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QUERVERWEIS AUF EIN VERWANDTES DOKUMENT
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorzug der Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-235361 , welche am 20. November 2014 eingereicht wurde, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme mit eingebunden ist.
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HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf einen Gassensor, welcher mit einem Gehäuse ausgestattet ist, einen Gasfühler bzw. eine Gasabtastvorrichtung und einen Dichtmechanismus, welcher arbeitet, um zwischen dem Gehäuse und dem Gasfühler hermetisch abzudichten.
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2. Stand der Technik
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Moderne Kraftfahrzeuge verwenden Gassensoren beim Messen der Konzentration einer gegebenen Gaskomponente bzw. eines gegebenen Gasbestandteils, welche (welcher) in Emissionen von einer internen Verbrennungsmaschine enthalten ist. Der typische Typ eines solchen Gassensors weist ein hohles metallisches Gehäuse, einen Gasfühler, welcher in dem Gehäuse installiert ist, und eine Dichtung auf, welche zwischen dem Gasfühler und dem Gehäuse hermetisch abdichtet, um ein Einströmen von Gas, welches zu Messen ist, wie beispielsweise Abgas, wenn es in einen oberen Endabschnitt des Gasfühlers eingetreten ist, in einen rückwärtigen Endabschnitt des Gasfühlers zu blockieren.
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Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-208725 lehrt einen Gassensor, welcher isolierendes Pulver hat, welches in einem Raum inmitten bzw. mitten unter einer äußeren Umfangsoberfläche eines Gasfühlers angeordnet ist, einen Flansch, welcher an der äußeren Umfangsoberfläche des Gasfühlers gebildet ist, und eine innere Umfangsoberfläche eines Gehäuses. Der Gassensor hat auch einen Halter und einen Quetschring (swage ring), welche auf dem isolierenden Pulver angeordnet sind. Das Gehäuse hat ein hinteres Ende, welches verpresst ist, um das isolierende Pulver fest durch den Halter und den Quetschring zu drücken, um eine luftdichte Dichtung zu erzeugen.
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Die obige Struktur jedoch benötigt eine Menge von Teilen zum Sicherstellen der luftdichten Dichtung, was zu einem komplizierten Vorgang des Zusammenbaus solcher Teile führt. Dies führt auch zu einer Erhöhung in den Herstellungskosten des Gassensors. Aufgrund des Auftretens von einem Kriechverhalten bzw. einer plastischen Verformung des Gehäuses oder was eine Servicetemperaturgrenze von Talkum betrifft, gibt es eine Möglichkeit, dass die luftdichte Dichtung sich in Hochtemperaturumgebungen verschlechtern kann, beispielsweise bei 750°C oder mehr.
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KURZFASSUNG
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Es ist demnach eine Aufgabe dieser Offenbarung, eine verbesserte Struktur eines Gassensors vorzusehen, welche es erlaubt ist, bei verringerten Kosten hergestellt zu werden, und welche entworfen ist, um eine hermetische Dichtung zu haben, welche widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Gassensor vorgesehen, welcher Folgendes aufweist: (a) ein metallisches Gehäuse, welches eine gegebene Länge hat, mit einem vorderen Ende und einem hinteren Ende, wobei das Gehäuse auch ein Loch darin gebildet hat; (b) eine innere Schulter, welche an einem Innenumfang des Gehäuses gebildet ist, um einen hinteren Lochabschnitt des Loches des Gehäuses zu bilden, wobei der hintere Lochabschnitt näher zu dem hinteren Ende des Gehäuses ist, als es die innere Schulter ist; (c) eine Sensorvorrichtung, welche in dem Loch des Gehäuses angeordnet ist, und eine Gasabtastvorrichtung bzw. einen Gasfühler mit einer äußeren Keramikoberfläche oder einer Anordnung eines Keramikkörpers und des Gasfühlers, welcher in den Keramikkörper eingeführt ist, aufweist; und (d) eine Dichtung, welche zwischen der Sensorvorrichtung und dem Gehäuse hermetisch abdichtet.
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Die Dichtung ist in dem hinteren Lochabschnitt des Gehäuses angeordnet und weist einen Pulverkörper und einen Glaskörper auf. Der Pulverkörper ist aus einem anorganischem Pulver gefertigt und an der inneren Schulter innerhalb des hinteren Lochabschnitts angebracht. Der Glaskörper ist auf bzw. an dem Pulverkörper angeordnet und hat eine abgestufte thermische Ausdehnungsstruktur, welche einen Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen der Sensorvorrichtung und dem Gehäuse mildert.
