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，其具有用于检测废气中氧的浓度的检测元件。
背景技术：
现有技术中，作为用于检测汽车废气中所含氧浓度的氧传感器，公知一种具有下 述检测元件的氧传感器，该检测元件具有前端封闭、呈有底筒状的固体电解质体(例如，参 照专利文献1)。该检测元件中，具有朝径向外侧突出的凸缘部，该凸缘部的朝向前端的面与 环绕检测元件的外周而将检测元件保持在自身内部的壳体相卡合。对于专利文献1的检测元件，在其外周面设置有由Pt或Pt合金形成的探测电极， 在内周面上设置有基准电极。从凸缘部的朝向前端的面以比检测元件的凸缘部更朝前端侧 的方式形成前端部，探测电极遍及该前端部的外周面地整体设置。这是为了当在接地的传 感器安装对象(例如，排气管等)上安装壳体而使用氧传感器时，使探测电极暴露在废气 中，并通过壳体使探测电极整体接地(body earth)，从而获得与电极间氧浓度对应的输出。 另一方面，基准电极设置在检测元件的内周面上，基准电极暴露在大气中。因此，在暴露于废气中的探测电极和与大气相接触的基准电极之间产生氧浓度 差，氧离子在两电极之间移动。通过该氧离子的移动，在两电极之间产生与氧浓度差相对应 的电动势。基于该电动势，氧传感器可检测废气中的氧浓度。然而，由于检测元件的探测电极是用Pt或Pt合金在凸缘部的朝向前端的面和前 端部的整个外周面上形成，因此，导致高价贵金属的使用量增加，氧传感器的制造成本变
尚o专利文献1 日本特开2007-121118号公报专利文献2 日本特开2005-274382号公报此外，还公知有一种具有从凸缘部的朝向前端的面起在前端部的外周面范围地延 伸的线状电极的检测元件(例如，参照专利文献2)。即，从凸缘部的朝向前端的面开始在 前端部的局部外周面上设置线状电极，能够减少Pt或Pt合金的使用量，降低氧传感器的制 造成本。此外，由于该线状电极是由Pt的无电解电镀形成，因此，可使线状电极的厚度比较 �。庖部杉跎貾t或Pt合金的使用量，能降低氧传感器的制造成本。然而，专利文献2中，在将检测元件安装到壳体上时，检测元件的凸缘部隔着密封 件受气体传感器的壳体支承，此时，设置在凸缘部的朝向前端的面上的探测电极会与密封 件摩擦，从而可能将探测电极磨损。因此，在专利文献2中，以将设置在凸缘部的朝向前端 的面上的探测电极覆盖的方式涂敷钼金膏，设置保护电极。由此，保护电极保护探测电极， 防止探测电极磨损。此外，通过涂敷钼金膏而形成保护电极，可使保护电极的厚度大于探测 电极的厚度，从而也可防止保护电极自身磨损。然而，在使用时气体传感器会发热，此时，密封件和探测电极可能会粘在一起。此 外，在该状态下，当来自外部的振动等作用到气体传感器上时，振动会经由密封件传递到探 测电极上，设置在凸缘部的朝向前端的面上的探测电极会从固体电解质体上剥离，从而可能会对探测电极和壳体之间的电导通带来阻碍。
发明内容
本发明是为解决上述课题而作出的，目的在于提供一种既能可靠地确保设置在凸 缘部的朝向前端的面上的探测电极和壳体之间电导通、又可以低成本制造的气体传感器。采用本发明，提供一种气体传感器，其具有检测元件，其具有沿轴线方向延伸且 呈前端封闭的有底筒状的固体电解质体，并具有朝径向外侧突出的凸缘部；金属制的壳体， 其与在所述凸缘部上形成的朝向前端的面直接或间接地接触，能在其自身内部保持所述检 测元件，其中，所述检测元件具有探测电极部，其利用电镀而形成，设置在所述检测元件的 与所述凸缘部的前端侧相邻接的前端部的局部外表面上，且未到达所述凸缘部；导通部，其 通过印刷直接形成在所述固体电解质体上，且在所述凸缘部的所述朝向前端的面上在整个 周面上连续地或断续地形成，用于将所述探测电极部和所述壳体电连接；所述导通部一直 设置到所述前端部，并在所述前端部上与所述探测电极部相接触。由此，探测电极部设置在前端部的部分外表面上。即，探测电极部未设置在前端部 的整个外周面上，因此，可减少高价贵金属的使用量，将氧传感器的制作成本抑制得较低。 此外，探测电极部通过电镀形成，因此，可使探测电极的厚度较�。庋部杉跎俑呒酃蠼� 属的使用量，降低氧传感器的制作成本。此外，导通部是通过印刷形成在凸缘部的朝向前端的面上。由此，可使导通部比探 测电极部的厚度厚，因此，在将检测元件组装到壳体上时，可防止其被密封件磨损。此外， “凸缘部的朝向前端的面”是指凸缘部的朝向检测元件前端侧的面。此外，导通部是直接设置在凸缘部的固体电解质体上。即，未将与固体电解质体之 间的紧贴性较低、通过电镀形成的探测电极部设置到凸缘部上，而是将与固体电解质体的 紧贴性比电镀情况下高、通过印刷形成的导通部直接设置到凸缘部的固体电解质体上，由 此，即使来自外部的振动作用到气体传感器上，且该振动经由密封件传递到导通部，也可防 止导通部从固体电解质体上剥离。此外，由于导通部延伸到检测元件的前端部，并在前端部与探测电极部接触，因 此，来自密封件的振动不会传递到探测电极部和导通部相接触的位置上，因此，这样也可防 止导通部和探测电极部从固体电解质体上剥离。