JPS6382355A

JPS6382355A - ガスセンサ

Info

Publication number: JPS6382355A
Application number: JP61228979A
Authority: JP
Inventors: Hajime Nishizawa; 西澤　一; Kazuyoshi Shibata; 和義柴田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1986-09-27
Filing date: 1986-09-27
Publication date: 1988-04-13
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: EP0272774A2; DE3783127T2; EP0272774B1; EP0272774A3; DE3783127D1; JPH087179B2; US4795544A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、固体電解質を用いてガス濃度を検出するガス
センサに関するものであり、特にシャープな特性曲線を
安定して得て、測定精度を効果的に高め得るようにした
ガスセンサに関するものである。

（従来技術）従来より、固体電解質を用いた電気化学的セルにて構成
される装置、例えば自動車用内燃機関の排気ガス中の酸
素濃度を検出する酸素センサとして、酸素イオン伝導性
の固体電解質であるジルコニア磁器と一対の多孔質電極
を用いて電気化学的セルを構成し、該一対の電極間に流
される電流による電極反応にて電気化学的ポンピングを
行なう一方、該一対の多孔質電極の一方を、所定のガス
拡散抵抗を有するピンホール、細隙な空間或いは多孔質
セラミック層等の拡散律速手段を介して、外部の被測定
ガス存在空間に連通（露呈）せしめ、外部の酸素濃度に
対応したポンピング電流を出力するセンサが知られてい
る。また、このような酸素センサと同様な電気化学的ポ
ンピング作用とガスの拡散律速の原理を利用した、水素
、炭酸ガス、燃料ガス等の検出器としてのガスセンサ（
電気化学的装置）も知られている。

（問題点）ところで、このような電気化学的ポンピング作用を行な
う電気化学的セル（ポンプセル）を用いたガスセンサに
おいて、かかる電気化学的セルを構成する固体電解質自
体を多孔質として、所定のガス拡散抵抗を持たせ、それ
を拡散律速手段としての多孔質セラミック層として利用
する場合にあっては、かかる多孔質固体電解質が大きな
形状のものとして用いられると共に、その表面には一対
の電極が密着して一体的に形成されることなるところか
ら、その内部を拡散して、一方の電極に到達するガスの
拡散経路が種々異なり、そしてそのために、かかる電極
上においてガスの濃度分布が生じて、分極特性、換言す
ればポンプセルのポンピングにおいて求められる特性曲
線（ポンプ電流−ポンプ電圧）がシャープさに欠け、測
定精度が低下する等の問題があったのである。

更に、電気化学的セルを構成する第一および第二の電極
自身が拡散経路になっているため、これらの電極の通気
性が経時変化し、全体としてのガス拡散抵抗もまた変化
するという問題もあった。

（解決手段・作用）ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、気密質の固体電解質層によって、電
気化学的ポンプセルを構成する、拡散律速手段としての
多孔質固体電解質体中を拡散するガスの拡散経路を制限
することにより、シャープな特性曲線（分極特性）を安
定して得ることが出来るようにした、測定精度の高い、
製造の容易なガスセンサを提供するものであり、そのた
めに、次のような特徴を備えているのである。

すなわち、本発明に従うガスセンサは、（ａ）多孔質の
固体電解質体とその両側に接して設けられた第一及び第
二の電極とからなる電気化学的ポンプセルと、（ｂ）該
電気化学的ポンプセルの多孔質の固体電解質体の一方の
側に設けられて、前記第一の電極が実質的に露呈せしめ
られる内部空間と、（ｃ）該内部空間を前記多孔質の固
体電解質体との間において画成し、外部から閉鎖された
空間と為す気密質のセラミック体と、（ｄ）前記多孔質
の固体電解質体の表面若しくは内部にあって、前記第一
の電極の主面に垂直な方向から見て該第一の電極に対し
て並置された開口部を有する気密質の固体電解質層とを
含むことを特徴とするものである。

すなわち、かかる本発明に従えば、気密質の固体電解質
層によって、外部の被測定ガス存在空間から導かれて、
多孔質固体電解質体中を拡散するガスの拡散経路が制限
され、そして主として該気密質固体電解質層の開口部を
通じてのみ内部空間に導かれて、そこでミキシングされ
た後、第一の電極に接触せしめられるようになるところ
から、かかる第一の電極近傍の雰囲気が効果的に均一化
され、該第一の電極近傍で異常なガス濃度分布を生じ難
く、それ故にシャープな特性曲線（分極特性）を安定し
て得ることが出来ることとなったのであり、そしてそれ
によって測定精度を有利に向上せしめ得たのである。

