DE112019006922T5

DE112019006922T5 - Sensorelement und Gassensor

Info

Publication number: DE112019006922T5
Application number: DE112019006922.5T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Nagae; Yoshimasa Kondo; Yusuke Ogiso; Katsunao Uenishi; Atsushi Watanabe; Ayato Koizumi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2021-11-04
Also published as: WO2020174861A1; CN113439209B; CN113439209A; US20210381999A1

Abstract

Ein Sensorelement enthält einen Elementkörper 102 mit einer länglichen rechteckigen Parallelepipedform und einem darin ausgebildeten Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9, eine Messelektrode, die an der inneren Umfangsfläche des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 angeordnet ist, und eine poröse Schutzschicht 84, die so angeordnet ist, dass sie die ersten bis fünften Oberflächen 102a bis 102e des Elementkörpers 102 bedeckt. Wenn eine fünfte Außenwand 105e, die die dünnste von Teilen einer Außenwand 105 ist, die den Elementkörper 102 bilden und sich von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 zu den ersten bis fünften Oberflächen 102a bis 102e erstrecken, als eine dünnste Außenwand definiert ist und eine fünfte Oberfläche 102e, die der dünnsten Außenwand entspricht, als eine nächste Oberfläche definiert ist, überlappt eine fünfte Schutzschicht 84e der Schutzschicht 84, die die nächste Oberfläche bedeckt, die Gesamtheit der dünnsten Außenwand, wenn sie in einer Richtung senkrecht zu der nächsten Oberfläche betrachtet wird. Die fünfte Schutzschicht 84e hat einen darin ausgebildeten fünften Innenraum 90e, der in der Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche gesehen 80 % oder mehr der dünnsten Außenwand überlappt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement und einen Gassensor.
Technischer Hintergrund
Gassensoren, die ein Sensorelement enthalten, das die Konzentration eines bestimmten Gases, wie z.B. NO_x, in einem Messobjektgas, wie z.B. einem Autoabgas, erfasst, sind bekannt. Es ist auch bekannt, dass einige dieser Gassensoren eine Schutzschicht enthalten, die die Oberfläche des Sensorelements bedeckt, wobei die Schutzschicht einen darin gebildeten Raum aufweist (z.B. PTL 1). In PTL 1 weist die Schutzschicht einen Expositionsraum auf, bei dem die Oberfläche des Elementkörpers freiliegt. Der Expositionsraum begrenzt eine Verringerung der Temperatur des Elementkörpers, die auftreten kann, wenn Wasser an der Oberfläche der Schutzschicht anhaftet, und verbessert dadurch die Abdichtungsleistung des Elementkörpers.
Zitatenliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2016-188853 A
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Das Sensorelement enthält einen darin ausgebildeten Messobjektgas-Strömungsabschnitt, durch den ein Messobjektgas eingeleitet wird und strömt. In dem Fall, dass Wasser an dem Sensorelement anhaftet, neigt ein Teil des Elementkörpers, der sich von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt zur Oberfläche des Elementkörpers erstreckt, wahrscheinlich zur Rissbildung. In PTL 1 wird die Lagebeziehung zwischen dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt und dem in der Schutzschicht gebildeten Raum nicht diskutiert.
Die vorliegende Erfindung erfolgte, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen. Eine Hauptaufgabe ist es, die Abdichtungsleistung des Elementkörpers des Sensorelements zu verbessern.
Lösung des Problems
In der vorliegenden Erfindung wurden die folgenden Maßnahmen ergriffen, um die Hauptaufgabe zu lösen.
Ein erstes Sensorelement gemäß der vorliegenden Erfindung enthält:

einen Elementkörper, der eine längliche rechteckige Parallelepipedform aufweist und einen sauerstoffionenleitenden Festelektrolytkörper enthält, wobei der Elementkörper einen darin ausgebildeten Messobjektgas-Strömungsabschnitt aufweist, durch den ein Messobjektgas eingeleitet wird und strömt;
eine Messelektrode, die an einer inneren Umfangsfläche des Messobjektgas-Strömungsabschnitts angeordnet ist; und
eine poröse Schutzschicht, die so angeordnet ist, dass sie eine fünfte Oberfläche des Elementkörpers und erste bis vierte Oberflächen des Elementkörpers bedeckt, wobei die fünfte Oberfläche eine Endoberfläche des Elementkörpers in einer Längsrichtung des Elementkörpers ist, wobei die ersten bis vierten Oberflächen so angeordnet sind, dass sie die fünfte Oberfläche entlang einer Seite berühren,
wobei, wenn die dünnste der den Elementkörper bildenden Außenwände, die sich von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt zu den ersten bis fünften Oberflächen erstrecken, als eine dünnste Außenwand definiert ist und eine der ersten bis fünften Oberflächen, die der dünnsten Außenwand entspricht, als eine nächste Oberfläche definiert ist, ein Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, die Gesamtheit der dünnsten Außenwand überlappt, wenn in einer Richtung senkrecht zu der nächsten Oberfläche betrachtet, und
wobei der Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, einen oder mehrere darin ausgebildete Innenräume aufweist, wobei der eine oder die mehreren Innenräume 80 % oder mehr der dünnsten Außenwand überlappt bzw. überlappen, wenn in der Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet.

In dem ersten Sensorelement wird die dünnste der Außenwände, die den Elementkörper bilden, die sich von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt zu den ersten bis fünften Oberflächen erstrecken, als dünnste Außenwand definiert, und eine der ersten bis fünften Oberflächen, die der dünnsten Außenwand entspricht, wird als nächste Oberfläche definiert. Im ersten Sensorelement überlappt ein Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, die gesamte dünnste Außenwand, wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet. Mit anderen Worten, der Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, bedeckt die gesamte dünnste Außenwand. Dies vermindert die Rissbildung an der dünnsten Außenwand des ersten Sensorelements im Vergleich zu dem Fall, in dem die dünnste Außenwand nicht mit der Schutzschicht bedeckt ist und nach außen hin freiliegt. Außerdem hat der Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, einen oder mehrere darin ausgebildete Innenräume, der bzw. die 80 % oder mehr der dünnsten Außenwand überlappt bzw. überlappen, wenn in der Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet. Dadurch kann die Wärmeleitung von der Außenseite der Schutzschicht zur dünnsten Außenwand in Dickenrichtung der Schutzschicht durch den einen oder die mehreren Innenräume unterdrückt werden. Folglich kann die Rissbildung an der dünnsten Außenwand weiter vermindert werden. Da die dünnste Außenwand, die dünn ist, unter den Teilen des Elementkörpers relativ anfällig für Wärmeschocks ist, verbessern die Schutzschicht und der eine oder die mehreren Innenräume, die die Rissbildung an der dünnsten Außenwand vermindern, die Abdichtungsleistung des Elementkörpers.
Wenn im ersten Sensorelement Außenwände, die sich vom Messobjektgas-Strömungsabschnitt zu den ersten bis fünften Oberflächen erstrecken, als erste bis fünfte Außenwand definiert sind, enthält der Elementkörper nicht notwendigerweise alle der ersten bis fünften Außenwände. Zum Beispiel enthält der Elementkörper nicht notwendigerweise die fünfte Außenwand.
Ein zweites Sensorelement gemäß der vorliegenden Erfindung enthält:

einen Elementkörper, der eine längliche rechteckige Parallelepipedform aufweist und einen sauerstoffionenleitenden Festelektrolytkörper enthält, wobei der Elementkörper einen darin ausgebildeten Messobjektgas-Strömungsabschnitt aufweist, durch den ein Messobjektgas eingeleitet wird und strömt;
eine Messelektrode, die an einer inneren Umfangsfläche des Messobjektgas-Strömungsabschnitts angeordnet ist; und
eine poröse Schutzschicht, die so angeordnet ist, dass sie eine fünfte Oberfläche des Elementkörpers und erste bis vierte Oberflächen des Elementkörpers bedeckt, wobei die fünfte Oberfläche eine Endoberfläche des Elementkörpers in einer Längsrichtung des Elementkörpers ist, wobei die ersten bis vierten Oberflächen so angeordnet sind, dass sie die fünfte Oberfläche entlang einer Seite berühren,
wobei eine Längsrichtung des Messobjektgas-Strömungsabschnitts mit der Längsrichtung des Elementkörpers übereinstimmt,
wobei der Elementkörper eine erste bis fünfte Außenwand aufweist, die sich jeweilig vom Messobjektgas-Strömungsabschnitt zu der ersten bis fünften Oberfläche erstreckt,
wobei, wenn die dünnste der ersten bis vierten Außenwände als dünnste Außenwand definiert ist und eine der ersten bis vierten Oberflächen, die der dünnsten Außenwand entspricht, als nächste Oberfläche definiert ist, ein Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, die Gesamtheit der dünnsten Außenwand überlappt, wenn in einer Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet, und
wobei der Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, einen oder mehrere darin ausgebildete Innenräume aufweist, wobei der eine oder die mehreren Innenräume 80 % oder mehr der dünnsten Außenwand überlappt bzw. überlappen, wenn in der Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet.

