DE102019001514A1

DE102019001514A1 - Sensorelement und Gassensor

Info

Publication number: DE102019001514A1
Application number: DE102019001514.2A
Authority: DE
Inventors: Taku Okamoto; Akira Sasaki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-03-13
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2019-09-19
Also published as: CN110274942A; US10996191B2; JP6999455B2; JP2019158554A; US20190285571A1; CN110274942B

Abstract

Ein Sensorelement 31, das ein Sensorelement vom Mischpotenzialtyp ist, das eine bestimmte Gaskonzentration in einem Messobjektgas detektiert, beinhaltet einen Element-Hauptkörper 40 mit einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolytkörper, eine Detektionselektrode 51, die an einer äußeren Oberfläche des Element-Hauptkörpers 40 angeordnet ist und Pt und Au enthält, eine Referenzelektrode 53, die im Element-Hauptkörper 40 angeordnet ist, eine Anschlussklemme für Detektionselektrode 58, die auf der Außenseite des Element-Hauptkörpers 40 angeordnet ist, ein Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57, der Pt enthält, auf der Außenseite des Element-Hauptkörpers 40 angeordnet ist und elektrisch zwischen der Detektionselektrode 51 und der Anschlussklemme für die Detektionselektrode 58 verbunden ist, eine untere Isolierschicht 71, die zwischen dem Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 und dem Element-Hauptkörper 40 angeordnet ist und die beiden gegeneinander isoliert, und eine obere Isolierschicht 72, die eine Oberfläche des Leitungsabschnitts für die Detektionselektrode 57 bedeckt und eine Porosität von 10% oder weniger aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement und einen Gassensor.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bislang waren Sensorelemente bekannt, die eine bestimmte Gaskonzentration wie z.B. eine Ammoniakkonzentration in einem Messobjektgas, z.B. ein Abgas eines Autos, erfassen. So beschreibt beispielsweise PTL 1 ein Sensorelement vom Mischpotenzialtyp mit einer Detektionselektrode und einer Referenzelektrode, bereitgestellt auf einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten. Die Detektionselektrode ist auf einer Oberfläche des Sensorelements angeordnet. Das Sensorelement weist Anschlussklemmen und Verdrahtungsmuster auf, die den darin gebildeten Einzelelektroden entsprechen. Da im Sensorelement eine Potenzialdifferenz basierend auf einer bestimmten Gaskonzentration in einem Messobjektgas zwischen der Detektionselektrode und der Referenzelektrode auftritt, kann die bestimmte Gaskonzentration über die Potenzialdifferenz erfasst werden.
ZITATENLISTE
PATENTLITERATUR
PTL 1: JP 2017-116371 A
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
In einem Sensorelement, das mit einer Detektionselektrode und einem Verdrahtungsmuster (Leitungsabschnitt), wie in PTL 1 beschrieben, versehen ist, wird in einigen Fällen zu erzeugende Potenzialdifferenz (elektromotorische Kraft) nicht erzeugt (die elektromotorische Kraft nimmt ab), d.h. es kommt zu Anomalitäten in der elektromotorischen Kraft.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um ein solches Problem zu lösen, und ein Hauptziel der Erfindung ist es, ein Sensorelement bereitzustellen, bei dem eine Anomalität der elektromotorischen Kraft unwahrscheinlich ist.
Im Ergebnis gründlicher Studien haben die Erfinder festgestellt, dass mit zunehmender Nutzungsdauer eines Sensorelements die Menge an Au in einer Detektionselektrode in einigen Fällen abnimmt. Die Erfinder sind der Ansicht, dass der Grund für die Anomalität der elektromotorischen Kraft darin besteht, dass Au in der Detektionselektrode verdampft und auf einem Pt-haltigen Leitungsabschnitt abgeschieden wird (haftet), und haben festgestellt, dass zur Unterdrückung der Adhäsion von Au an dem Leitungsabschnitt durch Abdecken der Oberfläche des Leitungsabschnitts mit einer Isolierschicht eine Anomalität der elektromotorischen Kraft unterdrückt werden kann, was zur Vollendung der vorliegenden Erfindung geführt hat.
Das heißt, ein Sensorelement der vorliegenden Erfindung, das ein Sensorelement vom Mischpotenzialtyp ist, das eine bestimmte Gaskonzentration in einem Messobjektgas detektiert, beinhaltet einen Element-Hauptkörper mit einem sauerstoffleitenden Festelektrolytkörper, eine Detektionselektrode, die auf einer äußeren Oberfläche des Element-Hauptkörpers angeordnet ist und Pt und Au enthält, eine Referenzelektrode, die im Element-Hauptkörper angeordnet ist, eine Anschlussklemme für eine Detektionselektrode, die auf der Außenseite des Element-Hauptkörpers angeordnet ist, einen Leitungsabschnitt für Detektionselektrode, der Pt enthält, an der Außenseite des Element-Hauptkörpers angeordnet ist und elektrisch zwischen der Detektionselektrode und der Anschlussklemme für Detektionselektrode verbunden ist, eine untere Isolierschicht, die zwischen dem Leitungsabschnitt für Detektionselektrode und dem Element-Hauptkörper angeordnet ist und die beiden gegeneinander isoliert, und eine obere Isolierschicht, die eine Oberfläche des Leitungsabschnitts für Detektionselektrode bedeckt und eine Porosität von 10% oder weniger aufweist.
Im Sensorelement ist die Oberfläche des Leitungsabschnitts für eine Detektionselektrode mit einer dichten oberen Isolierschicht mit einer Porosität von 10% oder weniger bedeckt. Daher ist es möglich, im Sensorelement das Auftreten eines Phänomens zu unterdrücken, bei dem in der Detektionselektrode Au verdampft und am Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode haftet, und eine Anomalität der elektromotorischen Kraft unwahrscheinlich ist.
Im Sensorelement der vorliegenden Erfindung kann die obere Isolierschicht eine Dicke von 1 µm oder mehr aufweisen. Wenn die Dicke der oberen Isolierschicht 1 µm oder mehr beträgt, kann die Haftung von Au am Leitungsabschnitt für eine Detektionselektrode zuverlässiger unterdrückt werden. Die obere Isolierschicht kann eine Dicke von 5 µm) oder mehr aufweisen.
Im Sensorelement der vorliegenden Erfindung kann die obere Isolierschicht eine Dicke von 40 µm oder weniger aufweisen. Bei einer Dicke der oberen Isolierschicht von 40 µm oder weniger kann der Bruch des Sensorelements aufgrund eines Unterschieds in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Festelektrolytkörper und der oberen Isolierschicht unterdrückt werden.
Im Sensorelement der vorliegenden Erfindung kann die obere Isolierschicht aus einer Keramik gebildet werden, die ein Metalloxid mit isolierenden Eigenschaften enthält. Darüber hinaus kann das Metalloxid mit isolierenden Eigenschaften ein oder mehrere sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Spinell, Titanoxid, Mullit und Forsterit. Diese Materialien eignen sich als Material für die obere Isolierschicht.
Ein Gassensor der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Sensorelement gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Daher können im Gassensor die gleichen Effekte wie beim Sensorelement der vorliegenden Erfindung erzielt werden, z.B. ein Effekt, bei dem eine Anomalität der elektromotorischen Kraft unwahrscheinlich ist.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Struktur eines Gassensors 30 darstellt.
2 ist eine Draufsicht auf ein Sensorelement 31 mit Ausnahme einer porösen Schutzschicht 48.
3 ist eine A-A-Schnittansicht von 2.
4 ist eine Grafik, die die Ausgangseigenschaften eines Sensorelements 31 in jedem der experimentellen Beispiele 1 bis 6 darstellt.
5 ist eine Grafik, die die Ausgangseigenschaften eines Sensorelements 31 nach dem Entfernen einer Detektionselektrode in jedem der experimentellen Beispiele 1 bis 6 darstellt.
6 ist eine Grafik, die die Ausgangseigenschaften eines Sensorelements 31 nach einem Dauertest in jedem der experimentellen Beispiele 1 bis 6 darstellt.
7 ist ein REM-Bild einer Oberfläche einer Detektionselektrode 51 vor der Dauerprüfung im experimentellen Beispiel 6.
8 ist ein REM-Bild einer Oberfläche einer Detektionselektrode 51 nach dem Dauertest im experimentellen Beispiel 6.
9 ist ein REM-Bild einer Oberfläche einer Detektionselektrode 51 nach dem Dauertest im experimentellen Beispiel 1.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG IM EINZELNEN
Als nächstes wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Struktur eines Gassensors 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 ist eine Draufsicht auf ein Sensorelement 31 mit Ausnahme einer porösen Schutzschicht 48. 3 ist eine A-A-Schnittansicht von 2. Das Sensorelement 31 hat eine lange rechteckige Quaderform. Wie in den 1 bis 3 dargestellt, ist eine Längsrichtung eines Element-Hauptkörpers 40 des Sensorelements 31 als Vorder-Rückseiten-Richtung (Längsrichtung), eine Stapelrichtung (Dickenrichtung) des Element-Hauptkörpers 40 als vertikale Richtung und eine Richtung senkrecht zur Vorder-Rückseiten-Richtung und die vertikale Richtung als linksrechts-Richtung (Breitenrichtung) definiert.
Der Gassensor 30 wird beispielsweise in ein Rohr, wie beispielsweise ein Abgasrohr eines Fahrzeugmotors, eingebaut und dient zur Messung einer bestimmten Gaskonzentration, d.h. einer Konzentration eines bestimmten Gases in einem Abgas als Messobjektgas. Beispiele für das bestimmte Gas sind Ammoniak (NH₃), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC). In dieser Ausführungsform misst der Gassensor 30 eine Ammoniakkonzentration als bestimmte Gaskonzentration. Der Gassensor 30 beinhaltet ein Sensorelement 31.
Das Sensorelement 31 beinhaltet einen Element-Hauptkörper 40, eine Detektionselektrode 51, eine Referenzelektrode 53, einen Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57, eine Anschlussklemme für Detektionselektrode 58, einen Heizer 62, eine Heizerklemme 68, eine untere Isolierschicht 71 und eine obere Isolierschicht 72.