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Der Gassensor hat die innere Schulter an dem Innenumfang des Gehäuses, welches zu dem Loch freiliegend ist, gebildet. Die Dichtung ist aus dem Pulverkörper und dem Glaskörper aufgebaut. Der Pulverkörper ist, wie obenstehend beschrieben ist, aus einem anorganischen Pulver gefertigt, welches auf die innere Schulter innerhalb des hinteren Lochabschnitts gelegt ist. Der Glaskörper arbeitet, um den Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen der Sensorvorrichtung und dem Gehäuse zu absorbieren, wodurch die Luftdichtheit, welche durch die Dichtung in Hochtemperaturumgebungen erreicht wird, sichergestellt wird. Beispielsweise dient, wenn der Pulverkörper in Hochtemperaturumgebungen gecrackt bzw. aufgebrochen wird, der Glaskörper dazu, um die hermetische Dichtung zum hermetischen Isolieren zwischen der Sensorvorrichtung und dem Gehäuse zu erhalten. Der Glaskörper ist, wie obenstehend beschrieben ist, geformt, um die abgestufte thermische Ausdehnungsstruktur zu haben, welche arbeitet, um den Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Gasfühler und dem Gehäuse zu milder. Dies minimiert die Möglichkeit des Brechens des Glaskörpers, wodurch die Zuverlässigkeit der hermetischen Dichtfähigkeit der Dichtung erhöht wird.
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Der Pulverkörper ist direkt an der inneren Schulter des Gehäuses angeordnet. Wenn der Glaskörper direkt auf der inneren Schulter platziert ist, wird es zu einem teilweisen Fehlen des Absorbierens des Unterschieds in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Gehäuse und der Sensorvorrichtung unabhängig von dem variierenden Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des Glaskörpers führen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist der Gassensor konstruiert, um den Pulverkörper auf der inneren Schulter des Gehäuses platziert zu haben.
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Die Dichtung ist, wie obenstehend beschrieben ist, aus Glas und einem anorganischen Pulver gefertigt, in anderen Worten durch eine verringerte Anzahl von Teilen hergestellt. Der Glaskörper dient dazu, hermetische Dichtungen zwischen sich selbst und dem Gehäuse und zwischen sich selbst und der Sensorvorrichtung zu erzeugen. Dies beseitigt die Notwendigkeit für das Quetschen, wie durch die herkömmliche Struktur, welche in dem einführenden Teil dieser Anmeldung diskutiert ist, benötigt wird. Dies führt zu einem einfachen Herstellungsvorgang und einer Verringerung in den Herstellungskosten des Gassensors.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der detaillierten Beschreibung, welche hierin untenstehend gegeben ist, und aus den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verstanden werden, welche jedoch nicht herangezogen werden sollten, um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen zu beschränken, sondern welche ausschließlich für den Zweck der Erklärung und des Verständnisses sind.
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In den Zeichnungen:
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1 ist eine longitudinale Schnittansicht, welche einen Gassensor gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
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2 ist eine teilweise longitudinale Schnittansicht des Gassensors der 1, welche eine Struktur einer Dichtung, welche in dem Gassensor installiert ist, veranschaulicht;
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3 ist eine Traversen-Schnittansicht, wie entlang der Linie III-III in 2 aufgenommen;
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4 ist eine teilweise longitudinale Schnittansicht, welche einen Gassensor veranschaulicht, welcher mit einer Dichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ausgestattet ist;
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5 ist eine teilweise longitudinale Schnittansicht, welche einen Gassensor veranschaulicht, welcher mit einer Dichtung gemäß der dritten Ausführungsform ausgestattet ist;
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6 ist eine teilweise longitudinale Schnittansicht, welche ein Vergleichsbeispiel eines Gassensors veranschaulicht; und
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7 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen der Länge eines Glaskörpers und Wärmespannung bzw. thermischer Belastung, welche in einem Gassensor erzeugt wird, gemäß der vierten Ausführungsform demonstriert.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsformen eines Gassensors 1 werden untenstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In der folgenden Diskussion ist das Kopf- oder vordere Ende des Gassensors 1 (d. h. ein unterer Abschnitt des Gassensors 1, wenn in den Zeichnungen betrachtet) ein Abschnitt des Gassensors 1, welcher Gas, welches zu messen ist (auf welches untenstehend auch Bezug genommen wird als Zielgas) exponiert bzw. ausgesetzt ist, während das Basisende oder hintere Ende des Gassensors 1 ein Abschnitt des Gassensors ist, welcher dem vorderen Ende in einer längsgerichteten Richtung davon gegenüberliegend ist.
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Der Gassensor ist mit einer Sensorvorrichtung ausgestattet. Die Sensorvorrichtung kann entweder durch nur einen Gasfühler bzw. eine Gasabtastvorrichtung oder durch eine Anordnung eines Keramikkörpers und des Gasfühlers, welcher in dem Keramikkörper installiert ist, gefertigt sein.
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Der Gassensor 1 hat einen Dichtmechanismus, welcher mit einem Glaskörper ausgestattet ist. Der Glaskörper hat eine abgestufte thermische Ausdehnungsstruktur, welche einen Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen der Sensorvorrichtung und einem Gehäuse des Gassensors 1 mildert. Die abgestufte thermische Ausdehnungsstruktur hat einen variierenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Ein Unterschied zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist vorzugsweise 2 × 10–6/°C oder weniger, um die Möglichkeit eines thermischen Bruchs des Dichtmechanismus zu minimieren.
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Das Gehäuse hat ein Loch und eine innere Schulter, welche an einem Innenumfang oder einer Wand des Lochs gebildet ist. Die innere Schulter hat einen Innendurchmesser kleiner als denjenigen eines Hauptabschnitts des Lochs. Der Dichtmechanismus ist aus dem Glaskörper und einem Pulverkörper aufgebaut und an bzw. auf der inneren Schulter angeordnet. Die innere Schulter ist geformt, um den Pulverkörper darauf zurückzuhalten.
