CN1823271A - 气体传感器及其制造方法 - Google Patents

气体传感器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1823271A
CN1823271A CNA2004800199950A CN200480019995A CN1823271A CN 1823271 A CN1823271 A CN 1823271A CN A2004800199950 A CNA2004800199950 A CN A2004800199950A CN 200480019995 A CN200480019995 A CN 200480019995A CN 1823271 A CN1823271 A CN 1823271A
Authority
CN
China
Prior art keywords
filler
circumferential surface
metal shell
detecting element
gas detecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2004800199950A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100588963C (zh
Inventor
西尾久治
中尾敬
神前和裕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Publication of CN1823271A publication Critical patent/CN1823271A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100588963C publication Critical patent/CN100588963C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4078—Means for sealing the sensor element in a housing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49007—Indicating transducer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49169—Assembling electrical component directly to terminal or elongated conductor

Abstract

提供一种气体传感器，该气体传感器能抑制例如气体检测元件的要固定的部件的位置移动，同时也提供一种制造该气体传感器的方法。气体传感器101包括气体检测元件(111)、金属外壳(131)、板填料(157)和第一填料(159)。气体传感器(111)的突起的近端表面(113t2)和金属外壳(131)的中央内部圆周表面(135n)形成锐角间隙(120)。具有楔形横截面的第一填料(159)设置在间隙(120)里，使得第一填料(159)被压靠在气体传感器(111)的突起的近端表面(113t2)和金属外壳(131)的中央内部圆周表面(135n)上。

Description

气体传感器及其制造方法
发明领域
本发明涉及一种用于在要测量的气体中装的检测一定气体的气体传感器，同时还涉及制造该气体传感器的方法。更具体地讲，本发明涉及一种如此设置的气体传感器，即例如闭合底部的管状气体检测元件或者元件支架的要固定的部件固定在管状金属外壳里，同时还涉及一种至少该气体传感器的方法。
背景技术
传统上公知的气体传感器是如此设置的，即闭合底部的管状气体检测元件(要固定的部件)固定在管状金属外壳里。图13示出了这样的气体传感器的一个实例，其示出了气体传感器的部分横截面。图13中示出的气体传感器901是一个氧气传感器，其连接到内燃机排气管上并适合于测量在废气中的氧气浓度。该气体传感器901包括闭合底部的管状气体检测元件911和管状金属外壳931，上述管状气体检测元件911沿着轴C的方向的远端(在图13中是下端)是闭合的，上述管状金属外壳931同轴地固定着其内的所述气体检测元件。
气体检测元件911包括突起913，该突起913在气体检测元件911的中心部分处相对于轴C的方向沿着圆周形成并沿着径向向外突起。所述突起913具有第一锥形外圆周表面913t1、第二锥形外圆周表面913t2以及中央外圆柱表面913m，上述第一锥形外圆周表面913t1(也称为“远端表面”)位于它的远端，并且第一锥形外圆周表面913t1的直径从它的远端侧朝向它的近端侧是增大的，上述第二锥形外圆周表面913t2(也称为“近端表面”)位于它的近端上，并且第二锥形外圆周表面913t2的直径从它的近端侧朝向它的远端侧是增大的，上述中央外圆柱表面913m在以上两者之间延伸。气体检测元件911由传导氧离子固体电解质形成。气体检测元件911具有内部电极915和外部电极917，内部电极915包盖在内部圆周表面911n上，外部电极917包盖在外部圆周表面911m上。
金属外壳931包括远端区域933(在图13中是下面区域)、中央区域935以及近端区域937(在图13中是上面区域)。其壁是内部圆周表面931n的通孔延伸通过金属外壳931，并且它的直径从朝向近端的侧面到朝向远端的侧面是减小的。
远端区域933具有内部圆周表面933n和外螺纹部分933g，上述内部圆周表面933n具有较小的直径，上述外螺纹部分933g形成在它的外部圆周上并适合于将气体传感器901连接到废气管道。保护盖951连接到远端区域933的远端部分，其目的是为了保护气体检测元件911的远端区域。保护盖951取闭合底部的管状形状，并且具有许多气体引入孔951k，用于将废气从废气管道引入到气体传感器901的内部。垫圈953连接到远端区域933的近端部分。
中央区域935包括台阶部分935b、管状部分935c，上述台阶部分935b具有锥形内部圆周表面935t1(也称为“支撑表面”)，上述台阶部分935b与远端区域933的内部圆周表面933n相连，并且其直径朝向气体传感器的近端侧而增大；上述管状部分935c具有中央内部圆周表面935n，管状部分935c与圆锥内部圆周表面935t1相连，并且其直径大于内部圆周表面933n的直径。中央区域935的径向向外部分形成了六边形法兰部分(工具接合部分)935r，该六边形法兰部分935r用于将气体传感器901连接到废气管道。
近端区域937具有内部圆周表面937n，内部圆周表面937n与中央区域935的中央内部圆周表面935n相连，并且内部圆周表面937n的直径大于中央内部圆周表面935n的直径。
金属环形板填料957设置在金属外壳931的中央区域935的圆锥内部圆周表面935t1上。气体检测元件911的突起913的第一锥形外部圆周表面913t1抵靠板填料957，气体测定元件911同轴地插入到金属外壳931里。换言之，金属外壳931的中央区域935的台阶部分935b和气体检测元件911的突起913通过板填料957接合起来。因为外部电极917也形成在突起913上，所以气体检测元件911的金属外壳931和外部电极917通过板填料957电连接起来。
C型第一线填料959如此设置，使得其抵靠着插入的气体检测元件911的突起913的第二锥形外部圆周表面913t2和金属外壳931的内部圆周表面931n(近端区域937的内部圆周表面937n)。
在相对于第一线填料959的朝向气体传感器的近端的区域里，对设置在气体检测元件911的近端部分的外部圆周表面911m和金属外壳931的内部圆周表面931n(近端区域937的内部圆周表面937n)之间的环形间隙填入粉末，从而形成填充密封层961。
在相对于填充密封层961的朝向气体传感器的近端的区域里，套筒971的远端区域973插入到环形间隙里，上述环形间隙设置在气体检测元件911的外部圆周表面911m和金属外壳931的内部圆周表面931n(近端区域937的内部圆周表面937n)之间。套筒971的远端区域973取形状是沿径向向外突起的圆周突起，并具有锥形外部圆周表面973m，该锥形外部圆周表面973m的直径朝向气体传感器的远端侧增大。C型第二线填料965设置在锥形外部圆周表面973m上。金属外壳931的远端区域937的远端沿径向向内以这样的方式弯曲，使得其覆盖住第二线填料965，从而通过卷曲而压紧第二线填料965。压缩的卷曲作用也沿着轴向压缩了第一线填料959和填充密封层961。结果，第一线填料959被弹性地压缩。由弹性变形引起的弹力在金属外壳931里同轴地固定了气体检测元件911。
元件侧终端981插入到气体检测元件911里，并与气体检测元件911的内部电极915电连接在一起。
涉及以上技术的文件披露在例如专利文件1中。
专利文件1：日本实用新型(kokai)申请号：53-95884
发明内容
本发明要解决的问题
但是，在传统气体传感器901里，通过在金属外壳931上的卷曲才能导致第一线填料959被压紧和弹性变形。由于长期使用气体传感器901，当卷曲松开或者类似的现象发生并且结果引起施加在填充密封层961上的压应力降低时，第一线填料959变得松开，因此气体检测元件911移位，这会对例如检测废气的精度产生不利影响。
另外，当第一线填料959变得松开时，用于形成填充密封层961的粉末颗粒会向着远端侧通过在气体检测元件911的外部圆周表面911m和金属外壳931的内部圆周表面931n之间的间隙泄漏。
此外，在传统气体传感器901里，金属外壳931和气体检测元件911的外部电极917通过板填料957电连接。因此，当卷曲松开或者类似的现象发生并且结果引起施加在填充密封层961上的压应力降低，从而第一线填料959变得松开且气体检测元件911移位时，在板填料957和气体检测元件911(在第一锥形外部圆周表面913t)之间的接触和在板填料957和金属外壳931(锥形内部圆周表面935t1)之间的接触变成了不完全的。结果，在外部电极917和金属外壳931之间的电连接的可靠性被削弱了。当第一线填料959变得松开时，下面的问题也可能产生。用于形成填充密封层961的粉末颗粒通过在气体检测元件911的外部圆周表面911m和金属外壳931的内部圆周表面931n之间的间隙，并到达设置板填料957的区域。所述颗粒进入板填料957和气体检测元件911之间或者板填料957和金属外壳931之间，导致板填料957和气体检测元件911之间或者板填料957和金属外壳931之间之间产生不良电连接。
根据制造传统气体传感器901的方法，在板填料957和气体检测元件911插入到金属外壳931里之后，插入第一线填料959，然后填充粉末。随后，插入套筒971和第二线填料965。对金属外壳931的近端进行卷曲，从而使在金属外壳931里的气体检测元件911处于固定状态。
但是，上述方法会有下面问题。在填充粉末和对金属外壳931进行卷曲之间的时间中，预期要被第一线填料959全部阻止的粉末颗粒通过在气体检测元件911的外部圆周表面911m和金属外壳931的内部圆周表面931n之间的间隙，并到达设置板填料959的区域。所述颗粒进入板填料959和气体检测元件911之间或者板填料959和金属外壳931之间，导致板填料957和气体检测元件911之间或者板填料957和金属外壳931之间产生不良电连接。
鉴于以上所述，本发明的一个目的是提供一种气体传感器，该气体传感器能够更可靠地抑制例如气体检测元件或者元件支架的要固定的部件的位置移动，而且本发明还提供一种制造上述气体传感器的方法。
解决所述问题的方法
该方案的装置是一种气体传感器，其包括：要固定的部件，所述要固定的部件具有远端侧固定表面和近端侧固定表面，上述近端侧固定表面位于相对于远端侧固定表面的近端侧上；管状金属外壳，所述管状金属外壳具有从它的内部圆周表面径向向内突起的台阶部分，并且适合于将要固定的部件固定其中，同时从径向上的外面围绕要固定的部件并通过台阶部分的支撑表面支撑要固定的部件的远端侧固定表面；以及第一填料，所述第一填料抵靠着要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面，其中，第一填料设置在形成于要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面上。
