专利名称：气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体传感器，其能够测量气体组分的浓度，如由内燃机产生的废气的组分的浓度，并且更特别地，涉及一种具有筒状套筒和形成在该套筒中的用于容纳沿其轴线方向延伸的气体探测元件的轴孔的气体传感器。
背景技术：
传统地，已知许多用于测量气体组分如内燃机产生的废气组分的浓度的气体传感器。这样的气体传感器包括筒状金属壳；位于金属壳内侧并以棒状方式延伸的气体探测元件；在其中保持并容纳气体探测元件的筒状套筒；以及安装在气体探测元件的后端侧并与气体探测元件的电极端子部电连接的连接器。这种类型的气体传感器的例子被公开在专利文件1中。在图6中示出传统的气体传感器900的剖视图。
该气体传感器900包括筒状金属壳910；位于金属壳910内侧并以棒状方式延伸的气体探测元件920；在其中保持并容纳气体探测元件920的筒状套筒930；以及安装在气体探测元件920的后端侧的连接器940。此外，保护器960被固定在金属壳910的前端侧。另一方面，围绕连接器940等的第一套筒970被固定在金属壳910的后端侧，并且第二套筒975被附加固定在第一套筒970的后端侧。
气体探测元件920从金属壳910朝前端侧(图中下部)突出并在其前端部920s中具有能够探测气体浓度的气体探测部921，该前端部920s位于保护器960内。此外，气体探测元件920在从金属壳910朝后端侧(图中上部)突出的后端部920k的外周面上总共具有四个电极端子部923，该电极端子部923被电连接到气体探测部921等。
套筒930呈具有轴孔931的筒状，并且套筒的大部分位于金属壳910内。轴孔931在其中容纳并保持气体探测元件920。此外，气体探测元件920与套筒930之间的空间被玻璃密封材料933填充。
连接器940朝前端侧开大口，并包括用于容纳气体探测元件920的后端部920k的凹部941。在凹部941的预定位置，设置四个连接器端子构件943，其与气体探测元件920的各电极端子部923弹性接触并电连接。这些连接器端子构件943分别通过在后端侧的金属构件951被电连接到延伸到气体传感器外的导线953。
日本特开2001-188060号公报然而，在气体传感器900中，因为套筒930与连接器940接触，在使用时，来自套筒930的热被直接传导到连接器940，由此导致连接器940温度上升。因此，与连接器940连接的气体探测元件920的后端部920k也升至高温。结果，如果气体探测元件920具有以下固体电解质层，即，在该固体电解质层中，与电极端子部923电连接的两个或多个导通用导体(via conductor)贯通后端部920k，则包含在后端部920k中的固体电解质层的绝缘性能将降低，导致在导通用导体之间产生泄漏的倾向。因此，气体浓度可能得不到精确的探测。
发明内容
为了解决上述问题，已完成了本发明，并且本发明的目的是提供一种能够防止设置在气体探测元件的后端部的导通用导体之间的泄漏的气体传感器。
在本发明的第一方面(1)中，通过提供一种气体传感器已经完成了上述目标，该气体传感器包括筒状金属壳；气体探测元件，其包括固体电解质层、从金属壳的前端部突出并包括气体探测部的气体探测元件的前端部、位于金属壳内部的中间部、以及从金属壳的后端部突出并包括多个电极端子部和多个与对应电极端子部电连接的导通用导体的后端部；至少部分地位于金属壳内部的筒状套筒，和贯通套筒并在其内容纳气体探测元件的轴孔；与气体探测元件的后端部接合并与套筒相离开的连接器，该连接器包括多个与对应电极端子部电连接的连接器端子部。
在本发明中，气体探测元件的后端部包括多个与电极端子部电连接的导通用导体，然而，套筒与连接器相隔离开。因此，来自套筒的热几乎传不到连接器，由此防止了在使用时连接器的温度升高。因此，由高温导致的导通用导体之间的泄漏不太可能出现，从而可以比传统的气体传感器更加精确地探测气体浓度。
另外，只要气体传感器满足上述要求，该气体传感器并不局限于气体传感器的任何确定类型。例如，本发明可被应用到气体传感器，如氧传感器、全范围空燃比传感器以及NOx传感器。
此外，在本发明中，只要满足上述要求，不限制气体探测元件的形式。例如，气体探测元件可呈具有封闭顶端的中空管形式，或者板状等。