更に、本発明に従うガスセンサにおいては、少なくとも
第一の電極が、より好ましくは第一および第二の電極の
何れもが実質的な拡散経路とはならないために、これら
の電極の通気性の変化によるガス拡散抵抗の経時変化が
生ずることも無く、安定した測定を行なうことが出来る
のである。

ところで、かかる本発明に従うガスセンサの好ましい実
施ａ様によれば、前記気密質の固体電解質層は、少なく
ともその一部が電気化学的ポンプセルを構成する多孔質
の固体電解質体内に埋め込まれて層伏に一体的に積層形
成される他、該多孔質の固体電解質体と第一の電極との
間及び／若しくはかかる多孔質の固体電解質体と第二の
電極との間に形成されている。また、このような気密質
の固体電解質層と共に、適当な開口部を有する第二の気
密質固体電解質層が、必要に応じて、かかるポンプセル
の多孔質の固体電解質体の表面若しくは内部に設けられ
ることとなる。

また、本発明に従うガスセンサにおいて、かかる電気化
学的ポンプセルの第一の電極が実質的に露呈せしめられ
る内部空間は、必要に応じて、予め定められたガス拡散
抵抗を有する細隙な平坦空間として形成されることとな
る。そして、この平坦空間によるバルク拡散と多孔質の
固体電解質体による多孔質拡散とを組み合わせることに
より、広い範囲に亘って、電気化学的ポンプセルにで求
められる限界電流の温度依存性及び圧力依存性を容易に
調節することが可能となるのである。

さらに、本発明に従うガスセンサは、上述の如く、多孔
質の固体電解質体と第一及び第二の電極とからなる電気
化学的ポンプセルを含み、その第一及び第二の電極間に
流される電流によるイオンのポンピング作用と被測定ガ
スの濃度拡散に対する拡散律速の原理とによって、かか
る被測定ガス中の被測定成分の濃度検出を行なうように
したものであるが、またかかるイオンのポンピング作用
を行なう電気化学的ポンプセルとは別に、前記内部空間
に露呈せしめられている第一の電極近傍の雰囲気を測定
するために、第二の固体電解質体（気密質）とそれに接
して設けられた第三及び第四の電極とからなり、且つ該
第三の電極が前記内部空間に実質的に露呈せしめられて
なる、濃淡電池の原理で働く別の電気化学的セル（セン
サセル）を併設することも可能である。むしろ、このよ
うな電気化学的センサセルを併設することは、本発明に
従うガスセンサの適用範囲を広げる上において好適に採
用されるものであって、本発明においては好ましい態様
の一つである。

なお、このような電気化学的センサセルを設ける場合に
おいて、その第二の固体電解質体は、例えば前記内部空
間を画成する気密質のセラミック体の少なくとも一部を
構成したり、前記多孔質の固体電解質体或いは前記気密
質の固体電解質店の一部を構成するような構造において
、ガスセンサ内に一体的に組み込まれることとなる。ま
た、かかる電気化学的センサセルの第三の電極にあって
も、好適には、気密質の固体電解質層の開口部に対する
距離において、前記第一の電極よりも遠い位置に配置せ
しめられるようにされることとなる。

また、本発明の気密質のセラミック体の気密度は、この
気密質のセラミック体を通じて外部の被測定ガス存在空
間から内部空間へのガス拡散量が、多孔質の固体電解質
体を通じてのガス拡散量に比べて、無視し得る水準であ
れば良く、必ずしも完全な気密性を有する必要が無いこ
とは言うまでもない。

（実施例）以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の幾つかの実施例を、図面に基づいて詳細に説明する
こととする。

先ず、第１図及び第２図は、それぞれ、本発明に従うガ
スセンサの一興体例である酸素センサの基本的な構造の
一例を示すセンサ素子の横断面図である。これらの図に
おいて、酸素センサは、特開昭６０−１３５７５６に記
載の、加熱により昇華する物質等を粉末状にして未焼成
時に混入し形成した多孔質のジルコニア磁器の如き、所
定のガス拡散抵抗を有する多孔質な平板状の固体電解質
体２に、ジルコニア磁器からなる気密質の板状のセラミ
ック体４が重ね合わされて、一体的に構成されたもので
あって、それら固体電解質体２とセラミック体４との間
には、円柱状の内部空間５が、外部から閉鎖されて形成
されている。

