专利名称：气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测如内燃机废气等被测定气体中所含的特定气体(例如 氧等)的气体传感器。
背景技术：
以往，公知有用于检测被测定气体中的特定气体的气体传感器，例如，用于检测内 燃机废气中的氧等的气体传感器。此外，作为这种气体传感器所采用的气体传感器元件，公 知有在固体电解质体的内外表面上具有电极层的气体传感器元件，该固体电解质体呈前端 封闭的有底筒状。在采用这种构造的气体传感器元件的气体传感器中，将基准气体如大气 导入气体传感器元件的内侧，并使被测定气体与气体传感器元件的外侧相接触，通过对与 气体传感器元件内外的气体浓度差相应地产生的电动势进行测定，来检测气体浓度。此外，对于上述气体传感器公知有如下结构以使在气体传感器元件的前端侧形 成的检测部从金属壳体的前端突出的方式，将气体传感器元件保持在壳体上，利用设置有 通气孔的保护件覆盖所突出来的气体传感器元件的周围，形成对气体传感器元件进行保护 的结构(例如，参照专利文献1)。专利文献1 日本特开2005-326394号公报上述气体传感器中，为了减少构成气体传感器元件的材料的使用量，例如用在电 极上的钼等的使用量，降低制造成本，人们希望使气体传感器元件的整个长度缩短。然而，若如前所述缩短气体传感器元件，则设置在气体传感器元件前端侧的气体 检测部的整体或其中一部分不能从对气体传感器元件进行保持的壳体的前端朝外部突出， 而是呈现被收纳在壳体内部的状态。因此，问题在于，当使气体传感器元件缩短时，会出现 导致气体传感器的响应性能降低这样的问题，难以使气体传感器元件缩到足够短。
发明内容
本发明是针对上述现有的情况而作出的。本发明欲提供一种既可抑制气体传感器 的响应性能降低、又可使气体传感器元件缩短的气体传感器。本发明的气体传感器具有气体传感器元件，其为沿轴线方向延伸且呈自身前端 封闭的有底圆筒状的气体传感器元件，该气体传感器元件具有固体电解质体，该固体电解 质体在前端侧外侧面上形成有检测电极；加热器，其为插入所述气体传感器元件内部的杆 状加热用加热器，具有加热器接触部，该加热接触部直接或借助其它部件至少与所述气体 传感器元件的与所述检测电极相对的内侧面相接触；筒状的壳体，所述气体传感器元件插 入该壳体自身的通孔内，该壳体包围所述气体传感器元件的径向外侧；保护件，其为固定在 所述壳体的前端侧的保护件，具有筒状的外侧保护件，其外套在所述壳体上，并具有用于 将气体导入其自身内部的外侧导入口，以及筒状的内侧保护件，其设置在所述外侧保护件 的内部，并具有与该外侧保护件间隔设置并沿轴线方向延伸的筒状的内侧筒状部，其中，所 述加热器接触部位于比所述壳体的前端靠后端侧的位置，在所述壳体上设置有使所述通孔朝前端扩径的扩径部，并且，在所述壳体的前端和所述内侧筒状部之间设置有用于将所述 气体导入所述内侧保护件的内部的内侧导入口。
在本发明的上述结构的气体传感器中，气体传感器元件的加热器接触部位于比壳 体的前端靠后端侧的位置。即，被加热用加热器加热且可检测气体的气体检测部的整体或 其中一部分，进入到比壳体的前端靠壳体的后端侧(内部)的位置。此外，在壳体上设置有 使通孔朝前端扩径的扩径部，并在壳体的前端和内侧筒状部之间设置有用于将气体导入壳 体的通孔内和内侧保护件的内部的内侧导入口，采用该结构，可使气体传感器元件的整个 长度相对于以往的气体传感器缩短，气流容易到达进入到壳体内的气体传感器元件的检测 部的附近，可抑制响应性能降低。此外，检测电极可形成在固体电解质体的包含前端在内的外侧面上，还可形成在 前端侧外侧面的不包含前端的部分上。此外，加热器接触部可直接接触气体传感器元件的 与检测电极相对的内侧面，也可借助其它部件(例如基准电极和保护层等)而接触气体传 感器元件的与检测电极相对的内侧面。此外，“气体传感器的与检测电极相对的内侧面”是 指在气体传感器的形成有检测电极的固体电解质体的外侧面上画垂线而与该垂线交叉的 内侧面。此外，加热器接触部可以是杆状加热用加热器的前端缘的一部分或全部，也可是杆 状加热用加热器的前端侧外周面的一部分。