DE102009017340A1

DE102009017340A1 - Laminiertes Gassensorelement und Gassensor

Info

Publication number: DE102009017340A1
Application number: DE102009017340A
Authority: DE
Inventors: Shin Nagoya-shi Yoshida; Nobuo Nagoya-shi Furuta; Yuya Nagoya-shi Nakayama
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2029-04-15
Also published as: JP4996527B2; CN101561413A; JP2009257817A; DE102009017340B4; US20090255812A1; CN101561413B; US8038861B2

Abstract

Ein sich in eine Längsrichtung erstreckendes laminiertes Gassensorelement weist einen Detektionsbereich auf und umfasst ferner einen plattenartigen Elementkörper, welcher eine Heizschicht, die einen eingebetteten Widerstandsheizköprer aufweist und eine an die Heizschicht laminierte Detektionsschicht aufweist, und eine horizontale Oberfläche senkrecht zu der Laminierungsrichtung; und eine poröse Schutzschicht, welche die vertikale Oberfläche und die horizontale Oberfläche des den Detektionsbereich bereitstellenden Elementkörpers beschichtet, wobei eine Dicke der auf der vertikalen Oberfläche ausgebildeten Schutzschicht dicker ist als eine Dicke der auf der horizontalen Oberfläche ausgebildeten Schutzschicht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein laminiertes Gassensorelement und einen Gassensor, welcher das laminierte Gassensorelement beinhaltet.
2. Beschreibung des Standes der Technik:
Ein laminiertes Gassensorelement ist bekannt als ein Element eines Gassensors zur Messung einer Konzentration oder zum Detektieren einer speziellen Gaskomponente, welche im Auspuffgas eines Verbrennungsmotors enthalten ist. Da ein Festelektrolyt, wie beispielsweise Zirconiumdioxid, welcher in diesem laminierten Gassensorelement zum Einsatz kommt, bei einer hohen Temperatur von 300°C oder mehr aktiv wird, wird der Festelekrolyt normalerweise in einem Zustand verwendet, in welchem er durch einen an den Festelektrolyt laminierten Heizer geheizt wird. Wenn in einem zu messenden Gas enthaltene Öltropfen oder Wassertropfen an dem Gassensorelement anhaften, dann ergeben sich daraus manchmal Risse, welche aufgrund des thermischen Schocks auftreten. Zur Lösung dieses Problems ist eine Technik bekannt, bei welcher ein Detektionsbereich des Gassensorelements, welcher dem zu messenden Gas ausgesetzt ist, durch eine poröse Schutzschicht geschützt ist. Zum Beispiel ist eine Technik bekannt, welche das Auftreten von Rissen dadurch verhindert, dass eine Schutzschicht an den Ecken eines Gassensorelements dicker ist (siehe Druckschrift 1). Auch ist eine Technik bekannt, welche eine Volumenzunahme und thermischen Schock durch Reduzieren der Dimension einer horizontalen Weite der einen Detektionsbereich aufweisenden Oberseite eines Gassensorelements unter die Dimension eines anderen Bereichs und durch Beschichten einer Oberfläche entlang einer Laminierungsrichtung mit einer Schutzschicht unterdrückt (siehe Druckschrift 2).

Druckschrift 1: JP-A-2003-322632
Druckschrift 2: JP-A-2006-343297

3. Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Jedoch haben die oben beschriebenen Techniken einige Nachteile. Wie die Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden haben, tendieren Risse dazu, an einem Grenzbereich zwischen den Schichten, welche ein Gassensorelement bilden, aufzutreten. Genauer gesagt, haften Öltropfen oder Wassertropfen in einem zu messenden Gases an den Grenzbereich an, wenn keine Schutzschicht an dem Grenzbereich ausgebildet ist und der Grenzbereich frei liegt, oder keine Schutzschicht mit ausreichender Dicke an dem Grenzbereich angeordnet ist. Daraus ergibt sich, dass aufgrund einer Differenz in der thermischen Kontraktion zwischen benachbarten Schichten ein thermischer Schock wirkt, und manchmal in den Schichten ein Riss auftritt. Auf der anderen Seite können die oben beschriebenen Risse durch Verdicken einer Schutzschicht unterdrückt werden. Mit zunehmender Dicke der Schutzschicht ergibt dies jedoch eine Zunahme des Volumens. Demzufolge ist eine lange Aktivierungszeit nötig, um das Sensorelement auf eine vorbestimmte (Aktivierungs-)Temperatur zu heizen, bei welcher der Festelektrolyt aktiv wird. Genauer gesagt, wird die höhere Aktivierungstemperatur für die schnelle Inbetriebnahme eines Gassensors zu einem Hemmfaktor.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme des Standes der Technik zu lösen und das Auftreten von Rissen aufgrund von thermischem Schock an einem Grenzbereich zu unterdrücken, während eine Zunahme des Volumens durch eine Zunahme in der Dicke einer Schutzschicht bei einem laminierten Gassensorelement begrenzt wird.
Das oben genannte Ziel der vorliegenden Erfindung wird entsprechend einem ersten Aspekt (1) dadurch erreicht, dass ein laminiertes Gassensorelement bereitgestellt wird, welches sich in eine Längsrichtung erstreckt und einen Detektionsbereich zum Detektieren eines bestimmten Gases an einer Vorderendseite des laminierten Gassensorelements aufweist, dieses umfassend: Einen langen plattenartigen Elementkörper, welcher eine Heizschicht, die einen eingebetteten Widerstandsheizkörper aufweist, und eine Detektionsschicht umfasst, welche ein Paar von Elektroden aufweist und an die Heizschicht laminiert ist, wobei die Detektionsschicht eine vertikale Oberfläche entlang einer Richtung der Laminierung und eine horizontale Oberfläche senkrecht zu der Richtung der Laminierung aufweist; und eine poröse Schutzschicht, welche die den Detektionsbereich bildende vertikale Oberfläche und die den Detektionsbereich bildende horizontale Oberfläche des Elementkörpers beschichtet, wobei eine Dicke (t1) der Schutzschicht, welche auf der vertikalen Oberfläche ausgebildet ist, dicker ist als eine Dicke (t2) der Schutzschicht, welche auf der horizontalen Oberfläche ausgebildet ist.
Bei dem laminierten Gassensorelement (1) entsprechend dem ersten Aspekt wird eine Schutzschicht, welche eine vertikale Oberfläche, die einen für Risse aufgrund von thermischem Schock anfälligen freiliegenden Grenzbereich aufweist, dicker gemacht als eine Schutzschicht, welche eine horizontale Oberfläche beschichtet. Auf diese Art treten Wassertropfen durch die Poren der dickeren Schutzschicht, welche die vertikale Oberfläche beschichtet, langsamer ein, als durch die dünnere Schutzschicht, welche die horizontale Oberfläche beschichtet, so dass ein in der vertikalen Oberfläche auftretender Temperaturgradient verringert und thermischer Schock unterdrückt werden kann. Darüber hinaus wird die Dicke der Schutzschicht der horizontalen Oberfläche dünner gemacht als die Dicke der Schutzschicht der vertikalen Oberfläche, und dadurch kann eine durch eine Zunahme der Schutzschicht bedingte Zunahme des Volumens unterdrückt werden und die Zeit, welche zum Erreichen einer Aktivierungstemperatur nötig ist, reduziert werden.
”Vertikale Oberfläche”, wie hierin verwendet, bezeichnet vier Oberflächen entlang einer Laminierungsrichtung des langen plattenartigen Elementkörpers, die ”horizontale Oberfläche”, wie hierin verwendet, bezeichnet zwei Oberflächen entlang einer Richtung senkrecht zu der Laminierungsrichtung des langen plattenartigen Elementkörpers.
In einer bevorzugten Ausführungsform (2) des laminierten Gassensorelements entsprechend dem ersten Aspekt (1) weist der Elementkörper eine Kante (ep) auf, welche die vertikale Oberfläche mit der horizontalen Oberfläche verbindet, wobei der Kantenbereich des Detektionsbereichs mit der Schutzschicht beschichtet ist, und es ist eine Dicke (t3) der auf dem Kantenbereich ausgebildeten Schutzschicht dünner als die Dicke (t1) der auf der vertikalen Oberfläche ausgebildeten Schutzschicht und dicker als die Dicke (t2) der auf der horizontalen Oberfläche ausgebildeten Schutzschicht. In dieser Ausführungsform ist die Dicke der Schutzschicht an dem Kantenbereich, in welchem Risse aufgrund des thermischen Schocks tendenziell eher auftreten als in der horizontalen Oberfläche, dicker als die Schutzschicht der horizontalen Oberfläche. Auf diese Art kann auf die Kantenbereiche wirkender thermischer Schock auch unterdrückt werden. Ferner bilden sich auf der vertikalen Oberfläche, welche einen freiliegenden Grenzbereich aufweist, leichter Risse aufgrund von thermischem Schock aus als auf dem Kantenbereich, so dass die Schutzschicht am Kantenbereich dünner ist als die Schutzschicht der vertikalen Oberfläche. Demzufolge kann eine durch eine Zunahme der Dicke der Schutzschicht bedingte Zunahme des Volumens unterdrückt werden und es kann auch die nötige Zeit zum Erreichen der Aktivierungstemperatur reduziert werden.
