JP2005010143A - 測定感知器 - Google Patents

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ヘルムート ヴァイル
Bernhard Wild
ヴィルト ベルンハルト
Rainer Mayer
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リープラー ミヒャエル
Peter Dettling
デットリング ペーター
Lars Berger
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    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077Means for protecting the electrolyte or the electrodes

Abstract

【課題】測定感知器の機能障害を生ぜしめる媒体に対して極めて効率的な軸方向シールが達成される、測定感知器を提供する。
【解決手段】緊締スリーブ23の、ダイヤフラム21を覆い隠している領域が、保護スリーブおよび緊締スリーブ18,23における半径方向開口20,24の軸方向上方および下方で環状にかしめられており、両環状かしめ部25,26が次のように構成されている、すなわち、ダイヤフラム21が、互いに向かい合った内側のかしめ縁部251,261から互いに逆側に向けられた外側のかしめ縁部252,262に向かって次第に強く押しつぶされているように構成されているようにした。
【選択図】図2

Description

本発明は、測定感知器、特に測定ガス中のガス成分の濃度を測定するためのガスセンサであって、測定ガスにさらされ得るセンサエレメントが設けられており、該センサエレメントが、少なくとも1つの接続ケーブルに接触接続されていて基準ガス大気、特に空気にさらされている、接続部側の端部区分を有しており、接続部側の前記端部区分に配置された保護スリーブが設けられており、該保護スリーブが、少なくとも1つの半径方向開口を備えており、保護スリーブに被せられていて、前記少なくとも1つの半径方向開口を覆っている、ガス透過性のダイヤフラムが設けられており、該ダイヤフラムに被さるように係合している緊締スリーブが設けられており、該緊締スリーブが、少なくとも1つの半径方向開口を備えている形式のものと、請求項1記載の測定感知器を製作するための方法とに関する。
前記形式の公知の測定感知器またはガスセンサ(ドイツ連邦共和国特許出願公開第10151291号明細書、図2)は、センサエレメントを収容しているケーシングを有している。このケーシングの接続部側のケーシング区分には、接触接続面を有している、センサエレメントの接続部側の端部区分が配置されている。さらに、センサエレメントは基準ガス通路を有している。この基準ガス通路は、接続部側の前記端部区分において、接続部側のケーシング区分の内室に向かって開口している。センサエレメントの接触接続面は、接触接続部材に電気的に結合されている。これらの接触接続部材は、クリンプ結合部を介して、接続ケーブルへの電気的な結合部を形成している。接続ケーブルは、ケーシング開口を遮断しているケーブル貫通案内部を通って、ガス密にケーシングから外へ案内されている。前記ケーシング区分の接触接続領域には、耐高温性のプラスチックから成るポット状の支持エレメントが配置されている。この支持エレメントの外側のポット周壁は、ポット開口に向かって減径されている。この減径部の領域に、内スリーブは複数の半径方向開口を有している。内スリーブには、ガス透過性のチューブが被せられており、このチューブは前記半径方向開口を覆っている。ケーシングにも、複数の半径方向開口が加工成形されており、これらの半径方向開口は、有利には、内スリーブにおける半径方向開口と同一列に並んでいる。これにより、ケーシングの外部で周りを流れる基準ガス、例えば周囲空気が、多孔性のチューブを透過して内スリーブにおける半径開口を介して支持エレメントの減径部に沿って、接続部側のケーシング区分の内室内に到達し得る。この設計上の手段は、センサエレメントの接続部側の端部区分への、基準ガスの良好なガス流を生ぜしめるので、基準ガスの低すぎるかまたは高すぎる濃度に基づくガスセンサの測定結果の不正確化が、回避される。前記手段は同時に、ガスセンサの故障を招くおそれのある、ケーシング内への飛沫水の侵入を防止する。
