CN100510737C - 传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高可靠性的传感器、以及一种制造可靠性高且易于制造的传感器的方法。本发明的传感器制造方法几乎不可能造成加热器损坏等问题。一种氧传感器(1)包括：一氧传感器元件(2)；一金属主体部件(3)；第一和第二传感器接线端金属部件(11、12)；一加热器(15)；加热器接线端金属部件(16、17)；一金属外管(21)；以及一隔离体(31)，隔离体被安装在金属外管(21)中，且其中保持着接线端金属部件(11)等部件以及加热器(15)，其实现了接线端金属部件(11)等之间的绝缘。隔离体(31)的凸缘部分(34)上制有一外管抵接面(34a)。在金属外管(21)中，制有一个与外管抵接面(34a)相抵接的凸缘抵接面(24b)。外管抵接面(34a)和凸缘抵接面(24b)在向径向最外侧的前端延伸的方向上逐渐斜扩开，隔离体(31)被推压向后侧。通过将金属外管(21)、以及一加压金属部件(41)变形来执行推压，所述加压金属部件(41)被设置成环绕着隔离体(31)的前端部分(33)。

Description

传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种传感器，在该传感器中，一传感器元件被连接到一金属壳等构件上，本发明还涉及一种制造传感器的方法。
背景技术
例如在内燃机中，公知的是，采用如下的技术能非常有效地获得节能、尾气净化等功效：在该技术中，对废气中氧浓度、空燃比状态等指标进行检测，并基于检测值执行燃烧控制。作为对废气(被测气体)中氧浓度等指标进行测量的传感器，一种气体传感器是公知的，在该传感器中，采用了由氧化锆等固态电解质制成的检测元件。人们已对此类传感器作了很多改进。
例如，专利文件JP-A-2001-147213就公开了图1所示的气体传感器1001。该气体传感器1001是一个要被用在车用内燃机中的氧传感器，其具有：一检测元件1010，其具有一个裸露在气体中的见气部分1011，这一部分将接触到被测气体；一金属壳体1004，其将检测元件1010保持在使见气部分1011外露的状态下；以及一保护罩1002，其是从金属壳体1004一侧进行布置的，用于罩盖着检测元件1010的见气部分1011。该气体传感器还具有：两引线连接端1071、1072，它们在电路上与检测元件1010连接起来；多条引线1081、1091，这些引线将被连接到电路上；连接器1075、1076，引线连接端1071、1072通过这两个连接器与引线1081、1091连接起来；一电绝缘性的绝缘构件1005，其在两连接器1075、1076之间实现绝缘；以及一第一金属罩1003，绝缘构件1005被包容在其中。在检测元件1010中设置一加热器1015，用于对检测元件1010进行加热，其通过一条引线1171和图中未示出的另一条引线与外界连接起来。
绝缘构件1005具有：一主体部分1051，该部分中包容着各引线1081、1091、1171的一部分以及连接器1075和1076等；以及一凸缘部分1052，其直径大于主体部分1051的直径。第一金属罩1003具有：一小径部分1031，其内径大于绝缘构件1005主体部分1051的外径，但小于凸缘部分1052的外径；一大径部分1032，其内径大于凸缘部分1052的外径；以及一台阶部分1033，其将小径部分1031与大径部分1032连接起来。
在绝缘构件1005中，凸缘部分1052的一个表面(图中的上表面)1521抵接着台阶部分1033，而其另一表面(图中的下表面)1522则受一弹性构件1006的顶压，并被固定到该弹性构件1006上，其中的弹性构件1006被压入到大径部分1032中。也就是说，绝缘构件1005被固定成夹置在弹性构件1006与第一金属罩1003的台阶部分1033之间。
与常规气体传感器不同的是，按照这样的构造，气体传感器1001的结构无须采用通过将多个罩壳组合起来而固定绝缘构件的形式。由于采用弹性构件1006来固定绝缘构件1005，所以，即使绝缘构件1005的尺寸出现偏差，第一金属罩1003与金属壳体1004之间的接合部位以及其它接合部位也不会受到影响。因此，可获得一些益处：例如能提高气体传感器总长的尺寸精度。
如上所述，在气体传感器1001中，通过将绝缘构件1005凸缘部分的表面1521抵接到第一金属罩1003的台阶部分1033上而对绝缘构件1005进行固定，其中，表面1521基本上垂直于轴线方向(图1中的垂直方向)，而台阶部分也类似地垂直于轴向。但是，绝缘构件1005凸缘部分1052的外径小于第一金属罩1003大径部分1032的内径。因此，可能出现这样的情况：绝缘构件1005在被固定到第一金属罩1003上时，处于一种并非充分对正的状态，在该状态下，第一金属罩1003的轴线未能与绝缘构件1005的轴线重合。结果就是，被保持在绝缘构件1005中的引线1081、1091、1171的一部分以及连接器1075、1076等部件也会偏离它们的原始位置，从而就会向导线1081、1091、1171以及连接器等部件上施加不利的应力。因而，可能会出现一些问题，这些问题包括：损坏器件；以及使引线1081、连接器1075等部件断路或脱开，其中，对器件的损坏例如是将检测元件1010或加热器1015弯折。
气体传感器1001是按照如下的方式制得的。首先，在引线1081、连接器1075等部件未被安装到绝缘构件1005中的状态下，先利用弹性构件1006将绝缘构件1005固定到第一金属罩1003的内部。而后，将引线1081、连接器1075等部件安装到绝缘构件1005中。然后将加热器1015插入到检测元件1010中，并将第一金属罩1003固定到金属壳体1004上。
但是，在绝缘构件1005被固定到第一金属罩1003的状态下，将引线1081、连接器1075等部件安装到绝缘构件1005中的工作会有一些麻烦。将引线1081、连接器1075等部件安装在绝缘构件1005中的合适位置上将是困难的。另外，如果不能将这些器件安装在合适的位置上，则就会与上述发生位置偏移的情况相同：会向引线1081、1091、1171以及连接器1075、1076施加不利的应力，从而会出现断路或脱开等问题。
还可考虑相反的情况：先将引线1081、连接器1075等部件安装到绝缘构件1005中的适当位置上，然后再将绝缘构件1005固定到第一金属罩1003的内部。但是，由于引线1081、连接器1075等部件已被安装到了绝缘构件1005中，因而，与绝缘构件1005中未设置这些器件的情况相比，很难将弹性构件1006压入到第一金属罩1003中，且将绝缘构件1005固定到第一金属罩1003内部的工作也变得棘手了。
如上所述，气体传感器1001是按照如下的方式制得的。首先，先利用弹性构件1006将其中尚未装入引线1081等部件的绝缘构件1005固定到第一金属罩1003的内部。而后，再将引线1081、连接器1075等部件安装到绝缘构件1005中。然后将加热器1015插入到检测元件1010中，并将第一金属罩1003固定到金属壳体1004上。根据被安装在绝缘构件1005中的引线1171等部件的封装状态，可能会出现这样的情况：要被连接到引线等部件上的加热器1015相对于绝缘构件1005轴线倾斜着的状态是最为稳定的状态。
但是，在上述的制造方法中，加热器1015是在绝缘构件1005已被固定到第一金属罩1003中的状态下插入的。因而，需要利用插入动作强制地改变加热器1015的倾斜度。结果就是，会向加热器1015、其引线连接端、引线1171等部件施加有害应力，从而会导致诸如断路、脱开、加热器弯折等问题的出现。
本发明是基于上述的问题而作出的。本发明的一个目的是提供一种传感器，其具有一金属外管，诸如连接器等接线端构件被安装在该金属外管中，而且，一用于在接线端构件等部件之间实现绝缘的隔离体被安装在该外管中，而且按照与上述绝缘构件和第一金属罩类似的方式进行固定，这种传感器具有很高的可靠性，本发明的目的还在于提供一种制造传感器的方法，其中的传感器具有高度的可靠性，并易于制造。本发明的另一个目的是提供一种制造传感器的方法，在该制造方法中，几乎不会出现弯折加热器等部件的情况。本发明的再一个目的是提供一种由一隔离体和一加力构件组成的组件，该组件适合用来制造传感器。
发明内容
