DE102020001977A1

DE102020001977A1 - Sensorelement und gassensor

Info

Publication number: DE102020001977A1
Application number: DE102020001977.3A
Authority: DE
Inventors: Mika Kai; Ryo Hayase
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2020-10-01
Also published as: JP7288783B2; CN111751431A; JP2020165693A; CN111751431B; US20200309734A1

Abstract

Ein Sensorelement 10 umfasst einen länglichen Elementkörper 20, der eine Sauerstoffionen-leitende Festelektrolytschicht umfasst, wobei der Elementkörper 20 in einer rechteckigen Parallelepipedform mit einer Längsrichtung vorliegt; eine Erfassungseinheit 23, die eine Mehrzahl von Elektroden aufweist, die auf einer Seite des vorderen Endes des Elementkörpers angeordnet sind, und eine Konzentration eines spezifischen Gases in einem Messgegenstandsgas erfasst, wobei die Längsrichtung eine Vorne-hinten-Richtung ist; eine Außenelektrode 24, die eine der Mehrzahl von Elektroden ist und auf einer ersten Fläche 20a angeordnet ist, die eine Oberfläche entlang der Längsrichtung des Elementkörpers 20 ist; und eine poröse erste Schutzschicht 31, die auf der ersten Fläche 20a angeordnet ist und die Außenelektrode 24 bedeckt. Ein Flächeninhalt S einer hinteren Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31 ist größer als oder gleich 0,9 mm2.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement und einen Gassensor.
STAND DER TECHNIK
Es ist ein herkömmlicher Gassensor bekannt, der ein Sensorelement umfasst, das eine Konzentration eines spezifischen Gases, wie z.B. NOx, in einem Messgegenstandsgas, wie z.B. einem Abgas von Kraftfahrzeugen, erfasst. Darüber hinaus ist bekannt, dass eine poröse Schutzschicht auf der Oberfläche der Gasvorrichtung ausgebildet ist (z.B. PTL 1, PTL 2). PTL 1, PTL 2 beschreiben ein Sensorelement, das einen länglichen Elementkörper in einer rechteckigen Parallelepipedform und eine poröse Schutzschicht umfasst, welche die Oberfläche des Elementkörpers auf der Seite des vorderen Endes und auch eine Außenelektrode, die außerhalb des Elementkörpers angeordnet ist, bedeckt. PTL 1 beschreibt, dass die poröse Schutzschicht durch ein Tauchverfahren, Siebdrucken, ein Gelgießverfahren oder Plasmaspritzen und dergleichen gebildet werden kann. PTL 2 beschreibt ein Verfahren des Bildens einer porösen Schutzschicht durch Plasmaspritzen unter Verwendung einer Plasmapistole und einer Maske.
DOKUMENTENLISTE
PATENTDOKUMENTE

PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2017-187482
PTL 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2016-109685

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Dabei gibt es einen Fall, bei dem Wasser in einem Messgegenstandsgas während der Verwendung eines Sensorelements kondensiert und an einem Elementkörper haftet, sich dann das Wasser entlang des Elementkörpers bewegt und an dem hinteren Ende einer Schutzschicht haftet. Das Wasser kann vergiftende Substanzen (z.B. P, Si, S, Mg und dergleichen) in dem Messgegenstandsgas enthalten. Folglich können, wenn das Wasser, das an dem hinteren Ende der Schutzschicht haftet, die Außenelektrode durch die Schutzschicht erreicht, die vergiftenden Substanzen an der Außenelektrode haften und eine Anomalie, wie z.B. eine Verminderung der Erfassungsgenauigkeit der Konzentration eines spezifischen Gases durch das Sensorelement, kann auftreten.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um dieses Problem zu lösen, und die Hauptaufgabe ist es, zu verhindern, dass das Wasser, das vergiftende Substanzen enthält, die Außenelektrode erreicht.
Die vorliegende Erfindung stellt die folgende Vorrichtung zum Lösen der Hauptaufgabe bereit.
Das Sensorelement der vorliegenden Erfindung umfasst:

einen Elementkörper, der eine Sauerstoffionen-leitende Festelektrolytschicht umfasst, wobei der Elementkörper in einer länglichen rechteckigen Parallelepipedform mit einer Längsrichtung vorliegt;
eine Erfassungseinheit, die eine Mehrzahl von Elektroden aufweist, die auf einer Seite des vorderen Endes des Elementkörpers angeordnet sind, und eine Konzentration eines spezifischen Gases in einem Messgegenstandsgas erfasst, wobei die Längsrichtung eine Vorne-hinten-Richtung ist;
eine Außenelektrode, die eine der Mehrzahl von Elektroden ist und auf einer ersten Fläche angeordnet ist, die eine Oberfläche entlang der Längsrichtung des Elementkörpers ist; und
eine poröse erste Schutzschicht, die auf der ersten Fläche angeordnet ist und die Außenelektrode bedeckt.

Ein Flächeninhalt S einer hinteren Endfläche der ersten Schutzschicht ist größer als oder gleich 0,9 mm².
In dem Sensorelement bedeckt die erste poröse Schutzschicht die Außenelektrode. Der Flächeninhalt S der hinteren Endfläche der ersten Schutzschicht ist größer als oder gleich 0,9 mm². Da der Flächeninhalt S so groß ist, ist es dann, wenn das Wasser, das sich entlang der Oberfläche des Elementkörpers vorwärtsbewegt, an der hinteren Endfläche der ersten Schutzschicht haftet, wahrscheinlich, dass sich das Wasser in einer Oberflächenrichtung auf der hinteren Endfläche verteilt. Daher kann verhindert werden, dass das Wasser, das an der hinteren Endfläche haftet und vergiftende Substanzen enthält, die Außenelektrode durch das Innere der ersten Schutzschicht erreicht.
In dem Sensorelement der vorliegenden Erfindung kann ein minimaler Abstand D von dem hinteren Ende der Außenelektrode zu einem Kontaktabschnitt zwischen der hinteren Endfläche und der ersten Fläche größer als oder gleich 2 mm sein. Da der minimale Abstand D so groß ist, liegt die Außenelektrode an einer Position entfernt von dem Kontaktabschnitt zwischen der hinteren Endfläche und der ersten Fläche vor, mit anderen Worten, dem Abschnitt, bei dem das Wasser, das sich entlang der ersten Fläche des Elementkörpers vorwärtsbewegt, erstmals die hintere Endfläche erreicht. Folglich ist es durch den minimalen Abstand D von größer als oder gleich 2 mm möglich, noch besser zu verhindern, dass das Wasser, das an der hinteren Endfläche haftet, die Außenelektrode durch das Innere der ersten Schutzschicht erreicht.
In dem Sensorelement der vorliegenden Erfindung kann die Dicke T der ersten Schutzschicht größer als oder gleich 0,03 mm und kleiner als oder gleich 1 mm sein. Dadurch, dass die Dicke T größer als oder gleich 0,03 mm ist, kann verhindert werden, dass sich das Wasser, das an der Oberfläche der ersten Schutzschicht haftet und vergiftende Substanzen enthält, durch das Innere der ersten Schutzschicht in einer Dickenrichtung bewegt und die Außenelektrode erreicht. Darüber hinaus kann dadurch, dass die Dicke T kleiner als oder gleich 1 mm ist, die Verminderung des Ansprechens der Erfassung der Konzentration eines spezifischen Gases durch das Sensorelement verhindert werden.
In dem Sensorelement der vorliegenden Erfindung kann die hintere Endfläche der ersten Schutzschicht eine Form aufweisen, die so gekrümmt ist, dass sie in der Mitte zwischen rechts und links ausgespart ist, und die Richtung von rechts und links ist parallel zu der ersten Fläche und senkrecht zur Längsrichtung. Auf diese Weise ist es wahrscheinlich, dass der Flächeninhalt S vergrößert ist, und zwar verglichen mit dem Fall, bei dem die hintere Endfläche eine planare Form ohne Krümmung aufweist.
In dem Sensorelement der vorliegenden Erfindung kann die hintere Endfläche der ersten Schutzschicht einen Neigungswinkel θ von 10° oder größer und 90° oder kleiner, bezogen auf die erste Fläche, aufweisen.
Der Gassensor der vorliegenden Erfindung umfasst das Sensorelement in einem der vorstehend beschriebenen Aspekte. Folglich stellt der Gassensor den gleichen Effekt wie denjenigen des vorstehend beschriebenen Sensorelements der vorliegenden Erfindung bereit, wie z.B. den Effekt des Verhinderns, dass das Wasser, das vergiftende Substanzen enthält, die Außenelektrode erreicht.
Figurenliste

