CN101303326B - 气体传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种气体传感器及其制造方法。该气体传感器包括：传感元件，其沿气体传感器的轴向延伸，并且在其前端具有气体感测部，在其后端具有电极部；筒状金属壳，其在其中保持传感元件，并且使气体感测部和电极部分别从金属壳的前端和后端突出，该筒状金属壳具有凸缘部和位于凸缘部后侧的后端部；筒状保护盖，其具有装配到金属壳的后端部上以覆盖电极部的前端；以及焊接接头，保护盖的前端的整个圆周通过该焊接接头接合到金属壳。该焊接接头从保护盖的端面延伸到金属壳。

Description

气体传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有传感元件的气体传感器以及该气体传感器的制造方法，该传感元件在测量时能够检测气体中的特定气体成分的浓度。

背景技术

在下文中，术语“前”指的是相对于气体传感器的轴向的气体感测侧，术语“后”指的是与前侧相反的一侧。

已知一种包括传感元件、导线、金属壳和保护盖的自动车用排气传感器。传感元件在其前端具有气体感测部，用于响应排气中的如氮氧化物(NO_x)或氧气(O₂)等特定气体成分的浓度产生检测信号，并且在其后端具有与导线连接的电极部，用于通过导线将检测信号从气体感测部输出到外部装置。金属壳在其中保持传感元件，并且气体感测部和电极部分别从金属壳的前后端突出。保护盖被接合到金属壳以覆盖和保护传感器电极部和导线之间的电连接。

一般地，金属壳和保护盖通过激光焊接接合在一起。日本特开2004-354274号公报和2001-147213号公报公开了一种该类型的焊接接头技术，其中，通过环绕金属壳的后端部装配保护盖的前端部、或者将保护盖的前端部弯边(swag)到金属壳的后端部上，并且从保护盖的外部照射激光束以在保护盖的前端部和金属壳的后端部之间形成激光焊接接头来接合金属壳和保护盖。

发明内容

在上述公开的焊接接头技术中，激光焊接接头形成在沿轴向远离保护盖的前缘的位置处。通过该激光焊接接头，保护盖的内周面和金属壳的外周面彼此非常靠近地被保持，但是可能在前盖边缘和激光焊接接头之间留下窄的开口间隙。当气体传感器在使用过程中变湿时，存在水通过毛细管作用渗入金属壳和保护盖之间的窄的间隙的情况。水不太可能从该窄的间隙蒸发和释放到外部大气中，使得激光焊接接头长时间地保持潮湿。结果，由于激光焊接接头(特别地，金属壳的通过激光焊接已经熔化一次的接合面)相对容易被水腐蚀的事实，激光焊接接头受到水的腐蚀。

因此，本发明的目的是提供一种在金属壳和保护盖之间具有耐腐蚀性的焊接接头结构的气体传感器。此外，本发明的目的是提供一种气体传感器的制造方法。

根据本发明的第一方面，提供一种气体传感器，其包括：传感元件，其沿气体传感器的轴向延伸，并且在其前端具有气体感测部，在其后端具有电极部；筒状金属壳，其在其中保持传感元件，并且使气体感测部和电极部分别从金属壳的前端和后端突出，该金属壳具有凸缘部和位于凸缘部后侧的后端部；筒状保护盖，其具有装配到金属壳的后端部上以覆盖电极部的前端；以及焊接接头，保护盖的前端的整个圆周通过该焊接接头接合到金属壳，其中，该焊接接头从保护盖的前端的端面延伸到金属壳。

根据本发明的第二方面，提供一种气体传感器的制造方法，该方法包括：设置传感元件、筒状金属壳和筒状保护盖，该传感元件在其前端具有气体感测部，在其后端具有电极部，该金属壳具有凸缘部和位于凸缘部后侧的后端部，并且包括第一筒状部和第二筒状部，第二筒状部位于第一筒状部的后侧，并且直径比第一筒状部的直径小；将传感元件和金属壳组装在一起以将传感元件保持在金属壳中，并且使气体感测部和电极部分别从金属壳的前后端突出；将保护盖的前端放置成环绕金属壳的后端部的第二筒状部，并且使保护盖的前端的端面抵接金属壳的后端部的第一筒状部的后端面；以及将保护盖的前端的整个圆周激光焊接到金属壳的后端部的第一筒状部以在二者之间形成焊接接头，该焊接接头从保护盖的前端的端面延伸到金属壳的后端部的第一筒状部。

根据本发明的第三方面，提供一种气体传感器的制造方法，该方法包括：设置传感元件、筒状金属壳和筒状保护盖，该传感元件在其前端具有气体感测部，在其后端具有电极部，该金属壳具有凸缘部和位于凸缘部后侧的后端部；将传感元件和金属壳组装在一起以将传感元件保持在金属壳中，并且使气体感测部和电极部分别从金属壳的前后端突出；将保护盖的前端放置成环绕金属壳的后端部，并且使保护盖的前端的端面抵接金属壳的凸缘部的后端面；以及将保护盖的前端的整个圆周激光焊接到金属壳的凸缘部以在二者之间形成焊接接头，该焊接接头从保护盖的前端的端面延伸到金属壳的凸缘部。

