[發明專利]氣體傳感器的傳感器元件

在審

• 申請號: 202010180267.9
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111751425A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 日野隆志;早瀨亮
• 申請（專利權）人: 日本礙子株式會社
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407;G01N27/41
• 代理公司: 北京旭知行專利代理事務所(普通合伙) 11432
• 代理人: 王軼;陳東升

本發明提供確保耐熱沖擊性、驅動開始時的水分蒸發加快、且適當地緩和了驅動時的熱應力的氣體傳感器的傳感器元件。氣體傳感器的傳感器元件具備：元件基體，其是具備測定對象氣體成分的檢測部的陶瓷結構體；以及末端保護層，其是多孔質層、且設置成圍繞元件基體中的相對于檢測部側的末端部的規定范圍，末端保護層在元件基體的長度方向上圍繞元件基體的末端部的部分的相反側的、末端保護層的端部即第一端部突出，當末端保護層的最大厚度設為A、且末端保護層中的未突出的部分即基部的厚度設為B時，A/B≥1.1。

技術領域

本發明涉及氣體傳感器的傳感器元件，特別是涉及其表面保護層。

背景技術

以往，作為用于獲知來自內燃機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)等具有氧離子傳導性的固體電解質構成、且在表面、內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入的部分的那側的端部設置有由多孔質體形成的保護層(多孔質保護層)，進而，在該多孔質保護層的外側設置有氣孔率小于多孔質保護層的氣孔率的表面保護層(例如參見專利文獻1)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特許第5387555號公報

發明內容

在傳感器元件的表面設置保護層是為了確保使用氣體傳感器時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致傳感器元件開裂。

本發明的發明人進行了潛心研究，結果可知：在設置有保護層的傳感器元件中，當該保護層因水滴的附著而受到熱沖擊時，呈現出應力沿著傳感器元件的邊緣部分而集中的趨勢，即便未達到浸水開裂的程度，保護層也容易在該邊緣部分剝離。

作為提高針對上述熱沖擊的耐受性(耐熱沖擊性)的對策，考慮了增大熱容量較大的保護層的厚度的對策。在這種情況下，即便在保護層含有大量水分的狀態下傳感器元件也能夠執行動作，不過，另一方面，存在如下問題：含水量越多的傳感器元件，在為了使驅動開始而進行加熱時直至水分蒸發所需的時間越長，其結果，氣體傳感器的啟動減慢。此外，還存在因驅動開始時的熱應力而導致傳感器元件產生裂紋的問題。

本發明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于，提供能確保耐熱沖擊性、驅動開始時的水分蒸發加快、且能夠適當地緩和驅動開始時的熱應力的氣體傳感器的傳感器元件。

為了解決上述課題，本發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象氣體成分的檢測部的陶瓷結構體；以及末端保護層，該末端保護層是多孔質層、且設置成圍繞所述元件基體中的相對于所述檢測部側的末端部的規定范圍，所述末端保護層在所述元件基體的長度方向上圍繞所述元件基體的所述末端部的部分的相反側的、作為所述末端保護層的端部的第一端部突出，當所述末端保護層的最大厚度設為A、且所述末端保護層中的未突出的部分即基部的厚度設為B時，A/B≥1.1。

本發明的第二方案在第一方案所涉及的傳感器元件的基礎上，其特征在于，所述末端保護層具備：內側末端保護層，該內側末端保護層具有30％～90％的氣孔率；以及外側末端保護層，該外側末端保護層具有10％～30％的氣孔率，所述內側末端保護層具有突出部，所述突出部突出而使得所述末端保護層在所述第一端部突出，所述內側末端保護層在所述末端保護層的所述第一端部向外部露出。

本發明的第三方案在第二方案所涉及的傳感器元件的基礎上，其特征在于，所述基部的厚度為300μm以上，所述基部的所述內側末端保護層的厚度為50μm～1500μm，所述基部的所述外側末端保護層的厚度為20μm～300μm。