本发明的解决方案是提供一种传感器，其具有：一传感器元件；一金属壳体，其保持着所述传感器元件；一个或多个传感器接线端构件，其与传感器元件保持电连接，且从传感器元件向一后端拉长；一金属外管，其自身的顶端部与金属壳体相连接；以及一电绝缘的隔离体，其被安装在金属外管内，传感器的接线端构件被定位在该隔离体中，且在各个传感器接线端构件之间、或传感器接线端构件与金属外管之间的至少一个中实现绝缘，其中，该隔离体具有：一位于后端一侧的部分；以及一凸缘部分，其相对于后端侧部分而言位于顶端一侧，该凸缘部分的直径大于后端侧部分的直径，金属外管具有一台阶部分或一内凸起，其抵接着隔离体的凸缘部分，隔离体凸缘部分上的一个外管抵接部分、与金属外管上台阶部分或内凸起部分上的一个凸缘抵接部分中的至少之一形成一个斜面，该斜面随着向顶端的延展而在径向方向上向外扩开，外管抵接部分抵接着金属外管的台阶部分或内凸起，凸缘抵接部分抵接着隔离体凸缘部分的外管抵接部分，且隔离体被金属外管保持在被推压向后端的状态下。
在本发明的传感器中，隔离体的凸缘部分具有外管抵接部分，这一部分抵接着金属外管内凸起的台阶部分，金属内管的台阶部分或内凸起具有凸缘抵接部分，其抵接着隔离体的外管抵接部分。外管抵接部分与凸缘抵接部分中的至少之一形成了倾斜面，其随着向顶端延伸而在径向上逐渐处于外侧。另外，隔离体被压向后端。也就是说，沿着外管抵接部分和凸缘抵接部分相互靠近的方向，隔离体受到挤压。另外，在该状态下，隔离体被保持在金属外管中。
甚至在这样的情况下：在组装传感器的过程中，隔离体的轴线被设定为偏离金属外管的轴线，当将隔离体压向后端时，隔离体会沿着外管抵接部分和凸缘抵接部分至少之一上的斜面移动，由此可减小两轴线之间的偏移。因而，可合适地确定出隔离体相对于金属外管的位置，进而还能正确地确定出设置在隔离体中的传感器接线端构件的位置。结果就是，在该传感器中，可避免故障的出现，该故障例如是由于传感器接线端构件的位置或姿态存在偏差而导致传感器接线端构件自身或接线端构件与传感器元件之间受到应力作用、从而对传感器元件造成损坏或使传感器接线端构件断路，另外，在该传感器中，隔离体能被稳定地固定在金属外管中，从而达到很高的可靠性。
如上所述，需要外管抵接部分与凸缘抵接部分的至少之一形成在朝向顶端方向上向径向外侧扩开的斜面。例如在由外管抵接部分形成一锥面的情况下，凸缘抵接部分可以是一个以面接触或点接触形式抵接着所述锥面的另一锥面，或者为其它的形式，其中，所述锥面在向顶端延伸的方向上在径向上向外扩开。在凸缘抵接部分形成一锥面的情况下，外管抵接部分可以是一个抵接着所述锥面的另一锥面，或者为其它的形式，其中，所述锥面在向顶端延伸的方向上其直径逐渐地增大。
本发明的另一解决方案在于提供一种传感器，其具有：一传感器元件；一金属壳体，其保持着所述传感器元件；一个或多个传感器接线端构件，它们与传感器元件保持电连接，并从传感器元件向一后端拉长；一金属外管，其自身的顶端部与金属外管相连接；以及一电绝缘性的隔离体，其被安装在金属外管中，所述传感器接线端构件被设置在该隔离体中，且其在各个传感器接线端构件之间和/或传感器接线端构件与金属外管之间实现了绝缘，其中，隔离体具有：一后端侧部分；以及一凸缘部分，其被设置在相对于后端侧部分而言的一顶端侧部分上，顶端侧部分的直径大于后端侧部分的直径，金属外管具有一台阶部分或内凸起，其抵接着隔离体的凸缘部分，隔离体凸缘部分上的一个外管抵接面和金属外管内凸起或台阶部分上的一凸缘抵接面都形成了一个斜面，该斜面在朝向顶端的方向上沿径向向外扩开，外管抵接面抵接着金属外管的台阶部分或内凸起，并面向后端侧，凸缘抵接面抵接着隔离体凸缘部分的外管抵接面，且隔离体被金属外管保持在被压向后端的状态下。
在本发明的传感器中，隔离体的凸缘部分具有外管抵接面，其形成了一个面向后端侧的斜面，该斜面抵接着金属外管的台阶部分或内凸起，且该斜面随着向顶端延伸而在径向上向外扩展，其例如是一个锥面，其直径在向顶端延伸的方向上逐渐增大。另外，金属外管的台阶部分或内凸起具有凸缘抵接面，其形成了一个面向顶端侧的斜面，其抵接着隔离体的外管抵接面，且在向顶端延伸的方向上在径向上向外扩展，其例如是一个锥面，其直径在向顶端延伸的方向上逐渐增大。另外，隔离体被压向后端。也就是说，沿着外管抵接面和凸缘抵接面相互靠近的方向对隔离体施压。另外，在此状态下，隔离体被保持在金属外管中。
即使在这样的情况下：在组装传感器的过程中，隔离体的轴线被设定为偏离金属外管的轴线，当隔离体被压向后端时，隔离体会沿着隔离体和金属外管上的斜面移动，由此可减小两轴线之间的偏移。因而，可合适地确定出隔离体相对于金属外管的位置，进而还能正确地确定出设置在隔离体中的传感器接线端构件的位置。结果就是，在该传感器中，可避免故障的出现，该故障例如是由于传感器接线端构件的位置或姿态存在偏差而导致传感器接线端构件自身或接线端构件与传感器元件之间受到应力作用、从而对传感器元件造成损坏或使传感器接线端构件断路，另外，在该传感器中，隔离体能被稳固地固定在金属外管中，从而达到很高的可靠性。
在上述的传感器中，需要设置一个或多个与传感器元件保持电路连接的传感器接线端构件。只设置有一个传感器接线端构件的实例为这样的情况：其中一个传感器信号经该接线端构件输出，而其余的传感器信号被金属壳体和金属外管设定为接地电势。在此情况下，利用隔离体在传感器接线端构件与金属外管之间实现绝缘。采用多个传感器接线端构件的实例是这样的情况：正负传感器信号都要输出。在此情况下，利用隔离体实现各个传感器接线端构件之间的绝缘。
可采用任何能将隔离体压向后端的机构，以便于对隔离体进行加压。举例来讲，可将一环形的金属板加压插入到金属外管中，该金属板的外圆周上制有以齿轮形式突伸着的钉形部分，钉形部分被与金属外管的内壁面压触到一起，且环形体部分抵接着隔离体凸缘部分的顶端侧表面，由此将隔离体压向后端。
至于所述传感器，其可以是具有传感器元件、金属壳体、金属外管、隔离体等部件的任何传感器类型。举例来讲，可采用气体传感器、温度传感器以及其它形式的传感器，其中的气体传感器例如是氧传感器、NOX传感器或HC传感器。
优选地是，传感器的结构被设计成：隔离体的凸缘部分具有一面对着顶端侧的顶端侧表面，且传感器包括一加力构件，其被保持在金属外管的内部，且抵接着凸缘部分的顶端侧表面，以便于将隔离体压向后端，在径向方向上，加力构件与顶端侧表面为点接触关系。
在组装传感器的过程中，根据传感器接线端构件的连接位置和连接方式、与传感器接线端构件连接着的引线的布置形式、一绝缘垫圈的形状、环绕着垫圈对一气密密封件进行填隙的形式等情况，经传感器接线端构件和引线向隔离体施加各种作用力，用以改变隔离体的姿态，其中的绝缘垫圈被安装到金属外管的一个后端开孔中，以便于使金属外管的内部实现气密。
但是，当隔离体被紧紧地固定到金属外管上时，隔离体的姿态就不能改变了。因而，会在传感器接线端构件、传感器元件以及引线中产生应力，这样就出现了发生故障的可能性，其中的故障例如是传感器接线端构件或引线的断裂。
与之相反，在本发明的传感器中，加力构件例如为环形、或者为各个部分被断开的环形，在径向方向上观察时，其与顶端侧表面为点接触。与上述的情况(即尽管隔离体也被类似地压向后端的情况)相比，由于抵接部分具有一定的宽度，并沿环形延伸，因而，在组装传感器的过程中，可相对容易地改变隔离体的姿态(例如，隔离体轴线相对于金属外管轴线的偏移、轴线的倾斜以及旋转)。因此，在组装传感器的过程中几乎不可能向传感器接线端构件、引线等部件施加应力。结果就是，在所制得的传感器中，不会出现诸如传感器元件开裂、传感器接线端构件或引线断裂等问题，从而，该传感器具有很高的可靠性。
优选地是，上述的任何类型传感器都被设计为这样的结构：在该传感器中，传感器元件是一个圆柱形的气体传感器元件，其顶端一侧是封闭的，该传感器具有：一棒式加热器，其被插入到气体传感器元件带底的孔中；以及一个或多个加热器接线端构件，它们与加热器保持电路连接，所述的隔离体能在传感器接线端构件与加热器接线端构件之间实现绝缘。
本发明的传感器采用了一个圆柱形的气体传感器元件作为所述传感器元件，其顶端侧是封闭的，传感器具有一棒式加热器，其被插入到气体传感器元件的带底的孔中，传感器还具有与加热器保持电路连接的加热器接线端构件，且隔离体在各个传感器接线端构件之间、以及在加热器的各个接线端构件之间实现绝缘。在一个除了上述传感器元件之外还具有加热器和加热器接线端构件的传感器(气体传感器)中，隔离体在金属外管中的位置还会受到加热器接线端构件、加热器等部件的布置位置和姿态的影响，因而，在组装传感器的过程中，隔离体的轴线趋于被设置成偏离金属外管的轴线。
