DE102018117152A1

DE102018117152A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102018117152A1
Application number: DE102018117152.8A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Okazaki; Masaki Mizutani
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2019-01-31
Also published as: JP2019027847A; JP6859227B2

Abstract

Ein Gassensor ist bereitgestellt, der eine Trennung einer Referenzleitung, die mit einer Referenzelektrode verbunden ist, verhindert, um dadurch die Ausgabe des Gassensors zu stabilisieren.
Der Gassensor (1) enthält ein Sensorelement (100). Das Sensorelement (100) enthält einen plattenförmigen Festelektrolytkörper (105) und ein Elektrodenpaar (108, 110), das auf dem Festelektrolytkörper (105) angeordnet ist. Das Elektrodenpaar (108, 110) enthält einen Messelektrodenabschnitt (110a), der einem gemessenen Gas ausgesetzt ist, und einen Referenzelektrodenabschnitt (108a), der innerhalb des Sensorelements (100) angeordnet ist und als ein Sauerstoffreferenzabschnitt fungiert, als Folge davon, dass Sauerstoff durch den Festelektrolytkörper (105) in den Referenzelektrodenabschnitt (108a) gepumpt wird. Eine Referenzleitung (108b), die sich innerhalb des Sensorelements (100) erstreckt, und ein Gasdurchlassschichtabschnitt (130) sind mit dem Referenzelektrodenabschnitt (108a) verbunden. Der Gasdurchlassschichtabschnitt (130) ist entlang mindestens eines Teils der Referenzleitung (108b) gestapelt, weist eine höhere Gasdurchlässigkeit als die Referenzleitung (108b) auf und kann Sauerstoff aus dem Sensorelement (100) nach außen leiten. Der Referenzelektrodenabschnitt (108a) ist hauptsächlich aus einem Edelmetall ausgebildet und enthält eine Keramik. Die Referenzleitung (108b) ist hauptsächlich aus dem Edelmetall ausgebildet und enthält die Keramik, und der Keramikgehalt der Referenzleitung (108b) ist höher als der Keramikgehalt des Referenzelektrodenabschnitts (108a).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, der vorzugsweise verwendet wird, um die Konzentration eines spezifischen Gases zu detektieren, das sich im Verbrennungsgas oder Abgas zum Beispiel von einer Brennkammer oder einem Verbrennungsmotor befindet.
HINTERGRUND
Ein Gassensor ist zum Detektieren der Konzentration einer spezifischen Komponente (wie etwa Sauerstoff) im Abgas von einem Verbrennungsmotor verwendet worden. Dieser Gassensor enthält ein darin angeordnetes Sensorelement und das Sensorelement enthält einen plattenförmigen Festelektrolytkörper und mindestens ein Elektrodenpaar, das auf dem Festelektrolytkörper angeordnet ist.
In einer bekannten Gassensorstruktur eines derartigen Typs ist eine der Elektroden innerhalb des Sensorelements angeordnet und dient als ein Referenzelektrodenabschnitt, der als ein Sauerstoffreferenzabschnitt fungiert, als Folge davon, dass Sauerstoff durch den Festelektrolytkörper dort hinein gepumpt wird, und ein Leitungsabschnitt ist mit dem Referenzelektrodenabschnitt verbunden. In dieser Struktur wird veranlasst, dass ein schwacher elektrischer Strom zwischen dem Elektrodenpaar fließt, um Sauerstoff in dem Referenzelektrodenabschnitt zu speichern, und der gespeicherte Sauerstoff wird als Referenzsauerstoff verwendet. Deshalb sollen der Referenzelektrodenabschnitt und der Leitungsabschnitt nicht nur eine elektrische Leitfähigkeit, sondern auch Porosität (Sauerstoffdurchlässigkeit) aufweisen, so dass Sauerstoff in dem Referenzelektrodenabschnitt und dem Leitungsabschnitt gespeichert werden kann.
Bei einer Verfahrensweise, die hinsichtlich des Vorstehenden entwickelt wurde, ist jeweils der Referenzelektrodenabschnitt und der Leitungsabschnitt hauptsächlich aus einem Edelmetall ausgebildet und enthält Keramik, um Porosität aufzuweisen. Zusätzlich ist der Keramikgehalt des Leitungsabschnitts niedriger als der des Referenzelektrodenabschnitts, so dass die elektrische Verbindungsfähigkeit des Leitungsabschnitts verbessert wird. Siehe dazu 5 des japanischen Patents mit der Nummer 4897912 . Bei dieser Verfahrensweise ist ein poröser Abschnitt, der von dem Leitungsabschnitt verschieden ist und eine höhere Gasdurchlässigkeit als der Leitungsabschnitt aufweist, entlang des Festelektrolytkörpers vorgesehen, so dass die Sauerstoffdurchlässigkeit durch den porösen Abschnitt sichergestellt wird.