In dem zweiten Sensorelement ist die dünnste der ersten bis vierten Außenwand, die den Elementkörper bilden und die sich jeweils von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt zu den ersten bis vierten Oberflächen erstrecken, als eine dünnste Außenwand definiert, und eine der ersten bis vierten Oberflächen, die der dünnsten Außenwand entspricht, ist als die nächste Oberfläche definiert. Im zweiten Sensorelement überlappt ein Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, die gesamte dünnste Außenwand, wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet. Mit anderen Worten, der Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, bedeckt die gesamte dünnste Außenwand. Dadurch wird die Rissbildung an der dünnsten Außenwand des zweiten Sensorelements im Vergleich zu dem Fall vermindert, in dem die dünnste Außenwand nicht mit der Schutzschicht bedeckt ist und nach außen hin freiliegt. Außerdem hat der Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, einen oder mehrere darin ausgebildete Innenräume, der bzw. die 80 % oder mehr der dünnsten Außenwand überlappt bzw. überlappen, wenn in der Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet. Dadurch kann die Wärmeleitung von der Außenseite der Schutzschicht zur dünnsten Außenwand in Dickenrichtung der Schutzschicht durch den einen oder die mehreren Innenräume unterdrückt werden. Folglich kann die Rissbildung an der dünnsten Außenwand weiter vermindert werden. Da die dünnste Außenwand unter den Teilen des Elementkörpers relativ anfällig für Wärmeschocks ist, verbessern die Schutzschicht und der eine oder die mehreren Innenräume, die die Rissbildung an der dünnsten Außenwand vermindern, die Abdichtungsleistung des Elementkörpers. Beim zweiten Sensorelement wird die dünnste der ersten bis vierten Außenwand als dünnste Außenwand definiert, ohne Rücksicht auf die fünfte Außenwand. Der Grund dafür wird nachstehend beschrieben. Im zweiten Sensorelement ist die Längsrichtung des Messobjektgas-Strömungsabschnitts die gleiche wie die des Elementkörpers. Daher ist die scheinbare Größe (Fläche) der fünften Außenwand am kleinsten, wenn die erste bis fünfte Außenwand jeweils in einer Richtung senkrecht zu einer entsprechenden der ersten bis fünften Oberflächen betrachtet wird. Daher ist die fünfte Außenwand entsprechend widerstandsfähig gegen Rissbildung. Somit ist es in dem zweiten Sensorelement möglich, die Abdichtungsleistung des Elementkörpers auch in dem Fall zu verbessern, in dem die Schutzschicht und ihre Innenräume so angeordnet sind, dass die Rissbildung der dünnsten Außenwand, die aus der ersten bis vierten Außenwand ausgewählt wird, ohne Rücksicht auf die fünfte Außenwand, vermindert wird. Im vorstehenden Fall kann die fünfte Außenwand die dünnste der ersten bis fünften Außenwände sein.
In den ersten und zweiten Sensorelementen gemäß der vorliegenden Erfindung können der eine oder die mehreren Innenräume 100 % der dünnsten Außenwand überlappen, wenn in der Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet. In einem solchen Fall kann die Rissbildung an der dünnsten Außenwand weiter vermindert und folglich die Abdichtungsleistung des Elementkörpers verbessert werden.
In den ersten und zweiten Sensorelementen gemäß der vorliegenden Erfindung kann für jede von einer oder mehreren der ersten bis fünften Oberflächen mit Ausnahme der nächsten Oberfläche ein Teil der Schutzschicht, die die Oberfläche bedeckt, einen oder mehrere darin ausgebildete Innenräume aufweisen, wobei der eine oder die mehreren Innenräume 80 % oder mehr einer der Außenwände überlappt bzw. überlappen, die der Oberfläche entsprechen, wenn sie in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche betrachtet werden. In einem solchen Fall kann die Rissbildung an der einen oder den mehreren Außenwänden, die nicht die dünnste Außenwand sind, vermindert werden, und folglich kann die Abdichtungsleistung des Elementkörpers weiter verbessert werden.
In den ersten und zweiten Sensorelementen gemäß der vorliegenden Erfindung können die Außenwände des Elementkörpers erste bis fünfte Außenwände enthalten, die sich jeweilig von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt zu den ersten bis fünften Oberflächen erstrecken. Darüber hinaus kann für jede der vier Oberflächen, die die erste bis fünfte Oberfläche mit Ausnahme der nächsten Oberfläche sind, ein Teil der Schutzschicht, die die Oberfläche bedeckt, einen oder mehrere Innenräume aufweisen, die darin ausgebildet sind, wobei der eine oder die mehreren Innenräume 80 % oder mehr einer der Außenwände überlappt bzw. überlappen, was der Oberfläche entspricht, wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche betrachtet. In einem solchen Fall kann auch die Rissbildung der vier anderen Außenwände als der dünnsten Außenwand vermindert werden. Mit anderen Worten, die Rissbildung an allen ersten bis fünften Außenwänden kann vermindert werden. Dadurch wird die Abdichtungsleistung des Elementkörpers weiter verbessert.
In den ersten und zweiten Sensorelementen gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, eine äußere Schutzschicht und eine innere Schutzschicht enthalten, wobei die äußere Schutzschicht näher an der Außenseite des Sensorelements als der eine oder die mehreren Innenräume angeordnet ist, die innere Schutzschicht näher an der Innenseite des Sensorelements als der eine oder die mehreren Innenräume angeordnet ist und die innere Schutzschicht in Kontakt mit der nächsten Oberfläche angeordnet ist. In einem solchen Fall erhöht das Vorhandensein der inneren Schutzschicht, die in Kontakt mit der nächsten Oberfläche angeordnet ist, die Wärmekapazität des Elementkörpers (genauer gesagt des Elementkörpers und der inneren Schutzschicht). Daher kann selbst dann, wenn ein Wärmeschock von außen durch den einen oder die mehreren Innenräume auf den Elementkörper übertragen wird, eine plötzliche Änderung der Temperatur des Elementkörpers vermieden werden. Dadurch wird die Rissbildung an der dünnsten Außenwand weiter vermindert und folglich die Abdichtungsleistung des Elementkörpers verbessert.
In den ersten und zweiten Sensorelementen gemäß der vorliegenden Erfindung öffnet sich ein Gaseinlass an der fünften Oberfläche des Elementkörpers, wobei der Gaseinlass als Einlass des Gasströmungsabschnitts dient, ein Teil der Schutzschicht, der die fünfte Oberfläche bedeckt, kann einen darin gebildeten Innenraum aufweisen, und ein Teil der Schutzschicht, der die erste bis vierte Oberfläche bedeckt, muss nicht notwendigerweise einen Innenraum aufweisen, der direkt mit dem in dem Teil der Schutzschicht, der die fünfte Oberfläche bedeckt, gebildeten Innenraum verbunden ist. In einem solchen Fall kann die Wahrscheinlichkeit, dass das Messobjektgas, das sich in Richtung des Gaseinlasses in einer Richtung senkrecht zur fünften Oberfläche bewegt, einen Teil der Schutzschicht erreicht, der die erste bis vierte Oberfläche bedeckt, verringert sein. Folglich kann das Messobjektgas leicht in den Messobjektgas-Strömungsabschnitt eingeführt werden und schnell die Messelektrode erreichen. Dies führt zu einer Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit des Sensorelements. Man beachte, dass der Ausdruck „direkt miteinander verbunden ist“ bedeutet, dass die vorstehend genannten Innenräume, nicht durch Poren, die in der Schutzschicht vorhanden sind, miteinander verbunden sind.
Ein Gassensor gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das erste oder zweite Sensorelement gemäß einem der vorstehend beschriebenen Aspekte. Daher kann der vorstehende Gassensor die gleichen vorteilhaften Effekte aufweisen wie das erste und zweite Sensorelement gemäß der vorliegenden Erfindung. Das heißt, zum Beispiel kann die Abdichtungsleistung des Elementkörpers verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensorelements 101.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Gassensors 100, die schematisch die Struktur des Gassensors 100 zeigt.
3 ist eine vergrößerte Ansicht des Umfangs des in 2 dargestellten Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9.
4 ist eine Querschnittsansicht, die entlang des Schnitts B-B von 1 aufgenommen wurde.
5 ist eine Teilansicht des Sensorelements 101 von oben.
6 ist eine Teilansicht des Sensorelements 101 von der rechten Seite.
7 ist eine Vorderansicht des Sensorelements 101.
8 ist eine Querschnittsansicht einer Schutzschicht 184 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
9 ist eine Querschnittsansicht einer Schutzschicht 284 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
10 ist eine Querschnittsansicht der Schutzschicht 284 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
11 ist eine Querschnittsansicht entlang des Schnitts C-C von 9.
12 ist eine Querschnittsansicht einer Schutzschicht 384 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
13 ist eine Querschnittsansicht einer Schutzschicht 484 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
14 ist eine Querschnittsansicht, die entlang des Schnitts D-D von 13 aufgenommen wurde.
15 ist eine Querschnittsansicht eines Sensorelements 501 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
16 ist ein Diagramm zur Erläuterung der in den Testbeispielen 2 bis 5 gebildeten ersten Innenräume 90a2 bis 90a5.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensorelements 101, das in einem Gassensor 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 2 ist eine Querschnittsansicht des Gassensors 100, in der die Struktur des Gassensors 100 schematisch dargestellt ist. Der in 2 dargestellte Querschnitt des Sensorelements 101 ist der Schnitt A-A aus 1. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Umfangs des in 2 dargestellten Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang des Abschnitts B-B von 1. 5 ist eine TeilDraufsicht auf das Sensorelement 101. 6 ist eine Teilansicht des Sensorelements 101 von der rechten Seite. 7 ist eine Vorderansicht des Sensorelements 101. Man beachte, dass in dem in 4 dargestellten Querschnitt die Teile der Innenseite des Elementkörpers 102, die nicht der Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 oder eine Außenwand 105 sind, weggelassen sind. Das Sensorelement 101 hat eine längliche rechteckige Parallelepipedform Im Folgenden wird die Längsrichtung des Sensorelements 101 (die horizontale Richtung in 2) als „Vorne-Hinten-Richtung“ bezeichnet, die Dickenrichtung des Sensorelements 101 (die vertikale Richtung in 2) wird als „Oben-Unten-Richtung“ bezeichnet und die Breitenrichtung des Sensorelements 101 (die Richtung senkrecht zur Vorne-Hinten- und Oben-Unten-Richtung) wird als „Links-Rechts-Richtung“ bezeichnet.
Der Gassensor 100 ist an einer Rohrleitung, wie einem Autoabgasrohr, angebracht und wird zur Messung der Konzentration eines bestimmten Gases, wie NO_x oder O₂, im Abgas verwendet, das ein Messobjektgas ist. In dieser Ausführungsform ist die von dem Gassensor 100 gemessene bestimmte Gaskonzentration die NO_x-Konzentration. Der Gassensor 100 enthält ein Sensorelement 101. Das Sensorelement 101 enthält einen Elementkörper 102 und eine poröse Schutzschicht 84, die zur Abdeckung des Elementkörpers 102 angeordnet ist. Man beachte, dass der Elementkörper 102 ein Teil des Sensorelements 101 ist, der sich von der Schutzschicht 84 unterscheidet.
Wie in 2 dargestellt, ist das Sensorelement 101 ein Element mit einer Struktur, in der sechs Schichten, bestehend 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, die jeweils aus einer sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschicht aus Zirkoniumdioxid (ZrO₂) oder dergleichen gebildet sind, in dieser Reihenfolge von der Bodenseite in 2 gestapelt sind. Außerdem ist der Festelektrolyt, der diese sechs Schichten bildet, kompakt und luftdicht. Das vorstehend beschriebene Sensorelement 101 wird z.B. dadurch hergestellt, dass den einzelnen Schichten entsprechende keramische Grünplatten einer vorbestimmten Bearbeitung, dem Druck von Schaltungsmustern und dergleichen unterzogen werden, sie danach gestapelt werden und ein weiteres Brennen durchgeführt wird, um die keramischen Grünplatten zu integrieren.
In einem Führungsendeabschnitt (Vorwärtsendeabschnitt) des Sensorelements 101 und zwischen der unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 und der oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 4 sind ein Gaseinlass 10, ein erster diffusionsgesteuerter Abschnitt 11, ein Pufferraum 12, ein zweiter diffusionsgesteuerter Abschnitt 13, ein erster Innenraum 20, ein dritter diffusionsgesteuerter Abschnitt 30 und ein zweiter Innenraum 40 in dieser Reihenfolge so ausgebildet, dass sie aneinandergrenzen und miteinander verbunden sind.
Der Gaseinlass 10, der Pufferraum 12, der erste Innenraum 20 und der zweite Innenraum 40 sind Räume im Inneren des Sensorelements 101 durch Aus-höhlen der Abstandshalterschicht 5, wobei der obere Abschnitt durch die untere Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 definiert ist, der untere Abschnitt durch die obere Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 4 definiert ist und die Seitenabschnitte durch die Seitenoberflächen der Abstandshalterschicht 5 definiert sind.
Der erste diffusionsgesteuerte Abschnitt 11, der zweite diffusionsgesteuerte Abschnitt 13 und der dritte diffusionsgesteuerte Abschnitt 30 sind jeweils als ein Paar von horizontalen Schlitzen ausgebildet (die Längsrichtung der Öffnungen ist senkrecht zur Zeichnung). Nachstehend wird der Raum, der sich vom Gaseinlass 10 bis zum zweiten Innenraum 40 erstreckt, als „Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9“ bezeichnet. Der Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 ist im Wesentlichen rechteckig und parallelepipedförmig ausgebildet. Die Längsrichtung des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 ist parallel zur Vorne-Hinten-Richtung.
In der Zwischenzeit ist an der Position, die weiter von der vorderen Endseite entfernt ist als der Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9, ein Referenzgaseinführungsraum 43 an der Stelle zwischen der oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 3 und der unteren Oberfläche der Abstandshalterschicht 5 vorgesehen, wobei die Seitenabschnitte durch die Seitenoberflächen der ersten Festelektrolytschicht 4 definiert sind. In den Referenzgaseinleitungsraum 43 wird zum Beispiel die Luft eingeleitet, die zum Zeitpunkt der Messung der NO_x-Konzentration als Referenzgas dient.
Die Lufteinleitungsschicht 48 ist eine Schicht, die aus poröser Keramik besteht. Das Referenzgas wird durch den Gaseinleitungsraum 43 in die Lufteinleitungsschicht 48 eingeleitet. Außerdem ist die Lufteinleitungsschicht 48 so geformt, dass sie eine Referenzelektrode 42 bedeckt.
Die Referenzelektrode 42 ist eine Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie zwischen der oberen Oberfläche der dritten Substratschicht 3 und der ersten Festelektrolytschicht 4 liegt, und, wie vorstehend beschrieben, ist die mit dem Referenzgaseinleitungsraum 43 verbundene Lufteinleitungsschicht 48 um die Referenzelektrode 42 herum vorgesehen. Darüber hinaus ist es, wie später beschrieben, möglich, die Sauerstoffkonzentrationen (Sauerstoffpartialdrücke) im ersten Innenraum 20 und im zweiten Innenraum 40 unter Verwendung der Referenzelektrode 42 zu messen.
In dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 ist der Gaseinlass 10 ein Teil, der zum Außenraum hin offen ist, und das zu messende Gas wird vom Außenraum durch den Gaseinlass 10 in das Sensorelement 101 geleitet. Der erste diffusionsgesteuerte Abschnitt 11 ist ein Teil, der dem zu messenden Gas einen vorgegebenen Diffusionswiderstand verleiht, wobei das Gas aus dem Gaseinlass 10 entnommen wird. Der Pufferraum 12 ist ein Raum, der vorgesehen ist, um das zu messende Gas, wo das Gas vom ersten diffusionsgesteuerten Abschnitt 11 eingeführt wird, zum zweiten diffusionsgesteuerten Abschnitt 13 zu leiten. Der zweite diffusionsgesteuerte Abschnitt 13 ist ein Teil, um dem zu messenden Gas einen vorbestimmten Diffusionswiderstand zu geben, wo das Gas vom Pufferraum 12 in den ersten Innenraum 20 eingeleitet wird. Wenn das zu messende Gas von der Außenseite des Sensorelements 101 in den ersten Innenraum 20 eingeleitet wird, wird das zu messende Gas, das aufgrund der Druckschwankung des zu messenden Gases im Außenraum (Pulsation eines Abgasdrucks in dem Fall, in dem das zu messende Gas ein Automobilabgas ist) schnell durch den Gaseinlass 10 in das Sensorelement 101 aufgenommen wird, nicht direkt in den ersten Innenraum 20 eingeleitet, sondern in den ersten Innenraum 20 eingeleitet, nachdem die Druckschwankung des zu messenden Gases durch den ersten diffusionsgesteuerten Abschnitt 11, den Pufferraum 12 und den zweiten diffusionsgesteuerten Abschnitt 13 aufgehoben wurden. Folglich wird die Druckschwankung des zu messenden Gases, das in den ersten Innenraum 20 eingeleitet wird, auf ein nahezu vernachlässigbares Niveau gebracht. Der erste Innenraum 20 ist als Raum zur Einstellung des Sauerstoffpartialdrucks in dem zu messenden Gas vorgesehen, das durch den zweiten diffusionsgesteuerten Abschnitt 13 eingeleitet wird. Der vorstehend beschriebene Sauerstoffpartialdruck wird durch Betätigung einer Hauptpumpzelle 21 eingestellt.
Die Hauptpumpzelle 21 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die aus einer inneren Pumpelektrode 22 mit einem Deckenelektrodenabschnitt 22a, der auf einer fast gesamten Oberfläche der unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 vorgesehen ist, die dem ersten Innenraum 20 zugewandt ist, einer äußeren Pumpelektrode 23, die in einer Region vorgesehen ist, die dem Deckenelektroden-abschnitt 22a auf der oberen Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 entspricht, und der zweiten Festelektrolytschicht 6, die sandwichartig zwischen diesen Elektroden liegt, besteht.
Die innere Pumpelektrode 22 ist so ausgebildet, dass sie sich über die obere und untere Festelektrolytschicht (zweite Festelektrolytschicht 6 und erste Festelektrolytschicht 4), die den ersten Innenraum 20 definieren, und die Abstandshalterschicht 5, die die Seitenwände bildet, erstreckt. Insbesondere ist der Deckenelektrodenabschnitt 22a an der unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 ausgebildet, die die Deckenoberfläche des ersten Innenraums 20 bildet, und ein Bodenelektrodenabschnitt 22b ist an der oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 4 ausgebildet, die die Bodenoberfläche bildet. Dann werden Seitenelektrodenabschnitte (in der Zeichnung nicht dargestellt) auf den Seitenwandoberflächen (Innenoberflächen) der Abstandshalterschicht 5, die beide Seitenwandabschnitte des ersten Innenraums 20 bilden, ausgebildet, um den Deckenelektrodenabschnitt 22a mit dem Bodenelektrodenabschnitt 22b zu verbinden. Somit ist die innere Pumpelektrode 22 in Form einer tunnelartigen Struktur in einer Zone angeordnet, in der die seitlichen Elektrodenabschnitte angeordnet sind.
Die innere Pumpelektrode 22 und die äußere Pumpelektrode 23 sind als poröse Cermet-Elektroden ausgebildet (z.B. eine Cermet-Elektrode aus Pt, die 1 % Au und ZrO₂ enthält). In diesem Zusammenhang wird die innere Pumpelektrode 22, die mit dem zu messenden Gas in Kontakt kommt, unter Verwendung eines Materials gebildet, das eine geschwächte Fähigkeit zur Verminderung von NO_x-Komponenten im zu messenden Gas aufweist.
In der Hauptpumpzelle 21 kann Sauerstoff aus dem ersten Innenraum 20 in den Außenraum gepumpt werden oder Sauerstoff aus dem Außenraum in den ersten Innenraum 20 gepumpt werden, indem eine vorbestimmte Pumpspannung Vp0 zwischen der inneren Pumpelektrode 22 und der äußeren Pumpelektrode 23 angelegt wird und ein Pumpstrom Ip0 zwischen der inneren Pumpelektrode 22 und der äußeren Pumpelektrode 23 in positiver oder negativer Richtung fließt.
Um die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) in der Atmosphäre im ersten Innenraum 20 zu erfassen, wird außerdem eine elektrochemische Sensorzelle, d.h. eine Hauptpumpen-steuernde Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 80, durch die innere Pumpelektrode 22, die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5, die erste Festelektrolytschicht 4, die dritte Substratschicht 3 und die Referenzelektrode 42 aufgebaut.
Die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) im ersten Innenraum 20 wird durch Messung der elektromotorischen Kraft V0 der Hauptpumpen-steuernden Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 80 bestimmt. Weiterhin wird der Pumpstrom Ip0 durch Rückkopplungssteuerung der Pumpspannung Vp0 einer variablen Stromversorgung 25 so gesteuert, dass die elektromotorische Kraft V0 zu einem Sollwert wird. Dadurch kann die Sauerstoffkonzentration im ersten Innenraum 20 auf einem vorgegebenen konstanten Wert gehalten werden.
Der dritte diffusionsgesteuerte Abschnitt 30 ist ein Teil, der dem zu messenden Gas einen vorbestimmten Diffusionswiderstand gibt, wobei die Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) des Gases durch den Betrieb der Hauptpumpzelle 21 im ersten Innenraum 20 gesteuert wird, und das zu messende Gas in den zweiten Innenraum 40 leitet.
Der zweite Innenraum 40 ist als Raum zur Durchführung einer Behandlung vorgesehen, die mit der Messung der Stickoxid (NO_x)-Konzentration in dem zu messenden Gas zusammenhängt, das durch den dritten diffusionsgesteuerten Abschnitt 30 eingeführt wird. Die NO_x-Konzentration wird hauptsächlich in dem zweiten Innenraum 40 gemessen, in dem die Sauerstoffkonzentration durch eine Hilfspumpzelle 50 eingestellt wird, und weiter wird die NO_x-Konzentration durch den Betrieb einer Messpumpzelle 41 gemessen.
Im zweiten Innenraum 40 wird das zu messende Gas weiterhin einer Einstellung des Sauerstoffpartialdrucks durch die Hilfspumpzelle 50 unterzogen, wobei das zu messende Gas zuvor einer Einstellung der Sauerstoffkonzentration (Sauerstoffpartialdruck) im ersten Innenraum 20 unterzogen wurde und danach durch den dritten diffusionsgesteuerten Abschnitt 30 eingeleitet wurde. Folglich kann die Sauerstoffkonzentration im zweiten Innenraum 40 mit hoher Genauigkeit konstant gehalten werden und somit kann der Gassensor 100 die NO_x-Konzentration mit hoher Genauigkeit messen.
Die Hilfspumpzelle 50 ist eine elektrochemische Hilfspumpzelle, die aus einer Hilfspumpelektrode 51 mit einem Deckenelektrodenabschnitt 51a, der auf einer fast gesamten Oberfläche der unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6, die dem zweiten Innenraum 40 zugewandt ist, vorgesehen ist, einer Außenpumpelektrode 23 (die nicht auf die Außenpumpelektrode 23 beschränkt ist, und das Sensorelement 101 und eine geeignete Außenelektrode werden genügen) und der zweiten Festelektrolytschicht 6 aufgebaut ist.
Die vorstehend beschriebene Hilfspumpelektrode 51 ist in dem zweiten Innenraum 40 so angeordnet, dass sie eine ähnliche tunnelförmige Struktur aufweist wie die vorstehend beschriebene innere Pumpelektrode 22, die in dem ersten Innenraum 20 angeordnet ist. Das heißt, es wird eine tunnelförmige Struktur aufgebaut, bei der der Deckenelektrodenabschnitt 51a auf der zweiten Festelektrolytschicht 6 ausgebildet ist, die die Deckenoberfläche des zweiten Innenraums 40 bildet, ein Bodenelektrodenabschnitt 51b auf der ersten Festelektrolytschicht 4 ausgebildet ist, die die Bodenoberfläche des zweiten Innenraums 40 bildet, und dann Seitenelektrodenabschnitte (in der Zeichnung nicht dargestellt) zum Verbinden des Deckenelektrodenabschnitts 51a mit dem Bodenelektrodenabschnitt 51b auf beiden Seitenwandoberflächen der Abstandshalterschicht 5 ausgebildet sind, die Seitenwände des zweiten Innenraums 40 bereitstellen. In diesem Zusammenhang wird die Hilfspumpelektrode 51 unter Verwendung eines Materials gebildet, das eine abgeschwächte Fähigkeit aufweist, NO_x-Komponenten in dem zu messenden Gas auf die gleiche Weise zu vermindern wie die innere Pumpelektrode 22.
In der Hilfspumpzelle 50 kann durch Anlegen einer vorbestimmten Pumpspannung Vp1 zwischen der Hilfspumpelektrode 51 und der Außenpumpelektrode 23 Sauerstoff in der Atmosphäre aus dem zweiten Innenraum 40 in den Außenraum gepumpt werden oder Sauerstoff aus dem Außenraum in den zweiten Innenraum 40 gepumpt werden.
Um den Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre im zweiten Innenraum 40 zu steuern, wird außerdem eine elektrochemische Sensorzelle, d.h. eine Hilfspumpen-steuernde Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 81 durch die Hilfspumpelektrode 51, die Referenzelektrode 42, die zweite Festelektrolytschicht 6, die Abstandshalterschicht 5, die erste Festelektrolytschicht 4 und die dritte Substratschicht 3 aufgebaut.
In diesem Zusammenhang führt die Hilfspumpzelle 50 das Pumpen durch eine variable Stromversorgung 52 durch, die auf der Grundlage der elektromotorischen Kraft V1, die von der Hilfspumpen-steuernden Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 81 erfasst wird, spannungsgesteuert wird. Folglich wird der Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre im zweiten Innenraum 40 auf einen niedrigen Partialdruck gesteuert, der die Messung von NOx nicht wesentlich beeinträchtigt.
Darüber hinaus wird der Pumpstrom Ip1 zur Steuerung der elektromotorischen Kraft der Hauptpumpen-steuernden Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 80 verwendet. Insbesondere wird der als Steuersignal dienende Pumpstrom Ip1 in die Hauptpumpen-steuernde Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 80 eingegeben, und durch Steuerung des vorstehend beschriebenen Sollwerts der elektromotorischen Kraft V0 davon wird der Gradient des Sauerstoffpartialdrucks in dem zu messenden Gas, das von dem dritten diffusionsgesteuerten Abschnitt 30 in den zweiten Innenraum 40 eingeführt wird, so gesteuert, dass er immer konstant ist. Im Fall der Anwendung als NO_x-Sensor wird die Sauerstoffkonzentration im zweiten Innenraum 40 durch die Funktionen der Hauptpumpzelle 21 und der Hilfspumpzelle 50 auf einem konstanten Wert von etwa 0,001 ppm gehalten.
Die Messpumpzelle 41 misst die NO_x-Konzentration im zu messenden Gas im zweiten Innenraum 40. Die Messpumpzelle 41 ist eine elektrochemische Pumpzelle, die durch eine Messelektrode 44 gebildet wird, die auf der oberen Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 4, die dem zweiten Innenraum 40 zugewandt ist, und an der Position getrennt von dem dritten diffusionsgesteuerten Abschnitt 30, der Außenpumpelektrode 23, der zweiten Festelektrolytschicht 6, der Abstandshalterschicht 5 und der ersten Festelektrolytschicht 4 angeordnet ist.
Die Messelektrode 44 ist eine poröse Cermet-Elektrode. Die Messelektrode 44 fungiert auch als NO_x-Reduktionskatalysator zur Reduktion von in der Atmosphäre vorhandenem NO_x im zweiten Innenraum 40. Weiterhin ist die Messelektrode 44 mit einem vierten diffusionsgesteuerten Abschnitt 45 bedeckt.
Der vierte diffusionsgesteuerte Abschnitt 45 ist ein Film, der aus einem keramischen porösen Körper besteht. Der vierte diffusionsgesteuerte Abschnitt 45 weist die Funktion, die in die Messelektrode 44 einströmende NO_x-Menge zu begrenzen, und darüber hinaus eine Funktion als Schutzfilm für die Messelektrode 44 auf. In der Messpumpzelle 41 wird Sauerstoff, der durch die Zersetzung von Stickoxiden in der Atmosphäre um die Messelektrode 44 herum erzeugt wird, abgepumpt, und die Menge der Erzeugung davon kann als Pumpstrom Ip2 erfasst werden.
Um den Sauerstoffpartialdruck um die Messelektrode 44 herum zu erfassen, wird eine elektrochemische Sensorzelle, d.h. eine Messpumpen-steuernde Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 82, durch die erste Festelektrolytschicht 4, die dritte Substratschicht 3, die Messelektrode 44 und die Referenzelektrode 42 aufgebaut. Eine variable Stromversorgung 46 wird auf der Grundlage der elektromotorischen Kraft V2 gesteuert, die von der Messpumpen-steuernden Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 82 erfasst wird.
Das zu messende Gas, das in den zweiten Innenraum 40 eingeleitet wird, erreicht die Messelektrode 44 durch den vierten diffusionsgesteuerten Abschnitt 45 unter Umständen, bei denen der Sauerstoffpartialdruck gesteuert wird. Die Stickoxide im zu messenden Gas werden um die Messelektrode 44 herum reduziert (2NO -> N₂ + O₂) und es entsteht Sauerstoff. Dann wird der entstandene Sauerstoff durch die Messpumpzelle 41 gepumpt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung Vp2 der variablen Stromversorgung 46 so gesteuert, dass die Steuerspannung V2, die von der Messpumpen-steuernden Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 82 erfasst wird, konstant ist (Sollwert). Die um die Messelektrode 44 herum erzeugte Sauerstoffmenge ist proportional zur Konzentration der Stickoxide im zu messenden Gas, und daher wird die Stickoxidkonzentration im zu messenden Gas unter Verwendung des Pumpstroms Ip2 in der Messpumpzelle 41 berechnet.
Zusätzlich kann in dem Fall, in dem die Messelektrode 44, die erste Festelektrolytschicht 4, die dritte Substratschicht 3 und die Referenzelektrode 42 so kombiniert sind, dass sie eine Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Vorrichtung als elektrochemische Sensorzelle bilden, die elektromotorische Kraft in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen der Menge an Sauerstoff, die durch Reduktion von NO_x-Komponenten in der Atmosphäre um die Messelektrode 44 erzeugt wird, und der Menge an Sauerstoff, die in der Referenzluft enthalten ist, erfasst werden, und dadurch kann die Konzentration von NO_x-Komponenten in dem zu messenden Gas bestimmt werden.
Weiterhin ist eine elektrochemische Sensorzelle 83 aus der zweiten Festelektrolytschicht 6, der Abstandshalterschicht 5, der ersten Festelektrolytschicht 4, der dritten Substratschicht 3, der Außenpumpelektrode 23 und der Referenzelektrode 42 aufgebaut. Der Sauerstoffpartialdruck im zu messenden Gas an der Außenseite des Sensors kann durch die elektromotorische Kraft Vref, die von der Sensorzelle 83 erhalten wird, erfasst werden.
In dem Gassensor 100 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird das zu messende Gas, dessen Sauerstoffpartialdruck durch Betätigung der Hauptpumpzelle 21 und der Hilfspumpzelle 50 stets auf einem niedrigen konstanten Wert (Wert, der die Messung von NO_x nicht wesentlich beeinflusst) gehalten wird, der Messpumpzelle 41 zugeführt. Somit kann die NO_x-Konzentration im zu messenden Gas auf der Grundlage des Pumpstroms Ip2 bestimmt werden, der fließt, weil Sauerstoff, der durch Reduktion von NO_x nahezu proportional zur NO_x-Konzentration im zu messenden Gas entsteht, aus der Messpumpzelle 41 herausgepumpt wird.
Um die Sauerstoffionenleitfähigkeit des Festelektrolyten zu verbessern, enthält das Sensorelement 101 außerdem einen Heizerabschnitt 70, der die Funktion aufweist, die Temperatur einzustellen, indem er das Sensorelement 101 erwärmt und die Temperatur hält. Der Heizerabschnitt 70 enthält eine Heizeranschluss-Elektrode 71, einen Heizer 72, ein Durchgangsloch 73, eine Heizerisolierschicht 74 und ein Druckablassloch 75.
Die Heizeranschluss-Elektrode 71 ist eine Elektrode, die so ausgebildet ist, dass sie mit der unteren Oberfläche der ersten Substratschicht 1 in Kontakt kommt. Der elektrische Strom kann dem Heizerabschnitt 70 von außen zugeführt werden, indem die Heizeranschluss-Elektrode 71 mit einer äußeren Stromversorgung verbunden wird.
Der Heizer 72 ist ein elektrischer Widerstand, der so ausgebildet ist, dass er zwischen der zweiten Substratschicht 2 und der dritten Substratschicht 3 in vertikaler Richtung eingefügt ist. Der Heizer 72 ist durch das Durchgangsloch 73 mit der Heizeranschluss-Elektrode 71 verbunden und erzeugt Wärme, indem er von außen durch die Heizeranschluss-Elektrode 71 mit elektrischem Strom versorgt wird, um den Festelektrolyten, der das Sensorelement 101 bildet, zu erwärmen und die Temperatur zu halten.
Außerdem ist der Heizer 72 über einen gesamten Bereich vom ersten Innenraum 20 bis zum zweiten Innenraum 40 eingebettet und die Gesamtheit des Sensorelements 101 kann so eingestellt werden, dass es eine Temperatur aufweist, bei der der vorstehend beschriebene Festelektrolyt aktiviert wird.
Die Heizerisolierschicht 74 ist eine Isolierschicht, die auf der oberen und unteren Oberfläche des Heizers 72 unter Verwendung eines Isolators, z.B. Aluminiumoxid, gebildet wird. Die Heizerisolierschicht 74 wird zum Zweck der Herstellung der elektrischen Isolierung zwischen der zweiten Substratschicht 2 und dem Heizer 72 und der elektrischen Isolierung zwischen der dritten Substratschicht 3 und dem Heizer 72 gebildet.
Das Druckablassloch 75 ist ein Teil, das so vorgesehen ist, dass es die dritte Substratschicht 3 durchdringt und mit dem Referenzgaseinführungsraum 43 in Verbindung steht, und ist zum Zweck der Verringerung eines Innendruckanstiegs in Verbindung mit einem Temperaturanstieg in der Heizerisolierschicht 74 ausgebildet.
Wie in den 1 bis 4 dargestellt, ist der Elementkörper 102 teilweise mit der porösen Schutzschicht 84 bedeckt. Da das Sensorelement 101 ein rechteckiges Parallelepiped ist, weist der Elementkörper 102 (insbesondere die Schichten 1 bis 6) die nachstehenden sechs Außenoberflächen auf, wie in den 1 bis 4 dargestellt: eine erste Oberfläche 102a (obere Oberfläche), eine zweite Oberfläche 102b (untere Oberfläche), eine dritte Oberfläche 102c (linke Oberfläche), eine vierte Oberfläche 102d (rechte Oberfläche), eine fünfte Oberfläche 102e (vordere Oberfläche) und eine sechste Oberfläche 102f (hintere Oberfläche). Die Schutzschicht 84 enthält die erste bis fünfte Schutzschicht 84a bis 84e, die jeweils auf einer entsprechenden der fünf Oberflächen (die erste bis fünfte Oberfläche 102a bis 102e) von den sechs Oberflächen des Elementkörpers 102 (die erste bis sechste Oberfläche 102a bis 102f) angeordnet sind. Die fünfte Schutzschicht 84e bedeckt die fünfte Oberfläche 102e (siehe 3), die eine der Endoberflächen des Elementkörpers 102 in Längsrichtung (d.h. in der Vorne-Hinten-Richtung) ist. Die ersten bis vierten Schutzschichten 84a bis 84d bedecken jeweils eine entsprechende der vier Oberflächen (die ersten bis vierten Oberflächen 102a bis 102d) des Elementkörpers 102, die die fünfte Oberfläche 102e entlang einer Seite berühren (siehe 3 und 4). Nachfolgend werden die erste bis fünfte Schutzschicht 84a bis 84e gemeinsam als „Schutzschicht 84“ bezeichnet. Die Schutzschicht 84 ist so angeordnet, dass sie einen Teil des Elementkörpers 102 bedeckt und schützt. Die Schutzschicht 84 vermindert beispielsweise die Rissbildung des Elementkörpers 102, die durch die Anhaftung von im Messobjektgas enthaltener Feuchtigkeit oder dergleichen verursacht werden kann.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, enthält die erste Schutzschicht 84a einen ersten Innenraum 90a, eine erste äußere Schutzschicht 85a, die näher an der Außenseite angeordnet ist als der erste Innenraum 90a, und eine erste innere Schutzschicht 86a, die näher an der Innenseite angeordnet ist als der erste Innenraum 90a. Die erste innere Schutzschicht 86a ist in Kontakt mit der ersten Oberfläche 102a angeordnet. Die erste innere Schutzschicht 86a bedeckt die äußere Pumpelektrode 23. In ähnlicher Weise enthalten die zweiten bis fünften Schutzschichten 84b bis 84e jeweils zweite bis fünfte Innenräume 90b bis 90e, zweite bis fünfte äußere Schutzschichten 85b bis 85e bzw. zweite bis fünfte innere Schutzschichten 86b bis 86e. Die zweiten bis fünften inneren Schutzschichten 86b bis 86e sind jeweils in Kontakt mit den zweiten bis fünften Oberflächen 102b bis 102e angeordnet. Im Folgenden werden die erste bis fünfte äußere Schutzschicht 85a bis 85e gemeinsam als „äußere Schutzschicht 85“, die erste bis fünfte innere Schutzschicht 86a bis 86e gemeinsam als „innere Schutzschicht 86“ und die ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e gemeinsam als „Innenraum 90“ bezeichnet.
