气体传感器和气体传感器单元的制作方法

专利名称：气体传感器和气体传感器单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体传感器和一种气体传感器单元。更具
体地，本发明涉及一种用于检测被测气氛(atmosphere )中的特定气体的浓度的气体传感器和气体传感器单元，诸如氧气传感器、碳氩化合物传感器以及氧化亚氮传感器等。
背景技术：
专利文献l公开了一种现有技术的气体传感器。这种气体传感器包括多个构件诸如，检测元件，该检测元件在其前端具有用于检测被测气氛中的特定气体的浓度的检测部；金属壳，该金属壳用于以侦^企测部暴露于被测气氛的方式保持检测元件；管状的外管，其以覆盖检测元件的后端的方式被固定于金属壳；以及密封构件，该密封构件被收容在外管内部，并且具有通孔和导线插孔。导线被插入到该导线插孔，以用于电连接检测元件和外部装置。通孔从外管的内部贯通到外部。
另外，专利文献2也公开了 一种现有技术的气体传感器单元。这种气体传感器单元包括检测元件，该检测元件在其前端具有用于检测被测气氛中的特定气体的浓度的检测部；以及具有与检测部电连接的传感器端子的气体传感器，该传感器端子用于发送从检测元件输出的信号。另外，该气体传感器单元还具有被连接到气体传感器的传感器盖(cap)，以便将来自气体传感器的输出信号传输到外部装置。该传感器盖具有与传感器端子电连接的盖端子；以及包围(envelopment)构件，该包围构件包围盖端子，以在气体传感器和它自身之间形成内部空间。该传感器盖还包括使内部空间与外部气氛连通的通孔。这种气体传感器或气体传感器单元被置于发动机的吸气歧 管或排气歧管内，并暴露于被测气氛。此时，气体传感器或气 体传感器单元被暴露于外界，因此，由自动车溅起的水可能接 触气体传感器或气体传感器单元的外部。结果，水能够通过通 孔进入传感器内部。另一方面，如专利文献1或专利文献2中所 公开的，可以设置用于阻塞通孔的过滤件。该过滤件被构造成 阻挡水通过该通孔。另外，该过滤件具有透气性。因此，能够 抑制水进入气体传感器内部，同时将基准气体(大气气体)引 入到气体传感器中。
专利文献l:特开平09-54063-A号/^寺艮 专利文献2:特开2006-162597-厶号7>才艮 专利文献3:特开2008誦111820画A号7^冲艮
在专利文献1中公开的气体传感器或专利文献2中公开的 气体传感器单元的情况下，棒状过滤件被直接插入到密封构件 或传感器盖中。因此，为了使用密封构件或传感器盖来保持过 滤件，必须将过滤件压入到密封构件或传感器盖中，或者通过 利用密封构件或传感器盖的弹性来使过滤件保持在适当位置。 结果，由上述加压和弹性保持导致的扭曲可能使过滤件的透气
性降低，这会不利地影响气体传感器的效果。
可选地，专利文献3公开了具有片式过滤件以阻塞密封构 件中的通孔的气体传感器，其中，密封构件的后端和过滤件的 外周沿着周向直接熔合在一起。以该方式，由于无需加压或弹 性变形，所以可维持充分的过滤件透气性。然而，当密封构件 在从排气歧管产生的热的作用下变形时，过滤件不能够跟随密 封构件的变形而变形，从而破损，导致从密封构件剥离。另夕卜， 即使过滤件能够跟随密封构件的变形而变形，也存在过滤件膨 胀和收缩而减损过滤件的透气性的问题。

发明内容
因此，鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种能够通过 密封构件或包围构件而抑制过滤件的透气性的改变的气体传感 器和气体传感器单元。根据以下列出的本发明的示例性方面实 现了上述目的。
根据第一方面，本发明提供了 一种气体传感器，该气体传
感器，包括沿轴向延伸的#企测元件，该4全测元件具有4全测被
测气氛中的特定气体的浓度的4全测部，该;险测部位于4全测元件
的前端侧；金属壳，该金属壳以将检测部暴露于被测气氛的方
式包围4全测元件；外管，该外管以覆盖纟全测元件的后端侧的方
式被固定于金属壳；以及被收容在外管内的密封构件，该密封 构件具有导线插孔和沿轴向贯通的通孔，用于电连接检测元件
和外部装置的导线被插入到该导线插孔中，其中气体传感器还 包括由热膨胀系数比密封构件的热膨胀系数低的树脂制成的 管状保持构件，该保持构件被保持在通孔内，该保持构件具有 将气体引入到外管内部的通气孔；以及覆盖通气孔的过滤件， 该过滤件被接合于保持构件，该过滤件阻挡水通过该过滤件， 并且该过滤件具有透气性。
这样，具有通气孔的管状保持构件接合过滤件以便覆盖通 气孔，并且保持构件被保持在通孔中。通过这种方式，即使密 封构件由于来自排气歧管的热的作用而变形，过滤件也不随密 封构件一 ^变形，并且能够抑制过滤件破损和过滤件的透气性 改变。
另外，尽管保持构件通过挤压而被插入到密封构件的通孔 中，或者过滤件在保持构件插入到密封构件中的状态下由密封 构件的弹性保持，仍能够抑制过滤件扭曲及过滤件的透气性降
8低。另外，保持构件由热膨胀系数比密封构件低的树脂制成。 因此，即使保持构件被排气歧管加热，也难以使保持构件变形， 并且能够抑制过滤件的透气性发生改变。另外，在根据本发明的气体传感器中，在密封构件使用时密封构件的温度处于大约230。C至270。C的范围内，并且在该温 度范围内，树脂的热膨胀会被抑制，而密封构件的热膨胀不会 #1抑制。在第一方面的气体传感器的优选实施方式中，过滤件被熔 接至保持构件上。因此，过滤件和保持构件被能够紧紧地接合 在一起。另外，过滤件可以被熔接到保持构件的前端侧的外周，或 者被熔接到保持构件的通气孔的内侧，然而，优选地熔接到保 持构件的前端侧的外周。这能够防止水分留在保持构件的通气 孔的内部，从而获得充分的透气性。另外，过滤件被优选地熔 接到保持构件的通气孔的外周的整个周部，以便覆盖通气孔。 因此，过滤件能够被紧紧地固定于保持构件。在另一个优选实施方式中，气体传感器还包括从后端侧覆 盖过滤件的筛网(mesh),该筛网由具有透气性的金属或具有 透气性的树脂制成。通过这种方式，由于过滤件难以从外部受 到沖击，因此能够抑制过滤件破损。另外，筛网的透气量被适 当设定，但是必须大于过滤件的透气量。在另 一个优选实施方式中，筛网和保持构件通过熔接被彼 此直接接合。通过这种方式，筛网能够被紧紧地固定于保持构 件。另外，筛网优选在除了过滤件和保持构件熔接位置外的位 置被熔接于整个周部。通过这种方式，筛网能够被紧紧地固定 于保持构件，而不影响过滤件和保持构件的固定。在另一个优选实施方式中，筛网和过滤件;波此间隔开。通 过这种方式，当通过熔接将筛网直接接合于保持构件时，在熔 接过程中的热不会传递到过滤件，从而防止了过滤件的透气量 由于过滤件熔化而变化。
