DE102022000479A1 - Gassensor - Google Patents

Abstract

Es wird ein Gassensor bereitgestellt, der eine stabile verpresste Form selbst dann realisieren kann, wenn der Verpressabschnitt des Gehäuses während der Herstellung von oben gepresst bzw. gedrückt wird. Der Gassensor umfasst ein Sensorelement, ein Halteelement und ein Gehäuse. Das Halteelement hält einen Teil des Sensorelements. Das Gehäuse nimmt das Sensorelement und das Halteelement auf. Das Gehäuse umfasst einen röhrenförmigen Hauptkörper und einen röhrenförmigen Verpressabschnitt. Der Verpressabschnitt befindet sich näher an einem hinteren Ende als der Hauptkörper und presst bzw. drückt in einem teilweise gebogenen Zustand ein hinteres Ende des Halteelements. Der Verpressabschnitt weist eine Dicke auf, die geringer ist als diejenige des Hauptkörpers. Der Verpressabschnitt weist einen Biegepunkt auf, der ein Punkt ist, bei dem sich eine Dicke signifikanter ändert als in jedem eines Abschnitts nahe an einem Hauptkörper und eines Abschnitts nahe an dem hinteren Ende, oder ein Punkt ist, bei dem sich ein Änderungsausmaß der Dicke zwischen dem Abschnitt nahe an dem Hauptkörper und dem Abschnitt nahe an dem hinteren Ende ändert. In dem Verpressabschnitt weist der Abschnitt, der sich näher an dem Hauptkörper befindet als der Biegepunkt, eine Dicke auf, die größer ist als diejenige des Abschnitts, der sich näher an dem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor.
• STAND DER TECHNIK
• Das japanische Patent Nr. 3885781 offenbart einen Gassensor. In diesem Gassensor ist ein Sensorelement in einem röhrenförmigen Gehäuse aufgenommen. In diesem Gassensor werden das Gehäuse und das Sensorelement durch Quetschen bzw. Bördeln bzw. Verpressen mittels Biegen eines röhrenförmigen Anbringungsabschnitts, der an einem hinteren Ende des Gehäuses ausgebildet ist, aneinander angebracht.
• Das japanische Patent Nr. 3885781 ist ein Beispiel für den Stand der Technik.
• Gemäß dem Gassensor, der in dem japanischen Patent Nr. 3885781 beschrieben ist, werden das Gehäuse und das Sensorelement durch Quetschen bzw. Bördeln bzw. Verpressen mittels Pressen bzw. Drücken des röhrenförmigen Anbringungsabschnitts von oben aneinander angebracht. In diesem Gassensor kann jedoch die Festigkeit eines röhrenförmigen Abschnitts mit vermindertem Durchmesser des röhrenförmigen Anbringungsabschnitts unzureichend sein. Als Ergebnis kann eine stabile verpresste Form gegebenenfalls nicht realisiert werden.
• Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gassensor bereitzustellen, der selbst dann eine stabile verpresste Form realisieren kann, wenn der Verpressabschnitt des Gehäuses während der Herstellung von oben gepresst bzw. gedrückt wird.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, der ein Sensorelement, ein Halteelement und ein Gehäuse umfasst. Das Sensorelement wird zum Messen der Konzentration einer vorgegebenen Gaskomponente in einem Messzielgas verwendet. Das Halteelement hält einen Teil des Sensorelements. Das Gehäuse nimmt das Sensorelement und das Halteelement auf. Das Gehäuse umfasst einen röhrenförmigen Hauptkörper und einen röhrenförmigen Verpressabschnitt. Der Verpressabschnitt befindet sich näher an einem hinteren Ende als der Hauptkörper und presst bzw. drückt in einem teilweise gebogenen Zustand ein hinteres Ende des Halteelements. Der Verpressabschnitt weist eine Dicke auf, die geringer ist als diejenige des Hauptkörpers. Der Verpressabschnitt weist einen Biegepunkt auf, der ein Punkt ist, bei dem sich eine Dicke signifikanter ändert als in jedem eines Abschnitts nahe an dem Hauptkörper und eines Abschnitts nahe an dem hinteren Ende, oder ein Punkt ist, bei dem sich ein Änderungsausmaß der Dicke zwischen dem Abschnitt nahe an dem Hauptkörper und dem Abschnitt nahe an dem hinteren Ende ändert. In dem Verpressabschnitt weist der Abschnitt, der sich näher an dem Hauptkörper befindet als der Biegepunkt, eine Dicke auf, die größer ist als diejenige des Abschnitts, der sich näher an dem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt.
• In dem Verpressabschnitt weist der Abschnitt, der sich näher an dem Hauptkörper befindet als der Biegepunkt, eine Dicke auf, die größer ist als diejenige des Abschnitts, der sich näher an dem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt. Demgemäß ändert sich bei diesem Gassensor die Dicke des Verpressabschnitts von dem Biegepunkt und es ist wahrscheinlich, dass der Verpressabschnitt während des Quetschens bzw. Bördelns an dem Biegepunkt gebogen wird, und folglich ist es möglich, die Position einzustellen, an welcher der Verpressabschnitt gebogen wird, selbst wenn der Verpressabschnitt von oben gepresst bzw. gedrückt wird. Als Ergebnis kann mit diesem Gassensor ein seitliches Ausbauchen des Verpressabschnitts unterdrückt werden und die verpresste Form kann stabilisiert werden. D.h., mit diesem Gassensor kann selbst dann eine stabile verpresste Form realisiert werden, wenn der Verpressabschnitt von oben gepresst bzw. gedrückt wird.
• In dem Verpressabschnitt kann der Abschnitt, der sich näher an dem Hauptkörper befindet als der Biegepunkt, eine sich verjüngende Struktur aufweisen, deren Dicke in die Richtung des Hauptkörpers allmählich zunimmt. Bei diesem Gassensor kann die Festigkeit an dem Abschnitt, der sich näher an dem Hauptkörper befindet als der Biegepunkt, ausreichend sichergestellt werden. Als Ergebnis kann eine stabile verpresste Form selbst dann realisiert werden, wenn der Verpressabschnitt von oben gepresst bzw. gedrückt wird.
• In dem Verpressabschnitt kann der Abschnitt, der sich näher an dem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt, eine Dicke aufweisen, die in dem gesamten Abschnitt im Wesentlichen gleich ist.
• Der Verpressabschnitt kann eine Dicke von 0,68 mm oder weniger aufweisen.
• Die Beziehung L2 < 0,54L1 kann gelten, wobei die Dicke eines Abschnitts des Verpressabschnitts, der einer Grenze mit dem Hauptkörper entspricht, als L1 bezeichnet wird, und die Dicke eines Abschnitts des Verpressabschnitts, der sich am nächsten zu dem hinteren Ende befindet, als L2 bezeichnet wird.
• Ein Ausschnitt kann in einem Teil des Verpressabschnitts in der Umfangsrichtung ausgebildet sein.
• Es wird ein Fall betrachtet, bei dem kein Ausschnitt in einem Teil des Verpressabschnitts in der Umfangsrichtung ausgebildet ist. In diesem Fall wird, wenn der Verpressabschnitt gequetscht bzw. gebördelt bzw. verpresst wird, das hintere Ende des Verpressabschnitts in der radialen Richtung einwärts gedrückt und folglich nimmt die Umfangslänge des hinteren Endes des Verpressabschnitts ab. Als Ergebnis wird ein überschüssiger Teil des gebogenen Abschnitts des Verpressabschnitts in eine andere Richtung gezwungen und folglich findet beispielsweise ein seitliches Ausbauchen des Verpressabschnitts statt. In diesem Gassensor ist ein Ausschnitt in einem Teil des Verpressabschnitts in der Umfangsrichtung ausgebildet. Demgemäß ist es selbst dann, wenn der Verpressabschnitt verpresst wird und das hintere Ende des Verpressabschnitts in der radialen Richtung einwärts gedrückt wird, wahrscheinlich, dass der gebogene Abschnitt innerhalb der radialen Richtung aufgenommen wird, und zwar verglichen mit dem Fall, bei dem kein Ausschnitt ausgebildet ist. Als Ergebnis ist es mit diesem Gassensor möglich, ein seitliches Ausbauchen des Verpressabschnitts zu unterdrücken.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Gassensor bereitgestellt werden, der eine stabile verpresste Form selbst dann realisieren kann, wenn der Verpressabschnitt des Gehäuses während der Herstellung von oben gepresst bzw. gedrückt wird.
