DE102014115638B4

DE102014115638B4 - Gassensorelement, Gassensor, und Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements

Info

Publication number: DE102014115638B4
Application number: DE102014115638.2A
Authority: DE
Inventors: c/o NGK Spark Plug Co. Ltd. Iwano Toru; c/o NGK Spark Plug Co. Ltd. Onkawa Masaki; c/o NGK Spark Plug Co. Ltd. Muraoka Tatsuhiko; c/o NGK Spark Plug Co. Ltd. Sakuma Shun; c/o NGK Spark Plug Co. Ltd. Ohtsuka Shigehiro; c/o NGK Spark Plug Co. Ltd. Mizutani Masaki
Original assignee: Niterra Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: US20150114085A1; US9753020B2; JP6181517B2; JP2015087161A; DE102014115638A1

Abstract

Gassensorelement (7, 207), aufweisend:einen im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedelementkörper (70, 270), der sich in einer Längsrichtung erstreckt und in oder an seinem vorderen Endbereich einen Erfassungsabschnitt (90) zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, aufweist; undeine poröse Schutzschicht (17), die auf eine solche Weise an einer vorderen Endfläche (127) und Seitenflächen (21, 23, 111, 113) des Elementkörpers (70, 270) bereitgestellt ist, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt (90) bedeckt,wobei das Gassensorelement (7, 207) wenigstens einen Zwischenraum (18) aufweist, der gebildet ist, um den Elementkörper (70, 270) und die Schutzschicht (17) zu trennen, wobei der Zwischenraum (18) nur in einem vorderen Bereich (E1), der sich vor einer Stelle (19) an den Seitenflächen des Elementkörpers (70, 270) befindet, an der die Schutzschicht (17) ihre größte Dicke aufweist, bereitgestellt ist;wobei der Zwischenraum (18) so an wenigstens einem Eckpunkt von vier Eckpunkten (74) eines vorderen Endes des Elementkörpers (70, 270) gebildet ist, dass sich der Zwischenraum über drei Flächen des Elementkörpers (70, 270), die den Eckpunkt definieren, erstreckt; undwobei die Schutzschicht (17) mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche (127) in Kontakt steht, und mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen (21, 23, 111, 113) in dem vorderen Bereich in Kontakt steht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gassensorelement zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, einen Gassensor, der das Gassensorelement aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements.
Allgemeiner Stand der Technik
Ein herkömmlich bekannter Gassensor, der ein Gassensorelement zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, aufweist, ist zum Beispiel ein Sauerstoffsensor, der in einen Abgasfließweg wie etwa ein Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors eingebaut ist und bei der Steuerung der Verbrennung des Verbrennungsmotors durch Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas benutzt wird. Der Sauerstoffsensor weist zum Beispiel ein röhrenförmiges Metallgehäuse und ein plattenartiges Gassensorelement, das in dem Metallgehäuse gehalten wird, auf.
Das Gassensorelement umfasst einen plattenartigen Elementkörper, der sich in der Längsrichtung erstreckt, und eine Schutzschicht, die aus einem porösen Material gebildet ist, auf der Oberfläche des Elementkörpers. Der Elementkörper umfasst einen Erfassungsabschnitt, der in seinem in der Längsrichtung vorderen Abschnitt bereitgestellt ist und zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, geeignet ist. Die Schutzschicht ist auf eine solche Weise in einem in der Längsrichtung vorderen Endabschnitt des Elementkörpers bereitgestellt, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt bedeckt.
Die Schutzschicht ist zum Schutz des Elementkörpers bereitgestellt. Ein direktes Anhaften von kondensiertem Wasser kann den erhitzten Elementkörper durch einen Temperaturschock zerbrechen. Daher kann durch die Bereitstellung der Schutzschicht, um ein direktes Anhaften von kondensiertem Wasser oder dergleichen an dem Elementkörper zu unterdrücken, ein Brechen des Elementkörpers unterdrückt werden. Die Schutzschicht weist eine bestimmte Dicke auf, um zu gestatten, dass kondensiertes Wasser verdampft, bevor es den Elementkörper erreicht.
Ein bekanntes Verfahren zur Bildung der Schutzschicht des Gassensorelements ist ein Eintauchprozess, bei dem ein vorderer Endabschnitt des Elementkörpers in eine Aufschlämmung, die durch Mischen von Keramikpulver, Wasser und einem porenbildenden Mittel (zum Beispiel Kohlenstoffpulver) angefertigt wurde, eingetaucht wird; siehe das Patentdokument 1. Die auf den Elementkörper aufgebrachte Aufschlämmung wird einer Wärmebehandlung unterzogen und wird zu der Schutzschicht.
Dokumente des Stands der Technik
Patentdokument 1: Patentoffenlegungsschrift (kokai) JP 2003 - 322632 A1 . JP 2012 - 168030 A1 offenbart ein Gassensorelement und einen Gassensor. US 2012 / 0 297 861 A1 offenbart ein Gassensorelement und sein Herstellungsverfahren, sowie einen Gassensor, der das Gassensorelement verwendet.
Kurzdarstellung der Erfindung
Doch der oben genannte Eintauchprozess ist mit dem folgenden Problem verbunden. Da die Dicke der Schutzschicht an bestimmten Stellen, insbesondere in der Nähe von vier Eckpunkten an dem vorderen Ende des Elementkörpers, abnimmt, muss das Eintauchen mehrere Male durchgeführt werden, um an diesen bestimmten Stellen eine ausreichende Dicke der Schutzschicht zu gewährleisten.
Dabei verleiht das mehrmalige Eintauchen jenen Abschnitten der Schutzschicht, die durch ein einziges (einmaliges) Eintauchen eine ausreichende Dicke der Schutzschicht aufweisen könnten, eine übermäßige Dicke. Daher steigt das gesamte Volumen der Schutzschicht an, und nimmt entsprechend die Wärmekapazität der Schutzschicht zu, was zusammen mit einer Zunahme der Zeit, die für die Aktivierung des Sensorelements nötig ist, zu einem unnötigen Stromverbrauch durch ein Heizelement führt.
Eine vorstellbare Maßnahme, um dieses Problem zu lösen, ist der Einsatz eines Sprühprozesses, um die Aufschlämmung nach der Aufbringung der Aufschlämmung durch ein einziges Eintauchen mittels eines Zerstäubers auf jene bestimmten Stellen aufzubringen, an denen durch das einmalige Eintauchen keine ausreichende Dicke besteht.
Doch bei dem Sprühprozess besteht die Neigung zu einer Verschwendung der Aufschlämmung; da die Aufschlämmung in der Form eines Nebels aufgesprüht wird, tropft insbesondere ein Teil der Aufschlämmung ab, ohne auf den Elementkörper aufgebracht zu werden. Außerdem ist der Sprühprozess mit dem folgenden Problem verbunden: da die Sprühmenge pro Einheitszeit gering ist, und daher die Arbeitszeit für das Sprühen lang wird, werden die Schritte zur Bildung der Schutzschicht mühsam.
Angesichts des obigen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gassensorelement bereitzustellen, dessen Schutzschicht eine geringere Wärmekapazität als eine durch einen Eintauchprozess gebildete herkömmliche Schutzschicht aufweist, und einen Gassensor, der das Gassensorelement aufweist, wie auch ein Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt gemäß einer Ausführungsform ein Gassensorelement bereit, das einen rechteckigen Parallelepipedelementkörper und eine poröse Schutzschicht umfasst. Der Elementkörper erstreckt sich in einer Längsrichtung und weist in oder an seinem vorderen Endbereich einen Erfassungsabschnitt zur Erfassung eines bestimmten Gases (zum Beispiel eines Gasbestandteils), das in einem zu messenden Gas (zum Beispiel einem Gasgemisch) enthalten ist, auf. Die poröse Schutzschicht ist auf eine solche Weise auf oder an einer vorderen Endfläche und Seitenflächen des Elementkörpers bereitgestellt oder angeordnet, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt bedeckt.
Das Gassensorelement weist wenigstens einen Zwischenraum auf, der gebildet ist, um den Elementkörper und die Schutzschicht zu trennen (zum Beispiel ist der wenigstens eine Zwischenraum zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht definiert), wobei der Zwischenraum nur in einem vorderen Bereich bereitgestellt ist, der sich vor der Stelle oder dem Ort an den Seitenflächen des Elementkörpers befindet, an der bzw. dem die Schutzschicht ihre größte Dicke aufweist.
Der Zwischenraum ist so an wenigstens einem Eckpunkt von vier Eckpunkten eines vorderen Endes des Elementkörpers bereitgestellt (zum Beispiel daran angrenzend eingerichtet), dass sich der Zwischenraum über drei Flächen des Elementkörpers, die den Eckpunkt definieren, erstreckt, und die Schutzschicht steht mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche in Kontakt, und steht mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt.
Bei dem so gestalteten Gassensorelement ist der Zwischenraum zum Trennen des Elementkörpers und der Schutzschicht so an dem Eckpunkt des vorderen Endes des Elementkörpers, an dem die Dicke der Schutzschicht wahrscheinlich gering werden wird, bereitgestellt, dass sich der Zwischenraum über drei Flächen des Elementkörpers, die den Eckpunkt definieren, erstreckt. Dadurch ist es selbst dann, wenn die Dicke der Schutzschicht in der Nähe des Eckpunkts gering ist, möglich, ein Brechen des Eckpunkts des vorderen Endes des Elementkörpers, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock ergeben könnte, der von einem Anhaften von Wasser herrührt, zu unterdrücken. Dies liegt daran, dass der Zwischenraum, der an dem Eckpunkt bereitgestellt ist, kondensiertes Wasser, das an der Schutzschicht anhaftet, dazu bringt, unter Umgehung des Zwischenraums in die Schutzschicht einzudringen, wodurch verhindert wird, dass das kondensierte Wasser den Eckpunkt erreicht.
