CN102735723B - 电化学气体传感器及其铆接方法 - Google Patents

Abstract

电化学气体传感器，具备：圆板状、金属制的底部件；包围底部件周围地沿底部件的轴线方向延伸的圆筒状、金属制的侧面部件；环状、在中央具备开口且开口的两侧各自的截面为L字形状、L字的一边与侧面部件的内侧接触、L字的另一边与底部件接触的由聚合物构成的密封垫；由一对电极和固体电解质膜或隔离物构成、位于密封垫开口内、底面与底部件接触的气体传感器主体；与气体传感器主体的上表面接触的金属制的盖部件。盖部件在侧部具备沿轴线方向延伸的环状凸起，侧面部件的顶端与密封垫的一边的顶端从第1方向起向底部件一侧弯曲成锐角，侧面部件的顶端、密封垫的一边的顶端和盖部件的凸起的顶端互相气密地接触，并且3种顶端都不与底部件的表面平行。

Description

电化学气体传感器及其铆接方法

技术领域

该发明涉及电化学气体传感器，尤其涉及其铆接。

背景技术

发明者们开发了将气体传感器主体的底面配置在金属制容器内、将盖部件配置在气体传感器主体的上面，通过密封垫将盖部件和容器铆接的电化学气体传感器(专利文献1日本特开2004-226346，专利文献2日本特开2006-84319)。专利文献1中容器的顶端从容器的轴线方向被弯曲成直角，将密封垫向下挤压。专利文献2中密封垫与容器的顶端接触，但在气体传感器主体附近没有密封垫。专利文献3(USP565005)中盖部件被夹入密封垫的槽中。

但是，电化学气体传感器存在气体灵敏度的参差不齐，具有贮水器的气体传感器还存在水的蒸发量的参差不齐。并且，气体灵敏度的参差不齐导致要求准确地调整附带电路、或者使气体传感器的收率(yield)下降。并且，水的蒸发量的参差不齐招致传感器寿命的参差不齐。

[专利文献1]日本特开2004-226346

[专利文献2]日本特开2006-84319

[专利文献3]USP5650054

发明内容

本发明的课题就是要减小电化学气体传感器的气体灵敏度的参差不齐。

本发明为具备以下部件的电化学气体传感器：圆板状、金属制的底部件；包围底部件的周围地沿底部件的轴线方向并至少向第1方向延伸的圆筒状、金属制的侧面部件；环状，在中央具备开口并且开口的两侧各自的截面为L字形状，L字的一边与侧面部件的内侧相接，L字的另一边与底部件相接的由聚合物构成的密封垫；至少具备一对电极和固体电解质膜或保持液体电解质的隔离物，位于密封垫的开口内，底面与底部件接触的气体传感器主体；以及底面与气体传感器主体的上表面接触，底面为圆形的金属制的盖部件；其特征在于，盖部件在侧部具备沿盖部件的轴线方向而向与底面相反一侧延伸的环状凸起；侧面部件的顶端和密封垫的一边的顶端从上述第1方向向底部件一侧被弯曲成锐角，侧面部件的顶端、密封垫的一边的顶端和盖部件的凸起的顶端互相气密地接触，并且3种顶端都不与底部件的表面平行。

