DE102008000838A1

DE102008000838A1 - Keramische Heizeinrichtung, Gassensor und Verfahren zum Herstellen einer keramischen Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE102008000838A1
Application number: DE200810000838
Authority: DE
Inventors: Takehito Kariya Kimata; Kiyomi Kariya Kobayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2008-10-30
Also published as: US8058592B2; US20080237065A1

Abstract

Ein Gassensor ist mit einer eingebauten keramischen Heizeinrichtung ausgestattet. Der Gassensor erfasst die Konzentration einer vorbestimmten Gaskomponente, die in dem Abgas enthalten ist. Die keramische Heizeinrichtung hat ein Heizeinrichtungsbasiselement, das aus Keramik hergestellt ist, ein Heizelement, das im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist, und ein Paar an externen Elektrodenpads, die mit Abgabeanschlüssen für die Außenleiter elektrisch verbunden sind. Die externen Elektrodenpads, das Heizelement und die Heizeinrichtungsleiter sind aus einem Basismetall ausgebildet. Die Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad ist lediglich durch einen dichten Schutzfilm bedeckt, der aus einem Edelmetall ausgebildet ist wie beispielsweise Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh) und Palladium (Pd).

Description

Verweis auf zugehörige Anmeldung
Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf die am 27. März 2007 angemeldete Japanische Patentanmeldung Nr. 2007-82 586 und auf die am 25. Januar 2008 angemeldete Japanische Patentanmeldung Nr. 2008-15 160 und nimmt deren Priorität in Anspruch, wobei auf den Inhalt dieser Anmeldungen hierbei Bezug genommen wird.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine keramische Heizeinrichtung, die in einen Gassensor eingebaut ist, der dazu in der Lage ist, die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente zu erfassen, die in einem zu messenden Zielgas enthalten ist, beispielsweise das Abgas, das von einem an einem Kraftfahrzeug montierten Verbrennungsmotor abgegeben wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich des Weiteren auf einen Gassensor, der mit der vorstehend beschriebenen keramischen Heizeinrichtung ausgestattet ist, und auf ein Verfahren zum Herstellen der vorstehend beschriebenen keramischen Heizeinrichtung.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
10 zeigt eine Schnittdarstellung eines herkömmlichen Gassensors 8, der mit einer keramischen Heizeinrichtung 9 ausgestattet ist, die in der axialen Richtung von diesem eingebaut ist. Wie dies in 10 dargestellt ist, ist der Gassensor 8 dazu in der Lage, die Konzentration eines spezifischen Gases (beispielsweise die Sauerstoffkonzentration) zu erfassen, das in dem Abgas enthalten ist, das von dem an einem Kraftfahrzeug montiertem Verbrennungsmotor abgegeben wird. In dem Gassensor 8 ist die keramische Heizeinrichtung 9 und das Gassensorelement 80 eingebaut. Die keramische Heizeinrichtung 9 erwärmt das Gassensorelement 80.
Die keramische Heizeinrichtung 9 weist ein Heizeinrichtungsbasiselement 910 auf, das aus Keramik hergestellt ist. Das Heizeinrichtungsbasiselement 910 weist das Heizeinrichtungselement (das in 10 weggelassen worden ist) in ihm auf.
11 zeigt einen Querschnitt des Kontaktbereichs zwischen dem externen Elektrodenpad 912 und dem Abgabeanschluss in der herkömmlichen keramischen Heizeinrichtung 9, die in dem in 10 gezeigten Gassensor 8 eingebaut ist. Wie dies in 11 dargestellt ist, ist das externe Elektrodenpad 912 an einer Außenfläche des Heizeinrichtungsbasiselementes 910 ausgebildet. Das externe Elektrodenpad 912 ist mit dem in dem Gassensor 8 befindlichen Heizeinrichtungselement elektrisch verbunden.
Das externe Elektrodenpad 912 ist aus Wolfram (W) hergestellt. Die Außenfläche des externen Elektrodenpads 912 ist mit einem Schutzfilm 914 bedeckt, der beispielsweise durch einen Nickelplattierfilm ausgebildet ist. Das offengelegte Japanische Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2005-158 471 offenbart einen Gassensor mit einem derartigen Aufbau.
Wie dies in 11 dargestellt ist, ist der Schutzfilm 914 mit der externen Leitung 92 durch ein Lötelement 915 elektrisch verbunden, das beispielsweise aus einer Au-Cu-Legierung hergestellt ist. Dieser Aufbau ermöglicht, dass das externe Elektrodenpad 912 thermische Widerstandseigenschaften aufweist und einer Oxidation widersteht.
Wie dies in 10 dargestellt ist, hat das Gassensorelement 80 eine zylindrische Form an dem unteren Abschnitt der Darstellung. Der Gassensor 8 hat des Weiteren ein Gehäuse, in dem das zylindrische Gassensorelement 80 angeordnet ist, und die keramische Heizeinrichtung 9 ist in dem Gassensorelement 80 angeordnet.
Der Gassensor 8 hat eine Zielgasmesskammer 82 und eine Umgebungsgaskammer 83. Bei der eigentlichen Verwendung ist die Außenumfangsfläche am vorderen Ende des Gassensors 80 direkt dem Zielgas ausgesetzt, das in die Zielgasmesskammer 82 eingeleitet wird. Die Innenumfangsfläche des Gassensorelementes 80 wird der Umgebungsluft ausgesetzt, die in die Umgebungskammer 83 eingeleitet wird. Das externe Elektrodenpad 912 wird der Umgebungsluft in der Umgebungskammer 83 ausgesetzt.
Die Zielgasmesskammer 82 und die Umgebungskammer 83 sind mit einem Abdichtelement 84 abgedichtet, das zwischen dem Gassensorelement 80 und dem Gehäuse 81 angeordnet ist.
Dieser Aufbau schützt die Umgebungskammer 83 gegenüber einem Eintreten des Abgases.
Da jedoch die Abgastemperatur gemäß der strengen Kraftfahrzeugemissionssteuerung der jüngeren Vergangenheit zunimmt, ergibt sich eine Möglichkeit eines Aufbringens einer thermischen Last bei dem Abdichtelement 82, und als ein Ergebnis nimmt die Luftdichtheitsfähigkeit zwischen der Zielgasmesskammer 82 und der Umgebungskammer 83 ab. Dies könnte ein Eintreten des Abgases in die Umgebungskammer 83 ermöglichen und als ein Ergebnis ergibt sich eine Möglichkeit dahingehend, dass korrosive Komponenten (wie beispielsweise Stickoxide), die in dem Abgas enthalten sind, den Schutzfilm 914 erreichen.
Da, wie dies vorstehend beschrieben ist, der Schutzfilm 914 aus einem Nickelplattierfilm (Ni-Plattierfilm) und dergleichen hergestellt ist, reagiert Nickel (Ni) leicht mit einer derartigen korrosiven Komponente, Salpetersäure, die aus im Abgas enthaltenem Stickoxid erzeugt wird. Dem gemäß ergibt sich eine Möglichkeit dahingehend, dass die Nickelkomponente (Ni) in dem Schutzfilm 914 durch das Stickoxid korrodiert.
Andererseits gibt es gemäß 11 ein anderes Verfahren zum Bedecken der Außenumfangsfläche des Schutzfilms 914 und des Lötelementes 915 mit einem Chromplattierfilm (Cr-Plattierfilm). Jedoch kann die thermische Spannung Risse in dem Cr-Plattierfilm, der auf das Lötelement 915 aufgetragen worden ist, erzeugen. Korrosive Komponenten gelangen in die in dem Cr-Plattierfilm erzeugten Risse und erreichen schließlich den Schutzfilm 914, der aus Nickel (Ni) hergestellt ist. Dadurch korrodiert der Schutzfilm 914.