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ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezug nehmend auf die 1 bis 3 weist ein metallisches hohles zylindrisches Gehäuse 2 die Sensorvorrichtung 4, welche innerhalb eines inneren zylindrischen Umfangslochs 21 des Gehäuses 2 angeordnet ist, und mit der Gasabtastvorrichtung bzw. dem Gasfühler 3 ausgestattet ist, und einer Dichtung 5, welche hermetisch zwischen der Sensorvorrichtung 4 und dem Gehäuse 2 isoliert, auf. Das Gehäuse 2 hat eine gegebene Länge mit einem vorderen Ende näher zu dem vorderen Ende des Gassensors 1 und einem hinteren Ende näher zu dem hinteren Ende des Gassensors 1. Die Länge des Gehäuses 2 ist mit an die Länge des Gassensors 1 ausgerichtet bzw. an diese angeglichen.
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Das zylindrische Loch 21 des Gehäuses 2 hat wenigstens einen Abschnitt kleiner im Innendurchmesser als ein verbleibender Abschnitt davon, um eine innere Schulter 213 zu definieren, welche sich im Wesentlichen rechtwinklig zu der Länge des Gassensors 1 erstreckt, in anderen Worten gesagt zu dem Innenumfang des zylindrischen Lochs 21 des Gehäuses 2. Insbesondere hat das zylindrische Loch 21 eine gegebene Länge, welche einen vorderen Lochabschnitt 211 aufweist, welcher an der vorderen Seite davon platziert ist (d. h. näher zu dem vorderen Ende des Gehäuses 2), einen hinteren Lochabschnitt 212, welcher an der hinteren Seite davon platziert ist (d. h. näher zu dem hinteren Ende des Gehäuses 2) und die innere Schulter 213, welche an einer Grenze zwischen dem vorderen Lochabschnitt 211 und dem hinteren Lochabschnitt 212 platziert ist. In anderen Worten gesagt definiert die innere Schulter 213 den hinteren Lochabschnitt 212 näher zu dem hinteren Ende des Gehäuses 2 als es die innere Schulter 213 ist.
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Der hintere Lochabschnitt 212 ist im Durchmesser größer als der vordere Lochabschnitt 211. In anderen Worten gesagt ist der Innendurchmesser eines vorderen Abschnitts des zylindrischen Lochs 21 kleiner als derjenige eines hinteren Abschnitts des zylindrischen Lochs 21. Die Dichtung 5 ist innerhalb des hinteren Lochabschnitts 212 angeordnet. Die Dichtung 5 weist einen Pulverkörper 51 und einen Glaskörper 52 auf. Der Pulverkörper 51 ist aus einem anorganischen Pulver gefertigt, welches an der inneren Schulter 213 innerhalb des hinteren Lochabschnitts 212 angeordnet ist. Der Glaskörper 52 ist an bzw. auf dem Pulverkörper 51 innerhalb des hinteren Lochabschnitts 212 platziert. Der Glaskörper 52 ist entworfen, um eine abgestufte thermische Ausdehnungsstruktur zu haben, welche einen Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen der Sensorvorrichtung 4 und dem Gehäuse 2, welche untenstehend im Detail diskutiert werden, mildert.
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Die Vorderseite oder vordere Endseite, wie hierin Bezug darauf genommen wird, ist eines von Enden der Länge des Gassensors 1 in einer X-Richtung, wie in den 1 und 2 veranschaulicht ist, welche dem Zielgas ausgesetzt ist, während die Rückseite oder hintere Endseite das andere Ende des Gassensors 1 ist. In Verwendung ist der Gassensor 1 in einem Auspuff bzw. Abgasrohr eines Kraftfahrzeugs installiert, um die Konzentration von beispielsweise Sauerstoff (O2) zu messen, welcher in Abgasemissionen enthalten ist, welche durch den Auspuff strömen. Auf eine Richtung rechtwinklig zu der X-Richtung wird auch Bezug genommen werden als eine radiale Richtung Y des Gassensors 1.
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Der Gasfühler 3 arbeitet, wie in den 1 bis 3 veranschaulicht ist, um die Konzentration einer gegebenen Komponente bzw. eines gegebenen Bestandteiles von Gas (d. h. dem Zielgas) zu messen. In dieser Ausführungsform ist die Sensorvorrichtung 4 nur aus dem Gasfühler 3 gefertigt. Der Gasfühler 3 ist von einer planaren Form, aufgebaut aus einem Laminat von Keramik- und Elektrodenschichten (nicht gezeigt). Der Gasfühler 3 hat Elektroden (nicht gezeigt), welche an der äußeren Oberfläche eines Endes davon in einer axialen Richtung X des Gassensors (d. h. einer längsgerichteten Richtung des Gehäuses 2 oder der Sensorvorrichtung 4) gebildet sind, jedoch ist der größte Teil der Außenoberfläche des Gasfühlers 3 aus Aluminiumoxid (d. h. Keramik) gefertigt. Insbesondere ist wenigstens ein Abschnitt der Außenoberfläche des Gasfühlers 3, welche hermetisch mit der Dichtung 5 innerhalb des hinteren Lochabschnitts 212 bedeckt ist, aus Aluminiumoxid gefertigt.