”Dicke der auf dem Kantenbereich ausgebildeten Schutzschicht”, wie hierin verwendet, bezeichnet einen Durchmesser eines virtuellen Kreises, welcher wenn auf einen Querschnitt entlang einer Laminierungsrichtung des Elementkörpers betrachtet, zwischen einer Oberfläche der Schutzschicht und dem Kantenbereich des Elementkörpers eingeschrieben ist. Auch bezeichnet ”Kantenbereich” den Bereich, welcher die vertikale Oberfläche mit der horizontalen Oberfläche verbindet. Der ”Kantenbereich” ist nicht begrenzt auf einen Teil einer Linie, an welcher sich zwei Oberflächen schneiden (das ist eine Kante), und umfasst auch einen Bereich, welcher eine Form einer gekrümmten Oberfläche aufweist, bei welcher zwei Oberflächen verbunden sind, wie beispielsweise bei einer R-Form.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform (3) des laminierten Gassensorelements entsprechend oben erwähnter Ausführungsform (1) oder (2), liegt die Dicke (t1) der Schutzschicht, welche die vertikale Oberfläche (vf) des Elementkörpers beschichtet, in einem Bereich von 300 µm bis 500 µm und die Dicke (t2) der Schutzschicht, welche die horizontale Oberfläche (hf) des Elementkörpers beschichtet, in einem Bereich von 150 µm bis 250 µm. In dieser Ausführungsform können Wassertropfen langsam in die Schutzschicht der vertikalen Oberfläche eintreten, während sie innerhalb der Poren der Schutzschicht dispergieren, so dass auf die vertikale Oberfläche wirkender thermischer Schock unterdrückt werden kann. Auch kann der auf die horizontale Oberfläche wirkende thermische Schock unterdrückt werden, während eine Volumenzunahme unterdrückt wird. Zusätzlich dazu gibt es Fälle, in denen auf die vertikale Oberfläche wirkender thermischer Schock nicht adäquat unterdrückt werden kann, wenn die Dicke der Schutzschicht, welche die vertikale Oberfläche des Elements beschichtet, kleiner ist als 300 µm. Es gibt auch Fälle, in denen sich die Aktivierungszeit aufgrund einer Volumenzunahme verlängert, wenn die Dicke größer ist als 500 µm. Auf der anderen Seite gibt es Fälle, in denen der auf die horizontale Oberfläche wirkende thermische Schock nicht adäquat unterdrückt werden kann, wenn die Dicke der Schutzschicht, welche die horizontale Oberfläche des Elements beschichtet, geringer ist als 150 µm.
In einer bevorzugten Ausführungsform (4) des laminierten Gassensorelements entsprechend der oben genannten Ausführungsform (1) oder (2) weist der Elementkörper einen nichtporösen Teil und einen an der horizontalen Oberfläche des Detektionsbereichs freiliegenden porösen Teil auf, wobei eine Dicke (t4) der den porösen Teil bedeckenden Schutzschicht dicker ist als die Dicke (t2) der den nichtporösen Teil bedeckenden Schutzschicht, und wobei die die Dicke (t4) aufweisende Schutzschicht, welche den porösen Teil beschichtet, derart angeordnet ist, dass sie eine Grenze zwischen dem porösen Teil und dem nichtporösen Teil überspannt. Wenn der poröse Teil und der nichtporöse Teil an der horizontalen Oberfläche angeordnet sind, treten Risse aufgrund thermischen Schocks tendenziell in dem porösen Teil oder an einem Grenzbereich zwischen dem porösen Teil und dem nichtporösen Teil auf. Da die den porösen Teil oder den Grenzbereich bedeckende Schutzschicht dicker ist als die den nichtporösen Teil bedeckende Schutzschicht, treten Wassertropfen jedoch langsamer ein, während sie innerhalb der Poren der dickeren Schutzschicht dispergieren, als in der dünneren Schutzschicht des nichtporösen Teils. Als Konsequenz kann ein in dem porösen Teil oder dem Grenzbereich auftretender Temperaturgradient verringert und thermischer Schock unterdrückt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (5) des laminierten Gassensorelements entsprechend der oben genannten Ausführungsform (4), liegen die Dicke (t4) der den porösen Teil des Elementkörpers bedeckenden Schutzschicht und die Dicke (t1) der die vertikale Oberfläche (vf) des Elementkörpers bedeckenden Schutzschicht in einem Bereich von 300 µm bis 500 µm. Auch liegt die Dicke (t2) der den nichtporösen Teil des Elementkörpers bedeckenden Schutzschicht in einem Bereich von 150 µm bis 250 µm. In dieser Ausführungsform treten Wassertropfen langsam in die Schutzschicht der vertikalen Oberfläche ein, während sie in den Poren der dickeren Schutzschicht dispergieren, so dass auf die vertikale Oberfläche wirkender thermischer Schock unterdrückt werden kann. Auch kann thermischer Schock in der horizontalen Oberfläche unterdrückt werden, während eine Zunahme des Volumens unterdrückt wird. Zusätzlich dazu gibt es Fälle, in denen auf die vertikale Oberfläche wirkender thermischer Schock nicht adäquat unterdrückt werden kann, wenn die Dicke der Schutzschicht, welche den porösen Teil und die vertikale Oberfläche des Elementkörpers beschichtet, geringer ist als 300 µm. Auch gibt es Fälle, in denen sich die Aktivierungszeit aufgrund einer Zunahme des Volumens verlängert, wenn die Dicke größer ist als 500 µm. Auf der anderen Seite gibt es Fälle, in denen auf die horizontale Oberfläche wirkender thermischer Schock nicht adäquat unterdrückt werden kann, wenn die Dicke der den porösen Teil des Elementkörpers bedeckenden Schutzschicht geringer ist als 150 µm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (6) des laminierten Gassensorelements entsprechend einer der oben genannten Ausführungsformen (1) bis (5) umfasst die Schutzschicht eine erste Schicht, welche die vertikale Oberfläche (vf) beschichtet, und eine zweite Schicht, welche eine Porosität aufweist, die größer ist als die Porosität der ersten Schutzschicht, wobei die zweite Schutzschicht die erste Schutzschicht und die horizontale Oberfläche (hf) beschichtet. In diesem Fall wird die erste Schutzschicht, welche eine Porosität aufweist, die geringer ist als die Porosität der die horizontale Oberfläche bedeckenden zweiten Schutzschicht, dazu verwendet, die vertikale Oberfläche zu bedecken. Auf diese Weise treten Wassertropfen durch die Poren der ersten Schutzschicht langsamer ein, als durch die zweite Schutzschicht, so dass ein in der vertikalen Oberfläche auftretender Temperaturgradient verringert und thermischer Schock weiter unterdrückt werden kann.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform (7) des laminierten Gassensorelements entsprechend der oben genannten Ausführungsform (6) ist die Dicke (t2a) der die erste Schutzschicht bedeckenden zweiten Schutzschicht gleich der Dicke (t1a) der zweiten Schutzschicht, welche die horizontale Oberfläche (hf) beschichtet. In dieser Ausführungsform kann das Auftreten von Rissen aufgrund thermalen Schocks durch die zweite Schutzschicht gleich(förmig)er Dicke leicht unterdrückt werden.
In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform (8) des laminierten Gassensorelements entsprechend der oben genanten Ausführungsform (6) oder (7), ist die Porosität der ersten Schutzschicht in einem Bereich von 30% bis 40% und die Porosität der zweiten Schutzschicht in einem Bereich von 40% bis 60%. In dieser Ausführungsform treten Wassertropfen langsamer durch die Poren der ersten Schutzschicht als durch die zweite Schutzschicht, so dass thermaler Schock unterdrückt werden kann. Zusätzlich dazu gibt es Fälle, in denen die erste Schutzschicht gegen ein Messgas, welches die erste Schutzschicht durchdringt, widerstandsfähig (resistent) wird, wenn die Porosität der ersten Schutzschicht geringer ist als 30%, so dass das Gas nicht mit hoher Genauigkeit detektiert werden kann. Auch gibt es Fälle, in denen Wassertropfen dazu tendieren, die Schutzschicht zu durchqueren, und auf die horizontale Oberfläche wirkender thermischer Schock nicht adäquat unterdrückt werden kann, wenn die Porosität der ersten Schutzschicht größer ist als 40%. Ferner gibt es Fälle, in denen Wassertropfen dazu tendieren, die Schutzschicht zu durchqueren, und auf die vertikale Oberfläche wirkender thermischer Schock unterdrückt werden kann, wenn die Porosität der zweiten Schutzschicht größer ist als 60%. In Einklang mit dieser Erfindung wird die Porosität durch eine Technik gemessen, welche in der Patentschrift US 7,329,844 beschrieben ist, deren dies bezügliche Offenbarung durch Verweis hierdurch aufgenommen wird.