在传统气体传感器中，线填料沿着轴向的方向上以弹性方式变形，从而部分地抵靠着要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面上。与之相比，在本发明的气体传感器里，对应于传统线填料的第一填料设置在形成于要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面上。因此，即使当外部应力施加在第一填料上，第一填料也能将要固定的部件固定在金属外壳里。因此，即使当由于长期使用气体传感器导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料不太可能变得松开。相应地，要固定的部件的位置移动能够被更可靠地抑制。
只要满足了上述要求，对于气体传感器的类型就不必施加具体限制。这样的气体传感器的实例包括氧气传感器、NOx传感器、HC传感器以及CO2传感器。
进一步，语句“金属外壳将要固定的部件固定其中”包括将要固定的部件的整体都固定在金属外壳内部和将要固定的部件的一部分固定在金属外壳内部。
不一定要求第一填料在设置在上述间隙里的填料的整个周长上具有楔形横截面。仅仅要求第一填料在其至少一部分周长上具有楔形横截面。不必要求第一填料在整个横截面上具有楔形形状。仅仅要求第一填料至少在其远端侧部分里具有楔形横截面。
在上述的气体传感器里，优选地，要固定的部件是具有突起的气体检测元件，所述突起包括远端侧固定表面和近端侧固定表面并且径向向外突起，所述气体检测元件取具有闭合的轴向远端的闭合底部的管状形状。
根据本发明，要固定的气体检测元件具有闭合底部的管状形状。因为这个气体检测元件具有突起，并它包括远端侧固定表面和近端侧固定表面并且径向向外突起，所以第一填料被压靠在气体检测元件的突起的近端侧固定表面上，而且也被压靠在金属外壳的内部圆周表面上。在这样的气体传感器里，即使当没有外部应力施加在第一填料上，第一填料也能将气体检测元件固定在金属外壳里。因此，即使当由于长期使用气体传感器导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料也不太可能变得松开。相应地，气体检测元件的位置移动也能够被更可靠地抑制。
优选地，上述气体传感器还包括沿着轴向方向延伸的气体检测元件，其中，要固定的部件是元件支架，该元件支架具有远端侧固定表面、近端侧固定表面以及气体检测元件要经过的开口。
根据本发明，要检测的元件是元件支架，气体检测元件通过该元件支架。因为这个元件支架具有远端侧固定表面和近端侧固定表面，所以第一填料被压靠在元件支架的近端侧固定表面上，而且也被压靠在金属外壳的内部圆周表面上。在这样的气体传感器里，即使当没有外部应力施加在第一填料上，第一填料也能够将元件支架固定在金属外壳里。因此，即使当由于长期使用气体传感器导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料不太可能变得松开。相应地，元件支架的位置移动能够被更可靠地抑制。
上述气体传感器还包括填充密封层，该填充密封层通过将粉末填充进在位于相对于第一填料朝向气体传感器的近端的区域里的气体检测元件的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里而形成。
根据本发明，由粉末形成的填充密封层设置在气体检测元件的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里，从而增强了对气体检测元件和金属外壳之间的间隙的密封效果。
传统气体传感器可能包括如下问题。由于长期使用气体传感器，所以发生卷曲松开或者类似现象。结果，粉末颗粒向远端侧泄漏通过气体检测元件的突起的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙，或者通过元件支架的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙。
但是，在本发明中，第一填料设置在形成于要固定的部件(气体检测元件或者元件支架)的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面上。因此，即使当由于长期使用导致气体传感器卷曲松开或者类似现象发生时，也能够防止粉末颗粒朝向远端侧泄漏通过在气体检测元件的突起的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙，或者通过在元件支架的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙。
在上述气体传感器里，优选地，第一填料通过对已经被插入到要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里的线填料进行轴向压紧以及塑性变形而形成，使得第一填料具有楔形横截面。
根据本发明，第一填料通过对已经被插入到要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里的线填料进行轴向压紧以及塑性变形而形成，使得第一填料具有楔形横截面。因为这样的第一填料由于被高强度地压紧和塑性变形而具有楔形横截面，所以第一线填料被高强度地压靠在要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面上。相应地，要固定的部件和金属外壳能够被高强度地固定在一起。
在上述的气体传感器里，优选地，要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面各自所取的形状，使得在所述间隙的至少远端侧部分里，由近端侧固定表面和内部圆周表面形成的角度朝向远端侧而变小，第一填料设置为延伸到由近端侧固定表面和内部圆周表面形成的角度朝向远端侧变小的间隙的部分。
根据本发明，要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面各自所取的形状，使得在至少所述间隙的远端侧部分里，由近端侧固定表面和内部圆周表面形成的角度朝向远端侧而变小。进一步，第一填料设置为延伸到这样的部分。因此，楔形效果朝向第一填料的远端侧而增大，使得要固定的部件和金属外壳能够被更牢固地固定在一起。
解决方案另一装置是一种气体传感器，包括：气体检测元件，其设定为具有闭合的轴向远端的闭合底部的管状形状，并具有形成在其外部圆周表面上的外部电极，并具有径向向外突起的突起；管状金属外壳，其具有从其内部圆周表面径向向内突起的台阶部分，并且其适合于将气体检测元件固定其中，同时从径向的外面围绕气体检测元件并通过所述台阶部分的支撑表面支撑所述突起的远端表面，所述台阶部分的支撑表面抵靠形成在所述突起的远端表面上的外部电极，从而与所述外部电极电连接；以及第一填料，其抵靠所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上，其中，第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。
在传统气体传感器里，线填料沿着轴向方向弹性变形，从而部分地抵靠气体检测元件的突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。与之对比，在本发明的气体传感器里，对应于传统的线填料的第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。因此，即使当没有外部应力施加在第一填料上，第一填料也能够将气体检测元件固定在金属外壳里。因此，即使当由于长期使用气体传感器导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料也不太可能变得松开，从而抑制气体检测元件的位置移动和在金属外壳的台阶部分的支撑表面和形成在气体检测元件的突起的远端表面上的外部电极之间的不良接触的产生。因此，在金属外壳和气体检测元件的外部电极之间的电连接的可靠性能够得到增强。
解决方案的另一种装置是一种气体传感器，包括：气体检测元件，其取具有闭合的轴向远端的闭合底部的管状形状，并具有形成在其外部圆周表面上的外部电极，并具有径向向外突起的突起；管状金属外壳，其具有从其内部圆周表面径向向内突起的台阶部分，并适合于将气体检测元件固定其中，同时从径向外面围绕气体检测元件并通过台阶部分的支撑表面支撑所述突起的远端表面；第一填料，其抵靠所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面；以及第二金属填料，其设置在所述突起的远端表面和所述台阶部分的支撑表面之间，并抵靠所述台阶部分的支撑表面和形成在所述突起的远端表面上的外部电极，从而电连接金属外壳和外部电极，其中，第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。
在本发明的气体传感器里，第一填料设置在形成于气体检测元件的突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。因此，即使当没有外部应力施加在第一填料上，第一填料也能够将气体检测元件固定在金属外壳里。因此，即使当由于长期使用气体传感器导致的卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料也不太可能变得松开，从而抑制气体检测元件的位置移动和在第二填料和形成在气体检测元件的突起的远端表面上的外部电极之间的不良接触和在第二填料和金属外壳的台阶部分的支撑表面之间的不良接触的产生。因此，在金属外壳和气体检测元件的外部电极之间的电连接的可靠性能够得到增强。
上述气体传感器还包括填充密封层，所述填充密封层通过将粉末填充到相对于气体检测元件的突起朝向气体传感器的近端的区域里的气体检测元件的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里而形成。
根据本发明，由粉末形成的填充密封层设置在气体检测元件的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里，从而增强了对在气体检测元件和金属外壳之间的间隙的密封效果。
传统气体传感器可能具有下面的问题。由于长期使用气体传感器，会发生卷曲松开或者类似现象。结果，粉末颗粒通过在气体检测元件的突起的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙，到达设置了板填料的区域。所述颗粒进入板填料和气体检测元件之间或者板填料和金属外壳之间，导致其间的不良接触，因此引起其间的不良电接触。
但是，在本发明里，第一填料设置在形成于气体检测元件的突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。因此，即使当由于长期使用气体传感器导致卷曲松开或者类似现象发生时，第一填料的这样的结构特征抑制了下面问题的产生：粉末颗粒通过在气体检测元件的突起的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙，到达设置了第二填料的区域；以及，所述颗粒进入第二填料和气体检测元件之间或者第二填料和金属外壳之间，导致了其间的不良接触。
在由本发明提供的上述气体传感器中的任一种气体传感器里，第一填料由金属制成，并抵靠着形成在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上的外部电极，从而电连接外部电极和金属外壳。
根据本发明，第一填料抵靠着形成在气体检测元件的突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上的外部电极，从而电连接气体检测元件的金属外壳和外部电极。因此，金属外壳和气体检测元件的外部电极能够在更可靠的状态下电连接。
在上述的气体传感器里，优选地，第一填料通过轴向压紧和使线填料塑性变形而形成，该线填料已经被插入到所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里，使得第一填料具有楔形横截面。
根据本发明，第一填料通过轴向压紧和使线填料塑性变形而形成，该线填料已经被插入到所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里，使得第一填料具有楔形横截面。因为这样的第一填料由于被高强度地压紧和塑性变形而具有楔形横截面，所以第一线填料被高强度地压靠在要所述突起的的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。相应地，气体检测元件和金属外壳能够被高强度地固定在一起。
