CN1910451A - 气体传感器的制造方法及气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可阻止引线损坏且即便当弹性密封件热膨胀时也可防止该弹性密封件破裂的气体传感器。该气体传感器被形成为采用这样一种弹性密封件，该弹性密封件具有小直径部和位于该小直径部的更前端侧且外径大于该小直径部的本体部。此弹性密封件被构造成使整个本体部和小直径部的前端侧设在外管状部件的内侧，以及当相对于气体传感器的轴向观察时，小直径部(圆柱部)的外周面被设置成跨过外管状部件的后端。小直径部的外周面与外管状部件的后端之间形成间隙S。同时，从更有效地防止引线损坏的观点来看，优选地，弹性密封件的后端与小直径部的后端周缘之间的轴向距离为0.6mm或更大。

Description

气体传感器的制造方法及气体传感器

技术领域

本发明涉及气体传感器的制造方法及气体传感器。更详细的，本发明涉及气体传感器例如氧气传感器、NO_X传感器和HC传感器的制造方法以及气体传感器，该气体传感器用于检测从内燃机排出的排气中的特定气体成分的浓度。

背景技术

具有这样一种传感元件的气体传感器此前已用于汽车的空燃比控制，该传感元件的电气特性响应于排气中的特定气体成分的浓度而发生变化。作为此气体传感器，已知例如这样一种气体传感器，其被构造成包括由具有氧离子传导性的固体电解质形成的杯形传感元件、用于加热该传感元件的加热器、用于保持该传感元件的金属外壳、设在该金属外壳的后端侧上的管状金属件、以及与该传感元件和加热器电连接且从该管状金属元件的内部拉出到外部的引线。用于气体传感器的引线一般通过用绝缘膜覆盖与传感元件和加热器电连接的导线形成。

在此气体传感器中，已知这样一种固定技术，在具有供上述引线插入的引线插孔的圆柱形弹性密封件设在管状金属件的内侧之后，通过径向朝内折曲(crimp)该管状金属件把该弹性密封件固定在管状金属件上(参见专利文献1和专利文献2)。通过采用此技术，能够提高弹性密封件与管状金属件以及引线与该弹性密封件之间的气密性，并能够确保该管状金属件内部的防水性。

专利文献1：未审的日本专利公开文献No.9-229897

专利文献2：未审的日本专利公开文献No.9-54063

同时，近年来正试图节省汽车排气管周围的空间，从而出现了与气体传感器在该排气管上的安装位置有关的自由度受到限制的情况。因此，出现了这样一种情况，即，当在气体传感器安装到排气管上之后引出管状金属件的引线与外部电路例如ECU连接时，需要在引线插孔的后端开口边缘部附近的点处左右弯曲该引线。另外，还出现了这样一种情况，即，拉向气体传感器后端侧的引线需要朝向前端部(元件侧)弯曲近似180度并与外部电路连接。

然而，在被构造成使弹性密封件的后端周缘相对于管状金属件位于更前端侧处的气体传感器的引线与外部电路连接时，导致了这样一问题，即，当在引线插孔的后端开口边缘部附近的点处左右弯曲引线时，该引线被损坏。也就是说，当在引线插孔的后端开口边缘部附近的点处左右弯曲引线时，使该引线与位于管状金属件后端部的边缘或毛边接触，以致当配线操作工人在此状态下拉扯引线时，绝缘膜由于该边缘或毛边的摩擦而破损，或者在更坏的情况下导线断开。尤其，当引线如上所述被弯曲近似180度时，易于导致此问题。

因此，考虑这样一种对策，增大弹性密封件的高度以允许其后端侧伸出管状金属件的后端，以致即便引线被左右弯曲，该引线也不直接与管状金属件的边缘或毛边接触，从而防制引线损坏。

然而，通过本发明人进行的调查研究发现，使圆柱状弹性密封件的后端简单地伸出管状金属件后端的对策导致了新问题，即，当在高温下使用气体传感器的过程中弹性密封件发生热膨胀时，由于与管状金属件的边缘或毛边的摩擦在该弹性密封件上导致局部应力，从而导致该弹性件内出现破裂。同时，当弹性件内出现破裂时，气体传感器不能维持气密性和防水性。

发明内容

本发明是考虑到上述问题做出的，且其目的是提供一种可防止在弯曲引线时该引线损坏、同时可防止当在气体传感器的使用过程中弹性密封件热膨胀时该引线破裂的气体传感器。另外，本发明目的是提供一种具有此高可靠性的气体传感器的制造方法。

依据本发明的一方面，提供一种气体传感器的制造方法，所述气体传感器具有：传感元件，该传感元件在轴向上延伸且具有面向被测定气体的前端侧；金属外壳，其径向围绕所述传感元件且保持所述传感元件；管状金属件，其设在所述金属外壳的后端侧处；至少一根引线，其从所述管状金属件的内部向所述管状金属件的外部延伸，且具有与所述传感元件电连接的导线和覆盖所述导线的绝缘膜；以及弹性密封件，其具有引线插孔，所述引线插入在该引线插孔内，其特征在于，所述方法包括：

设置步骤，准备具有本体部和外径比所述本体部小的小直径部的所述弹性密封件，把整个所述本体部和所述小直径部的一部分设在所述管状金属件的内侧，以及允许所述小直径部的其余部分从所述管状金属件的后端向外伸出；以及

折曲步骤，径向朝内折曲所述管状金属件的至少一部分，从而使所述弹性密封件压缩变形。

在根据本发明的气体传感器的制造方法中，预先准备这样一种弹性密封件，该弹性密封件具有本体部和外径比该本体部小的小直径部。其后，依次执行把弹性密封件设在管状金属件内侧的设置步骤以及径向朝内折曲该管状金属件的一部分并把弹性密封件固定在该管状金属件上的折曲步骤。

这里，在设置步骤中，通过朝向允许弹性密封件和管状金属件相互靠近的方向移动该弹性密封件和管状金属件之一，把该弹性密封件设在管状金属件的内侧。这种情况下，在依据本发明的气体传感器的制造方法里的设置步骤中，整个本体部和小直径部的一部分设在管状金属件的内侧，且该小直径部的其余部分从管状金属件的后端向外伸出。

