專利名稱：氣體傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及 一 種包括沿軸向延伸的筒狀金屬殼和沿軸向延 伸并安裝在該金屬殼的徑向內側的檢測元件主體的氣體傳感 器，特別地，本發(fā)明涉及一種包括覆蓋檢測元件主體的軸向前 端側的多孔質保護層的氣體傳感器。
背景技術：
已知使用被安裝到汽車的排氣管并且包括檢測元件的氣體 傳感器，該檢測元件被構造成根據排氣的特定成分(例如氧化 氮、氧氣等)的濃度改變電動勢或者電阻值。
用包括多孔質陶資的多孔質保護層涂覆檢測元件主體的前 端部，以防止由于排氣中的水滴附著到檢測元件時產生的熱沖 擊導致出現的破裂。多孔質保護層使附著到檢測元件的水滴分 散并且緩慢地吸收該水滴。因此，幾乎不會在檢測元件主體處 產生大的熱沖擊，從而，可以防止纟全測元件主體的石皮裂。例如，
日本特開2007-33374號公報(該對比文件的圖l及相關說明) 公開了具有這種保護層的氣體傳感器。
然而，多孔質保護層的基端具有可能由于使用時的振動和 沖擊而碎裂的尖角部分。當排氣中的水滴附著到多孔質保護層 的由于該碎裂而變薄或露出的部分時，在檢測元件主體的變薄 部分或者露出部分可能出現破裂。

發(fā)明內容
考慮到上述情況而作出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一 種具有能夠防止由于多孔質保護層的基端處發(fā)生的碎裂而導致破裂的檢測元件主體的氣體傳感器。
根據第一方面，本發(fā)明提供一種氣體傳感器，其包括筒
狀金屬殼，其沿著軸向從金屬殼的前端延伸到金屬殼的基端; 板狀檢測元件主體，其沿著軸向從板狀檢測元件主體的前端延 伸到板狀檢測元件主體的基端并且被保持在金屬殼的徑向內 側，該;險測元件主體包括沿軸向從金屬殼的前端突出的元件突 出部；多孔質保護層，其涂覆在檢測元件主體的前端部上；以 及保護件，其被安裝到金屬殼并且包括在垂直于軸向的徑向圍 繞元件突出部的側壁，該側壁具有形成在側壁中并且允許氣體 被導入到由該側壁限定的內部空間的導入孔，其中，多孔質保 護層包括第 一部分以及相對于該第一部分被設置在基端側的第 二部分，該第二部分具有沿朝向纟全測元件主體的基端的方向逐 漸減小的厚度，并且多孔質保護層的第二部分沿軸向被布置成 比導入孔靠近檢測元件主體的基端。
在根據本發(fā)明的該方面的氣體傳感器中，多孔質保護層的 相對于第 一 部分被定位在基端側的第二部分被成形為使得它的 厚度朝向基端側逐漸變薄。也就是說，第二部分不具有如現有 技術的多孔質保護層的基端那樣的尖角部分。因此，可以防止 由使用時氣體傳感器受到振動和沖擊所引起的第二部分處的碎 裂；可以防止碎裂部分處的多孔質保護層變?。徊⑶铱梢苑乐?碎裂部分處的檢測元件主體露出。因此，即使排氣中的水滴附 著到第二部分，檢測元件主體也不容易破裂。
此外，由于第二部分相對于形成在保護件的圍繞元件突出 部的側壁的導入孔被布置在基端側，因此，水滴難以穿過導入 孔附著到第二部分。因此，氣體傳感器可以可靠地防止檢測元 件主體的破裂。
多孔質保護層的第二部分被成形為使得其厚度朝向基端側逐漸減小。厚度朝向基端側逐漸減小的第二部分的形狀的例子 包括錐狀、R狀(圓弧狀)等。
多孔質保護層的第 一 部分從檢測元件主體的前端到第二部 分涂覆檢測元件主體的周圍。保護件可以是一重結構保護件和 層疊兩個以上的保護件的多重結構保護件中的任一種。在多重 結構保護件中，位于最內側并且直接地(即，在該保護件和檢
測元件之間不存在其它保護件的情況下)圍繞檢測元件主體的 保護件與該方面限定的"保護件"對應。
在本發(fā)明的第二方面中，第一方面所述的氣體傳感器可以 被成形為使得多孔質保護層的第二部分的軸向長度不小于多孔 質保護層的第一部分的厚度且不大于3毫米。
由于多孔質保護層的第二部分的軸向長度不小于第一部分
的厚度但不大于3毫米，因此，可以可靠地防止由于使用時氣
體傳感器受到振動和沖擊導致的第二部分處的破裂。因此，可 以提供具有高可靠性的氣體傳感器，從而有效地防止檢測元件 主體的破裂。
在第三方面中，本發(fā)明提供第一或第二方面所述的氣體傳
感器，其中，第一部分的厚度不小于100微米且不大于600微米。 如果多孔質保護層的第 一 部分的厚度太薄，例如小于10 0 微米，則擔心不能獲得多孔質保護層所需的充分效果，例如防 止由于水滴附著到多孔質保護層時的熱沖擊導致檢測元件主體 的破裂。另一方面，如果多孔質保護層的第一部分太厚，例如 大于600微米，則由于加熱器升溫過程中的熱量被傳遞到多孔 質保護層，因此，檢測元件主體的熱激活可能被延遲，因此， 氣體傳感器加熱器的消耗電力增加并且氣體傳感器的檢測靈敏 度降低。
相反地，由于在根據第三方面所述的氣體傳感器中多孔質保護層的第一部分的厚度不小于100微米，因此，可以獲得如 下充分的效果多孔質保護層可以防止由水滴附著所產生的破 裂。此外，由于多孔質保護層的第一部分的厚度不大于600微 米，因此，可以充分縮短激活;險測元件所需的時間，并且可以 降低加熱器的消耗電力。另外，提高了氣體傳感器的檢測靈敏 度。
在第四方面中，本發(fā)明提供第一至第三方面中的任一方面 所述的氣體傳感器，其中，第一部分的截面具有平滑彎曲的外 形。換句話說，第一部分平滑地覆蓋元件突出部。
