DE102012209661A1

DE102012209661A1 - Gas Sensor

Info

Publication number: DE102012209661A1
Application number: DE102012209661A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kume; Nobuhiro Inoue; Takashi Nakashima
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-12-20
Also published as: CN102818834A; JP2013015511A; CN102818834B; US20120325661A1; JP5509251B2

Abstract

[Aufgabe] Schaffen eines Gassensors, in dem das Auftreten eines Risses oder Bruchs für ein Gassensorelement verringert ist, das durch eine Metallhülle eingesetzt ist und darin über ein Dichtungselement gehalten wird, und der eine Verringerung der Kosten ermöglicht. [Mittel zur Lösung] Ein Gassensor 200 umfasst ein plattenartiges Gassensorelement (Sauerstoffsensorelement) 10, eine röhrenförmige Metallhülle 154, die das Gassensorelement hält, das sich durch ein Durchgangsloch 154 erstreckt, und ein Dichtungselement (Pulverfüllschicht) 156, das zwischen der inneren Oberfläche der Metallhülle und der äußeren Oberfläche des Gassensorelements angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, die Gasdichtheit in einem Spalt zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle aufrechtzuerhalten. Der Gassensor umfasst ferner eine Metalldichtung 108 mit einem Durchgangsloch, das einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und durch das sich das Gassensorelement erstreckt, und das Dichtungselement mit einer flachen Oberfläche davon in direktem Kontakt mit der nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements nach vorn presst. Die flache Oberfläche der Metalldichtung weist einen Außendurchmesser auf, der gleich oder größer als jener der nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements ist. Ein Zwischenraum zwischen einer inneren Kante der flachen Oberfläche der Metalldichtung und der Oberfläche des Gassensorelements ist eine Hälfte oder weniger der Dicke des Gassensorelements.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gassensor mit einem Gassensorelement zum Detektieren der Konzentration eines zu detektierenden Gases.
[Stand der Technik]
Ein bekannter Gassensor zum Detektieren der Konzentration von Sauerstoff, NO_x usw. in Abgas von beispielsweise einem Kraftfahrzeug umfasst ein Gassensorelement, das mindestens eine Zelle aufweist, die aus einem Sauerstoffionen leitenden Elektrolytfestkörper und einen Paar von Elektroden besteht, die auf der Oberfläche des Elektrolytfestkörpers vorgesehen sind.
Im Gassensor ist das Gassensorelement durch eine röhrenförmige Metallhülle eingesetzt und darin gehalten und ein Dichtungselement (eine Pulverfüllschicht aus Talkum) ist in einer zwischenliegenden Weise in einem Spalt zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle vorgesehen. Eine ringförmige Keramikhülse und eine ringförmige Metalldichtung sind hinter dem Dichtungselement angeordnet und pressen das Dichtungselement infolge dessen, dass ein Hinterende der Metallhülle gequetscht wird, nach vorn. Die Presswirkung verursacht, dass das Dichtungselement den Spalt füllt, wodurch die Gasdichtheit im Spalt aufrechterhalten wird (siehe Patentdokumente 1 und 2).
[Dokumente des Standes der Technik]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 2009-287935 (1)
[Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 2007-205985

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Von der Erfindung zu lösende Probleme]
Die aus Aluminiumoxid oder dergleichen ausgebildete Keramikhülse weist hohe Kosten auf. Da die Keramikhülse relativ dick sein muss, um Festigkeit sicherzustellen, wird das in der Metallhülle gehaltene Gassensorelement folglich in der axialen Richtung lang. In dem Fall, in dem das Gassensorelement relativ zur Metallhülle exzentrisch in der Metallhülle montiert wird, kommt folglich das durch die Keramikhülse eingesetzte Gassensorelement mit der Keramikhülse in Eingriff. In diesem Zustand bewegt sich, wenn eine Presskraft, die vom Quetschen stammt, auf das Dichtungselement aufgebracht wird, das Gassensorelement in einer solchen Weise, dass die Exzentrizität verringert wird. Daher wird eine Biegebeanspruchung im Gassensorelement in Zusammenhang mit dem Biegen des Gassensorelements an einem Drehpunkt des Dichtungselements erzeugt, was möglicherweise zum Auftreten eines Risses im oder einem Bruch des Gassensorelements führt.
Angesichts des Vorangehenden besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Gassensor zu schaffen, bei dem das Auftreten eines Risses oder Bruchs für ein Gassensorelement, das durch eine Metallhülle eingesetzt wird und über ein Dichtungselement darin gehalten wird, verringert ist, und der eine Kostenverringerung ermöglicht.
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Um die obige Aufgabe zu erreichen, umfasst ein Gassensor der vorliegenden Erfindung ein plattenartiges Gassensorelement, das sich in einer axialen Richtung erstreckt und mindestens eine Zelle aufweist, die einen Elektrolytfestkörper und ein Paar von Elektroden umfasst, die auf einer Oberfläche des Elektrolytfestkörpers vorgesehen sind; eine röhrenförmige Metallhülle mit einem Durchgangsloch, durch das sich das Gassensorelement erstreckt, die dazu ausgelegt ist, das Gassensorelement in einer solchen Weise zu halten, dass ein Detektionsabschnitt, der an einem Vorderendabschnitt des Gassensorelements ausgebildet ist, davon vorsteht; und ein Dichtungselement, das zwischen einer inneren Oberfläche der Metallhülle und einer äußeren Oberfläche des Gassensorelements angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, die Gasdichtheit in einem Spalt zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle aufrechtzuerhalten. Der Gassensor umfasst ferner eine Metalldichtung mit einem Durchgangsloch, das einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und durch das sich das Gassensorelement erstreckt, die das Dichtungselement mit einer flachen Oberfläche davon in direktem Kontakt mit einer nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements nach vorn presst. Die flache Oberfläche der Metalldichtung weist einen Außendurchmesser auf, der gleich oder größer als jener der nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements ist, und ein Zwischenraum zwischen einer inneren Kante der flachen Oberfläche der Metalldichtung und einer Oberfläche des Gassensorelements ist eine Hälfte oder weniger von einer Dicke des Gassensorelements.
Gemäß diesem Gassensor steht die flache Oberfläche der Metalldichtung mit der nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements in direktem Kontakt und presst das Dichtungselement nach vorn. Dies ermöglicht die Beseitigung der herkömmlich verwendeten Keramikhülse, wodurch die Kosten verringert werden. Selbst wenn die Metalldichtung in der Dicke im Vergleich zur Keramikhülse verringert ist, kann die Metalldichtung auch die erforderliche Festigkeit bereitstellen; folglich kann die Lange des Gassensorelements, das sich durch die Metallhülle erstreckt und darin gehalten wird, entlang der axialen Richtung verringert werden. Folglich kann eine Eingriffslänge, entlang derer das Gassensorelement, das sich durch die Metalldichtung erstreckt, mit der Metalldichtung in Eingriff steht, verringert werden. Daher kann das Auftreten eines Risses im und Bruchs des Gassensorelements verringert werden.
