DE10348036A1

DE10348036A1 - Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen

Info

Publication number: DE10348036A1
Application number: DE10348036A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Kariya Iwata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2023-10-16
Also published as: US20040074072A1; DE10348036B4; JP2004138451A; JP4096692B2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen, die jeweils einen Festelektrolytkörper und eine Schutzlage aufweisen, wird ein Radius R des Festelektrolytkörpers an einer Radiusmessposition A einer Schutzlagenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers gemessen, und ein geschmolzenes Schutzlagenmaterial wird auf die Schutzlagenausbildungsfläche mittels einer thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung zerstäubt, um eine Schutzlage auszubilden, ein Radius S des Festelektrolytkörpers einschließlich der Schutzlage wird an einem Schnittpunkt B einer Normalen an der Radiusmessposition A mit der Oberfläche der Schutzlage gemessen, und die Zerstäubungsmenge des Schutzlagenmaterials der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung wird unter Berücksichtigung einer Differenz zwischen dem Radius S und dem Radius R als die Dicke der Schutzlage und auf der Grundlage dieser Dicke gesteuert, um die jeweilige Schutzlage mit einer gewünschten Dicke auszubilden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen, die jeweils einen Festelektrolytkörper, eine an dessen Oberfläche vorgesehene Elektrode und eine Schutzlage aufweisen, die die Oberfläche des Festelektrolytkörpers bedeckt.
Beschreibung des Stands der Technik
Als ein Gassensorelement, das beim Messen einer Gaskonzentration wie zum Beispiel eine Sauerstoffkonzentration in Messgasen verwendet wird, ist jener Aufbau bekannt, der folgendes aufweist: i) einen zylindrischen und im wesentlichen trommelförmigen Festelektrolytkörper, der einen Kopfabschnitt mit geschlossenem Ende und an der zu dem Kopfabschnitt entgegengesetzten Seite einen Hauptendabschnitt mit offenem Ende aufweist, ii) eine Elektrode, die an der Oberfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehen ist und iii) eine poröse Schutzlage, die die Oberfläche der Elektrode bedeckt.
Die Schutzlage eines derartigen Gassensorelementes hat eine Funktion zum Schützen der Elektrode und des Festelektrolytkörpers vor giftigen Substanzen, die in Messgasen enthalten sind, und außerdem hat sie die Funktion zum Halten eines Target-Messgases an der Elektrodenfläche für eine bestimmte Zeit, um Zeit zu gewinnen, in der das Target-Messgas an der Elektrodenfläche reagiert.
Somit hat die Funktion der Schutzlage einen großen Einfluss auf einen Gasaustausch, der an der Elektrodenfläche stattfindet und sie spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Ansprechverhaltens von Gassensorelementen. Somit ist ein Herstellungsverfahren wichtig, das die Qualität und die Eigenschaften der Schutzlage konstant aufrecht erhält um Schwankungen des Ansprechverhaltens (Unregelmäßigkeiten des Ansprechverhaltens unter den Produkten) der Gassensorelemente zu steuern.

Herkömmlicher Weise wurde z.B. ein Herstellungsverfahren vorgeschlagen, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-2001-124725 offenbart ist, dass die Schwankungen des Ansprechverhaltens von Gassensorelementen steuert.

Bei diesem Herstellungsverfahren wird die Menge einer thermischen Zerstäubung pro Zeiteinheit aus Folgendem herausgefunden: i) Änderungen des Gewichtes eines Gassensorelementes vor und nach einem Schritt zum Ausbilden einer Schutzlage und ii) Zeit eines thermischen Plasmazerstäubungsvorganges, die zum Ausbilden der Schutzlage verwendet wird, und die Abgabe des thermischen Plasmazerstäubungsvorganges wird so gesteuert, dass sie innerhalb eines festgelegten Bereiches ist, um die Schwankungen des Ansprechverhaltens von Gassensorelementen zu steuern.

Jedoch haben Festelektrolytkörper unebene Flächen (in den nachfolgend beschriebenen 8 und 9 ist gezeigt, wie uneben die Flächen sind, und zwar zum besseren Verständnis in einer übertriebenen Art und Weise), und somit haben die an den Flächen von derartigen Festelektrolytkörpern ausgebildeten Elektroden ebenfalls unebene Flächen, die die unebenen Flächen der Festelektrolytkörper wiedergeben.

Somit ist es bei dem Verfahren zum Steuern der Schutzlagendicke gemäß dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik schwierig, mit den unebenen Flächen der Festelektrolytkörper oder Elektroden umzugehen, und es ist unzureichend, die Schwankungen der Dicke (Unregelmäßigkeit der Dicke unter den Produkten) der Schutzlagen zu steuern.

Die vorliegende Erfindung hat ein derartiges Problem des Standes der Technik berücksichtigt. Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen mit geringerer Schwankung des Ansprechverhaltens vorzusehen.

Als ein erstes Ausführungsbeispiel sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen vor, die jeweils folgendes aufweisen:

i) einen zylindrischen und im wesentlichen trommelförmigen Festelektrolytkörper, der einen Kopfabschnitt mit geschlossenen Ende und an der zu dem Kopfabschnitt entgegengesetzten Seite einen Hauptendabschnitt mit offenem Ende aufweist,
ii) eine Elektrode, die an der Oberfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehen ist, und
iii) eine poröse Schutzlage, die die Oberfläche der Elektrode bedeckt; und das Verfahren weist folgendes auf:

Als ein zweites Ausführungsbeispiel sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen vor, die jeweils folgendes aufweisen: i) einen zylindrischen und im wesentlichen trommelförmigen Festelektrolytkörper, der einen Kopfabschnitt mit geschlossenen Ende und an der zu dem Kopfabschnitt entgegengesetzten Seite einen Hauptendabschnitt mit offenem Ende aufweist, ii) eine Elektrode, die an der Oberfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehen ist, und iii) eine poröse Schutzlage, die die Oberfläche der Elektrode bedeckt; und das Verfahren weist folgendes auf:
Ausbilden der Elektrode an einer Elektrodenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers;
nachfolgendes Messen von Radien T1, T2... des Festelektrolytkörpers an einer Vielzahl Radiusmesspositionen D1, D2..., die entlang eines Umfangskreises C an einer Schutzlagenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers ausgewählt sind, während der Festelektrolytkörper um seine Achse dreht, die sich entlang der Axialrichtung erstreckt, welche den Hauptendabschnitt und den Kopfabschnitt verbindet;
Zerstäuben eines geschmolzenen Schutzlagenmaterials an der Schutzlagenausbildungsfläche mittels einer thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung, um die Schutzlage auszubilden;
Messen von Radien U1, U2... des Festelektrolytkörpers einschließlich der Schutzlage an Punkten E1, E2... eines Schnitts von Normalen an den Radiusmesspositionen D1, D2.., mit der Oberfläche der Schutzlage; und
Steuern der Zerstäubungsmenge des Schutzlagenmaterials der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung unter Berücksichtigung eines Durchschnittes von Differenzen zwischen den Radien T1, T2... an den jeweiligen Radiusmesspositionen und den Radien U1, U2... an den jeweiligen Schnittpunkten entsprechend einem früheren (Gassensorelement) als die Dicke der Schutzlage und auf der Grundlage von dieser Dicke, um die jeweilige Schutzlage mit einer gewünschten Dicke auszubilden.
