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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor, wie beispielsweise einen Temperatursensor oder einen Gassensor, sowie eine Sensor-Anbringungsstruktur.
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Technischer Hintergrund
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Es sind Temperatursensoren zum Erfassen der Temperatur von Abgas von Verbrennungsmotoren zum Einsatz gekommen, und auch Gassensoren zum Erfassen der Konzentration einer bestimmten Komponente (wie beispielsweise Sauerstoff) in dem Abgas sind zum Einsatz gekommen. Ein Gewindeabschnitt ist an der Außenseite jedes Sensors vorhanden, und der Sensor wird an einem Anbringungskörper (wie beispielsweise einem Auspuffrohr) angebracht, indem der Gewindeabschnitt in ein Anbringungsloch des Anbringungskörpers eingeschraubt wird. Im Allgemeinen wird, um einen Sensor an einem Auspuffrohr zu installieren, der Sensor zunächst an dem Auspuffrohr angebracht, und dann wird ein Verbinder, der mit Zuleitungsdrähten verbunden ist, die sich von dem Sensor erstrecken, beispielsweise mit einem Verbinder einer externen Schaltung verbunden. Wenn jedoch der Sensor ohne Verbindung integral mit der externen Schaltung verbunden ist oder wenn der Verbinder befestigt wird, bevor der Sensor befestigt wird, müssen die externe Schaltung und/oder die Zuleitungsdrähte zusammen mit dem Sensor gedreht werden, wenn der Sensor in das Anbringungsloch eingeschraubt wird, wodurch das Anbringen des Sensors erschwert wird.
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Angesichts des oben beschriebenen Problems wird eine Methode offenbart, bei der ein röhrenförmiges Drehelement (Anbringungselement), das einen an seiner Außenfläche ausgebildeten Gewindeabschnitt aufweist, so angeordnet wird, dass es eine Strebe (Aufnahme), die einen Sensor hält, so umschließt, dass das Drehelement in Bezug auf die Strebe gedreht werden kann (siehe Patentdokument 1). Bei diesem Verfahren ist es, selbst wenn der Sensor integral mit einer externen Schaltung verbunden ist, nicht notwendig, die externe Schaltung zusammen mit dem Sensor zu drehen, wenn der Sensor in ein Anbringungsloch eingeschraubt wird.
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Bei der in Patentdokument 1 offenbarten Methode befindet sich eine nach außen gerichtete konische Fläche an einer nach hinten gewandten Fläche der Strebe, und ein Eckenabschnitt befindet sich an einer nach vorn gewandten Fläche des Drehelementes und wird in Kontakt mit der konischen Fläche gebracht, um eine Dichtung herzustellen. In diesem Fall lässt die konische Fläche zu, dass sich der Eckenabschnitt und damit das Drehelement radial nach außen ausdehnen. Daher dehnt sich auch der Gewindeabschnitt an der Außenfläche des Drehelementes radial nach außen aus und wird in Eingriff mit einem Gewindeabschnitt des Anbringungskörpers gebracht, so dass es unwahrscheinlich ist, dass es zu Lockerung des Gewindeabschnitts kommt.
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Dokumente nach dem Stand der Technik
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Patentdokument
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[Patentdokument 1] Japanisches Patent Nr.
JP 5 469 693 B2 (
1 und
3)
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Zusammenfassung der Erfindung
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Mit der Erfindung zu lösendes Problem
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Beispielsweise wird ein Temperatursensor an einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Fahrzeugs angebracht, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung außerhalb eines Motorraums angeordnet ist. Daher wirkt, wenn die Außenseite des Temperatursensors, deren Temperatur durch das Abgas erhöht worden ist, dadurch schnell abgekühlt wird, dass Wasser an sie gelangt, thermische Spannung auf den Gewindeabschnitt des Temperatursensors und das Anbringungsloch des Anbringungskörpers, so dass sie sich ausdehnen und zusammenziehen, und dies kann bewirken, dass es zu Lockerung des Gewindeabschnitts kommt.
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Das heißt, es muss die Wärmebeständigkeit eines Temperatursensors verbessert werden, der installiert ist, um einen Turbolader vor Erosion zu schützen, und häufig wird ein stark wärmewiderstandsfähiges Material, das beispielsweise durch ein Material auf Austenit-Basis verkörpert wird, für Komponenten des Temperatursensors eingesetzt. Materialien, die bei einem Turbolader eingesetzt werden können, unterliegen aufgrund ihres Herstellungsverfahrens Einschränkungen und im Allgemeinen wird ein Material auf Ferrit-Basis eingesetzt. In diesem Fall wird der Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Temperatursensors und des Materials des Anbringungskörpers groß, so dass es wahrscheinlich ist, dass es zu Lockerung des Gewindeabschnitts kommt. Um zu verhindern, dass es zu Lockerung des Gewindeabschnitts kommt, muss das Anziehdrehmoment des Temperatursensors größer sein als das anderer Elemente, und dies führt zur Verringerung der Effektivität bei der Montage eines Fahrzeugs.
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Mit der in Patentdokument 1 beschriebenen Methode wird Spannung auf die Umgebung der konischen Fläche der Strebe ausgeübt, die in Kontakt mit dem Eckenabschnitt des Drehelementes (Anbringungselement) ist. Daher wirkt bei einem Sensor, der einen Aufbau hat, bei dem ein röhrenförmiges Element (Verbindung) auf das hintere Ende der Strebe aufgesetzt wird und das Anbringungselement den Umfang der Strebe über die Verbindung radial umgibt, wenn das röhrenförmige Element (Verbindung) mit der Umgebung der konischen Fläche verbunden wird, die in Kontakt mit dem Eckenabschnitt ist, die oben erwähnte Spannung auch auf das röhrenförmige Element, und dies kann zu einer Verringerung der Verbindungsfestigkeit oder zur Verformung des röhrenförmigen Elementes führen.
