DE102015107450A1

DE102015107450A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102015107450A1
Application number: DE102015107450.8A
Authority: DE
Inventors: Masaki Mizutani; Yuta Oishi; Masaki ONKAWA
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2015-11-12
Also published as: JP6491016B2; JP2015232551A; US9989487B2; US20150323492A1

Abstract

[Aufgabe] Bereitstellen eines Gassensors, der das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen Verbindungsanschlüssen und Elektrodenkontaktflächen verhindern kann. [Mittel zur Lösung] Ein Gassensorelement 7 eines Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensors 1 enthält mehrere Durchgangslöcher 163, 162 und 161, die in einem isolierenden Substrat 97 an Positionen innerhalb von Vorderendregionen von entsprechenden Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29, mit denen die Durchgangslöcher verbunden sind, ausgebildet sind. In dem Gassensorelement 7 sind die Durchgangslöcher 163, 162 und 161 nicht innerhalb der in Längsrichtung verlaufenden Hinterendregionen und Mittenregionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 ausgebildet. Da in jeder der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 die Region der Elektrodenkontaktfläche, die nicht ihre Vorderendregion ist, eine größere Fläche als die der Vorderendregion beansprucht, ist es einfach, die Verbindungsanschlüsse 15 in Kontakt mit den Regionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 zu bringen, die nicht ihre Vorderendregionen sind. Darum ist es möglich zu verhindern, dass die Verbindungsanschlüsse 15 in Kontakt mit den Durchgangslöchern 163, 162 und 161 kommen, um so das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Verbindungsanschlüssen 15 und den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 zu verhindern.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, der Folgendes enthält: eine Zelle, die einen Festelektrolytkörper und ein Paar Elektroden aufweist, ein plattenförmiges isolierendes Substrat, das auf die Zelle laminiert ist, und mehrere Elektrodenkontaktflächen, die auf einer Außenfläche des isolierenden Substrats angeordnet sind.
[Stand der Technik]
Ein Beispiel eines Gassensors zum Detektieren einer bestimmten Gaskomponente, die in zu messendem Gas enthalten ist, ist ein Gassensor, der Folgendes aufweist: eine sich in Längsrichtung erstreckende plattenförmige Zelle zum Erzeugen eines Sensorsignals gemäß der bestimmten Gaskomponente; ein isolierendes Substrat, das aus einem plattenförmigen isolierenden Material gebildet ist, das auf die Zelle laminiert ist, und das mehrere Durchgangslöcher in seiner hinteren Endregion aufweist, wobei sich die Durchgangslöcher durch das isolierende Substrat in seiner Dickenrichtung erstrecken und Leiter in ihnen angeordnet sind; und mehrere Elektrodenkontaktflächen, die auf einer Außenfläche des isolierenden Substrats angeordnet sind und durch die mehreren Durchgangslöcher (genauer gesagt, die darin angeordneten Leiter) elektrisch mit der Zelle verbunden sind, um das Sensorsignal nach außerhalb des Sensors auszugeben.
Ein Beispiel einer solchen konventionellen Zelle ist eine Zelle eingebetteten Typs, die ein Rahmenelement enthält, das aus einem sich in Längsrichtung erstreckenden plattenförmigen isolierenden Material gebildet ist und in seiner Vorderendregion einen Hohlraum aufweist, wobei ein Festelektrolytkörper in dem Hohlraum angeordnet ist, und wobei ein Paar Elektroden auf Außenflächen des Festelektrolytkörpers ausgebildet ist; wobei ein Paar sich in Längsrichtung erstreckender Leitungen mit den Elektroden verbunden ist (Patentdokument 1).
Die Verwendung einer solchen Zelle eingebetteten Typs reduziert den Platzbedarf des Festelektrolytkörpers in der Zelle, wodurch die Herstellungskosten für den Gassensor gesenkt werden.
Ein weiterer Gassensor zum Detektieren einer bestimmten Gaskomponente, die in zu messendem Gas enthalten ist, enthält zusätzlich zu allen oben beschriebenen Elementen des konventionellen Gassensors mehrere Verbindungsanschlüsse, die mit den Elektrodenkontaktflächen verbunden sind, und ein Metallgehäuse zum Halten des Gassensorelements in einem Zustand, in dem die Verbindungsanschlüsse mit den Elektrodenkontaktflächen verbunden sind (Patentdokument 1).
[Dokument des Standes der Technik]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] JP 4093784

[Kurzdarstellung der Erfindung]
[Durch die Erfindung zu lösendes Problem]
Jedoch kann es sein, dass der oben beschriebene konventionelle Gassensor kein korrektes Sensorsignal ausgibt, wenn eine elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenkontaktflächen und den Verbindungsanschlüssen ausfällt.
Zum Beispiel kann in dem Fall, wo die mehreren Durchgangslöcher in dem isolierenden Substrat an verschiedenen Längspositionen ausgebildet sind, jede der mehreren Elektrodenkontaktflächen mit einem entsprechenden Verbindungsanschluss an einer Position in Kontakt kommen, wo ein Durchgangsloch ausgebildet ist. Zu Beispielen der Konfiguration des Leiters, der innerhalb eines Durchgangslochs angeordnet ist, gehört eines, wobei ein Leiter entlang der Innenwandfläche eines Durchgangslochs so angeordnet ist, dass ein Hohlraum entlang der Mittelachse (der Eindringrichtung) des Durchgangslochs bleibt, und ein anderes, wobei ein Leiter ein Durchgangsloch ausfüllt.
Im Fall von Durchgangslöchern, die die Konfiguration aufweisen, bei der ein Leiter in jedem Durchgangsloch so angeordnet ist, dass ein Hohlraum entlang der Mittelachse bleibt, kann folgendes Problem auftreten. Und zwar, wenn einer der mehreren Verbindungsanschlüsse mit einer entsprechenden Elektrodenkontaktfläche an einer Position in Kontakt kommt, wo ein Durchgangsloch ausgebildet ist, so wird der Kontaktbereich zwischen dem Verbindungsanschluss und der Elektrodenkontaktfläche kleiner, wodurch es zu einem elektrischen Verbindungsausfall zwischen der Elektrodenkontaktfläche und dem Verbindungsanschluss kommen kann.
Nicht nur im Fall von Durchgangslöchern, die die Konfiguration aufweisen, bei der ein Leiter in jedem Durchgangsloch so angeordnet ist, dass ein Hohlraum entlang der Mittelachse bleibt, sondern auch im Fall von Durchgangslöchern, die die Konfiguration aufweisen, bei der jedes Durchgangsloch mit einem Leiter gefüllt ist, können Verbindungsanschlüsse verformt werden, während das Gassensorelement und die Verbindungsanschlüsse zusammengebaut werden. Genauer gesagt, wenn die Verbindungsanschlüsse während des Zusammenbaus des Gassensorelements und der Verbindungsanschlüsse auf der Außenfläche des Gassensorelements von seiner Hinterendseite zu seiner Vorderendseite bewegt (verschoben) werden, können einige Verbindungsanschlüsse in den Durchgangslöchern hängen bleiben und verformt werden. Wenn eine solche Verformung der Verbindungsanschlüsse stattfindet, so besteht die Möglichkeit, dass ein elektrischer Verbindungsausfall zwischen den Verbindungsanschlüssen und den Elektrodenkontaktflächen auftritt (eine Leiterbruchanomalie).
Angesichts des oben dargelegten Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gassensor bereitzustellen, der das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen Verbindungsanschlüssen und Elektrodenkontaktflächen verhindern kann.
[Mittel zum Lösen des Problems]
Ein Gassensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Gassensorelement, mehrere Verbindungsanschlüsse und ein Metallgehäuse und detektiert eine bestimmte Gaskomponente, die in zu messendem Gas enthalten ist. Das Gassensorelement enthält eine Zelle, ein isolierendes Substrat und mehrere Elektrodenkontaktflächen.
Die Zelle enthält ein Rahmenelement, einen Festelektrolytkörper, ein Paar Elektroden und ein Paar Leitungen.
Das Rahmenelement besteht aus einem plattenförmigen isolierenden Material, das sich in einer Längsrichtung des Gassensorelements erstreckt, und hat einen Hohlraum in seiner Vorderendregion und mehrere erste Durchgangslöcher in seiner Hinterendregion, die sich durch das Rahmenelement in seiner Dickenrichtung erstrecken und in denen jeweils ein Leiter angeordnet ist. Der Festelektrolytkörper ist innerhalb des Hohlraums angeordnet. Das Paar Elektroden ist auf einer Außenfläche des Festelektrolytkörpers ausgebildet. Das Paar Leitungen ist mit den Elektroden und den ersten Durchgangslöchern verbunden und erstreckt sich in der Längsrichtung.
Das isolierende Substrat besteht aus einem plattenförmigen isolierenden Material, das auf die Zelle laminiert ist, und hat in seiner Hinterendregion mehrere zweite Durchgangslöcher, die sich in der Dickenrichtung dort hindurch erstrecken, in denen jeweils ein Leiter angeordnet ist und die jeweils mit den ersten Durchgangslöchern in Verbindung stehen. Die Elektrodenkontaktflächen sind auf einer Außenfläche des isolierenden Substrats angeordnet und jeweils mit den zweiten Durchgangslöchern verbunden.
Die mehreren Verbindungsanschlüsse sind mit den Elektrodenkontaktflächen verbunden. Das Metallgehäuse hält das Gassensorelement in einem Zustand, in dem die Verbindungsanschlüsse mit den Elektrodenkontaktflächen verbunden sind.
