气体传感器的制作方法

1.本发明涉及具有包含陶瓷的构件并检测特定气体成分的浓度的气体传感器。


背景技术：

2.作为进行汽车发动机等内燃机的燃油经济性提高、燃烧控制的气体传感器，已知有检测废气中的氧浓度的氧传感器、空燃比传感器。
3.作为这样的气体传感器，通常使用将进行特定气体的浓度检测的传感器元件保持于主体配件，并将在传感器元件的后端侧的表面上配置的电极取出部(电极焊盘)利用筒状的陶瓷制分隔件包围而成的结构。并且，将安装于分隔件的端子配件与传感器元件的各电极焊盘分别电连接，在比分隔件靠后端侧处配置橡胶制的套管，分隔件及套管由金属制的外筒覆盖。而且，在端子配件连接引线，引线穿过套管的贯通孔而向外部引出。
4.在此，如图9所示，在分隔件与外筒之间配置环状的保持配件700。保持配件700具有筒部710和从筒部710朝向径向内部经由折回部720折回的多个内侧延出部(弹簧片)730，内侧延出部730与分隔件的外侧面抵接而将分隔件弹性地保持在筒部内(专利文献1)。而且，保持配件700中的相邻的内侧延出部730之间形成有水平地延伸的支承部740。
5.并且，如图10所示，分隔件900的凸缘部900b的朝向前端的面900a与保持配件700的支承部740接触，并且分隔件900的朝向后端的面卡定于套管或外筒，从而将分隔件的前后固定在外筒内。
6.在先技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2012
‑
225737号公报


技术实现要素：

9.发明要解决的课题
10.然而，陶瓷制的分隔件900比金属制的保持配件700硬，因此存在保持配件700中的与分隔件900接触的接触部位即支承部740因传感器使用中的振动等而发生磨损这样的问题。
11.当支承部740发生磨损时，保持配件700对分隔件900进行保持的力下降。
12.另外，气体传感器内的金属构件始终处于暴露于振动的环境下。并且，当与其他构件(第一构件)的接触部位发生磨损时，可能会给接触或保持这样的金属构件的功能带来障碍。例如，在利用自身的弹簧性与气体传感器元件接触从而电连接的端子配件中，当接触部位磨损时，对方材料与端子配件接触时的端子配件的变形量减小。于是，伴随着弹簧性的反力产生的接触压力减弱，电连接可能变得不稳定。
13.因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制与包含陶瓷的构件接触的金属构件的磨损的气体传感器。
14.用于解决课题的方案
15.为了解决上述课题，本发明的气体传感器具备：第一构件，包含陶瓷；及金属构件，与所述第一构件接触，所述气体传感器的特征在于，所述金属构件中的与所述第一构件接触的接触部位的硬度h1比表示所述金属构件的最大厚度的基准部位的硬度h2高。
16.表示金属构件的最大厚度的基准部位未接受例如用于形成接触部位的冲压面按压等加工，从而与接触部位相比减少加工硬化，能够降低硬度。相对于此，接触部位例如通过与基准部位相比增多加工而进一步加工硬化，能够提高硬度。
17.这样，通过规定为h1>h2，即使金属构件的接触部位与包含陶瓷的硬的第一构件接触，由于接触部位比金属构件的其他的部位硬，因此也能够抑制传感器使用中的振动等造成的接触部位的磨损。
18.在本发明的气体传感器中，所述接触部位的厚度t1也可以比所述基准部位的厚度t2薄。
19.根据该气体传感器，接触部位的厚度t1比基准部位的厚度t2薄，相应地与基准部位相比能够可靠地提高接触部位的加工硬化的程度，进而能够可靠地成为h1>h2。
20.在本发明的气体传感器中，也可以是，所述第一构件是由陶瓷构成的分隔件，所述金属构件是保持所述第一构件的保持配件。
