氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的氣體傳感器包括：傳感器元件，其由固體電解質(zhì)體構(gòu)成，并至少具有以軸線為中心的筒狀的筒部以及封堵該筒部的頂端的頂端部；以及筒狀或者柱狀的加熱器，其配置于上述傳感器元件的內(nèi)部，并通過(guò)發(fā)熱而對(duì)上述傳感器元件進(jìn)行加熱；上述加熱器的頂端部與上述傳感器元件的上述頂端部的內(nèi)表面相接觸，并且上述加熱器的側(cè)部與上述傳感器元件的上述筒部的內(nèi)周面相接觸。
【專利說(shuō)明】氣體傳感器
[0001]本國(guó)際申請(qǐng)基于2011年8月17日向日本專利局提出申請(qǐng)的日本國(guó)特許出愿第2011 - 178355號(hào)要求優(yōu)先權(quán)，通過(guò)參照將日本國(guó)特許出愿第2011 — 178355號(hào)的全部?jī)?nèi)容引入本國(guó)際申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種氣體傳感器，該氣體傳感器適用于檢測(cè)自安裝于機(jī)動(dòng)二輪車、轎車等車輛的內(nèi)燃機(jī)排出的排放氣體所包含的氧等。
【背景技術(shù)】
[0003]以往，作為用于檢測(cè)排放氣體所包含的氧濃度的氣體傳感器，已知有如下傳感器:該傳感器設(shè)有具有氧離子導(dǎo)電性的氣體檢測(cè)元件，且該傳感器安裝于車輛的內(nèi)燃機(jī)的排氣管(例如，參照專利文獻(xiàn)I?3)。
[0004]對(duì)具有與專利文獻(xiàn)I?3所記載的氣體傳感器相同結(jié)構(gòu)的傳感器的一般結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明(參照?qǐng)D6)，在氣體傳感器P5中，氣體檢測(cè)元件Pl固定于主體金屬外殼P2內(nèi)，并且氣體檢測(cè)元件Pl的后端側(cè)被金屬制的外筒P3以及保護(hù)外筒P4覆蓋。
[0005]氣體檢測(cè)元件Pl具備由具有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)體形成的元件主體(傳感器元件)，并且至少在元件主體的內(nèi)側(cè)具備內(nèi)側(cè)電極P7。
[0006]在這種氣體傳感器P5中，在氣體檢測(cè)兀件Pl的后端側(cè)配置有定位于外筒P3的后端側(cè)的分隔件P6，并配置有接觸于內(nèi)側(cè)電極P7的端子件P8。另外，在氣體檢測(cè)元件Pl的內(nèi)部配置有用于對(duì)氣體檢測(cè)元件Pl進(jìn)行加熱的加熱器P9，加熱器P9的頂端按壓于氣體檢測(cè)元件Pl的內(nèi)周面。
[0007]如專利文獻(xiàn)I?3所記載，作為構(gòu)成氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的材料，使用由氧化鋯等的陶瓷材料形成的固體電解質(zhì)體。為了使這樣的氣體檢測(cè)元件Pi作為氧傳感器發(fā)揮功能，需要將氣體檢測(cè)元件Pl加熱到工作溫度。因此，通常在氣體傳感器P5設(shè)置用于將氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)加熱到工作溫度的加熱器P9。
[0008]另外，在要求在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)等的短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出準(zhǔn)確的氧濃度的情況下，需要在短時(shí)間內(nèi)將氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的溫度提高至工作溫度，換言之，需要提前激活氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)。此時(shí)，若加熱器P9和氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)分離，則在加熱器P9所產(chǎn)生的熱量傳遞至氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的過(guò)程中花費(fèi)時(shí)間，激活氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)所需的時(shí)間變長(zhǎng)。因此，采用如下方法:通過(guò)將加熱器P9 (特別是加熱器P9的發(fā)熱部)與氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)配置為直接接觸，縮短激活氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)所需的時(shí)間。