Der Element-Hauptkörper 40 beinhaltet vier Schichten: eine erste Substratschicht 41, eine zweite Substratschicht 42, eine Abstandshalterschicht 43 und eine Festelektrolytschicht 44, die jeweils aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolytkörper gebildet sind. Der Element-Hauptkörper 40 weist eine plattenartige Struktur auf, bei der die vier Schichten 41 bis 44 in dieser Reihenfolge von der Unterseite in 1 gestapelt sind. Der Festelektrolyt, aus dem die vier Schichten bestehen, ist dicht und luftdicht. Eine Stirnseite des Element-Hauptkörpers 40 ist einem Messobjektgas ausgesetzt. Darüber hinaus wird innerhalb des Element-Hauptkörpers 40 ein Referenzgaseinleitungsraum 46 an einer Stelle gebildet, die zwischen einer oberen Oberfläche der zweiten Substratschicht 42 und einer unteren Oberfläche der Festelektrolytschicht 44 angeordnet und durch die Abstandshalterschicht 43 an deren Seite begrenzt ist. Der Referenzgaseinleitungsraum 46 weist auf der Rückseite des Sensorelements 31 eine Öffnung auf. So wird beispielsweise Luft in den Referenzgaseinleitungsraum 46 als Referenzgas bei der Messung der Ammoniakkonzentration eingeleitet. Beispiele für den sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten sind Zirkoniumdioxid (ZrO₂). Jede der Schichten 41 bis 44 kann Zirkoniumdioxid als Hauptkomponente enthalten. Jede der Schichten 41 bis 44 des Element-Hauptkörpers 40 kann ein Substrat aus einem Zirkoniumdioxid-Festelektrolyten sein, dem 3 bis 15 Mol-% Yttriumdioxid (Y₂O₃) als Stabilisator (Yttriumdioxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ)-Substrat) zugesetzt sind.
Die Detektionselektrode 51 ist an der Außenfläche des Element-Hauptkörpers 40 angeordnet. Genauer gesagt, ist die Detektionselektrode 51 auf der Stirnseite der oberen Oberfläche der Festelektrolytschicht 44 im Element-Hauptkörper 40 angeordnet. Die Detektionselektrode 51 ist eine poröse Elektrode. Die Detektionselektrode 51, die Festelektrolytschicht 44 und die Referenzelektrode 53 bilden eine Mischpotenzialzelle 55. Wenn in der Mischpotenzialzelle 55 ein Messobjektgas um die Detektionselektrode 51 herum an einer dreiphasigen Grenze zwischen einem Edelmetall, einem Festelektrolyten und einem Messobjektgas vorhanden ist, löst ein bestimmtes Gas (in diesem Beispiel Ammoniak) im Messobjektgas eine elektrochemische Reaktion aus. Dadurch wird in der Detektionselektrode 51 entsprechend der Ammoniakkonzentration im Messobjektgas ein Mischpotenzial (elektromotorische Kraft EMF) erzeugt. Ein elektromotorischer Kraft EMF-Wert zwischen der Detektionselektrode 51 und der Referenzelektrode 53 wird verwendet, um eine Ammoniakkonzentration im Messobjektgas abzuleiten. Die Detektionselektrode 51 enthält als Hauptkomponente ein Material, das gemäß einer Ammoniakkonzentration ein Mischpotenzial erzeugt und eine Detektionsempfindlichkeit gegenüber einer Ammoniakkonzentration aufweist. Insbesondere enthält die Detektionselektrode 51 als Edelmetall Pt (Platin) und Au (Gold). Vorzugsweise enthält die Detektionselektrode 51 als Hauptkomponente eine Au-Pt-Legierung. Die Hauptkomponente der Detektionselektrode 51 bezieht sich hier auf eine Komponente mit der höchsten Häufigkeit (atm%, Atomprozent) unter allen in der Detektionselektrode 51 enthaltenen Komponenten. Der Konzentrationsgrad (= Au-Isotopenhäufigkeit [Atom%]/(Au-Isotopenhäufigkeit [Atom%] + Pt-Isotopenhäufigkeit [Atom%]) x 100), gemessen mit Hilfe der Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) der Detektionselektrode 51, beträgt beispielsweise 40% oder mehr. Der Konzentrationsgrad kann 45% oder mehr betragen. Der Konzentrationsgrad der Detektionselektrode 51 bezeichnet den Konzentrationsgrad der Oberfläche in einer Oberfläche aus Edelmetallteilchen der Detektionselektrode 51. So ist beispielsweise bei einem Konzentrationsgrad von 50% in einer Oberfläche aus Edelmetallteilchen, die die Detektionselektrode 51 bilden, eine Fläche eines Abschnitts, an dem Pt exponiert ist, gleich einer Fläche eines Abschnitts, an dem Au Pt bedeckt. Die Au-Isotopenhäufigkeit [Atom%] wird als Au-Isotopenhäufigkeit in einer Oberfläche aus Edelmetallteilchen der Detektionselektrode 51 bestimmt. Ebenso wird die Pt-Isotopenhäufigkeit [Atom%] als Pt-Isotopenhäufigkeit in einer Oberfläche aus Edelmetallteilchen der Detektionselektrode 51 bestimmt. Die Oberfläche von Edelmetallteilchen kann als Oberfläche (z.B. obere Oberfläche in 1) der Detektionselektrode 51 oder als Querschnitt der Detektionselektrode 51 eingestellt werden. Für den Fall, dass eine Oberfläche (obere Oberfläche in 1) der Detektionselektrode 51 exponiert wird, kann der Konzentrationsgrad in der Oberfläche gemessen werden. Andererseits wird, wie in dieser Ausführungsform, im Falle, dass die Detektionselektrode 51 mit der porösen Schutzschicht 48 bedeckt ist, durch Messen eines Querschnitts (Querschnitt entlang der vertikalen Richtung) der Detektionselektrode 51 mittels XPS der Konzentrationsgrad bestimmt. Mit zunehmendem Konzentrationsgrad nimmt die Pt-Isotopenhäufigkeit in der Oberfläche der Detektionselektrode 51 ab, und dadurch ist es möglich, Ammoniak im Messobjektgas zu unterdrücken, damit es nicht durch Pt um die Detektionselektrode 51 herum zersetzt wird. Daher neigt die Ableitungsgenauigkeit der Ammoniakkonzentration unter Verwendung des Gassensors 30 mit zunehmendem Konzentrationsgrad zu einer Verbesserung. Es ist zu beachten, dass die Obergrenze des Konzentrationsgrades nicht besonders begrenzt ist und beispielsweise der Konzentrationsgrad der Detektionselektrode 51 100% betragen kann. Der Konzentrationsgrad der Detektionselektrode 51 kann jedoch 50% oder weniger betragen. Die Detektionselektrode 51 kann eine poröse Cermet-Elektrode sein, die aus einer Au-Pt-Legierung und Zirkoniumdioxid besteht.
Die Referenzelektrode 53 ist eine poröse Elektrode, die im Inneren des Element-Hauptkörpers 40 angeordnet ist. Insbesondere ist die Referenzelektrode 53 auf der unteren Oberfläche der Festelektrolytschicht 44 angeordnet, d.h. eine Seite der Festelektrolytschicht 44 gegenüber der Seite, auf der die Detektionselektrode 51 angeordnet ist. Die Referenzelektrode 53 wird dem Referenzgaseinleitungsraum 46 ausgesetzt, und ein Referenzgas (in diesem Beispiel Luft) innerhalb des Referenzgaseinleitungsraums 46 wird in die Referenzelektrode 53 eingeleitet. Das Potenzial der Referenzelektrode 53 dient als Referenz für die elektromotorische Kraft EMF. Zu beachten ist, dass die Referenzelektrode 53 nur ein Edelmetall mit katalytischer Aktivität sein muss. So kann beispielsweise als Referenzelektrode 53 Pt, Ir, Rh, Pd oder eine Legierung verwendet werden, die mindestens eines davon enthält. In dieser Ausführungsform ist die Referenzelektrode 53 aus Pt. Die Referenzelektrode 53 kann eine poröse Cermet-Elektrode aus Pt und Zirkoniumoxid sein.
Der Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 ist ein Leiter zur elektrischen Verbindung der Detektionselektrode 51 und der Anschlussklemme für Detektionselektrode 58. Der Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 befindet sich auf der Außenseite des Element-Hauptkörpers 40. Genauer gesagt, ist der Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 auf der oberen Oberfläche des Element-Hauptkörpers 40 so angeordnet, dass er sich entlang der Vorder-Rückseiten-Richtung erstreckt. Der Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 enthält Pt. Der Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 kann ein Leiter sein, der Pt als Hauptbestandteil enthält. Der Begriff „Hauptkomponente“ bezieht sich auf eine Komponente mit einem Volumenanteil von 50 Vol.-% oder mehr oder eine Komponente mit dem höchsten Volumenanteil unter allen Komponenten. Der Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 kann aus Pt und zufälligen Verunreinigungen bestehen. Vorzugsweise enthält der Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 kein Au. Die Dicke des Leitungsabschnitts für die Detektionselektrode 57 beträgt beispielsweise 5 µm oder mehr und 15 µm oder weniger.
Die Anschlussklemme für Detektionselektrode 58 befindet sich auf der Außenseite des Element-Hauptkörpers 40. Genauer gesagt, ist die Anschlussklemme für die Detektionselektrode 58 auf der Rückseite der oberen Oberfläche des Element-Hauptkörpers 40 angeordnet. Die Anschlussklemme für Detektionselektrode 58 kann aus dem gleichen Material wie das des Leitungsabschnitts für Detektionselektrode 57 gebildet werden und ist in dieser Ausführungsform aus Pt gebildet. Die Anschlussklemme für die Detektionselektrode 58 kann ein Leiter sein, der Pt als Hauptkomponente enthält. Zu beachten ist, dass ein Leitungsabschnitt für eine Referenzelektrode (nicht dargestellt), der mit der Referenzelektrode 53 elektrisch verbunden ist und ein Verdrahtungsmuster, ein Durchgangsloch und dergleichen beinhaltet, auf dem Element-Hauptkörper 40 angeordnet ist. Weiterhin ist eine Anschlussklemme für eine Referenzelektrode (nicht dargestellt), die mit dem Leitungsabschnitt für eine Referenzelektrode elektrisch verbunden ist, auf der oberen oder unteren Oberfläche der hinteren Endseite des Element-Hauptkörpers 40 angeordnet. Die elektromotorische Kraft EMF der gemischten Potenzialzelle 55 wird von der Außenseite über die Anschlussklemme für Detektionselektrode 58 und die Anschlussklemme für Referenzelektrode gemessen.
Die poröse Schutzschicht 48 bedeckt die Stirnseite der Oberfläche des Element-Hauptkörpers 40 einschließlich der Detektionselektrode 51. Wie in 1 dargestellt, bedeckt die poröse Schutzschicht 48 auch einen Teil der oberen Oberfläche der oberen Isolierschicht 72. So spielt beispielsweise die poröse Schutzschicht 48 eine Rolle bei der Unterdrückung von Rissbildung im Sensorelement 31 durch Anhaftung von Feuchtigkeit und dergleichen im Messobjektgas. Die poröse Schutzschicht 48 ist beispielsweise aus einer Keramik gebildet, die als Hauptkomponente eines von Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Spinell, Cordierit, Titanoxid und Magnesiumoxid enthält. In dieser Ausführungsform ist die poröse Schutzschicht 48 aus Aluminiumoxid gebildet. Die poröse Schutzschicht 48 hat eine Dicke von z.B. 20 bis 1000 µm. Die poröse Schutzschicht 48 weist eine Porosität von z.B. 15% bis 60% auf. Das Sensorelement 31 darf nicht mit einer porösen Schutzschicht 48 versehen sein.
