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专利名称：气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体传感器，特别是涉及一种具有保护装置的气体传感器，该保护装置用来覆盖具有底部的圆柱形或平板形的气体传感器元件暴露在待测定目标气体中的那部分。
背景技术：
气体传感器，例如氧气传感器、氧化氮传感器或HC传感器在现有技术中是已知的。这种气体传感器通常具有保护装置，用于覆盖并保护这种暴露在目标气体，例如废气中的气体传感器的前端部分。考虑到传感器的响应性、气体传感器元件的防水性等，一些保护装置具有双重结构。具有双重结构的传感器在例如JP-A-2002-162377中公开。
在这种传感器中，保护管(或保护装置)由外保护管(或外罩部分)和内保护管(或内罩部分)构成。在这些保护管中，该外保护管的尾端焊接并固定在金属壳体前端边缘的外圆周上。另一方面，该内保护管的前端部分的外表面焊接并固定在该外保护管的前端部分的内表面上。简言之，这种保护管固定在该金属壳体上，使得其内保护管的前端部分固定在该外保护管，而该外保护管的尾端固定在金属壳体上。
这种气体传感器在长期经受较大振动的情况下，内保护管和外保护管之间的焊接部分可能会破裂。那么，使用时，该内保护管在该外保护管中振动。那么，在这种情况下产生不正常的噪声，或气体传感器元件可能破裂。而且，该内保护管可能移动，对传感器的气体敏感性或响应性产生负面影响。简言之，这种保护管，尤其是其内保护管不能说具有令人满意的抗振动性。

发明内容
本发明考虑到迄今为止所描述的背景技术进行构思，本发明的目的是提供一种具有保护装置的气体传感器，该保护装置具有良好的抗振动性。
根据本发明的一方面，提供一种气体传感器，其包括沿轴向延伸的气体传感器元件；环绕该气体传感器元件的圆柱形金属壳体，使该气体传感器元件的前端部分从其自己的前端伸出；固定在该金属壳体并覆盖该气体传感器元件前端部分的保护装置，其中，该保护装置包括固定在该金属壳体上并具有气体引入孔的圆柱形外罩部分；设置在该外罩部分内侧并具有弹性部分的圆柱形内罩部分，该弹性部分在轴向推力的作用下可以弹性地变形，并且其中，该内罩部分这样夹紧在该金属壳体和该外罩部分之间，使该弹性部分由于轴向推力而弹性变。
根据本发明，该内罩部分包括弹性部分，该弹性部分在轴向推力的作用下可以弹性地变形。而且，该内罩部分以这样一种状态夹紧在该金属壳体和该外罩部分之间，使该弹性部分弹性地变形。因此，在这种气体传感器中，该内罩部分保持这样的状态，其中，即使在承受振动情况下，它邻靠该金属壳体和该外罩部分。因此，甚至在该气体传感器长时间承受强烈振动的情况下，也能防止该内罩部分在该外罩部分中的强烈振动。
这里，包括弹性部分的内罩部分可以采取任何形状，只要它能够满足前述要求。例如，弹簧等弹性件可以设置在该内罩部分的前端侧或尾端侧。此外，弹簧弹性件设置在该内罩部分的轴向中间部分。可选地，该内罩部分可以具有可弹性变形的凸翼部分，这将在下面描述。
此外，在该气体传感器中，该内罩部分可以包括环绕该气体传感器元件前端的内圆柱形部分，并且该弹性部分可以具有从该内圆柱形部分径向向外伸出的凸翼部分，并且当被该金属壳体沿轴向朝该前端侧推动到直接或间接邻靠该凸翼时弹性地变形。
根据本发明，该内罩部分的弹性部分包括从该内圆柱形部分径向向外伸出的凸翼部分。这些凸翼部分由于金属壳体的推动而弹性变形。由于这种结构，该保护装置结构简单同时其抗振性得以改进。
这里，该凸翼部分可以与该圆柱形部分一体地模制，或单独模制，但是，从成本的观点一体模制是优选的。
此外，在前述的气体传感器中，该间隔的凸翼部分间隔地设置在圆周方向。
根据本发明，该凸翼部分沿圆周方向间隔地设置。由于这种结构，该凸翼部分的弹性变形能够有效地产生并有助于降低成本。
