專利名稱：傳感器的制造方法和傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器的制造方法和傳感器。
背景技術(shù)：
常規(guī)所知的傳感器包括氧傳感器，這些氧傳感器構(gòu)成為把具有管狀形狀的檢測元件(以下可以稱為管狀檢測元件)保持在金屬殼體內(nèi)。某些氧傳感器使用具有法蘭部的管狀檢測元件，該法蘭部在軸向方向一體形成在大致中心位置，使得法蘭部面向后并向外徑向突出。管狀檢測元件設(shè)置在金屬殼體內(nèi)，使得法蘭部直接或者通過另一構(gòu)件(例如填料)與從金屬殼體的通孔的壁表面向內(nèi)徑向突出的階梯部嚙合。
同時，最近提出的氧傳感器使用具有板形狀的檢測元件(具有層疊結(jié)構(gòu)的檢測元件；以下可以稱為板式檢測元件)來取代具有管狀形狀的檢測元件。這種板式檢測元件不具有與金屬殼體的階梯部嚙合的一體形成的法蘭部。這樣，板式檢測元件使用形成有用于與金屬殼體的階梯部嚙合的嚙合表面的管狀絕緣子，以使板式檢測元件可由金屬殼體保持。更具體地說，把絕緣子和板式檢測元件固定結(jié)合，并且絕緣子的嚙合表面用作法蘭部的嚙合表面并與金屬殼體的階梯部嚙合，從而使板式檢測元件由金屬殼體保持(參照日本專利申請第2002-174622號公報(Japanese Patent Application Laid-Open(Kokai)No.2002-174622)(圖1和圖3))。
使用絕緣子作為法蘭部可把板式檢測元件安裝到為了與管狀檢測元件一起使用而設(shè)計的金屬殼體上。這樣，使用管狀檢測元件的傳感器和使用板式檢測元件的傳感器可共享金屬殼體作為共用部件。這種部件共享可降低傳感器生產(chǎn)中的部件成本。
同時，某些使用具有板形狀的檢測元件的氧傳感器構(gòu)成為把絕緣保持器、粉末壓實填料以及絕緣套筒分層配置成從所有徑向方向包圍板式檢測元件。在這種傳感器的制造過程中，在把絕緣保持器和粉末壓實填料設(shè)置在金屬殼體內(nèi)之后，把安裝有絕緣套筒的板式檢測元件插通粉末壓實填料的元件插入通孔以及絕緣保持器的元件插入通孔，從而把板式檢測元件和金屬殼體接合在一起。隨后，向粉末壓實填料施加壓力。粉末壓實填料的壓縮應力使板式檢測元件保持在金屬殼體內(nèi)，從而使板式檢測元件和金屬殼體相結(jié)合(參照日本專利申請第2002-168823號公報(Japanese Patent Application Laid-Open(Kokai)No.2002-168823)(圖1))。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在日本專利申請第2002-174622號公報(圖1和圖3)內(nèi)揭示的常規(guī)氧傳感器使用玻璃密封材料把絕緣子和檢測元件固定接合。玻璃焊接要求高溫熱處理。由于高溫熱處理可能會使檢測元件由于溫度突變而發(fā)生破裂(斷裂)，因而必須把熱處理時間設(shè)定得較長，并使溫度升高速度緩慢，以防止檢測元件的這種斷裂。然而，在傳感器的制造過程中，延長高溫熱處理的時間會使制造效率下降。
同時，在日本專利申請第2002-168823號公報(圖1)內(nèi)揭示的常規(guī)氧傳感器使用粉末壓實填料(通過壓實粉末物質(zhì)而形成的環(huán)構(gòu)件(以下可以稱為粉末壓實環(huán)))來取代玻璃密封材料，從而無需玻璃焊接的熱處理步驟，并從而避免傳感器由于延長高溫熱處理時間可能會引起的制造效率下降。
粉末壓實環(huán)可形成為例如環(huán)狀形狀，具有在中心部形成的元件插入通孔。元件插入通孔的斷面積略大于板式檢測元件的斷面積，以便可使板式檢測元件插通。
然而，在使用采用上述形狀形成的具有元件插入通孔的粉末壓實環(huán)的傳感器的制造中，以下組裝作業(yè)變得麻煩在把粉末壓實環(huán)設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)之后，把板式檢測元件和金屬殼體組裝在一起，使得把檢測元件插入到粉末壓實環(huán)的元件插入通孔內(nèi)。具體地說，當要把板式檢測元件插入到元件插入通孔內(nèi)時，必須把板式檢測元件設(shè)定到這樣的角度定向(其軸周圍的角度位置)，以至于能插入到元件插入通孔內(nèi)。特別是，在構(gòu)成為把粉末壓實環(huán)深深設(shè)置在通孔內(nèi)的金屬殼體的情況下，識別粉末壓實環(huán)的元件插入通孔的角度定向變得困難；結(jié)果，把板式檢測元件和金屬殼體進行組裝的作業(yè)變得麻煩。
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，本發(fā)明的目的是提供傳感器的制造方法，該方法在檢測元件上形成與金屬殼體的階梯部嚙合的法蘭部(嚙合部)，并有利于把檢測元件安裝到金屬殼體上的作業(yè)。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種傳感器的制造方法，該傳感器包括板式檢測元件，具有軸向延伸板的形狀，并具有檢測部，形成在指向被測物體的前端部；以及電極端子部，形成在后端部；法蘭部，一體組裝到板式檢測元件上，以便包圍板式檢測元件；以及金屬殼體，具有軸向延伸通孔，用于可使板式檢測元件貫通；以及階梯部，從通孔的壁表面向內(nèi)徑向突出，并適合于與法蘭部嚙合。法蘭部至少包括第一粉末層，該第一粉末層借助第一粉末壓實環(huán)而形成，并一體組裝到板式檢測元件上。該方法包括第一步驟，把板式檢測元件插通第一粉末壓實環(huán)的元件插入通孔，并使第一粉末壓實環(huán)沿著板式檢測元件的軸向方向定位，在把板式檢測元件插通第一粉末壓實環(huán)之前的階段進行比較時，元件插入通孔的斷面積大于通過使用與軸向方向垂直的平面進行截面所測定的板式檢測元件的斷面積；第二步驟，通過向第一粉末壓實環(huán)施加軸向壓縮壓力，以使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形，從而使元件插入通孔的斷面積減少，把至少包括第一粉末壓實環(huán)的法蘭部一體組裝到板式檢測元件上；以及第三步驟，在把板式檢測元件設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)時，使法蘭部直接或者通過中間構(gòu)件與金屬殼體的階梯部嚙合，從而使板式檢測元件軸向定位在通孔內(nèi)，該中間構(gòu)件具有空心部，該空心部的尺寸足夠大到使板式檢測元件在空心部內(nèi)圍繞軸向延伸中心軸旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)上述傳感器的制造方法，在第一步驟，把板式檢測元件插通第一粉末壓實環(huán)的元件插入通孔，并使第一粉末壓實環(huán)沿著板式檢測元件的軸向方向定位。
在第二步驟，通過向第一粉末壓實環(huán)施加壓力，以使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形，從而使元件插入通孔的斷面積減少，把至少包括第一粉末壓實環(huán)的法蘭部一體組裝到板式檢測元件上。結(jié)果，把包括第一粉末壓實環(huán)的法蘭部一體組裝到板式檢測元件上，同時在與軸向方向(徑向向外)垂直的方向從板式檢測元件突出，從而使法蘭部可與金屬殼體的階梯部嚙合。
在第三步驟，在把板式檢測元件設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)時，使法蘭部直接或者通過中間構(gòu)件與金屬殼體的階梯部嚙合。通過使用法蘭部作為嚙合部，使板式檢測元件軸向定位在金屬殼體內(nèi)。板式檢測元件在金屬殼體內(nèi)的這種定位無需使用玻璃密封材料，從而防止傳感器的制造效率由于采用高溫熱處理可能會引起的下降。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，法蘭部和板式檢測元件的組裝作業(yè)不與板式檢測元件和金屬殼體的組裝作業(yè)同時進行，而是在板式檢測元件和金屬殼體的組裝作業(yè)之前進行。
