JP2002296222A - センサ素子 - Google Patents
センサ素子Info
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- G01—MEASURING; TESTING
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- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 センサ素子の外面で生じる温度勾配を減少さ
せ、セラミックスの亀裂を阻止する。 【解決手段】 センサ素子１０の少なくとも１つの外面
に、少なくとも所定の範囲で、熱伝導性の層５１が被着
されており、該熱伝導性の層５１が、当該センサ素子１
０の外面の材料よりも高い熱伝導率を有している。
せ、セラミックスの亀裂を阻止する。 【解決手段】 センサ素子１０の少なくとも１つの外面
に、少なくとも所定の範囲で、熱伝導性の層５１が被着
されており、該熱伝導性の層５１が、当該センサ素子１
０の外面の材料よりも高い熱伝導率を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に内燃機関の排
ガスの少なくとも１種のガス成分を測定するための、加
熱装置を備えたセンサ素子に関する。
ガスの少なくとも１種のガス成分を測定するための、加
熱装置を備えたセンサ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】このようなセンサ素子は当業者に知られ
ており、たとえば内燃機関の排ガス中の酸素含量を測定
しかつこの内燃機関における燃焼混合物の空燃比を制御
するために働くガスセンサにおいて使用される。センサ
素子はガスセンサのハウジング内に密なパッケージによ
って位置固定されている。このガスセンサは排気管に設
けられた測定開口に取り付けられている。センサ素子は
少なくとも１つの電気化学的なセルを有しており、この
セルは第１の電極と第２の電極と、これら両電極の間に
配置された固体電解質とを有している。電気化学的なセ
ルは加熱装置を用いて、たとえば５００〜８００℃の温
度にまで加熱される。
ており、たとえば内燃機関の排ガス中の酸素含量を測定
しかつこの内燃機関における燃焼混合物の空燃比を制御
するために働くガスセンサにおいて使用される。センサ
素子はガスセンサのハウジング内に密なパッケージによ
って位置固定されている。このガスセンサは排気管に設
けられた測定開口に取り付けられている。センサ素子は
少なくとも１つの電気化学的なセルを有しており、この
セルは第１の電極と第２の電極と、これら両電極の間に
配置された固体電解質とを有している。電気化学的なセ
ルは加熱装置を用いて、たとえば５００〜８００℃の温
度にまで加熱される。
【０００３】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８３
４２７６号明細書に基づき、センサ素子を備えた排ガス
センサが公知である。この公知の排ガスセンサのセンサ
素子はプレーナ技術で構築されていて、層構造を有して
いる。センサ素子は測定領域に電気化学的なセルを有し
ており、このセルは、同じく測定領域に配置された加熱
装置によって加熱される。電気化学的なセルの電極なら
びに加熱装置は、センサ素子の供給線路領域に敷設され
た供給線路によってコンタクト形成面に電気的に接続さ
れている。これらのコンタクト形成面はセンサ素子の、
測定領域とは反対の側の端部に設置されている。加熱装
置は第１の固体電解質シートと第２の固体電解質シート
との間に配置されていて、測定領域にヒータを有してい
る。このヒータはヒータ絶縁部によって周囲の固体電解
質シートから分離されていてよい。
４２７６号明細書に基づき、センサ素子を備えた排ガス
センサが公知である。この公知の排ガスセンサのセンサ