在本发明的上述结构的气体传感器中，优选的是，在从沿着轴线方向的剖面看时， 内侧导入口的至少一部分设置在比连接通孔的扩径部处的后端和前端的假想线更靠径向 内侧的位置。由此，穿过保护件内的气体几乎不会受壳体的影响而迅速、大量地朝扩径部 流入，从而，可使气体迅速且大量地达到气体传感器元件的加热器接触部附近(气体检测 部)，可抑制气体传感器响应性能降低。在本发明的上述结构的气体传感器中，优选的是，在从沿着轴线方向的剖面看时， 加热器接触部的至少一部分设置在与将通孔的扩径部处的后端和前端连接的假想线同气 体传感器元件表面之间的交点相比靠前端侧的位置。由此，通过气体沿着扩径部的内周面 的流动，可使气体迅速且大量地到达气体传感器元件的加热器接触部(气体检测部)附近， 可抑制气体传感器响应性能降低。在本发明的上述结构的气体传感器中，优选的是，在从沿着轴线方向的剖面看时， 加热器接触部的至少一部分设置在比通孔的扩径部处的后端更靠前端侧的位置。由此，通 过气体沿着扩径部的内周面的流动，可使气体进一步迅速且大量地到达气体传感器元件的 加热器接触部(气体检测部)附近，可进一步抑制气体传感器响应性能降低。在本发明的上述结构的气体传感器中，优选的是，通孔的扩径部处的部分朝向壳 体的前端面逐渐扩径。由此，可抑制流进扩径部的气体在到达气体传感器元件的加热器接 触部附近(气体检测部)之前因扩径部而流动缓慢或气体量变少，可抑制气体传感器响应 性能降低。本发明的另一气体传感器具有气体传感器元件，其为沿轴线方向延伸且呈自身 前端封闭的有底圆筒状的气体传感器元件，该气体传感器元件具有固体电解质体，该固体 电解质体在前端侧外侧面上形成有检测电极；加热器，其为插入所述气体传感器元件内部 的杆状加热用加热器，具有加热器接触部，该加热器接触部直接或借助其它部件至少与所 述气体传感器元件的与所述检测电极相对的内侧面相接触；筒状的壳体，所述气体传感器元件插入该壳体自身的通孔内，该壳体包围所述气体传感器元件的径向外侧；保护件，其为 固定在所述壳体的前端侧的保护件，具有筒状的外侧保护件，其外套在所述壳体上，并具 有用于将气体导入其自身内部的外侧导入口 ；以及筒状的内侧保护件，其设置在所述外侧 保护件的内部，并具有与该外侧保护件间隔设置并沿轴线方向延伸的筒状的内侧筒状部， 其中，所述加热器接触部位于比所述壳体的前端靠后端侧的位置，在所述壳体的前端和所 述内侧筒状部之间设置有用于将所述气体导入所述内侧保护件的内部的内侧导入口，在从 沿着所述轴线方向的剖面看所述气体传感器时，所述内侧导入口的至少一部分设置在比所 述壳体的前端和所述通孔之间的交点靠径向内侧的位置。在上述结构的另一气体传感器中，气体传感器元件的加热器接触部位于比壳体的 前端靠后端侧的位置。即，被加热用加热器加热且可检测气体的气体检测部的整体或其中 一部分，进入比壳体的前端靠壳体的后端侧(内部)的位置。此外，在壳体的前端和内侧筒 状部之间设置有用于将气体导入壳体的通孔内和内侧保护件的内部的内侧导入口，并且该 内侧导入口的至少一部分设置在比壳体的前端和通孔之间的交点靠径向内侧的位置，通过 该结构，可使气体传感器元件的整个长度相对于以往的气体传感器缩短，穿过保护件内的 气体几乎不会受壳体的影响而迅速且大量地朝壳体内流入，从而，可使气流容易到达进入 到壳体内的气体传感器元件的检测部附近，可抑制响应性能降低。此外，在本发明的上述结构的气体传感器中，可在内侧保护件的前端部设置用于 将气体从该内侧保护件内排出的气体流通孔。由此，在内侧保护件内流通的气体流动更顺 畅，可抑制气体传感器响应性能降低。此外，在本发明的上述结构的气体传感器中，可在所述外侧保护件中，在比所述气 体传感器元件的前端部靠前端侧的位置设置有气体流通孔。由此，可抑制在废气等中的与 气体一同含有的水分等到达气体传感器元件而损坏气体传感器元件。采用本发明，可提供一种既能抑制气体传感器的响应性能降低、又能使气体传感 器元件缩短的气体传感器。
