固體電解質(zhì)氣體傳感器元件和氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】一種氣體傳感器元件，包括：固體電解質(zhì)主體；目標氣體室；參考氣體室；在目標氣體室中與固體電解質(zhì)主體接觸的第一電極；在參考氣體室中與固體電解質(zhì)主體接觸的第二電極，以便把固體電解質(zhì)主體保持在所述第一電極和所述第二電極之間；被布置成與所述固體電解質(zhì)主體接觸并且向所述目標氣體室輸送所述目標氣體的擴散層；以及被布置成與所述擴散層接觸以使得所述擴散層被布置在所述固體電解質(zhì)主體和所述屏蔽層之間的屏蔽層。所述固體電解質(zhì)主體和所述屏蔽層中的至少一個具有從與所述擴散層的界面?zhèn)瘸料莸陌疾俊?br> 【專利說明】固體電解質(zhì)氣體傳感器元件和氣體傳感器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于檢測所測量氣體(目標氣體)中的特定氣體濃度的氣體傳感器元件和使用該氣體傳感器元件的氣體傳感器。

【背景技術】
[0002]在用于車輛的內(nèi)燃機等的排氣系統(tǒng)中，部署氣體傳感器來檢測目標氣體，諸如排氣，中的特定氣體濃度(例如，氧氣濃度)(見例如日本專利申請公開N0.08-240559 (JP08-240559 A))。這種氣體傳感器容納氣體傳感器元件，該氣體傳感器元件具有例如氧離子傳導性固體電解質(zhì)主體、分別在固體電解質(zhì)主體的一個表面和另一個表面中提供的測量電極和參考電極，以及覆蓋測量電極并允許目標氣體透過的擴散層。
[0003]在常規(guī)的氣體傳感器元件中，元件被配置為使得其外表面與排氣接觸。但是，當內(nèi)燃機啟動時，排氣中所包含的水蒸汽冷凝并變成水滴，因此就存在水滴與排氣一起濺到元件上的情況。在這里，氣體傳感器元件是在以高溫加熱的情況下使用的，使得固體解質(zhì)主體被激活。從而，由于水滴的附著，顯著的熱沖擊施加到元件，這有可能造成水導致的開裂。此夕卜，不利地影響感測性能的有毒物質(zhì)會包含在排氣中。因此，JP 08-240559 A和日本專利申請公開N0.2012-93330 (JP2012-93330 A)公開了氧氣濃度檢測器，其中，具有防水性的表面保護層被提供在元件的外側并且多孔層被層壓，以阻止熱傳遞并且捕獲有毒物質(zhì)。
[0004]雖然以上文檔中的技術預先假設具有防水性的保護層的使用，但是存在防水性隨著時間不能充分維持的可能性。換句話說，當表面保護層的組成粒子被包含在排氣中的有毒物質(zhì)(例如，微粒氧化物)覆蓋時，其防水性有可能降級。此外，多孔層捕獲有毒物質(zhì)的功能對溶解在液體(例如，水)中的有毒物質(zhì)變得無效。
[0005]燃料基本上是由碳氫化合物制成的，而且包含各種雜質(zhì)，諸如氮化物、水、礦物質(zhì)成分以及得自添加劑的金屬性成分。這些雜質(zhì)變成不利地影響氣體傳感器的檢測(defecting)性能并且通常存在于排氣中的合成的/混合的化合物(有毒物質(zhì))。由于諸如燃料的結構、燃燒控制及特性之類的因素，以上有毒物質(zhì)和水在內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)中構成復雜的系統(tǒng)。為了解決以上問題，多個發(fā)明已經(jīng)報告了通過把濕度和毒化(poisoning)考慮在內(nèi)對保護層的改進。但是，還沒有實現(xiàn)充分的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了對溶解在液體中、然后進入氣體傳感器元件內(nèi)部的有毒物質(zhì)呈現(xiàn)卓越抗毒性并且在初始階段維持傳感器性能的氣體傳感器元件，并且還提供了使用該氣體傳感器元件的氣體傳感器。
