(57)【要約】  本発明は、測定ガス内のガス成分割合を検出するためのセンサー部材であって、第１及び第２の電極、該両方の電極間に配置された固体電解質、加熱部材（４）を備えたヒーター（３）、並びに前記加熱部材を取り囲む絶縁体（５）を含む形式のものにおいて、加熱部材（４）は、外側の第１の加熱領域（４１）、外側の第２の加熱領域（４２）、内側の第１の加熱領域（４３）、及び内側の第２の加熱領域（４４）から成る蛇行形状を有していることを特徴としている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ガス内のガス成分割合を検出するためのセンサー部材であって、第１及び第２の電極、該両方の電極間に配置された固体電解質、加熱部材（４）を備えたヒーター（３）、並びに前記加熱部材を取り囲む絶縁体（５）を含む形式のものにおいて、加熱部材（４）は、外側の第１の加熱領域（４１）、外側の第２の加熱領域（４２）、内側の第１の加熱領域（４３）、及び内側の第２の加熱領域（４４）から成る蛇行形状を有していることを特徴とする、測定ガス内のガス成分割合を検出するためのセンサー部材。
【請求項２】
前記外側の第１の加熱領域（４１）と前記内側の第１の加熱領域（４３）とは、円弧状の第１の加熱領域（４５）によって互いに結合されており、前記内側の第１の加熱領域（４３）と前記内側の第２の加熱領域（４４）とは、円弧状の第２の加熱領域（４６）によって互いに結合されており、かつ前記内側の第２の加熱領域（４４）と前記外側の第２の加熱領域（４２）とは、円弧状の第３の加熱領域（４７）によって互いに結合されている請求項１に記載のセンサー部材。
【請求項３】
前記内側の加熱領域及び前記外側の加熱領域は互いに平行に配置されている請求項１又は２に記載のセンサー部材。
【請求項４】
前記加熱部材（４）は該加熱部材の全長にわたって変化した横断面を有している請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項５】
前記内側の第１及び第２の加熱領域（４３，４４）の断面積は、前記外側の第１及び第２の加熱領域（４１，４２）の断面積よりも大きくなっている請求項４に記載のセンサー部材。
【請求項６】
前記内側の第１及び第２の加熱領域（４３，４４）の幅（ｗ）は、前記外側の第１及び第２の加熱領域（４１，４２）の幅（ｘ）よりも大きくなっている請求項４又は５に記載のセンサー部材。
【請求項７】
熱絶縁性の領域（６）を設けてあり、該領域は、前記ヒーター（３）の、電極と逆の側に配置されており、この場合に特にｅ／ｅ＋ｆ＋ｇ＝０．２〜０．４５の条件を満たしており、ｅは前記ヒーター（３）と前記熱絶縁性の領域（６）との間の間隔であり、ｆは前記熱絶縁性の領域（６）の厚さであり、ｇは前記熱絶縁性の領域（６）とセンサー部材の下面（１０）との間の間隔である請求項１から６のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項８】
ｚ／ｊ＝０．７〜０．９５の条件を満たしており、ｚは前記外側の第１の加熱領域（４１）の外側縁部と前記外側の第２の加熱領域（４２）の外側縁部との間の間隔であり、ｊはセンサー部材の全幅である請求項１から７のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項９】
ｙ／ｚ＝０．０５〜０．３５の条件を満たしており、ｙは前記内側の第１の加熱領域と前記内側の第２の加熱領域（４４）との間の間隔であり、ｚは前記外側の第１の加熱領域（４１）の外側縁部と前記外側の第２の加熱領域（４２）の外側縁部との間の間隔である請求項１から８のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項１０】
前記加熱部材（４）は、ｘ×Ｄａ／ｘ×Ｄｉ＝０．７〜１の条件を満たしており、ｘは前記外側の加熱領域（４１，４２）の幅であり、Ｄａは前記外側の加熱領域（４１，４２）の厚さであり、ｗは前記内側の加熱領域（４３，４４）の幅であり、Ｄｉは前記内側の加熱領域（４３，４４）の厚さである請求項４から９のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項１１】
