DE102007057430B4

DE102007057430B4 - Sensorelement, Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements und Gassensor

Info

Publication number: DE102007057430B4
Application number: DE102007057430.6A
Authority: DE
Inventors: Seiji Oya; Tomohiro Wakazono; Mineji Nasu
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: JP4936136B2; US20080121020A1; JP2008157927A; DE102007057430A1; US8012324B2

Abstract

Sensorelement, umfassend: eine erste feste Elektrolytschicht mit einem ersten Durchgangsloch, welches von einer ersten vorderen Oberfläche zu einer ersten hinteren Oberfläche, welche an einer der ersten vorderen Oberfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist, hindurchtritt; und eine zweite feste Elektrolytschicht mit einem zweiten Durchgangsloch, welches von einer zweiten vorderen Oberfläche zu einer zweiten hinteren Oberfläche hindurchtritt, welche an einer der zweiten vorderen Oberfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist, und welches mit dem ersten Durchgangsloch verbindet, wobei die zweite feste Elektrolytschicht dadurch auf der ersten festen Elektrolytschicht gestapelt ist, dass die erste hintere Oberfläche und die zweite vordere Oberfläche miteinander direkt oder durch ein anderes Element in Kontakt gebracht sind, wobei die erste feste Elektrolytschicht eine erste innere Isolationsschicht, welche an einer inneren Oberfläche des ersten Durchgangslochs bereitgestellt ist, eine erste äußere Isolationsschicht, welche mit der ersten inneren Isolationsschicht verbunden ist und auf der ersten hinteren Oberfläche bereitgestellt ist, eine erste innere Leitungsschicht, welche auf der ersten inneren Isolationsschicht bereitgestellt ist, und eine erste äußere Leitungsschicht, welche mit der ersten inneren Leitungsschicht verbunden ist und auf der ersten äußeren Isolationsschicht bereitgestellt ist, umfasst, wobei die zweite feste Elektrolytschicht eine zweite innere Isolationsschicht, welche an einer inneren Oberfläche des zweiten Durchgangslochs bereitgestellt ist, eine zweite äußere Isolationsschicht, welche mit der zweiten inneren Isolationsschicht verbunden ist und auf der zweiten vorderen Oberfläche bereitgestellt ist, eine zweite innere Leitungsschicht, welche auf der zweiten inneren Isolationsschicht bereitgestellt ist, und eine zweite äußere Leitungsschicht, welche mit der zweiten inneren Leitungsschicht verbunden ist und auf der zweiten äußeren Isolationsschicht bereitgestellt ist, umfasst und wobei die erste äußere Leitungsschicht und die zweite äußere Leitungsschicht in elektrischem Kontakt miteinander stehen.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement mit einer Mehrzahl von festen Elektrolyten, wobei jedes in der Form einer Platte gebildet ist, welche sich in einer longitudinalen Richtung erstreckt, mit Durchgangslöchern, welche durch die testen Elektrolyte in der Richtung einer Dicke hindurchtreten, mit Leitungsschichten, welche jeweils in den Durchgangslöchern angeordnet sind, um so Leitungspfade zu bilden, und mit Isolationsschichten, um jede der festen Elektrolyt- und Leitungsschichten elektrisch zu isolieren. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Sensors und einen Gassensor mit einem solchen Sensorelement.
2. Beschreibung der betreffenden Technik:
Aus der japanischen Offenlegungsschrift JP-S61-134655 A ist es bekannt, in einem Durchgangsloch durch eine Festelektrolytplatte eines Sauerstoffsensorelements eine Schicht aus isolierender Keramik an der Innenwand des Lochs anzuordnen, und eine Durchkontaktierung auf der Oberfläche der isolierenden Keramikschicht auszubilden.
Aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 2003-083930 A ist es bekannt, bei einer Durchkontaktierung durch eine keramische Heizungsschicht eine Isolierung an der Innenseite des Durchgangsloches vorzusehen.
Aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 2002-026520 A ist es bekannt, einen Anschluss an eine Durchkontaktierung durch eine Keramikschicht dadurch auszubilden, dass an der darauf zu laminierenden Schicht eine Anschlussfläche mit einer dem Durchgangsloch gegenüberliegenden Ausnehmung gebildet wird.
Aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 2002-107335 A ist es bekannt, bei der Durchkontaktierung durch Keramikschichten eine leitende Schicht auf einer das Durchgangsloch durchsetzenden Isolierschicht auszubilden.
Herkömmlicherweise sind Sensorelemente bekannt, welche durch Stapeln einer Mehrzahl von plattenförmigen Elementen (wie etwa feste Elektrolytsubstrate und Isolationselemente) gebildet sind, wobei jedes in der Form einer Platte gebildet ist, welche sich in einer longitudinalen Richtung erstreckt ( JP-A-2001-242129 (3 und dergleichen)).
Um in solch einem Sensorelement einen ersten Elektrodenteilbereich, welcher auf der vorderen Oberflächenseite des plattenförmigen Elements angeordnet ist, und einen zweiten Elektrodenteilbereich, welcher auf der hinteren Oberflächenseite des plattenförmigen Elements angeordnet ist, elektrisch zu verbinden, gibt es Fälle, wo eine Konfiguration angenommen wird, in welcher das erste Elektrodenelement und das zweite Elektrodenelement durch eine Leitungsschicht elektrisch verbunden sind, welche in einem Durchgangsloch angeordnet ist, welches durch das plattenförmige Element in der Richtung einer Dicke hindurchtritt.
Zusätzlich ist das Durchgangsloch nicht auf ein Durchgangsloch beschränkt, welches durch ein einziges plattenförmiges Element hindurchtritt, und es gibt Fälle, wo eine Mehrzahl von verbundenen Durchgangslöchern durch eine Mehrzahl von plattenförmigen Elementen hindurchtritt. In dem Sensorelement mit solchen verbundenen Durchgangslöchern bilden die in dem Inneren der jeweiligen Durchgangslöcher angeordneten Leitungsschichten Signalpfade, welche durch die Mehrzahl von plattenförmigen Elementen in der Richtung der Dicke hindurchtreten ( JP-A-9-105737 (17 und dergleichen)).
Wie in 17 von JP-A-9-105737 gezeigt, sind zum Beispiel Leiter 12b und 13b von Elektroden 12 und 13 eines Sauerstoffsensor-Teilbereichs 3 mit Anschlüssen 78 mittels Durchgangslöchern 54 eines Abstandselements 5 und mittels Durchgangslöchern 77 eines Substrats 80 verbunden. Durchgangslöcher 54 und 77 sind nämlich so gebildet, um durch die Mehrzahl von plattenförmigen Elementen (das Abstandselement 5 und das Substrat 80) hindurchzutreten, und die Leitungselemente, welche in den Innenräumen dieser Durchgangslöcher angeordnet sind, bilden Signalpfade.
3. Durch die Erfindung zu lösende Probleme:
Da die Ausdehnung einer Gesamtdicke der plattenförmigen Elemente groß ist, wird jedoch die Ausdehnung einer Tiefe (Längsausdehnung) des Durchgangslochs, welches durch die Mehrzahl von plattenförmigen Elementen hindurchtritt, groß. In Fällen, wo die internen Leitungsschichten nicht geeignet angeordnet werden können, ist der Signalpfad, welcher durch eine Leitungsschicht gebildet ist, möglicherweise unterbrochen (nicht verbundener Zustand).
Mit anderen Worten wird in dem Durchgangsloch, dessen Längsausdehnung groß ist, die Operation, die Leitungsschicht in sein Inneres einzufügen, schwierig. Folglich gibt es Fälle, wo die Leitungsschicht auf halbem Wege in dem Durchgangsloch unterbrochen wird zu der Zeit des Einfügens der Leitungsschicht, was zu einem fehlerhaften Signalpfad führt (unterbrochener Zustand).
Dem gemäß ist die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme ersonnen worden, und ihr Ziel ist es, ein Sensorelement mit Durchgangslöchern bereitzustellen, welche durch die Mehrzahl von festen Elektrolyten in der Richtung der Dicke hindurchtreten und in welchem durch entsprechende Leitungsschichten gebildete Signalwege, welche in den Durchgangslöchern angeordnet sind, nicht anfällig für eine Unterbrechung sind, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Sensorelements und einen Sensor, welcher das Sensorelement umfasst, bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt ist das obige Ziel der vorliegenden Erfindung durch Bereitstellen eines Sensorelements erreicht worden, welches umfasst: eine erste feste Elektrolytschicht mit einem ersten Durchgangsloch, welches von einer ersten vorderen Oberfläche zu einer ersten inneren Oberfläche, welche an einer der ersten vorderen Oberfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist, hindurchtritt; und eine zweite feste Elektrolytschicht mit einem zweiten Durchgangsloch, welches von einer zweiten vorderen Oberfläche zu einer zweiten hinteren Oberfläche, welche an einer der zweiten vorderen Oberfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist und welches mit dem ersten Durchgangsloch verbindet, hindurchtritt, wobei die zweite feste Elektrolytschicht dadurch auf der ersten festen Elektrolytschicht gestapelt ist, dass die erste hintere Oberfläche und die zweite vordere Oberfläche direkt oder durch ein anderes Element in Kontakt gebracht sind, wobei die erste feste Elektrolytschicht eine erste innere Isolationsschicht, welche an einer inneren Oberfläche des ersten Durchgangslochs bereitgestellt ist, eine erste äußere Isolationsschicht, welche mit der ersten inneren Isolationsschicht verbunden ist und an der ersten hinteren Oberfläche bereitgestellt ist, eine erste innere Leitungsschicht, welche auf der ersten inneren Isolationsschicht bereitgestellt ist, und eine erste äußere Leitungsschicht, welche mit der ersten inneren Leitungsschicht verbunden ist und auf der ersten äußeren Isolationsschicht bereitgestellt ist, umfasst, wobei die zweite feste Elektrolytschicht eine zweite innere Isolationsschicht, welche an einer inneren Oberfläche des zweiten Durchgangslochs bereitgestellt ist, eine zweite äußere Isolationsschicht, welche mit der zweiten inneren Isolationsschicht verbunden ist und auf der zweiten vorderen Oberfläche bereitgestellt ist, und eine zweite innere Leitungsschicht, welche auf der zweiten inneren Isolationsschicht bereitgestellt ist, und eine zweite äußere Leitungsschicht, welche mit der zweiten inneren Leitungsschicht verbunden ist und auf der zweiten äußeren Isolationsschicht bereitgestellt ist, umfasst, und wobei die erste äußere Leitungsschicht und die zweite äußere Leitungsschicht miteinander in Kontakt sind.
In diesem Sensorelement ist die erste innere Leitungsschicht in dem ersten Durchgangsloch der ersten festen Elektrolytschicht bereitgestellt und die erste äußere Leitungsschicht ist auf der ersten hinteren Oberfläche bereitgestellt. Zusätzlich ist die zweite innere Leitungsschicht in dem zweiten Durchgangsloch der zweiten festen Elektrolytschicht bereitgestellt und die zweite äußere Leitungsschicht ist auf der zweiten vorderen Oberfläche bereitgestellt. In solch einem Sensorelement sind die erste feste Elektrolytschicht und die zweite feste Elektrolytschicht gestapelt, nachdem die erste innere Leitungsschicht und die erste äußere Leitungsschicht (nachfolgend als die erste Leitungsschicht genannt) geeignet für die erste feste Elektrolytschicht gebildet sind sowie nach geeignetem Bilden der zweiten inneren Leitungsschicht und der zweiten äußeren Leitungsschicht (nachfolgend als die zweite Leitungsschicht genannt) für die zweite feste Elektrolytschicht. Daher können Signalpfade sowohl in dem ersten Durchgangsloch als auch in dem zweiten Durchgangsloch geeignet gebildet werden (das heißt, in einem Durchgangsloch mit einer großen Längsausdehnung), welche durch die gestapelte erste feste Elektrolytschicht bzw. zweite feste Elektrolytschicht hindurchtreten.