在上述气体传感器里，优选地，所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面各自所取的形状，使得在至少所述间隙的远端侧部分里，由所述近端表面和所述内部圆周表面形成的角度朝向远端侧而变小，第一填料设置为延伸到由近端表面和内部圆周表面形成的角度朝向远端侧减小的间隙的部分。
根据本发明，所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面取了各自的形状，使得在至少所述间隙的远端侧部分里，由近端表面和内部圆周表面形成的角度朝向远端侧减小。进一步，第一填料设置为延伸到这样的部分。因此，楔形效果朝向第一填料的远端侧而增加，使得气体检测元件和金属外壳能够更牢固地固定在一起。
另一解决方案是制造气体传感器的方法，该气体传感器包括：气体检测元件，其取具有闭合的轴向远端的闭合底部的管状形状，并具有形成在其外部圆周表面上的外部电极，并具有径向向外突起的突起；管状金属外壳，其具有从其内部圆周表面径向向内突起的台阶部分，并适合于将气体检测元件固定其中，同时从径向外面围绕气体检测元件并通过台阶部分的支撑表面支撑所述突起的远端表面，所述台阶部分的支撑表面抵靠着形成在所述突起的远端表面上的外部电极，从而电连接外部电极；以及第一填料，所述第一填料抵靠着所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面。所述方法包括：元件插入步骤，将气体检测元件插入到金属外壳里；线填料插入步骤，将线填料插入到金属外壳里，上述线填料将变为第一填料；以及第一填料形成步骤，沿着轴向压紧插入在金属外壳里的线填料，使得线填料塑性变形，以便形成第一填料，该第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。
根据本发明，在气体检测元件插入到金属外壳(元件插入步骤)之后，插入所述线填料(线填料插入步骤)。然后，线填料被轴向压紧，使得线填料被塑性变形，从而形成第一填料，上述第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上(第一填料形成步骤)。通过弹性变形形成的第一填料被高强度地压靠在气体检测元件的突起的近端表面上，并被高强度地压靠在金属外壳的内部圆周表面上。因此，即使当没有外部压力施加在第一填料上时，第一填料也能够将气体检测元件固定在金属外壳里。因此，即使当由于长期使用气体传感器导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，所述第一填料也不太可能变得松开，从而抑制气体检测元件的位置移动和在金属外壳的台阶部分的支撑表面和形成在气体检测元件的突起的远端表面上的外部电极之间的不良接触的产生。因此，在金属外壳和气体检测元件的外部电极之间的电连接的可靠性能够得到增强。另外，因为通过对线填料进行塑性变形而形成第一填料，所以气体传感器能够容易地以低成本制造。
另一种解决方案是一种制造气体传感器的方法，所述气体传感器包括：气体检测元件，其取具有闭合的轴向远端的闭合底部的管状形状，并具有形成在其外部圆周表面上的外部电极，并具有径向向外突起的突起；管状金属外壳，其具有从其内部圆周表面径向向内突起的台阶部分，并适合于将气体检测元件固定其中，同时从径向外面围绕气体检测元件并通过台阶部分的支撑表面支撑所述突起的远端表面；第一填料，所述第一填料抵靠着所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面；以及第二金属填料，其设置在所述突起的远端表面和台阶部分的支撑表面之间，并抵靠着形成在所述突起的远端表面和台阶部分的支撑表面上的外部电极，从而电连接外部电极和金属外壳。所述方法包括：第二填料插入步骤，将第二填料插入到金属外壳里；元件插入步骤，在第二填料插入步骤之后，将气体检测元件插入到金属外壳里；第二填料压紧步骤，在元件插入步骤之后，沿着轴向压紧气体检测元件和插入到金属外壳里的第二填料，从而使得第二填料与所述台阶部分的支撑表面紧密接触；线填料插入步骤，在第二填料压紧步骤之后，将线填料插入到金属外壳里，所述线填料将变为第一填料；以及第一填料形成步骤，沿着轴向压紧插入到金属外壳里的线填料，使得线填料被塑性变形，从而形成第一填料，所述第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。
根据本发明，在第二填料插入金属外壳(第二填料插入步骤)之后，插入气体检测元件(元件插入步骤)。然后，轴向压紧气体检测元件和第二填料，从而使得第二填料与金属外壳的台阶部分的支撑表面形成紧密接触(第二填料压紧步骤)。因此，在第二填料和金属外壳之间的接触得到了增强。
随后，插入线填料(线填料插入步骤)。然后，轴向压紧线填料，使得线填料塑性变形，从而形成第一填料，所述第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上(第一填料形成步骤)。通过弹性变形形成的第一填料被高强度地压靠在气体检测元件的突起的近端表面上，并且被高强度地压靠在金属外壳的内部圆周表面上。因此，即使当没有外部压力施加在第一填料上，第一填料也能够将气体检测元件固定在金属外壳里。因此，即使当由于长期使用气体传感器导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料也不太可能变得松开，从而抑制了气体检测元件的位置移动和在金属外壳的台阶部分的支撑表面和形成在气体检测元件的突起的远端表面上的外部电极之间的不良接触的发生。因此，能够增强金属外壳和气体检测元件的外部电极之间的电连接的可靠性。另外，因为第一填料是通过使线填料塑性变形形成的，所以气体传感器能够容易地以低成本制造。
附图说明
图1：根据第一实施例的气体传感器的剖视图；
图2：第一实施例的气体传感器的局部放大剖视图，示出了设置第一填料和板填料的区域；
图3：第一实施例的气体传感器的局部放大剖视图，示出了设置第一填料的主要部分；
图4：示出了在制造第一实施例的气体传感器的方法中用于压紧线填料的压力机模具的示意视图；
图5：示出了在制造第一实施例的气体传感器的方法中使线填料塑性变形的方式的示意视图；
图6：根据第二实施例的气体传感器的局部放大剖视图，示出了设置第一填料的区域；
图7：根据第三实施例的气体传感器的剖视图；
图8：第三实施例的气体传感器的局部放大剖视图，示出了设置第一填料和板填料的区域；
图9：第三实施例的气体传感器的局部放大剖视图，示出了设置第一填料的主要部分；
图10：根据第四实施例的气体传感器的剖视图；
图11：第四实施例的气体传感器的局部放大剖视图，示出了设置第一填料和板填料的区域；
图12：第四实施例的气体传感器的局部放大剖视图，示出了设置第一填料的主要部分；
图13：传统气体传感器的局部剖视图。
附图标记说明
101，301，401：气体传感器
111，311，411：气体检测元件
111n，311n：(气体检测元件的)内部圆周表面
111m，311m：(气体检测元件的)外部圆周表面
113，313：(气体检测元件的)突起
115，315：内部电极
117，317：外部电极
131，331，431：金属外壳
131n，331n，431n：(金属外壳的)内部圆周表面
135b，335b，435b：(金属外壳的)台阶部分
157，357，457：板填料(第二填料)
159，359，459：第一填料
165，365，465：线填料
161，361，461：填充密封层
421：元件支架
具体实施方式
(第一实施例)
下面将参照附图详细描述本发明的实施例。
图1是本实施例的气体传感器101的剖视图，图2是气体传感器101的局部放大剖视图，图2示出了设置第一填料159和板填料(第二填料)157的区域。图3是第一实施例的气体传感器的局部放大剖视图，其示出了设置第一填料159的主要部分。气体传感器101是一种氧气传感器，其连接到内部燃烧室的废气管道，以便测量废气的氧气浓度。气体传感器101包括具有沿着轴C的方向看闭合的远端(在图1中是下端)的闭合底部的管状气体检测元件(要固定的部件)111，以及沿着轴向将气体检测元件111固定其中的管状金属外壳131。
气体检测元件111包括突起113，该突起113在其中央部分相对于轴C的方向沿圆周方向形成，并径向向外突起。突起113具有：第一锥形外部圆周表面(远端表面(远端侧固定表面))113t1，其位于它的远端上，并且其直径从其远端侧朝向其近端侧增大；第二圆锥外部圆周表面(近端表面(近端侧固定表面))113t2，其位于它的近端上，并且其直径从其近端侧朝向其远端侧增大；以及中央外部圆周表面113m，其具有固定直径，并且连接第一锥形外部圆周表面113t1和第二锥形外部圆周表面113t2。更具体地讲，如图3所示，第二锥形外部圆周表面(近端表面(近端侧固定表面))113t2由两个曲面组成；即，第一曲面113t21和第二曲面113t22，第一曲面113t21位于远端侧上并且向外凸(在图3中向右)，第二曲面113t22连接到第一曲面113t21并且位于近端侧上，而且向内凸(在图3中向左)。气体检测元件111由传导氧离子固体电解质制成；例如包含部分稳定的氧化锆作为主要成分的固体电极。气体检测元件111的基本上全部的内部圆周表面111n用内部电极115包盖着。外部电极117包盖着一部分外部圆周表面111m，外部圆周表面111m延伸越过从金属外壳131突起来的气体检测元件111的远端区域的基本上整个表面。此外，外部电极117包盖着一部分气体传感器111，其以这样的方式从气体传感器111的远端部分延伸到突起113，使得沿着轴向方向成直线地延伸。内部电极115和外部电极117基本上由Pt制造。
金属外壳131由不锈钢(SUS430)制造，并包括远端区域133(图1中的下面区域)、中央区域135以及近端区域137(图1中的上面区域)。其壁是内部圆周表面131n的通孔延伸通过金属外壳131，并且它的直径从金属外壳131的近端到金属外壳131的远端减小。
远端区域133具有直径相对较小(大约6.5mm)的内部圆周表面133n，并具有外螺纹部分133g，外螺纹部分133g形成在其外部圆周上并适合于将气体传感器101连接到废气管道上。保护盖151连接到远端区域133的远端部分上，以便保护气体检测元件111的远端区域。保护盖151由不锈钢制成；取闭合底部的管状结构；并且具有许多气体引入孔151k，用于将废气从废气管道引到气体传感器101的内部。由不锈钢制成的垫圈153加到远端区域133的近端部分上。
中央区域135包括：第一台阶部分135b，其具有第一锥形内部圆周表面(支撑表面)135t1，第一台阶部分135b与远端区域133的内部圆周表面133n相连接，并且第一台阶部分135b的直径朝向气体传感器101的近端侧增大；管状部分135c，其具有中央内部圆周表面135n，管状部分135c与第一锥形内部圆周表面135t1相连接并且管状部分135c的直径(大约9.1mm)大于内部圆周表面133n的直径；以及第二台阶部分135d，其具有第二锥形内部圆周表面135t2，第二台阶部分135d与中央内部圆周表面135n相连接并且第二台阶部分135d的直径朝向气体传感器101的近端侧增大。中央区域135的径向向外部分形成为六边形法兰部分(工具接合部分)135r，其用于将气体传感器101连接到废气管道上。
近端区域137具有内部圆周表面137n，内部圆周表面137n与中央区域135的第二锥形内部圆周表面135t2相连接，并且内部圆周表面137n的直径(大约12.5mm)大于中央内部圆周表面135n的直径。
环形板填料157由金属(SUS430)制成，并且其厚度是0.3mm，环形板填料157设置在金属外壳131的中央区域135的第一锥形内部圆周表面135t1上，并且环形板填料157与第一锥形内部圆周表面135t1紧密接触。同轴地插入到金属外壳131中的气体检测元件111的突起113的第一锥形外部圆周表面113t11从上面抵靠板填料157。换言之，金属外壳131的中央区域135的第一台阶部分135b和气体检测元件111的突起113通过板填料157接合。因此，板填料157在金属外壳131和气体检测元件111的外部电极117之间可靠地建立了电连接。
