DE102004030844B4 - Verfahren zur Herstellung eines Sensors sowie Sensor - Google Patents

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Abstract

Sensor, umfassend: ein Erfassungselement (4), das einen Erfassungsabschnitt (8) aufweist, der an einem vorderen Endabschnitt ausgebildet ist, der auf ein zu messendes Objekt gerichtet ist, und einen Elektrodenanschlussabschnitt (30, 31, 32, 34, 36), der an einem hinteren Endabschnitt ausgebildet ist; eine erste Pulverschicht (108) und eine zweite Pulverschicht (110), die einen Abschnitt des Erfassungselements (4), der zwischen dem Erfassungsabschnitt (8) und dem Elektrodenanschlußabschnitt (30, 31, 32, 34, 36) liegt, in Umfangsrichtung abdecken; eine Schutzabdeckung (125), die die erste Pulverschicht (108) in Umfangsrichtung abdeckt; und einen metallischen Mantel (102), der ein Durchgangsloch (109) zur Aufnahme der ersten Pulverschicht (108), der zweiten Pulverschicht (110) und der Schutzabdeckung (125) aufweist, wobei die erste Pulverschicht (108) einen Raum zwischen der Schutzabdeckung (125) und dem Erfassungselement (4) füllt; und die zweite Pulverschicht (110) einen größeren Durchmesser als die erste Pulverschicht (108) aufweist und einen Raum zwischen dem metallischen Mantel...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors sowie einen Sensor und seine Verwendung.
  • Unter herkömmlichen bekannten Sensoren gibt es Sauerstoffsensoren, die so aufgebaut sind, daß ein Erfassungselement, das eine rohrförmige Gestalt annimmt (nachfolgend kann darauf als ein rohrförmiges Erfassungselement Bezug genommen werden), in einem metallischen Mantel gehalten wird. Einige der Sauerstoffsensoren gebrauchen ein rohrförmiges Erfassungselement, das einen Flanschabschnitt aufweist, der an einer im wesentlichen zentralen Position in der axialen Richtung integriert so ausgebildet ist, daß der Flanschabschnitt zur Rückseite zeigt und radial auswärts vorsteht. Das rohrförmige Erfassungselement ist in dem metallischen Mantel so angeordnet, daß der Flanschabschnitt direkt oder über ein anderes Element (wie etwa eine Dichtung) mit einem gestuften Abschnitt (nachfolgend auch Stufenabschnitt genannt) in Eingriff steht, der sich radial einwärts von der Wandoberfläche einer Durchgangsbohrung des metallischen Mantels erstreckt.
  • Unterdessen verwenden vor kurzem vorgeschlagene Sauerstoffsensoren ein Erfassungselement, das eine Plattengestalt annimmt (ein Erfassungselement, das eine laminierte Struktur aufweist; darauf kann nachfolgend als ein plattenartiges Erfassungselement Bezug genommen werden) anstelle eines Erfassungselements, das eine rohrförmige Gestalt annimmt. Solch ein plattenartiges Erfassungselement weist keinen integriert ausgebildeten Flanschabschnitt zum Eingriff mit einem gestuften Abschnitt eines metallischen Mantels auf. Vielmehr verwendet das plattenartige Erfassungselement einen rohrförmigen Isolator, auf dem eine Eingriffsfläche zum Eingriff mit dem Stufenabschnitt des metallischen Mantels ausgebildet ist, so daß das plattenartige Erfassungselement von dem metallischen Mantel gehalten werden kann. Genauer gesagt sind der Isolator und das plattenartige Erfassungselement fest zu einer Einheit zusammengefasst und die Eingriffsfläche des Isolators dient als die Eingriffsfläche des Flanschabschnitts und steht mit dem gestuften Abschnitt des metallischen Mantels in Eingriff, wodurch das plattenartige Erfassungselement von dem metallischen Mantel gehalten wird (siehe japanische veröffentlichte Patentanmeldung (kokai) Nr. 2002-174622 (1 und 3)).
  • Eine Verwendung des Isolators als ein Flanschabschnitt ermöglicht ein Anbringen eines plattenartigen Erfassungselements an einem metallischen Mantel, der eigentlich zur Verwendung mit einem rohrförmigen Erfassungselement -vorgesehen ist. Somit können Sensoren, die ein rohrförmiges Erfassungselement verwenden, und Sensoren, die ein plattenartiges Erfassungselement verwenden, metallische Mäntel derselben Art als gemeinsame Komponenten verwenden. So ein gemeinsames Verwenden von Komponenten verringert Komponentenkosten bei der Produktion von Sensoren.
  • Unterdessen sind einige Sauerstoffsensoren, die ein Erfassungselement verwenden, das eine Plattengestalt annimmt, so aufgebaut, daß ein isolierender Halter, ein Presspulverfüller und ein isolierender Ärmel schichtweise auf eine solche Weise angeordnet sind, daß sie das plattenartige Erfassungselement von allen radialen Richtungen umgeben. Bei dem Herstellungsprozess solch eines Sensors wird, nachdem der isolierende Halter und der Presspulverfüller innerhalb eines metallischen Mantels angeordnet sind, ein plattenartiges Erfassungselement, an das der isolierende Ärmel angebracht ist, durch eine Elementeinführungsdurchgangsbohrung des Presspulverfüllers und durch eine Elementeinführungsdurchgangsbohrung des isolierenden Halters eingeführt, wodurch das plattenartige Erfassungselement und der metallische Mantel miteinander verbunden werden. Anschließend wird der Presspulverfüller mit Druck beaufschlagt. Aufgrund von Kompressionsspannung des Presspulverfüllers wird das plattenartige Erfassungselement in dem metallischen Mantel gehalten, wodurch das plattenartige Erfassungselement und der metallische Mantel eine Einheit bilden (siehe japanische veröffentlichte Patentanmeldung (kokai) Nr. 2002-168823 (1)).
  • Der herkömmliche Sauerstoffsensor, der in der oben genannten JP 2002-174622 offenbart ist, verwendet jedoch ein Glasdichtungsmaterial, um den Isolator und das Erfassungselement fest miteinander zu verbinden. Das Schweißen von Glas erfordert eine Wärmeverarbeitung bei hoher Temperatur. Weil bei einer Wärmeverarbeitung bei hoher Temperatur ein Auftreten von Rissen (Bruch) des Erfassungselements verursachen kann, die von einer abrupten Änderung der Temperatur herrühren, muss die Wärmeverarbeitungsdauer auf einen langsamen Temperaturanstieg eingestellt sein, um so einen Bruch des Erfassungselements zu verhindern. Bei dem Ablauf zur Herstellung eines Sensors verursacht jedoch eine Verlängerung der Dauer der Wärmeverarbeitung bei hoher Temperatur einen Abfall der Herstellungseffizienz.
  • Unterdessen verwendet der herkömmliche Sauerstoffsensor, der in der obengenannten JP 2002-168823 offenbart ist, einen Presspulverfüller (ein Ringelement, das durch Pressen einer Pulversubstanz gebildet ist (nachfolgend wird darauf als ein Presspulverring Bezug genommen)) anstelle des Glasdichtungsmaterials, wodurch das Erfordernis eines Wärmeverarbeitungsschritts zum Glasschweißen beseitigt und somit ein Abfall der Sensorherstellungseffizienz, der sonst aufgrund einer Verlängerung der Dauer des Wärmeverarbeitens bei hoher Temperatur entstehen könnte, vermieden werden.
  • Der Presspulverring kann beispielsweise in eine ringförmige Gestalt geformt sein, die ein Elementeinführungsdurchgangsloch aufweist, das an einem zentralen Abschnitt ausgebildet ist. Das Elementeinführungsdurchgangsloch weist einen Querschnittsbereich auf, der etwas größer als der des plattenartigen Erfassungselements ist, um so ein Einführen des plattenartigen Erfassungselements durch dasselbe zu ermöglichen.
  • Bei der Herstellung eines Sensors, der einen Presspulverring verwendet, der ein Elementeinführungsdurchgangsloch aufweist, das in der oben erwähnten Gestalt ausgebildet ist, wird jedoch die folgende Montagearbeit problematisch: Nachdem der Presspulverring in einem Durchgangsloch eines metallischen Mantels angeordnet ist, werden ein plattenartiges Erfassungselement und der Metallmantel zusammen auf eine solche Weise montiert, daß das Erfassungselement in das Elementeinführungsdurchgangsloch des Presspulverrings eingeführt wird. Insbesondere muß, wenn das plattenartige Erfassungselement in das Elementeinführungsdurchgangsloch eingeführt werden soll, das plattenartige Erfassungselement in einer solchen Winkelausrichtung (eine Winkelstellung um seine Achse) eingestellt werden, daß es in das Elementeinführungsdurchgangsloch einführbar ist. Insbesondere wird, falls ein metallischer Mantel so aufgebaut ist, daß der Presspulverring tief in seinem Durchgangsloch angeordnet wird, ein Erkennen der Winkelausrichtung des Elementeinführungsdurchgangslochs des Presspulverrings schwierig; infolgedessen wird die Arbeit der Montage des plattenartigen Erfassungselements und des metallischen Mantels problematisch.
  • Die Offenlegungsschrift DE 198 50 959 A1 offenbart einen Messfühler mit einem in einem metallischen Gehäuse angeordneten keramischen Formteil zur Aufnahme eines Sensorelements, welches mittels eines warmverformbaren Dichtelements abgedichtet ist. Das Dichtelement ist zwischen einem messgasseitigen und einem anschlussseitigen Presskörper so verpresst, dass es das Sensorelement dicht umschließt.
  • Das Dokument US 5,795,454 offenbart eine Dichtung für einen Gassensor, die ein Sensorelement in der Längsbohrung eines Gehäuses umgibt und zwei Dichtkörper besitzt, zwischen denen eine verformbare Zusatzdichtung angeordnet ist, welche eine geringere Porosität als die beiden Dichtkörper aufweist.
  • Die Offenlegungsschrift DE 195 32 090 A1 offenbart eine Dichtung für ein Sensorelement eines Gassensors mit zwei Dichtelementen, deren eines aus Steatit und das andere aus hexagonalem Bornitrid besteht.
  • Die vorliegende Erfindung ist angesichts der obigen Probleme erfolgt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors zu schaffen, wobei das Verfahren auf einem Erfassungselement einen Flanschbereich (einen Eingriffsabschnitt) zum Eingriff mit einem Stufenabschnitt eines metallischen Mantels bildet, und die Arbeit eines Anbringens des Erfassungselements an dem metallischen Mantel erleichtert.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mittels des Verfahrens zum Herstellen eines Sensors gemäß dem unabhängigen Anspruch 8 gelöst. Ferner löst die Erfindung die Aufgabe mittels eines Sensors gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche geben Ausführungsformen der Erfindung an.
  • In Ausführungsformen umfasst der Sensor ein plattenartiges Erfassungselement, das die Gestalt einer sich axial erstreckenden Platte annimmt und das einen Erfassungsabschnitt aufweist, der an einem vorderen Endabschnitt ausgebildet ist, der auf ein zu messendes Objekt gerichtet ist, und einen Elektrodenanschlußabschnitt, der an einem rückwärtigen Endabschnitt ausgebildet ist; einen Flanschbereich, der auf eine solche Weise an das plattenartige Erfassungselement integriert montiert ist, daß er das plattenartige Erfassungselement umgibt; und einen metallischen Mantel, der ein sich axial erstreckendes Durchgangsloch aufweist, das dem plattenartigen Erfassungselement ermöglicht, sich durch den metallischen Mantel hindurch zu erstrecken, und einen Stufenabschnitt, der sich von einer Wandoberfläche des Durchgangslochs radial einwärts erstreckt und der dazu eingerichtet ist, mit dem Flanschbereich in Eingriff gebracht zu werden. Der Flanschbereich umfaßt wenigstens eine erste Pulverschicht, die als ein erster Presspulverrings gebildet ist und die an das plattenartige Erfassungselement integriert montiert ist. Das Verfahren umfaßt in Ausführungsformen einen ersten Schritt eines Einführens des plattenartigen Erfassungselements durch ein Elementeinführungsdurchgangsloch des ersten Presspulverrings und ein Anordnen des ersten Presspulverrings entlang einer axialen Richtung des plattenartigen Erfassungselements, wobei eine Querschnittsfläche des Elementeinführungsdurchgangslochs, gemessen im Schnitt einer sich rechtwinklig zu der axialen Richtung erstreckenden Ebene, größer ist als die des plattenartigen Erfassungselements bei Vergleich in einem Stadium vor Einführung des plattenartigen Erfassungselements durch den ersten Presspulverring; einen zweiten Schritt eines integrierten Montierens des Flanschbereichs einschließlich wenigstens des ersten Presspulverrings an dem plattenartigen Erfassungselement mittels eines Beaufschlagens des ersten Presspulverrings mit einem axial komprimierenden Druck, um so den ersten Presspulverring komprimierend zu verformen, so daß die Querschnittsfläche des Elementeinführungsdurchgangslochs verringert wird; und einen dritten Schritt eines Ineingriffbringens des Flanschbereichs, direkt oder über ein Zwischenelement, mit dem – Stufenabschnitt des metallischen Mantels dann, wenn das plattenartige Erfassungselement in dem Durchgangsloch des metallischen Mantels angeordnet wird, um dadurch das plattenartige Erfassungselement in dem Durchgangsloch axial zu positionieren, wobei das Zwischenelement einen hohlen Abschnitt aufweist, dessen Größe genügend groß ist, damit sich das plattenartige Erfassungselements um eine sich axial erstreckende Mittelachse innerhalb des Hohlabschnitts drehen kann.
  • Gemäß dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Sensors wird in dem ersten Schritt das plattenartige Erfassungselement durch das Elementeinführungsdurchgangsloch des ersten Presspulverrings eingeführt, und der erste Presspulverring wird entlang der axialen Richtung des plattenartigen Erfassungselements positioniert.
  • In dem zweiten Schritt wird der Flanschabschnitt einschließlich wenigstens des ersten Presspulverrings integriert an das plattenartige Erfassungselement montiert, indem der erste Presspulverring mit einem Druck beaufschlagt wird, um so den ersten Presspulverring komprimierend zu verformen, so daß die Querschnittsfläche des Elementeinführungsdurchgangslochs verringert wird. Infolgedessen wird der Flanschbereich einschließlich des ersten Presspulverrings integriert an dem plattenartigen Erfassungselement montiert, während er von dem plattenartigen Erfassungselement in einer zu der axialen Richtung rechtwinkligen Richtung hervorsteht (radial auswärts), so daß der Flanschbereich mit dem Stufenabschnitt des metallischen Mantels in Eingriff gebracht werden kann.