Der Heizer 62 spielt eine Rolle bei der Temperatureinstellung der Erwärmung des Element-Hauptkörpers 40 (insbesondere der Festelektrolytschicht 44) und seiner Warmhaltung, um die Sauerstoffionenleitfähigkeit durch Aktivierung des Festelektrolyten des Element-Hauptkörpers 40 zu erhöhen. Der Heizer 62 ist ein elektrischer Widerstand, der vertikal zwischen der ersten Substratschicht 41 und der zweiten Substratschicht 42 angeordnet ist. Der Heizer 62 ist mit einer Heizerklemme 68, die auf der Rückseite der unteren Oberfläche des Element-Hauptkörpers 40 angeordnet ist, über einen Zuleitungsdraht und ein Durchgangsloch im Inneren des Element-Hauptkörpers 40 verbunden. Der Heizer 62 erzeugt Wärme, wenn ihm elektrischer Strom von der Außenseite über die Heizerklemme 68 zugeführt wird. Die Mischpotenzialzelle 55 (insbesondere die Festelektrolytschicht 44) wird durch Wärmeerzeugung des Heizers 62 auf eine vorgegebene Betriebstemperatur gesteuert. Die Betriebstemperatur kann beispielsweise auf 600°C oder höher und 700°C oder niedriger eingestellt werden.
Die untere Isolierschicht 71 ist ein Isolator, der zwischen dem Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 und dem Element-Hauptkörper 40 angeordnet ist und die beiden gegeneinander isoliert. Wie in 3 dargestellt, ist die untere Isolierschicht 71 mit einer größeren Breite als der Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 ausgebildet. Darüber hinaus isoliert die untere Isolierschicht 71, wie in 1 dargestellt, auch die Anschlussklemme für Detektionselektrode 58 und den Element-Hauptkörper 40 gegeneinander. Die untere Isolierschicht 71 kann aus einer Keramik gebildet werden, die ein Metalloxid mit isolierenden Eigenschaften enthält. Vorzugsweise ist das in der unteren Isolierschicht 71 enthaltene Metalloxid ein Material, das keine Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist. In dieser Ausführungsform wird Aluminiumoxid als das in der unteren Isolierschicht 71 enthaltene Metalloxid verwendet. Die untere Isolierschicht 71 hat eine Dicke von z.B. 1 µm oder mehr und 40 µm oder weniger. Die Dicke der unteren Isolierschicht 71 kann 5 µm oder mehr und 20 µm oder weniger betragen. Die untere Isolierschicht 71 weist eine Porosität von z.B. 0% oder mehr und 40% oder weniger auf. Die untere Isolierschicht 71 kann dicht sein, d.h. sie kann eine Porosität von 10% oder weniger aufweisen oder nicht dicht sein. Auch wenn die untere Isolierschicht 71 nicht dicht ist, können, da die Luft in den Poren der unteren Isolierschicht 71 isolierende Eigenschaften aufweist, der Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 und der Element-Hauptkörper 40 gegeneinander isoliert werden.
Die obere Isolierschicht 72 ist ein Isolator, der eine Oberfläche des Leitungsabschnitts für Detektionselektrode 57 abdeckt. Genauer gesagt, wie in 3 dargestellt, deckt die obere Isolierschicht 72 die obere Oberfläche und die linke und rechte Oberfläche des Leitungsabschnitts für Detektionselektrode 57 ab. Dementsprechend ist der Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 von der unteren Isolierschicht 71 und der oberen Isolierschicht 72 umgeben und nicht der Außenseite ausgesetzt. Die obere Isolierschicht 72 ist dicht, d.h. hat eine Porosität von 10% oder weniger. Die obere Isolierschicht 72 kann aus einer Keramik gebildet werden, die ein Metalloxid mit isolierenden Eigenschaften enthält. Das Metalloxid mit isolierenden Eigenschaften, das in der oberen Isolierschicht 72 enthalten ist, kann eines oder mehrere sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Spinell (MgAl₂O₄), Titanoxid (TiO₂), Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Mullit (Al₂O₃-SiO₂) und Forsterit (2MgO-SiO₂). Vorzugsweise ist das in der oberen Isolierschicht 72 enthaltene Metalloxid ein Material, das keine Sauerstoffionenleitfähigkeit aufweist. Daher enthält die obere Isolierschicht 72 unter den vorstehend beschriebenen speziellen Beispielen des Metalloxids vorzugsweise kein Zirkoniumdioxid. Das Metalloxid mit isolierenden Eigenschaften, das in der oberen Isolierschicht 72 enthalten ist, kann eines oder mehrere sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Spinell, Titanoxid, Mullit und Forsterit. In dieser Ausführungsform wird Aluminiumoxid als das in der oberen Isolierschicht 72 enthaltene Metalloxid verwendet. Die obere Isolierschicht 72 kann beispielsweise eine Dicke von 1 µm oder mehr oder 5 µm oder mehr aufweisen. Die obere Isolierschicht 72 kann eine Dicke von 40 µm oder weniger oder 20 µm oder weniger aufweisen.
Zu beachten ist, dass die Porosität der unteren Isolierschicht 71, der oberen Isolierschicht 72 oder dergleichen als ein wie folgt abgeleiteter Wert definiert ist, unter Verwendung eines Bildes (REM-Bild), das durch Beobachtung mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) erhalten wurde. Zunächst wird das Sensorelement 31 entlang der Dickenrichtung eines Messobjekts (z.B. obere Isolierschicht 72) geschnitten, so dass ein Querschnitt des Messobjekts eine Beobachtungsoberfläche sein kann, und der Querschnitt wird einer Harzeinbettung und Politur unterzogen, um eine Probe zur Beobachtung zu erhalten. Anschließend wird durch Aufnahme eines REM-Fotos (Sekundärelektronenbild; Beschleunigungsspannung: 5 kV; Vergrößerung: 7500 x) der Beobachtungsoberfläche der zu beobachtenden Probe ein REM-Bild des Messobjekts erhalten. Anschließend wird durch eine Bildanalyse des erhaltenen Bildes ein Schwellenwert durch ein Diskriminanzanalyseverfahren (Otsus Binarisierung) aus der Helligkeitsverteilung der Helligkeitsdaten der Pixel im Bild bestimmt. Dann werden auf der Grundlage des bestimmten Schwellenwerts die Pixel im Bild in einen Substanzabschnitt und einen Porenabschnitt binärisiert und eine Fläche des Substanzabschnitts und eine Fläche des Porenabschnitts berechnet. Das Verhältnis der Fläche des Porenabschnitts zur Gesamtfläche (Summe aus der Fläche des Substanzabschnitts und der Fläche des Porenabschnitts) wird als Porosität (Maßeinheit: %) abgeleitet.
Der Gassensor 30 beinhaltet neben dem Sensorelement 31 eine Schutzabdeckung, ein Elementbefestigungsbauteil und weitere (nicht dargestellt). Die Schutzabdeckung umschließt und schützt eine Stirnseite in Längsrichtung des Sensorelements 31, auf dem die Detektionselektrode 51 angeordnet ist (in diesem Beispiel die Stirnseite). Das Elementbefestigungsbauteil fixiert das Sensorelement 31 und dichtet auch einen Raum zwischen dem Raum innerhalb der Schutzabdeckung und dem Raum um die Öffnung des Referenzgaseinleitungsraumes 46 so ab, dass das in der Schutzabdeckung strömende Messobjektgas nicht in den Referenzgaseinleitungsraum 46 fließt.
Ein Verfahren zur Herstellung des Gassensors 30 mit einer solchen Konfiguration wird nachstehend beschrieben. Zunächst wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements 31 beschrieben. Bei der Herstellung des Sensorelements 31 wird zunächst eine Vielzahl von (vier, in diesem Beispiel) ungebrannten keramischen Grünplatten entsprechend einem Element-Hauptkörper 40 hergestellt. Bei Bedarf werden Kerben, Durchgangsbohrungen, Nuten und dergleichen durch Stanzen oder dergleichen gebildet, und verschiedene Muster, wie Elektroden und Verkabelung, werden auf die Grünplatten im Siebdruckverfahren aufgebracht. Zu den verschiedenen Mustern gehören Muster, die nach dem Brand eine Detektionselektrode 51, eine Referenzelektrode 53, einen Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57, eine Anschlussklemme für Detektionselektrode 58, eine untere Isolierschicht 71 und eine obere Isolierschicht 72 bilden. Ein dickes Muster kann durch Ausführen einer Vielzahl von Siebdruckvorgängen gebildet werden. Die Muster für die untere Isolierschicht 71, den Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 und die obere Isolierschicht 72 werden in dieser Reihenfolge auf einer oberen Oberfläche einer Grünplatte gebildet, die eine Festelektrolytschicht 44 bildet. Dadurch wird das Muster für den Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 von den Mustern für die untere Isolierschicht 71 und die obere Isolierschicht 72 umgeben, und das Muster für den Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 wird nicht der Außenseite ausgesetzt. Nachdem die notwendigen Muster gebildet wurden, werden mehrere Grünplatten gestapelt. Die gestapelten Grünplatten bilden einen ungebrannten Element-Hauptkörper, der nach dem Brand einen Element-Hauptkörper bildet. Durch das Brennen des ungebrannten Element-Hauptkörpers wird ein Element-Hauptkörper 40 mit der Detektionselektrode 51, der Referenzelektrode 53, dem Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57, der Anschlussklemme für die Detektionselektrode 58, der unteren Isolierschicht 71, der oberen Isolierschicht 72 und anderen erhalten. Anschließend wird durch Bilden einer porösen Schutzschicht 48 durch thermisches Plasmaspritzen, Tauchen oder dergleichen ein Sensorelement 31 erhalten.
Nach der Herstellung des Sensorelements 31 wird das Sensorelement 31 in ein Elementbefestigungsbauteil eingesetzt, gefolgt von Abdichtung und Befestigung, und im Elementbefestigungsbauteil wird eine Schutzabdeckung eingebaut. Im Ergebnis erhält man einen Gassensor 30.