21.根据该气体传感器，在因使用中的振动等而容易磨损的保持配件中能够有效地适用本发明。
22.在本发明的气体传感器中，其特征在于，所述保持配件具有：筒部，包围所述分隔件的外侧面；外侧弯曲部，在周向上与所述筒部的后端连接，以朝向径向内侧缩径的方式弯曲；多个支承部，沿周向隔开间隔地与所述外侧弯曲部中的所述径向内侧的端部连接，朝向所述径向内侧延伸，并沿所述保持配件的轴向支承所述分隔件；及多个内侧延出部，与所述外侧弯曲部中的所述径向内侧的端部连接，并配置在沿周向相邻的两个所述支承部之间，具有朝向所述轴向的前端侧弯曲的内侧弯曲部，通过前端部与所述分隔件的外侧面抵接而沿所述径向夹持所述分隔件，所述支承部的前端部及所述内侧延出部的前端部中的至少一方成为所述接触部位。
23.根据该气体传感器，能够有效地抑制在上述结构的保持配件中容易磨损的支承部的前端部及内侧延出部的前端部的磨损。
24.在本发明的气体传感器中，也可以是，所述保持配件为碟形弹簧，凸面侧的内周侧端部成为所述接触部位。
25.根据该气体传感器，即使保持配件为碟形弹簧，也能够有效地抑制其磨损。
26.在本发明的气体传感器中，也可以是，所述第一构件是包含陶瓷和贵金属的电极焊盘，所述金属构件是与所述第一构件电连接的端子配件。
27.根据该气体传感器，能够在因使用中的振动等而容易磨损的端子配件中有效地适用本发明。
28.本发明的气体传感器的制造方法中，所述气体传感器具备：第一构件，由陶瓷构成；及金属构件，与所述第一构件接触，所述气体传感器的制造方法的特征在于，包括如下工序：对金属制的板材进行成形，得到硬化前金属构件；对于所述硬化前金属构件中的成为与所述第一构件接触的接触部位的预定的部位实施冲压加工，使成为所述接触部位的预定的部位的硬度h1比表示所述金属构件的最大厚度的基准部位的硬度h2高，并得到所述金属
构件；及将所述第一构件和所述金属构件以在所述接触部位接触的方式组装。
29.根据该气体传感器的制造方法，由板材能够可靠地得到h1>h2的金属构件。
30.发明效果
31.根据该发明，得到能够抑制与包含陶瓷的构件接触的金属构件的磨损的气体传感器。
附图说明
32.图1是本发明的实施方式的气体传感器的沿轴线方向的剖视图。
33.图2是保持配件的剖视图。
34.图3是表示分隔件与保持配件的卡合状态的沿轴线方向的剖视图。
35.图4是保持配件的支承部的剖视图。
36.图5是表示变形例的分隔件与保持配件的卡合状态的局部剖视图。
37.图6是变形例的保持配件的剖视图。
38.图7是端子配件的局部立体图。
39.图8是表示电极焊盘与端子配件的接触状态的图。
40.图9是以往的保持配件的剖视图。
41.图10是表示以往的分隔件与保持配件的卡合状态的沿轴线方向的剖视图。
具体实施方式
42.以下，说明本发明的实施方式。
43.首先，参照图1～图4，说明本发明的实施方式的气体传感器(全区域空燃比传感器)1。图1是气体传感器1的沿轴线o方向的剖视图，图2是保持配件70的剖视图，图3是表示分隔件90与保持配件70的卡合状态的剖视图，图4是保持配件70的支承部74的剖视图。需要说明的是，将图1的下侧(传感器元件21的检测部22所在的一侧)称为“前端侧”，将上侧(传感器元件21的电极取出部(电极焊盘)24所在的一侧)称为“后端侧”。
44.气体传感器1具备：传感器元件21；陶瓷支架30，具有沿轴线o方向贯通而供传感器元件21插通的贯通孔32；及主体配件11，将陶瓷支架30的径向周围包围。
45.传感器元件21中的形成有检测部22的靠近前端部位比陶瓷支架30向前端突出。这样，穿过贯通孔32的传感器元件21将配置在陶瓷支架30的朝后端面侧的密封材料(在本例中为滑石)41经由由绝缘材料构成的套筒43、环形垫圈45沿前后方向压缩，由此在主体配件11的内侧沿前后方向保持气密地被固定。
