DE102011078887B4 - Gassensorelement und Gassensor - Google Patents

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Abstract

Gassensorelement (1), das eine Konzentration eines spezifischen Gases innerhalb eines Messgases erfasst, wobei das Gassensorelement (1) aufweist:eine Verdrahtungsschicht (2), die innerhalb eines Sensors gebildet ist,eine Isolierschicht (3), die eine vordere Oberfläche der Verdrahtungsschicht (2) bedeckt,einen Elektrodenanschluss (4), der auf einer Hauptoberfläche der Isolierschicht (3) auf einer gegenüber der Verdrahtungsschicht (2) entgegengesetzten Seite der Isolierschicht (3) vorgesehen ist und elektrisch mit der Verdrahtungsschicht (2) verbunden ist,eine Zwischenschicht (5), die zwischen dem Elektrodenanschluss (4) und der Verdrahtungsschicht (2) angeordnet ist und elektrisch den Elektrodenanschluss (4) und die Verdrahtungsschicht (2) verbindet, undeine Durchgangsöffnung (6), die durch die Isolierschicht (3) verläuft, ein darin angeordnetes Metallverbindungsteil (60a) aufweist, einen kleineren äußeren Durchmesser als die Zwischenschicht (5) aufweist und die Zwischenschicht (5) mit dem Elektrodenanschluss (4) verbindet, wobeidas Verbindungsteil (60a) und der Elektrodenanschluss (4) aus einem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind, die Verdrahtungsschicht (2) und die Zwischenschicht (5) aus einem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt sind, und das zweite Metallmaterial einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gassensorelement zur Erfassung einer Konzentration eines spezifischen Gases innerhalb eines Messgases, und einen Gassensor mit dem Gassensorelement.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Gassensoren werden weit verbreitet zur Erfassung eines Austritts von verbrennbarem Gas, das als Kraftstoff dient, und zur Erfassung von Gas verwendet, das in Abgas enthalten ist. Zur Erfassung einer Sauerstoffgaskonzentration innerhalb von Abgas sind bislang Festelektrolytsensoren verwendet worden, die eine einem spezifischen Gas zugeordnete elektromotorische Kraft erfassen und bei denen eine Batterie aus ionischen Leitern zusammengesetzt ist.
  • Beispielsweise offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung JP H08 - 8 044 A ein in einem Gassensor enthaltenes Gassensorelement, das in 1 gezeigt ist. Wie es in 1 gezeigt ist, weist ein Gassensorelement 91 einen Festelektrolytkörper 97 mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit, eine Verdrahtungsschicht 92, die auf beiden Hauptoberflächen des Festelektrolytkörpers 97 geformt ist, und eine Isolierschicht 93 auf, die auf eine Hauptoberfläche 970 des Festelektrolytkörpers 97 geschichtet ist.
  • Ein Elektrodenanschluss 94 zur Verbindung mit einer externen Vorrichtung ist auf einer Oberfläche der Isolierschicht 93 geformt. Eine Zwischenschicht 95 ist zwischen dem Elektrodenanschluss 94 und der Verdrahtungsschicht 92 angeordnet. Eine Durchgangsöffnung 96 ist in der Isolierschicht 93 geformt, und ein Metallverbindungsteil 96a ist innerhalb der Durchgangsöffnung 96 vorgesehen. Der Elektrodenanschluss 94 und die Verdrahtungsschicht 92 sind elektrisch durch das Verbindungsteil 96a und die Zwischenschicht 95 verbunden.
  • Das Gassensorelement 91 weist einen Heizungsabschnitt 980 zum Erwärmen des Festelektrolytkörpers 97 auf. Der Heizungsabschnitt 980 weist die Verdrahtungsschicht 92, die Isolierschicht 93, das Heizungsverbindungsteil 911, die Zwischenschicht 95, das Verbindungsteil 96a und den Elektrodenanschluss 94 auf. Ein Heizungsverbindungsteil 911 ist zwischen der Verdrahtungsschicht 92 und der Zwischenschicht 95 angeordnet. Weiterhin ist ein (nicht gezeigtes) Heizungselement mit der Verdrahtungsschicht 92 verbunden.
  • Das Gassensorelement 91 wird in einem Zustand verwendet, in dem er durch den Heizungsabschnitt 980 erwärmt ist. Daher ist das Gassensorelement 91 als Ergebnis des Gesamtabschnitts (der Verdrahtungsschicht 92, der Zwischenschicht 95, des Verbindungsteils 96a, des Elektrodenabschnitts 94 und des Heizungsverbindungsteils 911), der aus einem Metallmaterial zusammengesetzt ist, dessen Hauptkomponente Platin ist, das Gassensorelement 91 in der Lage, hohen Temperaturumgebungen zu widerstehen.
  • Da jedoch der Heizungsabschnitt 980 in dem herkömmlichen Gassensorelement 91 aus einem Metallmaterial zusammengesetzt ist, dessen Hauptkomponente Platin ist, sind die Herstellungskosten hoch. Daher ist ein Gassensorelement 91 wünschenswert, das bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
  • Wie es in 2 gezeigt ist, wurde ein Versuch gemacht, die Herstellungskosten des Gassensorelements 91 zu verringern, indem die Verdrahtungsschicht 92 aus Palladium gebildet ist, das weniger teuer als Platin (Pt) ist. Wenn das Gassensorelement 91 hergestellt wird, wie es in 2 gezeigt ist, werden die Isolierschicht 93, die Verdrahtungsschicht 92, der Festelektrolytkörper 97 und dergleichen gestapelt und darauffolgend gebrannt. Da die Verdrahtungsschicht 92 (Palladium) und die Zwischenschicht 95 (Platin) aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sind, wird beim Brennen eine Platin- und Palladiumlegierung an einer Grenzfläche 99 zwischen der Verdrahtungsschicht 92 und der Zwischenschicht 95 gebildet. Im Zusammenhang mit der Legierungsbildung bewegt sich Metall in der Umgebung zu der Grenzfläche 99 hin. Da das Palladium einen niedrigeren Schmelzpunkt als Platin aufweist, bewegt sich beim Brennen Palladium zu der Grenzfläche 99 vor Platin, wie es in 3 gezeigt ist. Als Ergebnis wird ein Leerraum 90 in der Verdrahtungsschicht 92 gebildet, was eine Unterbrechung in der Verdrahtungsschicht 92 an einigen Stellen verursacht. Der elektrische Widerstand zwischen dem Elektrodenanschluss 94 und der Verdrahtungsschicht 92 wird hoch. Daher wird der Temperaturanstieg in dem Gassensorelement 91 unzureichend, und steigt der elektrische Widerstand in dem Gassensor an. Als Ergebnis kann die Erfassungsgenauigkeit des Gassensorelements 91 sich verringern. Alternativ kann das Gassensorelement 91 nicht in der Lage sein, eine Erfassung durchzuführen.
  • Weiterhin werden der Elektrodenanschluss 94 und die Verdrahtungsschicht 92 innerhalb eines breiten Temperaturbereichs wie von -40°C bis 1000°C verwendet. Daher tritt, wenn der Elektrodenanschluss 94 und die Verdrahtungsschicht 92 unter Verwendung von Metallmaterialien mit unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten gebildet werden, Spannung als Ergebnis der Differenz in der thermischen Expansion auf, und kann eine Unterbrechung in der Verdrahtungsschicht 92 auftreten. Der elektrische Widerstand zwischen dem Elektrodenanschluss 94 und der Verdrahtungsschicht 92 wird hoch. Als Ergebnis kann, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Erfassungsgenauigkeit des Gassensorelements 91 sich verringern. Alternativ kann das Gassensorelement 91 nicht in der Lage sein, eine Erfassung durchzuführen.
  • Die JP 2007 - 292 510 A offenbart einen Gassensor, der ein Sauerstoffsensorelement aufweist. Genauer weist der Gassensor eine innerhalb eines Sensors gebildete Verdrahtungsschicht, eine Isolationsschicht, einen Elektrodenanschluss, der elektrisch mit der Verdrahtungsschicht verbunden ist, und eine Zwischenschicht, die zwischen dem Elektrodenanschluss und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist und elektrisch den Elektrodenanschluss und die Verdrahtungsschicht verbindet. Der Elektrodenanschluss ist aus Platin mit 18,4 Gew.% Wolfram zusammengesetzt, und die Verdrahtungsschicht ist aus Wolframzusammengesetzt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Licht der vorstehend beschriebenen Punkte erzielt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gassensorelement, das eine hohe Verbindungszuverlässigkeit zwischen einer Verdrahtungsschicht und einem Elektrodenanschluss sowie eine hohe Erfassungsgenauigkeit aufweist, und einen Gassensor anzugeben, der das Gassensorelement aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Gassensorelement gelöst, wie es in Patentanspruch 1 oder 2 angegeben ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist der Elektrodenanschluss aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt, ist die Verdrahtungsschicht aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt und ist die Zwischenschicht aus demjenigen des ersten Metallmaterials und des zweiten Metallmaterials zusammengesetzt, das den niedrigeren Schmelzpunkt aufweist. In einem Herstellungsprozess des Gassensorelements befinden sich, wenn eine Brennverarbeitung durchgeführt wird, das Metallmaterial, das die Zwischenschicht bildet, und das Metallmaterial, das sich von demjenigen der Zwischenschichtlegierung unterscheidet, in Kontakt. Das Metallmaterial in dem Umgebungsabschnitt der Zwischenschicht mit einem niedrigeren Schmelzpunkt kann sich bewegen, wodurch ein Leerraum in dem Umgebungsabschnitt der Zwischenschicht gebildet wird. Da jedoch der Umgebungsabschnitt der Zwischenschicht nicht direkt zur elektrischen Verbindung beiträgt, treten Fehler wie eine Erhöhung im elektrischen Widerstand nicht leicht auf, selbst wenn ein Leerraum gebildet wird.
  • Weiterhin kann, wenn der Elektrodenanschluss und die Verdrahtungsschicht aus Metallmaterialien zusammengesetzt sind, die unterschiedliche thermische Expansionskoeffizienten aufweisen, Spannung, die der Differenz in der thermischen Expansion in einer Verwendungsumgebung zugeordnet wird, auftreten. In diesem Fall treten ebenfalls Fehler wie eine Unterbrechung in der Verdrahtungsschicht nicht leicht auf, da die Zwischenschicht gebildet ist. Als Ergebnis kann die Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Elektrodenanschluss und der Verdrahtungsschicht erhöht werden.
  • Zusätzlich unterdrückt das Gassensorelement einen Anstieg in dem elektrischen Widerstand zwischen der Verdrahtungsschicht (Heizungsverdrahtung), die auf der Heizungsseite und dem Elektrodenanschluss angeordnet ist. Daher kann ein ausreichender Strom durch die Heizungsverdrahtung gesendet werden, und kann die Temperatur des Gassensorelements ausreichend erhöht werden. Als Ergebnis kann die Erfassungsgenauigkeit des Gassensorelements erhöht werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gassensor mit dem vorstehend beschriebenen Gassensorelement.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung kann ein Gassensor mit einer hohen Verbindungszuverlässigkeit zwischen der Verdrahtungsschicht und dem Elektrodenanschluss sowie einer hohen Erfassungsgenauigkeit erzielt werden, da das Gassensorelement enthalten ist.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung ist genauer unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
    • 1 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements gemäß einem herkömmlichen Beispiel zeigt,
    • 2 eine Querschnittsansicht eines Gassensors gemäß einem herkömmlichen Beispiel zeigt, bei dem lediglich eine Verdrahtungsschicht aus einem unterschiedlichen Metallmaterial zusammengesetzt ist, und einen Zustand vor Brennen zeigt,
    • 3 eine Querschnittsansicht des Gassensors gemäß 2 und einen Zustand vor Brennen zeigt,
    • 4 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements vor Brennen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und eine Querschnittsansicht eines ersten Sensorelements 40a gemäß 6 zeigt, die entlang einer Linie parallel auf dem Papier genommen ist, auf dem 6 ausgedruckt ist,
    • 5 eine Querschnittsansicht des Gassensorelements vor Brennen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und eine Querschnittsansicht eines zweiten Sensorelements 40b gemäß 6 zeigt, die entlang einer Linie parallel zu dem Papier genommen ist, auf dem 6 gedruckt ist,
    • 6 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Gassensorelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
    • 7 eine Querschnittsansicht eines spitzen Endabschnitts eines Gassensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
    • 8 eine Querschnittsansicht des Gassensorelements nach Brennen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
    • 9 eine Mikrofotografie des Gassensors gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß einem Beispiel 1 zeigt,
    • 10 eine vergrößerte Fotografie eines Hauptabschnitts in 7 zeigt,
    • 11 eine Mikrofotografie eines Gassensors in einem Vergleichsbeispiel zeigt,
    • 12 eine vergrößerte Fotografie eines Hauptabschnitts in 11 zeigt,
    • 13 einen Graphen zeigt, der eine Beziehung zwischen der Anzahl von Kühlzyklen und einen Sensorausgang gemäß Beispiel 1 veranschaulicht,
    • 14 einen Graphen zeigt, der Widerstandswerte gemäß Beispiel 1 vergleicht,
    • 15 einen Graphen zeigt, der Sensorausgangswerte gemäß Beispiel 1 vergleicht,
    • 16 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 17 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine zweite Sensorelektrode 40b vor Brennen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 18 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 19 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 20 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 21 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 22 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 23 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 24 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 25 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 26 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 27 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 28 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 29 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine zweite Sensorelektrode 40b vor Brennen gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 30 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 31 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 32 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem sechzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 33 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine erste Sensorelektrode 40a vor Brennen gemäß einem siebzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 34 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine zweite Sensorelektrode 40b vor Brennen gemäß einem siebzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 35 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine zweite Sensorelektrode 40b vor Brennen gemäß einem achtzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft,
    • 36 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine zweite Sensorelektrode 40b vor Brennen gemäß einem neunzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft, und
    • 37 eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements zeigt, die durch eine zweite Sensorelektrode 40b vor Brennen gemäß einem zwanzigsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verläuft.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Ein Gassensorelement gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist unter Verwendung jedes Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Erstes Ausführungsbeispiel (Fig. 4 bis Fig. 15 und Tabelle 1 bis Tabelle 5)
  • Ein Gassensorelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf 4 bis 8 und Beispiel 1 beschrieben.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Gassensorelements 1 vor Brennen. Wie es in 4 gezeigt ist, ist in dem Gassensorelement 1 eine Verdrahtungsschicht 2 innerhalb eines Sensorabschnitts 13 angeordnet, und ist die Oberfläche der Verdrahtungsschicht 2 durch eine Isolierschicht 3 bedeckt. Ein Elektrodenanschluss 4 ist auf einer Hauptoberfläche der Isolierschicht 3 auf der gegenüber der Verdrahtungsschicht 2 entgegengesetzten Seite der Isolierschicht 3 angeordnet. Eine Zwischenschicht 5 ist zwischen dem Elektrodenanschluss 4 und der Verdrahtungsschicht 2 angeordnet, und der Elektrodenanschluss 4 ist elektrisch mit der Verdrahtungsschicht 2 verbunden.