在另 一个优选实施方式中，保持构件具有在周部沿轴线方
向突出的外壁和由外壁包围的洼部(depression),其中过滤件 被设置在该洼部中，并且筛网被接合于外壁。通过这种方式， 能够确保过滤件和筛网彼此间隔开。这样，在熔接过程中的热 不会传递到过滤件，从而防止了过滤件的透气量变化。
在另一个优选实施方式中，外壁设置有沿所述轴向突出的 突起部，该突起部以恒定的间隔被设置在外壁的周部上，其中 筛网被接合于这些突起部。通过这种方式，能够防止筛网由于 在熔接外壁时外壁在周向上的不均匀熔化和不均匀填充量而相 对于保持构件倾斜。换句话说，通过只使突起部用于熔接边缘， 能够防止外壁的熔化和填充量在周向上不均匀。
在另一个优选实施方式中，保持构件设置有沿径向从通气
孔向外突出的凹部，并且过滤件和筛网#:夹持在该凹部中。这
样，通过利用保持构件夹持过滤件和筛网，能够将过滤件和筛 网更紧地固定于保持构件。另外，可以设置从通气孔沿通气孔 的径向凹入的部分作为凹部。可选地，比通气孔大的保持孔被 设置在保持构件中，过滤件和筛网被设置在保持孔中，然后设 置在保持孔附近的保持孔周缘部被熔化，以使周缘部沿径向向 内4丑曲，因此可以形成凹部。
在另一个优选实施方式中，气体传感器还包括从后侧覆盖 保持构件以便覆盖保持构件的过滤件的覆盖构件，并且覆盖构 件在覆盖过滤件的位置处具有筛网。通过这种方式，覆盖构件 设置有独立于保持构件且包绕保持构件的筛网，从而利用筛网容易地覆盖过滤件。
根据第二方面，本发明提供了一种气体传感器单元，该气
体传感器单元，包括4企测元件，该检测元件具有4企测被测气
氛中的特定气体的浓度的才全测部，该才全测部位于#全测元件的前
端侧；气体传感器，该气体传感器具有传感器端子，该传感器端子与检测部电连接并且传送从检测元件输出的信号；与气体传感器结合在一起的传感器盖，该传感器盖包括与传感器端子电连接的盖端子；以及包围盖端子的包围构件，该包围构件与气体传感器结合在 一起，以在气体传感器和包围构件之间形成内部空间，该包围构件具有在内部空间与外界气氛之间建立连通的通孔，传感器盖将输出信号传送到外部装置，并且其中，气体传感器单元还包括由热膨胀系数比包围构件的热膨胀系数低的树脂制成的管状保持构件，该保持构件被保持在通孔内，该保持构件具有将气体引入到包围构件内的通气孔；以及覆盖通气孔的过滤件，该过滤件被接合于保持构件，该过滤件阻挡水通过该过滤件，并且该过滤件具有透气性。
这样，具有通气孔的管状保持构件接合过滤件以便覆盖通气孔，并且保持构件被保持在通孔中。通过这种方式，即使密封构件在来自排气歧管的热作用下发生变形，过滤件也不会跟随包围构件的变形而变形。进一步，能够抑制过滤件破损或者过滤件的透气性发生改变。
另外，尽管保持构件是通过挤压而被插入到包围构件的通孔中的，或者过滤件在保持构件插入到包围构件中的状态下由包围构件的弹性保持，但是仍能够抑制过滤件发生扭曲及过滤件的透气性降低。
另外，保持构件由热膨胀系数比包围构件低的树脂制成。因此，即使保持构件被排气歧管加热，也难以使保持构件变形，并且能够抑制过滤件的透气性发生改变。
另外，在根据本发明的气体传感器单元中，在包围构件使
用时包围构件的温度处于大约60。C至100。C的范围内，并且在 该温度范围内，树脂的热膨胀会被抑制，而包围构件的热膨胀 不会被抑制。
在第二方面的气体传感器单元的优选实施方式中，过滤件 被熔接于保持构件。通过这种方式，过滤件能够被紧紧地固定 于保持构件。
另外，过滤件可被熔接于保持构件的内周部或保持构件的 通气孔的内侧，然而，过滤件优选被熔接于保持构件的外周部。 这能够防止水分留在保持构件的通气孔的内部，从而获得充分 的透气性。另外，过滤件优选被熔接到保持构件的通气孔的外 周的整个周部，以便覆盖通气孔。通过这种方式，过滤件能够 被紧紧地固定于保持构件。
在另一个优选实施方式中，气体传感器单元还包括从后端 侧覆盖过滤件并由具有透气性的金属或具有透气性的树脂制成 的筛网。因为过滤件难以从外部受到冲击，因此能够抑制过滤 件破损。另外，筛网的透气量被适当设定，但是必须大于过滤 件的透气量。
在另一个优选实施方式中，筛网和过滤件通过熔接而直接 相互接合。通过这种方式，筛网能够被紧紧地固定于保持构件。 另外，筛网优选在在除过滤件和保持构件的熔接位置外的位置 处被熔接于整个周部。通过这种方式，筛网能够被紧紧地固定 于保持构件而不影响过滤件和保持构件的固定。
在另 一个优选实施方式中，筛网和过滤件^皮-波此间隔开。 通过这种方式，当通过熔接将筛网直接接合于保持构件时，熔 接过程中的热不会传递到过滤件，从而防止了过滤件的透气量
12由于过滤件熔化而变化。
在另一个优选实施方式中，保持构件具有在周部沿通气孔 的贯通方向突出的外壁和由外壁包围的洼部，过滤件被设置在 洼部中并且篩网被接合于外壁。通过这种方式，能够确保过滤 件和筛网彼此间隔设置。这样，在熔接过程中的热不被传递到 过滤件，从而防止过滤件的透气量变化。
在另一个优选实施方式中，外壁设置有在通气孔的贯通方 向上突出的突起部，突起部以恒定的间隔被设置在外壁的周部 上，其中筛网被接合于这些突起部。通过这样的方式，能够防 止筛网由于在熔接外壁时外壁在周向上的不均匀熔化和填充量 而相对于保持构件倾斜。换句话说，通过只有突起部用于熔接 边缘，能够防止外壁的熔化和填充量在周向上不均匀。
