(57)【要約】  本発明は、測定ガスの物理的特性、有利には内燃機関の排気ガスの酸素濃度または温度の検出に用いられるセンサエレメント（１０）を提供する。センサエレメント（１０）は第１の固体電解質シート（２１）、第２の固体電解質シート（２２）、およびこれらのあいだの層面に配置された拡散バリア（４１）を有する。拡散バリア（４１）上の所定の領域に少なくともほとんどガスを通さないかまたはガス不透性のカバー層（４４）が設けられており、このカバー層の配置された領域では拡散バリアへの測定ガスの拡散または拡散バリアからの測定ガスの拡散が少なくともほとんど阻止される。  また本発明は第１の固体電解質シート（２１）と第２の固体電解質シート（２２）とのあいだに拡散バリア（４１）が配置されたセンサエレメント（１０）の製造方法を提供する。第１の方法では、拡散バリアの拡散抵抗を調整するために、拡散バリア（４１）をレーザー（８１）によって切除する。  第２の方法では、拡散バリア（４１）のうちセンサエレメントの外部の測定ガスに通じる側に、シンタリングプロセス後に少なくともほとんどガスを通さないかまたはガス不透性となるカバー層（４４）を被着し、拡散バリアの拡散抵抗を調整するためにこのカバー層（４４）を切除する。
2007507697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の固体電解質シート（２１）、第２の固体電解質シート（２２）、およびこれらのあいだの層面に配置された第１の拡散バリア（４１）を有し、
測定ガスの物理的特性、有利には内燃機関の排気ガスの酸素濃度または温度を検出するセンサエレメント（１０）において、
前記拡散バリア上の所定の領域に少なくともほとんどガスを通さないかまたはガス不透性のカバー層（４４）が設けられており、前記拡散バリアのうち前記カバー層の配置された領域では前記拡散バリアへの測定ガスの拡散または拡散バリアからの測定ガスの拡散が少なくともほとんど阻止される
ことを特徴とするセンサエレメント。
【請求項２】
前記カバー層は前記第１の固体電解質シートと前記拡散バリアとのあいだの層面に設けられている、請求項１記載のセンサエレメント。
【請求項３】
通気口（５９）が設けられており、該通気口および前記拡散バリアを通って測定ガスが内部に配置された電極（３２，３３）へ達し、前記拡散バリアの前記通気口に通じる側に前記カバー層が設けられている、請求項１または２記載のセンサエレメント。
【請求項４】
前記カバー層は少なくとも部分的に直接に測定ガスに曝され、かつ前記拡散バリアを介して測定ガスまたは測定ガスの所定の成分を前記電極へ達させる切欠（５４）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項５】
前記カバー層の切欠は前記拡散バリアに対して中央に配置されている、請求項４記載のセンサエレメント。
【請求項６】
前記カバー層によってカバーされる前記拡散バリアの面は前記層面に対して平行である、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項７】
前記第１の固体電解質シートに形成された前記通気口は内径ｄ１を有し、前記拡散バリアは円筒状または中空円筒状に形成されており、ここで中空円筒状の拡散バリアの内径はｄ２、円筒状または中空円筒状の拡散バリアの外径はｄ３であり、前記カバー層は直径ｄ４の円形切欠を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項８】
ｄ４＜ｄ１＜ｄ３である、請求項７記載のセンサエレメント。
【請求項９】
ｄ１は０．６ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲にあり、および／またはｄ２は０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲にあり、および／またはｄ３は１．８ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲にあり、および／またはｄ４は０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲にある、請求項７または８記載のセンサエレメント。
