專利名稱：氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各方面涉及一種氣體傳感器。
背景技術(shù)：
作為氣體傳感器，已知具有電氣特性根據(jù)待測(cè)氣體中的特定氣體成分的濃度而改變的傳感元件的傳感器。這里，作為傳感元件，已知例如具有有底筒狀固體電解質(zhì)、形成于固體電解質(zhì)內(nèi)表面的內(nèi)側(cè)電極(基準(zhǔn)電極)和形成于固體電解質(zhì)外表面的前端部的外側(cè)電極(傳感電極)的傳感元件。作為該氣體傳感器，已知具有分別地連接內(nèi)側(cè)電極和外側(cè)電極的一對(duì)導(dǎo)線并且從內(nèi)側(cè)電極和外側(cè)電極兩者提取傳感信號(hào)的傳感器。另外，在氣體傳感器中，在要求構(gòu)造進(jìn)一步簡(jiǎn)化、尺寸減小以及成本降低的情況下，存在采用如下構(gòu)造的情況:不設(shè)置連接到外側(cè)電極的導(dǎo)線，而是使外側(cè)電極主體接地(例如，參見(jiàn)JP-A-2009-63330)。具體地，采用外側(cè)電極被電連接到圍繞傳感元件的金屬殼而使外側(cè)電極接地的構(gòu)造。在實(shí)行主體接地(body grounding)的上述氣體傳感器中，除了要求進(jìn)一步簡(jiǎn)化構(gòu)造、減小尺寸或降低成本以外，還要求確保金屬殼與用于主體接地的外側(cè)電極之間電連接的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

已經(jīng)作出本發(fā)明的各方面以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，并且本發(fā)明的目的是提高在實(shí)行主體接地的氣體傳感器中、確保外側(cè)電極與金屬殼之間電連接的可靠性。已經(jīng)作出了本發(fā)明以解決上述問(wèn)題中的至少部分問(wèn)題，并且能夠以如下形式實(shí)現(xiàn)或者如下面的實(shí)施例那樣實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例1一種氣體傳感器，其包括:有底筒狀的傳感元件，所述傳感元件具有朝所述氣體傳感器的軸線方向上的前端側(cè)突出的底部，并且包括由固體電解質(zhì)制成的固體電解質(zhì)主體和設(shè)置于所述固體電解質(zhì)主體的外表面的外側(cè)電極；金屬殼，所述金屬殼接收所述傳感元件的后端側(cè)部，并且所述傳感元件的包括所述外側(cè)電極的前端側(cè)部從所述金屬殼突出；以及保護(hù)筒，所述保護(hù)筒被布置在所述金屬殼的前端側(cè)，并且覆蓋所述傳感元件的從所述金屬殼突出的前端側(cè)部，并且所述保護(hù)筒由導(dǎo)電性材料構(gòu)造，其中，所述金屬殼包括在所述金屬殼的內(nèi)壁面處沿所述氣體傳感器的徑向向內(nèi)突出的第一接合部，所述保護(hù)筒包括在所述保護(hù)筒的位于后端側(cè)的端部附近沿徑向向外突出的第二接合部，并且所述保護(hù)筒被布置成從所述金屬殼的內(nèi)側(cè)朝所述前端側(cè)突出，所述傳感元件包括第三接合部，所述第三接合部沿徑向向外突出，并且所述第三接合部的表面的至少一部分形成有所述外側(cè)電極的一部分，硬度低于所述第二接合部的硬度且由導(dǎo)電性材料制成的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件被布置在所述第二接合部和所述第三接合部之間，使得所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件與所述第三接合部的形成有所述外側(cè)電極的區(qū)域和所述第二接合部二者都接觸，并且所述外側(cè)電極經(jīng)由所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件和所述保護(hù)筒被電連接到所述金屬殼。根據(jù)實(shí)施例1的氣體傳感器，保護(hù)筒被布置成從金屬殼內(nèi)側(cè)朝前端側(cè)突出。另外，硬度低于第二接合部硬度的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件被布置在保護(hù)筒的第二接合部與傳感元件的第三接合部之間。由此，外側(cè)電極經(jīng)由導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件和保護(hù)筒被電連接到金屬殼。因此，在實(shí)行主體接地的氣體傳感器中，能夠簡(jiǎn)化構(gòu)造、減小尺寸或者降低成本，并且增加主體接地的可靠性。實(shí)施例2一種氣體傳感器，其包括:有底筒狀的傳 感元件，所述傳感元件具有朝所述氣體傳感器的軸線方向上的前端側(cè)突出的底部并且包括由固體電解質(zhì)制成的固體電解質(zhì)主體和設(shè)置于所述固體電解質(zhì)主體的外表面的外側(cè)電極；金屬殼，所述金屬殼接收所述傳感元件的后端側(cè)部，并且所述傳感元件的包括所述外側(cè)電極的前端側(cè)部從所述金屬殼突出；以及保護(hù)筒，所述保護(hù)筒被布置在所述金屬殼的前端側(cè)，并且覆蓋所述傳感元件的從所述金屬殼突出的前端側(cè)部，并且所述保護(hù)筒由導(dǎo)電性材料構(gòu)造，其中，所述金屬殼包括在所述金屬殼的內(nèi)壁面處沿所述氣體傳感器的徑向向內(nèi)突出的第一接合部，所述保護(hù)筒包括在所述保護(hù)筒的位于后端側(cè)的端部附近沿徑向向外突出的第二接合部，并且在所述保護(hù)筒的所述第二接合部與所述第一接合部接合的狀態(tài)下，所述保護(hù)筒被布置成從所述金屬殼的內(nèi)側(cè)朝所述前端側(cè)突出，所述傳感元件包括沿徑向向外突出的第三接合部以與所述第一接合部一起將所述第二接合部夾持于所述金屬殼的內(nèi)側(cè)，所述第三接合部的表面的至少一部分形成有所述外側(cè)電極的一部分，硬度低于所述第二接合部的硬度且由導(dǎo)電性材料制成的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件被布置在所述第二接合部和所述第三接合部之間，使得所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件與所述第三接合部的形成有所述外側(cè)電極的區(qū)域和所述第二接合部二者都接觸。