DE102014200128B4

DE102014200128B4 - Gassensorelement und Gassensor

Info

Publication number: DE102014200128B4
Application number: DE102014200128.5A
Authority: DE
Inventors: Kentaro Kamada; Masaki Nakagawa; Koji Shiotani
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: US9995704B2; DE102014200034A1; US9551684B2; US20140190828A1; DE102014200128A1; US9719957B2; US20160334360A1; US20140190827A1

Abstract

Gassensorelement (10), das so ausgebildet ist, dass eine Vielzahl plattenförmiger Festelektrolytkörper (111, 121, 131) miteinander laminiert ist, umfassendElektroden (112, 113, 122, 123 132, 137), die auf Vorderseiten oder Rückseiten der Festelektrolytkörper (111, 121, 131) vorgesehen sind, undLeitungen (116, 117, 126, 127, 136, 137), die auf den Vorderseiten oder den Rückseiten der Festelektrolytkörper (111, 121, 131) vorgesehen und jeweils mit den Elektroden (112, 113, 122, 123, 132, 137) verbunden sind, wobeidie Elektroden (112, 113, 122, 123, 132, 137) eine wasserdurchlässige erste Elektrode (113, 122, 133) umfassen, die einen Raumexponierungsabschnitt (113b, 122b, 133b) aufweist, der in einen Innenraum (150, 160) des Gassensorelements (10) zeigt, wobei der Innenraum (150, 160) mit einer Umgebungsluft des Gassensorelements (10) kommuniziert;die Leitungen (116, 117, 126, 127, 136, 137) eine wasserundurchlässige erste Leitung (117, 126, 137) umfassen, die mit der ersten Elektrode (113, 122, 133) verbunden ist;die erste Elektrode (113, 122, 133) einen ersten Verbindungsabschnitt (113d, 122d, 133d) aufweist, der an einer Position, die nicht dem Innenraum (150, 160) ausgesetzt ist, angeordnet und mit der ersten Leitung (117, 126, 137) verbunden ist, und der ein Abschnitt der ersten Elektrode (113, 122, 133) ist, der am weitesten von dem Innenraum (150, 160) entfernt angeordnet ist; undder gesamte erste Verbindungsabschnitt (113d, 122d, 133d) in einem Abschnitt angeordnet ist, der sich von dem Innenraum (150, 160) über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gassensorelement und einen Gassensor mit dem Gassensorelement.
[Stand der Technik]
Ein herkömmlich bekannter Gassensor ist an einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor zum Erfassen einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im Abgas (dem Messgas) (siehe Patentdokumente 1 und 2) befestigt. Patentdokumente 1 und 2 beschreiben ein in dem Gassensor verwendetes Gassensorelement, das derart ausgebildet ist, dass eine Vielzahl plattenförmiger Festelektrolyt-körper miteinander laminiert ist. Das Gassensorelement umfasst Elektroden, die an den Vorderseiten oder Rückseiten der Festelektrolytkörper vorgesehen sind, und Leitungen, die an den Vorderseiten oder Rückseiten der Festelektrolytkörper vorgesehen und mit den Elektroden verbunden sind.
In den Patentdokumenten 1 und 2 sind zur Gewährleistung der Sauerstoffpumpleistung die Elektroden porös; folglich weisen die Elektroden eine Gasdurchlässigkeit und Wasserdurchlässigkeit auf. Im Gegensatz dazu werden die Leitungen dicht ausgebildet, da zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit eine hohe Dichte pro Flächeneinheit erwünscht ist. Folglich werden die Leitungen gasundurchlässig und wasserundurchlässig ausgebildet.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist in folgenden Dokumenten genannt: DE 10 2010 015 172A1 , DE 10 2012 212 812 A1 , DE 10 2006 034 365A1 und DE 10 2009 020 841 A1 .
[Stand der Technik Dokumente]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanisches Patent Nr. JP 4 165 652 B2
[Patentdokument 2] Offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. JP 2010- 122 187 A

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
An dieser Stelle sei bemerkt, dass 3 und 4 des Patentdokuments 1 eine erste Elektrode, die einen Raumexponierungsabschnitt (einen in einen Raum zeigenden Abschnitt), der einem mit einer Umgebungsluft des Gassensorelements kommunizierenden Innenraum ausgesetzt ist, aufweist. Ferner zeigen die 3 und 4 eine erste Leitung, die mit der ersten Elektrode verbunden ist. Die erste Leitung ist mit der ersten Elektrode im Innenraum derart verbunden, dass sie die erste Elektrode überlappt. Jedoch kann im Fall einer Verbindung der wasserdurchlässigen ersten Elektrode und der wasserundurchlässigen ersten Leitung, wie zuvor erwähnt, das folgende Problem auftreten. Die Sauerstoffpumpleistung in dem Abschnitt (im Nachfolgenden als ein erster Verbindungsabschnitt bezeichnet) der ersten Elektrode, der sich mit der ersten Leitung überschneidet, kann sich verschlechtern, wodurch es zu einer Verschlechterung der Genauigkeit bei der Erfassung einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im zu messenden Gas kommt.
Angesichts des obigen Problems wurde überlegt, einen Abschnitt der Elektrode bis zu einer Position, die nicht dem Innenraum ausgesetzt ist, auszudehnen, um den ersten Verbindungs-abschnitt an einer Position, die nicht in den Innenraum zeigt, anzuordnen. Dadurch kann „eine Verschlechterung der Genauigkeit bei der Erfassung einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im zu messenden Gas, als Ergebnis der Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung aufgrund der Anordnung des ersten Verbindungsabschnitts innerhalb des Innenraums“ verringert werden.
Aber selbst wenn der erste Verbindungsabschnitt an einer nicht in den Innenraum zeigenden Position vorgesehen ist, kann das folgende Problem auftreten. Beispielsweise kann im Winter Wasser auf der Oberfläche des Gassensorelements kondensieren. Das durch Kondensation gebildete Wasser (Kondenswasser) kann in den Innenraum des Gassensorelements und weiter durch den Raumexponierungsabschnitt in die wasserdurchlässige erste Elektrode eindringen. Das in die erste Elektrode eingedrungene Wasser erreicht den ersten Verbindungsabschnitt, der mit der ersten Leitung verbunden ist. Da die erste Leitung wasserundurchlässig ist, durchdringt das Wasser die erste Leitung nicht; folglich kann sich das Wasser in dem ersten Verbindungsabschnitt stauen. Wenn das in dem ersten Verbindungsabschnitt stehende Kondenswasser gefriert und dann sein Volumen ausdehnt, wird in einer Richtung, sodass Schichten, zwischen denen der erste Verbindungsabschnitt sandwichartig angeordnet ist, getrennt werden, eine Spannung erzeugt, wodurch möglicherweise ein Riss zwischen den Schichten entsteht.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese gegenwärtige Situation konzipiert, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Gassensorelement, das wasserdurchlässige Elektroden und wasserundurchlässige Leitungen, die mit den Elektroden verbunden sind, aufweist, und das, selbst wenn Wasser in die wasserdurchlässige Elektroden eindringt, die Erzeugung von Rissen darin, ohne eine Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung der Elektroden, verhindern kann, sowie einen Gassensor, der das Gassensorelement aufweist, bereitzustellen.
[Mittel zur Lösung der Probleme]
Zur Lösung des vorbeschriebenen Problems wird ein Gassensorelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Darüber hinaus wird ein Gassensorelement mit den Merkmalen von Anspruch 5 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gassensorelement so ausgebildet, dass eine Vielzahl plattenförmiger Festelektrolytkörper miteinander laminiert ist. Das Gassensorelement besteht aus Elektroden, die auf Vorderseiten oder Rückseiten der Festelektrolytkörper vorgesehen sind, und Leitungen, die an den Vorderseiten oder den Rückseiten der Festelektrolytkörper vorgesehen und jeweils mit den Elektroden verbunden sind. Die Elektroden umfassen eine wasserdurchlässige erste Elektrode, die einen Raumexponierungsabschnitt aufweist, der in den Innenraum des Gassensorelements zeigt, der mit der Umgebungsluft des Gassensorelements kommuniziert. Die Leitungen umfassen eine wasserundurchlässige erste Leitung, die mit der ersten Elektrode verbunden ist. Die erste Elektrode enthält einen ersten Verbindungsabschnitt, der an einer nicht dem Innenraum ausgesetzten Position vorgesehen und mit der ersten Leitung verbunden ist, und der ein Abschnitt der ersten Elektrode ist, der am weitesten von dem Innenraum entfernt angeordnet ist. Der gesamte erste Verbindungsabschnitt ist in einem Abschnitt, der sich von dem Innenraum über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt, angeordnet.
Das Gassensorelement weist die wasserdurchlässige erste Elektrode, die jenem Innenraum des Gassensorelements ausgesetzt ist, der mit der Umgebungsluft des Gassensorelements in Verbindung steht, und die wasserundurchlässige erste Leitung, die mit der ersten Elektrode verbunden ist, auf. Die erste Elektrode umfasst den ersten Verbindungsabschnitt, der an einer nicht dem Innenraum ausgesetzten Position angeordnet und mit der ersten Leitung verbunden ist (somit weist die erste Elektrode den Raumexponierungsabschnitt, der in den Innenraum zeigt, und den ersten Verbindungsabschnitt, der nicht in den Innenraum zeigt, auf). Zum Verbinden mit der ersten Leitung, die sich an einer Position außerhalb des Innenraums befindet, wird der erste Verbindungsabschnitt durch Verlängerung der ersten Elektrode gebildet; somit ist der erste Verbindungs-abschnitt ein Abschnitt der ersten Elektrode, der am weitesten von dem Innenraum entfernt angeordnet ist.
Herkömmlicherweise weist ein derart konfiguriertes Gassensorelement als Folge des Gefrierens des Wassers, das in den ersten Verbindungsbereich eingedrungen ist, die Gefahr einer Rissbildung darin auf. Insbesondere kann beispielsweise Wasser, das auf der Oberfläche des Gassensorelements kondensiert ist, in den Innenraum des Gassensorelements und weiter durch den Raumexponierungsabschnitt in die erste Elektrode eindringen. Das in die erste Elektrode eingedrungene Wasser erreicht den ersten Verbindungsabschnitt, der mit der ersten Leitung verbunden ist, und kann sich in dem ersten Verbindungsabschnitt stauen, da die erste Leitung wasserundurchlässig ist. Wenn das in dem ersten Verbindungsabschnitt stehende Kondenswasser gefriert und dann sein Volumen ausdehnt, wird in einer derartigen Richtung, dass Schichten, zwischen denen der erste Verbindungsabschnitt sandwichartig angeordnet ist, getrennt werden, eine Spannung erzeugt, wodurch möglicherweise ein Riss zwischen den Schichten des Gassensorelements (zwischen denen der erste Verbindungsabschnitt sandwichartig angeordnet ist) entsteht.
Im Gegensatz dazu ist in dem oben erwähnten Gassensorelement der gesamte erste Verbindungsabschnitt in einem Abschnitt, der sich von dem Innenraum über eine Strecke von 1,0 mm oder weniger erstreckt, angeordnet. Somit kann, selbst wenn Wasser in den ersten Verbindungsabschnitt eindringt und dann gefriert, die Bildung von Rissen in dem Gassensorelement verhindert werden. Ein denkbarer Grund dafür ist wie folgt.
Wenn das in dem ersten Verbindungsabschnitt stehende Wasser zu gefrieren beginnt, verringert sich allmählich das Volumen der Poren in dem ersten Verbindungsabschnitt (das Eis schließt allmählich die Poren); somit bewegt sich das in dem ersten Verbindungsabschnitt stehende Wasser in einer Richtung entgegengesetzt zu der ersten Leitung (d.h., in Richtung des Innenraums, der ausreichend Platz zum Eindringen von Wasser aufweist). Zu diesem Zeitpunkt, da der gesamte erste Verbindungsabschnitt in dem Abschnitt, der sich von dem Innenraum über eine Strecke von 1,0 mm oder weniger erstreckt, vorgesehen ist (das heißt, es ist ein kurzer Abstand von 1,0 mm oder weniger zwischen dem Innenraum und jenem Ab-schnitt des ersten Verbindungsabschnitts vorgesehen, der am weitesten von dem Innenraum entfernt ist), kann das meiste des im ersten Verbindungsabschnitt stehenden Wassers, vor dem Gefrieren im ersten Verbindungsabschnitt, in den Innenraum transportiert (abgegeben) werden. Anschließend wird, obwohl das meiste Wasser gefriert und sich somit im Innenraum ausdehnt, keine Spannung in einer Richtung, dass die Schichten des Gassensorelements getrennt werden, erzeugt. Folglich kann die Entstehung von Rissen in dem Gassensorelement verhindert werden.
Insbesondere umfasst „jener Innenraum des Gassensorelements, der mit einer Umgebungs-luft des Gassensorelements in Verbindung steht“ einen Innenraum, der direkt (ohne, dass eine Zwischenschaltung vorhanden ist) mit der Umgebungsluft des Gassensors in Verbindung steht, und einen Innenraum, der mit der Umgebungsluft durch einen porösen Körper kommuniziert (ein Innenraum, der in einer gasdurchlässigen und wasserdurchlässigen Weise kommuniziert). Der Innenraum, der mit der Umgebungsatmosphäre durch einen porösen Körper in Verbindung steht, ist nicht auf einen Innenraum beschränkt, der über einen einzelnen porösen Körper mit der Umgebungsluft in Verbindung steht, sondern kann einen Innenraum, der mit der Umgebungsluft durch eine Vielzahl von porösen Körpern in Verbindung steht (d.h., der in einer gasdurchlässigen und wasserdurchlässigen Weise kommuniziert), umfassen.
Zusätzlich ist in dem oben erwähnten Gassensorelement die erste Elektrode mit der ersten Leitung an einer Position verbunden, die nicht in den Innenraum zeigt. Somit kann im Gegensatz zu dem zuvor erwähnten Patentdokument 1 ( Japanisches Patent Nr. 4165652 ) eine „Verschlechterung der Genauigkeit bei der Erfassung einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im zu messenden Gas, als Ergebnis der Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung aufgrund der Anordnung des ersten Verbindungsabschnitts innerhalb des Innenraums“ eingeschränkt werden.
