[发明专利]气体传感器元件和气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器元件和使用该气体传感器元件的气体传感器，所述气体传感器元件用于检测诸如内燃机或燃烧器等的燃烧气体或排放气体(exhaust gas)等待测气体中的特定气体成分的浓度。

背景技术

下文中，为了说明的目的，相对于气体传感器(气体传感器元件)的轴向来使用术语“前”和“后”。这些术语是说明性的，并不试图限制本发明的范围。

已经使用具有用于检测诸如内燃机的排放气体中的氧气等特定气体成分的浓度的气体传感器元件的气体传感器。气体传感器元件包括板状的元件主体，在该板状的元件主体的前端部具有设置有固体电解质基板和一对电极的气体感测部。当气体传感器元件的元件主体的气体感测部所在的前端部(也称为“气体传感器元件的感测端部”)暴露于排放气体时，排放气体中的诸如硅和磷等有毒物质会附着到气体传感器元件的感测端部。诸如排放气体中或内燃机的排气管中的冷凝水等水分也会附着到气体传感器元件的感测端部。因此，至少气体传感器元件的感测端部由多孔陶瓷保护层覆盖，以捕获有毒物质并且防止水分与气体传感器元件的感测端部直接接触。日本特开2003-322632号公报公开了一种该类型的多孔质保护层，其具有内层(下层)的孔隙率比外层(上层)的孔隙率高的双层结构。在该保护层中，内层由于孔隙率高而粗糙，由此具有锚固效果(anchoring effect)，从而提高内层与外层的附着性。内侧区由于孔隙率高还具有隔热效果，从而即使气体传感器元件被水弄湿(水滴附着到多孔质保护层)，也能防止热从气体感测部散失到外层。

发明内容

然而，上述公开的多孔质保护层不能仅通过设定内层的孔隙率大于外层的孔隙率而获得内层和外层之间的足够的附着强度。当多孔质保护层被水弄湿时，多孔质保护层的内层和外层可能剥离。通常，多孔质保护层的内层和外层的剥离的可能性随着多孔质保护层的厚度增大而增大。另外，上述公开的多孔质保护层不能发挥足够的隔热效果，从而当气体传感器元件被水弄湿时，热可能从气体感测部散失。

因此，本发明的目的在于提供一种能够在维持隔热效果的同时呈现提高的层间附着强度的具有多层多孔质保护层的气体传感器元件。本发明的目的还在于提供使用该气体传感器元件的气体传感器。

根据本发明的一个方面，提供一种气体传感器元件，其用于检测待测气体中的特定气体成分的浓度，所述气体传感器元件包括：板状的元件主体，所述元件主体在其一端部具有气体感测部，所述气体感测部包括固体电解质基板和配置于所述固体电解质基板的一对电极；以及多孔质保护层，所述多孔质保护层由陶瓷颗粒形成并且至少包围所述元件主体的所述一端部的周围，其中，所述多孔质保护层具有从所述元件主体朝向外侧依次层叠在一起的内侧区、中间区和外侧区；并且所述中间区的孔隙率低于所述内侧区的孔隙率和所述外侧区的孔隙率。

在气体传感器元件中，除感测部件之外，元件主体可以具有能够在通电时发热的加热部件(加热器)；并且多孔质保护层除上述内侧区、中间区和外侧区之外，还可以包括位于外侧区外侧的任何附加的区。

优选的是，所述外侧区的孔隙率低于所述内侧区的孔隙率。还优选的是，所述外侧区包含作为所述陶瓷颗粒的粗颗粒和比所述粗颗粒的尺寸小的细颗粒；所述中间区包含与所述外侧区所包含的所述细颗粒相同的细颗粒；所述中间区的所述细颗粒的含有比例高于所述外侧区的所述细颗粒的含有比例。进一步优选的是，所述中间区包含与所述内侧区所包含的颗粒相同的颗粒。另外，优选的是，所述中间区的厚度小于所述内侧区和所述外侧区的厚度。

此外，优选的是，所述外侧区包含作为所述陶瓷颗粒的粗颗粒和比所述粗颗粒的尺寸小的细颗粒；并且所述内侧区中所包含的颗粒的平均粒径大于所述外侧区中所包含的所述细颗粒的平均粒径。

根据本发明的另一方面，提供一种气体传感器，该气体传感器包括：上述气体传感器元件；和壳体，在该壳体中保持气体传感器元件。

从下面的描述也将使本发明的其他目的和特征变得可以理解。

附图说明

图1是具有根据本发明的一个实施方式的气体传感器元件的气体传感器的截面图。

图2是根据本发明的一个实施方式的气体传感器元件的分解立体图。

图3是根据本发明的一个实施方式的气体传感器元件的局部放大图。

图4是示出根据本发明的一个实施方式的气体传感器元件的多孔质保护层的一个示例的截面的电子显微图。

图5是示出根据本发明的一个实施方式的气体传感器元件的多孔质保护层的另一示例的截面的电子显微图。