[发明专利]A/F传感器元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过将加热器插入其中而使用的有底筒状A/F传感器元件，并且涉及其制造方法。

背景技术

用于车辆的A/F传感器用于通过检测被测气体（废气）中的氧气浓度来检测内燃发动机中的燃烧状况。

作为用于机动车辆的示例，A/F传感器是一种使用电动势将被测气体（废气）中的氧气浓度检测为由于基准气体和作为输出的被测气体（废气）之间的氧气浓度差而在A/F传感器元件的固体电解质中产生的限制电流的产品。

单单元型的氧气传感器元件广泛地用于A/F传感器元件。

通常，A/F传感器元件由固体电解质（比如用氧化钇部分地稳定的氧化锆）、以及一对设置于固体电解质的两个表面上的铂电极所组成。

A/F传感器元件的这对电极中，电极的暴露于废气的表面设置有由多孔陶瓷制成的扩散阻力层。

扩散阻力层能允许被测气体（比如废气）渗透通过，因而被测气体经由扩散阻力层的通孔被引入元件，并且到达形成于固体电解质上的电极。

由于必须借助于A/F传感器元件中的固体电解质空间地分隔废气和作为基准氧气浓度的大气，使用了有底筒状或板形的A/F传感器元件。

由于板形A/F传感器元件的板能通过层压固体电解质层或绝缘层的片材而制造，其制造就容易。

另外，由于能层压地形成与固体电解质层一体的加热器以用于加热该元件，就易于加热固体电解质层。

然而，由于其板形的总体形状，在端部处形成角部，该元件在使用环境下或在排气管中被水覆盖时对热冲击的处理不佳，因此该元件就存在着受损的可能性。

另一方面，由于底部能形成于有底筒状A/F传感器元件的弯曲表面中，热冲击就分散，因而有利的是能防止由于水等产生裂纹。

例如，已经开发了完全由固体电解质比如氧化锆设备制成的元件作为有底筒状的A/F传感器元件（参见日本专利申请公开No.53-139595）。

然而，氧化锆的导热率低。

因此，如果整个A/F传感器元件由氧化锆形成，在由插入并布置于有底筒状的A/F传感器元件中的加热器来加热该元件时，充分地加热该元件所需的时间就很长。

于是，存在着不能执行A/F传感器元件的快速活化的问题。

另外，近年来，部分稳定氧化锆（其中昂贵稀土比如氧化钇加入到氧化锆中）用作固体电解质。

然而，如果如常规技术那样整个元件由部分稳定氧化锆制成的固体电解质所形成，则稀土的量增大，从而制造成本增大。

发明内容

本发明是考虑到上述问题而做出的，其目标是提供一种能低成本制造并且能快速活化的A/F传感器元件，及其制造方法。

在根据第一个方面的A/F传感器元件中，A/F传感器元件包括：由绝缘陶瓷制成的有底筒状的基体，其具有封闭的远端以及开口的后端；由固体电解质制成的电解质部；以及一对电极。

绝缘陶瓷由导热率高于固体电解质的材料制成。电解质部嵌入在基体的侧壁的至少一部分中以构成侧壁的一部分，并且这对电极分别形成于侧壁的内表面和外表面上，并且在夹持电解质部的位置处形成。

A/F传感器元件通过将棒形加热器插入到有底筒状的基体而使用，并且基体在基体内的与加热器接触的接触位置处由绝缘陶瓷形成。

根据上述A/F传感器元件，由固体电解质制成的电解质部嵌入在基体的侧壁的至少一部分中以构成侧壁的一部分。

因此，能减少要使用的固体电解质的量。于是，即使是将昂贵稀土比如氧化钇加入氧化锆中的部分稳定氧化锆（partially stabilized zirconia）作为固体电解质，例如，要使用的量也能减少。

因此，A/F传感器元件能以低成本制造。

另外，通过用电解质构成侧壁的一部分，能减小A/F传感器元件的尺寸。

从而，能快速地加热A/F传感器元件，因而改进了快速活化。

另外，A/F传感器元件通过将棒形加热器插入有底筒状的基体而使用，并且基体在基体内的与加热器接触的接触位置处由导热率高于固体电解质的绝缘陶瓷制成。

也就是，在基体中的与加热器接触的位置中不存在由导热率低的固体电解质制成的电解质部，而是存在导热率高的绝缘陶瓷。

因此，来自加热器的热立即传递至由导热率高的绝缘陶瓷制成的基体。

因此，加热所需的时间能缩短，因而能更快速地活化A/F传感器元件。

另外，A/F传感器元件具有有底圆筒状的基体。

因此，能避免形成在由水覆盖时热应力易于集中的角部或高度差，例如，类似于层叠板状A/F传感器元件那样。