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Das Gehäuse 2 ist von einer hohlen zylindrischen Form und aus SUS430 gefertigt. Das zylindrische Loch 21 des Gehäuses 2 weist den vorderen Lochabschnitt 211 und den hinteren Lochabschnitt 212 auf, welcher im Innendurchmesser größer ist als der vordere Lochabschnitt 211. Der Gasfühler 3 ist in dem vorderen Lochabschnitt 211 und dem hinteren Lochabschnitt 212, welche angeglichen sind und miteinander kommunizieren bzw. in Verbindung stehen, angeordnet. Die innere Schulter 213 ist, wie bereits in den 1 und 2 diskutiert, an der Grenze zwischen dem hinteren Lochabschnitt 212 und dem vorderen Lochabschnitt 211 gebildet. Die innere Schulter 213 erstreckt sich horizontal, d. h. rechtwinklig zu der Länge des Gassensors 1 (d. h. dem Gasfühler 3). In anderen Worten gesagt erstreckt sich die innere Schulter 213 parallel zu der radialen Richtung Y des Gassensors 1, sie kann jedoch unter einem gegebenen Winkel zu der Länge des Gassensors 1 (d. h. zu dem Innenumfang des Gehäuses 2) geneigt sein.
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Ein Raum über der inneren Schulter 213 innerhalb des hinteren Lochabschnitts 212 ist mit anorganischem Pulver gefüllt, um den Pulverkörper 51 zu bilden. Insbesondere sind ein Raum, welcher durch die äußere Seitenoberfläche 31 des Gassensors 3 (d. h. die äußere Umfangsoberfläche 41 der Sensorvorrichtung 4) umgeben ist, die innere Schulter 213 des Gehäuses 2, die Innenumfangsoberfläche 217 des Gehäuses 2 und der Glaskörper 52 durch den Pulverkörper 51 besetzt. Der Glaskörper 52 berührt die innere Schulter 213 nicht. Das anorganische Pulver des Pulverkörpers 52 ist Talk bzw. Talkum.
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Der Glaskörper 52 ist an der äußeren Seitenoberfläche 31 des Gasfühlers 3 und der Innenumfangsoberfläche 217 des hinteren Lochabschnitts 212 angehaftet. In anderen Worten gesagt sind die äußere Seitenoberfläche 31 des Gasfühlers 3 und die Innenumfangsoberfläche 217 des Gehäuses 2 hermetisch durch den Glaskörper 52 abgedichtet, um die Luftdichtfähigkeit der Dichtung 5 zu erreichen.
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Der Glaskörper 52 ist aus einer Mehrzahl von hohlen zylindrischen Glasschichten 521, 522 und 523 aufgebaut, welche gelegt sind, um miteinander in der radialen Richtung Y zu überlappen und unterschiedlich zueinander im thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Glasschichten 521, 522 und 523 werden stufenweise nach außen in der radialen Richtung Y des Glaskörpers 52 größer. In anderen Worten gesagt hat der Glaskörper 52 einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, welcher von der inneren Seite zu der äußeren Seite davon in der radialen Richtung Y stufenweise zunimmt. Insbesondere ist der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glasschicht 521 8 × 10–6/°C. Der Koeffizient der thermischen Ausdehnung der Glasschicht 522 ist 9 × 10–6/°C. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Glasschicht 523 ist 10 × 10–6/°C. Der größte Unterschied unter den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Glasschichten 521, 522 und 523 ist weniger als oder gleich zu 2 × 10–6/°C. Das Aluminiumoxid, welches die äußere Oberfläche des Gasfühlers 3 bildet, hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 7 × 10–6/°C. SUS430, welches das Gehäuse 2 bildet, hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 12 × 10–6/°C. Demzufolge gibt es unter dem Gasfühler 3, dem Glaskörper 52 und dem Gehäuse 2 kein Material, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient um mehr als 2 × 10–6/°C höher oder niedriger ist als diejenigen des Gasfühlers 3, des Glaskörpers 52 und des Gehäuses 2.
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Die doppelwandige vordere Abdeckungsanordnung 12, welche aus einer inneren Abdeckung 121 und einer äußeren Abdeckung 122 aufgebaut ist, ist, wie in 1 veranschaulicht ist, an der Vorderseite oder dem Kopf des Gehäuses 2 gesichert. Die innere Abdeckung 121 ist innerhalb der äußeren Abdeckung 122 angeordnet, um den vorderen Abschnitt 30 des Gasfühlers 3 zu umgeben. Die innere Abdeckung 121 und die äußere Abdeckung 122 der vorderen Abdeckungsanordnung 12 haben Gaslöcher 123, durch welche das Zielgas eingelassen wird in oder abgeführt wird nach außerhalb der vorderen Abdeckungsanordnung 12.
