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      電化學氣體傳感器及其鉚接方法

      文檔序號:5945532閱讀:116來源:國知局
      專利名稱:電化學氣體傳感器及其鉚接方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      該發(fā)明涉及電化學氣體傳感器,尤其涉及其鉚接。
      背景技術(shù)
      發(fā)明者們開發(fā)了將氣體傳感器主體的底面配置在金屬制容器內(nèi)、將蓋部件配置在氣體傳感器主體的上面,通過密封墊將蓋部件和容器鉚接的電化學氣體傳感器(專利文獻I日本特開2004-226346,專利文獻2日本特開2006-84319)。專利文獻I中容器的頂端從容器的軸線方向被彎曲成直角,將密封墊向下擠壓。專利文獻2中密封墊與容器的頂端接觸,但在氣體傳感器主體附近沒有密封墊。專利文獻3(USP565005)中蓋部件被夾入密封墊的槽中。但是,電化學氣體傳感器存在氣體靈敏度的參差不齊,具有貯水器的氣體傳感器 還存在水的蒸發(fā)量的參差不齊。并且,氣體靈敏度的參差不齊導致要求準確地調(diào)整附帶電路、或者使氣體傳感器的收率(yield)下降。并且,水的蒸發(fā)量的參差不齊招致傳感器壽命的參差不齊。[專利文獻I]日本特開2004-226346[專利文獻2]日本特開2006-84319[專利文獻3] USP565OOM

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的課題就是要減小電化學氣體傳感器的氣體靈敏度的參差不齊。本發(fā)明為具備以下部件的電化學氣體傳感器圓板狀、金屬制的底部件;包圍底部件的周圍地沿底部件的軸線方向并至少向第I方向延伸的圓筒狀、金屬制的側(cè)面部件;環(huán)狀,在中央具備開口并且開口的兩側(cè)各自的截面為L字形狀,L字的一邊與側(cè)面部件的內(nèi)側(cè)相接,L字的另一邊與底部件相接的由聚合物構(gòu)成的密封墊;至少具備一對電極和固體電解質(zhì)膜或保持液體電解質(zhì)的隔離物,位于密封墊的開口內(nèi),底面與底部件接觸的氣體傳感器主體;以及底面與氣體傳感器主體的上表面接觸,底面為圓形的金屬制的蓋部件;其特征在于,蓋部件在側(cè)部具備沿蓋部件的軸線方向而向與底面相反一側(cè)延伸的環(huán)狀凸起;側(cè)面部件的頂端和密封墊的一邊的頂端從上述第I方向向底部件一側(cè)被彎曲成銳角,側(cè)面部件的頂端、密封墊的一邊的頂端和蓋部件的凸起的頂端互相氣密地接觸,并且3種頂端都不與底部件的表面平行。并且,本發(fā)明的電化學氣體傳感器的鉚接方法為鉚接具備以下部件的電化學氣體傳感器的方法,該電化學氣體傳感器,具備圓板狀、金屬制的底部件;包圍底部件的周圍地沿底部件的軸線方向并至少向第I方向延伸的圓筒狀、金屬制的側(cè)面部件;環(huán)狀、在中央具備開口并且開口的兩側(cè)各自的截面為L字形狀的由聚合物構(gòu)成的密封墊;至少具備一對電極和固體電解質(zhì)膜或保持液體電解質(zhì)的隔離物的氣體傳感器主體;以及金屬制、底面為圓形的蓋部件;該方法的特征在于,蓋部件在側(cè)部具備沿蓋部件的軸線方向向與底面相反一側(cè)延伸的環(huán)狀凸起;該方法執(zhí)行以下步驟通過將上述密封墊、上述氣體傳感器主體和上述蓋部件配置在上述底部件上,使密封墊的L字的一邊被上述側(cè)面部件包圍、另一邊與底部件相接,使氣體傳感器主體位于密封墊的開口內(nèi),從而使氣體傳感器主體的底面與底部件相接,使蓋部件的底面覆蓋氣體傳感器主體的上面,使蓋部件的環(huán)形凸起朝向與底部件相反一側(cè)的步驟;以及通過使入口側(cè)為大徑、內(nèi)側(cè)為小徑地附加有錐度的模具的孔的表面與側(cè)面部件的頂端接觸,來使上述側(cè)面部件的頂端和上述密封墊的一邊的頂端從上述第I方向起向上述底部件一側(cè)彎曲成銳角,使側(cè)面部件的頂端、密封墊的一邊的頂端和蓋部件的凸起的頂端互相氣密地接觸,且使3種頂端都不與底部件的表面平行地鉚接的步驟。