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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts mit einem Sensorelement zum Detektieren der Konzentration eines zu detektieren Gases und ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors unter Verwendung des Sensorzwischenprodukts.
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Ein herkömmlicher Gassensor zum Detektieren der Konzentration von in einem von einem Fahrzeug oder dergleichen ausgestoßenen Abgas enthaltenen Sauerstoff oder NOx weist ein Sensorelement auf, welches ein Festelektrolytelement umfasst.
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Es ist bekannt, dass ein solcher Gassensor eine Struktur aufweist, in welcher ein Sensorelement in eine röhrenförmige Metallhülse (Gehäuse), welche an einem Abgasrohrkrümmer zu befestigen ist, eingefügt ist und so gehalten ist, dass dessen eines Ende einem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Um das Sensorelement stabil in der Metallhülse zu halten und ein Eintreten von Abgas in das Innere des Gassensors zu verhindern, sind eine Halterung zum Halten des Sensorelements, Talkpulver (Füllelement), ein Presselement zum Drücken und Pressen des Talkpulvers, etc. in dieser Reihenfolge ausgehend von dem vorderen Ende innerhalb eines Raumes zwischen der inneren Umfangsoberfläche der Metallhülse und der äußeren Umfangsoberfläche des Sensorelements aufgeschichtet. Das Sensorelement ist in der Metallhülse dadurch befestigt, dass das Talkpulver so gepresst ist, dass das Talkpulver den Raum zwischen der Metallhülse und dem Sensorelement unter Druck füllt.
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Wie in
5 gezeigt, wird ein Pressen von Talkpulver in einem herkömmlichen Gassensorherstellungsverfahren wie folgt durchgeführt (siehe die offengelegte japanische Patentanmeldung
JP 2012 - 242 112 A (
5) und die offengelegte japanische Patentanmeldung
JP 2008 - 145 339 A (
4)). Als Erstes werden ein Keramikring 300 und ein zweiter Talkring 226 in einem Metallbehälter 20 untergebracht, wobei ein Sensorelement 21 diese Elemente durchdringend eingesetzt ist (zweiter Anordnungsschritt), und der zweite Talkring 226 wird von der offenen Seite des Metallbehälters 20 aus gepresst (zweiter Pressschritt). Hierdurch wird der zweite Talkring 226 zerquetscht und wird zu pulvrigem zweiten Talk 220, wodurch eine Elementeinheit 230 gebildet wird, in welcher das Sensorelement 21 in dem Metallbehälter 20 gehalten ist und damit vereinigt ist.
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Als Nächstes wird die Elementeinheit 230 von der Seite des hinteren Endes (die Seite in Richtung eines zylindrischen Abschnitts zum Falzen 16) in eine Metallhülse 11 einer Hülsenanordnung 235 eingefügt und ein erster Talkring 225, eine Manschette 43 und eine Beilagscheibe 45 werden von der Seite auf das Sensorelement 21 aufgesteckt, wo das hintere Ende 29 des Sensorelements 21 liegt (Halteschritt). Anschließend, während der erste Talkring 225 gepresst wird, wird der zylindrische Abschnitt zum Falzen 16 mittels Hitzefalzen radial einwärts gebogen (erster Pressschritt), wodurch ein Gassensor zusammengesetzt wird.
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Nach dem oben beschriebenen ersten Pressschritt wird in einigen Fällen eine Schutzmanschette (nicht gezeigt) an dem hinteren Ende der Metallhülse 11 mittels Schweißen oder dergleichen befestigt, wodurch ein Gassensor hergestellt wird. Ferner wird in einigen Fällen, nachdem das dem ersten Pressschritt unterzogene Sensorzwischenprodukt fertig ist, dieses Sensorzwischenprodukt für einen anderen Schritt an einen Ort transferiert und die Schutzmanschette wird anschließend daran befestigt, um den Gassensor herzustellen. Insbesondere ist der Herstellungsprozess in einen Zwischenschritt des Herstellens eines Sensorzwischenprodukts und einen Zusammenfügungsschritt zum Zusammenfügen des Gassensors zum Herstellen des Gassensors unterteilt.
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Wie oben beschrieben, wird in dem herkömmlichen Gassensorherstellungsprozess der zweite Talkring 226 innerhalb des Metallbehälters 20 gepresst (zweiter Pressschritt) und der erste Talkring 225 wird das erste Mal innerhalb der Metallhülse 11 gepresst (erster Pressschritt). In diesem Fall, wenn der zweite Talkring 226 das erste Mal innerhalb des Metallbehälters 20 gepresst wird, kann es vorkommen, dass die Elementeinheit 230 gebildet wird, während die Achse des Sensorelements 21 und die Achse der Elementeinheit 230 voneinander abweichen. Wenn eine solche Elementeinheit 230 in die Metallhülse 11 eingefügt wird, wird ein Zustand hergestellt, in welchem die Achse des Sensorelements 21 und die Achse der Metallhülse 11 voneinander abweichen. Wenn der erste Talkring 225 in einem solchen Zustand auf die Metallhülse 11 gesteckt wird und der erste Talkring 225 gepresst wird, verformt sich der erste Talkring 225 so, dass die Achse des Sensorelements 21 an der Achse der Metallhülse 11 ausgerichtet ist. Hierdurch wirkt eine Scherspannung auf das Sensorelement 21 und das Sensorelement 21 kann zerbrechen.
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Eine denkbare Möglichkeit ein solches Problem zu lösen, ist die Elementeinheit abzuschaffen, einen einzigen Talkring auf das Sensorelement 21 aufzustecken, ohne den Metallbehälter 20 zu verwenden, und den Talkring innerhalb der Metallhülse 11 in einem einzigen Schritt zu pressen.
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Selbst wenn der Talkring innerhalb der Metallhülse 11 in einem einzigen Schritt gepresst wird, verformt sich jedoch das Talkpulver, wenn der Talkring gepresst wird und das resultierende Talkpulver sich verformt (neu anordnet), so, dass das Talkpulver im Wesentlichen gleichförmig innerhalb der Metallhülse verteilt ist. Wenn ein Abschnitt des Talkrings einen formbezogenen Defekt aufweist, verursacht durch beispielsweise Spannen des Talkrings, wird die auf das Sensorelement 21 über die Wandoberfläche des Einführungsloches des Talkrings wirkende Spannung ungleichmäßig und eine Scherspannung wirkt auf das Sensorelement 21, wodurch das Element zerbrechen kann.
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US 9 354 142 B2 offenbart einen Gassensor der oben beschriebenen Art.
