(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのオールセラミックヒータ（３，３’）と、該オールセラミックヒータ（３，３’）の第１の側に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１のセンサ構造体（９）と、を備えたセンサ、特に高温センサに関する。また本発明は、センサを製造する方法（１０００）にも関する。
2020515858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ、特に高温センサであって、
少なくとも１つのオールセラミックヒータ（３，３’）と、
前記オールセラミックヒータ（３，３’）の第１の側に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１のセンサ構造体（９）と、
を備えているセンサ。
【請求項２】
前記オールセラミックヒータ（３，３’）は、少なくとも１つの導電性のセラミックを有し、前記導電性のセラミックは、好適には、少なくとも２つの相互に別個の位置で電極（５ａ，５ａ’，５ｂ，５ｂ’）に接触接続し、さらに前記オールセラミックヒータ（３，３’）は、少なくとも１つの電気的絶縁性のセラミックを有し、前記電気的絶縁性のセラミックは、前記導電性のセラミックを少なくとも部分的に取り囲み、好適には完全に取り囲む、
請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記導電性のセラミックは、ケイ化物、炭酸塩および／または窒化物粉末、および、タングステン、タンタル、ニオブ、チタン、モリブデン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムおよび／またはクロムのグループからの少なくとも１つの元素を含むセラミック粉末から形成されており、
前記電気的絶縁性のセラミックは、窒化ケイ素および／または窒化アルミニウムを含む熱伝導性のセラミック粉末から形成されている、
請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
前記オールセラミックヒータ（３，３’）は、０．３ｍｍから３ｍｍの間の厚さを有し、好適には０．５ｍｍから１．５ｍｍの間の厚さを有する、
請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項５】
前記センサは、
前記オールセラミックヒータ（３，３’）の第１の側に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１の絶縁層（７）
および／または
前記オールセラミックヒータ（３，３’）の前記第１の側とは反対側の第２の側に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第２の絶縁層（７’）
を備える、
請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項６】
前記第１の絶縁層（７）および／または前記第２の絶縁層（７’）は、電気的絶縁性のセラミックを含む、
請求項５記載のセンサ。
【請求項７】
前記オールセラミックヒータ（３，３’）の第１の側もしくは第２の側に配置された前記第１のセンサ構造体（９）および／または第２のセンサ構造体（９’）は、温度測定のための少なくとも１つの抵抗構造体を含み、特に蛇行形状の測定抵抗を含む、
請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項８】
前記オールセラミックヒータ（３，３’）の第１の側もしくは第２の側に配置された前記第１のセンサ構造体（９）および／または第２のセンサ構造体（９’）は、煤粒子の堆積物の濃度を測定する少なくとも１つの櫛形構造体、ＩＤＫ構造体を含む、
請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項９】
前記オールセラミックヒータ（３，３’）の第１の側もしくは第２の側に配置された前記第１のセンサ構造体（９）および／または第２のセンサ構造体（９’）は、少なくとも１つの電気的加熱素子と、アネモメータ式測定用の少なくとも１つの温度センサと、を含む、
請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項１０】
前記第１のセンサ構造体（９）および／または第２のセンサ構造体（９’）は、少なくとも１つの白金材料を含む、
請求項１から９までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項１１】
前記センサは、
前記第１のセンサ構造体（９）に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１のセラミック中間層（１１）
