專利名稱：氧氣濃度探測元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氧氣濃度探測元件，它可用于一種用于探測廢氣中的氧氣濃度的氧氣傳感器。
背景技術：
通常，在與汽車發(fā)動機相連的排氣管中裝配有氧氣傳感器。所述氧氣傳感器適于探測從發(fā)動機中釋放出的廢氣中的氧氣濃度。根據(jù)由氧氣傳感器所檢測到的氧氣濃度，空氣/燃油率被反饋控制在理想配給值，即14.7。
附圖5示出了一個現(xiàn)有技術中的氧氣濃度探測元件的縱向橫截面視圖。如圖5所示，氧氣濃度探測元件100包括基部101、位于基部101外部的一個固體電解質層102、以及位于基部101的外表面上的多孔層103。在固體電解質層102的內表面上設置參考電極104。探測電極105位于固體電解質層102的外表面上。固體電解質層102、參考電極104以及探測電極105共同形成了一個氧氣探測單元120。帶有氧氣導入窗106A的致密層106覆蓋固體電解質層102和探測電極105的外表面，除了通過氧氣導入窗106A而暴露的探測電極105的一部分外表面之外。保護層107位于致密層106的外表面以及探測電極105的外表面的所述暴露部分上。將要被測量的氣體流，例如從發(fā)動機流入排氣管的廢氣被導入致密層106和保護層107的外部。
基部101由圓柱形固體芯棒110、形成于芯棒110外圓周面上的加熱器圖形111、以及位于芯棒110外圓周面上以覆蓋加熱器圖形111的加熱器絕緣層112構成。加熱器絕緣層112由電絕緣材料制造并通過印刷而形成。因此，氧氣探測單元120被疊置在加熱器圖形111的外表面上。
參考電極104和探測電極105由具有導電性和氧氣滲透性的材料構成。參考電極104和探測電極105分別具有整體形成的導線。在圖5中只標出了探測電極105的導線113。在參考電極104和探測電極105之間產(chǎn)生的輸出電壓通過導線113輸出并被測量。致密層106由這樣一種材料構成，該材料防止要被測量的氣體中的氧氣滲透入其中。保護層107由這樣一種材料構成，該材料允許要被測量的氣體中的氧氣滲透入其中，但是防止要被測量的氣體中的有害氣體滲透入其中。
下面解釋氧氣濃度探測元件100的工作。當給加熱器圖形111通電以產(chǎn)生熱量時，產(chǎn)生的熱量通過加熱器絕緣層112被輸送給氧氣探測單元120。氧氣探測單元120的固體電解質層102被所傳輸?shù)臒崃考?。要被測量的氣體中的氧氣滲透進入保護層107和探測電極105，并到達固體電解質層102的外表面。作為參考的空氣中的氧氣滲透進入多孔層103和參考電極104，并到達固體電解質層102的內表面。當在固體電解質層102的內表面與外表面之間存在氧氣濃度差時，氧離子通過固體電解質層102輸送，從而在參考電極104與探測電極105之間產(chǎn)生取決于氧氣濃度差的電動勢。因此，獲得相應于氧氣濃度差而變化的輸出電壓。
日本專利申請首次公開No.7-27737中描述了上述在背景技術部分中所揭示的氧氣濃度探測元件。

發(fā)明內容
然而，現(xiàn)有技術中的氧氣濃度探測元件100具有層狀結構，其中由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料制成的加熱器圖形111和氧氣探測單元120經(jīng)由加熱器絕緣層112而彼此重疊。熱膨脹系數(shù)的不同將導致在加熱器圖形111與氧氣探測單元120之間產(chǎn)生熱應力，從而在它們之間產(chǎn)生分離以及由于分離而導致破裂。