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Der Gassensor 1 weist auch eine erste hintere Abdeckung 13 und eine zweite hintere Abdeckung 14 auf. Die erste hintere Abdeckung 13 ist an dem hinteren Ende des Gehäuses 2 gesichert, um den hinteren Endabschnitt 39 des Gasfühlers 3 zu bedecken. Die zweite hintere Abdeckung 14 ist an der Rückseite der ersten hinteren Abdeckung 13 befestigt. Die zweite hintere Abdeckung 14 hat darin Lufteinlasslöcher 141 gebildet, durch welche frische Luft in den Gassensor 1 eingelassen wird. Die zweite hintere Abdeckung 14 hat eine hintere Endöffnung, welche durch ein Dichtelement 15 wie beispielsweise eine Gummihülse (rubber bush) verschlossen ist. Das Dichtelement 15 hat darin vier Löcher gebildet, durch welche vier Drähte 16 laufen. Die Drähte 16 sind mit einer externen Vorrichtung verbunden.
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Der Porzellanisolator 6 ist, wie in den 1 und 2 veranschaulicht ist, an dem hinteren Ende der Dichtung 5 innerhalb der ersten hinteren Abdeckung 13 installiert. Der Porzellanisolator 6 bedeckt den hinteren Endabschnitt 39 des Gasfühlers 3. Der Porzellanisolator 6 hat darin eine innere Kammer 64 gebildet, in welcher der hintere Endabschnitt 39 des Gasfühlers 3 angeordnet ist. Der Gassensor 1 ist auch mit Kontaktelementen 7 ausgestattet, welche durch den Porzellanisolator 6 zurückgehalten werden, um den Gasfühler 3 zu halten. Die Kontaktelemente 7 sind in elektrischem Kontakt mit Elektrodenanschlüssen (nicht gezeigt), welche an bzw. auf dem Gasfühler 3 angeordnet sind, platziert. Der Porzellanisolator 6 hat, wie in 2 gesehen werden kann, in dem hinteren Endabschnitt 69 vier Durchgangslöcher 691 gebildet, durch welche Abschnitte der Kontaktelemente 5 laufen bzw. hundurchteten. Die Löcher 691 erstrecken sich in der axialen Richtung X und stehen mit der inneren Kammer 64 des Porzellanisolators 6 in Verbindung.
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Die vier Kontaktelemente 7 sind, wie in 2 deutlich veranschaulicht ist, innerhalb der inneren Kammer 64 des Porzellanisolators 6 zurückgehalten. Jedes der Kontaktelemente 7 ist durch eine Federklemme 71, welcher durch ein Biegen einer Metallplatte implementiert wird, gebildet. Jede der Federklemmen 71 ist elektrisch mit einem der Drähte 16 verbunden und in eines der Durchgangslöcher 691 des Porzellanisolators 6 eingeführt. Jede der Federklemmen 71 wird durch die Umfangswand 640 der inneren Kammer 64 gehalten. Jede der Federklemmen 71 ist gekrümmt oder nach innen gebogen und in der inneren Kammer 64 angeordnet. Insbesondere ist jede der Federklemmen 71 aus einer U-förmigen Platte gefertigt, welche aus einem äußeren Streifen und einem inneren Streifen aufgebaut ist. Der innere Streifen jeder der Federklemmen 71 hat einen Kontakt 711, welcher sich nach innen ausbeult bzw. aufwölbt, um einen elektrischen Kontakt mit einem der Elektrodenanschlüsse (nicht gezeigt) des Gasfühlers 3 zu tätigen bzw. bilden.
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Das hintere Ende 59 der Dichtung 5 und das hintere Ende 29 des Gehäuses 2 sind, wie in 2 deutlich veranschaulicht ist, in direktem Kontakt mit dem vorderen Ende 61 des Porzellanisolators 6 platziert.
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Eine ringförmige Tellerfeder 17 ist, wie in 2 veranschaulicht ist, zwischen dem hinteren Ende 69 des Porzellanisolators 6 und der ersten hinteren Abdeckung 13 angeordnet. Der Porzellanisolator 6 wird elastisch durch die Tellerfeder 17 in Richtung der vorderen Seite des Gassensors 1 gedrängt, d. h. in Richtung der Dichtung 5 und des Gehäuses 2, so dass er von einem Bewegt-Werden in der axialen Richtung X abgehalten wird.
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Wie die Dichtung 5 in dem Gassensor zu bilden oder herzustellen ist, wird untenstehend beschrieben werden.
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Zuerst wird der Gasfühler 3 in das zylindrische Loch 21 des Gehäuses 2 eingeführt. Als nächstes wird anorganisches Pulver (d. h. Talkum) auf die innere Schulter 213 innerhalb des hinteren Lochabschnitts 212 gegeben. Drei unterschiedliche Arten von Glaszylindern (es wird untenstehend hierauf auch Bezug genommen als Glaspressling bzw. Glaspresskörper) A, B und C, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlich voneinander sind, werden vorbereitet. Der Glaszylinder A wird verwendet, um die Glasschicht 521, wie obenstehend beschrieben, zu bilden, und hat einen gesteuerten bzw. kontrollierten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, welcher derjenige der Glasschicht 521 sein wird. Der Glaszylinder A ist aus einem hohlen Zylinder mit einem Mittelloch, durch welches der Gasfühler 3 einzuführen ist. Der Glaszylinder B wird verwendet, um die Glasschicht 522 zu bilden, und hat einen kontrollierten bzw. gesteuerten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, welcher derjenige der Glasschicht 522 sein wird. Der Glaszylinder B ist aus einem hohlen Zylinder mit einem Mittelloch, in welchem der Glaszylinder A anzuordnen ist. Der Glaszylinder C wird verwendet, um die Glasschicht 523 zu bilden, und hat einen kontrollierten bzw. gesteuerten thermischen Ausdehnungskoeffizienten, welcher derjenige der Glasschicht 523 sein wird. Der Glaszylinder C ist aus einem hohlen Zylinder mit einem Mittelloch, in welchem der Glaszylinder B anzuordnen ist. Der Glaszylinder A wird zuerst auf den Gasfühler 3 verbracht. Die Glaszylinder B und C werden dann jeweils auf den Glaszylinder A verfertigt. Die Anordnung der Glaszylinder A, B und C wird auf dem anorganischen Pulver innerhalb des hinteren Lochabschnitts 212 angeordnet.
