氣體傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體涉及一種氣體傳感器，其裝配有外殼、氣體感應(yīng)設(shè)備、以及在外殼和氣體感應(yīng)設(shè)備之間氣密密封的密封機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代自動車輛在測量包括在來自內(nèi)燃機(jī)排放物中的給定氣體成分的濃度中使用氣體傳感器。典型類型的這種氣體傳感器包括中空金屬外殼、安裝在外殼中的氣體感應(yīng)設(shè)備、以及密封，密封在氣體感應(yīng)設(shè)備和外殼之間氣密密封來阻擋諸如排放氣體的要測量氣體的流入，由于氣體已經(jīng)進(jìn)入氣體感應(yīng)設(shè)備的頂端部，故阻擋其流入氣體感應(yīng)設(shè)備的后端部中。
[0003]日本專利第一公開號2001-208725教導(dǎo)一種氣體傳感器，其具有布置在氣體感應(yīng)設(shè)備的外周表面、形成在氣體感應(yīng)設(shè)備的外周表面上的凸緣和外殼的內(nèi)周表面之間的空間中的絕緣粉末。氣體傳感器還具有布置在絕緣粉末上的保持器和型鍛環(huán)。外殼具有壓接來通過保持器和型鐵環(huán)緊密地按壓絕緣粉末的后端，以便生成不透氣的密封。
[0004]但是，以上結(jié)構(gòu)需要大量用于確保不透氣密封的部件，因而導(dǎo)致組裝這些部件的復(fù)雜工藝。這還致使氣體傳感器的生產(chǎn)成本增加。由于外殼出現(xiàn)蠕變或就滑石粉的工作溫度限制而言，存在不透氣密封可能在高溫環(huán)境中劣化的可能性，例如在750°C或更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此本公開的一個目的是提供一種氣體傳感器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其允許以降低的成本生產(chǎn)并設(shè)計(jì)來具有抵抗高溫的氣密密封。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種氣體傳感器，其包括:(a)帶前端和后端具有給定長度的金屬外殼，外殼還具有形成于其中的孔；(b)形成在外殼的內(nèi)周上的內(nèi)肩，以便限定外殼的所述孔的后孔部分，后孔部分比內(nèi)肩更靠近外殼的后端；(C)傳感器設(shè)備，其布置在外殼的孔中，并包括帶陶瓷外表面的氣體感應(yīng)設(shè)備或由陶瓷體和插入陶瓷體的氣體感應(yīng)設(shè)備組成的組件；以及(d)密封，其在傳感器設(shè)備和外殼之間氣密地密封。
[0007]密封布置在外殼的后孔部分中，并包括粉末體和玻璃體。粉末體由無機(jī)粉末制成并在后孔部分內(nèi)安裝到內(nèi)肩上。玻璃體布置在粉末體上并具有分級的熱膨脹結(jié)構(gòu)，其減輕在傳感器設(shè)備和外殼之間熱膨脹的差別。
[0008]氣體傳感器具有形成在外殼的內(nèi)周上的內(nèi)肩，其暴露至孔。密封由粉末體和玻璃體制成。如上所述，粉末體由在后孔部分內(nèi)放置在內(nèi)肩上的無機(jī)粉末制成。玻璃體用于吸收在傳感器設(shè)備和外殼之間的熱膨脹的差別，因而確保在高溫環(huán)境下由密封實(shí)現(xiàn)的不透氣性。例如，如果粉末體在高溫環(huán)境下碎裂，玻璃體用來保持氣密密封適于在傳感器設(shè)備和外殼之間氣密的絕緣。如上所述，玻璃體成形來具有分級的熱膨脹結(jié)構(gòu)，其用于減輕在氣體感應(yīng)設(shè)備和外殼之間熱膨脹的差別。這使玻璃體的破裂可能性最小化，因而提高密封的氣密密封能力的可靠性。
[0009]粉末體直接布置在外殼的內(nèi)肩上。如果玻璃體直接放在內(nèi)肩上，無論是否改變玻璃體的熱膨脹系數(shù)，都將導(dǎo)致吸收外殼和傳感器設(shè)備之間熱膨脹的差別的局部缺乏。為了避免該缺陷，氣體傳感器設(shè)計(jì)為把粉末體放在外殼的內(nèi)肩上。
[0010]如上所述，由玻璃和無機(jī)粉末制成密封，換句話說，由減少數(shù)量的部件制造。玻璃體用來在本身和外殼之間以及在本身和傳感器設(shè)備之間產(chǎn)生氣密密封。這消除如在本申請的介紹部分中所討論的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所要求的型鍛的需要。這導(dǎo)致簡單的生產(chǎn)工藝和傳感器生產(chǎn)成本的降低。
【附圖說明】
[0011]通過以下給定的詳細(xì)說明和本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖，將更全面地理解本發(fā)明，但是其不應(yīng)該用來將本發(fā)明限制到特定實(shí)施例，而僅僅用于解釋和理解的目的。
[0012]在附圖中:
[0013]圖1是示出了根據(jù)一實(shí)施例的氣體傳感器的縱向剖視圖；
[0014]圖2是圖1的氣體傳感器的局部縱向剖視圖，示出了安裝在氣體傳感器中的密封結(jié)構(gòu)；
[0015]圖3是沿圖2中的線II1-1II截取的橫向剖視圖；
[0016]圖4是示出了裝配有根據(jù)第二實(shí)施例的密封的氣體傳感器的局部縱向剖視圖；
[0017]圖5是示出了裝配有根據(jù)第三實(shí)施例的密封的氣體傳感器的局部縱向剖視圖；
[0018]圖6是示出了氣體傳感器的一對比例的局部縱向剖視圖；以及
[0019]圖7是展示根據(jù)第四實(shí)施例在玻璃體的長度和在氣體傳感器中產(chǎn)生的熱應(yīng)力之間關(guān)系的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下將參照【附圖說明】氣體傳感器I的實(shí)施例。在以下討論中，氣體傳感器I的頭或前端(即，如圖所見，氣體傳感器I的下部)是氣體傳感器I暴露到要測量氣體(以下也稱為目標(biāo)氣體)的部分，而氣體傳感器I的底端或后端是氣體傳感器在其縱向方向與前端相反的部分。
[0021]氣體傳感器I裝配有傳感器設(shè)備。傳感器設(shè)備可以僅僅由氣體感應(yīng)設(shè)備制成，也可以由陶瓷體和安裝在陶瓷體中的氣體感應(yīng)設(shè)備的組件制成。
[0022]氣體傳感器I具有裝配有玻璃體的密封機(jī)構(gòu)。玻璃體具有分級的熱膨脹結(jié)構(gòu)，其減輕在氣體傳感器I的傳感器設(shè)備和外殼之間的熱膨脹的差別。分級的熱膨脹結(jié)構(gòu)具有變化的熱膨脹系數(shù)。熱膨脹系數(shù)的最大值和最小值之間的差值優(yōu)選地為2X 10 V0C以下，以便使密封機(jī)構(gòu)的熱破裂可能性最小化。
[0023]外殼具有孔和形成在孔的內(nèi)周或壁上的內(nèi)肩。內(nèi)肩的內(nèi)徑小于孔的主要部分的內(nèi)徑。密封機(jī)構(gòu)由玻璃體和粉末體組成，并布置在內(nèi)肩上。內(nèi)肩成形來在其上保持粉末體。
[0024]第一實(shí)施例
[0025]參照圖1到3，包括:金屬中空柱形外殼2、傳感器設(shè)備4、和密封5，傳感器設(shè)備布置在外殼2的內(nèi)周柱形孔21內(nèi)并裝配有氣體感應(yīng)設(shè)備3，密封在傳感器設(shè)備4和外殼2之間氣密地絕緣。外殼2具有帶更靠近氣體傳感器I的前端的前端和更靠近氣體傳感器I的后端的后端的給定長度。外殼2的長度與氣體傳感器I的長度對齊。
[0026]外殼2的柱形孔21具有內(nèi)徑小于其剩余部分的至少一部分，以便限定實(shí)質(zhì)上垂直于傳感器I的長度延伸的內(nèi)肩213，換句話說，實(shí)質(zhì)上垂直于外殼2的柱形孔21的內(nèi)周。具體地，柱形孔21具有給定長度，包括位于其前側(cè)(即，更靠近外殼2的前端)的前孔部分211、位于其后側(cè)(即，更靠近外殼2的后端)的后孔部分212、和位于前孔部分211和后孔部分212之間邊界處的內(nèi)肩213。換句話說，內(nèi)肩213限定后孔部分212，其比內(nèi)肩213更靠近外殼2的后端。
[0027]后孔部分212的直徑大于前孔部分211。換句話說，柱形孔21的前部的內(nèi)徑小于柱形孔21的后部的內(nèi)徑。密封5布置在后孔部分212內(nèi)。密封5包括粉末體51和玻璃體52。粉末體51由無機(jī)粉末制成，其在后孔部分212內(nèi)布置在內(nèi)肩213上。玻璃體52在后孔部分212內(nèi)放在粉末體51上。玻璃體52設(shè)計(jì)為具有分級的熱膨脹結(jié)構(gòu)，其減輕傳感器設(shè)備4和外殼2之間熱膨脹的差別，其以下將詳細(xì)說明。
[0028]如在此所引用，前側(cè)或前端側(cè)是氣體傳感器I在X方向的長度的一端，如圖1和2所示，其暴露到目標(biāo)氣體，而后側(cè)或后端側(cè)是氣體傳感器I的另一端。在使用中，氣體傳感器I安裝在自動車輛的排氣管中，以便測量包含在流過排氣管的排放排出物中例如氧氣
(O2)的濃度。垂直于X方向的方向?qū)⒁卜Q為傳感器I的徑向方向Y。
[0029]如圖1到3所示，氣體感應(yīng)設(shè)備3用來測量氣體(S卩，目標(biāo)氣體)給定成分的濃度。在該實(shí)施例中，傳感器設(shè)備4僅僅由氣體感應(yīng)設(shè)備3制成。氣體感應(yīng)設(shè)備3是由陶瓷層和電極層(未示出)的層狀物制成的平面形狀。氣體感應(yīng)設(shè)備3具有形成在氣體傳感器I的軸向方向X(即，外殼2的縱向方向或傳感器設(shè)備4的縱向方向)一端的外表面上的電極(未示出)，但是氣體感應(yīng)設(shè)備3的外表面的大部分由氧化鋁(S卩，陶瓷)制成。具體地，氣體感應(yīng)設(shè)備3的外表面的至少一部分是由氧化鋁制成，所述至少一部分在后孔部分212內(nèi)由密封5氣密地覆蓋。<