此外，导通用导体更优选地形成为在后端部贯通固体电解质层并且并不局限于任何具体形式。例如，导通用导体可呈通孔贯通其中的筒状，或者导体填充其中的柱状。
特别地，如果完全位于金属壳内的套筒与连接器相离开，应力很可能集中在套筒的轴孔的后端，这可能在套筒上导致裂纹。
考虑到以上问题，在第二方面(2)，本发明提供了一种根据上述(1)的传感器，其中，气体传感器的套筒进一步包括从金属壳的后端部突出并支撑所述气体传感器元件的突出部。
由于这样的突出部在金属壳的外部支撑气体传感器元件，应力被分散以使其不集中在套筒的轴孔的后端。结果，可有效地防止套筒上的裂纹。
为了有效地支撑气体传感器元件，突出部的轴孔的内周面和气体探测元件的外周面可以相互接触或者可以在其间留出小空间。
此外，在第三方面(3)，本发明提供一种根据上述(1)或者(2)的气体传感器，其中，套筒进一步包括具有比突出部的直径更大的直径并且位于金属壳内部的大直径部、以及沿轴线方向面向后侧的肩部，其中，金属壳的后端部被向内弯曲以使肩部弯边。
在具有这种形式的气体传感器中，即在金属壳的后端部被朝径向向内的方向弯曲以使套筒被弯边并固定，并且整个套筒位于金属壳内部且在后端侧不具有突出部的气体传感器中，将大的力施加到套筒的轴孔的后端侧开口端部。结果，容易产生从套筒的轴孔的开口端部起始的裂纹。
另一方面，在本发明的气体传感器中，由于套筒在后端侧具有向后端侧突出的突出部，所以容易作为裂纹起始点的轴孔的后端侧开口端部向后端侧与金属壳的后端部(弯边部)隔离开。因此，当金属壳的后端部被弯曲和弯边时，大应力将不会被施加在套筒的轴孔的后端侧开口端部。从而，将防止在套筒上产生裂纹。
此外，在上述的气体传感器中，气体探测元件优选呈板状，并且套筒的轴孔的开口优选呈矩形形状。
如果套筒在后端侧具有没有突出部的矩形形状开口，大的拉应力将会被施加在开口的角部。因此，当金属壳的后端部被弯边时，裂纹将很可能在套筒中产生。然而，在本发明中，由于套筒在后端侧具有突出部，容易成为裂纹的起点的轴孔的后端侧开口端部向后侧与金属壳的后端部(弯边部)隔离开。因此，由于当金属壳的后端部被弯边时，大的力将不会被施加在轴孔170c的后端侧开口端部，所以将防止在套筒上产生裂纹。
图1是示出根据本发明实施例的气体传感器的外观图。
图2是示出根据该实施例的气体传感器的剖视图。
图3是示出根据该实施例的气体传感器的绝缘套筒的立体图。
图4是示出根据该实施例的气体传感器的传感器元件的分解透视图。
图5是示出根据比较实施例的绝缘套筒的立体图。
图6是示出根据传统技术的气体传感器的剖视图。
附图标记说明在图中用于标识不同结构特征的附图标记包括如下。
100气体传感器103金属管110金属壳110k后端部120气体探测元件120a第一板面120b第二板面120s前端部120t中间部120k后端部121气体探测部123加热器部125、126、127传感器电极端子(电极端子部)
128、129加热器电极端子(电极端子部)130探测元件137第一固体电解质层142、143导通用导体150第二固体电解质层155导通用导体160加热器元件170陶瓷套筒(套筒)170c轴孔170s前端部170k突出部170t大直径部170tm肩部180连接器181分隔器182、183、184传感器引线框(连接器端子部)185、186加热器引线框(连接器端子部)AX轴线具体实施方式
以下，将参照附图详细说明本发明。然而，对本发明的解释不限于此。
本实施例的气体传感器100被示于图1和图2。构成气体传感器100的陶瓷套筒(套筒)170还被示于图3。此外，构成气体传感器100的气体探测元件120(参见图2)在图4中详细示出。另外，在图1-图3中，图的下部被称作沿轴线方向的前端侧(以下也称作前端侧)，图的上部被称作沿轴线方向的后端侧(以下也称作后端侧)。为了控制汽车或者各种类型的内燃机中的空燃比反馈，气体传感器100被安装到排气管，使其前端侧位于排气管内侧。气体传感器100是用于探测废气中氧浓度的空燃比传感器。
如图1和图2所示，气体传感器100包括呈筒状并沿轴线AX(轴线方向)延伸的金属壳110；沿轴线方向延伸并位于金属壳110内侧的板状气体探测元件120；位于金属壳110内侧并且将气体探测元件120保持且容纳在其中的筒状陶瓷套筒170；以及安装在气体探测元件120的后端侧并与气体探测元件120电连接的连接器180。气体传感器100进一步包括固定在金属壳110的前端侧的保护器101；固定在金属壳110的后端侧的金属管103；延伸到传感器外的多个传感器导线193、194、195；以及延伸到传感器外的多个加热器导线196、197。
