传感器元件及气体传感器的制作方法

本发明涉及传感器元件及气体传感器。

背景技术：

1、以往，已知有对汽车的尾气等被测定气体中的nox等特定气体的浓度进行检测的气体传感器中使用的传感器元件。例如，专利文献1中记载有一种传感器元件，该传感器元件具备：元件主体，其具有氧离子传导性的固体电解质层且内部设置有供被测定气体导入并使其流通的被测定气体流通部；测定电极，其配设在被测定气体流通部的内周面上；基准电极，其配设在元件主体的内部；以及基准气体导入部，其供成为被测定气体的特定气体浓度的检测基准的基准气体(例如大气)导入并使其流通至基准电极。基准气体导入部具有多孔质的基准气体导入层。基于在该传感器元件的基准电极与测定电极之间产生的电动势，能够检测被测定气体中的特定气体浓度。另外，以利用内置于传感器元件的加热器将传感器元件加热至规定的驱动温度(例如800℃)而使固体电解质活化的状态进行特定气体浓度的测定。

2、现有技术文献

3、专利文献

4、专利文献1：日本特开2020-094899号公报

技术实现思路

1、不过，在未驱动传感器元件的期间，基准气体导入部中的多孔质的基准气体导入层有时吸附有外部的水。当开始传感器元件的驱动时，由于传感器元件被加热器加热，所以基准气体导入层内的水成为气体而排到传感器元件的外部，不过，在至水排尽的期间，有时因存在气体的水而导致基准电极周围的氧浓度降低。因此，有时从传感器元件的驱动开始至基准电极的电位稳定所需的时间(以下称为稳定时间)变长。另外，考虑为了使稳定时间变短而减小基准气体导入部的扩散阻力，不过，这种情况下，当污染物质从传感器元件的外部侵入于基准气体导入部时，有时基准电极周围的氧浓度降低而导致特定气体浓度的测定精度降低。

2、本发明是为了解决上述课题而实施的，其主要目的在于，使传感器元件的稳定时间变短，且使针对污染物质的耐受性提高。

3、本发明为了达成上述的主要目的而采用以下的手段。

4、[1]本发明的传感器元件具备：

5、元件主体，该元件主体具有氧离子传导性的固体电解质层，且内部设置有供被测定气体导入并使其流通的被测定气体流通部；

6、测定电极，该测定电极配设于所述被测定气体流通部；

7、基准电极，该基准电极配设于所述元件主体的内部；

8、基准气体导入部，该基准气体导入部具有在所述元件主体的外部呈开口且将成为所述被测定气体中的特定气体浓度的检测基准的基准气体导入到所述元件主体内的基准气体导入空间、以及使该基准气体从该基准气体导入空间流通至所述基准电极的多孔质的基准气体导入层；以及

9、加热器，该加热器对所述元件主体进行加热，

10、所述基准气体导入层在所述基准气体导入空间与所述基准电极之间的所述基准气体的路径上具有第一多孔质区域和第二多孔质区域，该第二多孔质区域具有气孔率比该第一多孔质区域小的低气孔率区域且配置成比该第一多孔质区域靠近所述基准电极。

11、该传感器元件中，基准气体导入层具备具有气孔率较小的低气孔率区域的第二多孔质区域。据此，即便污染物质从传感器元件的外部侵入于基准气体导入部，基准电极周围的氧浓度也不易降低。另外，基准气体导入层在比第二多孔质区域靠基准气体导入部的入口侧的位置具有气孔率比低气孔率区域大的第一多孔质区域。据此，在未驱动传感器元件时吸附于基准气体导入层内的水容易在传感器元件驱动时扩散到传感器元件的外部。因此，能够使传感器元件的稳定时间变短。由此，该传感器元件的稳定时间变短，且针对污染物质的耐受性提高。此处，所述第二多孔质区域可以整体为所述低气孔率区域，也可以具有所述低气孔率区域和气孔率为所述第一多孔质区域的气孔率以上的高气孔率区域。

12、[2]上述传感器元件(上述[1]所述的传感器元件)中，所述第一多孔质区域的每单位长度的扩散阻力rp1与所述第二多孔质区域的每单位长度的扩散阻力rp2之比rp2/rp1可以为5以上50以下。若比rp2/rp1为5以上，则传感器元件针对污染物质的耐受性进一步提高。若比rp2/rp1为50以下，则传感器元件的稳定时间进一步变短。

13、[3]上述传感器元件(上述[1]或[2]所述的传感器元件)中，所述基准气体导入空间的每单位长度的扩散阻力rp0与所述第一多孔质区域的每单位长度的扩散阻力rp1之比rp1/rp0可以为2以上10以下。若比rp1/rp0为2以上，则传感器元件针对污染物质的耐受性进一步提高。若比rp1/rp0为10以下，则传感器元件的稳定时间进一步变短。

14、[4]上述传感器元件(上述[1]～[3]中的任一项所述的传感器元件)中，所述基准气体导入部的扩散阻力ra可以为1200mm-1以下。据此，传感器元件的稳定时间进一步变短。

15、[5]上述传感器元件(上述[1]～[4]中的任一项所述的传感器元件)中，所述低气孔率区域的宽度w2可以为所述第一多孔质区域的宽度w1的90％以上，且为所述基准电极的宽度wr的90％以上。据此，可更可靠地得到利用低气孔率区域来提高传感器元件针对污染物质的耐受性的效果。应予说明，第二多孔质区域整体为低气孔率区域的情况下，第二多孔质区域的宽度直接成为宽度w2。

16、[6]上述传感器元件(上述[1]～[5]中的任一项所述的传感器元件)中，俯视下，所述低气孔率区域的面积s2可以为所述基准气体导入层中的所述基准气体导入空间与所述基准电极之间的部分的面积sw的45％以上。据此，可更可靠地得到利用低气孔率区域来提高针对污染物质的耐受性的效果。应予说明，第二多孔质区域整体为低气孔率区域的情况下，第二多孔质区域的面积直接成为面积s2。

17、[7]上述传感器元件(上述[1]～[6]中的任一项所述的传感器元件)中，所述第二多孔质区域可以具有：所述低气孔率区域、以及气孔率为所述第一多孔质区域的气孔率以上的高气孔率区域，所述低气孔率区域和所述高气孔率区域在所述基准气体导入层的厚度方向上重叠配设。

18、[8]上述传感器元件(上述[7]所述的传感器元件)中，所述低气孔率区域的厚度t2a可以为所述第二多孔质区域的厚度t2的50％以上。

19、[9]上述传感器元件(上述[7]所述的传感器元件)中，所述低气孔率区域的厚度t2a可以为所述第二多孔质区域的厚度t2的90％以上。

20、[10]本发明的气体传感器具备上述的任一方案的传感器元件(上述[1]～[9]中的任一项所述的传感器元件)。因此，该气体传感器能够得到与上述的本发明的传感器元件同样的效果，例如传感器元件的稳定时间变短且传感器元件针对污染物质的耐受性提高的效果。

技术特征：

1.一种传感器元件，具备：

2.根据权利要求1所述的传感器元件，其中，

3.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其中，

4.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其中，

5.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其中，

6.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其中，

7.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其中，

8.根据权利要求7所述的传感器元件，其中，

9.根据权利要求7所述的传感器元件，其中，

10.一种气体传感器，其中，

技术总结传感器元件101具备：元件主体(层1～层6)，其内部设置有被测定气体流通部；测定电极44；基准电极42；基准气体导入部49；以及加热器72，其对元件主体进行加热。基准气体导入部49具有：在元件主体的外部呈开口且将基准气体导入到元件主体内的基准气体导入空间43、以及使基准气体从基准气体导入空间43流通至基准电极的多孔质的基准气体导入层48。基准气体导入层48在基准气体导入空间43与基准电极42之间的基准气体的路径即路径部分84具有第一多孔质区域85和第二多孔质区域86。第二多孔质区域86具有气孔率比第一多孔质区域85小的低气孔率区域86a，且配置成比第一多孔质区域85靠近基准电极42。技术研发人员：桥川凌,渡边悠介,田中信伍,伊丹一起受保护的技术使用者：日本碍子株式会社技术研发日：技术公布日：2024/8/16