(57)【要約】  本発明は、特にガスの物理的な特性を検出するためのセンサ素子、特に内燃機関の排ガスのガス成分の濃度または排ガスの温度を検出するためのセンサ素子であって、該センサ素子（２０）が、第１の固体電解質層（２１）を有しており、該第１の固体電解質層（２１）が、層間接続孔（２５）を有しており、センサ素子（２０）が、さらに、伝導エレメント（４１）を有しており、該伝導エレメント（４１）が、層間接続孔（２５）を貫いて第１の固体電解質層（２１）の上面（２１１）から第１の固体電解質層（２１）の下面（２１２）への導電的な接続部を形成しており、第１の固体電解質層（２１）が、層間接続孔（２５）内で伝導エレメント（４１）から絶縁エレメント（４２）によって電気的に絶縁されているセンサ素子に関し、層間接続孔（２５）の壁（２５１）が、面取り部（５１）を有していることを特徴としている。さらに、本発明は、センサ素子を製造するための方法に関する。
2013501214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にガスの物理的な特性を検出するためのセンサ素子、特に内燃機関の排ガスのガス成分の濃度または排ガスの温度を検出するためのセンサ素子であって、該センサ素子（２０）が、第１の固体電解質層（２１）を有しており、該第１の固体電解質層（２１）が、層間接続孔（２５）を有しており、センサ素子（２０）が、さらに、伝導エレメント（４１）を有しており、該伝導エレメント（４１）が、層間接続孔（２５）を貫いて第１の固体電解質層（２１）の上面（２１１）から第１の固体電解質層（２１）の下面（２１２）への導電的な接続部を形成しており、第１の固体電解質層（２１）が、層間接続孔（２５）内で伝導エレメント（４１）から絶縁エレメント（４２）によって電気的に絶縁されているセンサ素子において、層間接続孔（２５）の壁（２５１）が、面取り部（５１）を有していることを特徴とする、センサ素子。
【請求項２】
面取り部（５１）が、２５μｍよりも少なくない深さ、特に７５μｍよりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達しており、かつ／または面取り部（５１）が、第１の固体電解質層（２１）の厚さの５％よりも少なくない深さ、特に第１の固体電解質層（２１）の厚さの１５％よりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達している、請求項１記載のセンサ素子。
【請求項３】
面取り部（５１）が、少なくとも１つの一直線の範囲（５１１）を有しており、該一直線の範囲（５１１）が、半径方向において一直線であり、面取り部（５１）の一直線の範囲（５１１）が、特に面取り部（５１）全体にわたって延びている、請求項１または２記載のセンサ素子。
【請求項４】
面取り部（５１）の一直線の範囲（５１１）が、第１の固体電解質層（２１）の上面（２１１）および／または第１の固体電解質層（２１）の下面（２１２）と共に１５゜よりも少なくなくて７５゜よりも多くない角度（６１）、特に３０゜よりも少なくなくて６０゜よりも多くない角度（６１）を成している、請求項３記載のセンサ素子。
【請求項５】
面取り部（５１）が、少なくとも１つの湾曲させられた範囲（５１２）を有しており、該湾曲させられた範囲（５１２）が、特に１０μｍ〜２００μｍの曲率半径、特に２５μｍ〜１１５μｍの曲率半径を備えて半径方向において丸み付けられており、面取り部（５１）の湾曲させられた範囲（５１２）が、特に面取り部（５１）全体にわたって延びている、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項６】
面取り部（５１）が、第１の分割面取り部（５１５）と第２の分割面取り部（５１６）とを有しており、該第２の分割面取り部（５１６）が、固体電解質層（２１）の大面と第１の分割面取り部（５１５）との間に配置されており、第２の分割面取り部（５１６）において、半径方向での壁（２５１）の傾きが、第１の分割面取り部（５１５）における半径方向での壁（２５１）の傾きと、固体電解質層（２１）の前記大面の傾きとの間に設定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項７】
第２の分割面取り部（５１６）が、１０μｍよりも少なくない深さ、特に３０μｍよりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達していて、かつ／または第１の固体電解質層（２１）の厚さの２．５％よりも少なくない深さ、特に第１の固体電解質層（２１）の厚さの７．５％よりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達しており、かつ／または第２の分割面取り部（５１６）が、１００μｍよりも多くない深さ、特に５０μｍよりも多くない深さにまで層間接続孔（２５）内に達していて、かつ／または第１の固体電解質層（２１）の厚さの２０％よりも多くない深さ、特に第１の固体電解質層（２１）の厚さの１０％よりも多くない深さにまで層間接続孔（２５）内に達している、請求項５または６記載のセンサ素子。
【請求項８】
第１の分割面取り部（５１５）と第２の分割面取り部（５１６）とが、それぞれ半径方向において少なくとも部分的に一直線であり、半径方向において分割面取り角（６０）、特に１０゜よりも少なくなくて５５゜よりも多くない分割面取り角（６０）、特に２５゜よりも少なくなくて４５゜よりも多くない分割面取り角（６０）を成して互いに接続されている、請求項５から７までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項９】
第２の分割面取り部（５１６）が、固体電解質層（２１）の上面（２１１）および／または第１の固体電解質層（２１）の下面（２１２）と共に３゜よりも少なくなくて２５゜よりも多くない角度（６１）、特に６゜よりも少なくなくて１６゜よりも多くない角度（６１）を成している、請求項５から８までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項１０】
第２の分割面取り部（５１６）が、半径方向において少なくとも部分的に一直線であり、第１の分割面取り部（５１５）が、半径方向において少なくとも部分的に、特に１０μｍ〜２００μｍの曲率半径、特に２５μｍ〜１１５μｍの曲率半径を備えて丸み付けられており、特に第２の分割面取り部（５１６）と第１の分割面取り部（５１５）とが、半径方向において５゜よりも少ない分割面取り角（６０）、特に１゜よりも少ない分割面取り角（６０）を成して、特に平坦に互いに接続されている、請求項５から９までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項１１】
層間接続孔（２５）の壁（２５１）が、層間接続孔（２５）の下縁部および上縁部にそれぞれ１つの面取り部（５１）を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項１２】
絶縁エレメント（４２）が、層間接続孔（２５）の壁（２５１）に層状に配置されていて、層間接続孔（２５）の壁（２５１）の少なくとも９０％、特に層間接続孔（２５）の壁（２５１）の少なくとも９７％に沿って、最小層厚さと最大許容厚さとの間に設定された層厚さを有しており、最小厚さが、５μｍ〜１４μｍの範囲内に設定されていて、たとえば１０μｍであり、前記最大許容厚さが、１６μｍ〜３０μｍの範囲内に設定されていて、たとえば２０μｍである、請求項１から１１までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項１３】
絶縁エレメント（４２）が、以下の材料：すなわち、
−  特に５０質量％よりも多くの割合を備えたＡｌ２Ｏ３、特にα−Ａｌ２Ｏ３、
−  特に５０質量％よりも少ない割合を備えたガラス相、特にたとえばセルシアンガラスまたはＢａ−Ｓｉ−Ｌａガラスの高絶縁性のガラス相：
の少なくとも一方または両方を含有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項記載のセンサ素子（２０）を製造するための方法において、該方法が、以下のステップ：すなわち、
−  たとえばＹ、Ｃａおよび／またはＳｃで安定化させられたＺｒＯ２から成る焼成されていない固体電解質シート（２１’）を製造し、
−  該固体電解質シート（２１’）に打抜き、型押しまたは、特に機械的なドリルまたはレーザ放射による片側または両側からの穿孔によって層間接続孔（２５）を加工し、
−  該層間接続孔（２５）に印刷、スクリーン印刷、片側または両側からの吸引／押圧、噴霧および／または滴下によって絶縁ペースト（４２’）および／または絶縁懸濁液を１回または複数回供給し、最後にかつ複数回の供給時には付加的に、特に供給の間にも乾燥を行い、
−  層間接続孔（２５）内に伝導ペースト（４１’）を、層間接続孔（２５）を通した伝導ペースト（４１）の吸引および／または固体電解質シート（２１’）の表面への伝導ペースト（４１）の印刷塗布によって１回または複数回供給し、