通过在设置步骤之后执行折曲步骤，当相对于气体传感器的轴向观察时，弹性密封件的小直径部而不是本体部的外周面被设置成跨过外管状部件的后端。

由此，利用本发明方法获得的气体传感器被构造成使弹性密封件的小直径部的一部分从管状金属件的后端伸出，且即便在与外部设备连接时左右弯曲引线，该引线也难以直接与管状金属件的边缘或毛边接触，从而能够阻止该引线损坏。

另外，与被构造成简单地使圆柱状弹性密封件的一部分从管状金属件的后端伸出的气体传感器相比，由于小直径部的外周面被设置成跨过管状金属件的后端，所以即便在使用气体传感器的过程中弹性密封件热膨胀，利用本发明获得的气体传感器也能够减小由位于管状金属件的后端部的边缘或毛边导致的应力。即，本发明方法能够获得弹性密封件内难以产生破裂的气体传感器，尽管该弹性密封件的一部分从管状金属件的后端伸出。

这里，尽管利用本发明获得的气体传感器能够如上所述防止在弹性密封件热膨胀时出现破裂，只要小直径部的外周面被设置成跨过管状金属件的后端，但为了更有效地防止出现破裂，优选在折曲步骤之后使一间隙保持在该小直径部的外周面(外周面)与管状金属件的后端之间。然而在本发明中，折曲步骤之后，小直径部的外周面也可以与管状金属件的后端接触。这是因为即便小直径部的外周面与管状金属件的后端接触，所得到的接触压也小于本体部的外周面与该管状金属件的后端接触的情况，因而可预计到在弹性密封件热膨胀时难以出现破裂的效果。

由此，利用根据本发明的气体传感器的制造方法，可制造一种相当可靠的气体传感器，其能够防止由于弯曲引线导致的该引线损坏，且即便在使用气体传感器的过程中弹性密封件热膨胀也能够防止该弹性密封件内出现破裂。

同时，在此气体传感器中，单根引线或者多根引线可与传感元件电连接。在一个传感器信号利用引线输出而另一传感器信号为接地电位且经由金属外壳和管状金属件输出的情况下采用单根引线。另外，在输出正信号和负信号的情况下采用多根引线。

另外，经由弹性密封件的引线插孔从管状金属件的内侧延伸到外侧的引线必须包括与上述传感元件电连接的引线，还可包括供加热器使用的引线，该引线与单独提供用以加热传感元件的陶瓷加热器电连接。

同时，为当相对于气体传感器的轴向观察时弹性密封件的小直径部的外周面被设置成跨过管状金属件的后端，上述设置步骤是最值得注意的步骤，但优选在折曲步骤中执行折曲该管状金属件以使弹性密封件的本体部的外周面在折曲后不从该管状金属件的后端向外伸出的操作。同时，为执行折曲管状金属件以使弹性密封件的本体部的外周面在折曲后不从该管状金属件的后端向外伸出的操作，可以考虑该管状金属件和弹性密封件的材料、硬度等适当调整该管状金属件的折曲变形率。此外，折曲步骤中的折曲方法未特别限定，可列举多角圆形折曲例如六方圆形折曲和八方圆形折曲。

此外，在上述气体传感器的制造方法，优选地，弹性密封件在折曲步骤后从管状金属件的后端沿轴向朝外伸出0.6mm或更多。

通过制造这样一种气体传感器，其中，弹性密封件从管状金属件的后端向外伸出的长度为0.6mm或更多，则即便在密封弹性件的引线插孔的后端开口边缘部附近的点处弯曲该引线近似180度，该弹性密封件也易于被设在引线与管状金属件的边缘或毛边之间，从而获得一种能够更有效地防止引线损坏的气体传感器。

同时，为使弹性密封件从管状金属件的后端向外伸出的长度为0.6mm或更多，压缩变形前的弹性密封件需要被构造成使小直径部的外周面的轴向长度为0.6mm或更大。然后，可在设置步骤中把弹性密封件设在管状金属件的内侧以使该管状金属件的后端与小直径部的后端周缘之间的轴向距离为0.6mm或更大，然后过程前进至折曲步骤，或者可适当调整折曲步骤中该管状金属件的变形率以当弹性密封件压缩变形时该管状金属件的后端与小直径部的后端周缘的轴向距离首次变成0.6mm或更大。

另外，在上述气体传感器的制造方法中，优选地，压缩变形前的弹性密封件的小直径部具有近似圆柱部和连接在该圆柱部与本体部之间且朝向该本体部逐渐增大的连接部(梯级部)。

在此气体传感器的制造方法中，采用具有这样一种小直径部的弹性密封件，在压缩变形前的状态下，该小直径部具有圆柱部和连接在该圆柱部与本体部之间且外径朝向该本体部逐渐增大的连接部。通过按照这种方式形成弹性密封件的小直径部，当相对于气体传感器的轴向观察时，弹性密封件的小直径部的外周面可容易地设置成跨过管状金属件的后端。同时，通过把小直径部的圆柱部的外周面设置成跨过管状金属件的后端，则即便当弹性密封件发生热膨胀时，也可有效减小由位于该管状金属件的后端部处的边缘或毛边导致的应力。

另外，在上述气体传感器的制造方法中，优选地，压缩变形前的弹性密封件的小直径部的外周面形成朝向后端侧逐渐缩小的斜面。

在根据本发明的气体传感器的制造方法中，采用具有这样一种小直径部的弹性密封件，在压缩变形前的状态下，该小直径部的外周面形成朝向后端侧逐渐缩小的斜面。同时，在这样形成弹性密封件的小直径部的情况下，能够容易地把弹性密封件的小直径部的外周面设置成当相对于气体传感器的轴向观察时跨过管状金属件的后端。

另外，在上述气体传感器的制造方法中，优选地，在设置步骤后，满足关系0.7≤d/D＜1.0，这里，D是管状金属件的后端内径(单位：mm)，d是位置对应于该管状金属件的后端的弹性密封件的小直径部的外径(单位：mm)。

通过在设置步骤后执行折曲步骤以满足上述d/D的关系，可制造这样一种气体传感器，其在引线与外部设备连接时获得较大自由度的引线弯曲角，且能更确实地防止由弹性密封件热膨胀导致的该弹性密封件内的破裂。

