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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor zum Erfassen eines Messgases mittels eines Sensorelements und insbesondere das Befestigen einer Schutzabdeckung, welche ein Sensorelement in einem Gassensor schützt.
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Stand der Technik
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Zu Beispielen von Gassensoren zum Erfassen eines vorbestimmten Gasbestandteils in einem Messgas wie einem Abgas und Ermitteln einer Konzentration desselben zählen verschiedenartige Typen wie ein Halbleitertyp, ein mit katalytischer Verbrennung arbeitender Typ, ein Sauerstoffkonzentrationsdifferenzerfassungstyp, ein Grenzstromtyp und ein Mischpotentialtyp. Von diesen enthalten manche Sensorelemente Keramik, welche ein Trockenelektrolyt wie Zirkondioxid ist, als einen Hauptbestandteil.
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Ein solcher Gassensor verwendet gewöhnlich eine Konfiguration, in welcher ein Umfang eines Sensorelements mit einem als Schutzabdeckung oder Schutzkappe bezeichneten (im Folgenden allgemein als Schutzabdeckung bezeichneten) metallischen Schutzelement zum Schützen des Sensorelements vor Beschädigungen oder dergleichen bedeckt ist (siehe z. B.
japanisches Patent Nr. 3867423 und
japanisches Patent Nr. 4387277 ).
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Eine Schutzabdeckung ist im allgemeinen an einem Gehäuse, welches ein Sensorelement und weitere Elemente beherbergt, befestigt, und eine solche Befestigung ist so ausgeführt, dass ein auch als Randteil, Flanschteil oder dergleichen bezeichneter vorstehender Teil, welcher auf einem Endteil einer Außenfläche einer Schutzabdeckung vorgesehen ist, durch Stauchen an einem zu befestigenden Teil wie einem im Gehäuse vorgesehenen Stauchteil befestigt ist.
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In einem Fall, in welchem ein Gassensor, dessen Randteil einer Schutzabdeckung durch Stauchen an einem Stauchteil eines Gehäuses befestigt ist, zum Messen einer Gaskonzentration in einem Abgasrohr eines Motors verwendet wird, können eine durch Wärme eines Abgases verursachte Wärmeausdehnung und Schwingungen des Motors in manchen Fällen dazu führen, dass die Schutzabdeckung sich lockert.
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Eine vom Erfinder durchgeführte gründliche Untersuchung führte zur Erkenntnis, dass die Lockerheit durch eine Konfiguration verursacht wird, bei welcher ein Randteil einer Schutzabdeckung in einer Richtung senkrecht zu einer Achse eines Gassensors vorsteht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, welcher mittels eines Sensorelements einen vorbestimmten Gasbestandteil als ein Messobjekt in einem Messgas erfasst, und insbesondere das Befestigen einer Schutzabdeckung, welche ein Sensorelement in einem Gassensor schützt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Gassensor: ein Sensorelement zum Erfassen eines vorbestimmten Messobjekt-Gasbestandteils in einem Messgas; eine Schutzabdeckung, welche eine Seite eines Endteils des Sensorelements schützt; und ein Gehäuse, welches das Sensorelement beherbergt, in welchem die Schutzabdeckung einen Randteil an einem Endteil einer Außenfläche enthält. Der Randteil wird mit einer im Gehäuse vorgesehenen Kontaktfläche in Kontakt gebracht und wird zwischen einem Stauchteil und der Kontaktfläche gehalten, wobei der Stauchteil sich beim Biegen so von der Kontaktfläche erstreckt, dass die Schutzabdeckung am Gehäuse befestigt wird. Der Randteil ist in einem Neigungswinkel von 5° oder großer und 15° oder kleiner bezüglich einer zu einer Mittelachse des Gassensors senkrechten Ebene geneigt.
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Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines ein Sensorelement zum Erfassen eines vorbestimmten Messobjekt-Gasbestandteils in einem Messgas enthaltenden Gassensors bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält: a) In-Kontakt-Bringen eines an einem Endteil einer Außenfläche einer Schutzabdeckung, welche eine Seite eines Endteils des Sensorelements schützt, vorgesehenen Randteils mit einer in einem Gehäuse, welches das Sensorelement beherbergt, vorgesehenen Kontaktfläche; und b) in einem Zustand, in welchem der Randteil infolge des Schritts a) mit der Kontaktfläche in Kontakt steht, Biegen eines Stauchteils, welcher sich von der Kontaktfläche im Gehäuse erstreckt, um den Randteil zwischen dem Stauchteil und der Kontaktfläche so zu halten, dass die Schutzabdeckung und das Gehäuse befestigt sind. Der Randteil ist, nachdem er mindestens dem Schritt b) unterzogen wurde, in einem Neigungswinkel von 5° oder mehr und 15° oder weniger bezüglich einer zu einer Mittelachse des Gassensors senkrechten Ebene geneigt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt selbst bei wiederholtem Gebrauch des Gassensors eine Befestigung zwischen der Schutzabdeckung und dem Gehäuse mit einer für den praktischen Gebrauch ausreichenden Befestigungskraft, welche kaum Lockerheit am Befestigungsteil bewirkt.