Die erste bis fünfte äußere Schutzschicht 85a bis 85e sind jeweils mit benachbarten äußeren Schutzschichten verbunden. Die äußere Schutzschicht 85 deckt das vordere Ende des Elementkörpers 102 als Ganzes ab. In ähnlicher Weise sind die erste bis fünfte innere Schutzschicht 86a bis 86e jeweils mit benachbarten inneren Schutzschichten verbunden. Die innere Schutzschicht 86 deckt das vordere Ende des Elementkörpers 102 als Ganzes ab. Die ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e stehen jeweils direkt mit benachbarten Innenräumen in Verbindung. Der Innenraum 90 bildet als Ganzes einen Raum. Man beachte, dass der Ausdruck „direkt miteinander verbunden ist“ bedeutet, dass die vorstehend genannten Innenräume nicht über die in der Schutzschicht 84 (d.h. der äußeren Schutzschicht 85 und der inneren Schutzschicht 86) vorhandenen Poren miteinander verbunden sind. Die äußere Schutzschicht 85 und die innere Schutzschicht 86 sind nur am hinteren Ende der Schutzschicht 84 in Kontakt zueinander angeordnet (siehe 3). Konkret kommen die erste äußere Schutzschicht 85a und die erste innere Schutzschicht 86a am hinteren Ende miteinander in Kontakt. In ähnlicher Weise kommen die zweite bis vierte äußere Schutzschicht 85b bis 85d mit der zweiten bis vierten inneren Schutzschicht 86b bis 86d am hinteren Ende in Kontakt. Die äußere Schutzschicht 85 stützt sich nur an dem hinteren Ende der äußeren Schutzschicht 85 ab, an dem die äußere Schutzschicht 85 in Kontakt mit der inneren Schutzschicht 86 steht. Der andere Teil der äußeren Schutzschicht 85 ist von der inneren Schutzschicht 86 beabstandet, wobei der Innenraum 90 dazwischen liegt.
Die Lagebeziehung zwischen der Schutzschicht 84, dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 und einer Außenwand 105 des Elementkörpers 102 wird im Folgenden im Einzelnen beschrieben. Zunächst wird die Außenwand 105 beschrieben. Die Teile des Elementkörpers 102, die sich von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 zu den ersten bis fünften Oberflächen 102a bis 102e erstrecken, werden als „erste bis fünfte Außenwand 105a bis 105e“ bezeichnet. Die erste bis fünfte Außenwand 105a bis 105e werden zusammenfassend als „Außenwand 105“ bezeichnet. Wie mit den gestrichelten Linienkästen von 3 und den Schraffurmustern von 4 angedeutet, ist die erste Außenwand 105a ein Teil des Elementkörpers 102, der sich unmittelbar über dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 befindet. In ähnlicher Weise ist die zweite Außenwand 105b ein Teil des Elementkörpers 102, der sich unmittelbar unterhalb des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 befindet (siehe 3 und 4). Die dritte Außenwand 105c und die vierte Außenwand 105d sind Teile des Elementkörpers 102, die sich unmittelbar neben (links bzw. rechts) dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 befinden (siehe 4). Die fünfte Außenwand 105e ist ein Teil des Elementkörpers 102, der sich vor dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 befindet (3). Die fünfte Außenwand 105e ist ein Teil der Abstandshalterschicht 5 und ist ein Wandabschnitt zur Bildung des Gaseinlasses 10 und des ersten diffusionsgesteuerten Abschnitts 11 (schlitzförmiger Raum). Die erste bis fünfte Außenwand 105a bis 105e enthalten jeweils einen Teil der entsprechenden Oberfläche (die erste bis fünfte Oberfläche 102a bis 102e) des Elementkörpers 102. Die Wandabschnitte 106a und 106b (siehe 3), die Teile der Abstandshalterschicht 5 sind und die den zweiten diffusionsgesteuerten Abschnitt 13 bzw. den dritten diffusionsgesteuerten Abschnitt 30 des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 bilden, enthalten im Gegensatz zur fünften Außenwand 105e keinen Teil der Oberflächen des Elementkörpers 102. Das heißt, die Wandabschnitte 106a und 106b sind nicht die Außenwände, sondern die Innenwände des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9. Daher sind die Wandabschnitte 106a und 106b nicht in der Außenwand 105 enthalten.
In einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a, die mit der ersten Schutzschicht 84a bedeckt ist (d.h. in der Richtung von oben nach unten gesehen), überlappt die erste Schutzschicht 84a die gesamte erste Außenwand 105a, d.h. sie schließt die gesamte erste Außenwand 105a ein (siehe 5). In 5 ist die erste Außenwand 105a, gesehen in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a, durch ein Schraffurmuster gekennzeichnet. Die Position und Form der ersten Außenwand 105a, gesehen in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a, sind die gleichen wie die des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9, der auf die erste Oberfläche 102a in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a projiziert wird. In einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a betrachtet, deckt die erste Schutzschicht 84a die Gesamtheit einer Region der ersten Oberfläche 102a, die sich vom vorderen Ende des Elementkörpers 102 über einen Abstand L hinter dem Elementkörper 102 erstreckt (siehe 3 und 5), ab und die vorstehend genannte Region bedeckt auch die Gesamtheit der ersten Außenwand 105a. In ähnlicher Weise überdecken die erste äußere Schutzschicht 85a und die erste innere Schutzschicht 86a, die die erste Schutzschicht 84a bilden, in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a gesehen, die Gesamtheit der ersten Außenwand 105a und die Gesamtheit der Region der ersten Oberfläche 102a, die sich vom vorderen Ende des Elementkörpers 102 in einem Abstand L rückwärts vom Elementkörper 102 erstreckt. In einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a betrachtet, überlappt der erste Innenraum 90a 80 % oder mehr der ersten Außenwand 105a. In dieser Ausführungsform überlappt der erste Innenraum 90a 100 % der ersten Außenwand 105a. Nachfolgend wird das vorstehende Verhältnis als „erstes Überlappungsverhältnis“ bezeichnet. Das erste Überlappungsverhältnis ist das Verhältnis der Fläche eines Teils der scheinbaren Region (der Teil, der der ersten Außenwand 105a entspricht, der durch das Schraffurmuster in 5 gekennzeichnet ist) der ersten Außenwand 105a, der den ersten Innenraum 90a überlappt, wenn man ihn in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a betrachtet, zur Fläche der scheinbaren Region der ersten Außenwand 105a. Das erste Überlappungsverhältnis von 100 % bedeutet, dass der erste Innenraum 90a bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a die gesamte erste Außenwand 105a abdeckt. Das Gleiche gilt für die nachfolgend beschriebenen zweiten bis fünften Überlappungsverhältnisse.
Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist die zweite Schutzschicht 84b ähnlich wie die erste Schutzschicht 84a. Insbesondere überlappt die zweite Schutzschicht 84b bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zur zweiten Oberfläche 102b (d.h. bei Betrachtung in der Richtung von unten nach oben) die Gesamtheit der zweiten Außenwand 105b und die Gesamtheit einer Region der zweiten Oberfläche 102b, die sich vom vorderen Ende des Elementkörpers 102 über einen Abstand L hinter dem Elementkörper 102 erstreckt. Das Gleiche gilt für die zweite äußere Schutzschicht 85b und die zweite innere Schutzschicht 86b. In einer Richtung senkrecht zur zweiten Oberfläche 102b betrachtet, überlappt der zweite Innenraum 90b 80 % oder mehr (in dieser Ausführungsform 100 %) der zweiten Außenwand 105b (im Folgenden wird das vorstehend genannte Verhältnis als „zweites Überlappungsverhältnis“ bezeichnet).
Die vierte Schutzschicht 84d ist ähnlich wie die erste und zweite Schutzschicht 84a und 84b. Insbesondere überlappt die vierte Schutzschicht 84d bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zur vierten Oberfläche 102d (d.h. bei Betrachtung in Richtung von rechts nach links) die Gesamtheit der vierten Außenwand 105d und die Gesamtheit einer Region der vierten Oberfläche 102d, die sich vom vorderen Ende des Elementkörpers 102 einen Abstand L nach hinten vom Elementkörper 102 erstreckt (siehe 6). Das Gleiche gilt für die vierte äußere Schutzschicht 85d und die vierte innere Schutzschicht 86d. In einer Richtung senkrecht zur vierten Oberfläche 102d betrachtet, überlappt der vierte Innenraum 90d 80 % oder mehr (in dieser Ausführungsform 100 %) der vierten Außenwand 105d (im Folgenden wird das vorstehende Verhältnis als „viertes Überlappungsverhältnis“ bezeichnet). Aus einer Richtung senkrecht zur vierten Oberfläche 102d betrachtet, ist der Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 in den Regionen, in denen die fünfte Außenwand 105e und die Wandabschnitte 106a und 106b vorhanden sind, nicht vorhanden. Somit sind Teile des Elementkörpers 102, die sich zwischen der fünften Außenwand 105e und der vierten Oberfläche 102d, zwischen dem Wandabschnitt 106a und der vierten Oberfläche 102d sowie zwischen dem Wandabschnitt 106b und der vierten Oberfläche 102d erstrecken, nicht in der vierten Außenwand 105d enthalten. Daher sind die Regionen, in denen die fünfte Außenwand 105e und die Wandabschnitte 106a und 106b vorhanden sind, wenn sie in einer Richtung senkrecht zur vierten Oberfläche 102d betrachtet werden, nicht in der sichtbaren Region der vierten Außenwand 105d enthalten (siehe das Schraffurmuster von 6).
Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist die dritte Schutzschicht 84c der vierten Schutzschicht 84d ähnlich. Insbesondere überdeckt die dritte Schutzschicht 84c bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zur dritten Oberfläche 102c (d.h. bei Betrachtung in Richtung von links nach rechts) die Gesamtheit der dritten Außenwand 105c und die Gesamtheit einer Region der dritten Oberfläche 102c, die sich vom vorderen Ende des Elementkörpers 102 über einen Abstand L hinter dem Elementkörper 102 erstreckt. Das Gleiche gilt für die dritte äußere Schutzschicht 85c und die dritte innere Schutzschicht 86c. In einer Richtung senkrecht zur dritten Oberfläche 102c betrachtet, überlappt der dritte Innenraum 90c 80 % oder mehr (in dieser Ausführungsform 100 %) der dritten Außenwand 105c (im Folgenden wird das vorstehende Verhältnis als „drittes Überlappungsverhältnis“ bezeichnet).
In einer Richtung senkrecht zur fünften Oberfläche 102e (d.h. in der Richtung von vorne nach hinten) betrachtet, überlappt die fünfte Schutzschicht 84e die gesamte fünfte Außenwand 105e und die gesamte fünfte Oberfläche 102e (siehe 7). Dasselbe gilt für die fünfte äußere Schutzschicht 85e und die fünfte innere Schutzschicht 86e. In einer Richtung senkrecht zur fünften Oberfläche 102e betrachtet, überlappt der fünfte Innenraum 90e 80 % oder mehr (in dieser Ausführungsform 100 %) der fünften Außenwand 105e (im Folgenden wird das vorstehende Verhältnis als „fünftes Überlappungsverhältnis“ bezeichnet). In 7 ist die fünfte Außenwand 105e in einer Richtung senkrecht zur fünften Oberfläche 102e durch ein Schraffurmuster gekennzeichnet. In einer Richtung senkrecht zur fünften Fläche 102e betrachtet, bedeckt der fünfte Innenraum 90e die gesamte fünfte Fläche 102e. In einer Richtung senkrecht zur fünften Außenwand 105e betrachtet, ist der Gaseinlass 10 jeweils mit der fünften äußeren Schutzschicht 85e und der fünften inneren Schutzschicht 86e bedeckt. Da die Schutzschicht 84 ein poröser Körper ist, kann das Messobjektgas innerhalb der Schutzschicht 84 strömen und den Gaseinlass 10 und das Innere des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 erreichen.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Schutzschicht 84 so angeordnet, dass sie die Außenwand 105 bedeckt, die sich von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 zu den Oberflächen des Elementkörpers 102 erstreckt. Darüber hinaus ist der Innenraum 90 so ausgebildet, dass er die Außenwand 105 bedeckt (d.h., das erste bis fünfte Überlappungsverhältnis beträgt 100 %). Dadurch wird die Rissbildung an der Außenwand 105 vermindert. Die Einzelheiten werden im Folgenden beschrieben.
Der in den 3, 5 und 6 dargestellte Abstand L wird im Bereich von (0 < Abstand L < Längslänge des Elementkörpers 102) auf der Grundlage der Region des Gassensors 100, in dem der Elementkörper 102 dem Messobjektgas ausgesetzt ist, der Position des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 und dergleichen bestimmt. Der Abstand L wird auch so bestimmt, dass er größer ist als die Länge des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 in Vorne-Hinten-Richtung, der innerhalb des Elementkörpers 102 ausgebildet ist. Da die Längsrichtung des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 gleich der Längsrichtung (d.h. der Vorne-Hinten-Richtung) des Elementkörpers 102 ist, wie in den 2 bis 4 dargestellt, ist der Abstand L größer als die Längslänge des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9. In dieser Ausführungsform sind die Länge des Elementkörpers 102 in Vorne-Hinten-Richtung, die Breite des Elementkörpers 102 in Links-Rechts-Richtung und die Dicke des Elementkörpers 102 in Oben-Unten-Richtung, wie in 1 dargestellt, voneinander verschieden, so dass Länge > Breite > Dicke. Der Abstand L ist größer als entweder die Breite oder die Dicke des Elementkörpers 102.
Die Schutzschicht 84 besteht aus einem porösen Körper, wie einem porösen Aluminiumoxidkörper, einem porösen Zirkoniumoxidkörper, einem porösen Spinellkörper, einem porösen Cordieritkörper, einem porösen Titandioxidkörper oder einem porösen Magnesiumoxidkörper. In dieser Ausführungsform besteht die Schutzschicht 84 aus einem porösen Aluminiumoxidkörper. Die Dicke der Schutzschicht 84 beträgt z.B. 100 bis 1000 µm, aber nicht darauf begrenzt. Die Porosität der Schutzschicht 84 beträgt z.B. 5 % bis 85 %, aber nicht darauf begrenzt. Die Dicke der äußeren Schutzschicht 85 kann z.B. 50 bis 800 µm betragen. Die Dicke (Höhe) der inneren Schutzschicht 86 kann z.B. 5 bis 50 µm betragen. Die Dicke des Innenraums 90 kann z.B. 5 bis 600 µm betragen. Die Porositäten, Materialien usw. der äußeren Schutzschicht 85 und der inneren Schutzschicht 86 können voneinander verschieden sein. Mindestens eine der äußeren Schutzschicht 85 und der inneren Schutzschicht 86 kann eine Vielzahl von Unterschichten umfassen.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Gassensors 100 beschrieben. Bei dem Verfahren zur Herstellung des Gassensors 100 wird zunächst ein Elementkörper 102 hergestellt. Anschließend wird eine Schutzschicht 84 auf dem Elementkörper 102 gebildet, um ein Sensorelement 101 zu erzeugen.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des Elementkörpers 102 beschrieben. Zunächst werden sechs ungebrannte keramische Grünplatten hergestellt. Eine Vielzahl von Plattenlöchern, die für die Positionierung beim Bedrucken oder Übereinanderstapeln der Grünplatten verwendet werden, notwendige Durchgangslöcher und dergleichen werden in jeder der Grünplatten entsprechend einer der Schichten 1 bis 6 ausgebildet. Ein Raum, der als Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 dienen soll, wird durch Stanzen oder dergleichen in die Grünplatte geformt, die zu einer Abstandshalterschicht 5 geformt werden soll. Dann werden Muster wie Elektroden und Heizer auf jede der keramischen Grünplatten gedruckt. Im Anschluss an die Bildung der vorstehend genannten Muster werden die Grünplatten getrocknet. Anschließend werden die Grünplatten übereinander gestapelt, um einen Schichtkörper zu bilden. Ein Fluchtkörper (organisches Material, wie Kohlenstoff oder Theobromin), der während des Einbrennens verschwinden kann, kann in einen Teil des Schichtkörpers eingebracht werden, der als Raum dienen soll, wie ein Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9. Der vorstehend genannte Schichtkörper enthält eine Vielzahl von Elementkörpern 102. Der Schichtkörper wird in Stücke mit einer Größe des Elementkörpers 102 geschnitten, die dann bei einer vorgegebenen Einbrenntemperatur eingebrannt werden. Hierdurch wird ein Elementkörper 102 hergestellt.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Bildung einer Schutzschicht 84 auf dem Elementkörper 102 beschrieben. Zunächst wird eine innere Schutzschicht 86 auf der Oberfläche des Elementkörpers 102 gebildet. Zur Bildung der inneren Schutzschicht 86 können verschiedene Verfahren wie Formguss, Siebdruck, Tauchen und Plasmasprühen verwendet werden. In dem Fall, in dem die innere Schutzschicht 86 durch Siebdruck oder Plasmasprühen gebildet wird, können die erste bis fünfte innere Schutzschicht 86a bis 86e nacheinander gebildet werden. Anschließend wird ein Fluchtkörper auf die innere Schutzschicht 86 aufgebracht und der resultierende Beschichtungsfilm wird getrocknet, um einen Fluchtkörper zu bilden, der die Form des Innenraums 90 aufweist. Das Aufbringen des Fluchtkörpers kann unter Verwendung von Siebdruck, Tiefdruck, Tintenstrahldruck oder dergleichen erfolgen. Der Fluchtkörper kann durch wiederholtes Ausführen der vorstehend genannten Aufbringungs- und Trocknungsschritte gebildet werden. Beispiele für das Material des Fluchtkörpers sind die vorstehend beschriebenen organischen Materialien, wie Kohlenstoff und Theobromin, und thermisch abbaubare Polymere, wie ein Vinylharz. Anschließend wird eine äußere Schutzschicht 85 auf den äußeren Oberflächen der inneren Schutzschicht 86 und des Fluchtkörpers gebildet. Die äußere Schutzschicht 85 kann wie bei der Bildung der inneren Schutzschicht 86 gebildet werden. Dabei wird eine Schutzschicht 84 mit einem Fluchtkörper gebildet, der eine Form des Innenraums 90 aufweist. Dann ist der Fluchtkörper durch Verbrennung verschwunden. Infolgedessen dient der Teil, in dem der Fluchtkörper vorhanden war, als Innenraum 90. Das heißt, es wird eine Schutzschicht 84 mit einem darin ausgebildeten Innenraum 90 gebildet. Auf die vorstehend beschriebene Weise wird eine Schutzschicht 84 auf dem Elementkörper 102 gebildet und dadurch ein Sensorelement 101 hergestellt. In dem Fall, in dem die Schutzschicht 84 durch Formgießen, Siebdruck oder Tauchen gebildet wird, wird eine Aufschlämmung, die die äußere Schutzschicht 85 und die innere Schutzschicht 86 bilden soll, verfestigt oder getrocknet und dann zur Bildung einer Schutzschicht 84 eingebrannt. In einem solchen Fall können das Einbrennen der Schutzschicht 84 und das Brennen des Fluchtkörpers gleichzeitig erfolgen. In dem Fall, in dem die äußere Schutzschicht 85 und die innere Schutzschicht 86 durch Plasmasprühen gebildet werden, kann der Fluchtkörper durch Ausführen einer Verbrennung im Anschluss an die Bildung der vorstehend genannten zwei Schutzschichten verschwinden.
In dem Fall, in dem die Schutzschicht 84 eine Vielzahl von Unterschichten in der Dickenrichtung enthält (d.h. die äußere Schutzschicht 85 und die innere Schutzschicht 86), wird die innerste spätere (d.h. die innere Schutzschicht 86) vorzugsweise dadurch gebildet, dass die Aufschlämmung auf der Oberfläche des Elementkörpers 102 durch Formgießen, Siebdruck, Eintauchen oder dergleichen gebildet wird und dann die Aufschlämmung zusammen mit dem Elementkörper 102 in einer integrierten Weise eingebrannt wird, um eine innere Schutzschicht 86 zu bilden. Da die Oberfläche des Elementkörpers 102 in vielen Fällen eine relativ kleine arithmetische mittlere Rauheit Ra aufweist, ist die Haftung zwischen dem Elementkörper 102 und der inneren Schutzschicht 86, die direkt mit dem Elementkörper 102 verbunden ist, wahrscheinlich gering. Durch das Einbrennen der Aufschlämmung und des Elementkörpers 102 wird die Haftung zwischen dem Elementkörper 102 und der inneren Schutzschicht 86 erhöht. Eine Oberfläche der inneren Schutzschicht 86, die mit der äußeren Schutzschicht 85 in Kontakt kommen soll (d.h. ein rückwärtiger Teil der Oberfläche der inneren Schutzschicht 86), weist vorzugsweise eine größere arithmetische mittlere Rauheit Ra als die Oberfläche des Elementkörpers 102 auf. In einem solchen Fall kann die Haftung zwischen der inneren Schutzschicht 86 und der äußeren Schutzschicht 85 erhöht werden. Die arithmetische mittlere Rauheit Ra der Oberfläche der inneren Schutzschicht 86, die mit der äußeren Schutzschicht 85 in Kontakt kommen soll, kann 1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger betragen und kann 1 µm oder mehr und 5 µm oder weniger betragen. Zusätzlich zu der Oberfläche der inneren Schutzschicht 86, die mit der äußeren Schutzschicht 85 in Kontakt kommen soll, kann eine Oberfläche der inneren Schutzschicht 86, die dem Innenraum 90 ausgesetzt werden soll, eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger oder eine arithmetische mittlere Rauheit Ra von 1 µm oder mehr und 5 µm oder weniger aufweisen.
Bei der Herstellung der äußeren Schutzschicht 85 kann die Gesamtheit der äußeren Schutzschicht 85 (die erste bis fünfte äußere Schutzschicht 85a bis 85e) einstückig als Schutzschicht mit einer kappenartigen Form (auch als „bodenständige zylindrische Form“ oder „Form eines Kastens mit einer offenen Seite“ bezeichnet) ausgebildet werden. Beispielsweise kann die äußere Schutzschicht 85 hergestellt werden, indem ein kappenartiger ungebrannter Körper mit einer Form der äußeren Schutzschicht 85 durch Formgießen gebildet wird, der vordere endseitige Teil des Elementkörpers 102 (in dem Fall, in dem die innere Schutzschicht 86 vorhanden ist, der Elementkörper 102 und die innere Schutzschicht 86) in das Innere des kappenartigen ungebrannten Körpers eingesetzt wird und der ungebrannte Körper anschließend gebrannt wird. Im vorstehenden Fall ermöglicht das Ausbilden des ungebrannten Körpers in einer Form mit einem darin ausgebildeten raumhaltenden Anteil, wie einem säulenförmigen oder stufenförmigen Anteil (daher weist die äußere Schutzschicht 85, die durch das Einbrennen des ungebrannten Körpers hergestellt wird, einen raumhaltenden Anteil auf), den Innenraum 90 zwischen der äußeren Schutzschicht 85 und dem Elementkörper 102 auszubilden, ohne den Fluchtkörper mit einer Form des Innenraums 90 zu verwenden, sondern den raumhaltenden Anteil zu verwenden. In dem Fall, in dem die äußere Schutzschicht 85 durch das Verfahren hergestellt wird, bei dem der Elementkörper 102 in den kappenartigen ungebrannten Körper eingesetzt wird, kann der zwischen der äußeren Schutzschicht 85 und dem Elementkörper 102 gebildete Innenraum 90 eine zum hinteren Ende des Elementkörpers 102 gerichtete Öffnung aufweisen. In einem solchen Fall kann ein Dichtungsanteil durch Plasmasprühen oder dergleichen gebildet werden, um die Öffnung zu verschließen. Der Dichtungsanteil ist vorzugsweise ein poröser Körper, dessen Hauptbestandteil derselbe ist wie der der äußeren Schutzschicht 85.
Nachdem das Sensorelement 101 in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt wurde, wird es in ein vorbestimmtes Gehäuse eingesetzt, das dann an einem Hauptkörper (in der Zeichnung nicht dargestellt) eines Gassensors 100 befestigt und mit Stromversorgungen usw. verbunden wird. Hierdurch wird ein Gassensor 100 hergestellt.
Bei Verwendung des vorstehend beschriebenen Gassensors 100 gelangt ein in einer Rohrleitung vorhandenes Messobjektgas zum Sensorelement 101 und tritt durch die Schutzschicht 84 in den Gaseinlass 10 ein. Das Sensorelement 101 detektiert die NO_x-Konzentration im Messobjektgas, das in den Gaseinlass 10 eingetreten ist. Zu diesem Zeitpunkt kann die im Messobjektgas enthaltene Feuchtigkeit an der Oberfläche des Sensorelements 101 haften. Da die Temperatur des Elementkörpers 102 auf die Temperatur (z.B. 800°C) eingestellt ist, bei der der Festelektrolyt, wie vorstehend beschrieben, durch den Heizer 72 aktiviert wird, kann ein schnelles Absinken der Temperatur des Elementkörpers 102 durch die anhaftende Feuchtigkeit zu einer Rissbildung des Elementkörpers 102 aufgrund eines Wärmeschocks führen. Da in dem Elementkörper 102 der Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 als Innenraum ausgebildet ist, ist die Außenwand 105, die sich von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 zu den Oberflächen (erste bis fünfte Oberfläche 102a bis 102e) des Elementkörpers 102 erstreckt, im Vergleich zu dem anderen Teil des Elementkörpers 102 relativ anfällig für Wärmeschocks. Der dünnste Teil der Außenwand 105, d.h. die dünnste Außenwand, ist besonders anfällig für Wärmeschocks. Die dünnste Außenwand wird auf die folgenden zwei Arten definiert. In der ersten Definition ist die dünnste Außenwand als die dünnste der ersten bis fünften Außenwand 105a bis 105e definiert. In dieser Ausführungsform werden die Dicken T1 bis T5 der ersten bis fünften Außenwand 105a bis 105e so eingestellt, dass die folgende Beziehung erfüllt ist: T5 < T1 < T3 = T4 < T2 (siehe 3 und 4). Daher ist nach der ersten Definition die fünfte Außenwand 105e die dünnste Außenwand. In der zweiten Definition ist die dünnste Außenwand definiert als die dünnste der ersten bis vierten Außenwand 105a bis 105d ohne Berücksichtigung der fünften Außenwand 105e. Daher ist nach der zweiten Definition die erste Außenwand 105a die dünnste Außenwand. Außerdem wird eine der ersten bis fünften Oberflächen 102a bis 102e, die der dünnsten Außenwand entspricht, als nächste Oberfläche definiert. Somit ist die nächste Oberfläche nach der ersten Definition die fünfte Fläche 102e, während die nächste Oberfläche nach der zweiten Definition die erste Fläche 102a ist.
Die dünnste Außenwand nach der ersten Definition (d.h. die fünfte Außenwand 105e) ist relativ anfällig für Wärmeschocks, da sie der dünnste Teil der Außenwand 105 ist. In der zweiten Definition hingegen wird die dünnste Außenwand als die dünnste der ersten bis vierten Außenwand 105a bis 105d ohne Berücksichtigung der fünften Außenwand 105e definiert. Der Grund dafür wird nachstehend beschrieben. In dieser Ausführungsform ist die Längsrichtung des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 die gleiche wie die Längsrichtung des Elementkörpers 102. Daher ist die scheinbare Größe (Fläche) der fünften Außenwand 105e am kleinsten, wenn die erste bis fünfte Außenwand 105a bis 105e jeweils in einer Richtung senkrecht zur entsprechenden der ersten bis fünften Oberfläche 102a bis 102e betrachtet wird (siehe die Schraffurmuster der 5 bis 7). Obwohl die fünfte Außenwand 105e also am dünnsten ist, ist sie wahrscheinlich rissbeständig, da die scheinbare Größe am kleinsten ist. Im Gegensatz dazu ist die erste Außenwand 105a, die die dünnste der ersten bis vierten Außenwände 105a bis 105d ist, dicker, hat aber eine größere scheinbare Größe als die fünfte Außenwand 105e. Daher ist die erste Außenwand 105a auch relativ anfällig für Wärmeschocks. Wie vorstehend beschrieben, ist in dem Fall, in dem die Längsrichtung des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 die gleiche ist wie die Längsrichtung des Elementkörpers 102, die dünnste Außenwand basierend auf der zweiten Definition (d.h. die erste Außenwand 105a) ebenfalls relativ anfällig für einen Wärmeschock. Somit sind unter den Teilen der Außenwand 105 die Außenwände (d.h. die erste und fünfte Außenwand 105a und 105e), die als dünnste Außenwand basierend auf einer der ersten und zweiten Definitionen definiert sind, im Vergleich zu den anderen Teilen der Außenwand 105 (d.h. die zweite bis vierte Außenwand 105b bis 105d) wahrscheinlich anfällig für Wärmeschock. Daher wird durch die Verringerung der Rissbildung an mindestens einer der ersten und fünften Außenwände 105a und 105e die Gesamtabdichtungsleistung des Elementkörpers 102 leicht verbessert.
In dieser Hinsicht überlappt in dieser Ausführungsform von den Teilen der Schutzschicht 84 die fünfte Schutzschicht 84e, die die fünfte Oberfläche 102e bedeckt, die die nächste Oberfläche gemäß der ersten Definition ist, die Gesamtheit der fünften Außenwand 105e, die die dünnste Außenwand gemäß der ersten Definition ist, wenn sie in einer Richtung senkrecht zur fünften Oberfläche 102e betrachtet wird. Mit anderen Worten, die fünfte Schutzschicht 84e (insbesondere die fünfte äußere Schutzschicht 85e und die fünfte innere Schutzschicht 86e) überdeckt die gesamte fünfte Außenwand 105e, die die dünnste Außenwand ist. Dies vermindert die Rissbildung der fünften Außenwand 105e im Sensorelement 101 im Vergleich zu dem Fall, in dem die fünfte Außenwand 105e nicht mit der Schutzschicht 84 bedeckt ist und nach außen hin freiliegt. Darüber hinaus weist die fünfte Schutzschicht 84e den fünften Innenraum 90e auf, der 80 % oder mehr der fünften Außenwand 105e überlappt (das fünfte Überlappungsverhältnis beträgt 80 % oder mehr), wenn man in einer Richtung senkrecht zur fünften Oberfläche 102e schaut. Dies ermöglicht es, dass die Wärmeleitung von der Außenseite der fünften Schutzschicht 84e in Richtung der fünften Außenwand 105e in Dickenrichtung der fünften Schutzschicht 84e (d.h. in Vorne-Hinten-Richtung) durch den fünften Innenraum 90e unterdrückt wird. Folglich kann die Rissbildung an der fünften Außenwand 105e weiter vermindert werden. Wie vorstehend beschrieben, verringern die fünfte Schutzschicht 84e (insbesondere die fünfte äußere Schutzschicht 85e und die fünfte innere Schutzschicht 86e) und der fünfte Innenraum 90e die Rissbildung an der fünften Außenwand 105e, die gemäß der ersten Definition die dünnste Außenwand ist. Dadurch wird die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 verbessert.
Darüber hinaus überlappt in dieser Ausführungsform von den Teilen der Schutzschicht 84 die erste Schutzschicht 84a, die die erste Oberfläche 102a bedeckt, die die nächste Oberfläche basierend auf der zweiten Definition ist, die Gesamtheit der ersten Außenwand 105a, die die dünnste Außenwand basierend auf der zweiten Definition ist, wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a betrachtet. Mit anderen Worten, die erste Schutzschicht 84a (insbesondere die erste äußere Schutzschicht 85a und die erste innere Schutzschicht 86a) bedeckt die gesamte erste Außenwand 105a, die die dünnste Außenwand ist. Dies vermindert die Rissbildung der ersten Außenwand 105a im Sensorelement 101 im Vergleich zu dem Fall, in dem die erste Außenwand 105a nicht mit der Schutzschicht 84 bedeckt ist und nach außen hin freiliegt. Darüber hinaus hat die erste Schutzschicht 84a den ersten Innenraum 90a, der 80 % oder mehr der ersten Außenwand 105a überlappt (das erste Überlappungsverhältnis beträgt 80 % oder mehr), wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a betrachtet. Dadurch kann die Wärmeleitung von der Außenseite der ersten Schutzschicht 84a in Richtung der ersten Außenwand 105a in Dickenrichtung der fünften Schutzschicht 84e (d.h. in Oben-Unten-Richtung) durch den ersten Innenraum 90a unterdrückt werden. Folglich kann die Rissbildung an der ersten Außenwand 105a weiter vermindert werden. Wie vorstehend beschrieben, vermindern die erste Schutzschicht 84a (insbesondere die erste äußere Schutzschicht 85a und die erste innere Schutzschicht 86a) und der erste Innenraum 90a die Rissbildung an der ersten Außenwand 105a, die nach der zweiten Definition die dünnste Außenwand ist. Dadurch wird die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 verbessert.
In dem Gassensor 100 gemäß dieser vorstehend im Einzelnen beschriebenen Ausführungsform überlappt die fünfte Schutzschicht 84e der in dem Sensorelement 101 enthaltenen Schutzschicht 84 die Gesamtheit der fünften Außenwand 105e, wenn sie in einer Richtung senkrecht zur fünften Oberfläche 102e betrachtet wird, die die nächste Oberfläche gemäß der ersten Definition ist. Außerdem beträgt das fünfte Überlappungsverhältnis des fünften Innenraums 90e, der in der fünften Schutzschicht 84e gebildet wird, 80 % oder mehr. Dies vermindert die Rissbildung an der fünften Außenwand 105e, die gemäß der ersten Definition die dünnste Außenwand ist und unter den Teilen des Elementkörpers 102 relativ anfällig für Wärmeschocks ist, und verbessert folglich die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102.
Darüber hinaus überlappt die erste Schutzschicht 84a der im Sensorelement 101 enthaltenen Schutzschicht 84 die gesamte erste Außenwand 105a, wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a betrachtet, die die nächste Oberfläche gemäß der zweiten Definition ist. Darüber hinaus beträgt das erste Überlappungsverhältnis des ersten Innenraums 90a, der in der ersten Schutzschicht 84a ausgebildet ist, 80 % oder mehr. Dies verringert die Rissbildung an der ersten Außenwand 105a, die gemäß der zweiten Definition die dünnste Außenwand ist und unter den Teilen des Elementkörpers 102 relativ anfällig für Wärmeschocks ist, und verbessert folglich die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102.
Da das Überlappungsverhältnis des fünften Innenraums 90e in Bezug auf den dünnsten Wandabschnitt gemäß der ersten Definition (d.h. die fünfte Außenwand 105e) 100 % beträgt, wird die Rissbildung an der fünften Außenwand 105e weiter vermindert und folglich die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 verbessert. Da das Überlappungsverhältnis des ersten Innenraums 90a in Bezug auf den dünnsten Wandabschnitt gemäß der zweiten Definition (d.h. die erste Außenwand 105a) 100 % beträgt, wird gleichsam die Rissbildung an der ersten Außenwand 105a weiter verringert und folglich die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 verbessert.
Darüber hinaus betragen die ersten bis fünften Überlappungsverhältnisse der ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e in Bezug auf die ersten bis fünften Außenwände 105a bis 105e alle 80 % oder mehr (in dieser Ausführungsform 100 %). Daher kann, unabhängig davon, ob die erste oder zweite Definition verwendet wird, auch die Rissbildung der vier Außenwände außer der dünnsten Außenwand vermindert werden. Das heißt, die Rissbildung jeder der ersten bis fünften Außenwand 105a bis 105e kann vermindert werden. Dadurch wird die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 weiter verbessert.
Die fünfte Schutzschicht 84e, die ein Teil der Schutzschicht 84 ist, der die nächste Oberfläche gemäß der ersten Definition (d.h. die fünfte Oberfläche 102e) bedeckt, enthält die fünfte äußere Schutzschicht 85e, die näher an der Außenseite als der fünfte Innenraum 90e angeordnet ist, und die fünfte innere Schutzschicht 86e, die näher an der Innenseite als der fünfte Innenraum 90e und in Kontakt mit der fünften Oberfläche 102e angeordnet ist. Das Vorhandensein der fünften inneren Schutzschicht 86e, die in Kontakt mit der fünften Oberfläche 102e, die die nächste Oberfläche ist, angeordnet ist, erhöht die Wärmekapazität des Elementkörpers 102 (um genau zu sein, des Elementkörpers 102 und der fünften inneren Schutzschicht 86e). Daher kann selbst dann, wenn ein Wärmeschock von außen durch den fünften Innenraum 90e auf den Elementkörper 102 übertragen wird, eine plötzliche Änderung der Temperatur des Elementkörpers 102 vermieden werden. Dadurch wird die Rissbildung an der fünften Außenwand 105e weiter vermindert und folglich die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 verbessert. In dem Fall, in dem die zweite Definition verwendet wird, erhöht in ähnlicher Weise das Vorhandensein der ersten inneren Schutzschicht 86a, die in Kontakt mit der ersten Oberfläche 102a, die die nächste Oberfläche ist, angeordnet ist, die Wärmekapazität des Elementkörpers 102 (um genau zu sein, des Elementkörpers 102 und der ersten inneren Schutzschicht 86a). Dadurch wird die Rissbildung an der ersten Außenwand 105a weiter vermindert und folglich die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 erhöht.
