[发明专利]气体传感器元件及气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及检测包含于测定对象气体中的特定气体成分的气体传感器元件及气体传感器。

背景技术

已经知道有输出根据从汽车引擎等内燃机排放的排气气体中的特定气体成分的浓度而变化的气体传感器元件。例如，输出根据氧气浓度而变化的气体传感器元件，具有在形成为有底筒状的固体电解质体的外表面和内表面设置一对电极（外侧电极和内侧电极）的构造。并且，根据被设于外表面的外侧电极所接触的排气气体与被设于内表面的内侧电极所接触的基准气体（例如大气）之间的氧气浓度差而在两个电极之间产生的电动势，作为气体传感器元件的输出被取出。

在气体传感器元件设有保护层，用于保护外侧电极不受排气气体的毒害。并且，已经知道为了提高外侧电极或保护层的密合性，使固体电解质体的外表面具有凹凸形状（例如参照专利文献1、2）。该凹凸形状使用与固体电解质体相同的材料形成。具体地讲，在固体电解质体的外表面涂敷膏体并与固体电解质体同时进行烧结，由此形成为一体而且是造粒微粒从细微微粒的层突出的形式，该膏体包含成为凹凸形状的直径大的造粒微粒（大微粒）、和提高造粒微粒的固着性的细微微粒（小微粒）。

当在厚度方向的截面中观察形成有基于造粒微粒的凸部的固体电解质体的外表面时，在从细微微粒的层突出的凸部中形成有中间部分在与细微微粒的层的表面之间变细的凹部的部分（以下称为“变细部分”）。利用对该变细部分实施外侧电极或保护层而产生的固定效果，能够提高外侧电极或保护层的密合性。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平11－230930号公报

【专利文献2】日本特开2002－323474号公报

但是，在专利文献1和专利文献2中虽然规定了造粒微粒的粒径，但是由于偏差原因，存在形成有包含许多粒径接近下限的造粒微粒的部位的情况。在这种部位，造粒微粒被埋入细微微粒的层中，导致在凸部不能形成变细部分，固定效果降低，外侧电极或保护层的密合性有可能降低。

另外，在形成有变细部分的凸部和没有形成变细部分的凸部混合存在的状态下，如果每单位面积的凸部的数量增多，则能够确保外侧电极或保护层的密合性，但是存在相邻的凸部彼此接触而在凸部彼此之间产生空洞或凹坑的情况。在水蒸气进入该空洞或凹坑并受到基于水蒸气的膨胀的热冲击的情况下，固体电解质体有可能产生裂纹。在专利文献1中虽然规定了凸部间距离，但是为了确保密合性而不能使凸部彼此接触的部分完全消失，期望耐潮耐热性的进一步提高。

发明内容

本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种气体传感器元件及气体传感器，能够确保外侧电极或保护层的密合性，并且提高耐潮耐热性。

根据第一方式提供一种气体传感器元件，检测测定对象气体中的特定气体成分，该气体传感器元件具有：固体电解质体，呈前端封闭的有底筒状；内侧电极及外侧电极，分别设置于所述固体电解质体的内表面及外表面；保护层，覆盖并保护所述外侧电极；以及密合层，在所述固体电解质体的所述外表面中设置有所述保护层的部位的至少一部分形成所述固体电解质体的表层，并形成有多个凸部，其特征在于，所述密合层具有所述凸部、和从自身的表面突出有所述凸部的基部，在所述基部的表面中，在将每1mm²所形成的所述凸部的个数设为N时，N为10≤N≤50（个），在与所述基部的表面垂直的方向上，在将所述凸部从所述基部的表面突出的高度的平均设为H时，H为55≤H≤75（μm），而且在将所述凸部的外径设为D时，使45<D<90（μm）的所述凸部的数量为所述凸部总数的70％以上。

首先，通过将构成密合层的凸部的每1mm²的个数N规定为10≤N≤50（个），能够确保形成于密合层上的外侧电极及保护层的密合性，进而确保冷热耐久性，并且提高气体传感器元件的耐潮耐热性。

在构成密合层的凸部的每1mm²的个数N小于10个的情况下，产生固定效果的变细部分（在凸部从基部突出的其根部附近，中间朝向与基部的表面的交界线附近向径向内侧变细为凹部状的部分）的每单位面积的数量相对减少。即，在固体电解质体的前端部中能够得到将外侧电极或保护层保持为密合状态的固定效果的部位相对减少。如果不能确保外侧电极或保护层的密合性而产生剥离或浮起，则难以确保冷热耐久性。