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Demgemäß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gassensor bereitzustellen, in welchem eine Schutzabdeckung auch nach wiederholtem Gebrauch keine Lockerheit aufweist.
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Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Teil-Schnittansicht, welche eine Hauptkonfiguration eines Gassensors 1 zeigt;
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2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche einen Befestigungsteil zwischen einer Schutzabdeckung 2a und einem Gehäuse 3 schematisch zeigt;
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3 ist eine Ansicht, welche einen Zustand, bevor die Schutzabdeckung 2a am Gehäuse 3 befestigt wird, zeigt;
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4 ist eine Ansicht, welche einen Zustand im Prozess des Befestigens der Schutzabdeckung 2a am Gehäuse 3 zeigt; und
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5 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche einen Befestigungsteil zwischen der Schutzabdeckung 2a und dem Gehäuse 3 schematisch zeigt und eine weitere Art und Weise des Neigens eines Randteils 2e veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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<Konfiguration eines Gassensors>
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1 ist eine Teil-Schnittansicht, welche eine Hauptkonfiguration eines Gassensors 1 (genaugenommen einen Hauptkörper desselben) gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform zeigt. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform dient der Gassensor 1 zum Erfassen eines vorbestimmten Messobjekt-Gasbestandteils (z. B. NOx oder dergleichen) in einem Messgas mittels eines darin vorgesehenen Sensorelements 100. Das Sensorelement 100 ist ein langes, säulenförmiges, dünnplattenförmiges, zylindrisches oder röhrenförmiges Element mit einem Elementkörper aus einer sauerstoffionenleitenden Trockenelektrolytkeramik wie Zirkondioxid als einem Hauptbestandteil. In seinen Grundzügen ist der Gassensor 1 so konfiguriert, dass er auf der Grundlage einer Potentialdifferenz zwischen einer mit einem Messgas in Kontakt stehenden Elektrode und einer mit einem Referenzgas (der Atmosphäre) in Kontakt stehenden Elektrode, welche an einem geeigneten Teil des Sensorelements 100 vorgesehen sind, oder auf der Grundlage einer Stärke eines zwischen den beiden Elektroden fließenden Stroms eine Konzentration eines Messobjekt-Gasbestandteils ermittelt.
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In 1 und in den anschließenden Figuren ist der Gassensor 1 so gezeigt, dass eine Mittelachse (Achsenlinie) AX eines Hauptkörperteils des Gassensors 1 einer Auf/Ab-Richtung in den Figuren entspricht, und sofern nicht anders angegeben, wird eine Unterseite oder eine untere Endseite wie in den Zeichnungen gesehen als ein Unterteil oder ein unteres Ende jedes Teils des Gassensors 1 bezeichnet und wird eine Oberseite oder eine obere Endseite wie in den Zeichnungen gesehen als ein Oberteil oder ein oberes Ende jedes Teils des Gassensors 1 bezeichnet.
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Ein äußerer Teil des Gassensors 1 ist hauptsächlich durch eine Schutzabdeckung 2a, ein Gehäuse 3 und eine Außenröhre 4 konfiguriert.
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Die Schutzabdeckung 2a ist ein im Wesentlichen zylindrisches äußeres Element aus Metall, welches einen Element-Endteil 100a und dessen nahe Umgebung schützt. Der Element-Endteil 100a ist ein unterster Teil des Sensorelements 100 in 1 und ist ein Teil, welcher im Gebrauch mit einem Messgas in direkten Kontakt kommt.
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Die Schutzabdeckung 2a ist so konfiguriert, dass sie zylindrisch ist und an einer Seite einen Boden aufweist, und ist außerdem an einem Seitenteil mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern versehen, durch welche Luft hindurchtreten kann. Obwohl 1 eine Art und Weise zeigt, auf welche die Schutzabdeckung 2a eine Vielzahl von Durchgangslöchern H1 enthält, dient die in 1 gezeigte Art und Weise der Anordnung der Durchgangslöcher H1 nur zur Veranschaulichung und können eine Anordnungsposition und die Anzahl anzuordnender Durchgangslöcher H1 auch in Anbetracht einer Art und Weise eines Einströmens eines Messgases in die Schutzabdeckung 2a passend festgelegt werden.