および／または
第２のセンサ構造体（９’）に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第２のセラミック中間層（１１’）
を有し、
前記第１および／または第２のセラミック中間層（１１，１１’）は、好適には酸化アルミニウムおよび／または酸化マグネシウムを含む、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項１２】
前記センサは、
前記第１のセラミック中間層（１１）に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１のカバー層（１３）
および／または
前記第２のセラミック中間層（１１’）に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第２のカバー層（１３’）
を有する、
請求項１１記載のセンサ。
【請求項１３】
特に自動車の排気システム内の、温度センサ、煤センサ、流量センサとしての、および／または、温度センサ、煤センサおよび／または流量センサからの組み合わせを含むマルチセンサとしての、
請求項１から１２までのいずれか１項記載のセンサの使用。
【請求項１４】
センサ、特に高温センサを製造する方法であって、前記方法は、
少なくとも１つのオールセラミックヒータ（３，３’）を提供するステップ（１０１０）と、
少なくとも１つの第１のセンサ構造体（９）を、前記オールセラミックヒータ（３，３’）の第１の側に少なくとも部分的に被着させるステップ（１０１５）と、
を含む方法。
【請求項１５】
前記提供するステップ（１０１０）は、導電性のセラミックと電気的絶縁性のセラミックとの共焼結を用いて前記オールセラミックヒータ（３，３’）を製造するステップ（１００５）を含み、かつ／または、前記被着させるステップ（１０１５）は、特に薄膜技術において、白金材料を用いて第１の絶縁層（７）を印刷するステップを含む、
請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１記載のガスパラメータを決定するセンサに関する。また、本発明は、センサを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術からはガスを分析する様々なセンサが公知である。この種のセンサは、内燃機関の排気システム内で、例えば温度センサ、煤センサ、流量センサとして、および異なるセンサタイプの組み合わせを含み得るマルチセンサとして頻繁に使用される。この種の内燃機関の燃焼ガスまたは排気ガスは、エンジンに対する排気システム内でのセンサの位置に依存して、非常に高温になり得る。それゆえ、センサが冷却されると、それに応じて非常に大きな温度勾配が頻繁に発生する可能性があり、これはセンサの機能に悪影響を及ぼしかねない。また、これらのセンサは、用途に応じて、機能性の保証のために、恒久的または所定の時間間隔で積極的に、熱分解洗浄するための所定の温度レベルにもたらす必要がある。それゆえ、これらのセンサには高い熱衝撃耐性を持たせる必要があり、すなわち大きな温度変化に対する高い抵抗性が必要である。例えばこの種の温度変化は、凝縮液滴の付着によって生じる可能性がある。
【０００３】
内燃機関の排気システム内で使用できるセンサの例は、国際公開第２００７／０４８５７３号（ＷＯ２００７／０４８５７３Ａ１）に記載されている。このセンサは、温度測定素子と加熱素子とを備えた流量センサ素子を含んでいる。これらの素子は、支持体要素に配置されており、この場合、温度測定素子は、温度測定用のセラミック基板上に白金薄膜抵抗を有し、付加的な白金薄膜抵抗によって加熱される。
【０００４】
加熱素子を備えた煤センサの例は、国際公開第２００６／１１１３８６号（ＷＯ２００６／１１１３８６Ａ１）に示される。記載された煤センサは、煤付着を決定する基板上のセンサ構造体を有する。煤の燃焼清浄化のために、加熱導体が白金からなる薄膜構造体として基板上に配置されている。
【０００５】
いずれにせよ、従来技術から公知のセンサは、センサ構造体および加熱素子が基板上で広い面積を占めるという欠点を有する。また、従来技術から公知のセンサの製造コストも、低抵抗の加熱素子における貴金属の割合が大きいため相応に高い。さらなる欠点は、従来技術から公知の加熱素子は、熱衝撃耐性が低いことである。急速な温度変化に対するこのような低い抵抗性は、基板の材料における亀裂および／またはその他の変化となって頻繁に現れる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それゆえ、本発明の課題は、従来技術の欠点を克服する改良されたセンサを提供することにある。特に、製造が安価で高温耐性のセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、本発明により、請求項１の対象によるセンサによって解決される。