Da die jeweiligen Längsdimensionen des ersten Durchgangslochs und des zweiten Durchgangslochs kürzer sind als das verbundene Durchgangsloch in der gestapelten ersten festen Elektrolytschicht und zweiten festen Elektrolytschicht, ist die Operation, die erste Leitungsschicht und die zweite Leitungsschicht einzufügen erleichtert, wodurch die erste Leitungsschicht und die zweite Leitungsschicht nicht anfällig für eine Unterbrechung sind.
Weiterhin ist durch Stapeln der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht, welche mit der ersten Leitungsschicht in dem ersten Durchgangsloch bzw. mit der zweiten Leitungsschicht in dem zweiten Durchgangsloch bereitgestellt sind, um so die erste Leitungsschicht und die zweite Leitungsschicht elektrisch zu verbinden, ein ausgezeichneter Verbindungszustand zwischen der ersten Leitungsschicht und der zweiten Leitungsschicht erreicht, weil die erste äußere Leitungsschicht und die zweite äußere Leitungsschicht, welche größere Querschnittsflächen haben als das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch, gefertigt sind, um einander zu kontaktieren.
Folglich kann ein Signalpfad zuverlässig in dem verbundenen Durchgangsloch gebildet werden, welches durch die gestapelte erste feste Elektrolytschicht und die zweite feste Elektrolytschicht hindurchtritt.
Weiterhin umfasst die Isolationsschicht zum elektrischen Isolieren der ersten festen Elektrolytschicht und der ersten Leitungsschicht, oder die Isolationsschicht zum elektrischen Isolieren der zweiten festen Elektrolytschicht und der zweiten Leitungsschicht, nicht nur die erste innere Isolationsschicht und die zweite innere Isolationsschicht, sondern auch die erste äußere Isolationsschicht und die zweite äußere Isolationsschicht. Daher ist es möglich, eine elektrische Verbindung zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der ersten äußeren Leitungsschicht und zwischen der zweiten festen Elektrolytschicht und der zweiten äußeren Leitungsschicht zu verhindern. Folglich wird es möglich, einen Kurzschluss zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der ersten Leitungsschicht und zwischen der zweiten festen Elektrolytschicht und der zweiten Leitungsschicht (insbesondere zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der ersten äußeren Leitungsschicht und zwischen der zweiten festen Elektrolytschicht und der zweiten äußeren Leitungsschicht) zu verhindern, um es dadurch möglich zu machen, ein Brechen (wie etwa das Schwärzen der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht) des Sensorelements zu verhindern.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der Erfindung erstreckt sich weiterhin in dem oben beschriebenen Sensorelement die erste äußere Isolationsschicht, wenn die erste feste Elektrolytschicht in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung ihrer Dicke gesehen wird, vorzugsweise weiter von einer Peripherie des ersten Durchgangslochs als die erste äußere Leitungsschicht, und wenn die zweite feste Elektrolytschicht in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung ihrer Dicke gesehen wird, erstreckt sich die zweite äußere Isolationsschicht vorzugsweise weiter von einer Peripherie des zweiten Durchgangslochs als die zweite äußere Leitungsschicht.
Da die erste äußere Isolationsschicht sich weiter als die erste äußere Leitungsschicht erstreckt, und die zweite äußere Isolationsschicht sich weiter als die zweite äußere Leitungsschicht erstreckt, ist es somit möglich, wirkungsvoller eine elektrische Verbindung zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der ersten äußeren Leitungsschicht und zwischen der zweiten festen Elektrolytschicht und der zweiten äußeren Leitungsschicht zu verhindern. In Übereinstimmung mit einem dritten Aspekt der Erfindung erstreckt sich weiterhin die erste äußere Isolationsschicht um 0,1 mm oder mehr weiter als die erste äußere Leitungsschicht, und die zweite äußere Isolationsschicht erstreckt sich vorzugsweise um 0,1 mm oder mehr weiter als die zweite äußere Leitungsschicht.
In dem oben beschriebenen Sensorelement sind in Übereinstimmung mit einem vierten Aspekt der Erfindung vorzugsweise die erste äußere Isolationsschicht und die zweite äußere Isolationsschicht durch eine Zwischenisolationsschicht miteinander in Kontakt.
Wenn die erste äußere Leitungsschicht und die zweite äußere Leitungsschicht miteinander in Kontakt gebracht werden, dadurch dass bewirkt ist, dass sich die erste äußere Isolationsschicht weiter als die erste äußere Leitungsschicht erstreckt und dass sich die zweite äußere Isolationsschicht weiter als die zweite äußere Leitungsschicht erstreckt, gibt es Fälle, wo ein Freiraum zwischen der ersten äußeren Isolationsschicht und der zweiten äußeren Isolationsschicht gebildet ist. Durch Bereitstellen einer Zwischenisolationsschicht in diesem Freiraum ist es möglich, einen Kurzschluss zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der ersten Leitungsschicht und zwischen der zweiten festen Elektrolytschicht und der zweiten Leitungsschicht durch diesen Freiraum zu verhindern. Die Zwischenisolationsschicht ist vorzugsweise in Kontakt mit der ersten äußeren Leitungsschicht und der zweiten äußeren Leitungsschicht gebracht. Folglich ist der offene Freiraum nicht gebildet, und es ist möglich, zuverlässig einen Kurzschluss zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der ersten Leitungsschicht und zwischen der zweiten festen Elektrolytschicht und der zweiten Leitungsschicht zu verhindern.
In dem oben beschriebenen Sensorelement sind in Übereinstimmung mit einem fünften Aspekt der Erfindung vorzugsweise die erste feste Elektrolytschicht und die zweite feste Elektrolytschicht über die Zwischenisolationsschicht miteinander in Kontakt. Die somit gebildete Zwischenisolationsschicht ist in der Lage, zu verhindern, dass die erste feste Elektrolytschicht und die zweite feste Elektrolytschicht in Kontakt miteinander kommen.
In dem Sensorelement mit einer Zwischenisolationsschicht liegt in Übereinstimmung mit einem sechsten Aspekt der Erfindung eine Intervallausdehnung zwischen der ersten hinteren Oberfläche und der zweiten vorderen Oberfläche vorzugsweise in einem Bereich von 10 μm bis 100 μm.
Wenn die Intervallausdehnung zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht auf 10 μm oder mehr gesetzt ist, ist es möglich, eine Isolation zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht sicherzustellen.
Wenn auf der anderen Seite die Ausdehnung einer Dicke der Zwischenisolationsschicht groß wird, wird die Rate einer Wärmeübertragung durch die Zwischenisolationsschicht langsam, um dadurch eine Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Teilbereichen des Sensorelements zu vermitteln. Auf Grund einer Differenz einer Wärmeausdehnung auf Grund einer Temperaturdifferenz können somit die erste feste Elektrolytschicht und die zweite feste Elektrolytschicht abblättern, was möglicherweise zu einem gebrochenen Sensorelement führt. Dem gemäß ist die Intervallausdehnung zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht auf 100 μm oder weniger gesetzt, die Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Teilbereichen des Sensorelements ist unterdrückt, um es dadurch möglich zu machen, ein Brechen des Sensorelements auf Grund einer Differenz einer Wärmeausdehnung zu verhindern.
In dem Sensorelement mit der oben beschriebenen Zwischenisolationsschicht ist es in Übereinstimmung mit einem siebten Aspekt der Erfindung möglich, eine Anordnung anzunehmen, in welcher das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch in longitudinal rückwärtigen Endteilbereichen der ersten festen Elektrolytschicht bzw. der zweiten festen Elektrolytschicht angeordnet sind und ein Heizungsteilbereich ist an einem führenden Endteilbereich des Sensorelements bereitgestellt, wobei die Zwischenisolationsschicht auch an dem führenden Endteilbereich bereitgestellt ist, wo der Heizungsbereich angeordnet ist, zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht, und wobei eine Ausdehnung einer Dicke der Zwischenisolationsschicht bei der führenden Endseite kleiner ist als eine Ausdehnung einer Dicke der Zwischenisolationsschicht an einem rückwärtigen Endteilbereich, wo das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch angeordnet sind.
Somit nimmt in dem Sensorelement mit einem Heizungsbereich der führende Endteilbereich, wo der Heizungsbereich bereitgestellt ist, eine höhere Temperatur an verglichen mit dem rückwärtigen Endteilbereich, wo das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch gebildet sind. Daher neigt ein Abblättern der zweiten festen Elektrolytschicht und der ersten festen Elektrolytschicht in Hinsicht auf die Zwischenisolationsschicht auf Grund einer Differenz einer Wärmeausdehnung dazu, häufiger in dem führenden Endteilbereich aufzutreten.
Auf der anderen Seite hat die Zwischenisolationsschicht eine Ausdehnung einer Dicke in dem führenden Endteilbereich, welche kleiner ist als ihre Ausdehnung einer Dicke in dem rückwärtigen Endteilbereich. Aus diesem Grund ist eine Temperaturdifferenz zwischen jeweiligen Teilbereichen in der Richtung einer Dicke in dem führenden Endteilbereich (das heißt in dem Teilbereich, wo der Heizungsbereich gebildet ist) des Sensorelements verglichen mit seinem rückwärtigen Endteilbereich unterdrückt.
Daher ist in Übereinstimmung mit der Erfindung sogar in Fällen, wo ein Heizungsbereich bereitgestellt ist, die Anordnung derart, dass eine Temperaturdifferenz bei dem Teilbereich, wo der Heizungsbereich gebildet ist, unterdrückt ist, um es dadurch möglich zu machen, ein Brechen des Sensorelements auf Grund einer Differenz einer Wärmeausdehnung zu verhindern.
Die führende Endseite des Sensorelements ist die Seite mit einem Teilbereich, welcher unter entgegengesetzten longitudinalen Enden dem zu detektierenden Gas ausgesetzt ist, und die rückwärtige Endseite des Sensorelements ist die der führenden Endseite entgegengesetzte Seite.
In dem oben beschriebenen Sensorelement ist in Übereinstimmung mit einem achten Aspekt der Erfindung die Zwischenisolationsschicht vorzugsweise durchgehend von dem führenden Endteilbereich zu dem rückwärtigen Endteilbereich des Sensorelements zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht gebildet, und hat einen Teilbereich einer Ausdehnungsänderung, bei welchem sich die Ausdehnung einer Dicke der Zwischenisolationsschicht ändert, um so schmaler auf einer Seite des führenden Endteilbereichs des Teilbereichs einer Ausdehnungsänderung zu werden.
Da die Zwischenisolationsschicht mit einem Teilbereich einer Ausdehnungsänderung bereitgestellt ist, ist es leicht möglich, eine Zwischenisolationsschicht zu realisieren, in welcher sich die Ausdehnung einer Dicke bei dem führenden Endteilbereich von der Ausdehnung einer Dicke bei dem rückwärtigen Endteilbereich unterscheidet.
Der Teilbereich einer Ausdehnungsänderung der Zwischenisolationsschicht kann in einer stufenförmigen Form gebildet sein, in welcher die Ausdehnung einer Dicke sich entlang der longitudinalen Richtung des Sensorelements in Schritten ändert, oder kann in einer abgeschrägten Form gebildet sein, in welcher sich die Ausdehnung einer Dicke graduell entlang der longitudinalen Richtung des Sensorelements ändert.
Weiterhin kann das oben beschriebene Sensorelement in Übereinstimmung mit einem neunten Aspekt der Erfindung weiterhin umfassen: eine dritte äußere Isolationsschicht, welche auf der ersten vorderen Oberfläche bereitgestellt ist und mit der ersten inneren Isolationsschicht verbunden ist und eine dritte äußere Leitungsschicht, welche auf der dritten äußeren Isolationsschicht bereitgestellt ist und welche mit der ersten inneren Leitungsschicht verbunden ist, und einen abgeschrägten Teilbereich, welcher auf einer longitudinal rückwärtigen Endseite der ersten festen Elektrolytschicht bereitgestellt ist, wobei die dritte äußere Isolationsschicht bei einer Oberfläche des abgeschrägten Teilbereichs ausgesetzt ist.