此外，在前述的气体传感器中，该内罩部分可以包括从该凸翼部分的径向外端部分伸出并设置在它们自己的尾端的腿部，其且比该内圆柱形部分的尾端更靠近尾端侧。以便当该金属壳体的前端侧与它们自身邻靠时使它们沿轴向被推向前端侧。
根据本发明，能够弹性变形同时夹紧在该金属壳体和该外罩部分之间的该凸缘部分，在它们的径向外端部分具有沿轴向伸向尾端的腿部，并且设置在其自己的尾端，比该内圆柱性部分的尾端更靠近尾端侧，以便当该金属壳体的前端侧与它们自身邻靠时使它们沿轴向被推向前端侧。由于这种结构，当被该金属壳体通过该腿部推动时该凸翼部分弹性变形，因此，该凸翼部分的弹性变形是稳定的。尤其是，如果凸翼部分形成如前所述间隔的凸缘部分，并且如果腿部形成在径向外端部分，间隔(或间隙)形成在间隔的凸缘部分和该金属壳体的前端之间，使得从外罩部分的气体引入孔进入的目标气体能够通过该间隔的凸缘部分并经过该内圆柱形部分的尾端进入该内罩部分。因此，能够保持保护装置的抗振特性，使保护装置的结构简化，并构造目标气体的连通通道，从模制过程和成本的观点，伸出该凸翼部分的腿部优选与该内圆柱形部分和该凸翼部分一体地模制。
此外，在前述任何气体传感器中，该外罩部分和该内罩部分可以在其任何部分相互固定。
根据本发明，该外罩部分和该该内罩部分可以在其任何部分相互固定。因此，能够更好地改进该内罩部分的抗振性。
此外，在前述任何气体传感器中，该外罩部分可以包括固定在该金属壳体上的外圆柱形部分，和比该外圆柱形部分更靠近前端侧并具有外前端通风孔的外底面部分，底面部分，并且该内罩部分也可以包括围绕该气体传感器前端部分的内圆柱形部分；以及设置成比该内圆柱形部分更靠近前端侧的内底面部分，该内底面部分具有与该外前端通风孔连通的内前端通风孔。该外底面部分和该内底面部分可以相互固定。
通过使具有外前端通风孔的外底面部分和具有内前端通风孔的内底面部分相互固定，该外罩部分和该内罩部分可以稳定地固定，以更好地改进该内罩部分的抗振性。
根据本发明的另一方面，提供一种气体传感器，包括沿轴向延伸的气体传感器元件；环绕该气体传感器元件的圆柱形金属壳体，使得该气体传感器元件的前端部分从其自己的前端伸出；以及固定在该金属壳体上并覆盖该气体传感器元件的前端部分的保护装置，其中该保护装置包括固定在该金属壳体上的圆柱形外罩部分，其具有固定在该金属壳体上并有气体引入孔的外圆柱部分，和设置在该外圆柱形部分的前端侧的外底面部分，该外底面部分具有与外面连通的外前端通风孔；和设置在该外罩部分内侧的圆柱形内罩部分，其具有环绕该气体传感器元件的前端部分的内圆柱部分，设置在该内圆柱形部分的前端侧的内底面部分，该内底面部分具有与该外罩部分的外前端通风孔连通的内前端通风孔，从该内圆柱形部分的尾端径向向外伸出并在圆周方向间隔地设置的间隔的凸翼部分，使得它能够在沿轴向推力的作用下弹性地变形，和从该间隔的凸翼部分的径向外端部分沿轴向向尾端伸出的腿部，并且其中，通过用该金属壳体的前端沿轴向朝前端推动该内罩部分的腿部，并且通过用该外罩部分的外底面部分的至少一部分沿轴向朝尾端推动该内罩部分的内底面部分的至少一部分而使该间隔的凸翼部分弹性地变形。
根据本发明，该内罩部分包括间隔的凸翼部分，其从该内圆柱形部分的尾端径向向外伸出，并且沿圆周方向间隔地设置，以使它们在轴向推力的作用下能够弹性地变形；和从该间隔的凸翼部分的径向外端部分沿轴向向尾端伸出的腿部。此外，通过用该金属壳体的前端沿轴向朝前端推动该内罩部分的腿部，并且通过用该外罩部分的外底面部分的至少一部分沿轴向朝尾端推动该内罩部分的内底面部分的至少一部分而使该间隔的凸翼部分弹性地变形。因此，在这种气体传感器中该内罩部分保持这样一种状态，其中它邻靠该金属壳体和该外罩部分，以便防止该内罩部分在该外罩部分中强烈地振动。此外，该保护装置的结构可以简化。还有，它容易构造连通的通道，该通道将从该外罩部分的气体引入孔、该间隔的凸翼部分之间并经过该内圆柱形部分的尾端引进的目标气体引导到该内罩部分中。