−  センサ素子（２０）を焼結し、伝導ペースト（４１’）および絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を同時焼結しかつ／または固体電解質シート（２１’）および絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を同時焼結する：
を、特に記載した順序で行うことを特徴とする、センサ素子を製造するための方法。
【請求項１５】
層間接続孔（２５）の加工を１つまたはそれ以上の工具（２５’）、特に１つまたはそれ以上の機械的なドリルおよび／または打抜き工具によって行い、該工具（２５’）の少なくとも一部範囲が、加工したい層間接続孔（２５）の形状にほぼ対応しているかまたは加工したい層間接続孔（２５）の少なくとも一部範囲の形状にほぼ対応している形状を有している、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
層間接続孔（２５）内への絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液の供給を両側からの吸引によって行い、以下の分割ステップ：すなわち、
−  絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を固体電解質シート（２１’）の上面（２１１）で層間接続孔（２５）の範囲に塗布し、
−  固体電解質シート（２１’）の下面（２１２）で層間接続孔（２５）の範囲に負圧を発生させることよって、該層間接続孔（２５）を通して絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を吸引し、
−  絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を固体電解質シート（２１’）の下面（２１２）で層間接続孔（２５）の範囲に塗布し、
−  固体電解質シート（２１’）の上面（２１２）で層間接続孔（２５）の範囲に負圧を発生させることよって、該層間接続孔（２５）を通して絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を吸引する：
を、特に記載した順序で行う、請求項１４または１５記載の方法。
【請求項１７】
層間接続孔（２５）の壁（２５１）全体に沿って、絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液の、５μｍ〜３５μｍ、特に１０μｍ〜２５μｍの厚さを備えた層を形成するように、前記負圧、絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液の稠度ならびに吸引の回数および方向および層間接続孔（２５）の形状を選択する、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液が、絶縁材料、特に酸化アルミニウムの粒子を含有していて、さらに、有機成分、特に軟化剤、溶剤および結合剤を含有しており、伝導ペースト（４１’）が、貴金属、特に白金の粒子を含有していて、固体電解質、特にＹＳＺの粒子を含有していて、さらに、有機成分、特に軟化剤、溶剤および結合剤を含有しており、以下の条件：すなわち、
−  前記絶縁材料の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記貴金属の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記固体電解質の粒子のサイズ（ｄ９０）とが、全て０．８μｍ〜２．５μｍの範囲内にあり、
−  前記絶縁材料の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記貴金属の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記固体電解質の粒子のサイズ（ｄ９０）とが、これら３つの値のうちの最大の値の５０％未満だけ互いに異なっており、
−  絶縁ペースト（４２’）内のかつ／または前記絶縁懸濁液内の固形物含有量（質量％）が、伝導ペースト（４２’）内の固形物含有量（質量％）と２０質量％未満だけ異なっており、
−  絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液において、前記有機成分の含有量（質量％）が、伝導ペースト（４２’）内の前記有機成分の含有量（質量％）と２０質量％未満だけ異なっており、
−  絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液および伝導ペースト（４１’）が、同一の有機成分を含有している：
の少なくとも１つが満たされている、請求項１４から１７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
前記条件が全て満たされている、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にガスの物理的な特性を検出するためのセンサ素子、特に内燃機関の排ガスのガス成分の濃度または排ガスの温度を検出するためのセンサ素子であって、該センサ素子が、第１の固体電解質層を有しており、該第１の固体電解質層が、層間接続孔を有しており、センサ素子が、さらに、伝導エレメントを有しており、該伝導エレメントが、層間接続孔を貫いて第１の固体電解質層の上面から第１の固体電解質層の下面への導電的な接続部を形成しており、第１の固体電解質層が、層間接続孔内で伝導エレメントから絶縁エレメントによって電気的に絶縁されているセンサ素子に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、このようなセンサ素子を製造するための方法に関する。
【０００３】
背景技術
本発明は、特定の固体の電解質特性、すなわち、この固体の、特定のイオンを伝導する能力に基づいた公知のセンサ素子から出発する。このような公知のセンサ素子は、特に自動車において、特に酸素センサとして使用される。しかし、本発明は、前述した固体電解質を有する別の種類のセンサ素子、たとえば排ガスの別のガス状の成分を検出するためのセンサおよびパティキュレートセンサにも使用可能である。本発明は、センサ素子ならびにセンサ素子、特に本発明に係るセンサ素子を製造するための方法に関する。
【０００４】
少なくとも１つの固体電解質層を有するセンサ素子の製造時の公知の問題点は、固体電解質層を貫いて電気的な層間接続部が製作されなければならないことにある。この層間接続部は固体電解質層に伝導的に接触すべきでない。したがって、層間接続部は、一般的に固体電解質に対して絶縁層によって電気的に絶縁される。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許第１００１４９９５号明細書に開示された層間接続部は、伝導性の層と絶縁性の層とを有している。両層は、セラミック測定フィーラの固体電解質層に設けられた層間接続孔内に配置されている。この層間接続孔は直円筒の形状を有している。この直円筒の軸線は固体電解質層の表面に対して垂直に配置されている。層間接続孔の壁は直角な縁部に沿って固体電解質層の表面に接続されている。
【０００６】
公知の層間接続部では、製造プロセスにおいて、層間接続孔内の絶縁性の層の厚さが最小厚さと最大許容厚さとの間に設定されることが確保しにくいということが不利である。特に層間接続孔の縁部の範囲で最小厚さが下回らないようにすることが確保しにくい。これによって、絶縁性の層の絶縁作用が損なわれる恐れがある。さらに、特に層間接続孔の壁の範囲、特に層間接続孔の縁部の下方の範囲において、絶縁性の層の最大許容厚さが上回らないようにすることが確保しにくい。このような上回りは、製造プロセスにおいて、絶縁性の層の製造のために使用される物質から、固体電解質層の製造のために使用された物質に過剰に多くの溶剤が達した結果発生する。これによって、固体電解質の物質が損なわれ、完成された固体電解質層に亀裂を招くことがある。
【０００７】
発明の利点
本発明に係るセンサ素子によれば、層間接続孔の壁が、面取り部を有している。
【０００８】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、面取り部が、２５μｍよりも少なくない深さ、特に７５μｍよりも少なくない深さにまで層間接続孔内に達しており、かつ／または面取り部が、第１の固体電解質層の厚さの５％よりも少なくない深さ、特に第１の固体電解質層の厚さの１５％よりも少なくない深さにまで層間接続孔内に達している。
【０００９】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、面取り部が、少なくとも１つの一直線の範囲を有しており、該一直線の範囲が、半径方向において一直線であり、面取り部の一直線の範囲が、特に面取り部全体にわたって延びている。