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Die Schutzabdeckung 2a ist am Gehäuse 3 an einem oberen Endteil einer Außenfläche desselben befestigt. Einzelheiten des Befestigens dieser Schutzabdeckung 2a werden später beschrieben.
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Der in 1 gezeigte Gassensor 1 ist ferner mit einer inneren Abdeckung 2b in einem Innenraum der Schutzabdeckung 2a und in der Nähe des Element-Endteils 100a des Sensorelements 100 versehen. Anders ausgedrückt, der Gassensor 1 hat einen zweischichtigen Aufbau, welcher die Schutzabdeckung 2a und die innere Abdeckung 2b enthält, um die nahe Umgebung des Element-Endteils 100a zu schützen. Die in 1 gezeigte innere Abdeckung 2b ist an einem oberen Endteil derselben mit einem untersten Endteil eines Gehäuseteils 3h des Gehäuses 3 verbunden und ist so konfiguriert, dass sie in der Nähe des Element-Endteils 100a, d. h. an einem unteren Endteil einen reduzierten Durchmesser hat, damit der Element-Endteil 100a in den durchmesserreduzierten Teil passt. Die innere Abdeckung 2b ist ferner mit einem Durchgangsloch H2 an einem untersten Endteil derselben versehen. Jedoch ist die Konfiguration der inneren Abdeckung 2b nicht darauf beschränkt. Jede andere Konfiguration kann verwendet werden, solange der Schutz des Element-Endteils 100a und das Einströmen eines Messgases in die Nähe des Element-Endteils 100a in geeigneter Weise realisiert werden.
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Das Gehäuse 3 ist ein metallisches Element, welches den zylindrischen Gehäuseteil 3h enthält, welcher in seinem Innern das Sensorelement 100 und dergleichen beherbergt, und wird beim Befestigen des Gassensors 1 an einer Messstelle verwendet. Das Gehäuse 3 enthält einen Gewindeteil 3a, dessen Außenumfangsteil mit einem Gewinde versehen ist, und einen beim Einschrauben des Gewindeteils 3a zu drehenden Sechskantteil 3b dergestalt, dass der Gewindeteil 3a und der Sechskantteil 3b beide radial vorstehen. Ein Teil des Gehäuses 3 über dem Sechskantteil 3b ist ein ringförmiger Halterungsteil 3c, auf welchem die Außenröhre 4 ringförmig angebracht ist. Der Gewindeteil 3a wird mit einer an einer Befestigungsposition des Gassensors 1 vorgesehenen Mutter verschraubt. Zum Beispiel wird der Gassensor 1 durch Einschrauben des Gewindeteils 3a in einen in einem Abgasrohr eines Fahrzeugs vorgesehenen Mutternteil so am Abgasrohr befestigt, dass die Seite der Schutzabdeckung 2a zum Innern des Abgasrohrs hin freiliegt.
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Die Außenröhre 4 ist ein metallisches zylindrisches Element, welches ringförmig auf dem ringförmigen Halterungsteil 3c des Gehäuses 3 angebracht ist, und schützt einen Teil des Gassensors 1, welcher nicht mit einem Messgas in Kontakt steht. Die Außenröhre 4 ist durch Einpressen oder Schweißen am ringförmigen Halterungsteil 3c befestigt.
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Ein Innenraum 4a der Außenröhre 4 ist ein Referenzgasraum, in welchem Luft als Referenzgas vorliegt. In einem Zustand, in welchem der Gassensor 1 mittels des Gewindeteils 3a des Gehäuses 3 an einer Rohrleitung oder dergleichen, in welcher ein Messgas vorliegt, wie einem Abgasrohr eines Motors befestigt ist, ist der Innenraum 4a von der Rohrleitung oder dergleichen isoliert. Jedoch ist der Innenraum 4a nicht luftdicht verschlossen und kann die Atmosphäre durch eine an einem oberen Endteil (nicht gezeigt) der Außenröhre 4 vorgesehene Öffnung in den Innenraum 4a der Außenröhre 4 eintreten oder daraus austreten.
