形成された部分には検知電極を形成することができないことから、軸線方向に検知電極を第１ポンプセル（第１内側電極）に近付けるためには、仕切り壁の隙間から検知電極を第１ポンプセル（第１内側電極）側に延ばし、軸線方向に検知電極と仕切り壁とが重なるようにすればよい。
これにより、第１ポンプセル（第１内側電極）と検知電極との距離が近接し、酸素濃度検知の精度と応答性をさらに両立することができる。

前記第１セラミック層は絶縁性の材料で形成され、前記検知電極は、前記第１セラミック層内に同一層に配置された固体電解質体の全面と接すると共に、前記検知電極の外周縁は前記固体電解質体の外周縁を覆ってもよい。
このガスセンサ素子によれば、絶縁性の第１セラミック層の中に固体電解質体が必要な部分だけに埋め込まれている形態であるため、コストダウンを実現できる。

前記検知電極の外周縁が前記固体電解質体の外周縁よりも０．１５ｍｍ以上外側に位置してもよい。
検知電極を印刷で形成する時に電極のキワ（端部）がにじんで所定の範囲まで印刷されないことがある。そこで、検知電極の外周縁が、固体電解質体の外周縁よりも所定量以上外側にはみ出すように設計することで、印刷時に検知電極の外周が小さくなっても、固体電解質体が一部露出してしまうことを抑制できる。

本発明のガスセンサは、被測定ガス中の特定ガスを検出するガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を保持する主体金具と、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乃至７に記載のガスセンサ素子を備える。

この発明によれば、小型化を図ると共に、ガスセンサ素子の内部に導入される酸素の濃度勾配が変化する影響を低減し、特定ガス濃度を精度よく検知できる。

本発明の第１の観点の実施形態に係るガスセンサ（ＮＯｘセンサ）の軸線方向に沿う断面図である。 第１の観点の実施形態に係るガスセンサ素子の軸線方向に沿う断面図である。 第１の観点の実施形態に係るガスセンサ素子の分解斜視図である。 第１の観点の実施形態におけるＶｓ−電極近傍の上面図である。 第１の観点の実施形態の変形例を示す上面図である。 図５において、幅方向に仕切り壁とＶｓ−電極とが重ならず、本発明に含まれない例を示す上面図である。 第２の観点の実施形態に係るガスセンサ素子の軸線方向に沿う断面図である。 第２の観点の実施形態におけるＶｓ−電極近傍の上面図である。 第２の観点の実施形態の変形例を示す上面図である。 図９において、幅方向に仕切り壁の隙間とＶｓ−電極とが重ならず、本発明に含まれない例を示す上面図である。 第３の観点の実施形態に係るガスセンサ素子の軸線方向に沿う断面図である。 第３の観点の実施形態におけるＶｓ−電極近傍の上面図である。 第４の観点の実施形態に係るガスセンサ素子の軸線方向に沿う断面図である。 第４の観点の実施形態におけるＶｓ−電極近傍の上面図である。 従来のＮＯｘセンサのガスセンサ素子の軸線方向に沿う断面図である。 導入路を囲むように、第１空間内に検知電極１２２０を仮想的に設けた図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

＜本発明の第１の観点の実施形態＞
図１は、本発明の第１の観点の実施形態に係るガスセンサ（ＮＯｘセンサ）１の縦断面図（軸線ＡＸに沿って切断した断面図）、図２は第１の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０の軸線ＡＸに沿う断面図、図３はガスセンサ素子１０の分解斜視図、図４はＶｓ−電極１２２近傍の上面図である。

ガスセンサ１は、測定対象ガスである排ガス（被測定ガス）中の特定ガス（ＮＯｘ）の濃度を検出可能なガスセンサ素子１０を備え、内燃機関の排気管（図示なし）に装着されて使用されるＮＯｘセンサである。このガスセンサ１は、排気管に固定するためのネジ部２１が外表面の所定位置に形成された筒状の主体金具２０を備える。ガスセンサ素子１０は、軸線ＡＸ方向に延びる細長板状をなし、主体金具２０の内側に保持されている。
さらに詳しくは、ガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋ（図１において上端の部位）が挿入される挿入孔６２を有する保持部材６０と、この保持部材６０の内側に保持された６個の端子部材とを備える。なお、図１では、６個の端子部材のうち２個の端子部材（具体的には、端子部材７５，７６）のみを図示している。

ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋには、平面視矩形状の電極端子部１３〜１８（図３参照、図１では、電極端子部１４、１７のみ図示）が合計６個形成されている。電極端子部１３〜１８には、それぞれ、前述の端子部材が弾性的に当接して電気的に接続している。例えば、電極端子部１４には、端子部材７５の素子当接部７５ｂが弾性的に当接して電気的に接続している。また、電極端子部１７には、端子部材７６の素子当接部７６ｂが弾性的に当接して電気的に接続している。
さらに、６個の端子部材（端子部材７５，７６など）には、それぞれ、異なるリード線７１が電気的に接続されている。例えば、図１に示すように、端子部材７５のリード線把持部７７によって、リード線７１の芯線が加締められて把持される。また、端子部材７６のリード線把持部７８によって、他のリード線７１の芯線が加締められて把持される。

主体金具２０は、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔２３を有する筒状部材である。この主体金具２０は、径方向内側に突出する形態で貫通孔２３の一部を構成する棚部２５を有している。主体金具２０は、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを自身の先端側外部（図１において下方）に突出させると共に、ガスセンサ素子１０の後端部１０ｋを自身の後端側外部（図１において上方）に突出させた状態で、ガスセンサ素子１０を貫通孔２３内に保持している。
また、主体金具２０の貫通孔２３の内部には、環状のセラミックホルダ４２、滑石粉末を環状に充填してなる２つの滑石リング４３，４４、及びセラミックスリーブ４５が配置されている。詳細には、ガスセンサ素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で、セラミックホルダ４２、滑石リング４３，４４、及びセラミックスリーブ４５が、この順に、主体金具２０の軸線方向先端側（図１において下端側）から軸線方向後端側（図１において上端側）にわたって重ねて配置されている。

また、セラミックホルダ４２と主体金具２０の棚部２５との間には、金属カップ４１が配置されている。また、セラミックスリーブ４５と主体金具２０のカシメ部２２との間には、加締リング４６が配置されている。なお、主体金具２０のカシメ部２２が、加締リング４６を介してセラミックスリーブ４５を先端側に押し付けるように、加締められている。
主体金具２０の先端部２０ｂには、ガスセンサ素子１０の先端部１０ｓを覆うように、複数の孔を有する金属製（具体的にはステンレス）の外部プロテクタ３１及び内部プロテクタ３２が、溶接によって取り付けられている。一方、主体金具２０の後端部には、外筒５１が溶接によって取り付けられている。外筒５１は、軸線ＡＸ方向に延びる筒状をなし、ガスセンサ素子１０を包囲している。

