DE102007000028B4

DE102007000028B4 - Herstellungsverfahren für Gasmessfühler

Info

Publication number: DE102007000028B4
Application number: DE102007000028.8A
Authority: DE
Inventors: Kiyomi Kobayashi; Makoto Nakae; Toshikazu Hirose
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: US20070170057A1; DE102007000028A1; US8168053B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers, der einem Messgas auszusetzen ist, mit den Schritten:
Zusammenbauen eines Elementaufbaus aus einem Festelektrolytkörper, durch den Sauerstoffionen gehen können und der zwei Oberflächen hat, die zueinander längs einer ersten Richtung entgegengesetzt sind, einer Gasmesselektrode, die auf einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und dem Messgas ausgesetzt ist, das an einem Gaseinlass des Elementaufbaus eindringt, einer Bezugsgaselektrode, die auf der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und einem Bezugsgas ausgesetzt ist, und einer Heizung, die auf oder nahe an dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, so dass sie einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers zugewandt ist, und ein Heizungssubstrat und ein in oder auf dem Heizungssubstrat angeordnetes Heizelement aufweist, das den Festelektrolytkörper erhitzt, wobei das Heizungssubstrat einen Seiteneckbereich hat, der sich in einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung ist, auf einer Seiteneckfläche des Elementaufbaus befindet und längs einer dritten Richtung verläuft, die senkrecht zur ersten und zweiten Richtung ist, so dass er längs der zweiten Richtung an das Heizelement angrenzt; und
Ausbilden einer porösen Schutzschicht auf dem Elementaufbau, wobei der Schritt Ausbilden der porösen Schutzschicht Folgendes umfasst:
Ausbilden einer aus einem organischen Material bestehenden Maskenschicht auf zumindest einem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats der Heizung;
Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials auf einer Oberfläche des Elementaufbaus, so dass der Gaseinlass und die Maskenschicht mit dem Schutzschichtformmaterial bedeckt sind;
Durchführen einer Wärmebehandlung für das Schutzschichtformmaterial, damit aus dem Schutzschichtformmaterial die poröse Schutzschicht wird, so dass der Gasmesselektrode gestattet wird, dem durch die poröse Schutzschicht gehenden Messgas indirekt ausgesetzt zu sein; und
Entfernen der Maskenschicht und der auf die Maskenschicht aufgebrachten porösen Schutzschicht von dem Elementaufbau, so dass zumindest dem Abschnitt des Seiteneckbereichs gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers für einen Gassensor, der in einem Abgassystem eines Fahrzeugverbrennungsmotors eingebaut wird und die Konzentration eines bestimmten Bestandteils erfasst, der in einem vom Motor abgegebenen Messgas enthalten ist.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Gassensor mit einem Gasmessfühler wird in einem Auspuffsystem eines Fahrzeugverbrennungsmotors eingebaut. Der Gasmessfühler ist als ein rechteckiger Parallelepiped ausgebildet. Der Fühler hat einen plattenförmigen Festelektrolytkörper mit einer oberen und unteren Fläche, die zueinander längs einer Aufschichtungsrichtung des Fühlers entgegengesetzt sind, eine Gasmesselektrode, die auf der oberen Fläche des Elektrolytkörpers angeordnet ist und einem Messgas ausgesetzt wird, eine Bezugsgaselektrode, die auf der unteren Fläche des Elektrolytkörpers angeordnet ist und einem Bezugsgas ausgesetzt ist, und einer Heizung, die unterhalb der unteren Fläche des Elektrolytkörpers angeordnet ist, um den Körper auf eine Aktivierungstemperatur des Körpers zu erhitzen. Der Elektrolytkörper hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit für Sauerstoffionen.
Beim Start des Motorbetriebs erhitzt bei diesem Messfühler die Heizung den Elektrolytkörper auf eine Aktivierungstemperatur des Körpers, um den Körper zu aktivieren. Wenn ein vom Motor abgegebenes Abgas durch das Auspuffsystem strömt, ist die Gasmesselektrode dem Abgas ausgesetzt und wandern Sauerstoffionen, die durch Zerlegen des Abgases oder des Bezugsgases erzielt werden, durch den Elektrolytkörper von einer der Elektroden zur andern Elektrode durch. Dadurch wird zwischen den Elektroden eine elektrische Potenzialdifferenz erzeugt. Dann wird anhand der elektrischen Potenzialdifferenz die Konzentration eines bestimmten Bestandteils (z. B. O₂ oder NOx) erfasst, der im Abgas enthalten ist.
Der Messfühler hat außerdem einen Gaseinlass, durch den das Abgas in eine Gaskammer eindringt. Die Gasmesselektrode ist dem Abgas in der Gaskammer ausgesetzt. Das Abgas enthält Gifte, die die Gasmesselektrode beeinträchtigen. Um diese Elektrode vor den Giften zu schützen, ist die gesamte Außenfläche des Messfühlers mit einer porösen Schutzschicht bedeckt, so dass der Gaseinlass mit der Schutzschicht bedeckt ist. Die Schutzschicht ist für das Abgas durchlässig. Wenn das durch den Gaseinlass gehende Abgas in die Gaskammer eindringt, werden die Gifte des Abgases durch die auf dem Gaseinlass angeordnete Schutzschicht abgefangen oder bleiben hängen. Daher wird die Gasmesselektrode dem Abgas ausgesetzt, das im Wesentlichen keine Gifte mehr enthält, so dass die Elektrode vor den Giften des Abgases geschützt werden kann.
Um die Schutzschicht auf dem Messfühler auszubilden, wird ein ferner Abschnitt des Messfühlers, der dem Abgas auszusetzen ist, in eine Schlämmelösung eingetaucht, in der Keramikteilchen mit Lösungsmittel gemischt sind, und wird die an dem Messfühler anhaftende Schlämmelösung getrocknet. Daher wird auf die gesamte Oberfläche des fernen Abschnitts des Messfühlers eine Schicht aus Keramikteilchen aufgebracht. Ein naher Abschnitt des Fühlers wird in einen Halter eines Gassensors eingeführt, so dass der nahe Abschnitt nicht dem Abgas ausgesetzt ist. Der nahe und ferne Abschnitt des Fühlers werden aneinander längs einer Längsrichtung senkrecht zu der Aufschichtungsrichtung ausgerichtet.
Darüber hinaus werden aufgrund der Kraftstoffverbrennung im Motor Wassertropfen erzeugt, die im Abgas zwangsläufig als Feuchtigkeit enthalten sind. Während der Erfassung im Gasmessfühler fliegen die Wassertropfen mit dem Abgas mit und gelangen auf die Außenfläche der porösen Schutzschicht. Die poröse Schicht hat ein hohes Wasserhaltevermögen, so dass die auf die Schutzschicht gelangten Wassertropfen leicht daran anhaften und in die Schutzschicht eindringen. Daher sinkt die Temperatur an dem das Wasser aufnehmenden Abschnitt der Schutzschicht lokal ab. Insbesondere dann, wenn die Wassertropfen an einen Abschnitt der Schutzschicht gelangen, der sich auf der Heizung befindet, und die Außenfläche der Heizung erreichen, die auf einer hohen Temperatur gehalten wird, sinkt die Oberflächentemperatur der Heizung rasch ab und wird auf der Oberfläche der Heizung zwischen einem das Wasser aufnehmenden Bereich und einem Bereich, der den das Wasser aufnehmenden Bereich umgibt, eine große Temperaturdifferenz erzeugt. Daher kommt es in der Heizung zu Wärmespannungen und besteht die Möglichkeit, dass die Heizung aufgrund dieser Wärmespannungen reißt oder bricht. So brechen zum Beispiel gelegentlich Heizelemente, die in der Heizung angeordnet sind, oder werden von einer Stromversorgungsleitung getrennt.
Und zwar ist die Heizung in Form einer dünnen Platte ausgebildet und befindet sich am Boden des Messfühlers. Die Heizung weist ein Heizungssubstrat und eine Vielzahl von in dem Heizungssubstrat eingebetteten Heizelementen auf. Die Heizelemente sind im fernen Abschnitt des Fühlers aneinander längs einer zur Aufschichtungs- und Längsrichtung senkrechten Breitenrichtung ausgerichtet. Die Heizelemente verlaufen jeweils längs der Längsrichtung. Das Heizungssubstrat hat auf beiden Seiten in der Breitenrichtung Seiteneckabschnitte. Die Seiteneckabschnitte befinden sich an bodenseitigen Ecken des Messfühlers. Wenn Wassertropfen auf einen bestimmten Bereich der Schutzschicht gelangen, der sich unmittelbar an einem der Seiteneckabschnitte des Heizungssubstrats befindet, kommt es in dem Seiteneckabschnitt des Heizungssubstrats zu Wärmespannungen. Da sich der Seiteneckabschnitt des Heizungssubstrats an einer Ecke des Messfühlers befindet, konzentrieren sich die Wärmespannungen leicht in einem schmalen Bereich. Daher besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Heizung an ihrem Seiteneckabschnitt reißt oder bricht.
Die JP 2003-322632 A offenbart zum Beispiel einen Gasmessfühler, bei dem die gesamte Oberfläche des fernen Abschnitts des Fühlers mit einer porösen Schutzschicht bedeckt ist, um einen Bruch des Messfühlers aufgrund von auf die Außenfläche des Messfühlers gelangten Wassertropfen zu verhindern. Da die poröse Schicht jedoch ein hohes Wasserhaltevermögen hat, können Wassertropfen, die auf die Außenfläche der Schutzschicht gelangt sind, leicht in die Schutzschicht eindringen und die Außenfläche des Messfühlers erreichen, so dass die Temperatur des Messfühlers sinkt. Insbesondere dann, wenn Wassertropfen auf einen bestimmten Oberflächenbereich der Schutzschicht gelangen, der sich an einem Seiteneckabschnitt einer Heizung befindet, konzentrieren sich in dem Seiteneckabschnitt Wärmespannungen und bricht die Heizung leicht oder reißt. Daher schützt die auf dem Seiteneckenbereich angeordnete Schutzschicht die Heizung nicht, sondern erhöht sogar die Wahrscheinlichkeit, dass die Heizung bricht.
Um Wassertropfen, die auf die Oberfläche der Schutzschicht gelangt sind, daran zu hindern, die Oberfläche des Messfühlers zu erreichen, könnte man die auf dem Messfühler angeordnete Schutzschicht verdicken. In diesem Fall würden die auf die Oberfläche der Schutzschicht gelangten Wassertropfen in der Schutzschicht in Richtungen parallel zur Oberfläche der Schutzschicht verteilt werden. Daher würden die Wassertropfen den Messfühler nicht erreichen und könnten Brüche und Risse des Messfühlers verhindert werden. Allerdings würde die verdickte Schutzschicht die Wärmekapazität des Messfühlers erhöhen. Wenn in diesem Fall der Motorbetrieb startet, würde es lange dauern, den Messfühler zu erhitzen, und könnte der Elektrolytkörper des Messfühlers seine Aktivierungstemperatur nicht rasch erreichen. Beim Start des Motorbetriebs wäre es daher schwierig, die Konzentration eines bestimmten in dem Abgas enthaltenen Bestandteils präzise zu erfassen, und wäre es sehr wahrscheinlich, dass der Kraftstoff nicht vollständig im Motor verbrannt wird.
Im Gegensatz zu der JP 2003-322632 A offenbart die DE 10 2004 008 233 A1 einen Gasmessfühler, bei dem die poröse Schutzschicht nur die Umgebung des Gaseinlasses, nicht aber die Heizung bedeckt.
Darüber hinaus schlägt die DE 197 13 904 A1 vor, mehrere Gasmessfühler als Verbund auszubilden und die Gasmessfühler noch im Grünzustand zu vereinzeln, indem die poröse Schutzschicht, die den Gaseinlass bedeckt, und eine Deckschicht, die die Heizung bedeckt, durch Fasen strukturiert werden. Die Vereinzelung der Gasmessfühler erfolgt dann entlang von Bruchkanten, die durch die Fasen vorgegeben werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, unter Berücksichtigung der Nachteile des aus der JP 2003-322632 A bekannten Gasmessfühlers ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühler zur Verfügung zu stellen, bei dem Risse oder Brüche, die durch zum Fühler gelangtes Wasser verursacht werden, unterdrückt werden, während die Wärmekapazität des Fühlers gesenkt wird.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers gelöst, das die im Anspruch 1 angegebenen Schritte umfasst.
Bei diesem Verfahren wird zumindest ein Abschnitt des Seiteneckbereichs dem Messgas direkt ausgesetzt und wird der Gaseinlass mit der porösen Schutzschicht bedeckt. Dementsprechend lässt sich ein Gasmessfühler zuverlässig herstellen, bei dem sich Wassertropfen, wenn sie auf den Abschnitt des durch das Heizelement erhitzten Seiteneckbereichs gelangen, aufgrund des Leidenfrost-Effekts sofort von der Oberfläche des Heizungssubstrats lösen, als ob das Heizungssubstrat die Wassertropfen abstoßen würde, und bei dem das durch das Heizelement erhitzte Heizungssubstrat die Wassertropfen daran hindert, sich auf dem Seiteneckbereich auszubreiten. Da die Maskenschicht und die auf der Maskenschicht aufgebrachte poröse Schutzschicht in nur einem Schritt von dem Elementaufbau entfernt werden, lässt sich der Gasmessfühler effizient herstellen.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers erreicht, das die im Anspruch 11 angegebenen Schritte umfasst.
Bei diesem Verfahren wird zumindest ein Abschnitt des Seiteneckbereichs dem Messgas direkt ausgesetzt und wird der Gaseinlass mit der porösen Schutzschicht bedeckt. Dementsprechend lässt sich ein Gasmessfühler zuverlässig herstellen, bei dem sich Wassertropfen, wenn sie auf den Abschnitt des durch das Heizelement erhitzten Seiteneckbereichs gelangen, aufgrund des Leidenfrost-Effekts sofort von der Oberfläche des Heizungssubstrats lösen, als ob das Heizungssubstrat die Wassertropfen abstoßen würde, und bei dem das durch das Heizelement erhitzte Heizungssubstrat die Wassertropfen daran hindert, sich auf dem Seiteneckbereich auszubreiten.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers gelöst, das die im Anspruch 17 angegebenen Schritte umfasst.
Bei diesem Verfahren wird zumindest ein Abschnitt des Seiteneckbereichs dem Messgas direkt ausgesetzt und wird der Gaseinlass mit der porösen Schutzschicht bedeckt. Dementsprechend lässt sich ein Gasmessfühler zuverlässig herstellen, bei dem sich Wassertropfen, wenn sie auf den Abschnitt des durch das Heizelement erhitzten Seiteneckbereichs gelangen, aufgrund des Leidenfrost-Effekts sofort von der Oberfläche des Heizungssubstrats lösen, als ob das Heizungssubstrat die Wassertropfen abstoßen würde, und bei dem das durch das Heizelement erhitzte Heizungssubstrat die Wassertropfen daran hindert, sich auf dem Seiteneckbereich auszubreiten.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers erreicht, das die im Anspruch 22 angegebenen Schritte umfasst.
Bei diesem Verfahren wird der Gaseinlass mit der porösen Schicht bedeckt und wird zumindest ein Teil der bestimmten, bezüglich des Festelektrolytkörpers entgegengesetzt zur Heizung liegenden Oberfläche des Elementaufbaus nicht mit der porösen Schutzschicht bedeckt. Dementsprechend lässt sich ein Gasmessfühler zuverlässig herstellen, bei dem durch den Leidenfrost-Effekt selbst dann, wenn Wassertropfen auf den Teil der bestimmten Oberfläche gelangen, der dem Messgas direkt ausgesetzt ist, Risse und Brüche des Gasmessfühlers deutlich unterdrückt werden. Da die Maskenschicht und die auf der Maskenschicht aufgebrachte poröse Schutzschicht in nur einem Schritt von dem Elementaufbau entfernt werden, kann der Gasmessfühler effizient hergestellt werden.
Gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers gelöst, das die im Anspruch 33 angegebenen Schritte umfasst.
Bei diesem Verfahren wird der Gaseinlass mit der porösen Schutzschicht bedeckt und wird zumindest ein Teil der bestimmten, bezüglich des Festelektrolytkörpers entgegengesetzt zur Heizung liegenden Oberfläche des Elementaufbaus nicht mit der porösen Schutzschicht bedeckt. Dementsprechend kann ein Gasmessfühler zuverlässig hergestellt werden, bei dem durch den Leidenfrost-Effekt selbst dann, wenn Wassertropfen auf den Teil der bestimmten Oberfläche gelangen, der dem Messgas direkt ausgesetzt ist, Risse und Brüche des Gasmessfühlers deutlich unterdrückt werden.
Gemäß einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers gelöst, das die im Anspruch 39 angegebenen Schritte umfasst.
Bei diesem Verfahren wird der Gaseinlass mit der porösen Schutzschicht bedeckt und wird zumindest ein Teil der bestimmten, bezüglich des Festelektrolytkörpers zur Heizung entgegengesetzt liegenden Oberfläche des Elementaufbaus nicht mit der porösen Schutzschicht bedeckt. Dementsprechend lässt sich ein Gasmessfühler zuverlässig herstellen, bei dem durch den Leidenfrost-Effekt selbst dann, wenn Wassertropfen auf den Teil der bestimmten Oberfläche gelangen, der dem Messgas direkt ausgesetzt ist, Risse und Brüche des Gasmessfühlers deutlich unterdrückt werden.
Figurenliste

