專利名稱：氣敏傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有內(nèi)嵌傳感器元件的氣敏傳感器，其用于檢測從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中的特定氣體成分。
背景技術(shù)：
迄今已知一種具有傳感器元件的氣敏傳感器，用于檢測汽車等的廢氣中的特定氣體成分。這種氣敏傳感器的傳感器元件形成為具有夾持在一對電極之間的至少一層固體電解質(zhì)的板狀元件，并且檢測廢氣中特定氣體(例如氧氣)的濃度。因?yàn)楫?dāng)溫度低時固體電解質(zhì)并不是活性的，通常在傳感器元件附近設(shè)有用于加熱傳感器元件以將其活化的加熱器。例如，一種具有層狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品已知為加熱器整體型傳感器元件，其中對板狀加熱器和傳感器元件進(jìn)行烘烤以將彼此集成。
在這種傳感器元件被插入陶瓷套筒(元件側(cè)電瓷)的軸向孔中時，傳感器元件是氣密的以便從而保持在套筒中。套筒被保持在金屬外殼中，因此傳感器元件能最終結(jié)合在金屬外殼中。為了從傳感器元件中得到輸出，設(shè)置電極保持器(大氣側(cè)電瓷)以使得分別設(shè)在傳感器元件后端側(cè)的上和下表面上的電極端子部分被電極保持器所覆蓋。接線端子設(shè)在電極保持器中以使得接線端子緊靠在傳感器元件的電極端子部分上。當(dāng)傳感器元件和電極彈簧從傳感器元件的相對側(cè)被夾持時，就能保證電極端子部分和接線端子之間的電連接。
如果電極保持器和套筒在這種情況下彼此相裝配，這兩者彼此對準(zhǔn)以防止電極保持器被位移為相對于套筒傾斜。為此，通過與電極保持器內(nèi)表面的碰撞來防止插在電極保持器內(nèi)的傳感器元件的后端部分的破裂(例如參見專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1日本專利公開No.2003-43004發(fā)明內(nèi)容所要解決的問題在專利文獻(xiàn)1所述的氣敏傳感器中，然而電極保持器布置為與套筒同軸，而非傳感器元件。因此，當(dāng)在傾斜的時候插入軸向孔的傳感器元件被保持在套筒內(nèi)，在裝配電極保持器時就會有過度的負(fù)荷作用到傳感器元件上，因此在裝配時就會出現(xiàn)傳感器元件破裂的問題。在這種情況下，與電極端子部分的電連接就有著變得不穩(wěn)定的可能性，因?yàn)閭鞲衅髟囊粋€板面(上表面)在與接線端子的接觸壓力上和其另一板面(下表面)不同。
完成本發(fā)明是為了解決前述問題并且本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種高度可靠的氣敏傳感器，其中接線端子能穩(wěn)固地與傳感器元件的電極端子部分相接觸而沒有過度的負(fù)荷作用到傳感器元件上。
解決問題的方式為了實(shí)現(xiàn)前述目的，根據(jù)第一個發(fā)明的氣敏傳感器包括圓柱形金屬外殼；板狀傳感器元件，其在縱向上延伸并且包括有暴露于待測量氣體的前端側(cè)以及電極端子部分，所述電極端子部分形成于后端側(cè)上的上和下表面上以便與接線端子相接觸；和保持在金屬外殼內(nèi)部并且包括有軸向孔的套筒，傳感器元件插入所述軸向孔中，其中套筒還包括有元件導(dǎo)向部，該元件導(dǎo)向部從軸向孔后端側(cè)上的一個開口端表面上突出并且防止傳感器元件在與軸向孔的軸向交叉的方向上傾斜。
根據(jù)本發(fā)明的氣敏傳感器，元件導(dǎo)向部設(shè)在供傳感器元件插入的套筒中。元件導(dǎo)向部從軸向孔后端側(cè)上的一個開口端表面上突出并且防止傳感器元件在與軸向孔的軸向交叉的方向上傾斜。在傳感器元件能通過元件導(dǎo)向部插入套筒的軸向孔中的同時，就能防止其后端側(cè)從軸向孔的后端側(cè)上的開口端表面突出的傳感器元件被置于在與軸向孔的軸向交叉的方向上傾斜。
于是，即使在一個元件(其內(nèi)部布置有被帶入與傳感器元件的電極端子部分相接觸的接線端子)被布置為與套筒同軸的情況下，也能防止過度的負(fù)荷作用在傳感器元件上，因此就能防止傳感器元件受到比如元件破裂等危險。即使接線端子被帶入與分別形成于傳感器元件上和下表面上的電極端子部分相接觸時，傳感器元件的上和下表面上與接線端子之間的接觸壓力也基本上保持恒定。為此，接線端子就能被帶入與傳感器元件的電極端子部分相接觸，因此就使相應(yīng)的電連接性能良好。
優(yōu)選地，在氣敏傳感器中，套筒可以包括有一對布置為相對于軸向孔的中心軸線彼此相對的元件導(dǎo)向部。
當(dāng)如上所述那樣提供有一對相對于軸向孔的中心軸線彼此相對的元件導(dǎo)向部時，傳感器元件可以布置為與套筒(具體地說是套筒的軸向孔)穩(wěn)定地同軸。
優(yōu)選地，在氣敏傳感器中，這對元件導(dǎo)向部可以具有與軸向孔的內(nèi)圓周連續(xù)的凹槽部以使得傳感器元件的任一橫向相對側(cè)端部被存入凹槽部內(nèi)。
當(dāng)與軸向孔的內(nèi)圓周連續(xù)的凹槽部提供在這對元件導(dǎo)向部中的每個中以使得傳感器元件的任一橫向相對側(cè)端部被存入凹槽部內(nèi)時，就能確實(shí)地防止傳感器元件在寬度方向上的傾斜和傳感器元件在厚度方向上的傾斜。于是，傳感器元件可以布置為與套筒(具體地說是套筒的軸向孔)穩(wěn)定地同軸，因此能提供更加高度可靠的氣敏傳感器。
