氣體傳感器、其接觸構件及其保持構件的製作方法
2023-06-21 09:45:01 4
氣體傳感器、其接觸構件及其保持構件的製作方法
【專利摘要】本發明目的在於提供一種能夠穩定地實施以下功能的氣體傳感器，即：利用接觸構件來保持傳感器元件，並確保傳感器元件和接觸構件之間的電導通。一種氣體傳感器，其具備：傳感器元件；接觸構件，其通過在插入口中插嵌保持傳感器元件來實現與傳感器元件之間的電連接。其中，所述接觸構件具備用於保持傳感器元件的多個保持構件，該用於保持傳感器元件的多個保持構件分別具有與所述傳感器元件相接觸的多個抵接部。多個抵接部中的至少一部分為具有線狀或點狀頂端部分的第一抵接部。第一抵接部的頂端部分是與傳感器元件進行點接觸或線接觸的同時對傳感器元件施加彈性力的自由端部。
【專利說明】氣體傳感器、其接觸構件及其保持構件
[0001]本申請是申請公布號CN102597758A的原申請的分案申請，原申請的申請日為2010年10月I日，申請號為201080050167.9，發明名稱為「氣體傳感器，氣體傳感器接觸構件，以及氣體傳感器接觸構件用傳感器元件保持構件」。
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種用傳感器元件來測定被測定氣體中規定氣體成分濃度的氣體傳感器，特別涉及一種將傳感器元件保持固定在接觸構件的技術。
【背景技術】
[0003]現有技術中，為了得知被測定氣體中期望的氣體成分的濃度，使用各種測定裝置。例如，作為測定燃燒氣體等被測定氣體中的NOx濃度的裝置，公知的有具有如下傳感器元件的氣體傳感器(NOx傳感器)，即:在氧化鋯(ZrO2)等具有氧離子傳導性的固體電解質層上形成Pt電極和Rh電極的傳感器元件(例如，參照特開2006-284223號公報(專利文獻I))。
[0004]為了施加電壓、獲取檢測信號、以及向加熱器部供應電力，這種氣體傳感器的傳感器元件通常在表面具有多個電極端子。另外，氣體傳感器具有使傳感器元件插嵌保持且備有殼體的接觸構件。接觸構件具備由金屬端子構成的多個保持構件、與保持構件連接且實現傳感器元件和外部之間的電導通的多個導線、用於插入傳感器元件的插入口。氣體傳感器中，在傳感器元件插入在插入口的狀態下，接觸構件保持傳感器元件以使保持構件和電極端子接觸，由此實現傳感器元件和外部之間電導通。例如，已經公開如下結構的氣體傳感器:在保持構件上作為傳感器元件和電極端子的接觸部設置，在插有傳感器元件狀態下朝向電極端子那一側的多個凸部，通過從外側施加作用力(接觸構件的緊固)使該凸部產生彈性變形，從而保持傳感器元件並確保導通(例如，參照特開2002-168824號公報(專利文獻 2))。
[0005]在特開2002-168824號公報(專利文獻2)公開的方案中，當保持傳感器元件並確保電導通時，與來自外部的作用力相伴，成為與電極端子之間接觸部的凸部的彈性變形以如下方式產生:與非接觸時相比與電極端子之間的接觸面積增大。此時，因接觸面積變得越大接觸部的面壓則越減少以及在接觸部形成絕緣體膜等問題，具有易引起接點不良的問題。另外，該凸部原本就因彈性區域(彈性變形產生的變形範圍)小，所以存在易產生塑性變形的問題。如果產生塑性變形，則接觸部的面壓變得比彈性變形時還要小，依然易產生接點不良。
【發明內容】
[0006]本發明是鑑於上述課題而提出的，其目的在於提供一種能夠穩定地實施以下功能的氣體傳感器，即:利用接觸構件來保持傳感器元件，並確保傳感器元件和接觸構件之間的電導通。[0007]為解決上述課題，本發明的第一方案以如下方式設置。一種氣體傳感器，其具備:傳感器元件；接觸構件，其通過在插入口中插嵌保持所述傳感器元件來實現與所述傳感器元件之間的電連接。其中，所述接觸構件具備用於保持傳感器元件的多個保持構件，所述用於保持傳感器元件的多個保持構件分別具有與所述傳感器元件相接觸的多個抵接部。所述多個抵接部中的至少一部分為具有線狀或點狀的頂端部分的第一抵接部。所述第一抵接部的所述頂端部分是與所述傳感器元件進行點接觸或線接觸的同時對所述傳感器元件施加彈性力的自由端部。
