DE102005023887A1 - Gasmessfühler und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

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Abstract

Ein mehrlagiger Gasmessfühler (1) enthält ein Festelektrolytsubstrat (11). Auf den Oberflächen des Festelektrolytsubstrats (11) sind eine messgasseitige Elektrode (21) und eine Bezugselektrode (22) vorgesehen. Die messgasseitige Elektrode (21) ist in einer Messgaskammer (23) vorgesehen. Eine Einlasslochschicht (15) hat ein Einlassloch (150), um ein Messgas von einer Umgebungsatmosphäre in die Messgaskammer (23) einzulassen und um dem in die Messgaskammer (23) eingelassenen Messgas einen Diffusionswiderstand zu verleihen. Bei der Herstellung dieses Gasmessfühlers (1) wird das Einlassloch (150) durch Durchführen einer Laserbestrahlung auf der Einlasslochschicht (15) ausgebildet.

Description

  • Die Anmeldung beansprucht die Prioritäten der am 25. Mai 2004 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-124529 und der am 9. Februar 2005 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-33159, deren Beschreibungen hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden.
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasmessfühler, der zur Verbrennungssteuerung eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors oder dergleichen verwendet wird, sowie auf ein Herstellungsverfahren dafür.
  • Um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Kraftstoffgemischs auf Grundlage einer Sauerstoffkonzentration im Abgas zu erfassen und um unter Bezugnahme auf das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine Verbrennungssteuerung eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors durchzuführen, wird bei einem Abgasregelungssystem üblicherweise in einer Auspuffvorrichtung dieses Motors ein Mischungsverhältnis-Sensor oder ein vergleichbarer Gassensor vorgesehen. Um das Abgas wirksam mit einem Dreiwegekatalysator reinigen zu können, ist es insbesondere wichtig, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemischs in einer Motorbrennkammer auf einen bestimmten Wert zu steuern. Als Gassensor für das oben angesprochene Abgasregelungssystem kann zum Beispiel ein Sauerstoffsensor verwendet werden, der die Sauerstoffkonzentration und ihre Schwankung im Abgas erfasst. Des Weiteren kann als Gassensor für das oben angesprochene Abgasregelungssystem auch ein NOx-Sensor verwendet werden, der die Konzentration von NOx (als eine der luftverschmutzenden Substanzen) in dem Abgas erfasst. Diese Gassensoren enthalten zum Beispiel Zirkoniumoxid-Festelektrolytsubstrate oder dergleichen, um einen Mischungsverhältnis- Messfühler, einen Sauerstoffmessfühler, einen NOx-Messfühler oder dergleichen für die Erfassung gewünschter Gaskonzentrationen zu bilden. Die JP-12-065782 A zeigt einen repräsentativen Aufbau dieser Gasmessfühler.
  • 20 zeigt einen üblichen Gasmessfühler, der ein Festelektrolytsubstrat 11, eine messgasseitige Elektrode 21 und eine Bezugselektrode 22, die auf Oberflächen des Festelektrolytsubstrats 11 vorgesehen sind, und eine Messgaskammer enthält, in der die messgasseitige Elektrode 21 vorgesehen ist. Die Messgaskammer besteht aus Fensterabschnitten 910 und 920, die in einer Isolierschicht 91 und einem Abstandshalter 92 vorgesehen sind, die auf dem Festelektrolytsubstrat 11 aufgeschichtet sind. Eine poröse Schicht 93 definiert eine Decke der Messgaskammer. Auf der porösen Schicht 93 ist eine dichte Schicht 94 aufgeschichtet. In die Messgaskammer wird von außerhalb des Messfühlers ein Messgas eingeleitet. Die zwischen der Umgebungsatmosphäre und der Messgaskammer liegende poröse Schicht 93 verleiht dem in die Messgaskammer eingeleiteten Messgas einen Diffusionswiderstand.
  • Wenn zwischen der messgasseitigen Elektrode und der Bezugselektrode eine passende Spannung angelegt wird, wird ein bestimmtes Gas auf der messgasseitigen Elektrode zerlegt und erzeugt Sauerstoffionen. Liegt die Spannung zwischen den Elektroden an, bewegen sich die Sauerstoffionen zur Bezugselektrode und fließt somit zwischen beiden Elektroden ein Strom. Gewöhnlich steigt der Stromwert proportional zur angelegten Spannung. Da der Gasmessfühler einen Diffusionswiderstand hat, wird die Durchflussmenge des von außen eingeleiteten Messgases im Wesentlichen durch den Diffusionswiderstand bestimmt. Dies führt zu einem Bereich, in dem der Strom trotz steigender Spannung nicht mehr wesentlich ansteigt. Der Stromwert in diesem Bereich wird als Grenzstromwert bezeichnet. Der Grenzstromwert ist proportional zur Konzentration des bestimmten Gases in dem Messgas. Durch die Messung des Grenzstromwerts, der beim Anlegen einer passenden Spannung zwischen der messgasseitigen Elektrode und der Bezugselektrode auftritt, kann somit die Konzentration des bestimmten Gases erfasst werden.
  • Der in dem Gassensor eingebaute Gasmessfühler muss sich rasch aktivieren lassen und eine hohe Erfassungsgenauigkeit haben, wenn er in dem oben angesprochenen Abgasregelungssystem verwendet wird. So ist es gewöhnlich erforderlich, dass der Sensor vor allem im Hinblick auf die Erfassungsgenauigkeit leistungsmäßig dazu in der Lage ist, eine genaue Erfassung der Gaskonzentration in einem Turboladersystem oder Dieselmotorsystem vorzunehmen, in dem das Abgas große Temperaturschwankungen und Druckschwankungen verursacht.
  • Wie in dem vorab abgedruckten Artikel 842054 des jährlichen Kongresses der Gesellschaft für Kraftfahrzeugtechniker in Japan berichtet wurde, wird der Grad der Abhängigkeit durch den Beitrag der Diffusionsmuster, wie etwa zwischen der Knudsen-Diffusion und der molekularen Diffusion, bestimmt, falls das Abgas (d.h. das Messgas) in einem Diffusionswiderstandsabschnitt des Gasmessfühlers diffundiert. Der Beitrag der Diffusionsmuster ist in der Regel hauptsächlich vom Porendurchmesser des Diffusionswiderstandsabschnitts abhängig, weswegen sich die Temperaturschwankungen und die Druckschwankungen gegenseitig ausgleichen. Es ist daher schwierig, sowohl den Einfluss der Temperaturschwankungen als auch den Einfluss der Druckschwankungen durch eine Abänderung des Diffusionsaufbaus des Gasmessfühlers zu reduzieren. In der Entwicklungsphase wird daher gewöhnlich je nach Marktanforderungen das Gleichgewicht zwischen den Temperaturschwankungen und den Druckschwankungen optimiert.
  • Wenn der Diffusionswiderstandsabschnitt zum Beispiel einen Porendurchmesser von kleiner oder gleich 1 μm haben soll, wird vorzugsweise eine poröse Schicht mit einer höheren Porosität verwendet, um den Diffusionswiderstandsabschnitt zu bilden. Wenn der Diffusionswiderstandsabschnitt einen Porendurchmesser von größer oder gleich 70 μm haben soll, wird dagegen vorzugsweise ein Stiftloch (d.h. ein Einlassloch) verwendet, um den Diffusionswiderstandsabschnitt zu bilden. Bezüglich eines Diffusionswiderstandsabschnitts mit einem Porendurchmesser irgendwo zwischen 1 μm und 70 μm ist die Verwendung einer Schlitzanordnung vorzuziehen, wie sie in der JP 2000-28576 A gezeigt ist. Es ist auch möglich, die Beiträge der Knudsen-Diffusion und der molekularen Diffusion durch geeignetes Kombinieren von zwei Diffusionswiderstandsabschnitten (d.h. dem Stiftloch und der poröse Schicht) einzustellen, damit die Erfassungsgenauigkeit des Gasmessfühlers mit einem guten Gleichgewicht von sowohl den Temperaturschwankungen als auch den Druckschwankungen abhängt.
  • Bei dem Verfahren, das die Schlitzanordnung verwendet, oder dem Verfahren, das die poröse Schicht und das Stiftloch kombiniert, besteht jedoch die Tendenz, dass die Gasmessfühler hinsichtlich der Ausgangssignalkennlinie Herstellungsunterschiede aufweisen. Bezüglich der Ausgangssignalunterschiede ist es möglich, eine externe Einstellung einzusetzen, die einen einstellbaren Widerstand verwendet (siehe JP 7-27391 U). Es ist auch möglich, bei einem fertigen Gasmessfühler eine geeignete Schleifbearbeitung durchzuführen, um die Diffusionswiderstände zu ändern (siehe JP 2001-153835 A). Bezüglich des Porendurchmessers ist es jedoch schwierig, den Schlitzaufbau abzuändern, nachdem der Gasmessfühler fertiggestellt wurde. Sofern der Gasmessfühler eine Schlitzanordnung einsetzt, ist es aus diesem Grund schwierig, die Ausgangskennlinie einzustellen.
  • Des Weiteren ist es zwar bei der komplexen Vorgehensweise, bei der die poröse Schicht und das Stiftloch kombiniert werden, möglich, die poröse Schicht im Messgasstrom auf der stromaufwärtigen Seite des Stiftlochs anzuordnen und auch den Beitrag der Knudsen-Diffusion und der Molekulardiffusion durch eine geeignete Schleifbearbeitung der porösen Schicht einzustellen, doch ist es im Großen und Ganzen schwierig, durch Ändern oder Einstellen nur eines Parameters (d.h. des Diffusionswiderstands der porösen Schicht) die Temperaturabhängigkeit, die Druckabhängigkeit und auch die Ausgangssignaleinstellung zu steuern.
  • Angesichts der oben beschriebenen Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gasmessfühler, der eine vorbestimmte Temperaturabhängigkeit und Druckabhängigkeit hat und dessen Ausgangssignal leicht einzustellen ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Messfühlers zur Verfügung zu stellen.
  • Um die obige und andere verwandte Aufgaben zu lösen, sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Gasmessfühlers vor, der ein Festelektrolytsubstrat, eine messgasseitige Elektrode und eine Bezugselektrode, die auf Oberflächen des Festelektrolytsubstrats vorgesehen sind, eine Messgaskammer, in der die messgasseitige Elektrode vorgesehen ist, und eine Einlasslochschicht mit einem Einlassloch hat, um ein Messgas von einer Umgebungsatmosphäre in die Messgaskammer einzulassen und um dem in die Messgaskammer eingelassenen Messgas einen Diffusionswiderstand zu verleihen, wobei das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren den Schritt Durchführen einer Laserbestrahlung auf der Einlasslochschicht beinhaltet.
  • Wie oben beschrieben wurde, hängen die Temperaturabhängigkeit bezüglich des Ausgangssignals eines Gasmessfühlers und die Druckabhängigkeit im Ausgangssignal von dem Durchmesser des Einlasslochs ab. Der Gasmessfühler besteht im Allgemeinen aus einem Keramikkörper. Als ein Verfahren zur Bearbeitung des Keramikkörpers ist es bekannt, einen Diamantschleifstein, einen Bohrer oder andere Werkzeuge zu verwenden. Des Weiteren wird bei einem Strahlverfahren Aluminiumoxidpulver oder dergleichen gegen einen Abschnitt gesprüht, wo das Einlassloch ausgebildet werden soll. Der Diamantschleifstein wird normalerweise verwendet, um eine plane Fläche zu bearbeiten, ist aber nicht bei der Bildung des Einlasslochs vorzuziehen. Der Bohrer kann aufgrund seiner Festigkeit nicht verwendet werden, um ein kleines Loch mit einem Durchmesser von weniger als 100 μm zu öffnen. Mit dem Strahlverfahren lässt sich die Bearbeitung nicht genau steuern, da es einen Luftstrom nutzt. Darüber hinaus wird der Gasmessfühler im Allgemeinen durch Sintern eines mehrlagigen Körpers aus aufeinander geschichteten Keramikgrünlagen hergestellt. Es ist zwar möglich, durch beispielsweise Stanzen der Grünlage einer Einlasslochschicht vorab für ein Durchgangsloch zu sorgen, doch ist es schwierig, ein Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 100 μm oder weniger zu bilden, wenn die Festigkeit der bei der Stanzbearbeitung verwendeten Nadel Berücksichtigung findet.