ｆ／（ｅ＋ｆ＋ｇ）＞０．１８の条件を満たしており、ｅは前記ヒーター（３）と熱絶縁性の領域（６）との間の間隔であり、ｆは前記熱絶縁性の領域（６）の厚さであり、ｇは前記熱絶縁性の領域（６）とセンサー部材の下面（１０）との間の間隔であり、この場合にｆは５０μｍより大きくなっており若しくは５０μｍと同じである請求項７から１０のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項１２】
ｈ／ｊ＝０．２５〜０．７５の条件を満たしており、ｈは前記熱絶縁性の領域（６）の幅であり、ｊはセンサー部材の全幅である請求項１から１１のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項１３】
前室（８）及びポンプ室（７）を設けてあり、前記前室（８）の幅ｋは前記ポンプ室（７）の幅と同じであり、ｋ／ｊ＝０．２〜０．５の条件を満たしており、ｊはセンサー部材の全幅である請求項１から１２のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項１４】
前記熱絶縁性の領域（６）はセンサー部材の軸線方向の長さｒを有し、かつセンサー部材の端面（１３）に対する間隔ｍを有しており、前記加熱部材（４）はセンサー部材の端面（１３）に対する間隔ｔを有し、かつセンサー部材の軸線方向の長さｕを有しており、ｍ／ｔ＝０．２５〜０．４の条件及びｒ／ｕ＝１．３〜１．４５の条件を満たしている請求項７から１３のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項１５】
前記前室（８）及び前記ポンプ室（７）はセンサー部材の上面に対して間隔ａを有し、かつ厚さｂを有し、さらに前記ヒーター（３）に対して間隔ｃを有しており、ｃ／（ａ＋ｂ）＝０．１〜０．３５の条件を満たしている請求項１から１４のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項１６】
前記熱絶縁性の領域（６）は中空室を有しており、該中空室は特に空気で満たされている請求項７から１５のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項１７】
前記熱絶縁性の領域（６）は、凸状若しくは凹状の少なくとも１つの側面を有している請求項７から１６のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【請求項１８】
前記ヒーター（３）、殊に該ヒーターの加熱部材（４）は、センサー部材の全厚さの方向でセンサー部材の中央に配置されている請求項１から１７のいずれか１項に記載のセンサー部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定ガス内のガス成分割合を検出するためのセンサー部材であって、第１及び第２の電極、該両方の電極間に配置された固体電解質、加熱部材を備えたヒーター、並びに前記加熱部材を取り囲む絶縁体を含む形式のものに関する。センサー部材は、例えば内燃機関の排ガス内の酸素濃度の検出若しくは決定のためのラムダセンサーに用いられるものである。
【０００２】
ラムダセンサー内に用いられるセンサー部材（センサー要素又はセンサーエレメント）は、種々の構造で公知になっている。この種のセンサーは一般的に７５０℃と８００℃との間の温度で作動するようになっている。燃焼の際のエミッションをできるだけ少なくするために、ラムダセンサーは、機関始動後の極めて急速な作動特性を有していなければならない。このことは、電気的なヒーターをセンサー部材内に組み込むことによって達成しようとしている。ラムダセンサーをスイッチオンした場合に、ヒーターは、センサーが作動温度に加熱されるまでの所定の時間を必要としている。このようにセンサーを作動温度に加熱するまでの時間は、ライト・オフ・タイム(Light-Off-Time)とも称される。約４秒の短い加熱過程中にヒーターによって生ぜしめられる熱エネルギーは、不均一な温度分布に起因してセンサー部材内に機械的な高い応力を発生させることになる。このような高い応力（内部応力）は、結果としてセンサーの故障を惹起してしまうことになる。