如图2所示，传感器探测元件120包括位于金属壳110内部的中间部120t、从金属壳110向前端侧突出的前端部120s和从金属壳110向后端侧突出的后端部120k。此外，能够探测废气中氧浓度的气体探测部121和能够加热气体探测部121的加热器部123被形成在前端部120s。另一方面，与气体探测部121电连接的三个传感器电极端子(电极端子部)125、126、127被形成在后端部120k的第一板面120a，并且与加热器部123电连接的两个加热器电极端子(电极端子部)128、129被形成在后端部120k的第二板面120b。
如图4的分解透视图所示，通过层叠沿轴线方向(图4中从左到右的方向)延伸的板状探测元件130和同样沿轴线方向延伸的板状加热器单元160来形成传感器探测元件120。另外，在图4中，图中左侧指前端侧，右侧指后端侧。
通过将都呈板状的保护层131、第一固体电解质层137、间隔件145以及第二固体电解质层150按照所提及的顺序从第一板面120a侧到第二板面120b侧进行层叠来形成探测元件130。
保护层131主要由氧化铝组成。多孔体132形成在保护层131的前端侧。此外，在构成传感器探测元件120的第一板面120a的第一面131a的后端附近，在垂直于轴线方向上以预定间隔形成三个传感器电极端子125、126以及127。传感器电极端子125、126以及127被电连接到在保护层131后端附近贯通形成的三个导通用导体133、134以及135，如图4中虚线所示。
第一固体电解质层137主要由使用氧化钇固溶体作为稳定剂的氧化锆组成。呈多孔矩形形状并位于前端侧的主要由Pt组成的第一电极部138和与第一电极部138连接并延伸到后端侧的第一引线部139被形成在第一固体电解质层137的第一面137a(图中上部)上。第一引线部139在其后端附近被电连接到贯通保护层131形成的导通用导体133。
此外，呈多孔矩形形状并位于前端侧的主要由Pt组成的第二电极部140和连接到第二电极部140并延伸到后端侧的第二引线部141被形成在第一固体电解质层137的第二面137b(图中下部)上。此外，一对导通用导体142、143被形成在第一固体电解质层137的后端附近并贯通其中。导通用导体142、143被电连接到贯通保护层131形成的导通用导体134、135。此外，第二引线部141在其后端附近被电连接到贯通第一固体电解质层137形成的导通用导体142。
间隔件145主要由氧化铝组成并在前端侧具有矩形开口145c。开口145c用作通过将间隔件145夹在第一固体电解质层137和第二固体电解质层150之间形成的测量气体腔。开口145c的两侧壁的一部分是由用于限制开口145c的内侧与外侧间通气的多孔体146构成。多孔体146由多孔氧化铝制成。此外，一对导通用导体147、148被形成在间隔件145的后端附近。导通用导体147被电连接到第二引线部141。并且，导通用导体148被电连接到贯通第一固体电解质层137形成的导通用导体143。
第二固体电解质层150主要由使用氧化钇固溶体作为稳定剂的氧化锆组成。位于前端侧并具有多孔矩形形状的主要由Pt组成的第三电极部151和连接到第三电极部151并延伸到后端侧的第三引线部152被形成在第二固体电解质层150的第一面150a(图中上部)上。第三引线部152在其后端附近被电连接到贯通间隔件145形成的导通用导体147。
此外，位于前端侧并呈多孔矩形形状的第四电极部153和连接到第四电极部153并延伸至后端侧的第四引线部154被形成在第二固体电解质层150的第二面150b(图中下部)上。此外，导通用导体155被形成在第二固体电解质层150的后端附近并贯通其中。导通用导体155被电连接到第四引线部154和贯通间隔件145形成的导通用导体148。
接着，将说明加热器元件160。通过将都由氧化铝制成并呈板状的第一绝缘层161和第二绝缘层162按照所提及的顺序从第一板面120a侧到第二板面120b侧进行层叠来形成加热器元件160。呈锯齿形并位于前端侧的主要由Pt组成的加热电阻体163和分别连接到加热电阻体163的两端并延伸至后端侧的加热器引线部164、165被形成在第一绝缘层161和第二绝缘层162之间。