  • Angesichts dieser Probleme verwendet das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren die Laserbestrahlung, um ein Durchgangsloch zu bilden. Die Bestrahlung mit dem Laserstrahl ermöglicht es, eine vorbestimmte Stelle der Einlasslochschicht aufzuschmelzen und zu sublimieren, um das Durchgangsloch zu bilden. Der Laserstrahl bildet einen verdichteten Strahl mit fokussierter höherer Energiedichte, was vorzuziehen ist, um die Bestrahlungsstelle präzise einzustellen. Darüber hinaus ist es möglich, durch eine optische Einstellung des Laserstrahldurchmessers und den Einsatz einer geeigneten Maske ein Durchgangsloch mit einem genauen Durchmesser zu bilden. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren lässt sich demnach leicht ein Einlassloch für den Gasmessfühler erzielen, durch das sich die gewünschte Druckkennlinie und Temperaturkennlinie erreichen lässt.
  • Darüber hinaus ist es möglich, die Größe des Einlasslochs durch Wiederholung der Laserbestrahlung in einem Abschnitt neben dem bereits gebildeten Einlassloch zu vergrößern. Der Durchmesser des bestehenden Einlasslochs kann also leicht geändert werden. Wenn der Laserstrahl auf einen anderen Abschnitt als den des bereits gebildeten Einlasslochs abgestrahlt wird, lässt sich beliebig das beabsichtigte Ausgangssignal erzielen, wenn der Durchmesser des Einlasslochs auf einen bestimmten Wert eingestellt wird (was daran liegt, dass das Ausgangssignal des Gasmessfühlers von der Summe der Querschnittsfläche der gebildeten Gaseinlasslöcher abhängt). Entsprechend leicht fällt es, die Ausgangssignaleinstellung zu realisieren, während ein vorbestimmter Lochdurchmesser beibehalten wird. Des Weiteren lässt sich die Laserbestrahlung leicht durch Verwendung eines Laseroszillators realisieren. Die Erfindung stellt also wie oben beschrieben ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers zur Verfügung, der eine vorbestimmte Temperaturabhängigkeit und Druckabhängigkeit hat, und dessen Ausgangssignal sich leicht einstellen lässt.
  • Die Erfindung sieht außerdem einen Gasmessfühler vor, der ein Festelektrolytsubstrat, eine messgasseitige Elektrode und eine Bezugselektrode, die auf Oberflächen des Festelektrolytsubstrats vorgesehen sind, eine Messgaskammer, in der die messgasseitige Elektrode vorgesehen ist, und eine Einlasslochschicht mit einem Einlassloch hat, um ein Messgas von einer Umgebungsatmosphäre in die Messgaskammer einzuleiten und um dem in die Messgaskammer eingeleiteten Messgas einen Diffusionswiderstand zu verleihen, wobei das Einlassloch ein durch Laserbestrahlung gebildetes Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 1 μm bis 50 μm ist.
  • Der erfindungsgemäße Gasmessfühler hat in der Einlasslochschicht ein durch Laserbestrahlung gebildetes Einlassloch. Der Durchmesser dieses Einlasslochs liegt im Bereich von 1 μm bis 50 μm. Die Bestrahlung mit dem Laserstrahl ermöglicht es, eine vorbestimmte Stelle der Einlasslochschicht aufzuschmelzen und zu sublimieren, um das Durchgangsloch zu bilden. Der Laserstrahl bildet einen verdichteten Strahl mit fokussierter höherer Energiedichte, was vorzuziehen ist, um die Bestrahlungsstelle genau einzustellen. Des Weiteren ist es möglich, durch eine optische Einstellung des Laserstrahldurchmessers und den Einsatz einer geeigneten Maske ein Durchgangsloch mit einem genauen Durchmesser zu bilden. Mit der Erfindung lässt sich daher leicht ein Einlassloch für einen Gasmessfühler erzielen, der die gewünschten Druckkennlinie und Temperaturkennlinie besitzt. Des Weiteren kann die Laserbestrahlungsbearbeitung leicht mit Hilfe eines Laseroszillators realisiert werden. Außerdem lässt sich leicht eine Änderung des Durchmessers des Einlasslochs bewerkstelligen. Da das Durchgangsloch einen Durchmesser im Bereich von 1 μm bis 50 μm hat, hat das Einlassloch des Weiteren einen Diffusionswiderstand, der von sowohl der Molekulardiffusion als auch der Knudsen-Diffusion abhängt. Wird für ein Einlassloch mit einem kleinen Durchmesser gesorgt, erzeugt der Gasmessfühler demnach kein von der Temperatur abhängiges Ausgangssignal. Wird für ein Einlassloch mit einem großen Durchmesser gesorgt, erzeugt der Gasmessfühler kein vom Druck abhängiges Ausgangssignal. Es ist daher leicht, einen Gasmessfühler entsprechend der Umgebung zu entwickeln. Angesichts der Erreichbarkeit einer Einstellung der optischen Achse bei einer zur Laserbestrahlung verwendeten Bestrahlungsvorrichtung ist es allerdings schwierig, den Laser so einzustellen, dass er ein Durchgangsloch mit einem Durchmesser von weniger als 1 μm bildet. Des Weiteren lässt sich zwar die Energiedichte durch Verdichten des Laserstrahls erhöhen, doch blockieren die durch die Laserbestrahlung aufgeschmolzenen und sublimierten Teilchen ungewollt den Laserstrahl, falls das Bearbeitungsloch einen Durchmesser von 1 μm oder weniger hat. Die Erfindung stellt also einen Gasmessfühler zur Verfügung, der eine vorbestimmte Temperaturabhängigkeit und Druckabhängigkeit hat und dessen Ausgangssignal sich leicht einstellen lässt.
    •
  • Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen deutlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung hervor, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Es zeigen:
  • 1 im Schnitt einen Gasmessfühler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 in einer auseinander gezogenen Perspektivansicht den Gasmessfühler gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 im Schnitt ein Verfahren zum Bilden eines Einlasslochs des Gasmessfühlers durch eine Laserbestrahlung unter Verwendung eines Schlitzes und einer konvexen Linse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4 im Schnitt ein Verfahren zum Bilden eines Einlasslochs des Gasmessfühlers durch eine Laserbestrahlung unter Verwendung einer konvexen Linse und einer konkaven Linse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 im Schnitt ein Verfahren zur Steuerung der Bearbeitung einer Einlasslochschicht basierend auf einer optischen Überwachung der Bestrahlungsstelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 6 in Draufsicht ein Bearbeitungsverfahren zur Bestimmung des Durchmessers und der Anzahl an benötigten Einlasslöchern basierend auf einem gemessenen Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 7 im Schnitt einen Gasmessfühler mit einer Vielzahl von Einlasslöchern gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 8 einen zweizelligen Gasmessfühler gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 9 im Schnitt einen Gasmessfühler mit einer porösen Schicht auf der Einlasslochschicht gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 10 in einer auseinander gezogenen Perspektivansicht einen Gasmessfühler mit einem von seiner Seitenfläche ausgehenden Einlassloch gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Gasmessfühlers gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 12 in Draufsicht eine messgasseitige Elektrode und ihre Umgebung bei einem Gasmessfühler gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 13 in Draufsicht eine ringförmige messgasseitige Elektrode und ihre Umgebung bei einem Gasmessfühler gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 14 im Schnitt eine messgasseitige Elektrode und ihre Umgebung bei einem Gasmessfühler gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 15 in Draufsicht eine messgasseitige Elektrode und ihre Umgebung bei einem Gasmessfühler gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 16 in Perspektivansicht ein Verfahren zum Bilden eines Einlasslochs des Gasmessfühlers gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 17 in Draufsicht eine messgasseitige Elektrode und ihre Umgebung bei einem Gasmessfühler gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 18 grafisch eine Ausgangssignaländerung eines Gasmessfühlers während einer Lochbildungsbearbeitung gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 19 in Draufsicht eine messgasseitige Elektrode und ihre Umgebung bei einem Gasmessfühler gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 20 in einer auseinander gezogenen Perspektivansicht einen herkömmlichen Gasmessfühler.
  • Die Erfindung sieht einen mehrlagigen Gasmessfühler mit einem Festelektrolytsubstrat vor. Auf den Oberflächen dieses Festelektrolytsubstrats sind eine messgasseitige Elektrode und eine Bezugselektrode vorgesehen. Die messgasseitige Elektrode ist in einer Messgaskammer vorgesehen. Eine Einlasslochschicht hat ein Einlassloch, um ein Messgas von einer Umgebungsatmosphäre in die Messgaskammer einzulassen und um dem in die Messgaskammer eingelassenen Messgas einen Diffusionswiderstand zu verleihen.
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren enthält den Schritt Bilden des Einlasslochs durch Durchführen einer Laserbestrahlung auf der Einlasslochschicht.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Gasmessfühler und dem Herstellungsverfahren dafür befinden sich die messgasseitige Elektrode und die Bezugselektrode auf dem Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytsubstrat. Die beiden Elektroden bilden gemeinsam eine elektrochemische Zelle. Basierend auf dem in dieser elektrochemischen Zelle fließenden Sauerstoffionenstrom wird die Konzentration eines vorbestimmten Gases gemessen. Der erfindungsgemäße Gasmessfühler ist zum Beispiel ein Sauerstoffmessfühler, der in einem Messgas die Sauerstoffkonzentration messen kann, oder ein Gasmessfühler, der ein bestimmtes Gas wie NOx, CO oder HC dazu bringt, sich zu zerlegen und Sauerstoffionen zu bilden, und basierend auf den erzeugten Sauerstoffionen die Konzentration dieses bestimmten Gases messen kann.
  • Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Gasmessfühler zum Beispiel ein Mischungsverhältnis-Messfühler sein, der sich in einer Auspuffvorrichtung eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors befindet und die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas messen und basierend auf der gemessenen Sauerstoffkonzentration das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einer Brennkammer des Verbrennungsmotors messen kann.