In einem Fall, wo die erste feste Elektrolytschicht eine äußerste Schicht ist, ist der abgeschrägte Teilbereich gebildet, um ein Brechen eines Kantenteilbereichs des Sensorelements zu verhindern. Zusätzlich gibt es Fälle, wo die dritte äußere Isolationsschicht zum Etablieren eines elektrischen Kontakts mit einer äußeren Schaltung auf der ersten oberen Oberfläche der ersten festen Elektrolytschicht gebildet ist. In diesem Fall ist es möglich, zuverlässig einen Kurzschluss zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der dritten äußeren Leitungsschicht zu verhindern, da die dritte äußere Isolationsschicht bei dem abgeschrägten Teilbereich gebildet ist.
Als Nächstes stellt die vorliegende Erfindung in Übereinstimmung mit einem zehnten Aspekt, um das obige Ziel zu erreichen, ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements bereit, welches Sensorelement eine erste feste Elektrolytschicht mit einem Durchgangsloch, welches von einer ersten vorderen Oberfläche zu einer ersten hinteren Oberfläche, welche an einer der ersten vorderen Oberfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist, hindurchtritt; und eine zweite feste Elektrolytschicht mit einem Durchgangsloch, welches von einer zweiten vorderen Oberfläche zu einer zweiten hinteren Oberfläche, welche an einer der zweiten vorderen Oberfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist, hindurchtritt und welches mit dem ersten Durchgangsloch verbindet, umfasst, wobei die zweite feste Elektrolytschicht auf der ersten festen Elektrolytschicht dadurch gestapelt ist, das die erste hintere Oberfläche und die zweite vordere Oberfläche direkt oder durch ein anderes Element miteinander in Kontakt gebracht sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: einen Schritt eines Bildens einer Isolationsschicht, welcher ein Bilden einer ersten inneren Isolationsschicht auf einer inneren Oberfläche des ersten Durchgangslochs der ersten festen Elektrolytschicht vor einem Stapeln, Bilden auf der ersten hinteren Oberfläche einer ersten äußeren Isolationsschicht, welche mit der ersten inneren Isolationsschicht verbunden ist, Bilden einer zweiten inneren Isolationsschicht auf einer inneren Oberfläche des zweiten Durchgangslochs der zweiten festen Elektrolytschicht, und Bilden einer zweiten äußeren Isolationsschicht, welche mit der zweiten inneren Isolationsschicht auf der zweiten vorderen Oberfläche verbunden ist, umfasst; einen Schritt eines Bildens einer Leitungsschicht, welcher ein Bilden einer ersten inneren Leitungsschicht auf der ersten inneren Isolationsschicht, ein Bilden auf der ersten äußeren Isolationsschicht einer ersten äußeren Leitungsschicht, welche mit der ersten inneren Leitungsschicht verbunden ist, Bilden einer zweiten inneren Leitungsschicht auf der zweiten inneren Isolationsschicht, und Bilden auf der zweiten äußeren Isolationsschicht einer zweiten äußeren Leitungsschicht, welche mit der zweiten inneren Leitungsschicht verbunden ist, umfasst; und einen Schritt eines Stapelns, welcher ein Stapeln der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht umfasst, während die erste äußere Leitungsschicht und die zweite äußere Leitungsschicht miteinander in Kontakt gebracht werden.
Da die Isolationsschichten, umfassend die erste innere Isolationsschicht, die erste äußere Isolationsschicht, die zweite innere Isolationsschicht, und die zweite äußere Isolationsschicht in dem Schritt des Bildens der Isolationsschicht gebildet sind, können es die Isolationsschichten verhindern, nachdem die erste Leitungsschicht und die zweite Leitungsschicht in dem folgenden Schritt eines Bildens einer Leitungsschicht gebildet werden, dass die erste Leitungsschicht und die zweite Leitungsschicht in Kontakt mit der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht kommen. Auf diese Weise ist es möglich, ein Sensorelement herzustellen, welches einen Kurzschluss zwischen der ersten Leitungsschicht oder der zweiten Leitungsschicht und der ersten festen Elektrolytschicht oder der zweiten festen Elektrolytschicht verhindert.
Nachdem die erste Leitungsschicht und die zweite Leitungsschicht für die erste feste Elektrolytschicht bzw. die zweite feste Elektrolytschicht in dem Schritt eines Bildens der Leitungsschicht in diesem Verfahren eines Herstellens eines Sensorelements gebildet sind, werden zusätzlich die erste feste Elektrolytschicht und die zweite feste Elektrolytschicht gestapelt, während die erste äußere Leitungsschicht und die zweite äußere Leitungsschicht in dem Schritt eines Stapelns miteinander in Kontakt gebracht werden. Da die erste Leitungsschicht und die zweite Leitungsschicht in das erste Durchgangsloch der ersten festen Elektrolytschicht und das zweite Durchgangsloch der zweiten festen Elektrolytschicht (das heißt in die Durchgangslöcher, deren Längsausdehnung klein ist) eingefügt werden, ist somit die Operation eines Einfügens der Leitungselemente erleichtert.
Gemäß des Verfahrens eines Herstellen eines Sensorelements in Übereinstimmung mit der Erfindung ist es daher möglich, ein Sensorelement herzustellen, welches einen Kurzschluss zwischen der ersten Leitungsschicht und der ersten festen Elektrolytschicht und zwischen der zweiten Leitungsschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht verhindert und in welchem die erste Leitungsschicht und die zweite Leitungsschicht zuverlässig verbunden sind.
Um das obige Ziel zu erreichen, stellt als Nächstes in Übereinstimmung mit einem elften Aspekt die vorliegende Erfindung einen Gassensor bereit, welcher umfasst: ein Detektionselement, welches sich in einer axialen Richtung erstreckt und einen führenden Endteilbereich hat, welcher zu einem zu messenden Gas gerichtet ist; eine Metallhülse, welche eine Peripherie des Detektionselements umgibt, in welchem der führende Endteilbereich und ein rückwärtiger Endteilbereich des Detektionselements von entgegengesetzten Enden der Metallhülse hervorstehen; und ein Halterungselement, welches zwischen dem Detektionselement und der Metallhülse angeordnet ist, um das Detektionselement in der Metallhülse zu haltern, wobei das Detektionselement das Sensorelement gemäß eines des ersten bis neunten Aspekts der Erfindung ist.
Da dieser Gassensor ein Detektionselement hat, welches durch das Sensorelement gemäß eines des ersten bis neunten Aspekts gebildet ist, ist die Zuverlässigkeit der Signalwege durch die Durchgangslöcher in dem Inneren des Detektionselements verbessert, so dass es möglich ist, ein Abnehmen einer Gasdetektionsgenauigkeit zu unterdrücken, welche fehlerhaften Signalwegen zuteilbar ist, und eine Verschlechterung in der Gasdetektionsgenauigkeit des Sensors zu verhindern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittansicht, welche die Gesamtkonfiguration eines NO_x-Sensors illustriert;
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine schematische Struktur eines Gassensorelements illustriert;
3 ist eine Querschnittansicht, welche die interne Struktur auf einer Stapelungsoberfläche illustriert, wo ein Heizungswiderstandsmuster einer Heizung in dem Gassensorelement gebildet ist;
4 ist eine Querschnittansicht, welche entlang der Linie A-A in 3 genommen ist, der internen Struktur des Gassensorelements;
5 ist ein erläuterndes Diagramm, in welchem ein erstes festes Elektrolytsubstrat, ein zweites festes Elektrolytsubstrat, und eine innere Zwischenisolationsschicht gestapelt sind;
6 ist ein erläuterndes Diagramm, welches einen Zustand illustriert, in welchem verbundene Durchgangslöcher und Leitungselemente in dem Schritt eines Stapelns des ersten festen Elektrolytsubstrats, des zweiten festen Elektrolytsubstrats, und der inneren Zwischenisolationsschicht gebildet werden;
7 ist eine Querschnittansicht, welche die interne Struktur eines zweiten Sensorelements illustriert;
8 ist eine Querschnittansicht, welche die interne Struktur eines dritten Sensorelements illustriert; und
9 ist eine Querschnittansicht, welche die interne Struktur eines vierten Sensorelements illustriert.
Beschreibung von Bezugsnummern:
Bezugsnummern, welche dazu benutzt werden, verschiedene strukturelle Merkmale in den Zeichnungen zu identifizieren, umfassen die folgenden.

2: NO_x-Sensor, 4: Gassensorelement, 10: Leitungsrahmen (Verbindungsanschluss), 20: Detektionselement, 22: Heizung, 30, 31, 32, 33, 34 und 36: Elektrodenanschluss-Teilbereiche, 37: äußere Zwischenisolationsschicht, 38: Metallhülse, 69: Halterungselement, 121: Heizungswiderstandsmuster, 123: drittes festes Elektrolytsubstrat, 125: zweites festes Elektrolytsubstrat, 127: erstes festes Elektrolytsubstrat, 129: innere Zwischenisolationsschicht, 131: Heizungsteilbereich, 133, zweites Durchgangsloch, 134: erstes Durchgangsloch, 135: Heizungsleiterteilbereich, 137: erste Leitungsschicht, 138: zweite Leitungsschicht, 204: zweites Sensorelement, 222: zweite Heizung, 229: zweite innere Zwischenisolationsschicht, 230, 330: Teilbereich einer Ausdehnungsänderung, 304: drittes Sensorelement, 322: dritte Heizung, 329: dritte innere Zwischenisolationsschicht, 404: viertes Sensorelement, 500: abgeschrägter Teilbereich.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend wird eine Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht ausgelegt werden, darauf beschränkt zu sein.
Als eine Ausführungsform der Erfindung wird eine Beschreibung eines NO_x-Sensors 2 gegeben, welcher in einem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors installiert ist, um in Auspuffgas enthaltenes NO_x zu detektieren.
Der NO_x-Sensor 2 ist ein Typ eines Gassensors, mit einer Konfiguration, welche ein Detektionselement (Gassensorelement) zum Detektieren einer bestimmten Komponente von Auspuffgas umfasst, welche Gegenstand einer Messung in einem Automobil oder verschiedenen Verbrennungsmotoren ist.
(1) Gesamtkonfiguration des NO_x-Sensors
1 ist eine Querschnittansicht, welche die Gesamtkonfiguration des NO_x-Sensors 2 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung illustriert.
Der NO_x-Sensor 2 umfasst eine zylindrische Metallhülse 38 mit einem Gewindeteilbereich 39, welcher an ihrer äußeren Oberfläche gebildet ist, zum Befestigen an einem Auspuffrohr; ein Gassensorelement 4, welches in der Form einer Platte gebildet ist und sich in einer axialen Richtung (in der longitudinalen Richtung des NO_x-Sensors 2, das heißt in der vertikalen Richtung in der Zeichnung) erstreckt; eine zylindrische Keramikhülse 6, welche so angeordnet ist, um die radiale Peripherie des Gassensorelements 4 zu umgeben; ein Isolationskontaktelement 66, welches in einem Zustand angeordnet ist, in welchem die innere Wandoberfläche einer Kontakteinführöffnung 68, welche in der axialen Richtung hindurchtritt, einen rückwärtigen Endteilbereich des Gassensorelements 4 umgibt; und eine Mehrzahl von (nur zwei sind in 1 gezeigt) Kontaktanschlüssen 10 (der Leitungsrahmen 10), welche zwischen dem Gassensorelement 4 und dem Isolationskontaktelement 66 angeordnet sind.
Das Gassensorelement 4 hat die Form einer länglichen Platte, welche sich in der axialen Richtung erstreckt, und hat einen Detektionsteilbereich 8, welcher an der führenden Endseite (eine untere Seite in den Zeichnungen, das heißt ein axial distaler Endteilbereich) gebildet ist und welcher zu dem zu messenden Gas hin gerichtet ist. Weiterhin hat das Gassensorelement 4 Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32, 33, 34 und 36, welche auf einem ersten äußeren Teilbereich 21 und einem zweiten äußeren Teilbereich 23 gebildet sind, welche eine Positionsbeziehung von zwei Seiten auf der äußeren Oberfläche der rückwärtigen Endseite annehmen (eine obere Seite in den Zeichnungen, das heißt ein axial rückwärtiger Endteilbereich).