そして、第１図の酸素センサにあっては、この内部空間
５内に露呈せしめられた状態において、多孔質の固体電
解質体２上には、気密質の固体電解質Ｎ８を介して円環
状の第一の電極１０が設けられており、またこの第一の
電極１０に対向するように、多孔質固体電解質体２の外
側面上には、円環状の第二の電極１２が設けられ、それ
ら二つの固体電解質部材２．８、第一の電極１０及び第
二の電極１２によって、電気化学的ポンプセルが一体的
に構成されているのである。一方、第２図の酸素センサ
にあっては、第二の電極１２も、内側の第一の電極１０
と同様に、気密質の固体電解質層８を介して、多孔質の
固体電解質体２上に設けられた構造とされているのであ
る。

また、この第一の電極１０や第二の電極１２と多孔質固
体電解質体２との間に設けられた気密質の固体電解質層
８は、かかる多孔質固体電解質体２と同様な材質からな
るものであると共に、それら電極より大きな円環形状を
呈して内部空間５の一方の側を覆蓋するものであり、そ
してその中心部に位置する開口部１４が、円柱状の内部
空間５の中心部に開口するように、且つそれら電極１０
．１２の円環形状の内側に位置するように設けられて、
それら電極１０．１２と気密質固体電解質層８．８と多
孔質固体電解質体２とが一体的な構造とされている。な
お、この気密質の固体電解質層８の開口部１４は、第一
の電極１０の主面に垂直な方向から見て、該第一の電極
ｌＯに対して並置された配置形態となっている。

従って、このような構造の酸素センサにあっては、外部
の被測定ガス存在空間の被測定ガスは、所定の拡散抵抗
の下に多孔質の固体電解質体２内を導かれ、そして気密
質固体電解質層８の開口部１４を通じて内部空間５内に
入り、更にこの内部空間５内を図において左右方向に拡
散して、第一の電極１０に至ることとなるところから、
かかる内部空間５内において、導かれたガスの混合が効
果的に行なわれ得て、以て第一の電極１０に接触せしめ
られるガスの濃度が均一化されることによって、電気化
学的ポンプセル（２，８，１０，１２）において求めら
れる分極特性曲線をシャープな形態において安定して得
ることが出来るのである。

換言すれば、多孔質の固体電解質体２内を拡散するガス
の拡散経路が気密質の固体電解質層８にて制限され、内
部空間５内へのガスの導入が、単にかかる気密質固体電
解質層８の開口部１４を通じてのみ行なわれるようにな
っているところから、かかる多孔質固体電解質体２にお
けるガス拡散経路の相違に基づく、第一の電極１０近傍
における異常なガス濃度分布の発生が惹起され難く、そ
れ故にかかる電気化学的ポンプセルにおける分極特性を
常に安定化せしめることが出来、以て測定精度を有利に
向上せしめ得るのである。

なお、これらのセンサにあっては、よく知られているよ
うに、電気化学的ポンプセルを構成する第一及び第二の
電極１０．１２間に外部の直流電源から所定の直流電流
を流して、所定のイオン（・ここでは酸素イオン）を、
該第一の電極１０から第二の電極１２に、或いは第二の
電極１２から第一の電極１０へ移動せしめ、これにより
、被測定ガス存在空間から多孔質固体電解質体２及び内
部空間５内を拡散して第一の電極１０に到達する、前記
イオンとして移動する成分の気体或いは化学反応を惹起
する気体の濃度が、通常の方法に従って、電流計や電位
差計を用いて検出されることとなる。

ところで、上記例示の構造の酸素センサにあっては、気
密質の固体電解質層８が多孔質の固体電解質体２と第一
の電極１０若しくは第二の電極１２との間に形成されて
いるが、本発明にあっては、また、第３図及び第４図に
示される如く、多孔質の固体電解質体２内に、気密質の
固体電解質層８が第一の電極１０に近接して埋め込まれ
てなる構造も、好適に採用されることとなる。そして゛
、その埋め込まれた気密質の固体電解質層８の開口部１
４は、それぞれの図の上下方向において、換言、すれば
第一の電極１０の主面に垂直な方向において、かかる第
一の電極１０の円環形状の内側孔部領域内に位置するよ
うに、即ち第一の電極１０と並置するように、位置して
いるのである。