【００１０】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、面取り部の一直線の範囲が、第１の固体電解質層の上面および／または第１の固体電解質層の下面と共に１５゜よりも少なくなくて７５゜よりも多くない角度、特に３０゜よりも少なくなくて６０゜よりも多くない角度を成している。
【００１１】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、面取り部が、少なくとも１つの湾曲させられた範囲を有しており、該湾曲させられた範囲が、特に１０μｍ〜２００μｍの曲率半径、特に２５μｍ〜１１５μｍの曲率半径を備えて半径方向において丸み付けられており、面取り部の湾曲させられた範囲が、特に面取り部全体にわたって延びている。
【００１２】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、面取り部が、第１の分割面取り部と第２の分割面取り部とを有しており、該第２の分割面取り部が、固体電解質層の大面と第１の分割面取り部との間に配置されており、第２の分割面取り部において、半径方向での壁の傾きが、第１の分割面取り部における半径方向での壁の傾きと、固体電解質層の前記大面の傾きとの間に設定されている。
【００１３】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、第２の分割面取り部が、１０μｍよりも少なくない深さ、特に３０μｍよりも少なくない深さにまで層間接続孔内に達していて、かつ／または第１の固体電解質層の厚さの２．５％よりも少なくない深さ、特に第１の固体電解質層の厚さの７．５％よりも少なくない深さにまで層間接続孔内に達しており、かつ／または第２の分割面取り部が、１００μｍよりも多くない深さ、特に５０μｍよりも多くない深さにまで層間接続孔内に達していて、かつ／または第１の固体電解質層の厚さの２０％よりも多くない深さ、特に第１の固体電解質層の厚さの１０％よりも多くない深さにまで層間接続孔内に達している。
【００１４】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、第１の分割面取り部と第２の分割面取り部とが、それぞれ半径方向において少なくとも部分的に一直線であり、半径方向において分割面取り角、特に１０゜よりも少なくなくて５５゜よりも多くない分割面取り角、特に２５゜よりも少なくなくて４５゜よりも多くない分割面取り角を成して互いに接続されている。
【００１５】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、第２の分割面取り部が、固体電解質層の上面および／または第１の固体電解質層の下面と共に３゜よりも少なくなくて２５゜よりも多くない角度、特に６゜よりも少なくなくて１６゜よりも多くない角度を成している。
【００１６】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、第２の分割面取り部が、半径方向において少なくとも部分的に一直線であり、第１の分割面取り部が、半径方向において少なくとも部分的に、特に１０μｍ〜２００μｍの曲率半径、特に２５μｍ〜１１５μｍの曲率半径を備えて丸み付けられており、特に第２の分割面取り部と第１の分割面取り部とが、半径方向において５゜よりも少ない分割面取り角、特に１゜よりも少ない分割面取り角を成して、特に平坦に互いに接続されている。
【００１７】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、層間接続孔の壁が、層間接続孔の下縁部および上縁部にそれぞれ１つの面取り部を有している。
【００１８】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、絶縁エレメントが、層間接続孔の壁に層状に配置されていて、層間接続孔の壁の少なくとも９０％、特に層間接続孔の壁の少なくとも９７％に沿って、最小層厚さと最大許容厚さとの間に設定された層厚さを有しており、最小厚さが、５μｍ〜１４μｍの範囲内に設定されていて、たとえば１０μｍであり、前記最大許容厚さが、１６μｍ〜３０μｍの範囲内に設定されていて、たとえば２０μｍである。
【００１９】
本発明に係るセンサ素子の有利な態様によれば、絶縁エレメントが、以下の材料：すなわち、
−  特に５０質量％よりも多くの割合を備えたＡｌ２Ｏ３、特にα−Ａｌ２Ｏ３、
−  特に５０質量％よりも少ない割合を備えたガラス相、特にたとえばセルシアンガラスまたはＢａ−Ｓｉ−Ｌａガラスの高絶縁性のガラス相：
の少なくとも一方または両方を含有している。
【００２０】
本発明に係る方法によれば、該方法が、以下のステップ：すなわち、
−  たとえばＹ、Ｃａおよび／またはＳｃで安定化させられたＺｒＯ２から成る焼成されていない固体電解質シートを製造し、
−  該固体電解質シートに打抜き、型押しまたは、特に機械的なドリルまたはレーザ放射による片側または両側からの穿孔によって層間接続孔を加工し、
−  該層間接続孔に印刷、スクリーン印刷、片側または両側からの吸引／押圧、噴霧および／または滴下によって絶縁ペーストおよび／または絶縁懸濁液を１回または複数回供給し、最後にかつ複数回の供給時には付加的に、特に供給の間にも乾燥を行い、
−  層間接続孔内に伝導ペーストを、層間接続孔を通した伝導ペーストの吸引および／または固体電解質シートの表面への伝導ペーストの印刷塗布によって１回または複数回供給し、
−  センサ素子を焼結し、伝導ペーストおよび絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液を同時焼結しかつ／または固体電解質シートおよび絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液を同時焼結する：
を、特に記載した順序で行う。
【００２１】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、層間接続孔の加工を１つまたはそれ以上の工具、特に１つまたはそれ以上の機械的なドリルおよび／または打抜き工具によって行い、該工具の少なくとも一部範囲が、加工したい層間接続孔の形状にほぼ対応しているかまたは加工したい層間接続孔の少なくとも一部範囲の形状にほぼ対応している形状を有している。
【００２２】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、層間接続孔内への絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液の供給を両側からの吸引によって行い、以下の分割ステップ：すなわち、
−  絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液を固体電解質シートの上面で層間接続孔の範囲に塗布し、
−  固体電解質シートの下面で層間接続孔の範囲に負圧を発生させることよって、該層間接続孔を通して絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液を吸引し、
−  絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液を固体電解質シートの下面で層間接続孔の範囲に塗布し、
−  固体電解質シートの上面で層間接続孔の範囲に負圧を発生させることよって、該層間接続孔を通して絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液を吸引する：
を、特に記載した順序で行う。
【００２３】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、層間接続孔の壁全体に沿って、絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液の、５μｍ〜３５μｍ、特に１０μｍ〜２５μｍの厚さを備えた層を形成するように、前記負圧、絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液の稠度ならびに吸引の回数および方向および層間接続孔の形状を選択する。
【００２４】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液が、絶縁材料、特に酸化アルミニウムの粒子を含有していて、さらに、有機成分、特に軟化剤、溶剤および結合剤を含有しており、伝導ペーストが、貴金属、特に白金の粒子を含有していて、固体電解質、特にＹＳＺの粒子を含有していて、さらに、有機成分、特に軟化剤、溶剤および結合剤を含有しており、以下の条件：すなわち、
−  前記絶縁材料の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記貴金属の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記固体電解質の粒子のサイズ（ｄ９０）とが、全て０．８μｍ〜２．５μｍの範囲内にあり、