[0007]根據(jù)本發(fā)明第一方面的氣體傳感器元件是用于檢測目標氣體的濃度的氣體傳感器元件。該氣體傳感器元件包括:固體電解質(zhì)主體；目標氣體被引入其中的目標氣體室；作為目標氣體濃度的基礎的參考氣體被引入其中的參考氣體室；被設置在目標氣體室中與固體電解質(zhì)主體接觸的第一電極；被設置在參考氣體室中與固體電解質(zhì)主體接觸的第二電極，該第二電極被設置成在第一電極和第二電極之間保持固體電解質(zhì)主體；被布置成與固體電解質(zhì)主體接觸并且向目標氣體室輸送目標氣體的擴散層；以及被布置成與擴散層接觸從而在固體電解質(zhì)主體和屏蔽層之間布置擴散層的屏蔽層。固體電解質(zhì)主體和屏蔽層中的至少一個具有從與擴散層接觸的面沉陷的凹部。
[0008]根據(jù)第一方面，因為包含在排氣中的可溶有毒物質(zhì)可以在被設置在與擴散層在其上層或下層接觸的層中的凹部中被捕獲，所以有可能除去對電極作出響應的目標氣體對大氣的影響。從而，隨時間的惡化很難發(fā)生。
[0009]在第一方面，當在平面圖中從目標氣體室看取入(take in)目標氣體的目標氣體吸收側并且目標氣體室面向目標氣體吸收側的壁面的長度設置為室寬度時，在室寬度方向上的凹部的范圍可以包含室寬度的范圍。
[0010]根據(jù)以上這方面，有毒物質(zhì)在到達目標氣體室之前經(jīng)過具有凹部的擴散區(qū)域。因此，經(jīng)過擴散層的有毒物質(zhì)在到達目標氣體室之前在凹部中被捕獲的概率增加了。
[0011]在以上這方面，凹部的壁面可以與凹部和擴散層的界面垂直。
[0012]在以上這方面，因為形成了三相界面，所以有毒物質(zhì)被捕獲的概率進一步增加了。
[0013]根據(jù)本發(fā)明第二方面的氣體傳感器包括根據(jù)第一方面的氣體傳感器元件。
[0014]根據(jù)第二方面，有可能獲得由根據(jù)第一方面的氣體傳感器元件實現(xiàn)的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]以下將參考附圖描述本發(fā)明的示例實施例的特征、優(yōu)點以及技術和工業(yè)重要性，其中相似的標號指示相似的元件，并且其中:
[0016]圖1A和IB示出了本發(fā)明的實施例，其中圖1A是用于示出氣體傳感器元件的結構的透視平面圖，以及圖1B是沿圖1A的線IB-1B取得的橫截面圖；
[0017]圖2示出了本發(fā)明的這種實施例，其圖示出了水從擴散層到室的注入行為的模擬結果；
[0018]圖3A和3B示出了本發(fā)明的這種實施例，其中圖3A是用于示出測試片的結構的平面圖，以及圖3B是沿圖3A的線IIIB-1IIB取得的橫截面圖；
[0019]圖4A示出了通過EPMA對圖3A、3B的測試片的表面分析結果，以及圖4B示出了圖3A、3B的測試片中有毒成分的沉積狀態(tài)；
[0020]圖5A和5B示出了本發(fā)明的這種實施例，其中圖5A是用于示出根據(jù)第一修改的氣體傳感器元件的結構的透視平面圖，以及圖5B是沿圖5A的線VB-VB取得的橫截面圖；
[0021]圖6A是用于示出在對圖5A、5B的氣體傳感器元件的循環(huán)測試(cycle test)中氣體響應特性變化連同與常規(guī)氣體傳感器元件的比較的圖，以及圖6B示出了循環(huán)測試之后的EPMA結果；
[0022]圖7A和7B示出了本發(fā)明的這種實施例，其中圖7A是用于示出根據(jù)第二修改的氣體傳感器元件的結構的透視平面圖，以及圖7B是沿圖7A的線VIIB-VIIB取得的橫截面圖；及