与此相反，在本发明的传感器中，如上所述，隔离体的凸缘部分具有形成斜面的外管抵接面，其在朝向顶端的方向上沿径向扩展开，另外，金属外管的台阶部分或内凸起具有形成了斜面的凸缘抵接面，其在朝向顶端的方向上向径向外侧扩开。另外，隔离体被推压向后端。因而，按照与上文相同的方式，能合适地确定出隔离体相对于金属外管的位置，进而还能正确地确定出设置被隔离体保持着的传感器接线端构件和加热器接线端构件的位置。结果就是，在该传感器中，可避免故障的出现，该故障例如是：由于传感器接线端构件和加热器接线端构件的位置或姿态存在偏差，导致向传感器接线端构件自身、传感器接线端与传感器元件构件之间、加热器接线端构件自身、或加热器接线端构件与加热器之间施加应力，从而对传感器元件造成损坏、使传感器接线端构件断路、对加热器造成破坏(弯折)、或使加热器接线端构件断路，从而能达到很高的可靠性。
本发明的又一解决方案在于提供一种制造传感器的方法，该传感器具有：一传感器元件；一金属壳体，其保持着所述传感器元件；一个或多个传感器接线端构件，其与传感器元件保持电连接，且从传感器元件向一后端拉长；一金属外管，其自身的顶端部与金属壳体相连接；以及一电绝缘性的隔离体，其被安装在金属外管内，该隔离体具有：一后端侧部分，其位于后端一侧；一顶端侧部分，其位于顶端一侧；以及一凸缘部分，其位于后端侧部分与顶端侧部分中间，该凸缘部分的直径大于后端侧部分和顶端侧部分的直径，且其具有一个顶端侧表面，该表面位于凸缘部分与顶端侧部分之间，并面向顶端一侧，凸缘部分还具有一后端侧表面，其位于凸缘部分与后端侧部分之间，并面向后端一侧，传感器的接线端构件被定位在隔离体中，该隔离体能在各个传感器接线端构件之间、或传感器接线端构件与金属外管之间的至少一个方面实现绝缘，金属内管具有一台阶部分或一内凸起，其抵接着隔离体凸缘部分的后端侧，传感器具有一加力构件，其将隔离体压向后端，其中，所述方法包括：一抵接步骤，在传感器接线端构件已被设置在隔离体中、加力构件被隔离体顶端侧部分的外周部保持着、且隔离体的凸缘部分与金属外管的台阶部分或内凸起相互抵接着的状态下，沿着使金属外管和金属壳体相互靠近的方向，移动金属外管和金属壳体中的至少之一，由此使金属外管的顶端部抵接到金属壳体上；以及
一变形步骤，在如下的状态下、沿径向向内的方向对金属外管的一部分进行加压以形成一个向内突出的变形部分：传感器接线端构件已被设置在隔离体中；隔离体的凸缘部分与金属外管的台阶部分或内凸起相抵接；且加力构件抵接着隔离体凸缘部分的顶端侧表面，其中，在此状态下，加力构件被所述顶端侧部分的外周面保持着，所形成的变形部分位于所述加力构件的径向外侧，在上述状态下，所述加力构件也产生了变形，以使得所述加力构件将所述隔离体压向所述后端。
在上文的现有技术中，在引线1081等部件尚未穿过绝缘构件1005的状态下，利用弹性构件1006将绝缘构件1005连接并固定到第一金属罩1003上。因而，引线1081等部件必须在绝缘构件1005已被保持在第一金属罩1003的状态下、随后穿过绝缘构件1005，且引线接线端1071、连接器1075等部件必须要被布置到绝缘构件1005中。因此，组装工作将很麻烦，而且，如果在联接隔离体的过程中，引线接线端1071、连接器1075等部件的位置出现偏差，则就容易在引线接线端等部件中产生应力。
还可考虑与之相反的情况：将引线1081穿过绝缘构件1005，并将引线接线端1071、连接器1075等部件设置到绝缘构件1005的内部，然后在此状态下再将绝缘构件1005连接到第一金属罩1003的内部。但是，在此情况下，由于绝缘构件1005的内部存在连接器1075、引线1081等部件，因而很难向弹性构件1006施压而将其插入到绝缘构件1005与第一金属罩1003之间。
与此相反，在本发明的传感器制造方法中，事先制备出一个隔离体，在该隔离体中设置传感器接线端构件，且绝缘构件被连接、固定到顶端侧部分上。而后，首先执行抵接部分和变形步骤中的其中一个步骤，然后再执行另一步骤。
在抵接步骤中，在隔离体的凸缘部分与金属外管的台阶部分或内凸起相互抵接的状态下，在使金属外管与金属壳体相互靠近的方向上至少移动二者中的一个，由此使金属外管的顶端部抵接到金属壳体上。与此相反，在变形步骤中，在隔离体的凸缘部分与金属外管的台阶部分或内凸起相互抵接着的状态下，形成一变形部分，且对加力构件进行变形，以利用加力构件将隔离体压向后端，由此使隔离体的凸缘部分与金属外管的台阶部分或内凸起相互紧密地接触到一起。
按照这样的结构设计，在将传感器接线端构件设置到隔离体内的工作过程中，金属外管并不会对操作造成阻碍，因而能容易地进行工作。另外，与上述的现有技术不同，并非必须在将金属外管的顶端部抵接到金属壳体上之前将弹性构件压入金属外管中。也就是说，可以在使金属外管与金属壳体抵接到一起之前或之后执行对隔离体的固定。另外，如果从金属外管的外侧来形成变形部分，则可将隔离体压向后端。因此，可容易地进行固定，而不会受到设置在隔离体中的传感器接线端构件等的影响。
由于使金属外管的顶端部与金属壳体抵接到一起，所以可确定金属外管和隔离体相对于金属壳体的纵向位置。
可利用一敛缝工艺或激光焊接工艺将相互抵接着的金属外管顶端部与金属壳体连接起来。作为备选方案，也可利用敛缝工艺将金属外管的顶端部与金属壳体临时性地相互固定起来，并在执行了变形步骤和其它步骤之后，利用激光焊接将它们相互连接起来。可选的方案是，在将金属外管顶端部保持为紧压着金属壳体的状态的同时，可无需进行临时性固定和焊接地执行生产步骤，而且，在变形步骤中将加力构件变形之后，可利用激光焊接等工艺将金属外管的顶端部与金属壳体相互连接起来。
优选地是，该传感器制造方法是制造这样一种传感器的方法：在该传感器中，隔离体凸缘部分的后端侧表面形成了一个斜面，该斜面在延伸向顶端的方向上沿径向向外扩展开，金属外管的台阶部分或内凸起具有一凸缘抵接面，其形成了一个斜面，该斜面抵接着隔离体的后端侧表面，且在向顶端延伸的方向上沿径向向外扩开。
在本发明的传感器制造方法中，隔离体凸缘部分的后端侧表面抵接着金属外管台阶部分或内凸起的凸缘抵接面，且凸缘部分的后端侧表面(对应于抵接着外管的那一后端侧表面)与金属外管的凸缘抵接面形成了一个斜面，该斜面在朝向顶端的方向上向径向外侧扩开。因而，在变形步骤中，当隔离体被加力构件推压向后端时，隔离体会沿着斜面而在某一方向上移动，该方向为隔离体的轴线与金属外管的轴线相互重合的方向，这样就能合适地确定出隔离体相对于金属外管的位置。由于隔离体相对于金属外管的位置能被合适地确定出来，进而被隔离体保持着的传感器接线端构件的位置也能被正确地确定出来，因而，在该传感器中，可防止故障的出现，该故障例如是由于传感器接线端构件的位置或姿态存在偏差而导致传感器接线端构件自身或接线端构件与传感器元件之间受到应力作用、从而对传感器元件造成损坏或使传感器接线端构件断路，另外，在该传感器中，隔离体能被稳固地固定在金属外管中，从而达到很高的可靠性。
优选地是，上述的任一传感器制造方法都是这样一种传感器制造的方法：在该方法中，加力构件具有：一金属管部分，其内径大于隔离体顶端侧部分的外径，其外径小于金属外管的内径；以及一弹性保持部分，当金属管部分被安装到隔离体的顶端侧部分上时，该保持部分弹性地抵接着位于金属管部分中的隔离体的顶端侧部分，以将金属管部分保持到隔离体上，而且，随着在变形步骤中形成金属外管上的变形部分，可利用金属管部分的后端将隔离体凸缘部分的顶端侧表面推压向后端。
在本发明的传感器制造方法中，采用了具有金属管部分的、结构简单的加力构件和弹性保持部分。加力构件能被容易地安装到隔离体顶端侧部分上，且能低成本地制造出传感器。另外，当在金属外管上形成变形部分时，金属管部分的一部分略微移动向所述后端，其中，金属管部分的这一部分相对于另一个部分而言位于后端一侧，而另一部分则随着变形过程的进行而被变形。因而，金属管部分的后端顶压着隔离体凸缘部分的顶端侧表面，并将该顶端侧表面推压向后端。换言之，在隔离体凸缘部分的顶端侧表面上，相对于加力构件的抵接部分为环形的形式，在径向方向上，二者之间为点接触的形式。在上述的情况中，尽管隔离体也被类似地推压向后端的情况，但与其相比，由于抵接部分具有一定的宽度，并沿环形延伸，因而，在组装传感器的过程中，可相对容易地改变隔离体的姿态(例如，隔离体轴线相对于金属外管轴线的偏移、轴线的倾斜、以及旋转)。因此，在组装传感器的过程中几乎不会向传感器接线端构件、引线等部件施加应力。结果就是，在所制得的传感器中，不会出现诸如传感器接线端构件或引线断裂等问题，从而，该传感器具有很高的可靠性。
优选地是，该传感器制造方法是这样一种传感器制造方法：在该方法中，加力构件的弹性保持部分被制在三个或多个位置上，这些位置在金属管部分的圆周方向上具有规则的间距。
