层叠式气体传感器元件和气体传感器制造技术

一种层叠式气体传感器元件，其沿着纵向方向延伸并具有检测部分，包括：板状元件本体，该板状元件本体具有嵌入式电阻加热体的加热层和具有层叠到该加热层的一对电极的检测层，该检测层具有沿着层叠方向的竖直表面和垂直于层叠方向的水平表面；和覆盖元件本体的构成检测部分的竖直表面和水平表面的多孔保护层，其中在竖直表面上形成的保护层的厚度比在水平表面上形成的保护层的厚度厚。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种层叠式气体传感器元件和一种结合该层叠式气体 传感器元件的气体传感器。
技术介绍
已知层叠式气体传感器元件是作为用于测量浓度或者检测在内燃 机等的废气中包含的给定气体组分的气体传感器的元件。因为用于这种层叠式气体传感器元件中的固体电解质诸如氧化锆在30(TC或者更 高的高温下变成活性的，所以通常在利用被层叠到固体电解质的加热 器加热的状态中使用固体电解质。结果，当在测量目标气体中的油滴 或者水滴附着到气体传感器元件时，有时由于热冲击而破裂。为了解 决这个问题，已知一项用于借助于多孔保护层而保护被暴露于测量目 标气体的气体传感器元件的检测部分的技术。例如，已知一项用于通 过在气体传感器元件的角部中加厚保护层而防止破裂发生的技术(专 利参考文献l)。而且，已知一项用于通过使得气体传感器元件的具有 检测部分的顶部的水平宽度尺寸小于另一部分的水平宽度尺寸并且沿 着层叠方向的表面涂覆有保护层，从而抑制体积增加并且抑制热冲击 的技术(专利参考文献2)。 JP-A-2003-322632 JP-A-2006-34329
技术实现思路
然而，上述技术具有几个缺点。即，本申请的专利技术人发现，破裂 趋向于在构成气体传感器元件的层之间的边界部分处发生。具体地， 当保护层未在边界部分处形成并且边界部分被暴露或者未在边界部分处设置具有足够厚度的保护层时，在测量目标气体中的油滴或者水滴 附着到边界部分。结果，由于层相互之间的热收縮差异而产生热冲击， 并且有时在层中发生破裂。另一方面，通过加厚保护层，能够抑制上 述破裂。然而，这导致随着保护层的厚度增加而引起体积增加。因此， 将传感器元件加热至使得固体电解质被激活的预定(激活)温度需要长 的激活时间。即，更长的激活时间并且这成为抑制气体传感器快速起 动的因素。据此，本专利技术的一个目的在于解决上述相关技术的问题，并且抑 制在边界部分处由于热冲击而发生破裂，同时限制由于在层叠式气体 传感器元件中增加保护层的厚度而使得体积的增加。根据第一方面(l)，本专利技术的目的通过提供一种层叠式气体传感器 元件来实现，该层叠式气体传感器元件包括沿着纵向方向延伸的形状 并且在层叠式气体传感器元件的前端侧中具有用于检测给定气体的检 测部分，包括长板形元件本体，该长板形元件本体包括具有嵌入式 电阻加热体的加热层和具有层叠到该加热层的一对电极的检测层，并 且所述检测层具有沿着层叠方向的竖直表面和垂直于层叠方向的水平 表面；和多孔保护层，该多孔保护层覆盖元件本体的构成该检测部分 的竖直表面和水平表面，其中在竖直表面上形成的该保护层的厚度(tl) 比在水平表面上形成的该保护层的厚度(t2)厚。在根据第一方面的层叠式气体传感器元件(l)中，使得覆盖具有暴 露边界部分的竖直表面的保护层比覆盖水平表面的保护层厚，该边界 部分由于热冲击而易于破裂。以此方式，水滴比通过覆盖水平表面的 更薄保护层更加缓慢地通过覆盖竖直表面的更厚保护层渗透，从而能 够降低在竖直表面中发生的温度梯度并且能够抑制热冲击。而且，使 得水平表面的保护层的厚度比竖直表面的厚度薄，并且由此，能够抑 制由于保护层的增加而引起体积的增加，并且能够减少达到激活温度 需要的时间。如这里使用的，"竖直表面"指的是沿着长板形元件本体的层叠 方向的四个表面，"水平表面"指的是沿着垂直于长板形元件本体的 层叠方向的方向的两个表面。在优选实施例(2)中，在根据第一方面的层叠式气体传感器元件(l) 中，该元件本体具有将竖直表面连接到水平表面的角部(ep)，检测部分 的角部涂覆有保护层，并且在该角部上形成的保护层的厚度(t3)比在竖 直表面上形成的保护层的厚度(tl)薄，并比在水平表面上形成的保护层 的厚度(t2)厚。在该实施例中，使得与水平表面相比其中由于热冲击而 趋向于破裂的角部处的保护层的厚度比水平表面的保护层的厚度厚。 