CN2795854Y - 气体传感器和气体传感器单元 - Google Patents

Abstract

一种气体传感器，包括：沿该传感器的轴向延伸的气体检测元件，其中所述气体检测元件的头端侧被暴露在被测量的气体中；圆柱形的外管，其包围所述气体检测元件的尾端侧，并且其包含绝缘陶瓷材料；以及金属壳体，其安放所述气体检测元件和所述外管，并且其中所述气体检测元件从所述金属壳体的头端伸出，而所述外管从所述金属壳体的尾端伸出，其中所述外管包括暴露部分，其在该气体传感器处于使用状态时从所述金属壳体中伸出并暴露在外面，以及至少形成在所述暴露部分上的釉面层。

Description

气体传感器和气体传感器单元

技术领域

本发明涉及气体传感器和气体传感器单元，其具有用陶瓷材料制造的气体检测元件。

背景技术

现有技术中已经提出具有用陶瓷材料制造的气体检测元件的各种常规的气体传感器。这种气体传感器的例子是连接于内燃机的排气管以检测废气中氧的浓度的传感器。

JP-A-2001-50928的气体传感器(图1)具有一种结构，其中从排气管伸向外面的外管被金属管部件所覆盖。采用这种结构是为了在车辆驱动过程中当该外管处于浸没状态时防止该外管被热冲击所损坏，或保护该外管。但是，在该气体传感器中，伸向外面的外管被金属管部件覆盖，所以散热性能不佳。因此必然存在构成该气体传感器的树脂(橡胶)元件由于废气热而及早地老化的可能性。

相反，在JP-B-6-60883的气体传感器(图1)中，金属管部件分开以在该分开的部件之间形成间隙，并且通过穿过该金属管部件的间隙而暴露的外管容易散热，从而防止橡胶垫圈老化。但是，在穿过该金属管部件的间隙而暴露的外管的结构中，其问题在于，当在车辆驱动期间外管处于浸没状态时，该外管由于热冲击而引起龟裂或破裂。由于损坏部分，气体传感器的输出等发生异常，并且最终该气体传感器可能发生故障。

发明内容

考虑到上述情况提出本发明。本发明的目的是提供一种气体传感器和气体传感器单元，其中，即便当该气体传感器或气体传感器单元被从外部浸没时，其输出等仍很少发生异常，并且散热性能极好。

解决该问题的手段是一种气体传感器，包括：气体检测元件，其沿该传感器的轴向延伸，并且其头端侧被暴露在被测量的气体中；圆柱形的外管，其包围该气体检测元件的尾端侧，并且用绝缘陶瓷材料制造；以及金属壳体，其容纳该气体检测元件和该外管，并且在该金属壳体中该气体检测元件从头端伸出，而该外管从尾端伸出，其中该外管包括暴露部分，该暴露部分在该气体传感器处于使用状态时从该金属壳体中伸出并暴露在外面，以及至少形成在该暴露部分的釉面层。

本发明的气体传感器具有由绝缘陶瓷材料制造的圆柱形的外管。该外管具有暴露部分，其在该气体传感器处于使用状态时，暴露在比该金属壳体的尾端更靠后的一侧的外面。釉面层至少形成在暴露部分。因此，当该外管的暴露部分在车辆驱动过程中处于浸没状态时，该釉面层首先被浸没。结果，该釉面层吸收热冲击，因此热冲击很难传递到该暴露部分。由于釉面层形成该暴露部分上，所以该暴露部分的外圆周面可以是光滑的，从而能够抑制由于热冲击引起的应力集中。因此，能够减少该外管龟裂或破裂的危险，并且能够减少该诸如气体传感器的输出等的异常，并且可以减少传感器的故障。

该暴露部分不限于在该外管中从该金属壳体的尾端伸出的整个尾端侧被暴露在外面的形式，而可以具有另一种形式，即在该外管中，只有从该金属壳体的尾端伸出尾端侧的一部分被暴露在外面。在后一种形式的例子中，该外管的尾端部分用树脂罩所覆盖，以防止水进入该外管内部。在这种形式中，在从该金属壳体的尾端伸出的尾端部分中，只有不与该树脂罩紧密接触的部分构成将要被暴露在外面的暴露部分。

在气体传感器的例子中，当使用气体传感器时，该气体检测元件被加热(暴露在高温下)，该气体检测元件和金属壳体的热传递给外管，然后通过该暴露部分散失在外面。因此，可以增强散热性能。在如上所述使用树脂罩的情况下，该树脂罩不直接与金属壳体接触，并且该外管的暴露部分不设置在它们之间，从而可以防止该金属壳体的热直接传递给该树脂罩。因此可以改善该树脂罩的耐热性。