图1是示出根据一个实施例的气体传感器的剖视图；图2是根据该实施例的气体传感器的主要部分的俯视图；图3是根据该实施例的气体传感器的主要部分的剖视图；且图4是说明性视图，示出根据该实施例的气体传感器的保护件。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。
根据该实施例的气体传感器101的剖视图示于图1；主要部分的俯视图示于图2；该主要部分的剖视图示于图3；此外，保护装置151示于图4。在图1到图4中，下部示出前端侧，上部示出尾端侧。这个气体传感器101是氧气传感器，其连接于内燃机的废气管，用于测量废气中氧气的浓度。该气体传感器101具有沿轴线方向C延伸的传感器元件103；围绕该传感器元件103的圆柱形金属壳体121；和覆盖暴露在废气中的该传感器元件103的前端部分105的保护装置151。
其中，该传感器元件103具有气体敏感特性并具有气体检测部分107，该检测部分107形成为具有封闭的前端105S的带底部的圆柱形，并且能够测量待检测的目标气体中氧气的浓度。此外，在气体检测部分107的内侧，插入一个用于加热该气体检测部分107的杆状的加热器部分109。该气体检测元件103在靠近轴向中部还具有径向向外凸出的凸出部分111。该凸出部分111被用来将该气体传感器元件103保持在金属壳体121中。
该金属壳体121具有较薄的前端部分123，其插入该保护装置151中。该金属壳体121在其内圆周还具有有这种支撑面125的支撑部分125，其位于该前端部分123的尾端侧的位置，用来将该气体传感器元件103保持(或支撑)在轴向。另外，在架子部分125的尾端侧形成一台阶部分127。另一方面，该金属壳体121在其外圆周上具有安装螺纹部分129，其位于该前端部分123的尾端侧，用于将气体传感器101安装在废气管中。还有，该安装螺纹部分129在其尾端侧具有六角体凸缘部分(或工具啮合部分)131，在气体传感器101连接于废气管时使用。
这种金属壳体121同轴地保持气体传感器元件103，使该气体传感器元件103的前端105从该金属壳体121的前端面伸出。具体说，第一片状填充物133设置在该金属壳体121的架子部分125上。在该填充物133上，还设置有圆柱形的第一固定件135，其在其内圆周上具有台阶部分。该气体传感器元件103通过第一固定件135插入，使其凸出部分111通过第二片状填充物137与第一固定件135的台阶部分136接合。在第一固定件135的尾端侧，形成有填充密封层139，该填充密封层139用粉末填充在由该气体传感器元件103的外圆周和该金属壳体121的内圆周形的间隙中。此外，在填充密封层139的尾端侧设置有圆柱形的第二固定件141，其在其外圆周上具有台阶形部分142，并且其容许该气体传感器元件103通过容纳在其里面。在第二固定件141的尾端侧设置有附加的紧固145，其被该金属壳体121的尾端部分132额外地固定。
该保护装置151由双重结构制成，其具有圆柱形的内罩部分153和圆柱形的外罩部分173，该内罩部分135用于通过间隙覆盖该气体传感器元件103的前端部分105，该外罩部分173围绕该内罩部分153设置。
其中，该外罩部分173由厚度为约0.5mm的金属材料制造，并由外圆柱部分175(外径约13.1mm)和位于前者前端侧的外底面部分177构成。该外圆柱形部分175在其八个部分具有外气体引入孔176，其能够将目标气体从外部引入该外罩部分175的内侧。该外气体引入孔176单个地具有椭圆形并以相等的间隔沿圆周方向设置，并且从轴向看设置在偏离中间的前端侧的位置。该外底面部分177在其中心具有圆形的外前端通风孔179，其在该保护装置151的前端方向与外面连通。