• Figurenliste
• 1 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Querschnitt eines Teils eines Gassensors zeigt.
• 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel des Aufbaus eines Sensorelements zeigt.
• 3 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Querschnitt eines Gehäuses vor dem Quetschen bzw. Bördeln bzw. Verpressen eines Verpressabschnitts zeigt.
• 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts C1 in der 3.
• 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel des Aufbaus eines Sensorelements mit einer Drei-Hohlräume-Struktur zeigt.
• 6 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Querschnitt eines Gehäuses vor dem Quetschen bzw. Bördeln bzw. Verpressen eines Verpressabschnitts gemäß eines ersten modifizierten Beispiels zeigt.
• 7 ist eine Ansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang VII-VII in der 6 zeigt.
• 8 ist eine Ansicht, die schematisch die Form eines Verpressabschnitts gemäß eines zweiten modifizierten Beispiels zeigt.
• 9 ist eine Ansicht, die schematisch die Form eines Verpressabschnitts gemäß eines dritten modifizierten Beispiels zeigt.
• 10 ist eine Ansicht, die schematisch die Form eines Verpressabschnitts gemäß eines vierten modifizierten Beispiels zeigt.
• 11 ist eine Ansicht, die schematisch die Form eines Verpressabschnitts gemäß eines Vergleichsbeispiels zeigt.
• 12 ist eine schematische erläuternde Ansicht einer Leckprüfung unter Verwendung eines Prüfwerkzeugs.
• 13 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der verpressten Form gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 zeigt.
• 14 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der verpressten Form gemäß Beispiel 1 zeigt.
• AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
• Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die gleichen oder entsprechende Bestandteilselemente in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und deren Beschreibung nicht wiederholt wird.
• 1. Gesamtaufbau des Gassensors
• Die 1 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Querschnitt eines Teils eines Gassensor 100 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. In den Zeichnungen entspricht die Längsrichtung eines später beschriebenen Sensorelements 101 der Vorne-hinten-Richtung und die Dickenrichtung des Sensorelements 101 entspricht der Oben-unten-Richtung.
• Wie es in der 1 gezeigt ist, ist der Gassensor 100 beispielsweise an einer Leitung, wie z.B. einer Abgasleitung eines Fahrzeugs, angebracht. Der Gassensor 100 ist zum Messen der Konzentration einer vorgegebenen Gaskomponente in einem Messzielgas, wie z.B. einem Abgas, ausgebildet. Beispiele für die vorgegebene Gaskomponente umfassen NOx und O₂. Es sollte beachtet werden, dass der Gassensor 100 gemäß dieser Ausführungsform zum Messen der NOx-Konzentration in dem Messzielgas ausgebildet ist.
• Der Gassensor 100 umfasst ein Sensorelement 101, eine Schutzabdeckung 130, ein Halteelement 143 und ein Gehäuse 140. Das Sensorelement 101 weist eine längliche Quaderform auf und wird zum Erfassen einer vorgegebenen Gaskomponente in einem Messzielgas verwendet. Das Sensorelement 101 wird später detailliert beschrieben. Die Schutzabdeckung 130 ist röhrenförmig und ist zum Bedecken eines Abschnitts in der Umgebung des vorderen Endes des Sensorelements 101 ausgebildet.
• Das Halteelement 143 umfasst Keramik-Halteeinrichtungen 144a und 144b und einen Grünpresskörper 145. Jede der Keramik-Halteeinrichtungen 144a und 144b und der Grünpresskörper 145 umgeben das Sensorelement 101 und halten das Sensorelement 101 innerhalb des Gehäuses 140.
• Das Gehäuse 140 umfasst einen röhrenförmigen Hauptkörper 141 und einen röhrenförmigen Verpressabschnitt 142. Jede der Keramik-Halteeinrichtungen 144a und 144b und der Grünpresskörper 145 sind innerhalb des Hauptkörpers 141 eingekapselt. Das Sensorelement 101 ist entlang der Mittelachse des Halteelements 143 und des Gehäuses 140 angeordnet und erstreckt sich durch das Halteelement 143 und das Gehäuse 140 in der Vorne-hinten-Richtung.
• Der Verpressabschnitt 142 befindet sich näher an dem hinteren Ende als der Hauptkörper 141 und presst bzw. drückt in einem gebogenen Zustand das hintere Ende des Halteelements 143 (der Keramik-Halteeinrichtung 144b). Der Verpressabschnitt 142 ist um den gesamten Umfang in der Umfangsrichtung ausgebildet. Der Verpressabschnitt 142 wird durch Quetschen bzw. Bördeln bzw. Verpressen, das von oben (der rückwärtigen Richtung in der Zeichnung) durchgeführt wird, gebogen. Demgemäß wird das Halteelement 143 innerhalb des Gehäuses 140 fixiert. Der Verpressabschnitt 142 weist eine Dicke auf, die geringer ist als diejenige des Hauptkörpers 141. Der Verpressabschnitt 142 wird später detailliert beschrieben.
• 2. Aufbau des Sensorelements
• Die 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel des Aufbaus des Sensorelements 101 zeigt, das in den Gassensor 100 einbezogen ist. Das Sensorelement 101 ist ein Element mit einer Struktur, in der sechs Schichten, die aus einer ersten Substratschicht 1, einer zweiten Substratschicht 2, einer dritten Substratschicht 3, einer ersten Festelektrolytschicht 4, einer Abstandshalterschicht 5 und einer zweiten Festelektrolytschicht 6 bestehen, in dieser Reihenfolge von der unteren Seite in der Zeichnung gestapelt sind, wobei die Schichten jeweils aus einer Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolytschicht, die aus Zirkoniumoxid (ZrO₂) oder dergleichen hergestellt ist, ausgebildet sind. Ferner ist der Festelektrolyt, der diese sechs Schichten bildet, ein Material, das eine hohe Dichte aufweist und luftdicht ist. Das Sensorelement 101 mit diesem Aufbau wird beispielsweise durch Durchführen einer vorgegebenen Verarbeitung und eines Druckens von Strom- bzw. Schaltkreisstrukturen auf Keramikgrünlagen, die den jeweiligen Schichten entsprechen, Stapeln der resultierenden Schichten und Integrieren derselben durch Brennen hergestellt.
• Der Spitzenabschnitt des Sensorelements 101 ist durch eine Schutzschicht 90 bedeckt. Die Schutzschicht 90 ist aus einem porösen Material hergestellt, wie z.B. einer Keramik, die Keramikteilchen enthält. Beispiele für die Keramikteilchen umfassen Teilchen eines Metalloxids, wie z.B. Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Spinell (MgAl₂O₄) und Mullit (Al₆O₁₃Si₂), und die Schutzschicht 90 enthält vorzugsweise mindestens eines dieser Materialien. In dieser Ausführungsform ist die Schutzschicht 90 aus porösem Aluminiumoxid hergestellt.
• Im vorderen Ende des Sensorelements 101 sind eine Gaseinführungsöffnung 10, eine erste Diffusionseinstelleinheit 11, ein Pufferraum 12, eine zweite Diffusionseinstelleinheit 13, ein erster innerer Hohlraum 20, eine dritte Diffusionseinstelleinheit 30 und ein zweiter innerer Hohlraum 40 in dieser Reihenfolge aneinander angrenzend in einer verbundenen Weise zwischen der unteren Fläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 und der oberen Fläche der ersten Festelektrolytschicht 4 angeordnet.
