[發(fā)明專利]氣體傳感器的傳感器元件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010173599.4
• 申請(qǐng)日: 2020-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN111751423A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 日野隆志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日本礙子株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G01N27/407
• 分類號(hào): G01N27/407;G01N27/41
• 代理公司: 北京旭知行專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11432
• 代理人: 王軼;陳東升

本發(fā)明提供能抑制水滴附著于表面保護(hù)層時(shí)發(fā)揮作用的熱沖擊的傳感器元件。氣體傳感器元件具備：元件基體，其是具備測定對(duì)象氣體成分的檢測部的陶瓷結(jié)構(gòu)體；以及末端保護(hù)層，其是在相對(duì)于元件基體的檢測部側(cè)的端部的規(guī)定范圍設(shè)置于元件基體的外周部的多孔質(zhì)層，末端保護(hù)層的表面附近部分的氣孔率為15％～30％，表面粗糙度Ra的值為3μm～35μm。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體傳感器的傳感器元件，特別是涉及其表面保護(hù)層。

背景技術(shù)

以往，作為用于獲知來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣等被測定氣體中含有的期望氣體成分的濃度的氣體傳感器，眾所周知如下氣體傳感器，該氣體傳感器具有由氧化鋯(ZrO₂)等具有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)構(gòu)成、且在表面、內(nèi)部具備若干電極的傳感器元件。作為這種傳感器元件，眾所周知，具有長條板狀的元件形狀，并且在具備將被測定氣體導(dǎo)入的部分的那側(cè)的端部設(shè)置有由多孔質(zhì)體形成的保護(hù)層(多孔質(zhì)保護(hù)層)，進(jìn)而，在該多孔質(zhì)保護(hù)層的外側(cè)設(shè)置有氣孔率小于多孔質(zhì)保護(hù)層的氣孔率的表面保護(hù)層(例如參見專利文獻(xiàn)1)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特許第5387555號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

在傳感器元件的表面設(shè)置保護(hù)層是為了確保使用氣體傳感器時(shí)的傳感器元件的耐浸水性。具體而言，其目的在于防止浸水開裂，該浸水開裂是指：因來自附著于傳感器元件表面的水滴的熱(冷源熱)引起的熱沖擊作用于傳感器元件而導(dǎo)致傳感器元件開裂。

在專利文獻(xiàn)1公開的氣體傳感器中，使表面保護(hù)層具備利用了萊頓弗羅斯特現(xiàn)象的高溫(500℃以上)下的疏水性而排斥附著于傳感器元件的水滴，由此實(shí)現(xiàn)了防止傳感器元件浸水開裂的效果。

更詳細(xì)而言，在專利文獻(xiàn)1中，為了可靠地表現(xiàn)出萊頓弗羅斯特現(xiàn)象而充分保持高溫時(shí)的表面保護(hù)層的疏水性，表面保護(hù)層的表面粗糙度(算術(shù)平均粗糙度)Ra優(yōu)選為3μm以下，在Ra超過3μm的情況下，無法充分確保該疏水性。另外，在專利文獻(xiàn)1中，將10μL的浸水量設(shè)為浸水開裂(耐浸水性)的基準(zhǔn)值。

然而，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了潛心研究，結(jié)果獲得如下見解：通過使表面保護(hù)層的算術(shù)平均粗糙度Ra滿足規(guī)定的必要條件，從而，與表現(xiàn)出萊頓弗羅斯特現(xiàn)象的情況相比，能夠抑制水滴附著于表面保護(hù)層時(shí)作用于該表面保護(hù)層的熱沖擊，并且，即便并未積極地表現(xiàn)出萊頓弗羅斯特現(xiàn)象，也能夠確保表面保護(hù)層的耐熱沖擊性，由此能夠確保傳感器元件的耐浸水性。

本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于，提供抑制水滴附著于表面保護(hù)層時(shí)作用于該表面保護(hù)層的熱沖擊的傳感器元件，還提供即便未積極地表現(xiàn)出萊頓弗羅斯特現(xiàn)象也能夠確保表面保護(hù)層的耐熱沖擊性、從而能夠確保耐浸水性的氣體傳感器的傳感器元件。

為了解決上述課題，本發(fā)明的第一方案是氣體傳感器的傳感器元件，其特征在于，具備：元件基體，該元件基體是具備測定對(duì)象氣體成分的檢測部的陶瓷結(jié)構(gòu)體；以及末端保護(hù)層，該末端保護(hù)層是在相對(duì)于所述元件基體的所述檢測部側(cè)的端部的規(guī)定范圍設(shè)置于所述元件基體的外周部的多孔質(zhì)層，所述末端保護(hù)層的表面附近部分的氣孔率為15％～30％，表面粗糙度Ra的值為3μm～35μm。

本發(fā)明的第二方案在第一方案所涉及的傳感器元件的基礎(chǔ)上，其特征在于，所述末端保護(hù)層中，所述表面附近部分將存在于內(nèi)側(cè)的氣孔率為30％～90％、且導(dǎo)熱率低于所述表面附近部分的導(dǎo)熱率的部分覆蓋。

本發(fā)明的第三方案是氣體傳感器的傳感器元件，其特征在于，具備：元件基體，該元件基體是具備測定對(duì)象氣體成分的檢測部的陶瓷結(jié)構(gòu)體；以及末端保護(hù)層，該末端保護(hù)層是在相對(duì)于所述元件基體的所述檢測部側(cè)的端部的規(guī)定范圍設(shè)置于所述元件基體的外周部的多孔質(zhì)層，所述末端保護(hù)層在最外周部具備氣孔率為15％～30％、表面粗糙度Ra的值為3μm～35μm的外側(cè)末端保護(hù)層。