優(yōu)選地，在氣敏傳感器中，在傳感器元件的后端側(cè)周圍設(shè)有絕緣保持元件的同時，在傳感器元件和絕緣保持元件之間可以設(shè)有接線端子以便與電極端子部分相接觸；并且絕緣保持元件的內(nèi)表面與元件導(dǎo)向部的外表面相適應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的氣敏傳感器，在接線端子置于內(nèi)部的情況下，布置在傳感器元件后端側(cè)周圍的絕緣保持元件的內(nèi)表面與元件導(dǎo)向部的外表面相適應(yīng)。于是，因?yàn)樵?dǎo)向部介于傳感器元件的后端側(cè)和絕緣保持元件之間，就能防止在裝配的時候或者使用當(dāng)中的氣敏傳感器附著到振動強(qiáng)烈的部件(比如汽車的排氣管)上時絕緣保持元件的內(nèi)表面與傳感器元件后端側(cè)上的圓周表面相沖突。這樣就能確實(shí)地防止傳感器元件的破裂。
另外，因?yàn)榉乐沽私^緣保持元件被置于相對于元件導(dǎo)向部傾斜，各個接線端子與傳感器元件的電極端子部分的接觸壓力就能被設(shè)置為更加均勻。于是，接線端子就能更穩(wěn)定地帶入與傳感器元件的電極端子部分相接觸，因此能提供更加高度可靠的氣敏傳感器。
優(yōu)選地，在氣敏傳感器中，絕緣保持元件可以是一對并且夾持和固定接線端子和傳感器元件。當(dāng)借助于一對的絕緣保持元件以此方式夾持和固定接線端子和傳感器元件時，接線端子就能確實(shí)地帶入與傳感器元件的電極端子部分相接觸。
優(yōu)選地，根據(jù)這個方面的氣敏傳感器還可以包括固定到金屬外殼以便包圍絕緣保持元件的保護(hù)蓋；和保持配件，其形狀類似于包圍絕緣保持元件外圓周的管并且當(dāng)接線端子和傳感器元件被絕緣保持元件夾緊地保持時其被保持在保護(hù)蓋的內(nèi)部中。于是，即使有振動達(dá)到氣敏傳感器，成為一對的絕緣保持元件也能被穩(wěn)定地保持。即使在由于散布的石頭等引起的外部沖擊作用在保護(hù)蓋上的情況下，也能通過保持配件緩和作用在絕緣保持元件上的沖擊。于是，因?yàn)槟軠p小傳遞到傳感器元件上的應(yīng)力，就能有效地防止傳感器元件的破裂。
優(yōu)選地，在氣敏傳感器中，絕緣保持元件可以由一個單獨(dú)的元件來替換，所述單獨(dú)的元件用于覆蓋傳感器元件的后端側(cè)包圍物并且在后端側(cè)上具有通孔以使得連接到接線端子的導(dǎo)線被插入通孔之中。當(dāng)由一個單獨(dú)元件構(gòu)成的絕緣保持元件如上所述那樣被布置為置于傳感器元件的后端側(cè)上時，接線端子就能確實(shí)地被帶入與傳感器元件的電極端子部分相接觸同時接線端子被夾持在絕緣保持元件的內(nèi)表面和傳感器元件之間。當(dāng)插孔設(shè)在絕緣保持元件中以使得連接到接線端子的導(dǎo)線能被相應(yīng)地插入到插孔內(nèi)時，就能防止氣敏傳感器裝配時導(dǎo)線之間的纏結(jié)，因此就能防止短路的發(fā)生。
優(yōu)選地，根據(jù)這個方面的氣敏傳感器還可以包括固定到金屬外殼以便包圍絕緣保持元件的保護(hù)蓋；和保持配件，當(dāng)絕緣保持元件被保持在保持配件的內(nèi)側(cè)時其被保持在保護(hù)蓋的內(nèi)部中。于是，即使有振動達(dá)到氣敏傳感器，成為一對的絕緣保持元件也能被穩(wěn)定地保持。即使在由于散布的石頭等引起的外部沖擊作用在保護(hù)蓋上的情況下，也能通過保持配件緩和作用在絕緣保持元件上的沖擊。于是，因?yàn)槟軠p小傳遞到傳感器元件上的應(yīng)力，就能有效地防止傳感器元件的破裂。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)第二個方面的氣敏傳感器包括圓柱形金屬外殼；板狀傳感器元件，其在縱向上延伸并且包括有暴露于待測量氣體的前端側(cè)以及電極端子部分，所述電極端子部分形成于后端側(cè)上以便與接線端子相接觸；和保持在金屬外殼內(nèi)部并且包括有軸向孔的套筒，傳感器元件插入所述軸向孔中，其中套筒還包括有元件導(dǎo)向部，該元件導(dǎo)向部從軸向孔后端側(cè)上的一個開口端表面上突出并且與軸向孔同軸地對傳感器元件的后端側(cè)進(jìn)行導(dǎo)向。
根據(jù)本發(fā)明的氣敏傳感器，元件導(dǎo)向部設(shè)在供傳感器元件插入的套筒中。元件導(dǎo)向部從軸向孔后端側(cè)上的一個開口端表面上突出并且與軸向孔同軸的導(dǎo)向傳感器元件的后端側(cè)。于是，當(dāng)傳感器元件被插入套筒的軸向孔中時，就能由元件導(dǎo)向部導(dǎo)向傳感器元件的后端側(cè)。傳感器元件能布置(定位)為與套筒的軸向孔同軸。于是，就能防止傳感器元件在與軸向孔的軸向交叉的方向上傾斜。
于是，即使在一個元件(其內(nèi)部布置有被帶入與傳感器元件的電極端子部分相接觸的接線端子)被布置為與套筒同軸的情況下，也能防止過度的負(fù)荷作用在傳感器元件上，因此就能防止傳感器元件受到比如元件破裂等危險。即使在接線端子被壓靠在電極端子部分上的同時接線端子被帶入與分別形成于傳感器元件上和下表面上的電極端子部分相接觸時，傳感器元件的上和下表面上與接線端子之間的接觸壓力也基本上保持恒定。為此，接線端子就能被帶入與傳感器元件的電極端子部分相接觸，因此就使相應(yīng)的電連接性能良好。