従って、このような構造のセンサにあっても、多孔質固
体電解質体２内を拡散、移動するガスは気密質の固体電
解質Ｎ８にて規制され、主とじてその開口部１４を通じ
てのみ、内部空間５内に導き入れられることとなるので
あり、前記実施例と同様に、かかる内部空間５内におけ
る混合作用によって、第一の電極１０に接触せしめられ
るガス濃度を効果的に均一化せしめ得るのである。

また、本実施例の如（、気密質の固体電解質層８を多孔
質の固体電解質体２内に埋め込んで、第一の電極１０に
多孔質な固体電解質体２部分が接するようにすることに
よって、次のような特徴も発揮されることとなる。即ち
、第一の電極１０から第二の電極１２に向かってイオン
を移動させる電気化学的ボンピングを行なった場合に惹
起される、固体電解質の黒化の問題を有利に軽減せしめ
、当該固体電解質部分の劣化を有利に防止し得る利点を
享受することが出来るのである。なぜならば、電極（１
０）の片面が内部空間（５）に接し、他の片面が多孔質
な固体電解質（２）に接している場合、気密質の固体電
解質に接している場合に比べて電極内の厚さ方向のガス
濃度分布を生じ難く、電極内の特定点でガス濃度が極端
に低下することが惹起され難く、また、たとえ軽度の黒
化が生じたとしても、固体電解質の表面積が多いために
、再び元に戻り易いからである。

さらに、本実施例のように、第一の電極１０に接する固
体電解質が多孔質な固体電解質（２）の場合にあっては
、気密質の固体電解質に接する場合に比べて、電極活性
が向上するという利点も加わるのである。

ところで、本実施例の如き気密質の固体電解質層８の埋
め込み構造では、前述した実施例の構造のものに比べて
、第一の電極１０に接する多孔質な固体電解質（２）中
を側方より（図において左右方向から）拡散して、内部
空間５を経ずに、第一の電極ｌＯに直接到達するガス（
Ａ）、若しくは気密質の固体電解質層８の開口部を通過
した後、第一の電極１０の背後に廻り込んでくるガス（
Ｂ）の影響があるために、かかる第一の電極１０近傍の
ガス雰囲気の均一化にはやや不利となるが、該第一の電
極１０と気密質固体電解質層８との距離（１）を充分に
狭くすれば、上記のガス（Ａ）の影響が小さくなり、ま
た後述のように、気密質の固体電解質Ｎ８が直接気密質
セラミック体４と接続される構造とすれば、そのような
ガス（Ａ）の影響を全く排除することが出来る。更に、
上記のガス（Ｂ）に関しても、第一の電極１０の平面方
向において、第一の電極１０の端部と気密質固体電解質
層８の開口部１４の端部との間の距離（Ｌ）を上記した
距離二１に比べて充分に大きく取れば、そのようなガス
（Ｂ）の影響も無視し得る程度に小さくすることが出来
るのである。

なお、第４図に示されているように、内部空間５内に導
入されるガスの拡散経路を規制する気密質の固体電解質
Ｎ８とは別に、更に適当な開口部を備えた気密質の第二
の固体電解質層１６の少なくとも一つを設けることも可
能であり、その場合において、第二の固体電解質層１６
の開口部１８は必ずしも第一の電極１０と並置の必要は
なく、かかる第一の電極１０の主面に垂直な方向から見
て、該第一の電極１０と重なっていても、何等差支えな
い。

また、本発明に従うガスセンサは、以上の構造のものに
限定されるものでは決してなく、その他の構造のものに
も有効に適用され得るものであって、例えば第５図乃至
第１０図に示されるような構造であっても良いのである
。

先ず、それら本発明に従うガスセンサの実施例において
、第５〜６図に示されたセンサは、第１図のものの形状
変更例であって、第一及び第二の電極１０．１２が矩形
形状において用いられ、そして第一の電極１０が気密質
の固体電解質層８を介して多孔質の固体電解質体２の一
方（内側）の面に設けられる一方、かかる多孔質の固体
電解質体２の他方（外側）の面には第二の電極１２が直
接に接して設けられて、電気化学的ポンプセルが構成さ
れている。

