氧传感器制造技术

在氧传感器中，提供本体并且在该本体的表面上层叠多个功能层，所述功能层至少包括具有氧离子传导性的固体电解质层和其间插入该固体电解质层的一对电极层；在本体表面上层叠了功能层后进行烧制，在烧制期间从本体向功能层的外表面顺序进行本体和功能层的烧结。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及氧传感器。
技术介绍
已经提出了许多种氧传感器。1996年5月7日公布的日本专利申请第一次公开第8-114571号例示了先前提出的氧传感器。在上述日本专利申请第一次公开的氧传感器中，向本体上形成的加热器图案供电并加热，从而活化具有氧离子传导性固体电解质层并且由通过该固体电解质层彼此相对布置的一对电极之间的电势差检测氧浓度。在如上所述的这种氧传感器中，检测元件通常以作为功能层的多层形式层叠，例如固体电解质层、电极层、绝缘层和保护层，并且通过烧制(或者称作烧成)层叠的功能层来形成。
技术实现思路
但是，在
技术介绍
中描述的先前提出的氧传感器中，根据功能层中包括的每层材料的设置，在烧制期间通常存在在烧制期间从外层(检测元件外表面)进行烧结的情况。在此情况中，在上述先前提出的氧传感器中，在内侧(本体侧)的(一个或多个)层内存在应力，每层之间的结合状态变得不稳定并且在功能层的每层内可能产生裂纹。因此，本专利技术的目的是提供一种能够抑制检测元件的内部残余应力随着烧制而发展的氧传感器及其制造方法。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种氧传感器，其包括本体和层叠在该本体表面上的多个功能层，该功能层至少包括具有氧离子传导性的固体电解质层和其间插入该固体电解质层的一对电极层，在本体表面上层叠了功能层后进行烧制，在烧制期间，从本体向功能层的外表面顺序进行本体和功能层的烧结。为了实现上述目的，根据本专利技术的另一个方面，提供了氧传感器的制造方法，其包括提供本体；提供层叠在该本体表面上的多个功能层，该功能层至少包括具有氧离子传导性的固体电解质层和其间插入该固体电解质层的一对电极层；以及，在本体表面上层叠了功能层后进行烧制，在烧制期间从本体向功能层的外表面顺序进行本体和功能层的烧结。本专利技术的内容不必描述所有必需的特征，从而本专利技术也可以是这些描述特征的次级组合。附图说明图1是沿着根据本专利技术优选实施方案中的氧传感器的轴向切开的剖视图。图2是沿着图1中的线A-A切开的图1中所示氧传感器的检测元件的剖视图。图3是代表在图1和2所示实施方案中，在氧传感器的检测元件的烧制期间，芯棒、固体电解质层和致密层的温度(℃横轴)和体积收缩量(％纵轴)之间关系的特征图。具体实施例方式为了便于本专利技术的更好理解，下文将参考附图。根据本专利技术的氧传感器的实施方案可适用于用来检测空-燃比并且配备在配备了内燃机的汽车的排气管中的氧传感器。下文将解释根据本专利技术的优选实施方案中的氧传感器的大致结构。图1表示了优选实施方案中的氧传感器的剖视图(沿着氧传感器的轴向切开的剖视图)。在固定件4中形成圆柱形元件插入孔3并且将圆柱棒形检测元件2安装并且插入该元件插入孔3中。检测元件2穿过元件插入孔3并且从固定件4的轴向两端面露出。在固定件4轴向的一端侧形成氧测量段2b并且在固定件4轴向的另一端侧形成电极2a。将氧测量段2b插在通过焊接或填隙固定到固定件4上的双管结构和圆柱形结构的双重(内和外)保护装置9A、9B内。在内侧或外侧保护装置9A、9B上形成用于气体循环目的的循环孔9a、9b(圆孔)。检测气体借助循环孔9a、9b进入双重保护装置9A、9B内并且到达氧测量段2b的周围。另一方面，在元件插入孔3的电极2a附近形成直径扩大段10。因此，安装在直径扩大段10上的密封段5用来维持元件插入孔3和检测元件2之间间隙的气密性。具体地说，在直径扩大段10中填充陶瓷粉12(例如未烧结的(没有烧结)滑石等)并且使用衬垫13(例如垫圈)压向密封段5的深处，从而填满元件插入孔3和检测元件2之间的间隙。将用于端部维护的罩式(带底的)圆柱形式的绝缘体7固定到检测元件2的电极2a上。