Einem zweiten Aspekt (9) entsprechend wird das obige Ziel der Erfindung durch Bereitstellen eines laminierten Gassensorelements erreicht, welches sich in eine Längsrichtung erstreckt und einen Detektionsbereich zum Detektieren eines bestimmten Gases an einer Vorderendseite des laminierten Gassensorelements aufweist, wobei das laminierte Gassensorelement umfasst: Einen langen plattenartigen Elementkörper, welcher eine Heizschicht, die einen eingebetteten Widerstandsheizkörper aufweist, und eine Detektionsschicht umfasst, welche ein Paar von Elektroden aufweist und an die Heizschicht laminiert ist, wobei die Detektionsschicht eine vertikale Oberfläche (vf) entlang einer Richtung der Laminierung und eine horizontale Oberfläche (hf) senkrecht zu der Richtung der Laminierung aufweist; und eine poröse Schutzschicht, welche die vertikale Oberfläche (vf) und die horizontale Oberfläche (hf) des den Detektionsbereich bildenden Bereichs des Elementkörpers beschichtet, wobei die Schutzschicht eine erste Schutzschicht, welche die vertikale Oberfläche beschichtet, und eine zweite Schutzschicht umfasst, welche eine Porosität aufweist, welche größer ist als die Porosität der die horizontale Oberfläche bedeckenden ersten Schutzschicht.
In dem laminierten Gassensorelement (9) entsprechend dem zweiten Aspekt wird eine erste Schutzschicht, welche eine Porosität aufweist, welche geringer ist als die Porosität, welche eine die horizontale Oberfläche bedeckende zweite Schutzschicht aufweist, dazu verwendet, die vertikale Oberfläche zu bedecken, wobei die vertikale Oberfläche einen freiliegenden Grenzbereich aufweist, welcher anfällig ist für Risse aufgrund thermischen Schocks. Dadurch treten Wassertropfen langsamer durch die Poren der widerstandsfähigen ersten Schutzschicht als durch die Schutzschicht der horizontalen Oberfläche. Daraus ergibt sich, dass ein in der vertikalen Oberfläche auftretender Temperaturgradient verringert und thermischer Schock unterdrückt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform (10) des laminierten Gassensorelements (9) entsprechend dem zweiten Aspekt weist der Elementkörper einen nichtporösen Teil und einen porösen Teil auf, welcher an der horizontalen Oberflächen (hf) des Detektionsbereichs frei liegt, und ist die Oberseite des porösen Teils mit einer dritten Schutzschicht beschichtet, deren Porosität gleich der Porosität der ersten Schutzschicht ist, und wobei die dritte Schutzschicht derart angeordnet ist, dass sie eine Grenze zwischen dem porösen Teil und dem nichtporösen Teil überspannt. Wenn der poröse Teil und der nichtporöse Teil an der horizontalen Oberfläche angeordnet sind, treten Risse aufgrund thermischen Schocks tendenziell in dem porösen Teil oder an einer Grenze zwischen dem porösen Teil und dem nichtporösen Teil auf. Wassertropfen treten durch die Poren der dritten Schutzschicht jedoch langsamer hindurch als durch die zweite Schutzschicht, so dass thermischer Schock unterdrückt werden kann, da die dritte Schutzschicht, welche eine Porosität aufweist, die geringer ist als die Porosität einer zweiten Schutzschicht, derart angeordnet ist, dass sie den Grenzbereich überspannt.
In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform (11) des laminierten Gassensorelements entsprechend der Ausführungsform (9) oder (10) des zweiten Aspekts liegen die Porositäten der ersten Schutzschicht und der dritten Schutzschicht in einem Bereich von 30% bis 40% und die Porosität der zweiten Schutzschicht liegt in einem Bereich von 40% bis 60%. In diesem Fall treten Wassertropfen durch die Poren der widerstandsfähigen ersten oder dritten Schutzschicht langsamer hindurch als durch die zweite Schutzschicht, so dass thermischer Schock unterdrückt werden kann. Zusätzlich dazu gibt es Fälle, in denen diese Schichten gegen ein gemessenes Gas, welches sie durchquert, resistent werden und das Gas nicht mit hoher Genauigkeit detektiert werden kann, wenn die Porosität der ersten Schutzschicht oder der dritten Schutzschicht geringer ist als 30%. Auch gibt es Fälle, in denen Wassertropfen dazu tendieren, die Schutzschicht zu durchqueren und thermischer Schock in einer horizontalen Oberfläche nicht unterdrückt werden kann, wenn die Porosität der ersten Schutzschicht oder der dritten Schutzschicht größer ist als 40%. Ferner gibt es Fälle, in denen Wassertropfen dazu tendieren, die Schutzschicht zu durchqueren und auf die vertikale Oberfläche wirkender thermischer Schock nicht adäquat unterdrückt werden kann, wenn die Porosität der zweiten Schutzschicht größer ist als 60%.
In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform (12) des laminierten Gassensorelements entsprechend der Ausführungsform (9) oder (10) des zweiten Aspekts weist die erste Schutzschicht, die zweite Schutzschicht und die dritte Schutzschicht jede für sich eine Dicke im Bereich von 150 µm bis 250 µm auf. In diesem Fall treten Wassertropfen langsam in die Schutzschichten ein, während sie innerhalb der Poren der entsprechenden Schichten dispergieren, so dass thermischer Schock unterdrückt werden kann.
Die Erfindung kann in verschiedenen Aspekten vorliegen, anders als jene die oben beschrieben sind, und kann beispielsweise in der Form eines Gassensors vorliegen, welcher einen Gassensorelementkörper zum Detektieren eines Messgases umfasst, der in der Gestalt einer langen Platte durch Laminieren eines einen eingebetteten Widerstandsheizkörper aufweisenden Basismaterials und einer ein Paar von Elektroden aufweisenden Detektionsschicht ausgebildet ist und eine Aufnahme zur Halterung des Gassensorelementkörpers umfasst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Illustrative Aspekte der Erfindung werden mit Referenz zu den folgenden Figuren im Detail beschrieben, in welchen:
1 eine erläuternde Zeichnung darstellt, welche eine Konfiguration eines Luft-Treibstoff-Verhältnissensors 10 entsprechend einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine erklärende Zeichnung darstellt, welche eine Konfiguration eines Gassensorelements 100 entsprechend einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine illustrative Zeichnung darstellt, welche eine äußerliche Erscheinung eines Gassensorelements zeigt;
4 eine illustrative Zeichnung darstellt, welche die äußere Erscheinung des Gassensorelements zeigt, welches ein beschichtetes Detektionsteil 11 aufweist;
5 eine erläuternde Zeichnung darstellt, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 in 4 zeigt;
6 eine erläuternde Zeichnung darstellt, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 in 4 zeigt;
7 eine erläuternde Zeichnung darstellt, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 eines Gassensorelements entsprechend der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt;
8 eine erläuternde Zeichnung darstellt, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 in dem Gassensorelement entsprechend der zweiten beispielhaften Ausführungsform zeigt;
9 eine erläuternde Zeichnung darstellt, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 in einem Gassensorelement entsprechend einer dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt; und
10 eine erläuternde Zeichnung darstellt, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 in dem Gassensorelement entsprechend der dritten beispielhaften Ausführungsform zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird ein laminiertes Gassensorelement entsprechend der Erfindung und eine Konfiguration eines Luft-Treibstoff-Verhältnissensors, welcher ein das laminierte Gassensorelement umfassender Gassensor ist, basierend auf beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht als hierauf beschränkt angesehen werden.
A. Erste beispielhafte Ausführungsform
A1. Konfiguration eines Luft-Treibstoff-Verhältnissensors
1 ist eine erklärende Zeichnung, welche die Konfiguration eines Luft-Treibstoff-Verhältnissensors 10 als eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung zeigt. Der Luft-Treibstoff-Verhältnissensor 10 ist an einem Auspuffrohr von unterschiedlichen (internen) Verbrennungsmotoren oder eines Automobils befestigt und detektiert eine bestimmte Gaskomponente im Auspuffgas (zu messendes Gas). Der Luft-Treibstoff-Verhältnissensor 10 wird dazu verwendet, um eine Luft-Treibstoff-Verhältnisrückkopplungssteuerung in unterschiedlichen internen Verbrennungsmotoren durch Detektieren des bestimmten Gases auszuführen. Der Luft-Treibstoff-Verhältnissensor 10 umfasst ein Gassensorelement 100, eine Metallhülse 200, einen Verbindungsanschluss 300 und ein äußeres Rohr 400. Das Gassensorelement 100 wird nachstehend im Detail beschrieben.
Zusätzlich wird für die Beschreibung der ersten beispielhaften Ausführungsform die untere Seite der Papierebene von 1 als die ”Vorderendseite” und die obere Seite der Papierebene von 1 als die ”Hinterendseite” festgelegt.
Die Metallhülse 200 haltert das Gassensorelement 100 und schützt das Gassensorelement 100 vor externem Schock und hält das Gassensorelement 100 in einer vorbestimmten Position. Die Metallhülse 200 weist eine rohrförmige Gestalt auf und an der äußeren Oberfläche ist ein Schraubteil ausgebildet, um eine Befestigung an dem Auspuffrohr des internen Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Ferner umfasst die Metallhülse 200 auch ein Mundstück 220, dessen Innendurchmesser in der Metallhülse 200 an der Vorderendseite jenseits des Schraubteils 210 am kleinsten ist. Das Gassensorelement 100 ist mit einem Detektionsbereich 11, welcher nachstehend beschrieben wird und jenseits des Mundstücks 220 hervorragt, durch das Innere einer Röhre der Metallhülse 200 angeordnet. Zusätzlich dazu entspricht die Metallhülse 200 einer ”Aufnahme”, wie hierin beansprucht ist.
