JP2002340854A - センサ素子 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- 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
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- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多孔質の層が均一な層厚さを有しているよう
にする。 【解決手段】 多孔質の層４１，４２に第１の気孔タイ
プの気孔が含まれており、該気孔の直径が、多孔質の層
４１，４２の層厚さの少なくとも半分に相当しているよ
うにした。
にする。 【解決手段】 多孔質の層４１，４２に第１の気孔タイ
プの気孔が含まれており、該気孔の直径が、多孔質の層
４１，４２の層厚さの少なくとも半分に相当しているよ
うにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定ガスの物理的
な量を検出するための、特に内燃機関の排ガスのガス成
分の濃度を規定するためのセンサ素子であって、多孔質
の層が設けられている形式のものに関する。
な量を検出するための、特に内燃機関の排ガスのガス成
分の濃度を規定するためのセンサ素子であって、多孔質
の層が設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】このような形式のセンサ素子は、たとえ
ばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８５７４７１号
明細書に基づき公知である。このセンサ素子は、拡散バ
リヤとして働く多孔質の層と、外側のポンプ電極をカバ
ーする別の多孔質の層とを有している。スクリーン印刷
法で多孔質の層を製作するためには、微細に分配された
粉末状の造孔材を含有したペーストがセラミックスボデ
ィ（グリーンシート）に被着される。その後、このペー
ストは、造孔材がほぼ遅れなしに揮発しかつ気孔が残留
する温度に加熱される。造孔材として、たとえばテオブ
ロミンが使用される。
ばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８５７４７１号
明細書に基づき公知である。このセンサ素子は、拡散バ
リヤとして働く多孔質の層と、外側のポンプ電極をカバ
ーする別の多孔質の層とを有している。スクリーン印刷
法で多孔質の層を製作するためには、微細に分配された
粉末状の造孔材を含有したペーストがセラミックスボデ
ィ（グリーンシート）に被着される。その後、このペー
ストは、造孔材がほぼ遅れなしに揮発しかつ気孔が残留
する温度に加熱される。造孔材として、たとえばテオブ
ロミンが使用される。
【０００３】このような形式の多孔質の層は、たとえば
スクリーン印刷法でのペーストの不均一な被着または積
層プロセス時のペーストの押潰れ（Ｖｅｒｑｕｅｔｓｃ
ｈｅｎ）によって、しばしば変化する層厚さを有してい
る。たとえば、拡散バリヤとして働く多孔質の層の層厚
さが目標値と異なっていると、拡散バリヤを通る拡散流
ひいてはセンサ素子の測定結果が変化するので、この作
用を修正するために、手間のかかる方法が必要となる。
スクリーン印刷法でのペーストの不均一な被着または積
層プロセス時のペーストの押潰れ（Ｖｅｒｑｕｅｔｓｃ
ｈｅｎ）によって、しばしば変化する層厚さを有してい
る。たとえば、拡散バリヤとして働く多孔質の層の層厚
さが目標値と異なっていると、拡散バリヤを通る拡散流
ひいてはセンサ素子の測定結果が変化するので、この作
用を修正するために、手間のかかる方法が必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、冒頭で述べた形式のセンサ素子を改良して、多
孔質の層が均一な層厚さを有しているようにすることで
ある。
課題は、冒頭で述べた形式のセンサ素子を改良して、多
孔質の層が均一な層厚さを有しているようにすることで
ある。
【０００５】
【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、多孔質の層に第１の気孔タイプの
気孔が含まれており、該気孔の直径が、多孔質の層の層
厚さの少なくとも半分に相当しているようにした。
に本発明の構成では、多孔質の層に第１の気孔タイプの
気孔が含まれており、該気孔の直径が、多孔質の層の層
厚さの少なくとも半分に相当しているようにした。
【０００６】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によるセンサ素子
は公知先行技術に比べて、センサ素子に配置された多孔
質の層が、無視できる程度に僅かな製造のばらつきを伴
った均一な層厚さを備えているという利点を有してい