圖1根據(jù)一個實(shí)施例的氣敏傳感器1的主體部分的橫截剖視圖。
圖2示出傳感器元件10的示意性構(gòu)造的透視圖。
圖3透視圖，其中示出了裝配到金屬外殼2的凸緣部分25整體地與傳感器元件10相結(jié)合的狀態(tài)。
圖4具有元件導(dǎo)向部33的套筒30的透視圖。
圖5電極保持件40的透視圖。
圖6保持配件48的透視圖。
圖7分離器50的透視圖。
圖8其中導(dǎo)線68被壓緊的電極配件60的透視圖。
圖9用于解釋傳感器元件10和金屬外殼2相結(jié)合的分解透視圖。
圖10用于解釋電極保持件40和傳感器元件10相結(jié)合的分解透視圖。
圖11由兩個部件制成的一對電極保持件40的透視圖。
圖12用于保持電極保持件140的保持配件148的透視圖。
圖13根據(jù)另一實(shí)施例的氣敏傳感器1的主體部分的橫截剖視圖，其中電極保持件140與傳感器元件10相結(jié)合。
圖14從由單個部件制成的電極保持件240的后端側(cè)的透視圖。
圖15從由單個部件制成的電極保持件240的前端側(cè)的透視圖。
圖16用于保持電極保持件240的保持配件248的透視圖。
圖17根據(jù)又一實(shí)施例的氣敏傳感器1的主體部分的橫截剖視圖，其中電極保持件240與傳感器元件10相結(jié)合。
附圖標(biāo)記1...氣敏傳感器2...金屬外殼10...傳感器元件15，16...電極端子部分30...套筒31...軸向孔33...元件導(dǎo)向部35...凹槽部40，140，240...電極保持件(絕緣保持元件)48...保持配件49...突出部50...分離器52...插孔53...小直徑部分60...電極配件(接線端子)68...導(dǎo)線70...保護(hù)蓋具體實(shí)施方式
以下將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的氣敏傳感器1。首先參照圖1至8描述氣敏傳感器1的示意性結(jié)構(gòu)。圖1是氣敏傳感器1的主體部分的橫截剖視圖。圖2是示出傳感器元件10的示意性構(gòu)造的透視圖。圖3是透視圖，其中示出了將要裝配到金屬外殼2的凸緣部分25整體地與傳感器元件10相結(jié)合的狀態(tài)。圖4是套筒30的透視圖。圖5是電極保持件40的透視圖。圖6是保持配件48的透視圖。圖7是分離器50的透視圖。圖8是由此導(dǎo)線被壓緊的電極配件的透視圖。附帶地，以下將在下述假定之上進(jìn)行描述當(dāng)各個元件結(jié)合在氣體傳感器1中時，氣敏傳感器1軸向中的傳感器元件10的檢測部11側(cè)上的方向視作前端側(cè)，與傳感器元件10的檢測部11側(cè)相對的側(cè)視作后端側(cè)。
圖1所示氣敏傳感器是氧氣傳感器，其安裝在使用中的汽車的排氣管中并且其用于檢測排氣管中流動的廢氣中的氧氣濃度。板狀傳感器元件10在傳感器元件10的前端部分(檢測部11)從金屬外殼2的前端突出的情況下被保持在金屬外殼2中。如圖2所示，在這個實(shí)施例中，傳感器元件10被形成為使得在軸向上延伸的板狀元件部分12和同樣在軸向上延伸的板狀加熱器14是層壓的。元件部分12和加熱器14被烘烤以使得彼此成整體。元件部分12以如此的方式提供以使得一對主要含鉑的多孔電極(檢測電極和基準(zhǔn)電極)形成在主要含氧化鋯的固體電解質(zhì)(其中氧化釔被固體溶解作為穩(wěn)定劑)的相對表面上。加熱器14以如此的方式形成以使得主要含鉑的加熱電阻夾在主要含氧化鋁的電絕緣板之間。
在這種傳感器元件10中，其中布置有多孔檢測電極和多孔基準(zhǔn)電極(未示出)的檢測部11設(shè)在元件部分12縱向的前端側(cè)上，而兩個分別電連接到檢測電極和基準(zhǔn)電極的電極端子部分15設(shè)在后端側(cè)的第一板面(上表面)13上。兩個用作將電壓施加到加熱電阻(未示出)的正和負(fù)電極的電極端子部分16形成在傳感器元件10的后端側(cè)上的第二板面(下表面)17上。由一種抗毒的多孔陶瓷制成的電極保護(hù)層19至少形成在傳感器元件10的前端側(cè)上暴露給廢氣的電極(檢測電極)的上表面上。順便提及，在本實(shí)施例中，傳感器元件10中暴露給廢氣的前端側(cè)周邊表面(包括電極的上表面)被電極保護(hù)層19覆蓋。
然后，如圖1和3所示，與傳感器元件10整體地組合的凸緣部分25具有氧化鋁的陶瓷環(huán)21、填充有壓縮滑石粉的滑石環(huán)22、以及形狀類似于管并且其尺寸足以在內(nèi)部存放陶瓷環(huán)21和滑石環(huán)22的金屬保持件20。順便提及，凸緣部分25如下這樣與傳感器元件相結(jié)合。首先，準(zhǔn)備具有開口橫截面的滑石環(huán)22，傳感器元件10能穿過這個開口橫截面。金屬保持件20、陶瓷環(huán)21和滑石環(huán)22依次布置在傳感器元件10的預(yù)定位置中。給出減小滑石環(huán)22的通孔的開口橫截面的壓力以使滑石環(huán)22壓縮變形從而將金屬保持件20、陶瓷環(huán)21以及滑石環(huán)22與傳感器元件10整體地結(jié)合起來。于是，就提供了將要裝配到金屬外殼2的臺階部分9同時固定到傳感器元件10的凸緣部分25。
