CN102317766B - 气体传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在气体传感器中，通过设置金属管(95)的内周面的算术平均粗度Ra在1μm以下，并设置U形弹簧(92)的顶端(93、94)为曲面接触部位，使金属管(95)的内周面与U形弹簧(92)的顶端(93、94)之间的滑动变好。由此，向气体传感器施加振动时，U形弹簧(92)在金属管(95)内周面上不会卡住，而能够利用U形弹簧(92)的弹性功能来吸收振动。由此，气体传感器振动时，难以产生接触金属配件(71)与传感器元件(20)之间的导通不良和传感器元件(20)的疲劳及裂纹。即，能得到耐振动性更强的气体传感器。

Description

气体传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及气体传感器及其制造方法。
背景技术
现有技术中，公知的有检测汽车废气等被测定气体中的NOx或氧气等规定气体的浓度的气体传感器。在该气体传感器中，为使检测气体浓度的传感器元件与外部导通，使用与多个表面电极部及多个背面电极部电连接的连接器，所述多个表面电极部并排设置于传感器元件表面，所述多个背面电极部并排设置于背面。例如，在专利文献1中记载了如下气体传感器：其具备检测气体浓度的平板状传感器元件、导线、连接传感器元件和导线的连接器。将这样的现有技术例子的连接器300的分解立体图及主视图表示在图27、28中。如图所示，连接器具备：与导线316连接的多个细长的接触金属配件310，保持接触金属配件310的两个壳体302a、302b，固定壳体302a、302b的固定金属配件304，安装于固定金属配件304上的两个U字状压簧306a、306b，环状的金属管308。该连接器300，以壳体302a、302b夹持接触金属配件310及传感器元件312，以固定金属配件304固定壳体302a、302b，由此将传感器元件312的电极部314与接触金属配件310接触而导通。另外，通过加紧金属管308的外周，金属管308的内周面使压簧306a、306b产生位移，利用压簧306a、306b的压紧力，接触金属配件310与电极部314以规定压力被压紧。通过这样的处理来防止振动所导致的接触金属配件310与电极部314之间的导通不良。
专利文献1：实公平6-37326号公报(第1图(b))
发明内容
但是，根据金属管内周面与压簧相接触的部分的状态，会有振动时压簧在金属管内侧卡住而停滞、压簧不能充分发挥弹性功能的情况。例如，在图28中，由振动而对传感器元件施加向上的力时，为发挥压簧的弹性功能，需要压簧的U字两端在金属管内周面滑动且向互相接近的方向移动。但是，此时，如果压簧两端卡在金属管内侧，则会妨碍压簧的U字两端的移动，因而不能充分发挥弹性功能。在这样的情况下，存在如下问题：由于压簧无法吸收振动，并且具有接触金属配件的连接器与传感器元件被固定在一起长时间振动，就会出现接触金属配件与电极部之间的导通不良或传感器元件的疲劳和裂纹。
本发明是为解决这样的课题而做出的，其主要目的在于提供一种耐振动性更强的气体传感器。
本发明为能够达到上述主要目的，采用了以下方式。
本发明的第一气体传感器，具备：
传感器元件，其能检测出被测定气体的规定气体的浓度，并具有并排设置于表面上的多个表面电极部及并排设置于背面的多个背面电极部；
多个细长的第一接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个表面电极部相接触的导通部；
多个细长的第二接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个背面电极部相接触的导通部；
陶瓷制的第一壳体，其用以保持所述多个第一接触金属配件排列在与该第一接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个表面电极部对向；
陶瓷制的第二壳体，其用以保持所述多个第二接触金属配件排列在与该第二接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个背面电极部对向；
圆筒状的金属管，其具有沿所述传感器元件的长尺寸方向的中心轴，且位于所述第一壳体及第二壳体的周围；
第一弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第一壳体；
第二弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第二壳体，
其中，
所述金属管的内周面的算术平均粗度Ra的值为1μm以下，
所述第一弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下，
所述第二弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下。
在该气体传感器中，金属管内周面的Ra在1μm以下且第一弹性部件及第二弹性部件与金属管内周面接触的U字的两端中的至少一端形成曲面接触部位。由此，第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面的滑动变好。由此，向气体传感器施加振动时，第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面上不会卡住，因而能够利用第一弹性部件及第二弹性部件的弹性功能来吸收振动。由此，气体传感器振动时，难以产生第一接触金属配件及第二接触金属配件与传感器元件之间的导通不良和传感器元件的疲劳及裂纹。即，能得到耐振动性更强的气体传感器。在这种情况下，所述传感器元件也可以是平板状元件。
在本发明的第一气体传感器中，所述金属管内周面的算术平均粗度Ra的值在0.8μm以下也可以。如果金属管内周面的算术平均粗度Ra的值在0.8μm以下，第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面的滑动变得更好，因此能得到耐振动性更强的气体传感器。此外，金属管内周面的算术平均粗度Ra的范围没有下限值，Ra的值越小第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面的滑动越好。
在本发明的第一气体传感器中，所述金属管的所述内周面被镀层也可以。另外，所述金属管的所述内周面被氟树脂涂覆也可以。另外，在所述金属管的所述内周面上涂敷液体润滑剂或固体润滑剂也可以。通过这样，第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面的滑动变得更好，因此能得到耐振动性更强的气体传感器。
在本发明的第一气体传感器中，所述第一弹性部件及所述第二弹性部件的所述曲面接触部位中与所述金属管内周面接触的曲面被镀层也可以。另外，所述第一弹性部件及所述第二弹性部件的所述曲面接触部位中与所述金属管内周面接触的曲面被氟树脂涂覆也可以。另外，在所述第一弹性部件及所述第二弹性部件的所述曲面接触部位中与所述金属管内周面接触的曲面上涂敷液体润滑剂或固体润滑剂也可以。通过这样，第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面的滑动变得更好，因此能得到耐振动性更强的气体传感器。
在本发明的第一气体传感器中，所述金属管是通过加紧外周的敛缝加工来减小内径尺寸而形成的部件。