• Die Gaseinführungsöffnung 10, der Pufferraum 12, der erste innere Hohlraum 20 und der zweite innere Hohlraum 40 sind Räume innerhalb des Sensorelements 101, wobei die Räume jeweils durch Ausschneiden der Abstandshalterschicht 5 gebildet werden, und wobei jeder einen oberen Abschnitt, der durch die untere Fläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 festgelegt ist, einen unteren Abschnitt, der durch die obere Fläche der ersten Festelektrolytschicht 4 festgelegt ist, und Seitenabschnitte, die durch die Seitenflächen der Abstandshalterschicht 5 festgelegt sind, aufweist.
• Jede der ersten Diffusionseinstelleinheit 11, der zweiten Diffusionseinstelleinheit 13 und der dritten Diffusionseinstelleinheit 30 ist als zwei seitlich lange Schlitze bereitgestellt (deren Öffnungen die Längsrichtung aufweisen, die entlang der Richtung senkrecht zu dem Schnitt des Diagramms ist). Es sollte beachtet werden, dass der Bereich von der Gaseinführungsöffnung 10 zu dem zweiten inneren Hohlraum 40 auch als Gasströmungsdurchgang bezeichnet wird.
• Ferner ist ein Referenzgas-Einführungsraum 43 mit Seitenabschnitten, die durch die Seitenflächen der ersten Festelektrolytschicht 4 festgelegt sind, zwischen der oberen Fläche der dritten Substratschicht 3 und der unteren Fläche der Abstandshalterschicht 5 an einer Position bereitgestellt, die weiter von der Vorderseite entfernt ist als der Gasströmungsdurchgang. Beispielsweise wird Luft in den Referenzgas-Einführungsraum 43 eingeführt. Es ist auch möglich, dass sich die erste Festelektrolytschicht 4 zu dem hinteren Ende des Sensorelements 101 erstreckt und der Referenzgas-Einführungsraum 43 nicht ausgebildet ist. Ferner kann sich, wenn der Referenzgas-Einführungsraum 43 nicht ausgebildet ist, eine Lufteinführungsschicht 48 zu dem hinteren Ende des Sensorelements 101 erstrecken (vgl. beispielsweise die 5).
• Die Lufteinführungsschicht 48 ist eine Schicht, die aus porösem Aluminiumoxid hergestellt ist, und ein Referenzgas wird über den Referenzgas-Einführungsraum 43 in die Lufteinführungsschicht 48 eingeführt. Ferner ist die Lufteinführungsschicht 48 so ausgebildet, dass sie eine Referenzelektrode 42 bedeckt.
• Die Referenzelektrode 42 ist eine Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie zwischen der oberen Fläche der dritten Substratschicht 3 und der ersten Festelektrolytschicht 4 gehalten ist, und, wie es vorstehend beschrieben ist, durch die Lufteinführungsschicht 48 bedeckt ist, die mit dem Referenzgas-Einführungsraum 43 kontinuierlich ist. Ferner kann, wie es später beschrieben ist, die Sauerstoffkonzentration (der Sauerstoffpartialdruck) in dem ersten inneren Hohlraum 20 oder dem zweiten inneren Hohlraum 40 unter Verwendung der Referenzelektrode 42 gemessen werden.
• In dem Gasströmungsdurchgang ist die Gaseinführungsöffnung 10 ein Bereich, der zu dem Außenraum offen ist, und ein Messzielgas wird von dem Außenraum über die Gaseinführungsöffnung 10 in das Sensorelement 101 eingeführt.
• Die erste Diffusionseinstelleinheit 11 ist ein Bereich, der einen vorgegebenen Diffusionswiderstand auf das Messzielgas ausübt, das von der Gaseinführungsöffnung 10 eingeführt wird.
• Der Pufferraum 12 ist ein Raum, der zum Leiten des Messzielgases, das von der ersten Diffusionseinstelleinheit 11 eingeführt worden ist, zu der zweiten Diffusionseinstelleinheit 13 bereitgestellt ist.
• Die zweite Diffusionseinstelleinheit 13 ist ein Bereich, der einen vorgegebenen Diffusionswiderstand auf das Messzielgas ausübt, das von dem Pufferraum 12 in den ersten inneren Hohlraum 20 eingeführt wird.
• Wenn das Messzielgas von außerhalb des Sensorelements 101 in den ersten inneren Hohlraum 20 eingeführt wird, wird das Messzielgas, das von der Gaseinführungsöffnung 10 aufgrund einer Änderung des Drucks des Messzielgases in dem Außenraum (eines Pulsierens des Abgasdrucks in dem Fall, bei dem das Messzielgas ein Abgas eines Kraftfahrzeugs ist) abrupt in das Sensorelement 101 eingeführt wird, nicht direkt in den ersten inneren Hohlraum 20 eingeführt, sondern wird in den ersten inneren Hohlraum 20 eingeführt, nachdem es durch die erste Diffusionseinstelleinheit 11, den Pufferraum 12 und die zweite Diffusionseinstelleinheit 13 hindurchgetreten ist, wo eine Änderung der Konzentration des Messzielgases beseitigt wird. Demgemäß wird eine Änderung der Konzentration des Messzielgases, das in den ersten inneren Hohlraum eingeführt wird, so vermindert, dass sie nahezu vernachlässigbar ist.
• Der erste innere Hohlraum 20 ist als Raum zum Einstellen des Sauerstoffpartialdrucks in dem Messzielgas bereitgestellt, das über die zweite Diffusionseinstelleinheit 13 eingeführt wird. Der Sauerstoffpartialdruck wird durch Betreiben einer Hauptpumpzelle 21 eingestellt.
• Die Hauptpumpzelle 21 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die durch eine innere Pumpelektrode 22 mit einem oberen Elektrodenabschnitt 22a, der im Wesentlichen auf der gesamten unteren Fläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 bereitgestellt ist, die auf den ersten inneren Hohlraum 20 gerichtet ist, eine äußere Pumpelektrode 23, die so bereitgestellt ist, dass sie zu dem Außenraum in dem Bereich freiliegt, der dem oberen Elektrodenabschnitt 22a auf der oberen Fläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 entspricht, und die zweite Festelektrolytschicht 6, die zwischen diesen Elektroden gehalten ist, ausgebildet ist.
• Die innere Pumpelektrode 22 ist auf der oberen und unteren Festelektrolytschicht (der zweiten Festelektrolytschicht 6 und der ersten Festelektrolytschicht 4), die den ersten inneren Hohlraum 20 festlegen, und der Abstandshalterschicht 5, die Seitenwände bildet, ausgebildet. Insbesondere ist der obere Elektrodenabschnitt 22a auf der unteren Fläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 ausgebildet, welche die obere Fläche des ersten inneren Hohlraums 20 bildet, und ein unterer Elektrodenabschnitt 22b ist auf der oberen Fläche der ersten Festelektrolytschicht 4 ausgebildet, welche die untere Fläche bildet. Seitenelektrodenabschnitte (nicht gezeigt), die den oberen Elektrodenabschnitt 22a und den unteren Elektrodenabschnitt 22b verbinden, sind auf Seitenwandflächen (Innenflächen) der Abstandshalterschicht 5 ausgebildet, die zwei Seitenwandabschnitte des ersten inneren Hohlraums 20 bilden. D.h., die innere Pumpelektrode 22 ist in der Form eines Tunnels bei dem Bereich angeordnet, in dem die Seitenelektrodenabschnitte angeordnet sind.
• Die innere Pumpelektrode 22 und die äußere Pumpelektrode 23 sind als poröse Cermetelektroden ausgebildet (z.B. Cermetelektroden aus Pt und ZrO₂, die 1 % Au enthalten). Es sollte beachtet werden, dass die innere Pumpelektrode 22, mit der das Messzielgas in Kontakt gebracht wird, aus einem Material hergestellt ist, das ein vermindertes Vermögen zum Reduzieren einer NOx-Komponente in dem Messzielgas aufweist.
• Die Hauptpumpzelle 21 kann eine gewünschte Pumpspannung Vp0 an einen Punkt zwischen der inneren Pumpelektrode 22 und der äußeren Pumpelektrode 23 anlegen, wodurch das Fließen eines Pumpstroms Ip0 in der positiven Richtung oder der negativen Richtung zwischen der inneren Pumpelektrode 22 und der äußeren Pumpelektrode 23 bewirkt wird, so dass Sauerstoff in dem ersten inneren Hohlraum 20 zu dem Außenraum hinausgepumpt wird oder Sauerstoff in dem Außenraum in den ersten inneren Hohlraum 20 hineingepumpt wird.