Da die innere Schutzschicht 86 des Sensorelements 101 die erste bis fünfte innere Schutzschicht 86a bis 86e enthält, die jeweils in Kontakt mit der ersten bis fünften Oberfläche 102a bis 102e angeordnet sind, kann die Wärmekapazität des Elementkörpers 102 weiter erhöht werden und folglich die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 weiter verbessert werden.
Darüber hinaus sind im Sensorelement 101 der erste bis fünfte Innenraum 90a bis 90e direkt miteinander verbunden und die äußere Schutzschicht 85 und die innere Schutzschicht 86 sind nur am hinteren Ende der Schutzschicht 84 in Kontakt miteinander angeordnet. Folglich ist die Kontaktfläche zwischen der äußeren Schutzschicht 85 und der inneren Schutzschicht 86 klein. Dadurch kann die Wärmeleitung zwischen der äußeren Schutzschicht 85 und der inneren Schutzschicht 86 durch den Innenraum 90 weiter unterdrückt werden.
Es ist unnötig zu sagen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt ist und in verschiedenen Aspekten innerhalb des technischen Umfangs der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann.
Obwohl beispielsweise die ersten bis fünften Überlappungsverhältnisse der ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e in Bezug auf die ersten bis fünften Außenwände 105a bis 105e in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform alle 100 % betragen, sind die vorstehenden ersten bis fünften Überlappungsverhältnisse nicht auf 100 % beschränkt und können 80 % oder mehr betragen. Darüber hinaus überlappt, in einer Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet, mindestens ein Teil der Schutzschicht 84, der die nächste Oberfläche bedeckt, die Gesamtheit der dünnsten Außenwand und das Überlappungsverhältnis von mindestens einem Innenraum, der in dem Teil der Schutzschicht 84 gebildet wird, der die nächste Oberfläche bedeckt, in Bezug auf die dünnste Außenwand beträgt 80 % oder mehr. Das heißt, dass zum Beispiel eine oder mehrere der ersten bis vierten Schutzschichten 84a bis 84d, die die anderen Oberflächen als die nächste Oberfläche gemäß der ersten Definition bedecken, nicht notwendigerweise einen Innenraum aufweisen und nicht notwendigerweise die Gesamtheit der entsprechenden der ersten bis vierten Außenwand 105a bis 105d bedecken. In ähnlicher Weise haben eine oder mehrere der zweiten bis fünften Schutzschichten 84b bis 84e, die die anderen Oberflächen als die nächste Oberfläche gemäß der zweiten Definition bedecken, nicht notwendigerweise einen Innenraum und bedecken nicht notwendigerweise die Gesamtheit der entsprechenden der zweiten bis fünften Außenwand 105b bis 105e. Für jede der Oberflächen (d.h. die erste und die fünfte Oberfläche 102a und 102e), die der dünnsten Außenwand und dem dünnsten der Teile der Außenwand 105 entsprechen, die nicht die dünnste Außenwand sind (d.h. die erste und die fünfte Außenwand 105a und 105e), kann ein Teil der Schutzschicht 84, der die Oberfläche bedeckt, die Gesamtheit der Außenwand überlappen, wenn sie in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche betrachtet wird, und das Überlappungsverhältnis in Bezug auf die Außenwand kann 80 % oder mehr betragen.
Obwohl die Schutzschicht 84 die innere Schutzschicht 86 umfasst und der Elementkörper 102 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nicht zum Innenraum 90 hin freiliegt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das heißt, dass die Schutzschicht 84 beispielsweise nicht notwendigerweise die innere Schutzschicht 86 enthält. 8 ist eine Querschnittsansicht einer Schutzschicht 184 gemäß einem dem vorstehenden Fall entsprechenden Ausführungsbeispiel. Die Schutzschicht 184 enthält eine äußere Schutzschicht 85 und einen Innenraum 90. Die Oberflächen des Elementkörpers 102, d.h. die erste bis fünfte Oberfläche 102a bis 102e, sind dem Innenraum 90 ausgesetzt.
Obwohl die ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform direkt miteinander verbunden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt; beispielsweise sind die ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden. 9 und 10 sind Querschnittsansichten einer Schutzschicht 284 gemäß einem Ausführungsbeispiel entsprechend dem vorstehenden Fall. 11 ist eine Querschnittsansicht entlang des Schnitts C-C von 9. 9 und 10 sind Querschnittsansichten ähnlich den 3 bzw. 4. Die Schutzschicht 284 enthält keine innere Schutzschicht 86 und enthält eine äußere Schutzschicht 85, einen Innenraum 90 und erste bis fünfte Halteabschnitte 287a bis 287e. Die ersten und zweiten Halteabschnitte 287a und 287b sind zwischen der ersten Oberfläche 102a und der ersten äußeren Schutzschicht 85a angeordnet, um die erste äußere Schutzschicht 85a zu stützen (siehe 10 und 11). Der erste Halteabschnitt 287a trennt den ersten Innenraum 90a und den dritten Innenraum 90c voneinander ab. Der zweite Halteabschnitt 287b trennt den ersten Innenraum 90a und den vierten Innenraum 90d voneinander. Der dritte und vierte Halteabschnitt 287c und 287d sind zwischen der zweiten Oberfläche 102b und der zweiten äußeren Schutzschicht 85b angeordnet, um die zweite äußere Schutzschicht 85b zu stützen (siehe 10). Der dritte Halteabschnitt 287c trennt den zweiten Innenraum 90b und den dritten Innenraum 90c voneinander ab. Der vierte Halteabschnitt 287d trennt den zweiten Innenraum 90b und den vierten Innenraum 90d voneinander. Der fünfte Halteabschnitt 287e ist zwischen den ersten bis vierten Oberflächen 102a bis 102d und den ersten bis vierten äußeren Schutzschichten 85a bis 85d angeordnet, um die ersten bis vierten äußeren Schutzschichten 85a bis 85d zu stützen (siehe 9 und 11). Der fünfte Halteabschnitt 287e ist entlang der Vorderendenseiten der ersten bis vierten Oberfläche 102a bis 102d so angeordnet, dass er den Umfang des Elementkörpers 102 umgibt und den fünften Innenraum 90e von den ersten bis fünften Innenräumen 90a bis 90d trennt. Da die Schutzschicht 284 die ersten bis fünften Halteabschnitte 287a bis 287e enthält, sind die ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e nicht direkt miteinander verbunden. Daher hat keine der ersten bis vierten Schutzschichten 84a bis 84d der Schutzschicht 284 einen Innenraum, der direkt mit dem in der fünften Schutzschicht 84e gebildeten fünften Innenraum 90e in Verbindung steht. Dadurch verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass das Messobjektgas, das die fünfte Schutzschicht 84e durchdringt und sich in Richtung des Gaseinlasses 10 in einer Richtung senkrecht zur fünften Oberfläche 102e bewegt, die erste bis vierte Schutzschicht 84a bis 84d erreicht. Folglich kann das Messobjektgas leicht in den Messobjektgas-Strömungsabschnitt 9 eingeleitet werden und schnell die Messelektrode 44 erreichen. Dies führt zu einer Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit des Sensorelements 101. Es ist zu beachten, dass in der vorstehend beschriebenen Schutzschicht 284, da der fünfte Halteabschnitt 287e die erste Außenwand 105a überlappt, wenn die erste Schutzschicht 84a in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a betrachtet wird, das erste Überlappungsverhältnis des ersten Innenraums 90a nicht 100 % erreicht (siehe 11). In einem solchen Fall ist es bevorzugt, die Breite des fünften Halteabschnitts 287e in der Vorne-Hinten-Richtung so zu bestimmen, dass das erste Überlappungsverhältnis in den Bereich von 80 % oder mehr fällt. Da der fünfte Halteabschnitt 287e auch auf der zweiten bis vierten Oberfläche 102b bis 102d angeordnet ist, erreicht das zweite bis vierte Überlappungsverhältnis ebenfalls nicht 100 %. Vorzugsweise ist das zweite bis vierte Überlappungsverhältnis auf 80 % oder mehr einzustellen.
Obwohl die erste bis fünfte Schutzschicht 84a bis 84e in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform jeweils einen oder mehrere Innenräume aufweisen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt; jede der ersten bis fünften Schutzschicht 84a bis 84e kann zwei oder mehrere Innenräume aufweisen. 12 ist eine Querschnittsansicht einer Schutzschicht 384 gemäß einem Ausführungsbeispiel entsprechend dem vorstehenden Fall. 12 ist eine Querschnittsansicht, die an der gleichen Position wie in 11 aufgenommen ist. Die Schutzschicht 384 enthält nicht die innere Schutzschicht 86 und enthält die äußere Schutzschicht 85, den Innenraum 90 und einen Halteabschnitt 387. Der Halteabschnitt 387 ist entlang der ersten bis vierten Oberfläche 102a bis 102d so angeordnet, dass er den Umfang des Elementkörpers 102 umgibt, ähnlich wie der in den 9 und 11 dargestellte fünfte Halteabschnitt 287e. Da der Halteabschnitt 387 vorhanden ist, weist die erste Schutzschicht 84a zwei voneinander getrennte Innenräume auf, nämlich die ersten Innenräume 390a und 391a. In ähnlicher Weise weisen auch die zweite bis vierte Schutzschicht 84b bis 84d jeweils zwei darin ausgebildete Innenräume auf. In 12 sind dritte Innenräume 390c und 391c sowie vierte Innenräume 390d und 391d dargestellt, während zwei zweite Innenräume nicht abgebildet sind. In dem Fall, in dem die erste Schutzschicht 84a zwei oder mehr darin ausgebildete Innenräume aufweist, wird das erste Überlappungsverhältnis auf der Grundlage der Lagebeziehung zwischen der ersten Außenwand 105a und der Gesamtheit der zwei oder mehr Innenräume bestimmt. In 12 beispielsweise sind die Überlappungsverhältnisse der ersten Innenräume 390a und 391a in Bezug auf die erste Außenwand 105a zwar jeweils kleiner als 80 %, aber das Überlappungsverhältnis beträgt insgesamt mehr als 80 %. Daher wird davon ausgegangen, dass die erste Schutzschicht 84a einen Innenraum mit einem ersten Überlappungsverhältnis von 80 % oder mehr aufweist. Die zweiten bis fünften Überlappungsverhältnisse werden auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben ermittelt.
Obwohl die in den 9 bis 13 dargestellten ersten bis fünften Halteabschnitte 287a bis 287e und der Halteabschnitt 387 so angeordnet sind, dass sie die Räume voneinander trennen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt; stattdessen kann ein säulenförmiger Halteabschnitt angeordnet sein, der die Räume nicht voneinander trennt, wie Halteabschnitte 487, die in einer Schutzschicht 484 gemäß einem in den 13 und 14 dargestellten Ausführungsbeispiel enthalten sind. Obwohl zwei der sechs Halteabschnitte 487 die erste Außenwand 105a überlappen, wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a betrachtet, können die Halteabschnitte 487 so angeordnet sein, dass sie die erste Außenwand 105a nicht überlappen.
Obwohl der Elementkörper 102 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die erste bis fünfte Außenwand 105a bis 105e enthält, enthält der Elementkörper 102 nicht notwendigerweise alle der ersten bis fünften Außenwände 105a bis 105e. Beispielsweise ist bei einem Sensorelement 501 gemäß einem in 15 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Wandabschnitt 506c, der den ersten diffusionsgesteuerten Abschnitt 11 bildet, innerhalb des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 so angeordnet, dass er vom Gaseinlass 10 beabstandet ist. Da der Wandabschnitt 506c im Gegensatz zu der in 3 dargestellten fünften Außenwand 105e keinen Teil der fünften Oberfläche 102e enthält, entspricht der Wandabschnitt 506c einer Innenwand. Somit enthält der Elementkörper 102 des Sensorelements 501 nicht die fünfte Außenwand. In dem Fall, in dem der Elementkörper 102 die fünfte Außenwand nicht enthält, ist die dünnste Außenwand dieselbe Außenwand (d.h. die erste Außenwand 105a), unabhängig davon, ob die erste oder die zweite Definition verwendet wird.
Die Beziehung zwischen den Dicken T1 bis T5 der ersten bis fünften Außenwand 105a bis 105e ist nicht auf die in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschriebene Beziehung beschränkt. Zum Beispiel kann die Dicke T1 die kleinste unter den Dicken T1 bis T5 sein. Ist ein Teil der Außenwand 105 dünner als die fünfte Außenwand 105e, so ist die dünnste Außenwand die gleiche, unabhängig davon, ob die erste oder zweite Definition verwendet wird. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Dicke T1 der ersten Außenwand 105a an jeder Position gleich, da die Deckenoberfläche des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 eben ist, wie in 3 dargestellt. Für den Fall, dass die Dicke der ersten Außenwand 105a nicht einheitlich ist, wird die Dicke des dünnsten Teils der ersten Außenwand 105a als Dicke T1 definiert. Das Gleiche gilt für die Dicken T2 bis T5.
Obwohl die Längsrichtung des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 parallel zu der des Elementkörpers 102 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Obwohl der Gaseinlass 10 des Messobjektgas-Strömungsabschnitts 9 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform in der fünften Oberfläche 102e ausgebildet ist, kann der Gaseinlass 10 in den anderen Oberflächen, wie beispielsweise der ersten Oberfläche 102a, ausgebildet sein.
Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nicht erwähnt, unterscheidet sich jeder der ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e, die in der Schutzschicht 84 ausgebildet sind, in der Größe von den Poren, die in den Komponenten (z.B. der äußeren Schutzschicht 85 und der inneren Schutzschicht 86) der Schutzschicht 84 vorhanden sind. Das heißt, die in der äußeren Schutzschicht 85 und der inneren Schutzschicht 86 vorhandenen Poren sind nicht in dem Innenraum 90 enthalten. Der Innenraum 90 (jeder der ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e) ist ein Raum, der sich von den in der Schutzschicht 84 vorhandenen Poren unterscheidet und größer ist als diese. Zum Beispiel kann das Volumen eines Teils des ersten Innenraums 90a, der in einer Region unmittelbar über der ersten Oberfläche 102a vorhanden ist, 0,03 mm³ oder mehr, 0,04 mm³ oder mehr, 0,07 mm³ oder mehr, 0,5 mm³ oder mehr oder 1,5 mm³ oder mehr betragen. Das Volumen eines Teils des zweiten Innenraums 90b, der sich in einer Region unmittelbar unterhalb der zweiten Oberfläche 102b befindet, kann 0,03 mm³ oder mehr, 0,04 mm³ oder mehr, 0,07 mm³ oder mehr, 0,5 mm³ oder mehr oder 1,5 mm³ oder mehr betragen. Das Volumen eines Teils des dritten Innenraums 90c, der sich in einer Region links von der dritten Oberfläche 102c befindet, kann 0,015 mm³ oder mehr, 0,2 mm³ oder mehr oder 0,4 mm³ oder mehr betragen. Das Volumen eines Teils des vierten Innenraums 90d, der in einer Region rechts von der vierten Oberfläche 102d vorhanden ist, kann 0,015 mm³ oder mehr, 0,2 mm³ oder mehr oder 0,4 mm³ oder mehr betragen. Das Volumen eines Teils des fünften Innenraums 90e, der in einer Region vor der fünften Oberfläche 102e vorhanden ist, kann 0,010 mm³ oder mehr, 0,1 mm³ oder mehr, 0,2 mm³ oder mehr, oder 0,3 mm³ oder mehr betragen. Man beachte, dass der Ausdruck „Region unmittelbar oberhalb der ersten Oberfläche 102a“ eine Region bedeutet, die sich von der ersten Oberfläche 102a in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a erstreckt, was nicht eine Region oberhalb und links von der ersten Oberfläche 102a, eine Region oberhalb und rechts von der ersten Oberfläche 102a und dergleichen einschließt. Dasselbe gilt für die Ausdrücke „Region unmittelbar unterhalb der zweiten Oberfläche 102b“, „Region links von der dritten Oberfläche 102c“, „Region rechts von der vierten Oberfläche 102d“ und „Region vor der fünften Oberfläche 102e“. In dem Fall, in dem der erste Innenraum 90a eine Vielzahl von Räumen enthält, kann das Volumen eines Teils von mindestens einem der Räume, der in der Region unmittelbar oberhalb der ersten Oberfläche 102a vorhanden ist, 0,03 mm³ oder mehr, 0,04 mm³ oder mehr, 0,07 mm³ oder mehr, 0,5 mm³ oder mehr oder 1,5 mm³ oder mehr betragen. Alternativ kann die Summe der Volumina der Teile der Räume, die in der Region unmittelbar über der ersten Oberfläche 102a vorhanden sind, 0,03 mm³ oder mehr, 0,04 mm³ oder mehr, 0,07 mm³ oder mehr, 0,5 mm³ oder mehr oder 1,5 mm³ oder mehr betragen. In ähnlicher Weise kann für jeden der zweiten bis fünften Innenräume 90b bis 90e in dem Fall, in dem der Innenraum eine Vielzahl von Räumen enthält, mindestens einer der Räume den vorstehenden Volumenbereich erfüllen. Alternativ können die Räume den vorstehenden Volumenbereich in Bezug auf die Gesamtheit der Räume erfüllen. Die Höhe des ersten Innenraums 90a kann 40 % oder mehr und 70 % oder weniger des Abstands der ersten Oberfläche 102a zu der oberen Oberfläche der ersten äußeren Schutzschicht 85a betragen. In ähnlicher Weise kann die Höhe des zweiten Innenraums 90b 40 % oder mehr und 70 % oder weniger des Abstands von der zweiten Oberfläche 102b zur unteren Oberfläche der zweiten äußeren Schutzschicht 85b betragen. Die Höhe des dritten Innenraums 90c kann 40 % oder mehr und 70 % oder weniger des Abstands von der dritten Oberfläche 102c zur linken Oberfläche der dritten äußeren Schutzschicht 85c betragen. Die Höhe des vierten Innenraums 90d kann 40 % oder mehr und 70 % oder weniger des Abstands von der vierten Oberfläche 102d zu der rechten Oberfläche der vierten äußeren Schutzschicht 85d betragen. Die Höhe des fünften Innenraums 90e kann 40 % oder mehr und 70 % oder weniger des Abstands von der fünften Oberfläche 102e zur vorderen Oberfläche der fünften äußeren Schutzschicht 85e betragen. Die Höhe des ersten Innenraums 90a kann das 5-fache oder mehr oder das 10-fache oder mehr der durchschnittlichen Porengröße (durch Quecksilber-Intrusionsporosimetrie) der Schutzschicht 84 betragen. In ähnlicher Weise kann die Höhe der zweiten bis fünften Innenräume 90b bis 90e das 5-fache oder mehr oder das 10-fache oder mehr der durchschnittlichen Porengröße der Schutzschicht 84 betragen.
Obwohl der Elementkörper 102 ein Schichtkörper mit einer Vielzahl von Festelektrolytschichten (die Schichten 1 bis 6) in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Elementkörper 102 kann ein beliebiger Schichtkörper sein, der mindestens eine sauerstoffionenleitende Festelektrolytschicht enthält. Beispielsweise können die Schichten 1 bis 5, mit Ausnahme der zweiten Festelektrolytschicht 6, in 2 Strukturschichten sein, die aus einem anderen Material als einem Festelektrolyten bestehen (z.B. Schichten aus Aluminiumoxid). In einem solchen Fall sind die im Elementkörper 102 enthaltenen Elektroden in der zweiten Festelektrolytschicht 6 angeordnet. So ist z.B. die in 2 dargestellte Messelektrode 44 auf der unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 angeordnet. Weiterhin ist der Referenzgaseinführungsraum 43 in der Abstandshalterschicht 5, aber nicht in der ersten Festelektrolytschicht 4 ausgebildet, die Lufteinführungsschicht 48 ist zwischen der zweiten Festelektrolytschicht 6 und der Abstandshalterschicht 5, aber nicht zwischen der ersten Festelektrolytschicht 4 und der dritten Substratschicht 3 angeordnet, und die Referenzelektrode 42 ist auf der unteren Oberfläche der zweiten Festelektrolytschicht 6 an einer Position hinter dem zweiten Innenraum 40 angeordnet.
Obwohl in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Gassensor 100, der die NO_x-Konzentration erfasst, als Beispiel beschrieben wird, kann die vorliegende Erfindung auf einen Gassensor, der die Sauerstoffkonzentration erfasst, und einen Gassensor, der die Ammoniakkonzentration erfasst, angewendet werden.
BEISPIELE
Beispiele, bei denen das vorstehend beschriebene Sensorelement speziell hergestellt wurde, werden im Folgenden als Beispiele beschrieben. Die Testbeispiele 1 bis 8, 13 und 14 entsprechen den Beispielen der vorliegenden Erfindung, während die Testbeispiele 9 bis 12 und 15 bis 30 den Vergleichsbeispielen entsprechen. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung durch die nachstehenden Beispiele nicht eingeschränkt ist.
[Testbeispiel 1]
In Testbeispiel 1 wurde ein Sensorelement 101 mit der in den 1 bis 7 dargestellten Struktur nach dem nachstehend beschriebenen Verfahren hergestellt, mit der Ausnahme, dass die innere Schutzschicht 86 weggelassen wurde. Mit anderen Worten, eine Schutzschicht 84, die in dem in Testbeispiel 1 hergestellten Sensorelement 101 enthalten war, hatte die gleiche Struktur wie die in 8 dargestellte Schutzschicht 184. Zunächst wurde ein Elementkörper 102, wie in den 1 bis 4 beschrieben, hergestellt, der eine Länge von 67,5 mm, eine Breite von 4,25 mm und eine Dicke von 1,45 mm hatte. Bei der Herstellung des Elementkörpers 102 wurden keramische Grünplatten, die den Schichten 1 bis 6 entsprechen, durch Mischen von Zirkoniumdioxidteilchen, die 4 Mol- % Yttriumoxid als Stabilisator enthalten, mit einem organischen Bindemittel und einem organischen Lösungsmittel hergestellt und anschließend ein Bandgießen durchgeführt. Nachdem auf jede der sechs Grünplatten Muster von Elektroden usw. gedruckt worden waren, wurden die sechs Grünplatten übereinander gestapelt und der so entstandene Schichtkörper eingebrannt. Hierdurch wurde ein Elementkörper 102 hergestellt. Der Elementkörper 102 wurde so hergestellt, dass die Dicken T1 bis T5 der ersten bis fünften Außenwand 105a bis 105e wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die folgende Beziehung erfüllen: T5 < T1 < T3 = T4 < T2.
Anschließend wurde eine Schutzschicht 184, d.h. ein Innenraum 90 und eine äußere Schutzschicht 85, auf dem Elementkörper 102 gebildet. Insbesondere wurde zunächst ein aus einem Vinylharz bestehender Fluchtkörper auf den ersten bis fünften Oberflächen 102a bis 102e des Elementkörpers 102 durch Siebdruck gebildet. Der Fluchtkörper wurde in der Form des Innenraums 90 (erster bis fünfter Innenraum 90a bis 90e) geformt. Anschließend wurde eine äußere Schutzschicht 85 (erste bis fünfte äußere Schutzschicht 85a bis 85e) durch Plasmasprühen mit einer Plasmasprühpistole („SinplexPro-90“, hergestellt von Oerlikon Metco) auf der Oberfläche des Fluchtkörpers gebildet. Bei der Bildung der äußeren Schutzschicht 85 wurde das Plasmasprühen unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Als Gas für die Plasmaerzeugung wurde ein Gemisch aus einem Argongas (Durchflussmenge: 50 l/min) und Wasserstoff (Durchflussmenge: 2 l/min) verwendet. Die für die Plasmaerzeugung angelegte Spannung war eine Gleichspannung von 100 V. Der Strom betrug 200 A. Als Rohmaterialteilchen (Pulversprühmaterial) zur Bildung der äußeren Schutzschicht 85 wurden Aluminiumoxid-Pulverteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 30 µm verwendet. Als Trägergas für die Zuführung der Rohmaterialteilchen wurde ein Argongas (Durchflussmenge: 5 l/min) verwendet. Das Sprühen mit der Plasmapistole erfolgte auf der ersten bis fünften Oberfläche 102a bis 102e jeweils in Richtungen senkrecht zur ersten bis fünften Oberfläche 102a bis 102e. Der Abstand zwischen der Plasmapistole und jeder der ersten bis fünften Oberflächen 102a bis 102e betrug 120 mm. Das Plasmasprühen wurde in Luftatmosphäre bei Normaltemperatur durchgeführt. Nachdem die äußere Schutzschicht 85 auf die vorstehend beschriebene Weise gebildet worden war, wurde der Fluchtkörper durch Verbrennung entfernt, um einen Innenraum 90 zu bilden. Hierdurch wurde ein Sensorelement 101 des Testbeispiels 1 hergestellt. Wie in den 3 bis 7 dargestellt, waren bei dem im Testbeispiel 1 hergestellten Sensorelement 101 der erste bis fünfte Innenraum 90a bis 90e direkt mit benachbarten Räumen verbunden. Der Innenraum 90 bildete als Ganzes einen Raum. Darüber hinaus betrugen bei dem im Testbeispiel 1 hergestellten Sensorelement 101 alle ersten bis fünften Überlappungsverhältnisse 100 %. Die ersten bis fünften äußeren Schutzschichten 85a bis 85e hatten alle eine Dicke von 200 µm und eine Porosität von 20 %. Die ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e hatten eine Dicke von 200 µm.
[Testbeispiele 2 bis 6]
In den Testbeispielen 2 bis 6 wurde ein Sensorelement 101 wie in Testbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Form des ersten Innenraums 90a so verändert wurde, dass das erste Überlappungsverhältnis auf weniger als 100 % vermindert wurde, während das zweite bis fünfte Überlappungsverhältnis auf 100 % gehalten wurde. In den Testbeispielen 2 bis 6 wurde das erste Überlappungsverhältnis auf 80 %, 60 %, 40 %, 20 % bzw. 0 % eingestellt. 16 veranschaulicht die Formen der in den Testbeispielen 2 bis 5 gebildeten ersten Innenräume 90a. 16 ist eine TeilDraufsicht auf das Sensorelement 101. In 16 sind die ersten Innenräume 90a der Testbeispiele 2 bis 5 jeweils als erste Innenräume 90a2 bis 90a5 voneinander unterschieden. Wie in 16 dargestellt, wurden die ersten Innenräume 90a2 bis 90a5 der Testbeispiele 2 bis 5 so ausgebildet, dass sowohl die Längen als auch die Breiten der ersten Innenräume 90a2 bis 90a5 in der Vorne-/Hinten- bzw. Links-/Rechts-Richtung in der Reihenfolge von Testbeispiel 2 zu Testbeispiel 5 allmählich abnehmen. Die ersten Innenräume 90a2 bis 90a5 waren jeweils so angeordnet, dass die Mitte des ersten Innenraums mit der Mitte der ersten Außenwand 105a zusammenfiel, wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche 102a betrachtet. Wie in 16 dargestellt, waren die ersten Innenräume 90a der Testbeispiele 2 bis 5 jeweils nicht direkt mit einem der zweiten bis fünften Innenräume 90b bis 90e verbunden. Im Testbeispiel 6 wies die Schutzschicht 84 keinen ersten Innenraum 90a auf.
[Testbeispiele 7 bis 12]
In Testbeispiel 7 wurde ein Sensorelement 101 wie in Testbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Schutzschicht 84 den fünften Innenraum 90e und nicht die ersten bis vierten Innenräume 90a bis 90d hatte. Somit waren in Testbeispiel 7 die ersten bis vierten Überlappungsverhältnisse alle 0 % und das fünfte Überlappungsverhältnis war 100 %. In den Testbeispielen 8 bis 12 wurde ein Sensorelement 101 wie in Testbeispiel 7 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Form des fünften Innenraums 90e so verändert wurde, dass das fünfte Überlappungsverhältnis auf weniger als 100 % vermindert wurde, während das erste bis vierte Überlappungsverhältnis auf 0 % gehalten wurde. In den Testbeispielen 8 bis 12 wurde das fünfte Überlappungsverhältnis auf 80 %, 60 %, 40 %, 20 % bzw. 0 % eingestellt. In den Testbeispielen 8 bis 11 wurde die Form des fünften Innenraums 90e wie für den ersten Innenraum 90a in den Testbeispielen 2 bis 5 geändert. Insbesondere wurde in den Testbeispielen 8 bis 11 der fünfte Innenraum 90e so geformt, dass die Größe des fünften Innenraums 90e in der Reihenfolge von Testbeispiel 8 bis Testbeispiel 11 allmählich abnahm. Außerdem war in den Testbeispielen 8 bis 11 der fünfte Innenraum 90e so angeordnet, dass die Mitte des fünften Innenraums 90e mit der Mitte der fünften Außenwand 105e zusammenfällt, wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur fünften Oberfläche 102e betrachtet. Im Testbeispiel 12 wies die Schutzschicht 84 keinen Innenraum 90, wie einen fünften Innenraum 90e, auf.
[Testbeispiele 13 bis 18]
In Testbeispiel 13 wurde ein Sensorelement 101 wie in Testbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Schutzschicht 84 den ersten Innenraum 90a und nicht die zweiten bis fünften Innenräume 90b bis 90e hatte. Daher waren in Testbeispiel 13 die zweiten bis fünften Überlappungsverhältnisse alle 0 % und das erste Überlappungsverhältnis war 100 %. In den Testbeispielen 14 bis 18 wurde ein Sensorelement 101 wie in Testbeispiel 13 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Form des ersten Innenraums 90a so verändert wurde, dass das erste Überlappungsverhältnis auf weniger als 100 % vermindert wurde, während das zweite bis fünfte Überlappungsverhältnis auf 0 % gehalten wurde. In den Testbeispielen 14 bis 18 wurde das erste Überlappungsverhältnis auf 80 %, 60 %, 40 %, 20 % bzw. 0 % festgelegt. In den Testbeispielen 14 bis 17 wurde die Form des ersten Innenraums 90a wie für den ersten Innenraum 90a in den Testbeispielen 2 bis 5 geändert, wie in 16 dargestellt. In Testbeispiel 18 wies die Schutzschicht 84 keinen Innenraum 90, wie etwa einen ersten Innenraum 90a, auf.
[Testbeispiele 19 bis 24]
In Testbeispiel 19 wurde ein Sensorelement 101 wie in Testbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Schutzschicht 84 den zweiten Innenraum 90b und nicht den ersten und dritten bis fünften Innenraum 90a und 90c bis 90e hatte. Daher waren in Testbeispiel 19 das erste und das dritte bis fünfte Überlappungsverhältnis alle 0 % und das zweite Überlappungsverhältnis war 100 %. In den Testbeispielen 20 bis 24 wurde ein Sensorelement 101 wie in Testbeispiel 19 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Form des zweiten Innenraums 90b so verändert wurde, dass das zweite Überlappungsverhältnis auf weniger als 100 % vermindert wurde, während das erste und das dritte bis fünfte Überlappungsverhältnis auf 0 % beibehalten wurden. In den Testbeispielen 20 bis 24 wurde das zweite Überlappungsverhältnis auf 80 %, 60 %, 40 %, 20 % bzw. 0 % eingestellt. In den Testbeispielen 20 bis 23 wurde die Form des zweiten Innenraums 90b wie für den ersten Innenraum 90a in den Testbeispielen 2 bis 5 geändert. Insbesondere wurde in den Testbeispielen 20 bis 23 der zweite Innenraum 90b so geformt, dass die Größe des zweiten Innenraums 90b in der Reihenfolge von Testbeispiel 20 bis Testbeispiel 23 allmählich abnahm. Außerdem war in den Testbeispielen 20 bis 23 der zweite Innenraum 90b so angeordnet, dass die Mitte des zweiten Innenraums 90b mit der Mitte der zweiten Außenwand 105b zusammenfällt, wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur zweiten Oberfläche 102b betrachtet. Im Testbeispiel 24 wies die Schutzschicht 84 keinen Innenraum 90, wie einen zweiten Innenraum 90b, auf.
[Testbeispiele 25 bis 30]
In Testbeispiel 25 wurde ein Sensorelement 101 wie in Testbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Schutzschicht 84 den dritten Innenraum 90c und nicht den ersten, zweiten, vierten und fünften Innenraum 90a, 90b, 90d und 90e aufwies. Somit waren in Testbeispiel 25 das erste, zweite, vierte und fünfte Überlappungsverhältnis alle 0 % und das dritte Überlappungsverhältnis war 100 %. In den Testbeispielen 26 bis 30 wurde ein Sensorelement 101 wie in Testbeispiel 25 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Form des dritten Innenraums 90c so verändert wurde, dass das dritte Überlappungsverhältnis auf weniger als 100 % vermindert wurde, während das erste, zweite, vierte und fünfte Überlappungsverhältnis auf 0 % gehalten wurde. In den Testbeispielen 26 bis 30 wurde das dritte Überlappungsverhältnis auf 80 %, 60 %, 40 %, 20 % bzw. 0 % eingestellt. In den Testbeispielen 26 bis 29 wurde die Form des dritten Innenraums 90c wie für den ersten Innenraum 90a in den Testbeispielen 2 bis 5 geändert. Insbesondere wurde in den Testbeispielen 26 bis 29 der dritte Innenraum 90c so geformt, dass die Größe des dritten Innenraums 90c in der Reihenfolge von Testbeispiel 26 bis Testbeispiel 29 allmählich abnahm. Außerdem war in den Testbeispielen 26 bis 29 der dritte Innenraum 90c so angeordnet, dass die Mitte des dritten Innenraums 90c mit der Mitte der dritten Außenwand 105c zusammenfiel, wenn man sie in einer Richtung senkrecht zur dritten Oberfläche 102c betrachtet. Im Testbeispiel 30 wies die Schutzschicht 84 keinen Innenraum 90, wie einen dritten Innenraum 90c, auf.
Man beachte, dass die in den Testbeispielen 12, 18, 24 und 30 hergestellten Sensorelemente 101 im Wesentlichen identisch waren, da sie keinen Innenraum 90 aufwiesen.
[Bewertung der Abdichtungsleistung]
Die in den Testbeispielen 1 bis 30 hergestellten Sensorelemente 101 wurden im Hinblick auf die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 bewertet. Konkret wurde zunächst die Temperatur des Heizers 72 auf 800°C erhöht, indem der Heizer 72 eingeschaltet wurde, um das Sensorelement 101 zu erwärmen. Unter den vorstehend genannten Bedingungen wurden in der Luftatmosphäre die Hauptpumpzelle 21, die Hilfspumpzelle 50, die Hauptpumpen-steuernde Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 80, die Hilfspumpen-steuernde Sauerstoffpartialdruck-Erfassungs-Sensorzelle 81 usw. betätigt, um die Sauerstoffkonzentration im ersten Innenraum 20 auf einem vorbestimmten konstanten Wert zu halten. Nachdem der Pumpstrom Ip0 stabil geworden war, wurden Wassertropfen auf die Schutzschicht 84 fallen gelassen, und ob der Elementkörper 102 gerissen war, wurde auf der Grundlage dessen bestimmt, ob der Pumpstrom Ip0 auf einen Wert geändert wurde, der den vorbestimmten Schwellenwert überstieg. Wenn der Elementkörper 102 aufgrund des durch den Wassertropfen verursachten Wärmeschocks gerissen ist, ist es wahrscheinlich, dass Sauerstoff durch den gerissenen Teil in den ersten Innenraum 20 eindringt, und folglich wird der Pumpstrom Ip0 erhöht. Daher wurde davon ausgegangen, dass der Elementkörper 102 aufgrund von Wassertropfen gerissen ist, wenn der Pumpstrom Ip0 den im Test vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Der Test wurde mehrere Male durchgeführt, während die Menge der Wassertropfen schrittweise erhöht wurde. Die maximale Menge an Wassertropfen, bei der keine Rissbildung auftrat, wurde als Abdichtungsmenge definiert. Für jedes der Testbeispiele 1 bis 30 wurde die Abdichtungsmenge als Durchschnitt der Abdichtungsmengen von zehn Sensorelementen 101 berechnet. Je größer die Abdichtungsmenge ist, desto höher ist die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102. Die Position, an der die Wassertropfen auf das Sensorelement 101 fielen, war ein Teil der Oberfläche der äußeren Schutzschicht 85, der näher an einem der ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e liegt, deren Überlappungsverhältnis verändert werden sollte. Insbesondere in den Testbeispielen 1 bis 6 und 13 bis 18, in denen das erste Überlappungsverhältnis des ersten Innenraums 90a verändert wurde, wurden Wassertropfen auf die Mitte der Oberfläche der ersten äußeren Schutzschicht 85a in Vorne-Hinten- sowie Links-Rechts-Richtung getropft. In ähnlicher Weise wurden bei den Tests in den Testbeispielen 7 bis 12 Wassertropfen auf die Mitte der Oberfläche der fünften äußeren Schutzschicht 85e in den Richtungen oben-unten und links-rechts getropft. Bei den Tests in den Testbeispielen 19 bis 24 wurden Wassertropfen auf die Mitte der Oberfläche der zweiten äußeren Schutzschicht 85b in den Vorne-Hinten- und Links-Rechts-Richtungen getropft. Bei den in den Testbeispielen 25 bis 30 durchgeführten Tests wurden Wassertropfen auf die Mitte der Oberfläche der dritten äußeren Schutzschicht 85c sowohl in der Oben-Unten- als auch Vorne-Hinten-Richtungen fallen gelassen.