Es wurde jedoch herausgefunden, dass, wenn der Keramikgehalt einer leitfähigen Schicht, die den Referenzelektrodenabschnitt und den Leitungsabschnitt ausbildet, niedrig ist, eine Kontraktion des Edelmetalls aufgrund eines Sintervorgangs erheblich ist. In diesem Fall kann insbesondere der Leitungsabschnitt, der länger und schmäler als der Referenzelektrodenabschnitt ist, von einem Glied, auf dem die leitfähige Schicht gestapelt ist, getrennt sein (hierin danach als ein „Gegenstück“ bezeichnet) (z. B. der Festelektrolytkörper). Wenn der Leitungsabschnitt von dem Gegenstück getrennt ist, ändert sich der Zustand des Flusses von im Referenzelektrodenabschnitt gespeichertem Sauerstoff durch den Leitungsabschnitt und den porösen Abschnitt und die Ausgabe des Sensors wird unbeständig.
Dementsprechend ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Gassensor bereitzustellen, bei dem eine Trennung einer Referenzleitung von einer Referenzelektrode verhindert wird, um dadurch die Ausgabe des Gassensors zu stabilisieren.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die oben beschriebenen Problem zu beheben, ist ein Gassensor vorgesehen, der ein Sensorelement zum Detektieren eines spezifischen Gases in einem gemessenen Gas umfasst. Das Sensorelement enthält einen plattenförmigen Festelektrolytkörper und ein Elektrodenpaar, das auf dem Festelektrolytkörper angeordnet ist. Das Elektrodenpaar enthält einen Messelektrodenabschnitt, der dem gemessenen Gas ausgesetzt ist, und einen Referenzelektrodenabschnitt, der innerhalb des Sensorelements angeordnet ist und als ein Referenzelektrodenabschnitt fungiert, als Folge davon, dass Sauerstoff durch den Festelektrolytkörper in den Referenzelektrodenabschnitt gepumpt wird. Eine Referenzleitung, die sich innerhalb des Sensorelements erstreckt, und ein Gasdurchlassschichtabschnitt sind mit dem Referenzelektrodenabschnitt verbunden. Der Gasdurchlassschichtabschnitt ist entlang mindestens eines Teils der Referenzleitung gestapelt, weist eine höhere Gasdurchlässigkeit als die Referenzleitung auf und ist in der Lage, Sauerstoff aus dem Gassensorelement nach außen zu leiten. Der Referenzelektrodenabschnitt ist hauptsächlich aus einem Edelmetall ausgebildet und enthält Keramik. Die Referenzleitung ist hauptsächlich aus einem Edelmetall ausgebildet und enthält die Keramik, und der Keramikgehalt der Referenzleitung ist höher als der Keramikgehalt des Referenzelektrodenabschnitts.
In diesem Gassensor ist jeweils der Referenzelektrodenabschnitt und die Referenzleitung hauptsächlich aus dem Edelmetall ausgebildet und enthält Keramik, und der Keramikgehalt der Referenzleitung ist höher als der Keramikgehalt des Referenzelektrodenabschnitts. Da der Keramikgehalt der Referenzleitung hoch ist, wird in diesem Fall die Kontraktion des Edelmetalls, die aufgrund des Sintervorgangs auftritt, reduziert, so dass die Referenzleitung, der vor allem länger und schmäler als der Referenzelektrodenabschnitt ist, daran gehindert wird, sich von dem Gegenstück zu trennen. Deshalb wird der Zustand des Flusses von im Referenzelektrodenabschnitt gespeichertem Sauerstoff durch die Referenzleitung und den Gasdurchlassreferenzabschnitt daran gehindert, sich zu ändern, so dass die Ausgabe des Sensors stabilisiert werden kann.
Darüber hinaus ist der Gasdurchlassschichtabschnitt, der eine höhere Gasdurchlässigkeit als die Referenzleitung aufweist, entlang mindestens eines Teils der Referenzleitung angeordnet, so dass Sauerstoff durch den Gasdurchlassschichtabschnitt nach außen geführt werden kann. Deshalb gewährleistet der Gasdurchlassschichtabschnitt eine Permeation des Sauerstoffs aus dem Referenzelektrodenabschnitt.