[0008]本發明的第二方案基於第一方案的氣體傳感器以如下方式設置。所述用於保持傳感器元件的保持構件具有導電性，所述第一抵接部是所述多個抵接部中的一部分，將所述第一抵接部作為接點使所述用於保持傳感器元件的保持構件與所述傳感器元件進行電導通。
[0009]本發明的第三方案基於第二方案的氣體傳感器以如下方式設置。所述多個抵接部是兩個抵接部，作為所述兩個抵接部中的一個的所述第一抵接部位於比作為另一個的第二抵接部更靠所述插入口裡側的位置。
[0010]本發明的第四方案以如下方式設置。一種氣體傳感器接觸構件，其通過將氣體傳感器用傳感器元件插嵌保持在插入口來實現與所述傳感器元件之間的電連接。其中，所述接觸構件具備用於保持傳感器元件的多個保持構件，所述用於保持傳感器元件的多個保持構件分別具有與所述傳感器元件相接觸的多個抵接部。所述多個抵接部中的至少一部分為具有線狀或點狀的頂端部分的第一抵接部。所述第一抵接部的所述頂端部分是，在所述傳感器元件已被插嵌保持於所述插入口的狀態下、與所述傳感器元件進行點接觸或線接觸的同時對所述傳感器元件施加彈性力的自由端部。
[0011]本發明的第五方案基於第四方案的接觸構件以如下方式設置。所述用於保持傳感器元件的保持構件具有導電性，所述第一抵接部是所述多個抵接部中的一部分，在所述傳感器元件已被插嵌保持於所述插入口的狀態下，所述第一抵接部成為使所述用於保持傳感器元件的保持構件和所述傳感器元件進行電導通的接點。
[0012]本發明的第六方案基於第五方案的接觸構件以如下方式設置。所述多個抵接部是兩個抵接部，作為所述兩個抵接部中的一個的所述第一抵接部位於比作為另一個的第二抵接部更靠所述插入口裡側的位置。
[0013]本發明的第七方案以如下方式設置。一種氣體傳感器接觸構件用傳感器元件保持構件，其用於具有插入口的接觸構件，所述插入口用於插嵌保持氣體傳感器用傳感器元件。其中，所述保持構件具有與所述傳感器元件相接觸的多個抵接部。所述多個抵接部中的至少一部分為具有線狀或點狀的頂端部分的第一抵接部。所述第一抵接部的所述頂端部分是，在所述傳感器元件已被插嵌保持於所述插入口的狀態下、與所述傳感器元件進行點接觸或線接觸的同時對所述傳感器元件施加彈性力的自由端部。
[0014]根據本發明的第一至第七方案，能夠通過接觸構件來更穩定地保持傳感器元件。
[0015]特別地，根據本發明的第二、第三、第五以及第六方案，能夠更穩定地實現傳感器元件與氣體傳感器所具有的電極端子之間的導通。
【專利附圖】
【附圖說明】[0016]圖1是表示組裝氣體傳感器100時模樣的圖。
[0017]圖2是表示傳感器元件I外形的立體圖。
[0018]圖3是表示從插入口 23側看到的接觸構件20的圖。
[0019]圖4是將第一實施方案的保持構件21的俯視圖和側面圖相對應地表示的圖。
[0020]圖5是表示在組裝有保持構件21的接觸構件20的插入口 23上插入有傳感器元件I的狀態的部分側剖面圖。
[0021]圖6是將保持構件21的抵接部34和傳感器元件I之間的接觸狀態，與現有氣體傳感器所具備的保持構件相比較而表示的側剖面圖。
[0022]圖7是第二實施方案的保持構件121的俯視圖。
[0023]圖8第三實施方案的保持構件221的側面圖。
[0024]圖9是表示變形例保持構件321的抵接部334和傳感器元件I之間接觸狀態的側剖面圖。
【具體實施方式】
[0025]
[0026]首先，對將在以後詳細說明的本發明各實施方案中所通用的氣體傳感器100進行說明。