Das heißt, verglichen mit einer herkömmlichen Schutzschicht, die durch einen Eintauchprozess gebildet wird, kann die Dicke, und daher die Wärmekapazität, der Schutzschicht verringert werden.
Außerdem ist der Zwischenraum nur in dem vorderen Bereich gebildet, der sich vor der Stelle oder dem Ort an den Seitenflächen des Elementkörpers befindet, an der bzw. dem die Schutzschicht ihre größte Dicke aufweist. Dank dieses Merkmals ist es möglich, zu verhindern, dass kondensiertes Wasser den Eckpunkt durch den Zwischenraum erreicht, und ist es auch möglich, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht und dem Elementkörper in einem Bereich, der sich hinter der Stelle an den Seitenflächen des Elementkörpers befindet, an der die Schutzschicht ihre größte Dicke aufweist, zu verhindern.
Zudem steht die Schutzschicht mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche des Elementkörpers in Kontakt, und steht sie mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt. Dadurch kann trotz des Umstands, dass der Zwischenraum, der auf eine solche Weise gebildet ist, dass er den Elementkörper und die Schutzschicht trennt, in dem vorderen Bereich bereitgestellt ist, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht und dem Elementkörper selbst in dem vorderen Bereich unterdrückt werden.
Somit kann die vorliegende Erfindung ein Gassensorelement bereitstellen, das eine Schutzschicht aufweist, deren Wärmekapazität geringer jene als einer durch einen Eintauchprozess gebildeten herkömmlichen Schutzschicht ist.
Der bei der vorliegenden Erfindung genannte „im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedelementkörper“ umfasst nicht nur einen rechteckigen Parallelepipedelementkörper sondern auch einen Elementkörper in der Form eines rechteckigen Parallelepipeds, dessen Kanten abgeschrägt sind. Im Fall eines Elementkörpers mit abgeschrägten Kanten bezeichnen „vier Eckpunkten eines vorderen Endes des Elementkörpers“ Kammlinien, die durch die Abschrägungen und die vordere Endfläche definiert sind.
Für die Bereitstellung des Zwischenraums besteht keine bestimmte Beschränkung, solange der Zwischenraum an wenigstens einem von vier Eckpunkten an dem vorderen Ende des Elementkörpers bereitgestellt ist. Der Zwischenraum kann an einem einzelnen Eckpunkt bereitgestellt sein, bzw. die Zwischenräume können an den vier Eckpunkten bereitgestellt sein. Darüber hinaus können die Zwischenräume in einer Eins-zu-Eins-Beziehung an den Eckpunkten bereitgestellt sein oder kann ein einzelner Zwischenraum über mehreren Eckpunkten hinweg bereitgestellt sein.
Es genügt, wenn die Schutzschicht mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche des Elementkörpers in Kontakt steht. Daher kann die Schutzschicht mit einem Abschnitt der vorderen Endfläche in Kontakt stehen oder mit der gesamten vorderen Endfläche mit Ausnahme des Zwischenraums in Kontakt stehen.
Es genügt, wenn die Schutzschicht mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt steht. Daher kann die Schutzschicht mit einer Seitenfläche in dem vorderen Bereich in Kontakt stehen oder mit jeder der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt stehen.
Bei dem oben beschriebenen Sensorelement kann die Schutzschicht mit wenigstens einem Abschnitt einer jeden der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt stehen.
Wenn die Schutzschicht mit wenigstens einem Abschnitt einer jeden der vier Seitenflächen in dem vorderen Bereich in Kontakt steht, ist es möglich, die Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht und den Seitenflächen des Elementkörpers in dem vorderen Abschnitt noch weiter zu unterdrücken. Dadurch wird es noch unwahrscheinlicher, dass es zu einer Trennung der Schutzschicht von dem Elementkörper kommt.
Bei dem oben beschriebenen Gassensorelement kann der Elementkörper durch einen Abschnitt der vorderen Endfläche und Abschnitte der Seitenflächen in dem vorderen Endbereich mit der Schutzschicht in Kontakt stehen, wobei die gesamte Flächenausdehnung des Abschnitts der vorderen Endfläche und der Abschnitte der Seitenflächen die Hälfte der gesamten Flächenausdehnung der vorderen Endfläche und der Seitenflächen beträgt.
In diesem Fall kann in dem vorderen Endbereich eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht sichergestellt werden. Daher wird es noch unwahrscheinlicher, dass es zu einer Trennung der Schutzschicht von dem Elementkörper kommt.
Bei dem oben genannten Gassensorelement kann ein Zwischenraum an nur einem Eckpunkt bereitgestellt sein.
Das heißt, da bei diesem Gassensorelement ein Zwischenraum an nur einem Eckpunkt bereitgestellt ist, ist kein einzelner Zwischenraum über mehrere Eckpunkte hinweg bereitgestellt. Daher ist es möglich zu verhindern, dass der Zwischenraum an der Außenfläche des vorderen Endbereichs des Elementkörpers einen übermäßig großen Bereich einnimmt, wodurch eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht sichergestellt wird.
Da somit gemäß diesem Gassensorelement eine große Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht sichergestellt werden kann, kann die Trennung der Schutzschicht von dem Elementkörper noch weiter unterdrückt werden.
Bei dem oben genannten Gassensorelement können mehrere (zum Beispiel wenigstens zwei) Zwischenräume bereitgestellt sein.
Falls mehrere Zwischenräume bereitgestellt sind, ist es möglich, zu verhindern, dass kondensiertes Wasser die mehreren Eckpunkte des Elementkörpers erreicht, wodurch ein Brechen des Elementkörpers, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock ergeben könnte, der von einem Anhaften von Wasser herrührt, unterdrückt wird.
Insbesondere kann der Zwischenraum bei dem oben beschriebenen Gassensorelement an jedem von wenigstens zwei diagonal angeordneten Eckpunkten der vier Eckpunkte des vorderen Endes des Elementkörpers bereitgestellt sein.
Bei dem oben genannten Gassensorelement kann die von dem Eckpunkt in der Breitenrichtung des Elementkörpers gemessene Höchstbreite des Zwischenraums kleiner als die Hälfte der Breite des Elementkörpers sein.
Falls die Höchstbreite des Zwischenraums kleiner als die Hälfte der Breite des Elementkörpers ist, ist es möglich, zu verhindern, dass der Zwischenraum an der Außenfläche des vorderen Bereichs des Elementkörpers einen übermäßig großen Bereich einnimmt, wodurch an der Außenfläche des Elementkörpers ein ausreichend großer Kontaktbereich sichergestellt wird, an dem der Elementkörper mit der Schutzschicht in Kontakt steht.
Bei dem oben genannten Gassensorelement kann die von dem Eckpunkt in der Dickenrichtung des Elementkörpers gemessene Höchstdicke des Zwischenraums kleiner als die Hälfte der Dicke des Elementkörpers sein.
Falls die Höchstdicke des Zwischenraums kleiner als die Hälfte der Dicke des Elementkörpers ist, ist es möglich, zu verhindern, dass der Zwischenraum an der Außenfläche des vorderen Bereichs des Elementkörpers einen übermäßig großen Bereich einnimmt, wodurch an der Außenfläche des Elementkörpers ein ausreichend großer Kontaktbereich sichergestellt wird, an dem der Elementkörper mit der Schutzschicht in Kontakt steht.
Als nächstes stellt die vorliegenden Erfindung gemäß einer Ausführungsform einen Gassensor bereit, der ein Gassensorelement nach einem der oben genannten Gassensorelemente umfasst, welches dazu geeignet ist, ein bestimmtes Gas, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, zu erfassen.
Der Gassensor umfasst ein beliebiges der oben genannten Gassensorelemente, bei dem einen Brechen der Eckpunkte des vorderen Endes des Elementkörpers, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock infolge eines Anheftens von Wasser ergeben könnte, unterdrückt werden kann. Außerdem kann die Schutzschicht des Gassensorelements eine geringere Dicke als eine durch einen Eintauchprozess gebildete herkömmliche Schutzschicht aufweisen und daher weist sie eine geringere Wärmekapazität als die herkömmliche Schutzschicht auf.
Daher kann der Gassensor der vorliegenden Erfindung so gestaltet sein, dass er das Gassensorelement aufweist, dessen Schutzschicht eine geringere Wärmekapazität als eine herkömmliche Schutzschicht aufweist.
Als nächstes stellt die vorliegende Erfindung gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements, umfassend einen im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedelementkörper, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und in oder an seinem vorderen Endbereich einen Erfassungsabschnitt zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, aufweist, und eine poröse Schutzschicht, die auf eine solche Weise an einer vorderen Endflächen und Seitenflächen des Elementkörpers bereitgestellt ist, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt bedeckt, bereit.
Das durch dieses Herstellungsverfahren hergestellte Gassensorelement weist wenigstens einen Zwischenraum auf, der gebildet ist, um den Elementkörper und die Schutzschicht zu trennen, wobei der Zwischenraum nur in einem vorderen Bereich bereitgestellt ist, der sich vor einer Stelle an den Seitenflächen des Elementkörpers befindet, an denen die Schutzschicht ihre größte Dicke aufweist. Der Zwischenraum ist so an wenigstens einem Eckpunkt von vier Eckpunkten eines vorderen Endes des Elementkörpers bereitgestellt, dass sich der Zwischenraum über drei Flächen des Elementkörpers, die den Eckpunkt definieren, erstreckt. Die Schutzschicht steht mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche in Kontakt, und steht mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen in dem vorderen Endbereich in Kontakt.
