气体传感器的制作方法

本发明涉及一种用于检测在测量气体中所含的特定气体的浓度的气体传感器。

背景技术：

已知可安装在车辆的内部发动机的排气系统上的多种气体传感器，其用于测量作为测量气体的废气中所含的诸如氧气或氮氧化物的特定气体的浓度。所述气体传感器包括这样一种气体传感器，其包括：传感器元件，用于检测测量气体中所含的特定气体的浓度；第一绝缘体，所述传感器元件插入穿过所述第一绝缘体，以被保持在所述第一绝缘体中；第二绝缘体，设置在所述第一绝缘体的近端侧上，以覆盖所述传感器元件的所述近端侧；以及接触构件，通过所述第二绝缘体被保持并与传感器元件的电极端子接触。例如，参照日本专利申请特开No.2003-43004。

在该专利文献中描述的气体传感器包括定位结构，其设置在第一和第二绝缘体的每个的远端侧上的端部表面，以定位第一和第二绝缘体。该气体传感器的定位结构被构造为限制第一和第二绝缘体沿着与传感器元件被充当接触构件的电极弹簧（electrode spring）弹性地限制或保持的方向垂直的方向运动。限制第一和第二绝缘体的运动使得可以固定传感器元件和电极弹簧之间沿着该方向的位置关系，从而在它们之间提供可靠的电连续性。

然而，在以上专利文献描述的气体传感器中，不限制第一和第二绝缘体沿着传感器元件被弹性地保持的方向的运动。因此，例如在组装气体传感器时，传感器元件可沿着传感器元件通过电极弹簧被弹性地保持的方向运动。

因此，可能发生的是，由于施加到传感器元件的弹簧负载的传感器-传感器变化，在传感器元件和电极弹簧之间的电连续性变得不足。同时，为了提高这种气体传感器的性能（例如早期激活）和降低其制造成本，强烈需要将其制造成小尺寸。随着气体传感器的尺寸变得更小，需要的组装准确性变得更高，因此以上问题变得更明显。

技术实现要素：

一个示例性实施例提供了一种气体传感器，其包括：

传感器元件，用于检测测量气体中所含的特定气体的浓度；

第一绝缘体，所述传感器元件插入并被保持在所述第一绝缘体中；

第二绝缘体，设置在所述第一绝缘体的近端侧上，以覆盖传感器元件的近端侧；以及

接触构件，通过第二绝缘体被保持，并在与传感器元件的电极端子接触的状态下夹合传感器元件，

其中，

第一绝缘体的近端部分和的第二绝缘体远端部分沿着气体传感器的轴向彼此邻接，以及

第一绝缘体的近端部分和第二绝缘体的远端部分的每个设有定位结构，

定位结构被构造为限制第一和第二绝缘体之间沿着夹合方向以及与夹合方向和轴向垂直的正交方向的相对运动，在夹合方向上，传感器元件被接触构件夹在中间。

根据示例性实施例，提供了一种气体传感器，其具有高的组装准确性，并且可防止其接触构件的弹簧负载减小和产生有缺陷的电连续性。

从以下包括附图和权利要求的描述中，本发明的其它优点和特点将变得明显。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的气体传感器的剖视图；

图2是气体传感器的局部剖视图，示出了所述气体传感器的第一和第二绝缘体和它们附近；

图3A是第一绝缘体的正视图；图3B是示出第一绝缘体的从其轴向近端侧观看的示图；

图4A是第二绝缘体的正视图；图4B是示出第二绝缘体的从其轴向远端侧观看的示图；

图5是示出第二绝缘体的结构的剖视图；

图6是示出在传感器元件被接触构件保持的状态下，从第二绝缘体的轴向远端侧观看的包括在气体传感器中的传感器元件的示图；以及

图7是沿着线Ⅶ-Ⅶ截取的图2的剖视图。

具体实施方式

在下面描述的实施例中，术语“远端侧”指气体传感器暴露到测量气体的气体传感器的侧部，并且术语“近端侧”指气体传感器的与所述远端侧相对的侧部。

第一实施例

根据本发明的实施例的气体传感器1参见图1至图7。如图1至图7所示，根据该实施例的气体传感器1包括：传感器元件2，用于检测测量气体中所含的特定气体的浓度；第一绝缘体3，传感器元件2插入穿过所述第一绝缘体3以被保持在其中；第二绝缘体4，设置在第一绝缘体3的近端侧上，以覆盖传感器元件2的近端侧；和接触构件5，通过第二绝缘体4被保持，以与传感器元件2的电极端子221接触，从而弹性地保持所述传感器元件2。

