气体传感器元件及气体传感器的制造方法_2

文档序号:9921124阅读:来源:国知局
…第一引线部
[0066]181c…第二引线部
[0067]181cl...发热部
[0068]182、183 …绝缘层
[0069]⑶…气体导入路
[0070]AD…大气导入路
[0071]TR…通气路
[0072]KS…基准室
[0073]AX…轴线
【具体实施方式】
[0074]A.第一实施方式:
[0075]图1是沿轴线AX剖切本发明的第一实施方式的气体传感器I而得到的纵剖面图。气体传感器I例如是安装在内燃机的排气管而使用的氧传感器。以下,将图1示出的气体传感器I的下侧作为前端侧DL1,将上侧作为后端侧DL2,来进行说明。
[0076]气体传感器I主要具备气体传感器元件10和主体金属壳体20。气体传感器元件10是沿长边方向DL延伸的板状的元件,构成为能够检测作为被测定气体的排气中的氧浓度。气体传感器元件10以自身的沿着长边方向DL的中心线与轴线AX—致的方式配置在气体传感器I内。
[0077]主体金属壳体20是将气体传感器元件10保持在内部的筒状的金属壳体。主体金属壳体20以如下状态保持气体传感器元件10,即,使气体传感器元件10的前端部1s突出到比主体金属壳体20自身靠前端侧的位置,使气体传感器元件10的后端部1k突出到比主体金属壳体20自身靠后端侧的位置。在主体金属壳体20的前端侧,配置有金属制的外部保护装置31及内部保护装置32,从而覆盖了气体传感器元件10的前端部10s。外部保护装置31及内部保护装置32具有多个气体导入孔31h、32h。外部保护装置31的外部的被测定气体通过该气体导入孔31h、32h被导入至在内部保护装置32的内侧配置的气体传感器元件10的前端部1s的周围。
[0078]在主体金属壳体20的内部,从前端侧到后端侧,以包围传感器元件10的外周的方式依次配置有环状的陶瓷保持件21、粉末填充层22、23(以下,也称为滑石粉环22、23。)、陶瓷套筒24。在陶瓷保持件21或滑石粉环22的外周配置有金属保持件25。另外,在陶瓷套筒24的后端侧配置有弯边密封件26。主体金属壳体20的后端部27隔着弯边密封件26以将陶瓷套筒24向前端侧按压的方式进行弯边。
[0079]另一方面,在主体金属壳体20的后端侧,以包围气体传感器元件10的后端部1k的方式配置有筒状的外筒51。而且,在外筒51的内侧,配置有隔离件60。隔离件60包围气体传感器元件10的后端部1k的周围,并且,以四个端子构件75、75、76、76(图1中,只图示了两个)互相分开的方式保持四个端子构件75、75、76、76,该四个端子构件75、75、76、76安装在四条引线78、78、79、79(图1中,只图示了两条)的前端。隔离件60具有沿轴线AX方向贯通的插入孔62。在该插入孔62插入有气体传感器元件10的后端部10k。另外,在插入孔62内,四个端子构件75、75、76、76互相分开地配置,分别与气体传感器兀件10的后述的垫部14?17弹性抵接,并电连接起来。
[0080]本实施方式的气体传感器I中,在用于封闭外筒51的后端侧的后端开口部51c的索环73嵌入有金属构件74,该金属构件74被兼备防水性及通气性的过滤器74f所覆盖。由此,该气体传感器I能够使存在于气体传感器I的外部的大气通过过滤器74f而导入至外筒51内,直到导入到气体传感器元件10的后端部1k的周围。
[0081]图2是气体传感器元件10的分解立体图。图2中,左侧为气体传感器I的前端侧DLl,右侧为后端侧DL2。
[0082]气体传感器元件10在朝向厚度方向DT的一侧DTl的第一元件主面1a上且是后端部10k(参照图1)内,具有两个传感器垫部16、17。传感器垫部16在气体传感器元件10内与第一导体层150导通并连接,传感器垫部17在气体传感器元件10内与第二导体层155导通并连接。另外,气体传感器元件10在朝向厚度方向DT的另一侧DT2的第二元件主面1b上且是后端部1k内,具有两个加热器垫部14、15。加热器垫部14、15在气体传感器元件10内与后述的加热器图案181导通并连接。
[0083]气体传感器元件10包括沿厚度方向DT层叠的多个陶瓷层及多个导体层。具体而言,如图2所示,气体传感器元件10具有复合陶瓷层111,复合陶瓷层111包括绝缘部112及固体电解质部131,在该复合陶瓷层111的厚度方向一侧DT1,依次层叠有第二导体层155和保护层160。另外,在复合陶瓷层111的厚度方向另一侧DT2,依次层叠有第一导体层150、导入路形成层170和加热器层180。
[0084]复合陶瓷层111具备绝缘部112和固体电解质部131。绝缘部112是由氧化铝构成的矩形板状构件,具有沿厚度方向DT贯通自身的在俯视时为矩形形状的贯通孔112h。固体电解质部131是由具有氧离子传导性的氧化锆陶瓷构成的板状构件,配置在绝缘部112的贯通孔112h内。绝缘部112具有第一绝缘主面113和第二绝缘主面114,其中,第一绝缘主面113朝向厚度方向另一侧DT2,第二绝缘主面114朝向与此相反的厚度方向一侧DT1。固体电解质部131具有第一电解质主面133和第二电解质主面134,其中,第一电解质主面133朝向厚度方向另一侧DT2,第二电解质主面134朝向与此相反的厚度方向一侧DTI。
[0085]第一导体层150包括:第一电极部151,其是以自贯通孔112h的周缘离开并位于贯通孔112h的内侧的方式形成在固体电解质部131的第一电解质主面133上的矩形形状的构件;以及第一引线部152,其是从该第一电极部151向长边方向后端侧DL2延伸的带状的构件。即,该第一导体层150跨过第一电解质主面133和第一绝缘主面113地形成。
[0086]第二导体层155包括:第二电极部156,其具有以自贯通孔112h的周缘离开并位于贯通孔112h的内侧的方式形成在固体电解质部131的第二电解质主面134上的大致矩形形状的部位和从该部位向长边方向后端侧DL2延伸的带状的部位;以及第二引线部157,其是从该第二电极部156向长边方向后端侧DL2延伸的带状的构件。S卩,该第二导体层155跨过第二电解质主面134和第二绝缘主面114地形成。第二导体层155的详细结构将在后面进行描述。
[0087]在复合陶瓷层111的厚度方向一侧DTl覆盖第二导体层155并层叠有保护层160。该保护层160具备多孔质部162和保护部161。多孔质部162包括配置在第二电极部156及复合陶瓷层111的固体电解质部131上配置的多孔质陶瓷。在保护部161穿孔设置有包围并收容多孔质部162的贯通孔161h,并且,保护部161由重叠在复合陶瓷层111的绝缘部112并对此进行保护的致密陶瓷构成。贯通孔161h构成向第二电极部156引导外部的被测定气体的气体导入路GD。
[0088]在保护部161上设置有上述的传感器垫部16、17。通过通孔112m、161m,传感器垫部16与第一导体层150的后端侧DL2的端部152e电导通。通过通孔161η,传感器垫部17与第二导体层155的后端侧DL2的端部157e电导通。
[0089]导入路形成层170由致密陶瓷构成,并形成有沿其厚度方向DT贯通该导入路形成层170的导入槽175。导入槽175除了被导入路形成层170所包围之外,还被复合陶瓷层111及加热器层180 (绝缘层182)所包围,构成向第一电极部151导入大气的大气导入路AD0更详细地讲,导入槽175
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