1 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Gassensors 100.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Beispiel eines Aufbaus eines Sensorelements 10 zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang A-A von 2.
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer hinteren Endfläche 31a einer ersten Schutzschicht 31.
5 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Art und Weise zeigt, in der ein Flächeninhalt S abgeleitet wird.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Art und Weise zeigt, in der ein Flächeninhalt S abgeleitet wird.
7 ist eine Draufsicht, die eine hintere Endfläche 31a in einer Modifizierung zeigt.
8 ist eine Draufsicht, die eine hintere Endfläche 31a in einer Modifizierung zeigt.
9 ist eine Draufsicht, die eine hintere Endfläche 31a in einer Modifizierung zeigt.
10 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine hintere Endfläche 31a in einer Modifizierung zeigt.
11 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine poröse Schutzschicht 30 in einer Modifizierung zeigt.
12 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine poröse Schutzschicht 30 in einer Modifizierung zeigt.
13 ist eine Draufsicht, die eine hintere Endfläche 31a in einer Modifizierung zeigt.
14 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Art und Weise zeigt, in der ein Vergiftungsbeständigkeitstest durchgeführt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Als nächstes wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels der Zeichnungen beschrieben. Die 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Gassensors 100, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Die 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch ein Beispiel eines Aufbaus eines Sensorelements 10 zeigt. Die 3 ist eine Querschnittsansicht entlang A-A von 2. Der Aufbau des Gassensors 100, der in der 1 gezeigt ist, ist bekannt und ist z.B. in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2012-210637 beschrieben.
Der Gassensor 100 umfasst ein Sensorelement 10; eine Schutzabdeckung 110, die ein Ende (das untere Ende von 1) des Sensorelements 10 in der Längsrichtung bedeckt; einen Vorrichtungsabdichtungskörper 120, der das Sensorelement 10 abdichtet und fixiert; und eine Mutter 130, die an dem Vorrichtungsabdichtungskörper 120 montiert ist. Wie es gezeigt ist, wird der Gassensor 100 beispielsweise an einer Leitung 140, wie z.B. einer Abgasleitung, montiert und zum Messen der Konzentration eines spezifischen Gases (NOx in der vorliegenden Ausführungsform), das in einem Abgas enthalten ist, als Messgegenstandsgas verwendet.
Die Schutzabdeckung 110 umfasst eine mit einem Boden versehene, röhrenförmige innere Schutzabdeckung 111, die ein Ende des Sensorelements 10 bedeckt; und eine mit einem Boden versehene, röhrenförmige äußere Schutzabdeckung 112, welche die innere Schutzabdeckung 111 bedeckt. Eine Mehrzahl von Löchern zum Verteilen eines Messgegenstandsgases in die Schutzabdeckung 110 ist in der inneren Schutzabdeckung 111 und der äußeren Schutzabdeckung 112 ausgebildet. Eine Vorrichtungskammer 113 ist als Raum ausgebildet, der durch die innere Schutzabdeckung 111 umgeben ist, und das vordere Ende des Sensorelements 10 ist in der Vorrichtungskammer 113 angeordnet.
Der Vorrichtungsabdichtungskörper 120 umfasst ein zylindrisches Hauptmetallformstück 122; eine keramische Stützeinrichtung 124, die in einem Durchgangsloch innerhalb des Hauptmetallformstücks 122 eingekapselt ist; und einen Pulverpresskörper 126, der durch Formen eines Keramikpulvers, wie z.B. Talk, erhalten worden ist, und der in einem Durchgangsloch innerhalb des Hauptmetallformstücks 122 eingekapselt ist. Das Sensorelement 10 ist auf der Mittelachse des Vorrichtungsabdichtungskörpers 120 positioniert und durchdringt den Vorrichtungsabdichtungskörper 120 in einer Vorne-hinten-Richtung. Der Pulverpresskörper 126 wird zwischen dem Hauptmetallformstück 122 und dem Sensorelement 10 zusammengedrückt. Folglich dichtet der Pulverpresskörper 126 das Durchgangsloch in dem Hauptmetallformstück 122 ab und fixiert das Sensorelement 10.
Die Mutter 130 ist konzentrisch an dem Hauptmetallformstück 122 fixiert und weist eine Außenumfangsoberfläche mit einem darauf ausgebildeten Außengewindeabschnitt auf. Der Außengewindeabschnitt der Mutter 130 ist in ein Montageelement 141 eingesetzt, das an die Leitung 140 geschweißt ist bzw. wird, und weist eine Innenumfangsoberfläche mit einem darauf bereitgestellten Innengewindeabschnitt auf. Folglich kann der Gassensor 100 an der Leitung 140 fixiert werden, wobei ein Ende des Sensorelements 10 und ein Abschnitt der Schutzabdeckung 110 in die Leitung 140 vorragen.
Wie es in den 2, 3 gezeigt ist, umfasst das Sensorelement 10 einen Elementkörper 20, eine Erfassungseinheit 23, eine Heizeinrichtung 29 und eine poröse Schutzschicht 30. Wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, weist der Elementkörper 20 eine längliche rechteckige Parallelepipedform auf. Die Längsrichtung des Elementkörpers 20 ist die Vorne-hinten-Richtung, die Dickenrichtung des Elementkörpers 20 ist die Oben-unten-Richtung und die Breitenrichtung des Elementkörpers 20 ist die Rechts-links-Richtung.
Der Elementkörper 20 weist einen laminierten Körper auf, in dem eine Mehrzahl von (sechs in der 3) Schichten eines Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolyten, wie z.B. Zirkoniumoxid (ZrO₂), in der Dickenrichtung laminiert sind. Da der Elementkörper 20 eine rechteckige Parallelepipedform aufweist, wie es in den 2, 3 gezeigt ist, weist der Elementkörper 20 eine erste bis sechste Fläche 20a bis 20f als Außenflächen auf. Die erste und die zweite Fläche 20a, 20b sind die Flächen, die sich an beiden Enden des Elementkörpers 20 in der Dickenrichtung befinden. Die dritte und die vierte Fläche 20c, 20d sind die Flächen, die sich an beiden Enden des Elementkörpers 20 in der Breitenrichtung befinden. Die fünfte und die sechste Fläche 20e, 20f sind die Flächen, die sich an beiden Enden des Elementkörpers 20 in der Längsrichtung befinden. Die erste Fläche 20a ist eine Oberfläche entlang der Längsrichtung des Elementkörpers 20 und ist die obere Fläche des Elementkörpers 20. Die Abmessungen des Elementkörpers 20 können z.B. eine Länge von 25 mm oder größer und 100 mm oder kleiner, eine Breite von 2 mm oder größer und 10 mm oder kleiner und eine Dicke von 0,5 mm oder größer und 5 mm oder kleiner sein. Darüber hinaus sind eine Gaseinführungsöffnung 21 und eine Referenzgaseinführungsöffnung 22 in dem Elementkörper 20 ausgebildet, wobei die Gaseinführungsöffnung 21 zu der fünften Fläche 20e zum Einführen eines Messgegenstandsgases zu dem Inneren des Elementkörpers 20 offen ist und die Referenzgaseinführungsöffnung 22 zu der sechsten Fläche 20f zum Einführen eines Referenzgases (hier Luft), das als Referenz zum Erfassen der Konzentration eines spezifischen Gases dient, zu dem Inneren des Elementkörpers20 offen ist. In dem Elementkörper 20 ist ein Raum von der Gaseinführungsöffnung 21 zu einer Messelektrode 27 bereitgestellt und der Raum wird als Messgegenstandsgasverteilungsabschnitt bezeichnet.
Die Erfassungseinheit 23 dient zum Erfassen der Konzentration eines spezifischen Gases in einem Messgegenstandsgas. Die Erfassungseinheit 23 weist eine Mehrzahl von Elektroden 23 auf, die auf der Seite des vorderen Endes des Elementkörpers 20 angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Erfassungseinheit 23 eine Außenelektrode 24, eine innere Hauptpumpelektrode 25, eine innere Hilfspumpelektrode 26, eine Messelektrode 27 und eine Referenzelektrode 28 als die Mehrzahl von Elektroden. Die Außenelektrode 24 ist auf der ersten Fläche 20a angeordnet. Die innere Hauptpumpelektrode 25, die innere Hilfspumpelektrode 26 und die Messelektrode 27 sind im Inneren des Elementkörpers 20 angeordnet und sind in dieser Reihenfolge in dem Messgegenstandsgasverteilungsabschnitt von der Gaseinführungsöffnung 21 nach hinten angeordnet. Die Referenzelektrode 28 ist im Inneren des Elementkörpers 20 angeordnet, und ein Referenzgas erreicht die Referenzelektrode 28 durch die Referenzgaseinführungsöffnung 22. Die innere Hauptpumpelektrode 25 und die innere Hilfspumpelektrode 26 sind auf der Innenumfangsoberfläche des Raums innerhalb des Elementkörpers 20 angeordnet und können eine tunnelartige Struktur aufweisen.
Die Außenelektrode 24 ist z.B. als poröse Cermetelektrode ausgebildet (z.B. eine Cermetelektrode, die aus Au und Pt sowie ZrO₂ zusammengesetzt ist). Entsprechend können weitere Elektroden 25 bis 28, die in die Erfassungseinheit 23 einbezogen sind, als poröse Cermetelektroden ausgebildet sein.
Da das Prinzip des Erfassens der Konzentration eines spezifischen Gases in einem Messgegenstandsgas unter Verwendung der Erfassungseinheit 23 bekannt ist, wird eine detaillierte Beschreibung weggelassen. Die Erfassungseinheit 23 arbeitet beispielsweise in der folgenden Weise. Die Erfassungseinheit 23 pumpt den Sauerstoff in einem Messgegenstandsgas in der Umgebung der inneren Hauptpumpelektrode 25 zu und von der Außenseite (der Vorrichtungskammer 113) auf der Basis einer Spannung, die an die Außenelektrode 24 und die innere Hauptpumpelektrode 25 angelegt wird, hinaus und hinein. Darüber hinaus pumpt die Erfassungseinheit 23 den Sauerstoff in dem Messgegenstandsgas in der Umgebung der inneren Hilfspumpelektrode 26 zu und von der Außenseite (der Vorrichtungskammer 113) auf der Basis einer Spannung, die an die Außenelektrode 24 und die innere Hilfspumpelektrode 26 angelegt wird, hinaus und hinein. Folglich erreicht das Messgegenstandsgas mit einer Sauerstoffkonzentration, die auf einen vorgegebenen Wert eingestellt ist, die Umgebung der Messelektrode 27. Die Messelektrode 27 wirkt als NOx-Reduktionskatalysator und reduziert das spezifische Gas (NOx) in dem erreichten Messgegenstandsgas. Die Erfassungseinheit 23 pumpt dann den Sauerstoff in dem Messgegenstandsgas in der Umgebung der Messelektrode 27 zu der Außenseite (der Vorrichtungskammer 113) auf der Basis einer Spannung hinaus, die an die Außenelektrode 24 und die Messelektrode 27 angelegt wird. Folglich pumpt die Erfassungseinheit 23 den Sauerstoff in der Umgebung der Messelektrode 27 zur Außenseite hinaus, so dass der Sauerstoff, der durch Reduzieren von NOx in dem Messgegenstandsgas erzeugt wird, im Wesentlichen Null wird. Dabei fließt ein Pumpstrom Ip2 zwischen der Außenelektrode 24 und der Messelektrode 27. Der Pumpstrom Ip2 weist einen Wert (einen Wert, bei dem die Konzentration eines spezifischen Gases ableitbar ist) gemäß der Konzentration eines spezifischen Gases in dem Messgegenstandsgas auf.
Die Heizeinrichtung 29 ist ein elektrisches Widerstandselement, das innerhalb des Elementkörpers 20 angeordnet ist. Die Heizeinrichtung 29 erzeugt durch eine Stromzufuhr von außen Wärme und erwärmt den Elementkörper 20. Die Heizeinrichtung 29 kann die Temperatur der Festelektrolytschicht auf ein Niveau (z.B. 800 °C) einstellen, bei dem die Festelektrolytschicht aktiviert wird, und zwar durch Erwärmen und Halten der Temperatur der Festelektrolytschicht des Elementkörpers 20.
Die poröse Schutzschicht 30 ist ein poröser Körper, der die Seite der vorderen Endoberfläche des Elementkörpers 20 bedeckt, insbesondere den Abschnitt des Elementkörpers 20, der in der Vorrichtungskammer 113 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die poröse Schutzschicht 30 eine erste bis fünfte Schutzschicht 31 bis 35, die jeweils auf fünf Flächen (der ersten bis fünften Fläche 20a bis 20e) von den sechs Flächen des Elementkörpers 20 angeordnet sind. Die erste Schutzschicht 31 bedeckt einen Teil der oberen Fläche des Elementkörpers 20, d.h., der ersten Fläche 20a. Entsprechend bedecken die zweite bis vierte Schutzschicht 32 bis 34 einen Teil der unteren Fläche (der zweiten Fläche 20b), der linken Fläche (der dritten Fläche 20c) bzw. der rechten Fläche (der vierten Fläche 20d). Die fünfte Schutzschicht 35 bedeckt die vordere Fläche des Elementkörpers 20, d.h., die gesamte fünfte Fläche 20e. In der ersten bis fünften Schutzschicht 31 bis 35 sind benachbarte Schichten verbunden und die gesamte poröse Schutzschicht 30 bedeckt die vordere Endfläche (die fünfte Fläche 20e) und deren Umgebung.