图1是表示本发明第1实施方式的气体传感器的整体概略结构的纵剖视图。图2是放大表示图1的气体传感器的主要部分结构的纵剖视图。图3是放大表示图1的气体传感器的主要部分结构的局部剖切的立体图。图4是放大表示其它实施方式 的气体传感器的主要部分结构的纵剖视图。图5是放大表示其它实施方式的气体传感器的主要部分结构的纵剖视图。图6是表示实施例和比较例的响应特性的分析结果的曲线图。图7是表示实施例和比较例的响应特性的分析结果的曲线图。图8是放大表示以往的气体传感器的主要部分结构的纵剖视图。图9是放大表示比较例的气体传感器的主要部分结构的纵剖视图。图10是放大表示其它比较例的气体传感器的主要部分结构的纵剖视图。图11是放大表示本发明第2实施方式的气体传感器的主要部分结构的纵剖视图。图12是沿图11的A-A线剖切的横剖视图。
具体实施例方式下面，参照附图对将本发明的气体传感器应用于氧传感器的第1实施方式进行说 明。图1是表示本发明气体传感器的第1实施方式的氧传感器的概略结构的纵剖视图。图 2是放大表示图1的气体传感器的主要部分结构的纵剖视图。图3是放大表示图1的气体 传感器的主要部分结构的局部剖切立体图。如图1所示，气体传感器100具有呈前端封闭的有底圆筒状的气体传感器元件 (氧检测元件)200。该气体传感器元件200的筒部内插入有杆状的加热器101。气体传感器元件200由以氧化锆等为主体的具有氧离子传导性的固体电解质体1 构成，其前端部3侧(图中下侧)具有探测区域，该探测区域形成有后述的外侧电极5，探测 区域的后端侧(图中上侧)形成有朝径向外侧突出的凸缘部2。固体电解质体1的外侧形成有例如由Pt或Pt合金构成的外侧电极5，该外侧电极 5是通过无电解镀等电镀方法形成。该外侧电极5与用于将来自电极的信号引至后端侧的 导线电极(未图示)电连接。此外，在固体电解质体1的内侧，与上述外侧电极5 —样，形 成有例如由Pt或Pt合金等构成的内侧电极(未图示)。此外，在外侧电极5的外侧，形成 有由尖晶石等陶瓷喷镀层构成的保护层(未图示)。气体传感器元件200中的凸缘部2与由绝缘性陶瓷构成的保持件102相卡合，利 用设置在凸缘部2后端侧的由滑石形成的陶瓷粉末104和设置在陶瓷粉末104后端侧的套 筒103，将气体传感器元件200气密地保持在筒状主体壳体105的通孔171内。此外，本说 明书中，在沿着气体传感器元件200的轴的方向(图1中的上下方向)上，以朝向前端部3 侧(图1中，下方)的一侧为“前端侧”，以朝向与前端侧方向相反的方向(图1中，上方) 的一侧为“后端侧”。主体壳体105具有用于将气体传感器100安装到排气管等的安装部上的螺纹部 106和工具卡合部107，保护件108通过激光焊接与保护件连接部109相连接。该保护件 108以覆盖气体传感器元件200的前端部3的一部分的方式安装。使用该气体传感器100 时，比螺纹部106靠前端侧的部分位于排气管等的发动机内，比螺纹部106靠后端侧的部分 位于外部大气中。另一方面，主体壳体105的后端部110在与套筒103之间经由环状密封垫111敛 缝而被气密保持。此外，筒状的金属外筒113的前端部114从外侧通过激光焊接而固定在 工具卡合部107后端侧的连接部112上。通过所述主体壳体105和金属外筒113构成气体 传感器100中的壳体的主要部分。此外，上述金属外筒113的后端侧开口即实质上是壳体的后端侧开口由密封部件 密封，例如通过嵌入、凿紧有由橡胶等构成的密封圈120而进行密封。 在密封圈120的中心部配置有将大气导入金属外筒113内但抑制水分进入金属外 筒113内的过滤件210。此外，该密封圈120的前端侧设置有由绝缘性的氧化铝陶瓷构成的 隔离件122。此外，贯穿隔离件122和密封圈120地设置有传感器输出导线130、131和加热 器导线132、133。隔离件122具有后端侧部123、前端侧部124和位于后端侧部123、前端侧部124 之间并比他们直径大的凸缘部125。凸缘部125上，在其与后端侧部123之间形成有外筒抵 接面126，该外筒抵接面126为越靠前端侧(图中下方)直径越大的锥面。另一方面，凸缘部125上，在其与前端侧部124之间形成有为台阶状台阶差的前端侧面127。第1、第2传感器端子壳体140、240的连接器部141、241和加热器端子部件340、 341被彼此绝缘地保持在该隔离件122内。第1传感器端子壳体140具有一体成形的连接器部141、隔离件抵接部142和插入 部1 43。