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Nachfolgend werden die Anordnung der Glaszylinder A, B und C und des anorganischen Pulvers gebrannt, um die Dichtung 5 zu vollenden. Insbesondere wird das Brennen durch ein Erhöhen der Glaszylinder A, B und C und des anorganischen Pulvers auf bis zu 850°C bei einer Rate von 10°C/min, ein Halten derselben für 60 Minuten und dann ein Abkühlen derselben bei einer Rate von –5°C/min für 170 Minuten durchgeführt. In dem Fall, in dem die Dichtung 5, wie in dieser Ausführungsform, aus einer Mehrzahl von Glasschichten gefertigt ist, wird anorganisches Pulver vorzugsweise in wenigstens eine der Glasschichten (d. h. die Glasschicht 522 in dieser Ausführungsform) vermischt, welche zwischen benachbarten zwei der Glasschichten zwischenliegend angeordnet ist, um ein Mischen der Glasschichten miteinander, um eine Bildung der oben beschriebenen abgestuften thermischen Ausdehnungsstruktur zu hemmen, zu vermeiden.
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Der Gassensor 1 dieser Ausführungsform bietet die folgenden nutzbringenden Vorteile.
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Der Gassensor 1 hat die innere Schulter an der inneren Oberfläche des Gehäuses 2, welches zu dem zylindrischen Loch 21 exponiert bzw. freiliegend ist, gebildet. Die Dichtung 5 ist aus dem Pulverkörper 51 und dem Glaskörper 52 aufgebaut. Der Pulverkörper 51 ist aus einem anorganischen Pulver gefertigt, welches an bzw. auf die innere Schulter 213 innerhalb des hinteren Lochabschnitts 212 gelegt ist. Der Glaskörper 52 ist aus einem Stapel der Glasschichten 521, 522 und 523 gefertigt, um die Luftdichtheit sicherzustellen, welche durch die Dichtung 5 in Hochtemperaturumgebungen erreicht wird. Beispielsweise dient, wenn der Pulverkörper 51 in Hochtemperaturumgebungen gecrackt wird, der Glaskörper 52 dazu, die hermetische Dichtungn geeignet zum hermetischen Isolieren zwischen dem hinteren Abschnitt und dem vorderen Abschnitt des Gasfühlers 3 zu erhalten. Der Glaskörper 52 ist, wie obenstehend beschrieben ist, geformt, um die abgestufte thermische Ausdehnungsstruktur haben, welche arbeitet, um einen Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Gasfühler 3 und dem Gehäuse 2 zu absorbieren. Dies minimiert die Möglichkeit eines Brechens des Glaskörpers 52, wodurch die Zuverlässigkeit der hermetischen Dichtfähigkeit der Dichtung 5 erhöht wird.
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Der Pulverkörper 51 ist direkt auf der inneren Schulter 213 des Gehäuses 2 angeordnet. Wenn der Glaskörper 52 direkt auf der inneren Schulter 213 platziert ist, wird das, wie später im Vergleichsbeispiel Nr. 1 erklärt wird, zu einem teilweisen Mangel an dem Absorbieren des Unterschieds in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Gasfühler 3, unabhängig von der Änderung im thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glaskörpers 52 in der radialen Richtung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Gasfühler 3 führen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist der Gassensor 1 konstruiert, um den Pulverkörper 51 direkt auf der inneren Schulter 213 des Gehäuses 2 platziert zu haben.
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Die Dichtung 5 ist, wie obenstehend beschrieben ist, aus Glas und einem anorganischen Pulver gebildet, in anderen Worten gesagt mit einer verringerten Anzahl von Teilen hergestellt, ohne eine Notwendigkeit des Quetschens, wie es durch die herkömmliche Struktur, welche im einführenden Teil dieser Anmeldung diskutiert ist, benötigt wird. Dies führt zu einem einfachen Herstellungsvorgang und einer Abnahme in den Herstellungskosten des Gassensors 1.
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Das zylindrische Loch 21 des Gehäuses 2 weist den vorderen Lochabschnitt 211, den hinteren Lochabschnitt 212, welcher im Durchmesser größer ist als der vordere Lochabschnitt 211, und die innere Schulter 213 auf, welche an der Grenze zwischen dem vorderen Lochabschnitt 211 und dem hinteren Lochabschnitt 212 gebildet ist. Dies vermeidet ein Enthärten bzw. Erweichen der Glaszylinder A, B und C, wenn sie gebrannt werden, so dass sich sie in der axialen Richtung des Gassensors (siehe 1 und 2) verformen, wodurch die Stabilität beim Platzieren der Dichtung 5 am Platz innerhalb des Gehäuses 2 sichergestellt wird.