该内罩部分153由厚度为约0.3mm的金属材料制造，并且由内圆柱部分155(外径约8.5mm)和位于前者前端侧的内底面部分157构成。与外圆柱形部分175不同，该内圆柱形部分155没有通风孔。另一方面，内底面部分157在其中心具有圆形的内前端通风孔159，其与外前端通风孔179连通并在前端方向连接于外侧。
另一方面，该内罩部分153具有间隔的凸翼183(或弹性部分181)，该凸翼183从该内圆柱形部分155的尾端155K的六个部分径向向外伸出，并沿圆周方向断开地设置。正如将在下面详细地描的，这些间隔的凸翼部分183当其被轴向推力作用弯曲时能够弹性变形。此外，该间隔的凸翼部分183在其径向的外端部分具有腿部185，其沿轴向单个地向尾端伸出。在这里，当从该间隔的凸翼部分183(即在弹性变形状态下的间隔的凸翼部分183)的轴向尾端侧伸出时，伸出的面积与该外气体引入孔的176的开口面积之比在5％到40％的范围内设置为约22％。
在该内罩部分153和外罩部分173中，该内底面部分157和外底面部分177在内前端通风孔159的环绕部分157W和外前端通风孔179的环绕部分177W的四个部分用点焊将它们部分地相互固定。结果，内前端通风孔159和外前端通风孔179相互连通。此外，该内圆柱形部分155和外圆柱形部分175设置成使得该内圆柱形部分155的侧壁位于与该外气体引入孔176相面对的位置，并且该内圆柱形部分155和外圆柱形部分175相互平行。这里，除四个焊接部分之外，0.1mm的间隙留在该外底面部分177和该内底面部分157之间。
这种保护装置151这样固定，使该外罩部分173的尾端部分180(即外圆柱形部分175的尾端部分)激光焊接于该金属壳体121的前端部分123的外圆周123E。另外，该内罩部分153在这样的条件下被夹紧该金属壳体121和该外罩部分173之间，使得该间隔的凸翼部分183(和弹性部分181)在轴向推力的作用下弹性变形。特别是，该金属壳体121的前端部分(或前端面123S)将内罩部分153的腿部185沿轴向朝前端侧推动，并且该外罩部分173的外底面部分177沿轴向朝尾端侧推动该内罩部分153的内底面部分157时。结果，该间隔的凸翼部分183弯曲并变形。
另一方面，该金属壳体121的前端部分123、该外圆柱形部分175和内圆柱形部分155构造成一个内部气体引入通道191，用于将从外气体引入孔176引进的目标气体引入到该内罩部分153和该气体传感器元件103的前端部分105之间的间隙中。在这个实施例中，该间隔的凸翼部分183在其径向外端部分具有腿部185，其沿轴向伸向尾端侧，从而允许该金属壳体121的前端面123S邻靠它们自己的后端(或尾端面)，因此，该间隔的凸翼部分183和该金属壳体121与该内气体引入通道191间隔开。因此，这个内气体引入通道191将从外气体引入孔176、外圆柱形部分175和内圆柱形部分155之间引进的目标气体引导到尾端侧。此后，目标气体该间隔的凸翼部分183之间被引导，然后经过该内圆柱形部分155的尾端侧155K，从轴向看，该尾端侧155K比接合内圆周123D和外圆周123E的接合面(或前端面)的内圆周侧端边缘123ST更靠近该金属壳体121的前端部分123的前端侧。然后，目标气体被引导进入内罩部分153和气体传感器元件103的前端部分105之间的间隙中，并通过该内前端通风孔159和外前端通风孔179排放到该保护装置151的外面。
在这个实施例中，该金属壳体121的前端侧121的内圆周端边缘123ST和该内圆柱形部分155的尾端155K之间的距离d设置为约0.8mm，并且该内圆柱形部分155的尾端155K和该外气体引入孔176的尾端侧边缘176K之间的轴向最短距离设置为5.1mm。
