专利名称：传感器的制造方法和传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器的制造方法和传感器。
背景技术：
常规所知的传感器包括氧传感器，这些氧传感器构成为把具有管状形状的检测元件(以下可以称为管状检测元件)保持在金属壳体内。某些氧传感器使用具有法兰部的管状检测元件，该法兰部在轴向方向一体形成在大致中心位置，使得法兰部面向后并向外径向突出。管状检测元件设置在金属壳体内，使得法兰部直接或者通过另一构件(例如填料)与从金属壳体的通孔的壁表面向内径向突出的阶梯部啮合。
同时，最近提出的氧传感器使用具有板形状的检测元件(具有层叠结构的检测元件；以下可以称为板式检测元件)来取代具有管状形状的检测元件。这种板式检测元件不具有与金属壳体的阶梯部啮合的一体形成的法兰部。这样，板式检测元件使用形成有用于与金属壳体的阶梯部啮合的啮合表面的管状绝缘子，以使板式检测元件可由金属壳体保持。更具体地说，把绝缘子和板式检测元件固定结合，并且绝缘子的啮合表面用作法兰部的啮合表面并与金属壳体的阶梯部啮合，从而使板式检测元件由金属壳体保持(参照日本专利申请第2002-174622号公报(Japanese Patent Application Laid-Open(Kokai)No.2002-174622)(图1和图3))。
使用绝缘子作为法兰部可把板式检测元件安装到为了与管状检测元件一起使用而设计的金属壳体上。这样，使用管状检测元件的传感器和使用板式检测元件的传感器可共享金属壳体作为共用部件。这种部件共享可降低传感器生产中的部件成本。
同时，某些使用具有板形状的检测元件的氧传感器构成为把绝缘保持器、粉末压实填料以及绝缘套筒分层配置成从所有径向方向包围板式检测元件。在这种传感器的制造过程中，在把绝缘保持器和粉末压实填料设置在金属壳体内之后，把安装有绝缘套筒的板式检测元件插通粉末压实填料的元件插入通孔以及绝缘保持器的元件插入通孔，从而把板式检测元件和金属壳体接合在一起。随后，向粉末压实填料施加压力。粉末压实填料的压缩应力使板式检测元件保持在金属壳体内，从而使板式检测元件和金属壳体相结合(参照日本专利申请第2002-168823号公报(Japanese Patent Application Laid-Open(Kokai)No.2002-168823)(图1))。

发明内容
然而，在日本专利申请第2002-174622号公报(图1和图3)内揭示的常规氧传感器使用玻璃密封材料把绝缘子和检测元件固定接合。玻璃焊接要求高温热处理。由于高温热处理可能会使检测元件由于温度突变而发生破裂(断裂)，因而必须把热处理时间设定得较长，并使温度升高速度缓慢，以防止检测元件的这种断裂。然而，在传感器的制造过程中，延长高温热处理的时间会使制造效率下降。
同时，在日本专利申请第2002-168823号公报(图1)内揭示的常规氧传感器使用粉末压实填料(通过压实粉末物质而形成的环构件(以下可以称为粉末压实环))来取代玻璃密封材料，从而无需玻璃焊接的热处理步骤，并从而避免传感器由于延长高温热处理时间可能会引起的制造效率下降。
粉末压实环可形成为例如环状形状，具有在中心部形成的元件插入通孔。元件插入通孔的断面积略大于板式检测元件的断面积，以便可使板式检测元件插通。
然而，在使用采用上述形状形成的具有元件插入通孔的粉末压实环的传感器的制造中，以下组装作业变得麻烦在把粉末压实环设置在金属壳体的通孔内之后，把板式检测元件和金属壳体组装在一起，使得把检测元件插入到粉末压实环的元件插入通孔内。具体地说，当要把板式检测元件插入到元件插入通孔内时，必须把板式检测元件设定到这样的角度定向(其轴周围的角度位置)，以至于能插入到元件插入通孔内。特别是，在构成为把粉末压实环深深设置在通孔内的金属壳体的情况下，识别粉末压实环的元件插入通孔的角度定向变得困难；结果，把板式检测元件和金属壳体进行组装的作业变得麻烦。
本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的是提供传感器的制造方法，该方法在检测元件上形成与金属壳体的阶梯部啮合的法兰部(啮合部)，并有利于把检测元件安装到金属壳体上的作业。
为了达到上述目的，本发明提供一种传感器的制造方法，该传感器包括板式检测元件，具有轴向延伸板的形状，并具有检测部，形成在指向被测物体的前端部；以及电极端子部，形成在后端部；法兰部，一体组装到板式检测元件上，以便包围板式检测元件；以及金属壳体，具有轴向延伸通孔，用于可使板式检测元件贯通；以及阶梯部，从通孔的壁表面向内径向突出，并适合于与法兰部啮合。法兰部至少包括第一粉末层，该第一粉末层借助第一粉末压实环而形成，并一体组装到板式检测元件上。该方法包括第一步骤，把板式检测元件插通第一粉末压实环的元件插入通孔，并使第一粉末压实环沿着板式检测元件的轴向方向定位，在把板式检测元件插通第一粉末压实环之前的阶段进行比较时，元件插入通孔的断面积大于通过使用与轴向方向垂直的平面进行截面所测定的板式检测元件的断面积；第二步骤，通过向第一粉末压实环施加轴向压缩压力，以使第一粉末压实环压缩变形，从而使元件插入通孔的断面积减少，把至少包括第一粉末压实环的法兰部一体组装到板式检测元件上；以及第三步骤，在把板式检测元件设置在金属壳体的通孔内时，使法兰部直接或者通过中间构件与金属壳体的阶梯部啮合，从而使板式检测元件轴向定位在通孔内，该中间构件具有空心部，该空心部的尺寸足够大到使板式检测元件在空心部内围绕轴向延伸中心轴旋转。
根据上述传感器的制造方法，在第一步骤，把板式检测元件插通第一粉末压实环的元件插入通孔，并使第一粉末压实环沿着板式检测元件的轴向方向定位。
在第二步骤，通过向第一粉末压实环施加压力，以使第一粉末压实环压缩变形，从而使元件插入通孔的断面积减少，把至少包括第一粉末压实环的法兰部一体组装到板式检测元件上。结果，把包括第一粉末压实环的法兰部一体组装到板式检测元件上，同时在与轴向方向(径向向外)垂直的方向从板式检测元件突出，从而使法兰部可与金属壳体的阶梯部啮合。
在第三步骤，在把板式检测元件设置在金属壳体的通孔内时，使法兰部直接或者通过中间构件与金属壳体的阶梯部啮合。通过使用法兰部作为啮合部，使板式检测元件轴向定位在金属壳体内。板式检测元件在金属壳体内的这种定位无需使用玻璃密封材料，从而防止传感器的制造效率由于采用高温热处理可能会引起的下降。
根据本发明的制造方法，法兰部和板式检测元件的组装作业不与板式检测元件和金属壳体的组装作业同时进行，而是在板式检测元件和金属壳体的组装作业之前进行。
上述做法无需把板式检测元件设定到预定角度定向，从而消除把板式检测元件设定到预定角度定向的作业，并从而有利于把板式检测元件安装到金属壳体上的作业。