其中，连接器部141用于把持传感器输出导线130的芯线，对第1传感器端子壳体 140和传感器输出导线130电连接。此外，隔离件抵接部142与隔离件122的保持孔弹性抵接，将第1传感器端子壳体 140保持在隔离件122内。此外，插入部143插入气体传感器元件200的筒部内，与内侧电 极(基准电极)导通。此外，在该插入部143插入气体传感器元件200的筒部内时，该插入部143会推压 插入部143所包围的加热器101，使加热器101的轴线相对于气体传感器元件200的中心轴 线偏离。由此，加热器101与气体传感器元件200的筒部内壁(内侧电极)相接触，形成加 热器接触部201。此外，对应于加热器接触部201设置有发热部161。此外，通过加热器接触部201与气体传感器元件200的筒部内壁相接，会使热能集 中在更小的容积内，在缩短气体传感器100的活化时间上比较有效。此外，气体传感器元件 200上，该气体传感器元件200的与加热器接触部201相接触的部位为实际的检测部202。另一方面，第2传感器端子壳体240具有一体成形的连接器部241、隔离件抵接部 242和把持部243。其中，连接器部241用于把持传感器输出导线131的线芯，对第2传感 器端子壳体240和传感器输出导线131电连接。此外，隔离件抵接部242与隔离件122的 保持孔弹性抵接，将第2传感器端子壳体240保持在隔离件122内。此外，把持部243弹性 地把持气体传感器元件200的后端附近的外周。加热器101为杆状的陶瓷加热器，形成有在以氧化铝为主的芯材上具有电阻发热 体(未图示)的发热部161。当通过在电极焊盘163、164上钎焊连接的加热器端子壳体 340、341和加热器导线132、133对该加热器101通电时，气体传感器元件200的前端部会被 加热。金属外筒113由金属制成，大致呈圆筒状，并具有第1外筒部115，其位于前端侧 (图中下侧)，如前所述，其前端部114与主体壳体105相接合；第2外筒部116，其位于比第 1外筒部115靠后端侧，且比第1外筒部115的直径小。在该第2外筒部116的轴向中间 部分上，在周向上均等地形成有4处凸部顶面朝径向内侧突出的呈四边形的内侧凸部117。 该内侧凸部117上，在比该凸部顶面靠前端侧的部分上形成有呈斜面的凸缘部抵接面118。 该凸缘部抵接面118与隔离件122的外筒抵接面126相抵接。此外，在隔离件122的前端侧部124的周围安装有施力壳体150。该施力壳体150 不仅具有圆筒状的金属筒部151，还具有在该金属筒部151后端部与金属筒部151 —体形成 的弹性保持部152。该弹性保持部152设置在周向上等间隔的4个位置上，以在朝径向内侧延伸的同 时缓缓地改变方向进而朝前端侧延伸的方式弯曲。当将施力壳体150安装在隔离件122的 前端侧部124上时，该弹性保持部152会弹性变形而将施力壳体150保持在前端侧部124。上述结构的气体传感器100在使用时呈如下状态比螺纹部106靠前端侧(图1 中下侧)的部分位于排气管内等，比螺纹部106靠后端侧(图1中上侧)的部分位于外部的大气中。气体传感器元件200被置于其内侧加热器101加热而活化。此外，作为基准气 体的大气从过滤件210导入金属外筒113内，并被导入到气体传感器元件200的内侧。另 一方面，废气经由保护件108的通气孔187等导入气体传感器元件200的外侧。由此，在气体传感器元件200中，会与其内外表面的氧浓度差相应地产生氧浓差 电池电动势。此外，通过将该氧浓差电池电动势作为废气中的氧浓度的检测信号得到，检测 出废气中的氧浓度。图2是放大表示上述结构的气体传感器100的前端部分的图，如该图所示，第1实 施方式中，气体传感器元件200的前端从主体壳体105的前端突出4mm。因此，对于加热器接 触部201和检测部202，其整体未从主体壳体105的前端突出，而是呈收纳在主体壳体105 内的状态。此外，保护件108具有外侧保护件186，其外套在主体壳体105的前端侧；内侧保 护件181，其与该外侧保护件186之间具有间隔，并设置在外侧保护件186的内侧。