Tabelle 1 listet das erste bis fünfte Überlappungsverhältnis und die gemessene Abdichtungsmenge in jedem der Testbeispiele 1 bis 30 auf. [Tabelle 1]

	Erstes Überlappungsverhältnis [%]	Zweites Überlappungsverhältnis [%]	Drittes Überlappungsverhältnis [%]	Viertes Überlappungsverhältnis [%]	Fünftes Uberlappungsverhältnis [%]	Abdichtungsmenge [µl]
Testbeispiel 1	100	100	100	100	100	35
Testbeispiel 2	80	100	100	100	100	32
Testbeispiel 3	60	100	100	100	100	18
Testbeispiel 4	40	100	100	100	100	12
Testbeispiel 5	20	100	100	100	100	8
Testbeispiel 6	0	100	100	100	100	6
Testbeispiel 7	0	0	0	0	100	22
Testbeispiel 8	0	0	0	0	80	21
Testbeispiel 9	0	0	0	0	60	14
Testbeispiel 10	0	0	0	0	40	8
Testbeispiel 11	0	0	0	0	20	6
Testbeispiel 12	0	0	0	0	0	5
Testbeispiel 13	100	0	0	0	0	21
Testbeispiel 14	80	0	0	0	0	20
Testbeispiel 15	60	0	0	0	0	10
Testbeispiel 16	40	0	0	0	0	8
Testbeispiel 17	20	0	0	0	0	6
Testbeispiel 18	0	0	0	0	0	5
Testbeispiel 19	0	100	0	0	0	12
Testbeispiel 20	0	80	0	0	0	10
Testbeispiel 21	0	60	0	0	0	9
Testbeispiel 22	0	40	0	0	0	6
Testbeispiel 23	0	20	0	0	0	5
Testbeispiel 24	0	0	0	0	0	5
Testbeispiel 25	0	0	100	0	0	8
Testbeispiel 26	0	0	80	0	0	8
Testbeispiel 27	0	0	60	0	0	6
Testbeispiel 28	0	0	40	0	0	5
Testbeispiel 29	0	0	20	0	0	5
Testbeispiel 30	0	0	0	0	0	5