Ein Anwendungsbeispiel für den so konfigurierten Gassensor 30 wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird der Gassensor 30 in einer Rohrleitung installiert und die Mischpotenzialzelle 55 durch den Heizer 62 auf die Betriebstemperatur erwärmt. Wenn in diesem Zustand ein Messobjektgas in der Rohrleitung strömt, erreicht das Messobjektgas die Detektionselektrode 51. Dadurch erzeugt die Mischpotenzialzelle 55 entsprechend der Ammoniakkonzentration im Messobjektgas eine elektromotorische Kraft EMF. Die elektromotorische Kraft EMF wird von der Außenseite durch die Anschlussklemme für Detektionselektrode 58 und die Anschlussklemme für Referenzelektrode gemessen. Wie vorstehend beschrieben, ist die elektromotorische Kraft EMF ein Wert gemäß der Ammoniakkonzentration im Messobjektgas. Dementsprechend wird die Übereinstimmung zwischen der elektromotorischen Kraft EMF und der Ammoniakkonzentration (auch „Ausgangseigenschaften“ genannt) durch Vorversuche ermittelt, und auf der Grundlage der Ausgangseigenschaften und der gemessenen elektromotorischen Kraft EMF kann die Ammoniakkonzentration abgeleitet (gemessen) werden.
Hier wird der Fall untersucht, dass das Sensorelement 31 nicht mit einer oberen Isolierschicht 72 als Vergleichsbeispiel versehen ist. Wenn in einem solchen Fall das Sensorelement 31 über einen längeren Zeitraum bei hohen Temperaturen verwendet wird, können sich die Ausgangseigenschaften mit der Verwendung ändern. Das heißt, in einigen Fällen wird keine elektromotorische Kraft EMF erzeugt, die erzeugt werden soll (die elektromotorische Kraft EMF nimmt ab). Als Grund für eine solche Anomalität der elektromotorischen Kraft wird angenommen, dass Au in der Detektionselektrode 51 bei hohen Temperaturen verdampft und auf Pt im Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 abgeschieden (haftend) wird. Da Au und Pt zu einer festen Lösung reagieren, ist es wahrscheinlich, dass Au sich an den Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 mit Pt hält. Bei Auftreten dieses Phänomens wird davon ausgegangen, dass beispielsweise die Menge an Au in der Detektionselektrode 51 abnimmt, was zu einer Verringerung der Größe der Dreiphasengrenze führt, und da sich die Ausgangseigenschaften ändern, tritt eine Anomalität der elektromotorischen Kraft auf. Im Gegensatz dazu wird im Gassensor 30 gemäß dieser Ausführungsform die Oberfläche des Leitungsabschnitts für Detektionselektrode 57 mit der oberen Isolierschicht 72 abgedeckt, die mit einer Porosität von 10% oder weniger dicht ist. Daher kann das Auftreten dieses Phänomens unterdrückt werden, und eine Anomalität der elektromotorischen Kraft ist unwahrscheinlich.
Darüber hinaus tritt das Phänomen, bei dem Au in der Detektionselektrode 51 verdampft und auf Pt im Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 abgeschieden wird, auch während des Brandes in dem Verfahren der Herstellung des Sensorelements 31 auf, falls das Sensorelement 31 nicht mit einer oberen Isolierschicht 72 versehen ist. In der Regel ist die Temperatur während des Brandes höher als die Temperatur während des Einsatzes des Sensorelements 31 und in vielen Fällen wird der Brand bei einer Temperatur durchgeführt, die höher als der Schmelzpunkt von Au ist. Daher ist es wahrscheinlicher, dass dieses Phänomen während des Brandes auftritt. Da das Sensorelement 31 gemäß dieser Ausführungsform mit der oberen Isolierschicht 72 versehen ist, wird in dem Verfahren der Herstellung des Sensorelements 31, wie vorstehend beschrieben, das Muster für den Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 mit dem Muster für die obere Isolierschicht 72 abgedeckt. Daher kann während des Brandes die Haftung von Au an Pt im Muster für den Leitungsabschnitt zur Detektionselektrode 57 unterdrückt werden. Dementsprechend ist es im Sensorelement 31 nach dieser Ausführungsform möglich, das Auftreten von Anomalität in der elektromotorischen Kraft aufgrund des vorstehend beschriebenen Phänomens beim Brand zu unterdrücken.
Darüber hinaus kann Au, wenn das vorstehend beschriebene Phänomen während der Verwendung oder beim Brennen auftritt, das Muster für den Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 einhalten und wenn das Au weiter schmilzt, auf die Außenseite des Musters für die untere Isolierschicht 71 wechseln und in einigen Fällen mit einer Grünplatte in Kontakt kommen. In diesem Fall ist ein Teil des gebrannten Leitungsabschnitts für Detektionselektrode 57 nicht durch die untere Isolierschicht 71 isoliert und steht in direktem Kontakt mit der Festelektrolytschicht 44. Da der Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 dann, wie in der Detektionselektrode 51, Au anhaftend an Pt enthält, kann durch ein Messobjektgas ein Mischpotenzial erzeugt werden. Dadurch bildet sich beispielsweise eine Batterie zwischen der Detektionselektrode 51-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 und zwischen der Referenzelektrode 53-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57, was zu einem Schleifenstromfluss führt, und in einigen Fällen kann es zu Anomalität in der elektromotorischen Kraft kommen. Darüber hinaus wird aufgrund einer unterschiedlichen Menge an anhaftendem Au im Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 zwischen zwei Punkten mit unterschiedlichen Mischpotenzialwerten (zwischen dem Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57) eine Batterie bzw. ein galvanisches Element gebildet, was zu einem Schleifenstromfluss führt, und es kann in einigen Fällen zu Anomalität in der elektromotorischen Kraft kommen. Da das Sensorelement 31 gemäß dieser Ausführungsform mit der oberen Isolierschicht 72 versehen ist, ist es möglich, Anomalität in der elektromotorischen Kraft durch das Auftreten eines Mischpotenzials im Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 wie vorstehend beschrieben zu unterdrücken.
Mit zunehmender Dicke der oberen Isolierschicht 72 nimmt die Wahrscheinlichkeit, dass verdampftes Au die obere Isolierschicht 72 passiert, ab. Unter diesem Gesichtspunkt ist die Dicke der oberen Isolierschicht 72 vorzugsweise 1 µm oder mehr und bevorzugter 5 µm oder mehr. Darüber hinaus wird mit abnehmender Porosität der oberen Isolierschicht 72 die Wahrscheinlichkeit, dass verdampftes Au die obere Isolierschicht 72 passiert, geringer. Unter diesem Gesichtspunkt ist die Porosität der oberen Isolierschicht 72 vorzugsweise 5% oder weniger und bevorzugter weniger als 5%.
Vorzugsweise enthält die obere Isolierschicht 72 kein Mg-haltiges Metalloxid (z.B. Magnesiumoxid, Spinell oder Forsterit). Der Grund dafür ist, dass Mg z.B. beim Brennen in Zirkoniumdioxid des Element-Hauptkörpers 40 eindringen kann und wenn Mg zwischen die Detektionselektrode 51 und den Element-Hauptkörper 40 greift, besteht die Möglichkeit, dass sich die Ausgangseigenschaften des Sensorelements 31 ändern. Beim Titandioxid besteht auch die Möglichkeit, dass Titandioxid mit Zirkoniumdioxid des Element-Hauptkörpers 40 beim Brennen eine Verbindung (z.B. ZrTiO₄) bilden und sich wie beim Mg-haltigen Metalloxid die Ausgangseigenschaften des Sensorelements 31 ändern. Daher enthält die obere Isolierschicht 72 vorzugsweise kein Titandioxid.
Da die Oberfläche des Leitungsabschnitts für die Detektionselektrode 57 mit der dichten oberen Isolierschicht 72 mit einer Porosität von 10% oder weniger bedeckt ist, kann im Gassensor 30 gemäß dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform das Auftreten eines Phänomens unterdrückt werden, bei dem Au in der Detektionselektrode 51 verdampft und am Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 während des Brandes und während des Gebrauchs haftet, und eine Anomalität in der elektromotorischen Kraft ist unwahrscheinlich.
Da die obere Isolierschicht 72 eine Dicke von 1 µm oder mehr aufweist, kann zudem die Adhäsion von Au an den Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 zuverlässiger unterdrückt werden. Da die obere Isolierschicht 72 eine Dicke von 40 µm oder weniger aufweist, ist es darüber hinaus möglich, den Bruch des Sensorelements 31 aufgrund eines Unterschieds in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Element-Hauptkörper 40 (insbesondere den Schichten 41 bis 44) und der oberen Isolierschicht 72 während des Brandes und während der Nutzung zu unterdrücken.
Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Änderungen an den Ausführungsformen im Rahmen des technischen Umfangs der vorliegenden Erfindung möglich sind.
So ist beispielsweise in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die an der Außenoberfläche des Element-Hauptkörpers 40 gebildete Elektrode allein die Detektionselektrode 51. Es kann jedoch auch eine andere Elektrode gebildet werden. So können beispielsweise eine Detektionselektrode 51 und eine Hilfselektrode auf der oberen Oberfläche der Festelektrolytschicht 44 vorgesehen sein. In diesem Fall können die Hilfselektrode, die Festelektrolytschicht 44 und die Referenzelektrode 53 konfiguriert werden, um eine elektrochemische Konzentrationszelle zu bilden. Auf diese Weise kann auf der Grundlage einer Differenz der elektromotorischen Kraft V, die eine Potenzialdifferenz ist, die einer Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen der Hilfselektrode und der Referenzelektrode 53 entspricht, auch eine Sauerstoffkonzentration im Messobjektgas nachgewiesen werden. Die Hilfselektrode kann ein Edelmetall mit katalytischer Aktivität sein, und es kann beispielsweise das gleiche Material wie für die vorstehend beschriebene Referenzelektrode 53 verwendet werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die untere Isolierschicht 71 und die obere Isolierschicht 72 um den Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 angeordnet, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Für den Fall, dass es einen weiteren Leitungsabschnitt gibt, der vorzugsweise auf der äußeren Oberfläche des Element-Hauptkörpers 40 angeordnet ist, wird auch die Umgebung des Leitungsabschnitts mit einer Isolierschicht abgedeckt. So wird beispielsweise, wenn die Hilfselektrode vorgesehen ist, vorzugsweise auch die Umgebung eines mit der Hilfselektrode elektrisch verbundenen Leitungsabschnitts mit einer Isolierschicht abgedeckt.
Beispiele