其中，外侧保护件186具有外侧筒状部188，其自身的后端侧外套在主体壳体105 的前端侧，并朝前端侧延伸；外侧锥部189，其与外侧筒状部188的前端相连接；外侧底部 190，其与外侧锥部189相连接。此外，外侧筒状部188上，沿周向形成有多个通气孔187。此外，内侧保护件181具有与外侧筒状部188相对设置的内侧筒状部184 ；与内 侧筒状部184的前端相连接的内侧锥部185 ；与内侧锥部185相连接的内侧底部192。此外，内侧保护件181上，在内侧筒状部184的基端侧(后端侧)和主体壳体105 之间，沿周向形成多个入口侧通气孔182。具体而言，如图3所示，具有沿周向断续设置的断 续凸缘部193，该断续凸缘部193从内侧筒状部184的后端朝径向外侧突出。此外，该断续 凸缘部193之间的各间隙成为入口侧通气孔182。此外，内侧底部192上形成有出口侧通气 孔183。此外，内侧底部192与外侧底部190相接触，该出口侧通气孔183延伸到外侧底部 190。此外，如图2所示，主体壳体(housing) 105的前端部，设置有使通孔171朝向前端 扩径的扩径部501，第1实施方式中，该扩径部501形成锥状。此外，如图中箭头所示，气体传感器100以后端侧位于上部的方式插入并固定在 废气沿水平方向流通的排气配管等中。该情况下，废气从外侧保护件186的通气孔187流 入外侧保护件186和内侧保护件181之间(外侧筒状部188和内侧筒状部184之间)。该 废气中，除了废气之外还有水分等，但由于水分等与废气相比较重，因此，会穿过外侧保护 件186和内侧保护件181之间，从相反侧的通气孔187导向外部。另一方面，由于废气与水分相比较轻，因此，废气在外侧保护件186和内侧保护件 181之间上升，并从入口侧通气孔182流入内侧保护件181内。本实施方式中，如图中箭头 所示，在出口侧通气孔183的外侧，形成废气沿着外侧锥部189的流动，因此，会在出口侧通 气部183附近成为负压，流入内侧保护件181内的废气会从出口侧通气孔183排到外部。利用上述那样的废气气流，使废气供给到气体传感器元件200的检测部202，在此 处检测废气中的氧浓度。此时，第1实施方式中，虽然气体传感器元件200的检测部202未 整体从主体壳体105的前端突出，而是呈被收纳在主体壳体105内的状态，但废气被沿着主 体壳体(housing) 105前端部的扩径部501导入主体壳体105的内部，因此，可抑制氧传感 器的响应性能降低。
本实施方式中，对于扩径部501的形状与气体传感器元件200的检测部202之间 的位置关系优选为，如图2所示，与检测部202相对应的加热器接触部201的至少一部分， 位于比连接通孔171的扩径部501处的后端和前端的假想线(图中单点划线所示)靠前端 侧的位置。此外，图2中，扩径部501的通孔171形成锥状，因此，沿其锥面形成假想线。由 此，利用气体沿扩径部501的内周面的流动，可使气体迅速到达气体传感器元件200的检测 部202(加热器接触部201)附近，可抑制氧传感器响应性能降低。此外，如图5所示，在扩径部501并非呈锥状，而呈台阶状，该情况下，也只要使加 热器接触部201的至少一部分位于比连接通孔171的扩径部501处的后端和前端的假想线 (图中单点划线所示)靠前端侧的位置即可。此外，如图2所示，更优选的是，扩径部501的 通孔171形成为朝前端逐渐扩径的锥状。其原因是，这样可抑制流入扩径部501的气体在 到达气体传感器元件200的检测部202之前因扩径部501而流动缓慢或流量变少，可抑制 氧传感器响应性能降低。此外，由于加热器接触部201的至少一部分(第1实施方式中为全部)设置在比扩 径部501中的通孔171的后端靠前端侧的位置，因此，利用气体沿着扩径部501的通孔171 的流动，可使气体迅速、大量地达到气体传感器元件200的检测部202，可抑制氧传感器响 应性能降低。此外，由于入口侧通气孔182的至少一部分设置在比连接通孔171的扩径部501处的后端和前端的假想线靠径向内侧的位置，因此，穿过外侧筒状部188和内侧筒状部184 之间的气体几乎不会受主体壳体105前端的影响，迅速、大量地朝扩径部501流入，从而， 可使气体迅速、大量地达到气体传感器元件200的检测部202，可抑制氧传感器响应性能降 低。