Weiterhin umfasst vorzugsweise das oben genannte Gassensorelement ferner eine erste Isolierschicht, die auf der Vorderseite oder der Rückseite des Festelektrolytkörpers vorgesehen und wie folgt ausgebildet ist: die erste Leitung und ein Abschnitt der ersten Elektrode sind auf der ersten Isolierschicht ausgebildet; der Raumexponierungsabschnitt der ersten Elektrode weist einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt auf, der mit dem Festelektrolytkörper durch ein Durchgangsloch in Kontakt ist, das sich durch die erste Isolierschicht in einer Richtung der Laminierung des Festelektrolytkörpers erstreckt; und der erste Verbindungsabschnitt der ersten Elektrode ist mit der ersten Leitung auf der ersten Isolierschicht verbunden.
In dem oben genannten Gassensorelement weist der Raumexponierungsabschnitt (ein Abschnitt, der in den Innenraum des Gassensorelementausgesetzt zeigt) der ersten Elektrode den Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt auf, der durch ein sich durch die erste Isolierschicht erstreckendes Durchgangsloch in Kontakt mit dem Festelektrolytkörper ist. Währenddessen wird die erste Leitung auf der ersten Isolierschicht gebildet (und ist damit nicht in Kontakt mit dem Festelektrolytkörper). Zudem wird der erste Verbindungsabschnitt der ersten Elektrode mit der ersten Leitung auf der ersten Isolierschicht verbunden. Daher ist in dem oben erwähnten Gassensorelement der erste Verbindungsabschnitt der ersten Elektrode an einer Position angeordnet, die nicht dem Innenraum ausgesetzt ist, und nicht in Kontakt mit dem Festelektrolytkörper.
Somit kann in dem oben genannten Gassensor nur der Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt der ersten Elektrode tatsächlich als Messabschnitt fungieren, und eine zu detektierende Eigenschaft, d.h., eine Gaskonzentration, kann genau erfasst werden. Die Leitung unterscheidet sich hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften von der ersten Elektrode; daher kann in einer Konfiguration, bei der die Leitung und der mit der Leitung verbundene erste Verbindungsabschnitt teilweise mit dem Festelektrolyten in Kontakt sind, die Gaskonzentration nicht genau erfasst werden.
Weiterhin ist vorzugsweise einer der oben erwähnten Sensorelemente wie folgt konfiguriert: Die Elektroden umfassen eine wasserdurchlässige zweite Elektrode mit einem porösen Körperkontaktabschnitt, der in Kontakt mit einem porösen Körper ist, der eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit aufweist und der Umgebungsluft des Gassensorelements ausgesetzt ist; die Leitungen umfassen eine wasserundurchlässige zweite Leitung, die mit der zweiten Elektrode verbunden ist; die zweite Elektrode umfasst einen zweiten Verbindungsabschnitt, der mit der zweiten Leitung an einer Position verbunden ist, die in Bezug auf eine Ebenenrichtung senkrecht zu der Richtung der Laminierung des Festelektrolytkörpers entfernt von dem porösen Körper angeordnet ist, und der ein Abschnitt der zweiten Elektrode ist, der am weitesten entfernt von dem porösen Körper angeordnet ist; und der gesamte zweite Verbindungsabschnitt ist in einem Abschnitt angeordnet, der sich von dem porösen Körper über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt.
Das oben erwähnte Gassensorelement umfasst einen porösen Körper, der eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit aufweist und der Umgebungsluft des Gassensorelements ausgesetzt ist. Weiterhin weist das zuvor erwähnte Gassensorelement die wasserdurchlässige zweite Elektrode mit dem porösen Körperkontaktabschnitt, der in Kontakt mit dem porösen Körper ist, und die wasserundurchlässige zweite Leitung, die mit der zweiten Elektrode verbunden ist, auf. Die zweite Elektrode weist den zweiten Verbindungsabschnitt auf, der mit der zweiten Leitung in einer Position verbunden ist, die in Bezug auf eine Ebenen-richtung entfernt von dem porösen Körper angeordnet ist (daher umfasst die zweite Elektrode den Kontaktabschnitt für einen porösen Körper, der in Kontakt mit dem porösen Körper ist, und den zweiten Verbindungsabschnitt, der nicht mit dem porösen Körper in Kontakt ist). Für das Verbinden mit der zweiten Leitung an einer Position, die entfernt von dem porösen Körper angeordnet ist, wird der zweite Verbindungsabschnitt durch Verlängerung der zweiten Elektrode ausgebildet; daher ist der zweite Verbindungsabschnitt ein Abschnitt der zweiten Elektrode, der am weitesten entfernt von dem porösen Körper liegt.
Herkömmlicherweise weist selbst ein Gassensorelement mit einem derartigen Aufbau als Folge des Gefrierens des Wassers, das in den zweiten Verbindungsabschnitt eingedrungen ist, eine Gefahr im Hinblick auf die Bildung von Rissen darin auf. Insbesondere kann beispielsweise Kondenswasser auf der Oberfläche des Gassensorelements durch den porösen Körper, der in Kontakt mit der zweiten Elektrode ist, in die zweite Elektrode eindringen. Das in die zweite Elektrode eingedrungene Wasser erreicht den zweiten Verbindungsabschnitt, der mit der zweiten Leitung verbunden ist, und kann sich in dem zweiten Verbindungsabschnitt stauen, da die zweite Leitung wasserundurchlässig ist. Wenn das in dem zweiten Verbindungsabschnitt gestaute Kondenswasser gefriert und damit sein Volumen ausdehnt, wird in einer derartigen Richtung, dass Schichten, zwischen denen der zweite Verbindungsabschnitt sandwichartig angeordnet ist, getrennt werden, eine Spannung erzeugt, wodurch möglicherweise ein Riss zwischen den Schichten (zwischen denen der zweite Verbindungsabschnitt sandwichartig angeordnet ist) des Gassensorelements erzeugt wird.
Im Gegensatz dazu ist in dem oben erwähnten Gassensorelement der gesamte zweite Verbindungsabschnitt in einem Abschnitt angeordnet, der sich von dem porösen Körper über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt. Somit kann, selbst wenn Wasser in den zweiten Verbindungsabschnitt eindringt und dann gefriert, die Bildung von Rissen in dem Gassensorelement verhindert werden. Ein denkbarer Grund dafür ist wie folgt.
Wenn das in dem zweiten Verbindungsabschnitt gestaute Wasser zu gefrieren beginnt, verringern die Poren in dem zweiten Verbindungsabschnitt allmählich ihr Volumen (das Eis schließt nach und nach die Poren); somit bewegt sich das in dem zweiten Verbindungsabschnitt gestaute Wasser in eine zur zweiten Leitung entgegengesetzte Richtung (d.h., in Richtung des porösen Körpers, der genügend Platz zum Eindringen von Wasser aufweist). Zu diesem Zeitpunkt kann, da der gesamte zweite Verbindungsabschnitt in dem Abschnitt angeordnet ist, der sich von dem porösen Körper über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger er-streckt (d.h., es ist eine kurze Strecke von 1,0 mm oder weniger zwischen dem porösen Kör-per und jenem Abschnitt des zweiten Verbindungsabschnitts vorgesehen, der sich am weitesten entfernt von dem porösen Körper befindet), das meiste des in dem zweiten Verbindungs-abschnitt gestauten Wassers vor dem Gefrieren im zweiten Verbindungsabschnitt in den porösen Körper befördert (abgegeben) werden. Anschließend wird, obwohl das meiste Wasser gefriert und sich somit in dem porösen Körper ausdehnt, keine Spannung in eine Richtung erzeugt, dass die Schichten des Gassensorelements getrennt werden. Da der poröse Körper der Umgebungsluft ausgesetzt ist, kann Wasser, auch wenn der poröse Körper mit Wasser gefüllt ist, im Falle des Gefrierens, an die Umgebungsluft abgegeben werden; daher wird keine Spannung in eine solchen Richtung erzeugt, um die Schichten des Gassensorelements zu trennen. Als Ergebnis kann die Bildung von Rissen in dem Gassensorelement verhindert werden.
Zusätzlich ist die zweite Elektrode mit der zweiten Leitung in einer Position verbunden, die in Bezug auf eine Ebenenrichtung entfernt von dem porösen Körper angeordnet ist. Somit kann eine „Verschlechterung der Genauigkeit beim Erfassen einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im zu messenden Gas, als Ergebnis der Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung, die sich aufgrund der Anordnung des zweiten Verbindungsabschnitts in einer solchen Position ergibt, dass dieser den porösen Körper überlappt“ eingeschränkt werden.
Weiterhin ist vorzugsweise das oben genannte Gassensorelement wie folgt konfiguriert: Das Gassensorelement weist eine zweite Isolierschicht auf, die auf der Vorderseite oder der Rückseite des Festelektrolytkörpers ausgebildet ist; die zweite Leitung und ein Abschnitt der zweiten Elektrode sind auf der zweiten Isolierschicht gebildet; der Kontaktabschnitt für einen porösen Körper der zweiten Elektrode weist einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt auf, der durch ein Durchgangsloch in Kontakt mit dem Festelektrolytkörper ist, das sich durch die zweite Isolierschicht in Laminierungsrichtung erstreckt; und der zweite Verbindungsabschnitt der zweiten Elektrode ist mit der zweiten Leitung auf der zweiten Isolierschicht verbunden.
In dem oben genannten Gassensorelement weist der Kontaktabschnitt für einen porösen Körper (ein Abschnitt, der mit dem porösen Abschnitt in Kontakt ist) der zweiten Elektrode den Elektrolytkörper -Kontaktabschnitt auf, der durch ein sich durch die zweite Isolierschicht erstreckendes Durchgangsloch mit dem Festelektrolytkörper in Kontakt ist. Unterdessen wird die zweite Leitung auf der zweiten Isolierschicht gebildet (und berührt somit mit den Festelektrolytkörper nicht). Zudem ist der zweite Verbindungsabschnitt der zweiten Elektrode mit der zweiten Leitung auf der zweiten Isolierschicht verbunden. Daher ist in dem oben erwähnten Gassensorelement der zweite Verbindungsabschnitt der zweiten Elektrode an einer Position angeordnet, die in einer Ebenenrichtung von dem porösen Körper entfernt angeordnet ist, und mit dem Festelektrolytkörper nicht in Kontakt.
Somit kann in dem oben genannten Gassensor tatsächlich nur der Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt der zweiten Elektrode als ein Messabschnitt fungieren; somit kann eine zu detektierende Eigenschaft, d.h., eine Gaskonzentration, genau erfasst werden. Die Leitung unterscheidet sich hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften von der zweiten Elektrode; daher kann in einer Konfiguration, bei der die Leitung und der mit der Leitung verbundene zweite Verbindungsabschnitt teilweise mit dem Festelektrolyt in Kontakt sind, die Gaskonzentration nicht genau erfasst werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gassensorelement bereitgestellt, das so ausgebildet ist, dass eine Vielzahl plattenförmiger Festelektrolytkörper miteinander laminiert ist. Das Gassensorelement umfasst Elektroden, die auf Vorderseiten oder Rückseiten der Festelektrolytkörper versehen sind, und Leitungen, die an den Vorderseiten und den Rückseiten der Festelektrolytkörper vorgesehen und jeweils mit den Elektroden verbunden sind. Die Elektroden umfassen eine wasserdurchlässige dritte Elektrode, die in jenem Innenraum des Gassensorelements vorgesehen ist, der mit einer Umgebungsluft des Gassensorelements in Verbindung steht. Die Leitungen umfassen eine wasserundurchlässige dritte Leitung, die mit der dritten Elektrode verbunden ist. Das Gassensorelement weist eine dritte Isolierschicht auf, die auf der Vorderseite oder der Rückseite des Festelektrolytkörpers ausgebildet ist. Die dritte Leitung und ein Abschnitt der dritten Elektrode sind auf der dritten Isolierschicht ausgebildet. Die dritte Elektrode umfasst einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt, der durch ein Durchgangsloch, das sich durch die dritte Isolierschicht in einer Richtung der Laminierung des Festelektrolytkörpers erstreckt, mit dem Festelektrolytkörper in Kontakt ist, und einen dritten Verbindungsabschnitt, der mit der dritten Leitung auf der dritten Isolierschicht in dem Innenraum verbunden ist.
Das oben erwähnte Gassensorelement weist die wasserdurchlässige dritte Elektrode auf, die in jenem Innenraum des Gassensorelements angeordnet ist, der mit der Umgebungsluft des Gassensorelements in Verbindung steht. Das heißt, die gesamte dritte Elektrode ist im Innenraum angeordnet (die gesamte Vorder- oder Rückfläche der dritten Elektrode ist dem Innenraum ausgesetzt). Auch weist das Gassensorelement die wasserundurchlässige dritte Leitung auf, die mit dem dritten Verbindungsabschnitt innerhalb des Innenraums verbunden ist.
Durch Verwenden einer derartigen Konfiguration kann, selbst wenn das Wasser, das in die dritte Elektrode eingedrungen ist, gefriert, die Bildung von Rissen in dem Gassensorelement aus dem folgenden Grund verhindert werden. Da die gesamte dritte Elektrode, die den dritten Verbindungsabschnitt aufweist, im Innenraum angeordnet ist, kann das Wasser, das sich in der dritten den dritten Verbindungsabschnitt aufweisenden Elektrode staut, im Innenraum gefrieren (sich ausdehnen); folglich kann die Erzeugung von Spannung in einer solchen Richtung, dass die Schichten des Gassensorelements getrennt werden, eingeschränkt werden.