由包含了作为主要成分的Ni的NW2201制成的C型第一填料159(JIS H4551-2002)，在这样的位置处设置在插入的气体检测元件111的突起113的近端侧上，使得能够阻塞在气体检测元件111的突起113和金属外壳131的内部圆周表面131n(中央区域135的中央内部圆周表面135n)之间的间隙。具体地讲，第一填料159设置在由突起113的第二锥形外部圆周表面113t2和金属外壳131的中央内部圆周表面135n形成的锐角间隙120里，使得第一填料159具有楔形横截面，并且分别与突起113的第二锥形外部圆周表面113t2和金属外壳131的中央内部圆周表面135n处于压力接触下。更具体地讲，因为所述突起113的第二锥形外部圆周表面113t2的远端侧部分由第一曲面113t21形成，所以所述间隙120的远端侧部分(见图3)取的形状，使得由突起113的第二锥形外部圆周表面113t2和金属外壳131的中央内部圆周表面135n形成的角度朝向远端变小。第一填料159延伸到上面提及的角度减小的部分。值得注意的是，虽然第一填料159原来是具有大约0.6mm直径的线填料，但是所述线填料被沿着轴向朝向远端侧压紧，从而由此塑性变形，使得第一填料159具有楔形横截面。
在位于相对于气体检测元件111的突起113(第一填料159)朝向气体传感器101的近端的区域里，基本上由滑石制造的粉末被填充到环形间隙里，上述环形间隙设置在气体检测元件111的近端区域的外部圆周表面111m和金属外壳131的内部圆周表面131n(中央区域135的第二锥形内部圆周表面135t2和近端区域137的内部圆周表面137n)之间，从而形成填充密封层161。
在位于相对于填充密封层161朝向气体传感器101的近端的区域里，套筒171的远端区域173插入到环形间隙里，上述环形间隙设置在气体检测元件111的外部圆周表面111m和金属外壳131的内部圆周表面131n(近端区域137的内部圆周表面137n)之间。套筒171由氧化铝制成。套筒171的远端区域173取的形状沿着径向向外突起的圆周大直径部分，并且套筒171的远端区域173具有锥形外部圆周表面173m，上述锥形外部圆周表面173m的直径朝向远端区域173的远端侧增大。由不锈钢(SUS430)制成的线填料165设置在锥形外部圆周表面173m上。金属外壳131的近端区域137的尖端被以这样的方式沿着径向向内弯曲以覆盖第二填料165，从而通过卷曲压紧第二填料165。压缩卷曲作用沿着轴向压缩填充密封层161，从而同轴地将气体检测元件111固定在金属外壳131里。由压缩卷曲作用引起的填充密封层161的弹力(应力)增强了对气体检测元件111的外部圆周表面111m和金属外壳131的内部圆周表面131n之间的间隙的密封的性能。
元件侧终端181插入到气体检测元件111里，并与气体检测元件111的内部电极115电连接。为了将输出信号从气体检测元件111输出到外部设备，元件侧终端181电连接到形成在套筒171里的套筒侧终端183上。元件侧终端181和套筒侧终端183由例如铬镍铁合金(INCONEL)的Ni合金制成。
如上所述，在本实施例的气体传感器101里，第一填料159与气体检测元件111的突起113的第二锥形外部圆周表面(近端表面(近端侧固定表面))113t2处于压力接触下，并且第一填料159也与金属外壳131的内部圆周表面131n(中央内部圆周表面135n)处于压力接触下。因此，即使当没有外部压力施加到第一填料159上，第一填料159也能够将气体检测元件(要固定的部件)111固定在金属外壳131里。因此，即使当由于长期使用气体传感器101导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料159也不太可能变得松开，因此，抑制了气体检测元件111的位置移动。因此，可以抑制在板填料(第二填料)157和形成在气体检测元件111的突起113的第一锥形外部圆周表面(远端表面)113t1上的外部电极117之间的不良接触的产生，并可以抑制在板填料(第二填料)157和金属外壳131的第一台阶部分135b的第一锥形内部圆周表面(支撑表面)135t1之间的不良接触的产生。因此，能够增强在金属外壳131和气体检测元件111的外部电极117之间的电连接的可靠性。
特别地，在本实施例中，第一填料159通过沿着轴向压紧和使得线填料塑性变形而形成，所述线填料插入在间隙120中，使得第一填料159具有楔形横截面。因为高强度地压紧和塑性变形而导致第一填料159具有楔形横截面，所以第一填料159被高强度地压靠在第二圆锥外部圆周表面113t2和中央内部圆周表面135n上。相应地，气体检测元件111和金属外壳131能够被牢固地固定在一起。
此外，所述间隙120的远端侧部分取的形状(在图3中是第一曲面113t21)，使得由第二圆锥外部圆周表面113t2和内部圆周表面131n形成的角度朝向远端减小，第一填料159设置为延伸到这个部分。因此，朝向第一填料159的远端楔形效应增大，使得气体检测元件111和金属外壳131能够被更加牢固地固定在一起。
此外，在本实施例里，由粉末形成的填充密封层161设置在气体检测元件111的近端区域的外部圆周表面111m和金属外壳131的内部圆周表面131n(中央区域135的第二锥形内部圆周表面135t2和近端区域137的内部圆周表面137n)之间的环形间隙里，从而增强了对气体检测元件111和金属外壳131之间的间隙的密封的性能。
同样，即使当由于长期使用气体传感器101导致卷曲松开或者类似现象发生时，第一填料159的上述结构特征抑制了下面问题的产生：粉末颗粒通过在气体检测元件111的突起113的外部圆周表面(中央外部圆周表面113m)和金属外壳131的内部圆周表面(中央内部圆周表面135n)之间的间隙，并到达设置板填料157的区域；所述颗粒进入板填料157和气体检测元件111之间或者板填料157和金属外壳131之间，导致其间的不良接触。
接下来描述一种制造上述气体传感器101的方法。
首先，制备金属外壳131，金属外壳131由已知的方法制造取预定的形状。同样，制备气体检测元件111，气体检测元件111由已知方法制造，使得固体电极用内部电极115和外部电极117包盖，并且随后被用公知的方法烧制。
板填料157具有的厚度是大约0.3mm，板填料157插入到金属外壳131里，并设置在中央区域135的台阶部分135b的第一锥形内部圆周表面135t1上(第二填料插入步骤)。
接下来，气体检测元件111同轴地插入到金属外壳131里，导致气体检测元件111的突起113的第一锥形外部圆周表面113t1抵靠板填料157(元件插入步骤)。
随后，大约3kN的作用力沿着轴向施加到板填料157和气体检测元件111上，从而使得板填料157与中央区域135的台阶部分135b的第一锥形内部圆周表面135t1紧密接触(第二填料压紧步骤)。
接下来，变为第一填料159的线填料159插入到金属外壳131里，气体检测元件111已经插入到金属外壳131里，并且线填料159设置在气体检测元件111的突起113的近端侧上，并设置在气体检测元件111的外部圆周表面111m和金属外壳131的内部圆周表面131n之间的间隙(间隙120)里(线填料插入步骤)(见图4)。
接下来，线填料159被沿着轴向朝向气体传感器101的远端压紧，以便沿着轴向方向上塑性变形，从而形成第一填料159(第一填料形成步骤)。具体地讲，如图5所示，通过使用如图4所示的压力机模具201，用大约5kN的作用力沿着轴向朝向气体传感器101的远端如所绘箭头所示压紧线填料159。压力机模具201取管状形状，并包括具有小直径的远端部分203和具有大直径的近端部分205。确定远端部分203的直径，使得远端部分203能够插入到气体检测元件111的近端区域的外部圆周表面111m和金属外壳131的内部圆周表面131n之间的间隙里。远端部分203的的远端203s是薄壁的，以便能够压紧线填料159。在第一填料形成步骤，线填料159塑性变形，使得它的横截面形状从圆形变为楔形。结果，线填料159抵靠气体检测元件111的突起113的第二锥形外部圆周表面113t2和金属外壳131的中央区域135的中央圆周表面135n。
接下来，为了形成填充密封层161，主要成分为滑石的粉末被填充到设置在气体检测元件111的近端区域的外部圆周表面111m和金属外壳131的内部圆周表面131n之间的间隙里。
随后，套筒171的远端区域173被插入到上面的间隙里。然后，插入线填料165，并且线填料165设置在套筒171的远端区域173的锥形外部圆周表面173m上。金属外壳131的近端区域137的近端被径向向内弯曲，从而沿着轴向方向进行压缩卷曲。
接下来，元件侧终端181被插入到气体检测元件111里，并且与气体检测元件111的内部电极115形成接触。同样，套筒侧终端183被插入到套筒171里，并被固定其中。随后，保护盖151连接到金属盖131的远端上。垫圈153连接到金属外壳131的远端区域133的近端部分。
这样就完成了气体传感器101。
如上所述，根据本实施例的制造气体传感器101的方法，在第二填料压紧步骤中，沿着轴向压紧板填料(第二填料)157，从而使得与金属外壳131的台阶部分135b的第一锥形内部圆周表面(支撑表面)135t1紧密接触。因此，在板填料157和金属外壳131之间建立了良好的接触。
在第一填料形成步骤，沿着轴向压紧线填料159，从而使其塑性变形，使得线填料(第一填料)159被压靠在气体检测元件111的突起113的第二锥形外部圆周表面113t2和金属外壳131的中央区域135的中央内部圆周表面135n上。因此，即使当没有外部压力施加在第一填料159上时，第一填料159也能够将气体检测元件111(要固定的部件)固定在金属外壳131里。因此，即使当由于长期使用气体传感器101导致卷曲发生或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料159也不太可能变得松开，抑制了气体检测元件111的位置移动。因此，可以抑制在板填料157和形成在气体检测元件111的突起113的第一锥形外部圆周表面(远端表面)113t1上的外部电极117之间的不良接触的产生，并可以抑制在板填料157和金属外壳131的第一台阶部分135b的第一锥形内部圆周表面(支撑表面)之间的不良接触的产生。因此，能够增强在金属外壳131和气体检测元件111的外部电极117之间的电连接的可靠性。另外，因为如上面所述形成了第一填料159，所以气体传感器101能够容易地以低成本制造。
(第二实施例)
接下来，将参考附图描述本发明的第二实施例。将省略或者简化描述类似于上述第一实施例的结构特征。
图6是局部放大剖视图，示出了根据本实施例的气体传感器的主要部分。该气体传感器不同于第一实施例的地方在于：去掉了板填料(第二填料)。其他的结构特征类似于第一实施例的结构特征，并用共用的附图标记来表示，将省略其重复的描述。
在本实施例中，在金属外壳131的中央区域135的第一锥形内部圆周表面135t1上没有设置板填料。换言之，金属外壳131的中央区域135的第一台阶部分135b和气体检测元件111的突起113是彼此直接接触的，从而在金属外壳131和气体检测元件111的外部电极117之间建立起直接的电连接。
即使在本实施例中，第一填料159也被高强度地压靠在气体检测元件111的突起113的第二锥形外部圆周表面(近端表面(近端侧表面))113t2上，并且第一填料159也被高强度地压靠在金属外壳131的内部圆周表面131n(中央内部圆周表面135n)上。因此，即使当没有外部压力施加在低于填料159上时，第一填料159也能够将气体检测元件(要固定的部件)111固定在金属外壳131里。因此，即使当由于长期使用气体传感器101导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料159不太可能变得松开，从而抑制气体检测元件111的位置移动，并抑制在板填料157和形成在气体检测元件111的突起113的第一锥形外部圆周表面(远端表面)113t1上的外部电极117之间的不良接触的产生，并抑制在板填料157和金属外壳131的第一台阶部分135b的第一锥形内部圆周表面(支撑表面)135t1之间的不良接触的产生。因此，能够增强在金属外壳131和气体检测元件111的外部电极117之间的电连接的可靠性。
类似于第一实施例的其他结构特征产生相似的效果。
在制造本实施例的气体传感器的方法中，因为本实施例的气体传感器没有包括板填料，所以省略掉有关板填料的步骤。即，在准备了金属外壳131和气体检测元件111之后，进行元件插入步骤，而不进行第二填料插入步骤。接下来，进行线填料插入步骤，而不进行第二填料压紧步骤。随后，如上述第一实施例那样，进行第一填料形成步骤。剩下的步骤以和在第一实施例中相同的方式进行，从而完成了气体传感器。
