專利名稱：氣體傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在要測(cè)量的氣體中裝的檢測(cè)一定氣體的氣體傳感器，同時(shí)還涉及制造該氣體傳感器的方法。更具體地講，本發(fā)明涉及一種如此設(shè)置的氣體傳感器，即例如閉合底部的管狀氣體檢測(cè)元件或者元件支架的要固定的部件固定在管狀金屬外殼里，同時(shí)還涉及一種至少該氣體傳感器的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上公知的氣體傳感器是如此設(shè)置的，即閉合底部的管狀氣體檢測(cè)元件(要固定的部件)固定在管狀金屬外殼里。圖13示出了這樣的氣體傳感器的一個(gè)實(shí)例，其示出了氣體傳感器的部分橫截面。圖13中示出的氣體傳感器901是一個(gè)氧氣傳感器，其連接到內(nèi)燃機(jī)排氣管上并適合于測(cè)量在廢氣中的氧氣濃度。該氣體傳感器901包括閉合底部的管狀氣體檢測(cè)元件911和管狀金屬外殼931，上述管狀氣體檢測(cè)元件911沿著軸C的方向的遠(yuǎn)端(在圖13中是下端)是閉合的，上述管狀金屬外殼931同軸地固定著其內(nèi)的所述氣體檢測(cè)元件。
氣體檢測(cè)元件911包括突起913，該突起913在氣體檢測(cè)元件911的中心部分處相對(duì)于軸C的方向沿著圓周形成并沿著徑向向外突起。所述突起913具有第一錐形外圓周表面913t1、第二錐形外圓周表面913t2以及中央外圓柱表面913m，上述第一錐形外圓周表面913t1(也稱為“遠(yuǎn)端表面”)位于它的遠(yuǎn)端，并且第一錐形外圓周表面913t1的直徑從它的遠(yuǎn)端側(cè)朝向它的近端側(cè)是增大的，上述第二錐形外圓周表面913t2(也稱為“近端表面”)位于它的近端上，并且第二錐形外圓周表面913t2的直徑從它的近端側(cè)朝向它的遠(yuǎn)端側(cè)是增大的，上述中央外圓柱表面913m在以上兩者之間延伸。氣體檢測(cè)元件911由傳導(dǎo)氧離子固體電解質(zhì)形成。氣體檢測(cè)元件911具有內(nèi)部電極915和外部電極917，內(nèi)部電極915包蓋在內(nèi)部圓周表面911n上，外部電極917包蓋在外部圓周表面911m上。
金屬外殼931包括遠(yuǎn)端區(qū)域933(在圖13中是下面區(qū)域)、中央?yún)^(qū)域935以及近端區(qū)域937(在圖13中是上面區(qū)域)。其壁是內(nèi)部圓周表面931n的通孔延伸通過(guò)金屬外殼931，并且它的直徑從朝向近端的側(cè)面到朝向遠(yuǎn)端的側(cè)面是減小的。
遠(yuǎn)端區(qū)域933具有內(nèi)部圓周表面933n和外螺紋部分933g，上述內(nèi)部圓周表面933n具有較小的直徑，上述外螺紋部分933g形成在它的外部圓周上并適合于將氣體傳感器901連接到廢氣管道。保護(hù)蓋951連接到遠(yuǎn)端區(qū)域933的遠(yuǎn)端部分，其目的是為了保護(hù)氣體檢測(cè)元件911的遠(yuǎn)端區(qū)域。保護(hù)蓋951取閉合底部的管狀形狀，并且具有許多氣體引入孔951k，用于將廢氣從廢氣管道引入到氣體傳感器901的內(nèi)部。墊圈953連接到遠(yuǎn)端區(qū)域933的近端部分。
中央?yún)^(qū)域935包括臺(tái)階部分935b、管狀部分935c，上述臺(tái)階部分935b具有錐形內(nèi)部圓周表面935t1(也稱為“支撐表面”)，上述臺(tái)階部分935b與遠(yuǎn)端區(qū)域933的內(nèi)部圓周表面933n相連，并且其直徑朝向氣體傳感器的近端側(cè)而增大；上述管狀部分935c具有中央內(nèi)部圓周表面935n，管狀部分935c與圓錐內(nèi)部圓周表面935t1相連，并且其直徑大于內(nèi)部圓周表面933n的直徑。中央?yún)^(qū)域935的徑向向外部分形成了六邊形法蘭部分(工具接合部分)935r，該六邊形法蘭部分935r用于將氣體傳感器901連接到廢氣管道。
近端區(qū)域937具有內(nèi)部圓周表面937n，內(nèi)部圓周表面937n與中央?yún)^(qū)域935的中央內(nèi)部圓周表面935n相連，并且內(nèi)部圓周表面937n的直徑大于中央內(nèi)部圓周表面935n的直徑。
金屬環(huán)形板填料957設(shè)置在金屬外殼931的中央?yún)^(qū)域935的圓錐內(nèi)部圓周表面935t1上。氣體檢測(cè)元件911的突起913的第一錐形外部圓周表面913t1抵靠板填料957，氣體測(cè)定元件911同軸地插入到金屬外殼931里。換言之，金屬外殼931的中央?yún)^(qū)域935的臺(tái)階部分935b和氣體檢測(cè)元件911的突起913通過(guò)板填料957接合起來(lái)。因?yàn)橥獠侩姌O917也形成在突起913上，所以氣體檢測(cè)元件911的金屬外殼931和外部電極917通過(guò)板填料957電連接起來(lái)。
C型第一線填料959如此設(shè)置，使得其抵靠著插入的氣體檢測(cè)元件911的突起913的第二錐形外部圓周表面913t2和金屬外殼931的內(nèi)部圓周表面931n(近端區(qū)域937的內(nèi)部圓周表面937n)。
在相對(duì)于第一線填料959的朝向氣體傳感器的近端的區(qū)域里，對(duì)設(shè)置在氣體檢測(cè)元件911的近端部分的外部圓周表面911m和金屬外殼931的內(nèi)部圓周表面931n(近端區(qū)域937的內(nèi)部圓周表面937n)之間的環(huán)形間隙填入粉末，從而形成填充密封層961。
在相對(duì)于填充密封層961的朝向氣體傳感器的近端的區(qū)域里，套筒971的遠(yuǎn)端區(qū)域973插入到環(huán)形間隙里，上述環(huán)形間隙設(shè)置在氣體檢測(cè)元件911的外部圓周表面911m和金屬外殼931的內(nèi)部圓周表面931n(近端區(qū)域937的內(nèi)部圓周表面937n)之間。套筒971的遠(yuǎn)端區(qū)域973取形狀是沿徑向向外突起的圓周突起，并具有錐形外部圓周表面973m，該錐形外部圓周表面973m的直徑朝向氣體傳感器的遠(yuǎn)端側(cè)增大。C型第二線填料965設(shè)置在錐形外部圓周表面973m上。金屬外殼931的遠(yuǎn)端區(qū)域937的遠(yuǎn)端沿徑向向內(nèi)以這樣的方式彎曲，使得其覆蓋住第二線填料965，從而通過(guò)卷曲而壓緊第二線填料965。壓縮的卷曲作用也沿著軸向壓縮了第一線填料959和填充密封層961。結(jié)果，第一線填料959被彈性地壓縮。由彈性變形引起的彈力在金屬外殼931里同軸地固定了氣體檢測(cè)元件911。
元件側(cè)終端981插入到氣體檢測(cè)元件911里，并與氣體檢測(cè)元件911的內(nèi)部電極915電連接在一起。
涉及以上技術(shù)的文件披露在例如專利文件1中。
專利文件1日本實(shí)用新型(kokai)申請(qǐng)?zhí)?3-95884發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題但是，在傳統(tǒng)氣體傳感器901里，通過(guò)在金屬外殼931上的卷曲才能導(dǎo)致第一線填料959被壓緊和彈性變形。由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器901，當(dāng)卷曲松開(kāi)或者類似的現(xiàn)象發(fā)生并且結(jié)果引起施加在填充密封層961上的壓應(yīng)力降低時(shí)，第一線填料959變得松開(kāi)，因此氣體檢測(cè)元件911移位，這會(huì)對(duì)例如檢測(cè)廢氣的精度產(chǎn)生不利影響。
另外，當(dāng)?shù)谝痪€填料959變得松開(kāi)時(shí)，用于形成填充密封層961的粉末顆粒會(huì)向著遠(yuǎn)端側(cè)通過(guò)在氣體檢測(cè)元件911的外部圓周表面911m和金屬外殼931的內(nèi)部圓周表面931n之間的間隙泄漏。
此外，在傳統(tǒng)氣體傳感器901里，金屬外殼931和氣體檢測(cè)元件911的外部電極917通過(guò)板填料957電連接。因此，當(dāng)卷曲松開(kāi)或者類似的現(xiàn)象發(fā)生并且結(jié)果引起施加在填充密封層961上的壓應(yīng)力降低，從而第一線填料959變得松開(kāi)且氣體檢測(cè)元件911移位時(shí)，在板填料957和氣體檢測(cè)元件911(在第一錐形外部圓周表面913t)之間的接觸和在板填料957和金屬外殼931(錐形內(nèi)部圓周表面935t1)之間的接觸變成了不完全的。結(jié)果，在外部電極917和金屬外殼931之間的電連接的可靠性被削弱了。當(dāng)?shù)谝痪€填料959變得松開(kāi)時(shí)，下面的問(wèn)題也可能產(chǎn)生。用于形成填充密封層961的粉末顆粒通過(guò)在氣體檢測(cè)元件911的外部圓周表面911m和金屬外殼931的內(nèi)部圓周表面931n之間的間隙，并到達(dá)設(shè)置板填料957的區(qū)域。所述顆粒進(jìn)入板填料957和氣體檢測(cè)元件911之間或者板填料957和金屬外殼931之間，導(dǎo)致板填料957和氣體檢測(cè)元件911之間或者板填料957和金屬外殼931之間之間產(chǎn)生不良電連接。
根據(jù)制造傳統(tǒng)氣體傳感器901的方法，在板填料957和氣體檢測(cè)元件911插入到金屬外殼931里之后，插入第一線填料959，然后填充粉末。隨后，插入套筒971和第二線填料965。對(duì)金屬外殼931的近端進(jìn)行卷曲，從而使在金屬外殼931里的氣體檢測(cè)元件911處于固定狀態(tài)。
但是，上述方法會(huì)有下面問(wèn)題。在填充粉末和對(duì)金屬外殼931進(jìn)行卷曲之間的時(shí)間中，預(yù)期要被第一線填料959全部阻止的粉末顆粒通過(guò)在氣體檢測(cè)元件911的外部圓周表面911m和金屬外殼931的內(nèi)部圓周表面931n之間的間隙，并到達(dá)設(shè)置板填料959的區(qū)域。所述顆粒進(jìn)入板填料959和氣體檢測(cè)元件911之間或者板填料959和金屬外殼931之間，導(dǎo)致板填料957和氣體檢測(cè)元件911之間或者板填料957和金屬外殼931之間產(chǎn)生不良電連接。
鑒于以上所述，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種氣體傳感器，該氣體傳感器能夠更可靠地抑制例如氣體檢測(cè)元件或者元件支架的要固定的部件的位置移動(dòng)，而且本發(fā)明還提供一種制造上述氣體傳感器的方法。
解決所述問(wèn)題的方法該方案的裝置是一種氣體傳感器，其包括要固定的部件，所述要固定的部件具有遠(yuǎn)端側(cè)固定表面和近端側(cè)固定表面，上述近端側(cè)固定表面位于相對(duì)于遠(yuǎn)端側(cè)固定表面的近端側(cè)上；管狀金屬外殼，所述管狀金屬外殼具有從它的內(nèi)部圓周表面徑向向內(nèi)突起的臺(tái)階部分，并且適合于將要固定的部件固定其中，同時(shí)從徑向上的外面圍繞要固定的部件并通過(guò)臺(tái)階部分的支撐表面支撐要固定的部件的遠(yuǎn)端側(cè)固定表面；以及第一填料，所述第一填料抵靠著要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面，其中，第一填料設(shè)置在形成于要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。
在傳統(tǒng)氣體傳感器中，線填料沿著軸向的方向上以彈性方式變形，從而部分地抵靠著要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。與之相比，在本發(fā)明的氣體傳感器里，對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)線填料的第一填料設(shè)置在形成于要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。因此，即使當(dāng)外部應(yīng)力施加在第一填料上，第一填料也能將要固定的部件固定在金屬外殼里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料不太可能變得松開(kāi)。相應(yīng)地，要固定的部件的位置移動(dòng)能夠被更可靠地抑制。
只要滿足了上述要求，對(duì)于氣體傳感器的類型就不必施加具體限制。這樣的氣體傳感器的實(shí)例包括氧氣傳感器、NOx傳感器、HC傳感器以及CO2傳感器。
進(jìn)一步，語(yǔ)句“金屬外殼將要固定的部件固定其中”包括將要固定的部件的整體都固定在金屬外殼內(nèi)部和將要固定的部件的一部分固定在金屬外殼內(nèi)部。
不一定要求第一填料在設(shè)置在上述間隙里的填料的整個(gè)周長(zhǎng)上具有楔形橫截面。僅僅要求第一填料在其至少一部分周長(zhǎng)上具有楔形橫截面。不必要求第一填料在整個(gè)橫截面上具有楔形形狀。僅僅要求第一填料至少在其遠(yuǎn)端側(cè)部分里具有楔形橫截面。
在上述的氣體傳感器里，優(yōu)選地，要固定的部件是具有突起的氣體檢測(cè)元件，所述突起包括遠(yuǎn)端側(cè)固定表面和近端側(cè)固定表面并且徑向向外突起，所述氣體檢測(cè)元件取具有閉合的軸向遠(yuǎn)端的閉合底部的管狀形狀。