• Ferner bilden zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration (des Sauerstoffpartialdrucks) in der Atmosphäre in dem ersten inneren Hohlraum 20 die innere Pumpelektrode 22, die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5, die erste Festelektrolytschicht 4, die dritte Substratschicht 3 und die Referenzelektrode 42 eine Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Hauptpumpsteuerung 80 (d.h., eine elektrochemische Sensorzelle).
• Die Sauerstoffkonzentration (der Sauerstoffpartialdruck) in dem ersten inneren Hohlraum 20 kann durch Messen einer elektromotorischen Kraft V0 in der Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Hauptpumpsteuerung 80 bestimmt werden. Ferner wird der Pumpstrom Ip0 durch Regeln von Vp0 derart eingestellt bzw. gesteuert, dass die elektromotorische Kraft V0 konstant gehalten wird. Demgemäß kann die Sauerstoffkonzentration in dem ersten inneren Hohlraum 20 bei einem vorgegebenen konstanten Wert gehalten werden.
• Die dritte Diffusionseinstelleinheit 30 ist ein Bereich, der einen vorgegebenen Diffusionswiderstand auf das Messzielgas ausübt, dessen Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) durch Betreiben der Hauptpumpzelle 21 in dem ersten inneren Hohlraum 20 eingestellt bzw. gesteuert worden ist, wodurch das Messzielgas zu dem zweiten inneren Hohlraum 40 geleitet wird.
• Der zweite innere Hohlraum 40 ist als Raum zur Durchführung einer Verarbeitung bezüglich der Messung der Konzentration von Stickstoffoxid (NOx) in dem Messzielgas bereitgestellt, das über die dritte Diffusionseinstelleinheit 30 eingeführt wird. Die NOx-Konzentration wird vorwiegend in dem zweiten inneren Hohlraum 40, dessen Sauerstoffkonzentration durch eine Hilfspumpzelle 50 eingestellt worden ist, durch Betreiben einer Messpumpzelle 41 gemessen.
• In dem zweiten inneren Hohlraum 40 wird das Messzielgas, das im Vorhinein einer Einstellung der Sauerstoffkonzentration (des Sauerstoffpartialdrucks) in dem ersten inneren Hohlraum 20 unterzogen worden ist und dann über die dritte Diffusionseinstelleinheit eingeführt worden ist, ferner einer Einstellung des Sauerstoffpartialdrucks durch die Hilfspumpzelle 50 unterzogen. Demgemäß kann die Sauerstoffkonzentration in dem zweiten inneren Hohlraum 40 präzise bei einem konstanten Wert gehalten werden, und folglich kann der Gassensor 100 die NOx-Konzentration mit einem hohen Maß an Genauigkeit messen.
• Die Hilfspumpzelle 50 ist eine elektrochemische Hilfspumpzelle, die durch eine Hilfspumpelektrode 51 mit einem oberen Elektrodenabschnitt 51a, der im Wesentlichen auf der gesamten unteren Fläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 bereitgestellt ist, die auf den zweiten inneren Hohlraum 40 gerichtet ist, die äußere Pumpelektrode 23 (die nicht auf die äußere Pumpelektrode 23 beschränkt ist und jedwede geeignete Elektrode außerhalb des Sensorelements 101 sein kann), und die zweite Festelektrolytschicht 6 ausgebildet ist.
• Die Hilfspumpelektrode 51 mit diesem Aufbau ist innerhalb des zweiten inneren Hohlraums 40 in der Form eines Tunnels ausgebildet, wie dies bei der vorstehend beschriebenen inneren Pumpelektrode 22 der Fall ist, die innerhalb des ersten inneren Hohlraums 20 angeordnet ist. D.h., der obere Elektrodenabschnitt 51a ist auf der zweiten Festelektrolytschicht 6 ausgebildet, welche die obere Fläche des zweiten inneren Hohlraums 40 bildet, und ein unterer Elektrodenabschnitt 51b ist auf der ersten Festelektrolytschicht 4 ausgebildet, welche die untere Fläche des zweiten inneren Hohlraums 40 bildet. Seitenelektrodenabschnitte (nicht gezeigt), die den oberen Elektrodenabschnitt 51a und den unteren Elektrodenabschnitt 51b verbinden, sind auf zwei Wandflächen der Abstandshalterschicht 5 ausgebildet, die Seitenwände des zweiten inneren Hohlraums 40 bilden. D.h., die Hilfspumpelektrode 51 ist in der Form eines Tunnels bei dem Bereich angeordnet, in dem die Seitenelektrodenabschnitte angeordnet sind.
• Es sollte beachtet werden, dass die Hilfspumpelektrode 51 auch aus einem Material hergestellt ist, das ein vermindertes Vermögen zum Reduzieren einer NOx-Komponente in dem Messzielgas aufweist, wie dies bei der inneren Pumpelektrode 22 der Fall ist.
• Die Hilfspumpzelle 50 kann eine gewünschte Spannung Vp1 an einen Punkt zwischen der Hilfspumpelektrode 51 und der äußeren Pumpelektrode 23 anlegen, so dass Sauerstoff in der Atmosphäre in dem zweiten inneren Hohlraum 40 in den Außenraum hinausgepumpt wird oder Sauerstoff in dem Außenraum in den zweiten inneren Hohlraum 40 hineingepumpt wird.
• Ferner bilden zum Einstellen bzw. Steuern des Sauerstoffpartialdrucks in der Atmosphäre in dem zweiten inneren Hohlraum 40 die Hilfspumpelektrode 51, die Referenzelektrode 42, die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5, die erste Festelektrolytschicht 4 und die dritte Substratschicht 3 eine elektrochemische Sensorzelle, d.h., eine Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Hilfspumpsteuerung 81.
• Es sollte beachtet werden, dass die Hilfspumpzelle 50 ein Pumpen unter Verwendung einer variablen Stromquelle 52 durchführt, deren Spannung auf der Basis einer elektromotorischen Kraft V1 eingestellt bzw. gesteuert wird, die durch die Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Hilfspumpsteuerung 81 erfasst wird. Demgemäß wird der Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre in dem zweiten inneren Hohlraum 40 so eingestellt bzw. gesteuert, dass es ein Partialdruck ist, der ausreichend niedrig ist, so dass er die NOx-Messung im Wesentlichen nicht beeinflusst.
• Ferner wird ein Pumpstrom Ip1 zum Einstellen bzw. Steuern der elektromotorischen Kraft der Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Hauptpumpsteuerung 80 verwendet. Insbesondere wird der Pumpstrom Ip1 als Steuersignal in die Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Hauptpumpsteuerung 80 eingespeist und die elektromotorische Kraft V0 wird so eingestellt bzw. gesteuert, dass ein Gradient des Sauerstoffpartialdrucks in dem Messzielgas, das von der dritten Diffusionseinstelleinheit 30 in den zweiten inneren Hohlraum 40 eingeführt wird, stets konstant gehalten wird. Wenn der Sensor als NOx-Sensor verwendet wird, wird die Sauerstoffkonzentration in dem zweiten inneren Hohlraum 40 durch Betreiben der Hauptpumpzelle 21 und der Hilfspumpzelle 50 bei einem konstanten Wert gehalten, der etwa 0,001 ppm beträgt.
• Die Messpumpzelle 41 misst die NOx-Konzentration in dem Messzielgas in dem zweiten inneren Hohlraum 40. Die Messpumpzelle 41 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die durch eine Messelektrode 44, die von der dritten Diffusionseinstelleinheit 30 entfernt ist, auf der oberen Fläche der ersten Festelektrolytschicht 4, die auf den zweiten inneren Hohlraum 40 gerichtet ist, die äußere Pumpelektrode 23, die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5 und die erste Festelektrolytschicht 4 gebildet wird.
• Die Messelektrode 44 ist eine poröse Cermetelektrode. Die Messelektrode 44 wirkt auch als NOx-Reduktionskatalysator zum Reduzieren von NOx, das in der Atmosphäre in dem zweiten inneren Hohlraum 40 vorliegt. Ferner ist die Messelektrode 44 durch eine vierte Diffusionseinstelleinheit 45 bedeckt.
• Die vierte Diffusionseinstelleinheit 45 ist eine Membran, die aus einem porösen Element ausgebildet ist, das vorwiegend aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) hergestellt ist. Die vierte Diffusionseinstelleinheit 45 dient zum Beschränken der Menge von NOx, das in die Messelektrode 44 strömt, und dient auch als Schutzmembran der Messelektrode 44.