如圖1所示，形成為內(nèi)徑減小的臺階部分9設(shè)在金屬外殼2的前端側(cè)(圖1中的下側(cè))。凸緣部分25的外徑形成為基本上等于金屬外殼2的內(nèi)徑。當(dāng)凸緣部分25插入金屬外殼2以使得凸緣部分25的前端部分緊靠著臺階部分9時，凸緣部分25就相對于金屬外殼2定位。在凸緣部分25(金屬保持器20)所裝配入的金屬外殼2中，金屬保持件20的后端側(cè)(圖1中的上側(cè))被壓縮地填充了滑石環(huán)23。于是，當(dāng)凸緣部分25被固定入金屬外殼2時，傳感器元件10就相對于金屬外殼2定位和固定。順便提及，滑石環(huán)23的壓縮以如此的方式執(zhí)行以使得當(dāng)后面將會描述的套筒30被結(jié)合入金屬外殼2時其壓縮滑石環(huán)23。
傳感器元件10的檢測部11在氣敏傳感器1的前端側(cè)(圖1中的下側(cè))上暴露在金屬外殼2的外面。用于覆蓋和保護(hù)檢測部11的圓柱形底的內(nèi)保護(hù)件3和用于覆蓋內(nèi)保護(hù)件3的外保護(hù)件4通過激光焊接固定到金屬外殼2。多個外界空氣通孔5(6)形成于內(nèi)保護(hù)件3和外保護(hù)件4的每個之中以使得傳感器元件10的檢測部11被暴露給氣敏傳感器1周圍的氣氛(廢氣)。
接著，鋁質(zhì)的多級圓柱形套筒30相對于滑石環(huán)23設(shè)在氣敏傳感器1的后端側(cè)上。套筒30以及凸緣部分25存入金屬外殼2同時套筒30朝著前端側(cè)向滑石環(huán)23施壓。如圖1和4所示，套筒30在其軸向上具有軸向孔31。傳感器元件10插入軸向孔31。軸向孔31被形成為使得軸向截面面積(開口面積)稍微大于傳感器元件縱向截面面積。在套筒30存入金屬外殼2的情況下，傳感器元件10的相應(yīng)電極端子部分15和16暴露在金屬外殼2的堵縫部7側(cè)的外面。
如圖4所示，套筒30具有一對設(shè)置為突出的元件導(dǎo)向部33。這對元件導(dǎo)向部37從軸向孔31后端側(cè)上的開口端表面37朝著后端(圖4中向上)沿著套筒30的軸向(軸向孔31)延伸。這對元件導(dǎo)向部33布置為相對于軸向孔31的中心軸線彼此相對。每個元件導(dǎo)向部33具有連續(xù)地設(shè)在軸向孔31內(nèi)圓周內(nèi)的凹槽部35以存放和導(dǎo)向傳感器元件10后端側(cè)上的任一橫向相對側(cè)端部。凹槽部35的長度被確定為使得在結(jié)合入套筒30時傳感器元件10不會突出。凹槽部35的深度被確定為使得當(dāng)傳感器元件10的任一橫向相對側(cè)端部存入凹槽部35時傳感器元件10的電極端子部分15和16的至少一部分能暴露出來。電極端子部分15和16部分地暴露出電極配件60(后面將描述)與電極端子部分15和16相接觸所需的面積。凹槽部35的寬度被形成為稍微大于傳感器元件10的厚度。順便提及，電極配件60等同于本發(fā)明權(quán)利要求范圍中的“接線端子”。
如圖1所示，當(dāng)金屬外殼2的堵縫部7向內(nèi)彎曲從而堵縫時，套筒30朝著金屬外殼2的前端側(cè)被加壓穿過插入內(nèi)部的不銹鋼環(huán)元件8。于是，滑石環(huán)23就受壓地變形以填充周圍縫隙，因此傳感器元件10就被氣密地保持和固定在金屬外殼中。
接著，其上形成有從金屬外殼2的后端突出的傳感器元件10相應(yīng)的電極端子部分15和16的第一板面13和第二板面17被一對電極保持件40夾持在傳感器元件10的厚度方向上從相對側(cè)穿過電極配件60。如圖1和5所示，電極保持件40被形成為使得電極保持件40的內(nèi)表面被裝配到套筒30的元件導(dǎo)向部33(參見圖4)的外表面。每個電極保持件40具有面對由元件導(dǎo)向部33導(dǎo)向(存放)的傳感器元件10的內(nèi)壁表面42，以及用于形成外圓周表面的外壁表面44，這個外壁表面被彎曲為使得在軸向上與元件導(dǎo)向部33一起形成的截面基本上為圓形。凸緣部分47形成在外壁表面44的前端附近。順便提及，電極保持件40等同于本發(fā)明權(quán)利要求范圍中的“絕緣保持元件”。
這對電極保持件40中的每個具有兩個基本上設(shè)在軸向中心處的開口46以使得穿過內(nèi)壁表面42和外壁表面44之間。電極配件60(隨后將描述)的突出件63(參見圖8)被裝配到開口46的內(nèi)表面，以使得電極配件60位于電極保持件40內(nèi)側(cè)上的預(yù)定位置中。在這個實(shí)施例中，兩個電極配件60被裝配到每個電極保持器40以便電連接到設(shè)在傳感器元件10的第一板面13上的電極端子部分15和設(shè)在傳感器元件10的第二板面17上的電極端子部分16的正和負(fù)電極。
當(dāng)在電極配件60保持在電極保持件40內(nèi)部中的條件下電極保持件40與元件導(dǎo)向部33相嚙合時，一個保持配件8被裝配到這對電極保持件40的外壁表面44以便保持所述嚙合(參見圖1)。如圖6所示，保持配件48被成形為類似于管并且具有切口以使得兩個切口鄰近地設(shè)在軸向上每個管端處，也就是說，切口設(shè)在相對于軸向的四個方向上。位于相鄰兩個切口之間的區(qū)域被形成為突出部49。每個突出部49被彎曲以使得向著保持配件48的外面打開。
如圖1所示，在保持配件48被裝配到電極保持件40的情況下，夾持在電極保持件40內(nèi)壁表面42和傳感器元件10之間的電極配件60就會變形。然而因?yàn)殡姌O配件60通過電極配件60的彈性回復(fù)力將電極保持件40壓靠在保持配件48的內(nèi)圓周上，就防止了保持配件48的脫落。
