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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen Gassensor, insbesondere einen Gassensor,
der einen an einem Metallzylinder angeschweißten Metallzylinder
umfasst, wobei der geschweißte Abschnitt eine ausgezeichnete
Korrosionsbeständigkeit aufweist.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Ein
Gassensor, der mit einem dafür ausgelegten Gasdetektionselement
versehen ist, seine elektrischen Eigenschaften abhängig
von einer Konzentration eines bestimmten Gasbestandteils in Abgas
zu ändern, wird zum Steuern des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses
eines Kraftfahrzeugs verwendet. Es gibt verschiedene Sensoren, beispielsweise
eine Lambdasonde, einen NOx-Sensor und einen HC-Sensor. Der Gassensor
umfasst ein koaxial in einen Metallmantel eingeführtes
Gasdetektionselement. Ein vorderer Endabschnitt des Gasdetektionselements
ragt von einem vorderen Endabschnitt des Metallmantels und liegt
gegenüber einem zu messenden Gas, beispielsweise Abgas,
frei, um den bestimmten Gasbestandteil zu detektieren, beispielsweise
Sauerstoff in dem Messgas.
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Eine
Sensorausgabe-Anschlussleitung ist mittels eines Paars von Sensorklemmen-Metallverbindungsteilen
mit einem Fußendabschnitt des Gasdetektionselements verbunden,
der von einem Fußendabschnitt des Metallmantels ragt, und
eine Heizelement-Anschlussleitung ist mittels eines Paars von Heizelementklemmen-Metallverbindungsteilen
mit einem Keramikheizelement verbunden, das von einer Fußendseite
in einen Innenraum des Gasdetektionselements eingeführt
ist. Zum Schutz dieser Abschnitte ist ein Metallzylinder an dem
Fußendabschnitt des Metallmantels befestigt, um deren Umfang
zu umgeben. Der Metallmantel und der Metallzylinder sind befestigt
durch: Anbringen eines vorderen Endabschnitts des Metallzylinders, so
dass er einen Umfang des Fußendabschnitts des Metallmantels
umgibt; und Durchführen von Rundnahtschweißen
an diesen Abschnitten. Das Rundnahtschweißen bildet einen
geschweißten Abschnitt, in dem Metallbestandteile des Metallzylinders
in den Metallmantel geschmolzen werden. Der geschweißte
Abschnitt stellt zwischen dem Metallmantel und dem Metallzylinder
Luftdichtheit sicher.
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Der
Gassensor wird im Allgemeinen in einem beanspruchenden Milieu verwendet.
Im Einzelnen ist der Gassensor an einem Abgasrohr eines Kraftfahrzeugs
angebracht. Daher wird der Gassensor aufgrund der Wärme
von dem Abgasrohr auf eine hohe Temperatur erwärmt. Ferner
ist der Gassensor an einem Befestigungsgewindeabschnitt, der an
einer vorderen Endseite des Metallmantels ausgebildet ist, an dem
Abgasrohr befestigt. Folglich ist ein Abschnitt des Gassensors zu
einer Außenseite des Abgasrohrs freigelegt. Der freiliegende
Abschnitt befindet sich näher zum Fußendabschnitt
als zum Befestigungsgewinde, das einen Werkzeugansatzabschnitt und
den an einem Fußendabschnitt des Metallmantels befestigten
Metallzylinder umfasst. Daher haftet eine korrosive Substanz, beispielsweise
ein Schnee schmelzender Wirkstoff, z. B. Calciumchlorid oder dergleichen,
das in kalten Klimaregionen verwendet wird, und dergleichen leicht
an dem freiliegenden Abschnitt an.
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Da
der Gassensor wie vorstehend beschrieben in dem beanspruchenden
Milieu verwendet wird, sind der Metallmantel und der Metallzylinder,
die dem Freien ausgesetzt sind, aus einem Edelstahl mit ausgezeichneter
Korrosionsbeständigkeit gebildet. Der Metallzylinder ist
zum Beispiel aus SUS304 gebildet, das ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
aufweist, und der Metallmantel ist aus SUS430 gebildet, das Kaltschweißbarkeit
aufweist, wenngleich seine Korrosionsbeständigkeit etwas
schlechter ist (siehe zum Beispiel
JP-A-208165 ).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Wenn
aber das Rundnahtschweißen an dem Metallzylinder und dem
Metallmantel ausgeführt wird, wird ein geschweißter
Abschnitt ausgebildet, in dem Metallbestandteile des Metallzylinders
in den Metallmantel geschmolzen werden. Doch aufgrund des Verbindens
von Cr und C fällt Chromcarbonat in der Nähe einer Grenze
(von der Grenze näher zu dem Metallmantel) zwischen dem
geschweißten Abschnitt und dem Metallmantel aus. Demgemäß wird
eine an Cr verarmte Schicht mit einem verringerten Cr-Anteil um
einen Umfangsabschnitt des Chromcarbonats ausgebildet. Da Cr ein
Element ist, das zum Verbessern von Korrosionsbeständigkeit
dient, wird die an Cr verarmte Schicht, die einen verringerten Cr-Anteil
aufweist, leicht korrodiert.
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Wenn
die an Cr verarmte Schicht in der Nähe der Grenze zwischen
dem geschweißten Abschnitt und dem Metallmantel ausgebildet
wird, kann die Korrosion zu einem ganzen Abschnitt der Grenze zwischen
dem geschweißten Abschnitt und dem Metallmantel entlang
der an Cr verarmten Schicht vordringen. Dadurch können
Wasser und korrosive Substanzen von der Außenseite durch
den korrodierten Abschnitt in das Innere des Metallmantels eindringen.
Die in dem Metallmantel untergebrachten Bestandteile, beispielsweise
das Gasdetektionselement und das Keramikheizelement, werden ferner
durch eingedrungenes Wasser und eingedrungene korrosive Substanzen
beschädigt, wodurch eine exakte Messung der Gaskonzentration
erschwert wird.
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Wenn
insbesondere der Metallzylinder Edelstahl mit einer chemischen Zusammensetzung
gemäß SUS304 umfasst, der eine ausgezeichnete
Korrosionsbeständigkeit aufweist, und der Metallmantel
Edelstahl mit einer chemischen Zusammensetzung gemäß SUS430
umfasst, das gegenüber SUS304 von etwas schlechterer Korrosionseigenschaft
ist, wird die Ausbildung einer an Cr verarmten Schicht in der Nähe
der Grenze ausgeprägt, und eine beschleunigte Korrosion
breitet sich entlang des gesamten Abschnitts der Grenze entlang
der an Cr verarmten Schicht aus.
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Die
vorliegende Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung der
vorstehenden Umstände, und eine Aufgabe derselben besteht
darin, einen Gassensor vorzusehen, der Korrosion an dem geschweißten
Abschnitt des Metallzylinders und des Metallmantels unterbinden
kann und der eine exakte Messung von Gaskonzentration über
einen langen Zeitraum aufrechterhalten kann.
