DE102021107358A1

DE102021107358A1 - Gassensor, elementabdichtungskörper eines gassensors, röhrenförmiger körper und montageverfahren eines gassensors

Info

Publication number: DE102021107358A1
Application number: DE102021107358.8A
Authority: DE
Inventors: Hiroki Adachi; Yuka WADA
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2021-09-30
Also published as: CN113466401A; US20210302360A1; JP7316246B2; CN113466401B; US11733202B2; JP2021162409A

Abstract

Ein Gassensor umfasst: Einen röhrenförmigen Metallkörper, der ein Durchgangsloch umfasst, das es einem Sensorelement ermöglicht, in einer axialen Richtung hindurchzudringen; und einen Pulverpresskörper, der zwischen einer Innenoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der das Durchgangsloch bildet, und dem Sensorelement gefüllt ist und zwischen beiden Endabschnittseiten des Sensorelements abdichtet. Mindestens ein Bereich einer Durchgangsloch-Innenoberfläche, die mit dem Pulverpresskörper in Kontakt kommt, der zwischen der Innenoberfläche und dem Sensorelement gefüllt ist, ist ein streifenartiger, vertiefter und vorragender Bereich, in dem vorragende Abschnitte und vertiefte Abschnitte abwechselnd in der axialen Richtung angeordnet sind und diese Abschnitte sich entlang einer Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers erstrecken. Ein Abstand zwischen den vorragenden Abschnitten in der axialen Richtung beträgt 50 µm bis 150 µm. Die folgenden Ausdrücke 0,3 µm≤ Rz1 s 10 µm und Rz1/Rz2 ≥ 2,0 sind erfüllt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Fixieren und Abdichten eines Sensorelements in einem Gassensor und insbesondere den Aufbau eines röhrenförmigen Körpers, der dafür verwendet wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Als Vorrichtung, welche die Konzentration einer vorgegebenen Gaskomponente in einem Messgas, wie z.B. einem Verbrennungsgas und einem Abgas eines Verbrennungsmotors, wie z.B. eines Motors eines Kraftfahrzeugs, misst, ist bisher ein Gassensor bekannt, in dem ein Sensorelement unter Verwendung einer Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolytkeramik, wie z.B. Zirkoniumoxid (ZrO₂), ausgebildet ist.
Der Gassensor weist üblicherweise den folgenden Aufbau auf: Auf der Innenseite (in einem hohlen Teil) eines röhrenförmigen Körpers, der ein Gehäuse und ein Innenrohr umfasst, die beide aus Metall hergestellt sind und durch Schweißen miteinander integriert worden sind, ist ein längliches, plattenartiges Sensorelement (Erfassungselement), das aus einer Keramik hergestellt ist, durch eine Mehrzahl von Keramikträgern, die aus einer Keramik hergestellte Isolatoren sind, und einen Pulverpresskörper, der aus einer Keramik, wie z.B. Talk, hergestellt ist und zwischen diese Keramikträger gefüllt ist, fixiert, und beide Endabschnitte des Elements sind durch den Pulverpresskörper luftdicht abgedichtet. Ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen ein solcher Gassensor bevorzugt montiert werden kann, sind bereits bekannt (vgl. beispielsweise die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2016-173360 ).
Ferner ist ein Aspekt des Erhöhens des Luftdichtigkeitsvermögens zwischen dem Sensorelement und dem röhrenförmigen Körper durch Einstellen des arithmetischen Mittenrauwerts Ra eines Teils einer Innenumfangsoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der mit mindestens dem Pulverpresskörper in Kontakt kommt, auf 0,5 µm bis 5 µm ebenfalls bereits bekannt (vgl. beispielsweise das japanische Patent Nr. 6317145 ).
Es sollte beachtet werden, dass das japanische Patent Nr. 6317145 beschreibt, dass ein Gassensor (nachstehend ein Produkt mit verminderte Länge), dessen Länge in Bezug auf einen Gassensor (des Standes der Technik) (nachstehend ein Produkt des Standes der Technik) vermindert ist, der in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2016-173360 offenbart ist, ebenfalls entsprechende Effekte bereitstellen kann.
Insbesondere ist in dem Produkt mit verminderter Länge, das in dem japanischen Patent Nr. 6317145 offenbart ist, zum Bereitstellen einer Verminderung der Länge in Bezug auf das Produkt des Standes der Technik ein Keramikträger, der zwischen zwei Pulverpresskörpern angeordnet ist, weggelassen, und der Pulverpresskörper ist in einem kontinuierlichen Bereich angeordnet. Ferner ist anstelle eines Aspekts des Durchführens eines Bördelns von der Seite auch ein Aspekt des Biegens eines dünnen Bördelteils, der an einem oberen Endabschnitt des röhrenförmigen Körpers bereitgestellt ist, zum Fixieren des Sensorelements und dergleichen innerhalb des röhrenförmigen Körpers vorgesehen. Die Länge des Bördelteils in der axialen Richtung ist weniger stark vermindert als die Länge des Innenrohrs in der axialen Richtung.
Als spezifischen Aspekt zum Bereitstellen des arithmetischen Mittenrauwerts Ra von 0,5 µm bis 5 µm an dem Teil der Innenumfangsoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der mit mindestens dem Pulverpresskörper in Kontakt kommt, offenbart das japanische Patent Nr. 6317145 einen Aspekt des Bildens einer helikalen Rille durch Bearbeiten der Innenumfangsoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der durch Schmieden erzeugt worden ist. Es sollte beachtet werden, dass es auch einen Hinweis dahingehend gibt, dass der vorstehend beschriebene arithmetische Mittenrauwert Ra durch Bilden einer Rille mit einer Form bereitgestellt werden kann, die von der helikalen Form verschieden ist.
Ferner gibt es in dem Arbeitsbeispiel des japanischen Patents Nr. 6317145 eine Bewertung, die bezüglich des Einflusses einer Differenz des arithmetischen Mittenrauwerts Ra und der Abdichtungsbelastungen, wenn verschiedene Abdichtungsbelastungen von 800 kgf bis 2000 kgf zum Bereitstellen einer Abdichtung mit dem Pulverpresskörper in einem Verfahren des Erhaltens eines sekundären Montageprodukts eines Gassensors ausgeübt werden, das für einen Luftdichtigkeitstest vorgesehen ist, auf das Luftdichtigkeitsvermögen durchgeführt wird. Die Ergebnisse bestätigen, dass es eine Tendenz dahingehend gibt, dass ein besseres Luftdichtigkeitsvermögen erhalten wird, wenn die Abdichtungsbelastung höher ist, und zwar ungeachtet des arithmetischen Mittenrauwerts Ra.
Eine größere Abdichtungsbelastung beim Zusammendrücken des Pulverpresskörpers führt jedoch zur Ausübung einer übermäßigen Belastung auf das Sensorelement, was die Risiken des Verursachens einer Beschädigung erhöht. Im Hinblick auf das Vermeiden solcher Risiken ist es erwünscht, dass das Luftdichtigkeitsvermögen mit der geringstmöglichen Abdichtungsbelastung sichergestellt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Fixieren und Abdichten eines Sensorelements in einem Gassensor und ist insbesondere für einen Aufbau eines röhrenförmigen Körpers, der dafür verwendet wird, vorgesehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gassensor: ein Sensorelement; einen röhrenförmigen Körper, der ein Durchgangsloch umfasst, das es dem Sensorelement ermöglicht, ein Inneres des röhrenförmigen Körpers in einer axialen Richtung zu durchdringen, wobei der röhrenförmige Körper aus Metall hergestellt ist; und einen Pulverpresskörper, der zwischen einer Innenoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der das Durchgangsloch bildet, und dem Sensorelement gefüllt ist und zwischen einer ersten Endabschnittseite und einer zweiten Endabschnittseite des Sensorelements abdichtet. Mindestens ein Bereich der Innenoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der mit dem Pulverpresskörper in Kontakt kommt, ist ein streifenartiger, vertiefter und vorragender Bereich, in dem vorragende Abschnitte und vertiefte Abschnitte abwechselnd in der axialen Richtung angeordnet sind und sich die vorragenden Abschnitte und die vertieften Abschnitte entlang einer Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers erstrecken. Ein Abstand zwischen den vorragenden Abschnitten in der axialen Richtung beträgt 50 µm oder mehr und 150 µm oder weniger. Eine erste maximale Höhe Rz1, die eine maximale Höhe in der axialen Richtung ist, und eine zweite maximale Höhe Rz2, die eine maximale Höhe in der Innenumfangsrichtung des streifenartigen, vertieften und vorragenden Bereichs ist, erfüllen die folgenden Ausdrücke 0,3 µm ≤ Rz1 ≤10 µm und Rz1/Rz2 ≥ 2,0.