如果d/D小于0.7，会出现这样一种情况，其中，即便折曲步骤后小直径部的一部分从管状金属件的后端伸出，当引线的弯曲角大(例如，近似180度)时，该引线也会与管状金属件的边缘或毛边接触，从而不能充分获得防止该引线损坏的效果。另一方面，如果d/D为1.0或更大，小直径部的外周面在热变形时易于与管状金属件的边缘或毛边接触，从而可能出现这样一种情况，其中，即便小直径部提供给弹性密封件，也不能充分获得防止该弹性密封件内出现破裂的效果。

另外，依据本发明的另一方面，提供一种气体传感器的制造方法，所述气体传感器具有：传感元件，该传感元件在轴向上延伸且具有面向被测定气体的前端侧；金属外壳，其径向围绕所述传感元件且保持所述传感元件；管状金属件，其设在所述金属外壳的后端侧处；至少一根引线，其从所述管状金属件的内部向所述管状金属件的外部延伸，且具有与所述传感元件电连接的导线和覆盖所述导线的绝缘膜；以及弹性密封件，其具有引线插孔，所述引线插入在该引线插孔内，其特征在于，所述方法包括：设置步骤，把所述弹性密封件设在所述管状金属件的内侧以使所述弹性密封件的一部分从所述管状金属件的后端向外伸出；以及折曲步骤，径向朝内折曲所述管状金属件的至少一部分，从而使所述弹性密封件压缩变形，其中，所述折曲步骤在这样一种状态下进行，在所述状态下，所述管状金属件的所述后端与所述弹性密封件的位置对应于所述管状金属件的所述后端的外周面之间的间隙大于所述管状金属件的折曲部的内周面与所述弹性密封件的位置对应于所述管状金属件的所述折曲部的外周面之间的间隙。

在根据本发明的气体传感器的制造方法中，依次执行把弹性密封件设在管状金属件内侧的设置步骤以及径向朝内折曲该管状金属件的一部分并把弹性密封件固定在该管状金属件上的折曲步骤。

关于这一点，折曲步骤在这样一种状态下进行，在该状态下，管状金属件的后端与弹性密封件的外周面之间的间隙大于管状金属件的折曲部的内周面与弹性密封件的外周面之间的间隙。通过在此状态下执行折曲步骤，在折曲部形成后(折曲步骤后)，管状金属件的后端和弹性密封件的外周面不易于相互接触。考虑到折曲过程中弹性密封件的变形，管状金属件的后端与弹性密封件的外周面之间的间隙优选在从约0.2至约2.0mm的范围内。

同时，列举以下方法作为使管状金属件的后端与弹性密封件的外周面之间的间隙大于管状金属件的折曲部的内周面与弹性密封件的外周面之间的间隙的具体方法。即，(1)预先准备一种具有本体部和在该本体部的后端侧处且外径比该本体部小的小直径部的弹性密封件，在设置步骤中把整个本体部和小直径部的一部分设在管状金属件的内侧，同时允许该小直径部的其余部分从管状金属件伸出，(2)在折曲步骤前，使管状金属件的后端处的内径大于折曲部的内径的方法，以及通过组合上述方法(1)和(2)获得的方法。

通过利用本发明方法按照这种方式获得的气体传感器，因为弹性密封件的一部分从管状金属件的后端伸出，所以即便在与外部设备连接时左右弯曲引线，该引线也难以直接与管状金属件的边缘或毛边接触，从而阻止该引线损坏。

另外，通过利用本发明方法获得的气体传感器，折曲步骤在较大间隙设于管状金属件的后端与弹性密封件之间的状态下执行，于是易于使得在折曲步骤后该管状金属件的后端与弹性密封件之间留有间隙。结果，即便在使用气体传感器的过程中弹性密封件热膨胀，该弹性密封件也难以与管状金属件的后端接触，从而能够有效地减小由位于管状金属件的后端部的边缘或毛边导致的应力。为充分获得此效果，优选预先在管状金属件的后端与弹性密封件之间提供足够的间隙(优选在从0.2至2.0mm的范围内)，以便在折曲步骤后该管状金属件的后端与弹性密封件之间留有间隙(优选在从0.1至1.5mm的范围内)。

然而，本发明的制造方法不限于在折曲步骤后管状金属件的后端与弹性密封件之间留有间隙的方法，而是可包括在该折曲步骤后间隙被消除的方法。在这种方法中，由于管状金属件的后端与弹性密封件之间提供比折曲部与该弹性密封件之间更大的间隙，所以能够减小在折曲步骤后该管状金属件的后端与弹性密封件之间的接触压，并能够减少该弹性密封件的损坏。

由此，利用依据本发明的气体传感器的制造方法，可制造一种相当可靠的气体传感器，其能够防止由于弯曲引线导致的该引线损坏，且即便在使用气体传感器的过程中弹性密封件热膨胀也能够防止该弹性密封件内出现破裂。

此外，依据本发明另一方面的气体传感器包括：传感元件，其在轴向上延伸且具有面向被测定气体的前端侧；金属外壳，其径向围绕该传感元件且保持传感元件；管状金属件，其设在该金属外壳的后端侧；至少一根引线，其从该管状金属件的内部向该管状金属件的外部延伸，且具有与传感元件电连接的导线和覆盖该导线的绝缘膜；以及弹性密封件，其具有引线插孔，所述引线插入在该引线插孔内，其特征在于，管状金属件的后端与弹性密封件的外周面之间设有间隙。

利用本发明的气体传感器，弹性密封件的一部分从管状金属件的后端向外伸出，且环状间隙设在该管状金属件的后端(内周面后端)与该弹性密封件的外周面之间。由此，弹性密封件的一部分从管状金属件的后端向外伸出，于是即便在与外部设备连接时左右弯曲引线，该引线也难以直接与管状金属件的边缘或毛边接触，从而能够阻止该引线损坏。

另外，本发明的气体传感器被构造成至少在室温下管状金属件的后端与弹性密封件的外周面之间设有间隙。即，由于管状金属件的后端不与弹性密封件接触，所以即便在使用时该弹性密封件热膨胀，也能够维持该管状金属件的后端不与弹性密封件接触，或者即便使它们相互接触时，接触压能够较小，从而防止该弹性密封件损坏。

因此，本发明的气体传感器相当可靠、能够防止由弯曲引线导致的该引线损坏、且即便在使用气体传感器的过程中弹性密封件热膨胀也能够防止该弹性密封件内出现破裂。同时，考虑到使用时弹性密封件的热膨胀，室温下管状金属件的后端与弹性密封件之间的间隙优选在从0.1至1.5mm的范围内。