  • In dem dritten Schritt wird zu dem Zeitpunkt der Anordnung des plattenartigen Erfassungselements in dem Durchgangsloch des metallischen Mantels der Flanschbereich mit dem – Stufenabschnitt des metallischen Mantels direkt oder über ein Zwischenelement in Eingriff gebracht. Durch Verwendung des Flanschbereichs als einen Eingriffsbereich wird das plattenartige Erfassungselement axial in dem metallischen Mantel positioniert. So ein Positionieren des plattenartigen Erfassungselements in dem metallischen Mantel beseitigt ein Erfordernis, ein Glasdichtungsmaterial zu verwenden, wodurch ein Abfall der Sensorherstellungseffizienz verhindert wird, der sich sonst infolge einer Verwendung Wärmeverarbeitens bei hoher Temperatur ergeben könnte.
  • Gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird die Arbeit der Montage des Flanschbereichs und des plattenartigen Erfassungselements nicht gleichzeitig mit der Arbeit der Montage des plattenartigen Erfassungselements und dem metallischen Mantel durchgeführt, sondern sie wird vor der Arbeit der Montage des plattenartigen Erfassungselements und des metallischen Mantels durchgeführt.
  • Das obige Vorgehen beseitigt ein Erfordernis, wonach das plattenartige Erfassungselement in einer vorbestimmten Winkelausrichtung einzustellen ist, wodurch die Arbeit des Einstellens des plattenartigen Erfassungselements in der vorbestimmten Winkelausrichtung nicht anfällt und die Arbeit des Anbringens des plattenartigen Erfassungselements an den metallischen Mantel erleichtert wird.
  • Wenn das plattenartige Erfassungselement, an das der Flanschbereich einschließlich wenigstens des ersten Presspulverrings integriert montiert ist, an den metallischen Mantel montiert werden soll, greift der Flanschbereich in den Stufenabschnitt ein, wodurch das plattenartige Erfassungselement an einer vorbestimmten axialen Position bezüglich des metallischen Mantels positioniert werden kann. Somit kann durch Vorbestimmung, unter Berücksichtigung der Position des Stufenabschnitts auf dem metallischen Mantel, einer Position auf dem plattenartigen Erfassungselement, an dem der Flanschbereich (erster Presspulverring) angebracht werden soll, das plattenartige Erfassungselement an einer vorbestimmten Position bezüglich des metallischen Mantels positioniert werden. Dies erleichtert das Positionieren (insbesondere das axiale Positionieren) des plattenartigen Erfassungselements bezüglich des metallischen Mantels.
  • Das Zwischenelement weist den hohlen Abschnitt auf. Der hohle Abschnitt ist genügend groß, damit sich das plattenartige Erfassungselement um seine eigene Achse innerhalb des hohlen Abschnitts drehen kann. Somit bedingt das Zwischenelement keine Beschränkung hinsichtlich der Winkelausrichtung des plattenartigen Erfassungselements. das Zwischenelement kann beispielsweise eine Dichtung sein.
  • Falls das Zwischenelement verwendet wird, wird das plattenartige Erfassungselement durch den hohlen Abschnitt des Zwischenelements eingeführt, und der Flanschbereich wird im mittelbaren Kontakt mit dem gestuften Abschnitt des metallischen Mantels über das Zwischenelement gebracht. Man beachte, daß eine Verwendung einer Dichtung als das Zwischenelement Gasdichtigkeit zwischen dem plattenartigen Erfassungselement und dem metallischen Mantel verbessert.
  • Vorzugsweise umfasst bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Sensors der Flanschbereich ferner eine rohrförmige Schutzabdeckung, die eine Seitenfläche des ersten Presspulverrings abdeckt; in dem ersten Schritt wird, wenn das plattenartige Erfassungselement durch das Elementeinführungsdurchgangsloch des ersten Presspulverrings eingeführt werden soll, die Schutzabdeckung an einer Position angeordnet, an der die Schutzabdeckung die Seitenfläche des ersten Presspulverrings abdeckt; und in dem zweiten Schritt wird der erste Presspulverring mit dem komprimierenden Druck beaufschlagt, um so den ersten Presspulverring komprimierend zu verformen, so daß die Querschnittsfläche des Elementeinführungsdurchgangslochs verringert ist und so daß ein Zwischenraum zwischen dem ersten Presspulverring und der Schutzabdeckung beseitigt wird, wodurch der Flanschbereich, der den ersten Presspulverring beinhaltet, und die Schutzabdeckung an das plattenartigen Erfassungselement integriert montiert werden.
  • Indem nicht lediglich der erste Presspulverring, sondern auch die Schutzabdeckung als Einheit an dem plattenartigen Erfassungselement angebracht werden, dient der Flanschbereich, der den ersten Presspulverring und die Schutzabdeckung beinhaltet, als ein Eingriffsbereich des plattenartigen Erfassungselements. Im Vergleich mit einem Eingriffsbereich, der lediglich durch den ersten Presspulverring gebildet wird, kann der Eingriffsbereich, der von dem Flanschbereich gebildet wird, der den ersten Presspulverring und die Schutzabdeckung beinhaltet, eine verbesserte Festigkeit aufweisen, wodurch ein Auftreten von Bruch, wie etwa Reißen oder Splittern bei dem Ablauf des Herstellens eines Sensors verhindert wird.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Sensors ist die Schutzabdeckung auf eine solche Weise angeordnet, daß sie die Seitenfläche des ersten Presspulverrings abdeckt (umgibt). Somit erübrigt sich in dem zweiten Schritt, wenn der erste Presspulverring komprimierend verformt werden soll, eine Hilfsvorrichtung zum Umgeben der Seitenfläche des ersten Presspulverrings, wodurch die Vorrichtung (das Gerät) zum Herstellen eines Sensors vereinfacht wird.
  • Vorzugsweise umfaßt bei dem Verfahren zum Herstellen eines Sensors, in dem die Schutzabdeckung verwendet wird, der Flanschbereich ferner einen isolierenden Halter, der an einer Vorderseite des ersten Presspulverrings angeordnet ist, eine ringförmige Gestalt annimmt und aus einem isolierenden Material gebildet ist; die Schutzabdeckung ist aus einem metallischen Material gebildet, nimmt eine rohrförmige Gestalt an, um so die Seitenfläche des ersten Presspulverrings und eine Seitenfläche des isolierenden Halters abzudecken, und weist einen Bodenabschnitt auf, der an eine Vorderabschnittsfläche des isolierenden Halters stößt; der isolierende Halter weist einen Einführungsdurchgangslochabschnitt auf, dessen Querschnittsfläche, gemessen im Schnitt einer sich rechtwinklig zu der axialen Richtung erstreckenden Ebene, größer ist als die des plattenartigen Erfassungselements; der Bodenabschnitt der Schutzabdeckung weist einen Öffnungsabschnitt auf, dessen Querschnittsfläche, gemessen im Schnitt einer sich rechtwinklig zu der axialen Richtung erstreckenden Ebene, größer als die des plattenartigen Erfassungselements ist; in dem ersten Schritt werden der erste Presspulverring und der isolierende Halter mit der Schutzabdeckung abgedeckt, so daß der Bodenabschnitt der Schutzabdeckung auf der Vorderseite des isolierenden Halters angeordnet ist, und das plattenartige Erfassungselement wird durch den Öffnungsabschnitt des Bodenabschnitts der Schutzabdeckung durch den Einführungsdurchgangslochabschnitt des isolierenden Halters und durch das Elementeinführungsdurchgangsloch des ersten Presspulverrings eingeführt; und in dem zweiten Schritt wird der axial komprimierende Druck beaufschlagt, um so den ersten Presspulverring komprimierend zu verformen und um so den Flanschbereich einschließlich des ersten Presspulverrings, des isolierenden Halters und der Schutzabdeckung an dem plattenartigen Erfassungselement integriert zu montieren.
  • Die Schutzabdeckung, die den Bodenabschnitt aufweist, wird infolge komprimierender Verformung des ersten Presspulverrings an das plattenartige Erfassungselement integriert montiert und kann den isolierenden Halter darin mittels seines Bodenabschnitts halten. Somit kann, wenn das plattenartige Erfassungselement, an das der Flanschbereich integriert montiert ist, gehalten werden soll, ein Auftreten einer Trennung des isolierenden Halters von dem plattenartigen Erfassungselement ungeachtet der Ausrichtung des vorderen Abschnitts des plattenartigen Erfassungselements verhindert werden; das heißt unabhängig davon, ob der vordere Endabschnitt vertikal (aufwärts oder abwärts) oder horizontal (nach links oder rechts gerichtet) ausgerichtet ist.
  • Somit wird bei dem Ablauf zum Herstellen eines Sensors, wenn das plattenartige Erfassungselement an das der Flanschbereich integriert montiert ist, gehalten werden soll, keine Beschränkung hinsichtlich der Ausrichtung des plattenartigen Erfassungselements bedingt, wodurch die Herstellungsarbeit weniger kompliziert wird.
  • Der Bodenabschnitt der Schutzabdeckung kann als eine Dichtung dienen, die eine Bildung eines Zwischenraums zwischen dem isolierenden Halter und dem gestuften Abschnitt des metallischen Mantels verhindert, wodurch eine Gassichtigkeit zwischen dem plattenartigen Erfassungselement und dem metallischen Mantel verbessert wird.
  • Vorzugsweise ist ein metallisches Material, das dazu verwendet wird, die Schutzabdeckung zu bilden, elastisch verformbar und kann eine Verwendung in einer Hochtemperaturumgebung aushalten. Der isolierende Halter ist dazu vorgesehen, eine Pulversubstanz, die dazu verwendet wird, den ersten Presspulverring zu bilden, daran zu hindern, aus dem Inneren des metallischen Mantels durch das Durchgangsloch des metallischen Mantels auszutreten.
  • Vorzugsweise weist bei dem Verfahren zum Herstellen eines Sensors, in dem die Schutzabdeckung, die den Bodenabschnitt aufweist, verwendet wird, der Stufenabschnitt des metallischen Mantels eine Kegelfläche auf, die, so verjüngt ist, daß der Durchmesser nach hinten zunimmt; die vordere Endabschnittsfläche des isolierenden Halters beinhaltet wenigstens eine Kegelfläche, die so verjüngt ist, daß der Durchmesser nach vorne hin abnimmt; der Bodenabschnitt der Schutzabdeckung nimmt einen Winkel ein, der sich von dem der Kegelfläche des isolierenden Halters in einem Stadium unterscheidet, bevor die Schutzabdeckung auf eine solche Weise angeordnet wird, daß sie den ersten Presspulverring und den isolierenden Halter abdeckt; und in dem zweiten Schritt wird der axial komprimierende Druck beaufschlagt, um so den ersten Presspulverring komprimierend zu verformen und um so den Bodenabschnitt der Schutzabdeckung zu verformen, so daß der Bodenabschnitt einen Winkel einnimmt, der im wesentlichen gleich dem der Kegelfläche des isolierenden Halters ist, wodurch der Flanschbereich an das plattenartige Erfassungselement integriert montiert wird.
  • Das obige Verfahren zum Herstellen eines Sensors verwendet nicht ein Vorgehen, bei dem der Kegelwinkel des Bodenabschnitts der Schutzabdeckung, gemessen vor Anbringung der Schutzabdeckung an dem plattenartigen Erfassungselement, im wesentlichen gleich dem Winkel der Kegelfläche eines vorderen Endabschnitts des isolierenden Halters eingestellt wird. Stattdessen wird in dem zweiten Schritt der erste Presspulverring komprimierend verformt, und der Bodenabschnitt der Schutzabdeckung wird verformt, um so einen Winkel einzunehmen, der im wesentlichen gleich dem Winkel der Kegelfläche des vorderen Endabschnitts des isolierenden Halters ist.
  • Indem ein Kegelwinkel (offener Winkel) der Kegelfläche des Bodenabschnitts der Schutzabdeckung verwendet wird, der sich, gemessen vor Beaufschlagen von Druck, von dem Kegelwinkel (offener Winkel) der vorderen Endabschnittsfläche des isolierenden Halters unterscheidet, selbst wenn der Kegelwinkel der verjüngten vorderen Endabschnittsfläche des isolierenden Halters innerhalb eines Toleranzbereichs variiert, kann die innere Kegelfläche des Bodenabschnitts der Schutzabdeckung günstig an der verjüngten vorderen Endabschnittsfläche des isolierenden Halters angebracht werden.
  • Somit kann, selbst wenn der Kegelwinkel der verjüngten vorderen Endabschnittsfläche des isolierenden Halters einen Abmessungsfehler mit sich bringen sollte, der Bodenabschnitt der Schutzabdeckung angemessen gegen den isolierenden Halter stoßen, wodurch ungünstige Wirkungen, die von Abmessungsfehlern von Komponentenelementen eines Sensors in dem Ablauf zum Herstellen eines Sensors herrühren, unterdrückt werden.
  • Unterdessen kann in einigen Fällen, wenn der Flanschabschnitt, der den ersten Presspulverring, den isolierenden Halter und die Schutzabdeckung beinhaltet, die mit dem plattenartigen Erfassungselement, das in dem Durchgangsloch des metallischen Mantels in Richtung auf das vordere Ende angeordnet ist, integriert sind, die Schutzabdeckung verformt werden, so daß ihr Übergangsabschnitt zwischen dem Bodenabschnitt und einem Seitenabschnitt einwärts gerichtet schwillt bzw. ausbeult. So ein geschwollener Abschnitt der Schutzabdeckung kann einen unangemessen hohen Druck auf den isolierenden Halter bedingen, was potentiell zum Bruch des isolierenden Halters führen kann.
  • Vorzugsweise ist, um das obige Problem zu vermeiden, der isolierende Halter so ausgebildet, daß, wenn der isolierende Halter in der Schutzabdeckung angeordnet wird, ein Zwischenraum zwischen dem isolierenden Halter und der Innenfläche des Übergangseckabschnitts der Schutzabdeckung gebildet wird, wobei der Übergangseckabschnitt sich an einer Verbindung des Bodenabschnitts und des Seitenabschnitts befindet.