  • Darüber hinaus hat das Einlassloch bei der Erfindung einen Diffusionswiderstand. Gewöhnlich steigt der Stromwert proportional zur angelegten Spannung an. Bei einem Gasmessfühler mit einem Diffusionswiderstandsabschnitt wird die Durchflussmenge des von außen eingeleiteten Messgases jedoch im Wesentlichen durch den Diffusionswiderstandsabschnitt bestimmt. Dies führt zu einem Bereich, in dem der Strom trotz des Spannungsanstiegs im Wesentlichen nicht ansteigt. Der Stromwert in diesem Bereich wird als Grenzstromwert bezeichnet. Der Grenzstromwert ist proportional zur Konzentration eines bestimmten Gases in dem Messgas. Die Konzentration des bestimmten Gases kann demnach erfasst werden, indem der Grenzstromwert gemessen wird, der auftritt, wenn eine passende Spannung zwischen der messgasseitigen Elektrode und der Bezugselektrode anliegt. Das Einlassloch wird bei der Erfindung durch ein Durchgangsloch gebildet, das es dem Gasmessfühler erlaubt, eine solche Kennlinie zu zeigen.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es vorzuziehen, dass der Durchmesser des Einlasslochs in einem Bereich von 1 μm bis 50 μm liegt. Wenn das Durchgangsloch einen Durchmesser im Bereich von 1 μm bis 50 μm hat, hat das Einlassloch einen Diffusionswiderstand, der von sowohl der Molekulardiffusion als auch der Knudsen-Diffusion abhängt. Wird für ein Einlassloch mit einem kleinen Durchmesser gesorgt, erzeugt der Gasmessfühler demnach kein von der Temperatur abhängiges Ausgangssignal. Wird für ein Einlassloch mit einem großen Durchmesser gesorgt, erzeugt der Gasmessfühler kein vom Druck abhängiges Ausgangssignal. Es fällt somit leicht, einen Gasmessfühler entsprechend der Umgebung zu entwickeln. Angesichts der Erreichbarkeit einer Einstellung der optischen Achse bei einer zur Laserbestrahlung verwendeten Bestrahlungsvorrichtung ist es allerdings schwierig, den Laser so einzustellen, dass er ein Durchgangsloch mit einem Durchmesser von weniger als 1 μm bildet. Des Weiteren lässt sich zwar die Energiedichte durch Verdichten des Laserstrahls erhöhen, doch blockieren die durch die Laserbestrahlung aufgeschmolzenen und sublimierten Teilchen ungewollt den Laserstrahl, falls das Bearbeitungsloch einen Durchmesser von 1 μm oder weniger hat. Da die Laserbestrahlung eine Bearbeitung ist, die Teilchen aufschmilzt und sublimiert, kann außerdem bei der Bearbeitung eines großen Lochs die Abführung der Bearbeitungswärme unzureichend sein. Der Messfühler kann durch Wärmespannung brechen. Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass der Durchmesser kleiner oder gleich 50 μm ist.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es außerdem vorzuziehen, dass das Einlassloch aus einer Vielzahl von Löchern besteht. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist es möglich, ein Durchgangsloch mit einem gewünschten Durchmesser zu bilden. Somit lässt sich ein Gasmessfühler erzielen, der Schwankungen der Temperaturlinie oder Druckkennlinie unterdrückt, die vom Porendurchmesser des Durchgangslochs abhängen. Durch das Vorsehen mehrer Einlasslöcher ist es außerdem leicht, einen Gasmessfühler mit dem erforderlichen Ausgangssignal zu erzielen. Wenn zum Beispiel angesichts der Anforderung an die Temperaturkennlinie und Druckkennlinie ein kleines Loch vorzuziehen wäre, sorgen mehrere kleine Einlasslöcher für eine ausreichende Einlasslochfläche, die der eines großen Durchgangslochs entspricht.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es des Weiteren vorzuziehen, dass mindestens eines der mehreren Einlasslöcher vor dem Sintern des Gasmessfühlers gebildet wird. In diesem Fall kann das angesprochene Einlassloch gebildet werden, bevor die Einlasslochschicht hart geworden ist. Das Einlassloch lässt sich daher leicht ohne großen Zeitaufwand bilden.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es des Weiteren vorzuziehen, dass bei der Durchführung der Laserbestrahlung der Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers gemessen wird und unter Bezugnahme auf den Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers der Durchmesser und die Anzahl der erforderlichen Einlasslöcher (oder des Einlasslochs) festgelegt werden. Die Festlegung der Anzahl an Einlasslöchern unter Bezugnahme auf das gemessene Ausgangssignal bringt die Wirkung mit sich, dass sicher ein Gasmessfühler mit der beabsichtigten Ausgangssignalkennlinie erzielt wird.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es des Weiteren vorzuziehen, die Laserbestrahlung unter Verwendung eines Pulslasers (engl.: pulse oscillation laser) durchzuführen. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Wellenlänge des Lasers kleiner oder gleich 350 nm ist. Außerdem ist es vorzuziehen, dass die Pulshalbwertsbreite des Lasers kleiner oder gleich 1 ps ist. Die Laserbestrahlung wird zum Beispiel unter Verwendung eines Excimer-Lasers oder eines YAG-Lasers, der einen Generator für eine dritte Oberschwingung verwendet, oder unter Verwendung eines Titan-Saphir-Lasers durchgeführt.
  • Der Gasmessfühler besteht aus einem Keramikkörper. Wenn auf dem Keramikkörper die Laserbestrahlung durchgeführt wird, kommt es zu einer lokalen Erhitzung und können in dem Bereich oder in der Nähe des Bereichs, wo der Laserstrahl auftrifft, Risse auftreten. Dieses Problem kann durch die Verwendung eines Pulslasers gelöst werden, da die Laserbestrahlung periodisch erfolgt. In diesem Fall ist ein Pulslaser mit einer Pulshalbwertsbreite von kleiner oder gleich 1 ps vorzuziehen, da er die oben angesprochenen Risse durch lokale Erhitzung vermindern oder beseitigen kann. So ist insbesondere ein Titan-Saphir-Laser vorzuziehen, da er die Fähigkeit hat, äußerst kurze Impulse von ungefähr 100 fs zu erzeugen. Aber auch dann, wenn der Oszillationspuls nicht allzu kurz ist, verhindert eine ultraviolette Wellenlänge wirksam die oben beschriebenen Risse. Ein Ultraviolettlaser ist vor allem von der Lichtenergie abhängig, um den Keramikkörper zu bearbeiten, und verursacht daher im Wesentlichen keine Risse. Es ist demnach vorzuziehen, einen Laser mit einer Wellenlänge von kleiner oder gleich 350 nm zu verwenden. Ein solcher Laser ist zum Beispiel ein Excimer-Laser, der hervorragende Eigenschaften bezüglich der Oszillationswellenlänge und der Ausgangsleistung hat. Als Oszillationsmedium kann zum Beispiel ArF, KrF, XeCl oder ein anderes angeregtes zweiatomares Moleküle (d.h. Dimer) verwendet werden. Abgesehen von der oben beschriebenen Laservorrichtung kann auch ein YAG-Laser verwendet werden, der einen Generator für eine dritte Oberschwingung (THG) nutzt, um ähnliche Wirkungen zu erreichen. Bei dem Excimer-Laser beträgt die kürzeste Wellenlänge 192 nm (ArF). Falls eine Wellenlänge von weniger als 192 nm verwendet werden soll, wäre es möglich, einen Generator für eine zweite Oberschwingung (SHG) oder einen freien Elektronenlaser zu verwenden. Allerdings ist ersteres nicht wünschenswert, da es bei der Wellenlängenumwandlung zu einem Energieverlust kommt und auch die Bearbeitungszeit lang ist. Letzteres ist ebenfalls nicht wünschenswert, da eine große Apparatur erforderlich ist und dementsprechend die Kosten steigen. Es ist demnach wünschenswert, eine Wellenlänge von größer oder gleich 192 nm zu verwenden.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es außerdem vorzuziehen, dass unter Bezugnahme auf den Bearbeitungsfortschritt bei der Bildung des Einlasslochs durch den Laserstrahl der Brennpunkt des Laserstrahls geändert wird. Und zwar hat die Einlasslochschicht eine beträchtliche Dicke, weswegen die Bearbeitungsstelle während der Bildung des Einlasslochs durch die Laserbestrahlung vom Brennpunkt abweicht. Der verdichtete Strahldurchmesser wird dadurch größer. Dementsprechend sollte der Brennpunkt des Laserstrahls unter Bezugnahme auf den Fortschritt der Laserbestrahlung eingestellt werden, auch wenn der Brennpunkt des Laserstrahls ursprünglich bereits auf die Oberfläche der Einlasslochschicht eingestellt wurde. Das Einstellen des Brennpunkts des Laserstrahls unter Bezugnahme auf den Fortschritt der Laserbearbeitung ermöglicht demnach die Bildung eines Einlasslochs mit einem gleichmäßigen Durchmesser. Bezüglich der Änderung des Brennpunkts ist es wünschenswert, den Brennpunkt kontinuierlich in Echtzeit gemäß dem Fortschritt der Laserbearbeitung einzustellen, um eine genaue Bildung des Einlasslochs zu gewährleisten. Allerdings reicht es in der Praxis aus, die Einstellung des Brennpunkts mehrmals während der Laserbearbeitung vorzunehmen.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es des Weiteren vorzuziehen, dass die Laserbearbeitung auf der Einlasslochschicht gesteuert wird, indem die Bestrahlungsstelle des auf die Einlasslochschicht abgestrahlten Laserstrahls optisch überwacht wird. Dadurch kann verhindert werden, dass die Laserbestrahlung einen anderen Abschnitt als den der Einlasslochschicht beschädigt. Bei der Ausbildung des Einlasslochs muss die Laserbestrahlung rasch beendet werden, wenn das Einlassloch geöffnet wird, damit die Beschädigung eines unterhalb der Einlasslochschicht liegenden inneren Bereichs minimiert werden kann. Das von der Bestrahlungsstelle abgegebene Licht hat eine Wellenlänge, die dem des gerade durch die Laserbestrahlung bearbeiteten Materials entspricht. Durch Überwachung dieses Lichts ist es daher möglich, den gerade durch die Laserbestrahlung bearbeiteten Bereich zu erfassen. Aufgrund des allgemein üblichen Aufbaus des Gasmessfühlers entspricht die unterhalb der Einlasslochschicht liegende Schicht dem Festelektrolytsubstrat oder dergleichen, das aus einem anderen Material gebildet ist. Indem das von der Bestrahlungsstelle abgegebene Licht überwacht wird, lässt sich also der genaue Zeitpunkt erfassen, an dem der Laserstrahl die Innenschicht unterhalb der Einlasslochschicht erreicht. Die Laserbestrahlung kann präzise beendet werden. Falls unter der Einlasslochschicht eine Messgaskammer oder ein anderer Innenraum vorhanden ist, wie in der später beschriebenen 1 gezeigt ist, kann die Laserbestrahlung auch basierend auf einer Strahlstärkenänderung der Laserstrahlpulswellenlänge beendet werden, die aufgrund einer Änderung der Streuung des Laserstrahls auftritt, wenn das Einlassloch geöffnet wird.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es des Weiteren vorzuziehen, dass eine Abbildung der Messgaskammer auf der Oberfläche des Festelektrolytsubstrats in einem elektrodenfreien Bereich vorhanden ist, in dem die messgasseitige Elektrode nicht ausgebildet ist, und dass sich das in der Einlasslochschicht ausgebildete Einlassloch im elektrodenfreien Bereich befindet. In diesem Fall wird bei der Ausbildung des Einlasslochs kein Laserstrahl auf die messgasseitige Elektrode abgestrahlt. Und zwar wird der Laserstrahl unmittelbar nach dem Öffnen des Einlasslochs entlang der Einlasslochschicht auf dem elektrodenfreien Bereich abgestrahlt und wird deswegen kein Laserstrahl auf die messgasseitige Elektrode abgestrahlt. Demnach kann eine Schädigung der messgasseitigen Elektrode verhindert werden.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiel ist es außerdem vorzuziehen, dass sich in dem elektrodenfreien Bereich der Messgaskammer ein das Festelektrolytsubstrat schützendes Schutzbauteil befindet und dass das Einlassloch in einem vorbestimmten Bereich der Einlasslochschicht vorgesehen ist, in dem eine Abbildung des Schutzbauteils vorliegt. Dadurch kann verhindert werden, dass der Laserstrahl auf das Festelektrolytsubstrat abgestrahlt wird. Das Festelektrolytsubstrat wird somit nicht durch den Laserstrahl beschädigt.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es außerdem vorzuziehen, dass der Vorgang der Laserbestrahlung ein Einstellen des Brennpunkts des Laserstrahls in Übereinstimmung mit einer durch einen thermischen Effekt des Gasmessfühlers verursachten optischen Verschiebung des Bearbeitungspunkts beinhaltet. In diesem Fall kann effizient ein Einlassloch mit einer genauen Größe gebildet werden. Falls die Bildung des Einlasslochs erfolgt, während das Ausgangssignal des Gasmessfühlers gemessen wird, wird der Gasmessfühler nämlich erhitzt und steigt seine Temperatur an. Dabei kommt es in dem Gasmessfühler zu einer leichten Wölbung oder einer anderen thermischen Verformung. Die Umgebungsluft wird aufgrund der Wärme des Gasmessfühlers optisch fluktuieren. Der Bearbeitungspunkt kann aufgrund von Brechung optisch abweichen. Wenn daher die Laserbestrahlung durchgeführt wird, während der Brennpunkt beibehalten wird, der vor dem Erhitzen des Gasmessfühlers eingestellt wurde, kommt es zu einer Abweichung des Brennpunkts und nimmt der Durchmesser des verdichteten Strahls an der Bearbeitungsstelle zu. Der Durchmesser des gebildeten Einlasslochs wird daher größer und die zum Öffnen des Einlasslochs benötigte Zeitdauer länger. Es nimmt demnach die Effizienz bei der Laserbestrahlung ab. Wenn daher wie oben beschrieben der Brennpunkt des Laserstrahls unmittelbar vor der Durchführung der Laserbestrahlung eingestellt wird, ist es möglich, auch dann effizient ein genaues Einlassloch zu bilden, wenn der Gasmessfühler einen thermischen Effekt hervorruft.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es des Weiteren vorzuziehen, dass die Laserbestrahlung erfolgt, indem die Bestrahlungsstelle des Lasers relativ zur Einlasslochschicht verschoben wird, während das Ausgangssignal des Gasmessfühlers gemessen wird, um so ein Einlassloch mit länglicher Form zu bilden, und die Länge des Einlasslochs in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers festgelegt wird. Dadurch fällt es leicht, eine Feineinstellung des Ausgangssignalwerts des Gasmessfühlers vorzunehmen. Wenn nämlich der Ausgangssignalwert eines Gasmessfühlers durch Erhöhung der Anzahl an Einlasslöchern eingestellt wird, nimmt der Ausgangssignalwert in Übereinstimmung mit der zunehmenden Anzahl schrittweise zu. Wenn der Ausgangssignalwert eines Gasmessfühlers dagegen durch Erhöhen der Länge eines länglichen Einlasslochs eingestellt wird, nimmt der Ausgangssignalwert in Übereinstimmung mit der zunehmenden Länge gleichmäßig und stetig zu. Dementsprechend lässt sich leicht eine Feineinstellung des Ausgangssignalwerts vornehmen.