保持部材６０は、絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、軸線ＡＸ方向に貫通する挿入孔６２を有する筒状部材である。挿入孔６２内には、前述した６個の端子部材（端子部材７５，７６など）が配置されている（図１参照）。保持部材６０の後端部には、径方向外側に突出する鍔部６５が形成されている。保持部材６０は、鍔部６５が内部支持部材５３に当接する態様で、内部支持部材５３に保持されている。なお、内部支持部材５３は、外筒５１のうち径方向内側に向けて加締められた加締部５１ｇにより、外筒５１に保持されている。
保持部材６０の後端面６１上には、絶縁部材９０が配置されている。絶縁部材９０は、電気絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、円筒状をなす。この絶縁部材９０には、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔９１が合計６個形成されている。この貫通孔９１には、前述した端子部材のリード線把持部（リード線把持部７７，７８など）が配置されている。

また、外筒５１のうち軸線方向後端部（図１において上端部）に位置する後端開口部５１ｃの径方向内側には、フッ素ゴムからなる弾性シール部材７３が配置されている。この弾性シール部材７３には、軸線ＡＸ方向に延びる円筒状の挿通孔７３ｃが、合計６個形成されている。各々の挿通孔７３ｃは、弾性シール部材７３の挿通孔面７３ｂ（円筒状の内壁面）によって構成されている。各々の挿通孔７３ｃには、リード線７１が１本ずつ挿通されている。各々のリード線７１は、弾性シール部材７３の挿通孔７３ｃを通じて、ガスセンサ１の外部に延出している。弾性シール部材７３は、外筒５１の後端開口部５１ｃを径方向内側に加締めることで径方向に弾性圧縮変形し、これにより、挿通孔面７３ｂとリード線７１の外周面７１ｂとを密着させて、挿通孔面７３ｂとリード線７１の外周面７１ｂとの間を水密に封止している。

一方、図２に示すように、ガスセンサ素子１０は、軸線ＡＸ方向に延びる三つの板状の固体電解質体１１１、１２１、１３１と、これらの間に配置された絶縁体１４０、１４５とを備え、これらが積層方向に積層された構造を有する。さらに、ガスセンサ素子１０には、固体電解質体１３１の裏面側に、ヒータ１６１が積層されている。なお、図２において、積層方向に見て、絶縁層１１５側を「表面側」と説明し、ヒータ１６１側を「裏面側」と説明する。又、軸線ＡＸ方向に見て、Ｉｐ１セル１１０側を「先端側」と説明し、Ｉｐ２セル１３０側を「後端側」と説明する。
さらに、導入方向Ｆの上流側及び下流側を、適宜、導入方向Ｆを省略して「上流側及び下流側」と称する。

このヒータ１６１は、アルミナを主体とする板状の絶縁体１６２、１６３と、その間に埋設されたヒータパターン１６４（Ｐｔを主体としている）とを備えている。
固体電解質体１１１、１２１、１３１は、固体電解質であるジルコニアからなり、酸素イオン伝導性を有する。固体電解質体１１１、１２１、１３１はこの順で積層され、固体電解質体１１１、１２１の間に絶縁体１４０が介装されている。絶縁体１４０には貫通孔１４０ｈが形成され（図３参照）、この貫通孔１４０ｈが二つの固体電解質体１１１、１２１の層間に形成された第１空間１５０となる。
さらに、固体電解質体１２１、１３１の間に絶縁体１４５が介装されている。絶縁体１４５には貫通孔１４５ｃが形成され（図３参照）、この貫通孔１４５ｃが二つの固体電解質体１２１、１３１の層間に形成された第２空間１６０となる。
ここで、固体電解質体１１１、１２１、１３１が特許請求の範囲の「セラミック層」に相当する。

そして、積層方向に第１空間１５０と第２空間１６０の間に配置された固体電解質体１２１には、積層方向に円柱状の導入路１２５が貫通しており、第１空間１５０と第２空間１６０とは導入路１２５を介して連通している。このようにして、第１空間１５０に導入された被測定ガスは、軸線ＡＸ方向に沿って流れた後、積層方向に沿って導入路１２５を経由して第２空間１６０に導入される。被測定ガスの導入方向（流れ方向）を符号Ｆで示す。
なお、図３に示すように、第１空間１５０の側方にガス透過性及び透水性を有する第１多孔質体１５１が設けられており、第１空間１５０は第１多孔質体１５１を通じてガスセンサ素子１０の外部と連通し、被測定ガスを導入可能になっている。第１多孔質体１５１は、ガスセンサ素子１０の外部との仕切りとして、第１空間１５０内への排ガスの単位時間あたりの流通量を制限する。
又、本実施形態では、積層方向から見たとき、導入路１２５が第１空間１５０及び第２空間１６０よりも小径であり、第１空間１５０及び第２空間１６０よりも導入路１２５が窄まっている。又、導入路１２５は、幅方向（軸線ＡＸ方向と交差する方向）の中心よりも紙面手前側にずれて配置されている（図３、図４参照）。

固体電解質体１１１の表面側には、多孔質のＩｐ１＋電極１１２が設けられている。また、固体電解質体１１１の裏面側には、多孔質のＩｐ１−電極１１３が設けられている。又、Ｉｐ１＋電極１１２にはＩｐ１＋リード１１２ｒ（図３参照）が接続されている。又、Ｉｐ１−電極１１３にはＩｐ１−リード１１３ｒ（図３参照）が接続されている。この固体電解質体１１１、Ｉｐ１＋電極１１２、及びＩｐ１−電極１１３によって、Ｉｐ１セル１１０を構成している。
ここで、Ｉｐ１＋電極１１２、Ｉｐ１−電極１１３、及びＩｐ１セル１１０がそれぞれ特許請求の範囲の「第１対電極」、「第１内側電極」、「第１ポンプセル」に相当する。
また、Ｉｐ１＋電極１１２とＩｐ１＋リード１１２ｒの表面側には、アルミナ等からなる絶縁層１１５が積層され、絶縁層１１５の先端側にＩｐ１＋電極１１２を取り囲む略矩形の貫通孔が設けられ、この貫通孔に多孔質層１９０が埋設されている。このようにして、多孔質層１９０を介してＩｐ１＋電極１１２と外部との間でガスが出入可能になっている。
このＩｐ１セル１１０は、Ｉｐ１＋電極１１２、Ｉｐ１−電極１１３間に流すポンプ電流Ｉｐ１に応じて、Ｉｐ１＋電極１１２の接する雰囲気（ガスセンサ素子１０の外部の雰囲気）とＩｐ１−電極１１３の接する雰囲気（第１空間１５０内の雰囲気）との間で酸素の汲み出し及び汲み入れ（いわゆる酸素ポンピング）を行う。