  • Mit anderen Worten verhindert, selbst wenn der Übergangseckabschnitt, der zwischen dem Bodenabschnitt und dem Seitenabschnitt liegt, der Schutzabdeckung sich nach innen ausbeult, ein Gebrauch des isolierenden Halters, der die oben genannte Form annimmt, einen Kontakt zwischen dem geschwollenen bzw. ausgebeulten Abschnitt und dem isolierenden Halter, wodurch ein Bruch des isolierenden Halters verhindert wird.
  • Der so geformte isolierende Halter ist beispielsweise so aufgebaut, daß, zusätzlich zu der Kegelfläche (nachfolgend kann auf sie als eine erste Kegelfläche Bezug genommen werden), deren Durchmesser nach vorne hin abnimmt und die mit dem Bodenabschnitt der Schutzabdeckung in Eingriff steht, eine zweite Kegelfläche an dem vorderen Endabschnitt des isolierenden Halters ausgebildet ist, um die erste Kegelfläche zu umgeben. Der Kegelwinkel der zweiten Kegelfläche wird von dem Kegelwinkel der ersten Kegelfläche verschieden eingestellt, um so einen Zwischenraum zwischen der zweiten Kegelfläche und der Innenfläche der Schutzabdeckung zu bilden.
  • Das Verfahren zum Herstellen eines Sensors, in dem der so ausgebildete isolierende Halter verwendet wird, weist einen Vorteil auf, der darin besteht, dass die Effizienz zum Herstellen eines Sensors verbessert ist, weil ein Bruch des isolierenden Halters, der sonst aus einer Schwellverformung der Schutzabdeckung resultieren könnte, verhindert werden kann, um so eine Wahrscheinlichkeit eines Ausschußsensors zu verringern.
  • Vorzugsweise umfaßt bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Sensors, der Sensor ferner einen Schutzbereich, der auf eine solche Weise gebildet ist, daß der vordere Endabschnitt des plattenartigen Erfassungselements, an dem der Erfassungsabschnitt ausgebildet ist, abgedeckt wird; die Schutzabdeckung weist einen abdeckungsseitigen Eingriffsabschnitt zum Eingriff mit dem Stufenabschnitt des metallischen Mantels auf und ist mit dem Schutzabschnitt integriert ausgebildet; und in dem ersten Schritt wird die Schutzabdeckung, die integriert mit dem Schutzbereich ausgebildet ist, dazu gebracht, die Seitenfläche des ersten Presspulverrings abzudecken, und der Schutzbereich wird dazu gebracht, den Erfassungsabschnitt des plattenartigen Erfassungselements abzudecken.
  • Das obige Verfahren zum Herstellen eines Sensors kann gleichzeitig in einem einzigen Betrieb eine Anordnung der Schutzabdeckung an einer Position, an der die Seitenfläche des ersten Presspulverrings abgedeckt wird, und eine Anordnung des Schutzbereichs an einer Position, an der der Erfassungsabschnitt des plattenartigen Erfassungselements abgedeckt wird, durchführen. Im Vergleich mit dem Fall, in dem die Schutzabdeckung und der Schutzbereich einzeln ausgebildet sind, kann die Anzahl von Verarbeitungsschritten in dem Ablauf zum Herstellen eines Sensors verringert werden.
  • Weil das plattenartige Erfassungselement bei einem Zwischenzustand der Herstellung eines Sensors mit dem Schutzbereich abgedeckt und von diesem geschützt ist, kann ein Brechen des plattenartigen Erfassungselements in dem anschließenden Herstellungsablauf verhindert werden. Insbesondere kann, wenn das plattenartige Erfassungselement in dem Durchgangsloch des metallischen Mantels angeordnet werden soll, ein zufälliger Kontakt zwischen dem plattenartigen Erfassungselement und dem metallischen Mantel verhindert werden. Deshalb erfordert die Arbeit des Befestigens des plattenartigen Erfassungselements an dem metallischen Mantel keine besondere Aufmerksamkeit, um einen Kontakt zwischen dem plattenartigen Erfassungselement und dem metallischen Mantel zu vermeiden, wodurch die Befestigungsarbeit weniger kompliziert wird.
  • Ferner verringert eine integrierte Ausbildung der Schutzabdeckung und des Schutzbereichs die Anzahl von Komponentenelementen eines Sensors, wodurch Herstellungskosten verringert werden.
  • Vorzugsweise weist bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Sensors das plattenartige Erfassungselement eine Schutzschicht auf, die wenigstens auf einer Oberfläche einer Elektrode des Vorderabschnitts ausgebildet ist, wobei die Oberfläche der Elektrode gegenüber einem zu messenden Objekt freiliegt; und in dem ersten Schritt wird das plattenartige Erfassungselement durch das Elementeinführungsdurchgangsloch des ersten Presspulverrings auf eine solche Weise eingeführt, daß der hintere Endabschnitt des plattenartigen Erfassungselements als ein vorangehender Abschnitt dient.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Sensors wird in dem ersten Schritt das plattenartige Erfassungselement durch das Elementeinführungsdurchgangsloch des ersten Presspulverrings auf eine solche Weise eingeführt, daß der hintere Endabschnitt des plattenartigen Erfassungselements als ein vorangehender Abschnitt dient. Somit ist die Arbeit zum Einführen durch den ersten Presspulverring frei von einem Problem, wonach der erste Presspulverring die Schutzschicht von dem vorderen Endabschnitt des plattenartigen Erfassungselements abschabt.
  • Somit erfordert das Verfahren der vorliegenden Erfindung keine Vorsicht, um ein Abblättern der Schutzschicht bei dem Ablauf zu verhindern, bei dem der Flanschbereich einschließlich des ersten Presspulverrings an dem plattenartigen Erfassungselement, das die Schutzschicht aufweist, als Einheit angebracht wird, wodurch eine Arbeit im Ablauf zum Herstellen eines Sensors weniger kompliziert wird.
  • Vorzugsweise umfaßt bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Sensors der Sensor ferner ein Füllelement, das gebildet wird, indem eine Pulversubstanz in eine ringförmige Gestalt gepresst wird, und das auf eine solche Weise angeordnet ist, daß es einen Abschnitt des plattenartigen Erfassungselements, der auf der Rückseite des Flanschbereichs liegt, umgibt; in dem dritten Schritt wird das plattenartige Erfassungselement in dem Durchgangsloch des metallischen Mantels angeordnet, so daß das Füllelement um den Abschnitt des plattenartigen Erfassungselements, der auf der Rückseite des Flanschbereichs angeordnet ist, herum angeordnet ist; und, nachdem der dritte Schritt durchgeführt ist, wird das Füllelement mit einem Druck beaufschlagt, der auf den Stufenabschnitt des metallischen Mantels gerichtet ist, um so einen Raum zwischen dem plattenartigen Erfassungselement und dem metallischen Mantel mit dem Füllelement zu füllen, wodurch das Füllelement eine gasdichte Dichtung zwischen dem plattenartigen Erfassungselement und dem metallischen Mantel herstellt.
  • Gemäß dem obigen Verfahren zum Herstellen eines Sensors wird in dem dritten Schritt, der auf den zweiten Schritt folgt, in dem der Flanschbereich an das plattenartige Erfassungselement integriert montiert wird, das ringförmige Füllelement an dem plattenartigen Erfassungselement angebracht, wodurch das Füllelement von dem Flanschbereich gestützt werden kann. Mit anderen Worten wird das Füllelement von oben auf das plattenartige Element, dessen Vorderseite nach unten zeigt, auf eine solche Weise angebracht, daß das hintere Ende als ein vorangehendes Ende dient und es durch das Füllelement hindurchgeführt wird. Infolgedessen ist das Füllelement um das plattenartige Erfassungselement herum angeordnet, während es auf dem Flanschbereich ruht.
  • In dem Fall, in dem in einem Stadium vor Anordnung des plattenartigen Erfassungselements in dem Durchgangsloch des metallischen Mantels das Füllelement um das plattenartige Erfassungselement wie oben beschrieben herum angeordnet werden kann, kann der Zustand der Anordnung des Füllelements bezüglich des plattenartigen Erfassungselements ohne weiteres überprüft werden, so daß das Füllelement im richtigen Zustand angeordnet werden kann.
  • In dem Fall, in dem, nachdem das plattenartige Erfassungselement dem Durchgangsloch des metallischen Mantels angeordnet ist, das Füllelement in das Durchgangsloch eingeführt und darin angeordnet wird, ist der Anordnungszustand des Füllelements schwierig zu überprüfen, weil es schwierig ist, eine Sichtprüfung des Inneren des Durchgangslochs des metallischen Mantels durchzuführen, und der Anordnungszustand des Füllelements ist wegen des engen Raumes schwierig zu ändern. Infolgedessen kann das Füllelement in einem falschen Zustand angeordnet sein (beispielsweise ist das Füllelement in einem schrägen Zustand angeordnet). Das Verfahren zum Herstellen eines Sensors der vorliegenden Erfindung kann dagegen ohne weiteres das Füllelement in einem richtigen Zustand bezüglich des plattenartigen Erfassungselements anordnen, wodurch die Sensormontagearbeit weniger kompliziert wird.
  • Auch in dem Fall, in dem, nachdem das plattenartige Erfassungselement in dem Durchgangsloch des metallischen Mantels angeordnet ist, das Füllelement in das Durchgangsloch eingeführt und darin angeordnet ist, bringt eine gewisse Struktur des metallischen Mantels es mit sich, daß das Füllelement einen ziemlich langen Weg fällt, so daß der Aufschlag des Falls einen Bruch des Füllelements verursachen kann.
  • In dem Fall des Verfahrens zum Herstellen eines Sensors der vorliegenden Erfindung kann das Füllelement dagegen um das plattenartige Erfassungselement herum angeordnet werden, bevor das plattenartige Erfassungselement in dem Durchgangsloch des metallischen Mantels angeordnet wird, wodurch ein Bruch des Füllelements verhindert wird, der sonst aus dem Aufschlag des Falls resultieren könnte. Mit anderen Worten wird das Füllelement um das plattenartige Erfassungselement herum angeordnet, während es auf dem Flanschbereich ruht; und dann wird das plattenartige Erfassungselement an einem hinteren Endabschnitt gehalten und, gemeinsam mit dem Füllelement, in dem Durchgangsloch des metallischen Mantels angeordnet. Somit kann ein Auftreten des Aufschlags des Falls verhindert werden, wodurch ein Bruch des Füllelements verhindert wird.
  • Ferner werden, weil das Füllelement dazu gebracht wird, unter Druck den Raum zwischen dem plattenartigen Erfassungselement und dem metallischen Mantel zu füllen, das plattenartige Erfassungselement und der metallische Mantel in einem festeren Zustand montiert, und eine gute gasdichte Dichtung kann zwischen ihnen hergestellt werden.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend eingehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zu den Zeichnungen:
  • 1 ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau eines Luftkraftstoffverhältnissensors gemäß einer Ausführungsform zeigt.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines Erfassungselements schematisch zeigt.
  • 3 ist eine Reihe perspektivischer Ansichten eines keramischen Halters, eines ersten Presspulverrings und eines zweiten Presspulverrings in Betrachtung vor Anbringung an dem Fassungselement.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Schutzabdeckung.
  • 5 ist eine Reihe erläuternder Ansichten, die Schritte einer Herstellung einer Elementeinheit unter Verwendung einer Elementeinheitherstellungshilfsvorrichtung zeigen.
  • 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Abschnitt des Luftkraftstoffverhältnissensors zeigt, an dem der keramische Halter angeordnet ist.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Zwischenanordnung, die man durch integriertes Montieren des Erfassungselements und anderer Elemente wie etwa des ersten Presspulverrings und eines metallischen Mantels erhält.
  • 8 ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau eines zweiten Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors zeigt.
  • 9 ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau eines dritten Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors zeigt, der einen zweiten keramischen Halter beinhaltet.
  • 10 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts des dritten Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors, in dem der zweite keramische Halter angeordnet ist.
  • Die vorliegende Ausführungsform ist die eines Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors 2 (nachfolgend kann darauf als ein Luftkraftstoffverhältnissensor 2 Bezug genommen werden), bei dem es sich um eine Art Gassensor handelt. Zur Verwendung in einer Luftkraftstoffverhältnisrückkopplungssteuerung in verschiedenen Verbrennungsmotoren einschließlich denen von Kraftfahrzeugen beinhaltet der Luftkraftstoffverhältnissensor 2 ein Erfassungselement (Gassensorelement) zum Erfassen eines bestimmten Gases oder eines zu messenden Objektes, das im Abgas enthalten ist, und ist im Abgasrohr eines Verbrennungsmotor angebracht.
  • 1 ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau des Luftkraftstoffverhältnissensors 2 zeigt, der durch Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung realisiert ist.
  • Der Luftkraftstoffverhältnissensor 2 beinhaltet einen rohrförmigen metallischen Mantel 102, der einen männlichen Gewindeabschnitt 103 aufweist, der auf der Außenfläche ausgebildet ist, wobei der männliche Gewindeabschnitt 103 dazu eingerichtet ist, den Luftkraftstoffverhältnissensor 2 an einem Abgasrohr fest anzubringen; ein Erfassungselement 4, das die Gestalt einer sich axial (in 1 vertikal) erstreckenden Platte annimmt; einen rohrförmigen keramischen Ärmel 6, der auf eine solche Weise angeordnet ist, daß er das Erfassungselement 4 von allen radialen Richtungen her umgibt; ein isolierendes Kontaktelement 82, das so angeordnet ist, daß die Wandfläche eines Kontakteinführungsdurchgangslochs 84, das sich axial durch das isolierende Kontaktelement 82 hindurch erstreckt, einen hinteren Endabschnitt des Erfassungselements 4 umgibt; und fünf Leitungsrahmen 10, die zwischen dem Erfassungselement 4 und dem isolierenden Kontaktelement 82 angeordnet sind.