In dem Gassensor der vorliegenden Erfindung liegt vorzugsweise der Keramikgehalt der Referenzleitung bei 10,3 Massen-% oder höher.
In diesem Gassensor kann die Trennung der Referenzleitung von dem Gegenstück zuverlässig verhindert werden.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Gassensor erhalten werden, bei dem eine Trennung einer Referenzleitung von einer Referenzelektrode verhindert wird und die Ausgabe des Gassensors stabilisiert wird.
Figurenliste
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben, ohne auf diese beschränkt zu sein.

1 stellt eine Querschnittsansicht eines Gassensors (Sauerstoffsensors) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei die Querschnittsansicht in der Längsrichtung des Gassensors genommen ist.
2 stellt eine schematische auseinandergezogene Perspektivansicht eines Sensorelements dar.
3 stellt eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2 dar.
4 stellt eine Querschnittsansicht dar, die eine Modifikation des Gassensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Gassensors (Sauerstoffsensors) 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Querschnittsansicht in der Längsrichtung (der Richtung einer axialen Linie L) des Gassensors genommen ist. 2 ist eine schematische auseinandergezogene Perspektivansicht eines Sensorelements 100 und 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält der Gassensor 1: das Sensorelement 100 einschließlich einer Sauerstoffkonzentrations-Detektionszelle 140 und eines Heizabschnitts 200, der auf die Sauerstoffkonzentrations-Detektionszelle 140 gestapelt ist; ein metallisches Gehäuse 30, die das Sensorelement 100 usw. darin hält; eine Schutzeinrichtung 24, die an dem vorderen Ende des metallischen Gehäuses 30 angebracht ist, und andere Komponenten. Das Sensorelement 100 ist so angeordnet, um sich in die Richtung der axialen Linie L zu erstrecken, und eine poröse Schutzschicht 20 ist so angeordnet, um den gesamten Umfang eines vorderen Endabschnitts des Sensorelements 100 zu bedecken.
Wie in 2 gezeigt ist, enthält der Heizabschnitt 200 des Sensorelements 100 ein Substrat 101, das auch als erstes Substrat bezeichnet wird, und ein zweites Substrat 103, die hauptsächlich aus Aluminiumoxid ausgebildet sind, und enthält ferner ein Heizelement 102, das zwischen dem Substrat 101 und dem zweiten Substrat 103 sandwichartig angeordnet ist und hauptsächlich aus Platin ausgebildet ist. Das Heizelement 102 enthält einen wärmeerzeugenden Abschnitt 102a, der an einer vorderen Endseite angeordnet ist, und ein Paar Heizleitungsabschnitte 102b, die sich von dem wärmeerzeugenden Abschnitt 102a in der Längsrichtung des Substrats 101 erstrecken. Die Abschlussenden der Heizleitungsabschnitte 102b sind elektrisch mit seitlichen Heizkontaktflächen 120 durch Stromleiter, die in seitlichen Heizflächendurchgangslöchern 101a, die im Substrat 101 ausgebildet sind, ausgebildet sind, verbunden. Ein Stapel des Substrats 101 und des zweiten Substrats 103 entspricht einem isolierenden Keramikkörper.
Die Sauerstoffkonzentrations-Detektionszelle 140 enthält einen Festelektrolytkörper 105 und enthält ferner eine Messelektrode 110 und eine Referenzelektrode 108, die an gegenüberliegenden Seiten des Festelektrolytkörpers 105 ausgebildet sind. Die Messelektrode 110 besteht aus einem Messelektrodenabschnitt 110a und einem Messleitung 110b, die sich von dem Messelektrodenabschnitt 110a in der Längsrichtung des Festelektrolytkörpers 105 erstreckt. Die Referenzelektrode 108 besteht aus einem Referenzelektrodenabschnitt 108a und einer Referenzleitung 108b, die sich von dem Referenzelektrodenabschnitt 108a in der Längsrichtung des Festelektrolytkörpers 105 erstreckt.
Eine Schutzschicht 111 ist vorgesehen, um so die Messelektrode 110 zu bedecken, und ein Gasdurchlassschichtabschnitt 130, der später im Detail beschrieben wird, ist vorgesehen, um so die Referenzleitung 108b zu bedecken.