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2000 - 035416號(hào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2002 - 031618號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2002 - 005877號(hào)公報(bào)[0012]如上述那樣，在使加熱器P9與氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)直接接觸的情況下，已知有如圖6所示那樣使加熱器P9的頂端側(cè)的側(cè)面接觸于氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的方法、以及如專利文獻(xiàn)I?3所記載那樣使加熱器P9的頂端接觸于氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的方法。
[0013]與使加熱器P9的頂端接觸于氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的方法相比較，使加熱器P9的側(cè)面接觸于氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的方法能夠使加熱器P9中的溫度變得最高的發(fā)熱部分直接接觸于氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)。因此，具有易于將熱量傳遞至氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)、換言之易于實(shí)現(xiàn)提前激活氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]與此相對(duì)，與使加熱器P9的側(cè)面接觸于氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的方法相比較，在使加熱器P9的頂端接觸于氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的方法中，由于熱量傳遞到氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)的頂端內(nèi)表面，因此容易使氣體檢測(cè)元件Pi的元件主體(傳感器元件)的在周向上的溫度分布均勻化。通過(guò)如此減小氣體檢測(cè)元件Pi的元件主體(傳感器元件)處的溫度差而具有能夠抑制自氣體檢測(cè)元件Pi輸出的信號(hào)的偏差這一優(yōu)點(diǎn)。
[0015]換句話說(shuō)，若優(yōu)先考慮提前激活氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)而使加熱器P9的側(cè)面接觸于氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)，則存在難以抑制自氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)輸出的信號(hào)的偏差這一問(wèn)題。另外，若優(yōu)先考慮抑制自氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)輸出的信號(hào)的偏差而使加熱器P9的頂端接觸于氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)，則存在激活氣體檢測(cè)元件Pl的元件主體(傳感器元件)所需的時(shí)間變長(zhǎng)這一問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的一個(gè)方案期望提供如下一種氣體傳感器:該氣體傳感器能夠縮短氣體檢測(cè)元件的元件主體(傳感器元件)的激活所需的時(shí)間，并且能夠抑制氣體檢測(cè)元件的元件主體(傳感器元件)的輸出的偏差。
[0017]本發(fā)明提供以下方案。
[0018]本發(fā)明的氣體傳感器包括:傳感器元件,其由固體電解質(zhì)體構(gòu)成,并至少具有以軸線為中心的筒狀的筒部以及封堵該筒部的頂端的頂端部；以及筒狀或者柱狀的加熱器，其配置于上述傳感器元件的內(nèi)部，并通過(guò)發(fā)熱而對(duì)上述傳感器元件進(jìn)行加熱；上述加熱器的頂端部與上述傳感器元件的上述頂端部的內(nèi)表面相接觸，并且上述加熱器的側(cè)部與上述傳感器元件的上述筒部的內(nèi)周面相接觸。
[0019]與加熱器的頂端部?jī)H與傳感器元件的頂端部的內(nèi)表面接觸的方式的氣體傳感器、或者加熱器的側(cè)部與傳感器元件的筒部的內(nèi)周面接觸的方式的氣體傳感器相比較，這種結(jié)構(gòu)的氣體傳感器能夠較大地確保加熱器與傳感器元件之間的接觸面積，自加熱器向傳感器元件的導(dǎo)熱較好。
[0020]由此，根據(jù)本發(fā)明的氣體傳感器，能夠縮短激活傳感器元件所需的時(shí)間，并且能夠抑制傳感器兀件的輸出的偏差。
[0021]上述發(fā)明中，也可以是，上述傳感器元件的上述頂端部的內(nèi)表面形成為平坦。[0022]根據(jù)這種結(jié)構(gòu)的氣體傳感器，由于頂端部的內(nèi)表面形成為平坦，因此易于使加熱器的頂端與側(cè)面分別直接接觸于傳感器元件的頂端部的內(nèi)表面和筒部的內(nèi)周面。
[0023]換句話說(shuō)，若頂端部的內(nèi)表面形成為平坦，則在加熱器的頂端與內(nèi)表面相接觸時(shí)，內(nèi)表面容易接住加熱器的頂端。于是，當(dāng)在筒部的內(nèi)周面與加熱器的側(cè)面相接觸的狀態(tài)下進(jìn)一步欲使頂端部的內(nèi)表面與加熱器的頂端相接觸時(shí)，難以作用有使筒部的內(nèi)周面與加熱器的側(cè)面之間分離的力。換句話說(shuō)，易于使加熱器的頂端與側(cè)面分別直接接觸于傳感器元件的頂端部的內(nèi)表面和筒部的內(nèi)周面。此外，也可以將頂端部的內(nèi)表面形成為與軸線正交的平坦的面。