在本发明的第一气体传感器中，所述第一弹性部件的所述两端都形成所述曲面接触部位，所述第二弹性部件的所述两端都形成所述曲面接触部位也可以。这样，与第一弹性部件和第二弹性部件的U字两端中仅有一端形成曲面接触部位的情况相比，第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面的滑动更好。
在本发明的第一气体传感器中，所述第一接触金属配件及所述第二接触金属配件的导通部为弹性体，所述传感器元件由以下压紧力所夹持，其中一个压紧力通过该第一接触金属配件的导通部因经由所述第一壳体来自所述第一弹性部件的压紧力而产生弹性变形来产生，另一个压紧力通过该第二接触金属配件的导通部因经由所述第二壳体来自所述第二弹性部件的压紧力而产生弹性变形来产生。这样，利用导通部弹性变形所产生的压紧力来夹持传感器元件，因此不易产生传感器元件与第一接触金属配件及第二接触金属配件之间的接触不良。
本发明的第一气体传感器也可具备第三弹性部件，其夹持并向互相接近的方向压紧所述第一壳体和所述第二壳体。
这样，难以产生传感器元件与第一接触金属配件及第二接触金属配件之间的接触不良。
本发明的第二气体传感器，具备：
传感器元件，其能检测出被测定气体的规定气体的浓度，并具有并排设置于表面上的多个表面电极部及并排设置于背面的多个背面电极部；
多个细长的第一接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个表面电极部相接触的导通部；
多个细长的第二接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个背面电极部相接触的导通部；
陶瓷制的第一壳体，其用以保持所述多个第一接触金属配件排列在与该第一接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个表面电极部对向；
陶瓷制的第二壳体，其用以保持所述多个第二接触金属配件排列在与该第二接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个背面电极部对向；
圆筒状的金属管，其具有沿所述传感器元件的长尺寸方向的中心轴，且位于所述第一壳体及第二壳体的周围；
第一弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第一壳体；
第二弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第二壳体，
其中，
所述金属管的所述内周面被镀层、或被氟树脂涂覆、或涂敷有液体润滑剂、或涂敷有固体润滑剂，
所述第一弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下，
所述第二弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下。
在该气体传感器中，金属管内周面或被镀层、或被氟树脂涂覆、或涂敷有液体润滑剂、或涂敷有固体润滑剂，第一弹性部件及第二弹性部件其与金属管的内周面接触的U字的两端的至少一端形成曲面接触部位。由此，第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面的滑动变好。由此，与上述本发明的第一气体传感器同样地，能得到耐振动性更强的气体传感器。
本发明的第三气体传感器，具备：
传感器元件，其能检测出被测定气体的规定气体的浓度，并具有并排设置于表面上的多个表面电极部及并排设置于背面的多个背面电极部；
多个细长的第一接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个表面电极部相接触的导通部；
多个细长的第二接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个背面电极部相接触的导通部；
陶瓷制的第一壳体，其用以保持所述多个第一接触金属配件排列在与该第一接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个表面电极部对向；
陶瓷制的第二壳体，其用以保持所述多个第二接触金属配件排列在与该第二接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个背面电极部对向；
圆筒状的金属管，其具有沿所述传感器元件的长尺寸方向的中心轴，且位于所述第一壳体及第二壳体的周围；
第一弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第一壳体；
第二弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第二壳体，
其中，
所述第一弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下，
所述第二弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下，
所述第一弹性部件及所述第二弹性部件的所述曲面接触部位中与所述金属管的内周面接触的曲面或被镀层、或被氟树脂涂覆、或涂敷有液体润滑剂、或涂敷有固体润滑剂。
在该气体传感器中，第一弹性部件及第二弹性部件的曲面接触部位中与金属管内周面接触的曲面或被镀层、或被氟树脂涂覆、或涂敷有液体润滑剂、或涂敷有固体润滑剂，第一弹性部件及第二弹性部件与金属管的内周面接触的U字两端的至少一端形成曲面接触部位。由此，第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面的滑动变好。由此，与上述本发明的第一气体传感器同样地，能得到耐振动性更强的气体传感器。
本发明的气体传感器的制造方法，包括a工序、b工序以及c工序，
所述a工序是准备如下部件的工序：
传感器元件，其能检测出被测定气体的规定气体的浓度，并具有并排设置于表面上的多个表面电极部及并排设置于背面的多个背面电极部，
多个细长的第一接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个表面电极部相接触的导通部，
多个细长的第二接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个背面电极部相接触的导通部，
陶瓷制的第一壳体，其用以保持所述多个第一接触金属配件排列在与该第一接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个表面电极部对向，
陶瓷制的第二壳体，其用以保持所述多个第二接触金属配件排列在与该第二接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个背面电极部对向；
所述b工序为如下：
在配置圆筒状金属管、第一弹性部件以及第二弹性部件时，将所述金属管以其位于所述第一壳体及第二壳体的周围且使其中心轴沿所述传感器元件长尺寸方向的方式配置，使所述第一弹性部件位于所述金属管和所述第一壳体之间的位置，使所述第二弹性部件位于所述金属管和所述第二壳体之间的位置，
其中，
所述圆筒状金属管，其内周面的算术平均粗度Ra的值为1μm以下，
所述第一弹性部件，其剖面大致为U字状，且该U字两端中的至少一端成为由曲面构成的曲面接触部位，
所述第二弹性部件，其剖面大致为U字状，且该U字两端中的至少一端成为由曲面构成的曲面接触部位；
所述c工序为如下：