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Die
vorstehende Aufgabe wurde nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung
durch Vorsehen eines Gassensors verwirklicht, der umfasst: ein Gasdetektionselement,
das sich in einer axialen Richtung von einem vorderen Ende desselben
zu einem Fußende desselben erstreckt, wobei das vordere
Ende des Gasdetektionselements einem zu messenden Gas ausgesetzt
ist; einen Metallmantel, der sich in der axialen Richtung von einem
vorderen Ende desselben zu einem Fußende desselben erstreckt
und das Gasdetektionselement hält, so dass das Gasdetektionselement
von dem vorderen Ende des Metallmantels ragt; und einen Metallzylinder,
der sich in der axialen Richtung von einem vorderen Ende desselben
zu einem Fußende desselben erstreckt, wobei ein vorderer
Endabschnitt des Metallzylinders einen Fußendabschnitt
des Metallmantels umgibt und mittels eines rundnahtgeschweißten
Abschnitts an dem Metallmantel befestigt ist, wobei der Metallmantel umfasst:
Fe in einer Menge gleich oder mehr als 50,0 Masseprozent; C in einer
Menge von 0,02 Masseprozent bis 0,15 Masseprozent; Cr in einer Menge
von 11,5 Masseprozent bis 18,0 Masseprozent; und Nb in einer Menge
gleich oder mehr als der doppelten Menge von C in Masseprozent.
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Der
Metallmantel kann weiterhin Si in einer Menge von mehr als 0 Masseprozent,
aber nicht mehr als 1,00 Masseprozent; Mn in einer Menge von mehr
als 0 Masseprozent, aber nicht mehr als 1,25 Masseprozent; P in
einer Menge von mehr als 0 Masseprozent, aber nicht mehr als 0,06
Masseprozent; und S in einer Menge von mehr als 0 Masseprozent,
aber nicht mehr als 0,20 Masseprozent umfassen.
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Der
Metallmantel kann C in einer Menge von 0,02 Masseprozent bis 0,06
Masseprozent; Si in einer Menge von mehr als 0 Masseprozent, aber
nicht mehr als 1,00 Masseprozent; Mn in einer Menge von mehr als
0 Masseprozent, aber nicht mehr als 1,00 Masseprozent; P in einer
Menge von mehr als 0 Masseprozent, aber nicht mehr als 0,04 Masseprozent;
und S in einer Menge von mehr als 0 Masseprozent, aber nicht mehr als
0,03 Masseprozent umfassen.
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Weiterhin
kann in dem Gassensor dieser Erfindung eine in dem Metallzylinder
enthaltene Menge an C in Masseprozent kleiner als die in dem Metallmantel
enthaltene Menge sein.
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Weiterhin
kann bei dem Gassensor der geschweißte Abschnitt an einer
Außenfläche des Metallmantels eine Länge
in der axialen Richtung aufweisen, die in einem Schnitt an einer
Ebene gesehen, die eine Achse des Metallmantels enthält,
nicht kleiner als 0,4 mm, aber nicht größer als
0,7 mm ist.
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Weiterhin
kann bei dem Gassensor eine maximale Tiefe des geschweißten
Abschnitts, die von der Außenfläche des Metallmantels
des geschweißten Abschnitts in einer radialen Richtung
festgelegt wird, gleich oder kleiner als eine Hälfte einer
Dicke des Fußendabschnitts des Metallmantels in der radialen
Richtung sein.
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Bei
dem Gassensor kann die in einem Abschnitt des Metallmantels nahe
einer Grenze zu dem geschweißten Abschnitt enthaltene Menge
an Nb kleiner als die in anderen Abschnitten des Metallmantels enthaltene
Menge an Nb sein, die sich nicht nahe der Grenze zu dem geschweißten
Abschnitt befinden.
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Gemäß der
vorstehend beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung ist es bei
einem Gassensor, bei dem ein vorderer Endabschnitt eines Metallzylinders
so angebracht ist, dass er einen Fußendabschnitt eines Metallmantels
durch Rundnahtschweißen umgibt, möglich, Korrosion
in einem geschweißten Abschnitt und auch Beschädigung
von in dem Metallmantel untergebrachten Elementen, beispielsweise
eines Gasdetektionselements und eines Keramikheizelements, zu unterbinden.
Dies wird durch Verwenden eines Metallmantels verwirklicht, der
Fe in einer Menge von 50,0 Masseprozent oder mehr, 0,02 Masseprozent
bis 0,15 Masseprozent C, 11,5 Masseprozent bis 18,0 Masseprozent
Cr und Nb in einer Menge gleich oder mehr als das Doppelte der Menge
von C in Masseprozent umfasst.
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Da
Nb vorhanden ist, ist es möglich, Niobcarbonat durch Binden
von Nb mit C zu bilden, bevor im Fall des Rundnahtschweißens
des Metallmantels und des Metallzylinders Chromcarbonat durch Binden
zwischen C und Cr gebildet wird. Daher ist es möglich,
die Bildung einer an Chrom verarmten Schicht durch Unterbinden einer
lokalen Abnahme von Cr in der Nähe der Grenze zwischen
dem Metallmantel und dem geschweißten Abschnitt zu unterbinden,
in dem Metallbestandteile in dem Metallzylinder in den Metallmantel
geschmolzen werden.
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Durch
Unterbinden einer Ausbildung einer an Chrom verarmten Schicht in
der Nähe der Grenze zwischen dem geschweißten
Abschnitt und dem Metallmantel, wie es vorstehend beschrieben ist,
ist es möglich, das Ausbreiten von Korrosion in einem ganzen
Abschnitt der Grenze zwischen dem geschweißten Ab schnitt und
dem Metallmantel zu unterbinden. Dadurch ist es möglich,
das Eindringen von Wasser und korrosiven Substanzen in den Innenraum
des Gassensors und Beschädigung an den in dem Metallmantel
untergebrachten Elementen, beispielsweise dem Gasdetektionselement
und dem Keramikheizelement, zu unterbinden, was es ermöglicht, über
einen langen Zeitraum eine exakte Messung von Gaskonzentration durchzuführen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Gassensors nach einer
Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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2 ist
eine vergrößerte Außenansicht, die einen
Schutz des Gassensors von 1 zeigt;
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3 ist
eine vergrößerte schematische Schnittansicht,
die einen geschweißten Abschnitt des Gassensors von 1 zeigt;
und
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4 ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen des Gassensors von 1 veranschaulicht.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachstehend
wird jede der Komponenten eines Metallmantels gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben.
Die vorliegende Erfindung sollte aber nicht aus darauf beschränkt
ausgelegt werden.
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C
ist ein Element, das zum Fördern von Festigkeit dient.
Der Metallmantel der Ausführungsform umfasst C in einer
Menge von 0,02 Masseprozent bis 0,15 Masseprozent, bevorzugter 0,02
Masseprozent bis 0,06 Masseprozent. Wenn der C-Anteil des Metallmantels
unter 0,02 Masseprozent liegt, ist es schwierig, die Festigkeit
des Metallmantels sicherzustellen. Zudem kann es in einem Prozess
zum Erzeugen des Metallmantels, beispielsweise einem Drahtziehprozess,
zu einem anomalen Wachstum von Kristallkörnern kommen,
was es schwierig machen kann, einen anschließenden Prozess,
beispielsweise Kaltbearbeiten, auszuführen. Ferner ist
es aus gewerblicher Sicht nicht einfach, einen Metallmantel mit
einem niedrigen C-Anteil von weniger als 0,02 Masseprozent herzustellen.