并且，本发明的电化学气体传感器的铆接方法为铆接具备以下部件的电化学气体传感器的方法，该电化学气体传感器，具备：圆板状、金属制的底部件；包围底部件的周围地沿底部件的轴线方向并至少向第1方向延伸的圆筒状、金属制的侧面部件；环状、在中央具备开口并且开口的两侧各自的截面为L字形状的由聚合物构成的密封垫；至少具备一对电极和固体电解质膜或保持液体电解质的隔离物的气体传感器主体；以及金属制、底面为圆形的盖部件；该方法的特征在于，盖部件在侧部具备沿盖部件的轴线方向向与底面相反一侧延伸的环状凸起；该方法执行以下步骤：通过将上述密封垫、上述气体传感器主体和上述盖部件配置在上述底部件上，使密封垫的L字的一边被上述侧面部件包围、另一边与底部件相接，使气体传感器主体位于密封垫的开口内，从而使气体传感器主体的底面与底部件相接，使盖部件的底面覆盖气体传感器主体的上面，使盖部件的环形凸起朝向与底部件相反一侧的步骤；以及通过使入口侧为大径、内侧为小径地附加有锥度的模具的孔的表面与侧面部件的顶端接触，来使上述侧面部件的顶端和上述密封垫的一边的顶端从上述第1方向起向上述底部件一侧弯曲成锐角，使侧面部件的顶端、密封垫的一边的顶端和盖部件的凸起的顶端互相气密地接触，且使3种顶端都不与底部件的表面平行地铆接的步骤。

本发明能够将上述3种顶端互相气密地铆接。并且，能够消除L字形状的密封垫的另一边与底部件之间的间隙和密封垫的另一边与盖部件之间的间隙。因此，能够准确地定位电化学气体传感器的各部件，能够减小气体灵敏度的参差不齐。例如如果将离上述第1方向的侧面部件的顶端的角度为90°的比较例与实施例进行比较的话，实施例与比较例相比能够缩小气体灵敏度的分布(图13、图14)。另外，侧面部件顶端的角度优选离上述第1方向10°～60°，20～50°更好。

最好是侧面部件从底部件的位置向与上述第1方向相反的方向延伸、构成有底的筒状容器，底部件被保持在筒状容器的缩颈部，比底部件靠筒状容器的底侧的空间贮存水，在底部件上设置有孔。水既可以是液体水也可以是用二氧化硅等凝胶化过的水，除纯净水外还可以是包含磺酸化合物等电解质的水。如图12所示，凭借本发明从贮水器的水的蒸发量的参差不齐变小，气体传感器的寿命的参差不齐变小。

附图说明

图1为实施例的电化学气体传感器的铅垂方向剖视图；

图2为图1的电化学气体传感器的主要部分放大剖视图；

图3为表示图1的电化学气体传感器的容器和底板的铅垂方向剖视图；

图4为图1的电化学气体传感器的密封垫的铅垂方向剖视图；

图5为表示图1的电化学气体传感器的气体传感器主体和扩散控制板的剖视图；

图6为表示图1的电化学气体传感器的封孔体(cover)的铅垂方向剖视图；

图7为表示实施例的电化学气体传感器的铆接方法的图；

图8为第1变形例的电化学气体传感器的铅垂方向剖视图；

图9为第2变形例的电化学气体传感器的铅垂方向剖视图；

图10为表示实施例的电化学气体传感器的主要部分的铅垂方向剖面的照片；

图11为表示比较例的电化学气体传感器的主要部分的铅垂方向剖面的照片；

图12为表示实施例和比较例的水的蒸发量(在70℃下10天)的分布的特性图；

图13为表示实施例中的CO灵敏度分布的特性图；

图14为表示比较例中的CO灵敏度分布的特性图。

标记说明

2.电化学气体传感器；3.容器；4.底板；5.孔；6.缩颈；7.贮水器；8.水；10.侧面部；12.密封垫；14.气体传感器主体；16.扩散控制板；17.扩散控制孔；18.封孔体；20～23.接触部；24.开口；25.底部；26.凸起；28.隔离物；29.检测极；30.对电极；32、34.金属部件；36、37.孔；38.过滤件；39.压板；40.凸起；42.模具；43.孔；44.面；46.容器；47.底部；48.凸起；50.容器；52.底部；54.孔；56.凸起；58.盖部件；59.盖；60.凸起；D.轴线方向；F.顶端方向；θ.倾斜角

具体实施方式

以下说明用来实施本发明的优选实施例。

[实施例]

