DE102012208787A1

DE102012208787A1 - Gassensorelement und dessen Herstellungsverfahren, und dieses Gassensorelement einsetzender Gassensor

Info

Publication number: DE102012208787A1
Application number: DE102012208787A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Murai; Hiroyuki Yamamoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2012-11-29
Also published as: JP5218602B2; JP2012247293A; US8721857B2; US20120297861A1

Abstract

Ein Gassensorelement hat einen Hauptkörper und eine Schutzschicht. Der Hauptkörper hat vier ebene Abschnitte und vier Eckabschnitte, die jeweils zwischen einem angrenzenden Paar der ebenen Abschnitte ausgebildet sind. Die vier Eckabschnitte haben ein Paar von ersten Eckabschnitten, die an einer Seite einer porösen diffusionsbeständigen Schicht in einer Laminierungsrichtung des Hauptkörpers ausgebildet sind, und ein Paar von zweiten Eckabschnitten, die an einer Seite einer Heizschicht in der Laminierungsrichtung ausgebildet sind. Die Schutzschicht besteht aus einer inneren Schutzschicht, die zumindest die vier Eckabschnitte des Hauptkörpers bedeckt, und einer äußeren Schutzschicht, die den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers und die innere Schutzschicht bedeckt. Die Schutzschicht weist eine größere durchschnittliche Dicke an vier Eckabschnitten als an den ebenen Abschnitten des Hauptkörpers auf.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gassensorelement zum Fühlen der Konzentration eines bestimmten Bestandteils in einem zu messenden Gas (das im Folgenden einfach als Messgas bezeichnet ist), ein Verfahren zum Herstellen des Gassensorelements, und einen Gassensor, der das Gassensorelement einsetzt.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In Abgassystemen von Brennkraftmaschinen von Motorfahrzeugen sind allgemein Gassensoren bereitgestellt, um die Konzentration eines bestimmten Bestandteils (z. B. Sauerstoff) in dem Abgas (d. h. dem Messgas) von der Maschine zu fühlen.
Darüber hinaus weisen die Gassensoren allgemein ein Gassensorelement auf, das darin eingebettet ist. Das Gassensorelement weist einen Hauptkörper auf, der hat: einen festen Elektrolytkörper, der eine Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist, und ein gegenüberliegendes Paar von ersten und zweiten Oberflächen; eine Messelektrode, die an der ersten Oberfläche des festen Elektrolytkörpers bereitgestellt ist, um zu dem Messgas hin freigelegt zu sein; eine Bezugselektrode, die an der zweiten Oberfläche des festen Elektrolytkörpers bereitgestellt ist, um zu einem Bezugsgas (z. B. Luft) freigelegt zu sein; und eine poröse, diffusionsbeständige Schicht, durch die das Messgas zu der Messelektrode eingebracht wird.
Das Gassensorelement arbeitet allgemein mit dem festen Elektrolytkörper, der auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird (z. B. auf 500°C oder mehr), mit der der feste Elektrolytkörper aktiviert werden kann. Wenn sich in dem Messgas enthaltene Wassertropfen an dem Gassensorelement anhaften, kann deshalb auf das Gassensorelement ein großer Wärmeschock aufgebracht werden, und dabei verursachen, dass in dem Gassensorelement Risse auftreten.
Um das voranstehend beschriebene Problem zu lösen, ist z. B. in den japanischen Patentanmeldungen mit den Offenlegungsnummern 2007-33374 und 2008-216241 eine Technik zum Abdecken der gesamten Außenfläche des Hauptkörpers des Gassensorelements mit einer porösen Schutzschicht offenbart.
Insbesondere ist gemäß dieser Technik der Hauptkörper des Gassensorelements zum Ausbilden der Schutzschicht zuerst in ein Schlämmematerial eingetaucht. Folglich wird das Schlämmematerial auf die gesamte Außenfläche des Hauptkörpers des Gassensorelements aufgebracht. Dann wird das auf den Hauptkörper aufgebrachte Schlämmematerial getrocknet und gebrannt, und dabei die Schutzschicht ausgebildet.
Jedoch kann es mit der voranstehend beschriebenen Technik schwierig sein, das Schlämmematerial gleichmäßig auf der äußeren Oberfläche des Hauptkörpers des Gassensorelements aufzubringen. Noch genauer ist der Hauptkörper des Gassensorelements allgemein so geformt, um einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt rechtwinklig zu einer axialen Richtung (oder einer Längsrichtung) des Hauptkörpers aufzuweisen. Wenn das Schlämmematerial auf der äußeren Oberfläche des Hauptkörpers durch Eintauchen aufgebracht wird, tendiert deswegen die Dicke des Schlämmematerials an der äußeren Oberfläche des Hauptkörpers dazu, dass sie an den Eckabschnitten des Hauptkörpers kleiner ist als an den ebenen Abschnitten (oder Seitenflächen) des Hauptkörpers, die sich zwischen den Eckabschnitten erstrecken. Folglich kann die Dicke der sich ergebenden Schutzschicht an den Eckabschnitten des Hauptkörpers zu klein sein, um den Hauptkörper zuverlässig vor Wassertropfen zu schützen, die in dem Messgas enthalten sind.
Um eine ausreichend große Dicke der Schutzschicht an den Eckabschnitten des Hauptkörpers sicherzustellen, kann man zusätzlich daran denken, das Schlämmematerial durch Eintauchen wiederholt an der äußeren Oberfläche des Hauptkörpers aufzubringen. Jedoch wird in diesem Fall auch die Dicke der Schutzschicht an den ebenen Abschnitten des Hauptkörpers erhöht, und dabei die Wärmekapazität des Gassensorelements erhöht, das den Hauptkörper und die Schutzschicht hat. Folglich wird im Betrieb des Gassensorelements die Zeit entsprechend erhöht, die erforderlich ist, damit der feste Elektrolytkörper seine Aktivierungsenergie erreicht, was es daher schwierig macht, eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers sicherzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Gassensorelement bereitgestellt, das einen Hauptkörper aufweist, der einen festen Elektrolytkörper, eine Messelektrode, eine Bezugselektrode, eine poröse diffusionsbeständige Schicht und eine Heizschicht hat. Der feste Elektrolytkörper weise eine Sauerstoffionenleitfähigkeit und ein Paar von ersten und zweiten Oberflächen auf, die einander in einer Laminierungsrichtung des Hauptkörpers gegenüberliegen. Die Messelektrode ist an der ersten Oberfläche des festen Elektrolytkörpers bereitgestellt, um zu einem Messglas hin freigelegt zu sein. Die Bezugselektrode ist an der zweiten Oberfläche des festen Elektrolytkörpers bereitgestellt, um zu einem Bezugsgas hin freigelegt zu sein. Die diffusionsbeständige Schicht ist an der gleichen Seite des festen Elektrolytkörpers wie die Messelektrode in der Laminierungsrichtung des Hauptkörpers laminiert, so dass das Messgas durch die diffusionsbeständige Schicht in die Messelektrode eingebracht wird. Die Heizschicht ist an der gleichen Seite des festen Elektrolytkörpers wie die Bezugselektrode in der Laminierungsrichtung des Hauptkörpers laminiert, und hat ein elektrisches Heizelement, das aufgrund einer Versorgung mit elektrischer Leistung eine Wärme erzeugt. Der Hauptkörper des Gassensorelements weist einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt rechtwinklig zu einer Achsenrichtung des Hauptkörpers auf; die Achsenrichtung liegt rechtwinklig zu der Laminierungsrichtung des Hauptkörpers. Der Hauptkörper des Gassensorelements weist ebenfalls vier ebene Abschnitte und vier Eckabschnitte auf, die jeweils zwischen einem angrenzenden Paar der ebenen Abschnitte ausgebildet sind. Die vier ebenen Abschnitte des Hauptkörpers haben ein erstes Paar ebene Abschnitten, die einander in der Laminierungsrichtung des Hauptkörpers gegenüberliegen, und ein zweites Paar von ebenen Abschnitten, die einander in einer Richtung rechtwinklig zu sowohl der Laminierungs- wie auch der axialen Richtungen des Hauptkörpers gegenüberliegen. Die vier Eckabschnitte des Hauptkörpers haben ein Paar von ersten Eckabschnitten, die an der Seite der diffusionsbeständigen Schicht in der Laminierungsrichtung des Hauptkörpers ausgebildet sind, und ein Paar von zweiten Eckabschnitten, die an der Seite der Heizschicht in der Laminierungsrichtung ausgebildet sind. An jedem der ersten Eckabschnitte des Hauptkörpers weist die diffusionsbeständige Schicht einen Messgaseinlass auf, über den das Messgas in die diffusionsbeständige Schicht strömt. Das Gassensorelement hat außerdem eine Schutzschicht, die aus einer inneren Schutzschicht, die zumindest die ersten Eckabschnitte des Hauptkörpers bedeckt, und einer äußeren Schutzschicht, die den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers und die innere Schutzschicht bedeckt, zusammengesetzt ist. Die Schutzschicht weist an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers eine größere durchschnittliche Dicke als an den ebenen Abschnitten des Hauptkörpers auf.
In dem voranstehend beschriebenen Gassensorelement ist nämlich an jedem der ersten Eckabschnitte des Hauptkörpers ein Messgaseinlass ausgebildet, über den das Messgas in die diffusionsbeständige Schicht strömt. Deswegen ist es für das Gassensorelement erforderlich, insbesondere an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers eine hohe Wasserbeständigkeit aufzuweisen.
Mit der voranstehend beschriebenen Konfiguration des Gassensorelements ist es möglich, eine ausreichend große durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers sicherzustellen, und dabei zuverlässig zu verhindern, dass die ersten Eckabschnitte durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden. Mit anderen Worten ist es möglich, eine hohe Wasserbeständigkeit des Gassensorelements an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers sicherzustellen.
Darüber hinaus ist es mit der voranstehend beschriebenen Konfiguration ebenfalls möglich, die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ebenen Abschnitten des Hauptkörpers zu minimieren. Als Ergebnis ist es möglich, einen Anstieg der Wärmekapazität des Gassensorelements aufgrund der Ausbildung der Schutzschicht an dem Hauptkörper zu unterdrücken, und dabei eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers sicherzustellen.
Gemäß einer weiteren Implementierung ist die innere Schutzschicht aus ersten Keramikpartikeln hergestellt, und die äußere Schutzschicht ist aus zweiten Keramikpartikeln hergestellt. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die ersten Keramikpartikel einen kleineren durchschnittlichen Partikeldurchmesser als die zweiten Keramikpartikel aufweisen.
Es ist außerdem bevorzugt, dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser der ersten Keramikpartikel in dem Bereich von 2 bis 14 μm liegt, während der durchschnittliche Partikeldurchmesser der zweiten Keramikpartikel in dem Bereich von 14 bis 35 μm liegt.
Bevorzugt weist die innere Schutzschicht eine kleinere Porosität auf als die äußere Schutzschicht.