る。
は公知先行技術に比べて、センサ素子に配置された多孔
質の層が、無視できる程度に僅かな製造のばらつきを伴
った均一な層厚さを備えているという利点を有してい
る。
【０００７】このためには、多孔質の層が、この多孔質
の層の層厚さにほぼ相当する直径を備えた気孔を有して
いる。多孔質の層は基板へのペーストの被着によって製
作される。この場合、このペーストは、微細に分配され
た粉末状の造孔材を含有している。この造孔材は焼結プ
ロセス時にほぼ遅れなしに揮発する。造孔材は、ペース
トの層厚さにほぼ相当する直径を備えた粒子を有してい
る。これによって、ペーストが均一に被着され得ること
が保証されるので、スクリーン印刷法の間の条件とは無
関係に均一な層厚さが保証されている。さらに、ペース
トは、たとえば積層プロセスによって押し潰され得な
い。
の層の層厚さにほぼ相当する直径を備えた気孔を有して
いる。多孔質の層は基板へのペーストの被着によって製
作される。この場合、このペーストは、微細に分配され
た粉末状の造孔材を含有している。この造孔材は焼結プ
ロセス時にほぼ遅れなしに揮発する。造孔材は、ペース
トの層厚さにほぼ相当する直径を備えた粒子を有してい
る。これによって、ペーストが均一に被着され得ること
が保証されるので、スクリーン印刷法の間の条件とは無
関係に均一な層厚さが保証されている。さらに、ペース
トは、たとえば積層プロセスによって押し潰され得な
い。
【０００８】請求項２〜１２に記載した手段によって、
請求項１に記載したセンサ素子の有利な構成および改良
形が可能となる。
請求項１に記載したセンサ素子の有利な構成および改良
形が可能となる。
【０００９】多孔質の層が、この多孔質の層の層厚さに
ほぼ相当する直径を備えた第１の気孔タイプの気孔と、
この第１の気孔タイプの気孔の直径の１０〜８０パーセ
ント、特に有利には２０〜５０パーセントの直径を備え
た第２の気孔タイプの気孔とを有していると、拡散バリ
ヤを通る拡散流が良好に調整可能となりかつ十分に制限
されていることが保証されている。多孔質の層の層厚さ
のばらつきの特に確実な回避は、第１の気孔タイプの気
孔の直径が、多孔質の層の層厚さよりも最高で２０パー
セント、特に有利には最高で１０パーセント小さく寸法
設定されていることによって達成される。
ほぼ相当する直径を備えた第１の気孔タイプの気孔と、
この第１の気孔タイプの気孔の直径の１０〜８０パーセ
ント、特に有利には２０〜５０パーセントの直径を備え
た第２の気孔タイプの気孔とを有していると、拡散バリ
ヤを通る拡散流が良好に調整可能となりかつ十分に制限
されていることが保証されている。多孔質の層の層厚さ
のばらつきの特に確実な回避は、第１の気孔タイプの気
孔の直径が、多孔質の層の層厚さよりも最高で２０パー
セント、特に有利には最高で１０パーセント小さく寸法
設定されていることによって達成される。
【００１０】本発明の有利な構成では、多孔質の層にお
ける第１の気孔タイプの気孔の割合が３〜１０体積パー
セントであり、多孔質の層における第２の気孔タイプの
気孔の割合が１０〜５０体積パーセントである。
ける第１の気孔タイプの気孔の割合が３〜１０体積パー
セントであり、多孔質の層における第２の気孔タイプの
気孔の割合が１０〜５０体積パーセントである。
【００１１】本発明によるセンサ素子を製作するための
方法によって、多孔質の層の厚さに関する、無視できる
程度に僅かな製造変動を伴った多孔質の層の製作が保証
されている。
方法によって、多孔質の層の厚さに関する、無視できる
程度に僅かな製造変動を伴った多孔質の層の製作が保証
されている。
【００１２】
【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。
【００１３】図１には、センサ素子１０の断面図が概略
的に示してある。このセンサ素子１０はセラミックスシ
ート技術およびスクリーン印刷技術で製作可能である。
図１に示したセンサ素子１０は、いわゆる「広帯域酸素
センサ」である。この広帯域酸素センサは、限界電流原
理に基づき作業するポンプセルと、測定セル（ネルンス
トセル）とを有している。さらに、センサ素子１０は、
組み込まれた抵抗ヒータ（図示せず）を有している。し
かし、本発明は、この構造に限定されるものではない。
本発明は、多孔質の層を有する別のセンサ素子でも同じ
く使用可能である。
的に示してある。このセンサ素子１０はセラミックスシ
ート技術およびスクリーン印刷技術で製作可能である。
図１に示したセンサ素子１０は、いわゆる「広帯域酸素
センサ」である。この広帯域酸素センサは、限界電流原
理に基づき作業するポンプセルと、測定セル（ネルンス
トセル）とを有している。さらに、センサ素子１０は、
組み込まれた抵抗ヒータ（図示せず）を有している。し
かし、本発明は、この構造に限定されるものではない。
本発明は、多孔質の層を有する別のセンサ素子でも同じ