当把一体组装有至少包括第一粉末压实环的法兰部的板式检测元件组装到金属壳体上时，法兰部与阶梯部啮合，从而可使板式检测元件相对于金属壳体定位在预定轴向位置。这样，考虑到金属壳体上的阶梯部的位置，通过预先决定板式检测元件上要安装法兰部(第一粉末压实环)的位置，可把板式检测元件相对于金属壳体定位在预定位置。这有利于板式检测元件相对于金属壳体的定位(轴向定位)。
中间构件具有空心部。空心部的尺寸足够大到使板式检测元件在空心部内围绕其自身轴旋转。这样，中间构件不对板式检测元件的角度定向施加限制。中间构件可以例如是填料。
在使用中间构件的情况下，把板式检测元件插通中间构件的空心部，并使法兰部通过中间构件与金属壳体的阶梯部间接接触。值得注意的是，使用填料作为中间构件可增强板式检测元件和金属壳体之间的气密性。
优选的是，在上述传感器的制造方法中，法兰部还包括管状保护罩，该保护罩覆盖第一粉末压实环的侧表面；在第一步骤，当要把板式检测元件插通第一粉末压实环的元件插入通孔时，把保护罩设置在保护罩覆盖第一粉末压实环的侧表面所在的位置；以及在第二步骤，向第一粉末压实环施加压缩压力，以使第一粉末压实环压缩变形，从而使元件插入通孔的断面积减少，并使第一粉末压实环和保护罩之间的间隙消除，这样把包括第一粉末压实环和保护罩的法兰部一体组装到板式检测元件上。
通过不仅把第一粉末压实环而且把保护罩整体安装到板式检测元件上，包括第一粉末压实环和保护罩的法兰部用作板式检测元件的啮合部。与仅由第一粉末压实环实施的啮合部相比，由包括第一粉末压实环和保护罩的法兰部实施的啮合部可具有增强的强度，从而防止在传感器的制造过程中发生破裂或剥落等的断裂。
在上述传感器的制造方法中，把保护罩设置成覆盖(包围)第一粉末压实环的侧表面。这样，在第二步骤，当要使第一粉末压实环压缩变形时，无需用于包围第一粉末压实环的侧表面的夹具，从而使传感器的制造装置(设备)简化。
优选的是，在使用保护罩的传感器的制造方法中，法兰部还包括绝缘保持器，该绝缘保持器位于第一粉末压实环的前端侧，具有环状形状，并采用绝缘材料形成；保护罩采用金属材料形成，具有这样的管状形状以至于覆盖第一粉末压实环的侧表面和绝缘保持器的侧表面，并具有底部，该底部与绝缘保持器的前端部表面对接；绝缘保持器具有插入通孔部，该插入通孔部的断面积大于通过使用与轴向方向垂直的平面进行截面所测定的板式检测元件的断面积；保护罩的底部具有开口部，该开口部的断面积大于通过使用与轴向方向垂直的平面进行截面所测定的板式检测元件的断面积；在第一步骤，把第一粉末压实环和绝缘保持器用保护罩覆盖，从而使保护罩的底部位于绝缘保持器的前端侧，并且把板式检测元件插通保护罩的底部的开口部、绝缘保持器的插入通孔部、以及第一粉末压实环的元件插入通孔；以及在第二步骤，施加轴向压缩压力，以使第一粉末压实环压缩变形，并把包括第一粉末压实环、绝缘保持器以及保护罩的法兰部一体组装到板式检测元件上。
具有底部的保护罩由于第一粉末压实环的压缩变形而一体组装到板式检测元件上，并可依靠其底部把绝缘保持器保持在内部。这样，当要把一体组装有法兰部的板式检测元件保持时，可防止发生绝缘保持器与板式检测元件分离，而与板式检测元件的前端部的定向无关；即，无论前端部是垂直指向(向上或向下)还是水平指向(向左或向右)。
这样，在传感器的制造过程中，当要把一体组装有法兰部的板式检测元件保持时，不会对板式检测元件的定向施加限制，从而使制造作业的复杂性减少。
保护罩的底部可用作用于防止形成绝缘保持器和金属壳体的阶梯部之间的间隙的填料，从而增强板式检测元件和金属壳体之间的气密性。
优选的是，用于形成保护罩的金属材料可弹性变形并可耐受在高温环境中使用。设置绝缘保持器是为了防止用于形成第一粉末压实环的粉末物质通过金属壳体的通孔从金属壳体的内部出来。
优选的是，在使用具有底部的保护罩的传感器的制造方法中，金属壳体的阶梯部形成为锥形表面，其锥形形成为使直径向后增加；绝缘保持器的前端部表面至少包括锥形表面，其锥形形成为使直径向前减少；在把保护罩设置成覆盖第一粉末压实环和绝缘保持器之前的阶段，保护罩的底部具有与绝缘保持器的锥形表面的角度不同的角度；以及在第二步骤，施加轴向压缩压力，以使第一粉末压实环压缩变形，并使保护罩的底部变形，从而使底部具有与绝缘保持器的锥形表面的角度大致相等的角度，这样把法兰部一体组装到板式检测元件上。
上述传感器的制造方法不采用以下做法，即把在保护罩安装到板式检测元件上之前所测定的保护罩的底部的锥角设定成大致等于绝缘保持器的前端部的锥形表面的角度。而是，在第二步骤，使第一粉末压实环压缩变形，并使保护罩的底部变形成具有与绝缘保持器的前端部的锥形表面的角度大致相等的角度。
通过使用在施加压力前所测定的与绝缘保持器的前端部表面的锥角(开角)不同的保护罩的底部的锥形表面的锥角(开角)，即使当绝缘保持器的前端部锥形表面的锥角在容许范围内变化时，保护罩的底部的内锥形表面也能与绝缘保持器的前端部锥形表面良好配合。
这样，即使当绝缘保持器的前端部锥形表面的锥角涉及到尺寸误差时，保护罩的底部也能与绝缘保持器合适对接，从而抑制在传感器的制造过程中由传感器的组成部件的尺寸误差所产生的不利影响。
同时，在某些情况下，当在朝向前端的方向，向包括与设置在金属壳体的通孔内的板式检测元件形成一体的第一粉末压实环、绝缘保持器和保护罩的法兰部施加压力时，可以使保护罩变形，以使其在底部和侧部之间的过渡部向内膨胀。保护罩的该膨胀部可能会对绝缘保持器施加不合适的压力，从而可能会使绝缘保持器断裂。
优选的是，为了避免上述问题，把绝缘保持器形成为，当把绝缘保持器设置在保护罩内时，在绝缘保持器和保护罩的过渡角部的内表面之间形成间隙，该过渡角部位于底部和侧部的接合处。
换句话说，即使当保护罩的位于底部和侧部之间的过渡角部向内膨胀时，使用具有上述形式的绝缘保持器也能防止膨胀部和绝缘保持器之间的接触，从而防止绝缘保持器的断裂。
这样形成的绝缘保持器例如构成为，除了直径向前减少并且与保护罩的底部啮合的锥形表面(以下可以称为第一锥形表面)以外，还把第二锥形表面形成在绝缘保持器的前端部以包围第一锥形表面。把第二锥形表面的锥角设定成与第一锥形表面的锥角不同，以便形成第二锥形表面和保护罩的内表面之间的间隙。
使用这样形成的绝缘保持器的传感器的制造方法具有提高传感器的制造效率的优点，这是因为，可防止绝缘保持器由于保护罩的膨胀变形可能会引起的断裂，从而降低废品传感器的发生率。
优选的是，在上述传感器的制造方法中，传感器还包括保护部，该保护部形成为覆盖形成有检测部的板式检测元件的前端部；保护罩具有与金属壳体的阶梯部啮合的罩侧啮合部，并与保护部一体形成；以及在第一步骤，使与保护部一体形成的保护罩覆盖第一粉末压实环的侧表面，并使保护部覆盖板式检测元件的检测部。
上述传感器的制造方法通过单一操作，可同时进行把保护罩设置在覆盖第一粉末压实环的侧表面的位置，以及把保护部设置在覆盖板式检测元件的检测部的位置。与分别形成保护罩和保护部的情况相比，可减少传感器的制造过程中的作业步骤数。