  • Der Elektrodenanschluss 4 ist aus einem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Verdrahtungsschicht 2 ist aus einem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Zwischenschicht 5 ist aus demjenigen des ersten Metallmaterials und des zweiten Metallmaterials zusammengesetzt, das den niedrigeren Schmelzpunkt aufweist.
  • Genauer ist, wie es in 6 gezeigt ist, das Gassensorelement 1 aus einem Sensorabschnitt 13 und einem Heizungsabschnitt 14 aufgebaut.
  • Der Sensorabschnitt 13 ist durch eine Abschirmschicht 104, eine Diffusionswiderstandsschicht 103, eine Beabstandungsschicht 102, eine Isolierschicht 3, einen Festelektrolytkörper 7 und eine Kanalbildungsschicht 10 aufgebaut, die gestapelt sind. Die Verdrahtungsschicht 2 (Messgasseitenverdrahtung 20 und Referenzgasseitenverdrahtung 21) ist auf beiden Hauptoberflächen des Festelektrolytkörpers 7 gebildet. Die Zwischenschicht 5 ist zwischen der Verdrahtungsschicht 2 und dem Elektrodenanschluss 4 angeordnet. Der Elektrodenanschluss 4 ist durch eine erste Sensorelektrode 40a und eine zweite Sensorelektrode 40b aufgebaut. Die erste Sensorelektrode 40a ist mit der Messgasseitenverdrahtung 20 verbunden. Die zweite Sensorelektrode 40b ist mit der Referenzgasseitenverdrahtung 21 verbunden.
  • Wie es in 6 und 7 gezeigt ist, ist eine Messgaskammer 101 zum Einführen des Messgases (wie Abgas) in der Abstandsschicht 102 und der Isolierschicht 3 gebildet. Eine Referenzgaskammer 100 zum Einführen von Referenzgas (Atmosphäre) ist in der Kanalbildungsschicht 10 gebildet.
  • Eine Messgasseitenelektrode 200 ist an dem spitzen Ende der Messgasseitenverdrahtung 20 gebildet. Eine Referenzgasseitenelektrode 210 ist an dem spitzen Ende der Referenzgasseitenverdrahtung 21 gebildet. Die Messgasseitenelektrode 200 liegt innerhalb der Messgaskammer 101 frei. Die Referenzgasseitenelektrode 210 liegt innerhalb der Referenzgaskammer 100 frei.
  • Der Festelektrolytkörper 7 weist eine Sauerstoffionenleitfähigkeit auf. Daher fließt, wenn eine Spannung zwischen der Referenzgasseitenelektrode 210 und der Messgasseitenelektrode 200 angelegt wird, ein Strom entsprechend der Differenz in der Sauerstoffkonzentration zwischen dem Referenzgas und dem Messgas zwischen der Referenzgasseitenelektrode 210 und der Messgasseitenelektrode 200. Die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Messgases wird durch den gemessenen Stromwert erfasst.
  • Der Heizungsabschnitt 14 weist ein Heizungselement 12, eine Verdrahtungsschicht 2 (Heizungsverdrahtung 22), die mit dem Heizungselement 12 verbunden ist, zwei Isolierschichten 3 (ein erstes Heizungssubstrat 31a und ein zweites Heizungssubstrat 31b) und einen Elektrodenanschluss 4 (Heizungselektrode 41) auf. Eine Zwischenschicht 5 ist zwischen den zwei Isolierschichten 3 angeordnet.
  • Wie es in 4 gezeigt ist, ist in dem Sensorabschnitt 13 des Gassensorelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Durchgangsöffnung 6 vorgesehen, die durch die Isolierschicht 3 gelangt und eine Zwischenschicht 5a und den Elektrodenanschluss 4 verbindet. Die Durchgangsöffnung 6 weist einen kleineren Außendurchmesser als die Zwischenschicht 5a auf. Ein Metallverbindungsteil 60a ist innerhalb der Durchgangsöffnung 6 angeordnet.
  • In dem Heizungsabschnitt 14 ist eine erste Durchgangsöffnung 6a vorgesehen, die durch das zweite Heizungssubstrat 31b verläuft und eine Zwischenschicht 5b und die Heizungselektrode 41 verbindet. Die Durchgangsöffnung 6a weist einen kleineren Außendurchmesser als die Zwischenschicht 5b auf. Ein erstes Metallverbindungsteil 60b ist innerhalb der Durchgangsöffnung 6a angeordnet. Zusätzlich ist eine zweite Durchgangsöffnung 6b vorgesehen, die durch das erste Substrat 31a verläuft, und die Verdrahtungsschicht 22 und die Zwischenschicht 5b verbindet. Die zweite Durchgangsöffnung 6b weist einen kleineren Außendurchmesser als die Zwischenschicht 5b auf. Ein zweites Metallverbindungsteil 66 ist innerhalb der zweiten Durchgangsöffnung 6b angeordnet.
  • Die erste Sensorelektrode 40a und das Verbindungsteil 60a des Sensorabschnitts 13 sind aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Zwischenschichten 5a und 5b, die Messgasseitenverdrahtung 20 und die Referenzgasseitenverdrahtung 21 sind aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist.
  • Die Heizungselektrode 41 und das erste Verbindungsteil 60b des Heizungsabschnitts sind aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Heizungsverdrahtung 22, das zweite Verbindungsteil 66 und die Zwischenschicht 5b sind aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt.
  • Das erste Metallmaterial und das zweite Metallmaterial enthalten zumindest ein Material, das aus Mg, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, In, Sn, W, Re, Os, Ir, Pt, Au und Pb ausgewählt ist. Das erste Metallmaterial und das zweite Metallmaterial enthalten ebenfalls zumindest eine Art von Keramik wie Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und Yttriumoxid. Als Ergebnis davon, dass Keramik zu dem ersten Metallmaterial und dem zweiten Metallmaterial auf diese Weise zugefügt ist, kann ein Bonden (eine Verbindung) zwischen der Isolierschicht 3, dem Festelektrolytkörper 7 und dergleichen sowie dem ersten Metallmaterial und dem zweiten Metallmaterial erhöht werden. Ein Gewichtsverhältnis von Keramik/Metall in dem ersten Metallmaterial und dem zweiten Metallmaterial beträgt 1 Gew.% bis 25 Gew.-%.
  • Weiter vorzugsweise enthalten das erste Metallmaterial und das zweite Metallmaterial Pt und/oder Pd sowie zumindest eine Art von Keramik wie Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und Yttriumoxid. Das Gewichtsverhältnis von Keramik/Metall in dem ersten Metallmaterial und dem zweiten Metallmaterial ist vorzugsweise 1 Gew.-% bis 25 Gew.-%. Als Ergebnis einer Zusammensetzung wie dieser wird der Schmelzpunkt des ersten Metallmaterials und des zweiten Metallmaterials 1500°C oder höher. Daher wird, selbst wenn das Gassensorelement 1 bei einer hohen Temperatur (wie 1450 ± 50°C) während der Herstellung gebrannt wird, das Risiko verringert, dass die Metallmaterialien geschmolzen werden. Zusätzlich kommen die thermischen Expansionskoeffizienten des ersten Metallmaterials und des zweiten Metallmaterials nahe an den thermischen Expansionskoeffizienten 9,2 x 10-6/°C des Festelektrolytkörpers 7. Daher kann das Auftreten einer hohen thermischen Spannung zwischen den Metallmaterialien und dem Festelektrolytkörper 7 während des Brennens unterdrückt werden.
  • Weiterhin ist, wie es in 5 gezeigt ist, eine Durchgangsöffnung 650 in dem Festelektrolytkörper 7 gebildet. Ein zweites Verbindungsteil 65 auf der Metallsensorseite (zweites Metallsensorseitenverbindungsteil 65) ist innerhalb der Durchgangsöffnung 650 angeordnet. Eine Verbindungsschicht 250 ist durch die Verdrahtungsschicht 2 gebildet, die die Messgasseitenverdrahtung 20 aufbaut. Die zweite Sensorelektrode 40b und die Referenzgasseitenverdrahtung 21 sind durch die Verbindungsschicht 250, eine benachbarte Zwischenschicht 5c und das zweite Sensorseitenverbindungselement 65 sowie das erste Sensorseitenverbindungsteil 60c benachbart zu der Zwischenschicht 5c elektrisch verbunden. Dabei sind die zweite Sensorelektrode 40b und das erste Sensorseitenverbindungsteil 60c aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Zwischenschicht 5c, die Verbindungsschicht 250, das zweite Sensorseitenverbindungsteil 65 und die Referenzgasseitenverdrahtung 21 sind aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist.
  • Die Zwischenschicht 5 und die Durchgangsöffnung 6 weisen eine kreisförmige Form bei Betrachtung aus einer axialen Richtung auf. Ein äußerer Durchmesser A der Durchgangsöffnung 6 (vgl. 4) beträgt 0,01 mm ≤ A ≤ 1,315 mm. Ein äußerer Durchmesser B der Zwischenschicht 5 beträgt 0,02 mm ≤ B ≤ 2,63 mm. Eine Beziehung B/A ≥ 2 ist zwischen dem äußeren Durchmesser A der Durchgangsöffnung 6 und dem äußeren Durchmesser B der Zwischenschicht 5 festgelegt. Eine Dicke d der Zwischenschicht 5 beträgt 0,01 mm ≤ d ≤ 0,1 mm.
  • Der äußere Durchmesser A der Durchgangsöffnung 6 ist auf 0,01 mm oder mehr eingestellt, da die Erfassungsgenauigkeit des Gassensors nicht ausreichend gewährleistet werden kann, wenn der äußere Durchmesser A weniger als 0,01 mm beträgt.
  • Der äußere Durchmesser B der Zwischenschicht 5 ist auf 2,63 mm oder weniger eingestellt, da, wenn der äußere Durchmesser B der Zwischenschicht 5 2,63 mm überschreitet, da die Sensorelementbreite 5,28 mm ist, die benachbarten Zwischenschichten 5 miteinander verbunden werden und einen Kurzschluss bilden. Eine Leitfähigkeit kann nicht gewährleistet werden, und die Erfassungsgenauigkeit des Gassensorelements 1 verringert sich.
  • Als Ergebnis der Festlegung der Beziehung B/A > 2 ist ein oberer Grenzwert des äußeren Durchmessers A der Durchgangsöffnung 6 auf 1,315 mm von einem oberen Grenzwert (2,63 mm) des äußeren Durchmessers B der Zwischenschicht 5 eingestellt. Ein unterer Grenzwert des äußeren Durchmessers B der Zwischenschicht 5 ist auf 0,02 mm von einem unteren Grenzwert (0,01 mm) des äußeren Durchmessers A der Durchgangsöffnung 6 eingestellt.
  • Die Dicke d der Zwischenschicht 5 ist auf 0,01 mm oder höher eingestellt, da ein Leerraum in einem anderen Bereich als die Umgebung der Zwischenschicht 5 gebildet wird, wenn die Dicke d niedriger als 0,01 mm ist. Demgegenüber wird, wenn die Dicke d der Zwischenschicht 5 0,1 mm überschreitet, im Hinblick auf die Herstellung des Gassensorelements 1, die Form des Gassensorelements 1 als Ergebnis der Dicke der Zwischenschicht 5 fehlerhaft (verformt). Eine Leitfähigkeit kann nicht gewährleistet werden, und kann die Sensorerfassung nicht durchgeführt werden.
  • Auf diese Weise wird die Beziehung B/A ≥ 2 zwischen dem äußeren Durchmesser A der Durchgangsöffnung 6 und dem äußeren Durchmesser B der Zwischenschicht 5 festgelegt. Zusätzlich beträgt die Dicke d der Zwischenschicht 5 0,01 mm oder mehr. Als Ergebnis kann, da der äußere Durchmesser A der Zwischenschicht 5 ausreichend groß ist und die Dicke d der Zwischenschicht 5 ausreichend dick ist, ein Leerraum V lediglich in einem Umgebungsabschnitt 50 der Zwischenschicht 5 gebildet werden. Als Ergebnis ist die Bildung des Leerraums V in der Grenzfläche 500 zwischen der Zwischenschicht 5 und dem Verbindungsteil 60 beseitigt, und kann eine Erhöhung in dem elektrischen Widerstand zwischen dem Elektrodenanschluss 4 und der Verdrahtungsschicht 2 unterdrückt werden.