Das Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements umfasst einen Lösemittelanordnungsschritt, um an einer Außenfläche des Elementkörpers in einem Bereich, in dem der Zwischenraum gebildet werden soll, ein flüchtiges Lösemittel anzuordnen, einen Schutzschichtbildungsschritt, um an dem Elementkörper, an dem das flüchtige Lösemittel zurückgeblieben ist, eine grüne Schutzschicht, die durch eine Wärmebehandlung zu der Schutzschicht werden soll, auf eine solche Weise zu bilden, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt bedeckt, und einen Wärmebehandlungsschritt, um an dem Elementkörper, an dem die grüne Schutzschicht gebildet ist, eine Wärmebehandlung vorzunehmen, wodurch die Schutzschicht gebildet wird, wobei das flüchtige Lösemittel während eines Zeitraums von dem Beginn des Lösemittelanordnungsschritts bis zu dem Ende des Wärmebehandlungsschritts verflüchtigt wird, wodurch der Zwischenraum gebildet wird.
Das heißt, der Zwischenraum kann im Verlauf einer Reihe der folgenden Schritte als Ergebnis einer Verflüchtigung des flüchtigen Lösemittels zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht gebildet werden: das flüchtige Lösemittel wird in einem Bereich, in dem der Zwischenraum gebildet werden soll, an der Außenfläche des Elementkörpers angeordnet; an dem Elementkörper, an dem das flüchtige Lösemittel zurückgeblieben ist, wird die grüne Schutzschicht gebildet; und an dem Elementkörper, an dem die grüne Schutzschicht gebildet ist, wird eine Wärmebehandlung vorgenommen, wodurch die Schutzschicht gebildet wird.
Durch das Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements, das das flüchtige Lösemittel verwendet und den Lösemittelanordnungsschritt, den Schutzschichtbildungsschritt, und den Wärmebehandlungsschritt umfasst, kann das Gassensorelement, das zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht den Zwischenraum aufweist, leicht hergestellt werden.
Wirkung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann ein Gassensorelement erbringen, dessen Schutzschicht eine geringere Wärmekapazität als eine durch einen Eintauchprozess gebildete herkömmliche Schutzschicht aufweist.
Außerdem kann der Gassensor der vorliegenden Erfindung so gestaltet sein, dass er über das Gassensorelement, dessen Schutzschicht eine geringere Wärmekapazität als eine herkömmliche Schutzschicht aufweist, verfügt.
Darüber hinaus kann das Verfahren zur Herstellung des Gassensorelements der vorliegenden Erfindung das Gassensorelement, das zwischen dem Elementkörper und der Schutzschicht den Zwischenraum aufweist und dessen Schutzschicht eine geringere Wärmekapazität als eine herkömmliche Schutzschicht aufweist, herstellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 veranschaulicht eine Schnittansicht eines Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer Achsenrichtung.
2 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht, die ein Gassensorelement zeigt.
3 veranschaulicht eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die das Gassensorelement zeigt.
4 veranschaulicht eine Schnittansicht des Gassensorelements entlang der Linie A-A in 2.
5 veranschaulicht eine Schnittansicht des Gassensorelements entlang der Linie B-B in 4.
6 veranschaulicht eine erklärende Ansicht im Hinblick auf ein Verfahren zur Herstellung von Grünkörpern der Gassensorelemente.
7 veranschaulicht eine erklärende Ansicht, die das Gassensorelement in der Mitte der Herstellung zeigt.
8 veranschaulicht eine Ansicht, die Schritte zur Bildung einer grünen Schutzschicht zeigt.
9 veranschaulicht eine Schnittansicht, die ein Gassensorelement mit einem nicht abgeschrägten Elementkörper zeigt.

Arten zur Ausführung der Erfindung
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Die folgenden Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf einen Vollbereichs-Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der nachstehend lediglich als der Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor bezeichnet sein kann und bei dem es sich unter den Gassensoren um eine Art von Sauerstoffsensor handelt, beschrieben werden. Im Besonderen wird sich diese Beschreibung auf einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor zur Verwendung bei einer Rückkopplungssteuerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses in einem Verbrennungsmotor beziehen, der an einem Auspuffrohr des Verbrennungsmotors angebracht ist und ein Gassensorelement (Erfassungselement) einsetzt, um ein bestimmtes Gas (Sauerstoff), das in einem zu messenden Gas, insbesondere Abgas, enthalten ist, zu messen.
1. Erste Ausführungsform
1-1 Der Gesamtaufbau
Der Gesamtaufbau eines Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors, der ein Gassensorelement der vorliegenden Erfindung verwendet, wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden. 1 ist eine Schnittansicht, die den inneren Aufbau des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors zeigt.
Wie in 1 gezeigt umfasst ein Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ein röhrenförmiges Metallgehäuse 5, an dessen Außenfläche ein Gewindeabschnitt 3 gebildet ist, der zur seiner Fixierung an einem Auspuffrohr geeignet ist; ein plattenartiges Gassensorelement 7, das sich in einer Achsenrichtung (einer Längsrichtung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors 1, einer vertikalen Richtung in 1) erstreckt; eine röhrenförmige Keramikhülse 9, die auf eine solche Weise angeordnet ist, dass sie das Gassensorelement 7 radial umgibt; ein isolierendes Kontaktelement 13 (einen Separator 13), das eine Einsetzöffnung aufweist, die sich in der Achsenrichtung hindurch erstreckt, und die so angeordnet ist, dass die Innenwandfläche der Einsetzöffnung 11 einen hinteren Endabschnitt des Gassensorelements 7 umgibt; und fünf Anschlussklemmen 15 (2 zeigt nur zwei davon), die zwischen dem Gassensorelement 7 und dem Separator 13 angeordnet sind.
Wie später ausführlich beschrieben werden wird, umfasst das Gassensorelement 7 einen rechteckigen Parallelepipedelementkörper 70, der sich in der Längsrichtung erstreckt, und eine poröse Schutzschicht 17, die einen vorderen Endabschnitt des Elementkörpers 70 bedeckt. Der Elementkörper 70 weist einen Erfassungsabschnitt 90 auf, der in seinem vorderen Endbereich bereitgestellt ist und zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, geeignet ist. Außerdem weist das Gassensorelement 7 Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31, und 33 auf, die an der Außenfläche seines hinteren Endabschnitts (eines oberen Endabschnitts in 1, eines in der Längsrichtung hinteren Endabschnitts) gebildet sind, insbesondere an einer ersten Hauptfläche 21 und einer zweiten Hauptfläche 23 des hinteren Endabschnitts (siehe 2 und 3 für Einzelheiten).
Die Anschlussklemmen 15 sind elektrisch mit den Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31 bzw. 33 des Gassensorelements 7 verbunden und sind auch elektrisch mit entsprechenden Leitungsdrähten 35, die sich von außen her in den Sensor erstrecken, verbunden, wodurch elektrische Strompfade gebildet werden, durch die elektrischer Strom zwischen einer externen Vorrichtung, die an die Leitungsdrähte 35 angeschlossen ist, und den Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31, und 33 fließt.
Das Metallgehäuse 5 weist eine im Wesentlichen röhrenförmige Form auf und ist so gestaltet, dass er eine Durchgangsöffnung 37, die sich in der Achsenrichtung hindurch erstreckt, und einen Absatz 39, der von der Wandfläche der Durchgangsöffnung 37 radial einwärts vorspringt, aufweist. Das Metallgehäuse 5 hält das durch die Durchgangsöffnung 37 eingesetzte Gassensorelement 7 auf eine solche Weise, dass der Erfassungsabschnitt 90 vor dem vorderen Ende der Durchgangsöffnung 37 angeordnet ist, während die Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31, und 33 hinter dem hinteren Ende der Durchgangsöffnung 37 angeordnet sind.
Außerdem sind in der Durchgangsöffnung 37 des Metallgehäuses 5 ein ringförmiger Keramikhalter 41, ein Talkring 43, ein Talkring 45 und die Keramikhülse 9 auf eine solche Weise in dieser Reihenfolge nach hinten gerichtet gestapelt, dass sie das Gassensorelement 7 radial umgeben.
Eine Quetschdichtung 49 ist zwischen der Keramikhülse 9 und einem hinteren Endabschnitt 47 des Metallgehäuses 5 angeordnet, während ein Metallhalter 51 zum Halten des Talkrings 43 und des Keramikhalters 41 zwischen dem Keramikhalter 41 und dem Absatz 39 des Metallgehäuses 5 angeordnet ist. Der hintere Endabschnitt 47 des Metallgehäuses 5 ist auf eine solche Weise gecrimpt, dass die Keramikhülse 9 durch die Quetschdichtung 49 nach vorne gepresst wird.
Darüber hinaus ist eine Schutzeinrichtung 55, die aus Metall (z.B. Edelstahl) besteht und einen Doppelaufbau aufweist, zum Beispiel durch Schweißen an dem Außenumfang eines vorderen Endabschnitts 53 des Metallgehäuses 5 angebracht und deckt sie einen vorspringenden Abschnitt des Gassensorelements 7 ab.
Andererseits ist ein Außenrohr 57 an dem Außenumfang eines hinteren Abschnitts des Metallgehäuses 5 fixiert. Eine Durchführung 61, worin Leitungsdrahteinsetzöffnungen 59 gebildet sind, ist in einer hinteren Öffnung des Außenrohrs 57 angeordnet, und die fünf Leitungsdrähte 35 (1 zeigt drei davon) sind durch die jeweiligen Leitungsdrahteinsetzöffnungen 59 eingesetzt und elektrisch mit den Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31 bzw. 33 verbunden.