由于加力构件的弹性保持部分被制在三个或多个沿圆周方向等间距分布的位置上，所以能将隔离体凸缘部分的顶端侧表面合适地推压向后端。
优选地是，该传感器制造方法是这样一种传感器制造方法：在该方法中，加力构件的金属管部分具有一后端部，该后端部在径向方向上向内或向外弯曲。
金属管部分的后端抵接着隔离体凸缘部分的顶端侧表面。因而，当隔离体的姿态要发生变化时，会在隔离体的顶端侧表面与金属管部分后端的断面之间产生摩擦，该摩擦具有阻碍隔离体的姿态发生改变的作用。在本发明中，金属管部分的后端具有向内或向外弯曲的形状，因而，隔离体的顶端侧表面抵接着弯曲的后端部。因而，可减小相对于隔离体顶端侧表面的摩擦，从而能更为容易地改变隔离体的姿态。
优选地是，上述的任一传感器制造方法都是这样一种传感器制造的方法：在该方法中，加力构件的弹性保持部分是一个J形的弹性保持部分，其被布置在金属管部分的后端中，该保持部分向径向内侧延伸，并逐渐改变方向而延伸向顶端，从而弯曲成大体上为J型的形状。
在本发明的传感器制造方法中，采用了这样的加力构件：在该加力构件中，弹性保持部分是一个基本上为J形的弹性保持部分。如果弹性保持部分为J形的弹性保持部分，则通过调整弯曲部分的半径、宽度等尺寸就能容易地获得足够的弹性。
优选地是，上述的任一传感器制造方法都是这样一种传感器制造方法：在该方法中，在隔离体的外管抵接表面与金属外管的凸缘抵接表面相互抵接到一起的状态下，隔离体凸缘部分的直径小于金属外管上环绕着凸缘部分的直径，加力构件金属管部分上一个部分的直径小于金属外管上一个环绕着这一部分的直径，但大于凸缘部分的直径，其中，金属管部分上这一部分相对于金属管部分的变形部分位于后端一侧，而变形部分则在变形步骤中经过了变形。
根据该传感器制造方法，甚至在石头等物体撞击到金属外管凸缘部分的周围部分、或凸缘部分与变形部分之间的一个部分而使金属外管被显著压瘪的情况下，由于在被压瘪的金属外管碰到凸缘部分上之前、金属管部分上一个直径大于凸缘部分直径的部位将首先碰到金属外管，由此可吸收冲击作用。因而，可防止出现这样的损坏：例如由于被压瘪的金属外管猛烈地撞击凸缘部分，而使包括该凸缘部分的隔离体开裂。
优选地是，所述传感器制造方法是这样一种传感器制造方法：在该方法中，加力构件是一个圆筒形的橡胶构件，其内径小于隔离体顶端侧部分的外径，且当该构件被连接到隔离体顶端侧部分上时，其外径小于金属外管的内径，而且，随着在变形步骤中形成金属外管的变形部分，该构件被变形为将隔离体凸缘部分的顶端侧表面顶推向后端。
在该传感器制造方法中，由于采用圆筒形的橡胶构件作为加力构件，所以便于操作。
优选地是，上述的任一传感器制造方法都是这样一种传感器制造的方法：在该方法中，传感器元件是一个圆筒形的气体传感器元件，在该传感器元件中，其一顶端侧是封闭的，传感器具有：一棒状的加热器，其被插入到气体传感器元件带底的孔中；以及一个或多个加热器接线端构件，它们与加热器保持电路连接，隔离体使传感器接线端构件与加热器接线端构件之间实现绝缘，所述抵接步骤是按照如下的方式进行的：在该方式中，在隔离体被宽松地插入到金属外管中的情况下，沿使金属外管和金属壳体相互靠近的方向移动二者中的至少之一，以使得金属外管的顶端部分抵接到金属壳体上，并将加热器插入到由金属壳体保持着的气体传感器元件中，并在抵接步骤之后执行变形步骤。
在本发明的该传感器制造方法中，一圆筒形的气体传感器元件被用作传感器元件，在该传感器元件中，顶端侧是封闭的，传感器元件包括一加热器，且在抵接步骤中，金属外管的顶端部被与金属壳体抵接起来，并将加热器插入到气体传感器元件中。
如果在抵接步骤之前执行变形步骤，则需要将隔离体固定到金属外管上。因而，如由于加热器接线端构件在隔离体位置出现偏差等原因而使加热器在插入到气体传感器元件底部孔中时存在很大的斜角，则就会在加热器中产生应力，这样就可能出现问题，该问题例如是加热器的弯折、或加热器与加热器接线端的连接部分处出现断裂。
与此相反，在本发明的制造方法中，加热器是在抵接步骤中插入到气体传感器元件中的，然后再执行变形步骤。在抵接步骤中，隔离体被宽松地插入到金属外管中。因而，如果在插入加热器的过程中向加热器、加热器接线端构件等施加了应力，能对隔离体的位置、轴线的倾斜度等进行调整，以便于减小应力。而后，在变形步骤中，利用加力构件的顶压作用将隔离体固定到金属外管上。因此，所制得的传感器是这样一种传感器(气体传感器)：在该传感器中，作用到加热器和加热器接线端构件上的应力较小，且几乎不会出现加热器弯折或断裂等故障，因而具有很高的可靠性。加热器的一种实例是横截面为圆形或方形的棒式加热器。
优选地是，所述传感器制造方法是这样一种传感器制造方法：在该方法中，所述抵接步骤包括一个对要被引导到气体传感器元件后端开孔中的加热器的顶端执行定位和插入的插入/定位步骤，而且，加热器的顶端向顶端方向突伸得比金属外管的顶端更多。
在本发明的该传感器制造方法中，抵接步骤包括插入/定位步骤，且加热器的顶端被引导到气体传感器元件的后端开孔中。因而，能容易地插入加热器，并消除了这样的问题：例如使加热器的顶端抵接到气体传感器元件的后端部分上，从而使加热器弯折。
优选地是，所述传感器制造方法是这样一种传感器制造方法：在该方法中，所述插入/定位步骤是这样完成的：利用一卡夹装置对加热器的、比金属外管的顶端向顶端突伸得更多的部分的一个部位导向，且对加热器顶端的位置进行调整。
在该传感器制造方法中，在插入/定位步骤中，利用卡夹装置引导加热器的顶端，从而能将加热器容易而可靠地插入到气体传感器元件后端的开孔中。
本发明的另一个解决方案在于提供一种由一隔离体和一加力构件组成的组件，该组件将被用在一种传感器中，该传感器具有：一传感器元件；一金属壳体，其保持着所述传感器元件；一个或多个传感器接线端构件，它们与传感器元件保持电连接，且从传感器元件向一后端拉长；一金属外管，其自身的顶端部与金属壳体相连接；以及一电绝缘的隔离体，其被安装在金属外管内，该隔离体具有：一后端侧部分，其位于后端一侧；一顶端侧部分，其位于顶端一侧；以及一凸缘部分，其位于后端侧部分与顶端侧部分中间，该凸缘部分的直径大于后端侧部分和顶端侧部分的直径，且其具有一个顶端侧表面，该表面位于凸缘部分与顶端侧部分之间，并面向顶端一侧，凸缘部分还具有一外管抵接表面，其位于凸缘部分与后端侧部分之间，并面向后端一侧，传感器的接线端构件被定位在隔离体中，该隔离体能在各个传感器接线端构件之间、或传感器接线端构件与金属外管之间的至少一个中实现绝缘，金属外管具有一台阶部分或一内凸起，其具有一凸缘抵接表面，其抵接着隔离体凸缘部分的外管抵接表面，传感器具有一加力构件，其将隔离体推压向后端，其中，所述加力构件具有：一金属管部分，其内径大于隔离体顶端侧部分的外径，其外径小于金属外管的内径；以及一弹性保持部分，其被布置在金属管部分的内部，且该弹性保持部分弹性地抵接着隔离体的顶端侧部分，该加力构件被隔离体保持着。
在本发明的组件中，加力构件借助于自身的弹性力由隔离体保持着。因而，当该组件被用在传感器的制造中时，所需要的劳动量减少了，与隔离体和加力构件被分开安装的情况相比，上述设计的制造成本更为经济。
附图说明
图1中的解释性视图表示了现有技术中气体传感器的总体构造；
图2中的解释性视图表示了本发明一实施方式的气体传感器的总体结构；
图3(a)是一隔离体的侧视图，(b)是俯视图，(c)是仰视图，(d)是沿A-A线所作的剖面图，(e)是沿B-B线所作的剖视图；
图4中的分解轴测图表示了将氧传感器元件和加热器连接到隔离体上时的情形；
图5是对金属外管所作的一个局部剖视图；
图6是对一金属加力部件所作的局部剖视图；
图7中的解释性视图表示了将隔离体设置到金属外管中的情形，在图中的状态下，传感器的金属接线端构件等部件被保持在该隔离体中；
图8中的解释性视图表示了引导加热器、并将其插入到一氧传感器元件的后端开孔中的方式；
图9中的解释性视图对比地表示了隔离体凸缘部分的外管抵接面和金属外管内凸起的凸缘抵接面在非锥面时(a)和锥面时(b)的情形；
图10中的解释性视图表示了对金属外管和金属壳体执行敛缝以将它们临时连接起来的方式；
图11中的解释性视图表示了从外周部对金属外管执行挤压来形成变形部分、以及对金属加力部件进行变形的变形步骤；
图12是一局部放大的视图，表示了在变形步骤中对金属外管和金属加力部件执行变形的方式，其中图12(a)表示了变形前的状态，(b)表示了变形后的状态；
图13中的解释性视图表示了对一绝缘垫圈执行敛压时的方式；以及