[0023]圖8A和8B示出了本發(fā)明的這種實施例，其中圖8A是用于示出根據(jù)第三修改的氣體傳感器元件的結構的透視平面圖，以及圖8B是沿圖8A的線VIIIB-VIIIB取得的橫截面圖。

【具體實施方式】
[0024]將參考附圖對本發(fā)明的實施例進行描述。
[0025]圖1A和IB示出了包括在根據(jù)這種實施例的氣體傳感器中的氣體傳感器元件I的結構。例如，氣體傳感器被配置為把氣體傳感器元件I裝入外殼中。其濃度由氣體傳感器測量的氣體例如是氧氣。但是，作為要被測量的氣體的目標氣體可以是除氧氣之外的其它氣體。
[0026]氣體傳感器元件I包括保護層11、固體電解質(zhì)主體12、目標氣體室13、參考氣體室14、目標氣體側電極(第一電極)15、參考氣體側電極(第二電極)16、擴散層17、加熱器基底18、加熱器19以及屏蔽層20。
[0027]盤形狀的加熱器基底18、固體電解質(zhì)主體12、擴散層17以及屏蔽層20按自底向上這個次序層壓。目標氣體室13是矩形空間，該矩形空間在平面圖中在固體電解質(zhì)主體12的與擴散層17的界面?zhèn)壬系闹醒氩糠志哂兄髦行妮S，并且被形成為從與固體電解質(zhì)主體12的界面?zhèn)瘸瘮U散層17的內(nèi)側沉陷的凹空間。參考氣體室14是矩形空間，該矩形空間具有在平面圖中在加熱器基底18的與固體電解質(zhì)主體12的界面?zhèn)壬系闹醒氩糠种信c上述主中心軸相同位置或者大致相同位置處的主中心軸，并且被形成為從與固體電解質(zhì)主體12的界面?zhèn)瘸訜崞骰?8的內(nèi)側沉陷的凹空間。目標氣體側電極15被提供成在目標氣體室13中與固體電解質(zhì)主體12的表面接觸。參考氣體側電極16被提供成在參考氣體室14中與固體電解質(zhì)主體12的表面接觸。固體電解質(zhì)主體12被保持在目標氣體側電極15與參考氣體側電極16之間。如圖1A中所示，目標氣體側電極15以在縱向方向線性延伸的方式被從氣體傳感器元件I引出，并且參考氣體側電極16也以在平面圖中在相同方向延伸的方式被從氣體傳感器元件I引出。
[0028]加熱器19嵌在加熱器基底18的下部中。保護層11被提供成覆蓋上述整個層壓板的周圍。雖然沒有示出，但是在保護層11不與目標氣體側電極15和參考氣體側電極16相交的兩側提供了窗口。這些窗口被提供以把包括目標氣體的氣體獲取到擴散層17中，如利用箭頭U、V示出的。保護層11的具有窗口的側面以及擴散層17被修整成錐形，從而面向從其提供包括目標氣體在內(nèi)的氣體的上游側。
[0029]固體電解質(zhì)主體12由穩(wěn)定的氧化鋯(YSZ)制成，其中，例如，氧化釔(Y2O3)等混合在氧化鋯(ZrO2)中。保護層11、擴散層17、加熱器基底18以及屏蔽層20由例如氧化鋁(Al2O3)制成。目標氣體側電極15和參考氣體側電極16由例如鉑(Pt)制成。擴散層17被形成為多孔主體。
[0030]從與擴散層17的界面?zhèn)瘸腆w電解質(zhì)主體12的內(nèi)側沉陷的一個或多個凹部12a被提供在固體電解質(zhì)主體12中。從與擴散層17的界面?zhèn)瘸帘螌?0的內(nèi)側沉陷的一個或多個凹部20a被提供在屏蔽層20中。例如，凹部12a被形成為使得固體電解質(zhì)主體12關于與擴散層17的界面的連接表面與該界面正交，而凹部20a被形成為使得屏蔽層20關于與擴散層17的界面的連接表面與該界面正交。例如，如圖1A中所示，凹部12a和凹部20a被提供成在平面圖中包圍目標氣體室13的周圍。此外，凹部12a和凹部20a被提供成使得例如在平面圖中不彼此重疊。