通过将所述金属管向内侧压紧使其塑性变形，由此利用所述第一弹性部件的所述两端被该金属管压紧而产生的弹力，所述第一弹性部件向所述第一壳体与所述第二壳体夹持所述传感器元件而接近的方向压紧该第一壳体，并且利用所述第二弹性部件的所述两端被该金属管压紧而产生的弹力，所述第二弹性部件向所述第一壳体与所述第二壳体夹持所述传感器元件而接近的方向压紧该第二壳体；
所述第一弹性部件的曲面接触部位及所述第二弹性部件的曲面接触部位具有与所述工序c的塑性变形后的该金属管的内周面相接触的曲面，该曲面的曲率半径在该金属管的内周面的相接触部分的曲率半径以下。
若采用该气体传感器的制造方法，金属管内周面的Ra在1μm以下且第一弹性部件及第二弹性部件与金属管内周面接触的U字的两端中的至少一端形成曲面接触部位。由此，与上述本发明的第一气体传感器同样地，第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面的滑动变好，而能够利用第一弹性部件及第二弹性部件的弹性功能来吸收振动。由此，能得到耐振动性强的气体传感器。另外，由于第一弹性部件及第二弹性部件在金属管内周面的滑动好，在工序(c)中，在将金属管的外周向内侧压紧而使其塑性变形时，能防止第一弹性部件及第二弹性部件在金属管的内周面卡住而引起不均匀的变形。由此，能防止第一弹性部件及第二弹性部件出现弹力偏差而使传感器元件与第一接触金属配件及第二接触金属配件之间的接触出现部分接触，振动时难以产生传感器元件与第一接触金属配件及第二接触金属配件之间的接触不良。由此也能得到耐振动性强的气体传感器。
附图说明
图1是本实施方案的气体传感器10的纵剖面图。
图2是连接器50的立体图。
图3是表示从图2的连接器50去掉金属管95的情况的立体图。
图4是表示连接器50的壳体51的分解立体图。
图5是图2的A视图。
图6是图2的B-B剖面图。
图7是图6的C-C剖面图。
图8是表示从第一壳体51a侧看的接触金属配件71、传感器元件20的位置关系的说明图。
图9是金属管95的断裂面图。
图10是表示支撑部71b及导通部71c的位移和负荷的关系的图表。
图11是传感器元件20及连接器50振动时的说明图。
图12是表示弯曲加工前的接触金属配件71状态的说明图。
图13是表示弯曲加工后的接触金属配件71的说明图。
图14是示意性表示连接器50的制造过程的立体图。
图15是示意性表示连接器50的制造过程的立体图。
图16是示意性表示连接器50的制造过程的立体图。
图17是表示金属管95的敛缝加工的情况的说明图。
图18是表示金属管95塑性变形的情况的说明图。
图19是表示测定转矩的情况的说明图。
图20是表示转矩波形的最大值、最小值及平均值的图表。
图21是表示用于计算动摩擦系数μ的变量的说明图。
图22是表示由转矩换算出的动摩擦系数μ的最大值，最小值及平均值的图表。
图23是表示加热振动试验的情况的说明图。
图24是表示加热振动试验的振动条件的说明图。
图25是表示加热振动试验的结果的说明图。
图26是表示加热振动试验的结果的说明图。
图27是现有技术例子的连接器300的分解立体图。
图28是现有技术例子的连接器300的主视图。
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的实施方案进行说明。
图1是本发明的实施方案的气体传感器10的纵剖面图，图2是连接器50的立体图，图3是表示从图2的连接器50去掉金属管95的情况的立体图，图4是表示连接器50的壳体51的分解立体图。另外，图5是图2的A视图，图6是图2的B-B剖面图，图7是图6的C-C剖面图，图8是表示从第一壳体51a侧看的接触金属配件71、传感器元件20的位置关系的说明图。进而，图9是金属管95的断裂面图，图10是表示支撑部71b及导通部71c的位移和负荷的关系的图表，图11是传感器元件20及连接器50振动时的说明图，图12是表示弯曲加工前的接触金属配件71状态的说明图，图13是表示弯曲加工后的接触金属配件71的说明图。
如图1所示，气体传感器10具备：用于从被测定气体中测定规定气体成分的传感器元件20，用于保护传感器元件20一侧端部的保护盖30，具有用于导通传感器元件20的连接器50的传感器组合体40。该气体传感器10例如安装于车辆的排气管上，用于测定作为被测定气体的废气中所含的NOx或O2等的气体成分。
传感器元件20是细长的长尺寸的板状体形状的元件，是由氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性固体电解质层构成的例如6块陶瓷基板积层而形成的。此外，传感器元件20的保护盖30侧的端部标记为顶端，连接器50侧的端部标记为基端。在该传感器元件20的基端表面及背面形成有图7所示的4个表面电极21a及4个背面电极21b。此外，将表面电极21a及背面电极21b合起来标记为电极21。该电极21用于向传感器元件20施加电压或取出根据传感器元件20检测出的气体成分浓度而产生的电动势或电流，其经由传感器元件20内部电路与传感器元件20顶端内的电极导通(未图示)。对于表面电极21a、背面电极21b的位置随后叙述。
如图1所示，保护盖30以围绕传感器元件20的顶端周围的方式配置。该保护盖30具有覆盖传感器元件20顶端的内侧保护盖31和覆盖该内侧保护盖31的外侧保护盖32。内侧保护盖31形成为筒状，在传感器元件20的顶端具有用于导入被测定气体的内侧保护盖孔31a。外侧保护盖32形成为有底筒状，在侧面具有用于导入被测定气体的外侧保护盖孔32a。内侧保护盖31、外侧保护盖32例如是不锈钢等金属制品。
传感器组合体40具有：金属制主体配件41、熔接固定于主体配件41上的圆筒形内筒42及外筒46和连接于传感器元件20基端的连接器50。主体配件41能由外螺纹部41a安装于例如车辆的排气管。在内筒42内部密封有多个陶瓷支架43a-43c；如滑石等的陶瓷粉体44a、44b，该陶瓷粉体填充在陶瓷支架43a、43b之间及陶瓷支架43b、43c之间。外筒46覆盖内筒42、传感器元件20、连接器50的周围，连接在连接器50的导线45被引出于外部。该导线45经由连接器50与传感器元件20的各电极21导通。外筒46与导线45之间的缝隙由橡皮栓47密封。此处，传感器元件20贯穿陶瓷支架43a-43c、陶瓷粉体44a、44b内，主要由主体配件41及陶瓷粉体44a、44b固定。由此，例如气体传感器10被安装于车辆等振动环境中时，比上端部P更靠近连接器50侧的传感器元件20、连接器50和导线45以陶瓷支架43c的上端部P为支点振动。另一方面，比上端部P更靠近保护盖30侧的传感器元件20由于被主体配件41、陶瓷粉体44a、44b覆盖，因此受振动的影响比较小。
接着，对连接器50进行详细说明。如图5所示，连接器50具备：第一壳体51a及第二壳体51b，接触金属配件71，固定金属配件90，第一U形弹簧92a，第二U形弹簧92b和金属管95。
第一壳体51a及第二壳体51b是氧化铝烧结体等陶瓷制品，而且是用于分别将4个接触金属配件71并列保持在与接触金属配件71的长尺寸方向(X方向)相垂直相交的方向(Y方向)上的部件。由于第一壳体51a和第二壳体51b形状相同，因此对于第一壳体51a和第二壳体51b的相同的构成要素用相同的附图标记来说明。另外，将第一壳体51a和第二壳体51b合起来标记为壳体51。如图4所示，壳体51具有：用于卡住接触金属配件71的4个卡槽52，用于插入接触金属配件71的4个插入孔53，形成于各插入孔53内用于卡住接触金属配件71的卡住部54。另外，壳体51夹持传感器元件20在Y方向的一个侧面具有突出部55，在另一个侧面上具有限制第一壳体51a与第二壳体51b在X方向上的相对位置的限制部件56、57(参照图4)。突出部55以插入于与其对向的壳体51限制部件56和限制部件57之间凹处的方式形成，由此、能够限制第一壳体51a与第二壳体51b的X方向的相对位置。