• Die Messpumpzelle 41 kann Sauerstoff, der durch die Zersetzung von Stickstoffoxid in der Atmosphäre um die Messelektrode 44 gebildet wird, hinauspumpen und die erzeugte Menge als Pumpstrom Ip2 erfassen.
• Um ferner den Sauerstoffpartialdruck um die Messelektrode 44 zu erfassen, bilden die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5, die erste Festelektrolytschicht 4, die dritte Substratschicht 3, die Messelektrode 44 und die Referenzelektrode 42 eine elektrochemische Sensorzelle, d.h., eine Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Messpumpsteuerung 82. Eine variable Stromquelle 46 wird auf der Basis einer elektromotorischen Kraft (einer Steuerspannung) V2 gesteuert, die durch die Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Messpumpsteuerung 82 erfasst wird.
• Das Messzielgas, das in den zweiten inneren Hohlraum 40 geleitet wird, tritt durch die vierte Diffusionseinstelleinheit 45 hindurch und erreicht die Messelektrode 44 in einem Zustand, bei dem der Sauerstoffpartialdruck eingestellt ist. Stickstoffoxid in dem Messzielgas um die Messelektrode 44 wird reduziert, so dass Sauerstoff erzeugt wird (2 NO → N₂ + O₂). Der erzeugte Sauerstoff wird durch die Messpumpzelle 41 gepumpt und dabei wird eine Spannung Vp2 der variablen Stromquelle so gesteuert, dass eine elektromotorische Kraft (eine Steuerspannung) V2, die durch die Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Messpumpsteuerung 82 erfasst wird, konstant gehalten wird. Die Menge von Sauerstoff, der um die Messelektrode 44 erzeugt wird, ist proportional zu der Konzentration von Stickstoffoxid in dem Messzielgas, und folglich kann die Konzentration von Stickstoffoxid in dem Messzielgas unter Verwendung des Pumpstroms Ip2 in der Messpumpzelle 41 berechnet werden.
• Ferner kann dann, wenn die Messelektrode 44, die erste Festelektrolytschicht 4, die dritte Substratschicht 3 und die Referenzelektrode 42 kombiniert werden, so dass sie eine Sauerstoffpartialdruckerfassungseinrichtung als elektrochemische Sensorzelle bilden, eine elektromotorische Kraft erfasst werden, die einer Differenz zwischen der Menge von Sauerstoff, der durch die Reduktion einer NOx-Komponente in der Atmosphäre um die Messelektrode 44 erzeugt wird, und der Menge von Sauerstoff, die in Referenzluft enthalten ist, entspricht, und folglich kann auch die Konzentration der NOx-Komponente in dem Messzielgas erhalten werden.
• Ferner bilden die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5, die erste Festelektrolytschicht 4, die dritte Substratschicht 3, die äußere Pumpelektrode 23 und die Referenzelektrode 42 eine elektrochemische Sensorzelle 83, und der Sauerstoffpartialdruck in dem Messzielgas außerhalb des Sensors kann auf der Basis einer elektromotorischen Kraft Vref, die durch die Sensorzelle 83 erhalten wird, erfasst werden.
• In dem Gassensor 100 mit diesem Aufbau wird, wenn die Hauptpumpzelle 21 und die Hilfspumpzelle 50 arbeiten, das Messzielgas, dessen Sauerstoffpartialdruck stets bei einem konstanten niedrigen Wert gehalten wird (einem Wert, der die NOx-Messung im Wesentlichen nicht beeinflusst), der Messpumpzelle 41 zugeführt. Demgemäß kann die NOx-Konzentration in dem Messzielgas auf der Basis des Pumpstroms Ip2, der fließt, wenn Sauerstoff, der durch eine Reduktion von NOx erzeugt wird, durch die Messpumpzelle 41 hinausgepumpt wird, als im Wesentlichen proportional zur Konzentration von NOx in dem Messzielgas betrachtet werden.
• Ferner umfasst das Sensorelement 101 zur Verbesserung der Sauerstoffionenleitfähigkeit des Festelektrolyten eine Heizeinrichtungseinheit 70, die zum Einstellen der Temperatur des Sensorelements 101 durch Erwärmen und Wärmebewahrung dient. Die Heizeinrichtungseinheit 70 umfasst eine Heizeinrichtungselektrode 71, eine Heizeinrichtung 72, ein Durchgangsloch 73, eine Heizeinrichtungsisolierschicht 74 und ein Druckablassloch 75.
• Die Heizeinrichtungselektrode 71 ist eine Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie mit der unteren Fläche der ersten Substratschicht 1 in Kontakt ist. Wenn die Heizeinrichtungselektrode 71 mit einer externen Stromquelle verbunden ist, kann Elektrizität von außen zu der Heizeinrichtungseinheit 70 zugeführt werden.
• Die Heizeinrichtung 72 ist ein elektrischer Widerstand, der so ausgebildet ist, dass er zwischen der zweiten Substratschicht 2 und der dritten Substratschicht 3 von oberhalb und unterhalb gehalten ist. Die Heizeinrichtung 72 ist über das Durchgangsloch 73 mit der Heizeinrichtungselektrode 71 verbunden und wenn Elektrizität von außen über die Heizeinrichtungselektrode 71 zugeführt wird, erzeugt die Heizeinrichtung 72 Wärme, wodurch ein Festelektrolyt, der das Sensorelement 101 bildet, erwärmt und dessen Temperatur gehalten wird.
• Ferner ist die Heizeinrichtung 72 über dem gesamten Bereich von dem ersten inneren Hohlraum 20 zu dem zweiten inneren Hohlraum 40 eingebettet und folglich kann das gesamte Sensorelement 101 auf eine Temperatur eingestellt werden, bei welcher der vorstehend beschriebene Festelektrolyt aktiviert ist.
• Die Heizeinrichtungsisolierschicht 74 ist eine Isolierschicht, die aus einem Isolierelement, das aus Aluminiumoxid oder dergleichen hergestellt ist, auf der oberen und unteren Fläche der Heizeinrichtung 72 ausgebildet ist. Die Heizeinrichtungsisolierschicht 74 ist ausgebildet, um eine elektrische Isolierung zwischen der zweiten Substratschicht 2 und der Heizeinrichtung 72 und eine elektrische Isolierung zwischen der dritten Substratschicht 3 und der Heizeinrichtung 72 zu realisieren.
• Das Druckablassloch 75 ist ein Loch, das sich durch die dritte Substratschicht 3 erstreckt und mit dem Referenzgas-Einführungsraum 43 verbunden ist, und ist ausgebildet, um eine Zunahme des Innendrucks gemäß einer Zunahme der Temperatur in der Heizeinrichtungsisolierschicht 74 zu vermindern.
• 3. Aufbau des Gehäuses
• Die 3 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Querschnitt des Gehäuses 140 zeigt, bevor der Verpressabschnitt 142 gequetscht bzw. gebördelt bzw. verpresst wird. Die 4 ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts C1 in der 3.
• Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 umfasst der Verpressabschnitt 142 einen Abschnitt T1, der sich näher an dem Hauptkörper 141 befindet als ein Biegepunkt P1, und einen Abschnitt T2, der sich näher an einem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt P1. Der Abschnitt T1 weist eine Dicke auf, die größer ist als diejenige des Abschnitts T2. Die Länge des Abschnitts T1 in der Dickenrichtung beträgt L1 und ist in dem gesamten Abschnitt T1 im Wesentlichen identisch. Die Länge des Abschnitts T2 in der Dickenrichtung beträgt L2 und ist in dem gesamten Abschnitt T2 im Wesentlichen identisch. Beispielsweise beträgt die Länge L1 etwa 0,68 mm. Die Länge L2 beträgt etwa 0,36 mm. In jedem des Abschnitts T1 nahe an dem Hauptkörper 141 und des Abschnitts T2 nahe an dem hinteren Ende ändert sich die Dicke des Verpressabschnitts 142 nicht. Andererseits ändert sich an dem Biegepunkt P1 die Dicke des Verpressabschnitts 142 signifikanter als in jedem des Abschnitts T1 und des Abschnitts T2. D.h., der Verpressabschnitt 142 weist den Biegepunkt P1 auf, bei dem sich die Dicke signifikanter ändert als in jedem des Abschnitts T1 und des Abschnitts T2.