由于在传感器制造的中间阶段，使用保护部覆盖和保护板式检测元件，因而可在随后的制造过程中防止板式检测元件断裂。特别是，当要把板式检测元件设置在金属壳体的通孔内时，可防止板式检测元件和金属壳体之间的意外接触。因此，把板式检测元件安装到金属壳体上的作业无需对避免板式检测元件和金属壳体之间的接触加以特别注意，从而使安装作业的复杂性减少。
并且，保护罩和保护部的一体形成可减少传感器的组成部件数，从而降低制造成本。
优选的是，在上述传感器的制造方法中，板式检测元件具有保护层，该保护层至少形成在前端部的电极表面，该电极表面暴露于被测物体；以及在第一步骤，把板式检测元件插通第一粉末压实环的元件插入通孔，以使板式检测元件的后端部用作引导部。
根据上述传感器的制造方法，在第一步骤，把板式检测元件插通第一粉末压实环的元件插入通孔，以使板式检测元件的后端部用作引导部。这样，插通第一粉末压实环的作业不会发生第一粉末压实环把保护层从板式检测元件的前端部刮去的问题。
这样，本发明的方法不需要对在把包括第一粉末压实环的法兰部整体安装到具有保护层的板式检测元件上的过程中防止保护层剥落加以注意，从而使传感器的制造过程中的作业复杂性减少。
优选的是，在上述传感器的制造方法中，传感器还包括填充构件，该填充构件通过把粉末物质压实成环状形状而形成，并设置成包围位于法兰部的后端侧的板式检测元件的一部分；在第三步骤，把板式检测元件设置在金属壳体的通孔内，以使填充构件设置在位于法兰部的后端侧的板式检测元件的一部分的周围；以及在进行了第三步骤之后，把指向金属壳体的阶梯部的压力施加给填充构件，以便用填充构件填充板式检测元件和金属壳体之间的空间，从而使填充构件建立板式检测元件和金属壳体之间的气密密封。
根据上述传感器的制造方法，在把法兰部一体组装到板式检测元件上的第二步骤之后的第三步骤，把环状填充构件装配到板式检测元件上，从而使填充构件可由法兰部支撑。换句话说，把填充构件从上方装配到前端面向下的板式检测元件上，以使板式检测元件的后端用作引导端并插通填充构件。结果，填充构件设置在板式检测元件的周围，同时放置在法兰部上。
在以下情况下，即在把板式检测元件设置在金属壳体的通孔内之前的阶段，如上所述，可把填充构件设置在板式检测元件的周围，可容易检查填充构件相对于板式检测元件的设置条件，从而可在合适条件下设置填充构件。
在以下情况下，即在把板式检测元件设置在金属壳体的通孔内之后，把填充构件插入和设置在该通孔内，由于目视检查金属壳体的通孔内部存在困难，因而难以检查填充构件的设置条件，并且由于空间狭窄，因而难以修改填充构件的设置条件。结果，填充构件可能会在不合适的条件下设置(例如，填充构件在倾斜条件下设置)。相比之下，本发明的传感器的制造方法可容易把填充构件相对于板式检测元件在合适条件下设置，从而使传感器组装作业的复杂性减少。
而且，在以下情况下，即在把板式检测元件设置在金属壳体的通孔内之后，把填充构件插入和设置在该通孔内，金属壳体的某种结构使填充构件下落很长距离，这样，下落冲击可能会使填充构件断裂。
相比之下，在本发明的传感器的制造方法中，在把板式检测元件设置在金属壳体的通孔内之前，可把填充构件设置在板式检测元件的周围，从而防止填充构件由于下落冲击可能会引起的断裂。换句话说，把填充构件设置在板式检测元件的周围，同时放置在法兰部；然后，把板式检测元件保持在后端部并与填充构件一起设置在金属壳体的通孔内。这样，可防止发生下落冲击，从而防止填充构件断裂。
并且，由于使填充构件在压力下填充板式检测元件和金属壳体之间的空间，因而可把板式检测元件和金属壳体在更强固的条件下进行组装，并可在两者之间建立良好的气密密封。


图1是示出根据一实施例的空燃比传感器的整体构成的断面图。
图2是示出检测元件的概略结构的透视图。
图3是陶瓷保持器、第一粉末压实环和第二粉末压实环在安装到检测元件上之前所看见的一系列透视图。
图4是保护罩的透视图。
图5是示出通过使用元件单元加工夹具加工元件单元的步骤的一系列说明图。
图6是示出设置有陶瓷保持器的空燃比传感器的一部分的放大断面图。
图7是通过把检测元件和第一粉末压实环和金属壳体等的其他构件一体组装而获得的中间组件的透视图。
图8是示出第二全范围空燃比传感器的整体构成的断面图。
图9是示出包括第二陶瓷保持器的第三全范围空燃比传感器的整体构成的断面图。
图10是设置有第二陶瓷保持器的第三全范围空燃比传感器的一部分的放大断面图。
2…全范围空燃比传感器；4…检测元件；8…检测部；30，31，32，34，36…电极端子部；102…金属壳体；106…陶瓷保持器；107…阶梯部；108…第一粉末层；109…通孔；110…第二粉末层；125…保护罩；126…底部；160…第二全范围空燃比传感器；161…第二保护罩；162…罩部；163…保护部；164…罩侧啮合部；200…第三全范围空燃比传感器；206…第二陶瓷保持器；208…第一粉末压实环；210…第二粉末压实环具体实施方式
以下将参照附图对本发明所适用的实施例进行详细说明。
本实施例是作为一种气体传感器的全范围空燃比传感器2(以下可以称为空燃比传感器2)。为了在包括汽车内燃机在内的各种内燃机内的空燃比反馈控制中使用，空燃比传感器2包括用于检测特定气体或者被测物体的检测元件(气体传感器元件)，该检测元件包含在排气中并安装在内燃机的排气管内。
图1是示出通过应用本发明的方法来实施的空燃比传感器2的整体构成的断面图。
空燃比传感器2包括管状金属壳体102，具有形成在外表面的阳螺纹部103，该阳螺纹部103适合于把空燃比传感器2牢固安装到排气管上；检测元件4，具有轴向(图1中，垂直)延伸板的形状；管状陶瓷套筒6，设置成从所有径向方向包围检测元件4；绝缘接触构件82，设置成使轴向贯通绝缘接触构件82的接触插入通孔84的壁表面包围检测元件4的后端部；以及五个引线框架10，设置在检测元件4和绝缘接触构件82之间。
检测元件4具有轴向延伸板的形状，并构成如下覆盖有保护层25的检测部8形成在指向被测气体的前端部(图1中，在下端部)；以及电极端子部30、31、32、34和36形成在后端部(图1中，上端部)的对置侧的第一板表面21和第二板表面23。引线框架10设置在检测元件4和绝缘接触构件82之间，从而与检测元件4的对应电极端子部30、31、32、34和36电气连接。引线框架10也与在传感器的内部和外部之间延伸的对应引线46电气连接，从而形成电流通路，电流通过电流通路在连接有引线46的外部设备和电极端子部30、31、32、34和36之间流动。
金属壳体102具有大致管状形状，并具有轴向延伸通孔109，该轴向延伸通孔109具有与轴向方向垂直截面的圆形断面。阶梯部107从通孔109的壁向内径向突出。金属壳体102保持检测元件4，该检测元件4贯通通孔109，以使检测部8位于通孔109的向前外部，而使电极端子部30、31、32、34和36位于通孔109的向后外部。阶梯部107具有锥形表面，该锥形表面相对于与轴向方向垂直的平面倾斜。锥形表面面向后，其直径向后增加。