第一绝缘体3的近端部分32和第二绝缘体4的远端部分41沿着气体传感器的轴向X彼此邻接（紧靠）。在第一绝缘体的近端部分32和第二绝缘体4的远端部分41的每个中设置定位结构10。定位结构10被构造为限制第一绝缘体3和第二绝缘体4之间沿着夹合方向Y（沿着该方向，传感器元件2被接触构件5夹在中间）以及与夹合方向Y和轴向X垂直的正交方向Z的相对运动。

如图1所示，传感器元件2插入并保持在第一绝缘体3内部。第一绝缘体3被保持在壳体11内部。

如图2所示，由填充材料制成的密封构件191设置在第一绝缘体3和壳体11之间。由绝缘材料制成的绝缘构件192设置在密封构件191的近端侧上。具有大致平面形状的金属环构件193设置在绝缘构件192的近端侧上。通过将壳体11的近端部分向内弯曲而形成的型模覆盖部分111，密封构件191、绝缘构件192和金属环构件193被型锻和固定在沿着从近端侧至远端侧的方向被挤压的状态下，从而第一绝缘体3和壳体11之间的空间被密封。在该实施例中，密封构件191的填充材料是滑石。

如图1所示，在壳体11的远端侧上，提供了一种双结构远端侧覆盖件12，其由覆盖传感器元件2的远端部分21的内部覆盖件121和设置在内部覆盖件121外侧的外部覆盖件122构成。内部覆盖件121和外部覆盖件122的每个形成有用于引入和排出测量气体的气孔123。

第一近端侧覆盖件13固定至壳体11的近端侧，以覆盖传感器元件2的近端部分22。第二近端侧覆盖件14固定至第一近端侧覆盖件13的近端侧。第二近端侧覆盖件14形成有用于引入气体的气孔141。在第二近端侧覆盖件14的近端侧形成有开口，其通过诸如橡胶轴衬的密封构件15关闭。设置四个引导构件16以穿透将在外部连接的密封构件15。

如图2和图5所示，覆盖传感器元件2的近端部分22的第二绝缘体4设置在位于第一近端侧覆盖件13内的第一绝缘体3的近端侧上。第二绝缘体4形成有用于在其中容纳传感器元件2的近端部分22的内部空间44。第二绝缘体4的近端部分42形成有四个插孔421，接触构件5分别插入穿过它们。插孔421沿着轴向X与内部空间44连通。

如图2所示，接触构件5被保持在第二绝缘体4的内部空间44内。接触构件5由通过弯曲金属板形成的四个弹簧端子51构成。弹簧端子51的每个连接至对应的一个引导构件16。每个弹簧端子51插入穿过形成在第二绝缘体4中的对应的一个插孔421，并由内部空间44的内部壁表面440支撑。每个弹簧端子51在向内弯曲的状态下被容纳在内部空间44中。每个弹簧端子51包括形成在其向内弯曲的部分中的接触部分511，所述接触部分511与对应的一个电极端子221接触。

如图6所示，内部壁表面440形成有用于防止弹簧端子51在内部空间44中彼此接触的四个分离部分441（见图4和图5）。如图5所示，第二绝缘体4在其远端形成有远端凹入部分43。分离部分441的远端表面442被布置为比远端凹入部分43的底表面439更靠近近端侧，从而分离部分441的远端部分442被布置为不与远端凹入部分43的底表面439齐平。结果，由于在远端凹入部分43的底表面439附近，可防止在内部壁表面440与分离部分441的表面之间的拐角处在加压模制过程中发生模制密度增大，因此可抑制在烧结工艺（firing process）之后的底表面439的表面起伏。因此，如稍后所述，当第一绝缘体3的邻接表面329邻接第二绝缘体4的远端凹入部分43的底表面439时，可以防止由于应力集中在底表面439中而发生底表面439的破损或开裂。优选地，分离部分441的远端表面442与远端凹入部分43的底表面439之间的距离在0.4mm和0.8mm之间。