在另 一个优选实施方式中，保持构件设置有从通气孔沿径 向突出的凹部，并且过滤件和篩网被夹持在该凹部中。这样， 通过利用保持构件夹持过滤件和筛网，能够将过滤件和筛网更 紧地固定于保持构件。另外，可设置从通气孔沿通气孔的径向
凹入的部分，作为凹部。可选地，比通气孔大的保持孔,皮i殳置 在保持构件中，过滤件和筛网被设置在该保持孔中，然后，设 置在保持孔附近的保持孔周部熔化，该周部沿径向向内扭曲， 因此可以形成凹部。
在另一个优选实施方式中，气体传感器单元还包括以覆盖 由保持构件保持的过滤件的方式从后侧覆盖保持构件的覆盖构 件，并且覆盖构件在覆盖过滤件的位置处具有篩网。通过这种 方式，覆盖构件被设置有独立于保持构件且包绕保持构件的筛 网，从而利用篩网容易地覆盖过滤件。
根据本发明的气体传感器和气体传感器单元，通过密封构 件或包围构件，过滤件的透气性难以发生改变，进而透气性能
13够被保持。


将参照附图对本发明的示例性方面进行详细说明，其中
图l是根据第 一 实施例的气体传感器l的示意性剖视图； 图2是图l所示的气体传感器l的主要部件的放大剖视图； 图3是保持构件8 6的透视图4是根据第二实施例的气体传感器2的主要部件的放大 视图5A至5D是图解在根据第二实施例的保持构件186中装 配过滤件85和筛网84的步骤的^L图6是根据第三实施例的气体传感器3的主要部件的放大 视图7是根据第四实施例的气体传感器单元600的主要部件 的放大剖视图8是根据第四实施例的气体传感器800的主要部件的放 大剖视图9是根据第四实施例的传感器盖7 0 0的主要部件的放大 剖视图IO是根据第五实施例的传感器盖700的主要部件的放大 剖视图ll是根据第五实施例的保持构件854的透视图； 图12是根据变形例的保持构件954的透视图；以及 图13是根据变形例的保持构件1054的透视图。
具体实施例方式
将参考

本发明的优选实施例。然而，本发明不应被理解为限于这些优选实施例。 第 一实施例
将参照图l和图2对第一实施例进行说明。如图l和图2所
示，根据该第一实施例的气体传感器l例如是氧气传感器，其 被装配在自动车的排气系统中，并检测排气中的氧气的浓度。
气体传感器1包括检测元件20、壳体60、密封构件17、分离件 (separator) 18等。
检测元件20由具有氧离子导电性的固体电解质制成。检测 元件20的前端封闭，才企测元件20的后端开口 。该冲企测元件20 为管状，并具有沿X方向轴向延伸的底部。4全测元件20的前端 设置有用于检测氧气的检测部20a,氧气是被测气体组分。
在检测元件20的轴线方向上的中间部设置有接合凸缘 20s，接合凸缘20s在径向上向外突出。接合凸缘20s通过在接 合凸缘20s和金属壳ll之间插入将在后面说明的陶瓷保持件 13a而被固定于金属壳11。内部电极层24是多孔的，并且由例 如铂或柏合金利用无电镀方法形成。该内部电极层24被设置在 检测元件20的孔21的内表面上，以覆盖整个内表面。另外，与 内部电极层24相同方式的多孑L的外部电极层25被设置在检测 元件20的外周面上的前端侧的整个表面上，4妄着该外部电才及层 25的是接合凸缘20s。内部电极层24与密封构件30的前端侧电 连接，该密封构件30被插入在检测元件20的孔21的后端侧中。 此外，外部电极层25与密封构件31的前端侧电连接，该密封构 件31被装配在检测元件2 0的后端侧的外侧上。
另外，由密封构件30保持的加热器12被设置在检测元件20 的孑L21中。加热器12与检测元件20的内周面接触，并通过加热 检测部2 0 a而快速地启动检测元件。
接下来，壳体60由金属壳11和外管16形成，该金属壳ll被布置在外管16的前端侧。该壳体60在纟全测元件20的后端侧形 成基准气体空间60a。
其中，金属壳ll是由金属制成的中空管状体。金属壳ll具 有凸缘部llc,该凸缘部在金属壳的轴线方向上的大致中央部 分沿径向向外突出；和螺紋部llb,该螺紋部用于将气体传感 器l装配在排气歧管中，并且螺紋部llb被设置在凸缘部llc所 接着的前端侧。另外，设置在螺紋部llb的前端侧的前端侧开 口 11a与保护件15接合并且接着螺紋部llb。另一方面，用于接 合外管16的连接件lld被设置在接着凸缘部llc的后端侧，用于 进行弯边(crimp)的后端侧开口 11e^皮设置在接着连接件lld 的后端侧。
才全测元件20萍皮插入并被设置在金属壳11的内孑L22中。内孔 22具有金属部分台阶22a,并且通过在4妄合凸乡彖20s和金属部分 台阶22a之间插入金属村垫(packing) 81、陶瓷保持件13a以 及金属衬垫82,而将检测元件20的接合凸纟彖20s保持在金属部 分台阶22a。另一方面，位于金属壳11和检测元件20之间的间 隙中的接合凸缘20s的后端侧填充有陶瓷粉末14 (例如，滑石 粉)，并且在接合凸缘20s的接着陶瓷粉末14的后侧还设置有陶 瓷套筒13b。陶瓷粉末14通过插入有设置在陶瓷套筒13b的后端 侧的金属衬垫83以弯边后端侧开口 lle而保持气密。
前端侧从外部装配于金属壳ll的连接件lld的外管16通过 全周激光熔接而被固定于连接件。在外管16中，前端侧的直径 比后端侧的直径大，并且前端侧包围4企测元件20，将在后面说 明的分离件18和密封构件17被设置在后端侧。
另外，保护件15被设置在金属壳11的前端侧开口 lla中， 从而覆盖检测元件20的从金属壳11的前端侧开口 lla伸出的检 测部2 0 a 。保护件15具有包括外保护件15 a和内保护件15 b的双重结构。此外，在外保护件15a和内保护件15b中形成有用于被 测气体透过的多个透气孔。因此，检测元件20的外部电极层25 能够接触通过保护件15的透气孔的被测气体。