Der Separator 13 weist einen Kragenabschnitt 63 auf, der an seinem Außenumfang gebildet ist, und der Kragenabschnitt 63 ist durch ein Halteelement 65 an dem Außenrohr 57 fixiert.
1-2. Der Aufbau des Gassensorelements
Als nächstes wird der Aufbau des Gassensorelements 7, der ein wesentliches Element der vorliegenden Ausführungsform ist, unter Bezugnahme auf 2 bis 5 ausführlich beschrieben werden.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen des Gassensorelements 7 zeigt.
Wie in 2 gezeigt ist das Gassensorelement 7 ein längliches Plattenelement, das sich in der Längsrichtung (der Richtung der Y-Achse) erstreckt. In 2 entspricht die Längsrichtung der Achsenrichtung des Gassensors. Außerdem ist in 2 eine Z-AchsenRichtung eine Dickenrichtung, die senkrecht zu der Längsrichtung verläuft, und ist eine X-Achsen-Richtung eine Breitenrichtung, die senkrecht zu der Längsrichtung und zu der Dickenrichtung verläuft.
Das Gassensorelement 7 umfasst einen rechteckigen Parallelepipedelementkörper 70, der sich in der Längsrichtung erstreckt, und die poröse Schutzschicht 17, die einen vorderen Endabschnitt (einen unteren Endabschnitt in 2) des Elementkörpers 70 bedeckt. Der Elementkörper 70 ist so gestaltet, dass ein plattenartiges Element 71, das sich in der Längsrichtung erstreckt, und ein plattenartiges Heizelement 73, das sich in der Längsrichtung erstreckt, aneinander geschichtet bzw. laminiert sind. Der Elementkörper 70 weist den Erfassungsabschnitt 90 auf, der an oder in seinem vorderen Endbereich bereitgestellt ist und zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in dem zu messenden Gas enthalten ist, geeignet ist. Die Schutzschicht 17 ist auf eine solche Weise an einer vorderen Endfläche 127 und Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, einer ersten Seitenfläche 111, und einer zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörpers 70 bereitgestellt, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt 90 bedeckt.
3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die das Gassensorelement 7 zeigt. 3 verzichtet auf die Darstellung der Schutzschicht 17 wie auch einer ersten längsseitigen Abschrägung 121, einer zweiten längsseitigen Abschrägung 122, einer dritten längsseitigen Abschrägung 123, und einer vierten längsseitigen Abschrägung 124, die später beschrieben werden.
Wie in 3 in einem auseinandergezogenen Zustand gezeigt umfasst der Elementkörper 70 des Gassensorelements 7 das plattenartige Element 71, das in einer Schichtungsrichtung bzw. Laminiereungsrichtung an einer Seite (der oberen Seite in 3) angeordnet ist und sich in der Längsrichtung erstreckt, und das plattenartige Heizelement 73, das an einer zu dem Element 71 entgegengesetzten Seite (der Rückseite) angeordnet ist und sich in der Längsrichtung erstreckt.
Das Element 71 umfasst eine Sauerstoffkonzentrationszelle 81, die so gestaltet ist, dass poröse Elektroden 77 und 79 an jeweiligen entgegengesetzten Seiten eines Festelektrolytkörpers 75 gebildet sind; eine Sauerstoffpumpenzelle 89, die so gestaltet ist, dass poröse Elektroden 85 und 87 an jeweiligen entgegengesetzten Seiten eines Festelektrolytkörpers 83 gebildet sind; und einen isolierenden Abstandshalter 93, der zwischen die beiden Zellen 81 und 89 geschichtet bzw. laminiert ist und worin eine hohle Gasmesskammer 91 gebildet ist. Die Festelektrolytkörper 75 und 83 sind aus Zirkoniumoxid, das Yttriumoxid als Stabilisator in einer Festlösung enthält, gebildet und die porösen Elektroden 77, 79, 85, und 87 sind hauptsächlich aus Pt gebildet.
Der isolierende Abstandshalter 93, in dem die Gasmesskammer 91 gebildet ist, ist hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet. Die poröse Elektrode 77 der Sauerstoffkonzentrationszelle 81 und die poröse Elektrode 87 der Sauerstoffpumpenzelle 89 sind auf eine solche Weise angeordnet, dass sie zu der hohlen Gasmesskammer 91 hin freiliegen.
Das Element 71 weist zwei Gaseinlässe 94 auf, die in jeweiligen Seiten davon (Seiten des isolierenden Abstandshalters 93) gebildet sind. Die Gaseinlässe 94 dienen als Einlässe für Abgas (das zu messende Gas) und stehen mit der Gasmesskammer 91 in Verbindung. In jeweiligen Pfaden, die sich von den beiden Gaseinlässen 94 zu der Gasmesskammer 91 erstrecken, sind Diffusionssteuerabschnitte 95 gebildet. Die Diffusionssteuerabschnitte 95 sind poröse Körper, die zum Beispiel aus Aluminiumoxid gebildet sind, und steuern die Diffusion des zu messenden Gases, das in die Gasmesskammer 91 strömt. Die Diffusionssteuerabschnitte 95 liegen von den Gaseinlässen 94 teilweise frei.
Das heißt, in dem Gassensorelement 7 sind die Gaseinlässe 94 in den äußersten Flächen des Elementkörpers 70 gebildet und sind sie in zwei unterschiedliche Richtungen gewandt, und liegen die Diffusionssteuerabschnitte 95 in den beiden unterschiedlichen Richtungen frei.
Darüber hinaus ist ein isolierendes Substrat 97, das hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet ist, auf die Seite der ersten Hauptfläche 21 (die obere Seite in 3) des Elements 71 geschichtet. Das isolierende Substrat 97 weist einen darin eingebetteten Lüftungsabschnitt 99 auf, und der Lüftungsabschnitt 99 ist ähnlich wie im Fall der Diffusionssteuerabschnitte 95 ein poröser Körper. Der Lüftungsabschnitt 99 gestattet, dass die poröse Elektrode 85 der Sauerstoffpumpenzelle 89 dem zu messenden Gas ausgesetzt wird.
Die Gasmesskammer 91 befindet sich in einem vorderen Endbereich (einem linken Endbereich in 3) des Elementkörpers 70. Unter Bezugnahme auf die Längsrichtung des Elements 71 bilden ein Bereich, in dem die Gasmesskammer 91 gebildet ist, und ein Bereich, der sich vor der Gasmesskammer 91 befindet, den Erfassungsabschnitt 90 zur Erfassung von Sauerstoff.
Andererseits ist das Heizelement 73 so gebildet, dass ein wärmeerzeugendes Widerstandsmuster 105, das hauptsächlich aus Pt gebildet ist, zwischen isolierende Substrate 101 und 103, die hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet sind, eingefügt ist.
Das Gassensorelemente 7 hat drei Elektrodenanschlussflächen 25, 27, und 29, diean einem hinteren Endabschnitt (einem rechten Endabschnitt in 3) der ersten Hauptfläche 21 gebildet sind, und die beiden Elektrodenanschlussflächen 31 und 33, die an einem hinteren Endabschnitt der zweiten Hauptfläche 23 gebildet sind.
Wie in 3 gezeigt, ist die an der ersten Hauptfläche 21 gebildete Elektrodenanschlussfläche 29 (die rechte Elektrodenanschlussfläche in 2) durch eine Durchgangsöffnung 161, die in dem isolierenden Substrat 97 bereitgestellt ist, eine Durchgangsöffnung 165, die in dem Festelektrolytkörper 83 bereitgestellt ist, und eine Durchgangsöffnung 171, die in dem isolierenden Abstandshalter 93 bereitgestellt ist, elektrisch mit der porösen Elektrode 77 der Sauerstoffkonzentrationszelle 81, die zu der Gasmesskammer 91 freiliegt, verbunden. Die Elektrodenanschlussfläche 29 ist durch die Durchgangsöffnung 161, die in dem isolierenden Substrat 97 bereitgestellt ist, und die Durchgangsöffnung 165, die in dem Festelektrolytkörper 83 bereitgestellt ist, auch elektrisch mit der porösen Elektrode 87 der Sauerstoffpumpenzelle 89, die zu der Gasmesskammer 91 freiliegt, verbunden. Somit sind die poröse Elektrode 77 und die poröse Elektrode 87 elektrisch miteinander verbunden und weisen sie daher das gleiche elektrische Potential auf.
Außerdem ist wie in 3 gezeigt eine andere Elektrodenanschlussfläche 27 (die mittlere Elektrodenanschlussfläche in 2) durch eine Durchgangsöffnung 162, die in dem isolierenden Substrat 97 bereitgestellt ist, eine Durchgangsöffnung 166, die in dem Festelektrolytkörper 83 bereitgestellt ist, eine Durchgangsöffnung 172, die in dem isolierenden Abstandshalter 93 bereitgestellt ist, und eine Durchgangsöffnung 176, die in dem Festelektrolytkörper 75 bereitgestellt ist, elektrisch mit der anderen porösen Elektrode 79 der Sauerstoffkonzentrationszelle 81 verbunden. Darüber hinaus ist wie in 3 gezeigt eine weitere Elektrodenanschlussfläche 25 (die linke Elektrodenanschlussfläche in 2) durch eine Durchgangsöffnung 163, die in dem isolierenden Substrat 97 bereitgestellt ist, elektrisch mit der anderen porösen Elektrode 85 der Sauerstoffpumpenzelle 89 verbunden.