上述做法無需把板式檢測元件設(shè)定到預定角度定向，從而消除把板式檢測元件設(shè)定到預定角度定向的作業(yè)，并從而有利于把板式檢測元件安裝到金屬殼體上的作業(yè)。
當把一體組裝有至少包括第一粉末壓實環(huán)的法蘭部的板式檢測元件組裝到金屬殼體上時，法蘭部與階梯部嚙合，從而可使板式檢測元件相對于金屬殼體定位在預定軸向位置。這樣，考慮到金屬殼體上的階梯部的位置，通過預先決定板式檢測元件上要安裝法蘭部(第一粉末壓實環(huán))的位置，可把板式檢測元件相對于金屬殼體定位在預定位置。這有利于板式檢測元件相對于金屬殼體的定位(軸向定位)。
中間構(gòu)件具有空心部?？招牟康某叽缱銐虼蟮绞拱迨綑z測元件在空心部內(nèi)圍繞其自身軸旋轉(zhuǎn)。這樣，中間構(gòu)件不對板式檢測元件的角度定向施加限制。中間構(gòu)件可以例如是填料。
在使用中間構(gòu)件的情況下，把板式檢測元件插通中間構(gòu)件的空心部，并使法蘭部通過中間構(gòu)件與金屬殼體的階梯部間接接觸。值得注意的是，使用填料作為中間構(gòu)件可增強板式檢測元件和金屬殼體之間的氣密性。
優(yōu)選的是，在上述傳感器的制造方法中，法蘭部還包括管狀保護罩，該保護罩覆蓋第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面；在第一步驟，當要把板式檢測元件插通第一粉末壓實環(huán)的元件插入通孔時，把保護罩設(shè)置在保護罩覆蓋第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面所在的位置；以及在第二步驟，向第一粉末壓實環(huán)施加壓縮壓力，以使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形，從而使元件插入通孔的斷面積減少，并使第一粉末壓實環(huán)和保護罩之間的間隙消除，這樣把包括第一粉末壓實環(huán)和保護罩的法蘭部一體組裝到板式檢測元件上。
通過不僅把第一粉末壓實環(huán)而且把保護罩整體安裝到板式檢測元件上，包括第一粉末壓實環(huán)和保護罩的法蘭部用作板式檢測元件的嚙合部。與僅由第一粉末壓實環(huán)實施的嚙合部相比，由包括第一粉末壓實環(huán)和保護罩的法蘭部實施的嚙合部可具有增強的強度，從而防止在傳感器的制造過程中發(fā)生破裂或剝落等的斷裂。
在上述傳感器的制造方法中，把保護罩設(shè)置成覆蓋(包圍)第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面。這樣，在第二步驟，當要使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形時，無需用于包圍第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面的夾具，從而使傳感器的制造裝置(設(shè)備)簡化。
優(yōu)選的是，在使用保護罩的傳感器的制造方法中，法蘭部還包括絕緣保持器，該絕緣保持器位于第一粉末壓實環(huán)的前端側(cè)，具有環(huán)狀形狀，并采用絕緣材料形成；保護罩采用金屬材料形成，具有這樣的管狀形狀以至于覆蓋第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面和絕緣保持器的側(cè)表面，并具有底部，該底部與絕緣保持器的前端部表面對接；絕緣保持器具有插入通孔部，該插入通孔部的斷面積大于通過使用與軸向方向垂直的平面進行截面所測定的板式檢測元件的斷面積；保護罩的底部具有開口部，該開口部的斷面積大于通過使用與軸向方向垂直的平面進行截面所測定的板式檢測元件的斷面積；在第一步驟，把第一粉末壓實環(huán)和絕緣保持器用保護罩覆蓋，從而使保護罩的底部位于絕緣保持器的前端側(cè)，并且把板式檢測元件插通保護罩的底部的開口部、絕緣保持器的插入通孔部、以及第一粉末壓實環(huán)的元件插入通孔；以及在第二步驟，施加軸向壓縮壓力，以使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形，并把包括第一粉末壓實環(huán)、絕緣保持器以及保護罩的法蘭部一體組裝到板式檢測元件上。
具有底部的保護罩由于第一粉末壓實環(huán)的壓縮變形而一體組裝到板式檢測元件上，并可依靠其底部把絕緣保持器保持在內(nèi)部。這樣，當要把一體組裝有法蘭部的板式檢測元件保持時，可防止發(fā)生絕緣保持器與板式檢測元件分離，而與板式檢測元件的前端部的定向無關(guān)；即，無論前端部是垂直指向(向上或向下)還是水平指向(向左或向右)。
這樣，在傳感器的制造過程中，當要把一體組裝有法蘭部的板式檢測元件保持時，不會對板式檢測元件的定向施加限制，從而使制造作業(yè)的復雜性減少。
保護罩的底部可用作用于防止形成絕緣保持器和金屬殼體的階梯部之間的間隙的填料，從而增強板式檢測元件和金屬殼體之間的氣密性。
優(yōu)選的是，用于形成保護罩的金屬材料可彈性變形并可耐受在高溫環(huán)境中使用。設(shè)置絕緣保持器是為了防止用于形成第一粉末壓實環(huán)的粉末物質(zhì)通過金屬殼體的通孔從金屬殼體的內(nèi)部出來。
優(yōu)選的是，在使用具有底部的保護罩的傳感器的制造方法中，金屬殼體的階梯部形成為錐形表面，其錐形形成為使直徑向后增加；絕緣保持器的前端部表面至少包括錐形表面，其錐形形成為使直徑向前減少；在把保護罩設(shè)置成覆蓋第一粉末壓實環(huán)和絕緣保持器之前的階段，保護罩的底部具有與絕緣保持器的錐形表面的角度不同的角度；以及在第二步驟，施加軸向壓縮壓力，以使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形，并使保護罩的底部變形，從而使底部具有與絕緣保持器的錐形表面的角度大致相等的角度，這樣把法蘭部一體組裝到板式檢測元件上。
上述傳感器的制造方法不采用以下做法，即把在保護罩安裝到板式檢測元件上之前所測定的保護罩的底部的錐角設(shè)定成大致等于絕緣保持器的前端部的錐形表面的角度。而是，在第二步驟，使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形，并使保護罩的底部變形成具有與絕緣保持器的前端部的錐形表面的角度大致相等的角度。
通過使用在施加壓力前所測定的與絕緣保持器的前端部表面的錐角(開角)不同的保護罩的底部的錐形表面的錐角(開角)，即使當絕緣保持器的前端部錐形表面的錐角在容許范圍內(nèi)變化時，保護罩的底部的內(nèi)錐形表面也能與絕緣保持器的前端部錐形表面良好配合。
這樣，即使當絕緣保持器的前端部錐形表面的錐角涉及到尺寸誤差時，保護罩的底部也能與絕緣保持器合適對接，從而抑制在傳感器的制造過程中由傳感器的組成部件的尺寸誤差所產(chǎn)生的不利影響。
同時，在某些情況下，當在朝向前端的方向，向包括與設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)的板式檢測元件形成一體的第一粉末壓實環(huán)、絕緣保持器和保護罩的法蘭部施加壓力時，可以使保護罩變形，以使其在底部和側(cè)部之間的過渡部向內(nèi)膨脹。保護罩的該膨脹部可能會對絕緣保持器施加不合適的壓力，從而可能會使絕緣保持器斷裂。
優(yōu)選的是，為了避免上述問題，把絕緣保持器形成為，當把絕緣保持器設(shè)置在保護罩內(nèi)時，在絕緣保持器和保護罩的過渡角部的內(nèi)表面之間形成間隙，該過渡角部位于底部和側(cè)部的接合處。
換句話說，即使當保護罩的位于底部和側(cè)部之間的過渡角部向內(nèi)膨脹時，使用具有上述形式的絕緣保持器也能防止膨脹部和絕緣保持器之間的接觸，從而防止絕緣保持器的斷裂。
這樣形成的絕緣保持器例如構(gòu)成為，除了直徑向前減少并且與保護罩的底部嚙合的錐形表面(以下可以稱為第一錐形表面)以外，還把第二錐形表面形成在絕緣保持器的前端部以包圍第一錐形表面。把第二錐形表面的錐角設(shè)定成與第一錐形表面的錐角不同，以便形成第二錐形表面和保護罩的內(nèi)表面之間的間隙。
