氣敏傳感器的製造方法
2023-12-02 21:44:46 1
氣敏傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明的課題在於使氣敏傳感器（1）廉價並且防腐蝕。氣敏傳感器（1）包括主體件（13）、外筒（17）以及密封件（53）。主體件（13）、外筒（17）以及密封件（53）利用以下材料形成：該材料以Fe為主要成分，且至少還含有C，C的含有量為0.05wt%～0.65wt%，並且Cr和Ni的含有量均為1wt%以下。
【專利說明】氣敏傳感器
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種氣敏傳感器。
【背景技術】
[0002]公知有一種氣敏傳感器，該氣敏傳感器包括:主體件，其為筒狀，用於保持傳感器元件；外筒，其為筒狀，鑿緊固定於主體件的後端部的周圍；以及密封件，其用於將主體件和外筒之間密封。這樣的氣敏傳感器應用於車輛等的容易產生腐蝕的環境。
[0003]於是，公知有通過使主體件的材料為不鏽鋼來抑制主體件的腐蝕(例如專利文獻I)。或者，公知有一種氣敏傳感器，其在具備覆蓋外筒的保護外筒構件的情況下，為了抑制外筒發生腐蝕，外筒構件為比保護外筒構件更難以生鏽的材料(例如專利文獻2)。
[0004]專利文獻1:日本特開2009-198422號公報
[0005]專利文獻2:日本特開2009-276339號公報
[0006]在如專利文獻I的傳感器那樣地採用不鏽鋼作為主體件的材料時，存在成本變高的問題。於是，考慮代替不鏽鋼而採用將廉價的材料例如Fe作為主要成分、至少含有
0.05wt%?0.65wt%的C、含有lwt%以下Cr或Ni的材料(例如碳鋼)作為主體件的材料。然而，在採用該材料作為主體件的材料時，其腐蝕電位低於將不鏽鋼作為材料的外筒和密封件，因此，存在容易發生腐蝕的問題。而且，發生腐蝕時，主體件的壁厚變薄，而存在導致主體件與外筒之間的鑿緊固定變鬆懈的問題。
【發明內容】
_7] 發明要解決的問題
[0008]本發明是為了解決上述問題而做成的，能夠以以下的方式或應用例實現。
_9] 用於解決問題的方案
[0010]應用例1:一種氣敏傳感器，該氣敏傳感器包括:
[0011]傳感器元件，其沿軸線方向延伸，前端側暴露在被測量氣體中；
[0012]主體件，其為筒狀，使上述傳感器元件的後端部向後端側突出，並且覆蓋上述傳感器元件的周圍；
[0013]以及外筒，其配置於上述主體件的後端側，包圍上述傳感器元件的後端部，
[0014]在上述外筒的前端部具有突出部，該突出部向徑向外側突出，
[0015]在上述主體件的後端部具有彎折部，該彎折部通過在比上述突出部靠後端側的位置將上述主體件向徑向內側彎邊而彎折形成，
[0016]將上述彎折部和上述突出部隔著密封件以沿上述軸線方向延伸的方式配置，其中，
[0017]上述主體件、上述外筒以及上述密封件僅利用以下材料形成:該材料以Fe為主要成分，且至少還含有C，C的含有量為0.05wt%?0.65wt%，並且Cr和Ni的含有量均為lwt%以下。[0018]另外，在本發明中，所謂的「主要成分」是指在該材料中所包含的成分之中含有最多的成分。例如，所謂的「以Fe為主要成分的材料」是指材料中含有Fe最多。
[0019]應用例2 :根據應用例1所述的氣敏傳感器，其中，
[0020]上述主體件的材料、上述外筒的材料以及上述密封件的材料成為各自的C含量為上述主體件的材料>上述密封件的材料>上述外筒的材料的關係。
[0021]應用例3 :根據應用例1或2所述的氣敏傳感器，其中，
[0022]在上述主體件、上述外筒以及上述密封件的外表面設有表面層，該表面層是鍍鋅層、或鍍鎳層。