  • Bei dem Gasmessfühler-Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels ist es des Weiteren vorzuziehen, dass die Bildungsstelle des Einlasslochs Identifikationsinformationen über den Gasmessfühler liefert. In diesem Fall hat das Einlassloch die Funktion, Informationen anzugeben, etwa über die Ausgangssignalkennlinie des Gasmessfühlers.
  • Bei dem Gasmessfühler dieses Ausführungsbeispiel ist es vorzuziehen, dass eine Abbildung der Messgaskammer auf der Oberfläche des Festelektrolytsubstrats in einem elektrodenfreien Bereich vorhanden ist, in dem die messgasseitige Elektrode nicht ausgebildet ist, und dass sich das in der Einlasslochschicht gebildete Einlassloch in dem elektrodenfreien Bereich befindet. Dadurch kann eine Beschädigung der oben beschriebenen messgasseitigen Elektrode verhindert werden.
  • Bei dem Gasmessfühler dieses Ausführungsbeispiels ist es des Weiteren vorzuziehen, dass sich in dem elektrodenfreien Bereich der Messgaskammer ein das Festelektrolytsubstrat schützendes Schutzbauteil befindet und dass das Einlassloch in einem vorbestimmten Bereich der Einlasslochschicht vorgesehen ist, in dem eine Abbildung des Schutzbauteils vorliegt. Dadurch kann eine Beschädigung des Festelektrolytsubstrats verhindert werden.
  • Bei dem Gasmessfühler dieses Ausführungsbeispiels ist es des Weiteren vorzuziehen, dass das Einlassloch der Einlass lochschicht eine längliche Form hat. In diesem Fall lässt sich leicht eine Feineinstellung des Ausgangssignalwerts des Gasmessfühlers vornehmen.
  • Bei dem Gasmessfühler dieses Ausführungsbeispiels ist es des Weiteren vorzuziehen, dass die Bildungsstelle des Einlasslochs Identifikationsinformationen über den Gasmessfühler liefert. In diesem Fall hat das Einlassloch die Funktion, Informationen zum Gasmessfühler anzugeben.
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen praktische Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines Gasmessfühlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Der Gasmessfühler des ersten Ausführungsbeispiels ist ein mehrlagiger Gasmessfühler mit einem Festelektrolytsubstrat. Auf den Oberflächen dieses Festelektrolytsubstrats sind eine messgasseitige Elektrode und eine Bezugselektrode vorgesehen. Die messgasseitige Elektrode ist in einer Messgaskammer vorgesehen. Eine Einlasslochschicht hat ein Einlassloch, um ein Messgas von einer Umgebungsatmosphäre in die Messgaskammer einzulassen und um dem in die Messgaskammer eingelassenen Messgas einen Diffusionswiderstand zu verleihen. Bei der Herstellung dieses Gasmessfühlers wird auf der Einlasslochschicht eine Laserbestrahlung durchgeführt, um das Einlassloch zu bilden.
  • Genauer gesagt handelt es sich bei dem Gasmessfühler dieses Ausführungsbeispiels um einen Grenzstromfühler in einem Gassensor, der in einer Auspuffvorrichtung eines Kraft fahrzeugmotors eingebaut wird, um basierend auf der Sauerstoffkonzentration im Abgas ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis dieses Motors zu erfassen. Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, enthält der Gasmessfühler 1 dieses Ausführungsbeispiels eine Heizung 19, die aus einem auf einem Heizungssubstrat 190 vorgesehenen Heizelement 191 besteht. Auf der Heizung ist ein Bezugsgaskammerabstandhalter 13 (d.h. ein eine Bezugsgaskammer 24 bildender Abstandshalter) aufgeschichtet. Auf dem Bezugsgaskammerabstandhalter 13 ist ein Festelektrolytsubstrat 11 aufgeschichtet. Auf dem Festelektrolytsubstrat 11 ist über eine Isolierschicht 140 ein Messgaskammerabstandhalter 14 (d.h. ein eine Messgaskammer 23 bildender Abstandshalter) aufgeschichtet. Auf dem Messgaskammerabstandhalter 14 ist eine Einlasslochschicht 15 aufgeschichtet. Das Festelektrolytsubstrat 11 hat eine Oberfläche 112, die eine Decke der Bezugsgaskammer 24 definiert. Auf der Oberfläche 112 des Festelektrolytsubstrats 11 ist eine Bezugselektrode 22 vorgesehen. Darüber hinaus hat das Festelektrolytsubstrat 11 eine Oberfläche 111, die einen Boden der Messgaskammer 23 definiert. Auf der Oberfläche 111 des Festelektrolytsubstrats 11 ist eine Messgaselektrode 21 vorgesehen.
  • Der Messgaskammerabstandhalter 14 hat einen Fensterabschnitt 141 und die Isolierschicht 140 einen Fensterabschnitt 142. Diese Fensterabschnitte bilden gemeinsam die Messgaskammer 23. Der Bezugsgaskammerabstandhalter 13 hat einen die Bezugsgaskammer 24 bildenden Nutabschnitt 130. Auf der Oberfläche 112 des Festelektrolytsubstrats 11 sind ein Leitungsabschnitt 221 und ein Innenanschluss 222 vorgesehen, die mit der Bezugselektrode 22 verbunden sind. Der Innenanschluss 222 ist über ein Durchgangsloch 224 mit einem Anschluss 225 verbunden, der zur Außenseite des Gasmessfühlers 1 frei liegt. Auf der Oberfläche 111 des Festelektrolytsubstrats 11 sind ein Leitungsabschnitt 211 und Anschluss 212 vorgesehen, die mit der messgasseitigen Elektrode 21 verbunden sind. Die Einlasslochschicht 15 hat ein Einlassloch 150, das sich als ein Durchgangsloch von der Umgebungsatmosphäre aus zur Messgaskammer 23 hin öffnet. Bei dem Gasmessfühler 1 dieses Ausführungsbeispiels ist nur ein einziges Einlassloch 150 vorgesehen. Darüber hinaus sind auf der Oberfläche 196 des Heizungssubstrats 190 der Heizung 19 das Heizelement 191 und seine Leitungsabschnitte 192 vorgesehen. Die Leitungsabschnitte 192 sind über Durchgangslöcher 193 mit Anschlüssen 194 verbunden, die auf einer Oberfläche 195 des Heizungssubstrats 190 vorgesehen sind. Bei dem Gasmessfühler 1 dieses Ausführungsbeispiels ist das Festelektrolytsubstrat 11 ein Zirkoniumoxid-Keramikbauteil und sind die anderen Plattenbauteile Aluminiumoxid-Keramikbauteile. Die messgasseitige Elektrode 21 (einschließlich des Leitungsabschnitts 211 und des Anschlusses 212), die Bezugselektrode 22 (einschließlich des Leitungsabschnitts 221, des Innenanschlusses 222 und des Anschlusses 225), das Heizelement 191, die Leitungsabschnitte 192 und der Anschluss 194 sind Platinbauteile.
  • Der Gasmessfühler 1 dieses Ausführungsbeispiels wird wie folgt hergestellt.
  • Als erstes werden Keramikgrünlagen angefertigt, um jeweils das Heizungssubstrat 190, den Bezugsgaskammerabstandhalter 13, das Festelektrolytsubstrat 11, die Isolierschicht 140, den Messgaskammerabstandhalter 14 und die Einlasslochschicht zu bilden. Dann werden das Heizelement 191, die Bezugselektrode 22 und die messgasseitige Elektrode 21 auf vorbestimmten Abschnitten der jeweiligen Lagen aufgedruckt. Dann werden diese Lagen nacheinander aufgeschichtet und zusammengepresst, um einen grünen (d.h. ungebrannten) mehrlagigen Körper zu erzielen. Dann wird dieser grüne mehrlagige Körper bei einer vorbestimmten Temperatur gesintert, um einen Sinterkörper zu erzielen. Dieser Sinterkörper hat noch kein Einlassloch.