Ein Abschlussende des Messleitung 110b ist elektrisch mit einer seitlichen Detektionselement-Kontaktfläche 121 durch einen Stromleiter verbunden, der in einem ersten Durchgangsloch 111c, das in der Schutzschicht 111 vorgesehen ist, ausgebildet ist. Ein Abschlussende der Referenzleitung 108b ist elektrisch mit einer anderen seitlichen Detektionselement-Kontaktfläche 121 durch einen Stromleiter verbunden, der in einem zweiten Durchgangsloch 105a, das im Festelektrolytkörper 105 vorgesehen ist, und in einem dritten Durchgangsloch 111a ausgebildet ist, das in der Schutzschicht 111 vorgesehen ist.
Der Festelektrolytkörper 105 wird aus einem aus teilweise stabilisierten Zirkoniumoxid gesinterten Körper ausgebildet, der durch Zugabe von Yttriumoxid (Y₂O₃) oder Calciumoxid (CaO), die als Stabilisator für das Zirkoniumoxid (ZrO₂) dienen, hergestellt wird.
Die Messelektrode 110 und die Referenzelektrode 108 werden jeweils hauptsächlich aus einem Edelmetall ausgebildet und enthalten Keramik. Das verwendete Edelmetall kann ein Platingruppenelement sein. Bevorzugte Beispiele des Platingruppenelements, die diese Elektroden bilden, schließen Pt, Rh und Pd ein. Eines dieser Elemente kann alleine verwendet werden oder eine Kombination von zwei oder mehr kann verwendet werden. Hinsichtlich der Haftung wird es bevorzugt, dass die Keramikkomponente die gleiche ist wie die Hauptkomponente eines Bauteils, auf dem diese Elektroden gestapelt sind (z. B. dem Festelektrolytkörper 105).
Das Heizelement 102, die seitlichen Heizkontaktflächen 120 und die seitlichen Detektionselement-Kontaktflächen 121 können aus einem Platingruppenelement ausgebildet werden.
In Anbetracht der Hitzebeständigkeit und der Oxidationsbeständigkeit wird es mehr bevorzugt, dass das Heizelement 102, die Messelektrode 110, die Referenzelektrode 108, die seitlichen Heizkontaktflächen 120 und die seitlichen Detektionselement-Kontaktflächen 121 hauptsächlich aus Pt ausgebildet sind. Es wird weiterhin mehr bevorzugt, dass das Heizelement 102, die Messelektrode 110, die Referenzelektrode 108, die seitlichen Heizkontaktflächen 120 und die seitlichen Detektionselement-Kontaktflächen 121 zusätzlich zu dem Platingruppenelement, das als die Hauptkomponente fungiert, eine Keramikkomponente enthalten.
Der Gasdurchlassschichtabschnitt 130 ist so gestapelt, um die Referenzleitung 108b zu bedecken (seine dem Festelektrolytkörper 105 gegenüberliegende Seite zu bedecken). Der Gasdurchlassschichtabschnitt 130 hat eine höhere Gasdurchlässigkeit als die Referenzleitung 108b und ist aus einem porösen Aluminiumoxidkörper ausgebildet, der Sauerstoff nach außen führen kann.
Der Gasdurchlassschichtabschnitt 130, der eine höhere Gasdurchlässigkeit als die Referenzleitung 108b aufweist, ist zusätzlich zu der Referenzleitung 108b vorgesehen, und die Sauerstoffdurchlässigkeit der Referenzelektrode 108 wird durch den Gasdurchlassschichtabschnitt 130 sichergestellt.
Ein schwacher elektrischer Strom wird dazu veranlasst, zwischen den Elektroden 108 und 110 der Sauerstoffkonzentrations-Detektionszelle 140 zu fließen, um Sauerstoff in der Referenzelektrode 108 zu speichern, und der gespeicherte Sauerstoff wird als Referenzsauerstoff verwendet.
Die Schutzschicht 111 wird auf einer Oberfläche des Festelektrolytkörpers 105 ausgebildet, so dass die Messelektrode 110 dazwischen sandwichartig angeordnet ist. Die Schutzschicht 111 enthält: einen porösen Elektrodenschutzabschnitt 113a, der den Messelektrodenabschnitt 110a bedeckt, um ihn vor Intoxikation zu schützen; und einen Verstärkungsabschnitt 112, der die Messleitung 110b bedeckt und den Festelektrolytkörper 105 schützt.
Wieder bezugnehmend auf 1 ist das metallische Gehäuse 30 aus SUS430 hergestellt und enthält einen Außengewindeabschnitt 31 zum Befestigen des Gassensors an ein Auslassrohr und einen Sechskantabschnitt 32, mit dem ein Befestigungswerkzeug in Eingriff steht, wenn der Gassensor an das Auslassrohr befestigt wird. Das metallische Gehäuse 30 weist einen seitlichen abgestuften Gehäuseabschnitt 33 auf, der radial nach innen vorragt, und der seitliche abgestufte Gehäuseabschnitt 33 trägt eine metallische Halterung 34, die zum Halten des Sensorelements 100 verwendet wird.