使用這樣形成的絕緣保持器的傳感器的制造方法具有提高傳感器的制造效率的優(yōu)點，這是因為，可防止絕緣保持器由于保護罩的膨脹變形可能會引起的斷裂，從而降低廢品傳感器的發(fā)生率。
優(yōu)選的是，在上述傳感器的制造方法中，傳感器還包括保護部，該保護部形成為覆蓋形成有檢測部的板式檢測元件的前端部；保護罩具有與金屬殼體的階梯部嚙合的罩側(cè)嚙合部，并與保護部一體形成；以及在第一步驟，使與保護部一體形成的保護罩覆蓋第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面，并使保護部覆蓋板式檢測元件的檢測部。
上述傳感器的制造方法通過單一操作，可同時進行把保護罩設(shè)置在覆蓋第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面的位置，以及把保護部設(shè)置在覆蓋板式檢測元件的檢測部的位置。與分別形成保護罩和保護部的情況相比，可減少傳感器的制造過程中的作業(yè)步驟數(shù)。
由于在傳感器制造的中間階段，使用保護部覆蓋和保護板式檢測元件，因而可在隨后的制造過程中防止板式檢測元件斷裂。特別是，當要把板式檢測元件設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)時，可防止板式檢測元件和金屬殼體之間的意外接觸。因此，把板式檢測元件安裝到金屬殼體上的作業(yè)無需對避免板式檢測元件和金屬殼體之間的接觸加以特別注意，從而使安裝作業(yè)的復雜性減少。
并且，保護罩和保護部的一體形成可減少傳感器的組成部件數(shù)，從而降低制造成本。
優(yōu)選的是，在上述傳感器的制造方法中，板式檢測元件具有保護層，該保護層至少形成在前端部的電極表面，該電極表面暴露于被測物體；以及在第一步驟，把板式檢測元件插通第一粉末壓實環(huán)的元件插入通孔，以使板式檢測元件的后端部用作引導部。
根據(jù)上述傳感器的制造方法，在第一步驟，把板式檢測元件插通第一粉末壓實環(huán)的元件插入通孔，以使板式檢測元件的后端部用作引導部。這樣，插通第一粉末壓實環(huán)的作業(yè)不會發(fā)生第一粉末壓實環(huán)把保護層從板式檢測元件的前端部刮去的問題。
這樣，本發(fā)明的方法不需要對在把包括第一粉末壓實環(huán)的法蘭部整體安裝到具有保護層的板式檢測元件上的過程中防止保護層剝落加以注意，從而使傳感器的制造過程中的作業(yè)復雜性減少。
優(yōu)選的是，在上述傳感器的制造方法中，傳感器還包括填充構(gòu)件，該填充構(gòu)件通過把粉末物質(zhì)壓實成環(huán)狀形狀而形成，并設(shè)置成包圍位于法蘭部的后端側(cè)的板式檢測元件的一部分；在第三步驟，把板式檢測元件設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)，以使填充構(gòu)件設(shè)置在位于法蘭部的后端側(cè)的板式檢測元件的一部分的周圍；以及在進行了第三步驟之后，把指向金屬殼體的階梯部的壓力施加給填充構(gòu)件，以便用填充構(gòu)件填充板式檢測元件和金屬殼體之間的空間，從而使填充構(gòu)件建立板式檢測元件和金屬殼體之間的氣密密封。
根據(jù)上述傳感器的制造方法，在把法蘭部一體組裝到板式檢測元件上的第二步驟之后的第三步驟，把環(huán)狀填充構(gòu)件裝配到板式檢測元件上，從而使填充構(gòu)件可由法蘭部支撐。換句話說，把填充構(gòu)件從上方裝配到前端面向下的板式檢測元件上，以使板式檢測元件的后端用作引導端并插通填充構(gòu)件。結(jié)果，填充構(gòu)件設(shè)置在板式檢測元件的周圍，同時放置在法蘭部上。
在以下情況下，即在把板式檢測元件設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)之前的階段，如上所述，可把填充構(gòu)件設(shè)置在板式檢測元件的周圍，可容易檢查填充構(gòu)件相對于板式檢測元件的設(shè)置條件，從而可在合適條件下設(shè)置填充構(gòu)件。
在以下情況下，即在把板式檢測元件設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)之后，把填充構(gòu)件插入和設(shè)置在該通孔內(nèi)，由于目視檢查金屬殼體的通孔內(nèi)部存在困難，因而難以檢查填充構(gòu)件的設(shè)置條件，并且由于空間狹窄，因而難以修改填充構(gòu)件的設(shè)置條件。結(jié)果，填充構(gòu)件可能會在不合適的條件下設(shè)置(例如，填充構(gòu)件在傾斜條件下設(shè)置)。相比之下，本發(fā)明的傳感器的制造方法可容易把填充構(gòu)件相對于板式檢測元件在合適條件下設(shè)置，從而使傳感器組裝作業(yè)的復雜性減少。
而且，在以下情況下，即在把板式檢測元件設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)之后，把填充構(gòu)件插入和設(shè)置在該通孔內(nèi)，金屬殼體的某種結(jié)構(gòu)使填充構(gòu)件下落很長距離，這樣，下落沖擊可能會使填充構(gòu)件斷裂。
相比之下，在本發(fā)明的傳感器的制造方法中，在把板式檢測元件設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)之前，可把填充構(gòu)件設(shè)置在板式檢測元件的周圍，從而防止填充構(gòu)件由于下落沖擊可能會引起的斷裂。換句話說，把填充構(gòu)件設(shè)置在板式檢測元件的周圍，同時放置在法蘭部；然后，把板式檢測元件保持在后端部并與填充構(gòu)件一起設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)。這樣，可防止發(fā)生下落沖擊，從而防止填充構(gòu)件斷裂。
并且，由于使填充構(gòu)件在壓力下填充板式檢測元件和金屬殼體之間的空間，因而可把板式檢測元件和金屬殼體在更強固的條件下進行組裝，并可在兩者之間建立良好的氣密密封。


圖1是示出根據(jù)一實施例的空燃比傳感器的整體構(gòu)成的斷面圖。
圖2是示出檢測元件的概略結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖3是陶瓷保持器、第一粉末壓實環(huán)和第二粉末壓實環(huán)在安裝到檢測元件上之前所看見的一系列透視圖。
圖4是保護罩的透視圖。
圖5是示出通過使用元件單元加工夾具加工元件單元的步驟的一系列說明圖。
圖6是示出設(shè)置有陶瓷保持器的空燃比傳感器的一部分的放大斷面圖。
圖7是通過把檢測元件和第一粉末壓實環(huán)和金屬殼體等的其他構(gòu)件一體組裝而獲得的中間組件的透視圖。
圖8是示出第二全范圍空燃比傳感器的整體構(gòu)成的斷面圖。
圖9是示出包括第二陶瓷保持器的第三全范圍空燃比傳感器的整體構(gòu)成的斷面圖。
圖10是設(shè)置有第二陶瓷保持器的第三全范圍空燃比傳感器的一部分的放大斷面圖。
2…全范圍空燃比傳感器；4…檢測元件；8…檢測部；30，31，32，34，36…電極端子部；102…金屬殼體；106…陶瓷保持器；107…階梯部；108…第一粉末層；109…通孔；110…第二粉末層；125…保護罩；126…底部；160…第二全范圍空燃比傳感器；161…第二保護罩；162…罩部；163…保護部；164…罩側(cè)嚙合部；200…第三全范圍空燃比傳感器；206…第二陶瓷保持器；208…第一粉末壓實環(huán)；210…第二粉末壓實環(huán)具體實施方式
以下將參照附圖對本發(fā)明所適用的實施例進行詳細說明。
本實施例是作為一種氣體傳感器的全范圍空燃比傳感器2(以下可以稱為空燃比傳感器2)。為了在包括汽車內(nèi)燃機在內(nèi)的各種內(nèi)燃機內(nèi)的空燃比反饋控制中使用，空燃比傳感器2包括用于檢測特定氣體或者被測物體的檢測元件(氣體傳感器元件)，該檢測元件包含在排氣中并安裝在內(nèi)燃機的排氣管內(nèi)。
圖1是示出通過應用本發(fā)明的方法來實施的空燃比傳感器2的整體構(gòu)成的斷面圖。