本發(fā)明能夠?qū)⑸鲜?種頂端互相氣密地鉚接。并且,能夠消除L字形狀的密封墊的另一邊與底部件之間的間隙和密封墊的另一邊與蓋部件之間的間隙。因此,能夠準確地定位電化學氣體傳感器的各部件,能夠減小氣體靈敏度的參差不齊。例如如果將離上述第I方向的側(cè)面部件的頂端的角度為90°的比較例與實施例進行比較的話,實施例與比較例相比能夠縮小氣體靈敏度的分布(圖13、圖14)。另外,側(cè)面部件頂端的角度優(yōu)選離上述第I方向10。 60。,20 50。更好。 最好是側(cè)面部件從底部件的位置向與上述第I方向相反的方向延伸、構(gòu)成有底的筒狀容器,底部件被保持在筒狀容器的縮頸部,比底部件靠筒狀容器的底側(cè)的空間貯存水,在底部件上設(shè)置有孔。水既可以是液體水也可以是用二氧化硅等凝膠化過的水,除純凈水外還可以是包含磺酸化合物等電解質(zhì)的水。如圖12所示,憑借本發(fā)明從貯水器的水的蒸發(fā)量的參差不齊變小,氣體傳感器的壽命的參差不齊變小。


      圖I為實施例的電化學氣體傳感器的鉛垂方向剖視圖;圖2為圖I的電化學氣體傳感器的主要部分放大剖視圖;圖3為表不圖I的電化學氣體傳感器的容器和底板的鉛垂方向剖視圖;圖4為圖I的電化學氣體傳感器的密封墊的鉛垂方向剖視圖;圖5為表示圖I的電化學氣體傳感器的氣體傳感器主體和擴散控制板的剖視圖;圖6為表示圖I的電化學氣體傳感器的封孔體(cover)的鉛垂方向剖視圖;圖7為表示實施例的電化學氣體傳感器的鉚接方法的圖;圖8為第I變形例的電化學氣體傳感器的鉛垂方向剖視圖;圖9為第2變形例的電化學氣體傳感器的鉛垂方向剖視圖;圖10為表示實施例的電化學氣體傳感器的主要部分的鉛垂方向剖面的照片;圖11為表示比較例的電化學氣體傳感器的主要部分的鉛垂方向剖面的照片;圖12為表示實施例和比較例的水的蒸發(fā)量(在70°C下10天)的分布的特性圖;圖13為表示實施例中的CO靈敏度分布的特性圖;圖14為表示比較例中的CO靈敏度分布的特性圖。標記說明2.電化學氣體傳感器;3.容器;4.底板;5.孔;6.縮頸;7.貯水器;8.水;10.側(cè)面部;12.密封墊;14.氣體傳感器主體;16.擴散控制板;17.擴散控制孔;18.封孔體;20 23.接觸部;24.開口 ;25.底部;26.凸起;28.隔離物;29.檢測極;30.對電極;32、34.金屬部件;36、37.孔;38.過濾件;39.壓板;40.凸起;42.模具;43.孔;44.面;46.容器;47.底部;48.凸起;50.容器;52.底部;54.孔;56.凸起;58.蓋部件;59.蓋;60.凸起;D.軸線方向;F.頂端方向;0 .傾斜角
      具體實施例方式以下說明用來實施本發(fā)明的優(yōu)選實施例。[實施例]圖I 圖14表不實施例及其特性。圖I 圖6表不實施例的電化學氣體傳感器2的結(jié)構(gòu),3為金屬制有底的圓筒狀容器,4為金屬圓板構(gòu)成的底板,具備孔5。并且,底板4由設(shè)置在容器3上的縮頸6支承著。容器3的比縮頸6靠下的部分構(gòu)成貯水器7,貯存水8。水既可以是純凈水,也可以是含電解質(zhì)的水,還可以是用二氧化硅等凝膠化過的水、含潮解性鹽的水、保持在吸水性高分子等中的水等。 將容器3內(nèi)比底板4靠上的部分稱為側(cè)面部10,形狀為圓筒狀。在底板4上配置有密封墊12,在密封墊12的中心開口部配置氣體傳感器主體14,通過俯視為圓形的擴散控制板16提供應(yīng)該檢測的環(huán)境氣體。并且,覆蓋擴散控制板16地配置有金屬制的封孔體18。封孔體18是以軸線方向D為中心旋轉(zhuǎn)對稱的。通過鉚接側(cè)面部10的頂端即各圖的上方使側(cè)面部10與密封墊12之間以及密封墊12與封孔體18之間氣密,并且將封孔體18安裝到容器3中。