如图1所示，圆柱形金属外圆筒201的前端部分201S用激光方法从外侧固定于该金属壳体121的六角体凸缘部分131的尾端侧。此外，橡胶等制成的护203被金属外圆筒201的尾端开口201K的附加紧固件安装并密封。在护环203的中间设置有过滤部件205，用于将空气引入该金属外圆筒201中，同时防止水气的渗透。护环203在其前端具有分离207，其由绝缘的铝陶瓷材料制造。此外，传感器输出导线211和212以及加热器导线213和214设置成通过该护环203和分离器207。还有，第一和第二传感器端子连接件215、216和加热器端子连接件217、218的连接部分215B和215C固定在分离器207上同时相互绝缘。
在第一传感器端子连接件215中，连接部分215B夹紧并电连接传感器输出导线211，连接部分215C插入该气体检测部分107的带底的孔中并电连接于传感器内电极层。并且，在第二传感器连接件216中，连接部分216B夹紧并电连接该传感器输出导线212，并且连接部分216C夹紧靠近该气体检测部分107的尾端的外圆周，并与该传感器内电极层电连接。另一方面，加热器终端连接件217、218分别电连接于加热器导线213、214，并且分别电连接于加热器部分109的电极焊盘109B和109C。
即使该气体传感器101在长期经受振动的情况下，该内罩部分153在该金属壳体121的前端面123S和该外罩部分173的外底面部分177之间保持在夹紧状态，因此防止它在该外罩部分173中强烈地振动。此外，该弹性部分181用前述的间隔的凸翼部分示范，因此，该保护装置151结构简单并具有抗振性。另外，该间隔的凸翼部分183具有腿部185。因此它能够构造这种连通通道(或该内气体引入通道191)，其能够将目标气体引入到该间隔的凸翼部分183之间，并经过该内圆柱形部分155的尾端155K进入该内罩部分153。另一方面，该外罩部分173和该内罩部分153在其前端被焊接以便进一步提高该保护装置的抗振性。
这里，该气体传感器101可以用众所周知的方法制造。在这种气体传感101中，保护装置151可以通过分开模制内罩部分和外罩部分而制备，使其内罩部分153具有内圆柱形部分155、内底面部分157、间隔的凸翼部分183和腿部185，而该外罩部分173具有外圆柱形部分175和外底面部分177，然后将它们的前端侧用焊接方法固定。由于这两个罩部分153和173被固定，该外罩部分173的尾端部分180可以被焊接该金属壳体121的前端部分123的预定的位置，同时该间隔的凸翼部分183通过将该金属壳体121的前端面123S施加在该内罩部分153的腿部185的尾端而弹性变形。
虽然已经结合附图描述了本发明，但本发明不应限于前述的实施例。更不用说，本发明可以进行适当的修改而不脱离其要点。
例如，在前述实施例中，该凸翼部分183具有腿部185，金属壳体121与该腿部185邻接。换句话说，金属壳体间接邻靠该凸翼部分183或弹性部分181。但是，该金属壳体121可以直接邻靠该凸翼部分183而略过该腿部185。在这种修改中，很难构造前述的内气体引入通道191。因此，建议在内圆柱形部分155的侧壁形成气体引入孔。
此外，在该实施例中，该凸翼部分183从该内圆柱形部分155的尾端155K伸出。在另一种方式中，例如，该凸翼部分183可以从该内圆柱形部分155的轴向中间部分伸出。
此外，该实施例具有示范性的气体传感器元件103，其具有带底的圆柱形部分。但是该气体传感器元件可以具有平板形形状。
此外，在该实施例中，该外气体引入孔176具有椭圆形形状，并且该外前端通风孔和内前端通风孔具有圆形形状。但是，这些孔的形状可以适当地改变为椭圆形或长方形。
此外，在该实施例中，该该间隔的凸翼部分183在六个部分径向地向外伸出。但是，间隔的凸翼部分的数目和形状不限于此而可以适当地改变。
本申请是是基于2003年7月4日提交的日本专利申请JP 2003-192263号，其整个内容通过参考结合于此，如同在此详细地陈述。
