JP2005520155A - センサエレメント - Google Patents

Abstract

気体又は液体の物理的な特性を検出するため、特に内燃機関の気体成分の濃度又は排ガスの温度を検出するための層状に構成されたセンサエレメント（１０）を提案する。このセンサエレメント（１０）は、第１の層（２１）及び第２の層（２２）並びに少なくとも１つのコンタクト面（３０）を有しており、このコンタクト面は、第１の層（２１）と第２の層（２２）との間の１層平面内に配置されている。第１の層（２１）は、コンタクト面（３０）の範囲に切欠き（４０，４１，４２）を有している。

Description

背景技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の形式のセンサエレメントから出発する。

このような形式のセンサエレメントは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３７１６３号明細書に記載されている。この公知の平面状のセンサエレメントは、３つのセラミックの担体層を有している。センサエレメントの測定側の端部では、セラミックの担体層の上及び間に、例えば電極等の電気的なエレメントと加熱エレメントとが配置されている。電気的なエレメントは導体路を介して、センサエレメントの接続側の端部に設けられたコンタクト面と電気的に接続されている。これらのコンタクト面は、センサエレメントの外面に配置されており且つ測定センサの外部に配置された電気的な配線に対する電気的な接続を可能にするコンタクト部材と電気的に接触接続している。

電気的なエレメントと対応する導体路とは、少なくとも部分的にセンサエレメント内部の１層平面内に配置されている。導体路とコンタクト面との間を電気的に接続するためには、１セラミック担体層を貫通するスルーコンタクトが必要になる。このようなスルーコンタクトは、製作技術的に手間がかかり且つ少なからぬ欠陥リスクを負っている。

発明の利点
これに対して独立請求項１の特徴部に記載の構成を有する本発明によるセンサエレメントは、製作技術的に簡単なセンサエレメントの接触接続が実現されており、この接触接続は小さな欠陥リスクで廉価に製作可能であるという利点を有している。このためには、コンタクト面がセンサエレメントの第１の層と第２の層との間の１層平面内に配置されており且つ第１のセラミック層のコンタクト面の領域には切欠きが設けられている。

センサエレメントの内部に配置された、例えば電極又はヒータ等の電気的なエレメントは、導体路を介してコンタクト面と電気的に接続されている。センサエレメントの第１の層に設けられた切欠き内には、センサエレメントを接触接続するためにコンタクト部材が配置されており、このコンタクト部材自体は、センサエレメントの外部に配置された電気的な配線と電気的に接続されている。コンタクト面と導体路とは、センサエレメントの１層平面内に配置されているので、センサエレメントの１つの層を貫通するスルーコンタクトは不要である。

従属請求項に記載の構成手段によって、独立請求項に記載の測定センサの有利な改良が可能である。

有利には、第１の層及び第２の層は、厚さが０．０５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内のセラミックの担体層として形成されている。以下、担体層とは、印刷された機能層のための担体（例えば電極、導体路、加熱エレメント、或いは拡散バリア又は多孔質に充填された気体空間又は絶縁層等のセラミックの機能層）として適している層と解される。このような担体層を有するセンサエレメントの製作は、当業者にとっては公知であるので、簡単にしか説明しない。機能層は、スクリーン印刷技術でいわゆるグリーンシート（未焼結状態の担体層）に印刷される。印刷されたグリーンシートは、積層されてから焼結される。担体層は、上で説明した特性を備えた、印刷されていないセラミック層であってもよい。

切欠きがスリット状に成形されていると、コンタクト部材がコンタクト面と確実に電気的に接続されている。それというのも、スリット状に成形された切欠きの側壁が、コンタクト部材の横方向のスリップを防止するからである。スリット状に成形された切欠きが、センサエレメントの外面に向かって拡張部を有している場合は、センサエレメントのコンタクト面へのコンタクト部材の被せ嵌めが容易になる（セルフセンタリング）。

第１の層及び第２の層の他に、第１の層のコンタクト面とは反対の側で、この第１の層に続く別の層を有しているセンサエレメントの場合は、切欠きが前記の別の層にも設けられているので、コンタクト部材は横方向、即ちコンタクト面の平面に対して垂直な方向でもコンタクト面に付与される。

