JP4587324B2 - セラミック積層複合体 - Google Patents
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Description
請求項1の要件を備えた、本発明のセラミック積層複合体は、抵抗路の大きな幅の最大値が、積層複合体の幅によってしか制限されない抵抗路の大きな幅によって、絶縁部に亀裂が形成される傾向を明らかに低減することができる。これは、一方では、比較的広幅の抵抗路により、大きな面積を介して熱が絶縁部に送られ、従って、早く加熱されても過熱しにくくなる。他方では、広幅の抵抗路では、シルクスクリーン印刷で生じる欠落個所(Fehlstellen)が、狭幅の抵抗路の場合よりも、抵抗路内の狭幅個所に遙かに遅く達する。そうすることによって、冒頭に記載した亀裂のメカニズムを生じさせるように、局所的に過熱される(ホットスポット)のを全くなくすか、又は、著しく少なくすることができるようになる。例えば、抵抗路の幅を500μmよりも大きくすると、抵抗路がプリントされるシルクスクリーンプリントの横方向の変動に対する関係を、5%より小さくすることができる。そうすることによって、ホットスポットを生じる抵抗の変動が、5%よりも小さくなる。しかも、シルクスクリーン印刷の際、絶縁層の高さ変動に起因して抵抗路の路厚に生じる変動が、抵抗路の比較的大きな幅のために一層良好に平均化される。と言うのは、抵抗路の幅と横断面との比を、本発明によると、かなり大きく、例えば、1/14μmよりも大きくすることができるからである。一方では、給電路用、他方では、抵抗路用に使用される材料、例えば、プラチナ又は(酸化アルミニウム又は各合金成分の種々異なる大きな成分を有する)プラチナ合金の異なる大きなオーム性比抵抗によって、抵抗路と給電路との抵抗比を、抵抗路内の熱効率の濃度に関して良好に保持することができる。
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。その際:
図1は、図2の線I−Iに沿ったλ=1特性のセンサ用のセンサ素子の横断面を示す図、
図2は、図1の線II−IIに沿ったセンサ素子の長手方向断面を示す図、
図3は、図2と同様に示したセンサ素子の図、
図4は、センサ素子の別の実施例を示す図
である。
図1には、内燃機関の排気ガス内の酸素濃度を測定するための跳躍特性又はλ=1特性のセンサ用のセンサ素子の横断面が示されており、このセンサ素子は、フィルムキャスティング(Foliengiessen)及び/又はシルクスクリーン印刷のようなシール層形成プロセス(Dichtschichtprozesse)によって製造された、各々順次連続する層が形成された積層複合体10を有している。第1の、下側の電解質層11は、積層複合体10の構成用の坦体として使われ、第2の、上側の電解質層12の表面上には、外側の測定電極又はネルンスト電極14が形成されており、第2の、上側の電解質層12の下側面には、内部測定電極又は基準電極15が形成されている。第1の固体電解質層11上には、電気ヒータ16が設けられており、電気ヒータ16と第2の固体電解質層12との間には、第3の固体電解質層13が設けられており、この第3の固体電解質層13内には、基準電極15の領域内に基準ガスチャネル17が開けられており、この基準ガスチャネルは、基準ガス、有利には、空気と結合されている。ネルンスト電極14は、第2の固体電解質層12を覆う多孔質の保護層18によって被覆されている。全ての固体電解質層11〜13は、イットリウム安定化された酸化ジルコニウム(ZrO2)製である。
第1の印刷段階で、小さなオーム性比抵抗の材料製の両給電路24,25は、絶縁層21上に印刷される。このために、例えば、5%の酸化アルミニウム支持体を有するプラチナペーストが使われる。第2の印刷段階で、著しく大きなオーム性比抵抗の材料製の抵抗路20が、メアンダ状で下側の絶縁層21上に印刷される。その際、抵抗20用の材料のオーム性比抵抗は、給電路24,25用の材料のオーム性比抵抗の少なくとも2倍の大きさに選定され、抵抗路20の材料の温度係数は、給電路24,25の材料の温度係数よりも小さい。ここでも、プラチナペーストが使われるが、このプラチナペーストは、例えば、30%のアルミニウム支持体を有している。その際、抵抗路20は、絶縁層21の利用できる幅に関してできる限り最大に選定されるかなり大きな幅にすることができる。抵抗路20の幅は、給電路24,25の幅よりも大きく、少なくとも50%大きく選定される。例えば、抵抗路20の幅は、560μm、有利には、約1000μmに選定される。