固体電解質体１２１は、絶縁体１４０を挟んで、固体電解質体１１１と積層方向に対向するように配置されている。固体電解質体１２１の表面側には多孔質のＶｓ−電極１２２が設けられている。より詳細には、Ｖｓ−電極１２２は、第１空間１５０内において、Ｉｐ１−電極１１３よりも被測定ガスの導入方向Ｆの下流側（後端側）に設けられている（図３、図４参照）。
また、固体電解質体１２１の裏面側には、多孔質のＶｓ＋電極１２３が設けられている。又、Ｖｓ−電極１２２にはＶｓ−リード１２２ｒ（図３参照）が接続され、Ｖｓ＋電極１２３にはＶｓ＋リード１２３ｒ（図３参照）が接続されている。
この固体電解質体１２１、Ｖｓ−電極１２２、及びＶｓ＋電極１２３によって、Ｖｓセル１２０を構成している。このＶｓセル１２０は、主として、固体電解質体１２１により隔てられた雰囲気（電極１２２の接する第１空間１５０内の雰囲気と、電極１２３の接する後述する基準酸素室１７０内の雰囲気）間の酸素分圧差に応じて起電力を発生する。
さらに、詳しくは後述するが、第１空間１５０を仕切るようにして、第１空間１５０を積層方向に囲む２つの壁面ｗ１、ｗ２にそれぞれ接続した仕切り壁１４３が形成されている。この仕切り壁１４３は絶縁体１４０の一部をなしている。
ここで、Ｖｓ−電極１２２、Ｖｓ＋電極１２３、Ｖｓセル１２０がそれぞれ特許請求の範囲の「検知電極」、「基準電極」、「酸素濃度検知セル」に相当する。

固体電解質体１３１は、絶縁体１４５を挟んで、固体電解質体１２１と積層方向に対向するように配置されている。固体電解質体１３１の表面側には、多孔質のＩｐ２＋電極１３２と多孔質のＩｐ２−電極１３３が設けられている。又、Ｉｐ２＋電極１３２にはＩｐ２＋リード１３２ｒ（図３参照）が接続され、Ｉｐ２−電極１３３にはＩｐ２−リード１３３ｒ（図３参照）が接続されている。
Ｉｐ２＋電極１３２とＶｓ＋電極１２３との間には、孤立した小空間としての基準酸素室１７０が形成されている。この基準酸素室１７０は、絶縁体１４５に形成されている開口部１４５ｂにより構成されている。なお、基準酸素室１７０内には、セラミックス製の多孔質体が配置されている。
また、Ｉｐ２−電極１３３は、第２空間１６０内に配置されている。

固体電解質体１３１、Ｉｐ２＋電極１３２、及びＩｐ２−電極１３３によって、窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を検知するためのＩｐ２セル１３０を構成している。このＩｐ２セル１３０は、第２空間１６０内で分解されたＮＯｘ由来の酸素（酸素イオン）を、固体電解質体１３１を通じて、基準酸素室１７０に移動させる。このとき、電極１３２及び電極１３３の間には、第２空間１６０内に導入された排ガス（被測定ガス）に含まれる窒素酸化物の濃度に応じた電流が流れる。
ここで、Ｉｐ２＋電極１３２、Ｉｐ２−電極１３３、Ｉｐ２セル１３０がそれぞれ特許請求の範囲の「第２対電極」、「第２内側電極」、「第２ポンプセル」に相当する。

ここで、本実施形態のガスセンサ１によるＮＯｘ濃度検知について、簡単に説明する。
ガスセンサ素子１０の固体電解質体１１１、１２１、１３１は、ヒータパターン１６４の昇温に伴い加熱され、活性化する。これにより、Ｉｐ１セル１１０、Ｖｓセル１２０、及びＩｐ２セル１３０が動作するようになる。
排気通路（図示なし）内を流通する排ガス（測定対象ガス）は、第１多孔質体１５１による流通量の制限を受けつつ第１空間１５０内に導入される。このとき、Ｖｓセル１２０には、Ｖｓ＋電極１２３側からＶｓ−電極１２２側へ微弱な電流Ｉｃｐが流されている。このため、排ガス中の酸素は、負極側となる第１空間１５０内のＶｓ−電極１２２から電子を受け取ることができ、酸素イオンとなって固体電解質体１２１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。つまり、Ｖｓ−電極１２２、Ｖｓ＋電極１２３間で電流Ｉｃｐが流されることによって、第１空間１５０内の酸素が基準酸素室１７０内に送り込まれる。

第１空間１５０内に導入された排ガスの酸素濃度が所定値より薄い場合、Ｉｐ＋電極１１２側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、ガスセンサ素子１０の外部から第１空間１５０内へ酸素の汲み入れを行う。一方、第１空間１５０内に導入された排ガスの酸素濃度が所定値より濃い場合、Ｉｐ−電極１１３側が負極となるようにＩｐ１セル１１０に電流Ｉｐ１を流し、第１空間１５０内からガスセンサ素子１０外部へ酸素の汲み出しを行う。
このように、第１空間１５０において酸素濃度が調整された被測定ガスは、導入路１２５を通じて、第２空間１６０内に導入される。第２空間１６０内でＩｐ２−電極１３３と接触した被測定ガス中の特定ガス成分（ＮＯｘ成分）は、Ｉｐ２−電極１３３、Ｉｐ２＋電極１３２間に電圧Ｖｐ２を印加されることで、Ｉｐ２−電極１３３上で窒素と酸素に分解（還元）され、分解された酸素は、酸素イオンとなって固体電解質体１３１内を流れ、基準酸素室１７０内に移動する。この際、Ｉｐ２セル１３０を流れる電流Ｉｐ２を検出し、その電流値に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検知することができる。

次に、図４を参照し、Ｖｓ−電極１２２について説明する。
上述のように、導入路１２５よりも被測定ガスの導入方向Ｆの上流側（先端側）に仕切り壁１４３が配置されている。この仕切り壁１４３は、第１空間１５０を形成して軸線ＡＸ方向に延びる絶縁体１４０の一方の側壁１４０ｓ１から他の側壁１４０ｓ２に向かって延び、側壁１４０ｓ２との間に隙間ＧＡを有する。又、図２に示すように、仕切り壁１４３は、第１空間１５０を積層方向に囲む２つの壁面ｗ１、ｗ２にそれぞれ接続し、隙間ＧＡを除いて第１空間１５０と導入路１２５とを仕切っている。
なお、本例では、Ｖｓ−電極１２２の表面側の一部に、仕切り壁１４３の側壁１４０ｓ２側が乗り上げるように積層されている。

