[发明专利]传感器元件

说明书

本发明提供传感器元件，其耐被水性与以往相比更加优异。传感器元件具备元件基体和多孔质的前端保护层，元件基体具有：陶瓷体，其包含氧离子传导性固体电解质，且在一个端部具备导入口；至少2个内部空腔，其配备于陶瓷体内部，在规定的扩散阻力下与气体导入口连通；电化学泵单元，其包括陶瓷体外表面的外侧泵电极、面向内部空腔的内侧泵电极、以及两者之间的固体电解质；以及加热器，其埋设于陶瓷体的一个端部侧的规定范围，多孔质的前端保护层围绕下述第一范围，该第一范围包括：元件基体的一个端部侧的、至少从前端面至靠近气体导入口的2个内部空腔为止，在前端保护层与元件基体的这2个内部空腔所在的部分之间夹有一隔热空间。

技术领域

本发明涉及对被测定气体中的规定气体成分进行检测的气体传感器，特别涉及在气体传感器中所具备的传感器元件中防止被水开裂的构成。

背景技术

以往，作为用于获知被测定气体中的所期望气体成分的浓度的气体传感器，众所周知具备以下传感器元件的气体传感器，该传感器元件由氧化锆(ZrO₂)等具有氧离子传导性的固体电解质构成，并在表面及内部具备若干电极。该传感器元件中，出于防止被水开裂的目的而设置有由多孔质体构成的保护层(多孔质保护层)，上述被水开裂是：由于水滴附着而导致传感器元件(更详细的为元件基体)因热冲击而开裂。防止该被水开裂的效果的程度也称为耐被水性。

作为该传感器元件，已知如下构成，即，在长条平板状的元件基体的两个主面设置保护层，并在此基础上，在前端部进一步设置多孔质保护层(例如参见专利文献1)。

另外，还已知一种传感器元件，其在长条平板状的元件基体的前端部以在与元件之间设置空间的方式形成有多孔质保护层(例如参见专利文献2及专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－48230号公报

专利文献2：日本特开2016－188853号公报

专利文献3：日本特开2015－87161号公报

发明内容

专利文献1中公开如下内容，即，在传感器元件前端部的、在气体传感器使用时成为500℃以上的温度状态的区域形成多孔质保护层，而在使用时成为300℃以下的温度状态的区域没有形成多孔质保护层，由此，能够实现：因多孔质保护层的形成面积减少而减少耗电量及至检测出为止的待机时间，并且，因耐被水性的提高而抑制开裂。

但是，专利文献1所涉及的传感器元件的耐被水性并不一定充分，在被水量较多的情况下，有时发生被水开裂。

另外，专利文献2中公开如下传感器元件，其以与元件基体的一个前端面密合、且对与该前端面垂直的侧面在与元件基体之间设置有空间的方式具备多孔质保护层。该构成在减弱从多孔质保护层向元件基体的热传导方面是有效果的。

但是，专利文献2中，虽然示意性地公开了在气体传感器使用时传感器元件中成为高温的部分与空间之间的位置关系，但是，没有详细公开气体传感器使用时的传感器元件的温度分布与多孔质保护层的形状及配置之间的关系。因此，在采用专利文献2中公开的构成的情况下，有时无法充分确保耐被水性。另外，专利文献2中公开的传感器元件中，以与致密的固体电解质层直接接合的方式设置有多孔质保护层。专利文献2中公开的构成并不一定可确保多孔质保护层相对于元件基体的侧面的密合性，还有可能发生多孔质保护层的剥离、甚至脱离。上述剥离或脱离的发生还会有损本来设想的传感器元件的耐被水性，所以不理想。

另一方面，如专利文献3所公开那样，仅在传感器元件的一个端部的角部形成空间的方案有时在气体传感器使用时成为高温但没有设置空间的部分发生被水开裂，所以不理想。

本发明是鉴于上述课题而实施的，其目的在于，提供一种在具备被测定气体的导入口的一个端部侧具有多孔质的保护层、且耐被水性与以往相比更加优异的传感器元件。