根据本发明的第四方面，提供一种气体传感器的制造方法，该方法包括：设置传感元件、筒状金属壳和筒状保护盖，该传感元件在其前端具有气体感测部，在其后端具有电极部，该金属壳具有凸缘部和位于凸缘部后侧的后端部；将传感元件和金属壳组装在一起以将传感元件保持在金属壳中，并且使气体感测部和电极部分别从金属壳的前后端突出；在使保护盖的前端的端面与金属壳的凸缘部间隔开的状态下，将保护盖的前端放置成环绕金属壳的后端部；并且将保护盖的前端的整个圆周激光焊接到金属壳的后端部以在二者之间形成焊接接头，该焊接接头从保护盖的前端的端面延伸到金属壳的后端部。

从下面的说明中，本发明的其它目的和特征也将变得容易理解。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的气体传感器的剖视图。

图2是根据本发明的第一实施例的气体传感器的部分A的放大剖视图。

图3是如何制造根据本发明的第一实施例的气体传感器的示意图。

图4是根据本发明的第二实施例的气体传感器的一部分的放大剖视图。

图5是如何制造根据本发明的第二实施例的气体传感器的示意图。

图6是根据本发明的第三实施例的气体传感器的一部分的放大剖视图。

图7是如何制造根据本发明的第三实施例的气体传感器的示意图。

图8是根据本发明的第四实施例的气体传感器的一部分的放大剖视图。

具体实施方式

下面将借助于以下第一至第四实施例说明本发明，其中，用相同的附图标记表示相同的部件和部分，并且省略其说明。这里，本发明的第一至第四实施例具体指的是自动车用氧气传感器1、101、201和301，但是本发明也可以适用于如NOx传感器和HC传感器等其它类型的气体传感器。

第一实施例

氧气传感器1被安装在车辆的排气管上，以检测排气中的氧气(O₂)的浓度，并且响应排气中的氧气浓度产生检测信号(电流信号)。借助于例子，气体传感器1被设计成所谓的通用排气氧气传感器，用于基于排气中的氧气浓度检测排气中的空燃比。当空燃比相对于理论配比的空燃比水平位于稀范围时，通用排气氧气传感器的检测信号与氧气的剩余量对应。当空燃比位于浓范围时，通用排气氧气传感器的检测信号与使未燃烧气体完全燃烧所需的氧气量对应。气体传感器1的检测信号被传递到传感器控制装置，使得传感器控制装置基于气体传感器1的检测信号确定排气的空燃比，并且将排气空燃比输出到ECU(电子控制单元)，用于空/燃比反馈控制。

如图1和图2所示，气体传感器1包括传感元件10、凸缘24、金属壳50、分离器60、金属固定件70、前后保护盖8和65以及导线64。

传感元件10具有沿气体传感器1的轴线O方向延伸的长板状，并且在其前端包括暴露于排气管内部的排气以检测排气中的氧气浓度的气体感测部11。为了保护气体感测部11不被排气污染，在气体感测部11的外表面形成保护层15。

在第一实施例中，虽然在图中没有具体示出，传感元件10由用于检测排气中的氧气浓度的传感体和用于通过加热能够较早激活传感体的加热器构成。传感体和加热器沿传感元件10的厚度方向(图1中的水平方向)层叠在一起而形成一体。传感体包含主要由氧化锆制成的固体电解质部件和主要由铂制成并且布置在气体感测部11中的传感器电极。加热器包含加热部件和加热器电极。作为选择，传感元件10可以不具有加热器，从而传感元件10指的是传感体本身。

传感元件10还包括：形成在其后端的的电极部12，该电极部12具有引出传感器电极和加热器电极的5个电极片16，用于传感器电压和检测信号的输出；以及位于气体感测部11和电极部12之间的中央部13。(注意，为简便起见，图1中仅示出5个电极片16中的两个。)

凸缘24被环绕传感元件10的中央部13的前侧周围一体地安装，使得借助于凸缘24将传感元件10保持在金属壳50中。

在第一实施例中，凸缘24包括金属杯20、由氧化铝制成的陶瓷环21和由滑石粉末制成的密封材料22。金属杯20为带有锥状外侧底部边缘23和底部孔25的带底的筒状，使得传感元件10以气体感测部11从底部孔25中突出的状态被插入在金属杯20中。陶瓷环21被放置在金属杯20的底部并且环绕传感元件10。密封材料22被压到金属杯20中，使得金属杯20、陶瓷环21和密封材料22一体形成为单件。