  • Um das Einlassloch 150 zu öffnen, wird dann auf der Einlasslochschicht 15 eine Laserbestrahlung durchgeführt. Wie in 3 gezeigt ist, strahlt ein Lasergenerator 3 einen Laserstrahl 30 an einer Bestrahlungsstelle 391 auf die Oberfläche 151 der Einlasslochschicht 15 des Sinterkörpers 39 ab. Zwischen dem Lasergenerator 3 und dem Sinterkörper 39 befindet sich in diesem Fall eine Maske 31 mit einem Schlitz 310. Zwischen dem Lasergenerator 3 und dem Sinterkörper 39 befindet sich außerdem eine bewegliche konvexe Linse 32. Die konvexe Linse 32 stellt den Brennpunkt des Laserstrahls 30 auf die Bestrahlungsstelle 391 ein. Der Lasergenerator 3 ist ein Excimer-Laser (und zwar ein KrF-Laser mit einer Wellenlänge von 248 nm). Der oszillierende Laserstrahl hat eine Ausgangsleistung von 5 W, und die Pulsfrequenz beträgt 100 Hz. Außerdem hat der Schlitz 310 eine Breite von 150 μm und die konvexe Linse 32 eine 30-fache Vergrößerung. Auch dann, wenn der Excimer-Laser durch einen YAG-Laser mit einem Generator für eine dritte Oberschwingung (THG) oder einen Titan-Saphir-Laser ersetzt wird, werden ähnliche Wirkungen erreicht. Im Folgenden wird der Excimer-Laser als repräsentatives Beispiel erläutert.
  • Das Einlassloch 150 wird auf die folgende Weise gebildet. Der Lasergenerator 3 gibt den Laserstrahl 30 ab, der durch die Maske 31 und die konvexe Linse 32 geht und die Bestrahlungsstelle 391 erreicht. Die Maske 31 kollimiert den Laserstrahl 30 und die konvexe Linse 32 verdichtet den Laserstrahl 30. Wenn der Laserstrahl 30 an der Bestrahlungsstelle 391 ankommt, schmilzt die Substanz dieses Abschnitts auf und sublimiert, sodass eine Vertiefung zurückbleibt. Die Tiefe dieser Vertiefung ist im Großen und Ganzen proportional zur Bestrahlungsdauer des Lasers. Die Position der konvexen Linse 32 wird in Übereinstimmung mit der Bestrahlungsdauer allmählich zur Einlasslochschicht 15 hin verschoben. Der Brennpunkt der konvexen Linse 32 verschiebt sich von der Oberfläche 151 zum Boden der Vertiefung. Die Energie der Laserbestrahlung wird am Brennpunkt der konvexen Linse 32 maximiert. Die Energie des Laserstrahls 30 kann somit effektiv genutzt werden. Wenn die Tiefe dieser Vertiefung der Dicke der Einlasslochschicht 15 entspricht, wird das Durchgangsloch (d.h. Einlassloch 150) geöffnet. Gleichzeit wird die Laserbestrahlung beendet. Dadurch ergibt sich das Einlassloch 150 in der Einlasslochschicht 15 des Gasmessfühlers 1.
  • Das auf diese Weise gebildete Einlassloch 150 hat einen Durchmesser von 5 μm. Die Temperaturabhängigkeit des Ausgangssignals beträgt ungefähr 0,05 %/°C und die Druckabhängigkeit ungefähr 0,15 %/kPa. Wenn das Einlassloch 150 einen Durchmesser von 130 μm hätte, würde die Temperaturabhängigkeit des Ausgangssignals ungefähr 0,2 %/°C und die Druckabhängigkeit ungefähr 0,05 %/kPa betragen. Bei der Verwendung in einer Umgebung mit geringen Temperaturschwankungen ist es daher wünschenswert, den Durchmesser des Einlasslochs zu erhöhen, um die Druckabhängigkeit zu unterdrücken. Bei der Laserbestrahlung dieses Ausführungsbeispiels ist es einfach, eine Genauigkeit von ±10% oder weniger (bezüglich des Einlasslochdurchmesserwerts) zu erzielen, auch wenn die Genauigkeit des Durchmessers des Einlasslochs 150 von der Genauigkeit der Einstellung der optischen Achse abhängt.
  • Das Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels verwendet also eine Laserbestrahlung, um das Einlassloch 150 zu bilden. Die Substanz eines vorbestimmten Abschnitts der Einlasslochschicht 15 schmilzt auf und sublimiert, wenn es der Laserbestrahlung ausgesetzt wird, und lässt ein Durchgangsloch zurück. Der Laserstrahl kann eine fokussierte hohe Energiedichte besitzen, wenn er verdichtet wird, und es ist vorzuziehen, die Bestrahlungsstelle präzise zu steuern. Darüber hinaus kann die optische Einstellung des Laserstrahldurchmessers und der Einsatz einer geeigneten Maske sicherstellen, dass das Durchgangsloch einen genauen Durchmesser hat. Durch dieses Ausführungsbeispiel lässt sich also ein Einlassloch 150 erzielen, das dem Gasmessfühler 1 die gewünschte Druckkennlinie und Temperaturkennlinie verleiht.
  • Darüber hinaus kann der Gasmessfühler gemäß diesem Ausführungsbeispiel aufgrund des Einlasslochs 150, das wie oben beschrieben präzise ausgebildet wird, einen passenden Diffusionswiderstand erreichen. Dementsprechend hat der Gasmessfühler eine vorbestimmte Temperaturabhängigkeit und Druckabhängigkeit. Des Weiteren lässt sich die Laserbestrahlungsbearbeitung leicht mit Hilfe des Lasergenerators 3 realisieren. Der in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Lasergenerator 3 ist ein KrF-Laser mit einer Pulswellenlänge von 248 nm, einer Ausgangsleistung von 5 W und einer Pulsfrequenz von 100 Hz. Allerdings ist es auch möglich, einen YAG-Laser mit einem Generator für eine dritte Oberschwingung (THG) oder einen Titan-Saphir-Laser zu verwenden. Dadurch entstehen keine Risse in dem Bereich oder in der Umgebung des Bereichs, in dem es aufgrund der Laserbestrahlung lokal zur Wärmeerzeugung kommt. Das Einlassloch 150 kann präzise erzielt werden. Das Ausführungsbeispiel kann also einen Gasmessfühler zur Verfügung stellen, der eine vorbestimmte Temperaturabhängigkeit und Druckabhängigkeit hat und dessen Ausgangssignal sich leicht einstellen lässt, und es kann auch ein Herstellungsverfahren für diesen Messfühler zur Verfügung stellen.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in 4 gezeigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine konvexe Linse 32 und eine konkave Linse 33 verwendet werden, um den Laserstrahl auf die Einlasslochschicht 15 abzustrahlen. Genauer gesagt sind die konvexe Linse 32 und die konkave Linse 33 so zwischen dem Lasergenerator 3 und dem Sinterkörper 39 angeordnet, dass der Brennpunkt der konvexen Linse 32 auf der Oberfläche 330 der konkaven Linse 33 liegt. Der von dem Lasergenerator 3 abgegebene Laserstrahl 30 wird in der konvexen Linse 32 verdichtet und bildet auf oder in der Nähe der Oberfläche der konkaven Linse 33 einen Brennpunkt. Nachdem der Laserstrahl in die konkave Linse 33 eingedrungen ist, wird er zu einem parallelen Strahl, der seinen Strahldurchmesser hält, wenn er aus der konkaven Linse 33 austritt. Der Laserstrahl erreicht dann die Bestrahlungsstelle 391 auf der Oberfläche 151 der Einlasslochschicht 15. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden dementsprechend sowohl die konvexe Linse 32 als auch die konkave Linse 33 eingestellt, um einen parallelen Strahl mit einem beliebigen Durchmesser zu erzielen, der kleiner als der ursprüngliche Durchmesser des Lasergenerators 3 ist. Bezüglich der weiteren Einzelheiten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Falls das Laserbestrahlungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels verwendet wird, ist es nicht nötig, eine Maske oder dergleichen zu verwenden, um den Laserstrahldurchmesser einzustellen. Da der Laserstrahl nicht unnötig abgeschirmt wird, lässt sich die Laserausgangsleistung effektiv nutzen. Die zum Ausbilden des Einlasslochs benötigte Zeit kann verkürzt werden. Darüber hinaus lässt sich leicht ein paralleler Strahl und dementsprechend ein ideales Durchgangsloch mit einem genauen Lochdurchmesser erzielen. Bezüglich der übrigen Funktionsweise und Wirkungen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigung des Gasmessfühlers mit dem Einlassloch ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel erfolgt, dass die Laserbestrahlungsbearbeitung aber gesteuert wird, indem die Bestrahlungsstelle 391 des auf die Einlasslochschicht 15 abgestrahlten Laserstrahls 30 optisch überwacht wird.
  • Dieses Ausführungsbeispiel wird im Folgenden genauer erläutert. Wie in 5 gezeigt ist, wird für eine optische Überwachungsvorrichtung 4 gesorgt. Und zwar enthält die optische Überwachungsvorrichtung 4 eine optische Faser 41, ein Spektroskop für den sichtbaren bis ultravioletten Bereich des Lichts 42, einen fotoelektrischen Wandler 43 und eine A/D-Wandler-Aufzeichnungssteuereinheit 44. Die optische Faser 41 überträgt zu dem Spektroskop für den sichtbaren bis ultravioletten Bereich des Lichts 42 Licht, das von der Bestrahlungsstelle 391 abgegeben wurde. Der fotoelektrische Wandler 43 sitzt hinter dem Spektroskop für den sichtbaren bis ultravioletten Bereich des Lichts 42. Die A/D-Wandler-Aufzeichnungssteuereinheit 44 befindet sich hinter dem fotoelektrischen Wandler 43. Darüber hinaus hat die optische Überwachungsvorrichtung 4 die Fähigkeit, ein Signal zu einem Ausgangsleistungssteuerungssystem des (nicht in der Zeichnung gezeigten) Lasergenerators zu übertragen. Ein fernes Ende 410 der optischen Faser 41 befindet sich in der Nähe der Bestrahlungsstelle 391, um das von der Bestrahlungsstelle 391 abgegebene Licht einzufangen. Allerdings kann das Spektroskop für den sichtbaren bis ultravioletten Bereich des Lichts 42 auch durch einen optischen Filter ersetzt werden, wenn keine strenge Wellenlängenauflösung erforderlich ist. Darüber hinaus kann als fotoelektrischer Wandler 43 eine Fotodiode oder ein Fotovervielfacher verwendet werden.
  • Nachdem die oben beschriebene optische Überwachungsvorrichtung 4 installiert worden ist, wird mit der Bearbeitung begonnen, indem der Laserstrahl 30 auf die Bestrahlungsstelle 391 abgestrahlt wird. Sobald die Bearbeitung beginnt, schmilzt die Aluminiumoxidkeramik, die die Einlasslochschicht 15 bildet (siehe erstes Ausführungsbeispiel), an der Bestrahlungsstelle 391 auf und sublimiert. In diesem Fall enthält das abgegebene Licht eine dem Aluminium entsprechende Wellenlänge (394 bis 397 nm). Dieses Licht wird über die optische Faser 41 in das Spektroskop für den sichtbaren bis ultravioletten Bereich des Lichts 42 eingegeben, in dem die Wellenlängenbestandteile analysiert werden. Es ist daher möglich, das Vorhandensein der oben beschriebenen, von dem Aluminium abgegebenen Wellenlänge des Lichts zu bestätigen. Das analysierte Licht wird über den fotoelektrischen Wandler 43 und die A/D-Wandler-Aufzeichnungssteuereinheit 44 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dann wird die Ausgangssignalstärke der Wellenlänge des von dem Aluminiumoxid abgegebenen Lichtstrahls als die Stärke des elektrischen Signals rückgemeldet und als Ausgangssignalstärke zum Zeitpunkt des Bearbeitungsbeginns aufgezeichnet. Anschließend wird während der Bearbeitung kontinuierlich das Ausgangssignal überwacht, das der Wellenlänge des von dem Aluminium abgegebenen Lichtstrahls entspricht. Solange die Ausgangssignalstärke größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, wird ein Laserausgangsleistungssteuerungssystem angewiesen, den Laserstrahl kontinuierlich abzustrahlen.