また、気密質のセラミック体４は、内部空間としての所
定のガス拡散抵抗を有する矩形形状の平坦空間６を与え
る切欠きを有する第一の気密質なセラミック層４ａと板
状の気密質な第二のセラミック層４ｂとから一体的に構
成されて、第一の電極１０がかかる平坦空間６内に露呈
せしめられるように、多孔質な固体電解質体２に対して
積層せしめられている。そして、この積層によって、気
密質の固体電解質層８が前記第一のセラミック層４ａの
切欠きを部分的に覆蓋することにより、平坦空間６の多
孔質固体電解質体２に対する開口部（気密質固体電解質
層８の開口部となる）１４が形成され、またその開口部
１４は、第一の電極１０の主面に垂直な方向から見て、
該第一の電極ｌＯと並置するように位置せしめられるよ
うになっている。

従って、このような構造のガスセンサにあっては、気密
質の固体電解質層８によって規制された平坦空間６の開
口部１４を通じて、多孔質の固体電解質体２内を拡散し
てきたガスが、平坦空間６内に導き入れられ、そして図
において左右方向に該平坦空間６内を移動して、第一の
電極１０に到達せしめられることとなるのである。

また、第７〜８図に示される他の構造ガスセンサにあっ
ては、電気化学的ポンプセルと共に、電気化学的センサ
セルを備えているところに特徴がある。即ち、そこにお
いて、電気化学的ポンプセルは、多孔質な板状の固体電
解質体２の両側に、それぞれ気密質の固体電解質層８．
８を介して第一の電極１０及び第二の電極１２を一体的
に設けることにより構成されている一方、電気化学的セ
ンサセルが、気密なセラミック体の一部を構成する板状
の気密質の固体電解質体２０とその両側にそれを挾むよ
うにして一体的に設けられた第三の電極２２と第四の電
極２４とから構成されているのである。

そして、かかる電気化学的センサセルの第三の電極２２
は、それらセンサセルとポンプセルとの間に介装せしめ
られた気密質のセラミック材料からなる板状のスペーサ
層２６によって形成される、所定の拡散抵抗を有する平
坦空間６内に露呈せしめられ、同様に該平坦空間６内に
露呈せしめられているポンプセルの第一の電極１０近傍
の雰囲気に接触せしめられて、測定電極として機能する
ようになっている。

また、かかる電気化学的センサセルの第四の電極２４が
設けられた側には、それぞれ気密質のセラミック材料か
らなる板状のスペーサ部材２８及び蓋部材３０が順次積
層せしめられており、かかるスペーサ部材２８の切欠部
によって形成される空気通路３２に対して第四の電極２
４が露呈せしめられるようになっている。そして、第四
の電極２４は、かかる空気通路３２の基部の開口部から
導き入れられる基準ガスとしての空気に接触せしめられ
て、基準電極として機能するようになっている。

そして更に、かかる蓋部材３０の外側には、アルミナ等
からなる電気絶縁層３４．３４にて挟持されたヒータエ
レメント３６が積層形成されており、以てヒータ手段を
内臓したセル（センサ）構造とされている。

また、電気化学的ポンプセルの外側の第二の電極１２上
には、多孔質なセラミック材料からなる保護層３８が設
けられており、この保護層３８によって、被測定ガス存
在空間の被測定ガスに該第二の電極１２を接触せしめつ
つ、そのような被測定ガスから、かかる電極１２を保護
するようになっている。

従って、このような構造のセンサにあっては、電気化学
的ポンプセルを構成する第一の電極１０と第二の電極１
２との間に所定の直流電流が流されることにより、多孔
質な固体電解質体２を通じて平坦空間６内に導かれるガ
スの拡散経路が気密質の固体電解質層８の開口部１４に
て規制されつつ、第一の電極１０近傍の雰囲気が制御せ
しめられる一方、そのような第一の電極１０近傍の雰囲
気中のガス成分濃度が電気化学的センサセルによって公
知の如く検出されることとなる。即ち、かかるセンサセ
ルを構成する第三の電極２２と第四の電極２４に接触せ
しめられるそれぞれの雰囲気中のガス成分濃度差に基づ
いて惹起される起電力が、外部の検出器にて検出される
こととなるのである。