46.需要说明的是，传感器元件21的包含后端29的靠近后端29的部位比套筒43及主体配件11向后方突出，将在穿过弹性密封构件(套管)85而向外部引出的各引线66的前端设置的端子配件40压接并电连接于在该靠近后端29的部位形成的各电极焊盘24。
47.包含该电极焊盘24的传感器元件21的靠近后端29的部位由外筒81覆盖。
48.传感器元件21呈沿轴线o方向延伸并在朝向测定对象的前端侧具备检测部22的带板状(板状)，该检测部22由检测用电极等(未图示)构成并检测被检测气体中的特定气体成分。传感器元件21的横截面呈在前后恒定的大小的矩形，以陶瓷(固体电解质等)为主体而形成作为细长的形状。该传感器元件21自身与以往公知的结构相同，在固体电解质(构件)
的靠近前端部位配置作为检测部22的一对检测用电极，与之相连地在靠近后端部位露出形成有与检测用输出取出用的引线66连接的电极焊盘24。
49.另外，在本例中，在传感器元件21中的层叠于固体电解质(构件)的陶瓷材料的靠近前端部位内部设置加热器(未图示)，在靠近后端部位露出形成有与用于向该加热器施加电压的引线66连接的电极焊盘24。
50.需要说明的是，虽然未图示，但是这些电极焊盘24呈在轴线o方向上长的矩形形状，例如沿着传感器元件21的靠近后端29的部位的宽度方向并列三个或两个。
51.此外，在检测部22包覆有由氧化铝或尖晶石等构成的多孔质保护层23。
52.主体配件11在前后呈同心异径的筒状，具有前端侧为小径并将后述的保护器51、61外嵌并固定用的圆筒状的圆环状部(以下，也称为圆筒部)12，在其后方的外周面上设有比其大径的向发动机的排气管固定的螺纹13。并且，在螺纹13的后方具备用于利用螺纹13拧入传感器1的多角形部14。
53.另外，在多角形部14的后方相连设置有圆筒部15，该圆筒部15将覆盖气体传感器1的后方的保护筒(外筒)81外嵌并焊接，在其后方具备外径比圆筒部15小且薄壁的紧固用圆筒部16。需要说明的是，紧固用圆筒部16在图1中在紧固后向内侧弯曲。需要说明的是，在多角形部14的朝向前端的面安装有拧入时的密封用的密封垫片19。
54.另一方面，主体配件11具有沿轴线o方向贯通的内孔18，内孔18的内周面具有锥状的台阶部17，该台阶部17从后端侧朝向前端侧而向径向内侧变得尖细。
55.在主体配件11的内侧配置有由绝缘性陶瓷(例如氧化铝)构成且大致短圆筒状的陶瓷支架30。陶瓷支架30具有形成为朝向前端变得尖细的锥状的朝向前端的面30a。并且，朝向前端的面30a的靠近外周的部位卡定于台阶部17，并利用密封材料(滑石)41从后端侧按压陶瓷支架30，由此将陶瓷支架30定位并间隙嵌合在主体配件11内。
56.另一方面，在陶瓷支架30的中心设有贯通孔32。贯通孔32为了使传感器元件21大致没有间隙地穿过而设为与传感器元件21的横截面大致相同尺寸的矩形的开口。
57.传感器元件21插通于陶瓷支架30的贯通孔32，使传感器元件21的前端比陶瓷支架30及主体配件11的前端12a向前端侧突出。
58.另一方面，传感器元件21的前端部位在本例中由双层结构构成，由分别具有通气孔56、67的有底圆筒状的保护器(保护罩)51、61覆盖。其中，内侧的保护器51的后端外嵌、焊接于主体配件11的圆筒部11。需要说明的是，通气孔56在保护器51的后端侧在周向上设置例如八个部位。另一方面，在保护器51的前端侧，在周向上设有例如四个部位的排气孔53。
59.另外，外侧的保护器61外嵌于内侧的保护器51并焊接于圆筒部12。外侧的保护器61的通气孔67在靠近前端的部位在周向上设置例如八个部位。另一方面，在保护器61的前端的底部中央设有一个排出孔69。