[0023]另外，主體件、外筒以及密封件可以由鍍鋅層和鍍鎳層中的任一者形成，但優選的是主體件、外筒以及密封件均由鍍鋅層、或均由鍍鎳層覆蓋。
[0024]應用例4 :一種氣敏傳感器，該氣敏傳感器包括：
[0025]傳感器元件，其沿軸線方向延伸，前端側暴露在被測量氣體中；
[0026]主體件，其為筒狀，使上述傳感器元件的後端部向後端側突出，並且覆蓋上述傳感器元件的周圍；以及
[0027]外筒，其配置於上述主體件的後端側，包圍上述傳感器元件的後端部，
[0028]在上述外筒的前端部具有突出部，該突出部向徑向外側突出，
[0029]在上述主體件的後端`部具有彎折部，該彎折部通過在比上述突出部靠後端側的位置將上述主體件向徑向內側彎邊而彎折形成，
[0030]將上述彎折部和上述突出部隔著密封件以沿上述軸線方向延伸的方式配置，其中，
[0031]上述主體件利用以下材料形成：該材料以Fe為主要成分，且至少還含有C，C的含有量為0. 05wt%~0. 65wt%,並且Cr和Ni的含有量均為lwt%以下，
[0032]在上述主體件、上述外筒以及上述密封件的外表面設有具有相同腐蝕電位的表面層。
[0033]應用例5 :根據應用例4所述的氣敏傳感器，其中，
[0034]上述主體件、上述外筒以及上述密封件的上述表面層為鍍鋅層或鍍鎳層。
[0035]應用例6 :根據應用例4或5所述的氣敏傳感器，其中，
[0036]上述外筒和上述密封件僅利用以下材料形成：該材料以Fe為主要成分，且至少還含有c，C的含有量為0. 05wt%~0. 65wt%，並且Cr和Ni的含有量均為lwt%以下。
[0037]應用例7 :根據應用例6所述的氣敏傳感器，其中，
[0038]上述主體件的材料、上述外筒的材料以及上述密封件的材料成為各自的C含量為上述主體件的材料>上述密封件的材料>上述外筒的材料的關係。
[0039]應用例8 :應用例1~7中任一項所述的氣敏傳感器，其中，
[0040]上述主體件安裝於設於車輛用的內燃機的發動機缸蓋的安裝部。
[0041]發明的效果
[0042]採用應用例1的氣敏傳感器，主體件的材料通過採用以下材料，即以廉價的Fe作為主要成分，且至少含有c，C的含有量為0. 05wt%~0. 65wt%，並且Cr和Ni的含有量均為lwt%以下，能夠抑制成本。而且，通過外筒和密封件也採用同樣的材料，能夠減小上述主體件、以及上述外筒和上述密封件的腐蝕電位之間的差。其結果，能夠抑制主體件發生腐蝕，進而，能夠抑制鑿緊固定鬆懈。
[0043]採用應用例2的氣敏傳感器，由於使外筒的材料的C的含量最少，因此，能夠提高外筒的加工性，而容易地形成外筒。特別是，利用該材料，能夠容易地形成需要進行拉深加工的外筒。
[0044]採用應用例3的氣敏傳感器，通過在主體件、外筒以及密封件的表面設置鍍鋅層或鍍鎳層，能夠進一步抑制主體件、外筒以及密封件的腐蝕。
[0045]採用應用例4的氣敏傳感器，主體件的材料通過採用以下材料，即以廉價的Fe作為主要成分，且至少含有C，C的含有量為0.05wt%?0.65wt%，並且Cr和Ni的含有量均為lwt%以下，能夠抑制成本。而且，上述主體件、以及上述外筒和上述密封件的表面設有具有相同的腐蝕電位的表面層，其結果，能夠抑制主體件發生腐蝕，進一步，能夠抑制鑿緊固定鬆懈。
[0046]採用應用例5的氣敏傳感器，能夠容易地形成表面層，能夠抑制腐蝕。
[0047]採用應用例6的氣敏傳感器，密封件和外筒的材料通過也採用以下材料，即以廉價的Fe作為主要成分，且至少含有C，C的含有量為0.05wt%?0.65wt%，並且Cr和Ni的含有量均為lwt%以下，能夠抑制成本。
[0048]採用應用例7的氣敏傳感器，由於外筒的材料的C的含量最少，，因此，能夠提高外筒的加工性，而能夠容易地形成外筒。特別是，採用該材料，能夠容易地形成需要進行拉深加工的外筒。