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In Anbetracht des Vorangegangenen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts bereitzustellen, welches verhindert, dass ein Sensorelement zerbricht, was ansonsten auftreten würde, wenn ein Füllelement zum Befestigen des Sensorelements innerhalb einer Metallhülse in der Metallhülse angeordnet wird. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors bereitzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts einen Vorbereitungsschritt des Vorbereitens einer vorläufigen Baugruppe, in welcher eine röhrenförmige Halterung und ein röhrenförmiges Formteil in einer röhrenförmigen Metallhülse angeordnet sind, wobei das Formteil durch Komprimieren eines Pulvers eines Füllelements gebildet ist, wobei die Metallhülse ein Durchgangsloch, eine Innenwandoberfläche mit einem Umfang und einen Stufenabschnitt aufweist, welcher entlang des Umfangs der Innenwandoberfläche der Metallhülse so nach innen ragt, dass die Halterung an dem Stufenabschnitt aufliegt und das Formteil auf einer Seite der Halterung aufgeschichtet ist, die dem Stufenabschnitt gegenüberliegt, und in welcher ein Metallstift in ein erstes Einführungsloch der Halterung und ein zweites
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Einführungsloch des Formteils eingeführt ist. Das Verfahren umfasst ferner einen Vorpressschritt des Pressens des Formteils so, dass eine Füllelementzwischenform mit einer Gestalt gebildet wird, welche die Füllelementzwischenform in Druckkontakt mit der Innenwandoberfläche der Metallhülse bringt und ein Entfernen des Metallstifts aus dem zweiten Einführungsloch erlaubt; einen Stiftherausziehschritt des Herausziehens des Metallstiftes aus dem ersten Einführungsloch und dem zweiten Einführungsloch; einen Einführschritt des Einführens eines axial ausgedehnten Sensorelements in das erste Einführungsloch und das zweite Einführungsloch; und einen Hauptpressschritt des Pressens der Füllelementzwischenform, um hierdurch das Füllelement zu bilden, welches das Sensorelement innerhalb der Metallhülse befestigt.
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Gemäß diesem Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts wird durch den Vorpressschritt das Pulver, welches das Formteil bildet, dazu gebracht, sich um den Metallstift anzuordnen (sich erneut anzuordnen) und wird in einem Zustand verfestigt, in welchem es in Druckkontakt mit der Innenwandoberfläche der Metallhülse ist, wodurch die Füllelementzwischenform gebildet wird. Wenn ein Abschnitt des Formteils einen formbezogenen Defekt aufweist, welcher beispielsweise durch Spannen oder dergleichen verursacht ist, kann zu diesem Zeitpunkt die auf den Metallstift wirkende Spannung ungleichmäßig werden, wenn sich das Pulver durch den Vorpressschritt um den Metallstift verformt (sich erneut angeordnet). Selbst in einem solchen Fall bricht der Metallstift jedoch nicht oder deformiert sich nicht, da der Metallstift aus Metall gebildet ist.
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Da die durch den Vorpressschritt gebildete Füllelementzwischenform dergestalt ist, dass das die Füllelementzwischenform bildende Pulver ungefähr gleichmäßig angeordnet ist, werden zudem formbezogene Defekte reduziert. Wenn das die Füllelementzwischenform bildende Pulver sich als ein Ergebnis des nachfolgenden Hauptpressschrittes um das Sensorelement anordnet (sich erneut anordnet), um hierdurch das Füllelement zu bilden, ist es dementsprechend möglich, eine ungleichmäßige Spannung, welche über die Wandoberfläche des zweiten Einführungslochs auf das Sensorelement wirkt, zu verhindern, wodurch verhindert werden kann, dass das Sensorelement zerbricht.
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Ferner weist die durch den Vorpressschritt gebildete Füllelementzwischenform eine Gestalt auf, welche die Füllelementzwischenform in Druckkontakt mit der Innenwandoberfläche der Metallhülse bringt und es erlaubt, den Metallstift aus dem zweiten Einführungsloch zu entfernen. Selbst wenn der Metallstift in dem nachfolgenden Stiftherausziehschritt herausgezogen wird, bricht daher die Füllelementzwischenform weder zusammen noch löst sie sich von der Metallhülse ab. Somit kann die Gestalt der Füllelementzwischenform, inklusive dem zweiten Einführungsloch, erhalten werden. Wenn das Sensorelement in dem Einführschritt in das zweite Einführungsloch eingeführt wird, wirkt ferner keine Spannung auf das Sensorelement. Somit kann das Sensorelement einfach in die Füllelementzwischenform eingeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts kann das Sensorelement einen Detektionsabschnitt, welcher an einer Seite eines vorderen Endes des Sensorelements bereitgestellt und dazu hergerichtet ist, eine spezifische Gaskomponente, welche in einem zu detektierenden Gas enthalten ist, zu detektieren, und eine Schutzschicht, welche an der Seite des vorderen Endes des Sensorelements bereitgestellt und den Detektionsabschnitt bedeckt, aufweisen; und in dem Einführschritt kann ein auf der Seite des hinteren Endes angeordneter Abschnitt des Sensorelements von einer Seite eines vorderen Endes der Metallhülse in das erste Einführungsloch und das zweite Einführungsloch eingeführt werden.
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Gemäß diesem Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts kann das Sensorelement, selbst wenn ein auf der Seite des vorderen Endes angeordneter Abschnitt des Sensorelements mit einer Schutzschicht bedeckt ist, welche im transversalen Querschnitt größer als das Sensorelement selbst ist, in das erste Einführungsloch und das zweite Einführungsloch von der Seite des hinteren Endes des Sensorelements aus eingeführt werden und das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann angewendet werden.
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Das Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts kann dergestalt sein, dass in dem Stiftherausziehschritt eine axiale Position, an welche der Metallstift herausgezogen wird, so eingestellt ist, dass ein vorderes Ende des Metallstifts ein vorderes Ende oder ein hinteres Ende des Sensorelements, welches durch den Einführschritt eingeführt wird, berühren wird; und in dem Einführschritt das vordere Ende oder das hintere Ende des Sensorelements das vordere Ende des Metallstifts berührt.
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Gemäß diesem Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts berührt das vordere Ende des Metallstiftes, dessen Herausziehposition in dem Stützloch eingestellt wurde, das vordere Ende oder hintere Ende des Sensorelements. Somit kann die Einführungstiefe des Sensorelements in der axialen Richtung, d.h. die Position, an welcher das Sensorelement mit der Metallhülse verbunden wird, kann durch den Metallstift festgelegt werden, wodurch das Positionieren des Sensorelements vereinfacht wird.