く使用可能である。
【００１４】図１に部分的にしか示されていないセンサ
素子１０は、積層された４つまたは５つの固体電解質層
を有している。これらの固体電解質層のうち、第１の固
体電解質層２１と第２の固体電解質層２２しか図示され
ていない。
素子１０は、積層された４つまたは５つの固体電解質層
を有している。これらの固体電解質層のうち、第１の固
体電解質層２１と第２の固体電解質層２２しか図示され
ていない。
【００１５】第１の固体電解質層２１には、センサ素子
１０の外面に第１の電極３１（外側のポンプ電極）と第
２の電極３２（内側のポンプ電極）とが位置している。
第１の電極３１の上方には多孔質の保護層４２が位置し
ている。第２の電極３２は環状に形成されていて、測定
ガス室３５内に位置している。この測定ガス室３５内に
は、第２の電極３２に向かい合って位置して、第２の固
体電解質層２２に第３の電極３３（測定電極）が配置さ
れている。測定ガス室３５は側方でシールフレーム２３
によってシールされる。このシールフレーム２３は、た
とえば固体電解質から成っている。第１の電極３１と第
２の電極３２とは一緒にポンプセルを形成している。第
３の電極３３は、図示していない第４の電極（基準電
極）と協働する。この第４の電極は、同じく図示してい
ない基準ガス室内に配置されている。この基準ガス室
は、たとえば基準雰囲気としての空気に接続されてい
る。
１０の外面に第１の電極３１（外側のポンプ電極）と第
２の電極３２（内側のポンプ電極）とが位置している。
第１の電極３１の上方には多孔質の保護層４２が位置し
ている。第２の電極３２は環状に形成されていて、測定
ガス室３５内に位置している。この測定ガス室３５内に
は、第２の電極３２に向かい合って位置して、第２の固
体電解質層２２に第３の電極３３（測定電極）が配置さ
れている。測定ガス室３５は側方でシールフレーム２３
によってシールされる。このシールフレーム２３は、た
とえば固体電解質から成っている。第１の電極３１と第
２の電極３２とは一緒にポンプセルを形成している。第
３の電極３３は、図示していない第４の電極（基準電
極）と協働する。この第４の電極は、同じく図示してい
ない基準ガス室内に配置されている。この基準ガス室
は、たとえば基準雰囲気としての空気に接続されてい
る。
【００１６】第１の固体電解質層２１と第２の固体電解
質層２２との間の層平面には拡散通路が延びている。こ
の拡散通路内には多孔質の拡散バリア４１が配置されて
いる。この拡散バリア４１はガス流入開口３６を取り囲
むように環状に位置している。このガス流入開口３６は
第１の固体電解質層２１に加工成形されている。センサ
素子１０の外部に位置する測定ガスは、ガス流入開口３
６と拡散バリア４１とを通って、測定ガス室３５内に配
置された第２の電極３２と第３の電極３３とにまで到達
することができる。
質層２２との間の層平面には拡散通路が延びている。こ
の拡散通路内には多孔質の拡散バリア４１が配置されて
いる。この拡散バリア４１はガス流入開口３６を取り囲
むように環状に位置している。このガス流入開口３６は
第１の固体電解質層２１に加工成形されている。センサ
素子１０の外部に位置する測定ガスは、ガス流入開口３
６と拡散バリア４１とを通って、測定ガス室３５内に配
置された第２の電極３２と第３の電極３３とにまで到達
することができる。
【００１７】本発明によるセンサ素子１０を製作するた
めには、酸素イオン伝導性の固体電解質、たとえばＹ２
Ｏ３（酸化イットリウムもしくはイットリア）によって
安定化された酸化ジルコニウム（ジルコニア）から成る
セラミックス製のシートが使用される。固体電解質シー
トには、電極と、所属の導体路と、別の機能層とが、た
とえばスクリーン印刷技術で印刷される。固体電解質シ
ートは焼結後に固体電解質層２１，２２を形成する。電
極と導体路とは白金サーメットから成っていてよい。
めには、酸素イオン伝導性の固体電解質、たとえばＹ２
Ｏ３（酸化イットリウムもしくはイットリア）によって
安定化された酸化ジルコニウム（ジルコニア）から成る
セラミックス製のシートが使用される。固体電解質シー
トには、電極と、所属の導体路と、別の機能層とが、た
とえばスクリーン印刷技術で印刷される。固体電解質シ
ートは焼結後に固体電解質層２１，２２を形成する。電
極と導体路とは白金サーメットから成っていてよい。
【００１８】第１の固体電解質シート２１には、たとえ
ば第１の電極３１と多孔質の保護層４２とを形成するペ
ーストが印刷される。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と、拡散
バリア４１と、測定ガス室３５と、第３の電極３３と、
シールフレーム２３とを形成するペーストが印刷され
る。測定ガス室３５および場合によってはガス流入開口
３６に用いられるペーストは中空室用ペーストであり、