60.另外，如图1所示，在各引线66的前端设置的端子配件40通过其弹簧性而压接并电连接于传感器元件21的各电极焊盘24。
61.并且，包含该压接部的各端子配件40分别相对配置于在外筒81内配置的由绝缘性的陶瓷构成的分隔件90内设置的收容部内。
62.分隔件90经由紧固固定于外筒81内的保持配件70来限制径向及向前端侧的移动。并且，通过将该外筒81的前端部外嵌并焊接于主体配件11的靠近后端部位的圆筒部15而将
气体传感器1的后方气密地覆盖。
63.需要说明的是，引线66穿过在外筒81的后端部的内侧配置的弹性密封构件85而向外部引出，将外筒81的小径筒部83缩径地紧固而将弹性密封构件85压缩，由此保持该部位的气密。
64.分隔件90、保持配件70分别相当于权利要求书的“第一构件”、“金属构件”。
65.在比外筒81的轴线o方向的中央稍靠后端侧处形成有前端侧为大径的台阶部81d，该台阶部81d的内表面卡定于分隔件90的后端。
66.另一方面，在分隔件90的后端侧设有大径的凸缘93，包围分隔件90的保持配件70的朝向后端的面卡定于凸缘93，利用台阶部81d和保持配件70沿轴线o方向保持分隔件90。
67.如图2所示，保持配件70通过将一张金属的板材(例如sus304等)进行冲压或折弯加工等而形成，保持配件70具有：筒部71，呈大致圆筒状而包围分隔件90的外侧面91；及多个内侧延出部73(在该例中为六个)，经由从筒部71的后端缘朝向径向内部折回的外侧弯曲部72a及内侧弯曲部72b向前端侧延伸并沿周向等间隔地并列。而且，在沿周向相邻的内侧延出部73之间分别设有从外侧弯曲部72a朝向径向内部并与径向平行地延伸的多个支承部74(在该例中为六个)。
68.外侧弯曲部72a在周向上与筒部71的后端连接，并朝向径向内侧缩径地弯曲。
69.支承部74在周向上隔开间隔地连接于外侧弯曲部72a中的径向内侧的端部。
70.内侧延出部73具有内侧弯曲部72b，该内侧弯曲部72b与外侧弯曲部72a中的径向内侧的端部连接并朝向轴向的前端侧弯曲。
71.并且，如图3所示，保持配件70的折回部72侧嵌入于分隔件90的前端侧，支承部74抵接于凸缘93的朝向前端的面93a而沿保持配件70的轴向支承分隔件90。而且，内侧延出部73的前端部73s通过抵接于分隔件90的外侧面91而沿径向夹持分隔件90，从而避免由于内侧延出部73的弹力而向外筒81施加的冲击直接传递给分隔件90。
72.在此，如图4所示，支承部74中的径向内侧的前端部74s变得尖细，其前端缘的厚度成为t1。并且，该前端部74s成为与分隔件90(的朝向前端的面93a)接触的接触部位。
73.另一方面，如图3所示，将表示保持配件70的最大厚度的基准部位的厚度设为t2时，前端部74s的(与分隔件90接触的接触面、图4的上表面侧的)硬度h1比基准部位的硬度h2高。
74.表示保持配件70的最大厚度的基准部位由于未接受例如用于形成接触部位的冲压面按压等的加工，因而与接触部位相比减少加工硬化，能够降低硬度。
75.相对于此，前端部74s由于例如冲压面按压等而与基准部位相比增多加工，从而进一步加工硬化，能够提高硬度。
76.需要说明的是，基准部位不是说未接受任何加工硬化，只要未接受形成前端部74s时的加工硬化即可，也可以接受比之弱的加工硬化。
77.这样，通过规定为h1>h2，即使保持配件70的前端部74s与陶瓷制的硬的分隔件90接触，由于前端部74s比保持配件70的其他的部位硬，因此也能够抑制传感器使用中的振动等造成的前端部74s的磨损。
78.需要说明的是，硬度h1、h2遵照“jis
‑
z2244维氏硬度试验
‑
试验方法
‑”
的“微型维氏硬度试验”的条件，通过例如微型维氏硬度计能够测定。而且，保持配件70的接触部位根