本発明の有利な構成では、センサエレメントは第１の層、第２の層及び第３の層を有しており、この場合、層の順序は記載した順序に対応している。センサエレメントは、第１の層と第２の層との間の層平面内にも、第２の層と第３の層との間の層平面内にもコンタクト面を有している。第１の層及び第３の層のコンタクト面の領域には切欠きが設けられている。

コンタクト面とコンタクト部材との間の電気的なコンタクトは、摩擦接続的且つ／又は形状接続的な結合（例えばろう接又は溶接によって、特にレーザ溶接によって）形成される。切欠きは、有利には打ち抜き加工、フライス切削加工又は穿孔によって、第１の層のグリーンシートに設けられる。

実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１及び図４には、本発明の第１実施例の第１構成として、センサエレメント１０の接続側の端部が示されている。このセンサエレメント１０は、第１の層２１と第２の層２２とを有しており、これらの層は、セラミックの担体層として形成されている。第１の層２１と第２の層２２との間の層平面内には２つのコンタクト面３０が配置されており、各コンタクト面３０毎に１つの導体路３１が配置されている。この導体路３１は、コンタクト面と電気的なエレメントとの間に電気的な接続を生ぜしめる。この場合、電気的なエレメントは、センサエレメント１０の接続側の端部とは反対の側の、測定側の端部（図示せず）に設けられている。第１の層２１は、センサエレメント１０の外側の層を形成している。それというのも、第１の層２１の第２の層２２とは反対の側には、別の担体層が続いていないからである。

第１の層２１は、コンタクト面３０の領域に切欠き４０を有しており、この切欠き４０は、センサエレメント１０の全幅にわたって延在している。即ち、第１の層２１は、コンタクト面３０から導体路３１への移行部で始まって、センサエレメント１０の測定側の端部に向かって延びている。

導体路３１と第１の層２１若しくは第２の層２２との間には、電気的な絶縁のために第１の絶縁層３５若しくは第２の絶縁層３６が配置されている。第２の絶縁層３６は、コンタクト面３０の範囲内へも延びているので、コンタクト面３０は第２の層２２に対して第２の絶縁層３６によって絶縁されている。これに対して、第１の絶縁層３５はコンタクト面３０の範囲を切り欠かれている。

別の図面において、センサエレメント１０の別の実施例及び構成の互いに対応する部材に関しては、図１に示したセンサエレメント１０の場合と同じ符号を使用する。

図２には、本発明の第１実施例の第２構成として、付加的な第３の層２３を有するセンサエレメント１０が示されている。第３の層２３も、やはりセラミックの担体層として形成されている。この第３の層２３は、第２の層２２の第１の層２１とは反対の側を完全に被覆している、即ち、コンタクト面３０の範囲に切欠きは有していない。第３の層２３の外側、即ちこの第３の層２３の第２の層２２とは反対の側には、別のコンタクト面が配置されていてよい。

図３には、本発明の第１実施例の第３構成として、前記の第２構成と同様に、やはりセラミックの担体層として形成された、付加的な第３の層２３を有するセンサエレメント１０が示されている。第２の層２２の第１の層２１に面した側にも、第３の層２３に面した側にも、コンタクト面３０が設けられている。第２構成とは異なりこの第３構成の場合は、第３の層２３がコンタクト面３０の範囲に別の切欠き４１を有している。

図５に本発明の第２実施例の第１構成として示したセンサエレメント１０は、図２に示したセンサエレメントとは、２つのコンタクト面３０それぞれに関して、スリット状に成形された切欠き４２が設けられているという点において異なっている。図６に示した第２実施例の第２構成では、切欠き４２が長手方向軸線に対して垂直方向に位置するセンサエレメント１０の外面に向かって拡張している。

第１のセラミック層２１、第２のセラミック層２２及び第３のセラミック層２３は、それぞれ主としてイットリウムにより安定化された酸化ジルコンから成っている。コンタクト面３０及び導体路３１は、主としてセラミックの支持フレームを備えた白金から成っている。第１の絶縁層及び第２の絶縁層は、主成分として酸化アルミニウムを含んでいる。