根據(jù)實(shí)施例2的氣體傳感器，設(shè)置在保護(hù)筒后端側(cè)的端部附近的第二接合部與設(shè)置在金屬殼20的內(nèi)壁面的第一接合部接合，并且保護(hù)筒被布置成從金屬殼內(nèi)側(cè)朝前端側(cè)突出。另外，硬度低于第二接合部的硬度的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件被插入在保護(hù)筒的第二接合部與傳感元件的第三接合部之間。因此，在實(shí)行主體接地的氣體傳感器中，能夠簡(jiǎn)化構(gòu)造、減小尺寸或者降低成本，并且增加主體接地的可靠性。
實(shí)施例3根據(jù)實(shí)施例1或?qū)嵤├?的氣體傳感器，當(dāng)從所述軸線方向觀察時(shí)，所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件在所述徑向上比所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件與所述保護(hù)筒的后端重疊的區(qū)域向外突出。根據(jù)實(shí)施例3的氣體傳感器，通過(guò)穩(wěn)定導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件與傳感元件之間的接觸，能夠提高主體接地的可靠性。實(shí)施例4根據(jù)實(shí)施例1至3中的任一個(gè)實(shí)施例的氣體傳感器，所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件的硬度是IOOHv至250Hv，并且所述第二接合部的硬度是300Hv至450Hv。根據(jù)實(shí)施例4的氣體傳感器，由于硬度遠(yuǎn)低于保護(hù)筒的第二接合部的硬度的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件被布置在傳感元件與保護(hù)筒之間，所以能夠提高確保主體接地的可靠性的效果。本發(fā)明能夠以除上述形式以外的其他多種形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，能夠以制造氣體傳感器的方法等形式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。


圖1是示出氣體傳感器的構(gòu)造的截面圖；圖2是示出傳感元件的外觀的說(shuō)明圖；以及圖3是示出與外側(cè)電極的主體接地相關(guān)的部分的放大的示意性截面圖。
具體實(shí)施方式
A.氣體傳感器的構(gòu)造圖1是示出作為本發(fā)明實(shí)施方式的氣體傳感器5的構(gòu)造的截面圖。氣體傳感器5具有沿著圖1中示出的軸線0延伸的細(xì)長(zhǎng)形狀。在下面的說(shuō)明中，在軸線0方向上，圖1的下側(cè)將被稱為前端側(cè)，而圖1的上側(cè)將被稱為后端側(cè)。該實(shí)施方式的氣體傳感器5是氧氣濃度傳感器，并且能夠用于例如感測(cè)機(jī)動(dòng)車排出氣體中的氧氣濃度。如圖1所示，氣體傳感器5包括作為主要部件的傳感兀件10、金屬殼20、保護(hù)筒62、外筒40、金屬帽38以及與氣體傳感器的內(nèi)部線路的配線相關(guān)的結(jié)構(gòu)(電極和連接電極的配線)。傳感元件10構(gòu)成氧氣濃度單元(oxygen concentration cell),在氧氣濃度單元中，一對(duì)電極層疊于氧化物離子導(dǎo)電式(氧離子導(dǎo)電式)固體電解質(zhì)的兩個(gè)表面，并且傳感元件10是輸出與氧氣局部壓力對(duì)應(yīng)的感測(cè)值的已熟知的傳感元件10。詳細(xì)地，傳感元件10具有外徑朝向前端漸縮的有底筒狀固體電解質(zhì)11、形成于固體電解質(zhì)11內(nèi)表面的內(nèi)側(cè)電極(基準(zhǔn)電極)IOa和形成于固體電解質(zhì)11外表面的外側(cè)電極(傳感電極)IOdo另外，在傳感元件10的內(nèi)部空間形成基準(zhǔn)氣體氣氛，并且使待感測(cè)氣體與傳感元件10的外表面接觸，從而對(duì)氣體進(jìn)行感測(cè)。在氣體傳感器5的后端，用于從內(nèi)側(cè)電極IOa提取傳感信號(hào)的導(dǎo)線60伸出。圖2是示出傳感元件10的外觀的說(shuō)明圖。在傳感元件10中，在外周方向上延伸(突出)的凸緣部12形成于軸線0方向上的大致中央處。在凸緣部12的前端側(cè)，形成向前端側(cè)漸縮并且在前端部封閉的有底部13。另外，在傳感元件10中，后端具有開(kāi)口的大致中空?qǐng)A筒狀基體部18形成于凸緣部12的后端側(cè)。