又、第１空間１５０を形成して軸線ＡＸ方向に見て、導入路１２５は中心よりも側壁１４０ｓ１側にずれて配置されており、側壁１４０ｓ２と導入路１２５との最小間隔Ｄ２の方が、側壁１４０ｓ１と導入路１２５との最小間隔Ｄ１よりも広い。そして、軸線ＡＸ方向に見て、Ｖｓ−電極１２２は、側壁１４０ｓ１と導入路１２５との間（導入路１２５の領域Ｓ）には配置されず、より間隔の広い側壁１４０ｓ２と導入路１２５との間の領域Ｓにのみ配置されている。なお、「のみ」とは、間隔Ｄ１側の領域ＳにＶｓ−電極１２２が存在しないことをいい、領域Ｓを外れて側壁１４０ｓ１と導入路１２５との間隔がＤ１よりも広い部分にはＶｓ−電極１２２が形成されてもよいことを意味する。
又、軸線ＡＸ方向と交差する幅方向Ｔに見て、Ｖｓ−電極１２２は、導入路１２５（領域Ｓ）と重なっている。つまり、被測定ガスが流れ込む領域Ｓのすべてに渡って、Ｖｓ−電極１２２が形成されている。なお、本例ではＶｓ−電極１２２は、さらに領域Ｓよりも導入方向Ｆの上流側に延びて仕切り壁１４３の先端よりも先端側にはみ出し、仕切り壁１４３の下流側（後端側）の端部１４３ｅに少なくとも接すると共に、導入路１２５よりも下流側（後端側）まで延びている。このように、領域Ｓの先後にＶｓ−電極１２２が延びていると、Ｖｓ−電極１２２に被測定ガスがより確実に接触するので好ましい。特に、幅方向Ｔに見て、Ｖｓ−電極１２２が仕切り壁１４３に接していると、より好ましい。

一方、軸線ＡＸ方向に見て、仕切り壁１４３とＶｓ−電極１２２の少なくとも一方（本例では仕切り壁１４３）が導入路１２５と重なると共に、導入路１２５よりも上流側で仕切り壁１４３とＶｓ−電極１２２とが隙間を設けずに重なっている（本例では両者が接している）。
さらに、図２に示すように、積層方向にＩｐ２−電極１３３と導入路１２５とが少なくとも一部で重なっている。

このように、Ｖｓ−電極１２２が間隔の狭い間隔Ｄ１側の領域Ｓには配置されず、より間隔の広い間隔Ｄ２側の領域Ｓに配置されている。従って、第１空間１５０及び導入路１２５の寸法を小さくする、つまりガスセンサ素子１０を小型化した場合に、Ｖｓ−電極１２２を印刷で形成する場合の印刷ズレやその他の製造誤差を考慮しても、間隔の広い間隔Ｄ２側の領域Ｓに、Ｖｓ−電極１２２を導入路１２５に近接して確実に形成することができる。

又、このように、間隔Ｄ１側と間隔Ｄ２側の領域Ｓの一方にのみＶｓ−電極１２２を形成する場合には、Ｖｓ−電極１２２を形成しない側の領域Ｓに被測定ガスが流れて導入路１２５へ導入されると、反対側のＶｓ−電極１２２に被測定ガスが十分に流れずに測定精度が低下する。そこで、隙間ＧＡを除く第１空間１５０を仕切り壁１４３で仕切ることで、第１空間１５０の上流側を流れる被測定ガスは、必ず隙間ＧＡを通って下流側の導入路１２５へ流れる。

このとき、本例のように、軸線ＡＸ方向に見て仕切り壁１４３が導入路１２５と重なっており、隙間ＧＡが導入路１２５よりも間隔Ｄ２側に存在するようにすれば、被測定ガスは隙間ＧＡから必ず間隔Ｄ２側の導入路１２５（の領域Ｓ）に流れ、領域Ｓに重なるＶｓ−電極１２２に必ず接触する。
一方、軸線ＡＸ方向に見て、Ｖｓ−電極１２２が導入路１２５と重なっている場合には、隙間ＧＡを通った被測定ガスは必ずＶｓ−電極１２２に接触する。
従って、いずれにせよ、被測定ガスは隙間ＧＡを通って必ずＶｓ−電極１２２に流れるので、間隔Ｄ１側と間隔Ｄ２側の領域Ｓの一方にのみＶｓ−電極１２２を形成することに起因した測定精度の低下を抑制できる。そして、ガスセンサ素子１０内を第１空間１５０から第２空間１６０へ流れる酸素の濃度勾配が変化する影響を低減し、特定ガス濃度（ＮＯｘ濃度）を精度よく検知できる。

さらに、積層方向にＩｐ２−電極１３３と導入路１２５とが少なくとも一部で重なっていることで、特定ガス濃度（ＮＯｘ濃度）を検知するＩｐ２−電極１３３が導入路１２５に近付く。これにより、Ｉｐ２−電極１３３に近い導入路１２５近傍の酸素濃度をＶｓ−電極１２２で検知することができ、ガスセンサ素子１０内を第１空間１５０から第２空間１６０へ流れる酸素の濃度勾配が変化する影響をさらに低減し、特定ガス濃度（ＮＯｘ濃度）をさらに精度よく検知できる。

さらに、本発明においては、Ｖｓ−電極１２２は、第１空間１５０に露出するようにしている。つまり、Ｖｓ−電極１２２は、第１空間１５０内で視認可能に配置されており、拡散律速層（多孔質体）の内部にＶｓ−電極１２２が配置されていない。このため、酸素の濃度勾配Ｇｒが複雑な挙動となって酸素濃度が大きく変動する拡散律速層（多孔質体）内で酸素濃度を検知することを回避し、特定ガス濃度（ＮＯｘ濃度）をより一層精度よく検知できる。
なお、Ｖｓ−電極１２２が第１空間１５０内に配置されていない（例えば、導入路１２５の壁面にＶｓ−電極１２２が形成されている）場合には、濃度勾配が変化する影響を低減することはできるが、Ｉｐ１−電極１１３とＶｓ−電極１２２の距離が遠くなり過ぎて被測定ガスに対する酸素濃度検知の応答性が低下する。そこで、Ｖｓ−電極１２２を少なくとも第１空間１５０側に配置することで、酸素濃度検知の精度を向上させることができる。