Beispiele, in denen ein Sensorelement speziell angefertigt wird, werden nachstehend beschrieben. Es ist zu beachten, dass die experimenellen Beispiele 1 und 3 bis 5 den Beispielen der vorliegenden Erfindung und die experimentellen Beispiele 2 und 6 den Vergleichsbeispielen entsprechen. Es ist zu verstehen, dass sich die vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgend beschriebenen Beispiele beschränkt.
[Experimentelles Beispiel 1]
Das gleiche Element wie das in den 1 bis 3 dargestellte Sensorelement 31, mit der Ausnahme, dass keine poröse Schutzschicht 48 vorgesehen war, wurde, wie experimentelles Beispiel 1, nach dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt. Konkret wurden zunächst als die Schichten eines Element-Hauptkörpers 40 vier ungebrannte keramische Grünplatten hergestellt, wobei die Grünplatten als keramische Komponente einen Zirkoniumdioxid-Festelektrolyten enthalten, dem 3 Mol-% Yttriumoxid als Stabilisator zugesetzt wurden. Eine Vielzahl von Plattenlöchern, die zum Positionieren beim Drucken und Stapeln verwendet werden, Durchkontaktierungen und dergleichen wurden im Voraus in den Grünplatten gebildet. Darüber hinaus wurde in einer Grünplatte zur Bildung einer Abstandshalterschicht 43 ein Raum für einen Referenzgaseinleitungsraum 46 durch Stanzen oder dergleichen im Voraus bereitgestellt. Anschließend wurde ein Musterdruck/Trocknungsverfahren durchgeführt, bei dem verschiedene Muster durch Siebdruck auf den keramischen Grünplatten gebildet wurden, um für die erste Substratschicht 41, die zweite Substratschicht 42, die Abstandshalterschicht 43 und die Festelektrolytschicht 44 geeignet zu sein. Nach Abschluss des Musterdruck-/Trocknungsverfahrens wurde ein Druck-/Trocknungsverfahren für eine Bondingpaste zum Stapeln/Verbinden der Grünplatten entsprechend den einzelnen Schichten durchgeführt. Anschließend wurde ein Druckverklebeverfahren durchgeführt, bei dem unter Positionierung der mit der Bondingpaste versehenen Grünplatten die Grünplatten in einer vorgegebenen Reihenfolge gestapelt und unter vorgegebenen Temperatur-/Druckbedingungen ein Druckbonding durchgeführt wurde, um einen mehrschichtigen Körper (ungebrannter Element-Hauptkörper) zu erhalten. Aus dem so erhaltenen ungebrannten Element-Hauptkörper wurde ein mehrschichtiger Körper mit der Größe eines Sensorelements 31 ausgeschnitten. Durch dreistündiges Brennen des ausgeschnittenen mehrschichtigen Körpers in einer Umgebungsatmosphäre bei 1400°C wurde ein Sensorelement 31 von experimentellem Beispiel 1 erhalten.
In experimentellem Beispiel 1 war die Detektionselektrode 51 eine poröse Cermet-Elektrode, die aus einer Au-Pt-Legierung und Zirkoniumoxid bestand. Ein Muster für die Detektionselektrode 51 wurde durch Verwendung einer Paste gebildet, die durch Mischen von beschichtetem Pulver hergestellt wurde, das durch Beschichten von Pt-Pulver mit Au, Zirkoniumdioxidpulver und Bindemittel erhalten wurde. Die Referenzelektrode 53 war eine poröse Cermet-Elektrode aus Pt und Zirkoniumdioxid. Ein Muster für die Referenzelektrode 53 wurde unter Verwendung einer Paste gebildet, die durch Mischen von Pt-Pulver, Zirkoniumdioxidpulver und einem Bindemittel hergestellt wurde. Die untere Isolierschicht 71 wurde aus einer Keramik aus Aluminiumoxid gebildet. Ein Muster für die untere Isolierschicht 71 wurde unter Verwendung einer Paste gebildet, die durch Mischen von Rohmaterialpulver (Aluminiumoxidpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1,5 µm), einer Bindemittellösung (Polyvinylacetal und Butylcarbitol) und einem Lösungsmittel (Aceton) hergestellt wurde. Diese Paste wurde erhalten, indem 54 Vol% des Rohmaterialpulvers und 46 Vol% der Bindemittellösung gewogen, das Lösungsmittel zugegeben, mit einer Mörsermaschine gemischt und die Viskosität auf 20 Pa·s eingestellt wurde. Der Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 wurde aus Pt gefertigt. Ein Muster für den Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 wurde unter Verwendung einer Platinpaste gebildet, die durch Kneten von Platinteilchen und einem Lösungsmittel erhalten wurde. Die obere Isolierschicht 72 wurde aus einer Keramik aus Aluminiumoxid gebildet. Ein Muster für die obere Isolierschicht 72 wurde unter Verwendung einer Paste gebildet, die durch Mischen von Rohmaterialpulver (Aluminiumoxidpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1,0 µm), einer Bindemittellösung (Polyvinylacetal und Butylcarbitol) und einem Lösungsmittel (Aceton) hergestellt wurde. Diese Paste wurde erhalten, indem 51 Vol% des Rohmaterialpulvers und 49 Vol% der Bindermittellösung gewogen, das Lösungsmittel zugegeben, mit einer Mörsermaschine gemischt und die Viskosität auf 200 Pa·s eingestellt wurde. Die Paste für die untere Isolierschicht 71 und die Paste für die obere Isolierschicht 72 wurden so geformt, dass sie die gleiche Breite haben. In experimentellem Beispiel 1 hatte die Detektionselektrode 51 eine Dicke von 15 µm). Die untere Isolierschicht 71 hatte eine Dicke von 10 µm. Der Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 hatte eine Dicke von 15 µm. Die obere Isolierschicht 72 hatte eine Dicke von 10 µm. Die Porosität der oberen Isolierschicht 72 wurde mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren unter Verwendung eines REM-Bildes gemessen. Im Ergebnis betrug der Mittelwert der Messwerte an drei Punkten (abgeschnitten nach dem Dezimalpunkt) somit 3%.
[Experimentelles Beispiel 2]
Ein Sensorelement 31 wurde als experimentelles Beispiel 2 in gleicher Weise wie in experimentellem Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die obere Isolierschicht 72 aus einer aus Magnesiumoxid bestehenden Keramik gebildet wurde. Eine Paste zum Bilden der oberen Isolierschicht 72 wurde erhalten, indem man nach dem Wiegen von 50 Vol% Rohmaterialpulver (Magnesiumhydroxidpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1,0 µm) und 50 Vol% der Bindemittellösung das Lösungsmittel hinzufügt, mit einer Mörsermaschine mischt und die Viskosität auf 250 Pa·s einstellt. Die Porosität der oberen Isolierschicht 72, die auf die gleiche Weise wie in dem experimentellen Beispiel 1 gemessen wurde, betrug 32%, und die obere Isolierschicht 72 war nicht dicht.
[Experimentelles Beispiel 3]
Ein Sensorelement 31 wurde als experimentelles Beispiel 3 in gleicher Weise wie in experimentellem Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die obere Isolierschicht 72 aus einer Keramik aus Spinell gebildet wurde. Eine Paste zum Bilden der oberen Isolierschicht 72 wurde erhalten, indem 51 Vol% Rohmaterialpulver (Spinellpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1,2 µm) und 49 Vol% der Bindemittellösung gewogen, das Lösungsmittel zugegeben, mit einer Mörsermaschine gemischt und die Viskosität auf 230 Pa·s eingestellt wurde. Die Porosität der oberen Isolierschicht 72, die auf die gleiche Weise wie in experimentellem Beispiel 1 gemessen wurde, betrug 10%.
[Experimentelles Beispiel 4]
Ein Sensorelement 31 wurde als experimentelles Beispiel 4 in gleicher Weise wie in experimentellem Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die obere Isolierschicht 72 aus einer Keramik aus Titanoxid gebildet wurde. Eine Paste zum Bilden der oberen Isolierschicht 72 wurde erhalten, indem 51 Vol% Rohmaterialpulver (Titanoxidpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1,5 µm) und 49 Vol% der Bindemittellösung gewogen, das Lösungsmittel zugegeben, mit einer Mörsermaschine gemischt und die Viskosität auf 200 Pa·s eingestellt wurde. Die Porosität der oberen Isolierschicht 72, die auf die gleiche Weise wie in experimentellem Beispiel 1 gemessen wurde, betrug 6%.
[Experimentelles Beispiel 5]
Ein Sensorelement 31 wurde als experimentelles Beispiel 5 in gleicher Weise wie in experimentellem Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die obere Isolierschicht 72 aus einer Keramik aus Zirkoniumoxid gebildet wurde. Eine Paste zum Bilden der oberen Isolierschicht 72 wurde erhalten, indem man nach dem Wiegen von 52 Vol% Rohmaterialpulver (Zirkoniumoxidpulver mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,8 µm) und 48 Vol% der Bindemittellösung das Lösungsmittel hinzufügt, mit einer Mörsermaschine mischt und die Viskosität auf 120 Pa·s einstellt. Die Porosität der oberen Isolierschicht 72, die auf die gleiche Weise wie in experimentellem Beispiel 1 gemessen wurde, betrug 5%.
[Experimentelles Beispiel 6]
Ein Sensorelement 31 wurde als experimentelles Beispiel 6 in gleicher Weise wie in experimentellem Beispiel 1 hergestellt, nur dass die obere Isolierschicht 72 nicht vorgesehen war.
[Test 1: Messung des Konzentrationsgrades von Detektionselektrode 51 und Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57]
Für jedes der experimentellen Beispiele 1 bis 6 wurde die Oberfläche der Detektionselektrode 51 mit XPS gemessen und der Konzentrationsgrad (= Au-Isotopenhäufigkeit [Atom%]/(Au-Isotopenhäufigkeit [Atom%] + Pt-Isotopenhäufigkeit [Atom%]) x 100) wurde gemessen. Darüber hinaus wurde bei dem experimentellen Beispiel 6, in dem der Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 exponiert wurde, auch der Konzentrationsgrad des Leitungsabschnitts für Detektionselektrode 57 gemessen. Die Messung des Konzentrationsgrades des Leitungsabschnitts für die Detektionselektrode 57 erfolgte an drei Positionen im Abstand von der Detektionselektrode 51 von 3 mm, 6 mm und 10 mm. Bezüglich des Leitungsabschnitts für die Detektionselektrode 57 von jedem der experimentelle Beispiele 1 bis 5 war es aufgrund der Abdeckung mit der oberen Isolierschicht 72 nicht möglich, den Konzentrationsgrad in der Oberfläche zu messen, und da die in 3 dargestellte Querschnittsfläche klein ist, war es nicht möglich, den Konzentrationsgrad in einem Querschnitt zu messen. Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 zeigt auch das Material für die obere Isolierschicht, die Porosität und das Ergebnis von Test 4 (Konzentrationsgrad nach der Dauerprüfung), das später beschrieben wird.