1 zeigt in einer perspektivischen Seitenansicht einen Gasmessfühler;
2 ist ein Vertikalschnitt im Wesentlichen längs der Linie A-A von 1;
3 ist eine Rückansicht, teilweise im Querschnitt, des in 1 gezeigten Gasmessfühlers;
4 ist eine Draufsicht auf den in 1 gezeigten Messfühler;
5 ist eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Messfühlers;
6 ist ein Ablaufdiagramm mit einem Verfahren zur Herstellung des in 1 bis 5 gezeigten Messfühlers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 ist ein Vertikalschnitt eines Messfühlers, bei dem auf einer Oberfläche eines Elementaufbaus eine Maskenschicht ausgebildet wird, um einen unbedeckten Oberflächenbereich einzustellen;
8 ist ein Vertikalschnitt eines Messfühlers, bei dem die poröse Schutzschicht auf der gesamten Oberfläche des in 7 gezeigten Messfühlers in einem Schlämmezustand aufgebracht ist;
9 ist eine erste Ansicht, die erläuternd einen Auflagenübertragungsvorgang zeigt, der für den Messfühler durchgeführt wird;
10 ist eine zweite Ansicht, die erläuternd den Auflagenübertragungsvorgang zeigt;
11 ist eine dritte Ansicht, die erläuternd den Auflagenübertragungsvorgang zeigt;
12 ist eine vierte Ansicht, die erläuternd den Auflagenübertragungsvorgang zeigt;
13 ist eine fünfte Ansicht, die erläuternd den Auflagenübertragungsvorgang zeigt;
14 ist eine sechste Ansicht, die erläuternd den Auflagenübertragungsvorgang zeigt
15 zeigt erläuternd ein Verfahren zum Aufbringen eines Maskenmaterials auf einem Elementaufbau gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
16 zeigt ein beim zweiten Ausführungsbeispiel verwendetes Beschichtungssystem;
17 ist eine Schnittansicht eines Düsenrohrs und eines Tanks des in 16 gezeigten Beschichtungssystems;
18 zeigt ein Ablaufdiagramm mit einem Verfahren zur Herstellung des in 1 bis 5 gezeigten Messfühlers gemäß dritten bis fünften Ausführungsbeispielen der Erfindung;
19 zeigt erläuternd ein Verfahren zum Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials auf einem Elementaufbau unter Verwendung eines Spenders gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
20 zeigt erläuternd ein weiteres Verfahren zum Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials auf einem Elementaufbau gemäß einer Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels;
21 zeigt erläuternd ein Verfahren zum Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials auf einem Elementaufbau gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel;
22 zeigt erläuternd ein Verfahren zum Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials auf einem Elementaufbau gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel;
23 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers;
24 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers;
25 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers;
26 zeigt als eine perspektivische Seitenansicht einen Gasmessfühler;
27 ist ein Vertikalschnitt entlang im Wesentlichen der Linie B-B von 26;
28 ist eine Seitenansicht des in 26 gezeigten Messfühlers;
29 zeigt ein Ablaufdiagramm mit einem Verfahren zur Herstellung des in 26 bis 28 gezeigten Messfühlers gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
30 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers mit einer auf seiner gesamten Oberfläche ausgebildeten porösen Schutzschicht;
31 zeigt erläuternd einen Schritt zum Abtrennen von Abschnitten der Schutzschicht von dem in 30 gezeigten Messfühler unter Verwendung von wasserfestem Sandpapier;
32 zeigt erläuternd einen Schritt zum Abtrennen von Abschnitten der Schutzschicht von dem in 30 gezeigten Messfühler unter Verwendung eines elastischen Schleifwerkzeugs;
33 zeigt erläuternd einen Schritt zum Abtrennen von Abschnitten der Schutzschicht von dem in 30 gezeigten Messfühler unter Verwendung einer riemenförmigen Schleifvorrichtung;
34 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers;
35 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers;
36 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers;
37 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers; und
38 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Erfinder haben Untersuchungen durchgeführt, um zu analysieren, wie ein mit einer porösen Schutzschicht bedeckter Gasmessfühler beim Aufnehmen von Wassertropfen reißt oder bricht. Die Analyse dieser Untersuchungen ergab, dass Wassertropfen, die zur Oberfläche der Schutzschicht gelangen, aufgrund des hohen Wasserhaltevermögens der Schutzschicht sofort absorbiert werden und sich in der Schutzschicht verteilen, so dass sie rasch die Temperatur eines begrenzten Oberflächenbereichs des Messfühlers senken. Die Erfinder haben daher erkannt, dass die auf dem Messfühler angeordnete Schutzschicht eher die Wasserbeständigkeit des Messfühlers senkt, als den Messfühler zu schützen. Insbesondere dann, wenn Wassertropfen zu einem bestimmten Oberflächenbereich der Schutzschicht gelangen, der sich an einem Seiteneckabschnitt einer Heizung befindet, werden durch die Anlagerung der Wassertropfen am Seiteneckabschnitt der Heizung Wärmespannungen erzeugt und konzentrieren sich leicht in einem schmalen Bereich. Daher besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Heizung an ihrem Seiteneckabschnitt reißt oder bricht.
Im Gegensatz dazu haben sie realisiert, dass ein Messfühler, der mit keiner porösen Schicht bedeckt ist, eine bessere Wasserbeständigkeit hat. Wenn nämlich Wassertropfen auf eine Oberfläche eines Messfühlers gelangen, der mit keiner porösen Schicht bedeckt ist und auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, lösen sich die Wassertropfen aufgrund des weithin bekannten Leidenfrost-Effekts sofort von der Oberfläche des Messfühlers, als ob der Messfühler die Wassertropfen abstoßen würde, und hindert der auf eine hohe Temperatur erhitzte Messfühler die Wassertropfen daran, sich auf der Oberfläche des Messfühlers auszubreiten. Daher kann bei dem Messfühler, der mit keiner porösen Schicht bedeckt ist, verglichen mit einem Messfühler, der mit einer Schutzschicht bedeckt ist, ein Temperaturabfall deutlich unterdrückt werden. Dadurch wird selbst dann, wenn die Oberfläche des Messfühlers, der mit keiner Schutzschicht bedeckt ist und auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, einem Messgas wie einem Abgas ausgesetzt wird, das Wassertropfen enthält, der Messfühler kaum aufgrund von Wassertropfen, die auf die Oberfläche des Messfühlers gelangen, reißen oder brechen.
Wenn die Wassertropfen dabei mit einer Oberfläche eines Fühlers in Kontakt kommen, die auf eine hohe Temperatur wie etwa 1000°C erhitzt worden ist, verdampft der mit der Oberfläche in Kontakt kommende Teil des Wassers sofort und wirkt der erzielte Dampf zwischen der Oberfläche des Messfühlers und dem Wasser als eine Wärmeisolationsschicht. Dieser Effekt wird als Leidenfrost-Effekt bezeichnet.
Aufgrund dieses Wissens schlagen die Erfinder einen Gasmessfühler mit einem Elementaufbau und einer auf dem Elementaufbau angeordneten porösen Schutzschicht vor. Der Elementaufbau weist einen Festelektrolytkörper mit hoher elektrischer Leitfähigkeit für Sauerstoffionen und mit zwei zueinander längs einer ersten Richtung entgegengesetzten Oberflächen, eine auf einer der Oberflächen des Elektrolytkörpers angeordnete Gasmesselektrode, eine auf der anderen Oberfläche des Elektrolytkörpers angeordnete Bezugsgaselektrode und eine auf oder nahe an dem Elektrolytkörper angeordnete Heizung auf, die einer der Oberflächen des Elektrolytkörpers zugewandt ist und ein Heizungssubstrat und ein in oder auf dem Heizungssubstrat angeordnetes Heizelement hat. Das Heizelement erhitzt den Elektrolytkörper. Die Gasmesselektrode ist einem Messgas ausgesetzt, das an einem Gaseinlass des Elementaufbaus eindringt. Die Bezugsgaselektrode ist einem Bezugsgas ausgesetzt. Das Heizungssubstrat hat einen Seiteneckbereich, der sich in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung ist, auf einer Seiteneckfläche des Elementaufbaus befindet und längs einer dritten Richtung verläuft, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zweiten Richtung ist, so dass er längs der zweiten Richtung an das Heizelement angrenzt. Die Schutzschicht ist zumindest auf dem Gaseinlass angeordnet, so dass der Gasmesselektrode gestattet wird, dem durch die Schutzschicht gelassenen Messgas indirekt ausgesetzt zu sein, und dass zumindest einem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Da ein Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats nicht mit irgendeiner porösen Schicht bedeckt ist, sondern dem Messgas direkt ausgesetzt ist, wird aufgrund des Leidenfrost-Effekts ein Temperaturabfall des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats unterdrückt, der durch Wassertropfen verursacht wird. Dementsprechend können selbst dann, wenn Wassertropfen auf den Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats gelangen, Brüche und Risse des Messfühlers deutlich unterdrückt werden. Da die Schutzschicht nicht auf der gesamten Oberfläche des Messfühlers angeordnet ist, kann außerdem die Wärmekapazität des Messfühlers verringert werden und kann der Elektrolytkörper durch die Heizung rasch erhitzt werden.
Es werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
Unter Bezugnahme auf 1 bis 5 wird zunächst ein Gasmessfühler beschrieben, wie er von den Erfindern vorgeschlagen wird.
1 zeigt als perspektivische Seitenansicht einen Gasmessfühler. 2 ist ein Vertikalschnitt entlang im Wesentlichen der Linie A-A von 1. 3 ist eine Rückansicht, teilweise im Querschnitt, des in 1 gezeigten Messfühlers. 4 ist eine Draufsicht auf den in 1 gezeigten Messfühler. 5 ist eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Messfühlers.
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Gasmessfühler 1 ungefähr in Form eines rechteckigen Parallelepipeds ausgebildet und verläuft in einer Längsrichtung von einer nahen Seite bis zu einer fernen Seite. Der Fühler 1 ist in einen Fußabschnitt 1a, der sich auf der nahen Seite befindet, und einen Gasmessabschnitt 1b unterteilt, der sich auf der fernen Seite befindet. Der Abschnitt 1a des Messfühlers 1 wird in einen Isolator (z. B. das in 9 gezeigte Element 13) eines (nicht gezeigten) Gassensors eingesetzt und mit einem (nicht gezeigten) Dichtungsmaterial abgedichtet. Der Gassensor mit dem Messfühler 1 wird in einem (nicht gezeigten) Auspuffrohr eines Fahrzeugverbrennungsmotors platziert, um für ein Abgasregelungssystem verwendet zu werden. Der Gassensor mit dem Messfühler 1 wird zum Beispiel als ein Luft-Kraftstoff-Sensor oder ein Sauerstoffsensor zum Erfassen der Konzentration von im Abgas enthaltenen Sauerstoff oder als ein NOx-Sensor zum Erfassen der Konzentration von im Abgas enthaltenen NOx verwendet, um die Verschlechterung eines im Auspuffrohr angeordneten Drei-Wege-Katalysators zu erfassen. Der Messabschnitt 1b des Messfühlers 1 wird einem Messgas ausgesetzt, etwa einem vom Motor abgegebenen Abgas. Der Abschnitt 1a des Messfühlers 1 wird dem Messgas nicht ausgesetzt. Der Fühler 1 ist in 1 auf dem Kopf stehend gezeigt, um eine Bodenfläche 320 des Messfühlers 1 deutlich darzustellen.
Wie in 2 gezeigt ist, hat der Messfühler 1 einen Elementaufbau 10 und eine auf einem Beschichtungsflächenbereich des Elementaufbaus 10 angeordnete poröse Schutzschicht 4. Der Elementaufbau 10 weist einen plattenförmigen Festelektrolytkörper 2 mit einer oberen und unteren Fläche, die zueinander längs einer Aufschichtungsrichtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung ist, entgegengesetzt sind, eine auf der oberen Fläche des Festelektrolytkörpers 2 angeordnete Gasmesselektrode 21, eine auf der unteren Fläche des Festelektrolytkörpers 2 angeordnete Bezugsgaselektrode 22 und eine nahe am Elektrolytkörper 2 angeordnete Heizung 3 auf. Der Elektrolytkörper 1 besteht zum Beispiel aus Zirkoniumoxid (ZrO₂) als Hauptmaterial und hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit für Sauerstoffionen. Die Sauerstoffionen können zwischen den Oberflächen des Elektrolytkörpers 2 durchwandern. Die Elektrode 21 wird einem Messgas ausgesetzt, das durch Gaseinlässe 11 des Elementaufbaus 10 gelassen wird. Die Elektrode 22 wird einem Bezugsgas ausgesetzt. Die Gaseinlässe 11 befinden sich auf der Oberfläche des Abschnitts 1b des Messfühlers 1. Allerdings können sich die Gaseinlässe 11 auch auf den Oberflächen der Abschnitte 1a und 1b des Messfühlers 1 befinden.
Wie in 1, 2, 4 und 5 gezeigt ist, ist ein Beschichtungsflächenbereich des Elementaufbaus 10 mit der Schutzschicht 4 bedeckt, so dass die Schutzschicht 4 zumindest auf den Gaseinlässen 11 angeordnet ist, die sich auf der Oberfläche des Abschnitts 1b befinden. Der Beschichtungsflächenbereich des Elementaufbaus 10 ist nicht direkt der Atmosphäre oder dem Messgas ausgesetzt. Die andere Oberfläche des Elementaufbaus 10, die nicht mit der Schutzschicht 4 bedeckt ist, ist der Atmosphäre oder dem Messgas direkt ausgesetzt und wird in dieser Beschreibung als unbedeckter Oberflächenbereich 5 bezeichnet.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist die Heizung 3 ein Heizungssubstrat 32 und eine Vielzahl von Heizelementen 31 auf, die einander längs einer Breitenrichtung, die im Wesentlichen senkrecht zur Längs- und Aufschichtungsrichtung ist, ausgerichtet sind. Die Heizelemente 31 sind in dem Heizungssubstrat 32 eingebettet. Das Heizungssubstrat 32 hat auf der zum Elektrolytkörper 2 entgegengesetzten Seite eine Bodenfläche 320. Der Elementaufbau 10 ist abgeschrägt, so dass die vier winkelförmigen Eckabschnitte von dem Elementaufbau 10 entfernt sind. Das Heizungssubstrat 32 hat zwei Seiteneckbereiche 33, die sich jeweils an den beiden abgeschrägten Bodenflächen dem Elementaufbau 10 befinden. Die Seiteneckbereiche 33 befinden sich in der Breitenrichtung jeweils an den beiden Seiten der Bodenfläche 320, so dass sie zueinander entgegengesetzt sind und längs der Breitenrichtung neben den Elementen 31 liegen.
Der unbedeckte Oberflächenbereich 5 schließt zumindest einen Abschnitt der Seiteneckbereiche 33 des Heizungssubstrats 32 ein. Das heißt, zumindest ein Abschnitt der Seiteneckbereiche 33 ist dem Messgas direkt ausgesetzt. Es sind vorzugsweise alle Seiteneckbereiche 33 mit keiner Schutzschicht bedeckt, so dass sie dem Messgas direkt ausgesetzt sind.
Wie in 2 gezeigt ist, kann der Elementaufbau 10 des Messfühlers 1 außerdem eine Kammerformschicht 121, die zwischen dem Elektrolytkörper 2 und der Heizung 3 angeordnet ist, so dass sie zwischen dem Körper 2 und der Schicht 121 eine Bezugsgaskammer 122 bildet, eine poröse Diffusionswiderstandsschicht 124, durch die das Messgas gehen kann, eine Abstandsschicht 123, die sich zwischen dem Elektrolytkörper 2 und der Schicht 124 befindet, so dass sie zwischen dem Körper 2 und der Schicht 124 eine Messgaskammer 126 bildet, und eine auf der Schicht 124 angeordnete Abschirmschicht 125 aufweisen. Und zwar wird der Messfühler 1 durch eine Aufschichtung der Heizung 3, der Schicht 121, des Elektrolytkörpers 2, des Abstandhalters 123 und der Schichten 124 und 125 gebildet, die längs der Aufschichtungsrichtung übereinander geschichtet werden. Die Elektrode 22 ist der Kammer 122 zugewandt und dem in der Kammer 22 eingefüllten Bezugsgas ausgesetzt. Die Elektrode 21 ist der Kammer 126 zugewandt und dem in der Kammer 126 eingefüllten Messgas ausgesetzt. Die Schichten 124 und 125 sind zumindest in dem Messabschnitt 1b des Messfühlers 1 ausgebildet. Die Schichten 121, 124 und 125 bestehen jeweils aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) als Hauptmaterial. Die Schicht 125 ist dicht ausgebildet, so dass das Messgas kaum durch die Schicht 125 hindurchgeht. Die Seitenabschnitte der Schichten 124 und 125 verjüngen sich in der Breitenrichtung.
Die obere Fläche und die Seitenflächen der Schicht 125, die Seitenflächen der Schicht 124 und des Elektrolytkörpers 2 und ein Abschnitt jeder Seitenfläche der Schicht 121 bilden den Beschichtungsflächenbereich und sind mit der Schutzschicht 4 bedeckt, so dass sie dem durch das Auspuffrohr strömenden Messgas nicht direkt ausgesetzt sind. Das durch das Auspuffrohr strömende Messgas geht durch die auf der porösen Schicht 124 angeordnete poröse Schicht 4 hindurch und dringt an den Gaseinlässen 11, die sich auf den Seitenflächen der porösen Schicht 124 befinden, in der Elementaufbau 10 ein. Dann geht das Messgas durch die poröse Schicht 124 und erreicht die Gaskammer 126.
Wie in 3 gezeigt ist, kann die Heizung 3 außerdem Heizungsanschlüsse 311, die sich in dem Fußabschnitt 1a befinden, und ein Heizungsmuster 310 aufweisen, das die Anschlüsse 311 und die Heizelemente 31 verbindet. Das Heizungsmuster 310 und die Anschlüsse 311 sind in dem Heizungssubstrat 32 eingebettet. Die Heizelemente 31 werden gebildet, indem ein Endabschnitt des Heizungsmusters 310 im Abschnitt 1b in einer Zickzackform gebogen wird. Den Heizelementen 31 wird über die Anschlüsse 311 ein elektrischer Strom zugeführt, wobei die Heizelemente 31 den Elektrolytkörper 2 auf eine Aktivierungstemperatur erhitzen, um den Elektrolytkörper 2 zu aktivieren.
Das Heizungssubstrat 32 hat zwei zweite Seiteneckbereiche 330, die sich in dem Messabschnitt 1b an den abgeschrägten Oberflächen des Heizungssubstrats 32 befinden, so dass sie jeweils von den Seiteneckbereichen 33 ausgehen. Die zweiten Seiteneckbereiche 330 grenzen längs der Breitenrichtung an das Heizungsmuster 310 an. Wie in 2, 4 und 5 gezeigt ist, verläuft der unbedeckte Oberflächenbereich 5 über alle Seiteneckbereiche 33 und 330, so dass alle Seiteneckbereiche 33 und 330 direkt der Atmosphäre oder dem Messgas ausgesetzt sind. Allerdings können die Seiteneckbereiche 33 und 330, die nicht mit der Schutzschicht 4 bedeckt sind, auch auf größer oder gleich 60% der in dem Gasmessabschnitt 1b befindlichen Seiteneckbereiche 33 und 330 eingestellt werden.
Wie in 1 gezeigt ist, hat das Heizungssubstrat 32 außerdem eine vordere Eckfläche 34, die sich in der Längsrichtung an einer unteren Ecke des Elementaufbaus 10 befindet. Die Schutzschicht 4 ist, wie in 1 und 2 gezeigt ist, auf der Oberfläche des Gasmessabschnitts 1b mit Ausnahme der Seiteneckbereiche 33 und 330, der vorderen Eckfläche 34, der Bodenfläche 320 des Heizungssubstrats 32 und von Teilen der Seitenflächen der an die Seiteneckbereiche 33 und 330 angrenzenden Schicht 121 ausgebildet. Das heißt, dass der unbedeckte Oberflächenbereich 5 über die Seiteneckbereiche 33 und 330, die vordere Eckfläche 34, die Bodenfläche 320 des Heizungssubstrats 32 und Teile der Seitenflächen der an die Seiteneckbereiche 33 und 330 angrenzenden Schicht 121 verläuft.