Es ist außerdem bevorzugt, dass die Porosität der inneren Schutzschicht in dem Bereich von 10 bis 45% liegt, während die Porosität der äußeren Schutzschicht in dem Bereich von 45 bis 70% liegt.
Bevorzugt beträgt die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers größer oder gleich wie 50 μm.
Außerdem ist es ebenfalls bevorzugt, dass die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers kleiner als oder gleich wie 700 μm beträgt.
Bevorzugt bedeckt die innere Schutzschicht die zweiten Eckabschnitte des Hauptkörpers wie auch die ersten Eckabschnitte; die Schutzschicht weist an den zweiten Eckabschnitten des Hauptkörpers eine größere durchschnittliche Dicke als an den ebenen Abschnitten des Hauptkörpers auf.
Es ist außerdem bevorzugt, dass die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers größer als an den zweiten Eckabschnitten des Hauptkörpers ist.
Bevorzugt ist jeder der ersten Eckabschnitte des Hauptkörpers abgefast, um eine abgefaste Oberfläche aufzuweisen, oder abgerundet, um eine abgerundete Oberfläche aufzuweisen; in der abgefasten Oberfläche oder der abgerundeten Oberfläche ist der Messgaseinlass der diffusionsbeständigen Schicht ausgebildet.
Es ist außerdem bevorzugt, dass jeder der zweiten Eckabschnitte des Hauptkörpers ebenfalls abgefast ist, um eine abgefaste Oberfläche aufzuweisen, oder abgerundet ist, um eine abgerundete Oberfläche aufzuweisen.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist auch ein Verfahren zum Herstellen des Gassensorelements bereitgestellt. Das Verfahren hat die Schritte: (1) Vorbereiten eines Hauptkörpers, eines ersten Materials zum Ausbilden der inneren Schutzschicht und eines zweiten Materials zum Ausbilden der äußeren Schutzschicht; (2) Aufbringen des ersten Materials auf zumindest die ersten Eckabschnitte des Hauptkörpers; (3) Aufbringen des zweiten Materials, um den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers und das aufgebrachte erste Material zu bedecken; und (4) Wärmebehandeln von sowohl dem aufgebrachten ersten Material wie dem zweiten Material, um entsprechend die erste und die äußere Schutzschicht auszubilden.
Mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, eine ausreichend große durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers sicherzustellen. Zu derselben Zeit ist es ebenfalls möglich, die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ebenen Abschnitten des Hauptkörpers zu minimieren. Folglich kann in dem sich ergebenden Gassensorelement zuverlässig verhindert werden, dass die ersten Eckabschnitte des Hauptkörpers durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden; eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers kann sichergestellt werden.
Es ist bevorzugt, dass das erste Material unter Verwendung eines Dispensers aufgebracht wird.
Es ist ebenfalls bevorzugt, dass das zweite Material durch Eintauchen aufgebracht wird.
Bevorzugt weist das erste Material eine höhere Viskosität als das zweite Material auf.
Es ist außerdem bevorzugt, dass die Viskosität des ersten Materials in dem Bereich von 1500 bis 6000 mPa·s liegt, während die Viskosität des zweiten Materials in dem Bereich von 100 bis 1200 mPa·s liegt.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist ebenfalls ein Gassensor bereitgestellt, der das Gassensorelement hat.
Da das Gassensorelement die voranstehend beschriebenen Vorteile aufweist, weist der Gassensor mit dem Gassensorelement entsprechend sowohl eine hohe Lebensdauer wie auch eine hohe Leistungsfähigkeit auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird besser aus der ausführlichen Beschreibung verstanden werden, die im Folgenden gegeben wird, und aus den anhängenden Zeichnungen der beispielhaften Ausführungsformen, die jedoch nicht genommen werden sollten, um die Erfindung auf die bestimmten Ausführungsformen zu begrenzen, sondern die lediglich dem Zweck der Erläuterung und des Verständnisses dienen.
In den anhängenden Zeichnungen:
1 ist eine Querschnittsansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Gassensorelements gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines oberen rechten Eckabschnitts der 1;
3A und 3B sind schematische perspektivische Ansichten, die einen ersten Aufbringungsschritt eines Verfahrens der Herstellung des Gassensorelements gemäß der ersten Ausführungsform darstellen;
4A und 4B sind Querschnittsansichten, die einen zweiten Aufbringungsschritt des Verfahrens darstellen;
5 ist eine Querschnittsansicht eines Gassensors, der das Gassensorelement gemäß der ersten Ausführungsform hat;
6 ist eine Querschnittsansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Gassensorelements gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
7 ist eine Querschnittsansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Gassensorelements gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
8 ist eine vergrößerte Ansicht eines oberen rechten Eckabschnitts der 7;
9 ist eine Querschnittsansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Gassensorelements gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt;
10A ist eine tabellenartige Darstellung, die die Evaluationsergebnisse von Gassensorelementproben E1–E36 in einem Versuch darstellt;
10B ist eine tabellenartige Darstellung, die die Evaluationsergebnisse von Gassensorelementproben C1–C33 in einem Versuch darstellt;
10C ist eine graphische Darstellung, die die Evaluationsergebnisse von allen Proben E1–E36 und C1–C33 darstellt;
11A–11C sind schematische Ansichten, die sowohl ein erstes Gassensorelement gemäß einer fünften Ausführungsform wie auch ein Herstellungsverfahren des ersten Gassensorelements zeigen;
12A–12C sind schematische Ausführungsformen, die sowohl ein zweites Gassensorelement gemäß der fünften Ausführungsform wie auch ein Verfahren zur Herstellung des zweiten Gassensorelements zeigen;
13A–13C sind schematische Ausführungsformen, die sowohl ein drittes Gassensorelement gemäß der fünften Ausführungsform wie auch ein Verfahren der Herstellung des dritten Gassensorelements zeigen;
14A–14C sind schematische Ausführungsformen, die sowohl ein viertes Gassensorelement gemäß der fünften Ausführungsform wie auch ein Verfahren der Herstellung des vierten Gassensorelements zeigen;
15A–15C sind schematische Ausführungsformen, die sowohl ein fünftes Gassensorelement gemäß der fünften Ausführungsform wie auch ein Verfahren der Herstellung des fünften Gassensorelements zeigen;
16A–16C sind schematische Ausführungsformen, die sowohl ein sechstes Gassensorelement gemäß der fünften Ausführungsform wie auch ein Verfahren der Herstellung des sechsten Gassensorelements zeigen;
17A–17C sind schematische Ausführungsformen, die sowohl ein siebtes Gassensorelement gemäß der fünften Ausführungsform wie auch ein Verfahren der Herstellung des siebten Gassensorelements zeigen; und
18A–18C sind schematische Ausführungsformen, die sowohl ein achtes Gassensorelement gemäß der fünften Ausführungsform wie auch ein Verfahren der Herstellung des achten Gassensorelements zeigen.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezug auf 1–18C beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass zum Zweck der Klarheit und des Verständnisses identische Bauteile, die identische Funktionen in unterschiedlichen Ausführungsformen aufweisen, wo möglich, mit den gleichen Bezugszeichen in jeder der Figuren bezeichnet wurden, und dass zum Zweck des Vermeidens einer Redundanz, Beschreibungen der identischen Bauteile nicht wiederholt werden.
[Erste Ausführungsform]
1 stellt die allgemeine Konfiguration eines Gassensorelements 1 gemäß einer ersten Ausführungsform dar. 2 zeigt einen Eckabschnitt des Gassensorelements 1.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, weist das Gassensorelement 1 einen Hauptkörper 2, der einen festen Elektrolytkörper 31 hat, eine Messelektrode 32, eine Bezugselektrode 33, eine Heizschicht 35 und eine poröse diffusionsbeständige Schicht 36 auf. Der feste Elektrolytkörper 31 weist eine Sauerstoffionenleitfähigkeit und ein Paar von ersten und zweiten Oberflächen auf (d. h. die oberen und unteren Oberflächen in 1), die einander in einer Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2 gegenüberliegen. Die Messelektrode 32 ist an der ersten Oberfläche des festen Elektrolytkörpers 31 bereitgestellt, um zu einem Messgas (d. h. zu einem zu messenden Gas) hin freigelegt zu sein. Die Bezugselektrode 33 ist an der zweiten Oberfläche des festen Elektrolytkörpers 31 bereitgestellt, um zu einem Bezugsgas hin freigelegt zu sein. Die Heizschicht 35 ist an der gleichen Seite des festen Elektrolytkörpers 31 wie die Bezugselektrode 33 in der Laminierungsrichtung Y laminiert (d. h. an der unteren Seite des festen Elektrolytkörpers 31 in 1), und hat ein elektrisches Heizelement 351, das aufgrund einer Versorgung mit elektrischer Leistung eine Wärme erzeugt. Die diffusionsbeständige Schicht 36 ist an der gleichen Seite des festen Elektrolytkörpers 31 wie die Messelektrode 32 in der Laminierungsrichtung Y laminiert (d. h. an der oberen Seite des festen Elektrolytkörpers 31 in 1), so dass das Messgas durch die diffusionsbeständige Schicht 36 zu der Messelektrode 32 eingebracht wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Hauptkörper 2 des Gassensorelements geformt, um einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt rechtwinklig zu einer axialen Richtung (oder einer Längsrichtung) X des Hauptkörpers 2 aufzuweisen; die axiale Richtung X liegt rechtwinklig zu der Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2. Zusätzlich ist die axiale Richtung X des Hauptkörpers 2 in 3A und 3B gezeigt und fällt mit der Richtung rechtwinklig zu der Papierfläche der 1 zusammen.
Entsprechend weist der Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 ein erstes Paar von ebenen Abschnitten (oder Seitenflächen) 21 auf, die einander in der Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2 gegenüberliegen, und ein zweites Paar von ebenen Abschnitten (oder Seitenflächen) 21, die einander in einer Richtung rechtwinklig zu sowohl der axialen Richtung X wie auch der Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2 gegenüberliegen. Der Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 weist ebenfalls vier Eckabschnitte 22 auf, die jeweils zwischen einem angrenzenden Paar der ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 ausgebildet sind. Noch genauer haben die vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 ein Paar von ersten Eckabschnitten 221, die an der Seite der diffusionsbeständigen Schicht 36 in der Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2 ausgebildet sind, und ein paar von zweiten Eckenabschnitten 222, die an der Seite der Heizschicht 35 in der Laminierungsrichtung Y ausgebildet sind. Zusätzlich weist an jedem der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 die diffusionsbeständige Schicht 36 einen Messgaseinlass 361 auf, über den das Messgas in die diffusionsbeständige Schicht 36 strömt.