另外，如果參考電極104和探測電極105的相應導線113在芯棒110的未被加熱器絕緣層112所覆蓋的一部分外表面上延伸，則導線113必須沿著一個臺階延伸，該臺階形成于芯棒110的上述部分外表面與加熱器絕緣層112的徑向延伸端面之間。為了確保加熱器圖形111與氧氣探測單元120之間的絕緣，需要顯著地增加加熱器絕緣層112的厚度，因此上述臺階較大，從而導線113的長度拉長。這將導致導線113斷裂，減少輸出。另外，為了增加加熱器絕緣層112的厚度，必須進行多次重復印刷。這將使得成本增加。
本發(fā)明的一個目的是提供一種氧氣濃度探測元件，它能夠防止加熱器圖形和氧氣探測單元中由于熱應力而發(fā)生的破裂，提高一對電極的導線的效率，并減少加熱器絕緣層的印刷次數(shù)，從而節(jié)約成本。
通過下面參考附圖所進行的描述，將理解本發(fā)明的其它目的和特征。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種氧氣濃度探測元件，包括一個基部，該基部由電絕緣材料構成；一個加熱器，該加熱器位于所述基部的外表面上，所述加熱器適于在通電時產(chǎn)生熱量；一個氧氣探測單元，該氧氣探測單元位于所述基部外表面的一個偏移位置，在該位置所述氧氣探測單元不與所述加熱器疊置，所述氧氣探測單元包括一個固體電解質層以及一對電極，所述固體電解質層位于所述電極之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造氧氣濃度探測元件的方法，所述氧氣濃度探測單元包括一個基部、一個位于所述基部的一個外表面上的加熱器、以及一個位于基部外表面的一個偏移位置上的氧氣探測單元，在該位置所述氧氣探測單元不與所述加熱器疊置，所述氧氣濃度探測單元包括一個固體電解質層以及一對電極，所述固體電解質層位于所述電極之間，所述方法包括通過模制電絕緣材料而形成所述基部；通過在旋轉所述基部時將由發(fā)熱材料制成的糊膏絲網(wǎng)印刷于基部外表面的一個第一預定區(qū)域上，而形成所述加熱器；通過在旋轉所述基部時將導電糊膏絲網(wǎng)印刷于基部外表面的一個與第一預定區(qū)域偏移的第二預定區(qū)域上，而形成一個電極；
通過在旋轉所述基部時將糊膏材料絲網(wǎng)印刷于所述一個電極的外表面上，而形成一個固體電解質層；以及通過在旋轉所述基部時將導電糊膏絲網(wǎng)印刷于所述固體電解質層的外表面上，而形成另一個電極。


圖1為根據(jù)本發(fā)明氧氣濃度探測元件第一實施例的沿著與氧氣濃度探測元件的軸向相垂直的方向的橫截面視圖。
圖2為第一實施例的分解視圖，用于解釋制造第一實施例中元件的方法。
圖3為第一實施例的展開圖。
圖4與圖1類似，但是示出了本發(fā)明氧氣濃度探測元件的第二實施例。
圖5為傳統(tǒng)氧氣濃度探測元件的部分縱向橫截面視圖。
具體實施例方式