なお、図４の例では、幅方向Ｔに見て、Ｖｓ−電極１２２と仕切り壁１４３とが重なっている。仕切り壁１４３が形成された部分にはＶｓ−電極１２２を形成することができないことから、上述のように軸線ＡＸ方向にＶｓ−電極１２２をＩｐ１−電極１１３に近付けるためには、仕切り壁１４３の隙間ＧＡからＶｓ−電極１２２をＩｐ１−電極１１３側に延ばし、幅方向ＴにＶｓ−電極１２２と仕切り壁１４３とが重なるようにすることが好ましい。
これに対し、後述する図５の例では、幅方向ＴにＶｓ−電極２２２と仕切り壁２４３とが重ならず、図４の例に比べるとＶｓ−電極１２２がＩｐ１−電極１１３から遠くなる。

次に、図５を参照し、本発明の第１の観点の実施形態の変形例について説明する。なお、この変形例は、仕切り壁２４３及びＶｓ−電極２２２の構成が異なること以外は、第１の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０と同一であるので、同一部分の構成については適宜同一符号を付して説明を省略する。
図５の例では、軸線ＡＸ方向に見て、仕切り壁２４３は側壁１４０ｓ２に向かってさらに延び、図４の例に比べて隙間ＧＡが狭い。そして、軸線ＡＸ方向に見て、Ｖｓ−電極２２２は隙間ＧＡと重ならず、かつ幅方向Ｔに見て、Ｖｓ−電極２２２は仕切り壁２４３の端部２４３ｅと一部離間して仕切り壁２４３の下流側に配置されている。この場合も、幅方向Ｔに見て、導入路１２５よりも上流側で仕切り壁２４３とＶｓ−電極２２２とが隙間を設けずに重なっていることになる。なお、本例では、Ｖｓ−電極２２２は先端側が幅方向Ｔに対して斜めになっており、Ｖｓ−電極２２２の尖った先端部位が仕切り壁２４３の端部２４３ｅと重なり、それ以外の先端部位は仕切り壁２４３の端部２４３ｅと離間している。このように、Ｖｓ−電極２２２を斜めにして端部２４３ｅと一部重なるようにすることで、生産上のバラツキで軸線ＡＸ方向にＶｓ−電極２２２が端部２４３ｅと完全に離間してしまうことを抑制できる。又、Ｖｓ−電極２２２を斜めにすることで、Ｖｓ−電極２２２を矩形にして軸線ＡＸ方向にＶｓ−電極２２２を端部２４３ｅと完全に重ならせる場合に比べて、Ｖｓ−電極２２２の材料である貴金属の使用量を削減できる。

そして、図５の例でも、軸線ＡＸ方向に仕切り壁２４３が導入路１２５と重なり、隙間ＧＡが導入路１２５よりも間隔Ｄ２側に存在するので、被測定ガスは隙間ＧＡから必ず間隔Ｄ２側の導入路１２５（領域Ｓ）に流れ、Ｖｓ−電極２２２に必ず接触する。その結果、被測定ガスが隙間ＧＡを通って必ずＶｓ−電極１２２に流れるので、測定精度の低下を抑制できる。

なお、図６のように、軸線ＡＸ方向に見て、導入路１２５よりも上流側で仕切り壁２４３とＶｓ−電極２２２とが少なくとも一部で重ならず、隙間Ｇ２を設けるようにすると、被測定ガスは隙間ＧＡから隙間Ｇ２を通って（Ｖｓ−電極２２２を通らずに）導入路１２５（領域Ｓ）に流れてしまうので、被測定ガスがＶｓ−電極１２２に十分に流れず、測定精度が低下するので不適である。

＜本発明の第２の観点の実施形態＞
次に、図７、図８を参照し、本発明の第２の観点の実施形態について説明する。なお、図７の例は、仕切り壁３４３及びＶｓ−電極３２２の構成が異なることと、導入路１２５の位置が異なること以外は、第１の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０と同一であるので、同一部分の構成については適宜同一符号を付して説明を省略する。
図７は第２の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０Ｂの軸線ＡＸに沿う断面図、図８はＶｓ−電極３２２近傍の上面図である。

図７において、ガスセンサ素子１０Ｂは仕切り壁３４３及びＶｓ−電極３２２の構成が異なること以外は、第１の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０と同一である。なお、Ｖｓ−電極３２２を含むＶｓセルを符号１２０Ｂで表す。

図８に示すように、導入路１２５は幅方向Ｔの中心に配置されており、側壁１４０ｓ２と導入路１２５との間隔と、側壁１４０ｓ１と導入路１２５との間隔は共にＤ１である。
又、仕切り壁３４３は、両方の側壁１４０ｓ１、１４０ｓ２から互いに他の側壁に向かって延び、幅方向Ｔの中央に導入路１２５の一部と重なる隙間ＧＡを設けている。そして、軸線ＡＸ方向に見て、Ｖｓ−電極３２２は、側壁１４０ｓ１、１４０ｓ２にそれぞれ接するように延びており、軸線ＡＸ方向に見て、仕切り壁３４３の隙間ＧＡとＶｓ−電極３２２とが重なっている。
一方、幅方向Ｔに見て、Ｖｓ−電極３２２は、導入路１２５と仕切り壁３４３の間の領域Ｒに配置されている。なお、Ｖｓ−電極３２２は、領域Ｒを超えて仕切り壁３４３及び／又は導入路１２５と接するように延びていてもよい。
さらに、図７に示すように、積層方向にＩｐ２−電極１３３と導入路１２５とが重なっている。

このように、Ｖｓ−電極１２２は導入路１２５よりも被測定ガスの導入方向Ｆの上流側に配置されているので、領域Ｓの間隔Ｄ１が狭くても、これと無関係に（導入路に干渉されずに）幅方向Ｔに広がって形成することができる。従って、第１空間１５０及び導入路１２５の寸法を小さくする、つまりガスセンサ素子１０を小型化した場合に、Ｖｓ−電極１２２を印刷で形成する場合の印刷ズレやその他の製造誤差を考慮しても、Ｖｓ−電極１２２を導入路１２５に近接して確実に形成することができる。

又、軸線ＡＸ方向に見て、仕切り壁３４３の隙間ＧＡとＶｓ−電極３２２とが重なっているので、被測定ガスは、隙間ＧＡを通ってＶｓ−電極３２２に必ず接触する。従って、被測定ガスが隙間ＧＡを通って必ずＶｓ−電極１２２に流れるので、測定精度の低下を抑制できる。