图14中的解释性视图表示了对金属外管和金属壳体执行激光焊接时的方式。
图中的附图标记定义如下：
1           氧传感器(气体传感器、传感器)
2           氧传感器元件(气体传感器元件、传感器元件)
2a          底部孔
2b          传感器外部电极层
2c          传感器内部电极层
2h          后端开孔
3           金属壳体
3d          连接部分
11          第一传感器金属接线端部件(传感器接线端构件)
12          第二传感器金属接线端部件(第二接线端构件)
13、14      传感器输出引线
15          加热器
15d         后端面
16、        17加热器金属接线端部件(加热器接线端构件)
18、        19加热器引线
21          金属外管
22a         顶端部分
24          内凸起
24b             凸缘抵接面
31              隔离体
33              顶端侧部分
34              凸缘部分
34a             外管抵接面
34b             顶端侧表面
39              组件(由隔离体和加力构件组成的组件)
41              金属加力部件(加力构件)
42              金属管部分
42b             后端部(金属管部分中的后端部)
43              J形弹性保持部分
43a             抵接部分
CH              卡夹机构
具体实施方式
下面将参照图2到图14对本发明的一实施方式进行描述。图2中的解释性视图表示了根据本发明实施方式的氧传感器1的总体结构。该氧传感器1包括：一中空的杆状氧传感器元件2，该传感器元件的顶端是封闭的；以及一加热器15，其被插入到氧传感器元件2的底部孔2a中。利用具有氧离子传导性的固态电解质将氧传感器元件2制造为中空的杆轴状。
这种固态电解质的一种典型实例为其中以固溶形式散布着Y2O3或CaO的ZrO2。可采用其它碱土金属或稀土金属氧化物与ZrO2形成的固溶体。另外，作为电解质中基本成分的ZrO2中可含有HfO2。
在氧传感器元件2底部孔2a的内表面上，例如利用Pt或Pt合金形成一多孔构件形式的传感器内电极层2c，其被制为基本上覆盖了整个内表面。在另一方面，在氧传感器元件2外表面的顶端部分上设置了为类似的多孔构件形式的传感器外电极层2b(见图4)。在氧传感器元件2的轴向中间部分上，设置有一个沿径向向外突出的接合凸缘部分2s。接合凸缘部分2s与绝缘体5、7相接合，并被它们保持着，绝缘体5、7是由绝缘陶瓷和陶瓷粉末6制成的，其中的陶瓷粉末是由滑石粉组成的，由此使氧传感器元件2被一圆筒形的金属壳体3气密地保持着，金属壳体的中央具有一个通孔。氧传感器元件2穿过所述通孔。在本申请文件中，在沿着氧传感器元件2轴线的方向(图2中的垂直方向)上，指向顶端部分(图2中位于封闭侧的下端部分)的一侧被称为“顶端侧”，指向相反方向(图2中上部)的一侧被称为“后端侧”。
金属壳体3具有一螺纹部分3b和一个六角形部分3c，它们用于将氧传感器1连接到排气管等装置的安装部位上。利用激光焊接方法在保护罩连接部分3a上固定一保护罩4。保护罩4被安装成能遮盖住氧传感器元件2从金属壳体3的顶端开孔中突伸出的顶端部分。氧传感器1在使用时，其上相对于螺纹部分3d位于顶端一侧的部分被安装到发动机—例如排气管中，位于后端一侧的部分则处于大气环境中。在保护罩4上制有多个用于引入废气的通气孔。
与此相反，绝缘体7通过一环形的填实体9对金属壳体3的后端部3e进行填隙，从而气密地保持着后端部。利用激光焊接方法从外侧将圆筒形金属外管21的顶端部分22a固定到六角形部分3c后端侧的一连接部分3d上。将一个由橡胶等材料制成的绝缘垫圈51安装到金属外管21后端的一个开孔中，然后再对其执行敛压而实现密封。在垫圈51的中央部位处设置了一个过滤构件52，其用于将大气引入到金属外管21中，并能阻止水的进入。在垫圈51的顶端侧上设置了一个由绝缘性氧化铝陶瓷制成的隔离体31。传感器输出引线13、14以及加热器引线18、19被设置成从隔离体31和垫圈51中穿过(见图2和图4)
从侧视图(图3(a))可见，图3所示的隔离体31具有一后端侧部分32、一顶端侧部分33、以及一个位于二者之间的凸缘部分34，凸缘部分的直径大于后端侧部分和顶端侧部分的直径。在凸缘部分34与后端侧部分32之间，凸缘部分34中形成了一个外管抵接面34a，其直径在向着顶端侧(图2中下部)的方向上逐渐增大，从而形成了一个锥面。与此相反，在凸缘部分与顶端侧部分33之间形成了一个顶端侧表面34b，该表面形成了一个台阶状的级差。如图3(b)、3(c)所示，隔离体31中制有引线通孔31a、31b，引线13、14、18、19从这些通孔中穿过，从而在轴向上穿过隔离体31。在位于后端侧的端面上，制有一些通气槽31c，这些通气槽的位置不与四个引线的通孔31a、31b发生干涉，呈现为十字交叉的形状，且延伸方向垂直于隔离体的轴线。沿轴向制有一底部保持孔31d，该保持孔31d开口在隔离体31的顶端侧端面上。
如图2和图4所示，引线13、14、18、19穿过保持孔31d、引线插入通孔31a和31b、以及第一和第二金属接线端部件11和12的连接器部分11a和12a，加热器的金属接线端部件16、17被保持在隔离体31中同时彼此被绝缘。
如图3(d)所示，保持孔31d的底面31e在轴向上位于隔离体31的中间部位。加热器15的后端部15c被从隔离体31的轴向顶端一侧插入到保持孔31b中，而且，加热器15的后端面15d抵接着保持孔31d的底面31e，由此在轴向上相对于隔离体31对加热器15进行了定位。
如图4所示，传感器的第一金属接线端部件11具有连接器部分11a、隔离体抵接部分11b、以及一插入部分11c，这些部分是一体成型的。在这些部件中，连接器部分11a夹持住传感器输出引线13的芯线，以便于将第一传感器接线端金属部件11与传感器输出引线13在电路上连接起来。隔离体抵接部分11b弹性地抵接着隔离体31的保持孔31d(见图2)，以便于将第一传感器接线端金属部件11保持在隔离体31中。插入部分11c被插入到氧传感器元件2的底部孔2a中，从而与传感器内电极层2c实现了电路连接。插入部分11c包括一下加压部分11d和一上加压部分11e。当插入部分11c被插入到氧传感器元件2的底部孔2a中时，插入部分11c挤压着被其包围着的加热器15，从而使加热器15的轴线偏离氧传感器元件2的中心轴线，这样就可调整加热器15的姿态，从而使一加热部分15a与氧传感器元件2底部孔2a的内壁(传感器内电极层2c)相接触。在插入部分11c的后端一侧设置了一个凸缘部分11g，用于防止插入部分11c进入到氧传感器元件2的底部孔2a中。
如果使制在加热器中的加热部分15a偏心而与氧传感器元件2底部孔2a的内壁相接触，则热能就能集中在较小的体积内。这将有助于缩短氧传感器1的激活时间。
在另一方面，第二传感器接线端金属部件12具有连接器部分12a、一隔离体抵接部分12b、以及一夹持部分12c，这些部分都是一体成型的。在这些部件中，连接器部分12a夹持住传感器输出引线14的芯线，以便于将第二传感器接线端金属部件12与传感器输出引线14在电路上连接起来。隔离体抵接部分12b弹性地抵接着隔离体31的保持孔31d(见图2)，以便于将第二传感器接线端金属部件12保持在隔离体31中。夹持部分12c夹持着氧传感器元件2后端附近的外周面。
如图4所示，氧传感器元件2具有一连接层2f，其被制在后端部中，且通过一引线层2d与传感器外电极层2b在电路上连接起来。夹持部分12c与连接层2f具有电连接关系，进而与传感器外电极层2b在电路上连接起来。在夹持部分12c的顶端一侧设置了一个凸缘部分12f，以便于使氧传感器元件2的后端部能容易地插入到夹持部分12c中。引线层2d和连接层2f是通过烘烤焙固的方法制得的。
如图2和图4所示，加热器15是一棒状的陶瓷加热器，且带有一电阻性加热元件的加热部分15a(图中未示出)被制在一主要是由氧化铝制成的芯部构件上。如果通过加热器接线端金属部件16、17和加热器引线18、19向加热器15供电，氧传感器元件2的顶端侧部分就会受到加热，其中的金属部件16、17被钎焊到电极片15e和15f上。加热器接线端金属部件17具有一连接器部分17a，其夹持着加热器引线18的芯线，由此将加热器接线端金属部件17与加热器引线18在电路上连接起来。尽管未在图4中示出，但加热器接线端金属部件16也类似地具有一连接器部分，其夹持着加热器引线19的芯线。