  • Das Erfassungselement 4 nimmt die Gestalt einer sich axial erstreckenden Platte an und ist wie gefolgt aufgebaut: ein Erfassungsabschnitt 8, der von einer Schutzschicht 25 bedeckt ist, ist an einem vorderen Endabschnitt (in 1 an einem unteren Endabschnitt) ausgebildet, der auf ein zu messendes Gas gerichtet ist; und Elektrodenanschlußabschnitte 30, 31, 32, 34 und 36 sind auf einer ersten Plattenoberfläche 21 und auf einer zweiten Plattenoberfläche 23 ausgebildet, bei denen es sich um gegenüberliegende Seiten eines hinteren Endabschnitts handelt (in 1 an einem oberen Endabschnitt). Die Leitungsrahmen 10 sind zwischen dem Erfassungselement 4 und dem isolierenden Kontaktelement 82 angeordnet, um so elektrisch mit dem entsprechenden Elektrodenanschlußabschnitt 30, 31, 32, 34 und 36 des Erfassungselements 4 verbunden zu werden. Die Anschlußrahmen 10 sind auch elektrisch mit entsprechenden Leitungsdrähten 46 verbunden, die sich zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Sensors erstrecken, wodurch sie Stromwege bilden, durch die Strom zwischen äußerem Gerät, an das die Leitungsdrähte 46 angeschlossen sind, und den Elektrodenanschlußabschnitten 30, 31, 32, 34 und 36 fließt.
  • Der metallische Mantel 102 ist im wesentlichen rohrförmig ausgebildet und weist ein sich axial erstreckendes Durchgangsloch 109 auf, das einen – im zu der axialen Richtung rechtwinkligen Schnitt – kreisförmigen Querschnitt aufweist. Ein gestufter Abschnitt (Stufenabschnitt) 107 steht radial einwärts von der Wand des Durchgangslochs 109 hervor. Der metallische Mantel 102 hält das Erfassungselement 4, das sich durch das Durchgangsloch 109 erstreckt, auf eine solche Weise, daß der Erfassungsabschnitt 8 auf der nach vorn gerichteten Außenseite des Durchgangslochs 109 angeordnet ist, während die Elektrodenanschlußabschnitte 30, 31, 32, 34 und 36 auf der rückwärtigen Außenseite des Durchgangslochs 109 angeordnet sind. Der gestufte Abschnitt 107 weist eine Kegelfläche auf, die bezüglich einer Ebene, die zu der axialen Richtung rechtwinklig ist, geneigt ist. Die Kegelfläche weist nach hinten und ihr Durchmesser vergrößert sich nach hinten.
  • In dem Durchgangsloch 109 des metallischen Mantels 102 sind ein ringförmiger keramischer Halter 106, eine erste Pulverschicht 108, eine zweite Pulverschicht 110 und der keramische Ärmel 6 von der Vorderseite zu der Rückseite schichtweise auf eine solche Weise angeordnet, daß sie das Erfassungselement 4 von allen radialen Richtungen umgeben. Die erste Pulverschicht 108 wird an dem Erfassungselement 4 angebracht, bevor das Erfassungselement 4 in den metallischen Mantel 102 eingeführt wird, während die zweite Pulverschicht 110 in einen Raum zwischen dem Erfassungselement 4 und dem metallischen Mantel 102 eingefüllt wird, nachdem das Erfassungselement 4 in den metallischen Mantel 102 eingeführt ist. Ein Crimpring 112 ist zwischen dem keramischen Ärmel 6 und einem hinteren Endabschnitt 104 des metallischen Mantels 102 angeordnet. Der hintere Endabschnitt 104 des metallischen Mantels 102 ist auf eine solche Weise gecrimpt, daß er den keramischen Ärmel 6 über den Crimpring 112 nach vorn preßt.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur des Erfassungselements 4 schematisch zeigt. In 2 ist ein axialer Zwischenabschnitt des Erfassungselements 4 weggelassen.
  • Das Erfassungselement 4 ist in einer Plattengestalt ausgebildet, die einen rechteckigen Querschnitt aufweist, so daß ein Elementabschnitt 20, der in Gestalt einer sich axial (in 2 horizontal) erstreckenden Platte ausgebildet ist, und ein Heizelement 22, das in der Gestalt einer sich axial erstreckenden Platte ausgebildet ist, laminiert sind. Weil das Erfassungselement 4, das in dem Luftkraftstoffverhältnissensor 2 verwendet wird, öffentlich bekannt ist, wird eine eingehende Beschreibung seiner inneren Struktur weggelassen. Lediglich ein schematischer Aufbau des Erfassungselements 4 wird unten beschrieben.
  • Der Elementabschnitt 20 beinhaltet ein Sauerstoffkonzentrationszellenelement, das so aufgebaut ist, daß poröse Elektroden auf entsprechenden gegenüberliegenden Seiten eines Festkörperelektrolytsubstrats ausgebildet sind; ein Sauerstoffpumpenelement, das so aufgebaut ist, daß poröse Elektroden auf entsprechenden gegenüberliegenden Seiten eines Festkörperelektrolytsubstrats ausgebildet sind; und einen Abstandhalter, der zwischen dem Sauerstoffkonzentrationszellenelement und dem Sauerstoffpumpelement eingelagert und dazu eingerichtet ist, eine hohle Messungsgaskammer zu bilden. Die Festkörperelektrolytsubstrate sind aus einer Festkörperlösung aus Zirkonium gebildet, das Yttrium als einen Stabilisator enthält. Die porösen Elektroden sind überwiegend aus Platin (Pt) gebildet. Der Abstandhalter, der dazu verwendet wird, eine Messungsgaskammer zu bilden, ist überwiegend aus Aluminium gebildet und so angeordnet, daß eine poröse Elektrode des Sauerstoffkonzentrationszellenelements und eine poröse Elektrode des Sauerstoffpumpelements gegenüber dem Inneren der hohlen Messungsgaskammer freiliegen. Die Messungsgaskammer ist an einer Position angeordnet, die einem vorderen Endabschnitt des Elementabschnitts 20 entspricht. Ein Diffusionssteuerungsabschnitt ist aus poröser Keramik gebildet und an einem vorderen Endabschnitt des Abstandhalters angeordnet, um eine Verbindung zwischen der Messungsgaskammer und dem Äußeren des Erfassungselements 4 herzustellen. Ein Abschnitt des Erfassungselements 4, an dem die Messungsgaskammer ausgebildet ist, entspricht dem Erfassungsabschnitt 8.
  • Das Heizelement 22 ist so aufgebaut, daß ein Heizwiderstandsmuster, das überwiegend aus Platin ausgebildet ist, zwischen isolierenden Substraten, die überwiegend aus Aluminium gebildet sind, eingelagert ist.
  • Der Elementabschnitt 20 und das Heizelement 22 sind über eine Keramikschicht (beispielsweise Zirkoniumkeramik oder Aluminiumkeramik) miteinander verbunden. Eine Verunreinigungswiderstandsschutzschicht 25, die aus poröser Keramik gebildet ist, ist wenigstens auf der Oberfläche von Elektroden ausgebildet, die an einem vorderen Endabschnitt des Erfassungselements 4 vorgesehen sind, wobei die Elektrode einem zu messenden Objekt (bei der vorliegenden Ausführungsform Abgas) gegenüber freiliegt. Man beachte, daß bei der vorliegenden Ausführungsform die Schutzschicht 25 die gesamte Oberfläche eines vorderen Endabschnitts des Erfassungselements 4 einschließlich der Oberflächen der Elektroden abdeckt.
  • Wie in 2 gezeigt ist, sind in dem Erfassungselement 4 die drei Elektrodenanschlußabschnitte 30, 31 und 32 auf einem hinteren Endabschnitt (in 2 ein rechter Endabschnitt) der ersten Plattenoberfläche 21 gebildet, und die zwei Elektrodenanschlußabschnitte 34 und 36 sind auf einem hinteren Endabschnitt der zweiten Plattenoberfläche 23 gebildet). Die Elektrodenanschlußabschnitte 30, 31 und 32 sind auf dem Elementabschnitt 20 gebildet. Einer der Elektrodenanschlußabschnitte 30, 31 und 32 ist elektrisch an eine poröse Elektrode des Sauerstoffkonzentrationszellenelements, die gegenüber dem Inneren der Messungsgaskammer freiliegt, und an eine poröse Elektrode des Sauerstoffpumpelements, die gegenüber dem Inneren der Messungsgaskammer freiliegt, gemeinsam angeschlossen. Die verbleibenden zwei der Elektrodenanschlußabschnitte 30, 31 und 32 sind elektrisch an die andere poröse Elektrode des Sauerstoffkonzentrationszellenelements bzw. an die andere poröse Elektrode des Sauerstoffpumpelements angeschlossen. Die Elektrodenanschlußabschnitte 34 und 36 sind auf dem Heizelement 22 gebildet und an die entsprechenden gegenüberliegenden Enden des Heizwiderstandsmusters über entsprechende Leitungen (nicht gezeigt) angeschlossen, die sich in der Richtung der Dicke des Heizelements erstrecken.
  • Das Erfassungselement 4 weist eine Breite W1 von 4,2 mm und eine Höhe H1 von 1,3 mm auf.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist das so aufgebaute Erfassungselement 4 in dem metallischen Mantel 102 fixiert, der an einem Abgasrohr befestigt ist, so daß der nach vorn gerichtete (in 1 niedrigere) Erfassungsabschnitt 8 über das vordere Ende des metallischen Mantels 102 hervorsteht, während die rückwärtigen Elektrodenanschlußabschnitte 30, 31, 32, 34 und 36 über das hintere Ende des metallischen Mantels 102 hervorstehen.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Doppelschutz, der aus einem Außenschutz 42 und einem Innenschutz 43 besteht, mittels Schweißens oder dergleichen an dem Außenumfang eines vorderen Endabschnitts (in 1 eines unteren Endabschnitts) des metallischen Mantels 102 angebracht, so dass der Doppelschutz einen vorstehenden Abschnitt des Erfassungselements 4 abdeckt. Der Außenschutz 42 und der Innenschutz 43 weisen mehrere Lochabschnitte auf und sind aus Metall (beispielsweise rostfreiem Stahl) gebildet.
  • Ein Ärmel 44 ist an dem Außenumfang eines hinteren Endabschnitts des Metallmantels 102 fixiert. Ein keramisches Trennelement 48 und eine Durchführungsdichtung 50 sind in einem rückwärtigen (in 1 oberen) Öffnungsabschnitt des Ärmels 44 angeordnet. Das keramische Trennelement 48 weist fünf Durchgangslöcher 61 zum Einführen von Leitungsdrähten auf, durch die entsprechende Leitungsdrähte 46 eingeführt und an die entsprechenden Elektrodenanschlußabschnitte 30, 31, 32, 34 und 36 des Erfassungselements 4 angeschlossen sind.
  • Das isolierende Kontaktelement 82 ist auf einem hinteren Endabschnitt (in 1 ein oberer Endabschnitt) des Erfassungselements 4 angeordnet, wobei der hintere Endabschnitt von dem hinteren Endabschnitt 104 des metallischen Mantels 102 hervorsteht. Das isolierende Kontaktelement 82 ist um die Elektrodenanschlußabschnitte 30, 31, 32, 34 und 36 herum angeordnet, die auf der Oberfläche eines hinteren Endabschnitts des Erfassungselements 4 gebildet sind.
  • Als nächstes werden der keramische Halter 106, der aus einem isolierenden Material gebildet ist, die erste Pulverschicht 108, die aus Talkpulver gebildet ist, und die zweite Pulverschicht 110, die aus Talkpulver gebildet ist, beschrieben. 3 ist eine Reihe perspektivischer Ansichten des keramischen Halters 106, eines ersten Presspulverrings 208, der als die erste Pulverschicht 108 vorgesehen ist, und eines zweiten Presspulverrings 210, der als die zweite Pulverschicht 110 vorgesehen ist, bevor sie zu dem Erfassungselement 4 montiert sind. Bei der Wiedergabe der Elemente in 3 entspricht die Unterseite der Vorderseite und die Oberseite entspricht der Rückseite.
  • Der keramische Halter 106 ist in einer ringförmigen Gestalt ausgebildet, die einen sich axial erstreckenden Einführungsdurchgangsabschnitt 113 aufweist. Eine vorderseitige Kegelfläche 114 eines vorderen Endabschnitts des keramischen Halters 106 ist derart ausgebildet, dass der Durchmesser nach vorne hin abnimmt. Die vorderseitige Kegelfläche 114 ist mit dem gestuften Abschnitt 107 des metallischen Mantels 102 über eine Schutzabdeckung in Eingriff gebracht, die später beschrieben wird.
  • Der Keramikhalter 106 weist einen Außendurchmesser ϕ1 von 10,46 mm und eine Höhe L3 von 3,6 mm auf. Der Einführungsdurchgangslochabschnitt 113 weist eine kurzseitige Länge L1 von 1,6 mm und eine langseitige Länge L2 von 4,5 mm auf.
  • 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Abschnitt des Luftkraftverhältnissensors 2 zeigt, an dem der keramische Halter 106 angeordnet ist.
  • Wie in 6 gezeigt ist, ist ein offener Winkel β der vorderseitigen Kegelfläche 114 des keramischen Halters 106 im wesentlichen gleich einem offenen Winkel γ der Kegelfläche des gestuften Abschnitts 107 des metallischen Mantels 102. Wie in 6 gezeigt ist, weist der keramische Halter 106 eine zweite Kegelfläche 171 auf, die zwischen seinen Seitenflächen 171 und der vorderen Kegelfläche 114 gebildet ist. Wie in 6 gezeigt ist, sind, auf einem Bereich des keramischen Halters 106 in einer Ebene, die die Sensorachse beinhaltet, die vordere Kegelfläche 114 und die zweite Kegelfläche 171 so gebildet, daß ein offener Winkel α der zweiten Kegelfläche 171 und der offene Winkel β der vorderen Kegelfläche 114 die Beziehung ”α < β” erfüllen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind α = 110° und β = 120°.
  • Gemäß 3 ist im Vergleich in einem Stadium vor Einführung des Erfassungselements 4 durch den Einführungsdurchgangslochabschnitt 113 die Querschnittsfläche des Einführungsdurchgangslochabschnitts 113 des keramischen Halters 106, gemessen in einer Schnittebene, die sich rechtwinklig zu der axialen Richtung erstreckt, etwas größer als die des Erfassungselements 4; das heißt der Einführungsdurchgangslochabschnitt 113 des keramischen Halters 106 weist eine genügende Größe auf, um ein Einführen des Erfassungselements durch ihn hindurch zu ermöglichen. Der keramische Halter 106 ist vorgesehen, um Talkpulver, das dazu verwendet wird, den ersten Presspulverring 208 zu bilden, daran zu hindern, aus dem Inneren des metallischen Mantels 102 durch das Durchgangsloch 109 des metallischen Mantels 102 nach außen zu fallen.
