(57)【要約】【課題】測定ガスの物理量を決定するため、有利には測定ガスのガス成分の濃度を決定するためのガス測定センサー内に用いられるセンサー部材１０であって、センサー部材の層平面内に配置されたヒーター４０が、それぞれセンサー部材の縦軸線１１に対してほぼ平行に延びる第１及び第２のヒーター区分４１，４２；４２，４３；４３，４４、並びに該ヒーター区分を互いに結合する結合領域５１，５２，５３；５１ａ，５２ａ，５３ａから成っている形式のものにおいて、ヒーターを取り囲む絶縁層の形成の際の気泡の発生を防止する。【解決手段】ヒーターが結合領域でアングル若しくは山形区分として形成されており、該アングル若しくは山形区分の少なくとも１つの脚部が、センサー部材の縦軸線に対する垂直な平面に対して傾けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　センサー部材（１０）であって、センサー部材（１０）の１つの層平面内に配置されたヒーター（４０）を備えており、該ヒーターが、それぞれセンサー部材（１０）の縦軸線（１１）に対してほぼ平行に延びる第１及び第２の少なくとも１つのヒーター区分（４１，４２；４２，４３；４３，４４）、並びに結合領域（５１，５２，５３；５１ａ，５２ａ，５３ａ）を有しており、該結合領域で第１及び第２のヒーター区分（４１，４２；４２，４３；４３，４４）が互いに結合されている形式のものにおいて、ヒーター（４０）が結合領域（５１，５２，５３；５１ａ，５２ａ，５３ａ）でアングルとして形成されており、該アングルの少なくとも１つの脚部が、センサー部材（１０）の縦軸線（１１）に対する垂直な平面に対して傾けられていることを特徴とするセンサー部材。
【請求項２】
　結合領域（５１，５２，５３；５１ａ，５２ａ，５３ａ）のアングルの両方の脚部のうちの少なくとも一方が、センサー部材（１０）の縦軸線（１１）に対する垂直な平面に対して、３０度以上の角度、特に４５度乃至７０度の角度を成している請求項１記載のセンサー部材。
【請求項３】
　ヒーター（４０）が、センサー部材（１０）の縦軸線（１１）に対してほぼ平行に延びる全体で４つのヒーター区分（４１，４２；４２，４３；４３，４４）を有しており、かつ該４つのヒーター区分（４１，４２；４２，４３；４３，４４）のうちのそれぞれ２つのヒーター区分を互いに結合するために全体で３つの結合領域（５１，５２，５３；５１ａ，５２ａ，５３ａ）が設けられている請求項１又は２記載のセンサー部材。
【請求項４】
　ヒーター（４０）がヒーター導線（６１，６２）に電気的に接続されており、該ヒーター導線が、センサー部材（１０）の外側に配置された電圧源に接続されている請求項１から３のいずれか１項記載のセンサー部材。
【請求項５】
　ヒーター（４０）がヒーター絶縁体（３６）内に埋め込まれており、この場合、ヒーター絶縁体（３６）がおもに酸化アルミニウムから成っていて、ヒーター（４０）と一緒に２つの固体電解質シート（２１，２２）間に配置されている請求項１から４のいずれか１項記載のセンサー部材。
【請求項６】
　ヒーター（４０）が電気化学的な少なくとも１つのセル（１５）を加熱するようになっており、該電気化学的なセル（１５）が、第１の電極（３１）及び第２の電極（３２）、並びに該電極（３１，３２）間に配置された固体電解質シート（２４）を有している請求項１から５のいずれか１項記載のセンサー部材。
【請求項７】
　請求項１から６のいずれか１項記載のセンサー部材を製造するための方法において、
未焼結の第１の固体電解質シート上にスクリーン印刷によってヒーター絶縁体の第１及び第２のプリント層、ヒーター導線と一緒にヒーター、及びヒーター絶縁体の第３及び第４のプリント層を形成して、次いで、プリントされた前記第１の固体電解質シートに別の固体電解質シートを積層し、続いて焼結するようにしてあり、この場合に、第１と第２のプリント層を逆向きの印刷方向でプリントし及び／又は第３と第４のプリント層を逆向きの印刷方向でプリントすることを特徴とする、センサー部材を製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、センサー部材、殊に測定ガスの少なくとも１つの物理量を決定するため、有利には測定ガスの１つのガス成分の濃度を決定するためのガス測定センサー内のセンサー部材であって、センサー部材の１つの層平面内に配置されたヒーターを備えており、該ヒーターが、それぞれセンサー部材の縦軸線に対してほぼ平行に延びる第１及び第２の少なくとも１つのヒーター区分、並びに結合領域を有しており、該結合領域で第１及び第２のヒーター区分が互いに結合されている形式のもの、及び該センサー部材の製造のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　