[发明专利]层叠型气体传感器元件及其制造方法、以及气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种层叠型气体传感器元件、具备层叠型气体传感器元件的气体传感器以及层叠型气体传感器元件的制造方法。

背景技术

以往，已知一种气体传感器，该气体传感器对内燃机等中的废气所包含的特定气体成分进行检测、对特定气体成分的浓度进行测量。作为这种气体传感器，存在使用了在固体电解质体上具备一对电极的层叠型气体传感器元件的气体传感器。使用于该气体传感器元件的氧化锆等固体电解质体在300℃以上的高温条件下成为激活状态，因此通常在通过层叠在固体电解质体上的加热器对固体电解质加热的状态下使用气体传感器元件。此时，当测量对象气体中的水滴、油滴附着(被水)到气体传感器元件时，由于热冲击而有可能使气体传感器元件产生裂纹。作为用于解决这种问题的技术，已知如下技术：利用多孔质保护层来保护暴露于测量对象气体中的气体传感器元件的前端部(检测部)。例如，在专利文献1中公开了一种技术，该技术将气体传感器元件的角部的保护层的厚度设为较厚，由此即使在容易产生裂纹的角部也抑制裂纹的产生。

专利文献1：日本特开2003-322632号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，即使是专利文献1的在检测部设置有多孔质保护层的气体传感器元件，当大量附着(被水)测量对象气体中的水滴、油滴时，也无法通过保护层来充分进行保护，由于热冲击而有可能使层叠型气体传感器元件产生裂纹。

本发明是为了解决上述以往的问题而完成的，其目的在于提供一种能够进一步抑制由于附着水(被水)而使气体传感器元件产生裂纹的技术。

用于解决问题的方案

本发明为了解决上述问题的至少一部分能够采取如下方式或者应用例。

[应用例1]

一种层叠型气体传感器元件，检测测量对象气体中的特定气体，通过层叠检测元件和加热器元件而构成，其中，该检测元件在固体电解质体上具备一对电极，该加热器元件的内部具有电阻发热体，该层叠型气体传感器元件的特征在于，至少在上述层叠型气体传感器元件中的暴露于上述测量对象气体中的前端部形成有多孔质保护层，在上述多孔质保护层的表面的50μm×50μm的区域内存在十个以上直径为1μm以上且5μm以下并且长径短径之比为0.5以上且2.0以下的小孔，并且在上述多孔质保护层的表面的100μm×100μm的区域内存在一个以上且少于二十个的直径为8μm以上且20μm以下并且长径短径之比为0.5以上且2.0以下的大孔。

在应用例1的层叠型气体传感器元件中，在多孔质保护层表面形成有适当大小以及适当数量的小孔和大孔，因此即使被附着水(被水)也能够抑制在该气体传感器元件上产生裂纹。

即，在100μm×100μm的框内的大孔数量小于一个的情况下，无法通过大孔完全吸收多孔质保护层中的热收缩，因此在多孔质保护层中容易产生龟裂、裂纹。另一方面，在100μm×100μm的框内的大孔数量为二十个以上的情况下，会导致多孔质保护层124的强度降低或者水滴等容易通过大孔到达气体传感器元件120而使耐附着水性降低。

另外，在50μm×50μm的框内的小孔数量小于十个的情况下，与仅形成有大孔的情况相比，水滴等的蒸发容易度的提高效果较小，耐附着水性的提高效果较小。

[应用例2]

应用例1所记载的层叠型气体传感器元件的特征在于，上述多孔质保护层的表面的孔隙率为15％以上且65％以下。

在应用例2的层叠型气体传感器元件中，多孔质保护层的表面的孔隙率为15％以上且65％以下，因此能够充分抑制产生裂纹。此外，“孔隙率”是指多孔质保护层表面的每单位面积中孔隙所占面积的比例。能够从由扫描型电子显微镜得到的放大照片等求出该孔隙率。在孔隙率小于15％的多孔质保护层中，被测量气体难以通过，有时会使气体检测精度降低。另外，在孔隙率超过65％的多孔质保护层中，水滴等的渗透程度变高，有时无法充分发挥抑制由于附着水而产生裂纹的效果。

[应用例3]

应用例1或者2所记载的层叠型气体传感器元件的特征在于，上述多孔质保护层的厚度为50μm以上且500μm以下。