Ferner weist die Metalldichtung ein Durchgangsloch auf, das einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und durch das sich das Gassensorelement erstreckt; die flache Oberfläche der Metalldichtung weist einen Außendurchmesser auf, der gleich oder größer als jener der nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements ist; und der Zwischenraum zwischen einer inneren Kante der flachen Oberfläche der Metalldichtung und der Oberfläche des Gassensorelements ist eine Hälfte oder weniger der Dicke des Gassensorelements. Folglich kann die flache Oberfläche der Metalldichtung das Dichtungselement zuverlässig pressen, so dass das gepresste Dichtungselement einen relevanten Raum zuverlässig füllt, wodurch die Gasdichtheit in einem Spalt zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle zuverlässig aufrechterhalten wird. Wenn der Außendurchmesser der flachen Oberfläche der Metalldichtung geringer ist als jener der nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements oder wenn der Zwischenraum zwischen einer inneren Kante der flachen Oberfläche der Metalldichtung und der Oberfläche des Gassensorelements größer als eine Hälfte der Dicke des Gassensorelements ist, füllt das Dichtungselement den relevanten Raum nicht, was zu einem Misslingen des Aufrechterhaltens der Gasdichtheit in dem Spalt zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle führt. Insbesondere bezieht sich ”der Zwischenraum zwischen einer inneren Kante der flachen Oberfläche der Metalldichtung und der Oberfläche des Gassensorelements” auf jeden von vier Zwischenräumen, die zwischen vier Oberflächen des plattenartigen Gassensorelements und entsprechenden vier inneren Kanten der flachen Oberfläche der Metalldichtung (vier innere Kanten, die eine rechteckige Form des Durchgangslochs der Metalldichtung definieren) vorgesehen sind. Wie in 5 gezeigt, kann der Zwischenraum an einem Querschnitt geprüft werden, der radial genommen ist und die flache Oberfläche der Metalldichtung enthält.
Ferner ist in der vorliegenden Erfindung der Wärmeausdehnungskoeffizient der Metalldichtung vorzugsweise höher als jener der Metallhülle. Wenn sie Heiz- und Kühlzyklen ausgesetzt werden, dehnt sich die Metalldichtung in diesem Fall thermisch in der axialen Richtung mehr aus als die Metallhülle. Im Verlauf der Wärmeausdehnung schwächt sich daher die Presskraft (Kompressionskraft), die auf das Dichtungselement aufgebracht wird, nicht ab, wodurch ein Zusammenbruch der Gasdichtheit im Spalt zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle verhindert wird.
In der vorliegenden Erfindung sind ferner Seitenoberflächen des Gassensorelements, das im Durchgangsloch der Metalldichtung angeordnet ist, vorzugsweise aus einem Isolationsmaterial ausgebildet. Um das Dichtungselement mittels der flachen Oberfläche der Metalldichtung zuverlässig zu pressen, ist vorzugsweise der Zwischenraum zwischen einer inneren Kante der flachen Oberfläche der Metalldichtung und der Oberfläche des Gassensorelements gleich oder weniger als jener zwischen einer inneren Kante der nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements und der Oberfläche des Gassensorelements. Zu diesem Zeitpunkt kann der Zwischenraum zwischen der Metalldichtung und dem Gassensorelement relativ schmal werden und in einigen Fällen (beispielsweise in dem Fall, in dem das Dichtungselement mit dem Sensorelement in Kontakt kommt) können die Metalldichtung und das Gassensorelement miteinander in Kontakt kommen. Wenn die Seitenoberflächen des Gassensorelements aus einem Isolationsmaterial ausgebildet sind, kommt in diesem Fall der Elektrolytfestkörper des Gassensorelements nicht mit der Metalldichtung in Kontakt, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle über die Metalldichtung verhindert wird.
In der vorliegenden Erfindung ist ferner vorzugsweise ein Spalt zwischen der Metallhülle und der Metalldichtung kleiner als jener zwischen dem Gassensorelement und der Metalldichtung. Mittels dessen, dass die Metalldichtung in dem Spalt zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle in einer solchen Weise angeordnet ist, dass sie näher an der Metallhülle liegt, kann in dieser Weise eine radiale Bewegung der Metalldichtung begrenzt werden, wodurch ein Kontakt zwischen dem Gassensorelement und der Metalldichtung verhindert wird. Folglich kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle über die Metalldichtung verhindert werden.
In der vorliegenden Erfindung weist ferner die Metallhülle vorzugsweise einen Quetschabschnitt auf, der hinter der Metalldichtung angeordnet ist, der radial nach innen vorsteht, während er einen Spalt zwischen demselben und dem Gassensorelement aufweist, und die Metalldichtung nach vorn presst; die Metalldichtung weist eine maximale Dicke T in einer Position auf, in der die Metalldichtung und der Quetschabschnitt einander in der axialen Richtung überlappen; und die maximale Dicke T der Metalldichtung ist größer als eine maximale Dicke t des Quetschabschnitts.
In einem Gassensor, in dem die Metallhülle einen Quetschabschnitt aufweist, der am Hinterende davon vorgesehen ist und dazu ausgelegt ist, die Metalldichtung nach vorn zu pressen, um einen Kontakt zwischen dem Quetschabschnitt und dem Sensorelement zu vermeiden, ist vorzugsweise ein Spalt zwischen dem Quetschabschnitt und dem Sensorelement vorgesehen. Infolge der Bereitstellung des Spalts bedeckt jedoch der Quetschabschnitt nicht die ganze Metalldichtung in der axialen Richtung; daher kann eine Schwierigkeit beim Aufbringen einer vorbestimmten Presskraft auf einen Abschnitt der flachen Oberfläche der Metalldichtung in der Nähe der inneren Kanten der flache Oberfläche angetroffen werden. Gemäß dem Gassensor der vorliegenden Erfindung weist jedoch die Metalldichtung die maximale Dicke T in einer Position auf, in der die Metalldichtung und der Quetschabschnitt einander in der axialen Richtung überlappen, und die maximale Dicke T der Metalldichtung ist größer als die maximale Dicke t des Quetschabschnitts. Selbst wenn ein Spalt zwischen dem Quetschabschnitt und dem Sensorelement existiert, kann somit eine vorbestimmte Presskraft auf einen Abschnitt der flachen Oberfläche der Metalldichtung in der Nähe der inneren Kanten der flachen Oberfläche aufgebracht werden, so dass die ganze flache Oberfläche der Metalldichtung das Dichtungselement zuverlässig pressen kann.