なお、本実施例にあっては、ヒータエレメント３６に対
する外部からの給電によりかかるヒータエレメント３６
が発熱せしめられることによって、電気化学的装置とし
ての酸素センサ（ガスセンサ）は被測定ガスの温度が低
い場合にあっても、各セルの固体電解質（２，８，２０
）やそれぞれの電極（１０，１２；２２．２４）が効果
的に所望の作動温度に加熱されて、有効な作動状態に保
持せしめられ得るようになっている。

さらに、第９〜１０図に示されるガスセンサにあっては
、第５〜６図に示される実施例のものにおいて、気密質
の固体電解質Ｎ８を多孔質な固体電解質体２内に埋め込
んだ構造とされている。即ち、多孔質な固体電解質体２
の一部となる、同一の固体電解質材料からなる多孔質固
体電解質Ｎ４０が、気密質の固体電解質層８の開口部１
４．を含む領域に配置されて、多孔質な固体電解質体２
と共に積層されることにより、第１０図に示される如く
、気密質の固体電解質層８の開口部１４を含む部位が多
孔質な固体電解質体２内に一体的に埋設された構造とさ
れているのである。そして、この多孔質固体電解質体２
と一体となった多孔質固体電解質層４０上に、気密質の
固体電解質層８の開口部１４と並置する状態において、
内部空間５内に露呈せしめられるように、第一の電極１
０が形成されているのである。

このように、気密質の固体電解質層８を多孔質の固体電
解質体２内に埋め込んだ構造を採用する場合において、
第一の電極１０と気密質の固体電′　解質層８との間の
多孔質固体電解質層４０の端部が直接に外部に露呈せし
められないように、該気密質の固体電解質Ｎ８が直接に
気密質のセラミック体４　（具体的には、気密質のセラ
ミ・ツク層４ａ）に接続する構造とされることにより、
外部の被測定ガスがかかる多孔質固体電解質層４０の側
部より拡散・移動して、第一の電極１０に至り、以て該
第一の電極１０に接触するガス成分の影響を実質的に解
消せしめることが出来るのである。

ところで、かくの如き本発明において、電気化学的ポン
プセルや電気化学的センサセルの多孔質な、また気密質
の固体電解質体、更には気密質の固体電解質層を構成す
るイオン伝導性の固体電解質としては、酸素イオン伝導
体であるジルコニア磁器、ＢｉｚＯ，ＹｚＯｈ系固溶体
等の他、プロトン伝導体であるＳ　ｒ　Ｃｅｏ、ｑ５Ｙ
　ｂｏ、ｏｓＣ）＋−ｘ、ハロゲンイオン伝導体である
ＣａＦ、等の公知のものが用いられることとなる。

また、それぞれの電気化学的セルにおける電極１０．１
２．２２．２４としては、白金、ロジウム、パラジウム
、金、ニッケル等の金属、或いは酸化錫等の導電性化合
物を用いて形成された多孔質構造のものが望ましく、更
にその形成に際しては、例えばそのような金属若しくは
導電性化合物を主体とする材料を用いて固体電解質体に
印刷し、その焼成によって、目的とする電極、更にはそ
のリード部が形成されるようにすることが望ましい。

なお、そのような電極やリード部の剥離、断線等が生ず
るのを防止するために、それら電極、リード部中にジル
コニア、イツトリア、アルミナ等のセラミックス微粉末
を混入せしめて、その焼成時に、それの接する層との一
体化の向上を図ることが望ましい。

さらに、かくの如き本発明に従うガスセンサを製造する
に際しては、公知の積層手法やスクリーン印刷手法が適
宜に採用されて、そのようなガスセンサを与える積層体
が形成され、そして該積層体の全体を焼結、一体化せし
める等の手法が有利に採用されることとなる。なお、そ
のようなガスセンサの製造において、電気化学的ポンプ
セルを構成する多孔質の固体電解質体２の形成は、気密
質のセラミック体４や気密質の固体電解質層８とは焼結
温度の異なる固体電解質材料を用いることにより実現さ
れる他、焼成により消失する物質を混入せしめた固体電
解質材料を用いて形成するようにすることも可能である
。