Eine Keramikhalterung 35 und Talkum 36 sind innerhalb der metallischen Halterung 34 in dieser Reihenfolge von der vorderen Endseite angeordnet. Das Talkum 36 enthält Talkum 37, das innerhalb der metallischen Halterung 34 angeordnet ist, und ein zweites Talkum 38, das so angeordnet ist, um sich über das hintere Ende der metallischen Halterung 34 zu erstrecken.
Das Talkum 37 ist komprimiert und in die metallische Halterung 34 gefüllt, und das Gassensorelement 100 wird dadurch an die metallische Halterung 34 montiert. Das zweite Talkum 38 ist komprimiert und in das metallische Gehäuse 30 gefüllt, wodurch die Dichtung zwischen der äußeren Oberfläche des Gassensorelements 100 und der inneren Oberfläche des metallischen Gehäuses 30 bereitgestellt wird. Eine aus Aluminiumoxid ausgebildete Hülle 39 ist an der hinteren Endseite des zweiten Talkums 38 angeordnet. Die Hülle 39 ist in einer abgestuften zylindrischen Form ausgebildet und hat ein axiales Loch 39a, das sich entlang der axialen Linie erstreckt, und das Gassensorelement 100 wird in das axiale Loch 39a eingeführt. Ein Falzabschnitt 30a am hinteren Ende des metallischen Gehäuses 30 ist nach innen gebogen, so dass die Hülle 39 zu dem vorderen Ende des metallischen Gehäuses 30 durch ein aus Edelstahl hergestelltes Ringglied 40 gedrückt wird.
Die metallische Schutzeinrichtung 24, die eine Vielzahl von Gaseinlasslöchern 24a aufweist, ist an den Außenumfang eines vorderen Endabschnitts des metallischen Gehäuses 30 geschweißt, um so einen vorderen Endabschnitt des Gassensorelements 100, der von dem vorderen Ende des metallischen Gehäuses 30 vorragt, zu bedecken. Die Schutzeinrichtung 24 hat eine Doppelstruktur einschließlich einer zylindrischen äußeren Schutzeinrichtung mit geschlossenen Enden 41, die auf der Außenseite angeordnet ist und einen gleichförmigen Außendurchmesser aufweist, und einer zylindrischen inneren Schutzeinrichtung mit geschlossenen Enden 42, die auf der Innenseite angeordnet ist und einen vorderen Endabschnitt 42b und einen hinteren Endabschnitt 42a, der einen größeren Außendurchmesser als der des vorderen Endabschnitts 42b hat, aufweist.
Ein vorderer Endabschnitt eines äußeren Rohrs 25, das aus SUS430 hergestellt ist, ist an einem hinteren Endabschnitt des metallischen Gehäuses 30 angebracht. Ein vorderer Endabschnitt 25a des äußeren Rohrs 25 - wobei der Abschnitt an der vorderen Endseite im Durchmesser erweitert ist - wird zum Beispiel durch Laserschweißen an das metallische Gehäuse 30 angebracht. Eine Trenneinrichtung 50 ist innerhalb eines hinteren Endabschnitts des äußeren Rohrs 25 angeordnet und ein Halteglied 51 ist zwischen der Trenneinrichtung 50 und dem äußeren Rohr 25 eingefügt. Das Halteglied 51 gelangt mit einem vorragenden Abschnitt 50a der Trenneinrichtung 50 in Eingriff, wie später beschrieben wird. Wenn das äußere Rohr 25 gecrimpt ist, ist das Halteglied 51 zwischen dem äußeren Rohr 25 und der Trenneinrichtung 50 montiert.
Ein Einführungsloch 50b, in das Leitungsdrähte 11 bis 14 (der Leitungsdraht 14 ist nicht dargestellt) für die Sauerstoffkonzentrations-Detektionszelle 140 und den Heizabschnitt 200 eingeführt werden, ist in der Trenneinrichtung 50 ausgebildet, um so durch diesen von dem vorderen Ende zu dem hinteren Ende zu verlaufen. Verbindungsanschlüsse 16, die die Leitungsdrähte 11 bis 14 mit den seitlichen Detektionselement-Kontaktflächen 121 der Sauerstoffkonzentrations-Detektionszelle 140 und den seitlichen Heizkontaktflächen 120 des Heizabschnitts 200 verbinden, sind in dem Einführungsloch 50b angeordnet. Die Leitungsdrähte 11 bis 14 sind mit einem nicht dargestellten externen Verbinder verbunden und elektrische Signale werden (für die Eingabe und Ausgabe der elektrischen Signale) durch den Verbinder zwischen den Leitungsdrähten 11 bis 14 und einer externen Vorrichtung wie einer ECU übertragen. Obwohl nicht im Detail dargestellt, weist jeder der Leitungsdrähte 11 bis 14 eine Struktur auf, in der ein leitender Draht mit einer isolierenden Harzbeschichtung überzogen ist.