[0024]在上述發(fā)明中，也可以是，在上述加熱器的頂端角部形成有通過(guò)實(shí)施倒角而成的倒角部，該倒角部處于不與上述傳感器元件的上述頂端部的內(nèi)表面接觸的狀態(tài)。
[0025]這種結(jié)構(gòu)的氣體傳感器中，由于在加熱器的頂端角部的倒角部與傳感器元件中的頂端部的內(nèi)表面之間產(chǎn)生縫隙，因此加熱器的頂端角部的倒角部處于不與傳感器元件的頂端部的內(nèi)表面接觸的狀態(tài)。
[0026]由此，能夠避免加熱器的頂端角部與傳感器元件的頂端部的內(nèi)表面相干擾，因此容易使傳感器元件的頂端部的內(nèi)表面與加熱器的頂端相接觸，并且容易使傳感器元件的筒部的內(nèi)周面與加熱器的側(cè)面相接觸。
[0027]在上述發(fā)明中，也可以是，上述傳感器元件是將上述筒部和上述頂端部一體形成而得到的，作為上述筒部的內(nèi)周面與上述頂端部的內(nèi)表面之間的交界的連接部形成為將上述內(nèi)周面與上述內(nèi)表面之間平滑地連接起來(lái)的圓弧狀的曲面。
[0028]具體而言，也可以是，上述筒部的內(nèi)周面的直徑R (或者半徑R)和上述頂端部的內(nèi)表面的直徑r (或者半徑r)滿足0.3 Sr / R的關(guān)系，而且，也可以是，上述筒部的內(nèi)周面的直徑R (或者半徑R)和上述頂端部的內(nèi)表面的直徑r (或者半徑r)滿足r / R = 0.47的關(guān)系。
[0029]如此，通過(guò)將筒部的內(nèi)周面與頂端部的內(nèi)表面之間的連接部形成為平滑的圓弧狀的曲面，例如與將連接部形成為角狀的情況相比較，能夠抑制應(yīng)力向連接部集中，從而能夠抑制傳感器元件的破損。此外，形成為圓弧狀的曲面的連接部的范圍、例如連接部的圓弧的半徑也可以處于能夠抑制加熱器的與頂端部的內(nèi)表面接觸的頂端和連接部相接觸的范圍。換言之，既可以滿足上述的0.3 Sr / R的關(guān)系，也可以進(jìn)一步滿足r / R = 0.47的關(guān)系。通過(guò)如此設(shè)置，容易使加熱器的頂端與側(cè)面分別直接接觸于傳感器元件的頂端部的內(nèi)表面和筒部的內(nèi)周面。
[0030]在上述發(fā)明中，也可以是，對(duì)于上述傳感器元件的上述頂端部，除了上述內(nèi)表面形成為平坦之外，作為上述傳感器元件的頂端的外表面也形成為平坦。
[0031]通過(guò)如此將作為傳感器元件的頂端、換言之作為頂端部的頂端的外表面形成為平坦，與將頂端部的外表面形成為球面狀的情況相比較，頂端部的體積變小。因此，在傳感器元件以相同的比例被加熱的情況下，若頂端部的外表面形成為平坦，則溫度的上升加快。
[0032]上述發(fā)明中，也可以是，上述傳感器元件的上述頂端部在上述軸線方向上的厚度為上述傳感器元件的上述筒部中的與上述加熱器接觸的部分在徑向上的厚度以上的厚度。
[0033]如此，通過(guò)將頂端部的厚度做成為筒部的厚度以上的厚度，與將頂端部的厚度做成為小于筒部的厚度的情況相比較，能夠抑制頂端部的破損。例如，由于頂端部是將加熱器插入時(shí)加熱器的頂端所抵接到的部分，因此若頂端部的厚度不充分且強(qiáng)度不足，則容易產(chǎn)生龜裂等的缺陷。該缺陷可能會(huì)受到傳感器元件的溫度變化等的影響而成長(zhǎng)為龜裂等，從而導(dǎo)致破損。
[0034]在上述發(fā)明中，也可以是，上述傳感器元件的上述頂端部在上述軸線方向上的厚度為與上述傳感器元件的上述筒部中的與上述加熱器接觸的部分在徑向上的厚度相同的厚度。
[0035]如此，通過(guò)將頂端部的厚度做成為與筒部的厚度相同的厚度，與將頂端部的厚度做成為比筒部的厚度厚的情況相比較，能夠確保頂端部的強(qiáng)度并且能夠減小頂端部的體積。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的氣體傳感器，由于加熱器的頂端部與傳感器元件的頂端部的內(nèi)表面相接觸，并且加熱器的側(cè)部與傳感器元件的筒部的內(nèi)周面相接觸，因此能夠較大地確保加熱器與傳感器元件之間的接觸面積，自加熱器向傳感器元件的導(dǎo)熱較好。結(jié)果，加熱器所產(chǎn)生的熱量容易傳遞至構(gòu)成氣體檢測(cè)元件的元件主體(傳感器元件)的固體電解質(zhì)體，能夠縮短激活氣體檢測(cè)元件的元件主體(傳感器元件)所需的時(shí)間。并且，發(fā)揮能夠抑制固體電解質(zhì)體中的溫度分布變得不均勻、從而能夠抑制氣體檢測(cè)元件的元件主體(傳感器元件)的輸出的偏差這一效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1是說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施方式的氣體傳感器的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0038]圖2是說(shuō)明圖1的氣體檢測(cè)元件的結(jié)構(gòu)的圖。
[0039]圖3A-3B是說(shuō)明圖1的氣體檢測(cè)元件中的頂端的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0040]圖4是說(shuō)明圖3A-3B的氣體檢測(cè)元件中的頂端部的其他實(shí)施例的示意圖。