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Der Glaskörper 52 ist aus einer Mehrzahl von Glasschichten aufgebaut: die Glasschichten 521, 522 und 523, um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten nach außen in der radialen Richtung Y stufenweise ansteigend zu haben, wodurch die Bildung der abgestuften thermischen Ausdehnungsstruktur der Dichtung 5 erleichtert wird. Der Glaskörper 52 kann alternativ durch zwei oder mehr als drei Glasschichten gebildet werden, solange sie dazu dienen, um den Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Glaskörper 52 und dem Gasfühler 3 (d. h. der Sensorvorrichtung 4) zu absorbieren.
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Der Pulverkörper 51 ist vorzugsweise aus Talk bzw. Talkum als anorganischem Pulver gefertigt. Dies ist der Fall, da Wärmespannung, welche aus einem Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Glaskörper 52 und dem Pulverkörper 51 entsteht, verursachen wird, dass der Pulverkörper 51, welcher eine geringere Härte als der Glaskörper 52 hat, früher bricht als der Glaskörper 52, wodurch der Schaden an dem Glaskörper 52 minimiert wird.
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Die Sensorvorrichtung 4 dieser Ausführungsform ist nur durch den Gasfühler 3 implementiert. Der Gasfühler 3 ist direkt innerhalb des Gehäuses 2 freiliegend bzw. ausgesetzt bzw. exponiert, ohne mit beispielsweise einem Keramikkörper bedeckt zu sein. Dies erlaubt es dem Gassensor 1, in der Abmessung in der radialen Richtung Y verringert zu sein, was zu einer Abnahme in der Gesamtgröße des Gassensors 1 führen wird, und auch zu einer Abnahme in der Anzahl von Teilen, welche den Gassensor 1 aufbauen, führen wird, wodurch es dem Gassensor 1 erlaubt wird, bei verringerten Kosten hergestellt zu werden.
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Der Gassfühler 3 ist aus einem Laminat von Keramikplatten gefertigt, kann jedoch alternativ durch einen topfförmigen oder hohlzylindrisch geformten Fühler mit einem Boden implementiert werden. Es ist für eine solche Struktur auch möglich, die Dichtung 5 in derselben Art und Weise wie obenstehend beschrieben herzustellen. Der Gassensor 1 kann als ein A/F-Sensor bzw. Luft-Kraftstoff-verhältnis-Sensor oder Sauerstoff(O2)-Sensor verwendet werden.
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ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
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Der Gassensor 1 dieser Ausführungsform ist, wie in 4 veranschaulicht ist, mit der Sensorvorrichtung 4 ausgestattet, welche aus einem hohlen zylindrischen Keramikkörper 35 (auf welchen untenstehend auch als Keramikzylinder Bezug genommen werden wird), welcher aus Aluminiumoxid gefertigt ist, und dem Gasfühler 3, welcher in den Keramikzylinder 35 eingeführt ist, aufgebaut ist. Der Gasfühler 3 ist wie in der ersten Ausführungsform gefertigt, um planar zu sein und integral in dem Gasfühler 3 als eine einzelne Anordnung angeordnet.
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Der planare Gasfühler 3 ist in dem Keramikzylinder 35 installiert. Der Keramikzylinder 35 dient als ein elektrischer Isolator, um Wärmespannung, welche an Ecken des Gasfühlers 3 entwickelt wird, zu absorbieren. Andere Anordnungen des Gassensors 1 sind identisch mit denjenigen in der ersten Ausführungsform, und eine Erklärung davon im Detail wird hier ausgelassen werden. Dieselben Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform eingesetzt, beziehen sich auf dieselben Teile, solange nicht anderweitig spezifiziert.
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DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Der Gassensor 1 dieser Ausführungsform ist in der Konfiguration des Gehäuses 2 unterschiedlich zu derjenigen in der ersten Ausführungsform. Der Gassensor 1 ist mit dem Gehäuse 2, welches in 5 veranschaulicht ist, ausgestattet. Das Gehäuse 2 hat an dem Innenumfang davon die innere Schulter 213 gebildet, welche zu dem zylindrischen 21 freiliegend ist. Insbesondere ist die innere Schulter 213 im Durchmesser kleiner als ein Hauptabschnitt des zylindrischen Lochs 21 und durch einen nach innen hervorstehenden Vorsprung definiert, welcher an der inneren Umfangsoberfläche 217 des Gehäuses 2, welche das zylindrische Loch 21 definiert, gebildet ist. Das zylindrische Loch 21 hat einen im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser mit Ausnahme der inneren Schulter 213. Das zylindrische Loch 21 ist aus dem vorderen Lochabschnitt 211, welcher an der vorderen Seite der inneren Schulter 213 platziert ist, und dem hinteren Lochabschnitt 212, welcher an der hinteren Seite der inneren Schulter 213 platziert ist, aufgebaut. Der vordere Lochabschnitt 211 ist im Innendurchmesser identisch mit dem hinteren Lochabschnitt 212. Andere Anordnungen sind identisch mit denjenigen in der ersten Ausführungsform.