1 zeigt ausschnittartig eine Schnittansicht eines Gassensorelementes als Beispiel 1.
2 zeigt eine thermische Zerstäubungseinrichtung, und sie zeigt, wie eine Schutzlage durch thermisches Zerstäuben beim Beispiel 1 ausgebildet wird.
3 zeigt eine Radiusmessposition und einen Festelektrolytkörper, an dem keine Schutzlage ausgebildet ist, und zwar bei dem Beispiel 1.
4 zeigt die Radiusmessposition und einen Festelektrolytkörper bei dem Beispiel 1, an dem keine Schutzlage ausgebildet ist.
5 zeigt bei dem Beispiel 1, wie der Radius des Festelektrolytkörpers vor oder nach der Ausbildung der Schutzlage gemessen wird.
6 zeigt ein Schutzlagenausbildungsgerät bei einem Beispiel 2.
7 zeigt Radiusmesspositionen, die auf einem Umfangskreis bei dem Beispiel 2 liegen.
8 zeigt eine Schnittansicht von Radiusmesspositionen und eines Festelektrolytkörpers bei einem Beispiel 3, an dem keine Schutzlage ausgebildet ist.
9 zeigt eine Schnittansicht von Radiusmesspositionen und des Festelektrolytkörpers bei dem Beispiel 3, bei dem die Schutzlage ausgebildet ist.
Die durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Gassensorelemente sind Gassensorelemente, die jeweils folgendes aufweisen: i) einen zylindrischen und im wesentlichen trommelförmigen Festelektrolytkörper, der einen Kopfabschnitt mit geschlossenem Ende und an der zu dem Kopfabschnitt entgegengesetzten Seite einen Hauptendabschnitt mit offenem Ende aufweist, ii) eine Elektrode, die an der Oberfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehen ist, und iii) eine poröse Schutzlage, die die Oberfläche der Elektrode bedeckt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das nachfolgend als Beispiel 1 beschrieben wird, werden durch einen thermischen Plasmazerstäubungsvorgang die Gassensorelemente jeweils durch Ausbilden der Elektrode mit einer Dicke von 1,0 μm bis 1,4 μm an einer Elektrodenausbildungsfläche des zylindrischen und im Wesentlichen trommelförmigen Festelektrolytkörpers und durch Ausbilden der Schutzlage mit einer Dicke von 55 μm bis 85 μm an der Schutzlagenausbildungsfläche hergestellt.
Vor diesem thermischen Plasmazerstäubungsvorgang wird ein Radius R des Festelektrolytkörpers (einschließlich der Elektrodenlage) an einer Radiusmessposition A gemessen, die ein beliebiger Punkt ist, der von einer Schutzlagenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers geeignet ausgewählt wird (siehe 3, die später beschrieben wird).
Bei der gegenwärtigen Beschreibung und den Ansprüchen wird der Festelektrolytkörper einschließlich der Elektrodenlage auch als "Festelektrolytkörper" bezeichnet.
Danach wird ein Schutzlagenmaterial auf die Schutzlagenausbildungsfläche mittels einer thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung zerstäubt, um die Schutzlage auszubilden, wobei ein Radius S des Festelektrolytkörpers einschließlich der Schutzlage an einem Schnittpunkt B gemessen wird, der die Schutzlagenfläche an einer Normalen Schneidet, die sich von der Radiusmessposition A erstreckt (siehe 4, die später beschrieben wird).
Daher entspricht eine Differenz zwischen S und R der Dicke der Schutzlage an der Radiusmessposition A und einem Schnittpunkt B.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird diese Dicke als eine übliche Dicke der Schutzlage betrachtet, und die Zerstäubungsmenge des Schutzlagenmaterials der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung wird auf der Grundlage von dieser Dicke gesteuert. Somit kann die durch den thermischen Plasmazerstäubungsvorgang ausgebildete Schutzlage mit einer gewünschten Dicke erhalten werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das sich von dem Stand der Technik unterscheidet, wird eine derartige übliche Dicke der Schutzlage direkt gemessen und die Zerstäubungsmenge wird auf der Grundlage von dieser Dicke gesteuert. Somit kann eine Schutzlage mit einer gewünschten Dicke leicht erhalten werden. Somit wird dadurch eine leichtere Dickensteuerung der Schutzlage ermöglicht, und die Gassensorelemente, die durch das Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, können eine geringe Schwankung der Dicke der Schutzlagen untereinander aufweisen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Gassensorelemente auch jeweils durch Ausbilden der Elektrode mit einer Dicke von 1,0 μm bis 1,4 μm an einer Elektrodenausbildungsfläche des zylindrischen und im wesentlichen trommelförmigen Festelektrolytkörpers und durch Ausbilden der Schutzlage mit einer Dicke von 55 μm bis 85 μm an der Schutzlagenausbildungsfläche durch einen thermischen Plasmazerstäubungsvorgang hergestellt.
Vor diesem thermischen Plasmazerstäubungsvorgang werden Radien T1, T2.., des Festelektrolytkörpers (einschließlich der Elektrodenlage) an einer Vielzahl Radiusmesspositionen D1, D2... gemessen, die entlang eines beliebigen Umfangskreises C an einer Schutzlagenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers ausgewählt sind (siehe 8, die später beschrieben wird).
Hierbei bezieht sich der Umfangskreis C auf eine Schnittlinie der Seitenfläche des Festelektrolytkörpers mit einer Ebene, die senkrecht zu der Achse steht, die sich von dem Kopfabschnitt zu dem Hauptendabschnitt des Festelektrolytkörpers erstreckt, und sie ist üblicher Weise im wesentlichen rund.