Die in den Testbeispielen 7 bis 12 erzielten Ergebnisse bestätigen Folgendes. In den Testbeispielen 7 und 8, in denen das fünfte Überlappungsverhältnis, d.h. das Überlappungsverhältnis des fünften Innenraums 90e in Bezug auf die fünfte Außenwand 105e, die die dünnste Außenwand gemäß der ersten Definition ist, 80 % oder mehr betrug, wurde eine große Abdichtungsmenge von 20 µl oder mehr beobachtet. Außerdem wurde bestätigt, dass die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 in den Testbeispielen 7 und 8 höher war als in den Testbeispielen 9 bis 12, in denen das fünfte Überlappungsverhältnis weniger als 80 % betrug.
Die in den Testbeispielen 13 bis 18 erzielten Ergebnisse bestätigen Folgendes. In den Testbeispielen 13 und 14, in denen das erste Überlappungsverhältnis, d.h. das Überlappungsverhältnis des ersten Innenraums 90a in Bezug auf die erste Außenwand 105a, die die dünnste Außenwand gemäß der zweiten Definition ist, 80 % oder mehr betrug, wurde eine große Abdichtungsmenge von 20 µl oder mehr beobachtet. Außerdem wurde bestätigt, dass die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 in den Testbeispielen 13 und 14 höher war als in den Testbeispielen 15 bis 18, in denen das erste Überlappungsverhältnis weniger als 80 % betrug.
Die in den Testbeispielen 7, 8, 13 und 14 beobachteten Abdichtungsmengen waren alle größer als alle in den Testbeispielen 19 bis 30 beobachteten. Dies bestätigt, dass das Einstellen des ersten oder fünften Überlappungsverhältnisses, das ein Überlappungsverhältnis ist, das der dünnsten Außenwand entspricht, auf 80 % oder mehr die Abdichtungsleistung des Elementkörpers 102 in höherem Maße verbesserte als das Erhöhen des zweiten oder dritten Überlappungsverhältnisses, das ein Überlappungsverhältnis ist, das der zweiten Außenwand 105b oder der dritten Außenwand 105c entspricht, die weder die dünnste Außenwand nach der ersten Definition noch die dünnste Außenwand nach der zweiten Definition ist.
Es wurde auch in den Testbeispielen 1 bis 6 bestätigt, dass die Einstellung des ersten Überlappungsverhältnisses auf 80 % oder mehr die Abdichtungsleistung wie in den Ergebnissen der Testbeispiele 13 bis 18 verbesserte. Im Allgemeinen war die Abdichtungsmenge in den Testbeispielen 1 bis 6 größer als in den Testbeispielen 7 bis 30. Dies liegt vermutlich daran, dass die in den Testbeispielen 1 bis 6 hergestellten Sensorelemente 101 alle mindestens die zweiten bis fünften Innenräume 90b bis 90e aufwiesen, während in den Testbeispielen 7 bis 30 höchstens einer der ersten bis fünften Innenräume 90a bis 90e vorhanden war, und die Rissbildung an Teilen der Außenwand 105 des Elementkörpers 102, die nicht die dünnste Außenwand waren, folglich vermindert wurde. Insbesondere wurde bestätigt, dass in den Testbeispielen 1 und 2, in denen alle ersten bis fünften Überlappungsverhältnisse 80 % oder mehr betrugen, die Abdichtungsleistung in höherem Maße verbessert wurde als in den Testbeispielen 3 bis 30.
Man beachte, dass in den Testbeispielen 3 bis 6, obwohl das fünfte Überlappungsverhältnis, das ein Überlappungsverhältnis ist, das der dünnsten Außenwand basierend auf der ersten Definition entspricht (die fünfte Außenwand 105e), 100 % betrug, die Abdichtungsmenge kleiner war als in Testbeispiel 7, wo das fünfte Überlappungsverhältnis ebenfalls 100 % betrug. Dies liegt vermutlich an der Position, an der die Wassertropfen bei der Messung der Abdichtungsmenge abgesetzt wurden. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass, da die Wassertropfen bei der Messung der Abdichtungsmenge in den Testbeispielen 3 bis 6 auf die Oberfläche der ersten äußeren Schutzschicht 85a getropft wurden, die Abdichtungsmenge dadurch verringert wurde, dass das kleine erste Überlappungsverhältnis einen größeren Einfluss hatte als das große fünfte Überlappungsverhältnis. Es wird davon ausgegangen, dass im Testbeispiel 7, bei dem die Wassertropfen bei der Messung der Abdichtungsmenge auf die Oberfläche der fünften äußeren Schutzschicht 85e getropft wurden, die Abdichtungsmenge infolge des großen fünften Überlappungsverhältnisses, das einen großen Einfluss hat, erhöht wurde. Daher wird davon ausgegangen, dass, wenn die Wassertropfen in den Testbeispielen 3 bis 6 wie in Testbeispiel 7 auf die Oberfläche der fünften äußeren Schutzschicht 85e getropft würden, die Abdichtungsmenge im Wesentlichen gleich oder größer als die in Testbeispiel 7 gemessene wäre.
Obwohl ein Test, bei dem das vierte Überlappungsverhältnis geändert wird, nicht durchgeführt wurde, wird davon ausgegangen, dass die Ergebnisse eines Tests, bei dem nur das vierte Überlappungsverhältnis geändert wird, während das erste bis dritte und fünfte Überlappungsverhältnis auf 0 % gesetzt werden, im Wesentlichen die gleichen sind wie in den Testbeispielen 25 bis 30, da der in den 1 bis 7 dargestellte Elementkörper 102 im Wesentlichen zweiseitig symmetrisch ist und die Dicke T3 der dritten Außenwand 105c und die Dicke T4 der vierten Außenwand 105d wie vorstehend beschrieben einander gleich sind.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität von den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2019-211702 , eingereicht am 22. November 2019, Nr. 2019-033351 , eingereicht am 26. Februar 2019, und Nr. 2019-200859 , eingereicht am 5. November 2019, deren gesamter Inhalt hierin durch Hinweis aufgenommen ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann auf eine Industrie angewendet werden, die sich mit der Herstellung von Gassensoren befasst, die ein Sensorelement enthalten, das die Konzentration eines bestimmten Gases, wie NOx, in einem Messobjektgas, wie einem Autoabgas, erfasst.
Bezugszeichenliste