因此，能可靠地确保探测电极部和壳体之间的电导通。虽然导通部也可在朝向前端的面上在整个周面上连续地或断续地形成，但若使导 通部的沿朝向前端的面的整周断续地形成，可进一步减少高价贵金属的使用量，降低氧传 感器的制造成本。此外，“断续地”是指，在看凸缘部的朝向前端的面时，导通部不相连的部 位有1个以上。此外，本发明中，若所述导通部在所述朝向前端的面上在整个周面上断续地形成， 则也可在所述朝向前端的面的沿周向的任意一半周面上设置有至少1个以上的所述导通 部。此处，“凸缘部的朝向前端的面的沿周向的任意一半周面”是指，沿与检测元件的轴线方 向垂直的任意径向观察凸缘部的朝向前端的面时所能看到的任意面。换言之，是指，在用穿 过检测元件的轴线的任意平面对半分割凸缘部时，位于检测元件的被分割出来的朝向前端 的面。
由此，若在所述朝向前端的面的沿周向的任一半周面上设置有至少1个以上的所 述导通部，则即使检测元件相对于壳体而言相对轴线方向倾斜配置的情况下，在朝向前端 的面上设置的导通部中任何一者也直接地与壳体相接触，或借助设在壳体和导通部之间的 物件间接地与壳体相接触。因此，能提高导通部和壳体电连接的可靠性。另一方面，本发明中，导通部也可在朝向前端的面上的整个周面上连续地(整个 面)形成。若这样设置导通部，即使检测元件相对于壳体而言相对轴线方向倾斜配置，导通 部也会直接地或借助设在壳体和导通部之间的物件间接地与壳体相接触。因此，能进一步 提高导通部和壳体电连接的可靠性。此外，本发明中，也可这样所述探测电极部的后端侧和所述导通部的前端侧的至 少任意一者上，设置有沿所述检测元件的周向延伸的连接部，所述探测电极部和所述导通 部在所述连接部处接触。由此，若沿检测元件的周向设置连接部，例如，即使导通部断续地设置，且探测电 极部也设置有多个时，也不需要对导通部和探测电极部进行对位。此外，若设置连接部，则 不需要相对于断续设置的多个导通部一一对应地设置探测电极部(不需要相对于设置多 个的探测电极部一一对应地设置导通部)，可减少高价贵金属的使用量，降低氧传感器的制 造成本。此外，虽然只要连接部设置在探测电极部的后端侧和导通部的前端侧中的至少任 意一者上即可，但考虑到减少高价贵金属的使用量，优选设置在探测电极部的后端侧。此外，本发明的气体传感器中，也可在所述检测元件的前端部上，设置有至少对所 述探测电极部和在所述检测元件的所述前端部上设置的所述导通部的一部分进行覆盖的 电极保护层。通常，为了保护探测电极部以使其不因检测对象气体受损而设置电极保护层，但 若采用这种结构，即，使该电极保护层不仅覆盖探测电极部，还覆盖在所述检测元件的所述 前端部上设置的所述导通部的一部分，则可通过电极保护层覆盖探测电极部和导通部的接 触位置，即使有来自外部的振动等，也可防止探测电极部和壳体之间断路。此外，还可防止 探测电极部和导通部的一部分因废气的热等升华，防止探测电极部和壳体之间断路。此外，本发明的气体传感器中，所述探测电极部具有探测电极，其设置在所述前 端部的外表面的一部分上且与所述凸缘部之间带有间隔；导线部，其从所述探测电极朝所 述检测元件的后端侧延伸，且其在所述检测元件周向上的宽度比所述探测电极在所述检测 元件周向上的宽度窄。由此，与未设置导线部而只设置探测电极的情况相比，可减少高价贵金属的使用 量，能将氧传感器的制造成本抑制得较低。此外，探测电极也可沿检测元件的整个周向上延 伸，还可只被设置在检测元件前端部的一部分上。此外，本发明的气体传感器中，可设置有多根所述导线部。若设置多根导线部，即 使任何1根导线部断开，也可保持探测电极和壳体之间的电连接。因此，可提高探测电极和 主体壳体电连接的可靠性。此外，本发明的气体传感器中，可以在所述前端部在周向上的任意一半周面上，至 少设置有1根以上的所述导线部。此处，“前端部周向的任意一半周面”是指，沿与检测元件 的轴线方向垂直的任意径向观察前端部时所能看到的任意面。换言之，是指，在用穿过检测 元件的轴线的任意平面对半分割检测元件时，位于检测元件的被分割出来的前端部的面。
若在前端部周向的任一半周面上至少设置1根以上的导线部，则可进一步提高气 体传感器的电可靠性。即，在将气体传感器组装到排气路径等上时，前端部暴露在于排气路 径等内沿一个方向流动的废气中。此时，在前端部中，只有废气上游侧的半周面总是暴露在 废气中，而下游侧的半周面不会暴露在废气中。此时，若采用上述结构，会有某一个导线部 位于不会暴露在废气中的半周面上。因此，某一个导线部不会因废气而受损。因此，能提高 探测电极和壳体电连接的可靠性。此外，本发明中，所述导通部中可含有所述固体电解质体的主要成分。这样，可进 一步提高其与固体电解质体的贴合性，即使来自外部的振动作用到气体传感器上，且该振 动经由密封件传递到导通部上，也可防止导通部从固体电解质体上剥离。
图1是表示氧传感器100的构造的纵剖视图。
图2是检测元件1的侧视图。
