DE102019107427A1 - Gassensorelement, Heizer, und Gassensor - Google Patents

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Tetsuo Yamada
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Abstract

Offenbart wird ein Gassensorelement (21) mit einer Elektrode (21c), die als Hauptbestandteil ein erstes Metall enthält, und einer Zuführung (21d), die als Hauptbestandteil ein zweites Metall enthält. Die Elektrode (21c) und die Zuführung (21d) sind an ihrer Verbindungsgrenze (77, 587) direkt verbunden oder über eine Anschlussverbindung (70) indirekt verbunden. Die Verbindungsgrenze (77, 87) oder die Verbindung (70) weist einen Bestandteilbereich auf, in dem eines aus dem ersten und dem zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall aufweist, in einer Menge enthalten ist, die zwischen jenen in der Elektrode (21c) und der Zuführung (21d) liegt.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gassensorelement, einen Heizer und einen Gassensor.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • In den letzten Jahren wurden verschiedene Sensoren entwickelt. Zum Beispiel offenbart die Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-221931 einen Gassensor mit einem Sensorelement zum Messen der Konzentration von Ammoniak in einem Abgas eines Verbrennungsmotors wie etwa eines Dieselmotors. Bei diesem Gassensor weist das Sensorelement einen Aufbau auf, bei dem Elektroden jeweils an Elektrodenzuführungen angeschlossen sind. Der Verbindungsabschnitt der Elektrode und der Elektrodenzuführung wird durch überlappendes Aufbringen einer Paste für die Elektrode und einer Paste für die Elektrodenzuführung und Brennen der überlappend aufgebrachten Pasten gebildet.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass es aufgrund einer Metallwanderung von der Elektrode zu der Elektrodenzuführung während des Brennens z.B. in einem Teil der Elektrode zu Hohlräumen kommt. Das Auftreten solcher Hohlräume wird zu einer Ursache für einen Bruch in der Elektrode.
  • Abhängig von der Art des Sensorelements weist das Sensorelement einen Heizer auf, bei dem ein Heizerabschnitt an Heizeranschlüsse angeschlossen ist. Der Verbindungsabschnitt des Heizerabschnitts und des Heizeranschlusses wird auf die gleiche Weise wie oben durch überlappendes Aufbringen einer Paste für den Heizerabschnitt und einer Paste für den Heizeranschluss und Brennen der überlappend aufgebrachten Pasten gebildet. Es besteht ebenfalls eine Möglichkeit, dass es aufgrund einer Metallwanderung von dem Heizerabschnitt zu dem Heizeranschluss während des Brennens z.B. in einem Teil des Heizerabschnitts zu Hohlräumen kommt. Das Auftreten solcher Hohlräume wird zu einer Ursache für einen Bruch in dem Heizer.
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der obigen Umstände. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bruch in einer Elektrode oder einer Zuführung eines Gassensorelements zu unterdrücken und einen Bruch in einem Heizerabschnitt oder einem Anschluss eines Heizers zu unterdrücken.
  • Die vorliegende Weise kann durch die folgenden Aspekte ausgeführt werden.
  • Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gassensorelement bereitgestellt, das eine Elektrode, die als Hauptbestandteil ein erstes Metall enthält; und eine Zuführung, die als Hauptbestandteil ein zweites Metall enthält, aufweist, wobei die Elektrode und die Zuführung direkt oder über eine Anschlussverbindung indirekt miteinander verbunden sind, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einer direkten Verbindung der Elektrode und der Zuführung eine Verbindungsgrenze der Elektrode und der Zuführung einen Bestandteilabschnitt aufweist, in dem das eine aus dem ersten und zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall aufweist, in einer Menge enthalten ist, die zwischen einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in einem anderen Teil der Elektrode als der Verbindungsgrenze enthalten ist, und einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in einem anderen Teil der Zuführung als der Verbindungsgrenze enthalten ist, liegt; und bei einer indirekten Verbindung der Elektrode und der Zuführung über die Anschlussverbindung die Anschlussverbindung einen Bestandteilabschnitt aufweist, in dem das eine aus dem ersten und dem zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall aufweist, in einer Menge enthalten ist, die zwischen einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in der Elektrode enthalten ist, und einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in der Zuführung enthalten ist, liegt.
  • Wenn eine Paste zur Bildung der Elektrode und eine Paste zur Bildung der Zuführung in einem direkten Kontaktzustand einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden, kommt es lokal zu einem Kontakt von flüssigen Metallen mit unterschiedlichen Dichten. In diesem flüssigen Kontaktabschnitt findet eine Metallwanderung statt, um einen abrupten Unterschied in der Metalldichte (d.h., ein abruptes Gefälle in der Metallkonzentration) abzuschwächen. Insbesondere neigt das Metall mit dem niedrigen spezifischen Gewicht zu einer Wanderung zu der Seite des Metalls mit dem hohen spezifischen Gewicht. Es ist wahrscheinlich, dass aufgrund dieser Metallwanderung Hohlräume auftreten werden, die einen Bruch in der Elektrode oder in der Zuführung verursachen können.
  • Bei dem ersten Aspekt ist der Bestandteilabschnitt bereitgestellt, um das Konzentrationsgefälle eines aus dem ersten und dem zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht aufweist (nachstehend auch als „Metall mit dem niedrigeren spezifischen Gewicht“ bezeichnet), zwischen der Elektrode und der Zuführung abzuschwächen, wodurch es unwahrscheinlich ist, dass aufgrund einer abrupten Metallwanderung Hohlräume auftreten. Daher ist es möglich, einen Bruch in der Elektrode oder der Zuführung zu unterdrücken.
  • Der hier verwendete Ausdruck „spezifisches Gewicht“ kann als das Verhältnis der Dichte eines Materials in Bezug auf die Dichte eines Referenzmaterials wie etwa der Dichte (in g/cm3) von Wasser bei 4 °C bestimmt werden. Es könnten auch andere Referenzmaterialien verwendet werden, solange für die Bestimmung des spezifischen Gewichts der Metalle das gleiche Referenzmaterial verwendet wird.
  • Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein wie oben beschriebenes Gassensorelement bereitgestellt, wobei die Elektrode und die Zuführung über die Anschlussverbindung indirekt verbunden sind, und wobei das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall in dem Bestandteilabschnitt in einer Menge enthalten ist, die zwischen einer Menge des anderen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in der Elektrode enthalten ist, und einer Menge des anderen aus dem ersten und dem zweiten Metall, die in der Zuführung enthalten ist, liegt.
  • Bei dem zweiten Aspekt sind das erste und das zweite Metall in dem Bestandteilabschnitt in mittleren Konzentrationen zwischen jenen in der Elektrode und in der Zuführung enthalten. Durch diesen Bestandteilabschnitt wird das Konzentrationsgefälle beider aus dem ersten und dem zweiten Metall abgeschwächt, wodurch das Auftreten von Hohlräumen aufgrund einer abrupten Metallwanderung verhindert wird. Dadurch ist es möglich, einen Bruch in jedem aus der Elektrode und der Zuführung wirksam zu unterdrücken.
  • Nach einem dritten Aspekt wird ein wie oben beschriebenes Gassensorelement bereitgestellt, das ferner eine zweite Elektrode, die sich von der Elektrode unterscheidet; und einen Festelektrolytkörper, der zwischen der Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, umfasst, wobei die zweite Elektrode das zweite Metall als Hauptbestandteil enthält, und wobei das Gassensorelement als Sensorelement vom Mischpotentialtyp ausgebildet ist.
  • Im Fall eines Sensorelements vom Mischpotentialtyp, bei dem die Elektrode und die zweite Elektrode ungleiche (unterschiedliche) Metallarten als jeweilige Hauptbestandteile enthalten und einem zu messenden Gas gegenüber ein unterschiedliches Reaktionsvermögen zeigen, muss eine dieser beiden Elektroden aus Metallarten gebildet werden, die zu jenen der daran angeschlossenen Zuführung ungleich sind. Es ist wahrscheinlich, dass in diesem ungleichen Metallverbindungsabschnitt aufgrund eines abrupten Metallkonzentrationsgefälles Hohlräume auftreten werden, was einen Bruch verursachen kann.
  • Bei dem dritten Aspekt ist jedoch der Bestandteilabschnitt bereitgestellt, um das abrupte Metallkonzentrationsgefälle in dem ungleichen Metallverbindungsabschnitt abzuschwächen. Daher ist es möglich, das Auftreten von Hohlräumen aufgrund einer Metallwanderung besonders wirksam zu verhindern und einen Bruch in der Elektrode oder der Zuführung zu unterdrücken.
  • Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein wie oben beschriebenes Gassensorelement bereitgestellt, wobei Metallelemente der Anschlussverbindung im Wesentlichen aus dem ersten und dem zweiten Metall bestehen.
  • Selbst, wenn in der Anschlussverbindung irgendein anderes Metallelement als das erste und das zweite Metall enthalten ist, leistet das andere Metall keinen Betrag zum Abschwächen des Metallkonzentrationsgefälles zwischen der Elektrode und der Zuführung.
  • Bei dem vierten Aspekt enthält die Anschlussverbindung als ihre Metallelemente im Wesentlichen nur das erste und das zweite Metall, die zur Abschwächung des Metallkonzentrationsgefälles zwischen der Elektrode und der Zuführung beitragen. Daher ist es möglich, eine hohe Wirkung zur Abschwächung des abrupten Metallkonzentrationsgefälles zu erhalten und eine Metallwanderung zu unterdrücken.
  • Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein wie oben beschriebenes Gassensorelement bereitgestellt, wobei die Anschlussverbindung 30 bis 70 Masse-% des ersten Metalls und 30 bis 70 Masse-% des zweiten Metalls auf Basis von 100 Masse-% der gesamten Menge des ersten und des zweiten Metalls enthält.
  • Bei dem fünften Aspekt enthält die Anschlussverbindung das erste und das zweite Metall in den obigen bestimmten Konzentrationen. Daher ist es möglich, eine hohe Wirkung zur Abschwächung des abrupten Metallkonzentrationsgefälles zu erhalten und eine Metallwanderung zu unterdrücken.
  • Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein wie oben beschriebenes Gassensorelement bereitgestellt, wobei die Elektrode und die Zuführung direkt miteinander verbunden sind, wobei die Zuführung teilweise auf der Elektrode angeordnet ist und diese überlappt, wobei das Gassensorelement einen einzelnen (oder alleinigen) Elektrodenabschnitt, in dem die Elektrode ohne Überlappung durch die Zuführung vorhanden ist; einen Verbindungsabschnitt, in dem die Zuführung die Elektrode überlappt; und einen einzelnen (oder alleinigen) Zuführungsabschnitt, in dem die Electrode ohne Überlappung der Elektrode vorhanden ist, aufweist, wobei eine Dicke des Verbindungsabschnitts größer als eine Summe einer Dicke des einzelnen Elektrodenabschnitts und einer Dicke des einzelnen Zuführungsabschnitts ist, und wobei die Verbindungsgrenze bei einer Betrachtung im Querschnitt als Teil des Verbindungsabschnitts mit Ausnahme eines äußeren Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts im Ausmaß der Dicke des einzelnen Zuführungsabschnitts und mit Ausnahme eines inneren Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts im Ausmaß der Dicke des einzelnen Elektrodenabschnitts bereitgestellt ist.
  • Bei dem sechsten Aspekt ist die Dicke der Anschlussverbindung größer als die Summe der Dicke des einzelnen Elektrodenabschnitts (d.h., der Dicke der Elektrode selbst) und der Dicke des einzelnen Zuführungsabschnitts (d.h., der Dicke des Zuführungsabschnitts selbst) festgelegt.
  • Herkömmlich sind die Elektrode und die Zuführung direkt miteinander verbunden, ohne die obige Dickenbeziehung zu erfüllen. Bei diesem herkömmlichen Verbindungsaufbau ist die Verbindungsgrenze nicht mit einer ausreichenden Dicke versehen und gestattet daher eine Wanderung, wobei z.B. das erste Metall von dem Teil mit der Elektrodenfunktion zu dem Teil mit der Zuführungsfunktion wandert, so dass in dem Verbindungsabschnitt aufgrund dieser Metallwanderung die Möglichkeit eines Bruchs besteht.
  • Bei dem sechsten Aspekt ist die Verbindungsgrenze als Teil des Verbindungsabschnitts mit einer ausreichenden Dicke versehen, so dass eine Wanderung des Metalls mit dem niedrigeren spezifischen Gewicht auf innerhalb der Verbindungsgrenze beschränkt wird. Da das Metall mit dem niedrigeren spezifischen Gewicht an einer Wanderung von dem Teil mit der Elektrodenfunktion zu dem Teil mit der Zuführungsfunktion (oder von dem Teil mit der Zuführungsfunktion zu dem Teil mit der Elektrodenfunktion) des Verbindungsabschnitts gehindert wird, ist es möglich, einen Bruch in dem Verbindungsabschnitt wirksam zu unterdrücken.
  • Nach einem siebenten Aspekt wird ein wie oben beschriebenes Gassensorelement bereitgestellt, wobei die Elektrode und die Zuführung direkt miteinander verbunden sind, wobei die Elektrode teilweise auf der Zuführung angeordnet ist und diese überlappt, wobei das Gassensorelement einen einzelnen (oder alleinigen) Elektrodenabschnitt, in dem die Elektrode ohne Überlappung der Zuführung vorhanden ist; einen Verbindungsabschnitt, in dem die Elektrode die Zuführung überlappt; und einen einzelnen (oder alleinigen) Zuführungsabschnitt, in dem die Zuführung ohne Überlappung durch die Elektrode vorhanden ist, aufweist, wobei eine Dicke des Verbindungsabschnitts größer als eine Summe einer Dicke des einzelnen Elektrodenabschnitts und einer Dicke des einzelnen Zuführungsabschnitts ist, und wobei die Verbindungsgrenze bei einer Betrachtung im Querschnitt als Teil des Verbindungsabschnitts mit Ausnahme eines äußeren Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts im Ausmaß der Dicke des einzelnen Elektrodenabschnitts und mit Ausnahme eines inneren Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts im Ausmaß der Dicke des einzelnen Zuführungsabschnitts bereitgestellt ist.
  • Bei dem siebenten Aspekt ist die Dicke der Anschlussverbindung größer als die Summe der Dicke des einzelnen Elektrodenabschnitts und der Dicke des einzelnen Zuführungsabschnitts festgelegt.
  • Herkömmlich sind die Elektrode und die Zuführung wie oben erwähnt direkt miteinander verbunden, ohne die obige Dickenbeziehung zu erfüllen. Bei diesem herkömmlichen Verbindungsaufbau ist die Verbindungsgrenze nicht mit einer ausreichenden Dicke versehen und gestattet daher eine Wanderung, z.B. des ersten Metalls von dem Teil mit der Elektrodenfunktion zu dem Teil mit der Zuführungsfunktion des Verbindungsabschnitts, so dass in dem Verbindungsabschnitt aufgrund dieser Metallwanderung die Möglichkeit eines Bruchs besteht.
  • Bei dem siebenten Aspekt ist die Verbindungsgrenze als Teil des Verbindungsabschnitts mit einer ausreichenden Dicke versehen, so dass eine Wanderung des Metalls mit dem niedrigeren spezifischen Gewicht auf innerhalb der Verbindungsgrenze beschränkt wird. Da das Metall mit dem niedrigeren spezifischen Gewicht an einer Wanderung von dem Teil mit der Elektrodenfunktion zu dem Teil mit der Zuführungsfunktion (oder von dem Teil mit der Zuführungsfunktion zu dem Teil mit der Elektrodenfunktion) des Verbindungsabschnitts gehindert wird, ist es möglich, einen Bruch in dem Verbindungsabschnitt wirksam zu unterdrücken.