[0049]碳鋼的耐熱性充分滿足應用例8的使用環境，因此，適合該氣敏傳感器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0050]圖1是氣敏傳感器I的剖視圖。
[0051]圖2是表不主要材料與材料的表面處理的表格。
[0052]圖3是表示電動勢的測量結果的表格。
[0053]圖4是表示目測判斷利用鹽水噴霧試驗產生的鏽的結果。
【具體實施方式】
[0054]1.氣敏傳感器I的構造(圖1):
[0055]圖1是氣敏傳感器I的剖視圖。氣敏傳感器I為用於測量二輪車的尾氣的氧濃度的傳感器，安裝於內燃機的設於發動機缸蓋的安裝部。如圖1所示，氣敏傳感器I包括傳感器元件3、閉塞構件7、導線11、主體件13、保護器15、外筒17、保護外筒19、密封件53以及過濾器57。主體件13和外筒17構成外殼20。
[0056]傳感器元件3具有沿軸線O方向(圖1的上下方向)延伸的有底筒狀，前端側(圖1的下側)暴露於被測量氣體、即尾氣中。傳感器元件3採用具有氧離子傳導性的固體電解質作為主要成分，具體而言採用使Y2O3固溶而成的ZrOdt為主要成分。但是，還可以使用CaO、除此之外的鹼土金屬或稀土金屬的氧化物與ZrO2的固溶體。而且，還可以在其中含有HfO2。
[0057]在該傳感器元件3的前端側，在外周面形成有外側電極(未圖示)，另外，在內周面設有內側電極(未圖示)。該外側電極和內側電極均由Pt或Pt合金形成。[0058]另外，在傳感器元件3的大致中央部設有在徑向上向外突出的凸緣部23。
[0059]閉塞構件7例如由氟橡膠構成。閉塞構件7為圓筒形狀的密封構件。閉塞構件7的後端側的外周與金屬制的外筒17的內周面和保護外筒19的內周面密合，將氣敏傳感器1的內部與外部隔離。也就是說，閉塞構件7閉塞外殼20的後端側。
[0060]在閉塞構件7設有沿軸線0方向貫通的貫通孔37，在該貫通孔37內貫穿有導線
11。該導線11的前端側連接於端子件9，後端側連接於外部迴路(未圖示)。另外，端子件9為插入於傳感器元件3的內部的大致筒狀的構件，與內側電極相接觸。由此，能夠將傳感器輸出取出到外部電路。
[0061]在傳感器元件3與閉塞構件7之間配置有分隔件5。該分隔件5由礬土等陶瓷構成，設有供導線11貫穿的貫通孔35。
[0062]保護器15將傳感器元件3的前端側覆蓋而進行保護。保護器15的後端緣夾持固定在傳感器元件3的凸緣部23與後述的主體件13的臺階部39之間。
[0063]主體件13為金屬制的圓筒狀的構件，包括臺階部39。該臺階部39用於支承傳感器元件3的凸緣部23，自主體件13的內周面朝向徑向內側突出。
[0064]另外，在主體件13的前端側的外周面上設有螺紋部41，該螺紋部41用於將氣敏傳感器1安裝於發動機缸蓋的安裝部，在該螺紋部41的後端側設有六角部43，該六角部43供用於將螺紋部41擰緊到安裝部的安裝工具卡合。而且，該主體件13的六角部43的後端側設有筒狀部45。而且，在筒狀部45的後端側設有通過將主體件13的後端部向徑向內側彎邊而彎折形成的彎折部51。通過該彎邊，將後述的外筒17固定。
[0065]外筒17固定於主體`件13的後端側，包圍傳感器元件3的後端部。外筒17的突出部55向徑向外側彎折。突出部55通過該彎折而與向內側彎折的彎折部51相對。密封件53為金屬制，配置在通過突出部55與彎折部51相對而形成的間隙中。
[0066]另外，在主體件13與傳感器元件3之間自前端側配置有由滑石形成的陶瓷粉末47、和由礬土構成的陶瓷套筒49，為了形成彎折部51，通過將主體件13的後端部向徑向內側彎邊，使陶瓷粉末47壓縮，而實現主體件13與傳感器元件3之間的密封。