Insbesondere wenn die flache Oberfläche der Metalldichtung eine solche Form annimmt, dass sie vorwärts geschoben wird, während sie sich radial nach außen erstreckt, kann die flache Oberfläche der Metalldichtung das Dichtungselement mit größerer Kraft pressen.
In der vorliegenden Erfindung weist ferner in einem Querschnitt betrachtet, der radial genommen ist und die flache Oberfläche der Metalldichtung enthält, das Gassensorelement vorzugsweise eine im Wesentlichen rechteckge Form auf, so dass eine Länge in einer Breitenrichtung länger ist als eine Länge in einer Dickenrichtung und der Zwischenraum in der Dickenrichtung zwischen dem Gassensorelement und der Metalldichtung kleiner ist als der Zwischenraum in der Breitenrichtung zwischen dem Gassensorelement und der Metalldichtung.
In dem Gassensorelement, dessen Querschnitt eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist, so dass die Länge in der Breitenrichtung länger ist als die Länge in der Dickenrichtung, kann mittels dessen, dass der Zwischenraum in der Dickenrichtung zwischen dem Gassensorelement und der Metalldichtung kleiner ist als der Zwischenraum in der Breitenrichtung zwischen dem Gassensorelement und der Metalldichtung, die flache Oberfläche der Metalldichtung das Dichtungselement zuverlässiger pressen.
In der vorliegenden Erfindung kann ferner die Metallhülle einen hexagonalen Abschnitt, einen Gewindeabschnitt, der vor dem hexagonalen Abschnitt angeordnet ist und einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als jener des hexagonalen Abschnitts, und eine Leiste, die radial nach innen in das Durchgangsloch davon vorsteht und mit einem Vorderende des Dichtungselements in direktem oder indirektem Kontakt steht, aufweisen und kann derart sein, dass eine nach hinten orientierte Oberfläche der Leiste hinter dem Gewindeabschnitt angeordnet ist.
Gemäß diesem Gassensor wird, da der Leistenabschnitt, der der stärksten Presskraft von der Pulverfüllschicht ausgesetzt ist, hinter dem dünnwandigen Gewindeabschnitt angeordnet ist, die Presskraft nicht auf den Gewindeabschnitt aufgebracht, wodurch ein Zusammenbruch der Gasdichtheit in dem Spalt zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle verhindert wird, der sich ansonsten aus einer Dehnung des Gewindeabschnitts in der axialen Richtung ergeben könnte.
[Effekt der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung verringert das Auftreten eines Risses im und Bruchs des Gassensorelements, das sich durch die Metallhülle erstreckt und darin gehalten wird, und kann die Kosten für die Herstellung des Gassensors verringern.
[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
[1] Schnittansicht entlang der axialen Richtung eines Gassensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[2] Perspektivische Ansicht, die die Anordnung eines elastischen Elements, von Metallanschlüssen und eines Isolationselements innerhalb eines äußeren Rohrs und einer Metallhülle zeigt.
[3] Eine Reihe von Prozesszeichnungen, die ein Beispielverfahren zur Herstellung des Gassensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
[4] Vergrößerte Schnittansicht, die wesentliche Abschnitte des Gassensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[5] Schnittansicht entlang einer flachen Oberfläche einer Metalldichtung (entlang der Linie A-A von 4) des Gassensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[6] Vergrößerte Schnittansicht, die wesentliche Abschnitte eines Gassensors gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[Arten zur Ausführung der Erfindung]
1 ist eine Schnittansicht entlang der axialen Richtung O (entlang der Längsrichtung; d. h. der vertikalen Richtung auf dem Papier, auf dem 1 erscheint) eines Gassensors (Sauerstoffsensors) 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung eines elastischen Elements 150, von Metallanschlüssen 30 und eines Isolationselements 166 innerhalb eines äußeren Rohrs 144 und einer Metallhülle 138 zeigt. Zum deutlichen Zeigen der Anordnung der Metallanschlüsse 30 sind in 2 das äußere Rohr 144, ein inneres Rohr 180 und ein Klemmelement 167 beseitigt. Der Sauerstoffsensor 200 umfasst die Metallhülle 138, die einen Gewindeabschnitt 138b aufweist, der an ihrer äußeren Oberfläche ausgebildet ist und so ausgelegt ist, dass er an einem Auspuffrohr befestigt wird; ein Sauerstoffsensorelement (Gassensorelement) 10 mit einer plattenartigen Form, das sich in der axialen Richtung O erstreckt; das Isolationselement 166, das ein Kontakteinsetzloch 166a aufweist, das sich in der axialen Richtung O durch dieses erstreckt und derart angeordnet ist, dass die Innenwandoberfläche des Kontakteinsetzlochs 166a einen Hinterendabschnitt des Sauerstoffsensorelements 10 umgibt; das innere Rohr 180 aus Metall, das das Isolationselement 166 umgibt und mit der Metallhülle 138 verbunden ist; die fünf Metallanschlüsse 30 (1 zeigt drei von ihnen), deren Vorderendabschnitte am Isolationselement 166 gehalten sind, während sie voneinander beabstandet sind; fünf Zuleitungsdrähte 146 (1 zeigt drei von ihnen), die mit Hinterendabschnitten der jeweiligen Metallanschlüsse 30 elektrisch verbunden sind und sich vom Sauerstoffsensor 200 nach außen erstrecken; ein Separatorhalteelement 170, das hinter dem Isolationselement 166 angeordnet ist; einen Separator 169; und das elastische Element (Gummikappe) 150 aus Gummi. Ein äußeres Rohr 144, das aus Metall ausgebildet ist, ist auch mit dem Hinterende der Metallhülle 138 verbunden.
Das Sauerstoffsensorelement 10 ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensorelement mit voller Bandbreite und weist eine öffentlich bekannte Struktur auf. Kurz gesagt weist das Sauerstoffsensorelement 10 einen Detektionsabschnitt auf, der an einem Vorderendabschnitt davon vorgesehen ist und eine Messkammer, in die zu messendes Gas (Abgas) eingeführt wird, eine erste Pumpzelle und eine Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle aufweist. Jede der Zellen besteht aus einem Elektrolytfestkörper und einem Paar von Elektroden. Das Sauerstoffsensorelement 10 weist auch eine Heizvorrichtung zum Aktivieren der Zellen auf. Die Heizvorrichtung ist derart konfiguriert, dass ein Wärmeerzeugungswiderstand zwischen Isolationsschichten (Aluminiumoxidschichten) eingefügt ist.
