JP7118918B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、検出対象ガスにおける特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサ素子を備えるガスセンサに関する。

車両の内燃機関の排気管等においては、排気管内を流れる排ガスを検出対象ガスとして、検出対象ガスにおけるＮＯｘ（窒素酸化物）等の特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサが用いられる。このガスセンサによって、例えば、排気管内に配置された触媒から流出する特定ガス成分の濃度を検出し、触媒が正常に機能しているかを監視している。

特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサは、例えば、固体電解質体と、固体電解質体の第１表面に積層された絶縁体に形成されたガス室と、固体電解質体の第２表面に積層された絶縁体に形成された基準ガスダクトとを備える。また、固体電解質体の第１表面には、ガス室内に収容されたポンプ電極及びセンサ電極が設けられており、固体電解質体の第２表面には、基準ガスダクト内に収容された基準電極が設けられている。ポンプ電極は、酸素に対する触媒活性を有しており、センサ電極は、酸素及び特定ガス成分に対する触媒活性を有している。

ポンプ電極と基準電極との間に直流電圧が印加されることにより、ガス室内の検出対象ガスにおける不要な酸素が汲み出される。また、直流電圧が印加されたセンサ電極と基準電極との間に生じる電流によって、ガス室内の検出対象ガスにおける特定ガス成分の濃度が検出される。このようなガスセンサとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。

特許文献１のガスセンサにおいては、固体電解質体の第１表面の、センサ電極と並ぶ位置に、酸素に対する触媒活性を有するモニタ電極が設けられている。また、直流電圧が印加されたモニタ電極と基準電極との間に生じる電流によって、ガス室内の検出対象ガスにおける特定ガス成分の濃度が検出される。そして、センサ電極と基準電極との間に生じる電流から、モニタ電極と基準電極との間に生じる電流を差し引くことにより、検出対象ガスにおける残留酸素が、特定ガス成分の濃度に与える影響が緩和される。

特開２０１７－４０６６０号公報

ところで、車両の内燃機関の排気管に配置されて使用されるガスセンサにおいて、内燃機関における運転状態が、燃料の噴射を停止する燃料カット状態になったときには、検出対象ガスにおける酸素の濃度が急激に増加する。この場合には、ポンプ電極と基準電極との間に印加される直流電圧によって、ポンプ電極から固体電解質体を介して基準電極へ大量の酸素が汲み出される。このとき、基準ガスダクト内の、基準ガスとしての大気の酸素濃度が一時的に増加する。そして、この影響を受けて、センサ電極と基準電極との間に生じる電流が一時的に増加する。

そのため、実際には、センサ電極において特定ガス成分を検出していないにも拘らず、センサ電極と基準電極との間に生じる電流の値が大きくなることがある。このとき、特定ガス成分の濃度の検出に誤差が生じるおそれがある。一方、特許文献１のガスセンサにおいては、センサ電極とモニタ電極とが、基準ガスダクト内の大気の酸素濃度が一時的に増加した影響を受ける。そのため、特定ガス成分の濃度の検出に生じる誤差が緩和されると考えられる。

しかし、センサ電極の組成とモニタ電極の組成とが異なっていることにより、センサ電極が有する静電容量とモニタ電極が有する静電容量とが異なる。そのため、基準ガスダクト内の大気の酸素濃度が一時的に増加したことによって、センサ電極と基準電極との間に生じる電流と、モニタ電極と基準電極との間に生じる電流とが異なることになる。そのため、特定ガス成分の濃度の検出に生じる誤差をなくすことは難しい。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、基準ガスの酸素濃度が急激に増加した場合であっても、特定ガス成分の濃度の検出に誤差がほとんど生じないようにす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、検出対象ガス（Ｇ）における特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）であって、
前記センサ素子は、
イオン伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
前記固体電解質体の第１表面（３０１）に積層された第１絶縁体（３３Ａ）と、
前記固体電解質体の前記第１表面と、前記第１絶縁体に形成された凹部とによって囲まれて形成された、前記検出対象ガスが導入されるガス室（３５）と、
前記固体電解質体の第２表面（３０２）に積層された第２絶縁体（３３Ｂ）と、
前記固体電解質体の前記第２表面と、前記第２絶縁体に形成された溝部とによって囲まれて形成された、基準ガス（Ａ）が導入される基準ガスダクト（３６）と、
前記固体電解質体の前記第１表面に設けられるとともに前記ガス室内に収容された、前記検出対象ガスにおける酸素の濃度を調整するためのポンプ電極（３１１）と、
前記固体電解質体の前記第１表面に設けられるとともに前記ガス室内に収容された、前記ポンプ電極によって酸素の濃度が調整された後の前記検出対象ガスにおける前記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサ電極（３１２）と、
前記固体電解質体の前記第２表面において、前記ポンプ電極及び前記センサ電極と前記固体電解質体を介して重なる位置に設けられた１つ又は複数の基準電極（３１４）と、
前記基準電極における、前記センサ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位（３１４Ｂ，３１４Ｄ，３１４Ｆ）を接触又は非接触の状態で覆うように設けられた、絶縁性の遮蔽層（５）と、を有するガスセンサ（１）にある。

前記一態様のガスセンサにおいては、基準電極における、センサ電極に固体電解質体を介して重なる部位に、絶縁性の遮蔽層を設けている。この遮蔽層は、基準電極における、センサ電極に固体電解質体を介して重なる部位とは、換言すれば、固体電解質体を介してセンサ電極と対向する基準電極の部位のことを示す。そして、センサ電極と、基準電極における、センサ電極に固体電解質体を介して重なる部位との間には、特定ガス成分が検出されるときに電流が流れる。

内燃機関の運転状態が燃料カット状態になったとき等、検出対象ガスにおける酸素濃度が急激に変化したときには、ポンプ電極及び基準電極の作用によって、ポンプ電極から基準電極へ大量の酸素が汲み出される。このとき、基準ガスダクト内の大気等の基準ガスの酸素濃度が急激に増加することになる。

ただし、基準電極における、センサ電極に固体電解質体を介して重なる部位は、遮蔽層によって覆われている。そのため、基準ガスダクト内の基準ガスの酸素濃度が急激に増加したとしても、基準電極における、センサ電極に固体電解質体を介して重なる部位に接触する基準ガスの酸素濃度は急激に増加しない。これにより、センサ電極と、基準電極における、センサ電極に固体電解質体を介して重なる部位との間に生じる電流が、基準ガスの酸素濃度が急激に増加したときの影響を受けないようにすることができる。

それ故、前記一態様のガスセンサによれば、基準ガスの酸素濃度が急激に増加した場合であっても、特定ガス成分の濃度の検出に誤差がほとんど生じないようにすることができる。

なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。

図１は、実施形態１にかかる、ガスセンサを示す断面図である。 図２は、実施形態１にかかる、センサ素子を示す断面図である。 図３は、実施形態１にかかる、センサ素子を示す、図２のIII－III断面図である。 図４は、実施形態１にかかる、センサ素子を示す、図２のIV－IV断面図である。 図５は、実施形態１にかかる、センサ素子を示す、図２のV－V断面図である。 図６は、実施形態１にかかる、センサ素子を示す、図２のVI－VI断面図である。 図７は、実施形態１にかかる、他のセンサ素子を示す、図２のVI－VI断面相当図である。 図８は、実施形態１にかかる、さらに他のセンサ素子を示す、図２のVI－VI断面相当図である。 図９は、実施形態２にかかる、センサ素子を示す断面図である。 図１０は、実施形態２にかかる、センサ素子を示す、図９のX－X断面図である。 図１１は、実施形態２にかかる、他のセンサ素子を示す、図９のX－X断面相当図である。 図１２は、実施形態３にかかる、センサ素子を示す断面図である。 図１３は、実施形態３にかかる、センサ素子を示す、図１２のXIII－XIII断面図である。 図１４は、実施形態３にかかる、センサ素子を示す、図１２のXIV－XIV断面図である。 図１５は、実施形態３にかかる、センサ素子を示す、図１２のXIII－XIII断面相当図である。 図１６は、実施形態３にかかる、他のセンサ素子を示す、図１２のXIV－XIV断面相当図である。 図１７は、実施形態４にかかる、センサ素子を示す、図２のIV－IV断面相当図である。 図１８は、実施形態４にかかる、センサ素子を示す、図２のV－V断面相当図である。 図１９は、実施形態４にかかる、他のセンサ素子を示す、図２のIV－IV断面相当図である。 図２０は、実施形態４にかかる、他のセンサ素子を示す、図２のVI－VI断面相当図である。