接著，如圖1所示，用于將四根導(dǎo)線68導(dǎo)向到電極配件60從而將傳感器元件10電連接到外部電路的鋁質(zhì)分離器50被布置在氣敏傳感器1相對于電極保持器40的后端側(cè)(圖1中上側(cè))上。分離器50緊靠在電極保持件40的后端表面上。如圖7所示，分離器50基本上成形為類似于柱體并且具有一個基本上設(shè)在后端側(cè)表面(圖7中的上表面)中心的柱形小突起51。軸向的通孔52設(shè)在小突起51周圍四個位置處。如圖1所示，每個通孔52具有一個小直徑突起53，其以如此的方式形成為使得提供有小突起51的側(cè)(圖1中的上側(cè))上的一部分的直徑減小。每個小直徑部分53的內(nèi)徑大致等于相應(yīng)導(dǎo)線68的厚度。
如圖1所示，電極配件60的基部62存入通孔52。如圖8所示，電極配件60的基部62是用于堵縫導(dǎo)線68以將導(dǎo)線68固定到電極配件60的部分。每個基部62具有一個堵縫部65，其中覆蓋導(dǎo)線68的纜芯線69的電絕緣膜的外圓周被堵縫以防止導(dǎo)線68脫離，并且堵縫導(dǎo)線68中的纜芯線(絞合線)69的堵縫部分64被堵縫以進(jìn)行電連接。用于堵縫導(dǎo)線68外圓周的堵縫部分65被形成為大于用于堵縫纜芯線69的堵縫部分64。為此，如圖1所示，在導(dǎo)線68被堵縫時，堵縫部分65的直徑變得大于導(dǎo)線68的直徑。于是，堵縫部分65的直徑就大于位于分離器50的通孔52的后端側(cè)上的小直徑部分53的內(nèi)徑，因此堵塞部分65就不能穿過小直徑部分53。
如圖8所示，電極配件60連接到基部62的前端部分61是與傳感器元件10的電極端子部分15(16)相接觸以進(jìn)行電連接的部分。前端部分61的形狀類似于U形彈簧。與電極保持件40的一個開口46相嚙合以定位到電極保持件40的突出片63基本上突出地設(shè)在前端部61的中心處。
再參考圖1，用于覆蓋和保護(hù)電極保持件40和分離器50的大致圓柱形不銹鋼保護(hù)蓋70固定到金屬外殼2的堵縫部7的外圓周。在氟橡膠的阻擋元件71被裝配入保護(hù)蓋70的后端部(與固定到金屬外殼2的側(cè)相對的側(cè)上)的情況下，位于阻擋元件71軸向圓周中的保護(hù)蓋70(其中只是插入有導(dǎo)線68)被向內(nèi)堵縫以便從而將阻擋元件71在其彈性變形的情況下固定入保護(hù)蓋70。設(shè)在電極保持件40的保持配件48上的突出部49緊靠在保護(hù)蓋70的內(nèi)壁上。因?yàn)橥怀霾?9提供為如上所述在四個方向上突出，保持配件48本身就被突出部49的彈力保持在保護(hù)蓋70中。
以下將參考圖1、9和10描述將傳感器元件10與如上所述構(gòu)造的氣敏傳感器1相組合。圖9是用于解釋傳感器元件10和金屬外殼2相組合的分解透視圖。圖10是用于解釋電極保持件40和傳感器元件10相組合的分解透視圖。
如圖1和9所示，整體地組合有凸緣部分25的傳感器元件10被插入金屬外殼2同時傳感器元件10的檢測部11側(cè)設(shè)在金屬外殼2的前端側(cè)上。傳感器元件10相對于金屬外殼2定位在一個位置處，在這個位置處凸緣部分25的端部緊靠在金屬外殼2的前端側(cè)(圖1中下側(cè))上的臺階部分9上。
接著，裝配滑石環(huán)23以使得傳感器元件10穿過滑石環(huán)23的中心孔。然而，傳感器元件10從其后端插入套筒30的軸向孔31中。在這種情況下，傳感器元件10的橫向相對側(cè)端部被與軸向孔31的內(nèi)圓周連續(xù)的元件導(dǎo)向部33的凹槽部35所導(dǎo)向。順便提及，盡管傳感器元件10的電極端子部分15和16的一部分位于元件導(dǎo)向部33的凹槽部35中，電極端子部分15和16的至少一部分仍然暴露以使得能進(jìn)行與電極配件60的連接。當(dāng)傳感器元件10以這樣的方式被元件導(dǎo)向部33(具體地說是凹槽部35)所導(dǎo)向時，傳感器元件10能被布置(定位)為與套筒30的軸向孔31同軸。
在這種情況下，環(huán)形元件8被置于套筒30上并且金屬外殼2的后端部分被徑向向內(nèi)地堵縫以便從而形成堵縫部7。因?yàn)樾纬闪硕驴p部7，朝著金屬外殼2前端的壓力就通過環(huán)形元件8作用在套筒30上以便從而壓縮滑石環(huán)23?；h(huán)23被變形以填充周圍的縫隙以便從而將凸緣部分25固定入金屬外殼2。
圖10示出了金屬外殼2和傳感器元件10在形成堵縫部7之后的狀態(tài)。傳感器元件10被固定入金屬外殼2同時傳感器元件10的橫向相對側(cè)端部被元件導(dǎo)向部33所導(dǎo)向。
如圖10所示，當(dāng)電極配件60的突出片63被裝配入電極保持件40的開口46時，電極配件60被定位和保持在電極保持件40中。在這種情況下，電極保持件40被裝配到元件導(dǎo)向部33同時傳感器元件10從相對側(cè)上在傳感器元件10的厚度方向上被夾持。夾持在電極保持件40的內(nèi)壁表面42和傳感器元件10的板面之間的電極配件60的前端部分61緊靠在傳感器元件10的電極端子部分15和16上。在這種情況下，傳感器元件10相對于元件導(dǎo)向件33定位而電極保持件40相對于待裝配的元件導(dǎo)向部33定位。為此，傳感器元件10的板面和電極保持件40的內(nèi)壁表面42之間的距離被保持為基本上恒定并且在各個產(chǎn)品之間沒有很大的差別。
