(57)【要約】  本願においては、測定ガス空間内の測定ガスの粒子を検出するセンサ素子（１１０）が提案される。上記センサ素子（１１０）は、少なくとも１つの支持体（１１４）を含み、当該支持体（１１４）上に、少なくとも１つの第１の電極装置（１１６）及び少なくとも１つの第２の電極装置（１１８）が被着されている。第１の電極装置（１１６）及び第２の電極装置（１１８）は、それぞれ少なくとも１つの電極櫛歯（１１２）を有している。上記電極櫛歯（１１２）は、層構造体（１２０）を有しており、当該層構造体（１２０）は、少なくとも１つの第１の金属層（１２２）と、少なくとも１つの第２の金属層（１２４）とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ガス空間内の測定ガスの粒子を検出するセンサ素子（１１０）であって、
前記センサ素子（１１０）は、少なくとも１つの支持体（１１４）を含み、
前記支持体（１１４）上に、少なくとも１つの第１の電極装置（１１６）及び少なくとも１つの第２の電極装置（１１８）が被着されており、
前記第１の電極装置（１１６）及び前記第２の電極装置（１１８）は、それぞれ少なくとも１つの電極櫛歯（１１２）を有し、
前記電極櫛歯（１１２）は、層構造体（１２０）を有し、
前記層構造体（１２０）は、少なくとも１つの第１の金属層（１２４）と、少なくとも１つの第２の金属層（１２４）とを含む、センサ素子（１１０）。
【請求項２】
前記第１の電極装置（１１６）及び前記第２の電極装置（１１８）は、それぞれ少なくとも２つの電極櫛歯（１１２）を有する、請求項１に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項３】
前記第１の金属層（１２２）は、純金属、特に白金及びパラジウムからなるグループから選択された純金属、合金、特に白金及び／又はパラジウムの金属のうちの少なくとも１つを含む合金、金属−セラミック複合材料からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み、前記金属、特に白金及びパラジウムからなるグループから選択された金属は、前記金属−セラミック複合材料の５０％を超える質量分率を有する、請求項１又は２に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項４】
前記第２の金属層（１２４）は、純金属、特にロジウム、イリジウム又はレニウム、合金、特にロジウム、イリジウム又はレニウムの金属のうちの少なくとも１つを含む合金、金属−セラミック複合材料からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み、前記金属、特にロジウム、イリジウム及びレニウムからなるグループから選択された金属は、前記金属−セラミック複合材料の５０％を超える質量分率を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項５】
前記第１の金属層（１２２）の厚さは、０．１μｍ乃至５０μｍの範囲内である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項６】
前記第２の金属層（１２４）の厚さは、０．０１μｍ乃至１５μｍの範囲内である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項７】
前記電極櫛歯（１１２）の厚さと前記電極櫛歯（１１２）の幅との商は、０．０３乃至０．６の範囲内である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項８】
測定ガス空間内の測定ガスの粒子を検出するセンサ素子（１１０）を製造する方法であって、当該方法は、以下のステップ、
ａ）少なくとも１つの支持体（１１４）を準備するステップと、
ｂ）前記少なくとも１つの支持体（１１４）上に、少なくとも１つの第１の電極装置（１１６）及び少なくとも１つの第２の電極装置（１１８）を被着するステップと、
を含み、
前記第１の電極装置（１１６）及び前記第２の電極装置（１１８）は、それぞれ少なくとも１つの電極櫛歯（１１２）を有し、
前記電極櫛歯（１１２）は、層構造体（１２０）を有し、
前記層構造体（１２０）は、少なくとも１つの第１の金属層（１２２）と、少なくとも１つの第２の金属層（１２４）とを含む、方法。
【請求項９】
前記ステップｂ）は、以下のサブステップ、
ｂ１）第１の金属層（１２２）を被着するサブステップと、
ｂ２）前記第１の金属層（１２２）上に第２の金属層（１２４）を被着するサブステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップｂ）は、さらに以下のサブステップ、
ｂ３）前記第２の金属層（１２４）を焼き付けるサブステップ