【０００３】
本発明に基づくセンサー部材においては、ヒーターの加熱部材（加熱エレメント）は、外側の第１の加熱領域、外側の第２の加熱領域、内側の第１の加熱領域、及び内側の第２の加熱領域でもって蛇行して延びており、つまり外側の第１の加熱領域、外側の第２の加熱領域、内側の第１の加熱領域、及び内側の第２の加熱領域から成る蛇行形状を有しており、これによってセンサー部材は極めて短い加熱時間を有し、つまり極めて短い加熱時間で作動温度に加熱されるようになっているにもかかわらず、従来技術のセンサー部材のものに比べて明らかに減少された応力しか生ぜしめないようになっている。本発明に基づく上記構成により、センサー部材の比較的大きな面は急速にかつ均一に加熱されるようになっている。加熱部材の蛇行形状（蛇行経過）のすべての加熱領域は、有利にはセンサー部材内の１つの平面内に配置されている。本発明に基づきヒーターの加熱出力は、センサー部材の加熱のために効果的に用いられ、センサー部材内のできるだけ均一な温度分布により機械的な応力の減少を可能にしている。
【０００４】
従属請求項に本発明の有利な実施態様を記載してある。本発明の実施態様では、外側の第１の加熱領域と内側の第１の加熱領域とは、円弧状の第１の加熱領域によって互いに接続されている。内側の第１の加熱領域と内側の第２の加熱領域とは、円弧状の第２の加熱領域によって互いに接続され、かつ内側の第２の加熱領域と外側の第２の加熱領域とは、円弧状の第３の加熱領域によって互いに接続されている。
【０００５】
殊に有利な実施態様では、外側の両方の加熱領域及び内側の両方の加熱領域は互いにほぼ平行に配置されている。外側の両方の加熱領域及び内側の両方の加熱領域はさらに有利には、直線状の加熱領域として形成されている。
【０００６】
センサー部材の異なる区分の互いに異なる意図的な加熱のために、加熱部材は、内側の加熱領域及び外側の加熱領域によって画定された加熱長さにわたって異なる断面積を有している。このような手段により、センサー部材内に投入される加熱エネルギーは、断面積に依存して意図的に所望の領域に与えられるようになっている。この場合に殊に有利には、内側の第１及び第２の加熱領域の断面積は、外側の第１及び第２の加熱領域の断面積よりも大きくなっている。
【０００７】
加熱部材の変化する断面積若しくは異なる断面積は、各加熱領域の幅を互いに異ならせることによって達成される。この場合に有利には、内側の第１及び第２の加熱領域の幅は、外側の第１及び第２の加熱領域の幅よりも大きくなっている。
【０００８】
有利な実施態様ではセンサー部材は、加熱部材の、電極とは逆の側では極めて小さい熱量（Ｖ・ρ・ｃｐ、Ｖは体積で、ρは密度で、ｃｐは比熱である）しか有していない。熱量は特に加熱領域の下側で減少されねばならない。このことは、有利には熱絶縁性の領域によって達成される。このためにセンサー部材は、有利には加熱部材の、センサー部材の電極とは逆の側に配置された熱絶縁性の領域を有している。この場合に熱絶縁性の領域は、該領域によって式ｅ／（ｅ＋ｆ＋ｇ）＝０．２〜０．４５の条件を満たすように形成されており、ｅはヒーターと熱絶縁性の領域との間の間隔であり、ｆは前記熱絶縁性の領域の厚さ若しくは深さであり、ｇは熱絶縁性の領域とセンサー部材の下面との間の間隔である。別の実施態様では、加熱部材の、センサー部材の電極とは逆の側におけるわずかな熱量は、加熱部材の、加熱機能には用いられていない支持シートの厚さ及び／又は密度を減少させることによって達成される。この場合に特に有利な実施態様では、加熱部材の下側への支持シート（ヒーターシート）の配置を省略してあり、その結果、熱絶縁性若しくは断熱作用は、センサー部材を取り囲むガスによって生ぜしめられるようになっている。
【０００９】