在第四方面的氣體傳感器中，多孔質保護層的第一部分平 滑地覆蓋檢測元件主體的元件突出部。也就是說，由于檢測元 件主體是板狀的，因此，具有由三個表面形成的頂點的元件突 出部具有由主表面(才反面)和側面、主表面和前端面、側面和 前端面形成的脊(邊)。即使元件突出部具有這種結構，涂覆元 件突出部的多孔質保護層的第一部分的整個外表面被成形為平 滑的且沒有任何尖角部分。因此，可以有效地防止由于使用時 氣體傳感器受到振動和沖擊引起的第一部分的破裂。因此，可 以獲得高可靠性的氣體傳感器。
在第五方面中，本發(fā)明提供第一至第四方面中的任一方面
所述的氣體傳感器，其中，第一部分和保護件之間的最小間隙 大于等于0.5毫米。
如果第一部分和保護件之間的最小間隙太小，例如小于0.5 毫米，則與被測量氣體一起進入保護件的內部的水滴易于附著 從而積聚在保護件和第一部分之間。此外， 一度附著到保護件 的內周面上的水滴可能在內周面上移動，并且可能附著到第一 部分。
相反地，在第五方面中，由于檢測元件和保護件之間的最小間隙大于等于0.5毫米，因此，即使水滴與被測量氣體一起進 入保護件的內部，該水滴也幾乎不會附著到第一部分。此外， 即使一度附著到保護件的內周側的水滴移動，該水滴也幾乎不 會附著到第一部分。因此，可以可靠地防止由于水滴附著時的 熱沖擊所引起的檢測元件主體的破裂。
根據第六方面，本發(fā)明提供第一至第五方面中的任一方面 所述的氣體傳感器，其中，第二部分被布置金屬殼中。
在根據第六方面的氣體傳感器中，第二部分被布置在金屬 殼的內部。因此，由于金屬殼作為屏障物，因此，水滴幾乎不 會附著到第二部分。因此，第六方面提供了可以有效地防止檢 測元件主體的破裂的氣體傳感器。
根據第七方面，本發(fā)明提供第六方面所述的氣體傳感器，
其中，金屬殼和第 一 部分之間的最小間隙小于等于1.4 5毫米。
如果金屬殼和第 一部分之間的最小間隙太大，例如大于 1.45毫米，則與被測量氣體一起進入保護件的內部的水滴易于 進入金屬殼和檢測元件主體(第二部分)之間的間隙，結果， 水滴趨于附著到第二部分。
相反地，由于在第七方面中金屬殼和第 一部分之間的最小 間隙小于等于1.45毫米，因此，即使水滴與^皮測量氣體一起進 入保護件的內部，該水滴也幾乎不會附著到第二部分。因此， 可以可靠地防止由于水滴附著時的熱沖擊引起的檢測元件主體 的破裂。
在第八方面中，本發(fā)明提供第六或第七方面所述的氣體傳 感器，其中，第二部分和金屬殼的前端之間的距離大于金屬殼 和第一部分之間的最小間隙。因此，即使水滴與^皮測量氣體一 起進入保護件的內部，該水滴也幾乎不會附著到第二部分。因 此，可以可靠地防止由于水滴附著時的熱沖擊所引起的檢測元件主體的破裂。根據第九方面，在第六至第八方面中的任一方 面所述的氣體傳感器中，優(yōu)選金屬殼和第一部分之間的最小間 隙小于導入孔的直徑。


圖l是示出根據本發(fā)明的實施例的傳感器的部分剖視圖2是從檢測元件的側面?zhèn)扔^察的根據該實施例的氣體傳 感器的前端側部分的剖視圖3是從檢測元件的板面?zhèn)扔^察的根據該實施例的氣體傳 感器的前端側部分的剖視圖4是示出根據該實施例的氣體傳感器的檢測元件的前端 側部分的俯浮見圖5是示出根據該實施例的氣體傳感器的檢測元件的檢測 元件主體的分解立體圖6是根據該實施例的氣體傳感器的檢測元件的前端側部 分的剖視圖(沿圖4中的線A-A截取的剖視圖)；
圖7是說明根據該實施例的氣體傳感器的制造方法并且示 出涂覆溶液從前端側噴涂到檢測元件主體上/人而形成未烘焙 (unfired )的多孔質保護層的噴涂狀態(tài)的示意圖8是說明根據該實施例的氣體傳感器的制造方法并且示 出涂覆溶液從徑向外部噴涂到檢測元件主體上/人而形成未烘焙 的多孔質保護層的噴涂狀態(tài)的示意圖。
具體實施例方式
參照

本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明不應該;陂解 釋為局限于該實施例。圖l示出了根據本發(fā)明的實施例的氣體 傳感器100。圖2和圖3是示出氣體傳感器100的前端側部分的放大圖。圖4是示出氣體傳感器100的檢測元件200的前端側部分 的俯視圖。圖5是示出檢測元件200的檢測元件主體201的立體 圖。圖6是示出檢測元件200的前端側部分的剖視圖(沿圖4中 的線A-A截取的剖視圖)。在圖1至圖4中，圖中的下側與軸線 AX方向的前端側(在下文中也被稱為"前端側")對應，圖中 的上側與軸線AX方向的基端側(在下文中也被稱為"基端側") 對應。在圖5中，左側與前端側對應，右側與基端側對應。
該實施例示出了可被安裝到汽車的排氣管(未示出)從而 基于排氣中含有的氧氣(特定的氣體成分)的濃度測量排氣的 空燃比的滿量程空燃比(full-range air-fuel ratio )傳感器作 為氣體傳感器100的例子。在該實施例中，檢測元件200被設置 在排氣管的內部并且暴露于在排氣管中流動的排氣(被檢測氣 體)中。如圖l所示，氣體傳感器100包括筒狀金屬殼IIO, 其沿與軸線AX平行的方向(以下被稱為"軸線AX方向"或者 "軸向")延伸；板狀檢測元件200，其被安裝在金屬殼110的 內部；外筒151,其被固定在金屬殼110的基端側；以及保護件 160，其被固定在金屬殼110的前端側。