Die Verbindungsanschlüsse 10 sind jeweils elektrisch mit Elektrodenanschlussteilbereichen 30, 31, 32, 33, 34 und 36 des Gassensorelements 4 dadurch verbunden, dass die Verbindungsanschlüsse 10 zwischen dem Gassensorelement 4 und den Isolationskontaktelementen 66 angeordnet sind. Zusätzlich sind die Verbindungsanschlüsse 10 auch mit Leitungskabeln 46 elektrisch verbunden, welche in dem Inneren des Sensors von außerhalb des Sensors angeordnet sind, um so Strompfade zwischen einem externen Gerät, mit welchen die Leitungskabel 46 verbunden sind, und den Elektrodenanschlussteilbereichen 30, 31, 32, 33, 34 und 36 zu bilden.
Die Metallhülse 38 ist im wesentlichen in der Form eines Zylinders konfiguriert, welcher ein Durchgangsloch 54 hat, welches in der axialen Richtung durch die Metallhülse hindurchtritt, und hat einen gestuften Teilbereich 52, welcher radial nach innen in dem Durchgangsloch hervorsteht. Zusätzlich ist die Metallhülse 38 so konstruiert, um das Gassensorelement 4, welches in das Durchgangsloch 54 eingefügt ist, in einem Zustand zu halten, in welchem der Detektionsteilbereich 8 außerhalb der führenden Endseite des Durchgangslochs 54 angeordnet ist, während die Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32, 33, 34 und 36 außerhalb der rückwärtigen Endseite des Durchgangslochs 54 angeordnet sind. Weiterhin ist der gestufte Teilbereich 52 als eine nach innen orientierte abgeschrägte Oberfläche gebildet, welche in Bezug auf eine zu der axialen Richtung senkrechte Ebene geneigt ist.
Eine keramische Halterung 51 mit einer ringförmigen Form, Pulverfüllschichten 53 und 56 (nachfolgend als Talkringe 53 und 56 bezeichnet), und die zuvor erwähnte keramische Hülse 6 sind in der Reihenfolge von der führenden Endseite zu der rückwärtigen Endseite innerhalb des Durchgangslochs 54 der Metallhülse 38 so gestapelt, um die radiale Peripherie des Gassensorelements 4 zu umgeben. Zusätzlich ist eine Klemmverbindungsdichtung zwischen der keramischen Hülse 6 und einem rückwärtigen Endteilbereich 40 der Metallhülse 38 angeordnet, und eine Metallhalterung 58 zum Haltern des Talkrings 53 und der keramischen Halterung 51 ist zwischen der Leitungsschicht 51 und dem gestuften Teilbereich 52 der Metallhülse 38 angeordnet. Der rückwärtige Endteilbereich 40 der Metallhülse ist gefalzt, um so die keramische Hülse 6 zu der führenden Endseite hin durch die Klemmverbindungsdichtung 57 zu drücken.
Zusätzlich ist ein Protektor mit einer dualen Struktur (bestehend aus einem äußeren Protektor 42 und einem inneren Protektor 43, welche unten beschrieben werden) aus Metall gefertigt (z. B. rostfreiem Stahl) zum Abdecken des hervorstehenden Teilbereichs des Gassensorelements 4 an eine äußere Peripherie eines führenden Endteilbereichs 41 der Metallhülse 38 durch Schweißen oder dergleichen angebracht.
Ein äußerer Zylinder 44 ist an einer äußeren Peripherie auf der rückwärtigen Endseite der Metallhülse 38 befestigt. Zusätzlich ist eine Dichtung 50 bei einer Öffnung auf der rückwärtigen Endseite (obere Seite in 1) des äußeren Zylinders 44 angeordnet. Ein Leitungskabeleinfügeloch 61, in welches 6 Leitungskabel 46 eingefügt sind (nur drei Leitungskabel sind in 1 gezeigt, welche Leitungskabel 46 jeweils elektrisch mit den Elektrodenanschluss-Teilbereichen 30, 31, 32, 33, 34 und 36 des Gassensorelements 4 verbunden sind), ist in der Dichtung 50 gebildet.
Das Isolationskontaktelement 66 ist auf der rückwärtigen Endseite (obere Seite in 1) des Gassensorelements 4 angeordnet, wobei es von dem rückwärtigen Endteilbereich 40 der Metallhülse 38 hervorsteht. Das Isolationskontaktelement 66 ist um die Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32, 33, 34 und 36 herum angeordnet, welche an der rückwärtigen Endoberfläche des Gassensorelements 4 gebildet sind. Ein hervorstehender Teilbereich 67 ist auf dem Isolationskontaktelement 66 gebildet und der hervorstehende Teilbereich 67 ist an dem äußeren Zylinder 44 durch ein Halterungselement 69 befestigt.
Die keramische Hülse 6, die keramische Halterung 51, und die Talkringe 53 und 56 entsprechen den Halterungselementen, auf welche in der Zusammenfassung der Erfindung Bezug genommen wird.
(2) Konfiguration des Gassensorelements 4
Eine perspektivische Ansicht, welche eine schematische Struktur des Gassensorelements 4 illustriert, ist hier in 2 gezeigt. In 2 wird das Gassensorelement 4 gezeigt, wobei ein axial dazwischen liegender Teilbereich ausgelassen ist.
Das Gassensorelement 4 umfasst ein Detektionselement 20, eine Heizung 22, eine äußere Zwischenisolationsschicht 37, und die Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32, 33, 34 und 36. Die ungefähre Konfiguration des Gassensorelements 4, welches in dem NO_x-Sensor 2 bereitgestellt ist, ist wie folgt.
Als erstes, wenn das Detektionselement 20, welches in der Form einer Platte gebildet ist, welche sich in der axialen Richtung (in der Links-Rechts-Richtung in 2) erstreckt, und die Heizung 22, welche ähnlich in der Form einer Platte gebildet ist, welche sich in der axialen Richtung erstreckt, gestapelt werden, nimmt das Gassensorelement 4 die Form einer Platte mit einem rechteckigen axialen Querschnitt an.
Da das Detektionselement 20 zum Detektieren von NO_x herkömmlicherweise bekannt ist, wird eine detaillierte Beschreibung seiner internen Struktur und dergleichen ausgelassen, aber seine ungefähre Konfiguration ist wie folgt.
Das Detektionselement 20 umfasst eine Sauerstoffkonzentration-Detektionszelle, in welcher poröse Elektroden auf beiden Seiten eines festen Elektrolytsubstrats (plattenähnliches Substrat gebildet aus einem festen Elektrolytkörper) gebildet sind; eine Sauerstoff-Pumpzelle, welche ähnlich poröse Elektroden hat, welche an beiden Seiten eines festen Elektrolytsubstrats gebildet sind; eine NO_x-Zelle, welche ähnlich poröse Elektroden hat, welche an beiden Seiten eines festen Elektrolytsubstrats gebildet sind; und Abstandshalter, welche zwischen diesen Elementen gestapelt sind und eine hohle Messgaskammer bilden.
Dieses feste Elektrolytsubstrat ist aus Zirkonerde gebildet, in welchem Yttriumoxid als ein Stabilisator fest gelöst ist. Die porösen Elektroden sind hauptsächlich aus Pt zusammengesetzt. Zusätzlich sind die Abstandshalter zum Bilden der Messgaskammer hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet. Die Abstandshalter sind so angeordnet, dass eine poröse Elektrode in der Sauerstoffkonzentration-Detektionszelle und eine poröse Elektrode in der Sauerstoff-Pumpzelle innerhalb einer hohlen Messgaskammer ausgesetzt sind.
Die Messgaskammer ist als ein interner Freiraum auf der führenden Endseite des Detektionselements 20 bereitgestellt. Weiterhin ist in dem Detektionselement 20 ein Bereich, wo die Messgaskammer, die porösen Elektroden und dergleichen gebildet sind, der Detektionsteilbereich 8 des Gassensorelements 4.
Zusätzlich ist ein Diffusionssteuerungsteilbereich (nicht gezeigt), welcher der Messgaskammer und dem äußeren des Detektionselements 20 erlaubt, miteinander zu kommunizieren, in dem Detektionselement 20 gebildet. Dieser Diffusionssteuerungsteilbereich ist zum Beispiel durch einen porösen Körper gebildet, welcher aus Aluminiumoxid oder dergleichen gebildet ist und steuert eine Rate, wenn das zu messende Gas in die Messgaskammer strömt. Weiterhin ist ein Ventilationsteilbereich (nicht gezeigt), welcher aus einem porösen Körper gebildet ist, in dem Detektionselement 20 gebildet. Dieser Ventilationsteilbereich ist für den Durchgang von Sauerstoff benutzt, welches sich auf Grund des Antriebs der Sauerstoff-Pumpzelle bewegt.
In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform sind in dem Detektionselement 20 die Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32 und 33 elektrisch mit den porösen Elektroden der Sauerstoffkonzentration-Detektionszelle und den porösen Elektroden der Sauerstoff-Pumpzelle verbunden, welche in dem Detektionselement 20 bereitgestellt sind, mittels Durchgangslochleitern (nicht gezeigt), welche in Durchgangslöchern (nicht gezeigt) angeordnet sind, welche hindurchtreten und in der Stapelrichtung des Detektionselements 20 verbunden sind. Da eine Zwischenisolationsschicht, welche aus einem Isolationsmaterial gebildet ist, auf einer inneren peripheren Oberfläche eines jeden verbindenden Durchgangslochs gebildet ist, ist der Durchgangslochleiter nicht in direktem Kontakt mit dem festen Elektrolytsubstrat, sondern ist mit der porösen Elektrode jeder Zelle durch einen Kabelteilbereich und dergleichen verbunden.
Als Nächstes zeigt 3 eine Querschnittansicht, welche die interne Struktur auf einer Stapeloberfläche illustriert, wo ein Heizungswiderstandsmuster 121 der Heizung 22 in dem Gassensorelement 4 gebildet ist. Die 4 zeigt eine Querschnittansicht, welche entlang einer Linie A-A in 3 genommen ist, der internen Struktur des Gassensorelements 4. In 4 ist die interne Struktur des Detektionselements 20 nicht gezeigt. Weiterhin ist 5 ein vergrößertes erläuterndes Diagramm von Durchgangslochteilbereichen des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125, eines ersten festen Elektrolytsubstrats 127, und einer inneren Zwischenisolationsschicht 129, welche in 4 gezeigt ist, und eine Illustration des Detektionselements 20 ist ausgelassen. In 3, 4 und 5 ist das Gassensorelement 4 gezeigt, wobei ein axial dazwischen liegender Teilbereich ausgelassen ist.
Die Heizung 22 umfasst das Heizungswiderstandsmuster 121, welches hauptsächlich aus Pt zusammengesetzt ist; drei feste Elektrolytsubstrate 123, 125 und 127, welche hauptsächlich aus Zirkonerde zusammengesetzt sind; die innere Zwischenisolationsschicht 129, welche hauptsächlich aus Aluminiumoxid zusammengesetzt ist; das Paar von Elektrodenanschlussteilbereichen 34 und 36 zum Verbinden mit einer externen Schaltung; und zwei Paare von einer ersten Leitungsschicht 137 und einer zweiten Leitungsschicht 138 (ein Paar ist in 4 und 5 gezeigt), welche hauptsächlich aus einem elektrisch leitfähigen Material zusammengesetzt sind.
Die drei festen Elektrolytsubstrate 123, 125 und 127 sind in der Form einer Platte gebildet, welche sich in der longitudinalen Richtung erstreckt, und sind in der Reihenfolge des dritten festen Elektrolytsubstrats 123, des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125 und des ersten festen Elektrolytsubstrats 127 in der Richtung von dem ersten äußeren Teilbereich 21 zu dem zweiten äußeren Teilbereich 23 des Gassensorelements 4 angeordnet. Weiterhin sind jeweils zwei Paare eines zweiten Durchgangslochs 133 und eines ersten Durchgangslochs 134 (ein Paar ist in den 4 und 5 gezeigt), welche in der Richtung einer Dicke des äußeren Teilbereichs an der rückwärtigen Endseite hindurchtreten, in dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 und dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 gebildet.