据传感器1的截面照片能够确定。
79.另外，在图3、图4的例子中，仅将支承部74的前端部74s作为接触部位而设为h1>h2，但是内侧延出部73的前端部73s也与分隔件90接触，因此也可以将该前端部73s作为接触部位并同样地使其加工硬化等而成为h1>h2。但是，前端部73s与分隔件90弹性地接触，因此与支承部74相比难以磨损，因此在本例中，仅将支承部74的前端部74s设为h1>h2。
80.另外，在图3、图4的例子中，前端部74s的端缘成为了接触部位，但是接触部位也可以比前端部74s的端缘靠径向外侧，总之只要为h1>h2即可。
81.另外，在本例中，t1比t2薄。这样的话，接触部位的厚度t1比基准部位的厚度t2薄，相应地如以下那样，与基准部位相比能够可靠地提高接触部位的加工硬化等的程度，进而能够可靠地设为h1>h2。
82.接下来，参照图5、图6，说明保持配件的变形例。图5是表示分隔件190与保持配件170的卡合状态的局部剖视图，图6是保持配件170的剖视图。需要说明的是，在图5的例子中，沿着气体传感器的轴线方向，仅示出分隔件190和保持配件170附近的局部截面，气体传感器的其他的结构与图1同样，因此省略图示。
83.如图5所示，在分隔件190的后端侧形成有前端侧为大径的台阶部190e。而且，在外筒的后端侧也形成有前端侧为大径的台阶部181d。此外，陶瓷支架195与分隔件190的前端侧抵接。
84.分隔件190配置在外筒181内，在外筒181的台阶部181d的内表面配置有凸面侧朝向前端的碟形弹簧170作为保持构件。并且，碟形弹簧170的凸面侧的内周侧端部170s与分隔件190的台阶部190e相接而成为接触部位。
85.这样，利用陶瓷支架195和碟形弹簧170沿轴线o方向保持分隔件190。而且，碟形弹簧170沿轴线o方向挠曲而弹性地保持分隔件90。
86.在此，如图6所示，内周侧端部170s朝向内缘变得尖细，其前端缘的厚度成为t1。并且，如果将表示碟形弹簧170的最大厚度的基准部位的厚度设为t2，则t1比t2薄，且内周侧端部170s的(与分隔件190的接触面、图6的下表面侧的)硬度h1比基准部位的硬度h2高。
87.碟形弹簧170的基准部位相当于最大厚度，即用于形成碟形弹簧170的板材的原本的厚度，可以看作为未接受加工硬化。相对于此，内周侧端部170s的厚度t1比t2薄，因此是原本的厚度t2的板材接受冲压面按压等的加工而进行加工硬化后的结构。
88.由此，即使碟形弹簧170的内周侧端部170s与陶瓷制的硬的分隔件190接触，由于内周侧端部170s比碟形弹簧170的其他的部位硬，因此也能够抑制传感器使用中的振动等造成的内周侧端部170s的磨损。
89.接下来，参照图7、图8，在图1的气体传感器1中，说明电极焊盘24、端子配件40分别相当于权利要求书的“第一构件”、“金属构件”的情况。
90.图7是端子配件40的局部立体图，图8是表示电极焊盘24与端子配件40的接触状态的图。需要说明的是，图8是从后端侧观察而得到的图。
91.电极焊盘24通过将混合有导电性的pt等的粒子与成为传感器元件21的主体的陶瓷(氧化铝等)的成分的糊剂进行烧制而成，因此是“包含陶瓷”的构件，比金属构件硬。
92.另一方面，端子配件40在整体上呈沿轴线o方向延伸的公知的形状，一体地具备：将引线66紧固连接的压接部(未图示)；与压接部的前端侧连结的大致板状的主体部42；在
主体部42的前端侧朝向传感器元件21折回的元件抵接部44。
93.端子配件40可以通过例如对一张金属板(英科耐尔(注册商标)等)进行了冲裁之后，折弯成规定形状来制造。
94.元件抵接部44从主体部42的前端朝向传感器元件21而向后端侧折回，元件抵接部44的前端部44s与电极焊盘24(参照图18)弹性地连接而成为接触部位。