Wie genauer in 2 gezeigt ist, ist jeder Seiteneckbereich 33 längs der Aufschichtungsrichtung um einen Abstand D1 von einem entsprechenden unteren Ende der Schutzschicht 4 (d. h. von einem oberen Ende des Oberflächenbereichs 5 auf einer Seitenfläche 100 des Elementaufbaus 10) entfernt. Jeder Seiteneckabschnitt 33 ist längs der Aufschichtungsrichtung um einen Abstand D2 von einer entsprechenden Deckfläche 129 des Elementaufbaus 10 (d. h. von einer oberen Fläche 129 der Schicht 125) entfernt, die bezüglich des Elektrolytkörpers 2 zur Bodenfläche 320 der Heizung 3 entgegengesetzt ist. Der unbedeckte Oberflächenbereich 5 ist so eingestellt, dass das Verhältnis D1/D2 des Abstands D1 zum Abstand D2 größer oder gleich 0,05 ist (D1/D2 ≥ 0,05).
Die Schutzschicht 4 wird vorzugsweise aus einer Aufschichtung von mehreren Schichtabschnitten gebildet. Die Schutzschicht 4 weist eine innere Schutzschicht 41 (mit z. B. einer Dicke von 20 µm) und eine äußere Schutzschicht 42 (mit z. B. einer Dicke von 50 µm) auf. Die innere Schicht 41 ist direkt auf den Seitenflächen der Schichten 121, 124 und 125 und des Elektrolytkörpers 2 angeordnet, während die äußere Schicht 42 auf der inneren Schicht 41 angeordnet ist und dem Messgas direkt ausgesetzt ist. Die Teilchengröße der äußeren Schicht 42 ist größer als die der inneren Schicht 41 eingestellt. Die Schutzschichten 41 und 42 bestehen zum Beispiel jeweils aus zumindest γ-Aluminiumoxid, θ-Aluminiumoxid und Titanoxid (TiO₂) als Hauptmaterial. Die mittlere Teilchengröße der inneren Schicht 41 ist innerhalb eines Bereichs von 1 bis 40 µm eingestellt, während die mittlere Teilchengröße der äußeren Schicht 42 innerhalb eines Bereichs von 2 bis 100 µm eingestellt ist. Die Aluminiumoxidteilchen haben eine große spezifische Oberfläche, so dass Gifte des Messgases wirksam auf den Oberflächen der Teilchen eingefangen werden.
Die Schutzschicht 4 enthält vorzugsweise einen Katalysator, um als eine Katalysatorschicht zu wirken. In dem durch das Abgas dargestellten Messgas bleiben verschiedene Bestandteile zurück (z. B. Wasserstoff, der eine hohe Diffusionsgeschwindigkeit hat), die noch nicht verbrannt sind. Diese unverbrannten Bestandteile hindern den Gasmessfühler daran, die Konzentration eines bestimmten Bestandteils wie CO, NO, O₂ oder dergleichen präzise zu erfassen. Der Katalysator beschleunigt die Verbrennung der unverbrannten Bestandteile. Die innere Schicht 41 enthält einen aus einem Metall bestehenden Katalysator. Für den aus dem Metall bestehenden Katalysator können zum Beispiel Edelmetalle wie Platin (Pt), Rhodium (Rh), Ruthenium (Ru), Palladium (Pd) und/oder dergleichen verwendet werden. Da Titanoxid (TiO₂) Katalysatoreigenschaften hat, kann die innere Schicht 41, die aus γ-Aluminiumoxid und/oder θ-Aluminiumoxid als Hauptmaterial besteht, Titanoxid (TiO₂) als einen aus einem Metalloxid bestehenden Katalysator enthalten. Das als Katalysator wirkende Edelmetall hat vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße, die innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 5 µm eingestellt ist. Das Edelmetall hat besser noch eine mittlere Teilchengröße, die innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 2 µm eingestellt ist. Der Katalysatorgehalt der inneren Schicht 41 wird wie folgt festgelegt. Das Messgas geht durch die Schicht 124 längs einer Gasdurchlassrichtung hindurch, die ungefähr parallel zur Breitenrichtung ist, bevor es an jedem Gaseinlass 11 eindringt. Ein Abschnitt der inneren Schicht 41, die auf dem Gaseinlass 11 angeordnet ist, hat längs einer zur Gasdurchlassrichtung senkrechten Ebene eine Projektionsfläche. Der Katalysatorgehalt der inneren Schicht 41 wird vorzugsweise auf 10 µg/cm² oder mehr pro Einheitsfläche der Projektionsfläche eingestellt. Der Katalysatorgehalt der inneren Schicht 41 wird besser noch innerhalb eines Bereichs von 10 bis 500 µg/cm² pro Einheitsfläche der Projektionsfläche eingestellt.
Der Fühler 1 wird zum Beispiel dadurch erzielt, dass eine Einheit aus dem Elektrolytkörper 2 und den Schichten 121, 124 und 125 gesintert wird, die Heizung 3 getrennt von der Einheit gesintert wird und die gesinterte Einheit und die gesinterte Heizung 3 aneinander angebracht oder miteinander in Kontakt gebracht werden. Die Heizung 3 kann direkt auf dem Elektrolytkörper 2 angeordnet werden. Die Elektrode 21 kann auf der unteren Fläche des Elektrolytkörpers 2 angeordnet werden, während die Elektrode 22 auf der oberen Fläche des Elektrolytkörpers 2 angeordnet wird.
Wenn der Antrieb eines Motors gestartet wird, beginnt die Heizung 3 bei dieser Anordnung des Messfühlers 1, den Elektrolytkörper 2 zu erhitzen, und wird der Elektrolytkörper 2 auf die Aktivierungstemperatur erhitzt, um so aktiviert zu werden. Wenn ein Messgas, etwa ein von dem Motor abgegebenes Abgas, durch ein Auspuffrohr strömt, wird das Messgas durch die auf den Gaseinlässen 11 angeordnete poröse Schicht 124 gelassen und dringt an den Gaseinlässen 11 ein, bevor es die Kammer 126 erreicht. Daher ist die Elektrode 21 dem durch die poröse Schicht 124 gelassenen Messgas indirekt ausgesetzt. Sauerstoffionen, die durch Zerlegen des Messgases oder des Bezugsgases erzielt werden, wandern von einer der Elektroden 21 und 22 durch den Elektrolytkörper 2 hindurch zur anderen Elektrode, so dass zwischen den Elektroden 21 und 22 eine elektrische Potenzialdifferenz erzeugt wird. Dann wird in einem (nicht gezeigten) Steuerungsabschnitt anhand der elektrischen Potenzialdifferenz die Konzentration eines bestimmten Bestandteils (z. B. CO, NO, O₂ oder dergleichen) erfasst, der in dem Messgas enthalten ist. Darüber hinaus gelangen auf die gesamte Oberfläche des Gasmessabschnitts 1b des Fühlers 1 Wassertropfen in dem Messgas.
Da zumindest die Gaseinlässe 11 mit der porösen Schicht 4 bedeckt sind, werden, wenn das Messgas durch die Gaseinlässe 11 geht, durch die katalytischen Teilchen der Schutzschicht 4 Gifte (z. B. noch unverbrannte Bestandteile) aus dem in die Kammer 126 eindringenden Messgas entfernt. Dementsprechend kann die auf den Gaseinlässen 11 angeordnete poröse Schicht 4 die Elektrode 21 vor Giften des Messgases schützen.
Des Weiteren verläuft der unbedeckte Oberflächenbereich 5 über die Seiteneckbereiche 33 des Heizungssubstrats 32, so dass zumindest ein Abschnitt der Seiteneckbereiche 33 dem Messgas direkt ausgesetzt ist. Dementsprechend können Brüche und Risse des Fühlers 1 verringert werden.
Es wird nun der Mechanismus zum Unterdrücken der Brüche und Risse des Fühlers 1 beschrieben. Wenn in einem Abschnitt des Heizungssubstrats 32, der dem Seiteneckbereich 33 entspricht, Wärmespannungen erzeugt werden, konzentrieren sich die Wärmespannungen leicht in einem schmalen Bereich, so dass sich die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass der Fühler 1 bricht oder reißt. Das Heizungssubstrat 32 hat im Wesentlichen kein Wasserhaltevermögen und ist zumindest ein Abschnitt jedes Seiteneckbereichs 33 dem Messgas direkt ausgesetzt. Selbst wenn Wassertropfen zu einem der auf eine hoher Temperatur erhitzten Seiteneckbereiche 33 gelangen, lösen sich die Wassertropfen daher gemäß dem Leidenfrost-Effekt sofort vom Seiteneckbereich 33, so dass die Temperatur des Seiteneckbereichs 33 gehalten wird. Dementsprechend kann die Erzeugung von Wärmespannungen, die sich leicht am Seiteneckbereich 33 konzentrieren, verhindert werden und können die Seiteneckbereiche 33, die dem Messgas direkt ausgesetzt sind, verhindern, dass der Messfühler 1 bricht oder reißt.
Insbesondere dadurch, dass alle Seiteneckbereiche 33 dem Messgas direkt ausgesetzt sind, kann das Brechen oder Reißen des Messfühlers 1 deutlich verringert werden.
Angenommen, dass an dem Seiteneckbereich 330 des Heizungssubstrats 32 Wärmespannungen erzeugt werden, würden sich die Wärmespannungen leicht in einem schmalen Bereich konzentrieren. Allerdings sind die Seiteneckbereiche 33 und 330, die dem Messgas direkt ausgesetzt sind, auf größer oder gleich 60% der Seiteneckbereiche 33 und 330 eingestellt, die sich im Gasmessabschnitt 1b befinden. Selbst wenn Wassertropfen zu den Seiteneckbereichen 330 gelangen, kann daher die Temperatur der Seiteneckbereiche 330 zuverlässig aufgrund des Leidenfrost-Effekts gehalten werden. Dementsprechend kann die Erzeugung von Wärmespannungen, die sich leicht konzentrieren, unterdrückt werden und kann das Brechen und Reißen des Messfühlers 1 weiter verringert werden.
Da zudem die Bodenfläche 320 und die vordere Eckfläche 34 des Heizungssubstrats 32 dem Messgas direkt ausgesetzt sind, können Brüche und Risse in dem Heizungssubstrat 32 weiter verringert werden.
Unter der weiteren Annahme, dass der Abstand D1 von dem Seiteneckbereich 33 zum unteren Ende der Schutzschicht 4 längs der Aufschichtungsrichtung und der Abstand D2 vom Seiteneckbereich 33 zur Deckfläche 129 des Elementaufbaus 10 längs der Aufschichtungsrichtung so eingestellt wären, dass das Verhältnis D1/D2 kleiner als 0,05 ist, würde die Schutzschicht 4 nahe am Seiteneckbereich 33 angeordnet sein. In diesem Fall würden in der Schutzschicht 4 gehaltene Wassertropfen nach und nach auf der Seitenfläche 100 des Elementaufbaus 10 vorwärts fließen und nach und nach den Seiteneckbereich 33 erreichen, so dass die Wahrscheinlichkeit bestünde, dass aufgrund des Wassers Wärmespannungen in dem Seiteneckbereich 33 erzeugt werden, wodurch in dem Heizungssubstrat 32 Brüche oder Risse erzeugt werden. Im Gegensatz dazu ist das Verhältnis D1/D2 auf größer oder gleich 0,05 eingestellt. Dementsprechend verdampfen die in der Schutzschicht 4 gehaltenen Wassertropfen, bevor sie den Seiteneckbereich 33 erreichen, so dass Brüche und Risse des Heizungssubstrats 32 verhindert werden können.
Da die Schutzschicht 4 nicht auf der gesamten Oberfläche des Elementaufbaus 10 angeordnet ist, kann zudem die Wärmekapazität des Messfühlers 1 auf einen kleinen Wert verringert werden. Dementsprechend kann der Elektrolytkörper 2 des Messfühlers 1 rasch auf seine Aktivierungstemperatur erhitzt werden und kann selbst unmittelbar nach dem Start des Motorantriebs die Konzentration eines bestimmten Bestandteils in dem Messgas genau erfasst werden.
Da die Schutzschicht 4 aus γ-Aluminiumoxid- oder θ-Aluminiumoxidteilchen mit einer großen spezifischen Oberfläche als Hauptmaterial gebildet ist, können außerdem Gifte des in die Gaseinlässe 11 eindringenden Messgases wirksam durch die Schutzschicht 4 eingefangen werden.
Da die Teilchengröße in der äußeren Schicht 42 größer als in der inneren Schicht 41 eingestellt ist, können außerdem Gifte, die aus Teilchen verschiedener Größe bestehen, wirksam in den Schichten 41 und 42 eingefangen werden. Und zwar werden, nachdem von der äußeren Schicht 42 größere Gifte eingefangen worden sind, von der inneren Schicht 41 kleinere Gifte eingefangen. Angenommen, dass der Elementaufbau 10 mit einer einzigen porösen Schutzschicht bedeckt wäre, die kleinere Teilchen als die äußere Schicht 42 hat, würden die offenen Räume der einzigen porösen Schutzschicht leicht mit großen Giften wie Zinkoxid, Calciumoxid, Phosphoroxid und/oder dergleichen gefüllt werden. Daher würde das Messgas kaum über die einzelne poröse Schutzschicht zur Elektrode 21 durchgelassen werden. Allerdings werden die Gifte durch die großen Teilchen der äußeren Schicht 42 mit den großen offenen Räumen eingefangen und ist die Menge der in der inneren Schicht 41 eingefangenen Gifte gering. Dementsprechend kann das Messgas zuverlässig durch die Schutzschichten 41 und 42 hindurchgehen.
Darüber hinaus ist die mittlere Teilchengröße der inneren Schicht 41 innerhalb eines Bereichs von 1 bis 40 µm eingestellt, während die mittlere Teilchengröße der äußeren Schicht 42 innerhalb eines Bereichs von 2 bis 100 µm eingestellt ist. Dementsprechend können in den Schutzschichten 41 und 41 wirksam Benzinadditive wie Blei (Pb), Schwefel (S) und dergleichen, Öladditive wie Calcium (Ca), Phosphor (P), Silizium (Si), Zink (Zn) und dergleichen, ein Gas der Benzinadditive und ein Gas der Öladditive eingefangen werden.
Angenommen, dass die mittlere Teilchengröße der inneren Schicht 41 kleiner als 1 µm wäre, wären die offenen Räume zwischen den Teilchen der inneren Schicht 41 klein. Daher würden die offenen Räume der inneren Schicht 41 leicht mit einer kleinen Menge der im Gaszustand befindlichen Additive gefüllt werden und würde die Ansprechgeschwindigkeit der Gasmessung eines bestimmten Bestandteils des Messgases zu einem früheren Zeitpunkt abnehmen.
Angenommen, dass im Gegensatz dazu die mittlere Teilchengröße der inneren Schicht 41 größer als 40 µm wäre, würde die Menge der im gasförmigen Zustand befindlichen Additive, die in der inneren Schicht 41 eingefangen werden, gering sein. Daher würden die offenen Räume in der porösen Diffusionswiderstandsschicht 124 leicht mit den durch die Schichten 41 und 42 gegangenen Additiven gefüllt werden oder sich die Additive an der Elektrode 21 anlagern.
Wenn des Weiteren angenommen wird, dass die mittlere Teilchengröße der äußeren Schicht 42 kleiner als 2 µm wäre, wären die offenen Räume zwischen den Teilchen der äußeren Schicht 42 klein. Daher würden die offenen Räume der äußeren Schicht 42 leicht mit einer geringen Menge der Öladditive gefüllt werden und wäre das Gasdurchlassvermögen der äußeren Schicht 42 für das Messgas geringer. Dadurch könnte der Messfühler 1 die Konzentration eines bestimmten Bestandteils nicht genau erfassen. Wenn dagegen angenommen wird, dass die mittlere Teilchengröße der äußeren Schicht 42 größer als 100 µm wäre, wären die offenen Räume der äußeren Schicht 42 zu groß und wäre die Menge der in der äußeren Schicht 42 eingefangenen Additive gering. Daher würden die offenen Räume der porösen Diffusionswiderstandsschicht 124 und der inneren Schicht 41 leicht mit den durch die äußere Schicht 42 gegangenen Additiven gefüllt werden.
Da die innere Schicht 41 der Schutzschicht 4 Katalysatoren enthält, die aus einem Metall oder Metalloxid bestehen, werden die von der inneren Schicht 41 eingefangenen Gifte außerdem wirksam zersetzt. Dementsprechend können die Gifte noch wirksamer von der inneren Schicht 41 eingefangen werden. Da jedes Teilchen des Hauptbestandteils in der inneren Schicht 41 zudem eine große spezifische Oberfläche hat, ist der Abstand zwischen den Katalysatoren der inneren Schicht 41 groß und wird die Haltekraft der Teilchen an den Katalysatoren gestärkt. Dementsprechend kann eine durch die Hitze des Messgases verursachte Koagulation der Katalysatoren unterdrückt werden und die Haltbarkeit der Katalysatoren verbessert werden. Das heißt, dass die Katalysatoren eine hohe Hitzebeständigkeit haben können.
Darüber hinaus können die aus Metall oder Metalloxid bestehenden Katalysatoren in dem Messgas enthaltenes Wasserstoffgas dazu zwingen, mit Sauerstoffgas des Messgases zu kombinieren. Daher kann die Genauigkeit bei der Erfassung der Konzentration eines bestimmten Bestandteils verbessert werden.
Darüber hinaus bestehen die Katalysatoren aus einem Edelmetall, dessen Teilchen eine mittlere Größe haben, die innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 5 µm eingestellt ist. Dementsprechend kann die innere Schutzschicht 41 ausreichend als eine Katalysatorschicht mit besserer Haltbarkeit wirken. Angenommen, dass die mittlere Größe des Edelmetalls kleiner als 0,01 µm wäre, würde sich die Katalysatorleistung des Edelmetalls rasch verschlechtern, wenn das Edelmetall beginnen würde, seine Katalysatorleistung zu verlieren, so dass die Genauigkeit der Erfassung im Gasmessfühler plötzlich sinken würde. Angenommen, dass die mittlere Größe des Edelmetalls dagegen größer als 5 µm wäre, wäre die spezifische Oberfläche des Katalysators so klein, dass die Katalysatorleistung des Edelmetalls nicht ausreichend erreicht werden könnte.
Wenn die mittlere Größe der Katalysatoren innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 2 µm eingestellt wird, kann die innere Schutzschicht 41 darüber hinaus noch mehr als eine Katalysatorschicht besserer Haltbarkeit wirken.
Darüber hinaus enthält die innere Schutzschicht 41 aus Titanoxid bestehende Katalysatoren. Dementsprechend kann die innere Schutzschicht 41 als Katalysatorschicht ausreichend Gifte einfangen.
Darüber hinaus ist der Katalysatorgehalt auf 10 µg/m² oder mehr pro Einheitsfläche einer Projektionsfläche eingestellt, die bestimmt wird, indem die Gaseinlässe 11 auf die Oberfläche der Gasmesselektrode 21 projiziert werden. Dementsprechend kann die als Katalysatorschicht wirkende innere Schutzschicht 41 wirksam Gifte einfangen. Wenn der Katalysatorgehalt innerhalb eines Bereichs von 10 bis 500 µg/m² pro Einheitsfläche der Projektionsfläche eingestellt wird, können die Gifte zudem wirksam eingefangen werden, während die Ansprechgeschwindigkeit des Gasmessfühlers 1 aufrechterhalten wird. Angenommen, dass der Katalysatorgehalt größer als 500 µg/m² pro Einheitsfläche der Projektionsfläche wäre, bestünde die Möglichkeit, dass die Gifte in der Katalysatorschicht übermäßig zersetzt würden, so dass sie die Ansprechgeschwindigkeit des Gasmessfühlers beeinträchtigen würden.
Wie oben beschrieben wurde, können selbst dann, wenn Wassertropfen zum Messfühler 1 gelangen, durch die Wassertropfen verursachte Brüche und Risse des Messfühlers 1 unterdrückt werden. Des Weiteren kann der Messfühler 1 rasch eine hohe Temperatur erreichen.
Die Erfinder haben Versuche durchgeführt, um die mit dem Messfühler 1 erzielten Wirkungen zu bestätigen.
Um die Versuche durchzuführen, wurde als ein Muster Nr. 1 ein Gasmessfühler angefertigt, dessen Seiteneckbereiche 33 nicht mit der Schutzschicht 4 bedeckt waren, sondern direkt der Atmosphäre ausgesetzt wurden. Das Muster Nr. 1 entspricht dem in 1 bis 5 gezeigten Messfühler 1. Des Weiteren wurden Muster Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4 und Nr. 5 angefertigt, um in diesen Versuchen mit dem Muster Nr. 1 verglichen zu werden. Die Muster Nr. 2 bis Nr. 5 entsprachen jeweils einem Gasmessfühler, dessen Seiteneckbereiche 33 vollständig mit der Schutzschicht 4 bedeckt waren. Die Dicke der Schutzschicht 4 bei den Mustern Nr. 2 bis Nr. 5 wurde jeweils auf 5 µm, 20 µm, 50 µm und 80 µm eingestellt.