Wenn dagegen der C-Anteil 0,15 Masseprozent übersteigt,
pflegt sich eine an Chrom verarmte Schicht aufgrund von Binden zwischen
C und Cr auszubilden, wenn der Metallmantel an den Metallzylinder
geschweißt wird, und die Härte des Metallmantels
kann dadurch verringert werden. Im Hinblick auf weiteres Unterbinden
der Bildung der an Chrom verarmten Schicht und der Verringerung
der Härte liegt der C-Anteil vorzugsweise bei 0,06 Masseprozent
oder weniger.
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Cr
ist ein Element, das zum Verbessern von Korrosionsbeständigkeit
dient. Der Metallmantel der Ausführungsform umfasst Cr
in einer Menge von 11,5 Masseprozent bis 18,0 Masseprozent. Cr verbessert
die Korrosionsbeständigkeit durch Verbessern der Verdichtung
einer Oberflächenrostbeschichtung und Umweltabschirmung,
was eine Eigenschaft des Abschirmens vor Umwelt (Atmosphäre)
ist. Es ist aber schwierig, Korrosionsbeständigkeit ausreichend
sicherzustellen, wenn der Cr-Anteil unter 11,5 Masseprozent liegt.
Wenn dagegen der Cr-Anteil 18,0 Masseprozent übersteigt,
wird die Verarbeitbarkeit bei der Herstellung des Metallmantels
verschlechtert. Daher wird im Hinblick auf ein Gleichgewicht zwischen
Korrosionsbeständigkeit und Produktivität der
Cr-Anteil in einem Bereich von 11,5 Masseprozent bis 18,0 Masseprozent
festgelegt.
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Nb
wird zugegeben, um bei Schweißen des Metallmantels und
des Metallzylinders, wie es vorstehend beschrieben ist, die Bildung
einer an Chrom verarmten Schicht in der Nähe einer Oberfläche
des geschweißten Abschnitts zu unterbinden. Da es auch
möglich ist, die Bildung einer an Chrom verarmten Schicht
durch Zugeben von Nb zu unterbinden, ist es nicht länger
erforderlich, den Anteil an C übermäßig
zu verringern, der bei der Bildung einer an Chrom verarmten Schicht
beteiligt ist. Somit kann der C-Anteil in dem Metallmantel wie vorstehend
beschrieben auf 0,02 Masseprozent oder mehr festgelegt werden.
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Der
Anteil an Nb in dem Metallmantel ist gleich oder mehr als doppelt
so groß wie der Anteil an C in Masseprozent. Wenn der Nb-Anteil
weniger als doppelt so groß wie der Anteil an C ist, ist
es schwierig, die Bildung einer an Chrom verarmten Schicht ausreichend
zu unterbinden. Im Hinblick auf das weitere Unterbinden der Bildung
einer an Chrom verarmten Schicht, kann der Nb-Anteil vorzugsweise
gleich oder mehr als dreifach so groß wie der Anteil an
C in Masseprozent sein.
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Ein
oberer Grenzwert des Nb-Anteils ist nicht besonders beschränkt,
insofern der Nb-Anteil gleich oder mehr als doppelt so groß,
bevorzugter dreimal so groß, wie der Anteil an C in Masseprozent
ist, doch kann der obere Grenzwert vorzugsweise bei dem 60-fachen
des Anteils von C oder weniger liegen. Es ist möglich,
die Erzeugung der an Chrom verarmten Schicht zufriedenstellend zu
unterbinden, wenn der Anteil an Nb in Masseprozent bei in etwa dem
60-fachen des Anteils an C liegt, und ein Nb-Anteil, der das 60-fache
des Anteils an C überschreitet, kann unerwünschterweise die
Verarbeitbarkeit des Metallmantels verschlechtern und einen Anstieg
der Fertigungskosten bewirken. Der Nb-Anteil liegt im Hinblick auf
das Unterbinden der Erzeugung einer an Chrom verarmten Schicht bei
gleichzeitigem Aufrechterhalten der Verarbeitbarkeit des Metallmantels und
des Vermeidens eines wesentlichen Anstiegs der Fertigungskosten
in Masseprozent bevorzugter bei dem 30-fachen des Anteils an C.
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Der
Metallmantel dieser Ausführungsform enthält Fe
in einer Menge von 50,0 Masseprozent oder mehr und C, Cr, und Nb
in den vorstehend festgelegten Mengen. Der Metallmantel kann auch
eines oder mehrere gewählt aus Si, Mn, P und S zusätzlich
zu den vorstehend genannten Bestandteilen enthalten.
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Si
ist ein Element, das zur Desoxidation und zum Fördern von
Festigkeit dient. Schweißbarkeit und dergleichen können
aber schlechter werden, wenn der Si-Anteil des Metallmantels übergroß ist.
Daher liegt der Si-Anteil in dem Metallmantel vorzugsweise bei 1,00
Masseprozent oder weniger. Im Hinblick auf Desoxidation und Fördern
von Festigkeit liegt der Si-Anteil des Metallmantels vorzugsweise
bei 0,01 Masseprozent oder mehr.
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Mn
ist ein Element, das wie Si gleichermaßen zur Desoxidation
und zum Fördern von Festigkeit dient. Die Härte
des Metallmantels kann aber verschlechtert werden, wenn der Mn-Anteil
des Metallmantels übergroß ist. Daher liegt der
Mn-Anteil in dem Metallmantel vorzugsweise bei 1,25 Masseprozent
oder weniger, bevorzugter bei 1,00 Masseprozent oder weniger. Im
Hinblick auf Desoxidation und Fördern von Festigkeit liegt der
Mn-Anteil des Metallmantels vorzugsweise bei 0,01 Masseprozent oder
mehr.
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P
ist als Verunreinigung beim Herstellen des Metallmantels vorhanden,
kann aber für die Korrosionsbeständigkeit schädlich
sein und kann die Härte und Schweißbarkeit verschlechtern.
Daher wird der P-Anteil in dem Metallmantel vorzugsweise so gering
wie möglich gehalten, und der P-Anteil liegt vorzugsweise
bei 0,06 Masseprozent oder weniger, bevorzugter bei 0,04 Masseprozent
oder weniger.
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S
kann zum wirksamen Verbessern von Schneideigenschaft in dem Metallmantel
vorhanden sein. Da aber eine übermäßige
Zugabe von S eine Kaltbearbeitbarkeit verschlechtern kann, liegt
der Anteil an S vorzugsweise bei 0,20 Masseprozent oder weniger.
Da weiterhin S wie P gleichermaßen für die Korrosionsbeständigkeit
schädlich ist, wird der S-Anteil vorzugsweise so gering
wie möglich gehalten, und der S-Anteil liegt vorzugsweise
bei 0,03 Masseprozent oder weniger.
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Der
Metallmantel dieser Ausführungsform kann ein oder mehrere
Elemente gewählt aus Ni, Cu und Mo enthalten.