空燃比傳感器2包括管狀金屬殼體102，具有形成在外表面的陽螺紋部103，該陽螺紋部103適合于把空燃比傳感器2牢固安裝到排氣管上；檢測元件4，具有軸向(圖1中，垂直)延伸板的形狀；管狀陶瓷套筒6，設(shè)置成從所有徑向方向包圍檢測元件4；絕緣接觸構(gòu)件82，設(shè)置成使軸向貫通絕緣接觸構(gòu)件82的接觸插入通孔84的壁表面包圍檢測元件4的后端部；以及五個引線框架10，設(shè)置在檢測元件4和絕緣接觸構(gòu)件82之間。
檢測元件4具有軸向延伸板的形狀，并構(gòu)成如下覆蓋有保護層25的檢測部8形成在指向被測氣體的前端部(圖1中，在下端部)；以及電極端子部30、31、32、34和36形成在后端部(圖1中，上端部)的對置側(cè)的第一板表面21和第二板表面23。引線框架10設(shè)置在檢測元件4和絕緣接觸構(gòu)件82之間，從而與檢測元件4的對應電極端子部30、31、32、34和36電氣連接。引線框架10也與在傳感器的內(nèi)部和外部之間延伸的對應引線46電氣連接，從而形成電流通路，電流通過電流通路在連接有引線46的外部設(shè)備和電極端子部30、31、32、34和36之間流動。
金屬殼體102具有大致管狀形狀，并具有軸向延伸通孔109，該軸向延伸通孔109具有與軸向方向垂直截面的圓形斷面。階梯部107從通孔109的壁向內(nèi)徑向突出。金屬殼體102保持檢測元件4，該檢測元件4貫通通孔109，以使檢測部8位于通孔109的向前外部，而使電極端子部30、31、32、34和36位于通孔109的向后外部。階梯部107具有錐形表面，該錐形表面相對于與軸向方向垂直的平面傾斜。錐形表面面向后，其直徑向后增加。
在金屬殼體102的通孔109內(nèi)，把環(huán)狀陶瓷保持器106、第一粉末層108、第二粉末層110和陶瓷套簡6從前側(cè)到后側(cè)分層配置成從所有徑向方向包圍檢測元件4。在把檢測元件4插入到金屬殼體102內(nèi)之前，把第一粉末層108安裝到檢測元件4上，而在把檢測元件4插入到金屬殼體102內(nèi)之后，把第二粉末層110填充到檢測元件4和金屬殼體102之間的空間內(nèi)。壓接環(huán)112設(shè)置在陶瓷套筒6和金屬殼體102的后端部104之間。把金屬殼體102的后端部104壓接成把陶瓷套筒6通過壓接環(huán)112向前按壓。
圖2是示出檢測元件4的概略結(jié)構(gòu)的透視圖。圖2中，檢測元件4的軸向中間部省略。
檢測元件4形成為板形狀，具有矩形斷面，從而使形成為軸向(圖2中，水平)延伸板的形狀的元件部20和形成為軸向延伸板的形狀的加熱器22層疊。由于在空燃比傳感器2中使用的檢測元件4是公知的，因而其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細說明省略。以下僅對檢測元件4的概略構(gòu)成進行說明。
元件部20包括氧濃度電池元件，構(gòu)成為使多孔電極形成在固態(tài)電解質(zhì)基板的對應對置側(cè)；氧泵激元件，構(gòu)成為使多孔電極形成在固態(tài)電解質(zhì)基板的對應對置側(cè)；以及墊片，夾在氧濃度電池元件和氧泵激元件之間，并適合于形成空心測量氣室。固態(tài)電解質(zhì)基板采用含有氧化釔作為穩(wěn)定劑的氧化鋯固態(tài)溶液形成。多孔電極主要采用Pt形成。用于形成測量氣室的墊片主要采用氧化鋁形成，并設(shè)置成使氧濃度電池元件的一個多孔電極和氧泵激元件的一個多孔電極暴露于空心測量氣室的內(nèi)部。測量氣室位于與元件部20的前端部對應的位置。擴散控制部采用多孔陶瓷形成并位于墊片的前端部，以便建立測量氣室和檢測元件4的外部之間的連通。形成有測量氣室的檢測元件4的一部分與檢測部8對應。
加熱器22構(gòu)成為把主要采用Pt形成的加熱電阻器圖案夾在主要采用氧化鋁形成的絕緣基板之間。
元件部20和加熱器22通過陶瓷層(例如，氧化鋯陶瓷或氧化鋁陶瓷)接合。采用多孔陶瓷形成的抗毒保護層25至少形成在設(shè)置于檢測元件4的前端部的電極表面，該電極暴露于被測物體(在本實施例中，排氣)。值得注意的是，在本實施例中，保護層25覆蓋包括電極表面的檢測元件4的前端部的整個表面。
如圖2所示，在檢測元件4中，三個電極端子部30、31和32形成在第一板表面21的后端部(圖2中，右端部)，并且兩個電極端子部34和36形成在第二板表面23的后端部。電極端子部30、31和32形成在元件部20。電極端子部30、31和32中的一方與暴露于測量氣室內(nèi)部的氧濃度電池元件的一個多孔電極和暴露于測量氣室內(nèi)部的氧泵激元件的一個多孔電極共同電氣連接。電極端子部30、31和32中的剩余兩個分別與氧濃度電池元件的另一多孔電極和氧泵激元件的另一多孔電極電氣連接。電極端子部34和36形成在加熱器22上，并通過在加熱器的厚度方向延伸的對應通路(未作圖示)與加熱電阻器圖案的對應對置端連接。
檢測元件4具有4.2[mm]的寬度W1和1.3[mm]的高度H1。
如圖1所示，這樣構(gòu)成的檢測元件4固定在金屬殼體102內(nèi)，而金屬殼體102固定到排氣管上，這樣，向前(圖1中，下方)檢測部8從金屬殼體102的前端突出，而向后電極端子部30、31、32、34和36從金屬殼體102的后端突出。
如圖1所示，由外保護器42和內(nèi)保護器43組成的雙保護器通過焊接等安裝到金屬殼體102的前端部(圖1中，下端部)的外圓周上，同時覆蓋檢測元件4的突出部。外保護器42和內(nèi)保護器43具有多個孔部并采用金屬(例如，不銹鋼)形成。
套筒44固定到金屬殼體102的后端部的外圓周上。陶瓷分離器48和絕緣墊圈50設(shè)置在套筒44的向后(圖1中，上方)開口部內(nèi)。陶瓷分離器48具有五個引線插入通孔61，對應引線46插通該通孔61并與檢測元件4的對應電極端子部30、31、32、34和36連接。
絕緣接觸構(gòu)件82設(shè)置在檢測元件4的后端部(圖1中，上端部)，該后端部從金屬殼體102的后端部104突出。絕緣接觸構(gòu)件82設(shè)置在形成于檢測元件4的后端部表面的電極端子部30、31、32、34和36的周圍。
下面，將對采用絕緣材料形成的陶瓷保持器106、采用滑石粉形成的第一粉末層108、以及采用滑石粉形成的第二粉末層110進行說明。圖3是陶瓷保持器106、作為第一粉末層108的第一粉末壓實環(huán)208、以及作為第二粉末層110的第二粉末壓實環(huán)210在安裝到檢測元件4上之前的一系列透視圖。在圖3的構(gòu)件表示中，下側(cè)與前端側(cè)對應，上側(cè)與后端側(cè)對應。
陶瓷保持器106形成為環(huán)狀形狀，具有軸向延伸插入通孔部113。陶瓷保持器106的前端部的前端錐形表面114形成為使直徑向前減少。前端錐形表面114通過下述保護罩，與金屬殼體102的階梯部107嚙合。
陶瓷保持器106具有10.46[mm]的外徑φ1和3.6[mm]的高度L3。插入通孔部113具有1.6[mm]的短邊長度L1和4.5[mm]的長邊長度L2。
圖6是示出設(shè)置有陶瓷保持器106的空燃比傳感器2的一部分的放大斷面圖。
如圖6所示，陶瓷保持器106的前端錐形表面114的開角β［度]大致等于金屬殼體102的階梯部107的錐形表面的開角γ[度]。如圖6所示，陶瓷保持器106具有在其側(cè)表面173和前端錐形表面114之間形成的第二錐形表面171。如圖6所示，在由包括傳感器軸的平面所取的陶瓷保持器106的斷面上，前端錐形表面114和第二錐形表面171形成為使第二錐形表面171的開角α[度]和前端錐形表面114的開角β［度]建立關(guān)系“α＜β”。在本實施例中，α＝110[度]，β＝120[度]。
返回參照圖3，在把檢測元件4插通插入通孔部113之前的階段進行比較時，陶瓷保持器106的插入通孔部113的斷面積略大于通過使用與軸向方向垂直的平面進行截面所測定的檢測元件4的斷面積；即，陶瓷保持器106的插入通孔部113的尺寸足夠大到可使檢測元件4插通。設(shè)置陶瓷保持器106是為了防止用于形成第一粉末壓實環(huán)208的滑石粉通過金屬殼體102的通孔109從金屬殼體102的內(nèi)部落出。