分离件18具有由绝缘的氧化铝陶资制成的大致圆柱体并 被设置在检测元件20和下文将说明的密封构件17之间。分离件 18设置有空腔18a，空腔18a在分离件18的后端面侧具有四个开 口 ，并在前端面侧具有与所述四个开口相连的另一个4交大的开 口。内部电才及层用密封构件30的后端侧30a、外部电才及层用密 封构件31的后端侧31a以及加热器导线用密封构件32和33 (附 图标记33与附图标记32关于轴线X对称地设置)被设置在空腔 18a内部。另夕卜，在空腔18a内部，内部电才及层用密封构件30 的后端侧30a和外部电极层用密封构件31的后端侧31a纟皮机械 地连接于下文将说明的传感器输出导线19a和19b。另外，加热 器用导线的密封构件32和33被机械地连接于加热器导线12a和 12b。
密封构件17具有由氟橡胶制成的大致圆柱体。密封构件17 被装配于金属外管16的后端侧开口 16a并通过4吏后端侧开口 16a沿径向被敛缝而被密封在金属外管16中，从而使密封构件 17设置在壳体6 0的后端侧。在密封构件17中形成有以轴线X作 为中心轴线的通孔17a。这样的密封构件17连同壳体60 —起形 成基准气体空间60a,并且基准气体空间60a通过通孔17a与外 部空气连通。另外，用于气体传感器1的密封构件17的氟橡胶 的热膨胀系数为100xlO-6厂C至300xlO-6rC。
另外，在密封构件17中形成有4个导线插孔，传感器输出 导线19a和19b以及加热器导线12a和121^人所述插孔中#皮向外 引出。
接下来，将对本发明的实施例的主要部件进行说明。保持构件86被插入密封构件17的通孔17a中。过滤件85通过熔接接 合到保持构件86的后端侧外周86a上。另外，筛网84通过熔接 接合到保持构件86的后端侧外周86a上，以便覆盖过滤件85。
其中，如图3所示，保持构件86具有从前端侧朝向后端侧 的通气孔86p。另外，后端侧外周86a设置有用于设置过滤件85 的台阶部分86g和用于设置筛网84的台阶部分86h。保持构件 86的热膨胀系数比密封构件17的热膨胀系数低，保持构件86 可以由聚苯硫醚树脂(PPS)或类似物制成。PPS的热膨胀系 数为30xlO-6〃C。
过滤件85兼具斥水性和透气性，具体地是由片式聚四氟乙 烯(PTFE)材料形成。过滤件85被固定于保持构件86并且与 保持构件86的台阶部分86g接触。通过将过滤件85熔接到保持 构件86而将过滤件85固定于保持构件86。
篩网84的透气性比过滤件高，并且由使用诸如不锈钢等金 属、或者诸如PPS等树脂形成为网眼状。这种筛网84被固定于 保持构件86并且与保持构件86的台阶部分86h接触。通过将筛 网84熔接到保持构件86而将筛网84固定于保持构件86。另外， 筛网84与过滤件85隔开地被固定于保持构件86,而不与过滤件 85接触。
通过这种构造，气体传感器l之外的空气通过过滤件85和 保持构件86的通气孔86p被引入到外管16中的基准气体空间 60a中，并进一步^皮引入检测元件20的带底孔21中。
第一实施例的气体传感器l被安装在例如自动车等上，并 被装配在发动机的吸气系统歧管或排气系统歧管等中。此外， 被测气体通过保护件15的透气孔与检测元件20的外周上的外 部电极层25接触。另外，取决于与内部电极层24接触的空气和 被测气体之间的氧气浓度差，产生电动势。该电动势是被测气体中的氧气浓度的检测信号。因此，能够通过经由内部电极层
24、外部电极层25、内部电极层用密封构件30、外部电极层用 密封构件31以及传感器输出导线19 a和19 b将该电动势发送到 外部装置而检测到被测气体中的该氧气浓度。
这样，具有通气孔86p的管状保持构件86熔接过滤件85以 便覆盖通气孔86p，并且保持构件86被保持在通孔17a中。这样， 即使密封构件17在来自排气歧管的热的作用下发生变形，过滤 件85也不会跟随密封构件17的变形而变形。因此，能够防止过 滤件85^C损或者过滤件85的透气性减小。
另外，尽管保持构件86是通过加压而被插入到密封构件17 的通孔17a中，或者过滤件85在保持构件86^皮插入到密封构件 17中的状态下由密封构件17的弹性保持，也仍然能够防止过滤 件85发生扭曲，并防止过滤件的透气性降低。
另外，保持构件8 6由热膨胀系数比密封构件17低的树脂制 成。因此，即使保持构件86被排气歧管加热，保持构件86也能 抗变形。这样，能够防止过滤件85的透气性发生改变。
能透过空气的筛网84由金属或树脂制成。该筛网84覆盖过 滤件85,使得过滤件85不受外界冲击。因此，筛网84可以防止 过滤件85破损。
另夕卜，筛网84和保持构件86通过熔接冲秦合在一起，从而筛 网8 4能够紧紧地被固定于保持构件8 6 。
另外，为了防止熔接的热影响过滤件85，当将筛网84直接 熔接到保持构件86时，筛网84和过滤件85彼此分隔开，从而防 止了由于过滤件85熔化而使其透气性发生变化。
第二实施例
现在将参照图4对第二实施例进行说明。如图4所示，第二 实施例中的气体传感器2采用保持构件18 6来代替第 一 实施例
19中的气体传感器1的保持构件86。其它的构造与第 一 实施例中 的气体传感器l相同。因此，在第二实施例中，将主要对保持 构件186进行说明，而对其它部件的进行简要说明或者省略其 说明。
如图4所示，保持构件18 6被插入到密封构件17的通孔17 a 中。保持构件186设置有从前端侧通向后端侧的通气孔186p。 另外，在通气孔186p的径向上设置有凹部186s。该凹部186s 包括用于设置过滤件85的小直径凹部186g和用于设置筛网84 的大直径凹部186h。保持构件186也是由热膨"长系数比密封构 件17的热膨胀系数低的树脂制成，该保持构件186可以以与第 一实施例相同的方式由聚苯硫醚树脂(PPS)制成。
与第 一 实施例的方式相同，过滤件85<吏用聚四氟乙烯 (PTFE)材料形成为具有斥水性和透气性的片式过滤件。过 滤件85被固定于保持构件186并且与保持构件186的小直径凹 部18 6 g接触。通过将过滤件8 5熔接到保持构件18 6而将过滤件 85固定于保持构件186。
与第一实施例的方式相同，篩网84使用诸如不锈钢等金 属、或者诸如PPS等树脂形成为网眼状。这种筛网84被固定于 保持构件186并且与保持构件186的大直径凹部186h接触。通 过将筛网84熔接到保持构件186而将筛网84固定于保持构件 186。
另外，为了将过滤件85和筛网84固定于保持构件186，如 图5A至5D所示，在保持构件186中设置有比通气孔186p大的保 持孑L186t (见图5A)。过滤件85被设置在保持孔186t中并被熔 接于保持构件186 (见图5B)。另外，将筛网84插入，然后，设 于保持孔186t附近的保持孔周部熔化并且沿径向向内扭曲(见 图5C)，因此形成凹部186s (见图5D)。这样，沿径向从通气孔18 6 p突出的凹部18 6 s被设置在保持 构件186中。在该方式下，过滤件85和筛网84被夹在凹部186s 中，从而过滤件85和筛网84能够更紧地被固定于保持构件186。
第三实施例
接下来，将参照图6对第三实施例进行:说明。如图6所示， 第三实施例中的气体传感器3采用保持构件286和覆盖构件288 来代替第一实施例中的气体传感器1的保持构件86。其它的构 造则与第一实施例中的气体传感器l相同。因此，在第三实施 例中，将主要对保持构件286和覆盖构件288进行说明，而对其 它部件的进行简要说明，或者省略其说明。
如图6所示，保持构件286和覆盖构件288被插入到密封构 件17的通孔17a中。其中，保持构件286设置有从前端侧通向后 端侧的通气孔286p。在保持构件286的外表面上形成有用于布 置下文将说明的覆盖构件288的台阶部分286a。保持构件286 也是由热膨胀系数比密封构件17低的树脂制成，具体地，以与 第一实施例相同的方式由聚苯硫醚树脂(PPS)制成。
与第 一 实施例的方式相同，过滤件854吏用聚四氟乙烯 (PTFE)材料而形成为具有斥水性和透气性的片式过滤件。
286p的后端侧外周接触。通过将过滤件85熔4妄到保持构件286 而将过滤件85固定于保持构件286。
覆盖构件288为管状的，使得筛网84能够装配在后端侧， 并且覆盖构件288从保持构件286的后端侧包绕并覆盖过滤件 85。覆盖构件288的前端与保持构件286的台阶部分286a接触。 与第一实施例的方式相同，筛网84使用诸如不锈钢等金属、或 者诸如PPS等树脂形成为网眼状。
在该方式下，通过使用设置有独立于保持构件286的筛网84的覆盖构件288,覆盖构件288包绕住保持构件286,从而容 易地利用筛网84覆盖过滤件。 第四实施例
将参照图7至9对第四实施例进行说明。图7至9是示出了根 据第四实施例的气体传感器单元600的视图。由图7中可知，根 据该实施例的气体传感器单元600包括气体传感器821和设置 在气体传感器821的轴线0的方向上的后端侧的传感器盖700。 气体传感器单元600以气体传感器821的前端部分突出到自动 车排气歧管中的方式被接合于排气歧管。在本实施例中，气体 传感器单元600是用于测量排气中的氧气浓度的氧气传感器。
如图8所示，气体传感器821包括气体4全测元件822、陶瓷 包围体(envelopment body) 823、端子构件824以及金属壳 825。
另外，在下文中，在沿着轴线O的方向中，传感器盖的安
装方向#皮称为后端侧，而与该方向相反的方向祐:称为前端侧。
金属壳825由SUS430制成，且为圆筒形。在金属壳825中 沿周向设置有内周接受部825a,该内周接受部825a用于支撑将 在下文说明的气体^^测元件822的凸缘部822b。内周接受部 825a是锥形的，朝着前端侧变细，并从内周沿径向向内突出。 另外，在金属壳825的外侧设置有用于将气体传感器821装配在 排气歧管中的螺紋部825b，在螺紋部825b的后端侧沿周向设置 有六角部825c,该六角部825c与装配工具接合，用于将螺紋部 825b插入到排气歧管中。另外，在金属壳825的前端侧装配有 保护件826，该保护件826覆盖将在后面说明的气体检测元件 822的前端822a。保护件826由金属制成，^皮构造为带圆筒形底 部的管体，并且具有多个气体引入孔826a,该气体引入孔826a 用于将排气歧管中的排气引入到气体传感器821的内部。气体检测元件8 2 2由具有氧离子导电性的固体电解质制 成。气体检测元件822的前端822a具有封闭的底部，并具有沿 轴向延伸的带底的圓筒状。气体检测元件822的外周设置有沿 径向向外突出的凸《彖部822b,并且气体4企测元件822被设置在 金属壳825内部。在凸缘部822b的前端侧表面和金属壳825的内 周接受部825a的表面之间插入有金属村垫827。另外，构成气 体检测元件822的代表性固体电解质包括例如Y203和Zr02的固 溶体，但是也可以采用碱土金属或稀土金属的氧化物和Z r O 2的 其它固溶体。另外，在该固体电解质中可以含有Hf02。
在气体检测元件822的前端822a的外周面上设置有外部电 才及828。夕卜部电才及828是多孑L的Pt或Pt合金。外部电才及828—直 设置到凸缘部822b的前端侧表面，并通过金属衬垫827与金属 壳825电连接。因此，能够从金属壳825引出外部电极828的电 位。
另 一方面，在气体检测元件822的内周面上还设置有内部 电极829。内部电极829同样是多孔的Pt或Pt合金。陶瓷包围体 823由绝缘陶瓷(具体地，氧化铝)制成，且为圆筒状。由金 属壳825的后端825d经由金属衬垫823在该陶瓷包围体823上 弯边，并且将陶瓷包围体823保持为连同金属衬垫831和由滑石 制成的陶瓷粉末830 —起置于气体检测单元822和金属壳825之 间。此外，陶瓷包围体823的较厚的后端侧部分823a包围气体 检测元件822的接着凸缘部822b的后端侧的 一 部分的周部。
端子构件824由例如Inconel (注册商标，英国Inconel Corp.)制成，且为管状，端子构件824具有输出端子824a、元 件端子824b以及用于连接这两个端子的端子连接件824c。