在金属壳体102的通孔109内，把环状陶瓷保持器106、第一粉末层108、第二粉末层110和陶瓷套简6从前侧到后侧分层配置成从所有径向方向包围检测元件4。在把检测元件4插入到金属壳体102内之前，把第一粉末层108安装到检测元件4上，而在把检测元件4插入到金属壳体102内之后，把第二粉末层110填充到检测元件4和金属壳体102之间的空间内。压接环112设置在陶瓷套筒6和金属壳体102的后端部104之间。把金属壳体102的后端部104压接成把陶瓷套筒6通过压接环112向前按压。
图2是示出检测元件4的概略结构的透视图。图2中，检测元件4的轴向中间部省略。
检测元件4形成为板形状，具有矩形断面，从而使形成为轴向(图2中，水平)延伸板的形状的元件部20和形成为轴向延伸板的形状的加热器22层叠。由于在空燃比传感器2中使用的检测元件4是公知的，因而其内部结构的详细说明省略。以下仅对检测元件4的概略构成进行说明。
元件部20包括氧浓度电池元件，构成为使多孔电极形成在固态电解质基板的对应对置侧；氧泵激元件，构成为使多孔电极形成在固态电解质基板的对应对置侧；以及垫片，夹在氧浓度电池元件和氧泵激元件之间，并适合于形成空心测量气室。固态电解质基板采用含有氧化钇作为稳定剂的氧化锆固态溶液形成。多孔电极主要采用Pt形成。用于形成测量气室的垫片主要采用氧化铝形成，并设置成使氧浓度电池元件的一个多孔电极和氧泵激元件的一个多孔电极暴露于空心测量气室的内部。测量气室位于与元件部20的前端部对应的位置。扩散控制部采用多孔陶瓷形成并位于垫片的前端部，以便建立测量气室和检测元件4的外部之间的连通。形成有测量气室的检测元件4的一部分与检测部8对应。
加热器22构成为把主要采用Pt形成的加热电阻器图案夹在主要采用氧化铝形成的绝缘基板之间。
元件部20和加热器22通过陶瓷层(例如，氧化锆陶瓷或氧化铝陶瓷)接合。采用多孔陶瓷形成的抗毒保护层25至少形成在设置于检测元件4的前端部的电极表面，该电极暴露于被测物体(在本实施例中，排气)。值得注意的是，在本实施例中，保护层25覆盖包括电极表面的检测元件4的前端部的整个表面。
如图2所示，在检测元件4中，三个电极端子部30、31和32形成在第一板表面21的后端部(图2中，右端部)，并且两个电极端子部34和36形成在第二板表面23的后端部。电极端子部30、31和32形成在元件部20。电极端子部30、31和32中的一方与暴露于测量气室内部的氧浓度电池元件的一个多孔电极和暴露于测量气室内部的氧泵激元件的一个多孔电极共同电气连接。电极端子部30、31和32中的剩余两个分别与氧浓度电池元件的另一多孔电极和氧泵激元件的另一多孔电极电气连接。电极端子部34和36形成在加热器22上，并通过在加热器的厚度方向延伸的对应通路(未作图示)与加热电阻器图案的对应对置端连接。
检测元件4具有4.2[mm]的宽度W1和1.3[mm]的高度H1。
如图1所示，这样构成的检测元件4固定在金属壳体102内，而金属壳体102固定到排气管上，这样，向前(图1中，下方)检测部8从金属壳体102的前端突出，而向后电极端子部30、31、32、34和36从金属壳体102的后端突出。
如图1所示，由外保护器42和内保护器43组成的双保护器通过焊接等安装到金属壳体102的前端部(图1中，下端部)的外圆周上，同时覆盖检测元件4的突出部。外保护器42和内保护器43具有多个孔部并采用金属(例如，不锈钢)形成。
套筒44固定到金属壳体102的后端部的外圆周上。陶瓷分离器48和绝缘垫圈50设置在套筒44的向后(图1中，上方)开口部内。陶瓷分离器48具有五个引线插入通孔61，对应引线46插通该通孔61并与检测元件4的对应电极端子部30、31、32、34和36连接。
绝缘接触构件82设置在检测元件4的后端部(图1中，上端部)，该后端部从金属壳体102的后端部104突出。绝缘接触构件82设置在形成于检测元件4的后端部表面的电极端子部30、31、32、34和36的周围。
下面，将对采用绝缘材料形成的陶瓷保持器106、采用滑石粉形成的第一粉末层108、以及采用滑石粉形成的第二粉末层110进行说明。图3是陶瓷保持器106、作为第一粉末层108的第一粉末压实环208、以及作为第二粉末层110的第二粉末压实环210在安装到检测元件4上之前的一系列透视图。在图3的构件表示中，下侧与前端侧对应，上侧与后端侧对应。
陶瓷保持器106形成为环状形状，具有轴向延伸插入通孔部113。陶瓷保持器106的前端部的前端锥形表面114形成为使直径向前减少。前端锥形表面114通过下述保护罩，与金属壳体102的阶梯部107啮合。
陶瓷保持器106具有10.46[mm]的外径φ1和3.6[mm]的高度L3。插入通孔部113具有1.6[mm]的短边长度L1和4.5[mm]的长边长度L2。
图6是示出设置有陶瓷保持器106的空燃比传感器2的一部分的放大断面图。
如图6所示，陶瓷保持器106的前端锥形表面114的开角β［度]大致等于金属壳体102的阶梯部107的锥形表面的开角γ[度]。如图6所示，陶瓷保持器106具有在其侧表面173和前端锥形表面114之间形成的第二锥形表面171。如图6所示，在由包括传感器轴的平面所取的陶瓷保持器106的断面上，前端锥形表面114和第二锥形表面171形成为使第二锥形表面171的开角α[度]和前端锥形表面114的开角β［度]建立关系“α＜β”。在本实施例中，α＝110[度]，β＝120[度]。
返回参照图3，在把检测元件4插通插入通孔部113之前的阶段进行比较时，陶瓷保持器106的插入通孔部113的断面积略大于通过使用与轴向方向垂直的平面进行截面所测定的检测元件4的断面积；即，陶瓷保持器106的插入通孔部113的尺寸足够大到可使检测元件4插通。设置陶瓷保持器106是为了防止用于形成第一粉末压实环208的滑石粉通过金属壳体102的通孔109从金属壳体102的内部落出。
第一粉末压实环208通过压实滑石粉而形成，并形成为环状形状，具有轴向延伸元件插入通孔115。第一粉末压实环208的元件插入通孔115的断面积略大于通过使用与轴向方向垂直的平面进行截面所测定的检测元件4的断面积；即，第一粉末压实环208的元件插入通孔115的尺寸足够大到可使检测元件4插通。
第一粉末压实环208具有10.46[mm]的外径φ2和4.0[mm]的高度L6。元件插入通孔115具有1.7[mm]的短边长度L5和4.5[mm]的长边长度L4。
第二粉末压实环210通过压实滑石粉而形成，并形成为环状形状，具有轴向延伸第二元件插入通孔117。第二粉末压实环210的第二元件插入通孔117的断面积略大于通过使用与轴向方向垂直的平面进行截面所测定的检测元件4的断面积；即，第二粉末压实环210的第二元件插入通孔117的尺寸足够大到可使检测元件4插通。