前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。
＜実施形態１＞
本形態のガスセンサ１は、図１～図６に示すように、検出対象ガスＧにおける特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサ素子２を備える。センサ素子２は、固体電解質体３１、第１絶縁体３３Ａ、ガス室３５、第２絶縁体３３Ｂ、基準ガスダクト３６、ポンプ電極３１１、センサ電極３１２、基準電極３１４及び遮蔽層５を有する。

固体電解質体３１は、所定の活性温度において酸素イオンを伝導させるイオン伝導性を有するものである。第１絶縁体３３Ａは、固体電解質体３１の第１表面３０１に積層されている。ガス室３５は、固体電解質体３１の第１表面３０１と、第１絶縁体３３Ａに形成された凹部とによって囲まれて形成されており、検出対象ガスＧが導入される空間を形成する。第２絶縁体３３Ｂは、固体電解質体３１の第２表面３０２に積層されている。基準ガスダクト３６は、固体電解質体３１の第２表面３０２と、第２絶縁体３３Ｂに形成された溝部とによって囲まれて形成されており、基準ガスＡが導入される流路を形成する。

図２、図３及び図５に示すように、ポンプ電極３１１は、固体電解質体３１の第１表面３０１に設けられるとともにガス室３５内に収容されている。ポンプ電極３１１は、検出対象ガスＧにおける酸素の濃度を調整するために用いられる。センサ電極３１２は、固体電解質体３１の第１表面３０１に設けられるとともにガス室３５内に収容されている。センサ電極３１２は、ポンプ電極３１１によって酸素の濃度が調整された後の検出対象ガスＧにおける特定ガス成分の濃度を検出するために用いられる。

図２、図４及び図６に示すように、基準電極３１４は、固体電解質体３１の、第１表面３０１の反対側の第２表面３０２において、ポンプ電極３１１及びセンサ電極３１２と固体電解質体３１を介して重なる位置に設けられている。遮蔽層５は、絶縁性のセラミック材料によって構成されており、基準電極３１４における、センサ電極３１２に固体電解質体３１を介して重なる部位であるセンサ側電極部３１４Ｂを覆っている。

以下に、本形態のガスセンサ１について詳説する。
（ガスセンサ１）
図１に示すように、ガスセンサ１は、車両の内燃機関（エンジン）の排気管７の取付口７１に配置され、排気管７を流れる排ガスを検出対象ガスＧとして、検出対象ガスＧにおける特定ガス成分としてのＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を検出するために用いられる。ＮＯｘには、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ₂）等がある。

排気管７には、検出対象ガスＧ中の有害物質を浄化するための触媒が配置されている。ガスセンサ１は、例えば、排気管７における検出対象ガスＧの流れ方向において、触媒の下流側の位置に配置することができる。

（センサ素子２）
図２～図６に示すように、本形態のセンサ素子２は、長尺の直方体形状に形成されている。センサ素子２は、固体電解質体３１に、第１絶縁体３３Ａ、第２絶縁体３３Ｂ等が積層された積層タイプのものである。センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位には、ポンプ電極３１１、センサ電極３１２及び基準電極３１４と、ポンプ電極３１１及びセンサ電極３１２と基準電極３１４との間に挟まれた固体電解質体３１の部分とによる検知部２１が形成されている。

本形態において、センサ素子２の長尺方向Ｌとは、センサ素子２が長尺形状に延びる方向のことをいう。また、長尺方向Ｌに直交し、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂとが積層された方向、換言すれば、固体電解質体３１、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ及び発熱体３４が積層された方向を、積層方向Ｄという。また、長尺方向Ｌと積層方向Ｄとに直交する方向を、幅方向Ｗという。また、センサ素子２の長尺方向Ｌにおいて、検出対象ガスＧに晒される側を先端側Ｌ１といい、先端側Ｌ１の反対側を後端側Ｌ２という。

（固体電解質体３１、ポンプ電極３１１、センサ電極３１２、基準電極３１４）
図２～図６に示すように、固体電解質体３１は、板形状を有しており、所定の活性温度において、酸素イオン（Ｏ^2-）の伝導性を有するものである。固体電解質体３１は、ジルコニア系酸化物からなり、ジルコニアを主成分とし（５０質量％以上含有し）、希土類金属元素又はアルカリ土類金属元素によってジルコニアの一部を置換させた安定化ジルコニア又は部分安定化ジルコニアからなる。固体電解質体３１を構成するジルコニアの一部は、イットリア、スカンジア又はカルシアによって置換することができる。

ポンプ電極３１１は、酸素に対する触媒活性を示す貴金属としての白金と、固体電解質体３１との共材としてのジルコニア系酸化物とを含有している。共材は、固体電解質体３１にペースト状の電極材料を印刷（塗布）して両者を焼成する際に、電極材料によって形成されるポンプ電極３１１等と固体電解質体３１との結合強度を維持するためのものである。

センサ電極３１２は、酸素及び特定ガス成分としてのＮＯｘに対する触媒活性を示す貴金属と、固体電解質体３１との共材としてのジルコニア系酸化物とを含有している。センサ電極３１２は、酸素に対する触媒活性を示す白金と、ＮＯｘに対する触媒活性を示すロジウムとを含有する。センサ電極３１２には、ロジウムの他に、ＮＯｘに対する触媒活性を有する貴金属を用いることができる。基準電極３１４は、酸素に対する触媒活性を示す貴金属としての白金と、固体電解質体３１との共材としてのジルコニア系酸化物とを含有している。

図２及び図６に示すように、本形態の基準電極３１４は、ポンプ電極３１１に固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる部位であるポンプ側電極部３１４Ａと、センサ電極３１２に固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる部位であるセンサ側電極部３１４Ｂとに、分離して形成されている。ポンプ側電極部３１４Ａは、ポンプ電極３１１と同じ面積を有し、固体電解質体３１を介してポンプ電極３１１と正対する位置に配置されている。センサ側電極部３１４Ｂは、センサ電極３１２と同じ面積を有し、固体電解質体３１を介してセンサ電極３１２と正対する位置に配置されている。「固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる」とは、積層方向Ｄから見て重なる位置に存在することをいう。

基準電極３１４をポンプ側電極部３１４Ａとセンサ側電極部３１４Ｂとに分離することにより、センサ側電極部３１４Ｂのみを遮蔽層５によって被覆することができる。そのため、ＮＯｘ等の特定ガス成分の検出に影響する基準電極３１４の部位を効果的に被覆することができる。

ポンプ電極３１１は、固体電解質体３１の第１表面３０１において、ガス室３５における長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の位置に配置されている。ポンプ電極３１１は、固体電解質体３１の第１表面３０１において、後述する拡散抵抗層３２の長尺方向Ｌの後端側Ｌ２に隣接する位置に配置されている。センサ電極３１２は、固体電解質体３１の第１表面３０１において、ポンプ電極３１１に対する長尺方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接する位置に配置されている。拡散抵抗層３２からガス室３５内に導入される検出対象ガスＧは、ポンプ電極３１１に接触して酸素濃度が下げられた後、センサ電極３１２に接触する。

図５に示すように、ポンプ電極３１１には、固体電解質体３１の第１表面３０１に設けられた、ポンプ電極３１１をガスセンサ１の外部と電気接続するための外部接続用のポンプ電極用リード部３１１Ｘが繋がっている。ポンプ電極用リード部３１１Ｘは、ポンプ電極３１１の長尺方向Ｌの後端位置から、固体電解質体３１の長尺方向Ｌの後端部まで形成されている。