さらに、積層方向にＩｐ２−電極１３３と導入路１２５とが重なっていることで、ガスセンサ素子１０内を第１空間１５０から第２空間１６０へ流れる酸素の濃度勾配が変化する影響を低減し、特定ガス濃度（ＮＯｘ濃度）を精度よく検知できる。
さらに、Ｖｓ−電極１２２は、第１空間１５０に露出するので、第１の観点の実施形態と同様、酸素の濃度勾配Ｇｒが複雑な挙動となって酸素濃度が大きく変動する拡散律速層（多孔質体）内で酸素濃度を検知することを回避し、特定ガス濃度（ＮＯｘ濃度）をより一層精度よく検知できる。

次に、図９を参照し、本発明の第２の観点の実施形態の変形例について説明する。なお、この変形例は、仕切り壁４４３及びＶｓ−電極４２２の構成が異なること以外は、図８の実施形態と同一であるので、同一部分の構成については適宜同一符号を付して説明を省略する。
図９の例では、図８の例に比べて仕切り壁４４３の隙間ＧＡが狭い。さらに、軸線ＡＸ方向に見て、Ｖｓ−電極４２２は導入路１２５よりも内側に形成されつつ、軸線ＡＸ方向に見て隙間ＧＡとＶｓ−電極４２２とが重なっている。
なお、Ｖｓ−電極４２２のＶｓ−リード４２２は、Ｖｓ−電極４２２の幅方向Ｔの一端から幅方向Ｔの外側に延びた後、被測定ガスの導入方向Ｆの下流側（後端側）に延びている。ここで、電極よりも幅が狭くなった部位をリードとする。

図９の例でも、領域Ｓの間隔Ｄ１が狭くても、これと無関係にＶｓ−電極４２２を幅方向Ｔに広がって形成することができる。又、軸線ＡＸ方向に見て仕切り壁４４３の隙間ＧＡとＶｓ−電極４２２とが重なっているので、被測定ガスは、隙間ＧＡを通ってＶｓ−電極３２２に必ず接触する。従って、被測定ガスが隙間ＧＡを通って必ずＶｓ−電極１２２に流れるので、測定精度の低下を抑制できる。
なお、図９の例では、Ｖｓ−電極４２２は領域Ｓのいずれにも形成されておらず、Ｖｓ−電極３２２に比べて小さいので、電極材料を削減してコストダウンを図ることができる。

なお、図１０のように、軸線ＡＸ方向に隙間ＧＡとＶｓ−電極４２２とが重なっていない（隙間ＧＡの少なくとも一部にＶｓ−電極４２２が形成されていない部分がある）ようにすると、被測定ガスは隙間ＧＡからＶｓ−電極４２２を通らずに導入路１２５（領域Ｓ）に流れてしまうので、被測定ガスがＶｓ−電極４２２に十分に流れず、測定精度が低下するので不適である。

＜本発明の第３の観点の実施形態＞
次に、図１１、図１２を参照し、本発明の第３の観点の実施形態について説明する。なお、第３の観点の実施形態は、導入路１２５を無くし、固体電解質体１３１Ｄが固体電解質体１２１Ｄに絶縁体１４７Ｄを介して埋め込まれて同一層をなす複合層２０１Ｄを形成し、固体電解質体１３１Ｄの表裏にＩｐ２−電極１３３とＩｐ２＋電極１３２を対向して配置したこと以外は、図２の第１の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０と同一であるので、同一部分の構成については適宜同一符号を付して説明を省略する。
なお、固体電解質体１３１Ｄが固体電解質体１２１Ｄと同一層でなくてもよい。
図１１は第３の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０Ｄの軸線ＡＸに沿う断面図、図１２はＶｓ−電極１２２近傍の上面図である。

図１１において、ガスセンサ素子１０Ｄは、導入路１２５が無く、固体電解質体１３１Ｄが固体電解質体１２１Ｄに絶縁体１４７Ｄを介して面一に埋め込まれて同一層をなす複合層２０１Ｄを形成し、固体電解質体１３１Ｄの表裏にＩｐ２−電極１３３とＩｐ２＋電極１３２を対向して配置したこと以外は、第１の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０と同一である。
具体的には、図１２に示すように、固体電解質体１２１Ｄの所定部位が矩形にくり抜かれ、このくり抜き部分に枠状の絶縁体１４７Ｄを介して、矩形の固体電解質体１３１Ｄが埋め込まれている。また、孤立した小空間としての基準酸素室１７０Ｄは、Ｖｓ＋電極１２３の裏側、及び固体電解質体１３１Ｄの裏側に形成されたＩｐ２＋電極１３２に対向する絶縁体１４５をくり抜いて形成されている（図１１参照）。基準酸素室１７０Ｄ内には、セラミックス製の多孔質体が配置されている。

なお、Ｖｓ−電極１２２と固体電解質体１２１Ｄを含むＶｓセルを符号１２０Ｄで表す。固体電解質体１３１Ｄを含むＩｐ２セルを符号１３０Ｄで表す。
又、固体電解質体１２１Ｄ、１３１Ｄがそれぞれ特許請求の範囲の「第１セラミック層」、「第２セラミック層」に相当する。固体電解質体１１１が特許請求の範囲の「第３セラミック層」に相当する。

図１２に示すように、仕切り壁１４３及びＶｓ−電極１２２は、図４の第１の観点の実施形態と同一に配置されている。又、図４の導入路１２５と略同一の位置に矩形のＩｐ２−電極１３３が配置されている。これにより、幅方向Ｔに見て、Ｖｓ−電極１２２とＩｐ２−電極１３３とが重なる。
又、仕切り壁１４３より下流側で、固体電解質体１２１Ｄの側壁１４０ｓ１側に寄った部位が矩形にくり抜かれ、このくり抜き部分に矩形枠状の絶縁体１４７Ｄが介装され、絶縁体１４７Ｄの内側に矩形の固体電解質体１３１Ｄが埋め込まれている。これにより、同一層である複合層２０１Ｄ中で、固体電解質体１２１Ｄ、１３１Ｄが絶縁体１４７Ｄにより絶縁されている。

ガスセンサ素子１０Ｄにおいても、ガスセンサ素子１０と同様、ガスセンサ素子内を第１空間１５０から第２空間１６０へ流れる酸素の濃度勾配が変化する影響を低減し、特定ガス濃度（ＮＯｘ濃度）を精度よく検知できる。
特に、ガスセンサ素子１０Ｄの場合、導入路１２５が無く、導入路１２５の位置に直接Ｉｐ２−電極１３３が配置されているので、Ｖｓ−電極１２２とＩｐ２−電極１３３がより近接し、濃度勾配が変化する影響をより一層低減できる。