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Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Sensor zu schaffen, der mittels Gewinde in einem Anbringungsloch eines Anbringungskörpers angebracht wird und bei dem ein röhrenförmiges Element auf einen hinteren Endabschnitt einer Strebe aufgesetzt wird, und darin, eine Sensor-Anbringungsstruktur zu schaffen. Der Sensor und die Sensor-Anbringungsstruktur schränken Lockerung des Gewindeabschnitts erheblich ein, ohne dass es beim Ausführen der Anbringung des Sensors zu Behinderung kommt, und schränken eine Verringerung der Verbindungsfestigkeit des röhrenförmigen Elementes sowie Verformung des röhrenförmigen Elementes ein.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Um das oben beschriebene Problem zu lösen, umfasst ein Sensor der vorliegenden Erfindung ein temperaturempfindliches Element, dessen elektrisches Verhalten sich mit der Temperatur ändert, ein erstes röhrenförmiges Element, das eine Röhrenform hat und sich in Richtung einer axialen Linie erstreckt, wobei das temperaturempfindliche Element von dem ersten röhrenförmigen Element an einem vorderen Ende desselben umschlossen ist, eine röhrenförmige Strebe, die einen Umfang des ersten röhrenförmigen Elementes radial umgibt, wobei das vordere Ende des ersten röhrenförmigen Elementes von einem vorderen Ende der Strebe vorsteht, ein zweites röhrenförmiges Element, das eine Röhrenform hat, einen Umfang eines hinteren Endabschnitts der Strebe radial umgibt und sich in der Richtung der axialen Linie nach hinten erstreckt, sowie ein röhrenförmiges Anbringungselement, das den Umfang der Strebe über das zweite röhrenförmige Element radial umgibt und in Bezug auf die Strebe gedreht werden kann, wobei das röhrenförmige Anbringungselement an seiner Außenfläche einen Gewindeabschnitt aufweist. Die Strebe enthält einen Hauptkörper und einen vorstehenden Abschnitt, wobei der Hauptkörper im Inneren des Anbringungselementes angeordnet ist, ein vorderer Endabschnitt des zweiten röhrenförmigen Elementes auf den Hauptkörper aufgesetzt ist, der vorstehende Abschnitt vor dem Hauptkörper angeordnet ist, über eine innere Fläche des Anbringungselementes hinaus radial nach außen vorsteht, den Umfang des ersten röhrenförmigen Elementes radial umgibt und eine nach vorn gewandte Fläche aufweist, die eine ebene Fläche parallel zu einer radialen Richtung enthält. In einer Schnittansicht in Richtung der axialen Linie weist der vorstehende Abschnitt eine nach hinten gewandte Fläche auf, die einen flachen Abschnitt und eine geneigte Fläche einschließt, wobei der flache Abschnitt parallel zu der radialen Richtung ist, eine Länge hat, die genauso groß ist wie oder größer als die Dicke des zweiten röhrenförmigen Elementes, und er einer nach vorn gewandten Fläche des zweiten röhrenförmigen Elementes zugewandt ist, die geneigte Fläche radial außerhalb des flachen Abschnitts angeordnet ist und sich radial so nach außen erstreckt, dass der Durchmesser der geneigten Fläche zu einer Seite des vorderen Endes hin in Bezug auf die Richtung der axialen Linie zunimmt. Eine nach vorn gewandte Fläche des Anbringungselementes ist an einer vorgeschriebenen Kontaktposition in Linienkontakt mit der geneigten Fläche. Ein Schnittpunkt der geneigten Fläche und einer Senkrechten dazu von einem radial am weitesten innen liegenden Punkt der nach vorn gewandten Fläche des vorstehenden Abschnitts aus befindet sich, in der Schnittansicht, radial innerhalb der Kontaktposition.
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Bei diesem Sensor befindet sich der oben erwähnte Schnittpunkt radial innerhalb der Kontaktposition, an der der vorstehende Abschnitt und das Anbringungselement in Linienkontakt miteinander sind. In diesem Fall ist die Kontaktposition und damit die Drückkraft, die von dem Anbringungselement übertragen wird, radial nach außen verschoben, und ein größeres Maß der Drückkraft wird konzentriert auf einen radial außen liegenden Abschnitt der Anbringungsfläche ausgeübt, so dass die Abdichtung zwischen dem vorstehenden Abschnitt und der Anbringungsfläche sicherer wird. Dadurch kann Lockerung des Gewindeabschnitts erheblich eingeschränkt werden.
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Die Drückkraft wird auf den Rand der Kontaktposition ausgeübt, und das zweite röhrenförmige Element ist mit einem Abschnitt verbunden, der radial innerhalb der geneigten Fläche des vorstehenden Abschnitts liegt. Daher kann, da die Kontaktposition und damit die Drückkraft radial nach außen verschoben ist, die Kontaktposition von dem zweiten röhrenförmigen Element beabstandet sein. In diesem Fall können eine Verringerung der Verbindungsfestigkeit sowie Verformung des zweiten röhrenförmigen Elementes eingeschränkt werden, die durch die auf einen Verbindungsabschnitt des zweiten röhrenförmigen Elementes ausgeübte Drückkraft verursacht werden.
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Des Weiteren kommt, da sich der flache Abschnitt an der Strebe befindet, die nach vorn gewandte Fläche des zweiten röhrenförmigen Elementes in Flächenkontakt mit dem flachen Abschnitt, so dass der Kontaktdruck abnimmt. Daher kann die Verformung des zweiten röhrenförmigen Elementes selbst dann eingeschränkt werden, wenn die Drückkraft, mit der das zweite röhrenförmige Element auf die Strebe aufgesetzt wird um das zweite röhrenförmige Element daran anzubringen, groß ist oder wenn die Einführtiefe groß ist.