金属壳50由如SUS 430等低碳钢制成，并且被固定到排气管，从而将气体传感器1安装在排气管上。金属壳50为带有轴向通孔58的筒状形状，用于与凸缘24一起在其中保持传感元件10的中央部13，并且使传感元件10的气体感测部11和电极部12分别从金属壳50的前后端突出。面朝后的台阶54形成在通孔58的内周壁上，以在其上支撑金属杯20的前侧外部边缘23。

金属壳50在其外周面上包括外螺纹部51、工具卡合部52以及前后盖接合部56和57。外螺纹部51形成在金属壳50的环绕与内部台阶54对应的位置的外周面的前侧，以被螺纹连接到排气管中。工具卡合部52(作为凸缘部)通过金属壳50的外周面的中央径向向外突出，以使其与传感器安装工具卡合。前盖接合部56形成在外螺纹部51的前侧，以与保护盖8接合，而后盖接合部57(作为后端部)形成在工具卡合部52的后侧，以与后保护盖65接合。

在第一实施例中，如图2中的点划线所示，后盖接合部57包括筒状部571和具有比筒状部571的直径小的直径的小直径筒状部572，在这两个筒状部571和572之间限定面朝后的台阶574(即筒状部571的后端面)。台阶574的径向尺寸与保护盖65的厚度大致相同。

垫圈55被环绕金属壳50的位于外螺纹部51的后端和工具卡合部52的前端之间的位置装配。当气体传感器1被安装在排气管上时，垫圈55被保持在排气管和工具卡合部52之间，并且提供抵抗从气体传感器1和排气管之间的气体泄漏的密封。此外，由滑石粉末制成的密封材料26被放置在金属壳50中，并且环绕凸缘24的后侧的传感元件10。筒状套筒27也被放置在金属壳50中，并且环绕传感元件10，并且从后向下保持密封材料26。

金属壳50还包括弯边部53，通过将盖接合部57的后侧的金属壳50弯边到套筒27的台阶状的后肩端部28上以将传感元件10保持在金属壳50中而形成该弯边部53。环状填料29布置在金属壳50的弯边部53和套筒57的肩端部28之间，并且提供抵抗通过金属壳50的弯边部53的燃烧气体泄漏的密封。

分离器60由筒状绝缘陶瓷形成，并且被环绕传感元件10的电极部12地盖着。5个连接端子61被保持在分离器60的内周面上，并且其一端分别与电极片16电接触(连接)，其另一端分别与导线64电接触(连接)。从而分离器60容纳并保护端子61和电极片16之间以及端子61和导线64之间的电接触。(为了简便起见，图1中仅示出5个连接端子61中的2个以及5根导线64中的三根。)

后保护盖65由如SUS 304等不锈钢制成，并且在其前端66处被接合到金属壳50，以在其中覆盖和保护传感元件10的电极部12和分离器60。

更具体地，保护盖65的前端66的整个圆周通过焊接接头99被装配和接合到金属壳50的盖接合部57上，而使保护盖65的前端66的内周面68面对盖接合部57的小直径部572的外周面573并且使保护盖65的前端66的端面69抵接盖接合部57的台阶574。(在下文中，如图2中的箭头B所示，保护盖65的前端面69抵接盖接合部57的台阶574的轴向位置，即，保护盖65的前端面69与盖接合部57的台阶574之间的轴向界面被称作盖-壳抵接位置或盖-壳界面。)

焊接接头99由激光焊接形成，以从保护盖65的前端面69延伸到金属壳50的盖接合部57(特别是筒状部571)。即使保护盖65的前端66的内周面68和金属壳50的盖接合部57的外周面573之间存在窄的间隙，也能由焊接接头99密封该窄的圆周间隙，并且将该间隙与外部切断。当传感器1在使用过程中变湿时，焊接接头99防止水渗透和集聚到金属壳50和保护盖65之间的圆周间隙中，从而水不能与焊接接头99长时间地接触。如图2所示，焊接接头99暴露于盖接合部57的筒状部571的外周面周围的外部。水可能附着到焊接接头99的该露出的开口圆周区域。然而，与传统焊接接头相比，焊接接头99的露出的圆周区域较大。由此，水可以容易地从焊接接头99的露出的圆周区域蒸发到外部大气。因此，第一实施例可以保护焊接接头99不会由于长时间与水接触而腐蚀。在激光焊接的情况下，还可以通过保护盖65的内周面68与金属壳50的外周面573的接合以及保护盖65的前端面69与金属壳50的台阶574的接合使保护盖65容易地定位并且初步固定到金属壳50上。

通过将如已知的LAG层束等激光束从保护盖65的外部沿整个圆周照射到盖-壳抵接位置及其附近来进行激光焊接。保护盖65的前端66和金属壳50的盖接合部57的激光照射区域被熔化，使得熔化成份被混合以形成焊接接头99。只要焊接接头99从保护盖65的前端面69延伸到金属壳50的盖接合部57，并且密封金属壳50和保护盖65之间的间隙，激光束的照射位置就可以相对于盖-壳抵接位置向金属壳50侧或保护盖65侧倾斜。然而，当激光束沿与传感器轴线O方向垂直的方向照射到盖-壳抵接位置及其附近时，保护盖65的前端66和金属壳50的盖接合部57可以被均等熔化以形成焊接接头99，用于确保金属壳50和保护盖65之间的间隙的密封。