In diesen Versuchen wurde im Fall des Musters Nr. 1 auf einem zentralen Bereich des Seiteneckbereichs 33 Wasser getropft, während im Fall der Muster Nr. 2 bis Nr. 5 jeweils auf einen Bereich der Schutzschicht 4 unmittelbar oberhalb des zentralen Bereichs des Seiteneckbereichs 33 Wasser getropft wurde. Dann wurde bei jedem Muster die Höhe des durch das aufgetropfte Wasser verursachten Temperaturabfalls (ΔT) des Seiteneckbereichs 33 gemessen. Das Wasservolumen wurde bei jedem Muster auf jeweils 0,1 µL und 0,2 µL eingestellt. Die Temperatur des Seiteneckbereichs 33 wurde bei jedem Muster auf 700°C eingestellt, bevor das Wasser auftropfen gelassen wurde. Die Oberflächentemperatur wurde mittels eines Wärmelesers gemessen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

Muster	Dicke der porösen Schutzschicht (µm)	Temperaturabfall ΔT (°C)
		Wasservolumen	Wasservolumen
		0,1 µL	0,2 µL
Nr. 1	0 (keine Schicht)	30 bis 70	50 bis 80
Nr. 2	5	135 bis 160	180 bis 220
Nr. 3	20	100 bis 140	125 bis 170
Nr. 4	50	70 bis 90	75 bis 100
Nr. 5	80	40 bis 60	50 bis 70

Die Dicke der Schutzschicht gibt die Summe der Dicke der inneren Schicht 41 und der Dicke der äußeren Schicht 42 an. Die Breite des Elementaufbaus 10 längs der Breitenrichtung erreichte 4,5 mm, während die Dicke dem Elementaufbau 10 längs der Aufschichtungsrichtung 2,0 mm erreichte.
In Tabelle 1 sind die Maximal- und Minimalwerte des Temperaturabfalls angegeben. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, war im Fall des direkt der Atmosphäre ausgesetzten Seiteneckbereichs 33 der Temperaturabfall des Seiteneckbereichs 33, der durch 0,1 µL aufgetropftes Wasser verursacht wurde, ungefähr der gleiche wie der, der durch 0,2 µL aufgetropftes Wasser verursacht wurde, und reichte der Temperaturabfall von 30 bis 80°C. Im Gegensatz dazu war der Temperaturabfall im Fall des Seiteneckbereichs 33, der mit der 5 µm, 20 µm oder 50 µm dicken Schutzschicht 4 bedeckt war, größer als im Fall des direkt der Atmosphäre ausgesetzten Seiteneckbereichs 33. So reichen die der Dicke von 5 µm, 20 µm und 50 µm entsprechenden Temperaturabfälle zum Beispiel jeweils von 135 bis 220°C, von 100 bis 170°C und von 70 bis 170°C.
Darüber hinaus war der Temperaturabfall im Fall des Seiteneckbereichs 33, der mit der 80 µm dicken Schutzschicht 4 bedeckt war, ungefähr der gleiche wie im Fall des direkt der Atmosphäre ausgesetzten Seiteneckbereichs 33. Wenn der Seiteneckbereich 33 mit einer Schutzschicht 4 bedeckt ist, die eine Dicke von 80 µm oder mehr hat, kann daher der Temperaturabfall gesenkt werden. Da die Dicke der Schutzschicht 4 groß ist, nimmt allerdings zwangsläufig auch die Wärmekapazität des Messfühlers 1 zu. Zwar wird in diesem Fall die Möglichkeit von Rissen oder Brüchen in dem Messfühler verringert, doch dauert es lange, den Messfühler 1 zu erhitzen, wenn der Motorantrieb gestartet wird, und kann der Elektrolytkörper 2 des Messfühlers 1 nicht rasch seine Aktivierungstemperatur erreichen. Daher ist es schwierig, präzise die Konzentration eines bestimmten Bestandteils zu erfassen, das in einem Messgas enthalten ist, wenn der Motorantrieb gestartet wird. Da die Emissionsvorschriften heutzutage streng sind, ist es zum Verringern des Volumens der gesamten in einem Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe unbedingt notwendig, dass seine Aktivierungstemperatur rasch erreicht wird, wenn der Motorantrieb gestartet wird.
Nach dem Auftropfen des Wassers auf jedes Muster haben die Erfinder den Seiteneckbereich 33 untersucht, um in dem Heizungssubstrat 32 Risse zu finden. Von jedem Muster wurden 10 Gasmessfühler angefertigt. Für jedes Muster wurde die Anzahl Nc der Fühler gezählt, bei denen Risse erzeugt wurden.

Die Untersuchungsergebnisse zum Prozentanteil der Risserzeugung sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

Muster	Dicke der porösen Schutzschicht (µm)	Prozentanteil Risserzeugung (%)
		Wasservolumen	Wasservolumen
		0,1 µL	0,2 µL
Nr. 1	0 (keine Schicht)	0	0
Nr. 2	5	100	100
Nr. 3	20	100	90
Nr. 4	50	30	50
Nr. 5	80	0	0
In Tabelle 2 berechnet sich der Prozentanteil R(%) gemäß der Gleichung R = (Nc/10) × 100.

Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, werden in dem Fall, dass der Seiteneckbereich 33 der Atmosphäre direkt ausgesetzt ist, keine Risse erzeugt. Falls der Seiteneckbereich 33 mit der Schutzschicht 4 bedeckt ist, nimmt die Risserzeugungsrate mit kleiner werdender Dicke der Schutzschicht 4 zu. Falls der Seiteneckbereich 33 mit der 80 µm dicken Schutzschicht 4 bedeckt ist, werden keine Risse erzeugt. Wenn also Wassertropfen zu einer Schutzschicht 4 mit großer Dicke gelangen, verteilt sich das Wasser in der Schutzschicht 4 entlang den zum Oberflächenbereich der Schutzschicht 4 parallelen Richtungen und wird in der Schutzschicht 4 absorbiert. Es ist daher erkennbar, dass das Wasser den Seiteneckbereich 33 kaum erreicht, was dazu führt, dass der Temperaturabfall des Seiteneckbereichs 33 gering ist. Falls der Seiteneckbereich 33 mit der 80 µm dicken Schutzschicht 4 bedeckt ist, dauert es jedoch lange, den Elektrolytkörper 2 auf seine Aktivierungstemperatur zu erhitzen.
Um die Erzeugung von Rissen oder Brüchen im Messfühler 1 zu verhindern, während eine rasche Aktivierung des Festelektrolytkörpers 2 beibehalten wird, ist demnach der Messfühler 1 mit den Seiteneckbereichen 33 nützlich, von denen zumindest ein Abschnitt direkt der Atmosphäre oder einem Messgas ausgesetzt ist.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Verfahren zur Herstellung des in 1 bis 5 gezeigten Gasmessfühlers 1 beschrieben.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm mit einem Verfahren zur Herstellung des Messfühlers 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 7 ist ein Vertikalschnitt des Messfühlers 1, wobei auf einer Oberfläche des Elementaufbaus 10 eine Maskenschicht ausgebildet wird, um den unbedeckten Flächenbereich 5 einzustellen. 8 ist ein Vertikalschnitt des Messfühlers 1, wobei auf der gesamten Oberfläche des in 7 gezeigten Elementaufbaus 10 eine in einem Schlämmezustand befindliche Schutzschicht 4 aufgebracht wird.
Wie in 6 gezeigt ist, wird in dem Verfahren zur Herstellung des Messfühlers 1 zunächst der Elementaufbau 10 zusammengebaut (Schritt S0). Dann wird in den Schritten S1 bis S7 ein erstes Verfahren zum Ausbilden der porösen Schutzschicht 4 auf dem Elementaufbau 10 durchgeführt. Und zwar wird, wie in 7 gezeigt ist, auf den Seiteneckbereichen 33 und 330, der Bodenfläche 320 und der vorderen Eckfläche 34 des Heizungssubstrats 32 und Teilen der Seitenflächen der Kammerformschicht 121 nahe an dem Heizungssubstrat 32 in dem Gasmessabschnitt 1b des Messfühlers 1 eine aus einem organischen Material bestehende Maskenschicht 61 ausgebildet (Schritt S1). Der Bereich der Maskenschicht 61 deckt sich mit dem unbedeckten Flächenbereich 5.
Dann wird auf der gesamten Oberfläche des Elementaufbaus 10 einschließlich der Gaseinlässe 11 des Abschnitts 1b zweimal ein Schutzschichtformmaterial 40 aufgebracht, das sich in einem Schlämmezustand befindet, und getrocknet (Schritte S2 bis S5). Die Maskenschicht 61 wird mit den beiden Lagen des Schutzschichtformmaterials 40 bedeckt.
Dann wird, wie in 6 gezeigt ist, für den mit dem Schutzschichtformmaterial 40 bedeckten Messfühler 1 eine Wärmebehandlung durchgeführt, um das Schutzschichtformmaterial 40 zu backen (Schritt S6). Bei dieser Behandlung wird das nicht auf der Maskenschicht 61 angeordnete Schutzschichtformmaterial 40 so gebacken, dass es die Schutzschicht 4 bildet, während die Maskenschicht 61 abgebrannt wird, um das auf der Maskenschicht 61 angeordnete gebackene Formmaterial 40 vom Messfühler 1 zu entfernen. Dadurch wird der in 1 und 2 gezeigte Messfühler 1 erzielt.
Das Verfahren zum Ausbilden der Schutzschicht 4 wird nun ausführlicher beschrieben. Im Schritt S1 wird ein aus einem Acrylmaterial, Zellulose oder dergleichen bestehendes Bindemittel mit einem organischen Lösungsmittel aufgelöst, um eine Paste eines Maskenmaterials 610 zu bilden. Dann wird das Maskenmaterial 610 gemäß einem Auflagenübertragungsvorgang auf dem unbedeckten Flächenbereich 5 aufgetragen und wird das Maskenmaterial 610 auf dem unbedeckten Flächenbereich 5, falls nötig, getrocknet. Dadurch wird, wie in 7 bis 8 gezeigt ist, die Maskenschicht 61 auf dem Messfühler 1 ausgebildet.
Im Schritt S2 wird der Elementaufbau 10 des Gasmessabschnitts 1b in eine Schlämme aus einem Innenschutzschichtformmaterial eingetaucht und aus der Schlämme gehoben. Dadurch wird der Elementaufbau 10 mit dem Innenschutzschichtformmaterial beschichtet.
Im Schritt S3 wird das auf dem Elementaufbau 10 aufgetragene Material getrocknet.
Im Schritt S4 wird der Elementaufbau 10 in eine Schlämme aus einem Außenschutzschichtformmaterial eingetaucht und aus der Schlämme gehoben. Dadurch wird der Elementaufbau 10 außer mit dem Innenschutzschichtformmaterial auch mit dem Außenschutzschichtformmaterial beschichtet.
Im Schritt S5 wird das auf dem Elementaufbau 10 aufgetragene Außenschutzschichtformmaterial getrocknet.
Im Schritt S6 wird für den mit der Maskenschicht 61 und dem Außen- und Innenschutzschichtformmaterial beschichteten Elementaufbau 10 bei einer von 500 bis 1000°C reichenden Temperatur eine Wärmebehandlung durchgeführt. Daher werden die Außen- und Innenschutzschichtformmaterialien zu der porösen Schutzschicht 4 und wird die aus einem Harzfilm gebildete Maskenschicht 21 thermisch zersetzt und von dem Elementaufbau 10 genommen. Die poröse Schutzschicht 4, die auf der thermisch zersetzten Maskenschicht 61 angeordnet ist, sitzt dabei bezüglich dem Elementaufbau 10 mit einer sehr geringen Haftfestigkeit auf der Oberfläche des Elementaufbaus 10.
Im Schritt S7 wird die auf der thermisch zersetzten Maskenschicht 61 angeordnete poröse Schutzschicht 4 durch einen Luftstoß oder Vibration von dem Elementaufbau 10 entfernt.
Dementsprechend kann gemäß dem ersten Verfahren zum Ausbilden der Schutzschicht 4 die poröse Schutzschicht 4 präzise auf einer Oberfläche des Elementaufbaus 10 ausgenommen dem unbedeckten Flächenbereich 5 ausgebildet werden.
Als Maskenmaterial 610 kann auch eine Paste verwendet werden, die ein unter Ultraviolettstrahlung aushärtendes Harz enthält. Nachdem in diesem Fall das Maskenmaterial 610 auf den unbedeckten Flächenbereich 5 des Elementaufbaus 10 übertragen wurde, wird das auf dem Elementaufbau 10 angeordnete Maskenmaterial 610 mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt und das Maskenmaterial 610 ausgehärtet, um die Maskenschicht 61 zu bilden. Das Maskenmaterial 610 kann aus einer Mischung aus Acrylharz und/oder α-Terpineol (C₁₀H₁₈O) als Hauptmaterial, einer kleinen Menge Dispergiermittel, einer kleinen Menge Viskositätsstabilisator und einer kleinen Menge Farbstoff mit einer unterscheidbaren Farbe gebildet werden. Der Farbstoff wird in dem Maskenmaterial 610 aufgenommen, um das auf dem unbedeckten Flächenbereich 5 aufgetragene Maskenmaterial 610 von der Oberfläche des Elementaufbaus 10 unterscheiden zu können. Daher kann das aufgetragene Maskenmaterial 610 leicht von einem Arbeiter erkannt werden oder kann leicht mit Hilfe einer Kamera eine Bilderkennung des aufgetragenen Maskenmaterials 610 durchgeführt werden.
Der Auflagenübertragungsvorgang für das Maskenmaterial 610 im Schritt S1 wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf 9 bis 14 beschrieben. 9 ist eine erste Ansicht, die den Auflagenübertragungsvorgang für den Messfühler 1 zeigt. 10 ist eine zweite Ansicht, die den Auflagenübertragungsvorgang zeigt. 11 ist eine dritte Ansicht, die den Auflagenübertragungsvorgang zeigt. 12 ist eine vierte Ansicht, die den Auflagenübertragungsvorgang zeigt. 13 ist eine fünfte Ansicht, die den Auflagenübertragungsvorgang zeigt. 14 ist eine sechste Ansicht, die den Auflagenübertragungsvorgang zeigt.
In diesem Auflagenübertragungsvorgang wird das Maskenmaterial 610 an einem Auflagenelement angebracht und vor dem Trocknen auf den Flächenbereich 5 des Elementaufbaus 10 übertragen.
Wie in 9 gezeigt ist, werden zum Durchführen der Auflagenübertragung eine Tiefdruckplatte 63 mit einem konkaven Raum 631 auf seiner Oberseite, ein Tintenfass 64 mit einer Ringzunge 641, das auf der Oberseite der Tiefdruckplatte 63 gleiten kann, und ein Auflagenelement 62 verwendet, das aus Gummi besteht und hochflexibel ist. Der konkave Raum 631 hat eine Größe, Form und Tiefe, die der auf dem unbedeckten Flächenbereich 5 anzuordnenden Maskenschicht 61 entsprechen. Das Tintenfass 64 ist mit dem Maskenmaterial 610 gefüllt und befindet sich auf dem konkaven Raum 631 der Tiefdruckplatte 63. Die Tiefdruckplatte 63 befindet sich an ihrer Ausgangsposition. Dann wird der konkave Raum 631 mit dem aus dem Tintenfass 64 kommenden Maskenmaterial 610 gefüllt.
Dann wird die Tiefdruckplatte 63, wie in 10 gezeigt ist, horizontal bewegt, um den konkaven Raum 633 unter dem Auflagenelement 62 zu platzieren. Der konkave Raum 631 ist mit einem vorgegebenen Volumen des Materials 610 gefüllt. Dann wird das Auflagenelement 62, wie in 11 gezeigt ist, nach unten bewegt, um es gegen die Tiefdruckplatte 63 stoßen zu lassen. Dann wird das Auflagenelement 62 nach oben bewegt. Dadurch wird das Maskenmaterial 610 des konkaven Raums 631 auf das Auflagenelement 62 übertragen. Dann wird die Tiefdruckplatte 63, wie in 12 gezeigt ist, in ihre Ausgangsposition zurückbewegt. Dann wird das Auflagenelement 62, wie in 13 gezeigt ist, über dem Elementaufbau 10 platziert, der in einem Isolator 13 eines Gassensors eingeführt und daran befestigt ist. Dann wird das Auflagenelement 62 nach unten bewegt, um gegen den Elementaufbau 10 zu stoßen. Dann wird das Auflagenelement 62 nach oben bewegt. Dadurch wird das Maskenmaterial 610 des Auflagenelements 62 auf den Elementaufbau 10 übertragen. Dann wird das Auflagenelement 62, wie in 14 gezeigt ist, mit Hilfe eines Reinigungsstreifens 65 gereinigt, so dass die an dem Auflagenelement 62 anhaftenden Restmaterialien entfernt werden. Dieser Auflagenübertragungsvorgang wird für jeden der nacheinander antransportierten Fühler 1 durchgeführt.
Es werden nun die Wirkungen beschrieben, die bei diesem Verfahren zur Herstellung des Messfühlers 1 erzielt werden.
Da die Wärmebehandlung für den mit dem Formmaterial 40 bedeckten Messfühler 1 durchgeführt wird, wird das Formmaterial 40 gebacken, während die Maskenschicht 61 abgebrannt wird. Daher wird die poröse Schutzschicht 4 aus dem gebackenen Formmaterial 40 gebildet, das nicht auf der Maskenschicht 61 angeordnet ist, während das auf der Maskenschicht 61 angeordnete Formmaterial 40 von dem Messfühler 1 entfernt wird. Dementsprechend kann die Schutzschicht 4 leicht derart ausgebildet werden, dass die Gaseinlässe 11 mit der Schutzschicht 4 bedeckt sind, und kann zumindest ein Abschnitt der Seiteneckbereiche 33 des Heizungssubstrats 32 zuverlässig als der nicht mit der Schutzschicht 4 bedeckte unbedeckte Flächenbereich 5 eingestellt werden. Da bei der Wärmebehandlung die Schutzschicht 4 und die nicht mit der Schutzschicht 4 bedeckten Seiteneckbereiche 33 gleichzeitig erzielt werden, kann zudem die Effizienz bei der Herstellung des Messfühlers 1 verbessert werden.
Da die Maskenschicht 61 auf einem gewünschten Flächenbereich des Elementaufbaus 10 ausgebildet wird, indem das auf das Auflagenelement 62 aufgebrachte Maskenmaterial 610 zu dem gewünschten Flächenbereich übertragen wird, kann die Maskenschicht 61 zudem leicht und zuverlässig auf dem Elementaufbau 10 ausgebildet werden, um so zumindest einen Abschnitt der Seiteneckbereiche 33 als den unbedeckten Flächenbereich 5 einzustellen. Dieses Herstellungsverfahren kann daher eine hervorragende Produktivität für den Messfühler 1 ergeben.
Da das Auflagenelement 62 hochflexibel ist, verformt sich das gegen den Elementaufbau 10 stoßende Auflagenelement 62 leicht auf der Oberfläche des Elementaufbaus 10. Obwohl der gesamte Bereich der Seiteneckbereiche 33 und ein Teil der an die Seiteneckbereiche 33 grenzenden Oberflächen der Schicht 121 gekrümmt ist, verformt sich das Auflagenelement 62 in diesem Fall leicht entlang des Gesamtbereichs. Dementsprechend kann das Maskenmaterial 610 leicht und zuverlässig auf dem Gesamtbereich ausgebildet werden, so dass der unbedeckte Flächenbereich 5 einschließlich eines Teils der Oberflächen der Schicht 121 leicht und effizient eingestellt werden kann.
Da das Maskenmaterial 610 aus einem durch Ultraviolettstrahlung aushärtenden Harz gebildet wird, wird das auf dem unbedeckten Flächenbereich 5 des Elementaufbaus 10 aufgebrachte Maskenmaterial 610 zuverlässig in kurzer Zeit ausgehärtet, wenn es mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt wird. Daher kann der Elementaufbau 10 innerhalb kurzer Zeit, nachdem der unbedeckte Flächenbereich 5 des Elementaufbaus 10 mit dem Maskenmaterial 610 beschichtet wurde, mit dem Schutzschichtformmaterial 40 überzogen werden. Dementsprechend kann die Effizienz bei der Herstellung des Messfühlers 1 weiter verbessert werden.
Ausführungsbeispiel 2
Es wird nun gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein weiteres Verfahren zum Aufbringen des Maskenmaterials 610 auf den unbedeckten Flächenbereich 5 des Elementaufbaus 10 im Schritt S1 beschrieben.
5 zeigt erläuternd ein Verfahren zum Aufbringen des Maskenmaterials 610 auf dem Elementaufbau 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. 16 zeigt ein bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendetes Beschichtungssystem.
17 ist eine Schnittansicht eines Düsenrohrs und eines Tanks des in 16 gezeigten Beschichtungssystems.
Wie in 15 gezeigt ist, wird in einem inneren offenen Raum eines Düsenrohrs 650 ein poröses Filzelement 65 gehalten und mit einer Paste des harzhaltigen Maskenmaterials 610 getränkt. Ein von einer Spitze des Düsenrohrs 650 vorragender Kopfabschnitt 653 des Filzelements 65 kommt mit einer Oberfläche des Elementaufbaus 10 in Kontakt und wird auf einem unbedeckten Flächenbereich 5 des Elementaufbaus 10 bewegt. Während der Bewegung des Filzelements 65 wird das Maskenmaterial 610 automatisch gemäß dem Kapillareffekt auf den unbedeckten Flächenbereich 5 des Elementaufbaus 10 aufgebracht. Daher kann der unbedeckte Flächenbereich 5 des Elementaufbaus 10 mit dem Maskenmaterial 610 beschichtet werden, als ob der unbedeckte Flächenbereich 5 mit Hilfe eines Filzstiftes markiert würde.
Und zwar ist, wie in 16 und 17 gezeigt ist, das Düsenrohr 650 über einen Tank 651 mit einer Druckeinstellvorrichtung 652 verbunden. Das Maskenmaterial 610 ist in dem Tank 651 vorrätig, wobei die Vorrichtung 652 den Druck des Tanks 651 einstellt. Das Filzelement 65 ist schnurförmig, wobei ein naher Abschnitt 654 des Filzelements 65 innerhalb des Tanks 651 angeordnet ist. Die Menge des dem Filzelement 65 zugeführten Maskenmaterials 610 wird eingestellt, indem der Druck des Tanks 651 erhöht oder verringert wird. Die Vorrichtung 652 stellt den Druck des Tanks 651 entsprechend den physikalischen Eigenschaften des Maskenmaterials 610 wie der Viskosität und dergleichen ein. Daher kann die Fließgeschwindigkeit des von dem Filzelement 65 abgegebenen Maskenmaterials 610 präzise eingestellt werden. Neben den Wirkungen im ersten Ausführungsbeispiel kann das Maskenmaterial 610 dementsprechend zuverlässig auf den unbedeckten Flächenbereich 5 des Elementaufbaus 10 aufgebracht werden, ohne auf einen Bereich außerhalb des unbedeckten Flächenbereichs 5 aufgebracht zu werden oder ohne unzureichend auf den unbedeckten Flächenbereich 5 aufgebracht zu werden.
In diesem Ausführungsbeispiel kann der nahe Abschnitt 654 des Filzelements 65 in der Mitte des Düsenrohrs 650 angeordnet werden. Darüber hinaus ist zwar das Filzelement 65 säulenförmig, doch kann die Form des Filzelements 65 auch passend abhängig von der Form des unbedeckten Flächenbereichs 5 festgelegt werden. Darüber hinaus kann der Kopfabschnitt 653 des Filzelements 65 um eine kleine Strecke von der Oberfläche des Elementaufbaus 10 entfernt sein.
Ausführungsbeispiel 3
Es wird nun ein weiteres Verfahren zur Herstellung des in 1 gezeigten Gasmessfühlers 1 beschrieben.
18 zeigt ein Ablaufdiagramm mit einem Verfahren zur Herstellung des in 1 bis 5 gezeigten Messfühlers 1 gemäß dritten bis fünften Ausführungsbeispielen. 19 zeigt erläuternd ein Verfahren zum Aufbringen des Schutzschichtformmaterials 40 auf dem Elementaufbau 10 mit Hilfe eines Spenders gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. 20 zeigt erläuternd ein weiteres Verfahren zum Aufbringen des Schutzschichtformmaterials 40 auf dem Elementaufbau 10 gemäß einer Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels.
Wie in 18 gezeigt ist, wird bei diesem Verfahren zunächst im Schritt S0 der Elementaufbau 10 zusammengebaut. Dann wird ein zweites Verfahren zum Ausbilden der Schutzschicht 4 auf einem Beschichtungsflächenbereich des Elementaufbaus 10 durchgeführt. Und zwar wird das Formmaterial 40 so eingestellt, dass es sich in einem Pasten- oder Schlämmezustand befindet. Danach werden, wie in 19 gezeigt ist, in den Schritten S8 und S10 die Gaseinlässe 11 des Elementaufbaus 10 mit Hilfe eines Spenders 66 zweimal direkt mit dem Formmaterial 40 beschichtet und wird das Formmaterial 40 in den Schritten S9 und S11 getrocknet. Danach wird für das auf dem Elementaufbau 10 aufgebrachte Formmaterial 40 im Schritt S6 eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die Schutzschicht 4 auf dem Elementaufbau 10 auszubilden.
Da der Elementaufbau 10 mit Hilfe des Spenders 66 mit dem Formmaterial 40 beschichtet wird, ist es möglich, das Volumen und die Fließgeschwindigkeit des von dem Spender 66 abgegebenen Formmaterials 40 präzise einzustellen. Dementsprechend können präzise die Form, die Fläche und die Dicke des auf dem Elementaufbau 10 aufgebrachten Formmaterials 40 eingestellt werden.
Des Weiteren kann der Durchmesser eines Abgabeauslasses des Spenders 66 sowie die Bewegung des Spenders 66 auf der Oberfläche des Elementaufbaus 10 frei eingestellt werden. Dementsprechend kann der Spender 66 die Schutzschicht 4 in einer komplizierten Form ausbilden.
Dieses Verfahren ist nicht auf die Verwendung eines einzelnen Spenders beschränkt. Wie in 20 gezeigt ist, können eine Vielzahl von Spendern 66 verwendet werden, um einen breiteren Beschichtungsflächenbereich des Elementaufbaus 10 direkt mit dem Formmaterial 40 zu beschichten. Dementsprechend kann das Formmaterial 40 rasch auf einen großen Bereich der Oberfläche des Elementaufbaus 10 aufgebracht werden, wobei neben den Wirkungen des dritten Ausführungsbeispiels die Produktivität des Messfühlers 1 verbessert werden kann.
Ausführungsbeispiel 4
Es wird nun ein weiteres Verfahren zum Aufbringen des Formmaterials 40 auf dem Elementaufbau 10 beschrieben.
21 zeigt erläuternd ein Verfahren zum Aufbringen des Formmaterials 40 auf dem Elementaufbau 10 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
Wie in 21 gezeigt ist, wird, nachdem das Formmaterial 40 so eingestellt wurde, dass es sich in einem Pasten- oder Schlämmezustand befindet, der Beschichtungsflächenbereich des Elementaufbaus 10 in den Schritten S8 und S10 durch Besprühen des Beschichtungsflächenbereichs mit dem von einer Düse 67 abgegebenen Formmaterial 40 mit dem Formmaterial 40 beschichtet. Dann wird das Formmaterial 40 in den Schritten S9 und S11 getrocknet, wobei im Schritt S6 eine Wärmebehandlung für das Formmaterial 40 durchgeführt wird. Dementsprechend kann das Formmaterial 40 sogar dann, wenn der Beschichtungsflächenbereich des Elementaufbaus 10 uneben ausgebildet ist, leicht und zuverlässig auf dem Beschichtungsflächenbereich des Elementaufbaus 10 aufgebracht werden.
Ausführungsbeispiel 5
Es wird nun ein weiteres Verfahren zum Aufbringen des Formmaterials 40 auf dem Elementaufbau 10 beschrieben.
22 zeigt erläuternd ein Verfahren zum Aufbringen des Formmaterials 40 auf dem Elementaufbau 10 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Verfahren wird das Formmaterial 40 so eingestellt, dass es sich in einem Pastenzustand befindet, und wird ein konkaver Raum einer (nicht gezeigten) Tiefdruckplatte mit dem Formmaterial 40 gefüllt und das Formmaterial 40 auf ein aus Gummi bestehendes, hochflexibles Auflagenelement 68 aufgebracht. Danach wird der Beschichtungsflächenbereich des Elementaufbaus 10, wie in 22 gezeigt ist, in den Schritten S8 und S10 mit dem Formmaterial 40 beschichtet, indem das auf das Auflagenelement 68 aufgebrachte Formmaterial 40 auf den Beschichtungsflächenbereich übertragen wird. Dann wird das Formmaterial 40 in den Schritten S9 und S11 getrocknet, wobei im Schritt S6 für das Formmaterial 40 eine Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Auch wenn der Beschichtungsflächenbereich kompliziert geformt ist, verformt sich die Oberfläche des Auflagenelements 68 bei diesem Verfahren leicht längs der Form des Beschichtungsflächenbereichs. Dementsprechend kann das Formmaterial 40, das eine vorgegebene Größe hat, korrekt auf einen vorgegebenen Oberflächenbereich des Elementaufbaus 10 aufgebracht werden.
Außerdem kann die Dicke des auf das Auflagenelement 68 aufgebrachten Formmaterials 40 präzise eingestellt werden, indem die Tiefe des konkaven Raums der Tiefdruckplatte eingestellt wird. Dementsprechend kann das Formmaterial 40 mit einer vorgegebenen Dicke auf dem Elementaufbau 10 aufgebracht werden. Da die Tiefdruckplatte einen auf eine gleichmäßige Tiefe eingestellten konkaven Raum haben kann, kann das auf dem Elementaufbau 10 aufgebrachte Formmaterial 40 zudem mit einer gleichmäßigen Dicke eingestellt werden.
Das Formmaterial 40 kann auf dem Elementaufbau 10 gemäß einem Siebdruckvorgang aufgebracht werden. Bei diesem Verfahren kann das Formmaterial 40 vorgegebener Größe korrekt auf einen vorgegebenen Oberflächenbereich des Elementaufbaus 10 aufgebracht werden.
Ausführungsbeispiel 6
Unter Bezugnahme auf 23 wird nun ein weiterer Gasmessfühler beschrieben.
23 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers. Wie in 23 gezeigt ist, hat der Gasmessfühler 1A den gleiche Elementaufbau 10 wie der Messfühler 1 im ersten Ausführungsbeispiel. Der Fühler 1A unterscheidet sich von dem Messfühler 1 dadurch, dass das Verhältnis D1/D2 beim Messfühler 1A auf ungefähr 0,5 eingestellt ist.
Verglichen mit den Seiteneckbereichen 33 hat die Seitenfläche 100 des Elementaufbaus 10 eine höhere Wasserabweisung. Das heißt, dass selbst dann, wenn Wasser auf die Seitenfläche 100 gelangt, die Wahrscheinlichkeit einer Riss- oder Brucherzeugung in dem Elementaufbau 10 geringer als in dem Fall ist, dass Wasser auf die Seiteneckbereiche 33 gelangt. Allerdings konzentrieren sich Spannungen leicht an vielen Stellen der Seitenfläche 100 und startet die Erzeugung von Rissen oder Brüchen in hohem Umfang von den Spannungskonzentrationsstellen aus. Wenn der Elementaufbau 10, während der Elementaufbau 10 ausgebildet wird, gesintert oder gebacken wird, kommt es auf der Seitenfläche 100 zu kleinen fehlerhaften Abschnitten und konzentrieren sich die Spannungen leicht an den fehlerhaften Abschnitten. Um die Erzeugung von Rissen oder Brüchen in dem Elementaufbau 10 zu verhindern, ist es daher besser, einen großen Teil der Seitenfläche 100 der Atmosphäre oder dem Messgas auszusetzen. Auch wenn Wasser direkt auf die Seitenfläche 100 gelangt, kann der Temperaturabfall der Seitenfläche 100 aufgrund des Leidenfrost-Effekts gering sein.
Da das Verhältnis D1/D2 auf ungefähr 0,5 eingestellt ist, so dass ungefähr die Hälfte der Seitenfläche 100 mit der Schutzschicht 4 bedeckt ist, kann dementsprechend die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Rissen oder Brüchen, zu denen es auf der Seitenfläche 100 kommt, verringert werden.
Der Messfühler 1A kann auf die gleiche Weise wie der Messfühler 1 mit jedem der in den ersten bis fünften Ausführungsbeispielen beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Die Erfinder haben Versuche durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis D1/D2 und dem Prozentanteil der Risserzeugung in einem Gasmessfühler zu untersuchen. Um die Versuche durchzuführen, wurde als ein Muster Nr. 1 ein vollständig mit der Schutzschicht 4 überzogener Gasmessfühler (D1/D2 = 0) angefertigt. Des Weiteren wurden als Muster Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4, Nr. 5, Nr. 6 und Nr. 7 jeweils Gasmessfühler angefertigt, bei denen die Verhältnisse jeweils auf D1/D2 = 0,02, D1/D2 = 0,05, D1/D2 = 0,10, D1/D2 = 0,20, D1/D2 = 0,40 und D1/D2 = 0,70 eingestellt waren. Die Dicke der Schutzschicht 4 wurde auf 5 µm eingestellt. Auf den unbedeckten Flächenbereich 5 (Muster Nr. 2 bis Nr. 7) oder auf die auf dem unbedeckten Flächenbereich 5 angeordnete Schutzschicht 4 (Muster Nr. 1) wurde Wasser tropfen gelassen. Das Volumen des aufgetropften Wassers wurde jeweils auf 0,1 µL eingestellt. Der Prozentanteil der Risserzeugung wurde auf die gleiche Weise wie bei den in Tabelle 2 angegebenen Prozentanteilen berechnet. Die poröse Diffusionswiderstandsschicht 124 wurde so angeordnet, dass sie von den Seiteneckbereichen 33 um einen Abstand 0,75×D2 entfernt war. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3