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Der Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann so eingerichtet sein, dass, wenn der Gewindeabschnitt des Anbringungselementes in ein Anbringungsloch eines Anbringungskörpers eingeschraubt wird, die nach vorn gewandte Fläche des vorstehenden Abschnitts an einer Anbringungsfläche des Anbringungskörpers anschlägt und ein vorderer Endabschnitt des ersten röhrenförmigen Elementes über das Anbringungsloch in den Anbringungskörper hinein vorsteht, und, sich ein zweiter Schnittpunkt der geneigten Fläche und einer Senkrechten dazu von einem Kontaktpunkt aus, der ein radial am weitesten innen liegender Punkt ist, an dem die nach vorn gewandte Fläche des vorstehenden Abschnitts an der Anbringungsfläche anschlägt, in der Schnittansicht, radial innerhalb der Kontaktposition befindet.
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Bei diesem Sensor befindet sich der zweite Schnittpunkt radial innerhalb der Kontaktposition. Daher werden die Kontaktposition und damit die Drückkraft radial nach außen verschoben, und ein größeres Maß der Drückkraft wird auf den radial außen liegenden Abschnitt der Anbringungsfläche ausgeübt, so dass die Dichtung zwischen dem vorstehenden Abschnitt und der Anbringungsfläche sicherer wird.
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Bei dem Sensor der vorliegenden Erfindung kann die geneigte Fläche eine konische Fläche sein, die sich radial so nach außen erstreckt, dass der Durchmesser der konischen Fläche zu der Seite des vorderen Endes hin in Bezug auf die Richtung der axialen Linie allmählich zunimmt.
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Bei diesem Sensor sind der vorstehende Abschnitt und das Anbringungselement zuverlässig in Linienkontakt miteinander. Daher kann die von dem Anbringungselement übertragene Drückkraft stärker an der Anbringungsfläche konzentriert werden.
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Eine Sensor-Anbringungsstruktur der vorliegenden Erfindung umfasst einen Anbringungskörper mit einem Anbringungsloch sowie einen Sensor, der an seiner Außenfläche einen Gewindeabschnitt aufweist, der mittels Gewinde an dem Anbringungskörper angebracht wird, wobei der Sensor mit dem in das Anbringungsloch des Anbringungskörpers eingeschraubten Gewindeabschnitt mittels Gewinde an dem Anbringungskörper angebracht wird, und der Sensor ein Sensor gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 3 ist.
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Bei dieser Sensor-Anbringungsstruktur befindet sich der oben erwähnte Schnittpunkt radial innerhalb der Kontaktposition, an der der vorstehende Abschnitt und das Anbringungselement in Linienkontakt miteinander sind. Daher ist die Kontaktposition und damit die von dem Anbringungselement übertragene Drückkraft radial nach außen verschoben, und ein größeres Maß der Drückkraft wird konzentriert auf einen radial außen liegenden Abschnitt der Anbringungsfläche ausgeübt, so dass die Dichtung zwischen dem vorstehenden Abschnitt und der Anbringungsfläche sicherer wird. Dadurch kann Lockerung des Gewindeabschnitts erheblich eingeschränkt werden.
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Die Drückkraft wird auf den Rand der Kontaktposition ausgeübt, und das zweite röhrenförmige Element ist mit einem Abschnitt verbunden, der radial innerhalb der geneigten Fläche des vorstehenden Abschnitts liegt. Daher kann, da die Kontaktposition und damit die Drückkraft radial nach außen verschoben ist, die Kontaktposition von dem zweiten röhrenförmigen Element beabstandet sein. In diesem Fall können eine Verringerung der Verbindungsfestigkeit sowie Verformung des zweiten röhrenförmigen Elementes eingeschränkt werden, die durch die auf einen Verbindungsabschnitt des zweiten röhrenförmigen Elementes ausgeübte Drückkraft verursacht werden.
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Des Weiteren kommt, da sich der flache Abschnitt an der Strebe befindet, die nach vorn gewandte Fläche des zweiten röhrenförmigen Elementes in Flächenkontakt mit dem flachen Abschnitt, so dass der Kontaktdruck abnimmt. Daher kann die Verformung des zweiten röhrenförmigen Elementes selbst dann eingeschränkt werden, wenn die Drückkraft, mit der das zweite röhrenförmige Element auf die Strebe aufgesetzt wird, um das zweite röhrenförmige Element daran anzubringen, groß ist oder wenn die Einführtiefe groß ist.
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Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bei dem Sensor, der mittels Gewinde in einem Anbringungsloch eines Anbringungskörpers angebracht wird und bei dem das röhrenförmige Element auf einen hinteren Endabschnitt der Strebe aufgesetzt wird, möglich, Lockerung des Gewindeabschnitts erheblich einzuschränken, ohne dass es beim Ausführen der Anbringung des Sensors zu Behinderung kommt, und eine Verringerung der Verbindungsfestigkeit des röhrenförmigen Elementes sowie Verformung des röhrenförmigen Elementes einzuschränken.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Axialschnittansicht eines Temperatursensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht von 1
- 3 sind Ansichten, die einen Schritt des Anbringens einer Verbindung an einer Strebe für den Fall darstellen, dass die Strebe keinen flachen Abschnitt aufweist.
- 4 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die einen Sensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 5 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die einen Sensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 6 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die Drückkraft (Spannung) darstellt, die auf einen vorstehenden Abschnitt eines Sensors gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung übertragen wird.
- 7 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die Drückkraft (Spannung) darstellt, die auf einen vorstehenden Abschnitt eines Sensors gemäß einem Vergleichsbeispiel übertragen wird.
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Ausführungsweisen der Erfindung
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 ist eine teilweise weggebrochene Schnittansicht eines Sensors (Temperatursensor) 200 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Schnittansicht der Richtung einer axialen Linie L folgt. 2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht von 1. 2 entspricht der „Schnittansicht in Richtung der axialen Linie“ in den Patentansprüchen.