さらに有利な実施態様では、センサー部材は、ｚ／ｊ＝０．７〜０．９５の条件を満たすようになっており、この場合にｚは外側の第１の加熱領域の外側縁部と外側の第２の加熱領域の外側縁部との間の間隔であり、ｊはセンサー部材の全幅である。
【００１０】
別の有利な実施態様では、センサー部材は、ｙ／ｚ＝０．０５〜０．３５の条件を満たすようになっており、ｙは加熱部材の内側の第１の加熱領域と内側の第２の加熱領域との間の間隔であり、ｚは外側の第１の加熱領域の外側縁部と外側の第２の加熱領域の外側縁部との間の間隔である。さらに別の有利にはセンサー部材の加熱部材は、外側の加熱領域の断面積と内側の加熱領域の断面積との間の比が０．７〜１．１であるという条件を満たすようになっている。
【００１１】
センサー部材は、さらにｆ／（ｅ＋ｆ＋ｇ）＞０．１８の条件を満たすようになっていると有利であり、ｅはヒーターと熱絶縁性の領域との間の間隔であり、ｆは熱絶縁性の領域の厚さであり、ｇは熱絶縁性の領域とセンサー部材の下面との間の間隔であって、５０μｍより大きくなっているか、若しくは５０μｍである。
【００１２】
さらに有利にはセンサー部材は、ｈ／ｊ＝０．２５〜０．７５の条件を満たすようになっており、ｈは熱絶縁性の領域の幅であり、ｊはセンサー部材の全幅である。
【００１３】
本発明の別の有利な実施態様では、センサー部材は前室（若しくはネルンスト室）及びポンプ室（若しくはポンピング室）を備えており、この場合に前室の幅ｈはポンプ室の幅と同じであり、ｋ／ｊ＝０．２〜０．５の条件を満たしており、ｊはセンサー部材の全幅である。
【００１４】
さらに有利には、熱絶縁性の領域はセンサー部材の軸線方向の所定の長さｒを有していて、かつセンサー部材の端面に対して所定の間隔ｍを置いて配置されている。加熱部材はセンサー部材の端面に対して所定の間隔ｔを置いて配置されており、かつ加熱部材の外側の加熱領域はセンサー部材の軸線方向の所定の長さｕを有している。この場合にセンサー部材はさらにｍ／ｔ＝０．２５〜０．４の条件及びｒ／ｕ＝１．３〜１．４５の条件を満たすようになっている。
【００１５】
センサー部材の前室及びポンプ室はセンサー部材の上面に対して所定の間隔ａを有し、かつ所定の厚さｂを有し、さらにヒーターに対して所定の間隔ｃを有しており、この場合にｃ／（ａ＋ｂ）＝０．１〜０．３５の条件を満たしている。
【００１６】
特に有利には、熱絶縁性の領域は中空室を有しており、該中空室は特に空気で満たされている。このような手段によって、特に簡単かつ経済的な構造で高い熱絶縁作用を生ぜしめることができるようになっている。付言すると別の実施態様では、熱絶縁性の領域は、絶縁材料若しくは断熱材料から成る絶縁性の１つの層であってよい。
【００１７】
熱を意図的にセンサー部材の縁部領域に導くために、熱絶縁性の領域は、凸状若しくは凹状の少なくとも１つの側面を有している。さらに有利には、ヒーター、若しくは該ヒーターの加熱部材は、センサー部材の厚さの方向でセンサー部材のほぼ中央に配置されている。
【００１８】
次に本発明を図示の実施例に基づく詳細に説明する。図面において、
図１は、本発明の１つの実施例に基づくセンサー部材の概略的な断面図であり、
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、
図３は、図１及び図２に示すセンサー部材のヒーターの領域の縦断面図である。
【００１９】
特に図１及び図２に示してあるように、センサー部材１は、固体電解質材料製の複数の層２ａ，２ｂから成る主要部（本体）を有している。図面には概略的に２つの層だけを示してあるものの、２つよりも多くの層を設けることができる。センサー部材１はさらにヒーター３を含んでおり、ヒーターは加熱部材４を有しており、加熱部材は絶縁体５内に埋め込まれている。さらにセンサー部材１は前室８及びポンプ室７を有しており、この場合に前記ポンプ室と前室とは拡散隔壁９によって互いに仕切られている。拡散隔壁の構造は図示の実施例のように直線状であっても、環状であってもよい。図面に概略的に示すセンサー部材１は、排ガス内の酸素濃度の検出のためのラムダセンサー（酸素濃度センサー若しくはO2センサー）に用いられ、かつワイドバンドセンサーとして形成されている。ポンプ室７若しくは前室８内に周知の形式で電極を、有利には金属成分、特にプラチナから成る電極を配置してある。