(实施例)图8是放大表示以往的气体传感器的前端部的结构的图。如该图所示，以往的气 体传感器中，气体传感器元件200的前端部较长，气体传感器元件200的前端从主体壳体 105的前端突出约10mm，加热器接触部201呈从主体壳体105的前端突出的状态。此外，以 往的气体传感器中，未设置上述的扩径部501。此外，上述结构中，使气体传感器元件200的前端部的长度变短，如图9所示，与图 2所示的情况相同，为气体传感器元件200的前端从主体壳体105的前端突出4mm的情况 (比较例1)；气体传感器元件200的前端从主体壳体105的前端突出2mm的情况(比较例 2)；如图10所示，气体传感器元件200的前端从主体壳体105的前端突出Omm的情况(未 突出的情况)(比较例3)，针对这些情况，测定气体传感器元件200的响应性能。上述响应性能的测定按下述这样进行在排气量为2000cc的4冲程发动机的排气 管上安装气体传感器，以2000rpm的转速驱动发动机，并测定此时气体传感器的输出值。此 夕卜，气体传感器在排气管上的安装位置为发动机排气温度约为450°C的位置。该测定中，在 将空燃比(空气/汽油)的理论空燃比14. 7倍设为λ = 1时，在两秒钟内强制进行富燃 (rich) (λ = 0.97)-贫燃(lean) (λ = 1.03)之间的切换。此外，将从富燃切换到贫燃之 后，供测试氧传感器的输出变化到与λ =1相对应的值的时间作为TRS，将在从贫燃切换到 富燃后，供测试氧传感器的输出变化到与λ = 1相对应的值的时间作为TLS，输出测定值。图6的曲线图中，以TLSOiisec)为纵轴，以元件突出量(突出量)(mm)为横轴，图7的曲线图中，以TRSOiisec)为纵轴，以元件突出量(突出量)(mm)为横轴，如图6、图7所 示，对于以往的气体传感器，当如图9、图IO那样地使突出量(突出量)减小到4mm以下时， 响应时间会变长，响应性能明显降低。此外，图6、图7中也表示有在现有技术的气体传感 器中，使上述突出量(突出量)分别为10mm、8mm、6mm的情况下的参考例的数据。
另一方面，针对图2所示的实施方式，使突出量(突出量)为4mm的情况(实施例 1)、使突出量(突出量)为2mm的情况(实施例2)、使图4所示的突出量(突出量)为Omm 的情况(未突出的情况)(实施例3)，测定其响应性能。其结果，如图6、图7所示，与上述 比较例1 3的情况相比，明显可抑制响应性能降低。此外，如图2所示，当使突出量(突出量)为4mm以下时，加热器101与气体传感 器元件200相接触的加热器接触部(检测部)201的位置变为比主体壳体105的前端靠后 端侧(内侧)的位置。因此，可以认为在上述比较例1 3中，响应性能表现出显著降低。此外，第1实施方式中，外侧电极5相当于发明内容中的“检测电极”，通气孔187 相当于外侧导入口，入口通气孔183相当于内侧导入孔，出口通气孔相当于气体流通孔。如以上说明，采用第1实施方式的气体传感器100，既可抑制响应性能降低，又可 缩短气体传感器元件200，降低制造成本。接下来，对本发明第2实施方式的气体传感器400进行说明。此外，图11是放大 表示气体传感器400的主要部分结构的纵剖视图，图12是沿图11的A-A线剖切的横剖视 图。此外，图12中，省略了气体传感器元件200和加热器101。第2实施方式的气体传感器 400中，主体壳体405和保护件408的构造与第1实施方式的气体传感器100的不同，其它 部位与气体传感器100的相同。因此，在附图中，对与气体传感器100共通的部分标注了相 同的附图标记，并省略说明或只简单地进行说明。第2实施方式中，对于气体传感器元件200，其前端从主体壳体405的前端突出 4mm。因此，加热器接触部201和检测部202的整体未从主体壳体405的前端突出，而呈收 纳在主体壳体405内的状态。此外，保护件408具有外侧保护件486，其外套在主体壳体405的前端侧；内侧保 护件481，其与该外侧保护件486间隔设置，并设置在外侧保护件486的内侧。其中，外侧保护件486具有外侧筒状部488，其自身的后端侧外套在主体壳体405 的前端侧，并朝前端侧延伸；外侧锥部489，其与外侧筒状部488的前端相连接；外侧底部 490，其与外侧锥部489相连接。