Das Sauerstoffsensorelement 10 weist zwei entgegengesetzte Oberflächen 101a und 101b auf und die Isolationsschicht der Heizvorrichtung liegt an der Oberfläche 101a frei; der Elektrolytfestkörper der Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle ist der anderen Oberfläche 101b zugewandt; und die äußere Oberfläche des Elektrolytfestkörpers ist mit einer Isolationsschicht bedeckt. Ferner sind zwei andere Oberflächen des Sauerstoffsensorelements 10, die mit den zwei Oberflächen 101a bzw. 101b verbunden sind, auch mit jeweiligen Isolationsschichten bedeckt. Folglich bestehen die vier Oberflächen des Sauerstoffsensorelements 10 aus einem Isolationsmaterial. Selbst wenn eine Metalldichtung 108, die später beschrieben wird, beim Halten des Sauerstoffsensorelements 10 in der Metallhülle 138 verwendet wird, kommt daher der Elektrolytfestkörper des Sauerstoffsensorelements 10 nicht mit der Metalldichtung 108 in Kontakt, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metallhülle 138 über die Metalldichtung 108 verhindert wird.
Elektrodenanschlüsse 10a und 10b sind an den zwei Oberflächen 101a und 101b eines Hinterendabschnitts des Sauerstoffsensorelements 10 vorgesehen und sind mit den zwei Zellen und der Heizvorrichtung elektrisch verbunden, um Ausgaben aus den zwei Zellen nach außen zu leiten und Leistung zur Heizvorrichtung zuzuführen.
1 zeigt einen Schnitt senkrecht zu den zwei Oberflächen 101a und 101b des Sauerstoffsensorelements 10. In 1 sind zwei Elektrodenanschlüsse 10a auf einer Oberfläche 101a (linke Oberfläche in 1) des Sauerstoffsensorelements 10 ausgebildet und drei Elektrodenanschlüsse 10b sind auf der anderen Oberfläche 101b (rechte Oberfläche in 1) ausgebildet. Die äußere Oberfläche eines Vorderendabschnitts des Sauerstoffsensorelements 10 ist auch mit einer porösen Schutzschicht 20 bedeckt.
Die Metallhülle 138 weist eine im Wesentlichen röhrenförmige Form auf und weist ein Durchgangsloch 154, das sich in der axialen Richtung O durch diese erstreckt, und einen hexagonalen Abschnitt 138a, der radial nach außen vorsteht und ermöglicht, dass ein Werkzeug zum Drehen des Gewindeabschnitts 138b in Eingriff gebracht wird, auf. Die Metallhülle 138 weist auch eine Leiste 152 auf, die radial einwärts in das Durchgangsloch 154 vorsteht und die Form einer radial einwärts orientierten Kegeloberfläche annimmt, die gegenüber einer zur axialen Richtung O senkrechten Ebene geneigt ist. Die Metallhülle 138 hält das Sauerstoffsensorelement 10 im Durchgangsloch 154 in einem solchen Zustand, dass ein Vorderendabschnitt, an dem der Detektionsabschnitt vorgesehen ist, des Sauerstoffsensorelements 10 außerhalb des Vorderendes des Durchgangsloch 154 angeordnet ist und dass ein Hinterendabschnitt, an dem die Elektrodenanschlüsse 10a und 10b vorgesehen sind, des Sauerstoffsensorelements 10 außerhalb des Hinterendes des Durchgangslochs 154 angeordnet ist.
Die nach hinten orientierte Oberfläche der Leiste 152 ist hinter dem Hinterende des Gewindeabschnitts 138b angeordnet.
Im Durchgangsloch 154 der Metallhülle 138 sind ein ringförmiger Keramikhalter 151, eine Pulverfüllschicht 156 (Talkumring) und die vorstehend erwähnte Metalldichtung 108 in dieser Reihenfolge von der Vorderseite zur Rückseite in einer solchen Weise gestapelt, dass sie das Sauerstoffsensorelement 10 radial umgeben. Ein Metallhalter 104 zum Halten des Keramikhalters 151 ist auch zwischen dem Keramikhalter 151 und der Leiste 152 der Metallhülle 138 angeordnet. Die Metallhülle 138 weist einen Quetschabschnitt 138s, der die Metalldichtung 108 nach vorn presst, an einem Hinterendabschnitt davon auf. Der Quetschabschnitt 138s komprimiert, wenn er gequetscht wird, die Pulverfüllstoffschicht 156 über die Metalldichtung 108, wodurch die Gasdichtheit in dem Spalt zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metallhülle 138 aufrechterhalten wird. Mehrere der Pulverfüllschichten 156 können in der axialen Richtung O angeordnet sein. Die Pulverfüllschicht 156 entspricht dem ”Dichtungselement”, das in den Ansprüchen erscheint.
Die Metalldichtung 108 nimmt die Form einer Scheibe an und weist ein im Wesentlichen rechteckiges Durchgangsloch in der Mitte auf, um zu ermöglichen, dass sich das Sauerstoffsensorelement 10 durch dieses erstreckt. Eine nach vorn orientierte Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 ist flach, so dass sie mit einer nach hinten orientierten Oberfläche 156a der Pulverfüllschicht 156 in engen und direkten Kontakt kommt. Die Metalldichtung 108 kann beispielsweise unter Verwendung von irgendeinem von verschiedenen Edelstählen hergestellt werden.
Die nach vorn orientierte Oberfläche 108a entspricht der in den Ansprüchen erscheinenden ”flachen” Oberfläche.
Die nach vorn orientierte Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 steht mit der nach hinten orientierten Oberfläche 156a der Pulverfüllschicht 156 in direktem Kontakt und presst die Pulverfüllschicht 156 nach vorn. Folglich kann eine Keramikhülse, die herkömmlich zum Pressen (Komprimieren) der Pulverfüllschicht 156 von der Rückseite verwendet wird, beseitigt werden, wodurch die Kosten verringert werden können. Selbst wenn die Dicke der Metalldichtung 108 verringert ist, kann die Metalldichtung 108 auch eine erforderliche Festigkeit aufrechterhalten; folglich kann die Länge des Sauerstoffsensorelements 10, das sich durch die Metallhülle 138 erstreckt und darin gehalten wird, entlang der axialen Richtung O verringert werden. Folglich kann eine Eingriffslänge, entlang derer das Sauerstoffsensorelement 10, das sich durch die Metalldichtung 108 erstreckt, mit der Metalldichtung 108 in Eingriff steht, verringert werden. Daher kann das Auftreten eines Risses im und Bruchs des Sauerstoffsensorelements 10 verringert werden.
Die Leiste 152 hält einen Vorderendabschnitt der Pulverfüllschicht 156 indirekt über den Keramikhalter 151 und den Metallhalter 104. Der Keramikhalter 151 kann jedoch beseitigt werden, so dass die Pulverfüllschicht 156 innerhalb des Metallhalters 104 angeordnet ist.