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Ni
ist ein Element, das zum Verbessern von Korrosionsbeständigkeit
dient. Wenn aber ein Ni-Anteil in dem Metallmantel übermäßig
groß ist, kann die Warmverarbeitbarkeit während
der Fertigung schlechter werden und die Produktivität des
Metallmantels kann verringert sein. Daher liegt der Ni-Anteil in
dem Metallmantel vorzugsweise bei 0,60 Masseprozent oder weniger.
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Cu
ist ebenfalls ein Element, das zum Verbessern von Korrosionsbeständigkeit
dient. Im Einzelnen verbessert Cu die Korrosionsbeständigkeit
durch Umweltabschirmung und durch Verbessern der Verdichtung einer
Oberflächenrostbeschichtung verbessert. Wenn aber der Cu-Anteil
in dem Metallmantel übermäßig groß ist,
kann die Warmverarbeitbarkeit während der Fertigung schlechter
werden und die Produktivität des Metallmantels kann verringert
werden. Daher liegt der Cu-Anteil in dem Metallmantel vorzugsweise
bei 0,60 Masseprozent oder weniger.
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Mo
ist ebenfalls ein Element, das zum Verbessern von Korrosionsbeständigkeit
dient. Wenn aber der Mo-Anteil in dem Metallmantel übermäßig
groß ist, kann die Warmverarbeitbarkeit während
der Fertigung schlechter werden und die Produktivität des
Metallmantels kann verringert sein. Daher liegt der Mo-Anteil in dem
Metallmantel vorzugsweise bei 0,60 Masseprozent oder weniger.
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Der
Metallmantel dieser Ausführungsform kann mit Ausnahme,
dass er die vorstehend genannte chemische Zusammensetzung aufweist,
in gleicher Weise wie ein Metallmantel von Gassensoren des Stands
der Technik hergestellt werden. Im Einzelnen kann der Metallmantel
wie folgt hergestellt werden: Schmelzen eines Edelstahls, bei dem
eine chemische Zusammensetzung so angepasst ist, dass beruhend auf
der chemischen Zusammensetzung von SUS430 oder SUS430F der Nb-Anteil
gleich oder doppelt so groß, vorzugsweise innerhalb eines
Bereichs des 5- bis 60-fachen, des Anteils an C ist; Ausführen
von Wälzen und Drahtziehen des geschmolzenen Edelstahls;
und Ausbilden des Metallmantels durch Kaltschmieden zu einer vorbestimmten Form.
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Die
einzelnen Komponenten des Metallmantels können durch Röntgenfluoreszenz
detektiert werden. Ferner kann durch Ausführen einer chemischen
Analyse, die für die durch das Röntgenfluoreszenz
detektierten verschiedenen Komponenten optimal ist, der Anteil (die
Menge) der einzelnen Komponenten ermittelt werden.
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Nachstehend
wird hierin ein Gassensor nach dieser Ausführungsform,
der den Metallmantel verwendet, im Einzelnen unter Bezug auf die
Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht, die
ein Beispiel des Gassensors nach einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Das dargestellte Beispiel ist eine Lambdasonde,
die an einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors zum Detektieren
einer Sauerstoffkonzentration in Abgas angebracht ist. In 1 wird
ein vorderer Endabschnitt des Gassensors in einem unteren Abschnitt
gezeigt, und ein Fußendabschnitt wird in einem oberen Abschnitt
gezeigt.
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Ein
Gassensor 100 umfasst: ein Gasdetektionselement 110,
das sich in einer axialen Richtung erstreckt; einen zylindrischen
Metallmantel 120, der einen Umfang des Gasdetektionselements 110 umgibt;
einen Schutz 150, der einen vorderen Endabschnitt 110s des
Gasdetektionselements 110 bedeckt, wobei der vordere Endabschnitt 110s dem
Abgas ausgesetzt ist; und einen Metallzylinder 200, der
eine Fußendseite des Metallmantels 120 bedeckt.
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Das
Gasdetektionselement 110 ist zu einer mit Boden versehenen
zylindrischen Form mit einem geschlossenen vorderen Endabschnitt 110s ausgebildet
und ist hauptsächlich aus einem teilweise stabilisierten Zirkoniumoxid
gebildet, das durch Feststofflösen unter Verwenden von
Yttriumoxid als Stabilisator erhalten wird. Eine poröse
Innenelektrodenschicht 111 aus Pt oder einer Pt-Legierung
ist so ausgebildet, dass sie einen ganzen Abschnitt eines Innenumfangs
des Gasdetektionselements 110 bedeckt, und eine ähnliche
poröse Außenelektrodenschicht 112 ist
an einem Außenumfang ausgebildet.
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Ein
radial nach außen ragender Eingriffflanschabschnitt 110f ist
an einer im Wesentlichen mittleren Stelle des Gasdetektionselements 110 in
der axialen Richtung vorgesehen, und der Eingriffflanschabschnitt 110f wird
zum Halten des Gasdektionselements 110 in dem Metallmantel 120 verwendet.
Ein Keramikheizelement 115 mit einer runden Stangenform
und mit einem darin vorgesehenen Heizwiderstand ist in das Gasdetektionselement 110 eingeführt.
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Der
Metallmantel 120 weist eine chemische Zusammensetzung mit
einem Nb-Anteil auf, der wie vorstehend beschrieben gleich oder
mehr als doppelt so groß wie ein Anteil an C in Masseprozent
ist. Der Metallmantel 120 weist einen vorderen Endabschnitt 120s mit
einem kleinen Durchmesser an einer vorderen Endseite auf, und der
vordere Endabschnitt 120s ist in einen Schutz 150 eingesetzt.
Ein Rahmenabschnitt 120p zum Halten des Gasdetektionselements 110 in
der axialen Richtung ist an einer Stelle an einem Innenumfang des
Metallmantels 120 und näher zu der Fußendseite
als dem vorderen Endabschnitt 120s ausgebildet. Ferner ist
ein Stufenabschnitt 120q an einer Stelle an dem Innenumfang
des Metallmantels 120 und näher zur Fußendseite
als der Rahmenabschnitt 120p ausgebildet.
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Ein
Befestigungsgewindeabschnitt 120n ist zum Befestigen des
Gassensors 100 an dem Abgasrohr ausgebildet. Der Befestigungsgewindeabschnitt 120n ist
an dem Außenumfang des Metallmantels 120 und an einer
Stelle näher zu dem Fußendabschnitt als dem vorderen
Endabschnitt 120s ausgebildet. Ferner ist ein sechskantiger
Flanschabschnitt 120f, der bei Befestigen des Gassensors 100 an dem
Abgasrohr als Werkzeugangriffabschnitt verwendet wird, an einer
Stelle näher zum Fußendabschnitt als dem Befestigungsgewindeabschnitt 120n ausgebildet.
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Der
Metallmantel 120 hält das Gasdetektionselement 110 koaxial
so fest, dass der vordere Endabschnitt 110s des Gasdetektionselements 110 von
einer vorderen Endfläche des Metallmantels 120 ragt.