  • Wie aus 5 und dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels hervorgeht, ist das Einlassloch 150 ein Durchgangsloch, das von der Messgaskammer 23 zur Außenseite des Fühlers verläuft. Die messgasseitige Elektrode 21 befindet sich unterhalb des Einlasslochs 150. Auch wenn dies nicht in 5 gezeigt ist, besteht auch die Möglichkeit, dass sich das Festelektrolytsubstrat 11 unterhalb des Einlasslochs 150 befindet, wenn sich die Position des Einlasslochs 150 ändert. Die messgasseitige Elektrode 21 besteht, wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, aus Platin. Das Festelektrolytsubstrat 11 besteht aus einer Zirkoniumoxidkeramik.
  • Wenn die Bildung des Einlasslochs 150 abgeschlossen ist, trifft der Laserstrahl daher auf das Festelektrolytsubstrat 11 oder die messgasseitige Elektrode 21. In diesem Fall lässt sich nicht mehr die Wellenlänge eines vom Aluminium abgegebenen Lichtstrahls beobachten. Anstelle dessen wird die Wellenlänge eines vom Zirkonium oder Platin abgegebenen Lichtstrahls beobachtet. Und zwar kann, wenn die optische Überwachungsvorrichtung 4 bestätigt, dass das Ausgangssignal, das der Wellenlänge eines vom Aluminium abgegebenen Lichtstrahls entspricht, unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, dies so gesehen werden, dass die Bildung des Einlasslochs 150 abgeschlossen ist und der Laserstrahl nun den unter den Einlassloch 150 vorhandenen Abschnitt erreicht hat. Es ist daher vorzuziehen, das Laserausgangsleistungssteuerungssystem anzuweisen, die Laserbestrahlung zu beenden, wenn die optische Überwachungsvorrichtung 4 erfasst, dass das Ausgangssignal von seinem ursprünglichen Ausgangssignalsniveau aus um beispielsweise 10% gesunken ist. Dieses Niveau ist nicht auf 10% beschränkt, sondern kann beliebig geändert werden. Des Weiteren lässt sich das geeignete Niveau unter Bezugnahme auf das tatsächlich durch die auf den Sinterkörper aufgebrachte Laserbestrahlung erreichte Ergebnis festlegen. Das Laserausgangsleistungssteuerungssystem beendet also die Laserbestrahlung, um die Bildung des Einlasslochs 150 abzuschließen. Wird die Laserbestrahlung gemäß diesem Verfahren durchgeführt, kann der Laserstrahl daran gehindert werden, einen anderen Abschnitt des Gasmessfühlers als den der Einlasslochschicht 15 zu beschädigen.
  • Des Weiteren lassen sich noch genauere Endbedingungen für die Laserbestrahlung erzielen, wenn das Spektroskop für den sichtbaren bis ultravioletten Bereich des Lichts 42 neben der Wellenlänge des vom Aluminium abgegebenen Lichtstrahls die Wellenlänge des vom Zirkonium abgegebenen Lichtstrahls und/oder die Wellenlänge des vom Platin abgegebenen Lichtstrahls überwacht. Wenn die Wellenlänge eines vom Zirkonium abgegebenen Lichtstrahls beobachtet wird, ist ersichtlich, dass der Laserstrahl das Festelektrolytsubstrat 11 erreicht hat. Wenn die Wellenlänge eines vom Platin abgegebenen Lichtstrahls beobachtet wird, ist ersichtlich, dass der Laserstrahl die messgasseitige Elektrode 21 erreicht hat. Falls wie in 1 gezeigt unterhalb der Einlasslochschicht eine Messgaskammer oder ein anderer Raum vorhanden ist, ist es des Weiteren möglich, die Laserbestrahlungsbearbeitung zu beenden, indem bei der Laserstrahlpulswellenlänge eine Strahlstärkenänderung beobachtet wird, die aufgrund einer Änderung der Streuung des Laserstrahls auftritt, wenn sich das Einlassloch öffnet.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einer auf ähnliche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel erfolgenden Fertigung eines Gasmessfühlers mit einem Einlassloch während der Laserbestrahlung ein Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers gemessen wird und dann in Übereinstimmung mit dem gemessenen Ausgangssignalwert der Durchmesser des Einlasslochs und die Anzahl an erforderlichen Einlasslöchern festgelegt werden.
  • Dieses Ausführungsbeispiel wird im Folgenden ausführlicher erläutert. Wie in 6 gezeigt ist, wird für eine Erfassungsschaltung 5 gesorgt. Und zwar enthält die Erfassungsschaltung 5 Anschlüsse 511 und 512, eine Spannungsquelle 52, einen Widerstand 53 und Messanschlüsse 541 und 542. Die Anschlüsse 511 und 512 werden jeweils mit den Anschlüssen 212 und 225 des Sinterkörpers 39 (siehe erstes Ausführungsbeispiel) verbunden, der nach Erreichen der Einlasslochbildung zum Gasmessfühler wird. Die Spannungsquelle 52 wird mit dem Anschluss 512 verbunden und der Widerstand 53 wird zwischen der Spannungsquelle 52 und dem Anschluss 511 angeschlossen. Die Messanschlüsse 541 und 542 dienen dazu, einen Spannungsabfall zwischen dem Anschluss 511 und der Spannungsquelle 52 zu messen, wenn sich dazwischen der Widerstand 53 befindet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Spannungsquelle 52 eine Gleichspannungsquelle mit 0,4V bis 0,8V und hat der Widerstand 53 100Ω. Die an den (zum Gasmessfühler werdenden) Sinterkörper 39 angelegte Spannung entspricht der Differenz zwischen der von der Gleichspannungsquelle 52 erzeugten Spannung und dem Spannungsabfall am Widerstand 53. Wenn die Strommessung in dem oben beschriebenen Grenzstrombereich erfolgt, unterliegt das Stromausgangssignal auch dann keinen wesentlichen Änderungen, wenn die an den Sinterkörper 39 angelegte Spannung schwankt. Es kann daher ein stabiler Stromausgangssignalwert erzielt werden.
  • Die Erfassungsschaltung 5 wird mit dem Sinterkörper 39 verbunden, bevor das Einlassloch 150 gebildet wird. Als Nächstes wird der Heizung des Sinterkörpers 39 (siehe erstes Ausführungsbeispiel) elektrischer Strom zugeführt, um die Fühlertemperatur auf 750°C zu erhöhen. Danach wird diese Temperatur gehalten, indem der der Heizung zugeführte Strom eingestellt wird. In diesem Zustand wird das Ausgangssignal des Fühlers im Sinterkörper 39 gemessen. Dieser Wert wird als ein anfänglicher Ausgangssignalwert angesehen. Bei der Messung des Ausgangssignals des Fühlers ermittelt die Erfassungsschaltung 5 anhand des Spannungsabfalls zwischen dem Anschluss 541 und dem Anschluss 542 einen Stromwert (= Wert des Spannungsabfalls / Wert des elektrischen Widerstands). Dieser Stromwert wird als Ausgangssignalstromwert des Fühlers angesehen. Dann wird das Laserstrahl auf die Bestrahlungsstelle 391 abgestrahlt, um mit der Bearbeitung zu beginnen, während der oben beschriebene Temperaturzustand des Fühlers beibehalten wird. Während der Bearbeitung wird das Ausgangssignal kontinuierlich gemessen. Die Laserbestrahlung wird beendet, wenn das Ausgangssignal aufgrund des Abschlusses der Einlasslochbildung einen vorbestimmten Wert erreicht. Die Laserbestrahlungsbearbeitung wird dadurch abgeschlossen. Danach wird auch die Stromzufuhr zur Heizung des Gasmessfühlers beendet. Der Fühler wird als fertiges Produkt von der Erfassungsschaltung getrennt. Auf diese Weise ist es möglich, eine Vielzahl von Einlasslöchern zu bilden, wenn das vorbestimmte Ausgangssignal nach der Bildung eines einzelnen Einlasslochs noch nicht erreicht wurde. Des Weiteren ist es möglich, den Durchmesser des Einlasslochs zu ändern. Um den Durchmesser des Einlasslochs zu ändern, ist es vorzuziehen, die Laserbestrahlung durch Änderung des Durchmessers einer Maske oder der Linsenposition einzustellen. Des Weiteren ist es vorzuziehen, die Laser bestrahlung einmal anzuhalten, um eine stabile Umgebung für die Messung des Ausgangssignals des gerade bearbeiteten Sinterkörpers zu schaffen, und danach die Laserbestrahlung fortzusetzen, um nach der Beendigung der Ausgangssignalmessung wieder die Bearbeitung aufzunehmen.
  • Wie oben beschrieben wurde, lässt sich mit dem Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels sicher ein Gasmessfühler mit dem beabsichtigten Ausgangssignal erzielen, indem der Durchmesser des Einlasslochs und die Anzahl der erforderlichen Löcher festgelegt werden.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel bezüglich des Aufbaus des Gasmessfühlers. 7 zeigt einen Gasmessfühler 1a mit einer Vielzahl von Einlasslöchern 150. Hinsichtlich der anderen Einzelheiten des Aufbaus entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 8 zeigt einen zweizelligen Gasmessfühler 1b. Und zwar sind auf einer Heizung 19 ein Bezugsgaskammerabstandhalter 12, ein Festelektrolytsubstrat 11, eine Isolierschicht 251, ein Messgaskammerabstandhalter 252 und eine (als Festelektrolytsubstrat) dienende Einlasslochschicht 26 vorgesehen. Auf einer Außenfläche der Einlasslochschicht 26 ist eine Pumpelektrode 261 vorgesehen, die zur Außenseite des Fühlers frei liegt. Die andere Pumpelektrode 262 ist auf einer Innenfläche der Einlasslochschicht 26 vorgesehen, sodass sie in der Messgaskammer 32 liegt. Ein Einlassloch 260, durch das das Messgas von außen in die Messgaskammer 32 gelassen wird, ist so vorgesehen, dass es von der Pumpelektrode 261 zur Pumpelektrode 262 verläuft und durch diese hindurchgeht. Die Einlasslochschicht 26 besteht aus Zirkoniumoxid, und die Pumpelektroden 261 und 262 bestehen aus Platin. Bezüglich der weiteren Einzelheiten dieses Aufbaus entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Falls das Einlassloch 260 unter Verwendung des Verfahren des dritten Ausführungsbeispiels gebildet würde, bei dem die Laserbestrahlung optisch überwacht wird, wäre es schwierig, die Laserbestrahlung basierend auf der Wellenlänge eines vom Aluminium abgegebenen Lichtstrahls zu steuern. Es ist daher notwenig, die Wellenlänge eines vom Zirkonium abgegebenen Lichtstrahls zu überwachen oder aber erst die Wellenlänge eines vom Platin der äußeren Pumpelektrode 261 abgegebenen Lichtstrahls und dann die Wellenlänge eines vom Platin der inneren Pumpelektrode 262 abgegebenen Lichtstrahls zu überwachen. Dann wird die Laserbestrahlung beendet. Natürlich ist es auch möglich, die Laserbestrahlung mit Hilfe des Verfahrens zu steuern, das die Änderung der Streuung des Laserstrahls erfasst.