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステップｂ１）及びｂ２）において、前記第１の金属層（１２２）及び前記第２の金属層（１２４）を被着するための異なるコーティング方法が使用される、請求項９又は１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先行技術に基づいて、測定ガス空間内の測定ガスの粒子を検出する多くのセンサ素子が公知である。例えば、測定ガスは、内燃機関の排気ガスであってよい。特に粒子は、煤粒子又はダスト粒子であってよい。以下においては、本発明を、特に煤粒子を検出するセンサ素子に関連して説明するが、これは、別の実施形態や用途の限定を意図するものではない。
【背景技術】
【０００２】
電気的に絶縁された支持体上には、２つ以上の金属電極を被着させることが可能である。電圧の作用下で堆積する粒子、特に煤粒子は、センサ素子での堆積段階において、例えば櫛状に相互に係合するように配置された櫛形電極として構成された電極間で導電性ブリッジを形成し、これによって、これらの電極は短絡する。再生段階においては、これらの電極は、一般に統合されている加熱素子を用いて浄化燃焼される。通常粒子センサは、電極構造部での粒子の堆積に基づいて変化する電気的特性を評価する。ここでは、例えば一定の電圧の印加のもとで、低下する抵抗又は増加する電流を測定することができる。
【０００３】
この原理に従って動作するセンサ素子は、一般に抵抗センサと称され、多くの実施形態が存在しており、例えば、独国特許出願公開第１０３１９６６４号明細書（ＤＥ１０３１９６６４Ａ１）、独国特許出願公開第１０２００４０４６８８２号明細書（ＤＥ１０２００４０４６８８２Ａ１）、独国特許出願公開第１０２００６０４２３６２号明細書（ＤＥ１０２００６０４２３６２Ａ１）、独国特許出願公開第１０３５３８６０号明細書（ＤＥ１０３５３８６０Ａ１）、独国特許出願公開第１０１４９３３３号明細書（ＤＥ１０１４９３３３Ａ１）、及び、国際公開第２００３／００６９７６号（ＷＯ２００３／００６９７６Ａ２）などから公知である。煤センサとして構成されたセンサ素子は、ディーゼルパティキュレートフィルタの監視のために一般的に使用されている。内燃機関の排気マニホールドにおいては、説明した種類の粒子センサは、通常は、例えば排気ガスによる粒子センサの通流を同時に可能にする保護管路内に収容されている。
【０００４】
粒子を検出する、先行技術から公知のセンサ素子の利点にもかかわらず、これらのセンサ素子は、依然として改良の余地を含んでいる。一般に、電極構造は、低質量の薄い貴金属層として構成されている。例えば燃焼によって生じ得る少量の金属の損失は、センサ素子の機能変化及び／又は故障につながる可能性がある。特に、粒子センサの櫛形電極は、収集段階及び再生段階の間は異なる表面反応によって負荷され、例えばラムダセンサの外部電極の場合のように、通常は、多孔質のセラミック保護層によって保護することができない。例えば、独国特許出願公開第１０２００８０４２７７０号明細書（ＤＥ１０２００８０４２７７０Ａ１）及び独国特許出願公開第１０３１９６６４号明細書（ＤＥ１０３１９６６４Ａ１）からは、粒子センサ又は他の装置の外部電極の耐焼損性を高めることができる材料及び保護層が公知である。しかしながら、検出すべき粒子、特に煤及び／又は塵粒子に対するセンサ素子の高い感度を同時に達成する一方で、例えば高温に対する外部電極の堅牢性、並びに、例えば内燃機関の排気マニホールドにおいて発生し得る還元及び／又は酸化条件に関しては、依然としてまだかなりの改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３１９６６４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００４０４６８８２号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００６０４２３６２号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０３５３８６０号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０１４９３３３号明細書
【特許文献６】国際公開第２００３／００６９７６号
【特許文献７】独国特許出願公開第１０２００８０４２７７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明の開示
それゆえ、本発明の枠内においては、測定ガス空間内の測定ガスの粒子を検出するセンサ素子が提案される。センサ素子とは、本発明の枠内においては、粒子を定性的及び／又は定量的に検出するのに適した、例えば、検出された粒子に対応して電気的測定信号、例えば電圧又は電流などが生成され得る任意の装置を意味するものと理解されたい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
センサ素子は、特に自動車内で使用するように構成することができる。特に、測定ガスは、自動車の排気ガスであり得る。基本的にはその他のガス及びガス混合物も可能である。測定ガス空間は、基本的に、測定ガスが収容されている及び／又は測定ガスが通流する任意の開放又は閉鎖空間であり得る。例えば、測定ガス空間は、内燃機関、例えば内燃エンジンの排気マニホールドであり得る。