Wie in 4 gezeigt, weist ferner die nach vorn orientierte Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 einen Außendurchmesser auf, der gleich oder größer als jener der nach hinten orientierten Oberfläche 156a der Pulverfüllschicht 156 ist, und ein Zwischenraum S zwischen der inneren Kante 108b der nach vorn orientierten Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 und der Oberfläche 101a des Sauerstoffsensorelements 10 ist eine Hälfte oder weniger einer Dicke W des Sauerstoffsensorelements 10. Die Dicke W des Sauerstoffsensorelements 10 gibt die Länge zwischen den zwei Oberflächen 101a und 101b des Sauerstoffsensorelements 10 (die horizontale Länge in 4) an. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die nach vorn orientierte Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 und die nach hinten orientierte Oberfläche 156a der Pulverfüllschicht 156 denselben Außendurchmesser auf. In der vorliegenden Ausführungsform weist auch das Sauerstoffsensorelement 10 eine Dicke W von 1 mm bis 1,5 mm auf und der Zwischenraum S ist 0,05 mm bis 0,1 mm. Folglich kann die nach vorn orientierte Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 die Pulverfüllschicht 156 zuverlässig pressen, so dass die gepresste Pulverfüllschicht 156 einen relevanten Raum zuverlässig füllt; daher wird die Gasdichtheit in dem Spalt zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metallhülle 138 zuverlässig aufrechterhalten. Das Herstellen der folgenden Beziehungsmerkmale ist vorstehend in Bezug auf einen Bereich auf der linken Seite von 4 beschrieben: die nach vorn orientierte Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 weist einen Außendurchmesser gleich oder größer als jener der nach hinten orientierten Oberfläche 156a der Pulverfüllschicht 156 auf und der Zwischenraum S zwischen der inneren Kante 108b der nach vorn orientierten Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 und der Oberfläche 101a des Sauerstoffsensorelements 10 ist eine Hälfte oder weniger der Dicke W des Sauerstoffsensorelements 10. Natürlich werden die obigen Beziehungsmerkmale auch in Bezug auf einen Bereich auf der rechten Seite von 4 (d. h. einen Bereich auf einer Seite in Richtung der Oberfläche 101b des Sauerstoffsensorelements 10) hergestellt. Ferner werden die obigen Beziehungsmerkmale auch in Bezug auf Bereiche auf den Seiten in Richtung von zwei anderen Oberflächen hergestellt, die mit den Oberflächen 101a und 101b des Sauerstoffsensorelements 10 verbunden sind.
Wenn sie Heiz- und Kühlzyklen ausgesetzt wird, dehnt sich die Metallhülle 138 thermisch in der axialen Richtung O aus; folglich kann sich die Presskraft (Kompressionskraft), die auf das Dichtungselement (Pulverfüllschicht) 156 aufgebracht wird, abschwächen, was möglicherweise zu einem Zusammenbruch der Gasdichtheit in dem Spalt zwischen dem Gassensorelement 10 und der Metallhülle 138 führt. Angesichts dessen dehnt sich mittels dessen, dass die Metalldichtung 108 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der höher ist als jener der Metallhülle 138, die Metalldichtung 108 thermisch in der axialen Richtung O mehr aus als die Metallhülle 138. Im Verlauf der Wärmeausdehnung schwächt sich daher die Presskraft (Kompressionskraft), die auf das Dichtungselement (Pulverfüllschicht) 156 aufgebracht wird, nicht ab, wodurch ein Zusammenbruch der Gasdichtheit in dem Spalt zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metallhülle 138 verhindert wird.
In dem Fall, in dem die Metallhülle 138 beispielsweise aus SUS430 ausgebildet ist, wird mittels der Metalldichtung 108, die aus SU304 ausgebildet ist, der Wärmeausdehnungskoeffizient der Metalldichtung 108 höher als jener der Metallhülle 138.
Da die Dicke der Metalldichtung 108 verringert werden kann, kann die Leiste 152 zum Halten eines Vorderendabschnitts der Pulverfüllschicht 156 hinter einer herkömmlichen Position angeordnet werden. Insbesondere wenn die nach hinten orientierte Oberfläche der Leiste 152 hinter dem Gewindeabschnitt 138b angeordnet ist, wird die Leiste 152, die der stärksten Presskraft von der Pulverfüllschicht 156 ausgesetzt ist, hinter dem dünnwandigen Gewindeabschnitt 138b angeordnet. Folglich wird die Presskraft nicht auf den Gewindeabschnitt 138b aufgebracht, wodurch der Zusammenbruch der Gasdichtheit in dem Spalt zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metallhülle 138 verhindert wird, der sich ansonsten aus einer Dehnung des Gewindeabschnitts 138b in der axialen Richtung O ergeben könnte.
Ferner ist der Spalt zwischen der Metallhülle 138 und der Metalldichtung 108 kleiner als jener zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metalldichtung 108. Mittels dessen, dass die Metalldichtung 108 in dem Spalt zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metallhülle 138 in einer solchen Weise angeordnet ist, dass sie näher an der Metallhülle 138 liegt, kann in dieser Weise eine radiale Bewegung der Metalldichtung 108 begrenzt werden, wodurch ein Kontakt zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metalldichtung 108 verhindert wird. Folglich kann eine elektrische Verbindung zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metallhülle 138 über die Metalldichtung 108 verhindert werden.
Wie in 4 gezeigt, weist die Metalldichtung 108 ferner die maximale Dicke T in einer Position auf, in der die Metalldichtung 108 und der Quetschabschnitt 138s in der axialen Richtung O einander überlappen, und die maximale Dicke T der Metalldichtung 108 ist größer als die maximale Dicke t des Quetschabschnitts 138s. Selbst wenn ein Spalt zwischen dem Quetschabschnitt 138s und dem Sauerstoffsensorelement 10 existiert, kann folglich eine vorbestimmte Presskraft auf einen Abschnitt der flachen Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 in der Nähe der inneren Kanten 108b der flachen Oberfläche 108a aufgebracht werden, so dass die ganze flache Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 die Pulverfüllschicht 156 zuverlässig pressen kann.
Wie in 5 gezeigt, ist ferner ein Zwischenraum Sa in der Dickenrichtung zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metalldichtung 108 kleiner als ein Zwischenraum Sb in der Breitenrichtung zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metalldichtung 108. Im Sauerstoffsensorelement 10, dessen Querschnitt eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist, so dass eine Länge V in der Breitenrichtung länger ist als eine Länge W in der Dickenrichtung, kann mittels dessen, dass der Zwischenraum Sa in der Dickenrichtung zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metalldichtung 108 kleiner ist als der Zwischenraum Sb in der Breitenrichtung zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metalldichtung 108, die flache Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 die Pulverfüllschicht 156 zuverlässiger pressen.