[0031]在產(chǎn)生如上結構化的氣體傳感器元件I時，凹部12a、20a是通過在焙燒之前形成用于固體電解質(zhì)主體12和屏蔽層20的板材(sheet)時切割該板材形成的。然后，凹部12a、20a通過在正常的層壓過程之后的焙燒來完成。在正常的層壓過程中，整個層壓板結構除保護層11之外的結構都被焙燒，然后保護層11浸(dip)在焙燒后的層壓板結構的外側上并且在比整個層壓板結構的焙燒溫度低的溫度焙燒。
[0032]接下來，將描述以上結構化的氣體傳感器元件I的操作。
[0033]氣體傳感器元件I被布置以便被暴露給流經(jīng)車輛的排氣通道的排氣。通過保護其不受熱沖擊并且保護其避免俘獲大氣中不必要的顆粒，保護層11保護氣體傳感器元件I的內(nèi)部不受周圍排氣的影響。作為包含目標氣體的氣體的排氣從保護層11的窗口被獲取到擴散層17中。因為擴散層17是多孔主體，所以它充當阻擋層。包含可溶有毒成分的溶液可能包括在排氣中。在目標氣體朝著目標氣體室通過多孔主體的同時，包含有毒成分的溶液在其穿透過擴散層17時通過毛細管現(xiàn)象被引導到凹部12a和凹部20a。
[0034]同時，通過利用加熱器19加熱，加熱器基底18增加目標氣體側電極15和參考氣體側電極16周圍的溫度。當目標氣體與目標氣體側電極15接觸并且例如大氣的參考氣體與參考氣體側電極16接觸時，對應于目標氣體和參考氣體之間的氧氣濃度差的電流在目標氣體側電極15和參考氣體側電極16之間流動通過固體電解質(zhì)主體12。因此，目標氣體的氧氣濃度被檢測。
[0035]接下來，對其中包含有毒成分的溶液通過擴散層被引導到凹部的情況進行描述。圖2示出了關于室空間被注入擴散層中的水的行為的模擬結果。模擬是通過對結構進行建模來執(zhí)行的，其中，當凹部被提供在氧化鋁塊體中時，擴散層被提供在該塊體和室(圖2中塊體的外部水平空間被指定為室)的頂部。室的壁面與塊體的上表面正交。這對應于凹部的關于具有該凹部的層和擴散層之間的界面的連接表面與該界面正交的事實。
[0036]圖2中的虛線部分包含大量的水，并且可以理解，水穿透過擴散層的多孔主體并且充分到達室的壁面。注入的水通過毛細管現(xiàn)象被擴散層的多孔空間吸收。同時，因為室的壁面與塊體的上表面正交，所以用于從多孔空間向作為開放空間的室排放水的矢量分量變得特別大。從而，水順著壁面向下滲，使得它從擴散層排放到室。水滲入室的這種效果隨著由室的壁面(因此，凹部的連接表面)到塊體的上表面(因此，界面)形成的角度接近90度而增加。水在不受其重力影響的情況下到達室的壁面。因此，即使室存在于除擴散層下面之外的位置，諸如在擴散層上面，也可以獲得相同的模擬結果。在室的壁面中，水量在箭頭的方向逐步減少。因此，可以證實來自擴散層的水滲入室空間并且擴張通過室的壁面。
[0037]接下來，將描述提供凹部的效果的驗證。
[0038]圖3A、3B示出了用來驗證凹部的效果的測試片21的結構。
[0039]測試片21被構造為使得氧化鋁層22、氧化鋁層23、擴散層24和氧化鋁層25按自底向上這個次序層壓到一起。由凹部形成的室26被提供在氧化鋁層23中。室26在底層側接觸氧化鋁層22，并且在上層側接觸擴散層24。從而，室26的壁面由氧化鋁層23的側壁配置，并且室26的底表面由氧化鋁層22的上表面配置。
[0040]執(zhí)行多次用于重復一個循環(huán)的循環(huán)測試(加速測試)，在該循環(huán)中包含有毒成分離子的水從擴散層24的側表面滴落到測試片21，如由圖3B中的箭頭所示出的，然后在大氣中變干。圖4A示出了通過電子探針顯微分析儀(EPMA)獲得的表面分析結果，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，有毒成分30沉積在室26中。因此，證實有毒成分30很難一開始就沉積在被虛點線包圍的室26的底部區(qū)域中；但是，有毒成分30的沉積隨著循環(huán)次數(shù)的增加而發(fā)展。