Durch diesen Aufbau kann selbst dann, wenn eine Abdichtung zwischen beiden Endabschnitten des Sensorelements in dem Gassensor mit einer Abdichtungsbelastung durchgeführt wird, die niedriger ist als diejenige des Standes der Technik, eine zufriedenstellende Luftdichtigkeit sichergestellt werden. Ferner können die Risiken eines Verschiebens der Position oder der Stellung des Sensorelements beim Abdichten und einer Beschädigung des Sensorelements vermindert werden.
Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Gassensors, der ein Luftdichtigkeitsvermögen erreichen kann, das äquivalent zu demjenigen des Standes der Technik oder höher als dieses ist, selbst wenn ein Abdichten mit einer Abdichtungsbelastung durchgeführt wird, die niedriger ist als diejenige des Standes der Technik.
Figurenliste

1 ist ein Querschnittsdiagramm eines Hauptteils entlang der Längsrichtung eines Gassensors 100.
2 ist eine vergrößerte Teilansicht in der Nähe einer Innenoberfläche 30a eines röhrenförmigen Körpers 30 zur schematischen Darstellung eines Zustands eines Streifenbereichs ST.
3A und 3B sind jeweils ein Querschnittsdiagramm entlang der z-Achsenrichtung zur Darstellung eines Zustands während der Montage eines Elementabdichtungskörpers 1.
4A und 4B sind jeweils ein Querschnittsdiagramm entlang der z-Achsenrichtung zur Darstellung eines Zustands während der Montage des Elementabdichtungskörpers 1.
5A und 5B sind jeweils ein Querschnittsdiagramm entlang der z-Achsenrichtung zur Darstellung eines Zustands während der Montage des Elementabdichtungskörpers 1.
6 ist ein Diagramm, das eine Leckagemenge in jeder Probe zeigt, die in einem Luftdichtigkeitstest gemessen worden ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Aufbau des Gassensors>
Die 1 ist ein Querschnittsdiagramm eines Hauptteils entlang der Längsrichtung eines Gassensors 100 (insbesondere eines Hauptkörperteils davon), der ein Montageziel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Gassensor 100 zum Erfassen einer vorgegebenen Gaskomponente (beispielsweise NOx oder dergleichen) unter Verwendung eines Sensorelements 10 ausgebildet, das in dem Gassensor 100 bereitgestellt ist. Es sollte beachtet werden, dass in der 1 die vertikale Richtung als die z-Achsenrichtung dargestellt ist und die Längsrichtung des Gassensors 100 mit der z-Achsenrichtung übereinstimmt (das Gleiche gilt auch für die nachfolgenden Figuren).
Der Gassensor 100 weist vorwiegend einen Aufbau auf, in dem ein Elementabdichtungskörper (Anordnung) 1, der ein Sensorelement 10, ringförmig montierte Komponenten 20, die ringförmig um das Sensorelement 10 montiert sind, und einen röhrenförmigen Körper 30, der ferner ringförmig um die ringförmig montierten Komponenten 20 montiert ist und der die ringförmig montierten Komponenten 20 aufnimmt, umfasst, durch eine Schutzabdeckung 2, eine Befestigungsschraube 3 und einen Außenzylinder 4 bedeckt ist. Mit anderen Worten, der Elementabdichtungskörper 1 weist allgemein einen Aufbau auf, bei dem das Sensorelement 10 in einer axialen Richtung an einer axialen Mittelposition innerhalb des röhrenförmigen Körpers 30 hindurchtritt, und die ringförmig montierten Komponenten 20 innerhalb des röhrenförmigen Körpers 30 ringförmig an dem Sensorelement 10 montiert sind.
Das Sensorelement 10 ist ein längliches, säulenförmiges oder dünnes plattenartiges Element, dessen Hauptbestandteilsmaterial ein Elementkörper ist, der aus einer Sauerstoffionen-leitenden Festelektrolytkeramik, wie z.B. Zirkoniumoxid, hergestellt ist. Das Sensorelement 10 ist auf einer Mittelachse entlang der Längsrichtung des röhrenförmigen Körpers 30 angeordnet. Die Erstreckungsrichtung der Mittelachse, die mit der Längsrichtung des röhrenförmigen Körpers 30 übereinstimmt, wird nachstehend auch als axiale Richtung bezeichnet. In der 1 und in nachfolgenden Figuren stimmt die axiale Richtung mit der z-Achsenrichtung überein.
Das Sensorelement 10 weist einen Aufbau auf, der einen Gaseinlass, einen Innenraum und dergleichen auf einer Seite eines ersten Spitzenendabschnitts 10a umfasst, und umfasst verschiedene Elektroden und eine Verdrahtungsstruktur auf einer Oberfläche oder innerhalb des Elementkörpers. In dem Sensorelement 10 werden Sauerstoffionen erzeugt, wenn ein Prüfgas, das in den Innenraum eingeführt wird, in dem Innenraum reduziert oder zersetzt bzw. abgebaut wird. In dem Gassensor 100 wird die Konzentration einer Gaskomponente auf der Basis der Tatsache erhalten, dass die Menge der Sauerstoffionen, die innerhalb des Elements fließen, proportional zur Konzentration der Gaskomponente in einem Prüfgas ist.
Ein vorgegebener Bereich auf einer Oberfläche des Sensorelements 10 in der Längsrichtung von dem ersten Spitzenendabschnitt 10a ist durch einen Schutzfilm 11 bedeckt. Der Schutzfilm 11 ist zum Schützen der Umgebung des ersten Spitzenendabschnitts 10a des Sensorelements 10, wo der Innenraum, die Elektroden und dergleichen bereitgestellt sind, vor einem Wärmeschock, der durch eine Befeuchtung und dergleichen verursacht wird, bereitgestellt, und wird folglich auch als wärmeschockbeständige Schutzschicht bezeichnet. Der Schutzfilm 11 ist beispielsweise ein poröser Film, der aus Al₂O₃ oder dergleichen hergestellt ist und eine Dicke von etwa 10 µm bis 2000 µm aufweist. Es ist bevorzugt, dass der Schutzfilm 11 im Hinblick auf dessen Zweck so ausgebildet ist, dass er einer Kraft von bis zu etwa 50 N widerstehen kann. Es sollte beachtet werden, dass der Bildungsbereich des Schutzfilms 11 in der 1 und jeder der nachfolgenden Figuren lediglich ein Beispiel ist und der Bildungsbereich in der Praxis gemäß einer spezifischen Struktur des Sensorelements 10 in einer geeigneten Weise festgelegt wird.
Die Schutzabdeckung 2 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Außenelement, das den ersten Spitzenendabschnitt 10a des Sensorelements 10 schützt, der ein Teil ist, der während der Verwendung direkt mit dem Zielgas in Kontakt kommt. Die Schutzabdeckung 2 wird an einem Außenumfangsendabschnitt (Außenumfang eines Teils mit kleinem Durchmesser 31, der später beschrieben wird) des röhrenförmigen Körpers 30 auf einer Unterseite, wie es in der Figur ersichtlich ist (negative Seite in der z-Achsenrichtung), durch Schweißen angebracht.
In dem in der 1 gezeigten Fall weist die Schutzabdeckung 2 eine Doppelschichtstruktur auf, die eine äußere Abdeckung 2a und eine innere Abdeckung 2b umfasst. Die äußere Abdeckung 2a und die innere Abdeckung 2b sind jeweils mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern H1 und H2 und H3 und H4 versehen, die es einem Gas ermöglichen, durch diese hindurchzutreten. Es sollte beachtet werden, dass die Art, die Anordnungsanzahl, die Anordnungsposition, die Form und dergleichen der Durchgangslöcher, die in der 1 gezeigt sind, lediglich ein Beispiel sind und unter Berücksichtigung der Art des Einströmens eines Messgases in die Schutzabdeckung 2 in einer geeigneten Weise festgelegt werden können.