Claims (17)
- 少なくとも1つの固体電解質層(11)と、絶縁部に埋め込まれており、且つメアンダ状に経過する電気的な抵抗路(20)と、前記抵抗路(20)用の2つの給電路(24,25)とを有するセラミック積層複合体において、
抵抗路(20)は、給電路(24,25)の材料よりも大きなオーム性比抵抗の材料製であり、14μmよりも薄い路厚において、500μmよりも大きな路幅を有していることを特徴とするセラミック積層複合体。 - 抵抗路(20)の材料のオーム性比抵抗は、給電路(24,25)の材料のオーム性比抵抗の少なくとも2倍の大きさである請求項1記載のセラミック積層複合体。
- 抵抗路(20)の材料の温度係数は、給電路(24,25)の材料の温度係数よりも小さい請求項1又は2記載のセラミック積層複合体。
- 抵抗路(20)の幅は、給電路(24,25)の幅よりも大きい請求項1から3迄の何れか1記載のセラミック積層複合体。
- 抵抗路(20)の幅は、給電部(24,25)の幅よりも少なくとも50%大きい請求項4記載のセラミック積層複合体。
- 抵抗路(20)は、高オーミックプラチナペースト製である請求項1から5迄の何れか1記載のセラミック積層複合体。
- 高オーミックプラチナペーストは、約30%の酸化アルミニウム成分を有している請求項6記載のセラミック積層複合体。
- 抵抗路(20)の路厚は、少なくとも約5μmである請求項6又は7記載のセラミック積層複合体。
- プラチナペーストは、200nm〜1μmの粒子直径を有するプラチナ粒子であり、抵抗路(20)の路厚は、5μmよりも小さく選定されている請求項6記載のセラミック積層複合体。
- 抵抗路(20)は、相互に平行に延びている、全部で4つのメアンダ脚部(201−204)を有しており、前記全部で4つのメアンダ脚部(201−204)のうちの、相互に反対方向の内側のメアンダ脚部(203,203)の路の幅は、局所的に広幅にされている請求項1から9迄の何れか1記載のセラミック積層複合体。
- 給電路(24,25)は、低オーミックプラチナペースト製である請求項1から10迄の何れか1記載のセラミック積層複合体。
- プラチナペーストは、約5%のアルミニウム成分を有している請求項11記載のセラミック積層複合体。
- 抵抗路(20)及び給電路(24,25)の路厚は、同じ大きさに選定されている請求項1から12迄の何れか1記載のセラミック積層複合体。
- 絶縁部は、固体電解質層(11)上に堆積された、抵抗路(20)が設けられている第1の絶縁層(21)と、前記抵抗路(20)を被覆する第2の絶縁層(22)からなる請求項1から13迄の何れか1記載のセラミック積層複合体。
- 第1の絶縁層(21)は、固体電解質層(11)を覆い、抵抗路(20)及び給電路(24,25)は、前記第1の絶縁層(21)上にプリントされており、第2の絶縁層(22)は、前記抵抗路(20)及び前記給電路(24,25)を被覆する請求項14記載のセラミック積層複合体。
- セラミック積層複合体は、気体の物理的な特性の測定用のセンサ素子の電気ヒータ(16)として使用され、該使用の際、固体電解質層(11)を有する前記センサ素子は、絶縁部内に埋め込まれた抵抗路(20)の、前記固体電解質層(11)と反対側の面に装着されている請求項1から15迄の何れか1記載のセラミック積層複合体。
- セラミック積層複合体は、内燃機関の排気ガスの温度測定用の温度センサとして使用されている請求項1から15迄の何れか1記載のセラミック積層複合体。
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