  • Nach einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein wie oben beschriebenes Gassensorelement bereitgestellt, wobei das spezifische Gewicht des ersten Metalls niedriger als das spezifische Gewicht des zweiten Metalls ist.
  • Bei dem achten Aspekt wird das erste Metall durch den Bestandteilabschnitt an einer Wanderung durch das Brennen gehindert. Daher ist es möglich, einen Bruch in der Elektrode wirksam zu unterdrücken.
  • Nach einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein wie oben beschriebenes Gassensorelement bereitgestellt, wobei das erste Metall Gold ist, und wobei das zweite Metall Platin ist.
  • Im Fall der Verwendung von Gold und Platin in Kombination besteht eine starke Tendenz, dass während des Brennens eine Wanderung des Golds stattfinden wird.
  • Doch bei dem neunten Aspekt wird eine solche Metallwanderung durch den Bestandteilabschnitt verhindert. Daher ist es möglich, einen Bruch in der Elektrode wirksam zu unterdrücken.
  • Nach einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein wie oben beschriebenes Gassensorelement bereitgestellt, wobei das Gassensorelement dazu ausgebildet ist, eine Konzentration von Ammoniak in einem zu messenden Gas zu messen.
  • Bei dem zehnten Aspekt ist das Gassensorelement als Ammoniaksensorelement ausgebildet. In diesem Fall ist es möglich, eine starke Wirkung zur Abschwächung eines abrupten Metallkonzentrationsgefälles zu erhalten, wodurch eine Metallwanderung während der Wärmebehandlung unterdrückt wird und Hohlräume, die eine Ursache für einen Bruch werden, verhindert werden.
  • Nach einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Heizer bereitgestellt, der einen Heizerabschnitt, der als Hauptbestandteil ein erstes Metall enthält; und einen Anschluss, der als Hauptbestandteil ein zweites Metall enthält, aufweist, wobei der Heizerabschnitt und der Anschlussabschnitt direkt oder über eine Anschlussverbindung indirekt miteinander verbunden sind, und der dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einer direkten Verbindung des Heizerabschnitts und des Anschlussabschnitts eine Verbindungsgrenze des Heizerabschnitts und des Anschlussabschnitts einen Bestandteilabschnitt aufweist, in dem eines aus dem ersten und dem zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall aufweist, in einer Menge enthalten ist, die zwischen einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, die in einem anderen Teil des Heizerabschnitts als der Verbindungsgrenze enthalten ist, und einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, die in einem anderen Teil des Anschlussabschnitts als der Verbindungsgrenze enthalten ist, liegt; und bei einer indirekten Verbindung des Heizerabschnitts und des Anschlussabschnitts über die Anschlussverbindung die Anschlussverbindung einen Bestandteilabschnitt aufweist, in dem eines aus dem ersten und dem zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall aufweist, in einer Menge enthalten ist, die zwischen einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in dem Heizerabschnitt enthalten ist, und einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in dem Anschlussabschnitt enthalten ist, liegt.
  • Bei dem elften Aspekt ist der Bestandteilabschnitt bereitgestellt, um das Konzentrationsgefälle eines aus dem ersten und dem zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht aufweist (als „Metall mit einem niedrigeren spezifischen Gewicht“ bezeichnet), zwischen dem Heizerabschnitt und dem Anschlussabschnitt abzuschwächen, wodurch eine Metallwanderung unterdrückt wird. Da es unwahrscheinlich ist, dass aufgrund einer Metallwanderung Hohlräume auftreten, ist es möglich, einen Bruch in dem Heizerabschnitt oder dem Anschlussabschnitt zu unterdrücken.
  • Nach einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gassensor bereitgestellt, der das obige Gassensorelement oder den obigen Heizer umfasst.
  • Bei diesem Gassensor ist es möglich, das abrupte Metallkonzentrationsgefälle zwischen der Elektrode und der Zuführung oder zwischen dem Heizerabschnitt und dem Anschlussabschnitt abzuschwächen, eine Metallwanderung während einer Wärmebehandlung wie etwa einem Brennen zu unterdrücken, und dadurch das Auftreten von Hohlräumen, die eine Ursache für einen Bruch in der Elektrode, dem Heizerabschnitt oder der Zuführung/dem Anschlussabschnitt werden, zu verhindern.
  • Aus der folgenden Beschreibung werden auch andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung verstanden werden.
  • Figurenliste
  • Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei jedoch keine Beschränkung darauf besteht.
    • 1 ist eine Schnittansicht eines Multigassensors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist ein Blockdiagramm einer Multigassensorvorrichtung mit dem Multigassensor nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Ammoniaksensoreinheit des Multigassensors nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 4 ist eine Schnittansicht einer Ammoniaksensorelektrode der Ammoniaksensoreinheit des Multigassensors nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ist eine Schnittansicht eines Gassensors mit einem keramischen Heizer nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht des keramischen Heizers nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des keramischen Heizers nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 8 ist eine Schnittansicht eines Heizerwiderstands des keramischen Heizers nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Ammoniaksensoreinheit eines Multigassensors nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 10 ist eine Schnittansicht der Verbindung zwischen einer Ammoniaksensorelektrode und einer Elektrodenzuführung in der Ammoniaksensoreinheit des Multigassensors nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 11 ist eine Schnittansicht der Verbindung zwischen einer Ammoniaksensorelektrode und einer Elektrodenzuführung in einer Ammoniaksensoreinheit eines Multigassensors nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Unter Bezugnahme auf 1 bis 4 wird nachstehend eine Multigassensorvorrichtung 1 mit einer Ammoniaksensoreinheit 21 nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
  • Bei der ersten Ausführungsform ist die Multigassensorvorrichtung 1 zur Verwendung in einem harnstoffselektiven katalytischen Reduktions(SCR)system, das Stickoxide (NOx) in einem Abgas eines Verbrennungsmotors reinigt, gestaltet, und so ausgebildet, dass sie die Konzentrationen von Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2) und Ammoniak in dem Abgas (als zu messendes Gas) nach einer Reaktion von NOx mit Ammoniak (Harnstoff) in dem Harnstoff-SC-System misst. Für den Motor, auf den die Multigassensorvorrichtung 1 angewendet wird, bestehen keine besonderen Beschränkungen. Der Motor kann ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor sein.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, weist die Multigassensorvorrichtung 1 einen Multigassensor 2 als Sensorkörper und eine Sensorsteuereinheit 3, die den Betrieb des Multigassensors 2 steuert und durch Verarbeiten der Ausgabewerte des Multigassensors 2 die Konzentrationen von NO, NO2 und Ammoniak misst, auf.
  • Der Multigassensor 2 weist wie in 1 gezeigt eine Sensorelementbaugruppe 10, ein Metallgehäuse 110, eine Trennvorrichtung 134 und Verbindungsanschlüsse 138 auf.
  • In der folgenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck „vorn“ auf eine Seite des Multigassensors 2, an der die Sensorelementbaugruppe 10 angeordnet ist (d.h., eine Unterseite von 1); und bezieht sich der Ausdruck „hinten“ auf eine Seite des Multigassensors 2, an der die Verbindungsanschlüsse 138 angeordnet sind (d.h., eine Oberseite in 1).
  • Die Sensorelementbaugruppe 10 ist plattenförmig und erstreckt sich in der Richtung einer Achse O des Multigassensors 2. An einem hinteren Endabschnitt der Sensorelementbaugruppe 10 sind Elektrodenanschlüsse 10A und 10B angeordnet. Obwohl in 1 zur Vereinfachung repräsentativ zwei Elektrodenanschlüsse 10A und 10B gezeigt sind, sind tatsächlich der Anzahl der Elektroden der nachstehend genannten NOx- und Ammoniaksensoreinheit 11 und 21 des Multigassensors 2 entsprechend mehrere Elektrodenanschlüsse bereitgestellt. Eine ausführliche Erklärung der Sensorelementbaugruppe 10 wird später gegeben werden.
  • Das Metallgehäuse 110 ist zylinderförmig und weist eine in der Richtung der Achse O hindurch gebildete Durchgangsöffnung 112 auf. Das Metallgehäuse 110 weist einen Gewindeabschnitt 111, der an seiner äußeren Umfangsfläche gebildet ist, um den Multigassensor 2 an einem Auspuffrohr des Motors anzubringen; und einen Lagerabschnitt 113, der in der Durchgangsöffnung 112 radial einwärts vorsteht und eine einwärts abgeschrägte Fläche, die abwärts zu der Vorderseite hin abgeschrägt ist, auf.
  • Die Sensorelementbaugruppe 10 wird in der Durchgangsöffnung 112 des Metallgehäuses 110 gehalten, wobei ein vorderer Endabschnitt der Sensorelementbaugruppe 10 nach vorn hin aus der Durchgangsöffnung 112 freiliegt und ein hinterer Endabschnitt der Sensorelementbaugruppe 10 nach hinten hin aus der Durchgangsöffnung 112 freiliegt.
  • Ein ringförmiger keramischer Halter 114, ringförmige Füllmaterialschichten 115 und 116 aus Talkpulver (nachstehend als „Talkringe 115 und 116“ bezeichnet), und eine ringförmige Keramikhülse 117 sind so in der Durchgangsöffnung 112 des Metallgehäuses 110 angeordnet, dass sie die Sensorelementbaugruppe 10 in der Umfangsrichtung umgeben. Zwischen der Keramikhülse 117 und einem hinteren Endabschnitt des Metallgehäuses 110 ist eine Bördeldichtung 118 angeordnet. Der hintere Endabschnitt des Metallgehäuses 110 ist so gebördelt, dass er die Keramikhülse 117 über die Bördeldichtung 118 zu der Vorderseite hin schiebt. Ein metallischer Halter 119 ist so zwischen dem keramischen Halter 114 und dem Lagerabschnitt 113 des Metallgehäuses 110 angeordnet, dass er den Talkring 115 und den keramischen Halter 114 hält.
  • Eine Schutzeinrichtung mit doppeltem Aufbau mit einem äußeren und einem inneren Schutzelement 121 und 122 ist an einem vorderen Endabschnitt des Metallgehäuses 110 fixiert. Jedes aus dem äußeren und dem inneren Schutzelement 121 und 122 ist zylinderförmig, wobei sein Vorderende geschlossen ist, und besteht aus einem Metallmaterial wie etwa Edelstahl. Das innere Schutzelement 122 ist so an den vorderen Endabschnitt der Sensorelementbaugruppe 10 geschweißt, dass der freiliegende vordere Endabschnitt der Sensorelementbaugruppe 10 durch das innere Schutzelement 122 abgedeckt ist. Das äußere Schutzelement 121 ist so an den vorderen Endabschnitt des Metallgehäuses 110 geschweißt, dass das innere Schutzelement 122 durch das äußere Schutzelement 121 abgedeckt ist.
  • Eine zylindrische Außenröhre 131 ist an ihrem vorderen Endabschnitt an dem hinteren Endabschnitt des Metallgehäuses 110 fixiert. Eine Kabeldurchführung 132 ist so in einen hinteren Endabschnitt der Außenröhre 131 gepasst, dass sie eine Öffnung des hinteren Endabschnitts der Außenröhre 131 verschließt. Durch die Kabeldurchführung 132 hindurch sind Kabeleinführungsöffnungen 133 gebildet. Kabel 141 sind durch die Kabeleinführungsöffnungen 133 eingeführt und elektrisch an die Elektrodenanschlüsse 10A und 10B an der Sensorelementbaugruppe 10 angeschlossen.
  • Die Trennvorrichtung 134 ist zylinderförmig und weist eine in der Richtung der Achse O hindurch gebildete Einführungsöffnung 135 auf. Die Trennvorrichtung 134 weist einen Kragenabschnitt 136 auf, der von ihrer äußeren Umfangsfläche radial nach außen vorsteht. Die Trennvorrichtung 134 ist an einer hinteren Endseite der Sensorelementbaugruppe 10 so in der Außenröhre angeordnet, dass der hintere Endabschnitt der Sensorelementbaugruppe 10 in die Einführungsöffnung 135 der Trennvorrichtung 134 eingeführt ist, wobei die Elektrodenanschlüsse 10A und 10B im Inneren der Trennvorrichtung 134 liegen.
  • Ein zylindrisches Rückhaltelement 137 ist so zwischen der Trennvorrichtung 131 und der Außenröhre 131 angeordnet, dass es die Trennvorrichtung 134 durch einen Kontakt des Rückhaltelements 137 mit dem Kragenabschnitt 136 der Trennvorrichtung 134 und der Innenfläche der Außenröhre 131 in der Außenröhre 131 zurückhält und fixiert.
  • Die Verbindungsanschlüsse 138 sind so in der Einführungsöffnung 135 der Trennvorrichtung 134 angeordnet, dass sie eine elektrische Verbindung der Kabel 141 mit den Elektrodenanschlüssen 10A und 10B an der Sensorelementbaugruppe 10 herstellen. In 1 sind zur Vereinfachung repräsentativ nur zwei Verbindungsanschlüsse 138 gezeigt.
  • Wie in 2 gezeigt ist die Sensorsteuereinheit 3 elektrisch an eine ECU 200 (als fahrzeugseitige Steuereinheit) eines Fahrzeugs, an dem die Multigassensorvorrichtung 1 angebracht ist, angeschlossen. Hier ist die ECU 200 so ausgebildet, dass sie von der Sensorsteuereinheit 3 Daten hinsichtlich der bestimmten NO-, NO2-, und Ammoniakkonzentration des Abgases erhält und auf Basis der erhaltenen Daten verschiedene Steuerverarbeitungen wie etwa eine Fahrtsteuerung des Motors und eine Reinigungsbehandlung in Bezug auf NOx, das sich in dem Katalysator des SCR-Systems angesammelt hat, durchführt.
  • Der Aufbau der Sensorelementbaugruppe 10 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 4 ausführlich erklärt werden. Zur Bequemlichkeit der Erklärung ist die Sensorelementbaugruppe 10 in 1 in einem Schnitt entlang ihrer Längsrichtung gezeigt.
  • Die Sensorelementbaugruppe 10 weist eine NOx-Sensoreinheit 11 (als NOx-Erfassungselement) und eine Ammoniaksensoreinheit 21 auf. Bei der ersten Ausführungsform entspricht die Ammoniaksensoreinheit 21 dem beanspruchten Gassensorelement.
  • Bei der ersten Ausführungsform weist die NOx-Sensoreinheit 11 den gleichen Aufbau wie ein bekannter NOx-Sensor auf. Genauer weist die NOx-Sensoreinheit 11 einen Aufbau auf, bei dem eine Isolationsschicht 10e, ein erster Festelektrolytkörper 12a, eine Isolationsschicht 10d, ein dritter Festelektrolytkörper 16a, eine Isolationsschicht 10c, ein zweiter Festelektrolytkörper 18a und Isolationsschichten 10b und 10a in dieser Reihenfolge aneinander gestapelt sind. Die Isolationsschichten 10a, 10b, 10c, 10d und 10e bestehen jeweils vorwiegend aus Aluminiumoxid. Zwischen dem ersten Festelektrolytkörper 12a und dem dritten Festelektrolytkörper 16a ist eine erste Messkammer S1 definiert. Zwischen dem ersten Festelektrolytkörper 12a und dem zweiten Festelektrolytkörper 18a ist eine zweite Messkammer S2 (als NOx-Messkammer) durch den dritten Festelektrolytkörper 16a definiert.