  • Weiterhin sind, wie es in 7 gezeigt ist, die Seitenoberflächen einer Abschirmungsschicht 104, der Diffusionswiderstandsschicht 103 und der Abstandsschicht 102 derart gebildet, dass sie eine Konusform aufweisen. Die Diffusionswiderstandsschicht 103 ist aus einem porösen Körper zusammengesetzt, der dem Messgas erlaubt, durch die Diffusionswiderstandsschicht 103 zu gelangen. Daher dient die Seitenoberfläche der Diffusionswiderstandsschicht 103 als ein Gaseinlass 105 zum Einführen des Messgases.
  • Das Messgas dringt in die Diffusionswiderstandsschicht 103 aus dem Gaseinlass 105 ein und wird in die Messgaskammer 101 eingeführt.
  • Betriebswirkungen des Gassensorelements 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind nachstehend beschrieben.
  • In dem Gassensorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, wie es in 4 gezeigt ist, der Elektrodenanschluss 4 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Verdrahtungsschicht 2 ist aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Zwischenschicht 5 ist aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist. Daher werden, wenn ein Brennen in dem Herstellungsprozess des Gassensorelements 1 durchgeführt wird, wie es in 8 gezeigt ist, das zweite Metallmaterial, das die Zwischenschicht 5 aufbaut, und das erste Metallmaterial in Kontakt mit der Zwischenschicht 5 legiert. Mit dem Legieren der Metallmaterialien bewegt sich das Metallmaterial des Umgebungsabschnitts 50 der Zwischenschicht 5, der aus dem zweiten Metallmaterial mit dem niedrigen Schmelzpunkt zusammengesetzt ist, wobei ein Leerraum in dem Umgebungsabschnitt 50 der Zwischenschicht gebildet wird. Das heißt, der Leerraum wird als Ergebnis einer Grenzfläche gebildet, an der unterschiedliche Metallmaterialien in Kontakt kommen, die durch Wärme während keramischen Brennens legiert werden. Metallatome bewegen sich von der Umgebung zu der Grenzfläche, wodurch der Leerraum geformt wird. Jedoch ist der Umgebungsabschnitt 50 in der Zwischenschicht 5, in dem der Leerraum gebildet wird, ein Bereich, in dem kein Strom fließt und nicht direkt zu einer elektrischen Verbindung beiträgt. Daher ändert sich, selbst wenn der Leerraum V in dem Umgebungsabschnitt 50 der Zwischenschicht 5 gebildet wird, der elektrische Widerstand zwischen dem Elektrodenanschluss 4 und der Verdrahtungsschicht 2 nicht signifikant.
  • Als Ergebnis davon, dass der Leerraum in den Umgebungsabschnitt 50 der Zwischenschicht 5 durch absichtliches Bewegen der Metallatome von dem Umgebungsabschnitt 50 zu der Zwischenschicht 5 auf diese Weise gebildet wird, kann die Bewegung von Metallatomen aus den Verbindungsteilen und der Verdrahtungsschicht 2 unterdrückt werden. Da die Verbindungsteile und die Verdrahtungsschicht 2 Abschnitte sind, die direkt zu der elektrischen Verbindung beitragen, wird eine Erhöhung im elektrischen Widerstand durch Verhindern der Bildung der Leerräume unterdrückt. Eine Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Elektrodenanschluss und der Verdrahtungsschicht 2 wird verbessert.
  • Zusätzlich kann in dem Gassensorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Erhöhung in dem elektrischen Widerstand zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 unterdrückt werden. Daher kann ein ausreichender Strom zu der Heizungsverdrahtung 22 gesendet werden. Als Ergebnis davon, dass die Temperatur des Gassensorelements 1 ausreichend erhöht wird, kann die Erfassungsgenauigkeit des Gassensorelements 1 erhöht werden.
  • In dem Gassensorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gelangt, wie es in 4 gezeigt ist, das Verbindungsteil 60a nicht in Kontakt mit dem Umgebungsabschnitt 50 der Zwischenschicht 5, da der Elektrodenanschluss 4 und die Zwischenschicht 5 durch das Verbindungsteil 60a verbunden sind, das einen kleineren äußeren Durchmesser als die Zwischenschicht 5 aufweist. Daher wird, wenn das Brennen durchgeführt wird, die Bewegung des Metallmaterials des Umgebungsabschnitts 50 der Zwischenschicht 5 zu einem mittleren Abschnitt (Abschnitt in Kontakt mit dem Verbindungsteil 60a) erleichtert, da die Zwischenschicht 5 aus einem Material mit einem niedrigen Schmelzpunkt zusammengesetzt ist, wie es in 8 gezeigt ist. Daher wird als ein Ergebnis davon, dass der Leerraum in dem Umgebungsabschnitt 50 der Zwischenschicht 5 gebildet wird, der die Umgebung der Grenzfläche 500 mit der Zwischenschicht 5 ist, die in Kontakt mit dem Verbindungsteil 60a steht, die Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Elektrodenanschluss 4 und der Verdrahtungsschicht 2 verbessert.
  • Weiterhin sind in dem Gassensorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie es in 4 gezeigt ist, in dem Heizungsabschnitt 14 die Verdrahtungsschicht 22 und der Elektrodenanschluss 41 durch das erste Verbindungsteil 60b und das zweite Verbindungsteil 66 verbunden, die einen kleineren äußeren Durchmesser als die Zwischenschicht 5b aufweisen. Daher gelangen das erste Verbindungsteil 60b und das zweite Verbindungsteil 66 nicht in Kontakt mit dem Umgebungsabschnitt 50 der Zwischenschicht 5, da das erste Verbindungsteil 60b und das zweite Verbindungsteil 66, die einen kleineren äußeren Durchmesser als die Zwischenschicht 5b aufweisen, mit der Zwischenschicht 5b verbunden sind. Da die Zwischenschicht 5b aus einem Metallmaterial mit einem niedrigen Schmelzpunkt zusammengesetzt ist, wird bei Durchführung des Brennens, wie es in 8 gezeigt ist, die Bewegung des Metallmaterials des Umgebungsabschnitts 50 der Zwischenschicht 5b zu der Mitte erleichtert. Daher wird der Leerraum in dem Umgebungsabschnitt 50 der Zwischenschicht 5b gebildet. Dabei bedeutet der Umgebungsabschnitt 50 der Abschnitt der Zwischenschicht 5b mit Ausnahme der Grenzfläche 500 mit der Zwischenschicht 5b in Kontakt mit den Verbindungsteilen 60b und 66. Als Ergebnis wird die Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Elektrodenanschluss 41 und der Verdrahtungsschicht 23 verbessert, und erhöht sich die Erfassungsgenauigkeit des Gassensorelements 1.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein Gassensorelement mit einer hohen Verbindungszuverlässigkeit zwischen einer Verdrahtungsschicht und einem Elektrodenanschluss sowie einer hohen Erfassungsgenauigkeit erzielt werden.
  • Nachstehend wurden Experimente durchgeführt, um die Wirkungen des Gassensorelements gemäß der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, unter Verwendung von Beispiel 1.
  • (Beispiel 1)
  • Gemäß Beispiel 1 wurde ein Muster mit derselben Struktur wie das Gassensorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (4 und 5) hergestellt, indem der Elektrodenanschluss 4, die Isolierschicht 3, die Zwischenschicht 5 und dergleichen gestapelt wurden. Dabei wurden die Sensorelektrode 40, die Heizungselektrode 41 und die Verbindungsteile 60a und 60b unter Verwendung des ersten Metallmaterials gebildet. Die Zwischenschichten 5a und 5b, die Verdrahtungsschichten 20, 21 und 22 sowie das zweite Verbindungsteil 66 wurden unter Verwendung des zweiten Metallmaterials mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial gebildet.
  • Insbesondere wurde das nachstehend beschriebene Material als das erste Metallmaterial verwendet. Das Material enthält 100% Pt als die metallische Komponente und weist einen Schmelzpunkt von 1774°C sowie einen Linearexpansionskoeffizienten von 9,1 × 10-6/°C auf. Das Material verwendet Aluminiumoxid als die Keramik. Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid/Pt = 10 Gew.-%. Das nachstehende Material wurde als das zweite Metallmaterial verwendet. Das Material enthält 100% Pd als die metallische Komponente und weist einen Schmelzpunkt von 1555°C und einen Linearexpansionskoeffizienten von 1,176 × 10-5/°C auf. Das Material verwendet Aluminiumoxid als die Keramik. Das Gewichtsverhältnis beträgt Aluminiumoxid/Pd = 10 Gew.-%. Ähnliche Materialien wurden ebenfalls gemäß den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet.
  • Die Abmessungen sind jeweils wie nachstehend beschrieben. Die Dicke des Elektrodenanschlusses 4 (40 und 41) beträgt 0,02 mm. Die Höhe des Verbindungsteils 60 beträgt 0,16 mm. Die Dicke d der Zwischenschichten 5a und 5b beträgt 0,03 mm. Die jeweiligen Dicken der Verdrahtungsschichten 20, 21 und 22 betragen 0,01 mm, 0,018 mm und 0,03 mm. Die äußeren Durchmesser A und A' des Verbindungsteils 60 betragen 0,248 mm. Der äußere Durchmesser B der Zwischenschicht 5a beträgt 0,6 mm. Der äußere Durchmesser B' der Zwischenschicht 5b beträgt 0,5 mm. Die Dicke der Isolierschicht 3 des Sensorabschnitts 13 beträgt 0,2 mm. Die Dicke des ersten Heizungssubstrats 31a beträgt 0,19 mm. Die Dicke des zweiten Heizungssubstrats 31b beträgt 0,19 mm. Als Ergebnis wurde das Muster 1 vor Brennen des Gassensorelements 1 gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten.
  • Als ein Vergleichsbeispiel wurde ein Muster 2 vor Brennen hergestellt (vgl. 3), bei dem die Sensorelektrode 40, die Heizungselektrode 41, die Verbindungsteile 60a und 60b, die Zwischenschichten 5a und 5b sowie das zweite Verbindungsteil 66 aus dem ersten Material zusammengesetzt sind. Die Verdrahtungsschichten 20, 21 und 22 sind aus dem zweiten Material zusammengesetzt. Andere Strukturen sind ähnlich zu denjenigen gemäß Muster 1.
  • Darauffolgend wurden Muster 1 und Muster 2 für 120 Minuten bei 1450 ± 50°C gebrannt. Mikrofotografien der erhaltenen gebrannten Muster 1 und Muster 2 wurden von der Heizungsverdrahtung 22 bis zu der Heizungselektrode 41 aufgenommen. Die Mikrofotografien von Muster 1 sind in 9 und 10 gezeigt. Die Mikrofotografien von Muster 2 sind in 11 und 12 gezeigt.
  • Wie es in 9 und 10 gezeigt ist, hat sich das Metallmaterial des Umgebungsabschnitts 50 der Zwischenschicht 5 bewegt, und wurde der Leerraum V in dem Umgebungsabschnitt 50 gebildet. Im Gegensatz dazu wurde, wie es in 11 und 12 gezeigt ist, in Muster 2 des Vergleichsbeispiels der Leerraum V in der Heizungsverdrahtung 22 gebildet.
  • Danach wurde unter Verwendung des Musters 1 und des Musters 2 ein Kühlzyklustest durchgeführt, bei dem eine Temperaturänderung zwischen 25°C und 1000°C wiederholt durchgeführt wird. Die Änderung in dem elektrischen Widerstand zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 wurde gemessen. Zusätzlich wurde untersucht, ob ein Riss zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41, zwischen der Messgasverdrahtung 20 und dem Elektrodenanschluss 40a sowie zwischen der Referenzgasseitenverdrahtungsschicht 21 und dem Elektrodenanschluss 40b gebildet wurde oder nicht.
  • In dem Kühlzyklustest ist ein einzelner Zyklus ein Prozess, in dem, nachdem die Temperatur von 25°C auf 1000°C erhöht worden ist, die Temperatur auf 25°C zurückgeführt wird. Für Muster 1 und Muster 2 wurde der Kühlzyklustest jeweils für eine Anzahl von Zyklen durchgeführt, wie es in 13 gezeigt ist, und wurde der elektrische Widerstand zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 gemessen. In 13 gibt die horizontale Achse die „Anzahl der Zyklen“ an. Auf der vertikalen Achse ist ein Wert, der ein Messwert des elektrischen Widerstands zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41, der durch einen Messanfangswert dividiert ist, als „Widerstand (-)“ angegeben. Wenn der Widerstand (-) plötzlich ansteigt, wird gefolgert, dass ein Riss gebildet worden ist. Wenn der Widerstand (-) sich nicht ändert, wird gefolgert, dass kein Riss gebildet worden ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Fälle, in denen kein Riss gebildet worden ist, sind durch O angegeben. Fälle, in denen ein Riss gebildet worden ist, sind durch × angegeben. [Tabelle 1]
    Kühlzyklentest für 25°C ⇔ 1000°C
    Anzahl der Kühlzyklen Muster 1 Muster 2
    1 ○ ○
    100 ○ ○
    1000 ○ ○
    2500 ○ ○
    5000 ○ ×
    10000 ○ ×
  • Wie es in 13 und Tabelle 1 gezeigt ist, trat eine Änderung im Widerstand in Muster 1 nicht auf, selbst wenn der Kühlzyklus 10000-Mal durchgeführt worden ist, und wurden keine Risse gebildet. Im Gegensatz dazu wurde in Muster 2 des Vergleichsbeispiels der elektrische Widerstand in dem fünftausendsten Zyklus erhöht und wurde ein Riss gebildet.