[0067]保護外筒19隔著過濾器57鑿緊固定於外筒17。在外筒17和保護外筒19上分別設有通氣孔59、61。藉助通氣孔59、61和過濾器57進行氣敏傳感器1的內部與外部之間的通氣。
[0068]在此，主體件13、外筒17以及密封件53為金屬制，彼此接觸，且暴露在外部空氣中。因而，處於容易發生腐蝕的環境中。當發生腐蝕時，因產生鏽而使壁厚變薄，而可能導致鑿緊固定鬆弛。於是，為了調查這些材料的優選材料，利用接下來所述的實驗收集了數據。
[0069]2.主要材料和表面處理（圖2):
[0070]圖2是表示成為各材料的主要成分的主要材料和表面處理的表格。在此，將對主要材料施加的表面處理的材料稱為材料。對於未施加表面處理的情況，主要材料和材料相同。這些材料應用於後述的實驗。如圖2所示，準備了下述的材料A~E這五種試樣。材料A~E以「主要材料、表面處理」的順序表示。
[0071]A :SUS304，無表面處理
[0072]B ：SPCE或S17C，鍍鋅+三價鉻酸鹽
[0073]C ：SPCE或S17C，鍍鎳+電解三價鉻酸鹽[0074]D =SPCE或S17C，無表面處理
[0075]E: SUS430，無表面處理
[0076]SPCE為低碳鋼，碳含量在0.1%以下。因而，SPCE廉價且加工性優越。
[0077]3.測量電動勢(圖3):
[0078]使用材料A?E，進行了測量兩個試樣之間產生的電動勢的實驗。
[0079]該實驗的條件如以下所述。
[0080]( i )在5wt%氯化鈉水溶液中浸潰兩個試樣。
[0081](ii)在浸潰在氯化鈉水溶液中的狀態下，測量在兩個試樣之間穩定產生的電動勢。
[0082](iii)為了測量穩定的電動勢，在將兩個試樣浸潰在水溶液中20分鐘以後進行測量。
[0083](iv)關於電動勢的值的正負,將試樣I的電位高於試樣II的狀態定為正。
[0084]圖3是表示上述電動勢測量的實驗結果的表格。如圖3所示,將材料A?E作為試樣I，將材料A?D作為試樣II而進行組合。
[0085]實施例為試驗No2、No4、No6這三個試驗。這些實施例滿足兩個試樣採用相同的表面處理、或試樣的主要材料僅為相同的低碳鋼的條件。也就是說，表面的腐蝕電位同等，並且，為比不鏽鋼廉價的材料。在以這些實施例為對象的試驗中，均測量出較小的電動勢。在此所謂的「較小」為絕對值較小。具體而言，測量出絕對值為0.0lV?0.05V。其結果，在將實施例的材料應用於主體件13、外筒17以及密封件53的情況下，確認到難以發生腐蝕。
[0086]相對於此，試驗Nol、No3、No5為比較例。由於這些比較例均為兩個試樣的表面的材質不同，因此，表面的腐蝕電位也不同。因而，在以這些比較例為對象的試驗中，均測量出較大的電動勢。具體而言，測量出絕對值為0.23V?0.89V。從比較例的結果來看，確認到實施例的優越性。
[0087]試驗No7是以以往技術為對象的試驗。試驗No7的電動勢為0.01V，與實施例相同。但是，試樣I為材料A (SUS304)，試樣II為材料E (SUS430)，均不是碳鋼，而是高價的不鏽鋼。
[0088]4.鹽水噴霧試驗(圖4):
[0089]從氣敏傳感器I上拆除保護外筒19和過濾器57，將掩埋外筒17的通氣孔59的部件作為試驗對象物進行鹽水噴霧試驗。該試驗以JISH8502 (2010年度版)刊登的內容為標準而進行，在鹽水噴霧試驗池中浸潰50小時。
[0090]圖4表示上述鹽水噴霧試驗的試驗結果。如圖4所示，試驗對象物為將材料E、B、C作為主體件13、將材料A、B、C作為外筒17進行組合而成的五種材料。在鹽水噴霧試驗中,材料B、C僅使用SPCE而進行了評價。判斷的對象部位為主體件13的彎邊部、和外筒17的暴露部。判斷通過目測而進行，採用在對象部位的一半以上產生鏽的情況為不良(X )、不到一半則為良好(O)的標準。