Zusätzlich ist der dritte Verbindungsabschnitt der dritten Elektrode mit der dritten Leitung auf der dritten Isolierschicht verbunden (und damit mit dem Festelektrolytkörper nicht in Kontakt). Obwohl der dritte Verbindungsabschnitt im Innenraum angeordnet ist, beeinflusst der dritte Verbindungsabschnitt die Sauerstoffpumpleistung der dritten Elektrode nicht (der dritte Verbindungsabschnitt verursacht keine Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung der dritten Elektrode). Somit kann eine Verschlechterung der Genauigkeit beim Erfassen einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im zu messenden Gas eingeschränkt werden.
Weiterhin ist das oben genannte Gassensorelement vorzugsweise wie folgt konfiguriert: Die Elektroden weisen eine wasserdurchlässige vierte Elektrode auf, die in Kontakt mit einem porösen Körper ist, der eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit aufweist und einer Umgebungsluft des Gassensorelements ausgesetzt ist, und die an einer solchen Position angeordnet ist, dass diese als Ganzes dem porösen Körper in Bezug auf die Richtung der Laminierung des Festelektrolytkörpers gegenüber liegt; die Leitungen umfassen eine wasser-undurchlässige vierte Leitung, die mit der vierten Elektrode verbunden ist; das Gassensorelement weist eine vierte Isolierschicht auf, die auf der Vorderseite oder der Rückseite des Festelektrolytkörpers ausgebildet ist; die vierte Leitung und ein Abschnitt der vierten Elektrode sind auf der vierten Isolierschicht ausgebildet; und die vierte Elektrode weist einen Elektrolyt-körper- Kontaktabschnitt, der mit dem Festelektrolytkörper durch ein Durchgangsloch in Kontakt ist, das sich durch die vierte Isolierschicht in Laminierungsrichtung erstreckt, und einen vierten Verbindungsabschnitt, der mit der vierten Leitung auf der vierten Isolierschicht in einer solchen Position verbunden ist, dass dieser dem porösen Körper mit Bezug auf die Laminierungsrichtung gegenüber liegt, auf.
Das zuvor erwähnte Gassensorelement weist den porösen Körper auf, der eine Gasdurchlässigkeit und Wasserdurchlässigkeit umfasst und der Umgebungsluft des Gassensorelements ausgesetzt ist. Weiterhin weist das vorstehend erwähnte Gassensorelement die wasserdurchlässige vierte Elektrode auf, die in Kontakt mit dem porösen Körper ist und in einer solchen Position angeordnet ist, dass diese als Ganzes in Bezug auf die Richtung der Laminierung des Festelektrolyten (Dickenrichtung) dem porösen Körper gegenüberliegt. „Die vierte Elektrode als Ganzes liegt dem porösen Körper gegenüber“ umfasst einen Fall, bei dem die vierte Elektrode als Ganzes mit den porösen Körper in Kontakt ist und diesem gegenüber liegt, sowie einen Fall, bei dem die vierte Elektrode als Ganzes dem porösen Körper derart gegenüber liegt, dass während ein Abschnitt der vierten Elektrode mit der Leitung dazwischen dem porösen Körper gegenüber liegt, der verbleibende Abschnitt der vierten Elektrode in Kontakt mit dem porösen Körper ist und diesem somit gegenüber liegt. Außerdem weist das oben erwähnte Gassensorelement die vierte Leitung auf, die mit dem vierten Verbindungsabschnitt der vierten Elektrode an einer solchen Position verbunden ist, dass sie dem porösen Körper in Bezug auf die Laminierungsrichtung gegenüberliegt.
Durch Verwenden eines derartigen Aufbaus, kann selbst dann, wenn das in die vierte Elektrode eingedrungene Wasser gefriert, die Entstehung von Rissen in dem Gassensorelement aus dem folgenden Grund verhindert werden. Da die vierte Elektrode als Ganzes mit dem vierten Verbindungsabschnitt in einer solchen Weise angeordnet ist, dass sie dem porösen Körper gegenüber liegt, und die gesamte vierte Elektrode oder das meiste der verbleibenden vierten Elektrode nach dem Entfernen eines die Leitung berührenden Abschnitts in Kontakt mit dem porösen Körper ist, kann das meiste des in der vierten Elektrode stehenden Wassers innerhalb der Poren des porösen Körpers gefrieren (sich ausdehnen); folglich kann die Entstehung einer Spannung in einer Richtung, dass die Schichten des Gassensorelements getrennt werden, verringert werden.
Zusätzlich ist der vierte Verbindungsabschnitt der vierten Elektrode mit der vierten Leitung auf der vierten Isolierschicht verbunden (und ist damit nicht mit dem Festelektrolytkörper in Kontakt). Obwohl der vierte Verbindungsabschnitt an einer solchen Position angeordnet ist, dass er den porösen Körper überlappt (in einer solchen Position, dass er den porösen Körper in Bezug auf die Laminierungsrichtung gegenüberliegt), beeinflusst der vierte Verbindungsabschnitt daher nicht die Sauerstoffpumpleistung der vierten Elektrode (der vierte Verbindungs-abschnitt verursacht keine Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung der vierten Elektrode). Somit kann eine Verschlechterung der Genauigkeit beim Erfassen einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im zu messenden Gas eingeschränkt werden.
Ferner ist vorzugsweise ein beliebiges der zuvor erwähnten Gassensorelemente wie folgt ausgebildet: Das Gassensorelement erfasst eine in einem zu messenden Gas enthaltene NOx-Konzentration, und elektrischer Strom fließt durch die erste Leitung oder die dritte Leitung gemäß der NOx-Konzentration.
Zur genauen Erfassung einer im zu messenden Gas enthaltenen NOx-Konzentration (z.B., Abgas von einer Brennkraftmaschine), muss eine Leitung, durch die elektrischer Strom entsprechend der NOx- Konzentration fließt, dicht ausgebildet werden. Die dicht ausgebildete Leitung wird wasserundurchlässig. Somit besteht herkömmlicherweise in dem Fall, bei dem eine Elektrode mit einer Leitung verbunden ist, durch die elektrischer Strom gemäß der NOx-Konzentration fließt, die Gefahr einer Rissbildung im Gassensorelement, wenn, wie oben erwähnt, Wasser in die Elektrode eindringt und dann gefriert.
Jedoch weist das oben erwähnte Gassensorelement als erste oder dritte Leitung die Leitung auf, durch die, elektrischer Strom gemäß der NOx-Konzentration fließt. Wie oben erwähnt, ist der gesamte erste Verbindungsabschnitt der ersten Elektrode, die mit der ersten Leitung verbunden ist, in einem Abschnitt, der sich von dem Innenraum über eine Distanz von 1,0 mm oder weniger erstreckt, angeordnet. Der dritte Verbindungsabschnitt der mit der dritten Leitung verbundenen dritten Elektrode ist im Innenraum angeordnet. Somit kann, selbst wenn Wasser in die erste (dritte) Elektrode eindringt und dann gefriert, die Bildung von Rissen in dem Gassensorelement verhindert werden.
Auch ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Gassensor bereitgestellt, der einen beliebigen der oben erwähnten Gassensorelemente umfasst.
Dieser Gassensor weist einen der oben genannten Gassensorelemente auf. Somit kann in diesem Gassensor, auch wenn Wasser in eine wasserdurchlässige Elektrode eindringt und dann gefriert, die Bildung von Rissen in dem Gassensorelement verhindert werden, ohne Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung der Elektrode; somit kann ein zu messendes Gas entsprechend erfasst werden.
Figurenliste

[1] Schnittansicht eines Gassensors gemäß einer Ausführungsform und einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[2] Perspektivische Ansicht eines Gassensorelements gemäß der Ausführungsform und der modifizierten Ausführungsform.
[3] Schnittansicht entlang der Linie B - B der 2.
[4] Perspektivische Ansicht, die Komponentenschichten des Gassensorelements darstellt.
[5] Vergrößerte Darstellung des Bereichs E der 4.
[6] Vergrößerte Darstellung des Bereichs F der 4.
[7] Ansicht, die die Position eines Verbindungsabschnitts einer Ip2 negativen Elektrode aus Richtung des Pfeils C der 3 betrachtet darstellt.
[8] Ansicht, die die Position eines Verbindungsabschnitts einer Ip1 positiven Elektrode aus Richtung des Pfeils G der 3 betrachtet darstellt.
[9] Korrelationsdiagramm zwischen der Rissbildung und den Entfernungen D1 und D2.
[10] Ansicht, die die Position eines Verbindungsabschnitts einer Ip2 negativen Elektrode eines Gassensorelements gemäß einer modifizierten Ausführungsform darstellt.
[11] Ansicht, die die Position eines Verbindungsabschnitts einer Ip1 positiven Elektrode des Gassensorelements gemäß der modifizierten Ausführungsform darstellt.

[Ausführungsarten der Erfindung]
(Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Längsschnittansicht (Schnittansicht, die entlang einer axialen Linie AX geschnitten ist) eines Gassensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Gassensorelements 10 gemäß der vorliegenden Ausführungs-form. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B - B der 2, die eine innere Struktur des Gassensorelements 10 darstellt. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die Komponentenschichten des Gassensorelements 10 in der Reihenfolge der Laminierung entlang der Laminierungsrichtung (entlang der vertikalen Richtung in der 4) darstellt. 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs E in der 4, und 6 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs C in der 4.
Der Gassensor 1 ist ein NOx-Sensor, der das Gassensorelement 10 aufweist, das eine Konzentration eines bestimmten Gases (NOx) erfassen kann, das in einem das zu messende Gas aufweisenden Abgas enthalten ist und zur Verwendung an einer Abgasleitung (nicht gezeigt) eines Verbrennungsmotors (siehe 1) befestigt ist. Der Gassensor 1 umfasst ein rohrförmiges Metallgehäuse 20 mit einem Gewindeabschnitt 21, der an seiner Außenfläche an einer vorbestimmten Position zur Befestigung des Gassensors 1 an die Abgasleitung gebildet ist. Das Gassensorelement 10 weist eine schmale, langgestreckte Plattenform auf, die sich in der Richtung der axialen Linie AX erstreckt und im Inneren des Metallgehäuses 20 gehalten wird (siehe 1 und 2).
Insbesondere umfasst der Gassensor 1 ein Halteelement 60 mit einem Einführungsloch 62, in das ein hinterer Endabschnitt 10k (ein oberer Endabschnitt in der 1) des Gassensorelements 10 eingesetzt ist, und sechs Anschlusselemente, die im Inneren des Halteelements 60 gehalten werden. 1 zeigt nur zwei Anschlusselemente (insbesondere Anschlusselemente 75 und 76) der sechs Anschlusselemente.
Insgesamt sind sechs Elektrodenanschlüsse, die in der Draufsicht jeweils eine rechteckige Form aufweisen, an dem hinteren Endabschnitt 10k (ein rechter Endabschnitt in 2) des Gassensorelements 10 ausgebildet. Insbesondere sind die Elektrodenanschlüsse 13, 14 und 15 auf einer ersten Oberfläche 10a des Gassensorelement 10 ausgebildet, und die Elektrodenanschlüsse 16, 17 und 18 sind auf einer zweiten Oberfläche 10b ausgebildet. Die Anschlusselemente sind mit den Elektrodenanschlüssen 13 und 18 in elastischem Kontakt und somit jeweils mit diesen elektrisch verbunden (siehe 1). Insbesondere sind Kontaktelementabschnitte, die an vorderen Endabschnitten der Anschlusselemente angeordnet sind, jeweils in elastischem Kontakt mit den Elektrodenanschlüssen 13 und 18. Zum Beispiel ist ein Kontaktelementabschnitt 75b des Anschlusselements 75 in elastischem Kontakt mit dem Elektrodenanschluss 14 und somit mit diesem elektrisch verbunden. Ferner ist ein Kontaktelementabschnitt 76b des Anschlusselements 76 in elastischem Kontakt mit dem Elektroden-anschluss 17 und somit mit diesem elektrisch verbunden (siehe 1).
Ferner sind Anschlussdrähte 71 elektrisch mit den sechs Anschlusselementen (Anschlusselemente 75, 76, etc.) verbunden. Insbesondere ist ein Leitungsdrahtcrimpabschnitt, der an einem hinteren Ende eines jeden Anschlusselements angeordnet ist, mit einem Kerndraht des Leitungsdrahtes 71 gecrimpt, wobei der Leitungsdraht 71 mit dem Anschlusselement elektrisch verbunden ist. Zum Beispiel ist ein Leitungsdrahtcrimpabschnitt 77 des Anschlusselements 75, wie in 1 gezeigt, mit einem Kerndraht des Leitungsdrahtes 71 gecrimpt, wobei der Leitungsdraht 71 mit dem Anschlusselement 75 elektrisch verbunden ist. Auch ist ein Leitungsdrahtcrimpabschnitt 78 des Anschlusselements 76 mit einem Kerndraht eines anderen Leitungsdrahts 71 gecrimpt, wobei der Leitungsdraht 71 mit dem Anschlusselement 76 elektrisch verbunden ist.
Das Metallgehäuse 20 ist ein rohrförmiges Element mit einem Durchgangsloch 23, das sich durch dieses in der Richtung der axialen Linie AX erstreckt. Das Metallgehäuse 20 weist einen Vorsprung 25 auf, der radial nach innen herausragt und teilweise das Durchgangsloch 23 bildet. Das Metallgehäuse 20 hält das Gassensorelement 10 in dem Durchgangsloch 23, während ein vorderer Endbereich 10s des Gassensorelements 10 von seinem vorderen Ende nach außen herausragen kann (nach unten in der 1) und ein hinterer Endbereich 10k des Gassensorelements 10 von seinem hinteren Ende nach außen vorstehen kann (nach oben in der 1).
In dem Durchgangsloch 23 des Metallgehäuses 20 sind ein ringförmiger Keramikhalter 42, zwei Talkringe 43 und 44, die durch ringförmig angefülltes Talkpulver gebildet sind, und eine Keramikhülse 45 angeordnet. Insbesondere sind der Keramikhalter 42, die Talkringe 43 und 44 und die Keramikhülse 45 in dieser Reihenfolge von der axialen Vorderseite (die untere Seite in 1) zu der axialen Hinterseite (die obere Seite in 1) derart geschichtet, dass sie das Gassensorelement 10 umschließen.