−  前記絶縁材料の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記貴金属の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記固体電解質の粒子のサイズ（ｄ９０）とが、これら３つの値のうちの最大の値の５０％未満だけ互いに異なっており、
−  絶縁ペースト内のかつ／または前記絶縁懸濁液内の固形物含有量（質量％）が、伝導ペースト内の固形物含有量（質量％）と２０質量％未満だけ異なっており、
−  絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液において、前記有機成分の含有量（質量％）が、伝導ペースト内の前記有機成分の含有量（質量％）と２０質量％未満だけ異なっており、
−  絶縁ペーストおよび／または前記絶縁懸濁液および伝導ペーストが、同一の有機成分を含有している：
の少なくとも１つが満たされている。
【００２５】
本発明に係る方法の有利な態様によれば、前記条件が全て満たされている。
【００２６】
公知のセンサ素子に比べて、請求項１の特徴を備えた本発明に係るセンサ素子は、特にコンタクトホールの範囲に設けられた絶縁体が、規定された層厚さを有していることを簡単に確保することができることによって、センサ素子を簡単に製造することができるという利点を有している。
【００２７】
層間接続孔の壁が、面取り部を有していることによって、絶縁層を製造するための物質を塗布するための層間接続孔の壁への接近性が改善される。さらに、本発明により設けられた面取り部によって、層間接続孔の壁と固体電解質層の外面とが縁部に沿って角張って互いに接続されることが回避される。これによって、製造プロセスにおいて、１つには、縁部の範囲に過度に肉薄の絶縁体または中断すらされた絶縁体が形成されることを回避することができ、もう１つには、層間接続部の内部への過度に肉厚の絶縁層の形成も同じく回避することができる。
【００２８】
最小厚さとは、５μｍ〜２０μｍの範囲内の絶縁体の厚さ、たとえば１０μｍの厚さを意味している。最大許容厚さとは、１５μｍ〜３５μｍの範囲内の絶縁体の厚さ、たとえば２０μｍの厚さを意味している。特に層間接続孔の形状と協働して、少なくともほぼ全層間接続孔内で最小厚さと最大許容厚さとの間に設定された層厚さを備えた絶縁体を設けることが特に有利である。
【００２９】
一般的には、面取り部とは、第１の面と第２の面との間に配置された面であって、第１の面の傾きよりも大きくて、第２の面の傾きよりも小さい傾きを備えた面を意味している。
【００３０】
本願の範囲内において、固体電解質層の層間接続孔の壁の面取り部とは、特に層間接続孔の壁の一部分であって、固体電解質層の大面と層間接続孔の壁の別部分との間に配置された部分を意味している。半径方向での壁の別部分における壁の傾きは少なくともほぼコンスタントであり、特に固体電解質層の大面の傾きに対して少なくともほぼ垂直である。層間接続孔の壁の一部分において、半径方向での壁の傾きは、層間接続孔の壁の別部分における半径方向での壁の傾きと、固体電解質層の大面の傾きとの間に設定されている。
【００３１】
固体電解質層の層間接続孔の壁のこのような一部分は、特に固体電解質層への層間接続孔の製作時に一般的にかつ製造に起因して強制的に形成されるような範囲として拡張されている場合に面取り部と解釈してよい。このような範囲は、たとえば層間接続孔の１μｍよりも少ない深さ、特に３μｍよりも少ない深さ、特に９μｍよりも少ない深さにまで達している。
【００３２】
本願の範囲内において、半径方向での層間接続孔の壁の傾きとは、層間接続孔の全周にわたって延びる縁部に対して局所的に垂直に向けられた方向での層間接続孔の壁の傾きを意味している。層間接続孔の円筒状の軸線対称性が付与されている場合、これは、層間接続孔の軸線から層間接続孔の壁に向けられた方向である。
【００３３】
本願の範囲内において、固体電解質層の大面とは、固体電解質層の上面および下面を意味している。
【００３４】
面取り部が、２５μｍよりも少なくない深さ、特に７５μｍよりも少なくない深さにまで層間接続孔内に達しており、かつ／または面取り部が、第１の固体電解質層の厚さの５％よりも少なくない深さ、特に第１の固体電解質層の厚さの１５％よりも少なくない深さにまで層間接続孔内に達していると、面取り部の前述した有利な効果が特に顕著となる。たとえば、絶縁層を製造するための物質を塗布するための層間接続孔の壁への接近性が特に著しく改善されている。
【００３５】
面取り部が、少なくとも１つの一直線の範囲を有しており、この一直線の範囲が、半径方向において一直線であり、面取り部の一直線の範囲が、特に面取り部全体にわたって延びていると、このような面取り部を従来の工具によって特に簡単に製造することができるという利点が得られる。その上、面取り部の一直線の範囲が、第１の固体電解質層の上面および／または第１の固体電解質層の下面と共に１５゜よりも少なくなくて７５゜よりも多くない角度、特に３０゜よりも少なくなくて６０゜よりも多くない角度を成していると、層間接続孔の縁部の範囲における角張り性が特に有効に回避される。
【００３６】
また、面取り部が、少なくとも１つの湾曲させられた範囲を有しており、この湾曲させられた範囲が、半径方向において丸み付けられており、特に相応の曲率半径が、１０μｍ〜２００μｍ、特に２５μｍ〜１１５μｍに設定されており、特に面取り部の湾曲させられた範囲が、面取り部全体にわたって延びており、かつ／または特に層間接続孔が、湾曲させられた面取り部の範囲に凹状の形を有していると、層間接続孔の縁部の範囲における角張り性が同じく特に有効に回避される。
【００３７】
有利な作用に対する面取り部の更なる最適化は、面取り部が、互いに異なる２つの範囲、つまり、第１の分割面取り部と第２の分割面取り部とを有している場合に可能となる。
【００３８】
さらに、固体電解質シートの平面図で見て、第１の分割面取り部が、第２の分割面取り部の内側に配置されていることが提案されている。
【００３９】
択一的または付加的には、第２の分割面取り部が、固体電解質層の大面と第１の分割面取り部との間に配置されており、第２の分割面取り部において、半径方向での壁の傾きが、第１の分割面取り部における半径方向での壁の傾きと、固体電解質層の大面の傾きとの間に設定されていることが提案されている。第２の分割面取り部は、いわば層間接続孔の壁の面取り部の一面取り部を成している。この態様では、センサ素子の簡単な製造可能性および層間接続孔の範囲に設けられた絶縁体の高い信頼性ひいては最終的にセンサ素子の寿命に関する極めて十分な利点が得られる。
【００４０】
第２の分割面取り部が、１０μｍよりも少なくない深さ、特に３０μｍよりも少なくない深さにまで層間接続孔内に達していて、かつ／または第１の固体電解質層の厚さの２．５％よりも少なくない深さ、特に第１の固体電解質層の厚さの７．５％よりも少なくない深さにまで層間接続孔内に達していると、絶縁層を製造するための物質を塗布するための層間接続孔の壁への接近性が特に著しく改善されている。
【００４１】
第２の分割面取り部が、１００μｍよりも多くない深さ、特に５０μｍよりも多くない深さにまで層間接続孔内に達していて、かつ／または第１の固体電解質層の厚さの２０％よりも多くない深さ、特に第１の固体電解質層の厚さの１０％よりも多くない深さにまで層間接続孔内に達していると、第２の分割面取り部を特に簡単に製造することができる。
【００４２】
センサ素子の製造の間、絶縁性の材料での壁の十分な湿潤が特に確保されている態様は、第１の分割面取り部と第２の分割面取り部とが、それぞれ半径方向において少なくとも部分的に一直線であり、半径方向において分割面取り角、特に１０゜よりも少なくなくて５５゜よりも多くない分割面取り角、特に２５゜よりも少なくなくて４５゜よりも多くない分割面取り角を成して互いに接続されていることを提案している。
【００４３】
センサ素子の製造の間、絶縁性の材料での壁の十分な湿潤が特に確保されている別の態様は、第２の分割面取り部が、固体電解質層の上面または固体電解質層の下面と共に３゜よりも少なくなくて２５゜よりも多くない角度、特に６゜よりも少なくなくて１６゜よりも多くない角度を成していることを提案している。
【００４４】
出願人の試験によって、特に第２の分割面取り部が、半径方向において少なくとも部分的に一直線であり、第１の分割面取り部が、半径方向において少なくとも部分的に、特に１０μｍ〜２００μｍの曲率半径、特に２５μｍ〜１１５μｍの曲率半径を備えて丸み付けられており、特に第２の分割面取り部と第１の分割面取り部とが、半径方向において５゜よりも少ない分割面取り角、特に１゜よりも少ない分割面取り角を成して、特に平坦に互いに接続されており、特に第２の分割面取り部が、固体電解質層の上面または固体電解質層の下面と共に３゜よりも少なくなくて２５゜よりも多くない角度、特に６゜よりも少なくなくて１６゜よりも多くない角度を成していると、センサ素子の寿命が特に高まることが明らかとなった。