Die Befestigungsschraube 3 ist ein ringförmiges Element, das zum Anbringen des Gassensors 100 an einer Messposition verwendet wird. Die Befestigungsschraube 3 umfasst einen mit einem Gewinde versehenen Schraubabschnitt 3a und einen Halteabschnitt 3b, der gehalten werden soll, wenn der Schraubabschnitt 3a verschraubt wird. Der Schraubabschnitt 3a soll mit einer Mutter verschraubt werden, die an einer Position bei einer Anbringungsposition des Gassensors 100 bereitgestellt ist. Beispielsweise wird der Schraubabschnitt 3a mit einem Mutterabschnitt verschraubt, der in der Kraftfahrzeug-Abgasleitung bereitgestellt ist, was bewirkt, dass der Gassensor 100 derart an der Abgasleitung angebracht wird, dass die Seite der Schutzabdeckung 2 des Gassensors 100 in der Abgasleitung freiliegt.
Der Außenzylinder 4 ist ein zylindrisches Element, in dem ein Endabschnitt davon (ein unterer Endabschnitt gemäß der Figur) an einem Außenumfangsendabschnitt des röhrenförmigen Körpers 30 auf einer Oberseite gemäß der Figur (positive Seite in der z-Achsenrichtung) durch Schweißen angebracht wird bzw. ist. Ein Verbindungselement 5 ist innerhalb des Außenzylinders 4 angeordnet. Ferner ist eine Kautschuk-Durchführungsdichtung 6 ringförmig an dem anderen Endabschnitt (oberer Endabschnitt gemäß der Figur) des Außenzylinders 4 montiert.
Das Verbindungselement 5 umfasst eine Mehrzahl von Kontaktelementen 51, die mit einer Mehrzahl von Anschlusselektroden in Kontakt kommen, die in einen zweiten Spitzenendabschnitt 10b des Sensorelements 10 einbezogen sind. Jedes Kontaktelement 51 ist mit einer Anschlussleitung 7 verbunden, die in die Durchführungsdichtung 6 eingesetzt ist. Die Anschlussleitungen 7 sind mit einer Steuereinrichtung und verschiedenen Stromversorgungen (nicht gezeigt) außerhalb des Gassensors 100 verbunden.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl die 1 nur zwei Kontaktelemente 51 und Anschlussleitungen 7 zeigt, es sich dabei lediglich um einige Beispiele handelt.
Der röhrenförmige Körper 30 ist ein röhrenförmiges Metallelement, das auch als Haupt-Metallformkörper bezeichnet wird. In dem röhrenförmigen Körper 30 sind das Sensorelement 10 und die ringförmig montierten Komponenten 20 aufgenommen. Mit anderen Worten, der röhrenförmige Körper 30 ist ferner ringförmig um die ringförmig montierten Komponenten 20 montiert, die ringförmig um das Sensorelement 10 montiert sind.
Der röhrenförmige Körper 30 umfasst vorwiegend einen dicken Hauptteil 30M mit einer zylindrischen Innenoberfläche (Innenumfangsoberfläche) 30a parallel zur axialen Richtung, der einen zylindrischen Innenraum (Durchgangsloch) 30h bildet (vgl. die 3A und 3B), einen Teil mit vermindertem Durchmesser 31, der dicker ist als der Hauptteil 30M, der an einem unteren Endabschnitt in der axialen Richtung gemäß der Figur (negative Seite in der z-Achsenrichtung) bereitgestellt ist, einen dünnen Bördelteil 32, der sich von einer Endoberfläche 30c des Hauptteils 30M, die an einem oberen Ende in der axialen Richtung gemäß der Figur angeordnet ist, aufwärts erstreckt und der in einer Richtung zu der axialen Mitte gebogen ist, und einen Verriegelungsteil 33, der in der Umfangsrichtung auswärts vorragt.
Der Durchmesser des Innenraums 30h im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung (Innendurchmesser des Hauptteils 30M) wird auf etwa 8,8 mm bis 9,2 mm eingestellt.
Ferner ist ein vorgegebener Bereich einer Innenoberfläche 30a zu einem Streifenbereich ST ausgebildet. Die Details des Streifenbereichs ST werden später beschrieben.
In dem Teil mit vermindertem Durchmesser 31 ist der Durchmesser des Innenraums 30h durch eine sich verjüngende Oberfläche 30b mit einer sich im Querschnitt verjüngenden Form, die in Bezug auf die Innenoberfläche 30a geneigt ist, vermindert.
Wenn der Bördelteil 32 gebogen wird, wird jede der innerhalb angeordneten ringförmig montierten Komponenten 20 (insbesondere ein zweiter Keramikträger 23) von der Oberseite gemäß der Figur gepresst und fixiert (zurückgehalten). Es sollte beachtet werden, dass, wie es später beschrieben ist, der Bördelteil 32 nach dem ringförmigen Montieren an das Sensorelement 10 und die ringförmig montierten Komponenten 20 gebogen wird.
Die ringförmig montierten Komponenten 20 sind ein erster Keramikträger 21, ein Pulverpresskörper 22 und ein zweiter Keramikträger 23.
Der erste Keramikträger 21 und der zweite Keramikträger 23 sind jeweils ein Isolator, der aus einer Keramik hergestellt ist. Insbesondere ist ein rechteckiges Durchgangsloch (nicht gezeigt) gemäß der Querschnittsform des Sensorelements 10 an einer axialen Mittelposition des ersten Keramikträgers 21 und des zweiten Keramikträger 23 bereitgestellt, und das Sensorelement 10 wird in das Durchgangsloch eingesetzt, wodurch der erste Keramikträger 21 und der zweite Keramikträger 23 ringförmig an das Sensorelement 10 montiert werden. Es sollte beachtet werden, dass der erste Keramikträger 21 auf der sich verjüngenden Oberfläche 30b des röhrenförmigen Körpers 30 auf der Unterseite gemäß der Figur geklemmt wird.
Im Gegensatz dazu wird der Pulverpresskörper 22 derart erhalten, dass zwei Formkörper 22a und 22b (vgl. die 3A und 3B), die durch Formen eines Keramikpulvers, wie z.B. Talk, gebildet worden sind, und ringförmig an das Sensorelement 10 montiert worden sind, wobei das Sensorelement 10 in ein Durchgangsloch eingesetzt wird, und zwar ähnlich wie bei dem ersten Keramikträger 21 und dem zweiten Keramikträger 23, innerhalb des röhrenförmigen Körpers 30 angeordnet werden, während sie ringförmig um das Sensorelement 10 montiert werden, und dann weiter zusammengedrückt werden, so dass sie miteinander integriert werden. Insbesondere werden Keramikteilchen, die den Pulverpresskörper 22 bilden, mit einer großen Dichte in den Raum gefüllt, der in dem Streifenbereich ST des röhrenförmigen Körpers 30 zwischen dem ersten Keramikträger 21 und dem zweiten Keramikträger 23 eingeschlossen ist, durch den das Sensorelement 10 hindurchtritt.
Es sollte beachtet werden, dass die Verwendung der zwei Formkörper 22a und 22b nicht zwingend erforderlich ist und ein einzelner Formkörper verwendet werden kann. Alternativ kann ein separater Keramikträger oder Formkörper zwischen den zwei Formkörpern 22a und 22b angeordnet werden.
In dem Elementabdichtungskörper 1 wird im Allgemeinen das Fixieren des Sensorelements 10 und der ringförmig montierten Komponenten 20 innerhalb des röhrenförmigen Körpers 30 durch ein Klemmen, das durch die sich verjüngende Oberfläche 30b des ersten Keramikträgers 21 bewirkt wird, und ein Pressen, das durch den Bördelteil 32 von der oberen Seite gemäß der Figur des zweiten Keramikträger 23 bewirkt wird, bereitgestellt. Darüber hinaus wird eine luftdichte Abdichtung zwischen der Seite des ersten Spitzenendabschnitts 10a und der Seite des zweiten Spitzenendabschnitts 10b des Sensorelements 10 durch zusammendrückendes Füllen des Pulverpresskörpers 22 bewirkt.