【０００８】
本発明によるセンサ、特に高温センサは、この目的のために、
少なくとも１つのオールセラミックヒータと、
オールセラミックヒータの第１の側に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１のセンサ構造体と、備える。
【０００９】
「オールセラミックヒータ」という用語は、導電性のセラミックからなる加熱導体と電気的絶縁性のセラミックからなるスリーブとを含むヒータを意味するものと理解されたい。導電性のセラミックおよび電気的絶縁性のセラミックは、均質体にすべく焼結されてもよい。
【００１０】
好適には、導電性のセラミックの領域および電気的絶縁性のセラミックの領域は、未焼結体として接合され、オールセラミックヒータは、共焼結により、すなわち共通の焼結ステップで完成される。それゆえ、本発明の例では、オールセラミックヒータは「共焼結されたオールセラミックヒータ」とも称され得る。
【００１１】
「センサ構造体」とは、本発明の趣旨では、通過するガスの少なくとも１つのガスパラメータを検出するように適合されたあらゆる構造体を意味するものと理解されたい。
【００１２】
本発明は、オールセラミックヒータが実質的に貴金属成分なしで構成されるため、貴金属含有量が低減されたセンサを製造することができるという意外な認識に基づいている。電極、例えば、貴金属成分を含み得る電気的リード導体は、セラミックの接触接続のためにのみ使用され得る。本発明の例では、これらの電極は、さらに好適には、実質的に貴金属成分を含まない導電性のセラミックによって形成されてもよい。
【００１３】
本発明によれば、その際に破壊またはドリフト、すなわちセンサの出力信号の変化を引き起こすことなく、さらに測定すべきパラメータの変化を引き起こすことなく、１０００℃を超える高温ならびに急速な温度変化に耐える高温用途用のセンサを作成するのに初めて成功した。
【００１４】
さらに好適には、このセンサは、同様のサイズを有する従来技術から公知のセンサと比べて、より広いスペースをセンサ構造体のために提供する。なぜなら、本発明によるセンサの場合には、センサ構造体の周りもしくは内部に配置された支持体要素または基板の表面に対する加熱は必ずしも必要ないからである。
【００１５】
また、セラミックの良好な経年劣化耐性と耐摩耗性とにより、ヒータの長寿命が保証される。このように構成されたオールセラミックヒータを用いることにより、１０００℃までの温度を高い信頼性のもとで検出できる。オールセラミックヒータのさらなる利点は、短い加熱時間、低い残留熱、改善された制御性、高温での長寿命化、ならびに高い機械的強度である。
【００１６】
オールセラミックヒータに基づくセンサのさらなる利点は、導電性の媒体、例えば液体またはイオン化ガス内での使用の可能性である。オールセラミックヒータの電気的絶縁性のスリーブに基づき、露出すべきヒータとは対照的に短絡のリスクは生じない。
【００１７】
一例では、オールセラミックヒータは少なくとも１つの導電性のセラミックを有し、この導電性のセラミックは、好適には、少なくとも２つの相互に別個の位置で電極に接触接続する。さらにオールセラミックヒータは、少なくとも１つの電気的絶縁性のセラミックを有し、この場合、この電気的絶縁性のセラミックは、導電性のセラミックを少なくとも部分的に取り囲み、好適には完全に取り囲む。
【００１８】
導電性のセラミックは、加熱導体または加熱抵抗とも称され得る。導電性のセラミックの目的は、電気エネルギーを熱エネルギーに変換することである。この目的のために、導電性のセラミックは、好適には、例えば５＊１０−３Ωｃｍから５＊１０−１Ωｃｍの範囲の低い比抵抗を有し、そのため、セラミックは、電流が通流すると加熱される。加熱導体の抵抗は、セラミックにおける電極の空間的配置構成によって確定することができ、電極間の抵抗区間によって形成される。
【００１９】
この関係において、用語「電極」とは、導電性のセラミックに電気的に接続された電気的導体または電気的導体の領域、例えば端子パッドを指すために使用され得る。
【００２０】
本発明によれば、導電性のセラミックは、電気的絶縁性のセラミックによって少なくとも部分的に取り囲まれている。一例では、導電性のセラミックは、電気的絶縁性のセラミックにカプセル化されてもよいし、あるいはその上さらに気密にカプセル化されてもよい。したがって、オールセラミックヒータの表面は、電気的絶縁性のセラミックによって形成することができ、第１のセンサ構造体は、電気的絶縁性のセラミック上に配置することができる。
【００２１】
電極は、電気的絶縁性のセラミックを貫通して案内することができる。そのため、オールセラミックヒータを電気的に接触接続させることができ、例えば、電極を用いてオールセラミックヒータをエネルギー供給源に接続させることができる。これらの電極は、例えば金属ワイヤであってもよい。
【００２２】