[0091]實施例為試驗Nol0、12這兩個。這兩個試驗滿足主體件13和外筒17雙方的主要材料均為低碳鋼以及表面具有相同的腐蝕電位。兩個實施例中，主體件13、外筒17雙方獲得了良好的結果。也就是說，確認到使用廉價的低碳鋼的同時能夠抑制腐蝕。
[0092]試驗No8為以以往技術為對象的試驗，主體件13和外筒17的材料為不鏽鋼。根據該以往技術，雖然能夠抑制鏽，但是會導致比利用低碳鋼形成主體件13和外筒17中的任一者的情況聞價。
[0093]試驗No9、Noll為比較例。任一比較例的主體件13的結果均為不良。可以認為該結果是由於主體件13的表面與外筒17的表面的腐蝕電位不同等而導致促進了腐蝕。
[0094]從以上的實驗數據中，將主體件13、外筒17以及密封件53所使用的材料統一為材料B (SPCE、鍍鋅+三價鉻酸鹽)、或統一為材料C (SPCE、鍍鎳+電解三價鉻酸鹽)，都確認到使材料廉價並且能夠抑制腐蝕。若能夠抑制腐蝕，則有助於主體件13與外筒17之間的鑿緊固定持久，進一步而言有助於延長氣敏傳感器I的壽命。另外，將主體件13、外筒17以及密封件53所使用的材料統一為材料B (S17C、鍍鋅+三價鉻酸鹽)、材料C (S17C、鍍鎳+電解三價鉻酸鹽)、材料E (SPCE或S17C、無表面處理)，也能夠使材料廉價並且抑制腐蝕。
[0095]氣敏傳感器I安裝於設於二輪車的發動機的發動機缸蓋的安裝部。該使用環境為相對低溫(200°C左右)，為SPCE等碳鋼的耐熱性也能夠使用的環境。因而，將二輪車的尾氣作為被測量氣體的用途適合使用了材料B、C、D的氣敏傳感器I。
[0096]5.其他的實施方式:
[0097]如果主體件13、外筒17以及密封件53所使用的材料採用為以下材料，該材料以Fe為主要材料，且至少含有C，C的含有量為0.05wt%?0.65wt%，並且Cr和Ni的含有量均為lwt%以下，則由於表面的腐蝕電位相同因此是優選的。例如，主要成分可以採用JISG4051C2010年度版)的表I所刊登的任一者(例如S10C)，特別是在加工性方面，S17C?S25C是優選的。另外，還可以採用JISG3141所刊登的冷軋鋼板和鋼帶中的任一者(例如SPCOo
[0098]即使主體件13、外筒17和密封件53使用不同的主要材料，只要使表面處理相同以使腐蝕電位同等即可。另一方面，在使用相同的主要材料的情況下，由於腐蝕電位同等，因此，也可以不進行表面處理。
[0099]由於主體件13相比於外筒17和密封件53材料的使用量較多，因此，材料的選定對製造成本所帶來的影響較大。因而，若主體件13的主要材料為碳鋼，則即使外筒17和密封件53的主要材料不是碳鋼，也能夠充分地獲得降低製造成本的效果。因此，例如，即使外筒17和密封件53的主要材料採用不鏽鋼，主體件13、外筒17、密封件53使用不同的主要材料，只要使表面處理相同以使腐蝕電位同等即可。
[0100]另外，優選主體件13的材料、外筒17的材料、以及密封件53的材料成為各自的C含量為主體件13的材料>密封件53的材料>外筒17的材料的關係。具體而言，能夠通過使主體件13為S17C?S25C的碳鋼，使外筒17為SPCE，使密封件53為SPCC來達成。通過如此，由於外筒17的材料的C含量最少，因此，能夠提高外筒17的加工性而容易地形成外筒17。特別是，若採用該材料，則能夠容易地形成需要進行拉深加工的外筒17。
[0101]用途還可以不是用於測量二輪車的尾氣。考慮到碳鋼的耐熱性，優選在不達到高溫的環境(例如200°C以下)下使用。例如，既可以安裝於四輪汽車用的發動機的發動機缸蓋，也可以應用於燃料電池。在應用於燃料電池的情況下，特別適用於運轉溫度較低的固體高分子形、磷酸形。