<Streifenbereich der Innenoberfläche des röhrenförmigen Körpers>
Als nächstes wird der Streifenbereich ST, der in der Innenoberfläche 30a des röhrenförmigen Körpers 30 bereitgestellt ist, genauer beschrieben. Die 2 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht in der Nähe der Innenoberfläche 30a des röhrenförmigen Körpers 30 zum schematischen Veranschaulichen eines Zustands des Streifenbereichs ST. Es sollte beachtet werden, dass in der 2 ähnlich wie in der 1 die axiale Richtung des röhrenförmigen Körpers 30 als die z-Achsenrichtung dargestellt ist, die Innenumfangsrichtung der Innenoberfläche 30a (die Richtung entlang des Umfangs der Innenoberfläche 30a im Querschnitt zur axialen Richtung) als eine c-axiale Richtung dargestellt ist, und die radiale Richtung (die Richtung entlang des Radius der Innenoberfläche 30a im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung) als eine r-axiale Richtung dargestellt ist.
In dem Gassensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Streifenbereich ST einem vertieften und vorragenden Bereich, der mindestens in einem Bereich der Innenoberfläche 30a des röhrenförmigen Körpers 30 derart bereitgestellt ist, dass er mit dem Pulverpresskörper 22 in Kontakt kommt, in dem vorragende Abschnitte T und vertiefte Abschnitte B abwechselnd in der axialen Richtung des röhrenförmigen Körpers 30 angeordnet sind und sich die vorragenden Abschnitte T und die vertieften Abschnitte B entlang der Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers 30 erstrecken. Es sollte beachtet werden, dass in der vorliegenden Ausführungsform in einer Oberfläche senkrecht zur axialen Mitte des röhrenförmigen Körpers 30 eine Richtung von der Außenseite zu der axialen Mitte als eine Richtung der Vorwölbung festgelegt ist, und eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung als eine Richtung der Vertiefung festgelegt ist.
Insbesondere erstrecken sich in dem Streifenbereich ST Gratlinien (Erhebungslinien) RL, die durch die vorragenden Abschnitte T ausgebildet sind, und Vertiefungslinien VL, die durch die vertieften Abschnitte B ausgebildet sind, entlang der Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers 30. Es sollte beachtet werden, dass in der 2 die Gratlinien RL und die Vertiefungslinien VL Kanten bilden, jedoch dient dies der Vereinfachung der Darstellung. In dem realen Streifenbereich ST können die vorragenden Abschnitte T und die vertieften Abschnitte B zusammen gekrümmte Oberflächen mit einem vorgegebenen Krümmungsradius bilden.
Ferner beträgt ein Abstand p zwischen den Gratlinien RL (zwischen den vorragenden Abschnitten T) in der axialen Richtung 50 µm oder mehr und 150 µm oder weniger. Dieser Wert ist ausreichend kleiner als der vorstehend beschriebene Innendurchmesser des Hauptteils 30M, der auch der Durchmesser der Innenoberfläche 30a im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung ist. Es sollte beachtet werden, dass in der 2 für eine zweckmäßige Darstellung die Vertiefungen und Vorwölbungen bezogen auf den realen Fall übertrieben dargestellt sind.
Darüber hinaus ist der Streifenbereich ST so ausgebildet, dass er den Ausdruck (1) und den Ausdruck (2), die nachstehend angegeben sind, erfüllt, wobei eine maximale Differenz zwischen einer Vertiefung und einer Vorwölbung, die festgestellt wird, wenn der Streifenbereich ST entlang der axialen Richtung betrachtet wird, d.h., eine maximale Höhe Rz (JIS B 0601) in jedwedem Querschnitt in der axialen Richtung, als eine erste maximale Höhe Rz1 dargestellt ist, und eine maximale Differenz zwischen einer Vertiefung und einer Vorwölbung, die festgestellt wird, wenn der Streifenbereich ST entlang der Innenumfangsrichtung betrachtet wird, d.h., eine maximale Höhe Rz (dito) in jedwedem Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung, als eine zweite maximale Höhe Rz2 dargestellt ist. $0,3 μ m \leq Rz1 \leq 10 μ m$
$Rz1 / Rz2 \geq 2,0$
Es sollte beachtet werden, dass die maximale Höhe Rz beispielsweise unter Verwendung eines Oberflächenrauheit-Messgeräts des Kontaktnadel-Typs bewertet werden kann.
In dem Elementabdichtungskörper 1 des Gassensors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Streifenbereich ST, der den vorstehend beschriebenen Aufbau aufweist, mindestens in einem Bereich der Innenoberfläche 30a des röhrenförmigen Körpers 30 derart bereitgestellt, dass er mit dem Pulverpresskörper 22 in Kontakt kommt. In dem Streifenbereich ST ermöglicht der Aufbau die Bereitstellung eines Zustands, bei dem die Keramikteilchen, die den Pulverpresskörper 22 bilden, mit einer hohen Dichte entlang der vertieften Abschnitte B gefüllt sind, die sich entlang der Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers 30 erstrecken, und eine Kontaktfläche zwischen der Innenoberfläche 30a und den Keramikteilchen wird ausreichend sichergestellt. In einer anderen Hinsicht kann auch davon ausgegangen werden, dass die vorragenden Abschnitte T, die sich entlang der Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers 30 erstrecken, in einer keilartigen Weise in den Pulverpresskörper 22 eindringen. Ferner ist es aufgrund des wiederholten Vorliegens der vorragenden Abschnitte T in der axialen Richtung bei den Abständen p weniger wahrscheinlich, dass ein Leckageweg entlang der axialen Richtung zwischen dem röhrenförmigen Körper 30 und dem Pulverpresskörper 22 gebildet wird.
Als Ergebnis wird in dem Elementabdichtungskörper 1 des Gassensors 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine zufriedenstellende Luftdichtigkeit selbst dann sichergestellt, wenn eine Abdichtungsbelastung beim Füllen des Pulverpresskörpers 22 geringer ist als diejenige im Stand der Technik. Alternativ kann davon ausgegangen werden, dass durch die Durchführung einer Abdichtung mit einer Abdichtungsbelastung, die etwa so groß ist wie diejenige des Standes der Technik, ein Elementabdichtungskörper 1 mit einer noch besseren Luftdichtigkeit als diejenige im Stand der Technik erhalten werden kann.
Der Streifenbereich ST des röhrenförmigen Körpers 30, der solche Effekte erzeugt, kann beispielsweise durch zuerst Erhalten einer allgemeinen Form des röhrenförmigen Körpers 30 durch Schmieden eines Metalls als Ausgangsmaterial und dann Durchführen einer Bearbeitung bzw. Zerspanung, eines Polierens und dergleichen mit der Innenoberfläche 30a des Hauptteils 30M erhalten werden.
Beispielsweise besteht bei der Innenoberfläche 30a des röhrenförmigen Körpers 30 nach dem Schmieden üblicherweise eine Tendenz dahingehend, dass beträchtliche Vertiefungen und Vorwölbungen entlang der Innenumfangsrichtung erzeugt werden, d.h., es ist wahrscheinlich, dass vorragende Abschnitte und vertiefte Abschnitte entlang der axialen Richtung gebildet werden. In einem solchen Fall werden eine Bearbeitung bzw. Zerspanung, ein Polieren und dergleichen entlang der Innenumfangsrichtung durchgeführt, so dass solche Vertiefungen und Vorwölbungen beseitigt werden, was zum erfolgreichen Erzeugen des Streifenbereichs ST führt, wie er in der 2 gezeigt ist.