其中，输出端子824a为管状，使得与轴线O垂直的横截面 为大致字母C的形状。输出端子824a构造成，当将在后面说明d
23盖端子751的环状部751a相对于沿着轴线O的方向移动而插入 到输出端子中时，输出端子824a的直径被弹性地扩大。
另一方面，端子构件824的元件端子824b同样为管状，使 得与轴线O正交的横截面为大致字母C的形状。该元件端子 824b的直径被弹性地减小，并插入到气体检测元件822中，使 元件端子824b^皮电连接至内部电极829。因此，元件端子824b 沿径向从内侧向外侧挤压内部电极829,用于进行电连接。
接下来，将参照附图对根据该第四实施例的传感器盖700 进行说明。图9是传感器700的局部剖视图。传感器盖700包括 盖端子751、覆盖盖端子751以保持盖端子751的包围构件 (envelopment member ) 752、 以及导线753。
盖端子751由例如不锈钢(SUS310S或类似材料)制成， 并通过板件拉制(plate drawing)工艺而形成为大致双重圆筒 形状。另外，盖端子751具有环状部751a,其相对于轴线O 为板状的同心环状。此外，盖端子751具有把持部(grip portion ) 75 lb,该4巴持部75lb沿轴线O的方向在 一 侧突出并连 续地连在环状部751a的外周。此外，圓筒状插入部751c与把持 部751b沿同 一方向突出并连续地连在环状部751a的内周。环状 部751a、把持部751b以及插入部751c形成为 一体。
当盖端子751的把持部751b被装配到气体传感器821的陶 瓷包围体823中时(见图7),插入部751c被插入到陶瓷包围体 823的内部中，并还^皮插入到端子构件824的输出端子824a的内 部。
另外，如图7所示，在插入部751c^皮插入到端子构件824 的输出端子824a中的状态下，环状部751a与位于陶瓷包围体 823的后端面上的输出端子824a接触，从而防止盖端子751的插 入部751c进一步插入到前端侧中。包围构件752形成为中空，且由氟基橡胶绝缘。该包围构 件752包含盖端子751。该包围构件752包括具有插孔的端子 包围部752a,该端子包围部752a包围盖端子751和气体传感器 单元600的陶覺包围体823的后端侧。包围构件752还包括保持 构件包围部752b，该包围部752b被设置成沿径向从端子包围部 752a的后端侧突出。该包围构件752还包围^皮设置成阻塞通孔 752ba的保持构件754的周部。此外，包围构件752包括导线包 围部752c ，该导线包围部752c被设置成沿径向从端子包围部 752a的后端侧突出，并且该导线包围部752c包围导线753的周部。
在端子包围部752a中，后端侧位于盖端子751的把持部 751b周围，使得把持部751b和端子包围部752a彼此接触。另 一方面，端子包围部752a的前端侧与气体传感器821的陶瓷包 围体823紧密接触。
接下来，将对导线包围部752c进行说明。导线包围部752c 包围导线753。导线753包括芯线753a，还包括诸如第一覆盖材 料753b和第二覆盖材料753c的双重覆层。该导线753被电连接 到盖端子751。另外，芯线的前端在盖端子751的芯线弯边部 751d处弯边。在该方式下，能够将来自气体传感器821的气体 检测元件822的内部电才及829的输出信号通过导线753传送至外 部装置(例如，发动机控制单元(ECU))。
现在将对保持构件包围部752b进行说明。保持构件包围部 752b包围被设置成阻塞通孔752ba的保持元件754的周部。另 外，过滤件785通过熔接而接合于外周754a，该外周754a被暴 露在保持构件754外部。篩网784通过熔接被接合于保持构件 754的夕卜周754a，以便覆盖过滤件785。
其中，保持构件754具有从外部朝向内部空间延伸的通气
25孑L754p。夕卜周754ai殳置有凹^卩754s。凹^卩754s包4舌用于i殳置 过滤件785的小直径凹部754g和用于设置筛网784的大直径凹 部754h。保持构件754由热膨胀系数比包围构件752的热膨胀 系数低的树脂制成，该保持构件754可以由聚苯硫醚树脂 (PPS)制成。
过滤件785使用聚四氟乙烯(PTFE)材料而形成为具有斥 水性和透气性的片式过滤件。过滤件785被固定于保持构件754 并且与保持构件754的小直径凹部754g接触。通过将过滤件785 熔接到保持构件754而将过滤件785固定于保持构件754。
筛网784的透气性高于过滤件785的透气性，并通过使用诸 如不锈钢等金属、或者诸如PPS等树脂而形成为网眼状。这种
部754h接触。通过将筛网784熔接到保持构件754而将筛网784 固定于保持构件754。
另外，以与第二实施例相同的方式使用如图5A至5D所示 的方法将过滤件785和筛网784固定于保持构件754。
这样，过滤件785被熔接于具有通气孔754p的管状保持构 件754,以便覆盖通气孔754p。保持构件754被保持在通孔 752ba内。在该方式下，即使包围构件752由于来自排气歧管的 热而变形，过滤件785也不跟随包围构件752的变形而变形。这 样，能够防止过滤件7 8 5破损或者过滤件7 8 5的透气性发生变 化。
另外，尽管保持构件754是通过挤压被插入到包围构件752 的通孑L752ba中，或者过滤件785在保持构件754插入到包围构 件752中的状态下由包围构件752的弹性而被保持，也能够防止 过滤件785扭曲或者过滤件785的透气性降低。
另外，保持构件754由热膨胀系数比包围构件752低的树脂制成。在该方式下，即使保持构件754被排气歧管加热，保持 构件754也不经受变形。这样，能够防止过滤件785的透气性发 生变化。
第五实施例
现在将参照图10和ll对第五实施例进行说明。第五实施例 的气体传感器单元采用保持构件854来代替设置在第四实施例 的气体传感器600的传感器盖700中的保持构件754。其它的构 造与第四实施例中的气体传感器600相同。因此，在第五实施 例中，将主要对保持构件854进行说明，而对其它部件的进行 简要说明，或者省略其说明。