＜本発明の第４の観点の実施形態＞
次に、図１３、図１４を参照し、本発明の第４の観点の実施形態について説明する。なお、第４の観点の実施形態は、導入路１２５を無くし、固体電解質体１３１Ｅが固体電解質体１２１Ｅに絶縁体１４７Ｅを介して埋め込まれて同一層をなす複合層２０１Ｅを形成し、固体電解質体１３１Ｅの表裏にＩｐ２−電極１３３とＩｐ２＋電極１３２を対向して配置したこと以外は、図７の第２の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０Ｂと同一であるので、同一部分の構成については適宜同一符号を付して説明を省略する。
なお、固体電解質体１３１Ｅが固体電解質体１２１Ｅと同一層でなくてもよい。
図１３は第４の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０Ｅの軸線ＡＸに沿う断面図、図１４はＶｓ−電極３２２近傍の上面図である。

図１３において、ガスセンサ素子１０Ｅは、導入路１２５が無く、固体電解質体１３１Ｅが固体電解質体１２１Ｅに絶縁体１４７Ｅを介して面一に埋め込まれて同一層をなす複合層２０１Ｅを形成し、固体電解質体１３１Ｅの表裏にＩｐ２−電極１３３とＩｐ２＋電極１３２を対向して配置したこと以外は、図７の第２の観点の実施形態に係るガスセンサ素子１０Ｂと同一である。
具体的には、図１４に示すように、固体電解質体１２１Ｅの所定部位が矩形にくり抜かれ、このくり抜き部分に枠状の絶縁体１４７Ｅを介して、矩形の固体電解質体１３１Ｅが埋め込まれている。また、孤立した小空間としての基準酸素室１７０Ｅは、Ｖｓ＋電極１２３の裏側、及び固体電解質体１３１Ｅの裏側に形成されたＩｐ２＋電極１３２に対向する絶縁体１４５をくり抜いて形成されている（図１３参照）。基準酸素室１７０Ｅ内には、セラミックス製の多孔質体が配置されている。

なお、Ｖｓ−電極３２２と固体電解質体１２１Ｅを含むＶｓセルを符号１２０Ｅで表す。固体電解質体１３１Ｅを含むＩｐ２セルを符号１３０Ｅで表す。
又、固体電解質体１２１Ｅ、１３１Ｅがそれぞれ特許請求の範囲の「第１セラミック層」、「第２セラミック層」に相当する。固体電解質体１１１が特許請求の範囲の「第３セラミック層」に相当する。

図１４に示すように、仕切り壁３４３及びＶｓ−電極３２２が図８の第２の観点の実施形態と同一に配置されている。又、図８の導入路１２５と略同一の位置に矩形のＩｐ２−電極１３３が配置されている。なお、仕切り壁３４３より下流側で、固体電解質体１２１Ｅの幅方向Ｔの中央部位が矩形にくり抜かれ、このくり抜き部分に矩形枠状の絶縁体１４７Ｅが介装され、絶縁体１４７Ｅの内側に矩形の固体電解質体１３１Ｅが埋め込まれている。これにより、同一層である複合層２０１Ｅ中で、固体電解質体１２１Ｅ、１３１Ｅが絶縁体１４７Ｅにより絶縁されている。

ガスセンサ素子１０Ｅにおいても、ガスセンサ素子１０と同様、ガスセンサ素子内を第１空間１５０から第２空間１６０へ流れる酸素の濃度勾配が変化する影響を低減し、特定ガス濃度（ＮＯｘ濃度）を精度よく検知できる。
特に、ガスセンサ素子１０Ｅの場合、導入路１２５が無く、導入路１２５の位置に直接Ｉｐ２−電極１３３が配置されているので、Ｖｓ−電極３２２とＩｐ２−電極１３３がより近接し、濃度勾配が変化する影響をより一層低減できる。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、第１空間１５０と第２空間１６０との間には、これら空間の仕切りとして、被測定ガスの単位時間あたりの流通量を制限する拡散律速層（多孔質体）が設けられていないが、この拡散律速層を設けてもよい。但し、上述のように拡散律速層内では酸素濃度が大きく変動して酸素濃度の検知精度が低下するため、Ｖｓ−電極１２２、２２２、３２２を避けて拡散律速層を設けることが必要である。具体的には、例えば、被測定ガスの導入方向Ｆに沿って、Ｉｐ１−電極１１３とＶｓ−電極１２２、２２２、３２２の間に拡散律速層を設けたり、Ｖｓ−電極１２２、２２２、３２２とＩｐ２−電極１３３の間に拡散律速層を設けることができる。
又、ガスセンサ素子は三つ以上のセラミック層を積層して構成されていればよく、セラミック層の積層数は三つに限定されない。
又、導入路や各電極の形状は限定されず、例えば、円形、矩形の他、不定形とすることができる。
又、上記実施形態では、第１セラミック層の全てを固体電解質体で形成したが、これに限られず、第１セラミック層をアルミナ等の絶縁体で形成し、一部をくり抜いて固体電解質体を埋め込む構成を採ってもよい。上記構成によれば、ジルコニアよりも価格が安いアルミナを主体として第１セラミック層を形成するため、製造コストのさらなる低減化を図ることができる。
又、このときに検知電極の外周縁が埋め込まれた固体電解質体の外周縁よりも０．１５ｍｍ以上外側に位置する構成を採ってもよい。上記構成によれば、検知電極の印刷時にキワがにじんだとしても固体電解質体が検知電極から露出してしまうことを抑制することができる。

１ ガスセンサ
１０、１０Ｂ〜１０Ｅ ガスセンサ素子
１１０ 第１ポンプセル
１１１、１２１、１３１ 固体電解質体（セラミック層）
１２１Ｄ、１２１Ｅ 固体電解質体（第１セラミック層）
１３１Ｄ、１３１Ｅ 固体電解質体（第２セラミック層）
１１１ 固体電解質体（第３セラミック層）
１１２ 第１対電極（Ｉｐ１＋電極）
１１３ 第１内側電極（Ｉｐ１−電極）
１２０、１２０Ｂ、１２０Ｄ、１２０Ｅ 酸素濃度検知セル
１２２、２２２、３２２、４２２、５２２ 検知電極（Ｖｓ−電極）
１２３ 基準電極（Ｖｓ＋電極）
１２５ 導入路
１２５ｅ 導入路の被測定ガスの導入方向下流側の端部
１３０、１３０Ｄ，１３０Ｅ 第２ポンプセル
１３２ 第２対電極（Ｉｐ２＋電極）
１３３ 第２内側電極（Ｉｐ２−電極）
１４０ｓ１ 第１空間を形成する一方の側壁
１４０ｓ２ 第１空間を形成する他の側壁
１４３、２４２、３４３、４４３ 仕切り壁
１４７Ｄ、１４７Ｅ、１４７Ｆ 絶縁体
１５０ 第１空間
１６０ 第２空間
２０１Ｄ、２０１Ｅ 複合層
Ｆ 被測定ガスの導入方向
ＡＸ 軸線方向
Ｔ 幅方向
ＧＡ 仕切り壁の隙間
ｗ１、ｗ２ 第１空間を積層方向に囲む２つの壁面
Ｒ 導入路と仕切り壁の間の領域