センサ電極３１２には、固体電解質体３１の第１表面３０１に設けられた、センサ電極３１２をガスセンサ１の外部と電気接続するための外部接続用のセンサ電極用リード部３１２Ｘが繋がっている。センサ電極用リード部３１２Ｘは、センサ電極３１２の長尺方向Ｌの後端位置から、固体電解質体３１の長尺方向Ｌの後端部まで形成されている。

図６に示すように、基準電極３１４のポンプ側電極部３１４Ａには、固体電解質体３１の第２表面３０２に設けられた、ポンプ側電極部３１４Ａをガスセンサ１の外部と電気接続するための外部接続用の基準電極用第１リード部３１４Ｘが繋がっている。基準電極用第１リード部３１４Ｘは、ポンプ側電極部３１４Ａの長尺方向Ｌの後端位置から、固体電解質体３１の長尺方向Ｌの後端部まで形成されている。

基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂには、固体電解質体３１の第２表面３０２に設けられた、センサ側電極部３１４Ｂをガスセンサ１の外部と電気接続するための外部接続用の基準電極用第２リード部３１４Ｙが繋がっている。基準電極用第２リード部３１４Ｙは、センサ側電極部３１４Ｂの長尺方向Ｌの後端位置から、固体電解質体３１の長尺方向Ｌの後端部まで形成されている。

ポンプ電極用リード部３１１Ｘ、センサ電極用リード部３１２Ｘ、基準電極用第１リード部３１４Ｘ及び基準電極用第２リード部３１４Ｙのほとんどの部分は、長尺方向Ｌに沿って形成されている。図１に示すように、ポンプ電極用リード部３１１Ｘ、センサ電極用リード部３１２Ｘ、基準電極用第１リード部３１４Ｘ及び基準電極用第２リード部３１４Ｙの各後端部は、第１絶縁体３３Ａ又は第２絶縁体３３Ｂにおけるスルーホールを介して、センサ素子２の表面に設けられた接触部２２にそれぞれ導通されている。センサ素子２の各接触部２２には、ガスセンサ１の外部に配置されたセンサコントロールユニット６に配線されるリード線４８の接点端子４４がそれぞれ接触する。

図７に示すように、基準電極用第１リード部３１４Ｘの後端部と基準電極用第２リード部３１４Ｙの後端部とは、固体電解質体３１の第２表面３０２において互いに接続されていてもよい。この場合には、基準電極３１４が複数に分離（分割）して形成されていても、接触部２２を１つに集約して、接点端子４４及びリード線４８の使用数を減らすことができる。

図６に示すように、基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂが遮蔽層５によって覆われているため、センサ側電極部３１４Ｂへの基準ガスＡ中の酸素の供給は、基準電極用第２リード部３１４Ｙから行われる。そのため、基準電極用第２リード部３１４Ｙに基準ガスＡ中の酸素が取り込まれやすくするために、基準電極用第２リード部３１４Ｙの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積は、ポンプ電極用リード部３１１Ｘの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積、センサ電極用リード部３１２Ｘの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積、及び基準電極用第１リード部３１４Ｘの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積に比べて大きくすることができる。

基準電極用第２リード部３１４Ｙの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積は、積層方向Ｄの厚み及び幅方向Ｗの幅の少なくとも一方を大きくすることによって、ポンプ電極用リード部３１１Ｘ、センサ電極用リード部３１２Ｘ及び基準電極用第１リード部３１４Ｘの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積に比べて大きくすることができる。

基準電極用第２リード部３１４Ｙの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積は、０．０１～０．１［ｍｍ²］の範囲内になるようにすることができる。基準電極用第２リード部３１４Ｙの積層方向Ｄの厚みは、１０～５０［μｍ］の範囲内になるようにすることができる。基準電極用第２リード部３１４Ｙの幅方向Ｗの幅は、１．０～２．０［ｍｍ］の範囲内になるようにすることができる。

ポンプ電極用リード部３１１Ｘ、センサ電極用リード部３１２Ｘ及び基準電極用第１リード部３１４Ｘの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積は、０．００１５～０．０１［ｍｍ²］の範囲内になるようにすることができる。ポンプ電極用リード部３１１Ｘ、センサ電極用リード部３１２Ｘ及び基準電極用第１リード部３１４Ｘの積層方向Ｄの厚みは、５～１０［μｍ］の範囲内になるようにすることができる。ポンプ電極用リード部３１１Ｘ、センサ電極用リード部３１２Ｘ及び基準電極用第１リード部３１４Ｘの幅方向Ｗの幅は、０．３～１．０［ｍｍ］の範囲内になるようにすることができる。

図２～図５に示すように、固体電解質体３１の第１表面３０１における、ガス室３５を形成する部位であって、ポンプ電極３１１及びセンサ電極３１２が設けられていない部位には、アルミナ等の絶縁性のセラミック材料による絶縁層３８が設けられている。絶縁層３８は、ポンプ電極３１１及びセンサ電極３１２の積層方向Ｄの厚みと同等の厚みに形成することができる。

（遮蔽層５）
図２、図４及び図６に示すように、本形態の遮蔽層５は、基準ガスダクト３６内の流路を埋めずに、センサ側電極部３１４Ｂに接触してセンサ側電極部３１４Ｂの全体を埋める状態で設けられている。遮蔽層５は、センサ側電極部３１４Ｂの表面において、均一な厚みに形成されている。遮蔽層５の一部は、センサ側電極部３１４Ｂの周りを囲んで固体電解質体３１の第２表面３０２に接触している。

遮蔽層５は、基準ガスＡを透過させない性質を有する緻密質のセラミック材料によって形成されている。また、セラミック材料は、アルミナ等の金属酸化物の粒子によって形成されている。「緻密質」とは、金属酸化物の粒子同士の間に間隙がほとんど形成されていない状態、又は金属酸化物の粒子同士の間に形成された間隙が、基準ガスＡ等の気体を通過させることができない程度に小さい状態にあることをいう。

センサ側電極部３１４Ｂの全体が遮蔽層５によって覆われていることにより、センサ側電極部３１４Ｂから基準ガスＡとしての大気への酸素の移動は、基準電極用第２リード部３１４Ｙを介して行われると考えられる。そして、センサ側電極部３１４Ｂに接触する基準ガスＡとしての大気の酸素濃度は、基準ガスダクト３６内における基準ガスＡの酸素濃度の変化による影響をほとんど受けない。

図７に示すように、遮蔽層５は、基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂの全体と、基準電極用第２リード部３１４Ｙの一部とを連続して覆っていてもよい。遮蔽層５が基準電極用第２リード部３１４Ｙを覆う長さは、センサ側電極部３１４Ｂの長尺方向Ｌの長さよりも長くすることができる。また、遮蔽層５は、基準電極用第２リード部３１４Ｙの長尺方向Ｌの全長における、長尺方向Ｌの先端側Ｌ１から２割以上の長さの範囲を覆うことができる。この場合には、基準ガスダクト３６内の基準ガスＡの酸素濃度の変化による影響が、基準電極用第２リード部３１４Ｙに生じることを抑制することができる。なお、遮蔽層５は、センサ側電極部３１４Ｂの全体と基準電極用第２リード部３１４Ｙの全体とを覆っていてもよい。

また、図８に示すように、基準電極用第２リード部３１４Ｙは、センサ側電極部３１４Ｂに繋がる長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位を除いて、固体電解質体３１と第１絶縁体３３Ａとの境界、又は第１絶縁体３３Ａの内部に埋設することもできる。この場合には、センサ側電極部３１４Ｂ、及び基準電極用第２リード部３１４Ｙにおける、センサ側電極部３１４Ｂに繋がる長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位は、遮蔽層５によって覆うことができる。