金属外管21(见图5)具有：一第一外管部分22，其是用金属制成的，且被制成基本上为圆筒形状，其位于顶端一侧(图中的下侧)，且如上文所述那样，该外管部分上位于顶端一侧的顶端部分22a被接合到金属壳体3上；以及一第二外管部分23，其相对于所述第一外管部分位于后端一侧，其直径小于第一外管部分的直径。在第二外管部分23的轴向中央部位处，制有一些内凸起(第一缩径部分)24，这些内凸起位于圆周方向上四个等距的位置处，在这些内凸起中，一矩形的突起顶面24a突伸向径向内侧。在每个内凸起24中，在相对于突起顶面24a位于顶端一侧的位置处，形成了一个凸缘抵接面24b，其形成了一个斜面。如图2所示，凸缘抵接面24b抵接着隔离体31上的外管抵接面34a。
如图2所示，一金属加力部件41被连接到隔离体31顶端侧部分33的外周面上。从图6可见，该金属加力部件41具有一圆筒形的金属管部分42、以及J形的弹性保持部分43和管延伸部分44，其中，弹性保持部分43和管延伸部分44被制在金属管部分42的后端部42a上，并与后端部42为一个整体。J形的弹性保持部分43分布在沿圆周方向等间距的四个位置上，并延伸向径向内侧，它们的延伸方向是逐渐改变的，从而使这些部分向顶端一侧拉长，这样就大体上弯成了J型的形状。在加力金属部件41被连接到隔离体31顶端侧部分33上时，J形的弹性保持部分43发生弹性变形，从而将加力金属部件41保持在顶端侧部分33上(见图7)。可通过改变J形弹性保持部分43的宽度、形状等设计来调节保持强度。管延伸部分44被制在各个J形的弹性保持部分43之间，并按照与J形弹性保持部分43相同的方式向内弯曲成J型形状。但是，这些部分的弯曲曲率被调整为使J形弹性保持部分43比管延伸部分44在径向上更向内侧突伸。如下文将要介绍的那样，按照在金属外管21的第二外管部分23中形成一变形部分(第二缩径部分)的设计，在金属管部分42中也形成一变形部分42a，以便于使金属管部分42能向隔离体31的顶端侧表面34b加压，由此将隔离体31移向后端。由于弯曲的管延伸部分44和J形弹性保持部分43被按照上述的方式设置在金属管部分42后端部分42a上，所以，如下文所述那样，在制造氧传感器1的过程中，当金属管抵接着隔离体31的顶端侧表面34b时，能严格地防止隔离体31的姿态发生改变。
氧传感器1是按照如下的方式制成的。事先将传感器输出引线13、14与第一/第二传感器接线端金属部件11、12的连接器部分11a和12a分别连接起来。并将加热器引线18、19事先连接到加热器接线端金属部件16、17的连接器部分17a等上。从图4中的右下部分可见，在加热器15被布置在第一传感器接线端金属部件11插入部分11c中的情况下，将引线13、14、18、19穿过隔离体31的保持孔31d和引线通孔31a、31b。如图7所示，然后将第一、第二传感器接线端金属部件11及12的一部分、整个加热器接线端金属部件16和17、以及加热器15的后端部分15c设定为这样的状态：它们都被保持在保持孔31d中，且相互保持绝缘。如图9(b)所示，加力金属部件41被连接到隔离体31顶端侧部分33的外周面上，以按照一定方式组成一个组件39(见图7)：使得J形弹性保持部分43的抵接部分43a(金属管部分42的后端部42b)抵接着凸缘部分34的顶端侧表面34b。在该实施方式中，隔离体31和加力金属部件41被事先设置成组件39的形式，从而能整体地进行操作，因而，在下面将要描述的步骤中，能容易地操作隔离体31和加力金属部件41。
图4中的左下部分表示了这样的状态：氧传感器元件2和第二传感器接线端金属部件12被相互连接起来。但是，氧传感器元件2和第二传感器接线端金属部件12也可按照下文描述的形式相互连接起来，且在该阶段，第二传感器接线端金属部件12尚未被连接到氧传感器元件2上。
按照这种方式，将其中穿入了引线13等导线、且保持着第一传感器接线端金属部件11等部件的隔离体宽松地插入到金属外管21中，并使引线13等穿过绝缘垫圈51。
如图8所示，事先将氧传感器元件2固定到金属壳体3上，并将保护罩4焊接到金属壳体3上。
对氧传感器元件2和金属外管21的位置进行调整以使它们的轴线相互重合，然后再执行如下的抵接步骤。金属外管21被移向顶端(图中的下部)，这样就可获得这样的状态：隔离体31的外管抵接面34a与金属外管21的凸缘抵接面24b相互抵接到一起，且隔离体31被宽松地插入到金属外管21中。绝缘垫圈51被安装到金属外管21的后端部中。另外，金属外管21被移向顶端(图中的下部)。然后，加热器15被插入到氧传感器元件2的底部孔2a中，且金属外管21被移向顶端，直至使金属外管21的顶端部22a抵接到金属壳体3的六角形部分3c为止。只需要移动氧传感器元件2和金属壳体3、金属外管21和加热器15、以及隔离体31就能使它们相对靠近。与上述的设计相反，也可将氧传感器元件2和金属壳体3移向后端(图中的上部)。
结果即为：第一传感器接线端金属部件11的插入部分11c与加热器15一道也被插入到了氧传感器元件2的底部孔2a中，从而与传感器的内电极层2c实现了电接触。作为将插入部分11c插入到氧传感器元件2底部孔2a中的结果，加热器15的轴线会相对于氧传感器元件2的轴线出现倾斜和偏移，或者被调整为使加热器15的加热部分15a与底部孔2a的内壁相接触。另外，第二传感器接线端金属部件12的夹持部分12c夹住了氧传感器元件2的后端部，由此与导电连接层2f实现了电连接。
具体来讲，在该实施方式中，通过用隔离体31保持孔31d的底面31e顶推加热器15的后端面15d而将加热器15插入到氧传感器元件2的底部孔2a中。通过用金属外管21执行顶推来移动隔离体31。如果将金属外管21移向顶端直至使金属外管21的顶端部分22a与金属壳体3的六角形部分3c相互抵接为止，则加热器15插入到氧传感器元件2底部孔2a中的深度就由金属外管21、隔离体31、以及加热器15的尺寸唯一地确定了，因而，无须对插入深度进行调整。
由于隔离体31上设置有外管抵接面34a，金属外管21上设置有凸缘抵接面24b，所以在抵接步骤中能获得如下的优点。下文将参照图9对此进行描述。
图9(a)中的解释性视图表示了一种对比情况，该设计不同于上述实施方式的情况，其隔离体SP的凸缘部分SPT上未设置锥面，而是形成了一个台阶状的后端侧表面SPTa，且在金属外管GT的台阶部分GTD处设置了一个台阶状的顶端侧表面GTDa。尽管隔离体SP中保持着引线和加热器，但并未在图中示出。
隔离体SP凸缘部分SPT的外径小于金属外管的内径。因而，隔离体SP能移动而使轴线SPx偏离金属外管GT的轴线GTx。在此状态下，即使金属外管GT被移向顶端(图中的下部)、且加热器(图中未示出)被插入到一氧传感器元件中，也没有任何作用力能使两轴线GTx和SPx相互重合。与此相反，隔离体SP的运动反而会受到隔离体SP后端侧表面SPTa与金属外管GT顶端侧表面GTDa之间摩擦力的阻碍。如果隔离体SP的轴线SPx偏离金属外管GT的轴线GTx，则隔离体SP的轴线SPx也会偏离氧传感器元件的轴线，加热器被插入到氧传感器元件的底部孔中。因此，当加热器和第一传感器接线端金属部件被插入到氧传感器元件的底部孔中、且第二传感器接线端金属部件夹持着氧传感器元件时，会形成这样的氧传感器：由于隔离体SP的位置存在偏差，该传感器处于使加热器、第一和第二传感器接线端金属部件、加热器接线端金属部件、以及隔离体中产生应力的状态。因而，在极端的情况下，存在由应力造成故障的可能性，其中的故障例如是接线端金属部件断裂、氧传感器元件损坏、加热器弯折、以及加热器与加热器接线端金属部件之间的钎焊部位损坏等。
与此相反，在图9(b)所示的实施方式中，隔离体31上设置了外管抵接面34a，其形成了一个倾斜面，且在金属外管21上形成了凸缘抵接面24b，其也形成了一个斜面。当金属外管21被移向顶端(图中的下部)，且加热器15和第一传感器接线端金属部件11的插入部分被插入到氧传感器元件2的底部孔2a中、或氧传感器元件2被插入到第二传感器接线端金属部件12的夹持部分12c中时，两者之间产生的摩擦阻力会使隔离体31的外管抵接面34a顶压着金属外管21的凸缘抵接面24b。这样，隔离体31被移动而使隔离体31的轴线31x与金属外管21的轴线21x重合。因此，可消除或减弱上述现象的出现，在上述现象中，由于隔离体的位置存在偏差而在加热器15、第一和第二传感器接线端金属部件11和12、以及加热器接线端金属部件16、17中产生应力。结果就是，可防止接线端金属部件、加热器、以及氧传感器元件发生断裂或损坏，所形成的氧传感器1具有很高的可靠性。