同样在本实施例中，进行第一填料形成步骤，以便将第一填料159形成为楔形形状。因此，即使当没有外部压力施加在第一填料159上时，第一填料159也能够将气体检测元件(要固定的部件)111固定在金属外壳131里。因此，即使当由于长期使用气体传感器101导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料159也不太可能变得松开，从而抑制了气体检测元件111的位置移动，并抑制形成在气体检测元件111的突起113的第一锥形外部圆周表面(远端表面)113t1上的外部电极117和金属外壳131的第一台阶部分135b的第一锥形内部圆周表面(支撑表面)135t1之间产生不良接触。因此，在金属外壳131和气体检测元件111的外部电极117之间的电连接的可靠性能够得到增强。另外，因为上述第一填料159通过使得线填料159塑性变形形成，所以气体传感器能够以低成本容易得进行制造。
(第三实施例)
接下来，将参考附图详细描述本发明的第三实施例。将省略或者简化描述类似于上述第一或者第二实施例中的结构特征。
图7是本实施例的气体传感器301的剖视图，图8是气体传感器301的局部放大剖视图，图8示出了设置第一填料359和板填料(第二填料)357的区域。图9是第一实施例的气体传感器的局部放大剖视图，示出了设置第一填料359的主要部分。气体传感器301是一个氧气传感器，其连接到内部燃烧室的废气管道，以便测量废气的氧气浓度。气体传感器301包括：具有沿着轴C方向看闭合的远端(在图7中是下端)的闭合底部的管状气体检测元件(要固定的部件)311；以及管状金属外壳331，其同轴地将气体检测元件311固定其中。
气体检测元件311包括突起313，突起313在其中央部分相对于轴C的方向沿着圆周形成，并径向向外突起。突起313具有：第一锥形外部圆周表面(远端表面(远端侧固定表面))313t1，其位于它的远端上，并且突起313的直径从它的远端侧朝向它的近端侧增大；第二锥形外部圆周表面(近端表面(近端侧固定表面))313t2，其位于它的近端上，并且第二锥形外部圆周表面313t2的直径从它的近端侧朝向它的远端侧增大；以及中央外部圆周表面313m，其具有固定的直径，并连接第一锥形外部圆周表面313t1和第二锥形外部圆周表面313t2。更具体地讲，图9所示，第二锥形外部圆周表面(近端表面(近端侧固定表面))313t2包括两个曲面；即，第一曲面313t21和第二曲面313t22，第一曲面313t21位于远端侧上并且向外凸(在图9中向右)，第二曲面313t22连接到第一曲面313t21并且位于近端侧上，而且向内凸(在图9中向左)。气体检测元件311由传导氧离子固体电解质制成；例如，包含部分稳定的氧化锆作为主要成分的固体电极。气体检测元件311的基本上全部的内部圆周表面311n用内部电极315包盖着。外部电极317包盖着一部分外部圆周表面311m，外部圆周表面311m延伸越过从金属外壳331突起来的气体检测元件311的远端区域的基本上整个表面。绝缘多孔保护层319形成在外部电极317上。值得注意的是，内部电极315和外部电极317基本上由Pt制造。加热器312插入到气体检测元件311里。加热器312是棒形陶瓷加热器，在棒形陶瓷加热器里，包括耐热元件的热产生部分形成在主要由氧化铝形成的核心材料上。
金属外壳331由不锈钢(SUS430)制造，并包括远端区域333(图7中的下面区域)、中央区域335以及近端区域337(图7中的上面区域)。其壁是内部圆周表面331n的通孔延伸通过金属外壳331，并且它的直径从金属外壳331的近端到金属外壳331的远端减小。
远端区域333具有直径相对较小的内部圆周表面333n，并具有外螺纹部分333g，外螺纹部分333g形成在远端区域333和中央区域335的外部圆周上，如下面所述，并且外螺纹部分333g适合于将气体传感器301连接到废气管道上。保护盖351连接到远端区域333的远端部分上，以便保护气体检测元件311的远端区域。保护盖351由不锈钢制成；取闭合底部的管状结构；并且具有许多气体引入孔351k，用于将废气从废气管道引到气体传感器301的内部。
中央区域335包括：第一台阶部分335b，其具有第一锥形内部圆周表面(支撑表面)335t1，第一台阶部分335b与远端区域333的内部圆周表面333n相连接，并且第一台阶部分335b的直径朝向气体传感器301的近端侧增大；管状部分335c，其具有中央内部圆周表面335n，管状部分335c与第一锥形内部圆周表面335t1相连接并且管状部分335c的直径大于内部圆周表面333n的直径；以及第二台阶部分335d，其具有第二锥形内部圆周表面335t2，第二台阶部分335d与中央内部圆周表面135n相连接并且第二台阶部分335d的直径朝向气体传感器301的近端侧增大。附接上由不锈钢制成的垫圈353以围绕中央区域335。
近端区域337具有内部圆周表面337n，内部圆周表面337n与中央区域335的第二锥形内部圆周表面335t2相连接，并且内部圆周表面337n的直径大于中央内部圆周表面335n的直径。近端区域337的远端部分的径向外面部分形成为六边形法兰部分(工具接合部分)337r，该六边形法兰部分337r用于将气体传感器301连接到废气管道。
由金属(SUS430)制成的环形板填料357(第二填料)设置在金属外壳331的中央区域335的第一锥形内部圆周表面335t1上，环形板填料357(第二填料)与第一锥形内部圆周表面335t1紧密接触。气体检测元件331的突起313的第一锥形外部圆周表面313t1同轴地插入到金属外壳331里，并从上面抵靠着板填料357。换言之，金属外壳331的中央区域335的第一台阶部分335b与气体检测元件311的突起313是通过板填料357接合的。
C型第一填料359由NW2201(JIS H4551-2002)制成，NW2201包括Ni作为主要成分，C型第一填料359在这样的位置设置在插入的气体检测元件311的突起313的近端侧上，以便阻塞气体检测元件311的突起313和金属外壳331的内部圆周表面331n(中央区域335的中央内部圆周表面335n)之间的间隙。具体地讲，第一填料359设置在由所述突起313的第二锥形外部圆周表面313t2和金属外壳331的中央内部圆周表面335n形成的锐角间隙320里，使得第一填料359具有楔形横截面并且分别与突起313的第二锥形外部圆周表面313t2和金属外壳331的中央内部圆周表面335n相压力接触。更具体地讲，因为突起313的第二锥形外部圆周表面313t2的远端侧部分由第一曲面313t21形成，所以间隙320的远端侧部分(见图9)这样取其形状，使得由第二锥形外部圆周表面313t2和中央内部圆周表面335n形成的角度朝向远端减小。第一填料359延伸到上面提及的角度减小的部分。值得注意的是，第一填料359通过沿着轴向朝向远端侧压紧线填料形成，从而使其塑性变形，使得第一填料359具有楔形横截面。
在位于相对于气体检测元件311的突起313(第一填料359)朝向气体传感器301的近端的区域里，基本上由滑石制成的粉末填充到环形间隙里，上述环形间隙设置在气体检测元件311的近端区域的外部圆周表面311m和金属外壳331的内部圆周表面331n(中央区域335的第二锥形内部圆周表面335t2和近端区域337的内部圆周表面337n)之间，从而形成填充密封层361。
在位于相对于填充密封层361朝向气体检测元件301的近端的区域里，由氧化铝制成的环形绝缘体371插入到设置在气体检测元件311的外部圆周表面311m和金属外壳331的内部圆周表面331n(近端区域337的内部圆周表面337n)之间的环形间隙里。由不锈钢(SUS430)制成的第二填料365设置在所述绝缘体371的近端上。金属外壳331的近端区域337的尖端以这样的方式径向向内弯曲，从而覆盖第二填料365，从而通过卷曲压缩第二填料365。压缩的卷曲作用沿着轴向压缩填充密封层361，从而同轴地将气体检测元件311固定在金属外壳331里。通过压缩卷曲作用引起的填充密封层361的弹力(应力)增强了对在气体检测元件311的外部圆周表面311m和金属外壳331的内部圆周表面331n之间的间隙的密封性能。
管形金属套筒375从外面通过激光焊接固定到金属外壳331的近端区域337上。由橡胶形成的护孔环(grommet)377安装在金属套筒375的近端侧开口里，并且被卷曲。过滤器元件379将空气引入到金属套筒375的内部并防止水的进入，过滤器元件379设置在护孔环377的中央部分。由绝缘氧化铝陶瓷形成的分离器381设置在护孔环377的远端侧上。传感器输出引线383和384和加热器引线385和386如此设置，使得它们通过分离器381和护孔环377。
此外，传感器终端金属片387和388的连接器部分387f和388f电连接到传感器输出引线383和384，加热器终端元件391和392电连接到加热器引线385和386，传感器终端金属片387和388的连接器部分387f和388f和加热器终端元件391和392固定在分离器381里，同时又彼此绝缘。此外，加热器312的近端部分插入到分离器381里，并保持在这样的状态：加热器312的近端部分电连接到加热器终端元件391和392。传感器终端金属片387的远端部分387e插入到传感器检测元件311的底部孔里，并且电连接到传感器检测元件311的内部电极315上。传感器终端金属片388的远端部分388e电连接到形成在传感器检测元件311的外部圆周上的外部电极317。
此外，加负荷金属片393设置在分离器381的远端部分的周围，以便对金属套筒375加负荷，并将分离器381固定在金属套筒375里。
如上面所述，在本实施例的气体传感器301里，第一填料359高强度地压靠在气体检测元件311的突起313的第二锥形外部圆周表面(近端表面(近端侧固定表面))313t2上，并且也高强度地压靠在金属外壳331的内部圆周表面331n(中央内部圆周表面335n)上。因此，即使当没有外部压力施加在第一填料359上时，第一填料359也能将气体检测元件(要固定的部件)311固定在金属外壳331里。因此，即使当由于长期使用气体传感器301导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料359也不太可能变得松开，因此，抑制了气体检测元件311的位置移动。
特别地，在本实施例中，第一填料359通过轴向压紧和使得线填料塑性变形形成，上述线填料已经插入到间隙320里，使得第一填料359具有楔形横截面。因为第一填料359由于被高强度地压紧和塑性变形而具有楔形横截面，所以第一填料359被高强度地压靠在第二锥形外部圆周表面313t2和中央内部圆周表面335n上。相应地，气体检测元件311和金属外壳331可以被牢固地固定在一起。
此外，间隙320的远端侧部分取如此形状(在图9中第一曲面313t21)，使得由第二锥形外部圆周表面313t2和内部圆周表面331n形成的角度朝向远端减小，并且第一填料359设置为延伸到这个部分。因此，楔形效应朝向第一填料359的远端增大，使得气体检测元件311和金属外壳331能够更牢固地固定在一起。
此外，在本实施例中，由粉末形成的填充密封层361设置在气体检测元件311的近端区域的外部圆周表面311m和金属外壳331的内部圆周表面331n(中央区域335的第二锥形内部圆周表面335t2和近端区域337的内部圆周表面337n)之间的环形间隙里，从而增强了对在气体检测元件311和金属外壳331之间的间隙的密封性能。
同样地，即使当由于长期使用气体传感器301导致卷曲松开或者类似现象发生时，第一填料359的上述结构特征抑制了下面的问题的产生：粉末颗粒通过在气体检测元件311的突起313的外部圆周表面(中央外部圆周313m)和金属外壳331的内部圆周表面(中央内部圆周表面335n)之间的间隙，到达设置板填料357的区域。
接下来，将描述一种制造上述气体传感器301的方法。
首先，制备金属外壳331，该金属外壳331由已知方法取预定的形状。同样，制备气体检测元件311，该气体检测元件311由已知方法制造使得固体电极被用内部电极315和外部电极317包盖着，然后通过已知的方法烧制。
板填料357被插入到金属外壳331里，并设置在中央区域335的台阶部分335b的第一锥形内部圆周表面335t1上(第二填料插入步骤)。
接下来，气体检测元件311同轴地插入到金属外壳331里，导致气体检测元件311的突起313的第一锥形外部圆周表面313t1抵靠板填料357(元件插入步骤)。
随后，大约3kN的作用力沿着轴向施加到板填料357和气体检测元件311上，从而使得板填料357与中央区域335的台阶部分335b的第一锥形内部圆周表面335t1紧密接触(第二填料压紧步骤)。
接下来，成为第一填料359的线填料359被插入到已经插入气体检测元件311的金属外壳331里，并设置在气体检测元件311的突起313的近端侧上，并位于在气体检测元件311的外部圆周表面311m和金属外壳331的内部圆周表面331n之间的间隙(间隙320)里(线填料插入步骤)。