[0027]氣體傳感器100對作為測定對象的氣體(被測定氣體)中的規定氣體成分(對象氣體成分)進行檢測，進而測定其濃度。圖1是表示氣體傳感器100組裝時模樣的圖。圖1(a)表示組裝之前的模樣。圖1(b)表示組裝之後的模樣。
[0028]氣體傳感器100具有其氣體傳感器主體10和接觸構件20 —體化的結構。氣體傳感器主體10具備作為氣體檢測部的傳感器元件I和容納傳感器元件I的容納構件2。一方面，接觸構件20主要具備:用於保持傳感器元件的多個保持構件(以下，簡稱為保持構件)21、與該保持構件21連接的導線22、利用保持構件21將傳感器元件I插嵌保持在插入口 23的殼體24。
[0029]如圖1 (b)所示，向接觸構件20所具備的殼體24的插入口 23插入氣體傳感器主體10所具備的傳感器元件1，且在殼體24上介由保持構件21保持傳感器元件1，由此實現氣體傳感器100的一體化。本實施方案中,將如上所述那樣的氣體傳感器本體10和接觸構件20 —體化而得到氣體傳感器100稱為「組裝氣體傳感器100」，並且將用於實現這些一連的處理動作稱為「氣體傳感器100的組裝」。
[0030]圖2是表示傳感器元件I的外形的立體圖。傳感器元件I具有分別由氧化鋯(ZrO2)等氧離子傳導性的固體電解質構成的多層積層的結構。另外，為了施加電壓、獲取檢測信號和向加熱器部供應電力，傳感器元件I的表面和背面具備多個電極端子la。並且，在圖2中圖示了一面設有四個電極端子Ia的傳感器元件I (省略背面側的電極端子Ia的圖示)，但這始終屬於例示，電極端子Ia的數量可以根據傳感器元件I的結構而適當地決定。另外，傳感器元件I在設有電極端子Ia側的頂端面I s具有導入基準氣體的氣體導入口 3，另一端部具備未圖示的被測定氣體導入口。
[0031]傳感器元件I由以下方式製造，例如，對對應各層的陶瓷生片進行規定的加工或電極和布線圖形印刷等，之後對這些進行積層並以規定大小進行切割，對得到的層壓體進行燒制。氣體傳感器100中，向傳感器元件I導入被測定氣體時，電流在內部設有的規定電極之間流動,該電流與被測定氣體中的對象氣體成分的存在量相對應,據此檢測對象氣體成分。
[0032]圖3是表示從插入口 23側看到的接觸構件20的圖。如圖3所示，殼體24由相互對置的一對殼體構件24a構成。這些殼體構件24a具有大致相同的剖面形狀，並且相互分開而設置，以使在兩者之間能夠形成成為插入口 23的剖視呈矩形的空間。換言之，各殼體構件24a是在內部具有空間、並且具有將剖視呈矩形的殼體分割成兩分的形狀的構件。另夕卜，各殼體構件24a以如下方式構成:通過受到從插入口 23的內部側向圖面的上下方向的外力，使其頂端部附近(插入口 23端部附近)在規定範圍內向上或向下偏移。在氣體傳感器100的組裝前的狀態中，在兩個殼體構件24a端部設有間隙24b。
[0033]而且，接觸構件20還具備:由金屬材料構成且以筒狀形成的固定金屬件25 ;當固定傳感器兀件I時，對固定金屬件25施加向傳感器兀件I側的作用力的壓簧26 ;通過加緊外周使壓簧26壓縮變形的加緊環27 ；以將導線22氣密地插通於其內部的狀態形成的索環28(圖1)。此處，固定金屬件25也可是筒狀之外的四邊形等多邊形。
[0034]在傳感器元件I插入殼體24的插入口 23的狀態下加緊環27被加緊，由此變形的壓簧26對固定金屬件25施加作用力，固定金屬件25在圖3的上下方向上被壓縮變形。由此殼體24的插入口 23的間隔變窄，從而實現上下殼體構件24a所具備的保持構件21分別對傳感器元件I施加作用力的同時保持傳感器元件I的狀態。換言之，這樣的狀態就是傳感器元件I在兩個方向上被設在兩個殼體構件24a的多對保持構件21挾持的狀態。由此，實現傳感器元件I被接觸構件20保持固定的狀態。另外，此時，由於保持構件21和電極端子Ia相接觸，因此通過與保持構件21連接的導線22實現傳感器元件I與外部之間的電導通。