在釉面层所用的釉料也叫做玻璃质组分，并且是玻璃质材料，其被施加于外管的表面以增强该外管的机械强度。具体说，该釉料是硼硅酸盐玻璃、碱性硼硅酸盐玻璃等。

优选地，该气体传感器构造成使该釉面层的表面粗糙度Ra为0.4μm或更小。

在本发明的气体传感器中，由于釉面层的表面粗糙度Ra设为0.4μm或更小，该釉面层的表面更加变得光滑，当热冲击施加于该釉面层时，发生龟裂、裂口等的危险能够有效地减少。在本发明中，表面粗糙度Ra是指算术平均粗糙度Ra。算术平均粗糙度Ra的值根据JISB0601(1994)，第3条“定义算术平均粗糙度的定义和表示”来表示。

为了有效地平滑该釉面层，优选地，用作基础的外管的暴露部分的表面粗糙度Ra设置为1.2μm或更小(更优选为1.0μm)。在这种基础的情况下，当釉面层的厚度在15至100μm的范围内时，该釉面层可以形成得使其表面粗糙度Ra为0.4μm或更小。当厚度设置在该范围内时，可以改进外管与金属壳体等组合的性质。

在一些情况下，具有朝向尾端的锥形面的大直径部分可以设置在外管上，并且金属壳体的尾端可以通过衬垫(packing)径向向内卷边于该朝向尾端的锥形面，从而将外管保持在该金属壳体上。在这种情况下，由于衬垫所引起的应力施加在朝向该外管尾端的锥形面，因此，该外管可能发生破裂。因此，在具有这种大直径的外管中，釉面层不仅形成在暴露部分，还形成在朝向尾端的锥形面部分，从而能够增强外管的强度并防止破裂的发生。

相反，在釉面层只形成在从暴露部分到朝向尾端的锥形面的范围内的情况下，用于形成釉面层用的釉料容易积累在该外管的朝向尾端的锥形面和向尾端延伸的外表面之间的拐角(以下，也称之为外管的拐角)处，因此，在该拐角处的釉面层往往比其他部分的厚。结果，根据釉面层的表面形状，由于衬垫引起并沿径向指向外管的应力大于轴向应力，并且外管容易破裂。因此，在本发明中，在朝向尾端的锥形面和朝尾端延伸的外管的外圆周面之间的拐角处的釉面层具有形成凹进部分的表面形状，该凹进部分的曲率半径为1.5mm或更小，并且金属壳体通过衬垫与凹进部分接合。根据这种结构，可以减小由于衬垫而引起并作用于外管的径向应力，因此能够抑制在外管上发生破裂。当曲率半径大于1.5mm时，上述效果不能有效地发挥。

另一种解决手段是气体传感器单元，包括：气体传感器，该气体传感器具有气体检测元件，其头端侧暴露在被测量气体中；围绕该气体检测元件尾端侧的外管，其由绝缘的陶瓷材料制造；容纳该气体检测元件和该外管的金属壳体，并且在该金属壳体中，该气体检测元件从头端伸出并且该外管从尾端伸出；端子部件，其连接于形成在该气体检测元件的内圆周面上的内电极，并且通过该端子部件，来自气体检测元件的输出信号供给到外界；以及气体传感器罩，其具有连接于该气体传感器的端子部件的圆柱形罩端子，并且通过该罩端子将输出信号传输给外部设备；以及由绝缘的弹性部件构成的绝缘部分，其覆盖该罩端子和该外管的尾端侧，其中，该外管具有暴露部分，其在该金属壳体和绝缘部分之间暴露于外界，且至少在该暴露部分上形成釉面层。

通常，气体传感器罩的绝缘部分由树脂(橡胶)产品形成。因此，当该绝缘部分与该气体传感器的金属壳体直接接触时，该气体检测元件和该金属壳体的热量直接传递给该绝缘部分，并且该绝缘部分过早老化的可能性升高。因此，在本发明的气体传感器单元中，在该气体传感器罩的绝缘部分和该金属壳体之间的外管暴露在外界。也就是，在该气体传感器的金属壳体和该气体传感器罩的绝缘部分之间形成间隙，以便将该气体传感器的金属壳体和该气体传感器罩的绝缘部分设置成非接触状态，从而，抑制该气体检测元件和金属壳体的热直接传递给该绝缘部分。

在本发明的气体传感器单元中，该气体传感器罩的绝缘部分覆盖该外管的尾端侧，并且暴露部分被暴露在该气体传感器罩的绝缘部分和该金属壳体之间，外管通过该暴露部分暴露在外界。在气体传感器被使用的状态下，该气体检测元件被加热(暴露于高温)，气体检测元件和金属壳体的热量传递到外管，然后通过暴露部分散失到外界，因此能够改善散热性能。

在本发明的气体传感器中，釉面层形成在该外管暴露部分的表面。因此，当该暴露部分在车辆驱动期间处于浸没状态时，该釉面层首先被浸没。结果，该釉面层吸收热冲击，所以热冲击很难传递给暴露部分，并且因此可以减小外管破裂或断裂的危险。因而能够减小气体传感器的输出等发生异常和气体传感器发生故障的危险性。

在本发明的气体传感器中，釉面层形成在外管的比金属壳体的尾端更靠后的外圆周面上。根据这种结构，釉面层也形成在外管与该绝缘部分接触的部分。因此，外管的外圆周面由于釉面层而变得光滑，该气体传感器罩的内圆周面固定在该外管的外圆周面上。因此，与气体传感器罩的紧密接触增强，并且能够改善其防水性能。