【０００８】
センサ素子は、少なくとも１つの支持体を含み、当該支持体上には、少なくとも１つの第１の電極装置及び少なくとも１つの第２の電極装置が被着されている。第１の電極装置及び第２の電極装置は、それぞれ少なくとも１つの電極櫛歯を有する。これらの電極櫛歯は、層構造体を有し、この層構造体は、少なくとも１つの第１の金属層と、少なくとも１つの第２の金属層とを含む。
【０００９】
支持体とは、本発明の枠内においては、基本的に、第１の電極装置及び第２の電極装置を支持するのに適した、及び／又は、第１の電極装置及び第２の電極装置が被着され得る任意の基板を意味するものと理解されたい。
【００１０】
電極装置とは、本発明の枠内においては、基本的に、電流測定及び／又は電圧測定のために適している任意の導電体を意味するもの、及び／又は、電極装置と接触接続を形成する少なくとも１つの要素に電圧及び／又は電流を印加することができる任意の導電体を意味するものと理解されたい。また電極櫛歯という用語は、本発明の枠内においては、基本的に、自身の一次元における寸法が、少なくとも１つの他の次元における寸法を、はるかに超えている、例えば少なくとも２倍だけ、好ましくは少なくとも３倍だけ、特に好ましくは少なくとも５倍だけ超えている、電極装置の任意の成形部を意味するものと理解されたい。層構造体とは、本発明の枠内においては、基本的に、異なる材料の少なくとも２つの層を含む任意の構造体を意味するものと理解されたい。本発明の枠内においては、金属とは、純粋な金属、合金、又は金属−セラミック複合材料から製造されている構造体を意味しており、この場合、金属は、金属−セラミック複合材料の５０％を超える質量分率を有する。
【００１１】
センサ素子は少なくとも１つの電気的絶縁材料を含み得る。特に、支持体は、電気的絶縁材料を含み得る。センサ素子は、少なくとも１つのセラミック材料を含み得る。特に、支持体は、少なくとも１つのセラミック材料を含み得る。支持体は、支持体表面を有し得る。支持体表面とは、本発明の枠内においては、基本的に、支持体をその周囲から画定し、かつ、センサ素子の第１及び第２の電極装置が被着されている任意の層を意味するものと理解されたい。
【００１２】
第１の電極装置及び第２の電極装置は、それぞれ、少なくとも２つの電極櫛歯を有し得る。第１の電極装置の少なくとも２つの電極櫛歯と、第２の電極装置の少なくとも２つの電極櫛歯とは、相互に係合し得る。特に、第１の電極装置の電極櫛歯と、第２の電極装置の電極櫛歯とは、櫛状に相互に係合し得る。さらに、第１の電極装置は、第２の電極装置と共に、ヘリンボーン構造体、ジグザグ構造体及び渦巻き構造体からなるグループから選択された構造体を有し得る。
【００１３】
電極櫛歯の第２の金属層は、電極櫛歯の第１の金属層を完全に覆い得る。特に、第２の金属層は、電極櫛歯の第１の金属層の背面及び側面を完全に覆い得る。電極櫛歯の第１の金属層の背面とは、本発明の枠内においては、基本的に、電極櫛歯の第１の金属層の表面の領域を意味するものと理解されたい。この場合、表面の領域は、支持体表面に対して平行に延在する。表面とは、本発明の枠内においては、基本的に、対象をその周囲から画定する任意の層を意味するものと理解されたい。電極櫛歯の第１の金属層の側面とは、本発明の枠内においては、電極櫛歯の第１の金属層の背面と、支持体表面との接続面を意味するものと理解されたい。
【００１４】
しかしながら、第２の金属層は、第１の金属層を部分的にのみ覆うことも可能である。特に、第２の金属層は、電極櫛歯の第１の金属層が測定ガスにさらすことのできる少なくとも１つの自由表面を有するように、第１の金属層を部分的にのみ覆うことも可能である。特に、第２の金属層は、電極櫛歯の第１の金属層の背面又は側面のみを覆うことができる。
【００１５】
電極櫛歯の断面輪郭は、矩形又は台形でもよい。電極櫛歯の断面輪郭とは、本発明の枠内においては、電極櫛歯の主延在方向に対して垂直な関係にある電極櫛歯の輪郭を意味するものと理解されたい。例えば、断面輪郭は、電極櫛歯の延在方向に対して垂直にかつ支持体の表面に対して垂直に配置された断面における輪郭であり得る。
【００１６】
第１の金属層は、純金属、特に白金及びパラジウムからなるグループから選択された純金属、合金、特に白金及びパラジウムの金属のうちの少なくとも１つを含む合金、金属−セラミック複合材料からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み得る。この場合、金属、特に白金及びパラジウムからなるグループから選択された金属は、金属−セラミック複合材料の５０％を超える質量分率を有する。第２の金属層は、純金属、特にロジウム、イリジウム、又はレニウム、合金、特にロジウム、イリジウム及びレニウムの金属のうちの少なくとも１つを含む合金、金属−セラミック複合材料からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み得る。この場合、金属、特にロジウム、イリジウム及びレニウムからなるグループから選択された金属は、金属−セラミック複合材料の５０％を超える質量分率を有する。