如图6所示，接触金属配件71是在与传感器元件20的电极21一对一对向的位置上由壳体51保持的部件。如图13所示，该接触金属配件71具备：以弯曲形状被卡槽52卡住的顶端部71a，通过向传感器元件20弯曲而与电极21相接触的支撑部71b，通过向传感器元件20弯曲与电极21相接触的导通部71c，插入插入孔53内的直立部71d，引出于连接器50的外部而与导线45电连接的连接部71f。此外，被第一壳体51a保持的接触金属配件71的支撑部71b及导通部71c与传感器元件20的表面电极21a相接触，被第二壳体51b保持的接触金属配件71的支撑部71b及导通部71c与传感器元件20的背面电极21b相接触(参照图6、7)。另外，直立部71d具有以弯曲形状卡住于卡住部54的挂钩部71e。
此处，对接触金属配件71与传感器元件20的电极21的位置关系进行说明。如图6，图8所示，传感器元件20的表面电极21a形成在从传感器元件20的基端至与支撑部71b对向的位置上。另外，在Y方向上并列的4个表面电极21a中的中央的两个表面电极21a与用于导通所述传感器元件20内部电路而形成的贯穿孔21e相导通。如图8所示，各贯穿孔21e形成于导通部71c与支撑部71b之间的位置上。此外，背面电极21b与接触金属配件71之间的位置关系和用于导通背面电极21b的贯穿孔21e的位置也与上述说明相同，所以省略其说明。
第一U形弹簧92a是经由固定金属配件90压紧第一壳体51a的剖面大致为U字形的金属制弹性部件，第二U形弹簧92b是经由固定金属配件90压紧第二壳体51b的剖面大致为U字形的金属制弹性部件。此外，由于第一U形弹簧92a与第二U形弹簧92b形状相同，因此，对于相同的构成要素使用相同的附图标记进行说明。另外，将第一U形弹簧92a与第二U形弹簧92b合起来标记为U形弹簧92。如图5、图7所示，该U形弹簧92以作为U字两端的顶端93、94与金属管95的内周面相接触。该顶端93、94呈顶端弯曲的形状，并且形成为以该弯曲的曲面与金属管95的内周面相接触的曲面接触部位。另外，与金属管95的内周面相接触的曲面以其曲率半径在金属管95的内周面中的与该曲面相接触的部分的曲率半径以下的方式形成。例如，如图7的放大图所示，第二U形弹簧92b的顶端93中的与金属管95的内周面相接触的曲面93a的曲率半径小于金属管95的内周面中的与顶端93相接触的部分的曲面95a的曲率半径小。对于弹簧92的顶端93、94的与金属管95相接触部分的曲面的曲率半径并无特别限定，例如、0.3mm-5.1mm。该U形弹簧92通过顶端93、94被金属管95压紧所产生的弹力，经由固定金属配件90将第一壳体51a及第二壳体51b向其夹持传感器元件20互相接近的方向压紧。
金属管95是与第一U形弹簧92a及第二U形弹簧92b相接触、围绕第一壳体51a及第二壳体51b的圆筒状部件。该金属管95以中心轴沿传感器元件20的长尺寸方向的方式配置。该金属管95通过如上述那样在内周面压紧U形弹簧92的顶端93、94来使U形弹簧92产生弹力。如图5、7所示，在金属管95的外周面上形成有8个突起96，且在内周面上形成有8个槽97。该8个突起96分别相隔45°而形成，槽97位于与突起96一对一对向的位置上。该突起96及槽97是伴随着后述的金属管95的敛缝加工而形成的，对于敛缝加工在后面进行叙述。此外，顶端93、94位于避开该槽97的位置。另外，金属管95中的传感器元件20的基端侧的端部具有以比其他部分内径更小的方式设置的小径部98(参照图6、图9)。通过该小径部98，防止U形弹簧92相对于图6的右方偏离。对于金属管95并无特别限定，但内周面半径(参照图9)为4mm-8mm，厚度(参照图9)为0.4mm-1.0mm。厚度越大，金属管95越不易松弛(压紧U形弹簧92的力不易减小)因而有利于本发明的实施。作为金属管95的材质，例如可以使用SUS430。金属管95能够防止，热膨胀系数越小就越因温度上升产生的膨胀使得U形弹簧92松弛而压紧壳体51的弹力减小。因而有利于本发明的实施。另外，金属管95以内周面的算术平均粗度Ra在1μm以下(优选0.8μm以下)的方式形成。
固定金属配件90是将板状金属弯曲加工成剖面大致为C字的配件，具有夹持第一壳体51a及第二壳体51b并将其在互相接近的方向上压紧的弹力。利用该弹力及所述U形弹簧92的弹力，固定金属配件90夹持第一壳体51a与第二壳体51b。此时，呈用第一壳体51a与第二壳体51b夹持传感器元件20的状态，以使接触金属配件71的支撑部71b、导通部71c与传感器元件20的表面电极21a或背面电极21b对向。其结果，因固定金属配件90的压紧力，支撑部71b、导通部71c分别弹性变形而夹持并固定传感器元件20。此时，由于支撑部71b、导通部71c弹性变形，因而能够利用由此产生的压紧力切实夹持并固定传感器元件20。另外，由于支撑部71b、导通部71c弹性变形，因而能够切实保障支撑部71b与电极21之间的电连接及导通部71c与电极21之间的电连接。
对于支撑部71b、导通部71c，考虑来自固定金属配件90及U形弹簧92的压紧力或使其在一定富余的压紧力的范围内不产生塑性变形来确定其材料和弯曲方式。另外，优选支撑部71b、导通部71c的弹簧常数在500-4000N/mm范围。该弹簧常数是指分别组装于壳体51的状态下的垂直于支撑部71b、导通部71c的顶部切线方向(Z方向)的弹簧常数。通过这样做，能更确保达到所述效果。例如，如图10所示，接触金属配件71制作后不施加负荷而位移呈为零的状态，所以支撑部71b、导通部71c位移和负荷也为零(坐标原点)。另一方面，将传感器元件20组装于连接器50上时，支撑部71b、导通部71c被施加负荷而在Z方向被压缩，因此随着负荷的增加位移也增加。假设此时的位移沿图10的直线A(弹簧常数500N/mm)变化。另外，传感器元件20与连接器50的组装结束时，负荷变为50N、位移变为100μm，其后，在0-50N的范围内，假设当负荷减小时，将直线A沿向下的箭头降低，当负荷增加时，将直线A沿向上的箭头升高。这样，为使初期的负荷-位移的关系为直线A、组装后的负荷-位移关系也为直线A，适当设定材料和弯曲方式就可以。或者，传感器元件20与连接器50的组装结束、负荷变为50N、位移变为100μm之后，在0-50N的范围内，使负荷减小时直线B(弹簧常数1000N/mm)沿向下的箭头降低，负荷增加时直线B沿向上的箭头升高的方式设定材料也可。或者，传感器元件20与连接器50的组装结束、负荷变为100N、位移变为200μm之后，在0-100N的范围内，使负荷减小时直线C(弹簧常数4000N/mm)沿向下的箭头降低，负荷增加时直线C沿向上的箭头升高的方式设定材料也可以。如上操作，能设定传感器元件20与连接器50组装后的支撑部71b、导通部71c的弹簧常数为500-4000N/mm。