另外，在上述气体传感器中，优选地，弹性密封件包括设在管状金属件内的本体部和设在该本体部的更后端侧位置且外径小于该本体部的小直径部，且间隙设在该管状金属件的后端与该小直径部之间。

通过按照这样一种方式进行构造以使弹性密封件包括本体部和外径小于该本体部的小直径部、该本体部设在管状金属件内、以及该小直径部被设置成跨过管状金属件的后端，能够容易且可靠地形成位于该弹性密封件与管状金属件的后端之间的间隙。

另外，在上述气体传感器中，优选地，管状金属件包括固定弹性密封件于其内的固定部和设在该固定部的更后端侧且内径大于该固定部的大直径部，且间隙设在该大直径部与弹性密封件之间。

通过按照此方式提供这样一种管状金属件，该管状金属件具有固定弹性密封件于其内的固定部和内径大于该固定部的大直径部，能够容易且可靠地形成位于该弹性密封件与管状金属件的后端之间的间隙。

另外，在上述气体传感器中，优选地，弹性密封件从管状金属件的后端沿轴向向外伸出0.6mm或更多。

通过本发明的气体传感器，弹性密封件从管状金属件的后端向外伸出的长度保持为0.6mm或更大。因此，即便当与外部设备连接时在密封弹性件的引线插孔的后端开口边缘部附近的点处弯曲引线近似180度，弹性密封件的伸出部分也容易介于该引线与管状金属件的边缘或毛边之间，从而可更有效地防止该引线损坏。

附图说明

图1是表示依据实施例的气体传感器的整体构造的剖视图。

图2是该气体传感器的外管状部件和内管状部件的连接部分的放大剖视图。

图3是说明一种固定在气体传感器的外管状部件上且处于压缩变形前的状态的弹性密封件。

图4是用于说明传感器上部中间体的陶瓷加热器如何被导入和插入传感器下部中间体的传感元件的底孔内的示图。

图5是用于说明把压缩变形前的弹性密封件配置在外管状部件的后端部内侧的配置过程的示图。

图6是用于说明径向朝内折曲外管状部件中位于弹性密封件的本体部的外周面外侧的一部分的折曲过程的示图。

图7是处于压缩变形前的状态的第二弹性密封件的透视图。

图8是表示采用板状传感元件的第二弹性密封件的整体构造的剖视图。

图9是第三气体传感器的主要部分的放大剖视图，在所述第三传感器中，外管状部件预先在比折曲部更后端侧处形成有内径比该折曲部大的大直径部。

具体实施方式

以下，参照附图说明采用本发明的气体传感器。在本实施例中，对安装在汽车排气管上且用于检测排气中所含氧气的浓度的气体传感器(氧气传感器)进行说明。图1是用于说明依据本实施例的气体传感器1的整体构造的剖视图。

如图1所示，气体传感器1包括传感元件2、插入该传感元件2的底孔25内的陶瓷加热器3以及支承该传感元件2于其内的金属外壳5，该传感元件2呈现具有封闭前端部的底管状、包含作为主要成分的部分稳定化氧化锆且具有氧离子传导性，该部分稳定化氧化锆包含作为稳定剂的氧化钇固溶体。同时，在本实施例中这样进行说明，沿着图1所示传感元件2的轴线方向，指向暴露于测量气体(排气)的前端部的一侧(封闭侧或者图中的下侧)称为“前端侧”，相反侧(图中上侧)称为“后端侧”。

在传感元件2的底孔25的内表面上，利用Pt或Pt合金制成以形成多孔构造的内部电极层27形成为几乎完全覆盖该内表面。另一方面，传感元件2的外表面上形成有类似的多孔外部电极层26。此外，在传感元件2的轴向近似中间位置设有径向朝外突出的啮合法兰92。另外，陶瓷加热器3形成为棒状且包括其内部具有加热电阻器的加热部42。此陶瓷加热器3在利用后述加热器引线19，22通电时产生热量，实现加热传感元件2以激活该传感元件2的功能。

金属外壳5具有用于把气体传感器1安装到排气管的安装部上的螺纹部66，以及在安装到排气管的安装部上时被安装工具啮合的六角部93。另外，金属外壳5被构造成其内可容纳由铝制成且支承传感元件2的前端侧的支承件51、由滑石粉形成且填充该支承件51的后端侧的填充件52、以及由铝制成且从后端侧朝向前端侧推压该填充件52的套筒53。

金属外壳在前端侧内周处具有径向朝内突出的金属外壳侧梯级部54，且支承件51经由衬垫(packing)55与该金属外壳侧梯级部54啮合。同时，通过经由衬垫94把啮合法兰92支承在支承件51上，传感元件2被金属外壳5支承。填充件52设在金属外壳5的位于支承件51后端侧的内表面与传感元件2的外表面之间，且套筒53和环形圈15按此顺序同轴地设在该填充件52的后端侧处。

另外，由SUS304L制成的内管状部件14的前端侧插入金属外壳5的后端侧内。通过在内管状部件14的前端侧处的扩张直径开口端部(前端开口端部59)与环形圈15抵接的状态下向内且朝向前端折曲金属外壳侧后端部60，该内管状部件14被固定在金属外壳5上。同时，气体传感器1被构造成当折曲金属外壳5的金属侧后端部60时经由套筒53来压缩和填充该填充件52，从而使传感元件2以气密方式保持在管状金属外壳5的内侧。

内管状部件14形成有位于轴向近似中间位置处的内筒梯级部83、位于该内筒梯级部83的前端侧处的内筒前端侧体部61以及位于该内筒梯级部83的后端侧处的内筒后端侧体部62。内筒后端侧体部62形成为其内径和外径都比内筒前端侧体部61小，且形成为使其内径稍大于后述分隔器7的分隔器本体部85的外径。另外，内筒后端侧体部62以预定周向间隔形成有多个空气导入孔67。

外管状部件16通过对SUS304L板材进行深冲压而形成管状，且形成有外筒后端侧部63、外筒前端侧部64以及连接在该外筒后端侧部63与外筒前端侧部64之间的外筒梯级部35，该外筒后端侧部63在后端侧处具有用于从外部通向内部的开口，该外筒前端侧部64在前端侧处与内管状部件14的后端侧同轴连接。同时，外筒后端侧部63形成有用于以气密方式固定弹性密封件11于其上的折曲部88。