图1～图14表示实施例及其特性。图1～图6表示实施例的电化学气体传感器2的结构，3为金属制有底的圆筒状容器，4为金属圆板构成的底板，具备孔5。并且，底板4由设置在容器3上的缩颈6支承着。容器3的比缩颈6靠下的部分构成贮水器7，贮存水8。水既可以是纯净水，也可以是含电解质的水，还可以是用二氧化硅等凝胶化过的水、含潮解性盐的水、保持在吸水性高分子等中的水等。

将容器3内比底板4靠上的部分称为侧面部10，形状为圆筒状。在底板4上配置有密封垫12，在密封垫12的中心开口部配置气体传感器主体14，通过俯视为圆形的扩散控制板16提供应该检测的环境气体。并且，覆盖扩散控制板16地配置有金属制的封孔体18。封孔体18是以轴线方向D为中心旋转对称的。通过铆接侧面部10的顶端即各图的上方使侧面部10与密封垫12之间以及密封垫12与封孔体18之间气密，并且将封孔体18安装到容器3中。

图2表示实施例的主要部分，D表示气体传感器2的轴线方向，轴线方向D为底板4、封孔体18和容器3的轴线方向，为权利要求范围中的第1方向。F表示侧面部10的顶端的方向，顶端方向F相对于轴线方向D倾斜地朝向底板4的中心一侧。并且，假设方向D/F之间的角度为倾斜角θ，倾斜角θ为0°～90°之间的角度，最好为10°～60°，20°～50°更好。在本说明书中，上为朝轴线方向D的方向，下为与轴线方向D相反的方向。左右为与底板4的表面平行、与轴线方向D成直角的方向。并且，实施例的各部件即使以轴线方向为旋转轴旋转形状也不改变，俯视为圆形。

通过铆接侧面部10的顶端，顶端的朝向相对于轴线方向D向斜内侧弯曲，伴随于此，密封垫12的顶端也向斜内侧弯曲，并且封孔体18的顶端也向斜内侧弯曲。20为侧面部10与密封垫12的接触部，21为密封垫12与封孔体18的接触部，有使它们气密的必要，最好是接触部20、21是平行的。22为密封垫12的底面与底板4的接触部，在该部分最好不产生间隙。23为密封垫12的上面与封孔体18的底面的接触部，最好是无间隙地接触。

图3表示安装密封垫12等之前的容器3的形状，侧面部10环形地延伸到比底板4靠上方。图4表示密封垫12的结构，俯视为圆形，在中央具有圆形开口24，其左右两侧铅垂方向的截面为L字形状，由环形的底部25和在其周围向上方环形突出的凸起26构成。密封垫12最好是聚乙烯、聚丙烯、尼龙、四氟乙烯等具备可塑性和弹性的塑料，除此以外，也可以是天然橡胶或合成橡胶等。

图5表示气体传感器主体14和扩散控制板16，它们都是圆形。28为多孔质纸、塑料等膜状隔离物，保持液体电解质。隔离物28的例如上下两面有检测极29和对电极30，它们是将铂/碳等电极材料支承在多孔质的碳薄片等上的元件。另外，也可以取代隔离物28使用固体电解质膜等。在检测极29和扩散控制板16之间以及对电极30与底板4之间，也可以配置多孔质碳纤维薄片等。扩散控制板16为钛等的薄板，具备扩散控制孔17，控制向检测极29的环境气体的供给，将检测极29和封孔体18电气地连接。并且，对电极30通过底板4与容器3电气连接。

图6表示封孔体18的结构，32为下部的金属部件，34为上部的金属部件，互相焊接。金属部件32、34之间的空间收容有活性炭等过滤件38，用压板39、39使过滤件不洒落。并且，通过孔36、37向扩散控制板16一侧提供环境气体。扩散控制板16一侧(下侧)的金属部件32在外周具备环形凸缘部33，将凸缘部33的外周向上弯曲成为环形凸起40。另外，下部的金属部件32为圆板状，凸缘部33与密封垫12的L字形状的底部25的上表面接触，凸起40通过铆接与密封垫12的L字形状的凸起26的内表面气密地接触。上部的金属部件34的外周与底板4平行地弯曲变成凸缘部35，凸缘部33、35互相焊接。