12 zeigt den Querschnitt des Kontaktbereiches eines anderen Aufbaus zwischen dem externen Elektrodenpad 912 und einem Abgabeanschluss 920 bei der in 10 gezeigten herkömmlichen keramischen Heizeinrichtung.
Wie dies in 12 gezeigt ist, hat das offengelegte Japanische Patent mit der Veröffentlichungsnummer JP 2006-91 009 einen Aufbau vorgeschlagen, bei dem der externe Leiter mit dem externen Elektrodenpad 912 anhand des Abgabeanschlusses 920 verbunden ist, um diese nicht durch ein Lötelement zu fixieren. Der Abgabeanschluss 920 ist ein Teil, das dazu in der Lage ist, das Basisendteil der keramischen Heizeinrichtung 9 in ihrer Dickenrichtung abzustützen. In der keramischen Heizeinrichtung mit dem in 12 gezeigten Aufbau ist das externe Elektrodenpad 912 durch den Primärschutzfilm 916 bedeckt, der aus einem Ni-Plattierfilm hergestellt ist, und ist des Weiteren mit dem Sekundärschutzfilm 917, der aus einem Gold-Plattierfilm (Au) hergestellt ist, bedeckt, um seinen Korrosionswiderstand beizubehalten.
Jedoch sind häufig ein oder mehrere Nadellöcher in dem Sekundärschutzfilm 917 ausgebildet, der aus dem Au-Plattierfilm hergestellt ist. Das Vorhandensein der Nadellöcher in dem Sekundärschutzfilm 917 bewirkt eine Möglichkeit dahingehend, dass korrosive Komponenten hineingelangen und schließlich den Primärschutzfilm durch die Nadellöcher erreichen. Dies bewirkt häufig eine Korrosion des Primärschutzfilms 916, der aus einem Nickelfilm (Ni) hergestellt ist.
Aus diesem Grund gibt es einen hohen Bedarf dahingehend, eine keramische Heizeinrichtung zu erhalten, die mit einem externen Elektrodenpad mit einem überlegenen Antikorrosionswiderstand und thermischem Widerstand ausgestattet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine keramische Heizeinrichtung mit überlegenen Antikorrosionseigenschaften und Antithermospannungseigenschaften zu schaffen. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gassensor zu schaffen, der mit der keramischen Heizeinrichtung ausgestattet ist, und des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen der keramischen Heizeinrichtung zu schaffen.
Um die vorstehend dargelegten Aufgaben zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine keramische Heizeinrichtung, die in einem Gassensor eingebaut ist, der dazu in der Lage ist, die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente zu erfassen, die in dem zu messenden Zielgas enthalten ist. Die keramische Heizeinrichtung hat ein Heizeinrichtungsbasiselement, ein Heizelement und ein Paar an Heizeinrichtungsleitern. Das Heizeinrichtungsbasiselement ist aus Keramik hergestellt. Das Heizelement ist im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet. Jedes externe Elektrodenpad ist an der Außenfläche des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet und ist mit dem entsprechenden Abgabeanschluss des Außenleiters elektrisch verbunden. Das Heizelement ist mit dem Paar an externen Elektrodenpads durch das Paar an Heizeinrichtungsleitern elektrisch verbunden. In der keramischen Heizeinrichtung sind die externen Elektrodenpads, das Heizelement und die Heizeinrichtungsleiter aus einem Basismetall hergestellt. Zumindest ein Teil der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad ist lediglich durch einen dichten Schutzfilm bedeckt, der aus einem Edelmetall hergestellt ist.
Die vorliegende Erfindung hat die folgende Wirkung und folgende Effekte stellen sich ein. Der Schutzfilm ist nur aus einem Edelmetall hergestellt. Der Schutzfilm ist unter Verwendung eines derartigen Materials mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit ausgebildet. Dieser Aufbau der keramischen Heizeinrichtung kann das Paar an externen Elektrodenpads vor einer Korrosion selbst dann schützen, wenn es dem Abgas ausgesetzt ist, das von dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs abgegeben wird. Dadurch kann die vorliegende Erfindung eine keramische Heizeinrichtung mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit (Korrosionswiderstand) schaffen.
Des Weiteren ist zumindest ein Teil der Außenfläche jedes externen Elektrodenpads mit dem dichten Schutzfilm bedeckt, der lediglich aus einem Edelmetall mit einem überlegenen thermischen Widerstand hergestellt ist. Der Bereich, an dem jedes externe Elektrodenpad mit dem entsprechenden Abgabeanschluss im Wesentlichen elektrisch verbunden ist, ist mit dem Schutzfilm bedeckt. Dieser Aufbau kann den Bereich der aus einem Basismetall hergestellten externen Elektrodenpads davor schützen, dass dieser dem Abgas mit einer hohen Temperatur direkt ausgesetzt wird. Es ist dadurch möglich, die externen Elektrodenpads vor einer Erwärmungsverschlechterung und Oxidation zu schützen. Als ein Ergebnis kann die vorliegende Erfindung eine keramische Heizeinrichtung mit einer überlegenen thermischen Widerstandsfähigkeit schaffen. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine keramische Heizeinrichtung mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit und einer überlegenen thermischen Festigkeit zu schaffen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine keramische Heizeinrichtung geschaffen, die in einem Gassensor eingebaut ist, der dazu in der Lage ist, die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente zu erfassen, die in dem zu messenden Zielgas enthalten ist. Die keramische Heizeinrichtung hat ein Heizeinrichtungsbasiselement, ein Heizelement und ein Paar an Heizeinrichtungsleitern. Das Heizeinrichtungsbasiselement ist aus Keramik hergestellt.
Das Heizelement ist im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet. Jedes externe Elektrodenpad ist an der Außenfläche des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet und ist mit dem entsprechenden Abgabeanschluss des Außenleiters elektrisch verbunden. Das Heizelement ist mit dem Paar an externen Elektrodenpads durch das Paar an Heizeinrichtungsleitern elektrisch verbunden. In der keramischen Heizeinrichtung sind die externen Elektrodenpads, das Heizelement und die Heizeinrichtungsleiter aus einem Basismetall hergestellt. Insbesondere ist zumindest ein Teil der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad durch lediglich eine Schutzlage bedeckt. Die Schutzlage ist aus einem dichten Schutzfilm, der aus einem Edelmetall hergestellt ist, und einem dichten Schutzfilm hergestellt, der aus Chrom (Cr) hergestellt ist.
