(57)【要約】  例えば測定ガス中のガス成分を検出するための、有利には内燃機関の排気ガスにおける酸素濃度を突き止めるためのセンサエレメント（１０）が提供される。センサエレメント（１０）は固体電解質層（２１，２２）に被着されている導体路（１０１）を備え、該導体路はセンサエレメント（１０）の測定領域（１１）に設けられている電極（１０１ａ）および該電極（１０１ａ）に導かれていて、センサエレメント（１０）のリード領域（１２）に配置されている電極リード（１０１ｂ）を有している。センサエレメント（１０）の測定領域（１１）を加熱するために加熱エレメント（５１）が設けられている。導体路（１０１）は測定領域（１１）とリード領域（１２）との間の移行領域（１３）において狭幅部（６０）を有している。本発明の別の観点として、電極（１０１ａ）は第１の電極部分（８１）と第２の電極部分（８２）とを有しており、ここで第１の電極部分（８１）は測定領域（１１）とリード領域（１２）との間の移行領域（１３）において電極リード（１０１ｂ）と接続されており、かつ第１および第２の電極部分（８１，８２）はリード領域（１２）とは反対側においてだけ相互に電気的に接続されている。
2007529726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば測定ガス中のガス成分を検出するための、有利には内燃機関の排気ガスにおける酸素濃度を突き止めるためのセンサエレメント（１０）であって、固体電解質層（２１，２２）に被着されている導体路（１０１）を備え、該導体路はセンサエレメント（１０）の測定領域（１１）に設けられている電極（１０１ａ）および該電極（１０１ａ）に導かれていて、センサエレメント（１０）のリード領域（１２）に配置されている電極リード（１０１ｂ）を含んでおり、ここでセンサエレメント（１０）の測定領域（１１）を加熱するための加熱エレメント（５１）が設けられているという形式のセンサエレメントにおいて、
導体路（１０１）は測定領域（１１）とリード領域（１２）との間の移行領域（１３）において狭幅部（６０）を有している
ことを特徴とするセンサエレメント。
【請求項２】
導体路（１０１）は狭幅部（６０）の領域において該狭幅部（６０）に隣接している、導体路（１０１）の領域におけるよりも小さな横断面を有している
請求項１記載のセンサエレメント。
【請求項３】
狭幅部（６０）により、導体路（１０１）に沿って熱伝導は測定領域（１１）からリード領域（１２）へかけて低減されている
請求項１または２記載のセンサエレメント。
【請求項４】
狭幅部（６０）の領域における導体路（１０１）の横断面は最大で、導体路（１０１）の、狭幅部（６０）に隣接する領域における導体路（１０１）の横断面の７０パーセント、殊に５０パーセントであり、ここで横断面は測定領域（１１）の加熱の際に導体路（１０１）に形成される熱勾配に対して垂直である平面内にある
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】
狭幅部（６０）の領域において比Ａ／ｂ≦０．１ｍｍ、有利にはＡ／ｂ≦０．０２ｍｍが充足されており、ここでＡはセンサエレメント（１０）の長手方向軸線に対して垂直である平面における導体路（１０１）の横断面を表しており、かつｂは導体路（１０１）の幅、すなわちセンサエレメント（１０）の主要面に対して平行である方向におけるこの平面内の導体路（１０１）の拡がりを表している
請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項６】
導体路（１０１）の狭幅部（６０）は少なくとも１つの切り欠き（６１，６２）を含んでいる
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】
切り欠き（６２）はスリット形状でありかつ比較的長いおよび比較的短い側を有しており、ここで切り欠き（６２）の比較的長い側は導体路（１０１）の長手方向の延在部に対してほぼ垂直に配置されておりおよび／または測定領域（１１）の加熱に基づいて導体路（１０１）に形成される熱勾配に対してほぼ垂直に配置されている
請求項６記載のセンサエレメント。
【請求項８】
導体路（１０１）の部分は複数の切り欠き（６２）を有しており、かつ導体路（１０１）は切り欠き（６２）の領域において網目形式のストラクチャを有している
請求項６記載のセンサエレメント。
【請求項９】
切り欠き（６１）は導体路（１０１）の長手方向軸線に関して相互にずれて配置されている
請求項８記載のセンサエレメント。
【請求項１０】