图7表示电化学气体传感器2的铆接方法。将密封垫12放置到图3状态下的底板4上，将气体传感器主体14和扩散控制板16放置到密封垫12的开口上，覆盖扩散控制板地放置封孔体18。另外，这些放置的顺序是任意的。42为冲压用的模具，在其中心部具有圆锥形的孔43，用圆锥形的面44将侧面部10挤压变形进行铆接。图7中面44与轴线方向D之间的夹角与侧面部10的顶端与轴线方向D之间的角度θ大致相等。

虽然实施例中设置了扩散控制板16，但这是为了使向气体传感器主体14提供的环境气体的量一定，不设置也可以。并且，气体传感器主体14俯视为圆板状，其结构和材质是任意的，除检测极和对电极以外，还可以设置参照电极。本发明是铆接封孔体18、密封垫12和容器3，除此以外的部分能够根据众所周知的技术适当变更。

图8表示变形例的气体传感器，使用没有贮水器的容器46取代有贮水器的容器3。因此，在容器46的底部47上配置密封垫12和气体传感器主体14，使用容器46外周部的环形凸起48取代侧面部10。其他点与实施例相同。

图9表示第2变形例，不使用过滤件38。因此使用具备孔54的容器50，在其底部52上配置密封垫12和气体传感器主体14。另外，该例中增大气体传感器主体14的厚度，不设置扩散控制板16。并且，使用金属盖部件58，将其底面作为盖59与密封垫12和气体传感器主体14接触，在盖59的周围设置向上的环形凸起60，介由密封垫12铆接凸起56、60。其他点与实施例相同。

除实施例的气体传感器2以外，制作了侧面部10的顶端水平、与底板4的表面平行地铆接的气体传感器，将其作为比较例。图10表示实施例的气体传感器的剖面照片，图11表示比较例的气体传感器的截面照片。比较例的气体传感器在侧面部的顶端与密封垫之间存在间隙，侧面部的顶端与密封垫气密地密封的范围很小。并且，密封垫的底面从底板浮起，内周侧为上、外周侧为下地倾斜着。密封垫的底部的上面与封孔体18底面的外周部之间也存在间隙。由于这些原因，气体传感器2内外的气密性存在参差不齐，例如具有贮水器的水不经由底板的孔5而蒸发的可能性。并且，具有环境气体迂回封孔体18地到达气体传感器主体14的可能性，封孔体18挤压扩散控制孔17的压力存在参差不齐的可能性高。

图10的实施例中侧面部10的顶端与密封垫12的顶端以及密封垫12的顶端与封孔体18的顶端气密地密封着。如果倾斜地铆接侧面部10的顶端，密封垫的凸起26的顶端也倾斜地弯曲，并且封孔体的顶端也倾斜地弯曲，它们互相气密地铆接。尽管密封垫12的底面从底板4稍微倾斜，但两者之间的间隙小。在密封垫12的上表面与封孔体18的底面外周部之间看不到间隙。并且，封孔体18承受从周围倾斜向下的力，整体承受向下的力，可以认为以向下均匀的力挤压扩散控制板16。因此，气体传感器2的内外密封确实，并且形状和挤压力等的参差不齐小。

图12表示将实施例和比较例的气体传感器在70℃的干燥环境气体中保管了10天时的从贮水器的水的蒸发量。比较例的蒸发量在0.12g～0.17g的范围内参差不齐，而实施例则集中在0.12g±0.007g的范围内。如果蒸发量的参差不齐大，则到贮水器的水没了之前的时间参差不齐变大。贮水器为用于向气体传感器主体14提供水蒸气，电解质确保导电性的部件。并且，贮水器寿命的参差不齐成为了气体传感器寿命的参差不齐。