[0035]
[0036]以下，依次說明本發明氣體傳感器中作為特徵性構成要素的保持構件的、詳細結構和利用保持構件的傳感器元件的保持狀態以及保持構件與電極端子之間的接觸狀態的、各種實施方案進行說明。
[0037]圖4是將第一實施方案的保持構件21的俯視圖與側面圖相對應地表示的圖。圖5是表示在組裝有保持構件21的接觸構件20的插入口 23上插入傳感器元件I的狀態的部分側剖面圖。此外，圖5中雖表示通過上下一對保持構件21的剖面，但實際上，接觸構件20具有多對保持構件21。例如，如圖3所示，上下殼體構件24a上各4個，也就是將具有上下4對保持構件21作為一例。在以下說明中相當於這些全部保持構件21。
[0038]保持構件21沿著圖4和圖5中向圖面左右方向延伸的長尺寸薄板狀(也可以說是帶狀)基部30具有第一掛止部31、第二掛止部32、壓接部33、抵接部34。保持構件21通過對導電性金屬薄板進行衝壓和彎曲加工來製得。例如，能夠通過已鍍Ni的SUS等來製作。
[0039]第一掛止部31與第二掛止部32都具有組裝接觸構件20時將保持構件21固定在殼體構件24a的功能。第一掛止部31是位於保持構件21的一側端部(圖4和圖5中為左端部)的、且從基部30連續的側視大致呈C字型的部位。一方面，第二掛止部32是具有頂端部32a的部位，頂端部32a從基部30垂直(圖4和圖5中為上下方向)突出且以側視大致呈U字型彎曲。
[0040]組裝接觸構件20時，如圖5所示，第一掛止部31掛止在位於殼體構件24a —側端部(圖5的左端部)的第一被掛止部241上。為此,第一掛止部31和第一被掛止部241以能夠良好地保持該掛止狀態的方式制定相互形狀。即，第一掛止部31被加工成具有沿第一被掛止部241側剖面形狀的形狀。此外，如圖5所示的殼體構件24a中，第一被掛止部241形成為側剖視呈突起狀，但這不是必須的。代替於此，可以將殼體構件24a端部整體作為第一被掛止部241並將第一掛止部31掛止於該端部。
[0041]一方面，如圖5所示，從殼體構件24a的一側面側插嵌第二掛止部32，頂端部32a利用其彈性力對設在殼體構件24a反對面側的凹部第二被掛止部242施加作用力，由此掛止於第二被掛止部242。
[0042]以上述方式第一掛止部31與第二掛止部32掛止於殼體構件24a上，由此保持構件21以基部30的抵接面30a抵接於殼體構件24a的方式固定在殼體構件24a。
[0043]壓接部33是位於保持構件21的第一掛止部31相反側端部(圖5的右端部)且用於將導線22接合固定在保持構件21的部位。壓接部33分別具有從基部30連續且垂直於基部30的平板的一對壓接板33a、33b。組裝接觸構件20時，將插通索環28的導線22的端部插入在壓接板33a、33b之間的狀態下，向壓接板33a、33b之間施加外力使壓接板33a、33b壓接於導線22，由此導線22被固定在保持構件21。
[0044]抵接部34是當傳感器元件I被保持在接觸構件20時直接與傳感器元件I接觸的部位。另外，抵接部34還能發揮在與設於傳感器元件I的電極端子Ia之間電導通的接點功能。
[0045]對抵接部34而言，將設在基部30 —部分上且俯視呈矩形的切入部分以頂端部分34e向抵接面30a的相反側突出的方式設置。即，將抵接部34的頂端部分34e設成成為自由端部的懸臂梁狀。同時，抵接部34將基部30側作為固定端，當固定傳感器元件I時對傳感器元件I施加復原力(彈性力)，起到板簧作用。此外，可以明確，雖然頂端部分34e在圖4和圖5中表示成點狀，但實際上是向與圖面垂直的方向延伸的線狀部位。