たとえばガラス状炭素から成っている。このガラス状炭
素は後続の焼結プロセス時に完全に燃焼されるかもしく
は蒸発させられ、この場合、中空室３５，３６を第１の
固体電解質シート２１と第２の固体電解質シート２２と
の間に形成する。完全に印刷された固体電解質シート２
１，２２は積層されかつ焼結される。
ば第１の電極３１と多孔質の保護層４２とを形成するペ
ーストが印刷される。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と、拡散
バリア４１と、測定ガス室３５と、第３の電極３３と、
シールフレーム２３とを形成するペーストが印刷され
る。測定ガス室３５および場合によってはガス流入開口
３６に用いられるペーストは中空室用ペーストであり、
たとえばガラス状炭素から成っている。このガラス状炭
素は後続の焼結プロセス時に完全に燃焼されるかもしく
は蒸発させられ、この場合、中空室３５，３６を第１の
固体電解質シート２１と第２の固体電解質シート２２と
の間に形成する。完全に印刷された固体電解質シート２
１，２２は積層されかつ焼結される。
【００１９】多孔質の層、すなわち、特に拡散バリヤ４
１および保護層４２に気孔を発生させるためには、セラ
ミックス製の粉末と造孔材粉末とを含有したペーストが
使用される。造孔材粉末の、微細に分配された粒子は焼
結時に完全に燃焼し、したがって、開放気孔率を発生さ
せる。多孔質の層４１，４２を形成するペーストは、第
１の気孔タイプの造孔材と第２の気孔タイプの造孔材と
を有している。第１の気孔タイプの造孔材は、第１の気
孔タイプの造孔材粉末の粒子の直径が、固体電解質シー
トに被着される、多孔質の層を形成するセラミックス製
のペーストの層厚さにほぼ相当しているように選択され
ている。第２の気孔タイプの造孔材粉末の粒子の直径
は、第１の気孔タイプの造孔材粉末の粒子の直径の２０
〜５０パーセントである。本発明の択一的な構成では、
第２の気孔タイプの気孔の少なくとも９０パーセント
が、第１の気孔タイプの気孔の直径の８０パーセントよ
りも小さく寸法設定されている。すなわち、第２の気孔
タイプの気孔のｄ９０が、第１の気孔タイプの気孔の直
径の８０パーセントよりも小さく寸法設定されている。
１および保護層４２に気孔を発生させるためには、セラ
ミックス製の粉末と造孔材粉末とを含有したペーストが
使用される。造孔材粉末の、微細に分配された粒子は焼
結時に完全に燃焼し、したがって、開放気孔率を発生さ
せる。多孔質の層４１，４２を形成するペーストは、第
１の気孔タイプの造孔材と第２の気孔タイプの造孔材と
を有している。第１の気孔タイプの造孔材は、第１の気
孔タイプの造孔材粉末の粒子の直径が、固体電解質シー
トに被着される、多孔質の層を形成するセラミックス製
のペーストの層厚さにほぼ相当しているように選択され
ている。第２の気孔タイプの造孔材粉末の粒子の直径
は、第１の気孔タイプの造孔材粉末の粒子の直径の２０
〜５０パーセントである。本発明の択一的な構成では、
第２の気孔タイプの気孔の少なくとも９０パーセント
が、第１の気孔タイプの気孔の直径の８０パーセントよ
りも小さく寸法設定されている。すなわち、第２の気孔
タイプの気孔のｄ９０が、第１の気孔タイプの気孔の直
径の８０パーセントよりも小さく寸法設定されている。
【００２０】第１の固体電解質層２１と第２の固体電解
質層２２との間隔は図示の実施例では２０μｍである。
これによって、第１の気孔タイプの造孔材の粒子の直径
として２０〜２２μｍが選択され、第２の気孔タイプの
造孔材の粒子の直径として約２〜１０μｍが選択され
る。焼結プロセス後、焼結収縮に基づき、拡散バリヤ４
１における第１の気孔タイプの気孔の直径は１８〜２０
μｍの範囲内にあり、第２の気孔タイプの気孔の直径は
２．２〜９μｍにある。これによって、第２の気孔タイ
プの気孔のｄ９０は約８μｍとなるので、第２の気孔タ
イプの気孔の９０パーセントは８μｍ以下の直径を有し
ている。この場合、第１の気孔タイプまたは第２の気孔
タイプの気孔の直径とは、多孔質の層の層平面に対して
垂直な方向での１つの気孔の延在長さを意味している。
拡散バリヤ４１における第１の気孔タイプの気孔の気孔
割合は５体積パーセントであり、第２の気孔タイプの気
孔の気孔割合は２０体積パーセントである。
質層２２との間隔は図示の実施例では２０μｍである。
これによって、第１の気孔タイプの造孔材の粒子の直径
として２０〜２２μｍが選択され、第２の気孔タイプの
造孔材の粒子の直径として約２〜１０μｍが選択され
る。焼結プロセス後、焼結収縮に基づき、拡散バリヤ４
１における第１の気孔タイプの気孔の直径は１８〜２０
μｍの範囲内にあり、第２の気孔タイプの気孔の直径は
２．２〜９μｍにある。これによって、第２の気孔タイ
プの気孔のｄ９０は約８μｍとなるので、第２の気孔タ
イプの気孔の９０パーセントは８μｍ以下の直径を有し