【請求項１０】
ｄ２≦ｄ４である、請求項７から９までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１１】
ｄ４≦ｄ２＜ｄ１である、請求項７から９までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１２】
径ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４の開口部は相互に同心に配置されている、請求項７から１１までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１３】
前記カバー層と前記第１の固体電解質シートとのあいだに第２の拡散バリア（４１ａ）が配置されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１４】
測定ガスまたは測定ガスの所定の成分が前記カバー層の前記切欠を通ることなく前記第２の拡散バリアを通って前記電極に達する、請求項１３記載のセンサエレメント。
【請求項１５】
前記第２の拡散バリアはリング状でありかつ内径ｄ５を有し、ここでｄ１≦ｄ５および／またはｄ４≦ｄ５である、請求項１３または１４記載のセンサエレメント。
【請求項１６】
前記カバー層の外径は内径ｄ５以上である、請求項１３から１５までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１７】
第１の固体電解質シート（２１）と第２の電解質シート（２２）とのあいだに拡散バリア（４１）が配置されたセンサエレメント（１０）の製造方法において、
拡散バリアの拡散抵抗を調整するために、拡散バリア（４１）をレーザー（８１）により切除する
ことを特徴とするセンサエレメントの製造方法。
【請求項１８】
前記拡散バリアを前記第１の固体電解質シートと前記第２の固体電解質シートとのあいだに配置し、前記第１の固体電解質シートに通気口（５９）を設け、該通気口を通して前記拡散バリアをシンタリングプロセス後に前記レーザーにより切除する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
レーザーによる切除の前に前記拡散バリアに前記通気口を設ける、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
第１の固体電解質シート（２１）と第２の固体電解質シート（２２）とのあいだに拡散バリア（４１）が配置されたセンサエレメント（１０）、例えば請求項１から１６までのいずれか１項記載のセンサエレメントの製造方法において、
拡散バリア（４１）のうちセンサエレメントの外部の測定ガスに通じる側に、シンタリングプロセス後に少なくともほとんどガスを通さないかまたはガス不透性となるカバー層（４４）を被着し、拡散バリアの拡散抵抗を調整するために前記カバー層を切除する
ことを特徴とするセンサエレメントの製造方法。
【請求項２１】
前記カバー層をシンタリングプロセス後に前記レーザーにより切除する、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記レーザーにより前記拡散バリアの所定の領域も切除する、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の固体電解質シートに前記通気口を設け、該通気口を通して前記レーザーにより前記カバー層を切除する、請求項２０から２２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２４】
電気化学セルを設け、センサエレメントの外部の測定ガスが前記拡散バリアを通して該電気化学セルの電極へ達するようにし、切除中または切除の前後にセンサエレメントを測定ガスへ曝して電気化学セルが限界電流領域で駆動される程度の高さの電圧を該電気化学セルへ印加し、印加電圧に基づいて流れる電流を測定することにより拡散限界電流を測定し、限界電流の目標値が達成されるまで切除を続行する、請求項１７から２３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２５】
前記拡散バリアを前記レーザーにより切除するあいだ、インジェクションノズル（８３）を介して前記拡散バリアの方向へ偏向される空気流（８２）によって、切除で生じた焼けかすを除去する、請求項１７から２４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２６】
前記空気流は雰囲気に相応する酸素分圧を有し、前記空気流をおおよそ前記センサエレメントの駆動温度、例えば５００℃以上、有利には７５０℃まで加熱する、請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来の技術
本発明は独立請求項の上位概念記載のセンサエレメントおよびセンサエレメントの製造方法に関する。
【０００２】
この種のセンサエレメントおよびセンサエレメントの製造方法は例えば独国公開第１９８１７０１２号明細書から知られる。ここではセンサエレメントは第１の固体電解質シートと第２の固体電解質シートとのあいだにリング状の拡散バリアを有しており、この拡散バリアはリング状の測定ガス室によって包囲されている。測定ガス室には電極が配置されており、この電極にセンサエレメントの外部に存在する測定ガスが第１の固体電解質シートに形成された通気口および拡散バリアを介して達する。
【０００３】
さらに第１の固体電解質シートと第２の固体電解質シートとのあいだの層面に設けられた開口を通して通気を行うセンサエレメントも知られている。
【０００４】
拡散バリアの拡散抵抗の製造に起因する変動を補償するために、通気口の直径ひいては拡散バリアの内径は意図的に変更される。その際に、最初１つのチャージのセンサエレメントがシンタリングされ、いわゆる限界電流（ポンプ電流）が求められる。次に測定結果に基づいて拡散バリアの所望の内径が求められ、同じチャージから得られたセンサエレメントに対して求められた内径の通気口がボーリングされる。
【０００５】
ここで欠点となるのは、シンタリングされたセンサエレメントで限界電流を求めるプロセスおよび拡散バリアの内径と通気口とを適合させるプロセスに時間および費用がかかるということである。また上述のような補正を行っても、製造に起因する拡散抵抗の変動が限界電流に含まれることも問題である。これは１つのチャージ内で拡散バリアの高さにばらつきが生じるからである。
【０００６】
本発明の利点
本発明の独立請求項に記載の特徴を有するセンサエレメントおよびセンサエレメントの製造方法は、従来技術に比べて、シンタリングされた拡散バリアを、時間および費用を節約して簡単に高い精度で処理できるという利点を有する。これにより製造技術に起因する拡散抵抗の変動を補償することができる。
【０００７】
このために、第１の固体電解質シートと第２の固体電解質シートとのあいだに配置された拡散バリアにおいて、測定ガスに通じる側にカバー層が設けられる。カバー層はガス不透性であるか、または少なくともほとんどガスを通さない。これにより拡散バリアおよび／またはカバー層は第１の固体電解質シートに設けられた通気口を通して処理され、シンタリングされたセンサエレメントで拡散バリアの拡散抵抗が調整される。
【０００８】
さらに、シンタリングされたセンサエレメントの内部の拡散バリアはレーザーにより切除される。ここで有利には、レーザーによる拡散バリアの切除プロセス中、拡散バリアの拡散抵抗が測定される。この測定はセンサエレメントの電気化学セルの限界電流を求めることにより行われる。
【０００９】
ガス不透性のカバー層とは、本明細書では、カバー層を通過する測定ガスの量またはその所定の成分の量が拡散バリアを通流する測定ガスまたはその所定の成分の全量の多くとも１０％となるものであると解されたい。
【００１０】
従属請求項に記載された手段により、独立請求項に記載されたセンサエレメントおよびセンサエレメントの製造方法の有利な実施形態が得られる。
【００１１】
有利には、カバー層は拡散バリアを介して測定ガスを電極へ到達させる切欠を有している。この切欠は円筒状または中空円筒状の拡散バリアの中央に配置されている。つまりこれは例えば円形であってその中心点は拡散バリアの対称軸線上に存在する。こうした構成により、電極の全ての領域への測定ガスの拡散路が均等になることが保証される。このために有利にはカバー層によってカバーされる拡散バリアの面をセンサエレメントの層面に対して平行に配置し、第１の固体電解質シートに切欠（通気口）を設け、拡散バリアのうち通気口に接する側にカバー層を配置する。
【００１２】
有利には、通気口は円筒状に、拡散バリアは中空円筒状に形成される。カバー層はリング状に形成され、円形の切欠を有する。それぞれの中心点または中心軸線は一致する。有利には、通気口の内径ｄ１、拡散バリアの内径ｄ２および外径ｄ３、カバー層の直径ｄ４として、式ｄ４＜ｄ１＜ｄ３が満足される。特に有利には、ｄ１は０．６ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲にあり、および／またはｄ２は０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲にあり、および／またはｄ３は１．８ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲にあり、および／またはｄ４は０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲にある。
【００１３】
有利な実施形態では、式ｄ２≦ｄ４＜ｄ１が満足される。この実施形態では、通気は拡散バリアの内径およびカバー層によってカバーされていない領域を介して行われる。これにより排気ガスの一部は短い拡散区間を有することになるので、拡散バリアを通る拡散流が高まる。
【００１４】
別の有利な実施形態ではｄ４≦ｄ２であり、カバー層は拡散バリアの内径を超えて延在し、これにより拡散バリアは排気ガスの障害成分の堆積前に保護される。有利には、カバー層の層厚さは少なくとも拡散バリアの層厚さに相応するので、カバー層の延在領域の機械的安定性も保証される。
【００１５】
中空円筒状ジオメトリに代え、通気口、拡散バリアおよび測定ガス室に対して線形ジオメトリを採用してもよい。この場合には拡散バリアおよび測定ガス室が前後に配置され、カバー層も含めておおよそ同じ幅および同じ高さに構成される。通気口は例えば第１の固体電解質シートの空隙として設けられ、この空隙の幅は拡散バリアの幅に相応する。
【００１６】
別の実施形態では、カバー層と第１の固体電解質シートとのあいだに第２の拡散バリアが配置される。したがって測定ガスまたは測定ガスの所定の成分はカバー層の切欠および第１の拡散バリアを介してまたは直接に第２の拡散バリアを介して電極に達する。第２の拡散バリアを通って拡散する測定ガスはカバー層の切欠を通らない。拡散抵抗は第２の拡散バリアの成分とカバー層および拡散バリアの切欠の成分とから成る。拡散流を２つの分岐に分割することにより拡散抵抗の補償が簡単化される。なぜなら拡散流全体がカバー層の切欠を通ることがないからである。有利には、第２の拡散バリアの内径は通気口の内径よりも大きい。
【００１７】
有利には、拡散バリアは通気口を通してレーザーにより切除される。切除前に通気口は少なくとも部分的に拡散バリアによって充填される。これによりレーザーでの処理が簡単化され、またレーザーで切除可能な体積が大きくなる。
【００１８】
別の実施形態では、拡散バリアの拡散抵抗を補償するプロセスとして、通気口を通してカバー層および／または拡散バリアをレーザーにより切除する。この切除はシンタリングされたセンサエレメントにおいて、つまりシンタリングプロセス後に行われる。
【００１９】
有利には、拡散バリアの切除プロセス中、限界電流が求められ、求められた限界電流に基づいて切除プロセスが制御される。このとき、センサエレメントの電気化学セルに電圧が印加されるが、ここで電気化学セルの電極の一方は拡散方向で見て拡散バリアの後方に配置されている。当該の電圧は、拡散バリアを通って流れる酸素全体が電気化学セルによって拡散バリアの後方に配置された電極からポンピングされ、限界電流が生じる大きさに選定されている。切除プロセスは限界電流の目標値が達成されるまで続行される。限界電流の測定は拡散バリアの切除プロセスの前後に行うこともでき、また限界電流を求めるあいだ切除プロセスを中断してもよい。
【００２０】
有利には、拡散バリアの切除により発生する焼けかすは、インジェクションノズルによって拡散バリアまたは相応の領域へ偏向されたガス流により取り除かれる。求めるべき限界電流に誤差を生じさせないようにするために、ガス流は所定の酸素分圧、有利には空気の酸素分圧および約７５０℃の温度を有するように加熱される。
【００２１】
図面
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。
【００２２】
図１には本発明の第１の実施例の縦断面図が示されている。図２には図１の線ＩＩ−ＩＩで切断した横断面図が示されている。図３には本発明の第２の実施例の部分図が示されている。図３ａには本発明の第３の実施例の部分図が示されている。図４には図３の矢印ＩＶの方向から見た第２の実施例の平面図が示されている。図５には本発明の第４の実施例の断面図が示されている。図６ａ，図６ｂには本発明の第５の実施例においてレーザーによって拡散バリアの所定の領域を切除するステップ前の様子およびステップ後の様子が示されている。
【００２３】
実施例の説明
図１，図２には、本発明の第１の実施例として、第１の固体電解質シート２１，第２の固体電解質シート２２，第３の固体電解質シート２３を備えたセンサエレメント１０が示されている。第１の固体電解質シート２１の外側にリング状の第１の電極３１が配置されており、この電極に線路３１ａが接続されている。第１の電極３１は多孔性保護層４５によってカバーされている。
【００２４】
第１の固体電解質シート２１の第１の外套面５１には第１の電極３１の開口の領域に通気口５９が設けられている。この通気口は径ｄ１を有する。
【００２５】
第１の固体電解質シート２１と第２の固体電解質シート２２とのあいだに中空円筒状の拡散バリア４１が配置されている。拡散バリア４１は径ｄ２の内套面５２と径ｄ３の外套面５３とを有する。拡散バリア４１の外套面５３は中空円筒状の測定ガス室４２によって包囲されている。
【００２６】
さらに第１の固体電解質シート２１と第２の固体電解質シート２２とのあいだに基準ガス室４３が設けられている。この基準ガス室は測定ガス室４２からセンサエレメント１０の長手方向へ延在しており、多孔性の度合いの低いセラミック材料により充填されている。測定ガス室４２と基準ガス室４３とのあいだに気密フレーム６１が配置されている。気密フレーム６１は測定ガス室４２を完全に包囲し、これを外部に対して気密に封止している。
【００２７】
測定ガス室４２内では第１の固体電解質シート２１上にリング状の第２の電極３２が配置されている。第２の電極３２に対向して、測定ガス室４２内には第２の固体電解質シート２２上にリング状の第３の電極３３が設けられている。基準ガス室４３内には基準ガスに曝される第４の電極３４が配置されている。基準ガス室には多孔性の第４の電極またはその給電線の孔を用いてもよいし、多孔性のセラミック層によりこれを形成してもよい。
【００２８】
第２の固体電解質シート２２と第３の固体電解質シート２３とのあいだにはヒータ６３が設けられている。このヒータはヒータアイソレーション部６４を介して周囲の固体電解質シート２２，２３から電気的に絶縁されている。ヒータ６３およびヒータアイソレーション部６４の側辺はヒータ気密フレーム６２によって包囲されている。
【００２９】
センサエレメント１０の外部の測定ガスは通気口５９および拡散バリア４１の内套面５２を介して測定ガス室４２ひいては第２の電極３２および第３の電極３３へ達する。
【００３０】
第１の電極３１，第２の電極３２およびこれらのあいだに配置された第１の固体電解質シート２１は電気化学セルすなわちポンピングセルを形成しており、このセルにより酸素が測定ガス室４２へまたは測定ガス室４２からポンピングされる。酸素分圧は、第３の電極３３，第４の電極３４およびこれらのあいだに配置された第２の固体電解質シート２２から成る電気化学セルすなわちネルンストセルにより求められる。ネルンストセルの信号に基づいてセンサエレメントの外部に配置された制御装置により、測定ガス室４２において酸素分圧λ＝１が生じるようにポンピングセルへの印加電圧が制御される。測定ガスの酸素分圧はポンピングセルのポンピング電流の大きさから求められる。
【００３１】
ポンピングセルへの印加電圧は全体として測定ガス室４２に存在する酸素がポンピングされる高さに選定される。したがってポンピング電流は拡散バリア４１を通って流れる酸素量により制限される。このとき流れるポンピング電流がいわゆる限界電流を形成する。
【００３２】
製造技術（例えばジオメトリ）に起因する拡散バリア４１での変動により、例えば拡散バリア４１内の拡散区間または拡散バリア４１の高さが変化する。それ以外の条件が等しいとすると、拡散バリアを通る酸素流ひいては限界電流が変動する。例えば拡散区間が延長すると拡散流ひいては限界電流は低下する。これにより最終的には測定結果に誤りが生じる。したがって拡散バリア４１は、本発明によれば、均等な外部条件のもとで拡散バリアを通る均等な酸素流に対して調整される（つまり拡散抵抗は限界電流の設定目標値に対して調整される）。
【００３３】
シンタリングされたセンサエレメント１０はヒータ６３を介して駆動温度、例えば７５０℃まで加熱され、所定の酸素濃度の測定ガス、例えば周囲空気に曝される。測定ガス室４２に流れる酸素はポンピングセルを介して第２の電極３２から第１の電極３１さらに外部へポンピングされ、相応の限界電流が測定される。同時にセンサエレメント１０で材料が切除され、拡散バリア４１を通って流れる酸素流が制御される。材料の切除は拡散バリア４１を通って流れる酸素流の目標値に相応する限界電流の目標値が達成されるまで続行される。拡散バリア４１は材料切除前の拡散流が製造技術に起因する変動の予測値を考慮して限界電流の目標値よりも小さくなるように形成されており、材料切除により拡散区間が短縮され、これにより目標値が達成されるまで拡散流が増大される。
【００３４】
図１，図２には本発明の第１の実施例が示されている。ここでは通気口５９の径は拡散バリア４１の内径よりも大きく選定されている。したがって通気口５９を通して拡散バリア４１をレーザーにより切除することができる。同じ拡散区間を有する定義されたガス流を達成するために、酸素を内套面５２の箇所で拡散バリア４１へ浸透させる。したがって拡散バリア４１の通気口５９に通じる側にはガス不透性のカバー層４４が設けられる。カバー層４４および拡散バリア４１をレーザーによって切除することにより、所望の拡散抵抗が調整される。拡散抵抗を調整するために、レーザーにより拡散バリア４１にもカバー層４４にも開口が設けられ、カバー層４４の内径ｄ４と拡散バリア４１の内径ｄ２とがほぼ等しくなる。
【００３５】
図１，図２の第１の実施例は次の寸法を有する。すなわち、
ｄ１＝１．０ｍｍ
ｄ２＝０．４ｍｍ
ｄ３＝２．０ｍｍ
ｄ４＝０．４ｍｍ
である。
【００３６】
拡散バリア４１の内套面５２の開口を円筒状に成形せず、例えば拡散バリア４１の第２の固体電解質シート２２へ通じる側を少し切除するケースも可能である。この場合には、拡散バリア４１が少なくともカバー層４４に直に接する領域でカバー層４４の内径が拡散バリアの内径に相応する。
【００３７】
カバー層４４は拡散バリア４１と第１の固体電解質シート２１とのあいだの領域まで（通気口の外側に）延在している。
【００３８】
図示の実施例では相応する素子には相応する参照番号を付してある。
【００３９】
図３，図４には第２の実施例が示されている。第２の実施例はカバー層４４の構成の点で第１の実施例と異なる。カバー層４４は第２の実施例では拡散バリア４１の内径ｄ２より大きい内径ｄ４を有している。拡散バリアを補償するにはカバー層４４を切除して、カバー層４４が拡散バリア４１に対して中央に開口５４を有するようにすれば充分である。拡散バリア４１に対して中央に位置するカバー層４４の開口５４により電極３２，３３へのほぼ等しい拡散区間が実現される。図示されていない選択的な実施例として、拡散バリア４１が円筒状であり開口を有さないケースも可能である。
【００４０】
図３，図４の第２の実施例は次の寸法を有する。すなわち、
ｄ１＝１．０ｍｍ
ｄ２＝０．３ｍｍ
ｄ３＝２．０ｍｍ
ｄ４＝０．５ｍｍ
である。
【００４１】
図３ａには本発明の第３の実施例が示されている。ここではカバー層４４の内径ｄ４は拡散バリア４１の内径ｄ２よりも小さく、つまりカバー層４４は拡散バリア４１の開口を超えて延在している。このとき拡散バリアの開口には中空室ペーストが設けられるが、これはシンタリングの際に残滓なく気化する。カバー層４４および拡散バリア４１の層高さはこの実施例では等しく、カバー層の充分な安定性が保証される。カバー層の層高さは約１００μｍである。
【００４２】
図３ａの第３の実施例は次の寸法を有する。すなわち、
ｄ１＝１．０ｍｍ
ｄ２＝０．５ｍｍ