Außerdem sind wie in 3 gezeigt die Elektrodenanschlussflächen 31 und 33 durch Durchgangsöffnungen 181 bzw. 182, die in dem isolierenden Substrat 103 gebildet sind, mit jeweiligen entgegengesetzten Enden des wärmeerzeugenden Widerstandsmusters 105 verbunden.
Da das so gestaltete Gassensorelement 7 unter erneuter Bezugnahme auf 2 ein längliches, im Wesentlichen rechteckiges Parallelepipedplattenelement ist, weist es vier Kanten (Längskammlinien) H1, H2, H3, und H4 auf, die sich in seiner Längsrichtung (Y-Achsen-Richtung in 2) erstrecken.
Genauer weist das Gassensorelement 7 vier Außenwände auf, die sich in seiner Längsrichtung erstrecken; d.h., die erste Hauptfläche 21 und die zweite Hauptfläche 23, und die erste Seitenfläche 111 und die zweite Seitenfläche 113 in Kontakt mit der ersten Hauptfläche 21 und der zweiten Hauptfläche 23. Außerdem weist das Gassensorelement 7 die erste Kante H1, die eine Kammlinie zwischen der ersten Hauptfläche 21 und der ersten Seitenfläche 111 ist; die zweite Kante H2, die eine Kammlinie zwischen der ersten Hauptfläche 21 und der zweiten Seitenfläche 113 ist; die dritte Kante H3, die eine Kammlinie zwischen der zweiten Hauptfläche 23 und der zweiten Seitenfläche 113 ist; und die vierte Kante H4, die eine Kammlinie zwischen der zweiten Hauptfläche 23 und der ersten Seitenfläche 111 ist, auf.
Die erste Kante H1, die zweite Kante H2, die dritte Kante H3, und die vierte Kante H4 sind um 0,2 mm abgeschrägt, wodurch sie eine erste Längskantenabschrägung 121, eine zweite Längskantenabschrägung 122, eine dritte Längskantenabschrägung 123 (siehe 4) und eine vierte Längskantenabschrägung 124 (siehe 4) bereitstellen. In 2 wurde auf eine Darstellung der dritten Längskantenabschrägung 123 und der vierten Längskantenabschrägung 124 mit Bezugszeichen verzichtet, da sie nicht sichtbar sind.
Das Gassensorelement 7 ist auch an vier Kammlinien seiner hinteren Endfläche 129 (der oberen Endfläche in 2) abgeschrägt, wodurch Abschrägungen 131 am hinteren Ende gebildet werden, während die mittlere hintere Endfläche 129 (rechtwinkelig zu der Längsrichtung) zurückbelassen ist.
Als nächstes werden Zwischenräume 18, die zwischen dem Elementkörper 70 und der Schutzschicht 17 des Gassensorelements 7 gebildet sind, beschrieben werden.
4 ist eine Schnittansicht des Gassensorelements 7 entlang der Linie A-A in 2. 5 ist eine Schnittansicht des Gassensorelements 7 entlang der Linie B-B in 4.
Die Schutzschicht 17 ist aus porösem Aluminiumoxid gebildet und bedeckt wenigstens den Erfassungsabschnitt 90 des Elementkörpers 70. Die Zwischenräume 18 sind so zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 gebildet, dass sie die Schutzschicht 17 und den Elementkörper 70 trennen.
Die Anzahl der Zwischenräume 18 beträgt wenigstens vier. Die Zwischenräume 18 sind so gebildet, dass sie vier Eckpunkten 74 der vorderen Endfläche 127 des Elementkörpers 70 entsprechen. Jeder Zwischenraum 18 ist so an einem einzelnen Eckpunkt 74 gebildet, dass er sich über drei Flächen des Elementkörpers 70, die den einzelnen Eckpunkt 74 definieren, erstreckt. Zum Beispiel ist der von den vier Zwischenräumen 18, die in 4 gezeigt sind, obere linke Zwischenraum 18 so an einem einzelnen Eckpunkt 74 gebildet, dass sich der Zwischenraum 18 über die erste Hauptfläche 21, die vordere Endfläche 127 und die erste Seitenfläche 111 des Elementkörpers 70 erstreckt.
Da der Elementkörper 70 der vorliegenden Ausführungsform die erste Längskantenabschrägung 121, die zweite Längskantenabschrägung 122, die dritte Längskantenabschrägung 123, und die vierte Längskantenabschrägung 124 aufweist, nimmt jeder der vier Eckpunkte 74 die Form einer Kammlinie an, die durch die vordere Endfläche 127 und jede aus der ersten Längskantenabschrägung 121, der zweiten Längskantenabschrägung 122, der dritten Längskantenabschrägung 123, und der vierten Längskantenabschrägung 124 definiert ist.
Außerdem sind die Zwischenräume 18 wie in 5 gezeigt an den Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörpers 70 nur in einem vorderen Bereich E1, der sich vor einer Stelle 19 befindet, bereitgestellt. Die Stelle 19 an dem Elementkörper 70 ist eine Stelle an den Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörpers 70, an der die Schutzschicht 17 ihre größte Dicke Dmax aufweist.
Bei dem Gassensorelement 7 sind die Zwischenräume 18 an jenen jeweiligen Eckpunkten 74 der vorderen Endfläche 127 des Elementkörpers 70 bereitgestellt, an denen die Dicke der Schutzschicht 17 zur Abnahme neigt, wobei sie sich über drei Flächen des Elementkörpers 70, die jeden der Eckpunkte 74 definieren, erstrecken. Somit sind der Elementkörper 70 und die Schutzschicht 17 getrennt. Daher kann ein Brechen der Eckpunkte 74 des vorderen Endes des Elementkörpers 70, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock ergeben könnte, der von einem Anhaften von Wasser herrührt, unterdrückt werden, obwohl die Dicken L1 bis L4 der Schutzschicht 17 in der Nähe der Eckpunkte 74 gering sind. Dies liegt daran, dass die Zwischenräume 18, die an den Eckpunkten 74 bereitgestellt sind, kondensiertes Wasser, das an der Schutzschicht 17 anhaftet, dazu bringt, unter Umgehung der Zwischenräume 18 in die Schutzschicht 17 einzudringen, wodurch verhindert wird, dass das kondensierte Wasser die Eckpunkte 74 erreicht.
Außerdem sind die Zwischenräume 18 nur in dem vorderen Bereich E1, der sich vor der Stelle 19 an den vier Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörpers 70 befindet, an der die Schutzschicht 17 die größte Dicke Dmax aufweist, gebildet. Daher kann durch die Zwischenräume 18 verhindert werden, dass das kondensierte Wasser die Eckpunkte 74 erreicht. Außerdem ist es möglich, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 in einem hinteren Bereich E2, der sich hinter der Stelle 19 befindet, zu unterdrücken.
Zudem steht die Schutzschicht 17 mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche 127 in Kontakt, und steht sie mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) in dem vorderen Bereich E1 in Kontakt. Dadurch kann trotz des Umstands, dass die Zwischenräume 18, die gebildet sind, um den Elementkörper 70 und die Schutzschicht 17 zu trennen, in dem vorderen Bereich E1 bereitgestellt sind, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 in dem vorderen Bereich E1 unterdrückt werden. Da die Schutzschicht 17 mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen des Elementkörpers 70 in dem vorderen Bereich E1 in Kontakt steht, ist es insbesondere möglich, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 in dem vorderen Bereich E1 noch weiter zu unterdrücken.
Außerdem steht der Elementkörper 70 in dem vorderen Bereich E1 durch einen Abschnitt der vorderen Endfläche 127 und Abschnitte der Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) in dem vorderen Bereich E1 mit der Schutzschicht 17 in Kontakt, wobei die gesamte Flächenausdehnung des Abschnitts der vorderen Endfläche 127 und der Abschnitte der Seitenflächen die Hälfte der gesamten Flächenausdehnung der vorderen Endfläche 127 und der Seitenflächen beträgt. Da in dem vorderen Endbereich E1 eine ausreichende Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper 70 und der Schutzschicht 17 sichergestellt werden kann, wird es noch unwahrscheinlicher, dass es zu einer Trennung der Schutzschicht 17 von dem Elementkörper 70 kommt.
Wie in 4 gezeigt ist die von dem entsprechenden Eckpunkt 74 in der Breitenrichtung des Elementkörpers 70 gemessene Höchstbreite W1 jedes Zwischenraums 18 kleiner als die Hälfte der Breite W2 des Elementkörpers 70. Besonders dann, wenn der Eckpunkt 74 kein Punkt, sondern eine Seite eines abgeschrägten Abschnitts ist, wird der Abstand zwischen einem Eckpunkt, der vor der Bildung des abgeschrägten Abschnitts vorhanden ist, und einem Endabschnitt des Zwischenraums 18, der der Mitte des Elementkörpers 70 in dessen Breitenrichtung am nächsten liegt, als die Höchstbreite W1 benutzt. Außerdem wird dann, wenn wie in 4 gezeigt mehrere Zwischenräume 18 bereitgestellt sind, bevorzugt, dass die Höchstbreiten W1 aller Zwischenräume 18 kleiner als die Hälfte der Breite W2 des Elementkörpers 70 sind.
Wenn die Höchstbreite W1 jedes Zwischenraums 18 kleiner als die Hälfte der Breite W2 des Elementkörpers 70 ist, kann verhindert werden, dass der Zwischenraum 18 an der Außenfläche des vorderen Bereichs E1 des Elementkörpers 70 einen übermäßig großen Bereich einnimmt, wodurch eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper 70 und der Schutzschicht 17 sichergestellt wird.