根據(jù)本發(fā)明，要固定的氣體檢測(cè)元件具有閉合底部的管狀形狀。因?yàn)檫@個(gè)氣體檢測(cè)元件具有突起，并它包括遠(yuǎn)端側(cè)固定表面和近端側(cè)固定表面并且徑向向外突起，所以第一填料被壓靠在氣體檢測(cè)元件的突起的近端側(cè)固定表面上，而且也被壓靠在金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。在這樣的氣體傳感器里，即使當(dāng)沒(méi)有外部應(yīng)力施加在第一填料上，第一填料也能將氣體檢測(cè)元件固定在金屬外殼里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料也不太可能變得松開(kāi)。相應(yīng)地，氣體檢測(cè)元件的位置移動(dòng)也能夠被更可靠地抑制。
優(yōu)選地，上述氣體傳感器還包括沿著軸向方向延伸的氣體檢測(cè)元件，其中，要固定的部件是元件支架，該元件支架具有遠(yuǎn)端側(cè)固定表面、近端側(cè)固定表面以及氣體檢測(cè)元件要經(jīng)過(guò)的開(kāi)口。
根據(jù)本發(fā)明，要檢測(cè)的元件是元件支架，氣體檢測(cè)元件通過(guò)該元件支架。因?yàn)檫@個(gè)元件支架具有遠(yuǎn)端側(cè)固定表面和近端側(cè)固定表面，所以第一填料被壓靠在元件支架的近端側(cè)固定表面上，而且也被壓靠在金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。在這樣的氣體傳感器里，即使當(dāng)沒(méi)有外部應(yīng)力施加在第一填料上，第一填料也能夠?qū)⒃Ъ芄潭ㄔ诮饘偻鈿だ?。因此，即使?dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料不太可能變得松開(kāi)。相應(yīng)地，元件支架的位置移動(dòng)能夠被更可靠地抑制。
上述氣體傳感器還包括填充密封層，該填充密封層通過(guò)將粉末填充進(jìn)在位于相對(duì)于第一填料朝向氣體傳感器的近端的區(qū)域里的氣體檢測(cè)元件的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里而形成。
根據(jù)本發(fā)明，由粉末形成的填充密封層設(shè)置在氣體檢測(cè)元件的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里，從而增強(qiáng)了對(duì)氣體檢測(cè)元件和金屬外殼之間的間隙的密封效果。
傳統(tǒng)氣體傳感器可能包括如下問(wèn)題。由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器，所以發(fā)生卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象。結(jié)果，粉末顆粒向遠(yuǎn)端側(cè)泄漏通過(guò)氣體檢測(cè)元件的突起的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙，或者通過(guò)元件支架的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙。
但是，在本發(fā)明中，第一填料設(shè)置在形成于要固定的部件(氣體檢測(cè)元件或者元件支架)的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用導(dǎo)致氣體傳感器卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，也能夠防止粉末顆粒朝向遠(yuǎn)端側(cè)泄漏通過(guò)在氣體檢測(cè)元件的突起的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙，或者通過(guò)在元件支架的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙。
在上述氣體傳感器里，優(yōu)選地，第一填料通過(guò)對(duì)已經(jīng)被插入到要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里的線填料進(jìn)行軸向壓緊以及塑性變形而形成，使得第一填料具有楔形橫截面。
根據(jù)本發(fā)明，第一填料通過(guò)對(duì)已經(jīng)被插入到要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里的線填料進(jìn)行軸向壓緊以及塑性變形而形成，使得第一填料具有楔形橫截面。因?yàn)檫@樣的第一填料由于被高強(qiáng)度地壓緊和塑性變形而具有楔形橫截面，所以第一線填料被高強(qiáng)度地壓靠在要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。相應(yīng)地，要固定的部件和金屬外殼能夠被高強(qiáng)度地固定在一起。
在上述的氣體傳感器里，優(yōu)選地，要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面各自所取的形狀，使得在所述間隙的至少遠(yuǎn)端側(cè)部分里，由近端側(cè)固定表面和內(nèi)部圓周表面形成的角度朝向遠(yuǎn)端側(cè)而變小，第一填料設(shè)置為延伸到由近端側(cè)固定表面和內(nèi)部圓周表面形成的角度朝向遠(yuǎn)端側(cè)變小的間隙的部分。
根據(jù)本發(fā)明，要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面各自所取的形狀，使得在至少所述間隙的遠(yuǎn)端側(cè)部分里，由近端側(cè)固定表面和內(nèi)部圓周表面形成的角度朝向遠(yuǎn)端側(cè)而變小。進(jìn)一步，第一填料設(shè)置為延伸到這樣的部分。因此，楔形效果朝向第一填料的遠(yuǎn)端側(cè)而增大，使得要固定的部件和金屬外殼能夠被更牢固地固定在一起。
解決方案另一裝置是一種氣體傳感器，包括氣體檢測(cè)元件，其設(shè)定為具有閉合的軸向遠(yuǎn)端的閉合底部的管狀形狀，并具有形成在其外部圓周表面上的外部電極，并具有徑向向外突起的突起；管狀金屬外殼，其具有從其內(nèi)部圓周表面徑向向內(nèi)突起的臺(tái)階部分，并且其適合于將氣體檢測(cè)元件固定其中，同時(shí)從徑向的外面圍繞氣體檢測(cè)元件并通過(guò)所述臺(tái)階部分的支撐表面支撐所述突起的遠(yuǎn)端表面，所述臺(tái)階部分的支撐表面抵靠形成在所述突起的遠(yuǎn)端表面上的外部電極，從而與所述外部電極電連接；以及第一填料，其抵靠所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上，其中，第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。
在傳統(tǒng)氣體傳感器里，線填料沿著軸向方向彈性變形，從而部分地抵靠氣體檢測(cè)元件的突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。與之對(duì)比，在本發(fā)明的氣體傳感器里，對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)的線填料的第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部應(yīng)力施加在第一填料上，第一填料也能夠?qū)怏w檢測(cè)元件固定在金屬外殼里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料也不太可能變得松開(kāi)，從而抑制氣體檢測(cè)元件的位置移動(dòng)和在金屬外殼的臺(tái)階部分的支撐表面和形成在氣體檢測(cè)元件的突起的遠(yuǎn)端表面上的外部電極之間的不良接觸的產(chǎn)生。因此，在金屬外殼和氣體檢測(cè)元件的外部電極之間的電連接的可靠性能夠得到增強(qiáng)。
解決方案的另一種裝置是一種氣體傳感器，包括氣體檢測(cè)元件，其取具有閉合的軸向遠(yuǎn)端的閉合底部的管狀形狀，并具有形成在其外部圓周表面上的外部電極，并具有徑向向外突起的突起；管狀金屬外殼，其具有從其內(nèi)部圓周表面徑向向內(nèi)突起的臺(tái)階部分，并適合于將氣體檢測(cè)元件固定其中，同時(shí)從徑向外面圍繞氣體檢測(cè)元件并通過(guò)臺(tái)階部分的支撐表面支撐所述突起的遠(yuǎn)端表面；第一填料，其抵靠所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面；以及第二金屬填料，其設(shè)置在所述突起的遠(yuǎn)端表面和所述臺(tái)階部分的支撐表面之間，并抵靠所述臺(tái)階部分的支撐表面和形成在所述突起的遠(yuǎn)端表面上的外部電極，從而電連接金屬外殼和外部電極，其中，第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。
在本發(fā)明的氣體傳感器里，第一填料設(shè)置在形成于氣體檢測(cè)元件的突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部應(yīng)力施加在第一填料上，第一填料也能夠?qū)怏w檢測(cè)元件固定在金屬外殼里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器導(dǎo)致的卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料也不太可能變得松開(kāi)，從而抑制氣體檢測(cè)元件的位置移動(dòng)和在第二填料和形成在氣體檢測(cè)元件的突起的遠(yuǎn)端表面上的外部電極之間的不良接觸和在第二填料和金屬外殼的臺(tái)階部分的支撐表面之間的不良接觸的產(chǎn)生。因此，在金屬外殼和氣體檢測(cè)元件的外部電極之間的電連接的可靠性能夠得到增強(qiáng)。
上述氣體傳感器還包括填充密封層，所述填充密封層通過(guò)將粉末填充到相對(duì)于氣體檢測(cè)元件的突起朝向氣體傳感器的近端的區(qū)域里的氣體檢測(cè)元件的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里而形成。
根據(jù)本發(fā)明，由粉末形成的填充密封層設(shè)置在氣體檢測(cè)元件的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里，從而增強(qiáng)了對(duì)在氣體檢測(cè)元件和金屬外殼之間的間隙的密封效果。
傳統(tǒng)氣體傳感器可能具有下面的問(wèn)題。由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器，會(huì)發(fā)生卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象。結(jié)果，粉末顆粒通過(guò)在氣體檢測(cè)元件的突起的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙，到達(dá)設(shè)置了板填料的區(qū)域。所述顆粒進(jìn)入板填料和氣體檢測(cè)元件之間或者板填料和金屬外殼之間，導(dǎo)致其間的不良接觸，因此引起其間的不良電接觸。
但是，在本發(fā)明里，第一填料設(shè)置在形成于氣體檢測(cè)元件的突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，第一填料的這樣的結(jié)構(gòu)特征抑制了下面問(wèn)題的產(chǎn)生粉末顆粒通過(guò)在氣體檢測(cè)元件的突起的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙，到達(dá)設(shè)置了第二填料的區(qū)域；以及，所述顆粒進(jìn)入第二填料和氣體檢測(cè)元件之間或者第二填料和金屬外殼之間，導(dǎo)致了其間的不良接觸。
在由本發(fā)明提供的上述氣體傳感器中的任一種氣體傳感器里，第一填料由金屬制成，并抵靠著形成在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上的外部電極，從而電連接外部電極和金屬外殼。
根據(jù)本發(fā)明，第一填料抵靠著形成在氣體檢測(cè)元件的突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上的外部電極，從而電連接氣體檢測(cè)元件的金屬外殼和外部電極。因此，金屬外殼和氣體檢測(cè)元件的外部電極能夠在更可靠的狀態(tài)下電連接。
在上述的氣體傳感器里，優(yōu)選地，第一填料通過(guò)軸向壓緊和使線填料塑性變形而形成，該線填料已經(jīng)被插入到所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面。