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Der Temperatursensor 200 wird in ein Anbringungsloch 300h eines Anbringungskörpers (Abgasreinigungsvorrichtung) 300 eingeführt und an dem Anbringungskörper 300 mittels Gewinde angebracht, um beispielsweise die Temperatur von Abgas von einem Kraftfahrzeug zu erfassen. Der Temperatursensor 200 enthält eine aus röhrenförmigem Metall bestehende Röhre 212 mit einem Boden, die sich in der Richtung der axialen Linie L erstreckt und die ein geschlossenes vorderes Ende (Boden) sowie ein offenes hinteres Ende hat, eine Strebe (Aufnahme) 240, die mit dem hinteren Ende der Röhre 212 aus Metall verbunden ist, ein Anbringungselement (250), das separat von der Strebe 240 vorhanden ist, sowie eine Verbindung 260, die wenigstens einen Teil eines weiter unten beschriebenen Ummantelungselementes 206 umgibt, ein mit der Strebe 240 verbundenes vorderes Ende hat und sich in der Richtung der axialen Linie L erstreckt. Die Richtung der axialen Linie L ist die Längsrichtung des Temperatursensors 200 und entspricht der vertikalen Richtung in 1. Die Seite des vorderen Endes ist die untere Seite in 1, und die Seite des hinteren Endes ist die obere Seite in 1.
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Die Röhre 212 aus Metall und die Verbindung 216 entsprechen dem „ersten röhrenförmigen Element“ bzw. dem „zweiten röhrenförmigen Element“ in den Patentansprüchen.
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Der Temperatursensor 200 enthält ein Thermistor-Element 202, das aus einem Thermistor-Sinterkörper 203 und Element-Elektrodendrähten 204 besteht, die im Inneren der Röhre 212 aus Metall angeordnet sind. Dieser Temperatursensor 200 kann beispielsweise an einem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors oder einer Abgasreinigungsvorrichtung so angebracht sein, dass das Thermistor-Element 202 im Inneren des Auspuffrohrs oder der Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet ist, durch das/die Abgas strömt, und kann dazu dienen, die Temperatur des Abgases zu erfassen.
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Der Thermistor-Sinterkörper 203 entspricht dem „temperaturempfindlichen Element“ in den Patentansprüchen.
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Das Ummantelungselement 206 enthält eine Ummantelungs-Röhre 207 sowie zwei Ummantelungs-Leiter 208, die im Inneren der Ummantelungs-Röhre 207 in einem isolierten Zustand aufgenommen sind, und ist im Inneren der Röhre 212 aus Metall, der Strebe 240 und der Verbindung 260 angeordnet. Die Ummantelungs-Leiter 208, die sich dem vorderen Ende der Ummantelungs-Röhre 207 und den Element-Elektrodendrähten 204 des Thermistor-Elementes 202 aus erstrecken, werden beispielsweise mittels Laserschweißen miteinander verbunden. Die Ummantelungs-Leiter 208, die sich von dem hinteren Ende der Ummantelungs-Röhre 207 aus erstrecken, werden über Quetschanschlüsse 272 mit Verbindungs-Zuleitungsdrähten 273 für eine externe Schaltung (wie beispielsweise eine elektronische Steuereinheit (ECU) eines Fahrzeugs) verbunden. Die Ummantelungs-Leiter 208, die sich von dem hinteren Ende der Ummantelungs-Röhre 207 aus erstrecken, und die Quetschanschlüsse 272 sind über eine isolierende Röhre 271 voneinander isoliert. Jeder der Zuleitungsdrähte 273 ist ein leitender Draht, der mit einer isolierenden Beschichtung überzogen ist, und ist so angeordnet, dass er sich durch den Innenraum eines wärmebeständigen, aus Gummi bestehenden Dichtungselementes 274 hindurch erstreckt.
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Die Strebe 240 hat eine Röhrenform, die sich in der Richtung der axialen Linie erstreckt und ein Durchgangsloch 240h in der Mitte aufweist. Die Strebe 240 hält die Röhre 212 aus Metall in einem Zustand in dem Durchgangsloch 240h, in dem das hintere Ende der Röhre 212 aus Metall von der Strebe 240 umgeben ist und das vordere Ende der Röhre 212 aus Metall, in dem der Thermistor-Sinterkörper 203 aufgenommen ist, von dem vorderen Ende der Strebe 240 vorsteht.
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Die Strebe 240 enthält einen Hauptkörper 243, der im Inneren des Anbringungselementes 250 angeordnet ist, sowie einen vorstehenden Abschnitt 242, der sich vor dem Hauptkörper 243 befindet, radial nach außen vorsteht und einen größeren Außendurchmesser hat als der Hauptkörper 243. Der vorstehende Abschnitt 242 ist vor dem Anbringungselement 250 angeordnet und steht über eine innere Fläche 250s des Anbringungselementes 250 hinaus radial nach außen vor.
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Der Hauptkörper 243 hat eine zweistufige Form, die einen ersten Teilabschnitt 244, der sich an der Seite des vorderen Endes befindet, und einen zweiten Teilabschnitt 246 enthält, der sich an der Seite des hinteren Endes befindet und dessen Außendurchmesser kleiner ist als der des ersten Teilabschnitts. Die Röhre 212 aus Metall wird so in das Durchgangsloch 240h eingeführt, dass sich das hintere Ende der Röhre 212 aus Metall im Inneren des zweiten Teilabschnitts 246 befindet, und dann wird beispielsweise Laserschweißen über den gesamten radialen Umfang des zweiten Teilabschnitts 246 ausgeführt, so dass die Röhre 212 aus Metall über einen Verbindungsabschnitt W2 mit dem Hauptkörper 243 (der Strebe 240) verbunden wird.
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Ein vorderer Endabschnitt der Verbindung 260 wird auf den ersten Teilabschnitt 244 aufgesetzt, und es wird beispielsweise Laserschweißen über den gesamten radialen Umfang des ersten Teilabschnitts 244 durchgeführt, so dass die Verbindung 260 über einen Verbindungsabschnitt W1 mit dem Hauptkörper 243 (der Strebe 240) verbunden wird. Die Strebe 240 hält die Verbindung 260, wie oben beschrieben, so, dass das hintere Ende der Verbindung 260 von dem hinteren Ende der Strebe 240 vorsteht.