同じく公知の測定感知器、特に内燃機関の排ガス中の酸素含有量を測定するための測定感知器(ドイツ連邦共和国特許出願公開第19835345号明細書)は、金属のケーシング内に軸方向で配置されたセンサエレメントを有している。このセンサエレメントの接続部側の端部区分は、ケーシングからブシュボディを貫通して軸方向で外へ案内された少なくとも1つの接続ケーブルに接触接続されている。この接続ケーブルは、ガス透過性の領域を備えたケーブル絶縁部材を有している。したがって、ケーシングの周辺における基準大気が、ケーブル絶縁部材の内部に到達し、そこからケーシングの内部に到達する。ブシュボディのケーブル出口側の端部に直接的に続いている、ケーブル絶縁部材のガス透過性の領域は、ガス透過性のPTFE材料から成る多孔性のチューブによって、この多孔性のPTFEチューブとケーブル絶縁部材のガス透過性の区分との間に半径方向の間隔が残されるように被覆されている。ブシュボディの上方では、内側の緊締スリーブが、半径方向ギャップを保ちながらケーブル絶縁部材に被せられている。前記内側の緊締スリーブは、少なくとも1つの半径方向孔を、ブシュボディに直接的に続いている区分に有している。前記内側の緊締スリーブには、PTFE材料から成るチューブの一方の端部が被せられており、前記チューブの他方の端部は、ブシュボディと、このブシュボディを包囲している外側の緊締スリーブとの間に入っている。外側の緊締スリーブも、複数の半径方向孔を有している。すべての前記構成部材は、外側の緊締スリーブが軸方向の間隔を置いて2回、半径方向孔の上方で1回かつ下方で1回、環状にかしめられていることによって、ガス密に互いに結合されている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第10151291号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第19835345号明細書
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の測定感知器を改良して、測定感知器の機能障害を生ぜしめる媒体に対して極めて効率的な軸方向シールが達成されるようなものを提供することである。
この課題を解決するために本発明の装置の手段では、緊締スリーブの、ダイヤフラムを覆い隠している領域が、保護スリーブおよび緊締スリーブにおける半径方向開口の軸方向上方および下方で環状にかしめられており、両環状かしめ部が次のように構成されている、すなわち、ダイヤフラムが、互いに向かい合った内側のかしめ縁部から互いに逆側に向けられた外側のかしめ縁部に向かって次第に強く押しつぶされているように構成されているようにした。本発明の方法の手段では、かしめ工具に、相互に軸方向で間隔を置いて配置された弓状の2つのかしめ面を備え、両かしめ面を軸線方向に次のように成形し、すなわち、互いに向かい合った内側の面エッジが互いに逆側に向けられた外側の面エッジに比べて半径方向で戻しずらされているように成形し、かしめ工具を半径方向力で次のように、すなわち、保護スリーブと緊締スリーブとに形成された半径方向孔の軸方向上方および下方にかしめ面が位置するように、緊締スリーブに押し付けるようにした。
請求項1の特徴部に記載の特徴を備えた、本発明による測定感知器は、有利には多孔性のPTFEチューブとして構成されているガス透過性のダイヤフラムの、各環状かしめ部の外側領域および内側領域における種々異なった強さの押しつぶしによって、不利な製作条件および/または高い温度負荷によるダイヤフラムの破壊または損傷に基づくかしめ領域における非シール部が回避されるという利点を有している。外側領域ではダイヤフラム壁厚が例えばもとの厚さの約10〜20%に押しつぶされるかもしくは圧縮され、ひいてはダイヤフラムが確実に緊締される一方で、環状かしめ部の内側領域では、ダイヤフラム壁厚の、例えばもとの厚さの約30〜40%への減少しか行われない。これにより、車両特有の媒体、例えば水に対する極めて効率的な軸方向シールが達成される。環状かしめ部の内側領域における良好なシールは、さらに、ダイヤフラムが、外側のかしめ領域において、不利な製作条件または高い温度負荷による著しい壁厚減少に基づいて損傷されるかまたはそれどころか部分的に突き破られる場合に、環状かしめ部の内側のいかなる漏れ小路も防止する。
別の請求項に記載した手段によって、請求項1に記載した測定感知器の有利な構成および改良形が可能となる。
本発明の有利な実施態様によれば、ダイヤフラムの種々異なる強さの押しつぶしまたは圧縮は、次のことによって達成される。すなわち、環状かしめによって緊締スリーブに生ぜしめられた変形領域において、緊締スリーブと保護スリーブとの間の半径方向間隔が、互いに向かい合った内側のかしめ縁部または変形縁部を起点として、互いに逆側に向けられた外側のかしめ縁部または変形縁部に達するまで減少しているように、環状かしめが遂行されることによって、達成される。