ている。この場合、第１の気孔タイプまたは第２の気孔
タイプの気孔の直径とは、多孔質の層の層平面に対して
垂直な方向での１つの気孔の延在長さを意味している。
拡散バリヤ４１における第１の気孔タイプの気孔の気孔
割合は５体積パーセントであり、第２の気孔タイプの気
孔の気孔割合は２０体積パーセントである。
【図１】本発明によるセンサ素子の部分的な横断面図で
ある。
ある。
１０ センサ素子、 ２１ 固体電解質層、 ２２ 固
体電解質層、 ２３シールフレーム、 ３１ 電極、
３２ 電極、 ３３ 電極、 ３５ 測定ガス室、 ３
６ ガス流入開口、 ４１ 拡散バリヤ、 ４２ 保護
層
体電解質層、 ２３シールフレーム、 ３１ 電極、
３２ 電極、 ３３ 電極、 ３５ 測定ガス室、 ３
６ ガス流入開口、 ４１ 拡散バリヤ、 ４２ 保護
層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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
Claims (17)
- 【請求項１】 測定ガスの物理的な量を検出するため
の、特に内燃機関の排ガスのガス成分の濃度を規定する
ためのセンサ素子（１０）であって、多孔質の層（４
１，４２）が設けられている形式のものにおいて、多孔
質の層（４１，４２）に第１の気孔タイプの気孔が含ま
れており、該気孔の直径が、多孔質の層（４１，４２）
の層厚さの少なくとも半分に相当していることを特徴と
する、センサ素子。 - 【請求項２】 第１の気孔タイプの気孔の直径が、多孔
質の層（４１，４２）の層厚さよりも最高で２０パーセ
ント、特に最高で１０パーセント小さく寸法設定されて
いる、寸法設定されている、請求項１記載のセンサ素
子。 - 【請求項３】 多孔質の層（４１，４２）が、第２の気
孔タイプの気孔を有しており、第２の気孔タイプの気孔
の少なくとも９０パーセントの直径が、第１の気孔タイ
プの気孔の直径の１０〜８０パーセント、特に２０〜５
０パーセントよりも小さく寸法設定されている、請求項
１または２記載のセンサ素子。 - 【請求項４】 多孔質の層（４１，４２）が、第２の気
孔タイプの気孔を有しており、該気孔の直径が、第１の
気孔タイプの気孔の直径の１０〜８０パーセント、特に
２０〜５０パーセントの範囲内にある、請求項１または
２記載のセンサ素子。 - 【請求項５】 多孔質の層（４１，４２）が、第２の気
孔タイプの気孔を有しており、該気孔の直径が、多孔質
の層（４１，４２）の層厚さの７０パーセントよりも小
さく寸法設定されている、請求項１または２記載のセン
サ素子。 - 【請求項６】 第１の気孔タイプの気孔の直径が、５〜
５０μｍの範囲内にあり、特に２０μｍである、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】 多孔質の層（４１，４２）における第１
の気孔タイプの気孔の割合が、３〜１０体積パーセン
ト、特に５体積パーセントである、請求項１から６まで
のいずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項８】 多孔質の層（４１，４２）における第２
の気孔タイプの気孔の割合が、１０〜５０体積パーセン
ト、特に２０体積パーセントである、請求項４から７ま
でのいずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項９】 多孔質の層が拡散バリヤ（４１）であ
り、該拡散バリヤ（４１）が、第１の固体電解質層（２
１）と第２の固体電解質層（２２）との間に配置されて
おり、第１の気孔タイプの気孔の直径が、拡散バリヤ
（４１）の領域における第１の固体電解質層（２１）と
第２の固体電解質層（２２）との間の間隔よりも最高で
２０パーセント、特に最高で１０パーセント小さく寸法
設定されている、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】 拡散バリヤ（４１）が、当該センサ素
子（１０）に加工成形された測定ガス室（３５）と、ガ
ス流入開口（３６）との間に配置されており、測定ガス
室（３５）が、第１の固体電解質層（２１）と第２の固
体電解質層（２２）との間に設けられており、少なくと
も１つの電極（３２，３３）が、測定ガス室（３５）内
で第１の固体電解質層（２１）および／または第２の固
体電解質層（２２）に被着されている、請求項９記載の
センサ素子。 - 【請求項１１】 多孔質の層が保護層（４２）であり、
該保護層（４２）が、一方の固体電解質層（２１）、特
に当該センサ素子（１０）の外面に被着されている、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１２】 保護層（４２）と固体電解質層（２
１）との間に少なくとも１つの電極（３１）が設けられ