根據(jù)本發(fā)明，第一填料通過(guò)軸向壓緊和使線填料塑性變形而形成，該線填料已經(jīng)被插入到所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面。因?yàn)檫@樣的第一填料由于被高強(qiáng)度地壓緊和塑性變形而具有楔形橫截面，所以第一線填料被高強(qiáng)度地壓靠在要所述突起的的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。相應(yīng)地，氣體檢測(cè)元件和金屬外殼能夠被高強(qiáng)度地固定在一起。
在上述氣體傳感器里，優(yōu)選地，所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面各自所取的形狀，使得在至少所述間隙的遠(yuǎn)端側(cè)部分里，由所述近端表面和所述內(nèi)部圓周表面形成的角度朝向遠(yuǎn)端側(cè)而變小，第一填料設(shè)置為延伸到由近端表面和內(nèi)部圓周表面形成的角度朝向遠(yuǎn)端側(cè)減小的間隙的部分。
根據(jù)本發(fā)明，所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面取了各自的形狀，使得在至少所述間隙的遠(yuǎn)端側(cè)部分里，由近端表面和內(nèi)部圓周表面形成的角度朝向遠(yuǎn)端側(cè)減小。進(jìn)一步，第一填料設(shè)置為延伸到這樣的部分。因此，楔形效果朝向第一填料的遠(yuǎn)端側(cè)而增加，使得氣體檢測(cè)元件和金屬外殼能夠更牢固地固定在一起。
另一解決方案是制造氣體傳感器的方法，該氣體傳感器包括氣體檢測(cè)元件，其取具有閉合的軸向遠(yuǎn)端的閉合底部的管狀形狀，并具有形成在其外部圓周表面上的外部電極，并具有徑向向外突起的突起；管狀金屬外殼，其具有從其內(nèi)部圓周表面徑向向內(nèi)突起的臺(tái)階部分，并適合于將氣體檢測(cè)元件固定其中，同時(shí)從徑向外面圍繞氣體檢測(cè)元件并通過(guò)臺(tái)階部分的支撐表面支撐所述突起的遠(yuǎn)端表面，所述臺(tái)階部分的支撐表面抵靠著形成在所述突起的遠(yuǎn)端表面上的外部電極，從而電連接外部電極；以及第一填料，所述第一填料抵靠著所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面。所述方法包括元件插入步驟，將氣體檢測(cè)元件插入到金屬外殼里；線填料插入步驟，將線填料插入到金屬外殼里，上述線填料將變?yōu)榈谝惶盍?；以及第一填料形成步驟，沿著軸向壓緊插入在金屬外殼里的線填料，使得線填料塑性變形，以便形成第一填料，該第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。
根據(jù)本發(fā)明，在氣體檢測(cè)元件插入到金屬外殼(元件插入步驟)之后，插入所述線填料(線填料插入步驟)。然后，線填料被軸向壓緊，使得線填料被塑性變形，從而形成第一填料，上述第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上(第一填料形成步驟)。通過(guò)彈性變形形成的第一填料被高強(qiáng)度地壓靠在氣體檢測(cè)元件的突起的近端表面上，并被高強(qiáng)度地壓靠在金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加在第一填料上時(shí)，第一填料也能夠?qū)怏w檢測(cè)元件固定在金屬外殼里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，所述第一填料也不太可能變得松開(kāi)，從而抑制氣體檢測(cè)元件的位置移動(dòng)和在金屬外殼的臺(tái)階部分的支撐表面和形成在氣體檢測(cè)元件的突起的遠(yuǎn)端表面上的外部電極之間的不良接觸的產(chǎn)生。因此，在金屬外殼和氣體檢測(cè)元件的外部電極之間的電連接的可靠性能夠得到增強(qiáng)。另外，因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)線填料進(jìn)行塑性變形而形成第一填料，所以氣體傳感器能夠容易地以低成本制造。
另一種解決方案是一種制造氣體傳感器的方法，所述氣體傳感器包括氣體檢測(cè)元件，其取具有閉合的軸向遠(yuǎn)端的閉合底部的管狀形狀，并具有形成在其外部圓周表面上的外部電極，并具有徑向向外突起的突起；管狀金屬外殼，其具有從其內(nèi)部圓周表面徑向向內(nèi)突起的臺(tái)階部分，并適合于將氣體檢測(cè)元件固定其中，同時(shí)從徑向外面圍繞氣體檢測(cè)元件并通過(guò)臺(tái)階部分的支撐表面支撐所述突起的遠(yuǎn)端表面；第一填料，所述第一填料抵靠著所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面；以及第二金屬填料，其設(shè)置在所述突起的遠(yuǎn)端表面和臺(tái)階部分的支撐表面之間，并抵靠著形成在所述突起的遠(yuǎn)端表面和臺(tái)階部分的支撐表面上的外部電極，從而電連接外部電極和金屬外殼。所述方法包括第二填料插入步驟，將第二填料插入到金屬外殼里；元件插入步驟，在第二填料插入步驟之后，將氣體檢測(cè)元件插入到金屬外殼里；第二填料壓緊步驟，在元件插入步驟之后，沿著軸向壓緊氣體檢測(cè)元件和插入到金屬外殼里的第二填料，從而使得第二填料與所述臺(tái)階部分的支撐表面緊密接觸；線填料插入步驟，在第二填料壓緊步驟之后，將線填料插入到金屬外殼里，所述線填料將變?yōu)榈谝惶盍希灰约暗谝惶盍闲纬刹襟E，沿著軸向壓緊插入到金屬外殼里的線填料，使得線填料被塑性變形，從而形成第一填料，所述第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。
根據(jù)本發(fā)明，在第二填料插入金屬外殼(第二填料插入步驟)之后，插入氣體檢測(cè)元件(元件插入步驟)。然后，軸向壓緊氣體檢測(cè)元件和第二填料，從而使得第二填料與金屬外殼的臺(tái)階部分的支撐表面形成緊密接觸(第二填料壓緊步驟)。因此，在第二填料和金屬外殼之間的接觸得到了增強(qiáng)。
隨后，插入線填料(線填料插入步驟)。然后，軸向壓緊線填料，使得線填料塑性變形，從而形成第一填料，所述第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上(第一填料形成步驟)。通過(guò)彈性變形形成的第一填料被高強(qiáng)度地壓靠在氣體檢測(cè)元件的突起的近端表面上，并且被高強(qiáng)度地壓靠在金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加在第一填料上，第一填料也能夠?qū)怏w檢測(cè)元件固定在金屬外殼里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料也不太可能變得松開(kāi)，從而抑制了氣體檢測(cè)元件的位置移動(dòng)和在金屬外殼的臺(tái)階部分的支撐表面和形成在氣體檢測(cè)元件的突起的遠(yuǎn)端表面上的外部電極之間的不良接觸的發(fā)生。因此，能夠增強(qiáng)金屬外殼和氣體檢測(cè)元件的外部電極之間的電連接的可靠性。另外，因?yàn)榈谝惶盍鲜峭ㄟ^(guò)使線填料塑性變形形成的，所以氣體傳感器能夠容易地以低成本制造。


圖1根據(jù)第一實(shí)施例的氣體傳感器的剖視圖；圖2第一實(shí)施例的氣體傳感器的局部放大剖視圖，示出了設(shè)置第一填料和板填料的區(qū)域；圖3第一實(shí)施例的氣體傳感器的局部放大剖視圖，示出了設(shè)置第一填料的主要部分；圖4示出了在制造第一實(shí)施例的氣體傳感器的方法中用于壓緊線填料的壓力機(jī)模具的示意視圖；圖5示出了在制造第一實(shí)施例的氣體傳感器的方法中使線填料塑性變形的方式的示意視圖；圖6根據(jù)第二實(shí)施例的氣體傳感器的局部放大剖視圖，示出了設(shè)置第一填料的區(qū)域；圖7根據(jù)第三實(shí)施例的氣體傳感器的剖視圖；圖8第三實(shí)施例的氣體傳感器的局部放大剖視圖，示出了設(shè)置第一填料和板填料的區(qū)域；圖9第三實(shí)施例的氣體傳感器的局部放大剖視圖，示出了設(shè)置第一填料的主要部分；圖10根據(jù)第四實(shí)施例的氣體傳感器的剖視圖；圖11第四實(shí)施例的氣體傳感器的局部放大剖視圖，示出了設(shè)置第一填料和板填料的區(qū)域；圖12第四實(shí)施例的氣體傳感器的局部放大剖視圖，示出了設(shè)置第一填料的主要部分；圖13傳統(tǒng)氣體傳感器的局部剖視圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明101，301，401氣體傳感器111，311，411氣體檢測(cè)元件111n，311n(氣體檢測(cè)元件的)內(nèi)部圓周表面111m，311m(氣體檢測(cè)元件的)外部圓周表面113，313(氣體檢測(cè)元件的)突起
115，315內(nèi)部電極117，317外部電極131，331，431金屬外殼131n，331n，431n(金屬外殼的)內(nèi)部圓周表面135b，335b，435b(金屬外殼的)臺(tái)階部分157，357，457板填料(第二填料)159，359，459第一填料165，365，465線填料161，361，461填充密封層421元件支架具體實(shí)施方式
(第一實(shí)施例)下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是本實(shí)施例的氣體傳感器101的剖視圖，圖2是氣體傳感器101的局部放大剖視圖，圖2示出了設(shè)置第一填料159和板填料(第二填料)157的區(qū)域。圖3是第一實(shí)施例的氣體傳感器的局部放大剖視圖，其示出了設(shè)置第一填料159的主要部分。氣體傳感器101是一種氧氣傳感器，其連接到內(nèi)部燃燒室的廢氣管道，以便測(cè)量廢氣的氧氣濃度。氣體傳感器101包括具有沿著軸C的方向看閉合的遠(yuǎn)端(在圖1中是下端)的閉合底部的管狀氣體檢測(cè)元件(要固定的部件)111，以及沿著軸向?qū)怏w檢測(cè)元件111固定其中的管狀金屬外殼131。
氣體檢測(cè)元件111包括突起113，該突起113在其中央部分相對(duì)于軸C的方向沿圓周方向形成，并徑向向外突起。突起113具有第一錐形外部圓周表面(遠(yuǎn)端表面(遠(yuǎn)端側(cè)固定表面))113t1，其位于它的遠(yuǎn)端上，并且其直徑從其遠(yuǎn)端側(cè)朝向其近端側(cè)增大；第二圓錐外部圓周表面(近端表面(近端側(cè)固定表面))113t2，其位于它的近端上，并且其直徑從其近端側(cè)朝向其遠(yuǎn)端側(cè)增大；以及中央外部圓周表面113m，其具有固定直徑，并且連接第一錐形外部圓周表面113t1和第二錐形外部圓周表面113t2。更具體地講，如圖3所示，第二錐形外部圓周表面(近端表面(近端側(cè)固定表面))113t2由兩個(gè)曲面組成；即，第一曲面113t21和第二曲面113t22，第一曲面113t21位于遠(yuǎn)端側(cè)上并且向外凸(在圖3中向右)，第二曲面113t22連接到第一曲面113t21并且位于近端側(cè)上，而且向內(nèi)凸(在圖3中向左)。氣體檢測(cè)元件111由傳導(dǎo)氧離子固體電解質(zhì)制成；例如包含部分穩(wěn)定的氧化鋯作為主要成分的固體電極。氣體檢測(cè)元件111的基本上全部的內(nèi)部圓周表面111n用內(nèi)部電極115包蓋著。外部電極117包蓋著一部分外部圓周表面111m，外部圓周表面111m延伸越過(guò)從金屬外殼131突起來(lái)的氣體檢測(cè)元件111的遠(yuǎn)端區(qū)域的基本上整個(gè)表面。此外，外部電極117包蓋著一部分氣體傳感器111，其以這樣的方式從氣體傳感器111的遠(yuǎn)端部分延伸到突起113，使得沿著軸向方向成直線地延伸。內(nèi)部電極115和外部電極117基本上由Pt制造。
金屬外殼131由不銹鋼(SUS430)制造，并包括遠(yuǎn)端區(qū)域133(圖1中的下面區(qū)域)、中央?yún)^(qū)域135以及近端區(qū)域137(圖1中的上面區(qū)域)。其壁是內(nèi)部圓周表面131n的通孔延伸通過(guò)金屬外殼131，并且它的直徑從金屬外殼131的近端到金屬外殼131的遠(yuǎn)端減小。
遠(yuǎn)端區(qū)域133具有直徑相對(duì)較小(大約6.5mm)的內(nèi)部圓周表面133n，并具有外螺紋部分133g，外螺紋部分133g形成在其外部圓周上并適合于將氣體傳感器101連接到廢氣管道上。保護(hù)蓋151連接到遠(yuǎn)端區(qū)域133的遠(yuǎn)端部分上，以便保護(hù)氣體檢測(cè)元件111的遠(yuǎn)端區(qū)域。保護(hù)蓋151由不銹鋼制成；取閉合底部的管狀結(jié)構(gòu)；并且具有許多氣體引入孔151k，用于將廢氣從廢氣管道引到氣體傳感器101的內(nèi)部。由不銹鋼制成的墊圈153加到遠(yuǎn)端區(qū)域133的近端部分上。
中央?yún)^(qū)域135包括第一臺(tái)階部分135b，其具有第一錐形內(nèi)部圓周表面(支撐表面)135t1，第一臺(tái)階部分135b與遠(yuǎn)端區(qū)域133的內(nèi)部圓周表面133n相連接，并且第一臺(tái)階部分135b的直徑朝向氣體傳感器101的近端側(cè)增大；管狀部分135c，其具有中央內(nèi)部圓周表面135n，管狀部分135c與第一錐形內(nèi)部圓周表面135t1相連接并且管狀部分135c的直徑(大約9.1mm)大于內(nèi)部圓周表面133n的直徑；以及第二臺(tái)階部分135d，其具有第二錐形內(nèi)部圓周表面135t2，第二臺(tái)階部分135d與中央內(nèi)部圓周表面135n相連接并且第二臺(tái)階部分135d的直徑朝向氣體傳感器101的近端側(cè)增大。中央?yún)^(qū)域135的徑向向外部分形成為六邊形法蘭部分(工具接合部分)135r，其用于將氣體傳感器101連接到廢氣管道上。