接下来，将参照附图对第五实施例的传感器盖7 0 0进行说 明。图10是传感器盖700的局部剖视图，图11是保持构件854 的透视图。传感器盖700包括盖端子751、覆盖盖端子751以保 持盖端子751的包围构件752、以及导线753。
包围构件752形成为中空、由氟基橡胶绝缘并包含盖端子 751。该包围构件752包括具有插通孔的端子包围部752a,该端 子包围部752a包围气体传感器单元600的盖端子751和陶瓷包 围体823的后端侧。该包围构件752还包括保持构件包围部 752b,该保持构件包围部752b被设置成沿径向从端子包围部 752a的后端侧突出。保持构件包围部752b包围被设置成阻塞通 孔752ba的保持构件854的周部。设置导线包围部752c,其被设 置成沿径向从端子包围部752a的后端侧突出，并包围导线753 的周部。
其中，保持构件包围部752b包围被设置成阻塞通孔752ba 的保持构件854的周部。过滤件785和筛网784通过熔接被接合 于保持构件854。
此外，保持构件854由PPS (聚苯硫醚树脂)制成，并具有^v外部朝向内部空间延伸的通气孔854p,如图ll所示。另夕卜，在通气孔854p附近设置有用于设置过滤件785的洼部(depression) 854i。过滤件785被设置并熔接在洼部854i中。另一方面，设置外壁854j以用于熔接筛网784。在洼部854i附近设置外壁854j。沿通气孔854p的轴线方向突出的半球状突起部854k (在该实施例中为12个)沿周向以恒定的间隔^皮布置在外壁854j上，并且筛网784被熔接于突起部854k。另外，为了将过滤件785和筛网784熔接到保持构件854上，首先将过滤件785设置在洼部854i中，并将过滤件785在加热的熔接夹具(未示出)处被熔接到洼部854i。然后，将筛网784设置在突起部854k上，并使突起部854k熔化，从而将筛网784熔接到外壁854j。在该方式下，过滤件785和筛网784彼此间隔开。保持构件854的与洼部854i相反的一侧也是凹入的，且朝向洼部854i凹入。
这样，当通过熔接将篩网784接合于保持构件854时，由于筛网784与过滤件785彼此隔开，因此，熔接产生的热不被传递到过滤件785。这防止了过滤件785的透气量由于过滤件785熔化而被改变。特别地，保持构件854具有外壁854j和洼部854i,过滤件785被设置在洼部854i中，并且筛网784被设置在外壁854j上用于进行熔接，使得筛网784和过滤件785彼此隔开。结果，在熔接过程中的热不会传递到过滤件785,,人而防止过滤件785的透气量发生变化。另外，突起部854k在外壁上沿周向以恒定的间隔,皮设置，以将筛网784接合到突起部854k上。在该方式下，能够防止筛网784在熔接外壁854j时由于外壁854j在周向上的不均匀的熔化和填充量而相对于保持构件854倾斜。换句话说，通过仅4吏突起部854k用于熔接边缘，能够防止外壁854j的熔化和填充量在周向上不均匀。尽管已经参考上述实施例对本发明进行了说明，但本发明 不限于这些实施例，而是在不偏离本发明的精神和范围的情况 下可以进行各种变型。在本发明的典型实施例中，以空气作为 基准气体进行了示例性说明，应该理解的是，基准气体不限于 空气，而是可以包括除空气以外的其他种类的气体。
例如，在第一至第五实施例中，筛网84和784被熔接于保 持构件86、 186、 286、 754以及854,以便覆盖过滤件85和785。 然而，本发明不限于此。具体地，可以不j吏用篩网84和784。
另夕卜，在第一、第四和第五实施例中，筛网84和784被熔 接于保持构件86和754,以便覆盖过滤件85和785。然而，本发 明不限于此。具体地，可以通过其它方法来将筛网84和784固 定于保持构件86和754 (例如，通过粘结剂粘接，或者通过由 保持构件和过滤件形成的夹持部)。
另夕卜，在第四和第五实施例中，篩网784和过滤件785被分 别熔接于设置在保持构件754中的凹部754s,以便利用保持构 件754来夹持，或者可选择地，筛网784和过滤件785被熔接于 保持构件854。然而，本发明不限于此。具体地，可以以类似 第三实施例的方式使用保持构件和覆盖构件而用筛网784覆盖 过滤件785。
另外，在第五实施例中，已经采用了具有洼部854i和外壁 854j的保持构件854。然而，在第五实施例中可以采用如图12 或图13所示的保持构件954和1054。图12所示的保持构件954 具有从外部通向内部空间的通气孑L954p。在通气孔954p附近设 置有用于设置过滤件785的洼部954i。过滤件785被设置在洼部 954i内以用于进行熔接。另一方面，筛网784所熔接到的外壁 954j被设置在洼部954i附近。这种外壁954j具有在周向延续的 最外壁954m,和台阶部分954n,该台阶部分954n比最外壁954m靠内侧:没置，并形成为比最外壁954m凹入更深。沿通气 孔954p的轴线方向突出的突起部954k在整周上以恒定的间隔 被设置在台阶部分954n上(在本实施例中为6个)。篩网784被 熔接于突起部954k并设置在外壁954j上。另外，图13所示的保不同，保持构件1054具有在内表面和外表面上连续的突起部 1054k。这能够实现与第五实施例相同的效果。另外，在第五实施例及其变形例中，将图11至13所示的保 持构件854、 954和1054使用于气体传感器600。然而，不限于 此，这些保持构件854、 954和1054也可以用于第一至第三实施 例所说明的气体传感器l、 2和3。相关申请的交叉引用本申请要求2008年9月2日提交.的日本专利申请No. 2008-225351 、 2008年11月18曰^是交的曰本专利中请No.2008- 294959以及2009年7月20曰提交的曰本专利申请No.2009- 169637的优先权，这三个日本专利申请的^>开内容通过 引用的方式全部包含在此。30