安装圆柱形外壳8以覆盖绝缘体7的外围并具有预定的间隙。通过整体外围激光焊接将该外壳8固定到固定件4的外围上。这种激光焊接保证了外壳8和固定件4的间隙中的气密性。另外，在对着氧测量段2b的外壳8的末段安装大概圆柱形的密封橡胶16。多根(例如四根)导线17穿过该密封橡胶16并且露到外面。通过外壳8和该密封橡胶16之间的填隙段8a将该密封橡胶16固定到外壳8。可以保证密封橡胶16和导线17之间以及密封橡胶16和外壳8之间的气密性。需要注意的是，举例来说，将含氟橡胶或者具有高耐热性的材料用于密封橡胶是优选的。接线端(terminals)6与每根导线17的内侧接线端连接。将这些接线端6保持在接线端保持绝缘体7上。每个接线端6由弹性体构成。每个接线端6高的弹性模量使相应的接线端6与在检测元件2的表面上形成的各电极2a稳固接触并且在该部分实现了更稳固的电传导。上面已经描述了整个氧传感器1的结构。通过将固定件4的螺纹段4b插入排气管30的螺纹孔31中，将氧传感器1固定到排气管30上，并且布置成由双重保护装置9A、9B包围的段在排气管30内突出。氧传感器1和排气管30之间使用垫圈密封。通过在密封段5、密封橡胶16之间插入接合部分并且在固定件4和外壳8之间插入接合部分，将在氧传感器1内部形成的内部空间15固定到排气管30中。保证与氧传感器1外部的气密性。注意导线17内部的极小间隙(例如芯线和涂层之间的间隙)提供了与氧传感器1外侧的连通。在上述氧传感器1中，当使排气管30内部流动的检测气体通过双重保护装置9A、9B的循环孔9a、9b流入氧传感器1的内部时，使检测气体内的氧在氧测量段2b的内部流动。此时，通过氧测量段2b检测检测气体的氧浓度并且将氧浓度转化成代表该氧浓度的电信号。然后，借助电极2a、接线端6和导线17将关于该电信号的信息输出到外部。接着，下面将描述氧测量段2b的结构。图2表示了检测元件2的横向剖视图(沿着图1中的线A-A切开的剖视图)。检测元件2大致包括作为本体的芯棒22、在该芯棒22的外围表面的预定区域(在大致半周上的区域)上形成的作为加热器层加热器图案23、覆盖该加热器图案23的加热器绝缘层24、在芯棒22的外围表面22a上与加热器图案23相对的位置处形成的具有氧离子传导性的固体电解质层25、在固体电解质层25的内表面处形成的作为电极层的内电极(参比电极)26、在固体电解质层25的外表面上形成的作为电极层的外电极(检测电极)26、位于固体电解质层25的内表面和外电极27的外表面之间的松弛层28、在固体电解质层25的外表面和外电极27上形成的致密层29、完全覆盖加热器绝缘层24的外表面的的印刷保护层20A、以及覆盖印刷保护层20A整个外表面区域的尖晶石保护层20B。通过在芯棒22上层叠每层功能层(加热器图案23、加热器绝缘层24、固体电解质层25、内(一个)电极26、外(另一个)电极27、松弛层28、致密层29、印刷保护层20A和尖晶石保护层20B)，然后烧制(烧成)这些功能层和芯棒来形成检测元件2。通过陶瓷材料，例如绝缘材料氧化铝以具有实心或空心部分的圆柱形状形成芯棒22。加热器图案23由可生热的导电材料，例如钨或铂形成。该加热器图案23与四根导线17中的两根电连接(参照图1)。外部电源借助这些导线17给加热器图案23供应电力，从而特别是加热器段23a由加热器图案23中产生热量，使得固体电解质层25的温度升高并且活化。加热器绝缘层24由绝缘材料形成并且保证了加热器图案23的电绝缘。举例来说，通过混合预定本文档来自技高网...

【技术保护点】
氧传感器，其包括：本体；及层叠在该本体表面上的多个功能层，该功能层至少包括具有氧离子传导性的固体电解质层和其间插入该固体电解质层的一对电极层，在本体表面上层叠了功能层后进行烧制，在烧制期间，从本体向功能层的外表面顺序进行本体和功能层的烧结。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：一柳太，森启治，川岛正己，内川晶，堺祥一，塚田正夫，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]