この場合、本発明の択一的な実施態様によれば、前記半径方向間隔の減少は、連続的であるかまたは段階的である。したがって、ダイヤフラムの押しつぶし部は、環状かしめ部の外側縁部から内側縁部に向かってなだらかであるか、または変形領域の、軸線方向で隣り合った所定の変形区域において、種々異なる大きさである。この場合、外側の変形区域における押しつぶしが最も強く、内側の変形区域における押しつぶしが最も軽度である。
本発明による測定感知器を製作するための有利な方法は、請求項10に記載してある。
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
一般的な測定感知器の実施例としての、測定ガス中のガス成分の濃度を測定するための、図1に部分的に縦断面図で示したガスセンサは、例えば内燃機関の排ガス中の酸素濃度が測定されるラムダゾンデである。このガスセンサは、測定感知器ケーシング10内に収容されたセンサエレメント11を有している。このセンサエレメント11は、測定ガスにさらされた、測定ガス側の端部区分と、接続部側の端部区分111とを備えている。この端部区分111に、センサエレメント11の電気的な接触接続部が設けられている。図1では、測定感知器ケーシング10の接続部側の端部とこの中に収容されているセンサエレメント11の接触接続領域とを備えた、センサエレメント11の接続部側の端部区分111しか見ることができない。センサエレメント11の完全な図は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第10151291号明細書に見られる。
接続部側の端部区分111に、センサエレメント11はここでは見ることができない接触接続面を有していていて、さらに、開口を有している。この開口は、センサエレメント11の測定ガス側の端部区分内まで延びている基準ガス通路に接続されている。センサエレメント11の接触接続面は、接触接続部材13に電気的に結合されている。これらの接触接続部材13は、結合エレメント14に作用するばねエレメント15によって、センサエレメント11の接触接続面に押し付けられる。接触接続部材13はクリンプ結合部16を有しており、これらのクリンプ結合部16は、接続ケーブル12への接触接続部材13の電気的な接触接続部を形成している。接続ケーブル12は、ケーブル貫通案内部17を通ってガス密に測定感知器ケーシング10から外へ案内されている。ケーブル貫通案内部17と、クリンプ結合部16を備えた接触接続部材13と、センサエレメント11の接続部側の端部区分111とは、保護スリーブ18によって包囲されている。この保護スリーブ18は金属製のケーシングボディに堅固に結合されている。このケーシングボディ(ここでは図示せず)は、一般的には、ラムダゾンデを内燃機関の排ガス管に組み付けるためのねじ山と六角部とを有している。ケーブル貫通案内部17にすぐ続いて、保護スリーブ18内には、中実のPTFE材料から成る支持エレメント19が収容されている。この支持エレメント19はポット状に形成されていて、内部にクリンプ結合部16を、円筒形のポット壁から半径方向の間隔を置いて収容している。ポット壁の、ポット開口に向かって続いている壁区分では、ポット状の支持エレメント19の外径が減少されている。支持エレメント19のこの減径によって、支持エレメント19と保護スリーブ18の内壁との間に、リング状の流れ小路29が形成される。この流れ小路29の領域に、保護スリーブ18は、半径方向に加工成形された複数の孔(ここでは半径方向開口20と呼ぶ)を備えている。保護スリーブ18は中間のスリーブ区分183と、該中間のスリーブ区分183の一方の端部に続いている、減少された直径を備えたカラー状のスリーブ区分181と、前記中間のスリーブ区分183の他方の端部に続いている、拡大された直径を備えたスリーブ区分182とを有している。カラー状のスリーブ区分181はケーブル貫通案内部17を包囲していて、端部側でケーブル貫通案内部17の端面上へ曲げ込まれている。中間のスリーブ区分183は支持エレメント19に被さるように係合しており、拡大された直径を備えたスリーブ区分182は、センサエレメント11の接続部側の端部区分111を、ケーシングボディに達するまで包囲している。