第一粉末壓實環(huán)208通過壓實滑石粉而形成，并形成為環(huán)狀形狀，具有軸向延伸元件插入通孔115。第一粉末壓實環(huán)208的元件插入通孔115的斷面積略大于通過使用與軸向方向垂直的平面進行截面所測定的檢測元件4的斷面積；即，第一粉末壓實環(huán)208的元件插入通孔115的尺寸足夠大到可使檢測元件4插通。
第一粉末壓實環(huán)208具有10.46[mm]的外徑φ2和4.0[mm]的高度L6。元件插入通孔115具有1.7[mm]的短邊長度L5和4.5[mm]的長邊長度L4。
第二粉末壓實環(huán)210通過壓實滑石粉而形成，并形成為環(huán)狀形狀，具有軸向延伸第二元件插入通孔117。第二粉末壓實環(huán)210的第二元件插入通孔117的斷面積略大于通過使用與軸向方向垂直的平面進行截面所測定的檢測元件4的斷面積；即，第二粉末壓實環(huán)210的第二元件插入通孔117的尺寸足夠大到可使檢測元件4插通。
在制造第一粉末壓實環(huán)208和第二粉末壓實環(huán)210時，例如使用水玻璃作為粘合劑可把滑石粉壓實成預定形狀。
第二粉末層110可按如下形成把滑石粉預先形成為環(huán)狀粉末壓實環(huán)(第二粉末壓實環(huán)210)；把粉末壓實環(huán)設(shè)置成填充金屬殼體102和檢測元件4之間的空間；然后，向粉末壓實環(huán)軸向施加壓力，以使粉末壓實環(huán)重新形成為第二粉末層110。使用預先形成的粉末壓實環(huán)有利于第二粉末層的形成作業(yè)。
下面，將對保護罩125進行說明。圖4是保護罩125的透視圖。在圖4的保護罩125的表示中，上側(cè)與前端側(cè)對應，下側(cè)與后端側(cè)對應。
保護罩125采用金屬材料(例如，不銹鋼)形成并形成為管狀形狀，其尺寸足夠大到容納陶瓷保持器106和第一粉末壓實環(huán)208。底部126形成在保護罩125的前端部，并在安裝到金屬殼體102上之后，與陶瓷保持器106的前端錐形表面114對接。換句話說，保護罩125形成為管狀形狀以覆蓋陶瓷保持器106的側(cè)表面、第一粉末壓實環(huán)208的側(cè)表面、以及陶瓷保持器106的前端部。
在把第一粉末壓實環(huán)208進行壓縮從而一體組裝到檢測元件4上，同時填充保護罩125內(nèi)的空間之前的階段，保護罩125的底部126具有錐形形狀，其錐形角度與以下詳述的金屬殼體102的階梯部107的錐形角度不同。保護罩125的底部126具有開口部127，該開口部127軸向貫通底部126。開口部127的斷面積大于通過使用與軸向方向垂直的平面進行截面所測定的檢測元件4的斷面積?？招牟?27具有足夠大的尺寸，以使所插通的檢測元件4可圍繞其自身軸旋轉(zhuǎn)。
保護罩125具有11.43[mm]的外徑φ3、8.5[mm]的高度L7、以及0.4[mm]的厚度d1。
下面，將對元件單元7的加工進行說明。元件單元7通過把陶瓷保持器106、第一粉末壓實環(huán)208、以及保護罩125整體安裝到檢測元件4上而形成。圖5是示出通過使用元件單元加工夾具150加工元件單元7的步驟的一系列說明圖。
在本實施例中，在加工元件單元7之前，形成在前端部的表面形成有保護層25的檢測元件4(參見圖2)。
元件單元加工夾具150包括基座151，具有用于容納檢測元件4的后端部的元件放置部152；銷構(gòu)件153，其斷面形狀大致類似于檢測元件4的斷面形狀；以及壓力施加構(gòu)件155，用于沿著檢測元件4的軸向方向施加壓力，以使第一粉末壓實環(huán)208壓縮變形。
如圖5所示，在元件單元7的加工的第一步驟，把銷構(gòu)件153插入到基座151的元件放置部152內(nèi)。在第二步驟，把第一粉末壓實環(huán)208和隨后的陶瓷保持器106裝配到銷構(gòu)件153上；隨后，把保護罩125設(shè)置成覆蓋第一粉末壓實環(huán)208和陶瓷保持器106。
在第三步驟，拉出銷構(gòu)件153。結(jié)果，保護罩125、陶瓷保持器106、以及第一粉末壓實環(huán)208分層配置在基座151上。
在第四步驟，把檢測元件4插通保護罩125的開口部127、陶瓷保持器106的插入通孔部113、以及第一粉末壓實環(huán)208的元件插入通孔115，并插入到元件放置部152內(nèi)，以使檢測元件4的后端(與形成有電極端子部30的后端部對應)用作引導端。檢測元件4與基座151的內(nèi)部嚙合，從而決定第一粉末壓實環(huán)208相對于檢測元件4的位置。
如上所述，在第四步驟，把檢測元件4插通陶瓷保持器106的插入通孔部113、第一粉末壓實環(huán)208的元件插入通孔115等，以使檢測元件4的后端用作引導端；這樣，可對形成在檢測元件4的前端部的保護層25由于插入作業(yè)可能會引起的剝落進行有效抑制。
對元件放置部152的深度等的基座151的尺寸進行合適設(shè)定，以使由使用基座151的插入作業(yè)所建立的檢測元件4和第一粉末壓實環(huán)208之間的相對位置成為在空燃比傳感器2完成時所建立的檢測元件4和第一粉末壓實環(huán)208之間的相對位置。
隨后，使用壓力施加構(gòu)件155把指向基座151的壓力通過保護罩125施加給陶瓷保持器106，從而向第一粉末壓實環(huán)208施加軸向壓縮壓力。壓力施加構(gòu)件155的對接表面157與保護罩125對接，從而向第一粉末壓實環(huán)208施加壓力。對接表面157形成錐形并具有與陶瓷保持器106的前端錐形表面114的開角大致相等的開角β(參見圖6)。換句話說，事先把壓力施加構(gòu)件155的對接表面157的開角調(diào)整成與金屬殼體102的階梯部107的開角γ(參見圖6)大致相等的值。通過使壓力施加構(gòu)件155向第一粉末壓實環(huán)208施加壓縮壓力，使第一粉末壓實環(huán)208壓縮變形，從而使元件插入通孔115的斷面積減少，這樣把第一粉末壓實環(huán)208一體組裝到檢測元件4上。而且，使第一粉末壓實環(huán)208壓縮變形，以使第一粉末壓實環(huán)208的側(cè)表面與保護罩125的內(nèi)周面緊密接觸，從而把保護罩125和陶瓷保持器106與第一粉末壓實環(huán)208一起一體組裝到檢測元件4上。
事先把保護罩125的底部126形成為錐形形狀。然而，把在使用壓力施加構(gòu)件155施加壓力之前(換句話說，在第四步驟前)所測定的底部126的開角設(shè)定成與陶瓷保持器106的前端錐形表面114的開角β不同。通過使用在施加壓力之前所測定的與陶瓷保持器106的前端錐形表面114的開角β不同的保護罩125的底部126的開角，即使當陶瓷保持器106的開角β在容許范圍內(nèi)變化時，也能在施加壓力時，使底部126的內(nèi)錐形表面與陶瓷保持器106的前端錐形表面114良好配合。
在第五步驟，把作為第一粉末壓實環(huán)208、陶瓷保持器106、保護罩125、以及檢測元件4的組件的元件單元7從基座151上取下，從而完成元件單元7。
下面，將對把這樣組裝的元件單元7(第一粉末壓實環(huán)208、陶瓷保持器106、保護罩125、以及檢測元件4的組件)整體組裝到金屬殼體102上的作業(yè)進行說明。
首先，把第二粉末壓實環(huán)210裝配到元件單元7的檢測元件4的后端部上，然后使其向前移動，以便放置在第一粉末壓實環(huán)208的后端側(cè)。然后，把元件單元7(第一粉末壓實環(huán)208、陶瓷保持器106、保護罩125、以及檢測元件4的組件)與第二粉末壓實環(huán)210一起插入到金屬殼體102的通孔109內(nèi)，以使檢測元件4的前端用作引導端。
此時，金屬殼體102在其前端面向下的狀態(tài)下配置。當檢測元件4保持在第二粉末壓實環(huán)210的位于后面的后端部時，使元件單元7下降，直到保護罩125的底部126與金屬殼體102的階梯部107對接。這樣，可把元件單元7插入到通孔109內(nèi)。
上述插入作業(yè)使保護罩125的底部126與金屬殼體102的階梯部107嚙合，從而使元件單元7軸向定位在金屬殼體102內(nèi)。換句話說，第一粉末壓實環(huán)208通過陶瓷保持器106和保護罩125與金屬殼體102的階梯部107嚙合，從而使檢測元件4軸向定位在金屬殼體102內(nèi)。