Im Einzelnen ist eine erste Plattenpackung 131 an dem Rahmenabschnitt 120p des
Metallmantels 120 angeordnet, und ein zylindrisches erstes
Befestigungselement 133 mit einem Stufenabschnitt 133p an
seinem Innenumfang ist benachbart zu der ersten Packung 131 in
einer Richtung der Fußendseite angeordnet. Das Gasdetektionselement 110 wird
in das erste Befestigungselement 133 eingesetzt und der
Eingriffflanschabschnitt 110f wird mit dem Stufenabschnitt 133p des
ersten Befestigungselements 133 mittels einer zweiten Plattenpackung 135 in
Eingriff gebracht. Eine durch Pressfüllen von Talk erhaltene
abdichtende Füllstoffschicht 137 ist in einer
Spalte benachbart zu dem ersten Befestigungselement 133 in
der Fußendseitenrichtung angeordnet und ist zwischen dem
Außenumfang des Gasdetektionselements 110 und
dem Innenumfang des Metallmantels 120 ausgebildet.
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Ein
zylindrisches zweites Befestigungselement 139, durch das
das Gasdetektionselement 110 dringt, ist benachbart zu
der abdichtenden Füllstoffschicht 137 in der Fußendseitenrichtung
angeordnet. Ein Crimpring 141 ist benachbart zu dem zweiten
Befestigungselement 139 in der Fußendseitenrichtung
angeordnet, und ein Crimpabschnitt 120h des Metallmantels 120 ist
in einer radial nach innen laufenden Richtung gecrimpt, so dass
das Gasdetektionselement 110 in dem Metallmantel 120 luftdicht
festgehalten wird.
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Wie
in 2 gezeigt wird, die eine vergrößerte
Ansicht darstellt, weist der Schutz 150 einen doppelten Aufbau auf,
der einen zylindrischen inneren Abdeckungsabschnitt 151,
der mittels eines Spalts den vorderen Endabschnitt 110s des
Gasdetektionselements 110 abdeckt, und einen zylindrischen äußeren
Abdeckungsabschnitt 153, der an einem Außenumfang
des inneren Abdeckungsabschnitts 151 angeordnet ist, umfasst.
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Äußere
Gaszirkulationslöcher 153a lassen das Einleiten
von Abgas von außen nach innen zu und sind an einem Seitenflächenabschnitt
des äußeren Abdeckungsabschnitts 153 vorgesehen.
Jedes der äußeren Gaszirkulationslöcher 153a weist
eine ovale Form auf, und die äußeren Gaszirkulationslöcher 153a sind
bei konstanten Abständen in einer Umfangsrichtung in axialer
Richtung gesehen an einer Stelle von der Mitte näher zu
der vorderen Endseite ausgebildet. Ferner ist ein äußeres
Vorderende-Zirkulationsloch 153b mit einer Kreisform an
einem vorderen Endabschnitt des äußeren Abdeckungsabschnitts 153 vorgesehen.
Auch wenn der innere Abdeckungsabschnitt 151 nicht mit
einem Gaszirkulationsloch versehen ist, ist an dem vorderen Endabschnitt
des inneren Abdeckungsabschnitts 151 ein inneres Vorderende-Zirkulationsloch 151b ausgebildet.
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Der
Schutz umfasst blockierende Abschnitte 155, die in einem
zwischen dem inneren Abdeckungsabschnitt 151 und dem äußeren
Abdeckungsabschnitt 153 ausgebildeten Raum vorgesehen und
näher zur Fußendseite als den äußeren
Gaszirkulationslöchern 153a positioniert sind.
Die blockierenden Abschnitte 155 blockieren in der Umfangsrichtung
den Raum in Abständen. Jeder der blockierenden Abstände 155 ist
durch radiales Biegen einer Fußendseite des inneren Abdeckungsabschnitts 151 nach
außen ausgebildet. Ein Schenkelabschnitt 157 ist
an einem radial äußeren Abschnitt jedes der blockierenden
Abschnitte 155 vorgesehen und ist in der Fußendseitenrichtung
gebogen. Der Schutz 150 ist durch Laserschweißen
in einem Zustand, in dem ein Fußendabschnitt des äußeren
Abdeckungsabschnitts 153 in den vorderen Endabschnitt 120s des
Metallmantels 120 gedrückt ist und an diesem befestigt
ist, an dem Metallmantel 120 befestigt.
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Unter
erneutem Bezug auf 1 ist ein Metallzylinder 200 an
einem Fußendabschnitt 120k des Metallmantels 120 vorgesehen,
um den Umfang des Metallmantels 120 abzudecken. Der Metallmantel 120 und der
Metallzylinder 200 werden einem Rundnahtlaserschweißen
an dem Fußendabschnitt 120k und dem vorderen Endabschnitt 200s unterzogen
und durch einen geschweißten Abschnitt 300 befestigt,
in dem Metallbestandteile des Metallzylinders 200 in den
Metallmantel 120 geschmolzen werden. Der Metallzylinder 200 kann vorzugsweise
einen C-Anteil aufweisen, der kleiner als der des Metallmantels 120 ist,
und kann zum Beispiel aus SUS304 gebildet sein, das ausgezeichnete
Korrosionsbeständigkeit aufweist. Der Anteil von C in dem
geschweißten Abschnitt 300, in dem der Metallmantel 120 und
der Metallzylinder 200 geschweißt werden, wird auch
kleiner als der des Metallmantels 120, indem der C-Anteil
des Metallzylinders 200 kleiner als der des Metallmantels 120 gehalten
wird. Daher wird eine an Chrom verarmte Schicht kaum oder nie von
einer Grenze zwischen dem geschweißten Abschnitt 300 und
dem Metallmantel 120 zu dem geschweißten Abschnitt 300 ausgebildet.
Folglich wird das Ausbreiten von Korrosion zu einem ganzen Abschnitt
der Grenze unterbunden.
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3 ist
ein Diagramm, das eine vergrößerte Ansicht des
geschweißten Abschnitts 300 des Metallmantels 120 und
des Metallzylinders 200 zeigt. Der in 3 gezeigte
geschweißte Abschnitt 300 entspricht einem linken
Seitenabschnitt des geschweißten Abschnitts 300 des
in 1 gezeigten Gassensors 100.
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Der
geschweißte Abschnitt 300 ist so ausgebildet,
dass die in dem Metallzylinder 200 enthaltenen Metallbestandteile
wie vorstehend beschrieben in den Metallmantel 120 geschmolzen
werden. Da nach dieser Ausführungsform die Bildung der
an Chrom verarmten Schicht in der Nähe der Grenze (von
der Grenze näher zu dem Metallmantel 120) zwischen
dem geschweißten Abschnitt 300 und dem Metallmantel 120 durch
Verwenden der vorstehend genannten Materialien für den
Metallmantel 120 unterbunden wird, wird auch das Ausbreiten
von Korrosion zu dem ganzen Abschnitt der Grenze unterbunden. Im
Einzelnen reagiert Nb in dem Metallmantel 120 in der Nähe
der Grenze zu dem geschweißten Abschnitt 300 mit
C, um Nb-Carbid zu bilden. Dadurch ist der Nb-Anteil (Masseprozent)
eines Abschnitts des Fußendabschnitts 120k des
Metallmantels 120 in einer Nähe der Grenze zu
dem geschweißten Abschnitt 300 kleiner als der
des anderen Abschnitts des Fußendabschnitts 120k (z.