本発明は、例えば３つ以上の担体層を備えた別のセンサエレメントに転用され得る。切欠きは、センサエレメントの側方において、１つ又は複数の担体層に設けられていてもよい。更に、１つのコンタクト面だけが設けられているか、又は対応する切欠きを備えた２つ以上のコンタクト面が設けられていてよい。

本発明によるセンサエレメントの第１実施例の第１構成の部分的な斜視図である。 本発明によるセンサエレメントの第１実施例の第２構成の部分的な斜視図である。 本発明によるセンサエレメントの第１実施例の第３構成の部分的な斜視図である。 図１に示したＩＶ−ＩＶ線に沿ったセンサエレメントの部分的な縦断面図である。 本発明によるセンサエレメントの第２実施例の第１構成の部分的な斜視図である。 本発明によるセンサエレメントの第２実施例の第２構成の部分的な斜視図である。

符号の説明

１０ センサエレメント、 ２１ 第１の層、 ２２ 第２の層、 ２３ 第３の層、 ３０ コンタクト面、 ３１ 導体路、 ３５，３６ 絶縁層、 ４０，４１，４２ 切欠き

Claims (12)

1. 気体又は液体の物理的な特性を検出するため、特に内燃機関の気体成分の濃度又は排ガスの温度を検出するための層状に構成されたセンサエレメントであって、第１の層（２１）及び第２の層（２２）並びに少なくとも１つのコンタクト面（３０）が設けられている形式のものにおいて、
   コンタクト面（３０）が、第１の層（２１）と第２の層（２２）との間の１層平面内に配置されており、第１の層（２１）のコンタクト面（３０）の範囲内に切欠き（４０，４１，４２）が設けられていることを特徴とする、センサエレメント。
2. 第１の層（２１）及び第２の層（２２）が、厚さが０．０５〜１ｍｍの範囲内のセラミックの担体層である、請求項１記載のセンサエレメント。
3. 切欠き（４０，４１）が、コンタクト面（３０）の範囲内でセンサエレメント（１０）の全幅にわたって延在している、請求項１又は２記載のセンサエレメント。
4. 切欠き（４２）がスリット状に成形されている、請求項１又は２記載のセンサエレメント。
5. スリット状に成形された切欠き（４２）が、センサエレメント（１０）の外面に向かって広がっている、請求項４記載のセンサエレメント。
6. コンタクト面（３０）が、電気的なエレメント、特に電極又は加熱エレメントと、導体路（３１）を介して電気的に接続されており、電気的なエレメントと導体路（３１）とがセンサエレメント（１０）の内部に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
7. 導体路（３１）と第１の層（２１）との間を電気的に絶縁するために第１の絶縁層（３５）が設けられており、導体路（３１）と第２の層（２２）との間を電気的に絶縁するために第２の絶縁層（３６）が設けられており、この第２の絶縁層（３６）が、コンタクト面（３０）と第２の層（２２）との間にも設けられており、第１の絶縁層（３５）がコンタクト面（３０）の範囲に切欠きを有している、請求項６記載のセンサエレメント。
8. コンタクト面（３０）が、コンタクト部材と電気的に接続されており、これにより、電気的なエレメントが導体路（３１）、コンタクト面（３０）及びコンタクト部材を介して、センサエレメント（１０）の外部に設けられた電気的な配線と接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
9. センサエレメント（１０）が第３の層（２３）及び別のコンタクト面を有しており、この別のコンタクト面が、第２の層と第３の層との間の層平面内に配置されており、第３の層（２３）が、別のコンタクト面の範囲にやはり切欠き（４１）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
10. 第１の層（２１）が、センサエレメント（１０）の外側の層を形成している、請求項１から９までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
11. センサエレメント（１０）が、第１の層（２１）のコンタクト面（３０）とは反対の側に少なくとも１つの別の層を有しており、切欠き（４０，４１，４２）が前記の別の層にも設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
12. 切欠きを、打ち抜き加工、穿孔又はフライス切削加工によってセラミックシートのグリーンシートに設けることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載のセンサエレメントの製作法。

Images