如图6所示，传感器元件2的近端部分22的主要表面201和202的每个设有一对电极端子221。弹簧端子51中的两个被设置为与传感器元件2的主要表面201接触，并且弹簧端子51的另外两个被设置为与传感器元件2的另一主要表面202接触。每个弹簧端子51包括与传感器元件2的对应的一个电极端子221接触的端子部分。因此，传感器元件2由位于其两个主要表面201和202上的四个弹簧端子夹在中间。在该实施例中，传感器元件2沿着与夹合方向Y垂直的正交方向Z的宽度为3.9mm。

如图2所示，第一绝缘体3的近端部分32按照圆柱形形状形成。如图3A和图3B所示，第一绝缘体3的近端部分32形成有与第二绝缘体4的远端部分41邻接的邻接表面329。

如图4A和图4B所示，第二绝缘体4的远端部分41形成有朝近端侧凹入的远端凹入部分43。如图5所示，远端凹入部分43沿着轴向X与内部空间44连通。远端凹入部分43的内径大于第一绝缘体3的近端部分32的外径。

如图2所示，第一绝缘体3的近端部分32和第二绝缘体4的远端部分41沿着轴向X彼此邻接。更具体地说，第一绝缘体3的邻接表面329与第二绝缘体4的远端凹入部分43的底表面439邻接。第一绝缘体3的近端部分32被容纳在第二绝缘体4的远端凹入部分43中。第二绝缘体4的远端凹入部分43覆盖第一绝缘体3的近端部分32的整个圆周。

如图7所示，第一绝缘体3的近端部分32和第二绝缘体4的远端部分41的每个形成有定位结构10。定位结构10由第一绝缘体3的近端部分32的外周表面320和第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430组成。定位结构10被构造为限制第一绝缘体3和第二绝缘体4之间沿着夹合方向Y以及与夹合方向Y垂直的正交方向Z的每个的相对运动。

更具体地说，第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430包括彼此平行并沿着径向彼此相对的一对平面部分431和连接在所述一对平面部分431之间的一对凸曲面部分432。平面部分431形成为沿着与夹合方向Y垂直的正交方向Z直线延伸，并且其横截面与轴向X垂直。曲面部分432形成为在其与轴向X垂直的横截面中具有凸圆弧形。

第一绝缘体3的近端部分32的外周表面320的形状与第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430的形状互补。也就是说，外周表面320包括与第二绝缘体4的所述一对平面部分431面对的一对平面部分321和连接在所述一对平面部分321之间的一对曲面部分322。平面部分321形成为沿着与夹合方向Y垂直的正交方向Z直线延伸，并且其横截面与轴向X垂直。曲面部分322形成为在其与轴向X垂直的横截面中具有凹圆弧形。

由于第一绝缘体3的近端部分32的外周表面320和第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430彼此配合，所以第一绝缘体3和第二绝缘体4沿着夹合方向Y和正交方向Z的运动受到限制。更准确地说，由于第一绝缘体3的近端部分32的外周表面320的平面部分321和曲面部分322分别与第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430的平面部分431和曲面部分432配合，因此第一绝缘体3和第二绝缘体4沿着夹合方向Y和正交方向Z的运动受到限制。

此外，由于第一绝缘体3的近端部分32的外周表面320和第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430形成为在它们的平面部分321和431彼此面对和结合，所以第一绝缘体3和第二绝缘体4不沿着圆周方向相对于彼此旋转。也就是说，第一绝缘体3和第二绝缘体4之间沿着圆周方向的相对运动受到限制。

如图2所示，环形的碟形弹簧17设置在第二绝缘体4的近端部分42和第一近端侧覆盖件13之间。第二绝缘体4通过碟形弹簧17被保持在朝着远端侧（也就是说，朝着第一绝缘体3的侧部）的被挤压的状态下。因此，第一绝缘体3和第二绝缘体4沿着轴向X的运动受到限制。碟形弹簧17的负载可被设置为像在0.4和l.0kN之间那样低，从而充分地限制了第二绝缘体4相对于第一绝缘体3的运动，另外在第二绝缘体4中也不会发生开裂。

上述气体传感器1提供以下优点。第一绝缘体3的近端部分32和第二绝缘体4的远端部分41沿着轴向X彼此邻接。第一绝缘体3的近端部分32和第二绝缘体4的远端部分41的每个设有定位结构10。所述定位结构10被构造为限制第一绝缘体3和第二绝缘体4之间沿着夹合方向Y以及与夹合方向Y垂直的正交方向Z的相对运动。