在制造第一粉末压实环208和第二粉末压实环210时，例如使用水玻璃作为粘合剂可把滑石粉压实成预定形状。
第二粉末层110可按如下形成把滑石粉预先形成为环状粉末压实环(第二粉末压实环210)；把粉末压实环设置成填充金属壳体102和检测元件4之间的空间；然后，向粉末压实环轴向施加压力，以使粉末压实环重新形成为第二粉末层110。使用预先形成的粉末压实环有利于第二粉末层的形成作业。
下面，将对保护罩125进行说明。图4是保护罩125的透视图。在图4的保护罩125的表示中，上侧与前端侧对应，下侧与后端侧对应。
保护罩125采用金属材料(例如，不锈钢)形成并形成为管状形状，其尺寸足够大到容纳陶瓷保持器106和第一粉末压实环208。底部126形成在保护罩125的前端部，并在安装到金属壳体102上之后，与陶瓷保持器106的前端锥形表面114对接。换句话说，保护罩125形成为管状形状以覆盖陶瓷保持器106的侧表面、第一粉末压实环208的侧表面、以及陶瓷保持器106的前端部。
在把第一粉末压实环208进行压缩从而一体组装到检测元件4上，同时填充保护罩125内的空间之前的阶段，保护罩125的底部126具有锥形形状，其锥形角度与以下详述的金属壳体102的阶梯部107的锥形角度不同。保护罩125的底部126具有开口部127，该开口部127轴向贯通底部126。开口部127的断面积大于通过使用与轴向方向垂直的平面进行截面所测定的检测元件4的断面积。空心部127具有足够大的尺寸，以使所插通的检测元件4可围绕其自身轴旋转。
保护罩125具有11.43[mm]的外径φ3、8.5[mm]的高度L7、以及0.4[mm]的厚度d1。
下面，将对元件单元7的加工进行说明。元件单元7通过把陶瓷保持器106、第一粉末压实环208、以及保护罩125整体安装到检测元件4上而形成。图5是示出通过使用元件单元加工夹具150加工元件单元7的步骤的一系列说明图。
在本实施例中，在加工元件单元7之前，形成在前端部的表面形成有保护层25的检测元件4(参见图2)。
元件单元加工夹具150包括基座151，具有用于容纳检测元件4的后端部的元件放置部152；销构件153，其断面形状大致类似于检测元件4的断面形状；以及压力施加构件155，用于沿着检测元件4的轴向方向施加压力，以使第一粉末压实环208压缩变形。
如图5所示，在元件单元7的加工的第一步骤，把销构件153插入到基座151的元件放置部152内。在第二步骤，把第一粉末压实环208和随后的陶瓷保持器106装配到销构件153上；随后，把保护罩125设置成覆盖第一粉末压实环208和陶瓷保持器106。
在第三步骤，拉出销构件153。结果，保护罩125、陶瓷保持器106、以及第一粉末压实环208分层配置在基座151上。
在第四步骤，把检测元件4插通保护罩125的开口部127、陶瓷保持器106的插入通孔部113、以及第一粉末压实环208的元件插入通孔115，并插入到元件放置部152内，以使检测元件4的后端(与形成有电极端子部30的后端部对应)用作引导端。检测元件4与基座151的内部啮合，从而决定第一粉末压实环208相对于检测元件4的位置。
如上所述，在第四步骤，把检测元件4插通陶瓷保持器106的插入通孔部113、第一粉末压实环208的元件插入通孔115等，以使检测元件4的后端用作引导端；这样，可对形成在检测元件4的前端部的保护层25由于插入作业可能会引起的剥落进行有效抑制。
对元件放置部152的深度等的基座151的尺寸进行合适设定，以使由使用基座151的插入作业所建立的检测元件4和第一粉末压实环208之间的相对位置成为在空燃比传感器2完成时所建立的检测元件4和第一粉末压实环208之间的相对位置。
随后，使用压力施加构件155把指向基座151的压力通过保护罩125施加给陶瓷保持器106，从而向第一粉末压实环208施加轴向压缩压力。压力施加构件155的对接表面157与保护罩125对接，从而向第一粉末压实环208施加压力。对接表面157形成锥形并具有与陶瓷保持器106的前端锥形表面114的开角大致相等的开角β(参见图6)。换句话说，事先把压力施加构件155的对接表面157的开角调整成与金属壳体102的阶梯部107的开角γ(参见图6)大致相等的值。通过使压力施加构件155向第一粉末压实环208施加压缩压力，使第一粉末压实环208压缩变形，从而使元件插入通孔115的断面积减少，这样把第一粉末压实环208一体组装到检测元件4上。而且，使第一粉末压实环208压缩变形，以使第一粉末压实环208的侧表面与保护罩125的内周面紧密接触，从而把保护罩125和陶瓷保持器106与第一粉末压实环208一起一体组装到检测元件4上。
事先把保护罩125的底部126形成为锥形形状。然而，把在使用压力施加构件155施加压力之前(换句话说，在第四步骤前)所测定的底部126的开角设定成与陶瓷保持器106的前端锥形表面114的开角β不同。通过使用在施加压力之前所测定的与陶瓷保持器106的前端锥形表面114的开角β不同的保护罩125的底部126的开角，即使当陶瓷保持器106的开角β在容许范围内变化时，也能在施加压力时，使底部126的内锥形表面与陶瓷保持器106的前端锥形表面114良好配合。
在第五步骤，把作为第一粉末压实环208、陶瓷保持器106、保护罩125、以及检测元件4的组件的元件单元7从基座151上取下，从而完成元件单元7。
下面，将对把这样组装的元件单元7(第一粉末压实环208、陶瓷保持器106、保护罩125、以及检测元件4的组件)整体组装到金属壳体102上的作业进行说明。
首先，把第二粉末压实环210装配到元件单元7的检测元件4的后端部上，然后使其向前移动，以便放置在第一粉末压实环208的后端侧。然后，把元件单元7(第一粉末压实环208、陶瓷保持器106、保护罩125、以及检测元件4的组件)与第二粉末压实环210一起插入到金属壳体102的通孔109内，以使检测元件4的前端用作引导端。
此时，金属壳体102在其前端面向下的状态下配置。当检测元件4保持在第二粉末压实环210的位于后面的后端部时，使元件单元7下降，直到保护罩125的底部126与金属壳体102的阶梯部107对接。这样，可把元件单元7插入到通孔109内。
上述插入作业使保护罩125的底部126与金属壳体102的阶梯部107啮合，从而使元件单元7轴向定位在金属壳体102内。换句话说，第一粉末压实环208通过陶瓷保持器106和保护罩125与金属壳体102的阶梯部107啮合，从而使检测元件4轴向定位在金属壳体102内。
然后，把陶瓷套筒6装配到设置在金属壳体102内的检测元件4的后端部；并且，把第二粉末压实环210、陶瓷套筒6以及压接环112分层配置在第一粉末压实环208的后端侧。随后，把金属壳体102的后端部104压接，以便把陶瓷套筒6通过压接环112向前按压。