【００１７】
電極櫛歯の第１の金属層の幅ｂは、５μｍ乃至１５０μｍの間、好ましくは２５μｍ乃至１２５μｍの間、特に好ましくは５０μｍ乃至１００μｍの間であり得る。電極櫛歯の第１の金属層の幅ｂとは、本発明の枠内においては、矩形の断面輪郭を有する電極櫛歯の場合、電極櫛歯の第１の金属層の、支持体表面に対して平行かつ電極櫛歯の主延在方向に対して垂直な空間次元への伸張を意味するものと理解されたい。電極櫛歯の第１の金属層の幅ｂとは、本発明の枠内においては、台形の断面輪郭を有する電極櫛歯の場合、２つの寸法ｅ及びｇの和を意味するものと理解されたい。ｅは、電極櫛歯の第１の金属層の背面の、支持体表面に対して平行にかつ電極櫛歯の主延在方向に対して垂直に延在する空間次元への伸張である。ｇは、２つの寸法ｆとｅの差の半分である。ｆは、電極櫛歯の第１の金属層の層接触面の、支持体表面に対して平行かつ電極櫛歯の主延在方向に対して垂直な空間次元への伸張である。層接触面とは、本発明の枠内においては、基本的に、支持体表面に接触する、電極櫛歯の第１の金属層の表面の領域を意味するものと理解されたい。特に台形の断面輪郭を有する電極櫛歯の場合、寸法ｆは、寸法ｅを超える可能性がある。例えば、幅ｂは、一般に、第１の金属層の半分の高さでの幅、例えばいわゆるＦＷＨＭであり得る。ドイツ語においても慣用される略語ＦＷＨＭは、英語標記での「full width at half maximum」、即ち、「半値全幅」を表す。
【００１８】
電極櫛歯の幅Ｂは、５μｍ乃至１５０μｍの間、好ましくは２５μｍ乃至１２５μｍの間、特に好ましくは５０μｍ乃至１１０μｍの間であり得る。電極櫛歯の幅Ｂとは、本発明の枠内においては、矩形の断面輪郭を有する電極櫛歯の場合、電極櫛歯の、支持体表面に対して平行かつ電極櫛歯の主延在方向に対して垂直な空間次元への伸張を意味するものと理解されたい。電極櫛歯の幅Ｂは、本発明の枠内においては、台形の断面輪郭を有する電極櫛歯の場合、２つの寸法ｈ及びｉの和を意味するものと理解されたい。ｈは、電極櫛歯の背面の、支持体表面に対して平行にかつ電極櫛歯の主延在方向に対して垂直に延在する空間次元への伸張である。ｉは、２つの寸法ｋとｈの差の半分である。ｋは、電極櫛歯の電極櫛歯接触面の、支持体表面に対して平行かつ電極櫛歯の主延在方向に対して垂直な空間次元への伸張である。電極櫛歯接触面とは、本発明の枠内においては、基本的に、支持体表面に接触する、電極櫛歯の第１の金属層の表面の領域を意味するものと理解されたい。電極櫛歯の第２の金属層の表面の領域も支持体表面に接触するならば、電極櫛歯接触面も電極櫛歯の第２の金属層のこの領域を含む。特に台形の断面輪郭を有する電極櫛歯の場合、寸法ｋは、寸法ｈを超える可能性がある。例えば、幅Ｂは、一般に、電極櫛歯の半分の高さでの幅、例えばいわゆるＦＷＨＭであり得る。
【００１９】
電極櫛歯の厚さは、０．１μｍ乃至５０μｍ、好ましくは１μｍ乃至３０μｍ、特に好ましくは２μｍ乃至２０μｍであり得る。対象の厚さとは、本発明の枠内においては、基本的に、支持体表面に対して垂直に延在する対象の寸法を意味するものと理解されたい。第１の金属層の厚さは、０．１μｍ乃至５０μｍの間、好ましくは１μｍ乃至２５μｍの間、特に好ましくは１．５μｍ乃至２０μｍの間であり得る。第２の金属層の厚さは、０．０１μｍ乃至１５μｍの間、好ましくは０．０５μｍ乃至１０μｍの間、特に好ましくは０．５μｍ乃至５μｍの間であり得る。電極櫛歯の厚さと電極櫛歯の幅Ｂとの商は、０．０３乃至０．６の間、好ましくは０．０５乃至０．５の間、特に好ましくは０．２乃至０．４の間であり得る。
【００２０】
以下においては、第１の金属層及び第２の金属層の材料、並びに、第１の金属層及び第２の金属層の厚さに関しての本発明に係るセンサ素子のいくつかの好ましい実施例を説明する。しかしながら、基本的には、第１の金属層と第２の金属層との任意のさらなる組み合わせも可能であり、第１の金属層及び第２の金属層は、それぞれ第１の金属層及び第２の金属層に関して上記でさらに定義した材料のグループから選択された材料を含有する。好ましい実施例においては、センサ素子の第１の金属層は、白金−セラミック複合材料を含み、第２の金属層はイリジウムを含み得る。例えば、イリジウムを含有する第２の層は、この実施例においては、０．１μｍ乃至０．５μｍの厚さを有し得る。さらに、センサ素子の第１の金属層は、白金−セラミック複合材料を含み、第２の金属層は、ロジウムを含み得る。例えば、ロジウムを含有する第２の層は、この実施例においては、０．１μｍ乃至０．５μｍの厚さを有し得る。特に、第２の金属層は、均等な厚さを有し得る。さらに、センサ素子の第１の金属層は、白金−セラミック複合材料を含み、センサ素子の第２の金属層は、レニウムを含み得る。例えば、レニウムを含有する第２の層は、この実施例においては、０．１μｍ乃至０．９μｍの厚さを有し得る。さらなる任意の実施例においては、センサ素子の第１の金属層は、純粋な白金を含み、センサ素子の第２の金属層は、イリジウムを含み得る。例えば、白金を含有する第１の層は、この実施例においては、０．５μｍ乃至３．０μｍの厚さを有し得る。さらに、第１の金属層はパラジウムを含み、第２の金属層は、ロジウムを含み得る。