此外，一对导通用导体166、167被形成在第二绝缘层162的后端附近并贯通其中。此外，加热器电极端子128、129沿垂直于轴线的方向被并排形成在第二面162b的后端附近，该第二面162b构成传感器探测元件120的第二板面120b。加热电极端子128通过导通用导体166被电连接到加热器引线部164。此外，加热电极端子129通过导通用导体167电连接到加热器引线部165。
接着，返回图1和图2，说明气体传感器100的构造。
筒状金属壳110沿轴线方向延伸，在其中形成径向向内突出的台部111。此外，由氧化铝制成的筒状陶瓷保持器113、由滑石粉、玻璃粉等制成的第一粉末填充层114、同样由滑石粉、玻璃粉等制成的第二粉末填充层115、以及由氧化铝制成的筒状陶瓷套筒170按照所提及的顺序从前端侧到后端侧形成在金属壳110内。此外，筒状金属杯状件116位于金属壳110内。此外，弯边环117位于陶瓷套筒170和金属壳110的后端部110k之间。
陶瓷保持器113位于金属杯状件116的前端侧并通过金属杯状件116与金属壳110的台部111接合。气体探测元件120贯通陶瓷保持器113。此外，第一粉末填充层114的整个部分和第二粉末填充层115的前端侧的一部分位于金属杯状件116中。
如图2和图3所示，位于第二粉末填充层115的后端侧的陶瓷套筒170呈其内具有轴孔170c的筒状，该轴孔170c沿轴线AX延伸并具有矩形的开口。详细地，陶瓷套筒170包括前端部170s；朝后端侧延伸从金属壳110伸出的突出部170k；以及位于前端部170s与突出部170k之间并具有比前端部170s和突出部170k的直径更大直径的大直径部170t。
此外，在本实施例中，突出部170k的轴向长度为6mm。突出部170k的轴向长度优选设定在从2mm到10mm的范围内。在本实施例中，突出部的后端面的面积为35mm2。突出部的后端面的面积优选设定在从30mm2到50mm2的范围内。
陶瓷套筒170保持板状气体探测元件120，使气体探测元件120贯通呈矩形形状的轴孔170c。也就是说，在陶瓷套筒170中，前端部170s、大直径部170t和突出部170k保持并支撑气体探测元件120，使气体探测元件120贯通其中。
此外，陶瓷套筒170的大直径部170t具有面向后端侧的肩部170tm。然后，通过向内弯曲金属壳110的后端部110k，并经由弯边环117将其朝大直径部170t的肩部170tm弯边，使陶瓷套筒170固定在金属壳110内。
接着，如图1和图2所示，具有封闭前端的保护器101通过激光焊接被固定在金属壳110的前端侧，以遮盖从金属壳110突出的气体探测元件120的前端部120s。保护器101在预定位置具有允许废气流入保护器101的多个导入孔101c。
接着将说明伸出金属壳110的后端侧的构造。筒状金属管103通过激光焊接被固定在金属壳110的后端侧。金属管103包括位于前端侧并具有最大直径的第一部104；位于第一部104之后并沿径向向内弯曲的第二部105；位于第二部105之后的第三部106；以及位于第三部106之后沿径向向内弯曲并具有最小直径的第四部107。
在金属管103中，连接器180被置于第一部104内侧并延伸至第三部106。连接器180包括由陶瓷制成的分隔器181；三个传感器引线框(连接器端子部)182、183、184；以及一对加热器引线框(连接器端子部)185、186。分隔器181容纳传感器引线框182、183、184以及加热器引线框185、186，使得它们彼此不接触(即，使得它们互相隔离)。
连接器180被安装在气体探测元件120的后端侧上，使得连接器180与陶瓷套筒170隔离。具体地，从陶瓷套筒170的突出部170k突出的气体探测元件120的后端侧的一部分被插入到分隔器181的开口181c中，该开口181c在前端侧开口。然后，传感器引线框182、183、184与气体探测元件120的各传感器电极端子125、126、127弹性地保持接触并电连接。此外，加热器引线框185、186与气体探测元件120的各加热器电极端子128、129弹性地接触并电连接。