Die zweiten Durchgangslöcher ist in dem isolierenden Substrat an Positionen innerhalb von Vorderendregionen der entsprechenden Elektrodenkontaktflächen, mit denen die zweiten Durchgangslöcher verbunden sind, ausgebildet.
In dem auf diese Weise konfigurierten Gassensor sind die zweiten Durchgangslöcher innerhalb der Vorderendregionen der Elektrodenkontaktflächen ausgebildet, anstatt innerhalb longitudinaler Endregionen und Mittenregionen der Elektrodenkontaktflächen ausgebildet zu sein. Da in jeder der Elektrodenkontaktflächen die Region der Elektrodenkontaktfläche, die nicht ihre Vorderendregion ist (d. h. ihre Hinterendregion und ihre Mittenregion), eine größere Fläche beansprucht als die der Vorderendregion, wird es einfach, die Verbindungsanschlüsse in Kontakt mit den Regionen der Elektrodenkontaktflächen zu bringen, die nicht ihre Vorderendregionen sind.
Da es einfach wird, eine Konfiguration zu verwenden, bei der die Verbindungsanschlüsse mit den Regionen der Elektrodenkontaktflächen verbunden sind, die nicht ihre Vorderendregionen sind, wie oben beschrieben, ist es möglich zu verhindern, dass die Verbindungsanschlüsse in Kontakt mit den zweiten Durchgangslöchern kommen, so dass das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Verbindungsanschlüssen und den Elektrodenkontaktflächen vermieden wird.
Die zweiten Durchgangslöcher sind innerhalb der Vorderendregionen der Elektrodenkontaktflächen ausgebildet. Diese Konfiguration verhindert, dass sich die Verbindungsanschlüsse hinüber zu den zweiten Durchgangslöchern bewegen, wenn die Verbindungsanschlüsse beim Zusammenbau des Gassensorelements und der Verbindungsanschlüsse, die mit den Elektrodenkontaktflächen zu verbinden sind, auf der Außenfläche des Gassensorelements von seiner Hinterendseite zu seiner Vorderendseite bewegt (verschoben) werden. Aufgrund dessen ist es möglich zu verhindern, dass einige der Verbindungsanschlüsse in den zweiten Durchgangslöchern hängen bleiben und sich verformen. Auf diese Weise ist es möglich, das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Verbindungsanschlüssen und den Elektrodenkontaktflächen (Leiterbruchanomalie) aufgrund der Verformung der Verbindungsanschlüsse zu verhindern.
Darum kann das Gassensorelement gemäß der vorliegenden Erfindung das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Elektrodenkontaktflächen und den Verbindungsanschlüssen verhindern.
Insbesondere kann die Konfiguration, bei der die zweiten Durchgangslöcher innerhalb der Vorderendregionen der Elektrodenkontaktflächen ausgebildet sind, die Länge der Leitungen der Zelle im Vergleich zu der Konfiguration verkürzen, bei der die zweiten Durchgangslöcher innerhalb der Hinterendregionen der Elektrodenkontaktflächen ausgebildet sind. Darum reduziert die erstere Konfiguration die Menge des für die Leitungen verwendeten Edelmetalls, wodurch die Herstellungskosten für den Gassensor gesenkt werden.
Des Weiteren gehören zu Beispielen der Konfiguration des Leiters, der in jedem der ersten Durchgangslöcher und der zweiten Durchgangslöcher angeordnet ist, eine, bei der ein Leiter entlang der Innenwandfläche eines Durchgangslochs dergestalt angeordnet ist, dass ein Hohlraum entlang der Mittelachse (der Eindringrichtung) des Durchgangslochs bleibt, und eine andere, bei der ein Leiter ein Durchgangsloch ausfüllt.
In dem Gassensor der vorliegenden Erfindung können die mehreren Elektrodenkontaktflächen so angeordnet sein, dass ein Spalt in einer Breitenrichtung einer Oberfläche des isolierenden Substrats zwischen den mehreren Elektrodenkontaktflächen ausgebildet ist.
In diesem Fall wird ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen weniger wahrscheinlich. Genauer gesagt, wenn während des Zusammenbaus des Gassensorelements und der Verbindungsanschlüsse die Verbindungsanschlüsse auf der Außenfläche des Gassensorelements von seiner Hinterendseite zu seiner Vorderendseite bewegt (verschoben) werden, so können die Elektrodenkontaktflächen durch die Verbindungsanschlüsse zerkratzt werden, und es können Späne (Stücke des abgekratzten Materials) der Elektrodenkontaktflächen entstehen. Selbst in einem solchen Fall ist ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen weniger wahrscheinlich.
Genauer gesagt, wenn Späne der Elektrodenkontaktflächen entstehen, so bewegen sich die Späne überwiegend in der Längsrichtung der Oberfläche des isolierenden Substrats, was die Richtung ist, in der sich die Verbindungsanschlüsse bewegen, und der Bereich der Bewegung der Späne in der Breitenrichtung der Oberfläche des isolierenden Substrats (d. h. in der Querrichtung) ist gering. Da die mehreren Elektrodenkontaktflächen so angeordnet sind, dass sich ein in der Breitenrichtung verlaufender Spalt zwischen den Elektrodenkontaktflächen befindet, wird eine elektrische Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen aufgrund von Späne weniger wahrscheinlich.
Darum kann das Gassensorelement der vorliegenden Erfindung das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Elektrodenkontaktflächen und den Verbindungsanschlüssen verhindern.
In dem Gassensor der vorliegenden Erfindung können die mehreren Elektrodenkontaktflächen so angeordnet sein, dass ein Spalt in der Längsrichtung der Oberfläche des isolierenden Substrats zwischen den mehreren Elektrodenkontaktflächen entsteht.
Weil die mehreren Elektrodenkontaktflächen so angeordnet sind, dass ein in Längsrichtung verlaufender Spalt zwischen den Elektrodenkontaktflächen entsteht, sind die mehreren Elektrodenkontaktflächen um eine hinreichende Distanz voneinander beabstandet. Darum wird ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen, der durch Fremdkörper verursacht wird, weniger wahrscheinlich.
In dem Fall, wo die mehreren Elektrodenkontaktflächen so angeordnet sind, dass der in der Breitenrichtung verlaufende Spalt und der in Längsrichtung verlaufende Spalt zwischen den Elektrodenkontaktflächen entstehen, wird ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen wahrscheinlicher.
Darum wird in dem Gassensor der vorliegenden Erfindung ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den mehreren Elektrodenkontaktflächen weniger wahrscheinlich. Als Nächstes kann in dem Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung die Distanz zwischen den ersten Durchgangslöchern 2,3 mm oder weniger betragen.
Weil mehrere erste Durchgangslöcher so angeordnet ist, dass die Distanz zwischen den ersten Durchgangslöchern in einen solchen Zahlenwertbereich fällt, kann die Region, wo die ersten Durchgangslöcher ausgebildet sind, verkleinert werden, und das Gassensorelement kann verkleinert werden.
Da die Zelle des Gassensors gemäß der vorliegenden Erfindung eine Zelle eingebetteten Typs ist, bei dem ein Festelektrolytkörper innerhalb eines Hohlraums eines Rahmenelements angeordnet ist, können die ersten Durchgangslöcher in dem Rahmenelement gebildet werden, das aus einem isolierenden Material besteht, anstatt im Festelektrolytkörper. Aufgrund dessen kann selbst in dem Fall, wo die Distanz zwischen mehreren ersten Durchgangslöcher weniger als 4,8 mm beträgt, das Auftreten von Leckströmen (Kriechstrom) zwischen den ersten Durchgangslöchern verhindert werden.
Darum ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, das Auftreten von Leckströmen (Kriechstrom) zwischen den ersten Durchgangslöcher zu verhindern und das Auftreten einer Anomalie in Strompfaden zu verhindern, die sich von den Elektroden der Zelle zu den Elektrodenkontaktflächen erstrecken.
Als Nächstes kann in dem Gassensorelement gemäß der vorliegenden Erfindung jede der Elektrodenkontaktflächen eine Form haben, die so bestimmt ist, dass die maximale Breite einer Hinterendregion der Elektrodenkontaktfläche, die hinter einem Mittelpunkt des entsprechenden zweiten Durchgangslochs angeordnet ist, größer ist als die maximale Breite einer Vorderendregion der Elektrodenkontaktfläche, die vor dem Mittelpunkt des entsprechenden zweiten Durchgangslochs angeordnet ist.
Das bedeutet, dass, da die jeweiligen Hinterendregionen der Elektrodenkontaktflächen, die hinter den Mittelpunkten der entsprechenden Durchgangslöcher angeordnet sind, als Kontaktregionen für einen Kontakt mit den Verbindungsanschlüssen dienen, die Elektrodenkontaktflächen, deren Hinterendregionen größere maximale Breiten haben, einen guten elektrischen Kontakt mit den Verbindungsanschlüssen erreichen können.
Aufgrund dessen kann der Gassensor der vorliegenden Erfindung das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Elektrodenkontaktflächen und den Verbindungsanschlüssen verhindern.
[Auswirkung der Erfindung]
Der Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Elektrodenkontaktflächen und den Verbindungsanschlüssen verhindern.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 Schnittansicht, die die innere Konfiguration eines Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor zeigt.
2 Perspektivische Ansicht, die das Aussehen eines Gassensorelements zeigt.
3 Auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die das Gassensorelement zeigt.
4 Erläuternde Ansicht, die die Anordnung von Elektrodenkontaktflächen in einer Hinterendregion des Gassensorelements zeigt.
5 Vergrößerte Querschnittansicht, die die innere Konfiguration des Gassensorelements in einer Durchgangslochausbildungsregion zeigt.