图3是检测元件1的仰视图。
图4是表示检测元件1的制造过程的一工序的图
图5是检测元件201的侧视图。
图6是检测元件201的仰视图。
图7是检测元件401的侧视图。
图8是检测元件401的仰视图。
图9是检测元件601的侧视图。
图10是检测元件601的仰视图。
图11是检测元件501的侧视图。
图12是检测元件501的仰视图。
具体实施例方式下面，参照附图对使本发明具体化的气体传感器的第一实施方式进行说明。首先， 参照图1对本发明的气体传感器的一个例子，也就是用于检测汽车废气中所含氧的浓度的 氧传感器100的构造进行说明。氧传感器100安装在汽车的排气路径H中来使用。下面， 在轴线0的方向上，以与被插入到排气路径H内的检测元件1的前端部相面对的一侧(封 闭侧，图1中为下侧)为氧传感器100的前端侧，以朝向与此方向相反的方向的一侧(图1 中为上侧)为后端侧，由此进行说明。氧传感器100为在壳体2内设置有细长的检测元件1的结构，且该检测元件1呈 前端封闭的筒状。检测元件1的后端嵌入有用于获得该检测元件1输出的信号的连接端子 71的前端部72。此外，还设置有圆筒状的包围体4，用以包围连接端子71的外周部。包围 体4包围检测元件1后端侧的外周部和连接端子71。此外，在连接端子71上连接有未图示 的电极端子。经由与电极端子相连接的导线(未图示)，使检测元件1与在离开氧传感器 100的位置上设置的未图示的传感器控制装置或汽车电子控制装置(ECU)电连接。壳体2具有主体壳体21和保护件22。主体壳体21由SUS430形成，大致呈圆筒 状。该主体壳体21的前端部的外周面上形成有用于将氧传感器100安装到排气路径H上的螺纹部24。螺纹部24的后端侧设置有与安装工具相卡合的安装部29，该安装工具用于 将螺纹部24螺纹连接到排气路径H上。此外，主体壳体21的筒孔呈三段高低不同内径的台阶形状，前端侧的部位为内径 最小的前端筒孔28。此外，筒孔的后端侧部位为内径最大的后端筒孔25，前端筒孔28和后 端筒孔25之间为内径介于二者之间的中间筒孔27。后端筒孔25设置在环绕包围体4的前端部41的外周的位置上。此外，后端筒孔 25和中间筒孔27之间的台阶部构成填充件支承部26，筒孔的从该填充件支承部26到后端 筒孔25处的内周与检测元件1的外周之间的间隙内，填充有后述的填充件102。中间筒孔27设置在用来设置检测元件1的后述凸缘部12的位置上。此外，中间 筒孔27和前端筒孔28之间的台阶部构成凸缘支承部23。通过该凸缘支承部23支承检测 元件1的凸缘部12。此外，前端筒孔28设置在用来包围检测元件1的前端部11 (后述)的 后端侧的位置上。在主体壳体21的前端设置有保护件22。保护件22为有底的筒状保护部件，用于 覆盖检测元件1的检测部11的从主体壳体21露出来的前端侧，并对该前端侧进行保护。保 护件22具有多个通气孔221，这些通气孔221用于将排气路径H内的废气导入壳体2的内 部而与检测元件1相接触。如前所述，被保持在壳体2内部的检测元件1呈前端封闭的有底筒状，并具有主要 成分为氧化锆的固体电解质体10。该检测元件1的外周上设置有沿径向向外突出的凸缘部 12。检测元件1以在该凸缘部12的朝向前端侧的面(下面，称为“朝向前端的面19”(参 照图2))和主体壳体21的凸缘支承部23之间隔着金属密封件101的状态设置在主体壳体 21内。检测元件1的比凸缘部12靠前端侧的部分为前端部11，比凸缘部12靠后端侧的 部分为后端部15。如前所述，前端部11从主体壳体21露出而暴露在废气中，用于检测废气 中的氧浓度。后端部15以大致相同的外径呈筒状延伸。前端部11的外周面上设置有通过 电镀Pt或Pt合金的方式形成的探测电极51、导线52(参照图2)和连接部53。后面将会 描述该探测电极51、导线52和连接部53。此外，前端部11的表面被由耐热陶瓷构成的多 孔质状的电极保护层18(参照图2)覆盖。此外，在凸缘部12的朝向前端的面19上，设置了印刷有Pt或Pt合金的膏体而成 的导通部54。导通部54经由密封件101与主体壳体21电连接。后面将会描述该导通部 54。在固体电解质体10的内周侧，以覆盖内周面的方式设置有基准电极55。基准电极 55是通过用Pt或Pt合金电镀检测元件1的整个内周面而形成的。该基准电极55和探测 电极51设置在隔着作为固体电解质体的基体10而相互对应的位置上，这部分起到用于探 测废气中的氧浓度的气体探测部的作用。在检测元件1的凸缘部12的朝向后端侧的面(下面，称为“朝向后端的面”)上， 设置有密封件103。此外，在密封件103的后端侧，在检测元件1的后端部15的外周面和主 体壳体21的从填充件支承部26到后端筒孔25的内周面之间填充有由陶瓷粉末构成的填 充件102。此外，在该填充件102的后端侧设置有前述的包围体4。包围体4由绝缘陶瓷形成为筒状，包围体4的前端部41朝径向外侧突出。前端部41设置在检测元件1的后端部15 的外周面和后端筒孔25的内周面之间，且位于填充件102的后端位置。