【００２０】
ヒーター２の、ポンプ室７若しくは前室８と逆の側では熱量は減少されている。このことは、図示の実施例ではポンプ室７若しくは前室８と逆の側に熱絶縁性の領域６を設けることによって達成されている。熱絶縁性の領域６は、空気で満たされていて、ポンプ室７若しくは前室８の領域でのセンサー部材の急速な加熱を可能にしており、それというのはヒーター３から下方へ放射された熱は、熱絶縁性の領域６により緩速でしかセンサー部材の下面１０に達しないようになっているからである。これにより、熱はポンプ室７若しくは前室８に向けてより多く伝達されるようになっている。
【００２１】
付言すると、熱量の減少は薄いヒーターシート２ｂによっても達成される。これにより、つまりヒーターシートを薄くしてあることにより、熱は、作用室若しくは機能室としてのポンプ室若しくは前室と逆の側へはわずかしか伝達されず、多くの熱量は、センサー部材の機能的に重要な領域で用いられ、つまり該領域に伝達される。
【００２２】
熱装置１２を介して、例えば熱装置１２の抵抗を測定することによって、センサー部材の温度は検出されるようになっている。
【００２３】
図３に示してあるように、ヒーター３は、蛇行（若しくは屈曲）して延びる１つの加熱部材４を用いて形成されている。蛇行して延びる加熱部材、つまりメアンダー状の加熱部材４は、外側の第１の加熱領域４１、外側の第２の加熱領域４２、内側の第１の加熱領域４３、及び内側の第２の加熱領域４４から成っている。この場合に外側の第１の加熱領域４１と内側の第１の加熱領域４３とは、湾曲して延びる第１の加熱領域、つまり円弧状の第１の加熱領域４５によって互いに接続（結合）されている。内側の第１の加熱領域４３と内側の第２の加熱領域４４とは、円弧状の第２の加熱領域４６によって互いに接続されている。内側の第２の加熱領域４４と外側の第２の加熱領域４２とは、円弧状の第３の加熱領域４７によって互いに接続されている。換言すれば加熱部材４は、互いに蛇行して延びるように配置された３つの加熱ループによって形成されている。加熱部材４の図３に拡大して示してある接続領域には符号４８，４９を付してある。
【００２４】
それぞれ隣接する加熱領域間の間隔は互いにほぼ同じである。さらに加熱領域４１，４２，４３，４４は実質的に直線的に延びる区分として形成されていて、互いにほぼ平行に配置されている。
【００２５】
図３は、内側の両方の加熱領域４３，４４の断面積ｗ×Ｄｉに対する外側の両方の加熱領域４１，４２の異なる断面積ｘ×Ｄａを示している。このことは、熱作用を制御するために行われているものであり、これによって、センサー部材の長手方向（軸線方向）及び横方向でのできるだけ均一な温度分布を達成している。傾斜の大きな熱勾配を避けるようになっており、それというのは、機械的な高い応力（内部応力）はセンサー部材の故障につながるからである。短い加熱時間、つまりライト・オン・タイムは均一な加熱によって達成される。加熱領域の幅ｚを制限しない場合には、外側の両方の加熱領域４１，４２の断面積ｘ×Ｄａは、内側の両方の加熱領域４３，４４の断面積ｗ×Ｄｉよりも小さくされている。センサー部材の全幅に対して加熱領域の幅をできるだけ広くすることは、いずれの場合にも有利である。
【００２６】
図３に示してあるように、加熱領域の異なる断面積は加熱領域の幅及び厚さを変えることによって達成されている。内側の両方の加熱領域４３，４４の幅ｗは、外側の両方の加熱領域４１，４２の幅ｘよりも大きくなっており、この場合に内側の両方の加熱領域４３，４４はポンプ室７及び前室８の下側に配置されている。ヒーター３の下側に熱絶縁性の領域６を配置することによって、できるだけ均一な温度分布を達成している。これによって、３秒よりも短いライト・オフ・タイム（ライト・オフ・時間）を実現している。
【００２７】
さらに図１に示してあるように、外側の両方の加熱領域４１，４２の厚さは、内側の両方の加熱領域４３，４４の厚さよりも小さくなっている。
【００２８】