外側(cè)電極IOd具有以覆蓋有底部13前端側(cè)的部分外表面的方式形成的電極部IOb以及電連接到電極部IOb的外部引導(dǎo)部10c。外部引導(dǎo)部IOc具有豎直引導(dǎo)部14和環(huán)狀引導(dǎo)部15。環(huán)狀引導(dǎo)部15在傳感元件10的圓周方向上伸展以在凸緣部12的前端側(cè)的表面形成環(huán)狀(設(shè)置于凸緣部12的有底部13側(cè)的臺(tái)階部)。豎直引導(dǎo)部14在軸線0的方向上線性地延伸以連接電極部IOb的后端和環(huán)狀引導(dǎo)部15。同時(shí)，電極部IOb由未示出的、用于保護(hù)電極部IOb的電極保護(hù)層覆蓋。如上所述，內(nèi)側(cè)電極IOa設(shè)置于傳感元件10的內(nèi)表面。在有底筒狀固體電解質(zhì)11的內(nèi)部形成筒孔IOe (參見(jiàn)圖1)，并且以覆蓋筒孔IOe的除后端附近的整個(gè)內(nèi)表面的方式形成內(nèi)側(cè)電極10a。被包含于傳感元件10中的固體電解質(zhì)11能夠由例如添加了氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(Zr02)、即氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯構(gòu)造?？蛇x地，傳感元件10可以由諸如添加了從氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鋪(CeO2)和三氧化二招(Al2O3)中選擇的氧化物的穩(wěn)定的氧化錯(cuò)等其他固體電解質(zhì)構(gòu)成。內(nèi)側(cè)電極IOa和電極部IOb優(yōu)選地由諸如鉬(Pt)等貴金屬或者諸如鉬合金等貴金屬合金形成。內(nèi)側(cè)電極IOa和電極部IOb能夠通過(guò)例如使用諸如非電解鍍覆的鍍覆方法形成。另外，在通過(guò)對(duì)例如由諸如包含氧化釔的氧化鋯粉末的固體電解質(zhì)粉末制成的生坯進(jìn)行燒結(jié)來(lái)制造固體電解質(zhì)11的情況下，能夠在燒結(jié)生坯的同時(shí)、通過(guò)使用貴金屬膏在生坯外表面以預(yù)定圖案進(jìn)行印制來(lái)形成外部引導(dǎo)部10c。再次參見(jiàn)圖1，氣體傳感器5具有由金屬(例如，不銹鋼)制成的金屬殼20,金屬殼20以暴露傳感元件10的前端部的方式圍繞傳感元件10。在金屬殼20的內(nèi)表面設(shè)置內(nèi)徑朝向前端方向縮小的臺(tái)階部20b。另外，在金屬殼20的中央附近，多邊形凸緣部20c在徑向上向外突出。凸緣部20c被設(shè)置成用于與安裝工具接合。而且，在凸緣部20c的前端側(cè)的外表面形成外螺紋部20d。當(dāng)金屬殼20的外螺紋部20d被安裝到例如兩輪車(摩托車)的排氣管的螺紋孔以將傳感元件10的前端布置于排氣管內(nèi)時(shí)，能夠使用氣體傳感器5感測(cè)待感測(cè)氣體(排出氣體)中的氧氣濃度。在氣體傳感器5中，在將氣體傳感器5安裝到排氣管時(shí)能防止氣體泄漏的墊圈29被進(jìn)一步插入到凸緣部20c的前端側(cè)的表面與外螺紋20d的后端之間的臺(tái)階部。另外，氣體傳感器5具有從金屬殼20的前端突出的保護(hù)筒62。保護(hù)筒62是通過(guò)使底部在軸線0方向上朝向前端側(cè)延伸而形成的有底筒狀金屬構(gòu)件，并且覆蓋傳感元件10的從金屬殼20突出的如端部。另外，在保護(hù)筒62的后端部形成彎曲部63,彎曲部63在徑向上向外彎曲以使直徑朝向后端側(cè)增大。此外，氣體傳感器5具有被布置成與保護(hù)筒62的后端部接觸的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50。導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50是形成為環(huán)狀的薄板狀金屬構(gòu)件。在氣體傳感器5中，設(shè)置于保護(hù)筒62后端部的彎曲部63和導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50被夾持在傳感元件10的凸緣部12的前端側(cè)的表面與金屬殼20的臺(tái)階部20b之間，由此固定保護(hù)筒62。當(dāng)將傳感元件10組裝到金屬殼20時(shí)，首先，將保護(hù)筒62從金屬殼20的后端側(cè)插入到金屬殼20，并且使保護(hù)筒62的彎曲部63與金屬殼20的臺(tái)階部20b接觸。之后，將導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50從金屬殼20的后端側(cè)插入到金屬殼20，并且使導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50與保護(hù)筒62的彎曲部63接觸。之后，再將傳感元件10從金屬殼20的后端側(cè)插入，并且使凸緣部12的前端側(cè)的表面與導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50接觸。如上所述，環(huán)狀引導(dǎo)部15設(shè)置于傳感元件10的凸緣部12的前端側(cè)的表面。因此，電極部IOb經(jīng)由豎直引導(dǎo)部14、環(huán)狀引導(dǎo)部15、保護(hù)筒62和導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50與金屬殼20電連接。圖1利用箭頭A示意性地示出，環(huán)狀引導(dǎo)部15和金屬殼20經(jīng)由保護(hù)筒62和導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50進(jìn)行電連接。稍后將更為詳細(xì)地說(shuō)明外側(cè)電極IOd與金屬殼20之間的電連接的相關(guān)構(gòu)造。