Muster D1/D2 Prozentanteil Risserzeugung (%)

Nr. 1 0 100

Nr. 2 0,02 30

Nr. 3 0,05 0

Nr. 4 0,10 0

Nr. 5 0,20 0

Nr. 6 0,40 0

Nr. 7 0,70 0
Wie in der Tabelle 3 angegeben ist, werden in dem Elementaufbau 10 im Fall D1/D2 kleiner oder gleich 0,02 Risse erzeugt. Der Grund dafür ist der, dass sich die auf der Seitenfläche 100 angeordnete Schutzschicht 4 nahe am Seiteneckbereich 33 befindet. Zum einen erreicht Wasser, das in der Schutzschicht 4 gehalten wird, den Seiteneckbereich 33 und hat die Wirkung, im Seiteneckbereich 33 Wärmespannungen zu erzeugen, so dass am Seiteneckbereich 33 Risse erzeugt werden. Zum anderen verdampft ein Teil des Wassers, wenn Wasser auf den Seiteneckbereich 33 gelangt, aufgrund des Leidenfrost-Effekts und verteilt sich der andere Teil des Wassers auf dem Seiteneckbereich 33 und wird in der Schutzschicht 4 gehalten, so dass die Temperatur der Seitenfläche 100 rasch sinkt. Daher werden an Spannungskonzentrationsstellen der Seitenfläche 100 Risse erzeugt.
Im Gegensatz dazu werden in dem Elementaufbau im Fall D1/D2 größer oder gleich 0,5 keine Risse erzeugt. Die auf der Seitenfläche 100 angeordnete Schutzschicht 4 ist ausreichend weit von dem Seiteneckbereich 33 entfernt. Zum einen erreicht selbst dann, wenn Wasser in der Schutzschicht 4 gehalten wird, das Wasser nicht den Seiteneckbereich 33. Daher werden am Seiteneckbereich 33 keine Risse erzeugt. Zum anderen erreicht das Wasser, wenn Wasser auf den Seiteneckbereich 33 gelangt, kaum die Schutzschicht 4, so dass die Temperatur der Seitenfläche 100 auf einer hohen Temperatur gehalten werden kann. Der Temperaturabfall des Seiteneckbereichs 33 wird aufgrund des Leidenfrost-Effekts unterdrückt. Daher werden in dem Messfühler keine Risse erzeugt.
Wenn die Schutzschicht 4 so auf der Seitenfläche 100 des Elementaufbaus 10 angeordnet ist, dass das Verhältnis D1/D2 größer oder gleich 0,05 ist, kann daher die Erzeugung von Rissen oder Brüchen in dem Messfühler weiter unterdrückt werden.
Ausführungsbeispiel 7
24 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers. Wie in 24 gezeigt ist, hat der Gasmessfühler 1B den gleichen Elementaufbau 10 wie der Messfühler 1 im ersten Ausführungsbeispiel. Der Messfühler 1B unterscheidet sich vom Messfühler 1 dadurch, dass die Schutzschicht 4 nur eine einzige Lage aufweist.
Demnach zeigt der Messfühler 1B zwar verglichen mit dem in 1 bis 5 gezeigten Messfühler 1 eine leicht schlechtere Leistung beim Einfangen von Giften des Messgases, doch können Brüche und Risse in dem Messfühler 1B, die durch zum Messfühler 1B gelangtes Wasser verursacht werden, auf die gleiche Weise wie beim Messfühler 1 unterdrückt werden, während die Wärmekapazität des Messfühlers 1B auf einem niedrigen Niveau gehalten wird. Außerdem kann der Messfühler 1B verglichen mit dem Messfühler 1 leichter gemäß einem der in den ersten bis fünften Ausführungsbeispielen beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Ausführungsbeispiel 8
25 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers.
Wie in 25 gezeigt ist, hat der Gasmessfühler 1C den gleichen Elementaufbau 10 wie der Messfühler 1 im ersten Ausführungsbeispiel. Der Messfühler 1C unterscheidet sich von dem Messfühler 1 dadurch, dass sich die Gasmesselektrode 21 im direkten Kontakt mit der porösen Diffusionswiderstandsschicht 124 befindet und sich die in dem Heizungssubstrat 32 eingebetteten Heizelemente 31 im direkten Kontakt mit der Kammerformschicht 121 befinden.
Bei dieser Anordnung des Messfühlers 1C weist der Messfühler 1C anders als der Messfühler 1 im ersten Ausführungsbeispiel nicht die Messgaskammer 124 und den Abstandhalter 123 auf. Dementsprechend kann die Herstellung des Messfühlers 1C vereinfacht werden.
Da die Heizelemente 31 so angeordnet sind, dass sie sich mit der Kammerformschicht 121 in Kontakt befinden, kann außerdem der Abstand zwischen den Heizelementen 31 und dem Elektrolytkörper 2 verringert werden. Dementsprechend kann die Zeitdauer verkürzt werden, die benötigt wird, um den Elektrolytkörper 2 auf seine Aktivierungstemperatur zu erhitzen.
Als eine Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels können die Heizelemente 31 auf die gleiche Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel innerhalb des Heizungssubstrats 32 eingebettet werden oder kann der Messfühler 1C die Messgaskammer 124 und den Abstandhalter 123 aufweisen.
Ausführungsbeispiel 9
Unter Bezugnahme auf 26 bis 28 wird nun ein weiterer Gasmessfühler beschrieben.
26 zeigt eine perspektivische Seitenansicht des Gasmessfühlers. 27 ist ein Vertikalschnitt entlang im Wesentlichen der Linie B-B von 26. 28 ist eine Seitenansicht des in 26 gezeigten Messfühlers. Eine Draufsicht des in 26 gezeigten Messfühlers ist in 4 gezeigt.
Wie in 26 bis 28 und in 4 gezeigt ist, hat der Gasmessfühler 1D den gleichen Elementaufbau 10 wie der in 1 bis 5 gezeigte Messfühler 1. Der Messfühler 1D unterscheidet sich von dem Messfühler 1 dadurch, dass zusätzlich zu dem Beschichtungsflächenbereich des Elementaufbaus 10 auch ein Teil der Bodenfläche 320 des Heizungssubstrats 32 mit der porösen Schutzschicht 4 bedeckt ist. Und zwar befindet sich auf der Bodenfläche 320 des Heizungssubstrats 32 mit Ausnahme von Teilen der Bodenfläche 320, die an die Seiteneckbereiche 33 und 330 angrenzen, ein zweiter Beschichtungsflächenbereich, der mit der Schutzschicht 4 bedeckt ist. Daher befindet sich an allen Seiteneckbereichen 33 und 330 des Heizungssubstrats 32, der gesamten vorderen Eckfläche 34 des Heizungssubstrats 32, an Teilen der Bodenfläche 320 des Heizungssubstrats 32, die an die Seiteneckbereiche 33 und 330 angrenzen, und an Teilen der Seitenflächen 100 der Kammerformschicht 121, die an die Seiteneckbereiche 33 und 330 angrenzen, ein unbedeckter Flächenbereich 5.
Genauer gesagt wird auf die gleiche Weise wie bei dem in 2 gezeigten Messfühler 1 das Verhältnis D1/D2 auf größer oder gleich 0,05 eingestellt. Des Weiteren ist jeder Seiteneckbereich 33 längs der Breitenrichtung um einen Abstand D3 von einem entsprechenden Ende der auf der Bodenfläche 320 angeordneten Schutzschicht 4 (d. h. von einem Ende des unbedeckten Flächenbereichs 5 auf der Bodenfläche 320) entfernt. Die Bodenfläche 320 hat längs der Breitenrichtung eine Breite W1. Das Verhältnis D3/W1 des Abstands D3 zur Breite W1 ist so eingestellt, dass es größer oder gleich 0,02 ist (D3/W1 ≥ 0,02).
Die Erfinder haben Versuche durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis D3/W1 und dem Prozentanteil an Risserzeugung in einem Gasmessfühler zu untersuchen. Um die Versuche durchzuführen, wurde als ein Muster Nr. 1 ein Gasmessfühler angefertigt, der vollständig mit der Schutzschicht 4 überzogen war (D3/W1 = 0). Des Weiteren wurden als Muster Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4, Nr. 5, Nr. 6 und Nr. 7 jeweils Gasmessfühler angefertigt, bei denen die Verhältnisse auf D3/W1 = 0,01, D3/W1 = 0,02, D3/W1 = 0,05, D3/W1 = 0,10, D3/W1 = 0,40 und D3/W1 = 0,70 eingestellt waren. Die anderen Bedingungen für die Versuche waren die gleichen wie bei Tabelle 3. Das Verhältnis der Risserzeugung wurde auf die gleiche Weise wie das in Tabelle 2 angegebene Verhältnis angegeben. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4

Muster D3/W1 Prozentanteil Risserzeugung (%)