Wie in 4 gezeigt, ist das Heizungswiderstandsmuster 121 zwischen dem dritten festen Elektrolytsubstrat 123 und dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 gebildet. Wie in 3 gezeigt, umfasst das Heizungswiderstandsmuster 121 zusätzlich einen Heizungsteilbereich 131, welcher auf einer longitudinal führenden Endseite (in 3 ist die linke Seite die führende Endseite) der Heizung 22 bereitgestellt ist, sowie ein Paar von Heizungsleitungsteilbereichen 135, welche sich jeweils zu der rückwärtigen Endseite (die linke Seite ist die führende Endseite in 3) von beiden Endteilbereichen des Heizungsteilbereichs 131 erstrecken. Das Paar von Heizungsleitungsteilbereichen 135 sind jeweils so gebildet, um sich von den Endteilbereichen der Heizungsteilbereiche 131 zu den zweiten Durchgangslöchern 133 zu erstrecken.
Weiterhin ist die Zwischenisolationsschicht (nicht gezeigt) zwischen dem Heizungswiderstandsmuster 121 und dem dritten festen Elektrolytsubstrat 123 oder zwischen dem Heizungswiderstandsmuster 121 und dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 gebildet.
Das zweite feste Elektrolytsubstrat 125 und das erste feste Elektrolytsubstrat 127 sind mit der inneren Zwischenisolationsschicht 129 dazwischen gestellt gestapelt, und die äußere Zwischenisolationsschicht 37 ist an einer äußeren Oberfläche des ersten festen Elektrolytsubstrats 127 gebildet. Die zwei Paare des zweiten Durchgangslochs 133 und des ersten Durchgangslochs 134, welche in dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 beziehungsweise in dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 gebildet sind, sind mit dem Durchgangsloch 136 der inneren Zwischenisolationsschicht 129 verbunden (siehe 6), um dadurch verbundene Durchgangslöcher zu bilden, welche durch das zweite feste Elektrolytsubstrat 125, die innere Zwischenisolationsschicht 129, und das erste feste Elektrolytsubstrat 127 in ihrer Stapelungsrichtung hindurchtreten.
Wie in 5 gezeigt, sind die erste Leitungsschicht 137 und die zweite Leitungsschicht 138, welche in dem ersten Durchgangsloch 134 des ersten festen Elektrolytsubstrats 127 bzw. in dem zweiten Durchgangsloch 133 des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125 bereitgestellt sind, miteinander verbunden, um dadurch einen Leitungspfad zu bilden, welcher von einem Ende zu dem anderen Ende der verbundenen Durchgangslöcher führt.
Eine zweite äußere Isolationsschicht 139 ist an einer peripheren Kante des zweiten Durchgangslochs 133 in einer zweiten vorderen Oberfläche 126 des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125 gebildet. Weiterhin ist eine zweite innere Isolationsschicht 141 auf einer inneren Oberfläche des zweiten Durchgangslochs 133 des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125 gebildet. Indessen ist eine erste äußere Isolationsschicht 140 auf einer peripheren Kante des ersten Durchgangslochs 134 in einer ersten hinteren Oberfläche 128 des ersten festen Elektrolytsubstrats 127 gebildet. Weiterhin ist eine erste innere Isolationsschicht 142 auf einer inneren Oberfläche des ersten Durchgangslochs 134 des ersten festen Elektrolytsubstrats 127 gebildet.
Zusätzlich sind die ersten Leitungsschichten 137 und die zweiten Leitungsschichten 138 in den ersten Durchgangslöchern 134 bzw. den zweiten Durchgangslöchern 133 bereitgestellt und verbinden elektrisch das Heizungswiderstandsmuster 121 und die Elektrodenanschlussteilbereiche 34 und 36.
Besonders hat die erste Leitungsschicht 137 eine erste innere Leitungsschicht 143 und eine erste äußere Leitungsschicht 145. Von diesen ist die erste innere Leitungsschicht 143 in dem ersten Durchgangsloch 134 (auf der ersten inneren Isolationsschicht 142) in dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 angeordnet. Indessen ist die erste äußere Leitungsschicht 145 elektrisch mit der ersten inneren Leitungsschicht 143 verbunden und ist auf der ersten äußeren Isolationsschicht 140 gebildet.
Zusätzlich hat die zweite Leitungsschicht 138 eine zweite innere Leitungsschicht 147 und eine zweite äußere Leitungsschicht 149. Von diesen ist die zweite innere Leitungsschicht 147 in dem zweiten Durchgangsloch 133 (auf der zweiten inneren Isolationsschicht 141) in dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 angeordnet. Indessen ist die zweite äußere Leitungsschicht 149 elektrisch mit der zweiten inneren Leitungsschicht 147 verbunden und ist auf der zweiten äußeren Isolationsschicht 139 gebildet.
Somit ist in dem Sensorelement 4 (Heizung 22) die erste innere Leitungsschicht 143 in dem ersten Durchgangsloch 134 des ersten festen Elektrolytsubstrats 127 bereitgestellt, und die erste äußere Leitungsschicht 145 ist auf der ersten hinteren Oberfläche 128 bereitgestellt. Zusätzlich ist die zweite innere Leitungsschicht 147 in dem zweiten Durchgangsloch 133 des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125 bereitgestellt, und die zweite äußere Leitungsschicht 149 ist auf der zweiten vorderen Oberfläche 126 bereitgestellt. In solch einem Sensorelement 4 sind das erste feste Elektrolytsubstrat 127 und das zweite feste Elektrolytsubstrat 125 gestapelt nach einem geeigneten Bilden der ersten inneren Leitungsschicht 143 und der ersten äußeren Leitungsschicht 145 für das erste feste Elektrolytsubstrat 127 und nach einem geeigneten Bilden der zweiten inneren Leitungsschicht 147 und der zweiten äußeren Leitungsschicht 149 für das zweite feste Elektrolytsubstrat 125. In dieser Weise sind Signalpfade geeignet sowohl in den ersten Durchgangslöchern 134 als auch den zweiten Durchgangslöchern 133 gebildet, welche durch das gestapelte erste feste Elektrolytsubstrat 127 und das zweite feste Elektrolytsubstrat 125 hindurchtreten.
Weiterhin sind das erste feste Elektrolytsubstrat 127 und das zweite feste Elektrolytsubstrat 125, welche mit der ersten Leitungsschicht 137 in dem ersten Durchgangsloch 134 bzw. der zweiten Leitungsschicht 138 in dem zweiten Durchgangsloch 133 bereitgestellt sind, gestapelt, um so die erste Leitungsschicht 137 und die zweite Leitungsschicht 138 elektrisch zu verbinden. Da die erste äußere Leitungsschicht 145 und die zweite äußere Leitungsschicht 149, welche eine größere Querschnittsfläche haben als das erste Durchgangsloch 134 bzw. das zweite Durchgangsloch 133, ausgerichtet sind, um einander zu kontaktieren, ist folglich ein ausgezeichneter Verbindungszustand zwischen der ersten Leitungsschicht 137 und der zweiten Leitungsschicht 138 sichergestellt.
Zusätzlich umfasst die Isolationsschicht zum elektrischen Isolieren des ersten festen Elektrolytsubstrats 127 und der ersten Leitungsschicht 137, oder die Isolationsschicht zum elektrischen Isolieren des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125 und der zweiten Leitungsschicht 138, nicht nur die erste innere Isolationsschicht 142 und die zweite innere Isolationsschicht 141, sondern auch die erste äußere Isolationsschicht 140 und die zweite äußere Isolationsschicht 139. Durch Einsetzen dieser Struktur ist es daher möglich, eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und der ersten äußeren Leitungsschicht 145 und zwischen dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 und der zweiten äußeren Leitungsschicht 149 zu verhindern.
Zusätzlich steht die erste äußere Isolationsschicht 140 seitlich (das heißt sie erstreckt sich in einer seitlichen Richtung) weiter Von einer Peripherie des ersten Durchgangslochs hervor als die erste äußere Leitungsschicht 145. Weiterhin steht die zweite äußere Isolationsschicht 139 weiter von einer Peripherie des zweiten Durchgangslochs hervor als die zweite äußere Leitungsschicht 149. Besonders ist der Abstand zwischen hervorstehenden Kantenteilbereichen der ersten äußeren Isolationsschicht 140 und der zweiten äußeren Isolationsschicht 139 auf 0,2 mm gesetzt.
Da die erste äußere Isolationsschicht 140 weiter als die erste äußere Leitungsschicht 145 hervorsteht, und da die zweite äußere Isolationsschicht 139 weiter als die zweite äußere Leitungsschicht 149 hervorsteht, ist es somit möglich, sicherer eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und der ersten äußeren Leitungsschicht 145 und zwischen dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 und der zweiten äußeren Leitungsschicht 149 zu verhindern.
Weiterhin ist die innere Zwischenisolationsschicht 129 bei den hervorstehenden Teilbereichen der ersten äußeren Isolationsschicht 140 und der zweiten äußeren Isolationsschicht 139 gebildet. Als ein Ergebnis kann ein Spalt zwischen der ersten äußeren Isolationsschicht 140 und der zweiten äußeren Isolationsschicht 130 gefüllt werden, so dass es möglich ist, einen Kurzschluss zwischen dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und der ersten Leitungsschicht 137 durch einen andererseits gebildeten Freiraum zu verhindern, und einen Kurzschluss zwischen dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 und der zweiten Leitungsschicht 138 durch einen andererseits gebildeten Freiraum zu verhindern.
Wie in 4 gezeigt, ist die innere Zwischenisolationsschicht 129 weiterhin in Kontakt mit dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125. Folglich ist es möglich, einen gegenseitigen Kontakt zwischen dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 zu verhindern.
Weiterhin beträgt eine Intervallausdehnung (ein Abstand) W zwischen der ersten hinteren Oberfläche 128 und der zweiten vorderen Oberfläche 50 μm. Wenn die Intervallausdehnung W zwischen dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 10 μm oder mehr beträgt, ist es möglich, eine elektrische Isolation zwischen dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 sicherzustellen. Wenn die Intervallausdehnung W zwischen dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 zusätzlich 100 μm oder weniger beträgt, wird es schwierig, eine Temperaturdifferenz zwischen jeweiligen Teilbereichen des Sensorelements zu vermitteln, um es dadurch möglich zu machen, ein Brechen des Sensorelements auf Grund einer Differenz in einer Wärmeausdehnung zu verhindern.
Wie als Nächstes in 4 gezeigt, ist die äußere Zwischenisolationsschicht 37 so gebildet, um zumindest rückwärtige Endteilbereiche des ersten äußeren Teilbereichs 21 und des zweiten äußeren Teilbereichs 23 der festen Elektrolytsubstrate zu bedecken, welche das Detektionselement 20 und die Heizung 22 bilden. Die äußere Zwischenisolationsschicht 37 ist aus einem Isolationsmaterial gebildet, welches hauptsächlich aus Aluminiumoxid zusammengesetzt ist.
Wie in 2 gezeigt, hat das Gassensorelement 4 vier Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32 und 33 an der rückwärtigen Endseite (rechte Seite in 2) des ersten äußeren Teilbereichs 21, und hat zwei Elektrodenanschlussteilbereiche 34 und 36 auf der rückwärtigen Endseite des zweiten äußeren Teilbereichs 23.
Von diesen sind die Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32 und 33 auf der äußeren Zwischenisolationsschicht 37, welche auf dem ersten äußeren Teilbereich 21 des Detektionselements 20 gebildet ist, gestapelt, während die Elektrodenanschlussteilbereiche 34 und 36 auf der äußeren Zwischenisolationsschicht 37 gestapelt sind, welche auf dem zweiten äußeren Teilbereich 23 der Heizung 22 gebildet ist. Wie in 4 gezeigt, sind die Elektrodenanschlussteilbereiche 34 und 36 weiterhin mit dem Heizungswiderstandsmuster 121 durch die erste und zweite Leitungsschicht 137, 138 der Heizung elektrisch verbunden.