近端區(qū)域137具有內(nèi)部圓周表面137n，內(nèi)部圓周表面137n與中央?yún)^(qū)域135的第二錐形內(nèi)部圓周表面135t2相連接，并且內(nèi)部圓周表面137n的直徑(大約12.5mm)大于中央內(nèi)部圓周表面135n的直徑。
環(huán)形板填料157由金屬(SUS430)制成，并且其厚度是0.3mm，環(huán)形板填料157設(shè)置在金屬外殼131的中央?yún)^(qū)域135的第一錐形內(nèi)部圓周表面135t1上，并且環(huán)形板填料157與第一錐形內(nèi)部圓周表面135t1緊密接觸。同軸地插入到金屬外殼131中的氣體檢測(cè)元件111的突起113的第一錐形外部圓周表面113t11從上面抵靠板填料157。換言之，金屬外殼131的中央?yún)^(qū)域135的第一臺(tái)階部分135b和氣體檢測(cè)元件111的突起113通過(guò)板填料157接合。因此，板填料157在金屬外殼131和氣體檢測(cè)元件111的外部電極117之間可靠地建立了電連接。
由包含了作為主要成分的Ni的NW2201制成的C型第一填料159(JIS H4551-2002)，在這樣的位置處設(shè)置在插入的氣體檢測(cè)元件111的突起113的近端側(cè)上，使得能夠阻塞在氣體檢測(cè)元件111的突起113和金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n(中央?yún)^(qū)域135的中央內(nèi)部圓周表面135n)之間的間隙。具體地講，第一填料159設(shè)置在由突起113的第二錐形外部圓周表面113t2和金屬外殼131的中央內(nèi)部圓周表面135n形成的銳角間隙120里，使得第一填料159具有楔形橫截面，并且分別與突起113的第二錐形外部圓周表面113t2和金屬外殼131的中央內(nèi)部圓周表面135n處于壓力接觸下。更具體地講，因?yàn)樗鐾黄?13的第二錐形外部圓周表面113t2的遠(yuǎn)端側(cè)部分由第一曲面113t21形成，所以所述間隙120的遠(yuǎn)端側(cè)部分(見(jiàn)圖3)取的形狀，使得由突起113的第二錐形外部圓周表面113t2和金屬外殼131的中央內(nèi)部圓周表面135n形成的角度朝向遠(yuǎn)端變小。第一填料159延伸到上面提及的角度減小的部分。值得注意的是，雖然第一填料159原來(lái)是具有大約0.6mm直徑的線填料，但是所述線填料被沿著軸向朝向遠(yuǎn)端側(cè)壓緊，從而由此塑性變形，使得第一填料159具有楔形橫截面。
在位于相對(duì)于氣體檢測(cè)元件111的突起113(第一填料159)朝向氣體傳感器101的近端的區(qū)域里，基本上由滑石制造的粉末被填充到環(huán)形間隙里，上述環(huán)形間隙設(shè)置在氣體檢測(cè)元件111的近端區(qū)域的外部圓周表面111m和金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n(中央?yún)^(qū)域135的第二錐形內(nèi)部圓周表面135t2和近端區(qū)域137的內(nèi)部圓周表面137n)之間，從而形成填充密封層161。
在位于相對(duì)于填充密封層161朝向氣體傳感器101的近端的區(qū)域里，套筒171的遠(yuǎn)端區(qū)域173插入到環(huán)形間隙里，上述環(huán)形間隙設(shè)置在氣體檢測(cè)元件111的外部圓周表面111m和金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n(近端區(qū)域137的內(nèi)部圓周表面137n)之間。套筒171由氧化鋁制成。套筒171的遠(yuǎn)端區(qū)域173取的形狀沿著徑向向外突起的圓周大直徑部分，并且套筒171的遠(yuǎn)端區(qū)域173具有錐形外部圓周表面173m，上述錐形外部圓周表面173m的直徑朝向遠(yuǎn)端區(qū)域173的遠(yuǎn)端側(cè)增大。由不銹鋼(SUS430)制成的線填料165設(shè)置在錐形外部圓周表面173m上。金屬外殼131的近端區(qū)域137的尖端被以這樣的方式沿著徑向向內(nèi)彎曲以覆蓋第二填料165，從而通過(guò)卷曲壓緊第二填料165。壓縮卷曲作用沿著軸向壓縮填充密封層161，從而同軸地將氣體檢測(cè)元件111固定在金屬外殼131里。由壓縮卷曲作用引起的填充密封層161的彈力(應(yīng)力)增強(qiáng)了對(duì)氣體檢測(cè)元件111的外部圓周表面111m和金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n之間的間隙的密封的性能。
元件側(cè)終端181插入到氣體檢測(cè)元件111里，并與氣體檢測(cè)元件111的內(nèi)部電極115電連接。為了將輸出信號(hào)從氣體檢測(cè)元件111輸出到外部設(shè)備，元件側(cè)終端181電連接到形成在套筒171里的套筒側(cè)終端183上。元件側(cè)終端181和套筒側(cè)終端183由例如鉻鎳鐵合金(INCONEL)的Ni合金制成。
如上所述，在本實(shí)施例的氣體傳感器101里，第一填料159與氣體檢測(cè)元件111的突起113的第二錐形外部圓周表面(近端表面(近端側(cè)固定表面))113t2處于壓力接觸下，并且第一填料159也與金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n(中央內(nèi)部圓周表面135n)處于壓力接觸下。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加到第一填料159上，第一填料159也能夠?qū)怏w檢測(cè)元件(要固定的部件)111固定在金屬外殼131里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器101導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料159也不太可能變得松開(kāi)，因此，抑制了氣體檢測(cè)元件111的位置移動(dòng)。因此，可以抑制在板填料(第二填料)157和形成在氣體檢測(cè)元件111的突起113的第一錐形外部圓周表面(遠(yuǎn)端表面)113t1上的外部電極117之間的不良接觸的產(chǎn)生，并可以抑制在板填料(第二填料)157和金屬外殼131的第一臺(tái)階部分135b的第一錐形內(nèi)部圓周表面(支撐表面)135t1之間的不良接觸的產(chǎn)生。因此，能夠增強(qiáng)在金屬外殼131和氣體檢測(cè)元件111的外部電極117之間的電連接的可靠性。
特別地，在本實(shí)施例中，第一填料159通過(guò)沿著軸向壓緊和使得線填料塑性變形而形成，所述線填料插入在間隙120中，使得第一填料159具有楔形橫截面。因?yàn)楦邚?qiáng)度地壓緊和塑性變形而導(dǎo)致第一填料159具有楔形橫截面，所以第一填料159被高強(qiáng)度地壓靠在第二圓錐外部圓周表面113t2和中央內(nèi)部圓周表面135n上。相應(yīng)地，氣體檢測(cè)元件111和金屬外殼131能夠被牢固地固定在一起。
此外，所述間隙120的遠(yuǎn)端側(cè)部分取的形狀(在圖3中是第一曲面113t21)，使得由第二圓錐外部圓周表面113t2和內(nèi)部圓周表面131n形成的角度朝向遠(yuǎn)端減小，第一填料159設(shè)置為延伸到這個(gè)部分。因此，朝向第一填料159的遠(yuǎn)端楔形效應(yīng)增大，使得氣體檢測(cè)元件111和金屬外殼131能夠被更加牢固地固定在一起。
此外，在本實(shí)施例里，由粉末形成的填充密封層161設(shè)置在氣體檢測(cè)元件111的近端區(qū)域的外部圓周表面111m和金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n(中央?yún)^(qū)域135的第二錐形內(nèi)部圓周表面135t2和近端區(qū)域137的內(nèi)部圓周表面137n)之間的環(huán)形間隙里，從而增強(qiáng)了對(duì)氣體檢測(cè)元件111和金屬外殼131之間的間隙的密封的性能。
同樣，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器101導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，第一填料159的上述結(jié)構(gòu)特征抑制了下面問(wèn)題的產(chǎn)生粉末顆粒通過(guò)在氣體檢測(cè)元件111的突起113的外部圓周表面(中央外部圓周表面113m)和金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面(中央內(nèi)部圓周表面135n)之間的間隙，并到達(dá)設(shè)置板填料157的區(qū)域；所述顆粒進(jìn)入板填料157和氣體檢測(cè)元件111之間或者板填料157和金屬外殼131之間，導(dǎo)致其間的不良接觸。
接下來(lái)描述一種制造上述氣體傳感器101的方法。
首先，制備金屬外殼131，金屬外殼131由已知的方法制造取預(yù)定的形狀。同樣，制備氣體檢測(cè)元件111，氣體檢測(cè)元件111由已知方法制造，使得固體電極用內(nèi)部電極115和外部電極117包蓋，并且隨后被用公知的方法燒制。
板填料157具有的厚度是大約0.3mm，板填料157插入到金屬外殼131里，并設(shè)置在中央?yún)^(qū)域135的臺(tái)階部分135b的第一錐形內(nèi)部圓周表面135t1上(第二填料插入步驟)。
接下來(lái)，氣體檢測(cè)元件111同軸地插入到金屬外殼131里，導(dǎo)致氣體檢測(cè)元件111的突起113的第一錐形外部圓周表面113t1抵靠板填料157(元件插入步驟)。
隨后，大約3kN的作用力沿著軸向施加到板填料157和氣體檢測(cè)元件111上，從而使得板填料157與中央?yún)^(qū)域135的臺(tái)階部分135b的第一錐形內(nèi)部圓周表面135t1緊密接觸(第二填料壓緊步驟)。
接下來(lái)，變?yōu)榈谝惶盍?59的線填料159插入到金屬外殼131里，氣體檢測(cè)元件111已經(jīng)插入到金屬外殼131里，并且線填料159設(shè)置在氣體檢測(cè)元件111的突起113的近端側(cè)上，并設(shè)置在氣體檢測(cè)元件111的外部圓周表面111m和金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n之間的間隙(間隙120)里(線填料插入步驟)(見(jiàn)圖4)。
接下來(lái)，線填料159被沿著軸向朝向氣體傳感器101的遠(yuǎn)端壓緊，以便沿著軸向方向上塑性變形，從而形成第一填料159(第一填料形成步驟)。具體地講，如圖5所示，通過(guò)使用如圖4所示的壓力機(jī)模具201，用大約5kN的作用力沿著軸向朝向氣體傳感器101的遠(yuǎn)端如所繪箭頭所示壓緊線填料159。壓力機(jī)模具201取管狀形狀，并包括具有小直徑的遠(yuǎn)端部分203和具有大直徑的近端部分205。確定遠(yuǎn)端部分203的直徑，使得遠(yuǎn)端部分203能夠插入到氣體檢測(cè)元件111的近端區(qū)域的外部圓周表面111m和金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n之間的間隙里。遠(yuǎn)端部分203的的遠(yuǎn)端203s是薄壁的，以便能夠壓緊線填料159。在第一填料形成步驟，線填料159塑性變形，使得它的橫截面形狀從圓形變?yōu)樾ㄐ?。結(jié)果，線填料159抵靠氣體檢測(cè)元件111的突起113的第二錐形外部圓周表面113t2和金屬外殼131的中央?yún)^(qū)域135的中央圓周表面135n。
接下來(lái)，為了形成填充密封層161，主要成分為滑石的粉末被填充到設(shè)置在氣體檢測(cè)元件111的近端區(qū)域的外部圓周表面111m和金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n之間的間隙里。
隨后，套筒171的遠(yuǎn)端區(qū)域173被插入到上面的間隙里。然后，插入線填料165，并且線填料165設(shè)置在套筒171的遠(yuǎn)端區(qū)域173的錐形外部圓周表面173m上。金屬外殼131的近端區(qū)域137的近端被徑向向內(nèi)彎曲，從而沿著軸向方向進(jìn)行壓縮卷曲。
接下來(lái)，元件側(cè)終端181被插入到氣體檢測(cè)元件111里，并且與氣體檢測(cè)元件111的內(nèi)部電極115形成接觸。同樣，套筒側(cè)終端183被插入到套筒171里，并被固定其中。隨后，保護(hù)蓋151連接到金屬蓋131的遠(yuǎn)端上。墊圈153連接到金屬外殼131的遠(yuǎn)端區(qū)域133的近端部分。
這樣就完成了氣體傳感器101。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的制造氣體傳感器101的方法，在第二填料壓緊步驟中，沿著軸向壓緊板填料(第二填料)157，從而使得與金屬外殼131的臺(tái)階部分135b的第一錐形內(nèi)部圓周表面(支撐表面)135t1緊密接觸。因此，在板填料157和金屬外殼131之間建立了良好的接觸。
在第一填料形成步驟，沿著軸向壓緊線填料159，從而使其塑性變形，使得線填料(第一填料)159被壓靠在氣體檢測(cè)元件111的突起113的第二錐形外部圓周表面113t2和金屬外殼131的中央?yún)^(qū)域135的中央內(nèi)部圓周表面135n上。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加在第一填料159上時(shí)，第一填料159也能夠?qū)怏w檢測(cè)元件111(要固定的部件)固定在金屬外殼131里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器101導(dǎo)致卷曲發(fā)生或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料159也不太可能變得松開(kāi)，抑制了氣體檢測(cè)元件111的位置移動(dòng)。因此，可以抑制在板填料157和形成在氣體檢測(cè)元件111的突起113的第一錐形外部圓周表面(遠(yuǎn)端表面)113t1上的外部電極117之間的不良接觸的產(chǎn)生，并可以抑制在板填料157和金屬外殼131的第一臺(tái)階部分135b的第一錐形內(nèi)部圓周表面(支撐表面)之間的不良接觸的產(chǎn)生。因此，能夠增強(qiáng)在金屬外殼131和氣體檢測(cè)元件111的外部電極117之間的電連接的可靠性。另外，因?yàn)槿缟厦嫠鲂纬闪说谝惶盍?59，所以氣體傳感器101能夠容易地以低成本制造。
(第二實(shí)施例)接下來(lái)，將參考附圖描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。將省略或者簡(jiǎn)化描述類似于上述第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)特征。
圖6是局部放大剖視圖，示出了根據(jù)本實(shí)施例的氣體傳感器的主要部分。該氣體傳感器不同于第一實(shí)施例的地方在于去掉了板填料(第二填料)。其他的結(jié)構(gòu)特征類似于第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)特征，并用共用的附圖標(biāo)記來(lái)表示，將省略其重復(fù)的描述。
在本實(shí)施例中，在金屬外殼131的中央?yún)^(qū)域135的第一錐形內(nèi)部圓周表面135t1上沒(méi)有設(shè)置板填料。換言之，金屬外殼131的中央?yún)^(qū)域135的第一臺(tái)階部分135b和氣體檢測(cè)元件111的突起113是彼此直接接觸的，從而在金屬外殼131和氣體檢測(cè)元件111的外部電極117之間建立起直接的電連接。
即使在本實(shí)施例中，第一填料159也被高強(qiáng)度地壓靠在氣體檢測(cè)元件111的突起113的第二錐形外部圓周表面(近端表面(近端側(cè)表面))113t2上，并且第一填料159也被高強(qiáng)度地壓靠在金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n(中央內(nèi)部圓周表面135n)上。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加在低于填料159上時(shí)，第一填料159也能夠?qū)怏w檢測(cè)元件(要固定的部件)111固定在金屬外殼131里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器101導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料159不太可能變得松開(kāi)，從而抑制氣體檢測(cè)元件111的位置移動(dòng)，并抑制在板填料157和形成在氣體檢測(cè)元件111的突起113的第一錐形外部圓周表面(遠(yuǎn)端表面)113t1上的外部電極117之間的不良接觸的產(chǎn)生，并抑制在板填料157和金屬外殼131的第一臺(tái)階部分135b的第一錐形內(nèi)部圓周表面(支撐表面)135t1之間的不良接觸的產(chǎn)生。因此，能夠增強(qiáng)在金屬外殼131和氣體檢測(cè)元件111的外部電極117之間的電連接的可靠性。
類似于第一實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生相似的效果。
在制造本實(shí)施例的氣體傳感器的方法中，因?yàn)楸緦?shí)施例的氣體傳感器沒(méi)有包括板填料，所以省略掉有關(guān)板填料的步驟。即，在準(zhǔn)備了金屬外殼131和氣體檢測(cè)元件111之后，進(jìn)行元件插入步驟，而不進(jìn)行第二填料插入步驟。接下來(lái)，進(jìn)行線填料插入步驟，而不進(jìn)行第二填料壓緊步驟。隨后，如上述第一實(shí)施例那樣，進(jìn)行第一填料形成步驟。剩下的步驟以和在第一實(shí)施例中相同的方式進(jìn)行，從而完成了氣體傳感器。
同樣在本實(shí)施例中，進(jìn)行第一填料形成步驟，以便將第一填料159形成為楔形形狀。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加在第一填料159上時(shí)，第一填料159也能夠?qū)怏w檢測(cè)元件(要固定的部件)111固定在金屬外殼131里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器101導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料159也不太可能變得松開(kāi)，從而抑制了氣體檢測(cè)元件111的位置移動(dòng)，并抑制形成在氣體檢測(cè)元件111的突起113的第一錐形外部圓周表面(遠(yuǎn)端表面)113t1上的外部電極117和金屬外殼131的第一臺(tái)階部分135b的第一錐形內(nèi)部圓周表面(支撐表面)135t1之間產(chǎn)生不良接觸。因此，在金屬外殼131和氣體檢測(cè)元件111的外部電極117之間的電連接的可靠性能夠得到增強(qiáng)。另外，因?yàn)樯鲜龅谝惶盍?59通過(guò)使得線填料159塑性變形形成，所以氣體傳感器能夠以低成本容易得進(jìn)行制造。
(第三實(shí)施例)接下來(lái)，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。將省略或者簡(jiǎn)化描述類似于上述第一或者第二實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)特征。
圖7是本實(shí)施例的氣體傳感器301的剖視圖，圖8是氣體傳感器301的局部放大剖視圖，圖8示出了設(shè)置第一填料359和板填料(第二填料)357的區(qū)域。圖9是第一實(shí)施例的氣體傳感器的局部放大剖視圖，示出了設(shè)置第一填料359的主要部分。氣體傳感器301是一個(gè)氧氣傳感器，其連接到內(nèi)部燃燒室的廢氣管道，以便測(cè)量廢氣的氧氣濃度。氣體傳感器301包括具有沿著軸C方向看閉合的遠(yuǎn)端(在圖7中是下端)的閉合底部的管狀氣體檢測(cè)元件(要固定的部件)311；以及管狀金屬外殼331，其同軸地將氣體檢測(cè)元件311固定其中。
氣體檢測(cè)元件311包括突起313，突起313在其中央部分相對(duì)于軸C的方向沿著圓周形成，并徑向向外突起。突起313具有第一錐形外部圓周表面(遠(yuǎn)端表面(遠(yuǎn)端側(cè)固定表面))313t1，其位于它的遠(yuǎn)端上，并且突起313的直徑從它的遠(yuǎn)端側(cè)朝向它的近端側(cè)增大；第二錐形外部圓周表面(近端表面(近端側(cè)固定表面))313t2，其位于它的近端上，并且第二錐形外部圓周表面313t2的直徑從它的近端側(cè)朝向它的遠(yuǎn)端側(cè)增大；以及中央外部圓周表面313m，其具有固定的直徑，并連接第一錐形外部圓周表面313t1和第二錐形外部圓周表面313t2。更具體地講，圖9所示，第二錐形外部圓周表面(近端表面(近端側(cè)固定表面))313t2包括兩個(gè)曲面；即，第一曲面313t21和第二曲面313t22，第一曲面313t21位于遠(yuǎn)端側(cè)上并且向外凸(在圖9中向右)，第二曲面313t22連接到第一曲面313t21并且位于近端側(cè)上，而且向內(nèi)凸(在圖9中向左)。氣體檢測(cè)元件311由傳導(dǎo)氧離子固體電解質(zhì)制成；例如，包含部分穩(wěn)定的氧化鋯作為主要成分的固體電極。氣體檢測(cè)元件311的基本上全部的內(nèi)部圓周表面311n用內(nèi)部電極315包蓋著。外部電極317包蓋著一部分外部圓周表面311m，外部圓周表面311m延伸越過(guò)從金屬外殼331突起來(lái)的氣體檢測(cè)元件311的遠(yuǎn)端區(qū)域的基本上整個(gè)表面。絕緣多孔保護(hù)層319形成在外部電極317上。值得注意的是，內(nèi)部電極315和外部電極317基本上由Pt制造。加熱器312插入到氣體檢測(cè)元件311里。加熱器312是棒形陶瓷加熱器，在棒形陶瓷加熱器里，包括耐熱元件的熱產(chǎn)生部分形成在主要由氧化鋁形成的核心材料上。
金屬外殼331由不銹鋼(SUS430)制造，并包括遠(yuǎn)端區(qū)域333(圖7中的下面區(qū)域)、中央?yún)^(qū)域335以及近端區(qū)域337(圖7中的上面區(qū)域)。其壁是內(nèi)部圓周表面331n的通孔延伸通過(guò)金屬外殼331，并且它的直徑從金屬外殼331的近端到金屬外殼331的遠(yuǎn)端減小。
遠(yuǎn)端區(qū)域333具有直徑相對(duì)較小的內(nèi)部圓周表面333n，并具有外螺紋部分333g，外螺紋部分333g形成在遠(yuǎn)端區(qū)域333和中央?yún)^(qū)域335的外部圓周上，如下面所述，并且外螺紋部分333g適合于將氣體傳感器301連接到廢氣管道上。保護(hù)蓋351連接到遠(yuǎn)端區(qū)域333的遠(yuǎn)端部分上，以便保護(hù)氣體檢測(cè)元件311的遠(yuǎn)端區(qū)域。保護(hù)蓋351由不銹鋼制成；取閉合底部的管狀結(jié)構(gòu)；并且具有許多氣體引入孔351k，用于將廢氣從廢氣管道引到氣體傳感器301的內(nèi)部。
中央?yún)^(qū)域335包括第一臺(tái)階部分335b，其具有第一錐形內(nèi)部圓周表面(支撐表面)335t1，第一臺(tái)階部分335b與遠(yuǎn)端區(qū)域333的內(nèi)部圓周表面333n相連接，并且第一臺(tái)階部分335b的直徑朝向氣體傳感器301的近端側(cè)增大；管狀部分335c，其具有中央內(nèi)部圓周表面335n，管狀部分335c與第一錐形內(nèi)部圓周表面335t1相連接并且管狀部分335c的直徑大于內(nèi)部圓周表面333n的直徑；以及第二臺(tái)階部分335d，其具有第二錐形內(nèi)部圓周表面335t2，第二臺(tái)階部分335d與中央內(nèi)部圓周表面135n相連接并且第二臺(tái)階部分335d的直徑朝向氣體傳感器301的近端側(cè)增大。附接上由不銹鋼制成的墊圈353以圍繞中央?yún)^(qū)域335。
近端區(qū)域337具有內(nèi)部圓周表面337n，內(nèi)部圓周表面337n與中央?yún)^(qū)域335的第二錐形內(nèi)部圓周表面335t2相連接，并且內(nèi)部圓周表面337n的直徑大于中央內(nèi)部圓周表面335n的直徑。近端區(qū)域337的遠(yuǎn)端部分的徑向外面部分形成為六邊形法蘭部分(工具接合部分)337r，該六邊形法蘭部分337r用于將氣體傳感器301連接到廢氣管道。
由金屬(SUS430)制成的環(huán)形板填料357(第二填料)設(shè)置在金屬外殼331的中央?yún)^(qū)域335的第一錐形內(nèi)部圓周表面335t1上，環(huán)形板填料357(第二填料)與第一錐形內(nèi)部圓周表面335t1緊密接觸。氣體檢測(cè)元件331的突起313的第一錐形外部圓周表面313t1同軸地插入到金屬外殼331里，并從上面抵靠著板填料357。換言之，金屬外殼331的中央?yún)^(qū)域335的第一臺(tái)階部分335b與氣體檢測(cè)元件311的突起313是通過(guò)板填料357接合的。
C型第一填料359由NW2201(JIS H4551-2002)制成，NW2201包括Ni作為主要成分，C型第一填料359在這樣的位置設(shè)置在插入的氣體檢測(cè)元件311的突起313的近端側(cè)上，以便阻塞氣體檢測(cè)元件311的突起313和金屬外殼331的內(nèi)部圓周表面331n(中央?yún)^(qū)域335的中央內(nèi)部圓周表面335n)之間的間隙。具體地講，第一填料359設(shè)置在由所述突起313的第二錐形外部圓周表面313t2和金屬外殼331的中央內(nèi)部圓周表面335n形成的銳角間隙320里，使得第一填料359具有楔形橫截面并且分別與突起313的第二錐形外部圓周表面313t2和金屬外殼331的中央內(nèi)部圓周表面335n相壓力接觸。更具體地講，因?yàn)橥黄?13的第二錐形外部圓周表面313t2的遠(yuǎn)端側(cè)部分由第一曲面313t21形成，所以間隙320的遠(yuǎn)端側(cè)部分(見(jiàn)圖9)這樣取其形狀，使得由第二錐形外部圓周表面313t2和中央內(nèi)部圓周表面335n形成的角度朝向遠(yuǎn)端減小。第一填料359延伸到上面提及的角度減小的部分。值得注意的是，第一填料359通過(guò)沿著軸向朝向遠(yuǎn)端側(cè)壓緊線填料形成，從而使其塑性變形，使得第一填料359具有楔形橫截面。