95.前端部44s具备锥状的斜面44e，该斜面44e从元件抵接部44窄幅地突出且两侧面朝向厚度方向相反侧变细。
96.在此，如果将表示端子配件40的最大厚度的基准部位的厚度设为t2，将前端部44s的厚度设为比t2薄的t1，则原本的厚度t2的板材接受冲压面按压等的加工，成为前端部44s加工硬化后的结构，前端部44s的(与电极焊盘24接触的接触面)硬度h1比基准部位的硬度h2高。
97.由此，即使前端部44s与包含陶瓷的硬的电极焊盘24接触，由于前端部44s比端子配件40的其他的部位硬，因此也能够抑制传感器使用中的振动等造成的前端部44s的磨损。
98.然而，通常，前端部44s的主面与电极焊盘24正对地接触，但是有时也如图8所示，端子配件40相对于电极焊盘24沿宽度方向相对地位移，前端部44s的侧端与电极焊盘24一端抵接并接触。
99.因此，如果取代前端部44s自身的厚度比t2薄的情况(或者除了减薄前端部44s自身的厚度之外)，使成为前端部44s的侧面的斜面44e的厚度比t2薄，则即使由于一端抵接而斜面44e成为接触部位，也能够使斜面44e变硬而抑制磨损。
100.接下来，说明本发明的实施方式的气体传感器1的制造方法。
101.保持配件70的制造包括如下工序：成形金属制的板材而得到硬化前金属构件的工序；对于硬化前金属构件中的成为与分隔件90接触的接触部位的预定的部位实施冲压加工，使成为接触部位的预定的部位的硬度h1比上述的基准部位的硬度h2高，并得到保持配件70的工序。
102.在此，作为成形金属制的板材的方法，在本例中可以例示如下。首先，对板材进行拉深加工而形成为帽状之后，将帽的顶面冲裁成展开有内侧延出部73、支承部74的形状，进而也切割帽的凸缘部的规定部位。然后，在内侧延出部73、支承部74的下方(前端侧)设置下模，将上模从后端侧朝向内侧延出部73、支承部74放下，对它们向径向内侧进行弯曲加工。也可以在将板材先冲裁成具有内侧延出部73、支承部74展开的形状的开口的圆盘状之后，进行拉深加工而形成为帽状。这样得到硬化前金属构件。
103.需要说明的是，在拉深加工中，成为基准部位的帽的主体部也稍微接受加工硬化，但是未接受以下的向成为接触部位的预定部位的冲压加工，因此加工硬化的程度比接触部位少。
104.接下来，在设置有下模的状态下，仅对于硬化前金属构件中的成为与分隔件90接触的接触部位的预定的部位，从上方将冲头朝向下模压紧而实施冲压加工。
105.由此，与可认为加工硬化最小的表示最大厚度的基准部位的硬度h2相比，接触部位的硬度h1升高，能够得到本实施方式的保持配件70。
106.接下来，将第一构件和保持配件70以在接触部位接触的方式组装，从而能够制造气体传感器1。
107.本发明没有限定为上述实施方式，当然能扩及到本发明的思想和范围内包含的各种变形及等同物。例如，第一构件与金属构件的组合没有限定为上述内容。
108.另外，作为传感器，除了氧传感器之外，也可以适用于nox传感器、用于测定hc、h2等的气体浓度的气体传感器。
109.标号说明
110.1气体传感器
111.21传感器元件
112.24第一构件(电极焊盘)
113.40金属构件(端子配件)
114.44s接触部位(前端部)
115.44e接触部位(斜面)
116.70金属构件(保持配件)
117.71保持配件的筒部
118.72a外侧弯曲部
119.72b内侧弯曲部
120.73内侧延出部
121.73s内侧延出部的前端部
122.74支承部
123.74s接触部位(支承部的前端部)
124.90、190第一构件(分隔件)
125.91分隔件的外侧面
126.170金属构件(碟形弹簧)
127.170s接触部位(内周侧端部)
128.o轴线。