同時(shí)，金屬殼20的臺(tái)階部20b與權(quán)利要求中的“第一接合部”對(duì)應(yīng)。此夕卜，保護(hù)筒62的彎曲部63與權(quán)利要求中的“第二接合部”對(duì)應(yīng)。另外，傳感元件10的凸緣部12與權(quán)利要求中的“第三接合部”對(duì)應(yīng)。同時(shí)，在保護(hù)筒62上形成用于將排出氣體引入保護(hù)筒62內(nèi)部的多個(gè)孔部64。經(jīng)由多個(gè)孔部64流入保護(hù)筒62的排出氣體作為待感測(cè)氣體被供給到外側(cè)電極10d。另外，傳感兀件10的凸緣部12的后端側(cè)的部分與金屬殼20之間的空隙中布置有填充了壓縮滑石粉的粉末填充部31，并且密封傳感元件10與金屬殼20之間的間隙。另外，筒狀絕緣構(gòu)件(陶瓷套筒)32布置于粉末填充部31的后端側(cè)。同時(shí)，金屬外筒40以覆蓋傳感兀件10的后端部的方式被接合到金屬殼20的后端部。外筒 40 能夠例如由諸如 SUS430、SUS304、SUS304L、SUS310S、SUS316 或者 SUS316L 等不銹鋼制成。由例如不銹鋼制成的金屬環(huán)33布置在金屬殼20的后端部的內(nèi)表面與外筒40的前端部的外表面之間。另外，在金屬殼20的后端部處,外筒40的前端部彎邊(crimp)以固定金屬殼20和外筒40。在凸緣部20c的后端側(cè)通過(guò)實(shí)施彎邊形成彎曲部20a。當(dāng)在金屬殼20的后端部形成彎曲部20a時(shí)，絕緣構(gòu)件32被向前端側(cè)按壓以按壓和擠壓粉末填充部31，絕緣構(gòu)件32和粉末填充部31以彎邊的方式被固定，并且密封傳感元件10與金屬殼20之間的間隙。大致圓筒狀絕緣分離件34布置于外筒40的內(nèi)側(cè)。在分離件34中形成插孔35，插孔35在軸線0方向上貫穿分離件34，并且導(dǎo)線60插入到插孔35中。導(dǎo)線60連接到連接端子70。連接端子70是用于將傳感器輸出提取到外部的構(gòu)件，并且被布置成與內(nèi)側(cè)電極IOa連接。而且，在外筒40的內(nèi)側(cè)，布置與分離件34的后端接觸的大致圓柱狀的密封圈(grommet) 36。在密封圈36中，沿著軸線0形成供導(dǎo)線60插入的插孔。密封圈36能夠例如由諸如硅橡膠或者氟橡膠等橡膠材料形成。在外筒40的側(cè)表面，在布置密封圈36的位置的前端側(cè)的位置處，多個(gè)第一通氣孔41在周向上連續(xù)地(in series)開(kāi)口。另外，使環(huán)狀排氣過(guò)濾器37覆蓋外筒40的后端部的徑向外側(cè)以覆蓋第一通氣孔41，此外，筒狀金屬帽38從徑向外側(cè)圍繞過(guò)濾器37。金屬帽38 能夠例如由諸如 SUS430、SUS304、SUS304L、SUS310S、SUS316 或者 SUS316L 等不銹鋼制成。在金屬帽38的側(cè)表面，多個(gè)第二通氣孔39在周向上連續(xù)地開(kāi)口。結(jié)果，能夠?qū)⑼獠靠諝鈱?dǎo)入到外筒40的內(nèi)側(cè)，而且，能夠經(jīng)由金屬帽38的第二通氣孔39、過(guò)濾器37和外筒40的第一通氣孔將外部空氣導(dǎo)入到傳感元件10的內(nèi)側(cè)電極10a。同時(shí)，當(dāng)外筒40和金屬帽38在第二排氣孔39的前端側(cè)和后端側(cè)彎邊時(shí)，過(guò)濾器37被保持在外筒40與金屬帽38之間。能夠例如通過(guò)諸如氟樹(shù)脂等防水樹(shù)脂多孔結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)造過(guò)濾器37，并且由于過(guò)濾器是防水的，所以能夠?qū)⒒鶞?zhǔn)氣體(大氣)導(dǎo)入到傳感元件10的內(nèi)部空間，而不允許外部的水通過(guò)。B.與主體接地相關(guān)的構(gòu)造
圖3是示出與氣體傳感器5中的外側(cè)電極IOd的主體接地相關(guān)的部分的放大的示意性截面圖。在下文中，將進(jìn)一步說(shuō)明與外側(cè)電極IOd的主體接地相關(guān)的構(gòu)造。在該實(shí)施方式中，使導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50的硬度低于保護(hù)筒62的彎曲部63的硬度。如上所述，保護(hù)筒62由金屬(例如，不銹鋼)制成。具體地，保護(hù)筒62能夠由例如從SUS430、SUS304、SUS304L、SUS310S、SUS316和SUS316L中選擇的金屬制成，從耐腐蝕角度看，奧氏體基不銹鋼特別理想。上述不銹鋼均具有大約200Hv的硬度。當(dāng)形成保護(hù)筒62時(shí)，通過(guò)對(duì)成為保護(hù)筒62的有底筒狀構(gòu)件的后端部進(jìn)行拉拔加工(drawing)來(lái)形成彎曲部63。這里,通常，當(dāng)對(duì)金屬構(gòu)件進(jìn)行拉拔加工時(shí)，出現(xiàn)加工硬化而使金屬構(gòu)件的硬度增加。因此，在保護(hù)筒62中，彎曲部63的硬度增加從而比其他部分的硬度大。在使用上述不銹鋼制造保護(hù)筒62的情況中，保護(hù)筒62的彎曲部63的硬度通常為300Hv至450Hv。例如，在保護(hù)筒62由SUS310S制成的情況下，經(jīng)由拉拔加工形成的彎曲部63的硬度變?yōu)?00Hv至410Hv。與保護(hù)筒62類似，導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50也能由例如從SUS430、SUS304、SUS304L、SUS310S、SUS316和SUS316L中選擇的不銹鋼等金屬材料制成。