在位于相對(duì)于氣體檢測(cè)元件311的突起313(第一填料359)朝向氣體傳感器301的近端的區(qū)域里，基本上由滑石制成的粉末填充到環(huán)形間隙里，上述環(huán)形間隙設(shè)置在氣體檢測(cè)元件311的近端區(qū)域的外部圓周表面311m和金屬外殼331的內(nèi)部圓周表面331n(中央?yún)^(qū)域335的第二錐形內(nèi)部圓周表面335t2和近端區(qū)域337的內(nèi)部圓周表面337n)之間，從而形成填充密封層361。
在位于相對(duì)于填充密封層361朝向氣體檢測(cè)元件301的近端的區(qū)域里，由氧化鋁制成的環(huán)形絕緣體371插入到設(shè)置在氣體檢測(cè)元件311的外部圓周表面311m和金屬外殼331的內(nèi)部圓周表面331n(近端區(qū)域337的內(nèi)部圓周表面337n)之間的環(huán)形間隙里。由不銹鋼(SUS430)制成的第二填料365設(shè)置在所述絕緣體371的近端上。金屬外殼331的近端區(qū)域337的尖端以這樣的方式徑向向內(nèi)彎曲，從而覆蓋第二填料365，從而通過(guò)卷曲壓縮第二填料365。壓縮的卷曲作用沿著軸向壓縮填充密封層361，從而同軸地將氣體檢測(cè)元件311固定在金屬外殼331里。通過(guò)壓縮卷曲作用引起的填充密封層361的彈力(應(yīng)力)增強(qiáng)了對(duì)在氣體檢測(cè)元件311的外部圓周表面311m和金屬外殼331的內(nèi)部圓周表面331n之間的間隙的密封性能。
管形金屬套筒375從外面通過(guò)激光焊接固定到金屬外殼331的近端區(qū)域337上。由橡膠形成的護(hù)孔環(huán)(grommet)377安裝在金屬套筒375的近端側(cè)開(kāi)口里，并且被卷曲。過(guò)濾器元件379將空氣引入到金屬套筒375的內(nèi)部并防止水的進(jìn)入，過(guò)濾器元件379設(shè)置在護(hù)孔環(huán)377的中央部分。由絕緣氧化鋁陶瓷形成的分離器381設(shè)置在護(hù)孔環(huán)377的遠(yuǎn)端側(cè)上。傳感器輸出引線383和384和加熱器引線385和386如此設(shè)置，使得它們通過(guò)分離器381和護(hù)孔環(huán)377。
此外，傳感器終端金屬片387和388的連接器部分387f和388f電連接到傳感器輸出引線383和384，加熱器終端元件391和392電連接到加熱器引線385和386，傳感器終端金屬片387和388的連接器部分387f和388f和加熱器終端元件391和392固定在分離器381里，同時(shí)又彼此絕緣。此外，加熱器312的近端部分插入到分離器381里，并保持在這樣的狀態(tài)加熱器312的近端部分電連接到加熱器終端元件391和392。傳感器終端金屬片387的遠(yuǎn)端部分387e插入到傳感器檢測(cè)元件311的底部孔里，并且電連接到傳感器檢測(cè)元件311的內(nèi)部電極315上。傳感器終端金屬片388的遠(yuǎn)端部分388e電連接到形成在傳感器檢測(cè)元件311的外部圓周上的外部電極317。
此外，加負(fù)荷金屬片393設(shè)置在分離器381的遠(yuǎn)端部分的周圍，以便對(duì)金屬套筒375加負(fù)荷，并將分離器381固定在金屬套筒375里。
如上面所述，在本實(shí)施例的氣體傳感器301里，第一填料359高強(qiáng)度地壓靠在氣體檢測(cè)元件311的突起313的第二錐形外部圓周表面(近端表面(近端側(cè)固定表面))313t2上，并且也高強(qiáng)度地壓靠在金屬外殼331的內(nèi)部圓周表面331n(中央內(nèi)部圓周表面335n)上。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加在第一填料359上時(shí)，第一填料359也能將氣體檢測(cè)元件(要固定的部件)311固定在金屬外殼331里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器301導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料359也不太可能變得松開(kāi)，因此，抑制了氣體檢測(cè)元件311的位置移動(dòng)。
特別地，在本實(shí)施例中，第一填料359通過(guò)軸向壓緊和使得線填料塑性變形形成，上述線填料已經(jīng)插入到間隙320里，使得第一填料359具有楔形橫截面。因?yàn)榈谝惶盍?59由于被高強(qiáng)度地壓緊和塑性變形而具有楔形橫截面，所以第一填料359被高強(qiáng)度地壓靠在第二錐形外部圓周表面313t2和中央內(nèi)部圓周表面335n上。相應(yīng)地，氣體檢測(cè)元件311和金屬外殼331可以被牢固地固定在一起。
此外，間隙320的遠(yuǎn)端側(cè)部分取如此形狀(在圖9中第一曲面313t21)，使得由第二錐形外部圓周表面313t2和內(nèi)部圓周表面331n形成的角度朝向遠(yuǎn)端減小，并且第一填料359設(shè)置為延伸到這個(gè)部分。因此，楔形效應(yīng)朝向第一填料359的遠(yuǎn)端增大，使得氣體檢測(cè)元件311和金屬外殼331能夠更牢固地固定在一起。
此外，在本實(shí)施例中，由粉末形成的填充密封層361設(shè)置在氣體檢測(cè)元件311的近端區(qū)域的外部圓周表面311m和金屬外殼331的內(nèi)部圓周表面331n(中央?yún)^(qū)域335的第二錐形內(nèi)部圓周表面335t2和近端區(qū)域337的內(nèi)部圓周表面337n)之間的環(huán)形間隙里，從而增強(qiáng)了對(duì)在氣體檢測(cè)元件311和金屬外殼331之間的間隙的密封性能。
同樣地，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器301導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，第一填料359的上述結(jié)構(gòu)特征抑制了下面的問(wèn)題的產(chǎn)生粉末顆粒通過(guò)在氣體檢測(cè)元件311的突起313的外部圓周表面(中央外部圓周313m)和金屬外殼331的內(nèi)部圓周表面(中央內(nèi)部圓周表面335n)之間的間隙，到達(dá)設(shè)置板填料357的區(qū)域。
接下來(lái)，將描述一種制造上述氣體傳感器301的方法。
首先，制備金屬外殼331，該金屬外殼331由已知方法取預(yù)定的形狀。同樣，制備氣體檢測(cè)元件311，該氣體檢測(cè)元件311由已知方法制造使得固體電極被用內(nèi)部電極315和外部電極317包蓋著，然后通過(guò)已知的方法燒制。
板填料357被插入到金屬外殼331里，并設(shè)置在中央?yún)^(qū)域335的臺(tái)階部分335b的第一錐形內(nèi)部圓周表面335t1上(第二填料插入步驟)。
接下來(lái)，氣體檢測(cè)元件311同軸地插入到金屬外殼331里，導(dǎo)致氣體檢測(cè)元件311的突起313的第一錐形外部圓周表面313t1抵靠板填料357(元件插入步驟)。
隨后，大約3kN的作用力沿著軸向施加到板填料357和氣體檢測(cè)元件311上，從而使得板填料357與中央?yún)^(qū)域335的臺(tái)階部分335b的第一錐形內(nèi)部圓周表面335t1緊密接觸(第二填料壓緊步驟)。
接下來(lái)，成為第一填料359的線填料359被插入到已經(jīng)插入氣體檢測(cè)元件311的金屬外殼331里，并設(shè)置在氣體檢測(cè)元件311的突起313的近端側(cè)上，并位于在氣體檢測(cè)元件311的外部圓周表面311m和金屬外殼331的內(nèi)部圓周表面331n之間的間隙(間隙320)里(線填料插入步驟)。
接下來(lái)，線填料359沿著軸向朝向氣體傳感器301的遠(yuǎn)端壓緊，以便沿著軸向方向塑性變形，從而形成第一填料359(第一填料形成步驟)。具體地講，通過(guò)使用圖4中所示的壓力機(jī)模具，朝向氣體傳感器301的遠(yuǎn)端使用大約5kN的作用力軸向壓緊線填料159。因此，線填料359塑性變形，使得它的橫截面形狀從圓形變?yōu)樾ㄐ?，并被高?qiáng)度地壓靠在氣體檢測(cè)元件311的突起313的第二錐形外部圓周表面313t2和金屬外殼331的中央?yún)^(qū)域335的中央內(nèi)部圓周表面335n上。
接下來(lái)，為了形成填充密封層361，包含滑石作為主要成分的粉末被填充到設(shè)置在氣體檢測(cè)元件311的近端區(qū)域的外部圓周表面311m和金屬外殼331的內(nèi)部圓周表面331n之間的間隙里。
隨后，絕緣體371被插入到上述間隙里，并被軸向壓緊。然后，插入線填料365，并且金屬外殼331的近端區(qū)域337的尖端被徑向向內(nèi)彎曲，從而沿著軸向方向進(jìn)行壓縮卷曲。進(jìn)一步，保護(hù)蓋351被連接到金屬外殼331的遠(yuǎn)端，墊圈353連接到金屬外殼331上。
同時(shí)，傳感器輸出引線383和384連接到傳感器終端金屬片387和388上，加熱器引線385和386連接到加熱器終端金屬片391和392。這些插入到分離器381里，且加熱器312的近端部分也插入到分離器381里。進(jìn)一步，加負(fù)荷金屬片387連接到分離器381的外部圓周上。在那之后，分離器381和護(hù)孔環(huán)377以一定的活動(dòng)插入到金屬套筒375里。
接下來(lái)，使得包括分離器381等的金屬套筒375與金屬外殼331的預(yù)定部分接合，氣體檢測(cè)元件311已經(jīng)被裝配進(jìn)金屬外殼331里。在那之后，卷曲金屬套筒375的遠(yuǎn)端側(cè)部分，以便暫時(shí)聯(lián)結(jié)金屬套筒375和金屬外殼331。
接下來(lái)，使得金屬套筒375的近端側(cè)部分變形，使得它的直徑減小，從而分離器381等被固定在金屬套筒375內(nèi)部。進(jìn)一步，卷曲金屬套筒375的更近端側(cè)部分，以便固定護(hù)孔環(huán)377。在那之后，已經(jīng)被暫時(shí)聯(lián)結(jié)起來(lái)的金屬套筒375和金屬外殼331通過(guò)激光焊接固定到一起。
因此，完成了氣體傳感器301。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的制造氣體傳感器301的方法，在第二填料壓緊步驟里，沿著軸向壓緊板填料(第二填料)357，從而使得與金屬外殼331的臺(tái)階部分335b的第一錐形內(nèi)部圓周表面(支撐表面)335t1緊密接觸。因此，在板填料357和金屬外殼331之間建立了良好接觸。
在第一填料形成步驟里，沿著軸向壓緊線填料359，從而使其塑性變形，使得線填料(第一填料)359被高強(qiáng)度地壓靠在氣體檢測(cè)元件311的突起313的第二錐形外部圓周表面313t2和金屬外殼331的中央?yún)^(qū)域335的中央內(nèi)部圓周表面335n上。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加到第一填料359上時(shí)，第一填料359也能夠?qū)怏w檢測(cè)元件(要固定的部件)311固定在金屬外殼331里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器301導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料359也不太可能變得松開(kāi)，并能夠抑制氣體檢測(cè)元件311的位置移動(dòng)。另外，因?yàn)樯鲜龅谝惶盍?59通過(guò)使得線填料359塑性變形而形成，所以氣體傳感器301能夠容易地以低成本制造。
(第四實(shí)施例)接下來(lái)，將參考附圖描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。將省略或者簡(jiǎn)化描述類似于上述第一到第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)特征。
圖10是本實(shí)施例的氣體傳感器401的剖視圖，圖11是氣體傳感器401的局部放大剖視圖，圖11示出了設(shè)置第一填料459和板填料(第二填料)457的區(qū)域。圖12是第一實(shí)施例的氣體傳感器的局部放大剖視圖，示出了設(shè)置第一填料459的主要部分。氣體傳感器401是連接到內(nèi)部燃燒室的廢氣管道的氧氣傳感器，以便測(cè)量廢氣的氧氣濃度。氣體傳感器401包括棒形的氣體檢測(cè)元件411，其沿著軸C的方向延伸；管狀元件支架(要固定的部件)421，其具有開(kāi)口，氣體檢測(cè)元件411通過(guò)該開(kāi)口；以及管狀金屬外殼431，其將元件支架421固定其中。