6 Erläuternde Ansicht zu einem Verfahren zum Herstellen von Grünlingen der Gassensorelemente.
7 Erläuternde Ansicht, die das Gassensorelement während des Herstellungsprozesses zeigt.
8 Testergebnisse eines Widerstandsmessungstests zum Messen der Isolierwiderstände zwischen den Durchgangslöchern.
9 Erläuternde Ansicht, die die Anordnung von Elektrodenkontaktflächen in der Hinterendregion eines Gassensorelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 Erläuternde Ansicht, die die Anordnung von Elektrodenkontaktflächen in der Hinterendregion eines Gassensorelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[Ausführungarten der Erfindung]
Als Nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die folgenden Ausführungsformen werden unter Bezug auf einen Vollbereichs-Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor beschrieben (der im Folgenden einfach als Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor bezeichnet werden kann), der eine Art von Sauerstoffsensor unter den Gassensoren ist. Genauer gesagt, bezieht sich die folgende Beschreibung auf einen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor, der für eine Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Regelung in Automobilen oder verschiedenen Arten von Verbrennungsmotoren verwendet wird. Der Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor ist an einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors angebracht und enthält ein Gassensorelement (Detektionselement) zum Detektieren eines bestimmten Gases (Sauerstoff), das in zu messendem Gas enthalten ist, genauer gesagt, einem Abgas.
[1. Erste Ausführungsform]
[1-1. Gesamtkonfiguration]
Die Gesamtkonfiguration eines Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensors, der ein Gassensorelement der vorliegenden Ausführungsform verwendet, wird mit Bezug auf 1 beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht, die die innere Konfiguration des Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensors zeigt.
Wie in 1 gezeigt, enthält der Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ein röhrenförmiges Metallgehäuse 5, der einen Gewindeabschnitt 3 aufweist, der an seiner Außenfläche ausgebildet und dafür ausgelegt ist, ihn an einem Abgasrohr zu befestigen; ein plattenförmiges Gassensorelement 7, das sich in der Richtung einer axialen Linie O erstreckt (einer Längsrichtung des Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensors 1, einer vertikalen Richtung in 1); eine röhrenförmige Keramikhülse 9, die so angeordnet ist, dass sie das Gassensorelement 7 radial umgibt; ein isolierendes Kontaktelement 13 (Separator 13), das ein Einschubloch 11 aufweist, das sich dort hindurch in der Richtung der axialen Linie O erstreckt und so angeordnet ist, dass die Innenwandfläche des Einschublochs 11 einen Hinterendabschnitt des Gassensorelements 7 umgibt; und fünf Verbindungsanschlüsse 15 (1 zeigt nur zwei von ihnen), die zwischen dem Gassensorelement 7 und dem Separator 13 angeordnet sind.
Wie später noch ausführlich beschrieben wird, enthält das Gassensorelement 7 einen rechteckigen Parallelflach-Elementkörper 70, der sich in der Längsrichtung erstreckt, und eine poröse Schutzschicht 17, die einen Vorderendabschnitt des Elementkörpers 70 bedeckt. Der Elementkörper 70 hat eine Detektionssektion 90, die in seiner Vorderendregion angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, ein bestimmtes Gas zu detektieren, das in zu messendem Gas enthalten ist. Des Weiteren hat das Gassensorelement 7 Elektrodenkontaktflächen 25, 27, 29, 31 und 33, die auf der Außenfläche seines Hinterendabschnitts ausgebildet sind (einem oberen Endabschnitt in 1, einem in Längsrichtung verlaufenden Hinterendabschnitt); genauer gesagt, auf einer ersten Hauptfläche 21 und einer zweiten Hauptfläche 23 des Hinterendabschnitts, die auf der Vorder- und der Rückseite des Gassensorelements 7 angeordnet sind (siehe 2 und 3 zu den Details).
Die Verbindungsanschlüsse 15 sind elektrisch mit den Elektrodenkontaktflächen 25, 27, 29, 31 bzw. 33 des Gassensorelements 7 verbunden, und sind außerdem elektrisch mit jeweiligen Leitungen 35 verbunden, die sich von außen her in den Sensor hinein erstrecken, wodurch elektrische Strompfade gebildet werden, durch die elektrischer Strom zwischen einer externen Vorrichtung, die mit den Leitungen 35 verbunden ist, und den Elektrodenkontaktflächen 25, 27, 29, 31 und 33 fließt.
Das Metallgehäuse 5 hat eine im Wesentlichen röhrenförmige Form und ist dafür konfiguriert, ein Durchgangsloch 37 aufzuweisen, das sich dort hindurch in der Richtung der axialen Linie O erstreckt, und einen Vorsprung 39 aufzuweisen, der radial einwärts von der Wandfläche des Durchgangslochs 37 absteht. Das Metallgehäuse 5 hält das in das Durchgangsloch 37 eingeschobene Gassensorelement 7 in einer solchen Weise, dass die Detektionssektion 90 vor dem vorderen Ende des Durchgangslochs 37 angeordnet ist, während die Elektrodenkontaktflächen 25, 27, 29, 31 und 33 hinter dem hinteren Ende des Durchgangslochs 37 angeordnet sind.
Des Weiteren sind in dem Durchgangsloch 37 des Metallgehäuses 5 ein ringförmiger Keramikhalter 41, ein Talkumring 43, ein Talkumring 45 und die Keramikhülse 9 nach hinten in dieser Reihenfolge in einer solchen Weise gestapelt, dass sie das Gassensorelement 7 radial umgeben.
Eine Quetschpackung 49 ist zwischen der Keramikhülse 9 und einem Hinterendabschnitt 47 des Metallgehäuses 5 angeordnet, während ein metallischen Halter 51 zum Halten des Talkumrings 43 und des Keramikhalters 41 zwischen dem Keramikhalter 41 und dem Vorsprung 39 des Metallgehäuses 5 angeordnet ist. Der hintere Endabschnitt 47 des Metallgehäuses 5 ist in einer solchen Weise gequetscht, dass er die Keramikhülse 9 nach vorn durch die Quetschpackung 49 drückt.
Des Weiteren ist ein Protektor 55 aus Metall (zum Beispiel Edelstahl) mit einer dualen Struktur an dem Außenumfang eines Vorderendabschnitts 53 des Metallgehäuses 5 beispielsweise durch Schweißen angebracht und bedeckt einen hervorstehenden Abschnitt des Gassensorelements 7.
Des Weiteren ist eine äußere Röhre 57 am Außenumfang eines hinteren Abschnitts des Metallgehäuses 5 befestigt. Eine Durchführtülle 61, in der Leitungseinschublöcher 59 ausgebildet sind, ist in einer hinteren Öffnung der äußeren Röhre 57 angeordnet, und die fünf Leitungen 35 (1 zeigt drei von ihnen) werden durch die jeweiligen Leitungseinschublöcher 59 eingeführt und elektrisch mit den Elektrodenkontaktflächen 25, 27, 29, 31 bzw. 33 verbunden.
Der Separator 13 hat einen Bundabschnitt 63, der entlang seines Außenumfangs ausgebildet ist, und der Bundabschnitt 63 ist an der äußeren Röhre 57 durch ein Halteelement 65 befestigt.
[1-2. Konfiguration des Gassensorelements]
Als Nächstes wird die Konfiguration des Gassensorelements 7, das ein wesentliches Element der vorliegenden Ausführungsform ist, ausführlich mit Bezug auf die 2 bis 5 beschrieben.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen des Gassensorelements 7 zeigt.
Wie in 2 gezeigt, ist das Gassensorelement 7 ein längliches Plattenelement, das sich in der Längsrichtung (Y-Achsen-Richtung erstreckt). In 2 entspricht die Längsrichtung der Richtung der axialen Linie O des Gassensors. Des Weiteren ist in 2 eine Z-Achsen-Richtung eine Laminierungsrichtung senkrecht zur Längsrichtung, und eine X-Achsen-Richtung ist eine Breitenrichtung senkrecht zur Längsrichtung und zur Laminierungsrichtung.
Das Gassensorelement 7 enthält einen rechteckigen Parallelflach-Elementkörper 70, der sich in der Längsrichtung erstreckt, und die poröse Schutzschicht 17, die einen Vorderendabschnitt (einen unteren Endabschnitt in 2) des Elementkörpers 70 bedeckt. Der Elementkörper 70 ist so konfiguriert, dass ein plattenförmiges Element 71, das sich in der Längsrichtung erstreckt, und eine plattenförmige Heizvorrichtung 73, die sich in der Längsrichtung erstreckt, miteinander laminiert sind (siehe 3). Der Elementkörper 70 weist die Detektionssektion 90 auf, die in seiner Vorderendregion angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, ein bestimmtes Gas zu detektieren, das in zu messendem Gas enthalten ist. Die Schutzschicht 17 besteht aus porösem Aluminiumoxid und ist auf einer vorderen Endfläche 127 und Seitenflächen (der ersten Hauptfläche 21, der zweiten Hauptfläche 23, einer ersten Seitenfläche 111 und einer zweiten Seitenfläche 113) des Elementkörper 70 in einer solchen Weise angeordnet, dass sie mindestens die Detektionssektion 90 bedeckt.
3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die das Gassensorelement 7 zeigt. In 3 wurde auf die Veranschaulichung der Schutzschicht 17 verzichtet.
Wie in 3 in einem auseinandergezogenen Zustand gezeigt, enthält der Elementkörper 70 des Gassensorelements 7 das plattenförmige Element 71, das auf einer Seite (Oberseite in 3) in der Laminierungsrichtung angeordnet ist und sich in der Längsrichtung erstreckt, und die plattenförmige Heizvorrichtung 73, die auf einer Seite (Rückseite) gegenüber dem Element 71 angeordnet ist und sich in der Längsrichtung erstreckt.