素子はプレーナ技術で構築されていて、層構造を有して
いる。センサ素子は測定領域に電気化学的なセルを有し
ており、このセルは、同じく測定領域に配置された加熱
装置によって加熱される。電気化学的なセルの電極なら
びに加熱装置は、センサ素子の供給線路領域に敷設され
た供給線路によってコンタクト形成面に電気的に接続さ
れている。これらのコンタクト形成面はセンサ素子の、
測定領域とは反対の側の端部に設置されている。加熱装
置は第１の固体電解質シートと第２の固体電解質シート
との間に配置されていて、測定領域にヒータを有してい
る。このヒータはヒータ絶縁部によって周囲の固体電解
質シートから分離されていてよい。
【０００４】測定領域ならびに測定領域と供給線路領域
との移行領域では、センサ素子の外面に高い温度勾配が
生じる恐れがある。このような温度勾配は高い圧縮応力
もしくは引張応力を招き、ひいてはセラミックスに亀裂
を招く恐れがある。
との移行領域では、センサ素子の外面に高い温度勾配が
生じる恐れがある。このような温度勾配は高い圧縮応力
もしくは引張応力を招き、ひいてはセラミックスに亀裂
を招く恐れがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、セン
サ素子の外面で生じる温度勾配が減じられ、ひいてはセ
ラミックスの亀裂が阻止されるようなセンサ素子を提供
することである。
サ素子の外面で生じる温度勾配が減じられ、ひいてはセ
ラミックスの亀裂が阻止されるようなセンサ素子を提供
することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、センサ素子の少なくとも１つの外
面に、少なくとも所定の範囲で、熱伝導性の層が被着さ
れており、該熱伝導性の層が、当該センサ素子の外面の
材料よりも高い熱伝導率を有しているようにした。
に本発明の構成では、センサ素子の少なくとも１つの外
面に、少なくとも所定の範囲で、熱伝導性の層が被着さ
れており、該熱伝導性の層が、当該センサ素子の外面の
材料よりも高い熱伝導率を有しているようにした。
【０００７】
【発明の効果】本発明によるセンサ素子には、公知先行
技術のものに比べて次のような利点がある。すなわち、
センサ素子の外面における温度勾配が熱伝導性の層によ
り減じられるので、熱による圧縮応力および引張応力に
基づいた亀裂が阻止される。このような圧縮応力および
引張応力は、加熱装置によるセンサ素子の加熱と、作動
時にセンサ素子の外部に存在する温度とに基づき生ぜし
められるセンサ素子の不均一な温度分布が原因で生じる
恐れがある。熱伝導性の層は互いに異なる温度を有する
範囲の間の温度補償を行い、これにより、温度勾配が減
じられ、ひいては機械的な応力も減じられる。
技術のものに比べて次のような利点がある。すなわち、
センサ素子の外面における温度勾配が熱伝導性の層によ
り減じられるので、熱による圧縮応力および引張応力に
基づいた亀裂が阻止される。このような圧縮応力および
引張応力は、加熱装置によるセンサ素子の加熱と、作動
時にセンサ素子の外部に存在する温度とに基づき生ぜし
められるセンサ素子の不均一な温度分布が原因で生じる
恐れがある。熱伝導性の層は互いに異なる温度を有する
範囲の間の温度補償を行い、これにより、温度勾配が減
じられ、ひいては機械的な応力も減じられる。
【０００８】請求項２以下に記載の手段により、請求項
１に記載のガスセンサの有利な改良が可能となる。
１に記載のガスセンサの有利な改良が可能となる。
【０００９】プレーナ技術で製作されたセンサ素子にお
いて熱伝導性の層が、加熱装置の層平面に対して平行な
外面に配置されると、熱伝導性の層をパネルに塗布する
ことができるという製作技術的な利点が得られる。加熱
装置の比較的近くに位置する外面に熱伝導性の層が設け
られると特に有利である。なぜならば、この外面では温
度勾配、ひいては機械的な応力が最大となるからであ
る。