以上、本発明の幾つかの具体例について説明してきたが
、本発明に従うガスセンサは、上述のような例示の具体
的構造のみに限定して解釈されるものでは決してなく、
本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識
に基づいて種々なる変形、修正、改良等を加えた形態に
おいて実施され得るものであって、本発明が、そのよう
な実施形態のものをも含むものであることは、言うまで
もないところである。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明は、気密質の固
体電解質層によって、電気化学的ポンプセルを構成する
多孔質な固体電解質体中を拡散するガスの拡散経路を規
制して、その拡散ガスを、−旦、内部空間内に導き入れ
た後、第一の電極に至るようにすることにより、かかる
第一の電極に接触せしめられるガスの濃度分布を均一化
せしめ、以てシャープな特性曲ｙＡ（分極特性）を安定
して得ることが出来るようにしたものであって、これに
より測定精度の高いガスセンサを実現し得たのである。

そして、このような本発明に係るガスセンサは、所定の
リーン雰囲気又はリーン雰囲気で運転される自動車エン
ジンの排ガスセンサとして有利に用いられるものである
が、更に理論空燃比の状態で燃焼せしめられた排気ガス
等の被測定ガスを測定するセンサ等の酸素センサにも有
利に適用され得るものであり、更には気体中の酸素以外
の水素、炭酸ガス等の電極反応に関与する成分の検出器
或いは制御器等のにも適用され得るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、それぞれ本発明に従うガスセンサ
の最も簡単な構造の各種の例を示す横断面説明図である
。また、第５図、第７図及び第９図は、それぞれ本発明
に従うガスセンサの異なる例を示す分解説明図であり、
第６図、第８図及び第１０図は、それぞれ第５図、第７
図及び第９図におけるＶｌ−Ｖｌ断面説明図、■−■断
面説明図及びＸ−Ｘ断面説明図である。２：多孔質固体電解質体４：気密質セラミック体５：内部空間　　　　　６：平坦空間８：気密質固体電解質層１０：第一の電極　　　１２：第二の電極１４．１８：
開口部１６：第二の気密質固体電解質層２０：気密質固体電解質体２２：第三の電極　　　２４：第四の電極３２：空気通
路３６：ヒータエレメント４０：多孔質固体電解質層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多孔質の固体電解質体とその両側に接して設けら
れた第一及び第二の電極とからなる電気化学的ポンプセ
ルと、該電気化学的ポンプセルの多孔質の固体電解質体の一方
の側に設けられて、前記第一の電極が実質的に露呈せし
められる内部空間と、該内部空間を前記多孔質の固体電解質体との間において
画成し、外部から閉鎖された空間と為す気密質のセラミ
ック体と、前記多孔質の固体電解質体の表面若しくは内部にあって
、前記第一の電極の主面に垂直な方向から見て該第一の
電極に対して並置された開口部を有する気密質の固体電
解質層とを、含むことを特徴とするガスセンサ。
（２）前記気密質の固体電解質層の開口部が、前記第二
の電極の主面に垂直な方向から見て該第二の電極に対し
て並置されている特許請求の範囲第１項記載のガスセン
サ。
（３）前記気密質の固体電解質層が、前記多孔質の固体
電解質体と前記第一の電極との間に形成されている特許
請求の範囲第１項あるいは第２項記載のガスセンサ。
（４）前記気密質の固体電解質層が、前記多孔質の固体
電解質体と前記第二の電極との間に形成されている特許
請求の範囲第１項あるいは第２項記載のガスセンサ。
（５）前記気密質の固体電解質層が、前記多孔質の固体
電解質体と前記第一の電極との間、及び前記多孔質の固
体電解質体と前記第二の電極との間に、それぞれ設けら
れている特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載のガ
スセンサ。
（６）前記気密質の固体電解質層の少なくとも一部が、
前記多孔質の固体電解質体内部に埋め込まれて形成され
ており、前記第一の電極が該多孔質の固体電解質体に接
して設けられている特許請求の範囲第１項あるいは第２
項記載のガスセンサ。
（７）前記気密質の固体電解質層と共に、開口部を有す
る第二の気密質固体電解質層が、前記多孔質の固体電解
質体の表面若しくは内部に設けられている特許請求の範
囲第１項乃至第６項の何れかに記載のガスセンサ。
（８）前記内部空間が、予め定められたガス拡散抵抗を
有する細隙な平坦空間である特許請求の範囲第１項乃至
第７項の何れかに記載のガスセンサ。