氣體檢測(cè)元件411主要由陶瓷制成，并具有氣體敏感特性，該特性能用來(lái)測(cè)量在要測(cè)量的氣體內(nèi)的氧氣濃度。氣體檢測(cè)元件411包括細(xì)長(zhǎng)板形狀氧氣濃度電池元件和細(xì)長(zhǎng)板形狀加熱器，它們層疊在一起。氧氣濃度電池元件具有形成在固體電極層的表面(暴露在要測(cè)量的氣體下的表面)上的測(cè)量電極和形成在相反表面上的參考電極。加熱器包括設(shè)置在其中的熱產(chǎn)生電阻器，以便激活氧氣濃度電池元件。氣體檢測(cè)元件411具有垂直于軸向方向獲得的矩形橫截面。多個(gè)(兩個(gè))電極終端413形成在傳感器元件411的后端部分412的相對(duì)表面的其中之一上，并分別通過(guò)引線電連接到測(cè)量電極和參考電極上，以便輸出在氧氣濃度電池元件里產(chǎn)生的電動(dòng)力。多個(gè)(兩個(gè))電極終端414形成在另一表面上，以便將電能供應(yīng)給加熱器的熱產(chǎn)生電阻器。這些電極終端413和414主要由Pt形成。
元件支架421具有第一錐形外部圓周表面(遠(yuǎn)端表面(遠(yuǎn)端側(cè)固定表面))421t1，其位于外部圓周的它遠(yuǎn)端上，并且其直徑從它的遠(yuǎn)端側(cè)朝向它的近端側(cè)增大；第二錐形外部圓周表面(近端表面(近端側(cè)固定表面))421t2，其位于外部圓周的它的近端上，并且其直徑從它的近端側(cè)朝向它的遠(yuǎn)端側(cè)增大；以及外部圓周表面421m，其連接這些表面，并且其具有固定的直徑。元件支架421由絕緣性陶瓷形成。更具體地講，如圖12所示，第二錐形外部圓周表面(近端表面(近端側(cè)固定表面))421t2包括兩個(gè)曲面和一個(gè)單一平面；即，第一曲面421t21，該第一曲面421t21位于遠(yuǎn)端側(cè)上，并向外凸(在圖12中向右)；第二曲面421t23，該第二曲面421t23位于近端側(cè)上，并向內(nèi)凸(在圖12中向左)；以及平面421t22，該平面421t22連接這些表面。
金屬外殼431由不銹鋼(SUS430)制成，并且包括遠(yuǎn)端區(qū)域433(在圖10中下面區(qū)域)、中間區(qū)域435以及近端區(qū)域437(在圖10中上面區(qū)域)。其壁是內(nèi)部圓周表面431n的通孔延伸通過(guò)金屬外殼431，它的直徑從金屬外殼431的近端到金屬外殼431的遠(yuǎn)端減小。
遠(yuǎn)端區(qū)域433具有內(nèi)部圓周表面433n，該內(nèi)部圓周表面433n具有較小的直徑。雙壁保護(hù)蓋451連接到遠(yuǎn)端區(qū)域433的遠(yuǎn)端部分上，以便保護(hù)氣體檢測(cè)元件411的遠(yuǎn)端區(qū)域。保護(hù)蓋451由不銹鋼制成；并取閉合底部的管狀形狀；以及具有許多氣體引入孔451k，用于將廢氣從廢氣管道引入到氣體傳感器401的內(nèi)部。
中央?yún)^(qū)域435包括第一臺(tái)階部分435b，其具有第一錐形內(nèi)部圓周表面(支撐表面)435t1，該表面與遠(yuǎn)端區(qū)域433的內(nèi)部圓周表面433n相連接，并且第一臺(tái)階部分435b的直徑朝向氣體傳感器401的近端側(cè)增大；管狀部分435c，其具有內(nèi)部圓周表面435n，管狀部分435c與第一錐形內(nèi)部圓周表面435t1相連接并且管狀部分435c的直徑大于內(nèi)部圓周表面433n的直徑。外螺紋部分435g形成在中央?yún)^(qū)域435的外部圓周上，并適合于將氣體傳感器401連接到廢氣管道上。
近端區(qū)域437具有內(nèi)部圓周表面437n，內(nèi)部圓周表面437n與中央?yún)^(qū)域435的內(nèi)部圓周表面435n相連接。由不銹鋼形成的墊圈附接到近端區(qū)域437的近端側(cè)部分的外部圓周上。位于墊圈453的近端側(cè)上的近端區(qū)域437的剩余部分形成為六邊形法蘭部分(工具接合部分)437r，該六邊形法蘭部分437r用于將氣體傳感器401連接到廢氣管道。
由金屬(SUS430)制成的環(huán)形板填料457(第二填料)設(shè)置在金屬外殼431的中央?yún)^(qū)域435的第一錐形內(nèi)部圓周表面435t1上，環(huán)形板填料457(第二填料)與第一錐形內(nèi)部圓周表面435t1緊密接觸。元件支架421的第一錐形外部圓周表面421t1同軸地插入到金屬外殼431里，并從上面抵靠著板填料457。換言之，金屬外殼431的中央?yún)^(qū)域435的第一臺(tái)階部分435b與元件支架421通過(guò)板填料457以面對(duì)面接觸的關(guān)系可靠得接合。
C型第一填料459由NW2201(JIS H4551-2002)制成，NW2201包括Ni作為主要成分，C型第一填料459在這樣的位置設(shè)置在插入的元件支架421的近端側(cè)上，使得阻塞元件支架421和金屬外殼431的內(nèi)部圓周表面431n(中央?yún)^(qū)域435的中央內(nèi)部圓周表面435n)之間的間隙。具體地講，第一填料459設(shè)置在由所述元件支架421的第二錐形外部圓周表面421t1和金屬外殼431的中央內(nèi)部圓周表面435n形成的銳角間隙420(見(jiàn)圖12)里，使得第一填料459具有楔形橫截面并且分別高強(qiáng)度地壓靠在元件支架421的第二錐形外部圓周表面421t2和金屬外殼431的中央內(nèi)部圓周表面435n上。更具體地講，因?yàn)榈诙F形外部圓周表面421t2的遠(yuǎn)端側(cè)部分由彎曲的第一曲面421t21形成，所以間隙420的遠(yuǎn)端側(cè)部分取這樣形狀，使得由第二錐形外部圓周表面421t2和中央內(nèi)部圓周表面435n形成的角度朝向遠(yuǎn)端減小。第一填料459延伸到上面提及的角度減小的部分。值得注意的是，第一填料459通過(guò)沿著軸向朝向遠(yuǎn)端側(cè)壓緊線填料形成，從而使其塑性變形，使得第一填料459具有楔形橫截面。
在相對(duì)于氣體檢測(cè)元件411的元件支架421(第一填料459)的朝向氣體傳感器401的近端的區(qū)域里，基本上由滑石制成的粉末填充到環(huán)形間隙里，上述環(huán)形間隙設(shè)置在氣體檢測(cè)元件411的外部圓周表面411m和金屬外殼431的內(nèi)部圓周表面431n之間，從而形成填充密封層461。
在相對(duì)于填充密封層461朝的向氣體檢測(cè)元件401的近端的區(qū)域里，由氧化鋁制成的環(huán)形絕緣體471插入到設(shè)置在氣體檢測(cè)元件411的外部圓周表面411m和金屬外殼431的內(nèi)部圓周表面431n(近端區(qū)域437的內(nèi)部圓周表面437n)之間的環(huán)形間隙里。由不銹鋼(SUS430)制成的第二填料465設(shè)置在所述環(huán)形絕緣體471的近端上。金屬外殼431的近端區(qū)域437的尖端徑向向內(nèi)彎曲，從而覆蓋第二填料465，從而通過(guò)卷曲壓縮第二填料465。壓縮的卷曲作用沿著軸向壓縮填充密封層461，從而同軸地將元件支架421固定在金屬外殼431里。通過(guò)壓縮卷曲作用引起的填充密封層361的彈力(應(yīng)力)增強(qiáng)了對(duì)在元件支架421的外部圓周表面421m和金屬外殼431的內(nèi)部圓周表面431n之間的間隙的密封性能。
環(huán)形金屬套筒475從外面通過(guò)激光焊接固定到金屬外殼431的近端區(qū)域437上。由橡膠形成的護(hù)孔環(huán)(grommet)477安裝在金屬套筒475的近端側(cè)開(kāi)口里，并且被卷曲。傳感器輸出引線483和484和加熱器引線485和486通過(guò)護(hù)孔環(huán)477。
由絕緣性氧化鋁陶瓷形成的分離器481設(shè)置在所述護(hù)孔環(huán)477的遠(yuǎn)端側(cè)上。傳感器終端金屬片487和488電連接到傳感器輸出引線483和484，加熱器終端金屬片491和492電連接到加熱器引線485和486，傳感器終端金屬片487和488和加熱器終端金屬片491和492固定在分離器481里，同時(shí)又彼此絕緣。此外，氣體檢測(cè)元件411的近端部分412插入到分離器481里，并保持在這樣的狀態(tài)形成在近端部分412上的電極終端413和414電連接到傳感器終端金屬片487和488和加熱器終端金屬片491和492。
如上所述，在本實(shí)施例的氣體傳感器401里，第一填料459高強(qiáng)度地壓靠在元件支架421的第二錐形外部圓周表面(近端表面(近端側(cè)固定表面))421t2上，并且也高強(qiáng)度地壓靠在金屬外殼431的內(nèi)部圓周表面431n(中央內(nèi)部圓周表面435n)上。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加在第一填料459上時(shí)，第一填料459也能將元件支架(要固定的部件)421固定在金屬外殼431里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器401導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料459也不太可能變得松開(kāi)，因此，抑制了元件支架421的位置移動(dòng)。
特別地，在本實(shí)施例中，第一填料459通過(guò)軸向壓緊和使得線填料塑性變形形成，上述線填料已經(jīng)插入到間隙420里，使得第一填料459具有楔形橫截面。因?yàn)榈谝惶盍?59由于被高強(qiáng)度地壓緊和塑性變形而具有楔形橫截面，所以第一填料459被高強(qiáng)度地壓靠在第二錐形外部圓周表面421t2和中央內(nèi)部圓周表面435n上。相應(yīng)地，元件支架421和金屬外殼331可以被牢固地固定在一起。
此外，間隙420的遠(yuǎn)端側(cè)部分如此取形狀(在圖12中第一曲面421t21)，使得由第二錐形外部圓周表面421t2和中央內(nèi)部圓周表面435n形成的角度朝向遠(yuǎn)端減小，并且第一填料459設(shè)置為延伸到這個(gè)部分。因此，楔形效應(yīng)朝向第一填料459的遠(yuǎn)端增大，使得元件支架421和金屬外殼331能夠更牢固地固定在一起。
此外，在本實(shí)施例中，由粉末形成的填充密封層461設(shè)置在第一填料459的近端側(cè)上，并設(shè)置在氣體檢測(cè)元件411的外部圓周表面411m和金屬外殼431的內(nèi)部圓周表面431n之間的環(huán)形間隙里，從而增強(qiáng)了對(duì)在氣體檢測(cè)元件411和金屬外殼431之間的間隙的密封性能。
同樣地，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器401導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，第一填料459的上述結(jié)構(gòu)特征抑制了下面的問(wèn)題的產(chǎn)生粉末顆粒通過(guò)在元件支架421的外部圓周表面(中央外部圓周421m)和金屬外殼431的內(nèi)部圓周表面(中央內(nèi)部圓周表面435n)之間的間隙，到達(dá)設(shè)置板填料457的區(qū)域。
接下來(lái)，將描述一種制造上述氣體傳感器401的方法。
首先，制備金屬外殼431，該金屬外殼431由已知方法取預(yù)定的形狀。同樣，由已知方法制備氣體檢測(cè)元件411。
板填料457插入到金屬外殼431里，并設(shè)置在中央?yún)^(qū)域435的臺(tái)階部分435b的第一錐形內(nèi)部圓周表面435t1上(第二填料插入步驟)。
接下來(lái)，插入氣體檢測(cè)元件411的元件支架421同軸地插入到金屬外殼431里，導(dǎo)致元件支架421的第一錐形外部圓周表面421t1抵靠板填料457(元件支架插入步驟)。
隨后，大約3kN的作用力沿著軸向施加到板填料457和元件支架421上，從而使得板填料457與中央?yún)^(qū)域435的臺(tái)階部分435b的第一錐形內(nèi)部圓周表面435t1緊密接觸(第二填料壓緊步驟)。
接下來(lái)，要變成第一填料459的線填料459被插入到金屬外殼431里，并設(shè)置在元件支架421的第二錐形外部圓周表面421t2和金屬外殼431的內(nèi)部圓周表面431n之間的間隙(間隙420)里(線填料插入步驟)。
接下來(lái)，線填料459沿著軸向朝向氣體傳感器401的遠(yuǎn)端壓緊，以便沿著軸向方向塑性變形，從而以和上述的實(shí)施例相同的方式形成第一填料459(第一填料形成步驟)。因此，線填料459塑性變形，使得它的橫截面形狀從圓形變?yōu)樾ㄐ?，并被高?qiáng)度地壓靠在元件支架421的第二錐形外部圓周表面421t2和金屬外殼431的中央?yún)^(qū)域435的中央內(nèi)部圓周表面435n上。
接下來(lái)，為了形成填充密封層461，包含滑石作為主要成分的粉末被填充到設(shè)置在氣體檢測(cè)元件411的外部圓周表面411m和金屬外殼431的內(nèi)部圓周表面431n之間的間隙里。
隨后，絕緣體471被插入到上述間隙里，并被軸向壓緊。然后，插入線填料465，并且金屬外殼431的近端區(qū)域437的尖端被徑向向內(nèi)彎曲，從而沿著軸向方向進(jìn)行壓縮卷曲。進(jìn)一步，保護(hù)蓋451被連接到金屬外殼431的遠(yuǎn)端，墊圈453連接到金屬外殼431上。
