[发明专利]气体传感器元件

说明书

本发明提供具备多孔质保护层的气体传感器元件，所述多孔质保护层具有良好的防水性。一种气体传感器元件(100)，是两侧具备一对电极(4)的固体电解质体(3)和包含发热源(6)的发热体层叠而形成检测部(10)、且在检测部(10)的周围形成有多孔质保护层(20)的气体传感器元件，多孔质保护层(20)的热导率λ在0.2～5W/mK的范围，热导率λ(W/mK)和密度ρ(g/m³)和比热Cp(J/gK)的乘积即λ×Cp×ρ在5.3×10⁵～2.1×10⁷WJ/m⁴K²的范围。

技术领域

本发明涉及例如搭载于车辆、检测废气(排气)中的氧浓度的气体传感器元件。

背景技术

在各种产业界中，针对减少环境影响负载的各种努力正在全球范围内进行，其中，在汽车产业中，燃油经济性能优异的汽油发动机车自不必说，面向混合动力车、电动车等所谓的环保车的普及及其进一步的性能提高的开发每天都在进展。

车辆的废气的净化和燃油经济性能的提高，通过利用气体传感器检测废气等被测定气体中的氧浓度，精密地控制燃料喷射量、吸入空气量来进行。

构成该气体传感器的气体传感器元件的基本构成，可举出下述构成：两侧具备一对电极的固体电解质体和包含发热源的发热体层叠而构成检测部，在该检测部的周围形成有多孔质保护层。

由于气体传感器在400～850℃左右的高温状态下检测废气中的氧浓度，因此担心下述问题：如果该废气中的水滴(冷凝水)碰撞到构成气体传感器的气体传感器元件，则产生由部分急冷所致的热冲击，由于与温度变化相伴的体积变化，该元件发生由沾水时的温度降低引起的输出异常，或由于起因于热冲击的元件开裂而发生输出异常。另外，也担心下述问题：冷凝水中的金属化合物与水一起渗入元件内，使气体传感器元件的检测部中毒(功能受损)。

为解决这些问题，在气体传感器元件中，在检测部的周围配设有多孔质保护层。

在此，作为与具备多孔质保护层的气体传感器元件相关的以往技术，例如专利文献1中公开了采用由氧化铝构成的多孔质保护层包围元件的周围，来抑制水滴的碰撞的气体传感器元件。另外，专利文献2中公开了一种气体传感器元件，其具备由碳化硅或氮化铝的单一材料、或它们与其它的陶瓷材料的混合材料构成的多孔质保护层。此外，专利文献3中公开了一种气体传感器元件，其在元件主体部的扩散电阻层的导入被测定气体的气体导入外表面上，设置有用于捕集被测定气体中的毒害成分(中毒成分)的多孔质保护层；和形成于多孔质保护层上，在固体电解质体变为活性的高温时具有防水性，与多孔质保护层相比气孔率小的表面保护层。

这样，为了提高气体传感器元件的耐沾水性，对设置于检测部周围的多孔质保护层施加了多样的改良，特别是主要地进行了与应用于多孔质保护层的材料相关的技术开发。再者，专利文献3中，为了防止在受到热冲击时因沾水而引发的开裂(water-inducedcracking)，通过规定与多孔质保护层相比气孔率小的表面保护层的表面粗糙度，能够确保表面保护层的防水性。

在气体传感器元件的多孔质保护层中，通过对废气中的冷凝水进行防水，能够大幅度降低在多孔质保护层、气体传感器元件中可能发生的热冲击，能够抑制冷凝水的渗入，也会消除检测部的中毒。

关于该多孔质保护层的防水性，本发明人等发现了可通过在以往技术中没有的途径得到具有良好的防水性的多孔质保护层的见解。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2009-80110号公报

专利文献2：日本特开2011-237222号公报

专利文献3：日本特开2012-93330号公报

发明内容