优选地，该气体传感器单元构造成使釉面层的表面粗糙度Ra为0.4μm或更小。

在本发明中，由于釉面层的表面粗糙度Ra为0.4μm或更小，该釉面层的表面进一步变得光滑，并且能够有效地减小当热冲击施加在釉面层时产生破裂、裂口等的危险。在本发明中，表面粗糙度Ra是指算术平均粗糙度Ra。算术平均粗糙度Ra的值根据JIS B 0601(1994)，第3章，“定义算术平均粗糙度的定义和表示”来表示。

为了有效地平滑该釉面层，优选地，作为基础的外管的表面粗糙度Ra设置成1.2μm或更小(更优选为1.0μm)。在这种基础上，当釉面层的厚度在15到100μm的范围内时，可以形成釉面层具有0.4μm或更小的表面粗糙度。当厚度设置在该范围内时，可以改善外管与金属壳体进行组合的性能等。

在一些情况下，具有朝向尾端的锥形面的大直径部分可以设置在外管中，并且金属壳体的尾端可以通过衬垫径向向内卷边于朝向尾端的锥形面。因而，将外管固定于该金属壳体。在这种情况下，由于衬垫引起的应力施加给外管的朝向尾端的锥形面，因而外管可能发生破裂。因此，在外管具有这种大直径的情况下釉面层不仅形成在比该金属壳体的尾端更靠后的尾端端一侧的外管的外圆周面上，而且还形成在朝向尾端的锥形面上，从而，能够增强外管的强度，并防止发生破裂。

相反，在釉面层形成在从比该金属壳体的尾端更靠后的尾端侧上的外管的外圆周面到朝向尾端的锥形面的范围内的情况下，用于形成釉面层的釉面材料容易积累在该外管朝向尾端的该锥形面和向尾端延伸的外表面之间的拐角处(以下，称之为“外管的拐角”)，并且因此，在该拐角处的釉面层比其他部分的厚。结果，根据釉面层的表面形状，由于衬垫引起并沿径向作用在外管上的应力大于沿轴向的应力，并且外管容易破裂。因此，在本发明中，在该外管的朝向尾端的该锥形面和向尾端延伸的外管的外圆周表面之间的拐角处的釉面层的表面形状形成一个凹进部分，其曲率半径为1.5mm或更小，并且金属壳体通过衬垫与该凹进部分接合。根据这种结构，能够抑制由于衬垫引起并作用于外管的径向应力。当曲率半径大于1.5mm时，上述效果不能有效地发挥。

另一种解决手段是制造气体传感器的方法，该气体传感器包括：沿该气体传感器的轴向延伸的气体检测元件，并且其中的头端侧暴露在被测量的气体中；包围该气体检测元件的金属壳体；以及由绝缘陶瓷材料制造的具有管形形状的外管，其围绕该气体检测元件的尾端侧，并且其由该金属壳体固定，固定的形式是该外管的尾端侧从该金属壳体的尾端伸出，其中，

釉面材料喷涂在该外管的外圆周面上，从而在该外管的外圆周面上形成釉面材料层，并且该釉面材料层被烧制以形成釉面层。

本发明的气体传感器具有外管，该外管为管形并由绝缘的陶瓷材料制造，并且该外管围绕该气体检测元件的尾端侧。通过将釉面材料喷涂在该外管的外圆周面上形成釉面材料层。因此，该外管的外圆周面能够变得光滑，并且能够在使用气体传感器时防止由于浸水产生的热冲击而引起的应力集中在暴露于外界的暴露部分上。因此，能够减少诸如外管发生裂纹或破裂的危险，并且能够减少诸如发生输出异常、以及气体传感器发生故障的危险。

由于通过将釉面材料喷涂在外管的外圆周面上而在该外管的外圆周面上形成釉面材料层，该釉面材料层在该外管拐角处的表面形状形成一凹进部分，其曲率半径为1.5mm或更小。因此，能够减小由于衬垫引起的并作用在该外管上的径向应力，并且能够抑制外管发生破裂。

附图说明

图1是实施例1中的气体传感器100的局部剖视图；

图2是实施例1中的气体传感器罩200的局部剖视图；

图3是示出使用实施例1中的气体传感器单元300的方式的视图；

图4是实施例2中的气体传感器400的局部剖视图；

图5是实施例2中的气体传感器罩500的局部剖视图；

图6是示出使用实施例2中的气体传感器单元600的方式的视图。

附图标号和符号的说明

100、400    气体传感器

112         内电极

120         气体检测元件

130、430    外管

131、431    暴露部分

132、432    釉面层

150、450    端子件

151、451    输出端子部分

153、453    基础端子部分

200、500    气体传感器罩

210、510    罩端子部件

211、511    罩端子(外部端子)