[0041]圖5A-5B是說(shuō)明圖3A-3B的氣體檢測(cè)元件的結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的示意圖。
[0042]圖6是說(shuō)明以往的氣體傳感器的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0043]圖7是以往的“頂部接觸(日文:先當(dāng)構(gòu)造”的氣體傳感器中的氣體檢測(cè)元件以及加熱器的剖視圖。
[0044]圖8是涉及應(yīng)用了本發(fā)明的氣體傳感器與兩個(gè)比較例(以往的氣體傳感器)之間的比較測(cè)量的測(cè)量結(jié)果。
[0045]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0046]I…氣體傳感器，11…兀件主體(傳感器兀件)，12…筒部，13…頂端部，15…連接部，16...外側(cè)電極，19...內(nèi)側(cè)電極,20...加熱器,25...倒角部
【具體實(shí)施方式】
[0047]一邊參照?qǐng)D1~圖4 一邊對(duì)該發(fā)明的一實(shí)施方式的氣體傳感器進(jìn)行說(shuō)明。圖1是說(shuō)明本實(shí)施方式的氣體傳感器I的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0048]在本實(shí)施方式中，將本發(fā)明的氣體傳感器應(yīng)用于如下氧傳感器而進(jìn)行說(shuō)明:該氧傳感器是緊固于例如安裝于乘用車等車輛的內(nèi)燃機(jī)的缸蓋的、氣體傳感器的頂端部分突出到形成在缸蓋內(nèi)的排氣流路內(nèi)的傳感器，該氧傳感器用于測(cè)量排放氣體中的氧濃度。此外，在以下的說(shuō)明中，將沿著軸線O的方向中的、保護(hù)件80安裝于主體金屬外殼60的一側(cè)設(shè)為頂端側(cè)，將該一側(cè)的相反側(cè)設(shè)為后端側(cè)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
[0049]本實(shí)施方式的氣體傳感器I是具備用于對(duì)后述的氣體檢測(cè)元件10進(jìn)行加熱的加熱器20的傳感器，利用加熱器20的熱量加熱氣體檢測(cè)元件10并激活該氣體檢測(cè)元件10，從而測(cè)量排放氣體中的氧濃度。
[0050]如圖1所示，氣體傳感器I主要包括氣體檢測(cè)元件10、加熱器20、分隔件30、密封構(gòu)件40、端子件50、以及導(dǎo)線55，并且包括將它們的周圍覆蓋的主體金屬外殼60、保護(hù)件80、以及外筒90等。
[0051]圖2是說(shuō)明圖1的氣體檢測(cè)元件10的結(jié)構(gòu)的圖，氣體檢測(cè)元件10具備元件主體(傳感器元件)11，該元件主體11由具有氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)體形成。氣體檢測(cè)元件10主要包括元件主體11、外側(cè)電極16、縱導(dǎo)引部17，環(huán)狀導(dǎo)引部18。
[0052]元件主 體11 (傳感器元件11)主要包括筒部12和頂端部13，該筒部12形成為沿軸線O方向延伸的圓筒狀，該頂端部13封堵筒部12的頂端側(cè)的端部(圖2的下側(cè)的端部)。在元件主體11的中央部的外周遍及整個(gè)周向地設(shè)有朝向徑向外突出的凸肩部14。
[0053]在本實(shí)施方式中，筒部12具有直徑為3.0mm的內(nèi)周面，在元件主體11的厚度、SP自元件主體11的內(nèi)表面至外表面的厚度中，緊鄰?fù)辜绮?4下方的厚度為1.0mm~1.5mm,比凸肩部14靠后端側(cè)的厚度形成為2.0mm。并且,筒部12的頂端側(cè)的厚度形成為0.5mm。筒部12的內(nèi)周面的直徑的大小至少在頂端的附近、換言之在與加熱器20接觸的區(qū)域的附近形成為恒定。
[0054]如圖1以及圖3A所示，與筒部12的頂端側(cè)相同，頂端部13是厚度形成為0.5mm的圓板狀的構(gòu)件。換言之，頂端部13中的內(nèi)表面(位于元件主體11的內(nèi)側(cè)的面)、以及外表面(位于元件主體11的外側(cè)的面)形成為平坦。并且，作為頂端部13的內(nèi)表面與筒部12的內(nèi)周面之間的交界的連接部15形成為將兩者平滑地連接起來(lái)的圓弧狀的曲面。
[0055]通過(guò)如此將連接部15形成為平滑的圓弧狀的曲面，能夠抑制在頂端部13的內(nèi)表面與筒部12的內(nèi)周面之間的交界產(chǎn)生裂縫，從而能夠抑制元件主體11的破損。
[0056]并且，如圖3B所示，將筒部12的內(nèi)直徑(或者內(nèi)半徑)設(shè)為R，將頂端部13的內(nèi)表面中的平坦區(qū)域的直徑(或者半徑)設(shè)為r，則筒部12的內(nèi)直徑(或者內(nèi)半徑)R與頂端部13的平坦區(qū)域的直徑(或者直徑)r之間滿足
[0057]0.3 ^ r / R
[0058]的關(guān)系。而且，也可以將筒部12的內(nèi)直徑(或者內(nèi)半徑)R以及頂端部13的平坦區(qū)域的直徑(或者直徑)r設(shè)定為滿足
[0059]r / R = 0.47
[0060]的關(guān)系。
[0061]作為構(gòu)成元件主體11的固體電解質(zhì)體，代表性的固體電解質(zhì)體例如是使Y2O3或者CaO固溶而成的Zr02。除了該固體電解質(zhì)體以外，也可以使用作為堿土類金屬或稀土類金屬的氧化物和ZrO2的固溶體的固體電解質(zhì)體。另外，也可以使用在堿土類金屬或者稀土類金屬的氧化物和ZrO2的固溶體中進(jìn)一步含有HfO2而成的固體電解質(zhì)體。