[0046]在圖4和圖5所示的情況中，一個保持構件21上設有兩個抵接部34。以下，將離插入口 23端部較遠的那側(插入口 23的裡側)抵接部34稱為第一抵接部34a，將離插入口 23端部較近的那側(插入口 23跟前側)抵接部34成為第二抵接部34b。此時，優選例為以如下方式制定的傳感器元件I的電極端子Ia的形成狀態和保持構件21的抵接部34的配置狀態，即:在兩個抵接部34中，至少使第一抵接部34a起到保持傳感器元件I的作用，而且使其在與傳感器元件I的電極端子Ia之間起到作為電導通的接點的作用。此外，進一步具有多個抵接部34也可。
[0047]圖6是將本實施方案氣體傳感器100所具備的保持構件21的抵接部34和傳感器元件I之間的接觸狀態，與現有氣體傳感器所具備的保持構件相比較而表示的側剖面圖。圖6(a)表示本實施方案的接觸狀態，圖6(b)表示使用具有凸狀抵接部1034的現有保持構件時的接觸狀態。兩個圖中均是箭頭AR左側表示插入傳感器元件I時的狀態，右側均表示固定傳感器元件I時的狀態。
[0048]本實施方案氣體傳感器100中，傳感器兀件I插入於插入口 23之後,加緊環27被加緊，由此傳感器元件I固定在殼體24。更具體而言，來自上下兩側殼體構件24a所具備的保持構件21的抵接部34的彈性力(板簧的復原力)平衡，由此傳感器元件I被保持固定。另外，如圖6(a)所示，在傳感器元件I插入之後至保持固定為止期間，抵接部34中與傳感器元件I接觸的僅為自由端部的頂端部分34e。即，在傳感器元件I被插入後保持固定期間，頂端部分34e與傳感器元件I保持大致的線接觸狀態。換言之，可以說相當於懸臂梁的自由端部的頂端部分34e根據與傳感器元件I之間的接觸狀態改變位置。
[0049]一方面，當為圖6(b)中示出的現有氣體傳感器時，在通過接受來自抵接部1034的彈性力來保持固定傳感器元件I的這一點上與本實施方案相同，即使插入傳感器元件I時抵接部1034在其頂點部1034a與傳感器元件I的表面呈線接觸的狀態，其後固定時接觸範圍變寬也變成面接觸狀態。
[0050]一般，接觸部分的面積越小作用於接觸部分的壓力(面壓)則越大，同樣地當加緊加緊環27時，本實施方案的氣體傳感器100，也能夠以與現有技術相比更高的保持力保持傳感器兀件I。
[0051]另外，根據電極端子Ia的材質，有時在電極端子Ia的與保持構件接觸的接觸部分上形成絕緣體膜，該絕緣體膜為構成電極端子Ia的金屬的表面氧化膜。如現有技術中那樣，當接觸部分的面壓小時，接觸部分容易產生位置偏移，每當接觸部分發生改變時在該部分上就會形成新的絕緣體，結果易引起接點不良。與此相比，當使用本實施方案的保持構件21時，在抵接部34能夠穩定地保持傳感器元件1，因此能夠抑制形成這樣的絕緣體。因此，通過使用本實施方案的保持構件21，與現有技術中相比更降低接點不良的產生。
[0052]另外，在本實施方案中，抵接部34僅發生向基部30側的變形，因此即使最大程度地發生變形，由於抵接部34隻不過變成與基部30平行的狀態，因此經常在彈性區域(彈性變形產生的變形範圍)範圍內發生變形。
[0053]與此相比，在圖6(b)中雖簡化了圖示，但當採用現有技術時，根據從上下方向施加在抵接部1034的力的程度，有時抵接部1034產生塑性變形。當產生塑性變形時，保持傳感器元件I的力變弱，結果易產生接點不良。
[0054]將兩者進行比較，則本實施方案的方法比現有技術中方案更穩定地保持傳感器元件1，結果在與電極端子Ia之間能夠更穩定地得到導通。
[0055]以上，如上說明的那樣，根據本實施方案，將保持構件的抵接部與傳感器元件大致以線接觸狀態接觸使其起到懸臂梁狀的板簧功能，並且利用該板簧的復原力來保持插在插入口的傳感器元件，由此能夠進一步穩定地保持傳感器元件，並且能夠更穩定地實現與電極端子之間的導通。
[0056]