同時(shí)，傳感器輸出引線483和484連接到傳感器終端金屬片487和488上，加熱器引線485和486連接到加熱器終端金屬片491和492。這些連接到分離器481，氣體檢測(cè)元件411的近端部分412也插入到分離器481里。在那之后，分離器481和護(hù)孔環(huán)477插入到金屬套筒475里，并被固定在那里。隨后，通過(guò)激光焊接將金屬套筒475和金屬外殼331固定起來(lái)。
這樣，就完成了氣體傳感器401。
如上所述，根據(jù)制造本實(shí)施例的氣體傳感器401的方法，在第二填料壓緊步驟里，沿著軸向壓緊板填料(第二填料)457，從而使得與金屬外殼431的臺(tái)階部分435b的第一錐形內(nèi)部圓周表面(支撐表面)435t1緊密接觸。因此，在板填料457和金屬外殼431之間建立了良好接觸。
在第一填料形成步驟里，沿著軸向壓緊線填料459，從而使其塑性變形，使得線填料(第一填料)459被高強(qiáng)度地壓靠在元件支架421的第二錐形外部圓周表面421t2和金屬外殼431的中央?yún)^(qū)域435的中央內(nèi)部圓周表面435n上。因此，即使當(dāng)沒(méi)有外部壓力施加到第一填料459上時(shí)，第一填料459也能夠?qū)⒃Ъ?要固定的部件)421固定在金屬外殼431里。因此，即使當(dāng)由于長(zhǎng)期使用氣體傳感器401導(dǎo)致卷曲松開(kāi)或者類似現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，與傳統(tǒng)元件相比，第一填料459也不太可能變得松開(kāi)，并能夠抑制元件支架421的位置移動(dòng)。另外，因?yàn)樯鲜龅谝惶盍?59通過(guò)使得線填料459塑性變形而形成，所以氣體傳感器401能夠容易地以低成本制造。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參考上述實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并局限于這些實(shí)施例。本發(fā)明可以在不偏離發(fā)明范圍的情況下以各種形式實(shí)施。
例如，上述實(shí)施例使用如線填料159、165等那樣的線填料(C型)。然而，可以使用環(huán)形線填料。環(huán)形線填料能夠可靠地增強(qiáng)密封性能。
第一實(shí)施例使用如第二線填料那樣的環(huán)形板填料157等。然而，可以使用線填料(C型)作為第二填料。
在第一實(shí)施例中，氣體檢測(cè)元件111和金屬外殼131通過(guò)板填料157電連接。然而，本發(fā)明并不局限于這樣。當(dāng)?shù)谝惶盍?59是由金屬制成時(shí)，氣體檢測(cè)元件111和金屬外殼131也能夠通過(guò)第一填料159電連接。值得注意的是，因?yàn)榈谝惶盍?59以面對(duì)面接觸的關(guān)系壓靠在所述突起113的第二錐形外部圓周表面113t2和金屬外殼131的內(nèi)部圓周表面131n上，所以第一填料159能夠在氣體檢測(cè)元件111和金屬外殼113之間可靠地建立電連接。
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器，包括要固定的部件，其具有遠(yuǎn)端側(cè)固定表面和近端側(cè)固定表面，上述近端側(cè)固定表面位于相對(duì)于遠(yuǎn)端側(cè)固定表面的近端側(cè)上；管狀金屬外殼，其包括從它的內(nèi)部圓周表面徑向向內(nèi)突起的臺(tái)階部分，并且適合于將要固定的部件固定其中，同時(shí)從徑向上的外面圍繞要固定的部件并通過(guò)臺(tái)階部分的支撐表面支撐要固定的部件的遠(yuǎn)端側(cè)固定表面；第一填料，其抵靠著要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面，其中第一填料設(shè)置在形成于要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其中，所述要固定的部件是具有突起的氣體檢測(cè)元件，所述突起包括遠(yuǎn)端側(cè)固定表面和近端側(cè)固定表面并且徑向向外突起，所述氣體檢測(cè)元件取具有閉合的軸向遠(yuǎn)端的閉合底部的管狀形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，還包括沿著軸向方向延伸的氣體檢測(cè)元件，其中，要固定的部件是元件支架，該元件支架具有遠(yuǎn)端側(cè)固定表面、近端側(cè)固定表面以及氣體檢測(cè)元件要經(jīng)過(guò)的開(kāi)口。
4.如權(quán)利要求2或者3所述的氣體傳感器，還包括填充密封層，該填充密封層是通過(guò)將粉末填充到，相對(duì)于第一填料位于朝向氣體傳感器的近端的區(qū)域里的，氣體檢測(cè)元件的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里而形成的。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，其中，第一填料通過(guò)對(duì)已經(jīng)被插入到要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里的線填料進(jìn)行軸向壓緊以及塑性變形而形成，使得第一填料具有楔形橫截面。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，其中要固定的部件的近端側(cè)固定表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面各自所取的形狀，使得在所述間隙的至少遠(yuǎn)端側(cè)部分里，由近端側(cè)固定表面和內(nèi)部圓周表面形成的角度朝向遠(yuǎn)端側(cè)變??；并且第一填料設(shè)置為延伸到由近端側(cè)固定表面和內(nèi)部圓周表面形成的角度朝向遠(yuǎn)端側(cè)變小的間隙的部分。
7.一種氣體傳感器，包括氣體檢測(cè)元件，其取具有閉合的軸向遠(yuǎn)端的閉合底部的管狀形狀，并包括形成在其外部圓周表面上的外部電極，并包括徑向向外突起的突起；管狀金屬外殼，其具有從其內(nèi)部圓周表面徑向向內(nèi)突起的臺(tái)階部分，并且其適合于將氣體檢測(cè)元件固定其中，同時(shí)從徑向外面圍繞氣體檢測(cè)元件并通過(guò)所述臺(tái)階部分的支撐表面支撐所述突起的遠(yuǎn)端表面，所述臺(tái)階部分的支撐表面抵靠形成在所述突起的遠(yuǎn)端表面上的外部電極，從而與所述外部電極電連接；以及第一填料，其抵靠所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上，其中第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。
8.一種氣體傳感器，包括氣體檢測(cè)元件，其取具有閉合的軸向遠(yuǎn)端的閉合底部的管狀形狀，包括形成在其外部圓周表面上的外部電極，并具有徑向向外突起的突起；管狀金屬外殼，其包括從其內(nèi)部圓周表面徑向向內(nèi)突起的臺(tái)階部分，并適合于將氣體檢測(cè)元件固定其中，同時(shí)從徑向外面圍繞氣體檢測(cè)元件并通過(guò)臺(tái)階部分的支撐表面支撐所述突起的遠(yuǎn)端表面；第一填料，其抵靠所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面；以及第二金屬填料，其設(shè)置在所述突起的遠(yuǎn)端表面和所述臺(tái)階部分的支撐表面之間，并抵靠所述臺(tái)階部分的支撐表面和形成在所述突起的遠(yuǎn)端表面上的外部電極，從而電連接金屬外殼和外部電極，其中第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。
9.如權(quán)利要求7或者8所述的氣體傳感器，還包括填充密封層，所述填充密封層是通過(guò)將粉末填充到，相對(duì)于氣體檢測(cè)元件的突起位于朝向氣體傳感器的近端的區(qū)域里的，氣體檢測(cè)元件的外部圓周表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里而形成的。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，第一填料由金屬制成，并抵靠著形成在所述突起的近端表面上的外部電極和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面，從而電連接外部電極和金屬外殼。
11.如權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，其中，第一填料通過(guò)對(duì)已經(jīng)被插入到所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的間隙里的線填料進(jìn)行軸向壓緊以及塑性變形而形成，使得第一填料具有楔形橫截面。
12.如權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，其中，所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面各自所取的形狀，使得在至少所述間隙的遠(yuǎn)端側(cè)部分里，由所述近端表面和所述內(nèi)部圓周表面形成的角度朝向遠(yuǎn)端側(cè)變?。徊⑶业谝惶盍显O(shè)置為延伸到由近端表面和內(nèi)部圓周表面形成的角度朝向遠(yuǎn)端側(cè)減小的間隙的部分。
13.一種制造氣體傳感器的方法，上述氣體傳感器包括氣體檢測(cè)元件，其取具有閉合的軸向遠(yuǎn)端的閉合底部的管狀形狀，包括形成在其外部圓周表面上的外部電極，并包括徑向向外突起的突起；管狀金屬外殼，其包括從其內(nèi)部圓周表面徑向向內(nèi)突起的臺(tái)階部分，并適合于將氣體檢測(cè)元件固定其中，同時(shí)從徑向外面圍繞氣體檢測(cè)元件并通過(guò)臺(tái)階部分的支撐表面支撐所述突起的遠(yuǎn)端表面，所述臺(tái)階部分的支撐表面抵靠著形成在所述突起的遠(yuǎn)端表面上的外部電極，從而電連接外部電極；以及第一填料，其抵靠著所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面，所述方法包括元件插入步驟，將氣體檢測(cè)元件插入到金屬外殼里；線填料插入步驟，將線填料插入到金屬外殼里，上述線填料將成為第一填料；以及第一填料形成步驟，沿著軸向壓緊插入在金屬外殼里的線填料，使得線填料塑性變形，以便形成第一填料，該第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。
14.一種氣體傳感器，包括氣體檢測(cè)元件，其取具有閉合的軸向遠(yuǎn)端的閉合底部的管狀形狀，具有形成在其外部圓周表面上的外部電極，并包括徑向向外突起的突起；管狀金屬外殼，其具有從其內(nèi)部圓周表面徑向向內(nèi)突起的臺(tái)階部分，并適合于將氣體檢測(cè)元件固定其中，同時(shí)從徑向外面圍繞氣體檢測(cè)元件并通過(guò)臺(tái)階部分的支撐表面支撐所述突起的遠(yuǎn)端表面；第一填料，其抵靠著所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面；以及第二金屬填料，其設(shè)置在所述突起的遠(yuǎn)端表面和臺(tái)階部分的支撐表面之間，并抵靠著形成在所述突起的遠(yuǎn)端表面和臺(tái)階部分的支撐表面上的外部電極，從而電連接外部電極和金屬外殼，所述方法包括第二填料插入步驟，將第二填料插入到金屬外殼里；元件插入步驟，在第二填料插入步驟之后，將氣體檢測(cè)元件插入到金屬外殼里；第二填料壓緊步驟，在元件插入步驟之后，沿著軸向壓緊氣體檢測(cè)元件和插入到金屬外殼里的第二填料，從而使得第二填料與所述臺(tái)階部分的支撐表面緊密接觸；線填料插入步驟，在第二填料壓緊步驟之后，將線填料插入到金屬外殼里，所述線填料將成為第一填料；以及第一填料形成步驟，沿著軸向壓緊插入到金屬外殼里的線填料，使得線填料被塑性變形，從而形成第一填料，所述第一填料設(shè)置在形成于所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面之間的銳角間隙里，使得第一填料具有楔形橫截面并被壓靠在所述突起的近端表面和金屬外殼的內(nèi)部圓周表面上。
全文摘要
提供一種氣體傳感器，該氣體傳感器能抑制例如氣體檢測(cè)元件的要固定的部件的位置移動(dòng)，同時(shí)也提供一種制造該氣體傳感器的方法。氣體傳感器101包括氣體檢測(cè)元件(111)、金屬外殼(131)、板填料(157)和第一填料(159)。氣體傳感器(111)的突起的近端表面(113t2)和金屬外殼(131)的中央內(nèi)部圓周表面(135n)形成銳角間隙(120)。具有楔形橫截面的第一填料(159)設(shè)置在間隙(120)里，使得第一填料(159)被壓靠在氣體傳感器(111)的突起的近端表面(113t2)和金屬外殼(131)的中央內(nèi)部圓周表面(135n)上。
文檔編號(hào)G01N27/416GK1823271SQ20048001999
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2004年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月17日
發(fā)明者西尾久治, 中尾敬, 神前和裕 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社