Ein ringförmiger Keramikhalter 231, ein erstes Füllpulver 232, ein zweites Füllpulver 233 und eine Keramikmanschette 234 werden von der Vorderendseite zwischen die Metallhülse 200 und das Gassensorelement 100 aufeinander folgend laminiert, um das Gassensorelement 100 zu positionieren. Ferner ist ein Füllkörper 235 zwischen der Keramikmanschette 234 und der Metallhülse 200 angeordnet, und ein Metallhalter 236 ist zwischen dem Keramikhalter 231 und der Metallhülse 200 angeordnet. Die Keramikmanschette 234 ist über den Füllkörper 235 in dem hinteren Ende 237 der Metallhülse 200 gequetscht.
Ein interner Schutz 241, durch welchen der Detektionsbereich 11 des Gassensorelements 100 abgedeckt ist, und ein äußerer Schutz 242, durch welchen wenigstens ein Teil der äußeren Oberfläche des internen Schutzes 241 abgedeckt ist, sind durch Schweißen, etc., mit dem Mundstück 220 der Metallhülse 200 verbunden. Der interne Schutz 241 und der äußere Schutz 242 sind aus einem Metall, wie beispielsweise Edelstahl, gebildet, wobei es mehrere Ausnehmungsbereiche 243 umfasst. Ein zu messendes Gas wird durch die Ausnehmungsbereiche 243 des internen Schutzes 241 und des äußeren Schutzes 242 in die Innenseite des Schutzes derart eingeführt, dass es mit dem Gassensorelement 100 in Kontakt kommt. Durch verschobene Stellungen der Ausnehmungsbereiche im internen Schutz 241 und dem äußeren Schutz 242 wird auch eine Situation vermieden, in welcher Wassertropfen oder Festkörper mit dem Gassensorelement 100 in direkten Kontakt kommen.
Der Verbindungsanschluss 300 ist mit einem ersten Elektrodenanschlussbereich 119c, einem zweiten Elektrodenanschlussbereich 119d, einem dritten Elektrodenanschlussbereich 119e und heizseitigen Elektrodenanschlussbereichen 124 des nachstehend beschriebenen Gassensorelements 100 elektrisch verbunden. Der Verbindungsanschluss 300 ist mit Leitungsdrähten 310 verbunden und der Verbindungsanschluss 300 überträgt ein elektrisches Signal mittels der Leitungsdrähte 310 an eine Steuerung (nicht dargestellt), wobei das Signal bei Detektion eines Gases durch das Gassensorelement 100 erzeugt wird.
Das äußere Rohr 400 hat eine rohrförmige Gestalt. Der Vorderendbereich ist an eine äußere Oberfläche der Metallhülse 200 befestigt und der Verbindungsbereich zwischen dem Gassensorelement 100 und dem Verbindungsanschluss 300 ist durch das äußere Rohr 400 abgedeckt. Ein rohrförmiges isolierendes Kontaktglied 410 ist innerhalb des äußeren Rohres angeordnet und es ist eine Verbindung zwischen dem Verbindungsanschluss 300 und dem Gassensorelement 100 innerhalb des isolierenden Kontaktglieds 410 hergestellt. Ein ringförmiges Halterungselement 420 befindet sich zwischen dem isolierenden Kontaktglied 410 und dem äußeren Rohr 400 und das isolierende Kontaktglied 410 ist innerhalb des äußeren Rohres 400 durch das Halterungselement 420 befestigt. Zum Dichten einer Öffnung des äußeren Rohres 400 ist ein Grommet 430 an der Hinterendseite des äußeren Rohres 400 angeordnet. Die Leitungsdrähte 310 sind mit der Steuerung durch das Grommet 430 verbunden.
A2. Konfiguration eines Gassensorelements
2 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Konfiguration des Gassensorelements 100 entsprechend der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt. Das Gassensorelement 100 ist in einer langen plattenartigen Gestalt durch Laminieren eines Detektionselements 110 und eines Heizers 120 ausgebildet. Zusätzlich dazu ist in 2 das Detektionselement 110 des Gassensorelements 100 als die ”obere Seite” und der Heizer 120 als die ”untere Seite” dargestellt. Auch ist die linke Seite der Papierebene in 2 als die ”Vorderendseite” und die rechte Seite der Papierebene als die ”Hinterendseite” bezeichnet. Durch Laminieren einer Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 110a und einer Sauerstoffpumpzelle 110b ist das Detektionselement 110 ausgebildet, so dass die Sauerstoffpumpzelle 110b in der oberen Seite gelegen ist und der Detektionsbereich 11 in der Vorderendseite ausgebildet ist. Das Gassensorelement 100 entspricht einem Elementkörper wie hierin beansprucht ist und das Detektionselement 110 entspricht einer Detektionsschicht und der Heizer 120 entspricht einer Heizschicht.
Die Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 110a umfasst eine erste Festelektrolytschicht 112, eine erste Elektrode 111a und eine zweite Elektrode 113a. Die erste Elektrode 111a ist derart angeordnet, dass sie der zweiten Elektrode 113a durch die Vorderendseite der ersten Festelektrolytschicht 112 gegenüberliegt. Die Hinterendseite der ersten Festelektrolytschicht 112 umfasst ein erstes Durchgangsloch 112c. Auch ist die erste Elektrode 111a in einer Rückoberfläche 112b (Unterseite) der ersten Festelektrolytschicht 112 derart angeordnet, dass sie mit einem ersten Substrat 121, wie nachstehend beschrieben, beschichtet ist. Auf der anderen Seite ist die zweite Elektrode 113a auf einer Frontoberfläche 112a (Oberseite) der ersten Festelektrolytschicht 112 derart angeordnet, dass sie zu einer Messkammer 114a, wie unten beschrieben, frei liegt. Zusätzlich dazu sind die erste Elektrode 111a und die zweite Elektrode 113a entsprechend mit einem ersten Leitungsbereich 111b und einem zweiten Leitungsbereich 113b, welche sich zu der Hinterendseite erstrecken, verbunden. Die Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 110a erzeugt eine Spannung wie ein Sauerstoffkonzentrationsbatterieelement entsprechend einer Differenz zwischen den Sauerstoffkonzentrationen in der ersten Elektrode 111a und der zweiten Elektrode 113a.
Die Sauerstoffpumpzelle 110b umfasst eine zweite Festelektrolytschicht 116, eine dritte Elektrode 115a und eine vierte Elektrode 117a. Die dritte Elektrode 115a ist derart angeordnet, dass sie der vierten Elektrode 117a über die Vorderendseite der zweiten Festelektrolytschicht 116 gegenüberliegt. Die Hinterendseite der zweiten Festelektrolytschicht 116 umfasst ein viertes Durchgangsloch 116c und ein fünftes Durchgangsloch 116d. Auch ist die dritte Elektrode 115a in einer Rückoberfläche 116b (untere Seite) der zweiten Festelektrolytschicht 116 derart angeordnet, dass sie zu der Messkammer 114a, wie unten beschrieben, frei liegt. Auf der anderen Seite ist die vierte Elektrode 117a auch in einer Frontoberfläche 116a (Oberseite) der zweiten Festelektrolytschicht 116 derart angeordnet, dass sie durch einen porösen Teil 118b, wie unten beschrieben, beschichtet wird. Zusätzlich dazu sind die dritte Elektrode 115a und die vierte Elektrode 117a mit einem dritten Leitungsbereich 115b und einem vierten Leitungsbereich 117b, welche sich zu der Hinterendseite erstrecken, entsprechend verbunden. Die Sauerstoffpumpzelle 110b bewegt Sauerstoff innerhalb der zweiten Festelektrolytschicht 116, wenn eine Potenzialdifferenz zwischen der vierten Elektrode 117a und der dritten Elektrode 115a angelegt wird. Das heißt, durch Bewegen des Sauerstoffs pumpt die Sauerstoffpumpzelle 110b Sauerstoff in die Messkammer 114a hinein und aus der Messkammer 114a heraus durch Bewegung des Sauerstoffs derart, dass eine durch die Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 110a erzeugte elektromotorische Kraft konstant wird (z. B. 450 mV). Dann gibt das Detektionselement 110 eine Luft-Treibstoffverhältnisinformation unter Verwendung eines Wertes (Stromwert) als Index eines Stromes aus, welcher von der Sauerstoffpumpzelle 110b dazu benötigt wird, den Sauerstoff in die Messkammer 114a hinein und aus der Messkammer 114a heraus zu pumpen.
Die erste Festelektrolytschicht 112 und die zweite Festelektrolytschicht 116 sind aus einem gesinterten Körper aus teilweise stabilisiertem Zirconiumdioxid gefertigt, welcher dadurch gebildet wird, dass Yttriumoxid (Y₂O₃) oder Kalziumoxid (CaO) als Stabilisierungsmittel zu Zirconiumdioxid (ZrO₂) hinzugefügt werden.
Auch können die erste Elektrode 111a, die zweite Elektrode 113a, die dritte Elektrode 115a, die vierte Elektrode 117a, der erste Leitungsbereich 111b, der zweite Leitungsbereich 113b, der dritte Leitungsbereich 115b und der vierte Leitungsbereich 117b jeweils aus Platingruppenelementen gebildet sein, vorzugsweise aus Platin (Pt), Rhodium (Rh) oder Palladium (Pd). Ferner können eine jede der oben beschriebenen Elektroden 111a, 113a, 115a, 117a und ein jeder der oben beschriebenen Leitungsbereiche 111b, 113b, 115b, 117b aus einer Art von Material oder aus zwei oder mehr Arten von Materialien gebildet sein.