In der vorliegenden Ausführungsform hat das Gassensorelement 1 außerdem eine Schutzschicht 4, die aus einer inneren Schutzschicht 41 und einer äußeren Schutzschicht 42 aufgebaut ist. Die innere Schutzschicht 41 ist an dem Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 ausgebildet, um nur die vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 zu bedecken. Die äußere Schutzschicht 42 ist sowohl an dem Hauptkörper 2 wie auch an der inneren Schutzschicht 41 ausgebildet, um den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers 2 und die innere Schutzschicht 41 zu bedecken. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die äußere Schutzschicht 42 ausgebildet, um den gesamten äußeren Rand einer Einheit zu bedecken, die aus dem Hauptkörper 2 und der inneren Schutzschicht 41, die an dem Hauptkörper 2 ausgebildet ist, aufgebaut ist. Außerdem weist die Schutzschicht 4 an den Eckabschnitten 22 des Hauptkörpers 2 eine größere durchschnittliche Dicke als an den ebenen Abschnitten 21 des Hauptkörpers 2 auf.
Die Konfiguration des Gassensorelements 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird im Folgenden im größeren Detail beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Gassensorelement 1 als A/F-(Luft-Kraftstoff)-Verhältnis-Sensorelement konfiguriert, um das A/F-Verhältnis eines Luft-Kraftstoffgemischs zu fühlen, das zu einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs zugeführt wird. Noch genauer ist in diesem Fall das A/F-Verhältnis ausgehend von dem Grenzstrom des Gassensorelements 1 bestimmt, der zwischen den Mess- und Bezugselektroden 32 und 33 strömt; der Grenzstrom hängt von der Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas von der Maschine ab.
In der vorliegenden Ausführungsform ist nämlich das Messgas das Abgas von der Maschine und das Bezugsgas ist Luft.
Das Gassensorelement 1 weist einen Hauptkörper 2 auf, in dem die Mess- und Bezugselektroden 32 und 33 entsprechend an den ersten und zweiten Oberflächen des festen Elektrolytkörpers 31 bereitgestellt ist, der eine Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist. Der feste Elektrolytkörper 31 ist aus z. B. Zirkon hergestellt. Sowohl die Mess- wie auch die Bezugselektroden 32 und 33 sind aus z. B. Platin (Pt) hergestellt.
Der Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 hat außerdem zusätzlich zu dem festen Elektrolytkörper 31, den Mess- und Bezugselektroden 32 und 33, der Heizschicht 35 und der diffusionsbeständigen Schicht 36 eine Bezugsgaskammerausbildungsschicht 34 und eine Schirmschicht 37.
Die Bezugsgaskammerausbildungsschicht 34 ist an der zweiten Oberfläche des festen Elektrolytkörpers 31 um die Bezugselektrode 33 laminiert. Die Bezugsgaskammerausbildungsschicht 34 ist aus z. B. dichtem Aluminiumoxid hergestellt, das gasundurchlässig und elektrisch isolierend ist. In der Oberfläche der Bezugsgaskammerausbildungsschicht 34, die mit der zweiten Oberfläche des festen Elektrolytkörpers 31 in Anlage ist, ist eine Nut 341 ausgebildet, die eine Bezugsgaskammer 340 ausbildet. Die Bezugselektrode 33 ist innerhalb der Bezugsgaskammer 340 positioniert. Im Betrieb ist die Bezugsgaskammer 340 mit dem Bezugsgas gefüllt, das über eine Öffnung (nicht dargestellt) der Kammer 340 in die Kammer 340 eingebracht wird; folglich ist die Bezugselektrode 33 dem Bezugsgas freigelegt.
An der Oberfläche der Bezugsgaskammerausbildungsschicht 34, die an der zu dem festen Elektrolytkörper 31 in der Laminierungsrichtung Y gegenüberliegenden Seite liegt, ist die Heizschicht 35 laminiert. Das elektrische Heizelement 351 ist in der Heizschicht 35 bereitgestellt, um der Bezugsgaskammerausbildungsschicht 34 gegenüberzuliegen. In Betrieb ist das Heizelement 351 mit elektrischer Leistung versorgt, um Wärme zu erzeugen, und dabei das Gassensorelement 1 auf die Aktivierungstemperatur der festen Elektrolytschicht 31 aufzuwärmen.
Die diffusionsbeständige Schicht 36 ist auf die erste Oberfläche des festen Elektrolytkörpers 31 laminiert, um die Messelektrode 32 zu bedecken. Die diffusionsbeständige Schicht 36 ist z. B. aus einem gasdurchlässigen, porösen Aluminiumoxid hergestellt.
Die diffusionsbeständige Schicht 36 weist ein Paar von ebenen Abschnitten 361 auf, die einander in den Richtungen rechtwinklig zu sowohl der axialen Richtung X wie auch der Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2 gegenüberliegen, und bilden die Messgaseinlässe 361 der diffusionsbeständigen Schicht 36 aus. Das Messgas wird zuerst in die diffusionsbeständige Schicht 36 über Messgaseinlässe 361 eingebracht und strömt dann durch das Innere der diffusionsbeständigen Schicht 36 zu der Messelektrode 32. Folglich ist die Messelektrode 32 zu dem Messgas freigelegt.
An der Oberfläche der diffusionsbeständigen Schicht 36, die an der dem festen Elektrolytkörper 31 in der Laminierungsrichtung Y gegenüberliegenden Seite liegt, ist die Schirmschicht 37 laminiert. Die Schirmschicht 37 ist z. B. aus dichtem Aluminiumoxid hergestellt, das gasundurchlässig und elektrisch isolierend ist.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, weist der Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 rechtwinklig zu dessen axialer Richtung X die im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf.
Der Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 weist das erste Paar ebene Abschnitte 21 auf, die einander in der Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2 gegenüberliegen, und das zweite Paar ebene Abschnitte 21, die einander in der Richtung rechtwinklig zu sowohl der axialen Richtung X wie auch der Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2 gegenüberliegen.
Der Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 weist ebenfalls die vier Eckabschnitte 22 auf, die jeweils zwischen einem angrenzenden Paar der ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 ausgebildet sind. Die vier Eckabschnitte 22 haben das Paar der ersten Eckabschnitte 221, die an der Seite der diffusionsbeständigen Schicht 36 ausgebildet sind, und das Paar der zweiten Eckabschnitte 22, die an der Seite der Heizschicht 35 in der Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2 ausgebildet sind. Zusätzlich ist an jedem der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 ein Messgaseinlass 361 der diffusionsbeständigen Schicht 36 ausgebildet.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform jeder der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 mit z. B. 45° abgefast, um eine abgefaste Oberfläche 231 aufzuweisen. Die Abweisung der abgefasten Oberfläche 231 ist eingestellt, um z. B. in einem Bereich von 0,1 bis 0,6 mm zu liegen. Zusätzlich ist in der abgefasten Oberfläche 231 der Messgaseinlass 231 der diffusionsbeständigen Schicht 36 ausgebildet.
Ähnlich ist jeder der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 ebenfalls mit z. B. 45° abgefast, um eine abgefaste Oberfläche 232 aufzuweisen. Die Abmessung der abgefasten Oberfläche 232 ist z. B. auf 0,3 mm eingestellt.
Das Gassensorelement 1 hat außerdem die Schutzschicht 4, die aus den ersten und äußeren Schutzschichten 41 und 42 aufgebaut ist. Die innere Schutzschicht 41 ist auf dem Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 ausgebildet, um nur die vier Eckabschnitte 22 (d. h., die ersten Eckabschnitte 221 und die zweiten Eckabschnitte 222) des Hauptkörpers 2 zu bedecken. Die äußere Schutzschicht 42 ist sowohl auf dem Hauptkörper 2 wie auch auf der inneren Schutzschicht 41 ausgebildet, um den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers 2 und die innere Schutzschicht 41 abzudecken.
Die innere Schutzschicht 41 ist als poröse Schicht konfiguriert, deren Porosität sich in dem Bereich von 10 bis 45% befindet. Die innere Schutzschicht 41 ist z. B. aus Aluminiumoxidpartikeln hergestellt, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser in einem Bereich von 2 bis 14 μm aufweisen. Andererseits ist die äußere Schutzschicht 42 als poröse Schicht konfiguriert, deren Porosität in dem Bereich von 45 bis 70% liegt. Die äußere Schutzschicht 42 ist z. B. aus Aluminiumoxidpartikeln hergestellt, die einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser in dem Bereich von 14 bis 35 μm aufweisen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Aluminiumoxidpartikel, die die innere Schutzschicht 41 ausbilden, kleiner als der Aluminiumoxidpartikel, die die äußere Schutzschicht 42 ausbilden. Außerdem ist die Porosität der inneren Schutzschicht 41 kleiner als die der äußeren Schutzschicht 42.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform jeder der Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 sowohl durch die erste wie auch durch die äußere Schutzschichten 41 und 42 bedeckt, während jeder der ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 nur durch die äußere Schutzschicht 42 bedeckt ist. Folglich ist es möglich, zu gestatten, dass die Schutzschicht 4 eine größere durchschnittliche Dicke an den Eckabschnitten 22 des Hauptkörpers 2 aufweist als die ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2.
Insbesondere weist in der vorliegenden Ausführungsform die Schutzschicht 4 an jedem der ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 eine durchschnittliche Dicke von 400 μm, an jedem der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 eine durchschnittliche Dicke von 650 μm und an jedem der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 eine durchschnittliche Dicke von 550 μm auf.
Für jeden der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 ist die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an dem ersten Eckabschnitt 221 durch das Messen von Dickenwerten der Schutzschicht 4 in einer Richtung rechtwinklig zu der abgefasten Oberfläche 231 des ersten Eckabschnitts 221 an einer Vielzahl von Punkten der abgefasten Oberfläche 231 und dann Ermitteln eines Durchschnitts von allen gemessenen Dickenwerten der Schutzschicht 4 bestimmt.
Wie aus 2 ersichtlich ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitt 221 noch genauer durch Folgendes bestimmt: (1) Messen eines Werts a1 der Dicke der Schutzschicht 4 an dem Ende der Seite der Schirmschicht 37 der abgefasten Oberfläche 231 des ersten Eckabschnitts 221, eines Werts a2 der Dicke an der Seite des Endes des festen Elektrolytkörpers 31 der abgefasten Oberfläche 231, und eines Werts a3 der Dicke an der Mitte zwischen der Seite des Endes der Schirmschicht 37 und der Seite des Endes des festen Elektrolytkörpers 31 der abgefasten Oberfläche 231, und (2) Ermitteln eines Durchschnitts aller gemessenen Werte a1 bis a3 der Dicke der Schutzschicht 4.
Ähnlich wird für jeden der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an dem zweiten Eckabschnitt 222 durch zuerst Messen von Werten der Dicke der Schutzschicht 4 in einer Richtung rechtwinklig zu der abgefasten Oberfläche 232 des zweiten Eckabschnitts 222 an einer Vielzahl von Punkten der abgefasten Oberfläche 232 und dann Ermitteln eines Durchschnitts aller gemessenen Werte der Dicke der Schutzschicht 4 bestimmt.
Hinsichtlich der Details, die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 und den zweiten Eckabschnitten 222 zu bestimmen, sind diese ähnlich zu den voranstehend beschriebenen Details, die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitt 221 zu bestimmen, und werden somit im Folgenden nicht beschrieben.