另外，金属外壳5的前端侧外周通过焊接与金属双壁保护件81，82连接，该保护件覆盖传感元件2的伸出该金属外壳5前端的前端部且形成有多个气体入口。

接着，气体传感器1的连接外管状部件16与内管状部件14的部分的放大剖视图表示在图2中。

如图2所示，内管状部件14的内筒后端侧体部62的外侧设有用于防止水从空气导入孔67侵入的管状过滤器68。同时，过滤器68由疏水性过滤器例如聚四氟乙烯的多孔纤维构造体(商品名：Gore-Tex(Japan Gore-Tex Inc.))形成，这种过滤器阻止含有作为主要成分的水的液体透过，但允许气体例如空气透过。

外管状部件16的外筒前端侧部64成形为从外侧覆盖其内设有过滤器68的内管状部件14(具体的，内筒后端侧体部62)，且该外筒前端侧部64沿圆周方向以预定间隔形成有多个空气导入孔84。

同时，外管状部件16和内管状部件14通过第一折曲部56和第二折曲部57相互固定，该第一折曲部56是通过在过滤器68介于内外管状部件之间的同时径向朝内折曲外管状部件16的外筒前端侧部64的至少一部分形成的，这部分位于比空气导入孔84更后端侧处，该第二折曲部57是通过在过滤器68类似地介于内外管状部件之间的同时折曲外筒前端侧部的至少一部分形成的，这部分位于比空气导入孔84更前端侧处。在这种情况下，过滤器68以气密方式保持在外管状部件16与内管状部件14之间。此外，外管状部件16的外筒前端侧部64被设置成重叠在内筒前端侧体部61上，通过径向朝内折曲该重叠部的至少一部分，形成折曲连接部75。

由此，作为标准气体的外界空气经由空气导入孔84、过滤器68、空气导入孔67和内管状部件14导入传感元件2的底孔25内。另一方面，因为水滴不能通过过滤器68，从而阻止其侵入内管状部件14。

设在后端以及外管状部件16内侧(外筒后端侧部63)处的弹性密封件11形成有四个引线插孔17，该引线插孔17从前端侧至后端侧贯穿弹性密封件11且供与传感元件2电连接的两根元件引线20，21以及与陶瓷加热器3电连接的两根加热器引线19，22插入其内。

此外，其前端侧插入内管状部件14的内筒后端侧体部62中的分隔器7形成有分隔器引线插孔71，该引线插孔71从前端侧至后端侧贯穿分隔器且供元件引线20，21和加热器引线19，22插入其内。另外，分隔器7形成有在轴向上延伸且其前端面敞开的底保持孔95。陶瓷加热器3的后端部插入此保持孔95内，且该陶瓷加热器3的后端面与保持孔95的底面抵接，从而相对于分隔器7轴向定位该陶瓷加热器3。

分隔器7具有插入内管状部件14的后端内侧中的分隔器本体部85以及从该分隔器本体部85的后端部起径向朝外延伸的分隔器法兰部86。即，分隔器7设在外管状部件16的内侧，以处于分隔器本体部85插入内管状部件14内且分隔器法兰部86通过使由氟橡胶制成的环状密封件40介于其与内管状部件14的后端面之间而支承在该后端面上的状态下。

另外，元件引线20，21和加热器引线19，22经由分隔器7的分隔器引线插孔71和弹性密封件11的引线插孔17从内管状部件14和外管状部件16的内部延伸到外部。同时，这四根引线19，20，21和22在外部与未表示的连接器连接。外部设备例如ECU与引线19，20，21和22经由连接器执行电信号的输入和输出。

另外，尽管未详细表示，但各引线19，20，21和22具有一种利用树脂制成的绝缘膜覆盖导线的构造，且该导线的后端侧与设在连接器上的连接器端子连接。元件引线20的导线的前端侧通过折曲到金属端子部43的后端部上来进行连接，该金属端子部43装配在传感元件2的外表面上，以及元件引线21的导线的前端侧通过折曲到金属端子部44的后端部上来进行连接，该金属端子部44通过压配合与传感元件2的内表面接触。由此，元件引线20与传感元件2的外部电极层26电连接，以及元件引线21与内部电气层27电连接。另一方面，加热器引线19，22的导线的前端部分别与一对加热器金属端子部连接，这对加热器金属端子部与陶瓷加热器3的加热电阻体连接。

接着，详细说明作为本发明的主要部分的弹性密封件11。

弹性密封件11由耐热性优良的氟树脂制成。图3中表示处于压缩变形前(设在外管状部件16内之前)的状态下的弹性密封件11。同时，在图3中，(a)是弹性密封件11的透视图，(b)是当从后端侧观察图(a)时获得的弹性密封件11的俯视图，以及(c)是弹性密封件11的侧视图，具有沿图(b)中线A-A取的剖面。

如图3所示，弹性密封件11包括本体部31、从位于该本体部31的前端侧处的外周面72起径向朝外延伸的密封件法兰部32、以及外径比该本体部31小的小直径部33。四根引线插孔17形成为轴向贯穿本体部31和小直径部33。同时，本实施例中，弹性密封件11在压缩变形前的轴向长度(高度)Xe为7.0mm。

本体部31呈圆柱状且外径Xa为8.6mm。密封件法兰部32的外径Xd为12.4mm且具有厚壁部34，该厚壁部34的厚度大于与本体部31连接的连接部。厚壁部34形成为使直径Xf是1.0mm的圆形截面环状连续。

另外，小直径部33被构造成包括圆柱部38和连接在该圆柱部38与本体部31之间的连接部36。连接部36形成为使其外径朝向本体部31逐渐且弧形地增大。小直径部33的轴向尺寸(高度)Xh在本实施例中为1mm，后端面的外径Xi为7.4mm。另外，连接部36的弧面曲率半径为0.3mm。

如图2所示，通过径向朝内折曲外管状部件16的位于弹性密封件11的外周面外侧的部分且从而形成折曲部88，弹性密封件11在压缩变形的状态下固定于该外管状部件16上。在此情况中，本实施例的传感元件1的弹性密封件11按照这样一种方式固定于外管状部件16上，该方式是本体部31的外周面72不从外管状部件16的后端向外伸出，但小直径部33(具体的，圆柱部38)的一部分(仅后端侧)从该外管状部件16的后端伸出。按照这种方式，在本实施例的气体传感器1中，小直径部33的外周面设置成跨过外管状部件的后端，且环状空间S形成在该小直径部33的外周面与该外管状部件的16的后端(内周面后端)之间。同时，外管状部件16的后端与弹性密封件11的小直径部33的后端面周缘39之间的轴向距离(最短距离)La在本实施例中为1.2mm。