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In der vorliegenden Ausführungsform hat die Verbindung 260 einen größeren Durchmesser als die Röhre 212 aus Metall, dies stellt jedoch keine Einschränkung dar. In der vorliegenden Ausführungsform überlappen die Röhre 212 aus Metall und die Verbindung 260 einander teilweise in der Richtung der axialen Linie L. Jedoch ist es möglich, dass die Metallröhre 212 und die Verbindung 260 einander in der Richtung der axialen Linie L nicht überlappen.
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Die Röhre 212 aus Metall und die Verbindung 260 können nicht nur mittels Schweißen, wie beispielsweise Laserschweißen, mit dem Hauptkörper 243 verbunden werden, sondern beispielsweise auch mittels Presspassen oder Quetschen.
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In einer Schnittansicht in der Richtung der axialen Linie L ist ein flacher Abschnitt 244L, dessen Länge genauso groß ist wie oder größer als die Dicke T des zweiten röhrenförmigen Elementes 260, und der parallel zu der radialen Richtung ist, so ausgebildet, dass er sich von einer äußeren Fläche 244s des Hauptkörpers 243 (des ersten Abschnitts 244) radial nach außen erstreckt. Der flache Abschnitt 244L ist einer nach vorn gewandten Fläche 260f des zweiten röhrenförmigen Elementes 260 zugewandt. Eine nach hinten gewandte Fläche des vorstehenden Abschnitts 242 enthält eine geneigte Fläche 242b, die eine konische Fläche ist, die sich radial so nach außen erstreckt, dass ihr Durchmesser zu der Seite des vorderen Endes hin in Bezug auf die Richtung der axialen Linie L allmählich zunimmt. Die geneigte Fläche 242b ist an ihrer radial innen liegenden Seite mit dem flachen Abschnitt 244L verbunden.
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Eine nach vorn gewandte Fläche (Anlagefläche) 242f des vorstehenden Abschnitts 242 ist eine plane Fläche parallel zu der radialen Richtung und ist so eingerichtet, dass sie an einer Anbringungsfläche 300r des Anbringungskörpers 300 anschlägt bzw. anliegt (in direktem Kontakt mit ihr ist), um so zu verhindern, dass Abgas nach außen austritt. Nachdem die nach vorn gewandte Fläche 242f so angeordnet worden ist, dass sie in Kontakt mit der Anbringungsfläche 300r ist, wird ein Gewindeabschnitt 254 (weiter unten beschrieben) des Anbringungselementes 250 in den an der Umfangswand des Anbringungslochs 300h ausgebildeten Innengewindeabschnitts 300s eingeschraubt, so dass der Sensor 200 an einer Sensor-Anbringungsposition befestigt ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anbringungsfläche 300r vom Flachdichtungstyp, d. h. ist parallel zu der radialen Richtung (flach). Die Anbringungsfläche 300r erstreckt sich von einer Innenwand 300w des Anbringungslochs 300h radial nach innen, und eine Mittelöffnung 300h2 ist in der Mitte der Anbringungsfläche 300r ausgebildet. Die Mittelöffnung 300h2 bildet einen Teil des Anbringungslochs 300h, und das vordere Ende der Metallröhre 212 wird über die Mittelöffnung 300h2 eingeführt. Das heißt, das vordere Ende der Metallröhre 212 steht von der Mittelöffnung 300h2 zur Innenseite des Anbringungskörpers 300 hin vor, um beispielsweise die Temperatur von Abgas zu erfassen.
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Das Anbringungselement 250 umgibt radial den Umfang der Strebe 240 (des Hauptkörpers 243) über die Verbindung 260 in einem Bereich hinter dem vorstehenden Abschnitt 242 und wird so auf die Strebe 240 aufgesetzt, dass es um die Verbindung 260 herum gedreht werden kann.
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Ein Gewindeabschnitt (Außengewinde) 254, der in das Anbringungsloch 300h des Anbringungskörpers 300 eingeschraubt wird, ist an der Außenfläche des Anbringungselementes 250 ausgebildet. Ein Sechskantmutter-Abschnitt 252 ist hinter dem Gewindeabschnitt 254 ausgebildet, und ein Werkzeug wird mit dem Sechskantmutter-Abschnitt 252 in Eingriff gebracht, um das Anbringungselement 250 zu drehen und mittels Gewinde anzubringen.
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Eine nach vorn gewandte Fläche 250f des Anbringungselementes 250 ist eine konische Fläche, die sich radial so nach außen erstreckt, dass ihr Durchmesser zu der Seite des vorderen Endes hin in Bezug auf die Richtung der axialen Linie L allmählich zunimmt.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird im Folgenden der Kontaktzustand zwischen der Strebe 240 und dem Anbringungselement 250 beschrieben.
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Der Kegel- bzw. Konuswinkel der nach vorn gewandten Fläche 250f des Anbringungselementes 250 ist in 2 kleiner als der Konuswinkel der geneigten Fläche 242b des vorstehenden Abschnitts 242. Daher kommt, wenn der Gewindeabschnitt 254 des Anbringungselementes 250 in das Anbringungsloch 300h des Anbringungskörpers 300 eingeschraubt wird, die nach vorn gewandte Fläche 250f an einer vorgeschriebenen Kontaktposition P in Linienkontakt mit der geneigten Fläche 242b (an einem Kreis um die axiale Linie L herum, die durch die Kontaktposition P verläuft, in Kontakt mit der geneigten Fläche 242b). Die nach vorn gewandte Fläche 242f des vorstehenden Abschnitts 242, liegt, von dem Anbringungselement 250 gedrückt, an der Anbringungsfläche 300r an, um eine Dichtung zu bilden. Die Konuswinkel der nach vorn gewandten Fläche 250f und der geneigten Fläche 242b sind Winkel, die durch ihre jeweiligen zwei erzeugenden Linien in einen Schnitt in der Richtung der axialen Linie L gebildet werden.