Andererseits ist für jeden der ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an dem ebenen Abschnitt 21 durch zuerst Messen der Werte der Dicke der Schutzschicht 4 in einer Richtung rechtwinklig zu dem ebenen Abschnitt 21 an einer Vielzahl von Punkten des ebenen Abschnitts 21 und dann Ermitteln eines Durchschnitts von allen gemessenen Dickenwerten der Schutzschicht 4 bestimmt.
Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform die gesamte äußere Oberfläche 20 des Hauptkörpers 2, die die ebenen Abschnitte 21 um die äußeren Oberflächen der Eckabschnitte 22 einschließt, durch die Schutzschicht 4 bedeckt.
Nachdem die Konfiguration des Gassensorelements 1 beschrieben wurde, wird im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform hat das Verfahren zum Herstellen des Gassensorelements 1 einen Vorbereitungsschritt, einen ersten Aufbringungsschritt, einen zweiten Aufbringungsschritt, und einen Wärmebehandlungsschritt. In dem Vorbereitungsschritt werden der Hauptkörper 2, ein erstes Material 410 zum Ausbilden der inneren Schutzschicht 41 und ein zweites Material 420 zum Ausbilden der äußeren Schutzschicht 42 vorbereitet.
Noch genauer werden in diesem Schritt Keramikschichten zum entsprechenden Ausbilden der Heizschicht 35, der Bezugsgaskammerausbildungsschicht 34, des festen Elektrolytkörpers 31, der diffusionsbeständigen Schicht 36 und der Schirmschicht 37 aufeinanderfolgend in der Laminierungsrichtung Y laminiert, um ein Laminat auszubilden. Dann wird das Laminat für eine bis drei Stunden mit 1400 bis 1500°C gebrannt und dabei der Hauptkörper 2 ausgebildet.
Außerdem werden in diesem Schritt Aluminiumoxidpartikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser in dem Bereich von 2 bis 14 μm, ein anorganisches Bindemittel und Wasser vermischt und geknetet, und dabei das erste Material 410 in der Form einer Paste erhalten. Zusätzlich weist das erhaltene erste Material 410 eine Viskosität in dem Bereich von 1500 bis 6000 mPa·s auf.
Darüber hinaus werden in diesem Schritt Aluminiumoxidpartikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser in dem Bereich von 14 bis 35 μm, ein anorganisches Bindemittel und Wasser vermischt und geknetet, und dabei das zweite Material 420 in der Form einer Schlemme erhalten. Zusätzlich weist das erhaltene zweite Material 420 eine Viskosität in einem Bereich von 100 bis 1200 mPa·s auf.
In dem ersten Aufbringungsschritt wird das erste Material 410, wie aus 3A und 3B ersichtlich ist, unter Verwendung eines Dispensers (oder eines Mittels zur Flüssigkeitsabgabe mit einer festen Menge) 61 nur an den vier Eckabschnitten 22 (d. h., die ersten und zweiten Eckabschnitten 221 und 222) des Hauptkörpers 2 aufgebracht. Folglich ist jeder der vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 mit dem ersten Material 410 bedeckt.
In dem zweiten Aufbringungsschritt wird der Hauptkörper 2, auf den das erste Material 410 aufgebracht ist, zuerst in das zweite Material 420 eingetaucht, wie aus 4A ersichtlich ist. Wie aus 4B ersichtlich ist, wird dann der Hauptkörper 2 aus dem zweiten Material 420 herausgehoben. Folglich ist das zweite Material 420 sowohl auf den Hauptkörper 2 wie auch auf das erste Material 410 aufgebracht, um den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers 2 und des ersten Materials 410 zu bedecken. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist das zweite Material 420 aufgebracht, um den gesamten äußeren Rand einer Einheit zu bedecken, die aus dem Hauptkörper 2 und dem ersten Material 410 besteht, das auf den Hauptkörper 2 aufgebracht ist.
In dem Wärmebehandlungsschritt wird der Hauptkörper 2, der sowohl das erste wie auch das zweite Material 410 und 420 darauf aufgebracht aufweist, für eine bis zwei Stunden auf 800 bis 1000°C erwärmt. Folglich werden sowohl das erste wie auch das zweite Material 410 und 420 getrocknet und gebrannt, und bilden dabei entsprechend die erste und äußere Schutzschichten 41 und 42 auf dem Hauptkörper 2 aus.
Als Ergebnis wird das Gassensorelement 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhalten.
Als Nächstes wird ein Gassensor 8 mit Bezug auf 5 beschrieben, der das Gassensorelement 1 darin eingebaut aufweist.
Der Gassensor 8 hat zusätzlich zu dem Gassensorelement 1 einen Isolator 81, ein Gehäuse 82, eine Grundseitenabdeckung 83 und eine Spitzenseitenabdeckung 84. Der Isolator 81 weist das Gassensorelement 1 teilweise eingefügt und darin gehalten auf. Das Gehäuse 82 weist den Isolator 81 teilweise eingefügt und darin gehalten auf. Die Grundseitenabdeckung 83 ist an einem Grundende (d. h., in 5 das obere Ende) des Gehäuses 82 befestigt, um das Teil des Isolators 81 zu schützen, das von dem Grundende des Gehäuses 81 vorspringt. Die Spitzenseitenabdeckung 84 ist an einem spitzen Ende (d. h., in 5 das untere Ende) des Gehäuses 82 befestigt, um das Teil des Gassensorelements 1 zu schützen, das von dem spitzen Ende des Gehäuses 82 vorspringt. Die Spitzenseitenabdeckung 84 ist eine doppelte Abdeckung, die aus einer äußeren Abdeckung 841 und einer inneren Abdeckung 842 besteht. Jede der Abdeckungen aus innerer und äußerer Abdeckung 841 und 842 weist Durchgangsbohrungen 843 durch ihr Ende und Seitenwände ausgebildet auf. Im Betrieb des Gassensors 8 wird das Messgas durch die Durchgangsbohrungen 843 der inneren und äußeren Abdeckungen 841 und 842 eingebracht.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die folgenden Vorteile zu erreichen.
Wie voranstehend beschrieben wurde, weist der Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 in der vorliegenden Ausführungsform rechtwinklig zu der axialen Richtung X des Hauptkörpers 2 den im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Der Hauptkörper 2 weist ebenfalls die vier ebenen Abschnitte 21 und die vier Eckabschnitte 22 auf, die jeweils zwischen einem angrenzenden Paar der ebenen Abschnitte 21 ausgebildet sind. Die vier ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 haben das erste Paar der ebenen Abschnitte 21, die einander in der Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2 gegenüberliegen, und das zweite Paar der ebenen Abschnitte 21, die einander in der Richtung rechtwinklig zu sowohl der Laminierungsrichtung Y und der axialen Richtung X gegenüberliegen. Die vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 haben das Paar der ersten Eckabschnitte 221, die an der Seite der diffusionsbeständigen Schicht 36 in der Laminierungsrichtung Y des Hauptkörpers 2 ausgebildet sind, und das Paar der zweiten Eckabschnitte 222, die an der Seite der Heizschicht 35 in der Laminierungsrichtung Y ausgebildet sind. An jedem der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 weist die diffusionsbeständige Schicht 36 den Messgaseinlass 361 auf, über den das Messgas in die diffusionsbeständige Schicht 36 strömt. Das Gassensorelement 1 hat ebenfalls die Schutzschicht 4, die aus der inneren Schutzschicht 41, die nur die vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 bedeckt, und der äußeren Schutzschicht 42, die den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers 2 und die innere Schutzschicht 41 bedeckt, zusammengesetzt ist. Die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 ist größer als die an den ebenen Abschnitten 21 des Hauptkörpers 2.
In dem Gassensorelement ist nämlich an jedem der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 ein Messgaseinlass 361 ausgebildet, über den das Messgas in die diffusionsbeständige Schicht 36 strömt. Daher ist es für das Gassensorelement 1 erforderlich, insbesondere an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 eine hohe Wasserbeständigkeit aufzuweisen.
Mit der voranstehend beschriebenen Konfiguration des Gassensorelements 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 durch sowohl die erste wie auch die äußere Schutzschichten 41 und 42 der Schutzschicht 4 bedeckt. Folglich wird es möglich, eine ausreichend große durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 sicherzustellen, und dabei zuverlässig zu verhindern, dass die ersten Eckabschnitte 221 durch Wasser beschädigt werden, das in dem Messgas enthalten ist. Mit anderen Worten wird es möglich, eine hohe Wasserbeständigkeit des Gassensorelements 1 an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 sicherzustellen.
Andererseits ist jeder der ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 durch nur die äußere Schutzschicht 42 der Schutzschicht 4 bedeckt. Folglich wird es möglich, die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ebenen Abschnitten des Hauptkörpers 2 zu minimieren. Als Ergebnis ist es möglich, einen Anstieg der Wärmekapazität des Gassensorelements 1 aufgrund der Ausbildung der Schutzschicht 4 an dem Hauptkörper 2 zu unterdrücken, und dabei eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers 31 sicherzustellen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Aluminiumoxidpartikel, die die innere Schutzschicht 41 ausbilden, kleiner als der der Aluminiumoxidpartikel, die die äußere Schutzschicht 42 ausbilden.
Wie voranstehend beschrieben wurde, bedeckt die innere Schutzschicht 41 die ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2; an jedem der ersten Eckabschnitte 221 ist ein Messgaseinlass 361 der diffusionsbeständigen Schicht 36 ausgebildet. Deswegen ist es mit dem kleineren durchschnittlichen Partikeldurchmesser der die innere Schutzschicht 41 ausbildenden Aluminiumoxidpartikel möglich, zuverlässig zu verhindern, dass in dem Messgas enthaltenes Wasser in die Messgaseinlässe 361 der diffusionsbeständigen Schicht 36 eindringt, die an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 ausgebildet sind. Darüber hinaus ist es mit dem kleineren durchschnittlichen Partikeldurchmesser ebenfalls möglich, eine Anhaftung der inneren Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 zu verbessern.
Außerdem liegt der durchschnittliche Partikeldurchmesser der die innere Schutzschicht 41 ausbildenden Aluminiumoxidpartikel in der vorliegenden Ausführungsform in dem Bereich von 2 bis 14 μm, und der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Aluminiumoxidpartikel, die die äußere Schutzschicht 42 ausbilden, liegt in dem Bereich von 14 bis 35 μm.
Das Einstellen des durchschnittlichen Partikeldurchmessers der die innere Schutzschicht 41 ausbildenden Aluminiumoxidpartikel in dem Bereich von 2 bis 14 μm ermöglicht es, zuverlässiger zu verhindern, dass in dem Messgas enthaltenes Wasser in die Messgaseinlässe 361 der diffusionsbeständigen Schicht 36 eindringt, die an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 ausgebildet sind. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, eine Adhäsion der inneren Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 weiter zu verbessern. Andererseits ist es durch das Einstellen des durchschnittlichen Partikeldurchmessers der Aluminiumoxidpartikel, die die äußere Schutzschicht 42 ausbilden, in dem Bereich von 14 bis 35 μm möglich, wenn in dem Messgas enthaltenes Wasser in die äußere Schutzschicht 42 eingedrungen ist, das Wasser in der äußeren Schutzschicht 42 wirkungsvoll zu verteilen, und dabei das Wasser in einer kurzen Zeit zu verdampfen. Als Ergebnis ist es möglich, die Wasserbeständigkeit des Gassensorelements 1 weiter zu verbessern.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Porosität der inneren Schutzschicht 41 kleiner als die der äußeren Schutzschicht 42.