參考圖1-3，現(xiàn)在解釋根據(jù)本發(fā)明的氧氣濃度探測元件的第一實施例。如圖1所示，氧氣濃度探測元件1A包括基部2、位于所述基部2的外表面2A上的加熱器3、以及覆蓋加熱器3的整個外表面的加熱器絕緣層4。經(jīng)由參考電極6和應力衰減層8，固體電解質層5相對于基部2外表面2A上的加熱器3位于一個圓周偏移的位置。參考電極6位于固體電解質層5的一個內表面上。探測電極7位于固體電解質層5的一個外表面上。應力衰減層8位于基部2的外表面2A與參考電極6的一個內表面之間。帶有窗口9A的致密層9位于固體電解質層5和探測電極7的外表面上。印刷保護層10位于致密層9、探測電極7以及加熱器絕緣層4的外表面上。尖晶石保護層11位于印刷保護層10的整個外表面上。
特別地，基部2由電絕緣材料構成，例如氧化鋁等陶瓷材料?；?為固體芯棒，其形狀為帶有圓周外表面2A的圓柱棒。加熱器3為加熱器圖形形式，并由發(fā)熱和導電材料制成，比如鎢和鉑，它在通電時產(chǎn)生熱量。如圖2所示，加熱器3具有整體形成的導線3A。當通過導線3A通電時，加熱器3產(chǎn)生熱量，使得固體電解質層5的溫度升高，從而激勵固體電解質層5。加熱器絕緣層4由諸如氧化鋁等電絕緣材料制成并使加熱器3與周圍電絕緣。
固體電解質層5具有氧離子傳導性并由糊膏材料制成。所述糊膏材料可由以預定重量比混合在一起的氧化釔與氧化鋯混合物制備。當被激勵時，固體電解質層5在參考電極6與探測電極7之間產(chǎn)生電動勢，該電動勢根據(jù)參考電極6側與探測電極7側之間的氧氣濃度差而變化。這使得氧離子沿著固體電解質層5的厚度方向在固體電解質層5中移動。也就是說，固體電解質層5、參考電極6和探測電極7共同形成了一個氧氣探測單元15，用于將氧氣濃度差轉換成相應的電信號。
氧氣探測單元15位于基部2的圓周外表面2A上的一個偏移位置，在該位置氧氣探測單元15不與加熱器3疊置，從而防止在給加熱器3通電時氧氣探測單元15受到熱應力。在該實施例中，氧氣探測單元15沿著基部2的徑向相對于基部2的圓周外表面2A上的加熱器3位于上述偏移位置。特別地，氧氣探測單元15與基部2的圓周外表面2A上的加熱器3徑向相對地設置。氧氣探測單元15沿著基部2的圓周方向與基部2的圓周外表面2A上的加熱器3偏離一個間隙。在該位置，加熱器3和氧氣探測單元15不會受到熱應力，該熱應力是由于在給加熱器3通電以產(chǎn)生熱量時加熱器和氧氣探測單元的熱膨脹系數(shù)差引起的。
參考電極6和探測電極7均由一種具有導電性和氧氣滲透性的材料制成。如圖2所示，參考電極6和探測電極7分別具有與其整體形成的導線6A和7A。在參考電極6與探測電極7之間產(chǎn)生的輸出電壓通過導線6A和7A被導向一個未示出的測量部。沿著基部2的圓周方向在加熱器3與參考電極6及探測電極7之間具有一個間隙。該間隙如圖3中的C1所示。該間隙為0.5毫米或更大。圖3為氧氣濃度探測元件1A的展開圖，示出了氧氣濃度探測元件1A的備層的輪廓。
應力衰減層8由氧化鋯和氧化鋁的混合物制成。應力衰減層8用于減小固體電解質層5和基部2之間的熱應力差，該熱應力差在固體電解質層5的燒結過程中產(chǎn)生。另外，應力衰減層8形成一個排氣通道，用于經(jīng)由一個路徑(未示出)而將通過固體電解質層5傳輸給參考電極6的氧氣釋放出去。
致密層9由諸如氧化鋁等陶瓷材料制成，它防止要被測量的氣體中的氧氣滲透進入其中。帶有窗口9A的致密層9覆蓋固體電解質層5的整個外表面，除了固體電解質層5的一部分外表面通過窗口9A而暴露給經(jīng)由探測電極7、印刷保護層10和尖晶石保護層11要被測量的氣體之外。要被測量的氣體中的氧氣可以通過致密層9的唯一窗口9A而進入探測電極7。