220、520    绝缘部分

221、521    紧密接触部分

230         导线

300、600    气体传感器单元

具体实施方式

实施例1

下面将参考附图描述本发明的第一实施例。

在图1中，(a)是实施例1的气体传感器100的剖视图，而(b)是该气体传感器100的局部放大视图。该气体传感器100具有气体检测元件120，外电极111，内电极112，外管130，端子件150以及外壳160。

该外壳160具有金属壳体161和保护器162。该金属壳体161由SUS 430制造，并且形成大体圆柱形的形状。在金属壳体161中，内部容纳部分161e圆周地设置以便从内圆周面径向向内伸出，该内部容纳部分161e用于支撑该气体检测元件120的凸缘120e(将在稍后描述)，并具有圆锥形形状，其直径向尾端增加。用于将气体传感器100连接于排气管10(见图3)的螺纹部分161b形成在该金属壳体161的外侧。六边形部分161d圆周地设置在该螺纹部分161b的尾端侧，用于将该螺纹部分161b螺纹地拧入该排气管的连接工具作用于该六边形部分161d。保护162是金属部件，具有大体圆柱形形状，并有通风孔162b，排气管10中的废气通过它进入该气体传感器100。

该气体检测元件120由传导氧离子的固体电介质制造，并具有大体圆柱形形状，其中，头端部分120b封闭，并沿轴线C的方向延伸。径向向外伸出的凸缘120e设置在该气体检测元件120的外圆周上。气体检测元件放置在金属壳体161内，金属衬垫142插在凸缘120e的头端端面和金属壳体161的内容纳部分161e的表面之间。构成气体检测元件120的固体电解质的典型例子是固溶体形式的包含有固溶体Y₂O₃或CaO的ZrO₂。或者，可以用碱土金属或稀土金属的氧化物和ZrO₂形成的固溶体。该固溶体还可包括HfO₂。

对实施例的描述，假定气体检测元件沿轴线方向C的头端部分120b一侧设置为头端侧，并且相对的一侧设为尾端侧。这也可以用于其他实施例。

外电极111由Pt或Pt合金的多孔部件构成，覆盖该气体检测元件120的头端部分120b的外侧面120c。该外电极111延伸到该凸缘120e的头端端面，并且通过衬垫142电连接于金属壳体161。而且，内电极112由Pt或Pt合金的多孔部件形成。该内电极112覆盖该气体检测元件120的内侧面120d。

外管130由绝缘陶瓷材料(具体说，矾土)制造，并具有大体圆柱形形状。该外管130具有：在头端侧并径向向外伸出的大直径部分133；和设置成比大直径部分133更靠后的小直径部分134。沿轴线方向C朝向尾端的锥形面135(以下，该锥形面称之为向后的锥形面)形成在该大直径部分133和小直径部分134之间。在该实施例中，该小直径部分134形成为具有1到1.4mm的厚度。外管130的大直径部分133具有围绕该气体检测元件120的尾端侧的形式，并且与用云母(talc)制成的陶瓷粉末141和环形衬垫143一起设置在该气体检测元件120和金属壳体161之间。卷边环144设置在向后的锥形面135的尾端侧。位于该金属壳体161尾端的卷边部分161c向内卷边，从而该卷边环144被压在外管130的向后的锥形面135上，使得该外管130被金属外壳161固定。

外管130以下述方式制造。诸如矾土的绝缘陶瓷粉末以预定的比例混合，并且该混合物用已知的压力模塑或挤压成形工艺模制，因此形成具有外管130的基本形状的模制件。在一些情况下，这种模制件可以用切割方法形成。该模制件被烧制以制造外管。在该实施例中，形成的外管130具有0.8μm的表面粗糙度Ra。

该外管130具有暴露部分131，该暴露部分比金属壳体161的尾端更靠后。该暴露部分131在该气体传感器被使用时伸向外面(见图3)。在该外管130的外圆周面上，釉面层132形成在从向后的锥形面135到该外管130的尾端的范围内。在釉面层132中，所用的釉面材料按照重量百分比是含有77.5％的SiO₂，12.1％的Al₂O₃，3.4％的MgO，5.4％的K₂O，1.4％的Na₂O，0.1％的CaO，以及0.1％Fe₂O₃。该釉面层132的表面粗糙度Ra为0.4μm，厚度为20μm。

如图1(b)所示，凹进部分137形成在拐角136处，该拐角位于外管130的向后的锥形面135和外管130的比该锥形面更靠后的外圆周面之间。在该实施例中，该凹进部分的表面形状的曲率半径r为1mm。如上所述，由于该凹进部分的表面形状的曲率半径为1.5mm或更小，能够减小由于卷边衬垫144引起并作用在该外管130上的径向应力，因此，能够抑制外管130破裂的发生。