[0057]圖7是第二實施方案的保持構件121的俯視圖。圖7示出的保持構件121中，抵接部134的俯視呈三角形狀的切入部分，與第一實施方案的保持構件21的抵接部34相同地起到懸臂梁狀的板簧功能。此時，在傳感器元件I被保持固定的狀態中，自由端部的頂端部分134e與傳感器元件I之間保持大致點接觸的狀態。這樣的保持構件121以比第一實施方案的保持構件21更大的面壓與傳感器元件I相接觸。因此，能夠以比第一實施方案更高的保持力來保持傳感器元件I。
[0058]
[0059]圖8是第三實施方案的保持構件221的側面圖。在圖8示出的保持構件221中，也與第一實施方案相同地具有兩個抵接部234 (第一抵接部234a和第二抵接部234b)，但是只有與傳感器元件I的電極端子Ia相接觸的第一抵接部234a與第一實施方案的抵接部34具有相同的形狀，而第二抵接部234b以凸狀形成。
[0060]即使具有這樣形狀的保持構件221，在起到與電極端子Ia之間接點作用的第一抵接部234a中，也能夠得到與第一實施方案相同的作用效果。因此，只要將第二抵接部234b以能夠對傳感器元件I的保持施加足夠彈性力的方式形成，即使使用本實施方案的保持構件221，也可能得到足夠的保持力並確保穩定的導通。
[0061]此外，在具有多於兩個抵接部234的情況中，只要在合適的位置上具有合適數量的與第一抵接部234a具有相同形狀的抵接部234和與第二抵接部234b具有相同形狀的抵接部234即可。
[0062]〈變形例〉
[0063]圖9是表示變形例保持構件321的抵接部334與傳感器元件I之間接觸狀態的側剖面圖。此外，對保持構件321所具備的與第一實施方案保持構件21相同的構成要素使用相同的附圖標記並省略其詳細說明。另外，在圖9中雖省略了圖示，但保持構件321具有與第一實施方案保持構件21相同的壓接部33。
[0064]保持構件321中的抵接部334以如下狀態設置:將設在基部30—部分上的俯視呈矩形的切入部分，以向第一實施方案保持構件21的抵接部的相反側突出。即，對抵接部334而言，在起到懸臂梁狀的板簧功能的這一點上，與第一實施方案的保持構件21的抵接部34相同，但施加板簧復原力的方向與第一實施方案的情況相反。
[0065]當使用組裝有代替保持構件21的保持構件321的接觸構件20時，如圖9所示，位於傳感器元件I上下兩側的抵接部334的頂端部分334e，分別對殼體構件24a的插入口 23側的表面24s施加作用力。而且，此時的阻力經由從上下方向抵接於傳感器元件I的基部30施加在傳感器元件1，由此實現傳感器元件I的固定。此時，基部30自身成為接點，從而實現與電極端子Ia之間的電導通。
[0066]上述方案在抵接部334的變形處於彈性區域範圍內的這一點上與第一實施方案相同，因此能夠用高的面壓來保持固定傳感器元件I。特別地，當與具備傳感器元件I的電極端子Ia的位置相對應地設置抵接部334時，由於更大的面壓施加在該位置上，因此能夠更可靠地實現基部30與電極端子Ia之間的電導通。另外，與第一實施方案相比，具有傳感器元件I更容易插入插入口 23的優點。
【權利要求】
1.一種氣體傳感器接觸構件用傳感器元件保持構件，其用於具有插入口的接觸構件，所述插入口用於插嵌保持氣體傳感器用傳感器元件，所述保持構件具有與所述傳感器元件相接觸的多個抵接部，其特徵在於， 所述多個抵接部中的至少一部分為具有線狀或點狀頂端部分的第一抵接部； 所述第一抵接部的所述頂端部分是，在所述傳感器元件已被插嵌保持於所述插入口的狀態下、與所述傳感器元件進行點接觸或線接觸的同時對所述傳感器元件施加彈性力的自由端部。
【文檔編號】G01N27/406GK104020208SQ201410265379
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2010年10月1日 優先權日:2009年11月9日
【發明者】鬼頭賢信 申請人:日本礙子株式會社