【００４５】
有利には、本発明に係るセンサ素子を製造するための方法が、方法に関する独立請求項に記載したステップを、特に記載した順序で有している。
【００４６】
特に有利には、固体電解質シートに層間接続孔を加工するために、少なくとも１つの工具、たとえば機械的なドリルまたは打抜き工具またはレーザビームが使用される。この工具の形状は、製作したい孔の形状に対応しているかまたは工具は、少なくとも製作したい孔の一部の形状を有する部分範囲を有している。工具は、たとえば末端の範囲に円筒形状を有していてよい。末端の範囲はベース近傍の方向で、層間接続孔の面取り部に対応して成形された範囲に続いている。層間接続孔の面取り部の形状に対応する形状を備えた工具または面取り部の形状または面取り部の一部の形状に対応する部分範囲を有する工具の使用も可能である。
【００４７】
工具が、レーザビームである場合には、このレーザビームの形状をＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  １１１４５の意味で解釈してよい。レーザビームの使用時には、アンダカットを形成することもできるという利点が得られる。すなわち、たとえば単に片側からの（レーザ）穿孔によって、上面および下面にそれぞれ１つの面取り部を有する層間接続孔を加工することができる。
【００４８】
特に有利には、層間接続孔内への絶縁ペーストおよび／または絶縁懸濁液の供給が、両側からの吸引によって行われる。この態様では、それぞれ固体電解質シートの一方の大面に絶縁ペーストおよび／または絶縁懸濁液が塗布され、次いで、固体電解質シートの上面と下面との間の圧力差によって層間接続孔を通して吸引されるかもしくは押圧される。有利には、個々の吸引工程の間に絶縁ペーストおよび／または絶縁懸濁液のそれぞれ１回の乾燥が行われてよい。第１の側からの吸引後で第２の側からの吸引前に固体電解質シートが反転させられることが提案されている。
【００４９】
非時効性の層間接続孔を実現するために、伝導エレメントと絶縁エレメントとが緊密に互いに結合されていると有利である。このことは、特に同時焼結によって保証されている。このためには、請求項１９に記載した手段の少なくとも１つまたは複数の組合せまたは全てと、特に１３５０℃〜１４５０℃の焼結温度とを使用することが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】センサ素子の概略図である。
【図２】本発明の種々異なる実施の形態を示す図であり、図２ａは、面取り部の第１の実施の形態を示す図であり、図２ｂは、面取り部の第２の実施の形態を示す図であり、図２ｃは、面取り部の第３の実施の形態を示す図であり、図２ｄは、図２ｃに示した面取り部の第３の実施の形態の平面図であり、図２ｅは、面取り部の第４の実施の形態を示す図である。
【図３】センサ素子の製造を概略的に示す図である。
【図４】センサ素子の層間接続孔の製作の加工工程を示す図である。
【図５】センサ素子の層間接続孔の製作の第１の供給工程（図５ａ）および第２の供給工程（図５ｂ）を示す図である。
【００５１】
実施の形態の説明
図１には、本発明の実施の形態として、たとえば内燃機関（図示せず）の排ガス中の酸素濃度または排ガスの温度を検出するために働く、ガス測定フィーラ（図示せず）のハウジング内に配置されたセンサ素子２０の接続側の端区分が示してある。
【００５２】
センサ素子２０は複数のセラミック層２１，２２，２８，２９ａ，２９ｂから形成されている。これらのセラミック層２１，２２，２８，２９ａ，２９ｂのうち、２つのセラミック層が、第１の固体電解質シート２１および第２の固体電解質シート２２として形成されていて、酸化イットリウムで安定化させられた酸化ジルコニウム（ＹＳＺ：イットリア安定化ジルコニア）を含有しており、２つのセラミック層が、電気的に絶縁性の内側の層２９ａ，２９ｂとして形成されていて、酸化アルミニウムを含有しており、１つのセラミック層が、電気的に絶縁性の外側の層２８として形成されていて、同じく酸化アルミニウムを含有している。
【００５３】
電気的に絶縁性の内側の層２９ａ，２９ｂの上下に第１の固体電解質シート２１と第２の固体電解質シート２２とが位置している。第１の固体電解質シート２１の上側に電気的に絶縁性の外側の層２８が配置されている。当然ながら、センサ素子２０は、このセンサ素子２０の自体公知の機能性を実現するための別の層を有していてよい。
【００５４】
電気的に絶縁性の内側の層２９ａ，２９ｂの間には、機能素子３１が位置している。この機能素子３１は、本実施の形態では、電気的な抵抗加熱部材と、この電気的な抵抗加熱部材に通じる給電線路１３１とから形成されている。電気的な抵抗加熱部材は外側の回路（図示せず）と一緒にセンサ素子２０を、たとえば６５０℃を上回る温度に加熱する。電気的な抵抗加熱部材に通じる給電線路１３１が、センサ素子２０の接続側の端区分にまで延びているのに対して、電気的な抵抗加熱部材は、センサ素子２０の、図１には示していない反対の測定側の端区分に配置されている。当然ながら、機能素子３１は、セラミックセンサ素子に関して自体公知の別の機能を有していてもよい。
【００５５】
センサ素子２０は、接続側の端区分の範囲に電気的な層間接続部２００を有している。この層間接続部２００によって、センサ素子２０の内部に位置する機能素子３１をセンサ素子２０の外面１００に電気的に接続することが可能となる。したがって、層間接続部２００は、機能素子３１から出発して、電気的に絶縁性の内側の層２９ｂと、第１の固体電解質シート２１と、電気的に絶縁性の外側の層２８とを貫いてセンサ素子２０の外面１００にまで延びている。層間接続部２００の目的のためには、第１の固体電解質層２１が層間接続孔２５を有している。層間接続部２００の内部には、層状に形成された絶縁エレメント４２が配置されている。この絶縁エレメント４２は、電気的に絶縁性の外側の層２８から出発して、層間接続孔２５の壁２５１を越えて、電気的に絶縁性の内側の層２９ｂにまで延びており、これによって、層状に形成された絶縁エレメント４２と、絶縁性の内外の層２９ｂ，２８とにより、第１の固体電解質層２１が、層間接続部２００の範囲において、たとえば酸化アルミニウムを含有した電気的に絶縁性の材料によって完全に取り囲まれていて、層間接続部２００の内部に、高い温度、たとえば４００℃を上回る温度の場合でも第１の固体電解質層２１に対して電気的に絶縁された範囲が形成されている。この電気的に絶縁された範囲、つまり、層状に形成された絶縁エレメント４２には、同じく層状に形成された伝導エレメント４１が配置されている。この伝導エレメント４１は、機能素子３１から出発して、層間接続部２００を貫いて、センサ素子２０の外面１００に配置された接触面４３にまで延びており、これによって、全体として、センサ素子２０の内部に位置する機能素子３１と、センサ素子２０の、第１の固体電解質層２１に対して電気的に絶縁された外面１００との電気的な接続部が形成される。
【００５６】
層間接続孔２５の壁２５１はその上縁部および下縁部にそれぞれ１つの面取り部５１を有している。これらの面取り部５１は、それぞれ第１の固体電解質層２１の一方の大面、つまり、上面もしくは下面と、層間接続孔２５の内部の層間接続孔２５の壁２５１の、第１の固体電解質層２１の大面に対して垂直な部分との間の斜めの結合部を成している。本実施の形態では、意図的に第１の固体電解質層２１から切り取られて面取り部５１によって形成された全周にわたって延びる範囲に電気的に絶縁性の材料が位置している。この材料は、図１から明らかであるように、電気的に絶縁性の層２８，２９ｂの付属部と解釈してもよいし、絶縁エレメント４２の付属部と解釈してもよい。
【００５７】
本実施の形態では、層間接続孔２５がその最も狭幅の箇所に、０．３ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にある直径を有している。層状の絶縁エレメント４２と層状の伝導エレメント４１とは、層間接続部２００の内部に５〜１００μｍの範囲内の層厚さを有している。絶縁エレメント４２の層厚さが極めて均質に形成されていると特に有利であり、これによって、この層厚さが、常にまたは少なくともほぼ至る所で最小厚さと最大許容厚さとの間、たとえば７μｍ〜２６μｍに設定されている。
【００５８】
図１に示した面取り部５１は、層間接続孔２５の壁２５１の一部分と解釈してよい。この一部分は、第１の固体電解質層２１の一方の大面と層間接続孔２５の壁２５１の別部分との間に配置されている。半径方向での層間接続孔２５の壁２５１の別部分における壁２５１の傾きは、少なくともほぼコンスタントであり、特に第１の固体電解質層２１の大面の傾きに対して少なくともほぼ垂直である。層間接続孔２５の壁２５１の一部分では、半径方向での壁２５１の傾きが、層間接続孔２５の壁２５１の別部分における半径方向での壁２５１の傾きと、第１の固体電解質層２１の大面の傾きとの間に設定されている。
【００５９】
