氧气传感器元件和氧气传感器制造技术

本发明专利技术公开一种氧气传感器元件1，包括：内部设置有参考气体室13的杯状的固体电解质主体10；与被测量的气体接触的测量电极11；以及参考电极12。加热器2设置在参考气体室13内部。测量电极11形成为围绕固体电解质主体10的尖端部分100的外表面101。参考电极12形成在测量电极相对区域102a中，该测量电极相对区域102a是在固体电解质主体10的内表面上与测量电极11相对的区域，并且在所述参考电极12和所述测量电极11之间具有所述固体电解质主体10。测量电极11的面积S1和所述参考电极12的面积S2满足关系0.010≤S2/S1＜0.723。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及设置在用于车辆内燃机等中的燃烧控制的氧气传感器中的氧气传感器元件，以及包括该氧气传感器元件的氧气传感器。
技术介绍
氧气传感器用于车辆内燃机等中的燃烧控制。作为设置在氧气传感器中的氧气传感器元件，具有以下配置的氧气传感器元件是已知的。在该氧气传感器元件中，具有闭合尖端和开放基端并且其内部设置有参考气体室的杯状固体电解质主体用作分隔壁。测量电极设置在该固体电解质主体的外表面上，并且参考电极设置在其内表面上。加热器设置为插入在固体电解质主体内的参考气体室中。在该氧气传感器元件中，测量电极暴露于排放气体，并且参考电极暴露于用作参考的大气。基于由于大气和排放气体之间的氧气浓度差而在两个电极之间生成的电压来测量氧气浓度。在该氧气传感器元件中，诸如钼等贵金属材料用作电极(测量电极和参考电极) 材料。通过贵金属元素的催化反应来实现传感器输出。诸如钼的贵金属材料是昂贵的。因此，为了降低制造成本，降低所使用的贵金属材料的量是必不可少的问题。例如，美国专利公开No. 2003/0196596A1 (相对应的日本未审查专利公开 No. 2003-80153)公开一种用于在电子部件的表面上施加电极的薄的活性(active)膜等的活性液体施加器。美国专利公开No. 2006/0228495A1 (相对应的日本未审查专利公开 No. 2006-292759)公开一种用于制造排放气体传感器的方法。在两种技术中，能够取消过量的电极材料，诸如贵金属。此外，美国专利No. 6，354，134(相对应的日本未审查专利公开No. H11-153571) 公开一种氧气传感器元件，其中测量电极仅形成在氧气传感器元件中变为高温的尖端部分 (探测部分)上，并且参考电极形成在与测量电极相对的位置，二者之间具有固体电解质主体。因此，减小了电极的形成面积，从而减少了所使用的电极材料的量以及氧气传感器元件的制造成本。在该氧气传感器元件中，在元件温度改变时，传感器输出改变。因此，为了稳定传感器输出，需要控制氧气传感器元件的温度。通常，通过监测元件电阻，利用固体电解质主体的阻抗具有与温度一一对应关系的特性(氧气传感器元件的电阻的温度特性)，来确定元件温度。由于元件温度被调节为使得将元件电阻保持在恒定范围内，因此氧气传感器元件的温度被控制在恒定范围内。近年来，考虑到改善燃料效率和催化净化，一直需要氧气传感器元件能够在550°C 或者更高的高温环境中使用。因此，期望在高温环境中具有最小温度变化的氧气传感器元件。然而，在上述美国专利公开No. 6，3M，134中公开的氧气传感器元件中，与温度相关的阻抗变化倾向于在阳01或者更高的高温环境中很小。而且，在典型的氧气传感器元件中，不能增加分隔壁的厚度以缩短活性时间，与温度相关的阻抗变化尤其是在550°c或者更高的高温环境中很小。因此，无法以高精度控制氧气传感器元件的温度。在氧气传感器元件的温度变化增加时出现问题。
技术实现思路
本专利技术已实现用于解决上述问题。本专利技术的目的在于提供一种能够以较高精度控制元件温度并且通过降低电极材料来降低成本的氧气传感器元件。根据本专利技术的一个方面，提供一种氧气传感器元件，包括具有闭合尖端和开放基端的杯状的固体电解质主体并且该固体电解质主体的内部设置有参考气体室；形成在固体电解质主体的外表面上并且与被测量的气体接触的测量电极；以及形成在固体电解质主体的内表面上的参考电极。加热器设置为插入在参考气体室中。在该氧气传感器元件中，测量电极形成为围绕固体电解质主体的尖端部分中的外表面。参考电极形成在测量电极相对区域中，该测量电极相对区域是在固体电解质主体的内表面上与测量电极相对的区域，并且在参考电极和测量电极之间具有固体电解质主体。测量电极的面积Si和参考电极的面积 S2 满足关系 0. 