狭幅部（６０）の領域において比ｂ／ｃ≦０．８、有利にはｂ／ｃ≦０．０５であり、ここでｂは導体路（１０１）の幅、すなわち導体路（１０１）の長手方向延在部に対して垂直でありかつセンサエレメント（１０）の主要面に対して平行である方向におけるる導体路（１０１）の拡がりを表し、かつｃは切り欠き（６１，６２）によって分離された個々の導体路部分（１０５）の幅の合計を表している
請求項１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】
狭幅部（６０）はくびれ（６３）として実現されており、ここでくびれ（６３）の領域の導体路（１０１）の幅はくびれ（６３）に隣接する領域の導体路（１０１）の幅より僅かである
請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１２】
くびれ（６３）の領域の導体路（１０１）の幅は最大でも、導体路（１０１）の、くびれ（６３）に接している領域における導体路（１０１）の幅の７０パーセント、殊に５０パーセントである
請求項１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】
導体路（１０１）は第１の固体電解質フィルム（２１）と第２の固体電解質フィルム（２２）との間の層平面に配置されている
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】
導体路（１０１）の高さ、すなわちセンサエレメント（１０）の主要面に対して垂直である方向における導体路（１０１）の拡がりは４〜２０μｍの領域、有利には５〜１０μｍの領域にある
請求項１から１３までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１５】
センサエレメント（１０）は第１の電気化学式電池を有しており、該電池は第１の電極（３１ａ）、第２の電極（３２ａ）および第１および第２の電極（３１ａ，３２ａ）の間に配置されている固体電解質フィルム（２１）を含んでおり、ここで第１の電極（３１ａ）はセンサエレメント（１０）の外表面に被着されており、かつ第２の電極（３２ａ）はセンサエレメント（１０）内に配置されている測定ガス室（４１）に設けられており、該測定ガス室はガス供給孔（４３）および拡散バリヤ（４２）を介してセンサエレメント（１０）の外部に存在している測定ガスに接続されており、かつ
センサエレメント（１０）は第２の電気化学式電池を有しており、該電池は第２の電極（３２ａ）および／または第３の電極（３３ａ）並びに第４の電極（３４ａ）を含んでおり、ここで第２のおよび／または第３の電極（３２ａ，３３ａ）は固体電解質（２１，２２）によって電気的に接続されており、かつ第３の電極（３３ａ）は測定ガス室（４１）内に配置されており、第４の電極（３４ａ）は参照ガスにさらされており、かつ狭幅部（６０）を有している導体路（１０１）は第２および／または第３の電極（３２ａ，３３ａ）および第３のリード（３３ｂ）を有している
請求項１から１４までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項１６】
狭幅部（６０）を含んでいる導体路（１０１）の領域は第４の電極（３４ａ）と加熱エレメント（５１）との間に配置されているので、該第４の電極（３４ａ）は狭幅部（６０）を含んでいる導体路（１０１）の領域によって加熱エレメント（５１）とは電気的にアイソレーションされているおよび／または電気的にシールドされている
請求項１５記載のセンサエレメント。
【請求項１７】
狭幅部（６０）は少なくとも１つの切り欠き（６１，６２）として実現されている
請求項１６記載のセンサエレメント。
【請求項１８】
導体路は狭幅部（６０）の領域においてストライプ（９２）を有しており、該ストライプは第４の電極（３４ａ）の輪郭の、第３の電極（３３ａ）の層平面への投影に沿って延在している
請求項１５記載のセンサエレメント。
【請求項１９】
ストライプ（９２）の幅は少なくとも０．５ｍｍである
請求項１８記載のセンサエレメント。
【請求項２０】
導体路（１０１）はガス拡散抑制部分（７１）を含んでおり、該部分により導体路（１０１）の電極（１０１ａ）とリード（１０１ｂ）との間のガス交換が妨げられるかまたは少なくとも緩慢化される
請求項１から１９までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項２１】
拡散抑制部分（７１）の孔成分は電極（１０１ａ）の孔成分より僅かである
請求項２０記載のセンサエレメント。
【請求項２２】
拡散抑制部分（７１）の孔成分は１〜１０容量パーセントの領域、有利には３〜７容量パーセントにあり、かつ電極（１０１ａ）の孔成分は１０〜５０容量パーセントの領域、有利には２０〜３０容量パーセントにある
請求項２１記載のセンサエレメント。
【請求項２３】
導体路（１０１）は金属成分およびセラミック成分を有しており、かつ導体路（１０１）の拡散抑制部分（７１）のセラミック成分は導体路（１０１）の電極（１０１ａ）のセラミック成分より僅かであり、ここで殊に拡散抑制部分（７１）のセラミック成分は１０〜４０容量パーセントの領域、有利には１５〜３０容量パーセントの領域にあり、かつ電極（１０１ａ）のセラミック成分は１５〜５０容量パーセントの領域、有利には２０〜４０容量パーセントにある
請求項２０から２２までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項２４】
電極（１０１ａ）は開いた多孔性を有しかつ拡散抑制部分（７１）は閉じた多孔性を有している
請求項２０から２３までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
【請求項２５】
例えば測定ガス中のガス成分を検出するための、有利には内燃機関の排気ガスにおける酸素濃度を突き止めるための請求項１から２４までのいずれか１項記載のセンサエレメント（１０）であって、固体電解質層（２１，２２）に被着されている導体路（１０１）を備え、該導体路はセンサエレメント（１０）の測定領域（１１）に設けられている電極（１０１ａ）および該電極（１０１ａ）に導かれていて、センサエレメント（１０）のリード領域（１２）に配置されている電極リード（１０１ｂ）を含んでおり、ここでセンサエレメント（１０）の測定領域（１１）を加熱するための加熱エレメント（５１）が設けられているという形式のセンサエレメントにおいて、
電極（１０１ａ）は第１の電極部分（８１）と第２の電極部分（８２）とを有しており、ここで第１の電極部分（８１）は測定領域（１１）とリード領域（１２）との間の移行領域（１３）において電極リード（１０１ｂ）と接続されており、かつ第１および第２の電極部分（８１，８２）はリード領域（１２）とは反対側においてだけ相互に電気的に接続されている
ことを特徴とするセンサエレメント。
【請求項２６】
第２の電極部分（８２）は円リングのように成形されておりかつリード領域（１２）の方の側において切り欠き（８３）を有しており、該切り欠きに第１の電極部分（８１）が配置されている
請求項２５記載のセンサエレメント。
【請求項２７】
第１の電極部分（８１）および第２の電極部分（８２）を有している電極（１０１ａ）は第１の電極（３１ａ）である
請求項２５または２６記載のセンサエレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は独立請求項の上位概念に記載のセンサエレメントから出発する。
【０００２】
この形式のセンサエレメントは例えばＤＥ１００１３８８２Ａ１から公知である。プレーナ形のセンサエレメントはシルクスクリーン印刷において膜形状に形成されておりかつ相対向する側に２つのリング形状の電極が配置されている測定室を含んでいる。２つの電極はそれぞれ電気化学式電池の部分であり、これにそれぞれ、１つの別の電極並びにそれぞれ、電極間に配置されている固体電解質が属している。測定室に配置されている２つの電極はリング形状の拡散バリヤおよびガス供給孔を介してセンサエレメントの外部に存在している測定ガスに接続されている。２つの電気化学式電池の一方はネルンスト電池として作動される。ここでは測定ガス室における電極と参照ガスにさらされている別の電極との間に電圧（ネルンスト電圧）が生じ、この電圧は測定ガス室における電極および参照ガスにさらされている電極における酸素分圧比に対する尺度である。２つの電気化学式電池の他方はポンプ電池として用いられ、これにより電圧の印加により測定室中または測定ガス室からの酸素がポンピングされて、測定ガス室においてλ＝１の酸素分圧が生じるようになされる。
【０００３】
電極はセンサエレメントの測定側の端部において、すなわちセンサエレメントの測定領域に配置されており、かつリードを用いてコンタクト面に接続されており、コンタクト面を介してセンサエレメントはセンサエレメントの外部に配置されている評価回路と接続されている。コンタクト面はセンサエレメントの接続端子側の端部、すなわちコンタクト形成領域においてセンサエレメントの外表面に被着されている。測定領域とコンタクト形成領域との間にリード領域が設けられており、ここにおいて電極までのリードが配置されている。電極、リードおよびコンタクト面は一緒に導体路を形成している。
【０００４】
センサエレメントの測定領域における電気化学式電池は加熱エレメントにより、電解質が酸素イオンに対して十分良好な導電性を有する温度に加熱される。
【０００５】
この形式のセンサエレメントでは、導体路、殊に電極リードを介してセンサエレメントの測定領域から熱が導出されることが不都合である。測定領域からの熱流の結果として一方において加熱エレメントは高い電力で作動されてセンサエレメントの測定領域が必要な温度に加熱されるようにしなければならない。他方においてセンサエレメントはリード領域においてもコンタクト形成領域においても加熱されるので、リード領域およびコンタクト形成領域における固体電解質の酸素イオン伝導率が上昇し、これにより測定信号が損なわれる可能性がある。測定領域からの熱流により更に、電極面において温度勾配が形成され、これにより電極の機能、ひいては最後にはセンサエレメントの測定機能が妨害を受ける。
【０００６】
更に、導体路に開いた孔を多数設けることが公知であり、その場合電極にいわゆる３相境界が形成され、ここでガスおよび固体電解質間の酸素移動が可能である。導体路は測定ガス室に配置されている電極を有し、かつ導体路のリードは参照ガスに接続されているので、高い酸素成分を含んでいる参照ガスが導体路の相互に接続されている孔（開いた多孔性）を介して測定室に達する可能性がある。こうして電極の領域における酸素分圧は変化するので、測定信号は歪みを受ける。
【０００７】
発明の利点
これに対して独立請求項の特徴部分に記載の構成を有する本発明のセンサエレメントは、導体路に沿った測定領域の熱伝導が回避され、かつ電極がその面にわたってほぼ一定である温度を有しているという利点を有している。
【０００８】
このために導体路は、測定領域からリード領域へ導体路の長手方向に沿って熱伝導が低減されるように実現されている少なくとも１つの狭幅部を有している。狭幅部は測定領域とリード領域との間の移行領域に設けられている。狭幅部はくびれとしておよび／または１つの切り欠きまたは複数の切り欠きを用いて実現することができる。
【０００９】
狭幅部の領域において導体路は該狭幅部に隣接している、導体路の領域におけるよりも小さな横断面を有している。狭幅部に隣接している領域とは、狭幅部に測定領域の方向において続いている領域、並びに狭幅部にリード領域の方向において続いている領域の謂いである。すなわち導体路の長手方向延在部に沿って横断面をプロットしてみると、結果として生じる機能は狭幅部の領域において最小値を有することになる。横断面とは、測定領域の加熱により導体路に形成される熱勾配に対して垂直である平面にある導体路面の謂いである。熱勾配は通例、導体路の長手方向延在部に対して平行に配向されている。
【００１０】
従属請求項に記載の手段によって、独立請求項に記載のセンサエレメントの有利な発展形態が可能である。
【００１１】
有利には狭幅部の領域における導体路の横断面は最大で、導体路の、狭幅部に隣接する領域における導体路の横断面の７０パーセント、殊に５０パーセントである。これにより、測定領域からリード領域へ熱を流すことができる面は低減される。
【００１２】
本発明の有利な実施形態において狭幅部は少なくとも１つのスリット形状に形成されている切り欠きによって実現されており、切り欠きは比較的長いおよび比較的短い側を有しており、ここで切り欠きの比較的長い側は導体路の長手方向の延在部に対してほぼ垂直に配置されている。
【００１３】
本発明の択一的な実施形態において、導体路の狭幅部の領域において複数の切り欠きが設けられており、これら切り欠きにより導体路に網目形式のストラクチャが形成される。特別有利には切り欠きは導体路の長手軸線に関して相互にずれて配置されている。
【００１４】
別の択一的な実施形態において狭幅部は導体路のくびれ部として実現されており、その結果くびれ部の領域における導体路の幅はくびれ部に接している領域における導体路の幅より小さい。特別有利にはくびれの領域の導体路の幅は最大でも、導体路の、くびれに接している領域における導体路の幅の７０パーセント、殊に５０パーセントである。
【００１５】
上述した実施形態により測定領域からリード領域への熱伝導は効果的に低減される。
【００１６】