  • Der erste Presspulverring 208 wird durch Pressen von Talkpulver gebildet und in eine ringförmige Gestalt geformt, die ein sich axial erstreckendes Elementeinführungsdurchgangsloch 115 aufweist. Die Querschnittsfläche des Elementeinführungsdurchgangslochs 115 des ersten Presspulverrings 208 ist etwas größer als die des Erfassungselements 4, gemessen in einer Schnittebene, die sich rechtwinklig zu der axialen Richtung erstreckt; das heißt, das Elementeinführungsdurchgangsloch 115 des ersten Presspulverrings 208 weist eine genügende Größe auf, um ein Einführen des Erfassungselements durch dasselbe zu ermöglichen.
  • Der erste Presspulverring 208 weist einen Außendurchmesser ϕ2 von 10,46 mm und eine Höhe L6 von 4,0 mm auf. Das Elementeinführungsdurchgangsloch 115 weist eine kurzseitige Länge L5 von 1,7 mm und eine langseitige Länge L4 von 4,5 mm auf.
  • Die zweite Presspulverschicht 210 ist durch Pressen von Talkpulver gebildet und ist in einer ringförmigen Gestalt geformt, die ein sich axial erstreckendes zweites Elementeinführungsdurchgangsloch 117 aufweist. Die Querschnittsfläche des zweiten Elementeinführungsdurchgangslochs 117 des zweiten Presspulverrings 210 ist etwas größer als die des Erfassungselements 4, gemessen in einer Schnittebene, die sich rechtwinklig zu der axialen Richtung erstreckt; das heißt, das zweite Elementeinführungsdurchgangsloch 117 des zweiten Presspulverrings 210 weist eine genügende Größe auf, um ein Einführen des Erfassungselements 4 durch das zweite Elementeinführungsdurchgangsloch 117 hindurch zu ermöglichen.
  • Beim Herstellen des ersten Presspulverrings 208 und des zweiten Presspulverrings 210 ermöglicht eine Verwendung von beispielsweise Wasserglas als Bindemittel ein Pressen von Talkpulver in eine vorbestimmte Gestalt.
  • Die zweite Pulverschicht 110 kann wie folgt geformt werden: ein Talkpulver wird zunächst in einen ringförmigen Presspulverring (zweiter Presspulverring 210) geformt; der Presspulverring wird dann auf eine solche Weise angeordnet, daß er einen Raum zwischen dem metallischen Mantel 102 und dem Erfassungselement 4 ausfüllt; und dann wird der Presspulverring mit Druck axial derart beaufschlagt, daß der Presspulverring in die zweite Pulverschicht 110 umgeformt wird. Eine Verwendung des zuvor geformten Presspulverrings erleichtert die Arbeit des Formens der zweiten Pulverschicht.
  • Als nächstes wird eine Schutzabdeckung 125 beschrieben. 4 ist eine perspektivische Ansicht der Schutzabdeckung 125. Bei der Wiedergabe der Schutzabdeckung 125 in 4 entspricht die obere Seite der Vorderseite, und die untere Seite entspricht der Rückseite.
  • Die Schutzabdeckung 125 ist aus einem metallischen Material (beispielsweise rostfreiem Stahl) gebildet und in eine rohrförmige Gestalt geformt, deren Größe hinreichend groß ist, um den keramischen Halter 106 und den ersten Presspulverring 208 aufzunehmen. Ein Bodenabschnitt 126 ist an einem vorderen Endabschnitt der Schutzabdeckung 125 ausgebildet und stößt gegen die vordere Kegelfläche 114 des keramischen Halters 106 nach Anbringen an dem metallischen Mantel 102. Mit anderen Worten ist die Schutzabdeckung 125 in solch eine rohrförmige Gestalt geformt, dass sie die Seitenfläche des keramischen Halters 106, die Seitenfläche des ersten Presspulverrings 208 und einen vorderen Endabschnitt des keramischen Halters 106 abzudecken vermag.
  • In einem Stadium bevor der erste Presspulverring 208 gepreßt wird, um dadurch integriert an dem Erfassungselement montiert zu werden, während er einen Raum in der Schutzabdeckung 125 füllt, nimmt der Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 eine Kegelgestalt an, deren Kegelwinkel sich von dem Kegelwinkel des gestuften Abschnitts 107 des Metallmantels 102 unterscheidet, der später eingehend beschrieben wird. Der Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 weist einen Öffnungsabschnitt 127 auf, der sich axial durch den Bodenabschnitt 126 erstreckt. Die Querschnittsfläche des Öffnungsabschnitts 127 ist größer als die des Erfassungselements 4, gemessen im Schnitt einer Ebene, die sich zur axialen Richtung rechtwinklig erstreckt. Der hohle Abschnitt 127 weist eine genügende Größe auf, so daß das Erfassungselement 4, das durch ihn hindurch eingeführt wird, um seine eigene Achse gedreht werden kann.
  • Die Schutzabdeckung 125 weist einen Außendurchmesser ϕ3 von 11,43 mm, eine Höhe L7 von 8,5 mm und eine Dicke d1 von 0,4 mm auf.
  • Als nächstes wird die Herstellung einer Elementeinheit 7 beschrieben. Die Elementeinheit 7 wird mittels eines Befestigens des keramischen Halters 106, des ersten Presspulverrings 208 und der Schutzabdeckung 125 als Einheit an dem Erfassungselement 4 gebildet. 5 ist eine Reihe von erläuternden Ansichten, die Schritte des Herstellens der Elementeinheit 7 unter Verwendung einer Elementeinheitherstellungshilfsvorrichtung 150 zeigen.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird vor der Herstellung der Elementeinheit 7 das Erfassungselement 4 (siehe 2), in dem eine Schutzschicht 25 auf der Oberfläche eines vorderseitigen Abschnitts gebildet ist, gebildet.
  • Die Elementeinheitsherstellungshilfsvorrichtung 150 beinhaltet einen Sockel 151, der einen Elementruheabschnitt 152 zur Aufnahme eines hinteren Endabschnitts des Erfassungselements 4, ein Stiftelement 153, dessen Querschnittsform im wesentlichen ähnlich der des Erfassungselements 4 ist, und ein Druckbeaufschlagungselement 155 zum Beaufschlagen von Druck entlang der axialen Richtung des Erfassungselements 4, um den ersten Presspulverring 208 komprimierend zu verformen, enthält.
  • Wie in 5 gezeigt ist, wird in dem ersten Schritt der Herstellung der Elementeinheit 7 das Stiftelement 153 in die den Elementruheabschnitt 152 des Sockels 151 eingeführt. In dem zweiten Schritt werden der erste Presspulverring 208 und dann der keramische Halter 106 an dem Stiftelement 153 angebracht; anschließend wird die Schutzabdeckung 125 auf eine solche Weise angeordnet, daß sie den ersten Presspulverring 208 und den keramischen Halter 106 abdeckt.
  • In dem dritten Schritt wird das Stiftelement 153 herausgezogen. Infolgedessen sind die Schutzabdeckung 125, der keramische Halter 106 und der erste Presspulverring 208 schichtweise auf dem Sockel 151 angeordnet.
  • In dem vierten Schritt wird das Erfassungselement durch den Öffnungsabschnitt 127 der Schutzabdeckung 125, durch den Einführungsdurchgangsabschnitt 113 des keramischen Halters 106, durch das Elementeinführungsdurchgangsloch 115 des ersten Presspulverrings 208 und in den Elementruheabschnitt 152 auf eine solche Weise eingeführt, daß das hintere Ende entsprechend einem hinteren Endabschnitt, an dem der Elektrodenanschlußabschnitt 30 ausgebildet ist) des Erfassungselements 4 vorangeht. Das Erfassungselement 4 greift in einen inneren Abschnitt des Sockels 151 ein, wodurch die Position des ersten Presspulverrings 208 bezüglich des Erfassungselements 4 festgelegt wird.
  • Wie oben beschrieben ist, wird in dem vierten Schritt das Erfassungselement 4 durch den Einführungsdurchgangslochabschnitt 113 des keramischen Halters 106, das Elementeinführungsdurchgangsloch 115 des ersten Presspulverrings 208 etc. auf eine solche Weise eingeführt, daß das hintere Ende des Erfassungselements 4 vorangeht; somit kann ein Abblättern der Schutzschicht 25, die auf dem vorderen Endabschnitt des Erfassungselements 4 gebildet ist, das sich sonst aus der Einführungsarbeit ergeben könnte, wirksam unterdrückt werden.
  • Abmessungen des Sockels 151 wie etwa die Tiefe des Elementruheabschnitts 152 werden derart eingestellt, daß die relative Position zwischen dem Erfassungselement 4 und dem ersten Presspulverring 208, wie sie durch die Einführungsarbeit unter Verwendung des Sockels 151 hergestellt wird, die relative Position zwischen dem Erfassungselement 4 und dem ersten Presspulverring 208 wird, die zu dem Zeitpunkt der Fertigstellung des Luftkraftstoffverhältnissensors 2 hergestellt ist.
  • Anschließend wird der keramische Halter 106 mit Druck, der auf den Sockel 151 gerichtet ist, über die Schutzabdeckung 125 mittels des Druckbeaufschlagungselements 155 beaufschlagt, wodurch der erste Presspulverring 208 mit einem axial pressenden Druck beaufschlagt wird. Eine Stoßfläche 157 des Druckbeaufschlagungselements 155 stößt gegen die Schutzabdeckung 125, um dadurch den ersten Presspulverring 208 mit Druck zu beaufschlagen. Die Stoßfläche 157 ist verjüngt und weist einen offenen Winkel β (siehe 6) auf, der im wesentlichen gleich dem der vorderen Kegelfläche 114 des Keramikhalters 106 ist. Mit anderen Worten wird der offene Winkel der Stoßfläche 157 des Druckbeaufschlagungselements 155 im vorhinein auf einen Wert angepaßt, der im wesentlichen gleich dem des offenen Winkels γ (siehe 6) des gestuften Abschnitts 107 des metallischen Mantels 102 ist. Infolge der Beaufschlagung des ersten Presspulverrings 208 mit einem komprimierenden Druck durch das Druckbeaufschlagungselement 155 wird der erste Presspulverring 208 komprimiert und so verformt, daß die Querschnittsfläche des Elementeinführungslochs 115 verringert wird, wodurch der erste Presspulverring 208 integriert an das Erfassungselement 4 montiert wird. Auch der erste Presspulverring 208 wird komprimiert und so verformt, daß die Seitenfläche des ersten Presspulverrings 208 in engen Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Schutzabdeckung 125 gelangt, wodurch die Schutzabdeckung 125 und der keramische Halter 106 gemeinsam mit dem ersten Presspulverring 208 integriert an das Erfassungselement 4 montiert werden.
  • Der Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 wird im vorhinein in eine Kegelgestalt geformt. Der offene Winkel des Bodenabschnitts 126 wird jedoch vor Beaufschlagung von Druck mittels des Druckbeaufschlagungselements 155 (mit anderen Worten vor dem vierten Schritt) von dem offenen Winkel β der vorderen Kegelfläche 114 des keramischen Halters 106 verschieden eingestellt. Indem ein offener Winkel des Bodenabschnitts 126 der Schutzabdeckung 125 verwendet wird, der sich, gemessen vor Beaufschlagung mit Druck, von dem offenen Winkel β der vorderen Kegelfläche 114 des keramischen Halters 106 unterscheidet, kann, selbst wenn der offene Winkel β des keramischen Halters 106 innerhalb eines zu tolerierenden Bereichs variiert, die innere verjüngte Oberfläche des Bodenabschnitts 126 günstigerweise an der vorderen Kegelfläche 114 des keramischen Halters 106 zu dem Zeitpunkt der Beaufschlagung mit Druck angebaut werden.
  • In dem fünften Schritt wird die Elementeinheit 7, die eine Anordnung des ersten Presspulverrings 208, des keramischen Halters 106, der Schutzabdeckung 125 und des Erfassungselements 4 ist, von dem Sockel 151 entfernt, wodurch die Elementeinheit 7 fertiggestellt wird.
  • Als nächstes wird die Arbeit des Anbringens der so montierten Elementeinheit 7 (eine Anordnung des ersten Presspulverrings 208, des keramischen Halters 106, der Schutzabdeckung 125 und des Erfassungselements 4) als Einheit an dem metallischen Mantel 102 beschrieben.
  • Zunächst wird der zweite Presspulverring 210 an einem hinteren Endabschnitt des Erfassungselements 4 der Elementeinheit 7 angebracht und dann nach vorn bewegt, um so auf der Rückseite des ersten Presspulverrings 208 aufzuruhen. Dann wird die Elementeinheit 7 (eine Anordnung des ersten Presspulverrings 208, des keramischen Halters 106, der Schutzabdeckung 125 und des Erfassungselements 4), zusammen mit dem zweiten Presspulverring 210 in das Durchgangsloch des metallischen Mantels 102 auf eine solche Weise eingeführt, daß das vordere Ende des Erfassungselements 4 als ein vorangehendes Ende dient.
  • Nun wird der metallische Mantel 102 mit seinem vorderen Ende nach unten weisend angeordnet. Während das Erfassungselement 4 an einem hinteren Endabschnitt, der hinter dem zweiten Presspulverring 210 angeordnet ist, gehalten wird, wird die Elementeinheit 7 abgesenkt, bis der Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 gegen den gestuften Abschnitt 107 des metallischen Mantels 102 stößt. Auf diese Weise kann die Elementeinheit 7 in das Durchgangsloch 109 eingeführt werden.
  • Die obige Arbeit des Einführens führt dazu, daß der Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 mit dem gestuften Abschnitt 107 des metallischen Mantels 102 in Eingriff gebracht wird, wodurch die Elementeinheit 7 axial in dem metallischen Mantel 102 positioniert wird. Mit anderen Worten wird der erste Presspulverring 208 mit dem gestuften Abschnitt 107 des metallischen Mantels 102 über den keramischen Halter 106 und die Schutzabdeckung 125 in Eingriff gebracht, wodurch das Erfassungselement 4 axial in den metallischen Mantel 102 positioniert wird.