在上述的现有技术中，绝缘构件1005被弹性构件1006(见图1)固定到第一金属罩1003上。与此不同的是，在将加热器15插入到氧传感器元件2中的抵接步骤中，隔离体31未被固定到金属外管21上，而是处于宽松的插置状态。在加热器15和第一传感器接线端金属部件11被插入到氧传感器元件2的底部孔2a中、且氧传感器元件2被第二传感器接线端金属部件12夹持着的状态下，即使向这些构件作用了摩擦阻力，摩擦作用力也能被传递给隔离体31，因而，隔离体31可按照倾斜等的形式适当地移动。因而，几乎不会在加热器15、接线端金属部件11、12、16、17以及隔离体31之间产生应力。同样由于这一原因，可防止加热器和接线端金属部件发生损坏。
优选地是，抵接步骤可包括一插入/定位步骤，如图8所示，在该步骤中，在抵接步骤的初始阶段，一卡夹机构CH抓持住加热器15从金属外管21中突伸出的部分，并对顶端部分15b的位置进行调整，以便于引导着顶端部分而将其插入到氧传感器元件2的后端孔2h中。按照这样的结构设计，即使由于加热器接线端金属部件16、17的尺寸误差或弯曲而使加热器15顶端15b的位置偏离预定的位置，也能确保加热器15插入到底部孔2a中。在加热器15的顶端15b被插入到后端孔2h中之后，松开卡夹机构CH。
而后，如图10所示，利用一敛压夹具CL1对金属壳体3的连接部分3e、金属外管21位于外周侧的顶端部分22a执行敛压，以便于将它们临时性地连接起来，同时将金属外管21压向顶端。
如图11和图12所示，在变形步骤中，采用一加压夹具PU对金属外管21执行变形，且对位于金属外管内部的加力金属部件41执行变形，由此将隔离体31在金属外管21的内部中固定起来。图12(a)表示了金属外管21、隔离体31、以及加力金属构件41在变形前的状态。如图所示，在该状态下，隔离体31凸缘部分34上形成斜面的外管抵接面34a与金属外管21内凸起24中形成斜面的凸缘抵接面24b相互抵接到一起，且加压金属部件41上J形弹性保持部分43的抵接部分43a(金属管部分42的后端部42b)抵接着凸缘部分34的顶端侧表面34b。
因而，在变形步骤中，金属外管21上第二外管部分23中环绕着加力金属部件的部分23a的一个部分被变形了，这一部分位于加力金属部件41的外侧。具体来讲，利用一加压夹具PU对加力金属部件的环绕部分23a的一部分进行挤压，以缩小其直径，由此可形成如图12(b)所示环形的变形部分23b。按照这样的设计，加力金属部件41中金属管部分42的一个部分也发生了变形而缩小了直径，并形成一变形部分42a。结果就是，金属外管21的变形部分和加力金属部件41的变形部分42a相互紧密地接触着，加力金属部件41被保持并固定到了金属外管21上。
如果按照这种方式形成变形部分42a，则金属管部分42上相对于变形部分42a位于后端一侧(图中上部)的部分会略微向后端移动。因而，金属管部分42上弯曲的后端部分42b会将隔离体31的凸缘部分34顶向后端(图中的上部)。结果就是，凸缘部分34被夹置在金属管部分和凸缘抵接面24b之间，从而将隔离体31固定到金属外管21上。另外，凸缘部分34的外管抵接面34a受到了挤压，从而可顶压着金属外管21的凸缘抵接面24b。因而，即使隔离体31的轴线31x由于某些原因偏离金属外管21的轴线21x，变形步骤也能移动和固定隔离体31，使隔离体31的轴线31x与金属外管21的轴线21x重合。
具体来讲，加力金属部件41包括J形的弹性保持部分43和管延伸部分44。因而，顶端侧表面34b与加压金属部件41(J形弹性保持部分43和管延伸部分44)之间的抵接部位被形成为一个宽度非常小的不连续的环形形状。因而，与该抵接部位延伸成为很宽的环形形状、从而使抵接部分呈宽的环形延伸的情况相比，能较为容易地改变隔离体31的位置(例如隔离体31的轴线31x相对于金属外管21轴线21x的偏差、轴线31x的倾斜度以及旋转等)。
因而，可利用变形步骤消除或减少如下现象的出现：即由于隔离体31的位置存在偏差而在加热器15、第一和第二传感器接线端金属部件11和12、以及加热器接线端金属部件16和17中产生应力。结果就是，可防止接线端金属部件和加热器发生断裂或损坏，所形成的氧传感器1具有很高的可靠性。
在该实施方式中，采用了加压金属部件41。在加热器15被插入到氧传感器元件2的底部孔2a中之后，氧传感器元件2与第一、第二传感器接线端金属部件11、12实现了电连接，且金属外管21抵接着金属壳体3，因此，通过对金属外管21执行变形就可固定隔离体21。
在首先执行变形步骤、然后再执行抵接步骤的情况下，在隔离体31已被固定到金属外管21上的情况下执行抵接步骤。因而，在抵接步骤中，即使由于第一、第二传感器接线端金属部件11和12、以及加热器接线端金属部件16和17在隔离体31中存在位移误差或变形而使第一、第二传感器接线端金属部件11和12、加热器接线端金属部件16和17、以及加热器15等部件受到应力作用，隔离体31也是固定着的，未能充分地移动。因此，可能会出现一些问题，这些问题例如是第一、第二传感器接线端金属部件11、12的断裂、加热器15的弯曲、以及加热器15电极板15e、15f与加热器接线端金属部件16、17之间的连接关系被破坏。
与此相反，在本实施方式中先执行抵接步骤、然后再执行变形步骤的设计中，即使在抵接步骤中向第一、第二传感器接线端金属部分11和12、加热器接线端金属部件16和17、以及加热器15等部件施加了应力作用，处于宽松插入状态的隔离体31也能充分地移动，从而消除或减小了应力。因而，几乎不会发生诸如加热器弯曲或接线端金属部件断裂等故障。
然后，如图13所示，利用一敛压夹具CL2对金属外管21第二外管部分23上位于垫圈51周围的部分执行敛压，由此将金属外管21、引线13等气密地密封起来。
如图14所示，已被事先临时连接起来的金属壳体3的连接部分3d与金属外管21的顶端部分22a被激光焊接方法气密地连接起来，这样就完成了氧传感器1的制造。
如图12(b)所示，在该实施方式的氧传感器2中，在隔离体31的凸缘部分34与金属外管21上环绕着凸缘34的凸缘环绕部分23c之间形成了一个间隙。加压金属部件41金属管部分42的外径d2(＝14mmφ)略大于凸缘部分34的外径d1(＝13.4mmφ)。因而，在氧传感器1被安装到汽车上的情况下，即使飞石撞击到金属外管21的凸缘环绕部分23c上，且金属外管21被极大地压瘪，被撞瘪的金属外管21将首先是与加压金属部件41的金属管部分42碰到一起，而后才能碰到陶瓷制成的凸缘部分34。因而，可缓冲撞击作用，从而可避免出现隔离体21由于受到石头的撞击而损坏或开裂的问题。
在上文中，借助于实施方式对本发明进行了描述。但是，本发明并不仅限于这些实施方式。自然地，在不悖离本发明设计思想的前提下，可对本发明作多种形式的改动。
例如，上文描述了将四个内凸起设置在金属外管21圆周方向上四个位置处的实施方式。但必要的条件只是在三个位置上设置内凸起。与此相反，可将台阶部分设置成沿着金属外管的整个圆周形成一个斜面。
在上述的实施方式中，加压金属部件41具有这样的结构：在其中，在圆周方向上的四个位置处，金属管部分42后端上制有J形的弹性保持部分43。在等间距的三个或更多个位置处制有J形的弹性保持部分都是可以的。作为备选方案，可采用这样的加压金属部件：其用L形的弹性保持部分取代了J形的弹性保持部分，该L形的保持部分从金属管部分42的后端向径向内侧延伸，然后再弯曲而延伸向顶端。可选的方案是，用一圆筒状的橡胶构件取代加压金属部件，该橡胶构件的内径小于隔离体31顶端侧部分33的外径，而且当该构件被连接到顶端侧部分33上时，其外径小于金属外管21的内径。如果采用了圆筒形橡胶构件，则随着在变形步骤中形成金属外管21上的变形部分23b，该构件也被变形而将隔离体31凸缘部分34的顶端侧表面34b推压向后端。如果采用圆筒形的橡胶构件，则更便于操作。
作为备选方案，还可使用上述现有技术中采用的弹性构件1006。在此情况下，同样在隔离体31上设置外管抵接面34a，其直径随着向顶端侧的延伸而扩大，并在金属外管21上设置凸缘抵接面24b，其在朝向顶端侧的方向上沿径向向外扩大，从而形成一斜面，这样就能获得这样的效果：当隔离体31要被固定到金属外管21上时，隔离体31的轴线31x可移动而与金属外管21的轴线21x(见图9)重合。