图13、图14表示实施例(图13)和比较例(图14)的气体传感器中的CO灵敏度的分布，横轴表示每单位CO浓度的输出电流，单位是任意的。CO灵敏度分布的标准偏差实施例中为比较例的约1/3。这样一来，通过实施例能够获得气体灵敏度一致的气体传感器。另外，电化学气体传感器除CO以外，还能够检测氢气、乙醇、硫化氢等种种气体。

通过实施例能够获得以下效果。

(1)能够减小从贮水器的水的蒸发量的参差不齐，能够减小气体传感器的寿命的参差不齐(图12)。

(2)能够减小气体灵敏度的参差不齐(图13、图14)。

铆接时侧面部10的顶端和密封垫12的凸起26变形，与凸起40的顶端气密地紧贴。凸起40既可以在铆接时弯曲，或者从最初弯曲好而使铆接时的弯曲很小。

Claims (4)

1.一种电化学气体传感器，具备：

圆板状、金属制的底部件；

包围底部件的周围地沿底部件的轴线方向并至少向作为电化学气体传感器的轴线方向的第1方向延伸的圆筒状、金属制的侧面部件；

环状，在中央具备开口并且开口的两侧各自的截面为L字形状，L字的一边与侧面部件的内侧相接，L字的另一边与底部件相接，由聚合物构成的密封垫；

至少具备一对电极和固体电解质膜或保持液体电解质的隔离物，位于密封垫的开口内，底面与底部件接触的气体传感器主体；以及

底面与气体传感器主体的上表面接触，底面为圆形的金属制的封孔体或者盖部件；其特征在于，

封孔体或者盖部件在侧部具备沿封孔体或者盖部件的轴线方向而向与底面相反一侧延伸的环状凸起；

侧面部件的顶端和密封垫的一边的顶端从上述第1方向向底部件一侧被弯曲成锐角，侧面部件的顶端、密封垫的一边的顶端和封孔体或者盖部件的凸起的顶端互相气密地接触，并且3种顶端都不与底部件的表面平行。

2.如权利要求1所述的电化学气体传感器，其特征在于，侧面部件的顶端位于距上述第1方向10°～60°的方向上。

3.如权利要求1或2所述的电化学气体传感器，其特征在于，侧面部件从底部件的位置向与上述第1方向相反的方向延伸、构成有底的筒状容器，底部件被保持在筒状容器的缩颈部，在比底部件靠筒状容器的底侧的空间贮存有水，在底部件上设置有孔。

4.一种铆接电化学气体传感器的方法，该电化学气体传感器，具备：

圆板状、金属制的底部件；

包围底部件的周围地沿底部件的轴线方向并至少向作为电化学气体传感器的轴线方向的第1方向延伸的圆筒状、金属制的侧面部件；

环状、在中央具备开口并且开口的两侧各自的截面为L字形状的由聚合物构成的密封垫；

至少具备一对电极和固体电解质膜或保持液体电解质的隔离物的气体传感器主体；以及

金属制、底面为圆形的封孔体或者盖部件；该方法的特征在于，

封孔体或者盖部件在侧部具备沿封孔体或者盖部件的轴线方向向与底面相反一侧延伸的环状凸起；

该方法执行以下步骤：通过将上述密封垫、上述气体传感器主体和上述封孔体或者盖部件配置在上述底部件上，使密封垫的L字的一边被上述侧面部件包围、另一边与底部件相接，使气体传感器主体位于密封垫的开口内，从而使气体传感器主体的底面与底部件相接，使封孔体或者盖部件的底面覆盖气体传感器主体的上面，使封孔体或者盖部件的环形凸起朝向与底部件相反一侧的步骤；以及

通过使入口侧为大径、内侧为小径地附加有锥度的模具的孔的表面与侧面部件的顶端接触，来使上述侧面部件的顶端和上述密封垫的一边的顶端从上述第1方向起向上述底部件一侧弯曲成锐角，使侧面部件的顶端、密封垫的一边的顶端和封孔体或者盖部件的凸起的顶端互相气密地接触，且使3种顶端都不与底部件的表面平行地铆接的步骤。