Dabei bedeutet „die vorragenden Abschnitte T und die vertieften Abschnitte B erstrecken sich entlang der Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers 30“, dass sowohl die Gratlinien RL als auch die Vertiefungslinien VL in einer ausreichenden Weise im Wesentlichen parallel zu der Innenumfangsrichtung der Innenoberfläche 30a sind. Dabei bedeutet „im Wesentlichen parallel“, dass neben der ursprünglichen Bedeutung einer genauen Parallelität eine geringe Neigung, die im Hinblick auf das Verfahren zur Bildung des Streifenbereichs ST nicht einfach beseitigt werden kann und die im Hinblick auf die Effekte des Sicherstellens einer Luftdichtigkeit mit einer geringen Abdichtungsbelastung, wie es vorstehend beschrieben worden ist, toleriert werden kann, zulässig ist. Selbstverständlich fällt ein absichtliches Vorsehen einer Neigung nicht unter „im Wesentlichen parallel“.
Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass der Innendurchmesser des Hauptteils 30M 9 mm beträgt. In diesem Fall beträgt selbst dann, wenn der Abstand p zwischen den Gratlinien RL auf 45 µm eingestellt wird und die Position der Gratlinie RL an beiden Enden in dem Querschnitt, der die axiale Mitte der Innenoberfläche 30a in der axialen Richtung umfasst, um einen großen Betrag von 90 µm in der axialen Richtung verschoben ist, was das Doppelte des Abstands p ist, der Neigungswinkel der Gratlinien RL in diesem Fall lediglich arctan(0,09/9) = etwa 0,57°.
Bei der praktischen Anwendung kann, wenn der Neigungswinkel der Gratlinie RL etwa 28° oder weniger beträgt, oder wenn das Verhältnis des Abstands p zu dem Innendurchmesser des Hauptteils 30M 0,83 oder weniger beträgt, davon ausgegangen werden, dass kein Problem entsteht, wenn sich die vorragenden Abschnitte T und die vertieften Abschnitte B entlang der Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers 30 erstrecken.
Ferner ist in der 1 nur ein Teilbereich der Innenoberfläche 30a des Hauptteils 30M als der Streifenbereich ST ausgebildet. Es kann jedoch die gesamte Innenoberfläche 30a einer Behandlung als Streifenbereich ST unterzogen werden.
<Montage bzw. Zusammenbau des Elementabdichtungskörpers>
Schließlich werden die Grundzüge eines Vorgangs des Montierens bzw. Zusammenbauens des Elementabdichtungskörpers 1 beschrieben. Die 3A, 3B, 4A, 4B, 5A und 5B sind jeweils ein Querschnittsdiagramm entlang der z-Achsenrichtung zur Darstellung eines Zustands während der Montage des Elementabdichtungskörpers 1. Es sollte beachtet werden, dass in 3A, 3B, 4A, 4B, 5A und 5B die Darstellung der Schutzabdeckung 2 lediglich schematisch ist.
Zuerst wird ein ringförmiger Montagekörper 1a, in dem der erste Keramikträger 21, die zwei Formkörper 22a und 22b und der zweite Keramikträger 23 nacheinander ringförmig an dem Sensorelement 10 montiert sind, wie es in der 3A gezeigt ist, im Vorhinein hergestellt. Mit anderen Worten, in dem ringförmigen Montagekörper 1a ist jede Komponente derart ringförmig montiert, dass sich der erste Keramikträger 21 und der zweite Keramikträger 23 an beiden Enden befinden.
Insbesondere ist in dem ringförmigen Montagekörper 1a ein rechteckiges Durchgangsloch (nicht gezeigt), das in jedem des ersten Keramikträgers 21, der Formkörper 22a und 22b und des zweiten Keramikträgers 23 bereitgestellt ist, derart an das Sensorelement 10 angepasst, dass jede Komponente ringförmig an dem Sensorelement 10 montiert ist. Auf die Bildung des ringförmigen Montagekörpers 1a wird eine bekannte Technologie in einer geeigneten Weise angewandt. Vorzugsweise wird ein ringförmiges Montieren in einer Weise durchgeführt, bei welcher der Schutzfilm 11, der auf der Seite des ersten Spitzenendabschnitts 10a bereitgestellt ist, nicht mit dem Durchgangsloch jeder Komponente, die ringförmig montiert werden soll, in Kontakt kommt.
Dann wird durch Einsetzen des hergestellten ringförmigen Montagekörpers 1a in den röhrenförmigen Körper 30, wie es durch den Pfeil AR1 angegeben ist, der röhrenförmige Körper 30 ringförmig an dem ringförmigen Montagekörper 1a montiert. Es sollte beachtet werden, dass, wie es in der 3A gezeigt ist, der Bördelteil 32 zu diesem Zeitpunkt nicht gebogen ist, und als dünner zylindrischer Erstreckungsabschnitt 32Z vorliegt, der sich von der Endoberfläche 30c vertikal aufwärts erstreckt (positive Richtung in der z-Achse). In diesem Fall setzt sich die Innenoberfläche des Erstreckungsabschnitts 32Z zu der zylindrischen Innenoberfläche 30a in der axialen Richtung fort, die den Innenraum 30h in dem röhrenförmigen Körper 30 (oder in dem Hauptteil 30M) bildet. Daher wird die Innenoberfläche 30a, welche die Innenoberfläche des Erstreckungsabschnitts 32Z umfasst, nachstehend auch als die Innenoberfläche 30a bezeichnet.
Ferner wird vor dem ringförmigen Montieren an dem ringförmigen Montagekörper 1a der Streifenbereich ST im Vorhinein in einem Bereich des röhrenförmigen Körpers 30 entsprechend mindestens der 1 ausgebildet.
Die 3A zeigt ein Beispiel eines Fall, bei dem der ringförmige Montagekörper 1a von der vertikal oberen Seite mit einer Stellung, bei welcher der erste Spitzenendabschnitt 10a abwärts zeigt, in den röhrenförmigen Körper 30 eingesetzt wird, der in einer Weise fixiert ist, dass die Seite des Erstreckungsabschnitts 32Z aufwärts zeigt und die axiale Richtung mit der vertikalen Richtung (z-Achsenrichtung) übereinstimmt, und zwar derart, dass der Verriegelungsteil 33 von unten mit einer vorgegebenen Stützeinrichtung für den röhrenförmigen Körper 101 gestützt wird. Das Einsetzen ermöglicht die Bereitstellung eines Zustands, wie er in der 3B gezeigt ist, in dem das Sensorelement 10 in der axialen Richtung an der axialen Mittelposition des röhrenförmigen Körpers 30 hindurchtritt und die ringförmig montierten Komponenten 20 in dem Innenraum 30h des röhrenförmigen Körpers 30 aufgenommen sind. In diesem Fall sind die ringförmig montierten Komponenten 20 auf der sich verjüngenden Oberfläche 30b an dem tiefsten Teil des Innenraums 30h geklemmt, wohingegen der erste Spitzenendabschnitt 10a des Sensorelements 10 durch den Teil mit vermindertem Durchmesser 31 zur Außenseite des röhrenförmigen Körpers 30 hindurchtritt. Der zweite Spitzenendabschnitt 10b ragt ursprünglich von den ringförmig montierten Komponenten 20 vor.
Es sollte beachtet werden, dass anstelle des Aspekts, der in der 3A gezeigt ist, sowohl der ringförmige Montagekörper 1a als auch der röhrenförmige Körper 30 in vertikal umgekehrten Stellungen vorliegen können und der röhrenförmige Körper 30 von der vertikal oberen Seite in Bezug auf den ringförmigen Montagekörper 1a ringförmig montiert sein kann.
Wie es in der 3B gezeigt ist, liegen zu dem Zeitpunkt, wenn der ringförmige Montagekörper 1a eingesetzt wird, die Formkörper 22a und 22b getrennt vor und ferner ragt, wie es durch die geschlossene gekrümmte Linie E1 angegeben ist, der zweite Keramikträger 23 von dem Erstreckungsabschnitt 32Z vor.
Nachdem der ringförmige Montagekörper 1a in den röhrenförmigen Körper 30 eingesetzt worden ist, wird anschließend bewirkt, wie es in der 4A gezeigt ist, dass eine vorgegebene Presseinrichtung 102 an einem oberen Ende des zweiten Keramikträgers 23 anliegt, der sich an der obersten Position in dem ringförmigen Montagekörper 1a befindet und der von dem Erstreckungsabschnitt 32Z vorragt, und weiter abgesenkt wird. Aufgrund des Absenkens der Presseinrichtung 102 wird der zweite Keramikträger 23 mit einer vorgegebenen Belastung f1 vertikal abwärts (negative Richtung in der z-Achse) gepresst. Das Zusammendrücken mit der Belastung f1 wird als vorläufiges Zusammendrücken (primäres Zusammendrücken) bezeichnet.