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Das Sensorelement kann die Gestalt einer sich in einer Längsrichtung erstreckenden Platte mit einem rechteckigen Querschnitt aufweisen.
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Wenn das Sensorelement eine plattenähnliche Gestalt aufweist, ist es wahrscheinlich, dass die Achse des Sensorelements und die Achse der Elementeinheit voneinander abweichen. Daher ist die vorliegende Erfindung besonders effektiv.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Sensor ein plattenförmiges Sensorelement, welches sich in einer Richtung einer Achse erstreckt, eine röhrenförmige Metallhülse, welche das Sensorelement so umgibt, dass ein vorderes Ende des Sensorelements aus der Metallhülse ragt, eine Halterung und ein Füllelement, welche zwischen der Metallhülse und dem Sensorelement angeordnet sind, und eine Schutzmanschette, welche an einem Abschnitt am hinteren Ende der Metallhülse befestigt ist. Ein Verfahren zum Herstellen des Sensors umfasst einen Sensorzwischenprodukt-Bildungsschritt des Bildens des oben beschriebenen Sensorzwischenprodukts; und einen Zusammenfügungsschritt des Befestigens der Schutzmanschette an dem Abschnitt am hinteren Ende der Metallhülse nach dem Sensorzwischenprodukt-Bildungsschritt.
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Die vorliegende Erfindung ist ferner für den Fall effektiv, wenn der Sensorzwischenprodukt-Bildungsschritt und der Zusammenfügungsschritt (Sensorherstellungsschritt) separat durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung kann verhindern, dass das Sensorelement zerbricht, was ansonsten auftreten würde, wenn das Füllelement zum Befestigen des Sensorelements innerhalb der Metallhülse in der Metallhülse angeordnet wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. In den Figuren werden gleiche bzw. ähnliche Elemente mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern durch den Umfang der beiliegenden Patentansprüche bestimmt ist. Insbesondere können die einzelnen Merkmale bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen in anderer Anzahl und Kombination als bei den untenstehend angeführten Beispielen verwirklicht sein.
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Bei der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
- 1 eine Schnittansicht eines durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Gassensors (breitbandiger Luft-KraftstoffVerhältnis-Gassensor) entlang einer Längsrichtung des Gassensors zeigt;
- 2(a) bis 2(g) Ansichten, welche die Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Gassensorzwischenproduktes gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
- 3 eine Ansicht, welche einen Schritt nach den Schritten des Verfahrens zum Herstellen eines Gassensorzwischenprodukts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 4 eine Ansicht zeigt, welche den letzten Schritt der Herstellung und Zusammenfügung des Gassensors zeigt.
- 5 eine Darstellung zeigt, welche die Schritte eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen eines Gassensors zeigt.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die Ausdrücke „Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts“ und „Verfahren zum Herstellen eines Sensors“ verwendet, wenn erforderlich. Schritte bis zu einem Hauptpressschritt entsprechen dem „Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts“ und alle Schritte, inklusive einem Zusammenfügungsschritt des Befestigens einer Schutzmanschette 81 (siehe 4) an dem Sensorzwischenprodukt nach dem Hauptpressschritt, entsprechen dem „Verfahren zum Herstellen eines Sensors“. Zum Beispiel wird in der vorliegenden Ausführungsform, nachdem ein Sensorzwischenprodukt durch die in den 2(a) bis 2(g) gezeigten Schritte hergestellt ist, die Schutzmanschette 81 (Zwischengebilde 102) an einem Abschnitt am hinteren Ende einer Metallhülse 11 befestigt, wodurch ein Gassensor 1, wie in den 3 und 4 gezeigt, hergestellt wird. Dementsprechend entsprechen die in den 2(a) bis 2(g) gezeigten Schritte dem „Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts“ und die in den 2(a) bis 2(g), 3 und 4 gezeigten Schritte entsprechen dem „Verfahren zum Herstellen eines Sensors“. Ferner entspricht der in 4 gezeigte Schritt dem „Zusammenfügungsschritt“.
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1 ist eine Schnittansicht des Gassensors 1 (breitbandiger Luft-KraftstoffVerhältnis-Gassensor), welcher durch die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, wobei die Ansicht entlang einer Längsrichtung (der Richtung der Achse O) des Sensors geschnitten ist. Die 2(a) bis 2(g) sind Ansichten, welche die Schritte des Verfahrens zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst der Gassensor 1 (breitbandiger Luft-KraftstoffVerhältnis-Gassensor) ein Sensorelement 21; eine Keramikhalterung 30 mit einem ersten Einführungsloch 32, in welches das Sensorelement 21 eingeführt ist; und die Metallhülse 11, welche den radialen Außenumfang der Keramikhalterung 30 umgibt. Die Keramikhalterung 30 entspricht der „Halterung“ in den Ansprüchen.
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Ein Abschnitt des Sensorelements 21, welcher nahe dem vorderen Ende des Sensorelements angeordnet ist und an welchem ein Detektionsabschnitt 22, welcher später beschrieben wird, gebildet ist, ragt von einer vorwärts gerichteten Oberfläche 30a der Keramikhalterung 30 nach vorne. Durch Pressen eines Füllelements 41 (Talk in dem vorliegenden Beispiel), welches an einer Seite einer hinteren Oberfläche (die obere Seite in 1) der Keramikhalterung 30 angeordnet ist, in die Vorn-Hinten-Richtung mittels einer aus einem isolierenden Material gebildeten Manschette 43 und einer Beilagscheibe 45 wird das in das erste Einführungsloch 32 eingeführte Sensorelement 21 in der Metallhülse 11 befestigt, wobei Luftdichtheit in der Vorn-Hinten-Richtung sichergestellt ist. Insbesondere ragt ein Abschnitt des Sensorelements 21, welcher auf der Seite in Richtung dessen hinterem Ende 29 angeordnet ist und das hintere Ende 29 umfasst, von der Manschette 43 und der Metallhülse 11 nach hinten und metallische Anschlüsse 75, welche an den Enden von Leitungskabeln 71 angeordnet sind, welche sich durch ein Dichtungselement 85 (z.B. eine aus Gummi gebildete Tülle) erstrecken, sind in Druckkontakt mit und elektrisch verbunden mit Elektrodenanschlüssen 24, welche an einem Abschnitt nahe dem hinteren Ende 29 gebildet sind. Ferner ist der Abschnitt des Sensorelements 21, welcher nahe dem hinteren Ende 29 angeordnet ist und die Elektrodenanschlüsse 24 umfasst, von der Schutzmanschette 81 bedeckt. Der Gassensor 1 wird unten genauer beschrieben.