前端部41的朝向 后端的面上设置有密封件104，通过在主体壳体21后端形成的翻边紧固部31朝前端翻边紧 固，借助密封件104将前端部41向填充件102进行按压。由此，将填充件102气密地填充 密封主体壳体21的内周面和检测元件1的外周面之间的间隙。从而，检测元件1借助夹持 在凸缘支承部23和翻边紧固部31之间的各部件保持在主体壳体21的内部。此外，检测元件1的筒孔内的后端侧插入有与基准电极55相接触的连接端子71。 连接端子71是通过对加工成大致呈长方形的板材进行弯折而形成为筒状。连接端子71的 前端部72插入检测元件1的筒孔内，连接端子71的后端侧受包围体4的内周面保持。连 接端子71上连接有日本特开2007-121118号公报中所记载的那样的盖状端子内的电极端 子。此外，该电极端子上连接有用于使其与外部电路(省略图示)电连接的导线(省略图 示)°接下来，参照图2和图3对检测元件1的具体构造进行说明。如前所述，检测元件 1包括固体电解质体10、通过在固体电解质体10的表面上镀Pt或Pt合金的方式形成的 探测电极51、导线部52、连接部53、导通部54以及基准电极55。下面，首先对固体电解质 体10进行说明。如前所述，图2所示的检测元件1具有比凸缘部12靠前端侧的前端部11。前端部 11形成为沿轴线0方向延伸的筒状。第一实施方式中，作为例子，前端部11沿轴线0方向 具有约20mm的长度。该前端部11朝前端侧逐渐减小直径，且筒的前端部分呈球面状封闭 形状。该前端部11被由耐热陶瓷构成的电极保护层18覆盖，保护前端部11以使其不因 废气而受损。此外，在比检测元件1的固体电解质体10的凸缘部12靠后端侧的位置上，设 置有外径大致相同并朝后方延伸的后端部15，且后端部15的后端开口。接下来，对在固体电解质体10的表面上形成的探测电极51、导线部52、连接部53、 导通部54以及基准电极55 (参照图1)进行说明。固体电解质体10的外表面侧形成有由 Pt或Pt合金构成的多孔质状的探测电极51、导线部52、连接部53、导通部54。此外，在固 体电解质体10的内表面侧形成有基准电极55(参照图1)。如图2所示，探测电极51遍及整周地设置在前端部11的前端侧的外表面上。具 体而言，如图1所示，探测电极51设置到进入主体壳体21的前端筒孔28的位置。第一实 施方式中的探测电极51从前端部11的前端开始沿轴线方向具有约5mm的长度。探测电极 51未设置在前端部11的后端侧，探测电极51和凸缘部12的朝向前端的面19分开。S卩，探 测电极51和朝向前端的面19之间具有间隙。探测电极51和基准电极55隔着固体电解质 体10，由此，该部分起到上述的气体探测部的作用。形成为带状的一根导线部52从探测电极51沿轴线方向朝后端侧延伸。该导线部 52位于固体电解质体10的探测电极51和连接部53之间的表面上。导线部52的周向宽度 没有特别限定，优选为0. 5mm 4. 0mm，第一实施方式中约为3. 0mm。前端部11的后端设置有环状连接部53，该环状连接部53与固体电解质体10的导 线部52的后端相连接且沿固体电解质体10的周向延伸。连接部53后端侧的端缘位于与 前端部11的后端侧的端缘相同的位置。连接部53的宽度(轴线方向上的长度)没有特别限定，若考虑到提高导线部52和导通部54之间的电连接的可靠性，该宽度优选大于朝向前 端的面19的宽度(沿锥形面的长度)。第一实施方式中，约为2mm。该连接部53和所述导 线部52使探测电极51和导通部54电连接。探测电极51、导线部52以及连接部53是通过在检测部11外周面的规定位置上由 Pt或Pt合金电镀而形成的。如图3所示，在凸缘部12的朝向前端的面19上，以圆心角角度120度的间隔呈放 射状地(沿径向)设置有3根导通部54。3根导通部54分别从朝向前端的面19的后端侧 的端缘起沿轴线方向延伸，跨过朝向前端的面19的前端侧的端缘到达前端部11的后端侧。 各导通部54是在朝向前端的面19以直接印刷的方式设置在固体电解质体10上的。导通 部54的主要成分为Pt，并含有同为基质的氧化锆。各导通部54分别与分别设置在前端部 11上的连接部53电连接。该导通部54经由导线部52和连接部53与探测电极51电连接。 此外，导通部54经由密封件101 (参照图1)也与主体壳体21电连接(参照图1)。即，探测 电极51经由导线部52、连接部53、导通部54以及密封件101与主体壳体21导通。此外， 此处所述导通部54的形成间隔(中心角度)或形成数量只是一个例子，其并不限于上述间 隔和数量。接下来，概略地对探测电极51、导线部52、连接部53以及导通部54的形成方法进 行说明。在检测元件1的制造过程中，先形成固体电解质体10，然后通过印刷法在固体电 解质体10的表面上进行形成导通部54的印刷处理，接下来，通过电镀法进行形成探测电极 51、导线部52以及连接部53的电镀处理。印刷处理中，先制作可印刷的膏状组合物。