導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50通過(guò)例如使薄板狀金屬板經(jīng)由沖壓成型為環(huán)狀而形成。在沖壓期間，僅在包括剪切面的有限范圍內(nèi)對(duì)進(jìn)行加工的構(gòu)件施加壓力。因此,導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50呈現(xiàn)大致200Hv的硬度，這一硬度與成型之前構(gòu)件的硬度大致相似。例如，在導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50由SUS430制成的情況下，導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50的硬度為150Hv至200Hv。根據(jù)以上述方式構(gòu)造的本實(shí)施方式的氣體傳感器5，彎曲部63 (第二接合部)形成于保護(hù)筒62，保護(hù)筒62從后端側(cè)插入到金屬殼20，并且彎曲部63與金屬殼20的臺(tái)階部20b (第一接合部)接合，由此形成用于主體接地的電連接通路。此時(shí)，硬度低于彎曲部63的硬度的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50被置于傳感元件10與保護(hù)筒62的彎曲部63之間。因此，在實(shí)行主體接地的氣體傳感器5中，能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造的簡(jiǎn)化、尺寸減小和成本降低，并同時(shí)增加主體接地的可靠性。這里，陶瓷傳感元件10是具有高硬度且不易于變形的構(gòu)件。另外，保護(hù)筒62的彎曲部63經(jīng)由加工硬化而使硬度升高，并且不易于變形。因此，在不同于本實(shí)施方式的氣體傳感器5的、使傳感元件10與保護(hù)筒62直接接觸而未布置導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50的情況下，由于成型精度、組裝偏差等原因可能使傳感元件與保護(hù)筒之間成為點(diǎn)接觸。由于傳感元件10的硬度和彎曲部63的硬度高，所以難以使傳感元件10和彎曲部63變形以增加傳感元件10與彎曲部63之間的接觸面積，因此，有可能變得不能充分地確保傳感元件10與彎曲部63之間的接觸面積。對(duì)此，當(dāng)傳感元件10與保護(hù)筒62之間的接觸面積未得到充分地確保時(shí)，經(jīng)由傳感元件10與保護(hù)筒62的主體接地的可靠性降低，并存在氣體傳感器性能劣化的可能性。另外，如果傳感元件10與彎曲部63之間的接觸面積小，則當(dāng)傳感元件10與保護(hù)筒62被組裝到氣體傳感器時(shí)，應(yīng)力集中在傳感元件10的與彎曲部63的接觸部的較窄范圍內(nèi)，并且存在損壞傳感元件10的可能性。當(dāng)傳感元件10損壞的可能性增加時(shí)，整個(gè)氣體傳感器的可靠性降低。與此相反，在本實(shí)施方式的氣體傳感器5中，硬度低于保護(hù)筒62的彎曲部63的硬度的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50布置在傳感元件10與保護(hù)筒62之間。因此，當(dāng)導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50根據(jù)傳感元件10的凸緣部12和保護(hù)筒62的彎曲部63的形狀變形時(shí)，能夠在傳感元件10和彎曲部63的表面上確保用于主體接地的較寬的接觸面積。結(jié)果，能夠增加氣體傳感器5中主體接地的可靠性并且提高傳感器性能。另外，當(dāng)?shù)陀捕鹊膶?dǎo)電性緩沖構(gòu)件50在氣體傳感器5的內(nèi)部被插入在傳感元件10與保護(hù)筒62之間時(shí)，施加到傳感元件10的壓力在凸緣部12處被分散，由此,能夠提高傳感元件10的耐久性。同時(shí)，如本實(shí)施方式的氣體傳感器5中那樣，能夠通過(guò)使保護(hù)筒62從后端側(cè)插入到金屬殼20并且使保護(hù)筒62從金屬殼20朝前端側(cè)突出而實(shí)現(xiàn)氣體傳感器5的構(gòu)造簡(jiǎn)化、尺寸減小和成本降低的理由如下。也就是說(shuō)，通常，在通過(guò)彎邊將金屬殼20固定到保護(hù)筒62的情況下，在彎邊部處必須設(shè)置額外的用于固定的構(gòu)件。然而，在本實(shí)施方式中，由于通過(guò)裝配(fitting)將保護(hù)筒62固定到金屬殼20，能夠抑制構(gòu)件數(shù)量的增加。因此，能夠簡(jiǎn)化氣體傳感器5的構(gòu)造并且降低氣體傳感器5的成本。另外，如在本實(shí)施方式中那樣，在保護(hù)筒62被裝配且固定到金屬殼20的情況下，與保護(hù)筒62經(jīng)由彎邊或者焊接固定到金屬殼20的情況相比，能夠簡(jiǎn)化固定操作。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)成本降低。另外，在保護(hù)筒經(jīng)由彎邊或者焊接固定到金屬殼的情況下，當(dāng)使用便宜的鐵而不是不銹鋼制造金屬殼20時(shí)，金屬殼和保護(hù)筒62之間的接合處在彎邊或者焊接工序中達(dá)到高溫度，因此，存在鐵構(gòu)造的金屬殼劣化的可能性。與此相反，如在本實(shí)施方式那樣，在保護(hù)筒62通過(guò)裝配被固定到金屬殼20的情況下，因?yàn)槟軌蛞种朴捎跍囟壬叨a(chǎn)生的鐵劣化，所以能夠選擇鐵作為金屬殼20的材料同時(shí)抑制劣化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)成本降低。