  • Ein erstes Diffusionsbegrenzungselement 14 ist an einem einlassseitigen Ende (dem linksseitigen Ende in 2) der ersten Messkammer angeordnet. Ein zweites Diffusionsbegrenzungselement 15 ist an einem auslassseitigen Ende der ersten Messkammer S1 (zu dem einlassseitigen Ende entgegengesetzt) angeordnet, um als Abtrennung zwischen der ersten und der zweiten Messkammer S1 und S2 zu dienen. Das erste und das zweite Diffusionsbegrenzungselement 14 und 15 bestehen jeweils aus einem porösen Material wie etwa Aluminiumoxid, um eine Permeation des zu messenden Gases zu gestatten.
  • In der NOx-Sensoreinheit 11 ist ein Heizer 19 eingerichtet, um die NOx-Sensoreinheit 11 und die Ammoniaksensoreinheit 21 auf Aktivierungstemperaturen zu erwärmen und die Sauerstoffionenleitfähigkeit der Festelektrolytkörper dieser Sensoreinheiten 11 und 21 zu erhöhen. Der Heizer 19 weist einen Heizerabschnitt auf, der aus Platin oder einer Platinlegierung in einer länglichen Form entlang der Längsrichtung der Sensorelementbaugruppe 10 besteht und zwischen den Isolationsschichten 10b und 10a eingebettet ist.
  • Der erste Festelektrolytkörper 12a besteht vorwiegend aus sauerstoffleitfähigem Zirkoniumoxid und ist zwischen eine innere erste Pumpelektrode 12b und eine äußere erste Pumpelektrode 12c (als Gegenelektrode) eingefügt. Hier bilden der erste Festelektrolytkörper 12a und die ersten Pumpelektroden 12b und 12c eine erste Pumpzelle 12. Die innere und die äußere erste Pumpelektrode 12b und 12c bestehen jeweils vorwiegend aus Platin. Die innere erste Pumpelektrode 12b ist auf einer Fläche des ersten Festelektrolytkörpers 12a, die zu der ersten Messkammer S1 hin frei liegt, angeordnet. Eine Fläche der inneren ersten Pumpelektrode 12b auf Seiten der ersten Messkammer S1 ist von einer Schutzschicht 12d aus einem porösen Material bedeckt. Die äußere erste Pumpelektrode 12c ist in einem hohlen Teil der Isolierschicht 10e an einer Position, die der inneren ersten Pumpelektrode 12b über die Festelektrolytschicht 12a gegenüberliegt, angeordnet. Dieser hohle Teil ist mit einem porösen Material 12e gefüllt, um einen Fluss von Gas (Sauerstoff) zwischen der äußeren ersten Pumpelektrode 12c und der Außenseite zu gestatten.
  • Der dritte Festelektrolytkörper 16a besteht vorwiegend aus Zirkoniumoxid und ist zwischen eine Erfassungselektrode 16b und eine Referenzelektrode 16c (als Gegenelektrode) eingefügt. Hier bilden der dritte Festelektrolytkörper 16a, die Erfassungselektrode 16b und die Referenzelektrode 16c eine Sauerstoffkonzentrationserfassungszelle 16. Die Erfassungselektrode 16b und die Referenzelektrode 16c bestehen jeweils vorwiegend aus Platin. Die Erfassungselektrode 16b ist an einer stromabwärts von der inneren ersten Pumpelektrode 12b befindlichen Position, das heißt, nahe an dem zweiten Diffusionsbegrenzungselement 15, an einer Fläche des dritten Festelektrolytkörpers 16a, die zu der ersten Messkammer S1 hin frei liegt, angeordnet. Die Referenzelektrode 16c ist in einem hohlen Teil der Isolationsschicht 10c angeordnet. Dieser hohle Teil ist als Referenzsauerstoffkammer 17 gebildet und mit einem porösen Material gefüllt. Sauerstoff wird von der ersten Messkammer S1 als Referenzsauerstoff in die Referenzsauerstoffkammer 17 gepumpt.
  • Der zweite Festelektrolytkörper 18a besteht vorwiegend aus Zirkoniumoxid. Eine innere zweite Pumpelektrode 18b und eine zweite Pumpgegenelektrode 18c, die jeweils vorwiegend aus Platin bestehen, sind an einer Fläche auf Seiten der zweiten Messkammer S2 des zweiten Festelektrolytkörpers 18a angeordnet. Hier bilden der zweite Festelektrolytkörper 18a und die zweiten Pumpelektroden 18b und 18c eine zweite Pumpzelle 18. Die innere zweite Pumpelektrode 18b ist an einem Teil des zweiten Festelektrolytkörpers 18a, der zu der zweiten Messkammer S2 hin frei liegt, angeordnet. Die zweite Pumpgegenelektrode 18c ist an einem Teil des zweiten Festelektrolytkörpers 18a, der zu der Referenzsauerstoffkammer 17 hin frei liegt und der Referenzelektrode 16c gegenüberliegt, angeordnet.
  • Die innere erste Pumpelektrode 12b, die Erfassungselektrode 16b und die innere zweite Pumpelektrode 18b sind jeweils an ein Referenzpotential angeschlossen.
  • Andererseits befindet sich die Ammoniaksensoreinheit 21 an einer Außenfläche der NOx-Sensoreinheit 11 (genauer, auf der Isolationsschicht 10c) an, im Wesentlichen, der gleichen Position wie die Referenzelektrode 16c der NOx-Sensoreinheit 11 in der Richtung der Achse O. Bei der ersten Ausführungsform ist die Ammoniaksensoreinheit 21 an einer solchen Position bereitgestellt, dass die Temperatur der Außenfläche der NOx-Sensoreinheit 11 650 °C erreicht, wenn die Steuertemperatur des zweiten Festelektrolytkörpers 18a der NOx-Sensoreinheit 11 auf 600 °C eingerichtet ist.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt ist die Ammoniaksensoreinheit 21 vom Mischpotentialtyp mit einem Aufbau, bei dem eine Referenzelektrode 21a, ein Festelektrolytkörper 23, eine Zwischenschicht 21b (als Elektrode) und eine Ammoniakerfassungselektrode 21c in dieser Reihenfolge aneinander gestapelt sind. Hier entspricht die Ammoniakerfassungselektrode 21c der beanspruchten Elektrode; entspricht die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21c der beanspruchten Zuführung; entspricht die Referenzelektrode 21a der beanspruchten zweiten Elektrode; und entspricht der Festelektrolytkörper 23 dem beanspruchten Festelektrolytkörper. Die Ammoniaksensoreinheit 21 ist einstückig von einer Schutzschicht 24 aus einem porösen Material bedeckt.
  • Genauer ist die Referenzelektrode 21a rechteckig geformt und auf einer Außenfläche der Isolationsschicht 10e angeordnet. Die Referenzelektrode 21a besteht aus einem Material, das als Hauptbestandteil Platin (Pt) enthält. Mit anderen Worten besteht die Referenzelektrode 21a nur aus Pt oder aus einer Pt-basierten Legierung. Die Referenzelektrode 21a ist so ausgelegt, dass ein brennbares Gas an einer Fläche der Referenzelektrode 21a verbrannt wird.
  • Eine Referenzelektrodenzuführung 25, die vorwiegend aus Platin (Pt) besteht, ist an die Referenzelektrode 21a angeschlossen und so auf der Isolationsschicht 10c angeordnet, dass sie sich in der Längsrichtung (der waagerechten Richtung in 3; das heißt, der Richtung der Achse O) erstreckt. Ein hinterer Endabschnitt (das rechtsseitige Ende in 3) der Referenzelektrodenzuführung 25 ist als Elektrodenanschluss ausgeführt.
  • Der Festelektrolytkörper 23 ist so auf einer Außenfläche der Referenzelektrode 21a angeordnet, dass die Referenzelektrode 21a zwischen den Festelektrolytkörper 23 und der Isolationsschicht 10e eingefügt ist. Der Festelektrolytkörper 23 besteht vorwiegend aus einem sauerstoffionenleitfähigen Festelektrolytmaterial wie etwa yttriumoxidstabilisiertem Zirkoniumoxid (YSZ).
  • Die Zwischenschicht 21b ist an einer Position, die der Referenzelektrode 21a gegenüberliegt, auf einer Außenfläche des Festelektrolytkörpers 23 angeordnet. Die Zwischenschicht 21b besteht aus einem Material, das 50 Masse-% oder mehr eines sauerstoffionenleitfähigen Festelektrolytmaterials wie etwa Zirkoniumoxid zusammen mit einem Oxid wenigstens einer Art von Metall, die aus der aus Kobalt (Co), Mangan (Mn), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) und Cer (Ce) bestehenden Gruppe gewählt ist, als erstes Metalloxid enthält. Bei der ersten Ausführungsform besteht die Zwischenschicht 21b vorwiegend aus Kobaltoxid (Co3O4) und Zirkoniumoxid. Wenn als erstes Metalloxid Kobaltoxid (Co3O4) enthalten ist, können Schwankungen der Ammoniakkonzentrationserfassungsempfindlichkeit der Ammoniaksensoreinheit 21 durch die Wirkung von H2O, das in dem zu messenden Gas enthalten ist, unterdrückt werden. Das erste Metalloxid weist die Form eines Metalloxids oder eines Verbundoxids auf. Das in der Zwischenschicht 21b enthaltene Festelektrolytmaterial kann von der gleichen Art wie die in dem Multigassensor 2 verwendeten oder eine andere Art sein.
  • Die in der Zwischenschicht 21b enthaltene Menge des ersten Metalloxids liegt vorzugsweise in dem Bereich von 1 Masse-% bis 50 Masse-%. Wenn die enthaltene Menge des ersten Metalloxids geringer als 1 Masse-% ist, kann es sein, dass die Zwischenschicht 12b keine ausreichende Selektivität gegenüber Ammoniakgas sicherstellt. Wenn die enthaltene Menge des ersten Metalloxids 50 Masse-% übersteigt, verringert sich die Menge des Festelektrolytmaterials, die in der Zwischenschicht 21 enthalten ist, so dass möglicherweise die Sauerstoffionenleitfähigkeit der Zwischenschicht 21b verringert wird.
  • Ferner ist die Zwischenschicht 21b vorzugsweise als poröse Elektrodenschicht bereitgestellt, um die Ammoniakgasselektivität der Zwischenschicht 21b zu verbessern und dadurch die Ammoniakkonzentrationserfassungsempfindlichkeit der Ammoniaksensoreinheit 21 zu erhöhen.
  • Durch Analysieren eines Querschnitts der Ammoniaksensoreinheit 21 mit einem Elektronenstrahl-Mikroanalysator (EPMA) ist es möglich, zu prüfen, ob das erste Metalloxid in der Zwischenschicht 21b enthalten ist oder nicht. Im Allgemeinen kann das Vorhandensein des ersten Metalloxids in der Zwischenschicht 21b auf Basis des Durchschnitts der Ergebnisse von EPMA-Analysen, die an drei Punkten in dem Querschnitt durchgeführt wurden, bestätigt werden.
  • Die Ammoniakerfassungselektrode 21d ist so auf einer Außenfläche der Zwischenschicht 21b angeordnet, dass der Festelektrolytkörper 23 und die Zwischenschicht 21b zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Referenzelektrode 21a angeordnet sind.
  • Eine Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d ist an die Ammoniakerfassungselektrode 21c angeschlossen und so angeordnet, das sie sich von der Ammoniakerfassungselektrode 21c in der Längsrichtung erstreckt. Wie in 4 gezeigt sind die Ammoniakerfassungselektrode 21c und die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d bei der ersten Ausführungsform über eine Verbindung 70 elektrisch miteinander verbunden. Wie später ausführlich erklärt werden wird, entspricht die Verbindung 70 der beanspruchten Anschlussverbindung (dem Bestandteilabschnitt). Ein hinterer Endabschnitt der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d ist als Elektrodenanschluss ausgeführt.
  • Die Ammoniakerfassungselektrode 21c besteht aus einem Material, das als Hauptbestandteil ein erstes Metall enthält; wohingegen die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d aus einer Komponente besteht, die als Hauptbestandteil ein zweites Metall enthält. Bei der ersten Ausführungsform ist das erste Metall Gold (Au) und in der Ammoniakerfassungselektrode 21c in einer Menge von 70 Masse-% oder mehr enthalten; und ist das zweite Metall Platin (Pt) und in der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d in einer Menge von 50 Masse-% oder mehr enthalten ist.
  • Das erste Metalloxid ist in der Ammoniakerfassungselektrode 21c nicht notwendigerweise enthalten. Wenn das erste Metalloxid jedoch nicht in der Ammoniakerfassungselektrode 21c enthalten ist, kann die Verbrennung von Ammoniakgas an der Ammoniakerfassungselektrode 21c unterdrückt werden, so dass eine Abnahme der Menge an Ammoniak, die die Grenzfläche zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Zwischenschicht 21b erreicht, unwahrscheinlich wird. Mit anderen Worten kann die Erfassungsgenauigkeit der Ammoniakerfassungselektrode 21c so verbessert werden, dass eine genaue Erfassung von Ammoniak mit einer niedrigen Konzentration (z.B. in der Größenordnung von 10 ppm) ermöglicht wird.
  • Da in der Ammoniakerfassungselektrode 21c Au in einer Menge von 70 Masse-% oder mehr enthalten ist, stellt die Ammoniakerfassungselektrode 21c ihre Funktion als Kollektor sicher. Wenn die Ammoniakerfassungselektrode 21c aus einem Material besteht, das weniger als 70 Masse-% Au enthält, wird es schwierig, die Kollektorfunktion der Ammoniakerfassungselektrode 21c sicherzustellen, das heißt, schwierig, durch die Ammoniaksensoreinheit 21 Ammoniakgas zu erfassen.
  • Vorzugsweise ist die Ammoniakerfassungselektrode 21c als poröse Elektrode bereitgestellt, die als zweites Metalloxid ein Oxid wenigstens einer Art von Metall enthält, die aus der aus Zirkonium (Zr), Yttrium (Y), Aluminium (AI) und Silizium (Si) bestehenden Gruppe gewählt ist, um der Ammoniakerfassungselektrode 21c Gasdurchlässigkeit zu verleihen. In diesem Fall passiert das Ammoniakgas leicht durch die Ammoniakerfassungselektrode 21c und erreicht die Grenzfläche zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Zwischenschicht 21b. Die Menge des zweiten Metalloxids, die in der Ammoniakerfassungselektrode 21c enthalten ist, liegt vorzugsweise in dem Bereich von 5 Masse-% bis 30 Masse-%.
  • Das Ammoniakgas, das die Grenzfläche zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Zwischenschicht 21b erreicht, erfährt an dieser Grenzfläche eine Reaktion (Elektrodenreaktion) mit Sauerstoffionen. Entsprechend dient die Ammoniakerfassungselektrode 21c als Detektor für Ammoniakgas. Wenn das erste Metalloxid an der Grenzfläche zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Zwischenschicht 21b vorhanden ist, wird die Ammoniakgasselektivität der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Zwischenschicht 21b durch eine Abnahme der Empfindlichkeit der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Zwischenschicht 21b gegenüber jedem anderen Gas als Ammoniakgas (z.B. HC-Gas) verbessert
  • Der Grund für eine solche Verbesserung der Ammoniakgasselektivität ist nicht klar, doch wird angenommen, dass das Feld der Elektrodenreaktion durch das erste Metalloxid, das an der Grenzfläche zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Zwischenschicht 21b vorhanden ist, abgeändert wird; und, da das erste Metalloxid sauer ist und stark mit basischem Ammoniak (NH3) wechselwirkt, bevorzugt die Elektrodenreaktion von Ammoniakgas gegenüber einer Reaktion eines jeden anderen Gases erfolgt.