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In diesem Fall befindet sich ein Schnittpunkt R der geneigten Fläche 242b und einer Senkrechten M dazu von dem radial am weitesten innen liegenden Punkt Q der nach vorn gewandten Fläche 242f aus radial innerhalb der Kontaktposition P. Wenn der Sensor 200 mittels Gewinde an dem Anbringungskörper 300 angebracht wird, wird Drückkraft (Spannung) F, die von der nach vorn gewandten Fläche 250f des Anbringungselementes 250 über die Kontaktposition P auf den vorstehenden Abschnitt 242 übertragen wird, an einem vorgeschriebenen Bereich um eine Senkrechte M zu der geneigten Fläche 242b herum an der Kontaktposition P (siehe 6) konzentriert.
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Die Anbringungsfläche 300r, die die Drückkraft F aufnimmt, ist in einem Bereich radial außerhalb des Randes der Mittelöffnung 300h2 ausgebildet, d. h. radial außerhalb der Mittelöffnung 300h2 ausgebildet. Da das vordere Ende der Röhre 212 aus Metall durch die Mittelöffnung 300h2 hindurchtritt, liegt der Rand der Mittelöffnung 300h2 radial außerhalb des Punktes Q.
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Daher wird, wenn sich der Schnittpunkt R radial innerhalb der Kontaktposition P befindet, die Kontaktposition P und damit die Drückkraft F radial nach außen verschoben, und ein größeres Maß der Drückkraft F wird konzentriert auf einen radial außen liegenden Abschnitt der Anbringungsfläche 300r ausgeübt, so dass die Dichtung zwischen dem vorstehenden Abschnitt 242 und der Anbringungsfläche 300r sicherer wird.
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Dadurch kann Lockerung des Gewindeabschnitts 254 erheblich eingeschränkt werden. Das heißt, selbst wenn der Sensor 200 bei hoher Temperatur eingesetzt wird, und der Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Anbringungskörpers 300 und dem der Materialien des Sensors 200 groß wird, kann Lockerung des Gewindeabschnitts 254 wirkungsvoll eingeschränkt werden. Je größer der Grad der Konzentration der auf die Anbringungsfläche 300r ausgeübten Drückkraft F ist, umso stärker ist die plastische Verformung der Anbringungsfläche 300r. Daher erhöht sich ihre Elastizitätsgrenze, und dies ermöglicht es, Lockerung des Gewindeabschnitts 254 einzuschränken.
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Vorzugsweise ist die nach vorn gewandte Fläche 250f des Anbringungselementes 250 eine konische Fläche mit einem Konuswinkel von 120±20°. Der Grund dafür ist, dass die Drückkraft F entsprechend auf die Anbringungsfläche 300r übertragen werden kann. Wenn der Konuswinkel den oben erwähnten Bereich überschreitet, wird die Drückkraft F verteilt auf den gesamten Abschnitt der Anbringungsfläche 300r ausgeübt, so dass der oben beschriebene Effekt der plastischen Verformung aufgrund der Konzentration der Drückkraft F dazu tendiert, abzunehmen. Wenn der Konuswinkel unterhalb des oben erwähnten Bereiches liegt, nimmt eine Komponente der Drückkraft F in der Richtung der axialen Linie L ab, und die auf die Anbringungsfläche 300r ausgeübte Drückkraft selbst neigt dazu, abzunehmen.
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Die Drückkraft F wird, wie oben beschrieben, auf den äußeren Rand der Kontaktposition P ausgeübt, und die Verbindung 260 ist mit einem Abschnitt radial innerhalb der geneigten Fläche 242b verbunden. Daher kann die Kontaktposition P, da die Kontaktposition P und damit die Drückkraft F radial nach außen verschoben ist, von der Verbindung 260 beabstandet sein. In diesem Fall kann eine Verringerung der Verbindungsfestigkeit des Verbindungsabschnitts W1 der Verbindung 260 aufgrund der auf den Verbindungsabschnitt W1 ausgeübten Drückkraft eingeschränkt werden, und Verformung der Verbindung 260 kann ebenfalls eingeschränkt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht es der vorhandene flache Abschnitt 244L, die Verformung der Verbindung 260 weiter einzuschränken. Dies wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist eine Gruppe von Ansichten, die einen Schritt des Anbringens der Verbindung 260 für den Fall zeigen, dass der flache Abschnitt 244L nicht vorhanden ist und sich die geneigte Fläche 242b radial innenliegend zu der äußeren Fläche 244s des ersten Teilabschnitts 244 erstreckt.
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Zunächst wird die Verbindung 260 angebracht, indem sie von der Seite des hinteren Endes her auf den Hauptkörper 243 (den ersten Teilabschnitt 244) aufgesetzt wird (3 (a)). In diesem Fall kommt, wenn die auf die Verbindung 260 ausgeübte Drückkraft zu stark ist oder die Einführtiefe der Verbindung 260 zu groß ist, die nach vorn gewandte Fläche 260f der Verbindung 260 in Kontakt mit der geneigten Fläche 242b. Da die geneigte Fläche 242b eine konische Form hat, kommt die geneigte Fläche 242b lokal mit einem Teil der nach vorn gewandten Fläche 260f in Kontakt, und der Kontaktdruck wird hoch. Daher wird ein vorderer Endabschnitt 260a der Verbindung 260 durch die geneigte Fläche 242b gepresst und radial nach außen ausgedehnt (3 (b)), und so wird die Verbindung 260 verformt.
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Um dieses Problem zu lösen, ist, wie in 2 gezeigt, der flache Abschnitt 244L vorhanden. In diesem Fall kommt die nach vorn gewandte Fläche 260f der Verbindung 260 in Flächenkontakt mit dem flachen Abschnitt 244L, so dass der Kontaktdruck abnimmt. Daher kann die Verformung der Verbindung 260 selbst dann unterdrückt werden, wenn die auf die Verbindung 260 ausgeübte Drückkraft stark ist oder die Einführtiefe der Verbindung 260 groß ist.