印刷保護層10覆蓋探測電極7的外表面，探測電極7的外表面通過致密層9的窗口9A而暴露給外界。印刷保護層10由多孔材料制成，該材料防止要被測量的氣體中的有害氣體和灰塵滲透進入其中，但允許要被測量的氣體中的氧氣滲透進入。該多孔材料由氧化鋁和氧化鎂的混合物制成。
尖晶石保護層11由多孔材料制成，它允許要被測量的氣體中的氧氣滲透通過，并且它的多孔性大于印刷保護層10的多孔性。
參考圖2，下面解釋制造第一實施例中的氧氣濃度探測元件1A的方法。首先，通過將諸如氧化鋁的陶瓷材料注射成型為圓柱芯棒形狀而制備基部2。接著，在基部2的圓周外表面2A的大致半?yún)^(qū)上以加熱器圖形形式設置加熱器3。特別地，當旋轉基部2時，由在通電時產(chǎn)生熱量的鉑或鎢等發(fā)熱材料制成的糊膏被絲網(wǎng)印刷于基部2的圓周外表面2A的所述大致半?yún)^(qū)上。接著，通過在基部2的圓周外表面2A的所述大致半?yún)^(qū)上進行絲網(wǎng)印刷而形成加熱器絕緣層4，以便覆蓋加熱器3的整個外表面。當旋轉基部2時，由諸如氧化鋁等電絕緣材料制成的糊膏被絲網(wǎng)印刷于基部2的圓周外表面2A的所述大致半?yún)^(qū)上，以便覆蓋加熱器3的整個外表面。
接著，通過在基部2的圓周外表面2A的一個相對半?yún)^(qū)上進行絲網(wǎng)印刷，而形成應力衰減層8，該相對半?yún)^(qū)與形成加熱器3及加熱器絕緣層4的圓周外表面2A的大致半?yún)^(qū)完全相對。當旋轉基部2時，包括氧化鋯和氧化鋁的糊膏材料被絲網(wǎng)印刷于基部2的圓周外表面2A的所述相對半?yún)^(qū)上。
然后，通過在旋轉基部2時將例如鉑膏等導電糊膏絲網(wǎng)印刷于應力衰減層8的外表面上而形成帶有導線6A的參考電極6。隨后，通過在旋轉基部2時將包括氧化鋯和氧化釔的糊膏材料絲網(wǎng)印刷于參考電極6和應力衰減層8的外表面上而形成固體電解質層5。通過在旋轉基部2時將例如鉑膏等導電糊膏絲網(wǎng)印刷于固體電解質層5的外表面上而形成帶有導線7A的探測電極7。
接著，通過在探測電極7和固體電解質層5上進行絲網(wǎng)印刷而形成帶有矩形窗口9A的致密層9。當旋轉基部2時，由諸如氧化鋁等陶瓷材料制成的糊膏被絲網(wǎng)印刷于探測電極7以及固體電解質層5的外表面上，以便覆蓋探測電極7以及固體電解質層5的外表面，除了探測電極7的外表面的一個中央部分之外。所述糊膏因此被絲網(wǎng)印刷，從而形成帶有窗口9A的致密層9，通過窗口9A，探測電極7的外表面的中央部分被暴露。所述探測電極7的暴露的中央部分用作電極的一個有效部分。
隨后，通過在致密層9和加熱器絕緣層4的外表面上進行絲網(wǎng)印刷以覆蓋基部2的圓周外表面2A的整個圓周區(qū)域，從而形成印刷保護層10。當旋轉基部2時，具有氧氣可滲透性及有害氣體非滲透性的糊膏材料，例如由氧化鋁和氧化鎂混合物制成的糊膏材料被絲網(wǎng)印刷于致密層9以及加熱器絕緣層4的外表面上，以便在基部2的圓周外表面2A的整個圓周區(qū)域上延伸。接著，通過在印刷保護層10的外表面上進行絲網(wǎng)印刷而形成尖晶石保護層11。當旋轉基部2時，用于尖晶石保護層11的糊膏材料被絲網(wǎng)印刷于印刷保護層10的外表面上，以便在基部2的圓周外表面2A的整個圓周區(qū)域上延伸。這樣就完成了絲網(wǎng)印刷的順序操作。因此，就制備了具有多層結構的氧氣濃度探測元件1A的一個毛坯體。