在本实施例中，套筒170的后端面与位于引线框182-186和气体探测元件120的电极端子125-129之间的接触部之间的轴向距离为9mm。该轴向距离优选设置在从5mm到30mm的范围内。
此外，通过位于连接器180周围并大致呈筒状的施力金属件190，在后端侧被施力以与接下来讨论的索环191抵接的状态下，将连接器180由金属管103保持。施力金属件190位于金属管103的第二部105内侧并通过第二部105被弯曲固定。
另一方面，在金属管103的第四部107内侧，设置由碳氟化合物橡胶制成的索环191，并且两个加热器导线196、197和三个传感器导线193、194、195被插入到索环191中。索环191通过第四部107弯曲固定。各传感器引线193、194、195的前端侧被插入到连接器180中并通过传感器引线框182、183、184弯曲固定，以使各自的传感器引线和传感器引线框电连接。此外，各加热器引线196、197的前端侧被插入到连接器180中并通过加热器引线框185、186弯曲固定，以使各自的加热器导线和加热器引线框电连接。
如上所述，根据本实施例的气体探测元件120包括在其后端部120k中的第一和第二固体电解质层137、150，以及贯通形成在这些电解质层中(参见图4)的导通用导体142、143、155。因此，如果气体探测元件120的后端部120k暴露在高温下，则后端部120k中的第一和第二固体电解质层137、150的绝缘能力将下降，由此在导通用导体142和143之间容易产生泄漏。因此，气体浓度可能得不到精确的探测。
然而，在本实施例中，由于陶瓷套筒170与连接器180隔离开，所以来自陶瓷套筒170的热几乎不能传导到连接器180，从而防止在使用时连接器180的温度上升太高。因此，由于高温导致的导通用导体142和143之间的泄漏也不太可能出现，由此，可以比传统的气体传感器更加精确地探测气体浓度。
此外，在气体传感器100内，保持并容纳贯通其中的气体探测元件120的陶瓷套筒170包括突出部170k，该突出部170k朝后端侧延伸从金属壳110伸出，并在其内保持气体探测元件120。因而，由于突出部170k支撑气体探测元件120，所以即使当外力施加到气体探测元件120的后端侧，也能有效地防止对气体探测元件120的破坏。因此，在将连接器180安装到气体探测元件120的安装过程中或者在随后的装配过程中，与传统的气体传感器相比，该气体探测元件120被更好地保护而不被破坏。
接着，说明制造气体传感器100的方法。
首先，通过公知技术基本生产出气体探测元件120。然后，将气体探测元件120插入到陶瓷保持器113中，并将如此装配体放置在金属杯状件116中。随后，将滑石环从后端侧插入到金属杯状件116中并朝前端侧按压，以固定气体探测元件120。
接着，将如此制作的组件从后端侧插入到金属壳110中，并将另一个滑石环和陶瓷套筒170按照所提及的顺序从后端侧插入。另外，预先通过激光焊接将保护器101固定在金属壳110的前端侧。然后，将金属壳110的后端部110k朝径向向内的方向弯曲，并通过将弯边环117朝陶瓷套筒170的大直径部170t的肩部170tm弯边，由此将陶瓷套筒170和气体探测元件120等固定到金属壳110中。以这种方式，完成下部组件。
如果套筒170完全位于金属壳110内并且不具有突出部170k(即，图5所示的形式)，则当金属壳110的后端部110k被向内弯曲以使套筒870弯曲时，大的拉应力将会施加在轴孔870c的后端侧开口端部870ck的周围。因此，从受应力部分开始，在套筒870中可能产生裂纹。具体地，当套筒870的轴孔870c具有矩形形状的开口时，将很可能被施加大的拉应力，尤其是在后端侧开口端部870ck的角部上。结果，当金属壳110的后端部110k被弯边时，在套筒870中容易产生裂纹。
然而，在本实施例中，由于套筒170具有向后端侧突出的突出部170k，容易起始产生裂纹的轴孔170c的后端侧开口端部170ck向后端侧与金属壳110的后端部110k(弯边部)隔离开(参见图2)。因此，由于这样的应力分散结构，可防止在套筒170中产生裂纹。
接着，制造上部组件。首先，分别与传感器导线193、194、195连接的传感器引线框182、183、184和分别与加热器引线196、197连接的加热器引线框185、186位于分隔器181内侧。另一方面，将施力金属件190安装到分隔器181外周的预定位置。