  • Als nächstes wird der keramische Ärmel 6 an einen hinteren Endabschnitt des Erfassungselements 4, das in dem metallischen Mantel 102 angeordnet ist, angebaut; und der zweite Presspulverring 210, der keramische Ärmel 6 und der Crimpring 112 werden schichtweise auf der Rückseite des ersten Presspulverrings 208 angeordnet. Anschließend wird der hintere Endabschnitt 104 des metallischen Mantels 102 auf eine solche Weise gecrimpt, daß er den keramischen Ärmel 6 über den Crimpring 112 nach vorn preßt.
  • Mittels der obigen Crimparbeit wird der zweite Presspulverring 210 mit Druck, der in Richtung auf den gestuften Abschnitt 107 (axial komprimierender Druck) gerichtet ist, beaufschlagt, wodurch der zweite Presspulverring 210 komprimierend verformt wird, um dadurch das Erfassungselement 4 (Elementeinheit 7) an den metallischen Mantel 102 als Einheit anzubringen, wie in 1 gezeigt ist.
  • Bei der Arbeit des Crimpens des hinteren Endabschnitts 104 des metallischen Mantels 102 wird der Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 zwischen dem keramischen Halter 106 und dem gestuften Abschnitt 107 eingelagert, wodurch eine Gasdichtigkeit zwischen dem gestuften Abschnitt 107 und dem keramischen Halter 106 hergestellt wird.
  • Unterdessen wird, wenn die oben beschriebene Crimparbeit dazu führt, daß der zweite Presspulverring 210 mit einem Druck axial nach vorn beaufschlagt wird, der Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 der Elementeinheit 7 ebenfalls mit Druck axial nach vorn beaufschlagt. Dementsprechend kann in Abhängigkeit einer Größe des beaufschlagten Drucks ein Randabschnitt des Bodenabschnitts 126 nach innen schwellen, was potentiell zum Reißen des keramischen Halters 106 führen kann. Gemäß 6 weist der keramische Halter 106 bei dieser Ausführungsform jedoch die zweite Kegelfläche 171 auf, die den offenen Winkel α aufweist, der kleiner als der offene Winkel β der vorderen Kegelfläche 114 ist, wodurch ein Zwischenraum zwischen der zweiten Kegelfläche 171 und der inneren Umfangsfläche der Schutzabdeckung 125 gebildet wird. Somit wird, selbst wenn der Randabschnitt des Bodenabschnitts 126 infolge des Umstandes nach innen schwillt, daß der zweite Presspulverring 210 komprimiert wird, während die Elementeinheit 7 mit dem gestuften Abschnitt 107 des metallischen Mantels 102 in Eingriff gebracht wird, es unwahrscheinlich, daß der geschwollene Abschnitt den keramischen Halter 106 (die zweite Kegelfläche 171) berührt, wodurch das oben erwähnte Auftreten von Rissen wirksam unterdrückt wird.
  • Die Montage der Elementeinheit 7 und sonstiger Elemente wie etwa des keramischen Ärmels 6 und des metallischen Mantels 102 ergibt einen Zwischenaufbau 105. 7 ist eine perspektivische Ansicht des Zwischenaufbaus 105. 7 zeigt den Zwischenaufbau 105, der den Außenschutz 42 beinhaltet.
  • Ein Anbringen verschiedener Elemente wie etwa der Leitungsrahmen 10, des isolierenden Kontaktelements 82 und des Ärmels 44 an den Zwischenaufbau 105 ergibt den Luftkraftstoffverhältnissensor 2, der in 1 gezeigt ist.
  • Eine Entsprechung von Komponenten, die in der vorliegenden Ausführungsform auftauchen, mit solchen, die in den Ansprüchen auftauchen, ist wie folgt: Das Erfassungselement 4 entspricht dem plattenartigen Erfassungselement; der erste Presspulverring 208 entspricht dem Presspulverring; der keramische Halter 106 entspricht dem isolierenden Halter; eine Anordnung der ersten Pulverschicht 108 (erster Presspulverring 208), des keramischen Halters 106 und der Schutzabdeckung 125 entspricht dem Flanschbereich; und die zweite Pulverschicht 110 entspricht dem Füllelement.
  • Eine Entsprechung von Schritten, die bei der vorliegenden Ausführungsform auftauchen, mit solchen, die in den Ansprüchen auftauchen, ist wie folgt: Der Schritt des Einführens des Erfassungselements 4 durch die Schutzabdeckung 125, durch den keramischen Halter 106 und durch den ersten Presspulverring 208 in dem vierten Schritt der Herstellung der Elementeinheit 7 entspricht dem ersten Schritt; der Schritt des Beaufschlagens des ersten Presspulverrings 208 mit einem axial komprimierenden Druck mittels des Druckbeaufschlagungselements 155 in dem vierten Schritt der Herstellung der Elementeinheit 7 entspricht dem zweiten Schritt; und der Schritt des Einführens der Elementeinheit 7 in das Durchgangsloch 109 des metallischen Mantels 102, um dadurch den ersten Presspulverring 208 mit dem gestuften Abschnitt 107 über den Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 und den keramischen Halter 106 in Eingriff zu bringen, entspricht dem dritten Schritt.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung des Luftkraftstoffverhältnissensors 2 wird in dem vierten Schritt der Herstellung der Elementeinheit 7 das Erfassungselement 4 durch den Öffnungsabschnitt 127 der Schutzabdeckung 125, durch den Einführungsdurchgangslochabschnitt 113 des keramischen Halters 106 und durch das Elementeinführungsdurchgangsloch 115 des ersten Presspulverrings 208 auf eine solche Weise eingeführt, daß das hintere Ende (das einem hinteren Endabschnitt entspricht, an dem der Elektrodenanschlußabschnitt 30 gebildet ist) des Erfassungselements 4 als ein vorangehendes Ende dient. Somit wird bei der Arbeit des Einführens des Erfassungselements 4 die Schutzschicht 25, die auf dem vorderen Endabschnitt des Erfassungselements 4 gebildet ist, nicht von der Schutzabdeckung 125, des keramischen Halters 106 oder des ersten Presspulverrings 208 zerkratzt.
  • Somit kann in dem Prozess des Herstellens eines Sensors, wenn die Schutzabdeckung 125, der keramische Halter 106 und der erste Presspulverring 208 integriert an dem Erfassungselement 4 montiert werden, um auf dem Erfassungselement 4 einen Eingriffsbereich zu bilden, der zum Eingriff mit dem gestuften Abschnitt 107 des metallischen Mantels 102 vorgesehen ist, ein Auftreten von Abblättern der Schutzschicht 25 verhindert werden.
  • In dem vierten Schritt wird ein Druck beaufschlagt, um so den ersten Presspulverring 208 komprimierend zu verformen, so daß die Querschnittsfläche des Elementeinführungsdurchgangslochs 115 verringert wird, wodurch der erste Presspulverring 208 und die Schutzabdeckung 125 als Einheit an dem Erfassungselement 4 angebracht werden. Der so montierte erste Presspulverring 208 und die Schutzabdeckung 125 können als ein Eingriffsbereich verwendet werden, der seitlich von der Seitenfläche des Erfassungselements 4 hervorsteht.
  • Wenn das Erfassungselement 4 als ein Abschnitt der Elementeinheit 7 in dem Durchgangsloch des metallischen Mantels 102 angeordnet werden soll, positioniert ein Eingriff des ersten Presspulverrings 208, des keramischen Halters 106 und der Schutzabdeckung 125 mit dem gestuften Abschnitt 107 das Erfassungselement axial in dem metallischen Mantel 102. So ein Positionieren des Erfassungselements in dem metallischen Mantel 102 beseitigt das Erfordernis, ein Glasdichtungsmaterial zu verwenden, wodurch ein Abfall der Sensorherstellungseffizienz verhindert wird, der sonst aus einer Verwendung eines Wärmeverarbeitens bei hoher Temperatur resultieren könnte.
  • Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann, wenn das Erfassungselement 4, an das der erste Presspulverring 208 und dergleichen integriert montiert ist, in dem Durchgangsloch 109 des metallischen Mantels 102 positioniert werden soll, das Erfassungselement 4 in dem Durchgangsloch 109 des metallischen Mantels 102 ungeachtet seiner Winkelausrichtung (eine Winkelstellung um seine Achse) angeordnet werden. Deshalb besteht kein Erfordernis, das Erfassungselement 4 auf eine vorbestimmte Winkelausrichtung einzustellen, wodurch die Arbeit des Anbringens des Erfassungselements 4 einen metallischen Mantel 102 erleichtert wird.
  • Die Abmessungen der Elementeinheitsherstellungshilfsvorrichtung 150 sind so festgelegt, daß die relative Position zwischen dem Erfassungselement 4 und dem ersten Presspulverring 208 (oder der Schutzabdeckung 125), wie sie während der Montage auf dem Sockel 151 festgestellt wird, im wesentlichen gleich der relativen Position zwischen dem Erfassungselement 4 und dem ersten Presspulverring 208 (oder der Schutzabdeckung 125) wird, wie sie bei der Fertigstellung des Luftkraftverhältnissensors 2 festgestellt wird.
  • Somit kann, wenn das Erfassungselement 4, an das der erste Presspulverring 208 und die Schutzabdeckung 125 integriert montiert werden, an den metallischen Mantel 102 angebracht werden sollen, ein Eingriff der Schutzabdeckung 125 mit dem gestuften Abschnitt 107 eine angemessene axiale relative Position zwischen dem Erfassungselement 4 und dem metallischen Mantel 102 herstellen. Dieses Vorgehen vereinfacht ein Positionieren (axiales Positionieren) des Erfassungselements 4 bezüglich des metallischen Mantels 102, wodurch die Arbeit weniger kompliziert wird.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird zusätzlich zu dem ersten Presspulverring 208 die Schutzabdeckung 125 integriert an das Erfassungselement 4 montiert, so daß der erste Presspulverring 208 und die Presspulverabdeckung 125 als ein Eingriffsbereich des Erfassungselements 4 verwendet werden können. Im Vergleich mit einem Eingriffsbereich, der lediglich von dem ersten Presspulverring 208 verwirklicht wird, zeigt der Eingriffsbereich, der aus dem ersten Presspulverring 208 und der Schutzabdeckung 125 zusammengesetzt ist, eine größere Festigkeit auf, wodurch ein Auftreten von Bruch wie etwa Reißen oder Splittern beim Ablauf des Herstellens eines Sensors verhindert wird.
  • Ferner ist bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform die Schutzabdeckung 125 auf eine solche Weise angeordnet, daß sie die Seitenfläche des ersten Presspulverrings 208 abdeckt (umgibt). Somit wird, wenn der erste Presspulverring 208 durch Gebrauch der Elementeinheitsherstellungshilfsvorrichtung 150 komprimierend verformt wird, ein Gebrauch eines Elements zum Umgeben der Seitenfläche ersten Presspulverrings 208 unnötig. Somit kann die Struktur der Elementeinheitsherstellungshilfsvorrichtung 150 vereinfacht werden, wodurch die Kosten des Herstellens eines Sensors verringert werden.
  • In dem Luftkraftstoffverhältnis Sensor 2 ist der Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125, der aus einem metallischen Material gebildet ist, zwischen dem keramischen Halter 106 und dem metallischen Mantel 102 (genauer gesagt dem gestuften Abschnitt 107) angeordnet. Der so angeordnete Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 übernimmt die Funktion einer Dichtung, die eine Bildung eines Zwischenraums zwischen dem keramischen Halter 106 und dem metallischen Mantel 102 (genauer gesagt dem gestuften Abschnitt 107) verhindert, wodurch eine Gasdichtigkeit eines Sensors verbessert wird.
  • Ferner wird gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Sensors der vorliegenden Erfindung, nachdem der erste Presspulverring 208 integriert an das Erfassungselement 4 montiert ist, der ringförmige zweite Presspulverring 210 an das Erfassungselement 4 angebaut, so daß der zweite Presspulverring 210 von dem ersten Presspulverring 208 gestützt werden kann. Mit anderen Worten wird, wenn der zweite Presspulverring 210 an einen hinteren Endabschnitt des Erfassungselements 4 angebaut wird, während das vordere Ende des Erfassungselements 4 nach unten zeigt, der zweite Presspulverring 210 um das Erfassungselement 4 herum angeordnet, während er auf dem ersten Presspulverring 208 aufruht.
  • In dem Fall, in dem in einem Stadium vor Anordnung des Erfassungselements 4 in dem Durchgangsloch 109 des metallischen Mantels 102 die zweite Pulverschicht 110 um das Erfassungselement wie oben beschrieben herum angeordnet werden kann, kann der Zustand der Anordnung des zweiten Presspulverrings 210 bezüglich des Erfassungselements 4 ohne weiteres überprüft werden, so daß der zweite Presspulverring 210 in einem angemessenen Zustand angeordnet werden kann.
  • Ferner ergibt eine Verwendung der zweiten Pulverschicht 110 (zweiter Presspulverring 210) die folgende Wirkung. Zusätzlich zu dem Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 wird die zweite Pulverschicht 110 dazu gebracht, den Raum zwischen dem Erfassungselement 4 und dem metallischen Mantel 102 unter Druck zu füllen, wodurch eine Gasdichtigkeit zwischen dem Erfassungselement 4 und dem metallischen Mantel 102 wirksam verbessert wird.
  • Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden.
  • Beispielsweise kann der Schutzbereich, der den Erfassungsabschnitt des Erfassungselements abdeckt, integriert mit der Schutzabdeckung ausgebildet werden. 8 ist eine Schnittansicht, die einen Gesamtaufbau eines zweiten Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors 160 zeigt, der eine zweite Schutzabdeckung 161 beinhaltet, die so aufgebaut ist, daß die Schutzabdeckung und der Schutzbereich miteinander integriert ausgebildet sind.
  • Der zweite Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor 160 ist ähnlich dem Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor 2 der oben beschriebenen Ausführungsform (nachfolgend kann auf sie als erste Ausführungsform Bezug genommen werden) mit der Ausnahme aufgebaut, daß die Schutzabdeckung 125 und der Innenschutz 43 durch die zweite Schutzabdeckung 161 ersetzt sind, und daß der Außenschutz 42 durch einen zweiten Außenschutz 165 ersetzt ist. In 8 sind Elemente, die gemeinsam mit der ersten Ausführungsform verwendet werden, durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet.