Auch ist eine Metallschale 41 zwischen dem Keramikhalter 42 und dem Vorsprung 25 des Metallgehäuses 20 angeordnet. Ein Crimpring 46 ist zwischen der Keramikhülse 45 und einem Crimpabschnitt 22 des Metallgehäuses 20 angeordnet. Der Crimpabschnitt 22 des Metallgehäuses 20 ist derart gecrimpt, dass dieser mithilfe des Crimprings 46 die Keramikhülse 45 nach vorne drückt.
Ein äußeres Schutzelement 31 und ein inneres Schutzelement 32, die aus Metall (insbesondere Edelstahl) hergestellt sind und eine Vielzahl von Löchern aufweisen, sind an einem vorderen Endabschnitt 20b des Metallgehäuses 20 derartig angeschweißt, dass sie den vorderen Endabschnitt 10s des Gassensorelements 10 abdecken. Indes ist ein rohrförmiges Gehäuse 51 mit einem hinteren Endabschnitt des Metallgehäuses 20 verschweißt. Das rohrförmige Gehäuse 51 erstreckt sich in der Richtung der axialen Linie AX und umgibt das Gassensorelement 10.
Das Halteelement 60 ist ein rohrförmiges Element, das aus einem elektrisch isolierenden Material (insbesondere Aluminiumoxid) gebildet ist und das Einführungsloch 62 aufweist, das sich durch dieses in der Richtung der axialen Linie AX erstreckt. Die zuvor erwähnten sechs Anschlusselemente (Anschlusselemente 75, 76, etc.) werden in dem Einführungsloch 62 angeordnet (siehe 1). Das Halteelement 60 weist einen Kragenabschnitt 65 auf, der an seinem hinteren Endabschnitt ausgebildet ist und radial nach außen vorsteht. Das Halteelement 60 wird von einem inneren Stützelement 53 derart gehalten, dass der Kragenabschnitt 65 das innere Stützelement 53 berührt. Das innere Stützelement 53 wird von dem rohrförmigen Gehäuse 51 mittels eines Crimpabschnitts 51g des rohrförmigen Gehäuses 51 gehalten, der radial nach innen gecrimpt ist.
Ein isolierendes Element 90 ist an einer hinteren Endfläche 61 des Halteelements 60 angeordnet. Das isolierende Element 90 ist aus einem elektrisch isolierenden Material (insbesondere Aluminiumoxid) gebildet und hat eine zylindrische Form. Das isolierende Element 90 weist sechs Durchgangslöcher 91 auf, die sich durch dieses in der Richtung der axialen Linie AX erstrecken. Die Leitungsdrahtcrimpabschnitte (die Leitungsdrahtcrimpabschnitte 77, 78, etc.) der Anschlusselemente sind in den Durchgangslöchern 91 angeordnet.
Ein elastisches Dichtungselement 73 aus Fluorelastomer ist von einem hinteren Endöffnungsabschnitt 51c, der an einem axialen hinteren Endabschnitt (einem oberen Endabschnitt in 1) angeordnet ist, radial nach innen des rohrförmigen Gehäuses 51 angeordnet (siehe 1). Das elastische Dichtungselement 73 weist sechs zylindrische Einführungslöcher 73c auf, die sich durch dieses in der Richtung der axialen Linie AX erstrecken. Die Einführungslöcher 73c sind jeweils aus Einführungslochflächen 73b (zylindrische Innenwandflächen) des elastischen Dichtungselements 73 gebildet. Die Leitungsdrähte 71 werden in einer Beziehung vom Typ 1:1 durch die Einführungslöcher 73c eingeführt. Die Leitungsdrähte 71 erstrecken sich durch die Einführungslöcher 73c des elastischen Dichtungselements 73 zur Außenseite des Gassensors 1. Das elastische Dichtungselement 73 ist durch radiales Crimpen des hinteren Endöffnungsabschnitts 51c des rohrförmigen Gehäuses 51 nach innen radial elastisch druckverformt, wodurch die Einführungslochflächen 73b und entsprechende Außenumfangs-flächen71b der Leitungsdrähte 71 in engem Kontakt miteinander gebracht werden, wodurch eine wasserdichte Abdichtung zwischen den Einführungslochflächen 73b und den entsprechenden Außenumfangsflächen 71b der Leitungsdrähte 71 geschaffen wird.
Unterdessen umfasst das Gassensorelement 10, wie in 3 gezeigt, plattenförmige Festelektrolytkörper 111, 121, 131 und Isolatoren 140 und 145, die zwischen den Festelektrolyt-körpern 111, 121 und 131 angeordnet sind, und weist eine Struktur auf, in der diese Elemente in der Laminierungsrichtung miteinander laminiert sind (vertikale Richtung in der 3). Ferner umfasst das Gassensorelement 10 eine Heizvorrichtung 161, die auf einer Rückfläche 131c (untere Oberfläche in 3) des Festelektrolytkörpers 131 laminiert ist. Die Heizvor-richtung 161 enthält plattenförmige Isolatoren 162 und 163, die hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet sind, und eine Heizungsanordnung 164 (hauptsächlich aus Pt gebildet), die zwischen den Isolatoren 162 und 163 eingebettet ist (siehe 3 und 6). Die Heizungsanordnung 164 umfasst einen Wärmeerzeugungsabschnitt 164d in der Form einer gekrümmten Leitung und geradlinigen ersten und zweiten Leitungsabschnitten 164b und 164c, die jeweils mit gegenüberliegenden Enden des Wärmeerzeugungsabschnitts 164d verbunden sind. Der erste Leitungsabschnitt 164b ist mit dem Elektrodenanschluss 16 elektrisch verbunden, und der zweite Leitungsabschnitt 164c ist mit dem Elektrodenanschluss 18 elektrisch verbunden (siehe 6).
Die Festelektrolytkörper 111, 121 und 131 sind aus Zirkonoxid, das ein Festelektrolyt ist und eine Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist. Eine poröse Ip1 positive Elektrode 112 ist auf einer Seite in Richtung einer Vorderfläche 111b (einer Seite in Richtung einer oberen Oberfläche in 3) des Festelektrolytkörpers 111 vorgesehen. Eine poröse Ip1 negative Elektrode 113 ist auf einer Seite in Richtung einer Rückfläche 111c (einer Seite in Richtung einer unteren Fläche in 3) des Festelektrolytkörpers 111 vorgesehen. Die Ip1 positive Elektrode 112 und die Ip1 negative Elektrode 113 sind aus Cermet gebildet, das Pt-Pulver und Keramikpulver enthält, und weisen eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit auf.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Ip1 positive Elektrode 112 und die Ip1 negative Elektrode 113 wie folgt gebildet. Zunächst werden 100 Gewichtsteile Pt-Pulver, 14 Gewichtsteile Keramikpulver und 10 Gewichtsteile organischer Binder (z.B., Ethylcellulose) gemischt. Zu dem erhaltenen Gemisch wird das Lösungsmittel in einer vorbestimmten Menge zugegeben, sodass eine Elektrodenpaste entsteht. Als nächstes wird die Elektrodenpaste auf die Seite in Richtung der Vorderfläche 111b und die Seite in Richtung der Rückseite 111c des Festelektrolytkörpers 111 aufgebracht. Anschließend wird das organische Bindemittel durch die Anwendung von Wärme aufgelöst, wodurch die poröse Elektroden 112 und 113 gebildet werden.
Wie in 5 gezeigt, ist eine Ip1 positive Leitung 116 mit einem Verbindungsabschnitt 112d der Ip1 positiven Elektrode 112 verbunden. Die pP1 positive Leitung 116 ist elektrisch mit dem Elektrodenanschluss 13 verbunden. Ein Ip1 negative Leitung 117 ist mit einem Verbindungsabschnitt 113d der Ip1 negativen Elektrode 113 verbunden. Die Ip1 negative Leitung 117 ist mit dem Elektrodenanschluss 15 elektrisch verbunden. Die Ip1 positive Leitung 116 und die Ip1 negative Leitung 117 sind aus Cermet gebildet, das Pt-Pulver und Keramikpulver enthält, aber im Gegensatz zu der Ip1 positiven Elektrode 112 und der Ip1 negativen Elektrode 113 dicht ausgebildet. Somit sind die Ip1 positive Leitung 116 und die Ip1 negative Leitung 117 wasserundurchlässig.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Ip1 positive Leitung 116 und die Ip1 negative Leitung 117 wie folgt gebildet. Zunächst werden 100 Gewichtsteile Pt-Pulver, 18 Gewichtsteile Keramikpulver und 5 Gewichtsteile organischer Binder (z.B., Ethylcellulose) gemischt. Zu dem erhaltenen Gemisch wird das Lösungsmittel in einer vorbestimmten Menge zugegeben, sodass eine Bleipaste entsteht. Als nächstes wird die Bleipaste auf die Seite in Richtung der Vorderfläche 111b und die Seite in Richtung der Rückseite 111c des Festelektrolytkörpers 111 aufgebracht. Anschließend wird das organische Bindemittel durch die Anwendung von Wärme aufgelöst, wodurch die Leitungen116 und 117 gebildet werden.
Unterdessen wird, verglichen mit der Elektrodenpaste, die Zugabemenge des organischen Bindemittels in der Bleipaste reduziert (ungefähr halbiert). Durch Verringern der Zugabemenge an organischem Bindemittel, das innere Poren durch Dissipation als Ergebnis der Wärme-anwendung bildet, werden dichte Leitungen 116 und 117 mit wenigen inneren Poren gebildet.
Eine Schutzschicht 115 aus Aluminiumoxid oder dergleichen wird auf die Vorderseite (Oberseite in den 3 bis 5) der Ip1 positiven Elektrode 112 und der Ip1 positiven Leitung 116 laminiert. Ein erster poröser Körper 114 (entsprechend dem porösen Körper in den Ansprüchen) wird in der Schutzschicht 115 in einer solchen Position gebildet, dass dieser der Ip1 positiven Elektrode 112 in der Laminierungsrichtung gegenüberliegt, und ist der Umgebungs-luft des Gassensorelements 10 ausgesetzt. Der erste poröse Körper 114 weist eine Gas-durchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit auf und ist in Kontakt mit einem Abschnitt der Ip1 positiven Elektrode 112. Jener Abschnitt der Ip1 positiven Elektrode 112, der in Kontakt mit dem ersten porösen Körper 114 ist, bildet einen Kontaktabschnitt für einen porösen Körper 112b.
Der Festelektrolytkörper 111 und die Elektroden 112 und 113 bilden eine Ip1 Zelle 110 (eine erste Pumpzelle) (siehe 3). Die Ip1 Zelle 110 pumpt Sauerstoff gemäß dem zwischen den Elektroden 112 und 113 angelegten Pumpstrom Ip1 (das sogenannte Sauerstoffpumpen) zwischen eine Atmosphäre, die in Kontakt mit der Elektrode 112 ist (Umgebungsluft des Gassensorelements 10), und eine Atmosphäre, die in Kontakt mit der Elektrode 113 ist (Atmosphäre innerhalb einer ersten Messkammer 150, die später beschrieben wird).
Der Festelektrolytkörper 121 ist derart angeordnet, dass er dem Festelektrolytkörper 111 in Laminierungsrichtung gegenüberliegt, wobei der Isolator 140 dazwischen angeordnet ist. Eine poröse Vs negative Elektrode 122 ist auf einer Seite in Richtung einer Vorderfläche 121b (einer Seite in Richtung einer oberen Fläche in 3) des Festelektrolytkörpers 121 vorgesehen. Eine poröse Vs positive Elektrode 123 ist auf einer Seite in Richtung einer Rückfläche 121c (eine Seite in Richtung einer unteren Fläche in der 3) des Festelektrolytkörpers 121 vorgesehen. Die Vs negative Elektrode 122 und die Vs positive Elektrode 123 sind aus Cermet gebildet, das Pt-Pulver und Keramikpulver enthält, und weisen eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit auf.
Wie in 5 gezeigt, ist eine Vs negative Leitung 126 mit einem Verbindungsabschnitt 122d der Vs negativen Elektrode 122 verbunden. Die Vs negative Leitung 126 ist mit dem Elektrodenanschluss 15 elektrisch verbunden. Die Vs negative Leitung 126 ist aus Cermet gebildet, das Pt-Pulver und Keramikpulver enthält, aber im Gegensatz zu der Vs negativen Elektrode 122 dicht ausgebildet. Somit ist die Vs negative Leitung 126 wasserundurchlässig. Unterdessen wird, wie in 5 und 6 gezeigt, eine Vs positive Leitung 127 mit einem Verbindungsabschnitt 123d der Vs positiven Leitung 127 verbunden. Die Vs positive Leitung 127 ist mit einem Elektrodenanschlussabschnitt 14 elektrisch verbunden. Die Vs positive Leitung 127 ist aus Cermet gebildet, das Pt-Pulver und Keramikpulver enthält, wird aber porös ausgebildet, da die Vs positive Leitung 127 gleichzeitig mit der Bildung der Vs positiven Elektrode 123 gebildet wird. Somit weist die Vs positive Leitung 127 eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit auf.
Die erste Messkammer 150, die einen Innenraum umfasst, ist zwischen dem Festelektrolyt-körper 111 und dem Festelektrolytkörper 121 (siehe 3) ausgebildet. Die erste Mess-kammer 150 ist ein Innenraum des Gassensorelements 10, in dem Abgas, das durch einen Abgaspfad fließt, zuerst eingeführt wird, und mit der Umgebungsluft des Gassensorelements 10 durch einen zweiten porösen Körper 151, der eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit aufweist, kommuniziert. Der zweite poröse Körper 151 ist seitlich von der ersten Messkammer 150 als Trennwand zwischen der ersten Messkammer 150 und der Umgebungsluft des Gassensorelements 10 vorgesehen. Der zweite poröse Körper 151 begrenzt die Menge an Zustrom pro Zeiteinheit des Abgases in die erste Messkammer 150 (siehe 2 und 5).