B. nahe einer Innenfläche). D. h. eine an Nb verarmte Schicht
wird gebildet, was die Bildung einer an Chrom verarmten Schicht
unterbindet. Da demgemäß das Ausbreiten der Korrosion
zu dem gesamten Abschnitt der Grenze unterbunden wird, werden Wasser
und korrosive Substanzen durch den zwischen dem Metallmantel 120 und
dem Metallzylinder 200 gebildeten geschweißten
Abschnitt 300 vollständig blockiert. Dies ist
selbst dann der Fall, wenn Wasser und korrosive Substanzen von einem
schmalen Spalt zwischen einer Fußendfläche des
sechskantigen Flanschabschnitts 120f und einer vorderen
Endfläche des vorderen Endabschnitts 200s eindringen,
da ein weiteres Eindringen unterbunden wird. Dadurch wird eine Beschädigung
an dem Gasdetektionselement, dem Keramikheizelement und dergleichen,
die in dem Metallmantel untergebracht sind, unterbunden, um eine
exakte Messung von Gaskonzentration über einen langen Zeitraum
zu ermöglichen.
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Die
Größe des geschweißten Abschnitts 300 ist
nicht besonders beschränkt, doch liegt eine Länge desselben
in der axialen Richtung (in der Zeichnung die vertikale Richtung)
des Gassensors 100, d. h. eine Länge (Wi in der
Zeichnung) zu einer Außenfläche des Metallmantels 120,
zum Beispiel bevorzugt bei 0,4 mm bis 0,7 mm (Wi = 0,5 mm in dieser
Ausführungsform).
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Diese
Ausführungsform weist verglichen mit Beispielen des Stands
der Technik eine bedeutende Wirkung auf, wenn die Länge
Wi des geschweißten Abschnitts 300 0,7 mm oder
weniger beträgt. Wenn die Länge Wi des geschweißten
Abschnitts 300 mit anderen Worten kurz ist, beispielsweise
0,7 mm oder weniger, wird auch eine Länge (hierin nachstehend
als Grenzenlänge bezeichnet) entlang der Grenze zwischen
dem geschweißten Abschnitts 300 und dem Metallmantel 120 verkürzt,
was ein Ausbreiten von Korrosion zu dem gesamten Abschnitt der Grenze
zulässt. Da in dieser Ausführungsform die Bildung
einer an Chrom verarmten Schicht unterbunden wird, wird das Ausbreiten
von Korrosion zu dem gesamten Abschnitt der Grenze selbst in dem
Fall der vorstehend genannten Grenzenlänge unterbunden.
Dadurch wird eine Beschädigung an den in dem Metallmantel 120 untergebrachten
Elementen, beispielsweise dem Gasdetektionselement und dem Keramikheizelement,
unterbunden, um eine exakte Messung von Gaskonzentration über
einen langen Zeitraum zu ermöglichen. Wenn die Länge
Wi des geschweißten Abschnitts 300 unter 0,4 mm
liegt, wird in manchen Fällen keine ausreichende Schweißfestigkeit
erhalten.
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Aus
Sicht der Fertigung wird in manchen Fällen insbesondere
eine radiale maximale Tiefe (Wj in der Zeichnung) von der Außenfläche
des Metallmantels gleich oder kleiner als eine Hälfte einer
Dicke (Wk in der Zeichnung) des Fußendabschnitts 120k des
Metallmantels 120. Eine solche Tiefe verkürzt
unvermeidlich die Grenzenlänge, was in manchen Fällen
die Länge Wi des geschweißten Abschnitts 300 auf
0,7 mm oder weniger verkürzt. Selbst in einem solchen Fall
wird die Bildung einer an Chrom verarmten Schicht unterbunden, so dass
eine Beschädigung an den in dem Metallmantel untergebrachten
Elementen, beispielsweise dem Gasdetektionselement und dem Keramikheizelement,
unterbunden wird, um über einen langen Zeitraum eine exakte
Messung von Gaskonzentration zu ermöglichen. In dieser
Ausführungsform sind Wj = 0,7 mm und Wk = 2,7 mm.
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Unter
erneutem Bezug auf 1 ist eine aus Fluorgummi gebildete
Gummiringdichtung 201 an der Fußendseite des Metallzylinders 200 eingeführt.
Die Gummiringdichtung 201 crimpt den Metallzylinder 200 radial
nach außen, so dass er luftdicht an dem Metallzylinder 200 befestigt
ist.
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An
einem mittleren Abschnitt der Gummiringdichtung 201 ist
ein durchgehendes Loch vorgesehen, und in dem durchgehenden Loch
ist ein Filterelement 203 angeordnet. Das Filterelement 203 leitet
Luft in das Innere des Metallzylinders 200, während
es ein Eindringen von Feuchtigkeit verhindert. Eine aus isolierendem Aluminiumoxid
hergestellte Trenneinrichtung 205 ist an einer vorderen
Endseite der Gummiringdichtung 201 angeordnet. Sensorausgabe-Anschlussleitungen 211 und 212 sowie
eine Heizelement-Anschlussleitung 213 sind so angeordnet,
dass sie die Gummiringdichtung 201 und die Trenneinrichtung 205 durchsetzen.
Ferner sind in der Trenneinrichtung 205 Konnektorabschnitte 221c und 222c der
ersten und zweiten Sensorklemmen-Metallverbindungsteile 221 und 222 sowie
ein Heizelementklemmen-Metallverbindungsteil 223, die voneinander
isoliert sind, angeordnet, und eine Fußendseite des Keramikheizelements 115 ist
ebenfalls in der Trenneinrichtung 205 untergebracht.
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Der
erste Sensorklemmen-Metallverbindungsteil 221 hält
die Sensorausgabe-Anschlussleitung 211 durch Crimpen der
Sensorausgabe-Anschlussleitung 211 an dem Konnektorabschnitt 221c und
ist damit elektrisch verbunden. Der erste Sensorklemmen-Metallverbindungsteil 221 ist
auch mit der Innenelektrodenschicht 111 durch Einführen
eines Einführabschnitts 221i in ein mit Boden
versehenes Loch des Gasdetektionselements 110 elektrisch
verbunden. Der zweite Sensorklemmen-Metallverbindungsteil 222 hält
die Sensorausgabe-Anschlussleitung 212 durch Crimpen der
Sensorausgabe-Anschlussleitung 212 an dem Konnektorabschnitt 222c und
ist damit elektrisch verbunden. Der zweite Sensorklemmen-Metallverbindungsteil 222 ist
auch mit der Außenelektrodenschicht 112 durch
Halten des Außenumfangs in der Nähe eines Fußendes
des Gasdetektionselements 110 an einem Halteabschnitt 222h elektrisch
verbunden.
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Die
beiden zweiten Sensorklemmen-Metallverbindungsteile 223 sind
jeweils mit den Heizelement-Anschlussleitungen 213 (die
andere Heizelement-Anschlussleitung wurde ausgelassen, da 1 eine
Schnittansicht ist) verbunden und sind mit einem Paar von Elektrodenanschlussflächen 115p des
Keramikheizelements 115 verbunden, um mit den Elektrodenanschlussflächen 115p elektrisch
verbunden zu sein.