权利要求1.一种气体传感器，包括沿轴向延伸的气体传感器元件；环绕所述气体传感器元件的圆柱形金属壳体，使得所述气体传感器元件的前端部分从其自己的前端伸出；以及固定在所述金属壳体上并覆盖所述气体传感器元件的所述前端部分的保护装置，其中，所述保护装置包括固定在所述金属壳体上并具有气体引入孔的圆柱形外罩部分；和设置在所述外罩部分内侧并具有弹性部分的圆柱形内罩部分，该弹性部分在轴向推力作用下能够弹性变形，并且所述内罩部分这样夹紧在所述金属壳体和所述外罩部分之间，使得所述弹性部分由于所述轴向推力而弹性变形。
2.根据权利要求1的气体传感器，其中所述内罩部分包括围绕所述气体传感器元件的所述前端部分的内圆柱形部分；并且所述弹性部分包括从所述内圆柱形部分径向向外伸出的凸翼部分，并且，当被所述金属壳体沿轴向向前端侧推动到直接或间接邻靠所述凸翼部分时弹性地变形。
3.根据权利要求2的气体传感器，其中，所述凸翼部分是沿圆周方向间隔地设置的间隔的凸翼部分。
4.根据权利要求2的气体传感器，其中，所述内罩部分包括从所述凸翼部分的径向外端部分伸出并设置在它们自身尾端的腿部，其比所述内圆柱形部分的尾端更靠近尾端侧，因此，当所述金属壳体邻靠它们时，它们被沿轴向向前端侧推动。
5.根据权利要求1的气体传感器，其中，所述外罩部分的至少一部分和所述内罩部分的至少一部分相互固定。
6.根据权利要求5的气体传感器，其中，所述外罩部分包括固定在所述金属壳体上的外圆柱形部分；和设置在比所述圆柱形部分更靠近前端侧并具有外前端通风孔的外底面部分，所述内罩部分包括围绕所述气体传感器元件的所述前端部分的内圆柱形部分；和设置在比该内圆柱形部分更靠近前端侧的内底面部分，该内底面部分具有与所述外前端通风孔连通的内前端通风孔，并且所述外底面部分和所述内底面部分相互固定。
7.一种气体传感器，包括沿轴向延伸的气体传感器元件；包围所述气体传感器元件的圆柱形金属壳体，使得所述气体传感器元件的前端部分从其自己的前端伸出；以及固定在所述金属壳体上并覆盖所述气体传感器元件的所述前端部分的保护装置，其中，所述保护装置包括固定在所述金属壳体上的圆柱形外罩部分，该外罩部分包括固定在所述金属壳体上并具有气体引入孔的外圆柱形部分，和设置在所述外圆柱形部分前端侧的外底面部分，该底面部分具有与外面连通的外前端通风孔；以及设置在所述外罩部分内侧的圆柱形内罩部分，并包括围绕所述气体传感器元件的所述前端部分的内圆柱形部分，设置在所述内圆柱形部分前端侧的内底面部分，该底面部分具有与所述外罩部分的所述外前端通风孔连通的内前端通风孔；从所述内圆柱形部分的尾端径向向外伸出并沿圆周方向间隔地设置的间隔的凸翼部分，以便它们在轴向推力的作用下能够弹性变形，和从所述间隔的凸翼部分的径向外端部分沿轴向向尾端伸出的腿部，并且所述间隔的凸翼部分通过用所述金属壳体的前端沿轴向向前端推动所述内罩部分的所述腿部，并且通过用所述外罩部分的所述外底面部分的至少一部分沿轴向向尾端推动所述内罩部分的所述内底面部分的至少一部分而弹性变形。
专利摘要一种气体传感器，包括沿轴向延伸的气体传感器元件；围绕所述气体传感器元件的圆柱形金属壳体，使得所述传感器元件从其自己的前端部分伸出；和固定在所述金属壳体上并覆盖所述气体传感器元件的所述前端部分的保护装置，其中所述保护装置包括固定在所述金属壳体上并具有气体引入孔的外罩部分，和设置在所述外罩部分内侧并具有弹性部分的圆柱形内罩部分，该弹性部分在轴向外力的作用下能够弹性变形，并且所述内罩部分这样固定在所述金属壳体和所述外罩部分之间，使所述弹性部分由于所述轴向推力而弹性变形。
文档编号G01N27/407GK2777540SQ200420069600
公开日2006年5月3日 申请日期2004年6月30日 优先权日2003年7月4日
发明者矶村浩, 赤塚正二, 新海修 申请人:日本特殊陶业株式会社