Ein ungefähr zylindrischer Gummideckel 52 ist an der hinteren Endseite der Trenneinrichtung 50 angeordnet, um eine hintere Öffnung 25b des äußeren Rohrs 25 zu schließen. Der Gummideckel 52 wird in das hintere Ende des äußeren Rohrs 25 eingeführt und an das äußere Rohr 25 montiert, indem der Außenumfang des äußeren Rohrs 25 radial nach innen gecrimpt wird. Einführungslöcher 52a, in die die Leitungsdrähte 11 bis 14 eingeführt werden, sind im Gummideckel 52 ausgebildet, um sich so dort hindurch von dem vorderen Ende zu dem hinteren Ende zu erstrecken.
Als Nächstes mit Bezug auf 3 werden die Zusammensetzung des Referenzelektrodenabschnitts 108a, die Zusammensetzung der Referenzleitung 108b und der Gasdurchlassschichtabschnitt 130 beschrieben, die die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2 und in einer Ebene geschnitten, die parallel zur Richtung der axialen Linie L und der Stapelrichtung ist.
Die Referenzleitung 108b ist mit dem Referenzelektrodenabschnitt 108a derart verbunden, dass die Referenzleitung 108b das hintere Ende des Referenzelektrodenabschnitts 108a überlappt. Die Referenzleitung 108b erstreckt sich in die Richtung der axialen Linie L des Sensorelements 100 und befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Festelektrolytkörpers 105 (seiner Oberfläche an der Seite zum Heizabschnitt 200 hin). Das hintere Ende der Referenzleitung 108b ist mit einem Durchgangslochleiter 121w verbunden, der an den Seitenwänden des zweiten Durchgangslochs 105a und des dritten Durchgangslochs 111a angeordnet ist.
Der Gasdurchlassschichtabschnitt 130 ist auf einer Oberfläche der Referenzleitung 108b (ihrer Oberfläche auf der Seite zum Heizabschnitt 200 hin) gestapelt, mit dem hinteren Ende des Referenzelektrodenabschnitts 108a verbunden und erstreckt sich in die Richtung der axialen Linie L des Sensorelements 100. Ein hinterer Endabschnitt des Gasdurchlassschichtabschnitts 130 erstreckt sich über das hintere Ende der Referenzleitung 108b und erstreckt sich weiter nach hinten über das zweite Durchgangsloch 105a und das dritte Durchgangsloch 111a.
Deshalb ist eine Oberfläche eines hinteren Endabschnitts des Gasdurchlassschichtabschnitts 130 (seine Oberfläche an der Seite zum Festelektrolytkörper 105 hin) innerhalb des zweiten Durchgangslochs 105a und des dritten Durchgangslochs 111a freigelegt und Sauerstoff kann durch die Durchgangslöcher nach außen geleitet werden. In dem Beispiel in 3 bedeckt der Gasdurchlassschichtabschnitt 130 die gesamte Referenzleitung 108b.
Wie oben beschrieben, sind der Referenzelektrodenabschnitt 108a und die Referenzleitung 108b hauptsächlich aus einem Edelmetall ausgebildet und enthalten Keramik, und der Keramikgehalt der Referenzleitung 108b ist höher als der Keramikgehalt des Referenzelektrodenabschnitts 108a. Da der Keramikgehalt der Referenzleitung 108b groß ist, wird in diesem Fall die Kontraktion des Edelmetalls, die aufgrund des Sinterns auftritt, reduziert, so dass vor allem die Referenzleitung 108b, die länger und schmäler als der Referenzelektrodenabschnitt 108b ist, daran gehindert wird, sich von einem Gegenstück (dem Festelektrolytkörper 105 usw.) zu trennen. Deshalb wird der Zustand des Flusses von im Referenzelektrodenabschnitt 108a gespeichertem Sauerstoff durch die Referenzleitung 108b und den Gasdurchlassschichtabschnitt 130 daran gehindert, sich zu ändern, so dass die Ausgabe des Sensors stabilisiert werden kann.