Mit der kleineren Porosität der inneren Schutzschicht 41 ist es möglich, zuverlässig zu verhindern, dass in dem Messgas enthaltenes Wasser in die Messgaseinlässe 361 der diffusionsbeständigen Schicht 36 eindringt, die an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist es mit der kleineren Porosität ebenfalls möglich, die Adhäsion der inneren Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 zu verbessern.
Außerdem liegt die Porosität der inneren Schutzschicht 41 in der vorliegenden Ausführungsform in dem Bereich von 10 bis 45%, und die Porosität der äußeren Schutzschicht 42 liegt in dem Bereich von 45 bis 70%.
Das Einstellen der Porosität der inneren Schutzschicht 41 in dem Bereich von 10 bis 45% ermöglicht es, zuverlässiger zu verhindern, dass in dem Messgas enthaltenes Wasser in die Messgaseinlässe 361 der diffusionsbeständigen Schicht 36 eindringt, die an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, die Adhäsion der inneren Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 weiter zu verbessern. Andererseits ermöglicht es das Einstellen der Porosität der äußeren Schutzschicht 42 in dem Bereich von 45 bis 70%, wenn in dem Messgas enthaltenes Wasser in die äußere Schutzschicht 42 eingedrungen ist, das Wasser in der äußeren Schutzschicht 42 wirkungsvoll zu verteilen, und dabei das Wasser in einer kurzen Zeit zu verdampfen. Als Ergebnis ist es möglich, die Wasserbeständigkeit des Gassensorelements 1 weiter zu verbessern.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 gleich zu 650 μm.
Das Einstellen der durchschnittlichen Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221, wie voranstehend beschrieben wurde, ermöglicht es, zuverlässig zu verhindern, dass die ersten Eckabschnitte 221 durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden, während eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers 31 sichergestellt ist.
Falls die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221 weniger als 50 μm beträgt, würde es zusätzlich schwierig sein, zuverlässig zu verhindern, dass die ersten Eckabschnitte 221 durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden, Falls die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221 größer als 700 μm wäre, wäre es andererseits schwierig, eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers 31 sicherzustellen. Deswegen ist es bevorzugt, dass die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221 in dem Bereich von 50 bis 700 μm liegt.
In der vorliegenden Ausführungsform bedeckt die innere Schutzschicht 41 die zweiten Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 wie auch die ersten Eckabschnitte 221. Darüber hinaus ist die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den zweiten Eckabschnitten 222 des Hauptkörpers 2 größer als die an den ebenen Abschnitten 21 des Hauptkörpers 2.
Mit der voranstehenden Konfiguration ist es möglich, eine ausreichend große durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den zweiten Eckabschnitten 222 des Hauptkörpers 2 sicherzustellen, und dabei zuverlässig zu verhindern, dass die zweiten Eckabschnitte 22 durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden. Mit anderen Worten ist es möglich, eine hohe Wasserbeständigkeit des Gassensorelements 1 an den zweiten Eckabschnitten 222 des Hauptkörpers 2 wie auch an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 sicherzustellen.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 größer als die an den zweiten Eckabschnitten 222 des Hauptkörpers 2.
Folglich ist es mit der größeren durchschnittlichen Dicke an den ersten Eckabschnitten 221 möglich, zuverlässig zu verhindern, dass in dem Messgas enthaltenes Wasser in die Messgaseinlässe 361 der diffusionsbeständigen Schicht 36 eindringt, die an den ersten Eckabschnitten 221 ausgebildet ist. Andererseits ist es mit der kleinern durchschnittlichen Dicke an den zweiten Eckabschnitten 222 möglich, einen Anstieg der Wärmekapazität des Gassensorelements 1 aufgrund der Ausbildung der Schutzschicht 4 an dem Hauptkörper 2 zu unterdrücken, und dabei eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers 31 sicherzustellen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 abgefast, um die abgefaste Oberfläche 231 aufzuweisen, in der der Messgaseinlass 361 der diffusionsbeständigen Schicht 36 ausgebildet ist.
Folglich wird es durch das Abfasen der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 einfach, eine ausreichend große durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221 sicherzustellen, und dabei zuverlässig zu verhindern, dass die ersten Eckabschnitte 221 durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform jeder der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 ebenfalls abgefast, um die abgefaste Oberfläche 232 aufzuweisen.
Folglich wird es durch das Abfasen der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 einfach, eine ausreichend große durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den zweiten Eckabschnitten 222 sicherzustellen, und dabei zuverlässig zu verhindern, dass die zweiten Eckabschnitte 222 durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform hat das Verfahren zum Herstellen des Gassensorelements 1 den Vorbereitungsschritt, den ersten Aufbringungsschritt, den zweiten Aufbringungsschritt und den Wärmebehandlungsschritt. In dem Vorbereitungsschritt werden der Hauptkörper 2, das erste Material 410 zum Ausbilden der inneren Schutzschicht 41 und das zweite Material 420 zum Ausbilden der äußeren Schutzschicht 42 vorbereitet. In dem ersten Aufbringungsschritt wird das erste Material 410 nur auf die vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 aufgebracht. In dem zweiten Aufbringungsschritt wird das zweite Material 420 sowohl auf den Hauptkörper 2 wie auch auf das erste Material 410, das auf den Hauptkörper 2 aufgebracht wurde, aufgebracht, um den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers 2 und das erste Material 410 zu bedecken. In dem Wärmebehandlungsschritt werden die beiden aufgebrachten ersten und zweiten Materialien 410 und 420 wärmebehandelt, um entsprechend die erste und die äußere Schutzschichten 41 und 42 auszubilden.
Mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, eine ausreichend große durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 sicherzustellen. Zu derselben Zeit ist es ebenfalls möglich, die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ebenen Abschnitten 21 des Hauptkörpers 2 zu minimieren. Folglich kann in dem sich ergebenden Gassensorelement 1 zuverlässig verhindert werden, dass die ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden; eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers 31 kann sichergestellt werden.
Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform in dem ersten Aufbringungsschritt das erste Material 410 unter Verwendung des Dispensers (oder eines Flüssigkeitsabgebemittels fester Menge) 61 aufgebracht. Folglich ist es möglich, das erste Material 410 genau auf die Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 aufzubringen.
Außerdem wird in dem zweiten Aufbringungsschritt das zweite Material 420 durch Eintauchen aufgebracht. Folglich ist es möglich, das zweite Material 420 einfach sowohl auf den Hauptkörper 2 wie auch das auf den Hauptkörper 2 aufgebrachte erste Material 410 aufzubringen, und dabei den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers 2 und das erste Material 410 mit dem zweiten Material 420 zu bedecken.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Viskosität des ersten Materials 410 höher als die des zweiten Materials 420. Noch genauer liegt die Viskosität des ersten Materials 410 in dem Bereich von 1500 bis 6000 mPa·s, während die Viskosität des zweiten Materials 420 in dem Bereich von 100 bis 1200 mPa·s liegt.
Folglich ist es mit der höheren Viskosität des ersten Materials 410 möglich, das erste Material 410 genau nur an den Eckabschnitten 22 des Hauptkörpers 2 aufzubringen und die Form des ersten Materials 410 an den Eckabschnitten 22 beizubehalten. Andererseits ist es mit der niedrigeren Viskosität des zweiten Materials 420 möglich, das zweite Material 420 einfach sowohl auf den Hauptkörper 2 wie auch das auf den Hauptkörper 2 aufgebrachte erste Material 410 aufzubringen, und dabei den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers 2 und des ersten Materials 410 mit dem zweiten Material 420 zu bedecken.
In der vorliegenden Ausführungsform hat der Gassensor 8 das Gassensorelement 1, das die voranstehend beschriebenen Vorteile aufweist. Entsprechend weist der Gassensor 8 sowohl eine hohe Lebensdauer wie auch einen hohen Wirkungsgrad auf.
[Zweite Ausführungsform]
Diese Ausführungsform stellt ein Gassensorelement 1 dar, das eine ähnliche Konfiguration wie das Gassensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist; entsprechend werden im Folgenden lediglich die Unterschiede zwischen diesen beschrieben.
In der ersten Ausführungsform ist die innere Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 ausgebildet, um alle vier Eckabschnitte 22 (d. h., das Paar der ersten Eckabschnitte 221 und das Paar der zweiten Eckabschnitte 222) des Hauptkörpers 2 zu bedecken (siehe 1).
Im Vergleich ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie aus 6 ersichtlich ist, die innere Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 so ausgebildet, um nur die ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 zu bedecken. In der vorliegenden Ausführungsform weist nämlich jeder der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 keine innere Schutzschicht 41 darauf ausgebildet auf.
Mit der voranstehenden Konfiguration des Gassensorelements 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, zuverlässig zu verhindern, dass die ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden, während eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers 31 sichergestellt ist.
[Dritte Ausführungsform]
Diese Ausführungsform stellt ein Gassensorelement 1 dar, das eine ähnliche Konfiguration wie das Gassensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufweist; entsprechend werden lediglich die Unterschiede zwischen diesen im Folgenden beschrieben.
In der ersten Ausführungsform ist jeder der ersten Eckabschnitt 221 des Hauptkörpers 2 abgefast, um die abgefaste Oberfläche 231 aufzuweisen; jeder der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 ist ebenfalls abgefast, um die abgefaste Oberfläche 232 aufzuweisen (siehe 1).
Im Vergleich ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie aus 7 ersichtlich ist, keiner der vier Eckabschnitte 22 (d. h., das Paar der ersten Eckabschnitte 221 und das Paar der zweiten Eckabschnitte 222) abgefast, um eine abgefaste Oberfläche aufzuweisen. Deswegen schneiden an jedem Eckabschnitt 22 entsprechend zwei der ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 einander mit 90°.
Darüber hinaus weist in der vorliegenden Ausführungsform die Schutzschicht 4 an jedem der ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 eine durchschnittliche Dicke von 400 μm auf, an jedem der ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 eine durchschnittliche Dicke von 700 μm auf, und an jedem der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 eine durchschnittliche Dicke von 620 μm auf.
Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform jeder der vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 definiert, sich von dem Scheitel 220 des Eckabschnitts 22 für einen gegebenen Abstand (z. B. 0,4 mm) an jedem der entsprechenden zwei ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 zu erstrecken, die einander an dem Scheitel 220 des Eckabschnitts 22 scheiden.