In der keramischen Heizeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Teil der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad lediglich durch eine Schutzlage bedeckt, und die Schutzlage ist aus einem dichten Schutzfilm, der aus einem Edelmetall hergestellt ist, und einem dichten Schutzfilm hergestellt, der aus Chrom (Cr) hergestellt ist. Das heißt zumindest der Teil der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad ist durch den Chromfilm (Cr) und den Edelmetallfilm mit einem überlegenen Korrosionswiderstand und thermischen Widerstand beschichtet. Da diese Chromkomponente in dem Chromfilm zu Chromoxid wird, bildet der Chromfilm einen passiven Film an der Oberfläche des Schutzfilms. In ähnlicher Weise wie bei der zuvor erörterten keramischen Heizeinrichtung kann die vorliegende Erfindung eine keramische Heizeinrichtung mit einem überlegenen Korrosionswiderstand und thermischen Widerstand schaffen.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine keramische Heizeinrichtung mit einem überlegenen Korrosionswiderstand und thermischen Widerstand zu schaffen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer keramischen Heizeinrichtung geschaffen. Die keramische Heizeinrichtung wird in einem Gassensor eingebaut, der dazu in der Lage ist, die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente zu erfassen, die in dem zu messenden Zielgas enthalten ist. Die keramische Heizeinrichtung besteht aus dem Heizeinrichtungsbasiselement, dem Heizelement, dem Paar an externen Elektrodenpads und dem Paar an Heizeinrichtungsleitern. Bei dem Verfahren zum Herstellen der keramischen Heizeinrichtung wird ein Edelmetallplattieren ausgeführt, um den aus dem Edelmetall hergestellten Schutzfilm an zumindest einem Teil der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad auszubilden, und eine thermische Behandlung für den Schutzfilm, der durch das Edelmetallplattieren hergestellt worden ist, wird bei nicht weniger als einer Temperatur ausgeführt, die um 150°C geringer als der Schmelzpunkt des Edelmetalls ist.
Bei dem Verfahren zum Herstellen der keramischen Heizeinrichtung wird die Erwärmungsbehandlung für den Edelmetallplattierfilm bei einer Temperatur ausgeführt, die um 150°C geringer als der Schmelzpunkt des Edelmetalls ist. Es ist dadurch möglich, die keramische Heizeinrichtung mit einem überlegenen Korrosionswiderstand und thermischen Widerstand herzustellen. Das heißt nach dem Ausbilden der Edelmetallplattierung für das Paar der externen Elektrodenpads wird die Erwärmungsbehandlung für den Edelmetallplattierfilm ausgeführt, damit das Edelmetall weich wird und es in angemessener Weise bearbeitbar wird, um eine geringfügig raue Oberfläche zu schaffen. Es ist daher möglich, die zwischen dem Paar an externen Elektrodenpads und dem Schutzfilm erzeugte Adhäsionskraft auf der Basis des Ankereffektes zu erhöhen. Dem gemäß kann die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der keramischen Heizeinrichtung mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit und thermischen Festigkeit schaffen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine keramische Heizeinrichtung geschaffen. Insbesondere ist zumindest ein Teil der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad lediglich durch einen dichten Schutzfilm bedeckt, der aus Chrom (Cr) hergestellt ist. Das heißt der Schutzfilm ist aus Chrom (Cr) hergestellt. Ein derartiger Chromfilm wird zu Chromoxid an der Oberfläche des Schutzfilms, und das Chromoxid bildet einen passiven Film. Dadurch kann ein Schutzfilm mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit vorgesehen werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, die externen Elektrodenpads vor einer Korrosion selbst dann zu schützen, wenn sie dem Abgas ausgesetzt werden. Somit schafft die vorliegende Erfindung eine keramische Heizeinrichtung mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit.
Des Weiteren ist zumindest ein Teil der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad durch einen Schutzfilm bedeckt, der nur aus Chrom (Cr) hergestellt ist. Chrom (Cr) hat eine überlegene thermische Festigkeit. Da der Teil von jedem externen Elektrodenpad, der im Wesentlichen mit dem Abgabeanschluss verbunden ist, durch den Schutzfilm bedeckt ist, können dadurch die aus einem Basismetall hergestellten Elektrodenpads davor geschützt werden, dass sie direkt dem eine hohe Temperatur aufweisenden Abgas ausgesetzt werden, und die externen Elektrodenpads können vor einer thermischen Verschlechterung und Oxidation geschützt werden. Als ein Ergebnis kann die vorliegende Erfindung eine keramische Heizeinrichtung mit einer überlegenen thermischen Festigkeit schaffen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine keramische Heizeinrichtung geschaffen worden. In der keramischen Heizeinrichtung ist zumindest das Paar an Elektrodenpads nur aus Edelmetall hergestellt. Das heißt, da jedes externe Elektrodenpad lediglich aus einem Material mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit hergestellt ist, ist es möglich, die externen Elektrodenpads vor einer Korrosion selbst dann zu schützen, wenn sie dem Abgas ausgesetzt sind. Die vorliegende Erfindung schafft dadurch eine keramische Heizeinrichtung mit einem verbesserten Korrosionswiderstand.
Da des Weiteren die externen Elektrodenpads aus einem Edelmetall mit einem überlegenen thermischen Widerstand hergestellt sind, ist es möglich, die externen Elektrodenpads vor einer thermischen Verschlechterung selbst dann zu schützen, wenn sie dem eine hohe Temperatur aufweisenden Abgas ausgesetzt sind. Als ein Ergebnis ist es möglich, eine keramische Heizeinrichtung mit einer überlegenen thermischen Festigkeit zu schaffen. Somit schafft die vorliegende Erfindung eine keramische Heizeinrichtung mit einem verbesserten Korrosionswiderstand und einem überlegenen thermischen Widerstand.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine keramische Heizeinrichtung geschaffen, die in einen Gassensor eingebaut wird. Der Gassensor ist dazu in der Lage, die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente zu erfassen, die in dem zu messenden Zielgas enthalten ist. Die keramische Heizeinrichtung hat das Heizeinrichtungsbasiselement, das Heizelement und das Paar an Heizeinrichtungsleitern. Das Heizeinrichtungsbasiselement ist aus Keramik hergestellt. Das Heizelement ist im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet. Jedes externe Elektrodenpad ist an der Außenfläche des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet und ist mit dem entsprechenden Abgabeanschluss des Aussenleiters elektrisch verbunden. Das Heizelement ist mit dem Paar an externen Elektrodenpads durch das Paar an Heizeinrichtungsleitern elektrisch verbunden. In der keramischen Heizeinrichtung sind das Heizelement und die Heizeinrichtungsleiter aus einem Basismetall hergestellt. Insbesondere ist jedes externe Elektrodenpad aus Chrom (Cr) hergestellt.
Da jedes externe Elektrodenpad aus Chrom (Cr) hergestellt ist, wird ein passiver Film, der aus Chromoxid besteht, an der Oberfläche von jedem externen Elektrodenpad ausgebildet. Der passive Film kann jedes externe Elektrodenpad vor einer Korrosion selbst dann schützen, wenn dieses dem Abgas ausgesetzt ist. Es ist dadurch möglich, eine keramische Heizeinrichtung mit einem überlegenen Korrosionswiderstand zu schaffen.
Darüber hinaus Chromoxid überlegene thermische Widerstandseigenschaften aufweist, kann das Ausbilden des Chromoxids eine thermische Verschlechterung bei den externen Elektrodenpads verhindern. Als ein Ergebnis ist es möglich, eine keramische Heizeinrichtung mit einem überlegenen thermischen Widerstand zu schaffen. Dem gemäß kann die vorliegende Erfindung eine keramische Heizeinrichtung mit einem überlegenen Korrosionswiderstand und thermischen Widerstand schaffen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gassensor geschaffen, der mit der keramischen Heizeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, die die vorstehend erörterten Merkmale aufweist. Die keramische Heizeinrichtung ist in den Gassensor eingebaut. Die vorliegende Erfindung schafft einen Gassensor mit einer hohen Zuverlässigkeit.
Des Weiteren wird vorzugsweise die Schutzlage so ausgebildet, dass sie aus Silizium oder Keramik oder aus einer Kombination aus diesen an einem Teil des externen Elektrodenpads ausgebildet wird, wenn ein derartiger Teil nicht durch die Schutzlage bedeckt ist.