由于限制了第一绝缘体3和第二绝缘体4沿着夹合方向Y相对于彼此的运动，因此由第一绝缘体3保持的传感器元件2可通过由第二绝缘体4保持的接触构件5精确定位。这样，由于通过接触构件5沿着夹合方向Y施加到传感器元件2的两侧上的负载的变化很小，因此可防止由于传感器元件2的两侧之一上的弹簧负载的减小造成的有缺陷的电连续性。

此外，还限制了第一绝缘体3和第二绝缘体4沿着与夹合方向Y垂直的正交方向相对于彼此运动。因此，在组装过程中，通过第一绝缘体3保持的传感器元件2的电极端子221可以准确可靠地与通过第二绝缘体4保持的接触构件5接触。结果，可抑制传感器元件2的电极端子221和接触构件5之间沿着正交方向Z的位置偏差，从而防止接触构件5的偏差和产生有缺陷的电连续性。

此外，如上所述，由于定位结构10限制了第一绝缘体3和第二绝缘体4之间沿着夹合方向Y以及与夹合方向Y垂直的正交方向Z的相对运动，因此可高度准确地将第一绝缘体3和第二绝缘体4在适当的位置上组装。因此，在不损害组装准确性的情况下，气体传感器l可被制为尺寸足够小。

第二绝缘体4的远端部分41形成有朝近端侧凹入并覆盖第一绝缘体3的近端部分32的整个圆周的远端凹入部分43。定位结构由可彼此配合的第一绝缘体3的近端部分32的外周表面320和第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430组成。因此，可进一步可靠地限制第一绝缘体3和第二绝缘体4沿着夹合方向Y和正交方向Z的运动，并且可进一步便于第一绝缘体3和第二绝缘体4的组装。

第一绝缘体3的近端部分32形成有与第二绝缘体4的远端部分41邻接的邻接表面329。邻接表面329与第二绝缘体4的远端凹入部分43的底表面439邻接。因此，可将第一绝缘体3和第二绝缘体4沿着轴向X准确和容易地布置在合适的位置。

第一绝缘体3的近端部分32的外周表面320和第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430分别包括彼此相对的平面部分321和431。因此，可防止第一绝缘体3和第二绝缘体4沿着圆周方向相对于彼此旋转。也就是说，通过设置平面部分321和431，可防止第一绝缘体3和第二绝缘体4以圆周方式运动。另外，设置平面部分321和431便于第一绝缘体3和第二绝缘体4之间的组装。

第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430包括沿着径向彼此相对的所述一对平面部分431，而在另一方面，第一绝缘体3的近端部分32的外周表面320包括与所述一对平面部分431结合的所述一对平面部分321。因此，可进一步可靠地限制第一绝缘体3和第二绝缘体4以圆周方式运动，并且可进一步便于第一绝缘体3和第二绝缘体4之间的组装。

第一绝缘体3和第二绝缘体4通过碟形弹簧17沿着轴向挤压并保持在彼此邻接的状态下。因此，可限制第一绝缘体3和第二绝缘体4沿着轴向X运动。这样，可以进一步增大第一绝缘体3和第二绝缘体4的定位准确性。

如上面解释的那样，根据上述实施例，提供了在组装准确性方面优秀的气体传感器1，以及防止接触构件5的偏差和产生有缺陷的电连续性。

在上面的实施例中，定位结构10由彼此结合的第一绝缘体3的近端部分32的外周表面320和第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430组成。然而，为了进一步可靠地限制第一绝缘体3和第二绝缘体4沿着夹合方向Y、正交方向Z和圆周方向的运动，第一绝缘体3的近端部分32的外周表面320和第二绝缘体4的远端凹入部分43的内周表面430的每个可形成有彼此互补的突起和凹陷。

上面解释的优选实施例是本申请的本发明的示例性实施例，本申请仅由权利要求描述。应该理解，对于本领域技术人员来说，可对优选实施例进行修改。

在以上实施例中，引导构件16和接触构件5的每个的零件数量是四个。然而，本发明可应用于它们的数量不是四个的情况。也就是说，它们的数量可以少于四个、或者为五个或更多个。