Wie nämlich aus 8 ersichtlich ist, ist jeder der vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 definiert, erste und zweite Bereiche B1 bzw. B2 an den entsprechenden zwei ebenen Abschnitten 21 des Hauptkörpers 2 zu besetzen; die ersten und zweiten Bereiche B1 und B2 erstrecken sich jeweils an den entsprechenden zwei ebenen Abschnitten 21 von dem Scheitel 220 des Eckabschnitts 22 für den gegebenen Abstand.
Außerdem ist für jeden der vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an dem Eckabschnitt 22 bestimmt durch: (1) Messen der dicken Werte der Schutzschicht 4 in dem ersten Bereich B1 in einer Richtung rechtwinklig zu dem ersten Bereich B1, in dem zweiten Bereich B2 in einer Richtung rechtwinklig zu dem zweiten Bereich B2 und einem Scheitel 220 des Eckabschnitts 22 in eine vorbestimmte Richtung; und (2) Ermitteln eines Durchschnitts von allen gemessenen Werten der Dicke der Schutzschicht 4.
Noch genauer wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie aus 8 ersichtlich ist, für jeden der vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den Eckabschnitten 22 bestimmt durch: (1) Messen eines Wertes b1 der Dicke der Schutzschicht 4 an der Mitte des ersten Bereichs B1 in der Richtung rechtwinklig zu dem ersten Bereich B1, eines Werts b2 der Dicke an der Mitte des zweiten Bereichs B2 in der Richtung rechtwinklig zu dem zweiten Bereich B2 und eines Werts b3 der Dicke an dem Scheitel 220 des Eckabschnitts 22 in der vorbestimmten Richtung, die den gleichen Winkel α (d. h., 135°) mit sowohl den ersten wie auch zweiten Bereichen B1 und B2 herstellt; und (2) Ermitteln eines Durchschnitts von allen gemessenen Werten b1 bis b3 der Dicke der Schutzschicht 4.
Andererseits wird für jeden der ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an dem ebenen Abschnitt 21 bestimmt durch das zuerst Messen von Werten der Dicke der Schutzschicht 4 in einer Richtung rechtwinklig zu dem ebenen Abschnitt 21 an einer Vielzahl von Punkten an dem ebenen Abschnitt 21 und dann Ermitteln eines Durchschnitts von allen gemessenen Werten der Dicke der Schutzschicht 4.
Mit der voranstehend beschriebenen Konfiguration des Gassensorelements 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, zuverlässig zu verhindern, dass alle der vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden, während eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers 31 sichergestellt ist.
[Vierte Ausführungsform]
Diese Ausführungsform stellt ein Gassensorelement 1 dar, das eine ähnliche Konfiguration wie das Gassensorelement 1 gemäß der dritten Ausführungsform aufweist; entsprechend werden im Folgenden nur die Unterschiede zwischen diesen beschrieben.
In der dritten Ausführungsform ist die innere Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 ausgebildet, um alle vier Eckabschnitte 22 (d. h., das Paar der ersten Eckabschnitte 221 und das Paar der zweiten Eckabschnitte 222) des Hauptkörpers 2 zu bedecken (siehe 7).
Im Vergleich ist, wie aus 9 ersichtlich ist, in der vorliegenden Ausführungsform die innere Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 des Gassensorelements 1 ausgebildet, um nur die ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 zu bedecken. In der vorliegenden Ausführungsform weist nämlich jeder der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 keine innere Schutzschicht 41 darauf ausgebildet auf.
Zusätzlich ist wie in der dritten Ausführungsform keiner der vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 abgefast, um eine abgefaste Oberfläche aufzuweisen. Deswegen schneiden sich an jedem der Eckabschnitte 22 entsprechend zwei der ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 mit 90°.
Mit der voranstehend beschriebenen Konfiguration des Ganssensorelements 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, zuverlässig zu verhindern, dass die ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 durch in dem Messgas enthaltenes Wasser beschädigt werden, während eine sofortige Aktivierung des festen Elektrolytkörpers 31 sichergestellt ist.
[Versuch]
Dieser Versuch wurde durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit des Gassensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform zu untersuchen.
In dem Versuch wurden Gassensorelementproben E1 bis E36 und C1 bis C33 überprüft.
Jede der Proben E1 bis E36 wies die gleiche Konfiguration wie das Gassensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf (siehe 1). Jede der Proben E1 bis E36 hatte nämliche eine Schutzschicht, die aus einer inneren Schutzschicht, die nur die vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 der Probe bedeckte, und eine äußere Schutzschicht, die den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers 2 und die innere Schutzschicht bedeckte. Wie jedoch aus 10A ersichtlich ist, wurden sowohl die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 (in 10A als ”Dicke” bezeichnet) und das Gewicht der Schutzschicht (in 10A als ”Gewicht” bezeichnet) für die Proben E1 bis E36 variiert.
Andererseits wies jede der Proben C1 bis C33 eine unterschiedliche Konfiguration zu dem Gassensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Noch genauer hatte jede der Proben C1 bis C33 eine Schutzschicht, die aus einer inneren Schutzschicht, die die gesamte Außenfläche 20 des Hauptkörpers 2 der Probe bedeckte, und eine äußere Schutzschicht auf, die die gesamte äußere Oberfläche der inneren Schutzschicht bedeckte. Wie außerdem aus 10B ersichtlich ist, wurden sowohl die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 (in 10B als ”Dicke” bezeichnet) und dem Gewicht der Schutzschicht (in 10B als ”Gewicht” bezeichnet) für die Proben C1 bis C33 variiert.
Zuerst wurde jede der Proben E1 bis E36 und C1 bis C33 hinsichtlich der Fähigkeit evaluiert, das Auftreten von Rissen aufgrund von Wasser zu verhindern.
Noch genauer wurden in dem Versuch die Probe mit einer der abgefasten Oberflächen 231 der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 der Probe in einer sich parallel zur horizontalen Richtung erstreckenden Weise befestigt. Dann wurde elektrische Leistung zu dem Heizelement 351 der Heizschicht 35 der Probe zugeführt, und dadurch die Oberflächentemperatur der Probe auf 750° erhöht.
Danach wurde eine gegebene Menge (z. B. 0,3 μl) Wasser auf das Teil der Schutzschicht der Probe getropft, die die sich horizontal erstreckende abgefaste Oberfläche 231 des ersten Eckabschnitts 221 des Hauptkörpers 2 bedeckte. Als Nächstes wurde die Probe für 15 Sekunden unberührt belassen, und dann die Oberflächentemperatur der Probe abermals durch das Zuführen von elektrischer Leistung zu dem Heizelement 351 erhöht. Nach dem Wiederholen des voranstehend beschriebenen Prozesses für eine vorbestimmte Anzahl von Wiederholungen wurde überprüft, ob aufgrund des auf die Probe getropften Wassers Risse in der Probe aufgetreten sind.
Außerdem wurde die Probe als ”gut” evaluiert und in 10A bis 10B mit einem ”o” bezeichnet, wenn keine Risse aufgetreten sind. Wenn andererseits Risse aufgetreten sind, wurde die Probe als ”schlecht” evaluiert und in 10A bis 10B mit einem ”x” bezeichnet.
Wenn Risse in der Probe aufgetreten sind, würde zusätzlich die Menge des zu der Messelektrode 32 der Probe eingebrachten Messgases erhöht werden, und dabei die Fühlcharakteristiken der Probe geändert werden. Deswegen wurde in dem Versuch die Überprüfung, ob Risse in der Probe aufgetreten sind, durch das Überprüfen durchgeführt, ob die Fühlcharakteristiken der Probe sich geändert hatten.
Zweitens wurde jede der Proben E1–E36 und C1–C33 in Bezug auf die Aktivierungszeit des festen Elektrolytkörpers 31 evaluiert.
Noch genauer weist der feste Elektrolytkörper allgemein eine derartige Eigenschaft auf, dass sich seine Beständigkeit mit einem Anstieg seiner Temperatur verringert. Deswegen wurde in dem Versuch die Aktivierungszeit des festen Elektrolytkörpers 31 als der Zeitraum von dem Beginn der Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Heizelement 351 der Heizschicht 35 der Probe bis zu dem Zeitpunkt, bis der Widerstand des festen Elektrolytkörpers 31 sich verringert hat, um einen vorbestimmten Wert zu erreichen, gemessen.
Wenn die gemessene Aktivierungszeit des festen Elektrolytkörpers 31 kürzer als oder gleich wie eine vorbestimmte Zeitgröße war, wurde die Probe außerdem als „gut” evaluiert und in 10A–10B durch „o” bezeichnet. Wenn andererseits die gemessene Aktivierungszeit länger als die vorbestimmte Zeitgröße war, wurde die Probe als „schlecht” evaluiert und in 10A–10B mit „x” bezeichnet.
Wie aus 10B ersichtlich ist, wurden unter den Proben C1–C33, die die unterschiedliche Konfiguration des Gassensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufwiesen, die Proben C1–C3 in Bezug auf die Fähigkeit, das Auftreten von Rissen aufgrund von Wasser zu verhindern, als schlecht evaluiert. Es sollte angemerkt werden, dass für jede der Proben C1–C3 die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 der Probe kleiner als 50 μm war.
Darüber hinaus wurden die Proben C11, C14, C17, C19, C21, C23, C26, C29, C31 und C33 in Bezug auf die Aktivierungszeit des festen Elektrolytkörpers 31 als schlecht evaluiert. Es sollte angemerkt werden, dass für jede der Proben C11, C14, C17, C19, C21, C23, C26, C29, C31 und C33 das Gewicht der Schutzschicht der Probe größer als oder gleich 68 mg betrug.
Wie aus 10A ersichtlich ist, wurden im Vergleich unter den Proben E1–E36, die die gleiche Konfiguration wie das Gassensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufwiesen, die Proben E1 und E2 in Bezug auf die Fähigkeit, das Auftreten von Rissen aufgrund von Wasser zu verhindern, als schlecht evaluiert. Es sollte angemerkt werden, dass für jede der Proben E1 und E2 die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 der Probe kleiner als 50 μm war.
Darüber hinaus wurden die Proben E34 und E36 in Bezug auf die Aktivierungszeit des festen Elektrolytkörpers 31 als schlecht evaluiert. Es sollte angemerkt werden, dass für jede der Proben E34 und E36 das Gewicht der Schutzschicht der Probe größer als oder gleich wie 68 mg war.
Zusätzlich wurden alle anderen Proben E3–E33 und E35 in Bezug auf sowohl die Fähigkeit, das Auftreten von Rissen aufgrund von Wasser zu verhindern, um die Aktivierungszeit des festen Elektrolytkörpers 31 als gut evaluiert.
Die Evaluierungsergebnisse der Proben E1–E36 und C1–C33 sind ebenfalls graphisch in 10C dargestellt.