Es wird bevorzugt, dass das Edelmetall zumindest Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh) und/oder Palladium (Pd) aufweist. Dadurch kann der Schutzfilm mit einem überlegenen Korrosionswiderstand und thermischen Widerstand ausgebildet werden.
Als ein Ergebnis ist es möglich, eine keramische Heizeinrichtung mit einem überlegenen Korrosionswiderstand und thermischen Widerstand zu erhalten.
Vorzugsweise ist die gesamte Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad mit dem Schutzfilm bedeckt. Dadurch können die externen Elektrodenpads insgesamt vor einer Korrosion und einer thermischen Verschlechterung geschützt werden.
Es ist möglich, dass die externen Elektrodenpads, das Heizelement und die Heizeinrichtungsleiter aus Wolfram (W) hergestellt sind. Dadurch kann eine keramische Heizeinrichtung mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit unter geringen Herstellkosten geschaffen werden.
Vorzugsweise wird eine thermische Behandlung bei einer Temperatur von nicht weniger als dem Schmelzpunkt des Edelmetalls ausgeführt.
Da die Erwärmungsbehandlung den Edelmetallplattierfilm weich machen kann, ist es möglich, diesen an dem externen Elektrodenpad noch angemessener zu bearbeiten. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Adhäsionskraft zwischen den externen Elektrodenpads und dem Schutzfilm zu erhöhen.
Es wird bevorzugt, dass jedes externe Elektrodenpad aus zumindest Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh) und/oder Palladium (Pd) hergestellt ist. Dadurch können die externen Elektrodenpads mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit und thermischen Festigkeit vorgesehen werden. Als ein Ergebnis kann die vorliegende Erfindung eine keramische Heizeinrichtung mit einer noch stärker überlegenen Korrosionsfestigkeit und thermischen Festigkeit schaffen.
Außerdem wird bevorzugt, dass das Heizelement und die Heizeinrichtungsleiter aus Wolfram (W) hergestellt sind. Dadurch kann eine keramische Heizeinrichtung mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit unter geringen Herstellkosten geschaffen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ein bevorzugtes aber nicht als Einschränkung zu verstehendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist beispielartig unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine Querschnittsansicht des Kontaktbereiches zwischen dem externen Elektrodenpad und dem Abgabeanschluss in der keramischen Heizeinrichtung in ihrer axialen Richtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Ansicht von vorn von der keramischen Heizeinrichtung gemäß dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel.
3 zeigt eine Seitenansicht des Basisendabschnitts der keramischen Heizeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Betrachtung aus einer anderen Position bei einem Winkel von 90° gegenüber der in 2 gezeigten Darstellung.
4 zeigt eine Querschnittsansicht des Kontaktbereichs zwischen dem externen Elektrodenpad und dem Abgabeanschluss in der keramischen Heizeinrichtung in ihrer axialen Richtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Querschnittsansicht des Kontaktbereiches zwischen dem externen Elektrodenpad und dem Abgabeanschluss in der keramischen Heizeinrichtung in ihrer axialen Richtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Querschnittsansicht des Kontaktbereichs zwischen dem externen Elektrodenpad und dem Abgabeanschluss in der keramischen Heizeinrichtung in ihrer axialen Richtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Darstellung des Aufbaus des Gassensorelementes, das in dem Gassensor gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
8 zeigt eine perspektivische Darstellung des in 7 gezeigten Gassensorelementes, das in dem Gassensor gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.
9 zeigt eine Schnittdarstellung des in 7 und 8 gezeigten Gassensors der gestapelten Art oder Laminatart gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine Schnittdarstellung des Gassensors, der mit der herkömmlichen keramischen Heizeinrichtung ausgestattet ist, in seiner axialen Richtung.
11 zeigt eine Querschnittsansicht der keramischen Heizeinrichtung des Standes der Technik, die in dem in 10 gezeigten Gassensor eingebaut ist, wobei insbesondere der Kontaktbereich zwischen dem externen Elektrodenpad und dem Abgabeanschluss in der keramischen Heizeinrichtung des Standes der Technik gezeigt ist.
12 zeigt eine Querschnittsansicht des Kontaktbereiches eines anderen Aufbaus zwischen dem externen Elektrodenpad und dem Abgabeanschluss in der in 10 gezeigten keramischen Heizeinrichtung des Standes der Technik.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der nachstehend dargelegten Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwertige Bauteile in sämtlichen Darstellungen.
Erstes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist die keramische Heizeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
1 zeigt eine Querschnittsansicht des Kontaktbereiches zwischen dem externen Elektrodenpad 12 und dem Abgabeanschluss 2 in der keramischen Heizeinrichtung 1 in ihrer axialen Richtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 2 zeigt eine Ansicht von vorn der keramischen Heizeinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, die in 1 gezeigt ist. 3 zeigt eine Seitenansicht des Basisendabschnitts der keramischen Heizeinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Betrachtung aus einer anderen Position bei einem Winkel von 90° gegenüber der in 2 gezeigten Darstellung.
Die keramische Heizeinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Gassensor eingebaut. Beispielsweise erfasst der Gassensor die Konzentration einer spezifischen Gaskomponente, die in dem Abgas enthalten ist, das von dem an einem Kraftfahrzeug montierten Verbrennungsmotor abgegeben wird.
Wie dies in 1 gezeigt ist, weist die keramische Heizeinrichtung 1 das aus Keramik hergestellte Heizeinrichtungsbasiselement 10, das (in den Zeichnungen weggelassene) Heizelement, das Paar an externen Elektrodenpads 12 und das Paar an Heizeinrichtungsleitern 11 auf. 1 zeigt ein externes Elektrodenpad 12 und einen Heizeinrichtungsleiter 11. Das Heizelement ist im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes 10 ausgebildet. Jedes externe Elektrodenpad 12 ist an der Außenumfangsfläche des Heizeinrichtungsbasiselementes 10 angeordnet und ist mit dem entsprechenden Abgabeanschluss 2 für die (nicht gezeigte) externe Leitung elektrisch verbunden. Jedes externe Elektrodenpad 12 ist mit dem Heizelement durch den entsprechenden Heizeinrichtungsleiter 11 elektrisch verbunden.
Wie dies in 1 dargestellt ist, ist die gesamte Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad 12 durch den Schutzfilm 14 bedeckt, der aus einem dichten Goldplattierfilm (Au) hergestellt ist.
Beispielsweise ist das Heizeinrichtungsbasiselement 10 aus Aluminiumoxid oder Alumina (Al₂O₃) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) hergestellt. Wie dies in 2 gezeigt ist, hat die keramische Heizeinrichtung eine zylindrische Form.
Das Paar an Abgabeanschlüssen 2, das Heizelement und das Paar an Heizeinrichtungsleitungen 11 sind aus einem Basismetall wie beispielsweise Wolfram (W) hergestellt.
Ein Durchgangsloch 100 ist zwischen jeder Heizeinrichtungsleitung 11 und dem entsprechenden externen Elektrodenpad 12 in dem Heizeinrichtungsbasiselement 10 ausgebildet. Das Durchgangsloch 100 ist mit Wolfram (W) gefüllt, das die Heizeinrichtungsleitung und das entsprechende externe Elektrodenpad 12 elektrisch verbindet. Ein elektrischer Strom fließt von der externen elektrischen Antriebsquelle (die in den Zeichnungen weggelassen worden ist) in die keramische Heizeinrichtung 1 in dem Gassensor durch das Paar an Abgabeanschlüssen 2. Der elektrische Strom fließt dann in das Heizelement der keramischen Heizeinrichtung 1 durch das Paar an Schutzfilmen 14, das Paar an externen Elektrodenpads 12 und das Paar an Heizeinrichtungsleitern 11. Das Durchgangsloch 100 ist in jeder Kombination ausgebildet, die aus der Heizeinrichtungsleitung 11 und dem entsprechenden externen Elektrodenpad 12 besteht. Das heißt das Paar an Durchgangslöchern 100 ist in dem Heizeinrichtungsbasiselement 10 in der keramischen Heizeinrichtung 1 ausgebildet, da die keramische Heizeinrichtung 1 das Paar an Heizeinrichtungsleitern und das Paar an externen Elektrodenpads 12 aufweist.