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Innerhalb der Außenröhre 4 ist eine Innenröhre 6 als ein metallisches zylindrisches Element vorgesehen. Ein Endteil der Innenröhre 6 ist durch Schweißen an einem oberen Endteil des ringförmigen Halterungsteils 3c des Gehäuses 3 befestigt. Der Gehäuseteil 3h des Gehäuses 3 und die Innenröhre 6 haben einen im wesentlichen gleichen Innendurchmesser und sind koaxial verbunden. Infolgedessen sind der Gehäuseteil 3h des Gehäuses 3 und die Innenröhre 6 entlang der Mittelachse AX stufenlos, so dass sie einen röhrenförmigen Körper mit einem zylindrischen Gehäuseraum konfigurieren.
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Dann ist in einem solchen Gehäuseraum das Sensorelement 100 so angeordnet, dass eine Längsrichtung auf der Mittelachse AX positioniert ist, und sind eine Scheibe 7, drei Keramik-Stützelemente 8 (8a, 8b, 8c) und zwei Pulverpresslinge 9 (9a, 9b) koaxial ringförmig auf dem Sensorelement 100 angebracht. Die Keramik-Stützelemente 8 und die Pulverpresslinge 9 sind abwechselnd ringförmig angebracht. Anders ausgedrückt, im Gassensor 1 mit dem auf der Mittelachse AX angeordneten Sensorelement 100 sind die Scheibe 7, die drei Keramik-Stützelemente 8 (8a, 8b, 8c) und die beiden Pulverpresslinge 9 (9a, 9b) entlang der Mittelachse AX ringförmig angebracht und sind weiter außen der Gehäuseteil 3h des Gehäuses 3 und die Innenröhre 6 und ferner die Außenröhre 4 ringförmig angebracht.
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Hier ist das Keramik-Stützelement 8 ein aus Keramik bestehender Isolator. Andererseits ist der Pulverpressling 9 ein Pressteil aus einem Keramikpulver wie Talcum. In der folgenden Beschreibung können die Scheibe 7, das Keramik-Stützelement 8 und der Pulverpressling 9 zusammen als ein ringförmiges Halterungselement bezeichnet sein.
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Spezieller ist an einem Ende innerhalb des Gehäuses 3 ein konisch zulaufender Teil 3t vorgesehen, mit welchem die Scheibe 7, die Keramik-Stützelemente 8 (8a, 8b, 8c) und die Pulverpresslinge 9 (9a, 9b), welche ringförmig auf dem Sensorelement 100 angebracht sind, in Eingriff stehen. Dies ist durch Aufpassen eines durch das Gehäuse 3 und die Innenröhre 6 gebildeten röhrenförmigen Körpers auf Außenumfänge der ringförmigen Halterungselemente realisiert, wobei die ringförmigen Halterungselemente im Voraus ringförmig auf dem Sensorelement 100 angebracht wurden. Nachdem dieser Eingriff hergestellt ist, wird die Scheibe 7 von oben mit einer vorbestimmten Last beaufschlagt, um die Pulverpresslinge 9 zu komprimieren, so dass das Sensorelement 100 zwischen seinen beiden Endteilen innerhalb des röhrenförmigen Körpers abgedichtet ist. Nachdem diese Abdichtung hergestellt ist, wird eine Position 6b unmittelbar über der Scheibe 7 von außen so gestaucht, dass die ringförmigen Halterungselemente eingezwängt werden, um Luftdichtheit zwischen den beiden Endteilen des Sensorelements 100 sicherzustellen. Ferner wird eine dem Pulverpressling 9a in der Innenröhre 6 benachbarte Position 6a von außen gestaucht, um Luftdichtheit zwischen den beiden Endteilen des Sensorelements 100 sicherzustellen.
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Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, ist im Gassensor 1 an einer Position innerhalb der Außenröhre 4 und oberhalb der Innenröhre 6 ein Verbindungsstück zur elektrischen Verbindung nach außerhalb des Sensorelements 100 mit einer Vielzahl von im Sensorelement 100 vorgesehenen Anschlusselektroden verbunden und ist ein von dem Verbinder ausgehendes Kabel durch einer Öffnung geführt, welche außerdem ein im oberen Endteil der Außenröhre 4 vorgesehener Lufteinlass und -auslass ist.
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Bei einer solchen Konfiguration wie oben beschrieben sind im an einer vorbestimmten Position befestigten Gassensor 1 ein Raum, in welchem ein Messgas um den Element-Endteil 100a des Sensorelements 100 herum vorliegt, und ein Raum, in welchem ein Referenzgas um den anderen Endteil herum vorliegt, völlig voneinander isoliert. Dies ermöglicht hochgenaues Messen einer Konzentration eines Messobjekt-Gasbestandteils in einem Messgas.