いて熱伝導性の層が、加熱装置の層平面に対して平行な
外面に配置されると、熱伝導性の層をパネルに塗布する
ことができるという製作技術的な利点が得られる。加熱
装置の比較的近くに位置する外面に熱伝導性の層が設け
られると特に有利である。なぜならば、この外面では温
度勾配、ひいては機械的な応力が最大となるからであ
る。
【００１０】センサ素子が測定領域と供給線路領域とを
有していて、加熱装置によって主として測定領域が加熱
される場合、熱伝導性の層をセンサ素子の外面に沿って
測定領域および／または測定領域と供給線路領域との間
の移行領域に少なくとも所定の範囲で設けることができ
るので有利である。なぜならば、これらの範囲では加熱
によって高い機械的な応力が生じる危険があるからであ
る。
有していて、加熱装置によって主として測定領域が加熱
される場合、熱伝導性の層をセンサ素子の外面に沿って
測定領域および／または測定領域と供給線路領域との間
の移行領域に少なくとも所定の範囲で設けることができ
るので有利である。なぜならば、これらの範囲では加熱
によって高い機械的な応力が生じる危険があるからであ
る。
【００１１】熱伝導性の層が特にセンサ素子の縁部の範
囲に設けられていると有利である。なぜならば、これら
の範囲では機械的な応力に基づいた亀裂発生率が最大と
なるからである。さらに、熱伝導性の層が、１つの外面
または複数の外面で温度勾配の方向に沿ってセンサ素子
の縁部にまで延びていると有利である。すなわち、プレ
ーナ型のセンサ素子の場合では、熱伝導性の層が、たと
えばセンサ素子の１つの外面の層平面に対する加熱装置
の中央部の投影図から出発して、この外面を閉じる縁部
にまで放射状に延びる熱伝導路パターンを有していてよ
い。これにより、外面の冷たい縁部と外面の温かい中央
部との間の熱補償を著しく制限することなしに、熱伝導
性の層の材料を節約することができる。さらに、熱伝導
性の層が格子状に構造化されていてもよい。このような
手段により、やはり熱伝導性の層の材料を節約すること
ができる。
囲に設けられていると有利である。なぜならば、これら
の範囲では機械的な応力に基づいた亀裂発生率が最大と
なるからである。さらに、熱伝導性の層が、１つの外面
または複数の外面で温度勾配の方向に沿ってセンサ素子
の縁部にまで延びていると有利である。すなわち、プレ
ーナ型のセンサ素子の場合では、熱伝導性の層が、たと
えばセンサ素子の１つの外面の層平面に対する加熱装置
の中央部の投影図から出発して、この外面を閉じる縁部
にまで放射状に延びる熱伝導路パターンを有していてよ
い。これにより、外面の冷たい縁部と外面の温かい中央
部との間の熱補償を著しく制限することなしに、熱伝導
性の層の材料を節約することができる。さらに、熱伝導
性の層が格子状に構造化されていてもよい。このような
手段により、やはり熱伝導性の層の材料を節約すること
ができる。
【００１２】熱伝導性の層が金属、特に白金を含有して
いて、５〜５０μｍの範囲の厚さを有していると、熱伝
導性の層の良好な熱伝導性が保証されている。安定化の
ためには、熱伝導性の層がセラミック材料、たとえばＡ
ｌ２Ｏ３を有していてよい。
いて、５〜５０μｍの範囲の厚さを有していると、熱伝
導性の層の良好な熱伝導性が保証されている。安定化の
ためには、熱伝導性の層がセラミック材料、たとえばＡ
ｌ２Ｏ３を有していてよい。
【００１３】熱伝導性の層がたとえば外部影響により除
去されたり、あるいはまた高い温度により蒸発除去され
ることを阻止するためには、熱伝導性の層が保護層によ
ってカバーされると有利である。この保護層はセラミッ
ク材料、たとえばＡｌ２Ｏ３および／またはＺｒＯ２を
有している。この保護層は閉じられた多孔質に形成され
ていて、１０〜１００μｍの厚さを有していると有利で
ある。
去されたり、あるいはまた高い温度により蒸発除去され
ることを阻止するためには、熱伝導性の層が保護層によ
ってカバーされると有利である。この保護層はセラミッ