用图11来对这样构成的气体传感器10的特别是在传感器元件20及连接器50振动时的状态进行说明。U形弹簧92位于图11的实线所示的位置时，对气体传感器10施加振动并将图11的向上的力施加于连接器50时，U形弹簧92以图中虚线所示的方式变形。具体地，第一U形弹簧92a的顶端93、94在金属管95的内周面滑动且向互相接近的方向移动，并利用自身的弹性功能来吸收振动。另外，将图11的向下的力施加于连接器50时，同样地第二U形弹簧92b的顶端93、94在金属管95的内周面滑动且向互相接近的方向移动，利用自身的弹性功能来吸收振动。这样，在本实施方案的气体传感器10中，通过设置金属管95的内周面的算术平均粗度Ra在1μm以下、U形弹簧92的顶端93、94为曲面接触部位，能够使金属管95的内周面与U形弹簧92的顶端93、94之间的滑动变好而吸收振动。由此，接触金属配件71与传感器元件20的导通不良、传感器元件20的疲劳及裂纹就难以产生。另一方面，如果U形弹簧92的顶端93、94卡在金属管95的内周面上而停滞时，就不能产生图11的虚线那样的变形就不能以U形弹簧92来吸收振动。此时，由于传感器元件20与接触金属配件71的切点上施加有振动所产生的力，接触金属配件71与传感器元件20的导通不良、传感器元件20的疲劳及裂纹就容易产生。本实施方案的气体传感器10能防止这样的现象，且抗振能力变强。此外，如上所述，U形弹簧92的顶端93、94以如下方式设置：将其设置在避开金属管95的槽97的位置上，即使顶端93、94由于振动而接近或远离而使位置发生位移，也不会到达槽97的位置。为达到此目的，例如以如下方式决定U形弹簧92的材质和形状、槽97的位置就可以，即：事先假定的施加于气体传感器10的振动范围内的U形弹簧92的顶端93、94的位移范围不涉及到槽97的位置。
接着，对气体传感器10的制造方法进行说明。首先对接触金属配件71的制造方法进行说明。接触金属配件71通过对将板状金属进行起模、弯曲加工而制造。首先，如图12所示，以具有大致呈长方形状的金属板部100、金属板部100的一个长边连接有金属片110的形状对板状金属进行起模。另外，通过使金属板部100的区域100a、100f向图12的纸面的面前侧弯曲，来形成图13所示的顶端部71a、连接部71f，并通过使区域100b、100c向图12的纸面里侧弯曲，来形成图13所示的支撑部71b、导通部71c。另一方面，金属片110以直线111a为支点使区域111向纸面的面前侧弯曲90°，并通过以直线112a为支点使区域112弯曲来形成直立部71d。此外，挂钩部71e是通过弯曲区域113而形成的。这样制造接触金属配件71，就能由板状金属容易地制造立体形状的接触金属配件71。另外，如图12、13所示，在金属板部100上形成有深度在区域111的厚度以上的凹部101，以直线111a为支点弯曲区域111时，区域111容纳于金属板部100的表面102的直上区域内。进而，对于区域112、113，也以使其容纳于金属板部100的表面102的直上区域内的方式决定其宽度，并且由于挂钩部71e是将区域113沿金属板部100的长尺寸方向向连接部71f方向弯曲而形成的，因此，直立部71d整体也容纳于金属板部100的表面102的直上区域内。通过使多个接触金属配件71的直立部71d以这样的形状形成，能减小保持接触金属配件71在与接触金属配件71的长尺寸方向相垂直相交的方向上排列状态时的排列宽度，结果就能实现壳体51的小型化。即，能实现连接器50的小型化。另外，由于连接器50与传感器元件20由作为弹性体的接触金属配件71连接，因此从外筒46→橡皮栓47→导线45→连接器50传播的振动不会直接传播到传感器元件20。例如，如果连接器50与传感器元件20的连接是设置于接触金属配件上的没有弹力的突起部时，从外筒46→橡皮栓47→导线45→连接器50传播的振动将直接传播到传感器元件20。而且，气体传感器10被安装于车辆等振动的环境中时，如上所述，传感器元件20及连接器50以图1所示的上端部P为支点振动。这样的情况下，如果接触金属配件71不具有弹力，则不只是连接器50，导线45、橡皮栓47、外筒46也会被包含于传感器元件20的振动体系中，有可能以上端部P为支点产生过大的重复应力。在本实施方案中，由于接触金属配件71就以弹性体状态将连接器50与传感器元件20连接，所以能明显消除所述可能。而且，连接器50越小型化即越轻量化，就越能减小由振动而在连接器50上产生的转矩，因此能使连接器50的转矩所带来的施加于传感器元件20上的反复应力变小、传感器元件20的寿命变长。另外，连接器50上产生的转矩变小，由此能提高连接器50对振动的耐久性而使连接器50的寿命更长。
接着，使用图14-图16对连接器50的制造方法进行说明。图14-15是示意性表示连接器50的制造过程的立体图。首先，准备第二壳体51b(图14(a))，在该第二壳体51b上将4个接触金属配件71并列保持在与接触金属配件71的长尺寸方向垂直相交的方向上(图14(b))。接着，准备由图1所示的传感器元件20，主体配件41，保护盖30，内筒42，陶瓷支架43a-43c，陶瓷粉体44a、44b组成的初级组合品。此外，初级组合品例如以如下方式组合。首先，在主体配件41内熔接固定内筒42，在内筒42及主体配件41内插入传感器元件20的状态下，在内筒42及主体配件41内部密封多个陶瓷支架43a-43c，陶瓷粉体44a、44b。接着，在主体配件41熔接固定内侧保护盖31及外侧保护盖32并形成保护盖30作为初级组合品。另外，以该初级组合品的传感器元件20的背面电极21b导通接触金属配件71的支撑部71b及导通部71c的方式，在第二壳体51b配置传感器元件20(图14(c))。此外，在图14(c)中省略了初级组合品中传感器元件20以外的部件。接着，与图14(b)同样地，在第一壳体51a上将4个接触金属配件71并列保持在与接触金属配件71的长尺寸方向垂直相交的方向上，以使第一壳体51a及第二壳体51b夹持传感器元件20(图15(a))。由此，传感器元件20的表面电极21a与接触金属配件71的支撑部71b及导通部71c分别一对一对向导通。此外，此时、接触金属配件71的连接部71f事先与通过橡皮栓47内的导线45连接。
接着，将板状金属以剖面大致为C字来弯曲加工而形成固定金属配件90，将该固定金属配件90的开放部分一时性地扩大在其中插入第一壳体51a及第二壳体51b(图15(b))。由此，固定金属配件90在第一壳体51a及第二壳体51b互相接近的方向上被压紧固定。另外，以夹持固定金属配件90及壳体51的方式安装第一U形弹簧92a、第二U形弹簧92b(图15(c))。该第一U形弹簧92a及第二U形弹簧92b可以通过板状金属以U字状弯曲加工而形成。此外，以使第一U形弹簧92a及第二U形弹簧92b的U字顶端93、94为具有一定半径的曲面的曲面接触部位的方式弯曲加工。另外，U形弹簧92的顶端93、94以面向壳体51的相反侧的方式安装。此外，U形弹簧92也可事先安装于固定金属配件90。接着，准备内周面的算术平均粗度Ra的值在1μm以下的圆筒状金属管95，金属管95以如下方式配置：位于壳体51及U形弹簧92的周围且中心轴沿传感器元件20的长尺寸方向(图16(a))。由此，第一U形弹簧92a位于金属管95与第一壳体51a之间，第二U形弹簧92b位于金属管95与第二壳体51b之间。此外，金属管95的内周面，例如利用使半径比金属管95的内周面半径稍大的钢球通过的减径压紧或滚磨、珠击处理(shot peening)等方法使算术平均粗度Ra值在1μm以下。
如果配置金属管95与U形弹簧92，对金属管95的外周进行加紧敛缝加工，减小内径尺寸(图16(b))。进行该敛缝加工的情况如图17所示。进行敛缝加工时，首先，如图17(a)所示，用敛缝夹具99围绕敛缝加工前的金属管95的周围。该敛缝夹具99是由比金属管95直径大的圆筒状部件每隔45°切开形成为8个部件99a-99h的工具。另外，用该部件99a-99h围绕金属管95后，通过从敛缝夹具99的外周向内侧(金属管95的圆的中心方向)压紧部件99a-99h，从而加紧金属管95的外周而使内径尺寸减小(图17(b))。作为从敛缝夹具99的外周压紧的方法，例如可以采用如下方法：准备中空的圆锥形部件那样向轴方向内径逐渐变小的形状的部件，向其中插入围绕有敛缝夹具99的金属管95并在轴方向压入。此外，通过该敛缝加工，在与部件99a-99h的缝隙部分对应的位置上形成所述金属管95的突起96及槽97。因此，该敛缝加工以能使顶端93、94避开该槽97的方式配置部件99a-99h来进行。此外，部件99a-99h数目和形状不限于图17的情况。例如，图17中的部件99a-99h是将圆筒状的部件以45°均匀切开的部件，因此各个形状都相同，但不是均匀切开的形状各不同的也可以。