In dem Fall, wo das Gassensorelement 4 zu dem NO_x-Sensor 2 zusammengebaut ist, wie oben beschrieben, sind die Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32, 33, 34 und 36 mit den Kontaktanschlüssen 10 verbunden. Die Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32, 33, 34 und 36 sind nämlich bereitgestellt, um Teilbereiche von Signalpfaden zum Verbinden des Inneren des Gassensorelements 4 (wie etwa die Sauerstoffkonzentration-Detektionszelle, die Sauerstoff-Pumpzelle, die NO_x-Zelle, und das Heizungswiderstandsmuster) mit einem externen Gerät zu bilden.
(3) Verfahren eines Herstellens des Gassensorelements 4
Als Nächstes wird das Verfahren eines Herstellens des Gassensorelements 4 beschrieben.
Zuerst wird ein ungesinterter gestapelter Körper hergestellt, welcher nach Sintern als das Gassensorelement 4 dient.
Der ungesinterte gestapelte Körper ist durch Stapeln von vorbestimmten Materialien gebildet.
Die vorbestimmten Materialien, welche den ungesinterten gestapelten Körper bilden, können ungesinterte feste Sheets umfassen, welche als das feste Elektrolytsubstrat der Heizung 22 nach Sintern dienen, sowie ungesinterte Isolationssheets, welche als die äußere Zwischenisolationsschicht 37 und als die innere Zwischenisolationsschicht 129 nach Sintern dienen. Obwohl ungesinterte Isolationssheets in dieser Ausführungsform benutzt werden, können die entsprechenden Teile durch Auftragen einer Paste auf entsprechende ungesinterte feste Elektrolytsheets gebildet werden.
Von diesen ist jedes der ungesinterten festen Elektrolytsheets zum Beispiel durch Hinzufügen von Aluminiumoxid-Pulver und einem Butyralharz zu einem keramischen Pulver, welches hauptsächlich aus Zirkonerde zusammengesetzt ist, und durch Vermischen mit einem Mischungslösungsmittel (Toluene und Methylethylketon), um einen Brei herzustellen, und durch Formen des Breis in eine Sheetform, unter Benutzung eines Schabemesserverfahrens und dann durch Verdampfen des Mischungslösungsmittels hergestellt.
Weiterhin, wie für die ungesinterten festen Elektrolytsheets, für welche Durchgangslöcher erforderlich sind, wird ein Schritt eines Bildens eines Durchgangslochs ausgeführt, um Durchgangslöcher an vorbestimmten Positionen zum Bilden eines Durchgangslochs zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt werden die ersten Durchgangslöcher 134 und die zweiten Durchgangslöcher 133 jeweils in den ungesinterten festen Elektrolytsheets gebildet, welche als das erste feste Elektrolytsubstrat 127 und das zweite feste Elektrolytsubstrat 125 der Heizung 22 dienen.
Als Nächstes wird ein Schritt eines Bildens einer Isolationsschicht ausgeführt, um Isolationsschichten auf den ungesinterten festen Elektrolytsheets bei vorbestimmten Positionen eines Bildens zu bilden.
Wie für die ungesinterten festen Elektrolytsheets, welche als das erste feste Elektrolytsubstrat 127 und das zweite feste Elektrolytsubstrat 125 der Heizung 22 dienen, werden besonders die erste innere Isolationsschicht 142 und die zweite innere Isolationsschicht 141 an den inneren Oberflächen des ersten Durchgangslochs 134 bzw. des zweiten Durchgangslochs 133 gebildet. Zusätzlich werden die erste äußere Isolationsschicht 140 und die zweite äußere Isolationsschicht 139 auf der ersten hinteren Oberfläche 128 bzw. auf der zweiten vorderen Oberfläche 126 bei peripheren Kanten des ersten Durchgangslochs 134 bzw. des zweiten Durchgangslochs 133 in den ungesinterten festen Elektrolytsheets gebildet.
Diese Isolationsschichten können durch Drucken einer Isolationspaste, welche hauptsächlich aus Aluminiumoxid zusammengesetzt ist, durch eine bekannte Drucktechnik (wie etwa durch Rasterdruck) und durch Trocknen der gedruckten Paste gebildet werden. Zum Beispiel ist es zu der Zeit eines Druckens der Isolationspaste durch Herabsetzen des Druckes des Inneren des Durchgangslochs von den Durchgangslochöffnungen in dem äußeren Teilbereich entgegengesetzt zu dem Druck-seitigen äußeren Teilbereich in dem ungesinterten festen Elektrolytsheets möglich, die Isolationspaste auf die inneren Oberflächen der Durchgangslöcher und auf die peripheren Kanten des Durchgangslochs an dem äußeren Teilbereich aufzutragen.
Als Nächstes wird ein Schritt eines Bildens einer Leitungsschicht ausgeführt, um ungesinterte Leitungsteilbereiche auf den inneren Oberflächen der ersten Durchgangslöcher 134 und der zweiten Durchgangslöcher 133, sowie den peripheren Kanten der Durchgangslöcher auf der zweiten hinteren Oberfläche 126 und der ersten vorderen Oberfläche 128 zu bilden. Die ungesinterten Leitungsteilbereiche dienen nach Sintern als die erste Leitungsschicht 137 und als die zweite Leitungsschicht 138.
In dem Schritt eines Bildens einer Leitungsschicht wird in dem ungesinterten festen Elektrolytsheet mit den darin gebildeten ersten Durchgangslöchern die erste innere Leitungsschicht 143 nämlich auf der ersten inneren Isolationsschicht 142 in dem ersten Durchgangsloch 134 gebildet, und dann wird die erste äußere Leitungsschicht 145, welche elektrisch mit der ersten inneren Leitungsschicht 143 verbunden ist und auf der ersten äußeren Isolationsschicht 140 bereitgestellt ist, gebildet. Zusätzlich wird in dem ungesinterten festen Elektrolytsheet mit den darin gebildeten zweiten Durchgangslöchern 133, die zweite innere Leitungsschicht 147 auf der zweiten inneren Isolationsschicht 141 in dem zweiten Durchgangsloch 133 gebildet und dann wird die zweite äußere Leitungsschicht 149 gebildet, welche mit der zweiten inneren Leitungsschicht 147 elektrisch verbunden ist und auf der zweiten äußeren Isolationsschicht 139 bereitgestellt ist.
Als Nächstes wird ein Schritt eines Stapelns zum Herstellen eines ungesinterten gestapelten Körpers ausgeführt. Die Mehrzahl von ungesinterten festen Elektrolytsheets mit den darin gebildeten ungesinterten Leitungsschichten werden zusammen mit den ungesinterten Isolationsschichten und dem ungesinterten Detektionselement gestapelt.
6 zeigt ein erläuterndes Diagramm, in welchem das erste Durchgangsloch 134 und das zweite Durchgangsloch 133 in dem Schritt eines Stapelns des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125, des dritten festen Elektrolytsubstrats 127 und der inneren Zwischenisolationsschicht 129 verbunden werden.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, in welchem die Durchgangsloch-Teilbereiche des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125, des dritten festen Elektrolytsubstrats 127, und der inneren Zwischenisolationsschicht 129 vergrößert sind, und eine Illustration des Detektionselements 20 ist ausgelassen.
In dem Schritte eines Stapelns werden das erste Durchgangsloch 134 und das zweite Durchgangsloch 133 verbunden. In dieser Hinsicht werden die ungesinterten festen Elektrolytsheets, welche als das zweite feste Elektrolytsubstrat 125 dienen, und das erste feste Elektrolytsubstrat 127 gestapelt, während die erste äußere Leitungsschicht 145 und die zweite äußere Leitungsschicht 149 in Kontakt miteinander gebracht werden. Indem nämlich die Mehrzahl von ungesinterten festen Elektrolytsheets gestapelt werden, ist ein verbundenes Durchgangsloch (das heißt ein Durchgangsloch mit einer größeren Längsausdehnung) gebildet, welches durch die Mehrzahl von ungesinterten festen Elektrolytsheets hindurchtritt, und die erste Leitungsschicht 137 und die zweite Leitungsschicht 138 sind so verbunden, um sich durch das verbundene Durchgangsloch mit der größeren Längsausdehnung zu erstrecken.
In dem Schritt eines Stapelns kann der ungesinterte gestapelte Körper durch Stapeln aller konstituierenden Elemente (wie etwa der ungesinterten festen Elektrolytsheets, der ungesinterten Isolationssheets und des ungesinterten Detektionselements) zu einer Zeit gebildet werden oder der ungesinterte gestapelte Körper kann durch Stapeln der entsprechenden konstituierenden Elemente in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Ordnung gebildet werden.
Zusätzlich wird das ungesinterte Isolationssheet durch Hinzufügen von Butyralharz und Dibuthylphthalat zu einem keramischen Pulver, welches hauptsächlich aus Zirkonerde zusammengesetzt ist, und Vermischen mit einem Mischungslösungsmittel (Toluen und Methylethylketon), um einen Brei zu erzeugen, und durch Formen des Breis in eine Sheetform, unter Benutzung eines Schabemesserverfahrens, und dann durch Verdampfen des Mischungslösungsmittels hergestellt. Alternativ kann die ungesinterte Zwischenisolationsschicht anstatt das ungesinterte Isolationssheet zu benutzen, durch Drucken einer Isolationspaste durch eine bekannte Drucktechnik (wie etwa Rasterdruck) und durch Trocknen der Paste gebildet werden. ungesinterte Isolationssheets sind nach Sintern als die äußere Zwischenisolationsschicht 37 und als die innere Zwischenisolationsschicht 129 bereitgestellt.
Nach Stapeln aller vorbestimmten Materialien (konstituierende Elemente) in der oben beschriebenen Weise, wird ein Schritt eines Beaufschlagens eines Druckes durchgeführt, um einen Druck-gebundenen ungesinterten gestapelten Körper durch Beaufschlagen eines Druckers auf den gestapelten Körper bei einem vorbestimmten Druck (z. B. 1 Mpa) zu erhalten. Dann wird der in dem Schritt eines Beaufschlagen eines Druckers erhaltene gestapelte Körper in vorbestimmte Größen geschnitten, um dadurch eine Mehrzahl von (z. B. 10) ungesinterten gestapelten Körpern zu erhalten, welche im Wesentlichen der Größe des Gassensorelements 4 entsprechen.
Nachfolgend wird ein Schritt eines Entharzens ausgeführt, um den ungesinterten gestapelten Körper zu entharzen. Weiterhin wird ein Sinterschritt für eine vorbestimmte Dauer (z. B. 1 Stunde) bei einer vorbestimmten Sintertemperatur (z. B. 1500°C) ausgeführt, um dadurch einen gesinterten gestapelten Körper herzustellen.
Durch Ausführen der verschiedenen Schritte, welche die zuvor erwähnten Schritte umfassen, wird ein gesinterter gestapelter Körper als das Gassensorelement 4 hergestellt.
Um den NO_x-Sensor 2 unter Benutzung des so hergestellten Gassensorelements 4 herzustellen, wird ein Zusammenbauschritt ausgeführt, um das Gassensorelement 4 mit der Metallhülse 38 zusammenzubauen.
In dem Zusammenbauschritt wird das Gassensorelement 4, welches in dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt ist, in die Metallhalterung 58 eingefügt, und das Gassensorelement 4 wird durch die keramische Halterung 51 und den Talkring 53 befestigt, um dadurch einen Teilzusammenbau zu bilden. Nachfolgend wird dieser Teilzusammenbau an der Metallhülse 38 befestigt und während ein axial rückwärtiger Endteilbereich des Gassensorelements in den Talkring 56 und die keramische Hülse 6 eingefügt wird, werden diese Teilbereiche in die Metallhülse 38 eingefügt. Dann wird die keramische Hülse 6 bei dem rückwärtigen Endteilbereich 40 der Metallhülse 38 gefalzt, um dadurch einen unteren Zusammenbau herzustellen. Der äußere Protektor 42 und er innere Protektor werden vorher an den unteren Zusammenbau angepasst.