此外，外侧筒状部488上，沿周向形成有多个通气孔487。此外，内侧保护件481具有与外侧筒状部488相对设置的内侧筒状部484 ；与内 侧筒状部484的前端相连接的内侧锥部485 ；与内侧锥部485相连接的内侧底部492。此外，内侧保护件481上，在内侧筒状部484的基端侧(后端侧)和主体壳体405 之间，沿周向形成有多个入口侧通气孔482。具体而言，与图3的结构一样，具有沿周向断续 设置的断续凸缘部493 (参照图12)，该断续凸缘部493从内侧筒状部484的后端朝径向外 侧突出。此外，该断续凸缘部493彼此之间的间隙成为入口侧通气孔482。此外，在内侧底 部492上形成有出口侧通气孔483。此外，内侧底部492与外侧底部490相接触，该出口侧 通气孔483延伸到外侧底部490。此外，如图11所示，第2实施方式中，入口侧通气孔482设置在比主体壳体405的 通孔471和主体壳体405的前端(前端面)之间的交点H靠径向内侧的位置。由此，如图12所示，入口侧通气孔482在比主体壳体405的通孔471靠径向内侧的位置露出。此外，在 设置有连接主体壳体405的通孔471和主体壳体405的前端面的倒角的情况下，交点H是 指，主体壳体405的前端面与通孔471 (包含倒角)之间的交点。此外，如图中箭头所示，气体传感器400以后端侧位于上部的方式插入并固定在 废气沿水平方向流通的排气配管等中。该情况下，废气从外侧保护件486的通气孔487流 入外侧保护件486和内侧保护件481之间(外侧筒状部488和内侧筒状部484之间)。该 废气中，除了废气之外还含有水分等，但由于水分等与废气相比较重，因此水分等会经由外 侧保护件486和内侧保护件481之间，从相反侧的通气孔487导向外部。另一方面，由于废气与水分相比较轻，因此，会在外侧保护件486和内侧保护件 481之间上升，并从入口侧通气孔482流入内侧保护件481内。本实施方式中，如图中箭头 所示，在出口侧通气孔483的外侧，形成有沿着外侧锥部489的废气流，因此，出口侧通气孔 483附近成为负压，流入内侧保护件481内的废气会从出口侧通气孔483排到外部。利用上述那样的废气流，使废气供给到气体传感器元件200的检测部202，在此处 检测废气中的氧浓度。此时，第2实施方式中，虽然气体传感器元件200的检测部202未整 体从主体壳体405的前端突出，而呈收纳在主体壳体405内的状态，但通过将入口通气孔 482的至少一部分设置在比通孔471和主体壳体405的前端之间的交点H靠径向内侧的位 置，从而穿过外侧筒状部488和内侧筒状部484之间的气体不会受主体壳体405的影响，而 迅速、大量地流入主体壳体405的通孔471内，因此，气流容易到达气体传感器元件200的 进入到主体壳体405内的检测部202 (加热器接触部201)附近，可抑制响应性能降低。此外，本发明不限于上述实施方式和实施例，不言而喻，可进行各种变形等。例如， 在第1实施方式和第2实施方式中，通气孔187、487是设置在外侧筒状部188，488上，但不 限于此，也可将他们分别设置在外侧锥部189、489上。此外，第1实施方式和第2实施方式 中，通过使加热器101相对于气体传感器元件200的中心轴线偏心，使加热器101与气体传 感器元件200相接触，但不限于此，也可既使传感器元件200和加热器101的中心轴线一 致，又使加热器101的前端缘与气体传感器元件200的前端部3的内周面相抵接。此外，第 1实施方式和第2实施方式中，加热器接触部201 (检测部202)整体收纳在主体壳体105、 405内，但也可使其一部分从主体壳体105、405的前端突出。
权利要求