ク材料、たとえばＡｌ２Ｏ３および／またはＺｒＯ２を
有している。この保護層は閉じられた多孔質に形成され
ていて、１０〜１００μｍの厚さを有していると有利で
ある。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
面につき詳しく説明する。
【００１５】図１ならびに図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、図
２ｄ、図２ｅ、図２ｆおよび図２ｇには、本発明の実施
例として、測定領域１５と供給線路領域１６とを備え
た、いわゆる「ラムダソンデ」、つまり酸素センサのセ
ンサ素子１０が示されている。このセンサ素子１０は層
システムとして構築されていて、第１の固体電解質層２
１と第２の固体電解質層２２と第３の固体電解質層２３
と第４の固体電解質層２４とを有している。第１の固体
電解質層２１には、センサ素子１０の外面で測定領域１
５において第１の電極３１が被着されており、この第１
の電極３１は電極保護層３３によって被覆されている。
この電極保護層３３は多孔質に形成されているので、第
１の電極３１は、センサ素子１０を取り囲む測定ガスに
さらされている。シート状の第１の固体電解質層２１
の、第１の電極３１とは反対の側には、第２の電極３２
が被着されている。第２の電極３２は、シート状の第２
の固体電解質層２２に導入された基準ガス室３４内に配
置されている。この基準ガス室３４は多孔質の材料で充
填されていてよい。
２ｄ、図２ｅ、図２ｆおよび図２ｇには、本発明の実施
例として、測定領域１５と供給線路領域１６とを備え
た、いわゆる「ラムダソンデ」、つまり酸素センサのセ
ンサ素子１０が示されている。このセンサ素子１０は層
システムとして構築されていて、第１の固体電解質層２
１と第２の固体電解質層２２と第３の固体電解質層２３
と第４の固体電解質層２４とを有している。第１の固体
電解質層２１には、センサ素子１０の外面で測定領域１
５において第１の電極３１が被着されており、この第１
の電極３１は電極保護層３３によって被覆されている。
この電極保護層３３は多孔質に形成されているので、第
１の電極３１は、センサ素子１０を取り囲む測定ガスに
さらされている。シート状の第１の固体電解質層２１
の、第１の電極３１とは反対の側には、第２の電極３２
が被着されている。第２の電極３２は、シート状の第２
の固体電解質層２２に導入された基準ガス室３４内に配
置されている。この基準ガス室３４は多孔質の材料で充
填されていてよい。
【００１６】センサ素子１０の測定領域１５を加熱する
ためには、第３の固体電解質層２３と第４の固体電解質
層２４との間に加熱装置４０が設けられている。この加
熱装置４０はヒータ４０を有しており、このヒータ４１
はヒータ絶縁部４２によって周囲の固体電解質層２３，
２４から電気的に絶縁されている。ヒータ４１とヒータ
絶縁部４２とは、側方でシールフレーム４３により取り
囲まれる。このシールフレーム４３は、たとえばイオン
伝導性の材料から成っている。また、ヒータ４１が周囲
の固体電解質層２３，２４から電気的に絶縁されていな
いか、または少なくとも完全には絶縁されていないよう
な構成、あるいはヒータ絶縁部４２がセンサ素子１０の
側面にまで案内されていて、シールフレーム４３が節約
され得るような構成も考えられる。
ためには、第３の固体電解質層２３と第４の固体電解質
層２４との間に加熱装置４０が設けられている。この加
熱装置４０はヒータ４０を有しており、このヒータ４１
はヒータ絶縁部４２によって周囲の固体電解質層２３，
２４から電気的に絶縁されている。ヒータ４１とヒータ
絶縁部４２とは、側方でシールフレーム４３により取り
囲まれる。このシールフレーム４３は、たとえばイオン
伝導性の材料から成っている。また、ヒータ４１が周囲
の固体電解質層２３，２４から電気的に絶縁されていな