Mit Rückbezug auf 1 ist eine Schutzvorrichtung mit doppelter Struktur, die aus einer äußeren Schutzvorrichtung 142 und einer inneren Schutzvorrichtung 143 besteht, die jeweils mehrere Löcher aufweisen und aus Metall (z. B. Edelstahl) bestehen, durch Schweißen oder dergleichen mit dem äußeren Umfang eines Vorderendabschnitts (einem unteren Endabschnitt in 1) der Metallhülle 138 verbunden, während sie einen Vorderendabschnitt des Sauerstoffsensorelements 10 bedeckt.
Während ein Vorderendabschnitt des äußeren Rohrs 144 von außen auf eine äußere Umfangsoberfläche 138c eines Hinterendabschnitts der Metallhülle 138 aufgesetzt ist, ist unterdessen das äußere Rohr 144 an die Metallhülle 138 geschweißt. Das äußere Rohr 144 weist eine röhrenförmige Form auf und das elastische Element 150 ist in einen Hinterendabschnitt des äußeren Rohrs 144 eingesetzt, wodurch das äußere Rohr 144 abgedichtet ist.
Das Separatorhalteelement 170 und der Separator 169 sind vor dem elastischen Element 150 innerhalb des äußeren Rohrs 144 in dieser Reihenfolge von der Vorderseite zur Rückseite angeordnet, während sie in der axialen Richtung O miteinander in Kontakt stehen. Das elastische Element 150 und das Separatorhalteelement 170 sind radial nach innen über das äußere Rohr 144 gequetscht, wodurch der Separator 169 innerhalb des äußeren Rohrs 144 mittels elastischer Kräfte des elastischen Elements 150 und des Separatorhalteelements 170 gehalten wird.
Das elastische Element 150 nimmt die Form einer kreisförmigen Säule an und weist Durchgangslöcher auf, um zu ermöglichen, dass sich Zuleitungsdrähte in der der axialen Richtung O durch diese erstrecken. Das Separatorhalteelement 170 ist ein röhrenförmiges Element, das aus Metall besteht.
Der Separator 169 ist beispielsweise aus Keramik ausgebildet und weist einen Körperabschnitt 169a und mehrere Vorsprünge 169b auf, die radial nach außen vom Körperabschnitt 169a vorstehen. Die Metallanschlüsse 30 sind einzeln zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 169b angeordnet, wodurch ein Kurzschluss zwischen den Metallanschlüssen 30 verhindert wird.
Das Isolationselement 166 ist ferner vor dem Separatorhalteelement 170 innerhalb des äußeren Rohrs 144 angeordnet. Das Isolationselement 166 nimmt eine im Wesentlichen plattenartige Form an und ist in zwei Stücke entlang der axialen Richtung O unterteilt; nachdem die Metallanschlüsse 30 an den zwei unterteilten Stücken montiert sind, werden die zwei Stücke aneinander montiert; und das Klemmelement 167 mit der Art einer Feder wird von außen auf die Umfänge der Stücke aufgesetzt, wodurch die Stücke miteinander verbunden werden (Klemmen). Zu diesem Zeitpunkt werden L-förmige Einrastenden 31e an den Vorderenden der Metallanschlüsse 30 an der nach vorn orientierten Oberfläche des Isolationselements 166 eingerastet, wodurch die Metallanschlüsse 30 fixiert werden. Die Metallanschlüsse 30 werden innerhalb des Isolationselements 166 in einer solchen Weise gehalten, dass sie dem Kontakteinsetzloch 166a zugewandt sind.
Unterdessen weisen die Metallanschlüsse 30 Vorsprünge 31p auf, die an jeweiligen Vorderendabschnitten davon ausgebildet sind und innerhalb des Kontakteinsetzlochs 166a angeordnet sind. Die Vorsprünge 31p kommen mit den Elektrodenanschlüssen 10a bzw. 10b des Sauerstoffsensorelements 10 in elektrischen Kontakt. In dieser Weise wird eine Anschlussverbindungsstruktur ausgebildet. Die Metallanschlüsse 30 sind mit den jeweiligen Zuleitungsdrähten 146 an Quetschanschlussabschnitten 33e verbunden, die an ihren Hinterenden ausgebildet sind.
Ferner ist das innere Rohr 180 radial außerhalb des Isolationselements 166 und des Klemmelements 167 innerhalb des äußeren Rohrs 144 angeordnet. Das innere Rohr 180 wird radial nach innen gequetscht; folglich wird das Klemmelement 167 gepresst und verformt, um die zwei Stücke des Isolationselements 166 von außen zu klemmen, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenanschlüssen 10a und 10b und den Metallanschlüssen 30 sichergestellt wird.
3 ist eine Reihe von Prozesszeichnungen, die ein Beispielverfahren zur Herstellung des Sensors 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Für eine leichte Sichtbarkeit der Komponentenelemente weisen in 3 die Zuleitungsdrähte 146 nach oben. Im Verlauf der tatsächlichen Herstellung weisen jedoch die Zuleitungsdrähte 146 nach unten.
Zuerst werden die Metallanschlüsse 30 (nicht dargestellt) an den zwei unterteilten Stücken des Isolationselements 166 montiert und das Separatorhalteelement 170 und der Separator 169 werden in dieser Reihenfolge an einer Rückseite des Isolationselements 166 montiert. Ferner werden die mit den Hinterenden der Metallanschlüsse 30 verbundenen Zuleitungsdrähte 146 durch die jeweiligen Durchgangslöcher des elastischen Elements 150 eingesetzt, so dass sie vom Hinterende des elastischen Elements 150 nach außen geführt sind (3(a)).
Als nächstes wird das Klemmelement 167 mit der Art einer Feder von außen auf die Umfänge der zwei Stücke des Isolationselements 166 aufgesetzt, wodurch die zwei Stücke des Isolationselements 166 miteinander verbunden (geklemmt) werden (3(b)).
Als nächstes wird das innere Rohr 180 in einer umgebenden Weise auf die zwei Stücke des Isolationselements 166 und das Klemmelement 167 gesetzt (3(c)). Um die Kontaktfläche mit der Metallhülle 138 zu vergrößern, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Ende des inneren Rohrs 180 radial nach außen in einer Blütenblattwise ausgedehnt, wodurch ein Flansch 180L gebildet wird. Das Ende des inneren Rohrs 180 kann jedoch ein bloßes geschnittenes Ende sein.