Danach wird ein Schutzlagenmaterial auf die Schutzlagenausbildungsfläche mittels einer thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung zerstäubt, um die Schutzlage auszubilden, wobei Radien U1, U2... des Festelektrolytkörpers einschließlich der Schutzlage an Schnittpunkten E1, E2... von Normalen an den Radiusmesspositionen D1, D2... mit der Oberfläche der Schutzlage gemessen werden (siehe 9, die später beschrieben wird).
Daher entspricht eine Differenz zwischen T1 und U1, zwischen T2 und U2 usw. jeweils der Dicke der Schutzlage an der jeweiligen Radiusmessposition.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird von den Dicken an den jeweiligen Radiusmesspositionen ein Durchschnitt gebildet und ihr Durchschnittswert wird als eine übliche Dicke der Schutzlage betrachtet und die Zerstäubungsmenge des Schutzlagenmaterials der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung wird auf der Grundlage von dieser durchschnittlichen Dicke gesteuert. Somit kann die durch den thermischen Plasmazerstäubungsvorgang ausgebildete Schutzlage mit einer gewünschten Dicke erhalten werden.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das sich von dem Stand der Technik unterscheidet, wird eine derartige übliche Dicke der Schutzlage direkt gemessen, und die Zerstäubungsmenge wird auf der Grundlage von dieser Dicke gesteuert. Somit kann eine Schutzlage mit einer gewünschten Dicke leicht erhalten werden. Somit wird dadurch eine leichtere Dickensteuerung der Schutzlage ermöglicht, und die durch das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellten Gassensorelemente können eine kleine Schwankung der Dicke der Schutzlagen voneinander aufweisen.
Zusätzlich werden bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Radien gemessen, während der Festelektrolytkörper gedreht wird und somit kann die Dicke der Schutzlage mit einer guten Effizienz bei einer großen Anzahl von Radiusmesspositionen gemessen werden.
Je größer die Anzahl der Radiusmesspositionen ist, desto genauer kann die Dicke der Schutzlage gemessen werden. Dem entsprechend können Gassensorelemente mit Schutzlagen mit gewünschter Dicke und mit kleiner Schwankung (Unregelmäßigkeit) hergestellt werden, auch wenn insbesondere die Elektrodenoberfläche und die Oberfläche des Festelektrolytkörpers eine starke Unebenheit aufweisen (Beispiel 3, das später beschrieben wird, ist ein Beispiel, bei dem die Radiusmesspositionen an 180 Punkten sind).
Wie dies gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben ist, können Verfahren vorgesehen werden, durch die Gassensorelemente mit geringerer Schwankung hinsichtlich des Ansprechverhaltens hergestellt werden können.
Bei den Gassensorelementen, die durch die Herstellungsverfahren gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten werden, kann der Festelektrolytkörper aus einer allgemein bekannten leitenden Sauerstoffionen- Zirkoniumdioxidkeramik gebildet sein, und die Elektrode kann eine Edelmetallelektrode sein, die Pt oder dergleichen aufweist.
Die Schutzlage hat die Funktion zum Schützen der Elektrode und des Festelektrolytkörpers vor giftigen Subtanzen, die in Messgasen enthalten sind und außerdem hat sie die Funktion zum Halten des Target-Messgases an der Elektrodenoberfläche für eine bestimmte Zeit, um jene Zeit zu gewinnen, in der das Target-Messgas an der Elektrodenoberfläche reagiert. Sie kann aus irgendeinem gewünschten anorganischen Material gebildet sein. Zum Beispiel kann ein Spinell wie z.B. MgO·Al₂O₃ verwendet werden.
Der thermische Plasmazerstäubungsvorgang kann durch Einführen des Schutzlagenmaterials in eine Hochtemperatur-Plasmaflamme durchgeführt werden, die aus einer Plasmapistole geschossen wird, um das Schmelzen des Materials durch die Plasmaflamme zu bewirken, und durch Zerstäuben des geschmolzenen Materials an der Schutzlagenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers. Danach härtet das geschmolzene Schutzlagenmaterial aus, so dass die Schutzlage gebildet wird.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch näher beschrieben.
Beispiel 1
Bei diesem Beispiel wird ein Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen beschrieben, die in der 1 gezeigt sind, wobei ein Gassensorelement 1 folgendes aufweist: i) einen zylindrischen und im wesentlichen trommelförmigen Festelektrolytkörper 10, der einen Kopfabschnitt 101 mit geschlossenem Ende und an der zu dem Kopfabschnitt 101 entgegengesetzten Seite einen Hauptendabschnitt 102 mit offenem Ende aufweist, ii) eine Elektrode 11, die an der Oberfläche des Festelektrolytkörpers 10 vorgesehen ist, und iii) eine poröse Schutzlage 12, die die Oberfläche der Elektrode 11 bedeckt.
Insbesondere ist die Elektrode 10 an einer Elektrodenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers 10 ausgebildet. Wie dies in der 3 gezeigt ist, wird nachfolgend ein Radius R des Festelektrolytkörpers 10 (einschließlich der Elektrodenlage 11; nachfolgend wird sich darauf bezogen) an einer Radiusmessposition A einer Schutzlagenausbildungsfläche 120 des Festelektrolytkörpers 10 gemessen.
Wie dies in der 2 gezeigt ist, wird ein geschmolzenes Schutzlagenmaterial 230 an der Schutzlagenausbildungsfläche 120 mittels einer thermisch Plasmazerstäubungseinrichtung 2 zerstäubt, um die Schutzlage 12 auszubilden.
Wie dies in der 4 gezeigt ist, wird ein Radius S des Festelektrolytkörpers 10 einschließlich der Schutzlage 12 an einem Schnittpunkt P einer Normalen an der Radiusmessposition A mit der Oberfläche der Schutzlage 12 gemessen.
Daneben sind die Oberflächen des Festelektrolytkörpers 10 und dergleichen in den 3 und 4 eben dargestellt, aber tatsächlich haben wie eine leichte Unebenheit.
Dann wird die Zerstäubungsmenge des Schutzlagenmaterials 230 der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 2 unter Berücksichtigung einer Differenz zwischen dem Radius S und dem Radius R als die Dicke der Schutzlage 12 und auf der Grundlage von dieser Dicke gesteuert, um die jeweilige Schutzlage 12 mit einer gewünschten Dicke auszubilden.