いか、または少なくとも完全には絶縁されていないよう
な構成、あるいはヒータ絶縁部４２がセンサ素子１０の
側面にまで案内されていて、シールフレーム４３が節約
され得るような構成も考えられる。
【００１７】第４の固体電解質層２４の、センサ素子１
０の層平面に対して平行な外面には、熱伝導性の層５１
が被着されている。この熱伝導性の層５１は当業者によ
く知られている手段、たとえばスクリーン印刷技術で製
作されている。熱伝導性の層５１は、同じくたとえばス
クリーン印刷技術で被着された保護層５２により被覆さ
れている。熱伝導性の層５１は白金から成っていて、５
〜５０μｍ、有利には１２μｍの厚さを有している。保
護層５２はセラミック材料、たとえばＡｌ２Ｏ ３、Ｚｒ
Ｏ２またはＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２との混合物から成って
いて、１０〜１００μｍ、有利には３０μｍの厚さを有
している。
０の層平面に対して平行な外面には、熱伝導性の層５１
が被着されている。この熱伝導性の層５１は当業者によ
く知られている手段、たとえばスクリーン印刷技術で製
作されている。熱伝導性の層５１は、同じくたとえばス
クリーン印刷技術で被着された保護層５２により被覆さ
れている。熱伝導性の層５１は白金から成っていて、５
〜５０μｍ、有利には１２μｍの厚さを有している。保
護層５２はセラミック材料、たとえばＡｌ２Ｏ ３、Ｚｒ
Ｏ２またはＡｌ２Ｏ３とＺｒＯ２との混合物から成って
いて、１０〜１００μｍ、有利には３０μｍの厚さを有
している。
【００１８】図２ａ〜図２ｇには、本発明による実施例
の複数の構成が図示されている。図２ａ〜図２ｇには、
第４の固体電解質層２４および熱伝導性の層５１の平面
図が示されており、この場合、熱伝導性の層５１の位置
を明瞭にするために、保護層５２は図示されていない。
保護層５２は、この保護層５２が熱伝導性の層５１を完
全にカバーするように配置されている。センサ素子１０
の外面に配置されているのではなく、第３の固体電解質
層２３と第４の固体電解質層２４との間で層平面内に配
置されているヒータ４１の位置は、図２ａに破線で描か
れている。図２ｂ〜図２ｇにおけるヒータ４１の位置
は、図２ａにおけるヒータ４１の位置に相当している。
の複数の構成が図示されている。図２ａ〜図２ｇには、
第４の固体電解質層２４および熱伝導性の層５１の平面
図が示されており、この場合、熱伝導性の層５１の位置
を明瞭にするために、保護層５２は図示されていない。
保護層５２は、この保護層５２が熱伝導性の層５１を完
全にカバーするように配置されている。センサ素子１０
の外面に配置されているのではなく、第３の固体電解質
層２３と第４の固体電解質層２４との間で層平面内に配
置されているヒータ４１の位置は、図２ａに破線で描か
れている。図２ｂ〜図２ｇにおけるヒータ４１の位置
は、図２ａにおけるヒータ４１の位置に相当している。
【００１９】図２ａに示した構成では、熱伝導性の層５
１がセンサ素子１０の測定領域１５と、センサ素子１０
の測定領域１５と供給線路領域１６との間の移行領域と
を完全にカバーしている。図２ｂもしくは図２ｃに示し
た構成では、測定領域１５もしくは移行領域がカバーさ
れる。
１がセンサ素子１０の測定領域１５と、センサ素子１０
の測定領域１５と供給線路領域１６との間の移行領域と
を完全にカバーしている。図２ｂもしくは図２ｃに示し
た構成では、測定領域１５もしくは移行領域がカバーさ
れる。
【００２０】図２ｄに示した構成では、熱伝導性の層５
１が、第４の固体電解質層２４の外面の縁部の範囲に設
けられている。図２ｅに示した構成では、熱伝導性の層
５１が、星形もしくは放射状に配置された熱伝導路を有
しており、これらの熱伝導路はセンサ素子１０の外面の
測定領域１５の中央部から外面の縁部にまで延びてい
て、測定領域１５における外面の中央部と縁部との間の