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<Befestigen der Schutzabdeckung>
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Nun wird das Befestigen der Schutzabdeckung 2a am Gehäuse 3 ausführlich beschrieben. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche einen Befestigungsteil zwischen der Schutzabdeckung 2a und dem Gehäuse 3 schematisch zeigt. 3 ist eine Ansicht, welche einen Zustand, bevor die Schutzabdeckung 2a am Gehäuse 3 befestigt wird, zeigt, und 4 ist eine Ansicht, welche einen Zustand im Prozess des Befestigens der Schutzabdeckung 2a am Gehäuse 3 zeigt.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, ist, obwohl die Schutzabdeckung 2a schematisch zylindrisch ist, an einem Teil des oberen Endes der Außenfläche derselben im Voraus ein Randteil 2e ringförmig entlang eines Außenumfangs der Schutzabdeckung 2a vorgesehen, wobei der Randteil 2e von einem zylindrischen Teil der Abdeckung 2a aus radial nach außen gebogen ist. Schematisch ist die Schutzabdeckung 2a infolgedessen, dass der Randteil 2e zwischen einem Stauchteil 3d und einer Kontaktfläche 3e des Gehäuses 3 gehalten wird, am Gehäuse 3 befestigt.
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Spezieller bildet im Gehäuse 3 ein unterer Endteil des Gewindeteils 3a, welcher radial vorsteht, eine Ebene über einen gesamten Außenumfang des Gehäuses 3, was die Bereitstellung der ringförmigen Kontaktfläche 3e realisiert. Diese Kontaktfläche 3e ist wie in 3 gezeigt so angeordnet, dass sie bezüglich einer zur Mittelachse AX orthogonalen (zur Längsrichtung des Gassensors 1 parallelen) Ebene H so geneigt ist, dass eine Innenseite derselben in der Radialrichtung in der Richtung der Mittelachse AX höher liegt (je näher an der Mittelachse AX, desto entfernter vom Element-Endteil 100a des Sensorelements 100 in der Richtung der Mittelachse AX). In diesem Fall, mit einer Richtung von außen nach innen in der Radialrichtung auf der Ebene H als Referenzposition (eine Position bei 0°), gilt 5° ≤ θ ≤ θ ≤ 15° für einen Neigungswinkel θ, wenn eine dem Uhrzeigersinn entgegengesetzte Richtung als eine positive Richtung angenommen wird.
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Andererseits liegt der Stauchteil 3d vor dem Befestigen der Schutzabdeckung 2a parallel zur Mittelachse AX, wie in 3 gezeigt. Beim Befestigen der Schutzabdeckung 2a wird, nach Unterbringen des Sensorelements 100 und dergleichen im Gehäuseteil 3h, der Randteil 2e der Schutzabdeckung 2a mit der Kontaktfläche 3e in Kontakt gebracht wie in 4 gezeigt. Dann, nachdem der Stauchteil 3d danach mittels einer Stauchvorrichtung (nicht gezeigt) gestaucht (gebogen) wurde, wird der Randteil 2e durch den Stauchteil 3d und die Kontaktfläche 3e gehalten. Dadurch wird ein Zustand realisiert, in welchem die Schutzabdeckung 2a am Gehäuse 3 befestigt ist. In einem solchen Zustand ist der am oberen Endteil der Außenfläche der Schutzabdeckung 2a vorgesehene Randteil 2e wie in 2 gezeigt ebenfalls im Neigungswinkel von 5° ≤ θ ≤ 15° bezüglich der Ebene H geneigt, um einer solchen Neigung der Kontaktfläche 3e zu folgen (je näher an der Mittelachse AX, desto entfernter vom Element-Endteil 100a des Sensorelements 100 in der Richtung der Mittelachse AX).
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Bei dem so geneigten Randteil 2e resultiert das Befestigen der Schutzabdeckung 2a am Gehäuse 3 durch Stauchen, gegenüber einem Fall von (0° ≤) θ ≤ 5° (typischerweise in einem Fall ohne Neigung), in größeren Reibungswiderständen zwischen dem Randteil 2e und dem Stauchteil 3d beziehungsweise der Kontaktfläche 3e im Gassensor 1. Dadurch wird eine Befestigung mit einer großen Befestigungskraft dergestalt realisiert, dass der Befestigungsteil sich selbst bei Auftreten von wiederholten Schwingungen oder Wärmeausdehnung/Wärmeschwindung infolge eines Gebrauchs des Gassensors 1 kaum lockert. Zum Beispiel kommt es, wenn θ = 0°, leicht zu einer Wärmeausdehnung in einer waagerechten Richtung, in welcher keine andere Kraft als eine Reibungskraft wirkt, tritt in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform Wärmeausdehnung in verschiedenen Richtungen auf, was dazu führt, dass die Schutzabdeckung 2a sich kaum lockert.