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Die auf die Verbindung 260 zur Anbringung ausgeübte Drückkraft kann je nach Sensor variieren, und die nach vorn gewandte Fläche 260f der Verbindung 260 kommt nicht immer in Kontakt mit dem flachen Abschnitt 244L. Ein Zwischenraum in der Richtung der axialen Linie L kann zwischen ihnen ausgebildet sein.
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Vorzugsweise befindet sich in der in 2 gezeigten Schnittansicht in der Richtung der axialen Linie L ein zweiter Schnittpunkt T der geneigten Fläche 242b und einer Senkrechten K dazu von einem Kontaktpunkt S aus, der der radial am weitesten innen liegende Punkt ist, an dem die nach vorn gewandte Fläche 242f des vorstehenden Abschnitts 242 an der Anbringungsfläche 300r anliegt, radial innerhalb der Kontaktposition P.
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Wenn sich der zweite Schnittpunkt T radial innerhalb der Kontaktposition P befindet, ist die Kontaktposition P und damit die Drückkraft F radial nach außen verschoben. In diesem Fall wird ein größeres Maß der Drückkraft F auf den radial außen liegenden Abschnitt der Anbringungsfläche 300r ausgeübt, so dass die Dichtung zwischen dem vorstehenden Abschnitt 242f und der Anbringungsfläche 300r sicherer wird.
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Der Kontaktpunkt S ist der Punkt, an dem sich die nach vorn gewandte Fläche 242f des vorstehenden Abschnitts 242 und die Anbringungsfläche 300r an der radial innen liegenden Seite voneinander zu trennen beginnen, und er wird durch einen Wendepunkt der nach vorn gewand* ten Fläche 242f oder der Anbringungsfläche 300r in dem Trennbereich gebildet. Bei dem Beispiel in 2 ist, da eine Kante der Anbringungsfläche 300r, die näher an der Mittelöffnung 300h2 liegt, abgeschrägt ist, der Kontaktpunkt S der Schnittpunkt des abgeschrägten Abschnitts und der nach vorn gewandten Fläche 242f.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 4 ein Sensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Sensor gemäß der zweiten Ausführungsform ist bis auf den Aufbau des vorderen Endes eines Anbringungselementes 258 der gleiche wie der Sensor gemäß der ersten Ausführungsform. Daher wird unter Verwendung von 4, die eine 2 entsprechende vergrößerte Teilansicht ist, der Aufbau des Abschnitts, der sich von dem der ersten Ausführungsform unterscheidet, beschrieben.
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In 4 weist das Anbringungselement 258 einen flachen Abschnitt 258L, der sich von seiner inneren Fläche 258s radial so nach außen erstreckt, dass er parallel zu der radialen Richtung ist, sowie einen vorstehenden Abschnitt 258M auf, der einen rechteckigen Querschnitt hat und radial außerhalb des flachen Abschnitts 258L liegt und von dem flachen Abschnitt 258L zu der Seite des vorderen Endes hin vorsteht. Ein Eckenabschnitt 258e im Winkel von 90°, der einer radial innen liegenden Seite zugewandt ist, ist an einer nach vorn gewandten Fläche 258f des vorstehenden Abschnitts 258M ausgebildet, und die nach vorn gewandte Fläche 258f und die innere Fläche 258M sind an dem Eckenabschnitt 258e verbunden.
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Auch bei der zweiten Ausführungsform kommt, wenn das Anbringungselement 258 mittels Gewinde an dem Anbringungskörper 300 angebracht wird, der Eckenabschnitt 258e an einer Kontaktposition P in Linienkontakt mit der geneigten Fläche 242b. Daher werden, wenn der Schnittpunkt R radial innerhalb der Kontaktposition P liegt, die Kontaktposition P und damit die Drückkraft F radial nach außen verschoben.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5 ein Sensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Sensor gemäß der dritten Ausführungsform ist abgesehen davon, dass eine geneigte Fläche 248b eines vorstehenden Abschnitts 248 eine konkave Fläche (Fläche R) ist, der gleiche wie der Sensor gemäß der ersten Ausführungsform. Daher wird unter Verwendung von 5, die eine 2 entsprechende vergrößerte Teilansicht ist, der Aufbau des Abschnitts, der sich von dem der ersten Ausführungsform unterscheidet, beschrieben.
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In 5 ist die geneigte Fläche 248b des vorstehenden Abschnitts 248 als eine konkave Fläche (Fläche R) ausgebildet, die sich radial so nach außen erstreckt, dass ihr Durchmesser zur Seite des vorderen Endes hin in Bezug auf die Richtung der axialen Linie L zunimmt. Auch bei der dritten Ausführungsform kommt, wenn das Anbringungselement 250 mittels Gewinde an dem Anbringungskörper 300 angebracht wird, die nach vorn gewandte Fläche 250f an einer Kontaktposition P in Linienkontakt mit der geneigten Fläche 248b. Daher werden, wenn sich der Schnittpunkt R radial innerhalb der Kontaktposition P befindet, die Kontaktposition P und damit die Drückkraft F radial nach außen verschoben.
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Es erübrigt sich anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und sie verschiedene Abwandlungen und Äquivalente innerhalb des Geistes und des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung einschließt.
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Der Sensor ist beispielsweise nicht auf den oben beschriebenen Temperatursensor beschränkt und kann ein Gassensor sein. Zu Beispielen für den Gassensor gehören NOx-Sensoren, Sauerstoff-Sensoren (λ-Sonden), Vollbereichs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren (full-range air-fuel ratio sensors) sowie Ammoniaksensoren. Wenn der Sensor ein Gassensor ist, entspricht eine röhrenförmige Schutzeinrichtung, die einen vorderen Endabschnitt eines Sensorelementes mit einem Erfassungsabschnitt umgibt, dem „ersten röhrenförmigen Element“.