Als Ergebnisse des vorläufigen Zusammendrückens werden die zwei Formkörper 22a und 22b unmittelbar unterhalb des zweiten Keramikträgers 23 durch den zweiten Keramikträger 23 zusammengedrückt, so dass sie zu einem Pulverpresskörper 22 werden, wie es in der 4B gezeigt ist. In diesem Fall werden die Keramikteilchen des Pulverpresskörpers 22 in die vertieften Abschnitte B des Streifenbereichs ST gepresst. Ferner wird, wie es durch die geschlossene gekrümmte Linie E2 angegeben ist, der zweite Keramikträger 23 verglichen mit vor dem Pressen abgesenkt. Ferner ist aufgrund des vorläufigen Zusammendrückens das Sensorelement 10 in einem voreingestellten vorgegebenen Anordnungsbereich angeordnet.
Es ist bevorzugt, dass die Belastung f1 in einem Bereich eines Druckwerts von etwa 3,0 MPa bis 6,6 MPa ausgeübt wird. Beispielsweise wenn der Durchmesser des Hauptteils 30M des röhrenförmigen Körpers 30 etwa 8,8 mm bis 9,2 mm beträgt, wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es bevorzugt, dass die Belastung f1 in einem Bereich von etwa 0,2 kN bis 0,4 kN ausgeübt wird.
Nachdem das vorstehend beschriebene vorläufige Zusammendrücken durchgeführt worden ist, wie es in der 4B gezeigt ist, wird bewirkt, dass die Presseinrichtung 102 erneut an dem oberen Ende des zweiten Keramikträgers 23 anliegt und weiter abgesenkt wird. Eine Belastung f2, die durch die Presseinrichtung 102 auf den zweiten Keramikträger 23 ausgeübt werden soll, wird üblicherweise auf einen größeren Wert eingestellt als die Belastung f1 beim vorläufigen Zusammendrücken. Das Zusammendrücken mit der Belastung f2 wird als Hauptzusammendrücken (sekundäres Zusammendrücken) bezeichnet.
Wie es durch die geschlossene gekrümmte Linie E3 in der 5A gezeigt ist, wird nach dem Hauptzusammendrücken das obere Ende des zweiten Keramikträgers 23 von dem Spitzenende des Erstreckungsabschnitts 32Z des röhrenförmigen Körpers 30 um eine vorgegebene Distanz (nachstehend eine Bördelhöhe) h abwärts abgesenkt.
Aufgrund des Hauptzusammendrückens wird der eine Pulverpresskörper 22 durch den zweiten Keramikträger 23 weiter zusammengedrückt. Dadurch werden die Keramikteilchen des Pulverpresskörpers 22 ausreichend in die vertieften Abschnitte B des Streifenbereichs ST gefüllt. Auf diese Weise wird das Sensorelement 10 vollständig fixiert und die Seite des erstes Spitzenendabschnitts 10a und die Seite des zweiten Spitzenendabschnitts 10b des Sensorelements 10 werden luftdicht abgedichtet.
Es sollte beachtet werden, dass sich das Sensorelement 10 aufgrund des Hauptzusammendrückens geringfügig von der Position verschieben kann, die in dem vorläufigen Zusammendrücken vorliegt. Durch Einstellen der Anordnungsposition des Sensorelements 10 zum Zeitpunkt des vorläufigen Zusammendrückens unter Berücksichtigung der Position zum Zeitpunkt des Hauptzusammendrückens liegt jedoch die Fixierposition des Sensorelements 10 nach dem Hauptzusammendrücken innerhalb eines voreingestellten Toleranzbereichs.
Es sollte beachtet werden, dass es bevorzugt ist, dass die Belastung f2 in einem Bereich eines Druckwerts von etwa 75 MPa bis 115 MPa ausgeübt wird. Beispielsweise ist es, wenn der Innendurchmesser des Hauptteils 30M des röhrenförmigen Körpers 30 etwa 8,8 mm bis 9,2 mm beträgt, wie es vorstehend beschrieben ist, bevorzugt, dass die Belastung f2 in einem Bereich von etwa 5 kN bis 7 kN ausgeübt wird. Daher ist ein niedriger Wert von 5 kN (mehr als 500 kgf) ausreichend. Es kann davon ausgegangen werden, dass dies ein ausreichend niedriger Wert im Hinblick auf die Tatsache ist, dass die Abdichtungsbelastung beim Hauptzusammendrücken, wenn der Elementabdichtungskörper 1 unter Verwendung des röhrenförmigen Körpers 30 hergestellt wird, der einen entsprechenden Innendurchmesser aufweist, jedoch nicht den Streifenbereich ST aufweist (Stand der Technik), auf etwa 800 kN bis 2000 kN eingestellt wird.
Ferner ist die Verwendung einer so geringen Abdichtungsbelastung auch im Hinblick auf eine Verminderung der Verschiebung von der axialen Mittelposition aufgrund des Ausübens einer übermäßigen Kraft auf das Sensorelement 10 zum Zeitpunkt des Hauptzusammendrückens sowie das Risiko einer Beschädigung bevorzugt.
Nach der Durchführung des Hauptzusammendrückens wird anschließend eine Bördelbehandlung des Biegens des Erstreckungsabschnitts 32Z des röhrenförmigen Körpers 30 in der Richtung der axialen Mitte durchgeführt, so dass der Bördelteil 32 gebildet wird.
Die Bördelbehandlung wird im Allgemeinen durch Absenken einer Metallbördelvorrichtung (Biegeeinrichtung) 103 durchgeführt, die oberhalb des Erstreckungsabschnitts 32Z angeordnet ist, so dass sie an dem Erstreckungsabschnitt 32Z anliegt.
Durch die Durchführung der Bördelbehandlung, wie sie in der 5B gezeigt ist, wird der Erstreckungsabschnitt 32Z gebogen und der Bördelteil 32 wird gebildet. Der Bördelteil 32 wird so bereitgestellt, dass er an dem zweiten Keramikträger 23 anliegt.
Nach dem Ende der Bördelbehandlung ist ein Fixieren zwischen dem Sensorelement 10 und den ringförmig montierten Komponenten 20 innerhalb des röhrenförmigen Körpers 30 erreicht worden. Auf diese Weise wird der Elementabdichtungskörper 1 erhalten.
Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn der Erstreckungsabschnitt 32Z durch die Bördelbehandlung gebogen wird, zum Verhindern, dass der zweite Keramikträger 23 aufgrund dessen beschädigt wird, dass der Erstreckungsabschnitt 32Z mit dem zweiten Keramikträger 23 in Kontakt kommt, die Bördelbehandlung durchgeführt werden kann, nachdem eine Unterlegscheibe, die ein ringförmiges dünnes Metallblech ist, auf den zweiten Keramikträger 23 gelegt worden ist.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Elementabdichtungskörper des Gassensors, in dem das Sensorelement fixiert ist und eine luftdichte Abdichtung zwischen den beiden Endabschnitten des Sensorelements bereitgestellt ist, der Streifenbereich in dem röhrenförmigen Körper bereitgestellt, in den das Sensorelement hindurchtreten gelassen wird, und die ringförmig montierten Komponenten, die ringförmig um das Sensorelement montiert sind, sind mindestens in einem Bereich, der mit dem Pulverpresskörper in Kontakt kommt, wobei es sich um eine der ringförmig montierten Komponenten handelt, aufgenommen, wobei der Streifenbereich der vertiefte und vorragende Bereich ist, in dem die vorragenden Abschnitte und die vertieften Abschnitte abwechselnd in der axialen Richtung angeordnet sind und sich die vorragenden Abschnitte und die vertieften Abschnitte entlang der Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers erstrecken. Folglich kann eine zufriedenstellende Luftdichtigkeit mit einer Abdichtungsbelastung sichergestellt werden, die geringer ist als diejenige des Standes der Technik. Mit diesem Aufbau können die Risiken einer Verschiebung der Position oder der Ausrichtung des Sensorelements beim Abdichten und eine Beschädigung des Sensorelements vermindert werden. Alternativ kann durch die Durchführung eines Abdichtens mit einer Abdichtungsbelastung, die etwa so groß ist wie diejenige des Standes der Technik, ein Elementabdichtungskörper mit einer noch besseren Luftdichtigkeit als diejenige des Standes der Technik erhalten werden.