オールセラミックヒータは、例えば、少なくとも１つのセラミック粉末の圧着により、いわゆる「未焼結体」として所望の形態に成形することができる。ただし、所望の用途に依存して、薄膜注入成形、押出成形、射出成形、および圧力スリップ注型などのさらに別の成形方法も未焼結体の製造のために使用することができる。未焼結体の製造後、この未焼結体は、窒素雰囲気下で焼結することができる。可能な一製造方法は、例えば、欧州特許出願公開第０３８４３４２号明細書（ＥＰ０３８４３４２Ａ１）に記載されている。
【００２３】
さらに、電気的絶縁性または導電性のセラミックは、例えばセラミックの機械的特性をより良好に確定できるように、２つ以上の粉末の混合物を含み得る。
【００２４】
好適には、作成されるセンサの意図された使用分野に応じて、粉末の量の割合は、相互に関連させて変更することができ、それによって、セラミックは、粉末の量に依存して異なる電気的特性および／または熱的特性を有し得る。
【００２５】
また粉末は均一に混合されてもよい。それにより、セラミックの材料特性は、セラミックの全伸長にわたって実質的に等しくなる。代替的に、セラミックには、所定の領域に不均一に混合された粉末を含ませることも可能であり、これは、それによって作成されるセンサの意図された使用分野に応じて、当該領域に、より良好な／より悪化した電気伝導率および／または熱伝導率を生じさせるためである。
【００２６】
一例では、導電性のセラミックは、ケイ化物、炭酸塩、および／または窒化物粉末、およびタングステン、タンタル、ニオブ、チタン、モリブデン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、および／またはクロムのグループからの少なくとも１つの元素を含むセラミック粉末から形成されており、ならびに電気的絶縁性のセラミックは、窒化ケイ素および／または窒化アルミニウムを含む熱伝導性のセラミック粉末から形成されている。
【００２７】
好適には、導電性のセラミックのセラミック粉末の元素は、導電性のセラミックが低い比抵抗を有することを生じさせる。さらに好適には、セラミック粉末の元素、電気的絶縁性のセラミックは、電気的絶縁性のセラミックが高い強度値、ならびに高い耐酸化性を有することを生じさせる。
【００２８】
さらなる一例では、オールセラミックヒータは、０．３ｍｍから３ｍｍの間の厚さを有し、好適には、オールセラミックヒータは、０．５ｍｍから１．５ｍｍの間の厚さを有する。
【００２９】
好適には、第１のセンサ構造体をそこに配置することができて、既に当該第１のセンサ構造体を加熱するのに十分な加熱出力が得られる、極端に薄いオールセラミックヒータが実現できる。
【００３０】
さらに一例では、センサは、
オールセラミックヒータの第１の側に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１の絶縁層、かつ／または
オールセラミックヒータの第１の側とは反対側の第２の側に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第２の絶縁層を備える。
【００３１】
第１および／または第２の絶縁層は、使用するオールセラミックヒータに依存して、導電性のセラミックに配置されるか、または既に電気的絶縁性のセラミックに配置されてもよく、さらに導電性のセラミックとセンサ構造体との間の電気的絶縁体として用いることができる。さらに好適には、第１および／または第２の絶縁層は、センサ構造体のための接着促進剤として用いることも可能である。
【００３２】
さらに一例では、第１の絶縁層および／または第２の絶縁層は、電気的絶縁性のセラミックを含む。
【００３３】
電気的絶縁性のセラミックは、良好な熱伝導特性を有し得る。したがって、発生した熱は、当該電気的絶縁性のセラミックを貫通して伝導され得る。一例では、第２の絶縁層は、既述のように第１の絶縁層と同じ材料を含み得る。いずれにせよ、第２の絶縁層は、第１の絶縁層の特性と比べて異なる絶縁および／または熱伝導特性を有する電気的絶縁性のセラミックも有し得る。
【００３４】
一例では、オールセラミックヒータの第１の側もしくは第２の側に配置された第１のセンサ構造体および／または第２のセンサ構造体は、温度測定のための少なくとも１つの抵抗構造体、特に蛇行形状の測定抵抗を含む。
【００３５】
測定抵抗は、２つの電極間で屈折した経過を有する導体路から形成され得る。例えば、導体路は、蛇行形状に構成されてもよい。この種の測定抵抗は、オールセラミックヒータの一方の側にのみ、すなわち第１の側もしくは第２の側に配置されてもよい。さらなる一例では、オールセラミックヒータの両側に測定抵抗を配置してもよい。
【００３６】
好適には、１つ以上のセンサ構造体は、オールセラミックヒータの表面全体にわたって延在し得る。なぜならオールセラミックヒータの表面には別個の加熱素子を配置する必要がないからである。
【００３７】