1: ERSTE SUBSTRATSCHICHT,
2: ZWEITE SUBSTRATSCHICHT,
3: DRITTE SUBSTRATSCHICHT,
4: ERSTE FESTELEKTROLYTSCHICHT,
5: ABSTANDSHALTERSCHICHT,
6: ZWEITE FESTELEKTROLYTSCHICHT,
9: MESSOBJEKTGAS-STRÖMUNGSABSCHNITT,
10: GASEINLASS,
11: ERSTER DIFFUSIONSGESTEUERTERABSCHNITT,
12: PUFFERRAUM,
13: ZWEITER DIFFUSIONSGESTEUERTER ABSCHNITT,
20: ERSTER INNENRAUM,
21: HAUPTPUMPZELLE,
22: INNERE PUMPELEKTRODE,
22a: DECKENELEKTRODENABSCHNITT,
22b: BODENELEKTRODENABSCHNITT,
23: AUSSENPUMPELEKTRODE,
25: VARIABLE STROMVERSORGUNG,
30: DRITTER DIFFUSIONSGESTEUERTER ABSCHNITT,
40: ZWEITER INNENRAUM,
41: MESSPUMPZELLE,
42: REFERENZELEKTRODE,
43: REFERENZ-GAS-EINLEITUNGSRAUM,
44: MESSELEKTRODE,
45: VIERTER DIFFUSIONSGEREGELTER ABSCHNITT,
46: VARIABLE STROMVERSORGUNG,
48: LUFTEINLEITUNGSSCHICHT,
50: HILFSPUMPZELLE,
51: HILFSPUMPELEKTRODE,
51a: DECKENELEKTRODEABSCHNITT,
51b: BODENELEKTRODEABSCHNITT,
52: VARIABLE STROMVERSORGUNG,
70: HEIZERANTEIL,
71: HEIZERANSCHLUSSELEKTRODE,
72: HEIZER,
73: DURCHGANGSLOCH,
74: HEIZERISOLIERUNGSSCHICHT,
75: DRUCKENTLASTUNGSLOCH,
80: HAUPTPUMPEN-STEUERNDE SAUERSTOFFPARTIALDRUCKERFASSUNGS-SENSORZELLE,
81: HILFSPUMPEN-STEUERNDE SAUERSTOFFPARTIALDRUCK-ERFASSUNGSSENSORZELLE,
82: MESSPUMPEN-STEUERNDE SAUERSTOFFPARTIALDRUCK-ERFASSUNGSSENSORZELLE,
83: SENSORZELLE,
84: SCHUTZSCHICHT,
84a bis 84e: ERSTE BIS FÜNFTE SCHUTZSCHICHTEN,
85: ÄUSSERE SCHUTZSCHICHT,
85a bis 85e: ERSTE BIS FÜNFTE ÄUSSERE SCHUTZSCHICHTEN,
86: INNERE SCHUTZSCHICHT,
86a bis 86e: ERSTE BIS FÜNFTE INNERE SCHUTZSCHICHTEN,
90: INNENRAUM,
90a bis 90e: ERSTE BIS FÜNFTE INNENRÄUME,
90a2 bis 90a5: ERSTE BIS FÜNFTE INNENRÄUME,
100: GASSENSOR,
101: SENSORENELEMENT,
102: ELEMENTKÖRPER,
102a: bis 102f ERSTE BIS SECHSTE OBERFLÄCHEN,
105: AUSSENWAND,
105a bis 105e: ERSTE BIS FÜNFTE AUSSENWÄNDE,
106a, 106b: WANDABSCHNITT,
184: SCHUTZSCHICHT,
284: SCHUTZSCHICHT,
287a bis 287e: ERSTE BIS FÜNFTE HALTEABSCHNITTE,
384: SCHUTZSCHICHT,
387: HALTEABSCHNITT,
390a, 391a: ERSTER INNENRAUM,
390c, 391c: DRITTER INNENRAUM,
390d, 391d: VIERTER INNENRAUM,
484: SCHUTZSCHICHT,
487: HALTEABSCHNITT,
501: SENSORENELEMENT,
506c: WANDABSCHNITT