Die erste Schutzschicht 31 gibt einen Abschnitt der porösen Schutzschicht 30 an, wobei der Abschnitt unmittelbar oberhalb der ersten Fläche 20a vorliegt. Folglich ist in der vorliegenden Ausführungsform die Vorne-hinten-Länge der ersten Schutzschicht 31 gleich einem Abstand L (vgl. die 3) von dem vorderen Ende der ersten Fläche 20a zu dem hinteren Ende der ersten Schutzschicht 31 in der Vorne-hinten-Richtung. Auch in der vorliegenden Ausführungsform ist, wie es aus der vergrößerten Draufsicht der ersten Schutzschicht 31 und deren Umgebung ersichtlich ist, die unten rechts in der 2 gezeigt ist, die Breite der ersten Schutzschicht 31 gleich der Breite der ersten Fläche 20a. Die erste Schutzschicht 31 bedeckt auch die Außenelektrode 24, die auf der ersten Fläche 20a angeordnet ist. Ein ausgesparter Abschnitt 36 ist auf der Seite des hinteren Endes der ersten Schutzschicht 31 der porösen Schutzschicht 30 ausgebildet. Der ausgesparte Abschnitt 36 weist eine Form auf, die so gekrümmt ist, dass sie in der Mitte zwischen rechts und links der ersten Schutzschicht 31 tiefer ausgespart ist. Die erste Schutzschicht 31 weist eine hintere Endfläche 31a auf und die hintere Endfläche 31a bildet einen Teil des ausgesparten Abschnitts 36. Folglich weist die hintere Endfläche 31a eine Form auf, die so gekrümmt ist, dass sie in der Mitte zwischen rechts und links tiefer ausgespart ist. Wie es durch die Schraffur in der 2 gezeigt ist, gibt die hintere Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31 nur den Teil unmittelbar oberhalb der ersten Fläche 20a an. Der ausgesparte Abschnitt 36 ist auf den Außenseiten der ersten Fläche 20a entlang rechts und links ausgebildet, mit anderen Worten, ein Teil der dritten und der vierten Schutzschicht 33, 34 bildet auch den ausgesparten Abschnitt 36. Der ausgesparte Abschnitt 36 kann jedoch nur an dem Abschnitt unmittelbar oberhalb der ersten Fläche 20a ausgebildet sein, d.h., der ausgesparte Abschnitt 36 kann mit der hinteren Endfläche 31a übereinstimmen.
Die poröse Schutzschicht 30 ist in der vorliegenden Ausführungsform symmetrisch in der Oben-unten-Richtung und symmetrisch in der Rechts-links-Richtung ausgebildet. Folglich ist ein ausgesparter Abschnitt 37 ähnlich wie der ausgesparte Abschnitt 36 auf der Seite des hinteren Endes der zweiten Schutzschicht 32 der porösen Schutzschicht 30 ausgebildet (vgl. die 3). Ferner ist die Vorne-hinten-Länge von jeder der zweiten bis vierten Schutzschicht 32 bis 34 gleich dem Abstand L. Obwohl die fünfte Schutzschicht 35 auch die Gaseinführungsöffnung 21 bedeckt, kann ein Messgegenstandsgas die Gaseinführungsöffnung 21 durch Strömen durch das Innere der fünften Schutzschicht 35 erreichen, da die fünfte Schutzschicht 35 ein poröser Körper ist.
Die poröse Schutzschicht 30 bedeckt die Seite des vorderen Endes des Elementkörpers 20 und schützt den Abschnitt. Die poröse Schutzschicht 30 erreicht die Funktion des Verhinderns, dass das Wasser oder dergleichen in einem Messgegenstandsgas an dem Elementkörper 20 haftet und einen Riss darin verursacht. Darüber hinaus erreicht die erste Schutzschicht 31 die Funktion des Verhinderns, dass vergiftende Substanzen (z.B. P, Si, S, Mg und dergleichen), die in dem Messgegenstandsgas enthalten sind, an der Außenelektrode 24 haften, und des Verhinderns einer Verschlechterung bzw. eines Abbaus der Außenelektrode 24. Der Abstand L wird in dem Bereich von (0 < Abstand L < Länge des Elementkörpers 20 in der Längsrichtung) auf der Basis des Bereichs, in dem der Elementkörper 20 dem Messgegenstandsgas in dem Gassensor 100 ausgesetzt ist, und der Position der Außenelektrode 24 festgelegt.
Die poröse Schutzschicht 30 ist z.B. ein poröser Körper aus Keramik. Es ist bevorzugt, dass die poröse Schutzschicht 30 Teilchen von mindestens einem von Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Spinell, Kordierit, Titanoxid und Magnesiumoxid umfasst. In der vorliegenden Ausführungsform ist die poröse Schutzschicht 30 eine Keramik, die Aluminiumoxid als die Hauptkomponente enthält.
Der Grad der Porosität der ersten Schutzschicht 31 kann z.B. 10 % oder größer und 60 % oder kleiner oder 10 % oder größer und 40 % oder kleiner sein. Der Grad der Porosität ist der Wert, der auf der Basis der Quecksilbereindringtechnik gemäß JIS R1655 gemessen wird. Der arithmetische Mittenrauwert Ra der oberen Fläche der ersten Schutzschicht 31 und der hinteren Endfläche 31a kann z.B. 2 µm oder größer und 30 µm oder kleiner sein.
Die hintere Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31 weist einen Flächeninhalt S von größer als oder gleich 0,9 mm² auf. Es ist bevorzugt, dass die Dicke T der ersten Schutzschicht 31 0,03 mm oder größer und 1 mm oder kleiner ist. Der Grund dafür, warum diese Werte bevorzugt sind, wird später beschrieben. Ferner kann die hintere Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31 einen Neigungswinkel θ von 10° oder größer und 90° oder kleiner, bezogen auf die erste Fläche 20a, aufweisen. Ein Verfahren des Messens des Flächeninhalts S, der Dicke T und des Neigungswinkels θ wird nachstehend beschrieben.
Ein Verfahren des Messens der Dicke T der ersten Schutzschicht 31 wird beschrieben. Zuerst wird ein CT-Scan mit dem Sensorelement 10 durchgeführt und ein Querschnitt (ein Querschnitt entlang B1-B1 von 3) an der Vorne-hinten-Mitte der ersten Schutzschicht 31 wird aufgenommen. Der B1-B1-Querschnitt ist ein Querschnitt senkrecht zu der ersten Fläche 20a und senkrecht zu der Vorne-hinten-Richtung. Dann wird ein maximaler Wert der Dicke in dem B1-B1-Querschnitt der ersten Schutzschicht 31 von einem erhaltenen Bild abgeleitet. Entsprechend wird ein Bild durch einen CT-Scan für den B2-B2-Querschnitt und den B3-B3 Querschnitt, die in der 3 gezeigt sind, erfasst, und ein maximaler Wert der Dicke in jedem Querschnitt wird abgeleitet. Dann wird die Dicke T der ersten Schutzschicht 31 auf den Durchschnittswert der abgeleiteten drei maximalen Werte eingestellt.
Die Oberfläche der ersten Schutzschicht 31 weist normalerweise feine Erhebungen und Senken auf und folglich wird die Dicke T auf den Durchschnittswert eingestellt, der unter Verwendung von drei Querschnitten auf diese Weise gemessen wird. Dabei ist der B2-B2-Querschnitt der Querschnitt, der um 3 mm vor dem B1-B1-Querschnitt angeordnet ist. Der B3-B3-Querschnitt ist der Querschnitt, der um 3 mm hinter dem B1-B1-Querschnitt angeordnet ist. Kurz gesagt beträgt der Vorne-hinten-Abstand der drei Querschnitte 3 mm. Wenn jedoch die Vorne-hinten-Länge (hier der Abstand L) der ersten Schutzschicht 31 weniger als 10 mm beträgt, beträgt der Vorne-hinten-Abstand der drei Querschnitte nicht 3 mm, sondern „die Vorne-hinten-Länge der ersten Schutzschicht 31 × 0,3“.
Ein Verfahren zum Messen des Flächeninhalts S der hinteren Endfläche 31a wird beschrieben. Die 4 ist eine vertikale Querschnittsansicht der hinteren Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31. Die 5 und die 6 sind erläuternde Diagramme, welche die Art und Weise zeigen, in welcher der Flächeninhalt S abgeleitet wird. Die 5, 6 sind Draufsichten der hinteren Endfläche 31a und von deren Umgebung.
Zuerst wird ein CT-Scan mit der hinteren Endfläche 31a mit einem 15 µm-Intervall in der Oben-unten-Richtung und m Teilen von Konturdaten (der Kontur parallel zu der ersten Fläche 20a) der hinteren Endfläche 31a durchgeführt. Dabei gibt es einen Fall, bei dem es schwierig ist, die Grenzlinie zwischen der hinteren Endfläche 31a und der oberen Fläche der ersten Schutzschicht 31 eindeutig festzulegen, so dass ein CT-Scan mit dem Bereich der hinteren Endfläche 31a durchgeführt wird, bei dem die Dicke bis zu 0,9T beträgt. Folglich ist m der Wert, der durch Addieren von 1 zu dem Quotienten „(0,9 × Dicke T)/15 µm“ erhalten wird. Die 4 zeigt die Art und Weise, in der m = 4 ist und ein CT-Scan für vier Querschnitte C1 bis C4 durchgeführt wird.
Als nächstes wird ein Filtern, das Erhebungen und Senken ignoriert, die einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von weniger als 50 µm entsprechen, mit jedem von m Teilen von Konturdaten durchgeführt, so dass Konturdaten erhalten werden, bei denen feine Erhebungen und Senken entfernt sind. Die Verarbeitung zur Durchführung eines solchen Filterns kann z.B. mittels eines Gauss-Filters durchgeführt werden. Die Konturen Cf1 bis Cf4, die jeweils durch eine Strich-Punkt-Linie von 5 gezeigt sind, sind ein Beispiel von m Teilen (hier vier) von Konturdaten. Die Konturen Cf1 bis Cf4 von 5 zeigen ein Beispiel für Konturdaten, die von den jeweiligen Querschnitten von C1 bis C4 von 4 erhalten worden sind.
Anschließend werden für jeden der m Teile von Konturdaten n repräsentative Punkte P mit einem 15 µm-Intervall in der Rechts-links-Richtung festgelegt (vgl. die schwarzen Punkte von 5). Die Anordnung der repräsentativen Punkte P wird innerhalb des Bereichs der Breite der hinteren Endfläche 31a vorgenommen. Folglich ist n der Wert, der durch Hinzufügen von 1 zu dem Quotienten „Breite der hinteren Endfläche 31a (hier gleich der Breite der ersten Fläche 20a)/15 µm“ erhalten wird. Die 5 zeigt den Fall mit n = 9. Folglich werden m × n (4 × 9 = 36 in der 5) repräsentative Punkte P festgelegt. D.h., für jeden der m × n repräsentativen Punkte P wird die Position (Koordinaten) im dreidimensionalen Raum festgelegt. n repräsentative Punkte P, die auf jeder der m Konturen angeordnet sind, werden so festgelegt, dass die repräsentativen Punkte P auf Linien, die mit einem 15 µm-Intervall in einer Draufsicht in der Rechts-links-Richtung angeordnet sind, positioniert sind. Beispielsweise wenn n = 9 ist, werden m × n repräsentative Punkte P als Schnittpunkte zwischen gestrichelten Linien A1 bis A9 (Linien, die mit einem 15 µm-Intervall in der Rechts-links-Richtung und parallel zur Vorne-hinten-Richtung angeordnet sind) und m Konturen (hier den Konturen Cf1 bis Cf4) festgelegt.
Angrenzende repräsentative Punkte P der so festgelegten m × n repräsentativen Punkte P werden mit einer Linie verbunden, wodurch eine Mehrzahl von ((m - 1) × (n - 1)) Vierecken festgelegt wird. Beispielsweise werden, wenn die repräsentativen Punkte P wie in der 5 festgelegt sind, 3 × 8 = 24 Vierecke festgelegt, wie es in der 6 gezeigt ist. Folglich wird die Form der hinteren Endfläche 31a durch eine Mehrzahl von Vierecken genähert, die aneinander angrenzen. Obwohl die Vierecke in einer Draufsicht in der 6 gezeigt sind, sind, wie es in der 4 gezeigt ist, die Vierecke von 6 so geneigt, dass sie die Neigung der hinteren Endfläche 31a wiedergeben, und simulieren folglich auch die Neigung der hinteren Endfläche 31a.
Folglich wird der Gesamtwert der Bereiche von (m - 1) × (n - 1) Vierecken als Bereich Sp abgeleitet. Der Bereich Sp ist jedoch nur ein Teil der hinteren Endfläche 31a, wie es aus der 6 ersichtlich ist, und wird folglich zu einem Wert umgerechnet (erweitert), der als der Bereich der gesamten hinteren Endfläche 31a betrachtet wird, und der Wert ist als der Flächeninhalt S der hinteren Endfläche 31a festgelegt. Insbesondere ist der Flächeninhalt S von dem folgenden Ausdruck (1) abgeleitet. „(m - 1) × 15 µm“ in dem Ausdruck (1) zeigt z.B. die Höhe von C1 bis C4 in der 4. Die „Breite der hinteren Endfläche 31a“ ist hier mit der Breite der ersten Fläche 20a identisch, „(n - 1) × 15 µm“ in dem Ausdruck (1) zeigt die Breite von dem linken Ende zu dem rechten Ende des eingestellten Zusammenschlusses der Vierecke in der 6, und zeigt z.B. mit anderen Worten die Rechts-links-Länge von der gestrichelten Linie A1 bis A9 von 5.
$\begin{array}{l} Fl \ddot{a} cheninhalt S = Bereich Sp \times {Dicke T / ((m - 1) \times 15 μ m)} \times {Breite der hinteren \\ Endfl \ddot{a} che 31 a / ((n - 1) \times 15 μ m)} \end{array}$
Auf diese Weise wird der Flächeninhalt S als Wert festgelegt, der die Form der hinteren Endfläche 31a unter Verwendung der repräsentativen Punkte P und der Vierecke einer Näherung unterzieht. Folglich ist der Wert des Flächeninhalts S ein Wert, der feine Erhebungen und Senken ignoriert und die Form der hinteren Endfläche 31a wiedergibt, obwohl die Form gekrümmt ist, wie es in der 2 gezeigt ist, oder geneigt ist, wie es in den 3, 4 gezeigt ist.
Der CT-Scan zum Messen der Dicke T und des Flächeninhalts S, wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann z.B. unter Verwendung von SMX-160CT-SV3, hergestellt von Shimazu Corporation, durchgeführt werden.
Ein Verfahren zum Messen des Neigungswinkels θ der hinteren Endfläche 31a wird unter Verwendung der 5 beschrieben. Zuerst wird ein Winkel θ1 bestimmt, der durch die erste Fläche 20a und die Linie gebildet wird, die zwei Punkte an beiden Enden in der Vorne-hinten-Richtung zwischen den m (hier vier) repräsentativen Punkten P, die auf der gestrichelten Linie A1 von 5 positioniert sind, verbindet. Entsprechend werden die Winkel θ2 bis θ9 für die m repräsentativen Punkte P bestimmt, die auf den gestrichelten Linien A2 bis A9 positioniert sind. Der Neigungswinkel θ soll der Durchschnittswert der bestimmten Winkel θ1 bis θ9 sein. Der Neigungswinkel θ (und die gebildeten Winkel θ1 bis θ9) sind jeweils ein Winkel auf der Seite, welche die erste Schutzschicht 31 umfasst, wie es in der 4 gezeigt ist.