ている、請求項１１記載のセンサ素子。 - 【請求項１３】 多孔質の層（４１，４２）を、支持体
へのペーストの印刷と、後続の焼結とによって製作し、
この場合、ペーストが、セラミックス粉末と造孔材粉末
とを含有しており、該造孔材粉末を焼結の間にほぼ遅れ
なしに揮発させかつ孔を残留させる、請求項１から１２
までのいずれか１項記載のセンサ素子（１０）を製作す
るための方法において、造孔材粉末が、第１の気孔タイ
プの粒子を有しており、該粒子の直径が、支持体に被着
されるペーストの層厚さの少なくとも半分に相当してい
ることを特徴とする、センサ素子を製作するための方
法。 - 【請求項１４】 第１の気孔タイプの粒子の直径が、支
持体に被着されるペーストの層厚さよりも最高で２０パ
ーセント、特に最高で１０パーセント小さい、請求項１
３記載の方法。 - 【請求項１５】 造孔材粉末が、第２の気孔タイプの粒
子を有しており、該粒子の直径が、第１の気孔タイプの
造孔材粉末の粒子の直径の１０〜８０パーセント、特に
２０〜５０パーセントである、請求項１３または１４記
載の方法。 - 【請求項１６】 多孔質の層（４１，４２）を形成する
ペーストに対する第１の気孔タイプの造孔材粉末の割合
が、３〜１０体積パーセント、特に５体積パーセントで
ある、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の方
法。 - 【請求項１７】 多孔質の層（４１，４２）を形成する
ペーストに対する第２の気孔タイプの造孔材粉末の割合
が、１０〜５０体積パーセント、特に２０体積パーセン
トである、請求項１３から１６までのいずれか１項記載
の方法。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007040838A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Denso Corp | ガスセンサ素子の製造方法及びガスセンサ素子 |
| CN102483389A (zh) * | 2009-09-14 | 2012-05-30 | 罗伯特·博世有限公司 | 具有多构件式的扩散屏障的传感器元件 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004023004A1 (de) * | 2004-05-10 | 2005-12-08 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement |
| DE102005006501A1 (de) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Robert Bosch Gmbh | Gasmessfühler |
| JP4936136B2 (ja) * | 2006-11-29 | 2012-05-23 | 日本特殊陶業株式会社 | センサ素子、センサ素子製造方法およびガスセンサ |
| JP5005745B2 (ja) * | 2009-09-04 | 2012-08-22 | 日本特殊陶業株式会社 | 積層型ガスセンサ素子、積層型ガスセンサ素子を備えたガスセンサ、及び、積層型ガスセンサ素子の製造方法 |
| US20110120863A1 (en) * | 2009-11-20 | 2011-05-26 | Nottingham Marsha E | Palladium ink exhaust sensor |
| JP5322965B2 (ja) * | 2010-02-02 | 2013-10-23 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ及びその製造方法 |
| DE102017210622A1 (de) * | 2017-06-23 | 2018-12-27 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement für einen Abgassensor |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4890294A (ja) * | 1972-02-10 | 1973-11-24 | ||
| JPS51145390A (en) * | 1975-06-10 | 1976-12-14 | Nissan Motor Co Ltd | Manufacturing method of a coated layer of oxygen senser |
| JPS5654345A (en) * | 1979-09-21 | 1981-05-14 | Bosch Gmbh Robert | Polarography measuring filler for measuring oxygen density in gas |