接下来，线填料359沿着轴向朝向气体传感器301的远端压紧，以便沿着轴向方向塑性变形，从而形成第一填料359(第一填料形成步骤)。具体地讲，通过使用图4中所示的压力机模具，朝向气体传感器301的远端使用大约5kN的作用力轴向压紧线填料159。因此，线填料359塑性变形，使得它的横截面形状从圆形变为楔形，并被高强度地压靠在气体检测元件311的突起313的第二锥形外部圆周表面313t2和金属外壳331的中央区域335的中央内部圆周表面335n上。
接下来，为了形成填充密封层361，包含滑石作为主要成分的粉末被填充到设置在气体检测元件311的近端区域的外部圆周表面311m和金属外壳331的内部圆周表面331n之间的间隙里。
随后，绝缘体371被插入到上述间隙里，并被轴向压紧。然后，插入线填料365，并且金属外壳331的近端区域337的尖端被径向向内弯曲，从而沿着轴向方向进行压缩卷曲。进一步，保护盖351被连接到金属外壳331的远端，垫圈353连接到金属外壳331上。
同时，传感器输出引线383和384连接到传感器终端金属片387和388上，加热器引线385和386连接到加热器终端金属片391和392。这些插入到分离器381里，且加热器312的近端部分也插入到分离器381里。进一步，加负荷金属片387连接到分离器381的外部圆周上。在那之后，分离器381和护孔环377以一定的活动插入到金属套筒375里。
接下来，使得包括分离器381等的金属套筒375与金属外壳331的预定部分接合，气体检测元件311已经被装配进金属外壳331里。在那之后，卷曲金属套筒375的远端侧部分，以便暂时联结金属套筒375和金属外壳331。
接下来，使得金属套筒375的近端侧部分变形，使得它的直径减小，从而分离器381等被固定在金属套筒375内部。进一步，卷曲金属套筒375的更近端侧部分，以便固定护孔环377。在那之后，已经被暂时联结起来的金属套筒375和金属外壳331通过激光焊接固定到一起。
因此，完成了气体传感器301。
如上所述，根据本实施例的制造气体传感器301的方法，在第二填料压紧步骤里，沿着轴向压紧板填料(第二填料)357，从而使得与金属外壳331的台阶部分335b的第一锥形内部圆周表面(支撑表面)335t1紧密接触。因此，在板填料357和金属外壳331之间建立了良好接触。
在第一填料形成步骤里，沿着轴向压紧线填料359，从而使其塑性变形，使得线填料(第一填料)359被高强度地压靠在气体检测元件311的突起313的第二锥形外部圆周表面313t2和金属外壳331的中央区域335的中央内部圆周表面335n上。因此，即使当没有外部压力施加到第一填料359上时，第一填料359也能够将气体检测元件(要固定的部件)311固定在金属外壳331里。因此，即使当由于长期使用气体传感器301导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料359也不太可能变得松开，并能够抑制气体检测元件311的位置移动。另外，因为上述第一填料359通过使得线填料359塑性变形而形成，所以气体传感器301能够容易地以低成本制造。
(第四实施例)
接下来，将参考附图描述本发明的第四实施例。将省略或者简化描述类似于上述第一到第三实施例的结构特征。
图10是本实施例的气体传感器401的剖视图，图11是气体传感器401的局部放大剖视图，图11示出了设置第一填料459和板填料(第二填料)457的区域。图12是第一实施例的气体传感器的局部放大剖视图，示出了设置第一填料459的主要部分。气体传感器401是连接到内部燃烧室的废气管道的氧气传感器，以便测量废气的氧气浓度。气体传感器401包括：棒形的气体检测元件411，其沿着轴C的方向延伸；管状元件支架(要固定的部件)421，其具有开口，气体检测元件411通过该开口；以及管状金属外壳431，其将元件支架421固定其中。
气体检测元件411主要由陶瓷制成，并具有气体敏感特性，该特性能用来测量在要测量的气体内的氧气浓度。气体检测元件411包括细长板形状氧气浓度电池元件和细长板形状加热器，它们层叠在一起。氧气浓度电池元件具有形成在固体电极层的表面(暴露在要测量的气体下的表面)上的测量电极和形成在相反表面上的参考电极。加热器包括设置在其中的热产生电阻器，以便激活氧气浓度电池元件。气体检测元件411具有垂直于轴向方向获得的矩形横截面。多个(两个)电极终端413形成在传感器元件411的后端部分412的相对表面的其中之一上，并分别通过引线电连接到测量电极和参考电极上，以便输出在氧气浓度电池元件里产生的电动力。多个(两个)电极终端414形成在另一表面上，以便将电能供应给加热器的热产生电阻器。这些电极终端413和414主要由Pt形成。
元件支架421具有：第一锥形外部圆周表面(远端表面(远端侧固定表面))421t1，其位于外部圆周的它远端上，并且其直径从它的远端侧朝向它的近端侧增大；第二锥形外部圆周表面(近端表面(近端侧固定表面))421t2，其位于外部圆周的它的近端上，并且其直径从它的近端侧朝向它的远端侧增大；以及外部圆周表面421m，其连接这些表面，并且其具有固定的直径。元件支架421由绝缘性陶瓷形成。更具体地讲，如图12所示，第二锥形外部圆周表面(近端表面(近端侧固定表面))421t2包括两个曲面和一个单一平面；即，第一曲面421t21，该第一曲面421t21位于远端侧上，并向外凸(在图12中向右)；第二曲面421t23，该第二曲面421t23位于近端侧上，并向内凸(在图12中向左)；以及平面421t22，该平面421t22连接这些表面。
金属外壳431由不锈钢(SUS430)制成，并且包括远端区域433(在图10中下面区域)、中间区域435以及近端区域437(在图10中上面区域)。其壁是内部圆周表面431n的通孔延伸通过金属外壳431，它的直径从金属外壳431的近端到金属外壳431的远端减小。
远端区域433具有内部圆周表面433n，该内部圆周表面433n具有较小的直径。双壁保护盖451连接到远端区域433的远端部分上，以便保护气体检测元件411的远端区域。保护盖451由不锈钢制成；并取闭合底部的管状形状；以及具有许多气体引入孔451k，用于将废气从废气管道引入到气体传感器401的内部。
中央区域435包括：第一台阶部分435b，其具有第一锥形内部圆周表面(支撑表面)435t1，该表面与远端区域433的内部圆周表面433n相连接，并且第一台阶部分435b的直径朝向气体传感器401的近端侧增大；管状部分435c，其具有内部圆周表面435n，管状部分435c与第一锥形内部圆周表面435t1相连接并且管状部分435c的直径大于内部圆周表面433n的直径。外螺纹部分435g形成在中央区域435的外部圆周上，并适合于将气体传感器401连接到废气管道上。
近端区域437具有内部圆周表面437n，内部圆周表面437n与中央区域435的内部圆周表面435n相连接。由不锈钢形成的垫圈附接到近端区域437的近端侧部分的外部圆周上。位于垫圈453的近端侧上的近端区域437的剩余部分形成为六边形法兰部分(工具接合部分)437r，该六边形法兰部分437r用于将气体传感器401连接到废气管道。
由金属(SUS430)制成的环形板填料457(第二填料)设置在金属外壳431的中央区域435的第一锥形内部圆周表面435t1上，环形板填料457(第二填料)与第一锥形内部圆周表面435t1紧密接触。元件支架421的第一锥形外部圆周表面421t1同轴地插入到金属外壳431里，并从上面抵靠着板填料457。换言之，金属外壳431的中央区域435的第一台阶部分435b与元件支架421通过板填料457以面对面接触的关系可靠得接合。
C型第一填料459由NW2201(JIS H4551-2002)制成，NW2201包括Ni作为主要成分，C型第一填料459在这样的位置设置在插入的元件支架421的近端侧上，使得阻塞元件支架421和金属外壳431的内部圆周表面431n(中央区域435的中央内部圆周表面435n)之间的间隙。具体地讲，第一填料459设置在由所述元件支架421的第二锥形外部圆周表面421t1和金属外壳431的中央内部圆周表面435n形成的锐角间隙420(见图12)里，使得第一填料459具有楔形横截面并且分别高强度地压靠在元件支架421的第二锥形外部圆周表面421t2和金属外壳431的中央内部圆周表面435n上。更具体地讲，因为第二锥形外部圆周表面421t2的远端侧部分由弯曲的第一曲面421t21形成，所以间隙420的远端侧部分取这样形状，使得由第二锥形外部圆周表面421t2和中央内部圆周表面435n形成的角度朝向远端减小。第一填料459延伸到上面提及的角度减小的部分。值得注意的是，第一填料459通过沿着轴向朝向远端侧压紧线填料形成，从而使其塑性变形，使得第一填料459具有楔形横截面。
在相对于气体检测元件411的元件支架421(第一填料459)的朝向气体传感器401的近端的区域里，基本上由滑石制成的粉末填充到环形间隙里，上述环形间隙设置在气体检测元件411的外部圆周表面411m和金属外壳431的内部圆周表面431n之间，从而形成填充密封层461。
在相对于填充密封层461朝的向气体检测元件401的近端的区域里，由氧化铝制成的环形绝缘体471插入到设置在气体检测元件411的外部圆周表面411m和金属外壳431的内部圆周表面431n(近端区域437的内部圆周表面437n)之间的环形间隙里。由不锈钢(SUS430)制成的第二填料465设置在所述环形绝缘体471的近端上。金属外壳431的近端区域437的尖端径向向内弯曲，从而覆盖第二填料465，从而通过卷曲压缩第二填料465。压缩的卷曲作用沿着轴向压缩填充密封层461，从而同轴地将元件支架421固定在金属外壳431里。通过压缩卷曲作用引起的填充密封层361的弹力(应力)增强了对在元件支架421的外部圆周表面421m和金属外壳431的内部圆周表面431n之间的间隙的密封性能。
环形金属套筒475从外面通过激光焊接固定到金属外壳431的近端区域437上。由橡胶形成的护孔环(grommet)477安装在金属套筒475的近端侧开口里，并且被卷曲。传感器输出引线483和484和加热器引线485和486通过护孔环477。
由绝缘性氧化铝陶瓷形成的分离器481设置在所述护孔环477的远端侧上。传感器终端金属片487和488电连接到传感器输出引线483和484，加热器终端金属片491和492电连接到加热器引线485和486，传感器终端金属片487和488和加热器终端金属片491和492固定在分离器481里，同时又彼此绝缘。此外，气体检测元件411的近端部分412插入到分离器481里，并保持在这样的状态：形成在近端部分412上的电极终端413和414电连接到传感器终端金属片487和488和加热器终端金属片491和492。
如上所述，在本实施例的气体传感器401里，第一填料459高强度地压靠在元件支架421的第二锥形外部圆周表面(近端表面(近端侧固定表面))421t2上，并且也高强度地压靠在金属外壳431的内部圆周表面431n(中央内部圆周表面435n)上。因此，即使当没有外部压力施加在第一填料459上时，第一填料459也能将元件支架(要固定的部件)421固定在金属外壳431里。因此，即使当由于长期使用气体传感器401导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料459也不太可能变得松开，因此，抑制了元件支架421的位置移动。
特别地，在本实施例中，第一填料459通过轴向压紧和使得线填料塑性变形形成，上述线填料已经插入到间隙420里，使得第一填料459具有楔形横截面。因为第一填料459由于被高强度地压紧和塑性变形而具有楔形横截面，所以第一填料459被高强度地压靠在第二锥形外部圆周表面421t2和中央内部圆周表面435n上。相应地，元件支架421和金属外壳331可以被牢固地固定在一起。
此外，间隙420的远端侧部分如此取形状(在图12中第一曲面421t21)，使得由第二锥形外部圆周表面421t2和中央内部圆周表面435n形成的角度朝向远端减小，并且第一填料459设置为延伸到这个部分。因此，楔形效应朝向第一填料459的远端增大，使得元件支架421和金属外壳331能够更牢固地固定在一起。
此外，在本实施例中，由粉末形成的填充密封层461设置在第一填料459的近端侧上，并设置在气体检测元件411的外部圆周表面411m和金属外壳431的内部圆周表面431n之间的环形间隙里，从而增强了对在气体检测元件411和金属外壳431之间的间隙的密封性能。
同样地，即使当由于长期使用气体传感器401导致卷曲松开或者类似现象发生时，第一填料459的上述结构特征抑制了下面的问题的产生：粉末颗粒通过在元件支架421的外部圆周表面(中央外部圆周421m)和金属外壳431的内部圆周表面(中央内部圆周表面435n)之间的间隙，到达设置板填料457的区域。