前記形式のセンサー部材は例えばドイツ連邦共和国特許第１００１４９９５Ｃ１号明細書により公知である。センサー部材はプレナ技術で層状に形成されていて、電気化学的な２つの測定セルを有しており、測定セルがそれぞれ２つの電極並びに該電極間に配置された１つの固体電解質を含んでいる。測定セルの加熱のために、ヒーターを設けてあり、該ヒーターがヒーター絶縁体内に埋め込まれている。絶縁体とヒーターとが、２つの固体電解質間に配置されている。ヒーターが２つのヒーター導線に電気的に接続されており、該ヒーター導線がヒーターと同じ層平面内に配置されている。ヒーター導線はそれぞれスルーホールを介して、センサー部材の表面に配置された接触面と電気的に接続されている。該接触面を介してヒーターは、センサー部材の外側にある電圧源に接続されている。
【０００３】
　ヒーターが、センサー部材の縦軸線に対して平行に配置された４つのヒーター区分、並びに別の３つのヒーター区分を有しており、該別のヒーター区分がセンサー部材の縦軸線に対して垂直に配置されていて、かつそれぞれ、センサー部材の縦軸線に対して平行に配置された２つのヒーター区分を互いに接続している。
【０００４】
　この種のセンサー部材は当業者にとって公知の方法で形成され、即ち、いわゆるセラミック性のグリーンシート（未焼結のセラミックシート）が機能層（例えば、電極、導線、絶縁層、ヒーター、多孔性の層若しくは保護層）をプリントされる。機能層はペーストの状態でスクリーン印刷技術を用いてグリーンシート上にプリントされる。プリントされたグリーンシートが互いに積み重ねられ、次いで焼結される。ヒーターを形成するために、例えばセラミック性のグリーンシート上にまず最初の絶縁層がプリントされ、次いでヒーターがヒーター導線を含めてプリントされ、最終的に別の絶縁層がプリントされる。
【０００５】
　この種のセンサー部材においては欠点として、ヒーターを取り囲む絶縁層の形成に際して気泡が絶縁ペースト内に、特に、センサー部材の縦軸線に対して垂直に位置するヒーター区分の領域の絶縁ペースト内に閉じ込められてしまっている。このような気泡は焼結の後に絶縁層内に穴若しくは開口部を生ぜしめてしまい、該穴若しくは開口部が絶縁層の絶縁機能を損なうことになる。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許第１００１４９９５Ｃ１号明細書
【発明の開示】
【発明の効果】
【０００６】
　独立請求項に記載の本発明に基づく手段によって利点として、ヒーター絶縁体内の良好な絶縁機能が保証される。ヒーターが、それぞれセンサー部材の縦軸線に対してほぼ平行に延びる第１及び第２のヒーター区分、並びに結合領域を有しており、該結合領域で第１及び第２のヒーター区分が互いに結合され、これによって互いに電気的に接続されている。絶縁体内の穴の発生を避けるために、センサー部材の縦軸線に対してほぼ平行に延びるヒーター区分間の結合領域が、アングル（山形部分）を成しており、該アングル(angle)の少なくとも１つの脚部が、センサー部材の縦軸線に対する垂直な平面に対して斜めに延びている。
【０００７】
　ヒーターの本発明に基づく前述の構成の結合領域においては、絶縁層のプリント中に気泡が逃がされ、従って絶縁体内の穴の発生が避けられる。
【０００８】
　従属請求項に記載の手段によって、請求項１に記載のセンサー部材の有利な改善が可能である。有利な実施態様では、結合領域のアングルの両方の脚部のうちの少なくとも一方が、センサー部材の縦軸線に対する垂直な平面に対して、３０度以上の角度、特に４５度乃至７０度の角度を成している。このような鋭角では、気泡の発生が特に効果的に避けられる。