然后，把陶瓷套筒6裝配到設(shè)置在金屬殼體102內(nèi)的檢測元件4的后端部；并且，把第二粉末壓實環(huán)210、陶瓷套筒6以及壓接環(huán)112分層配置在第一粉末壓實環(huán)208的后端側(cè)。隨后，把金屬殼體102的后端部104壓接，以便把陶瓷套筒6通過壓接環(huán)112向前按壓。
通過上述壓接作業(yè)，把指向階梯部107的壓力(軸向壓縮壓力)施加給第二粉末壓實環(huán)210，這樣使第二粉末壓實環(huán)210壓縮變形，從而把檢測元件4(元件單元7)整體安裝到圖1所示的金屬殼體102上。
在金屬殼體102的后端部104的壓接作業(yè)中，把保護罩125的底部126夾在陶瓷保持器106和階梯部107之間，從而建立階梯部107和陶瓷保持器106之間的氣密性。
同時，當上述壓接作業(yè)使壓力軸向向前施加給第二粉末壓實環(huán)210時，也把壓力軸向向前施加給元件單元7的保護罩125的底部126。因此，根據(jù)所施加的壓力的大小，底部126的周部可能會向內(nèi)膨脹，從而可能會使陶瓷保持器106破裂。然而，參照圖6，在本實施例中，陶瓷保持器106具有第二錐形表面171，該第二錐形表面171的開角α小于前端錐形表面114的開角β，從而形成第二錐形表面171和保護罩125的內(nèi)周面之間的間隙。這樣，即使當?shù)撞?26的周部由于第二粉末壓實環(huán)210被壓縮而向內(nèi)膨脹，同時元件單元7與金屬殼體102的階梯部107嚙合，膨脹部也不大可能與陶瓷保持器106(第二錐形表面171)接觸，從而有效抑制上述破裂發(fā)生。
把元件單元7與陶瓷套筒6和金屬殼體102等的其他構(gòu)件進行組裝，得到中間組件105。圖7是中間組件105的透視圖。圖7示出包括外保護器42的中間組件105。
把引線框架10、絕緣接觸構(gòu)件82以及套筒44等的各種構(gòu)件安裝到中間組件105上，得到圖1所示的空燃比傳感器2。
在本實施例中出現(xiàn)的部件和在權(quán)利要求中出現(xiàn)的部件之間的對應性如下檢測元件4與板式檢測元件對應；第一粉末壓實環(huán)208與粉末壓實環(huán)對應；陶瓷保持器106與絕緣保持器對應；第一粉末層108(第一粉末壓實環(huán)208)、陶瓷保持器106以及保護罩125的組件與法蘭部對應；以及第二粉末層110與填充構(gòu)件對應。
在本實施例中出現(xiàn)的步驟和在權(quán)利要求中出現(xiàn)的步驟之間的對應性如下在元件單元7的加工的第四步驟，把檢測元件4插通保護罩125、陶瓷保持器106、以及第一粉末壓實環(huán)208的步驟與第一步驟對應；在元件單元7的加工的第四步驟，使用壓力施加構(gòu)件155把軸向壓縮壓力施加給第一粉末壓實環(huán)208的步驟與第二步驟對應；以及把元件單元7插入到金屬殼體102的通孔109內(nèi)，從而使第一粉末壓實環(huán)208通過保護罩125的底部126和陶瓷保持器106與階梯部107嚙合的步驟與第三步驟對應。
根據(jù)上述空燃比傳感器2的制造方法，在元件單元7的加工的第四步驟，把檢測元件4插通保護罩125的開口部127、陶瓷保持器106的插入通孔部113、以及第一粉末壓實環(huán)208的元件插入通孔115，以使檢測元件4的后端(與形成有電極端子部30的后端部對應)用作引導端。這樣，在檢測元件4的插入作業(yè)中，形成在檢測元件4的前端部的保護層25不會被保護罩125、陶瓷保持器106或者第一粉末壓實環(huán)208刮擦。
這樣，在傳感器的制造過程中，當把保護罩125、陶瓷保持器106以及第一粉末壓實環(huán)208一體組裝到檢測元件4上，以便在檢測元件4上形成與金屬殼體102的階梯部107嚙合的嚙合部時，可防止發(fā)生保護層25的剝落。
在第四步驟，施加壓力以使第一粉末壓實環(huán)208壓縮變形，從而使元件插入通孔115的斷面積減小，這樣把第一粉末壓實環(huán)208和保護罩125整體安裝到檢測元件4上。這樣組裝的第一粉末壓實環(huán)208和保護罩125可用作嚙合部，該嚙合部從檢測元件4的側(cè)表面橫向突出。
當要把作為元件單元7的一部分的檢測元件4設(shè)置在金屬殼體102的通孔109內(nèi)時，第一粉末壓實環(huán)208、陶瓷保持器106以及保護罩125與階梯部107的嚙合使檢測元件4軸向定位在金屬殼體102內(nèi)。檢測元件4在金屬殼體102內(nèi)的這種定位無需使用玻璃密封材料，從而防止傳感器制造效率由于采用高溫熱處理可能會引起的下降。
在本實施例的制造方法中，當要使一體組裝有第一粉末壓實環(huán)208等的檢測元件4定位在金屬殼體102的通孔109內(nèi)時，可把檢測元件4設(shè)置在金屬殼體102的通孔109內(nèi)，與其角度定向(圍繞其軸的角度位置)無關(guān)。因此，無需把檢測元件4設(shè)定到預定角度定向，從而有利于把檢測元件4安裝到金屬殼體102上的作業(yè)。
元件單元加工夾具150的尺寸是這樣決定的，即在基座151上組裝時所建立的檢測元件4和第一粉末壓實環(huán)208(或者保護罩125)之間的相對位置大致等于在空燃比傳感器2完成時所建立的檢測元件4和第一粉末壓實環(huán)208(或者保護罩125)之間的相對位置。
這樣，當要把一體組裝有第一粉末壓實環(huán)208和保護罩125的檢測元件4安裝到金屬殼體102上時，保護罩125與階梯部107的嚙合可建立檢測元件4和金屬殼體102之間的合適的軸向相對位置。這種做法有利于檢測元件4相對于金屬殼體102的定位(軸向定位)，從而使作業(yè)的復雜性減少。
在本實施例中，除了第一粉末壓實環(huán)208以外，還把保護罩125一體組裝到檢測元件4上，從而使第一粉末壓實環(huán)208和保護罩125可用作檢測元件4的嚙合部。與僅由第一粉末壓實環(huán)208實施的嚙合部相比，由第一粉末壓實環(huán)208和保護罩125構(gòu)成的嚙合部具有更高強度，從而防止在傳感器的制造過程中發(fā)生破裂或剝落等的斷裂。
并且，在本實施例的制造方法中，把保護罩125設(shè)置成覆蓋(包圍)第一粉末壓實環(huán)208的側(cè)表面。這樣，當通過使用元件單元加工夾具150使第一粉末壓實環(huán)208壓縮變形時，無需使用用于包圍第一粉末壓實環(huán)208的側(cè)表面的構(gòu)件。這樣，可使元件單元加工夾具150的結(jié)構(gòu)簡化，從而降低傳感器的制造成本。
在空燃比傳感器2中，把采用金屬材料形成的保護罩125的底部126設(shè)置在陶瓷保持器106和金屬殼體102(具體地說，階梯部107)之間。這樣設(shè)置的保護罩125的底部126用作防止形成陶瓷保持器106和金屬殼體102(具體地說，階梯部107)之間的間隙的填料，從而增強傳感器的氣密性。
并且，根據(jù)本發(fā)明的傳感器的制造方法，在把第一粉末壓實環(huán)208一體組裝到檢測元件4上之后，把環(huán)狀的第二粉末壓實環(huán)210裝配到檢測元件4上，從而使第二粉末壓實環(huán)210可由第一粉末壓實環(huán)208支撐。換句話說，當把第二粉末壓實環(huán)210裝配到檢測元件4的后端部時，同時檢測元件4的前端面向下，把第二粉末壓實環(huán)210設(shè)置在檢測元件4的周圍，同時放置在第一粉末壓實環(huán)208上。
在以下情況下，即在把檢測元件4設(shè)置在金屬殼體102的通孔109內(nèi)之前的階段，可把第二粉末層110設(shè)置在上述檢測元件4的周圍，可容易檢查第二粉末壓實環(huán)210相對于檢測元件4的設(shè)置條件，從而可在合適條件下設(shè)置第二粉末壓實環(huán)210。
并且，使用第二粉末層110(第二粉末壓實環(huán)210)取得以下效果。除了保護罩125的底部126以外，還使第二粉末層110在壓力下填充檢測元件4和金屬殼體102之間的空間，從而有效增強檢測元件4和金屬殼體102之間的氣密性。