Der vorstehend beschriebene Vorgang wird nachfolgend beschrieben.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, hat das Gassensorelement 1 den zylindrischen und im Wesentlichen trommelförmigen Festelektrolytkörper 10, der einen Kopfabschnitt 101 mit geschlossenem Ende und an der zu dem Kopfabschnitt 101 entgegengesetzten Seite einen Hauptendabschnitt 102 mit offenem Ende aufweist. Es hat außerdem die Elektrode 11, die an der Oberfläche des Festelektrolytkörpers 10 vorgesehen ist, und die poröse Schutzlage 12, die die Oberfläche der Elektrode 11 bedeckt. Der Festelektrolytkörper 10 hat in seinem Inneren eine Standard-Gaskammer 100, in die ein Standardgas von dem Hauptendabschnitt 102 einzuführen ist, und er hat eine Innenelektrode 15 an der Innenfläche der Standard-Gaskammer 1.
Das Gassensorelement 1 von diesem Beispiel kann eine Sauerstoffkonzentration in Messgasen messen, die außerhalb des Gassensorelementes vorhanden sind, indem eine Spannung zwischen der Elektrode 11 und der Innenelektrode 15 aufgebracht wird.
In den Zeichnungen ist nicht gezeigt, dass eine stangenartige keramische Heizvorrichtung in der Standard-Gaskammer 100 angebracht ist, und dass der Festelektrolytkörper 10 mit einer Leitung versehen ist, die mit der Elektrode 11 und der Innenelektrode 15 elektrisch verbunden ist, um eine elektrische Spannung auf die Elektroden 11 und 15 aufzubringen und eine Abgabe abzugeben.
Ein Verfahren zum Herstellen des Gassensorelementes 1 gemäß diesem Beispiel wird nachfolgend beschrieben.
Zunächst wird ein Festelektrolytkörper 10, der aus einer Zirkoniumdioxidkeramik ausgebildet ist, aus einem Pulvermaterial erzeugt, das Zirkoniumdioxid oder Yttrium enthält.
Dann wird die Elektrode 11 an der Elektrodenausbildungsfläche in dem Flächenbereich des Festelektrolytkörpers 10 ausgebildet. Die Innenelektrode 15 und die Leitung (nicht gezeigt) werden außerdem zusammen ausgebildet, wenn die Elektrode 11 ausgebildet wird. Als Verfahren zum Ausbilden von diesen Bauteilen kann stromloses Beschichten, Elektrobeschichten (Vernickeln), Unterdruckverdampfung und chemisches Bedampfen angewendet werden. Daneben ist ein Verfahren verfügbar, bei dem die Elektrodenausbildungsfläche mit einem Metallsalz überzogen wird, das ein Metallmaterial für Elektroden enthält, und danach wird dieses erwärmt, um das Metallmaterial für die Elektroden zu zerlegen, damit es an der Oberfläche zum Ausbilden der Elektrode haftet.
Als nächstes wird die poröse Schutzlage, die die Elektrode 11 bedeckt, unter Verwendung der in der 2 gezeigten Plasmazerstäubungseinrichtung ausgebildet, indem das Schutzlagenausbildungsmaterial 230 auf die Schutzlagenausbildungsfläche 120 durch einen thermischen Plasmazerstäubungsvorgang zerstäubt wird.
Hierbei wird der thermische Plasmazerstäubungsvorgang unter Verwendung einer Plasmapistole 21 durchgeführt. Unter Aufbringung einer hohen elektrischen Spannung zwischen der Kathoden-Mittelelektrode und der Anodendüse erzeugt die Plasmapistole 21 einen Plasmalichtbogen mit einer Leistung von 20 bis 30 KW, der zwischen beiden Elektroden gehalten wird, wobei ein Öffnungsgas, das aus Ar-Gas oder dergleichen besteht, von seiner Rückseite zugeführt wird, damit er zu Plasma wird. Das als Plasma versetzte Gas bewirkt eine Volumenausdehnung, und es schießt aus einem Düsenauslass 210 in Gestalt eines Plasmastrahls 22 mit hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit.
Dann wird ein wärmebeständiges Metalloxid (bei diesem Beispiel Spinell) das als das Schutzlagenmaterial 230 dient, aus einer Zuführungsvorrichtung 23 in den Plasmastrahl 22 eingespritzt, der aus dem Düsenauslass 210 geschossen wird, wobei dieses Schutzlagenmaterial 230 geschmolzen wird und beschleunigt wird, so dass es kontinuierlich gegen das Target stößt, nämlich die Schutzlagenausbildungsfläche 120 des Festelektrolytkörpers 10.
Hierbei wird der Festelektrolytkörper 10 an eine drehbare Spannvorrichtung 19 befestigt, und er wird zusammen mit der Spannvorrichtung 19 gedreht, während die Plasmapistole 21 in jenen Richtungen bewegt wird, die durch einen Pfeil 25 angegeben sind, damit ein geschmolzenes Schutzlagenmaterial 230 an der gesamten Schutzlagenausbildungsfläche 120 haftet. Die Spannvorrichtung 19 besteht aus einer Haltevorrichtung 191 und einer Abdeckung 192.
Daneben wird die Bewegung der Plasmapistole 21 und der Zuführungsvorrichtung 23 durch eine Steuereinheit 24 gesteuert.
Ein Verfahren zum Steuern der Ausbildung der Schutzlage 12 mit einer gewünschten Dicke wird nachfolgend beschrieben.
Wie dies in den 3 und 5 gezeigt ist, wird der Radius R des Festelektrolytkörpers 10 mit einer Laser-Abstandsmessvorrichtung 26 an der Radiusmessposition A der Schutzlagenausbildungsfläche 120 des Festelektrolytkörpers 10 gemessen.
Die Laser-Abstandsmessvorrichtung 26 sendet einen parallel abtastenden Laserstrahl 260 aus, um den Festelektrolytkörper 10 an seiner Radiusmessposition A zu bestrahlen, und sie misst die Position der geradlinig angeordneten Lichtpunkte zweidimensional, die durch diese Bestrahlung erzeugt werden, um den Radius R zu messen. Der Wert des Radius R, der mit der Laser-Abstandsmessvorrichtung 26 gemessen wird, wird zu der Steuereinheit 24 gesendet.
Danach wird die Schutzlage 12 an dem Festelektrolytkörper 10 mittels der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 2 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise ausgebildet.
Wie dies in den 4 und 5 gezeigt ist, wird nachfolgend der Radius 5 des Festelektrolytkörpers 10 einschließlich der Schutzlage 12 mit der Laser-Abstandsmessvorrichtung 26 an dem Schnittpunkt B einer Normalen an der Radiusmessposition A mit der Oberfläche der Schutzlage 12 gemessen. Der gemessene Wert des Radius S wird zu der Steuereinheit 24 gesendet.