Ein dritter poröser Körper 152 ist an der Rückseite (rechte Seite in 3) der ersten Mess-kammer 150 als Trennwand zwischen der ersten Messkammer 150 und einer zweiten Mess-kammer 160, die später beschrieben wird) vorgesehen. Der dritte poröse Körper 152 begrenzt die Durchflussmenge pro Zeiteinheit des Abgases.
Der Festelektrolytkörper 121 und die Elektroden 122 und 123 bilden eine Vs Zelle 120 (siehe 3). Die Vs Zelle 120 erzeugt hauptsächlich elektromotorische Kraft entsprechend einer Differenz im Sauerstoffpartialdruck zwischen zwei Atmosphären (eine Atmosphäre in der ersten Messkammer 150, die in Kontakt mit der Elektrode 122 ist, und eine Atmosphäre in einer Referenzsauerstoffkammer 170, die in Kontakt mit der Elektrode 123 ist), die durch den Festelektrolytkörper 121 getrennt sind.
Der Festelektrolytkörper 131 ist derart angeordnet, dass er dem Festelektrolytkörper 121 in Laminierungsrichtung gegenüberliegt, wobei der Isolator 145 dazwischen angeordnet ist. Eine poröse Ip2 positive Elektrode 132 und eine poröse Ip2 negative Elektrode 133 sind auf einer Seite in Richtung einer Vorderfläche 131b (einer Seite in Richtung einer oberen Fläche in der 3) des Festelektrolytkörpers 131 vorgesehen. Die Ip2 positive Elektrode 132 und die Ip2 negative Elektrode 133 sind aus Cermet gebildet, das Pt-Pulver und Keramikpulver enthält und eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit aufweist.
Wie in 6 gezeigt, ist ein Ip2 positive Leitung 136 mit der Ip2 positiven Elektrode 132 verbunden. Die Ip2 positive Leitung 136 ist mit dem Elektrodenanschluss 17 elektrisch verbunden. Die Ip2 positive Leitung 136 ist aus Cermet gebildet, das Pt-Pulver und Keramikpulver enthält, wird aber porös ausgebildet, da die Ip2 positive Leitung 136 gleichzeitig mit der Bildung der Ip2 positiven Elektrode 132 ausgebildet wird. Somit weist die Ip2 positive Leitung 136 eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit auf. Unterdessen wird eine Ip2 negative Leitung 137 mit einem Verbindungsabschnitt 133d der Ip2 negativen Elektrode 133 verbunden. Die Ip2 negative Leitung 137 ist mit dem Elektrodenanschluss 15 elektrisch verbunden. Die Ip2 negative Leitung 137 ist aus Cermet gebildet, das Pt-Pulver und Keramikpulver enthält, wird jedoch im Gegensatz zu der Ip2 negativen Elektrode 133 dicht ausgebildet. Somit ist die Ip2 negative Leitung 137 wasserundurchlässig.
Eine Referenzsauerstoffkammer 170, die ein isolierter kleiner Raum ist, ist zwischen der Ip2 positiven Elektrode 132 und der Vs positiven Elektrode 123 ausgebildet (siehe 3). Die Referenzsauerstoffkammer 170 ist eine Öffnung 145b, die im Isolator 145 ausgebildet ist. In der Referenzsauerstoffkammer 170 wird ein poröser Körper aus Keramik auf einer Seite in Richtung der Ip2 positiven Elektrode 132 angeordnet.
Zudem ist eine zweite Messkammer 160, die ein Innenraum des Gassensorelements ist, in einer solchen Position vorgesehen, dass sie der Ip2 negativen Elektrode 133 in Laminierungs-richtung gegenüberliegt. Die zweite Messkammer 160 ist aus einer Öffnung 145c, die sich durch den Isolator 145 in Laminierungsrichtung erstreckt, einer Öffnung 125, die sich durch den Festelektrolytkörper 121 in Laminierungsrichtung erstreckt, und einer Öffnung 141, die sich durch den Isolator 140 in Laminierungsrichtung erstreckt, gebildet.
Die erste Messkamme 150 und der zweiten Messkammer 160 kommunizieren miteinander durch den dritten porösen Körper 152, der eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit aufweist. Daher kommuniziert die zweite Messkammer 160 mit der Umgebungsluft des Gassensorelements 10 durch den zweiten porösen Körper 151, der ersten Messkammer 150 und dem dritten porösen Körper 152.
In der vorliegenden Ausführungsform entsprechen die erste Messkammer 150 und die zweite Messkammer 160 „einem Innenraum des Gassensorelements, wobei der Innenraum mit einer Umgebungsluft des Gassensorelements kommuniziert“, wie in den Ansprüchen angegeben.
Der Festelektrolytkörper 131 und die Elektroden 132 und 133 bilden eine Ip2 Zelle 130 (eine zweite Pumpzelle) zum Erfassen der NOx-Konzentration. Die Ip2 Zelle 130 befördert Sauerstoff (Sauerstoff-Ionen), der durch Zersetzung von NOx, das in der zweiten Messkammer 160 abgebaut wird, gebildet wird, durch den Festelektrolytkörper 131 in die Referenzsauerstoff-kammer 170. Zu diesem Zeitpunkt fließt elektrischer Strom durch die mit der Elektrode 132 verbundenen Leitung 136 und durch die mit der Elektrode 133 verbundenen Leitung 137 entsprechend einer Konzentration von NOx, das in dem Abgas enthalten ist (zu messendes Gas), das in die zweite Messkammer 160 eingeführt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Aluminiumoxid-Isolierschicht 118 auf der Vorderfläche 111b des Festelektrolytkörpers 111 ausgebildet. Ferner sind die Ip1 positive Leitung 116 und ein Abschnitt der Ip1 positiven Elektrode 112 auf der Aluminiumoxid-Isolierschicht 118 ausgebildet. Weiterhin kann der Kontaktabschnitt für einen porösen Körper 112b der Ip1 positiven Elektrode 112 einen Elektrolytkörper-Kontaktabschnitt 112c aufweisen, der durch ein Durchgangsloch 118b, das sich durch die Aluminiumoxid-Isolierschicht 118 in Laminierungsrichtung erstreckt, in Kontakt mit dem Festelektrolytkörper 111 ist.
Weiterhin wird eine Aluminiumoxid-Isolierschicht 119 auf der Rückfläche 111c des Festelektrolytkörpers 111 ausgebildet. Auch sind die Ip1 negative Leitung 117 und ein Abschnitt der Ip1 negativen Elektrode 113 auf der Aluminiumoxid-Isolierschicht 119 ausgebildet. Darüber hinaus weist der Raumexponierungsabschnitt 113b der Ip1 negativen Elektrode 113, der der ersten Messkammer 150 (Innenraum) ausgesetzt ist, einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt 113c auf, der durch ein Durchgangsloch 119b, das sich durch die Aluminiumoxid-Isolierschicht 119 in Laminierungsrichtung erstreckt, in Kontakt mit dem Festelektrolytkörper 111 ist.
Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Aluminiumoxid-Isolierschicht 128 auf der Vorderfläche 121b des Festelektrolytkörpers 121 ausgebildet. Auch sind die Vs negative Leitung 126 und ein Abschnitt der Vs negativen Elektrode 122 auf der Aluminiumoxid-Isolierschicht 128 ausgebildet. Darüber hinaus weist der Raumexponierungsabschnitt 122b der Vs negativen Elektrode 122, der in die erste Messkammer 150 (Innenraum) zeigt, einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt 122c auf, der durch ein Durchgangsloch 128b, das sich durch die Aluminiumoxid-Isolierschicht 128 in Laminierungsrichtung erstreckt, in Kontakt mit dem Festelektrolytkörper 121 ist.
Weiterhin wird eine Aluminiumoxid-Isolierschicht 129 auf der Rückfläche 121c des Festelektrolytkörpers 121 ausgebildet. Auch sind die Vs positive Leitung 127 und ein Abschnitt der Vs positiven Elektrode 123 auf der Aluminiumoxid-Isolierschicht 129 ausgebildet. Ferner weist die Vs positive Elektrode 123 einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt 123c auf, der durch ein Durchgangsloch 129b, das sich durch die Aluminiumoxid-Isolierschicht 129 in Laminierungsrichtung erstreckt, in Kontakt mit dem Festelektrolytkörper 121 ist.
Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Aluminiumoxid-Isolierschicht 138 auf der Vorderfläche 131b des Festelektrolytkörpers 131 ausgebildet. Auch sind die Ip2 positive Leitung 136 und ein Abschnitt der Ip2 positiven Elektrode 132 auf der Aluminiumoxid-Isolierschicht 138 ausgebildet. Ferner sind die Ip2 negative Leitung 137 und ein Abschnitt der Ip2 negativen Elektrode 133 ebenfalls auf der Aluminiumoxid- Isolierschicht 138 ausgebildet. Die Elektrode 132 weist einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt 132c auf, der durch ein Durchgangsloch138b, das sich durch die Aluminiumoxid-Isolierschicht 138 in Laminierungs-richtung erstreckt, in Kontakt mit dem Festelektrolytkörper 131 ist. Auch weist jener Raumexponierungsabschnitt 133b der Elektrode 133, der der zweiten Messkammer 160 (Innenraum) ausgesetzt ist, einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt 133c auf, der durch ein Durchgangsloch 138c, das sich durch die Aluminiumoxid-Isolierschicht 138 in Laminierungsrichtung erstreckt, in Kontakt mit dem Festelektrolytkörper 131 ist.
Durch Verwenden einer derartigen Anordnung können nur die Elektrolytkörper- Kontaktabschnitte 112c, 113c, 122c, 123c, 132c und 133c der Elektroden 112, 113, 122, 123, 132 und 133 tatsächlich als Messabschnitte fungieren; somit kann eine zu detektierende Eigenschaft, d.h., eine Gaskonzentration, genau erfasst werden. Da sich die Leitungen 116, 117, 126 und 137 hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften von den Elektroden 112, 113, 122 und 133 unterscheiden, in einer Konfiguration, bei der Leitungen und mit den Leitungen verbundene Verbindungsabschnitte teilweise in Kontakt mit Festelektrolyten sind, verschlechtert sich insbesondere die Genauigkeit bei der Erfassung der Gaskonzentration, verglichen mit der vorliegenden Ausführungsform, die keinen derartigen Kontakt aufweist.
In der vorliegenden Ausführungsform entsprechen die Ip1 negative Elektrode 113, die Vs negative Elektrode 122 und die Ip2 negative Elektrode 133 der „ersten Elektrode“, die in den Ansprüchen erscheint. Außerdem entsprechen die Ip1 negative Leitung 117, die Vs negative Leitung 126 und die Ip2 negative Leitung 137 der „ersten Leitung“, die in den Ansprüchen erscheint. Auch entspricht die Ip1 positive Elektrode 112 der „zweite Elektrode“, die in den Ansprüchen erscheint. Außerdem entspricht die Ip1 positive Leitung 116 der „zweiten Leitung“, die in den Ansprüchen erscheint.
Der Verbindungsabschnitt 112d der Ip1 positiven Elektrode 112 (zweite Elektrode) ist in Bezug auf eine Ebenenrichtung (horizontale Richtung in 3 und 5) rechtwinklig zu der Laminierungsrichtung vom ersten porösen Körper 114 entfernt angeordnet, und ist mit der Ip1 positiven Leitung 116 (zweite Leitung) verbunden. Darüber hinaus ist der Verbindungsabschnitt 112d ein Abschnitt der Ip1 positiven Elektrode 112, der am weitesten von dem ersten porösen Körper 114 entfernt liegt.
Ferner ist der Verbindungsabschnitt 113d der Ip1 negativen Elektrode 113 (erste Elektrode) an einer Position angeordnet, die nicht der ersten Messkammer 150 (Innenraum) ausgesetzt ist, und ist mit der Ip1 negativen Leitung 117 außerhalb der ersten Messkammer 150 verbunden. Außerdem ist der Verbindungsabschnitt 113d ein Abschnitt der Ip1 negativen Elektrode 113, der am weitesten von der ersten Messkammer 150 entfernt liegt. In ähnlicher Weise ist der Verbindungsabschnitt 122d der Vs negativen Elektrode 122 auch an einer Position angeordnet, die nicht der ersten Messkammer 150 (Innenraum) ausgesetzt ist, und ist mit der Vs negativen Leitung 126 außerhalb der ersten Messkammer 150 verbunden. Darüber hinaus ist der Verbindungsabschnitt 122d ein Abschnitt der Vs negativen Elektrode 122, der am weitesten von der ersten Messkammer 150 entfernt liegt.
Außerdem ist der Verbindungsabschnitt 133d der Ip2 negativen Elektrode 133 in einer Position angeordnet, die nicht in die zweite Messkammer 160 (Innenraum) zeigt, und ist mit der Ip2 negativen Leitung 137 außerhalb der zweiten Messkammer 160 verbunden. Darüber hinaus ist der Verbindungsabschnitt 133d ein Abschnitt der Ip2 negativen Elektrode 133, der am weitesten von der zweiten Messkammer 160 entfernt liegt.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Verbindungsabschnitt 112d der Ip1 positiven Elektrode 112 dem „zweiten Verbindungsabschnitt“, der in den Ansprüchen erscheint. Ferner entsprechen der Verbindungsabschnitt 113d der Ip1 negativen Elektrode 113, der Verbindungsabschnitt 122d der Vs negativen Elektrode 122 und der Verbindungsabschnitt 133d der Ip2 negativen Elektrode 133 dem „ersten Verbindungsabschnitt“, der in den Ansprüchen erscheint.
Wie zuvor erwähnt, werden in der vorliegenden Ausführungsform die Verbindungsabschnitte 113d, 122d, 133d (der erste Verbindungsabschnitt) mit der Ip1 negativen Leitung 117, der Vs negativen Leitung 126 und der Ip2 negativen Leitung 137 (der ersten Leitung) an Positionen verbunden, die nicht in die erste Messkammer 150 und die zweite Messkammer 160 (Innenraum) zeigen. Somit kann im Gegensatz zu dem zuvor erwähnten Patentdokument 1 ( japanische Patent Nr. 4165652 ) eine „Verschlechterung der Genauigkeit bei der Erfassung einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im zu messenden Gas, als Ergebnis der Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung aufgrund der Anordnung des ersten Verbindungsabschnitts im Innenraum“ eingeschränkt werden.
Ferner ist der Verbindungsabschnitt 112d (der zweite Verbindungsabschnitt) mit der Ip1 positiven Leitung 116 (der zweiten Leitung) an einer Position verbunden, die von dem ersten porösen Körper 114 in Bezug auf eine Ebenenrichtung (horizontale Richtung in den 3 und 5) entfernt angeordnet ist. Somit kann eine „Verschlechterung der Genauigkeit beim Erfassen einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im zu messenden Gas, als Ergebnis der Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung aufgrund der Anordnung des zweiten Verbindungsabschnitts in einer solchen Position, dass dieser den porösen Körper überlappt“ eingeschränkt werden.
Die Erfassung der NOx-Konzentration durch den Gassensor 1 der vorliegenden Ausführungsform wird kurz beschrieben. Da die Temperatur der Heizungsanordnung 164 steigt, werden die Festelektrolytkörper 111, 121 und 131 des Gassensorelements 10 erwärmt und aktiviert. Dies initiiert den Betrieb der Ip1 Zelle 110, der Vs Zelle 120 und der Ip2 Zelle 130.
Das Abgas (das zu messende Gas), das durch einen Abzugskanal (nicht gezeigt) fließt, wird der ersten Messkammer 150 zugeführt, während dessen Strömungsrate durch den zweiten porösen Körper 151 eingeschränkt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein schwacher Strom Icp an die Vs Zelle 120 angelegt und fließt von der Elektrode 123 zur Elektrode 122. Somit kann der im Abgas enthaltene Sauerstoff Elektronen von der Elektrode 122, die eine negative Elektrode ist, in der ersten Messkammer 150 aufnehmen und zu Sauerstoff-Ionen werden. Die Sauerstoff-Ionen fließen durch den Festelektrolytkörper 121 und wandern in die Referenzsauerstoffkammer 170. Das heißt, aufgrund der Anwendung des Stroms Icp zwischen den Elektroden 122 und 123, wird der Sauerstoff in der ersten Messkammer 150 in die Referenzsauerstoffkammer 170 befördert.
In dem Fall, bei dem die Sauerstoffkonzentration des in die erste Messkammer 150 eingeführten Abgases niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, wird der Strom Ip1 auf den Ip1 Zelle 110 in einer solchen Weise angelegt, dass die Elektrode 112 eine negative Elektrode wird, um Sauerstoff von der Umgebungsluft des Gassensorelements 10 in die erste Messkammer 150 zu pumpen. In dem Fall, bei dem die Sauerstoffkonzentration des in die erste Messkammer 150 eingeführten Abgases dagegen höher als ein vorbestimmter Wert ist, wird der Strom Ip1 an die Ip1 Zelle 110 in einer solchen Weise angelegt, dass die Elektrode 113 eine negative Elektrode wird, um Sauerstoff aus dem Inneren der ersten Messkammer 150 in die Umgebungsluft des Gassensorelements 10 zu pumpen.
Das Abgas, dessen Sauerstoffkonzentration, wie oben erwähnt, in der ersten Messkammer 150 eingestellt worden ist, wird der zweiten Messkammer 160 durch den dritten porösen Körper 152 zugeführt. Das in dem Abgas enthaltene NOx ist kommt mit der Elektrode 133 in der zweiten Messkammer 160 in Berührung und wird durch Anlegen der Spannung Vp2 zwischen den Elektroden 132 und 133 auf der Elektrode 133 in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt (reduziert). Der durch das Trennen erzeugte Sauerstoff fließt in Form von Sauerstoff-Ionen durch den Festelektrolytkörper 131 und wandert in die Referenzsauerstoffkammer 170. Zu diesem Zeitpunkt wandert der Restsauerstoff, der nicht aus der ersten Messkammer 150 gepumpt worden ist, durch Einsatz der Ip2 Zelle 130 in ähnlicher Weise in die Referenzsauerstoffkammer 170. Somit fließt der von dem NOx stammende Strom und der von dem Restsauerstoff stammende Strom durch die Ip2 Zelle 130.
Da, wie zuvor erwähnt, die Konzentration des Restsauerstoffs, der nicht aus der ersten Messkammer 150 gepumpt worden ist, auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, kann der vom Restsauerstoff stammende Strom im Wesentlichen als konstant betrachtet werden und weist somit nur einen geringen Einfluss auf eine von NOx stammende Stromschwankung auf; somit ist der durch die Ip2 Zelle 130 fließende Strom proportional zur NOx-Konzentration. Daher kann durch Erfassen des Stroms Ip2, der durch die Ip2 Zelle 130 fließt, eine NOx-Konzentration im Abgas auf der Grundlage des erfassten Stroms Ip2 detektiert werden.
Indes weist ein herkömmliches Gassensorelement als Folge des Gefrierens des Wassers, das in die erste Elektrode (beispielsweise die Ip1 negative Elektrode 113) eingedrungen ist, die Gefahr einer Rissbildung in diesem auf.
Insbesondere kann beispielsweise Wasser, das auf der Oberfläche des Gassensorelements kondensiert, durch den zweiten porösen Körper 151 in den Innenraum des Gassensorelements und weiter in die erste Elektrode eindringen. Das Wasser, das in die erste Elektrode eingedrungen ist, erreicht den ersten Verbindungsabschnitt (beispielsweise den Verbindungsabschnitt 113d), der mit der ersten Leitung (z.B., die Ip1 positive Leitung 117) verbunden ist, und kann sich in dem ersten Verbindungsabschnitt stauen, da die erste Leitung ist wasserundurchlässig ist. Wenn das im ersten Verbindungsabschnitt stehende Kondenswasser gefriert und sich damit im Volumen ausdehnt, wird eine Spannung in einer derartigen Richtung erzeugt, so dass Schichten, zwischen denen der erste Verbindungsabschnitt sandwichartig angeordnet ist, getrennt werden, wodurch möglicherweise Risse zwischen den Schichten (zwischen denen der erste Verbindungsabschnitt sandwichartig angeordnet ist) des Gassensorelements erzeugt werden.
Dagegen ist in dem Gassensorelement 10 der vorliegenden Ausführungsform der erste Verbindungsabschnitt als Ganzes (insbesondere die Verbindungsabschnitte 113d, 122d und 133d) in einem Abschnitt, der sich von dem Innenraum (der ersten Messkammer 150 oder der zweiten Messkammer 160) über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt, angeordnet. Zum Beispiel, wie in 7 gezeigt, ist der gesamte Verbindungsabschnitt 133d (erste Verbindungsabschnitt) innerhalb eines Abschnitts A1 (der von der Strich-Punkt-Punkt-Linie K1 in 7 umgeben ist), der sich von der zweiten Messkammer 160 (Innenraum) über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt, angeordnet. Ebenso wie für die Verbindungsabschnitte 113d und 122d, sind diese als Ganzes zudem in einem Abschnitt, der sich von der ersten Messkammer 150 (Innenraum) über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt, angeordnet.
Somit kann, selbst wenn Wasser in die Ip2 negative Elektrode 133 (erste Elektrode) eindringt und dann gefriert, die Erzeugung von Rissen in dem Gassensorelement 10 verhindert werden. Das gleiche gilt für den Fall des Eindringens von Wasser in die Ip1 negative Elektrode 113 und in die Vs negative Elektrode 122. Dies wird aus den Ergebnissen eines Gefriertests, der später beschrieben wird, offensichtlich. Der Grund, warum die Erzeugung von Rissen verhindert werden kann, ist wie folgt.
Wenn zum Beispiel das in dem Verbindungsabschnitt 133d der Ip2 negativen Elektrode 133 gestaute Wasser zu gefrieren beginnt, nehmen Poren in dem Verbindungsabschnitt 133d nach und nach im Volumen ab (das Eis schließt nach und nach die Poren); somit wandert das in dem Verbindungsabschnitt 133d stehende Wasser in eine der Ip2 negativen Leitung 137 (erste Leitung) entgegengesetzte Richtung (d.h., in die Richtung der zweiten Messkammer 160, die genügend Raum für das Eindringen von Wasser aufweist, oder in der 7 nach links). Zu diesem Zeitpunkt kann, da der gesamte Verbindungsabschnitt 133d im Abschnitt A1 angeordnet ist, der sich von der zweiten Messkammer 160 über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt (d.h., eine kurze Strecke D1 von 1,0 mm oder weniger, die zwischen der zweiten Messkammer 160 und jenem Abschnitt des Verbindungsabschnitts 133d, der am weitesten von der zweiten Messkammer 160 entfernt angeordnet ist, bereitgestellt ist), das meiste des im Verbindungsabschnitt 133d stehenden Wassers vor dem Gefrieren im Verbindungsabschnitt 133d in die zweite Messkammer 160 befördert werden (abgegeben werden). Anschließend wird, obwohl das meiste Wasser gefriert und sich somit innerhalb der zweiten Messkammer 160 ausdehnt, keine Spannung in einer solchen Richtung erzeugt, dass die Schichten des Gassensorelements 10 getrennt werden. Folglich kann die Erzeugung von Rissen in dem Gassensorelement 10 verhindert werden. Das gleiche gilt für den Fall des Gefrierens von Wasser, das in dem Verbindungsabschnitt 113d der Ip1 negativen Elektrode 113 und dem Verbindungsabschnitt 122d der Vs negativen Elektrode 122 steht.
Außerdem weist ein konventionelles Gassensorelement als Folge des Gefrierens des Wassers, das in die zweite Elektrode (Ip1 positive Elektrode 112) eingedrungen ist, die Gefahr einer Rissbildung in diesem auf. Insbesondere kann beispielsweise das auf der Oberfläche des Gassensorelements kondensierte Wasser durch den ersten porösen Körper 114, der in Kontakt mit der zweiten Elektrode ist, in die zweite Elektrode eindringen. Das in die zweite Elektrode eingedrungene Wasser erreicht den zweiten Verbindungsabschnitt (Verbindungsabschnitt 112d), der mit der zweiten Leitung verbunden ist (Ip1 positive Leitung 116), und kann sich in dem zweiten Verbindungsabschnitt stauen, da die zweite Leitung wasserundurchlässig ist. Wenn das in dem zweiten Verbindungsabschnitt stehende Kondenswasser gefriert und sich damit im Volumen ausdehnt, wird Spannung in einer Richtung erzeugt, dass Schichten, zwischen denen der zweite Verbindungsabschnitt sandwichartig angeordnet ist, getrennt werden, wodurch möglicherweise Risse zwischen den Schichten (zwischen denen der zweite Verbindungsabschnitt sandwichartig angeordnet ist) des Gassensorelements erzeugt werden.
Im Gegensatz dazu ist in dem Gassensorelement 10 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 8 gezeigt, der gesamte Verbindungsabschnitt 112d (zweiter Verbindungsabschnitt) in einem Abschnitt A2 (der von der Strich-Punkt-Punkt-Linie K2 in der 8 umgeben ist) angeordnet, der sich von dem ersten porösen Körper 114 über eine Strecke von 1,0 mm oder weniger erstreckt. Mit anderen Worten ist ein Abstand D2 von 1,0 mm oder weniger zwischen dem ersten porösen Körper 114 und jenem Abschnitt des Verbindungsabschnitts 112d (zweiter Verbindungsabschnitt), der am weitesten von dem ersten porösen Körper 114 entfernt angeordnet ist, vorgesehen. Somit kann, selbst wenn Wasser in die Ip1 positive Elektrode 112 (zweite Elektrode) eindringt und dann gefriert, die Bildung von Rissen in dem Gassensorelement 10 verhindert werden. Dies wird aus den Ergebnissen des Gefriertests, der später beschrieben wird, offensichtlich. Daher kann in dem Gassensor 1 mit dem so konfigurierten Gassensorelement 10, selbst wenn Wasser in die wasserdurchlässigen Elektroden eindringt und dann gefriert, die Bildung von Rissen in dem Gassensorelement verhindert werden, so dass ein zu messendes Gas entsprechend erfasst werden kann.
(Gefriertest)
Als nächstes wird ein an Gassensorelementen durchgeführter Gefriertest beschrieben.
Insbesondere wurden Gassensorelemente hergestellt (die im Nachfolgenden als Testelemente bezeichnet werden können), die sich im Abstand D1 zwischen dem Innenraum (die erste Messkammer 150 oder die zweite Messkammer 160) und jenem Abschnitt des ersten Verbindungsabschnitts (die Verbindungsabschnitte 113d und 122d oder der Verbindungsabschnitt 133d ), der am weitesten von dem Innenraum entfernt angeordnet ist, und im Abstand D2 zwischen dem zweiten porösen Körper und dem Abschnitt des zweiten Verbindungsabschnitt (der Verbindungsabschnitt 112d), der am weitesten von dem zweiten porösen Körper entfernt angeordnet ist, unterschieden. Zwanzig Gassensorelemente wurden für jeden Wert von D1 und D2 hergestellt. Die Abstände D1 und D2 für die Verbindungsabschnitte wurden von 0 mm bis 2,0 mm in 0,2 mm Schritten geändert.