因?yàn)槊總€電極配件60的前端部分61的形狀類似于U形彈簧，當(dāng)電極保持件40被裝配到元件導(dǎo)向部33時，傳感器元件10的板面和電極保持件40的內(nèi)壁表面就被迫彼此遠(yuǎn)離。在這種情況下，保持配件48用來對與元件導(dǎo)向部33相嚙合的電極保持件40的外圓周加壓從而保持它們之間的嚙合。電極配件60的前端部分61被保持為緊靠在傳感器元件10的電極端子部分15和16上，因此它們之間的電連接是穩(wěn)定的。如上所述，因?yàn)闊o論電極端子部分15和16處于任何位置，傳感器元件10的板面和電極保持件40的內(nèi)壁表面42之間的距離都保持基本上恒定，所以與電極配件60的接觸壓力不會根據(jù)電極端子部分15和16的位置而改變。
然后，使分離器50緊靠在電極保持件40上。在這種情況下，將圖1所示的保護(hù)蓋70置于電極保持件40和分離器50上。在被迫進(jìn)入金屬外殼2之后，保護(hù)蓋70通過周圍激光焊接來固定以使得保持配件48的突出部49緊靠在保護(hù)蓋70的內(nèi)壁上。于是，保持配件48被保持在保護(hù)蓋70中，因此由保持配件48所保持的電極保持件40被定位在保護(hù)蓋70中。
如上所述，在根據(jù)本實(shí)施例的氣敏傳感器1中，當(dāng)傳感器元件10被固定到金屬外殼2時，傳感器元件10的橫向相對側(cè)端部被設(shè)在套筒30中的元件導(dǎo)向部33的凹槽部35所導(dǎo)向以便從而將傳感器元件10與套筒30的軸向孔31對準(zhǔn)。與傳感器元件10的電極端子部分15和16相接觸的電極配件60被定位和保持在電極保持件40中，其中定位可相對于元件導(dǎo)向部33進(jìn)行。
于是，電極配件60和傳感器元件10之間通過電極導(dǎo)向部33的位置關(guān)系被保持為恒定，并且各個產(chǎn)品之間沒有差別。于是，電極配件60的前端部分61與傳感器元件10的電極端子部分15和16之間的接觸壓力就被保持為恒定以致于能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電連接。傳感器元件10通過元件導(dǎo)向部33與套筒30的軸向孔31軸向地對準(zhǔn)并且元件導(dǎo)向部33限制傳感器元件10在與軸向孔31的軸向交叉的方向(也就是傳感器元件10的寬度方向和厚度方向)上傾斜。于是，電極保持件40就不會與傳感器元件10接觸，即使電極保持件40被裝配到元件導(dǎo)向部33。于是，就不會有過量的負(fù)荷施加在傳感器元件10上，因此就能防止傳感器元件10的破裂。
來自外部電路的導(dǎo)線68連接到電極配件60。因?yàn)橛糜趯?dǎo)向?qū)Ь€68的分離器50設(shè)在在元件導(dǎo)向部33的后部，就能分開地提供導(dǎo)線68。在裝配氣敏傳感器1時防止導(dǎo)線68彼此之間的纏結(jié)，因此就能很容易地裝配氣敏傳感器1并且可以防止短路的發(fā)生。在分離器50的一個端部上還設(shè)有每個直徑都基本上等于相應(yīng)導(dǎo)線68外徑的小直徑部分53。為此，用于堵縫導(dǎo)線68以固定導(dǎo)線68從而防止導(dǎo)線68脫離的電極配件60的基部62就不能穿過小直徑部分53，因此就能防止電極配件60從分離器50脫離。
當(dāng)然可以對本發(fā)明作出各種變化。例如，前述實(shí)施例已經(jīng)示出了其中電極配件60周圍的電絕緣元件形成為三個部件(一對電極保持件40以及一個分離器50)的情況。然而，電絕緣元件也可以形成為兩個部件或者一個部件。例如，圖11示出了一個例子，其中電極保持件40和分離器50整體地形成為一對電極保持件140的兩個部件。如圖11所示，每個電極保持件140以如此的方式提供為使得等同于分離器50的部分被垂直地分成兩個部件，其中之一和等于同電極保持件40的部分整體地模制。
這對電極保持件140中的每個都具有設(shè)在等同于電極保持件40的部分中的凹陷部141。凹陷部141被形成為使得，當(dāng)傳感器元件10被電極保持件140從傳感器元件10的厚度方向上夾持時，傳感器元件10與元件導(dǎo)向部33一起能存入凹陷部141中。在這種情況下，凹陷部141的內(nèi)表面143與這對元件導(dǎo)向部33的外表面相適應(yīng)。兩個貫穿每個電極保持件140直到外壁表面144的開口146面對傳感器元件10的板面地設(shè)在凹陷部141的內(nèi)壁表面142中，其方式與根據(jù)本實(shí)施例的電極保持件40中的方式相同。本實(shí)施例中的電極配件60的突出片63被裝配入開口146以便從而將電極配件60的前端部分61保持在電極保持件140的內(nèi)側(cè)。
兩個等同于分離器50的通孔52的插入凹槽152設(shè)在等同于每個電極保持件140的分離器50的部分中。插入凹槽152連接到凹陷部141。在凹槽與凹陷部141相對的側(cè)面上的端部處設(shè)置有每個的凹槽寬度都基本上等于相應(yīng)導(dǎo)線68外徑的小凹槽寬度部分153。小直徑寬度部分153用作電極配件60的堵縫部65的阻擋件，其方式與前述實(shí)施例中相同。當(dāng)電極配件60的基部62被存入插入凹槽152同時前端部分61被存入凹陷部141時，電極配件60被整體地存入電極保持件140。順便提及，電極保持件140等同于本發(fā)明權(quán)利要求范圍中的“絕緣保持元件”。