而且，在保護(hù)筒62經(jīng)由彎邊或者焊接固定到金屬殼20的情況下，在保護(hù)筒62中，與金屬殼前端交界的邊界附近的預(yù)定范圍用于彎邊或者焊接。如上所述，在保護(hù)筒62中形成用于將排出氣體引入保護(hù)筒62內(nèi)部的多個(gè)孔部64，但是，不能在用于彎邊或者焊接的區(qū)域中形成孔部64。因此，為了確保用于向外側(cè)電極IOd供給足夠量的排出氣體的孔部64的尺寸，必須朝前端側(cè)形成在軸線0方向上較長(zhǎng)的保護(hù)筒62。與此相反，當(dāng)保護(hù)筒62如本實(shí)施方式那樣通過(guò)裝配被固定到金屬殼20時(shí)，在保護(hù)筒62中，能夠在包括與金屬殼20前端交界的邊界附近的較寬范圍設(shè)置孔部64，由此能夠減小保護(hù)筒62與整個(gè)氣體傳感器5的尺寸。另外，在本實(shí)施方式的氣體傳感器5中，導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50被形成為當(dāng)從軸線0方向觀察時(shí)，在徑向上比導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50與保護(hù)筒62的后端重疊的區(qū)域向外突出。圖3示出在與軸線0方向垂直的方向上觀察到的外觀，并且圖3示出了當(dāng)從軸線0方向觀察時(shí)的如下外觀:導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50在徑向上比導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50與保護(hù)筒62的后端重疊的區(qū)域向外突出長(zhǎng)度a。這里，在金屬殼20的內(nèi)側(cè)，朝前端側(cè)急劇縮徑以形成臺(tái)階部20b的部分(臺(tái)階部20b的后端部)形成曲面部65 (參見(jiàn)圖3)。因此，能充分抑制彎曲部63朝后端側(cè)的延伸長(zhǎng)度以防止彎曲部63的后端與曲面部65彼此干涉并且防止保護(hù)筒62朝前端側(cè)突出的量不足。如該實(shí)施方式中所述，在導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50被形成為當(dāng)從軸線0方向觀察時(shí)在徑向上比導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50與保護(hù)筒62的后端重疊的區(qū)域向外突出的情況下，能夠確保導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50與傳感元件10之間的較大接觸面積。因此，能夠通過(guò)穩(wěn)定導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50與傳感元件10之間的接觸而提高主體接地的可靠性。此時(shí)，在傳感元件10中，當(dāng)環(huán)狀引導(dǎo)部15被形成為朝后端側(cè)延伸到導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50的后端與環(huán)狀引導(dǎo)部15重疊的位置時(shí)，能夠進(jìn)一步地增加主體接地的可靠性。C.變型例
同時(shí)，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，并且可以在本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)以各種形式實(shí)現(xiàn)。例如，本發(fā)明能夠以如下方式變型。Cl.變型例I (與部件材料相關(guān)的變型)本實(shí)施方式的氣體傳感器5具有如下構(gòu)造:保護(hù)筒62由硬度與導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50的硬度相似的不銹鋼制成，并且導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50的硬度低于經(jīng)由加工硬化而使硬度增加的彎曲部63的硬度。與此相反，整個(gè)保護(hù)筒62能由硬度比構(gòu)造導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50的金屬硬度高的金屬制成。另外，在本實(shí)施方式的氣體傳感器5中，保護(hù)筒62和導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50由不銹鋼制成，但是氣體傳感器可以由不同材料制成，只要該材料具有足夠的剛度和耐腐蝕性即可。能夠展現(xiàn)與通過(guò)使導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50的硬度相比保護(hù)筒62的彎曲部63降低的實(shí)施方式的效果相同的效果。導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50的硬度能夠被設(shè)定成例如IOOHv至250Hv，并且彎曲部63的硬度能夠被設(shè)定成例如300Hv至450Hv。更具體地，導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50能夠例如由SPCC制成，SPCC是冷軋鋼板并且是硬度為130Hv至150Hv的鐵材。