Ein minimaler Abstand D soll der minimale Wert des Abstands von dem hinteren Ende der Außenelektrode 24 zu dem Kontaktabschnitt zwischen der hinteren Endfläche 31a und der ersten Fläche 20a sein. Der minimale Abstand D ist aus einem Grund, der später beschrieben wird, vorzugsweise 2 mm oder größer. Der minimale Abstand D ist als Abstand (Abstand in einer Richtung parallel zu der ersten Fläche 20a) in einer Draufsicht (wenn die Außenelektrode 24 und die erste Schutzschicht 31 senkrecht zu der ersten Fläche 20a betrachtet werden) festgelegt, wie es unten rechts in der 2 gezeigt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Kontaktabschnitt zwischen der hinteren Endfläche 31a und der ersten Fläche 20a der gekrümmte Abschnitt, der in einer Draufsicht als die Kontur des hinteren Endes der hinteren Endfläche 31a erscheint. Folglich ist der minimale Wert des Abstands zwischen dem gekrümmten Abschnitt und dem hinteren Ende der Außenelektrode 24 der minimale Abstand D.
Ein Verfahren zur Herstellung eines so aufgebauten Gassensors 100 wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird ein Verfahren zur Herstellung des Sensorelements 10 beschrieben. Wenn das Sensorelement 10 hergestellt wird, werden mehrere Stücke (hier sechs Stücke) von ungebrannten Keramikgrünlagen, die dem Elementkörper 20 entsprechen, hergestellt. In jeder Grünlage wird je nach Erfordernis eine Kerbe oder ein Durchgangsloch oder eine Rille durch ein Stanzverfahren bereitgestellt, und Elektroden und eine Verdrahtungsstruktur werden mittels Siebdruck gebildet. Anschließend wird eine Mehrzahl von Grünlagen laminiert, verbunden und gebrannt, wodurch das Sensorelement 10 hergestellt wird. Die Bildung der porösen Schutzschicht 30 kann durch Bilden der ersten bis fünften Schutzschicht 31 bis 35 eine nach der anderen erreicht werden. Wenn die erste Schutzschicht 31 gebildet wird, können die Form der hinteren Endfläche 31a, der Flächeninhalt S, der Neigungswinkel θ und der minimale Abstand D eingestellt werden, z.B. durch die Form einer Maske, die zum Plasmaspritzen verwendet wird, und die Position der Maske auf dem Elementkörper 20. Der minimale Abstand D kann auch durch die Position der Außenelektrode 24 eingestellt werden. Die Dicke T kann z.B. durch die Länge der Spritzzeit eingestellt werden.
Die Bildung der porösen Schutzschicht 30 kann nicht nur durch Plasmaspritzen erreicht werden, sondern auch durch ein Tauchverfahren, Siebdrucken, ein Gelgießverfahren und dergleichen. Selbst wenn die erste Schutzschicht 31 durch diese Verfahren ausgebildet wird, können die Form der hinteren Endfläche 31a, der Flächeninhalt S, der Neigungswinkel θ und der minimale Abstand D durch Einstellen z.B. der Form und der Position der Maske und Einstellen der Viskosität der Paste, die als die poröse Schutzschicht 30 dient, eingestellt werden.
Als nächstes wird der Gassensor 100, in den das Sensorelement 10 einbezogen wird, hergestellt. Zuerst wird bewirkt, dass das Sensorelement 10 das Innere des Hauptmetallformstücks 122 in der axialen Richtung durchdringt und die Stützeinrichtung 124 und der Pulverpresskörper 126 werden zwischen der Innenumfangsoberfläche des Hauptmetallformstücks 122 und dem Sensorelement 10 angeordnet. Als nächstes wird der Pulverpresskörper 126 komprimiert und ein Abschnitt des Vorrichtungsabdichtungskörpers 120 wird abgedichtet, wobei der Abschnitt zwischen der Innenumfangsoberfläche des Hauptmetallformstücks 122 und dem Sensorelement 10 vorliegt. Anschließend wird die Schutzabdeckung 110 an den Vorrichtungsabdichtungskörper 120 geschweißt und die Mutter 130 wird daran montiert.
Als nächstes wird nachstehend ein Verwendungsbeispiel des so aufgebauten Gassensors 100 beschrieben. Wenn ein Messgegenstandsgas in der Leitung 140 strömt, wobei der Gassensor 100 an der Leitung 140 montiert ist, wie es in der 1 gezeigt ist, wird das Messgegenstandsgas in der Schutzabdeckung 110 verteilt und strömt in die Vorrichtungskammer 113, worauf die Seite des vorderen Endes des Sensorelements 10 dem Messgegenstandsgas ausgesetzt wird. Dann erzeugt, wenn das Messgegenstandsgas durch die poröse Schutzschicht 30 hindurchtritt, so dass es die Außenelektrode 24 erreicht, und durch die Gaseinführungsöffnung 21 in dem Sensorelement 10 ankommt, die Erfassungseinheit 23 ein elektrisches Signal (hier den Pumpstrom Ip2) gemäß der NOx-Konzentration in dem Messgegenstandsgas, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Dann erfasst auf der Basis des elektrischen Signals z.B. eine Steuereinheit (nicht gezeigt), die elektrisch mit dem Sensorelement 10 verbunden ist, die NOx-Konzentration in dem Messgegenstandsgas.
An diesem Punkt kann Wasser in dem Messgegenstandsgas enthalten sein und das Wasser kann in der Vorrichtungskammer 113 kondensieren, Wasser, das in der Leitung 140 kondensiert ist, kann in die Vorrichtungskammer 113 eintreten, und das Wasser (Wassertröpfchen) kann an dem Elementkörper 20 haften. Dabei erwärmt die Heizeinrichtung 29 intensiv das vordere Ende und dessen Umgebung des Elementkörpers 20, wo die Elektroden der Erfassungseinheit 23 vorliegen. Daher ist die Temperatur an einem Abschnitt des Elementkörpers 20 relativ niedriger als die Temperatur an dem vorderen Ende und in der Umgebung des Elementkörpers 20, wobei der Abschnitt hinter der porösen Schutzschicht 30 vorliegt, nicht durch die poröse Schutzschicht 30 bedeckt ist und zu der Vorrichtungskammer 113 freiliegt. Folglich ist es relativ wahrscheinlicher, dass Wassertröpfchen an dem Abschnitt des Elementkörpers 20 haften, welcher der Vorrichtungskammer 113 ausgesetzt ist, als an der Oberfläche der porösen Schutzschicht 30. Ferner kann bei dem Gassensor 100, der an der Leitung 140 montiert ist, die Längsrichtung des Sensorelements 10 parallel zu der vertikalen Richtung oder um etwa 45° bezogen auf die vertikale Richtung geneigt sein, und folglich ist das vordere Ende des Elementkörpers 20 häufig niedriger positioniert als das hintere Ende. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlicher, dass sich die Wassertröpfchen, die an dem Elementkörper 20 haften, entlang der Oberfläche des Elementkörpers 20 bewegen. Folglich kann das Wasser, das sich entlang der Oberfläche des Elementkörpers 20 bewegt hat, an der hinteren Endfläche 31a der porösen Schutzschicht 30 haften.
In dem Sensorelement 10 der vorliegenden Ausführungsform ist der Flächeninhalt S der hinteren Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31, welche die Außenelektrode 24 bedeckt, größer als oder gleich 0,9 mm². Da der Flächeninhalt S eine derartige Größe aufweist, ist es dann, wenn das Wasser, das sich entlang der Oberfläche des Elementkörpers 20 vorwärtsbewegt hat, an der hinteren Endfläche 31a haftet, wahrscheinlich, dass sich das Wasser in einer Oberflächenrichtung auf der hinteren Endfläche 31a ausbreitet. Daher kann verhindert werden, dass das Wasser, das an der hinteren Endfläche 31a haftet, die Außenelektrode 24 durch das Innere der ersten Schutzschicht 31 erreicht. Folglich kann eine Verschlechterung bzw. eine Zersetzung der Außenelektrode 24 aufgrund von vergiftenden Substanzen (z.B. P, Si, S und dergleichen) in einem Messgegenstandsgas, die in dem Wasser enthalten sind, verhindert werden, und das Auftreten einer Anomalie, wie z.B. einer Verminderung der Erfassungsgenauigkeit der Konzentration eines spezifischen Gases durch das Sensorelement 10, kann verhindert werden.
Ein größerer Flächeninhalt S kann noch besser verhindern, dass das Wasser, das an der hinteren Endfläche 31a haftet, die Außenelektrode 24 erreicht. Beispielsweise ist der Flächeninhalt S vorzugsweise 1,0 mm² oder größer, mehr bevorzugt 1,5 mm² oder größer, noch mehr bevorzugt 2,2 mm² oder größer, noch mehr bevorzugt 2,5 mm² oder größer und noch mehr bevorzugt 3,0 mm² oder größer. Der Flächeninhalt S kann z.B. 4,0 mm² oder kleiner sein.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist es bevorzugt, dass der minimale Abstand D zwischen der Außenelektrode 24 und der hinteren Endfläche 31a größer als oder gleich 2 mm ist. Da der minimale Abstand D eine derartige Größe aufweist, liegt die Außenelektrode 24 an einer Position entfernt von dem Kontaktabschnitt zwischen der hinteren Endfläche 31a und der ersten Fläche 20a vor, mit anderen Worten, dem Abschnitt, bei dem Wasser, das sich entlang der ersten Fläche 20a des Elementkörpers 20 vorwärtsbewegt, erstmals die hintere Endfläche 31a erreicht. Folglich kann mit dem minimalen Abstand D von größer als oder gleich 2 mm noch besser verhindert werden, dass das Wasser, das an der hinteren Endfläche 31a haftet, die Außenelektrode 24 durch das Innere der ersten Schutzschicht 31 erreicht. Diesbezüglich ist der minimale Abstand D mehr bevorzugt 4 mm oder größer, noch mehr bevorzugt 5 mm oder größer und noch mehr bevorzugt 6 mm oder größer. Der minimale Abstand D kann 10 mm oder kleiner sein oder kann 8 mm oder kleiner sein.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist es bevorzugt, dass die Dicke T der ersten Schutzschicht 31 0,03 mm oder größer und 1 mm oder kleiner ist. Wenn die Dicke T größer als oder gleich 0,03 mm ist, kann verhindert werden, dass sich das Wasser, das an der oberen Oberfläche der ersten Schutzschicht 31 haftet und vergiftende Substanzen enthält, durch das Innere der ersten Schutzschicht 31 in der Dickenrichtung (hier der Abwärtsrichtung) bewegt und die Außenelektrode 24 erreicht. Im Hinblick darauf ist die Dicke T mehr bevorzugt 0,1 mm oder größer, noch mehr bevorzugt 0,2 mm oder größer und noch mehr bevorzugt 0,3 mm oder größer. Darüber hinaus kann bei einer Dicke T von größer als oder gleich 0,2 mm der Wärmeschock für den Elementkörper 20 vermindert werden, wenn Wasser an der oberen Oberfläche der ersten Schutzschicht 31 haftet, und der Effekt des Verbesserns der Wasserbeständigkeit des Elementkörpers 20 wird ebenfalls erhalten. Darüber hinaus kann bei einer Dicke T von kleiner als oder gleich 1 mm die Verminderung des Ansprechens der Erfassung der Konzentration eines spezifischen Gases durch das Sensorelement 10 verhindert werden. Diesbezüglich ist die Dicke T mehr bevorzugt 0,8 mm oder kleiner und noch mehr bevorzugt 0,5 mm oder kleiner.
Ferner kann der Neigungswinkel θ der vorstehend beschriebenen hinteren Endfläche 31a 10° oder größer und 90° oder kleiner sein, wie es vorstehend beschrieben worden ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Neigungswinkel θ 10° oder größer und kleiner als 90°. Durch den Neigungswinkel θ von größer als oder gleich 10° kann die erste Schutzschicht 31 einfach hergestellt werden. Durch den Neigungswinkel θ von weniger als 90° ist es wahrscheinlich, dass der Flächeninhalt S zunimmt, und zwar verglichen mit dem Fall, bei dem der Neigungswinkel θ 90° beträgt. Beispielsweise kann selbst mit der gleichen Dicke T, wenn der Neigungswinkel θ weniger als 90° beträgt, der Flächeninhalt S vergrößert werden. Der Neigungswinkel θ kann kleiner als oder gleich 80° sein. Der Neigungswinkel θ kann 40° oder größer und 50° oder kleiner sein.
Ein oder mehrere Zahlenbereich(e) des Porositätsgrads, des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und der Dicke T der ersten Schutzschicht 31, die vorstehend beschrieben worden sind, kann oder können auf jede der zweiten bis fünften Schutzschicht 32 bis 35 angewandt werden. Ein oder mehrere Zahlenbereich(e) des Flächeninhalts S und des Neigungswinkels θ der ersten Schutzschicht 31, die vorstehend beschrieben worden sind, kann oder können auf die zweite Schutzschicht 32 angewandt werden. Obwohl die Dicke von jeder der zweiten bis fünften Schutzschicht 32 bis 35 mit der Dicke T der ersten Schutzschicht 31 in der vorliegende Ausführungsform identisch ist, können sich die Dicken voneinander unterscheiden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Flächeninhalt S der zweiten Schutzschicht 32 größer als oder gleich 0,9 mm², der Neigungswinkel θ ist 10° oder größer und kleiner als 90° und die erste Schutzschicht 31 und die zweite Schutzschicht 32 weisen denselben Flächeninhalt S und Neigungswinkel θ auf. Einer oder mehrere des Flächeninhalts S und des Neigungswinkels θ kann oder können sich jedoch unterscheiden.