當(dāng)傳感器元件10與電極導(dǎo)向部33一起被電極保持件140所夾持時，其中放置有電極配件60的前端部分61的電極保持件140與電極導(dǎo)向部33相適應(yīng)。于是，電極配件60的前端部分61與由元件導(dǎo)向部33導(dǎo)向的傳感器元件10之間的位置關(guān)系被保持為基本上恒定而與個體差別無關(guān)。電極保持件140被圖12所示的圓柱形保持配件148所保持，其保持方式與根據(jù)本實(shí)施例的保持配件48相同。向內(nèi)延伸的突出部149形成在保持配件148的六個位置處。在保持配件148的六個位置處形成有突出部171(參見圖13)，它們每個都位于前端處、徑向向內(nèi)地延伸、逐漸地以不同方向向內(nèi)彎曲并且延伸到后端側(cè)從而基本上彎曲為J形。
如圖13所示，在突出部149和突出部171彈性地緊靠在電極保持件140外側(cè)的情況下，保持配件148保持電極保持件140從而保持傳感器元件10被這對電極保持件140所夾持的狀態(tài)。此外，保持配件148操作來使得保護(hù)蓋70位于保持配件148徑向外側(cè)的部分被徑向向內(nèi)地壓縮，以使得在保持配件148的這個部分被一個變形為凸?fàn)畹叵騼?nèi)彎曲的凸?fàn)畈糠?81所變形時，保持配件148被保持在保護(hù)蓋70中。
為此，電極保持件140被穩(wěn)定地保持，即使在氣敏傳感器1受到振動的情況下。即使還有外部沖擊作用在保護(hù)蓋70上，作用在電極保持件140上的沖擊也能被保持配件148所緩和。因?yàn)榭梢詼p小傳遞到傳感器元件10的外力，就能防止元件破裂?？蛇x地，氣敏傳感器1可以通過使用具有突出部的保持配件來形成，所述突出部提供為在保護(hù)蓋70中沒有凸?fàn)畈糠?81的情況下向外突出(如同根據(jù)前述實(shí)施例中保持配件48中所示)以使得突出部緊靠在保護(hù)蓋70的內(nèi)壁上同時這個電極保持件140被保持配件的內(nèi)圓周所保持。
圖14和15示出了其中電極保持件40和分離器50被整體地形成為由單個部件構(gòu)成的電極保持件240的例子。電極保持件240具有形成在相當(dāng)于電極保持件40的部分中的凹陷部241以使得套筒30的元件導(dǎo)向部33能插入凹陷部241中。這對元件導(dǎo)向部33的外表面被裝配到凹陷部241的內(nèi)表面從而將電極保持件240與元件導(dǎo)向部33對準(zhǔn)。
在每個面對插入凹陷部241的傳感器元件10的板面的內(nèi)壁表面242中的兩個位置處，設(shè)置有形狀都為L形的嚙合凹槽246。當(dāng)前述實(shí)施例中的電極配件60的突出片63被裝配入嚙合凹槽246同時每個突出片63的界面視圖呈L形時，電極配件60的前端部分61就能定位在凹陷部241中。當(dāng)元件導(dǎo)向部33被裝配到凹陷部241的內(nèi)表面243時，傳感器元件10被夾持在電極配件60彼此相對的前端部分61之間以使得前端部分61能被電連接到電極端子部分15和16。傳感器元件10由元件導(dǎo)向部33定位同時其中布置有電極配件60的前端部分61的電極保持件240由元件導(dǎo)向部33定位。為此，當(dāng)電極保持件240被裝配為置于元件導(dǎo)向部33上時，電極配件60的前端部分61和傳感器元件10之間的位置關(guān)系就被保持為恒定而與個體差別無關(guān)。
順便提及，電極保持件240等同于分離器50的部分中形成插孔252和小直徑部分253以及其中存入四個電極配件60的基部62以防止電極配件脫離的要點(diǎn)與前述實(shí)施例中相同。順便提及，電極保持件240等同于本發(fā)明權(quán)利要求范圍中的“絕緣保持元件”。
電極保持件240被如圖16所示的圓柱形保持配件248保持在保護(hù)蓋70中。在保持配件248的六個位置處形成有向內(nèi)延伸的突出部251。在保持配件248的六個位置處形成有突出部249，每個突出部位于后端處、徑向向內(nèi)延伸、逐漸地以不同方向上向內(nèi)彎曲并且向前端側(cè)延伸從而基本上彎曲為J形。如圖17所示，在突出部249和突出部251彈性地緊靠在電極保持件240外側(cè)上的情況下，保持配件248保持電極保持件240。此外，保持配件248操作來使得保護(hù)蓋70位于保持配件248徑向外側(cè)的部分被徑向向內(nèi)地壓縮，以使得在保持配件248的這個部分被一個變形為凸?fàn)畹叵騼?nèi)彎曲的凸?fàn)畈糠?81所變形時，保持配件248被保持在保護(hù)蓋70中。
為此，電極保持件240被穩(wěn)定地保持，即使在氣敏傳感器1受到振動的情況下。即使還有外部沖擊作用在保護(hù)蓋70上，作用在電極保持件240上的沖擊也能被保持配件248所緩和?？蛇x地，氣敏傳感器1可以通過使用具有突出部的保持配件來形成，所述突出部提供為在保護(hù)蓋70中沒有凸?fàn)畈糠?81的情況下向外突出(如同根據(jù)前述實(shí)施例中保持配件48中所示)以使得突出部緊靠在保護(hù)蓋70的內(nèi)壁上同時這個電極保持件240被保持配件的內(nèi)圓周所保持。