圖2表不實施例的主要部分,D表不氣體傳感器2的軸線方向,軸線方向D為底板4、封孔體18和容器3的軸線方向,為權(quán)利要求范圍中的第I方向。F表示側(cè)面部10的頂端的方向,頂端方向F相對于軸線方向D傾斜地朝向底板4的中心一側(cè)。并且,假設(shè)方向D/F之間的角度為傾斜角e,傾斜角e為O。 90°之間的角度,最好為10° 60°,20° 50°更好。在本說明書中,上為朝軸線方向D的方向,下為與軸線方向D相反的方向。左右為與底板4的表面平行、與軸線方向D成直角的方向。并且,實施例的各部件即使以軸線方向為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)形狀也不改變,俯視為圓形。通過鉚接側(cè)面部10的頂端,頂端的朝向相對于軸線方向D向斜內(nèi)側(cè)彎曲,伴隨于此,密封墊12的頂端也向斜內(nèi)側(cè)彎曲,并且封孔體18的頂端也向斜內(nèi)側(cè)彎曲。20為側(cè)面部10與密封墊12的接觸部,21為密封墊12與封孔體18的接觸部,有使它們氣密的必要,最好是接觸部20、21是平行的。22為密封墊12的底面與底板4的接觸部,在該部分最好不產(chǎn)生間隙。23為密封墊12的上面與封孔體18的底面的接觸部,最好是無間隙地接觸。圖3表示安裝密封墊12等之前的容器3的形狀,側(cè)面部10環(huán)形地延伸到比底板4靠上方。圖4表示密封墊12的結(jié)構(gòu),俯視為圓形,在中央具有圓形開口 24,其左右兩側(cè)鉛垂方向的截面為L字形狀,由環(huán)形的底部25和在其周圍向上方環(huán)形突出的凸起26構(gòu)成。密封墊12最好是聚乙烯、聚丙烯、尼龍、四氟乙烯等具備可塑性和彈性的塑料,除此以外,也可以是天然橡膠或合成橡膠等。圖5表示氣體傳感器主體14和擴散控制板16,它們都是圓形。28為多孔質(zhì)紙、塑料等膜狀隔離物,保持液體電解質(zhì)。隔離物28的例如上下兩面有檢測極29和對電極30,它們是將鉬/碳等電極材料支承在多孔質(zhì)的碳薄片等上的元件。另外,也可以取代隔離物28使用固體電解質(zhì)膜等。在檢測極29和擴散控制板16之間以及對電極30與底板4之間,也可以配置多孔質(zhì)碳纖維薄片等。擴散控制板16為鈦等的薄板,具備擴散控制孔17,控制向檢測極29的環(huán)境氣體的供給,將檢測極29和封孔體18電氣地連接。并且,對電極30通過底板4與容器3電氣連接。圖6表示封孔體18的結(jié)構(gòu),32為下部的金屬部件,34為上部的金屬部件,互相焊接。金屬部件32、34之間的空間收容有活性炭等過濾件38,用壓板39、39使過濾件不灑落。并且,通過孔36、37向擴散控制板16 —側(cè)提供環(huán)境氣體。擴散控制板16 —側(cè)(下側(cè))的金屬部件32在外周具備環(huán)形凸緣部33,將凸緣部33的外周向上彎曲成為環(huán)形凸起40。另夕卜,下部的金屬部件32為圓板狀,凸緣部33與密封墊12的L字形狀的底部25的上表面接觸,凸起40通過鉚接與密封墊12的L字形狀的凸起26的內(nèi)表面氣密地接觸。上部的金屬部件34的外周與底板4平行地彎曲變成凸緣部35,凸緣部33、35互相焊接。圖7表示電化學氣體傳感器2的鉚接方法。將密封墊12放置到圖3狀態(tài)下的底 板4上,將氣體傳感器主體14和擴散控制板16放置到密封墊12的開口上,覆蓋擴散控制板地放置封孔體18。另外,這些放置的順序是任意的。42為沖壓用的模具,在其中心部具有圓錐形的孔43,用圓錐形的面44將側(cè)面部10擠壓變形進行鉚接。圖7中面44與軸線方向D之間的夾角與側(cè)面部10的頂端與軸線方向D之間的角度0大致相等。雖然實施例中設(shè)置了擴散控制板16,但這是為了使向氣體傳感器主體14提供的環(huán)境氣體的量一定,不設(shè)置也可以。并且,氣體傳感器主體14俯視為圓板狀,其結(jié)構(gòu)和材質(zhì)是任意的,除檢測極和對電極以外,還可以設(shè)置參照電極。