该膏状组合物是通过用公知的方法对 Pt粉末、氧化锆粉末以及公知的粘接剂进行搅拌、分散然后进行混制而形成的。此外，通过 公知的印刷处理，用制成的膏状组合物在未烧结的固体电解质体10上形成导通部54的图 案。然后，对该图案和固体电解质体10—起进行烧结，由此，除去粘接剂，并固定膏状组合 物，从而形成导通部54。形成的导通部54的厚度优选为10 y m 30 y m，第一实施方式中 约为20iim。形成导通部54后，接下来进行电镀处理。电镀处理中，首先在前端部11的整个外 表面上析出Pt的晶核。Pt晶核的析出通过公知的方法进行即可。例如，将前端部11浸渍 在Pt的络盐水溶液中，然后一边在Pt的络盐水溶液中摇动前端部11，一边向Pt的络盐水 溶液中添加硼氢化钠，由此进行Pt晶核的析出。此外，如图4所示，在析出Pt晶核的前端部11上安装掩膜80。掩膜80为侧面上 开有狭缝81且剖面大致呈“C”字状的筒状物。狭缝81与导线部52的形成位置相对应。此 外，掩膜80安装在前端部11的轴线方向的中央部。然后，将前端部11浸渍在公知的电镀 液中，在前端部11上的未安装掩模80的部分上形成Pt镀层。例如，第一实施方式中为，将 前端部11浸渍在Pt的络盐水溶液中并加热，然后，添加联氨水溶液，对前端部11摇动约2 小时，由此，使Pt在附着在前端部11外表面上的晶核上析出。从而，在前端部11上，形成 在比所安装的掩模80靠前端侧的Pt镀层构成探测电极51，在狭缝81上形成的Pt镀层构 成导线部52 (参照图2)，比掩模80靠后端侧的Pt镀层构成连接部53 (参照图2)。所形成 的探测电极51、导线部52、连接部53的厚度优选为0. 8 y m 1. 2 y m。第一实施方式中约 为 1. 0 li m。
形成有探测电极51、导线部52、连接部53以及导通部54的检测元件1被与保护 件2、包围体4 一起组装到壳体2上。这样，形成如图1所示氧传感器100。采用以上说明的第一实施方式的氧传感器100，未在前端部11的整个外表面上设 置探测电极51和导线部52，而是在前端部11的部分外表面上设置探测电极51和导线部 52。因此，可在保持氧传感器100的性能的状态下，减少高价贵金属的使用量，降低氧传感 器100的制造成本。此外，由于探测电极51和导线部52是通过电镀形成的，因此，可使探 测电极51的厚度较�。庋部杉跎俑呒酃蠼鹗舻氖褂昧浚档脱醮衅�100的制造成本。此外，导通部54被印刷形成在凸缘部12的朝向前端的面19上。由此，可使导通 部54的厚度大于探测电极51、导线部52的厚度，因此，在将检测元件1组装到主体壳体21 上时，可防止导通部54被密封件101磨损。此外，导通部54是通过印刷直接设置在凸缘部12的固体电解质体10上的。由 此，即使来自外部的振动作用到氧传感器100上，且该振动经由密封件101传递到导通部54 上，也可防止导通部54从固体电解质体10上剥离。此外，由于导通部54设置到检测元件1的前端部11，并在前端部11与导线部52 接触，从而，来自密封件101的振动不会传递到导线部52与导通部54的接触位置上，因此， 这样也可防止导通部54、导线部52从固体电解质体10上剥离。此外，导通部54也不是在凸缘部12的朝向前端的面19的整周上连续地设置，而 是断续地设置，因此，可进一步减少高价贵金属的使用量，降低氧传感器100的制造成本。此外，导通部54是在朝向前端的面19上以120度的圆心角角度间隔地设置有3 根。因此，例如，不论检测元件1相对于主体壳体21倾斜设置或者密封件101相对于主体 壳体21歪着设置，3根导通部54中的至少任何1根都会与金属制的密封件101接触。因 此，可保持导通部54与主体壳体21可靠地电连接。此外，第一实施方式中设置有3根导通部54，但只要是朝向前端的面19周向的任 意一半表面上设置至少1根以上的导通部54即可。例如，可在朝向前端的面19上以180 度的圆心角角度间隔设置2根导通部54。在这种结构的检测元件1中，即使是在检测元件 1倾斜设置情况下，2根导通部54中的任意一者会与密封件101接触。该情况下也可提高 导通部54与主体壳体21电连接的可靠性。此外，在导线部52的后端侧沿检测元件1的周向设置有环状的连接部53，连接部 53与3根导通部54相连接。因此，即使没有对应于导通部54地设置3根导线部52，而只 设置1根导线部52，也可使探测电极51与3根导通部54电连接。通过减少导线部52的根 数，可减少高价贵金属的使用量，降低氧传感器100的制造成本。此外，由于在导线部52的后端侧通过电镀形成连接部53，因此，可使连接部53的 厚度较�。庋部杉跎俑呒酃蠼鹗舻氖褂昧浚档脱醮衅�100的制造成本。 此外，在第一实施方式的氧传感器100中，在导线部52的后端侧设置连接部53，但 也可在导通部54的前端侧设置连接部53。此外，由于连接部53设置在前端部11的后端侧，因此，虽然使1根导线部52的轴 线方向的长度变长，但却可使3根导通部54的长度变短。