釉面层以下述方式形成。

首先，模制具有预定形状的外管130。在该实施例中，用从喷嘴中喷涂浆料的方法将上述组分溶在水或其他溶剂中形成的釉面浆料施加在该外管130的表面。当使用这种方法时，烧制的釉面层132可以使该外管的外圆周面变光滑，并且可以防止由浸水产生的热冲击所导致的应力集中在暴露部分131，该暴露部分131在气体传感器100使用时设置在外面。而且，当采用这种方法时，在该外管130的拐角136处的釉面层132的表面形状可以形成凹进部分137，该凹进部分的曲率半径为1.5mm或更小(在该实施例中为1mm)，并且可以减小由于衬垫144引起并作用在该外管130上的应力。可选地，可以采用另一种方法，诸如将外管130浸入在含有上述釉面浆料的池中，并且该外管130和将釉面浆料施加在其表面的旋转件相对地旋转，同时，外管130与该旋转件接触。但是，当采用上述方法时，能够获得更好的效果。随后，烧制外管130以形成釉面层132。

端子件150由，例如，Inconel 718(英国，INCONEL的商标)制造，具有基本圆柱形形状，并包括输出端子部分151、基础端子部分153和将该两部分连接在一起的连接部分152。该输出端子部分151构成圆柱形形状，其中沿垂直于轴线方向的截面具有近似C形的形状，并且构造成：当罩端子部件210的罩端子211(见图2)插入输出端子部分并与其接触时，该输出端子部分的直径弹性地增大。径向向内伸出部分151b沿圆周方向形成在尾端侧的三个位置上。

在输出端子部分151，由冲压出的壁面形成并径向向内弯曲的向内弯曲部分151c和向外弯曲的向外弯曲部分151d分别对应于该伸出部分151b沿圆周方向形成在三个位置。当罩端子部件210的罩端子211(见图3)被插入输出端子部分151并与其接触时，该向内弯曲部分151c沿径向向外的方向弹性地弯曲。如图1所示，向外弯曲部分151d邻靠外管130的阶梯部分130b的头端面，以防止输出端子部分151滑出。

基础端子部分153形成圆柱形形状，其中沿垂直于轴线方向的截面具有近似C形形状。如图1所示，该基础端子部分153被插入气体检测元件120同时其直径弹性地减小，以便与内电极121电接触。因此，在气体传感器100中，该基础端子部分153与内电极112电接触，同时从内侧向沿径向向外挤压内电极112。

传感器100以下述方式制造。

首先，制备如图1所示的外壳160，金属壳体161和保护器162一体形成在其中。然后，外电极111和内电极112设置在其中的气体检测元件120与衬垫142一起插入该外壳160中。然后环形衬垫143放置在该气体检测元件120的凸缘120e的尾端侧，并且金属壳体161和气体检测元件120之间的间隙用预定量的陶瓷粉末141填充。然后，插入外管130，从而处于气体检测元件120和金属壳体161之间，使外管130的头端面邻靠在该陶瓷粉末141上。该外管130然后被压向头端侧。在受压状态下，金属壳体161的尾端侧被卷边以形成卷边部分161c，从而上述部件被整体地固定，同时将卷边环144设置在该金属壳体161的卷边部分161c和外管130之间。

最后，端子部件150被插入在外管130和气体检测元件120中。具体地，基础端子部件153插入气体检测元件120中，同时直径弹性地减小，以便电连接于内电极112。同时，向外弯曲部分151d邻靠在该外管130的阶梯部分130b的头端面，同时将输出端子部分151放置在该外管130的里面。在外管130的内圆周面130c和该输出端子部分151的外圆周面之间形成有间隙。

以这种方式，完成气体传感器100。

图3示出使用由实施例1的气体传感器100和气体传感器罩200构成的气体传感器单元300的方式。例如，该气体传感器单元300可以用来检测内燃机的废气中的氧浓度。

首先，将参考附图描述气体传感器罩200。图2是该气体传感器罩200的局部剖视图。该气体传感器罩200具有罩端子部件210，覆盖该罩端子部件210的绝缘部分220，以及导线230。

该罩端子部件210由，例如，SUS 310S制造，并具有：基本圆柱形形状的罩端子211，和卷边部分213，导线230通过卷边与其连接。该罩端子部分211具有刚性，当该端子插入该气体传感器100的输出端子部分151以与其连接时，该输出端子部分151的直径增大而不引起罩端子本身变形。该罩端子211的外部尺寸用F表示。

导线230的一端通过卷边连接于该罩端子211的卷边部分213，以便电连接于该罩端子211。因此，来自气体传感器100的气体检测元件120的输出信号可以通过该导线230传输给外部设备(例如，发动机控制单元(其后，简称为ECU))。

该绝缘部分220通过用氟化橡胶模制空心形状而形成，并具有紧密接触部分221。该绝缘部分220的轴向长度设置成短于气体传感器100的外管130的长度。因此，当气体传感器罩200连接于该气体传感器100时，形成在比紧密接触部分221更靠近头端侧的气体传感器100的暴露部分131暴露在外面。

气体传感器罩200构造成具有这样的形式，其中罩端子部件210与紧密接触部分221同轴地放置在绝缘部分220内，并且连接于罩端子部件210的导线230从插入口223伸出到外面。

下面，将参考图3具体描述气体传感器单元300。首先，气体传感器100螺纹固定于排气管10，其形式是包括保护器162的头端侧设置在该排气管10内，并且比该螺纹部分161b更靠后的金属壳体部分161暴露在外面。同时，电连接于该金属壳体161的外电极111通过金属壳体161接地。然后，该气体传感器罩200的罩端子211被插入该气体传感器100的输出端子部分151中，从而将气体传感器罩200连接于该气体传感器100。