本發(fā)明是鉚接封孔體18、密封墊12和容器3,除此以外的部分能夠根據(jù)眾所周知的技術(shù)適當變更。圖8表示變形例的氣體傳感器,使用沒有貯水器的容器46取代有貯水器的容器3。因此,在容器46的底部47上配置密封墊12和氣體傳感器主體14,使用容器46外周部的環(huán)形凸起48取代側(cè)面部10。其他點與實施例相同。圖9表示第2變形例,不使用過濾件38。因此使用具備孔54的容器50,在其底部52上配置密封墊12和氣體傳感器主體14。另外,該例中增大氣體傳感器主體14的厚度,不設(shè)置擴散控制板16。并且,使用金屬蓋部件58,將其底面作為蓋59與密封墊12和氣體傳感器主體14接觸,在蓋59的周圍設(shè)置向上的環(huán)形凸起60,介由密封墊12鉚接凸起56、60。其他點與實施例相同。除實施例的氣體傳感器2以外,制作了側(cè)面部10的頂端水平、與底板4的表面平行地鉚接的氣體傳感器,將其作為比較例。圖10表示實施例的氣體傳感器的剖面照片,圖11表示比較例的氣體傳感器的截面照片。比較例的氣體傳感器在側(cè)面部的頂端與密封墊之間存在間隙,側(cè)面部的頂端與密封墊氣密地密封的范圍很小。并且,密封墊的底面從底板浮起,內(nèi)周側(cè)為上、外周側(cè)為下地傾斜著。密封墊的底部的上面與封孔體18底面的外周部之間也存在間隙。由于這些原因,氣體傳感器2內(nèi)外的氣密性存在參差不齊,例如具有貯水器的水不經(jīng)由底板的孔5而蒸發(fā)的可能性。并且,具有環(huán)境氣體迂回封孔體18地到達氣體傳感器主體14的可能性,封孔體18擠壓擴散控制孔17的壓力存在參差不齊的可能性高。圖10的實施例中側(cè)面部10的頂端與密封墊12的頂端以及密封墊12的頂端與封孔體18的頂端氣密地密封著。如果傾斜地鉚接側(cè)面部10的頂端,密封墊的凸起26的頂端也傾斜地彎曲,并且封孔體的頂端也傾斜地彎曲,它們互相氣密地鉚接。盡管密封墊12的底面從底板4稍微傾斜,但兩者之間的間隙小。在密封墊12的上表面與封孔體18的底面外周部之間看不到間隙。并且,封孔體18承受從周圍傾斜向下的力,整體承受向下的力,可以認為以向下均勻的力擠壓擴散控制板16。因此,氣體傳感器2的內(nèi)外密封確實,并且形狀和擠壓力等的參差不齊小。圖12表示將實施例和比較例的氣體傳感器在70°C的干燥環(huán)境氣體中保管了 10天時的從貯水器的水的蒸發(fā)量。比較例的蒸發(fā)量在0. 12g 0. 17g的范圍內(nèi)參差不齊,而實施例則集中在0. 12g±0. 007g的范圍內(nèi)。如果蒸發(fā)量的參差不齊大,則到貯水器的水沒了之前的時間參差不齊變大。貯水器為用于向氣體傳感器主體14提供水蒸氣,電解質(zhì)確保導電性的部件。并且,貯水器壽命的參差不齊成為了氣體傳感器壽命的參差不齊。圖13、圖14表示實施例(圖13)和比較例(圖14)的氣體傳感器中的CO靈敏度的分布,橫軸表示每單位CO濃度的輸出電流,單位是任意的。CO靈敏度分布的標準偏差實施例中為比較例的約1/3。這樣一來,通過實施例能夠獲得氣體靈敏度一致的氣體傳感器。另外,電化學氣體傳感器除CO以外,還能夠檢測氫氣、乙醇、硫化氫等種種氣體。通過實施例能夠獲得以下效果。 (I)能夠減小從貯水器的水的蒸發(fā)量的參差不齊,能夠減小氣體傳感器的壽命的參差不齊(圖12)。(2)能夠減小氣體靈敏度的參差不齊(圖13、圖14)。鉚接時側(cè)面部10的頂端和密封墊12的凸起26變形,與凸起40的頂端氣密地緊貼。凸起40既可以在鉚接時彎曲,或者從最初彎曲好而使鉚接時的彎曲很小。
      權(quán)利要求