【０００９】
　ヒーターを製作するために、未焼結の最初の固体電解質シート（グリーンシート）上にスクリーン印刷によって、まずヒーター絶縁体の第１及び第２のプリント層が、次いでヒーターがヒーター導線と一緒に、次いでヒーター絶縁体の第３及び第４のプリント層が形成される。第１と第２のプリント層、若しくは第３と第４のプリント層が（焼結の後に）異なる多孔性を有している。有利には、第３と第４のプリント層が逆向きの印刷方向でプリントされる。同じく、第１と第２のプリント層が逆向きの印刷方向でプリントされる。このようにプリントされたグリーンシートが、必要に応じて同じくプリントされたグリーンシートと一緒に積層され、次いで焼結される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
　図１にセンサー部材（センサーエレメント）の基本構造が示してある。ヒーターの構造が図２（公知技術）並びに、図３（本発明の第１実施例）及び図４（本発明の第２実施例）に示してある。図面において互いに対応する構成部分には、同一の符号が付けてある。
【００１１】
　センサー部材１０，１１０が図１に示すように、第１、第２、第３及び第４の固体電解質シート２１，２２，２３，２４を備えている。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との間にヒーター４０，１４０を設けてあり、ヒーターがヒーター絶縁体３６，１３６によって第１及び第２の固体電解質シート２１，２２に対して電気的に絶縁されている。第２の固体電解質シート２２上に、第３及び第４の固体電解質シート２３，２４を接続して、即ち重ねてある。第３の固体電解質シート２３内に基準ガス室３５を設けてあり、基準ガス室が基準ガス、例えば周囲の空気で満たされている。基準ガス室３５内で第４の固体電解質シート２４に第１の電極３１が取り付けられている。第４の固体電解質シート２４の、第１の電極３１と逆の側に、第２の電極３２を取り付けてあり、該電極が測定ガスにさらされるように、即ち触れるようになっている。第２の電極３２は保護層（図示せず）で被覆されている。第１及び第２の電極３１，３２及び、該電極３１，３２間に配置された第４の固体電解質シート２４が、電気化学的なセル１５を形成しており、該セルが例えばネルンストセルとして作動される。
【００１２】
　図２に、公知技術のセンサー部材１１０が示してある。ヒーター１４０が第１、第２、第３及び第４のヒーター区分１４１，１４２，１４３，１４４を有しており、該各ヒーター区分がそれぞれセンサー部材１１０の縦軸線（長手方向軸線）１１１に対して平行にヒーター層平面内に配置されている。互いに直接に隣り合う各２つのヒーター区分１４１，１４２；１４２，１４３；１４３，１４４がそれぞれ、第１、第２及び第３の結合領域１５１，１５２，１５３で第５、第６及び第７のヒーター区分１４５，１４６，１４７によって互いに結合されている。第５、第６及び第７のヒーター区分１４５，１４６，１４７が、第１、第２、第３及び第４のヒーター区分１４１，１４２，１４３，１４４に対して垂直に延在し、即ち、センサー部材１１０の縦軸線１１１に対する垂直な平面（仮想平面）に対して平行に延在している。要するに一例を述べれば、第１のヒーター区分１４１と第５のヒーター区分１４５とが互いに直角のアングルを形成している。第１のヒーター区分１４１が第１のヒーター導線１６１に電気的に接続されており、かつ第４のヒーター区分１４４が第２のヒーター導線１６２に電気的に接続されている。
【００１３】