同时，输出端子部分151的内径E小于罩端子211的外径F，因此输出端子部分151的突出部分151b受到来自该罩端子211的径向向外的力，从而该输出端子部分151的直径弹性地增大。

因此，输出端子部分151电连接于罩端子211，同时径向向内挤压该罩端子。结果，能够减小，例如，该输出端子部分151和该罩端子211之间的连接由于车辆的振动等而暂时中断的危险(降低气体检测精度的危险)，并减小噪声。

由于输出端子部分151的直径增大，输出端子部分151的外圆周面151e和外管130的内圆周面130c之间的间隙小于插入之前形成的间隙。特别是，在输出端子部分151被外管130包围的情况下，该输出端子部分151很难沿径向摆动。因此，能够抑制端子部件150的连接部分152由于振动引起的疲劳破裂(裂纹、破裂等)。

气体传感器罩200连接于气体传感器100使得外管130的暴露部分131露出。在气体传感器100被使用得情况下，气体检测元件120被加热(暴露于高温)，因此，气体检测元件120和金属壳体161得热量传输给外管130，并且然后通过暴露部分131散失到外面，因此能够改善散热性质。

而且，釉面层132形成在暴露部分131(外管130)上。因此，当该外管130的暴露部分131在车辆驱动期间浸水时，该釉面层减少或吸收热冲击，使冲击很难传递给暴露部分131。因此能够减少在外管130中形成破裂和裂口的危险。结果，能够减少气体传感器100的输出异常等和气体传感器发生故障的危险。

而且，由橡胶制成的环形紧密接触部分221与其上形成有釉面层132的外管130的外圆周面130d能够在整个圆周面(360度)上紧密地接触。根据这种结构，能够防止水分通过该气体传感器100和该气体传感器罩200之间的间隙进入该气体传感器单元300的内部。

在气体传感器单元300中，由于该绝缘部分220由氟化橡胶制成，该绝缘部分220具有极好的耐热性并且与外管130的紧密接触进一步增强。

在气体传感器单元300中，可以将参考气体(外界的空气)沿着该气体传感器罩200的导线230从外面引入该绝缘部分220中，并且该参考气体通过该端子部件150的内部(空气通道T1)能够被供给到气体检测元件120的内部(管的内部)。

实施例2

下面将参考附图描述本发明的第二个实施例。

在图4中，(a)是实施例2的气体传感400的剖视图，而(b)是气体传感器400的局部放大图。实施例2的气体传感器400除了端子部件和外管的形状之外与实施例1的气体传感器100是一样的。

该气体传感器400具有气体检测元件120，外电极111，内电极112，和与实施例1的传感器100同样的外壳160，以及与实施例1的传感器100不同的外管430和端子部件450。

以与实施例1的外管130同样的方式，该外管430由绝缘的陶瓷材料制造并具有基本圆柱形形状。但是，该外管的轴向长度比实施例1的外管130短。在外管430的外圆周面上，釉面层132以与实施例1同样的方式形成在从向后的锥形面435到该外管430的尾端的范围内，该锥形面435形成在大直径部分433上。

如图4(b)所示，凹进部分437形成在外管430的向后的锥形面435和该比该锥形面更靠后的外管430的外圆周面之间的拐角436处。在该实施例中，该凹进部分的表面形状的曲率半径r为1mm。由于凹进部分表面形状的曲率半径如上所述为1.5mm或更小，可以减小由于卷边衬垫144引起并作用在外管430的径向应力，并且因此可以抑制在外管430发生破裂。

如图6所示，端子部件450具有基本圆柱形形状，并包括外端子部分451、基础端子部分453和将这两部分连接在一起的连接部分452。

该输出端子部分451形成圆柱形，其中沿垂直于轴线方向的截面具有近似C形的形状，并且构造成，当该输出端子部分插入罩端子部件510的罩端子511(见图5)中以与其连接时，该输出端子部分的直径弹性地减小。

径向向外伸出的突出部分451b形成在沿圆周方向设置的轴向中间部分的三个位置上。该突出部分451b邻靠外管430的尾端端面430f，以防止输出端子部分451进入外管430(见图4)。

通过冲压形成的径向向外弯曲的向外弯曲部分451d形成在该输出端子部分451的头端侧。该向外弯曲部分451d邻靠该外管430的阶梯部分430b的头端端面430d，以防止输出端子部分451滑出(见图4)。

基础端子部分453形成圆柱形形状，其中沿垂直于轴线方向的截面具有近似C形的形状。如图4所示，该基础端子部分被插入该气体检测元件120中同时直径弹性地减小，以电连接于内电极112。因此，在气体传感器400中，该基础端子部分453电连接于内电极112并且从里面径向向外挤压内电极112。结果，能够减小它们之间的连接由于振动等暂时中断的危险，并减小噪声。