一种气体传感器，具有气体传感器元件，其为沿轴线方向延伸且呈自身前端封闭的有底圆筒状的气体传感器元件，该气体传感器元件具有固体电解质体，该固体电解质体在前端侧外侧面上形成有检测电极；加热器，其为插入所述气体传感器元件内部的杆状加热用加热器，具有加热器接触部，该加热器接触部直接或借助其它部件至少与所述气体传感器元件的与所述检测电极相对的内侧面相接触；筒状的壳体，所述气体传感器元件插入该壳体自身的通孔内，该壳体包围所述气体传感器元件的径向外侧；保护件，其为固定在所述壳体的前端侧的保护件，具有筒状的外侧保护件，其外套在所述壳体上，并具有用于将气体导入其自身内部的外侧导入口；筒状的内侧保护件，其设置在所述外侧保护件的内部，并具有与该外侧保护件间隔设置并沿轴线方向延伸的筒状的内侧筒状部，其特征在于，所述加热器接触部位于比所述壳体的前端靠后端侧的位置，在所述壳体上设置有使所述通孔朝前端扩径的扩径部，并且，在所述壳体的前端和所述内侧筒状部之间设置有用于将所述气体导入所述壳体的所述通孔内和所述内侧保护件的内部的内侧导入口。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，在从沿着所述轴线方向的剖面看时，所述内侧导入口的至少一部分设置在比连接所述 通孔的所述扩径部处的后端和前端的假想线靠径向内侧的位置。
3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，在从沿着所述轴线方向的剖面看时，所述加热器接触部的至少一部分设置在比连接所 述通孔的所述扩径部处的后端和前端的假想线靠前端侧的位置。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的气体传感器，其特征在于，在从沿着所述轴线方向的剖面看时，所述加热器接触部的至少一部分设置在比所述通 孔的所述扩径部处的后端靠前端侧的位置。
5.根据权利要求1 4中任意一项所述的气体传感器，其特征在于，所述通孔的所述扩径部处的部分随着接近所述壳体的前端面而逐渐扩径。
6.一种气体传感器，具有气体传感器元件，其为沿轴线方向延伸且呈自身前端封闭的有底圆筒状的气体传感器 元件，该气体传感器元件具有固体电解质体，该固体电解质体在前端侧外侧面上形成有检 测电极；加热器，其为插入所述气体传感器元件内部的杆状加热用加热器，具有加热器接触部， 该加热器接触部直接或借助其它部件至少与所述气体传感器元件的与所述检测电极相对 的内侧面相接触；筒状的壳体，所述气体传感器元件插入该壳体自身的通孔内，该壳体包围所述气体传 感器元件的径向外侧；保护件，其为固定在所述壳体的前端侧的保护件，具有筒状的外侧保护件，其外套在 所述壳体上，并具有用于将气体导入其自身内部的外侧导入口 ；筒状的内侧保护件，其设置在所述外侧保护件的内部，并具有与该外侧保护件间隔设置并沿轴线方向延伸的筒状的内 侧筒状部，其特征在于， 所述加热器接触部位于比所述壳体的前端靠后端侧的位置，在所述壳体的前端和所述 内侧筒状部之间设置有用于将所述气体导入所述壳体的所述通孔内和所述内侧保护件的 内部的内侧导入口，在从沿着所述轴线方向的剖面看所述气体传感器时，所述内侧导入口的至少一部分设 置在比所述壳体的前端和所述通孔之间的交点靠径向内侧的位置。
7.根据权利要求1 6中任意一项所述的气体传感器，其特征在于，在所述内侧保护件的前端部，设置有用于将气体从该内侧保护件内排出的气体流通孔。
8.根据权利要求1 7中任意一项所述的气体传感器，其特征在于，所述外侧保护件中，在比所述气体传感器元件的前端部靠前端侧的位置设置有气体流 通孑L。
全文摘要
本发明提供一种既能抑制响应性能降低又能使气体传感器元件缩短的气体传感器。气体传感器(100)中，加热器接触部(201)的至少一部分位于比主体壳体(105)的前端靠后端侧的位置，并设置有使通孔(171)朝主体壳体(105)前端扩径的扩径部(501)，此外，在主体壳体(105)的前端和内侧筒状部(184)之间设置有用于将气体导入内侧保护件(181)的内部的入口侧通气孔(182)。
文档编号G01N27/409GK101865875SQ20101014986
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月16日 优先权日2009年4月16日
发明者宫田大辅, 平泽真, 渥美尚胜, 藤田康弘, 青木重树 申请人:日本特殊陶业株式会社
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