【００２１】
センサ素子は、特に、煤粒子センサとして構成されてもよい。さらに、センサ素子は、少なくとも１つの保護管路内に収容されてもよい。
【００２２】
本発明のさらなる態様においては、測定ガス空間内の測定ガスの粒子を検出するセンサ素子を製造する方法が提案され、この方法は、好ましくは提示された順序で以下のステップを含む。また、基本的には、他の順序も可能である。さらに、これらの方法ステップのうちの１つ又は複数又は全部を繰り返し実施することも可能である。さらに、これらの方法ステップのうちの２つ以上が、時間的に完全に又は部分的に重複されて又は同時に実施されてもよい。この方法は、前述した方法ステップに対して付加的にさらなる方法ステップも含み得る。
【００２３】
これらの方法ステップは、以下のとおりである。即ち、
ａ）少なくとも１つの支持体を準備するステップと、
ｂ）少なくとも１つの第１の電極装置及び少なくとも１つの第２の電極装置を少なくとも１つの支持体上に被着するステップと、
を含み、第１の電極装置及び第２の電極装置は、それぞれ少なくとも１つの電極櫛歯を有し、電極櫛歯は、層構造体を有し、層構造体は、少なくとも１つの第１の金属層と、少なくとも１つの第２の金属層とを含む。
【００２４】
この方法は、特に、本発明に従って、即ち、上述した実施形態のうちの１つに従って、又は、以下においてさらにより詳細に説明する実施形態のうちの１つに従って、センサ素子を製造するために使用することができる。それに応じて、定義及び任意の構成については、センサ素子の説明を十分に参照することができる。しかしながら、基本的には、他の構成も可能である。
【００２５】
特に、この方法のステップｂ）は、以下のサブステップ、即ち、
ｂ１）第１の金属層を被着するサブステップと、
ｂ２）第２の金属層を第１の金属層に被着するサブステップと、
を含み得る。
【００２６】
さらに、当該方法のステップｂ）は、以下のサブステップ、即ち、
ｂ３）第２の金属層を焼き付けるサブステップ
を含み得る。
【００２７】
さらに、ステップｂ１）及びｂ２）においては、第１及び第２の金属層を被着するための異なるコーティング法が使用され得る。例えば、ステップｂ１）においては、第１の金属層の被着は、スクリーン印刷法を含み得る。さらに、スクリーン印刷法を含み得るステップｂ１）には、焼結プロセスを追従させることができる。
【００２８】
さらに、ステップｂ２）においては、第２の金属層の被着は、電気化学的析出又は電着及び無電解析出からなるグループから選択された方法によって行われ得る。さらに、ステップｂ１）においては、第１の金属層の被着は、面状の層としてスパッタリング又は蒸着によって行うことができる。特に、第１の金属層の被着は、面状の層としてスパッタリング又は蒸着によって行うことができ、第１の金属層は、純粋な白金及び／又は純粋なパラジウムを含む。さらに、ステップｂ２）においては、既に上述した方法のうちの１つ以上に対して代替的又は付加的に、第２の金属層の被着は、面状の層としてスパッタリング又は蒸着によって行うことができる。特に、第２の金属層の被着は、面状の層としてスパッタリング又は蒸着によって行うことができ、第２の金属層は、イリジウム及び／又はレニウムを含有する。面状の層とは、本発明の枠内においては、第１及び第２の電極装置の電極櫛歯が被着された、支持体表面の少なくとも１つの領域を覆う層を意味するものと理解されたい。
【００２９】
第１及び／又は第２の電極装置に対する第１の金属層及び／又は第２の金属層の構造化は、例えば、析出前、析出中又は析出後に行うことができる。例えば、後からの構造化は、レーザ構造化法を用いて行うことができる。さらに、ステップｂ１）の後で、第１の金属層のフォトリソグラフィ構造化を行うことができる。特に、面状に被着され、パラジウムを含有する第１の金属層は、フォトリソグラフィプロセスによって、例えばフォトリソグラフィ還元によって、構造化することができる。特に、パラジウム核形成は、パラジウム前駆体化合物の露光によって、特にマスク下における露光によって生成することができる。フォトリソグラフィ構造化された第１の金属層、例えばパラジウムを含有するフォトリソグラフィ構造化された第１の金属層は、電着によって強化することができる。次いで、ステップｂ２）においては、第２の金属層が、例えば電着及び／又は無電解析出によって、被着され得る。特に、パラジウムを含有し、フォトリソグラフィ構造化され、電着によって強化された第１の金属層上に、ステップｂ２）においては、電着及び／又は無電解析出によって、第２の金属層が、例えばロジウムを含有する第２の金属層が被着可能である。
【００３０】
ステップａ）における支持体は、支持体フィルムとして準備され得る。この支持体フィルムは、少なくとも１つのセラミック材料を含み得る。
【００３１】