[Beispiel]
Vier Arten von Elementabdichtungskörpern 1 (Proben Nr. 1 bis Nr. 4) wurden hergestellt und eine Bewertung der Luftdichtigkeit wurde für jeden der Elementabdichtungskörper 1 durchgeführt. Es sollte beachtet werden, dass der röhrenförmige Körper 30 von jedem der Elementabdichtungskörper 1 durch Durchführen eines Schmiedens bei der gleichen Bedingung, so dass der Innendurchmesser des Hauptteils 30M 9 mm betrug, und dann Verwenden von verschiedenen Bearbeitungs- bzw. Zerspanungsbedingungen bei der Bildung des Streifenbereichs ST in einer geeigneten Weise erhalten wurde. Ferner wurde die Abdichtungsbelastung beim Hauptzusammendrücken (sekundären Zusammendrücken) auf 4,98 kN (= etwa 508 kgf) eingestellt.
Die erste maximale Höhe Rz1, die zweite maximale Höhe Rz2 und das Verhältnis Rz1/Rz2 von jeder der Proben sind in der Tabelle 1 gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass zur Bewertung der maximalen Höhe ein Oberflächenrauheit-Messgerät des Kontaktnadel-Typs verwendet wurde, und ein Messbereich in der axialen Richtung auf 13 mm eingestellt wurde und ein Messbereich in der Umfangsrichtung auf 2 mm eingestellt wurde. Ferner wurden in jedem der Fälle die erste maximale Höhe Rz1 und die zweite maximale Höhe Rz2 nach dem Beseitigen (Abgrenzen) einer periodischen Komponente mit einer Wellenlänge von weniger als 2,5 µm oder mehr als 0,8 mm von der Kurvenlinie im Querschnitt erhalten, die durch die Messung erhalten worden ist. [Tabelle 1]

Nr. Rz1 (µm) Rz2 (µm) Rz1/Rz2

1 0,45 0,18 2,50

2 0,98 0,18 5,42

3 5,85 0,22 26,74

4 8,57 0,23 37,90
Wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, war in jeder der Proben die zweite maximale Höhe Rz2 in dem Streifenbereich ST des röhrenförmigen Körpers 30 im Wesentlichen ähnlich. Es gab jedoch einen Unterschied bei der ersten maximalen Höhe Rz1, wodurch auch ein Unterschied bei dem Verhältnis Rz1/Rz2 erzeugt wurde. Es sollte beachtet werden, dass in jedweder der Proben die vorstehend beschriebenen Ausdrücke (1) und (2) erfüllt waren.
Zur Bewertung der Luftdichtigkeit wurde ein Bewertungsverfahren eingesetzt, das mit demjenigen des Luftdichtigkeitstests identisch ist, der in dem japanischen Patent Nr. 6317145 offenbart ist. Folglich wird hier eine detaillierte Beschreibung des Tests weggelassen. Es sollte beachtet werden, dass zum Durchführen einer Bewertung bei den gleichen Bedingungen wie den Bedingungen, die in dem japanischen Patent Nr. 6317145 offenbart sind, eine zusätzliche Anordnung von Komponenten oder dergleichen je nach Erfordernis durchgeführt wurde.
Der Luftdichtigkeitstest wurde für jede Probe fünfmal durchgeführt. Die 6 ist ein Diagramm, das eine Leckagemenge in jeder Probe zeigt, die in dem Luftdichtigkeitstest gemessen worden ist.
Aus der 6 ist ersichtlich, dass die Leckagemenge ungeachtet des Werts des Verhältnisses Rz1/Rz2 innerhalb eines Bereichs von etwa 0,2 bis 0,5 cm³/mm liegt. Diese Werte werden mit den Ergebnissen des Luftdichtigkeitstests im Arbeitsbeispiel des japanischen Patents Nr. 6317145 verglichen, der mit einer Mehrzahl von Elementabdichtungskörpern mit der (vorliegenden) Abdichtungsbelastung durchgeführt wurde, die in einem Bereich von 800 kgf bis 2000 kgf unterschiedlich ist. Durch den Vergleich bestätigt sich, dass es eine Tendenz dahingehend gibt, dass die Leckagemenge in den Proben Nr. 1 bis Nr. 4 im Wesentlichen näherungsweise derjenigen des Elementabdichtungskörpers gemäß dem japanischen Patent Nr. 6317145 entspricht, dessen Abdichtungsbelastung das Maximum von 2000 kgf in dem vorstehenden Bereich ist, und ist kleiner als die Leckagemenge in dem Elementabdichtungskörper gemäß dem japanischen Patent Nr. 6317145 , dessen Abdichtungsbelastung auf 800 kgf bis 1400 kgf eingestellt ist, was kleiner ist als in dem vorstehenden Fall.
Im Hinblick auf die Tatsache, dass die Abdichtungsbelastung, die auf die Proben Nr. 1 bis Nr. 4 ausgeübt wird, 500 kgf beträgt, zeigen die Ergebnisse des vorliegenden Beispiels, dass durch Einsetzen des Aufbaus des Elementabdichtungskörpers 1 gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eine Luftdichtigkeit, die so hoch ist wie diejenige eines Produkts des Standes der Technik, selbst dann erhalten werden kann, wenn die Abdichtungsbelastung gegenüber derjenigen des Standes der Technik auf einen kleineren Wert vermindert ist.
Ferner besteht in dem Arbeitsbeispiel, das in dem japanischen Patent Nr. 6317145 offenbart ist, eine Tendenz dahingehend, dass die Leckagemenge weiter vermindert wird, wenn der Wert der Abdichtungsbelastung in dem vorstehenden Bereich größer ist. Mit der Maßgabe, dass eine ähnliche Tendenz auch in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erhalten wird, kann auch davon ausgegangen werden, dass die Ergebnisse, die in der 6 gezeigt sind, nahelegen, dass die Leckagemenge weiter vermindert werden kann, wenn das Abdichten mit einer Abdichtungsbelastung durchgeführt wird, die derjenigen des Arbeitsbeispiels gemäß dem japanischen Patent Nr. 6317145 ähnlich ist. Insbesondere kann auch davon ausgegangen werden, dass die Ergebnisse nahelegen, dass ein Elementabdichtungskörper mit einer noch besseren Luftdichtigkeit als diejenige des Standes der Technik erhalten werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016173360 [0003, 0005]
JP 6317145 [0004, 0005, 0006, 0007, 0008, 0076, 0078, 0080]

Claims

Gassensor, umfassend: ein Sensorelement; einen röhrenförmigen Körper, der ein Durchgangsloch umfasst, das es dem Sensorelement ermöglicht, ein Inneres des röhrenförmigen Körpers in einer axialen Richtung zu durchdringen, wobei der röhrenförmige Körper aus Metall hergestellt ist; und einen Pulverpresskörper, der zwischen einer Innenoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der das Durchgangsloch bildet, und dem Sensorelement gefüllt ist und zwischen einer ersten Endabschnittseite und einer zweiten Endabschnittseite des Sensorelements abdichtet, wobei mindestens ein Bereich der Innenoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der mit dem Pulverpresskörper in Kontakt kommt, ein streifenartiger, vertiefter und vorragender Bereich ist, in dem vorragende Abschnitte und vertiefte Abschnitte abwechselnd in der axialen Richtung angeordnet sind und sich die vorragenden Abschnitte und die vertieften Abschnitte entlang einer Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers erstrecken, ein Abstand zwischen den vorragenden Abschnitten in der axialen Richtung 50 µm oder mehr und 150 µm oder weniger beträgt, und eine erste maximale Höhe Rz1, die eine maximale Höhe in der axialen Richtung ist, und eine zweite maximale Höhe Rz2, die eine maximale Höhe in der Innenumfangsrichtung des streifenartigen, vertieften und vorragenden Bereichs ist, die folgenden Ausdrücke $0,3 μ m \leq Rz1 \leq 10 μ m$
und $Rz1 / Rz2 \geq 2,0$
erfüllen.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei der Pulverpresskörper Keramikteilchen umfasst, die jeweils einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 µm bis 550 µm aufweisen.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Pulverpresskörper zwischen einem ersten Keramikträger und einem zweiten Keramikträger innerhalb des röhrenförmigen Körpers gefüllt ist, wobei jeder des ersten Keramikträgers und des zweiten Keramikträgers ringförmig an dem Sensorelement montiert ist.