因此，可减少高价贵金属的使用 量，降低氧传感器100的制造成本。此外，以覆盖前端部11的方式设置电极保护层18。因此，不仅可通过电极保护层18覆盖住设置在前端部11上的探测电极51、导线部52，还可覆盖住连接部53与导通部54 的接触位置，即使有来自外部的冲击等，也不会影响连接部53与导通部54的接触位置。此 外，可防止探测电极51、连接部53和导线部52因废弃的热等而升华。因而，可防止探测电 极51和主体壳体21出现断路。此外，在检测元件1上，设置有比探测电极51宽度窄、且从探测电极51朝检测元 件1的后端侧延伸的导线部52，因此，与未设置导线部52而只设置探测电极51的情况相 比，可减少高价贵金属的使用量，降低氧传感器100的制造成本。此外，由于导通部54中含有固体电解质体10的主要成分，因此，可提高其与固体 电解质体10的贴合性，即使来自外部的振动作用到气体传感器1上，且该振动经由密封件 101传递到导通部54上，也可防止导通部54从固体电解质体10上剥离。此外，第一实施方式中的氧传感器100相当于发明内容的“气体传感器”。接下来，对本发明的第二实施方式的氧传感器进行说明。第二实施方式的氧传感 器中，检测元件201的结构与第一实施方式的不同。下面，参照图5、图6重点对与第一实 施方式不同的检测元件201进行说明，省略对与第一实施方式相同的部分的说明。第二实 施方式的检测元件201中，未形成第一实施方式的在导线部51的后端侧形成的连接部53。 此外，第二实施方式的在检测元件201上形成的导通部254的形状与第一实施方式的在检 测元件1上形成的导通部54不同。检测元件201由固体电解质体210、在固体电解质体210外表面上形成的探测电极 251、导线部252、导通部254以及在基体210的内表面上形成的基准电极(省略图示)构 成。固体电解质体210的形状和材质与第一实施方式的固体电解质体10相同，因此省略其 说明。此外，探测电极251和基准电极的形状、材质、形成位置也与第一实施方式的探测电 极51和基准电极相同，因此省略其说明。如图5、图6所示，固体电解质体210所具有的凸缘部212的朝向前端的面219的 整个面上设置有连续的导通部254。该导通部254延伸到前端部211的后端侧。此外，从提 高导线部252和导通部254电连接的可靠性的观点来看，优选使设置在前端部211上的导 通部254的宽度大于设置在凸缘部212的朝向前端的面219上的导通部的宽度(沿锥形面 的长度)。与第一实施方式的导线部52 —样，导线部252从探测电极251延伸到前端部211 的后端侧的端缘。由此，在前端部211的后端侧，形成导线部252和导通部254相互接触的 结构。导通部254借助导线部252与探测电极251电连接，并借助密封件101 (参照图1) 与主体壳体21(参照图1)电连接。即，借助导线部252、导通部254和密封件101，使探测 电极251与主体壳体21导通。导通部254是这样形成的在凸缘部212的朝向前端的面219的整个面和前端部 211后端侧的整周上印刷Pt或Pt合金的膏状组合物，然后，将膏状组合物与固体电解质体 210 一起进行烧结，由此，形成导通部254。第二实施方式中，所形成的导通部254的厚度约 为20i!m。形成导通部254之后，用与第一实施方式相同的方法，通过电镀法形成探测电极 251和导线部252。这样，形成了第二实施方式的检测元件201。接着，在前端部211上设置电极保护层218，然后，将形成有探测电极251、导线部 252和导通部254的检测元件201与保护件22、包围体4 一起组装到壳体2上(参照图1)。这样形成第二实施方式的氧传感器。采用以上说明的第二实施方式的氧传感器，在凸缘部212的朝向前端的面219的 整个面上都设置有导通部254。因此，即使检测元件201相对于主体壳体21相对轴线方向 倾斜配置，朝向前端的面219也能直接或借助密封件101与主体壳体21接触。因此，能进 一步提高导通部254和主体壳体21电连接的可靠性。接下来，对本发明第三实施的氧传感器进行说明。第三实施方式的氧传感器中，检 测元件401的结构与第一实施方式不同。下面，参照图7、图8重点对与第一实施方式不同 的检测元件401进行说明，省略对与第一实施方式相同的部分的说明。第三实施方式的检测元件401中，未形成第一实施方式的在检测元件1上形成的 连接部53。此外，导线部452和导通部454的形状与第一实施方式的导线部52和导通部 54不同。检测元件401由固体电解质体410、和形成在固体电解质体410外表面上的探测电 极451、导线部452、导通部454以及形成在固体电解质体410的内表面上的基准电极(省 略图示)构成。固体电解质体410的形状和材质与第一实施方式的固体电解质体10相同， 因此省略其说明。此外，探测电极451和基准电极的形状、材质、形成位置也与第一实施方 式的探测电极51和基准电极相同，因此省略其说明。