[0041]圖4B是不出有毒成分30的沉積狀態(tài)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。有毒成分30顯著沉積在室的末端。此外，圖4A、4B中所示的結果是在測試片21面向上或向下的情況下以及在測試片21向垂直方向傾斜的情況下獲得的，即，與測試片21的朝向無關。
[0042]如上所述，根據(jù)這種實施例的氣體傳感器元件I利用在與擴散層的下層和上層接觸的至少一層中提供的凹部捕獲包含在排氣中的可溶有毒物質(zhì)。換句話說，可溶有毒物質(zhì)可以被提供在與擴散層17接觸并且把擴散層17保持在其間的屏蔽層20和固體電解質(zhì)主體12當中的至少一個中的凹部捕獲。從而，可以除去對電極作出響應的目標氣體對大氣的不利影響。更具體而言，排氣中的有毒物質(zhì)或者附著到保護層11的有毒物質(zhì)溶解在由氣體傳感器元件I的周圍環(huán)境提供的水中、通過毛細管現(xiàn)象滲透過擴散層17，并且在作為開放空間的凹部12a、20a中被捕獲和保持。從而，有毒物質(zhì)不保持在從保護層11的表面到擴散層17內(nèi)部的區(qū)域內(nèi)，或者不到達目標氣體室13去污損目標氣體電極，并且因此不損害測量環(huán)境。因此，因為不存在會由毒化造成的隨時間的惡化，所以可以限制可以由排氣系統(tǒng)的調(diào)節(jié)(regulat1n)設置的異常的發(fā)生。此外，因為由于氣體傳感器元件的功能變劣造成的零件替換的頻率減小，所以就成本而言是顯著有利的。此外，因為附著到凹部的內(nèi)表面的有毒物質(zhì)的累積量遠小于凹部的體積，所以氣體傳感器的生命周期不會由于有毒物質(zhì)的過度累積而縮短。而且，有可能減小消費者的焦慮并獲得其信任。
[0043]應當指出，在圖1中的氣體傳感器元件I中可以只提供凹部12a和凹部20a當中的一個。此外，就像例如圖1中具有在箭頭u側的吸收路徑和在箭頭V側的吸收路徑的兩條路徑的擴散層17，多條氣體擴散路徑可以被單獨提供。例如，如果至少一個凹部被提供在每條氣體擴散路徑中，則滲透過擴散層17的有毒物質(zhì)可以被均勻地保持。
[0044]圖5A、5B示出了根據(jù)第一種修改的氣體傳感器元件2的結構。氣體傳感器元件2中對應于圖1中氣體傳感器元件I中的那些部件的部件由相同的標號指示，并且對它們的描述不再重復。
[0045]氣體傳感器元件2被配置為使得條形的凹部12b被提供在固體電解質(zhì)主體12中的擴散層17側上。條形凹部12b布置在兩個排氣吸收側中并且位于目標氣體室13和遠離目標氣體室13的排氣吸收側(靠近排氣吸收點的位置)之間。更具體而言，提供了兩個凹部12b:其中一個對應于從面向目標氣體室13的排氣吸收側之一的室側壁13a到目標氣體室13提供的氣體擴散路徑(即，箭頭u側的吸收路徑)；而另一個對應于從面向目標氣體室13的另一個排氣吸收側的室側壁13b到目標氣體室13提供的氣體擴散路徑(即，箭頭V 一側的吸收路徑)。除了以上所述之外，氣體傳感器元件2具有與氣體傳感器元件I相同的結構。