在该实施方式中，描述了氧传感器1的情况。本发明还可应用到诸如NOX传感器和HC传感器等其它气体传感器上。在上述的实施方式中，顶端封闭形状的传感器元件被用作氧传感器元件2。但可根据要被检测的物体适当地改变传感器元件的形状。利用可采用板状的传感器元件。由于只需要在隔离体31上设置外管抵接面34a、在金属外管21上设置凸缘抵接面24b，本发明也适合于不采用加热器的传感器。在该实施方式中，隔离体31的外管抵接面34a和金属外管21的凸缘抵接面24b被制成锥面，其直径随着向顶端延伸而逐渐地增大。作为备选方案，可在隔离体31和金属外管21中的之一上制出其直径在朝向顶端方向逐渐增大的锥面，并使另一者抵接着锥面。按照这样的结构设计，预计可获得这样的效果：能相对于金属外管21合适地确定出隔离体31的位置。
尽管上文参照特定的实施方式对本发明作了详细的描述，但本领域技术能清楚地认识到：在不悖离本发明设计思想和保护范围的前提下可作出多种形式的改动和变型。
本申请基于在2002年7月19日提交的第2002-211687号日本专利申请，该申请所公开的内容被结合到本文中作为背景资料。

Claims (12)

1.一种传感器，其具有：
一传感器元件；
一金属壳体，其保持着所述传感器元件；
一个或多个传感器接线端构件，其与所述传感器元件保持电连接，且从传感器元件向一后端拉长；
一金属外管，其自身的顶端部与所述金属壳体相连接；以及
一电绝缘的隔离体，其被安装在所述金属外管内，所述传感器接线端构件被定位在该隔离体中，且在各个所述传感器接线端构件之间和所述传感器接线端构件与所述金属外管之间的至少一个中实现绝缘，其中，
所述传感器具有一加力构件，其保持着所述隔离体，同时在轴向上向后推压所述隔离体，使其抵接着所述金属外管；
所述金属外管具有一第一直径缩小部分，其在径向上向内突伸，其抵接着所述隔离体；并具有一第二直径缩小部分，其抵接着所述加力构件；
所述隔离体具有一凸缘部分，其位于所述第一直径缩小部分与所述第二直径缩小部分之间，该凸缘部分在后端一侧抵接着所述金属外管，在顶端一侧抵接着所述加力构件；以及
所述金属外管的所述第一直径缩小部分与所述隔离体的所述凸缘部分之一利用一斜面与另一者相抵接，其中的斜面在朝向所述顶端的方向上沿径向向外扩开，
所述加力构件具有变形部分，所述变形部分形成得同所述第二直径缩小部分一致。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述加力部件径向向内推压所述隔离体。
3.一种传感器，其具有：
一传感器元件；
一金属壳体，其保持着所述传感器元件；
一个或多个传感器接线端构件，其与所述传感器元件保持电连接，且从所述传感器元件向一后端拉长；
一金属外管，其自身的顶端部与所述金属壳体相连接；以及
一电绝缘的隔离体，其被安装在所述金属外管内，所述传感器接线端构件被定位在该隔离体中，且在各个所述传感器接线端构件之间和所述传感器接线端构件与所述金属外管之间的至少一个中实现绝缘，其中，
所述传感器具有一加力构件，其保持着所述隔离体，同时在轴向上向后推压所述隔离体，使其抵接着所述金属外管；
所述金属外管具有一第一直径缩小部分，其在径向上向内突伸，其抵接着所述隔离体；并具有一第二直径缩小部分，其保持着所述加力构件，同时在径向上向内挤压所述加力构件；以及
所述隔离体具有一凸缘部分，其位于所述第一直径缩小部分与所述第二直径缩小部分之间，该凸缘部分在后端一侧抵接着所述金属外管，同时在顶端一侧抵接着所述加力构件。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于：所述加力部件径向向内推压所述隔离体。
5.一种用于制造传感器的方法，
所述传感器具有：
一传感器元件；
一金属壳体，其保持着所述传感器元件；
一个或多个传感器接线端构件，其与所述传感器元件保持电连接，且从所述传感器元件向一后端拉长；
一金属外管，其自身的顶端部与所述金属壳体相连接；以及
一电绝缘的隔离体，其被安装在所述金属外管内，
所述隔离体具有：
一后端侧部分，其位于所述后端一侧；
一顶端侧部分，其位于顶端一侧；以及
一凸缘部分，其位于所述后端侧部分与所述顶端侧部分中间，该凸缘部分的直径大于所述后端侧部分和所述顶端侧部分的直径，且其具有一个顶端侧表面，该表面位于所述凸缘部分与所述顶端侧部分之间，并面向所述顶端一侧，凸缘部分还具有一后端侧表面，其位于所述凸缘部分与所述后端侧部分之间，并面向所述后端一侧；
所述传感器接线端构件被定位在隔离体中；
所述隔离体能在各个传感器接线端构件之间和传感器接线端构件与金属外管之间的至少一个中实现绝缘，
所述金属外管具有一台阶部分或一内凸起，其抵接着所述隔离体凸缘部分的所述后端侧；
所述传感器具有一加力构件，其将隔离体压向所述后端，
其中，所述方法包括：
一抵接步骤，在所述传感器接线端构件已被设置在所述隔离体中、所述加力构件被所述隔离体顶端侧部分的外周面保持着、且所述隔离体的凸缘部分与所述金属外管的台阶部分或内凸起相互抵接着的状态下，沿着使所述金属外管和所述金属壳体相互靠近的方向，移动所述金属外管和所述金属壳体中的至少之一，由此使所述金属外管的顶端部抵接到所述金属壳体上；以及
一变形步骤，在如下的状态下、沿径向向内的方向对所述金属外管的一部分进行加压以形成一个向内突出的变形部分，此状态为：所述传感器接线端构件被设置在隔离体中；所述隔离体的凸缘部分与所述金属外管的台阶部分或内凸起彼此相抵接；且所述加力构件抵接着所述隔离体凸缘部分的所述顶端侧表面，其中，所述加力构件被所述顶端侧部分的外周面保持着，所述变形部分位于所述加力构件的径向外侧，所述加力构件也产生了变形，以使得所述加力构件将所述隔离体压向所述后端。
6.根据权利要求5所述的用于制造传感器的方法，其特征在于：
所述隔离体所述凸缘部分的所述后端侧表面形成了一个斜面，该斜面在延伸向所述顶端的方向上沿径向向外扩展开，所述金属外管的所述台阶部分或内凸起具有一凸缘抵接面，其形成了一个斜面，该斜面抵接着所述隔离体的所述后端侧表面，且在向顶端延伸的方向上沿径向向外扩开。
7.根据权利要求5或6所述的用于制造传感器的方法，其特征在于所述加力构件具有：
一金属管部分，其内径大于所述隔离体顶端侧部分的外径，其外径小于所述金属外管的内径；以及
一弹性保持部分，当所述金属管部分被连接到所述隔离体的顶端侧部分上时，该保持部分弹性地抵接着位于所述金属管部分中的、所述隔离体的顶端侧部分，以将所述金属管部分保持到所述隔离体上，以及
随着在所述变形步骤中形成所述金属外管的所述变形部分，利用所述金属管部分的所述后端将隔离体凸缘部分的顶端侧表面压向所述后端。
8.根据权利要求7所述的用于制造传感器的方法，其特征在于：
所述加力构件的金属管部分具有一后端部，该后端部在径向方向上向内或向外弯曲。
9.根据权利要求7所述的用于制造传感器的方法，其特征在于所述加力构件的弹性保持部分为：
J形的弹性保持部分，其被布置在所述金属管部分的所述后端中，该保持部分向径向内侧拉长，并逐渐改变方向而向所述顶端拉长，从而弯曲成大体上为J型的形状。
10.根据权利要求5所述的用于制造传感器的方法，其特征在于：
所述传感器元件是一个圆筒形的气体传感器元件，在该传感器元件中，其一顶端侧是封闭的，所述传感器具有：
一棒状的加热器，其被插入到所述气体传感器元件带底的孔中；以及
一个或多个加热器接线端构件，它们与加热器保持电连接，
所述隔离体使所述传感器接线端构件与所述加热器接线端构件之间实现绝缘，
所述抵接步骤是按照如下的方式进行的：在所述隔离体被宽松地插入到所述金属外管中的状态下，沿使所述金属外管和所述金属壳体相互靠近的方向移动二者中的至少之一，以使得所述金属外管的顶端部分抵接到所述金属壳体上，并将所述加热器插入到由所述金属壳体保持着的所述气体传感器元件中；以及
在所述抵接步骤之后执行所述变形步骤。
11.根据权利要求10所述的用于制造传感器的方法，其特征在于：
所述抵接步骤包括一个对要被引导到所述气体传感器元件的一后端开孔中的所述加热器的所述顶端执行定位和插入的插入和定位步骤，加热器的所述顶端向顶端方向突伸得比所述金属外管的顶端更多。
12.根据权利要求11所述的用于制造传感器的方法，其特征在于所述插入和定位步骤是这样进行的：
利用一卡夹装置对所述加热器的、比所述金属外管的顶端向所述顶端突伸得更多的部分的一个部位导向，且对所述加热器顶端的位置进行调整。
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