  • Obwohl die Ammoniakerfassungselektrode 21c und die Zwischenschicht 21b bei der ersten Ausführungsform gesondert bereitgestellt sind, ist es alternativ möglich, das erste Metalloxid (Kobaltoxid) in die Ammoniakerfassungselektrode 21c aufzunehmen und auf die Zwischenschicht 21b zu verzichten.
  • Die Schutzschicht 24 ist gebildet, um das Anhaften einer vergiftenden Substanz an der Ammoniakerfassungselektrode 21c zu verhindern und die Rate der Diffusion des gemessenen Gases von außen in die Ammoniaksensoreinheit 21 zu regulieren. Als Material der Schutzschicht 24 kann wenigstens eine aus der aus Aluminiumoxid (Aluminiumoxid), Spinell (MgAl2O4), Siliziumoxid-Aluminiumoxid und Mullit bestehenden Gruppe gewählte Art verwendet werden. Die Rate der Diffusion des gemessenen Gases durch die Schutzschicht 24 kann durch Verändern der Dicke, der Teilchengröße, der Teilchenverteilung, der Porosität, des Materialmischverhältnisses usw. der Schutzschicht 24 reguliert werden.
  • Obwohl die Ammoniaksensoreinheit 21 bei der ersten Ausführungsform von der Schutzschicht 24 bedeckt ist, ist die Ammoniaksensoreinheit 21 nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt. Die Ammoniakerfassungselektrode 21c kann alternativ ohne eine gebildete Schutzschicht frei liegen.
  • Wie in 2 gezeigt, weist die Sensorsteuereinheit 3 ein analoges Steuerschaltungsmodul 50 und einen Mikrocomputer 60 auf, die auf einer Schaltplatte montiert sind.
  • Der Mikrocomputer 60 ist ausgebildet, um die gesamte Sensorsteuereinheit 3 zu steuern. Im Allgemeinen ist der Mikrocomputer 60 mit einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 61, einer Speichereinheit, die einen RAM 62 und einen ROM 63 aufweist, einem Signalein/ausgabeabschnitt 64, einem A/D-Wandler 65, einem Taktgeber (nicht gezeigt) und dergleichen versehen, um durch die Ausführung verschiedener Programme, die in dem ROM 63 usw. gespeichert sind, durch die CPU 61 Verarbeitungstätigkeiten durchzuführen.
  • Das Steuerschaltungsmodul 50 ist ausgebildet, um den Betrieb des Multigassensors 2 zu steuern und Erfassungswerte des Multigassensors 2 an den Mikrocomputer 60 auszugeben. Das Steuerschaltungsmodul 50 ist mit einer Referenzspannungsvergleichsschaltung 51, einer Ip1-Treiberschaltung 52, einer Vs-Erfassungsschaltung 53, einer Icp-Zuführschaltung 54, einer Ip2-Erfassungsschaltung 55, einer Vp2-Anlegeschaltung 56, einer Heizertreiberschaltung 57 und einer Elektromotorische-Kraft-Erfassungsschaltung 58 versehen. Die Ip1-Treiberschaltung Ip1 52 ist elektrisch an die äußere erste Pumpelektrode 12c der NOx-Sensoreinheit 11 angeschlossen. Die Vs-Erfassungsschaltung 53 und die Icp-Zuführschaltung 54 sind elektrisch parallel an die Referenzelektrode 16c der NOx-Sensoreinheit 11 angeschlossen. Die Ip-Erfassungsschaltung 55 und die Vp2-Anlegeschaltung sind elektrisch parallel an die zweite Pumpgegenelektrode 18c der NOx-Sensoreinheit 11 angeschlossen. Die Heizertreiberschaltung 57 ist elektrisch an den Heizer 19 der NOx-Sensoreinheit 11 angeschlossen. Die Elektromotorische-Kraft-Erfassungsschaltung 58 ist elektrisch an die Referenzelektrode 21a und die Ammoniakerfassungselektrode 21c der Ammoniaksensoreinheit 21 angeschlossen.
  • Die Elektromotorische-Kraft-Erfassungsschaltung 58 erfasst eine elektromotorische Kraft (EMK) zwischen der Referenzelektrode 21a und der Ammoniakerfassungselektrode 21c als Ausgabewert der Ammoniakkonzentration und gibt die erfasste Ammoniak-elektromotorische Kraft an den Mikrocomputer 60 aus.
  • Die Ip1-Treiberschaltung 52 liefert einen ersten Pumpstrom Ip1 zwischen die innere und die äußere erste Pumpelektrode 12b und 12c, während sie den ersten Pumpstrom Ip1 erfasst und steuert. Ferner gibt die Ip1-Treiberschaltung 52 den erfassten ersten Pumpstrom Ip1 an den A/D-Wandler 65 aus.
  • Die Vs-Erfassungsschaltung 53 erfasst eine Spannung Vs zwischen der Erfassungselektrode 16b und der Referenzelektrode 16c und gibt die erfasste Spannung Vs an die Referenzspannungsvergleichsschaltung 51 aus. Die Referenzspannungsvergleichsschaltung 51 vergleicht die Ausgangsspannung der Vs-Erfassungsschaltung 53 mit einer Referenzspannung (z.B. 425 mV) und gibt das Vergleichsergebnis an die Ip1-Treiberschaltung 52 aus. Auf Basis des Vergleichsergebnisses werden die Richtung und die Größe des ersten Pumpstroms Ip1 durch die Ip1-Treiberschaltung 52 so gesteuert, dass die Spannung Vs der Referenzspannung gleichgesetzt wird und die Konzentration von Sauerstoff in der ersten Messkammer S1 auf ein vorherbestimmtes Niveau, bei dem keine Zerlegung von NOx stattfindet, reguliert wird.
  • Die Icp-Zuführschaltung 54 liefert einen kleinen Strom Icp zwischen die Erfassungselektrode 16b und die Referenzelektrode 16c. Durch die Zufuhr des Stroms Icp wird Sauerstoff von der ersten Messkammer S1 zu der Referenzsauerstoffkammer 17 gepumpt, so dass die Referenzelektrode 16c einer vorherbestimmten Referenzsauerstoffkonzentration ausgesetzt wird.
  • Die Vp2-Anlegeschaltung 56 legt eine konstante Spannung Vp1 (z.B. 450 mV) zwischen der inneren zweiten Pumpelektrode 18b und der zweiten Pumpgegenelektrode 18c an, wodurch NOx in dem gemessenen Gas zu Sauerstoffgas (O2) und Stickstoffgas (N2) zerlegt wird.
  • Die Ip2-Erfassungsschaltung 55 erfasst einen zweiten Pumpstrom Ip2, der zu der Zeit, zu der durch die Zerlegung von NOx erzeugter O2 von der zweiten Messkammer S2 durch den zweiten Festelektrolytkörper 18a zu der zweiten Pumpgegenelektrode 18a gepumpt wird, in der zweiten Pumpzelle 18 fließt, und gibt dann den erfassten zweiten Pumpstrom Ip2 an den A/D-Wandler 65 aus.
  • Der erste und der zweite Pumpstrom Ip1 und Ip2 werden durch den A/D-Wandler 65 in digitale Signale umgewandelt. Diese umgewandelten Signale werden über den Signalein/ausgabeabschnitt 64 an die CPU 61 ausgegeben.
  • Als nächstes wird nachstehend ein Verfahren zur Herstellung der Sensorelementbaugruppe 10 mit der NOx-Sensoreinheit 11 und der Ammoniaksensoreinheit 21 erklärt werden. Da die NOx-Sensoreinheit 11 durch ein bekanntes Verfahren hergestellt werden kann, wird hier auf eine ausführliche Erklärung des Verfahrens zur Herstellung der NOx-Sensoreinheit 11 verzichtet werden. Andererseits kann die Ammoniaksensoreinheit 21 durch das folgende Verfahren hergestellt werden.
  • Zuerst wird eine Paste, die Pt als Hauptbestandteil der Referenzelektrode 21a, ein Aluminiumoxid-Bindemittel (als gemeinsames anorganisches Oxid-Basismaterial) und ein organisches Lösemittel enthält, angefertigt. Die angefertigte Paste (nachstehend als „Pt-haltige Paste“ bezeichnet) wird auf die Isolationsschicht 10e siebgeduckt und bei einer vorherbestimmten Temperatur (z.B. etwa 1400 °C oder höher) gebrannt. Ferner wird eine Paste, die ein Oxidpulver als Hauptbestandteil des Festelektrolytkörpers 23, ein Bindemittel und ein organisches Lösemittel enthält, angefertigt. Die angefertigte Festelektrolytpaste wird auf die gebrannte Referenzelektrode 21a siebgedruckt und bei einer vorherbestimmten Temperatur (z.B. 1500 °C) gebrannt. Dadurch werden die Referenzelektrode 21a und der Festelektrolytkörper 23 gebildet.
  • Die Zwischenschicht 21b wird durch Anfertigen einer Paste, die das erste Metalloxid und das Festelektrolytmaterial als Bestandteile der Zwischenschicht 21b enthält, Siebdrucken der angefertigten Paste auf den Festelektrolytkörper 23, und Brennen der gedruckten Paste bei einer vorherbestimmten Temperatur (z.B. 1000 °C) auf dem Festelektrolytkörper 23 gebildet.
  • Danach wird eine Pt-haltige Paste zur Bildung der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d angefertigt und auf die Zwischenschicht 21b siebgedruckt. Eine Pt/Au-haltige Paste zur Bildung der Verbindung 70 wird angefertigt und über einen Endabschnitt der gedruckten Pt-haltigen Paste siebgedruckt. Eine Au-haltige Paste zur Bildung der Ammoniakerfassungselektrode 21c wird angefertigt und so auf die Zwischenschicht 21b siebgedruckt, dass sie einen Teil der gedruckten Pt/Au-haltigen Paste überlappt. Diese überlappend gedruckten Pasten werden bei einer vorherbestimmten Temperatur (z.B. 1000 °C) gebrannt, wodurch die Ammoniakerfassungselektrode 21c in einer elektrischen Verbindung mit der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d über die Verbindung 70 gebildet wird. Schließlich wird die Schutzschicht 24 durch Anfertigen einer Paste, die Aluminiumoxid usw. enthält, Siebdrucken der angefertigten Paste über die Referenzelektrode 21a, den Festelektrolytkörper 23, die Zwischenschicht 21b und die Ammoniakerfassungselektrode 21c, und dann Brennen der gedruckten Paste bei einer vorherbestimmten Temperatur (z.B. 1000 °C) gebildet. Dadurch ist die Ammoniaksensoreinheit 21 fertiggestellt.
  • Nun wird die Verbindung 70 zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d als kennzeichnender Aufbau der ersten Ausführungsform nachstehend ausführlich erklärt werden.
  • Bei der ersten Ausführungsform enthält die Verbindung 70 Au (als das erste Metall) und Pt (als das zweite Metall) in einer Gesamtmenge von 50 Masse-% oder mehr. Die in der Verbindung 70 enthaltene Menge an Au liegt zwischen der Menge an Au, die in der Ammoniakerfassungselektrode 21c enthalten ist, und der Menge an Au, die in der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d enthalten ist. Das heißt, die Konzentration von Au in der Verbindung 70 ist niedriger als die Konzentration von Au in der Ammoniakerfassungselektrode 21c und höher als die Konzentration von Au in der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d. Ferner liegt die Menge an Pt, die in der Verbindung 70 enthalten ist, zwischen der Menge an Pt, die in der Ammoniakerfassungselektrode 21c enthalten ist, und der Menge an Pt, die in der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d enthalten ist. Das heißt, die Konzentration von Pt in der Verbindung 70 ist niedriger als die Konzentration von Pt in der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d und höher als die Konzentration von Pt in der Ammoniakerfassungselektrode 21c. Die Verbindung 70 weist einen Au-Konzentrationswert zwischen jenen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d auf, und weist einen Pt-Konzentrationswert zwischen jenen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d auf.
  • Die Menge an Au in der Verbindung 70 beträgt vorzugsweise 30 bis 70 Masse-%, besser 40 bis 60 Masse-%, und noch besser 45 bis 55 Masse-% auf Basis von 100 Masse-% der Gesamtmenge an Au und Pt in der Verbindung 70.
  • Die Menge an Pt in der Verbindung 70 beträgt vorzugsweise 30 bis 70 Masse-%, besser 40 bis 60 Masse-%, und noch besser 45 bis 55 Masse-% auf Basis von 100 Masse-% der Gesamtmenge an Au und Pt in der Verbindung 70.
  • Vorzugsweise bestehen die Metallelemente der Verbindung 70 im Wesentlichen aus Au und Pt. Der Ausdruck „bestehen im Wesentlichen aus Au und Pt“ bedeutet, dass die Menge jedes anderen Metallelements als Au und Pt im Wesentlichen 0 % (genauer, weniger als 5,0 Masse-%) beträgt.
  • In der Ammoniaksensoreinheit 21 ist die Verbindung 70 bereitgestellt, um das abrupte Metallkonzentrationsgefälle zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d abzuschwächen. Es ist daher unwahrscheinlich, dass Au als Hauptbestandteil der Ammoniakerfassungselektrode 21c während des Brenn(Wärmebehandlungs)schritts zu der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d wandern wird. Folglich ist es möglich, das Auftreten von Hohlräumen in der Ammoniakerfassungselektrode 21c aufgrund der Wanderung von Au zu verhindern und dadurch möglich, einen Bruch in der Ammoniakerfassungselektrode 21c zu unterdrücken.
  • Im Fall der Verwendung von Au als das erste Metall in Verbindung mit Pt als das zweite Metall besteht eine starke Tendenz, dass während des Brennschritts eine Wanderung von Au stattfinden wird. Eine solche Metallwanderung wird jedoch durch die Verbindung 70 wirksam unterdrückt.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Unter Bezugnahme auf 5 bis 8 wird nachstehend ein Gassensor 310 nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
  • Wie in 5 gezeigt, ist der Gassensor 310 mit einem Sauerstofferfassungselement 320, einem Metallgehäuse 311, einem inneren und einem äußeren Anschlusselement 330 und 340 und einem keramischen Heizer 300 versehen. Bei der zweiten Ausführungsform entspricht der keramische Heizer 300 dem beanspruchten Heizer.
  • In der folgenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck „vorn“ auf eine Seite des Gassensors 310, an der der Heizer 300 und das Sauerstofferfassungselement 320 angeordnet sind (d.h., eine Unterseite von 5); und bezieht sich der Ausdruck „hinten“ auf eine Seite des Gassensors 310, an der die Anschlusselemente 330 und 340 angeordnet sind (d.h., eine Oberseite von 5).