• Auf diese Weise weist in dem Verpressabschnitt 142 der Abschnitt T1 eine Dicke auf, die größer ist als diejenige des Abschnitts T2. Demgemäß ändert sich die Dicke des Verpressabschnitts 142 an dem Biegepunkt P1 und es ist wahrscheinlich, dass der Verpressabschnitt 142 während des Quetschens bzw. Bördelns an dem Biegepunkt P1 gebogen wird, und folglich kann die Position, bei welcher der Verpressabschnitt 142 gebogen wird, wenn der Verpressabschnitt 142 während des Quetschens bzw. Bördelns von oben gepresst bzw. gedrückt wird, auf den Biegepunkt P1 eingestellt werden. Als Ergebnis kann bei dem Gassensor 100, der das Gehäuse 140 umfasst, ein Knicken des Verpressabschnitts 142 unterdrückt werden und die verpresste Form kann stabilisiert werden.
• Beispielsweise kann eine Beziehung L2 < 0,54L1 bezüglich der Länge L1 und der Länge L2 gelten. Wenn diese Beziehung gilt, ist es beispielsweise wahrscheinlicher, dass sich der Verpressabschnitt 142 an dem Biegepunkt P1 biegt, wenn er von oben gepresst bzw. gedrückt wird.
• 4. Eigenschaften
• Wie es vorstehend beschrieben ist, weist in dem Verpressabschnitt 142 des Gassensors 100 gemäß dieser Ausführungsform ein Abschnitt T1, der sich näher an dem Hauptkörper 141 befindet als ein Biegepunkt P1, eine Dicke auf, die größer ist als diejenige eines Abschnitts T2, der sich näher an einem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt P1. Demgemäß ändert sich bei dem Gassensor 100 die Dicke des Verpressabschnitts 142 an dem Biegepunkt P1 und es ist wahrscheinlich, dass der Verpressabschnitt 142 während des Quetschens bzw. Bördelns an dem Biegepunkt P1 gebogen wird, und folglich kann die Position, bei welcher der Verpressabschnitt 142 gebogen wird, auf den Biegepunkt P1 eingestellt werden, selbst wenn der Verpressabschnitt 142 von oben gepresst bzw. gedrückt wird. Als Ergebnis kann bei dem Gassensor 100 ein Knicken des Verpressabschnitts 142 unterdrückt werden, ein seitliches Ausbauchen des Verpressabschnitts 142 kann unterdrückt werden und die verpresste Form kann stabilisiert werden.
• 5. Modifizierte Beispiele
• Obwohl vorstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und verschiedene Modifizierungen können innerhalb eines Umfangs durchgeführt werden, der von dem Wesen der Erfindung nicht abweicht. Nachstehend werden modifizierte Beispiele beschrieben.
• 5-1
• In dem Gassensor 100 gemäß der vorstehenden Ausführungsform sind der erste innere Hohlraum 20 und der zweite innere Hohlraum 40 in dem Sensorelement 101 ausgebildet. D.h., das Sensorelement 101 weist eine Zwei-Hohlräume-Struktur auf. Das Sensorelement 101 muss jedoch nicht unbedingt eine Zwei-Hohlräume-Struktur aufweisen. Beispielsweise kann das Sensorelement 101 auch eine Drei-Hohlräume-Struktur aufweisen.
• Die 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel des Aufbaus eines Sensorelements 101X mit einer Drei-Hohlräume-Struktur zeigt. Es ist auch möglich, dass, wie es in der 5 gezeigt ist, der zweite innere Hohlraum 40 (2) ferner durch eine fünfte Diffusionseinstelleinheit 60 in zwei Hohlräume aufgeteilt ist, die aus einem zweiten inneren Hohlraum 40X und einem dritten inneren Hohlraum 61 bestehen. In diesem Fall kann eine Hilfspumpelektrode 51X in dem zweiten inneren Hohlraum 40X angeordnet sein und eine Messelektrode 44X kann in dem dritten inneren Hohlraum 61 angeordnet sein. In dem Fall des Anwendens der Drei-Hohlräume-Struktur kann die vierte Diffusionseinstelleinheit 45 weggelassen werden.
• 5-2
• Ferner ist in der vorstehenden Ausführungsform der Verpressabschnitt 142 in einer einheitlichen Form um den gesamten Umfang in der Umfangsrichtung ausgebildet. Der Verpressabschnitt 142 muss jedoch nicht unbedingt in einer einheitlichen Form um den gesamten Umfang in der Umfangsrichtung ausgebildet sein. Beispielsweise kann in einem Teil des Verpressabschnitts 142 in der Umfangsrichtung ein Ausschnitt ausgebildet sein.
• Die 6 ist eine Ansicht, die schematisch einen vertikalen Querschnitt eines Gehäuses 140Y zeigt, bevor ein Verpressabschnitt 142Y gemäß einem modifizierten Beispiel gequetscht bzw. gebördelt bzw. verpresst wird. Die 7 ist eine Ansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang VII-VII in der 6 zeigt.
• Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 umfasst das Gehäuse 140Y den röhrenförmigen Hauptkörper 141 und den röhrenförmigen Verpressabschnitt 142Y. Ausschnitte 200 sind in einem Teil des Verpressabschnitts 142Y in der Umfangsrichtung ausgebildet.
• In dem Fall, bei dem keine Ausschnitte 200 in einem Teil des Verpressabschnitts 142Y in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, wird dann, wenn der Verpressabschnitt gequetscht bzw. gebördelt bzw. verpresst wird, das hintere Ende des Verpressabschnitts in der radialen Richtung einwärts gedrückt und folglich nimmt die Umfangslänge des hinteren Endes des Verpressabschnitts ab. Als Ergebnis wird ein überschüssiger Teil des gebogenen Abschnitts des Verpressabschnitts in eine andere Richtung gezwungen und folglich findet beispielsweise ein seitliches Ausbauchen des Verpressabschnitts statt. In dem modifizierten Beispiel, das in den 6 und 7 gezeigt ist, sind die Ausschnitte 200 in einem Teil des Verpressabschnitts 142Y in der Umfangsrichtung ausgebildet. Demgemäß ist es selbst dann, wenn der Verpressabschnitt 142Y gequetscht bzw. gebördelt bzw. verpresst wird und das hintere Ende des Verpressabschnitts 142Y in der radialen Richtung einwärts gedrückt wird, wahrscheinlich, dass der gebogene Abschnitt innerhalb der radialen Richtung aufgenommen wird, und zwar verglichen mit dem Fall, bei dem keine Ausschnitte 200 ausgebildet sind. Als Ergebnis kann ein seitliches Ausbauchen des Verpressabschnitts 142Y verhindert werden.
• 5-3
• Ferner ist die Form des Verpressabschnitts 142 nicht auf diejenige beschränkt, die in der 4 gezeigt ist. Beispielsweise kann der Verpressabschnitt 142 eine Form aufweisen, wie sie in der 8, 9 oder 10 gezeigt ist. D.h., wie es in der 8 gezeigt ist, kann in einem Verpressabschnitt 142Z1 ein Abschnitt T1Z1 eine sich verjüngende Struktur aufweisen, deren Dicke in die Richtung des Hauptkörpers 141 allmählich zunimmt. Der Verpressabschnitt 142Z1 weist die größte Dicke an der Grenze zwischen dem Abschnitt T1Z1 und dem Hauptkörper 141 auf. Demgemäß ist die Festigkeit an dem Abschnitt T1Z1 ausreichend sichergestellt. Als Ergebnis kann selbst dann eine stabile verpresste Form realisiert werden, wenn der Verpressabschnitt 142Z1 von oben gepresst bzw. gedrückt wird.
• Ferner kann, wie es in der 9 gezeigt ist, in einem Verpressabschnitt 142Z2 nicht nur ein Abschnitt T1Z2, der sich näher an dem Hauptkörper 141 befindet als ein Biegepunkt P1Z2, sondern auch ein Abschnitt T2Z2, der sich näher an einem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt P1Z2, eine sich verjüngende Struktur aufweisen. Ferner kann, wie es in der 10 gezeigt ist, in einem Verpressabschnitt 142Z3 die sich verjüngende Struktur eines Abschnitts T2Z3, der sich näher an einem hinteren Ende befindet als ein Biegepunkt P1Z3, gekrümmt sein. Insbesondere kann in dem Verpressabschnitt, solange die Dicke des Abschnitts, der sich näher an dem Hauptkörper befindet als der Biegepunkt, und die Dicke des Abschnitts, der sich näher an dem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt, voneinander verschieden sind, der Verpressabschnitt jedwede Form aufweisen. Wenn der Verpressabschnitt eine sich verjüngende Struktur aufweist, kann das Änderungsausmaß der Dicke des Abschnitts, der sich näher an dem Hauptkörper befindet als der Biegepunkt, von demjenigen des Abschnitts verschieden sein, der sich näher an dem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt. In diesem Fall ist der Biegepunkt ein Punkt, bei dem sich das Änderungsausmaß der Dicke zwischen dem Abschnitt nahe an dem Hauptkörper und dem Abschnitt nahe an dem hinteren Ende ändert.