檢測元件200包括板(帶)狀的檢測元件主體201，該檢測 元件主體201沿著軸線AX方向延伸并且具有寬度(W)(例如4 毫米)和厚度(D)(例如1.5毫米)(參見圖6)。檢測元件主體 201具有第一板面201a、第二板面201b、第一側面201c和第二 側面201d (參見圖4和圖6)。如圖l所示，檢測元件主體201包 括元件突出部202,其從金屬殼110的前端側開口端110s朝向 前端側(圖中的下方)突出；主干部(barrel portion) 207, 其徑向圓周被金屬殼110包圍；以及元件基端部209，其從金屬 殼110朝向基端側(圖中的上方)突出。
帶底的筒狀的金屬制的杯狀物131 (以下簡稱為金屬杯狀物131 )被布置在從檢測元件200的主千部207的中央稍稍偏向 前端側的位置，使得檢測元件2 0 0被插入到形成在金屬杯狀物 131底部的開口 131c中，并且檢測元件200的前端側部分從開口 131c突出。金屬杯狀物131將一全測元件200保持在金屬殼IIO中， 并且具有前端周緣部132,該前端周緣部132是使得金屬杯狀物 131的直徑朝向前端側減小的錐狀。在檢測元件2 0 0被插入到金 屬杯狀物131中的狀態(tài)下，使氧化鋁制的陶瓷環(huán)133和由被壓縮 的滑石粉形成的第一滑石環(huán)135容納在金屬杯狀物131中。在金 屬杯狀物131中粉碎第一滑石環(huán)135,并且將第一滑石環(huán)135完 全填充在金屬杯狀物131中。因此，；險測元件200#1定位和保持 在金屬杯狀物131中。
與金屬杯狀物131形成為 一 體的檢測元件2 0 0被保持成使 得檢測元件的徑向周邊被筒狀金屬殼110圍繞。金屬殼110將氣 體傳感器100安裝并固定到汽車的排氣管，并且金屬殼110可由 如SUS 403等低碳不銹鋼制成。用于安裝到排氣管的外螺紋部 lll形成在金屬殼llO的外周的前端側。金屬殼110包括位于外 螺紋部111的前端側的突出的環(huán)狀前端固定部113,保護件160 -故固定到該固定部113。
金屬殼110還包括位于金屬殼110的外周的中央的用于接 合安裝工具的工具接合部117。當氣體傳感器被安裝到排氣管 時用于防止氣體損失的墊圏119被插入和裝配在工具接合部 117和外螺紋部111之間。此外，形成在工具接合部117的基端 側的基端固定部116允許外筒151固定在其上。彎邊(crimp) 并將檢測元件200保持在金屬殼110中的彎邊部118相對于基端 固定部116形成在基端側。
具有直徑朝向前端側減小的錐狀的臺階部115形成在金屬 殼110的內周的前端側。金屬杯狀物131的用于保持檢測元件200的具有錐狀的前端周緣部132接合臺階部115。在檢測元件 200插入通過第二滑石環(huán)137的狀態(tài)下將第二滑石環(huán)137布置在 金屬殼110的內部的金屬杯狀物131的基端側。筒狀套筒141被 裝配在金屬殼110中，從基端側加壓第二滑石環(huán)137。臺階狀的 肩部142形成在套筒141處。環(huán)狀彎邊填料143被布置在肩部 142處。金屬殼110的彎邊部118#1彎邊，以經由彎邊填料143 朝向前端側加壓套筒141的肩部142。
粉碎壓靠套筒141的第二滑石環(huán)13 7并將該第二滑石環(huán)13 7 完全填充在金屬殼110中。借助于預先填充在金屬杯狀物131中 的第二滑石環(huán)137和第一滑石環(huán)135將金屬杯狀物131和檢測元 件200定位和保持在金屬殼110中。由夾在彎邊部118和套筒141 的肩部142之間的彎邊填料143來保持金屬殼IIO的氣密性，該 彎邊填料143防止了燃燒氣體的滲出。
在檢測元件200中，檢測元件的基端部209從作為金屬殼 110的基端部的彎邊部118突出，包括絕緣陶瓷的筒狀分隔件 (separator) 145覆蓋元件基端部209。分隔件145在內部保持 五個連接端子147 (圖l中僅示出了其中 一個)，每個連接端子 147與形成在檢測元件200的元件基端部209上的對應的五個電 極片235電連接。每一個連接端子147與被引出到氣體傳感器 IOO的外部的對應的五根導線(圖l中僅僅示出了其中三根)電 連接。分隔件145容納連接端子147和導線149，使得各連接部 分彼此絕緣。
筒狀外殼151被布置成圍繞分隔件145。外殼151通常由不 銹鋼(在本實施例中是根據日本工業(yè)標準的SUS 304 )制成， 并且外殼151的前端開口部152被布置在金屬殼110的基端固定 部116的徑向外側。通過使前端開口部152彎邊并且激光焊接其 整個圓周將前端開口部152安裝到基端固定部116。另外，金屬制的筒狀保持金屬配件153被布置在外殼151 和分隔件145之間。保持金屬配件153包括通過使保持金屬配件 153的基端向內彎曲、然后向前端側彎曲形成的支撐部154。保 持金屬配件153通過使凸臺部146 (該凸臺部146呈凸臺狀并且 設置在分隔件14 5的被插入到保持金屬配件中的基端側的外周 上)與支撐部154接合來支撐分隔件145。在該狀態(tài)下，從外部 使布置保持金屬配件153的部分處的外殼151彎邊，并且支撐分 隔件145的保持金屬配件153被固定到外殼151。