提案された装置及び方法は、既知の装置及び方法と比較して多くの利点を有する。特に、センサ素子の電極装置の高い堅牢性、特に外部電極の高い堅牢性は、高品質なセンサ素子、特に粒子センサ、例えば煤粒子センサの重要な鍵となる特徴である。本発明の枠内においては、これらの電極装置は、第１の金属層、特に導電性構造体が、第２の金属層、特に堅牢で焼損に強いカバー層によって保護され得るような、特に多層の櫛形電極としての層構造体を介して構成され得る。
【００３２】
さらに、この層構造体、特に層構成は、好ましい手法によって、第１の金属層にとって最適な被着方法と、第１の金属層にとって最適な材料選択とを、第２の金属層にとって最適な被着方法と、第２の金属層にとって最適な材料選択とに組み合わせることが可能である。特に、本発明によれば、電極装置の特性に対する相反する要求を、特に第１及び／又は第２の電極装置の特性に対する相反する要求を満たすことが可能であり得る。
【００３３】
そのため、例えば、特にセンサ素子の高い検出感度及び／又は高い精度を有し得る可及的に精細な電極構造体を、可及的に高い堅牢性、特に排気ガス適合性及び／又は耐焼損性及び／又は耐老化性に組み合わせることが可能であり得る。
【００３４】
さらに、支持体上、特にセラミック支持体上において、第１の金属層を、微細構造化に関して、例えば金属の選択及び／又は被着方法によって最適化すること、及び／又は、第２の金属層を、耐焼損性に関して、特に１２５０℃までの温度で酸化及び／又は還元する排気ガス内での耐焼損性に関して最適化することが可能であり得る。さらに、第１の金属層は、特に、自身が支持体上、特にセラミック支持体上において可及的に良好な接着特性を有するように選択されてもよい。さらに、第２の金属層は、特に、自身が適切な触媒特性、特に再生中の煤酸化に関して適切な触媒特性を有するように選択されてもよい。
【００３５】
本発明のさらなる任意の詳細及び特徴は、図面に概略的に示されている好ましい実施例の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のセンサ素子の一実施形態を示した平面図。
【図２】異なる電極櫛歯及び異なる中間生産物が断面図で示されている、センサ素子を製造するための本発明に係る２つの方法の方法ステップを示した図。
【図３】異なる電極櫛歯及び異なる中間生産物が断面図で示されている、センサ素子を製造するための本発明に係る２つの方法の方法ステップを示した図。
【図４】異なる電極櫛歯及び異なる中間生産物が断面図で示されている、センサ素子を製造するための本発明に係る２つの方法の方法ステップを示した図。
【図５】異なる電極櫛歯及び異なる中間生産物が断面図で示されている、センサ素子を製造するための本発明に係る２つの方法の方法ステップを示した図。
【図６】異なる電極櫛歯及び異なる中間生産物が断面図で示されている、センサ素子を製造するための本発明に係る２つの方法の方法ステップを示した図。
【図７】異なる電極櫛歯及び異なる中間生産物が断面図で示されている、センサ素子を製造するための本発明に係る２つの方法の方法ステップを示した図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
発明の実施形態
図１は、測定ガス空間内の測定ガスの粒子を検出する本発明に係るセンサ素子１１０の一実施形態を断面図において示している。図２乃至図７は、センサ素子１１０を製造するための本発明に係る２つの方法の方法ステップを示している。図３及び図４は、矩形の断面輪郭を有する電極櫛歯１１２の２つの異なる実施形態の断面図を示している。図６及び図７は、台形の断面輪郭を有する電極櫛歯１１２の２つの異なる実施形態の断面図を示している。図２及び図５は、２つの中間生産物を同様に断面図において示している。これらの図面は、以下において一緒に説明する。
【００３８】
センサ素子１１０は、特に自動車内で使用するように構成されてもよい。特に、測定ガスは、自動車の排気ガスであり得る。センサ素子１１０は、特に、例えば電極、電極リード導体や接点、複数の層、加熱素子、電気化学セル、又は、例えば上述の先行技術に示されるような他の素子などの、図示されていない１つ以上のさらなる機能素子を含み得る。さらに、センサ素子１１０は、例えば、同様に図示されていない保護管路内に収容されてもよい。
【００３９】
センサ素子１１０は、少なくとも１つの支持体１１４を含み、当該支持体上に、少なくとも１つの第１の電極装置１１６及び少なくとも１つの第２の電極装置１１８が被着されている。第１の電極装置１１６及び第２の電極装置１１８は、それぞれ少なくとも１つの電極櫛歯１１２を有する。これらの電極櫛歯１１２は層構造体１２０を有し、当該層構造体１２０は、少なくとも１つの第１の金属層１２２と、少なくとも１つの第２の金属層１２４とを含む。
【００４０】
図１は、本発明に係るセンサ素子１１０を示しており、このセンサ素子１１０は、少なくとも１つのセラミック材料を含み得る。特に、支持体１１４は、少なくとも１つのセラミック材料を含み得る。さらに、支持体１１４は、少なくとも１つの電気的絶縁材料を含み得る。支持体１１４は、支持体表面１２６を有し得る。