[0102]只要在防腐蝕方面有效，表面處理也可以是其他的方法。例如，也可以使用六價鉻酸鹽。[0103]附圖標記說明
[0104]1、氣敏傳感器；3、傳感器元件；5、分隔件；7、閉塞構件；9、端子件；11、導線；13、主體件；15、保護器；17、外筒；19、保護外筒；20、外殼；23、凸緣部；35、貫通孔；37、貫通孔；39、臺階部；41、螺紋部；43、六角部；45、筒狀部；47、陶瓷粉末；49、陶瓷套筒；51、彎折部；
53、密封件；55、突出部；57、過濾器單元；59、通氣孔。
【權利要求】
1.一種氣敏傳感器，該氣敏傳感器包括： 傳感器元件，其沿軸線方向延伸，前端側暴露在被測量氣體中； 主體件，其為筒狀，使上述傳感器元件的後端部向後端側突出，並且覆蓋上述傳感器元件的周圍；以及 外筒，其配置於上述主體件的後端側，包圍上述傳感器元件的後端部， 在上述外筒的前端部具有突出部，該突出部向徑向外側突出， 在上述主體件的後端部具有彎折部，該彎折部是通過在比上述突出部靠後端側的位置將上述主體件向徑向內側彎邊而彎折形成， 將上述彎折部和上述突出部隔著密封件以沿上述軸線方向延伸的方式配置，其中，上述主體件、上述外筒以及上述密封件僅利用以下材料形成：該材料以Fe為主要成分，且至少還含有C，C的含有量為0. 05wt%~0. 65wt%，並且Cr和Ni的含有量均為lwt%以下。
2.根據權利要求1所述的氣敏傳感器，其中， 上述主體件的材料、上述外筒的材料以及上述密封件的材料成為各自的C含量為上述主體件的材料>上述密封件的材料>上述外筒的材料的關係。
3.根據權利要求1或2所述的氣敏傳感器，其中， 在上述主體件、上述外筒以及上述密封件的外表面設有表面層，該表面層是鍍鋅層或鍍鎳層。
4.一種氣敏傳感器,該氣敏傳感器包括： 傳感器元件，其沿軸線方向延伸，前端側暴露在被測量氣體中； 主體件，其為筒狀，使上述傳感器元件的後端部向後端側突出，並且覆蓋上述傳感器元件的周圍；以及 外筒，其配置於上述主體件的後端側，包圍上述傳感器元件的後端部， 在上述外筒的前端部具有突出部，該突出部向徑向外側突出， 在上述主體件的後端部具有彎折部，該彎折部通過在比上述突出部靠後端側向徑向內側的位置將上述主體件彎邊而彎折形成,其中， 將上述彎折部和上述突出部隔著密封件以沿上述軸線方向延伸的方式配置， 上述主體件僅利用以下材料形成：該材料以Fe為主要成分，且至少還含有C，C的含有量為0. 05wt%~0. 65wt%,並且Cr和Ni的含有量均為lwt%以下， 在上述主體件、上述外筒以及上述密封件的外表面設有具有相同腐蝕電位的表面層。
5.根據權利要求4所述的氣敏傳感器，其中， 上述主體件、上述外筒以及上述密封件的上述表面層為鍍鋅層或鍍鎳層。
6.根據權利要求4或5所述的氣敏傳感器，其中， 上述外筒和上述密封件僅利用以下材料形成：該材料以Fe為主要成分，且至少還含有C, C的含有量為0. 05wt%~0. 65wt%,並且Cr和Ni的含有量均為lwt%以下。
7.根據權利要求6所述的氣敏傳感器，其中， 上述主體件的材料、上述外筒的材料以及上述密封件的材料成為各自的C含量為上述主體件的材料>上述密封件的材料>上述外筒的材料的關係。
8.根據權利要求1~7中任一項所述的氣敏傳感器，其中， 上述主體件安裝於設於車輛用的內燃機的發動機缸蓋的安裝部。
【文檔編號】G01N27/409GK103827664SQ201280046640
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年11月27日 優先權日:2011年11月29日
【發明者】渥美尚勝 申請人:日本特殊陶業株式會社