Das Element 71 enthält eine Sauerstoffkonzentrationszelle 81, eine Sauerstoffpumpenzelle 89, einen isolierenden Abstandshalter 93 und ein isolierendes Substrat 97.
Die Sauerstoffkonzentrationszelle 81 enthält ein isolierendes Element 76, einen Festelektrolytkörper 75, eine poröse Elektrode 77, eine Leitung 77a, eine poröse Elektrode 79 und eine Leitung 79a.
Das isolierende Element 76 ist ein plattenförmiges Element, das überwiegend aus Aluminiumoxid besteht und ein Durchgangsloch 76a enthält, das sich dort hindurch in seiner Dickenrichtung erstreckt. Der Festelektrolytkörper 75 ist innerhalb des Durchgangslochs 76a des isolierenden Elements 76 angeordnet. Ein Paar poröser Elektroden 77 und 79 ist auf der Vorder- bzw. der Rückfläche des Festelektrolytkörpers 75 dergestalt angeordnet, dass sich der Festelektrolytkörper 75 zwischen dem Paar poröser Elektroden befindet.
Das heißt, die Sauerstoffkonzentrationszelle 81 ist eine Zelle eingebetteten Typs, bei dem der Festelektrolytkörper 75 in das Durchgangsloch 76a des isolierenden Elements 76 eingebettet ist.
Die Leitung 77a ist mit der porösen Elektrode 77 an ihrem einen Ende verbunden und ist so angeordnet, dass er sich in der Längsrichtung des Gassensorelements 7 (des Elementkörpers 70) (in der horizontalen Richtung in 3) erstreckt. Die Leitung 79a ist mit der porösen Elektrode 79 an ihrem einen Ende verbunden und so angeordnet, dass er sich in der Längsrichtung des Gassensorelements 7 (des Elementkörpers 70) (in der horizontalen Richtung in 3) erstreckt.
Die Sauerstoffpumpenzelle 89 enthält ein isolierendes Element 84, einen Festelektrolytkörper 83, eine poröse Elektrode 85, eine Leitung 85a, eine poröse Elektrode 87 und eine Leitung 87a.
Das isolierende Element 84 ist ein plattenförmiges Element, das überwiegend aus Aluminiumoxid besteht und ein Durchgangsloch 84a enthält, das sich dort hindurch in seiner Dickenrichtung erstreckt. Der Festelektrolytkörper 83 ist innerhalb des Durchgangslochs 84a des isolierenden Elements 84 angeordnet. Ein Paar der porösen Elektroden 85 und 87 ist auf der Vorder- bzw. der Rückfläche des Festelektrolytkörpers 83 dergestalt angeordnet, dass sich der Festelektrolytkörper 83 zwischen dem Paar poröser Elektroden befindet.
Das heißt, die Sauerstoffpumpenzelle 89 ist eine Zelle eingebetteten Typs, bei dem der Festelektrolytkörper 83 in das Durchgangsloch 84a des isolierenden Elements 84 eingebettet ist.
Die Leitung 85a ist mit der porösen Elektrode 85 an ihrem einen Ende verbunden und ist so angeordnet, dass er sich in der Längsrichtung des Gassensorelements 7 (des Elementkörpers 70) (in der horizontalen Richtung in 3) erstreckt. Die Leitung 87a ist mit der porösen Elektrode 87 an ihrem einen Ende verbunden und ist so angeordnet, dass er sich in der Längsrichtung des Gassensorelements 7 (des Elementkörpers 70) (in der horizontalen Richtung in 3) erstreckt.
Die Festelektrolytkörper 75 und 83 bestehen aus Zirkonoxid, das Yttriumoxid als einen Stabilisator in fester Lösung enthält. In dieser Konfiguration ist der Querschnitt des Festelektrolytkörpers 75 entlang einer Ebene senkrecht zu einer Laminierungsrichtung größer als der des Festelektrolytkörpers 83.
Die porösen Elektroden 77, 79, 85 und 87 und die Leitungen 77a, 79a, 85a und 87a bestehen überwiegend aus Pt.
Der isolierende Abstandshalter 93 ist ein plattenförmiges Element, das überwiegend aus Aluminiumoxid besteht und eine hohle Gasmesskammer 91 enthält, die darin ausgebildet ist. Der isolierende Abstandshalter 93 ist zwischen der Sauerstoffkonzentrationszelle 81 und der Sauerstoffpumpenzelle 89 laminiert. Eine der porösen Elektroden 77 der Sauerstoffkonzentrationszelle 81 und eine der porösen Elektroden 87 der Sauerstoffpumpenzelle 89 sind in einer solchen Weise angeordnet, dass sie zu der hohlen Gasmesskammer 91 exponiert sind.
Das Element 71 hat zwei Gaseinlässe 94, die auf seinen jeweiligen Seiten (Seiten des isolierenden Abstandshalters 93) ausgebildet sind. Die Gaseinlässe 94 dienen als Öffnungen zum Einleiten von Abgas (zu messendem Gas) und stehen mit der Gasmesskammer 91 in Strömungsverbindung. Diffusionssteuerungsabschnitte 95 sind in jeweiligen Pfaden ausgebildet, die sich von den zwei Gaseinlässen 94 zur Gasmesskammer 91 erstrecken. Die Diffusionssteuerungsabschnitte 95 sind poröse Körper, die zum Beispiel aus Aluminiumoxid bestehen und die Diffusion von zu messendem Gas steuern, das in die Gasmesskammer 91 strömt. Die Diffusionssteuerungsabschnitte 95 liegen teilweise aus den Gaseinlässen 94 frei.
Das heißt, in den Gassensorelementen 7 sind die Gaseinlässe 94 in den äußersten Flächen des Elementkörpers 70 ausgebildet und weisen in zwei verschiedene Richtungen, und die Diffusionssteuerungsabschnitte 95 liegen in den zwei verschiedenen Richtungen frei.
Ein isolierendes Substrat 97 ist ein plattenförmiges Element, das überwiegend aus Aluminiumoxid besteht und einen Raumabschnitt 97a enthält, der sich dort hindurch in seiner Dickenrichtung erstreckt. Das isolierende Substrat 97 hat einen Belüftungsabschnitt 99, der in den Raumabschnitt 97a eingebettet ist, und der Belüftungsabschnitt 99 ist ein poröser Körper ähnlich dem Fall der Diffusionssteuerungsabschnitte 95. Der Belüftungsabschnitt 99 ermöglicht es, dass die poröse Elektrode 85 der Sauerstoffpumpenzelle 89 mit dem zu messenden Gas in Kontakt kommt.
Die Gasmesskammer 91 befindet sich in einer Vorderendregion (in einer linken Endregion in 3) des Elementkörpers 70 (genauer gesagt, des Elements 71). Mit Bezug auf die Längsrichtung des Elements 71 bilden eine Region, wo die Gasmesskammer 91 ausgebildet ist, und eine Region, die sich vor der Gasmesskammer 91 befindet, die Detektionssektion 90 zum Detektieren von Sauerstoff.
Des Weiteren ist die Heizvorrichtung 73 so ausgebildet, dass eine Wärme erzeugende Widerstandsstruktur 105, die überwiegend aus Pt besteht, zwischen isolierenden Substraten 101 und 103 angeordnet ist, die überwiegend aus Aluminiumoxid bestehen.
Das Gassensorelement 7 hat die drei Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29, die auf einem Hinterendabschnitt (einem rechten Endabschnitt in 3) der ersten Hauptfläche 21 ausgebildet, und die zwei Elektrodenkontaktflächen 31 und 33, die auf einem Hinterendabschnitt der zweiten Hauptfläche 23 ausgebildet sind.
Wie in 3 gezeigt, ist die Elektrodenkontaktfläche 29 (die rechte Elektrodenkontaktfläche in 2), die auf der ersten Hauptfläche 21 ausgebildet ist, elektrisch mit der porösen Elektrode 77 der Sauerstoffkonzentrationszelle 81 durch ein Durchgangsloch 161, das in dem isolierenden Substrat 97 angeordnet ist, ein Durchgangsloch 165, das in dem isolierenden Element 84 angeordnet ist, ein Durchgangsloch 171, das in dem isolierenden Abstandshalter 93 angeordnet ist, und die Leitung 77a verbunden. Die Elektrodenkontaktfläche 29 ist außerdem elektrisch mit der porösen Elektrode 87 der Sauerstoffpumpenzelle 89 durch das Durchgangsloch 161, das in dem isolierenden Substrat 97 angeordnet ist, das Durchgangsloch 165, das in dem isolierenden Element 84 angeordnet ist, und die Leitung 87a verbunden. Auf diese Weise sind die poröse Elektrode 77 und die poröse Elektrode 87 elektrisch miteinander verbunden und haben somit das gleiche elektrische Potenzial.
Ein Leiter ist innerhalb jedes Durchgangslochs (zum Beispiel Durchgangsloch 161 oder 165) angeordnet. Zu Beispielen der Konfiguration des Leiters, der innerhalb eines Durchgangslochs angeordnet ist, gehören eine, bei der ein Leiter entlang der Innenwandfläche eines Durchgangslochs dergestalt angeordnet ist, dass ein Hohlraum entlang der Mittelachse (der Eindringrichtung) des Durchgangslochs bleibt, und eine andere, bei der ein Leiter ein Durchgangsloch ausfüllt.