010 ( S2/S1 < 0. 723。本专利技术的专利技术人发现通过将参考电极的面积S2相对于测量电极的面积Sl减小预定范围，能够增加固体电解质主体的阻抗相对于氧气传感器元件的温度的梯度(因此以下将其称为“温度梯度”)。在固体电解质主体的温度梯度按照这种方式增加时，通过探测阻抗能够更加精确地确定氧气传感器元件的温度。因此，在第一专利技术中，通过以更高精度将氧气传感器元件的温度控制到期望温度，能够实现稳定的传感器输出。此夕卜，由于参考电极的面积S2相对于测量电极的面积Sl减小预定范围，因此与测量电极的面积Si被固定并且参考电极形成在整个测量电极相对区域中时相比较，能够减小参考电极的电极形成面积。因此，在第一专利技术中，能够降低包含诸如钼的贵金属的电极材料的使用量，从而降低成本。根据本专利技术的另一方面，提供一种氧气传感器元件，包括具有闭合尖端和开放基端的杯状的固体电解质主体并且该固体电解质主体的内部设置有参考气体室；形成在固体电解质主体的外表面上并且与被测量的气体接触的测量电极；以及形成在固体电解质主体的内表面上的参考电极。加热器设置为插入在参考气体室中。在氧气传感器元件中，参考电极形成为围绕固体电解质主体的尖端部分中的内表面。测量电极形成在参考电极相对区域中，该参考电极相对区域是固体电解质主体的外表面上与参考电极相对的区域，并且在测量电极和参考电极之间具有固体电解质主体。参考电极的面积S2和测量电极的面积Sl 满足关系 0. 05 ^ S1/S2 < 1. 38。与上述第一方面相反，第二方面的重要特性在于发现，通过将测量电极的面积Sl 相对于参考电极的面积S2减小预定范围，能够增加温度梯度。与第一方面类似，由于温度梯度增加，能够通过探测阻抗来更加精确地确定氧气传感器元件的温度。因此，在第二方面中，通过以更高精度将氧气传感器元件的温度控制到期望温度，能够实现稳定的传感器输出ο此夕卜，由于测量电极的面积Sl相对于参考电极的面积S2减小预定范围，因此与参考电极的面积S2被固定并且测量电极形成在整个参考电极相对区域中时相比较，能够减小测量电极的电极形成面积。因此，在第二专利技术中，能够降低包含诸如钼的贵金属的电极材料的使用量，从而降低成本。根据本专利技术的又一方面，提供一种包括根据上面第一方面的氧气传感器元件的氧气传感器。根据本专利技术的另一方面，提供一种包括根据上面第二方面的氧气传感器元件的氧气传感器。附图说明将参照附图更加具体地描述本专利技术，在附图中图1是根据本专利技术第一实施例的氧气传感器元件的解释性图；图2是根据第一实施例的氧气传感器元件的内部结构的解释性图；图3是根据第一实施例的氧气传感器元件的内部结构的放大图；图4是根据第一实施例的氧气传感器的结构的解释性图；图5是根据第二实施例的氧气传感器元件的内部结构的解释性图；图6A是根据第二实施例的氧气传感器元件的内部结构的解释性图，并且图6B是沿着图6A中的线A-A提取的截面图；图7是根据第二实施例的氧气传感器元件的内部结构的解释性图；图8是根据第二实施例的氧气传感器元件的内部结构的放大图；图9是根据第二实施例的元件温度与元件电阻Zac之间关系的解释性图；图10是根据第三实施例的氧气传感器元件的解释性图；图11是根据第三实施例的氧气传感器元件的内部结构的解释性图；图12是根据第三实施例的氧气传感器元件的内部结构的放大图；图13是根据第四实施例的氧气传感器元件的解释性图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氧气传感器元件，包括：杯状的固体电解质主体，该杯状的固体电解质主体具有闭合尖端和开放基端并且在该固体电解质主体的内部设置有参考气体室；测量电极，该测量电极形成在所述固体电解质主体的外表面上并且与被测量的气体接触；以及参考电极，该参考电极形成在所述固体电解质主体的内表面上，其中加热器被设置在所述参考气体室内部，其中所述测量电极形成为围绕所述固体电解质主体的尖端部分的所述外表面，所述参考电极形成在测量电极相对区域中，所述测量电极相对区域是所述固体电解质主体的所述内表面上与所述测量电极相对的区域，并且在所述参考电极和所述测量电极之间具有所述固体电解质主体，所述测量电极的面积Ｓ１和所述参考电极的面积Ｓ２满足关系０．０１０≤Ｓ２／Ｓ１＜０．７２３。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：三上崇雄，佐藤元昭，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP