[發明專利]氣體傳感器元件及其制造方法

有效

• 申請號: 201310082570.5
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN103308583A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 齊藤大未;藤井并次;梶山理一
• 申請（專利權）人: 株式會社電裝
• 主分類號: G01N27/409
• 分類號: G01N27/409
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 韓宏;陳松濤

技術領域

本申請涉及一種氣體傳感器元件以及一種制造該氣體傳感器元件的方法，該氣體傳感器元件包括具有有底的管狀形狀并由電絕緣陶瓷材料制成的基體、固體電解質部分以及一對電極。

背景技術

已知的氣體傳感器元件被應用在例如λ傳感器（lambda?sensor）或A/F（空氣/燃料）比傳感器中，以檢測來自機動車輛的內燃機的排出氣體中的氧氣濃度。

更具體地，λ傳感器通常被構造為基于從氣體傳感器元件輸出的電動勢來檢測排出氣體中的氧氣濃度；該電動勢表示排出氣體與基準氣體（例如空氣）之間的氧氣濃度的差。另一方面，A/F比傳感器通常被構造為基于從氣體傳感器元件輸出的限制電流來檢測排出氣體中的氧氣濃度；該限制電流也表示排出氣體與基準氣體之間的氧氣濃度的差。此外，A/F比傳感器通常被構造為基于排出氣體中檢測到的氧氣濃度來進一步確定被供應到發動機的空氣-燃料混合物的A/F比。

而且，已知的氣體傳感器元件通常被構造為包括固體電解質體和一對測量和基準電極。固體電解質體例如由部分由氧化釔穩定的氧化鋯制成。測量和基準電極例如由鉑制成并且被分別設置在固體電解質體的相對表面上，以便被分別暴露到排出氣體（即，測量氣體或待測量的氣體）和空氣（即，基準氣體）中。此外，在測量電極上，還設置用于λ傳感器的那些氣體傳感器元件中的保護層和用于A/F比傳感器的那些氣體傳感器元件中的擴散抵抗層。

另外，已知的氣體傳感器元件通常具有板狀或有底的管狀形狀。

更具體地，通常通過對固體電解質層和絕緣層進行層壓來形成板狀的氣體傳感器元件。因此，容易制造板狀的氣體傳感器元件。另外，可以將加熱層與固體電解質和絕緣層層壓在一起，從而在操作中容易加熱固體電解質層。然而，由于板狀的形狀，在氣體傳感器元件的末端形成拐角部分。因此，具有該拐角部分，氣體傳感器元件可能易于遭受例如由排氣管中產生的水所引起的熱沖擊而損壞。

另一方面，對于有底的管狀的氣體傳感器元件，可以將其底部表面構造為彎曲表面。因此，利用該彎曲的底部表面，可以減輕排氣管中產生的水所引起的熱沖擊，從而防止氣體傳感器元件遭受水損壞。

而且，為了使氣體傳感器元件的制造成本最小化，期望使氣體傳感器元件中使用的固體電解質的量最小化。

為了滿足上述期望，日本未審查專利申請公開No.H3-138559公開了一種包括中空圓柱形加熱體的氣體傳感器元件。在加熱體的外表面中，形成凹槽以便經由通孔與形成在加熱體中的中空空間連通。固體電解質層形成在加熱體的外表面上，以便跨越凹槽的開口。

然而，利用上述構造，在加熱體的外表面與固體電解質層的外表面之間存在水平（或高度）差。因此，在氣體傳感器元件的燒制過程期間或當由于包含在排出氣體中的水所致的熱沖擊被施加到氣體傳感器元件的時候，由于其間的表面水平差，可能在加熱體與固體電解質層之間的邊界處發生應力集中。因此，可能造成對氣體傳感器元件的損壞，例如造成在加熱體中或在固體電解質層中發生破裂，或造成氣體傳感器元件的電極導線斷裂。

發明內容

根據示例性實施例，提供一種氣體傳感器元件，該氣體傳感器元件包括基體、至少一個固體電解質部分和一對電極?；w具有有底的管狀形狀并且由電絕緣陶瓷材料制成?；w具有側壁和底壁。該至少一個固體電解質部分形成在基體的底壁或側壁中。所述一對電極彼此相對，而該至少一個固體電解質部分插置在所述一對電極之間?；w與該至少一個固體電解質部分之間在其間的邊界處的表面水平的差小于或等于30μm。

具有這樣小的差，在氣體傳感器元件的燒制過程期間或當由于包含在測量氣體（即，將由氣體傳感器元件測量的氣體）中的水而導致的熱沖擊被施加到氣體傳感器元件的時候，可以防止在基體與固體電解質部分之間的邊界處發生應力集中。作為結果，可以防止在氣體傳感器元件中發生破裂。

而且，利用基體的有底的管狀形狀，可以將氣體傳感器元件構造為在其測量氣體側的端部不具有拐角部分。因此，可以防止在氣體傳感器元件中由于在其拐角部分處的應力集中而發生破裂。此外，也可以防止在氣體傳感器元件與其它部件的裝配期間由于其拐角部分與其它部件的碰撞而導致氣體傳感器元件被損壞。

為了更可靠地防止在氣體傳感器元件中發生破裂，在基體與至少一個固體電解質部分之間在其間的邊界處的表面水平的差優選等于或小于10μm，并且更優選地等于或小于5μm。

優選的是，基體的底壁和側壁經由其間的彎曲邊界部分相互連接。在該情況下，可以防止在基體的底壁與側壁之間的邊界部分處發生應力集中，由此更可靠地防止在氣體傳感器元件中發生破裂。