Wie dies in 2 und in 3 gezeigt ist, drückt das Paar an Abgabeanschlüssen 2 zwangsweise den Basisendabschnitt der keramischen Heizeinrichtung 1 in ihrer Dickenrichtung.
Jeder Abgabeanschluss 2 ist mit dem entsprechenden externen Elektrodenpad 12 durch den entsprechenden Schutzfilm 14 verbunden. Das heißt in der keramischen Heizeinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist jedes externe Elektrodenpad 12 mit dem entsprechenden Abgabeanschluss 2 ohne Löten elektrisch verbunden (beispielsweise ist der Lötabschnitt mit dem Bezugszeichen 915 in 11 bezeichnet).
Nachstehend ist der Betrieb und sind die Wirkungen der keramischen Heizeinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der Schutzfilm 14 ist nur aus Gold (Au) hergestellt. Es ist daher möglich, den Schutzfilm 14 unter Verwendung eines überlegenen Antikorrosionsmaterials auszubilden. Dadurch wird ermöglicht, dass die keramische Heizeinrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels ein Paar an externen Elektrodenpads 12 vor einer Korrosion selbst dann schützt, wenn diese dem Abgas ausgesetzt sind.
Die gesamte Außenumfangsfläche von jedem externen Elektrodenpad 12 ist nur durch den Schutzfilm 14 bedeckt, der aus einem dichten Goldfilm (Au) mit einem überlegenen thermischen Widerstand hergestellt ist. Dieser Aufbau kann das Paar an externen Elektrodenpads 12 davor schützen, dass es direkt dem eine hohe Temperatur aufweisenden Abgas ausgesetzt wird, und dadurch wird ein Paar an externen Elektrodenpads 12 vor einer thermischen Verschlechterung und vor einer Oxidation geschützt. Als ein Ergebnis kann die vorliegende Erfindung eine keramische Heizeinrichtung 1 mit einer überlegenen thermischen Festigkeit vorsehen.
Insbesondere ist es in der keramischen Heizeinrichtung 1 gemäß dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel, da die Außenumfangsfläche von jedem externen Elektrodenpad 12 durch den aus Gold (Au) hergestellten Schutzfilm 14 bedeckt ist, möglich, die externen Elektrodenpads 12 vor einer Korrosion und vor einer thermischen Verschlechterung im Vergleich zu den verschiedenen Arten an keramischen Heizeinrichtungen des Standes der Technik zu schützen.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, die keramische Heizeinrichtung mit einem überlegenen Korrosionswiderstand und einem überlegenen thermischen Widerstand zu schaffen.
Obwohl das Paar an Schutzfilmen 14 aus einem Goldfilm (Au) bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel hergestellt ist, ist es möglich, einen Schutzfilm zu verwenden, der anstelle des Goldfilms (Au) aus einem anderen Edelmetall wie beispielsweise Ag, Pt, Rh und Pd ausgebildet ist.
Außerdem kann der Schutzfilm unter Verwendung von Chrom (Cr) ausgebildet werden. Chrom (Cr) wird zu Chromoxid. Das Chromoxid bildet einen passiven Film. Dieser kann die externen Elektrodenpads 12 vor einer Korrosion selbst dann schützen, wenn diese dem Abgas ausgesetzt sind. Es ist daher möglich, eine keramische Heizeinrichtung mit einem überlegenen Korrosionswiderstand vorzusehen. Da jedes externe Elektrodenpad 12 durch den aus Chrom (Cr) ausgebildeten Schutzfilm bedeckt ist und Chrom (Cr) eine überlegene thermische Widerstandsfähigkeit aufweist, ist es dadurch möglich, die externen Elektrodenpads 12 vor einer thermischen Verschlechterung und vor Oxidation zu bewahren.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist die keramische Heizeinrichtung 1-1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
4 zeigt eine Querschnittsansicht des Kontaktbereiches zwischen dem externen Elektrodenpad 12 und dem Abgabeanschluss 2 in der keramischen Heizeinrichtung 1-1 entlang ihrer axialen Richtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
In der in 4 gezeigten keramischen Heizeinrichtung 1-1 ist jeder Schutzfilm 14-1 ein gestapelter Aufbau (oder Laminataufbau), der aus dem Primärschutzfilm (erster Schutzfilm) 141 und dem Sekundärschutzfilm (zweiter Schutzfilm) 142 aufgebaut ist. Die gesamte Außenumfangsfläche von jedem externen Elektrodenpad 12 ist durch den Primärschutzfilm 141 bedeckt. Der Primärschutzfilm 141 ist durch den Sekundärschutzfilm 142 bedeckt.
Der Primärschutzfilm 141 und der Sekundärschutzfilm 142 sind aus verschiedenen Materialien ausgebildet, die aus Edelmetall wie beispielsweise Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh) und Palladium (Pd) ausgewählt worden sind, und zwar so, dass der Primärschutzfilm 141 ein anderes Material als der Sekundärschutzfilm 142 aufweist. Es ist möglich, den Schutzfilm 14-1 mittels des vorstehend erläuterten Aufbaus auszubilden.
Darüber hinaus ist es möglich, einen Schutzfilm 14-1 auszubilden, der aus einer Kombination aus Cr und den vorstehend erwähnten Edelmetall hergestellt ist. In diesem Fall wird bevorzugt, den Sekundärschutzfilm 142 aus Cr auszubilden.
Die restlichen Bestandteile des zweiten Ausführungsbeispiels haben den gleichen Aufbau, die gleichen Wirkungsweisen und die gleichen Effekte wie bei der keramischen Heizeinrichtung gemäß dem in den 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Die Erläuterung dieser Komponenten unterbleibt hierbei.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist die keramische Heizeinrichtung 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 zeigt eine Querschnittsansicht des Kontaktbereiches zwischen dem externen Elektrodenpad 12 und dem Abgabeanschluss 2 in der keramischen Heizeinrichtung 1-2 entlang ihrer axialen Richtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Das Paar an externen Elektrodenpads 12 ist aus zumindest einem oder mehreren Edelmetallen wie beispielsweise Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh) und Palladium (Pd) ausgebildet. Die anderen Bestandteile des dritten Ausführungsbeispiels haben den gleichen Aufbau, die gleiche Wirkungsweise und die gleichen Effekte wie bei der keramischen Heizeinrichtung gemäß dem in den 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Die Erläuterung dieser Bestandteile unterbleibt hierbei.
Jedes externe Elektrodenpad 12 ist aus Edelmetall hergestellt. Das heißt da jedes externe Elektrodenpad 12 nur aus einem überlegenen Antikorrosionsmaterial ausgebildet ist, ist es möglich, das Paar an externen Elektrodenpads 12 vor Korrosion zu schützen. Die vorliegende Erfindung kann daher eine keramische Heizeinrichtung 1-2 mit einem überlegenen Korrosionswiderstand schaffen. Da des Weiteren jedes externe Elektrodenpad 12 aus einem Edelmetall mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit ausgebildet ist, ist es möglich, das Voranschreiten einer thermischen Verschlechterung in den externen Elektrodenpads 12 anzuhalten. Als ein Ergebnis ist es möglich, eine keramische Heizeinrichtung 1-2 mit einem überlegenen thermischen Widerstand vorzusehen.