接下来，将描述一种制造上述气体传感器401的方法。
首先，制备金属外壳431，该金属外壳431由已知方法取预定的形状。同样，由已知方法制备气体检测元件411。
板填料457插入到金属外壳431里，并设置在中央区域435的台阶部分435b的第一锥形内部圆周表面435t1上(第二填料插入步骤)。
接下来，插入气体检测元件411的元件支架421同轴地插入到金属外壳431里，导致元件支架421的第一锥形外部圆周表面421t1抵靠板填料457(元件支架插入步骤)。
随后，大约3kN的作用力沿着轴向施加到板填料457和元件支架421上，从而使得板填料457与中央区域435的台阶部分435b的第一锥形内部圆周表面435t1紧密接触(第二填料压紧步骤)。
接下来，要变成第一填料459的线填料459被插入到金属外壳431里，并设置在元件支架421的第二锥形外部圆周表面421t2和金属外壳431的内部圆周表面431n之间的间隙(间隙420)里(线填料插入步骤)。
接下来，线填料459沿着轴向朝向气体传感器401的远端压紧，以便沿着轴向方向塑性变形，从而以和上述的实施例相同的方式形成第一填料459(第一填料形成步骤)。因此，线填料459塑性变形，使得它的横截面形状从圆形变为楔形，并被高强度地压靠在元件支架421的第二锥形外部圆周表面421t2和金属外壳431的中央区域435的中央内部圆周表面435n上。
接下来，为了形成填充密封层461，包含滑石作为主要成分的粉末被填充到设置在气体检测元件411的外部圆周表面411m和金属外壳431的内部圆周表面431n之间的间隙里。
随后，绝缘体471被插入到上述间隙里，并被轴向压紧。然后，插入线填料465，并且金属外壳431的近端区域437的尖端被径向向内弯曲，从而沿着轴向方向进行压缩卷曲。进一步，保护盖451被连接到金属外壳431的远端，垫圈453连接到金属外壳431上。
同时，传感器输出引线483和484连接到传感器终端金属片487和488上，加热器引线485和486连接到加热器终端金属片491和492。这些连接到分离器481，气体检测元件411的近端部分412也插入到分离器481里。在那之后，分离器481和护孔环477插入到金属套筒475里，并被固定在那里。随后，通过激光焊接将金属套筒475和金属外壳331固定起来。
这样，就完成了气体传感器401。
如上所述，根据制造本实施例的气体传感器401的方法，在第二填料压紧步骤里，沿着轴向压紧板填料(第二填料)457，从而使得与金属外壳431的台阶部分435b的第一锥形内部圆周表面(支撑表面)435t1紧密接触。因此，在板填料457和金属外壳431之间建立了良好接触。
在第一填料形成步骤里，沿着轴向压紧线填料459，从而使其塑性变形，使得线填料(第一填料)459被高强度地压靠在元件支架421的第二锥形外部圆周表面421t2和金属外壳431的中央区域435的中央内部圆周表面435n上。因此，即使当没有外部压力施加到第一填料459上时，第一填料459也能够将元件支架(要固定的部件)421固定在金属外壳431里。因此，即使当由于长期使用气体传感器401导致卷曲松开或者类似现象发生时，与传统元件相比，第一填料459也不太可能变得松开，并能够抑制元件支架421的位置移动。另外，因为上述第一填料459通过使得线填料459塑性变形而形成，所以气体传感器401能够容易地以低成本制造。
尽管本发明已经参考上述实施例进行了描述，但是本发明并局限于这些实施例。本发明可以在不偏离发明范围的情况下以各种形式实施。
例如，上述实施例使用如线填料159、165等那样的线填料(C型)。然而，可以使用环形线填料。环形线填料能够可靠地增强密封性能。
第一实施例使用如第二线填料那样的环形板填料157等。然而，可以使用线填料(C型)作为第二填料。
在第一实施例中，气体检测元件111和金属外壳131通过板填料157电连接。然而，本发明并不局限于这样。当第一填料159是由金属制成时，气体检测元件111和金属外壳131也能够通过第一填料159电连接。值得注意的是，因为第一填料159以面对面接触的关系压靠在所述突起113的第二锥形外部圆周表面113t2和金属外壳131的内部圆周表面131n上，所以第一填料159能够在气体检测元件111和金属外壳113之间可靠地建立电连接。

Claims (14)

1.一种气体传感器，包括：
要固定的部件，其具有远端侧固定表面和近端侧固定表面，上述近端侧固定表面位于相对于远端侧固定表面的近端侧上；
管状金属外壳，其包括从它的内部圆周表面径向向内突起的台阶部分，并且适合于将要固定的部件固定其中，同时从径向上的外面围绕要固定的部件并通过台阶部分的支撑表面支撑要固定的部件的远端侧固定表面；
第一填料，其抵靠着要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面，其中
第一填料设置在形成于要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面上。
2.如权利要求1所述的气体传感器，其中，所述要固定的部件是具有突起的气体检测元件，所述突起包括远端侧固定表面和近端侧固定表面并且径向向外突起，所述气体检测元件取具有闭合的轴向远端的闭合底部的管状形状。
3.如权利要求1所述的气体传感器，还包括沿着轴向方向延伸的气体检测元件，其中，要固定的部件是元件支架，该元件支架具有远端侧固定表面、近端侧固定表面以及气体检测元件要经过的开口。
4.如权利要求2或者3所述的气体传感器，还包括填充密封层，该填充密封层是通过将粉末填充到，相对于第一填料位于朝向气体传感器的近端的区域里的，气体检测元件的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里而形成的。
5.如权利要求1-4中任一项所述的气体传感器，其中，第一填料通过对已经被插入到要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里的线填料进行轴向压紧以及塑性变形而形成，使得第一填料具有楔形横截面。
6.如权利要求1-5中任一项所述的气体传感器，其中
要固定的部件的近端侧固定表面和金属外壳的内部圆周表面各自所取的形状，使得在所述间隙的至少远端侧部分里，由近端侧固定表面和内部圆周表面形成的角度朝向远端侧变小；并且
第一填料设置为延伸到由近端侧固定表面和内部圆周表面形成的角度朝向远端侧变小的间隙的部分。
7.一种气体传感器，包括：
气体检测元件，其取具有闭合的轴向远端的闭合底部的管状形状，并包括形成在其外部圆周表面上的外部电极，并包括径向向外突起的突起；
管状金属外壳，其具有从其内部圆周表面径向向内突起的台阶部分，并且其适合于将气体检测元件固定其中，同时从径向外面围绕气体检测元件并通过所述台阶部分的支撑表面支撑所述突起的远端表面，所述台阶部分的支撑表面抵靠形成在所述突起的远端表面上的外部电极，从而与所述外部电极电连接；以及
第一填料，其抵靠所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上，其中
第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。
8.一种气体传感器，包括：
气体检测元件，其取具有闭合的轴向远端的闭合底部的管状形状，包括形成在其外部圆周表面上的外部电极，并具有径向向外突起的突起；
管状金属外壳，其包括从其内部圆周表面径向向内突起的台阶部分，并适合于将气体检测元件固定其中，同时从径向外面围绕气体检测元件并通过台阶部分的支撑表面支撑所述突起的远端表面；
第一填料，其抵靠所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面；以及
第二金属填料，其设置在所述突起的远端表面和所述台阶部分的支撑表面之间，并抵靠所述台阶部分的支撑表面和形成在所述突起的远端表面上的外部电极，从而电连接金属外壳和外部电极，其中
第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。
9.如权利要求7或者8所述的气体传感器，还包括填充密封层，所述填充密封层是通过将粉末填充到，相对于气体检测元件的突起位于朝向气体传感器的近端的区域里的，气体检测元件的外部圆周表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里而形成的。
10.如权利要求7-9中任一项所述的气体传感器，第一填料由金属制成，并抵靠着形成在所述突起的近端表面上的外部电极和金属外壳的内部圆周表面，从而电连接外部电极和金属外壳。
11.如权利要求7-10中任一项所述的气体传感器，其中，第一填料通过对已经被插入到所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的间隙里的线填料进行轴向压紧以及塑性变形而形成，使得第一填料具有楔形横截面。
12.如权利要求7-11中任一项所述的气体传感器，其中，所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面各自所取的形状，使得在至少所述间隙的远端侧部分里，由所述近端表面和所述内部圆周表面形成的角度朝向远端侧变小；并且
第一填料设置为延伸到由近端表面和内部圆周表面形成的角度朝向远端侧减小的间隙的部分。
13.一种制造气体传感器的方法，上述气体传感器包括：
气体检测元件，其取具有闭合的轴向远端的闭合底部的管状形状，包括形成在其外部圆周表面上的外部电极，并包括径向向外突起的突起；
管状金属外壳，其包括从其内部圆周表面径向向内突起的台阶部分，并适合于将气体检测元件固定其中，同时从径向外面围绕气体检测元件并通过台阶部分的支撑表面支撑所述突起的远端表面，所述台阶部分的支撑表面抵靠着形成在所述突起的远端表面上的外部电极，从而电连接外部电极；以及
第一填料，其抵靠着所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面，
所述方法包括：
元件插入步骤，将气体检测元件插入到金属外壳里；
线填料插入步骤，将线填料插入到金属外壳里，上述线填料将成为第一填料；以及
第一填料形成步骤，沿着轴向压紧插入在金属外壳里的线填料，使得线填料塑性变形，以便形成第一填料，该第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。
14.一种气体传感器，包括：
气体检测元件，其取具有闭合的轴向远端的闭合底部的管状形状，具有形成在其外部圆周表面上的外部电极，并包括径向向外突起的突起；
管状金属外壳，其具有从其内部圆周表面径向向内突起的台阶部分，并适合于将气体检测元件固定其中，同时从径向外面围绕气体检测元件并通过台阶部分的支撑表面支撑所述突起的远端表面；
第一填料，其抵靠着所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面；以及
第二金属填料，其设置在所述突起的远端表面和台阶部分的支撑表面之间，并抵靠着形成在所述突起的远端表面和台阶部分的支撑表面上的外部电极，从而电连接外部电极和金属外壳，
所述方法包括：
第二填料插入步骤，将第二填料插入到金属外壳里；
元件插入步骤，在第二填料插入步骤之后，将气体检测元件插入到金属外壳里；
第二填料压紧步骤，在元件插入步骤之后，沿着轴向压紧气体检测元件和插入到金属外壳里的第二填料，从而使得第二填料与所述台阶部分的支撑表面紧密接触；
线填料插入步骤，在第二填料压紧步骤之后，将线填料插入到金属外壳里，所述线填料将成为第一填料；以及
第一填料形成步骤，沿着轴向压紧插入到金属外壳里的线填料，使得线填料被塑性变形，从而形成第一填料，所述第一填料设置在形成于所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面之间的锐角间隙里，使得第一填料具有楔形横截面并被压靠在所述突起的近端表面和金属外壳的内部圆周表面上。
CN200480019995A 2003-07-17 2004-07-13 气体传感器及其制造方法 Expired - Fee Related CN100588963C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003198557 2003-07-17
JP198557/2003 2003-07-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1823271A true CN1823271A (zh) 2006-08-23