  • 9 zeigt einen abgewandelten Gasmessfühler 1c, der sich von dem Gasmessfühler 1 des ersten Ausführungsbeispiels insofern unterscheidet, als auf der Oberfläche der Einlasslochschicht 15 eine poröse Schicht 155 vorgesehen ist. Bei diesem Beispiel wird, nachdem für das Einlassloch 150 in der Einlasslochschicht 15 gesorgt wurde, unter Verwendung einer Aluminiumoxidtunke eine Aluminiumoxidschlämme auf der Oberfläche 151 der Einlasslochschicht 15 aufgebracht (in diesem Fall wird die Öffnung 158 des Einlasslochs 150 durch die Aluminiumoxidschlämme geschlossen, da sie eine Oberflächenspannung hat). Dann wird der Fühlerkörper gesintert, um eine poröse Schicht 155 zu erhalten, die eine höhere Porosität und demnach im Wesentlichen keinen Diffusionswiderstand hat. Die poröse Schicht 155 hat eine Filmdicke von 20 μm bis 80 μm. Des Weiteren haben die in der Aluminiumoxidtunke enthaltenen Aluminiumoxidkörner Korndurchmesser von 5 μm bis 50 μm. Diese poröse Schicht 155 kann die Sensorhaltbarkeit gegenüber Schadstoffen verbessern und verhindern, dass die schädlichen Bestandteile des Abgases in den Sensor eindringen. Mit anderen Worten kann die poröse Schicht 155 die Elektrode vor Schadstoffen schützen und dementsprechend das Sensorleistungsvermögen passend aufrechterhalten. Bezüglich der anderen Einzelheiten des Aufbaus entspricht dieses Beispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 10 zeigt einen abgewandelten Gasmessfühler 1d, der ein an der Seitenfläche des Gasmessfühlers vorgesehenes Einlassloch 150 hat. Dazu wird eine Isolierschicht 150 auf dem Festelektrolytsubstrat 11 aufgeschichtet. Auf der Isolierschicht 140 wird eine als Messgaskammerabstandhalter dienende Einlasslochschicht 15 vorgesehen. Auf der Einlasslochschicht 15 wird eine Abschirmschicht 16 vorgesehen. Die Einlasslochschicht 15 hat einen die Messgaskammer definierenden Fensterabschnitt 153. Das von der Seitenfläche des Messfühlers zum Fensterabschnitt 153 gehende Einlassloch 150 lässt das Abgas in die Messgaskammer. Bezüglich der weiteren Einzelheiten des Aufbaus entspricht dieses Beispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Sechstes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in 11 gezeigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass eine Vielzahl von Einlasslöchern 150 gebildet wird, mindestens ein Einlassloch 150 vor dem Sintern des Gasmessfühlers 1 gebildet wird.
  • Und zwar werden zuerst Grünlagen für das Festelektrolytsubstrat 11, die Einlasslochschicht 15 und die anderen Bauteile (siehe 2) gebildet (Schritt S1). Als Nächstes wird ein Durchgangsloch (oder Durchgangslöcher) gebildet, indem der Laserstrahl auf die Grünlage für die Einlasslochschicht 15 abgestrahlt wird (Schritt S2). Die Anzahl der in diesem Fall gebildeten Durchgangslöcher (oder des Durchgangslochs) ist kleiner als die Gesamtzahl der erforderlichen Einlasslöcher 150, die dem Ausgangssignalwert des am Ende erzielten Gasmessfühlers 1 entspricht. Als Nächstes werden die Grünlagen aufeinander geschichtet (Schritt S3).
  • Als Nächstes werden die Grünlagen in vorbestimmte Formen geschnitten und gesintert (Schritte S4 und S5). Als Nächstes wird die Laserbestrahlung erneut durchgeführt, während der Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers 1 gemessen wird, um den gewünschten Ausgangssignalwert zu erzielen (Schritt S6). Die Bildung des Einlasslochs (oder der Löcher) 150 erfolgt also nicht nur in dem oben beschriebenen Schritt S2 im grünen Zustand der Lage (oder der Lagen), sondern auch in dem oben beschriebenen Schritt S6 im gesinterten Zustand.
  • Es ist auch möglich, den oben beschriebenen Schritt S2 durch einen auf den Schritt S3 folgenden Schritt (d.h. durch Schritt S3-2) zu ersetzen, um das Einlassloch (oder die Löcher) 150 vor dem Sintern der Grünlagen zu bilden. Des Weiteren ist es auch möglich, die beiden oben beschriebenen Schritte S2 und S3-2 durchzuführen. Allerdings muss in dem Fall, dass das Einlassloch 150 im Schritt S3-2 ausgebildet wird, verhindern werden, dass die Grünlage des Festelektrolytsubstrats 11 durch den Laserstrahl beschädigt wird. Es ist in diesem Fall daher vorzuziehen, denn Raum der Messgaskammer 23 mit einem passenden organischen Schutzbauteil zu füllen, das beim Sintern verschwindet.
  • Des Weiteren kann die Bildung des zum Einstellen des Ausgangssignals des Gasmessfühlers 1 dienenden Einlasslochs 150 (Schritt S6) basierend auf einem vor der Bildung des Lochs gemessenen Ausgangssignalwert erfolgen, anstatt den Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers 1 zu messen. Abgesehen davon entspricht das Verfahren zum Bilden des zum Einstellen des Ausgangssignals des Gasmessfühlers 1 dienenden Einlasslochs 150 dem vierten Ausführungsbeispiel. Bezüglich des übrigen Aufbaus entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel können in dem weichen Körper der Einlasslochschicht 15, die noch nicht durch den Sintervorgang gehärtet wurde, vorab ein oder mehr Einlasslöcher 150 gebildet werden. Die erforderliche Anzahl an Einlasslöchern 150 kann daher leicht innerhalb einer kurzen Zeitdauer gebildet werden. Nach Beendigung des Sintervorgangs wird dann der Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers eingestellt, indem die Einlasslöcher 150 gebildet werden. Es ist daher möglich, genau die gewünschte Ausgangssignalkennlinie zu erreichen. Mit diesem Ausführungsbeispiel lässt sich demnach ein Gasmessfühler erzielen, der genau die gewünschte Ausgangssignalkennlinie erreicht. Bezüglich der übrigen Funktionsweise und Wirkungen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Siebtes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in den 12 und 13 gezeigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abbildung der Messgaskammer 23 auf der Oberfläche des Festelektrolytsubstrats 11 in einem elektrodenfreien Bereich 101 vorhanden ist, in dem die messgasseitige Elektrode 21 nicht ausgebildet ist, und dass sich das in der Einlassloch schicht 15 ausgebildete Einlassloch 150 in dem elektrodenfreien Bereich 101 befindet. Wie in 12 gezeigt ist, kann sich der elektrodenfreie Bereich 101 zum Beispiel auf der Seite des fernen Endes der messgasseitigen Elektrode 21 befinden. Wie in 13 gezeigt ist, kann sich der elektrodenfreie Bereich 101 auch innerhalb einer ringförmigen messgasseitigen Elektrode 21 befinden. Des Weiteren sind bei diesem Ausführungsbeispiel mehrere Einlasslöcher 150 vorgesehen. Bezüglich des übrigen Aufbaus entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Laserstrahl während des Vorgangs der Ausbildung der Einlasslöcher 150 nicht auf die messgasseitige Elektrode 21 abgestrahlt. Und zwar trifft der Laserstrahl unmittelbar nach dem Öffnen jedes Einlasslochs 150 als Ergebnis der auf der Einlasslochschicht 15 erfolgenden Laserbestrahlung direkt auf den elektrodenfreien Bereich 101. Der Laserstrahl wird nicht auf die messgasseitige Elektrode 21 abgestrahlt. Dementsprechend wird die messgasseitige Elektrode 21 nicht beschädigt. Bezüglich der übrigen Funktionsweise und Wirkungen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Achtes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in 14 gezeigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich im elektrodenfreien Bereich 101 der Messgaskammer 23 ein Schutzbauteil 102 befindet, das das Festelektrolytsubstrat 11 schützt, und dass das Einlassloch 150 in einem vorbestimmten Bereich der Einlasslochschicht 15 vorgesehen ist, in dem eine Abbildung des Schutzbauteils 102 vorliegt. Das Schutzbauteil 102 kann zum Beispiel ein poröser Aluminiumoxidkörper sein.
  • Bezüglich des übrigen Aufbaus entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Mit diesem Ausführungsbeispiel lässt sich verhindern, dass der Laserstrahl auf das Festelektrolytsubstrat 11 abgestrahlt wird. Das Festelektrolytsubstrat 11 wird also nicht beschädigt. Bezüglich der übrigen Funktionsweise und Wirkungen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Neuntes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in den 15 und 16 gezeigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang der Laserbestrahlung eine Einstellung des Brennpunkts des Laserstrahls 30 in Übereinstimmung mit einer durch einen thermischen Effekt des Gasmessfühlers 1 verursachten optischen Verschiebung eines Bearbeitungspunkts beinhaltet. Und zwar wird, wie in 15 gezeigt ist, auf der Oberfläche der Einlasslochschicht 15 eine vorbestimmte Anzahl an Brennpunktmustern 152 ausgebildet. Falls die Bildung des Einlasslochs erfolgt, während das Ausgangssignal des Gasmessfühlers 1 gemessen wird, wird des Weiteren, wie in 16 gezeigt ist, ein nahes Ende des Gasmessfühlers 1 in einem Halter 61 fixiert, der mit einer Heizungsschaltung und einer Mischungsverhältnis-Steuerungsschaltung verbunden ist. Dann wird der Heizung 19 in dem Gasmessfühler 1 (siehe 1 und 2) ein elektrischer Strom zugeführt, um die Temperatur des Gasmessfühlers 1 zu erhöhen. In diesem Fall kann es in dem Gasmessfühler 1 zu einer leichten Wölbung oder einer anderen thermischen Verformung kommen. Darüber hinaus kann die Umgebungsluft aufgrund der Hitze des Gasmessfühlers 1 optische Fluktuation hervorrufen. Die auf diese Weise hervorgerufene Brechungsfunktion führt zu optischen Abweichungen des Bearbeitungspunkts.
  • Am Ende dieser thermischen Verformung wird daher unter Nutzung des Musters 152 ein Schritt durchgeführt, bei dem der Brennpunkt des Laserstrahls 30 eingestellt wird. Nach der Beendigung der Brennpunkteinstellung wird dann die Laserbestrahlung durchgeführt, um die Einlasslöcher 150 zu bilden. Bezüglich des übrigen Aufbaus entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Mit diesem Ausführungsbeispiel lässt sich effizient die Bildung genauer Einlasslöcher 150 durchführen. Dazu wird der Gasmessfühler 1 auf eine hohe Temperatur erhitzt, falls das Einlassloch 150 unter Messung des Ausgangssignals des Gasmessfühlers 1 gebildet wird. In diesem Fall kann es in dem Gasmessfühler 1 zu einer leichten Wölbung oder einer anderen thermischen Verformung kommen. Und zwar wird die Wölbung durch eine Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Festelektrolytsubstrat 11 aus Zirkoniumoxidkeramik und den anderen Schichten aus Aluminiumoxidkeramik hervorgerufen. Die Umgebungsluft verursacht aufgrund der Hitze des Gasmessfühlers 1 optische Fluktuation. Die auf diese Weise hervorgerufen Brechungsfunktion führt zu optischen Abweichungen des Bearbeitungspunkts.