图6示出由实施例2的气体传感器400和气体传感器罩500构成的气体传感器单元600的使用方式。以与实施例1相同的方式，例如，该气体传感器单元600可以用于检测内燃机的排气管中氧的浓度。

首先，参考附图描述该气体传感器罩500。图5是该气体传感器罩500的局部剖视图。该气体传感器罩500具有罩端子部件510，覆盖该罩端子部件510的绝缘部分520以及导线230。

该罩端子部件510具有：具有基本U形截面形状的带底的圆柱形罩端子511，和卷边部分513，导线230通过卷边与其连接。

该罩端子511具有刚性，当气体传感器400的输出端子部分451插入该罩端子本身中以与其连接时，输出端子部分451的直径减小而不引起该罩端子本身的变形。在该罩端子511中，径向向内伸出的突出部分511b形成在沿圆周方向设置的轴线中间部分的三个位置上。与三个突出部分511b接触的假想圆的直径H设为该罩端子511的内径(见图5)。

以与实施例1相同的方式，导线230的一端通过卷边连接于该罩端子部件510的卷边部分，以便电连接于该罩端子511。因此，来自气体传感器400的气体检测元件120的输出信号可以通过导线230传输给外部设备(例如，ECU)。

该绝缘部分520通过用氟化橡胶模制空心形状形成，并具有紧密接触部分521

下面，具体描述气体传感器单元600。以与实施例1相同的方式，首先，将该气体传感器400连接于排气管10。然后，该气体传感器400的输出端子部分451插入该气体传感器罩500的罩端子511中，从而，将该气体传感器罩500连接于该气体传感器400。

同时，输出端子部分451的外径G大于该罩端子511的内径H，因此，输出端子部分511受到来自该罩端子511的突出部分511b的径向向内的力，使得该输出端子部分451的直径弹性地减小。

因此，输出端子部分451电连接于该罩端子511，同时径向向外挤压该罩端子。结果，能够减小该输出端子部分451和该罩端子511之间的连接部分由于振动等引起的暂时中断的危险(降低气体检测精度的危险)，并减小噪声。

该气体传感器罩500连接于该气体传感器400，使得外管430的暴露部分431暴露在比该气体传感器罩500的紧密接触部分521更靠前的一侧。在气体传感器400被使用的状态下，该气体检测元件120被加热(暴露于高温)(例如该气体传感器连接于内燃机的排气管以检测废气中氧的浓度)，该气体检测元件120和金属壳体161的热量传递给外管430，并且然后通过该暴露部分431散失到外面。因此，能够增强散热性能。

而且，釉面层132形成在暴露部分431(外管430)。因此，当该外管430的暴露部分431在车辆驱动期间浸水时，该釉面层减少或吸收热冲击，使冲击很难传递给暴露部分431。因此能够减少在外管430中形成破裂和裂口的危险。结果，能够减少气体传感器400的输出异常等和气体传感器发生故障的危险。

而且，由橡胶制成的环形紧密接触部分521与其上形成有釉面层132的外管430的外圆周面430d能够在整个圆周面(360度)上紧密地接触。根据这种结构，能够防止水通过该气体传感器400和该气体传感器罩500之间的间隙进入气体传感器单元600的内部。

以与实施例1的气体传感器单元300相同的方式，在气体传感器单元600中，可以将参考气体(外界的空气)经过气体传感器罩500的导线230从外面引入绝缘部分520中，并且该参考气体通过该端子部件450的内部(空气通道T2)能够被供给到气体检测元件120的内部(管的内部)。

示例

示例1

为了确定本发明的效果，进行下面的试验。

以下面的方式制备具有图1所示形状的气体传感器100的各种样品。外管130的材料是矾土陶瓷材料。制备三种气体传感器100：10个气体传感器100在外管130的外表面没有釉面层132，10个气体传感器100在外管130的外表面形成有10μm厚的釉面层132，10个气体传感器100在外管130的外表面形成有20μm厚的釉面层132。

首先，根据上述JIS B0601的方法测量外管130的表面粗糙度Ra。在外管130的外表面没有形成釉面层132的情况下，外管130的表面粗糙度Ra是1μm。在外管130的外表面形成有10μm厚的釉面层132的情况下，外管130的表面粗糙度Ra是0.5μm。在外管130的外表面形成有20μm厚的釉面层132的情况下，外管130的表面粗糙度Ra是0.15μm。

每个气体传感器100放置在水槽中，使得螺纹部分161b拧入形成在该水槽底部的螺纹部分，并且整个外管130放置在水槽内。同时测量该气体传感器100的六边形部分161d的温度，对气体传感器从槽中伸出的部分(例如，保护器162和金属壳体161)用燃烧器加热。当该六边形部分161d的温度达到400℃时，将水注入水槽中，使外管130完全被浸没。将外管130浸没一分钟，并且然后将水排干。上述过程设置为一个循环，并且重复进行10个循环。用视觉检查在所得到的外管130中是否发生破裂。

在外管130的外表面上没有形成釉面132的全部10个气体传感器100中都产生了破裂。在外管130的外表面形成有10μm厚的釉面层132的10个气体传感器100中，有两个产生破裂。在外管130的外表面形成有20μm厚的釉面层132的全部10个气体传感器100中，没有产生破裂。