以此方式，也能够抑制施加到角部的热冲击。而且，角部比具有暴露 边界部分的竖直表面更能够抵抗由于热冲击而发生的破裂，从而使得 在角部处的保护层比竖直表面的保护层薄。因此，能够抑制由于保护 层厚度的增加而引起的体积增加，并且也能够减少达到激活温度需要 的时间。如这里使用的，"在角部上形成的保护层的厚度"指的是在截取 元件本体层叠方向的截面的情形中在保护层的表面和元件本体的角部之间的内接虚圆的直径。而且，"角部"指的是用于将竖直表面连接 到水平表面的部分。该"角部"不限于两个表面在此处交叉的线性部 分(即，边缘)，并且还包括其中两个表面例如以R形状结合的、具 有曲面形状的部分。在另一优选实施例(3)中，在根据上述(1)或(2)的层叠式气体传感器 元件中，覆盖元件本体的竖直表面(vf)的保护层的厚度(l)在300 u m到 500 wm的范围内，并且覆盖元件本体的水平表面(hf)的保护层的厚度 (t2)在150ixm到250um的范围内。在此实施例中，在竖直表面的保 护层中，水滴在保护层的气孔内部扩散时能够缓慢地渗透，从而能够 抑制施加到竖直表面的热冲击。而且，能够抑制施加到水平表面的热冲击同时抑制体积的增加。另外，当覆盖该元件的竖直表面的保护层 的厚度小于300 u m时，存在其中不能充分地抑制施加到竖直表面的热 冲击的情形。而且，当该厚度大于500 um时，存在其中由于体积增加 而使得激活时间被延迟的情形。另一方面，当覆盖该元件的水平表面 的保护层的厚度小于150um时，存在其中不能充分地抑制施加到水平 表面的热冲击的情形。在优选实施例(4)中，在根据上述(1)或(2)的层叠式气体传感器元件 中，该元件本体具有非多孔部分和在检测部分的水平表面处暴露的多 孔部分，其中覆盖多孔部分的保护层的厚度(t4)比覆盖非多孔部分的保 护层的厚度(t4)厚，并且覆盖多孔部分的所述厚度的保护层被设置成跨 越在多孔部分和非多孔部分之间的边界。当多孔部分和非多孔部分被 置于水平表面上时，在多孔部分中或者在多孔部分和非多孔部分之间 的边界部分处，由于热冲击而趋向于破裂。然而，因为使得覆盖多孔 部分或者边界部分的保护层比非多孔部分的保护层厚，所以在与非多 孔部分的保护层中相比，水滴在更厚保护层的气孔内部扩散时能够更 加缓慢地渗透。因此，能够降低在多孔部分或者边界部分中发生的温 度梯度并且能够抑制热冲击。在又一实施例(5)中，在根据上述(4)的层叠式气体传感器元件中， 覆盖元件本体的多孔部分的保护层的厚度(t4)和覆盖元件本体的竖直 表面(vf)的保护层的厚度(tl)在300um到500y m的范围内。而且，覆 盖元件本体的非多孔部分的保护层的厚度(t2)在150^ m到250 um的 范围内。在此实施例中，在竖直表面的保护层中，水滴在更厚保护层 的气孔内部扩散时缓慢地渗透，从而能够抑制施加到竖直表面的热冲 击。而且，在水平表面中，能够抑制热冲击同时抑制体积的增加。另 外，当覆盖元件本体的多孔部分和竖直表面的保护层的厚度小于300 y m时，存在其中施加到竖直表面的热冲击不能被充分地抑制的情形。 而且，当该厚度大于500ym时，存在其中由于体积增加而使得激活时 间被延迟的情形。在另一方面，当覆盖元件本体的非多孔部分的保护层的厚度小于150"m时-，存在其中施加到水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层叠式气体传感器元件，沿着纵向方向延伸并在所述层叠式气体传感器元件的前端侧具有用于检测给定气体的检测部分，所述层叠式气体传感器元件包括：　板状元件本体，所述板状元件本体包括具有嵌入式电阻加热体的加热层和具有被层叠到所述加热层的一对 电极的检测层，所述检测层具有沿着层叠方向的竖直表面（ｖｆ）和垂直于所述层叠方向的水平表面（ｈｆ）；和　多孔保护层，所述多孔保护层覆盖所述元件本体的构成所述检测部分的那一部分的竖直表面和水平表面，　其中，在所述竖直表面上形成的保护 层的厚度（ｔ１）比在所述水平表面上形成的保护层的厚度（ｔ２）厚。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉田慎，古田畅雄，中山裕也，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]