接着，将索环191置于分隔器181的后端侧，并将如此装配体从索环191侧插入到金属套筒103中。然后，将金属管103的第二部105沿径向向内弯曲。这使位于金属套筒内侧的施力金属件190变形，由此，将分隔器181压向后端侧。从而，完成上部组件。
接着，通过朝向彼此相对的方向移动上部组件和下部组件，使气体探测元件120的后端侧插入到连接器180(分隔器181)的开口181c中。由此，连接器180的传感器引线框182、183、184和加热器引线框185、186弹性接触并分别被电连接到对应的气体探测元件120的传感器电极端子125、126、127和加热器电极端子128、129。
接着，将金属管103的第四部107朝径向向内弯曲，由此将位于金属管内侧的索环190固定。进一步地，将金属管103的前端部沿径向向内弯曲，并且将如此弯曲的部分激光焊接，使得金属管103可以被固定至金属壳110。这样，完成气体传感器100。
第一实施例为了检验本发明的效果，制作根据本实施例的气体传感器100的样品。也制备了代表传统结构的包括安装到连接器180的陶瓷套筒170的比较样品。
首先，在本实施例样品和比较样品中，使气体传感器100工作，使得向后端侧位于距离金属壳110的法兰110n(参见图2)3mm处的金属壳110的温度达到700℃。然后，测量向后端侧位于与金属壳110的法兰110n距离26mm处、并且位于气体探测元件120(传感器电极端子125、126、127和加热器电极端子128、129)与连接器180(传感器引线框182、183、184和加热器引线框185、186)之间的接触部的温度。此外，测量向后端侧位于与金属壳110的法兰110n距离48mm处的索环191的温度。
此外，使本实施例样品和比较样品的气体传感器100工作，使得向后端侧位于距离金属壳110的法兰110n(参见图2)3mm处的金属壳110的温度达到650℃。与上述类似，分别测量向后端侧位于与金属壳110的法兰110n距离26mm处的接触部的温度和向后端侧位于与金属壳110的法兰110n距离48mm处的索环191的温度。结果全部示于表1。
表1
如表1所示，在本发明的样品中，当金属壳110的温度被设定在700℃时，接触部的温度达到440℃，索环191的温度达到300℃。另一方面，在比较样品中，当金属壳110的温度被设定在700℃时，接触部的温度达到500℃，索环191的温度达到320℃。上面的试验结果表明在本发明的实施例(连接器远离套筒)中接触部和索环191两者的温度升高比在比较样品(连接器安装在套筒上)中少得相当多。
此外，在本实施例的样品中，当金属壳110的温度被设定在650℃时，接触部的温度达到410℃，索环191的温度达到280℃。另一方面，在比较样品中，当金属壳110的温度被设定在650℃时，接触部的温度达到450℃，索环191的温度达到300℃。这些结果证实了在本发明的实施例中接触部和索环191两者的温度升高受到限制。
如上所述，当气体探测元件120的后端部120k暴露于高温时，在后端部120k中的第一和第二固体电解质层137和150的绝缘性能会下降，由此，很可能导致在其内形成的导通用导体142与143之间的泄漏。因此，气体浓度可能得不到精确的探测。然而，由于在本实施例中陶瓷套筒170被从连接器180隔离开，接触部等的温度升高受到限制。因此，与传统的气体传感器相比，通过应用本发明，导通用导体142与143之间由于高温导致的泄漏被更有效地防止，从而导致气体浓度的精确探测。
第二实施例为了检验本发明的效果，制备了10个均构成根据上述实施例的气体传感器100的下部组件。此外，制备了另外10个下部组件作为比较样品，在比较样品中，使用如图5所示的陶瓷套筒870代替图3所示的陶瓷套筒170，并且其余构造与上述实施例相同。陶瓷套筒870不包括在后端侧的突出部。也就是说，陶瓷套筒870仅包括与图3中的陶瓷套筒170的前端部170s相当的前端部870s；以及与陶瓷套筒170的大直径部170t相当的大直径部870t。此外，与图3所示的陶瓷套筒170相似，具有矩形形状开口的轴孔870c沿轴线形成在陶瓷套筒870中。