Mit dem Gassensor 100 der vorliegenden Ausführungsform, der vorstehend detailliert beschrieben worden ist, kann, da der Flächeninhalt S der hinteren Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31 des Sensorelements 10 größer als oder gleich 0,9 mm² ist, verhindert werden, dass das Wasser, das an der hinteren Endfläche 31a haftet und vergiftende Substanzen enthält, die Außenelektrode 24 durch das Innere der ersten Schutzschicht 31 erreicht. Darüber hinaus kann durch den minimalen Abstand D von größer als oder gleich 2 mm noch besser verhindert werden, dass das Wasser, das an der hinteren Endfläche 31a haftet, die Außenelektrode 24 durch das Innere der ersten Schutzschicht 31 erreicht. Ferner kann, da die Dicke T der ersten Schutzschicht 31 größer als oder gleich 0,03 mm ist, verhindert werden, dass sich das Wasser, das vergiftende Substanzen enthält, von der oberen Oberfläche der ersten Schutzschicht 31 in der Dickenrichtung (hier der Abwärtsrichtung) bewegt und die Außenelektrode 24 erreicht. Mit der Dicke T von kleiner als oder gleich 1 mm kann die Verminderung des Ansprechens der Erfassung der Konzentration eines spezifischen Gases durch das Sensorelement 10 verhindert werden.
Die hintere Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31 weist eine Form auf, die so gekrümmt ist, dass sie in der Mitte zwischen rechts und links tiefer ausgespart ist. Folglich ist es wahrscheinlich, dass der Flächeninhalt S zunimmt, und zwar verglichen mit dem Fall, bei dem die hintere Endfläche 31a z.B. eine planare Form ohne Krümmung aufweist. Beispielsweise kann selbst mit der gleichen Dicke T und dem gleichen Neigungswinkel θ der Flächeninhalt S vergrößert werden.
Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, und selbstverständlich kann die Erfindung innerhalb des technischen Umfangs der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Aspekten implementiert werden.
Beispielsweise ist in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Neigungswinkel θ kleiner als 90°. Der Neigungswinkel θ kann jedoch 90° betragen. Beispielsweise kann die hintere Endfläche 31a in der Modifizierung, die in der 7 gezeigt ist, verwendet werden. In der 7 weist die hintere Endfläche 31a eine Form auf, die so gekrümmt ist, dass sie in der Mitte zwischen rechts und links tiefer ausgespart ist, und der Neigungswinkel θ beträgt 90°.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform weist die hintere Endfläche 31a eine Form auf, die so gekrümmt wird, dass sie in der Mitte zwischen rechts und links tiefer ausgespart ist, jedoch ist dies nicht immer der Fall. Beispielsweise kann die hintere Endfläche 31a in der Modifizierung verwendet werden, die in den 8 bis 10 gezeigt ist. In der 8 weist die hintere Endfläche 31a eine planare Form ohne eine Krümmung auf. In der 9 weist die hintere Endfläche 31a eine Mehrzahl von ausgesparten Abschnitten auf, die nach vorne ausgespart sind. In der 10 weist die hintere Endfläche 31a eine Form mit einem vertikalen Niveauunterschied auf. Selbst mit der Form der hinteren Endfläche 31a wie in den 9, 10 ist es wahrscheinlich, dass der Flächeninhalt S zunimmt. Obwohl der Neigungswinkel θ in jeder der 8, 9 90° beträgt, kann der Neigungswinkel θ geändert werden. Selbst mit der Form der hinteren Endfläche 31a, wie sie in der 10 gezeigt ist, kann der Neigungswinkel θ durch das vorstehend beschriebene Berechnungsverfahren als Durchschnittswert abgeleitet werden (vgl. die 10).
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann die poröse Schutzschicht 30 eine Mehrzahl von Schichten umfassen, die in der Dickenrichtung gestapelt sind. Beispielsweise kann, wie es in der 11 gezeigt ist, die poröse Schutzschicht 30 Schichten 31c, 32c, welche die erste und die zweite Fläche 20a, 20b bedecken; und Schichten 31b, 32b umfassen, die ferner die Schichten 31c, 32c bedecken. In diesem Fall ist ähnlich wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Abschnitt (hier die Schichten 31b, 31c), der unmittelbar oberhalb der ersten Fläche 20a vorliegt, der porösen Schutzschicht 30 als die erste Schutzschicht 31 festgelegt. Folglich bilden die hinteren Endflächen der Schichten 31b, 31c die hintere Endfläche 31a. Wie es in der 12 gezeigt ist, kann die poröse Schutzschicht 30 eine untere Schicht 30a, die näher an dem Elementkörper 20 vorliegt, und eine obere Schicht 30b entfernt von dem Elementkörper 20 aufweisen. Auch in diesem Fall ist ähnlich wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Abschnitt (hier die Schichten 31b1, 31b2, 31c), der unmittelbar oberhalb der ersten Fläche 20a vorliegt, der porösen Schutzschicht 30 als die erste Schutzschicht 31 festgelegt. Folglich bilden die hinteren Endflächen der Schichten 31b1, 31b2, 31c die hintere Endfläche 31a. In dem Beispiel von 11, 12 ist die Außenelektrode 24 durch die Schicht 31c bedeckt. In der 12 können die Schichten 31c, 32c weggelassen werden. Ferner können die Schicht 31b und die Schicht 31c in der 11 voneinander verschiedene Eigenschaften aufweisen (beispielsweise der Grad der Porosität und der Teilchendurchmesser von Bestandteilsteilchen). Entsprechend können die Schichten 31b1, 31b2, 31c von 12 voneinander verschiedene Eigenschaften aufweisen.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde der Bereich von 10° oder größer und 90° oder kleiner als der Zahlenbereich des Neigungswinkels θ angegeben. Dies ist jedoch nicht immer der Fall und der Neigungswinkel θ kann 10° oder größer und 170° oder kleiner sein. Mit dem Neigungswinkel θ von kleiner als oder gleich 170° kann die erste Schutzschicht 31 verglichen mit dem Fall, bei dem der Neigungswinkel θ größer als 170° ist, einfach hergestellt werden. Beispielsweise kann, wie in der hinteren Endfläche 31a, die in der 13 gezeigt ist, der Neigungswinkel θ größer als 90° und 170° oder kleiner sein. Mit dem Neigungswinkel θ von größer als 90° ist es wahrscheinlich, dass der Flächeninhalt S verglichen mit dem Fall zunimmt, wenn der Neigungswinkel θ 90° beträgt. Der Neigungswinkel θ kann größer als oder gleich 100° sein. Der Neigungswinkel θ kann 130° oder größer und 140° oder kleiner sein. Der Neigungswinkel θ kann jedweder Wert im Bereich von 10° oder größer und 80° oder kleiner und 100° oder größer und 170° oder kleiner sein.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Dicke T der ersten Schutzschicht 31 auf den Durchschnittswert eingestellt, der unter Verwendung von drei Querschnitten gemessen wird, jedoch kann die Dicke der ersten Schutzschicht 31 bei jedweder Position im Wesentlichen gleich sein. Beispielsweise kann die Dicke der ersten Schutzschicht 31 bei jedweder Position innerhalb von 0,9T oder größer und 1,1T oder kleiner oder innerhalb von 0,95T oder größer und 1,05T oder kleiner liegen. „Die Dicke der ersten Schutzschicht 31“ bezieht sich hier auf die Dicke des Abschnitts der ersten Schutzschicht 31, ausschließlich den Endabschnitt und die Endfläche, wie z.B. die hintere Endfläche 31a.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform umfasst die poröse Schutzschicht 30 die erste bis fünfte Schutzschicht 31 bis 35, jedoch ist dies nicht immer der Fall. Es ist ausreichend, dass die poröse Schutzschicht 30 die erste Schutzschicht 31 umfasst, die mindestens die Außenelektrode 24 bedeckt.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform weist der Elementkörper 20 des Sensorelements 10 einen laminierten Körper aus einer Mehrzahl (sechs in der 3) von Festelektrolytschichten auf. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Es ist ausreichend, dass der Elementkörper 20 mindestens eine Sauerstoffionen-leitende Festelektrolytschicht umfasst. Beispielsweise können fünf Schichten, die von der obersten Festelektrolytschicht in der 3 verschieden sind, Schichten sein, die aus einem Material, das von dem Festelektrolyten verschieden ist, zusammengesetzt sind (beispielsweise Schichten, die aus Aluminiumoxid zusammengesetzt sind). In diesem Fall können die Elektroden des Sensorelements 10 auf der obersten Festelektrolytschicht angeordnet sein. Beispielsweise kann die Messelektrode 27 von 3 auf der unteren Oberfläche der Festelektrolytschicht angeordnet sein. Alternativ kann die Referenzgaseinführungsöffnung 22 in der zweiten Schicht von oben bereitgestellt sein und die Referenzelektrode 28 kann hinter dem Messgegenstandsgasverteilungsabschnitt und auf der unteren Oberfläche der Festelektrolytschicht bereitgestellt sein.
BEISPIELE
Nachstehend wird ein Fall eines spezifisch hergestellten Sensorelements als Beispiel beschrieben. Die experimentellen Beispiele 1 bis 4 entsprechen den Beispielen der vorliegenden Erfindung und das experimentelle Beispiel 5 entspricht einem Vergleichsbeispiel. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt ist.
[Experimentelles Beispiel 1]
Das in den 1 bis 3 gezeigte Sensorelement 10 wurde hergestellt, wobei das experimentelle Beispiel 1 bereitgestellt wurde. Die hintere Endfläche 31a wurde jedoch so hergestellt, dass der Neigungswinkel θ wie in der hinteren Endfläche 31a von 7 90° beträgt. Die Herstellung des Sensorelements 10 im experimentellen Beispiel 1 wurde in der folgenden Weise durchgeführt. Zuerst wurden Zirkoniumoxidteilchen, die 4 Mol-% Yttriumoxid enthielten, das als Stabilisierungsmittel dient, ein organisches Bindemittel, ein Dispergiermittel, ein Weichmacher und ein organisches Lösungsmittel gemischt und durch Bandformen geformt, so dass sechs Keramikgrünlagen hergestellt wurden. In den Grünlagen wurde eine Mehrzahl von Lagenlöchern und erforderlichen Durchgangslöchern im Vorhinein ausgebildet, wobei die Lagenlöcher zum Positionieren zum Zeitpunkt des Druckens und Laminierens verwendet werden. Eine Struktur aus einer leitenden Paste zur Bildung der Elektroden 24 bis 28 der Erfassungseinheit 23, einschließlich die Außenelektrode 24, und der Heizeinrichtung 29 wurde auf jede Grünlage gedruckt. Dann werden die sechs Grünlagen in einer vorgegebenen Reihenfolge laminiert und durch Anwenden von vorgegebenen Temperatur- und Druckbedingungen gepresst. Aus dem so erhaltenen Presskörper wurde ein ungebrannter Elementkörper in der Größe des Elementkörpers 20 herausgeschnitten. Der herausgeschnittene ungebrannte Elementkörper wurde gebrannt, so dass der Elementkörper 20 erhalten wurde. Die leitende Paste für die Außenelektrode 24 wurde durch Mischen von Pt-Teilchen, Zirkoniumoxid-Teilchen und eines Bindemittels hergestellt. Als nächstes wurde die poröse Schutzschicht 30 auf der Oberfläche des Elementkörpers 20 durch Plasmaspritzen gebildet, so dass das Sensorelement 10 erhalten wurde. Das zum Plasmaspritzen verwendete Pulverspritzmaterial war Aluminiumoxid. Die Form der hinteren Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31 wurde unter Verwendung einer Maske eingestellt. Die Abmessungen des Elementkörpers 20 im experimentellen Beispiel 1 waren eine Länge von 67,5 mm, eine Breite von 4,25 mm und eine Dicke von 1,45 mm. Die erste Schutzschicht 31 wies einen Porositätsgrad von 20 % und eine Dicke T von 0,2 µm auf. Die hintere Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31 wies einen Flächeninhalt S von 1,8 mm² und einen Neigungswinkel θ von 90° auf. Der minimale Abstand D zwischen der Außenelektrode 24 und der hinteren Endfläche 31a betrug 6 mm. Die hintere Endfläche 31a der ersten Schutzschicht 31 wies einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 10 µm auf.
[Experimentelles Beispiel 2]
Die Form der Maske wurde so geändert, dass die hintere Endfläche 31a eine planare Form ohne eine Krümmung aufwies, und das Sensorelement 10 des experimentellen Beispiels 2 wurde entsprechend dem experimentellen Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Dicke T geändert wurde. Im experimentellen Beispiel 2 betrug die Dicke T 0,3 µm, der Flächeninhalt S betrug 1,7 mm² und der Neigungswinkel θ betrug 50°. Der minimale Abstand D betrug 7 mm.
[Experimentelle Beispiele 3 bis 5]
Die hintere Endfläche 31a wies nach wie vor eine planare Form ohne eine Krümmung auf und die Sensorelemente 10 der experimentellen Beispiele 3 bis 5 wurden entsprechend dem experimentellen Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Flächeninhalt S, die Dicke T und der Neigungswinkel θ verschiedenartig geändert wurden. Im experimentellen Beispiel 3 betrug die Dicke T 0,3 µm, der Flächeninhalt S betrug 1,3 mm² und der Neigungswinkel θ betrug 90°. Im experimentellen Beispiel 4 betrug die Dicke T 0,2 µm, der Flächeninhalt S betrug 0,9 mm² und der Neigungswinkel θ betrug 90°. Im experimentellen Beispiel 5 betrug die Dicke T 0,1 µm, der Flächeninhalt S betrug 0,4 mm² und der Neigungswinkel θ betrug 90°. Der minimale Abstand D in jedem der experimentellen Beispiele 3 bis 5 betrug 7 mm.
[Bewertung der Vergiftungsbeständigkeit]