盡管前述實(shí)施例已經(jīng)示出了其中提供有一對元件導(dǎo)向部33同時提供有用于導(dǎo)向傳感器元件10的橫向相對側(cè)端部的凹槽部35的情況，但是元件導(dǎo)向部35的構(gòu)造并不限于此。元件導(dǎo)向部33可以形成為四個導(dǎo)向元件，用于導(dǎo)向傳感器元件10的四個角的分界線。盡管每個電極配件60的前端部分61的形狀類似于U形彈簧，但是前端部分61的形狀可以類似于板形彈簧或波形彈簧，其在垂直于電極保持件40內(nèi)壁表面42的方向上具有推力以使得前端部分61能被置于和保持在內(nèi)壁表面42中。
盡管已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是對于所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很顯然，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可以作出各種變化和修改。
本申請基于2004年3月19日申請的日本專利申請(專利申請No.2004-079813)并且其內(nèi)容以參考的方式引入于此。
工業(yè)實(shí)用性盡管前述實(shí)施例已經(jīng)示出了其中氧氣傳感器用作本發(fā)明能應(yīng)用的氣敏傳感器的例子，但是本發(fā)明也能用于各種具有板狀傳感器元件的氣敏傳感器，比如總體環(huán)境空氣燃料比傳感器、NOx傳感器等。
權(quán)利要求1.一種氣敏傳感器，其包括圓柱形金屬外殼；板狀傳感器元件，其在縱向上延伸并且包括有暴露于待測量氣體的前端側(cè)以及電極端子部分，所述電極端子部分形成于后端側(cè)上的上和下表面上以便與接線端子相接觸；和保持在金屬外殼內(nèi)部并且包括有軸向孔的套筒，傳感器元件插入所述軸向孔中，其特征是，套筒還包括有元件導(dǎo)向部，該元件導(dǎo)向部從軸向孔后端側(cè)上的一個開口端表面上突出并且防止傳感器元件在與軸向孔的軸向交叉的方向上傾斜。
2.如權(quán)利要求1所述的氣敏傳感器，其特征是，套筒包括一對相對于軸向孔的中心軸線彼此相對布置的元件導(dǎo)向部。
3.如權(quán)利要求2所述的氣敏傳感器，其特征是，這對元件導(dǎo)向部具有凹槽部，所述凹槽部與軸向孔的內(nèi)圓周連續(xù)以使得傳感器元件的任一橫向相對側(cè)端部被存入凹槽部內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氣敏傳感器，其特征是在傳感器元件的后端側(cè)周圍設(shè)有絕緣保持元件，并且接線端子設(shè)置在傳感器元件和絕緣保持元件之間以便與電極端子部分相接觸；和絕緣保持元件的內(nèi)表面與元件導(dǎo)向部的外表面相配合。
5.如權(quán)利要求4所述的氣敏傳感器，其特征是，絕緣保持元件為一對，并且夾持和固定接線端子和傳感器元件。
6.如權(quán)利要求5所述的氣敏傳感器，其特征是，所述的氣敏傳感器還包括固定到金屬外殼上以便包圍絕緣保持元件的保護(hù)蓋；和保持配件，其形狀類似于包圍絕緣保持元件外圓周的管，并且當(dāng)接線端子和傳感器元件由被絕緣保持元件保持夾緊時其被保持在保護(hù)蓋的內(nèi)部中。
7.如權(quán)利要求4所述的氣敏傳感器，其特征是，這些絕緣保持元件由一個單獨(dú)的元件來替換，所述單獨(dú)的元件用于覆蓋傳感器元件的后端側(cè)包圍物，并且在后端側(cè)上具有通孔以使得連接到接線端子的導(dǎo)線插入通孔之中。
8.如權(quán)利要求7所述的氣敏傳感器，其特征是，所述的氣敏傳感器還包括固定到金屬外殼上以便包圍絕緣保持元件的保護(hù)蓋；和保持配件，當(dāng)絕緣保持元件被保持在保持配件的內(nèi)部時其被保持在保護(hù)蓋的內(nèi)部中。
9.一種氣敏傳感器，其包括；圓柱形金屬外殼；板狀傳感器元件，其在縱向上延伸并且包括有暴露于待測量氣體的前端側(cè)以及電極端子部分，所述電極端子部分形成于后端側(cè)上以便與接線端子相接觸；和保持在金屬外殼內(nèi)部并且包括有軸向孔的套筒，傳感器元件插入所述軸向孔中，其特征是，套筒還包括有元件導(dǎo)向部，該元件導(dǎo)向部從軸向孔后端側(cè)上的一個開口端表面上突出并且與軸向孔同軸地對傳感器元件的后端側(cè)進(jìn)行導(dǎo)向。
專利摘要本實(shí)用新型涉及氣敏傳感器。其目的是提供高度可靠的氣敏傳感器，其中接線端子沒有過度負(fù)荷作用到傳感器元件。本實(shí)用新型的氣敏傳感器包括圓柱形金屬外殼；板狀傳感器元件；保持在金屬外殼內(nèi)部并且包括軸向孔的套筒，傳感器元件插入軸向孔中，其中套筒還包括元件導(dǎo)向部，元件導(dǎo)向部從軸向孔后端側(cè)上的一個開口端表面上突出并且防止傳感器元件在與軸向孔的軸向交叉的方向上傾斜。本實(shí)用新型的氣敏傳感器不會有過度的負(fù)荷作用在傳感器元件上，防止了傳感器元件的破裂。電極配件與傳感器元件的電極端子部分之間的接觸壓力基本上恒定，因此能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電連接。
文檔編號G01N27/407GK2932386SQ20059000001
公開日2007年8月8日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者奧村達(dá)也, 中村友洋 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社