另外，如图2所示，弹性密封件11的密封件法兰部32被设置成介于外管状部件16(具体的，外筒梯级部35的内表面)与分隔器7之间。密封件法兰部32的厚壁部34形成为如上所述圆形截面环状连续且当其介于外筒梯级部35与分隔器法兰部86之间时截面形状发生变化，从而防止外管状部件16的内表面与分隔器7之间产生间隙，且因而提高该外管状部件16与分隔器7之间的气密性和防水性。

此气体传感器1按照以下方式制造。

预先，元件引线20和21与各自的金属端子部43和44连接，加热器引线19和22与陶瓷加热器3的加热器金属端子部连接。然后，在陶瓷加热器3位于金属端子部44内侧的状态下，把引线19，20，21和22插入分隔器7的各自分隔器引线插孔71内。接着，在引线19，20，21和22被插入弹性密封件11的引线插孔17内的状态下，移动该弹性密封件11直至其前端面与分隔器7的后端面抵接。按照这种方式，生成传感器上部中间体(参照图5)。同时，作为弹性密封件11，可采用利用注射成形等形成图3所示形状的弹性密封件。此外，环状密封件40预先安装到分隔器本体部85的外周上。

然后，如图4所示，准备传感器下部中间体，在该传感器下部中间体内，传感元件2利用金属外壳5保持，保护件81和82被焊接到该金属外壳5的前端侧上，以及内管状部件14的前端侧与该金属外壳的后端侧连接。同时，内管状部件14的内筒后端侧体部62的周围设置管状过滤器68。接着，使传感器上部中间体的分隔器7的分隔器本体部85位于传感器下部中间体的内管状部件14的内筒后端侧体部62中。由此，金属端子部44与陶瓷传感器3一起插入传感元件2的底孔25内，且与外侧电极层26电连接。

然后，外管状部件16被设置成重叠在内管状部件14的内筒前端侧体部61的外侧上。接着，在朝向前端侧轴向推压外筒梯级部35的同时，径向朝内折曲外管状部件16与内筒前端侧体部61的重叠部，从而形成折曲连接部75以相互固定该外管状部件16与内管状部件14。同时，利用八方圆形折曲(eight-directional round crimping)来执行该折曲操作。

这里如图5所示，紧接折曲连接部75形成后的弹性密封件11处于这样一种状态，其中，整个本体部31和小直径部33的前端侧设在外管状部件16的内侧，且当相对于轴向观察时，该小直径部33的圆柱部38的外周面被设置成跨过该外管状部件16的后端。即，在本实施例中，弹性密封件11和外管状部件16的各部分的尺寸被调整为使得当该弹性密封件11设在外管状部件16的内侧时，该弹性密封件11的整个本体部31设在外管状部件16的内侧且小直径部33的圆柱部38的后端侧从外管状部件16的后端向外伸出。

另外，在本实施例中，当弹性密封件11设在外管状部件16的内侧时，该外管状部件16后端处的内径D为8.9mm，小直径部33(例如，圆柱部38)的外径d为7.4mm，且该外管状部件16的后端与其对应小直径部33之间的间隙为0.75mm。与此相反，外管状部件16的折曲部分与其对应本体部31之间的间隙为0.15mm。按照这种方式，外管状部件16的后端与弹性密封件11之间的间隙大于该外管状部件16的折曲部分与该弹性密封件11之间的间隙。此外，上述后端内径D与外径d之间的关系被定为使d/D＝0.83。

接着，如图6所示，利用折曲工具CL径向朝内折曲外管状部件16(外筒后端侧部63)的位于弹性密封件11的外周面外侧的部分，从而形成折曲部88并使该弹性密封件11压缩变形。由此，弹性密封件11以气密方式固定到外管状部件16上。此折曲操作也可利用八方圆形折曲来执行。在这种情况下，调整外管状部件16的折曲变形率，以使本体部31的外周面72不从该外管状部件16的后端向外伸出。同时，在折曲部88形成后，外管状部件16的后端与小直径部33的后端面周缘39之间的轴向距离La(参照图2)为1.2mm。

然后，利用折曲连接部75固定的外管状部件16和内管状部件14形成第一折曲部56和第二折曲部57，从而完成气体传感器1。

如已说明的，本实施例的气体传感器1通过采用这样一种弹性密封件11形成，该弹性密封件11具有位于最后端侧的小直径部33以及位于该小直径部33的更前端侧且外径大于该小直径部33的本体部31。弹性密封件11被设置成使得整个本体部31位于外管状部件16的内侧，以及使得当相对于气体传感器1的轴向观察时，小直径部33的外周面(具体的，圆柱部38的外周面)被设置成跨过该外管状部件16的后端。另外，在本实施例的气体传感器1中，弹性密封件11从外管状部件16的后端向外伸出，且间隙(本实施例中，处于从约0.1mm至约0.5mm的范围内)形成在该弹性密封件11的外周面与外管状部件16的后端之间。

由此，气体传感器1中，即便在引线19，20，21和22经由连接器与外部设备连接时左右弯曲该引线，该引线也难以直接与位于外管状部件16后端的边缘或毛边接触，从而能够阻止该引线损坏。尤其，在气体传感器1中，确保外管状部件16的后端与弹性密封件11的后端面周缘之间的轴向距离La为1.2mm，于是即便在该弹性密封件的引线插孔的后端开口边缘部附近的点处弯曲该引线近似180度，也能够有效地阻止该引线损坏。

此外，即便在高温环境下使用气体传感器1的过程中弹性密封件11热膨胀，由于直径形成为比本体部31小的小直径部33(具体的，圆柱部38)从外管状部件16的后端伸出，从而能够阻止由于热膨胀导致的该弹性密封件11内出现破裂。