本実施の形態では、絶縁エレメント４２が、５５質量％の割合のα−Ａｌ２Ｏ３と、４５質量％の割合の、たとえばセルシアンガラスまたはＢａ−Ｓｉ−Ｌａガラスの高絶縁性のガラス相とを含有している。これと異なる割合および異なる成分も可能である。
【００６０】
図２ａ〜図２ｅには、本発明の種々異なる実施の形態が示してある。これらの実施の形態は、第１の固体電解質層２１に設けられた層間接続孔２５の壁２５１の面取り部５１の形状の変化形態に該当する。図２ａ〜図２ｅには、図面をより見やすくするために、それぞれ第１の固体電解質層２１、層間接続孔２５および１つまたはそれ以上の面取り部５１だけが示してある。しかし、これらの実施の形態も、図１に例示したセンサ素子２０の意味で解釈してよい。当然ながら、本発明の全ての実施の形態は、プレーナ型に形成されたセラミックセンサ素子に限定されるものではなく、層構造の別の幾何学的な形状、たとえば円筒形状に直接的に転用可能である。
【００６１】
図２ａに示した面取り部５１は、一直線の範囲５１１を有している。この一直線の範囲５１１は半径方向において一直線であり、全周にわたって延びる面取り部５１全体にわたって延びている。この面取り部５１は、４００μｍの厚さの第１の固体電解質層２１において、この第１の固体電解質層２１の１００μｍの深さにまで延びている。面取り部５１は第１の固体電解質層２１の大面に対して４５゜の傾きを有している。すなわち、面取り部５１の一直線の範囲５１１は、第１の固体電解質層２１の大面と共に４５゜の角度６１を成している。
【００６２】
図２ｂに示した面取り部５１は、湾曲させられた範囲５１２を有している。この湾曲させられた範囲５１２は半径方向において丸み付けられている。湾曲させられた範囲５１２は半径方向において８０μｍの曲率半径を有している。面取り部５１は、４００μｍの厚さの第１の固体電解質層２１において、この第１の固体電解質層２１の８０μｍの深さにまで延びている。
【００６３】
図２ｃおよび図２ｄに示した面取り部５１は、それぞれ第１の分割面取り部５１５と第２の分割面取り部５１６とから成っている。固体電解質シート２１の平面図（図２ｄ参照）で見て、第１の分割面取り部５１５は第２の分割面取り部５１６の内側に配置されている。両分割面取り部５１５，５１６は、半径方向において３７．５゜の分割面取り角６０を成して互いに接続されている。第２の分割面取り部５１６は固体電解質層２１の大面に対して２２．５゜だけ傾けられている。
【００６４】
第２の分割面取り部５１６は、固体電解質層２１の大面と第１の分割面取り部５１５との間に配置されている。第２の分割面取り部５１６において、半径方向での壁２５１の傾きは、第１の分割面取り部５１５における半径方向での壁２５１の傾きと、固体電解質層２１の大面の傾きとの間に設定されている。
【００６５】
図２ｅに示した面取り部５１は、それぞれ第１の分割面取り部５１５と第２の分割面取り部５１６とから成っている。固体電解質シート２１の平面図で見て、第１の分割面取り部５１５は第２の分割面取り部５１６の内側に配置されている（図２ｄ参照）。両分割面取り部５１５，５１６は、エッジなしに平坦に（なだらかに）互いに移行している。第２の分割面取り部５１６は、半径方向において一直線の分割面取り部であり、固体電解質層の大面に対して９．３゜だけ傾けられている。第２の分割面取り部５１６は、層間接続孔２５内に３８μｍの深さ、つまり、第１の固体電解質層２１の厚さの約１０％にまで延びている。第１の分割面取り部５１５は半径方向において湾曲させられている。曲率は５５μｍの半径を有している。
【００６６】
図示の面取り部５１の特徴の別の組合せも可能である。
【００６７】
図３には、本発明に係るセンサ素子２０の製造、特にこのようなセンサ素子２０の層間接続部２００の製作が概略的に例示してある。この層間接続部２００の製作は、たとえばＹ、Ｃａおよび／またはＳｃで安定化させられたＺｒＯ２から成る焼成されていない固体電解質シート２１’に層間接続孔２５が打抜き、型押しおよび／または、特にレーザ放射による片側または両側からの穿孔により加工されることによって行われてよい。引き続き、層間接続孔２５内への絶縁ペースト４２’および／または絶縁懸濁液の１回のまたは複数回の供給が、印刷、ステンシル印刷、片側または両側からの吸引／押圧、噴霧および／または滴下によって行われる。最後にかつ複数回の供給時には付加的に供給の間にも乾燥が行われる。引き続き、層間接続孔２５内への伝導ペースト４１’の１回のまたは複数回の供給が、層間接続孔２５を通した伝導ペースト４１’の吸引および／または固体電解質シート２１’の表面への伝導ペースト４１’の印刷塗布によって行われる。
【００６８】
１つの形態では、本発明に係るセンサ素子２０を製造するために、特に固体電解質シート２１’に層間接続孔２５を加工するために、特殊な工具２５’が使用される。この工具２５’は機械的なドリルまたは打抜き工具として形成されている（図４参照）。この打抜き工具の形状またはドリルの回転時に形成される切断面は、下側の末端の部分範囲では円筒状に形成されていて、上方に続く工具２５’のベース近傍の部分範囲では、製作したい面取り部５１の形状に対応している。また、この特殊な工具２５’によって、層間接続孔２５の一部だけ、たとえば面取り部５１を有する範囲だけを製作し、残りの孔は別の形式で製作することも可能である。この形態では、工具２５’の下側の末端の円筒状の部分が省略されている。
【００６９】
別の形態では、付加的にまたは択一的に、本発明に係るセンサ素子２０の製造のために、特に層間接続孔２５内への絶縁ペースト４２’および／または絶縁懸濁液の供給のために、まず、絶縁ペースト４２’が固体電解質シート２１’の上面２１１で層間接続孔２５の範囲に塗布される（図５ａ参照）。固体電解質シート２１’の下面２１２に負圧を加えることによって、絶縁ペースト４２’が層間接続孔２５内に吸い込まれ、これによって、層間接続部２００の壁２５１がコーティングされる。
【００７０】
さらに、固体電解質シート２１’の反転後、塗布および吸引が１回または複数回繰り返される。この場合には、絶縁ペースト４２’が、固体電解質シート２１’の、図５ｂにおいて上方に向けられた下面２１２で層間接続孔２５の範囲にだけ塗布され、固体電解質シート２１’の、図５ｂにおいて下方に向けられた上面２１１の方向に負圧によって吸引される。
【００７１】
別の有利な形態では、付加的にまたは択一的に、層間接続孔２５の壁２５１全体に沿って、５μｍ〜３５μｍの厚さ、特に１０μｍ〜２５μｍの厚さを備えた絶縁ペースト４２’および／または絶縁懸濁液の層が形成されるように、負圧、絶縁ペースト４２’の稠度ならびに吸引の回数および層間接続孔２５の形状が選択される。
【００７２】
別の有利な形態では、付加的にまたは択一的に、センサ素子２０を製造するために、特にこのようなセンサ素子２０の層間接続部２００を製作するために、特に１３５０℃〜１４５０℃で焼結が行われている。これに関して、伝導エレメント４１と絶縁エレメント４２とが、同時焼結された複合体として付与されることを保証するために、以下の手段の１つが使用されるかまたは以下の手段の組合せが使用されるかまたは以下の手段の全てが使用される：
−  絶縁ペースト４２’および／または絶縁懸濁液が、絶縁材料、特に酸化アルミニウムの粒子を含有していて、さらに、有機成分、特に軟化剤、溶剤および結合剤を含有しており、伝導ペースト４１’が、貴金属、特に白金の粒子を含有していて、固体電解質、特にＹＳＺの粒子を含有していて、さらに、有機成分、特に軟化剤、溶剤および結合剤を含有している。
−  絶縁材料の粒子のサイズ（ｄ９０）と、貴金属の粒子のサイズ（ｄ９０）と、固体電解質の粒子のサイズ（ｄ９０）とが、全て０．８μｍ〜２．５μｍの範囲内にある。
−  絶縁材料の粒子のサイズ（ｄ９０）と、貴金属の粒子のサイズ（ｄ９０）と、固体電解質の粒子のサイズ（ｄ９０）とが、これら３つの値のうちの最大の値の５０％未満だけ互いに異なっている。
−  絶縁ペースト４２’内のかつ／または絶縁懸濁液内の固形物含有量（質量％）が、伝導ペースト４１’内の固形物含有量（質量％）と２０質量％未満だけ異なっている。
−  絶縁ペースト４２’および／または絶縁懸濁液において、有機成分の含有量（質量％）が、伝導ペースト４１’内の有機成分の含有量（質量％）と２０質量％未満だけ異なっている。
−  絶縁ペースト４２’および／または絶縁懸濁液および伝導ペースト４１’が、同一の有機成分を含有している。
【符号の説明】
【００７３】
２０  センサ素子
２１  第１の固体電解質層
２１’  固体電解質シート
２２  第２の固体電解質層
２５  層間接続孔
２５’  工具
２８  外側の層
２９ａ  内側の層
２９ｂ  内側の層
３１  機能素子
４１  伝導エレメント
４１’  伝導ペースト
４２  絶縁エレメント
４２’  絶縁ペースト
４３  接触面
５１  面取り部
６０  分割面取り角
６１  角度
１００  外面
１３１  給電線路
２００  層間接続部
２１１  上面
２１２  下面
２５１  壁
５１１  一直線の範囲
５１２  湾曲させられた範囲