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Bei θ > 15° werden, wenn der Randteil 2e der Schutzabdeckung 2a mit der Kontaktfläche 3e und weiter in Kontakt gebracht wird und dann der Stauchteil 3d gestaucht wird, in gebogenen Teilen des Randteils 2e und des Stauchteils 3d Risse erzeugt. Dies ist nicht erwünscht.
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Der Randteil 2e der Schutzabdeckung 2a braucht, bevor er mit der Kontaktfläche 3e in Kontakt gebracht wird, nicht im gleichen Neigungswinkel θ wie demjenigen der Kontaktfläche 3e geneigt zu sein und kann zum Beispiel parallel zur Ebene H liegen, wie in 3 durch Strichzweipunktlinien angedeutet, oder in einem anderen Winkel geneigt sein.
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Darüber hinaus braucht weder der Randteil 2e noch die Kontaktfläche 3e völlig ringförmig zu sein, und solange eine ausreichende Befestigungskraft zwischen der Schutzabdeckung 2a und dem Gehäuse 3 sichergestellt ist, kann sowohl der Randteil 2e als auch die Kontaktfläche 3e mit Unterbrechungen in einer Umfangsrichtung der Schutzabdeckung 2a oder des Gehäuses 3 vorgesehen sein.
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Eine Breite W (2) in einer Radialrichtung eines überlappenden Teils zwischen dem Randteil 2e und dem Stauchteil 3d nach dem Stauchen beträgt bevorzugt mindestens 10% oder mehr eines Durchmessers R (1) des zylindrischen Teils der Schutzabdeckung 2a. In einem solchen Fall lockert sich die Schutzabdeckung 2a weniger wahrscheinlich. Der Durchmesser R liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 10 mm bis 15 mm, und in einem solchen Fall ermöglicht das Einstellen der Breite W auf einen Wert in der Größenordnung von 1 mm bis 1,5 mm oder größer, die Schutzabdeckung 2a so am Gehäuse 3 zu befestigen, dass keine Lockerheit bewirkt wird. Theoretisch kann die Breite W so groß sein wie sie will, aber tatsächlich ist, auf der Grundlage einer für den Stauchteil 3d oder einen anderen Teil erforderlichen Größe, eine Obergrenze der Breite W festgelegt.
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<Weitere Art des Befestigens einer Schutzabdeckung>
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Obwohl 1 bis 4 eine Art und Weise des Neigens des Randteils 2e im Neigungswinkel θ von 5° ≤ θ ≤ 15° dergestalt, dass seine Innenseite in der Radialrichtung in der Richtung der Mittelachse AX höher liegt, um die Schutzabdeckung 2a durch Stauchen am Gehäuse 3 zu befestigen, zeigen, ist die Art und Weise des Befestigens der Schutzabdeckung 2a am Gehäuse 3 durch Neigen des Randteils 2e nicht darauf beschränkt. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche den Befestigungsteil zwischen der Schutzabdeckung 2a und dem Gehäuse 3 schematisch zeigt und eine weitere Art und Weise des Neigens des Randteils 2e veranschaulicht.
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Auf die in 5 gezeigte Art und Weise ist die Kontaktfläche 3e so angeordnet, dass sie bezüglich der zur Mittelachse AX orthogonalen Ebene H so geneigt ist, dass die Innenseite derselben in der Radialrichtung in der Richtung der Mittelachse AX niedriger liegt (je näher an der Mittelachse AX, desto näher am Element-Endteil 100a des Sensorelements 100 in der Richtung der Mittelachse AX). Hier beträgt der Neigungswinkel –15° ≤ θ ≤ –5°. Der am oberen Endteil der Außenfläche der Schutzabdeckung 2a vorgesehene Randteil 2e ist ebenso im Neigungswinkel θ von –15° ≤ θ ≤ –5° bezüglich der Ebene H geneigt, um einer solchen Neigung der Kontaktfläche 3e zu folgen (je näher an der Mittelachse AX, desto näher am Element-Endteil 100a des Sensorelements 100 in der Richtung der Mittelachse AX). Anders ausgedrückt, Neigungsrichtungen der Kontaktfläche 3e und des Randteils 2e sind denjenigen bei der in 2 gezeigten Art und Weise entgegengesetzt.