CN100588963C CN100588963C (zh) 2010-02-10

Family

ID=34074380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200480019995A Expired - Fee Related CN100588963C (zh) 2003-07-17 2004-07-13 气体传感器及其制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (3) US7234341B2 (zh)
JP (1) JP4634301B2 (zh)
CN (1) CN100588963C (zh)
DE (1) DE112004001325B4 (zh)
WO (1) WO2005008233A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102890109A (zh) * 2012-10-16 2013-01-23 常州联德电子有限公司 一种氮氧传感器及其制作方法
CN107916979A (zh) * 2016-10-10 2018-04-17 福特环球技术公司 用于排气微粒物质感测的方法和系统

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7234341B2 (en) * 2003-07-17 2007-06-26 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor and method of manufacturing the gas sensor
JP4664182B2 (ja) * 2005-10-28 2011-04-06 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサユニット
US7568378B2 (en) * 2007-01-15 2009-08-04 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Sensor
JP2009002846A (ja) * 2007-06-22 2009-01-08 Denso Corp ガスセンサ及びその製造方法
JP4950956B2 (ja) * 2008-07-18 2012-06-13 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
US7998417B2 (en) * 2008-08-22 2011-08-16 Board Of Regents, University Of Texas System Particulate matter sensor with a heater
DE102009020439B4 (de) * 2009-05-08 2011-05-26 Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG Zweipoliger Flüssigkeits-Leitfähigkeitssensor für hohe Hygieneanforderungen
JP2012174630A (ja) * 2011-02-24 2012-09-10 Yazaki Corp シール構造
US20120223457A1 (en) * 2011-03-01 2012-09-06 General Electric Company Method to manufacture a sensor
JP6824802B2 (ja) * 2017-03-31 2021-02-03 日本碍子株式会社 封止ピン、組立体の製造方法、及びガスセンサの製造方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5367494A (en) * 1976-11-29 1978-06-15 Hitachi Ltd Exhaust gas sensor
JPS5395884A (en) 1977-02-01 1978-08-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Evaporating method and apparatus
JPS5398895A (en) * 1977-02-09 1978-08-29 Hitachi Ltd Exhaust gas sensor
JPS53105285A (en) * 1977-02-25 1978-09-13 Hitachi Ltd Gas density sensor
JPS53141099A (en) * 1977-05-13 1978-12-08 Nippon Soken Gas component detector
JPS5458194U (zh) * 1977-09-30 1979-04-21
US4210510A (en) * 1979-07-25 1980-07-01 Bendix Autolite Corporation Gas sensor with closely wound termination springs
US4401967A (en) * 1980-07-30 1983-08-30 Nippondenso Co., Ltd. Gas sensor
US4403207A (en) * 1981-10-26 1983-09-06 General Motors Corporation Durable titania exhaust gas sensor
JPS6021963U (ja) * 1983-07-21 1985-02-15 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
JPH068547Y2 (ja) * 1984-03-16 1994-03-02 日本碍子株式会社 酸素検知器
JPS60183857U (ja) * 1984-05-07 1985-12-06 株式会社デンソー 酸素濃度検出器
US4659748A (en) * 1985-12-12 1987-04-21 Industrial Polymers, Inc. Method and composition for repairing cementitious surfaces
US4786399A (en) * 1987-09-28 1988-11-22 Allied-Signal Inc. Seal means for isolated grounded O2 sensor
JP2708915B2 (ja) * 1989-11-25 1998-02-04 日本特殊陶業株式会社 ガス検出センサ
US5817920A (en) 1997-03-18 1998-10-06 General Motors Corporation Oxygen sensor with annular support member providing improved mechanical shock resistance
JP3648381B2 (ja) * 1998-06-04 2005-05-18 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ及びその製造方法
JP3518796B2 (ja) * 1998-07-07 2004-04-12 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサ
DE19832098C2 (de) * 1998-07-16 2001-12-13 Bosch Gmbh Robert Sauerstoffühler
EP1113265B1 (en) * 1999-12-27 2010-06-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor and method of producing the same
JP4517526B2 (ja) * 2001-03-28 2010-08-04 株式会社デンソー ガスセンサの製造方法
JP2003114210A (ja) * 2001-07-31 2003-04-18 Denso Corp ガスセンサ
US7234341B2 (en) * 2003-07-17 2007-06-26 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor and method of manufacturing the gas sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102890109A (zh) * 2012-10-16 2013-01-23 常州联德电子有限公司 一种氮氧传感器及其制作方法
CN102890109B (zh) * 2012-10-16 2014-08-06 常州联德电子有限公司 一种氮氧传感器及其制作方法
CN107916979A (zh) * 2016-10-10 2018-04-17 福特环球技术公司 用于排气微粒物质感测的方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
DE112004001325B4 (de) 2013-07-04
WO2005008233A1 (ja) 2005-01-27
JP4634301B2 (ja) 2011-02-16
CN100588963C (zh) 2010-02-10
DE112004001325T5 (de) 2006-05-18
US7506534B2 (en) 2009-03-24
US20060174690A1 (en) 2006-08-10
US7398673B2 (en) 2008-07-15
US7234341B2 (en) 2007-06-26
US20070227229A1 (en) 2007-10-04
JPWO2005008233A1 (ja) 2006-09-21
US20070220952A1 (en) 2007-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1576835A (zh) 传感器的制造方法和传感器
CN1823271A (zh) 气体传感器及其制造方法
CN1776416A (zh) 气敏单元及传感器盖
CN1715847A (zh) 温度传感器
CN1095193C (zh) 高压放电灯及其制造方法
CN1585220A (zh) 具有通过激光焊接连接的贵金属片的火花塞及其加工方法
CN1656375A (zh) 传感器、传感器制造方法以及由隔离体和一加力构件组成的组件
CN1172400C (zh) 非水电解液二次蓄电池及其制造方法
CN1187160C (zh) 异种金属材料的接合结构
CN1308666C (zh) 压力传感器
CN1845360A (zh) 电池组件及电池组
CN1649223A (zh) 具有高绝缘性能和高的点燃空气－燃料混合物的能力的火花塞
KR101346973B1 (ko) 스파크 플러그
CN101038055A (zh) 配管接头结构
CN1707254A (zh) Zr/ZrO2电极及其制作方法和用其组成的集成化高温高压化学传感器
CN1841057A (zh) 气体传感器元件及其制造方法、以及气体传感器
CN1329760A (zh) 扁平形电池及其制造方法
CN1911747A (zh) 具有内压释放特性的金属制容器盖
CN1910451A (zh) 气体传感器的制造方法及气体传感器
CN1264195C (zh) 寿命长且耐冲击性优的高压放电灯
CN1755869A (zh) 放电灯管及其制造方法以及电介质势垒放电灯
CN1268457C (zh) 铸造装置和熔化金属供给装置
CN1084933C (zh) 钮扣式碱性电池
CN1839277A (zh) 接头
JP2011117831A (ja) ガスセンサの製造方法及びガスセンサ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100210

Termination date: 20150713

EXPY Termination of patent right or utility model