如果这样进行敛缝加工，金属管95的内周面接触U形弹簧92的顶端93、94的曲面并将其压紧，从而U形弹簧92产生弹力。利用该弹力，第一U形弹簧92a在第一壳体51a与第二壳体51b夹持传感器元件20而接近的方向上压紧第一壳体51a。同样地，第二U形弹簧92b在第一壳体51a与第二壳体51b夹持传感器元件20而接近的方向上压紧第二壳体51b。通过这样，传感器元件20被壳体51夹持。此外，将金属管95的内径的尺寸减小到什么程度，要基于减小尺寸后的内径与U形弹簧92所要求的弹力，用实验来确定就可以。另外，所述U形弹簧的顶端93、94中的与金属管95的内周面接触的曲面的曲率半径是事先确定的在敛缝加工后的金属管95的内周面的曲率半径(在本实施方案中与内周面的半径同义)以下的值。如果进行敛缝加工，在金属管95内，只将传感器元件20的基端侧的端部向内侧压紧而形成小径部98。由此，得到所述连接器50。
这样，形成夹持初级组合品的传感器元件20的连接器50，将外筒46熔接固定于主体配件41上，得到图1所示的气体传感器10。
这样，制造的气体传感器10能得到所述效果，即能得到金属管95的内周面与U形弹簧92的顶端93、94之间的滑动变顺畅而能吸收振动的效果。另外，由于金属管95的内周面与U形弹簧92的顶端93、94之间滑动顺畅，在对金属管95的外周进行敛缝加工时，能防止U形弹簧92的顶端93、94卡在金属管的内周面上而引起不均匀的变形。由此，能防止U形弹簧92的弹力产生偏差而使得传感器元件20与接触金属配件71之间的接触出现片面接触，还能得到振动时难以出现传感器元件20与接触金属配件71之间的接触不良的效果。由这些可以得到耐振动性强的气敏元件气体传感器10。
此处，明确本实施方案的构成要素与本发明的构成要素的对应关系。本实施方案的传感器元件20相当于本发明的传感器元件，接触金属配件71相当于第一接触金属配件及第二接触金属配件，第一壳体51a相当于第一壳体，第二壳体51b相当于第二壳体，金属管95相当于金属管，第一U形弹簧92a相当于第一弹性部件，第二U形弹簧92b相当于第二弹性部件，固定金属配件90相当于第三弹性部件。
此外，当然，本发明并不受所述实施方案的任何限制，只要属于本发明的技术范围，可以以各种方案来实现。
例如，在所述实施方案中，通过将金属管95的内周面的算术平均粗度Ra值1μm以下，使U形弹簧92在金属管95的内周面的滑动顺畅，也可以对金属管95的内周面进行镀层或以氟树脂涂覆或涂敷液体润滑剂或涂敷固体润滑剂。或者，对U形弹簧92的顶端93、94的与金属管95的内周面接触的曲面进行镀层或以氟树脂涂覆或涂敷液体润滑剂或涂敷固体润滑剂也可以。这样，U形弹簧92在金属管95的内周面的滑动变好而得到耐振动性强的气体传感器。此外，这样进行镀层等时，金属管95的内周面的算术平均粗度Ra在1μm以下也可以，超过1μm也可以。作为镀层的具体例子，例如可以列举镀银。作为镀层的厚度，并无特别限定，例如1-2μm。作为液体润滑剂的具体例子，可以列举压榨油(例如アクア化学制アクアプレスMA-10R)等高纯度精制油。作为固体润滑剂的具体例子，可以列举二硫化钼。
在所述实施方案中，将作为U形弹簧92的两端的顶端93、94作为曲面接触部位，也可以只将任一个作为曲面接触部位。不过，由于将任一个作为曲面接触部的情况下，金属管95的内周面与U形弹簧92之间的滑动都好因而有利于本发明的实施。
在所述实施方案中，使限制部件56、57具备第一壳体51a、第二壳体51b，也可以是不同于第一壳体51a，第二壳体51b的其他的部件。另外，第一壳体51a与第二壳体51b都在两侧的侧面上具备限制部件，通过使第一壳体51a及第二壳体51b的对向的限制部件之间接触来固定彼此的距离也可以。
在所述实施方案中，支撑部71b与导通部71c共同以压紧力夹持传感器元件20，但也可以不具备支撑部71b。不过，如上所述，导通部71c也通过贯穿孔21e位于基端侧时，有可能出现来自导通部71c的压紧力作用于贯穿孔21e而使得传感器元件20产生裂纹的现象。为防止这样的现象，即使以支撑部71b夹持传感器元件20有利于本发明的实施。
在所述实施方案中，挂钩部71e在连接部71f方向上弯曲，但也可以在其相反方向上弯曲。此时，插入孔53内的卡住部54形成于插入孔53内的相反侧就可以。另外，如果接触金属配件71的直立部71d容纳于金属板部100的表面102的直上区域内，则不管以什么样的弯曲加工形成直立部71d都可以。
在所述实施方案中，如图17所示，通过加紧金属管95外周的敛缝加工而减小内径尺寸，金属管95的内周面与U形弹簧92的顶端93、94的曲面接触而将其压紧，由此U形弹簧92产生弹力，但只要是将金属管95向内侧压紧而使其塑性变形而使U形弹簧92产生弹力，什么样的加工都可以。例如，如图18所示，从图18(a)的状态向第一U形弹簧92a及第二U形弹簧92b互相接近的方向(图的上下方向)压紧金属管95而使其塑性变形，如图18(b)所是那样，通过将金属管95变形为椭圆形，使U形弹簧92产生弹力也可以。这样，由于不设置突起96和槽97，就不用考虑槽97与U形弹簧92的顶端93、94的位置关系。
实施例
(实施例1-11，比较例1)
根据所述气体传感器10的制造方法，制作实施例1-11，比较例1的气体传感器10。实施例1-11，比较例1的气体传感器，所述敛缝加工前的金属管95内周面的算术平均粗度Ra的值和有无镀层等加工如表1所示不同。此外，表1的算术平均粗度Ra的值，如果进行减径挤压则是减径挤压后的值。另外，进行镀层等其他加工时，是指其他加工前的值。表1以外的构成及制造方法相同。具体地，在实施例1-11，比较例1中，U形弹簧92是SUS301制，金属管95是SUS430制，U形弹簧92的顶端93、94的与金属管95接触的曲面的曲率半径为0.5mm，金属管95的内周面半径在敛缝加工前为5.9mm、敛缝加工后为5.2mm。
(表1)
Figure GDA00003539587700181
Figure GDA00003539587700191
(评价实验1)
对于制作的实施例1-11，比较例1的气体传感器10，使金属管95转动时的转矩用转矩计103(日东精工制，NX500-TU)来测定。图19是说明测定转矩情况的图。转矩的测定以如下方式进行。首先，如图19(a)所示，从气体传感器10只取出传感器元件20、连接器50、导线45、橡皮栓47(将其标记为预备组)，以转矩计103的固定部件105夹持并固定传感器元件20。在该状态下，以把持部件104把持金属管95的同时以转动轴106为中心以约20rpm的转动速度转动(相位从0°-14°转动)，测定此时施加于转动轴106上的转矩的波形。另外，计算如图19(b)所是那样测定的转矩波形的最大值、最小值及平均值。将结果表示在图20中。此外，以相位从0°-14°的转动来测定转矩，是因为由于转动U形弹簧92的顶端93、94移动至槽97的位置则会产生不同于使用时的转矩，而不能进行合适的测定。即，气体传感器10的槽97位于以45°间隔的位置，在不会使U形弹簧92的顶端93、94因转动而移动至槽97的位置的范围内能够转动的最大转动角为14°(图7中的左右方向各7°)，因此限于0°-14°的转动来测定转矩。此外，转矩的测定以如下方式进行，分别制作实施例1-11，比较例1的气体传感器10各3个，测定该3个气体传感器10的转矩波形的最大值、最小值、平均值。例如，图20所示的实施例1的转矩波形的最大值、最小值是对实施例1的3个气体传感器10测定转矩波形，表示该3个波形的瞬时值的最大值、最小值。另外，图20所示的实施例1的转矩波形的平均值表示3个波形的转矩的平均值。