以上，已就实施例对本发明进行了说明。但不用说的是本发明不限于上述实施例，而是可在本发明主题的范围内对其做出各种变化和变更。

例如，尽管在上述实施例中例示了这样一种弹性密封件11，其中，位于本体部31后端侧的小直径部33包括连接部36和圆柱部38，但该小直径部33只要成形为直径比该本体部31小就可以。具体的，如图7所示，可采用第二弹性密封件12，其包括与上述实施例类似的本体部31和密封件法兰部32以及位于该本体部31的后端侧处且具有直径朝向后端侧缩小的外周面(锥形面)的第二小直径部37。

然而，同样在使用此第二弹性密封件12的情况中，当把该第二弹性密封件12设在外管状部件16的内侧时，需要按照这样一种方式把该第二弹性密封件12设在外管状部件16内，以使该第二弹性密封件12的整个本体部31都设在外管状部件16的内侧以及使第二小直径部37的后端侧从外管状部件16的后端向外伸出。另外，当要使第二弹性密封件12压缩变形且固定于外管状部件16上时，需要径向朝内折曲外管状部件16，以便本体部31的外周面72不从后端向外伸出。

另外，尽管在上述实施例中弹性密封件11的小直径部33位于最后端侧，但该小直径部33不一定要位于该位置。

另外，尽管在上述实施例中气体传感器1已被描述为氧气传感器，但本发明也可应用于其它气体传感器例如NO_X传感器和HC传感器。

此外，在上述实施例中，前端封闭的传感元件用作传感元件2。然而，传感元件在形状上可依据所要检测的气体而变化，且可以采用板状传感元件。

采用板状传感元件的第二气体传感器100表示在图8中。在图8中，管状金属件不像上述实施例那样是包括外管状部件16和内管状部件14的双壁构造，而是利用外管状部件105构成的单壁构造。此外管状部件105利用全周激光焊接与金属外壳101的后端侧外周连接。同时，板状传感元件102利用含有结晶化玻璃粉的填充件103，104以气密方式保持在金属外壳101的内侧。

同样在第二气体传感器100中，第三弹性密封件111在压缩变形状态下固定于外管状部件105的后端侧上。更具体的，通过径向朝内折曲外管状部件105的后端侧，第三弹性密封件111被以气密方式固定。同时，除了不提供弹性密封件法兰部32，此第三弹性密封件111具有与上述实施例中所示的弹性密封件11相同的形状。

另外，如图8所示，第三弹性密封件111按照这样一种方式固定于外管状部件105上，以使得整个本体部131都设在该外管状部件105的内侧以及使得第三小直径部133的后端侧从该外管状部件105的后端向外伸出。即，第三小直径部133的外周面被设置成跨过外管状部件105的后端。

由此，第二气体传感器100也可获得与上述实施例同样的作用和效果。

另外，尽管在上述实施例中已就这样一种构造进行了说明，在该构造中，弹性密封件11设有小直径部33、使该小直径部33从外管状部件16的后端伸出、同时在该小直径部33的外周面与该外管状部件16的后端之间形成环状间隙S，但在该弹性密封件11的外周面与该外管状部件16的后端之间形成间隙的构造不限于如上所述的。

具体的，通过额外参照图3，准备一种未形成有小直径部33、但包括本体部和密封件法兰部的第四弹性密封件。如图9所示，第三气体传感器200形成为使第四弹性密封件211的本体部231的一部分和密封件法兰部232固定在外管状部件216内且该本体部231的其余部分从该外管状部件216的后端向外伸出。同时，由于第三气体传感器200在弹性密封件的形状以及外管状部件的后端侧的构造方面不同于上述实施例的气体传感器1，因此以下为了简明，将集中说明与该气体传感器1不同的部分而省略与其相同的部分。

同时，在上述实施例的气体传感器1中，折曲部88形成之前的外管状部件16的后端内径D形成为一致，且该折曲部88在弹性密封件11设于外管状部件16的内侧后形成。另一方面，在第三气体传感器200中，预先在折曲部288形成部(以下称为折曲部)的更后端侧形成内径比该折曲部大的大直径部286，以使外管状部件216的后端内径大于折曲部的内径。同时，预先调整第四弹性密封件211和外管状部件216的各个部分的尺寸，以使折曲部的内径和大直径部286的内径大于该第四弹性密封件211的本体部231的外径。

然后，第四弹性密封件211设在外管状部件216的内侧，且在本体部232的一部分从该外管状部件216的后端向外伸出的状态下，径向朝内折曲位于该第四弹性密封件211的外周面外侧的折曲部，以使第四弹性密封件211压缩变形，同时形成折曲部288。由于预先形成外管状部件216的内径大于折曲部的大直径部286，尽管第四弹性密封件211在折曲步骤中发生变形，但即便在折曲步骤中也能获得位于该第四弹性密封件211的外周面与外管状部件216的后端之间的环状间隙S。

由此，同样在第三气体传感器200中，第四弹性密封件211的一部分从外管状部件216的后端向外伸出且该第四弹性密封件211的外周面与外管状部件216的后端之间形成间隙S，于是能够获得与上述实施例相同的作用和效果。

(试验例)

为确认本发明的效果，执行以下试验。

准备这样一种气体传感器作为气体传感器的例1，其中，如在上述实施例中所述的弹性密封件11的后端面周缘39与外管状部件16的后端之间的轴向距离为1.2mm。准备这样一种气体传感器作为气体传感器的例2，其与上述例1相同，只是弹性密封件的后端面周缘39与外管状部件16的后端之间的轴向距离为0.6mm。另外，准备这样一种气体传感器作为气体传感器的例3，其中，用上述第二弹性密封件12替代上述实施例中的弹性密封件11，本体部31容纳在外管状部件16内，且仅小直径部37的一部分从该外管状部件16的后端伸出。第二弹性密封件12的后端面周缘与外管状部件16的后端之间的轴向距离为0.4mm。

另外，准备这样一种气体传感器作为比较例1，其中，用未形成小直径部的传统圆柱状弹性密封件替代上述实施例的弹性密封件11，且本体部的后端侧完全不伸出外管状部件的后端。另外，准备这样一种气体传感器作为比较例2，其采用与比较例1相同的圆柱状弹性密封件，但该弹性密封件的后端从外管状部件的后端伸出。同时，这样准备比较例2，使本体部的后端面周缘与外管状部件的后端之间的轴线距离为0.6mm。给实施例1至3及比较例1和2各准备10个传感器。

这五种气体传感器中，首先在引线插孔的后端开口边缘部附近的点处朝向相同方向弯曲四根引线180度，然后在此状态下用80N和100N的拉力拉伸该引线。其后，目视观察引线的绝缘膜是否损坏。对于每种的十个气体传感器，表1表示引线的绝缘膜损坏的例子数目。