温度補償を可能にする。図２ｆに示した構成は、図２ｄ
の構成と図２ｅの構成との組み合わせである。すなわ
ち、熱伝導性の層５１の放射状に延びる熱伝導路はそれ
ぞれ第４の固体電解質層２４の外面の縁部に設けられた
熱伝導路に接続されている。図２ｇに示した構成では、
熱伝導性の層５１が格子状の構造を有している。
１が、第４の固体電解質層２４の外面の縁部の範囲に設
けられている。図２ｅに示した構成では、熱伝導性の層
５１が、星形もしくは放射状に配置された熱伝導路を有
しており、これらの熱伝導路はセンサ素子１０の外面の
測定領域１５の中央部から外面の縁部にまで延びてい
て、測定領域１５における外面の中央部と縁部との間の
温度補償を可能にする。図２ｆに示した構成は、図２ｄ
の構成と図２ｅの構成との組み合わせである。すなわ
ち、熱伝導性の層５１の放射状に延びる熱伝導路はそれ
ぞれ第４の固体電解質層２４の外面の縁部に設けられた
熱伝導路に接続されている。図２ｇに示した構成では、
熱伝導性の層５１が格子状の構造を有している。
【００２１】熱伝導性の層５１はセンサ素子１０の外面
の縁部に対して間隔を形成することなしに、この縁部に
まで案内されていてよい。また、熱伝導性の層５１が外
面の縁部に対して小さな間隔を有しているような構成
や、保護層５２が熱伝導性の層５１と縁部との間の間隙
を埋めていて、これによって熱伝導性の層５１を側方で
もカバーしているような構成も考えられる。縁部に対す
る熱伝導性の層５１の間隔は、縁部の範囲に著しい温度
勾配が生じ得ない程度に小さく維持されていなければな
らない。このことは、熱伝導性の層５１の間隔が０．５
ｍｍよりも大きくない場合に確実に保証されている。
の縁部に対して間隔を形成することなしに、この縁部に
まで案内されていてよい。また、熱伝導性の層５１が外
面の縁部に対して小さな間隔を有しているような構成
や、保護層５２が熱伝導性の層５１と縁部との間の間隙
を埋めていて、これによって熱伝導性の層５１を側方で
もカバーしているような構成も考えられる。縁部に対す
る熱伝導性の層５１の間隔は、縁部の範囲に著しい温度
勾配が生じ得ない程度に小さく維持されていなければな
らない。このことは、熱伝導性の層５１の間隔が０．５
ｍｍよりも大きくない場合に確実に保証されている。
【００２２】念のため付言しておくと、センサ素子１０
の外面における熱伝導性の層５１の本発明による配置
は、図１に示したセンサタイプに限定されているわけで
はなく、一般的に、外面に温度勾配に基づいた機械的な
応力が生じるようなセンサ素子のために使用され得る。
の外面における熱伝導性の層５１の本発明による配置
は、図１に示したセンサタイプに限定されているわけで
はなく、一般的に、外面に温度勾配に基づいた機械的な
応力が生じるようなセンサ素子のために使用され得る。
【００２３】図示されていない別の実施例では、センサ
素子の複数の外面が熱伝導性の層を備えている。
素子の複数の外面が熱伝導性の層を備えている。
【図１】本発明によるセンサ素子の１実施例による測定
領域の横断面図である。
領域の横断面図である。
【図２ａ】本発明によるセンサ素子の熱伝導性の層の構
成を示す平面図である。
成を示す平面図である。
【図２ｂ】本発明によるセンサ素子の熱伝導性の層の別
の構成を示す平面図である。
の構成を示す平面図である。
【図２ｃ】本発明によるセンサ素子の熱伝導性の層のさ
らに別の構成を示す平面図である。
らに別の構成を示す平面図である。
【図２ｄ】本発明によるセンサ素子の熱伝導性の層のさ
らに別の構成を示す平面図である。
らに別の構成を示す平面図である。
【図２ｅ】本発明によるセンサ素子の熱伝導性の層のさ
らに別の構成を示す平面図である。
らに別の構成を示す平面図である。
【図２ｆ】本発明によるセンサ素子の熱伝導性の層のさ
らに別の構成を示す平面図である。
らに別の構成を示す平面図である。
【図２ｇ】本発明によるセンサ素子の熱伝導性の層のさ
らに別の構成を示す平面図である。