[0062]在元件主體11的外周面形成有外側(cè)電極16、縱導(dǎo)引部17、以及環(huán)狀導(dǎo)引部18。外側(cè)電極16是通過(guò)在氣體檢測(cè)元件10的頂端側(cè)將Pt或Pt合金(以下，表述為“Pt等”。)形成為多孔質(zhì)而形成的電極?？v導(dǎo)引部17是自外側(cè)電極16沿軸線方向延伸的導(dǎo)電部，由Pt等形成。環(huán)狀導(dǎo)引部18是呈環(huán)狀形成于凸肩部14的下表面的一側(cè)(圖2的下方)、并以能夠與縱導(dǎo)引部17導(dǎo)電的方式與縱導(dǎo)引部17相連接的導(dǎo)電部，該環(huán)狀導(dǎo)引部18由Pt等形成。在元件主體11的內(nèi)周面形成有通過(guò)將Pt等形成為多孔質(zhì)而成的內(nèi)側(cè)電極19。
[0063]如圖1所示，加熱器20是配置于氣體檢測(cè)元件10的內(nèi)部并對(duì)元件主體11進(jìn)行加熱的長(zhǎng)條的加熱部件。
[0064]加熱器20主要包括由圓棒狀的氧化鋁構(gòu)成的陶瓷管21、以及覆蓋陶瓷管21的外周并由氧化鋁構(gòu)成的陶瓷層22。在陶瓷層22中的頂端側(cè)設(shè)有通過(guò)被供給電力而產(chǎn)生熱量的發(fā)熱部23。在本實(shí)施方式中，作為發(fā)熱部23，使用將由通過(guò)被供給電力而產(chǎn)生熱量的材料、例如鎢系的材料所形成的發(fā)熱電阻體24埋入陶瓷層22的例子進(jìn)行說(shuō)明(圖3A參照)。此外，在本實(shí)施方式中，使用采用了圓棒狀的加熱器的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但加熱器的形狀并不局限于圓棒狀，也可以是筒狀或者柱狀。
[0065]加熱器20相對(duì)于氣體檢測(cè)元件10的軸線傾斜配置。并且，加熱器20的陶瓷管21在頂端處自陶瓷層22突出，與元件主體11的頂端部13中的內(nèi)表面的平坦區(qū)域直接接觸。加熱器20的發(fā)熱部23與元件主體11的筒部12中的作為側(cè)面的內(nèi)周面直接接觸。在加熱器20的頂端角部形成有通過(guò)實(shí)施倒角而成的倒角部25。該倒角部25處于不與元件主體11 (傳感器元件11)的頂端部13的內(nèi)表面(連接部15等)接觸的狀態(tài)。在加熱器20的后端設(shè)有一對(duì)與發(fā)熱部23電連接并向發(fā)熱部23供給電力的電極26。在圖1中僅圖示了一對(duì)電極26中的一個(gè)電極。
[0066]如圖1所示，分隔件30是配置于氣體檢測(cè)元件10與密封構(gòu)件40之間的構(gòu)件，且是由具有電絕緣性的材料例如氧化鋁所形成的圓筒形狀的構(gòu)件。在分隔件30設(shè)有收納端子件50、電極26等的收容部31。收容部31是沿軸線O方向貫穿分隔件30而形成的通孔，使比分隔件30靠頂端側(cè)的空間和靠后端側(cè)的空間之間能夠流通空氣。
[0067]并且，在分隔件30的外周面設(shè)有向徑向外側(cè)突出的凸緣部32。在比分隔件30中的凸緣部32靠頂端側(cè)的外周面，配置有形成為大致圓筒狀的保持金屬外殼33，以使分隔件30插入于該保持金屬外殼33內(nèi)部。
[0068]密封構(gòu)件40是例如由氟橡膠等的彈性材料構(gòu)成的圓筒形狀的栓構(gòu)件，且是配置于氣體傳感器I的后端的構(gòu)件。密封構(gòu)件40是以軸線O方向?yàn)楦叨确较虿⑿纬蔀榇笾聢A柱狀的栓構(gòu)件，且是封堵外筒90的后端的構(gòu)件。密封構(gòu)件40以與分隔件30的后端側(cè)的面抵接的方式嵌入外筒90的后端側(cè)的開(kāi)口。密封構(gòu)件40利用形成在外筒90的與密封構(gòu)件40的側(cè)面對(duì)應(yīng)的位置的外筒鑿緊部91而固定于外筒90。外筒鑿緊部91是使外筒90朝向徑向內(nèi)側(cè)變形為凹狀的部分，且是形成為在周向上繞外筒90—周的槽狀的部分。在密封構(gòu)件40的徑向的中央形成有沿軸線O方向貫穿的空氣連通孔41，并且在比空氣連通孔41靠徑向外側(cè)在周向上以等間隔的方式形成有四個(gè)沿軸線O方向貫穿的導(dǎo)線插入孔42。
[0069]空氣連通孔41是用于向被密封構(gòu)件40封堵的外筒90的內(nèi)部導(dǎo)入空氣的通孔。在空氣連通孔41的內(nèi)部插入有過(guò)濾構(gòu)件43以及止動(dòng)件44。過(guò)濾構(gòu)件43是例如由PTFE (聚四氟乙烯)等的氟樹(shù)脂形成的、具有微米單位的網(wǎng)眼構(gòu)造的薄膜狀的過(guò)濾器。因此，過(guò)濾構(gòu)件43不允許水滴等透過(guò)卻允許空氣通過(guò)。止動(dòng)件44是形成為筒狀的構(gòu)件，用于將過(guò)濾構(gòu)件43固定于密封構(gòu)件40。具體而言，在止動(dòng)件44的外周與空氣連通孔41的內(nèi)周之間夾住過(guò)濾構(gòu)件43并將過(guò)濾構(gòu)件43固定于密封構(gòu)件40。[0070]端子件50是四個(gè)由鎳合金(例如因科鎳合金750。英因科鎳合金社制，注冊(cè)商標(biāo))形成的金屬外殼，它們分別與兀件主體11的外側(cè)電極16、內(nèi)側(cè)電極19、以及加熱器20的一對(duì)電極26電連接。在各個(gè)端子件50以壓接的方式電連接有導(dǎo)線55的芯線。在圖1中圖示了四根導(dǎo)線55中的三根導(dǎo)線55。