Die Differenz zwischen dem Radius S und dem Radius R (S – R) wird in der Steuereinheit 24 bestimmt. Wenn dieser Wert kleiner ist als ein Standardwert, dann bestimmt die Steuereinheit 24, dass die Dicke der Schutzlage 12 die gewünschte Dicke nicht erreicht hat, und sie steuert die Plasmapistole 21 und die Zuführungsvorrichtung 23, um die Menge des Schutzlagenmaterials 230 zu vermehren, die in den Plasmastrahl 22 einzuspritzen ist, damit die thermische Zerstäubungsmenge vergrößert wird.
Wenn die Differenz von S – R im Gegensatz dazu größer ist als der Standardwert, dann bestimmt die Steuereinheit 24, dass die Dicke der Schutzlage 12 größer ist als die gewünschte Dicke, und sie steuert die Plasmapistole 21 und die Zuführungsvorrichtung 23 so, dass die Menge des Schutzlagenmaterials 230 verringert wird, die in den Plasmastrahl 22 einzuspritzen ist.
Somit wird bei diesem Beispiel beim fortlaufenden Herstellen einer großen Anzahl von Gassensorelementen 1 die Menge des Schutzlagenmaterials 230, das thermisch zu zerstäuben ist, vermehrt oder verringert, wobei auf die Dicke der Schutzlage 12 an dem Abschnitt zwischen der Radiusmessposition A und dem Schnittpunkt B hinsichtlich des Gassensorelementes 1 Bezug genommen wird, das direkt davor hergestellt wurde.
Insbesondere wird bei diesem Beispiel eine Steuerung durchgeführt, die die Dicke an dem Abschnitt zwischen der Radiusmessposition A und dem Schnittpunkt B an einem Punkt als die Dicke der gesamten Schutzlage 12 berücksichtigt. Jedoch werden die Radiusmessposition A und der Schnittpunkt B zufällig aus einer großen Anzahl von Festelektrolytkörpern ausgewählt. Somit können gemäß diesem Beispiel Gassensorelemente 1 hergestellt werden, die eine geringere Schwankung der Dicke der Schutzlagen 12 aufweisen.
Somit ermöglicht die Erfindung bei diesem Beispiel ein Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen mit einer geringeren Schwankung des Ansprechverhaltens.
Wie dies in den 3 und 4 gezeigt ist, kann die Radiusmessposition A zusätzlich für jeden Festelektrolytkörper 10 derart ausgewählt werden, dass eine Distanz t von dem oberen Abschnitt 105 des Kopfabschnittes 101 des Festelektrolytkörpers 10 entlang der Achse G (das heißt die Distanz von dem oberen Abschnitt 105 zu einem Schnittpunkt der Achse G mit einer Normalen an der Radiusmessposition A) stets gleich ist.
Der Punkt mit der gleichen Distanz von dem oberen Abschnitt 105 in dem Bereich der Schutzlagenausbildungsfläche 120 wird im Wesentlichen unter den gleichen Bedingungen thermisch bestäubt. Somit können die Dicken der Schutzlagen 12 verglichen mit einem Fall, bei dem die Radiusmesspositionen A aus anderen Positionen mit unterschiedlicher Distanz T der jeweiligen Festelektrolytkörper 10 verwendet werden, mit geringeren Schwankungen einheitlich ausgebildet werden.
Beispiel 2
Bei diesem Beispiel wird ein Schutzlagenausbildungsgerät beschrieben, das zum Ausbilden von Schutzlagen an Festelektrolytkörpern verwendet wird, während deren Radien gemäß dem Beispiel 1 und dem nachfolgenden Beispiel 3 gemessen werden, wenn Gassensorelemente hergestellt werden.
Wie dies in der 6 gezeigt ist, besteht ein Schutzlagenausbildungsgerät 5 aus einer Ladeeinrichtung 501 und einer thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 502. Die Ladeeinrichtung 501 führt Festelektrolytkörper 10 der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 502 zu, und sie sammelt außerdem Festelektrolytkörper 10, an denen Schutzlagen ausgebildet wurden, und zwar aus der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 502.
Die Ladeeinrichtung 501 hat eine Palettentransportiereinrichtung 51 zum Transportieren einer Palette 190, die Festelektrolytkörper 10 trägt, einen Roboterarm 512 zum Transportieren der jeweiligen Festelektrolytkörper 10 von der Palette 190 zu einer Indextafel 52 oder zum Sammeln der jeweiligen Festelektrolytkörper 10 von der Indextafel 52, an die die Schutzlage ausgebildet wurde, eine Schiebeladevorrichtung 54 zum Transportieren der jeweiligen Festelektrolytkörper 10 zwischen der Indextafel 52 und der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 502, und zwei Laser-Abstandsmessvorrichtungen 531 und 532.
Eine Laser-Abstandsmessvorrichtung 532 misst den Radius des jeweiligen Festelektrolytkörpers 10 an der Radiusmessposition in jenem Zustand, wenn die Schutzlage nicht ausgebildet ist. Die andere Laser-Abstandsmessvorrichtung 531 misst an der Radiusmessposition den Radius des jeweiligen Festelektrolytkörpers 10, an dem die Schutzlage ausgebildet ist.
Die thermische Plasmazerstäubungseinrichtung 502 besteht hauptsächlich aus einer Plasmapistole 21, einen Ständer 551 für die Plasmapistole 21, eine Zuführungsvorrichtung 23 zum Zuführen eines Schutzlagenmaterials zu der Plasmapistole 21 und einer Indextafel 56, um daran den jeweiligen Festelektrolytkörper 10 zusammen mit einer Spannvorrichtung 19 anzuordnen, die im Inneren einer schalldichten Kiste 55 mit einer Staubsammelöffnung 550 vorgesehen sind. Außerhalb der schalldichten Kiste 55 ist eine Steuereinheit 24 vorgesehen, die die Plasmapistole 21 und die Zuführungseinrichtung 23 steuert.
Die Indextafel 56 ist eine Scheibe, die in einer Richtung angebracht ist, die bei Betrachtung der Zeichnung senkrecht zu der Papierebene ist, und sie befestigt den jeweiligen Festelektrolytkörper 10, der so mit der Spannvorrichtung 19 befestigt ist, dass er bei Betrachtung der Zeichnung nach unten gerichtet ist. Die Indextafel 56 dreht sich auch in jener Richtung, die durch einen Pfeil K3 gezeigt ist, der bei Betrachtung der Zeichnung von links nach rechts gerichtet ist. Die Laser-Abstandsmessvorrichtungen 531 und 532 der Ladeeinrichtung 501 sind außerdem so aufgebaut, dass sie erfasste Werte zu der Steuereinheit 24 aussenden, um die Plasmapistole 21 und die Zuführungsvorrichtung 23 der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 502 zu steuern.