【００４１】
第１の電極装置１１６及び第２の電極装置１１８は、それぞれ２つの、又は、図１に示されているようにそれぞれ３つ以上の電極櫛歯１１２を有し得る。図１に示されているように、第１の電極装置１１６の電極櫛歯１１２と第２の電極装置１１８の電極櫛歯１１２とは、相互に係合し得る。しかしながら、第１の電極装置１１６はまた、第２の電極装置１１８と共に他の構造体を有し得る。特に、第１の電極装置１１６は、第２の電極装置１１８と共に、櫛形構造体、ヘリンボーン構造体、ジグザグ構造体、及び、渦巻き構造体からなるグループから選択された構造体を有し得る。
【００４２】
図２及び図５は、電極櫛歯１１２の第１の金属層１２２の２つの異なる実施形態を断面図で示す。図３、図４、図６及び図７は、電極櫛歯１１２の層構造体１２０を同様の断面図において示している。電極櫛歯１１２の断面輪郭は、図３及び図４に示されているように矩形であってもよい。しかしながら、また、図６及び図７に示されているように台形であってもよい。層構造体１２０は、少なくとも１つの第１の金属層１２２と、少なくとも１つの第２の金属層１２４とを含む。電極櫛歯１１２の第２の金属層１２４は、図３及び図６に示されているように電極櫛歯１１２の第１の金属層１２２を完全に覆い得る。特に、電極櫛歯１１２の第２の金属層１２４は、図３及び図６に示されているように電極櫛歯１１２の第１の金属層１２２の背面１２８及び側面１３０を覆い得る。しかしながら、電極櫛歯１１２の第２の金属層１２４はまた、電極櫛歯１１２の第１の金属層１２２を部分的にのみ覆うことも可能である。例えば、第２の金属層１２４は、図４及び図７の実施例に示されているように電極櫛歯１１２の第１の金属層１２２の背面１２８だけを覆うことも可能である。
【００４３】
第１の金属層１２２は、純金属、特に白金及びパラジウムからなるグループから選択された純金属、合金、特に白金及び／又はパラジウムの金属のうちの少なくとも１つを含む合金、金属−セラミック複合材料からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み得る。この場合、金属、特に白金及びパラジウムからなるグループから選択された金属は、金属−セラミック複合材料の５０％を超える質量分率を有する。第２の金属層１２４は、純金属、特にロジウム、イリジウム又はレニウム、合金、特にロジウム、イリジウム又はレニウムの金属のうちの少なくとも１つを含む合金、金属−セラミック複合材料からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み得る。この場合、金属、特にロジウム、イリジウム及びレニウムからなるグループから選択された金属は、金属−セラミック複合材料の５０％を超える質量分率を有する。
【００４４】
電極櫛歯の幅Ｂは、５μｍ乃至１５０μｍの間、好ましくは２５μｍ乃至１２５μｍの間、及び、特に好ましくは５０μｍ乃至１１０μｍの間であり得る。電極櫛歯１１２の第１の金属層１２２の幅ｂは、５μｍ乃至１５０μｍの間、好ましくは２５μｍ乃至１２５μｍの間、特に好ましくは５０μｍ乃至１００μｍの間であり得る。電極櫛歯１１２の厚さは、０．１μｍ乃至５０μｍの間、好ましくは１μｍ乃至３０μｍの間、及び、特に好ましくは２μｍ乃至２０μｍの間であり得る。第１の金属層１２２の厚さｄは、０．１μｍ乃至５０μｍの間、好ましくは１μｍ乃至２５μｍの間、及び、特に好ましくは１．５μｍ乃至２０μｍの間であり得る。第２の金属層１２４の厚さは、０．０１μｍ乃至１５μｍの間、好ましくは０．０５μｍ乃至１０μｍの間、及び、特に好ましくは０．５μｍ乃至５μｍの間であり得る。電極櫛歯１１２の厚さと、電極櫛歯１１２の幅Ｂとの商は、０．０３乃至０．６の間、好ましくは０．０５乃至０．５の間、及び、特に好ましくは０．２乃至０．４の間であり得る。
【００４５】
本発明のさらなる態様においては、測定ガス空間内の測定ガスの粒子を検出するセンサ素子１１０を製造する方法が提案される。図２及び図５は、センサ素子１１０を製造する方法の中間生産物を第１の金属層１２２の２つの変化実施例の形態において示している。この方法は、第１の金属層１２２を被着するステップを含む。さらに、この方法は、第２の金属層１２４を第１の金属層１２２に被着するステップを含み得る。特に、第１の金属層１２２を被着するために、及び、第２の金属層１２４を被着するために、異なる方法が使用され得る。例えば、第１の金属層１２２を被着するステップは、スクリーン印刷法を含み得る。例えば、第２の金属層１２４を被着するステップは、電着及び無電解析出からなるグループから選択された方法によって行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月24日(2019.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ガス空間内の測定ガスの粒子を検出するセンサ素子（１１０）であって、