Ein Vergiftungsbeständigkeitstest zur Bewertung der Vergiftungsbeständigkeit der Außenelektrode 24 wurde für die Sensorelemente 10 der experimentellen Beispiele 1 bis 5 durchgeführt. Insbesondere wurde zuerst die Umgebung der Erfassungseinheit 23 des Sensorelements 10 durch die Heizeinrichtung 29 bei 100 °C gehalten, wobei das Sensorelement 10 wie in der 14 um 45° geneigt war. Die Temperatur der Umgebung der hinteren Endfläche 31a des Elementkörpers 20 in diesem Zustand war etwa 80 °C. In diesem Zustand wurde eine Wasserlösung, die ein Siloxan (Octamethylcyclotetrasiloxan) bei einer Konzentration von 0,12 cm³/L enthielt, kontinuierlich auf den Kontaktabschnitt zwischen der hinteren Endfläche 31a des Sensorelements 10 und der ersten Fläche 20a mit einer Rate von 2 µL/30 s getropft (vgl. den weißen Pfeil von 14). Vor dem Beginn des Tropfens und bei einem Zeitpunkt alle sechs Stunden seit dem Beginn des Tropfens wurde die Umgebung der Erfassungseinheit 23 des Elementkörpers 20 durch die Heizeinrichtung 29 auf 800 °C erwärmt, das Sensorelement 10 wurde betrieben und die Ausgabe (Pumpstrom Ip2) des Sensorelements 10 wurde gemessen. Die Änderungsrate des Pumpstroms Ip2 nach dem Beginn des Tropfens bezogen auf den Pumpstrom Ip2 vor dem Beginn des Tropfens wurde ermittelt und wenn die Änderungsrate im Bereich von 0 % oder kleiner und größer als -5 % lag, wurde kein Problem festgestellt (OK). Im Gegensatz dazu wurde dann, wenn die Änderungsrate -5 % oder kleiner war (der Absolutwert der Änderungsrate war 5 % oder größer), eine Anomalie (NG) festgestellt. Das Sensorelement 10 war während des Vergiftungsbeständigkeitstests in atmosphärischer Luft angeordnet. Mit anderen Worten, das Messgegenstandsgas war atmosphärische Luft (die NOx-Konzentration ist Null). Wenn die Außenelektrode 24 durch das Siloxan vergiftet wird und verschlechtert bzw. abgebaut wird, werden die Empfindlichkeitseigenschaften der Erfassungseinheit 23 verändert, so dass der Pumpstrom Ip2 verändert wird, obwohl die NOx-Konzentration in dem Messgegenstandsgas nicht verändert wird. Wenn der Pumpstrom Ip2 sogar vor dem Beginn des Tropfens verändert wird, zeigt dies folglich, dass die getropfte Wasserlösung in einer großen Menge die Außenelektrode 24 erreicht hat, die vergiftet worden ist. Für jedes der Sensorelemente der experimentellen Beispiele 1 bis 5 wurden das Tropfen der Wasserlösung und die Messung des Pumpstroms Ip2 alle sechs Stunden fortgesetzt, bis eine Anomalie bestimmt wurde. Der Flächeninhalt S, die Dicke T und der Neigungswinkel θ der Sensorelemente 10 der experimentellen Beispiele 1 bis 5 und das Ergebnis des Vergiftungsbeständigkeitstests sind in der Tabelle 1 gezeigt. [Tabelle 1]