Nachfolgend wird beschrieben, wie das vorstehend beschriebene Schutzlagenausbildungsgerät 5 arbeitet.
Eine festgelegte Anzahl der Festelektrolytkörper 10' (nicht gezeigt) an denen keine Schutzlagen ausgebildet sind, werden von der Palette 190 getragen, und diese Palette 190 wird in einen Palettenladebereich 511 der Palettentransportiervorrichtung 51 geladen. Diese Palette 190 wird durch die Palettentransportiervorrichtung 51 in jene Richtung transportiert, die durch Pfeile K4 gezeigt sind, und zwar bis zu der Position des Roboterarms 512.
Die Festelektrolytkörper 10', an denen keine Schutzlagen ausgebildet sind, werden von der Palette 190 zu der Indextafel 52 mittels des Roboterarms 512 zugeführt.
Die Indextafel 52 wird in jene Richtung gedreht, die durch einen Pfeil K1 gezeigt ist, und zwar bei Betrachtung der Zeichnung im Gegenuhrzeigersinn, und sie hat Haltevorrichtungen 191 (siehe
2) zum Halten der Festelektrolytkörper 10 an Punkten entsprechend den Bezugszeichen 521 bis 526.
Das Zuführen des jeweiligen Festelektrolytkörpers 10' mittels des Roboterarms 512 wird hinsichtlich einer leeren Haltevorrichtung 191 durchgeführt, die an dem Punkt entsprechend dem Bezugszeichen 521 vorhanden ist.
Wenn irgendein Festelektrolytkörper 10 an der Indextafel 52 vorhanden ist, bei dem der thermische Plasmazerstäubungsvorgang abgeschlossen wurde und die Schutzlage ausgebildet wurde, dann wird der Festelektrolytkörper 10, an dem die Schutzlage ausgebildet wurde, zusammen mit der Zuführung (zu der Indextafel 52) eines Festelektrolytkörpers 10' gesammelt, an dem keine Schutzlage ausgebildet wurde, und er wird von der Palette 190 getragen, die ihn mit jenem Festelektrolytkörper 10' austauscht, an dem die Schutzlagen nicht ausgebildet ist. Nachdem die Palette 190 mit Festelektrolytkörpern 10 gefüllt wurde, an denen Schutzlagen ausgebildet wurden, wird die Palette 190 durch die Palettentransportiervorrichtung 51 entlang Pfeilen K5 transportiert, und dann wird sie aus der Ladevorrichtung 501 aus einem Palettenlieferbereich 513 geführt.
Die Indextafel 52 wird gedreht, und die Haltevorrichtung 191 mit einem Festelektrolytkörper 10 wird zu dem Punkt entsprechend dem Bezugszeichen 522 bewegt. Hierbei wird eine Abdeckung 192 (siehe 2) an die Haltevorrichtung 191 gepasst.
Daneben ist das Befestigen der Abdeckung 192 an die Haltevorrichtung 101 bei Beispiel 1 beschrieben, wodurch die Spannvorrichtung 19 gebildet wird.
Als nächstes wird an dem Punkt entsprechend dem Bezugszeichen 523 der Indextafel 52 der Festelektrolytkörper 10 zusammen mit der Spannvorrichtung 19 verschoben, und er wird aus der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 502 unter Verwendung der Schiebeladevorrichtung 54 befördert.
Wenn irgendein Festelektrolytkörper 10 in der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 502 vorhanden ist, an dem die Schutzlage ausgebildet wurde, dann kehrt der Festelektrolytkörper 10, an dem die Schutzlage in der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 502 ausgebildet wurde, zu der Indextafel 52 gleichzeitig mit der Sendung eines Festelektrolytkörpers 10' zurück, an dem keine Schutzlage ausgebildet ist.
Und zwar werden der Festelektrolytkörper 10', an dem keine Schutzlage ausgebildet ist, und der Festelektrolytkörper 10, an dem die Schutzlage ausgebildet wurde, miteinander an jenem Punkt entsprechend dem Bezugszeichen 523 ausgetauscht.
Die Indextafel 52 wird gedreht, und der Festelektrolytkörper 10, an dem die Schutzlage ausgebildet wurde, wird zu dem Punkt entsprechend dem Bezugszeichen 525 über den Punkt entsprechend dem Bezugszeichen 524 bewegt. Hierbei wird die Abdeckung 192 von der Spannvorrichtung 19 entfernt.
Die Indextafel 52 wird weitergedreht, und der Festelektrolytkörper 10, an dem die Schutzlage ausgebildet wurde, wird zu dem Punkt entsprechend dem Bezugszeichen 521 über dem Punkt entsprechend dem Bezugszeichen 526 transportiert. Hierbei sammelt der Roboterarm 512 aus der Haltevorrichtung 591 den Festelektrolytkörper 10, an dem die Schutzlage ausgebildet wurde, und er befördert ihn auf die Palette 190, wie dies vorstehend beschrieben ist.
Nun wird der Festelektrolytkörper 10', an dem keine Schutzlage ausgebildet ist, an die Indextafel 56 in der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 502 zusammen mit der Spannvorrichtung 19 angeordnet, und zwar von der Indextafel 52 mittels der Schiebeladevorrichtung 54.
Danach wird die Indextafel 56 gedreht, und der Festelektrolytkörper 10', an dem keine Schutzlage ausgebildet ist, wird in die Nähe der Plasmapistole 21 transportiert. Hierbei wird der thermische Plasmazerstäubungsvorgang in jener Art und Weise durchgeführt, wie dies bei dem Beispiel 1 beschrieben ist, um die Schutzlage an dem Festelektrolytkörper 10 auszubilden.
Der Ständer 551 für die Plasmapistole 21 ist so aufgebaut, dass er in jenen Richtungen bewegbar ist, die durch einen Pfeil K2 gezeigt sind, damit die Ausbildung der Schutzlage an dem Festelektrolytkörper 10 durch den thermischen Plasmazerstäubungsvorgang vereinfacht wird.