• 6. Beispiele, usw.
• 6-1. Beispiel 1 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3
• Eine Anordnung (Primäranordnung), die zu dem Teil des Gassensors 100 äquivalent ist, der in der 1 gezeigt ist, wurde hergestellt. Die Beispiele 1 bis 3 und die Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind nur bezüglich der Form des Verpressabschnitts voneinander verschieden. Die Form des Verpressabschnitts im Beispiel 1 ist die Form, die in der 4 gezeigt ist, die Form des Verpressabschnitts im Beispiel 2 ist die Form, die in der 8 gezeigt ist, und die Form des Verpressabschnitts im Beispiel 3 ist die Form, die in der 9 gezeigt ist.
• Im Beispiel 1 betrug die Dicke des Verpressabschnitts 142 an der Grenze zwischen dem Verpressabschnitt 142 und dem Hauptkörper 141 0,68 mm. Die Dicke des hinteren Endabschnitts des Verpressabschnitts 142 betrug 0,36 mm. Im Beispiel 2 betrug die Dicke des Verpressabschnitts 142Z1 an der Grenze zwischen dem Verpressabschnitt 142Z1 und dem Hauptkörper 141 0,68 mm. Die Dicke des hinteren Endabschnitts des Verpressabschnitts 142Z1 betrug 0,36 mm. Im Beispiel 3 betrug die Dicke des Verpressabschnitts 142Z2 an der Grenze zwischen dem Verpressabschnitt 142Z2 und dem Hauptkörper 141 0,68 mm. Die Dicke des hinteren Endabschnitts des Verpressabschnitts 142Z2 betrug 0,36 mm.
• Im Vergleichsbeispiel 1 wies ein Verpressabschnitt 142Z4 eine einheitliche Dicke auf, wie es in der 11 gezeigt ist. D.h., im Vergleichsbeispiel 1 wies der Verpressabschnitt keinen Abschnitt mit einem Biegepunkt oder einer sich verjüngenden Struktur auf. Der Verpressabschnitt im Vergleichsbeispiel 1 wies eine Dicke von 0,56 mm auf.
• Im Vergleichsbeispiel 2 wies der Verpressabschnitt 142Z4 eine einheitliche Dicke auf, wie es in der 11 gezeigt ist. D.h., im Vergleichsbeispiel 2 wies der Verpressabschnitt keinen Abschnitt mit einer sich verjüngenden Struktur auf. Der Verpressabschnitt im Vergleichsbeispiel 2 wies eine Dicke von 0,46 mm auf.
• 6-2. Prüfung
• 6-2-1. Computertomographieabtastung des Verpressabschnitts
• Eine Primäranordnung in jedem der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde einer Computertomographie (CT)-Abtastung unterzogen. Ob ein seitliches Ausbauchen in dem Verpressabschnitt auftrat oder nicht, wurde auf der Basis eines Bilds geprüft, das durch die CT-Abtastung erhalten wurde.
• 6-2-2. Leckprüfung
• Eine Leckprüfung wurde unter Verwendung der Primäranordnung durchgeführt. Durch die Leckprüfung wurde das Luftdichtigkeitsvermögen zwischen dem Halteelement 143 und dem Sensorelement 101 geprüft.
• Die 12 ist eine schematische erläuternde Ansicht einer Leckprüfung unter Verwendung eines Prüfwerkzeugs 500. Wie es in der 12 gezeigt ist, umfasst das Prüfwerkzeug 500 eine Montageeinrichtung 502, eine obere Abdeckung 504, eine untere Abdeckung 506 und ein Rohr 508. Die Montageeinrichtung 502 weist einen Innengewindeabschnitt (nicht gezeigt) auf, in dem ein Außengewindeabschnitt (nicht gezeigt) der Primäranordnung montiert werden kann. Die obere Abdeckung 504 und die untere Abdeckung 506 bedecken den oberen bzw. unteren Abschnitt der Montageeinrichtung 502. Das Rohr 508 ist mit der Öffnung der unteren Abdeckung 506 verbunden. Der Verbindungsabschnitt der oberen Abdeckung 504, die Montageeinrichtung 502 und die untere Abdeckung 506 sind mit einem O-Ring abgedichtet. Eine Primäranordnung mit einem Dichtband, das um den Außengewindeabschnitt gewunden war, wurde in dem Innengewindeabschnitt der Montageeinrichtung 502 montiert und mit einem Drehmomentschlüssel (4,0 Nm) fixiert.
• Demgemäß wurde ein Zustand erhalten, bei dem die Gasverteilung zwischen dem Inneren der oberen Abdeckung 504 und dem Inneren der unteren Abdeckung 506 nicht stattfindet, ausgenommen durch das Innere der Primäranordnung. Dann wurde eine Membran 510, die aus Seifenwasser hergestellt wurde, innerhalb des Rohrs 508 ausgebildet. In diesem Zustand wurde Luft von der oberen Öffnung der oberen Abdeckung 504 unter Anwendung eines Drucks bei einem Überdruck von 0,4 MPa für eine Minute zugeführt, und das Ausmaß des Anhebens (mm) der Membran 510 wurde mit einem Maßstab gemessen. Dieses Ausmaß des Anhebens wurde dann in ein Leckagevolumen (cm³/min) umgerechnet. Ein Ausmaß des Anhebens von 1 mm entspricht einem Leckagevolumen von 0,01 cm³. Je kleiner das Leckagevolumen ist, desto besser ist die Luftdichtigkeit zwischen dem Halteelement 143 und dem Sensorelement 101.
• 6-3. Prüfergebnisse
• 6-3-1. Computertomographieabtastung des Verpressabschnitts
• Aus den CT-Ergebnissen ist ersichtlich, dass in den Beispielen 1 bis 3 nahezu kein Knicken an dem Verpressabschnitt auftrat und auch nahezu kein seitliches Ausbauchen des Verpressabschnitts auftrat. Andererseits trat in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ein Knicken an dem Verpressabschnitt auf und es trat auch ein seitliches Ausbauchen des Verpressabschnitts auf.
• Die 13 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der verpressten Form gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 zeigt. Wie es in der 13 gezeigt ist, trat in dem Vergleichsbeispiel 2 ein seitliches Ausbauchen an dem Verpressabschnitt auf. Auch im Vergleichsbeispiel 1 trat ein seitliches Ausbauchen des Verpressabschnitts auf, wie dies im Vergleichsbeispiel 2 der Fall war.
• Die 14 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der verpressten Form gemäß dem Beispiel 1 zeigt. Wie es in der 14 gezeigt ist, trat im Beispiel 1 ein seitliches Ausbauchen an dem Verpressabschnitt nicht auf. Auch in den Beispielen 2 und 3 trat wie im Beispiel 1 kein seitliches Ausbauchen des Verpressabschnitts auf.
• 6-3-2. Leckprüfung
• Vier Primäranordnungen wurden für jedes der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 hergestellt und einer Leckprüfung unterzogen. Die Ergebnisse der Leckprüfung werden in der nachstehenden „Gesamtbewertung“ beschrieben.
• 6-3-3. Gesamtbewertung
• Das Leckagevolumen wurde in dem Fall als „gut“ bewertet, bei dem das Leckagevolumen 0,1 cm³/min oder weniger betrug, und in dem Fall als „schlecht“ bewertet, bei dem das Leckagevolumen größer als 0,1 cm³/min war. Die Haltekraft wurde in dem Fall als „gut“ bewertet, bei dem kein seitliches Ausbauchen an dem Verpressabschnitt auftrat und kein Spalt zwischen einer inneren Komponente (z.B. dem Halteelement 143) und dem Verpressabschnitt sichtbar war, und in dem Fall als „schlecht“ bewertet, bei dem ein seitliches Ausbauchen an dem Verpressabschnitt auftrat und ein Spalt zwischen der inneren Komponente und dem Verpressabschnitt sichtbar war. Bezüglich der Gesamtbewertung wurde die Bewertung „gut“ in dem Fall vergeben, bei dem sowohl das Leckagevolumen als auch die Haltekraft „gut“ waren, und die Bewertung „schlecht“ wurde in dem Fall vergeben, bei dem mindestens entweder das Leckagevolumen oder die Haltekraft „schlecht“ war. Die nachstehende Tabelle 1 zeigt die Bewertungsergebnisse. Tabelle 1