特別有利には導体路は付加的に、例えば高オーミックに閉じられている、参照電極のような電極をシールドするために用いられる。このために導体路は、それが障害電流を受け取りおよび／または例えば加熱体から発する可能性がある電気的な入力結合をシールドするように配置されている。効果的なシールドのために幅広な導体路が必要である。しかし導体路の拡幅によりその横断面も拡大される。大きな横断面は結果的に不都合にも高い熱伝導を有することになる。それ故に本発明によれば幅広の導体路を比較的僅かな横断面で実現するために切り欠きが設けられている。導体路の幅ｂはセンサエレメントの長手方向延在部に対して垂直でありかつセンサエレメントの主要面に対して平行である方向における導体路の拡がりの謂いである。幅ｂは上に述べた方向における導体路の境界の距離を表し、従って外側の輪郭が同じ場合には切り欠きがあってもなくても導体路に対して同じである。これに対して横断面Ａは切り欠きの形成によって低減される。切り欠きはシールドのＱに対して僅かな影響しか有していないので、（幅ｂが同じである場合）切り欠きを有する導体路のシールドは切り欠きのない導体路に匹敵する。しかし切り欠きの形成により横断面Ａは著しく低減されているので、切り欠きを有する導体路における熱伝導は切り欠きのない導体路における熱伝導よりも著しく僅かである。有利には切り欠きの領域において比Ａ／ｂ≦０．１ｍｍ、有利にはＡ／ｂ≦０．０２ｍｍが充足されており、これにより僅かな熱伝導において申し分のないシールドを実現することができる。
【００１７】
同様に有利には比ｂ／ｃ≦０、殊に有利にはｂ／ｃ≦０．５が充足されており、ここでもｂは導体路の（全体の）幅を示し、一方ｃは単数もしくは複数の切り欠きによって中断されている、導体路の個々の部分の幅の合計を表している。有利には導体路の高さ、すなわちセンサエレメントの主要面に対して垂直である方向における導体路の拡がりは４〜２０μｍの領域、有利には５〜１０μｍの領域にある。
【００１８】
狭幅部を有する本発明の導体路において更に、ガス拡散が導体路に沿って低減されることが有利である。開いた多孔性を有する導体路によって参照ガスは測定ガス室に侵入することができ、このために測定信号が歪みを受けることになる。狭幅部により導体路横断面は低減され、これにより導体路を通るガスの流れは制限される。特別有利には導体路は、単位面積当たりのガス拡散が著しく低減されているかまたは完全に中断されている領域を有している。このことは例えばこの領域において閉じられた多孔性または孔のないストラクチャを設けることによって行われる。この措置により、高い酸素成分を有するガスがセンサエレメントの接続側の端部部分から導体路を介して測定ガス室に達することを効果的に妨げることができる。通例導体路は金属成分、例えば白金、およびセラミック成分、例えばイットリウム酸化物によって安定化されている酸化ジルコニウムを含んでいる。セラミック成分の低減により孔成分は縮小されるもしくは閉じた多孔性を有する領域が用意される。ガス拡散が著しく制限されているまたは完全に阻止されている導体路領域は有利には直接測定ガス室に隣接しておりかつ導体路の全長に対して短く選択されている。
【００１９】
個々まで述べた手段とは独立して実現することもできる本発明の択一的な実施形態において、測定領域に完全にある電極は第１および第２の電極部分を有しており、その際第１の電極部分は測定領域とリード領域との間の移行領域において電極リードと電気的にコンタクト形成されており、かつ第２の電極部分および第１の電極部分はリード領域とは反対側でしか相互に電気的に接続されていない。この形式の配置において第２の電極部分から導体路のリードへの熱の流れは第１の電極部分を介してしか行われることができない。これにより殊に第２の電極部分からリードへの熱の流れは低減され、しかも（例えば電極の面の低減により）電極の測定機能が劣化されることはない。
【００２０】
本発明の別の利点は以下の説明から明らかである。
【００２１】
図面
本発明の実施例は図面に図示されておりかつ以下の説明において詳細に説明される。図１は本発明のセンサエレメントを縦断面にて示し、図２はセンサエレメントの長手軸線に対して平行である軸線に沿った加熱電力および温度分布を示し、図３は図１のラインIII−IIIに沿って切断して見た本発明のセンサエレメントを示し、図４は本発明のセンサエレメントの導体路の実施例を平面にて示し、図５は図４のラインＶ−Ｖに沿って切断して見た導体路を示し、図６ないし図１１は本発明のセンサエレメントの導体路の種々の実施例を平面にて示している。
【００２２】
説明