Indessen wird ein oberer Zusammenbau z. B. durch Zusammenbauen des äußeren Zylinders 44, des Isolationskontaktelements 66, und der Dichtung 50 hergestellt. Dann kann der NO_x-Sensor 2 durch Verbinden des unteren Zusammenbaus und des oberen Zusammenbaus erhalten werden.
Wie oben beschrieben, werden in dem Verfahren des Herstellens des Gassensorelements 4, welches in dem NO_x-Sensor 2 bereitgestellt ist, in dem Schritt eines Bildens der Isolationsschicht Isolationsschichten, welche die erste innere Isolationsschicht 142, die zweite innere Isolationsschicht 141, die erste äußere Isolationsschicht 140 und die zweite äußere Isolationsschicht 139 umfassen, für die ersten Durchgangslöcher 134 in dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und für die zweiten Durchgangslöcher 133 in dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 gebildet. Dann werden in dem Schritt eines Bildens einer Leitungsschicht, welcher nach dem Schritt eines Bildens einer Isolationsschicht ausgeführt wird, die erste innere Leitungsschicht 143, die zweite innere Leitungsschicht 147, die erste äußere Leitungsschicht 145, und die zweite äußere Leitungsschicht 149 für die ersten Durchgangslöcher 134 in dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und für die zweiten Durchgangslöcher 133 in dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 gebildet.
Durch Ausführen des Schrittes eines Bildens einer Leitungsschicht nach dem Schritt eines Bildens einer Isolationsschicht, ist es möglich, zu verhindern, dass die erste Leitungsschicht 137 und die zweite Leitungsschicht 138 in Kontakt mit dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 und dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 kommen, um es dadurch möglich zu machen, einen Kurzschluss zu verhindern.
Zusätzlich werden in dem Verfahren eines Herstellens eines Sensorelements in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform nach Bilden der ersten äußeren Leitungsschicht 145 auf dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 und Bilden der zweiten äußeren Leitungsschicht 149 auf dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 in dem Schritt eines Bildens einer Leitungsschicht, in dem Schritt eines Stapelns das zweite feste Elektrolytsubstrat 125 und das erste feste Elektrolytsubstrat 127 gestapelt, während die erste äußere Leitungsschicht 145 und die zweite äußere Leitungsschicht 149 in Kontakt miteinander gebracht werden. Folglich kann ein ausgezeichneter Verbindungszustand zwischen der ersten Leitungsschicht 137 und der zweiten Leitungsschicht 138 erreicht werden, welche auf dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 bzw. dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 gebildet ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform entspricht der NO_x-Sensor 2 dem Gassensor, welcher in der Zusammenfassung der Erfindung beschrieben ist; das Gassensorelement 4 entspricht dem Sensorelement; das zweite feste Elektrolytsubstrat 125 entspricht der zweiten festen Elektrolytschicht; das erste feste Elektrolytsubstrat 127 entspricht der ersten festen Elektrolytschicht; der Heizungsteilbereich 131 des Heizungswiderstandsmusters 121 entspricht dem Heizungsteilbereich; und die innere Zwischenisolationsschicht 129 entspricht der Zwischenisolationsschicht.
Weiterhin entsprechen die keramische Hülse 6, die keramische Halterung 51 und die Talkringe 53 und 56 den Halterungselementen des Gassensors in Übereinstimmung mit der Erfindung.
(4) Andere Ausführungsformen
Die Weise, die Erfindung auszuführen, ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und es ist möglich, verschiedene Strukturen anzunehmen, insoweit sie innerhalb des technischen Geltungsbereichs der Erfindung fallen.
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform (nachfolgend auch als die erste Ausführungsform genannt) eine Beschreibung des Gassensorelements 4 mit einer inneren Zwischenisolationsschicht 129, deren Ausdehnung einer Dicke so gebildet ist, um von der führenden Endseite bis zu der rückwärtigen Endseite der festen Elektrolyte konstant zu sein, ist z. B. die innere Zwischenisolationsschicht, welche zwischen den festen Elektrolytschichten angeordnet ist, nicht auf diese Form beschränkt.
Als eine zweite Ausführungsform wird dem gemäß eine Beschreibung eines zweiten Sensorelements 204 mit einer inneren Zwischenisolationsschicht gegeben, welche eine Form hat, in welcher sich die Ausdehnung einer Dicke in dem Teilbereich eines Bildens des Heizungsteilbereichs und die Ausdehnung einer Dicke in einem peripheren Teilbereich des äußeren Leitungselements unterscheiden.
7 zeigt eine Querschnittansicht, welche die interne Struktur des zweiten Sensorelements 204 illustriert. In 7 werden die konstituierenden Elemente des zweiten Sensorelements 204, welche ähnlich denen des Gassensorelements 4 der ersten Ausführungsform sind, durch gleiche Referenznummern identifiziert, wie in der ersten Ausführungsform.
Das zweite Sensorelemente 204 hat die gleiche Form einer länglichen Platte, welche sich in der axialen Richtung erstreckt wie das Gassensorelement 4, und umfasst das Detektionselement 20, eine zweite Heizung 222, die äußere Zwischenisolationsschicht 37, und die Elektrodenanschlussteilbereiche. Obwohl das zweite Sensorelement 204 die gleichen Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32, 33, 34 und 36 wie das Gassensorelement 4 hat, ist nur der Elektrodenanschlussteilbereich 36 (34) in 6 gezeigt und eine Illustration der Elektrodenanschlussteilbereiche 30, 31, 32 und 33 ist ausgelassen.
Die zweite Heizung 222 umfasst das Heizungswiderstandsmuster 121, welches hauptsächlich aus Pt zusammengesetzt ist; die drei festen Elektrolytsubstrate 122, 125 und 127, welche hauptsächlich aus Zirkonerde zusammengesetzt sind; eine zweite innere Zwischenisolationsschicht 229, welche hauptsächlich aus Aluminiumoxid zusammengesetzt ist; das Paar von Elektrodenanschlussteilbereichen 34 und 36 zum Verbinden mit einer externen Schaltung; und die zwei Paare der ersten Leitungsschicht 137 und der zweiten Leitungsschicht 138, welche hauptsächlich aus einem elektrisch leitfähigen Material zusammengesetzt sind.
Das Heizungswiderstandsmuster 121 umfasst den Heizungsteilbereich 131, welcher auf der longitudinalen führende Endseite (die linke Seite in 7 ist die führende Endseite) der zweiten Heizung 222, sowie das Paar von Heizungsleiterteilbereichen 125, welche sich jeweils zu der rückwärtigen Endseite (die rechte Seite ist die führende Endseite in 7) von beiden Endteilbereichen des Heizungsteilbereichs 131 erstrecken. Die erste Leitungsschicht 137 und die zweite Leitungsschicht 138 sind bereitgestellt, um das Heizungswiderstandsmuster 121 und die Elektrodenanschlussteilbereiche 34 und 36 elektrisch zu verbinden. Die erste innere Leitungsschicht 143 und die erste äußere Leitungsschicht 145 bilden die erste Leitungsschicht, während die zweite innere Leitungsschicht 147 und die zweite äußere Leitungsschicht 149 die zweite Leitungsschicht bilden.
Die zweite Heizung 222 hat zwei Paare des ersten Durchgangslochs 134 und des zweiten Durchgangslochs 133, welche an der longitudinal rückwärtigen Endseite des ersten festen Elektrolytsubstrats 127 bzw. des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125 gebildet sind.
Die zweite innere Zwischenisolationsschicht 229 ist (zwischen dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 und dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127) nicht nur auf der rückwärtigen Endseite gebildet, wo die ersten Durchgangslöcher 134 und die zweiten Durchgangslöcher 133 gebildet sind, sondern auch auf der führenden Endseite, wo der Heizungsteilbereich 131 gebildet ist.
Die Ausdehnung W1 einer Dicke der zweiten inneren Zwischenisolationsschicht 229 auf der führenden Endseite, wo der Heizungsteilbereich 131 gebildet ist, beträgt 20 μm, während die Ausdehnung W2 einer Dicke der zweiten inneren Zwischenisolationsschicht 229 auf der rückwärtigen Endseite, wo die ersten Durchgangslöcher 134 und die zweiten Durchgangslöcher 133 gebildet sind, 100 μm beträgt. Mit anderen Worten hat die zweite innere Zwischenisolationsschicht 229 eine Form, in welcher die Ausdehnung W1 einer Dicke auf der führenden Endseite kleiner ist als die Ausdehnung W2 einer Dicke auf der rückwärtigen Endseite.
Zusätzlich hat die zweite innere Zwischenisolationsschicht 229 des zweiten Sensorelements 204 einen Teilbereich 230 einer Ausdehnungsänderung, welcher zwischen dem zweiten festen Elektrolytsubstrat 125 und dem ersten festen Elektrolytsubstrat 127 derart gebildet ist, dass die Ausdehnung einer Dicke der zweiten inneren Zwischenisolationsschicht 229 auf der Seite des Heizungsteilbereichs 131 des Teilbereichs 230 einer Ausdehnungsänderung kleiner wird.
Somit nimmt in dem zweiten Sensorelement 204, welches den Heizungsteilbereich 131 hat, die führende Endseite, wo der Heizungsteilbereich 131 bereitgestellt ist, eine verglichen mit der rückwärtigen Endseite, wo die ersten Durchgangslöcher 134 und die zweiten Durchgangslöcher 133 gebildet sind, höhere Temperatur an. Daher neigt das Abblättern des zweiten festen Elektrolytsubstrats 125 und des ersten festen Elektrolytsubstrats 127 in Bezug auf die innere Zwischenisolationsschicht 129 auf Grund einer Differenz in einer Wärmeausdehnung dazu, häufiger auf der führenden Endseite aufzutreten.
Auf der anderen Seite hat die zweite innere Zwischenisolationsschicht 229 eine Ausdehnung W1 einer Dicke auf der führenden Endseite, welche kleiner als die Ausdehnung W2 einer Dicke auf der rückwärtigen Endseite ist. Aus diesem Grund ist eine Temperaturdifferenz zwischen den entsprechenden Teilbereichen in der Richtung einer Dicke auf der führenden Endseite (das ist der Teilbereich, wo der Heizungsteilbereich 131 gebildet ist) des zweiten Sensorelements 204 verglichen mit seiner rückwärtigen Endseite stärker unterdrückt.
Gemäß des zweiten Sensorelements 204 der zweiten Ausführungsform ist daher sogar in Fällen, wo der Heizungsteilbereich 131 bereitgestellt ist, die Anordnung derart, dass eine Temperaturdifferenz bei dem Teilbereich, wo der Heizungsteilbereich 131 gebildet ist, unterdrückt, um es dadurch möglich zu machen, ein Brechen auf Grund einer Differenz in einer Wärmeausdehnung zu verhindern.
Die führende Endseite des zweiten Sensorelements 204 ist die Seite mit einem Detektionsteilbereich, welcher dem zu detektierenden Gas ausgesetzt ist unter entgegengesetzten longitudinalen Enden des zweiten Sensorelements 204, und die rückwärtige Endseite des zweiten Sensorelements 204 ist die der führenden Endseite entgegengesetzte Seite.
Weiterhin, da die zweite innere Zwischenisolationsschicht 229 einen Teilbereich 230 einer Ausdehnungsänderung hat, nimmt die zweite innere Zwischenisolationsschicht 229 eine Form an, in welcher sich die Dickenausdehnung W1 auf der führenden Endseite von der Dickenausdehnung W2 auf der rückwärtigen Endseite unterscheidet.
Als noch eine weitere Ausführungsform ist als Nächstes die innere Zwischenisolationsschicht nicht auf eine solche beschränkt, welche durchgehend von dem rückwärtigen Endteilbereich des Sensorelements zu seinem führenden Endteilbereich gebildet ist, und kann mindestens auf der rückwärtigen Endseite gebildet sein, wo die Durchgangslöcher gebildet sind.