Das Detektionselement 110 ist ferner durch Laminieren der Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 110a und der Sauerstoffpumpzelle 110b über eine isolierende Schicht 114 und auch durch Anordnen einer Schutzschicht 118 auf einer oberen Oberfläche der Sauerstoffpumpzelle 110b gebildet.
Die isolierende Schicht 114 umfasst die Messkammer 114a, welche zwischen der ersten Festelektrolytschicht 112 und der zweiten Festelektrolytschicht 116 angeordnet ist, und ferner eine Diffusion-Begrenzungsschicht 114b zur Diffusion und zum Begrenzen eines Messgases von außerhalb des Gassensorelements 100 und um es dem Messgas zu ermöglichen, in die Messkammer 114a einzudringen. Das hintere Ende der isolierenden Schicht 114 umfasst ferner ein zweites Durchgangsloch 114c und ein drittes Durchgangsloch 114d. Die isolierende Schicht ist nicht besonders beschränkt, solange die Schicht ein keramik-gesinterter Körper mit isolierenden Eigenschaften ist und aus Oxydsystemkeramiken, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Mullit, ausgebildet sein kann. Auch ist die Diffusion-Begrenzungsschicht 114b nicht besonders beschränkt, solange die Schicht ein poröser Körper ist und aus einem porösen Körper wie beispielsweise aus Aluminiumoxid gebildet werden kann.
Die Schutzschicht 118 umfasst einen Körperteil 118a, einen porösen Teil 118b, ein sechstes Durchgangsloch 118c, ein siebentes Durchgangsloch 118d und ein achtes Durchgangsloch 118e. Der poröse Teil 118b ist in einem Ausnehmungsbereich angeordnet, durch welchen das Gas außerhalb des Gassensorelements 100 mit der vierten Elektrode 117a in Kontakt treten kann, wobei der Ausnehmungsbereich in dem Körperteil 118a einer oberen Oberfläche der vierten Elektrode 117a angeordnet ist. Das sechste Durchgangsloch 118c, das siebte Durchgangsloch 118d und das achte Durchgangsloch 118e sind an dem hinteren Ende des Körperteils 118a der Schutzschicht 118 angeordnet, und ein erster Elektrodenanschlussbereich 119c, ein zweiter Elektrodenanschlussbereich 119d und ein dritter Elektrodenanschlussbereich 119e sind auf oberen Oberflächen eines jeden der Durchgangslöcher derart angeordnet, dass jedes der Durchgangslöcher beschichtet ist. Die oben beschriebenen Elektrodenanschlussbereiche 119c, 119d und 119e können aus Platingruppenelementen, vorzugsweise Platin (Pt), Rhodium (Rh) oder Palladium (Pd), gebildet sein. Die oben beschriebenen Elektrodenanschlussbereiche 119c, 119d und 119e können aus einer Art von Material oder aus zwei oder mehr Arten von Materialien gebildet sein.
Zusätzlich dazu ist der erste Leitungsbereich 111b mit dem ersten Elektrodenanschlussbereich 119c durch das erste Durchgangsloch 112c, das zweite Durchgangsloch 114c, das vierte Durchgangsloch 116c und das sechste Durchgangsloch 118c verbunden. Auch ist der zweite Leitungsbereich 113b mit dem zweiten Elektrodenanschlussbereich 119d durch das dritte Durchgangsloch 114d, das fünfte Durchgangsloch 116d und das siebte Durchgangsloch 118d verbunden. Der dritte Leitungsbereich 115b ist mit dem zweiten Elektrodenanschlussteil 119d durch das fünfte Durchgangsloch 116d und das siebte Durchgangsloch 118d verbunden. Der vierte Leitungsbereich 117b ist mit dem dritten Elektrodenanschlussbereich 119e durch das achte Durchgangsloch 118e verbunden.
Der Heizer 120 umfasst ein erstes Substrat 121, ein zweites Substrat 123 und einen Widerstandsheizkörper 122. Das erste Substrat 121 und das zweite Substrat 123 sind aus plattenartigen Elementen unter Verwendung von Aluminiumoxid als Hauptkörper derart ausgebildet, dass der Widerstandsheizkörper 122 mit dem ersten Substrat 121 der oberen Seite zuwandt dazwischen gelegt ist. Die Hinterendseite des zweiten Substrats 123 umfasst heizseitige Durchgangslöcher 123c und die unteren Oberflächen der heizseitigen Durchgangslöcher 123c umfassen heizseitige Elektrodenanschlussbereiche 124. Der Widerstandsheizkörper 122 umfasst ein Heizteil 122d, welches am oberen Ende angeordnet ist, und ein Paar von Heizleitungsteilen 122c, welche sich von dem Heizteil 122d zu der hinteren Seite des Gassensorelements 100 erstrecken. Die Heizleitungsteile 122c sind mit den heizseitigen Elektrodenanschlussbereichen 124 durch die heizseitigen Durchgangslöcher 123c, welche in dem zweiten Substrat angeordnet sind, verbunden.
Der Widerstandsheizkörper 122 und die heizseitigen Elektrodenanschlussteile 124 können aus Platingruppenelementen, vorzugsweise Platin (Pt), Rhodium (Rh) oder Palladium (Pd), gebildet sein. Der Widerstandsheizkörper 122 und die heizseitigen Elektrodenanschlussbereiche 124 können aus einer Art von Material oder aus zwei oder mehr Arten von Materialien gebildet sein.
Um Hitzebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bereitzustellen, sind die erste Elektrode 111a, die zweite Elektrode 113a, die dritte Elektrode 115a, die vierte Elektrode 117a, der erste Leitungsbereich 111b, der zweite Leitungsbereich 113b, der dritte Leitungsbereich 115b und der vierte Leitungsbereich 117b, der erste Elektrodenanschlussbereich 119c, der zweite Elektrodenanschlussbereich 119d und der dritte Elektrodenanschlussbereich 119e, der Widerstandsheizkörper 122 und die heizseitigen Elektrodenanschlussbereiche 124 zusätzlich dazu vorzugsweise aus Platin gebildet, wobei Platin eine Hauptkomponente darstellt. Zusätzlich zu der Hauptkomponente aus Platingruppenelementen ist ferner vorzugsweise eine Keramikkomponente hinzugefügt. Gute Befestigungseigenschaften sind dadurch gegeben, dass die Keramikkomponente vorzugsweise eine Komponente ähnlich einem Material ist, welches für einen Hauptkörper der laminierten Seite verwendet wird (beispielsweise ein Material, welches für einen Hauptkörper der ersten Festelekrolytschicht 112, der zweiten Festelekrolytschicht 116, des Körperteils 118a der Schutzschicht 118, des zweiten Substrats 123 verwendet wird).
A3. Die Beschichtung des Gassensorelements
3 zeigt eine illustrative Zeichnung, welche eine äußere Erscheinung des Gassensorelements darstellt. Eine äußere Oberfläche des Gassensorelements 100 umfasst eine vertikale Oberfläche vf, eine horizontale Oberfläche hf und einen Kantenbereich ep. Die vertikale Oberfläche vf ist eine Oberfläche entlang einer Laminierungsrichtung der Laminierung des Detektionselements 100 und des Heizers 120 unter den Komponenten des Gassensorelements 100. Die horizontale Oberfläche hf ist die oberste Oberfläche des Detektionselements 110 und die unterste Oberfläche des Heizers 120 unter den Komponenten des Gassensorelements 100. Der Kantenbereich ep verbindet die vertikale Oberfläche und die horizontale Oberfläche und ist in einer Liniengestalt oder einer Oberflächengestalt ausgebildet. Die Vorderendseite des Gassensorelements 100 fungiert als Detektionsbereich 11, um durch die Diffusions-Beschränkungsschicht 114b ein zu messendes Gas in die Messkammer 114a einzuführen und ein bestimmtes Gas, wie Sauerstoff, zu detektieren.
Im Betrieb wird der Detektionsbereich 11 durch den Heizer 120 beheizt und weist eine hohe Temperatur von 300°C oder mehr auf. Daraus ergibt sich, dass ein Riss aufgrund von thermischem Schock auftreten kann, wenn Öltropfen oder Wassertropfen eines Messgases anhaften. Auf der anderen Seite sind die vertikale Oberfläche vf, die horizontale Oberfläche hf und der Kantenbereich ep des Gassensorelements 100 in einer Umgebung des Detektionsbereichs 11 durch ein Beschichtungsteil 130 beschichtet. 4 ist eine illustrative Zeichnung, welche ein äußeres Erscheinungsbild des Gassensorelements, bei welchem der Detektionsbereich 11 beschichtet ist, darstellt. Zusätzlich dazu entspricht das Beschichtungsteil 130 einer Schutzschicht, wie hierin beansprucht ist.
Das Beschichtungsteil 130 wird durch Bereiten einer Schlemme ausgebildet, welche aus Spinellpulver, Titandioxidpulver und aus einem Aluminiumoxidsol bereitet ist. Die Schlemme wird auf eine Umgebung des Detektionsbereichs des Gassensorelements 100 aufgebracht und bei einer Kalzinationstemperatur von 1000°C über 3 Stunden (Kalzinationszeit) hitzebehandelt. Bei Anwenden der Schlemme kann zur Ausbildung der Beschichtung ein Spray, etc., verwendet werden.