図１および図３は本発明の実施例として第１の固体電解質層２１，第２の固体電解質層２２および第３の固体電解質層２３を有するセンサエレメント１０が示されている。第１および第２の固体電解質層２１，２２の間に中空シリンダ形状の測定ガス室４１が設けられている。その真ん中に中空シリンダ形状の拡散バリヤ４２が配置されている。第１の固体電解質層２１にガス供給孔４３が導入されている。これを通してセンサエレメント１０の外部に存在している測定ガスが拡散バリヤ４２を介して測定ガス室４１に達することができる。測定ガス室４１はシールフレーム４７によって取り囲まれており、これにより測定ガス室４１は側方が気密にシールされている。
【００２３】
センサエレメント１０は加熱される測定領域１１とリード１２とを有している。測定領域１１とリード領域１２との間の領域は移行領域１３と称される。加熱エレメント５１による測定領域１１１の加熱は後で詳細に説明する（図２参照）。
【００２４】
第１の固体電解質層２１の、センサエレメント１０の外表面を形成する側において第１の導体路３１が配置されている。この導体路は第１の電極３１ａおよび該第１の電極３１ａに対する第１のリード３１ｂを有している。第１の導体路３１は多孔性の保護層４６によってカバーされている。第１のリード３１ｂと第１の電解質層４６との間に更に絶縁性のアイソレーション層４５が設けられている。
【００２５】
第１および第２の固体電解質層２１，２２の間に第２の導体路３２が被着されている。この導体路は測定ガス室４１に配置されている第２の電極３２ａおよび第２のリード３２ｂを有している。第２の電極３２ａは第１の電極３１ａに対向して第１の固体電解質層２１に被着されている。第２の固体電解質層２２の、第１の固体電解質層２１の方を向いている側において第３の導体路３３が配置されている。これは第３の電極３３ａおよび第３のリード３３ｂを有している。第３の電極３３ａは測定ガス室４１において第２の電極３２ａに対向して配置されている。第２の電極３２ａはスルーホール３９を通って第３のリード３３ｂに電気的に接続されている。スルーホール３９は図１に図示の横断面の隣側方にも配置されていてよく、その場合には以下に詳細に説明する第４の電極３４ａを測定ガス室４１および第２および第３の電極３２ａ，３３ａのずっと近傍に配置することができる。第１、第２および第３の電極３１ａ，３２ａ，３３ａはそれぞれリング形状に形成されている。リング形状の電極３１ａ，３２ａ，３３ａの真ん中に拡散バリヤ４２およびガス供給孔４３がある。
【００２６】
第２の電極３２ａに隣接して第１の固体電解質層２１に、第４の電極３４ａおよび第４のリード３４ｂを有する第４の導体路３４が配置されている。第４の電極３４ａは参照ガスにさらされている。参照ガスは例えば多孔性の第４の導体路３４および／またはリード領域１２において第３の導体路３３と第４の導体路３４との間に設けられている多孔性のアイソレーション層４４に存在していることができる。
【００２７】
リード３１ｂ，３３ｂ，３４ｂにより電極３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａはそれぞれコンタクト面（図示なし）に電気的に接続されている。コンタクト面はセンサエレメント１０の、測定領域１１とは反対の方の側に設けられている。コンタクト面はそれぞれコンタクト形成エレメントに接続されており、これらコンタクト形成エレメントを介して測定信号を外部の電子装置にガイドすることができる（同様に図示されていない）。第２の電極３２ａのリード３２ｂはスルーホール３９を介して第３のリード３３ｂに電気的に接続されているので、第２および第３の電極３２ａ，３３ａは領域毎に１つの共通のリード３３ｂを有している。
【００２８】
第２の固体電解質層２２と第３の固体電解質層２３との間に加熱エレメント５１が配置されている。加熱エレメントは加熱体５１ａと加熱リード５１ｂを有している。加熱エレメント５１は加熱体アイソレーション５２に埋め込まれている。これによって加熱エレメント５１は周囲の固体電解質層２２，２３から電気的に絶縁されている。加熱エレメント５１および加熱体アイソレーション５２は側方が加熱体シールフレーム５３によって取り囲まれている。
【００２９】
図２には曲線２０１によって加熱エレメント５１の層平面に送出される加熱エネルギーが、並びに曲線２０２によってセンサエレメント１０の加熱に基づいて第１および第２の固体電解質層２１，２２の間の層平面に形成される温度経過が図示されている。その際図２の横軸には図１のセンサエレメント１０の長手方向の延在箇所に沿った場所が示されており、ここで横軸の零点はセンサエレメント１０の測定ガス側の端部にある。加熱体５１ａはその全体の面にわたってほぼ一定の加熱エネルギーを発生し、一方加熱エレメント５１は加熱体リード５１ｂの領域においては殆ど熱を発しない。加熱体５１ａにより第２および第３の電極３２ａ，３３ａ（第１の電極３１ａと同様に）並びに拡散バリヤ４２および測定領域１１における固体電解質層２１，２２はほぼ一定の温度に加熱される。センサエレメント１１の温度は測定領域１１とリード領域１２との間の移行領域１３において著しく低下する。つまり移行領域１３は、加熱されたセンサエレメント１０において高い温度勾配を生じる領域によって形成される。