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Die an der nach hinten gewandten Fläche des vorstehenden Abschnitts ausgebildete geneigte Fläche ist nicht darauf beschränkt, dass sie an ihrer radial innen liegenden Seite direkt mit dem flachen Abschnitt verbunden ist, wie dies in 2 dargestellt ist, und es kann ein Abschnitt dazwischen vorhanden sein, dessen Form sich von den Formen der geneigten Fläche und des flachen Abschnitts unterscheidet.
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Wenn ein Eckenabschnitt an der nach vorn gewandten Fläche des Anbringungselementes vorhanden ist, ist der Winkel des Eckenabschnitts nicht auf 90° beschränkt, und der Eckenabschnitt kann so ausgebildet sein, dass er einen spitzen oder stumpfen Winkel hat.
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Die geneigte Fläche des vorstehenden Abschnitts kann eine konvexe Fläche (Fläche R) sein, die sich radial so nach außen erstreckt, dass ihr Durchmesser zur Seite des vorderen Endes hin in Bezug auf die Richtung der axialen Linie zunimmt.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind der „Abschnitt, der das temperaturempfindliche Element umschließt“ und „der von der Strebe gehaltene Abschnitt“ als ein einzelnes erstes röhrenförmiges Element ausgebildet, der Aufbau des ersten röhrenförmigen Elementes ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der „Abschnitt, der das temperaturempfindliche Element umschließt“ und der „von der Strebe gehaltene Abschnitt“ können separate Elemente sein, die miteinander verbunden sind. Ein derartiger Temperatursensor entspricht einem Temperatursensor eines sogenannten Kappen-Typs (des Typs, bei dem eine Kappe, die das temperaturempfindliche Element umschließt, mit dem vorderen Ende einer Ummantelungs-Röhre verbunden ist).
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Beispiel
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Es wurde FEM-Analyse (finite element method analysis) durchgeführt, die den Kontaktzustand zwischen der Strebe 240 und dem Anbringungselement 250 reproduzierte, die in 2 dargestellt sind, und die Analyse wurde als ein „Beispiel“ bezeichnet. Die gleiche FEM-Analyse wurde für den Fall durchgeführt, dass sich die Kontaktposition P an einer Position radial innerhalb des Schnittpunktes R und an die Verbindung 260 in 2 angrenzend befand, und die Analyse wurde als „Vergleichsbeispiel“ bezeichnet. Bei dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel bestand die Aufgabe darin, die Verteilung von Spannung zu analysieren, die von dem vorstehenden Abschnitt 242 auf die Anbringungsfläche 300r übertragen wurde. Daher wurde der flache Abschnitt 244L des Hauptkörpers 243 nicht reproduziert.
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Die gewonnenen Ergebnisse sind in 6 und 7 dargestellt.
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Bei dem Beispiel, bei dem sich, wie in 6 gezeigt, der Schnittpunkt R radial innerhalb der Kontaktposition P befindet, konzentriert sich die Drückkraft (Spannung) F, die von der nach vorn gewandten Fläche 250f des Anbringungselementes 250 über die Kontaktposition P auf den vorstehenden Abschnitt 242 übertragen wird, an einem vorgegebenen Bereich entlang der Senkrechten zu der geneigten Fläche 242b an der Kontaktposition P. Die Drückkraft F bewirkt maximale Spannung Fmax (ein schwarzer Punkt in 6) in der Nähe des Kontaktpunktes S der Anbringungsfläche 300r, und dies zeigt, dass sich die Drückkraft F auf einen Teil der Anbringungsfläche 300r konzentriert.
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Bei dem in -ig. 7 gezeigten Vergleichsbeispiel befindet sich der Schnittpunkt R radial außerhalb der Kontaktposition P. Daher wird die Drückkraft (Spannung) F, die von der nach vorn gewandten Fläche 250f des Anbringungselementes 250 über die Kontaktposition P auf den vorstehenden Abschnitt 242 übertragen wird, über einen großen Bereich verteilt. Die Drückkraft F konzentriert sich nicht an der Anbringungsfläche 300r, und die maximale Spannung Fmax wirkt an einer Position radial innerhalb der Kontaktposition P und an die Verbindung 260 angrenzend (ein schwarzer Punkt in 7). Daher kann die maximale Spannung Fmax eine Verringerung der Verbindungsfestigkeit der Verbindung 260 oder Verformung der Verbindung 260 bewirken.
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Bezugszeichenliste
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- 200
- Sensor
- 203
- temperaturempfindliches Element
- 212
- erstes röhrenförmiges Element
- 240
- Strebe
- 242
- vorstehender Abschnitt
- 242b
- geneigte Fläche
- 242f
- nach vorn gewandte Fläche des vorstehenden Abschnitts
- 243
- Hauptkörper
- 244s
- äußere Fläche des Hauptkörpers
- 244L
- flacher Abschnitt
- 250
- Anbringungselement
- 250e
- Eckenabschnitt der nach vorn gewandten Fläche des Anbringungselementes
- 250f
- konische Fläche an der nach vorn gewandten Fläche des Anbringungselementes
- 250s
- innere Fläche des Anbringungselementes
- 254
- Gewindeabschnitt
- 260
- zweites röhrenförmiges Element
- 260f
- nach vorn gewandte Fläche des zweiten röhrenförmigen Elementes
- 300
- Anbringungskörper
- 300h
- Anbringungsloch
- 300s
- Anbringungsfläche
- L
- axiale Linie
- t
- Dicke des zweiten röhrenförmigen Elementes
- P
- Kontaktposition
- Q
- radial am weitesten innen liegender Punkt der nach vorn gewandten Fläche des vorstehenden Abschnitts
- R
- Schnittpunkt
- S
- Kontaktpunkt
- T
- zweiter Schnittpunkt
- M
- Senkrechte zu der geneigten Fläche von Punkt Q aus
- K
- Senkrechte zu der geneigten Fläche von Kontaktpunkt S aus