[0046]如圖5A中所示，例如，凹部12b與面向目標氣體室13的排氣吸收側的室側壁13a、13b平行地或者基本平行地被提供。氣體傳感器元件2在目標氣體室13的與室側壁13a、13b正交的側壁的外側上不具有凹部。但是，當在平面圖中從目標氣體室13看排氣吸收側時，在與室側壁13a、13b平行的方向被凹部12b覆蓋的區(qū)域對應于范圍L。對應于目標氣體室13的每個室側壁13a、13b的寬度的范圍W被包含在這個范圍L內(nèi)。換句話說，當在平面圖中從目標氣體室13看目標氣體吸收側并且目標氣體室13面向目標氣體吸收側的壁面的長度被設置為室寬度時，在室寬度的方向上凹部12b的長度比目標氣體室13的室寬度長。在這種情況下，排氣吸收方向呈現(xiàn)在相同平面圖中的平面上。當范圍W包含在范圍L中時，很難有任何有毒物質(zhì)在目標氣體室13的周圍流動并且在與室側壁13a、13b正交的方向滲入目標氣體室13中，因此有毒物質(zhì)難以在不經(jīng)過凹部12b位于其中的擴散區(qū)域的情況下到達目標氣體室13。因此，經(jīng)過擴散層的有毒物質(zhì)在到達目標氣體室13之前在凹部中被捕獲的概率增加了。在圖1的氣體傳感器元件I中，凹部12a、20a被布置成使得范圍W不可避免地被包含在范圍L中。即使范圍W不被包含在范圍L中，凹部12b捕獲有毒物質(zhì)的概率也增加只要范圍L基本上與范圍W相同就可以。
[0047]在圖5B中，可以為利用箭頭U、V示出的每個吸收通道提供兩個或更多個凹部12b。在這種情況下，當從目標氣體室13看每個氣體吸收側時，在平面圖中對于與室側壁13a、13b平行的每條吸收路徑的凹部12b的范圍是沿著該平行的方向串行形成的，由此構成整個范圍L(與以下所述圖7A和8A中的總范圍L相同的概念)。在這種情況下，如果范圍W包含在范圍L中，則凹部12b捕獲有毒物質(zhì)的可能性類似地增加。
[0048]圖5B示出了凹部12b的與和擴散層17的界面垂直的壁面的形狀。因為形成了三相界面，所以有可能改進俘獲有毒物質(zhì)的效果。
[0049]如上配置的氣體傳感器元件2的毒化阻止的效果得到了驗證。類似于上述測試片21，為了驗證，執(zhí)行用于重復一個循環(huán)的循環(huán)測試(加速測試)，在該循環(huán)測試中多次通過微型注射器從元件的外部讓具有溶解的有毒物質(zhì)的溶液與在室的縱向方向位于中心的擴散層17的一部分接觸(注入其中)，然后烘干。
[0050]圖6A示出了當循環(huán)測試進行五個循環(huán)時每個循環(huán)的氣體響應特性的變化。圖6A的上部示出了不具有凹部的常規(guī)氣體傳感器元件的氣體響應特性M，而其下部示出了氣體傳感器元件2的氣體響應特性N。水平軸代表時間，而垂直軸代表目標氣體的被檢測到的濃度。該圖顯示在氣體響應特性M中響應延遲累積并且響應波形隨著循環(huán)次數(shù)增加而倒塌(collapsed)。另一方面，與循環(huán)的次數(shù)無關，氣體響應特性N呈現(xiàn)出穩(wěn)定和明顯的響應。從這個結果可以證實氣體傳感器元件2對捕獲有毒物質(zhì)充分起作用并且對維持傳感器特征有效。
[0051]圖6B示出了在循環(huán)測試后由EPMA進行的表面分析結果。在分析結果中，有毒成分30的沉積被清楚地證實，并且因此該結果支持氣體傳感器元件2能夠充分捕獲有毒物質(zhì)的事實。
[0052]圖7A、7B示出了根據(jù)第二種修改的氣體傳感器元件3的結構。氣體傳感器元件3中對應于圖1中氣體傳感器元件I的部件的那些部件由相同的標號指示，并且對它們的描述不再重復。
[0053]氣體傳感器元件3在與擴散層17接觸的固體電解質(zhì)主體12的表面上具有多個凹部12c。在平面圖中，凹部12c被布置在目標氣體室13周圍。
[0054]在與分別對應于用箭頭u示出的吸收路徑和用箭頭V示出的吸收路徑的室側壁13a、13b平行的方向，每個凹部12c都具有范圍t。當從目標氣體室13看每個氣體吸收側時，凹部12c在該平行方向上以規(guī)定的間隔被布置，并且凹部12c布置在其中的范圍對應于范圍L。這個范圍L包含是室側壁13a、13b的寬度的范圍W。