In dem Fall einer dritten inneren Zwischenisolationsschicht 329, welche in einer dritten Heizung 322 eines dritten in 8 gezeigten Sensorelements 304 bereitgestellt ist, ist zum Beispiel die dritte innere Zwischenisolationsschicht 329 bei peripheren Kanten der ersten Durchgangslöcher 134 und der zweiten Durchgangslöcher 133 angeordnet, und nicht dort, wo der Heizungsteilbereich 131 gebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann zusätzlich die in 9 gezeigte Form angenommen werden. 9 ist eine Querschnittansicht, welche die interne Struktur eines vierten Sensorelements 404 illustriert. In 9 sind von das vierte Sensorelement 404 konstituierenden Elementen konstituierende Elemente, welche ähnlich denen des Gassensorelements 4 der ersten Ausführungsform sind, unter Benutzung der gleichen Referenznummern identifiziert, wie diese der ersten Ausführungsform.
Wie in 9 gezeigt, ist ein abgeschrägter Teilbereich 500 auf der rückwärtigen Endseite des Sensorelements 404 gebildet. Der abgeschrägte Teilbereich 500 ist bereitgestellt, um das Sensorelement 404 vor einem Brechen zu schützen. Weiterhin ist die äußere Zwischenisolationsschicht 37 an der Oberfläche des abgeschrägten Teilbereichs 500 ausgesetzt.
Da die äußere Zwischenisolationsschicht 37 bei dem abgeschrägten Teilbereich 500 ausgesetzt ist, ist es möglich, zuverlässig das erste feste Elektrolytsubstrat 127 und die Elektrodenanschlussteilbereiche 34 und 36 von einem Kurzschluss fern zu halten. Die äußere Zwischenisolationsschicht 37 entspricht der dritten äußeren Isolationsschicht, und die Elektrodenanschlussteilbereiche 34 und 36 entsprechen den dritten äußeren Leitungsschichten.
Obwohl in den vorangegangenen Ausführungsformen eine Beschreibung des Sensorelements mit einer Heizung gegeben worden ist, kann zusätzlich die Erfindung auf ein Sensorelement ohne eine Heizung angewendet werden. Zusätzlich sind die Durchgangslöcher und die Leitungselemente, welche in der Erfindung angewendet werden, nicht auf jene beschränkt, welche Signalpfade zur Verbindung mit dem Heizungswiderstandsmuster bilden, und können jene sein, welche Signalpfade zur Verbindung mit der Sauerstoffkonzentration-Detektionszelle, der Sauerstoff-Pumpzelle und der NO_x-Zelle bilden.
Für die Fachleute in der Technik sollte es weiterhin offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail der Erfindung wie oben gezeigt und beschrieben gemacht werden können. Es ist beabsichtigt, dass solche Änderungen innerhalb des Geistes und Geltungsbereichs der hieran angehängten Ansprüche umfasst sind.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung JP 2006-322248 , eingereicht am 29. November 2006, wobei der gesamte Inhalt dieser Anmeldung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist, in derselben Weise als wenn sie in Länge ausgeführt ist.

Claims

Sensorelement, umfassend: eine erste feste Elektrolytschicht mit einem ersten Durchgangsloch, welches von einer ersten vorderen Oberfläche zu einer ersten hinteren Oberfläche, welche an einer der ersten vorderen Oberfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist, hindurchtritt; und eine zweite feste Elektrolytschicht mit einem zweiten Durchgangsloch, welches von einer zweiten vorderen Oberfläche zu einer zweiten hinteren Oberfläche hindurchtritt, welche an einer der zweiten vorderen Oberfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist, und welches mit dem ersten Durchgangsloch verbindet, wobei die zweite feste Elektrolytschicht dadurch auf der ersten festen Elektrolytschicht gestapelt ist, dass die erste hintere Oberfläche und die zweite vordere Oberfläche miteinander direkt oder durch ein anderes Element in Kontakt gebracht sind, wobei die erste feste Elektrolytschicht eine erste innere Isolationsschicht, welche an einer inneren Oberfläche des ersten Durchgangslochs bereitgestellt ist, eine erste äußere Isolationsschicht, welche mit der ersten inneren Isolationsschicht verbunden ist und auf der ersten hinteren Oberfläche bereitgestellt ist, eine erste innere Leitungsschicht, welche auf der ersten inneren Isolationsschicht bereitgestellt ist, und eine erste äußere Leitungsschicht, welche mit der ersten inneren Leitungsschicht verbunden ist und auf der ersten äußeren Isolationsschicht bereitgestellt ist, umfasst, wobei die zweite feste Elektrolytschicht eine zweite innere Isolationsschicht, welche an einer inneren Oberfläche des zweiten Durchgangslochs bereitgestellt ist, eine zweite äußere Isolationsschicht, welche mit der zweiten inneren Isolationsschicht verbunden ist und auf der zweiten vorderen Oberfläche bereitgestellt ist, eine zweite innere Leitungsschicht, welche auf der zweiten inneren Isolationsschicht bereitgestellt ist, und eine zweite äußere Leitungsschicht, welche mit der zweiten inneren Leitungsschicht verbunden ist und auf der zweiten äußeren Isolationsschicht bereitgestellt ist, umfasst und wobei die erste äußere Leitungsschicht und die zweite äußere Leitungsschicht in elektrischem Kontakt miteinander stehen.
Sensorelement gemäß Anspruch 1, wobei, wenn die erste feste Elektrolytschicht in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung einer Dicke der ersten festen Elektrolytschicht gesehen ist, sich die erste äußere Isolationsschicht weiter von einer Peripherie des ersten Durchgangslochs weg erstreckt als die erste äußere Leitungsschicht, und, wenn die zweite feste Elektrolytschicht in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung einer Dicke der zweiten festen Elektrolytschicht gesehen ist, sich die zweite äußere Isolationsschicht weiter von einer Peripherie des zweiten Durchgangslochs weg erstreckt als die zweite äußere Leitungsschicht.
Sensorelement gemäß Anspruch 2, wobei, wenn die erste feste Elektrolytschicht in der Richtung senkrecht zu der Richtung einer Dicke der ersten festen Elektrolytschicht gesehen ist, die erste äußere Isolationsschicht sich um 0,1 mm oder mehr weiter als die erste äußere Leitungsschicht weg erstreckt, und, wenn die zweite feste Elektrolytschicht in der Richtung senkrecht zu der Richtung einer Dicke der zweiten festen Elektrolytschicht gesehen ist, sich die zweite äußere Isolationsschicht um 0,1 mm oder mehr weiter als die zweite äußere Leitungsschicht weg erstreckt.
Sensorelement gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die erste äußere Isolationsschicht und die zweite äußere Isolationsschicht durch eine Zwischenisolationsschicht miteinander in Kontakt stehen.
Sensorelement gemäß Anspruch 4, wobei die erste feste Elektrolytschicht und die zweite feste Elektrolytschicht miteinander durch die Zwischenisolationsschicht in Kontakt stehen.
Sensorelement gemäß Anspruch 5, wobei eine Intervallausdehnung zwischen der ersten hinteren Oberfläche und der zweiten vorderen Oberfläche im Bereich von 10 μm bis 100 μm liegt.
Sensorelement gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch in longitudinal rückwärtigen Endteilbereichen der ersten festen Elektrolytschicht bzw. der zweiten festen Elektrolytschicht angeordnet sind, und wobei ein Heizungsbereich an einem führenden Endteilbereich des Sensorelements bereitgestellt ist, wobei die Zwischenisolationsschicht auch an dem führenden Endteilbereich, wo der Heizungsbereich angeordnet ist, zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht bereitgestellt ist, und wobei eine Ausdehnung einer Dicke der Zwischenisolationsschicht bei der führenden Endseite kleiner ist als eine Ausdehnung einer Dicke der Zwischenisolationsschicht bei dem rückwärtigen Endteilbereich, wo das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch angeordnet sind.
Sensorelement gemäß Anspruch 7, wobei die Zwischenisolationsschicht durchgehend von dem führenden Endteilbereich zu dem rückwärtigen Endteilbereich des Sensorelements zwischen der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht bereitgestellt ist, und wobei sie einen Teilbereich einer Ausdehnungsänderung hat, bei welchem sich die Ausdehnung einer Dicke der Zwischenisolationsschicht ändert, um kleiner an einer führenden Endteilbereichseite des Teilbereichs einer Ausdehnungsänderung zu werden.
Sensorelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, welches weiterhin umfasst: eine dritte äußere Isolationsschicht, welche auf der ersten vorderen Oberfläche bereitgestellt ist und mit der ersten inneren Isolationsschicht verbunden ist, und eine dritte äußere Leitungsschicht, welche auf der dritten äußeren Isolationsschicht bereitgestellt ist und welche mit der ersten inneren Leitungsschicht verbunden ist, und einen abgeschrägten Teilbereich, welcher an einer longitudinal rückwärtigen Endseite der ersten festen Elektrolytschicht bereitgestellt ist, wobei die dritte äußere Isolationsschicht an einer Oberfläche des abgeschrägten Teilbereichs exponiert ist.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements, welches eine erste feste Elektrolytschicht mit einem Durchgangsloch, welches von einer ersten vorderen Oberfläche zu einer ersten hinteren Oberfläche hindurchtritt, welche an einer der ersten vorderen Oberfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist; und eine zweite feste Elektrolytschicht mit einem Durchgangsloch, welches von einer zweiten vorderen Oberfläche zu einer zweiten hinteren Oberfläche, welche an einer der zweiten vorderen Oberfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist, und welches mit dem ersten Durchgangsloch verbindet, umfasst, wobei die zweite feste Elektrolytschicht dadurch auf der ersten festen Elektrolytschicht gestapelt ist, dass die erste hintere Oberfläche und die zweite vordere Oberfläche direkt oder durch ein anderes Element in Kontakt gebracht sind, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Isolationsschicht, was ein Bilden einer ersten inneren Isolationsschicht auf einer inneren Oberfläche des ersten Durchgangslochs der ersten festen Elektrolytschicht vor dem Stapeln, Bilden auf der ersten hinteren Oberfläche einer ersten äußeren Isolationsschicht, welche mit der ersten inneren Isolationsschicht verbunden ist, Bilden einer zweiten inneren Isolationsschicht auf einer inneren Oberfläche des zweiten Durchgangslochs der zweiten festen Elektrolytschicht, und Bilden einer zweiten äußeren Isolationsschicht, welche mit der zweiten inneren Isolationsschicht auf der zweiten vorderen Oberfläche verbunden ist, umfasst; Bilden einer Leitungsschicht, was ein Bilden einer ersten inneren Leitungsschicht auf der ersten inneren Isolationsschicht, Bilden auf der ersten äußeren Isolationsschicht einer ersten äußeren Leitungsschicht, welche mit der ersten inneren Leitungsschicht verbunden ist, Bilden einer zweiten inneren Leitungsschicht auf der zweiten inneren Isolationsschicht, und Bilden auf der zweiten äußeren Isolationsschicht einer zweiten äußeren Leitungsschicht, welche mit der zweiten inneren Leitungsschicht verbunden ist, umfasst; und Stapeln der ersten festen Elektrolytschicht und der zweiten festen Elektrolytschicht, während die erste äußere Leitungsschicht und die zweite äußere Leitungsschicht miteinander in Kontakt gebracht werden.
Gassensor, umfassend: ein Detektionselement, welches sich in einer axialen Richtung erstreckt und welches einen führenden Endteilbereich zu einem zu messenden Gas hin gerichtet hat; eine Metallhülse, welche eine Peripherie des Detektionselements umgibt, wobei der führende Endteilbereich und ein rückwärtiger Endteilbereich des Detektionselements von entgegengesetzten Enden der Metallhülse hervorstehen; und ein Halterungselement, welches zwischen dem Detektionselement und der Metallhülse angeordnet ist, um das Detektionselement in der Metallhülse zu haltern, wobei das Detektionselement das Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.