Als nächstes wurde der Gefriertest an den hergestellten Testelementen durchgeführt. Insbesondere wurden zuerst vordere Endabschnitte (mit den zweiten porösen Körpern 151 und den ersten porösen Körpern 114) der Testelemente in Wasser eingetaucht und für 24 Stunden in dem eingetauchten Zustand stehen gelassen. Dieses Verfahren ermöglicht das Eindringen des Wassers in die Testelemente (die Elektroden 112, 113, 122 und 133) durch die zweiten porösen Körper 151 und durch die ersten porösen Körper 114. Als nächstes wurden die Testelemente aus dem Wasser genommen, und an den Oberflächen der Testelemente anhaftendes Wasser wurde weggewischt. Dann wurden die Testelemente in einer Thermostat-kammer, deren Innentemperatur auf -20°C eingestellt wurde, gelegt und für zwei Minuten stehengelassen. Durch dieses Verfahren gefror das in die Testelemente eingedrungene Wasser. Anschließend wurden die Testelemente aus der Thermostatkammer entnommen und dann bei Raumtemperatur für eine Minute stehengelassen. Dieser Ablauf des Stehenlassens der Testelemente in der Thermostatkammer und anschließendem Stehenlassen der Testelemente bei Raumtemperatur wurde 10-mal wiederholt; anschließend wurde eine rote Flüssigkeit auf die Oberflächen der Testelemente aufgebracht. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit, im Anschluss an das Aufbringen der roten Flüssigkeit, wurde die aufgebrachte rote Flüssigkeit von den Oberflächen der Testelemente abgewischt. Das Aussehen der abgewischten Oberflächen der Testelemente wurde überprüft, um die Bildung von Rissen zu überprüfen.
Insbesondere da die rote Flüssigkeit in die Risse, falls vorhanden, eindringt, selbst nachdem die Oberfläche eines Testelements abgewischt wurde, ist die rote Flüssigkeit noch vorhanden. Daher bleibt im Falle der Rissbildung in den Schichten, zwischen denen der erste Verbindungsabschnitt (die Verbindungsabschnitte 113d und 122d oder der Verbindungsabschnitt 133d) und der zweite Verbindungsabschnitt (der Verbindungsabschnitt 112d) sandwichartig angeordnet sind, die rote Flüssigkeit zwischen den Schichten. Auf der Grundlage dieser Idee, wurde beurteilt, ob Risse erzeugt wurden oder nicht. 9 zeigt die Ergebnisse der Beurteilung.
Wie in 9 gezeigt, waren die Gassensorelemente mit einem Abstand D1 von 1,0 mm oder weniger frei von Rissbildung. Ebenso waren die Gassensorelemente mit einem Abstand D2 von 1,0 mm oder weniger frei von Rissbildung.
Im Gegensatz dazu, wiesen einige Gassensorelemente mit einem Abstand D1 von mehr als 1,0 mm die Bildung von Rissen auf. Insbesondere im Fall des Bestimmens eines Abstands D1 von 1,2 mm, betrug die Häufigkeit des Auftretens von Rissen 15%. Das heißt, drei Testelemente aus zwanzig Testelementen wiesen Risse auf. Auch im Fall des Bestimmens eines Abstands D1 von 1,4 mm, betrug die Häufigkeit des Auftretens von Rissen 25%. Das heißt, fünf Testelemente aus zwanzig Testelementen wiesen Risse auf. Im Falle des Bestimmens einer Entfernung D1 von 1,6 mm, betrug die Häufigkeit des Auftretens von Rissen 50%. Das heißt, zehn Testelemente aus zwanzig Testelementen wiesen Risse auf. Im Falle des Bestimmens eines Abstands D1 von 1,8 mm, betrug die Häufigkeit des Auftretens von Rissen 85%. Das heißt, siebzehn Testelemente aus zwanzig Testelementen wiesen Risse auf. Im Falle des Bestimmens einer Entfernung D1 von 2,0 mm, betrug die Häufigkeit des Auftretens von Rissen 100%. Das heißt, alle zwanzig Testelemente wiesen eine Rissbildung auf.
Auch im Falle der Bereitstellung eines Abstands D2 von mehr als 1,0 mm, wiesen einige Gassensorelemente eine Rissbildung auf. Die Häufigkeit einer Rissbildung war gleich wie im Fall des Abstands D1 (siehe 9).
Aus den oben erwähnten Testergebnissen kann das folgende angemerkt werden: Durch An-ordnen der ganzen Verbindungsabschnitte 113d und 122d (erster Verbindungsabschnitt) in einem Abschnitt, der sich von der ersten Messkammer 150 (Innenraum) über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt, kann, selbst wenn Wasser in die Elektroden 113 und 122 eindringt und dann gefriert, die Bildung eines Risses zwischen den Schichten, zwischen denen die Verbindungsabschnitte 113d und 122d sandwichartig angeordnet sind, verhindert werden. Weiterhin kann das folgende angemerkt werden: Durch Anordnen des Verbindungsabschnitts 133d als Ganzes (erster Verbindungsabschnitt) in einem Abschnitt, der sich von der zweiten Messkammer 160 (Innenraum) über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt, kann, selbst wenn Wasser in die Elektrode 133 eindringt und dann gefriert, die Bildung eines Risses zwischen den Schichten, zwischen denen der Verbindungsabschnitt 133d sandwichartig angeordnet ist, verhindert werden. Zudem kann folgendes angemerkt werden: Durch das Anordnen des gesamten Verbindungsabschnitts 112d (zweiter Verbindungsabschnitt) in einem Abschnitt, der sich von dem ersten porösen Körper 114 über eine Distanz von 1,0 mm oder weniger erstreckt, kann, selbst wenn Wasser in die Elektrode 112 eindringt und dann gefriert, die Erzeugung eines Risses zwischen den Schichten, zwischen denen der Verbindungsabschnitt 112d sandwichartig angeordnet ist, verhindert werden.
(Modifiziertes Ausführungsbeispiel)
Als nächstes wird eine modifizierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Gassensor 201 der modifizierten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Gas-sensor 1 der Ausführungsform nur im Gassensorelement und ist gleich in Bezug auf die anderen Merkmale (siehe 1). Daher werden nur die sich vom Ausführungsbeispiel unterscheidenden Merkmale beschrieben, und die Beschreibung ähnlicher Merkmale wird weggelassen oder vereinfacht.
In dem Gassensorelement 10 der Ausführungsform ist, wie in 7 gezeigt, der gesamte Verbindungsabschnitt 133d (erster Verbindungsabschnitt) der Ip2 negativen Elektrode 133 innerhalb des Abschnitts A1 (der von der Strich-Punkt-Punkt Linie K1 in 7 umgeben ist), der sich von der zweiten Messkammer 160 (Innenraum) über eine Distanz von 1,0 mm oder weniger erstreckt, angeordnet.
Im Gegensatz dazu, wird in einem Gassensorelement 210 der vorliegenden modifizierten Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, eine Ip2 negative Elektrode 233 innerhalb einer zweiten Messkammer 260 (Innenraum) angeordnet. Das heißt, die gesamte Ip2 negative Elektrode 233 mit einem Verbindungsabschnitt 233d ist innerhalb der zweiten Messkammer 260 (Innenraum) angeordnet. Somit wird die Ip2 negative Elektrode 233 als Ganzes mit dem Verbindungsabschnitt 233d der zweiten Messkammer 260 (Innenraum) ausgesetzt. Zudem ist eine Ip2 negative Leitung 237 mit dem Verbindungsabschnitt 233d der Ip2 negativen Elektrode 233 an einer Position in der zweiten Messkammer 260 (Innenraum) verbunden.
Durch die Verwendung einer derartigen Konfiguration kann, selbst wenn Wasser in die Ip2 negative Elektrode 233 eindringt und dann gefriert, die Bildung von Rissen in dem Gassensorelement verhindert werden. Da die gesamte Ip2 negative Elektrode 233 (dritte Elektrode) mit dem Verbindungsabschnitt 233d innerhalb der zweiten Messkammer 260 (Innenraum) angeordnet ist, kann das in der Ip2 negativen Elektrode 233 mit dem Verbindungsabschnitt 233d (dritter Verbindungsabschnitt) stehende Wasser innerhalb der zweiten Messkammer 260 ein-gefroren (ausgedehnt) werden; folglich kann das Erzeugen einer Spannung in einer derartigen Richtung, dass die Schichten des Gassensorelement getrennt werden, verringert werden.
Zudem weist die Ip2 negative Elektrode 233 einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt 233c auf, der durch ein Durchgangsloch 238c, das in der auf dem Festelektrolytkörper 131 ausgebildeten Aluminiumoxid-Isolierschicht 238 (siehe 10) gebildet ist, mit dem Festelektrolyt-körper 131 in Kontakt ist. Indes wird die Ip2 negative Leitung 237 auf der Aluminiumoxid-Isolierschicht 238 ausgebildet (daher steht sie mit dem Festelektrolytkörper 131 nicht in Berührung). Der Verbindungs-abschnitt 233d der Ip2 negativen Elektrode 233 ist mit der Ip2 negativen Leitung 237 auf der Aluminiumoxid-Isolierschicht 238 verbunden (und berührt somit den Festelektrolytkörper 131 nicht). Daher beeinflusst der Verbindungsabschnitt 233d, obwohl der Verbindungsabschnitt 233d innerhalb der zweiten Messkammer 260 (Innenraum) angeordnet ist, nicht die Sauerstoffpumpleistung der Ip2 negativen Elektrode 233 (der Verbindungsabschnitt 233d verursacht keine Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung der Ip2 negativen Elektrode 233). Somit kann eine Verschlechterung der Genauigkeit beim Erfassen einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im zu messenden Gas verringert werden. Weiterhin kann nur der Elektrolytkörper

- Kontaktabschnitt 233c der Ip2 negativen Elektrode 233 tatsächlich als Messabschnitt fungieren; somit kann eine zu detektierende Eigenschaft, d.h., eine Gaskonzentration, genau erfasst werden.

In der vorliegenden modifizierten Ausführungsform entspricht die Ip2 negative Elektrode 233 der „dritten Elektrode“, die in den Ansprüchen angegeben ist. Der Verbindungsabschnitt 233d entspricht dem „dritten Verbindungsabschnitt“, der in den Ansprüchen erscheint. Die Ip2 negative Leitung 237 entspricht der „dritten Leitung“, die in den Ansprüchen erscheint. Die Aluminiumoxid-Isolierschicht 238 entspricht der „dritten Isolierschicht“, wie in den Ansprüchen angegeben. Der Elektrolytkörper- Kontaktabschnitt 233c entspricht dem „dritten Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt“, der in den Ansprüchen erscheint.
In Bezug auf die Ip1 negative Elektrode und die Vs negative Elektrode kann, wie im Fall der Ip2 negativen Elektrode 233, durch Anordnen derselben als Ganzes mit den Verbindungsabschnitten, die mit den Leitungen verbunden sind, in der ersten Messkammer (Innenraum) die Erzeugung von Rissen eingeschränkt werden.
Zudem ist in dem Gassensorelement 10 der Ausführungsform, wie in 8 gezeigt, der gesamte Verbindungsabschnitt 112d (zweiter Verbindungsabschnitt) der Ip1 positiven Elektrode 112 in dem Abschnitt A2 (der von der Strich-Punkt-Punkt Linie K2 in 8 umgeben ist), der sich von dem ersten porösen Körper 114 über eine Distanz von 1,0 mm oder weniger erstreckt, angeordnet.
Dagegen ist in dem Gassensorelement 210 der vorliegenden modifizierten Ausführungsform, wie in 11 gezeigt, während eine Ip1 positive Elektrode 212 mit einem ersten porösen Körper 214 in Berührung ist, die gesamte Ip1 positive Elektrode 212 an einer solchen Position angeordnet, dass sie dem ersten porösen Körper 214 in Bezug auf die Laminierungsrichtung der Elektrolytkörper (der Dickenrichtung; d.h., eine Richtung senkrecht zu dem Blatt, auf dem die 11 gezeigt ist) gegenüberliegt. Insbesondere liegt die gesamte Ip1 positive Elektrode 212 dem ersten porösen Körper 214 gegenüber, so dass ein Abschnitt der Ip1 positiven Elektrode 212 dem ersten porösen Körper 214 mit einer dazwischen angeordneten positiven Leitung 216 Ip1 gegenüberliegt und so dass der verbleibende Abschnitt (ein Abschnitt ohne dem Vorhandensein der Leitung 216 in Bezug auf die Laminierungsrichtung) den ersten porösen Körper 214 berührt. Die Ip1 positive Leitung 216 ist mit einem Verbindungsabschnitt 212d der Ip1 positiven Elektrode 212 in einer solchen Position verbunden, dass diese dem ersten porösen Körper 214 in Bezug auf die Laminierungsrichtung gegenüberliegt.
Durch Verwenden einer derartigen Konfiguration kann, selbst wenn Wasser in die Ip1 positive Elektrode 212 eindringt und dann gefriert, die Erzeugung von Rissen in dem Gassensorelement verhindert werden. Da die gesamte Ip1 positive Elektrode 212 mit dem Verbindungsabschnitt 212d derart angeordnet ist, dass sie dem ersten porösen Körper 214 zugewandt ist, und das meiste der Elektrode 212 mit Ausnahme eines Abschnitts, der die Ip1 positive Leitung 216 berührt, in Kontakt mit dem ersten porösen Körper 214 ist, kann das meiste des in der Ip1 positiven Elektrode 212 stehenden Wassers innerhalb der Poren des ersten porösen Körper 214 eingefroren (ausgedehnt) werden; folglich kann die Erzeugung einer Spannung in einer solchen Richtung, dass die Schichten des Gassensorelements getrennt werden, verringert werden.
Zudem weist die Ip1 positive Elektrode 212 einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt 212c auf, der den Festelektrolytkörper 111 durch ein Durchgangsloch 218b, das in einer in dem Festelektrolytkörper 111 gebildeten Aluminiumoxid-Isolierschicht 218 ausgebildet ist (siehe 11), berührt. Indes wird die Ip1 positive Leitung 216 auf der Aluminiumoxid-Isolierschicht 218 ausgebildet (sie berührt somit den Festelektrolytkörper 111 nicht). Der Verbindungsabschnitt 212d der Ip1 positiven Elektrode 212 ist mit der Ip1 positiven Leitung 216 auf der Aluminiumoxid-Isolierschicht 218 verbunden (und damit nicht mit dem Festelektrolytkörper 111 in Kontakt). Daher beeinflusst der Verbindungsabschnitt 212d, obwohl der Verbindungsabschnitt 212d (vierter Verbindungsabschnitt) an einer solchen Position angeordnet ist, dass er den ersten porösen Körper 214 überlappt (an einer solchen Position, dass dieser dem ersten porösen Körper 214 in Bezug auf die Laminierungsrichtung gegenüber liegt), nicht die Sauerstoffpumpleistung der Ip1 positiven Elektrode 212 (vierten Elektrode) (der Verbindungsabschnitt 212d verursacht keine Verschlechterung der Sauerstoffpumpleistung der Ip1 positiven Elektrode 212). Somit kann eine Verschlechterung der Genauigkeit beim Erfassen einer Sauerstoffkonzentration oder einer NOx-Konzentration im zu messenden Gas eingeschränkt werden. Ferner kann nur der Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt 212c der Ip1 positiven Elektrode 212 tatsächlich als Messabschnitts fungieren; somit kann eine zu detektierende Eigenschaft, d.h., eine Gaskonzentration, genau erfasst werden.