さらなる一例では、オールセラミックヒータの第１の側もしくは第２の側に配置された第１のセンサ構造体および／または第２のセンサ構造体は、煤粒子の堆積物の濃度を測定する少なくとも１つの櫛形構造体、ＩＤＫ構造体を含む。
【００３８】
通常、ＩＤＫ構造体は、煤粒子の決定のために煤センサに使用可能である。
【００３９】
一例では、オールセラミックヒータの第１の側もしくは第２の側に配置された第１のセンサ構造体および／または第２のセンサ構造体は、少なくとも１つの電気的加熱素子と、アネモメータ式測定用の少なくとも１つの温度センサと、を含む。
【００４０】
この種のセンサ構造体は、管路内、例えば排気システム内の流量を測定するために、フローセンサとも称され得る流量センサに使用することができる。
【００４１】
また、オールセラミックヒータの両側に様々なセンサ構造体を、様々なパラメータを決定するために配置してもよい。この種のセンサは、マルチセンサとも称され得る。
【００４２】
さらに一例では、第１のセンサ構造体および／または第２のセンサ構造体は、少なくとも１つの白金材料を含む。
【００４３】
好適には、１つ以上のセンサ構造体は、測定抵抗として白金抵抗を有し得る。
【００４４】
さらなる一例では、センサは、
第１のセンサ構造体に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１のセラミック中間層、かつ／または
第２のセンサ構造体に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第２のセラミック中間層を有し、
この場合、第１および／または第２のセラミック中間層は、好適には酸化アルミニウムおよび／または酸化マグネシウムを含む。
【００４５】
好適には、そのようなセラミック中間層は、例えば独国特許発明第１０２００７０４６９００号明細書（ＤＥ１０２００７０４６９００Ｂ４）に記載されているように、拡散バリアとして使用することができる。
【００４６】
さらに一例では、センサは、
第１のセラミック中間層に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１のカバー層、かつ／または
第２のセラミック中間層に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第２のカバー層を有する。
【００４７】
そのようなカバー層は、例えば独国特許発明第１０２００７０４６９００号明細書（ＤＥ１０２００７０４６９００Ｂ４）にも記載されているように、セラミック中間層に、例えば石英ガラスおよび任意選択的にセラミックを含み得るパッシベーション層として配置されてもよい。
【００４８】
本発明はまた、特に自動車の排気システム内の、温度センサ、煤センサ、流量センサとしての、かつ／または温度センサ、煤センサ、および／または流量センサからの組み合わせを含むマルチセンサとしての、先行する請求項のいずれか１項記載のセンサの使用を提案する。
【００４９】
さらに本発明では、センサ、特に高温センサを製造する方法が提案され、該方法は、以下のステップ、すなわち、
少なくとも１つのオールセラミックヒータを提供するステップと、
少なくとも１つの第１のセンサ構造体を、オールセラミックヒータの第１の側に少なくとも部分的に被着させるステップと、
を含む。
【００５０】
好適には、例えば欧州特許第０７６３６９３号明細書（ＥＰ０７６３６９３Ｂ１）に記載されているようなセラミックヒータを基板として使用することができ、１つ以上のセンサ構造体をセラミックヒータ上に配置することができる。好適には、これにより、センサを簡単かつ安価に製造することができる。
【００５１】
一例では、この方法は、次のことによって特徴付けられている。すなわち、提供するステップは、導電性のセラミックと、電気的絶縁性のセラミックとの共焼結を用いてオールセラミックヒータを製造するステップを含み、かつ／または被着させるステップは、特に薄膜技術において、白金材料を用いて第１の絶縁層を印刷するステップを含む。
【００５２】
ただし、例えば、白金層は、厚膜技術においても基板に被着させることができる。この目的のために、白金粉末を酸化物および結合材と混合し、スクリーン印刷によって基板に被着させ、続いて焼き戻しを行うことができる。
【００５３】
本発明のさらなる特徴および利点は、概略的な図面に基づき本発明の好適な実施形態が説明されている以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態によるセンサの概略的な分解図
【図２】本発明の一実施形態によるオールセラミックヒータの概略的な層図
【図３ａ】本発明の一実施形態によるオールセラミックヒータの分解図としての概略図
【図３ｂ】オールセラミックヒータの組み立てられた状態の図
【図４】本発明の一実施形態によるセンサを製造する方法を示した図