中間のスリーブ区分183には、ガス透過性のダイヤフラム21として機能する弾性的な、有利にはガス透過性のPTFE材料から成っているプラスチックチューブ22が被せられている。したがって、中間のスリーブ区分183に存在する半径方向開口20は覆われている。プラスチックチューブ22には緊締スリーブ23が被せ嵌められている。この緊締スリーブ23は、保護スリーブ18のカラー状のスリーブ区分181にわたって延びていて、このスリーブ区分181を堅固に包囲している。ダイヤフラム21を備えたカバー領域に、緊締スリーブ23は複数の半径方向開口24を有している。これらの半径方向開口24は、保護スリーブ18における半径方向開口20の軸方向の高さで配置されていて、有利にはこの半径方向開口20と同一列に並んでいる。これにより、保護スリーブ18の周りを流れる基準ガス、例えば大気空気は、緊締スリーブ23における半径方向開口20とダイヤフラム21と半径方向開口20と支持エレメント19における流れ小路29とを通って、センサエレメント11の接続部側の端部区分111に到達し、かつそこからセンサエレメント11の基準ガス通路内に到達し得る。
緊締スリーブ23は、ダイヤフラム21を備えたカバー領域では、保護スリーブ18および緊締スリーブ23の半径方向開口20,24の軸方向上方および下方で、図2と、拡大して図3とに示してあるように、環状にかしめられている。図1には緊締スリーブ23を、まだかしめられていない状態で示してある。環状かしめ部25,26の領域では、弾性変形可能なダイヤフラム21が押しつぶされており、すなわち、プラスチックチューブ22はその壁厚が減少されている。したがって、プラスチックチューブ22は位置固定されており、チューブ端部は、保護スリーブ18とチューブ22との間へ軸方向で侵入し、かつガスセンサの機能障害を生ぜしめる液体に対して、シールされている。かしめ工程時の不利な製作条件に基づいてかつ/または運転中の高い温度負荷に基づいて生じるダイヤフラム21の損傷がかしめ領域に漏れ小路を生ぜしめないことを保証するために、相互に軸方向間隔を置いて延びている両環状かしめ部25,26は、次のように構成されている。すなわち、ダイヤフラム21が、互いに向かい合った内側のかしめ縁部251,261から、互いに逆側に向けられた外側のかしめ縁部252,262へと、次第に強く押しつぶされているように、構成されている。この場合、環状かしめ部25,26の領域におけるダイヤフラム21の圧縮または押しつぶしの増大は、連続的であってよいかまたは段階的であってよい。
ダイヤフラム21の種々異なる押しつぶしは、次のことによって達成される。すなわち、環状にかしめることによって緊締スリーブ23に生ぜしめられた、環状かしめ部25,26に沿った変形領域の、保護スリーブ18からの半径方向間隔が、互いに向かい合った内側の変形縁部またはかしめ縁部251,261を基点として、互いに逆側に向けられた外側の変形縁部またはかしめ縁部252,262に達するまで減少していて、前記半径方向間隔の減少が連続的であるかまたは段階的であることによって、達成される。
図3に拡大して示した実施例では、環状かしめ部25;26に沿って延びている、緊締スリーブ23における各変形領域に、2つの変形区域27,28が存在する。これらの変形区域27,28のうちの、外側に位置する変形区域28は、保護スリーブ18から、内側の変形区域27よりも小さい半径方向間隔を置いている。これにしたがって、プラスチックチューブ22の壁厚は、外側の変形区域28が内側の変形区域27よりも極めてはるかに著しく減少されていて、外側の変形区域28では、変形されていないプラスチックチューブ22の壁厚の約10〜20%であり、内側の変形区域27では、変形されていないプラスチックチューブ22の壁厚の約30〜40%である。環状かしめ部25,26はかしめ工具30(図4〜図6)によって製作される。このかしめ工具30は、相互に軸方向で間隔を置いて配置された弓状の2つのかしめ面31,32を有しており、両かしめ面31,32は、軸線方向で互いに向かい合った内側の面エッジ311,321と、軸線方向で互いに逆側に向けられた外側の面エッジ312,322とを備えている。内側の面エッジ311,321は外側の面エッジ312,322に対して半径方向で戻しずらされており、各かしめ面31;32における内側の面エッジ311;321と外側の面エッジ312;322との間の面経過は、なだらかにまたは段付けされて構成されている。
図5の実施例では、かしめ面31,32の内側の面エッジ311,321と外側の面エッジ312,322との間の面経過は、なだらかである。このようなかしめ工具30が半径方向のプレス力で緊締スリーブ23に載着される場合、この緊締スリーブ23は保護スリーブ18においてかしめられる。この場合、生ぜしめられる各環状かしめ部25,26においてダイヤフラム21が、内側のかしめ縁部251;261を起点として外側のかしめ縁部252;262に向かって連続的に次第に一層押しつぶされる。
かしめ工具30の、図4に示した軸方向プロフィルによって、環状かしめに際してダイヤフラム21の段状の押しつぶし部が達成される。図4に示してあるように、ここではかしめ面31,32の面経過は、外側の面エッジ312,322から内側の面エッジ311,321に向かって段状に構成されている。図4の実施例では、各かしめ面は4つの面段部を有している。したがって、前記変形加工工具(かしめ工具)30の載着に際して、緊締スリーブ23において各環状かしめ部25,26に4つの変形区域が生ぜしめられる。これらの変形区域の、保護スリーブ18からの半径方向間隔は、外側から内側へ不連続に増大している。