【００３０】
図４には本発明の第１の実施形態として電極１０１ａおよびリード１０１ｂを有している導体路１０１が示されており、その際電極１０１ａはセンサエレメント１０の測定領域１１に配置されておりかつリード１０１ｂはリード領域１２に配置されている。リード１０１ｂは電極１０１ａの方の側、すなわち移行領域１３において拡幅されて実現されておりかつこの領域１３において切り欠き６１を有する狭くなった部分６０を有している。切り欠きは網目構造を形成している。切り欠き６１は導体路１０１の長手軸線に関して、ひいてはセンサエレメント１０の長手軸線に関して相互にずらされて配置されている。切り欠き６１を通って、加熱体５１ａによって加熱される電極１０１ａからリード１０１ｂへ、すなわちセンサエレメント１０の測定領域１１からリード領域１２への熱流が低減される。
【００３１】
切り欠き６１により導体路１０１は図４のラインＶ−Ｖを通る面において相互に別個の導体路部分１０５に分割される。２つの隣接する切り欠き６１の距離は約２００μｍである。一般に２つの切り欠き６１の距離に対して１００μｍないし４００μｍの領域が適していることが分かっている。図５には図４のラインＶ−Ｖに沿った狭幅部６０の領域における導体路１０１の断面が示されている。この切断ラインに沿った導体路１０１の全体の幅はｂによって示されておりかつ例えば約３．０ｍｍである。この切断ラインに沿って導体路１０１は５つの導体路部分１０５を有している。これらはそれぞれ幅ｃ１ないしｃ５を有している。個別部分の幅の合計ｃ（すなわちｃ＝ｃ１＋ｃ２＋ｃ３＋ｃ４＋ｃ５）は１．５ないし２．０ｍｍにありかつ従って全体幅ｂの５０〜６６％にある。層厚ｈが例えば１０μｍの場合、図１４ｂに図示の断面における部分は０．０１５〜０．０２ｍｍ２の全横断面Ａを有し、ここでＡ＝ｈ（ｃ１＋ｃ２＋ｃ３＋ｃ４＋ｃ５）である。
【００３２】
図６には本発明の第２の実施例が示されているが、ここでは導体路１０１の狭幅部６０はスリット形状に形成されている切り欠き６２によって実現されている。スリット形状の切り欠き６２は導体路１０１の断面においてセンサエレメント１０の長手方向軸線に対して垂直に延在している。切り欠き６２の幅は導体路１０１の全体の幅の６０〜８０％である。
【００３３】
図７には本発明の第３の実施例が示されており、ここでは導体路１０１において図６の第２の実施例の場合と類似して、狭幅部６０としてスリット形状の切り欠き６２が設けられている。第３の実施例は第２の実施例とは、電極１０１ａに直接続いておりかつ電極１０１ａと切り欠き６２を含んでいるリード１０１ｂとの間に設けられている拡散を抑制する部分７１によって相異している。拡散を抑制する部分７１は４〜５容量パーセントの孔成分および閉じられた多孔性を有しており、電極１０１ａおよびリード１０１ｂは２０〜３０容量パーセントの孔成分および開かれた多孔性を有している。拡散抑制部分７１のセラミック成分は２０容量パーセントであり、電極１０１ａおよびリード１０１ｂのセラミック成分は３０容量パーセントである。
【００３４】
図８は、導体路１０１がくびれ部６３として実現されている狭幅部６０を有している、本発明の第４の実施例が示されている。すなわちここでは図４ないし図７の実施例とは異なって、狭幅部は導体路１０１内に設けられている１つまたは複数の切り欠き６１，６２によって実現されているのではなく、導体路１０１の全幅の低減によって実現されている。くびれ部６３の領域における導体路１０１の幅はくびれ部６３に接している領域における導体路１０１の幅の約４０パーセントである。
【００３５】
図９および図１０には、図８の第４の実施例と同様にくびれ部６３を有している、本発明の第５および第６の実施例が示されている。本発明の第５および第６の実施例は図４ないし図８の実施例とは、第１の部分８１および第２の部分８２を有している電極１０１ａの構造によって相異している。電極１０１ａの第１の部分８１は移行領域１３におけるリード１０１ｂに電気的に接続されている。第１の部分８１はリード１０１ｂからガス供給孔４３の領域を介してセンサエレメントの測定側の端部の方向に延在している。電極１０１ａの第２の部分８２はリング形状に実現されておりかつリード領域１２とは反対の方の側において図９および図１０では参照番号８５によって示されている領域８５における第１の部分８１と電気的に接続されている。リード領域１２の方の側において第２の部分８２は切り欠き８３を有し、ここに第１の部分８１が配置されている。第１の部分８１および第２の部分８２はリード領域１２の方の側において離間して配置されておりかつ電気的に接続されていない。