Dann wird der Flansch 180L mit einer nach hinten orientierten Oberfläche 138d der Metallhülle 138 in Kontakt gebracht (3(d)). Die Metallhülle 138 wird im Voraus in der folgenden Weise vorbereitet: die Schutzvorrichtung mit doppelter Struktur, die aus der äußeren Schutzvorrichtung 142 und der inneren Schutzvorrichtung 143 besteht, wird an die Metallhülle 138 geschweißt; ferner werden das Sauerstoffsensorelement 10, der Metallhalter 104, der Keramikhalter 151, die Pulverfüllschicht 156 und die Metalldichtung 10 darin angeordnet, gefolgt vom Quetschen eines Hinterendabschnitts der Metallhülle 138, um dadurch den Quetschabschnitt 138s auszubilden. Wenn der Flansch 180L mit der nach hinten orientierten Oberfläche 138d der Metallhülle 138 in Kontakt gebracht wird, wird ein Hinterendabschnitt des Sauerstoffsensorelements 10 in das Kontakteinsetzloch 166a des Isolationselements 166 eingesetzt, wodurch die Elektrodenanschlüsse 10a und 10b mit den jeweiligen Metallanschlüssen 30 in Kontakt kommen.
Als nächstes wird das innere Rohr 180 an einem Quetschabschnitt S1 radial nach innen gequetscht. Dies verursacht, dass das Klemmelement 167 in einer solchen Weise verformt wird, dass die zwei Stücke des Isolationselements 166 radial von außen geklemmt werden. Wenn das innere Rohr 180 gequetscht wird, verschiebt sich das innere Rohr 180 ferner in der Position in einer solchen Weise, dass eine Mittenfehlausrichtung, falls vorhanden, des Sauerstoffsensorelements 10 ohne Auferlegung von übermäßiger Kraft auf die Elektrodenanschlüsse 10a und 10b des Sensorelements 10 absorbiert wird.
Das so in der Position verschobene innere Rohr 180 wird an die nach hinten orientierte Oberfläche 138d der Metallhülle 138 geschweißt (Schweißposition W1) (3(e)).
Als nächstes wird das äußere Rohr 144 radial außerhalb des inneren Rohrs 180 angeordnet. Das Vorderende des äußeren Rohrs 144 wird von außen auf die äußere Umfangsoberfläche 138c (siehe 3(e)) eines Hinterendabschnitts der Metallhülle 138 aufgesetzt. Dann wird das äußere Rohr 144 radial nach innen an Quetschabschnitten S2 und S3 gequetscht, um das Separatorhalteelement 170 und das elastische Element 150 innerhalb des äußeren Rohrs 144 zu halten. Anschließend werden ein Vorderendabschnitt des äußeren Rohrs 144 und die äußere Umfangsoberfläche 138c der Metallhülle 138 verschweißt (Schweißposition W2), wodurch das äußere Rohr 144 mit der Metallhülle 138 verbunden wird (3(f)).
Der Sauerstoffsensor 200 ist somit fertiggestellt.
(Beispiele)
Um eine Probenanordnung von Beispiel 1 auszubilden, wurden die Metallhülle 138 in einem Zustand vor der Ausbildung des Quetschabschnitts 138s, das Sauerstoffsensorelement 10, die Metalldichtung 108, der Metallhalter 104, der Keramikhalter 151 und die Pulverfüllschicht 156 vorbereitet. Ein Abschnitt der Metallhülle 138, in dem die Metalldichtung 108 und die Pulverfüllschicht 156 angeordnet werden, weist einen Innendurchmesser von 10 mm auf und das Sauerstoffsensorelement 10 weist eine Länge in der Breitenrichtung von 4,25 mm und eine Länge in der Dickenrichtung von 1,46 mm auf. Außerdem weist die Pulverfüllschicht 156 ein Gewicht von 2,4 g auf. Die vorbereitete Metalldichtung 108 weist einen Außendurchmesser von 9,9 mm auf und weist ein Einsetzloch auf, das einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und 4,55 mm × 1,7 mm × 1,5 mm (Höhe) misst.
Als nächstes wurden das Sauerstoffsensorelement 10, der Metallhalter 104, der Keramikhalter 151, die Pulverfüllschicht 156 und die Metalldichtung 108 in die Metallhülle 138 eingesetzt und dann wurde ein Hinterendabschnitt der Metallhülle 138 gequetscht, wodurch der Quetschabschnitt 138s ausgebildet wurde. In diesem Fall wurde eine Quetschlast von α kg auf den Quetschabschnitt 138s der Metallhülle 138 aufgebracht, um eine Fülldichte von 2,5 g/cm³ für Talkum herzustellen. Nach dieser Montagearbeit ist der Zwischenraum S zwischen dem Sauerstoffsensorelement 10 und der Metalldichtung 108 0,12 mm oder 0,15 mm.
Anschließend wurde Luft mit einem Druck von 1,5 MPa gegen den Zwischenraum des Sauerstoffsensorelements 10 und der Metallhülle 138 der Probenanordnung von der Vorderseite des Sauerstoffsensorelements 10 geblasen. Die Leckrate (ml/min) in Richtung der Rückseite des Sauerstoffsensorelements 10 wurde gemessen.
Als Ergebnis zeigte das Beispiel 1 eine Leckrate von 1,1 ml/min.
Ähnlich zur Probenanordnung von Beispiel 1 wurden Probenanordnungen von Vergleichsbeispielen 1, 2 und 3 ausgebildet. Die Probenanordnung von Vergleichsbeispiel 1 verwendete eine Metalldichtung mit einem Außendurchmesser von 9,9 mm, wie an ihrem Hinterende gemessen, einem Durchgangsloch, das 4,55 mm × 1,7 mm × 1,5 mm (Höhe) misst, und einem Querschnitt, der sich in der Vorwärtsrichtung verjüngt.
Die Probenanordnung von Vergleichsbeispiel 2 verwendete eine Metalldichtung mit einem Außendurchmesser von 9,1 mm und einem Durchgangsloch mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, das 4,55 mm × 1,7 mm × 1,5 mm (Höhe) misst.
Die Probenanordnung von Vergleichsbeispiel 3 verwendete eine Metalldichtung mit einem Außendurchmesser von 9,9 mm und einem Durchgangsloch mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, das 5,8 mm × 3 mm × 1,5 mm (Höhe) misst.
Ähnlich zu Beispiel 1 wurden das Sauerstoffsensorelement 10, der Metallhalter 104, der Keramikhalter 151, die Pulverfüllschicht 156 und jede der Metalldichtungen der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 in die Metallhülle 138 eingesetzt und dann wurde ein Hinterendabschnitt der Metallhülle 138 gequetscht, wodurch der Quetschabschnitt 138s ausgebildet wurde. In dem Quetschprozess wurde dieselbe Quetschlast wie jene von Beispiel 1, d. h. α kg, aufgebracht.
Anschließend wurde ähnlich zu Beispiel 1 Luft gegen die Probenanordnungen der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 geblasen und die Leckrate (ml/min) in Richtung der Rückseite des Sauerstoffsensorelements 10 wurde gemessen.
Als Ergebnis zeigte das Vergleichsbeispiel 1 eine Leckrate von 2,0 ml/min; das Vergleichsbeispiel 2 zeigte eine Leckrate von 1,5 ml/min; und das Vergleichsbeispiel 3 zeigte eine Leckrate von 1,8 ml/min. Die Leckraten der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 sind höher als jene von Beispiel 1.