对各个样品的气体探测元件120的后端施加外力，以评估元件破坏的抵抗力。详细地，沿垂直于轴线的方向并垂直于第一和第二板面120a和120b的方向(以下称作X-方向)，对本实施例样品和比较样品的各五个样品的气体探测元件120的后端施加逐渐增加的压力，直到气体探测元件120或者陶瓷套筒170、870被破坏的点。此外，沿垂直于轴线的方向并平行于第一和第二板面120a和120b的方向(以下称作Y-方向)，对余下样品的气体探测元件120的后端施加逐渐增加的压力，直到气体探测元件120或者陶瓷套筒170、870被破坏的点。结果全部示于表2。
表2
如表2所示，在气体探测元件120的后端被沿X-方向挤压的本实施例的样品1-5中，其破坏强度，即导致气体探测元件120或者陶瓷套筒170破坏的力，分别是32.8N、38.4N、29.6N、38.7N以及27.4N(平均33.4N)。另一方面，在气体探测元件120的后端也被沿X-方向挤压的比较样品11-15中，其破坏强度，即导致气体探测元件120或者陶瓷套筒870破坏的力，分别是23.0N、22.3N、19.8N、20.2N以及21.5N(平均21.4N)。这些结果表明本发明样品的破坏强度平均比比较样品的破坏强度高大约56％。
进一步，在气体探测元件120的后端被沿Y-方向挤压的本实施例的样品6-10中，在气体探测元件120或者陶瓷套筒170被破坏的点的破坏强度分别为85.0N、93.0N、120.5N、126.6N以及147.5N(平均114.5N)。另一方面，在气体探测元件120的后端也被沿Y-方向挤压的比较样品16-20中，在气体探测元件120或者陶瓷套筒870被破坏的点的破坏强度分别为89.0N、95.2N、61.8N、125.1N以及77.0N(平均89.6N)。这些结果表明本发明样品的破坏强度平均比比较样品的破坏强度高大约27％。
上面的结果证明，通过在陶瓷套筒170内设置突出部170k并在其内保持并容纳气体探测元件120，即使外力被施加到气体探测元件120的后端侧，气体探测元件120也被保护而不被破坏。因此，与传统的气体传感器相比，当将连接器180安装到气体探测元件120时或者在随后的装配过程中，根据本发明的气体传感器，具体地，气体传感器元件120更有效地抵抗破坏。
已经根据上述实施例对本发明进行了说明，然而，本发明并不局限于此，可以在本发明的范围内以不同方式进行改变或修正。
本申请基于2005年4月26日提交的日本特开2005-128374号公报，其内容通过引用被整体包含于此。
权利要求
1.一种气体传感器，其包括筒状金属壳；气体探测元件，其包括固体电解质层、从所述金属壳的前端部突出并包含气体探测部的所述气体探测元件的前端部、位于所述金属壳内部的中间部、以及从所述金属壳的后端部突出并包含多个电极端子部和多个与对应电极端子部电连接的导通用导体的后端部；至少部分地位于所述金属壳内部的筒状套筒，和贯通所述套筒并在其内容纳所述气体探测元件的轴孔；以及与所述气体探测元件的所述后端部接合并与所述套筒相离开的连接器，该连接器包括多个与对应电极端子部电连接的连接器端子部。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述套筒进一步包括从所述金属壳的所述后端部突出并支撑所述气体传感器元件的突出部。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，所述套筒进一步包括具有比所述突出部的直径更大的直径的大直径部和沿轴线方向面向后端的肩部，其中，所述金属壳的所述后端部被向内弯曲以使所述肩部弯边。
全文摘要
一种气体传感器(100)，其包括筒状金属壳(110)；气体探测元件(120)；至少部分地位于金属壳(110)内部的筒状套筒(170)和贯通套筒并在其内容纳气体探测元件(120)的轴孔(170c)；以及与气体探测元件(120)的后端部接合并与套筒(170)相离开的连接器(180)，该连接器(180)包括多个与对应电极端子部(125－129)电连接的连接器端子部(182－186)。
文档编号G01N27/407GK1854729SQ200610078108
公开日2006年11月1日 申请日期2006年4月26日 优先权日2005年4月26日
发明者松尾康司, 野田惠一, 山田裕一 申请人:日本特殊陶业株式会社