Die anderen Bestandteile des dritten Ausführungsbeispiels haben den gleichen Aufbau, die gleiche Wirkungsweise und die gleichen Effekte wie bei der keramischen Heizeinrichtung gemäß dem in den 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Die Erläuterung dieser Bestandteile unterbleibt hierbei.
Obwohl das Paar an externen Elektrodenpads 12 in der keramischen Heizeinrichtung 1-2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel aus Edelmetall hergestellt ist, kann eine Verwendung eines Paars an externen Elektrodenpads akzeptiert werden, die aus Chrom (Cr) hergestellt sind. Dieser Aufbau kann eine keramische Heizeinrichtung mit einem angemessenen überlegenen Korrosionswiderstand und thermischen Widerstand vorsehen.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist die keramische Heizeinrichtung 1-3 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
6 zeigt eine Querschnittsansicht des Kontaktbereichs zwischen dem externen Elektrodenpad 12 und dem Abgabeanschluss 2 in der keramischen Heizeinrichtung 1-3 entlang ihrer axialen Richtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
Bei dem Aufbau der keramischen Heizeinrichtung 1-3 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel sind ein Abschnitt der Außenumfangsfläche von jedem externen Elektrodenpad 12 und seinem umgebenden Bereich mit dem Schutzfilm 14-2 bedeckt, der aus einem Edelmetall hergestellt ist.
Das heißt der Abschnitt von jedem externen Elektrodenpad 12, der im Wesentlichen mit dem Abgabeanschluss 2 verbunden ist, und der umgebende Bereich von diesem Abschnitt sind durch den Schutzfilm 14-2 bedeckt, der aus dem Edelmetall hergestellt ist. Die restlichen Bereiche des Abschnitts in jedem externen Elektrodenpad 12 sind durch Glas 15 bedeckt, das aus Silizium als Hauptbestandteil ausgebildet ist.
Der vorstehend beschriebene Aufbau der keramischen Heizeinrichtung 1-3 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel muss nicht den Schutzfilm an der gesamten Außenumfangsfläche von jedem externen Elektrodenpad 12 ausbilden. Es ist daher möglich, die Herstellkosten der keramischen Heizeinrichtung 1-3 mit einer überlegenen Korrosionsfestigkeit und thermischen Festigkeit zu verringern.
Die restlichen Bestandteile der keramischen Heizeinrichtung 1-3 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel haben den gleichen Aufbau, die gleiche Wirkungsweise und die gleichen Effekte wie bei der keramischen Heizeinrichtung gemäß dem in 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel. Die Erläuterung dieser Bestandteile unterbleibt hier.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Gassensor 4, der mit dem Gassensorelement 3 der gestapelten Art (oder Laminatart) ausgestattet ist, gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7 bis 9 beschrieben. Das Gassensorelement 3 der gestapelten Art ist mit der keramischen Heizeinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel von dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel ausgestattet.
7 zeigt den Aufbau des Gassensorelementes 3, das in den Gassensor 4 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel eingebaut wird. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht des in 7 gezeigten Gassensorelementes 3. 9 zeigt eine Schnittdarstellung des Gassensors 4 gemäß dem in 7 und 8 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel.
Wie dies in 9 dargestellt ist, weist der Gassensor 4 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel das Gassensorelement 3, das mit der keramischen Heizeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten bis vierten Ausführungsbeispiels ausgestattet ist, das Isolationsglas 41 der Elementseite und das Gehäuse 42 auf.
Das Gassensorelement 3 ist in den Innenraum des Isolationsglases 41 der Elementseite eingeführt und sitzt an diesem. In dem Gehäuse 42 ist das Isolationsglas 41 der Elementseite untergebracht. Die Elementabdeckung 46 ist an der Vorderendseite des Gehäuses 42 angeordnet, um den vorderen Endabschnitt des Gassensorelementes 3 zu schützen. Die Abdeckung 44 an der Umgebungsseite ist an dem Basisendabschnitt des Gassensorelementes 3 angeordnet. Der Basisendabschnitt des Gassensorelementes 3 ist durch die Abdeckung 44 der Umgebungsseite bedeckt.
Wie dies in 7 dargestellt ist, weist das Gassensorelement 3 in dem Gassensor 4 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel den Festelektrolytkörper 31, die Zielgaselektrode 32 und die Referenzgaselektrode 33 auf. Der Festelektrolytkörper 31 ist gegenüber Sauerstoffionen leitfähig. Die Zielgaselektrode 32 ist an einer Oberfläche des Festelektrolytkörpers 31 angeordnet, um das Zielgas um die Oberfläche des Festelektrolytkörpers 31 herum zu erfassen. Die Referenzgaselektrode 33 ist an der anderen Oberfläche des Festelektrolytkörpers 31 angeordnet.
Die Zielgaselektrode 32 ist durch eine poröse Diffusionwiderstandslage 37, die aus einem porösen Material ausgebildet ist, und die dichte Abschirmlage 36 bedeckt.
Die Umgebungskammerausbildungslage 34 ist an der Oberfläche des Festelektrolytkörpers 31 laminiert (oder gestapelt), an der die Referenzgaselektrode 33 angeordnet ist. Die Umgebungskammerausbildungslage 34 bildet die Umgebungsgaskammer aus, in die das Umgebungsgas eingeleitet wird.
Eine der keramischen Heizeinrichtungen 1, 1-1, 1-2 und 1-3 gemäß der vorliegenden Erfindung, die in den 1 bis 6 gezeigt sind, ist an der Umgebungskammerausbildungslage 34 laminiert oder gestapelt.
Wie dies in 7 dargestellt ist, hat die keramische Heizeinrichtung das Primärheizelement 101, das Heizelement 110 und das Sekundärheizelement 102. Das Primärheizelement 101 befindet sich benachbart zu der Umgebungskammerausbildungslage 34. Das Heizelement 110 ist an einer Oberfläche des Primärheizelements 101 angeordnet. Die Umgebungskammerausbildungslage 34 ist an der anderen Fläche (Oberfläche) des Primärheizelementes 101 laminiert. Das Heizelement 110 ist zwischen dem Primärheizelement 101 und dem Sekundärheizelement 102 angeordnet.
Das Paar an externen Elektrodenpads 12 ist an einer Oberfläche des Sekundärheizelementes 102 angeordnet. Das Heizelement 110 ist an der anderen Oberfläche des Sekundärheizelements 102 angeordnet.
Das Heizelement 110 ist mit dem Paar an externen Elektrodenpads 12 durch das Paar an Heizeinrichtungsleitungen 11 und die Durchgangslöcher 100 elektrisch verbunden. Das Paar an Heizeinrichtungsleitungen 11 ist parallel in der Längsrichtung des Sekundärheizelementes 102 an der Oberfläche des Sekundärheizelementes 102 angeordnet.
Die gesamte Außenfläche von jedem Paar der externen Elektrodenpads 12 ist durch den aus einem Edelmetall hergestellten Schutzfilm 14 bedeckt. Durch den Schutzfilm 14 ist jedes externe Elektrodenpad 12 mit dem entsprechenden Abgabeanschluss (der in 7 weggelassen worden ist) für den externen Leiter elektrisch verbunden.