在第一实施例中，如图2所示，焊接接头99优选具有至少比保护盖65的厚度D大的焊透深度C(即，沿传感器1的径向的尺寸)。更优选地，焊接接头99的焊透深度C是保护盖65的厚度D的两倍以上。在焊接过程中，可以通过调节激光输出来控制焊接接头99的焊透深度C。通过该焊接控制，保护盖65的前端66和金属壳50的盖接合部57被适当地熔化并混合以形成具有增强的强度的焊接接头99，用于进一步确保金属壳50和保护盖65之间的间隙的密封。

此外，在第一实施例中，焊接接头99的前端位于沿轴向离开金属壳50的工具卡合部52的后端1mm以上(例如3mm)的距离E处。通过该位置控制，激光束可以容易地照射到盖-壳抵接位置上。如果在焊接接头99和工具卡合部52之间的距离E小于1mm，则激光束的照射位置离工具卡合部52太近。从而，在没有激光束落在工具卡合部52上的情况下，激光束难以从与传感器轴线O方向垂直的方向照射到盖-壳抵接位置。如果激光照射时激光束落在工具卡合部52上，则金属壳50和保护盖65难以均等熔化。而且，焊接接头99可导致难看的成品(finish)。在该情况下，产生调节激光束照射角度和/或增加激光照射准确性的需求。

激光焊接之前，保护盖65的前端66的整个圆周和金属壳50的盖接合部57被径向向内弯边以形成环状弯边部67，该弯边部67从保护盖65的前端面69跨到金属壳50的盖接合部57的筒状部571的盖-壳抵接位置，如图2所示。通过形成该弯边部67，保护盖65的前端66被定位并且初步固定在金属壳50的盖接合部57上，从而防止焊接过程中保护盖65相对于金属壳50的位移。从而，可以通过激光束的照射容易且可靠地形成焊接接头99。

金属固定件70被布置在分离器60和保护盖65之间，以通过将分离器60的凸缘部62接合在金属固定件70的向内弯曲的后端部71上来支撑分离器60。通过将保护盖65弯边到金属固定件70上使金属固定件70和分离器60在保护盖65中保持在一起。

在向前推氟橡胶套环75的同时，通过将保护盖65的后端弯边到套环75上来将氟橡胶套环75固定在保护盖65的后端。此外，5个导线插入孔76形成在套环75中，使得导线64分别密封地通过导线插入孔76，并且被引导到气体传感器1的外部。

前保护盖8在其后端被接合到金属壳50的盖接合部56，以覆盖传感元件10的气体感测部11并且保护其中的气体感测部11不被任何排气沉淀(例如，燃油灰或油成分)污损、不受热冲击以及不被水折损(breaking)。

在第一实施例中，如图1所示，保护盖8具有由外部盖构件80和内部盖构件90构成的双重结构，该内部盖构件90被放置在外部盖构件80中，并且在内部盖构件90的外周面和外部盖构件80的内周面之间留有间隙。

内部盖构件90为带有周壁92和前底壁93的带底的筒状形状。多个气体导入孔95形成在周壁92的后侧中，而多个排水孔96位于周壁92的前侧中。排出孔97形成在底壁93中。通过环绕金属壳50的盖接合部56接合内部盖构件90的后开口端91、然后沿圆周将内部盖构件90的后端91激光焊接到金属壳50的盖接合部56来将内部盖构件90固定到金属壳50。

外部盖构件80为带有周壁82的筒状形状。多个气体导入孔85形成于周壁82的前侧中。通过环绕内部盖构件90的后端91接合外部盖构件80的后端81、并且沿圆周将外部盖构件80的后端81点焊到内部盖构件90的后端91，从而经由内部盖构件90将外部盖构件80固定到金属壳50上。外部盖构件80的前端83朝内弯曲并且与内部盖构件90的周壁92接触，从而闭合在外部盖构件80和内部盖构件90之间的间隙。

当排气通过外部气体导入孔85被导入到外部盖构件80中时，在盖构件80和90之间的间隙内发生排气漩涡。由于该漩涡，水(水分)和任何沉淀成分与排气分离。此后，排气通过内部气体导入孔95被导入到内部盖构件90中，向传感元件10的气体感测部11流动，然后，通过排出孔97排到外部。被分离的水和沉淀成分通过排水孔96被供给到内部保护盖90，并且通过排出孔97排到外部。这样，双重结构的保护盖8实现保护传感元件10的气体感测部11不会被排气的沉淀污损、不受热冲击、以及不会被水折损。