In 10C stellt die vertikale Achse das Gewicht der Schutzschicht dar, und die horizontale Achse stellt die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 dar. Darüber hinaus stellen die Symbole von „o” jene der Proben E1–E36 dar, die hinsichtlich der Fähigkeit das Auftreten von Rissen aufgrund von Wasser zu verhindern, als gut evaluiert wurden; die Symbole „•” stellen jene der Proben E1–E36 dar, die in Bezug auf die Fähigkeit, das Auftreten von Rissen aufgrund von Wasser zu verhindern, als schlecht evaluiert wurden; die Symbole „☐” stellen jene der Proben C1–C33 dar, die in Bezug auf das Verhindern des Auftretens von Rissen aufgrund von Wasser als gut evaluiert wurden; die Symbole „∎” stellen jene der Proben C1–C33 dar, die in Bezug auf das Verhindern des Auftretens von Rissen aufgrund von Wasser als schlecht evaluiert wurden.
Wie aus 10C ersichtlich ist, erhöht sich für die Proben C1–C33, die die unterschiedliche Konfiguration von dem Gassensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufwiesen, das Gewicht der Schutzschicht schnell mit der durchschnittlichen Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2. Im Vergleich erhöhte sich für die Proben E1–E36, die die gleiche Konfiguration wie das Gassensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufwiesen, das Gewicht der Schutzschicht allmählich mit der durchschnittlichen Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2.
Entsprechend wird aus den voranstehend beschriebenen Evaluationsergebnissen deutlich, dass es mit der Konfiguration des Gassensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform möglich ist, die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 zu erhöhen, während ein Anstieg des Gewichts der Schutzschicht unterdrückt ist. Darüber hinaus ist ebenfalls deutlich gemacht, dass es zum zuverlässigen Verhindern des Auftretens von Rissen aufgrund von Wasser notwendig ist, die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 auf größer als oder gleich wie 50 μm einzustellen.
[Fünfte Ausführungsform]
Diese Ausführungsform stellt Gassensorelemente 1 dar, deren Konfigurationen ähnlich zu denen der Gassensorelemente 1 gemäß der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen sind; entsprechend werden im Folgenden nur die Unterschiede zwischen diesen beschrieben.
In den Gassensorelementen 1 gemäß der ersten und dritten Ausführungsformen ist die innere Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 ausgebildet, um lediglich die vier Eckabschnitte 22 (d. h. das Paar der ersten Eckabschnitte 221 und das Paar der zweiten Eckabschnitte 222) des Hauptkörpers 2 zu bedecken (siehe 1 und 7). Darüber hinaus ist in den Gassensorelementen 1 gemäß der zweiten und vierten Ausführungsformen die innere Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 ausgebildet, um lediglich die ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 zu bedecken (siehe 6 und 9). In den Gassensorelementen 1 gemäß der ersten bis vierten Ausführungsformen weist nämlich jeder der vier ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 keine innere Schutzschicht 41 darauf ausgebildet auf.
Wie aus 11A–18C ersichtlich ist, ist im Vergleich in den Gassensorelementen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die innere Schutzschicht 41 an dem Hauptkörper 2 ausgebildet, um die gesamte äußere Oberfläche 20 des Hauptkörpers 2 zu bedecken. Mit anderen Worten ist die innere Schutzschicht 41 ausgebildet, um alle vier ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2 wie auch die vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 zu bedecken. Außerdem ist die äußere Schutzschicht 42 an der inneren Schutzschicht 41 ausgebildet, um die gesamte äußere Oberfläche der inneren Schutzschicht 41 zu bedecken. Mit anderen Worten ist die äußere Schutzschicht 42 ausgebildet, um den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers 2 und die innere Schutzschicht 41 zu bedecken.
Außerdem sind in den ersten, dritten, fünften und siebenten Gassensorelementen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die entsprechend in 11A–11C, 13A–13C, 15A–15C und 17A–17C gezeigt sind, die durchschnittliche Dicke der inneren Schutzschicht 41 an den vier Eckabschnitten 22 (d. h. des Paars der ersten Eckabschnitte 221 und des Paars der zweiten Eckabschnitte 222) des Hauptkörpers 2 größer als das der vier ebenen Abschnitte 21 des Hauptkörpers 2. Darüber hinaus ist die durchschnittliche Dicke der äußeren Schutzschicht 42 über die gesamte äußere Oberfläche der inneren Schutzschicht 41 konstant. Folglich ist die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den vier Eckabschnitten 22 des Hauptkörpers 2 ebenfalls größer als die der vier ebenen Abschnitte 22 des Hauptkörpers 2.
In den zweiten, vierten, sechsten und achten Gassensorelementen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die entsprechend in 12A–12C, 14A–14C, 16A–16C und 18A–18C gezeigt sind, ist die durchschnittliche Dicke der inneren Schutzschicht 41 an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 größer als die an den zweiten Eckabschnitten 222 und an den ebenen Abschnitten 21 des Hauptkörpers 2. Darüber hinaus ist die durchschnittliche Dicke der äußeren Schutzschicht 42 über die gesamte äußere Oberfläche der inneren Schutzschicht 41 konstant. Folglich ist die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht 4 an den ersten Eckabschnitten 221 des Hauptkörpers 2 ebenfalls größer als die an den zweiten Eckabschnitten 222 und an den ebenen Abschnitten 21 des Hauptkörpers 2.
In den ersten, zweiten, fünften und sechsten Gassensorelementen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 abgefast, wie aus 11A–11C, 12A–12C, 15A–15C und 16A–16C ersichtlich ist.
In den dritten, vierten, siebten und achten Gassensorelementen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist keiner der vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 abgefast, wie aus 13A–13C, 14A–14C, 17A–17C und 18A–18C ersichtlich ist.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Ausbilden der Schutzschicht 4 in dem ersten vierten Gassensorelementen gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zuerst wird der Hauptkörper 2 in ein Schlämmematerial 410a zum Ausbilden der inneren Schutzschicht 41 eingetaucht, das eine Viskosität in dem Bereich von 100 bis 800 mPa·s aufweist, und dann aus dem Schlämmematerial 410a herausgehoben. Folglich ist das Schlämmematerial 410a auf die gesamte äußere Oberfläche 20 des Hauptkörpers 2 aufgebracht, wie aus 11A, 12A, 13A und 14A ersichtlich ist.
Als zweites wird ein Pastenmaterial 410b zum Ausbilden der inneren Schutzschicht 41, das eine Viskosität in dem Bereich von 1500 bis 6000 mPa·s aufweist, lediglich auf vorbestimmte Teile des Schlämmematerials 410a aufgebracht, das auf den Hauptkörper 2 aufgebracht ist.
Noch genauer wird in den ersten und dritten Gassensorelementen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Pastenmaterial 410b nur auf diese vier Teile des Schlämmematerials 410a aufgebracht, die entsprechend die vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 abdecken, wie aus 11B und 13B ersichtlich ist. Andererseits wird in den zweiten und vierten Gassensorelementen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Pastenmaterial 410b nur auf diese zwei Teile des Schlämmematerials 410a aufgebracht, die entsprechend die zwei ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 abdecken, wie aus 12B und 14B ersichtlich ist.
Als drittes wird der Hauptkörper 2, der die Materialien 410a und 410b zum Ausbilden der darauf aufgebrachten inneren Schutzschicht 41 aufweist, in ein Schlämmematerial 420 zum Ausbilden der äußeren Schutzschicht 42 eingetaucht, und dann aus dem Schlämmematerial 420 herausgehoben. Folglich wird das Schlämmematerial 420 aufgebracht, um den gesamten äußeren Rand der Materialien 410a und 410b zu bedecken, um die innere Schutzschicht 41 auszubilden, wie aus 11C, 12C, 13C und 14C ersichtlich ist. Zusätzlich weist das Schlämmematerial 420 eine Viskosität in dem Bereich 100 bis 1200 mPa·s auf.
Als viertes wird der Hauptkörper 2, der die Materialien 410a, 410b und 420 darauf aufgebracht aufweist, auf 800 bis 1000°C für ein bis zwei Stunden erhitzt. Folglich werden alle Materialien 410a, 410b getrocknet und gebrannt, und bilden dabei die ersten und äußeren Schutzschichten 41 und 42 auf dem Hauptkörper 2 aus.
Als Ergebnis wird die Schutzschicht 4 auf der äußeren Oberfläche 20 des Hauptkörpers 2 ausgebildet, die aus der ersten und der äußeren Schutzschicht 41 und 42 besteht.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Ausbilden der Schutzschicht 4 in den fünften bis achten Gassensorelementen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zuerst wird das Pastenmaterial 410b zum Ausbilden der inneren Schutzschicht 41 nur auf vorbestimmte Abschnitte des Hauptkörpers 2 aufgebracht. Zusätzlich liegt die Viskosität des Pastenmaterials 410b in dem Bereich von 1500 bis 6000 mPa·s, wie voranstehend beschrieben wurde.
Noch genauer wird in den fünften und siebten Gassensorelementen gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Patenmaterial 410b nur auf die vier Eckabschnitte 22 des Hauptkörpers 2 aufgebracht, wie aus 15A und 17A ersichtlich ist. Andererseits wird in den sechsten und achten Gassensorelementen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Pastenmaterial 410b nur auf die zwei ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 aufgebracht, wie aus 16A und 18A ersichtlich ist.
Als zweites wird der Hauptkörper 2, der das Pastenmaterial 410b darauf aufgebracht aufweist, in das Schlämmematerial 410a zum Ausbilden der inneren Schutzschicht 41 eingetaucht, und dann aus dem Schlämmematerial 410a herausgehoben. Folglich wird das Schlämmematerial 410a aufgebracht, um den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers 2 und das Pastenmaterial 410b zu bedecken, wie aus 15B, 16B, 17B und 18B ersichtlich ist. Zusätzlich liegt die Viskosität des Schlämmematerials 410a in dem Bereich von 100 bis 800 mPa·s, wie voranstehend beschrieben wurde.
Als drittes wird der Hauptkörper 2, der die Materialien 410a und 410b zum Ausbilden der inneren Schutzschicht darauf aufgebracht aufweist, in das Schlämmematerial 420 zum Ausbilden der äußeren Schutzschicht 42 eingetaucht, und dann aus dem Schlämmematerial 420 herausgehoben. Folglich wird das Schlämmematerial 420 aufgebracht, um den gesamten äußeren Rand der Materialien 410a und 410b zu bedecken, um die innere Schutzschicht 41 auszubilden, wie aus 15C, 16C, 17C und 18C ersichtlich ist. Zusätzlich liegt die Viskosität des Schlämmematerials 420 in dem Bereich von 100 bis 1200 mPa·s, wie voranstehend beschrieben wurde.
Als viertes wird der Hauptkörper 2, der die Materialien 410a, 410b und 420 darauf aufgebracht aufweist, für ein bis zwei Stunden auf 800 bis 1000°C erhitzt. Folglich werden alle Materialien 410a, 410b und 420 getrocknet und gebrannt, und bilden dabei die erste und die äußere Schutzschichten 41 und 42 auf dem Hauptkörper 2 aus.
Als Ergebnis ist die Schutzschicht 4, die aus den ersten und äußeren Schutzschichten 41 und 42 besteht, auf der äußeren Oberfläche 20 des Hauptkörpers 2 ausgebildet.