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Bei dem auf eine solche Art und Weise geneigten Randteil 2e resultiert das Befestigen der Schutzabdeckung 2a am Gehäuse 3 durch Stauchen, gegenüber einem Fall von –5° < θ (≤ 0°) (typischerweise in einem Fall ohne Neigung), in größeren Reibungswiderständen zwischen dem Randteil 2e und dem Stauchteil 3d beziehungsweise der Kontaktfläche 3e im Gassensor 1. Auch in diesem Fall lässt sich, ähnlich dem obigen Fall von 5° ≤ θ ≤ 15°, das Befestigen mit einer großen Befestigungskraft dergestalt realisieren, dass der Befestigungsteil sich selbst bei Auftreten von wiederholten Schwingungen oder Wärmeausdehnung/Wärmeschwindung infolge eines Gebrauchs des Gassensors 1 kaum lockert. Bei –15° < θ lockert sich die Schutzabdeckung 2a wahrscheinlich unerwünschterweise.
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Auch in einem Fall des Befestigens auf die in 5 gezeigte Art und Weise beträgt die Breite in der Radialrichtung des überlappenden Teils zwischen dem Randteil 2e und dem Stauchteil 3d nach dem Stauchen bevorzugt 10% oder mehr des Durchmessers des zylindrischen Teils der Schutzabdeckung 2a.
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Zieht man die in 2 gezeigte Art und Weise und die in 5 gezeigte Art und Weise in Betracht, ist die Schutzabdeckung 2a mit einer im praktischen Gebrauch ausreichenden Befestigungskraft am Gehäuse 3 befestigt, solange die Neigungswinkel der Kontaktfläche 3e des Gehäuses 3 und des Randteils 2e der Schutzabdeckung 2a bezüglich der Ebene H senkrecht zur Mittelachse AX des Gassensors 1 5° oder großer und 15° oder kleiner sind.
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Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform die Befestigung zwischen der Schutzabdeckung, welche die Endteil-Seite des mit einem Messgas in Kontakt stehenden Sensorelements schützt, und dem Gehäuse, welches das Sensorelement beherbergt, im Gassensor durch Stauchen des im Gehäuse vorgesehenen Stauchteils dergestalt, dass der an einem Endteil der Außenfläche der Schutzabdeckung vorgesehene Randteil zwischen der Kontaktfläche und dem Stauchteil gehalten wird, realisiert. Bei dieser Befestigung wird der Randteil zwischen der Kontaktfläche und dem Stauchteil gehalten, wobei er, der Kontaktfläche folgend, im Neigungswinkel von 5° oder mehr und 15° oder weniger entweder in einer positiven oder in einer negativen Richtung bezüglich der zur Mittelachse des Gassensors senkrechten Ebene geneigt ist. Infolgedessen lässt sich das Befestigen mit einer im praktischen Gebrauch ausreichenden Befestigungskraft dergestalt realisieren, dass der Befestigungsteil sich selbst bei wiederholtem Gebrauch des Gassensors kaum lockert. In einem solchen Fall wird, da der Neigungswinkel in geeigneter Weise festgelegt ist, nach wiederholtem Gebrauch kein Riss im Randteil und im Stauchteil erzeugt.
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[Beispiel]
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Insgesamt 21 Typen von Gassensoren 1 wurden hergestellt, deren Neigungswinkel θ in einem Bereich von –20° ≤ θ ≤ 20° liegen, und bezüglich jedes Sensors wurde, um simulativ einen Zustand nach wiederholtem Gebrauch des Gassensors 1 herzustellen, eine Erwärmungs-/Schwingungsprüfung durchgeführt, um das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen von Lockerheit an der Schutzabdeckung 2a nach der Prüfung und das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen einer Erzeugung eines Risses im Randteil 2e der Schutzabdeckung 2a und im Stauchteil 3d des Gehäuses 3 zu ermitteln. Und dann wurde, unter umfassender Berücksichtigung der Ermittlungsergebnisse derselben, eine Qualität eines Zustands einer Befestigung durch Stauchen der Schutzabdeckung 2a am Gehäuse 3 ermittelt.
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Die Erwärmungs-/Schwingungsprüfung wurde mit dem an einem Abgasrohr eines in einer Schwingungsprüfungsvorrichtung installierten Propanbrenners befestigten Gassensor 1 unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
Gastemperatur: 850°C;
Schwingungsbedingungen: Durchlauf von 50 Hz → 250 Hz → 50 Hz 30 Minuten lang durchgeführt;
Beschleunigung: 50 g;
Prüfdauer: 150 Stunden.