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Das Sensorelement 21, welches eine streifenförmige (plattenförmige) Gestalt aufweist, erstreckt sich in Richtung der Achse O und weist einen Detektionsabschnitt 22 auf, welcher an einem Abschnitt an dessen vorderem Ende (auf der unteren Seite in 1) gebildet ist, welcher einem Messziel (zu detektierenden Gas) ausgesetzt ist. Der Detektionsabschnitt 22 besteht aus Elektroden zur Detektion, etc. (nicht gezeigt) und ist dazu hergerichtet, eine in dem zu detektierenden Gas enthaltene, spezifische Gaskomponente zu detektieren. Das Sensorelement 21 hat einen rechteckigen transversalen Querschnitt, der in Vorn-Hinten-Richtung konstant ist, und ist im Wesentlichen aus Keramik (Festelektrolyt oder dergleichen) gebildet, um eine langgestreckte Gestalt zu haben. Der Detektionsabschnitt 22 des Sensorelements 21 ist mit einer porösen Schutzschicht 25 aus Alumina, Spinell oder dergleichen bedeckt. Diese Schutzschicht 25 ist wasser- und giftstoffresistent. Die Größe des transversalen Querschnitts erhöht sich in einem Bereich, in welchem die Schutzschicht 25 gebildet ist, um einen Betrag, welcher der Dicke der Schutzschicht 25 (z.B. 0,5 bis 0,6 mm) entspricht (die Dicke ist in der Zeichnung übertrieben dargestellt). Das Sensorelement 21 selbst entspricht einem herkömmlichen bekannten Sensorelement. Ein Paar von Elektroden zum Detektieren, welches den Detektionsabschnitt 22 bereitstellt, ist an einem Abschnitt eines Festelektrolytes (Elements) nahe dessen vorderem Ende angeordnet und die mit den Elektroden zum Detektieren kommunizierenden Elektrodenanschlüsse 24 werden in einem freiliegenden Zustand an einem Abschnitt des Festelektrolytes (Elements) nahe dessen hinterem Ende gebildet. Leitungskabel 71 zum Aufnehmen einer zu detektierenden Ausgabe sind mit den Elektrodenanschlüssen 24 verbunden. Ferner ist in den vorliegenden Beispielen eine Heizung (nicht gezeigt) in einem Abschnitt eines Keramikelements bereitgestellt, welches auf dem Festelektrolyt (Element) des Sensorelements 21 geschichtet ist, wobei der Abschnitt nahe dem vorderen Ende des Keramikelements angeordnet ist. Die Elektrodenanschlüsse 24, mit welchen die Leitungskabel 71 zum Anlegen einer Spannung an die Heizung verbunden sind, werden in einem freiliegenden Zustand an einem Abschnitt des Keramikelements gebildet, welcher nahe dessen hinterem Ende angeordnet ist. Obgleich nicht dargestellt, haben diese Elektrodenanschlüsse 24 eine vertikal langgestreckte rechteckige Gestalt und sind nahe dem hinteren Ende 29 des Sensorelements 21 so angeordnet, dass drei oder zwei Elektrodenanschlüsse lateral nebeneinander an jeder von breiteren Oberflächen (gegenüberliegende Oberflächen) des streifenförmigen Sensorelements angeordnet sind.
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Die Metallhülse 11 hat die Gestalt eines Rohres mit Abschnitten, welche in der Vorn-Hinten-Richtung koaxial sind und unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Metallhülse 11 hat, an ihrer Seite am vorderen Ende, einen zylindrischen, röhrenförmigen, ringförmigen Abschnitt 12 (nachfolgend als der „zylindrische Abschnitt“ bezeichnet), dessen Durchmesser klein ist und auf welchen Schutzelemente 51 und 61 (welche später beschrieben werden) gesteckt und daran befestigt sind. Eine Schraube 13, deren Durchmesser größer als der des zylindrischen Abschnitts 12 ist und dazu verwendet wird, den Gassensor 1 mit dem Abgasrohr eines Motors zu verbinden, ist an der äußeren Umfangsoberfläche bereitgestellt, welche hinter (oben in der Zeichnung) dem zylindrischen Abschnitt 12 angeordnet ist. Ein vieleckiger Abschnitt 14 zum Verschrauben des Sensors 1 mittels der Schraube 13 ist hinter der Schraube 13 bereitgestellt. Ferner ist ein zylindrischer Abschnitt 15 hinter dem vieleckigen Abschnitt 14 bereitgestellt, welcher danebenliegend angeordnet ist. Die Schutzmanschette (äußere Manschette) 81 zum Bedecken eines hinteren Abschnitts des Gassensors 1 ist auf den zylindrischen Abschnitt 15 aufgesteckt und daran verschweißt. Ein zylindrischer Abschnitt zum Falzen 16, dessen Außendurchmesser kleiner als der des zylindrischen Abschnitts 15 ist und eine kleine Wanddicke aufweist, ist hinter dem zylindrischen Abschnitt 15 bereitgestellt. Da 1 den Zustand nach dem Falzen zeigt, ist der zylindrische Abschnitt zum Falzen 16 einwärts gebogen. Ein Dichtring 19 zum Herstellen einer Dichtung, wenn der Sensor 1 verschraubt ist, ist an der unteren Oberfläche des vieleckigen Abschnitts 14 angebracht.
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Ferner hat die Metallhülse 11 ein Innenloch (Durchgangsloch) 18, welches sich in der Richtung der Achse O durch die Metallhülse erstreckt. Der Durchmesser des Innenlochs 18 erhöht sich an einem Stufenabschnitt 18a, welcher so geformt ist, dass sich dessen Durchmesser in Richtung des vorderen Endes verringert, von dem Durchmesser an dessen vorderem Ende auf den Durchmesser an dessen hinterem Ende.
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Eine aus einem isolierenden Material (z.B. Alumina) gebildete Keramikhalterung 30, welche im Allgemeinen die Gestalt eines kurzen Zylinders hat, ist innerhalb der Metallhülse 11 angeordnet. Die Keramikhalterung 30 verengt sich derart, dass ihr Durchmesser in Richtung ihres vorderen Endes abnimmt und eine sich verjüngende Oberfläche bildet auf ihrer äußeren Umfangsseite eine vorwärts gewandte Oberfläche 30a. Dadurch, dass die vorwärts gewandte Oberfläche 30a an dem Stufenabschnitt 18a anliegt, ist die Keramikhalterung 30 innerhalb der Metallhülse 11 so angeordnet, dass eine Lücke zwischen der Keramikhalterung 30 und der Metallhülse 11 gebildet wird.