通过上述压接作业，把指向阶梯部107的压力(轴向压缩压力)施加给第二粉末压实环210，这样使第二粉末压实环210压缩变形，从而把检测元件4(元件单元7)整体安装到图1所示的金属壳体102上。
在金属壳体102的后端部104的压接作业中，把保护罩125的底部126夹在陶瓷保持器106和阶梯部107之间，从而建立阶梯部107和陶瓷保持器106之间的气密性。
同时，当上述压接作业使压力轴向向前施加给第二粉末压实环210时，也把压力轴向向前施加给元件单元7的保护罩125的底部126。因此，根据所施加的压力的大小，底部126的周部可能会向内膨胀，从而可能会使陶瓷保持器106破裂。然而，参照图6，在本实施例中，陶瓷保持器106具有第二锥形表面171，该第二锥形表面171的开角α小于前端锥形表面114的开角β，从而形成第二锥形表面171和保护罩125的内周面之间的间隙。这样，即使当底部126的周部由于第二粉末压实环210被压缩而向内膨胀，同时元件单元7与金属壳体102的阶梯部107啮合，膨胀部也不大可能与陶瓷保持器106(第二锥形表面171)接触，从而有效抑制上述破裂发生。
把元件单元7与陶瓷套筒6和金属壳体102等的其他构件进行组装，得到中间组件105。图7是中间组件105的透视图。图7示出包括外保护器42的中间组件105。
把引线框架10、绝缘接触构件82以及套筒44等的各种构件安装到中间组件105上，得到图1所示的空燃比传感器2。
在本实施例中出现的部件和在权利要求中出现的部件之间的对应性如下检测元件4与板式检测元件对应；第一粉末压实环208与粉末压实环对应；陶瓷保持器106与绝缘保持器对应；第一粉末层108(第一粉末压实环208)、陶瓷保持器106以及保护罩125的组件与法兰部对应；以及第二粉末层110与填充构件对应。
在本实施例中出现的步骤和在权利要求中出现的步骤之间的对应性如下在元件单元7的加工的第四步骤，把检测元件4插通保护罩125、陶瓷保持器106、以及第一粉末压实环208的步骤与第一步骤对应；在元件单元7的加工的第四步骤，使用压力施加构件155把轴向压缩压力施加给第一粉末压实环208的步骤与第二步骤对应；以及把元件单元7插入到金属壳体102的通孔109内，从而使第一粉末压实环208通过保护罩125的底部126和陶瓷保持器106与阶梯部107啮合的步骤与第三步骤对应。
根据上述空燃比传感器2的制造方法，在元件单元7的加工的第四步骤，把检测元件4插通保护罩125的开口部127、陶瓷保持器106的插入通孔部113、以及第一粉末压实环208的元件插入通孔115，以使检测元件4的后端(与形成有电极端子部30的后端部对应)用作引导端。这样，在检测元件4的插入作业中，形成在检测元件4的前端部的保护层25不会被保护罩125、陶瓷保持器106或者第一粉末压实环208刮擦。
这样，在传感器的制造过程中，当把保护罩125、陶瓷保持器106以及第一粉末压实环208一体组装到检测元件4上，以便在检测元件4上形成与金属壳体102的阶梯部107啮合的啮合部时，可防止发生保护层25的剥落。
在第四步骤，施加压力以使第一粉末压实环208压缩变形，从而使元件插入通孔115的断面积减小，这样把第一粉末压实环208和保护罩125整体安装到检测元件4上。这样组装的第一粉末压实环208和保护罩125可用作啮合部，该啮合部从检测元件4的侧表面横向突出。
当要把作为元件单元7的一部分的检测元件4设置在金属壳体102的通孔109内时，第一粉末压实环208、陶瓷保持器106以及保护罩125与阶梯部107的啮合使检测元件4轴向定位在金属壳体102内。检测元件4在金属壳体102内的这种定位无需使用玻璃密封材料，从而防止传感器制造效率由于采用高温热处理可能会引起的下降。
在本实施例的制造方法中，当要使一体组装有第一粉末压实环208等的检测元件4定位在金属壳体102的通孔109内时，可把检测元件4设置在金属壳体102的通孔109内，与其角度定向(围绕其轴的角度位置)无关。因此，无需把检测元件4设定到预定角度定向，从而有利于把检测元件4安装到金属壳体102上的作业。
元件单元加工夹具150的尺寸是这样决定的，即在基座151上组装时所建立的检测元件4和第一粉末压实环208(或者保护罩125)之间的相对位置大致等于在空燃比传感器2完成时所建立的检测元件4和第一粉末压实环208(或者保护罩125)之间的相对位置。
这样，当要把一体组装有第一粉末压实环208和保护罩125的检测元件4安装到金属壳体102上时，保护罩125与阶梯部107的啮合可建立检测元件4和金属壳体102之间的合适的轴向相对位置。这种做法有利于检测元件4相对于金属壳体102的定位(轴向定位)，从而使作业的复杂性减少。
在本实施例中，除了第一粉末压实环208以外，还把保护罩125一体组装到检测元件4上，从而使第一粉末压实环208和保护罩125可用作检测元件4的啮合部。与仅由第一粉末压实环208实施的啮合部相比，由第一粉末压实环208和保护罩125构成的啮合部具有更高强度，从而防止在传感器的制造过程中发生破裂或剥落等的断裂。
并且，在本实施例的制造方法中，把保护罩125设置成覆盖(包围)第一粉末压实环208的侧表面。这样，当通过使用元件单元加工夹具150使第一粉末压实环208压缩变形时，无需使用用于包围第一粉末压实环208的侧表面的构件。这样，可使元件单元加工夹具150的结构简化，从而降低传感器的制造成本。
在空燃比传感器2中，把采用金属材料形成的保护罩125的底部126设置在陶瓷保持器106和金属壳体102(具体地说，阶梯部107)之间。这样设置的保护罩125的底部126用作防止形成陶瓷保持器106和金属壳体102(具体地说，阶梯部107)之间的间隙的填料，从而增强传感器的气密性。
并且，根据本发明的传感器的制造方法，在把第一粉末压实环208一体组装到检测元件4上之后，把环状的第二粉末压实环210装配到检测元件4上，从而使第二粉末压实环210可由第一粉末压实环208支撑。换句话说，当把第二粉末压实环210装配到检测元件4的后端部时，同时检测元件4的前端面向下，把第二粉末压实环210设置在检测元件4的周围，同时放置在第一粉末压实环208上。
在以下情况下，即在把检测元件4设置在金属壳体102的通孔109内之前的阶段，可把第二粉末层110设置在上述检测元件4的周围，可容易检查第二粉末压实环210相对于检测元件4的设置条件，从而可在合适条件下设置第二粉末压实环210。
并且，使用第二粉末层110(第二粉末压实环210)取得以下效果。除了保护罩125的底部126以外，还使第二粉末层110在压力下填充检测元件4和金属壳体102之间的空间，从而有效增强检测元件4和金属壳体102之间的气密性。
尽管参照实施例对本发明作了说明，然而本发明不限于此。本发明可以采用各种其他形式来实施。