另外，能通過(guò)使用金屬涂覆諸如樹(shù)脂或者陶瓷等芯材形成導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50。僅以下條件為必要:導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50具有低于彎曲部63的硬度的硬度并且具有用于實(shí)現(xiàn)主體接地的足夠?qū)щ娦浴2.變型例2 (與外側(cè)電極相關(guān)的變型)在本實(shí)施方式中，外側(cè)電極IOd具有電極部10b、豎直引導(dǎo)部14和環(huán)狀引導(dǎo)部15，并且在環(huán)狀引導(dǎo)部15處外側(cè)電極IOd與導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50接觸。然而，外側(cè)電極IOd可以具有不同的構(gòu)造。例如，在外側(cè)電極IOd中，電極部IOb可以形成為延伸到圖2中設(shè)置環(huán)狀引導(dǎo)部15的位置，以使電極部IOb和環(huán)狀引導(dǎo)部15成為一體，而無(wú)需單獨(dú)地設(shè)置電極部IOb和環(huán)狀引導(dǎo)部15。在本實(shí)施方式中，環(huán)狀引導(dǎo)部15圍繞傳感元件10的整個(gè)圓周連續(xù)地形成。然而，環(huán)狀引導(dǎo)部15可以具有不同的構(gòu)造。例如，環(huán)狀引導(dǎo)部15可以不圍繞傳感元件10的整個(gè)圓周延伸，而是繞傳感元件10的外周面的一部分延伸。作為選擇，環(huán)狀引導(dǎo)部15的形狀可以是除了在傳感元件10的周向上延伸為帶狀以外的形狀。僅以下條件為必要:環(huán)狀引導(dǎo)部15的形狀能使環(huán)狀引導(dǎo)部15與保護(hù)筒62的后端部接觸以能夠進(jìn)行主體接地。另外，豎直引導(dǎo)部14可以被構(gòu)造成延伸到基體部18。在這種情況下，由于豎直引導(dǎo)部14與保護(hù)筒62的彎曲部63之間的接觸面積在傳感元件10的凸緣部12的前端側(cè)的表面處變窄，所以擔(dān)心主體接地的可靠性可能下降。然而，當(dāng)導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50如本實(shí)施方式那樣布置時(shí)，能夠經(jīng)由導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50的變形而確保主體接地的寬接觸面積。結(jié)果，能夠增加氣體傳感器5中的主體接地的可靠性并且改進(jìn)傳感器性能。C3.變型例3 (與整個(gè)氣體傳感器相關(guān)的變型)在本實(shí)施方式的氣體傳感器5中，在保護(hù)筒62后端部的彎曲部63與金屬殼20的臺(tái)階部20b接合。然而，氣體傳感器5可以具有不同構(gòu)造。例如，當(dāng)保護(hù)筒62被插入且組裝到金屬殼20、而不是保護(hù)筒62被推入直至保護(hù)筒62的彎曲部63與金屬殼20的臺(tái)階部20b接觸時(shí)，彎曲部63與臺(tái)階部20b可能處于分離狀態(tài)。保護(hù)筒62可以與金屬殼20在除了彎曲部63以外的位置接觸。僅以下條件為必要:導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50布置在保護(hù)筒62的彎曲部63與傳感元件10的凸緣部12之間使得外側(cè)電極IOd經(jīng)由導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件50和保護(hù)筒62被電連接到金屬殼20。因此，能夠獲得與實(shí)施方式的效果相同的效果。C4.變型例(與整個(gè)氣體傳感器相關(guān)的變型)本實(shí)施方式的氣體傳感器5是無(wú)加熱器傳感器，該傳感器通過(guò)使用待感測(cè)氣體(排出氣體)的熱量激活傳感元件10。然而，氣體傳感器5可以具有不同的構(gòu)造。具體地，可以在傳感元件10的筒孔IOe中布置加熱器以加熱傳感元件10。另外，在本實(shí)施方式中，氣體傳感器是氧氣濃度傳感器，但是可以具有不同的構(gòu)造。只要傳感器是滿足以下條件的傳感器，應(yīng)用本發(fā)明時(shí)就能夠獲得相同的效果:該傳感器具有層疊于具有離子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì)的兩個(gè)表面的一對(duì)電極并具有利用各電極上的具體氣體部件的濃度差(局部壓力差)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的濃度單元。
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器，其包括: 有底筒狀的傳感元件，所述傳感元件具有朝所述氣體傳感器的軸線方向上的前端側(cè)突出的底部，并且包括由固體電解質(zhì)制成的固體電解質(zhì)主體和設(shè)置于所述固體電解質(zhì)主體的外表面的外側(cè)電極； 金屬殼，所述金屬殼接收所述傳感元件的后端側(cè)部，并且所述傳感元件的包括所述外側(cè)電極的前端側(cè)部從所述金屬殼突出；以及 保護(hù)筒，所述保護(hù)筒被布置在所述金屬殼的前端側(cè)，并且覆蓋所述傳感元件的從所述金屬殼突出的前端側(cè)部，并且所述保護(hù)筒由導(dǎo)電性材料構(gòu)造， 其中，所述金屬殼包括在所述金屬殼的內(nèi)壁面處沿所述氣體傳感器的徑向向內(nèi)突出的第一接合部， 所述保護(hù)筒包括在所述保護(hù)筒的位于后端側(cè)的端部附近沿徑向向外突出的第二接合部，并且所述保護(hù)筒被布置成從所述金屬殼的內(nèi)側(cè)朝所述前端側(cè)突出， 