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Das erste Einführungsloch 32 ist in der Mitte der Keramikhalterung 30 bereitgestellt und bildet eine rechteckige Öffnung mit Maßen, welche denen des transversalen Querschnitts des Sensorelements 21 in etwa gleich sind, sodass ein Abschnitt des Sensorelements 21, welcher hinter der Schutzschicht 25 angeordnet ist, im Wesentlichen spielfrei durch das erste Einführungsloch 32 passt.
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Eine kreisförmige Ausnehmung 35, deren Durchmesser größer als der des ersten Einführungslochs 32 ist, ist an der Seite des vorderen Endes des ersten Einführungslochs 32 gebildet. Die Ausnehmung 35 erstreckt sich von der vorwärts gewandten Oberfläche 30a der Keramikhalterung 30 nach hinten und ist mit dem vorderen Ende des ersten Einführungslochs 32 verbunden. Die untere Oberfläche der Ausnehmung 35 (an der Position des vorderen Endes des Einführungslochs 32) ist flach.
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Das Sensorelement 21 ist in das erste Einlassloch 32 so eingeführt, dass das vordere Ende des Sensorelements 21 aus der vorwärts gerichteten Oberfläche 30a der Keramikhalterung 30 und dem vorderen Ende 12a der Metallhülse 11 nach vorne herausragt. Ein Abschnitt 26 am hinteren Ende der Schutzschicht 25 ist in der Ausnehmung 35 untergebracht. Um zu verhindern, dass die Schutzschicht 25 mit einem Abschnitt um das Einführungsloch 32 zusammenstößt und beschädigt wird, wenn das Sensorelement 21 in das erste Einführungsloch 32 der Keramikhalterung 30 zum Zusammenfügen eingeführt wird, wird bevorzugt, dass der Abschnitt 26 am hinteren Ende der Schutzschicht 25 von dem vorderen Ende des ersten Einführungslochs 32 (der unteren Oberfläche der Ausnehmung 35) nach vorne separiert ist. Die axiale Länge des Abschnitts 26 am hinteren Ende der Schutzschicht 25, welcher in der Ausnehmung 35 untergebracht ist, ist kleiner als die axiale Länge eines Abschnitts an dessen vorderem Ende, welcher außerhalb der Ausnehmung 35 angeordnet ist. Diese Konfiguration verhindert eine Verschlechterung der Detektionsgenauigkeit des Sensorelements 21.
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Ein Abschnitt am vorderen Ende des Sensorelements 21 ist mit einem doppelwandigen Schutzelement bedeckt. In der vorliegenden Ausführungsform besteht das doppelwandige Schutzelement aus zylindrischen, röhrenförmigen Schutzelementen (Schutzkappen) 51 und 61, welche jeweils einen Boden und Gasdurchgangsöffnungen (Löcher) 56 oder 67 aufweisen. Von den zwei Schutzelementen 51 und 61 weist das innere Schutzelement 51 ein hinteres Ende auf, welches auf den zylindrischen Abschnitt 12 der Metallhülse 11 gesteckt ist und daran verschweißt ist. Die Gasdurchgangsöffnungen 56 sind an einem Abschnitt am hinteren Ende des Schutzelements 51 bereitgestellt, beispielsweise an acht Orten in der Umfangsrichtung.
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Auslasslöcher 53 sind an einem Abschnitt am vorderen Ende des Schutzelements 51 bereitgestellt, beispielsweise an vier Orten in der Umfangsrichtung. Das äußere Schutzelement 61 ist auf das innere Schutzelement 51 gesteckt und mit dem zylindrischen Abschnitt 12 zugleich verschweißt. Die Gasdurchgangsöffnungen 67 des äußeren Schutzelements 61 sind in einem Abschnitt des Schutzelements 61 nahe dessen vorderem Ende angeordnet, beispielsweise an acht Orten in der Umfangsrichtung. Ferner ist ein Auslassloch 69 in der Mitte eines Bodenabschnitts des Schutzelements 61 an dessen vorderem Ende angeordnet.
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Die metallischen Anschlüsse 75, welche an den Enden der Leitungskabel 71 bereitgestellt sind, welche sich durch das Dichtungselement 85 nach außen erstrecken, kommen aufgrund ihrer Federkräfte in Druckkontakt mit den Elektrodenanschlüssen 24, welche an dem Abschnitt des Sensorelements 21 nahe dessen hinterem Ende 29 gebildet sind, und sind mit diesen elektrisch verbunden. In dem Gassensor 1 des vorliegenden Beispiels sind die metallischen Anschlüsse 75, inklusive der Druckkontaktabschnitte, in entsprechenden Unterbringungsräumen bereitgestellt, welche in einem Metallanschlusshalteelement 91 bereitgestellt sind, welchesin der Schutzmanschette (metallische Manschette) 81 angeordnet und aus einem isolierenden Material gebildet ist, sodass jeder metallische Anschluss 75 einem anderen metallischen Anschluss 75 zugewandt ist. Die Schutzmanschette 81 ist ein zylindrisches, röhrenförmiges Element mit Abschnitten, welche sich hinsichtlich ihrer Durchmesser unterscheiden. Bewegungen des Metallanschlusshalteelements 91 in der radialen Richtung und in Richtung der Seite am vorderen Ende sind durch ein ringförmiges Stützelement 80 beschränkt, welches in der Schutzmanschette (metallische Manschette) 81 bereitgestellt ist. Ein Abschnitt am vorderen Ende (Manschettenabschnitt großen Durchmessers) 82 dieser Schutzmanschette 81 ist auf den zylindrischen Abschnitt 15 der Metallhülse, welcher nahe dessen hinterem Ende angeordnet ist, gesteckt und daran verschweißt, wodurch ein hinterer Abschnitt des Gassensors 1 luftdicht bedeckt ist. Die Leitungskabel 71 erstrecken sich durch das Dichtungselement 85, welches innerhalb eines Manschettenabschnitts 83 kleinen Durchmessers der Schutzmanschette 81 an deren hinterem Ende angeordnet ist, nach außen. Als ein Ergebnis einer Verringerung des Durchmessers des Manschettenabschnitts kleinen Durchmessers 83 durch Falzen wird das Dichtungselement 85 gepresst, wodurch die Luftdichtheit dieses Abschnitts sichergestellt ist.
