[发明专利]气体传感器及其制造方法

说明书

气体传感器(1)的传感器元件(2)具备：元件主体(20)；设于元件主体(20)的长度方向(L)的前端部的最表面位置的表面保护层(37)；以及设于元件主体(20)与表面保护层(37)之间的内部保护层(38)。内部保护层(38)具有热传导率比表面保护层(37)低、且平均气孔率比表面保护层(37)高的性质，并且设于元件主体(20)与表面保护层(37)之间。内部保护层(38)中的至少位于与发热体(34)对置的一侧的第一保护层部(381)的长度方向(L)的基端位置(381a)位于比元件主体(20)的长度方向(L)中的最高温度位置(H1)靠长度方向(L)的前端侧(L1)的位置。

相关申请的相互参照

本申请基于2019年6月27日提出申请的日本专利申请第2019－119478号，并引用其记载内容。

技术领域

本公开涉及具备传感器元件的气体传感器及其制造方法。

背景技术

气体传感器配置于车辆的内燃机的排气管等中，用于检测排气管内流动的废气的氧浓度、NOx浓度等。在气体传感器中，使用设有元件主体和保护层的传感器元件，该元件主体设有固体电解质体、绝缘体、发热体等，该保护层保护元件主体免受水、中毒物质等的影响。构成元件主体的绝缘体由致密的陶瓷材料形成，另一方面，保护层由形成有气孔的多孔质的陶瓷材料形成。

例如，在专利文献1所记载的气体传感器中，为了保护传感器元件免受检测对象气体所含的水以及中毒物质的影响，在传感器元件的长度方向上的前端侧的表面设有由陶瓷粒子构成的多孔质保护层。该多孔质保护层具有为了确保中毒物质的捕捉性而设于传感器元件的表面的下层以及为了确保拒水性而设于下层的表面的上层。为了赋予拒水性，上层的气孔率与下层的气孔率相比相对较低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2016－029360号公报

发明内容

近年来，以减少车辆的内燃机的排放为目的，谋求气体传感器的尽快活性化以及高响应化。为了实现气体传感器的尽快活性化，存在由发热体的通电引起的传感器元件的升温速度增加的倾向。另外，为了实现气体传感器的高响应化，存在与传感器元件接触的废气的流量增加的倾向。因此，由于废气而飞散的水容易与被加热至高温的传感器元件接触，存在施加于传感器元件的热应力增加的倾向。

当发热体的发热部发热时，传感器元件的绝缘体先被加热，从绝缘体向多孔质保护层导热。此时，在专利文献1所示的气体传感器的传感器元件中，气孔率较高的多孔质保护层的下层成为导热的障碍，热量难以从绝缘体向多孔质保护层的上层传递，存在绝缘体与上层之间的温度差变大的隐患。而且，温度较高的一侧的绝缘体较大地热膨胀，另一方面，温度较低的一侧的多孔质保护层的上层不太热膨胀，由于该热膨胀差存在上层容易损伤的隐患。

由发明人们的深入研究的结果可知，在传感器元件的元件主体中，在使用气体传感器时达到最高温度的最高温度位置与多孔质保护层的下层的位置关系是重要的。多孔质保护层的上层有时称为表面保护层，多孔质保护层的下层有时称为内部保护层。

本公开是为了提供能够使表面保护层不易产生由热膨胀差引起的损伤的气体传感器及其制造方法而得到的。

本公开的一方式在于一种气体传感器，具备传感器元件，其中

所述传感器元件具备：

元件主体，具有固体电解质体和绝缘体，所述固体电解质体设有至少一对电极，所述绝缘体层叠于所述固体电解质体并且埋设有发热体；

表面保护层，设于所述元件主体的暴露于检测对象气体的长度方向的前端部的最表面位置，从沿着所述元件主体的所述长度方向的中心轴线的周围覆盖所述发热体的发热部；以及