  • Danach wurde eine Vielzahl von Mustern 1 und Mustern 2 nach Brennen hergestellt. Der elektrische Widerstand zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in 14 gezeigt. Auf der vertikalen Achse in 14 ist ein Wert, der ein Messwert des elektrischen Widerstands dividiert durch einen Sollwert ist, als „Widerstand (-)“ angegeben. Fünfzig Muster wurden hergestellt. Wie es in 14 gezeigt ist, weist Muster 1 einen Durchschnittswert von 1 auf, und ist der Messwert des elektrischen Widerstands gleich dem Sollwert. Zusätzlich ist die Variation in dem Messwert des elektrischen Widerstands klein. Im Gegensatz dazu ist der Durchschnittswert von Muster 2 des Vergleichsbeispiels ein Wert, der das 2,5-fache des Sollwerts ist. Im Vergleich zu Muster 1 ist die Variation in dem Messwert des elektrischen Widerstands im Muster 2 groß.
  • Danach wurde unter Verwendung der hergestellten Muster 1 und Muster 2 eine konstante Leistung (9 W) der Heizung zugeführt, um eine Elementsolltemperatur (700°C) zu erreichen, und ein atmosphärischer IL-Wert (atmospheric IL value), der ein Sensorausgangsindikator ist, wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in 15 gezeigt. Auf der vertikalen Achse ist ein Wert, der ein Messwert des Ausgangsstroms ist, wenn 0,4 V an den Sensorabschnitt 13 angelegt wird, der durch einen Sollwert dividiert wird, als „Sensorausgang (-)“ angegeben. Fünfzig Muster wurden hergestellt.
  • Wie es in 15 gezeigt ist, ist ein Ausgangsdurchschnitt des Musters 1 gleich 1 und gleich dem Sollwert. Zusätzlich ist eine Variation in dem Ausgangsstrom klein. Im Gegensatz dazu verringert sich in dem Muster 2 des Vergleichsbeispiels der Ausgangsstromdurchschnitt um 8%, und ist die Variation in dem Ausgangsstrom groß. Die nachfolgenden Gründe können in Bezug auf das vorstehend Beschriebene in Betracht gezogen werden. Da ein Leerraum in der Heizungsverdrahtung 22 in Muster 2 gebildet ist, steigt der elektrische Widerstand im Vergleich zu Beispiel 1 an und verringert sich die Sensorelementtemperatur. Zusätzlich ist ebenfalls ein Leerraum in der Messgasseitenverdrahtung 20 und dergleichen gebildet, was eine Erhöhung im elektrischen Widerstand verursacht. Der Stromwert bei Anlegen von 0,4 V verringert sich, und der Sensorausgang verringert sich. Weiterhin variiert der Sensorausgang ebenfalls, da die Variation in dem elektrischen Widerstand auftritt.
  • Tabelle 2 zeigt Beurteilungsergebnisse in Bezug auf die Verbindungszuverlässigkeit zwischen der Verdrahtungsschicht 2 und dem Elektrodenanschluss 4, und den Sensorausgang. In Tabelle 2 sind Muster mit guter Verbindungszuverlässigkeit und gutem Sensorausgang durch ○ angegeben, und sind Muster mit schlechter Verbindungszuverlässigkeit und schlechtem Sensorausgang durch × angegeben. Fälle, in denen ein Leerraum in der Verdrahtung 2 und dergleichen nicht gebildet worden ist, und der Messwert des elektrischen Widerstands innerhalb eines Sollbereichs (99% oder mehr und 101% oder weniger eines Sollwerts) oder der Messwert des Sensorausgangs innerhalb eines Sollbereichs (99% oder mehr und 101% oder weniger eines Sollwerts) liegt, sind durch O gekennzeichnet. Dabei bezieht sich der Sollwert auf einen elektrischen Widerstand oder einen Sensorausgang, der empirisch erwartet wird, wenn kein Leerraum gebildet wurde. [Tabelle 2]
    Muster Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    1 ○ ○
    2 × ×
  • Wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, weist das Muster 1 eine hervorragende Verbindungszuverlässigkeit und hervorragenden Sensorausgang auf, wohingegen das Muster 2 keines davon aufwies.
  • Danach wurden Muster 3 bis Muster 64 hergestellt, indem das Verhältnis B/A des äußeren Durchmessers B der Zwischenschicht 5a und des äußeren Durchmessers A des Verbindungsteils 60a sowie die Dicke d der Zwischenschicht 5a geändert wurde, wie es in der nachfolgenden Tabelle 3 gezeigt ist. Andere Strukturen sind ähnlich zu denjenigen von Muster 1. [Tabelle 3]
    Standard: 0,01 mm ≤ A ≤ 1,315 mm, 0,02 mm ≤ B ≤ 2,63 mm, B ≥ 2A,
    0,01 mm ≤ d ≤ 0,1 mm
    Muster TH-Durchmesser: A Durchmesser der Zwischenschicht: B B/A Dicke der Zwischenschicht: d
    3 0.005 0.005 1.00 0.005
    4 0.005 0.01 2.00 0.005
    5 0.01 0.01 1.00 0.005
    6 0.5 0.5 1.00 0.005
    7 1 1 1.00 0.005
    8 1.315 1.315 1.00 0.005
    9 0.01 0.02 2.00 0.005
    10 0.01 1 100.00 0.005
    11 0.01 2.63 263.00 0.005
    12 0.5 1 2.00 0.005
    13 0.5 2.63 5.26 0.005
    14 1 2 2.00 0.005
    15 1 2.63 2.63 0.005
    16 1.315 2.63 2.00 0.005
    17 0.005 0.005 1.00 0.01
    18 0.005 0.01 2.00 0.01
    19 0.01 0.01 1.00 0.01
    20 0.5 0.5 1.00 0.01
    21 1 1 1.00 0.01
    22 1.315 1.315 1.00 0.01
    23 0.01 0.02 2.00 0.01
    24 0.01 1 100.00 0.01
    25 0.01 2.63 263.00 0.01
    26 0.5 1 2.00 0.01
    27 0.5 2.63 5.26 0.01
    28 1 2 2.00 0.01
    29 1 2.63 2.63 0.01
    30 1.315 2.63 2.00 0.01
    31 0.01 0.02 2.00 0.05
    32 0.01 1 100.00 0.05
    33 0.01 2.63 263.00 0.05
    34 0.5 1 2.00 0.05
    35 0.5 2.63 5.26 0.05
    36 1 2 2.00 0.05
    37 1 2.63 2.63 0.05
    38 1.315 2.63 2.00 0.05
    39 0.01 0.02 2.00 0.1
    40 0.01 1 100.00 0.1
    41 0.01 2.63 263.00 0.1
    42 0.5 1 2.00 0.1
    43 0.5 2.63 5.26 0.1
    44 1 2 2.00 0.1
    45 1 2.63 2.63 0.1
    46 1.315 2.63 2.00 0.1
    47 0.01 0.02 2.00 0.11
    48 1.315 2.63 2.00 0.11
    49 0.01 2.64 264.00 0.01
    50 0.01 2.64 264.00 0.1
    51 0.01 2.64 264.00 1.1
    52 0.5 2.64 5.28 0.01
    53 0.5 2.64 5.28 0.1
    54 0.5 2.64 5.28 1.1
    55 1 2.64 2.64 0.01
    56 1 2.64 2.64 0.1
    57 1 2.64 2.64 1.1
    58 1.315 2.64 2.01 0.01
    59 1.315 2.64 2.01 0.1
    60 1.315 2.64 2.01 1.1
    61 1.32 2.64 2.00 0.005
    62 1.32 2.64 2.00 0.01
    63 1.32 2.64 2.00 0.1
    64 1.32 2.64 2.00 1.1
  • In jedem Muster wurde der elektrische Widerstand zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 sowie dem Sensorausgang untersucht. Muster mit hervorragender Verbindungszuverlässigkeit und hervorragendem Sensorausgang sind durch O gekennzeichnet, und Muster mit schlechter Verbindungszuverlässigkeit und schlechtem Sensorausgang sind durch × gekennzeichnet. Fälle, in denen kein Leerraum in der Verdrahtung 2 und dergleichen gebildet worden ist, und der Messwert des elektrischen Widerstands innerhalb eines Sollbereichs (99% oder mehr und 101% oder weniger eines Sollwerts) liegt, oder der Messwert des Sensorausgangs innerhalb eines Sollbereichs (99% oder mehr und 101% oder weniger eines Sollwerts) liegt, sind durch ○ gekennzeichnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. [Tabelle 4]
    Muster Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    3 × ×
    4 × ×
    5 × ×
    6 × ×
    7 × ×
    8 × ×
    9 × ×
    10 × ×
    11 × ×
    12 × ×
    13 × ×
    14 × ×
    15 × ×
    16 × ×
    17 × ×
    18 × ×
    19 × ×
    20 × ×
    21 × ×
    22 × ×
    23 ○ ○
    24 ○ ○
    25 ○ ○
    26 ○ ○
    27 ○ ○
    28 ○ ○
    29 ○ ○
    30 ○ ○
    31 ○ ○
    32 ○ ○
    33 ○ ○
    34 ○ ○
    35 ○ ○
    36 ○ ○
    37 ○ ○
    38 ○ ○
    39 ○ ○
    40 ○ ○
    41 ○ ○
    42 ○ ○
    43 ○ ○
    44 ○ ○
    45 ○ ○
    46 ○ ○
    47 × ×
    48 × ×
    49 × ×
    50 × ×
    51 × ×
    52 × ×
    53 × ×
    54 × ×
    55 × ×
    56 × ×
    57 × ×
    58 × ×
    59 × ×
    60 × ×
    61 × ×
    62 × ×
    63 × ×
    64 × ×
  • Tabelle 3 und Tabelle 4 geben an, dass Muster, die die nachfolgenden Bereiche aufweisen, eine hervorragende Verbindungszuverlässigkeit und einen hervorragenden Sensorausgang aufweisen: 0,01  mm ≤ A ≤ 1 ,315 mm , 0 ,02 mm ≤ B ≤ 2 ,63 mm , B/A ≥ 2 , und 0 ,01 mm ≤ d ≤ 0 ,1 mm .
    Figure DE102011078887B4_0001
  • Danach wurden Muster 65 bis Muster 67 hergestellt, indem die Pt/Pd-Zusammensetzung (siehe Tabelle 5) des ersten Metallmaterials geändert wurde, aus dem Sensorelektrode 40, die Heizungselektrode 41 und die Verbindungsteile 60a und 60b zusammengesetzt sind. Andere Materialzusammensetzungen und Strukturen sind dieselben wie diejenigen von Muster 1. Für jedes Muster wurden der elektrische Widerstand zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 sowie der Sensorausgang untersucht. Muster mit hervorragender Verbindungszuverlässigkeit und hervorragendem Sensorausgang sind durch ○ gekennzeichnet, und Muster mit schlechter Verbindungszuverlässigkeit und schlechtem Sensorausgang sind in Tabelle 5 durch × gekennzeichnet. Fälle, in denen kein Leerraum in der Verdrahtung 2 und dergleichen gebildet worden ist, und der Messwert des elektrischen Widerstands innerhalb eines Sollbereichs (99% oder mehr und 101% oder weniger eines Sollwerts) liegt, oder der Messwert des Sensorausgangs innerhalb eines Sollbereichs (99% oder mehr und 101% oder weniger eines Sollwerts) liegt, sind durch 4 gekennzeichnet. [Tabelle 5]
    Muster Pt/Pd-Zusammensetzungsverhältnis (Gew.-%) Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    65 90/10 ○ ○
    66 50/50 ○ ○
    67 10/90 ○ ○
  • Tabelle 5 gibt an, dass selbst wenn das Pt/Pd-Zusammensetzungsverhältnis des ersten Metallmaterials in dem Muster 65 bis Muster 57 zwischen 90/10 und 10/90 geändert wird, die Verbindungszuverlässigkeit zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 sowie der Sensorausgang hervorragend sind.
  • Zweites Ausführungsbeispiel (Fig. 16 und Fig. 17)
  • Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 in dem Gassensorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel geändert.
  • Wie es in 16 gezeigt ist, ist die Messgasseitenverdrahtung 20 innerhalb des Sensorabschnitts 13 angeordnet, und ist die Oberfläche der Messgasseitenverdrahtung 20 durch die Isolierschicht 3 abgedeckt. Die erste Sensorelektrode 40a ist auf der Hauptoberfläche der Isolierschicht 3 auf der gegenüber der Messgasseitenverdrahtung 20 entgegengesetzten Seite der Isolierschicht 3 angeordnet. Das erste Verbindungsteil 60b, die Zwischenschicht 5b und das zweite Verbindungsteil 66 sind zwischen der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 angeordnet, und die erste Sensorelektrode 40a ist mit der Messgasseitenverdrahtung 20 elektrisch verbunden.
  • Die Heizungsverdrahtung 22 ist innerhalb des Heizungsabschnitts 14 angeordnet, und die Oberfläche der Heizungsverdrahtung 22 ist durch die Isolierschicht 3 bedeckt. Die Heizungselektrode 41 ist auf der Hauptoberfläche der Isolierschicht 3 auf der gegenüber der Heizungsverdrahtung 22 entgegengesetzten Seite der Isolierschicht 3 angeordnet. Die Zwischenschicht 5b und das Verbindungsteil 60a sind zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 angeordnet, und die Heizungselektrode 41 ist elektrisch mit der Heizungsverdrahtung 22 verbunden. Die Zwischenschicht 5 und das Verbindungsteil 60a sind direkt miteinander verbunden.