Ein denkbarer Grund für die Erhöhung des Lecks in Vergleichsbeispiel 1 ist wie folgt: da die nach vorn orientierte Oberfläche der Metalldichtung gegenüber der nach hinten orientierten Oberfläche der Pulverfüllschicht geneigt ist, misslang es der Pulverfüllschicht, einen relevanten Raum ausreichend zu füllen.
Ein denkbarer Grund für die Erhöhung des Lecks in Vergleichsbeispiel 2 ist wie folgt: da der Außendurchmesser der flachen Oberfläche der Metalldichtung geringer ist als jener der nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements, misslang es der Pulverfüllschicht, einen relevanten Raum ausreichend zu füllen.
Ein denkbarer Grund für die Erhöhung des Lecks in Vergleichsbeispiel 3 ist wie folgt: da der Zwischenraum zwischen einer inneren Kante der flachen Oberfläche der Metalldichtung und der Oberfläche des Gassensorelements größer als eine Hälfte der Dicke des Gassensorelements ist, misslang es der Pulverfüllschicht, einen relevanten Raum ausreichend zu füllen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform begrenzt, sondern kann verschiedene Modifikationen und Äquivalente davon umfassen, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Keine spezielle Begrenzung wird beispielsweise der Form der Metalldichtung 108 auferlegt und die nach hinten orientierte Oberfläche kann nicht flach sein und kann abgeschrägt sein, solange die nach vorn orientierte Oberfläche, die mit dem Dichtungselement in Kontakt steht, flach ist. Wie in 6 gezeigt, kann beispielsweise, während eine Metalldichtung 208 eine flache Oberfläche 208a als nach vorn orientierte Oberfläche aufweist, eine nach hinten orientierte Oberfläche 208c gekrümmt sein, so dass die Dicke der Metalldichtung 208 sich entlang der radialen Einwärtsrichtung verringert.
In der obigen Ausführungsform erstreckt sich die flache Oberfläche 108a der Metalldichtung 108 im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung. Wie in 6 gezeigt, kann jedoch im Vergleich zur gestrichelten Linie senkrecht zur axialen Richtung die flache Oberfläche 208a nach vorn verschoben sein, während sie sich radial nach außen erstreckt. In dieser Weise kann mittels dessen, dass die flache Oberfläche 208a der Metalldichtung 208 nach vorn verschoben ist, während sie sich radial nach außen erstreckt, die flache Oberfläche 208a die Pulverfüllschicht 156 mit größerer Kraft pressen.
Das Sensorelement kann ein λ-Sensorelement, ein NO_x-Sensorelement und ein Ammoniaksensorelement zusätzlich zum vorstehend beschriebenen Sauerstoffsensorelement (ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensorelement mit voller Bandbreite) sein.
Bezugszeichenliste

10: Sauerstoffsensorelement
108: Metalldichtung
108a: nach vorn orientierte Oberfläche der Metalldichtung
138: Metallhülle
138a: hexagonaler Abschnitt
138b: Gewindeabschnitt
152: Leiste
154: Durchgangsloch der Metallhülle
156: Pulverfüllschicht
200: Gassensor
O: axiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-287935 [0004]
JP 2007-205985 [0004]

Claims

Gassensor, der umfasst: ein plattenartiges Gassensorelement, das sich in einer axialen Richtung erstreckt und mindestens eine Zelle aufweist, die einen Elektrolytfestkörper und ein Paar von Elektroden umfasst, die auf einer Oberfläche des Elektrolytfestkörpers vorgesehen sind; eine röhrenförmige Metallhülle mit einem Durchgangsloch, durch das sich das Gassensorelement erstreckt, die dazu ausgelegt ist, das Gassensorelement in einer solchen Weise zu halten, dass ein Detektionsabschnitt, der an einem Vorderendabschnitt des Gassensorelements ausgebildet ist, davon vorsteht; und ein Dichtungselement, das zwischen einer inneren Oberfläche der Metallhülle und einer äußeren Oberfläche des Gassensorelements angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, die Gasdichtheit in einem Spalt zwischen dem Gassensorelement und der Metallhülle aufrechtzuerhalten; wobei der Gassensor ferner eine Metalldichtung mit einem Durchgangsloch, das einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und durch das sich das Gassensorelement erstreckt, die das Dichtungselement mit einer flachen Oberfläche davon in direktem Kontakt mit einer nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements nach vorn presst, umfasst, wobei die flache Oberfläche der Metalldichtung einen Außendurchmesser aufweist, der gleich oder größer als jener der nach hinten orientierten Oberfläche des Dichtungselements ist, und ein Zwischenraum zwischen einer inneren Kante der flachen Oberfläche und der Metalldichtung und einer Oberfläche des Gassensorelements eine Hälfte oder weniger einer Dicke des Gassensorelements ist.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient der Metalldichtung höher ist als jener der Metallhülle.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei Seitenoberflächen des Gassensorelements, das im Durchgangsloch der Metalldichtung angeordnet ist, aus einem Isolationsmaterial ausgebildet sind.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Spalt zwischen der Metallhülle und der Metalldichtung kleiner ist als jener zwischen dem Gassensorelement und der Metalldichtung.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Metallhülle einen Quetschabschnitt aufweist, der hinter der Metalldichtung angeordnet ist, radial nach innen vorsteht, während er einen Spalt zwischen demselben und dem Gassensorelement aufweist, und die Metalldichtung nach vorn presst; die Metalldichtung eine maximale Dicke T in einer Position aufweist, in der die Metalldichtung und der Quetschabschnitt in der axialen Richtung einander überlappen; und die maximale Dicke T der Metalldichtung größer ist als eine maximale Dicke t des Quetschabschnitts.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in einem Schnitt betrachtet, der radial genommen ist und die flache Oberfläche der Metalldichtung enthält, das Gassensorelement eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist, so dass eine Länge in einer Breitenrichtung länger ist als eine Länge in einer Dickenrichtung, und der Zwischenraum in der Dickenrichtung zwischen dem Gassensorelement und der Metalldichtung kleiner ist als der Zwischenraum in der Breitenrichtung zwischen dem Gassensorelement und der Metalldichtung.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Metallhülle einen hexagonalen Abschnitt, einen Gewindeabschnitt, der vor dem hexagonalen Abschnitt angeordnet ist und einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als jener des hexagonalen Abschnitts, und eine Leiste, die radial nach innen in das Durchgangsloch davon vorsteht und mit einem Vorderende des Dichtungselements in direktem oder indirektem Kontakt steht, aufweist, und eine nach hinten orientierte Oberfläche der Leiste hinter dem Gewindeabschnitt angeordnet ist.