5 zeigt eine erläuternde Zeichnung, welche eine Querschnittsansicht entlang der 5-5-Linie in 4 darstellt. 6 zeigt eine erläuternde Zeichnung, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 in 4 darstellt. Das Beschichtungsteil 130 ist derart ausgebildet, dass eine Beschichtungsdicke t1 auf der vertikalen Oberfläche vf dicker wird als eine Beschichtungsdicke t2 auf der horizontalen Oberfläche hf. Auch ist das Beschichtungsteil 130 derart ausgebildet, dass eine Beschichtungsdicke t3 auf dem Kantenbereich ep dünner wird als t1 und dicker wird als t2. Das Beschichtungsteil 130 ist ferner derart ausgebildet, dass eine Beschichtungsdicke t4 auf dem porösen Teil 118b dicker wird als die Beschichtungsdicke t2 auf der horizontalen Oberfläche hf und weiterhin ist das Beschichtungsteil 130 der Beschichtungsdicke t4 derart ausgebildet, dass es eine Grenze zwischen dem porösen Teil 118b und dem Körperteil 118a überspannt. Beschichtungsteile, welche verschiedene Beschichtungsdicken aufweisen, sind beispielsweise dadurch ausgebildet, dass die Schlemme auf das Gassensorelement eine unterschiedliche Anzahl von Malen zur Beschichtung angewandt wird. Beschichtungsteile, welche unterschiedliche Beschichtungsdicken aufweisen, sind ferner durch unterschiedliche Besprühzeiten ausgebildet.
Die Beschichtungsdicke t1 auf der vertikalen Oberfläche vf des Beschichtungsteils 130 liegt in einem Bereich von 300 µm bis 500 µm. Die Beschichtungsdicke t2 auf der horizontalen Oberfläche hf des Beschichtungsteils 130 liegt in einem Bereich von 150 µm bis 250 µm. Die Beschichtungsdicke t3 auf dem Kantenbereich ep des Beschichtungsteils 130 liegt in einem Bereich von 150 µm bis 500 µm. Die Beschichtungsdicke t4 in der Umgebung einer oberen Oberfläche des porösen Teils 118b des Beschichtungsteils 130 liegt in einem Bereich von 300 µm bis 500 µm. Zusätzlich dazu weist das Beschichtungsteil 130 eine Porosität aus einem Bereich von 40% bis 60% auf.
Entsprechend dem oben beschriebenen laminierten Gassensorelement der ersten beispielhaften Ausführungsform wird die Beschichtungsdicke t1 des Beschichtungsteils 130 auf der vertikalen Oberfläche vf, in welcher Risse aufgrund von thermischem Schock tendenziell auftreten, dicker gemacht als die Beschichtungsdicke t2 auf der horizontalen Oberfläche hf. Auf diese Art treten Wassertropfen langsamer durch die Poren des Beschichtungsteils auf der vertikalen Oberfläche als durch das Beschichtungsteil 130 auf der horizontalen Oberfläche hf. Ein auf der vertikalen Oberfläche auftretender Temperaturgradient kann ferner verringert und thermischer Schock in der vertikalen Oberfläche vf unterdrückt werden. Auch wird eine Dicke des Beschichtungsteils 130 der horizontalen Oberfläche hf dünner gemacht als die Dicke der vertikalen Oberfläche vf. Dadurch kann eine Volumenzunahme des Gassensorelements aufgrund der Beschichtung unterdrückt werden, während ein auf die horizontale Oberfläche hf wirkender thermischer Schock unterdrückt wird. Auch kann eine Zunahme der Zeit, welche dazu benötigt wird, den Detektionsteil des Gassensorelements auf eine Aktivierungstemperatur zu heizen, unterdrückt werden.
Entsprechend dem laminierten Gassensorelement der ersten beispielhaften Ausführungsform wird ferner die Beschichtungsdicke t3 des Beschichtungsteils 130 auf dem Kantenbereich ep, in welchem Risse aufgrund von thermischem Schock tendenziell auftreten, dicker gemacht als die Beschichtungsdicke t2 auf der horizontalen Oberfläche hf. Auf diese Art kann ein auf den Kantenbereich ep wirkender thermischer Schock weiter unterdrückt werden. Auch wird eine Dicke des Beschichtungsteils 130 der horizontalen Oberfläche hf dünner gemacht als die Dicke des Kantenbereichs ep. Dadurch kann eine Volumenzunahme des Gassensorelements unterdrückt werden, während ein auf die horizontale Oberfläche hf wirkender thermischer Schock unterdrückt wird.
Dem laminierten Gassensorelement der ersten beispielhaften Ausführungsform entsprechend wird die Beschichtungsdicke t4 des Beschichtungsteils 130 auf dem porösen Teil 118b dicker gemacht als die Beschichtungsdicke t2 auf der horizontalen Oberfläche hf. Ferner wird eine Grenze zwischen dem porösen Teil 118b und dem Körperteil 118a durch den bedeckenden Teil 130 mit Beschichtungsdicke t4 beschichtet. Dadurch kann ein auf den porösen Teil 118b oder an der Grenze zwischen dem porösen Teil 118b und dem Körperteil 118a wirkender thermischer Schock weiter unterdrückt werden. Auch wird eine Dicke des Beschichtungsteils 130 auf der horizontalen Oberfläche hf des Körperteils 118a dünner gemacht als die Dicke des porösen Teils 118b. Dadurch kann eine Volumenzunahme des Gassensorelements unterdrückt werden, während ein auf die horizontale Oberfläche wirkender thermischer Schock unterdrückt wird.
B. Zweite beispielhafte Ausführungsform
In einer zweiten beispielhaften Ausführungsform wird ein Gassensorelement 100 beschrieben, in welchem eine Beschichtungsdicke in der Umgebung eines Detektionsbereichs unter Verwendung von Beschichtungsteilen, welche unterschiedliche Porositäten aufweisen, variiert wird. Die äußere Erscheinung des Gassensorelements 100 entsprechend der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist ähnlich der des in 4 gezeigten Gassensorelements 100. In der zweiten beispielhaften Ausführungsform haben Komponenten, welche mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, wie jene der ersten beispielhaften Ausführungsform, die gleiche Funktion. Beschichtungsteile, welche unterschiedliche Porositäten aufweisen, sind beispielsweise unter Verwendung von einem Material (Schlemme, etc.) ausgebildet, welches unterschiedliche Partikeldurchmesser aufweist. Ferner werden Beschichtungsteile, welche unterschiedliche Porositäten aufweisen, dadurch ausgebildet, dass enthaltende Mengen an sublimierendem Material, welches in dem Material vorliegt, verändert werden. Im Fall, dass das Sensorelement durch Sprühen beschichtet wird, werden ferner unterschiedliche Porosität aufweisende Beschichtungsteile dadurch ausgebildet, dass eine Sprühzeit oder eine Distanz zwischen einem Sprayer und dem Gassensorelement variiert wird.
7 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 des Gassensorelements entsprechend der zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt. 8 zeigt eine erläuternde Zeichnung, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 des Gassensorelements entsprechend der zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt. In der zweiten beispielhaften Ausführungsform wird ein Beschichtungsteil 130 durch einen ersten Beschichtungsteil 131, einen zweiten Beschichtungsteil 132 und einen dritten Beschichtungsteil 133 konstruiert, wobei das erste Beschichtungsteil 131, das zweite Beschichtungsteil 132 und das dritte Beschichtungsteil 133 unterschiedliche Porositäten aufweisen. Der erste Beschichtungsteil 131 und der dritte Beschichtungsteil 133 können auch dieselbe Porosität aufweisen. In dem Gassensorelement 100 ist eine vertikale Oberfläche vf in der Umgebung des Detektionsteils mit dem ersten Beschichtungsteil 131 beschichtet. Auch ist in dem Gassensorelement 100 ein poröser Teil 118b mit dem dritten Beschichtungsteil 133 beschichtet, wobei dieser dritte Beschichtungsteil 133 derart angeordnet ist, dass er eine Grenze zwischen einem Körperteil 118a und dem porösen Teil 118b überspannt. Ferner sind in dem Gassensorelement 100 der erste Beschichtungsteil 131, der dritte Beschichtungsteil 133, ein Kantenbereich ep und eine horizontale Oberfläche hf in der Umgebung des Detektionsteils mit dem zweiten Beschichtungsteil 132 beschichtet. Die Porosität des zweiten Beschichtungsteils 132 ist im Bereich von 40% bis 60%, ähnlich dem Beschichtungsteil 130 der ersten Ausführungsform. Der erste Beschichtungsteil 131 und der dritte Beschichtungsteil 133 sind porös und die Porositäten des ersten Beschichtungsteils 131 und des dritten Beschichtungsteils 133 sind niedriger als die Porosität des zweiten Beschichtungsteils 132 und sind in einem Bereich von 30% bis 40%. Auch entspricht in der zweiten beispielhaften Ausführungsform der erste Beschichtungsteil 131 einer ersten Schutzschicht, der zweite Beschichtungsteil 132 einer zweiten Schutzschicht und der dritte Beschichtungsteil 133 einer dritten Schutzschicht.