接著，該毛坯體在高溫下被烘烤并被燒結成一個整體。因此制得氧氣濃度探測元件1A，它然后被安裝到一個未示出的氧氣傳感器上。
下面將解釋氧氣濃度探測元件1A的操作，其中應用氧氣濃度探測元件1A的氧氣傳感器位于與發(fā)動機相連的一個排氣管上。氧氣傳感器被如此設置，使得穿過排氣管的廢氣能夠沿著氧氣濃度探測元件1A的一個圓周外表面流動，作為參考的空氣被導入氧氣濃度探測元件1A的內側以穿過應力衰減層8而到達參考電極6。給加熱器3通電以產(chǎn)生所需的熱量，用于將整個氧氣濃度探測元件1A的溫度升高至一個預定溫度，在該溫度，固體電解質層5被激勵。
在這種情況下，從發(fā)動機釋放的廢氣流入排氣管并經(jīng)過氧氣濃度探測元件1A的圓周外表面。經(jīng)由尖晶石保護層11、印刷保護層10以及探測電極7，廢氣中的氧氣被導入已被激勵的固體電解質層5中。另一方面，空氣中的氧氣被導入并被收集于參考電極6的周圍。當在固體電解質層5的內外表面之間存在氧氣濃度差時，氧離子就在固體電解質層5中移動，從而在參考電極6與探測電極7之間產(chǎn)生電動勢。因此，就獲得根據(jù)氧氣濃度差而變化的輸出電壓。
第一實施例的氧氣濃度探測元件1A具有以下效果。通過上述偏移，也就是說，在基部2的圓周外表面2A上加熱器3與氧氣探測單元15的非疊置構造，加熱器3和氧氣探測單元15不會受到熱應力，該熱應力是在給加熱器3通電而生成熱量時產(chǎn)生的。這就可以防止在加熱器3或者氧氣探測單元15上出現(xiàn)破裂。特別地，與現(xiàn)有技術中的氧氣濃度探測元件相比，加熱器3和氧氣探測單元15位于偏移位置，從而加熱器3和氧氣探測單元15不會經(jīng)由它們之間彼此接觸的表面而彼此粘附。這就抑制了在給加熱器3通電而產(chǎn)生熱量時由于加熱器3與氧氣探測單元15之間的熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生在粘附表面上的熱應力。因此，就能夠防止由熱應力引起的加熱器3和氧氣探測單元15中的破裂。
另外，如圖2所示，參考電極6的導線6A和探測電極7的導線7A分別非直接地和直接地位于基部2的圓周外表面2A上，而不在加熱器絕緣層4上延伸。因此，相比于現(xiàn)有技術，導線6A和7A被設置成不會沿著位于加熱器絕緣層4的徑向延伸端表面與基部2的圓周外表面2A之間的臺階延伸。這就避免了增加導線6A和7A長度的必要性，因此改善了導線6A和7A的輸出，并導致節(jié)省成本。
另外，因為加熱器3和氧氣探測單元15被設置在圓周偏移的位置上，所以即使在加熱器絕緣層4的厚度減小時，也能實現(xiàn)它們之間的絕緣。這可有利于減少加熱器絕緣層4的印刷次數(shù)，并因此降低氧氣濃度探測元件1A的生產(chǎn)成本。相比而言，因為圖5所示現(xiàn)有技術的氧氣濃度探測元件具有加熱器圖形111和氧氣探測單元120的層狀結構，所以通過多次執(zhí)行加熱器絕緣層112的印刷，在加熱器圖形111與氧氣探測單元120之間形成具有大厚度的加熱器絕緣層112。這導致成本的增加。因此，本發(fā)明的氧氣濃度探測元件1A包括加熱器3和氧氣探測單元15的偏移構造以及具有相對小厚度并覆蓋加熱器3外表面的加熱器緣層4的構造，從而能夠確保加熱器3與氧氣探測單元15之間的絕緣。因此，本發(fā)明的氧氣濃度探測單元1A有利于減少加熱器絕緣層4的印刷次數(shù)以及生產(chǎn)成本。