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Das Dichtungselement 85 ist so angeordnet, dass es das hintere Ende des Metallanschlusshalteelements 91 nach vorne presst. Hierdurch wird die Befestigungsstabilität des Metallanschlusshalteelements 91 und der daran bereitgestellten metallischen Anschlüsse 75 sichergestellt. Da ein an dem äußeren Umfang des Metallanschlusshalteelements 91 gebildetes Flansch 93 an dem ringförmigen Stützelement 80 gestützt wird, welches in der Schutzmanschette 81 fest angeordnet ist, wird die Kompressionskraft des Dichtungselement 85 von dem Stützelement 80 aufgenommen.
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Als Nächstes werden die Schritte des Verfahrens zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 2(a) bis 2(g) beschrieben.
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Wie in 2(a) gezeigt, werden zuerst die Keramikhalterung 30 und ein Talkring 41x (welcher dem „Formteil“ in den Ansprüchen entspricht), welcher durch Komprimieren des das Füllelement 41 bildenden Pulvers erhalten wird, in der Metallhülse 11 von der Seite am vorderen Ende in der Richtung der Achse O in dieser Reihenfolge angeordnet und die vorwärts gewandte Oberfläche 30a der Keramikhalterung 30 liegt an dem Stufenabschnitt 18a auf. Das erste Einführungsloch 32 der Keramikhalterung 30 und ein zweites Einführungsloch 42 des Talkrings 41x werden innerhalb der Metallhülse 11 zueinander ausgerichtet und liegen aneinander an. Die Seite in Richtung des zylindrischen Abschnitts 12 der Metallhülse 11 ist die „Seite am vorderen Ende“ in der Richtung der Achse O und die Seite in Richtung des zylindrischen Abschnitts zum Falzen 16 ist die „Seite am hinteren Ende“.
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Der Talkring 41x ist ein Formteil, welches dazu hergerichtet ist, die Handhabung des Pulvers (in dem vorliegenden Beispiel, Talkpulver), welches das Füllelement bildet, zu vereinfachen. Insbesondere wird das Pulver in eine Pressform eingefügt und gepresst, wodurch eine zylindrische Pressform mit dem darin gebildeten zweiten Einführungsloch 42 als der Talkring 41x gebildet wird. Wenn der Talkring 41x gepresst wird, wird das Pulver dazu gebracht, sich zu verformen (sich erneut anzuordnen) und wird verfestigt, wodurch das Füllelement 41 erhalten wird, in welchem die Lücken zwischen den Partikeln beseitigt sind.
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Als Nächstes, wie in 2(b) gezeigt, wird die Metallhülse 11 umgedreht und auf eine Spannvorrichtung 200 gesteckt. Die Spannvorrichtung 200 hat einen zylindrischen Röhrenabschnitt 204 und einen Metallstift 202, welcher in ein Mittelloch 204h des Röhrenabschnitts 204 eingeführt ist und sich innerhalb des Mittellochs 204h vertikal in der Richtung der Achse O bewegt. Der Außendurchmesser des Röhrenabschnitts 204 der Spannvorrichtung 200 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts zum Falzen 16 der Metallhülse 11.
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Wenn die Metallhülse 11, welche die Keramikhalterung 30 und den Talkring 41x darin hält, auf den Röhrenabschnitt 204 so aufgesteckt wird, dass der zylindrische Abschnitt zum Falzen 16 zuerst auf den Röhrenabschnitt 204 gesteckt wird, wird dementsprechend die Metallhülse 11 auf der Spannvorrichtung 200 in einem Zustand angeordnet, in welchem der Talkring 41x eine obere Oberfläche 204a des Röhrenabschnitts 204 berührt.
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Als Nächstes wird, wie in 2(c) gezeigt, der Metallstift 202 dazu gebracht, nach oben aus der oberen Oberfläche 204a des Röhrenabschnitts 204 zu ragen, so dass der Metallstift 202 in das erste Einführungsloch 32 und das zweite Einführungsloch 42 eingeführt ist. Der transversale Querschnitt des Metallstifts 202 hat dieselben Ausdehnungen und dieselbe Gestalt (in dem vorliegenden Beispiel, eine rechteckige Gestalt) wie der transversale Querschnitt des Sensorelements 21. Die in den 2(a) bis 2(c) gezeigten Schritte entsprechen dem „Vorbereitungsschritt“ in den Ansprüchen und die in 2(c) gezeigte Anordnung entspricht der in dem Vorbereitungsschritt gebildeten Anordnung.
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Als Nächstes, wie in 2(d) gezeigt, wird eine röhrenförmige Pressspannvorrichtung 206 in Kontakt mit der oberen Oberfläche des vieleckigen Abschnitts 14 der Metallhülse 11 gebracht und die Pressspannvorrichtung 206 wird nach unten gepresst (in Richtung der Spannvorrichtung 200). Damit wird der Talkring 41x durch die Keramikhalterung 30 und die Spannvorrichtung 200 gepresst. In diesem Schritt wird der Talkring 41x so gepresst, dass eine Füllelementzwischenform 41y (siehe 2(e)), welche als ein Ergebnis des Pressens des Talkrings 41x gebildet wird, eine Gestalt aufweist, welche die Füllelementzwischenform 41y in Druckkontakt mit der Innenwandoberfläche der Metallhülse 11 bringt und es erlaubt, den Metallstift 202 aus dem zweiten Einführungsloch 42 zu entfernen. Insbesondere wird der Talkring 41x in einen gepressten Zustand gebracht, in welchem die Füllelementzwischenform 41y nicht von der Metallhülse 11 aufgrund ihres Gewichts abfällt und die Füllelementzwischenform 41y behält ihre Gestalt bei, selbst wenn der Metallstift 202 herausgezogen ist. Der in 2(d) gezeigte Schritt entspricht dem „Vorpressschritt“ in den Ansprüchen.
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Als ein Ergebnis des Vorpressschritts wird das den Talkring 41x bildende Pulver dazu gebracht, sich um den Umfang des Metallstiftes 202 zu verformen (sich neu anzuordnen) und verfestigt sich in einem Zustand, in welchem es in Druckkontakt mit der Innenwandoberfläche der Metallhülse 11 ist, wodurch die Füllelementzwischenform 41y gebildet wird. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein Abschnitt des Talkrings 41x einen durch Spannen oder dergleichen verursachten formbezogenen Defekt aufweist, kann als ein Ergebnis des Vorpressschritts die auf den Metallstift 202 wirkende Spannung ungleichmäßig werden, wenn sich das Pulver um den Umfang des Metallstifts 202 verformt (sich neu anordnet). Selbst in so einem Fall bricht oder deformiert sich der Metallstift 202 nicht, da der Metallstift 202 aus Metall gebildet ist.