[0071]如圖1所示，主體金屬外殼60是由不銹鋼合金(例如JIS規(guī)格的SUS310S)形成的構(gòu)件，且是形成為大體圓筒狀的構(gòu)件。在主體金屬外殼60以自內(nèi)周面朝向徑向內(nèi)側(cè)在整個(gè)周向上突出的方式設(shè)有支承氣體檢測(cè)元件10的凸肩部14的臺(tái)階部61。
[0072]在主體金屬外殼60的頂端側(cè)的外周面沿整個(gè)周向設(shè)有螺紋部62和六角部63，該螺紋部62用于將氣體傳感器I安裝于內(nèi)燃機(jī)的缸蓋(未圖示。)，該六角部63供用于將螺紋部62旋入缸蓋的安裝工具卡合。在螺紋部62與六角部63之間配置有環(huán)狀的墊圈64。墊圈64用于防止自氣體傳感器I與缸蓋之間的縫隙漏氣。
[0073]在主體金屬外殼60的比螺紋部62靠頂端側(cè)的位置形成有供后述的保護(hù)件80卡合的頂端卡合部65。頂端卡合部65是外周面的直徑相比于螺紋部62形成得較小的部分。另外，在主體金屬外殼60的比六角部63靠后端側(cè)的位置，自六角部63朝向后端側(cè)依次形成有供外筒90卡合的后端卡合部66、以及用于彎邊固定氣體檢測(cè)元件10的彎邊固定部67。
[0074]在主體金屬外殼60的內(nèi)部，自臺(tái)階部61朝向后端側(cè)依次配置有金屬制的頂端側(cè)密封件71、由氧化鋁構(gòu)成的筒狀的支承構(gòu)件72、金屬制的后端側(cè)密封件73、由滑石的粉末構(gòu)成的填充構(gòu)件74、氧化鋁制的套筒75、以及環(huán)狀的環(huán)76。在支承構(gòu)件72的內(nèi)周面形成有臺(tái)階部，利用該臺(tái)階部支承元件主體11的凸肩部14。此外，在支承構(gòu)件72與凸肩部14之間夾持配置有后端側(cè)密封件73。
[0075]環(huán)76配置于套筒75與彎邊固定部67之間，彎邊固定部67將由于向徑向內(nèi)側(cè)并且向頂端側(cè)變形而施加的朝向頂端方向的力傳遞至填充構(gòu)件74、后端側(cè)密封件73、支承構(gòu)件72、頂端側(cè)密封件71。在該按壓力的作用下，填充構(gòu)件74沿軸線O方向壓縮填充，并且氣密地填埋主體金屬外殼60的內(nèi)周面以及元件主體11的外周面之間的縫隙。
[0076]保護(hù)件80用于在將氣體傳感器I安裝于缸蓋時(shí)保護(hù)向流路內(nèi)突出的氣體檢測(cè)元件10不與包含在流路內(nèi)流動(dòng)的空氣中的水滴、異物等碰撞。保護(hù)件80是由不銹鋼(例如，JIS規(guī)格的SUS310S)形成的構(gòu)件，且是用于覆蓋氣體檢測(cè)元件10的頂端的保護(hù)構(gòu)件。保護(hù)件80是沿軸線方向延伸的筒狀的構(gòu)件，并形成為其頂端被封堵的形狀。保護(hù)件80的后端緣通過(guò)焊接而固定于主體金屬外殼60的頂端卡合部65。
[0077]在保護(hù)件80設(shè)有外側(cè)保護(hù)件81和內(nèi)側(cè)保護(hù)件82，該外側(cè)保護(hù)件81形成為有底筒狀，且其敞開(kāi)的一側(cè)的周邊部外套于頂端卡合部65，該內(nèi)側(cè)保護(hù)件82固定于外側(cè)保護(hù)件81的內(nèi)部，并形成為有底筒狀。換言之，保護(hù)件80具有由外側(cè)保護(hù)件81以及內(nèi)側(cè)保護(hù)件82構(gòu)成的雙重構(gòu)造。
[0078]在外側(cè)保護(hù)件81以及內(nèi)側(cè)保護(hù)件82的圓筒面設(shè)有用于向內(nèi)部導(dǎo)入氣體的導(dǎo)入口83。在圖1中僅圖示了外側(cè)保護(hù)件81的導(dǎo)入口 83，內(nèi)側(cè)保護(hù)件82的導(dǎo)入口 83在配置的關(guān)系上未予圖示。并且，在外側(cè)保護(hù)件81以及內(nèi)側(cè)保護(hù)件82的底面分別設(shè)有用于將進(jìn)入內(nèi)部的水滴、氣體排出的外側(cè)排出口 84、內(nèi)側(cè)排出口 85。
[0079]外筒90是由不同于主體金屬外殼60的不銹鋼(例如，JIS規(guī)格的SUS304L)形成的構(gòu)件，在外筒90的內(nèi)部插入有主體金屬外殼60的后端卡合部66,從而將外筒90固定于主體金屬外殼60。在外筒90的內(nèi)部配置有分隔件30、密封構(gòu)件40、自主體金屬外殼60的后端突出的氣體檢測(cè)元件10的后端。
[0080]根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，由于元件主體11的頂端部13的內(nèi)表面形成為平坦，因此容易使加熱器20的頂端與側(cè)面分別直接接觸于元件主體11的頂端部13的內(nèi)表面和筒部12的內(nèi)周面。因此，與僅使加熱器20的頂端與元件主體11的頂端部13的內(nèi)表面相接觸的情況、僅使加熱器20的側(cè)面與元件主體11的筒部12的內(nèi)周面相接觸的情況相比較，能夠在短時(shí)間內(nèi)使元件主體11升溫，從而能夠縮短激活氣體檢測(cè)元件10所需的時(shí)間。另外，能夠使元件主體11的頂端處的溫度分布均勻，從而能夠抑制氣體檢測(cè)元件10的輸出的偏差。