  • Die erste Sensorelektrode 40a, das erste Verbindungsteil 60b, das Verbindungsteil 60a und die Heizungselektrode 41 sind aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Zwischenschichten 5a und 5b, die zweiten Verbindungsteile 66, die Referenzgasseitenverdrahtung 21 sowie die Heizungsverdrahtung 22 sind aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist.
  • Wie es in 17 gezeigt ist, sind in dem Sensorabschnitt 13 die zweiten Sensorseitenverbindungsteile 65, die durch die ersten Sensorseitenverbindungsteile 60c verlaufen, die Zwischenschicht 5c und der Festelektrolytkörper 7 zwischen der zweiten Sensorelektrode 40b und der Referenzgasseitenverdrahtung 21 angeordnet. Die zweite Sensorelektrode 40b ist elektrisch mit der Referenzgasseitenverdrahtung 21 verbunden.
  • Die zweite Sensorelektrode 40b und das erste Sensorseitenverbindungsteil 60c sind aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Zwischenschicht 5c, das zweite Sensorseitenverbindungsteil 65 und die Referenzgasseitenverdrahtung 21 sind aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist.
  • Demgegenüber ist der Heizungsabschnitt 14 derselbe wie der Heizungsabschnitt 14, der in 16 gezeigt ist.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Drittes Ausführungsbeispiel (Fig. 18)
  • Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 in dem Gassensorelement 1 geändert. Beschreibungen von Abschnitten, die dieselbe wie diejenigen in dem Gassensorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, entfallen.
  • Wie es in 18 gezeigt ist, weist der Sensorabschnitt 13 denselben Aufbau auf und verwendet dasselbe Material wie der Sensorabschnitt 13 gemäß 4. Der Heizungsabschnitt 14 weist denselben Aufbau auf und verwendet dasselbe Material wie der Heizungsabschnitt 14 gemäß 16.
  • Andere Aufbauten sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Viertes Ausführungsbeispiel (Fig. 19)
  • Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 in dem Gassensorelement 1 geändert.
  • Wie es in 19 gezeigt ist, weist der Sensorabschnitt 13 dieselbe Konfiguration auf und verwendet dasselbe Material wie der in 16 gezeigte Sensorabschnitt 13. Der Heizungsabschnitt 14 weist dieselbe Konfiguration auf und verwendet dasselbe Material wie der Heizungsabschnitt 14 gemäß 4.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel (Fig. 20)
  • Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 in dem Gassensorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel geändert.
  • Wie es in 20 gezeigt ist, weist der Sensorabschnitt 13 dieselbe Konfiguration wie der Sensorabschnitt 13 gemäß 4 auf. Der Unterschied gegenüber dem Sensorabschnitt 13 gemäß 4 besteht darin, dass das Metallmaterial der Zwischenschicht 5a, der Messgasseitenverdrahtung 20 und der Referenzgasseitenverdrahtung 21 von dem zweiten Metallmaterial zu dem ersten Metallmaterial geändert worden ist.
  • Der Heizungsabschnitt 14 weist dieselbe Konfiguration wie der Heizungsabschnitt 14 gemäß 4 auf und verwendet dasselbe Material.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Nachstehend wurden Experimente ausgeführt, um die Wirkungen des Gassensorelements 1 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zu bestätigen, unter Verwendung von Beispiel 2.
  • (Beispiel 2)
  • In Beispiel 2 wurde ein Muster hergestellt, das eine ähnliche Struktur wie das Gassensorelement 1 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel (20) aufweist, indem der Elektrodenanschluss 4, die Isolierschicht 3, die Zwischenschicht 5 und dergleichen gestapelt wurden. Dabei wurden die erste Sensorelektrode 40a, das Verbindungsteil 60a, die Zwischenschicht 5a, die Messgasseitenverdrahtung 20, die Referenzgasseitenverdrahtung 21, das erste Verbindungsteil 60b und die Heizungselektrode 41 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Heizungsverdrahtung 22, das zweite Verbindungsteil 66 und die Zwischenschicht 5b wurden aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist.
  • Jeweilige Abmessungen des Elektrodenanschlusses 4, des Verbindungsteils 60, der Zwischenschichten 5a und 5b, der Verdrahtungsschichten 20, 21 und 22, der Isolierschichten 3, des ersten Heizungssubstrats 31a und des zweiten Heizungssubstrats 31b sind dieselben wie diejenigen in dem Muster 1 gemäß Beispiel 1. Das erhaltene Muster ist das Muster 68 des Gassensorelements gemäß Beispiel 2. Als ein Vergleichsbeispiel wurde ein Muster 69 verwendet, das dieselbe Konfiguration wie das Muster 2 aufweist, das in Beispiel 1 hergestellt worden ist.
  • Darauffolgend wurden das Muster 68 und das Muster 69 für 120 Minuten bei 1450 ± 50°C gebrannt. Eine Vielzahl von gebrannten Mustern 68 und Mustern 69 wurde hergestellt. Unter denselben Bedingungen wie diejenigen gemäß Beispiel 1 wurde der elektrische Widerstand zwischen der Heizungselektrode 41 und der Heizungsverdrahtung 22 gemessen und wurde der atmosphärische IL-Wert gemessen. Die Anzahl der gemessenen Muster war jeweils 50. Anhand der Messergebnisse wurden die Verbindungszuverlässigkeit zwischen der Heizungselektrode 41 und der Heizungsverdrahtung 22 sowie der Sensorausgang beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen gemäß Beispiel 1 und sind unter Verwendung von ○ und × gekennzeichnet. [Tabelle 6]
    Muster Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    68 ○ ○
    69 × ×
  • Wie es in Tabelle 6 gezeigt ist, weist das Muster 68 eine hervorragende Verbindungszuverlässigkeit und einen hervorragenden Sensorausgang auf. Weder die Verbindungszuverlässigkeit noch der Sensorausgang ist in dem Muster 69 des Vergleichsbeispiels hervorragend.
  • Danach wurden Muster 70 bis Muster 131 hergestellt, indem das Verhältnis B/A des äußeren Durchmessers B der Zwischenschicht 5b und des äußeren Durchmessers A des Verbindungsteils 60a sowie die Dicke d der Zwischenschicht 5b geändert wurden, wie es in Tabelle 7 und Tabelle 8 nachstehend gezeigt ist. Andere Strukturen waren ähnlich zu denjenigen von Muster 68. Der elektrische Widerstand zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 sowie dem Sensorausgang wurden für jedes Muster untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 und Tabelle 8 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen in Beispiel 1 und sind unter Verwendung von O und × gekennzeichnet. [Tabelle 7]
    Standard: 0,01 mm ≤ A ≤ 1,315 mm, 0,02 mm ≤ B ≤ 2,63 mm, B ≥ 2A,
    0,01 mm ≤ d ≤ 0,1 mm
    Muster TH-Durchmesser: A Durchmesser der Zwischenschicht: B B/A Dicke der Zwischenschicht: d
    70 0.005 0.005 1.00 0.005
    71 0.005 0.01 2.00 0.005
    72 0.01 0.01 1.00 0.005
    73 0.5 0.5 1.00 0.005
    74 1 1 1.00 0.005
    75 1.315 1.315 1.00 0.005
    76 0.01 0.02 2.00 0.005
    77 0.01 1 100.00 0.005
    78 0.01 2.63 263.00 0.005
    79 0.5 1 2.00 0.005
    80 0.5 2.63 5.26 0.005
    81 1 2 2.00 0.005
    82 1 2.63 2.63 0.005
    83 1.315 2.63 2.00 0.005
    84 0.005 0.005 1.00 0.01
    85 0.005 0.01 2.00 0.01
    86 0.01 0.01 1.00 0.01
    87 0.5 0.5 1.00 0.01
    88 1 1 1.00 0.01
    89 1.315 1.315 1.00 0.01
    90 0.01 0.02 2.00 0.01
    91 0.01 1 100.00 0.01
    92 0.01 2.63 263.00 0.01
    93 0.5 1 2.00 0.01
    94 0.5 2.63 5.26 0.01
    95 1 2 2.00 0.01
    96 1 2.63 2.63 0.01
    97 1.315 2.63 2.00 0.01
    98 0.01 0.02 2.00 0.05
    99 0.01 1 100.00 0.05
    100 0.01 2.63 263.00 0.05
    101 0.5 1 2.00 0.05
    102 0.5 2.63 5.26 0.05
    103 1 2 2.00 0.05
    104 1 2.63 2.63 0.05
    105 1.315 2.63 2.00 0.05
    106 0.01 0.02 2.00 0.1
    107 0.01 1 100.00 0.1
    108 0.01 2.63 263.00 0.1
    109 0.5 1 2.00 0.1
    110 0.5 2.63 5.26 0.1
    111 1 2 2.00 0.1
    112 1 2.63 2.63 0.1
    113 1.315 2.63 2.00 0.1
    114 0.01 0.02 2.00 0.11
    115 1.315 2.63 2.00 0.11
    116 0.01 2.64 264.00 0.01
    117 0.01 2.64 264.00 0.1
    118 0.01 2.64 264.00 1.1
    119 0.5 2.64 5.28 0.01
    120 0.5 2.64 5.28 0.1
    121 0.5 2.64 5.28 1.1
    122 1 2.64 2.64 0.01
    123 1 2.64 2.64 0.1
    124 1 2.64 2.64 1.1
    125 1.315 2.64 2.01 0.01
    126 1.315 2.64 2.01 0.1
    127 1.315 2.64 2.01 1.1
    128 1.32 2.64 2.00 0.005
    129 1.32 2.64 2.00 0.01
    130 1.32 2.64 2.00 0.1
    131 1.32 2.64 2.00 1.1
    [Tabelle 8]
    Muster Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    70 × ×
    71 × ×
    72 × ×
    73 × ×
    74 × ×
    75 × ×
    76 × ×
    77 × ×
    78 × ×
    79 × ×
    80 × ×
    81 × ×
    82 × ×
    83 × ×
    84 × ×
    85 × ×
    86 × ×
    87 × ×
    88 × ×
    89 × ×
    90 ○ ○
    91 ○ ○
    92 ○ ○
    93 ○ ○
    94 ○ ○
    95 ○ ○
    96 ○ ○
    97 ○ ○
    98 ○ ○
    99 ○ ○
    100 ○ ○
    101 ○ ○
    102 ○ ○
    103 ○ ○
    104 ○ ○
    105 ○ ○
    106 ○ ○
    107 ○ ○
    108 ○ ○
    109 ○ ○
    110 ○ ○
    111 ○ ○
    112 ○ ○
    113 ○ ○
    114 × ×
    115 × ×
    116 × ×
    117 × ×
    118 × ×
    119 × ×
    120 × ×
    121 × ×
    122 × ×
    123 × ×
    124 × ×
    125 × ×
    126 × ×
    127 × ×
    128 × ×
    129 × ×
    130 × ×
    131 × ×
  • Tabelle 7 und Tabelle 8 geben an, dass Muster mit den nachfolgenden Bereichen eine hervorragende Verbindungszuverlässigkeit und einen hervorragenden Sensorausgang aufweisen: 0,01 mm ≤ A ≤ 1,315 mm, 0,02 mm ≤ B ≤ 2,63 mm, B/A ≥ 2, und 0,01 mm ≤ d ≤ 0,1 mm.
  • Danach wurden Muster 132 bis Muster 134 hergestellt, indem die Pt/Pd-Zusammensetzung (vgl. Tabelle 9) des ersten Metallmaterials geändert wurde. Andere Materialzusammensetzungen und Strukturen waren dieselben wie diejenigen von Muster 68. Der elektrische Widerstand zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 sowie der Sensorausgang wurden für jedes Muster untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen in Beispiel 1 und sind unter Verwendung von O und × angegeben. [Tabelle 9]
    Muster Pt/Pd-Zusammensetzungsverhältnis (Gew.-%) Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    132 90/10 ○ ○
    133 50/50 ○ ○
    134 10/90 ○ ○
  • Tabelle 9 gibt an, dass selbst wenn das Pt/Pd-Zusammensetzungsverhältnis des ersten Metallmaterials zwischen 90/10 und 10/90 geändert wird, die Verbindungszuverlässigkeit zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 sowie der Sensorausgang in Muster 132 bis Muster 134 hervorragend sind.
  • Sechstes Ausführungsbeispiel (Fig. 21)
  • Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel (vgl. 18). Das Material des Sensorabschnitts 13 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 21 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel darin, dass die Zwischenschicht 5a, die Messgasseitenverdrahtung 20 und die Referenzgasseitenverdrahtung 21 des Sensorabschnitts 13 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Siebtes Ausführungsbeispiel (Fig. 22)
  • Gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel (vgl. 19). Das Material des Sensorabschnitts 13 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 22 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel darin, dass die Zwischenschicht 5a, das zweite Messgasseitenverbindungsteil 66a, die Messgasseitenverdrahtung 20 und die Referenzgasseitenverdrahtung 21 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Achtes Ausführungsbeispiel (Fig. 23)
  • Gemäß einem achten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. 16). Das Material des Sensorabschnitts 13 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 23 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. 16) darin, dass die Zwischenschicht 5a, das zweite Verbindungsteil 66, die Messgasseitenverdrahtung 20 und die Referenzgasseitenverdrahtung 21 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem achten Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Neuntes Ausführungsbeispiel (Fig. 24)
  • Gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ( 4). Das Material des Heizungsabschnitts 14 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 24 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (4) darin, dass die Heizungsverdrahtung 2, das zweite Verbindungsteil 66 und die Zwischenschicht 5b aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • (Beispiel 3)
  • In Beispiel 3 wurde ein Muster mit einer ähnlichen Struktur wie das Gassensorelement 1 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel (24) hergestellt, indem der Elektrodenanschluss 4, die Isolierschicht 3, die Zwischenschicht 5 und dergleichen gestapelt wurden. Dabei wurden die erste Sensorelektrode 40a, das Verbindungsteil 60a, die Zwischenschicht 5a, die Heizungsverdrahtung 22, das zweite Verbindungsteil 66, die Zwischenschicht 5b, das erste Verbindungsteil 60b und die Heizungselektrode 41 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt.