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１には、本発明の一実施形態によるセンサ１の概略的な分解図が示される。この例示的に示されたセンサ１は、オールセラミックヒータ３を備え、該オールセラミックヒータ３は、導電性のセラミックからなる加熱導体と、電気的絶縁性のセラミックからなるスリーブと、を含む。図示された実施形態では、導電性のセラミックおよび電気的絶縁性のセラミックは、均質体にすべく焼結されている。
【００５６】
さらに、図１は、オールセラミックヒータ３に配置された２つの電極５ａ，５ｂを示している。図示の実施形態では、これらの電極５ａ，５ｂは、電気的リード導体として構成されている。電極５ａ，５ｂは、２つの異なる位置で導電性のセラミックに接触接続し、そのため導電性のセラミックの領域は、これらの電極５ａ，５ｂの間で加熱導体または加熱抵抗として形成されている。電極５ａ，５ｂには、例えば電源などのエネルギー源（図１には示されていない）が接続されており、そのため電流が通流するとセラミックが加熱される。加熱導体の抵抗は、セラミックにおける電極５ａ，５ｂの配置構成によって決定でき、当該電極５ａ，５ｂ間の抵抗区間によって形成される。電極５ａ，５ｂは、図１に示された実施形態ではオールセラミックヒータ３の片側に隣接して配置されている。しかしながら当業者であるならば、図示されていない実施形態において、これらの電極５ａ，５ｂが、オールセラミックヒータ３の他の位置、例えばオールセラミックヒータ３の反対側に配置されてもよいことは周知である。さらに、図示されていない実施形態では、３つ以上の電極がオールセラミックヒータ３に配置されてもよい。例えば４つの電極がオールセラミックヒータ３に配置されてもよいし、相互に独立した２つの電流回路を閉成できるようにするために、導電性のセラミックを電気的に接触接続させることができる。図示されていない実施形態では、このようにして、異なる加熱電力を備え独立して切り替え可能な２つの加熱抵抗が、オールセラミックヒータ内で形成されてもよい。
【００５７】
任意選択的に、図１に示された実施形態では、オールセラミックヒータ３の第１の側に配置された第１の絶縁層７が示されている。例えば、第１の絶縁層７は、電気的絶縁性のセラミックペーストのスクリーン印刷によって製造することができる。代替的に、この目的のために第１の絶縁層７は、スパッタリング、熱蒸着またはエアロゾルデポジションのような方法を用いた金属酸化物でのコーティングによって製造することもできる。第１の絶縁層７は、オールセラミックヒータ３の表面を全面的に覆ってもよいし、あるいはオールセラミックヒータ３の表面の一部領域のみに配置されてもよい。また、図示されていない実施形態では、第１の絶縁層による電極の接触接続を可能にするために、第１の絶縁層の材料に陥入部が導入されてもよい。
【００５８】
オールセラミックヒータ３上または任意選択的に被着される第１の絶縁層７上に、第１のセンサ構造体９が配置されており、これは例えば白金抵抗構造体として実施されてもよい。図示の第１のセンサ構造体９は、例えば温度測定のために使用できるように、蛇行形状の抵抗構造体を示す。蛇行形状の抵抗構造体は、図１に示されるように、抵抗構造体を評価電子機器に接続できるようにするために（図１には図示せず）、２つの接続コンタクトを有し得る。図示の抵抗構造体に対して代替的または付加的に、図示されていない実施形態において、さらなるセンサ構造体および／または加熱素子が、オールセラミックヒータ３の第１の表面に配置されてもよい。
【００５９】
例えば、煤粒子を決定するために、蛇行形状の抵抗構造体の代わりにもしくはそれに隣接してＩＤＫ構造体が配置されてもよい。
【００６０】
さらに図１中では、単に任意選択的にのみ、第１のセンサ構造体９と、該第１のセンサ構造体９によって覆われていないオールセラミック加熱素子３の領域と、がセラミック中間層１１によって少なくとも部分的に覆われてもよいことが示される。このセラミック中間層１１も単に任意選択的にのみ、カバー層１３によって少なくとも部分的に覆われてもよい。しかしながら当業者であるならば、図１中に示されるセンサ１を、温度センサ、煤センサ、流量センサおよび／または自動車の排気システム内のマルチセンサとして使用するのに対して中間層１１および／またはカバー層１３が必ずしも必要なものではないことは周知である。
【００６１】
図１に示す実施形態では、オールセラミック加熱素子３の第２の側に第２の絶縁層７’が配置されており、この第２の絶縁層７’は、第１の絶縁層７と同じ材料を含み得る。
【００６２】
図示の実施形態では、例示的に煤粒子の決定のためのＩＤＫ構造体が、第２のセンサ構造体９’としてオールセラミックヒータ３に設けられている。本明細書に示されていない代替的な実施形態では、第２のセンサ構造体９’は、通過ガスの１つ以上のガスパラメータを検出するように適合された付加的／代替的な構造体も含み得る。
【００６３】