作为选择，前保护盖8可以与后保护盖65相同的方式接合到金属壳50的盖接合部56。当气体传感器1被安装在排气管上时，前保护盖8位于排气管的内部。与位于排气管的外部的后保护盖65相比，在气体传感器1的使用过程中，前保护盖8暴露于排气管内部的高温排气(例如800℃)。在该高温条件下，如果水进入金属壳50和前保护盖8之间的间隙中，则水容易蒸发。从而，可以通过在金属壳50和前保护盖8上扩散焊接接头更有效地防止金属壳50和前保护盖8之间的焊接接头的腐蚀。

可以如下制造上述气体传感器1。这里注意，下面的说明将集中在金属壳50和保护盖65的接合。其它传感器部件的制造过程是众所周知的，因此，将不说明或简要说明其它传感器部件的制造过程。

在金属壳形成过程中，金属壳50由以下步骤形成：用冷锻机对低碳钢管进行锻造(例如，挤出)，用切割机成形钢管的内外周面以形成工具卡合部52、盖接合部56和57、以及通孔58等，然后，用部件滚轧模具(component rolling die)处理钢管以形成外螺纹部51。

另一方面，通过烧结未烧成的传感体(固体电解质部件、电极和绝缘体)和未烧成的加热器主体的层叠体来形成传感元件10。然后，将保护层15涂布到传感元件10的气体感测部11。

在组装过程中，金属杯20、陶瓷环21和密封材料22从感测元件10的中央部13的后侧装配到前侧。在该状态下，当密封材料22压靠陶瓷环21并且被压紧在金属杯20中时，金属杯20、陶瓷环21和密封材料22一体形成为凸缘24。此外，前保护盖8被接合到金属壳50的盖接合部56。传感元件10和凸缘24的副组件被放置在金属壳50的轴向通孔68中。此外，密封材料26、套筒27和填料29从后端进一步装配到传感元件10上。金属壳50被弯边到套筒27上以将密封材料26压紧在金属壳50和传感元件10之间的间隙中，由此将传感元件10保持在金属壳50中。此外，后保护盖65由筒状形状的不锈钢形成。通过使保护盖65的后端径向向内弯边来将连接端子61连接到导线6的分离器60、金属固定件70和套环75一起固定在保护盖65中。

在盖放置过程中，保护盖65的前端66被环绕金属壳50的盖接合部57的小直径部572装配和放置。此时，如上所述，保护盖65的前端面69抵接盖接合部57的台阶574，保护盖65的前端66的内周面68面对盖接合部57的小直径部572的外周面573。

在弯边过程中，如图3中的箭头M所示，在盖-壳抵接界面周围，保护盖65的前端66的整个圆周和金属壳50的盖接合部57的筒状部571径向向内弯边以形成弯边部67，用于将保护盖65初步固定到金属壳50。

在焊接过程中，如箭头L所示，激光束沿与传感器轴线O方向垂直的方向照射到盖-壳抵接界面及其附近。在激光照射下，焊接接头99被形成为从保护盖65的前端面69跨到金属壳50的筒状部571。在形成焊接接头99时完成气体传感器1。

如上所述，可以容易且高效地制造在金属壳50和保护盖65之间具有耐腐蚀性焊接接头99的气体传感器1。

第二实施例

如图4和图5所示，除了气体传感器101具有由不同的接头结构接合在一起的金属壳150和后保护盖165之外，第二实施例的气体传感器101在结构上与第一实施例的气体传感器1类似。

金属壳150具有工具卡合部152(作为凸缘部)，以及位于工具卡合部152后侧的后盖接合部157(作为后端部)。如图4所示，在金属壳150的盖接合部157上未形成台阶。

保护盖165具有通过焊接接头199接合到金属壳150以覆盖和保护其中的传感元件10的电极部12的前端166。在第二实施例中，如图4中的点划线所示，保护盖165的前端166具有以下内径和长度：前端166的内周面168与金属壳150的盖接合部157的外周面158配合，保护盖165的前端166的端面169抵接金属壳150的工具卡合部152的后端面159。

对于气体传感器101的制造，如第一实施例的情况那样，在金属壳形成过程中形成金属壳150，在组装过程中，金属壳150与保护盖8和感测元件10等组装。此外，保护盖165与分离器60和套环(grommet)75等组装。

在盖放置过程中，如图5所示，通过保护盖165的前端166的内周面168与金属壳150的盖接合部157的外周面158的接合，以及通过保护盖165的前端面169与金属壳150的工具卡合部152的后端面159的接合，将保护盖165的前端166环绕金属壳150的盖接合部157装配和放置。

在随后的焊接过程中，如图5中的箭头L所示，通过沿整个圆周从保护盖165的前端面169激光焊接到金属壳150的工具卡合部152而形成焊接接头199，用于防止水进入金属壳150和保护盖165之间的间隙。