[Tabelle 1]

	OBERE ISOLIERSCHICHT		KONZENT-RATIONS-GRAD DER DETEKTI-ONS-ELEKTRODE [%]	KONZENTRATIONSGRAD DES LEITUNGSABSCHNITTS [%]			KONZENTRATIONSGRAD DER DETEKTIONSELEKTRODE NACH HALTBARKEITS-TEST [%]
	MATERIAL	POROSITÄT [%]	KONZENT-RATIONS-GRAD DER DETEKTI-ONS-ELEKTRODE [%]	ABSTAND VON DER DETEKTI-ONSELEKT-RODE: 3mm	ABSTAND VON DER DETEKTI-ONSELEKTRO-DE: 6mm	ABSTAND VON DER DETEKTI-ONSELEKT-RODE: 10mm
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 1	ALUMINIUMOXID	3	48	-	-	-	48
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 2	MAGNESIUMOXID	32	35	-	-	-	20
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 3	SPINELL	10	47	-	-	-	48
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 4	TITANOXID	6	47	-	-	-	48
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 5	ZIRKONIUMOXID	5	50	-	-	-	49
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 6	KEIN	-	34	30	23	21	21

Wie aus den Ergebnissen von Tabelle 1 ersichtlich ist, sinkt, während der Konzentrationsgrad der Detektionselektrode 51 in jedem der experimentellen Beispiele 1 und 3 bis 5 etwa 50% beträgt, der Konzentrationsgrad in den experimentellen Beispielen 2 und 6 auf etwa 35% und der Konzentrationsgrad ist in dem experimentellen Beispiel 6 am geringsten. Darüber hinaus beträgt in experimentellem Beispiel 6 der Konzentrationsgrad des Leitungsabschnitts für Detektionselektrode 57 ohne Au, der ursprünglich 0% betragen sollte, etwa 20% bis 30%. Außerdem nimmt mit abnehmendem Abstand zur Detektionselektrode 51 der Konzentrationsgrad zu. Aus diesen Ergebnissen lässt sich ableiten, dass in experimentellem Beispiel 6, da die obere Isolierschicht 72 nicht einbezogen ist, ein Phänomen auftritt, bei dem Au aus dem Muster für die Detektionselektrode 51 verdampft und sich während des Brandes an das Muster für den Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 hält. Darüber hinaus wird auch darauf geschlossen, dass das gleiche Phänomen in experimentellem Beispiel 2 auftritt. Das heißt, in experimentellem Beispiel 2 wird berücksichtigt, dass, da die Porosität der oberen Isolierschicht 72 10% übersteigt und die obere Isolierschicht 72 nicht dicht ist, Au im Muster für die obere Isolierschicht 72 durch Poren geht und sich beim Brennen an das Muster für den Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 hält. Im Gegensatz dazu wird davon ausgegangen, dass in den experimentellen Beispielen 1 und 3 bis 5, die jeweils mit der oberen Isolierschicht 72 mit einer Porosität von 10% oder weniger versehen sind, das vorstehend beschriebene Phänomen nicht oder kaum auftritt.
[Test 2: Bestätigung der Ausgangseigenschaften]
Für jedes der Sensorelemente 31 der experimentellen Beispiele 1 bis 6 wurden die Ausgangseigenschaften bestätigt. Insbesondere wurde die Sauerstoffkonzentration auf 10% und die Wasserdampfkonzentration auf 5% im Messobjektgas festgelegt, und während der Änderung der Ammoniakkonzentration wie in Tabelle 2 dargestellt, wurde für jede Konzentration die elektromotorische Kraft EMF gemessen. Stickstoff war eine andere als die vorstehend beschriebene Komponente (Basisgas) des Messobjektgases, und die Temperatur wurde auf 120°C eingestellt. Das Messobjektgas wurde durch eine Rohrleitung mit einem Durchmesser von 70 mm geleitet und die Durchflussrate auf 200 l/min eingestellt. Das Sensorelement 31 befand sich in einem Zustand, in dem die Mischpotenzialzelle 55 durch den Heizer 62 auf eine Betriebstemperatur (650°C) gesteuert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 4 dargestellt.