  Standard	Plattendicke	Form	Biegepunkt	Leckage	Haltekraft	Gesamtbewertung
  Vgl.-Bsp. 1	0,56	11	Nicht ausgebildet	Schlecht	Schlecht	Schlecht
  Vgl.-Bsp. 2	0,46	11	Nicht ausgebildet	Gut	Schlecht	Schlecht
  Bsp. 1	0,36	4	Ausgebildet	Gut	Gut	Gut
  Bsp. 2	0,36	8	Ausgebildet	Gut	Gut	Gut
  Bsp. 3	0,36	9	Ausgebildet	Gut	Gut	Gut

• Wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, war die Gesamtbewertung in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 „schlecht“, wohingegen die Gesamtbewertung in den Beispielen 1 bis 3 „gut“ war.
• Bezugszeichenliste

1

Erste Substratschicht

2

Zweite Substratschicht

3

Dritte Substratschicht

4

Erste Festelektrolytschicht

5

Abstandshalterschicht

6

Zweite Festelektrolytschicht

10

Gaseinführungsöffnung

11

Erste Diffusionseinstelleinheit

12

Pufferraum

13

Zweite Diffusionseinstelleinheit

20

Erster innerer Hohlraum

21

Hauptpumpzelle

22

Innere Pumpelektrode

22a, 51a, 51aX

Oberer Elektrodenabschnitt

22b, 51 b, 51 bX

Unterer Elektrodenabschnitt

23

Äußere Pumpelektrode

30

Dritte Diffusionseinstelleinheit

40, 40X

Zweiter innerer Hohlraum

41

Messpumpzelle

42

Referenzelektrode

43

Referenzgas-Einführungsraum

44, 44X

Messelektrode

45

Vierte Diffusionseinstelleinheit

46, 52

Variable Stromquelle

48

Lufteinführungsschicht

50

Hilfspumpzelle

51, 51X

Hilfspumpelektrode

60

Fünfte Diffusionseinstelleinheit

61

Dritter innerer Hohlraum

70

Heizeinrichtungseinheit

71

Heizeinrichtungselektrode

72

Heizeinrichtung

73

Durchgangsloch

74

Heizeinrichtungsisolierschicht

75

Druckablassloch

80

Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Hauptpumpsteuerung

81

Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Hilfspumpsteuerung

82

Sauerstoffpartialdruck-Erfassungssensorzelle zur Messpumpsteuerung

83

Sensorzelle

90

Schutzschicht

100

Gassensor

101

Sensorelement

130

Schutzabdeckung

140, 140Y

Gehäuse

141

Hauptkörper

142, 142Y, 142Z1, 142Z2, 142Z3, 142Z4

Verpressabschnitt

143

Halteelement

144a, 144b

Keramik-Halteeinrichtung

145

Grünpresskörper

200

Ausschnitt

500

Prüfwerkzeug

502

Montageeinrichtung

504

Obere Abdeckung

506

Untere Abdeckung

508

Rohr

510

Membran

P1, P1Z1, P1Z2, P1Z3

Biegepunkt

• 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 3885781 [0002, 0003, 0004]

Claims (6)

1. Gassensor, umfassend: ein Sensorelement, das zum Messen einer Konzentration einer vorgegebenen Gaskomponente in einem Messzielgas ausgebildet ist; ein Halteelement, das zum Halten eines Teils des Sensorelements ausgebildet ist; und ein Gehäuse, das zum Aufnehmen des Sensorelements und des Halteelements ausgebildet ist, wobei das Gehäuse umfasst: einen röhrenförmigen Hauptkörper; und einen röhrenförmigen Verpressabschnitt, der sich näher an einem hinteren Ende befindet als der Hauptkörper und in einem teilweise gebogenen Zustand ein hinteres Ende des Halteelements drückt, wobei der Verpressabschnitt eine Dicke aufweist, die geringer ist als diejenige des Hauptkörpers, wobei der Verpressabschnitt einen Biegepunkt aufweist, der ein Punkt ist, bei dem sich eine Dicke signifikanter ändert als in jedem eines Abschnitts nahe an dem Hauptkörper und eines Abschnitts nahe an dem hinteren Ende, oder ein Punkt ist, bei dem sich ein Änderungsausmaß der Dicke zwischen dem Abschnitt nahe an dem Hauptkörper und dem Abschnitt nahe an dem hinteren Ende ändert, und in dem Verpressabschnitt der Abschnitt, der sich näher an dem Hauptkörper befindet als der Biegepunkt, eine Dicke aufweist, die größer ist als diejenige des Abschnitts, der sich näher an dem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt.
2. Gassensor nach Anspruch 1, wobei in dem Verpressabschnitt der Abschnitt, der sich näher an dem Hauptkörper befindet als der Biegepunkt, eine sich verjüngende Struktur aufweist, deren Dicke in die Richtung des Hauptkörpers allmählich zunimmt.
3. Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Verpressabschnitt der Abschnitt, der sich näher an dem hinteren Ende befindet als der Biegepunkt, eine Dicke aufweist, die in dem gesamten Abschnitt im Wesentlichen dieselbe ist.
4. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verpressabschnitt eine Dicke von 0,68 mm oder weniger aufweist.
5. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Beziehung L2 < 0,54L1 gilt, wobei eine Dicke eines Abschnitts des Verpressabschnitts, der einer Grenze mit dem Hauptkörper entspricht, als L1 bezeichnet wird, und eine Dicke eines Abschnitts des Verpressabschnitts, der dem hinteren Ende am nächsten ist, als L2 bezeichnet wird.
6. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Ausschnitt in einem Teil des Verpressabschnitts in einer Umfangsrichtung ausgebildet ist.

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