陶瓷加热器制造技术

提出了一种陶瓷加热器，其安装在气体传感器内以将传感元件加热升高至预定的激活温度。该陶瓷加热器包括一对形成在陶瓷本体上的电导体。每个电导体装有一个端子。为了将电能供应至导体，引线被结合至所述端子。密封部将引线和端子之间的结合部密封地覆盖，因而使其的腐蚀最小化以避免端子和引线之间的脱落。这改进了陶瓷加热器的耐久性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及内置于气体传感器内的陶瓷加热器的改进密封，该气体传感器可用来测量来自汽车发动机废气中特定成分的浓度。
技术介绍
图7示出了一种气体传感器的典型例子，该气体传感器被设计成用来测量来自汽车发动机废气中某一成分的浓度。气体传感器60具有安装在其内的陶瓷加热器9，该陶瓷加热器9用来将传感元件65加热升高至预定的激活温度。如图8和9所示，陶瓷加热器9包括陶瓷加热器本体92、按特定的模式形成在加热器本体92上和内的一对导体93、以及引线941。导体93装有端子931。各引线941分别地经过钎焊金属91被结合至端子931，用来将电能供应至导体93。例如，日本专利申请公开文献No.11-292649(美国专利No.6,118,110和6,121,590)公开了此类型的陶瓷加热器。参看回图7，气体传感器60还包括将传感元件65保持在其内的空心圆柱壳体68。陶瓷加热器9安置在传感元件65的内侧。传感元件65在其顶端的外表面处暴露给允许废气进入的气体室610，传感元件65在其内表面处暴露给允许大气进入的空气室620。陶瓷加热器9在端子931处暴露给空气室620。为了避免废气泄漏进入空气室620，密封材料631安置在传感元件65和壳体68之间来确保它们之间的气密性密封。然而，近年来，为了适应变严格的废气控制法律要求，汽车发动机废气的温度被提高，因而导致了陶瓷加热器9的密封材料631上热负载的增加，这使得壳体68和传感元件65之间气密性程度降低。这造成了废气泄漏进入空气室620以至包含在废气中诸如氧化氮的导致腐蚀物质到达陶瓷加热器9的端子931。另外，包含在废气中的湿气可附着至陶瓷加热器9或在发动机停机时冷凝，因而导致了端子931和引线941的结合部913的腐蚀，并且在最差的情况下中断它们之间的连接。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个主要目的是避免现有技术的缺点。本专利技术的另一个目的是提出一种陶瓷加热器的密封结构，其被设计成用来改进陶瓷加热器的耐久性。根据本专利技术一个方面，提出了一种陶瓷加热器，其被用来将气体传感器的传感元件加热升高至预定的激活温度。陶瓷加热器包括(a)陶瓷本体；(b)形成在所述陶瓷本体上的一对电导体，每个所述导体装有一个端子；(c)与所述导体的端子结合的引线，其被用来将电能供应至所述导体；和(d)密封部，其密封地覆盖了所述引线和所述导体的端子之间的结合部。密封部的使用避免了引线和端子的结合部与包含在气体传感器所测量气体中的致腐蚀物质或湿气的直接接触，还避免了电解质的形成，该电解质产生自生产陶瓷加热器期间致腐蚀物质粘附至结合部。这避免了结合部的腐蚀并且，在最坏情况下，引线从端子的物理性脱离。在本专利技术优选实施方式中，密封覆盖了导体的端子的整体以改进避免结合部的腐蚀。在气体传感器的操作温度高或使用在高温环境的情况中，为了抵抗高温，密封部可由玻璃制成。玻璃可被结晶化或被非结晶化。在气体传感器的操作温度较低情况下，密封部可选地由树脂制成。为了在使用陶瓷加热器期间减小加热器本体和密封部之间热膨胀的差异以避免密封部内的裂缝，密封部的热膨胀系数位于加热器本体的热膨胀系数优选±15×10-7/℃、并且更优选±10×10-7/℃的范围内。例如，当加热器本体由氧化铝(Al2O3)制成并且具有60×10-7/℃热膨胀系数时，密封部优选地具有45-75×10-7/℃的热膨胀系数并且更加优选地50-70×10-7/℃的热膨胀系数。可选地，当加热器本体由氮化硅(Si3N4)制成并且具有25×10-7/℃的热膨胀系数时，密封部优选地具有10-40×10-7/℃的热膨胀系数并且更加优选地为15-35×10-7/℃。