Außerdem ist wie in 4 gezeigt die von dem entsprechenden Eckpunkt 74 in der Dickenrichtung des Elementkörpers 70 gemessene Höchstdicke T1 jedes Zwischenraums 18 kleiner als die Hälfte der Dicke T2 des Elementkörpers 70. Besonders dann, wenn der Eckpunkt 74 kein Punkt, sondern eine Seite eines abgeschrägten Abschnitts ist, wird der Abstand zwischen einem Eckpunkt, der vor der Bildung des abgeschrägten Abschnitts vorhanden ist, und einem Endabschnitt des Zwischenraums 18, der der Mitte des Elementkörpers 70 in dessen Dickenrichtung am nächsten liegt, als die Höchstdicke T1 benutzt. Außerdem wird dann, wenn wie in 4 gezeigt mehrere Zwischenräume 18 bereitgestellt sind, bevorzugt, dass die Höchstdicken T1 aller Zwischenräume 18 kleiner als die Hälfte der Dicke T2 des Elementkörpers 70 sind.
Wenn die Höchstdicke T1 jedes Zwischenraums 18 kleiner als die Hälfte der Dicke T2 des Elementkörpers 70 ist, kann verhindert werden, dass der Zwischenraum 18 an der Außenfläche des vorderen Bereichs E1 des Elementkörpers 70 einen übermäßig großen Bereich einnimmt, wodurch eine ausreichend große Kontaktfläche zwischen dem Elementkörper 70 und der Schutzschicht 17 sichergestellt wird.
1-3. Das Verfahren zur Herstellung des Gassensors
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 wird ein Verfahren zur Herstellung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors 1 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden.
6 ist eine erklärende Ansicht im Hinblick auf ein Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers 141 der Gassensorelemente. 7 ist eine erklärende Ansicht, die das Gassensorelement in der Mitte der Herstellung zeigt.
Bei der Herstellung des Gassensorelements 7 wird zuerst ein nicht zusammengepresstes Laminat angefertigt, indem verschiedene allgemein bekannte Materialien, die zur Bildung des Gassensorelements 7 verwendet werden, aneinander geschichtet bzw. laminiert werden; insbesondere unter anderem grüne Festelektrolytplatten, die zur Bildung der Festelektrolytkörper 75 und 83 des Elements 71 verwendet werden, und grüne Isolierplatten, die zur Bildung der isolierenden Substrate 97, 101, und 103 des Heizelements 73 und des Elements 71 verwendet werden. In dem nicht zusammengepressten Laminat sind unter anderem vorab gebildete grüne Elektrodenanschlussflächen, die zu den Elektrodenanschlussflächen 25, 27, 29, 31, und 33 werden sollen, vorhanden.
Unter diesen Materialien wird zum Beispiel die grüne Festelektrodenplatte auf die folgende Weise gebildet. Zuerst werden einem Keramikpulver, das hauptsächlich Zirkoniumoxid enthält, Aluminiumoxidpulver, Butyralharz usw. hinzugefügt. Dem entstandenen Gemisch wird ein Mischlösemittel (Toluol und Methylethylketon) beigemischt, wodurch eine Aufschlämmung gebildet wird. Die Aufschlämmung wird durch einen Rakelprozess zu einer Platte ausgeführt, und das Mischlösemittel wird verflüchtigt, was die grüne Festelektrolytplatte ergibt.
Ferner wird die grüne Isolierplatte auf die folgende Weise gebildet. Zuerst werden einem Keramikpulver, das hauptsächlich Aluminiumoxid enthält, Butyralharz und Dibutylphthalat hinzugefügt. Dem entstandenen Gemisch wird ein Mischlösemittel (Toluol und Methylethylketon) beigemischt, wodurch eine Aufschlämmung gebildet wird. Die Aufschlämmung wird durch einen Rakelprozess zu einer Platte ausgeführt, und das Mischlösemittel wird verflüchtigt, was die grüne Isolierplatte ergibt.
Darüber hinaus werden grüne Diffusionssteuerabschnitte auf die folgende Weise gebildet. Zuerst werden 100 Masse-% Aluminiumoxidpulver und ein Plastifiziermittel nass gemischt, wodurch eine Aufschlämmung gebildet wird, in der das Aluminiumoxidpulver und das Plastifiziermittel verteilt sind. Das Plastifiziermittel enthält Butyralharz und DBP. Die Aufschlämmung wird auf Bereiche aufgebracht, in denen die Diffusionssteuerabschnitte 95 und der Lüftungsabschnitt 99 durch Brennen gebildet werden sollen, wodurch die grünen Diffusionssteuerabschnitte gebildet werden.
Dann wird das nicht zusammengepresste Laminat unter einem Druck von 1 MPa zusammengepresst, was den wie in 6 gezeigten Grünkörper 141 ergibt. Das Verfahren zur Herstellung des nicht zusammengepressten Laminats ist einem allgemein bekannten Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements ähnlich; daher wird auf eine ausführliche Beschreibung des Verfahrens verzichtet.
Der durch die Ausübung von Druck hervorgebrachte Grünkörper 141 wird in mehrere (z.B. zehn) Laminate geschnitten, wovon jedes eine bestimmte Größe aufweist, die mit jener des Elements 71 und des Heizelements 73 des Gassensorelements 7 in Wesentlichen identisch ist.
Anschließend wird das grüne Laminat entbindert und darüber hinaus einem eine Stunde langen normalen Brennen bei 1.500 °C unterzogen, was ein wie in 7 gezeigtes gebranntes Laminat 143 ergibt.
Als nächstes wird das gebrannte Laminat 143 an seinen vier in der Längsrichtung verlaufenden Kanten (der ersten Kante H1, der zweiten Kante H2, der dritten Kante H3, und der vierten Kante H4) abgeschrägt, wodurch die erste Längskantenabschrägung 121, die zweite Längskantenabschrägung 122, die dritte Längskantenabschrägung 123, und die vierte Längskantenabschrägung 124 (siehe 2 und 4) gebildet werden. Im Besonderen werden die vier in der Längsrichtung verlaufenden Kanten (die erste Kante H1, die zweite Kante H2, die dritte Kante H3, und die vierte Kante H4) für ein wohlbekanntes Abschrägen einem Schleifstein ausgesetzt. Dies ergibt den Elementkörper 70.
Nachdem der Elementkörper 7 wie oben erwähnt hervorgebracht wurde, wird eine grüne Schutzschicht um einen vorderen Endabschnitt des Elementkörpers 70 gebildet. Die grüne Schutzschicht wird durch Brennen zu der Schutzschicht 17 mit den Zwischenräumen (siehe 2, 4 und 5).
8 ist eine erklärende Ansicht, die Schritte zur Bildung einer grünen Schutzschicht 117 auf dem Elementkörper 70 und zur Hervorbringung der Schutzschicht 17 durch Vornahme einer Wärmebehandlung an der grünen Schutzschicht 117 zeigt.
In einem Stadium vor der Bildung der grünen Schutzschicht 117 sind an dem Elementkörper 70 kein flüchtiges Lösemittel 118 und keine grüne Schutzschicht 117 vorhanden.
Zuerst wird in dem ersten Schritt das flüchtige Lösemittel 118 (z.B. Ethanol, Propylenglykol, oder Butylcarbitol) auf die vier Eckpunkte 74 der vorderen Endfläche 127 des Elementkörpers 70 aufgebracht. Dabei wird das flüchtige Lösemittel 118 auf eine solche Weise auf jeden Eckpunkt 74 aufgebracht, dass sich das flüchtige Lösemittel 118 entlang von drei Flächen des Elementkörpers 70, die den Eckpunkt 74 definieren, erstreckt. Das heißt, in dem ersten Schritt wird das flüchtige Lösemittel 118 auf Bereiche aufgebracht, die nach dem Brennen zu den Zwischenräumen 18 werden sollen.
In dem nächsten Schritt wird, während das flüchtige Lösemittel 118 zurückgeblieben ist, ein vorderer Endabschnitt des Elementkörpers in eine Schutzschichtaufschlämmung in einem Aufschlämmungsbehälter eingetaucht, wodurch ein Abschnitt einer grünen Schutzschicht 117 auf eine solche Weise auf dem Elementkörper 70 gebildet wird, dass wenigstens der Erfassungsabschnitt 90 bedeckt wird.
In dem anschließenden dritten Schritt wird der vordere Endabschnitt des Elementkörpers 70 erneut in die Schutzschichtaufschlämmung in dem Aufschlämmungsbehälter eingetaucht, wodurch ein anderer Abschnitt der grünen Schutzschicht 117 gebildet wird. Anschließend wird das Eintauchen für eine bestimmte Anzahl von Malen durchgeführt, wodurch die Bildung der grünen Schutzschicht 117, die eine bestimmte Dicke aufweist, abgeschlossen wird.
In dem anschließenden vierten Schritt wird die grüne Schutzschicht 117 einer Wärmebehandlung unterzogen. Im Besonderen wird der Elementkörper 70 mit der darauf gebildeten grünen Schutzschicht 117 einer drei Stunden langen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1.000 °C unterzogen, was das Gassensorelement 7, auf dem die Schutzschicht 17 mit den Zwischenräumen 18 gebildet ist, ergibt. Die grüne Schutzschicht 117 wird gebrannt, um dadurch zu der Schutzschicht 17 zu werden, und die Bereiche, auf die das flüchtige Lösemittel 118 aufgebracht wurde, werden zu den Zwischenräumen 18.
Während des Zeitraums von der Aufbringung des flüchtigen Lösemittels 118 in dem ersten Schritt bis zu der Wärmebehandlung der grünen Schutzschicht 117 in dem vierten Schritt verflüchtigt sich das flüchtige Lösemittel 118 allmählich, wodurch die Zwischenräume 18 zwischen dem Elementkörper 70 und der Schutzschicht 17 gebildet werden.