Des Weiteren ist, wie in 3 gezeigt, eine Elektrodenkontaktfläche 27 (eine mittige Elektrodenkontaktfläche in 2) elektrisch mit der porösen Elektrode 79 der Sauerstoffkonzentrationszelle 81 durch ein Durchgangsloch 162, das in dem isolierenden Substrat 97 angeordnet ist, ein Durchgangsloch 166, das in dem isolierenden Element 84 angeordnet ist, ein Durchgangsloch 172, das in dem isolierenden Abstandshalter 93 angeordnet ist, ein Durchgangsloch 176, das in dem isolierenden Element 76 angeordnet ist, und die Leitung 79a verbunden. Des Weiteren ist, wie in 3 gezeigt, eine weitere Elektrodenkontaktfläche 25 (eine linke Elektrodenkontaktfläche in 2) elektrisch mit der porösen Elektrode 85 der Sauerstoffpumpenzelle 89 durch ein Durchgangsloch 163, das in dem isolierenden Substrat 97 angeordnet ist, und die Leitung 85a verbunden.
Des Weiteren sind, wie in 3 gezeigt, die Elektrodenkontaktflächen 31 und 33 elektrisch mit jeweiligen gegenüberliegenden Enden der Wärme erzeugenden Widerstandsstruktur 105 durch Durchgangslöcher 181 bzw. 182 verbunden, die in dem isolierenden Substrat 103 angeordnet sind.
Wir kehren zu 2 zurück. Da das auf diese Weise konfigurierte Gassensorelement 7 ein längliches, im Wesentlichen rechteckiges Parallelflach-Plattenelement ist, hat es vier Ränder (in Längsrichtung verlaufende Erhöhungslinien) H1, H2, H3 und H4, die sich in seiner Längsrichtung (Y-Achsen-Richtung in 2) erstrecken.
Genauer gesagt, hat das Gassensorelement 7 vier Außenwände, die sich in seiner Längsrichtung erstrecken; d. h. die erste Hauptfläche 21 und die zweite Hauptfläche 23 und die erste Seitenfläche 111 und die zweite Seitenfläche 113 in Kontakt mit der ersten Hauptfläche 21 und der zweiten Hauptfläche 23. Des Weiteren hat das Gassensorelement 7 den ersten Rand H1, der eine Erhöhungslinie zwischen der ersten Hauptfläche 21 und der ersten Seitenfläche 111 ist; den zweiten Rand H2, der eine Erhöhungslinie zwischen der ersten Hauptfläche 21 und der zweiten Seitenfläche 113 ist; den dritten Rand H3, der eine Erhöhungslinie zwischen der zweiten Hauptfläche 23 und der zweiten Seitenfläche 113 ist; und den vierten Rand H4, der eine Erhöhungslinie zwischen der zweiten Hauptfläche 23 und der ersten Seitenfläche 111 ist.
Das Gassensorelement 7 hat eine Hinterendfläche 129 senkrecht zur Längsrichtung an seinem hinteren Ende (ein oberes Ende in 2).
[1-3. Elektrodenkontaktflächen und Durchgangslöcher]
Als Nächstes werden die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 und die Durchgangslöcher des Gassensorelements 7 beschrieben.
4 ist eine erläuternde Ansicht, die die Anordnung der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 in der Hinterendregion des Gassensorelements 7 zeigt.
Die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 sind auf der ersten Hauptfläche 21 des Gassensorelements 7 dergestalt ausgebildet, dass die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 mit den Durchgangslöchern 163, 162 und 161 in ihren Vorderendregionen (auf der linken Seite in 4) verbunden sind. Das heißt, die Durchgangslöcher 163, 162 und 161 sind in dem isolierenden Substrat 97 an Positionen innerhalb der Vorderendregionen der entsprechenden Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29, mit denen die Durchgangslöcher verbunden sind, ausgebildet.
In dem auf diese Weise konfigurierten Gassensorelement 7 sind die Durchgangslöcher 163, 162 und 161 innerhalb der Vorderendregionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 ausgebildet, anstatt innerhalb der in Längsrichtung verlaufenden Hinterendregionen und Mittenregionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 ausgebildet zu sein. Da in jeder der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 die Region der Elektrodenkontaktfläche, die nicht ihre Vorderendregion ist (d. h. ihre Hinterendregion und ihre Mittenregion) eine größere Fläche beansprucht als die der Vorderendregion, ist es einfach, die Verbindungsanschlüsse 15 in Kontakt mit den Regionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 – mit Ausnahme ihrer Vorderendregionen – zu bringen.
Da es einfach wird, eine Konfiguration zu verwenden, bei der die Verbindungsanschlüsse 15 mit den Regionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 verbunden sind, die nicht ihre Vorderendregionen sind, wie oben beschrieben, ist es möglich zu verhindern, dass die Verbindungsanschlüsse 15 mit den Durchgangslöchern 163, 162 und 161 in Kontakt kommen, um so das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Verbindungsanschlüssen 15 und den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 zu verhindern.
Darüber hinaus bewegen sich in dem auf diese Weise konfigurierten Gassensorelement 7 die Verbindungsanschlüsse 15 nicht hinüber zu den Durchgangslöchern 163, 162 und 161, wenn beim Zusammenbau des Gassensorelements 7 und der Verbindungsanschlüsse 15, die mit den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 verbunden werden sollen, die Verbindungsanschlüsse 15 auf der Außenfläche des Gassensorelements 7 von seiner Hinterendseite zu seiner Vorderendseite bewegt (verschoben) werden. Aufgrund dessen ist es möglich zu verhindern, dass einige der Verbindungsanschlüsse 15 in den Durchgangslöchern 163, 162 und 161 hängen bleiben und sich verformen. Auf diese Weise ist es möglich, das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Verbindungsanschlüssen 15 und den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 (Leiterbruchanomalie) aufgrund der Verformung der Verbindungsanschlüsse 15 zu verhindern.
Die mehreren Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 des Gassensorelements 7 sind so angeordnet, dass ein Spalt in der Breitenrichtung der Oberfläche (der ersten Hauptfläche 21) des isolierenden Substrats 97 (die vertikale Richtung in 4) zwischen den Elektrodenkontaktflächen entsteht.
Genauer gesagt, sind die Elektrodenkontaktflächen 25 und 27 so angeordnet, dass ein in der Breitenrichtung verlaufender Spalt Cw1 zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25 und 27 entsteht, und die Elektrodenkontaktflächen 27 und 29 sind so angeordnet, dass ein in der Breitenrichtung verlaufender Spalt Cw2 zwischen den Elektrodenkontaktflächen 27 und 29 entsteht.
Da das Gassensorelement 7 die oben beschriebene Konfiguration hat, ist eine Kurzschlussanomalie, bei der ein Kurzschluss zwischen zwei der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 entsteht, weniger wahrscheinlich. Genauer gesagt, wenn die Verbindungsanschlüsse 15 während des Zusammenbaus des Gassensorelements 7 und der Verbindungsanschlüsse 15 auf der Außenfläche des Gassensorelements 7 von seiner Hinterendseite zu seiner Vorderendseite bewegt (verschoben) werden, so können die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 durch die Verbindungsanschlüsse 15 zerkratzt werden, und Späne der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 können entstehen. Selbst in einem solchen Fall ist die oben angesprochene Kurzschlussanomalie weniger wahrscheinlich.
Genauer gesagt, wenn Späne der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 entstehen, so bewegen sich die Späne überwiegend in der Längsrichtung der ersten Hauptfläche 21 des isolierenden Substrats 97, was die Richtung ist, in der sich die Verbindungsanschlüsse 15 bewegen (in der horizontalen Richtung in 4), und der Bereich der Bewegung der Späne in der Breitenrichtung der ersten Hauptfläche 21 des isolierenden Substrats 97 (in der vertikalen Richtung in 4) ist klein. Weil darüber hinaus die mehreren Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 so angeordnet sind, dass ein in der Breitenrichtung verlaufender Spalt zwischen den Elektrodenkontaktflächen entsteht, ist eine elektrische Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen aufgrund von Spänen weniger wahrscheinlich, und somit ist ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 weniger wahrscheinlich.
Jede der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 hat eine Hinterendregion und eine Vorderendregion, die hinter und vor dem Mittelpunkt des entsprechenden Durchgangslochs 163, 162 oder 161 angeordnet sind, und ist so geformt, dass die maximale Breite Wr1, Wr2 oder Wr3 der Hinterendregion größer ist als die maximale Breite Wf1, Wf2 oder Wf3 der Vorderendregion.
Das bedeutet, dass, da die jeweiligen Hinterendregionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29, die hinter den Mittelpunkten der entsprechenden Durchgangslöcher 163, 162 und 161 angeordnet sind, als Kontaktregionen für einen Kontakt mit den Verbindungsanschlüssen 15 dienen, die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29, deren Hinterendregionen größere maximale Breiten Wr1, Wr2 und Wr3 haben, einen guten elektrischen Kontakt mit den Verbindungsanschlüssen 15 erreichen können.
In dem Gassensorelement 7 beträgt die Distanz zwischen jeweils zwei benachbarten der mehreren Durchgangslöcher 163, 162 und 161 2,3 mm oder weniger. Genauer gesagt, beträgt die Distanz L1 zwischen den Durchgangslöchern 163 und 162 2,3 mm, und die Distanz L2 zwischen den Durchgangslöchern 162 und 161 beträgt 2,3 mm.
5 ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die die innere Konfiguration des Gassensorelements 7 in seiner Durchgangslochausbildungsregion zeigt.