（ガス室３５）
図２～図５に示すように、固体電解質体３１の第１表面３０１には、第１絶縁体３３Ａと固体電解質体３１とに囲まれたガス室３５が隣接して形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａの長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位において、ポンプ電極３１１を収容する位置に形成されている。ガス室３５は、第１絶縁体３３Ａと拡散抵抗層３２と固体電解質体３１とによって閉じられた空間部として形成されている。排気管７内を流れる検出対象ガスＧは、拡散抵抗層３２を通過してガス室３５内に導入される。

（拡散抵抗層３２）
第１絶縁体３３Ａの長尺方向Ｌの先端部には、ガス室３５内に検出対象ガスＧを所定の拡散抵抗の下に導入するための拡散抵抗層３２が設けられている。本形態の拡散抵抗層３２は、ガス室３５の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して設けられている。拡散抵抗層３２は、第１絶縁体３３Ａにおいて、ガス室３５の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１に隣接して開口された導入口内に配置されている。拡散抵抗層３２は、アルミナ等の多孔質の金属酸化物によって形成されている。ガス室３５に導入される検出対象ガスＧの拡散速度（流量）は、検出対象ガスＧが拡散抵抗層３２における気孔を透過する速度が制限されることによって決定される。

拡散抵抗層３２は、ガス室３５の幅方向Ｗの両側に隣接して形成されていてもよい。この場合には、拡散抵抗層３２は、第１絶縁体３３Ａにおいて、ガス室３５の幅方向Ｗの両側に隣接して開口された導入口内に配置される。また、この場合には、拡散抵抗層３２は、ガス室３５の幅方向Ｗの両側において、ポンプ電極３１１の長尺方向Ｌの形成位置よりも先端側Ｌ１の位置に形成することができる。なお、センサ素子２に拡散抵抗層３２を形成する代わりに、第１絶縁体３３Ａに、ガス室３５に連通された小さな貫通穴であるピンホールを形成することもできる。

本形態のガスセンサ１は、ガス室３５及び拡散抵抗層３２を利用した限界電流式のセンサである。より具体的には、ガスセンサ１は、センサ電極３１２と基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂとの間に、所定の直流電圧を印加したときに、拡散抵抗層３２による検出対象ガスＧの拡散律速（流入限界）によって、電圧の変化に拘わらず電流値が一定となる限界電流特性を利用して、特定ガス成分としてのＮＯｘの濃度を検出する。

（基準ガスダクト３６）
図２、図３、図４及び図６に示すように、固体電解質体３１の第２表面３０２には、第２絶縁体３３Ｂと固体電解質体３１とに囲まれた基準ガスダクト３６が隣接して形成されている。基準ガスダクト３６は、第２絶縁体３３Ｂにおける、基準電極３１４を収容する長尺方向Ｌの部位から、センサ素子２の長尺方向Ｌにおける、大気等の基準ガスＡに晒される後端位置まで形成されている。センサ素子２の長尺方向Ｌの後端位置には、基準ガスダクト３６の基準ガス導入部としての後端開口部３６１が形成されている。基準ガスダクト３６は、後端開口部３６１から固体電解質体３１を介してガス室３５と積層方向Ｄに重なる位置まで形成されている。基準ガスダクト３６には、後端開口部３６１から基準ガスＡが導入される。

基準ガスダクト３６における、長尺方向Ｌに直交する断面の断面積は、ガス室３５における、長尺方向Ｌに直交する断面の断面積よりも大きい。また、基準ガスダクト３６の積層方向Ｄの厚み（幅）は、ガス室３５の積層方向Ｄの厚み（幅）よりも大きい。基準ガスダクト３６の断面積、厚み、体積等が、ガス室３５の断面積、厚み、体積等よりも大きいことにより、ポンプ電極３１１における未燃ガスを反応させるための、基準ガスＡ中の酸素を、基準ガスダクト３６からポンプ電極３１１へ十分に供給することができる。

（発熱体３４）
図２～図６に示すように、発熱体３４は、基準ガスダクト３６を形成する第２絶縁体３３Ｂ内に埋設されている。発熱体３４は、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１に繋がる発熱体リード部３４２とを有する。発熱部３４１は、固体電解質体３１と各絶縁体３３Ａ，３３Ｂとの積層方向Ｄにおいて、少なくとも一部がポンプ電極３１１、センサ電極３１２及び基準電極３１４に重なる位置に配置されている。

また、発熱体３４は、通電によって発熱する発熱部３４１と、発熱部３４１の、長尺方向Ｌの後端側Ｌ２に繋がる一対の発熱体リード部３４２とを有する。発熱部３４１は、直線部分及び曲線部分によって蛇行する線状の導体部によって形成されている。本形態の発熱部３４１の直線部分は、長尺方向Ｌに平行に形成されている。発熱体リード部３４２は、直線状の導体部によって形成されている。発熱部３４１の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部３４２の単位長さ当たりの抵抗値よりも大きい。発熱体リード部３４２は、長尺方向Ｌの後端側Ｌ２の部位まで引き出されている。発熱体３４は、導電性を有する金属材料を含有している。

図５及び図６に示すように、本形態の発熱部３４１は、発熱体３４における長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の位置において、長尺方向Ｌに蛇行する形状に形成されている。なお、発熱部３４１は、幅方向Ｗに蛇行して形成されていてもよい。発熱部３４１は、長尺方向Ｌに直交する積層方向Ｄにおいて、ポンプ電極３１１、センサ電極３１２及び基準電極３１４に対向する位置に配置されている。換言すれば、発熱部３４１は、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位において、ポンプ電極３１１、センサ電極３１２及び基準電極３１４に対して積層方向Ｄに重なる位置に配置されている。

発熱部３４１の断面積は、発熱体リード部３４２の断面積よりも小さく、発熱部３４１の単位長さ当たりの抵抗値は、発熱体リード部３４２の単位長さ当たりの抵抗値よりも高い。この断面積とは、発熱部３４１及び発熱体リード部３４２が延びる方向に直交する面の断面積のことをいう。そして、一対の発熱体リード部３４２に電圧が印加されると、発熱部３４１がジュール熱によって発熱し、この発熱によって、検知部２１の周辺が加熱される。

発熱体リード部３４２からの通電によって発熱部３４１が発熱することにより、ポンプ電極３１１、センサ電極３１２、基準電極３１４、及び固体電解質体３１における、各電極３１１，３１２，３１４の間に挟まれた部分が、目標とする温度に加熱される。

（各絶縁体３３Ａ，３３Ｂ）
図２～図６に示すように、第１絶縁体３３Ａは、ガス室３５を形成するものであり、第２絶縁体３３Ｂは、基準ガスダクト３６を形成するとともに発熱体３４を埋設するものである。第１絶縁体３３Ａ及び第２絶縁体３３Ｂは、アルミナ（酸化アルミニウム）等の金属酸化物によって形成されている。各絶縁体３３Ａ，３３Ｂは、検出対象ガスＧ又は基準ガスＡが透過することができない緻密体として形成されており、各絶縁体３３Ａ，３３Ｂには、気体が通過することができる気孔がほとんど形成されていない。

（多孔質層３７）
図１に示すように、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位の全周には、ポンプ電極３１１に対する被毒物質、排気管７内に生じる凝縮水等を捕獲するための多孔質層３７が設けられている。多孔質層３７は、アルミナ等の多孔質のセラミックス（金属酸化物）によって形成されている。多孔質層３７の気孔率は、拡散抵抗層３２の気孔率よりも大きく、多孔質層３７を透過することができる検出対象ガスＧの流量は、拡散抵抗層３２を透過することができる検出対象ガスＧの流量よりも多い。

（ガスセンサ１の他の構成）
図１に示すように、ガスセンサ１は、センサ素子２の他に、センサ素子２を保持する第１インシュレータ４２、第１インシュレータ４２を保持するハウジング４１、第１インシュレータ４２に連結された第２インシュレータ４３、第２インシュレータ４３に保持されてセンサ素子２に接触する接点端子４４を備える。また、ガスセンサ１は、ハウジング４１の先端側Ｌ１の部分に装着されてセンサ素子２の先端側Ｌ１の部分を覆う素子カバー４５Ａ，４５Ｂ、ハウジング４１の後端側Ｌ２の部分に装着されて第２インシュレータ４３、接点端子４４等を覆う基準ガスカバー４６Ａ，４６Ｂ、接点端子４４に繋がるリード線４８を基準ガスカバー４６Ａ，４６Ｂに保持するためのブッシュ４７等を備える。