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 2016188853 A [0003]
JP 2019211702 [0115]
JP 2019033351 [0115]
JP 2019200859 [0115]

Claims

Sensorelement, umfassend: einen Elementkörper, der eine längliche rechteckige Parallelepipedform aufweist und einen sauerstoffionenleitenden Festelektrolytkörper enthält, wobei der Elementkörper einen darin ausgebildeten Messobjektgas-Strömungsabschnitt aufweist, durch den ein Messobjektgas eingeleitet wird und strömt; eine Messelektrode, die an einer inneren Umfangsoberfläche des Messobjektgas-Strömungsabschnitts angeordnet ist; und eine poröse Schutzschicht, die so angeordnet ist, dass sie eine fünfte Oberfläche des Elementkörpers und erste bis vierte Oberflächen des Elementkörpers bedeckt, wobei die fünfte Oberfläche eine Endoberfläche des Elementkörpers in einer Längsrichtung des Elementkörpers ist, wobei die ersten bis vierten Oberflächen so angeordnet sind, dass sie die fünfte Oberfläche entlang einer Seite berühren, wobei, wenn die dünnste der den Elementkörper bildenden Außenwände, die sich von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt zu den ersten bis fünften Oberflächen erstrecken, als eine dünnste Außenwand definiert ist und eine der ersten bis fünften Oberflächen, die der dünnsten Außenwand entspricht, als eine nächste Oberfläche definiert ist, ein Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, die Gesamtheit der dünnsten Außenwand überlappt, wenn in einer Richtung senkrecht zu der nächsten Oberfläche betrachtet, und wobei der Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, einen oder mehrere darin ausgebildete Innenräume aufweist, wobei der eine oder die mehreren Innenräume 80 % oder mehr der dünnsten Außenwand überlappt bzw. überlappen, wenn in der Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet.
Sensorelement, umfassend: einen Elementkörper, der eine längliche rechteckige Parallelepipedform aufweist und einen sauerstoffionenleitenden Festelektrolytkörper enthält, wobei der Elementkörper einen darin ausgebildeten Messobjektgas-Strömungsabschnitt aufweist, durch den ein Messobjektgas eingeleitet wird und strömt; eine Messelektrode, die an einer inneren Umfangsoberfläche des Messobjektgas-Strömungsabschnitts angeordnet ist; und eine poröse Schutzschicht, die so angeordnet ist, dass sie eine fünfte Oberfläche des Elementkörpers und erste bis vierte Oberflächen des Elementkörpers bedeckt, wobei die fünfte Oberfläche eine Endoberfläche des Elementkörpers in einer Längsrichtung des Elementkörpers ist, wobei die ersten bis vierten Oberflächen so angeordnet sind, dass sie die fünfte Oberfläche entlang einer Seite berühren, wobei eine Längsrichtung des Messobjektgas-Strömungsabschnitts mit der Längsrichtung des Elementkörpers übereinstimmt, wobei der Elementkörper eine erste bis fünfte Außenwand aufweist, die sich jeweilig vom Messobjektgas-Strömungsabschnitt zu der ersten bis fünften Oberfläche erstreckt, wobei, wenn die dünnste der ersten bis vierten Außenwände als dünnste Außenwand definiert ist und eine der ersten bis vierten Oberflächen, die der dünnsten Außenwand entspricht, als nächste Oberfläche definiert ist, ein Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, die Gesamtheit der dünnsten Außenwand überlappt, wenn in einer Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet, und wobei der Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, einen oder mehrere darin ausgebildete Innenräume aufweist, wobei der eine oder die mehreren Innenräume 80 % oder mehr der dünnsten Außenwand überlappt bzw. überlappen, wenn in der Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet.
Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der eine oder die mehreren Innenräume 100 % der dünnsten Außenwand überlappt bzw. überlappen, wenn in der Richtung senkrecht zur nächsten Oberfläche betrachtet.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für jede von einer oder mehreren der ersten bis fünften Oberflächen mit Ausnahme der nächsten Oberfläche ein Teil der Schutzschicht, der die Oberfläche bedeckt, einen oder mehrere darin ausgebildete Innenräume aufweist, wobei der eine oder die mehreren Innenräume 80 % oder mehr eine der Außenwände überlappt bzw. überlappen, die der Oberfläche entspricht, wenn in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche betrachtet.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Außenwände des Elementkörpers eine erste bis fünfte Außenwand umfassen, die sich jeweilig von dem Messobjektgas-Strömungsabschnitt zu der ersten bis fünften Oberfläche erstrecken, und wobei für jede der vier Oberflächen, die die erste bis fünfte Oberfläche mit Ausnahme der nächsten Oberfläche sind, ein Teil der Schutzschicht, die die Oberfläche bedeckt, einen oder mehrere darin ausgebildete Innenräume aufweist, wobei der eine oder die mehreren Innenräume 80 % oder mehr von einer der Außenwände überlappt bzw. überlappen, was der Oberfläche entspricht, wenn in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche betrachtet.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Teil der Schutzschicht, der die nächste Oberfläche bedeckt, eine äußere Schutzschicht und eine innere Schutzschicht enthält, wobei die äußere Schutzschicht näher an der Außenseite des Sensorelements angeordnet ist als der eine oder die mehreren Innenräume, wobei die innere Schutzschicht näher an der Innenseite des Sensorelements angeordnet ist als der eine oder die mehreren Innenräume, wobei die innere Schutzschicht in Kontakt mit der nächsten Oberfläche angeordnet ist.
Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich an der fünften Oberfläche des Elementkörpers ein Gaseinlass öffnet, wobei der Gaseinlass als Einlass des Gasströmungsabschnitts dient, wobei ein Teil der Schutzschicht, der die fünfte Oberfläche bedeckt, einen darin ausgebildeten Innenraum aufweist, und wobei ein Teil der Schutzschicht, der die erste bis vierte Oberfläche bedeckt, keinen Innenraum aufweist, der direkt mit dem Innenraum in Verbindung steht, der in dem Teil der Schutzschicht ausgebildet ist, der die fünfte Oberfläche bedeckt.
Gassensor, umfassend das Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7.