Der Festelektrolytkörper 10, an dem die Schutzlage ausgebildet wurde, kehrt in die Nähe der Schiebeladevorrichtung 54 zurück, wenn die Indextafel 56 zusammen mit der Spannvorrichtung 19 gedreht wird. Wie dies vorstehend beschrieben ist, kehrt der Festelektrolytkörper 10, an dem die Schutzlage ausgebildet wurde, hierbei zu der Indextafel 52 in der Ladeeinrichtung 501 zurück.
Die Radiusmessung wird nachfolgend beschrieben.
Hinsichtlich des jeweiligen Festelektrolytkörpers 10', an dem keine Schutzlage ausgebildet ist, wird der Radius R des Festelektrolytkörpers 10' an der Radiusmessposition A (siehe Beispiel 1 und Figur 3) mit der Laser-Abstandsmessvorrichtung 532 gemessen.
Der Radius S an der Radiusmessposition B des Festelektrolytkörpers 10, an dem die Schutzlage ausgebildet wurde, wird ebenfalls mit der Laser-Abstandsmessvorrichtung 531 gemessen, während der Festelektrolytkörper 10, an dem die Schutzlage ausgebildet ist, an der Schiebeladevorrichtung 54 gehalten wird.
Die gemessenen Werte davon werden zu der Steuereinheit 24 gesendet, die den Wert S – R berechnet, und diese Steuert die Plasmapistole 21 und die Zuführungsvorrichtung 23 auf der Grundlage von diesem Wert. Wenn die Schutzlagen fortlaufend an den Festelektrolytkörpern 10 ausgebildet werden, dann können somit Schutzlagen mit festgelegten Dicken durch die Plasmapistole 21 und dergleichen ausgebildet werden, und zwar durch eine Steuerung auf der Grundlage von der Dicke einer Schutzlage, die direkt davor ausgebildet wurde.
Beispiel 3
Es wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Radien an 180 Punkten als Radiusmesspositionen gemessen werden, und bei dem die Steuereinheit und die Zuführungsvorrichtung der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung auf der Grundlage der resultierenden gemessenen Werte gesteuert werden. Das beim Beispiel 2 beschriebene Gerät wird als ein Schutzlagenausbildungsgerät verwendet, das zum Ausbilden von Schutzlagen bei diesem Beispiel verwendet wird.
Wie dies in den 7 und 8 gezeigt ist, werden bei diesem Beispiel Radiusmesspositionen D1, D2 ... D90 ... D180 in Intervallen von 1° an dem jeweiligen Festelektrolytkörper 10 zugeordnet, und Radien T1, T2 ... T90 ... T180 werden an den jeweiligen Radiusmesspositionen gemessen.
Wie dies in der 8 gezeigt ist, wird bei dem jeweiligen Festelektrolytkörper 10 (einschließlich einer Elektrodenlage 11) mit einer unebenen Oberfläche, an der keine Schutzlage ausgebildet ist, der Radius T1 mit der Laser-Abstandsmessvorrichtung an der Radiusmessposition D1 gemessen, und zwar aus der Richtung, die die Pfeile M1 und M2 verbindet.
Als nächstes wird der Festelektrolytkörper 10 um 1° in der Richtung eines Pfeils K8 gedreht, und die Radiusmessposition D2 wird in Übereinstimmung mit jener Richtung gebracht, die die Pfeile M1 und M2 verbindet, wobei der Radius T2 gemessen wird. Dies wird wiederholt, bis schließlich die Radiusmessposition D180, welche um 180° von D1 entfernt ist, in Übereinstimmung mit jener Richtung gebracht ist, die die Pfeile M1 und M2 verbindet, wobei der Radius T180 gemessen wird.
Nachdem die Schutzlage durch einen thermischen Plasmazerstäubungsvorgang in jener Art und Weise ausgebildet wurde, die bei dem Beispiel 1 oder 2 beschrieben ist, wie dies in der 9 gezeigt ist, dann wird die gleiche Prozedur gemäß der vorstehenden Beschreibung hinsichtlich der Schnittpunkte E1 bis E180 an dem Festelektrolytkörper 10 wiederholt, um Radien U1 bis U180 zu messen.
Die bei der vorstehend beschriebenen Messung erhaltenen Daten werden zu der Steuereinheit 24 gesendet.
Die Steuereinheit 24 berechnet {(U1 – T1) + (U1 – T2) + ... + (U90 – T90) + ... + (U180 – T180)}/180. Somit wird eine durchschnittliche Dicke der Schutzlage bestimmt.
Auf der Grundlage von dieser durchschnittlichen Dicke werden die Steuereinheit 24 und die Zuführungsvorrichtung 22 der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung 502 gesteuert (siehe Beispiele 1 und 2), um die jeweilige Schutzlage mit einer festgelegten Dicke auszubilden. Dies ermöglicht die Herstellung von Gassensorelementen mit einer kleinen Schwankung der Dicke der Schutzlagen.
Daneben zeigen die 8 und 9 schematische Ansichten eines Querschnitts an dem Umfangskreis C, der in der 7 gezeigt ist, und sie zeigen, wie uneben die Flächen des Festelektrolytkörpers 10 und dergleichen sind, wobei dies in einer übertriebenen Art und Weise zum besseren Verständnis dargestellt ist. Der Festelektrolytkörper 10 des Gassensorelementes hat außerdem eine Innenelektrode (siehe 1), die jedoch aus der Darstellung weggelassen wurde.
Beispiel 4
Einhundert (100) Gassensorelemente wurden durch ein Verfahren zum Bestimmen der Dicke der jeweiligen Schutzlage hergestellt, wobei deren Durchmesser an einer Radiusmessposition wie bei dem Beispiel 1 gemessen wurde. Die durch dieses Herstellungsverfahren erhaltenen Gassensorelemente haben eine Schwankung der Dicke der Schutzlagen von 12 μm als 6 σ (6 Sigma; ein Mittel der Streuung der Belegung).
Einhundert (100) Gassensorelemente wurden außerdem durch ein Verfahren wie bei dem Beispiel 3 hergestellt, wobei die durchschnittliche Dicke der Schutzlagen durch Messen von deren Durchmessern an 180 Punkten als Radiusmesspositionen bestimmt wurde, während der jeweilige Festelektrolytkörper gedreht wurde. Die durch dieses Herstellungsverfahren erhaltenen Gassensorelemente hatten eine Schwankung der Dicke der Schutzlagen von 1,5 μm als 6σ.