センサ素子２の先端側Ｌ１の部分及び素子カバー４５Ａ，４５Ｂは、内燃機関の排気管７内に配置される。素子カバー４５Ａ，４５Ｂには、検出対象ガスＧとしての排ガスを通過させるためのガス通過孔４５１が形成されている。素子カバー４５Ａ，４５Ｂは、インナーカバー４５Ａと、インナーカバー４５Ａを覆うアウターカバー４５Ｂとの二重構造を有する。素子カバー４５Ａ，４５Ｂは、一重構造のものとしてもよい。素子カバー４５Ａ，４５Ｂのガス通過孔４５１から素子カバー４５Ａ，４５Ｂ内に流入する検出対象ガスＧは、センサ素子２の多孔質層３７及び拡散抵抗層３２を通過してガス室３５内へと導かれる。

図１に示すように、基準ガスカバー４６Ａ，４６Ｂは、内燃機関の排気管７の外部に配置される。本形態の基準ガスカバー４６Ａ，４６Ｂは、ハウジング４１に取り付けられた第１カバー４６Ａと、第１カバー４６Ａを覆う第２カバー４６Ｂとによって構成されている。第２カバー４６Ｂには、基準ガスＡを通過させるための大気通過孔４６１が形成されている。第２カバー４６Ｂの内側における、大気通過孔４６１と対向する位置には、第１カバー４６Ａ内への水の浸入を防ぐための撥水フィルタ４６２が配置されている。

センサ素子２における、基準ガスダクト３６の後端開口部３６１は、基準ガスカバー４６Ａ，４６Ｂ内の空間に開放されている。基準ガスカバー４６Ａ，４６Ｂの大気通過孔４６１の周辺に存在する基準ガスＡは、撥水フィルタ４６２を経由して基準ガスカバー４６Ａ，４６Ｂ内に取り込まれる。そして、撥水フィルタ４６２を通過した基準ガスＡは、センサ素子２の基準ガスダクト３６の後端開口部３６１から基準ガスダクト３６内に流れ、基準ガスダクト３６内の基準電極３１４へと導かれる。

接点端子４４は、ポンプ電極３１１、センサ電極３１２、基準電極３１４のポンプ側電極部３１４Ａ及びセンサ側電極部３１４Ｂの各電極用リード部３１１Ｘ，３１２Ｘ，３１４Ｘ，３１４Ｙ、発熱体３４の発熱体リード部３４２のそれぞれに接続されるよう、第２インシュレータ４３に複数配置されている。また、リード線４８は、接点端子４４のそれぞれに接続されている。

（センサコントロールユニット６）
図１及び図２に示すように、ガスセンサ１におけるリード線４８は、ガスセンサ１におけるガス検出の制御を行うセンサコントロールユニット（ＳＣＵ）６に電気接続される。センサコントロールユニット６は、エンジンにおける燃焼運転を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と連携してガスセンサ１における電気制御を行うものである。

センサコントロールユニット６には、ポンプ電圧印加回路６１、センサ電圧印加回路６２、センサ電流検出回路６４、通電回路等が形成されている。ポンプ電圧印加回路６１は、ポンプ電極３１１と基準電極３１４のポンプ側電極部３１４Ａとの間に直流電圧を印加するものである。センサ電圧印加回路６２は、センサ電極３１２と基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂとの間に直流電圧を印加するものである。センサ電流検出回路６４は、センサ電極３１２と基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂとの間に流れる電流を測定するものである。通電回路は、発熱体３４に通電を行うためのものである。なお、センサコントロールユニット６は、エンジンコントロールユニット内に構築してもよい。

ポンプ電圧印加回路６１によって、ポンプ電極３１１と基準電極３１４のポンプ側電極部３１４Ａとの間に、ポンプ側電極部３１４Ａがプラス側になるようにして直流電圧を印加するときには、検出対象ガスＧに含まれる酸素がポンプ電極３１１からポンプ側電極部３１４Ａへ固体電解質体３１を介して排出される。そして、ガス室３５内における検出対象ガスＧの酸素濃度が所定濃度以下に維持される。

また、センサ電圧印加回路６２によって、センサ電極３１２と基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂとの間に、センサ側電極部３１４Ｂがプラス側になるようにして直流電圧を印加するときには、拡散抵抗層３２による拡散律速が生じて、電流が制限される。そして、この状態で、特定ガス成分としてのＮＯｘの濃度が変化したときには、センサ電極３１２においてＮＯｘが分解される量に応じた電流がセンサ電極３１２とセンサ側電極部３１４Ｂとの間に流れる。このセンサ電極３１２とセンサ側電極部３１４Ｂとの間に流れる電流は、センサ電流検出回路６４によって検出される。

（センサ素子２の製造方法）
センサ素子２を製造する際には、固体電解質体３１を構成するシートに、ポンプ電極３１１、センサ電極３１２及び基準電極３１４を構成するペースト材料を印刷（塗布）し、第２絶縁体３３Ｂを構成するシートには、発熱体３４を構成するペースト材料を印刷（塗布）する。また、基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂを構成するペースト材料の表面には、遮蔽層５を構成するペースト材料を印刷（塗布）する。そして、固体電解質体３１を構成するシート、第１絶縁体３３Ａを構成するシート、第２絶縁体３３Ｂを構成するシート等を、互いに積層するとともに接着層を介して接着する。その後、各シート、各ペースト材料によって形成されたセンサ素子２の中間体を、所定の焼成温度において焼成して、センサ素子２を形成する。

（ガスセンサ１の検出動作と作用効果）
ガスセンサ１を使用する際に、内燃機関の運転状態が燃料リッチ状態又は燃料リーン状態に変化するとき、ガスセンサ１のセンサ電流検出回路６４によって、検出対象ガスＧにおけるＮＯｘの濃度が検出される。特に、燃料リーン状態において、検出対象ガスＧにおけるＮＯｘの濃度が増加する。また、燃料リッチ状態及び燃料リーン状態においては、内燃機関に取り込まれる空気（大気）中の酸素が燃焼に用いられ、検出対象ガスＧとしての排ガスにおける酸素濃度は、それほど高くない。

一方、内燃機関における運転状態が、燃料の噴射を停止する燃料カット状態になったときには、内燃機関に取り込まれる空気中の酸素が燃焼に用いられず、内燃機関から排気される検出対象ガスＧとしての排ガスにおける酸素濃度が、空気中の酸素濃度と同等程度になるまで急激に増加する。そして、ガスセンサ１においては、ポンプ電極３１１と基準電極３１４のポンプ側電極部３１４Ａとの間に印加される直流電圧によって、ポンプ電極３１１から固体電解質体３１を介してポンプ側電極部３１４Ａへ大量の酸素が汲み出される。このとき、基準ガスダクト３６内の基準ガスＡの酸素濃度が一時的に増加する。

本形態のガスセンサ１においては、基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂは、遮蔽層５によって覆われており、遮蔽層５によって基準ガスダクト３６内の基準ガスＡとしての大気と遮断されている。そのため、基準ガスダクト３６内の基準ガスＡの酸素濃度が一時的に増加したとしても、遮蔽層５によって覆われたセンサ側電極部３１４Ｂに接触する基準ガスＡの酸素濃度はほとんど変化しない。

これにより、センサ電流検出回路６４によって、センサ電極３１２とセンサ側電極部３１４Ｂとの間に流れる電流が検出されるときに、この電流が、基準ガスダクト３６内の基準ガスＡの酸素濃度の一次的な増加による影響をほとんど受けない。その結果、センサ電極３１２とセンサ側電極部３１４Ｂとの間に流れる電流に応じて検出される特定ガス成分としてのＮＯｘの濃度の検出精度を高く維持することができる。