Insbesondere kann eine Abtrennung der Referenzleitung 108b von dem Gegenstück (dem Festelektrolytkörper 105 usw.) zuverlässig verhindert werden, wenn der Keramikgehalt der Referenzleitung 108b 10,3 Massen-% oder mehr beträgt.
Darüber hinaus ist der Gasdurchlassschichtabschnitt 130, der eine höhere Gasdurchlässigkeit als die Referenzleitung 108b aufweist, entlang mindestens eines Teils der Referenzleitung 108b angeordnet, und Sauerstoff kann durch den Gasdurchlassschichtabschnitt 130 nach außen geleitet werden. Deshalb gewährleistet der Gasdurchlassschichtabschnitt 130 das Durchdringen von Sauerstoff aus dem Referenzelektrodenabschnitt 108a.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und kann bei jeglichem Gassensor (Sensorelement) angewandt werden, der einen Heizabschnitt und einen Detektionselementabschnitt enthält, der einen Festelektrolytkörper und ein Elektrodenpaar enthält, und kann auch bei dem Sauerstoffsensor (Sauerstoffsensorelement) in der vorliegenden Ausführungsform und Nox-Sensoren (Nox-Sensorelementen) angewandt werden. Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anwendungen begrenzt ist und zahlreiche Modifikationen und Entsprechungen innerhalb des Konzepts und des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung einschließt. Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel bei HC-Sensoren (HC-Sensorelementen), die die Konzentration von HC detektieren, angewandt werden.
Es ist nur notwendig, dass der Gasdurchlassschichtabschnitt entlang mindestens eines Teils der Referenzleitung gestapelt wird, aber es ist keine Begrenzung bei der Stapelrichtung vorgegeben.
Zum Beispiel kann ein Gasdurchlassschichtabschnitt 132 in einer wie in 4 gezeigten Weise vorgesehen sein. Im Besonderen ist der Gasdurchlassschichtabschnitt 132 mit dem Referenzelektrodenabschnitt 108a derart verbunden, dass der Gasdurchlassschichtabschnitt 132 das hintere Ende des Referenzelektrodenabschnitts 108a überlappt. Der Gasdurchlassschichtabschnitt 132 erstreckt sich in die Richtung der axialen Linie L des Sensorelements 100 und befindet sich in Kontakt mit einer Oberfläche des Festelektrolytkörpers 105 (seiner Oberfläche zum Heizabschnitt 200 hin). In diesem Fall kann eine Referenzleitung 108b2 auf einer Oberfläche des Gasdurchlassschichtabschnitts 132 (seiner Oberfläche zum Heizabschnitt 200 hin) gestapelt sein, mit dem hinteren Ende des Referenzelektrodenabschnitts 108a verbunden sein und sich in die Richtung der axialen Linie L des Sensorelements 100 erstrecken.
In der Ausführungsform von 4 ist das hintere Ende des Gasdurchlassschichtabschnitts 132 mit dem vorderen Ende einer seitlichen Detektionselement-Kontaktfläche 123 verbunden. Ein hinterer Endabschnitt der Referenzleitung 108b2 erstreckt sich nach hinten über das hintere Ende des Gasdurchlassschichtabschnitts 132 und überlappt eine Oberfläche der seitlichen Detektionselement-Kontaktfläche 123, wobei die Oberfläche zum Heizabschnitt 200 weist. Insbesondere bedeckt in der Ausführungsform von 4 der Gasdurchlassschichtabschnitt 132 einen Teil der Referenzleitung 108b2.
In der Ausführungsform von 4 liegt das hintere Ende des Gasdurchlassschichtabschnitts 132 innerhalb eines Lüftungslochs 100h, das durch eine Seitenoberfläche des Sensorelements 100 mit der äußeren Umgebung in Kommunikation steht, frei und Sauerstoff wird durch das Lüftungsloch 100h nach außen geleitet.
Die seitliche Detektionselement-Kontaktfläche 123 wird durch ein vollständiges Ausfüllen des zweiten Durchgangslochs 105a und des dritten Durchgangslochs 111a mit einem Stromleiter ausgebildet. Obwohl die Durchgangslöcher wie in 4 vollständig mit dem Stromleiter ausgefüllt sind, liegt der Gasdurchlassschichtabschnitt 132 durch eine Öffnung oder Loch, die bzw. das von den Durchgangslöchern verschieden ist, nach außen frei, so dass der Gasdurchlassschichtabschnitt 132 Sauerstoff nach außen leiten kann.