  • Die Zwischenschicht 5b, die Messgasseitenverdrahtung 20 und die Referenzgasseitenverdrahtung 21 wurden aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist.
  • Jeweilige Abmessungen des Elektrodenanschlusses 4, des Verbindungsteils 60, der Zwischenschichten 5a und 5b, der Verdrahtungsschichten 20, 21 und 22, der Isolierschichten 3, des ersten Heizungssubstrats 31a sowie des zweiten Heizungssubstrats 31b sind dieselben wie diejenigen in Muster 1 in Beispiel 1. Das erhaltene Muster ist Muster 135 des Gassensorelements in Beispiel 3. Als ein Vergleichsbeispiel wurde ein Muster 136 verwendet, das dieselbe Konfiguration wie das Muster 2 aufweist, das in Beispiel 1 hergestellt wurde.
  • Darauffolgend wurden das Muster 135 und das Muster 136 für 120 Minuten bei 1450 ± 50°C gebrannt. Eine Vielzahl von gebrannten Mustern 135 und Mustern 136 wurde hergestellt. Unter denselben Bedingungen wie diejenigen in Beispiel 1 wurde der elektrische Widerstand zwischen der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 gemessen und wurde der atmosphärische IL-Wert gemessen. Die Anzahl der gemessenen Muster war jeweils 50 Muster. Anhand der Messergebnisse wurden die Verbindungszuverlässigkeit zwischen der Heizungselektrode 41 und der Heizungsverdrahtung 22 sowie der Sensorausgang beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen gemäß Beispiel 1 und sind unter Verwendung von O und × gekennzeichnet. [Tabelle 10]
    Muster Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausqanq
    135 ○ ○
    136 × ×
  • Wie es in Tabelle 10 gezeigt ist, weist das Muster 135 eine hervorragende Verbindungszuverlässigkeit und einen hervorragenden Sensorausgang auf. Weder die Verbindungszuverlässigkeit noch der Sensorausgang ist in dem Muster 136 des Vergleichsbeispiels hervorragend.
  • Danach wurden Muster 137 bis Muster 198 hergestellt, indem das Verhältnis B/A des äußeren Durchmessers B der Zwischenschicht 5b und des äußeren Durchmessers A des Verbindungsteils 60a sowie die Dicke d der Zwischenschicht 5b geändert wurden, wie es in der nachfolgenden Tabelle 11 gezeigt ist. Andere Strukturen waren ähnlich zu denjenigen von Muster 135. Der elektrische Widerstand zwischen der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 sowie dem Sensorausgang wurden für jedes Muster untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen in Beispiel 1 und sind unter Verwendung von O und × gekennzeichnet. [Tabelle 111
    Standard: 0,01 mm ≤ A ≤ 1,315 mm, 0,02 mm ≤ B ≤ 2,63 mm, B ≥2A,
    0,01 mm ≤ d ≤ 0,1 mm
    Muster TH-Durchmesser A Durchmesser der Zwischenschicht B B/A Dicke der Zwischenschicht: d
    137 0.005 0.005 1.00 0.005
    138 0.005 0.01 2.00 0.005
    139 0.01 0.01 1.00 0.005
    140 0.5 0.5 1.00 0.005
    141 1 1 1.00 0.005
    142 1.315 1.315 1.00 0.005
    143 0.01 0.02 2.00 0.005
    144 0.01 1 100.00 0.005
    145 0.01 2.63 263.00 0.005
    146 0.5 1 2.00 0.005
    147 0.5 2.63 5.26 0.005
    148 1 2 2.00 0.005
    149 1 2.63 2.63 0.005
    150 1.315 2.63 2.00 0.005
    151 0.005 0.005 1.00 0.01
    152 0.005 0.01 2.00 0.01
    153 0.01 0.01 1.00 0.01
    154 0.5 0.5 1.00 0.01
    155 1 1 1.00 0.01
    156 1.315 1.315 1.00 0.01
    157 0.01 0.02 2.00 0.01
    158 0.01 1 100.00 0.01
    159 0.01 2.63 263.00 0.01
    160 0.5 1 2.00 0.01
    161 0.5 2.63 5.26 0.01
    162 1 2 2.00 0.01
    163 1 2.63 2.63 0.01
    164 1.315 2.63 2.00 0.01
    165 0.01 0.02 2.00 0.05
    166 0.01 1 100.00 0.05
    167 0.01 2.63 263.00 0.05
    168 0.5 1 2.00 0.05
    169 0.5 2.63 5.26 0.05
    170 1 2 2.00 0.05
    171 1 2.63 2.63 0.05
    172 1.315 2.63 2.00 0.05
    173 0.01 0.02 2.00 0.1
    174 0.01 1 100.00 0.1
    175 0.01 2.63 263.00 0.1
    176 0.5 1 2.00 0.1
    177 0.5 2.63 5.26 0.1
    178 1 2 2.00 0.1
    179 1 2.63 2.63 0.1
    180 1.315 2.63 2.00 0.1
    181 0.01 0.02 2.00 0.11
    182 1.315 2.63 2.00 0.11
    183 0.01 2.64 264.00 0.01
    184 0.01 2.64 264.00 0.1
    185 0.01 2.64 264.00 1.1
    186 0.5 2.64 5.28 0.01
    187 0.5 2.64 5.28 0.1
    188 0.5 2.64 5.28 1.1
    189 1 2.64 2.64 0.01
    190 1 2.64 2.64 0.1
    191 1 2.64 2.64 1.1
    192 1.315 2.64 2.01 0.01
    193 1.315 2.64 2.01 0.1
    194 1.315 2.64 2.01 1.1
    195 1.32 2.64 2.00 0.005
    196 1.32 2.64 2.00 0.01
    197 1.32 2.64 2.00 0.1
    198 1.32 2.64 2.00 1.1
    [Tabelle 12]
    Muster Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    137 × ×
    138 × ×
    139 × ×
    140 × ×
    141 × ×
    142 × ×
    143 × ×
    144 × ×
    145 × ×
    146 × ×
    147 × ×
    148 × ×
    149 × ×
    150 × ×
    151 × ×
    152 × ×
    153 × ×
    154 × ×
    155 × ×
    156 × ×
    157 ○ ○
    158 ○ ○
    159 ○ ○
    160 ○ ○
    161 ○ ○
    162 ○ ○
    163 ○ ○
    164 ○ ○
    165 ○ ○
    166 ○ ○
    167 ○ ○
    168 ○ ○
    169 ○ ○
    170 ○ ○
    171 ○ ○
    172 ○ ○
    173 ○ ○
    174 ○ ○
    175 ○ ○
    176 ○ ○
    177 ○ ○
    178 ○ ○
    179 ○ ○
    180 ○ ○
    181 × ×
    182 × ×
    183 × ×
    184 × ×
    185 × ×
    186 × ×
    187 × ×
    188 × ×
    189 × ×
    190 × ×
    191 × ×
    192 × ×
    193 × ×
    194 × ×
    195 × ×
    196 × ×
    197 × ×
    198 × ×
  • Tabelle 11 und Tabelle 12 geben an, dass Muster mit den nachfolgenden Bereichen eine hervorragende Verbindungszuverlässigkeit und einen hervorragenden Sensorausgang aufweisen: 0,01 mm ≤ A ≤ 1,315 mm, 0,02 mm ≤ B ≤ 2,63 mm, B/A ≥ 2, und 0,01 mm :5 d ≤ 0,1 mm.
  • Danach wurden Muster 199 bis Muster 201 hergestellt, indem die Pt/Pd-Zusammensetzung (vgl. Tabelle 13) des ersten Metallmaterials geändert wurde. Andere Materialzusammensetzungen und Strukturen waren dieselben wie diejenigen von Muster 135. Der elektrische Widerstand zwischen der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 sowie der Sensorausgang wurden für jedes Muster untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen in Beispiel 1 und sind unter Verwendung von ○ und x gekennzeichnet. [Tabelle 13]
    Muster Pt/Pd-Zusammensetzungsverhältnis (Gew.-%) Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    199 90/10 ○ ○
    200 50/50 ○ ○
    201 10/90 ○ ○
  • Tabelle 13 gibt an, dass selbst wenn das Pt/Pd-Zusammensetzungsverhältnis des ersten Metallmaterials zwischen 90/10 und 10/90 geändert wird, die Verbindungszuverlässigkeit zwischen der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 sowie der Sensorausgang in Muster 199 bis Muster 201 hervorragend sind.
  • Zehntes Ausführungsbeispiel (Fig. 25)
  • Gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ( 18). Das Material des Heizungsabschnitts 14 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 25 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel (18) darin, dass die Heizungsverdrahtung 2 und die Zwischenschicht 5b aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Elftes Ausführungsbeispiel (Fig. 26)
  • Gemäß einem elften Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ( 19). Das Material des Heizungsabschnitts 14 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 26 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel (19) darin, dass die Heizungsverdrahtung 22, das zweite Heizungsseitenverbindungsteil 66b und die Zwischenschicht 5b aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem elften Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Zwölftes Ausführungsbeispiel (Fig. 27)
  • Gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (16). Das Material des Heizungsabschnitts 14 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 27 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 in 16 darin, dass die Heizungsverdrahtung 22 und die Zwischenschicht 5b aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Dreizehntes Ausführungsbeispiel (Fig. 28 und Fig. 29)
  • Gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (4 und 5). Das Material des Sensorabschnitts 13 ist geändert.
  • Insbesondere weist das Gassensorelement 1 gemäß 28 dieselbe Konfiguration wie das Gassensorelement 1 gemäß 4 auf. Der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß 4 besteht darin, dass die Referenzgasseitenverdrahtung 21 des Sensorabschnitts 13 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt ist.
  • Zusätzlich weist der Gassensor 1 gemäß 29 dieselbe Konfiguration wie das Gassensorelement 1 gemäß 5 auf. Der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß 5 besteht darin, dass die Zwischenschicht 5c, die Verbindungsschicht 250, das zweite Sensorseitenverbindungsteil 65 und die Referenzgasseitenverdrahtung 21 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • (Beispiel 4)
  • In Beispiel 4 wurde ein Muster hergestellt, das eine ähnliche Struktur wie das Gassensorelement 1 gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel ( 28, 29) aufweist, indem der Elektrodenanschluss 4, die Isolierschicht 3, die Zwischenschicht 5 und dergleichen gestapelt wurden.
  • Die erste Sensorelektrode 40a, das Verbindungsteil 60a, die Referenzgasseitenverdrahtung 21, das erste Verbindungsteil 60b, die Heizungselektrode 41, die zweite Sensorelektrode 40b, das erste Sensorseitenverbindungsteil 60c, die Zwischenschicht 5c, die Verbindungsschicht 250 und das zweite Sensorseitenverbindungsteil 65 wurden aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Zwischenschicht 5a, die Messgasseitenverdrahtung 20, die Heizungsverdrahtung 22, das zweite Verbindungsteil 66 und die Zwischenschicht 5b wurden aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist.
  • Jeweilige Abmessungen des Elektrodenanschlusses 4, des Verbindungsteils 60, der Zwischenschichten 5a und 5b, der Verdrahtungsschichten 20, 21 und 22, der Isolierschicht 3, des ersten Heizungssubstrats 31a und des zweiten Heizungssubstrats 31b sind dieselben wie diejenigen in Muster 1 gemäß Beispiel 1. Das erhaltene Muster ist Muster 202 des Gassensorelements gemäß Beispiel 3. Als ein Vergleichsbeispiel wurde ein Muster 203 verwendet, das dieselbe Konfiguration wie das Muster 2 aufweist, das gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde.
  • Darauffolgend wurden das Muster 202 und das Muster 203 für 120 Minuten bei 1450 ± 50°C gebrannt. Eine Vielzahl gebrannter Muster 202 und Muster 203 wurde hergestellt. Unter denselben Bedingungen wie diejenigen gemäß Beispiel 1 wurde der elektrische Widerstand zwischen der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 gemessen und wurde der atmosphärische IL-Wert gemessen. Die Anzahl der gemessenen Muster war jeweils 50 Muster. Anhand der Messergebnisse wurden die Verbindungszuverlässigkeit zwischen der Heizungselektrode 41 und der Heizungsverdrahtung 22 sowie der Sensorausgang beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 14 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen gemäß Beispiel 1 und sind unter Verwendung von ○ und × gekennzeichnet. [Tabelle 14]
    Muster Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    202 ○ ○
    203 × ×
  • Wie es in Tabelle 14 gezeigt ist, weist das Muster 202 eine hervorragende Verbindungszuverlässigkeit und einen hervorragenden Sensorausgang auf.
  • Weder die Verbindungszuverlässigkeit noch der Sensorausgang ist in dem Muster 203 des Vergleichsbeispiels hervorragend.