In der vorliegenden modifizierten Ausführungsform entspricht die Ip1 positive Elektrode 212 der „vierten Elektrode“, die in den Ansprüchen erscheint. Der Verbindungsabschnitt 212d entspricht dem „vierten Verbindungsabschnitt", der in den Ansprüchen erscheint. Die Ip1 positive Leitung 216 entspricht der „vierten Leitung", die in den Ansprüchen erscheint. Die Aluminiumoxid-Isolierschicht 218 entspricht der „vierten Isolierschicht“, die in den Ansprüchen erscheint. Der Elektrolytkörper- Kontaktabschnitt 212c entspricht dem „vierten Elektrolytkörper- Kontaktabschnitt“, der in den Ansprüchen erscheint.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsform und der modifizierten Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen, modifiziert werden. Zum Beispiel ist die Ausführungsform und die modifizierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf das Gassensorelement (NOx-Sensorelement), das eine NOx-Konzentration erfassen kann, beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das NOx-Sensorelement beschränkt, sondern auf Gassensorelemente anwendbar, die ein anderes Gas als NOx (z. B. Sauerstoff-Sensorelemente, die zu Erfassen von Sauerstoff ausgebildet sind) erfassen kann.
Auch liegt bei der modifizierten Ausführungsform die Ip1 positive Elektrode 212 als Ganzes dem ersten porösen Körper 214 gegenüber, derart, dass ein Abschnitt der Ip1 positiven Elektrode 212 dem ersten porösen Körper 214 mit der dazwischen sandwichartig angeordneten Ip1 positiven Leitung 216 gegenüberliegt und derart, dass der verbleibende Abschnitt (einen die Leitung 216 nicht aufweisenden Abschnitt in Bezug auf die Laminierungsrichtung) in Kontakt mit dem porösen Körper 214 ist. Jedoch kann die Ip1 positive Elektrode 212 als Ganzes in Kontakt mit dem porösen Körper 214 sein, so dass die Position der Ip1 positiven Elektrode 212 und der Ip1 positiven Leitung 216 in Bezug auf die Laminierungsrichtung umgekehrt ist (vertikal in der Position umgekehrt ist).
Bezugszeichenliste

1, 201: Gassensor
10, 210: Gassensorelement
111, 121, 131: Festelektrolytkörper
111b, 121b, 131b: Vorderfläche des Festelektrolytkörpers
111c, 121c, 131c: Rückfläche des Festelektrolytkörpers
112: Ip1 positive Elektrode (zweite Elektrode)
112b: Kontaktabschnitt für einen porösen Körper
112c: Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt
112d: Verbindungsabschnitt (zweiter Verbindungsabschnitt)
113: Ip1 negative Elektrode (erste Elektrode)
113b, 122b, 133b: Raumexponierungsabschnitt
113c, 122c, 133c: Elektrolytkörper-Kontaktabschnitt
113d, 122d, 133d: Verbindungsabschnitt (erster Verbindungsabschnitt)
114: erster poröser Körper
116: Ip1 positive Leitung (zweite Leitung)
117: Ip1 negative Leitung (erste Leitung)
118: Aluminiumoxid-Isolierschicht (zweite Isolierschicht)
118b, 119b, 128b, 138c: Durchgangsbohrung
119, 128, 138: Aluminiumoxid-Isolierschicht (erste Isolierschicht)
122: Vs negative Elektrode (erste Elektrode)
123: Vs positive Elektrode
126: Vs negative Leitung (erste Leitung)
127: Vs positive Leitung
132: Ip2 positive Elektrode
133: Ip2 negative Elektrode (erste Elektrode)
136: Ip2 positive Leitung
137: Ip2 negative Leitung (erste Leitung)
150: erste Messkammer (Innenraum)
151: zweiter poröser Körper
160: zweite Messkammer (Innenraum)
212: Ip1 positive Elektrode (vierte Elektrode)
212c: Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt (vierter Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt)
212d: Verbindungsabschnitt (vierter Verbindungsabschnitt)
216: Ip1 positive Leitung (vierte Leitung)
218: Aluminiumoxid-Isolierschicht (vierte Isolierschicht)
233: Ip2 negative Elektrode (dritte Elektrode)
233c: Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt (dritter Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt)
233d: Verbindungsabschnitt (dritter Verbindungsabschnitt)
237: Ip2 negative Leitung (dritte Leitung)
238: Aluminiumoxid-Isolierschicht (dritte Isolierschicht)

Claims

Gassensorelement (10), das so ausgebildet ist, dass eine Vielzahl plattenförmiger Festelektrolytkörper (111, 121, 131) miteinander laminiert ist, umfassend Elektroden (112, 113, 122, 123 132, 137), die auf Vorderseiten oder Rückseiten der Festelektrolytkörper (111, 121, 131) vorgesehen sind, und Leitungen (116, 117, 126, 127, 136, 137), die auf den Vorderseiten oder den Rückseiten der Festelektrolytkörper (111, 121, 131) vorgesehen und jeweils mit den Elektroden (112, 113, 122, 123, 132, 137) verbunden sind, wobei die Elektroden (112, 113, 122, 123, 132, 137) eine wasserdurchlässige erste Elektrode (113, 122, 133) umfassen, die einen Raumexponierungsabschnitt (113b, 122b, 133b) aufweist, der in einen Innenraum (150, 160) des Gassensorelements (10) zeigt, wobei der Innenraum (150, 160) mit einer Umgebungsluft des Gassensorelements (10) kommuniziert; die Leitungen (116, 117, 126, 127, 136, 137) eine wasserundurchlässige erste Leitung (117, 126, 137) umfassen, die mit der ersten Elektrode (113, 122, 133) verbunden ist; die erste Elektrode (113, 122, 133) einen ersten Verbindungsabschnitt (113d, 122d, 133d) aufweist, der an einer Position, die nicht dem Innenraum (150, 160) ausgesetzt ist, angeordnet und mit der ersten Leitung (117, 126, 137) verbunden ist, und der ein Abschnitt der ersten Elektrode (113, 122, 133) ist, der am weitesten von dem Innenraum (150, 160) entfernt angeordnet ist; und der gesamte erste Verbindungsabschnitt (113d, 122d, 133d) in einem Abschnitt angeordnet ist, der sich von dem Innenraum (150, 160) über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt.
Gassensorelement (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine erste Isolierschicht (119, 128, 138), die auf der Vorderseite oder der Rückseite des Festelektrolytkörpers (111, 121, 131) ausgebildet ist, wobei die erste Leitung (117, 126, 137) und ein Abschnitt der ersten Elektrode (113, 122, 133) auf der ersten Isolierschicht (119, 128, 138) ausgebildet sind; der Raumexponierungsabschnitt (113b, 122b, 133b) der ersten Elektrode (113, 122, 133) einen Elektrolytkörper - Kontaktabschnitt (113c, 122c, 133c) aufweist, der durch ein Durchgangsloch (119b, 128b, 138c), das sich durch die erste Isolierschicht (119, 128, 138) in einer Richtung der Laminierung des Festelektrolytkörpers (111, 121, 131) erstreckt, mit dem Festelektrolytkörper (111, 121, 131) in Kontakt ist, und der erste Verbindungsabschnitt (113d, 122d, 133d) der ersten Elektrode (113, 122, 133) mit der ersten Leitung (117, 126, 137) auf der ersten Isolierschicht (119, 128, 138) verbunden ist.
Gassensorelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektroden (112, 113, 122, 123, 132, 137) eine wasserdurchlässige zweite Elektrode (112) umfassen, die einen Kontaktabschnitt (112b) für einen durchlässigen Körper (114) aufweist, der in Kontakt mit einem durchlässigen Körper ist, der eine Gasdurchlässigkeit und eine Wasserdurchlässigkeit aufweist und der Umgebungsluft des Gassensorelements (10) ausgesetzt ist; die Leitungen (116, 117, 126, 127, 136, 137) eine wasserundurchlässige zweite Leitung (116) umfassen, die mit der zweiten Elektrode (112) verbunden ist; die zweite Elektrode (112) einen zweiten Verbindungsabschnitt (112d) umfasst, der mit der zweiten Leitung (116) an einer Position, die in Bezug auf eine Ebenenrichtung senkrecht zu der Richtung der Laminierung des Festelektrolytkörpers (111, 121, 131) entfernt von dem durchlässigen Körper (114) angeordnet ist, verbunden ist, und der ein Abschnitt der zweiten Elektrode (112) ist, der am weitesten von dem durchlässigen Körper (114) entfernt angeordnet ist, und der gesamte zweite Verbindungsabschnitt (112d) in einem Abschnitt angeordnet ist, der sich von dem durchlässigen Körper über eine Entfernung von 1,0 mm oder weniger erstreckt.
Gassensorelement (10) nach Anspruch 3, wobei das Gassensorelement (10) eine zweite Isolierschicht (118) aufweist, die auf der Vorderseite oder der Rückseite des Festelektrolytkörpers (111) ausgebildet ist; die zweite Leitung (116) und ein Abschnitt (112d) der zweiten Elektrode (112) auf der zweiten Isolierschicht (118) vorgesehen sind; der Kontaktabschnitt des porösen Körpers (112b) der zweiten Elektrode (112) einen Elektrolytkörper -Kontaktabschnitt (112c) aufweist, der durch ein Durchgangsloch (118b), das sich durch die zweite Isolierschicht (118) in der Laminierungsrichtung erstreckt, mit dem Festelektrolytkörper (111) in Kontakt ist, und der zweite Verbindungsabschnitt (112d) der zweiten Elektrode (112) mit der zweiten Leitung (116) auf der zweiten Isolierschicht (118) verbunden ist.
Gassensorelement (10), das so ausgebildet, dass eine Vielzahl plattenförmiger Festelektrolytkörper (111, 121, 131) miteinander laminiert ist, umfassend Elektroden (212, 233), die auf Vorderseiten oder Rückseiten der Festelektrolytkörper (111, 121, 131) vorgesehen sind, und Leitungen (216, 237), die an den Vorderseiten oder den Rückseiten der Festelektrolytkörper (111, 121, 131) vorgesehen und jeweils mit den Elektroden (212, 233) verbunden sind, wobei die Elektroden (212, 233) eine wasserdurchlässige dritte Elektrode (233) umfassen, die innerhalb eines Innenraums (260) des Gassensorelements angeordnet ist, wobei der Innenraum (260) mit einer Umgebungsluft des Gassensorelements kommuniziert; die Leitungen (216, 237) eine wasserundurchlässige dritte Leitung (237) umfassen, die mit der dritten Elektrode (233) verbunden ist; das Gassensorelement (10) eine dritte Isolierschicht (238) aufweist, die auf der Vorderseite oder der Rückseite des Festelektrolytkörpers (131) ausgebildet ist; die dritte Leitung (237) und ein Abschnitt der dritten Elektrode (233) auf der dritten Isolierschicht (238) ausgebildet ist, und die dritte Elektrode (233) einen Elektrolytkörper- Kontaktabschnitt (233c), der durch ein Durchgangsloch (238c), das sich durch die dritte Isolierschicht (238) in einer Richtung der Laminierung des Festelektrolytkörpers (131) erstreckt, mit dem Festelektrolytkörper (131) in Kontakt ist, und einen dritten Verbindungsabschnitt (233d), der mit der dritten Leitung (237) auf der dritten Isolierschicht (238) in dem Innenraum (260) verbunden ist, aufweist.
Gassensorelement (10) nach Anspruch 5, wobei die Elektroden (212, 233) eine wasserdurchlässige vierte Elektrode (212) umfassen, die in Kontakt mit einem porösen Körper (214) ist, der eine Gasdurchlässigkeit und Wasserdurchlässigkeit aufweist und einer Umgebungsluft des Gassensorelements ausgesetzt ist, und die an einer derartigen Position angeordnet ist, dass diese als Ganzes dem porösen Körper (214) in Bezug auf die Richtung der Laminierung des Festelektrolytkörpers (111, 121, 131) gegenüber liegt; die Leitungen (216, 237) eine wasserundurchlässige vierte Leitung (216), die mit der vierten Elektrode (212) verbunden ist, umfassen; das Gassensorelement eine vierte Isolierschicht (218) auf der Vorderseite oder der Rückseite des Festelektrolytkörpers (111) aufweist; die vierte Leitung (216) und ein Abschnitt der vierten Elektrode (212) auf der vierten Isolierschicht (218) ausgebildet sind, und die vierte Elektrode (212) einen Elektrolytkörper-Kontaktabschnitt (212c), der durch ein Durchgangsloch (218b), das sich durch die vierte Isolierschicht (218) in der Richtung der Laminierung erstreckt, mit dem Festelektrolytkörper (111) in Kontakt ist, und einen vierten Verbindungsabschnitt (212d), der mit der vierten Leitung (216) auf der vierten Isolierschicht (218) an einer derartigen Position verbunden ist, dass dieser dem porösen Körper (214) in Bezug auf die Richtung der Laminierung gegenüber liegt, aufweist.
Gassensorelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gassensorelement (10) eine NO_x-Konzentration, die in einem zu messenden Gas enthalten ist, erfasst, und elektrischer Strom durch die erste Leitung (117, 126, 137) oder die dritte Leitung (237) gemäß der NO_x-Konzentration fließt.
Gassensor, der ein Gassensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.