由氟基橡膠制成的密封圈155被裝配在外殼151的基端側 開口中。密封圏155具有五個插入孔156 (圖l中僅僅示出了其 中一個)，并且以氣密狀態(tài)將從分隔件145延伸的五根導線149 插入到各自插入孔156中。在該狀態(tài)下，在使密封圏155向前端 側按壓分隔件145的同時，從外殼151的外部使密封圈155彎邊， 并且將密封圏固定到外殼151。
由金屬殼IIO保持的檢測元件200包括從金屬殼IIO的前端 側開口端110s朝向前端側突出的元件突出部202。保護件160 被裝配到前端固定部113并且通過激光焊接固定。保護件被構 造成保護檢測元件200的元件突出部202不會由于排氣中的沉 著物(如燃料灰和油成分等毒性附著物質)而污損并且不會由 于水而破損。保護件160具有包括帶底的筒狀內側保護件161 和筒狀外側保護件171的雙重結構，該筒狀外側保護件171被構 造成經由氣隙(間隙)包圍內側保護件161的徑向周圍。
內側保護件161呈筒狀并且具有底部，該內側保護件161 包圍檢測元件200的元件突出部202的前端側(圖中的下方)和 徑向外側(圖中的左右方向)，并且內側保護件161在元件突出 部202布置在其內部的狀態(tài)下被固定到金屬殼110。在內側保護 件161中，多個內側導入孔167相對于檢測元件200的前端200s(多孔質保護層240的前端側端240s ) ^皮:沒置在基端側。每一 個內側導入孔167允許排氣從內側保護件161的外部導入到內 側保護件161的內部。在本實施例中，內側導入孔167的直徑是 例如1.5毫米。內側導入孔作為導入孔。內側保護件161具有在 內側保護件161的前端側部分朝向內部切入并開口的多個排水 孑L166。排水孔166相對于檢測元件200的前端200s形成在前端 側。內側保護件161具有形成在內側保護件161的底壁的中央且 被構造成將排氣和水排出到外部的排出孔16 4 。
外側保護件171在經由氣隙包圍內側保護件161的徑向周 圍的狀態(tài)下被固定到金屬殼IIO。使外側保護件171的前端部 172朝向內側保護件161向內彎曲。因此，內側保護件161和外 側保護件171之間的氣隙(間隙)被封閉。沿圓周方向在外側 保護件171的相對于檢測元件2 0 0的前端2 0 0 s的前端側的預定 位置上布置多個外側導入孔177。每一個外側導入孔177均允許 排氣從外側保護件171的外部導入到外側保護件171的內部。朝 向內側延伸的板狀引導體178被設置在各自的外側導入孔177 中。因此，產生了通過外側導入孔177vMv外部導入到內部的排 氣的回旋流，使得排氣在外側保護件171和內側保護件161之間 所限定的氣隙內繞軸線AX沿圓周方向回旋。
接著，說明檢測元件200。包括多孔質氧化鋁的多孔質保 護層2 4 0被涂覆在檢測元件2 0 0的元件突出部2 0 2的全部外表面 上以及主干部2 0 7的前端側的 一 部分的外表面上。
多孔質保護層240包括厚度朝向基端側(圖中的上方)逐 漸減小的縮徑部247。如圖4所示，縮徑部247被設置在多孔質 保護層240的在軸線AX方向上距基端240k小于等于長度tk (參 見圖4)的范圍內限定的區(qū)域中。該長度tk小于等于3毫米(例 如，在本實施例中為l毫米)。在本實施例中，縮徑部247是厚度朝向基端側與在軸線AX方向上距縮徑部247的前端的距離 成比例地減小的錐狀?？s徑部2 4 7布置得比金屬殼110的前端側 開口端110s (朝向基端側)深3毫米(對應于圖3中的距離I)。 換句話說，雖然稍后還將更詳細地說明，距離I大于金屬殼llO 和涂層部242 (基端側涂層部243 )之間的最小間隙H。
在多孔質保護層240處，涂層部242相對于縮徑部247被設 置在前端側(參見圖2和圖3 )。涂層部242包括前端側涂層部241 和基端側涂層部243。前端側涂層部241相對于金屬殼IIO的前 端側開口端110s被布置在前端側，并且覆蓋整個元件突出部 202。基端側涂層部覆蓋金屬殼110中的主干部207的前端側的 一部分。因此，前端側涂層部241從金屬殼110的前端側開口端 110s朝向前端側突出。另一方面，基端側涂層部243相對于前 端側開口端110s一皮定位在基端側。
前端側涂層部241平滑地覆蓋檢測元件主體201的元件突 出部202，也就是說，前端側涂層部241的外表面沒有任何尖角 (參見圖2至圖4以及圖6 )。前端側涂層部241的角部245是圓弧 形的。
多孔質保護層240的涂層部242的厚度dk (參見圖4和圖6) 被設定成大于等于IOO微米但是小于等于600微米(在本實施例 中為400微米)。此外，多孔質保護層240和內側保護件161之間 的最小間隙G (參見圖3)大于等于0.5毫米(在本實施例中為l 毫米)。此外，多孔質保護層240 (基端側涂層部243 )和金屬 殼110之間的最小間隙H (參見圖3)小于等于1.45毫米(在本 實施例中為1.25毫米)。最小間隙H小于內側保護件161的內側 導入孔167的直徑。
如圖5和圖6所示，通過同時烘焙多個彼此層疊的層而形成 檢測元件主體201。這些層包括傳感器功能部250，其被構造成檢測特定的氣體成分；保護部260,其層疊在傳感器功能部 250的 一 側并且被構造成保護傳感器功能部250;以及加熱器部 270,其層疊在傳感器功能部250的另 一側并且被構造成加熱傳 感器功能部250，以快速激活傳感器功能部250。