らに別の構成を示す平面図である。
１０ センサ素子、 １５ 測定領域、 １６ 供給線
路領域、 ２１ 第１の固体電解質層、 ２２ 第２の
固体電解質層、 ２３ 第３の固体電解質層、２４ 第
４の固体電解質層、 ３１ 第１の電極、 ３２ 第２
の電極、 ３３ 電極保護層、 ３４ 基準ガス室、
４０ 加熱装置、 ４１ ヒータ、４２ ヒータ絶縁
部、 ４３ シールフレーム、 ５１ 熱伝導性の層、
５２保護層
路領域、 ２１ 第１の固体電解質層、 ２２ 第２の
固体電解質層、 ２３ 第３の固体電解質層、２４ 第
４の固体電解質層、 ３１ 第１の電極、 ３２ 第２
の電極、 ３３ 電極保護層、 ３４ 基準ガス室、
４０ 加熱装置、 ４１ ヒータ、４２ ヒータ絶縁
部、 ４３ シールフレーム、 ５１ 熱伝導性の層、
５２保護層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−イェルク レンツ ドイツ連邦共和国 ラインフェルデン−エ ヒターディンゲン ウールベルクシュトラ ーセ ５ (72)発明者 ローター ディール ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト グ ルーベンエッカー 141 Ｆターム(参考） 2G004 BB04 BC02 BF09 BJ02 BJ03 BJ10 BM07
Claims (25)
- 【請求項１】 特に内燃機関の排ガスの少なくとも１種
のガス成分を測定するための、加熱装置を備えたセンサ
素子において、センサ素子（１０）の少なくとも１つの
外面に、少なくとも所定の範囲で、熱伝導性の層（５
１）が被着されており、該熱伝導性の層（５１）が、当
該センサ素子（１０）の外面の材料よりも高い熱伝導率
を有していることを特徴とするセンサ素子。 - 【請求項２】 熱伝導性の層（５１）が、当該センサ素
子（１０）の外面の、加熱装置（４０）による当該セン
サ素子（１０）の加熱に基づき、かつ作動時に当該セン
サ素子（１０）の外部に存在する温度分布に基づき、高
い温度勾配を有する範囲に設けられている、請求項１記
載のセンサ素子。 - 【請求項３】 当該センサ素子（１０）が層構造を有し
ており、加熱装置（４０）が当該センサ素子（１０）の
層平面に配置されている、請求項１または２記載のセン
サ素子。 - 【請求項４】 熱伝導性の層（５１）が、当該センサ素
子（１０）の、加熱装置（４０）の層平面に対して平行
な外面に被着されている、請求項３記載のセンサ素子。 - 【請求項５】 熱伝導性の層（５１）が、当該センサ素
子（１０）の、加熱装置（４０）の最も近くに位置する
外面に配置されている、請求項１から４までのいずれか
１項記載のセンサ素子。 - 【請求項６】 当該センサ素子（１０）が、測定領域
（１５）と供給線路領域（１６）とを有しており、測定
領域（１５）が移行領域で供給線路領域（１６）へ移行
しており、加熱装置（４０）が、当該センサ素子（１
０）の測定領域（１５）および／または移行領域に設け
られている、請求項１から５までのいずれか１項記載の
センサ素子。 - 【請求項７】 熱伝導性の層（５１）が、少なくとも当
該センサ素子（１０）の測定領域（１５）および／また
は移行領域に配置されている、請求項６記載のセンサ素
子。 - 【請求項８】 熱伝導性の層（５１）が、特に測定領域
（１５）および／または供給線路領域（１６）における
当該センサ素子（１０）の外面の縁部に、少なくとも所
定の範囲で設けられている、請求項１から７までのいず
れか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項９】 熱伝導性の層（５１）が、少なくとも測
定領域（１５）および／または該測定領域（１５）と供
給線路領域（１６）との間の移行領域で、当該センサ素
子（１０）の少なくともほぼ全ての大面をカバーしてい