  • Das Sauerstofferfassungselement 320 weist eine mit einem Boden versehene zylindrische Form mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, wobei sein vorderes Ende geschlossen und sein hinteres Ende offen ist, und erstreckt sich in der Richtung einer Achse AX des Gassensors 310. Das Sauerstofferfassungselement 320 weist einen sauerstoffionenleitenden Festelektrolytkörper 321; eine äußere Elektrodenschicht (nicht gezeigt), die z.B. durch Plattieren auf einem Teil einer äußeren Umfangsfläche des Festelektrolytkörpers 321 gebildet ist; und eine innere Elektrolytschicht (nicht gezeigt), die z.B. durch Plattieren auf einem Teil einer inneren Umfangsfläche des Festelektrolytkörpers 321 gebildet ist, auf. Ein radial auswärts vorstehender Eingreifflanschabschnitt 320f ist um einen Mittelpunkt in der Richtung der Achse AX an dem Außenumfang des Sauerstofferfassungselements 320 bereitgestellt.
  • Das Metallgehäuse 311 weist eine zylindrische Form auf und umgibt einen Teil des Außenumfangs des Sauerstofferfassungselements 320. Das Sauerstofferfassungselement 320 wird durch einen Eingriff des Eingreifflanschabschnitts 320f des Sauerstofferfassungselements 320 an dem Innenumfang des Metallgehäuses 311 über Metalldichtungen 381, 382 und 383, Isolatoren 313 und 313b und ein Keramikpulver 314 hermetisch in dem Metallgehäuse 311 gehalten. Wie in 5 gezeigt, weist das Metallgehäuse 311 einen sechseckigen Abschnitt 311c, der an seiner äußeren Umfangsfläche gebildet ist; und einen Verbindungsabschnitt 311d, der hinter dem sechseckigen Abschnitt 311c gebildet ist, auf.
  • Eine Schutzeinrichtung 315 ist so an dem Metallgehäuse 311 fixiert, dass sie einen vorderen Endabschnitt des Sauerstofferfassungselements 320, der von einem Vorderende des Metallgehäuses 311 vorsteht, abdeckt. Bei der zweiten Ausführungsform weist die Schutzeinrichtung 315 einen doppelten Aufbau mit einem äußeren und einem inneren Schutzelement 315a und 315b auf. In dem äußeren und dem inneren Schutzelement 315a und 315b sind mehrere Gaslöcher so gebildet, dass ein gemessenes Gas (wie etwa Abgas) durch diese Gaslöcher in das Innere der Schutzeinrichtung 315 geführt wird und mit der äußeren Elektrodenschicht des Sauerstofferfassungselements 320 in Kontakt gebracht wird.
  • Eine zylindrische Außenröhre 316 aus Metall ist durch Laserschweißen des gesamten Umfangs der Außenröhre 316 von außen mit dem Verbindungsabschnitt 311d verbunden. Ein offenes hinteres Ende der Außenröhre ist durch Einsetzen einer Kabeldurchführung 317 aus Fluorkautschuk und Stauchen des hinteren Endes der Außenröhre 316 verschlossen und abgedichtet. Eine Trennvorrichtung 318 aus einem isolierenden Keramikmaterial (wie etwa Aluminiumoxid) ist an einer vorderen Endseite der Kabeldurchführung 317 in der Außenröhre 316 angeordnet. Sensorausgangskabel 319 und 319b und Heizerkabel 312b und 312c sind so angeordnet, dass sie sich von dem Sauerstofferfassungselement 310 in der Richtung der Achse AX durch Kabeleinführungsöffnungen der Kabeldurchführung 317 und eine Rückhalteöffnung 318d der Trennvorrichtung 318 erstrecken. In der Mitte der Kabeldurchführung 317 ist eine Durchgangsöffnung entlang der Richtung der Achse AX gebildet. In der Durchgangsöffnung der Kabeldurchführung ist ein Metallrohr 386 mit einem wasserabweisenden, luftdurchlässigen Filter 385 vom Blatttyp fixiert, damit Luft von außerhalb des Gassensors 310 durch das Filter 385 in die Außenröhre 316 eingebracht und dann zu einem Innenraum G des Sauerstofferfassungselements 320 geführt wird.
  • Das äußere Anschlusselement 340 besteht aus einer Edelstahlplatte und weist einen äußeren Passabschnitt 341 mit einem im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt in einer zu der Achse AX senkrechten Richtung; einen Trennvorrichtungseinführungsabschnitt 342, der sich von der Mitte eines hinteren Endes des äußeren Passabschnitts 341 nach hinten erstreckt; und einen Verbinderabschnitt 343, der hinter dem Trennvorrichtungseinführungsabschnitt 342 gebildet ist, auf. Der Verbinderabschnitt 343 ist gebördelt, um einen Kerndraht des Sensorausgangskabels 319b zu halten und eine elektrische Verbindung zwischen dem äußeren Anschlusselement 340 und dem Sensorausgangskabel 319b herzustellen. Der Trennvorrichtungseinführungsabschnitt 342 ist so in die Trennvorrichtung 318 eingeführt, dass er das äußere Anschlusselement 340 durch einen elastischen Kontakt eines Trennvorrichtungskontaktvorsprungs 342d des Trennvorrichtungseinführungsabschnitts 342 mit der Rückhalteöffnung 318d in der Rückhalteöffnung 318d der Trennvorrichtung 318 zurückhält. Der äußere Passabschnitt 341 ist so gebildet, dass ein Durchmesser eines Kreises, der in einen radialen Querschnitt des äußeren Passabschnitts 341 eingeschrieben ist, kleiner als ein Durchmesser der äußeren Umfangsfläche des hinteren Endabschnitts des Sauerstofferfassungselements 320 ist. In einem Zustand, in dem das äußere Anschlusselement 340 an dem Sauerstofferfassungselement 320 fixiert ist, wird der äußere Passabschnitt 341 durch seine elastische Kraft in einen Kontakt mit der äußeren Elektrodenschicht des Sauerstofferfassungselements 320 gedrängt und dagegen gepresst, um die elektrische Leitung zwischen dem äußeren Anschlusselement 340 und der äußeren Elektrodenschicht des Sauerstofferfassungselements 320 aufrechtzuerhalten. Entsprechend wird eine in der äußeren Elektrodenschicht erzeugte elektromotorische Kraft durch den äußeren Passabschnitt 341 und das Sensorausgangskabel 319b nach außen gebracht.
  • Das innere Anschlusselement 330 besteht aus einer Edelstahlplatte und weist einen inneren Passabschnitt 333 mit einem im Wesentlichen hufeisenförmigen Querschnitt in der zu der Achse AX senkrechten Richtung; einen Trennvorrichtungseinführungsabschnitt 332, der sich von der Mitte eines hinteren Endes des inneren Passabschnitts 333 nach hinten erstreckt; und einen Verbinderabschnitt 331, der hinter dem Trennvorrichtungseinführungsabschnitt gebildet ist, auf. Der Verbinderabschnitt 331 ist gebördelt, um einen Kerndraht des Sensorausgangskabels 319 zu halten und eine elektrische Verbindung zwischen dem inneren Anschlusselement 330 und dem Sensorausgangskabel 319 herzustellen. Der Trennvorrichtungseinführungsabschnitt 332 ist so in die Trennvorrichtung 318 eingeführt, dass er das innere Anschlusselement 330 durch einen elastischen Kontakt eines Trennvorrichtungskontaktvorsprungs 332d des Trennvorrichtungskontaktabschnitts 332 mit der Rückhalteöffnung 318d in der Rückhalteöffnung 318d der Trennvorrichtung 318 zurückhält. Der innere Passabschnitt 333 weist einen Heizerkontaktvorsprung 336 auf, der davon nach vorn vorsteht. Der Heizerkontaktvorsprung 336 weist in der Richtung der Achse AX gesehen im Allgemeinen die Form eines Viertels eines Kreisbogens auf. In einem Zustand, in dem das innere Anschlusselement 330 an dem Sauerstofferfassungselement 320 fixiert ist, wird der innere Passabschnitt 333 (der Heizerkontaktvorsprung 336) gegen den keramischen Heizer 300 geschoben, um eine Seitenfläche des keramischen Heizers 300 in einen Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Sauerstofferfassungselements 320 zu bringen. Ferner ist der innere Passabschnitt 333 so gebildet, dass ein Durchmesser eines Kreises, der um einen radialen Querschnitt des inneren Passabschnitts 333 umschrieben ist, größer als ein Durchmesser der inneren Umfangsfläche des hinteren Endabschnitts des Sauerstofferfassungselements 320 ist. In dem Zustand, in dem das innere Anschlusselement 330 an dem Sauerstofferfassungselement 320 fixiert ist, wird der innere Passabschnitt 333 durch seine elastische Kraft in einen Kontakt mit der inneren Elektrodenschicht des Sauerstofferfassungselements 320 gedrängt und gegen diese gepresst, um die elektrische Verbindung zwischen dem inneren Anschlusselement 330 und der inneren Elektrodenschicht des Sauerstofferfassungselements 320 zu bewahren. Entsprechend wird eine elektromotorische Kraft, die in der inneren Elektrodenschicht erzeugt wird, durch den Einführungsabschnitt 341 und das Sensorausgangskabel nach außen gebracht.
  • Der keramische Heizer 300 ist in dem Innenraum G des Sauerstofferfassungselements 320 angeordnet und wird durch das innere Anschlusselement 330 in Position gehalten, wie in 5 gezeigt ist, um das Sauerstofferfassungselement 320 (genauer, die innere Umfangsfläche des Festelektrolytkörpers 321) bei einer Zufuhr von Strom durch die Heizerkabel 312b und 312c zu erwärmen.
  • Wie in 6 und 7 gezeigt, weist der keramische Heizer 300 eine runde Stabform (eine im wesentlichen runde Säulenform) und ein Keramiksubstrat 402, einen Heizwiderstand 441, Elektrodenanschlussflächen 421 und Anschlusselemente 430 auf.
  • Das Keramiksubstrat 402 weist eine runde stabförmige Aluminiumoxidkeramiksubstratbasis 401 und stark isolierende Keramikschichten 440 und 446, die um die Substratbasis 401 geschlungen sind, auf.
  • Der Heizwiderstand 441 ist als Heizermuster auf der Aluminiumoxidkeramikschicht 400 bereitgestellt und umfasst einen Heizerabschnitt 442 und ein Paar von Anschlussabschnitten 443, die jeweils über Verbindungen 450 an beide Enden des Heizerabschnitts 442 angeschlossen sind und sich jeweils in der Längsrichtung des keramischen Heizers 300 (das heißt, in der Richtung der Achse AX) erstrecken. Hier entspricht der Heizerabschnitt 442 dem beanspruchten Heizerabschnitt; entspricht der Anschlussabschnitt 443 der beanspruchten Zuführung; entspricht die Verbindung 450 der beanspruchten Anschlussverbindung (dem Bestandteilabschnitt).
  • In einem hinteren Endabschnitt der Aluminiumoxidkeramikschicht 440 sind zwei Durchgangsöffnungen 444 gebildet, so dass die Anschlussabschnitte 443 durch diese Durchgangsöffnungen 444 elektrisch an die jeweiligen Elektrodenanschlussflächen 421 an der Außenfläche des keramischen Heizers 300 angeschlossen sind. Die Heizerkabel 312b und 312c sind durch die Anschlusselemente 430 jeweils elektrisch an die Elektrodenanschlussflächen 421 angeschlossen.
  • Der Heizerabschnitt 442 besteht aus einem Material, das als Hauptbestandteil ein erstes Metall enthält; wohingegen die Anschlussabschnitte 443 jeweils aus einem Material bestehen, das als Hauptbestandteil ein zweites Metall enthält. Bei der zweiten Ausführungsform ist das erste Metall Platin (Pt); und ist das zweite Metall Palladium (Pd).
  • Als nächstes wird nachstehend ein Verfahren zur Herstellung des keramischen Heizers 300 erklärt werden. Hier werden grüne Platten zur Bildung der Aluminiumoxidkeramikschichten 440 und 446 zu Bequemlichkeit als „grüne Platten 440 und 446“ bezeichnet.
  • Danach wird eine Pd-haltige Paste zur Bildung der Anschlussabschnitte 443 angefertigt und auf die grüne Platte 440 siebgedruckt. Eine Pd/Pt-haltige Paste zur Bildung der Verbindung 450 wird angefertigt und über einen Endabschnitt der gedruckten Pd-haltigen Paste siebgedruckt. Eine Pt-haltige Paste zur Bildung des Heizerabschnitts 442 wird angefertigt und so auf die grüne Platte 440 siebgedruckt, dass sie einen Teil der gedruckten Pd/Pt-haltigen Paste überlappt. Die grüne Platte 446 wird an einer ihrer Flächen an die pastenbedruckte Fläche der grünen Platte 440 pressgebunden. Auf die andere Fläche der grünen Platte 446 wird eine Paste, die Aluminiumoxid enthält, aufgebracht.
  • Der sich ergebende Schichtköper der grünen Platten 440 und 446 wird um die Substratbasis 401 geschlungen, wobei die Fläche der grünen Platte 446, auf die die Aluminiumoxidplatte aufgebracht wurde, nach innen gewandt ist, und wird von der äußeren Umfangsseite her einwärts gepresst.
  • Die dadurch gebildete grüne Heizerbaugruppe wird gebrannt, wodurch der keramische Heizer 300 erhalten wird.
  • Nun wird die Verbindung 450 zwischen dem Heizerabschnitt 442 und dem Anschlussabschnitt 443 als kennzeichnender Aufbau der zweiten Ausführungsform nachstehend ausführlich erklärt werden.
  • Bei der zweiten Ausführungsform enthält die Verbindung 450 Pt (als das erste Metall) und Pd (als das zweite Metall) in einer Gesamtmenge von 50 Masse-% oder mehr. Die in der Verbindung 450 enthaltene Menge an Pt liegt zwischen der Menge an Pt, die in dem Heizerabschnitt 442 enthalten ist, und der Menge an Pt, die in dem Anschlussabschnitt 443 enthalten ist. Das heißt, die Konzentration von Pt in der Verbindung 450 ist niedriger als die Konzentration von Pt in dem Heizerabschnitt 442 und höher als die Konzentration von Pt in dem Anschlussabschnitt 443. Ferner liegt die Menge an Pd, die in der Verbindung 450 enthalten ist, zwischen der Menge an Pd, die in dem Heizerabschnitt 442 enthalten ist, und der Menge an Pd, die in dem Anschlussabschnitt 443 enthalten ist. Das heißt, die Konzentration von Pd in der Verbindung 450 ist niedriger als die Konzentration von Pd in dem Anschlussabschnitt 443 und höher als die Konzentration von Pd in dem Heizerabschnitt 442. Die Verbindung 450 weist einen Pt-Konzentrationswert zwischen jenen des Heizerabschnitts 442 und des Anschlussabschnitts 443 auf, und weist einen Pd-Konzentrationswert zwischen jenen des Heizerabschnitts 442 und des Anschlussabschnitts 443 auf.
  • Die Menge an Pt in der Verbindung 450 beträgt vorzugsweise 30 bis 70 Masse-%, besser 40 bis 60 Masse-%, und noch besser 45 bis 55 Masse-% auf Basis von 100 Masse-% der Gesamtmenge an Pt und Pd in der Verbindung 450.
  • Die Menge an Pd in der Verbindung 450 beträgt vorzugsweise 30 bis 70 Masse-%, besser 40 bis 60 Masse-%, und noch besser 45 bis 55 Masse-% auf Basis von 100 Masse-% der Gesamtmenge an Pt und Pd in der Verbindung 450.