  • Danach wurden Muster 204 bis Muster 265 hergestellt, indem das Verhältnis B/A des äußeren Durchmessers B der Zwischenschicht 5b und des äußeren Durchmessers A des Verbindungsteils 60a sowie die Dicke d der Zwischenschicht 5b geändert wurden, wie es in der nachfolgenden Tabelle 15 gezeigt ist. Andere Strukturen waren ähnlich wie denjenigen des Musters 202. Der elektrische Widerstand zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 sowie dem Sensorausgang wurden für jedes Muster untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 16 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen gemäß Beispiel 1 und sind unter Verwendung von O und × gekennzeichnet. [Tabelle 15]
    Standard: 0,01 mm ≤ A ≤ 1,315 mm, 0,02 mm ≤ B ≤ 2,63 mm, B ≥ 2A,
    0,01 mm ≤ d ≤ 0,1 mm
    Muster TH-Durchmesser: A Durchmesser der Zwischenschicht: B B/A Dicke der Zwischenschicht: d
    204 0.005 0.005 1.00 0.005
    205 0.005 0.01 2.00 0.005
    206 0.01 0.01 1.00 0.005
    207 0.5 0.5 1.00 0.005
    208 1 1 1.00 0.005
    209 1.315 1.315 1.00 0.005
    210 0.01 0.02 2.00 0.005
    211 0.01 1 100.00 0.005
    212 0.01 2.63 263.00 0.005
    213 0.5 1 2.00 0.005
    214 0.5 2.63 5.26 0.005
    215 1 2 2.00 0.005
    216 1 2.63 2.63 0.005
    217 1.315 2.63 2.00 0.005
    218 0.005 0.005 1.00 0.01
    219 0.005 0.01 2.00 0.01
    220 0.01 0.01 1.00 0.01
    221 0.5 0.5 1.00 0.01
    222 1 1 1.00 0.01
    223 1.315 1.315 1.00 0.01
    224 0.01 0.02 2.00 0.01
    225 0.01 1 100.00 0.01
    226 0.01 2.63 263.00 0.01
    227 0.5 1 2.00 0.01
    228 0.5 2.63 5.26 0.01
    229 1 2 2.00 0.01
    230 1 2.63 2.63 0.01
    231 1.315 2.63 2.00 0.01
    232 0.01 0.02 2.00 0.05
    233 0.01 1.00 100.00 0.05
    234 0.01 2.63 263.00 0.05
    235 0.50 1.00 2.00 0.05
    236 0.50 2.63 5.26 0.05
    237 1.00 2.00 2.00 0.05
    238 1.00 2.63 2.63 0.05
    239 1.32 2.63 2.00 0.05
    240 0.01 0.02 2.00 0.1
    241 0.01 1 100.00 0.1
    242 0.01 2.63 263.00 0.1
    243 0.5 1 2.00 0.1
    244 0.5 2.63 5.26 0.1
    245 1 2 2.00 0.1
    246 1 2.63 2.63 0.1
    247 1.315 2.63 2.00 0.1
    248 0.01 0.02 2.00 0.11
    249 1.315 2.63 2.00 0.11
    250 0.01 2.64 264.00 0.01
    251 0.01 2.64 264.00 0.1
    252 0.01 2.64 264.00 1.1
    253 0.5 2.64 5.28 0.01
    254 0.5 2.64 5.28 0.1
    255 0.5 2.64 5.28 1.1
    256 1 2.64 2.64 0.01
    257 1 2.64 2.64 0.1
    258 1 2.64 2.64 1.1
    259 1.315 2.64 2.01 0.01
    260 1.315 2.64 2.01 0.1
    261 1.315 2.64 2.01 1.1
    262 1.32 2.64 2.00 0.005
    263 1.32 2.64 2.00 0.01
    264 1.32 2.64 2.00 0.1
    265 1.32 2.64 2.00 1.1
    [Tabelle 16]
    Muster Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    204 × ×
    205 × ×
    206 × ×
    207 × ×
    208 × ×
    209 × ×
    210 × ×
    211 × ×
    212 × ×
    213 × ×
    214 × ×
    215 × ×
    216 × ×
    217 × ×
    218 × ×
    219 × ×
    220 × ×
    221 × ×
    222 × ×
    223 × ×
    224 ○ ○
    225 ○ ○
    226 ○ ○
    227 ○ ○
    228 ○ ○
    229 ○ ○
    230 ○ ○
    231 ○ ○
    232 ○ ○
    233 ○ ○
    234 ○ ○
    235 ○ ○
    236 ○ ○
    237 ○ ○
    238 ○ ○
    239 ○ ○
    240 ○ ○
    241 ○ ○
    242 ○ ○
    243 ○ ○
    244 ○ ○
    245 ○ ○
    246 ○ ○
    247 ○ ○
    248 × ×
    249 × ×
    250 × ×
    251 × ×
    252 × ×
    253 × ×
    254 × ×
    255 × ×
    256 × ×
    257 × ×
    258 × ×
    259 × ×
    250 × ×
    261 × ×
    262 × ×
    263 × ×
    264 × ×
    265 × ×
  • Tabelle 15 und Tabelle 16 geben an, dass Muster mit den nachfolgenden Bereichen eine hervorragende Verbindungszuverlässigkeit und einen hervorragenden Sensorausgang aufweisen: 0,01 mm ≤ A ≤ 1,315 mm, 0,02 mm ≤ B ≤ 2,63 mm, B/A ≥ 2, und 0,01 mm ≤ d ≤ 0,1 mm.
  • Danach wurden Muster 266 bis Muster 268 hergestellt, indem die Pt/Pd-Zusammensetzung (vgl. Tabelle 17) des ersten Metallmaterials geändert wurde. Andere Materialzusammensetzungen und Strukturen waren dieselben wie diejenigen von Muster 202. Der elektrische Widerstand zwischen der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 sowie der Sensorausgang wurden für jedes Muster untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 17 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen gemäß Beispiel 1 und sind unter Verwendung von O und × gekennzeichnet. [Tabelle 17]
    Muster Pt/Pd-Zusammensetzungsverhältnis (Gew.-%) Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    266 90/10 ○ ○
    267 50/50 ○ ○
    268 10/90 ○ ○
  • Tabelle 17 gibt an, dass selbst wenn das Pt/Pd-Zusammensetzungsverhältnis des ersten Metallmaterials zwischen 90/10 und 10/90 geändert wird, die Verbindungszuverlässigkeit zwischen der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 und der Sensorausgang in Muster 266 bis Muster 268 hervorragend sind.
  • Vierzehntes Ausführungsbeispiel (Fig. 30)
  • Gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel (19). Das Material des Sensorabschnitts 13 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 30 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß 19 darin, dass die Referenzgasseitenverdrahtung 21 des Sensorabschnitts 13 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt ist.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Daher entfallen Erläuterungen davon.
  • Gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel können dieselben Betriebswirkungen wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
  • Fünfzehntes Ausführungsbeispiel (Fig. 31)
  • Gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel (18). Das Material des Sensorabschnitts 13 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 31 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß 18 darin, dass die Referenzgasseitenverdrahtung 21 des Sensorabschnitts 13 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt ist.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb Beschreibungen davon entfallen.
  • Gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel können Betriebswirkungen erzielt werden, die ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind.
  • Sechzehntes Ausführungsbeispiel (Fig. 32)
  • Gemäß einem sechzehnten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (16). Das Material des Sensorabschnitts 13 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 32 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß 16 darin, dass die Referenzgasseitenverdrahtung 21 des Sensorabschnitts 13 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt ist.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb Beschreibungen davon entfallen.
  • Gemäß dem sechzehnten Ausführungsbeispiel können Betriebswirkungen erzielt werden, die ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind.
  • Siebzehntes Ausführungsbeispiel (Fig. 33 und Fig. 34)
  • Gemäß einem siebzehnten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (4 und 5). Das Material des Sensorabschnitts 13 ist geändert.
  • Insbesondere ist die Konfiguration des Gassensorelements 1 gemäß 33 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß 4. Der Unterschied zu dem Gassensorelement 1 gemäß 4 besteht darin, dass die Zwischenschicht 5a und die Messgasseitenverdrahtung 20 des Sensorabschnitts 13 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind.
  • Das Gassensorelement 1 gemäß 34 weist dieselbe Konfiguration auf und verwendet dieselben Materialien wie das Gassensorelement 1 gemäß 5.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb deren Beschreibungen entfallen.
  • Gemäß dem siebzehnten Ausführungsbeispiel können Betriebswirkungen erzielt werden, die ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind.
  • (Beispiel 5)
  • Gemäß Beispiel 5 wurde ein Muster hergestellt, das eine ähnliche Struktur wie das Gassensorelement 1 gemäß dem siebzehnten Ausführungsbeispiel (33, 34) aufweist, indem der Elektrodenanschluss 4, die Isolierschicht 3, die Zwischenschicht 5 und dergleichen gestapelt wurden.
  • Die erste Sensorelektrode 40a, das Verbindungsteil 60a, die Zwischenschicht 5a, die Messgasseitenverdrahtung 20, das erste Verbindungsteil 60b, die Heizungselektrode 41, die zweite Sensorelektrode 40b und das erste Sensorseitenverbindungsteil 60c wurden aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Referenzgasseitenverdrahtung 21, die Heizungsverdrahtung 22, das zweite Verbindungsteil 66, die Zwischenschichten 5b und 5c, die Verbindungsschicht 250 und das zweite Sensorseitenverbindungsteil 65 wurden aus dem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist. Die Zusammensetzung des ersten Metallmaterials und des zweiten Metallmaterials ist dieselbe wie diejenige des Beispiels 1.
  • Jeweilige Abmessungen des Elektrodenanschlusses 4, des Verbindungsteils 60, der Zwischenschichten 5a und 5b, der Verdrahtungsschichten 20, 21 und 22, der Isolierschicht 3, des ersten Heizungssubstrats 31a und des zweiten Heizungssubstrats 31b sind dieselben wie diejenigen in dem Muster 1 gemäß dem Beispiel 1. Das erhaltene Muster ist Muster 269 des Gassensorelements in Beispiel 5. Als ein Vergleichsbeispiel wurde Muster 270 verwendet, das dieselbe Konfiguration wie das Muster 2 aufweist, das gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde.
  • Darauffolgend wurden Muster 269 und Muster 270 für 120 Minuten bei 1450 ± 50°C gebrannt. Eine Vielzahl gebrannter Muster 269 und Muster 270 wurde hergestellt. Unter denselben Bedingungen wie diejenigen gemäß Beispiel 1 wurde der elektrische Widerstand zwischen der Heizungselektrode 41 und der Heizungsverdrahtung 22 gemessen und wurde der atmosphärische IL-Wert gemessen. Die Anzahl der gemessenen Muster war jeweils 50 Muster. Anhand der Messergebnisse wurden die Verbindungszuverlässigkeit zwischen der Heizungselektrode 41 und der Heizungsverdrahtung 22 sowie der Sensorausgang beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 18 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen gemäß Beispiel 1 und sind unter Verwendung von O und × gekennzeichnet. [Tabelle 18]
    Muster Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    269 ○ ○
    270 × ×
  • Wie es in Tabelle 18 gezeigt ist, weist das Muster 269 eine hervorragende Verbindungszuverlässigkeit und einen hervorragenden Sensorausgang auf. Weder die Verbindungszuverlässigkeit noch der Sensorausgang ist in dem Muster 270 des Vergleichsbeispiels hervorragend.