る、請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサ素
子。 - 【請求項１０】 熱伝導性の層（５１）が、該熱伝導性
の層（５１）の層平面に対する加熱装置（４０）の中央
の範囲の投影図から出発して、当該センサ素子（１０）
の縁部にまで放射状に延びる熱伝導路パターンを有して
いる、請求項１から９までのいずれか１項記載のセンサ
素子。 - 【請求項１１】 熱伝導性の層（５１）が格子体として
形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項
記載のセンサ素子。 - 【請求項１２】 当該センサ素子（１０）が、測定領域
（１５）に少なくとも１つの電気化学的なセルを有して
おり、該セルが、第１の電極（３１）および第２の電極
（３２）ならびに第１の電極（３１）と第２の電極（３
２）との間に配置された固体電解質層（２１）を有して
いる、請求項６から１１までのいずれか１項記載のセン
サ素子。 - 【請求項１３】 前記第１の電極（３１）が測定ガスと
接触しており、前記第２の電極（５２）が、当該センサ
素子（１０）内に導入された基準ガス室（３４）内に存
在する基準ガスと接触している、請求項１２記載のセン
サ素子。 - 【請求項１４】 加熱装置（４０）がヒータ（４１）を
有しており、該ヒータ（４１）がヒータ絶縁部（４２）
内に埋め込まれている、請求項１から１３までのいずれ
か１項記載のセンサ素子。 - 【請求項１５】 熱伝導性の層（５１）が、主要成分と
して少なくとも１種の金属を有している、請求項１から
１４までのいずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項１６】 熱伝導性の層（５１）が白金を有して
いる、請求項１から１５までのいずれか１項記載のセン
サ素子。 - 【請求項１７】 熱伝導性の層（５１）が、５〜５０μ
ｍ、有利には１２μｍの厚さを有している、請求項１か
ら１６までのいずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項１８】 熱伝導性の層（５１）がＡｌ２Ｏ３を
有している、請求項１から１７までのいずれか１項記載
のセンサ素子。 - 【請求項１９】 熱伝導性の層（５１）が保護層（５
２）によってカバーされている、請求項１から１８まで
のいずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項２０】 前記保護層（５２）がＡｌ２Ｏ３およ
び／またはＺｒ２Ｏを有している、請求項１から１９ま
でのいずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項２１】 前記保護層（５２）が、閉じられた多
孔質を有している、請求項１から２０までのいずれか１
項記載のセンサ素子。 - 【請求項２２】 前記保護層（５２）が、１０〜１００
μｍ、有利には３０μｍの厚さを有する、密に焼結され
た層である、請求項１から２１までのいずれか１項記載
のセンサ素子。 - 【請求項２３】 熱伝導性の層（５１）が、当該センサ
素子（１０）の外面の縁部にまで達しているか、または
該縁部に対して最大０．５ｍｍの間隔を有している、請
求項１から２２までのいずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項２４】 熱伝導性の層（５１）が、当該センサ
素子（１０）の外面の材料よりも高い熱伝導率を有して
いる、請求項１から２３までのいずれか１項記載のセン
サ素子。 - 【請求項２５】 熱伝導性の層（５１）の熱伝導率が、
当該センサ素子（１０）の外面の材料の熱伝導率の少な
くとも２倍の大きさを有している、請求項１から２４ま
でのいずれか１項記載のセンサ素子。
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