Das so gebildete Gassensorelement 7 wird in einem Teilmontageschritt an dem Metallgehäuse 5 montiert.
Im Besonderen wird in diesem Teilmontageschritt das Gassensorelement 7, das durch das obige Verfahren hergestellt wurde, in den Metallhalter 51 eingesetzt; darüber hinaus wird das Gassensorelement 7 durch den Keramikhalter 41 und den Talkring 43 an seiner Stelle fixiert, was einen Teilaufbau ergibt. Unter Fixieren des Teilaufbaus an dem Metallgehäuse 5 und Einsetzen eines in der Achsenrichtung hinteren Endabschnitts des Gassensorelements 7 durch den Talkring 45 und die Keramikhülse werden diese Elemente anschließend in das Metallgehäuse 5 eingesetzt.
Dann wird der hintere Endabschnitt 47 des Metallgehäuses 5 zu der Keramikhülse 9 gecrimpt, was einen unteren Teilaufbau ergibt. An dem unteren Teilaufbau wurde davor die Schutzeinrichtung 55 angebracht.
Nun werden das Außenrohr 57, der Separator 13, die Durchführung 61 usw. zusammengesetzt, was einen oberen Teilaufbau ergibt. Dann werden der untere Teilaufbau und der obere Teilaufbau miteinander verbunden, was den Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 1 ergibt.
1-4. Vergleichsversuch
Um die Beständigkeit des Gassensorelements der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf ein Anhaften von Wasser zu überprüfen, wurde ein Wasseranhaftungsversuch vorgenommen. Die Versuchsergebnisse werden nachstehend beschrieben werden.
Bei diesem Versuch wurde eine bestimmte Wassermenge zum Anhaften an der Schutzschicht 17 des Gassensorelements 7 gebracht, um festzustellen, ob der Elementkörper 70 gebrochen ist, oder nicht. Ein von dem Gassensorelement 7 ausgegebenes Sensorsignal Ip wurde überwacht. Wenn die Veränderung des überwachten Sensorsignals Ip im Verhältnis zu dem Sensorsignal Ip vor dem Anhaften des Wassers gleich oder größer als 1 % war, wurde der Elementkörper 70 als gebrochen angesehen. Wenn die Veränderung des überwachten Sensorsignals Ip im Verhältnis zu dem Sensorsignal Ip vor dem Anhaften des Wassers geringer als 1 % war, wurde der Elementkörper 70 als nicht gebrochen angesehen.
Bei diesem Versuch wurde ein Gassensorelement, das zwischen der Schutzschicht und dem Elementkörper keine Zwischenräume aufwies, als Vergleichsbeispiel angefertigt und dem Wasseranhaftungsversuch unterzogen. Der Wasseranhaftungsversuch wurde an zwei Versuchsstücken (Beispiel 1 und 2) der vorliegenden Erfindung, die sich hinsichtlich der Dicke der Schutzschicht an Ecken des vorderen Endes des Gassensorelements unterschieden, und an zwei Versuchsstücken (Vergleichsbeispiele 1 und 2), die sich hinsichtlich der Dicke der Schutzschicht an Ecken des vorderen Endes des Gassensorelements unterschieden, vorgenommen.
Bei dem Versuch wurde das anhaftende Wasser in fünf Stufen vermehrt (1 µl, 2 µl, 5 µl, 7 µl, und 10 µl). Wenn ein bestimmtes Versuchsstück bei einer bestimmten anhaftenden Wassermenge ein Brechen erfuhr, wurde der Versuch an diesem Versuchsstück bei dieser Stufe der Wassermenge abgebrochen.

Tabelle 1 zeigt die Versuchsergebnisse. In Tabelle 1 gibt die in der Spalte „Ergebnis des Wasseranhaftungsversuchs“ auftretende Bewertung „gut“ an, dass es nicht zu einem Brechen des Elementkörpers kam, und gibt „schlecht“ an, dass es zu einem Brechen des Elementkörpers kam. Tabelle 1

Versuchsstück	Zwischenraum vorhanden	Ergebnis des Wasseranhaftungsversuchs					Dicke der Schutzschicht (µm)
Versuchsstück	Zwischenraum vorhanden	1 µl	2 µl	5 µl	7 µl	10 µl	Dicke der Schutzschicht (µm)
Beispiel 1	ja	gut	gut	gut	gut	gut	344,4
Beispiel 2	ja	gut	gut	gut	gut	gut	354,5
Vergleichsbeispiel 1	nein	gut	schlecht	-	-	-	330,4
Vergleichsbeispiel 2	nein	gut	gut	schlecht	-	-	351,2

Gemäß den Versuchsergebnissen kam es bei den Beispielen 1 und 2 bei allen Versuchsstufen der Menge des anhaftenden Wassers (1 µm bis 10 µm) nicht zu einem Brechen des Elementkörpers. Das Vergleichsbeispiel 1 erfuhr bei einer Menge an anhaftendem Wasser von 2 µm ein Brechen des Elementkörpers, und das Vergleichsbeispiel 2 erfuhr bei einer Menge an anhaftendem Wasser von 5 µm ein Brechen des Elementkörpers.
Somit wird es bei dem Gassensorelement 7 der vorliegenden Erfindung verglichen mit einem Gassensorelement, das keine Zwischenräume aufweist, weniger wahrscheinlich zu einem Brechen des Elementkörpers, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock ergeben könnte, kommen und weist es daher eine hervorragende Beständigkeit im Hinblick auf das Anhaften von Wasser auf.
1-5. Wirkungen
Wie oben beschrieben weist das Gassensorelement 7 in dem Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 die Zwischenräume 18 auf.
Das Gassensorelement 7 weist wenigstens vier Zwischenräume 18 auf, die zu vier Eckpunkten 74 des vorderen Endes des Elementkörpers 70 korrespondieren. Jeder Zwischenraum 18 ist so an dem entsprechenden Eckpunkt 74 bereitgestellt, dass sich der Zwischenraum 18 über drei Flächen des Elementkörpers 70, die den Eckpunkt 74 definieren, erstreckt. Außerdem sind die Zwischenräume 18 nur in dem vorderen Bereich E1 gebildet, der sich vor der Stelle 19 (an der die Schutzschicht 17 die größte Dicke Dmax aufweist) an den Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörpers 70 befindet.
In dem Gassensorelement 7 sind die Zwischenräume 18 zum Trennen des Elementkörpers 70 und der Schutzschicht 17 so an den Eckpunkten 74 des vorderen Endes des Elementkörpers 70, an denen die Dicke der Schutzschicht 17 wahrscheinlich gering werden wird, gebildet, dass sich jeder Zwischenraum 18 über drei Flächen des Elementkörpers 70, die den entsprechenden Eckpunkt 74 definieren, erstreckt. Daher kann trotz des Umstands, dass die Dicken L1 bis L4 der Schutzschicht 17 in der Nähe der Eckpunkte 74 gering sind, ein Brechen der Eckpunkte des vorderen Endes des Elementkörpers, das sich andernfalls aus einem Temperaturschock ergeben könnte, der von einem Anhaften von Wasser herrührt, unterdrückt werden.
Das heißt, verglichen mit einer herkömmlichen Schutzschicht, die durch einen Eintauchprozess gebildet wird, kann die Dicke, und dadurch die Wärmekapazität, der Schutzschicht 17 des Gassensorelements 7 verringert werden.
Außerdem sind die Zwischenräume 18 nur in dem vorderen Bereich E1, der sich vor der Stelle 19 an den Seitenflächen des Elementkörpers 70 befindet, an der die Schutzschicht 17 die größte Dicke Dmax aufweist, gebildet. Dank dieses Merkmals ist es möglich, zu verhindern, dass kondensiertes Wasser die Eckpunkte 74 durch die Zwischenräume 18 erreicht, und ist es auch möglich, eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 in dem hinteren Bereich E2, der sich hinter der Stelle 19 befindet, zu unterdrücken.
Zudem steht die Schutzschicht 17 mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche 127 des Elementkörpers 70 in Kontakt, und steht sie mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, der ersten Seitenfläche 111, und der zweiten Seitenfläche 113) in dem vorderen Bereich E1 in Kontakt. Somit kann trotz des Umstands, dass die Zwischenräume 18, die auf eine solche Weise gebildet sind, dass sie den Elementkörper 70 und die Schutzschicht 17 trennen, in dem vorderen Bereich E1 bereitgestellt sind, selbst in dem vorderen Bereich E1 eine Verschlechterung der Haftung zwischen der Schutzschicht 17 und dem Elementkörper 70 unterdrückt werden.
1-6. Entsprechung zwischen den Ansprüchen und der vorliegenden Ausführungsform
Nachstehend wird die Entsprechung in der Formulierung zwischen den Ansprüchen und der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden.
Die erste Hauptfläche 21, die zweite Hauptfläche 23, die erste Seitenfläche 111, und die zweite Seitenfläche 113 entsprechen den Seitenflächen des Hauptkörpers. Der Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 1 entspricht dem Gassensor.
Der erste Schritt entspricht dem Lösemittelanordnungsschritt; der zweite und der dritte Schritt entsprechen dem Schutzschichtbildungsschritt; und der vierte Schritt entspricht dem Wärmebehandlungsschritt.