次に本発明に基づくセンサー部材１の構成寸法を示してあり、該センサー部材は特に熱に対する機械的な安定性（頑丈さ）を改善しているものである。空気で満たされた熱絶縁性の領域６に基づき、幅ｈはセンサー部材１の全幅ｊに依存してｈ／ｊ＝０．２５〜０．７５の範囲にある。ヒーター３と熱絶縁性の領域６との間に間隔ｅは、センサー部材内の温度分布にとって著しい影響を及ぼすファクターであり、それというのは、ヒーター３と熱絶縁性の領域６との間に形成されていて熱絶縁性作用を有する層は、温度場の均質化に役立っているからである。この場合に、ｅ／（ｅ＋ｆ＋ｇ）＝０．２〜０．４５の比を満たしており、ｆは熱絶縁性の領域６の厚さであり、ｇはセンサー部材の下面１０と熱絶縁性の領域６との間の厚さである。さらに図２に示してあるように、熱絶縁性の領域６の長さｒ及び、センサー部材の端面１３と熱絶縁性の領域との間の間隔ｍは、蛇行する加熱部材４に適合されている。この場合特に、ｍ／ｔ＝０．２５〜０．４の比及びｒ／ｕ＝１．３〜１．４５の比を保っており、各寸法を図３に示してあるように、ｔは加熱部材４とセンサー部材の端面１３との間の間隔であり、ｕは、センサー部材の長手方向で見て、加熱部材４の外側の加熱領域４１，４２の、接続領域４８，４９を含まない長さである。
【００２９】
付言すると、熱絶縁性の領域６における熱絶縁性は必ずしも一様でなくてもよい。ヒーターシート２ｂの熱伝導率と絶縁体５の熱伝導率の比は０．０１〜０．０３である。絶縁体の熱伝導率は、材料の選択及び厚さによって、かつ必要に応じて伝導性の熱伝導部（ヒートブリッジ）を設けることによって規定されるようになっている。熱絶縁性の領域６の厚さｆは、ヒーター３の全厚さに依存していて、ｆ／（ｅ＋ｆ＋ｇ）＞０．１８の条件を満たすように規定されており、この場合にｆは５０μｍよりも大きくなっている。
【００３０】
蛇行する加熱部材４の幾何学形状についてさらに付言すると、加熱部材４の外側の第１の加熱領域４１の外側縁部と外側の第２の加熱領域４２の外側縁部との間の寸法である幅ｚは、センサー部材の全幅ｊに対して、ｚ／ｊ＝０．７〜０．９５の条件を満たすように規定されている。内側の第１の加熱領域４３と内側の第２の加熱領域４４との間の間隔ｙは、加熱部材４の幅（全幅）ｚに依存して、ｙ／ｚ＝０．０５〜０．３５の条件を満たすように規定されている。機能室若しくは作用室として用いられているポンプ室７及び前室８の幅ｋは、センサー部材の全幅ｊに依存して、つまりセンサー部材の全幅ｊに対して、ｋ／ｊ＝０．２〜０．５の条件を満たすように規定されている。
【００３１】
温度分布にとってさらに有利には、外側の加熱領域４１，４２の加熱出力は、内側の加熱領域４３，４４の加熱出力よりも小さくなっている。このために、外側の加熱領域４１，４２の断面積（ｘ×Ｄａ）は、内側の加熱領域４３，４４の断面積（ｘ×Ｄｉ）に対して、（ｘ×Ｄａ／ｘ×Ｄｉ）＝０．７〜１．１の範囲内にある。さらに付言すると、断面積は、各加熱領域４１，４２，４３，４４の長さを変化させることによって変えられてよい。
【００３２】
センサー部材の安全性若しくは機能確実性を改善するために、内側の第１及び第２の加熱領域４３，４４の長さｖにとって、ｖ／（ｓ＋ｎ＋ｏ＋ｐ＋ｑ）＝０．８５〜１．２の条件を満たすようにしてあり、ｓは前室８と端面１３との間の間隔であり、ｎはセンサー部材の軸線方向（長手方向）での前室８の長さであり、ｏは前室８とポンプ室７との間の間隔であり、ｐはセンサー部材の軸線方向でのポンプ室７の長さであり、ｑはポンプ室７と熱装置１２との間の間隔である。外側の第１及び第２の加熱領域４１，４２の長さにとって、ｕ／（ｓ＋ｎ＋ｏ＋ｐ＋ｑ）＝０．９５〜１．２５の条件を満たしている。さらに加熱部材４と端面１３との間の間隔にとってｔ／（ｓ＋ｎ）＝０．４５〜０．８５の条件を満たしている。
【００３３】
供給通路及び接続領域４８，４９では加熱出力の低下はできるだけわずかにしたい。つまり、蛇行する加熱部材４の加熱出力と供給通路の加熱出力との比は１にしたい。機能室としてのポンプ室７及び前室８とヒーター３との間の間隔ｃは、固体電解質層（ポンプシート）の全幅に依存して、ｃ／（ａ＋ｂ）＝０．１〜０．３５の条件を満たすように規定されおり、この場合に、ａは機能室とセンサー部材の上面１１との間の間隔であり、ｂは機能室の厚さ（深さ）であり、ｃは機能室とヒーター３との間の間隔である（図１、参照）。