Nr. 1 0 100

Nr. 2 0,01 20

Nr. 3 0,02 0

Nr. 4 0,05 0

Nr. 5 0,10 0

Nr. 6 0,40 0

Nr. 7 0,70 0
Wie in Tabelle 4 angegeben ist, werden in dem Elementaufbau 10 Risse erzeugt, falls das Verhältnis D3/W1 kleiner oder gleich 0,01 ist. Im Gegensatz dazu verringert sich für den Fall, dass das Verhältnis D3/W1 größer oder gleich 0,02 beträgt, der Temperaturabfall auf der Bodenfläche 320, da das Wasser, das auf den Seiteneckbereich 33 gelangt, aufgrund des Leidenfrost-Effekts kaum in der auf der Bodenfläche 320 angeordneten Schutzschicht 4 gehalten wird. Daher werden in dem Messfühler keine Risse erzeugt.
Wenn die Schutzschicht 4 so auf der Bodenfläche 320 des Heizungssubstrats 32 angeordnet wird, dass das Verhältnis D3/W1 größer oder gleich 0,02 ist, kann demnach die Erzeugung von Rissen und Brüchen im Messfühler unterdrückt werden. Da die Schutzschicht 4 nicht auf der gesamten Oberfläche des Elementaufbaus 10 angeordnet ist, kann außerdem die Wärmekapazität des Messfühlers verringert werden, so dass der Elektrolytkörper 2 rasch auf seine Aktivierungstemperatur gebracht werden kann, wenn der Motorbetrieb gestartet wird.
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des in 26 bis 28 gezeigten Gasmessfühlers 1D beschrieben.
29 zeigt ein Ablaufdiagramm mit einem Verfahren zum Herstellen des Messfühlers 1D gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel. 30 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers mit einer auf seiner gesamten Oberfläche ausgebildeten porösen Schutzschicht. 31 zeigt erläuternd einen Schritt zum Abtrennen von Abschnitten der Schutzschicht von dem in 30 gezeigten Messfühler mit Hilfe eines wasserfesten Sandpapiers. 32 zeigt erläuternd einen Schritt zum Abtrennen von Abschnitten der Schutzschicht von dem in 30 gezeigten Messfühler mit Hilfe eines elastischen Schleifwerkzeugs. 33 zeigt erläuternd einen Schritt zum Abtrennen von Abschnitten der Schutzschicht von dem in 30 gezeigten Messfühler mit Hilfe einer riemenförmigen Schleifvorrichtung.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des Messfühlers 1D wird im Schritt S0 zunächst der Elementaufbau 10 zusammengebaut. Dann wird ein drittes Verfahren zum Ausbilden der Schutzschicht 4 auf Beschichtungsflächenbereichen des Elementaufbaus 10 durchgeführt. Und zwar wird, wie in 29 gezeigt ist, in den Schritten S2 und S4 zweimal auf die gesamte Oberfläche des Elementaufbaus 10 des Abschnitts 1b einschließlich der Einlässe 11 die nicht gebackene Schutzschicht 4 (d. h. das Schutzschichtformmaterial) aufgebracht, ohne auf dem Elementaufbau 10 irgendeine Maskenschicht aufzubringen. Dadurch wird der in 30 gezeigte Messfühler 1D erzielt. Dann wird die nicht gebackene Schutzschicht 4 in den Schritten S3 und S5 getrocknet. Dann werden im Schritt S12 Abschnitte der Schutzschicht 4 von dem Messfühler 1D entfernt. Dann wird auf die gleiche Weise wie bei dem in 6 gezeigten ersten Verfahren für die auf dem Messfühler 1D verbliebene Schutzschicht 4 eine Wärmebehandlung durchgeführt. Dadurch wird, wie in 27 gezeigt ist, der Messfühler 1D erzielt, der auf dem ersten Beschichtungsflächenbereich und dem zweiten Beschichtungsflächenbereich die Schutzschicht 4 aufweist.
Und zwar wird, wie in 31 gezeigt ist, in den Schritten S2 bis S5 die nicht gebackene Schutzschicht 4 auf der gesamten Oberfläche des Elementaufbaus 10 aufgebracht und getrocknet. Danach wird im Schritt S 12 ein wasserfestes Sandpapier 72 auf eine Schleifvorrichtung 71 gesteckt und das Sandpapier 72, während sich die Schleifvorrichtung 71 dreht, gegen die auf den Seiteneckbereichen 33 und 330 angeordnete Schutzschicht 4 und Bereiche nahe an den Bereichen 33 und 330 gedrückt, so dass Abschnitte der Schutzschicht 4 abgeschliffen und abgetrennt werden. Um Abschnitte der auf der Bodenfläche 320 und der Seitenfläche 100 angeordneten Schutzschicht 4 abzutrennen, wird der Winkel zwischen der Schleifvorrichtung 71 und dem Messfühler 1D eingestellt. Für das Sandpapier 72 wird zum Beispiel das in der JIS R6253 vorgeschriebene Sandpapier Nr. #200 verwendet. Allerdings kann die Nummer des Sandpapiers frei gewählt werden.
Da die Abschnitte der Schutzschicht 4 gemäß dem dritten Verfahren zum Ausbilden der Schutzschicht 4 nach dem Eintauchen in die Schlämme und dem Trocknen abgetrennt werden, kann die auf dem unbedeckten Flächenbereich 5 (siehe 27) angeordnete Schutzschicht 4 zuverlässig entfernt werden, während die auf dem unbedeckten Flächenbereich 5 verbliebene Schutzschicht 4 deutlich verringert wird, und kann die Haltbarkeit des Sandpapiers 72 gesteigert werden. Darüber hinaus kann die Verarbeitbarkeit beim Trennen erhöht werden und kann die Produktivität des Messfühlers erhöht werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Schutzschicht 4 abgetrennt, bevor sie gebacken wird. Allerdings kann die Schutzschicht 4 auch nach dem Backen der Schutzschicht 4 abgetrennt werden.
Des Weiteren kann die nicht gebackene Schutzschicht 4, wie in 32 gezeigt ist, auch mit Hilfe eines elastischen Schleifwerkzeugs 73 geschliffen und abgetrennt werden, das aus einem elastischen Schaumkörper wie einem Schaumgummi gebildet ist, der Schleifkörner enthält. Das Schleifwerkzeug 73 wird auf der Schleifvorrichtung 71 befestigt und, während sich die Schleifvorrichtung 71 dreht, gegen Abschnitte der Schutzschicht 4 gedrückt. Daher können, wie in 27 gezeigt ist, Abschnitte der auf dem unbedeckten Flächenbereich 5 angeordneten Schutzschicht 4 abgetrennt werden.
Das Schleifwerkzeug 73 wird zum Beispiel erzielt, indem ein bestimmter Schwamm mit Schleifkörnern aus Aluminiumoxid beschichtet wird. Das Schleifwerkzeug 73 hat vorzugsweise ein besseres Trennvermögen und eine bessere Flexibilität. Das Trennvermögen kann eingestellt werden, indem die Größe der Schleifkörner und die Härte des Schwammmaterials passend gewählt werden. Als Schleifwerkzeug 73 wird zum Beispiel SF (Nr. #320 bis Nr. #600), hergestellt von Sumitomo Three M Co. LTD. verwendet.
Darüber hinaus kann die nicht gebackene Schutzschicht 4, wie in 33 gezeigt ist, mit Hilfe einer riemenförmigen Schleifvorrichtung 74 geschliffen und abgetrennt werden, wobei an der Oberfläche des riemenförmigen Elements Schleifkörner angebracht sind. Die riemenförmige Schleifvorrichtung 74 wird gegen die Schutzschicht 4 gedrückt, so dass die Oberfläche der Schleifvorrichtung 74 gleichzeitig die beiden Seiteneckbereichen 33 berührt und Abschnitte der auf den Seiteneckbereichen 33 angeordneten Schutzschicht 4 gleichzeitig abgetrennt werden.
Da Abschnitte der auf dem unbedeckten Flächenbereich 5 angeordneten Schutzschicht 4 abgeschliffen und abgetrennt werden, kann der nicht mit der Schutzschicht 4 bedeckte unbedeckte Flächenbereich 5 demnach leicht und zuverlässig erzielt werden, während zumindest die Gaseinlässe 11 mit der Schutzschicht 4 bedeckt sind.
Da das elastische Schleifwerkzeug 73 verwendet wird, um die Schutzschicht 4 zu schleifen und abzutrennen, kann sich zudem das Schleifwerkzeug 73 leicht in Übereinstimmung mit der Form des unbedeckten Flächenbereichs 5 verformen. Dementsprechend kann zusätzlich zu der auf den Seiteneckbereichen 33 und 330 angeordneten Schutzschicht 4 effizient die Schutzschicht 4 abgetrennt werden, die auf den an die Seiteneckbereiche 33 und 330 angrenzenden Oberflächen des Elementaufbaus 10 angeordnet ist.
Darüber hinaus kann die zum Schleifen und Abtrennen der Schutzschicht 4 verwendete riemenförmige Schleifvorrichtung 74 frei gekrümmt sein. Daher kann sich ein Endabschnitt der Schleifvorrichtung 74 leicht mit einem der Seiteneckbereiche 33 oder 330 und mit an diesem Seiteneckbereich angrenzenden Oberflächen des Elementaufbaus 10 in Kontakt befinden, während sich der andere Endabschnitt der Schleifvorrichtung 74 gleichzeitig mit dem anderen Seiteneckbereich 33 oder 330 und den an diesen anderen Seiteneckbereich angrenzenden Oberflächen des Elementaufbaus 10 in Kontakt befindet. Dementsprechend können die auf den Seiteneckbereichen 33 und 330 angeordnete Schutzschicht 4 und die an die Seiteneckbereiche 33 und 330 angrenzenden Oberflächen des Elementaufbaus 10 effizient abgeschliffen und abgetrennt werden und kann die Produktivität des Messfühlers 1D gesteigert werden.
In diesem Ausführungsbeispiel wir der Messfühler 1D hergestellt, indem die Schutzschicht 4 abgetrennt wird. Allerdings kann der Messfühler 1D auch gemäß dem in 6 gezeigten Verfahren hergestellt werden, indem der unbedeckte Flächenbereich 5 mit einer Maskenschicht maskiert wird, auf der gesamten Oberfläche des Elementaufbaus 10 das Innen- und Außenschutzschichtformmaterial aufgetragen wird, die Formmaterialien getrocknet werden, die Formmaterialien gebacken werden, um die Schutzschicht 4 auszubilden, und die auf dem unbedeckten Flächenbereich 5 ausgebildete Schutzschicht 4 entfernt wird.
Ausführungsbeispiel 10
34 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers.
Wie in 34 gezeigt ist, weist der Gasmessfühler 1E auf die gleiche Weise wie der Messfühler 1D im neunten Ausführungsbeispiel die Schutzschicht 4 auf. Der Messfühler 1E unterscheidet sich von dem Messfühler 1D dadurch, dass die Heizelemente 31 so auf dem Heizungssubstrat 32 angeordnet werden, dass sie sich in direktem Kontakt mit der Kammerformschicht 121 befinden.
Durch die Heizelemente 31 werden auf die gleiche Weise wie die Seiteneckbereiche 33 Teile der Seitenflächen 100 auf eine hohe Temperatur erhitzt, die sich in der Breitenrichtung auf beiden Seiten des Messfühlers 1E befinden. Daher ist auf den Teilen der Seitenfläche 100 keine Schutzschicht 4 angeordnet, um Risse oder Brüche des Messfühlers 1E zu verhindern. Bei dieser Anordnung des Messfühlers 1E ist der Abstand zwischen den Heizelementen 31 und dem Elektrolytkörper 2 verglichen mit dem Messfühler 1D verkürzt. Dementsprechend kann die Zeitdauer verkürzt werden, die zum Erhitzen des Elektrolytkörpers 2 auf seine Aktivierungstemperatur benötigt wird.
Ausführungsbeispiel 11
Falls ein Gasmessfühler so gestaltet ist, dass er in der Breitenrichtung einen winkelförmigen Eckabschnitt hat, konzentrieren sich am Seiteneckabschnitt leicht Wärmespannungen. Um die Erzeugung von Wärmespannungen zu verhindern, ist jeder der in 2 und 27 gezeigten Messfühler 1 und 1D abgeschrägt, um vom Messfühler die vier winkelförmigen Eckabschnitte zu entfernen. Allerdings kann ein Gasmessfühler auch vier winkelförmige Eckabschnitte haben.
35 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers.
Wie in 35 gezeigt ist, unterscheidet sich der Gasmessfühler 1F von dem Messfühler 1D im neunten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Messfühler 1F in der Breitenrichtung auf eine solche Weise zwei winkelförmige Eckabschnitte der Heizung 3 und zwei winkelförmige Eckabschnitte der Abschirmschicht 125 aufweist, dass die Eckabschnitte und die an die Eckabschnitte angrenzenden Flächenbereiche des Elementaufbaus 10 nicht mit der Schutzschicht 4 bedeckt sind, so dass sie direkt der Atmosphäre oder dem Messgas ausgesetzt sind.
Und zwar befindet sich auf oberen Eckabschnitten 127 der Abschirmschicht 125, unteren Eckabschnitten 33 des Heizungssubstrats 32, Teilen der Deckfläche 129 nahe an den oberen Eckabschnitten 127, Teilen der Seitenfläche 100 nahe an den Eckabschnitten 33 und 127 und Teilen der Bodenfläche 320 nahe an den unteren Eckabschnitten 33 ein unbedeckter Flächenbereich 5. Zumindest die Gaseinlässe 11 sind mit der Schutzschicht 4 bedeckt.
Jeder der unteren Eckabschnitte 33 ist längs der Aufschichtungsrichtung um eine Abstand D4 von einem unteren Ende der auf der Seitenfläche 100 angeordneten Schutzschicht 4 entfernt. Jeder der unteren Eckabschnitte 33 ist längs der Aufschichtungsrichtung um einen Abstand D5 (d. h. die Höhe der Seitenfläche 100) von dem entsprechenden oberen Eckabschnitt 127 entfernt. Das Verhältnis D4/D5 ist auf größer oder gleich 0,2 eingestellt. Das Verhältnis D4/D5 ist vorzugsweise bei 0,2 eingestellt. Das Verhältnis D4/D5 kann auch auf die gleiche Weise wie das Verhältnis D1/D2 in dem in 2 gezeigten Fühler 1 auf größer oder gleich 0,05 eingestellt werden (D4/D5 ≥ 0,05).
Jeder untere Eckabschnitt 33 ist längs der Breitenrichtung um einen Abstand D6 von einem entsprechenden Seitenende der auf der Bodenfläche 320 angeordneten Schutzschicht 4 entfernt. Die Bodenfläche 320 hat längs der Breitenrichtung eine Breite W2. Das Verhältnis D6/W2 ist auf größer oder gleich 0,1 eingestellt. Das Verhältnis D6/W2 ist vorzugsweise auf 0,1 eingestellt. Das Verhältnis D6/W2 kann auch auf die gleiche Weise wie das Verhältnis von D3/W1 bei dem in 27 gezeigten Fühler 1D auf größer oder gleich 0,02 eingestellt werden (D6/W2 ≥ 0,02).
Jeder obere Eckabschnitt 127 ist längs der Breitenrichtung um einen Abstand D7 von einem entsprechenden Seitenende der auf der Deckfläche 129 angeordneten Schutzschicht 4 entfernt. Die Deckfläche 129 hat längs der Breitenrichtung eine Breite W3. Das Verhältnis D7/W3 ist auf größer oder gleich 0,05 eingestellt. Das Verhältnis D7/W3 ist vorzugsweise bei 0,05 eingestellt.
Jeder obere Eckabschnitt 127 ist längs der Aufschichtungsrichtung um einen Abstand D8 von einem oberen Ende der auf der Seitenfläche 100 angeordneten Schutzschicht 4 entfernt. Das Verhältnis D8/W5 ist auf größer oder gleich 0,1 eingestellt. Das Verhältnis D8/W5 ist vorzugsweise bei 0,1 eingestellt.
Bei dieser Anordnung des Messfühlers 1F ist selbst dann, wenn Wasser auf den Eckabschnitt 33 oder 127 gelangt, der Temperaturabfall des Eckabschnitts aufgrund des Leidenfrost-Effekts gering. Selbst wenn das Wasser, das auf die Schutzschicht 4 gelang, die Außenfläche der Abschirmschicht 125 oder das Heizungssubstrat 32 erreicht, erreicht das Wasser keinen Eckabschnitt.
Dementsprechend können auf die gleiche Weise wie bei dem in 27 gezeigten Messfühler 1D Risse oder Brüche des Messfühlers 1F verringert werden.
Ausführungsbeispiel 12
36 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers.
Wie in 36 gezeigt ist, unterscheidet sich der Gasmessfühler 1G von dem Messfühler 1D im neunten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Messfühler 1G eine auf dem Abstandselement 123 angeordnete dichte Schicht 141 und eine auf der dichten Schicht 141 angeordnete poröse Schicht 143 hat. Das Messgas kann durch die poröse Schicht 143 gehen, es ist ihm aber nicht möglich, durch die dichte Schicht 141 zu gehen. Die dichte Schicht 141 hat mindestens ein Stiftloch 142. Das durch die poröse Schicht 143 gehende Messgas dringt am Stiftloch 142 ein und erreicht die Gaskammer 126. Das Stiftloch 142 wirkt daher als ein Gaseinlass. Die poröse Schicht 143 ist abgeschrägt, um seine Eckabschnitte in der Breitenrichtung zu entfernen, so dass auf den abgeschrägten Oberflächen der porösen Schicht 143 jeweils obere Seiteneckbereiche 145 ausgebildet sind.
Zusätzlich zu den Seiteneckbereichen 33, zu Oberflächenbereichen nahe an den Bereichen 33 und zu der gesamten vorderen Oberfläche 34 (siehe 26) befindet sich auf den oberen Seiteneckbereichen 145 und auf Oberflächenbereichen nahe an den Bereichen 145 ein unbedeckter Flächenbereich 5.
Bei dieser Anordnung des Messfühlers 1G geht ein Messgas durch die Schutzschicht 4, die auf einer Deckfläche 144 der porösen Schicht 143 angeordnet ist, und die poröse Schicht 143. Dann dringt das Messgas am Stiftloch 142 ein und erreicht die Gaskammer 126. Die Strömungsgeschwindigkeit des die Gaskammer 126 erreichenden Messgases wird daher durch die Größe des Stiftlochs 142 und die Anzahl der Stiftlöcher bestimmt.
Da die Seiteneckbereiche 145 der porösen Schicht 143 durch das Abschrägen der porösen Schicht 143 ausgebildet wurden und der Atmosphäre oder dem Messgas ausgesetzt sind, können demnach auf die gleiche Weise die bei dem in 27 gezeigten Messfühler 1D Risse oder Brüche des Messfühlers 1G verringert werden.
Ausführungsbeispiel 13
37 zeigt ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers.
Wie in 37 gezeigt ist, hat der Gasmessfühler 1H den gleichen Elementaufbau 10 wie der Messfühler 1 im ersten Ausführungsbeispiel. Der Messfühler 1H unterscheidet sich von dem Messfühler 1 dadurch, dass die Schutzschicht 4 nur auf den Gaseinlässen 11 (d. h. den Seitenflächen der porösen Diffusionswiderstandsschicht 124 in der Breitenrichtung) angeordnet ist. Die Schutzschicht 4 kann zusätzlich auch auf Seitenbereichen des Elementaufbaus 10 angeordnet sein, die die Gaseinlässe 11 umgeben. Auf der gesamten Deckfläche 129 des Elementaufbaus 10, die längs der Aufschichtungsrichtung über den Elektrolytkörper 2 hinweg entgegengesetzt zur Heizung 3 liegt, und im größeren Teil der Seitenflächen 100 befindet sich zusätzlich zu der gesamten Oberfläche des Heizungssubstrats 32 einschließlich der Seiteneckbereiche 33 und 330 ein unbedeckter Flächenbereich 5, der nicht mit der Schutzschicht 4 bedeckt ist.
Bei dieser Anordnung des Messfühlers 1H hat die auf dem Elementaufbau 10 angeordnete Schutzschicht 4 die minimale Fläche, die zum Einfangen von Giften des Messgases erforderlich ist.
Da die Abschirmschicht 125 am weitesten von den Heizelementen 31 entfernt liegt, ist die Temperatur der Deckfläche 129 geringer als die Temperatur der Oberfläche der Heizung 3. Daher kann gleichgültig, ob die Schutzschicht 4 auf der Deckfläche 129 angeordnet ist, in dem Messfühler die Erzeugung von Rissen oder Brüchen unterdrückt werden, die durch Wasser verursacht werden, das auf die Deckfläche 129 gelangt. Wenn auf der Deckfläche 129 keine Schutzschicht 4 angeordnet ist, kann die Erzeugung von Rissen oder Brüchen in dem Messfühler allerdings weiter unterdrückt werden und kann die Wärmekapazität des Messfühlers auf ein Maximum verringert werden.
Dementsprechend kann die Erzeugung von Rissen und Brüchen in dem Messfühler weiter unterdrückt werden. Darüber hinaus kann die Wärmekapazität des Gasmessfühlers minimiert werden und kann der Elektrolytkörper 2 noch rascher auf seine Aktivierungstemperatur gebracht werden.
Ausführungsbeispiel 14
38 ist ein Vertikalschnitt eines Gasmessfühlers.
Wie in 38 gezeigt ist, hat der Gasmessfühler 1I den gleichen Elementaufbau 10 wie der Messfühler 1D im neunten Ausführungsbeispiel. Der Messfühler 1I unterscheidet sich von dem Messfühlers 1D dadurch, dass die Schutzschicht 4 nicht auf der Deckfläche 129 des Elementaufbaus 10 angeordnet ist, so dass die Deckfläche 129 direkt der Atmosphäre oder dem Messgas ausgesetzt ist. Auf der gesamten Deckfläche 129 des Elementaufbaus 10, die längs der Aufschichtungsrichtung über den Elektrolytkörper 2 hinweg entgegengesetzt zur Heizung 3 liegt, befindet sich zusätzlich zu allen Seiteneckbereichen 33 und 330 und den Flächenbereichen nahe an den Seiteneckbereichen 33 und 330 ein unbedeckter Flächenbereich 5, der nicht mit der Schutzschicht 4 bedeckt ist.
Bei dieser Anordnung des Messfühlers 1I kann verglichen mit dem Messfühler 1D die Erzeugung von Rissen oder Brüchen, die durch auf die Deckfläche 129 gelangtes Wasser verursacht werden, in dem Messfühler 1I weiter unterdrückt werden und kann die Wärmekapazität des Messfühlers 1I verringert werden.
Bei diesen Ausführungsbeispielen kann die in 1 bis 5 gezeigte Schutzschicht 4 des Messfühlers 1 gemäß dem in 29 gezeigten dritten Verfahren auf dem Elementaufbau 10 ausgebildet werden, indem die Schutzschicht 4 abgetrennt wird, ohne den unbedeckten Flächenbereich 5 mit einer Maskenschicht zu maskieren.