【００３６】
図９および図１０の本発明の第５および第６の実施例は第１の部分８１の形状が相異している。図９の第１の部分は直線の導体路として実現されており、この導体路はガス供給孔４３に対する切り欠きを有しており、その際この切り欠きの直径はガス供給孔４３の直径に相応している。図１０の第６の実施例では第１の部分８１はガス供給孔４３を取り囲んでいる円形状の切り欠きを有しており、その際円形状の切り欠きの内径はガス供給孔の直径より大きい。
【００３７】
図４ないし図７の実施例において導体路１０１は移行領域１３において比較的幅広の横断面を有しており、この断面は切り欠き６１，６２によって中断されている。移行領域１３において幅広の導体路１０１は電気的な入力結合に対するシールドとして作用する。特別効果的には、切り欠き６１，６２の最大の寸法が切り欠き６１，６２を備えている導体路１０１の、電気的に混入する導体路（例えば加熱体５１ａのような）に対する最小距離より小さいとき、電気的な入力結合はシールドされる。
【００３８】
図４ないし図７の実施例は図１および図３に図示のセンサエレメント１０における第３の導体路３３に特別良好に適している。これに対して図８ないし図１０の実施例は図１および図３に図示のセンサエレメント１０における第１の導体路３１に適している。しかし図４ないし図１０に図示の、導体路１０１の実施例は説明してきた特別な利点とは無関係に低減された熱伝導に基づいてプレーナ形の排気ガスセンサにおける任意の導体路に対して使用される。
【００３９】
図１１には本発明の第７の実施例として図１および図３のセンサエレメント１１の第２の固体電解質層２２並びに第３の電極３３ａおよび第３のリード３３ｂにおける第３の導体路３３が平面にて示されている。更に第４の電極３４ａおよび第４のリード３４ｂを有する第４の導体路３４が図平面に投影した形で破線にて示されている。第３の導体路３３は移行領域１３において、図４と類似しているが、それより薄い導体路部分によって実現されている、格子形状ストラクチャ９１を持った狭幅部６０を有している。格子形状ストラクチャ９１は全面として実現されているストライプ９２によって中断されている。ストライプは第４の導体路３４の輪郭を投影したラインに沿って第３の導体路３３の層平面に延在している。ストライプ９２は少なくとも０．５ｍｍの幅を有している。付加的に、第４の電極３４ａのコーナ９５の領域におけるストライプ９２がストライプ９２に比して拡大された、例えば円形状の全面を実現し（図示されていない）、その際第４の電極３４ａのコーナ９５の、第３の導体路３３の層平面に対する投影は円形状の全面の中心点を形成している。全面のストライプ９２によって、第４の導体路３４と第３の導体路３３との間でアイソレーション層４４を通るフラッシュオーバは妨げられる。この形式のフラッシュオーバは主に、例えば第４の電極３４の縁部、殊にコーナ９５において形成される高い電界強度において発生する。ストライプ９２により第４の電極３４ａの縁部に、比較的に低い電界強度が形成される全面が対向する。この措置によりアイソレーション層４４を通るフラッシュオーバの確率は低減される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のセンサエレメントの縦断面
【図２】センサエレメントの長手軸線に対して平行である軸線に沿った加熱電力および温度分布を示す線図
【図３】図１のラインIII−IIIに沿って切断して見た本発明のセンサエレメントの横断面図
【図４】本発明のセンサエレメントの導体路の実施例の平面図
【図５】図４のラインＶ−Ｖに沿って切断して見た導体路の断面図
【図６】本発明のセンサエレメントの導体路の実施例の平面図
【図７】本発明のセンサエレメントの導体路の実施例の平面図
【図８】本発明のセンサエレメントの導体路の実施例の平面図
【図９】本発明のセンサエレメントの導体路の実施例の平面図
【図１０】本発明のセンサエレメントの導体路の実施例の平面図
【図１１】本発明のセンサエレメントの導体路の実施例の平面図
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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