例如，覆盖检测元件的检测部的保护部可以与保护罩一体形成。图8是示出构成为使保护罩和保护部相互一体形成的包括第二保护罩161的第二全范围空燃比传感器160的整体构成的断面图。
第二全范围空燃比传感器160的构成类似于上述实施例(以下可以称为第一实施例)的全范围空燃比传感器，只不过保护罩125和内保护器43用第二保护罩161替代，并且外保护器42用第二外保护器165替代。图8中，与第一实施例共同使用的构件由共用参照编号表示。
第二保护罩161包括罩部162，具有与上述保护罩125的形状类似的形状；以及保护部163，从罩部162向前延伸。罩部162包括罩侧啮合部164，该罩侧啮合部164与第一实施例中的保护罩125的底部126对应。
保护部163从罩侧啮合部164的开口部向前延伸，并具有前端关闭的管状形状。保护部163具有在侧壁部形成的多个孔部，以便可使被测气体通过。保护部163的外径大致等于金属壳体102的通孔109的前端开口部的内径，并小于第一实施例中的内保护器43的外径。
接着，第二外保护器165具有与第一实施例中的外保护器42的形状大致类似的形状，其外径小于外保护器43。
在第二全范围空燃比传感器160的制造过程中，在与第一实施例中的元件单元的加工的第二步骤对应的步骤，把第二保护罩161设置成使罩部162覆盖第一粉末压实环208的侧表面和陶瓷保持器106的侧表面，并使保护部163覆盖检测元件4的检测部8。
根据使用构成为使罩部162和保护部163相互一体形成的第二保护罩161的传感器的制造方法，把罩部162设置在覆盖第一粉末压实环208的侧表面的位置的作业，以及把保护部163设置在覆盖检测元件4的检测部8的位置的作业可通过单一操作同时进行。与分别设置保护罩和保护部的情况相比，使用构成为使保护部和罩部相互一体形成的第二保护罩161可减少传感器的制造过程中的作业步骤数。
由于在传感器制造的中间阶段，使用保护部163覆盖和保护检测元件4，因而可在随后的制造过程中防止检测元件4的断裂。特别是，当要把检测元件4设置在金属壳体102的通孔109内时，可防止检测元件4和金属壳体102之间的意外接触。因此，把检测元件4安装到金属壳体102上的作业无需对避免检测元件4和金属壳体102之间的接触加以特别注意，从而使安装作业的复杂性减少。
并且，与分别设置保护罩和保护部的情况相比，使用构成为使罩部162和保护部163相互一体形成的第二保护罩161可减少传感器的组成部件数，从而削减部件制造成本，并从而降低传感器制造成本。
在第二全范围空燃比传感器160中，第二保护罩161包括与金属壳体102的阶梯部107啮合的罩侧啮合部164，从而防止罩部162从金属壳体102向前脱落。与罩部162一体形成的保护部163不会从金属壳体102脱落，除非将其与罩部162切割开。
这样，与把内保护器43通过焊接等和金属壳体102接合的全范围空燃比传感器2相比，第二全范围空燃比传感器160具有一种结构，使得保护部163很难脱落，从而防止保护部163由于外力影响可能会引起的脱落。因此，可使用保护部163可靠保护检测元件4。
即使在往往有外力施加给检测元件4的环境中使用第二全范围空燃比传感器160时，保护部也能保护检测元件4免受外力影响，从而使第二全范围空燃比传感器160适合于要求高气密性的应用场合。
另一实施例的传感器在对滑石环进行压缩，从而一体组装到检测元件上之前的阶段，使用底部具有与轴向方向垂直的平面形式的保护罩。换句话说，参照图5，在元件单元的加工的第四步骤之前的阶段，保护罩的底部的形状不限于锥形形状，而是可以具有任何形状，只要在元件单元完成时，底部的形状适合于与金属壳体的阶梯部啮合即可。
优选的是，用于形成保护罩的金属材料可弹性变形并可耐受在高温环境中使用。
在上述实施例中，用于形成与第一粉末压实环208对应的第一粉末层108，以及与第二粉末压实环210对应的第二粉末层110的材料不限于滑石粉。例如，可以使用六方晶系一氮化硼粉末。
与第一实施例的陶瓷保持器106一样，设置成从所有径向方向包围检测元件的陶瓷保持器不限于在前端面具有多个锥形表面(前端锥形表面114，第二锥形表面171)的陶瓷保持器。图9是示出包括具有形成在其前端面的单个锥形表面的第二陶瓷保持器206的第三全范围空燃比传感器200的总体构成的断面图。图10是设置有第二陶瓷保持器206的第三全范围空燃比传感器200的一部分的放大断面图。
值得注意的是，第三全范围空燃比传感器200可通过用第二陶瓷保持器206替代第一实施例的全范围空燃比传感器2的陶瓷保持器106来构成。在图9和图10中，与第一实施例相同的构件由相同参照编号表示。
第二陶瓷保持器206形成为环状形状，具有轴向延伸插入通孔部。单个锥形表面214形成在第二陶瓷保持器206的前端面。锥形表面214面向前，其直径向前减少。值得注意的是，除了前端面以外，第二陶瓷保持器206的构成方式与陶瓷保持器106相同。
第三全范围空燃比传感器200的金属壳体102的阶梯部107具有相对于与轴向方向垂直的平面倾斜的锥形表面。锥形表面面向后，其直径向后减少。把阶梯部107的锥形表面的开角γ设定成120[度]。把第二陶瓷保持器206的单个锥形表面214的开角β设定成90[度]。即，把第二陶瓷保持器206的单个锥形表面214的开角β设定成比金属壳体102的阶梯部107的锥形表面的开角γ小的角度。
因此，当把法兰部(粉末压实填充层108，第二陶瓷保持器206，以及保护罩125)组装到检测元件4上时，把沿着保护罩125的内周面延伸的环状间隙129形成在第二陶瓷保持器206的单个锥形表面214与保护罩125的底部126和侧部128之间的连接部的内周面之间。
如上所述，通过使用形成第二陶瓷保持器206的锥形表面214和保护罩125的内周面之间的间隙129的第二陶瓷保持器206，即使当保护罩125在保护罩125的底部126和侧部128之间的连接部附近局部膨胀并向内变形时，也能防止膨胀变形部与第二陶瓷保持器206接触。
因此，通过使用包括第二陶瓷保持器206的第三全范围空燃比传感器200的制造方法，即使当保护罩125在制造过程中发生变形时，第二陶瓷保持器206也不会由于变形而破裂，从而可降低缺陷产品的发生率，并从而可提高传感器的生产效率。
本申请是以在2003年6月27日提交的日本专利JP2003-185724申请为基础的，该申请的全部内容在此引用以供参考。
权利要求