盡管參照實施例對本發(fā)明作了說明，然而本發(fā)明不限于此。本發(fā)明可以采用各種其他形式來實施。
例如，覆蓋檢測元件的檢測部的保護部可以與保護罩一體形成。圖8是示出構(gòu)成為使保護罩和保護部相互一體形成的包括第二保護罩161的第二全范圍空燃比傳感器160的整體構(gòu)成的斷面圖。
第二全范圍空燃比傳感器160的構(gòu)成類似于上述實施例(以下可以稱為第一實施例)的全范圍空燃比傳感器，只不過保護罩125和內(nèi)保護器43用第二保護罩161替代，并且外保護器42用第二外保護器165替代。圖8中，與第一實施例共同使用的構(gòu)件由共用參照編號表示。
第二保護罩161包括罩部162，具有與上述保護罩125的形狀類似的形狀；以及保護部163，從罩部162向前延伸。罩部162包括罩側(cè)嚙合部164，該罩側(cè)嚙合部164與第一實施例中的保護罩125的底部126對應。
保護部163從罩側(cè)嚙合部164的開口部向前延伸，并具有前端關(guān)閉的管狀形狀。保護部163具有在側(cè)壁部形成的多個孔部，以便可使被測氣體通過。保護部163的外徑大致等于金屬殼體102的通孔109的前端開口部的內(nèi)徑，并小于第一實施例中的內(nèi)保護器43的外徑。
接著，第二外保護器165具有與第一實施例中的外保護器42的形狀大致類似的形狀，其外徑小于外保護器43。
在第二全范圍空燃比傳感器160的制造過程中，在與第一實施例中的元件單元的加工的第二步驟對應的步驟，把第二保護罩161設(shè)置成使罩部162覆蓋第一粉末壓實環(huán)208的側(cè)表面和陶瓷保持器106的側(cè)表面，并使保護部163覆蓋檢測元件4的檢測部8。
根據(jù)使用構(gòu)成為使罩部162和保護部163相互一體形成的第二保護罩161的傳感器的制造方法，把罩部162設(shè)置在覆蓋第一粉末壓實環(huán)208的側(cè)表面的位置的作業(yè)，以及把保護部163設(shè)置在覆蓋檢測元件4的檢測部8的位置的作業(yè)可通過單一操作同時進行。與分別設(shè)置保護罩和保護部的情況相比，使用構(gòu)成為使保護部和罩部相互一體形成的第二保護罩161可減少傳感器的制造過程中的作業(yè)步驟數(shù)。
由于在傳感器制造的中間階段，使用保護部163覆蓋和保護檢測元件4，因而可在隨后的制造過程中防止檢測元件4的斷裂。特別是，當要把檢測元件4設(shè)置在金屬殼體102的通孔109內(nèi)時，可防止檢測元件4和金屬殼體102之間的意外接觸。因此，把檢測元件4安裝到金屬殼體102上的作業(yè)無需對避免檢測元件4和金屬殼體102之間的接觸加以特別注意，從而使安裝作業(yè)的復雜性減少。
并且，與分別設(shè)置保護罩和保護部的情況相比，使用構(gòu)成為使罩部162和保護部163相互一體形成的第二保護罩161可減少傳感器的組成部件數(shù)，從而削減部件制造成本，并從而降低傳感器制造成本。
在第二全范圍空燃比傳感器160中，第二保護罩161包括與金屬殼體102的階梯部107嚙合的罩側(cè)嚙合部164，從而防止罩部162從金屬殼體102向前脫落。與罩部162一體形成的保護部163不會從金屬殼體102脫落，除非將其與罩部162切割開。
這樣，與把內(nèi)保護器43通過焊接等和金屬殼體102接合的全范圍空燃比傳感器2相比，第二全范圍空燃比傳感器160具有一種結(jié)構(gòu)，使得保護部163很難脫落，從而防止保護部163由于外力影響可能會引起的脫落。因此，可使用保護部163可靠保護檢測元件4。
即使在往往有外力施加給檢測元件4的環(huán)境中使用第二全范圍空燃比傳感器160時，保護部也能保護檢測元件4免受外力影響，從而使第二全范圍空燃比傳感器160適合于要求高氣密性的應用場合。
另一實施例的傳感器在對滑石環(huán)進行壓縮，從而一體組裝到檢測元件上之前的階段，使用底部具有與軸向方向垂直的平面形式的保護罩。換句話說，參照圖5，在元件單元的加工的第四步驟之前的階段，保護罩的底部的形狀不限于錐形形狀，而是可以具有任何形狀，只要在元件單元完成時，底部的形狀適合于與金屬殼體的階梯部嚙合即可。
優(yōu)選的是，用于形成保護罩的金屬材料可彈性變形并可耐受在高溫環(huán)境中使用。
在上述實施例中，用于形成與第一粉末壓實環(huán)208對應的第一粉末層108，以及與第二粉末壓實環(huán)210對應的第二粉末層110的材料不限于滑石粉。例如，可以使用六方晶系一氮化硼粉末。
與第一實施例的陶瓷保持器106一樣，設(shè)置成從所有徑向方向包圍檢測元件的陶瓷保持器不限于在前端面具有多個錐形表面(前端錐形表面114，第二錐形表面171)的陶瓷保持器。圖9是示出包括具有形成在其前端面的單個錐形表面的第二陶瓷保持器206的第三全范圍空燃比傳感器200的總體構(gòu)成的斷面圖。圖10是設(shè)置有第二陶瓷保持器206的第三全范圍空燃比傳感器200的一部分的放大斷面圖。
值得注意的是，第三全范圍空燃比傳感器200可通過用第二陶瓷保持器206替代第一實施例的全范圍空燃比傳感器2的陶瓷保持器106來構(gòu)成。在圖9和圖10中，與第一實施例相同的構(gòu)件由相同參照編號表示。
第二陶瓷保持器206形成為環(huán)狀形狀，具有軸向延伸插入通孔部。單個錐形表面214形成在第二陶瓷保持器206的前端面。錐形表面214面向前，其直徑向前減少。值得注意的是，除了前端面以外，第二陶瓷保持器206的構(gòu)成方式與陶瓷保持器106相同。
第三全范圍空燃比傳感器200的金屬殼體102的階梯部107具有相對于與軸向方向垂直的平面傾斜的錐形表面。錐形表面面向后，其直徑向后減少。把階梯部107的錐形表面的開角γ設(shè)定成120[度]。把第二陶瓷保持器206的單個錐形表面214的開角β設(shè)定成90[度]。即，把第二陶瓷保持器206的單個錐形表面214的開角β設(shè)定成比金屬殼體102的階梯部107的錐形表面的開角γ小的角度。
因此，當把法蘭部(粉末壓實填充層108，第二陶瓷保持器206，以及保護罩125)組裝到檢測元件4上時，把沿著保護罩125的內(nèi)周面延伸的環(huán)狀間隙129形成在第二陶瓷保持器206的單個錐形表面214與保護罩125的底部126和側(cè)部128之間的連接部的內(nèi)周面之間。
如上所述，通過使用形成第二陶瓷保持器206的錐形表面214和保護罩125的內(nèi)周面之間的間隙129的第二陶瓷保持器206，即使當保護罩125在保護罩125的底部126和側(cè)部128之間的連接部附近局部膨脹并向內(nèi)變形時，也能防止膨脹變形部與第二陶瓷保持器206接觸。
因此，通過使用包括第二陶瓷保持器206的第三全范圍空燃比傳感器200的制造方法，即使當保護罩125在制造過程中發(fā)生變形時，第二陶瓷保持器206也不會由于變形而破裂，從而可降低缺陷產(chǎn)品的發(fā)生率，并從而可提高傳感器的生產(chǎn)效率。
本申請是以在2003年6月27日提交的日本專利JP2003-185724申請為基礎(chǔ)的，該申請的全部內(nèi)容在此引用以供參考。
權(quán)利要求