前記センサ素子（１１０）は、少なくとも１つの支持体（１１４）を含み、
前記支持体（１１４）上に、少なくとも１つの第１の電極装置（１１６）及び少なくとも１つの第２の電極装置（１１８）が被着されており、
前記第１の電極装置（１１６）及び前記第２の電極装置（１１８）は、それぞれ少なくとも１つの電極櫛歯（１１２）を有し、
前記電極櫛歯（１１２）は、層構造体（１２０）を有し、
前記層構造体（１２０）は、少なくとも１つの第１の金属層（１２２）と、少なくとも１つの第２の金属層（１２４）とを含む、センサ素子（１１０）。
【請求項２】
前記第１の電極装置（１１６）及び前記第２の電極装置（１１８）は、それぞれ少なくとも２つの電極櫛歯（１１２）を有する、請求項１に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項３】
前記第１の金属層（１２２）は、純金属、合金、金属−セラミック複合材料からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み、前記第１の金属層（１２２）の材料としての前記純金属は、前記第１の金属層（１２２）の材料としての前記金属−セラミック複合材料の５０％を超える質量分率を有する、請求項１又は２に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項４】
前記第１の金属層（１２２）の材料としての前記純金属は、白金及びパラジウムからなるグループから選択された純金属であり、前記第１の金属層（１２２）の材料としての前記合金は、白金及びパラジウムからなるグループから選択された金属のうちの少なくとも１つを含む合金である、請求項３に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項５】
前記第２の金属層（１２４）は、純金属、合金、金属−セラミック複合材料からなるグループから選択された少なくとも１つの材料を含み、前記第２の金属層（１２４）の材料としての前記純金属は、前記第２の金属層（１２４）の材料としての前記金属−セラミック複合材料の５０％を超える質量分率を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項６】
前記第２の金属層（１２４）の材料としての前記純金属は、ロジウム、イリジウム及びレニウムからなるグループから選択された純金属であり、前記第２の金属層（１２４）の材料としての前記合金は、ロジウム、イリジウム及びレニウムからなるグループから選択された金属のうちの少なくとも１つを含む合金である、請求項５に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項７】
前記第１の金属層（１２２）の厚さは、０．１μｍ乃至５０μｍの範囲内である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項８】
前記第２の金属層（１２４）の厚さは、０．０１μｍ乃至１５μｍの範囲内である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項９】
前記電極櫛歯（１１２）の厚さと前記電極櫛歯（１１２）の幅との商は、０．０３乃至０．６の範囲内である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のセンサ素子（１１０）。
【請求項１０】
測定ガス空間内の測定ガスの粒子を検出するセンサ素子（１１０）を製造する方法であって、当該方法は、以下のステップ、
ａ）少なくとも１つの支持体（１１４）を準備するステップと、
ｂ）前記少なくとも１つの支持体（１１４）上に、少なくとも１つの第１の電極装置（１１６）及び少なくとも１つの第２の電極装置（１１８）を被着するステップと、
を含み、
前記第１の電極装置（１１６）及び前記第２の電極装置（１１８）は、それぞれ少なくとも１つの電極櫛歯（１１２）を有し、
前記電極櫛歯（１１２）は、層構造体（１２０）を有し、
前記層構造体（１２０）は、少なくとも１つの第１の金属層（１２２）と、少なくとも１つの第２の金属層（１２４）とを含む、方法。
【請求項１１】
前記ステップｂ）は、以下のサブステップ、
ｂ１）第１の金属層（１２２）を被着するサブステップと、
ｂ２）前記第１の金属層（１２２）上に第２の金属層（１２４）を被着するサブステップと、
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ステップｂ）は、さらに以下のサブステップ、
ｂ３）前記第２の金属層（１２４）を焼き付けるサブステップ
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ステップｂ１）及びｂ２）において、前記第１の金属層（１２２）及び前記第２の金属層（１２４）を被着するための異なるコーティング方法が使用される、請求項１１又は１２に記載の方法。
【国際調査報告】
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