因此，在第二实施例中，如第一实施例的情况那样，可以保护焊接接头199不会受到由焊接接头199长时间与水接触引起的腐蚀。

在第二实施例中，激光束优选相对于与传感器轴线O方向垂直的方向从后侧照射到盖-壳抵接位置(界面)及其附近。保护盖165的前端166(包括前端面169)和金属壳150的工具卡合部152的激光照射区域可以均等地熔化以形成焊接接头199，用于确保金属壳150的外周面158和保护盖165的内周面168之间的间隙的密封。在该激光照射下，如图4所示，得到的焊接接头199随着靠近传感器轴线O而朝前延伸，并且深深地到达金属壳150的内部，用于增加接合强度。

此外，焊接接头199的露出的外周区域优选被弯曲成如图4所示的半月形等凹状，使得焊接接头199可以得到足够的厚度以闭合金属壳150和保护盖165之间的间隙的开口，用于确保金属壳150和保护盖165之间的间隙的密封。

为了进一步改进接合强度，如第一实施例的情况那样，在焊接过程中，通过调节激光输出使焊接接头199的焊透深度C至少比保护盖165的厚度D大。

第三实施例

如图6和图7所示，除了气体传感器201具有由不同的接头结构接合在一起的金属壳150和后保护盖265之外，第三实施例的气体传感器201在结构上与第二实施例的气体传感器101类似。

对于第二和第三实施例，金属壳150是通用的。也就是说，金属壳150具有工具卡合部152(作为凸缘部)、以及在工具卡合部152后侧没有形成台阶的后盖接合部157(作为后端部)。

保护盖265具有通过焊接接头299接合到金属壳150的前端266，以覆盖和保护其中的传感元件10的电极部12。如图6所示，保护盖265的内径大致等于保护盖165的内径，而长度比保护盖165的长度短，以使保护盖265的前端面269与金属壳150的工具卡部152间隔开。

对于气体传感器201的制造，如第一和第二实施例的情况那样，在金属壳形成过程中形成金属壳150，在组装过程中，金属壳150与保护盖8和感测元件10等组装。此外，保护盖265与分离器60和套环75等组装。

在盖放置过程中，通过保护盖265的前端266的内周面268与金属壳150的盖接合部157的外周面158的接合将保护盖265的前端266环绕金属壳150的盖接合部157放置。此时，如上所述，由于保护盖265的长度较短，因此，保护盖265的前端266的前端面269与金属壳150的工具卡合部152的后端面159间隔开。

在随后的焊接过程中，如图7中的箭头L所示，通过沿整个圆周从保护盖265的前端面269激光焊接到金属壳150的盖接合部157而形成焊接接头299，用于防止水进入金属壳150和保护盖265之间的间隙。

因此，在第三实施例中，如第一和第二实施例的情况那样，可以保护焊接接头299不会受到由焊接接头299长时间与水接触引起的腐蚀。

在第三实施例中，激光束优选相对于与传感器轴线O方向垂直的方向从前侧照射到盖-壳抵接位置(界面)及其附近。保护盖265的前端266(包括前端面269)和金属壳150的盖接合部157的激光照射区域可以均等地熔化以形成焊接接头299，用于确保金属壳150的外周面158和保护盖265的内周面268之间的间隙的密封。在该激光照射下，如图6所示，得到的焊接接头299随着靠近传感器轴线O而朝后延伸，并且深深地到达金属壳150的内部，用于增加接合强度。

此外，焊接接头299的露出的外周区域优选被弯曲成如图6所示的半月形等凹状，使得焊接接头299可以得到足够的厚度以闭合金属壳150和保护盖265之间的间隙的开口，用于确保金属壳150和保护盖265之间的间隙的密封。

为了进一步改进接合强度，如第一和第二实施例的情况那样，在焊接过程中，通过调节激光输出使焊接接头299的焊透深度C至少比保护盖265的厚度D大。

第四实施例

如图8所示，除了气体传感器301具有由不同的接头结构接合在一起的金属壳150和后保护盖365之外，第四实施例的气体传感器301在结构上与第二实施例的气体传感器101类似。

对于第二、第三和第四实施例，金属壳150是通用的。也就是说，金属壳150具有工具卡合部152(作为凸缘部)、以及没有形成台阶的后盖接合部157(作为后端部)。

保护盖365具有通过焊接接头399接合到金属壳150的前端366，以覆盖和保护其中的传感元件10的电极部12。如图8所示，虽然保护盖365的内径和长度大致等于保护盖165的内径和长度，径向向外突出的大直径部330形成在保护盖365的前端366的前缘。从而，通过保护盖365的前端366的内周面368与金属壳150的盖接合部157的外周面158的接合、以及通过保护盖365的大直径部330的前端面331与金属壳150的工具卡合部152的后端面159的接合，将保护盖365的前端366放置在金属壳150的盖接合部157周围。此时，保护盖365的大直径部330的径向向外的端面369被定位在金属壳150的工具卡合部152的后端面159上，使得保护盖365的径向向外的端面369和金属壳150的工具卡合部152的后端面159之间的抵接界面向后宽开口。通过将激光束照射到该盖-壳抵接界面，沿整个圆周从保护盖365的径向向外的端面369到金属壳150的工具卡合部152形成焊接接头399，用于防止水进入金属壳150的外周面158和保护盖365的内周面368之间的间隙。