[Tabelle 2]

	ELEKTROMOTORISCHE KRAFT EMF[mV]
	NH₃-KONZENTRATION 1ppm	NH₃-KONZENTRATION 50ppm	NH₃-KONZENTRATION 100ppm	NH₃-KONZENTRATION 500ppm
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 1	13,30	130,40	151,25	208,46
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 2	13,40	103,47	117,15	149,35
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 3	13,40	130,15	151,36	209,45
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 4	13,48	131,48	152,67	208,31
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 5	15,04	108,47	127,35	169,24
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 6	13,53	101,47	116,49	139,35

Wie aus Tabelle 2 und 4 ersichtlich ist, weisen die experimentellen Beispiele 1, 3 und 4 im Wesentlichen die gleichen Ausgangseigenschaften auf. In den experimentellen Beispielen 2, 5 und 6 ist der elektromotorische Kraft EMF-Wert, der der gleichen Ammoniakkonzentration entspricht, im Vergleich zu den experimentellen Beispielen 1, 3 und 4 niedrig. Der elektromotorische Kraft EMF-Wert ist in experimentellem Beispiel 6 am niedrigsten, und in experimentellem Beispiel 2 ist der EMF-Wert neben experimentellem Beispiel 6 niedrig. In den experimentellen Beispielen 1 bis 4 und 6 wird bestätigt, dass mit abnehmendem Konzentrationsgrad der in Tabelle 1 dargestellten Detektionselektrode 51 der in 4 dargestellte elektromotorische Kraft EMF-Wert tendenziell abnimmt. Aus diesem Ergebnis wird geschlossen, dass, da die Menge an Au in der Detektionselektrode 51 verringert wird, die elektromotorische Kraft EMF in den experimentellen Beispielen 2 und 6 abnimmt. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse des Tests 3, der später beschrieben wird, dass in den experimentellen Beispielen 2 und 6 ein gemischtes Potenzial im Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 auftritt. Daraus resultieren Schleifenstromflüsse zwischen der Detektionselektrode 51-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57, zwischen der Referenzelektrode 53-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 und zwischen dem Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57, die auch den in 4 dargestellten Rückgang der elektromotorischen Kraft EMF beeinflussen soll. Darüber hinaus wird der Grund für die Tatsache, dass der elektromotorische Kraft EMF-Wert von experimentellem Beispiel 5 niedriger ist, als der von experimentellen Beispielen 1, 3 und 4, wie folgt betrachtet. Zum einen, da die Paste für die obere Isolierschicht 72 von experimentellem Beispiel 5 herunter hängt (breiter in der Breite), stehen die obere Isolierschicht 72 und die Festelektrolytschicht 44 nach dem Brennen miteinander in Kontakt. Da die obere Isolierschicht 72 außerdem aus Zirkoniumoxid gebildet ist, d.h. ein Festelektrolyt, gleich der Festelektrolytschicht 44, wird eine Batterie zwischen zwei Punkten mit unterschiedlichen Temperaturen gebildet (zwischen der Detektionselektrode 51-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57, zwischen der Referenzelektrode 53-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 und zwischen dem Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57), was zu einem Schleifenstromfluss aufgrund thermoelektromotorischer Kraft führt, was zu einer Abnahme der elektromotorischen Kraft EMF führt. Folglich besteht beispielsweise für den Fall, dass in experimentellem Beispiel 5 die Breite der unteren Isolierschicht 71 so weit vergrößert wird, dass die obere Isolierschicht 72 nicht mit der Festelektrolytschicht 44 in Berührung kommt, die Möglichkeit, dass experimentelles Beispiel 5 die gleichen Ausgangseigenschaften wie die von experimentellen Beispielen 1, 3 und 4 aufweisen kann.
[Test 3: Bestätigung der Ausgangseigenschaften nach Entfernen der Detektionselektrode]
Für jedes der Sensorelemente 31 der experimentellen Beispiele 1 bis 6 wurden nach dem Entfernen der Detektionselektrode 51 die Ausgangseigenschaften wie in Test 2 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 und 5 dargestellt.

[Tabelle 3]

	ELEKTROMOTORISCHE KRAFT EMF[mV]
	NH₃-KONZENTRATION 1ppm	NH₃-KONZENTRATION 50ppm	NH₃-KONZENTRATION 100ppm	NH₃-KONZENTRATION 500ppm
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 1	0,20	0,10	0,10	0,10
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 2	-0,10	16,93	34,11	65,11
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 3	-0,10	0,03	-0,10	-0,10
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 4	0,02	0,08	0,42	0,12
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 5	-1,74	11,93	20,90	39,22
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 6	-0,23	18,93	34,77	69,11