  • Wenn in diesem Fall der Brennpunkt der Laserbestrahlungsbearbeitung feststeht, vergrößert sich der verdichtete Strahldurchmesser aufgrund der Abweichung des Brennpunkts an der Bearbeitungsstelle. Das ausgebildete Einlassloch 150 hat daher tendenziell einen größeren Durchmesser. Es braucht viel Zeit, das Einlassloch 150 zu bilden. Wenn der Brennpunkt des Laserstrahl 30 jedoch unmittelbar vor der Durchführung der Laserbestrahlung eingestellt wird, kann das Einlassloch 150 auch dann effizient und genau ausgebildet werden, wenn der Gasmessfühler 1 eine thermische Verformung hervorruft. Bezüglich der übrigen Funktionsweise und Wirkungen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Zehntes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in den 17 und 18 gezeigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbestrahlung erfolgt, indem die Bestrahlungsstelle des Laserstrahls 30 bezüglich der Einlasslochschicht 15 verschoben wird, während ein Ausgangssignalwert des Gasmessfühler 1 gemessen wird, um so ein Einlassloch 153 mit einer länglichen Form zu bilden, und dass die Länge des Einlasslochs 153 in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers 1 festgelegt wird. Wie in 17 gezeigt ist, werden zum Beispiel fünf Einlasslöcher 150 mit Stiftlochform gebildet. Dann wird das Einlassloch 153 mit der länglichen Form gebildet, während der Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers 1 gemessen wird. Die Länge des länglichen Einlassloches 153 wird allmählich erhöht. Wie durch die in 18 gezeigte Kurve L1 angegebenen ist, nimmt der Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers 1 in diesem Fall allmählich zu.
  • Da der Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers 1 in der Luft gemessen wird, kann der Ausgangssignalwert bezüglich der Sauerstoffkonzentration in der Luft gemessen werden. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Messwert den gewünschten Ausgangssignalwert bezüglich der Sauerstoffkonzentration in der Luft erreicht, wird der oben beschriebene Vorgang zur Erhöhung der Länge des Einlasslochs 153 beendet. Bezüglich der Einzelheiten des auf der Einstellung des Ausgangssignals basierenden Verfahrens zum Ausbilden des Einlasslochs 153 kann auf das oben beschriebene vierte Ausführungsbeispiel als bevorzugtes Beispiel verwiesen werden. Bezüglich des übrigen Aufbaus entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Mit diesem Ausführungsbeispiel lässt sich leicht eine Feineinstellung des Ausgangssignalwerts des Gasmessfühlers 1 durchführen. Und zwar würde sich, falls der Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers 1 durch Änderung der Gesamtzahl an auszubildenden Einlasslöchern 150 eingestellt wird, der Ausgangssignalwert im Ansprechen auf die Erhöhung der Anzahl (d.h. entsprechend der zum Öffnen der Löcher erforderlichen Zeitdauer) schrittweise erhöhen, wie durch die Kurve L2 in 18 gezeigt wird. Wenn der Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers 1 dagegen durch Erhöhen der Länge des länglichen Einlasslochs 153 eingestellt wird, nimmt der Ausgangssignalwert im Ansprechen auf die Erhöhung der Länge (d.h. in Übereinstimmung mit dem Verstreichen der zum Öffnen des Lochs erforderlichen Zeit) kontinuierlich (oder linear) zu, wie durch die Kurve L1 in 18 gezeigt wird. Daher lässt sich leicht eine Feineinstellung des Ausgangssignalwerts des Gasmessfühlers 1 durchführen. Bezüglich der übrigen Funktionsweise und der Wirkungen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Elftes Ausführungsbeispiel
  • Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in 19 gezeigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellen, an denen die Einlasslöcher 150 ausgebildet werden, zum Aufzeichnen von Identifikationsinformationen über den Gasmessfühler 1 genutzt werden. Und zwar werden, wie in 19 gezeigt ist, die Bildungsstellen vieler Einlasslöcher 150 so festgelegt, dass sie ein Matrixmuster mit 5 Zeilen × 5 Reihen bilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, jeden Messfühler durch gezieltes Ausbilden der Einlass löcher 150 auf diesem Matrixmuster zu identifizieren. Bei dem in 19 gezeigten Gasmessfühler 1 befinden sich zum Beispiel insgesamt fünf Einlasslöcher 150 an den Koordinaten (1, 1), (2, 3), (3, 4), (4, 1) und (5, 2) dieses Matrixmusters. In diesem Fall wird dem Gasfühlerbauteil 1 die Identifikationszahl „3412" zugewiesen, wobei der Punkt (1, 1) in diesem Ausführungsbeispiel als Bezugspunkt verwendet wird. Es können dann verschiedene Eigenschaften dieses Gasmessfühlers 1 in Erfahrung gebracht werden, indem auf diese Identifikationsnummer Bezug genommen wird. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet zwar ein Matrixmuster mit 5 Zeilen × 5 Reihen, doch versteht sich, dass unter Berücksichtigung der Größe des Bearbeitungsabschnitts, der Genauigkeit der Lochpositionen und des verfügbaren Bereichs auch andere Matrixmuster verwendet werden können. Bezüglich des übrigen Aufbaus entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Einlasslöcher 150 Identifikationsinformationen ausdrücken oder darstellen, die zur Identifizierung der Ausgangssignalkennlinie oder anderer sich auf den Gasmessfühler 1 beziehender Informationen verwendet werden. Bezüglich der übrigen Funktionsweise und Wirkungen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Ein mehrlagiger Gasmessfühler (1) enthält ein Festelektrolytsubstrat (11). Auf den Oberflächen des Festelektrolytsubstrats (11) sind eine messgasseitige Elektrode (21) und eine Bezugselektrode (22) vorgesehen. Die messgasseitige Elektrode (21) ist in einer Messgaskammer (23) vorgesehen. Eine Einlasslochschicht (15) hat ein Einlassloch (150), um ein Messgas von einer Umgebungsatmosphäre in die Messgaskammer (23) einzulassen und um dem in die Messgaskammer (23) eingelassenen Messgas einen Diffusions widerstand zu verleihen. Bei der Herstellung dieses Gasmessfühlers (1) wird das Einlassloch (150) durch Durchführen einer Laserbestrahlung auf der Einlasslochschicht (15) ausgebildet.

Claims (22)

  1. Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Gasmessfühlers, der ein Festelektrolytsubstrat (11), eine messgasseitige Elektrode (21) und eine Bezugselektrode (22), die auf Oberflächen des Festelektrolytsubstrats (11) vorgesehen sind, eine Messgaskammer (23), in der die messgasseitige Elektrode (21) vorgesehen ist, und eine Einlasslochschicht (15) mit einem Einlassloch (150) hat, um ein Messgas von einer Umgebungsatmosphäre in die Messgaskammer (23) einzulassen und um dem in die Messgaskammer (23) eingelassenen Messgas einen Diffusionswiderstand zu verleihen, wobei das Herstellungsverfahren den Schritt Bilden des Einlasslochs (150) durch Durchführen einer Laserbestrahlung auf der Einlasslochschicht (15) beinhaltet.
  2. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Durchmesser des Einlasslochs (150) in einem Bereich von 1 μm bis 50 μm liegt.
  3. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Einlassloch (150) aus einer Vielzahl von Löchern besteht.
  4. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, bei dem mindestens eines der mehreren Einlasslöcher (150) vor dem Sintern des Gasmessfühlers ausgebildet wird.
  5. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers gemessen wird, wenn die Laserbestrahlung durchgeführt wird, und Durchmesser und Anzahl des Einlass lochs (150) unter Bezugnahme auf den Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers festgelegt werden.
  6. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Laserbestrahlung unter Verwendung eines Pulslasers erfolgt.
  7. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Wellenlänge des Laserstrahls (30) kleiner oder gleich 350 nm ist.
  8. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, bei dem die Laserbestrahlung unter Verwendung einer Excimer-Lasers oder eines YAG-Lasers durchgeführt wird, der einen Generator für eine dritte Oberschwingung verwendet.
  9. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Pulshalbwertsbreite des Laserstrahls (30) kleiner oder gleich 1 ps ist.
  10. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, bei dem die Laserbestrahlung unter Verwendung eines Titan-Saphir-Lasers erfolgt.
  11. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Brennpunkt des Laserstrahls (30) unter Bezugnahme auf den Fortschritt bei der unter Verwendung des Laserstrahls (30) erfolgenden Bildung des Einlasslochs (150) geändert wird.
  12. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Laserbearbeitung der Einlasslochschicht (15) gesteuert wird, indem die Bestrahlungsstelle des auf die Einlasslochschicht (15) abgestrahlten Laserstrahls (30) optisch überwacht wird.
  13. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem eine Abbildung der Messgaskammer (23) auf der Oberfläche des Festelektrolytsubstrats (11) in einem elektrodenfreien Bereich (101) vorhanden ist, in dem die messgasseitige Elektrode (21) nicht ausgebildet ist, und sich das in der Einlasslochschicht (15) ausgebildete Einlassloch (150) in dem elektrodenfreien Bereich (101) befindet.
  14. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, bei dem sich in dem elektrodenfreien Bereich (101) der Messgaskammer (23) ein Schutzbauteil (102) befindet, das das Festelektrolytsubstrat (11) schützt, und das Einlassloch (150) in einem vorbestimmten Bereich der Einlasslochschicht (15) vorgesehen wird, in dem eine Abbildung des Schutzbauteils (102) vorliegt.
  15. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der der Vorgang der Durchführung der Laserbestrahlung eine Einstellung des Brennpunkts des Laserstrahls (30) in Übereinstimmung mit einer durch einen thermischen Effekt des Gasmessfühlers verursachten optischen Verschiebung des Bearbeitungspunkt beinhaltet.
  16. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Laserbestrahlung erfolgt, indem, während ein Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers gemessen wird, die Bestrahlungsstelle des Laserstrahls (30) bezüglich der Einlasslochschicht (15) verschoben wird, um so ein längliches Einlassloch (153) zu bilden, und die Länge des länglichen Einlasslochs (153) in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignalwert des Gasmessfühlers festgelegt wird.
  17. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die Bildungsstelle des Einlasslochs (150) Identifikationsinformationen über den Gasmessfühler liefert.
  18. Gasmessfühler, mit: einem Festelektrolytsubstrat (11), einer messgasseitigen Elektrode (21) und einer Bezugselektrode (22), die auf Oberflächen des Festelektrolytsubstrats (11) vorgesehen sind, einer Messgaskammer (23), in der die messgasseitige Elektrode (21) vorgesehen ist, und einer Einlasslochschicht 15) mit einem Einlassloch (150), um ein Messgas von einer Umgebungsatmosphäre in die Messgaskammer (23) einzulassen und um dem in die Messgaskammer (23) eingelassenen Messgas einen Diffusionswiderstand zu verleihen, wobei das Einlassloch (150) ein durch Laserbestrahlung gebildetes Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 1 μm bis 50 μm ist.
  19. Gasmessfühler nach Anspruch 18, bei dem eine Abbildung der Messgaskammer (23) auf der Oberfläche des Festelektrolytsubstrats (11) in einem elektrodenfreien Bereich (101) vorhanden ist, in dem die messgasseitige Elektrode (21) nicht ausgebildet ist, und sich das in der Einlasslochschicht (15) ausgebildete Einlassloch (150) in dem elektrodenfreien Bereich (101) befindet.
  20. Gasmessfühler nach Anspruch 19, bei dem sich in dem elektrodenfreien Bereich (101) der Messgaskammer (23) ein Schutzbauteil (102) befindet, das das Festelektrolytsubstrat (11) schützt, und das Einlassloch (150) in einem vorbestimmten Bereich der Einlasslochschicht (15) vorgesehen ist, in dem eine Abbildung des Schutzbauteils (102) vorliegt.
  21. Gasmessfühler nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem ein Einlassloch (153) der Einlasslochschicht (15) eine längliche Form hat.
  22. Gasmessfühler-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem eine Bildungsstelle des Einlasslochs (150) Identifikationsinformationen des Gasmessfühlers liefert.
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