　図３に本発明の第１の実施例を示してあり、この場合、ヒーター４０が第１、第２、第３及び第４のヒーター区分４１，４２，４３，４４を有しており、該各ヒーター区分がそれぞれセンサー部材１０の縦軸線１１に対して平行にヒーター層平面内に配置されている。互いに直接に隣り合う各２つのヒーター区分４１，４２；４２，４３；４３，４４がそれぞれ、第１、第２及び第３の結合領域５１，５２，５３で第５、第６、第７及び第８のヒーター区分４５，４６，４７，４８によって互いに結合されており、この場合、第１の結合領域５１に第５のヒーター区分４５が延在し、第２の結合領域５２に第６及び第７のヒーター区分４６，４７が延在し、かつ第３の結合領域５３に第８のヒーター区分４８が延在している。第５、第６、第７及び第８のヒーター区分４５，４６，４７，４８が、センサー部材１０の縦軸線１１に対する垂直な平面に対して４５度の角度で配置されている。第１及び第２のヒーター区分４１，４２間、並びに第３及び第４のヒーター区分４３，４４間の第１並びに第３の結合領域５１，５３が、それぞれ２つのアングルを有しており、該アングルの一方の脚部（即ち、第５及び第８のヒーター区分４５，４８）が、センサー部材１０の縦軸線１１に対する垂直な平面に対して４５度傾けられており、他方の脚部が第１、第２、第３及び第４のヒーター区分４１，４２，４３，４４の領域によって形成されていて、従ってセンサー部材１０の縦軸線１１に対して平行である。第２及び第３のヒーター区分４２，４３間の第２の結合領域５２が第６及び第７のヒーター区分４６，４７によって形成されており、該ヒーター区分が互いに直角を成して配置されていて、かつそれぞれ、センサー部材１０の縦軸線１１に対する垂直な平面に対して４５度の角度を成している。第１のヒーター区分４１が第１のヒーター導線６１に電気的に接続されており、かつ第４のヒーター区分４４が第２のヒーター導線６２に電気的に接続されている。
【００１４】
　図４に本発明の第２の実施例を示してあり、該実施例は第１の実施例に対して、第１、第２及び第３の結合領域５１ａ，５２ａ，５３ａの構造の点で異なっている。第１、第２及び第３の結合領域５１ａ，５２ａ，５３ａは、各脚部がセンサー部材１０の縦軸線１１に対する垂直な平面に対してそれぞれ６０度の角度を成すアングルとして形成されている。
【００１５】
　本発明に基づくセンサー部材のヒーターは次のようにして製造され、即ち、未焼結の第１の固体電解質シート（グリーンシート）上にスクリーン印刷によって、まずヒーター絶縁体の第１及び第２のプリント層が形成され、次いでヒーターがヒーター導線と一緒に形成され、次いでヒーター絶縁体の第３及び第４のプリント層が形成される。第３及び第４のプリント層はヒーター絶縁体内の気泡を避けるために逆向きの印刷方向でプリントされる。プリントされたグリーンシートに、同じく機能層をプリントされた別の単数若しくは複数のグリーンシートが積み重ねられ、次いで、このようにして形成された積層複合体が焼結される。
【００１６】
　本発明は前述の実施例のラムダセンサーに限定されるものではなく、加熱式の別のセンサー部材、例えば広帯域ラムダセンサー若しくは、酸化窒素若しくは炭化水素の決定のためのセンサーにも用いられ得る。さらに本発明は、図示の実施例のヒーターに限定されるものではなく、センサー部材の縦軸線にほぼ平行な４つのヒーター区分よりも少ない若しくは多いヒーター区分を有するヒーターにも容易に用いられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】センサー部材の横断面図
【図２】公知技術のセンサー部材の、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った縦断面図
【図３】本発明に基づくセンサー部材の第１実施例の、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った縦断面図
【図４】本発明に基づくセンサー部材の第２実施例の、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面図
【符号の説明】
【００１８】
　１０　センサー部材、　１１　縦軸線、　２１，２２，２３，２４　固体電解質シート、　４０　ヒーター、　４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８　ヒーター区分、　５１，５２，５３　結合領域、　６１，６２　ヒーター導線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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