Da die mehreren Durchgangslöcher 163, 162 und 161 so angeordnet sind, dass die Distanz zwischen jeweils zwei benachbarten der mehreren Durchgangslöcher 163, 162 und 161 2,3 mm oder weniger beträgt, kann die Region, wo die Durchgangslöcher 163, 162 und 161 ausgebildet sind, verkleinert werden, und das Gassensorelement 7 kann verkleinert werden.
Da die Sauerstoffkonzentrationszelle 81 und die Sauerstoffpumpenzelle 89 des Gassensorelements 7 Zellen eingebetteten Typs sind, können die Durchgangslöcher der Zellen in den isolierenden Elementen 76 und 84 ausgebildet werden, anstatt in dem Festelektrolytkörper. Aufgrund dessen kann selbst dann, wenn die Distanz zwischen den mehreren Durchgangslöchern 165 und 166 weniger als 4,8 mm beträgt, das Auftreten von Leckströmen (Kriechstrom) zwischen den mehreren Durchgangslöchern 165 und 166 durch den Festelektrolytkörper 83 und 75 verhindert werden.
[1-4. Verfahren zum Herstellen des Gassensors]
Ein Verfahren zum Herstellen des Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensors 1 der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben.
6 ist eine erläuternde Ansicht zu einem Verfahren zum Herstellen eines Grünlings 141 der Gassensorelemente. 7 ist eine erläuternde Ansicht, die das Gassensorelement während des Herstellungsprozesses zeigt.
Bei der Herstellung des Gassensorelements 7 wird zuerst ein unkomprimiertes Laminat hergestellt, indem öffentlich bekannte unterschiedliche Materialien miteinander laminiert werden, die zum Bilden des Gassensorelements 7 verwendet werden; genauer gesagt, unter anderem Grünfestelektrolytlagen, die zum Bilden des Festelektrolytkörpers 75 und 83 des Elements 71 verwendet werden, isolierende Grünlagen, die zum Bilden des isolierenden Elements 76, des isolierenden Elements 84 und das isolierenden Substrats 97 des Elements 71 verwendet werden, und isolierenden Grünlagen, die zum Bilden der isolierenden Substrate 101 und 103 der Heizvorrichtung 73 verwendet werden. Das unkomprimierte Laminat hat Grünelektrodenkontaktflächen, die unter anderem zu den Elektrodenkontaktflächen 25, 27, 29, 31 und 33 werden, und die zuvor darin ausgebildet werden.
Unter diesen Materialien wird beispielsweise die Grünfestelektrolytlage in der folgenden Weise ausgebildet. Zuerst werden Aluminiumoxidpulver, Butyralharz usw. zu Keramikpulver hinzugegeben, das überwiegend Zirkonoxid enthält. In das entstandene Gemisch wird ein vermischtes Lösemittel (Toluen und Methylethylketon) eingemischt, wodurch ein Schlamm entsteht. Der Schlamm wird mittels eines Rakelprozesses zu einer Schicht ausgestrichen, und das vermischte Lösemittel wird verdampft, wodurch die Grünfestelektrolytlage entsteht.
Des Weiteren wird die isolierende Grünlage in der folgenden Weise ausgebildet. Zuerst werden Butyralharz und Dibutylphthalat zu einem Keramikpulver hinzugegeben, das überwiegend Aluminiumoxid enthält. In das entstandene Gemisch wird ein vermischtes Lösemittel (Toluen und Methylethylketon) eingemischt, wodurch ein Schlamm entsteht. Der Schlamm wird mittels eines Rakelprozesses zu einer Schicht ausgestrichen, und das vermischte Lösemittel wird verdampft, wodurch die isolierende Grünlage entsteht.
Des Weiteren werden Gründiffusionssteuerungsabschnitte in der folgenden Weise ausgebildet. Zuerst werden 100 Masse-% Aluminiumoxidpulver, ein Material, das durch Erhitzen weggebrannt werden soll (zum Beispiel Kohlenstoff), und ein Weichmacher nass vermischt, wodurch ein Schlamm entsteht, in der das Aluminiumoxidpulver und Weichmacher dispergiert werden. Der Weichmacher enthält Butyralharz und DBP. Der Schlamm wird auf Regionen aufgebracht, wo die Diffusionssteuerungsabschnitte 95 und der Belüftungsabschnitt 99 durch Brennen ausgebildet werden sollen, wodurch die Gründiffusionssteuerungsabschnitte entstehen.
Dann wird das unkomprimierte Laminat unter einem Druck von 1 MPa komprimiert, wodurch der Grünling 141 entsteht, wie in 6 gezeigt. Ein Verfahren zum Herstellen des unkomprimierten Laminats ähnelt einem öffentlich bekannten Verfahren zum Herstellen eines Gassensorelements; darum wird auf die detaillierte Beschreibung des Verfahrens verzichtet.
Der Grünling 141, der durch das Anlegen von Druck erhalten wurde, wird in mehrere (zum Beispiel zehn) Grünlaminate geschnitten, die jeweils eine zuvor festgelegte Größe haben, die im Wesentlichen mit der Größe des Elements 71 und der Heizvorrichtung 73 des Gassensorelements 7 identisch sind.
Anschließend wird das Grünlaminat aufgetrennt und wird des Weiteren eine Stunde lang normal bei 1.500°C gebrannt, wodurch ein gebranntes Laminat 143 entsteht, wie in 7 gezeigt. Das gebrannte Laminat 143 entspricht dem Elementkörper 70.
Nachdem der Elementkörper 70 in der oben beschriebenen Weise erhalten wurde, wird eine Schutzgrünschicht um einen Vorderendabschnitt des Elementkörpers 70 herum ausgebildet. Die Schutzgrünschicht wird durch Brennen zur Schutzschicht 17 (siehe 2).
Anschließend wird an der Schutzgrünschicht eine Wärmebehandlung ausgeführt. Genauer gesagt, wird der Elementkörper 70, auf dem die Schutzgrünschicht ausgebildet ist, einer dreistündigen Wärmebehandlung bei 1.000°C unterzogen, wodurch das Gassensorelement 7 mit der darauf ausgebildeten Schutzschicht 17 entsteht.
Das auf diese Weise ausgebildete Gassensorelement 7 wird in einem Montageschritt mit dem Metallgehäuse 5 zusammengefügt.
Genauer gesagt, wird in diesem Montageschritt das mittels des obigen Verfahrens hergestellte Gassensorelement 7 in den metallischen Halter 51 eingesetzt; des Weiteren wird das Gassensorelement 7 durch den Keramikhalter 41 und den Talkumring 43 an seinem Platz fixiert, wodurch eine Teilbaugruppe entsteht. Anschließend werden diese Elemente in das Metallgehäuse 5 eingeschoben, während die Teilbaugruppe am Metallgehäuse 5 fixiert wird und ein Abschnitt des Gassensorelements 7 auf der Hinterendseite in der Richtung der axialen Linie O durch den Talkumring 45 und die Keramikhülse 9 geschoben wird.
Dann wird der Hinterendabschnitt 47 des Metallgehäuses 5 an die Keramikhülse 9 gequetscht, wodurch eine untere Teilbaugruppe entsteht. Der Protektor 55 wird zuvor an der unteren Teilbaugruppe angebracht.
Des Weiteren werden die äußeren Röhre 57, der Separator 13, die Durchführtülle 61 usw. zusammengesetzt, wodurch eine obere Teilbaugruppe entsteht. Dann werden die untere Teilbaugruppe und die obere Teilbaugruppe zusammengefügt, wodurch der Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 1 entsteht.
[1-5. Test zum Messen des Isolierwiderstands zwischen Durchgangslöchern]
Es wird nun ein Messungstest beschrieben, der so ausgeführt wurde, dass der Isolierwiderstand zwischen den Durchgangslöchern des Gassensorelements 7 der vorliegenden Erfindung gemessen wird.
In diesem Test wurde, nachdem der Hinterendabschnitt des Gassensorelements 7 (die Region, wo die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 ausgebildet sind) erwärmt wurde, der Isolierwiderstand zwischen Durchgangslöchern für alle möglichen Paare von Durchgangslöchern aus den drei Durchgangslöcher 161, 162 und 163 gemessen. Genauer gesagt, wurden drei Isolierwiderstände gemessen, und zwar der Isolierwiderstand „zwischen den Durchgangslöchern 161 und 163“, der Isolierwiderstand „zwischen den Durchgangslöchern 163 und 162“, und der Isolierwiderstand „zwischen den Durchgangslöchern 162 und 161“.
In diesem Test wurden zwei Proben von Gassensorelementen (eine erste und eine zweite Probe) verwendet. Die Distanz „zwischen den Durchgangslöchern 161 und 163“ betrug 1,2 mm, die Distanz „zwischen den Durchgangslöchern 163 und 162“ betrug 2,3 mm, und die Distanz „zwischen den Durchgangslöchern 162 und 161“ betrug 2,3 mm.
8 zeigt die Ergebnisse des Tests, der so ausgeführt wurde, dass die Isolierwiderstände zwischen den Durchgangslöchern gemessen wurden.
Gemäß den Testergebnissen betrug in der ersten und in der zweiten Probe der Isolierwiderstand „zwischen den Durchgangslöchern 161 und 163“, der Isolierwiderstand „zwischen den Durchgangslöchern 163 und 162“ und der Isolierwiderstand „zwischen den Durchgangslöchern 162 und 161“ über den gesamten Temperaturbereich (500 bis 700°C) 10 MΩ oder mehr. Genauer gesagt, betrugen bei 500°C alle gemessenen Isolierwiderstände 100 MΩ oder mehr.