Claims (8)

1. 軸線方向に延び、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、第１セラミック層と、第３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空間と、
   前記第１セラミック層と、第２セラミック層の層間に形成されると共に、前記第１空間と少なくとも一部が積層方向に重なり合う第２空間と、
   前記第１セラミック層を前記積層方向に貫く空間を形成すると共に、前記第１空間に導入された前記被測定ガスを前記第２空間に導入する１つの導入路と、
   前記第１空間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空間に隣接する前記第３セラミック層と、前記第３セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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空間に隣接する前記第１セラミック層と、前記第１セラミック層上に設けられ、前記第１空間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空間内における前記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空間に隣接する前記第２セラミック層と、前記第２セラミック層上に設けられ、前記第２空間内に晒された第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、
   前記導入路よりも前記導入方向上流側に配置され、前記第１空間を形成して前記軸線方向に延びる側壁の少なくとも一方から他の側壁に向かって、両側壁の間に隙間を設けて延び、かつ前記第１空間を前記積層方向に囲む２つの壁面に接続する仕切り壁をさらに備え、
   前記検知電極は、前記第１空間に露出すると共に、前記軸線方向に見て、前記側壁と前記導入路との間、又は前記他の側壁と前記導入路との間の一方にのみ配置され、前記軸線方向と交差する幅方向に見て、前記検知電極と前記導入路とが重なり、
   前記軸線方向に見て、前記仕切り壁と前記検知電極の少なくとも一方が前記導入路と重なると共に、前記導入路よりも前記導入方向上流側で前記仕切り壁と前記検知電極とが隙間を設けずに重なり、
   前記積層方向に前記導入路と前記第２内側電極とが少なくとも一部で重なることを特徴とするガスセンサ素子。
2. 軸線方向に延び、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、第１セラミック層の層と、第３セラミック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空間と、
   前記第１セラミック層と、第２セラミック層の層間に形成されると共に、前記第１空間と少なくとも一部が積層方向に重なり合う第２空間と、
   前記第１セラミック層を前記積層方向に貫く空間を形成すると共に、前記第１空間に導入された前記被測定ガスを前記第２空間に導入する１つの導入路と、
   前記第１空間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空間に隣接する前記第３セラミック層と、前記第３セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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空間に隣接する前記第１セラミック層と、前記第１セラミック層上に設けられ、前記第１空間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空間内における前記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空間に隣接する前記第２セラミック層と、前記第２セラミック層上に設けられ、前記第２空間内に晒された第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、
   前記導入路よりも前記導入方向上流側に配置され、前記第１空間を形成して前記軸線方向に延びる側壁の少なくとも一方から他の側壁に向かって、両側壁の間に隙間を設けて延び、かつ前記第１空間を前記積層方向に囲む２つの壁面に接続する仕切り壁をさらに備え、
   前記検知電極は、前記第１空間に露出すると共に、前記軸線方向と交差する幅方向に見て、前記導入路と前記仕切り壁の間の領域に配置され、
   前記軸線方向に見て、前記仕切り壁の前記隙間と前記検知電極とが重なり、
   前記積層方向に前記導入路と前記第２内側電極とが少なくとも一部で重なることを特徴とするガスセンサ素子。
3. 軸線方向に延び、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、第１セラミック層内に第２セラミック層が配置されて複合層を形成し、
   第３セラミック層と、前記複合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空間と、
   前記第１空間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空間に隣接する前記第３セラミック層と、該第３セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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空間に隣接する前記第１セラミック層と、該第１セラミック層上に設けられ、前記第１空間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１空間内における前記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１空間に隣接する前記第２セラミック層と、該第２セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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、
   前記第２内側電極よりも前記導入方向上流側に配置され、前記第１空間を形成して前記軸線方向に延びる側壁の少なくとも一方から他の側壁に向かって、両側壁の間に隙間を設けて延び、かつ前記第１空間を前記積層方向に囲む２つの壁面に接続する仕切り壁をさらに備え、
   前記検知電極は、前記第１空間に露出すると共に、前記軸線方向に見て、前記側壁と前記第２内側電極との間、又は前記他の側壁と前記第２内側電極との間の一方にのみ配置され、前記軸線方向と交差する幅方向に見て、前記検知電極と前記第２内側電極とが重なり、
   前記軸線方向に見て、前記仕切り壁と前記検知電極の少なくとも一方が前記第２内側電極と重なると共に、前記第２内側電極よりも前記導入方向上流側で前記仕切り壁と前記検知電極とが隙間を設けずに重なることを特徴とするガスセンサ素子。
4. 軸線方向に延び、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、第１セラミック層内に第２セラミック層が配置されて複合層を形成し、
   第３セラミック層と、前記複合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空間と、
   前記第１空間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空間に隣接する前記第３セラミック層と、該第３セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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空間に隣接する前記第１セラミック層と、該第１セラミック層上に設けられ、前記第１空間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１空間内における前記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１空間に隣接する前記第２セラミック層と、該第２セラミック層上に設けられ、前記第１空間内に晒された第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、
   前記第２内側電極よりも前記導入方向上流側に配置され、前記第１空間を形成して前記軸線方向に延びる側壁の少なくとも一方から他の側壁に向かって、両側壁の間に隙間を設けて延び、かつ前記第１空間を前記積層方向に囲む２つの壁面に接続する仕切り壁をさらに備え、
   前記検知電極は、前記第１空間に露出すると共に、前記軸線方向と交差する幅方向に見て、前記第２内側電極と前記仕切り壁の間の領域に配置され、
   前記軸線方向に見て、前記仕切り壁の前記隙間と前記検知電極とが重なることを特徴とするガスセンサ素子。
5. 前記軸線方向に見て、前記検知電極と前記仕切り壁とが重なることを特徴とする請求項２又は４に記載のガスセンサ素子。
6. 前記第１セラミック層は絶縁性の材料で形成され、
   前記検知電極は、前記第１セラミック層内に同一層に配置された固体電解質体の全面と接すると共に、前記検知電極の外周縁は前記固体電解質体の外周縁を覆うことを特徴とする請求項１乃至５に記載のガスセンサ素子。
7. 前記検知電極の外周縁が前記固体電解質体の外周縁よりも０．１５ｍｍ以上外側に位置することを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ素子。
8. 被測定ガス中の特定ガスを検出するガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を保持する主体金具と、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乃至７に記載のガスセンサ素子を備えるガスセンサ。

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