另外，因為基部2具有帶有圓周外表面2A的圓柱棒形狀，所以氧氣濃度能夠以穩(wěn)定的精確性被探測，而不會受處于安裝狀態(tài)的氧氣濃度探測單元1A的方向的影響，或者受要被測量的氣體的流動方向的影響。
另外，加熱器3和氧氣探測單元15位于基部2的圓周外表面2A的徑向相對的位置上。因此，氧氣濃度探測單元1A能夠具有一個緊湊結構，同時在加熱器3和氧氣探測單元15之間有足夠的間隙以獲得彼此之間的絕緣。而且，加熱器3和氧氣探測單元15通過絲網(wǎng)印刷而在同一表面-即基部2的圓周外表面2A-上的圓周偏移的位置上形成。因此，氧氣濃度探測元件1A能夠容易地制成。
另外，加熱器3以及氧氣探測單元15的參考電極6和探測電極7被設置得在它們之間具有0.5毫米或更大的圓周間隙C1。因此，在加熱器3與參考電極6及探測電極7之間具有充足的絕緣間隔。這就減小了加熱器絕緣層4的厚度，從而減少了絕緣層4的印刷次數(shù)并降低生產(chǎn)成本。
另外，因為應力衰減層8夾設于基部2與氧氣探測單元15之間，所以在燒結固體電解質層5時產(chǎn)生在基部2與氧氣探測單元15的固體電解質層5之間的熱應力差能夠被減小。
參考圖4，解釋本發(fā)明的氧氣濃度探測元件的第二實施例。圖4為第二實施例的氧氣濃度探測元件1B的展開圖，示出了氧氣探測元件1B的各層的輪廓。第二實施例在加熱器3和氧氣探測單元15的構造上不同于第一實施例。相似的附圖標記代表相似的部件，因此，省略了對這些部件的詳細描述。
如圖4所示，加熱器3和氧氣濃度探測元件1B的氧氣探測單元15在圓周外表面2A上沿著基部2的軸向M以及周向彼此偏離。另外，在加熱器3與氧氣探測單元15的參考電極6和探測電極7之間具有周向間隙C1和軸向間隙C2。間隙C1和C2的每一個為0.5毫米或更大。類似于第一實施例的氧氣濃度探測元件1A，氧氣濃度探測元件1B的加熱器3和氧氣探測單元15位于所述偏移位置，在該位置加熱器3和氧氣探測單元15不會彼此徑向疊置。
第二實施例的氧氣濃度探測元件1B通過與第一實施例中的方法類似的方法而制造，除了在基部2的圓周外表面2A上在相應的軸向和周向偏移位置上形成加熱器3、參考電極6以及探測電極7之外。
通過氧氣濃度探測元件1B的加熱器3和氧氣探測單元15的偏移構造，第二實施例具有一個緊湊結構，同時在加熱器3和氧氣探測單元15之間具有足夠的間隙以獲得彼此之間的絕緣。另外，氧氣濃度探測元件1B的加熱器3和氧氣探測單元15通過絲網(wǎng)印刷而在同一表面-即基部2的圓周外表面2A-的相對偏移的位置上形成。因此，氧氣濃度探測元件1B能夠容易地制成。
另外，如圖4所示，氧氣濃度探測元件1B的氧氣探測單元15的參考電極6和探測電極7與加熱器3之間具有偏移間隙C1和C2。藉此，與第一實施例類似，在加熱器3與電極6、7之間具有足夠的絕緣間隔。這就可以減小加熱器絕緣層4的厚度，從而減少絕緣層4的印刷次數(shù)并降低生產(chǎn)成本。
另外，本發(fā)明能夠如下被改型，并獲得與第一和第二實施例相同的功能和效果。致密層9的窗口9A的形狀不限于第一及第二實施例中的矩形，也可以為圓形、橢圓形、三角形以及包括五邊形的多邊形。另外，基部2的形狀不限于圓柱棒形，也可以為具有平直外表面的其它形狀。
本申請基于2004年1月19日遞交的在先日本專利申請No.2004-010132。該在先申請的全部內容被結合在此以作參考。