密封部可具有400℃或以上的玻璃态转化温度并且具有900℃或以下的熔接温度，因而确保了密封部的耐久性并确保了端子和引线的结合部的气密性和液密性密封部而无任何负面影响。特别地，气体传感器的最大操作温度为大约400℃。因此，只要密封部的玻璃态转化温度为400℃或以上，则在使用气体传感器期间将保持密封部为固体状态。当密封部的熔接温度超过900℃时，可造成端子和引线之间的结合部熔化，并且还导致端子和加热器本体之间结合强度的降低。密封部的热膨胀系数位于引线的热膨胀系数优选±15×10-7/℃、并且更优选±10×10-7/℃的范围内，因而减小在使用陶瓷加热器期间引线和密封部之间热膨胀的差异以避免密封部内的裂缝。引线可由42合金和科瓦合金之一制成。在这种情况下，可以使引线的热膨胀系数接近于密封部的热膨胀系数，这样做是为了在使用加热器期间减小引线和密封部之间热膨胀的差异以使密封部与引线界面上的裂缝最小化。陶瓷加热器可以还包括将所述密封部保持在其内的保持器，以将所述密封部的外形保持在预定的形状下。所述保持器可由氧化铝或多铝红柱石制成。附图说明通过以下所给出的详细说明以及本专利技术优选实施方式的附图，将更加全面理解本专利技术；然而，本专利技术优选实施方式并不将本专利技术局限于此，而仅仅是出于解释和理解的目的。在各附图中图1是说明了根据本专利技术第一实施例的陶瓷加热器的俯视图；图2是沿图1中的线A-A的局部横剖视图，其说明了图1陶瓷加热器中的引线和端子之间结合部的密封结构；图3是沿图2中的线B-B的局部纵向剖视图，其说明了图1陶瓷加热器中的引线和端子之间结合部的密封结构；图4是纵向剖视图，其说明了装备有图1至3传感元件的气体传感器；图5是局部横剖视图，其说明了据本专利技术第二实施例陶瓷加热器中的引线和端子之间结合部的密封结构；图6是局部纵向剖视图，其说明了第二实施例陶瓷加热器中的引线和端子之间结合部的密封结构； 图7是纵向剖视图，其说明了装备有传统陶瓷加热器的气体传感器；图8是俯视图，其说明了设置在图7气体传感器内的陶瓷加热器；并且图9是局部横剖视图，其说明了图8加热器的端子和引线之间的结合部。具体实施例方式参看附图，其中在几个图中类似的部分用类似的附图标记指示，尤其参看图1、2和3，它们示出了根据本专利技术第一实施例的陶瓷加热器1，其被设置在如图4所示的气体传感器内，该气体传感器被设计成用来测量汽车发动机废气中特定成分的浓度。陶瓷加热器1基本上由杆形的陶瓷加热器本体2和装备有端子31的一对加热器导体3组成，所述端子31被安装至加热器本体2的一个端部。为了将电能供应至加热器导体3，引线41经过结合部13被连接至端子31。结合部13由玻璃密封部5所覆盖。如图1至3所示，玻璃密封部5覆盖着端子31的整体。玻璃密封部5的热膨胀系数位于加热器本体2的热膨胀系数±15×10-7/℃、优选±10×10-7/℃的范围内。例如，当加热器本体2由氧化铝(Al2O3)制成并且具有60×10-7/℃的热膨胀系数时，玻璃密封部5优选地具有45-75×10-7/℃的热膨胀系数，并且更加优选地为50-70×10-7/℃。可选地，当加热器本体2由氮化硅(Si3N4)制成并且具有25×10-7/℃的热膨胀系数时，玻璃密封部5优选地具有10-40×10-7/℃的热膨胀系数，并且更加优选地为15-35×10-7/℃。玻璃密封部5具有400℃或以上的玻璃态转化温度，并且具有900℃或以下的熔接温度。正如图2所清楚示出，每一个引线41通过钎焊金属11被焊接至端子31中的一个。引线41可按其他任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用在气体传感器内的陶瓷加热器，其包括：陶瓷本体；形成在所述陶瓷本体上的一对电导体，每个所述导体装有一个端子；与所述导体的端子结合的引线，其被用来将电能供应至所述导体；密封部，其密封地覆盖了所述引线和所述导 体的端子之间的结合部。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高村钢三，白井诚，深谷贤治，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP[日本]