然后，每个气体传感器受到热处理以使弹性密封件保持在260℃，此热处理持续五十小时。其后，目视观察弹性密封件的外观是否产生破裂。对于每种的十个气体传感器，表1还额外记录了弹性密封件内出现破裂的例子数目。

在表1中，考虑引线拉伸试验和弹性密封件加热试验的结果，两结果都相当良好的例子用○表示，两结果都良好的例子用△表示，以及产生其它结果的例子用×表示，并进行综合评价。

[表1]

	经由拉伸试验损坏的例子数目		经由加热试验导致弹性密封件内出现破裂的例子数目	综合评价
					80N	100N
	例1	0/10					0/10	0/10	○
例2			0/10	0/10	0/10	○
	例3	0/10					1/10	0/10	△
比较例1			6/10	8/10	0/10	×
	比较例2	0/10					0/10	7/10	×

通过表1，确认在根据例1至3的气体传感器的情况下，即便在以80N的拉力朝向相同方向拉伸引线时，该引线也不受到任何损坏，且弹性密封件内不产生破裂，因此它们是良好的气体传感器。特别地，在根据例1和2的气体传感器1的情况下，其中，弹性密封件的外端面周缘与外管状部件的后端之间的轴向距离为0.6mm或更远，因此即便以100N的拉力拉伸引线，也完全未观察到该引线损坏。

另一方面，在采用不具有小直径部的传统弹性密封件的比较例1的情况下，尽管未观察到该弹性密封件内产生破裂，但确认引线倾向于容易损坏。另外，在采用相同的传统类型弹性密封件的比较例2的情况下，尽管利用该弹性密封件的后端面周缘与外管状部件的后端之间的轴向距离为0.6mm的效果可阻止引线损坏，但由于不同于例1至3，即，从外管状部件的后端向外伸出的部分未形成为小直径，所以确认该弹性密封件倾向于容易产生破裂。

Claims (10)

1.一种气体传感器的制造方法，所述气体传感器具有：传感元件，该传感元件在轴向上延伸且具有面向被测定气体的前端侧；金属外壳，其径向围绕所述传感元件且保持所述传感元件；管状金属件，其设在所述金属外壳的后端侧处；至少一根引线，其从所述管状金属件的内部向所述管状金属件的外部延伸，且具有与所述传感元件电连接的导线和覆盖所述导线的绝缘膜；以及弹性密封件，其具有引线插孔，所述引线插入在该引线插孔内，其特征在于，所述方法包括：

设置步骤，准备具有本体部和外径比所述本体部小的小直径部的所述弹性密封件，把整个所述本体部和所述小直径部的一部分设在所述管状金属件的内侧，以及允许所述小直径部的其余部分从所述管状金属件的后端向外伸出；以及

折曲步骤，径向朝内折曲所述管状金属件的至少一部分，从而使所述弹性密封件压缩变形。

2.根据权利要求1所述的气体传感器的制造方法，其特征在于，在所述折曲步骤后，所述弹性密封件从所述管状金属件的后端沿所述轴向朝外伸出0.6mm或更多。

3.根据权利要求1或2所述的气体传感器的制造方法，其特征在于，压缩变形前的所述弹性密封件的所述小直径部具有近似圆柱部和连接在所述圆柱部与所述本体部之间的且朝向所述本体部逐渐增大的连接部。

4.根据权利要求1或2所述的气体传感器的制造方法，其特征在于，压缩变形前的所述弹性密封件的所述小直径部的外周面形成朝向后端侧逐渐缩小的斜面。

5.根据权利要求3或4所述的气体传感器的制造方法，其特征在于，在所述设置步骤后，满足关系0.7≤d/D＜1.0，这里，D是所述管状金属件的后端的内径(单位：mm)，d是位置对应于所述管状金属件的后端的所述弹性密封件的所述小直径部的外径(单位：mm)。

6.一种气体传感器的制造方法，所述气体传感器具有：传感元件，该传感元件在轴向上延伸且具有面向被测定气体的前端侧；金属外壳，其径向围绕所述传感元件且保持所述传感元件；管状金属件，其设在所述金属外壳的后端侧处；至少一根引线，其从所述管状金属件的内部向所述管状金属件的外部延伸，且具有与所述传感元件电连接的导线和覆盖所述导线的绝缘膜；以及弹性密封件，其具有引线插孔，所述引线插入在该引线插孔内，其特征在于，所述方法包括：

设置步骤，把所述弹性密封件设在所述管状金属件的内侧以使所述弹性密封件的一部分从所述管状金属件的后端向外伸出；以及

折曲步骤，径向朝内折曲所述管状金属件的至少一部分，从而使所述弹性密封件压缩变形，

其中，所述折曲步骤在这样一种状态下进行，在所述状态下，所述管状金属件的所述后端与所述弹性密封件的位置对应于所述管状金属件的所述后端的外周面之间的间隙大于所述管状金属件的折曲部的内周面与所述弹性密封件的位置对应于所述管状金属件的所述折曲部的外周面之间的间隙。

7.一种气体传感器，包括：

传感元件，其在轴向上延伸且具有面向被测定气体的前端侧；

金属外壳，其径向围绕所述传感元件且保持所述传感元件；

管状金属件，其设在所述金属外壳的后端侧；

至少一根引线，其从所述管状金属件的内部向所述管状金属件的外部延伸，且具有与所述传感元件电连接的导线和覆盖所述导线的绝缘膜；以及

弹性密封件，具有引线插孔，所述引线插入在该引线插孔内，

其特征在于，所述管状金属件的后端与所述弹性密封件的外周面之间设有间隙。

8.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，所述弹性密封件包括设在所述管状金属件内的本体部和设在比所述本体部更后端侧处的且外径小于所述本体部的小直径部，所述间隙设在所述管状金属件的所述后端与所述小直径部之间。

9.根据权利要求7或8所述的气体传感器，其特征在于，所述管状金属件包括用于把所述弹性密封件固定在其内的固定部和设在比所述固定部更后端侧处的且内径大于所述固定部的大直径部，所述间隙设在所述大直径部与所述弹性密封件之间。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述弹性密封件从所述管状金属件的所述后端沿轴向向外伸出0.6mm或更多。

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