ｄ３＝２．０ｍｍ
ｄ４＝０．３ｍｍ
である。
【００４３】
図５の実施例では、カバー層４４と第１の固体電解質シート２１とのあいだに、内径ｄ５の中空円筒状の第２の拡散バリア４１ａが設けられる。このため測定ガス室４２へ流れ込む酸素流は、第２の拡散バリア４１ａを通る成分と、カバー層４４の開口５４および第１の拡散バリア４１を通る成分とへ分割される。補償精度を増大するために、第１の拡散バリア４１および第２の拡散バリア４１ａは第２の拡散バリア４１ａを通る酸素流が第１の拡散バリア４１を通る酸素流よりも大きくなるように成形される。有利には、酸素流のうち、第２の拡散バリア４１ａを通る成分は全酸素流の７０〜８０％であり、第１の拡散バリア４１を通る成分は全酸素流の２０〜３０％である。
【００４４】
第２の拡散バリア４１ａの内径は通気口５９の内径以上である。したがってカバー層４４の切除および場合により拡散バリア４１の切除は第２の拡散バリア４１ａを通って流れる酸素量に影響を与えない。拡散バリア４１，カバー層４４および第２の拡散バリア４１ａの外径はほぼ等しい。図示されていない選択的な実施例として、カバー層を第２の拡散バリア４１ａの内套面５５までだけ延在させることもできる。
【００４５】
図６ａ，図６ｂには拡散抵抗の調整方法が示されている。図６ａ，図６ｂではカバー層が省略されており、通気口５９は少なくとも例えば拡散バリア４１によって充填される。シンタリングプロセス後、限界電流を定常的に測定しながら、拡散バリア４１をレーザー８１により限界電流の目標値が達成されるまで切除する。
【００４６】
図１〜図６ｂのセンサエレメントの拡散抵抗を調整する方法では、一般に、レーザービーム８１がレーザービームを形成するレーザー装置８０から第１の固体電解質シート２１の通気口５９を通してシンタリングされたセンサエレメント１０のカバー層４４および／または拡散バリア４１へ配向される（図６ａ，図６ｂを参照）。材料切除は上述の方法に相応に測定された限界電流が所定の目標値に相応するまで続行される。拡散バリア４１および／またはカバー層４４のレーザーによる切除から焼けかすが生じる。この焼けかすを除去するために、空気流８２を洗浄ガスとして拡散バリア４１およびカバー層４４のほうへ配向するインジェクションノズル８３が用いられる。この空気流の酸素成分はセンサエレメントを包囲する測定ガスの酸素成分に相応するので、インジェクションノズル８３内の相応のヒータ装置によりセンサエレメントを駆動温度、例えば７５０℃まで加熱することができる。
【００４７】
前述の実施例では、拡散バリア、測定ガス室および通気口が１つの円筒状ジオメトリを形成している。本発明は測定ガス室への拡散が線形に行われるセンサエレメントに適用することもできる。このためにセンサエレメントは一定の幅および高さの長手方向のチャネルを有しており、このチャネル内に拡散バリアおよび電極を備えた測定ガス室が配置される（ただしこの構成は図示されていない）。第１の固体電解質シートには例えば空隙状の通気口が設けられる。測定ガスは通気口および拡散バリアを介して測定ガス室の電極へ達する。測定ガスの拡散方向はセンサエレメントの長手軸線に対してほぼ平行である。拡散バリア上にカバー層が設けられており、これは通気口を通してレーザーにより処理される。カバー層および／または拡散バリアを切除することにより拡散抵抗が調整される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施例の縦断面図である。
【図２】第１の実施例の横断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例の部分図である。
【図３ａ】本発明の第３の実施例の部分図である。
【図４】第２の実施例の平面図である。
【図５】本発明の第４の実施例の縦断面図である。
【図６ａ】レーザーによって拡散バリアの所定の領域を切除するステップ前の様子を示す図である。
【図６ｂ】レーザーによって拡散バリアの所定の領域を切除するステップ後の様子を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【国際調査報告】
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