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Der Gassensor 1 dieser Ausführungsform hat, wie in den obigen Ausführungsformen, den Glaskörper 52, welcher über der inneren Schulter 213 angeordnet ist, und demnach dieselben nützlichen Vorteile wie in der ersten Ausführungsform bietet. Die innere Schulter 213 ist durch einen ringförmigen Vorsprung definiert, welcher an der inneren Wand des Gehäuses 2 gebildet ist und von einer im Wesentlichen U-Form im Querschnitt ist. Dies führt zu einer einfachen Struktur des Gehäuses 2 und führt auch zu einer Abnahme in der Anzahl von Teilen, welche den Gassensor 1 aufbauen, demnach erlaubend, dass der Gassensor 1 bei verringerten Kosten hergestellt wird. Dieselben Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform eingesetzt, beziehen sich auf gleiche Teile, solange nicht anderweitig spezifiziert.
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VERGLEICHSBEISPIEL NR. 1
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6 veranschaulicht einen Gassensor 9 als ein Vergleichsbeispiel mit dem Gassensor 1 in den obigen Ausführungsformen. Der Gassensor 9 ist entworfen, um den Pulverkörper 51, welcher in dem Gassensor 1 der ersten und zweiten Ausführungsform installiert ist, nicht zu haben. Insbesondere hat der Gassensor 9 eine Dichtung 92, welche aus Glas gefertigt ist. Die Dichtung 92 ist an einer inneren Schulter des Gehäuses 2 angeordnet. Die Dichtung 92 weist eine Mehrzahl von hohlen zylindrischen Glasschichten 921, 922 und 923 auf, welche gelegt sind, um einander in der radialen Richtung Y zu überlappen. Die Dichtung 92 hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, welcher stufenweise nach außen in der radialen Richtung Y zunimmt. Die Dichtung 92 weist auch eine Mehrzahl von Glasschichten 924 und 925 auf, welche gelegt sind, um einander in der axialen Richtung X zu überlappen. Eine untere eine der Glasschichten 924 und 925, d. h. die Glasschicht 925 hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten größer als derjenige der Glasschicht 924. Ein Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten unter den Glasschichten 921, 922, 923, 924 und 925 ist weniger als oder gleich 2 × 10–6/°C. Andere Anordnungen des Gassensors 9 sind identisch mit denjenigen in der ersten Ausführungsform. Dieselben Bezugszeichen, wie in der ersten Ausführungsform eingesetzt, beziehen sich auf gleiche Teile, solange nicht anderweitig spezifiziert.
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Die Dichtung 92 dieses Beispiels ist aus den Glasschichten 921, 922, 923, 924 und 925 aufgebaut und hat keinen Block von Pulver, wie beispielsweise den Pulverkörper 51 in der ersten und zweiten Ausführungsform. Die Dichtung 92, wie oben beschrieben, hat Abschnitte, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlich voneinander sind, wird aber einen Abschnitt haben, welcher einen Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Gasfühler 3 nicht absorbiert. In der Struktur des Gassensors 9 in 6 wird der thermische Ausdehnungskoeffizient zwischen dem Gasfühler 3 und der Glasschicht 924 oder 925 groß sein. Dies kann zu einem Cracking bzw. Brechen führen, welches zu einer Verschlechterung der hermetischen Dichtfähigkeit der Dichtung 92 führt.
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VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Diese Ausführungsform ist ein Beispiel des Klarstellens einer Beziehung zwischen der Höhe des Glaskörpers 52 und der Wärmespannung in dem Gassensor 1, welcher identisch in der Struktur mit demjenigen in der ersten Ausführungsform ist. Wir suchten den Grad der Wärmespannung, welche auf den Glaskörper 52 wirkt, für verschiedene Werte der Höhe H, veranschaulicht in 2, in anderen Worten gesagt, die Länge des Glaskörpers 52 in der axialen Richtung X. Der Grad der Wärmespannung, wie hierin darauf Bezug genommen wird, ist eine maximale Spannung bzw. Belastung, wenn die Temperatur des Glaskörpers 52 von 850°C auf 25°C geändert wird. Ergebnisse der Suche bzw. Versuche sind in einem Graphen der 7 veranschaulicht.
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Der Graph der 7 zeigt, dass eine Abnahme in der Höhe H des Glaskörpers 52 zu einer Abnahme im Grad der Spannung, welche auf den Glaskörper 52 ausgeübt wird, führen wird. Es ist ratsam, dass die Höhe H des Glaskörpers 52 acht mm (8 mm) oder weniger ist, vorzugsweise 6 mm oder weniger, weiter vorzugsweise 5 mm oder weniger zum Minimieren der Möglichkeit des Brechens des Glaskörpers 52. Um die hermetische Dichtfähigkeit des Glaskörpers 52 zu erhöhen oder die Widerstandsfähigkeit des Glaskörpers 52 gegen mechanische Vibration sowie diejenige des Pulverkörpers 51 sicherzustellen, ist es ratsam, dass die Höhe H des Glaskörpers 52 ein mm (1 mm) oder mehr, vorzugsweise 1,5 mm oder mehr, weiter vorzugsweise 2,0 mm oder mehr ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-235361 [0001]
- JP 2001-208725 [0004]