BEISPIEL 1
Das plattenförmige Sensorelement (Sauerstoffsensorelement) 100, das in den 2 und 3 gezeigt ist, wurde hergestellt. Der Referenzelektrodenabschnitt 108a und die Referenzleitung 108b wurden ausgebildet, indem unterschiedliche Pasten, die hauptsächlich aus Pt bestehen, gedruckt wurden und Keramik (YSZ) enthalten ist. Genauer gesagt wurde eine Vielzahl von Proben der Sensorelemente 100 hergestellt. In diesem Fall wurde der Keramikgehalt der Referenzleitung 108b geändert, wie in Tabelle 1 gezeigt ist. In jeder Zusammensetzung, die Keramik enthält und in Tabelle 1 gezeigt ist, ist der Überschuss Pt.
Jedes grüne Sensorelement wurde 3 Stunden lang bei 1500 °C gebrannt, um die Elektroden und die Leitungen zu sintern, und dann in der Stapelrichtung und entlang der Längsrichtung der Referenzleitung 108b geschnitten, und das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Spalts zwischen dem Festelektrolytkörper 105 und der Referenzleitung 108b wurde durch Ultraschallprüfung untersucht.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Keramikgehalt (Massen-%)		Spalt mit Festelektrolytkörper
Referenzleitung	Referenzelektrodenabschnitt	Spalt mit Festelektrolytkörper
5,4 %	9,8 %	Ja
8,3 %	9,8 %	Ja
9,1 %	9,8 %	Ja
10,3 %	9,8 %	Nein
10,7 %	9,8 %	Nein
11,1 %	9,8 %	Nein
13,0 %	9,8 %	Nein
15,3 %	9,8 %	Nein

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wird kein Spalt zwischen dem Festelektrolytkörper 105 und der Referenzleitung 108b ausgebildet, wenn der Keramikgehalt der Referenzleitung 108b höher ist als der des Referenzelektrodenabschnitts 108a und 10,3 Massen-% oder mehr beträgt, und die Referenzleitung 108b kann effektiv daran gehindert werden, sich von dem Gegenstück (dem Festelektrolytkörper 105) zu trennen.
Bezugszeichenliste

1:: Gassensor
100:: Sensorelement
105:: Festelektrolytkörper
108a:: Referenzelektrodenabschnitt
108b, 108b2:: Referenzleitung
110a:: Messelektrodenabschnitt
130, 132:: Gasdurchlassschichtabschnitt
L:: axiale Linie

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 4897912 [0004]

Claims

Gassensor (1), umfassend ein Sensorelement (100) zum Detektieren eines spezifischen Gases in einem gemessenen Gas, wobei das Sensorelement (100) einen plattenförmigen Festelektrolytkörper (105) und ein Elektrodenpaar, das auf dem Festelektrolytkörper (105) angeordnet ist, enthält, wobei das Elektrodenpaar einen Messelektrodenabschnitt (110a) enthält, der dem gemessenen Gas ausgesetzt ist, und einen Referenzelektrodenabschnitt (108a), der innerhalb des Sensorelements (100) angeordnet ist und als ein Sauerstoffreferenzabschnitt fungiert, als Folge davon, dass Sauerstoff durch den Festelektrolytkörper (105) in den Referenzelektrodenabschnitt gepumpt wird, wobei eine Referenzleitung (108b, 108b2), die sich innerhalb des Sensorelements (100) erstreckt, und ein Gasdurchlassschichtabschnitt (130, 132) mit dem Referenzelektrodenabschnitt (108a) verbunden sind, wobei der Gasdurchlassschichtabschnitt (130, 132) entlang mindestens eines Teils der Referenzleitung (108b, 108b2) gestapelt ist und eine höhere Gasdurchlässigkeit als die Referenzleitung (108b, 108b2) aufweist und in der Lage ist, Sauerstoff aus dem Gassensorelement (100) zu leiten, wobei der Referenzelektrodenabschnitt (108a) hauptsächlich aus einem Edelmetall ausgebildet ist und Keramik enthält, und wobei die Referenzleitung (108b, 108b2) hauptsächlich aus einem Edelmetall ausgebildet ist und Keramik enthält, und der Keramikgehalt der Referenzleitung (108b, 108b2) höher ist als der Keramikgehalt des Referenzelektrodenabschnitts (108a).
Gassensor (1) nach Anspruch 1, wobei der Keramikgehalt der Referenzleitung (108b, 108b2) 10,3 Massen-% oder mehr beträgt.