傳感器功能部250包括氧氣抽吸單元251、氧氣濃度檢測單 元253和層疊在氧氣抽吸單元251和氧氣濃度檢測單元253之間 的絕緣層219。
氧氣抽吸單元251包括第一固體電解質層215以及分別形 成在第 一 固體電解質層215的兩面上的第 一電極213和第二電 極217。第一 固體電解質層215包括部分穩(wěn)定的氧化鋯燒結體， 該部分穩(wěn)定的氧化鋯燒結體含有作為主要成分的氧化鋯以及添 加的作為穩(wěn)定材料的氧化釔或者氧化鈣。第一通孔導體215a和 第二通孔導體215b形成在第 一 固體電解質層215的基端側的預 定位置，并且貫穿第一固體電解質層215。
第一電極213含有作為主要成分的鉑并且包括第一電極 部213a,其形成在前端側的預定位置并且在俯視圖中具有大致 矩形形狀；以及第一引線部(lead portion) 213b，其從第一 電極部213a朝向基端側延伸。第一引線部213b的基端部與形成 在保護主體層211處的第八通孔導體211c電連接。
第二電極217含有作為主要成分的鉑并且包括第二電極 部217a，其形成在前端側的預定位置并且在俯一見圖中具有大致 矩形形狀；以及第二引線部217b,其從第一電極部217a朝向基 端側延伸。第二引線部217b與形成在第一固體電解質層215處 的第二通孔導體215b電連接，并且與形成在絕緣層219處的第 五通孔導體219b電連接。
氧氣濃度檢測單元253包括第二固體電解質層223以及分 別形成在第二固體電解質層223的相反面上的第三電極221和第四電極225。第二固體電解質層223包括部分穩(wěn)定的氧化鋯燒 結體，該部分穩(wěn)定的氧化鋯燒結體含有作為主要成分的氧化鋯 以及添加的作為穩(wěn)定材料的氧化釔或者氧化釣。第三通孔導體 223a形成在第二固體電解質層223的基端側的預定位置，并且 貫穿第二固體電解質層。
第三電極221含有作為主要成分的鉑并且包括第三電極 部221a，其形成在前端側的預定位置并且在俯視圖中具有大致 矩形形狀；以及第三引線部221b,其從第三電極部221a朝向基 端側延伸。第三引線部221b的基端部與形成在絕緣層219處的 第五通孔導體219b電連接。
第四電極225含有作為主要成分的鉑并且包括第四電極 部225a，其形成在前端側的預定位置并且在俯視圖中具有大致 矩形形狀；以及第四引線部225b,其從第四電極部225a朝向基 端側延伸。第四引線部225b的基端部與形成在第二固體電解質 層223處的第三通孔導體223a電連接。
絕緣層219含有作為主要成分的氧化鋁并且具有形成為貫 穿絕緣層219的氣體檢測室219d。該氣體檢測室219d在俯視圖 中具有大致矩形形狀，并且被設置在與第二電極部217 a和第三 電極部221a對應的位置。絕緣層219還包括分別設置在氣體枱r 測室219d的寬度方向的兩側的擴散速率控制部220。該擴散速 率控制部220能夠使氣體在預定速率控制條件下在元件外部和 氣體檢測室219d之間進行氣體擴散。每 一 個擴散速率控制部 220均包括氧化鋁多孔體。
在絕緣層219的基端側的預定位置，絕緣層具有貫穿該絕 緣層的第四通孔導體219a和第五通孔導體219b。第四通孔導體 219a與形成在第 一 固體電解質層215處的第 一通孔導體215a 電連接，并且還與形成在第二固體電解質層223處的第三通孔導體223a電連接。第五通孔導體219b與第二電極217的第二引 線部217b電連接，并且還與第三電極221的第三引線部221b電連接。
接著，說明保護部260。保護部260包括保護主體層211, 該保護主體層211含有作為其主要成分的氧化鋁。保護主體層 211具有在俯視圖中呈大致矩形形狀的開口 211d,貫穿保護主 體層211并且被設置在與第一電極部213a對應的位置處。含有 作為主要成分的鋁的多孔質氣體導入部212被設置在開口 211d 處，封閉開口211d。
沿著寬度方向在保護主體層211的表面上的基端側的預定 位置處布置三個電極片235。第六通孔導體211a、第七通孔導 體211b和第八通孔導體211c分別形成在保護主體層211的基端 側的預定位置處，貫穿保護主體層211。第六通孔導體211a與 其中一個電極片235電連接，并且還與形成在第一固體電解質 層215處的第一通孔導體215a電連接。第七通孔導體211b與電 極片235中的另 一個電連接，并且還與形成在第一固體電解質 層215處的第二通孔導體215b電連接。第八通孔導體211c與電 極片235中的除上述兩個之外的另 一個電連4妻，并且還與形成 在第一電極213處的第 一引線部213b電連接。
接著，說明加熱器部270。加熱器部270包括第一加熱器 絕緣層227，其具有電絕緣性；第二加熱器絕緣層231，其具有 電絕緣性；以及發(fā)熱電阻器229,其被置于第一加熱器絕緣層 227和第二加熱器絕緣層231之間并且被構造成通過使電流通 過第一加熱器絕緣層227和第二加熱器絕緣層231之間而發(fā)熱。 第 一 加熱器絕緣層227含有作為主要成分的氧化鋁，并且被層 疊在傳感器功能部250上。第二加熱器絕緣層231含有作為主要 成分的氧化鋁。第九通孔導體231a和第十通孔導體231b分別形成在第二 加熱器絕緣層231的基端側的預定位置，貫穿第二加熱器絕緣 層231。沿著寬度方向在第二加熱器絕緣層231的表面上的基端 側的預定位置處布置兩個電極片235。 一個電極片235與第九通 孔導體231a電連接。另 一個電極片235與第十通孔導體231b電 連接。