それ故、本形態のガスセンサ１によれば、基準ガスＡの酸素濃度が急激に増加した場合であっても、特定ガス成分の濃度の検出に誤差がほとんど生じないようにすることができる。

また、遮蔽層５は、基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂに、基準電極３１４を被毒するおそれがある被毒物質が付着することを防止する被毒防止層として機能することもできる。被毒物質には、内燃機関（エンジン）が配置されたエンジンルームにおいて発生し、エンジンルームからガスセンサ１の基準ガスカバーへ流れる大気に含まれるＳｉ（ケイ素）等がある。

（他の遮蔽層５）
遮蔽層５は、基準ガスＡを透過させる性質を有する多孔質のセラミック材料によって形成することもできる。「多孔質」とは、セラミック材料を構成する金属酸化物の粒子同士の間に、基準ガスＡ等の気体を通過させることができる程度の間隙が形成されている状態にあることをいう。

この場合には、遮蔽層５によって覆われた、基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂに、基準ガスダクト３６内の基準ガスＡが到達するようにすることができる。一方、基準ガスダクト３６内の基準ガスＡの酸素濃度が一時的に増加したときには、遮蔽層５の存在によって、酸素濃度が一時的に増加した基準ガスＡがセンサ側電極部３１４Ｂに接触しにくくすることができる。これにより、センサ側電極部３１４Ｂへの基準ガスＡの到達のしやすさを維持しつつ、特定ガス成分としてのＮＯｘの濃度の検出に誤差が生じにくくすることができる。

＜実施形態２＞
図９及び図１０に示すように、本形態のガスセンサ１のセンサ素子２における基準電極３１４は、ポンプ電極３１１に固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なるポンプ側部位３１４Ｃと、センサ電極３１２に固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なるセンサ側部位３１４Ｄとが、一体となって形成されている。換言すれば、本形態の基準電極３１４は、ポンプ電極３１１及びセンサ電極３１２に対して固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置に連続して形成されている。基準電極３１４における、ポンプ側部位３１４Ｃとセンサ側部位３１４Ｄとの間には、ポンプ電極３１１とセンサ電極３１２との間の隙間に対して、固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる繋ぎ部位３１４Ｅが位置する。

基準電極３１４に繋がる基準電極用リード部３１４Ｚは、基準電極３１４の長尺方向Ｌの後端位置から固体電解質体３１の長尺方向Ｌの後端部まで形成されている。基準電極用リード部３１４Ｚに基準ガスＡ中の酸素が取り込まれやすくするために、基準電極用リード部３１４Ｚの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積は、ポンプ電極用リード部３１１Ｘの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積、及びセンサ電極用リード部３１２Ｘの長尺方向Ｌに直交する断面の断面積に比べて大きくすることができる。長尺方向Ｌに直交する断面の断面積は、積層方向Ｄの厚み及び幅方向Ｗの幅の少なくとも一方を変化させることによって変化させることができる。

本形態の遮蔽層５は、基準ガスダクト３６内の流路を埋めずに、基準電極３１４のセンサ側部位３１４Ｄに接触して、センサ側部位３１４Ｄを埋める状態で設けられている。換言すれば、遮蔽層５は、ポンプ側部位３１４Ｃの表面には設けられておらず、センサ側部位３１４Ｄの表面にのみ設けられている。遮蔽層５は、繋ぎ部位３１４Ｅに設けられていてもよく、繋ぎ部位３１４Ｅには設けられていなくてもよい。

また、遮蔽層５は、固体電解質体３１の第２表面３０２における、センサ側部位３１４Ｄの幅方向Ｗの両側位置及び長尺方向Ｌの後端側Ｌ２の位置に接触して設けられている。遮蔽層５は、緻密質又は多孔質のいずれのセラミック材料によって形成してもよい。図１１に示すように、遮蔽層５は、センサ側電極部３１４Ｂの全体と、基準電極用リード部３１４Ｚの一部とを連続して覆っていてもよい。

本形態のガスセンサ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態のガスセンサ１においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。

＜実施形態３＞
図１２～図１４に示すように、本形態のガスセンサ１のセンサ素子２における遮蔽層５は、固体電解質体３１の第２表面３０２を利用して基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂを囲うとともに、基準ガスダクト３６の流路とは別の流路を、基準ガスダクト３６内に形成する内部ダクト５１として設けられている。内部ダクト５１は、センサ側電極部３１４Ｂに非接触の状態でセンサ側電極部３１４Ｂを覆う。内部ダクト５１は、基準ガスダクト３６内の流路を、内部ダクト５１の内側の内側流路５２Ａと、内部ダクト５１の外側の外側流路５２Ｂとに分けるように形成されている。

内部ダクト５１は、固体電解質体３１の第２表面３０２を利用して筒形状に形成されている。内側流路５２Ａ及び外側流路５２Ｂは、基準ガスダクト３６の長尺方向Ｌの後端部から、センサ側電極部３１４Ｂの形成位置まで形成されている。また、内部ダクト５１の長尺方向Ｌの先端部は、ポンプ側電極部３１４Ａとセンサ側電極部３１４Ｂとの間において閉じられている。基準ガスダクト３６の後端開口部３６１において、基準ガスＡは、内部ダクト５１の内側流路５２Ａと、内部ダクト５１の外側流路５２Ｂとに分かれて流入する。

内部ダクト５１は、基準ガスＡを透過させない性質を有する緻密質のセラミック材料によって形成されている。内部ダクト５１は、種々の方法によって形成することができる。内部ダクト５１は、例えば、次のように形成することができる。基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂ及び固体電解質体３１の第２表面３０２に、焼成時に焼失する樹脂の焼失剤のペーストを塗布し、この焼失剤のペーストの表面側に、セラミック材料のペーストを塗布する。そして、センサ素子２を焼成するときに、焼失剤のペーストが焼失して、このペーストの焼失部分に内側流路５２Ａとなる空洞が形成され、セラミック材料のペーストによって内部ダクト５１が形成される。

また、図１５に示すように、内部ダクト５１内には、基準ガスＡを透過させる性質を有する多孔質のセラミック材料を充填することができる。換言すれば、内部ダクト５１内には、多孔質のセラミック材料によるガス透過層５３を形成することができる。内部ダクト５１内に多孔質のセラミック材料を充填すること（ガス透過層５３を形成すること）によって、センサ素子２を焼成するときに、内部ダクト５１内の空間が潰れにくくすることができる。

緻密質のセラミック材料及び多孔質のセラミック材料は、いずれもアルミナ等の金属酸化物の粒子によって形成されている。緻密質のセラミック材料は、金属酸化物の粒子同士の間の間隙がほとんどないことによって、基準ガスＡを透過させない性質を有する。多孔質のセラミック材料は、金属酸化物の粒子同士の間の間隙が、緻密質のセラミック材料の場合と比べて大きいことによって、基準ガスＡを透過させる性質を有する。

図１２～図１４に示すように、基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂの長尺方向Ｌの後端位置に繋がる基準電極用第２リード部３１４Ｙは、内部ダクト５１の内側に形成された内側流路５２Ａ内に配置されている。基準電極３１４のポンプ側電極部３１４Ａの長尺方向Ｌの後端位置に繋がる基準電極用第１リード部３１４Ｘは、内部ダクト５１の外部である外側流路５２Ｂに配置されている。

本形態においては、内部ダクト５１によって、基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂに接触する基準ガスＡを、基準電極３１４のポンプ側電極部３１４Ａに接触する基準ガスＡと分けることができる。これにより、内燃機関の燃料カット状態を受けて、ポンプ側電極部３１４Ａが配置された外側流路５２Ｂ内の基準ガスＡの酸素濃度が一時的に増加したときであっても、センサ側電極部３１４Ｂが配置された内側流路５２Ａ内の基準ガスＡの酸素濃度は変化しないようにすることができる。