  • Vorzugsweise bestehen die Metallbestandteile der Verbindung 450 im Wesentlichen aus Pt und Pd. Der Ausdruck „bestehen im Wesentlichen aus Pt und Pd“ bedeutet, dass die Menge jedes anderen Metallbestandteils als Pt und Pd im Wesentlichen 0 % (genauer, weniger als 5,0 Masse-%) beträgt.
  • In dem keramischen Heizer 300 ist die Verbindung 450 bereitgestellt, um das abrupte Metallkonzentrationsgefälle zwischen dem Heizerabschnitt 442 und dem Anschlussabschnitt 443 abzuschwächen. Es ist daher unwahrscheinlich, dass Pd als Hauptbestandteil des Anschlussabschnitts 443 während des Brenn(Wärmebehandlungs)schritts zu dem Heizerabschnitt 442 wandern wird. Folglich ist es möglich, das Auftreten von Hohlräumen in dem Anschlussabschnitt 443 aufgrund der Wanderung von Pd zu verhindern und dadurch möglich, einen Bruch in dem Anschlussabschnitt 443 zu unterdrücken.
  • Im Fall der Verwendung von Pt als das erste Metall in Verbindung mit Pd als das zweite Metall besteht eine starke Tendenz, dass während des Brennschritts eine Wanderung von Pd stattfinden wird. Eine solche Metallwanderung wird jedoch durch die Verbindung 450 wirksam unterdrückt.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Unter Bezugnahme auf 1, 2 und 9 bis 10 wird nachstehend eine Multigassensorvorrichtung 1 mit einer Ammoniaksensoreinheit 21 nach einer dritten Ausführungsform beschrieben werden.
  • Die Multigassensorvorrichtung 1 nach der dritten Ausführungsform ist jener nach der ersten Ausführungsform mit Ausnahme des Aufbaus der Ammoniaksensoreinheit 21 baulich gleich. Bei der dritten Ausführungsform sind gleiche Teile und Abschnitte wie bei der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet; und es wird auf ihre ausführliche Erklärung verzichtet werden.
  • Bei der dritten Ausführungsform weist die Multigassensorvorrichtung 1 wie bei der ersten Ausführungsform einen Multigassensor 2 und eine Sensorsteuereinheit 3 (siehe 1 und 2) auf. Da der Aufbau der Sensorsteuereinheit 3 bei der dritten Ausführungsform dem bei der ersten Ausführungsform gleich ist, wird hier auf eine ausführliche Erklärung der Sensorsteuereinheit 3 verzichtet werden.
  • Der Multigassensor 2 ist wie in 1 gezeigt mit einer Sensorelementbaugruppe 10, einem Metallgehäuse 110, einer Trennvorrichtung 134 und Verbindungsanschlüssen 138 versehen. Die Sensorelementbaugruppe 10 weist eine NOx-Sensoreinheit 11 (als NOx-Erfassungselement) und eine Ammoniaksensoreinheit 21 auf. Bei der dritten Ausführungsform entspricht die Ammoniaksensoreinheit 21 dem beanspruchten Gassensorelement.
  • Es wird auf eine ausführliche Erklärung der NOx-Sensoreinheit 11 verzichtet werden, da der Aufbau der NOx-Sensoreinheit 11 bei der dritten Ausführungsform jenem bei der ersten Ausführungsform gleich ist.
  • Wie in 2 und 9 ist die Ammoniaksensoreinheit 21 vom Mischpotentialtyp mit einer Referenzelektrode 21a, die als Hauptbestandteil Platin enthält; einem Festelektrolytkörper 23, der als Hauptbestandteil Zirkoniumoxid enthält; einer Zwischenschicht 21b (als Elektrode), die als Hauptbestandteile Kobaltoxid und Zirkoniumoxid enthält; und einer Ammoniakerfassungselektrode 21c, die als Hauptbestandteil Gold (Au) enthält. Hier entspricht die Ammoniakerfassungselektrode 21c der beanspruchten Elektrode; entspricht die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d der beanspruchten Zuführung; entspricht die Referenzelektrode 21a der beanspruchten zweiten Elektrode; und entspricht der Festelektrolytkörper 23 dem beanspruchten Festelektrolytkörper. Die Ammoniaksensoreinheit 21 ist einstückig von einer Schutzschicht 24 aus einem porösen Material bedeckt.
  • Eine Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d, die als Hauptbestandteil Platin (Pt) enthält, ist an die Ammoniakerfassungselektrode 21c angeschlossen und so angeordnet, dass sie sich von der Ammoniakerfassungselektrode 21c in der Richtung der Achse O nach hinten erstreckt. Bei der dritten Ausführungsform sind die Ammoniakerfassungselektrode 21c und die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d wie in 10 gezeigt elektrisch direkt miteinander verbunden. Eine ausführliche Erklärung des Verbindungsaufbaus zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d wird später gegeben werden.
  • Als nächstes wird nachstehend ein Verfahren zur Herstellung der Sensorelementbaugruppe 10 mit der NOx-Sensoreinheit 11 und der Ammoniaksensoreinheit 21 erklärt werden. Da die NOx-Sensoreinheit 11 durch ein bekanntes Verfahren hergestellt werden kann, wird hier auf eine ausführliche Erklärung des Verfahrens zur Herstellung der NOx-Sensoreinheit 11 verzichtet werden. Andererseits kann die Ammoniaksensoreinheit 21 durch das folgende Verfahren hergestellt werden.
  • Zuerst wird eine Paste, die Pt als Hauptbestandteil der Referenzelektrode 21a, ein Aluminiumoxid-Bindemittel (als gemeinsames anorganisches Oxid-Basismaterial) und ein organisches Lösemittel enthält, angefertigt. Die angefertigte Paste (nachstehend als „Pt-haltige Paste“ bezeichnet) wird auf die Isolationsschicht 10e siebgeduckt und bei einer vorherbestimmten Temperatur (z.B. etwa 1400 °C oder höher) gebrannt. Ferner wird eine Paste, die ein Oxidpulver als Hauptbestandteil des Festelektrolytkörpers 23, ein Bindemittel und ein organisches Lösemittel enthält, angefertigt. Die angefertigte Festelektrolytpaste wird auf die gebrannte Referenzelektrode 21a siebgedruckt und bei einer vorherbestimmten Temperatur (z.B. 1500 °C) gebrannt. Dadurch werden die Referenzelektrode 21a und der Festelektrolytkörper 23 gebildet.
  • Die Zwischenschicht 21b wird durch Anfertigen einer Paste, die das erste Metalloxid und das Festelektrolytmaterial als Bestandteile der Zwischenschicht 21b enthält, Siebdrucken der angefertigten Paste auf den Festelektrolytkörper 23, und Brennen der gedruckten Paste bei einer vorherbestimmten Temperatur (z.B. 1000 °C) auf dem Festelektrolytkörper 23 gebildet.
  • Danach wird eine Au-haltige Paste zur Bildung der Ammoniakerfassungselektrode 21c angefertigt und auf die Zwischenschicht 21b siebgedruckt. Eine Pt-haltige Paste zur Bildung der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d wird angefertigt und so auf die Zwischenschicht 21b siebgedruckt, dass sie einen Teil der gedruckten Au-haltigen Paste überlappt. Diese überlappend gedruckten Pasten werden bei einer vorherbestimmten Temperatur (z.B. 1000 °C) gebrannt, wodurch die Ammoniakerfassungselektrode 21c in einer elektrischen Verbindung mit der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d gebildet wird. Schließlich wird die Schutzschicht 24 durch Anfertigen einer Paste, die Aluminiumoxid usw. enthält, Siebdrucken der angefertigten Paste über die Referenelektrode 21a, den Festelektrolytkörper 23, die Zwischenschicht 21b und die Ammoniakerfassungselektrode 21c, und dann Brennen der gedruckten Paste bei einer vorherbestimmten Temperatur (z.B. 1000 °C) gebildet. Dadurch ist die Ammoniaksensoreinheit 21 fertiggestellt.
  • Nun wird nachstehend der Verbindungsaufbau zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d als kennzeichnender Aufbau der dritten Ausführungsform ausführlich erklärt werden.
  • Wie in 10 gezeigt, weist der Verbindungsaufbau einen einzelnen, oder alleinigen, Elektrodenabschnitt 73, in dem die Ammoniakerfassungselektrode 21c ohne Überlappung durch die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d allein vorhanden ist; einen Verbindungsabschnitt 71, in dem die Ammoniakerfassungselektrode 21c und die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d einander in seiner Dickenrichtung überlappen; und einen einzelnen, oder alleinigen, Zuführungsabschnitt 75, in dem die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d ohne Überlappung der Ammoniakerfassungselektrode 21c allein vorhanden ist, auf. Bei der dritten Ausführungsform ist die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d in dem Verbindungsabschnitt 71 auf der Ammoniakerfassungselektrode 21c angeordnet und überlappt diese.
  • Das erste Metall, das als der Hauptbestandteil (Edelmetallelement) des einzelnen Elektrodenabschnitts 73 enthalten ist, weist ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das zweite Metall, das als der Hauptbestandteil (Edelmetallbestandteil) des einzelnen Zuführungsabschnitts 75 enthalten ist, auf. Wie oben erwähnt, ist bei der dritten Ausführungsform das erste Metall Au; und ist das zweite Metall Pt.
  • Wie in 10 gezeigt ist eine Dicke T3 in dem Verbindungsabschnitt 71 größer als die Summe einer Dicke T1 des einzelnen Elektrodenabschnitts 73 und einer Dicke T2 des einzelnen Zuführungsabschnitts 75 (T3 > T1 + T2).
  • Wenn der Verbindungsabschnitt 71 im Querschnitt betrachtet wird, ist eine Grenzzone 77 der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d wie in 10 schraffiert gezeigt als Teil des Verbindungsabschnitts 71 mit Ausnahme eines äußeren (oberen) Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts 71 im Ausmaß der Dicke T2 des einzelnen Zuführungsabschnitts 75 und mit Ausnahme eines inneren (unteren) Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts 71 im Ausmaß der Dicke T1 des einzelnen Elektrodenabschnitts 73 gebildet. Diese Grenzzone 77 entspricht der beanspruchten Verbindungsgrenze (dem Bestandteilbereich). Hier bedeutet der Ausdruck „Betrachten des Verbindungsabschnitts 71 im Querschnitt“, dass „ein Querschnitt der Ammoniaksensoreinheit 21 durch die Ammoniakerfassungselektrode 21c in der Achsenrichtung von der Dickenrichtung her betrachtet wird“.
  • Die Menge an Au, die in der Grenzzone 77 enthalten ist, liegt zwischen der Menge an Au, die in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 (d.h., in der Ammoniakerfassungselektrode 21c) enthalten ist, und der Menge an Au, die in dem einzelnen Zuführungsabschnitt 75 (d.h., in der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d) enthalten ist. Das heißt, die Konzentration von Au in der Grenzzone 77 ist niedriger als die Konzentration von Au in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 und höher als die Konzentration von Au in dem einzelnen Zuführungsabschnitt 75.
  • Für die Dicke T1 des einzelnen Elektrodenabschnitts 73 besteht keine wesentliche Beschränkung. Um die Ammoniakgaserfassungsgenauigkeit sicherzustellen, liegt die Dicke T1 des einzelnen Elektrodenabschnitts 73 vorzugsweise in einem Bereich von 5 µm bis 40 µm, besser von 10 µm bis 30 µm, und noch besser von 15 µm bis 25 µm.
  • Für die Dicke T2 des einzelnen Zuführungsabschnitts 75 besteht keine wesentliche Beschränkung. Um eine hohe Leitfähigkeit sicherzustellen und die Menge des verwendeten teuren Edelmetalls zu verringern, liegt die Dicke T2 des einzelnen Zuführungsabschnitts 75 vorzugsweise in einem Bereich von 5 µm bis 40 µm, besser von 10 µm bis 30 µm, und noch besser von 15 µm bis 25 µm. Bei der dritten Ausführungsform bezieht sich die Dicke T2 des einzelnen Zuführungsabschnitts 75 auf die Dicke jedes anderen Teils des einzelnen Zuführungsabschnitts 75 als seines verdickten Teils (in 10 der linksseitige Endbereich) neben dem Verbindungsabschnitt 71.
  • Für die Dicke der Grenzzone 77, die einer Subtraktion der Dicke T1 des einzelnen Elektrodenabschnitts 73 und der Dicke T2 des einzelnen Zuführungsabschnitts 75 von der Dicke T3 des Verbindungsabschnitts 71 gleich ist, besteht ebenfalls keine wesentliche Beschränkung. Zur wirksamen Verringerung eines Bruchs und zur Verringerung der verwendeten Menge an teurem Edelmetall liegt die Dicke der Grenzzone 77 vorzugsweise in einem Bereich von 1 µm bis 40 µm, besser von 5 µm bis 30 µm, und noch besser von 10 µm bis 20 µm.
  • Jeder dieser Dickenwerte gibt einen Durchschnitt von drei Dickenmessergebnissen, die z.B. durch eine REM-Beobachtung bei einer Vergrößerung von 300x erhalten wurden, an.
  • Ein Verfahren zur Bildung des Verbindungsaufbaus bei der dritten Ausführungsform wird ausführlicher beschrieben werden.
  • Wenn die Au-haltige Paste zur Bildung der Ammoniakerfassungselektrode 21c siebgedruckt wird, wird die Dicke der Au-haltigen Paste, die in dem Verbindungsabschnitt 71 aufgebracht wird, auf einen größeren Wert als jenen in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 vergrößert. Die Grenzzone 77 wird während des Brennens durch das Ausmaß der Vermehrung der Au-haltigen Paste gebildet. Die Menge des Au in der Grenzzone 77 wird jedoch geringer als die Menge des Au in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73, da Au der Au-haltigen Paste während des Brennens zur Bildung der Grenzzone 77 zu der Pt-haltigen Paste zur Bildung der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d wandert.
  • Jede der Mengen von Au, die in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73, dem einzelnen Zuführungsabschnitt 75 und der Grenzzone 77 enthalten sind, in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) wird als der Durchschnittswert von Ergebnissen einer durch einen Elektronenstrahl-Mikroanalysator (EPMA) durchgeführten Elementaranalyse an mehreren Punkten in dem Querschnitt jedes Abschnitts 73, 75, 77 bestimmt.
  • Die enthaltene Menge an Au in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 beträgt vorzugsweise 70 Masse-% oder mehr, besser 80 Masse-% oder mehr, und noch besser 86 Masse-% oder mehr. Die obere Grenzmenge für das in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 enthaltene Au kann 100 Masse-% betragen. Da in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 Au als Hauptbestandteil enthalten ist, stellt der alleinige Elektrodenabschnitt 73 seine Funktion als Kollektor sicher.
  • Wie im Fall der ersten Ausführungsform kann der alleinige Elektrodenabschnitt 73 (d.h., die Ammoniakerfassungselektrode 21c) ein Oxid wenigstens einer Art von Metall, die aus der aus Kobalt (Co), Mangan (Mn), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) und Cer (Ce) bestehenden Gruppe gewählt ist, als erstes Metalloxid enthalten oder nicht. Wenn das erste Metalloxid nicht in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 enthalten ist, kann die Verbrennung von Ammoniakgas an dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 unterdrückt werden, so dass eine Abnahme der Menge an Ammoniak, die die Grenzfläche zwischen dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 und der Zwischenschicht 21b erreicht, unwahrscheinlich wird. Mit anderen Worten kann die Erfassungsgenauigkeit der Ammoniakerfassungselektrode 21c so verbessert werden, dass eine genaue Erfassung von Ammoniak mit einer niedrigen Konzentration (z.B. in der Größenordnung von 10 ppm) ermöglicht wird.