在固体电解质体410上，从探测电极451起形成2根沿轴线方向朝后端侧延伸的 带状的导线部452。如图8所示，该2根导线部452以隔着固体电解质体410的方式而设置 在彼此相反的侧。导线部452的周向宽度没有特别限定，第三实施方式中，分别约为1. 5mm。此外，固体电解质体410上，设置有两根从前端部411的后端侧延伸到凸缘部412 的朝向前端的面419上的带状导通部454。如图7所示，导通部454的前端部和导线部452 的后端部在前端部411处相接触。此外，如图8所示，2根导通部454在凸缘部412的朝向 前端的面419中以180度的圆心角角度间隔设置。导通部454的宽度没有特别限定，第三 实施方式中约为1. 7mm。该导通部454借助导线部452与探测电极451电连接，并借助密封 件101 (参照图1)与主体壳体21电连接。导通部454是这样形成的在固体电解质体410印刷上Pt或Pt合金的膏状组合 物，然后，对膏状组合物与固体电解质体410 —起进行烧结，由此，形成导通部454。在用印 刷法形成导通部454之后，通过公知的电镀法形成探测电极451和导线部452。采用以上说明的第三实施方式的氧传感器，在检测元件401上设置有2根导线部 452。因此，即使任何1根导线部452断开，也可保持探测电极451和主体壳体21之间的电 连接。因此，可提高探测电极451和主体壳体21电连接的可靠性。此外，对于检测元件401，用通过轴线0的任意平面将检测元件401分成两半，在 看分开的各检测元件401时，任一个检测元件401的半周面上都为具有导线部452的结构。 当将氧传感器安装在排气路径H上时，前端部411暴露在于排气路径H内沿一个方向流动 的废气中。此时，在前端部411中，只有废气上游侧的半周面总是暴露在废气中，而下游侧 的半周面不会暴露在废气中。此时，第三实施方式中的导线部452中一者位于不会暴露在 废气中的半周面上。因此，导线部452中一者不会因废气而受损。因此，在氧传感器安装在排气路径H上的状态下，即使不能毫无疑义地确定检测 元件401的哪一个半周面位于废气的上游侧，也能可靠地防止其中一个导线部452因废气而受损。因而，防止导线部452因受损而导通性能下降，能保持探测电极451和导通部454 电连接的可靠性。此外，由于未设置连接部，因此可减少钼的使用量，降低氧传感器的制造成本。此 外，也可在第三实施方式中说明的检测元件401上设置连接部。该情况下，虽然钼的使用量 增多，但即使其中1根导线部452断开，也可保持两个导通部454与探测电极451处于导通 状态，因此，可进一步提高电连接的可靠性。因而，可进一步提高探测电极451和主体壳体 21电连接的可靠性。此外，上述实施方式中所示的结构只是例子，不言而喻，还可进行各种变更。例如， 上述实施方式中，设置在检测元件上的导线部为1根或2根，但也可为1根以上或2根以上。 此外，上述实施方式中，电极保护层18覆盖检测元件的整个前端部11，但也不限于覆盖整 个前端部11，只要至少覆盖探测电极51、251、451、导线部52、252、452、连接部53和导通部 54、254、454 即可。此外，上述氧传感器100中，导通部54和导线部52沿同一直线形成在固体电解质 体10的外表面上，但只要导通部54和导线部52电连接即可。此外，探测电极51只要设置在使用时实质上与废气接触的部分上即可，并不限于 上述实施方式。例如，上述氧传感器100中，在前端部11前端侧的整个外表面设置探测电 极51，但也可在前端部11的部分外表面上设置探测电极51。此外，只要使导线部52和探 测电极51等宽，并沿检测元件1的轴线方向延伸即可。此外，上述实施方式中，探测电极51覆盖前端部11的前端，但不限于覆盖前端部 11的前端。此外，以上对连接部53形成于前端部11后端的结构进行了说明，但连接部53 不限于形成在前端部11后端，例如，也可设置在前端部11的中间。作为用于说明上述结构 的具体变形例，接下来参照图9、图10进行说明。变形例的检测元件601由固体电解质体610、形成在固体电解质体610的表面上的 探测电极651、导线部652、连接部653、导通部654以及基准电极(省略图示)构成。固体 电解质体610的形状和材质与第一实施方式的固体电解质体10—样，因此，省略其说明。如图9所示，探测电极651在前端部611的除前端之外的部分上，该探测电极651 沿整周形成带状。变形例中，探测电极651的前端与固体电解质体610的前端在轴线0方 向上的距离约为2mm。此外，探测电极651的前端和后端之间在轴线0方向上的距离约为 5mm。此外，上述值是根据氧传感器的使用条件而变更成最适当的值的，而并不限于上述值。从探测电极651起，被形成带状的1根导线部652沿轴线方向朝后端侧延伸。导 线部652的周向宽度没有特别限定，变形例中，约为1. 5mm。导线部652在轴线0方向上具 有约5mm的长度。S卩，导线部652的后端位于前端部611的中间。