また、内部ダクト５１を用いることによって、ポンプ側電極部３１４Ａの電位の変化の影響を受けない基準ガスＡが、内側流路５２Ａからセンサ側電極部３１４Ｂに十分に供給される状態を形成することができる。そして、センサ側電極部３１４Ｂへの基準ガスＡの到達のしやすさを維持して、特定ガス成分としてのＮＯｘの濃度の検出に誤差が生じにくくすることができる。

また、図１６に示すように、本形態の基準電極３１４は、実施形態２の場合と同様に、ポンプ側部位３１４Ｃとセンサ側部位３１４Ｄとが一体となったものとすることもできる。この場合には、内部ダクト５１は、基準電極３１４のセンサ側部位３１４Ｄを囲んで、基準ガスダクト３６内の流路を、内部ダクト５１の内側流路５２Ａと、内部ダクト５１の外部の外側流路５２Ｂとに分けるように形成することができる。

本形態のガスセンサ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１，２の場合と同様である。また、本形態のガスセンサ１においても、実施形態１，２に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１，２の場合と同様である。

＜実施形態４＞
図１７及び図１８に示すように、本形態のガスセンサ１のセンサ素子２は、ポンプ電極３１１、センサ電極３１２及び基準電極３１４の他に、ポンプ電極３１１によって酸素の濃度が調整された後の検出対象ガスＧにおける酸素の濃度を検出するためのモニタ電極３１３を有する。モニタ電極３１３は、固体電解質体３１の第１表面３０１における、ポンプ電極３１１の長尺方向Ｌの後端側Ｌ２に隣接する位置であって、センサ電極３１２の幅方向Ｗに隣接する位置に設けられている。

ポンプ電極３１１、センサ電極３１２、モニタ電極３１３、基準電極３１４及びガス室３５は、センサ素子２の長尺方向Ｌの先端側Ｌ１の部位に設けられている。本形態の基準電極３１４は、ポンプ電極３１１と固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置、及びセンサ電極３１２及びモニタ電極３１３と固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置に設けられている。より具体的には、基準電極３１４は、ポンプ電極３１１に固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置に設けられたポンプ側電極部３１４Ａと、センサ電極３１２及びモニタ電極３１３に固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置に設けられたセンサ・モニタ側電極部３１４Ｆとに、分離して形成されている。センサ・モニタ側電極部３１４Ｆには、センサ電極３１２とモニタ電極３１３との間の隙間に対して積層方向Ｄに重なる繋ぎ部位３１４Ｇが形成されている。

モニタ電極３１３の長尺方向Ｌの後端位置には、固体電解質体３１の第１表面３０１に設けられたモニタ電極用リード部３１３Ｘが繋がっている。モニタ電極用リード部３１３Ｘは、モニタ電極３１３の長尺方向Ｌの後端位置から、固体電解質体３１の第１表面３０１における長尺方向Ｌの後端部まで形成されている。

基準電極３１４のセンサ・モニタ側電極部３１４Ｆの長尺方向Ｌの後端位置には、固体電解質体３１の第２表面３０２に設けられた基準電極用第２リード部３１４Ｙが繋がっている。基準電極用第２リード部３１４Ｙは、センサ・モニタ側電極部３１４Ｆの長尺方向Ｌの後端位置から、固体電解質体３１の第２表面３０２における長尺方向Ｌの後端部まで形成されている。ポンプ電極用リード部３１１Ｘ、センサ電極用リード部３１２Ｘ及び基準電極用第１リード部３１４Ｘは、実施形態１と同様に形成されている。

図１７に示すように、本形態のセンサコントロールユニット６においては、モニタ電極３１３とセンサ・モニタ側電極部３１４Ｆとの間に、センサ・モニタ側電極部３１４Ｆをプラス側として直流電圧を印加するモニタ電圧印加回路６３と、モニタ電極３１３とセンサ・モニタ側電極部３１４Ｆとの間に流れる電流を測定するモニタ電流検出回路６５とが形成されている。また、センサコントロールユニット６は、センサ電極３１２のセンサ電流検出回路６４による電流値からモニタ電極３１３のモニタ電流検出回路６５による電流値を差し引いて、ポンプ電極３１１によるガス室３５内の酸素の汲み出し後に、ガス室３５内に残留する酸素が特定ガス成分としてのＮＯｘの濃度の検出に与える影響を緩和することができる。センサ電圧印加回路６２及びセンサ電流検出回路６４の構成は、実施形態１の場合と同様である。

本形態の遮蔽層５は、センサ・モニタ側電極部３１４Ｆの全体を覆う状態で形成されている。遮蔽層５は、センサ・モニタ側電極部３１４Ｆの全体と基準電極用第２リード部３１４Ｙの長尺方向Ｌの少なくとも一部とを連続して覆っていてもよい。

基準電極３１４は、固体電解質体３１の第２表面３０２における、ポンプ電極３１１に対して積層方向Ｄに重なる位置と、センサ電極３１２に対して積層方向Ｄに重なる位置と、モニタ電極３１３に対して積層方向Ｄに重なる位置とのそれぞれの位置に分離して配置されていてもよい。

基準電極３１４は、ポンプ電極３１１、センサ電極３１２及びモニタ電極３１３に対して固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる位置に、一体的に設けられていてもよい。この場合には、遮蔽層５は、基準電極３１４における、センサ電極３１２及びモニタ電極３１３に固体電解質体３１を介して積層方向Ｄに重なる部位を覆うように設けることができる。

遮蔽層５は、実施形態１に示した、緻密質のセラミック材料によって形成することができ、多孔質のセラミック材料によって形成することもできる。また、図１９及び図２０に示すように、遮蔽層５は、実施形態３に示した内部ダクト５１によって形成することもできる。この場合には、基準電極３１４のセンサ・モニタ側電極部３１４Ｆ、又は基準電極３１４における、センサ電極３１２及びモニタ電極３１３に対向する部位が内部ダクト５１の内側流路５２Ａ内に配置される。

本形態のガスセンサ１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１～３の場合と同様である。また、本形態のガスセンサ１においても、実施形態１～３に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１～３の場合と同様である。

＜確認試験＞
本確認試験においては、内燃機関の排気管７を模擬した評価用配管に、ガスセンサ１のサンプル（試験品１～４）を配置し、評価用配管に流す検出対象ガスＧの酸素濃度を変化させたときの、検出対象ガスＧにおける特定ガス成分としてのＮＯｘのセンサ出力の変化を確認した。評価用配管の外周には、検出対象ガスＧを加熱するためのヒータを配置し、ヒータによって検出対象ガスＧを２５［℃］になるように加熱した。

評価用配管内を流れる検出対象ガスＧの流量は、３［ｍ／ｓ］とした。検出対象ガスＧは、酸素濃度：０［体積％］の状態から、酸素濃度：２０［体積％］の状態に変化させた。酸素濃度：０［体積％］の状態は、内燃機関の運転状態がストイキ状態にあるときを模擬した、窒素（Ｎ₂）のみが流れる状態とした。酸素濃度：２０［体積％］の状態は、内燃機関の運転状態が燃料カット状態にあるときを模擬した、窒素（Ｎ₂）及び酸素（Ｏ₂）が流れる状態とした。

ガスセンサ１のサンプルには、遮蔽層５の形成の仕方が異なる試験品１～４と、遮蔽層５が形成されていない比較品とを用いた。試験品１は、基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂが遮蔽層５によって覆われた、実施形態１のガスセンサ１である。試験品２は、基準電極３１４のセンサ側電極部３１４Ｂが、遮蔽層５としての内部ダクト５１内に配置された、実施形態３のガスセンサ１である。試験品３は、内部ダクト５１内に多孔質のセラミック材料が充填された、実施形態３のガスセンサ１である。試験品４は、基準電極３１４のセンサ側部位３１４Ｄが遮蔽層５によって覆われた、実施形態２のガスセンサ１である。