      1.一種電化學氣體傳感器,具備 圓板狀、金屬制的底部件; 包圍底部件的周圍地沿底部件的軸線方向并至少向第I方向延伸的圓筒狀、金屬制的側(cè)面部件; 環(huán)狀,在中央具備開口并且開口的兩側(cè)各自的截面為L字形狀,L字的一邊與側(cè)面部件的內(nèi)側(cè)相接,L字的另一邊與底部件相接,由聚合物構(gòu)成的密封墊; 至少具備一對電極和固體電解質(zhì)膜或保持液體電解質(zhì)的隔離物,位于密封墊的開口內(nèi),底面與底部件接觸的氣體傳感器主體;以及 底面與氣體傳感器主體的上表面接觸,底面為圓形的金屬制的蓋部件;其特征在于, 蓋部件在側(cè)部具備沿蓋部件的軸線方向而向與底面相反一側(cè)延伸的環(huán)狀凸起; 側(cè)面部件的頂端和密封墊的一邊的頂端從上述第I方向向底部件一側(cè)被彎曲成銳角,側(cè)面部件的頂端、密封墊的一邊的頂端和蓋部件的凸起的頂端互相氣密地接觸,并且3種頂端都不與底部件的表面平行。
      2.如權(quán)利要求I所述的電化學氣體傳感器,其特征在于,側(cè)面部件的頂端位于距上述第I方向10° 60°的方向上。
      3.如權(quán)利要求I或2所述的電化學氣體傳感器,其特征在于,側(cè)面部件從底部件的位置向與上述第I方向相反的方向延伸、構(gòu)成有底的筒狀容器,底部件被保持在筒狀容器的縮頸部,在比底部件靠筒狀容器的底側(cè)的空間貯存有水,在底部件上設(shè)置有孔。
      4.一種鉚接電化學氣體傳感器的方法,該電化學氣體傳感器,具備 圓板狀、金屬制的底部件; 包圍底部件的周圍地沿底部件的軸線方向并至少向第I方向延伸的圓筒狀、金屬制的側(cè)面部件; 環(huán)狀、在中央具備開口并且開口的兩側(cè)各自的截面為L字形狀的由聚合物構(gòu)成的密封墊; 至少具備一對電極和固體電解質(zhì)膜或保持液體電解質(zhì)的隔離物的氣體傳感器主體;以及 金屬制、底面為圓形的蓋部件;該方法的特征在于, 蓋部件在側(cè)部具備沿蓋部件的軸線方向向與底面相反一側(cè)延伸的環(huán)狀凸起; 該方法執(zhí)行以下步驟通過將上述密封墊、上述氣體傳感器主體和上述蓋部件配置在上述底部件上,使密封墊的L字的一邊被上述側(cè)面部件包圍、另一邊與底部件相接,使氣體傳感器主體位于密封墊的開口內(nèi),從而使氣體傳感器主體的底面與底部件相接,使蓋部件的底面覆蓋氣體傳感器主體的上面,使蓋部件的環(huán)形凸起朝向與底部件相反一側(cè)的步驟;以及 通過使入口側(cè)為大徑、內(nèi)側(cè)為小徑地附加有錐度的模具的孔的表面與側(cè)面部件的頂端接觸,來使上述側(cè)面部件的頂端和上述密封墊的一邊的頂端從上述第I方向起向上述底部件一側(cè)彎曲成銳角,使側(cè)面部件的頂端、密封墊的一邊的頂端和蓋部件的凸起的頂端互相氣密地接觸,且使3種頂端都不與底部件的表面平行地鉚接的步驟。
      全文摘要
      電化學氣體傳感器,具備圓板狀、金屬制的底部件;包圍底部件周圍地沿底部件的軸線方向延伸的圓筒狀、金屬制的側(cè)面部件;環(huán)狀、在中央具備開口且開口的兩側(cè)各自的截面為L字形狀、L字的一邊與側(cè)面部件的內(nèi)側(cè)接觸、L字的另一邊與底部件接觸的由聚合物構(gòu)成的密封墊;由一對電極和固體電解質(zhì)膜或隔離物構(gòu)成、位于密封墊開口內(nèi)、底面與底部件接觸的氣體傳感器主體;與氣體傳感器主體的上表面接觸的金屬制的蓋部件。蓋部件在側(cè)部具備沿軸線方向延伸的環(huán)狀凸起,側(cè)面部件的頂端與密封墊的一邊的頂端從第1方向起向底部件一側(cè)彎曲成銳角,側(cè)面部件的頂端、密封墊的一邊的頂端和蓋部件的凸起的頂端互相氣密地接觸,并且3種頂端都不與底部件的表面平行。
      文檔編號G01N27/26GK102735723SQ201210097900
      公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月5日
      發(fā)明者井上智弘, 加藤由起, 柴田桂子 申請人:費加羅技研株式會社
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