In einem konventionellen Gassensorelement, bei dem Durchgangslöcher in einem Festelektrolytkörper ausgebildet sind, wird, um das Auftreten von Leckströmen (Kriechstrom) zwischen den Durchgangslöchern zu verhindern, die Distanz zwischen jeweils zwei benachbarten der Durchgangslöcher auf 4,8 mm oder mehr eingestellt, so dass der Isolierwiderstand zwischen Durchgangslöchern 1,0 MΩ oder mehr beträgt.
Obgleich das Gassensorelement der vorliegenden Erfindung so konfiguriert ist, dass die Distanz zwischen den Durchgangslöchern kleiner ist als die des konventionellen Gassensorelements, wird der Isolierwiderstand zwischen Durchgangslöchern 10 MΩ oder höher.
Das heißt, im Fall des Gassensorelements der vorliegenden Erfindung kann die Distanz zwischen Durchgangslöchern im Vergleich zum konventionellen Gassensorelement, bei dem Durchgangslöcher in seinem Festelektrolytkörper ausgebildet sind, verkleinert werden.
[1-6. Auswirkungen]
Wie oben beschrieben, enthält das Gassensorelement 7 in dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 1 der vorliegenden Ausführungsform die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29, die so ausgebildet sind, dass die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 mit den Durchgangslöchern 163, 162 und 161 in ihren jeweiligen Vorderendregionen verbunden sind. Das heißt, die mehreren Durchgangslöcher 163, 162 und 161 sind in dem isolierenden Substrat 97 an Positionen innerhalb der Vorderendregionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27, 29 ausgebildet, mit denen die Durchgangslöcher 163, 162 und 161 verbunden sind.
In dem auf diese Weise konfigurierten Gassensorelement 7 sind die Durchgangslöcher 163, 162 und 161 innerhalb der Vorderendregionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 ausgebildet, anstatt innerhalb der in Längsrichtung verlaufenden Hinterendregionen und Mittenregionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 ausgebildet zu sein. Da in jeder der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 die Region der Elektrodenkontaktfläche, die nicht ihre Vorderendregion ist (d. h. ihre Hinterendregion und ihre Mittenregion), eine größere Fläche beansprucht als die Vorderendregion, ist es einfach, die Verbindungsanschlüsse 15 in Kontakt mit den Regionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 zu bringen, die nicht ihre Vorderendregionen sind.
Da es einfach wird, eine Konfiguration zu verwenden, bei der die Verbindungsanschlüsse 15 mit den Regionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 verbunden sind, die nicht ihre Vorderendregionen sind, wie oben beschrieben, ist es möglich zu verhindern, dass die Verbindungsanschlüsse 15 mit den Durchgangslöchern 163, 162 und 161 in Kontakt kommen, um so das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Verbindungsanschlüssen 15 und den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 zu verhindern.
Darüber hinaus bewegen sich in dem auf diese Weise konfigurierten Gassensorelement 7 die Verbindungsanschlüsse 15 nicht hinüber zu den Durchgangslöchern 163, 162 und 161, wenn während des Zusammenbaus des Gassensorelements 7 und der Verbindungsanschlüsse 15, die mit den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 verbunden werden sollen, die Verbindungsanschlüsse 15 auf der Außenfläche des Gassensorelements 7 von seiner Hinterendseite zu seiner Vorderendseite bewegt (verschoben) werden.
Aufgrund dessen ist es möglich zu verhindern, dass einige der Verbindungsanschlüsse 15 in den Durchgangslöchern 163, 162 und 161 hängen bleiben und sich verformen. Auf diese Weise ist es möglich, das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Verbindungsanschlüssen 15 und den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 (Leiterbruchanomalie) aufgrund der Verformung der Verbindungsanschlüsse 15 zu verhindern.
Darum kann der Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 1, der das Gassensorelement 7 enthält, das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 und den Verbindungsanschlüssen 15 verhindern. Des Weiteren kann der Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 1, der das Gassensorelement 7 enthält, das Auftreten von Anomalien in den Signalpfaden für Sensorsignale, die zu den Verbindungsanschlüssen 15 geleitet werden, verhindern.
Darüber hinaus kann die Konfiguration, bei der das Durchgangsloch 162 innerhalb der Vorderendregion der Elektrodenkontaktfläche 27 ausgebildet ist, die Länge der Leitung 79a der Sauerstoffkonzentrationszelle 81 im Vergleich zu der Konfiguration, bei der das Durchgangsloch 162 innerhalb der Hinterendregion der Elektrodenkontaktfläche 27 ausgebildet ist, verkürzen. Darum reduziert die erstere Konfiguration die Menge des für die Leitung 79a verwendeten Edelmetalls, wodurch die Materialkosten des Gassensorelements 7 gesenkt und somit die Herstellungskosten für den Gassensor 7 reduziert werden.
In dem Gassensorelement 7 sind die Elektrodenkontaktflächen 25 und 27 so angeordnet, dass der Spalt Cw1 in der Breitenrichtung der Oberfläche (die erste Hauptfläche 21) des isolierenden Substrats 97 zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25 und 27 entsteht, und die Elektrodenkontaktflächen 27 und 29 sind so angeordnet, dass der Spalt Cw2 in der Breitenrichtung der Oberfläche (die erste Hauptfläche 21) des isolierenden Substrats 97 zwischen den Elektrodenkontaktflächen 27 und 29 entsteht.
Da das Gassensorelement 7 die oben beschriebene Konfiguration hat, ist eine Kurzschlussanomalie, bei der ein Kurzschluss zwischen zwei der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 entsteht, weniger wahrscheinlich. Genauer gesagt, wenn die Verbindungsanschlüsse 15 während des Zusammenbaus des Gassensorelements 7 und der Verbindungsanschlüsse 15 auf der Außenfläche des Gassensorelements 7 von seiner Hinterendseite zu seiner Vorderendseite bewegt (verschoben) werden, so können die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 durch die Verbindungsanschlüsse 15 zerkratzt werden, und Späne der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 können entstehen. Selbst in einem solchen Fall ist die oben angesprochene Kurzschlussanomalie weniger wahrscheinlich.
Genauer gesagt, wenn Späne der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 entstehen, so bewegen sich die Späne überwiegend in der Längsrichtung der ersten Hauptfläche 21 des isolierenden Substrats 97, was die Richtung ist, in der sich die Verbindungsanschlüsse 15 bewegen (in der horizontalen Richtung in 4), und der Bereich der Bewegung der Späne in der Breitenrichtung der ersten Hauptfläche 21 des isolierenden Substrats 97 (in der vertikalen Richtung in 4) ist klein. Weil darüber hinaus die mehreren Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 so angeordnet sind, dass ein in der Breitenrichtung verlaufender Spalt zwischen den Elektrodenkontaktflächen entsteht, ist eine elektrische Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen aufgrund von Spänen weniger wahrscheinlich, und somit ist ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 weniger wahrscheinlich.
Darum kann das Gassensorelement 7 das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 und den Verbindungsanschlüssen 15 verhindern.
Jede der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 hat eine Hinterendregion und eine Vorderendregion, die hinter und vor dem Mittelpunkt des entsprechenden Durchgangslochs 163, 162 oder 161 angeordnet sind, und ist so geformt, dass die maximale Breite Wr1, Wr2 oder Wr3 der Hinterendregion größer ist als die maximale Breite Wf1, Wf2 oder Wf3 der Vorderendregion.
Da die jeweiligen Hinterendregionen der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29, die hinter den Mittelpunkten der entsprechenden Durchgangslöcher 163, 162 und 161 angeordnet sind, als Kontaktregionen für einen Kontakt mit den Verbindungsanschlüssen 15 dienen, können die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29, deren Hinterendregionen größere maximale Breiten Wr1, Wr2 und Wr3 haben, einen guten elektrischen Kontakt mit den Verbindungsanschlüssen 15 erreichen.
Darum kann das Gassensorelement 7 das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 und den Verbindungsanschlüssen 15 verhindern, und kann das Auftreten von Anomalien in den Signalpfaden für Sensorsignale, die zu den Verbindungsanschlüssen 15 geleitet werden, verhindern.
In dem Gassensorelement 7 beträgt die Distanz zwischen jeweils zwei benachbarten der mehreren Durchgangslöcher 2,3 mm.
Wenn die mehreren Durchgangslöcher in der oben beschriebenen Weise angeordnet sind, so kann die Region, wo die Durchgangslöcher ausgebildet sind, verkleinert werden, und das Gassensorelement kann verkleinert werden.
Wie aus den oben angesprochenen Testergebnissen, die in 8 gezeigt sind, ersichtlich ist, kann selbst dann, wenn die Distanz zwischen den mehreren Durchgangslöchern in der oben beschriebenen Weise eingestellt wird, das Auftreten von Leckströmen (Kriechstrom) zwischen den mehreren Durchgangslöchern verhindert werden.
Darum kann das Gassensorelement 7 das Auftreten von Leckströmen (Kriechstrom) zwischen den mehreren Durchgangslöchern verhindern, und kann das Auftreten von Anomalien in den Signalpfaden für Sensorsignale, die zu den Verbindungsanschlüssen 15 geleitet werden, verhindern.
Der Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 1, der das Gassensorelement 7 enthält, kann das Auftreten eines elektrischen Verbindungsausfalls zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 und den Verbindungsanschlüssen 15 verhindern, und kann das Auftreten von Anomalien in den Signalpfaden für Sensorsignale, die von den Elektrodenkontaktflächen des Gasdetektionselements zu den Verbindungsanschlüssen 15 geleitet werden, verhindern.