そして、試験品１～４及び比較品の各サンプルのセンサ素子２に接触させる検出対象ガスＧの酸素濃度を０［体積％］から２０［体積％］に変化させた後に、センサ出力として、センサ電極３１２と基準電極３１４との間に流れる電流がどれだけ変化したかを確認した。センサ出力の評価においては、センサ出力の低下量が±１０［％］以内である場合を、特に優れるとして「◎」によって示す。また、センサ出力の低下量が±３０［％］以内である場合を、良好として「○」によって示す。また、センサ出力の低下量が±３０［％］を超えて大きかった場合を、優れないとして「×」によって示す。

本確認試験の評価結果を表１に示す。

同表において、試験品１，２のセンサ出力の判定は「◎」となり、実施形態１及び実施形態３のガスセンサ１によれば、センサ出力の誤差を最小限にし、高い検出精度が得られることが分かった。試験品３，４のセンサ出力の判定は「○」となり、実施形態２及び実施形態３の他の例のガスセンサ１によれば、センサ出力の誤差を小さく抑えられることが分かった。一方、比較品のセンサ出力の判定は「×」となり、センサ素子２に遮蔽層５が形成されていない場合には、センサ出力の誤差が大きくなり、出力精度が一時的に低下することが分かった。

以上の確認試験の結果より、実施形態１～４に示したガスセンサ１によれば、特定ガス成分の濃度の検出精度を高く維持できることが確認できた。

本発明は、各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を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。さらに、本発明から想定される様々な構成要素の組み合わせ、形態等も本発明の技術思想に含まれる。

１ ガスセンサ
２ センサ素子
３１ 固体電解質体
３１１ ポンプ電極
３１２ センサ電極
３１４ 基準電極
３５ ガス室
３６ 基準ガスダクト
５ 遮蔽層

Claims (11)

1. 検出対象ガス（Ｇ）における特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサ素子（２）を備えるガスセンサ（１）であって、
   前記センサ素子は、
   イオン伝導性を有する固体電解質体（３１）と、
   前記固体電解質体の第１表面（３０１）に積層された第１絶縁体（３３Ａ）と、
   前記固体電解質体の前記第１表面と、前記第１絶縁体に形成された凹部とによって囲まれて形成された、前記検出対象ガスが導入されるガス室（３５）と、
   前記固体電解質体の第２表面（３０２）に積層された第２絶縁体（３３Ｂ）と、
   前記固体電解質体の前記第２表面と、前記第２絶縁体に形成された溝部とによって囲まれて形成された、基準ガス（Ａ）が導入される基準ガスダクト（３６）と、
   前記固体電解質体の前記第１表面に設けられるとともに前記ガス室内に収容された、前記検出対象ガスにおける酸素の濃度を調整するためのポンプ電極（３１１）と、
   前記固体電解質体の前記第１表面に設けられるとともに前記ガス室内に収容された、前記ポンプ電極によって酸素の濃度が調整された後の前記検出対象ガスにおける前記特定ガス成分の濃度を検出するためのセンサ電極（３１２）と、
   前記固体電解質体の前記第２表面において、前記ポンプ電極及び前記センサ電極と前記固体電解質体を介して重なる位置に設けられた１つ又は複数の基準電極（３１４）と、
   前記基準電極における、前記センサ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位（３１４Ｂ，３１４Ｄ，３１４Ｆ）を接触又は非接触の状態で覆うように設けられた、絶縁性の遮蔽層（５）と、を有するガスセンサ（１）。
2. 前記基準電極は、前記ポンプ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位であるポンプ側電極部（３１４Ａ）と、前記センサ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位であるセンサ側電極部（３１４Ｂ）とに、分離して形成されており、
   前記遮蔽層は、前記固体電解質体の前記第２表面を利用して前記センサ側電極部を囲うとともに、前記基準ガスダクトの流路とは別の流路を、前記基準ガスダクト内に形成する内部ダクト（５１）として設けられている、請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記基準電極は、前記ポンプ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位（３１４Ｃ）と、前記センサ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位（３１４Ｄ）とが、一体となって形成されており、
   前記遮蔽層は、前記固体電解質体の前記第２表面を利用して、前記基準電極における、前記センサ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位を囲うとともに、前記基準ガスダクトの流路とは別の流路を、前記基準ガスダクト内に形成する内部ダクト（５１）として設けられている、請求項１に記載のガスセンサ。
4. 前記基準電極は、前記ポンプ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位であるポンプ側電極部（３１４Ａ）と、前記センサ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位であるセンサ側電極部（３１４Ｂ）とに、分離して形成されており、
   前記遮蔽層は、前記基準ガスダクト内の流路を埋めずに、前記センサ側電極部に接触して前記センサ側電極部を埋める状態で設けられている、請求項１に記載のガスセンサ。
5. 前記基準電極は、前記ポンプ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位（３１４Ｃ）と、前記センサ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位（３１４Ｄ）とが、一体となって形成されており、
   前記遮蔽層は、前記基準ガスダクト内の流路を埋めずに、前記基準電極における、前記センサ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位に接触して、前記基準電極における、前記センサ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位を埋める状態で設けられている、請求項１に記載のガスセンサ。
6. 前記遮蔽層は、基準ガスを透過させない性質を有する緻密質のセラミック材料によって形成されている、請求項２～５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
7. 前記内部ダクトは、基準ガスを透過させない性質を有する緻密質のセラミック材料によって形成されており、
   前記内部ダクト内には、基準ガスを透過させる性質を有する多孔質のセラミック材料が充填されている、請求項２又は３に記載のガスセンサ。
8. 前記遮蔽層は、基準ガスを透過させる性質を有する多孔質のセラミック材料によって形成されている、請求項４又は５に記載のガスセンサ。
9. 前記基準電極には、前記固体電解質体の前記第２表面に設けられた、外部接続用の基準電極用リード部（３１４Ｙ，３１４Ｚ）が繋がっており、
   前記遮蔽層は、前記基準電極における、前記センサ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位と、前記基準電極用リード部の少なくとも一部とを連続して覆っている、請求項１～８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
10. 前記センサ素子は、長尺の直方体形状に形成されており、
    前記ポンプ電極には、前記固体電解質体の前記第１表面に設けられた、外部接続用のポンプ電極用リード部（３１１Ｘ）が繋がっており、
    前記センサ電極には、前記固体電解質体の前記第１表面に設けられた、外部接続用のセンサ電極用リード部（３１２Ｘ）が繋がっており、
    前記基準電極には、前記固体電解質体の前記第２表面に設けられた、外部接続用の基準電極用リード部（３１４Ｙ，３１４Ｚ）が繋がっており、
    前記ポンプ電極用リード部、前記センサ電極用リード部及び前記基準電極用リード部は、前記センサ素子の長尺方向（Ｌ）の後端部まで形成されており、
    前記基準電極用リード部の前記長尺方向に直交する断面の断面積は、前記ポンプ電極用リード部の前記長尺方向に直交する断面の断面積、及び前記センサ電極用リード部の前記長尺方向に直交する断面の断面積に比べて大きい、請求項９に記載のガスセンサ。
11. 前記センサ素子は、長尺の直方体形状に形成されており、
    前記ポンプ電極、前記センサ電極、前記基準電極及び前記ガス室は、前記センサ素子の長尺方向の先端側部位に形成されており、
    前記第１絶縁体の前記長尺方向の先端部には、前記ガス室内に前記検出対象ガスを所定の拡散抵抗の下に導入するための拡散抵抗層（３２）が設けられており、
    前記固体電解質体の第１表面における、前記センサ電極に隣接する位置には、前記ポンプ電極によって酸素の濃度が調整された後の前記検出対象ガスにおける酸素の濃度を検出するためのモニタ電極（３１３）が設けられており、
    前記基準電極は、前記ポンプ電極、前記センサ電極及び前記モニタ電極と前記固体電解質体を介して重なる位置に設けられており、
    前記遮蔽層は、前記基準電極における、前記センサ電極及び前記モニタ電極に前記固体電解質体を介して重なる部位（３１４Ｆ）を覆うように設けられている、請求項１～８のいずれか１項に記載のガスセンサ。

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