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In Tabelle 1 sind ein Wert des Neigungswinkels θ in jedem Gassensor
1 und ein Ermittlungsergebnis dargestellt. Was das Vorliegen und Nichtvorliegen von Lockerheit an der Schutzabdeckung
2a nach der Prüfung anbelangt, erfolgte die Ermittlung auf der Grundlage eines Kriteriums, dass bei Anlegen einer Kraft in einer Umfangsrichtung der Schutzabdeckung
2a von Hand durch einen Prüfer Lockerheit vorliegt, wenn die Schutzabdeckung
2a sich in der Umfangsrichtung dreht, und keine Lockerheit vorliegt, wenn die Schutzabdeckung
2a sich nicht dreht. In Tabelle 1 ist „liegt nicht vor” vermerkt, wenn keine Lockerheit vorliegt, und ist „liegt vor” vermerkt, wenn Lockerheit vorliegt. Darüber hinaus erfolgte die Ermittlung des Vorliegens/Nichtvorliegens eines Risses durch visuelles Überwachen sowohl des Randteils
2e der Schutzabdeckung
2a als auch des Stauchteils
3d des Gehäuses
3. In Tabelle 1 ist „liegen nicht vor” vermerkt, wenn kein Riss beobachtet wurde, und ist „liegen vor” vermerkt, wenn ein Riss beobachtet wurde. Dann wird eine Qualität eines Zustands der Befestigung durch Stauchen als zufriedenstellend ermittelt, nur wenn weder Lockerheit noch ein Riss beobachtet wurde, und als unzulänglich ermittelt, wenn mindestens entweder Lockerheit oder ein Riss beobachtet wurde. In Tabelle 1 ist erstere als ”zufriedenstellend” und letztere als ”unzulänglich” angegeben. [Tabelle 1]
| θ(°) | Lockerheit | Vorliegen/Fehlen von Rissen | Ermittlung der Stauchqualität |
| –20 | liegt vor | liegen nicht vor | unzulänglich |
| –17 | liegt vor | liegen nicht vor | unzulänglich |
| –15 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| –13 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| –11 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| –9 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| –7 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| –5 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| –3 | liegt vor | liegen nicht vor | unzulänglich |
| –1 | liegt vor | liegen nicht vor | unzulänglich |
| 0 | liegt vor | liegen nicht vor | unzulänglich |
| 1 | liegt vor | liegen nicht vor | unzulänglich |
| 3 | liegt vor | liegen nicht vor | unzulänglich |
| 5 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| 7 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| 9 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| 11 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| 13 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| 15 | liegt nicht vor | liegen nicht vor | zufriedenstellend |
| 17 | liegt nicht vor | liegen vor | unzulänglich |
| 20 | liegt nicht vor | liegen vor | unzulänglich |
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Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde festgestellt, dass die Gassensoren 1 mit den Neigungswinkel-θ-Werten im Bereich von –15° ≤ θ ≤ –5° und im Bereich von 5° ≤ θ ≤ 20° keine Lockerheit in der Schutzabdeckung 2a aufwiesen, und wurde festgestellt, dass andere Gassensoren 1 Lockerheit aufwiesen.
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Darüber hinaus wurden Risse nur in den Gassensoren 1 mit den Neigungswinkel-θ-Werten von 17° und 20° beobachtet und wurde festgestellt, dass die anderen Gassensoren 1 mit den Neigungswinkel-θ-Werten im Bereich von –20° ≤ θ ≤ 15° keine Risse aufwiesen.
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Aus den vorerwähnten Ergebnissen wurde bei der Erwärmungs-/Schwingungsprüfung für die Gassensoren 1 mit den Neigungswinkel-θ-Werten im Bereich von –15° ≤ θ ≤ –5° und im Bereich von 5° ≤ θ ≤ 15° ermittelt, dass die Schutzabdeckung 2a zufriedenstellend am Gehäuse 3 befestigt war. Ein solches Ergebnis besagt, dass in den Gassensoren 1 mit den Neigungswinkel-θ-Werten im Bereich von –15° ≤ θ ≤ –5° und im Bereich von 5° ≤ θ ≤ 15° eine ausreichende Befestigungskraft auch nach wiederholtem Gebrauch sichergestellt war, so dass kaum Lockerheit verursacht und kein Riss erzeugt wurde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 3867423 [0003]
- JP 4387277 [0003]