[0055]圖7B示出了一個例子，其中凹部12c的壁面到固體電解質(zhì)主體12和擴散層17的界面的角度是90度或者大約90度。
[0056]圖8A、8B示出了根據(jù)第三種修改的氣體傳感器元件4的結構。氣體傳感器元件4中對應于圖1中氣體傳感器元件I中的部件的那些部件由相同的標號指示，并且對它們的描述不再重復。
[0057]氣體傳感器元件4在與擴散層17接觸的固體電解質(zhì)主體12的表面上具有多個凹部12d。在平面圖中，凹部12d被布置在目標氣體室13周圍。
[0058]在與分別對應于用箭頭u示出的吸收路徑和用箭頭V示出的吸收路徑的室側壁13a、13b平行的方向，每個凹部12d都具有范圍t。當從目標氣體室13看每個氣體吸收側時，凹部12d在該平行方向上以規(guī)定的間隔被布置，并且凹部12d布置在其中的范圍對應于范圍L。這個范圍L包含是室側壁13a、13b的寬度的范圍W。
[0059]本發(fā)明可以應用到用于車輛中排氣系統(tǒng)的燃燒控制的氣體傳感器等。
【權利要求】
1.一種用于檢測目標氣體的濃度的氣體傳感器元件，包括: 固體電解質(zhì)主體； 目標氣體室，所述目標氣體被引入到所述目標氣體室； 參考氣體室，充當所述目標氣體的濃度的基準的參考氣體被引入到所述參考氣體室； 第一電極，被設置在所述目標氣體室中以便與所述固體電解質(zhì)主體接觸； 第二電極，被設置在所述參考氣體室中以便與所述固體電解質(zhì)主體接觸，所述第二電極被設置以在所述第一電極和所述第二電極之間保持所述固體電解質(zhì)主體； 擴散層，被布置成與所述固體電解質(zhì)主體接觸并且向所述目標氣體室輸送所述目標氣體；以及 屏蔽層，被布置成與所述擴散層接觸以使得所述擴散層被布置在所述固體電解質(zhì)主體和所述屏蔽層之間， 其中所述固體電解質(zhì)主體和所述屏蔽層中的至少一個具有從接觸所述擴散層的面沉陷的凹部。
2.如權利要求1所述的氣體傳感器元件，其中，當在平面圖中從所述目標氣體室看取入所述目標氣體的目標氣體吸收側并且所述目標氣體室的面向所述目標氣體吸收側的壁面的長度被設置為室寬度時，在所述室寬度的方向上所述凹部的范圍包含所述室寬度的范圍。
3.如權利要求2所述的氣體傳感器元件，其中所述擴散層在所述目標氣體吸收側的面被修整成錐形以面向所述目標氣體的上游側。
4.如權利要求1至3中任一項所述的氣體傳感器元件，其中所述凹部的壁面與所述凹部和所述擴散層的界面垂直。
5.如權利要求1至4中任一項所述的氣體傳感器元件，其中所述目標氣體室是矩形空間，所述矩形空間在平面圖中在所述擴散層與所述固體電解質(zhì)主體的界面?zhèn)壬系闹醒氩糠种芯哂兄髦行妮S并且被形成為從與所述固體電解質(zhì)主體的界面?zhèn)瘸鰯U散層的內(nèi)側沉陷。
6.如權利要求1至5所述的氣體傳感器元件，其中所述凹部被設置成在平面圖中包圍所述目標氣體室。
7.如權利要求1至5所述的氣體傳感器元件，其中所述凹部被設置為在平面圖中與所述目標氣體室的面向所述目標氣體吸收側的側壁平行的條形。
8.如權利要求6或7所述的氣體傳感器元件，其中所述凹部被設置在所述固體電解質(zhì)主體和所述屏蔽層二者中，并且各個所述凹部被設置成在平面圖中彼此不重疊。
9.一種氣體傳感器，包括如權利要求1至8中任一項所述的氣體傳感器元件。
【文檔編號】G01N27/407GK104487833SQ201380036208
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權日:2012年10月9日
【發(fā)明者】川井將司 申請人:豐田自動車株式會社