1.一种传感器的制造方法，该传感器包括检测元件，具有轴向延伸板的形状，并包括检测部，形成在指向被测物体的前端部；以及电极端子部，形成在后端部；法兰部，一体组装到检测元件上，以便包围检测元件；以及金属壳体，具有轴向延伸通孔，用于可使检测元件贯通；以及阶梯部，从通孔的壁表面向内径向突出，并适合于与法兰部啮合；法兰部至少包括第一粉末层，该第一粉末层借助第一粉末压实环形成，并一体组装到检测元件上；该方法包括第一步骤，把检测元件插通第一粉末压实环的元件插入通孔，并把第一粉末压实环沿着检测元件的轴向方向定位，在把检测元件插通第一粉末压实环之前的阶段进行比较时，元件插入通孔的断面积大于通过使用与轴向方向垂直的平面进行截面所测定的检测元件的断面积；第二步骤，通过向第一粉末压实环施加轴向压缩压力，以使第一粉末压实环压缩变形，从而使元件插入通孔的断面积减少，把至少包括第一粉末压实环的法兰部一体组装到检测元件上；以及第三步骤，在把检测元件设置在金属壳体的通孔内时，使法兰部直接或者通过中间构件与金属壳体的阶梯部啮合，从而把检测元件轴向定位在通孔内，该中间构件具有空心部，该空心部的尺寸大到足以使检测元件在空心部内围绕轴向延伸中心轴旋转。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，法兰部还包括管状保护罩，该保护罩覆盖第一粉末压实环的侧表面；在第一步骤，当要把检测元件插通第一粉末压实环的元件插入通孔时，把保护罩设置在保护罩覆盖第一粉末压实环的侧表面所在的位置；以及在第二步骤，向第一粉末压实环施加压缩压力，以使第一粉末压实环压缩变形，从而使元件插入通孔的断面积减少，并使第一粉末压实环和保护罩之间的间隙消除，从而把包括第一粉末压实环和保护罩的法兰部一体组装到检测元件上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，法兰部还包括绝缘保持器，该绝缘保持器位于第一粉末压实环的前端侧，具有环状形状，并含有绝缘材料；保护罩含有金属材料，并包括侧部，具有管状形状以覆盖第一粉末压实环的侧表面和绝缘保持器的侧表面；以及底部，与绝缘保持器的前端部表面对接；绝缘保持器具有插入通孔部，该插入通孔部的断面积大于通过使用与轴向方向垂直的平面进行截面所测定的检测元件的断面积；保护罩的底部具有开口部，该开口部的断面积大于通过使用与轴向方向垂直的平面进行截面所测定的检测元件的断面积；在第一步骤，使用保护罩覆盖第一粉末压实环和绝缘保持器，从而使保护罩的底部位于绝缘保持器的前端侧，并且把检测元件插通保护罩的底部的开口部、绝缘保持器的插入通孔部、以及第一粉末压实环的元件插入通孔；以及在第二步骤，施加轴向压缩压力，以使第一粉末压实环压缩变形，并把包括第一粉末压实环、绝缘保持器和保护罩的法兰部一体组装到检测元件上。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，金属壳体的阶梯部形成为锥形表面，其锥形形成为使直径向后增加；绝缘保持器的前端部表面至少包括锥形表面，其锥形形成为使直径向前减少；在把保护罩设置成覆盖第一粉末压实环和绝缘保持器之前的阶段，保护罩的底部具有与绝缘保持器的锥形表面的角度不同的角度；以及在第二步骤，施加轴向压缩压力，以使第一粉末压实环压缩变形，并使保护罩的底部变形，从而使底部具有与绝缘保持器的锥形表面的角度大致相等的角度，从而把法兰部一体组装到检测元件上。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，绝缘保持器定位在保护罩内，使得在绝缘保持器和使保护罩的底部和侧部连接的角部之间形成环状间隙。
6.根据权利要求2至4中任何一项所述的方法，其中，传感器还包括保护部，该保护部形成为覆盖形成有检测部的检测元件的前端部；保护罩包括与金属壳体的阶梯部啮合的罩侧啮合部，并与保护部一体形成；以及在第一步骤，使与保护部一体形成的保护罩覆盖第一粉末压实环的侧表面，并使保护部覆盖检测元件的检测部。
7.根据权利要求1至4中任何一项所述的方法，其中，检测元件具有保护层，该保护层至少形成在前端部的电极表面，该电极表面暴露于被测物体；以及在第一步骤，把检测元件插通第一粉末压实环的元件插入通孔，以使检测元件的后端部用作引导部。
8.根据权利要求1至4中任何一项所述的方法，其中，传感器还包括第二粉末层，该第二粉末层借助第二粉末压实环形成，并设置成包围位于法兰部的后端侧的检测元件的一部分；在第三步骤，把检测元件设置在金属壳体的通孔内，以使第二粉末压实环设置在位于法兰部的后端侧的检测元件的一部分的周围；以及在进行了第三步骤之后，把指向金属壳体的阶梯部的压力施加给第二粉末压实环，以便用第二粉末压实环填充检测元件和金属壳体之间的空间，从而形成第二粉末层，以便建立检测元件和金属壳体之间的气密密封。
9.一种传感器，包括检测元件，包括检测部，形成在指向被测物体的前端部；以及电极端子部，形成在后端部；第一粉末层和第二粉末层，圆周覆盖位于检测部和电极端子部之间的检测元件的一部分；以及金属壳体，具有用于容纳第一粉末层和第二粉末层的通孔；其中，第一粉末层是事先形成的具有环状形状的第一粉末压实环，首先把第一粉末层安装到检测元件上的位于检测部和电极端子部之间的预定位置，然后把第一粉末层与检测元件一起收纳在金属壳体内；以及在把第一粉末层收纳在金属壳体内之后，把第二粉末层放置在金属壳体内的第一粉末层的后端侧并进行压缩，以便填充金属壳体和检测元件之间的空间。
10.根据权利要求9所述的传感器，其中，圆周覆盖第一粉末层的保护罩介入在第一粉末层和金属壳体之间；以及第二粉末层与金属壳体直接接触。
11.根据权利要求10所述的传感器，还包括保护部，该保护部覆盖形成有检测部的检测元件的前端部，其中，保护部的后端部介入在第一粉末层和金属壳体之间并用作保护罩。
12.根据权利要求11所述的传感器，其中，传感器采用以下方式形成，即在把事先形成的采用环状形状的第二粉末压实环设置在金属壳体和检测元件之间后，向第二粉末压实环轴向施加压力。
13.一种传感器，包括检测元件，具有检测部，形成在指向被测物体的前端部；以及电极端子部，形成在后端部；第一粉末层和第二粉末层，圆周覆盖位于检测部和电极端子部之间的检测元件的一部分；保护罩，圆周覆盖第一粉末层；以及金属壳体，具有用于容纳第一粉末层、第二粉末层和保护罩的通孔；其中，第一粉末层填充保护罩和检测元件之间的空间；以及第二粉末层的直径大于第一粉末层，第二粉末层填充金属壳体和检测元件之间的空间。
全文摘要
一种传感器的制造方法，该传感器包括检测元件，具有轴向延伸板的形状，并包括检测部，形成在指向被测物体的前端部；以及电极端子部，形成在后端部；法兰部，一体组装到检测元件上，以便包围检测元件；以及金属壳体，具有轴向延伸通孔，用于可使检测元件贯通；以及阶梯部，从通孔的壁表面向内径向突出，并适合于与法兰部啮合；法兰部至少包括第一粉末层，该第一粉末层借助第一粉末压实环形成，并一体组装到检测元件上；该方法包括本文中规定的第一步骤；本文中规定的第二步骤；以及本文中规定的第三步骤。
文档编号G01N27/407GK1576835SQ200410059850
公开日2005年2月9日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年6月27日
发明者松尾康司, 石川聪 申请人:日本特殊陶业株式会社