因此，在第四实施例中，如第一至第三实施例的情况那样，可以保护焊接接头399不会受到由焊接接头399长时间与水接触引起的腐蚀。

在第四实施例中，只要保护盖365的前端366(包括径向向外的端面369)和金属壳150的工具卡合部152可以适当地熔化以从保护盖365的径向向外的端面369到金属壳150的工具卡合部152形成焊接接头399，激光束就可以沿传感器轴线O方向照射到盖-壳抵接位置(界面)。然而，如第二实施例的情况那样，如图8所示，激光束优选照射到盖-壳抵接位置(界面)及其附近，使得得到的焊接接头399随着靠近传感器轴线O而朝前延伸，并且深深地到达金属壳150的内部，用于增加接合强度。此外，与第一至第三实施例的情况一样，焊接接头399的露出的外周区域优选被弯曲成如图8所示的半月形等凹状，使得焊接接头399可以得到足够的厚度以闭合金属壳150和保护盖365之间的间隙的开口，用于确保金属壳150和保护盖365之间的间隙的密封。为了进一步改进接合强度，如第一至第三实施例的情况那样，在焊接过程中，通过调节激光输出使焊接接头399的焊透深度至少比保护盖365的厚度大。

在激光焊接之前，可通过电阻焊接将保护盖365的大直径部330的前端面331和金属壳150的工具卡合部152的后端面159接合在一起。这使得可以密封保护盖365的大直径部330的前端面331和金属壳150的工具卡合部152的后端面159之间的间隙，由此完全防止水进入金属壳150的外周面158和保护盖365的内周面368之间的间隙。这也使得可以将保护盖365的大直径部330的径向向外的端面369定位(初步固定)在金属壳150的工具卡合部152的后端面159上，从而可以通过激光焊接容易可靠地形成焊接接头399。

日本专利申请No.2007-123106(2007年5月8日提交)和No.2008-029567(2008年2月8日提交)的全部内容通过引用包含于此。

尽管已经参照以上特定实施例说明了本发明，但是本发明并不限于这些典型实施例。根据以上示教，本领域技术人员可以对上述实施例进行各种变形和修改。

例如，在第一实施例中，金属壳50的盖接合部57和工具卡合部52不必彼此邻近地布置。可以以可变形部变形以分散由弯边部53的形成而引起的反作用力并且将弯边部53保持在适当的弯边状态的方式在金属壳50的盖接合部57和工具卡合部52之间形成可变形部。在第二至第四实施例中，还可以在金属壳150中形成该可变形部。

在第一实施例中，虽然保护盖65的前端面69保持与金属壳50的台阶574接触，但是作为选择，保护盖65的前端面69和金属壳50的台阶574可彼此间隔开。

如第一实施例的情况一样，在第二至第四实施例中，可在盖放置过程和焊接过程之间进行弯边过程，以将保护盖165、265、365的前端166、266、366弯边到金属壳150上，用于初步固定保护盖165、265、365。此外，在第一实施例中，不必为了将保护盖65初步固定到金属壳150而进行弯边过程。可以通过以保护盖65的前端66与金属壳50的盖接合部57装配并且不容易与金属壳50的盖接合部57分开的方式调节保护盖65的内径和金属壳50(特别地，小直径部572)的外径来将保护盖65装配到金属壳50上。

本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (22)

1.一种气体传感器，其包括：

传感元件，其沿所述气体传感器的轴向延伸，并且在其前端具有气体感测部，在其后端具有电极部；

筒状金属壳，其在其中保持所述传感元件，并且使所述气体感测部和所述电极部分别从金属壳的前端和后端突出，所述金属壳具有凸缘部和位于所述凸缘部后侧的后端部；

筒状保护盖，其具有装配到所述金属壳的所述后端部上以覆盖所述电极部的前端；以及

焊接接头，所述保护盖的所述前端的整个圆周通过该焊接接头接合到所述金属壳，

其中，所述焊接接头从所述保护盖的所述前端的端面延伸到所述金属壳。

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述金属壳的所述后端部包括第一筒状部和第二筒状部，所述第二筒状部位于所述第一筒状部的后侧，并且直径比所述第一筒状部的直径小；所述保护盖的所述前端被环绕所述金属壳的所述后端部的所述第二筒状部地布置；沿圆周形成所述焊接接头，使所述焊接接头从所述保护盖的所述前端的端面延伸到所述金属壳的所述后端部的所述第一筒状部。

3.根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，所述焊接接头的焊透深度比所述保护盖的厚度大。

4.根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，所述焊接接头的焊透深度是所述保护盖的厚度的两倍以上。

5.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述焊接接头的前端位于距所述金属壳的所述凸缘部的后端1mm以上的位置处。