[1-7. Entsprechung zwischen den Ansprüchen und der vorliegenden Ausführungsform]
Es wird nun die Entsprechung des Wortlauts zwischen den Ansprüchen und der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Der Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 1 entspricht einem Beispiel des Gassensors. Die Sauerstoffkonzentrationszelle 81 und die Sauerstoffpumpenzelle 89 entsprechen einem Beispiel der Zelle (Zelle eingebetteten Typs). Das isolierende Substrat 97 entspricht einem Beispiel des isolierenden Substrats. Die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 entsprechen einem Beispiel der mehreren Elektrodenkontaktflächen. Die Durchgangslöcher 165, 166 und 176 entsprechen einem Beispiel der ersten Durchgangslöcher, und die Durchgangslöcher 161, 162 und 163 entsprechen einem Beispiel der zweiten Durchgangslöcher.
Das Durchgangsloch 76a entspricht einem Beispiel des Hohlraums, und das isolierende Element 76 entspricht einem Beispiel des Rahmenelements. Das Durchgangsloch 84a entspricht einem Beispiel des Hohlraums, und das isolierende Element 84 entspricht einem Beispiel des Rahmenelements.
Die porösen Elektroden 77 und 79 entsprechen einem Beispiel des Paares Elektroden, und die porösen Elektroden 85, 87 entsprechen einem Beispiel des Paares Elektroden. Die Leitungen 77a und 79a entsprechen einem Beispiel des Paares Leitungen, und die Leitungen 85a und 87a entsprechen einem Beispiel des Paares Leitungen.
[2. Andere Ausführungsformen]
Oben wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen anderen Formen verkörpert sein, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel ist die Anordnung der Elektrodenkontaktflächen 25 und 29 und der Elektrodenkontaktfläche 27 nicht auf die in der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt, in der die Elektrodenkontaktflächen 25 und 29 und die Elektrodenkontaktfläche 27 so angeordnet sind, dass kein Spalt in der Längsrichtung der Oberfläche (die erste Hauptfläche 21) des isolierenden Substrats 97 zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25 und 29 und der Elektrodenkontaktfläche 27 entsteht.
Genauer gesagt, können wie im Fall eines Gassensorelements einer zweiten Ausführungsform, die in 9 gezeigt ist, die Elektrodenkontaktflächen 25 und 29 und die Elektrodenkontaktfläche 27 so angeordnet sein, dass ein Spalt Cd1 in der Längsrichtung der Oberfläche (die erste Hauptfläche 21) des isolierenden Substrats 97 zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25 und 29 und der Elektrodenkontaktfläche 27 entsteht.
Infolge dessen, dass die Elektrodenkontaktflächen 25 und 29 und die Elektrodenkontaktfläche 27 so angeordnet sind, dass der in Längsrichtung verlaufende Spalt Cd1 zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25 und 29 und der Elektrodenkontaktfläche 27 entsteht, können lange Distanzen zwischen der Elektrodenkontaktfläche 25 und der Elektrodenkontaktfläche 27 und zwischen der Elektrodenkontaktfläche 29 und der Elektrodenkontaktfläche 27 gewährleistet werden. Auf diese Weise sind die mehreren Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 um eine ausreichende Distanz voneinander beabstandet. Darum ist ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29, der durch Fremdkörper verursacht wird, weniger wahrscheinlich.
In dem Fall, wo die mehreren Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 so angeordnet sind, dass die in der Breitenrichtung verlaufenden Spalte Cw1 und Cw2 zwischen den Elektrodenkontaktflächen ausgebildet sind, und der in Längsrichtung verlaufende Spalt Cd1 ebenfalls zwischen den Elektrodenkontaktflächen ausgebildet ist, sind die mehreren Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 um eine größere Distanz voneinander beabstandet. Darum ist ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 unwahrscheinlicher.
Darum ist in einem Gassensor, der das auf diese Weise konfigurierte Gassensorelement enthält, ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den mehreren Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 weniger wahrscheinlich.
Hinsichtlich der Anordnung der Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 können die Elektrodenkontaktflächen 25, 27 und 29 so angeordnet werden, dass sie einander in der Längsrichtung der Oberfläche (die erste Hauptfläche 21) des isolierenden Substrats 97 überlappen. Genauer gesagt, wie in dem Fall eines Gassensorelements einer dritten Ausführungsform, die in 10 gezeigt ist, können die Elektrodenkontaktflächen 25 und 29 und die Elektrodenkontaktfläche 27 so angeordnet sein, dass die Elektrodenkontaktflächen 25 und 29 die Elektrodenkontaktfläche 27 in der Längsrichtung der Oberfläche (die erste Hauptfläche 21) des isolierenden Substrats 97 überlappen.
In einem solchen Fall können die Elektrodenkontaktflächen 25 und 29 so geformt sein, dass sie jeweilige Ausschnitte 25a und 29a in ihren Hinterendregionen aufweisen. Aufgrund dessen können längere Distanzen zwischen der Elektrodenkontaktfläche 25 und der Elektrodenkontaktfläche 27 und zwischen der Elektrodenkontaktfläche 29 und der Elektrodenkontaktfläche 27 gewährleistet werden, wodurch das Auftreten von Kriechstrom (Leckströmen) zwischen den Elektrodenkontaktflächen verhindert werden kann.
Darum wird in einem Gassensor, der das auf diese Weise konfigurierte Gassensorelement enthält, ein elektrischer Verbindungsausfall (eine Kurzschlussanomalie) aufgrund einer elektrischen Kontinuität zwischen den mehreren Elektrodenkontaktflächen 25, 27, 29 weniger wahrscheinlich.
[BEZUGSZEICHEN]

1: Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor; 5: Metallgehäuse, 7: Gassensorelement; 15: Verbindungsanschluss; 25: Elektrodenkontaktfläche; 25a: Ausschnitt; 27: Elektrodenkontaktfläche; 29: Elektrodenkontaktfläche; 29a: Ausschnitt; 75: Festelektrolytkörper; 76: isolierendes Element; 76a: Durchgangsloch; 77: poröse Elektrode; 77a: Leitung; 79: poröse Elektrode; 79a: Leitung; 81: Sauerstoffkonzentrationszelle; 83: Festelektrolytkörper; 84: isolierendes Element; 84a: Durchgangsloch; 85: poröse Elektrode; 85a: Leitung; 87: poröse Elektrode; 87a: Leitung; 89: Sauerstoffpumpenzelle; 97: isolierendes Substrat; 161: Durchgangsloch; 162: Durchgangsloch; 163: Durchgangsloch; 165: Durchgangsloch; 166: Durchgangsloch; 171: Durchgangsloch; 172: Durchgangsloch; und 176: Durchgangsloch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 4093784 [0006]

Claims

Gassensor zum Detektieren eines bestimmten Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, der Folgendes umfasst: ein Gassensorelement, das Folgendes enthält: eine Zelle, die ein Rahmenelement, einen Festelektrolytkörper, ein Paar Elektroden und ein Paar Leitungen aufweist, wobei das Rahmenelement aus einem plattenförmigen, isolierenden Material besteht, das sich in einer Längsrichtung des Gassensorelements erstreckt und einen Hohlraum in seiner Vorderendregion aufweist und mehrere erste Durchgangslöcher in seiner Hinterendregion aufweist, die sich durch das Rahmenelement in seiner Dickenrichtung erstrecken, und in denen jeweils ein Leiter angeordnet ist, wobei der Festelektrolytkörper innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei das Paar Elektroden auf einer Außenfläche des Festelektrolytkörpers ausgebildet ist, und wobei das Paar Leitungen mit den Elektroden und den ersten Durchgangslöchern verbunden ist und sich in Längsrichtung erstreckt, ein isolierendes Substrat, das aus einem plattenförmigen, isolierenden Material besteht, das auf die Zelle laminiert ist, und das in seiner Hinterendregion mehrere zweite Durchgangslöcher aufweist, die sich in der Dickenrichtung dort hindurch erstrecken, und in denen jeweils ein Leiter angeordnet ist, und die jeweils mit den ersten Durchgangslöchern in Verbindung stehen, und mehrere Elektrodenkontaktflächen, die auf einer Außenfläche des isolierenden Substrats angeordnet sind und mit den zweiten Durchgangslöchern verbunden sind; mehrere Verbindungsanschlüsse, die mit den Elektrodenkontaktflächen verbunden sind; und ein Metallgehäuse zum Halten des Gassensorelements in einem Zustand, in dem die Verbindungsanschlüsse mit den Elektrodenkontaktflächen verbunden sind; wobei der Gassensor dadurch gekennzeichnet ist, dass die zweiten Durchgangslöcher in dem isolierenden Substrat an Positionen innerhalb von Vorderendregionen der entsprechenden Elektrodenkontaktfläche ausgebildet sind, mit denen jeweils die zweiten Durchgangslöcher verbunden sind.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenkontaktfläche derart angeordnet sind, dass in einer Breitenrichtung einer Oberfläche des isolierenden Substrats ein Spalt zwischen den Elektrodenkontaktflächen ausgebildet ist.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrodenkontaktfläche derart angeordnet sind, dass in einer Längsrichtung einer Oberfläche des isolierenden Substrats ein Spalt zwischen den Elektrodenkontaktflächen ausgebildet ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Distanz zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Durchgangslöchern 2,3 mm oder weniger beträgt.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede der Elektrodenkontaktflächen eine Form hat, die derart bestimmt ist, dass die maximale Breite einer Hinterendregion des Elektrodenkontaktfläche, die hinter einem Mittelpunkt des entsprechenden zweiten Durchgangslochs angeordnet ist, größer ist als die maximale Breite einer Vorderendregion des Elektrodenkontaktfläche, die vor dem Mittelpunkt des entsprechenden zweiten Durchgangslochs angeordnet ist.