  • Die zweite Schutzabdeckung 161 beinhaltet einen Abdeckungsabschnitt 162, der eine Form ähnlich der der oben erwähnten Schutzabdeckung 125 aufweist, und einen Schutzabschnitt 163, der sich von dem Abdeckungsabschnitt 162 aus nach vorn erstreckt. Der Abdeckungsabschnitt 162 beinhaltet einen abdeckungsseitigen Eingriffsabschnitt 164, der dem Bodenabschnitt 126 der Schutzabdeckung 125 bei der ersten Ausführungsform entspricht.
  • Der Schutzabschnitt 163 erstreckt sich von einem Öffnungsabschnitt des abdeckungsseitigen Eingriffsabschnitts 164 aus nach vorn und weist eine rohrförmige Form auf, deren vorderes Ende geschlossen ist. Der Schutzabschnitt 163 weist mehrere Lochabschnitte auf, die an einem Seitenwandabschnitt ausgebildet sind, um ein Durchtreten von Gas zu ermöglichen, das gemessen werden soll. Der Außendurchmesser des Schutzabschnitts 163 ist im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser eines vorderseitigen Öffnungsabschnitts des Durchgangslochs 109 des metallischen Mantels 102, und er ist kleiner als der des Innenschutzes 43 bei der ersten Ausführungsform.
  • Als nächstes nimmt der zweite Außenschutz 165 eine Gestalt an, die im wesentlichen ähnlich der des Außenschutzes 42 bei der ersten Ausführungsform ist, und ist hinsichtlich seines Außendurchmessers kleiner als der Außenschutz 42.
  • Bei dem Ablauf des Herstellens des zweiten Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors 160 wird in einem Schritt, der dem zweiten Schritt bei der Herstellung der Elementeinheit bei der ersten Ausführungsform entspricht, die zweite Schutzabdeckung 161 so angeordnet, daß der Schutzabschnitt 162 die Seitenfläche des ersten Presspulverrings 208 und die Seitenfläche des keramischen Halters 106 abdeckt, und so daß der Schutzabschnitt 163 den Erfassungsabschnitt 8 des Erfassungselements 4 abdeckt.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Sensors, in dem die zweite Schutzabdeckung 161, die so aufgebaut ist, daß der Abdeckungsabschnitt 162 und der Schutzabschnitt 163 miteinander integriert ausgebildet sind, verwendet wird, können die Arbeit des Anordnens des Schutzabschnitts 162 an einer Position einer Abdeckung der Seitenfläche des ersten Presspulverrings 208 und die Arbeit des Anordnens des Schutzabschnitts 163 an einer Position des Abdeckens des Erfassungsabschnitts 8 des Erfassungselements 4 gleichzeitig in einem einzigen Betriebsschritt durchgeführt werden. Im Vergleich mit dem Fall, in dem die Schutzabdeckung und der Schutzbereich einzeln bereitgestellt werden, kann eine Verwendung der zweiten Schutzabdeckung 161, die so aufgebaut ist, daß der Schutzabschnitt und der Abdeckungsabschnitt miteinander integriert ausgebildet sind, die Anzahl von Arbeitsschritten in dem Ablauf des Herstellens eines Sensors verringern.
  • Weil in einem Zwischenstadium der Herstellung eines Sensors das Erfassungselement 4 abgedeckt und mit dem Schutzabschnitt 163 geschützt ist, kann ein Bruch des Erfassungselements 4 im anschließenden Herstellungsgang verhindert werden. Insbesondere kann, wenn das Erfassungselement 4 in dem Durchgangsloch 109 des metallischen Mantels 102 anzuordnen ist, ein versehentlicher Kontakt zwischen dem Erfassungselement 4 und dem metallischen Mantel 102 verhindert werden. Deshalb erfordert die Arbeit des Anbringens des Erfassungselements 4 an dem metallischen Mantel 102 keine besondere Aufmerksamkeit, um einen Kontakt zwischen dem Erfassungselement 4 und dem metallischen Mantel 102 zu vermeiden, wodurch die Anbringungsarbeit weniger kompliziert wird.
  • Ferner kann im Vergleich mit dem Fall, in dem die Schutzabdeckung und der Schutzbereich einzeln vorgesehen sind, eine Verwendung der zweiten Schutzabdeckung 161, die so aufgebaut ist, daß der Abdeckungsabschnitt 162 und der Schutzabschnitt 163 miteinander integriert ausgebildet sind, die Anzahl von Komponentenelementen eines Sensors reduzieren, wodurch die Kosten der Herstellung von Komponenten gekürzt und somit die Herstellungskosten des Sensors verringert werden.
  • In dem zweiten Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor 160 beinhaltet die zweite Schutzabdeckung 161 den abdeckungsseitigen Eingriffsabschnitt 164, der zum Eingriff mit dem gestuften Abschnitt 107 des metallischen Mantels 102 vorgesehen ist, wodurch der Abdeckungsabschnitt 162 daran gehindert wird, nach vorn aus dem metallischen Mantel 102 herauszufallen. Der Schutzabschnitt 163, der mit dem Abdeckungsabschnitt 162 integriert ausgebildet ist, fällt von dem metallischen Mantel 102 nicht herab, sofern er nicht von dem Abdeckungsabschnitt 162 abgeschnitten wird.
  • Somit weist im Vergleich mit dem Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor 2, in dem der Innenschutz 43 mit dem metallischen Mantel 102 mittels Schweißens oder dergleichen verbunden ist, der zweite Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor 160 eine solche Struktur auf, daß der Schutzabschnitt 163 kaum abfällt, wodurch ein Abfallen des Schutzbereichs 163 verhindert wird, das sich sonst aufgrund eines Einflusses einer äußeren Kraft ergeben könnte. Deshalb kann das Erfassungselement zuverlässig mittels des Schutzabschnitts 163 geschlitzt werden.
  • Selbst wenn der zweite Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor 160 in einer Umgebung verwendet wird, in der eine äußere Kraft dazu neigt, auf das Erfassungselement 4 einzuwirken, kann der Schutzabschnitt das Erfassungselement 4 vor dem Einfluß einer äußeren Kraft schützen, so daß der zweite Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor 160 sich für Anwendungen eignet, die eine hohe Gasdichtigkeit erfordern.
  • Ein Sensor einer anderen Ausführungsform verwendet eine Schutzabdeckung, deren Bodenabschnitt die Form einer Ebene annimmt, die in einem Stadium rechtwinklig zu der axialen Richtung ist, bevor der Talkring komprimiert wird, um dadurch an dem Erfassungselement integriert montiert zu werden. Mit anderen Worten ist, gemäß 5, in einem Stadium vor dem vierten Schritt bei der Herstellung der Elementeinheit die Gestalt des Bodenabschnitts der Schutzabdeckung nicht auf eine Kegelgestalt beschränkt, sondern kann jede Gestalt annehmen, solange, wenn die Elementeinheit fertiggestellt wird, die Gestalt des Bodenabschnitts sich zum Eingriff mit dem gestuften Abschnitt des metallischen Mantels eignet.
  • Vorzugsweise ist ein metallisches Material, das zum Bilden der Schutzabdeckung verwendet wird, elastisch verformbar, und kann eine Verwendung in einer Hochtemperaturumgebung aushalten.
  • Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Material, das dazu verwendet wird, die erste Pulverschicht 108 zu bilden, die dem ersten Presspulverring 208 entspricht, und die zweite Pulverschicht 110, die dem zweiten Presspulverring 210 entspricht, nicht auf Talkpulver beschränkt. Beispielsweise kann ein Hexagonalsystem-Bornitritpulver verwendet werden.
  • Der keramische Halter, der auf eine solche Weise angeordnet ist, daß er das Erfassungselement von allen radialen Richtungen her umgibt, ist nicht auf jene beschränkt, die mehrere Kegelflächen (die vordere Kegelfläche 114, die zweite Kegelfläche 171) an der Vorderseite aufweist, wie der keramische Halter 106 der ersten Ausführungsform. 9 ist eine Schnittansicht, die den Gesamtaufbau eines dritten Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors 200 zeigt, der einen zweiten keramischen Halter 206 beinhaltet, der eine einzelne Kegelfläche aufweist, die an der Vorderseite desselben ausgebildet ist. 10 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts des dritten Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors 200, in dem der zweite keramische Halter 206 angeordnet ist.
  • Man beachte, daß der dritte Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor 200 durch Ersetzen des keramischen Halters 106 des Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors 2 der ersten Ausführungsform mit dem zweiten keramischen Halter 206 aufgebaut werden kann. In 9 und 10 sind Elemente, die mit jenen der ersten Ausführungsform identisch sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Der zweite keramische Halter 206 ist in einer ringförmigen Form ausgebildet, die einen sich axial erstreckenden Einführungsdurchgangslochabschnitt aufweist. Eine einzelne Kegelfläche 214 ist an der Vorderseite des zweiten keramischen Halters 206 ausgebildet. Die Kegelfläche 214 weist nach vorn und ihr Durchmesser nimmt nach vorn hin ab. Man beachte, daß der zweite keramische Halter 206 mit der Ausnahme der Vorderseite auf dieselbe Weise wie der erste keramische Halter 106 ausgebildet ist.
  • Der gestufte Abschnitt 107 des metallischen Mantels 102 des dritten Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors 200 weist eine Kegelfläche auf, die bezüglich einer sich rechtwinklig zu der axialen Richtung erstreckenden Ebene geneigt ist. Die Kegelfläche weist nach hinten und der Durchmesser nimmt nach hinten zu. Der offene Winkel γ der Kegelfläche des gestuften Abschnitts 107 ist eingestellt auf 120 Grad. Der offene Winkel β der einzelnen Kegelfläche 214 des zweiten keramischen Halters ist auf 90 Grad eingestellt. Das heißt, der offene Winkel β der einzelnen Kegelfläche 214 des zweiten keramischen Halters 206 ist auf einen Winkel eingestellt, der kleiner ist als der offene Winkel γ des gestuften Abschnitts 107 des metallischen Mantels 102.
  • Deshalb wird, wenn der Flanschbereich (die pulvergepresste Füllschicht 108, der zweite keramische Halter 206 und die Schutzabdeckung 125) an das Erfassungselement montiert wird, ein ringförmiger Zwischenraum 129, der sich entlang der inneren Umfangsoberfläche der Schutzabdeckung 125 erstreckt, zwischen der einzelnen Kegelfläche 214 des zweiten keramischen Halters 206 und der inneren Umfangsfläche eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Bodenabschnitt 126 und dem Seitenabschnitt 128 der Schutzabdeckung 125 gebildet.
  • Wie oben beschrieben ist, wird aufgrund der Verwendung des zweiten keramischen Halters 206, der den Zwischenraum 129 zwischen der Kegelfläche 214 des zweiten keramischen Halters 206 und der inneren Umfangsfläche der Schutzabdeckung 125 bildet, selbst wenn die Schutzabdeckung 125 teilweise schwillt bzw. ausbeult und sich nach innen in der Nachbarschaft des Verbindungsabschnitts zwischen dem Bodenabschnitt 126 und dem Seitenabschnitt 128 der Schutzabdeckung 125 einwärts verformt, der geschwollene und verformte Abschnitt daran gehindert, mit dem zweiten keramischen Halter 206 in Kontakt zu gelangen.
  • Dementsprechend bricht aufgrund des Verfahrens zum Herstellen des dritten Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensors 200, der den zweiten keramischen Halter 206 beinhaltet, selbst wenn die Schutzabdeckung 125 im Laufe eines Herstellungsablaufs sich verformt, der zweite keramische Halter 206 nicht aufgrund der Verformung, wodurch die auftretende Rate fehlerhafter Produkte niedriger gemacht werden kann, und somit kann die Produktionseffizienz von Sensoren verbessert werden.
  • Zusammenfassend gesagt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors, bei dem erstens ein plattenartiges Erfassungselement durch ein Elementeinführungsdurchgangsloch einer ersten Pulverschicht in Form eines ersten Presspulverrings geführt wird. Zweitens wird ein Flanschbereich, der wenigstens den ersten Presspulverring umfasst, an dem plattenartigen Erfassungselement integriert montiert, indem ein axial komprimierender Druck auf den ersten Presspulverring ausgeübt wird, um so den ersten Presspulverring komprimierend zu verformen, so dass die Querschnittsfläche des Elementeinführungsdurchgangsloches verringert wird. Drittens wird der Flanschbereich direkt oder über ein Zwischenelement mit einem Stufenabschnitt eines metallischen Mantels dann in Eingriff gebracht, wenn das plattenartige Erfassungselement in einem Durchgangsloch des metallischen Mantels angeordnet wird. Somit wird die Arbeit des Anbringens des Erfassungselements an dem metallischen Mantel vereinfacht und erleichtert.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor
    4
    Erfassungselement
    8
    Erfassungsabschnitt
    30, 31, 32, 34, 36
    Elektrodenanschlußabschnitt
    102
    metallischer Mantel
    106
    keramischer Halter
    107
    gestufter Abschnitt
    108
    erste Pulverschicht
    109
    Durchgangsloch
    110
    zweite Pulverschicht
    125
    Schutzabdeckung
    126
    Bodenabschnitt
    160
    zweiter Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor
    161
    zweite Schutzabdeckung
    162
    Abdeckungsabschnitt
    163
    Schutzabschnitt
    164
    abdeckungsseitiger Eingriffsabschnitt
    200
    dritter Vollbereichsluftkraftstoffverhältnissensor
    206
    zweiter keramischer Halter
    208
    erster Presspulverring
    210
    zweiter Presspulverring

Claims (16)

  1. Sensor, umfassend: ein Erfassungselement (4), das einen Erfassungsabschnitt (8) aufweist, der an einem vorderen Endabschnitt ausgebildet ist, der auf ein zu messendes Objekt gerichtet ist, und einen Elektrodenanschlussabschnitt (30, 31, 32, 34, 36), der an einem hinteren Endabschnitt ausgebildet ist; eine erste Pulverschicht (108) und eine zweite Pulverschicht (110), die einen Abschnitt des Erfassungselements (4), der zwischen dem Erfassungsabschnitt (8) und dem Elektrodenanschlußabschnitt (30, 31, 32, 34, 36) liegt, in Umfangsrichtung abdecken; eine Schutzabdeckung (125), die die erste Pulverschicht (108) in Umfangsrichtung abdeckt; und einen metallischen Mantel (102), der ein Durchgangsloch (109) zur Aufnahme der ersten Pulverschicht (108), der zweiten Pulverschicht (110) und der Schutzabdeckung (125) aufweist, wobei die erste Pulverschicht (108) einen Raum zwischen der Schutzabdeckung (125) und dem Erfassungselement (4) füllt; und die zweite Pulverschicht (110) einen größeren Durchmesser als die erste Pulverschicht (108) aufweist und einen Raum zwischen dem metallischen Mantel (102) und dem Erfassungselement (4) füllt.