【００３４】
本発明の前述の実施例とは異なって、別の実施例のセンサー部材では、ヒーター３の下方にある下側の層２ｂを完全に省略することもできる。この場合に、下方に対するヒーター３の絶縁作用は、センサー部材を取り囲むガスによって生ぜしめられるようになっている。
【００３５】
本発明に基づくセンサー部材は、前述の構成により公知技術のものに比べて、センサー部材の作動温度に達するまでに短い時間しかかからず、つまり作動温度に達するまでの短い加熱時間を有している。さらに本発明に基づくセンサー部材は、著しく減少された応力（機械的な内部応力）しか生ぜしめず、その結果、長い耐用年数を有している。本発明に基づくセンサー部材は、有利にはラムダセンサー（酸素濃度センサー）に用いられ、特に有利にはワイドバンドセンサーに用いられる。次の表には、メアンダー状に形成された各１つの加熱部材を有する４つの例を示してある。この場合に例１は、熱絶縁性の領域を有さない公知技術のセンサー部材であり、例４にも熱絶縁性の領域６は設けられていない。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表に示してあるように、例１及び例４は、熱絶縁性の領域６を有する例２及び例３に比べて明らかに長い加熱時間を有している。表の最後の３つの行には、加熱時間、最大の主応力、並びに算出された故障発生率を示してある。表に示してあるように、例２の故障発生率は最小である。しかしながら、例２と例３との比較により明らかであるように、熱絶縁性の領域６を設けてある場合でも、最小の故障発生率の達成を保証していない。特に最大の主応力が著しく高くなっている場合に、このこと（著しく高い最大の主応力）は故障発生率に不都合に作用し、つまり故障発生率を高めることになってしまっている。
【００３８】
例２及び例３では、ライト・オフ・時間は例１に比べて熱絶縁性の領域により明確に減少されている。例３は、センサー部材の全幅に対する加熱領域の幅ｚが製作技術的な縁部条件に基づき広く選ばれない場合の最適な寸法の実施例を示している。しかしながら例２の構成寸法は目的に応じて選ばれる。故障発生率はヒーターの幅を広げることによって著しく減少されるようになっている。例３から明らかなように、所定の縁部条件下では外側の両方の加熱領域４１，４２の断面積ｘ×Ｄａは、内側の両方の加熱領域４３，４４の断面積ｗ×Ｄｉよりも大きく選ばれている。例４は、熱絶縁性の領域を有さない実施例であり、この場合にはヒーターシート２ｂの熱量は減少されている。
【００３９】
加熱時間、最大の主応力、並びに算出された故障発生率を示している表の最後の３つの行から明らかなように、幾何学形状の最適な３つの例２，３，４では、例１の公知技術の約５秒のライト・オフ・タイムを約３秒に減少させている。故障発生率は改善された例２，３，４で例１に比べて高くなっていない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例に基づくセンサー部材の概略的な断面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図
【図３】図１及び図２に示すセンサー部材のヒーターの領域の縦断面図
【符号の説明】
【００４１】
１  センサー部材、  ２ａ，２ｂ  層、  ３  ヒーター、  ４  加熱部材、  ５  絶縁体、  ６  領域、  ７  ポンプ室、  ８  前室、  ９  拡散隔壁、  １０  下面、  １１  上面、  １２  熱装置、  ４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７  加熱領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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