Wie voranstehend beschrieben wurde, ist in den ersten bis achten Gassensorelementen 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die innere Schutzschicht 41 so ausgebildet, um die gesamte äußere Oberfläche des Hauptkörpers 2 zu bedecken; die äußere Schutzschicht 42 ist ausgebildet, um die gesamte äußere Oberfläche der inneren Schutzschicht 41 zu bedecken.
Mit der voranstehenden Ausbildung der ersten und äußeren Schutzschichten 41 und 42 ist es möglich, eine hohe Fügefestigkeit zwischen der äußeren Oberfläche 20 des Hauptkörpers 2 und der äußeren Schutzschicht 42 sicherzustellen.
Während die voranstehend beschriebenen besonderen Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, wird durch Fachleute verstanden werden, dass verschiede Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen durchgeführt werden können, ohne von dem Geist der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel ist in der vorliegenden ersten Ausführungsform das Gassensorelement 1 als A/F-Verhältnissensorelement konfiguriert, um das A/F-Verhältnis eines Luft-Kraftstoffgemischs zu fühlen, das zu einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs zugeführt wird. Jedoch kann das Gassensorelement 1 auch als ein Sauerstoffelement konfiguriert sein, um die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas von einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeugs zu fühlen. Noch genauer kann in diesem Fall die Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas ausgehend von der elektromotorischen Kraft bestimmt werden, die zwischen den Mess- und Bezugselektroden 32 und 33 erzeugt wird; die elektromotorische Kraft hängt von dem Verhältnis zwischen der Konzentration des Sauerstoffs in dem Messgas (d. h. dem Abgas) und der Konzentration des Sauerstoffs in dem Bezugsgas (d. h. Luft) ab.
In der ersten Ausführungsform ist die innere Schutzschicht 41 ausgebildet, um die gesamten abgefasten Oberflächen 231 der ersten Eckabschnitte 221 und die gesamten abgefasten Oberflächen 232 der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 zu bedecken.
Jedoch kann die innere Schutzschicht 41 auch ausgebildet sein, um lediglich Mittelteile der abgefasten Oberflächen 231 und 232 der ersten und zweiten Eckabschnitte 221 und 222 des Hauptkörpers 2 zu bedecken.
In der ersten Ausführungsform wird in dem ersten Aufbringungsschritt des Verfahrens zur Herstellung des Gassensorelements 1, das erste Material 410 unter Verwendung des Dispensers 61 aufgebracht.
Jedoch kann das erste Material 410 auch durch andere Mittel wie z. B. die Verwendung eines Einspritzers oder eines Sprühnebels aufgebracht werden.
Darüber hinaus ist in dem zweiten Aufbringungsschritt des Verfahrens zur Herstellung des Gassensorelements das zweite Material durch Eintauchen aufgebracht.
Jedoch kann das zweite Material 420 auch in anderen Weisen aufgebracht werden, z. B. unter Verwendung eines Sprühnebels. In der ersten Ausführungsform ist jeder der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 abgefast, um die abgefaste Oberfläche 231 aufzuweisen; jeder der zweiten Eckabschnitte 222 des Hauptkörpers 2 ist ebenfalls abgefast, um die abgefaste Oberfläche 232 aufzuweisen.
Jedoch kann jeder der ersten und zweiten Eckabschnitte 221 und 222 des Hauptkörpers 2 auch abgerundet sein, anstelle abgefast zu sein, um eine abgerundete Oberfläche aufzuweisen. In diesem Fall können die Messgaseinlässe 361 der diffusionsbeständigen Schicht 36 entsprechend in den abgerundeten Oberflächen der ersten Eckabschnitte 221 des Hauptkörpers 2 ausgebildet sein.
Ein Gassensorelement hat einen Hauptkörper und eine Schutzschicht. Der Hauptkörper hat vier ebene Abschnitte und vier Eckabschnitte, die jeweils zwischen einem angrenzenden Paar der ebenen Abschnitte ausgebildet sind. Die vier Eckabschnitte haben ein Paar von ersten Eckabschnitten, die an einer Seite einer porösen diffusionsbeständigen Schicht in einer Laminierungsrichtung des Hauptkörpers ausgebildet sind, und ein Paar von zweiten Eckabschnitten, die an einer Seite einer Heizschicht in der Laminierungsrichtung ausgebildet sind. Die Schutzschicht besteht aus einer inneren Schutzschicht, die zumindest die vier Eckabschnitte des Hauptkörpers bedeckt, und einer äußeren Schutzschicht, die den gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers und die innere Schutzschicht bedeckt. Die Schutzschicht weist eine größere durchschnittliche Dicke an vier Eckabschnitten als an den ebenen Abschnitten des Hauptkörpers auf.

Claims

Gassensorelement mit einem Hauptkörper, das umfasst: einen festen Elektrolytkörper, der eine Sauerstoffionenleitfähigkeit und ein Paar von ersten und zweiten Oberflächen aufweist, die einander in einer Laminierungsrichtung des Hauptkörpers gegenüberliegen; eine Messelektrode, die an der ersten Oberfläche des festen Elektrolytkörpers bereitgestellt ist, um zu einem Messgas freigelegt zu sein; eine Bezugselektrode, die an der zweiten Oberfläche des festen Elektrolytkörpers bereitgestellt ist, um zu einem Bezugsgas freigelegt zu sein; eine poröse diffusionsbeständige Schicht, die an der gleichen Seite des festen Elektrolytkörpers wie die Messelektrode in der Laminierungsrichtung des Hauptkörpers laminiert ist, so dass das Messgas durch die diffusionsbeständige Schicht zu der Messelektrode eingebracht wird; und einer Heizschicht, die an der gleichen Seite des festen Elektrolytkörpers wie die Bezugselektrode in der Laminierungsrichtung des Hauptkörpers laminiert ist, und die ein elektrisches Heizelement hat, das aufgrund einer Zufuhr mit elektrischer Leistung eine Wärme erzeugt wobei der Hauptkörper des Gassensorelements einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt rechtwinklig zu einer axialen Richtung des Hauptkörpers aufweist, wobei die axiale Richtung rechtwinklig zu der Laminierungsrichtung des Hauptkörpers liegt, der Hauptkörper des Gassensorelements ebenfalls vier ebene Abschnitte und vier Eckabschnitte aufweist, die jeweils zwischen einem angrenzenden Paar der ebenen Abschnitte ausgebildet sind, die vier ebenen Abschnitte des Hauptkörpers ein erstes Paar ebene Abschnitte haben, die einander in der Laminierungsrichtung des Hauptkörpers gegenüberliegen, und ein zweites Paar ebene Abschnitte, die einander in einer Richtung rechtwinklig zu sowohl der Laminierungsrichtung wie auch der axialen Richtung des Hauptkörpers gegenüberliegen, die vier Eckabschnitte des Hauptkörpers ein Paar von ersten Eckabschnitten haben, die an einer Seite der diffusionsbeständigen Schicht in der Laminierungsrichtung des Hauptkörpers ausgebildet sind und ein Paar von zweiten Eckabschnitten, die an der Seite der Heizschicht in der Laminierungsrichtung ausgebildet sind, wobei an jedem der ersten Eckabschnitte des Hauptkörpers die diffusionsbeständige Schicht einen Messgaseinlass aufweist, über den das Messgas in die diffusionsbeständige Schicht strömt, und das Gassensorelement außerdem eine Schutzschicht hat, die aus einer inneren Schutzschicht, die zumindest die ersten Eckabschnitte des Hauptkörpers bedeckt, und einer äußeren Schutzschicht besteht, die einen gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers um die innere Schutzschicht bedeckt, und die Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers eine größere durchschnittliche Dicke als an den ebenen Abschnitten des Hauptkörpers aufweist.
Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei die innere Schutzschicht aus ersten keramischen Partikeln und die äußere Schutzschicht aus zweiten keramischen Partikeln hergestellt ist, und die ersten keramischen Partikel einen kleineren durchschnittlichen Partikeldurchmesser als die zweiten keramischen Partikel aufweisen.
Gassensorelement nach Anspruch 2, wobei der durchschnittliche Partikeldurchmesser der ersten keramischen Partikel in dem Bereich von 2 bis 14 μm liegt, und der durchschnittliche Partikeldurchmesser der zweiten keramischen Partikel in dem Bereich von 14 bis 35 μm liegt.
Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei die innere Schutzschicht eine kleinere Porosität als die äußere Schutzschicht aufweist.
Gassensorelement nach Anspruch 4, wobei die Porosität der inneren Schutzschicht in dem Bereich von 10 bis 45% liegt, und die Porosität der äußeren Schutzschicht in dem Bereich von 45 bis 70% liegt.
Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers größer als oder gleich wie 50 μm ist.
Gassensorelement nach Anspruch 6, wobei die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers kleiner als oder gleich wie 700 μm ist.
Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei die innere Schutzschicht die zweiten Eckabschnitte des Hauptkörpers wie auch die ersten Eckabschnitte bedeckt, und die Schutzschicht an den zweiten Eckabschnitten des Hauptkörpers eine größere durchschnittliche Dicke als an den ebenen Abschnitten des Hauptkörpers aufweist.
Gassensorelement nach Anspruch 8, wobei die durchschnittliche Dicke der Schutzschicht an den ersten Eckabschnitten des Hauptkörpers größer als an den zweiten Eckabschnitten des Hauptkörpers ist.
Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei jeder der ersten Eckabschnitte des Hauptkörpers abgefast ist, um eine abgefaste Oberfläche aufzuweisen, oder abgerundet ist, um eine abgerundete Oberfläche aufzuweisen, und der Messgaseinlass der diffusionsbeständigen Schicht in der abgefasten Oberfläche oder der abgerundeten Oberfläche ausgebildet ist.
Gassensorelement nach Anspruch 10, wobei jeder der zweiten Eckabschnitte des Hauptkörpers ebenfalls abgefast ist, um eine abgefaste Oberfläche aufzuweisen, oder abgerundet ist, um eine abgerundete Oberfläche aufzuweisen.
Verfahren zum Herstellen des Gassensorelements nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Vorbereiten des Hauptkörpers, eines ersten Materials zum Ausbilden der inneren Schutzschicht und eines zweiten Materials zum Ausbilden der äußeren Schutzschicht; Aufbringen des ersten Materials auf zumindest die ersten Eckabschnitte des Hauptkörpers; Aufbringen des zweiten Materials, um einen gesamten äußeren Rand des Hauptkörpers und das aufgebrachte erste Material zu bedecken; und Wärmebehandeln von beiden aufgebrachten ersten und zweiten Materialien, um entsprechend die erste und die äußere Schutzschicht auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das erste Material unter Verwendung eines Dispensers aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das zweite Material durch Eintauchen aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das erste Material eine höhere Viskosität als das zweite Material aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Viskosität des ersten Materials in dem Bereich von 1500 bis 6000 mPa·s liegt, und die Viskosität des zweiten Materials in dem Bereich von 100 bis 1200 mPa·s liegt.
Gassensor, gekennzeichnet durch das Umfassen des Gassensorelements nach Anspruch 1.