Elementabdichtungskörper, der in einem Gassensor, der ein aus Keramik hergestelltes Sensorelement umfasst, das Sensorelement zwischen einer ersten Endabschnittseite und einer zweiten Endabschnittseite des Sensorelements fixiert und abdichtet, wobei der Elementabdichtungskörper umfasst: das Sensorelement; einen röhrenförmigen Körper, der ein Durchgangsloch umfasst, das es dem Sensorelement ermöglicht, ein Inneres des röhrenförmigen Körpers in einer axialen Richtung zu durchdringen, wobei der röhrenförmige Körper aus Metall hergestellt ist; und einen Pulverpresskörper, der zwischen einer Innenoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der das Durchgangsloch bildet, und dem Sensorelement gefüllt ist und zwischen der ersten Endabschnittseite und der zweiten Endabschnittseite des Sensorelements abdichtet, wobei mindestens ein Bereich der Innenoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der mit dem Pulverpresskörper in Kontakt kommt, ein streifenartiger, vertiefter und vorragender Bereich ist, in dem vorragende Abschnitte und vertiefte Abschnitte abwechselnd in der axialen Richtung angeordnet sind und sich die vorragenden Abschnitte und die vertieften Abschnitte entlang einer Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers erstrecken, ein Abstand zwischen den vorragenden Abschnitten in der axialen Richtung 50 µm oder mehr und 150 µm oder weniger beträgt, und eine erste maximale Höhe Rz1, die eine maximale Höhe in der axialen Richtung ist, und eine zweite maximale Höhe Rz2, die eine maximale Höhe in der Innenumfangsrichtung des streifenartigen, vertieften und vorragenden Bereichs ist, die folgenden Ausdrücke $0,3 μ m \leq Rz1 \leq 10 μ m$
und $Rz1 / Rz2 \geq 2,0$
erfüllen.
Elementabdichtungskörper eines Gassensors nach Anspruch 4, wobei der Pulverpresskörper Keramikteilchen umfasst, die jeweils einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 µm bis 550 µm aufweisen.
Elementabdichtungskörper eines Gassensors nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Pulverpresskörper zwischen einem ersten Keramikträger und einem zweiten Keramikträger innerhalb des röhrenförmigen Körpers gefüllt ist, wobei jeder des ersten Keramikträgers und des zweiten Keramikträgers ringförmig an dem Sensorelement montiert ist.
Röhrenförmiger Körper, der in einem Gassensor, der ein aus Keramik hergestelltes Sensorelement umfasst, zum Abdichten zwischen einer ersten Endabschnittseite und einer zweiten Endabschnittseite des Sensorelements durch einen Pulverpresskörper, der aus Keramikteilchen hergestellt ist, verwendet wird, wobei der röhrenförmige Körper umfasst: einen zylindrischen Innenraum; und einen streifenartigen, vertieften und vorragenden Bereich, in dem vorragende Abschnitte und vertiefte Abschnitte abwechselnd in der axialen Richtung des röhrenförmigen Körpers angeordnet sind und sich die vorragenden Abschnitte und die vertieften Abschnitte entlang einer Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers erstrecken, wobei der streifenartige, vertiefte und vorragende Bereich in einem Bereich einer Innenoberfläche des röhrenförmigen Körpers bereitgestellt ist, der mit dem Pulverpresskörper zum Zeitpunkt des Abdichtens in Kontakt kommt, wobei ein Abstand zwischen den vorragenden Abschnitten in der axialen Richtung 50 µm oder mehr und 150 µm oder weniger beträgt, und eine erste maximale Höhe Rz1, die eine maximale Höhe in der axialen Richtung ist, und eine zweite maximale Höhe Rz2, die eine maximale Höhe in der Innenumfangsrichtung des streifenartigen, vertieften und vorragenden Bereichs ist, die folgenden Ausdrücke $0,3 μ m \leq Rz1 \leq 10 μ m$
und $Rz1 / Rz2 \geq 2,0$
erfüllen.
Montageverfahren für einen Gassensor, der ein aus Keramik hergestelltes Sensorelement umfasst, wobei das Montageverfahren die Schritte umfasst: a) ringförmiges Montieren, an das Sensorelement, einer Mehrzahl von ringförmigen Montagekomponenten, die mindestens zwei Keramikträger und einen aus Keramikteilchen hergestellten Formkörper umfassen, so dass sich die zwei Keramikträger an beiden Enden befinden, so dass ein ringförmiger Montagekörper erhalten wird; b) ringförmiges Montieren, an den ringförmigen Montagekörper, eines röhrenförmigen Körpers, der einen Hauptteil, der einen Innenraum mit einer zylindrischen Form umfasst, dessen Durchmesser an einem tiefsten Teil vermindert ist, und einen Erstreckungsabschnitt umfasst, der dünner ist als der Hauptteil und sich entlang der Richtung einer axialen Linie des Hauptteils von einem Endabschnitt des Hauptteils erstreckt, so dass bewirkt wird, dass das Sensorelement in einer axialen Richtung an einer axialen Mittelposition des röhrenförmigen Körpers hindurchdringt und die Mehrzahl von ringförmigen Montagekomponenten in dem Innenraum des röhrenförmigen Körpers aufnimmt; c) Pressen eines der zwei Keramikträger unter Verwendung eines vorgegebenen Presselements zum Zusammendrücken des Formkörpers, so dass zwischen einer ersten Endabschnittseite und einer zweiten Endabschnittseite des Sensorelements in dem Innenraum mit einem Pulverpresskörper, der aus den Keramikteilchen hergestellt ist, eine Abdichtung bewirkt wird; und d) Bilden eines Bördelteils durch Biegen des Erstreckungsabschnitts des röhrenförmigen Körpers zu einer axialen Mitte und Pressen der Mehrzahl von ringförmigen Montagekomponenten mit dem Bördelteil, so dass die Mehrzahl von ringförmigen Montagekomponenten in dem Innenraum fixiert wird, wobei mindestens ein Bereich einer Innenoberfläche des röhrenförmigen Körpers, der mit dem Pulverpresskörper in Kontakt kommt, ein streifenartiger, vertiefter und vorragender Bereich ist, in dem vorragende Abschnitte und vertiefte Abschnitte abwechselnd in der axialen Richtung angeordnet sind und sich die vorragenden Abschnitte und die vertieften Abschnitte entlang einer Innenumfangsrichtung des röhrenförmigen Körpers erstrecken, ein Abstand zwischen den vorragenden Abschnitten in der axialen Richtung 50 µm oder mehr und 150 µm oder weniger beträgt, und eine erste maximale Höhe Rz1, die eine maximale Höhe in der axialen Richtung ist, und eine zweite maximale Höhe Rz2, die eine maximale Höhe in der Innenumfangsrichtung des streifenartigen, vertieften und vorragenden Bereichs ist, die folgenden Ausdrücke $0,3 μ m \leq Rz1 \leq 10 μ m$
und $Rz1 / Rz2 \geq 2,0$
erfüllen.
Montageverfahren für einen Gassensor nach Anspruch 8, wobei in dem Schritt c) das Zusammendrücken des Formkörpers in einer zweistufigen Weise durchgeführt wird, das ein primäres Zusammendrücken und ein sekundäres Zusammendrücken umfasst, und ein Druck, wenn das Presselement einen der zwei Keramikträger beim sekundären Zusammendrücken presst, 75 MPa bis 115 MPa beträgt.
Montageverfahren für einen Gassensor nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Keramikteilchen jeweils einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 µm bis 550 µm aufweisen.