Wie dies vorstehend detailliert beschrieben ist, ist es möglich, in effektiver Weise die Wirkungsweise und die Effekte der vorliegenden Erfindung aufzuzeigen, wenn die keramische Heizeinrichtung in den Gassensoren der Stapelart mit dem in 7 und 8 gezeigten Aufbau beispielsweise eingebaut ist.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist ein Verfahren zum Herstellen der keramischen Heizeinrichtung mit dem Aufbau, bei dem das Paar an externen Elektrodenpads 12 mit dem aus Edelmetall hergestellten Schutzfilm 14 bedeckt sind, das bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel offenbart ist, beschrieben. Das sechste Ausführungsbeispiel verwendet die gleichen Bezugszeichen wie in 1.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird der Au-Plattierfilm als die Primärplattierlage an der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad 12 durch ein Ausführen eines elektrolosen Plattierens ausgebildet.
Danach wird eine Wärmebehandlung für den Au-Plattierfilm bei einer Temperatur von nicht weniger als 950° ausgeführt, wobei noch eher nicht weniger als 1460°C bevorzugt wird, welches der Au-Schmelzpunkt ist, ausgeführt wird.
Anschließend an diesen Schritt wird ein Elektroplattieren für die Außenumfangsfläche der Primärplattierlage ausgeführt, um die aus dem Au-Plattierfilm ausgebildete Sekundärplattierlage auszubilden.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird das Plattieren zweimal ausgeführt, um den Schutzfilm 14 an der Außenfläche des Paars an externen Elektrodenpads 12 auszubilden. Insbesondere wird die Primärplattierlage als die innere Plattierlage des Schutzfilms 14 unter Verwendung eines elektrolosen Plattierens ausgebildet, und die Sekundärplattierlage als die äußere Plattierlage wird unter Verwendung eines Elektroplattierens ausgebildet.
Obwohl das sechste Ausführungsbeispiel die Doppelplattierlage ausbildet, ist es möglich, eine Vielzahl an Plattierlagen auszubilden. Bei dieser Abwandlung ist es möglich, zumindest eine Plattierlage anders als die äußerste Lage unter Verwendung eines elektrolosen Plattierens auszubilden.
Bei dem Verfahren gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel wird ein Au-Plattieren bei einer Temperatur von nicht weniger als 1064°C ausgeführt, wobei es sich hierbei um den Schmelzpunkt von Gold handelt. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird eine thermische Behandlung lediglich nach dem Ausbilden der Primärplattierlage ausgeführt. Eine derartige thermische Behandlung kann mit Leichtigkeit die keramische Heizeinrichtung 1 mit einem überlegenen Korrosionswiderstand und thermischen Widerstand vorsehen. Das heißt nach dem Ausbilden des Au-Plattierens für das Paar an externen Elektrodenpads 12 wird die thermische Behandlung für den Au-Plattierfilm ausgeführt, um das Goldmaterial in dem Au-Plattierfilm weich zu machen. Dadurch wird ermöglicht, dass der Goldplattierfilm (Au) angemessen an der geringfügig rauen Oberfläche des Wolframs anhaftet, das das Paar an externen Elektrodenpads 12 ausbildet.
Das heißt gemäß dem Verfahren des sechsten Ausführungsbeispiels ist es möglich, die Adhäsionskraft, die zwischen den externen Elektrodenpads 12 und dem Schutzfilm 14 erzeugt wird, unter Verwendung des Ankereffektes zu erhöhen. Es ist dadurch möglich, mit Leichtigkeit die keramische Heizeinrichtung mit einem überlegenen Korrosionswiderstand und thermischen Widerstand herzustellen und vorzusehen.
Da das Verfahren des sechsten Ausführungsbeispiels das Plattieren mehrere Male ausführt, ist es sogar dann, wenn Nadellöcher in jedem Plattierfilm erzeugt worden sind, möglich, den Schutzfilm 14, der aus nicht weniger als zwei Lagen besteht, davor zu schützen, dass irgendwelche Nadellöcher in dem Schutzfilm 14 vollständig hindurchdringen.
Des Weiteren wird bei dem Verfahren des sechsten Ausführungsbeispiels der Primärschutzfilm 141 mittels eines elektrolosen Plattierens ausgebildet. Dieser Schritt vermeidet das Ausbilden eines nicht plattierten Bereiches, der an den Elektrodenkontakten der Plattiervorrichtung erzeugt wird, wenn das Plattieren lediglich unter Verwendung eines Elektroplattierens ausgeführt wird.
Darüber hinaus ist es, da das Verfahren des sechsten Ausführungsbeispiels den Sekundärschutzfilm 142 mittels eines Elektroplattierens ausbildet, möglich, den dichten äußersten Schutzfilm in dem Primärschutzfilm auszubilden. Dieser Aufbau kann das Voranschreiten eines Verschleißes an den Kontaktpunkten zwischen den Abgabeanschlüssen 2 und dem Schutzfilm 14 unterdrücken.
Siebentes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist das Verfahren zum Herstellen der keramischen Heizeinrichtung beschrieben, das den Schutzfilm aufweist, der mittels eines Pastendruckens ausgebildet wird. Das siebente Ausführungsbeispiel nutzt die gleichen Bezugszeichen wie in 1.
Bei dem siebenten Ausführungsbeispiel wird eine Paste, die ausgebildet wird, indem eine Siliziumkomponente einer Paste hinzugefügt wird, die ein Edelmetall enthält, auf der gesamten Außenfläche von jedem Außenelektrodenpad 12 aufgedruckt. Anschließend wird die an der gesamten Außenfläche von jedem Außenelektrodenpad 12 aufgedruckte Paste so gebrannt, dass die keramische Heizeinrichtung 1 ausgebildet wird.
Genauer gesagt wird bei der Verwendung einer Paste, die ein Edelmetall Pt enthält, die auf der gesamten Außenfläche von jedem Außenelektrodenpad 12 aufgedruckte Paste bei einer Temperatur innerhalb eines Bereiches von 1100 bis 1200°C erwärmt.
Es ist möglich, für die keramische Heizeinrichtung, die unter Verwendung des Verfahrens des siebenten Ausführungsbeispiels hergestellt wird, die gleiche Wirkungsweise und die gleichen Effekte der keramischen Heizeinrichtung gemäß dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu erlangen.
Während spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben sind, sollte für Fachleute offensichtlich sein, dass verschiedene Abwandlungen und Alternativen gegenüber jenen Einzelheiten im Lichte der Gesamtlehre der Offenbarung ausgeführt werden können. Dem gemäß sollen spezielle offenbarte Einrichtungen lediglich als Veranschaulichung verstanden werden und nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränken, der durch die beigefügten Ansprüche aufgezeigt wird.