6.根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，所述保护盖的所述前端的整个圆周和所述金属壳的所述后端部被径向向内弯边以形成从所述保护盖的所述前端的端面跨到所述金属壳的所述后端部的所述第一筒状部的弯边部。

7.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，沿圆周形成所述焊接接头，使所述焊接接头从所述保护盖的所述前端的端面延伸到所述金属壳的所述凸缘部。

8.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，所述保护盖的所述前端在其前缘包括大直径部；沿圆周形成所述焊接接头，使所述焊接接头从所述保护盖的所述前端的所述大直径部延伸到所述金属壳的所述凸缘部。

9.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，所述焊接接头随着靠近所述气体传感器的轴线而朝前延伸。

10.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，所述焊接接头的焊透深度比所述保护盖的厚度大。

11.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，所述焊接接头的外周区域被弯曲成凹状。

12.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述保护盖的所述前端被环绕所述金属壳的所述后端部地放置，并且与所述金属壳的所述凸缘部间隔开；沿圆周形成所述焊接接头，使所述焊接接头从所述保护盖的所述前端的端面延伸到所述金属壳的所述后端部。

13.根据权利要求12所述的气体传感器，其特征在于，所述焊接接头随着靠近所述气体传感器的轴线而朝后延伸。

14.根据权利要求12所述的气体传感器，其特征在于，所述焊接接头的焊透深度比所述保护盖的厚度大。

15.根据权利要求12所述的气体传感器，其特征在于，所述焊接接头的外周区域被弯曲成凹状。

16.一种气体传感器的制造方法，其包括：

设置传感元件、筒状金属壳和筒状保护盖，所述传感元件在其前端具有气体感测部，在其后端具有电极部，所述金属壳具有凸缘部和位于所述凸缘部后侧的后端部，并且包括第一筒状部和第二筒状部，所述第二筒状部位于所述第一筒状部的后侧，并且直径比所述第一筒状部的直径小；

将所述传感元件和所述金属壳组装在一起以将所述传感元件保持在所述金属壳中，并且使所述气体感测部和所述电极部分别从所述金属壳的前后端突出；

将所述保护盖的前端放置成环绕所述金属壳的所述后端部的所述第二筒状部，并且使所述保护盖的所述前端的端面抵接所述金属壳的所述后端部的所述第一筒状部的后端面；以及

将所述保护盖的所述前端的整个圆周激光焊接到所述金属壳的所述后端部的所述第一筒状部以在二者之间形成焊接接头，所述焊接接头从所述保护盖的所述前端的端面延伸到所述金属壳的所述后端部的所述第一筒状部。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，以所述焊接接头的焊透深度比所述保护盖的厚度大的方式进行所述激光焊接。

18.根据权利要求16所述的方法，该方法还包括：在所述放置之后和所述激光焊接之前，使所述保护盖的所述前端的整个圆周和所述金属壳的所述后端部径向向内弯边以形成从所述保护盖的所述前端的端面跨到所述金属壳的所述后端部的所述第一筒状部的弯边部。

19.一种气体传感器的制造方法，其包括：

设置传感元件、筒状金属壳和筒状保护盖，所述传感元件在其前端具有气体感测部，在其后端具有电极部，所述金属壳具有凸缘部和位于所述凸缘部后侧的后端部；

将所述传感元件和所述金属壳组装在一起以将所述传感元件保持在所述金属壳中，并且使所述气体感测部和所述电极部分别从所述金属壳的前后端突出；

将所述保护盖的前端放置成环绕所述金属壳的所述后端部，并且使所述保护盖的所述前端的端面抵接所述金属壳的所述凸缘部的后端面；以及

将所述保护盖的所述前端的整个圆周激光焊接到所述金属壳的所述凸缘部以在二者之间形成焊接接头，所述焊接接头从所述保护盖的所述前端的端面延伸到所述金属壳的所述凸缘部。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，以所述焊接接头的外周区域被弯曲成凹状的方式进行所述激光焊接。

21.一种气体传感器的制造方法，其包括：

设置传感元件、筒状金属壳和筒状保护盖，所述传感元件在其前端具有气体感测部，在其后端具有电极部，所述金属壳具有凸缘部和位于所述凸缘部后侧的后端部；

将所述传感元件和所述金属壳组装在一起以将所述传感元件保持在所述金属壳中，并且使所述气体感测部和所述电极部分别从所述金属壳的前后端突出；

在使所述保护盖的所述前端的端面与所述金属壳的所述凸缘部间隔开的状态下，将所述保护盖的前端放置成环绕所述金属壳的所述后端部；以及

将所述保护盖的所述前端的整个圆周激光焊接到所述金属壳的所述后端部以在二者之间形成焊接接头，所述焊接接头从所述保护盖的所述前端的端面延伸到所述金属壳的所述后端部。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，以所述焊接接头的外周区域被弯曲成凹状的方式进行所述激光焊接。

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