如图9所示，在固体电解质体610上，设置有从前端部611的形成有导线部652后 端的中间位置起沿固体电解质体610的周向延伸的环状连接部653。连接部653的宽度(轴 线0方向上的长度)没有特别限定，变形例中，约为1.5mm。如图10所示，在凸缘部612的朝向前端的面619上，以120度的圆心角角度间隔呈 放射状地设置有3根导通部654。3根导通部654分别从朝向前端的面619起沿轴线方向 延伸，跨过朝向前端的面619前端侧的端缘而到达前端部611的中间。此外，各导通部654 分别与分别设置在前端部611上的连接部653电连接。该导通部654借助导线部652和连接部653与探测电极651电连接。此外，导通部654借助密封件101 (参照图1)也与主体 壳体21电连接(参照图1)。即，探测电极651借助导线部652、连接部653、导通部654以 及密封件101与主体壳体21导通。此外，检测元件601的外表面上，以覆盖整个前端部611 的方式设置有电极保护层618。采用以上说明的变形例的氧传感器，也可使探测电极651设置在使用时实质上与 废气接触的部分上。因此，与上述实施方式一样，无损于氧传感器的功能。此外，作为另外的变形例，例如，如图11、12所示的检测元件501，可使3根导线部 552和3根导通部554在前端部511的中间重叠。该变形例中，如图所示，覆盖前端部511 的电极保护层518的后端部覆盖导线部552和导通部554的接触位置，并位于前端部511 的中间。
权利要求
一种气体传感器，具有检测元件，其具有沿轴线方向延伸且呈前端封闭的有底筒状的固体电解质体，并具有朝径向外侧突出的凸缘部；金属制的壳体，其与在所述凸缘部上形成的朝向前端的面直接或间接地接触，能在其自身内部保持所述检测元件，其特征在于，所述检测元件具有探测电极部，其利用电镀而形成，设置在所述检测元件的与所述凸缘部的前端侧相邻接的前端部的局部外表面上，且未到达所述凸缘部，导通部，其通过印刷直接形成在所述固体电解质体上，且在所述凸缘部的所述朝向前端的面上在整个周面上连续地或断续地形成，用于将所述探测电极部和所述壳体电连接；所述导通部一直设置到所述前端部，并在所述前端部上与所述探测电极部相接触。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述导通部在所述朝向前端的面 上在整个周面上断续地形成，并且，在所述朝向前端的面的沿周向的任意一半周面上，设置 有至少1个以上的所述导通部。
3.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述导通部在所述朝向前端的面 上在整个周面上连续地形成。
4.根据权利要求1 3的任意一项所述的气体传感器，其特征在于，在所述探测电极部 的后端侧和所述导通部的前端侧中的至少任意一者上设置有沿所述检测元件的周向延伸 的连接部，由所述连接部使所述探测电极部和所述导通部相接触。
5.根据权利要求1 4的任意一项所述的气体传感器，其特征在于，在所述检测元件的 所述前端部上，设置有至少对所述探测电极部和在所述检测元件的所述前端部上设置的所 述导通部的一部分进行覆盖的电极保护层。
6.根据权利要求1 5的任意一项所述的气体传感器，其特征在于，所述探测电极部 具有探测电极，其设置在所述前端部的外表面的一部分上且与所述凸缘部之间带有间隔； 导线部，其从所述探测电极朝所述检测元件的后端侧延伸，且其在所述检测元件周向上的 宽度比所述探测电极在所述检测元件周向上的宽度窄。
7.根据权利要求6所述的气体传感器，其特征在于，设置有多根所述导线部。
8.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，在所述前端部周向的任意一半周 面上，至少设置有1根以上的所述导线部。
9.根据权利要求1 8的任意一项所述的气体传感器，其特征在于，所述导通部中含有 所述固体电解质体的主要成分。
全文摘要
本发明提供一种气体传感器，采用本发明，能可靠地确保设置在凸缘部的朝向前端的面上的探测电极和壳体之间电导通，并能以低成本制造气体氧传感器。在气体传感器的检测元件(1)上，在前端部的部分外表面上，通过电镀设置有探测电极(51)和沿轴线方向从探测电极(51)朝前端部(11)的后端侧延伸的导线部(52)。另一方面，在凸缘部(12)的朝向前端的面(19)的固体电解质体(10)上，通过印刷直接地设置有在周向上断续的导通部(54)。该导通部(54)延伸至前端部(11)，在前端部(11)上与导线部(52)相接触。
文档编号G01N27/407GK101852762SQ20101014182
公开日2010年10月6日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者佐口孝, 植松大辅 申请人:日本特殊陶业株式会社
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