| JPS56147057A (en) * | 1980-04-15 | 1981-11-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Production of oxygen sensor |
| JPS61502419A (ja) * | 1984-06-13 | 1986-10-23 | ユニリ−バ−・ナ−ムロ−ゼ・ベンノ−トシヤ−プ | 特異的反応性サンプルの収集及び試験デバイス並びにその製造方法 |
| JPH03503084A (ja) * | 1988-03-18 | 1991-07-11 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ガス混合気のガス成分を測定するセンサ素子 |
| JPH03503678A (ja) * | 1988-04-08 | 1991-08-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 混合ガスのλ値を決定するためのプレーナ形ポーラログラフ検出子 |
| JPH04283654A (ja) * | 1991-03-12 | 1992-10-08 | Tokyo Yogyo Co Ltd | 溶融金属中の水素濃度の測定方法及びその実施に使用するセンサプローブ |
| JPH0587770A (ja) * | 1991-09-26 | 1993-04-06 | Fujikura Ltd | 酸素センサのセンサエレメント |
| JPH06258278A (ja) * | 1993-03-02 | 1994-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | ガス検出器 |
| JPH10512043A (ja) * | 1994-11-01 | 1998-11-17 | ヴィジブル ジェネティクス インク． | 医学診断用ミクロゲルとその製造および使用方法 |
| JP2001141690A (ja) * | 1999-11-16 | 2001-05-25 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| JP2002071628A (ja) * | 2000-06-16 | 2002-03-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 積層型ガスセンサ素子及びその製造方法並びにこれを備えるガスセンサ |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4231966A1 (de) * | 1992-09-24 | 1994-03-31 | Bosch Gmbh Robert | Planare polarograhische Sonde zur Bestimmung des Lambda-Wertes von Gasgemischen |
| DE4341278B4 (de) * | 1993-12-03 | 2004-05-06 | Robert Bosch Gmbh | Grenzstromsensor zur Bestimmung des Lambdawertes in Gasgemischen |
| DE4343315C2 (de) * | 1993-12-18 | 1995-11-02 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum Ausbilden eines oder mehrerer Hohlräume oder Poren in oder unter einer Beschichtung eines Keramikkörpers und Verwendung des Verfahrens für die Herstellung planarer Sonden |
| DE19857471A1 (de) * | 1998-12-14 | 2000-06-15 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement für Grenzstromsonden zur Bestimmung des Lambda-Wertes von Gasgemischen und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US6447658B1 (en) * | 2000-12-15 | 2002-09-10 | Delphi Technologies, Inc. | Low-density coating for gas sensors |
-
2001