Der Gassensor ist mit einer eingebauten keramischen Heizeinrichtung ausgestattet. Der Gassensor erfasst die Konzentration einer vorbestimmten Gaskomponente, die in dem Abgas enthalten ist. Die keramische Heizeinrichtung hat ein Heizeinrichtungsbasiselement, das aus Keramik hergestellt ist, ein Heizelement, das im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist, und ein Paar an externen Elektrodenpads, die mit Abgabeanschlüssen für die Außenleiter elektrisch verbunden sind. Die externen Elektrodenpads, das Heizelement und die Heizeinrichtungsleiter sind aus einem Basismetall ausgebildet. Die Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad ist lediglich durch einen dichten Schutzfilm bedeckt, der aus einem Edelmetall ausgebildet ist wie beispielsweise Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh) und Palladium (Pd).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-82586 [0001]
- JP 2008-15160 [0001]
- JP 2005-158471 [0006]
- JP 2006-91009 [0016]

Claims

Keramische Heizeinrichtung, die in einen Gassensor einzubauen ist, der dazu in der Lage ist, eine Konzentration einer bestimmten Gaskomponente zu erfassen, die in einem zu messenden Zielgas enthalten ist, mit: einem aus Keramik hergestellten Heizeinrichtungsbasiselement; einem Heizelement, das im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist; einem Paar an externen Elektrodenpads, von denen jedes an einer Außenfläche des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist und mit einem entsprechenden Abgabeanschluss eines äußeren Leiters elektrisch verbunden ist; und einem Paar an Heizeinrichtungsleitern, durch die das Heizelement mit einem Paar der externen Elektrodenpads elektrisch verbunden ist, wobei ein Paar der externen Elektrodenpads, das Heizelement und ein Paar der Heizeinrichtungsleiter aus einem Basismetall ausgebildet sind und zumindest ein Teil einer Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad lediglich durch einen dichten Schutzfilm bedeckt ist, der aus einem Edelmetall ausgebildet ist.
Keramische Heizeinrichtung, die in einen Gassensor einzubauen ist, der dazu in der Lage ist, eine Konzentration einer bestimmten Gaskomponente zu erfassen, die in einem zu messenden Zielgas enthalten ist, mit: einem aus Keramik hergestellten Heizeinrichtungsbasiselement; einem Heizelement, das im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist; einem Paar an externen Elektrodenpads, von denen jedes an einer Außenfläche des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist und mit einem entsprechenden Abgabeanschluss eines äußeren Leiters elektrisch verbunden ist; und einem Paar an Heizeinrichtungsleitern, durch die das Heizelement mit einem Paar der externen Elektrodenpads elektrisch verbunden ist, wobei ein Paar der externen Elektrodenpads, das Heizelement und ein Paar der Heizeinrichtungsleiter aus einem Basismetall ausgebildet sind und zumindest der Teil der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad lediglich durch eine Schutzlage bedeckt ist, und die Schutzlage aus einem dichten Schutzfilm, der aus einem Edelmetall ausgebildet ist, und einem dichten Schutzfilm, der aus Chrom (Cr) ausgebildet ist, hergestellt ist.
Keramische Heizeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Edelmetall zumindest aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh) und/oder Palladium (Pd) besteht.
Keramische Heizeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die gesamte Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad durch den Schutzfilm bedeckt ist.
Keramische Heizeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Paar der externen Elektrodenpads, das Heizelement und ein Paar der Heizeinrichtungsleiter aus Wolfram (W) ausgebildet sind.
Verfahren zum Herstellen einer keramischen Heizeinrichtung, die in einem Gassensor einzubauen ist, der dazu in der Lage ist, eine Konzentration einer bestimmten Gaskomponente zu erfassen, die in einem zu messenden Zielgas enthalten ist, wobei die keramische Heizeinrichtung folgendes aufweist: ein aus Keramik hergestelltes Heizeinrichtungsbasiselement; ein Heizelement, das im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist; ein Paar an externen Elektrodenpads, von denen jedes an einer Außenfläche des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist und mit einem entsprechenden Abgabeanschluss eines äußeren Leiters elektrisch verbunden ist; und ein Paar an Heizeinrichtungsleitern, durch die das Heizelement mit einem Paar der externen Elektrodenpads elektrisch verbunden ist, wobei ein Paar der externen Elektrodenpads, das Heizelement und ein Paar der Heizeinrichtungsleiter aus einem Basismetall ausgebildet sind und zumindest ein Teil einer Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad lediglich durch einen dichten Schutzfilm bedeckt ist, der aus einem Edelmetall ausgebildet ist; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausführen eines Edelmetallplattierens zum Ausbilden des Schutzfilms, der aus einem Edelmetall ausgebildet wird, an zumindest einem Abschnitt der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad; und Ausführen einer thermischen Behandlung des Schutzfilms, der mittels des Edelmetallplattierens ausgebildet worden ist, bei nicht weniger als einer Temperatur, die um 150°C geringer als ein Schmelzpunkt des Edelmetalls ist.
Verfahren zum Herstellen einer keramischen Heizeinrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die thermische Behandlung bei einer Temperatur von nicht weniger als dem Schmelzpunkt des Edelmetalls ausgeführt wird.
Keramische Heizeinrichtung, die in einem Gassensor einzubauen ist, der dazu in der Lage ist, eine Konzentration einer bestimmten Gaskomponente zu erfassen, die in einem zu messenden Zielgas enthalten ist, mit: einem aus Keramik hergestellten Heizeinrichtungsbasiselement; einem Heizelement, das im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist; einem Paar an externen Elektrodenpads, von denen jedes an einer Außenfläche des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist und mit einem entsprechenden Abgabeanschluss eines äußeren Leiters elektrisch verbunden ist; und einem Paar an Heizeinrichtungsleitern, durch die das Heizelement mit einem Paar der externen Elektrodenpads elektrisch verbunden ist, wobei ein Paar der externen Elektrodenpads, das Heizelement und ein Paar der Heizeinrichtungsleiter aus einem Basismetall ausgebildet sind und wobei zumindest der Abschnitt der Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad lediglich durch einen dichten Schutzfilm, der aus Chrom (Cr) ausgebildet ist, bedeckt ist.
Keramische Heizeinrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die gesamte Außenfläche von jedem externen Elektrodenpad lediglich durch den dichten Schutzfilm bedeckt ist.
Keramische Heizeinrichtung gemäß Anspruch 8, wobei ein Paar der externen Elektrodenpads, das Heizelement und ein Paar der Heizeinrichtungsleiter aus Wolfram (W) ausgebildet sind.
Keramische Heizeinrichtung, die in einen Gassensor einzubauen ist, der dazu in der Lage ist, eine Konzentration einer bestimmten Gaskomponente zu erfassen, die in einem zu messenden Zielgas enthalten ist, mit: einem aus Keramik hergestellten Heizeinrichtungsbasiselement; einem Heizelement, das im Inneren des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist; einem Paar an externen Elektrodenpads, von denen jedes an einer Außenfläche des Heizeinrichtungsbasiselementes ausgebildet ist und mit einem entsprechenden Abgabeanschluss eines äußeren Leiters elektrisch verbunden ist; und einem Paar an Heizeinrichtungsleitern, durch die das Heizelement mit einem Paar der externen Elektrodenpads elektrisch verbunden ist, wobei das Heizelement und ein Paar der Heizeinrichtungsleiter aus einem Basismetall ausgebildet sind und ein Paar der externen Elektrodenpads aus einem Edelmetall oder Chrom (Cr) ausgebildet sind.
Keramische Heizeinrichtung gemäß Anspruch 11, wobei jedes externe Elektrodenpad aus zumindest nicht weniger als einem Element aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh) und/oder Palladium (Pd) ausgebildet ist.
Keramische Heizeinrichtung gemäß Anspruch 11, wobei das Heizelement und ein Paar der Heizeinrichtungsleiter aus Wolfram (W) ausgebildet sind.
Keramische Heizeinrichtung gemäß Anspruch 12, wobei das Heizelement und ein Paar der Heizeinrichtungsleiter aus Wolfram (W) ausgebildet sind.
Gassensor mit der keramischen Heizeinrichtung gemäß Anspruch 1.
Gassensor mit der keramischen Heizeinrichtung gemäß Anspruch 2.
Gassensor mit der keramischen Heizeinrichtung gemäß Anspruch 8.
Gassensor mit der keramischen Heizeinrichtung gemäß Anspruch 11.