由于在外管130上设置釉面层132，在外管130上很难发生破裂等。当外管130的表面粗糙度Ra设置成0.15μm，在外管130中更难发生破裂等。

上面已经参考实施例1、2描述了本发明。但是，本发明不限于这些实施例，当然，可以应用本发明同时在不脱离本发明的精神的情况下可以进行适当的修改。

在实施例1、2的每个气体传感器100、400中，釉面层132设置在外管130、430的比该金属壳体161尾端更靠后的一侧上。本发明不限于此。例如，釉面层132可以仅设置在暴露部分131或431上。

本申请基于2003年12月18日提交的日本专利申请JP 2003-421534，该日本专利申请的整个内容作为参考结合于此，如同该申请被展开阐述一样。

Claims (13)

1.一种气体传感器，其包括：

气体检测元件，该气体检测元件沿所述气体传感器的轴向延伸，其中所述气体检测元件的一个头端侧暴露在被测量的气体中；

外管，该外管包围所述气体检测元件的一个尾端侧，并且包含绝缘陶瓷材料；以及

金属壳体，该金属壳体容纳所述气体检测元件和所述外管，且其中所述气体检测元件从所述金属壳体的一个头端伸出，且所述外管从所述金属壳体的一个尾端伸出，其特征在于

所述外管包括暴露部分，在该气体传感器处于使用状态时，该暴露部分从所述金属壳体中伸出并暴露于外界，以及

至少在所述暴露部分上形成的釉面层。

2.根据权利要求1的气体传感器，其特征在于，所述釉面层的表面粗糙度Ra为0.4μm或更小。

3.根据权利要求1或2的气体传感器，其特征在于，所述釉面层的厚度为15至100μm。

4.根据权利要求1或2的气体传感器，其特征在于，

所述外管具有一个大直径部分，该大直径部分的外径大于所述暴露部分的外径，并且该大直径部分包括朝向尾端的锥形面，以及

至少在从所述暴露部分到所述朝向尾端的锥形面的范围内形成的所述釉面层。

5.根据权利要求4的气体传感器，其特征在于，

在所述朝向尾端的锥形面与一个朝尾端延伸的所述外管的外圆周面之间的拐角处，所述釉面层的表面形状形成一凹进部分，该凹进部分的曲率半径为1.5mm或更小，并且

所述凹进部分通过衬垫与所述金属壳体相接合。

6.根据权利要求1或2的气体传感器，其特征在于，所述釉面层包含硼硅酸盐玻璃或碱性硼硅酸盐玻璃。

7.一种气体传感器单元，其包括：

气体传感器，该气体传感器包括：气体检测元件，其中所述气体检测元件的一个头端侧暴露在被测量气体中；外管，该外管围绕所述气体检测元件的一尾端侧，并包含绝缘陶瓷材料；容纳所述气体检测元件和所述外管的金属壳体，并且其中所述气体检测元件从所述金属壳体的一个头端伸出，且所述外管从所述金属壳体的一个尾端伸出；以及端子部件，该端子部件连接于形成在所述气体检测元件的一个内圆周面上的一个内电极，并且通过该端子部件，来自所述气体检测元件的一输出信号被供给到外界；其特征在于还包括：

气体传感器罩，该气体传感器罩包括：圆柱形的罩端子，该罩端子连接到所述气体传感器的所述端子部件，并且输出信号通过该罩端子传输给外部设备；以及绝缘部分，该绝缘部分覆盖所述罩端子和所述外管的一个尾端侧，并包含绝缘的弹性部件，

所述外管具有暴露部分，在所述金属壳体和所述绝缘部分之间，该暴露部分暴露于外界，以及

至少在所述暴露部分上形成的釉面层。

8.根据权利要求7的气体传感器单元，其特征在于，所述釉面层形成在所述外管的一外圆周面上，该外圆周面比所述金属壳体的尾端更靠后。

9.根据权利要求7或8的气体传感器单元，其特征在于，所述釉面层的表面粗糙度Ra为0.4μm或更小。

10.根据权利要求7或8的气体传感器单元，其特征在于，所述釉面层的厚度为15至100μm。

11.根据权利要求7或8的气体传感器单元，其特征在于，所述外管具有一大直径部分，该大直径部分的外径大于所述暴露部分的外径，并且该大直径部分包括一个朝向尾端的锥形面，以及

所述釉面层形成为延伸到所述朝向尾端的锥形面。

12.根据权利要求11的气体传感器单元，其特征在于，在所述朝向尾端的锥形面与一个朝尾端延伸的所述外管的外圆周面之间的拐角处，所述釉面层的表面形状形成一凹进部分，该凹进部分的曲率半径为1.5mm或更小，并且

所述凹进部分通过衬垫与所述金属壳体相接合。

13.根据权利要求7或8的气体传感器单元，其特征在于，所述釉面层包含硼硅酸盐玻璃或碱性硼硅酸盐玻璃。

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