Der zweite Beschichtungsteil 132 ist derart ausgebildet, dass eine Beschichtungsdicke t1a auf der vertikalen Oberfläche vf, eine Beschichtungsdicke t2a auf der horizontalen Oberfläche hf und eine Beschichtungsdicke t4a auf dem porösen Teil 118b jeweils dieselbe Dicke aufweisen. Auch sind der zweite Beschichtungsteil 132 und der erste Beschichtungsteil 131 derart ausgebildet, dass eine totale Beschichtungsdicke aus der Beschichtungsdicke t1b des ersten Beschichtungsteils 131 und der Beschichtungsdicke t1a des zweiten Beschichtungsteils 132 auf der vertikalen Oberfläche vf dicker wird als die Beschichtungsdicke t2a des zweiten Beschichtungsteils 132 auf der horizontalen Oberfläche hf. Der zweite Beschichtungsteil 132 und der erste Beschichtungsteil 131 sind ferner derart ausgebildet, dass eine Beschichtungsdicke t3a des zweiten Beschichtungsteils 132 auf dem Kantenbereich ep dünner wird als eine totale Beschichtungsdicke aus der Beschichtungsdicke t1b des ersten Beschichtungsteils 131 und der Beschichtungsdicke t1a des zweiten Beschichtungsteils 132 auf der vertikalen Oberfläche vf, und dicker wird als die Beschichtungsdicke t2a des zweiten Beschichtungsteils 132 auf der horizontalen Oberfläche hf. Der zweite Beschichtungsteil 132 und der dritte Beschichtungsteil 133 sind ferner derart ausgebildet, dass eine totale Beschichtungsdicke aus der Beschichtungsdicke t4b des dritten Beschichtungsteils 133 und der Beschichtungsdicke t4a des zweiten Beschichtungsteils 132 auf dem porösen Teil 118b dicker wird als die Beschichtungsdicke t2a des zweiten Beschichtungsteils 132 auf der horizontalen Oberfläche hf.
Die Beschichtungsdicke t1a auf der vertikalen Oberfläche vf des zweiten Beschichtungsteils 132, eine Beschichtungsdicke t2a auf der horizontalen Oberfläche hf und die Beschichtungsdicke t4a in der Umgebung einer oberen Oberfläche des porösen Teils 118b liegen in einem Bereich von 150 µm bis 250 µm.
Die totale Beschichtungsdicke aus der Beschichtungsdicke t1b des ersten Beschichtungsteils 131 und der Beschichtungsdicke t1a des zweiten Beschichtungsteils 132 auf der vertikalen Oberfläche vf liegt in einem Bereich von 300 µm bis 500 µm. Die Beschichtungsdicke t3a auf dem Kantenbereich ep des zweiten Beschichtungsteils 132 liegt in einem Bereich von 150 µm bis 500 µm. Die totale Beschichtungsdicke aus der Beschichtungsdicke t4b des dritten Beschichtungsteils 133 und der Beschichtungsdicke t4a des zweiten Beschichtungsteils 132 in einer Umgebung einer oberen Oberfläche des porösen Teils 118b liegt im Ganzen im Bereich von 300 µm bis 500 µm.
Entsprechend dem oben beschriebenen laminierten Gassensorelement der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist in dem Gassensorelement 100 die vertikale Oberfläche vf mit dem ersten Beschichtungsteil 131 derart beschichtet, dass ein auf die vertikale Oberfläche vf wirkender thermischer Schock unterdrückt werden kann. Entsprechend dem laminierten Gassensorelement der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist in dem Gassensorelement 100 ferner der poröse Teil 118b mit dem dritten Beschichtungsteil 133 beschichtet und der dritte Beschichtungsteil 133 ist derart ausgebildet, dass er den Körperteil 118a und den porösen Teil 118b überspannt. Auf diese Art kann ein auf den porösen Teil 118b und an der Grenze zwischen dem porösen Teil 118b und dem Körperteil 118a wirkender thermischer Schock unterdrückt werden.
Entsprechend dem laminierten Gassensorelement der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist es nicht notwendig, die Beschichtungsdicken in dem ersten Beschichtungsteil 131 und dem zweiten Beschichtungsteil 132 zu variieren, so dass es leicht ist, das laminierte Gassensorelement zu bilden und das Auftreten von Rissen und thermischem Schock leicht unterdrückt werden kann.
C. Dritte beispielhafte Ausführungsform
In einer dritten Ausführungsform wird ein Gassensorelement 100 beschrieben, in welchem die Umgebung eines Detektionsbereichs durch Verwenden von Beschichtungsteilen unterschiedlicher Porositäten beschichtet ist. Eine äußere Erscheinung des Gassensorelements 100 entsprechend der dritten beispielhaften Ausführungsform ist ähnlich der des in 4 gezeigten Gassensorelements 100. In der dritten beispielhaften Ausführungsform haben Komponenten, welche mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, wie jene der ersten und zweiten beispielhaften Ausführungsform, dieselbe entsprechende Funktion.
9 zeigt eine erläuternde Zeichnung, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 des Gassensorelements entsprechend der dritten beispielhaften Ausführungsform darstellt. 10 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 des Gassensorelements entsprechend der dritten beispielhaften Ausführungsform darstellt. In dem Gassensorelement 100 ist eine vertikale Oberfläche vf in der Umgebung des Detektionsbereichs mit einem ersten Beschichtungsteil 131 beschichtet. Auch ist in dem Gassensorelement 100 ein poröser Teil 118b mit einem dritten Beschichtungsteil 133 beschichtet, wobei dieser dritte Beschichtungsteil 133 derart ausgebildet ist, dass er eine Grenze zwischen einem Körperteil 118a und dem porösen Teil 118b überspannt. In dem Gassensorelement 100 ist ferner ein Kantenbereich ep und eine horizontale Oberfläche hf in der Umgebung des Detektionsbereichs mit einem zweiten Beschichtungsteil 132 beschichtet.
Der erste Beschichtungsteil 131, der zweite Beschichtungsteil 132 und der dritte Beschichtungsteil 133 sind derart ausgebildet, dass ein jeder dieselbe Dicke aufweist. Das zweite Beschichtungsteil 132 ist derart ausgebildet, dass sich eine Beschichtungsdicke t2c auf der horizontalen Oberfläche hf und eine Beschichtungsdicke t3c auf dem Kantenbereich ep angleichen. Der erste Beschichtungsteil 131 ist derart ausgebildet, dass sich eine Beschichtungsdicke t1c auf der vertikalen Oberfläche vf an die Beschichtungsdicke t2c auf der horizontalen Oberfläche hf des zweiten Beschichtungsteils 132 angleicht. Auch ist der dritte Beschichtungsteil 133 derart ausgebildet, dass sich eine Beschichtungsdicke t4c auf dem porösen Teil 118b an die Beschichtungsdicke t2c auf der horizontalen Oberfläche hf des zweiten Beschichtungsteils 132 angleicht. Auch befinden sich die Beschichtungsdicken des ersten Beschichtungsteils 131, des zweiten Beschichtungsteils 132 und des dritten Beschichtungsteils 133 im Bereich von 150 µm bis 250 µm.
Entsprechend dem laminierten Gassensorelement der oben beschriebenen dritten beispielhaften Ausführungsform ist in dem Gassensorelement 100 ein Bereich, in welchem Risse aufgrund von thermischem Schock tendenziell auftreten, mit dem ersten Beschichtungsteil 131 oder dem dritten Beschichtungsteil 133 beschichtet, welcher eine Porosität aufweist, welche kleiner ist als die Porosität des zweiten Beschichtungsteils 132. Daraus ergibt sich, dass thermischer Schock in dem Bereich, in welchem Risse tendenziell auftreten, ohne eine Änderung der Beschichtungsdicke weiter unterdrückt werden kann. Auch kann der auf einen jeden der Bereiche wirkende thermische Schock unterdrückt werden, während eine Volumenzunahme des Gassensors verhindert wird.
D. Modifiziertes Beispiel
Das laminierte Gassensorelement kann in verschiedenen modifizierten Ausführungsformen verwirklicht werden, ohne sich von dem vorliegenden Erfindungskonzept zu entfernen.
D1. Modifizierte Ausführungsform 1
In der ersten beispielhaften Ausführungsform sind die Beschichtungsdicken t2 auf der horizontalen Oberfläche hf des Beschichtungsteils 130 in der obersten Oberfläche des Detektionselements 110 und der untersten Oberfläche des Heizers 120 gleich, diese Schichtdicken können aber auch verschieden sein.
D2. Modifizierte Ausführungsform 2
In der ersten beispielhaften Ausführungsform ist der Beschichtungsteil 130 derart dargestellt, dass die Beschichtungsdicke t1 auf der vertikalen Oberfläche vf und die Beschichtungsdicke t4 in der Umgebung der oberen Oberfläche des porösen Teils 118b gleich sind, diese Dicken können aber auch verschieden sein.
D3. Modifizierte Ausführungsform 3
In der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist die vertikale Oberfläche vf in der Umgebung des Detektionsbereichs mit dem ersten Beschichtungsteil 131 beschichtet und die ganze Umgebung des porösen Teils 118b auf der oberen Oberfläche ist mit dem dritten Beschichtungsteil 133 beschichtet. Jedoch kann nur ein Teil des porösen Teils 118b und der vertikalen Oberfläche vf in der Umgebung des Detektionsbereichs beschichtet sein. Beispielsweise kann nur die Umgebung einer Laminierungsschnittstelle mit dem ersten Beschichtungsteil 131 beschichtet sein und die anderen Bereiche können mit dem zweiten Beschichtungsteil 132 beschichtet sein, wobei die Laminierungsschnittstelle eine gebundene Oberfläche von unterschiedlichen Elementen ist.