Als ein Vergleichsbeispiel wurden hundert (100) Gassensorelemente außerdem so hergestellt, dass die Abgabe des thermischen Plasmazerstäubungsvorgangs so gesteuert wurde, dass sie innerhalb eines bestimmten Bereiches pro Zeiteinheit am Durchmesser bei 180 Radiusmesspositionspunkten lagen, während der jeweilige Festelektrolytkörper gedreht wurde. Die durch dieses Herstellungsverfahren erhaltenen Gassensorelemente haben eine Schwankung der Dicke der Schutzlagen von 37 μm als 6σ.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wurde herausgefunden, dass die Verwendung der gegenwärtigen Erfindung die Herstellung von Sensorelementen mit einer kleinen Schwankung der Dicke der Schutzlagen ermöglicht.
Bei einem Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen, die jeweils einen Festelektrolytkörper und eine Schutzlage aufweisen, wird ein Radius R des Festelektrolytkörpers an einer Radiusmessposition A einer Schutzlagenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers gemessen, und ein geschmolzenes Schutzlagenmaterial wird auf die Schutzlagenausbildungsfläche mittels einer thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung zerstäubt, um eine Schutzlage auszubilden, ein Radius S des Festelektrolytkörpers einschließlich der Schutzlage wird an einem Schnittpunkt B einer Normalen an der Radiusmessposition A mit der Oberfläche der Schutzlage gemessen, und die Zerstäubungsmenge des Schutzlagenmaterials der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung wird unter Berücksichtigung einer Differenz zwischen dem Radius S und dem Radius R als die Dicke der Schutzlage und auf der Grundlage von dieser Dicke gesteuert, um die jeweilige Schutzlage mit einer gewünschten Dicke auszubilden.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen, jeweils mit i) einem zylindrischen und im Wesentlichen trommelförmigen Festelektrolytkörper, der einen Kopfabschnitt mit geschlossenem Ende und an der zu dem Kopfabschnitt entgegengesetzten Seite einen Hauptendabschnitt mit offenem Ende aufweist, ii) einer Elektrode, die an der Oberfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehen ist, und iii) einer porösen Schutzlage, die die Oberfläche der Elektrode bedeckt; und das Verfahren weist Folgendes auf: Ausbilden der Elektrode an einer Elektrodenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers; nachfolgendes Messen eines Radius R des Festelektrolytkörpers an einer Radiusmessposition A einer Schutzlagenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers; Zerstäuben eines geschmolzenen Schutzlagenmaterials an der Schutzlagenausbildungsfläche mittels einer thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung, um die Schutzlage auszubilden; Messen eines Radius S des Festelektrolytkörpers einschließlich der Schutzlage an einem Schnittpunkt B einer Normalen an der Radiusmessposition A mit der Oberfläche der Schutzlage; und Steuern der Zerstäubungsmenge des Schutzlagenmaterials der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung unter Berücksichtigung einer Differenz zwischen dem Radius S und dem Radius R als die Dicke der Schutzlage und auf der Grundlage dieser Dicke, um die jeweilige Schutzlage mit einer gewünschten Dicke auszubilden.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Gassensorelemente in einer großen Anzahl fortlaufend hergestellt werden, und die Zerstäubungsmenge des Schutzlagenmaterials unter Bezugnahme auf die Dicke der jeweiligen Schutzlage in dem Bereich zwischen der Radiusmessposition A und dem Schnittpunkt B hinsichtlich eines direkt vorher hergestellten Gassensorelementes vermehrt oder verringert wird.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Radiusmessposition A und der Schnittpunkt B zufällig aus einer großen Anzahl Festelektrolytkörpern ausgewählt werden.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Radiusmessposition A für jeden Festelektrolytkörper derart ausgewählt wird, dass eine Distanz von dem oberen Abschnitt des Kopfabschnittes des jeweiligen Festelektrolytkörpers zu einem Schnittpunkt der Achse des jeweiligen Festelektrolytkörpers mit der Normalen an der Radiusmessposition A stets gleich ist.
Verfahren zum Herstellen von Gassensorelementen, jeweils mit i) einem zylindrischen und im Wesentlichen trommelförmigen Festelektrolytkörper, der einen Kopfabschnitt mit geschlossenem Ende und an der zu dem Kopfabschnitt entgegengesetzten Seite einen Hauptendabschnitt mit offenem Ende aufweist, ii) einer Elektrode, die an der Oberfläche des Festelektrolytkörpers vorgesehen ist, und iii) einer porösen Schutzlage, die die Oberfläche der Elektrode bedeckt; wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Ausbilden der Elektrode an einer Elektrodenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers; Nachfolgendes Messen von Radien T1, T2... des Festelektrolytkörpers an einer Vielzahl Radiusmesspositionen D1, D2..., die entlang eines Umfangskreises C an einer Schutzlagenausbildungsfläche des Festelektrolytkörpers ausgewählt werden, während der Festelektrolytkörper um seine Achse gedreht wird, die sich entlang der axialen Richtung erstreckt, welche den Hauptendabschnitt mit dem Kopfabschnitt verbindet; Zerstäuben eines geschmolzenen Schutzlagenmaterials auf die Schutzlagenausbildungsfläche mittels einer thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung, um die Schutzlage auszubilden; Messen von Radien U1, U2... des Festelektrolytkörpers einschließlich der Schutzlage an Punkten E1, E2... eines Schnittes von Normalen an den Radiusmesspositionen D1, D2... mit der Oberfläche der Schutzlage; und Steuern der Zerstäubungsmenge des Schutzlagenmaterials der thermischen Plasmazerstäubungseinrichtung unter Berücksichtigung eines Durchschnittes von Differenzen zwischen den Radien T1, T2... an den jeweiligen Radiusmesspositionen und den Radien U1, U2... an den jeweiligen Schnittpunkten entsprechend einem vorherigen als die Dicke der Schutzlage und auf der Grundlage dieser Dicke, um die jeweilige Schutzlage mit einer gewünschten Dicke auszubilden.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Gassensorelemente in einer großen Anzahl fortlaufend hergestellt werden und die Zerstäubungsmenge des Schutzlagenmaterials unter Bezugnahme auf die Dicke einer direkt vorher ausgebildeten Schutzlage vermehrt oder verringert wird.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 5, wobei: die Radiusmesspositionen D1, D2... in Intervallen von 1° bis maximal zu D180 am jeweiligen Festelektrolytkörper zugeordnet werden, und Radien T1, T2... bis maximal zu T180 an den jeweiligen Radiusmesspositionen gemessen werden; und die Radiusmesspositionen E1, E2... in Intervallen von 1° bis maximal zu E180 am jeweiligen Festelektrolytkörper zugeordnet werden, und Radien U1, U2... bis maximal zu U180 an den jeweiligen Radiusmesspositionen gemessen werden.