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Ferner weist die Füllelementzwischenform 41y, welche durch den Vorpressschritt gebildet wird, eine Gestalt auf, welche die Füllelementzwischenform 41y in Druckkontakt mit der Innenwandoberfläche der Metallhülse 11 bringt und einen freien Fall des Metallstiftes aus dem zweiten Einführungsloch 42 erlaubt. Selbst wenn der Metallstift 202 in einem nachfolgenden Stiftherausziehschritt herausgezogen wird, bricht die Füllelementzwischenform 41y weder zusammen, noch löst sie sich von der Metallhülse 11 ab. Daher kann die Gestalt der Füllelementzwischenform 41y, inklusive dem zweiten Einführungsloch 42, erhalten werden. Ferner wirkt, wenn das Sensorelement 21 in das zweite Einführungsloch 42 in einem Einführschritt eingeführt wird, keine Spannung auf das Sensorelement 21. Somit kann das Sensorelement 21 einfach in die Füllelementzwischenform 41y eingeführt werden.
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Als Nächstes wird, wie in 2(e) gezeigt, die Presskraft der Pressspannvorrichtung 206 entfernt und der Metallstift 202 wird nach unten bewegt, sodass der Metallstift 202 aus dem ersten Einführungsloch 32 und dem zweiten Einführungsloch 42 herausgezogen wird. Der in 2(e) gezeigte Schritt entspricht dem „Stiftherausziehschritt“ in den Ansprüchen.
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Zu diesem Zeitpunkt ist eine axiale Position P eingestellt, an welche der Metallstift 202 herausgezogen wird (nachfolgend als die „Herausziehposition“ bezeichnet). In dem vorliegenden Beispiel wird ferner ein Abschnitt (auf der Seite des hinteren Endes 29) des Sensorelements 21, welcher in dem nächsten Einführschritt einzuführen ist, in das Mittelloch 204h des Röhrenabschnitts 204 eingeführt. Daher berührt das vordere Ende des Metallstifts 202, dessen Herausziehposition P in dem Mittelloch 204h eingestellt wurde, das Sensorelement 21 (auf der Seite des hinteren Endes 29). Somit kann die Einführungstiefe des Sensorelements 21 in der Richtung der Achse O, d.h. die Position, an welcher das Sensorelement 21 an der Metallhülse 11 befestigt wird, durch den Metallstift 202 definiert werden, wodurch das Positionieren des Sensorelements 21 vereinfacht wird.
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Als Nächstes wird, wie in 2(f) gezeigt, ein Abschnitt des Sensorelements 21, welcher auf der Seite des hinteren Endes 29 angeordnet ist, in das erste Einführungsloch 32 und das zweite Einführungsloch 42 von der oberen Seite der Metallhülse 11 (der Seite am vorderen Ende, wo der zylindrische Abschnitt 12 liegt) eingeführt. Der in 2(f) gezeigte Schritt entspricht dem „Einführschritt“ in den Ansprüchen. In dem vorliegenden Beispiel wird ein Abschnitt des Sensorelements 21, welcher auf der Seite am vorderen Ende angeordnet ist, von der Schutzschicht 25 bedeckt, deren transversaler Querschnitt größer als der des Sensorelements 21 selbst ist, und die Schutzschicht 25 kann nicht in das erste Einführungsloch 32 und das zweite Einführungsloch 42 eingeführt werden. Somit wird ein Abschnitt des Sensorelements 21 auf der Seite am hinteren Ende 29 eingeführt. Wenn jedoch die Schutzschicht 25 nicht an dem Sensorelement 21 bereitgestellt ist und der transversale Querschnitt des Sensorelements 21 eine konstante Größe an dessen vorderem und hinterem Abschnitt aufweist, kann der vordere Abschnitt des Sensorelements 21 von der Seite am hinteren Ende der Metallhülse 11 (der Seite, an welcher der zylindrische Abschnitt zum Falzen 16 liegt) eingeführt werden.
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Als Nächstes wird, wie in 2(g) gezeigt, die Pressspannvorrichtung 206 nach unten gepresst (in Richtung der Spannvorrichtung 200). Als ein Ergebnis wird die Füllelementzwischenform 41y durch die Keramikhalterung 30 und die Spannvorrichtung 200 gepresst.
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Da die durch den oben beschriebenen Vorpressschritt (in 2(d) gezeigter Schritt) gebildete Füllelementzwischenform 41y dergestalt ist, dass das die Füllelementzwischenform 41y bildende Pulver annähernd gleichmäßig angeordnet ist, können formbedingte Defekte reduziert werden. Wenn das die Füllelementzwischenform 41y bildende Pulver durch den in 2(g) gezeigten Schritt dazu gebracht wird, sich um das Sensorelement 21 zu verformen (sich neu anzuordnen), um hierdurch das Füllelement 41 zu bilden, ist es dementsprechend möglich, eine auf das Sensorelement 21 über die Wandoberfläche des zweiten Einführungslochs 42 wirkende, ungleichmäßige Spannung zu verhindern, wodurch verhindert wird, dass das Sensorelement 21 bricht. Der in 2(g) gezeigte Schritt entspricht dem „Hauptpressschritt“ in den Ansprüchen.
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Als Nächstes wird mit Bezug auf die 3 und 4 ein Gassensorherstellungsschritt beschrieben, welcher nach dem Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 3 ist eine Ansicht, welche einen Schritt nach den Schritten des Verfahrens zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 ist eine Ansicht, welche den letzten Schritt zum Herstellen und Zusammensetzen des Gassensors zeigt (den „Zusammenfügungsschritt“ in den Ansprüchen).
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Wie auf der linken Seite von 3 gezeigt, wird zuerst die Metallhülse 11, welche dem in 2(g) gezeigten Hauptpressschritt unterzogen wurde, von der Spannvorrichtung 200 entfernt, wird umgedreht und die Manschette 43 und die Beilagscheibe 45 werden von der Seite eingeführt, wo das hintere Ende 29 des Sensorelements 21 liegt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Beilagscheibe 45 innerhalb des zylindrischen Abschnitts zum Falzen 16 an dem hinteren Ende der Metallhülse 11 so angeordnet, dass die Beilagscheibe 45 hinter der Manschette 43 angeordnet ist.