[0081]例如，在頂端部13的內(nèi)表面形成為球面狀的情況下，若在筒部12的內(nèi)周面與加熱器20的側(cè)面相接觸的狀態(tài)下進(jìn)一步欲使頂端部13的內(nèi)表面與加熱器20的頂端相接觸，則加熱器20的頂端通過(guò)在形成為球面狀的內(nèi)表面上滑動(dòng)而易于被引導(dǎo)至內(nèi)表面的中央。于是，筒部12的內(nèi)周面與加熱器20的側(cè)面之間容易分離。換言之，難以使加熱器20的頂端與側(cè)面分別直接接觸于頂端部13的內(nèi)表面和筒部12的內(nèi)周面。
[0082]與此相對(duì)，若頂端部13的內(nèi)表面形成為平坦，則在加熱器20的頂端與內(nèi)表面接觸時(shí)，頂端部13的內(nèi)表面容易接住加熱器20的頂端。于是，在筒部12的內(nèi)周面與加熱器20的側(cè)面相接觸的狀態(tài)下進(jìn)一步欲使頂端部13的內(nèi)表面與加熱器20的頂端相接觸時(shí)，難以作用有使筒部12的內(nèi)周面與加熱器20的側(cè)面之間分離的力。換句話說(shuō)，易于使加熱器20的頂端與側(cè)面分別直接接觸于元件主體11的頂端部13的內(nèi)表面和筒部12的內(nèi)周面。此夕卜，也可以將頂端部13的內(nèi)表面形成為與元件主體11的軸線正交的平坦的面。
[0083]通過(guò)將作為元件主體11的頂端、換言之作為頂端部13的頂端的外表面形成為平坦，與將頂端部13的外表面形成為球面狀的情況相比較，能夠減小頂端部13的體積。因此，在元件主體11以相同的比例被加熱的情況下，若頂端部13的外表面形成為平坦，則能夠加快元件主體11的溫度上升，從而能夠縮短激活氣體檢測(cè)元件10所需的時(shí)間。
[0084]另外，由于頂端部13的厚度與筒部12的厚度為相同的厚度，因此與將頂端部13的厚度做成比筒部12的厚度厚的情況相比較，能夠確保頂端部13的強(qiáng)度并且減小頂端部13的體積。
[0085]并且，在上述的氣體傳感器I中，由于在加熱器20的頂端角部的倒角部25與元件主體11 (傳感器元件11)的頂端部13的內(nèi)表面之間產(chǎn)生縫隙，因此加熱器20的頂端角部的倒角部25處于不與元件主體11 (傳感器元件11)的頂端部13的內(nèi)表面接觸的狀態(tài)。
[0086]由此，能夠避免加熱器20的頂端角部與元件主體11(傳感器元件11)的頂端部13的內(nèi)表面相干擾，因此容易使元件主體11 (傳感器元件11)的頂端部13的內(nèi)表面與加熱器20的頂端相接觸，并且容易使元件主體11 (傳感器元件11)的筒部12的內(nèi)周面與加熱器20的側(cè)面相接觸。
[0087]這里，對(duì)權(quán)利要求書(shū)與上述實(shí)施方式中的敘述之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。
[0088]元件主體11 (傳感器元件11)相當(dāng)于傳感器元件的一個(gè)例子，筒部12相當(dāng)于筒部的一個(gè)例子，頂端部13相當(dāng)于頂端部的一個(gè)例子，連接部15相當(dāng)于連接部的一個(gè)例子。另夕卜，加熱器20相當(dāng)于加熱器的一個(gè)例子。
[0089]以上，說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠以各種技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)施。
[0090]例如，元件主體11的頂端部13的外表面既可以如圖3A以及圖3B所示那樣形成為平坦，也可以圖4所示那樣形成為與筒部12的外周面平滑地連接起來(lái)的曲面、例如半球狀的曲面，并沒(méi)有特別限定。
[0091]通過(guò)如此設(shè)置，元件主體11的頂端部13的厚度比筒部12的厚度厚，與元件主體11的頂端部13的厚度小于筒部12的厚度的情況相比較,能夠抑制頂端部13的破損。例如，由于頂端部13是將加熱器20插入時(shí)加熱器20的頂端所抵接到的部分，因此若頂端部13的厚度不充分且強(qiáng)度不足，則容易產(chǎn)生龜裂等的缺陷。該缺陷可能會(huì)受到元件主體11的溫度變化等的影響而成長(zhǎng)為龜裂等，從而導(dǎo)致破損。
[0092]并且，如圖5A以及圖5B所示，也可以將元件主體11的筒部12的與加熱器20接觸的頂端側(cè)形成為內(nèi)周的直徑隨著靠近頂端部13而變小的錐狀。在該情況下，加熱器20的傾斜既可以是如圖5A所示那樣使加熱器20的陶瓷層22、特別是發(fā)熱部23與筒部12的內(nèi)周面線接觸的傾斜，也可以是如圖5B所示那樣與圖5A的情況相反的傾斜、換句話說(shuō)是陶瓷層22的頂端與筒部12的內(nèi)周面接觸的傾斜，并沒(méi)有特別限定。
[0093]接下來(lái)，說(shuō)明涉及應(yīng)用了本發(fā)明的氣體傳感器與兩個(gè)比較例(以往的氣體傳感器)之間的比較測(cè)量的測(cè)量結(jié)果。
[0094]此外，比較測(cè)量是針對(duì)“傳感器元件中的不同部位之間的溫度差”、“傳感器激活時(shí)間”、“傳感器輸出偏差”這三個(gè)項(xiàng)目而實(shí)施。
[0095]另外，作為比較例(以往的氣體傳感器)的一個(gè)，使用了如圖6所示的氣體傳感器那樣加熱器抵接于傳感器元件內(nèi)表面的側(cè)面的氣體傳感器(換言之為“橫向接觸構(gòu)造”的氣體傳感器)。另外，作為另一個(gè)比較例(以往的氣體傳感器)，使用了加熱器抵接于傳感器元件內(nèi)表面的頂端的氣體傳感器(換言之為“頂部接觸構(gòu)造”的氣體傳感器)。
[0096]在圖7中示出“頂部接觸構(gòu)造”的氣體傳感器中的氣體檢測(cè)元件Pl以及加熱器P9的剖視圖。