1.一種傳感器的制造方法，該傳感器包括檢測元件，具有軸向延伸板的形狀，并包括檢測部，形成在指向被測物體的前端部；以及電極端子部，形成在后端部；法蘭部，一體組裝到檢測元件上，以便包圍檢測元件；以及金屬殼體，具有軸向延伸通孔，用于可使檢測元件貫通；以及階梯部，從通孔的壁表面向內(nèi)徑向突出，并適合于與法蘭部嚙合；法蘭部至少包括第一粉末層，該第一粉末層借助第一粉末壓實環(huán)形成，并一體組裝到檢測元件上；該方法包括第一步驟，把檢測元件插通第一粉末壓實環(huán)的元件插入通孔，并把第一粉末壓實環(huán)沿著檢測元件的軸向方向定位，在把檢測元件插通第一粉末壓實環(huán)之前的階段進行比較時，元件插入通孔的斷面積大于通過使用與軸向方向垂直的平面進行截面所測定的檢測元件的斷面積；第二步驟，通過向第一粉末壓實環(huán)施加軸向壓縮壓力，以使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形，從而使元件插入通孔的斷面積減少，把至少包括第一粉末壓實環(huán)的法蘭部一體組裝到檢測元件上；以及第三步驟，在把檢測元件設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)時，使法蘭部直接或者通過中間構(gòu)件與金屬殼體的階梯部嚙合，從而把檢測元件軸向定位在通孔內(nèi)，該中間構(gòu)件具有空心部，該空心部的尺寸大到足以使檢測元件在空心部內(nèi)圍繞軸向延伸中心軸旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，法蘭部還包括管狀保護罩，該保護罩覆蓋第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面；在第一步驟，當要把檢測元件插通第一粉末壓實環(huán)的元件插入通孔時，把保護罩設(shè)置在保護罩覆蓋第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面所在的位置；以及在第二步驟，向第一粉末壓實環(huán)施加壓縮壓力，以使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形，從而使元件插入通孔的斷面積減少，并使第一粉末壓實環(huán)和保護罩之間的間隙消除，從而把包括第一粉末壓實環(huán)和保護罩的法蘭部一體組裝到檢測元件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，法蘭部還包括絕緣保持器，該絕緣保持器位于第一粉末壓實環(huán)的前端側(cè)，具有環(huán)狀形狀，并含有絕緣材料；保護罩含有金屬材料，并包括側(cè)部，具有管狀形狀以覆蓋第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面和絕緣保持器的側(cè)表面；以及底部，與絕緣保持器的前端部表面對接；絕緣保持器具有插入通孔部，該插入通孔部的斷面積大于通過使用與軸向方向垂直的平面進行截面所測定的檢測元件的斷面積；保護罩的底部具有開口部，該開口部的斷面積大于通過使用與軸向方向垂直的平面進行截面所測定的檢測元件的斷面積；在第一步驟，使用保護罩覆蓋第一粉末壓實環(huán)和絕緣保持器，從而使保護罩的底部位于絕緣保持器的前端側(cè)，并且把檢測元件插通保護罩的底部的開口部、絕緣保持器的插入通孔部、以及第一粉末壓實環(huán)的元件插入通孔；以及在第二步驟，施加軸向壓縮壓力，以使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形，并把包括第一粉末壓實環(huán)、絕緣保持器和保護罩的法蘭部一體組裝到檢測元件上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，金屬殼體的階梯部形成為錐形表面，其錐形形成為使直徑向后增加；絕緣保持器的前端部表面至少包括錐形表面，其錐形形成為使直徑向前減少；在把保護罩設(shè)置成覆蓋第一粉末壓實環(huán)和絕緣保持器之前的階段，保護罩的底部具有與絕緣保持器的錐形表面的角度不同的角度；以及在第二步驟，施加軸向壓縮壓力，以使第一粉末壓實環(huán)壓縮變形，并使保護罩的底部變形，從而使底部具有與絕緣保持器的錐形表面的角度大致相等的角度，從而把法蘭部一體組裝到檢測元件上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中，絕緣保持器定位在保護罩內(nèi)，使得在絕緣保持器和使保護罩的底部和側(cè)部連接的角部之間形成環(huán)狀間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任何一項所述的方法，其中，傳感器還包括保護部，該保護部形成為覆蓋形成有檢測部的檢測元件的前端部；保護罩包括與金屬殼體的階梯部嚙合的罩側(cè)嚙合部，并與保護部一體形成；以及在第一步驟，使與保護部一體形成的保護罩覆蓋第一粉末壓實環(huán)的側(cè)表面，并使保護部覆蓋檢測元件的檢測部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項所述的方法，其中，檢測元件具有保護層，該保護層至少形成在前端部的電極表面，該電極表面暴露于被測物體；以及在第一步驟，把檢測元件插通第一粉末壓實環(huán)的元件插入通孔，以使檢測元件的后端部用作引導部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項所述的方法，其中，傳感器還包括第二粉末層，該第二粉末層借助第二粉末壓實環(huán)形成，并設(shè)置成包圍位于法蘭部的后端側(cè)的檢測元件的一部分；在第三步驟，把檢測元件設(shè)置在金屬殼體的通孔內(nèi)，以使第二粉末壓實環(huán)設(shè)置在位于法蘭部的后端側(cè)的檢測元件的一部分的周圍；以及在進行了第三步驟之后，把指向金屬殼體的階梯部的壓力施加給第二粉末壓實環(huán)，以便用第二粉末壓實環(huán)填充檢測元件和金屬殼體之間的空間，從而形成第二粉末層，以便建立檢測元件和金屬殼體之間的氣密密封。
9.一種傳感器，包括檢測元件，包括檢測部，形成在指向被測物體的前端部；以及電極端子部，形成在后端部；第一粉末層和第二粉末層，圓周覆蓋位于檢測部和電極端子部之間的檢測元件的一部分；以及金屬殼體，具有用于容納第一粉末層和第二粉末層的通孔；其中，第一粉末層是事先形成的具有環(huán)狀形狀的第一粉末壓實環(huán)，首先把第一粉末層安裝到檢測元件上的位于檢測部和電極端子部之間的預定位置，然后把第一粉末層與檢測元件一起收納在金屬殼體內(nèi)；以及在把第一粉末層收納在金屬殼體內(nèi)之后，把第二粉末層放置在金屬殼體內(nèi)的第一粉末層的后端側(cè)并進行壓縮，以便填充金屬殼體和檢測元件之間的空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器，其中，圓周覆蓋第一粉末層的保護罩介入在第一粉末層和金屬殼體之間；以及第二粉末層與金屬殼體直接接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器，還包括保護部，該保護部覆蓋形成有檢測部的檢測元件的前端部，其中，保護部的后端部介入在第一粉末層和金屬殼體之間并用作保護罩。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器，其中，傳感器采用以下方式形成，即在把事先形成的采用環(huán)狀形狀的第二粉末壓實環(huán)設(shè)置在金屬殼體和檢測元件之間后，向第二粉末壓實環(huán)軸向施加壓力。
13.一種傳感器，包括檢測元件，具有檢測部，形成在指向被測物體的前端部；以及電極端子部，形成在后端部；第一粉末層和第二粉末層，圓周覆蓋位于檢測部和電極端子部之間的檢測元件的一部分；保護罩，圓周覆蓋第一粉末層；以及金屬殼體，具有用于容納第一粉末層、第二粉末層和保護罩的通孔；其中，第一粉末層填充保護罩和檢測元件之間的空間；以及第二粉末層的直徑大于第一粉末層，第二粉末層填充金屬殼體和檢測元件之間的空間。
全文摘要
一種傳感器的制造方法，該傳感器包括檢測元件，具有軸向延伸板的形狀，并包括檢測部，形成在指向被測物體的前端部；以及電極端子部，形成在后端部；法蘭部，一體組裝到檢測元件上，以便包圍檢測元件；以及金屬殼體，具有軸向延伸通孔，用于可使檢測元件貫通；以及階梯部，從通孔的壁表面向內(nèi)徑向突出，并適合于與法蘭部嚙合；法蘭部至少包括第一粉末層，該第一粉末層借助第一粉末壓實環(huán)形成，并一體組裝到檢測元件上；該方法包括本文中規(guī)定的第一步驟；本文中規(guī)定的第二步驟；以及本文中規(guī)定的第三步驟。
文檔編號G01N27/407GK1576835SQ200410059850
公開日2005年2月9日 申請日期2004年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月27日
發(fā)明者松尾康司, 石川聰 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社