雖然以上參考本發(fā)明的特定實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不限于上述實施例。根據(jù)本發(fā)明的教導，本領域的普通技術人員能夠對上述實施例進行多種改變和變型。本發(fā)明的范圍參考下列權利要求而被限定。
權利要求
1.一種氧氣濃度探測元件，包括一個基部，該基部由電絕緣材料制成；一個加熱器，該加熱器位于所述基部的外表面上，所述加熱器適于在通電時產(chǎn)生熱量；以及一個氧氣探測單元，該氧氣探測單元位于所述基部外表面上的一個偏移位置，在該位置所述氧氣探測單元不與所述加熱器疊置，所述氧氣探測單元包括一個固體電解質層和一對電極，在所述一對電極之間設置所述固體電解質層。
2.如權利要求1所述的氧氣濃度探測元件，其特征在于所述基部具有圓柱棒形狀，所述基部的外表面為圓周外表面。
3.如權利要求2所述的氧氣濃度探測元件，其特征在于沿著所述基部的徑向，所述氧氣探測單元不與所述加熱器疊置。
4.如權利要求2所述的氧氣濃度探測元件，其特征在于沿著所述基部的圓周方向，所述氧氣探測單元與所述加熱器偏置。
5.如權利要求3所述的氧氣濃度探測元件，其特征在于所述氧氣探測單元與所述加熱器徑向相對地設置。
6.如權利要求4所述的氧氣濃度探測元件，其特征在于所述氧氣探測單元的所述一對電極與所述加熱器之間偏移一個周向間隙。
7.如權利要求2所述的氧氣濃度探測元件，其特征在于所述氧氣探測單元沿著所述基部的軸向與所述加熱器偏移。
8.如權利要求7所述的氧氣濃度探測元件，其特征在于所述加熱器與所述氧氣探測單元的所述一對電極被設置成彼此之間具有一個軸向間隙。
9.如權利要求1所述的氧氣濃度探測元件，其特征在于進一步包括一個應力衰減層，其被設置在所述基部與所述氧氣探測單元的所述一對電極的其中一個之間，所述應力衰減層適于減小熱應力差，所述熱應力差是在燒結所述固體電解質層時，在所述基部與所述固體電解質層之間產(chǎn)生的。
10.如權利要求1所述的氧氣濃度探測元件，其特征在于進一步包括一個加熱器絕緣層，其覆蓋所述加熱器的外表面。
11.如權利要求10所述的氧氣濃度探測元件，其特征在于所述一對電極分別具有與之整體形成的導線，所述導線位于所述基部的外表面上，而不會分別在所述加熱器絕緣層上延伸。
12.一種制造氧氣濃度探測元件的方法，所述氧氣濃度探測元件包括一個基部、一個位于所述基部外表面上的加熱器、以及一個位于所述基部外表面的一個偏移位置上的氧氣探測單元，在所述偏移位置，所述氧氣探測單元不與所述加熱器疊置，所述氧氣探測單元包括一個固體電解質層以及一對電極，所述固體電解質層位于所述一對電極之間，所述方法包括通過模制一種電絕緣材料而形成所述基部；通過在旋轉所述基部時將由發(fā)熱材料制成的糊膏絲網(wǎng)印刷于所述基部外表面的一個第一預定區(qū)域上，而形成所述加熱器；通過在旋轉所述基部時將導電糊膏絲網(wǎng)印刷于所述基部外表面上的一個與所述第一預定區(qū)域相偏置的第二預定區(qū)域上，而形成帶有導線的所述一對電極中的其中一個；通過在旋轉所述基部時將糊膏材料絲網(wǎng)印刷于所述一對電極的所述其中一個的一個外表面上，而形成所述固體電解質層；通過在旋轉所述基部時將導電糊膏絲網(wǎng)印刷于所述固體電解質層的一個外表面上，而形成帶有導線的所述一對電極中的另一個。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于所述基部具有圓柱棒形狀，所述外表面為圓周外表面，所述第一預定區(qū)域為所述基部的所述圓周外表面的一個大致半?yún)^(qū)，所述第二預定區(qū)域為所述基部的圓周外表面的一個相對半?yún)^(qū)，它與上述大致半?yún)^(qū)徑向相對。