５１５  第１の分割面取り部
５１６  第２の分割面取り部
【図１】
2013501214.tif 000003
【図２ａ】
2013501214.tif 000004
【図２ｂ】
2013501214.tif 000005
【図２ｃ】
2013501214.tif 000006
【図２ｄ】
2013501214.tif 000007
【図２ｅ】
2013501214.tif 000008
【図３】
2013501214.tif 000009
【図４】
2013501214.tif 000010
【図５ａ】
2013501214.tif 000011
【図５ｂ】
2013501214.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月31日(2012.1.31)
【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】
ガスの物理的な特性を検出するためのセンサ素子であって、該センサ素子（２０）が、第１の固体電解質層（２１）を有しており、該第１の固体電解質層（２１）が、層間接続孔（２５）を有しており、センサ素子（２０）が、さらに、伝導エレメント（４１）を有しており、該伝導エレメント（４１）が、層間接続孔（２５）を貫いて第１の固体電解質層（２１）の上面（２１１）から第１の固体電解質層（２１）の下面（２１２）への導電的な接続部を形成しており、第１の固体電解質層（２１）が、層間接続孔（２５）内で伝導エレメント（４１）から絶縁エレメント（４２）によって電気的に絶縁されているセンサ素子において、層間接続孔（２５）の壁（２５１）が、面取り部（５１）を有していることを特徴とする、ガスの物理的な特性を検出するためのセンサ素子。
【請求項２】
面取り部（５１）が、少なくとも１つの一直線の範囲（５１１）を有しており、該一直線の範囲（５１１）が、層間接続孔（２５）の半径方向において一直線であり、面取り部（５１）の一直線の範囲（５１１）が、面取り部（５１）全体にわたって延びている、請求項１記載のセンサ素子。
【請求項３】
面取り部（５１）が、２５μｍよりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達しており、かつ／または面取り部（５１）が、第１の固体電解質層（２１）の厚さの５％よりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達している、請求項１または２記載のセンサ素子。
【請求項４】
面取り部（５１）が、７５μｍよりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達しており、かつ／または面取り部（５１）が、第１の固体電解質層（２１）の厚さの１５％よりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達している、請求項３記載のセンサ素子。
【請求項５】
面取り部（５１）の一直線の範囲（５１１）が、第１の固体電解質層（２１）の上面（２１１）および／または第１の固体電解質層（２１）の下面（２１２）と共に１５゜よりも少なくなくて７５゜よりも多くない角度（６１）を成している、請求項２記載のセンサ素子。
【請求項６】
面取り部（５１）の一直線の範囲（５１１）が、第１の固体電解質層（２１）の上面（２１１）および／または第１の固体電解質層（２１）の下面（２１２）と共に３０゜よりも少なくなくて６０゜よりも多くない角度（６１）を成している、請求項５記載のセンサ素子。
【請求項７】
面取り部（５１）が、少なくとも１つの湾曲させられた範囲（５１２）を有しており、該湾曲させられた範囲（５１２）が、１０μｍ〜２００μｍの曲率半径を備えて層間接続孔（２５）の半径方向において丸み付けられており、面取り部（５１）の湾曲させられた範囲（５１２）が、面取り部（５１）全体にわたって延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項８】
湾曲させられた範囲（５１２）が、２５μｍ〜１１５μｍの曲率半径を備えて半径方向において丸み付けられている、請求項７記載のセンサ素子。
【請求項９】
面取り部（５１）が、第１の分割面取り部（５１５）と第２の分割面取り部（５１６）とを有しており、該第２の分割面取り部（５１６）が、第１の固体電解質層（２１）の上面（２１１）および下面（２１２）の少なくとも一方と第１の分割面取り部（５１５）との間に配置されており、第２の分割面取り部（５１６）において、層間接続孔（２５）の半径方向での壁（２５１）の傾きが、第１の分割面取り部（５１５）における半径方向での壁（２５１）の傾きと、第１の固体電解質層（２１）の上面（２１１）および下面（２１２）の少なくとも一方の傾きとの間に設定されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項１０】
第２の分割面取り部（５１６）が、１０μｍよりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達していて、かつ／または第１の固体電解質層（２１）の厚さの２．５％よりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達しており、かつ／または第２の分割面取り部（５１６）が、１００μｍよりも多くない深さにまで層間接続孔（２５）内に達していて、かつ／または第１の固体電解質層（２１）の厚さの２０％よりも多くない深さにまで層間接続孔（２５）内に達している、請求項９記載のセンサ素子。
【請求項１１】
第２の分割面取り部（５１６）が、３０μｍよりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達していて、かつ／または第１の固体電解質層（２１）の厚さの７．５％よりも少なくない深さにまで層間接続孔（２５）内に達しており、かつ／または第２の分割面取り部（５１６）が、５０μｍよりも多くない深さにまで層間接続孔（２５）内に達していて、かつ／または第１の固体電解質層（２１）の厚さの１０％よりも多くない深さにまで層間接続孔（２５）内に達している、請求項１０記載のセンサ素子。
【請求項１２】
第１の分割面取り部（５１５）と第２の分割面取り部（５１６）とが、それぞれ半径方向において少なくとも部分的に一直線であり、層間接続孔（２５）の半径方向において分割面取り角（６０）を成して互いに接続されている、請求項９から１１までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項１３】
第１の分割面取り部（５１５）と第２の分割面取り部（５１６）とが、半径方向において１０゜よりも少なくなくて５５゜よりも多くない分割面取り角（６０）を成して互いに接続されている、請求項１２記載のセンサ素子。
【請求項１４】
第１の分割面取り部（５１５）と第２の分割面取り部（５１６）とが、半径方向において２５゜よりも少なくなくて４５゜よりも多くない分割面取り角（６０）を成して互いに接続されている、請求項１２または１３記載のセンサ素子。
【請求項１５】
第２の分割面取り部（５１６）が、第１の固体電解質層（２１）の上面（２１１）および／または第１の固体電解質層（２１）の下面（２１２）と共に３゜よりも少なくなくて２５゜よりも多くない角度（６１）を成している、請求項９から１４までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項１６】
第２の分割面取り部（５１６）が、第１の固体電解質層（２１）の上面（２１１）および／または第１の固体電解質層（２１）の下面（２１２）と共に６゜よりも少なくなくて１６゜よりも多くない角度（６１）を成している、請求項１５記載のセンサ素子。
【請求項１７】
第２の分割面取り部（５１６）が、半径方向において少なくとも部分的に一直線であり、第１の分割面取り部（５１５）が、半径方向において少なくとも部分的に１０μｍ〜２００μｍの曲率半径を備えて丸み付けられており、第２の分割面取り部（５１６）と第１の分割面取り部（５１５）とが、半径方向において５゜よりも少ない分割面取り角（６０）を成して互いに接続されている、請求項９から１６までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項１８】
第１の分割面取り部（５１５）が、半径方向において少なくとも部分的に２５μｍ〜１１５μｍの曲率半径を備えて丸み付けられている、請求項１７記載のセンサ素子。
【請求項１９】
第２の分割面取り部（５１６）と第１の分割面取り部（５１５）とが、半径方向において１゜よりも少ない分割面取り角（６０）を成して互いに接続されている、請求項１７記載のセンサ素子。
【請求項２０】
第２の分割面取り部（５１６）と第１の分割面取り部（５１５）とが、半径方向において平坦に互いに接続されている、請求項１７記載のセンサ素子。
【請求項２１】