  2. Sensor, umfassend: ein Erfassungselement (4), das einen Erfassungsabschnitt (8) aufweist, der an einem vorderen Endabschnitt ausgebildet ist, der auf ein zu messendes Objekt gerichtet ist, und einen Elektrodenanschlussabschnitt (31, 31, 32, 34, 36), der an einem hinteren Endabschnitt ausgebildet ist; eine erste Pulverschicht (108) und eine zweite Pulverschicht (110), die in Umfangsrichtung einen Abschnitt des plattenartigen Erfassungselements (4) abdecken, der zwischen dem Erfassungsabschnitt (8) und dem Elektrodenanschlußabschnitt (30, 21, 32, 34, 36) angeordnet ist; und einen metallischen Mantel (102), der ein Durchgangsloch (109) zur Aufnahme der ersten Pulverschicht (108) und der zweiten Pulverschicht (110) aufweist, wobei die erste Pulverschicht (108) ein zuvor gebildeter erster Presspulverring (208) ist, der eine ringförmige Form aufweist, der zuerst an dem Erfassungselement (4) an einer vorbestimmten Position, die zwischen dem Erfassungsabschnitt (8) und dem Elektrodenanschlußabschnitt (30, 21, 32, 34, 36) liegt, angebracht wird, und der dann in dem metallischen Mantel (102) zusammen mit dem Erfassungselement (4) aufgenommen wird, wobei eine Schutzabdeckung (125), die die erste Pulverschicht (108) in Umfangsrichtung abdeckt, zwischen die erste Pulverschicht (108) und den metallischen Mantel (102) tritt; und eine zweite Pulverschicht (110) angeordnet und in dem metallischen Mantel (102) auf einer Rückseite der ersten Pulverschicht (108) komprimiert ist, um einen Raum zwischen dem metallischen Mantel (102) und dem Erfassungselement (4) auszufüllen, nachdem die erste Pulverschicht (108) in dem metallischen Mantel (102) aufgenommen ist.
  3. Sensor nach Anspruch 2, wobei die zweite Pulverschicht (110) in direktem Kontakt mit dem metallischen Mantel (102) steht.
  4. Sensor nach Anspruch 3, ferner umfassend einen Schutzbereich (163), der den vorderen Endabschnitt des Erfassungselements (4), an dem der Erfassungsabschnitt (8) gebildet ist, abdeckt, wobei ein hinterer Endabschnitt des Schutzbereichs (162) zwischen die erste Pulverschicht (108) und den metallischen Mantel (102) tritt und als eine Schutzabdeckung dient.
  5. Verwendung des Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem Abgassystem, das an den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist.
  6. Verwendung nach Anspruch 5, wobei der Sensor (2) als Luft-/Kraftstoff-Verhältnissensor (2) für den Verbrennungsmotor verwendet wird.
  7. Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Sensor (2) als Partikelsensor des Abgassystems verwendet wird.
  8. Verfahren zum Herstellen des Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: ein plattenartiges Erfassungselement (4), das die Gestalt einer sich axial erstreckenden Platte annimmt und einen Erfassungsabschnitt (8), der an einem vorderen Endabschnitt ausgebildet ist, der auf ein zu messendes Objekt gerichtet ist, und einen Elektrodenanschlussabschnitt (30, 31, 32, 34, 36) aufweist, der an einem hinteren Endabschnitt ausgebildet ist; einen Flanschbereich (106, 108, 125), der auf eine solche Weise an das plattenartige Erfassungselement (4) integriert montiert ist, dass er das plattenartige Erfassungselement (4) umgibt; und einen metallischen Mantel (102), der ein sich axial erstreckendes Durchgangsloch (109), um dem plattenartigen Erfassungselement (4) zu ermöglichen, sich durch den metallischen Mantel (102) hindurch zu erstrecken, und einen Stufenabschnitt (107) aufweist, der sich von einer Wandfläche des Durchgangslochs (109) radial einwärts erstreckt und der dazu eingerichtet ist, mit dem Flanschbereich (106, 108, 125) in Eingriff gebracht zu werden; wobei der Flanschbereich (106, 108, 125) wenigstens eine erste Pulverschicht (108) in Form eines ersten Presspulverrings (208) umfasst, die an das plattenartige Erfassungselement (4) integriert montiert ist, und der Flanschbereich (106, 108, 125) ferner eine rohrförmige Schutzabdeckung (125) umfasst, die eine Seitenfläche des ersten Presspulverrings (208) abdeckt, wobei der Sensor ferner eine zweite Pulverschicht (110) in Form eines zweiten Presspulverrings (210) umfasst, die auf solch eine Weise angeordnet wird, dass sie einen Abschnitt des plattenartigen Erfassungselements (4), der an der Rückseite des Flanschbereichs (106, 108, 125) angeordnet ist, umgibt; und wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt, in dem das plattenartige Erfassungselement (4) durch ein Elementeinführungsdurchgangsloch (115) des ersten Presspulverrings (208) eingeführt wird, und der erste Presspulverring (208) entlang einer axialen Richtung des plattenartigen Erfassungselements (4) angeordnet wird, wobei eine Querschnittsfläche des Elementeinführungsdurchgangslochs (115), gemessen im Schnitt in einer sich rechtwinklig zu der axialen Richtung erstreckenden Ebene, größer ist als die des plattenartigen Erfassungselements (4) bei Vergleich in einem Stadium vor Einführung des plattenartigen Erfassungselements (4) durch den ersten Presspulverring (208); einen zweiten Schritt, in dem der Flanschbereich (106, 108, 125) einschließlich wenigstens des ersten Presspulverrings (208) an das plattenartige Erfassungselement (4) integriert montiert wird, indem der erste Presspulverring (208) mit einem axial komprimierenden Druck beaufschlagt wird, um so den ersten Presspulverring (208) komprimierend zu verformen, so dass die Querschnittsfläche des Elementeinführungsdurchgangslochs (115) verringert wird; und einen dritten Schritt, in dem der Flanschbereich (106, 108, 125), direkt oder über ein Zwischenelement, mit dem Stufenabschnitt (107) des metallischen Mantels (102) dann in Eingriff gebracht wird, wenn das plattenartige Erfassungselement (4) in dem Durchgangsloch (109) des metallischen Mantels (102) angeordnet wird, um dadurch das plattenartige Erfassungselement (4) in dem Durchgangsloch (109) axial zu positionieren, wobei das Zwischenelement einen hohlen Abschnitt aufweist, dessen Größe genügend groß ist, damit sich das plattenartige Erfassungselement (4) um eine sich axial erstreckende Mittelachse innerhalb des hohlen Abschnitts drehen kann.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in dem ersten Schritt, wenn das plattenartige Erfassungselement (4) durch das Elementeinführungsdurchgangsloch (115) des ersten Presspulverrings (208) eingeführt werden soll, die Schutzabdeckung (125) an einer Position angeordnet ist, an der die Schutzabdeckung (125) die Seitenfläche des ersten Presspulverrings (208) abdeckt; und in dem zweiten Schritt der erste Presspulverring (208) mit dem komprimierenden Druck beaufschlagt wird, um so den ersten Presspulverring (208) komprimierend zu verformen, so dass die Querschnittsfläche des Elementeinführungsdurchgangslochs (115) verringert wird und so dass ein Zwischenraum zwischen dem ersten Presspulverring (208) und der Schutzabdeckung (125) beseitigt wird, wodurch der Flanschbereich (106, 108, 125), der den ersten Presspulverring (208) und die Schutzabdeckung (125) beinhaltet, an das plattenartige Erfassungselement (4) integriert montiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei: der Flanschbereich (106, 108, 125) ferner einen isolierenden Halter (106) umfasst, der an einer Vorderseite des ersten Presspulverrings (208) angeordnet ist, eine ringförmige Gestalt annimmt und aus einem isolierenden Material gebildet ist; die Schutzabdeckung (125) aus einem metallischen Material gebildet ist und einen Seitenabschnitt (128) beinhaltet, der solch eine rohrförmige Gestalt aufweist, dass die Seitenfläche des ersten Presspulverrings (208) und eine Seitenfläche des isolierenden Halters (106) abgedeckt werden, und einen Bodenabschnitt (126) beinhaltet, der gegen eine vordere Endabschnittsfläche des isolierenden Halters (106) stößt; der isolierende Halter (106) einen Einführungsdurchgangslochabschnitt (113) aufweist, dessen Querschnittsfläche, gemessen im Schnitt in einer sich rechtwinklig zu der axialen Richtung erstreckenden Ebene, größer als die des plattenartigen Erfassungselements (4) ist; der Bodenabschnitt (126) der Schutzabdeckung (125) einen Öffnungsabschnitt (127) aufweist, dessen Querschnittsfläche, gemessen im Schnitt in einer sich rechtwinklig zu der axialen Richtung erstreckenden Ebene, größer als die des plattenartigen Erfassungselements (4) ist; in dem ersten Schritt der erste Presspulverring (208) und der isolierende Halter (106) mit der Schutzabdeckung (125) abgedeckt werden, so dass der Bodenabschnitt (126) der Schutzabdeckung (125) an der Vorderseite des isolierenden Halters (125) angeordnet ist und das plattenartige Erfassungselement (4) durch den Öffnungsabschnitt (127) des Bodenabschnitts (126) der Schutzabdeckung (125), durch den Einführungsdurchgangslochabschnitt (113) des isolierenden Halters (106) und durch das Elementeinführungsdurchgangsloch (115) des ersten Presspulverrings (208) eingeführt wird; und in dem zweiten Schritt der axial komprimierende Druck beaufschlagt wird, um so den ersten Presspulverring (208) komprimierend zu verformen und um so den Flanschbereich (106, 108, 125), der den ersten Presspulverring (208), den isolierenden Halter (106) und die Schutzabdeckung (125) beinhaltet, an das plattenartige Erfassungselement (4) integriert zu montieren.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei: der Stufenabschnitt (107) des metallischen Mantels (102) eine Kegelfläche aufweist, die so verjüngt ist, dass der Durchmesser sich nach hinten vergrößert; die vordere Endabschnittsfläche des isolierenden Halters (106) wenigstens eine Kegelfläche (114) beinhaltet, die so verjüngt ist, dass der Durchmesser nach vorn abnimmt; der Bodenabschnitt (126) der Schutzabdeckung (125) einen Winkel annimmt, der von dem der Kegelfläche (114) des isolierenden Halters (106) in einem Stadium, bevor die Schutzabdeckung (125) auf eine solche Weise angeordnet ist, dass sie den ersten Presspulverring (208) und den isolierenden Halter (106) abdeckt, verschieden ist; und in dem zweiten Schritt der axial komprimierende Druck so beaufschlagt wird, dass der erste Presspulverring (208) komprimierend verformt wird, und so dass der Bodenabschnitt (126) der Schutzabdeckung (125) verformt wird, so dass der Bodenabschnitt (125) einen Winkel annimmt, der im Wesentlichen gleich dem der Kegelfläche (114) des isolierenden Halters (106) ist, wodurch der Flanschbereich (106, 108, 125) an dem plattenartigen Erfassungselement (4) integriert montiert wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der isolierende Halter (106) in der Schutzabdeckung (125) angeordnet wird, um einen ringförmigen Spalt zwischen dem isolierenden Halter (106) und einem Eckabschnitt auszubilden, der den Bodenabschnitt (126) und den Seitenabschnitt (128) der Schutzabdeckung (125) verbindet.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Sensor ferner einen Schutzbereich (163) umfasst, der den vorderen Endabschnitt des plattenartigen Erfassungselements (4), an dem der Erfassungsabschnitt (8) ausgebildet ist, abdeckt; die Schutzabdeckung (125) einen abdeckungsseitigen Eingriffsabschnitt (164) aufweist, der zum Eingriff mit dem Stufenabschnitt (107) des metallischen Mantels (102) vorgesehen und integriert mit dem Schutzbereich (163) ausgebildet ist; und in dem ersten Schritt die Schutzabdeckung (125), die integriert mit dem Schutzbereich (163) ausgebildet ist, dazu gebracht wird, die Seitenfläche des ersten Presspulverrings (208) abzudecken, und der Schutzbereich (163) dazu gebracht wird, den Erfassungsabschnitt (8) des plattenartigen Erfassungselements (4) abzudecken.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das plattenartige Erfassungselement (4) eine Schutzschicht (25) aufweist, die an wenigstens einer Oberfläche einer Elektrode des vorderen Endabschnitts ausgebildet ist, wobei die Oberfläche der Elektrode gegenüber einem zu messenden Objekt freiliegt; und in dem ersten Schritt das plattenartige Erfassungselement (4) durch das Elementeinführungsdurchgangsloch (115) des ersten Presspulverrings (208) eingeführt wird, wobei der hintere Endabschnitt des plattenartigen, Erfassungselements (4) als ein vorangehender Abschnitt dient.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei in dem dritten Schritt das plattenartige Erfassungselement (4) in dem Durchgangsloch (109) des metallischen Mantels (102) angeordnet wird, so dass der zweite Presspulverring (210) um den Abschnitt des plattenartigen Erfassungselements (4) herum angeordnet ist, der sich an der Rückseite des Flanschbereiches (106, 108, 125) befindet; und, nachdem der dritte Schritt durchgeführt wurde, der zweite Presspulverring (210) mit einem Druck, der auf den Stufenabschnitt (107) des metallischen Mantels (102) gerichtet ist, beaufschlagt wird, um so einen Raum zwischen dem plattenartigen Erfassungselement (4) und dem metallischen Mantel (102) mit dem zweiten Presspulverring (210) zu füllen, wobei die zweite Pulverschicht (110) gebildet wird, um so eine gasdichte Dichtung zwischen dem plattenartigen Erfassungselement (4) und dem metallischen Mantel (102) herzustellen.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der Sensor durch Anordnen eines zweiten Presspulverrings (210), der zuvor in eine ringförmige Form geformt wurde, zwischen dem metallischen Mantel (102) und dem Erfassungselement (4), wonach der zweite Presspulverring (210) axial mit einem Druck beaufschlagt wird, gebildet wird.
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