[发明专利]气体传感器的传感器元件

说明书

本发明提供能抑制水滴附着于表面保护层时发挥作用的热冲击的传感器元件。气体传感器元件具备：元件基体，其是具备测定对象气体成分的检测部的陶瓷结构体；以及末端保护层，其是在相对于元件基体的检测部侧的端部的规定范围设置于元件基体的外周部的多孔质层，末端保护层的表面附近部分的气孔率为15％～30％，表面粗糙度Ra的值为3μm～35μm。

技术领域

本发明涉及气体传感器的传感器元件，特别是涉及其表面保护层。

背景技术

以往，作为用于获知来自内燃机的废气等被测定气体中含有的期望气体成分的浓度的气体传感器，众所周知如下气体传感器，该气体传感器具有由氧化锆(ZrO₂)等具有氧离子传导性的固体电解质构成、且在表面、内部具备若干电极的传感器元件。作为这种传感器元件，众所周知，具有长条板状的元件形状，并且在具备将被测定气体导入的部分的那侧的端部设置有由多孔质体形成的保护层(多孔质保护层)，进而，在该多孔质保护层的外侧设置有气孔率小于多孔质保护层的气孔率的表面保护层(例如参见专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5387555号公报

发明内容

在传感器元件的表面设置保护层是为了确保使用气体传感器时的传感器元件的耐浸水性。具体而言，其目的在于防止浸水开裂，该浸水开裂是指：因来自附着于传感器元件表面的水滴的热(冷源热)引起的热冲击作用于传感器元件而导致传感器元件开裂。

在专利文献1公开的气体传感器中，使表面保护层具备利用了莱顿弗罗斯特现象的高温(500℃以上)下的疏水性而排斥附着于传感器元件的水滴，由此实现了防止传感器元件浸水开裂的效果。

更详细而言，在专利文献1中，为了可靠地表现出莱顿弗罗斯特现象而充分保持高温时的表面保护层的疏水性，表面保护层的表面粗糙度(算术平均粗糙度)Ra优选为3μm以下，在Ra超过3μm的情况下，无法充分确保该疏水性。另外，在专利文献1中，将10μL的浸水量设为浸水开裂(耐浸水性)的基准值。

然而，本发明的发明人进行了潜心研究，结果获得如下见解：通过使表面保护层的算术平均粗糙度Ra满足规定的必要条件，从而，与表现出莱顿弗罗斯特现象的情况相比，能够抑制水滴附着于表面保护层时作用于该表面保护层的热冲击，并且，即便并未积极地表现出莱顿弗罗斯特现象，也能够确保表面保护层的耐热冲击性，由此能够确保传感器元件的耐浸水性。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供抑制水滴附着于表面保护层时作用于该表面保护层的热冲击的传感器元件，还提供即便未积极地表现出莱顿弗罗斯特现象也能够确保表面保护层的耐热冲击性、从而能够确保耐浸水性的气体传感器的传感器元件。

为了解决上述课题，本发明的第一方案是气体传感器的传感器元件，其特征在于，具备：元件基体，该元件基体是具备测定对象气体成分的检测部的陶瓷结构体；以及末端保护层，该末端保护层是在相对于所述元件基体的所述检测部侧的端部的规定范围设置于所述元件基体的外周部的多孔质层，所述末端保护层的表面附近部分的气孔率为15％～30％，表面粗糙度Ra的值为3μm～35μm。

本发明的第二方案在第一方案所涉及的传感器元件的基础上，其特征在于，所述末端保护层中，所述表面附近部分将存在于内侧的气孔率为30％～90％、且导热率低于所述表面附近部分的导热率的部分覆盖。

本发明的第三方案是气体传感器的传感器元件，其特征在于，具备：元件基体，该元件基体是具备测定对象气体成分的检测部的陶瓷结构体；以及末端保护层，该末端保护层是在相对于所述元件基体的所述检测部侧的端部的规定范围设置于所述元件基体的外周部的多孔质层，所述末端保护层在最外周部具备气孔率为15％～30％、表面粗糙度Ra的值为3μm～35μm的外侧末端保护层。