層間接続孔（２５）の壁（２５１）が、層間接続孔（２５）の下縁部および上縁部にそれぞれ１つの面取り部（５１）を有している、請求項１から２０までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項２２】
絶縁エレメント（４２）が、層間接続孔（２５）の壁（２５１）に層状に配置されていて、層間接続孔（２５）の壁（２５１）の少なくとも９０％に沿って、最小厚さと最大許容厚さとの間に設定された層厚さを有しており、前記最小厚さが、５μｍ〜１４μｍの範囲内に設定されており、前記最大許容厚さが、１６μｍ〜３０μｍの範囲内に設定されている、請求項１から２１までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項２３】
絶縁エレメント（４２）が、層間接続孔（２５）の壁（２５１）の少なくとも９７％に沿って、前記最小厚さと前記最大許容厚さとの間に設定された層厚さを有している、請求項２２記載のセンサ素子。
【請求項２４】
前記最小厚さが、１０μｍである、請求項２２記載のセンサ素子。
【請求項２５】
前記最大許容厚さが、２０μｍである、請求項２２記載のセンサ素子。
【請求項２６】
絶縁エレメント（４２）が、以下の材料：すなわち、
−  ５０質量％よりも多くの割合を備えたＡｌ２Ｏ３、
− ５０質量％よりも少ない割合を備えたガラス相：
の少なくとも一方または両方を含有している、請求項１から２５までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項２７】
前記Ａｌ２Ｏ３が、α−Ａｌ２Ｏ３である、請求項２６記載のセンサ素子。
【請求項２８】
前記ガラス相が、セルシアンガラスまたはＢａ−Ｓｉ−Ｌａガラスの高絶縁性のガラス相である、請求項２６記載のセンサ素子。
【請求項２９】
前記センサ素子が、内燃機関の排ガスのガス成分の濃度または排ガスの温度を検出するためのセンサ素子である、請求項１から２８までのいずれか１項記載のセンサ素子。
【請求項３０】
請求項１から２９までのいずれか１項記載のセンサ素子（２０）を製造するための方法において、該方法が、以下のステップ：すなわち、
−  Ｙ、Ｃａおよび／またはＳｃで安定化させられたＺｒＯ２から成る焼成されていない固体電解質シート（２１’）を製造し、
−  該固体電解質シート（２１’）に打抜き、型押しまたは片側または両側からの穿孔によって層間接続孔（２５）を加工し、
−  該層間接続孔（２５）に印刷、スクリーン印刷、片側または両側からの吸引／押圧、噴霧および／または滴下によって絶縁ペースト（４２’）および／または絶縁懸濁液を１回または複数回供給し、最後にかつ複数回の供給時には付加的に供給の間にも乾燥を行い、
−  層間接続孔（２５）内に伝導ペースト（４１’）を、層間接続孔（２５）を通した伝導ペースト（４１）の吸引および／または固体電解質シート（２１’）の表面への伝導ペースト（４１）の印刷塗布によって１回または複数回供給し、
−  センサ素子（２０）を焼結し、伝導ペースト（４１’）および絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を同時焼結しかつ／または固体電解質シート（２１’）および絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を同時焼結する：
を記載した順序で行うことを特徴とする、センサ素子を製造するための方法。
【請求項３１】
層間接続孔（２５）の加工を１つまたはそれ以上の工具（２５’）によって行い、該工具（２５’）の少なくとも一部範囲が、加工したい層間接続孔（２５）の形状に対応しているかまたは加工したい層間接続孔（２５）の少なくとも一部範囲の形状に対応している形状を有している、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
層間接続孔（２５）の加工を１つまたはそれ以上の機械的なドリルおよび／または打抜き工具またはレーザ放射によって行う、請求項３０または３１記載の方法。
【請求項３３】
層間接続孔（２５）内への絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液の供給を両側からの吸引によって行い、以下の分割ステップ：すなわち、
−  絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を固体電解質シート（２１’）の上面（２１１）で層間接続孔（２５）の範囲に塗布し、
−  固体電解質シート（２１’）の下面（２１２）で層間接続孔（２５）の範囲に負圧を発生させることよって、該層間接続孔（２５）を通して絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を吸引し、
−  絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を固体電解質シート（２１’）の下面（２１２）で層間接続孔（２５）の範囲に塗布し、
−  固体電解質シート（２１’）の上面（２１１）で層間接続孔（２５）の範囲に負圧を発生させることよって、該層間接続孔（２５）を通して絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液を吸引する：
を記載した順序で行う、請求項３０から３２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３４】
層間接続孔（２５）の壁（２５１）全体に沿って、絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液の、５μｍ〜３５μｍの厚さを備えた層を形成するように、前記負圧、絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液の稠度ならびに吸引の回数および方向および層間接続孔（２５）の形状を選択する、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
層間接続孔（２５）の壁（２５１）全体に沿って、絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液の、１０μｍ〜２５μｍの厚さを備えた層を形成するように、前記負圧、絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液の稠度ならびに吸引の回数および方向および層間接続孔（２５）の形状を選択する、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液が、絶縁材料の粒子を含有していて、さらに、有機成分を含有しており、伝導ペースト（４１’）が、貴金属の粒子を含有していて、固体電解質の粒子を含有していて、さらに、有機成分を含有しており、以下の条件：すなわち、
−  前記絶縁材料の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記貴金属の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記固体電解質の粒子のサイズ（ｄ９０）とが、全て０．８μｍ〜２．５μｍの範囲内にあり、
−  前記絶縁材料の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記貴金属の粒子のサイズ（ｄ９０）と、前記固体電解質の粒子のサイズ（ｄ９０）とが、これら３つの値のうちの最大の値の５０％未満だけ互いに異なっており、
−  絶縁ペースト（４２’）内のかつ／または前記絶縁懸濁液内の固形物含有量（質量％）が、伝導ペースト（４１’）内の固形物含有量（質量％）と２０質量％未満だけ異なっており、
−  絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液において、前記有機成分の含有量（質量％）が、伝導ペースト（４１’）内の前記有機成分の含有量（質量％）と２０質量％未満だけ異なっており、
−  絶縁ペースト（４２’）および／または前記絶縁懸濁液および伝導ペースト（４１’）が、同一の有機成分を含有している：
の少なくとも１つが満たされている、請求項３０から３５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項３７】
前記絶縁材料が、酸化アルミニウムである、請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
前記有機成分が、軟化剤、溶剤および結合剤である、請求項３６記載の方法。
【請求項３９】
前記貴金属が、白金である、請求項３６記載の方法。
【請求項４０】
前記固体電解質が、ＹＳＺである、請求項３６記載の方法。
【請求項４１】
前記条件が全て満たされている、請求項３５から４０までのいずれか１項記載の方法。
【国際調査報告】
2013501214.tif 000013
2013501214.tif 000014
2013501214.tif 000015
2013501214.tif 000016