- 2001-05-08 DE DE10122271A patent/DE10122271B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-05-07 JP JP2002131388A patent/JP4603757B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2002-05-07 US US10/140,903 patent/US20030034245A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4890294A (ja) * | 1972-02-10 | 1973-11-24 | ||
| JPS51145390A (en) * | 1975-06-10 | 1976-12-14 | Nissan Motor Co Ltd | Manufacturing method of a coated layer of oxygen senser |
| JPS5654345A (en) * | 1979-09-21 | 1981-05-14 | Bosch Gmbh Robert | Polarography measuring filler for measuring oxygen density in gas |
| JPS56147057A (en) * | 1980-04-15 | 1981-11-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Production of oxygen sensor |
| JPS61502419A (ja) * | 1984-06-13 | 1986-10-23 | ユニリ−バ−・ナ−ムロ−ゼ・ベンノ−トシヤ−プ | 特異的反応性サンプルの収集及び試験デバイス並びにその製造方法 |
| JPH03503084A (ja) * | 1988-03-18 | 1991-07-11 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ガス混合気のガス成分を測定するセンサ素子 |
| JPH03503678A (ja) * | 1988-04-08 | 1991-08-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 混合ガスのλ値を決定するためのプレーナ形ポーラログラフ検出子 |
| JPH04283654A (ja) * | 1991-03-12 | 1992-10-08 | Tokyo Yogyo Co Ltd | 溶融金属中の水素濃度の測定方法及びその実施に使用するセンサプローブ |
| JPH0587770A (ja) * | 1991-09-26 | 1993-04-06 | Fujikura Ltd | 酸素センサのセンサエレメント |
| JPH06258278A (ja) * | 1993-03-02 | 1994-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | ガス検出器 |
| JPH10512043A (ja) * | 1994-11-01 | 1998-11-17 | ヴィジブル ジェネティクス インク． | 医学診断用ミクロゲルとその製造および使用方法 |
| JP2001141690A (ja) * | 1999-11-16 | 2001-05-25 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| JP2002071628A (ja) * | 2000-06-16 | 2002-03-12 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 積層型ガスセンサ素子及びその製造方法並びにこれを備えるガスセンサ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007040838A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Denso Corp | ガスセンサ素子の製造方法及びガスセンサ素子 |
| CN102483389A (zh) * | 2009-09-14 | 2012-05-30 | 罗伯特·博世有限公司 | 具有多构件式的扩散屏障的传感器元件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| DE10122271B4 (de) | 2006-06-29 |
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| DE10122271A1 (de) | 2002-12-05 |
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