14.如權利要求12所述的方法，其特征在于所述基部具有圓柱棒形狀，所述外表面為圓周外表面，所述第一預定區(qū)域和所述第二預定區(qū)域沿著所述基部的軸向彼此偏移設置。
15.如權利要求12所述的方法，其特征在于所述氧氣濃度探測元件包括一個覆蓋所述加熱器外表面的加熱器絕緣層，所述方法進一步包括通過在旋轉所述基部時將由電絕緣材料制成的糊膏絲網(wǎng)印刷于所述基部外表面的所述第一預定區(qū)域上以便覆蓋所述加熱器的外表面，從而形成所述加熱器絕緣層。
16.如權利要求12所述的方法，其特征在于所述氧氣濃度探測元件包括一個位于所述基部與所述氧氣探測單元的一對電極的其中一個之間的應力衰減層，所述方法進一步包括通過在旋轉所述基部時將糊膏材料絲網(wǎng)印刷于所述基部外表面的所述第二預定區(qū)域上，從而形成所述應力衰減層。
17.如權利要求12所述的方法，其特征在于所述氧氣濃度探測元件包括一個帶有窗口的致密層，所述致密層位于所述一對電極的另一個的外表面上以及所述固體電解質層的所述外表面上，所述方法進一步包括通過在旋轉所述基部時將由陶瓷材料制成的糊膏絲網(wǎng)印刷于所述一對電極的另一個的外表面上以及所述固體電解質層的所述外表面上，從而形成所述帶有窗口的致密層。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于所述氧氣濃度探測元件包括一個印刷保護層，它位于所述致密層的一個外表面上以及所述一對電極的另一個的一個外表面的一部分上，該部分通過所述致密層的窗口而暴露，所述方法進一步包括通過在旋轉所述基部時將具有氧氣可滲透性和有害氣體非滲透性的糊膏材料絲網(wǎng)印刷于所述致密層的所述外表面上以及所述一對電極的另一個的外表面的通過致密層的窗口而暴露的部分上，以便在所述基部的外表面上延伸，從而形成所述印刷保護層。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于所述氧氣濃度探測元件包括一個位于所述印刷保護層的整個外表面上的尖晶石保護層，所述方法進一步包括通過在旋轉所述基部時將具有比用于印刷保護層的糊膏材料更大的多孔性的糊膏材料絲網(wǎng)印刷于所述印刷保護層的整個外表面上，而形成所述尖晶石保護層，從而形成所述氧氣濃度探測元件的一個毛坯體。
20.如權利要求19所述的方法，進一步包括烘干所述毛坯體。
全文摘要
一種氧氣濃度探測元件，包括一個由電絕緣材料制成的基部、一個位于所述基部的外表面上并適于在通電時產(chǎn)生熱量的加熱器、以及一個位于所述基部外表面上的一個偏移位置上的氧氣探測單元，在該偏移位置，所述氧氣探測單元不與所述加熱器疊置，所述氧氣探測單元包括一個固體電解質層以及一對電極，所述固體電解質層位于所述一對電極之間。
文檔編號G01N27/407GK1645125SQ200510004579
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月18日 優(yōu)先權日2004年1月19日
發(fā)明者堺祥一, 一柳太, 小野塚準二, 松本剛司 申請人:株式會社日立制作所