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Wie auf der rechten Seite von 3 gezeigt, wird als Nächstes die Metallhülse 11 in diesem Zustand durch eine stationäre Spannvorrichtung 210 positioniert und gehalten. Während sie gehalten wird, wird die untere Oberfläche des vieleckigen Abschnitts 14 der Metallhülse 11 in Kontakt mit einem Positionierungsabschnitt 210a der oberen Oberfläche der stationären Spannvorrichtung 210 gebracht. Unter Verwendung einer Falzpressform 212 wird anschließend der zylindrische Abschnitt zum Falzen 16 in Richtung der Seite am vorderen Ende gepresst und einwärts gebogen. Hierdurch wird das Füllelement 41 weiter gepresst, wodurch Komponenten, inklusive dem Sensorelement 21, der Manschette 43, etc., innerhalb der Metallhülse 11 befestigt werden.
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Anschließend wird beispielsweise, wie in 4 gezeigt, ein vorderseitiges Zwischengebilde 101, inklusive dem Sensorelement 21, hergestellt und zusammengesetzt. Das in 4 gezeigte Zwischengebilde 101 kann durch Schweißen der Schutzelemente 51 und 61 an die Metallhülse 11 nach den in 3 gezeigten Herstellungsschritten und dem Anbringen des Dichtrings 19 an der Metallhülse 11 hergestellt werden. Der verbleibende Abschnitt, d.h. ein rückseitiger Abschnitt wird separat hergestellt und wie ein Zwischengebilde zusammengesetzt (in der Herstellung befindliches Produkt) 102. Die zwei Zwischengebilde werden zusammengefügt, wodurch der Gassensor 1 hergestellt wird. Insbesondere werden, wie in 4 gezeigt, die zwei Zwischengebilde koaxial angeordnet und ein Abschnitt (nahe dem hinteren Ende 29) des Elements 21, welcher aus dem Zwischengebilde 101 an der unteren Seite herausragt, wird in den Raum zwischen den Metallanschlüssen 75 eingefügt, welche in dem Metallanschlusshalteelement 91 sich gegenüberliegend angeordnet sind. Mittels Federkraft werden die Metallanschlüsse 75 somit in Druckkontakt mit den Elektrodenanschlüssen 24 gebracht, welche an einem Abschnitt des Elements 21 nahe dem hinteren Ende 29 bereitgestellt sind. Anschließend wird der Manschettenabschnitt 83 kleinen Durchmessers der Schutzmanschette 81, welcher an deren hinterem Ende angeordnet ist, gefalzt und der Manschettenabschnitt 82 großen Durchmessers der Schutzmanschette 81, welcher an deren vorderem Ende angeordnet ist, wird auf den zylindrischen Abschnitt 15 der Metallhülse 11, welcher nahe deren hinterem Ende angeordnet ist, gesteckt. Der Manschettenabschnitt 82 großen Durchmessers wird mit dem zylindrischen Abschnitt 15 über den gesamten Umfang laserverschweißt, wodurch der in 1 gezeigte Gassensor 1 hergestellt wird.
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Die Struktur und Konfiguration des Gassensors der vorliegenden Erfindung kann frei verändert werden, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise sind die Gestalten der Keramikhalterung, des Formteils, des Füllelements, des ersten Einführungslochs und des zweiten Einführungslochs, die Gestalt des Durchgangslochs der Metallhülse, etc. nicht auf diejenigen beschränkt, welche in der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wurden.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Metallhülse von dem Anordnungsschritt bis zum Hauptpressschritt auf der Spannvorrichtung so angeordnet, dass die Seite am vorderen Ende der Metallhülse an der oberen Seite angeordnet ist. Die Metallhülse kann jedoch auf der Spannvorrichtung so angeordnet sein, dass die Seite am vorderen Ende der Metallhülse auf der unteren Seite angeordnet ist.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Sensorelement ein streifenförmiges Sensorelement mit einem rechteckigen transversalen Querschnitt. Das Sensorelement, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet wird, kann jedoch einen quadratischen transversalen Querschnitt oder einen transversalen Querschnitt einer beliebigen anderen Gestalt aufweisen. In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung für einen breitbandigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Gassensor beschrieben. Das Sensorherstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann jedoch auf andere Gassensoren und Temperatursensoren angewendet werden.
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Zusammenfassend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts bereitzustellen, welches verhindert, dass ein Sensorelement zerbricht, was ansonsten auftreten würde, wenn ein Füllelement zum Befestigen des Sensorelements innerhalb einer Metallhülse in der Metallhülse angeordnet wird, und ein Verfahren zum Herstellen eines Sensors bereitzustellen. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Sensorzwischenprodukts kann umfassen: einen Vorbereitungsschritt des Vorbereitens einer vorläufigen Baugruppe, in welcher eine röhrenförmiger Halterung 30 und ein röhrenförmiges Formteil 41x in einer röhrenförmigen Metallhülse 11 angeordnet sind und ein Metallstift 202 in ein erstes Einführungsloch 32 der Halterung und ein zweites Einführungsloch 42 des Formteils eingeführt ist; einen Vorpressschritt des Pressens des Formteils so, dass eine Füllelementzwischenform 41y mit einer Gestalt, welche die Füllelementzwischenform in Druckkontakt mit der Innenwandoberfläche der Metallhülse bringt und ein Entfernen des Metallstifts aus dem zweiten Einführungsloch erlaubt, gebildet wird; einen Stiftherausziehschritt des Herausziehens des Metallstiftes aus dem ersten Einführungsloch und dem zweiten Einführungsloch; einen Einführschritt des Einführens eines Sensorelements 21 in das erste Einführungsloch und das zweite Einführungsloch; und einen Hauptpressschritt des Pressens der Füllelementzwischenform, um hierdurch das Füllelement zu bilden, welches das Sensorelement innerhalb der Metallhülse befestigt.
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Obwohl die voranstehenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft erläutert worden sind, werden die Fachleute erkennen, dass zahlreiche Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Schutzbereich und Geist der in den nachfolgenden Ansprüchen offenbarten Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Gassensor
- 11
- Metallhülse
- 18
- Durchgangsloch
- 18a
- Stufenabschnitt
- 21
- Sensorelement
- 22
- Detektionsabschnitt
- 25
- Schutzschicht
- 29
- hinteres Ende des Sensorelements
- 30
- Keramikhalterung (Halterung)
- 32
- erstes Einführungsloch
- 41
- Füllelement
- 41x
- Talkring
- 41y
- Füllelementzwischenform
- 42
- zweites Einführungsloch
- 81
- Schutzmanschette
- 202
- Metallstift
- 204h
- Stützloch
- O
- axiale Richtung
- P
- axiale Herausziehposition des Metallstiftes