發(fā)熱電阻器229包括曲折狀的發(fā)熱部229a,其布置在前 端側的預定位置處；第一加熱器引線部229b，其從發(fā)熱部229a 的一端朝向基端側延伸；以及第二加熱器引線部229c，其從發(fā) 熱部229a的另 一 端朝向基端側延伸。第 一 加熱器引線部229b 的基端部與形成在第二加熱器絕緣層231處的第九通孔導體 231a電連接。第二加熱器引線部229c的基端部與形成在第二加 熱器絕緣層231處的第十通孔導體231b電連接。
接著，說明氣體傳感器100和檢測元件200的制造方法。 在下面的說明中，為了方便起見，用相同的附圖標記表示烘焙 后構件和與烘焙后構件對應的烘焙前構件(參見圖5和圖6)。
首先，制備通過濕混和來分散第一原料粉末和增塑劑而 形成的漿料。該第 一 原料粉末含有9 7重量％的氧化鋁粉末和作 為燒結調節(jié)劑的3重量％的二氧化硅，并且該增塑劑包含丁醛樹 脂和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)。在利用刮刀裝置由片成形技 術使?jié){料成形為片狀之后，將該片切割成具有預定尺寸，從而 獲得與絕緣層219對應的未烘焙(未加工)絕緣層219、與保護 主體層211對應的未烘焙保護主體層211、與第一加熱器絕緣層 227對應的未烘焙第一加熱器絕緣層227以及與第二加熱器絕 緣層231對應的未烘焙第二加熱器絕緣層231。其后，在未烘焙 絕緣層219中形成氣體檢測室219d。另外，在未烘焙保護主體 層211中形成開口 211d。另 一方面，制備通過濕混和來分散第二原料粉末和增塑劑 而形成的另 一種漿料。該第二原料粉末含有63重量％的氧化鋁
粉末、作為燒結調節(jié)劑的3重量％的二氧化硅和34重量％的碳粉 末，并且該增塑劑包含丁醛樹脂和鄰苯二曱酸二丁酯(DBP)。
此外，制備通過濕混和來分散氧化鋁4分末(100wt%)以 及含有丁醛樹脂和DBP的增塑劑而形成的另 一種漿料。因此， 由該漿料獲得與擴散速率控制部2 2 0對應的未烘焙擴散速率控 制4p220。
制備通過濕混和來分散第三原料粉末和增塑劑而形成的另 一種漿料。該第三原料粉末含有97重量％的氧化鋯粉末和作為 燒結調節(jié)劑的二氧化硅(Si02粉末和氧化鋁粉末合計為3重量 %),并且該增塑劑含有丁醛樹脂和DBP。因此，獲得與第一固 體電解質層215對應的未烘焙第 一 固體電解質層215和與第二 電解質層223對應的未烘焙第二固體電解質層223。
其后，通過以如圖5所示的元件為基準從下方順次層疊如 下相關物質來形成未烘焙層疊體未烘焙第二加熱器絕緣層 231、與發(fā)熱電阻器229對應的未烘焙發(fā)熱電阻器229、未烘焙 第 一加熱器絕緣層227、與第四電極225對應的未烘焙第四電極 225、未烘焙第二固體電解質層223、與第三電極221對應的未 烘焙第三電極221、未烘焙絕緣層219、與第二電極217對應的 未烘焙第二電極217、未烘焙第一固體電解質層215、與第一電 極213對應的未烘焙第一電極213以及未烘焙保護主體層211。
具體地，利用含有鉑作為主要成分的膏(paste)通過絲網 印刷術(screen printing)在未烘焙第二加熱器絕緣層231上 形成未烘焙發(fā)熱電阻器229。然后，在未烘焙第二加熱器絕緣 層231和未烘焙發(fā)熱電阻器229上層疊未烘焙第一加熱器絕緣層227。
利用含有90重量％的鉑和10重量％的氧化鋯粉末的鉑膏通 過絲網印刷術在未烘焙第二固體電解質層223的一個表面上形 成未烘焙第四電極225。在未烘焙第一加熱器絕緣層227上層疊 包括未烘焙第四電極225的未烘焙第二固體電解質層223,使得 未烘焙第四電極225被夾在未烘焙第 一加熱器絕緣層227和未 烘焙第二固體電解質層223之間。其后，利用含有90重量％的 鉑和10重量％的氧化鋯粉末的鉑膏通過絲網印刷術在未烘焙第 二固體電解質層223上形成未烘焙第三電極221。
接著，在未烘焙第二固體電解質層223和未烘焙第三電極 221上層疊未烘焙絕緣層219和未烘焙擴散速率控制部220。烘 焙之后，在與氣體檢測室219 d對應的部分上印刷含有碳作為主 要成分的膏。
利用含有90重量％的鉑和10重量％的氧化鋯粉末的鉑膏通 過絲網印刷術在未烘焙第 一 固體電解質層215的一個表面上形 成未烘焙第二電極217。在未烘焙絕緣層219上層疊包括未烘焙 第二電極217的未烘焙第一固體電解質層215,使得未烘焙第二 電極217被夾在未烘焙絕緣層219和未烘焙第 一 固體電解質層 215之間。其后，利用含有90重量％的鉑和10重量％的氧化鋯粉 末的鉑膏通過絲網印刷術在未烘焙第 一 固體電解質層215上形 成未烘焙第一電極213。
接著，在未烘焙第一固體電解質層215和未烘焙第一電極 213上層疊未烘焙保護主體層211。在未烘焙保護主體層211上
此，這樣形成了未烘焙層疊體。
接著，在lMPa下對未烘焙層疊體加壓并且使其壓配合之 后，將該未烘焙層疊體切割成預定尺寸。其后，從該未烘焙層疊體中除去樹脂，并且進行將未烘焙層疊體保持在i500。c的烘