2. Andere Ausführungsform
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die obige Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann sie in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden, ohne von dem Kern der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel ist der Elementkörper des Gassensorelements nicht auf einen solchen beschränkt, bei dem die erste Kante H1, die zweite Kante H2, die dritte Kante H3, und die vierte Kante H4 abgeschrägt sind. Der Elementkörper kann so gestaltet sein, dass keine aus der ersten Kante H1, der zweiten Kante H2, der dritten Kante H3, und der vierten Kante H4 abgeschrägt ist.
9 ist eine Schnittansicht, die ein zweites Gassensorelement 207 mit einem nicht abgeschrägten zweiten Elementkörper 270 entlang der vorderen Endfläche 127 des zweiten Elementkörpers 270 zeigt. Bei dem so gestalteten zweiten Gassensorelement 207 nimmt jeder der Eckpunkte 74 anstelle einer Kammlinie vielmehr die Form eines einzelnen Punkts ein. Daher sind die Höchstbreite W1 und die Höchstdicke T1 jedes Zwischenraums 18 wie in 9 gezeigt bestimmt.
Die Zwischenräume sind nicht notwendigerweise wie in dem Fall der ersten Ausführungsform an allen vier Eckpunkten der vorderen Endfläche des Elementkörpers bereitgestellt. Zum Beispiel können die Zwischenräume an drei oder weniger der vier Eckpunkte bereitgestellt sein. Bei bestimmten Verwendungen des Gassensorelements kann die Bereitstellung eines einzelnen Zwischenraums fähig sein, einen Temperaturschock, der von einen Anhaften von Wasser herrührt, zu unterdrücken. In einem solchen Fall kann die Bereitstellung eines einzelnen Zwischenraums eingesetzt werden. Im Fall der Bereitstellung von zwei oder mehr Zwischenräumen an den entsprechenden Eckpunkten können die Zwischenräume jeweils an wenigstens zwei diagonal befindlichen Eckpunkten bereitgestellt werden.
Ein einzelner Zwischenraum ist nicht notwendigerweise an nur einem einzelnen Eckpunkt bereitgestellt, sondern kann so bereitgestellt sein, dass er sich zwischen zwei Eckpunkten und über diese erstreckt.
Im Fall der Bereitstellung einer großen Anzahl von Zwischenräumen oder der Bereitstellung von großen Zwischenräumen wird vorzugsweise eine ausreichende Kontaktfläche zwischen der Schutzschicht und dem Elementkörper bereitgestellt. Zum Beispiel kann durch Anwenden eines Kontakts zwischen der Schutzschicht und dem Elementkörper an wenigstens der Hälfte der Flächenausdehnung der vorderen Endfläche und der Seitenflächen in dem vorderen Bereich E1 des Elementkörpers ein Gassensorelement ausgeführt werden, bei dem es unwahrscheinlich ist, dass es zu einer Trennung der Schutzschicht von dem Elementkörper kommt.
Beschreibung der Bezugszeichen
1: Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor; 5: Metallgehäuse; 7: Gassensorelement; 9: Keramikhülse; 11: Einsetzöffnung; 17: Schutzschicht; 18: Zwischenraum; 19: Stelle; 21: erste Hauptfläche; 23: zweite Hauptfläche; 70: Elementkörper; 74: Eckpunkt; 81: Sauerstoffkonzentrationszelle; 89: Sauerstoffpumpenzelle; 90: Erfassungsabschnitt; 91: Gasmesskammer; 94: Gaseinlass; 95: Diffusionssteuerabschnitte; 105: wärmeerzeugendes Widerstandsmuster; 111: erste Seitenfläche; 113: zweite Seitenfläche; 117: grüne Schutzschicht; 118: flüchtiges Lösemittel; 127: vordere Endfläche; 143: gebranntes Laminat; 207: zweites Gassensorelement; 270: zweiter Elementkörper

Claims

Gassensorelement (7, 207), aufweisend: einen im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedelementkörper (70, 270), der sich in einer Längsrichtung erstreckt und in oder an seinem vorderen Endbereich einen Erfassungsabschnitt (90) zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, aufweist; und eine poröse Schutzschicht (17), die auf eine solche Weise an einer vorderen Endfläche (127) und Seitenflächen (21, 23, 111, 113) des Elementkörpers (70, 270) bereitgestellt ist, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt (90) bedeckt, wobei das Gassensorelement (7, 207) wenigstens einen Zwischenraum (18) aufweist, der gebildet ist, um den Elementkörper (70, 270) und die Schutzschicht (17) zu trennen, wobei der Zwischenraum (18) nur in einem vorderen Bereich (E1), der sich vor einer Stelle (19) an den Seitenflächen des Elementkörpers (70, 270) befindet, an der die Schutzschicht (17) ihre größte Dicke aufweist, bereitgestellt ist; wobei der Zwischenraum (18) so an wenigstens einem Eckpunkt von vier Eckpunkten (74) eines vorderen Endes des Elementkörpers (70, 270) gebildet ist, dass sich der Zwischenraum über drei Flächen des Elementkörpers (70, 270), die den Eckpunkt definieren, erstreckt; und wobei die Schutzschicht (17) mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche (127) in Kontakt steht, und mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen (21, 23, 111, 113) in dem vorderen Bereich in Kontakt steht.
Gassensorelement nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht (17) mit wenigstens einem Abschnitt einer jeden der vier Seitenflächen (21, 23, 111, 113) in dem vorderen Bereich in Kontakt steht.
Gassensorelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elementkörper (70) über einen Abschnitt der vorderen Endfläche (127) und Abschnitte der Seitenflächen (21, 23, 111, 113) in dem vorderen Bereich mit der Schutzschicht (17) in Kontakt steht, wobei die gesamte Flächenausdehnung des Abschnitts der vorderen Endfläche (127) und der Abschnitte der Seitenflächen (21, 23, 111, 113) die Hälfte der gesamten Flächenausdehnung der vorderen Endfläche (127) und der Seitenflächen (21, 23, 111, 113) beträgt.
Gassensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Zwischenraum (18) an nur einem Eckpunkt bereitgestellt ist.
Gassensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mehrere Zwischenräume (18) bereitgestellt sind.
Gassensorelement nach Anspruch 5, wobei der Zwischenraum (18) an jedem von wenigstens zwei diagonal angeordneten Eckpunkten der vier Eckpunkte (74) des vorderen Endes des Elementkörpers (70, 270) bereitgestellt ist.
Gassensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine von dem Eckpunkt in einer Breitenrichtung des Elementkörpers (70, 270) gemessene Höchstbreite (W1) des Zwischenraums (18) kleiner als die Hälfte einer Breite (W2) des Elementkörpers (70, 270) ist.
Gassensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine von dem Eckpunkt in einer Dickenrichtung des Elementkörpers (70, 270) gemessene Höchstdicke (T1) des Zwischenraums (18) kleiner als die Hälfte einer Dicke (T2) des Elementkörpers (70, 270) ist.
Gassensor (1), aufweisend ein Gassensorelement (7, 207), das dazu angepasst ist, ein bestimmtes Gas, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, zu messen, nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Verfahren zur Herstellung eines Gassensorelements (7, 207), aufweisend einen im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipedelementkörper (70, 270), der sich in einer Längsrichtung erstreckt und in seinem vorderen Endbereich einen Erfassungsabschnitt (90) zur Erfassung eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, und eine poröse Schutzschicht (17) aufweist, die auf eine solche Weise an einer vorderen Endfläche (127) und Seitenflächen (21, 23, 111, 113) des Elementkörpers (70, 270) bereitgestellt ist, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt bedeckt, wobei das Gassensorelement (7, 207) wenigstens einen Zwischenraum (18) aufweist, der gebildet ist, um den Elementkörper (70, 270) und die Schutzschicht (17) zu trennen, wobei der Zwischenraum (18) nur in einem vorderen Bereich (E1), der sich vor einer Stelle (19) an den Seitenflächen des Elementkörpers (70, 270) befindet, an der die Schutzschicht (17) ihre größte Dicke aufweist, bereitgestellt ist; wobei der Zwischenraum (18) so an wenigstens einem Eckpunkt von vier Eckpunkten (74) eines vorderen Endes des Elementkörpers (70, 270) bereitgestellt ist, dass sich der Zwischenraum (18) über drei Flächen des Elementkörpers (70, 270), die den Eckpunkt definieren, erstreckt; und wobei die Schutzschicht (17) mit wenigstens einem Abschnitt der vorderen Endfläche (127) in Kontakt steht, und mit wenigstens einem Abschnitt der vier Seitenflächen (21, 23, 111, 113) in dem vorderen Bereich in Kontakt steht, wobei das Verfahren umfasst: einen Lösemittelanordnungsschritt (ersten Schritt), um an einer Außenfläche des Elementkörpers (70, 270) in einem Bereich, in dem der Zwischenraum (18) gebildet werden soll, ein flüchtiges Lösemittel anzuordnen, einen Schutzschichtbildungsschritt (zweiter und dritter Schritt), um an dem Elementkörper (70, 270), an dem das flüchtige Lösemittel zurückgeblieben ist, eine grüne Schutzschicht, die durch eine Wärmebehandlung zu der Schutzschicht (17) werden soll, auf eine solche Weise zu bilden, dass sie wenigstens den Erfassungsabschnitt (90) bedeckt, und einen Wärmebehandlungsschritt (vierten Schritt), um an dem Elementkörper (70, 270), an dem die grüne Schutzschicht gebildet ist, eine Wärmebehandlung vorzunehmen, wodurch die Schutzschicht (17) gebildet wird, wobei das flüchtige Lösemittel während eines Zeitraums von dem Beginn des Lösemittelanordnungsschritts bis zu dem Ende des Wärmebehandlungsschritts verflüchtigt wird, wodurch der Zwischenraum (18) gebildet wird.