In Test 3, da die Detektionselektrode 51 entfernt wird, soll keine elektromotorische Kraft EMF erzeugt werden, und in den experimentellen Beispielen 1, 3 und 4, wie in Tabelle 3 und 5 dargestellt, beträgt die elektromotorische Kraft EMF im Wesentlichen 0 mV. Somit wurde ein normales Ergebnis erzielt. Im Gegensatz dazu gibt es in experimentellen Beispielen 2, 5 und 6, wie in 5 dargestellt, Ausgangseigenschaften, bei denen mit zunehmender Ammoniakkonzentration die elektromotorische Kraft EMF tendenziell zunimmt. Darüber hinaus ist in 5 der elektromotorische Kraft EMF-Wert in experimentellem Beispiel 6 am höchsten und in experimentellem Beispiel 2 ist der EMF-Wert neben experimentellem Beispiel 6 hoch. In den experimentellen Beispielen 1 bis 4 und 6 wird bestätigt, dass mit abnehmendem Konzentrationsgrad der in Tabelle 1 dargestellten Detektionselektrode 51 der in 5 dargestellte elektromotorische Kraft EMF-Wert tendenziell ansteigt. Aus diesem Ergebnis lässt sich ableiten, dass Au in den experimentellen Beispielen 2 und 6 während des Brandes das Muster für den Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 einhält, und wenn das Au weiter schmilzt, bewegt sich Au auf die Außenseite des Musters für die untere Isolierschicht 71 und kommt mit einer Grünplatte in Berührung; und dadurch entsteht im Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 ein Mischpotenzial. Im Ergebnis wird berücksichtigt, dass seit Schleifenstrom zwischen der Referenzelektrode 53-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 und zwischen dem Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57 fließt, in den experimentellen Beispielen 2 und 6 eine elektromotorische Kraft EMF auftritt. Der Grund für das Auftreten der elektromotorischen Kraft EMF in dem experimentellen Beispiel 5 in 5 besteht darin, dass, wie in der Betrachtung von Test 2 beschrieben, da die obere Isolierschicht 72 aus einem Festelektrolyten (Zirkoniumdioxid) gebildet wird, auch wenn die Detektionselektrode 51 entfernt wird, Schleifenstrom zwischen zwei Punkten mit unterschiedlichen Temperaturen (zwischen der Referenzelektrode 53-Festelektrolytschicht 44-Leitabschnitt für die Detektionselektrode 57 und zwischen dem Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57-Festelektrolytschicht 44-Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode 57) fließt.
[Test 4: Bestätigung der Ausgangseigenschaften nach dem Dauerhaftigkeitstest]
Für jedes der Sensorelemente 31 der experimentellen Beispiele 1 bis 6 wurde ein Dauerhaftigkeitstest zur Simulation des Langzeitbetriebs durchgeführt. Der Dauerhaftigkeitstest wurde durchgeführt, indem das Sensorelement in einem Zustand, in dem die Mischpotenzialzelle 55 vom Heizer 62 auf eine Betriebstemperatur (650°C) gesteuert wurde, für 2000 Stunden einem Abgas eines Dieselmotors ausgesetzt wurde. Nach dem Dauerhaftigkeitstest wurde für jedes der Sensorelemente 31 der experimentellen Beispiele 1 bis 6 der Konzentrationsgrad (Konzentrationsgrad nach dem Dauerhaftigkeitstest) der Detektionselektrode 51 wie in Test 1 und die Ausgangseigenschaften wie in Test 2 gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1, Tabelle 4 und 6 gezeigt. Darüber hinaus ist 7 ein REM-Bild einer Oberfläche der Detektionselektrode 51 vor dem Dauerhaftigkeitstest in experimentellem Beispiel 6. 8 ist ein REM-Bild einer Oberfläche der Detektionselektrode 51 nach dem Dauerhaftigkeitstest in experimentellem Beispiel 6. 9 ist ein REM-Bild einer Oberfläche der Detektionselektrode 51 nach dem Dauerhaftigkeitstest in experimentellem Beispiel 1. In den 7 bis 9 sind die Edelmetallteilchen in der Detektionselektrode 51 weiß, die Poren sind schwarz und das Zirkoniumoxid ist grau dargestellt.

[Tabelle 4]

	ELEKTROMOTORISCHE KRAFT EMF[mV]
	NH₃-KONZENTRATION 1ppm	NH₃-KONZENTRATION 50ppm	NH₃-KONZENTRATION 100ppm	NH₃-KONZENTRATION 500ppm
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 1	13,24	130,48	150,32	208,45
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 2	12,00	12,14	19,48	68,35
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 3	13,08	130,58	150,65	208,77
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 4	13,26	131,82	152,58	208,40
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 5	15,03	109,12	128,05	168,58
EXPERIMENTELLES BEISPIEL 6	13,30	13,14	14,14	43,14

Wie aus dem Vergleich zwischen dem Konzentrationsgrad nach dem Dauerhaftigkeitstest und dem Konzentrationsgrad in Test 1 in Tabelle 1, in den experimentellen Beispielen 1 und 3 bis 5 ersichtlich ist, ändert sich der Konzentrationsgrad vor und nach dem Dauerhaftigkeitstest nicht wesentlich. Im Gegensatz dazu wird in den experimentellen Beispielen 2 und 6 der Konzentrationsgrad, der vor dem Dauerhaftigkeitstest (wie hergestellt) mit etwa 35% bereits niedrig ist, auf etwa 20% gesenkt. Darüber hinaus neigen, wie aus den 7 und 8 ersichtlich, in der Detektionselektrode 51 von experimentellem Beispiel 6 nach dem Dauerhaftigkeitstest Edelmetallteilchen dazu, fragmentiert zu werden, und die Menge an Au in der Detektionselektrode 51 nimmt von vor dem Dauerhaftigkeitstest ab. Im Gegensatz dazu ist, wie aus 9 ersichtlich, in experimentellem Beispiel 1 die Fragmentierung von Edelmetallteilchen nach dem Dauerhaftigkeitstest nicht zu erkennen, und die Menge an Au in der Detektionselektrode 51 nimmt gegenüber dem Dauerhaftigkeitstest nicht ab. Darüber hinaus ändern sich die Ausgangseigenschaften, wie der Vergleich zwischen Test 4 (6 und Tabelle 4) und Test 2 (4 und Tabelle 2) bei dem experimentellen Beispiel 1 und 3 bis 5 zeigt, vor und nach dem Dauerhaftigkeitstest nicht wesentlich. Im Gegensatz dazu ändern sich in experimentellen Beispielen 2 und 6 die Ausgangseigenschaften nach dem Dauerhaftigkeitstest und der elektromotorische Kraft EMF-Wert, der der gleichen Ammoniakkonzentration entspricht, wird verringert. Aus diesen Ergebnissen lässt sich ableiten, dass in experimentellem Beispiel 6, das nicht mit der oberen Isolierschicht 72 versehen ist, und in experimentellem Beispiel 2, in dem die obere Isolierschicht 72 eine hohe Porosität aufweist und nicht dicht ist, ein Phänomen, bei dem Au in der Detektionselektrode 51 verdampft und an Pt im Leitungsabschnitt für Detektionselektrode 57 haftet, bei hohen Temperaturen während des Dauerhaftigkeitstests genauso auftritt wie beim Brand. Infolgedessen wird davon ausgegangen, dass in den experimentellen Beispielen 2 und 6, wie in 6 dargestellt, im Vergleich zum Zustand vor dem Dauerhaftigkeitstest der elektromotorische Kraft EMK-Wert nach dem Dauerhaftigkeitstest weiter abnimmt. Aus diesen Ergebnissen wird angenommen, dass das vorstehend beschriebene Phänomen aufgrund des Langzeitgebrauchs eine Anomalität in der elektromotorischen Kraft verursacht, und es wird angenommen, dass durch die Bereitstellung einer dichten oberen Isolierschicht 72 das Auftreten der Anomalität unterdrückt werden kann.
Die vorliegende Anmeldung stützt sich auf die am 13. März 2018 eingereichte Japanische Patentanmeldung Nr. 2018-44958 , deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, und beansprucht deren Priorität.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung gilt für die Fertigungsindustrie für Gassensoren, die eine bestimmte Gaskonzentration wie z.B. eine Ammoniakkonzentration in einem Messzielgas, z.B. einem Abgas eines Automobils, erfassen.
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 2017116371 A [0003]
JP 2018044958 [0056]

Claims

Sensorelement, das ein Sensorelement vom Mischpotenzialtyp ist, das eine bestimmte Gaskonzentration in einem Messobjektgas erfasst, wobei das Sensorelement umfasst: einen Element-Hauptkörper mit einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolytkörper; eine Detektionselektrode, die auf einer Außenfläche des Element-Hauptkörpers angeordnet ist und Pt und Au enthält; eine Referenzelektrode, die im Element-Hauptkörper angeordnet ist; eine Anschlussklemme für eine Detektionselektrode, die an der Außenseite des Element-Hauptkörpers angeordnet ist; einen Leitungsabschnitt für eine Detektionselektrode, der Pt enthält, an der Außenseite des Element-Hauptkörpers angeordnet ist und elektrisch zwischen der Detektionselektrode und dem Leitungsabschnitt für eine Detektionselektrode verbunden ist; eine untere Isolierschicht, die zwischen dem Leitungsabschnitt für die Detektionselektrode und dem Element-Hauptkörper angeordnet ist und die beiden gegeneinander isoliert; und eine obere Isolierschicht, die eine Oberfläche des Leitungsabschnitts für die Detektionselektrode bedeckt und eine Porosität von 10% oder weniger aufweist.
Sensorelement nach Anspruch 1, wobei die obere Isolierschicht eine Dicke von 1 µm oder mehr aufweist.
Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die obere Isolierschicht eine Dicke von 5 µm oder mehr aufweist.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die obere Isolierschicht eine Dicke von 40 µm oder weniger aufweist.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die obere Isolierschicht aus einer Keramik gebildet ist, die ein Metalloxid mit isolierenden Eigenschaften enthält.
Sensorelement nach Anspruch 5, wobei das Metalloxid mit isolierenden Eigenschaften eines oder mehrere ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Spinell, Titanoxid, Mullit und Forsterit.
Gassensor, umfassend das Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6.