  • Ferner wird bevorzugt, dass der alleinige Elektrodenabschnitt 73 porös ist und als zweites Metalloxid ein Oxid wenigstens einer Art von Metall enthält, die aus der aus Zirkonium (Zr), Yttrium (Y), Aluminium (AI) und Silizium (Si) bestehenden Gruppe gewählt ist, um dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 Gasdurchlässigkeit zu verleihen. In diesem Fall passiert das Ammoniakgas leicht durch den einzelnen Elektrodenabschnitt 73 und erreicht die Grenzfläche zwischen dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 und der Zwischenschicht 21b. Die Menge des zweiten Metalloxids, die in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73 enthalten ist, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 Masse-% bis 30 Masse-% auf Basis von 100 Masse-% der gesamten Menge des einzelnen Elektrodenabschnitts 73.
  • Die Menge an Au, die in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in dem einzelnen Zuführungsabschnitt 75 enthalten ist, ist geringer als jene in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73.
  • Die Menge an Pt, die in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in dem einzelnen Zuführungsabschnitt 75 enthalten ist, beträgt vorzugsweise 50 Masse-% oder mehr, besser 70 Masse-% oder mehr, und noch besser 90 Masse-% oder mehr.
  • Die Menge an Au, die in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in der Grenzzone 77 enthalten ist, ist größer als jene in dem einzelnen Zuführungsabschnitt 75. Wie oben erwähnt, ist die Menge an Au, die in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in der Grenzzone 77 enthalten ist, im Allgemeinen geringer als jene in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 73.
  • Bei der dritten Ausführungsform ist die Grenzzone 77 zwischen dem Teil mit der Elektrodenfunktion und dem Teil mit der Zuführungsfunktion des Verbindungsabschnitts 71 bereitgestellt, so dass eine Wanderung von Au auf innerhalb der Grenzzone 77 beschränkt wird. Es ist folglich möglich, die Wanderung von Au von dem Teil mit der Elektrodenfunktion zu dem Teil mit der Zuführungsfunktion zu verhindern und dadurch möglich, einen Bruch in dem Verbindungsabschnitt 71 zu unterdrücken.
  • VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Unter Bezugnahme auf 11 wird nachstehend ein Multigassensor nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
  • Der Multigassensor nach der vierten Ausführungsform ist dem Multigassensor 1 nach der dritten Ausführungsform mit Ausnahme des Verbindungsaufbaus zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d baulich gleich. Bei der vierten Ausführungsform sind gleiche Teile und Abschnitte wie bei der dritten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen; und es wird auf ihre ausführliche Erklärung verzichtet.
  • Wie in 11 gezeigt, weist der Verbindungsaufbau einen einzelnen Elektrodenabschnitt 83, in dem die Ammoniakerfassungselektrode 21c ohne Überlappung der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d allein vorhanden ist; einen Verbindungsabschnitt 81, in dem die Ammoniakerfassungselektrode 21c und die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d einander in einer Dickenrichtung überlappen; und einen einzelnen Zuführungsabschnitt 85, in dem die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d ohne Überlappung durch die Ammoniakerfassungselektrode 21c allein vorhanden ist, auf. Bei der vierten Ausführungsform ist die Ammoniakerfassungselektrode 21c in dem Verbindungsabschnitt 81 auf der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d angeordnet und überlappt diese. Durch diesen Verbindungsaufbau sind die Ammoniakerfassungselektrode 21c und die Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d direkt miteinander verbunden.
  • Das erste Metall, das als der Hauptbestandteil (Edelmetallelement) des einzelnen Elektrodenabschnitts 83 enthalten ist, weist ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das zweite Metall, das als der Hauptbestandteil (Edelmetallbestandteil) des einzelnen Zuführungsabschnitts 85 enthalten ist, auf. Wie bei der dritten Ausführungsform werden bei der vierten Ausführungsform jeweils Gold (Au) und Platin (Pt) als das erste und das zweite Metall verwendet.
  • Ferner ist eine Dicke T6 des Verbindungsabschnitts 81 wie in 11 gezeigt bei der vierten Ausführungsform so wie bei der dritten Ausführungsform größer als die Summe einer Dicke T4 des einzelnen Elektrodenabschnitts 83 und einer Dicke T5 des einzelnen Zuführungsabschnitts 85 (T6 > T4 + T5).
  • Wenn der Verbindungsabschnitt 81 im Querschnitt betrachtet wird, ist eine Grenzzone 87 der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d, wie in 11 schraffiert gezeigt, als Teil des Verbindungsabschnitts 81 mit Ausnahme eines äußeren (oberen) Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts 81 im Ausmaß der Dicke T4 des einzelnen Elektrodenabschnitts 83 und mit Ausnahme eines inneren (unteren) Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts 81 im Ausmaß der Dicke T5 des einzelnen Zuführungsabschnitts 85 gebildet. Diese Grenzzone 87 entspricht der beanspruchten Verbindungsgrenze (dem Bestandteilbereich). Hier bedeutet der Ausdruck „Betrachten des Verbindungsabschnitts 81 im Querschnitt“, dass „ein Querschnitt der Ammoniaksensoreinheit 21 durch die Ammoniakerfassungselektrode 21c in der Achsenrichtung von der Dickenrichtung her betrachtet wird“.
  • Für die Dicke T4 des einzelnen Elektrodenabschnitts 83 besteht keine wesentliche Beschränkung. Um die Ammoniakgaserfassungsgenauigkeit sicherzustellen, liegt die Dicke T4 des einzelnen Elektrodenabschnitts 83 vorzugsweise in einem Bereich von 5 µm bis 40 µm, besser von 10 µm bis 30 µm, und noch besser von 15 µm bis 25 µm. Hier bezieht sich die Dicke T4 des einzelnen Elektrodenabschnitts 83 auf die Dicke jedes anderen Teils des einzelnen Elektrodenabschnitts 83 als seines verdickten Teils (in 11 der rechtsseitige Endbereich) neben dem Verbindungsabschnitt 81.
  • Für die Dicke T5 des einzelnen Zuführungsabschnitts 85 besteht keine wesentliche Beschränkung. Um eine hohe Leitfähigkeit sicherzustellen und die Menge des verwendeten teuren Edelmetalls zu verringern, liegt die Dicke T5 des einzelnen Zuführungsabschnitts 85 vorzugsweise in einem Bereich von 5 µm bis 40 µm, besser von 10 µm bis 30 µm, und noch besser von 15 µm bis 25 µm.
  • Für die Dicke der Grenzzone 87, die einer Subtraktion der Dicke T4 des einzelnen Elektrodenabschnitts 83 und der Dicke T5 des einzelnen Zuführungsabschnitts 85 von der Dicke T6 des Verbindungsabschnitts 81 gleich ist, besteht keine wesentliche Beschränkung. Um das Auftreten eines Bruchs wirksam zu verhindern und die Menge des verwendeten teuren Edelmetalls zu verringern, liegt die Dicke der Grenzzone 87 vorzugsweise in einem Bereich von 1 µm bis 40 µm, besser 5 µm bis 30 µm, und noch besser 10 µm bis 20 µm.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zur Bildung des Verbindungsaufbaus bei der vierten Ausführungsform erklärt werden.
  • Die Ammoniaksensoreinheit 21 kann durch das gleiche Verfahren, wie oben bei der dritten Ausführungsform erklärt wurde, hergestellt werden, außer dass die Au-haltige Paste zur Bildung der Ammoniakerfassungselektrode 21c nach der Pt-haltigen Pate zur Bildung der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung siebgedruckt wird.
  • Wenn die Au-haltige Paste zur Bildung der Ammoniakerfassungselektrode 21c siebgedruckt wird, wird die Dicke der Au-haltigen Paste, die in dem Verbindungsabschnitt 81 aufgebracht wird, auf einen größeren Wert als jenen in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83 vergrößert. Während des Brennens wird die Grenzzone 77 durch das Ausmaß der Vermehrung der Au-haltigen Paste gebildet. Die Menge des Au in der Grenzzone 87 wird geringer als die Menge des Au in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83, da Au der Au-haltigen Paste während des Brennens zur Bildung der Grenzzone 87 zu der Pt-haltigen Paste zur Bildung der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d wandert.
  • Jede der Mengen von Au, die in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83, dem einzelnen Zuführungsabschnitt 85 und der Grenzzone 87 enthalten sind, wird in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) als der Durchschnittswert von Ergebnissen einer durch einen Elektronenstrahl-Mikroanalysator (EPMA) durchgeführten Elementaranalyse an mehreren Punkten in dem Querschnitt jedes Abschnitts 83, 85, 87 bestimmt.
  • Die enthaltene Menge an Au in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in dem einzelnen Eletrodenabschnitt 83 beträgt vorzugsweise 70 Masse-% oder mehr, besser 80 Masse-% oder mehr, und noch besser 86 Masse-% oder mehr. Die obere Grenzmenge für das in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83 enthaltene Au kann 100 Masse-% betragen. Da in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83 Au als Hauptbestandteil enthalten ist, stellt der alleinige Elektrodenabschnitt 83 seine Funktion als Kollektor sicher.
  • Wie im Fall der dritten Ausführungsform kann der alleinige Elektrodenabschnitt 83 ein Oxid wenigstens einer Art von Metall, die aus der aus Kobalt (Co), Mangan (Mn), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) und Cer (Ce) bestehenden Gruppe gewählt ist, als erstes Metalloxid enthalten oder nicht. Wenn das erste Metalloxid nicht in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83 enthalten ist, kann die Verbrennung von Ammoniakgas an dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83 unterdrückt werden, so dass eine Abnahme der Menge an Ammoniak, die die Grenzfläche zwischen dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83 und der Zwischenschicht 21b erreicht, unwahrscheinlich wird. Mit anderen Worten kann die Erfassungsgenauigkeit der Ammoniakerfassungselektrode 21c so verbessert werden, dass eine genaue Erfassung von Ammoniak mit einer niedrigen Konzentration (z.B. in der Größenordnung von 10 ppm) ermöglicht wird.
  • Ferner wird bevorzugt, dass der alleinige Elektrodenabschnitt 83 porös ist und als zweites Metalloxid ein Oxid wenigstens einer Art von Metall enthält, die aus der aus Zirkonium (Zr), Yttrium (Y), Aluminium (AI) und Silizium (Si) bestehenden Gruppe gewählt ist, um dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83 Gasdurchlässigkeit zu verleihen. In diesem Fall pasiert das Ammoniakgas leicht durch den einzelnen Elektrodenabschnitt 83 und erreicht die Grenzfläche zwischen dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83 und der Zwischenschicht 21b. Die Menge des zweiten Metalloxids, die in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 33 enthalten ist, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 5 Masse-% bis 30 Masse-% auf Basis von 100 Masse-% der gesamten Menge des einzelnen Elektrodenabschnitts 83.
  • Die Menge an Au, die in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in dem einzelnen Zuführungsabschnitt 85 enthalten ist, ist geringer als jene in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83.
  • Die Menge an Pt, die in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in dem einzelnen Zuführungsabschnitt 85 enthalten ist, beträgt vorzugsweise 50 Masse-% oder mehr, besser 70 Masse-% oder mehr, und noch besser 90 Masse-% oder mehr.
  • Die Menge an Au, die in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in der Grenzzone 87 enthalten ist, ist größer als jene in dem einzelnen Zuführungsabschnitt 85. Wie oben erwähnt, ist die Menge an Au, die in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in der Grenzzone 87 enthalten ist, im Allgemeinen geringer als jene in dem einzelnen Elektrodenabschnitt 83.
  • Bei der vierten Ausführungsform ist die Grenzzone 87 zwischen dem Teil mit der Elektrodenfunktion und dem Teil mit der Zuführungsfunktion des Verbindungsabschnitts 81 bereitgestellt, so dass eine Wanderung von Au auf innerhalb der Grenzzone 87 beschränkt wird. Es ist folglich möglich, die Wanderung von Au von dem Teil mit der Elektrodenfunktion zu dem Teil mit der Zuführungsfunktion zu verhindern und dadurch möglich, einen Bruch in dem Verbindungsabschnitt 81 zu unterdrücken.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend durch die folgenden Beispiele ausführlicher beschrieben werden.
  • HERSTELLUNG VON VERSUCHSSTÜCKEN
  • Es wurden Versuchsstücke hergestellt, bei denen jeweils eine Elektrode über eine Verbindung wie bei der ersten Ausführungsform mit einer Zuführung verbunden war (4).
  • Eine Pt-haltige Paste zur Bildung der Elektrode, die Pt, Au, Ethylcellulose, Butylcarbitol und Zirkoniumoxid enthielt, wurde so angefertigt, dass die Zusammensetzungsrate von Pt/Au nach dem Brennen 14/86 (Masse-%) erreichte. Eine Pd-haltige Paste zur Bildung der Elektrode, die Pd, Au, Ethylcellulose, Butylcarbitol und Zirkoniumoxid enthielt, wurde so angefertigt, dass die Zusammensetzungsrate von Pd/Au nach dem Brennen 7/93 (Masse-%) erreichte.
  • Eine Paste zur Bildung der Zuführung, die Pt, Ethylcellulose, Butylcarbitol und Zirkoniumoxid enthielt, wurde so angefertigt, dass die Zusammensetzungsrate von Pt 100 (Masse-%) erreichte.
  • Ferner wurden drei Arten von Pasten zur Bildung der Verbindung, die Pt, Au, Ethylcellulose, Butylcarbitol und Zirkoniumoxid enthielten, so angefertigt, dass die Zusammensetzungsrate von Pt/Au 70/30, 43/57 oder 30/70 (Masse-%) erreichten.
  • Bei jedem Beispiel wurde die oben angefertigte zuführungsbildende Paste auf ein Aluminiumoxidsubstrat siebgedruckt. Die oben angefertigte verbindungsbildende Paste wurde über einen Endabschnitt der gedruckten zuführungsbildenden Paste siebgedruckt. Die oben angefertigte elektrodenbildende Paste wurde so auf das Aluminiumoxidsubstrat siebgedruckt, dass sie einen Teil der gedruckten verbindungsbildenden Paste überlappte. Diese überlappend gedruckten Pasten auf dem Aluminiumsubstrat wurden bei einer vorherbestimmten Temperatur (1100 °C) gebrannt.
  • Entsprechend wurden insgesamt sechs Arten von Versuchsstücken mit unterschiedlichen Kombinationen von zwei Arten von Elektroden und drei Arten von Verbindungen erhalten.
  • Zu Vergleichszwecken wurde ein Versuchsstück eines Vergleichsbeispiels hergestellt, bei dem eine Elektrode und eine Zuführung ohne eine Verbindung direkt miteinander verbunden waren.
  • Bei dem Vergleichsbeispiel wurden die oben angefertigte Pt-haltige elektrodenbildende und die oben angefertigte zuführungsbildende Paste verwendet. Die zuführungsbildende Paste wurde auf ein Aluminiumoxidsubstrat siebgedruckt. Dann wurde die Pt-haltige elektrodenbildende Paste so auf das Aluminiumoxidsubstrat siebgedruckt, dass sie einen Endabschnitt der gedruckten zuführungsbildenden Paste überlappte. Diese überlappend gedruckten Pasten auf dem Aluminiumsubstrat wurde bei einer vorherbestimmten Temperatur (1100 °C) gebrannt.