  • Danach wurden Muster 271 bis Muster 332 hergestellt, indem das Verhältnis B/A des äußeren Durchmessers B der Zwischenschicht 5b und des äußeren Durchmessers A des Verbindungsteils 60a sowie die Dicke d der Zwischenschicht 5a geändert wurden, wie es in der nachfolgenden Tabelle 19 gezeigt ist. Andere Strukturen waren ähnlich zu denjenigen des Musters 269. [Tabelle 19]
    Standard: 0,01 mm ≤ A ≤ 1,315 mm, 0,02 mm ≤ B ≤ 2,63 mm, B ≥ 2A,
    0,01 mm ≤ d ≤ 0,1 mm
    Muster TH-Durchmesser: A Durchmesser der Zwischenschicht: B B/A Dicke der Zwischenschicht: d
    271 0.005 0.005 1.00 0.005
    272 0.005 0.01 2.00 0.005
    273 0.01 0.01 1.00 0.005
    274 0.5 0.5 1.00 0.005
    275 1 1 1.00 0.005
    276 1.315 1.315 1.00 0.005
    277 0.01 0.02 2.00 0.005
    278 0.01 1 100.00 0.005
    279 0.01 2.63 263.00 0.005
    280 0.5 1 2.00 0.005
    281 0.5 2.63 5.26 0.005
    282 1 2 2.00 0.005
    283 1 2.63 2.63 0.005
    284 1.315 2.63 2.00 0.005
    285 0.005 0.005 1.00 0.01
    286 0.005 0.01 2.00 0.01
    287 0.01 0.01 1.00 0.01
    288 0.5 0.5 1.00 0.01
    289 1 1 1.00 0.01
    290 1.315 1.315 1.00 0.01
    291 0.01 0.02 2.00 0.01
    292 0.01 1 100.00 0.01
    293 0.01 2.63 263.00 0.01
    294 0.5 1 2.00 0.01
    295 0.5 2.63 5.26 0.01
    296 1 2 2.00 0.01
    297 1 2.63 2.63 0.01
    298 1.315 2.63 2.00 0.01
    299 0.01 0.02 2.00 0.05
    300 0.01 1.00 100.00 0.05
    301 0.01 2.63 263.00 0.05
    302 0.5 1 2.00 0.05
    303 0.5 2.63 5.26 0.05
    304 1 2 2.00 0.05
    305 1 2.63 2.63 0.05
    306 1.315 2.63 2.00 0.05
    307 0.01 0.02 2.00 0.1
    308 0.01 1 100.00 0.1
    309 0.01 2.63 263.00 0.1
    311 0.5 2.63 5.26 0.1
    312 1 2 2.00 0.1
    313 1 2.63 2.63 0.1
    314 1.315 2.63 2.00 0.1
    315 0.01 0.02 2.00 0.11
    316 1.315 2.63 2.00 0.11
    317 0.01 2.64 264.00 0.01
    318 0.01 2.64 264.00 0.1
    319 0.01 2.64 264.00 1.1
    320 0.5 2.64 5.28 0.01
    321 0.5 2.64 5.28 0.1
    322 0.5 2.64 5.28 1.1
    323 1 2.64 2.64 0.01
    324 1 2.64 2.64 0.1
    325 1 2.64 2.64 1.1
    326 1.315 2.64 2.01 0.01
    327 1.315 2.64 2.01 0.1
    328 1.315 2.64 2.01 1.1
    329 1.32 2.64 2.00 0.005
    330 1.32 2.64 2.00 0.01
    331 1.32 2.64 2.00 0.1
    332 1.32 2.64 2.00 1.1
  • Der elektrische Widerstand zwischen der Heizungsverdrahtung 22 und der Heizungselektrode 41 sowie der Sensorausgang wurden für jedes Muster untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 20 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen in Beispiel 1 und sind unter Verwendung von ○ und × gekennzeichnet. [Tabelle 20]
    Muster Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    271 × ×
    272 × ×
    273 × ×
    274 × ×
    275 × ×
    276 × ×
    277 × ×
    278 × ×
    279 × ×
    280 × ×
    281 × ×
    282 × ×
    283 × ×
    284 × ×
    285 × ×
    286 × ×
    287 × ×
    288 × ×
    289 × ×
    290 × ×
    291 ○ ○
    292 ○ ○
    293 ○ ○
    294 ○ ○
    295 ○ ○
    296 ○ ○
    297 ○ ○
    298 ○ ○
    299 ○ ○
    300 ○ ○
    301 ○ ○
    302 ○ ○
    303 ○ ○
    304 ○ ○
    305 ○ ○
    306 ○ ○
    307 ○ ○
    308 ○ ○
    309 ○ ○
    310 ○ ○
    311 ○ ○
    312 ○ ○
    313 ○ ○
    314 ○ ○
    315 × ×
    316 × ×
    317 × ×
    318 × ×
    319 × ×
    320 × ×
    321 × ×
    322 × ×
    323 × ×
    324 × ×
    325 × ×
    326 × ×
    327 × ×
    328 × ×
    329 × ×
    330 × ×
    331 × ×
    332 × ×
  • Tabelle 19 und Tabelle 20 geben an, dass Muster mit den nachfolgenden Bereichen eine hervorragende Verbindungszuverlässigkeit und einen hervorragenden Sensorausgang aufweisen: 0,01 mm ≤ A ≤ 1,315 mm, 0,02 mm ≤ B ≤ 2,63 mm, B/A ≥ 2 und 0,01 mm ≤ d ≤ 0,1 mm.
  • Danach wurden Muster 333 bis Muster 335 hergestellt, indem die Pt/Pd-Zusammensetzung (vgl. Tabelle 21) des ersten Metallmaterials geändert wurde. Andere Materialzusammensetzungen und Strukturen waren dieselben wie diejenigen des Musters 269. Der elektrische Widerstand zwischen der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 sowie der Sensorausgang wurden für jedes Muster untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 21 gezeigt. Beurteilungskriterien sind dieselben wie diejenigen in Beispiel 1 und sind unter Verwendung von O und × gekennzeichnet. [Tabelle 21]
    Muster Pt/Pd-Zusammensetzungsverhältnis (Gew.-%) Beurteilung
    Verbindungszuverlässigkeit Sensorausgang
    333 90/10 ○ ○
    334 50/50 ○ ○
    335 10/90 ○ ○
  • Tabelle 21 gibt an, dass selbst wenn das Pt/Pd-Zusammensetzungsverhältnis des ersten Metallmaterials zwischen 90/10 und 10/90 geändert wird, die Verbindungszuverlässigkeit zwischen der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 und der Sensorausgang in dem Muster 333 bis Muster 335 hervorragend sind.
  • Achtzehntes Ausführungsbeispiel (Fig. 35)
  • Gemäß einem achtzehnten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsstruktur und die Materialien des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 in dem Heizungsabschnitt 14 des Gassensorelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (5) geändert.
  • Wie es in 35 gezeigt ist, weist der Sensorabschnitt 13 dieselbe Konfiguration auf und verwendet dasselbe Material wie der Sensorabschnitt 13 des Gassensorelements 1 gemäß 5.
  • Der Heizungsabschnitt 14 weist dieselbe Konfiguration auf und verwendet dasselbe Material wie der Heizungsabschnitt 14 des Gassensorelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (4).
  • Die Verbindungsstruktur der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 (nicht gezeigt) ist ähnlich zu der Struktur des Sensorabschnitts 13 gemäß dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel (30).
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb deren Beschreibungen entfallen.
  • Gemäß dem achtzehnten Ausführungsbeispiel können Betriebswirkungen erzielt werden, die ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind.
  • Neunzehntes Ausführungsbeispiel (Fig. 36)
  • Gemäß einem neunzehnten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsstruktur und die Materialien des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 in dem Heizungsabschnitt 14 des Gassensorelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (5) geändert.
  • Wie es in 36 gezeigt ist, weist der Sensorabschnitt 13 dieselbe Konfiguration auf und verwendet dasselbe Material wie der Sensorabschnitt 13 des in 5 gezeigten Gassensorelements 1.
  • Der Heizungsabschnitt 14 weist dieselbe Konfiguration auf und verwendet dasselbe Material wie der Heizungsabschnitt 14 des Gassensorelements 1 gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel (27).
  • Die Verbindungsstruktur der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 (nicht gezeigt) ist ähnlich zu derjenigen des Sensorabschnitts 13 gemäß dem vorstehend beschriebenen zehnten Ausführungsbeispiel.
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb deren Beschreibungen entfallen.
  • Gemäß dem neunzehnten Ausführungsbeispiel können Betriebswirkungen erzielt werden, die ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind.
  • Zwanzigstes Ausführungsbeispiel (Fig. 37)
  • Gemäß einem zwanzigsten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur des Elektrodenanschlusses 4 und der Verdrahtungsschicht 2 dieselbe wie diejenige des Gassensorelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (17). Das Material des Heizungsabschnitts 14 ist geändert.
  • Insbesondere besteht, wie es in 37 gezeigt ist, der Unterschied zu dem Heizungsabschnitt 14 des Gassensorelements 1 gemäß 17 darin, dass die Heizungsverdrahtung 22 und die Zwischenschicht 5b in dem Heizungsabschnitt 14 aus dem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind.
  • Die Verbindungsstruktur der ersten Sensorelektrode 40a und der Messgasseitenverdrahtung 20 (nicht gezeigt) ist ähnlich zu der Struktur des Sensorabschnitts 13 gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel (27).
  • Andere Konfigurationen sind ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, weshalb deren Beschreibungen entfallen.
  • Gemäß dem zwanzigsten Ausführungsbeispiel können Betriebswirkungen erzielt werden, die ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind.
  • Ein Gassensorelement gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst eine Konzentration eines spezifischen Gases innerhalb eines Messgases. Das Gassensorelement weist auf: eine Verdrahtungsschicht, die innerhalb eines Sensors gebildet ist; eine Isolierschicht, die eine vordere Oberfläche der Verdrahtungsschicht bedeckt; einen Elektrodenanschluss, der auf einer Hauptoberfläche der Isolierschicht auf einer gegenüber der Verdrahtungsschicht entgegengesetzten Seite der Isolierschicht vorgesehen ist, und elektrisch mit der Verdrahtungsschicht verbunden ist; und eine Zwischenschicht, die zwischen dem Elektrodenanschluss und der Verdrahtungsschicht angeordnet ist und den Elektrodenanschluss und die Verdrahtungsschicht elektrisch verbindet. Der Elektrodenanschluss ist aus einem ersten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Verdrahtungsschicht ist aus einem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt. Die Zwischenschicht ist aus demjenigen des ersten Metallmaterials und des zweiten Metallmaterials zusammengesetzt, das den niedrigeren Schmelzpunkt aufweist.

Claims (8)

  1. Gassensorelement (1), das eine Konzentration eines spezifischen Gases innerhalb eines Messgases erfasst, wobei das Gassensorelement (1) aufweist: eine Verdrahtungsschicht (2), die innerhalb eines Sensors gebildet ist, eine Isolierschicht (3), die eine vordere Oberfläche der Verdrahtungsschicht (2) bedeckt, einen Elektrodenanschluss (4), der auf einer Hauptoberfläche der Isolierschicht (3) auf einer gegenüber der Verdrahtungsschicht (2) entgegengesetzten Seite der Isolierschicht (3) vorgesehen ist und elektrisch mit der Verdrahtungsschicht (2) verbunden ist, eine Zwischenschicht (5), die zwischen dem Elektrodenanschluss (4) und der Verdrahtungsschicht (2) angeordnet ist und elektrisch den Elektrodenanschluss (4) und die Verdrahtungsschicht (2) verbindet, und eine Durchgangsöffnung (6), die durch die Isolierschicht (3) verläuft, ein darin angeordnetes Metallverbindungsteil (60a) aufweist, einen kleineren äußeren Durchmesser als die Zwischenschicht (5) aufweist und die Zwischenschicht (5) mit dem Elektrodenanschluss (4) verbindet, wobei das Verbindungsteil (60a) und der Elektrodenanschluss (4) aus einem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind, die Verdrahtungsschicht (2) und die Zwischenschicht (5) aus einem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt sind, und das zweite Metallmaterial einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metallmaterial aufweist.
  2. Gassensorelement (1), das eine Konzentration eines spezifischen Gases innerhalb eines Messgases erfasst, wobei das Gassensorelement (1) aufweist: eine Verdrahtungsschicht (2), die innerhalb eines Sensors gebildet ist, eine Isolierschicht (3), die eine vordere Oberfläche der Verdrahtungsschicht (2) bedeckt, einen Elektrodenanschluss (4), der auf einer Hauptoberfläche der Isolierschicht (3) auf einer gegenüber der Verdrahtungsschicht (2) entgegengesetzten Seite der Isolierschicht (3) vorgesehen ist und elektrisch mit der Verdrahtungsschicht (2) verbunden ist, und eine Zwischenschicht (5), die zwischen dem Elektrodenanschluss (4) und der Verdrahtungsschicht (2) angeordnet ist und elektrisch den Elektrodenanschluss (4) und die Verdrahtungsschicht (2) verbindet, eine erste Durchgangsöffnung (6a), die durch die Isolierschicht (3) verläuft, ein darin angeordnetes erstes Metallverbindungsteil (60b) aufweist, einen kleineren äußeren Durchmesser als die Zwischenschicht (5) aufweist und die Zwischenschicht (5) mit dem Elektrodenanschluss (4) verbindet, und eine zweite Durchgangsöffnung (6b), die durch die Isolierschicht (3) verläuft, ein darin angeordnetes zweites Metallverbindungsteil (66) aufweist, einen kleineren äußeren Durchmesser als die Zwischenschicht (5) aufweist und die Verdrahtungsschicht (2) mit der Zwischenschicht (5) verbindet, wobei das erste Verbindungsteil (60b) und der Elektrodenanschluss (4) aus einem ersten Metallmaterial zusammengesetzt sind, die Verdrahtungsschicht (2) und das zweite Verbindungsteil (66) aus einem zweiten Metallmaterial zusammengesetzt sind, und die Zwischenschicht (5) aus demjenigen des ersten Metallmaterials und des zweiten Metallmaterials zusammengesetzt ist, das den niedrigeren Schmelzpunkt aufweist.
  3. Gassensorelement (1) nach Anspruch 1, wobei ein Leerraum in dem Umgebungsabschnitt der Zwischenschicht (5) gebildet ist, der die Umgebung einer Grenzfläche mit der Zwischenschicht (5) ist, die in Kontakt mit dem Verbindungsteil (60a) steht, das aus einem Metallmaterial zusammengesetzt ist, das sich von demjenigen der Zwischenschicht (5) unterscheidet.
  4. Gassensorelement (1) nach Anspruch 1 oder 3, wobei eine Beziehung B/A ≥ 2 zwischen einem äußeren Durchmesser A der Durchgangsöffnung (6) und einem äußeren Durchmesser B der Zwischenschicht (5) festgelegt ist, und eine Dicke d der Zwischenschicht (5) 0,01 mm oder mehr beträgt.
  5. Gassensorelement (1) nach Anspruch 2, wobei ein Leerraum in dem Umgebungsabschnitt der Zwischenschicht (5) gebildet ist, der die Umgebung einer Grenzfläche mit der Zwischenschicht (5) ist, die in Kontakt mit dem Verbindungsteil (60b, 66) steht, das aus einem Metallmaterial zusammengesetzt ist, das sich von demjenigen der Zwischenschicht (5) unterscheidet.
  6. Gassensorelement (1) nach Anspruch 2 oder 5, wobei eine Beziehung B/A ≥ 2 zwischen einem äußeren Durchmesser A der ersten Durchgangsöffnung (6a) und einem äußeren Durchmesser B der Zwischenschicht (5) festgelegt ist, eine Beziehung B/A ≥ 2 zwischen einem äußeren Durchmesser A der zweiten Durchgangsöffnung (6b) und einem äußeren Durchmesser B der Zwischenschicht (5) festgelegt ist, und eine Dicke d der Zwischenschicht (5) 0,01 mm oder mehr beträgt.
  7. Gassensor mit einem Gassensorelement (1) nach Anspruch 1.
  8. Gassensor mit einem Gassensorelement (1) nach Anspruch 2.
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