焙溫度下一個小時的常規(guī)烘焙，由此獲得檢測元件主體201。
接著，混和尖晶石粉末和氧化鈥粉末，并且通過添加作為
揮發(fā)性溶劑的乙醇進一步混和，從而獲得涂層溶液。如圖7和 圖8所示，涂層溶液一皮噴到^r測元件主體201上，形成并且干燥 烘焙后變成多孔質保護層2 4 0的未烘焙多孔質保護層2 4 0 。
具體地，如圖7所示，在沖全測元件主體201的元件突出部202 從第一保持夾具300突出的狀態(tài)下，由第一保持夾具300保持檢 測元件主體201的基端側部分(主干部207和元件基端部209 )。 接著，通過利用針型噴嘴的噴涂裝置3 2 0從檢測元件主體2 01 的前端側在檢測元件主體201的元件突出部202上涂覆涂層溶 液。此時，由布置在檢測元件主體201的徑向外部的吸引裝置 330回收散布到周邊的陶資粉末(即，作為乙醇已揮發(fā)的涂層 溶液的殘余物的物質)。由吸引裝置330回收的陶瓷粉末被分散 在乙醇中并且凈皮再次使用。
接著，從第 一保持夾具300中移出檢測元件主體201。接著， 如圖8所示，在4企測元件主體201的元件突出部202和作為主干 部2 0 7的前端側的 一 部分的主干部前端側部分2 0 7 a從第二保持 夾具310突出的狀態(tài)下，由第二保持夾具310保持檢測元件主體 201的基端側部分(作為主干部207的另 一部分的主干部基端側 部分207b和元件基端部209 )。第二保持夾具310包括突出部 311,該突出部311在其前端限定圓錐狀凹部313。通過使第二 保持夾具310繞其軸線旋轉，在檢測元件主體201繞其軸線旋轉 的同時，由使布置在檢測元件主體2 01的徑向外部的噴涂裝置 320在檢測元件主體201上涂覆涂層溶液。由于在涂層溶液附著 到檢測元件主體201的表面時揮發(fā)性溶劑揮發(fā)，因此，在檢測 元件主體201(元件突出部202和主干部前端側部分207a)的表面上形成由干燥后的陶瓷原料粉末制成的層。
第二保持夾具310包括作為屏障物的突出部311 ，該突出部 311被構造成朝向基端側逐漸減少涂布在檢測元件主體201的 主干部前端側部分207a的基端側部分(第二保持夾具310附近) 上的涂層溶液的量。該部分在烘焙后變成縮徑部。
接著，在大氣條件下，使該狀態(tài)的檢測元件主體201的溫 度升高，并且經受最高溫度保持在IOO(TC的熱處理一個小時。 其后，由空氣冷卻檢測元件主體201,由此獲得包括多孔質保 護層240的#r測元 <牛200 。
將由上述方法制造的檢測元件200插入到金屬杯狀物131 中，然后用陶瓷環(huán)133和第一滑石環(huán)135固定該;險測元件200, 從而形成組件。接著，將該組件插入到安裝了保護件160的金 屬殼110中，然后插入第二滑石環(huán)137、套筒141和彎邊填料 143。該組件在金屬殼110的彎邊部118一皮彎邊，從而形成下部 組件。另一方面，將外殼151、分隔件141和密封圏155等組裝 到該組件，從而形成上部組件。其后，使下部組件和上部組件 接合以完成氣體傳感器IOO。
如上所述，在本實施例中，由于多孔質保護層240的縮徑 部247是厚度朝向基端側逐漸減小的錐狀，因此，縮徑部247 沒有任何尖角。因此，可以防止由于使用時氣體傳感器受到振 動和沖擊引起的縮徑部247的碎裂，該碎裂使碎裂部分處的多 孔質保護層240變薄或者使碎裂部分處的檢測元件主體201露 出。因此，即使排氣中的水滴附著到縮徑部247,檢測元件主 體201也幾乎不會破裂。另外，縮徑部247相對于包圍多孔質保
因此，通過內側導入孔167的水滴幾乎不會附著到縮徑部247。 因此，有效地防止氣體傳感器100的才企測元件主體201的破裂。多孔質保護層240的縮徑部247沿軸線AX方向的長度tk大 于等于涂層部242的厚度dk,但是小于等于3毫米。因此，可以 可靠地防止由于使用時氣體傳感器的振動和沖擊引起的縮徑部 247的碎裂。
多孔質保護層240的涂層部242的厚度dk大于等于1 OO微 米。因此，可以充分地獲得多孔質保護層240的效果，如防止 由水滴附著所引起的破裂的效果等。另一方面，當多孔質保護 層240的涂層部242的厚度dk小于等于600微米時，可以充分縮 短由發(fā)熱電阻器229力口熱時使檢測元件200達到激活溫度所需 的激活時間，并且可以降低發(fā)熱電阻器229的消耗電力。此外， 提高了檢測元件200的檢測靈敏度。
多孔質保護層240的涂層部242平滑地覆蓋檢測元件主體 201的元件突出部202。因此，能夠防止由于使用時氣體傳感器 的振動和沖擊所引起的涂層部242的碎裂。
在本實施例中，涂層部242和內側保護件161之間的最小間 隙G大于等于0.5毫米。因此，即使水滴與被檢測氣體一起進入 內側保護件161，水滴也幾乎不會附著到涂層部242。此外，可 以防止附著到內側保護件161的內周面的水滴接觸涂層部242。 因此，可以可靠地防止由于水滴附著時的熱沖擊所引起的4全測 元件200的破裂。
縮徑部247被布置在金屬殼110內。因此，金屬殼110起到 屏障物的功能，并且水滴幾乎不會附著到縮徑部247。因此， 氣體傳感器100可以有效地防止檢測元件主體201的破裂。
金屬殼110和涂層部242之間的最小間隙H小于等于1.45毫 米。因此，即使水滴與被檢測氣體一起進入內側保護件161的 內部，水滴也幾乎不會附著到縮徑部247。因此，可以可靠地 防止由于水滴附著時的熱沖擊所引起的檢測元件主體2 01的破裂。