D4. Modifizierte Ausführungsform 4
In den oben genannten beispielhaften Ausführungsformen ist der Kantenbereich des Gassensorelements 100 als eine Oberfläche gebildet; er kann jedoch auch eine Linie sein, welche einen die vertikale Oberfläche vf und die horizontale Oberfläche hf verbindenden Bereich bildet. In diesem Fall kann die Beschichtungsdicke t3 auf dem Kantenbereich ep beispielsweise als eine Beschichtungsdicke auf einer Winkelhalbierenden zwischen der vertikalen Oberfläche vf und der horizontalen Oberfläche hf festgelegt werden.
D5. Modifizierte Ausführungsform 5
In den beispielhaften Ausführungsformen wird das Detektionselement 110 des Gassensorelements 100 durch Laminieren der Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 110a und der Sauerstoffpumpzelle 110b gebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch hierzu nicht beschränkt. Das Detektionselement 110 kann zum Beispiel nur aus einer Sauerstoffpumpzelle allein gebildet sein.
Die Erfindung kann in verschiedenen Modifizierungen anders als die oben beschriebenen Ausführungsformen und modifizierten Ausführungsformen verwirklicht sein und kann zum Beispiel als ein Verfahren zur Herstellung eines laminierten Gassensorelements verwirklicht sein, welches einen langen plattenartigen Elementkörper durch Laminieren eines Basismaterials und einer, ein Paar von Elektroden aufweisenden, Detektionsschicht umfasst, wobei das Basismaterial einen eingebetteten Widerstandsheizkörper aufweist.
Ferner sollte es für den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Änderungen in der Gestalt und der Details der Erfindung, entsprechend dem oben gezeigten und beschriebenen, gemacht werden kann. Es wird beabsichtigt, diese Änderungen in die Lehre und den durch die angehängten Patentansprüche definierten Schutzbereich einzuschliessen.
Diese Anmeldung basiert auf der Patentanmeldung mit der Nummer JP-2008-104394 vom 14. April 2008, deren gesamte Offenbarung durch Verweis vollumfänglich hierin aufgenommen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-322632 A [0002]
- JP 2006-343297 A [0002]
- US 7329844 [0015]
- JP 2008-104394 [0080]

Claims

Laminiertes Gassensorelement (100), welches sich in eine Längsrichtung erstreckt und an seiner Vorderendseite einen Detektionsbereich (11) zum Detektieren eines bestimmten Gases aufweist, umfassend: einen plattenartigen Elementkörper, welcher eine Heizschicht (120), die einen eingebetteten Widerstandsheizkörper (122) aufweist, und eine Detektionsschicht (110) umfasst, welche ein Paar von Elektroden aufweist und an die Heizschicht (120) laminiert ist, wobei die Detektionsschicht (110) eine vertikale Oberfläche (vf) entlang einer Richtung der Laminierung und eine horizontale Oberfläche (hf) senkrecht zu der Richtung der Laminierung aufweist; und eine poröse Schutzschicht (130), welche die vertikale und die horizontale Oberfläche des Bereichs des Elementkörpers beschichtet, welcher den Detektionsbereich bildet, wobei eine Dicke (t1) der Schutzschicht, welche auf der vertikalen Oberfläche ausgebildet ist, dicker ist als eine Dicke (t2) der Schutzschicht, welche auf der horizontalen Oberfläche ausgebildet ist.
Laminiertes Gassensorelement (100) nach Anspruch 1, wobei der Elementkörper einen Kantenbereich (ep) aufweist, welcher die vertikale Oberfläche (vf) mit der horizontalen Oberfläche (hf) verbindet, wobei die Schutzschicht den Kantenbereich (ep) des Detektionsbereichs beschichtet und eine Dicke (t3) der Schutzschicht, welche auf dem Kantenbereich (ep) ausgebildet ist, dünner ist als die Dicke (t1) der Schutzschicht, welche auf der vertikalen Oberfläche (vf) ausgebildet ist, und dicker ist als die Dicke (t2) der Schutzschicht, welche auf der horizontalen Oberfläche (hf) ausgebildet ist.
Laminiertes Gassensorelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke (t1) der Schutzschicht, welche die vertikale Oberfläche (vf) des Elementkörpers beschichtet, in einem Bereich von 300 µm bis 500 µm liegt und die Dicke (t2) der Schutzschicht, welche die horizontale Oberfläche (hf) des Elementkörpers beschichtet, in einem Bereich von 150 µm bis 250 µm liegt.
Laminiertes Gassensorelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elementkörper einen nicht porösen Bereich und einen porösen Bereich aufweist, welche an der horizontalen Oberfläche (hf) des Detektionsbereichs frei liegen, und wobei eine Dicke (t4) der Schutzschicht, welche den porösen Bereich beschichtet, dicker ist als die Dicke (t2) der Schutzschicht, welche den nicht porösen Bereich beschichtet, und wobei die den porösen Bereich bedeckende Schutzschicht, welche die Dicke (t4) aufweist, so angeordnet ist, um eine Grenze zwischen dem porösen Bereich und dem nicht porösen Bereich zu überspannen.
Laminiertes Gassensorelement (100) nach Anspruch 4, wobei die Dicke (t4) der Schutzschicht, welche den porösen Bereich des Elementkörpers beschichtet, und die Dicke (t1) der Schutzschicht, welche die vertikale Oberfläche (vf) des Elementkörpers beschichtet, in einem Bereich von 300 µm bis 500 µm liegen und wobei die Dicke (t2) der Schutzschicht, welche den nicht porösen Bereich des Elementkörpers beschichtet, in einem Bereich von 150 µm bis 250 µm liegt.
Laminiertes Gassensorelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schutzschicht eine erste Schicht, welche die vertikale Oberfläche (vf) beschichtet, und eine zweite Schicht umfasst, welche eine höhere Porosität aufweist als die der ersten Schutzschicht, wobei die zweite Schutzschicht die erste Schutzschicht und die horizontale Oberfläche (hf) beschichtet.
Laminiertes Gassensorelement (100) nach Anspruch 6, wobei die Dicke (t2a) der zweiten Schutzschicht, welche die erste Schutzschicht beschichtet, gleich der Dicke (t1a) der zweiten Schutzschicht ist, welche die horizontale Oberfläche (hf) beschichtet.
Laminiertes Gassensorelement (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Porosität der ersten Schutzschicht in einem Bereich von 30% bis 40% liegt und die Porosität der zweiten Schutzschicht in einem Bereich von 40% bis 60% liegt.
Laminiertes Gassensorelement (100), welches sich in eine Längsrichtung erstreckt und an seiner Vorderendseite einen Detektionsbereich (11) zum Detektieren eines bestimmten Gases aufweist, umfassend: einen plattenartigen Elementkörper, welcher eine Heizschicht (120), die einen eingebetteten Widerstandsheizkörper (122) aufweist, und eine Detektionsschicht (110) umfasst, welche ein Paar von Elektroden aufweist und an die Heizschicht (120) laminiert ist, wobei die Detektionsschicht (110) eine vertikale Oberfläche (vf) entlang einer Richtung der Laminierung und eine horizontale Oberfläche (hf) senkrecht zu der Richtung der Laminierung aufweist; und eine poröse Schutzschicht, welche die vertikale Oberfläche (vf) und die horizontale Oberfläche (hf) des Bereichs des Elementkörpers beschichtet, welcher den Detektionsbereich bildet, wobei die Schutzschicht eine erste Schutzschicht, welche die vertikale Oberfläche beschichtet, und eine zweite Schutzschicht umfasst, welche eine Porosität aufweist, die größer ist als die der ersten Schutzschicht, welche die horizontale Oberfläche (hf) beschichtet.
Laminiertes Gassensorelement (100) gemäß Anspruch 9, wobei der Elementkörper einen nicht porösen Bereich und einen porösen Bereich aufweist, welche an der horizontalen Oberfläche (hf) des Detektionsbereichs frei liegen, und wobei die Oberseite des porösen Bereichs mit einer dritten Schutzschicht beschichtet ist, welche eine Porosität aufweist, die gleich der der ersten Schutzschicht ist, und wobei die dritte Schutzschicht so angeordnet ist, um eine Grenze zwischen dem porösen Bereich und dem nicht porösem Bereich zu überspannen.
Laminiertes Gassensorelement (100) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Porositäten der ersten Schutzschicht und der dritten Schutzschicht in einem Bereich von 30% bis 40% liegen und die Porosität der zweiten Schutzschicht in einem Bereich von 40% bis 60% liegt.
Laminiertes Gassensorelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die erste Schutzschicht, die zweite Schutzschicht und die dritte Schutzschicht jede eine Dicke aufweist, welche in einem Bereich von 150 µm bis 250 µm liegt.
Gassensor, umfassend: ein Gassensorelement zur Detektion eines Messgases; und eine Aufnahme zur Halterung des Gassensorelements, wobei das Gassensorelement das laminierte Gassensorelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ist.