权利要求
1.一种气体传感器，包括沿轴向延伸的检测元件，该检测元件具有检测被测气氛中的特定气体的浓度的检测部，该检测部位于所述检测元件的前端侧；金属壳，该金属壳以将所述检测部暴露于所述被测气氛的方式包围所述检测元件；外管，该外管以覆盖所述检测元件的后端侧的方式被固定于所述金属壳；以及被收容在所述外管内的密封构件，该密封构件具有导线插孔和沿所述轴向贯通的通孔，用于电连接所述检测元件和外部装置的导线被插入到该导线插孔中，所述气体传感器还包括由热膨胀系数比所述密封构件的热膨胀系数低的树脂制成的管状保持构件，该保持构件被保持在所述通孔内，该保持构件具有将气体引入到所述外管内部的通气孔；以及覆盖所述通气孔的过滤件，该过滤件被接合于所述保持构件，该过滤件阻挡水通过该过滤件，并且该过滤件具有透气性。
2. 根据权利要求l所述的气体传感器，其特征在于，所述 过滤件被熔接至所述保持构件。
3. 根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，还 包括从后端侧覆盖所述过滤件的筛网，该筛网由具有透气性的 金属或具有透气性的树脂制成。
4. 根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，所述 筛网和所述保持构件通过熔接-故直接相互4妻合。
5. 根据权利要求4所述的气体传感器，其特征在于，所述 筛网和所述过滤件被j皮此间隔开。
6. 根据权利要求4所述的气体传感器，其特征在于，所述 保持构件具有外壁和由所述外壁包围的洼部，该外壁在所述外 壁的周部沿所述轴向突出，所述过滤件被设置于所述洼部，并且 所述筛网被接合于所述外壁。
7. 根据权利要求6所述的气体传感器，其特征在于，所述 外壁设置有沿所述轴向突出的突起部，所述突起部以恒定的间 隔被设置在所述外壁的所述周部上，并且所述筛网被接合于所述突起部。
8. 根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，所述 保持构件具有从所述通气孔沿径向向外突出的凹部，所述过滤 件和所述篩网一皮夹持于所述凹部。
9. 根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，还包括覆盖构件，该覆盖构件以覆盖由所述保持构件保持的所述 过滤件的方式从所述后端侧覆盖所述保持构件，所述覆盖构件在该覆盖构件覆盖所述过滤件的位置具有所 述筛网。
10. —种气体传感器单元，包括才企测元件，该检测元件具有检测纟皮测气氛中的特定气体的 浓度的检测部，该检测部位于所述检测元件的前端侧；气体传感器，该气体传感器具有传感器端子，该传感器端 子与所述检测部电连接并且传送从所述检测元件输出的信号；与所述气体传感器结合在一起的传感器盖，该传感器盖包 括与所述传感器端子电连接的盖端子；以及包围所述盖端子的包围构件，该包围构件与所述气体传感 器结合在一起，以在所述气体传感器和所述包围构件之间形成内部空间，该包围构件具有在所述内部空间与外界气氛之间建立连通的通孑L ，所述传感器盖将所述输出信号传送到外部装置，并且 其中，所述气体传感器单元还包括由热膨胀系数比所述包围构件的热膨胀系数低的树脂制成的管状保持构件，该保持构件被保持在所述通孔内，该保持构 件具有将气体引入到所述包围构件内的通气孔；以及覆盖所述通气孔的过滤件，该过滤件被接合于所述保持构 件，该过滤件阻挡水通过该过滤件，并且该过滤件具有透气性。
11. 根据权利要求10所述的气体传感器单元，其特征在于，所述过滤件通过熔接被接合于所述保持构件。
12. 根据权利要求10所述的气体传感器单元，其特征在 于，还包括从后端侧覆盖所述过滤件的筛网，所述筛网由具有透气性 的金属或具有透气性的树脂制成。
13. 根据权利要求12所述的气体传感器单元， 其特征在于，所述篩网和所述保持构件通过熔接被直接相互接合。
14. 根据权利要求13所述的气体传感器单元，其特征在 于，所述筛网和所述过滤件^皮;波此间隔开。
15. 根据权利要求13所述的气体传感器单元，其特征在于，所述保持构件具有外壁和由所述外壁包围的 洼部，该外壁在所述外壁的周部沿所述通气孔的贯通方向突出， 所述过滤件被设置于所述洼部，并且 所述篩网被接合于所述外壁。
16. 根据权利要求15所述的气体传感器单元， 其特征在于，所述外壁设置有沿所述通气孔的所述贯通方向突出的突起部，所述突起部以恒定的间隔被设置在所述外壁 的周部上，所述篩网被接合于所述突起部。
17. 根据权利要求12所述的气体传感器单元， 其特征在于，所述保持构件设置有从所述通气孔沿所述通气孔的径向向外突出的凹部，并且所述过滤件和所述筛网 一皮夹持于所述凹部。
18. 根据权利要求12所述的气体传感器单元，其特征在 于，还包括覆盖构件，该覆盖构件以覆盖由所述保持构件保持的所述 过滤件的方式从后端侧覆盖所述保持构件，其中，所述覆盖构件在该覆盖构件覆盖所述过滤件的位置 处具有所述篩网。
全文摘要
一种气体传感器和气体传感器单元。气体传感器包括具有检测部的检测元件；以将检测部暴露于被测气氛的方式包围检测元件的金属壳；以覆盖检测元件的后端侧的方式固定于金属壳的外管；以及被收容在外管内的密封构件，该密封构件具有导线插孔和沿轴向贯通的通孔；由热膨胀系数比密封构件低的树脂制成的管状保持构件，该管状保持构件被保持在所述通孔内部并具有通气孔；以及覆盖该通气孔的过滤件，该过滤件被接合于保持构件，该过滤件阻挡水穿过该过滤件，并且该过滤件具有透气性。
文档编号G01N27/403GK101666775SQ20091016729
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月2日 优先权日2008年9月2日
发明者松原仪明, 松尾康司, 浅井昌弘, 渥美尚胜, 神前和裕 申请人:日本特殊陶业株式会社