从图20可知，与比较例1相比，实施例1-11的气体传感器10任一个的转矩值都较小。由此可知，实施例1-11的气体传感器10与比较例1相比，金属管95的内周面与U形弹簧92的滑动更好。此外，由实施例1-3的测定结果可知，金属管95的内周面的算术平均粗度Ra的值越小，金属管95的内周面与U形弹簧92之间的滑动越好。另外，由比较例1与实施例4-6的测定结果可知，即使金属管95的内周面的算术平均粗度Ra值相同，在内周面进行镀层等加工时，金属管95的内周面与U形弹簧92之间的滑动也会更好。进而，由实施例8-11的测定结果可知，使金属管95的内周面的算术平均粗度Ra的值在1μm以下并进行内周面的镀层等加工的情况与进行其中任一个的情况相比，金属管95的内周面与U形弹簧92之间的滑动更好。
此外，作为表示金属管95的内周面与U形弹簧92之间的滑动的良好程度的值，可以由图20所示的转矩计算金属管95的内周面与U形弹簧92之间的动摩擦系数。图21是表示用于该计算的变量的说明图。如图所示，设置金属管95转动时的转矩为T(N·m)、金属管95的内周面半径为L(m)、金属管95的内周面与U形弹簧92之间的动摩擦系数为μ、用于转动金属管95的切线方向的力为F(N)、U形弹簧92将金属管95向金属管95的半径方向压紧的力(其中一个U形弹簧92的两端的压紧力的合)为f(N)，则以下的式(1)，(2)成立，由此可以导出式(3)。此处，在本实施方案中，如上所述，敛缝加工后的金属管95的内周面的半径L的值为0.0052m。另外，测定敛缝加工后的U形弹簧92所产生的压紧力f的值为250N。因此，使用该值和图20所示的转矩T的值，计算金属管95的内周面与U形弹簧92之间的动摩擦系数μ。将结果表示在图22中。从图22的实施例1的动摩擦系数μ的值可知，将金属管95的内周面的算术平均粗度Ra的值设置在1μm以下，相当于将金属管95的内周面与U形弹簧92之间的动摩擦系数μ的值设置在37.10以下。另外，同样地，将算术平均粗度Ra的值设置在0.8μm以下，相当于将金属管95的内周面与U形弹簧92之间的动摩擦系数μ的值设置在16.61以下。此外，虽然计算的动摩擦系数μ是敛缝加工后的值，但敛缝加工前后动摩擦系数μ不变为恒定值。
T＝L×F  (1)
μ＝F/f  (2)
μ＝T/f/L  (3)
(评价实验2)
对于制作的实施例1-11，比较例1的气体传感器10，进行加热振动试验。将加热振动试验的情况表示于图23(a)-(c)中。此外，图23(b)为图23(a)的D视图，图23(c)为图23(b)的E视图。如图23所示，加热振动试验以如下方式进行，在不锈钢管200的内螺纹部安装气体传感器10的主体配件41的外螺纹部41a，将保护盖30插入管200内部，用气体燃烧器202对管200进行加热并施加振动。加热条件为气体的(丙烷)的燃料比λ＝1.05±0.05，加热温度为850℃。振动条件是将图24所示的规定图形的频率及加速度的振动(正弦波)以30分钟一次循环来施加于管200，将该操作重复进行150个小时。如图所示，使振动频率在50Hz-250Hz的范围内变化，使加速度在30G-50G的范围内变化。此外，加热振动试验是分别准备实施例1-11，比较例1的气体传感器10各20个来进行的。将该加热振动试验的結果表示在图25、图26中。图25、图26中的不良发生数是指，分别对实施例1-11，比较例1的20个气体传感器10中，在加热振动试验中发生传感器元件20的电极21与接触金属配件71的导通不良的气体传感器10的数目。另外，图25的转动转矩(平均值)表示图20所示的转矩的平均值，图26的动摩擦系数(平均值)表示图22所示的动摩擦系数的平均值。导通不良的判定是通过如下方式进行的，即：通过测定接触金属配件71的电压或电流来测定传感器元件20的电极21的输出，该输出中断时判定为导通不良。此外，首先准备12个比较例1的气体传感器10并对其进行加热振动试验时，不良的发生数目为2个，其后进一步对剩余8个进行加热振动试验时，合计20个中不良发生的数目如图25、26所示为6个。
由图25、26可知，转动转矩(动摩擦系数)越小，即金属管95的内周面与U形弹簧92之间的滑动越好，则加热振动试验中的不良发生的数目越少。特别是实施例3-11中的不良发生数为0。由该结果可以确认，金属管95的内周面与U形弹簧92之间的滑动越好，就越能吸收振动，接触金属配件71与传感器元件20越难以产生导通不良。
本申请以2010年1月19日申请的美国临时申请61/296,079为优先权，通过引用该申请的全部内部包含于本说明书中。
产业上的利用可能性
本发明的气体传感器例如可以用于O2传感器、NOx传感器、氨气传感器等气体检测传感器技术领域。

Claims (16)

1.一种气体传感器，具备：
传感器元件，其能检测出被测定气体的规定气体的浓度，并具有并排设置于表面上的多个表面电极部及并排设置于背面的多个背面电极部；
多个细长的第一接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个表面电极部相接触的导通部；
多个细长的第二接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个背面电极部相接触的导通部；
陶瓷制的第一壳体，其用以保持所述多个细长的第一接触金属配件排列在与该第一接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个表面电极部对向；
陶瓷制的第二壳体，其用以保持所述多个细长的第二接触金属配件排列在与该第二接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个背面电极部对向；
圆筒状的金属管，其具有沿所述传感器元件的长尺寸方向的中心轴，且位于所述第一壳体及第二壳体的周围；
第一弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第一壳体；
第二弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第二壳体，
其中，
所述金属管的内周面的算术平均粗度Ra的值为1μm以下，
所述第一弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下，
所述第二弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下。
2.权利要求1所述的气体传感器，所述传感器元件为平板状元件。
3.权利要求1或2所述的气体传感器，所述金属管内周面的算术平均粗度Ra的值在0.8μm以下。
4.权利要求1或2的任一项所述的气体传感器，所述金属管的所述内周面被镀层。
5.权利要求1或2的任一项所述的气体传感器，所述金属管的所述内周面被氟树脂涂覆。
6.权利要求1或2的任一项所述的气体传感器，在所述金属管的所述内周面上涂敷有液体润滑剂或固体润滑剂。
7.权利要求1或2的任一项所述的气体传感器，所述第一弹性部件及所述第二弹性部件的所述曲面接触部位中与所述金属管内周面接触的曲面被镀层。