[0097]在圖8中示出“傳感器元件中的不同部位之間的溫度差”、“傳感器激活時(shí)間”、“傳感器輸出偏差”的各自的測(cè)量結(jié)果。此外，“傳感器元件中的不同部位之間的溫度差”是傳感器元件的外周表面中的、發(fā)熱最大部分與傳感器元件的周向上的與該發(fā)熱最大部分相反側(cè)的部分(沿周向移動(dòng)了 180度后的部分)之間的溫度差。
[0098]根據(jù)圖8的測(cè)量結(jié)果可知，關(guān)于“傳感器元件中的不同部位之間的溫度差”，“橫向接觸構(gòu)造”的氣體傳感器的溫度差最大，應(yīng)用了本發(fā)明的氣體傳感器以及“頂部接觸構(gòu)造”的氣體傳感器的溫度差較小。根據(jù)該測(cè)量結(jié)果可知，與“橫向接觸構(gòu)造”的氣體傳感器相比較，應(yīng)用了本發(fā)明的氣體傳感器能夠抑制傳感器元件的溫度分布變得不均勻。
[0099]接下來(lái)，關(guān)于“傳感器激活時(shí)間”，“頂部接觸構(gòu)造”的氣體傳感器需要最長(zhǎng)的時(shí)間，“橫向接觸構(gòu)造”的氣體傳感器的傳感器激活時(shí)間、應(yīng)用了本發(fā)明的氣體傳感器的傳感器激活時(shí)間依次變短。根據(jù)該測(cè)量結(jié)果可知，與“頂部接觸構(gòu)造”的氣體傳感器、“橫向接觸構(gòu)造”的氣體傳感器相比較，應(yīng)用了本發(fā)明的氣體傳感器能夠縮短傳感器激活時(shí)間。
[0100]接下來(lái),關(guān)于“傳感器輸出偏差”，“橫向接觸構(gòu)造”的氣體傳感器的輸出偏差最大，應(yīng)用了本發(fā)明的氣體傳感器以及“頂部接觸構(gòu)造”的氣體傳感器的輸出偏差較小。根據(jù)該測(cè)量結(jié)果可知，與“橫向接觸構(gòu)造”的氣體傳感器相比較，應(yīng)用了本發(fā)明的氣體傳感器不易產(chǎn)生輸出偏差。
[0101]根據(jù)這些測(cè)量結(jié)果可知，與“頂部接觸構(gòu)造”的氣體傳感器、“橫向接觸構(gòu)造”的氣體傳感器相比較，應(yīng)用了本發(fā)明的氣體傳感器能夠縮短激活氣體檢測(cè)元件的元件主體(傳感器元件)所需的時(shí)間，并且能夠抑制氣體檢測(cè)元件的元件主體(傳感器元件)的輸出的偏差。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體傳感器，其包括: 傳感器元件，其由固體電解質(zhì)體構(gòu)成，并至少具有以軸線為中心的筒狀的筒部以及封堵該筒部的頂端的頂端部；以及 筒狀或者柱狀的加熱器，其配置于上述傳感器元件的內(nèi)部，并通過(guò)發(fā)熱而對(duì)上述傳感器元件進(jìn)行加熱； 上述加熱器的頂端部與上述傳感器元件的上述頂端部的內(nèi)表面相接觸，并且上述加熱器的側(cè)部與上述傳感器元件的上述筒部的內(nèi)周面相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于， 上述傳感器元件的上述頂端部的內(nèi)表面形成為平坦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于， 在上述加熱器的頂端角部形成有通過(guò)實(shí)施倒角而成的倒角部，該倒角部處于不與上述傳感器元件的上述頂端部的內(nèi)表面接觸的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，其特征在于， 上述傳感器元件是將上述筒部和上述頂端部一體地形成而得到的， 作為上述筒部的內(nèi)周面與上述頂端部的內(nèi)表面之間的交界的連接部形成為將上述內(nèi)周面與上述內(nèi)表面之間平滑地連接起來(lái)的圓弧狀的曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，其特征在于， 上述筒部的內(nèi)周面的直徑R和上述頂端部的內(nèi)表面的直徑r滿足0./ R的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體傳感器，其特征在于， 上述筒部的內(nèi)周面的直徑R和上述頂端部的內(nèi)表面的直徑r滿足與r / R = 0.47的關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，其特征在于， 對(duì)于上述傳感器元件的上述頂端部，除了上述內(nèi)表面形成為平坦之外，作為上述傳感器元件的頂端的外表面也形成為平坦。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣體傳感器，其特征在于， 上述傳感器元件的上述頂端部在上述軸線方向上的厚度為上述傳感器元件的上述筒部中的與上述加熱器接觸的部分在徑向上的厚度以上的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，其特征在于， 上述傳感器元件的上述頂端部在上述軸線方向上的厚度為與上述傳感器元件的上述筒部中的與上述加熱器接觸的部分在徑向上的厚度相同的厚度。
【文檔編號(hào)】G01N27/409GK103748461SQ201280039917
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月17日
【發(fā)明者】磯村浩 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社