また、オールセラミックヒータ３の第１の側に関して本明細書で既に説明したように、第２のセンサ構造体９’に、少なくとも部分的にセラミック中間層１１’を配置してもよく、該セラミック中間層１１’にも少なくとも部分的にカバー層１３’を配置してもよい。
【００６４】
しかしながら、基板３の第２の側の構造体の配置構成は、本発明にとって必須なものではなく、本発明によるセンサ１は、オールセラミックヒータ３、第１の絶縁層７および第１のセンサ構造体９のみを含むものであってもよい。
【００６５】
図２には、本発明の一実施形態によるオールセラミックヒータ３’の概略的な層図が示されている。図２に示された層図は、既に図１に示されたオールセラミックヒータ３の構造体の図面であってもよい。
【００６６】
図２の左方の列には、いわゆる「未焼結体」として圧着された電気的絶縁性のセラミック粉末の実質的に同じ複数の層１５〜２３が示されている。これらの層１５〜２３は、図２に示されるように、実質的に矩形に構成されてもよい。しかしながら、図示されていない実施形態では、これらの層は、異なる幾何学形状を有してもよく、例えばこれらの層は、円形または楕円形であってもよい。
【００６７】
図２の中央の列には、３つの層１７’〜２１’が示され、これらの層１７’〜２１’は、左方の列に示された層１７〜２１が、例えば打ち抜き加工によって導入可能な陥入部を伴ったものであってもよい。層１７’および２１’には、加熱導体と電極との接触接続のための幾何学形状が形成されている。層１９’には、加熱導体のための幾何学形状が形成されている。図示の幾何学形状は、単なる例示であり、所望の用途に依存して、これらの幾何学形状は、図示のものとは異なるように構成されてもよい。例えば、加熱導体は、棒状または蛇行形状に構成されてもよい。
【００６８】
図２の右方の列には、３つの層１７”〜２１”が示され、これらの層１７”〜２１”は、中央の列に示された層１７’〜２１’が、陥入部に導入された導電性のセラミック粉末を伴ったものであってもよい。
【００６９】
図３ａおよび図３ｂには、本発明の一実施形態によるオールセラミックヒータ３’の分解図としての概略図と、組み立てられた状態の図とが示される。
【００７０】
図３ａには、図２に示された層１５，１７”，１９”，２１”および２３がスタックに配置されて示される。図２に示されたコンタクトには、加熱導体に接触接続するために、図３ａに示された実施形態において、電極５ａ’，５ｂ’が、コンタクトピンまたは接続ワイヤの形態で配置されている。
【００７１】
図３ｂでは、図３ａに示されたスタックが組み立てられた状態で示される。例えば、複数の層は、焼結を用いて相互に結合させることができる。例えば、焼結は、窒素雰囲気下で１６００〜２０００℃の温度の際に起こり得る。
【００７２】
図４は、本発明の実施形態による、センサ１を製造する方法１０００を示す。この方法１０００は、以下のステップ、すなわち、
少なくとも１つのオールセラミックヒータ３を提供するステップ１０１０と、
少なくとも１つの第１のセンサ構造体９を、オールセラミックヒータ３の第１の側に少なくとも部分的に被着させるステップ１０１５と、
を含む。
【００７３】
さらに、提供するステップ１０１０は、導電性のセラミックと電気的絶縁性のセラミックとの共焼結を用いてオールセラミックヒータ３，３’を製造するステップ１００５を含むこともできる。図４中では、このステップの境界線は、当該オールセラミックヒータを製造するステップ１００５が単に任意選択的であるため破線で示されている。
【００７４】
前述の説明、特許請求の範囲および図面に示されている特徴は、個々においても、任意の組み合わせにおいても、それらの様々な実施形態における本発明にとって重要であり得る。
【符号の説明】
【００７５】
１                      センサ
３，３’                オールセラミックヒータ
５ａ，５ａ’，５ｂ，５ｂ’  電極
７，７’                絶縁層
９，９’                センサ構造体
１１，１１’            セラミック中間層
１３，１３’            カバー層
１５                    第１の層
１７，１７’，１７”  第２の層
１９，１９’，１９”  第３の層
２１，２１’，２１”  第４の層
２３                    第５の層
１０００                センサを製造する方法
１００５                製造するステップ
１０１０                提供するステップ
１０１５                被着させるステップ
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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