8.权利要求1或2的任一项所述的气体传感器，所述第一弹性部件及所述第二弹性部件的所述曲面接触部位中与所述金属管内周面接触的曲面被氟树脂涂覆。
9.权利要求1或2的任一项所述的气体传感器，在所述第一弹性部件及所述第二弹性部件的所述曲面接触部位中与所述金属管内周面接触的曲面上涂敷有液体润滑剂或固体润滑剂。
10.权利要求1或2的任一项所述的气体传感器，所述金属管是通过加紧外周的敛缝加工来减小内径尺寸而形成的部件，
所述第一弹性部件及所述第二弹性部件的所述U字的两端位于避开因所述敛缝加工而在所述金属管内周面形成的槽的位置。
11.权利要求1或2的任一项所述的气体传感器，所述第一弹性部件的所述两端都形成所述曲面接触部位，
所述第二弹性部件的所述两端都形成所述曲面接触部位。
12.权利要求1或2的任一项所述的气体传感器，
所述第一接触金属配件及所述第二接触金属配件的导通部为弹性体，
所述传感器元件由以下压紧力所夹持，其中一个压紧力通过该第一接触金属配件的导通部因经由所述第一壳体来自所述第一弹性部件的压紧力而产生弹性变形来产生，另一个压紧力通过该第二接触金属配件的导通部因经由所述第二壳体来自所述第二弹性部件的压紧力而产生弹性变形来产生。
13.权利要求1或2的任一项所述的气体传感器，具备第三弹性部件，其夹持并向互相接近的方向压紧所述第一壳体和所述第二壳体。
14.一种气体传感器，具备：
传感器元件，其能检测出被测定气体的规定气体的浓度，并具有并排设置于表面上的多个表面电极部及并排设置于背面的多个背面电极部；
多个细长的第一接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个表面电极部相接触的导通部；
多个细长的第二接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个背面电极部相接触的导通部；
陶瓷制的第一壳体，其用以保持所述多个细长的第一接触金属配件排列在与该第一接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个表面电极部对向；
陶瓷制的第二壳体，其用以保持所述多个细长的第二接触金属配件排列在与该第二接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个背面电极部对向；
圆筒状的金属管，其具有沿所述传感器元件的长尺寸方向的中心轴，且位于所述第一壳体及第二壳体的周围；
第一弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第一壳体；
第二弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第二壳体，
其中，
所述金属管的所述内周面被镀层、或被氟树脂涂覆、或涂敷有液体润滑剂、或涂敷有固体润滑剂，
所述第一弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下，
所述第二弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下。
15.一种气体传感器，具备：
传感器元件，其能检测出被测定气体的规定气体的浓度，并具有并排设置于表面上的多个表面电极部及并排设置于背面的多个背面电极部；
多个细长的第一接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个表面电极部相接触的导通部；
多个细长的第二接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个背面电极部相接触的导通部；
陶瓷制的第一壳体，其用以保持所述多个细长的第一接触金属配件排列在与该第一接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个表面电极部对向；
陶瓷制的第二壳体，其用以保持所述多个细长的第二接触金属配件排列在与该第二接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个背面电极部对向；
圆筒状的金属管，其具有沿所述传感器元件的长尺寸方向的中心轴，且位于所述第一壳体及第二壳体的周围；
第一弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第一壳体；
第二弹性部件，其剖面大致为U字状，该U字的两端与所述金属管的内周面相接触，通过被该金属管压紧而产生的弹力，向所述第一壳体与所述第二壳体隔着所述传感器元件互相接近的方向压紧该第二壳体，
其中，
所述第一弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下，
所述第二弹性部件以所述两端中至少一端成为具有如下曲面的曲面接触部位的方式形成，即：该曲面与该金属管内周面接触，其曲率半径在该曲面与所述金属管的内周面相接触的部分的曲率半径以下，
所述第一弹性部件及所述第二弹性部件的所述曲面接触部位中与所述金属管的内周面接触的曲面或被镀层、或被氟树脂涂覆、或涂敷有液体润滑剂、或涂敷有固体润滑剂。
16.一种气体传感器的制造方法，包括a工序、b工序以及c工序，
所述a工序是准备如下部件的工序：
传感器元件，其能检测出被测定气体的规定气体的浓度，并具有并排设置于表面上的多个表面电极部及并排设置于背面的多个背面电极部，
多个细长的第一接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个表面电极部相接触的导通部，
多个细长的第二接触金属配件，其形成有与所述传感器元件的所述多个背面电极部相接触的导通部，
陶瓷制的第一壳体，其用以保持所述多个细长的第一接触金属配件排列在与该第一接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个表面电极部对向，
陶瓷制的第二壳体，其用以保持所述多个细长的第二接触金属配件排列在与该第二接触金属配件的长尺寸方向大致垂直相交的方向上且与所述多个背面电极部对向；
所述b工序为如下：
在配置圆筒状金属管、第一弹性部件以及第二弹性部件时，将所述金属管以其位于所述第一壳体及第二壳体的周围且使其中心轴沿所述传感器元件长尺寸方向的方式配置，使所述第一弹性部件位于所述金属管和所述第一壳体之间的位置，使所述第二弹性部件位于所述金属管和所述第二壳体之间的位置，
其中，
所述圆筒状金属管，其内周面的算术平均粗度Ra的值为1μm以下，
所述第一弹性部件，其剖面大致为U字状，且该U字两端中的至少一端成为由曲面构成的曲面接触部位，
所述第二弹性部件，其剖面大致为U字状，且该U字两端中的至少一端成为由曲面构成的曲面接触部位；
所述c工序为如下：
通过将所述金属管向内侧压紧使其塑性变形，由此利用所述第一弹性部件的所述两端被该金属管压紧而产生的弹力，所述第一弹性部件向所述第一壳体与所述第二壳体隔着夹持所述传感器元件互相而接近的方向压紧该第一壳体，并且利用所述第二弹性部件的所述两端被该金属管压紧而产生的弹力，所述第二弹性部件向所述第一壳体与所述第二壳体隔着夹持所述传感器元件互相而接近的方向压紧该第二壳体；
所述第一弹性部件的曲面接触部位及所述第二弹性部件的曲面接触部位具有与所述工序c的塑性变形后的该金属管的内周面相接触的曲面，该曲面的曲率半径在该金属管的内周面的相接触部分的曲率半径以下。
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