金屬殼110的前端側開口端110s和縮徑部247之間的距離I 大于金屬殼110和涂層部242之間的最小間隙H。因此，即使水 滴與被檢測氣體一起進入內側保護件161的內部，水滴也幾乎 不會附著到縮徑部247。因此，可以可靠地防止由于水滴附著 時的熱沖擊所引起的檢測元件主體201的破裂。此外，即使當 金屬殼110和涂層部242之間的最小間隙H小于內側導入孔167 的直徑時，水滴也幾乎不會附著到縮徑部247，這可以防止檢 測元件主體201的-皮裂。
雖然根據本發(fā)明的實施例進行了上述說明，但是，本發(fā)明 不限于此。理所當然，在不背離所附權利要求書的精神和范圍 的情況下，可以對這里公開的原理進行各種變型。
例如，上述實施例示例性示出了滿量程空燃比傳感器作為 氣體傳感器IOO。然而，本發(fā)明可以適用于如氧氣傳感器、NOx 傳感器、碳氫化物傳感器等其它氣體傳感器。
雖然該實施例示出的保護件160具有包括內側保護件161 和外側保護件171的雙重壁結構，但是保護件160可以具有一重 壁結構。
在上述實施例中，示出了涂層部242作為包括覆蓋整個元 件突出部202的前端側涂層部241和覆蓋金屬殼IIO內的主干部 207的前端側的一部分的基端側涂層部243的結構。然而，該結 構可以是如下結構縮徑部247從金屬殼110的前端側開口端 110s朝向前端側露出，并且涂層部242僅包括覆蓋元件突出部 202的一部分的前端側涂層部241。在該情況下，縮徑部247相 對于內側保護件161的內側導入孔16 7被布置在基端側。
相關申請的交叉引用
本申請基于2007年IO月17日提交的日本專利申請No.2007- 270607禾口 2008年8月19曰才是交的曰本專利申^貪No.
2008- 210347,上述日本專利申請的全部內容通過引用包含于此。
權利要求
1. 一種氣體傳感器，其包括筒狀金屬殼，其沿著軸向從所述金屬殼的前端延伸到所述金屬殼的基端；板狀檢測元件主體，其沿著軸向從所述檢測元件主體的前端延伸到所述檢測元件主體的基端并且被保持在所述金屬殼的徑向內側，所述檢測元件主體包括沿軸向從所述金屬殼的前端突出的元件突出部；多孔質保護層，其涂覆在所述檢測元件主體的前端部上；以及保護件，其被安裝到所述金屬殼并且包括在垂直于軸向的徑向圍繞所述元件突出部的側壁，所述側壁具有形成在所述側壁中并且允許氣體被導入到由所述側壁限定的內部空間的導入孔，其中，所述多孔質保護層包括第一部分以及相對于所述第一部分被設置在基端側的第二部分，所述第二部分具有沿朝向所述檢測元件主體的基端的方向逐漸減小的厚度，并且所述多孔質保護層的所述第二部分沿軸向被布置成比所述導入孔靠近所述檢測元件主體的基端。
2. 根據權利要求l所述的氣體傳感器，其特征在于，所述 多孔質保護層的具有逐漸減小的厚度的所述第二部分的軸向長 度不小于所述多孔質保護層的所述第 一 部分的厚度且不大于3 毫米。
3. 根據權利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，所 述第 一部分的厚度不小于100微米且不大于600微米。
4. 根據權利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，所 述第 一 部分的截面具有平滑彎曲的外形。
5. 根據權利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，所述第一部分和所述保護件之間的最小間隙大于等于0.5毫米。
6. 根據權利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，所 述第二部分被布置在所述金屬殼內。
7. 根據權利要求6所述的氣體傳感器，其特征在于，所述 金屬殼和所述第一部分之間的最小間隙小于等于1.45毫米。
8. 根據權利要求6所述的氣體傳感器，其特征在于，所述 第二部分和所述金屬殼的前端之間的距離大于所述金屬殼和所 述第 一部分之間的最小間隙。
9. 根據權利要求6所述的氣體傳感器，其特征在于，所述 金屬殼和所述第 一部分之間的最小間隙小于所述導入孔的直 徑。
10. 根據權利要求l所述的氣體傳感器，其特征在于，所述 多孔質保護層的所述第二部分具有錐狀。
全文摘要
一種氣體傳感器，其包括金屬殼；檢測元件主體，其被金屬殼保持；多孔質保護層，其被涂覆在檢測元件主體的前端部上；以及包括側壁的保護件，該側壁圍繞檢測元件主體的從金屬殼的前端突出的元件突出部。該側壁具有形成在側壁中且允許氣體被導入的導入孔。多孔質保護層包括第一部分和第二部分，該第二部分相對于第一部分被設置在基端側并且具有沿朝向檢測元件主體的前端的方向逐漸減小的厚度。第二部分沿軸向被布置成比導入孔靠近檢測元件主體的基端。
文檔編號G01N27/12GK101413909SQ20081017155
公開日2009年4月22日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權日2007年10月17日
發(fā)明者森茂樹, 水谷正樹 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社