Des Weiteren kann die Schutzschicht 4 jedes der in 34 bis 38 gezeigten Messfühler 1E bis 1I auf dem Elementaufbau 10 gemäß dem in 6 gezeigten ersten Verfahren, dem in 18 gezeigten zweiten Verfahren und dem in 29 gezeigten dritten Verfahren ausgebildet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers, der einem Messgas auszusetzen ist, mit den Schritten: Zusammenbauen eines Elementaufbaus aus einem Festelektrolytkörper, durch den Sauerstoffionen gehen können und der zwei Oberflächen hat, die zueinander längs einer ersten Richtung entgegengesetzt sind, einer Gasmesselektrode, die auf einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und dem Messgas ausgesetzt ist, das an einem Gaseinlass des Elementaufbaus eindringt, einer Bezugsgaselektrode, die auf der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und einem Bezugsgas ausgesetzt ist, und einer Heizung, die auf oder nahe an dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, so dass sie einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers zugewandt ist, und ein Heizungssubstrat und ein in oder auf dem Heizungssubstrat angeordnetes Heizelement aufweist, das den Festelektrolytkörper erhitzt, wobei das Heizungssubstrat einen Seiteneckbereich hat, der sich in einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung ist, auf einer Seiteneckfläche des Elementaufbaus befindet und längs einer dritten Richtung verläuft, die senkrecht zur ersten und zweiten Richtung ist, so dass er längs der zweiten Richtung an das Heizelement angrenzt; und Ausbilden einer porösen Schutzschicht auf dem Elementaufbau, wobei der Schritt Ausbilden der porösen Schutzschicht Folgendes umfasst: Ausbilden einer aus einem organischen Material bestehenden Maskenschicht auf zumindest einem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats der Heizung; Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials auf einer Oberfläche des Elementaufbaus, so dass der Gaseinlass und die Maskenschicht mit dem Schutzschichtformmaterial bedeckt sind; Durchführen einer Wärmebehandlung für das Schutzschichtformmaterial, damit aus dem Schutzschichtformmaterial die poröse Schutzschicht wird, so dass der Gasmesselektrode gestattet wird, dem durch die poröse Schutzschicht gehenden Messgas indirekt ausgesetzt zu sein; und Entfernen der Maskenschicht und der auf die Maskenschicht aufgebrachten porösen Schutzschicht von dem Elementaufbau, so dass zumindest dem Abschnitt des Seiteneckbereichs gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Ausbilden einer Maskenschicht Folgendes beinhaltet: Aufbringen der Maskenschicht auf ein Auflagenmaterial mit hoher Flexibilität; und Übertragen der Maskenschicht des Auflagenmaterials auf zumindest den Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Ausbilden einer Maskenschicht Folgendes beinhaltet: Tränken eines Filzelements mit der Maskenschicht; und Aufbringen der Maskenschicht des Filzelements auf zumindest den Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maskenschicht aus Harz gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Ausbilden einer Masken schicht Folgendes beinhaltet: Aufbringen eines durch Ultraviolettstrahlung aushärtenden Harzes auf zumindest den Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats; und Bestrahlen des durch Ultraviolettstrahlung aushärtenden Harzes mit Ultraviolettstrahlung, damit das durch Ultraviolettstrahlung aushärtende Harz aushärtet und aus dem durch Ultraviolettstrahlung aushärtenden Harz die Maskenschicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Ausbilden einer Maskenschicht Folgendes beinhaltet: Aufbringen der Maskenschicht, die Acrylharz oder α-Terpineol als Hauptbestandteil und einen Farbstoff enthält, auf zumindest den Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials Folgendes beinhaltet: Bilden des Schutzschichtformmaterials in einem Schlämmezustand; Eintauchen des Elementaufbaus in das Schutzschichtformmaterial, um das Schutzschichtformmaterial auf der gesamten Oberfläche des Elementaufbaus aufzubringen; und Trocknen des auf dem Elementaufbau aufgebrachten Schutzschichtformmaterials.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Durchführen einer Wärmebehandlung Folgendes beinhaltet: Backen des auf den Gaseinlass aufgebrachten Schutzschichtformmaterials bei einer von 500 bis 1000°C reichenden Temperatur, damit das Schutzschichtformmaterial zu der porösen Schutzschicht wird; und Abbrennen der Maskenschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Entfernen der Maskenschicht ein Entfernen der Maskenschicht und der porösen Schutzschicht beinhaltet, indem auf die Maskenschicht und die poröse Schutzschicht ein Luftstoß oder Vibration aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt Entfernen der Maskenschicht ein Ausbilden der Maskenschicht auf dem gesamten Seiteneckbereich des Heizungssubstrat beinhaltet und der Schritt Entfernen der Maskenschicht ein derartiges Entfernen der Maskenschicht beinhaltet, dass dem gesamten Seiteneckbereich gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers, der einem Messgas auszusetzen ist, mit den Schritten: Zusammenbauen eines Elementaufbaus aus einem Festelektrolytkörper, durch den Sauerstoffionen gehen können und der zwei Oberflächen hat, die zueinander längs einer ersten Richtung entgegengesetzt sind, einer Gasmesselektrode, die auf einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und dem Messgas ausgesetzt ist, das an einem Gaseinlass des Elementaufbaus eindringt, einer Bezugsgaselektrode, die auf der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und einem Bezugsgas ausgesetzt ist, und einer Heizung, die auf oder nahe an dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, so dass sie einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers zugewandt ist, und ein Heizungssubstrat und ein in dem Heizungssubstrat angeordnetes Heizelement aufweist, das den Festelektrolytkörper erhitzt, wobei das Heizungssubstrat einen Seiteneckbereich hat, der sich in einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung ist, auf einer Seiteneckfläche des Elementaufbaus befindet und längs einer dritten Richtung verläuft, die senkrecht zur ersten und zweiten Richtung ist, so dass er längs der zweiten Richtung an das Heizelement angrenzt; und Ausbilden einer porösen Schutzschicht auf dem Elementaufbau, wobei der Schritt Ausbilden der porösen Schutzschicht Folgendes umfasst: Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials auf zumindest den Gaseinlass des Elementaufbaus, so dass zumindest ein Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats nicht mit dem Schutzschichtformmaterial bedeckt ist; und Durchführen einer Wärmebehandlung für das Schutzschichtformmaterial, damit aus dem auf zumindest dem Gaseinlass aufgebrachten Schutzschichtformmaterial die poröse Schutzschicht wird, so dass der Gasmesselektrode gestattet wird, dem durch die poröse Schutzschicht gehenden Messgas indirekt ausgesetzt zu sein, und dass zumindest dem Abschnitt des Seiteneckbereichs gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials beinhaltet, das Schutzschichtformmaterial mittels eines Spenders auf zumindest dem Gaseinlass des Elementaufbaus aufzutragen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials beinhaltet, das von einer Düse abgegebene Schutzschichtformmaterial auf zumindest den Gaseinlass des Elementaufbaus aufzusprühen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials Folgendes beinhaltet: Aufbringen des Schutzschichtformmaterials auf ein Auflagematerial mit hoher Flexibilität; und Übertragen des Schutzschichtformmaterials des Auflagematerials auf zumindest den Gaseinlass des Elementaufbaus.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials beinhaltet, das Schutzschichtformmaterial auf zumindest den Gaseinlass des Elementaufbaus gemäß einem Siebdruckvorgang aufzubringen
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt Aufbringen des Schutzschichtformmaterials beinhaltet, das Schutzschichtformmaterial derart aufzubringen, dass der Seiteneckbereich des Heizungssubstrats nicht mit dem Schutzschichtformmaterial bedeckt ist, und der Schritt Durchführen der Wärmebehandlung ein derartiges Durchführen der Wärmebehandlung beinhaltet, dass dem gesamten Seiteneckbereich gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers, der einem Messgas auszusetzen ist, mit den Schritten: Zusammenbauen eines Elementaufbaus aus einem Festelektrolytkörper, durch den Sauerstoffionen gehen können und der zwei Oberflächen hat, die zueinander längs einer ersten Richtung entgegengesetzt sind, einer Gasmesselektrode, die auf einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und dem Messgas ausgesetzt ist, das an einem Gaseinlass des Elementaufbaus eindringt, einer Bezugsgaselektrode, die auf der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und einem Bezugsgas ausgesetzt ist, und einer Heizung, die auf oder nahe an dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, so dass sie einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers zugewandt ist, und ein Heizungssubstrat und ein in dem Heizungssubstrat angeordnetes Heizelement aufweist, das den Festelektrolytkörper erhitzt, wobei das Heizungssubstrat einen Seiteneckbereich hat, der sich in einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung ist, auf einer Seiteneckfläche des Elementaufbaus befindet und längs einer dritten Richtung verläuft, die senkrecht zur ersten und zweiten Richtung ist, so dass er längs der zweiten Richtung an das Heizelement angrenzt; und Ausbilden einer porösen Schutzschicht auf dem Elementaufbau, wobei der Schritt Ausbilden der porösen Schutzschicht Folgendes umfasst: Aufbringen der porösen Schutzschicht auf sowohl den Gaseinlass des Elementaufbaus als auch zumindest einem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats der Heizung; Entfernen eines Abschnitts der porösen Schutzschicht, die sich auf zumindest dem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats befindet, so dass zumindest dem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein, und dass der Gasmesselektrode gestattet wird, dem durch die poröse Schutzschicht gehenden Messgas indirekt ausgesetzt zu sein; und Durchführen einer Wärmebehandlung für die poröse Schutzschicht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt Entfernen des Abschnitts der porösen Schutzschicht Folgendes beinhaltet: Abtrennen des Abschnitts der porösen Schutzschicht mit Hilfe eines wasserfesten Sandpapiers, das auf einer Schleifvorrichtung steckt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt Entfernen des Abschnitts der porösen Schutzschicht Folgendes beinhaltet: Abtrennen des Abschnitts der porösen Schutzschicht mit Hilfe eines elastischen Schleifwerkzeugs, das aus einem elastischen Schaumkörper gebildet ist, der Schleifkörner enthält.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt Entfernen des Abschnitts der porösen Schutzschicht Folgendes beinhaltet: Abtrennen des Abschnitts der porösen Schutzschicht mit Hilfe einer riemenförmigen Schleifvorrichtung, wobei an einer Oberfläche eines riemenförmigen Elements Schleifkörner aufgebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt Aufbringen der porösen Schutzschicht ein Aufbringen der porösen Schutzschicht auf dem gesamten Seiteneckbereich des Heizungssubstrats beinhaltet und der Schritt Entfernen des Abschnitts der porösen Schutzschicht beinhaltet, die poröse Schutzschicht derart zu entfernen, dass dem gesamten Seiteneckbereich des Heizungssubstrats gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers, der einem Messgas auszusetzen ist, mit den Schritten: Zusammenbauen eines Elementaufbaus aus einem Festelektrolytkörper, durch den Sauerstoffionen gehen können und der zwei Oberflächen hat, die zueinander längs einer ersten Richtung entgegengesetzt sind, einer Gasmesselektrode, die auf einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und dem Messgas ausgesetzt ist, das an einem Gaseinlass des Elementaufbaus eindringt, einer Bezugsgaselektrode, die auf der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und einem Bezugsgas ausgesetzt ist, und einer Heizung, die auf oder nahe an dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, so dass sie einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers zugewandt ist, wobei die Heizung den Festelektrolytkörper erhitzt; und Ausbilden einer porösen Schutzschicht auf dem Elementaufbau, wobei der Schritt Ausbilden der porösen Schutzschicht Folgendes umfasst: Ausbilden einer aus einem organischen Material bestehenden Maskenschicht auf zumindest einen Teil einer bestimmten Oberfläche des Elementaufbaus, die bezüglich des Festelektrolytkörpers zur Heizung entgegengesetzt liegt; Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials auf dem Elementaufbau, so dass der Gaseinlass und die Maskenschicht mit dem Schutzschichtformmaterial bedeckt sind; Durchführen einer Wärmebehandlung für das Schutzschichtformmaterial, damit das Schutzschichtformmaterial zu der porösen Schutzschicht wird, so dass der Gasmesselektrode gestattet wird, dem durch die poröse Schutzschicht gehenden Messgas indirekt ausgesetzt zu sein; und Entfernen der Maskenschicht und der auf der Maskenschicht aufgebrachten porösen Schutzschicht von dem Elementaufbau, so dass zumindest dem Teil der bestimmten, bezüglich des Festelektrolytkörpers zur Heizung entgegengesetzt liegenden Oberfläche des Elementaufbaus gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Heizung ein Heizungssubstrat und ein in oder auf dem Heizungssubstrat angeordnetes Heizelement aufweist, das Heizungssubstrat einen Seiteneckbereich hat, der sich in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung ist, auf einer Seiteneckfläche des Elementaufbaus befindet und längs einer dritten Richtung verläuft, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zweiten Richtung ist, so dass er längs der zweiten Richtung an das Heizelement angrenzt, der Schritt Ausbilden der Maskenschicht beinhaltet, die Maskenschicht auf zumindest einem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats auszubilden, und der Schritt Entfernen der Maskenschicht beinhaltet, die Maskenschicht derart zu entfernen, dass zumindest dem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt Ausbilden der Maskenschicht auf zumindest dem Abschnitt des Seiteneckbereichs beinhaltet, die Maskenschicht auf dem gesamten Seiteneckbereich auszubilden, und der Schritt Entfernen der Maskenschicht beinhaltet, die Maskenschicht derart zu entfernen, dass dem gesamten Seiteneckbereich des Heizungssubstrats gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt Ausbilden einer Maskenschicht Folgendes beinhaltet: Aufbringen der Maskenschicht auf ein Auflagenmaterial mit hoher Flexibilität; und Übertragen der Maskenschicht des Auflagenmaterials auf zumindest den Teil der bestimmten, entgegengesetzt zur Heizung liegenden Oberfläche des Elementaufbaus.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt Ausbilden einer Maskenschicht Folgendes beinhaltet: Tränken eines Filzelements mit der Maskenschicht; und Aufbringen der Maskenschicht des Filzelements auf zumindest den Teil der bestimmten, entgegengesetzt zur Heizung liegenden Oberfläche des Elementaufbaus.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Maskenschicht aus Harz gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt Ausbilden einer Maskenschicht Folgendes beinhaltet: Aufbringen eines durch Ultraviolettstrahlung aushärtenden Harzes auf zumindest den Teil der bestimmten, zur Heizung entgegengesetzt liegenden Oberfläche des Elementaufbaus; und Bestrahlen des durch Ultraviolettstrahlung aushärtenden Harzes mit Ultraviolettstrahlung, um das durch Ultraviolettstrahlung aushärtende Harz auszuhärten, damit das durch Ultraviolettstrahlung aushärtende Harz zur Maskenschicht wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt Ausbilden einer Maskenschicht Folgendes beinhaltet: Auftragen der Maskenschicht, die Acrylharz oder α-Terpineol als Hauptbestandteil und einen Farbstoff enthält, auf zumindest dem Teil der bestimmten, entgegengesetzt zur Heizung liegenden Oberfläche des Elementaufbaus.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials Folgendes beinhaltet: Bilden des Schutzschichtformmaterials in einem Schlämmezustand; Eintauchen des Elementaufbaus in das Schutzschichtformmaterial, um das Schutzschichtformmaterial auf der gesamten Oberfläche des Elementaufbaus aufzubringen; und Trocknen des auf dem Elementaufbau aufgebrachten Schutzschichtformmaterials.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt Durchführen einer Wärmebehandlung Folgendes beinhaltet: Backen des auf den Gaseinlass aufgebrachten Schutzschichtformmaterials bei einer von 500 bis 1000°C reichenden Temperatur, damit das Schutzschichtformmaterial zu der porösen Schutzschicht wird; und Abbrennen der Maskenschicht.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt Entfernen der Maskenschicht ein Entfernen der Maskenschicht und der porösen Schutzschicht beinhaltet, indem auf die Maskenschicht und die poröse Schutzschicht ein Luftstoß oder Vibration aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers, der einem Messgas auszusetzen ist, mit den Schritten: Zusammenbauen eines Elementaufbaus aus einem Festelektrolytkörper, durch den Sauerstoffionen gehen können und der zwei Oberflächen hat, die zueinander längs einer ersten Richtung entgegengesetzt sind, einer Gasmesselektrode, die auf einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und dem Messgas ausgesetzt ist, das an einem Gaseinlass des Elementaufbaus eindringt, einer Bezugsgaselektrode, die auf der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und einem Bezugsgas ausgesetzt ist, und einer Heizung, die auf oder nahe an dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, so dass sie einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers zugewandt ist, wobei die Heizung den Festelektrolytkörper erhitzt; und Ausbilden einer porösen Schutzschicht auf dem Elementaufbau, wobei der Schritt Ausbilden der porösen Schutzschicht Folgendes umfasst: Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials auf zumindest dem Gaseinlass des Elementaufbaus, so dass zumindest ein Teil einer bestimmten Fläche des Elementaufbaus, die bezüglich des Festelektrolytkörpers entgegengesetzt zur Heizung liegt, nicht mit dem Schutzschichtformmaterial bedeckt ist; und Durchführen einer Wärmebehandlung für das Schutzschichtformmaterial, damit das auf zumindest dem Gaseinlass aufgebrachte Schutzschichtformmaterial zu der porösen Schutzschicht wird, so dass der Gasmesselektrode gestattet wird, dem durch die poröse Schutzschicht gelassenen Messgas indirekt ausgesetzt zu sein, und dass zumindest dem Teil der bestimmten, bezüglich des Festelektrolytkörpers entgegengesetzt zur Heizung liegenden Oberfläche des Elementaufbaus gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein, wobei die Heizung ein Heizungssubstrat und ein in oder auf dem Heizungssubstrat angeordnetes Heizelement aufweist, das Heizungssubstrat einen Seiteneckbereich hat, der sich in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung ist, auf einer Seiteneckfläche des Elementaufbaus befindet und längs einer dritten Richtung verläuft, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zweiten Richtung ist, so dass er längs der zweiten Richtung an das Heizelement angrenzt, der Schritt Aufbringen des Schutzschichtformmaterials beinhaltet, das Schutzschichtformmaterial derart aufzubringen, dass zumindest ein Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats nicht mit dem Schutzschichtformmaterial bedeckt ist; und der Schritt Durchführen einer Wärmebehandlung beinhaltet, die Wärmebehandlung derart zu durchzuführen, dass zumindest dem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Schritt Aufbringen des Schutzschichtformmaterials beinhaltet, das Schutzschichtformmaterial derart aufzubringen, dass der Seiteneckbereich des Heizungssubstrats nicht mit dem Schutzschichtformmaterial bedeckt ist, und der Schritt Durchführen der Wärmebehandlung beinhaltet, die Wärmebehandlung derart durchzuführen, dass dem gesamten Seiteneckbereich des Heizungssubstrats gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Schritt Aufbringen des Schutzschichtformmaterials beinhaltet, das Schutzschichtformmaterial mittels eines Spenders auf zumindest dem Gaseinlass des Elementaufbaus aufzutragen.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Schritt Aufbringen des Schutzschichtformmaterials beinhaltet, das von einer Düse abgegebene Schutzschichtformmaterial auf zumindest den Gaseinlass des Elementaufbaus aufzusprühen.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Schritt Aufbringen eines Schutzschichtformmaterials Folgendes beinhaltet: Aufbringen des Schutzschichtformmaterials auf ein Auflagematerial mit hoher Flexibilität; und Übertragen des Schutzschichtformmaterials des Auflagematerials auf zumindest den Gaseinlass des Elementaufbaus.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Schritt Aufbringen des Schutzschichtformmaterials beinhaltet, das Schutzschichtformmaterial auf zumindest den Gaseinlass des Elementaufbaus gemäß einem Siebdruckvorgang aufzubringen.
Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers, der einem Messgas auszusetzen ist, mit den Schritten: Zusammenbauen eines Elementaufbaus aus einem Festelektrolytkörper, durch den Sauerstoffionen gehen können und der zwei Oberflächen hat, die zueinander längs einer ersten Richtung entgegengesetzt sind, einer Gasmesselektrode, die auf einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und dem Messgas ausgesetzt ist, das an einem Gaseinlass des Elementaufbaus eindringt, einer Bezugsgaselektrode, die auf der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers angeordnet ist und einem Bezugsgas ausgesetzt ist, und einer Heizung, die auf oder nahe an dem Festelektrolytkörper angeordnet ist, so dass sie einer der Oberflächen des Festelektrolytkörpers zugewandt ist, wobei die Heizung den Festelektrolytkörper erhitzt; und Ausbilden einer porösen Schutzschicht auf dem Elementaufbau, wobei der Schritt Ausbilden der porösen Schutzschicht Folgendes umfasst: Aufbringen der porösen Schutzschicht auf sowohl dem Gaseinlass des Elementaufbaus als auch auf zumindest einem Teil einer bestimmten Oberfläche des Elementaufbaus, die bezüglich des Festelektrolytkörpers entgegengesetzt zur Heizung liegt; Entfernen eines Abschnitts der porösen Schutzschicht, die auf zumindest einem Teil der bestimmten Oberfläche des Elementaufbaus angeordnet ist, so dass zumindest dem Teil der bestimmten Oberfläche des Elementaufbaus gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein, und dass der Gasmesselektrode gestattet wird, dem durch die poröse Schutzschicht gehenden Messgas indirekt ausgesetzt zu sein; und Durchführen einer Wärmebehandlung für die poröse Schutzschicht, wobei die Heizung ein Heizungssubstrat und ein in oder auf dem Heizungssubstrat angeordnetes Heizelement aufweist, das Heizungssubstrat einen Seiteneckbereich hat, der sich in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung ist, auf einer Seiteneckfläche des Elementaufbaus befindet und längs einer dritten Richtung verläuft, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zweiten Richtung ist, so dass er längs der zweiten Richtung an das Heizelement angrenzt, der Schritt Aufbringen der porösen Schutzschicht beinhaltet, die poröse Schutzschicht auf zumindest einem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats aufzubringen, und der Schritt Entfernen des Abschnitts der porösen Schutzschicht beinhaltet, die poröse Schutzschicht derart zu entfernen, dass zumindest dem Abschnitt des Seiteneckbereichs des Heizungssubstrats gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt Aufbringen der porösen Schutzschicht beinhaltet, die poröse Schutzschicht auf dem gesamten Seiteneckbereich des Heizungssubstrats aufzubringen, und der Schritt Entfernen der porösen Schutzschicht beinhaltet, die poröse Schutzschicht derart zu entfernen, dass dem gesamten Seiteneckbereich des Heizungssubstrats gestattet wird, dem Messgas direkt ausgesetzt zu sein.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt Entfernen des Abschnitts der porösen Schutzschicht Folgendes beinhaltet: Abtrennen des Abschnitts der porösen Schutzschicht mit Hilfe eines wasserfesten Sandpapiers, das auf einer Schleifvorrichtung steckt.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt Entfernen des Abschnitts der porösen Schutzschicht Folgendes beinhaltet: Abtrennen des Abschnitts der porösen Schutzschicht mit Hilfe eines elastischen Schleifwerkzeugs, das aus einem elastischen Schaumkörper gebildet ist, der Schleifkörner enthält.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt Entfernen des Abschnitts der porösen Schutzschicht Folgendes beinhaltet: Abtrennen des Abschnitts der porösen Schutzschicht mit Hilfe einer riemenförmigen Schleifvorrichtung, wobei an einer Oberfläche eines riemenförmigen Elements Schleifkörner aufgebracht sind.