	Flächeninhalt S [mm²]	Dicke T [µm]	Neigungswinkel θ [°]	Vergiftungsbeständigkeitstest
				Nach sechs Stunden	Nach zwölf Stunden	Nach achtzehn Stunden	Nach vierundzwanzig Stunden	Nach dreißig Stunden
				Tropfmenge 1,44 mL	Tropfmenge 2,88 mL	Tropfmenge 4,32 mL	Tropfmenge 5,76 mL	Tropfmenge 7,2 mL
Experimentelles Beispiel 1	1,8	0,2	90	OK	OK	OK	OK	NG
Experimentelles Beispiel 2	1,7	0,3	50	OK	OK	OK	OK	NG
Experimentelles Beispiel 3	1,3	0,3	90	OK	OK	OK	NG
Experimentelles Beispiel 4	0,9	0,2	90	OK	OK	NG
Experimentelles Beispiel 5	0,4	0,1	90	NG

Wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, ist es für einen größeren Flächeninhalt S, selbst wenn eine lange Zeit vergangen ist, mit anderen Worten, selbst wenn die Tropfmenge groß ist, unwahrscheinlich, dass sich der Pumpstrom Ip2 ändert. Folglich wurde verifiziert, dass für einen größeren Flächeninhalt S der hinteren Endfläche 31a noch besser verhindert werden kann, dass das Wasser, das vergiftende Substanzen enthält, die Außenelektrode 24 erreicht. Im experimentellen Beispiel 5, bei dem der Flächeninhalt S 0,4 mm² betrug, wurde eine Anomalie zum Zeitpunkt der ersten Bestimmung (sechs Stunden nach dem Beginn des Tropfens) festgestellt, wohingegen in den experimentellen Beispielen 1 bis 4, bei denen der Flächeninhalt S größer als oder gleich 0,9 mm² war, eine Anomalie selbst zum Zeitpunkt der zweiten Bestimmung nicht festgestellt wurde. Aufgrund dieses Ergebnisses kann durch Einstellen des Flächeninhalt S auf 0,9 mm² oder größer wahrscheinlich verhindert werden, dass das Wasser, das vergiftende Substanzen enthält, die Außenelektrode 24 erreicht. Darüber hinaus ergibt sich aus einem Vergleich zwischen den experimentellen Beispielen 3, 4, dass der Flächeninhalt S vorzugsweise 1,0 mm² oder größer ist, und aus einem Vergleich zwischen den experimentellen Beispielen 1 bis 3 ergibt sich, dass der Flächeninhalt S mehr bevorzugt 1,5 mm² oder größer ist.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität auf der Basis der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-064032 , die am 28. März 2019 eingereicht worden ist und deren gesamter Inhalt unter Bezugnahme hierin einbezogen ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Sensorelement und einen Gassensor, der das Sensorelement umfasst, anwendbar, wobei das Sensorelement zum Erfassen der Konzentration eines spezifischen Gases, wie z.B. NOx, in einem Messgegenstandsgas, wie z.B. einem Abgas von Kraftfahrzeugen, ausgebildet ist.
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 2019064032 [0071]