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Ein
radial nach außen ragender Schutzabschnitt 205f ist
an der Trenneinrichtung 205 ausgebildet, und vier innere
vorspringende Abschnitte 200c sind an dem Metallzylinder 200 bei
einem konstanten Abstand entlang der Umfangsrichtung ausgebildet.
Die Trenneinrichtung 205 ist in dem Metallzylinder 200 durch
Pressen des Schutzabschnitts 205f zu der Fußendseite
durch Verwenden eines Presselements 231 in einem Zustand, in
dem eine Fußendfläche des Schutzabschnitts 205f an
dem inneren vorspringenden Abschnitt 200c anliegt, festgehalten.
Das Presselement 231 wird aufgrund seiner zylindrischen
Form und Elastizität durch die Trenneinrichtung 205 festgehalten
und wird verformt, wenn der Metallzylinder 200, der zu
dem Presselement 231 in einer Richtung radial nach außen
benachbart ist, in einer Richtung radial nach innen gecrimpt wird,
wodurch der Schutzabschnitt 205f der Trenneinrichtung 205 zu
der Fußendseite gepresst wird.
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Als
Nächstes wird ein Verfahren zum Fertigen des Gassensors 100 beschrieben.
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Zuerst
werden der äußere Abdeckungsabschnitt 153 und
der innere Abdeckungsabschnitt 151 gefertigt. Jeder von äußerem
Abdeckungsabschnitt 153 und innerem Abdeckungsabschnitt 151 weist
eine mit Boden versehende zylindrische Form auf und besteht aus
SUS310S, die zuvor zu vorbestimmten Maßen geformt wurden.
Dann wird an vier Stellen um das innere Vorderende-Zirkulationsloch 151b und
das äußere Vorderende-Zirkulationsloch 153b ein
Punktschweißen ausgeführt. Dementsprechend werden
der innere Abdeckungsabschnitt 151 und der äußere
Abdeckungsabschnitt 153 koaxial aneinander befestigt, wodurch
der Schutz 150 erhalten wird. In der Zwischenzeit werden
eine Verformbarkeitsbearbeitung und Schneidbearbeitung an einem Edelstahl
mit der vorstehend beschriebenen chemischen Zusammensetzung ausgeführt,
um den zylindrischen Metallmantel 120 zu erhalten.
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Nach
dem Anbringen des äußeren Abdeckungsabschnitts 153 des
Schutzes 150 an dem vorderen Endabschnitt 120s des
Metallmantels 120 wird an dem Außenumfang des äußeren
Abdeckungsabschnitts 153 Laserschweißen ausgeführt.
Somit werden der Schutz 150 und der Metallmantel 120 durch
Presspassungsbefestigung und Laserschweißen fest aneinander
befestigt.
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An
dem Inneren des Metallmantels 120 sind die erste Plattenpackung 131,
das erste Befestigungselement 133, die zweite Plattenpackung 135,
das Gasdetektionselement 110, ein Talkumring zur Verwendung als
abdichtende Füllstoffschicht 137, das zweite Befestigungselement 139 und
der Crimpring 141 der Reihe nach eingeführt. Der
Crimpabschnitt 120h des Metallmantels 120 wird
in eine Richtung radial nach innen gecrimpt. Das vorliegende Crimpen
bildet die abdichtende Füllstoffschicht 137 durch
Pressfüllen des Talkumrings und hält das Gasdetektionselement 110 in
dem Metallmantel 120, um dadurch die in 4 gezeigte
untere Anordnung 401 zu erhalten.
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In
der Zwischenzeit werden die Sensorausgabe-Anschlussleitungen 211 und 212 sowie
die Heizelement-Anschlussleitungen 213 mit dem ersten und
zweiten Sensorklemmen-Metallverbindungsteil 221 und 222 und
den beiden Heizelementklemmen-Metallverbindungsteilen 223 verbunden,
und die Anschlussleitungen 211, 212 und 213 werden
in einem Zustand in die Trenneinrichtung 205 eingeführt,
in dem das Keramikheizelement 115 in dem ersten Sensorklemmen-Metallverbindungsteil 221 positioniert
ist. Das Presselement 231 wird zuvor an der Trenneinrichtung 205 an
einer Stelle angebracht, die an dem Umfang und näher zu
der vorderen Endseite als zu dem Schutzabschnitt 205f ist.
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Die
Trenneinrichtung 205 wird in einem Zustand in den Metallzylinder 200 eingeführt,
in dem die Anschlussleitungen 211, 212 und 213 in
die Trenneinrichtung 205 eingeführt sind. Nach
dem Einführen der Anschlussleitungen 211, 212 und 213 in
die an der Gummiringdichtung 201 ausgebildeten Anschlussleitungs-Einführlocher
wird die Gummiringdichtung 201 in eine Öffnung
an der Fußendseite des Metallzylinders 200 eingepasst.
Somit wird die in 4 gezeigte obere Anordnung 402 hergestellt.
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Wie
in 4 gezeigt, sind die untere Anordnung 401 und
die obere Anordnung 402 koaxial angeordnet, und die obere
Anordnung 402 wird hin zu der unteren Anordnung 401 bewegt,
so dass der vordere Endabschnitt 200s des Metallzylinders 200 an
der Fußendseite des sechskantigen Flanschabschnitts 120f des Metallgehäuses 120 anliegt.
In diesem Zustand wird das Keramikheizelement 115 in das
Innere des Gasdetektionselements 110 eingeführt.
Danach wird der Metallzylinder 200 hin zu der vorderen
Endseite gepresst, während der vordere Endabschnitt 200s durch
ein Crimpwerkzeug gecrimpt wird, um dadurch den vorderen Endabschnitt 200s des
Metallzylinders 200 zeitweilig an dem Fußendabschnitt 120k des
Metallgehäuses 120 zu befestigen.
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Ferner
wird der Schutzabschnitt 205f der Trenneinrichtung 205 durch
Verformen des Presselements 231 zwischen dem Presselement 231 und
dem inneren vorspringenden Abschnitt 200c gehalten. Dieses
Verformen wird durch Crimpen in die Richtung radial nach innen eines
Abschnitts des Metallzylinders 200, der sich an einer Stelle
radial auswärts des Presselements 231 befindet,
um dadurch die Trenneinrichtung 205 in dem Metallzylinder 200 festzuhalten,
vorgenommen. Ferner wird ein Abschnitt an einer Stelle radial auswärts
der Gummiringdichtung 201 in der Richtung radial nach innen
gecrimpt, um die Gummiringdichtung 201 luftdicht an dem
Metallzylinder 200 zu befestigen.
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Danach
werden der zeitweilig verbundene vordere Endabschnitt 200s des
Metallzylinders 200 und der Fußendabschnitt 120k des
Metallmantels 120 dem Rundnahtlaserschweißen unterzogen.