  • BEWERTUNG
  • Bei dem Vergleichsbeispiel wurde ein Teil der Elektrode in einem direkten Kontakt mit der Zuführung betrachtet. Der betrachtete Elektrodenteil wurde in einer weißlichen Farbe gesehen, da das Zirkoniumoxid (weiße Farbe) aufgrund einer Wanderung von Au der Elektrode zu der Zuführung stärker erkennbar war. Die Farbe dieses betrachteten Elektrodenteils des Vergleichsbeispiels wurde als Referenzfarbe festgelegt.
  • Andererseits wurde bei jedem der Beispiele ein Teil der Elektrode in einem Kontakt mit der Verbindung betrachtet. Wenn das Ausmaß der Au-Wanderung von der Elektrode bei dem Beispiel geringer als bei dem Vergleichsbeispiel war, war die weiße Farbe des Zirkoniumoxid weniger erkennbar, wodurch der betrachtete Elektrodenteil in einer dunkleren Farbe als der Referenzfarbe gesehen wurde. Wenn das Ausmaß der Au-Wanderung von der Elektrode bei dem Beispiel gleich oder größer als bei dem Vergleichsbeispiel war, war die weiße Farbe des Zirkoniumoxids stärker erkennbar, wodurch der betrachtete Elektrodenteil in einer Farbe gesehen wurde, die jener der Referenzfarbe gleich oder heller als diese war. Angesichts dieser Umstände wurde das Versuchsstück als „gut“ bewertet, wenn die Farbe des betrachteten Elektrodenteils dunkler als die Referenzfarbe war; und als „nicht gut“ bewertet, wenn die Farbe heller als die Referenzfarbe oder dieser gleich war.
  • BEWERTUNGSERGEBNISSE
  • Die Bewertungsergebnisse sind in TABELLE 1 gezeigt.
  • TABELLE 1
    Beispiel (Versuchsstück mit Verbindung) Pt/Au-Verhältnis (Masse-%) Vergleichsbeispiel (Versuchsstück ohne Verbindung)
    70/30 43/57 30/70
    Pt-Elektrode gut gut gut Referenz
    Pd-Elektrode gut gut gut -
  • Bei jedem der Beispiele, bei denen die Elektrode und die Zuführung über die Verbindung verbunden waren, wurde das abrupte Metallkonzentrationsgefälle durch die Verbindung abgeschwächt. Da die Wanderung von Au von der Elektrode zu der Zuführung unterdrückt wurde, war das Zirkoniumoxid in der Elektrode weniger erkennbar. Daher wurde der betrachtete Elektrodenteil in einer dunkleren Farbe als jener der Referenzelektrode gesehen.
  • ABWANDLUNGSBEISPIELE
  • Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die obigen Ausführungsformen beschrieben wurde, sollen die obigen Ausführungsformen das Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtern, und sollen die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränken. An der vorliegenden Erfindung können verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
    1. (1) Bei der obigen ersten bis vierten Ausführungsform ist das Gassensorelement als Ammoniaksensorelement oder Sauerstoffsensorelement ausgeführt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Sensorelemente beschränkt, sondern ist auf verschiedene Arten von Gassensorelementen anwendbar.
    2. (2) Die obige erste, dritte und vierte Ausführungsform beziehen sich insbesondere auf die Kombination von Au als das erste Metall und Pt als das zweite Metall; und die obige zweite Ausführungsform bezieht sich insbesondere auf die Kombination von Pt als das erste Metall und Pd als das zweite Metall. Die Kombination des ersten und des zweiten Metalls ist jedoch nicht auf jene der obigen Ausführungsformen beschränkt. Das erste und das zweite Metall können Metalle mit unterschiedlichen spezifischen Gewichten sein. Zum Beispiel sind Gold (Au), Platin (Pt), Rhodium (Rh) und dergleichen passend als Hauptbestandteil der Elektrode verwendbar; sind Platin (Pt), Palladium (Pd), Wolfram (W), Rhodium (Rh) oder dergleichen passend als Hauptbestandteil des Heizerabschnitts verwendbar; sind Palladium (Pd), Platin (Pt) und dergleichen passend als Hauptbestandteil der Zuführung/des Anschlusses verwendbar. Unter anderem ist die vorliegende Erfindung auch passend auf die Kombination von Au als das erste Metall und Pd als das zweite Metall, die Kombination von Rh als das erste Metall und Pt als das zweite Metall, oder dergleichen anwendbar.
    3. (3) Bei der obigen zweiten Ausführungsform ist der Heizer als keramischer Heizer zum Erwärmen des mit einem Boden versehenen zylinderförmigen Sauerstoffsensorelement ausgeführt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchen Heizer beschränkt, sondern ist z.B. auf den Heizer 19 der obigen ersten Ausführungsform und jede beliebige andere Art von Heizer anwendbar.
    4. (4) Obwohl der Heizerabschnitt 442 und der Anschlussabschnitt 443 bei der obigen zweiten Ausführungsform über die Verbindung 450 indirekt verbunden sind, können der Heizerabschnitt 442 und der Anschlussabschnitt 443 alternativ direkt miteinander verbunden sein.
  • Zum Beispiel kann der Verbindungsaufbau zwischen der Ammoniakerfassungselektrode 21c und der Ammoniakerfassungselektrodenzuführung 21d bei der obigen vierten Ausführungsform (11) zur Verbindung des Heizerabschnitts 442 und des Anschlussabschnitts 443 eingesetzt werden. In diesem Fall weist der Verbindungsaufbau einen einzelnen Heizerabschnitt, in dem der Heizerabschnitt 442 allein vorhanden ist, ohne den Anschlussabschnitt 443 zu überlappen; einen Verbindungsabschnitt, in dem der Heizerabschnitt 442 in der Dickenrichtung auf dem Anschlussabschnitt 443 angeordnet ist und ihn überlappt; und einen einzelnen Anschlussabschnitt, in dem der Anschlussabschnitt 443 ohne Überlappung durch den Heizerabschnitt 442 allein vorhanden ist, auf, was jedoch in den Zeichnungen nicht spezifisch gezeigt ist. Wenn der Verbindungsabschnitt im Querschnitt betrachtet wird, ist eine Grenzzone des Heizerabschnitts 442 und des Anschlussabschnitts 443 als Teil des Verbindungsabschnitts mit Ausnahme eines äußeren (oberen) Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts im Ausmaß der Dicke des einzelnen Heizerabschnitts und mit Ausnahme eines inneren (unteren) Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts im Ausmaß der Dicke des einzelnen Anschlussabschnitts bereitgestellt. Die Menge von Pt (als das erste Metall), die in Bezug auf alle Metallbestandteile (Edelmetallbestandteile) in der Grenzzone enthalten ist, liegt zwischen jenen in dem einzelnen Heizerabschnitt und dem einzelnen Anschlussabschnitt. Das heißt, die Konzentration von Pt in der Grenzzone ist niedriger als die Konzentration von Pt in dem einzelnen Heizerabschnitt und höher als die Konzentration von Pt in dem einzelnen Anschlussabschnitt.
  • Der Anschlussabschnitt 443 kann alternativ wie bei der obigen dritten Ausführungsform (10) in dem Verbindungsabschnitt auf dem Heizerabschnitt 442 angeordnet sein und diesen überlappen. Auch bei diesem Verbindungsaufbau ist eine Grenzzone des Heizerabschnitts 442 und des Anschlussabschnitts 443 als Teil des Verbindungsabschnitts mit Ausnahme eines äußeren (oberen) Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts im Ausmaß der Dicke des einzelnen Anschlussabschnitts und mit Ausnahme eines inneren (unteren) Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts im Ausmaß der Dicke des einzelnen Heizerabschnitts bereitgestellt.
  • Die gesamten Inhalte der Japanischen Patentanmeldungen Nr. 2018-059397 (am 27. März 2018 eingereicht), Nr. 2018-081191 (am 20. April 2018 eingereicht), und Nr. 2019-001248 (am 8. Januar 2019 eingereicht) werden hier durch Bezugnahme aufgenommen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche definiert.
  • 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 2018059397 [0200]

Claims (13)

  1. Gassensorelement (21), aufweisend: eine Elektrode (21c), die als Hauptbestandteil ein erstes Metall enthält; und eine Zuführung (21d), die als Hauptbestandteil ein zweites Metall enthält, wobei die Elektrode (21c) und die Zuführung (21d) direkt oder indirekt über eine Anschlussverbindung (70) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer direkten Verbindung der Elektrode (21c) und der Zuführung (21d) eine Verbindungsgrenze (77; 87) der Elektrode (21c) und der Zuführung (21d) einen Bestandteilabschnitt aufweist, in dem eines aus dem ersten und dem zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall aufweist, in einer Menge enthalten ist, die zwischen einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in einem anderen Teil der Elektrode (21c) als der Verbindungsgrenze (77; 87) enthalten ist, und einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in einem anderen Teil der Zuführung (21d) als der Verbindungsgrenze (77; 87) enthalten ist, liegt; und bei einer indirekten Verbindung der Elektrode (21c) und der Zuführung (21d) über die Anschlussverbindung (70) die Anschlussverbindung (70) einen Bestandteilabschnitt aufweist, in dem eines aus dem ersten und dem zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall aufweist, in einer Menge enthalten ist, die zwischen einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in der Elektrode (21c) enthalten ist, und einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in der Zuführung (21d) enthalten ist, liegt.
  2. Gassensorelement (21) nach Anspruch 1, wobei die Elektrode (21c) und die Zuführung (21d) über die Anschlussverbindung (70) indirekt verbunden sind, und wobei das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall in dem Bestandteilabschnitt (70) in einer Menge enthalten ist, die zwischen einer Menge des anderen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in der Elektrode (21c) enthalten ist, und einer Menge des anderen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in der Zuführung (21d) enthalten ist, liegt.
  3. Gassensorelement (21) nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: eine zweite Elektrode (21a), die sich von der Elektrode (21c) unterscheidet; und einen Festelektrolytkörper (23), der zwischen der Elektrode (21c) und der zweiten Elektrode (21a) angeordnet ist, wobei die zweite Elektrode (21a) das zweite Metall als Hauptbestandteil enthält, und wobei das Gassensorelement (21) als Sensorelement vom Mischpotentialtyp ausgebildet ist.
  4. Gassensorelement (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Metallelemente der Anschlussverbindung (70) im Wesentlichen aus dem ersten und dem zweiten Metall bestehen.
  5. Gassensorelement (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anschlussverbindung (70) 30 bis 70 Masse-% des ersten Metalls und 30 bis 70 Masse-% des zweiten Metalls auf Basis von 100 Masse-% der gesamten Menge des ersten und des zweiten Metalls enthält.
  6. Gassensorelement (21) nach Anspruch 1, wobei die Elektrode (21c) und die Zuführung (21d) direkt miteinander verbunden sind, wobei die Zuführung (21d) teilweise auf der Elektrode angeordnet ist und einen Endabschnitt davon überlappt, wobei das Gassensorelement (21) einen einzelnen Elektrodenabschnitt (73), in dem die Elektrode (21c) ohne Überlappung durch die Zuführung (21d) vorhanden ist; einen Verbindungsabschnitt (71), in dem die Zuführung (21d) die Elektrode (21c) überlappt; und einen einzelnen Zuführungsabschnitt (75), in dem die Zuführung (21d) ohne Überlappung der Elektrode (21c) vorhanden ist, aufweist, wobei eine Dicke (T3) des Verbindungsabschnitts (71) größer als eine Summe einer Dicke (T1) des einzelnen Elektrodenabschnitts (73) und einer Dicke (T2) des einzelnen Zuführungsabschnitts (75) ist, und wobei die Verbindungsgrenze (77) bei einer Betrachtung im Querschnitt als Teil des Verbindungsabschnitts (71) mit Ausnahme eines äußeren Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts (71) im Ausmaß der Dicke (T2) des einzelnen Zuführungsabschnitts (75) und mit Ausnahme eines inneren Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts (71) im Ausmaß der Dicke (T1) des einzelnen Elektrodenabschnitts (73) bereitgestellt ist.
  7. Gassensorelement (21) nach Anspruch 1, wobei die Elektrode (21c) und die Zuführung (21d) direkt miteinander verbunden sind, wobei die Elektrode (21c) teilweise auf der Zuführung (21d) angeordnet ist und diese überlappt, wobei das Gassensorelement (21) einen einzelnen Elektrodenabschnitt (83), in dem die Elektrode (21c) ohne Überlappung der Zuführung (21d) vorhanden ist; einen Verbindungsabschnitt (81), in dem die Elektrode (21c) die Zuführung (21d) überlappt; und einen einzelnen Zuführungsabschnitt (85), in dem die Zuführung (21d) ohne Überlappung durch die Elektrode (21c) vorhanden ist, aufweist, wobei eine Dicke (T6) des Verbindungsabschnitts (81) größer als eine Summe einer Dicke (T4) des einzelnen Elektrodenabschnitts (83) und einer Dicke (T5) des einzelnen Zuführungsabschnitts (85) ist, und wobei die Verbindungsgrenze (87) bei einer Betrachtung im Querschnitt als Teil des Verbindungsabschnitts (81) mit Ausnahme eines äußeren Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts (81) im Ausmaß der Dicke (T4) des einzelnen Elektrodenabschnitts (83) und mit Ausnahme eines inneren Flächenbereichs des Verbindungsabschnitts (81) im Ausmaß der Dicke (T5) des einzelnen Zuführungsabschnitts (85) bereitgestellt ist.
  8. Gassensorelement (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das spezifische Gewicht des ersten Metalls niedriger als das spezifische Gewicht des zweiten Metalls ist.
  9. Gassensorelement (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste Metall Gold ist, und das zweite Metall Platin ist.
  10. Gassensorelement (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Gassensorelement dazu ausgebildet ist, eine Konzentration von Ammoniak in einem zu messenden Gas zu messen.
  11. Gassensor (2), aufweisend das Gassensorelement (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
  12. Heizer (441), aufweisend: einen Heizerabschnitt (442), der als Hauptbestandteil ein erstes Metall enthält; und einen Anschlussabschnitt (443), der als Hauptbestandteil ein zweites Metall enthält, wobei der Heizerabschnitt (442) und der Anschlussabschnitt (443) direkt oder über eine Anschlussverbindung (450) indirekt miteinander verbunden sind, und dadurch gekennzeichnet, dass bei einer direkten Verbindung des Heizerabschnitts (442) und des Anschlussabschnitts (443) eine Verbindungsgrenze des Heizerabschnitts (442) und des Anschlussabschnitts (443) einen Bestandteilabschnitt aufweist, in dem eines aus dem ersten und dem zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall aufweist, in einer Menge enthalten ist, die zwischen einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in einem anderen Teil des Heizerabschnitts (442) als der Verbindungsgrenze enthalten ist, und einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in einem anderen Teil des Anschlussabschnitts (443) als der Verbindungsgrenze enthalten ist, liegt; und bei einer indirekten Verbindung des Heizerabschnitts (442) und des Anschlussabschnitts (443) über die Anschlussverbindung (450) die Anschlussverbindung (450) einen Bestandteilabschnitt aufweist, in dem eines aus dem ersten und dem zweiten Metall, das ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das andere aus dem ersten und dem zweiten Metall aufweist, in einer Menge enthalten ist, die zwischen einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in dem Heizerabschnitt (442) enthalten ist, und einer Menge des einen aus dem ersten und dem zweiten Metall, das in dem Anschlussabschnitt (443) enthalten ist, liegt.
  13. Gassensor (310), aufweisend den Heizer (441) nach Anspruch 12.
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