Claims

Sensorelement, umfassend: einen Elementkörper, der eine Sauerstoffionen-leitende Festelektrolytschicht umfasst, wobei der Elementkörper in einer länglichen rechteckigen Parallelepipedform mit einer Längsrichtung vorliegt; eine Erfassungseinheit, die eine Mehrzahl von Elektroden aufweist, die auf einer Seite des vorderen Endes des Elementkörpers angeordnet sind, und eine Konzentration eines spezifischen Gases in einem Messgegenstandsgas erfasst, wobei die Längsrichtung eine Vorne-hinten-Richtung ist; eine Außenelektrode, die eine der Mehrzahl von Elektroden ist und auf einer ersten Fläche angeordnet ist, die eine Oberfläche entlang der Längsrichtung des Elementkörpers ist; und eine poröse erste Schutzschicht, die auf der ersten Fläche angeordnet ist und die Außenelektrode bedeckt, wobei ein Flächeninhalt S einer hinteren Endfläche der ersten Schutzschicht größer als oder gleich 0,9 mm² ist.
Sensorelement nach Anspruch 1, bei dem ein minimaler Abstand D von einem hinteren Ende der Außenelektrode zu einem Kontaktabschnitt zwischen der hinteren Endfläche und der ersten Fläche größer als oder gleich 2 mm ist.
Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Dicke T der ersten Schutzschicht größer als oder gleich 0,03 mm und kleiner als oder gleich 1 mm ist.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die hintere Endfläche der ersten Schutzschicht eine Form aufweist, die so gekrümmt ist, dass sie in der Mitte zwischen rechts und links ausgespart ist, und eine Richtung von rechts und links parallel zur ersten Fläche und senkrecht zur Längsrichtung ist.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die hintere Endfläche der ersten Schutzschicht einen Neigungswinkel θ von größer als oder gleich 10° und kleiner als oder gleich 90°, bezogen auf die erste Fläche, aufweist.
Gassensor, der das Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.