Auf diese Weise wird der geschweißte Abschnitt 300 so
gebildet, dass der vordere Endabschnitt 200s und der Fußendabschnitt 120k miteinander
verbunden werden. Durch Aneinanderbefestigen des Fußendabschnitts 120k des
Metallmantels und des vorderen Endabschnitts 200s des Metallzylinders 200 mittels
des geschweißten Abschnitts 300 wird der Gassensor 100 fertiggestellt.
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Beispiele
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Nachstehend
wird die Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf
die folgenden Beispiele näher beschrieben.
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Es
wurden Metallmäntel 120 mit jeweiligen chemischen
Zusammensetzungen, bei denen die Nb-Anteile in einem Bereich vom
0- bis zum 60-fachen des Anteils von C in Masseprozent schwankten,
gefertigt. Jeder der Metallmäntel 120 hatte eine
chemische Zusammensetzung von 0,03 Masseprozent C, 0,2 Masseprozent
Si, 0,3 Masseprozent Mn, 0,02 Masseprozent P, 0,003 Masseprozent
S, 16 Masseprozent Cr, Nb mit einem Anteil, der in Masseprozent
bei dem 0- bis 60-fachen des Anteils von C liegt, und Fe und unvermeidbare Verunreinigungen
als Restbestandteil.
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Ein
Schutz 150 wurde an dem Metallmantel 120 angebracht,
und ein Gasdetektionselement 110 und dergleichen wurden
zusammengebaut, um eine in 4 gezeigte
untere Anordnung 401 zu erhalten. In der Zwischenzeit wurde
ein Metallzylinder aus SUS304 als Metallzylinder 200 gefertigt,
und eine Trenneinrichtung 205 und eine Gummiringdichtung 201 wurden
an dem Metallzylinder 200 angebracht, um eine in 4 gezeigte
obere Anordnung 402 zu erhalten.
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Wie
in 4 gezeigt wurde die obere Anordnung 402 hin
zu der unteren Anordnung 401 bewegt, und ein vorderer Endabschnitt 200s des
Metallzylinders 200 wurde an einem Abschnitt gecrimpt,
an dem sich ein Fußende 120k des Metallmantels 120 und
der vordere Endabschnitt 200s des Metallzylinders 200 überlagern, um
den Metallmantel 120 und den Metallzylinder 200 zeitweilig
aneinander zu befestigen. Jeder der Gassensoren 100 (Probe
Nr. 1 bis 11) wurde wie in 1 gezeigt
durch Ausführen von Rundnahtschweißen an dem zeitweilig
befestigten Abschnitt fertiggestellt.
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Von
den Gassensoren 100 der Proben Nr. 1 bis 11 entsprechen
die Gassensoren 100 der Proben Nr. 4 bis 11, bei denen
der Nb-Anteil bei dem 2- bis 60-fachen des Anteils an C in Masseprozent
lag, dem erfindungsgemäßen Gassensor 100.
Ferner hatte der durch das Laserschweißen gebildete geschweißte
Abschnitt 300 in einer Ebene, die mit einer Außendurchmesserfläche
des in 3 gezeigten Metallmantels 120 identisch ist,
eine Größe von Wi = 0,5 mm und Wj = 0,7 mm.
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Anschließend
wurde als Salzwasserspritztest jeder der so gefertigten Gassensoren
100 in
einem geneigten Zustand von 15° bis 30° bezüglich
einer vertikalen Linie bei einer Temperatur von 35 ± 5°C
festgehalten, und Salzwasser gemäß JIS Z2371 (2007)
wurde 2250 Stunden lang auf den Gassensor
100 gespritzt.
Danach wurde das Vorhandensein/Fehlen von Korrosion an dem geschweißten
Abschnitt
300 jedes der Gassensoren
100 beurteilt.
Für die Beurteilung wurde der Gassensor vollständig
hermetisch abgedichtet, und das Gassensorelement
100 wurde
an einer Kammer angebracht, die eine Lüftungsöffnung
zur Lüftung des Gasdetektionselements
100 aufwies.
Die Beurteilung wurde durch Untersuchen eines Austretens von Luft
zwischen dem Metallmantel
120 und dem Metallzylinder
200 nach
zehnminütigem Druckbeaufschlagen bei einem Druck von 0,5
kgf/cm
2 in der Kammer durchgeführt.
Der Gassensor wurde als Korrosion über der ganzen Grenze
zwischen dem geschweißten Abschnitt
300 und dem
Metallmantel
120 aufweisend eingestuft, wenn Austreten
von Luft festgestellt wurde. Ferner wurde die Beurteilung an 10
Gassensoren für jeden der Gassensoren
100 eines
festgelegten Nb-Anteils/C-Anteils durchgeführt. Die Ergebnisse
werden in Tabelle 1 gezeigt.
| Probe
Nr. | Nb-Anteil/C-Anteil | Anzahl
an Gassensoren, bei denen Korrosion (Austreten von Luft) auftrat
(von 10 Gassensoren) |
| 1 | 0 | 5 |
| 2 | 0,5 | 5 |
| 3 | 1 | 2 |
| 4 | 2 | 1 |
| 5 | 3 | 0 |
| 6 | 5 | 0 |
| 7 | 10 | 0 |
| 8 | 20 | 0 |
| 9 | 30 | 0 |
| 10 | 40 | 0 |
| 11 | 60 | 0 |
Tabelle
1
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Wie
aus Tabelle 1 hervorgeht wurde das Auftreten von Korrosion (Austreten
von Luft) in zwei oder mehr der 10 Gassensoren 100 jeder
der Proben Nr. 1 bis 3 detektiert, die durch Verwenden des Metallmantels 120 erhalten
wurden, bei dem der Nb-Anteil gleich oder kleiner als der Anteil
an C in Masseprozent war, wodurch eine geringe Korrosionsbeständigkeit
an dem geschweißten Abschnitt 300 aufgezeigt wurde.
Die Anzahl an Gassensoren dagegen, bei denen das Auftreten von Korrosion
(Austreten von Luft) unter den 10 Gassensoren 100 jeder
der Proben Nr. 4 bis 11 detektiert wurde, die den Metallmantel 120 mit
einem Nb-Anteil verwendeten, der doppelt so groß oder mehr
als doppelt so groß als der Anteil an C in Masseprozent
war, betrug eins oder weniger, was ein annehmbarer Wert ist. Ferner
wurde das Auftreten von Korrosion (Austreten von Luft) bei den Gassensoren 100 der
Proben Nr. 5 bis 11 nicht detektiert, die den Metallmantel 120 mit
einem Nb-Anteil verwendeten, der dreimal so groß oder mehr
als dreimal so groß als der Anteil an C in Masseprozent ist,
wodurch an dem geschweißten Abschnitt 300 eine
ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit bewiesen wird.
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Während
die vorliegende Erfindung eigens unter Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen
derselben gezeigt und beschrieben wurde, versteht sich für
den Durchschnittsfachmann, dass darin verschiedene Änderungen
an Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne
vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie sie durch
die folgenden Ansprüche festgelegt ist, abzuweichen.
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Diese
Anmeldung beruht auf der am 25. Februar 2008 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr.
2008-042562 , wobei die vorstehende Anmeldung hierin durch
Erwähnung in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 208165
A [0005]
- - JP 2008-042562 [0080]