所述傳感元件包括第三接合部，所述第三接合部沿徑向向外突出，并且所述第三接合部的表面的至少一部分形成有所述外側(cè)電極的一部分， 硬度低于所述第二接合部的硬度且由導(dǎo)電性材料制成的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件被布置在所述第二接合部和所述第三接合部之間，使得所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件與所述第三接合部的形成有所述外側(cè)電極的區(qū)域和所述第二接合部二者都接觸，并且 所述外側(cè)電極經(jīng)由所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件和所述保護(hù)筒被電連接到所述金屬殼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于， 當(dāng)從所述軸線方向觀察時(shí)，所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件在所述徑向上比所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件與所述保護(hù)筒的后端重疊的區(qū)域向外突出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于， 所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件的硬度是IOOHv至250Hv，并且所述第二接合部的硬度是300Hv至450Hvo
4.一種氣體傳感器,其包括: 有底筒狀的傳感元件，所述傳感元件具有朝所述氣體傳感器的軸線方向上的前端側(cè)突出的底部并且包括由固體電解質(zhì)制成的固體電解質(zhì)主體和設(shè)置于所述固體電解質(zhì)主體的外表面的外側(cè)電極； 金屬殼，所述金屬殼接收所述傳感元件的后端側(cè)部，并且所述傳感元件的包括所述外側(cè)電極的前端側(cè)部從所述金屬殼突出；以及 保護(hù)筒，所述保護(hù)筒被布置在所述金屬殼的前端側(cè)，并且覆蓋所述傳感元件的從所述金屬殼突出的前端側(cè)部，并且所述保護(hù)筒由導(dǎo)電性材料構(gòu)造， 其中，所述金屬殼包括在所述金屬殼的內(nèi)壁面處沿所述氣體傳感器的徑向向內(nèi)突出的第一接合部， 所述保護(hù)筒包括在所述保護(hù)筒的位于后端側(cè)的端部附近沿徑向向外突出的第二接合部，并且在所述保護(hù)筒的所述第二接合部與所述第一接合部接合的狀態(tài)下，所述保護(hù)筒被布置成從所述金屬殼的內(nèi)側(cè)朝所述前端側(cè)突出， 所述傳感元件包括沿徑向向外突出的第三接合部以與所述第一接合部一起將所述第二接合部夾持于所述金屬殼的內(nèi)側(cè)，所述第三接合部的表面的至少一部分形成有所述外側(cè)電極的一部分， 硬度低于所述第二接合部的硬度且由導(dǎo)電性材料制成的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件被布置在所述第二接合部和所述第三接合部之間，使得所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件與所述第三接合部的形成有所述外側(cè)電極的區(qū)域和所述第二接合部二者都接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體傳感器，其特征在于， 當(dāng)從所述軸線方向觀察時(shí)，所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件在所述徑向上比所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件與所述保護(hù)筒的后端重疊的區(qū)域向外突出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體傳感器，其特征在于， 所述導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件的硬度是IOOHv至250Hv，并且所述第二接合部的硬度是300Hv至450Hv o
全文摘要
氣體傳感器，包括有底筒狀傳感元件，其包括由固體電解質(zhì)制成的固體電解質(zhì)主體和設(shè)置于該主體外表面的外側(cè)電極；金屬殼；及保護(hù)筒，其中，金屬殼包括在其內(nèi)壁面沿氣體傳感器的徑向向內(nèi)突出的第一接合部，保護(hù)筒包括在其后端側(cè)端部附近徑向向外突出的第二接合部，且保護(hù)筒布置成從金屬殼內(nèi)側(cè)朝前端側(cè)突出，傳感元件包括徑向向外突出的第三接合部，且第三接合部的表面的至少一部分形成有外側(cè)電極的一部分，硬度低于第二接合部且由導(dǎo)電性材料制成的導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件布置在第二和第三接合部之間，使得其與第三接合部的形成有外側(cè)電極的區(qū)域和第二接合部都接觸，且外側(cè)電極經(jīng)由導(dǎo)電性緩沖構(gòu)件和保護(hù)筒電連接到金屬殼。
文檔編號(hào)G01N27/407GK103207226SQ20131001545
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者神前和裕 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社