かしめ工具30の、図6に示した軸方向プロフィルは、図5における軸方向プロフィルに対応しているが、各かしめ面31,32においてなだらかな面経過にさらにアンダカット部313,323が成形されているという点で異なっている。
本発明は、例示的に説明したラムダゾンデに限定されていない。本発明は、他の測定感知器、例えば内燃機関の排ガス中の酸化窒素含有量を測定するためのガスセンサにおいても使用され得る。
内燃機関のためのガスセンサの縦断面図を部分的に示す図である。
緊締スリーブのかしめ後の、図1におけるII部分を示す図である。
図2における部分図を拡大して示す図である。
1つの実施例によるかしめ工具の軸方向プロフィルを部分的に示す図である。
別の実施例によるかしめ工具の軸方向プロフィルを部分的に示す図である。
さらに別の実施例によるかしめ工具の軸方向プロフィルを部分的に示す図である。
符号の説明
10 測定感知器ケーシング、 11 センサエレメント、 111 端部区分、 12 接続ケーブル、 13 接触接続部材、 14 結合エレメント、 15 ばねエレメント、 16 クリンプ結合部、 17 ケーブル貫通案内部、 18 保護スリーブ、 181 スリーブ区分、 182 スリーブ区分、 183 スリーブ区分、 19 支持エレメント、 20 半径方向開口、 21 ダイヤフラム、 22 プラスチックチューブ、 23 緊締スリーブ、 24 半径方向開口、 25,26 環状かしめ部、 251,261 内側のかしめ縁部、 252,262 外側のかしめ縁部、 27,28 変形区域、 29 流れ小路、 30 かしめ工具もしくは変形加工工具、 31,32 かしめ面、 311,321 内側の面エッジ、 312,322 外側の面エッジ、 313,323 アンダカット部

Claims (13)

  1. 測定感知器であって、測定ガスにさらされ得るセンサエレメント(11)が設けられており、該センサエレメント(11)が、少なくとも1つの接続ケーブル(12)に接触接続されていて基準ガス大気にさらされている、接続部側の端部区分(111)を有しており、接続部側の前記端部区分(111)に配置された保護スリーブ(18)が設けられており、該保護スリーブ(18)が、少なくとも1つの半径方向開口(20)を備えており、保護スリーブ(18)に被せられていて、前記少なくとも1つの半径方向開口(20)を覆っている、ガス透過性のダイヤフラム(21)が設けられており、該ダイヤフラム(21)に被さるように係合している緊締スリーブ(23)が設けられており、該緊締スリーブ(23)が、少なくとも1つの半径方向開口(24)を備えている形式のものにおいて、緊締スリーブ(23)の、ダイヤフラム(21)を覆い隠している領域が、保護スリーブおよび緊締スリーブ(18,23)における半径方向開口(20,24)の軸方向上方および下方で環状にかしめられており、両環状かしめ部(25,26)が次のように構成されている、すなわち、ダイヤフラム(21)が、互いに向かい合った内側のかしめ縁部(251,261)から互いに逆側に向けられた外側のかしめ縁部(252,262)に向かって次第に強く押しつぶされているように構成されていることを特徴とする、測定感知器。
  2. ダイヤフラム(21)の押しつぶしが、連続的または段階的に増大されている、請求項1記載の測定感知器。
  3. 環状かしめ(25,26)によって緊締スリーブ(23)に生ぜしめられた変形領域において、保護スリーブ(18)からの緊締スリーブ(23)の半径方向間隔が、互いに向かい合った内側のかしめ縁部(251,261)を起点として、互いに逆側に向けられた外側のかしめ縁部(252,262)に達するまで減少している、請求項1記載の測定感知器。
  4. 前記半径方向間隔の減少が連続的である、請求項3記載の測定感知器。
  5. 前記半径方向間隔の連続的な減少部に、アンダカット部を形成している非連続部が存在する、請求項4記載の測定感知器。
  6. 前記半径方向間隔の減少部が段付けされており、互いに連ねられた変形区域(27,28)の変形領域が、ほぼ一定の半径方向間隔を有しており、該半径方向間隔が変形区域(27)から変形区域(28)へと減少していて、相互に最大の軸方向間隔を有している変形区域(28)において最小である、請求項3記載の測定感知器。
  7. 各変形領域が、保護スリーブ(18)からの比較的に大きい半径方向間隔を備えた変形区域(27)と、これに比べて保護スリーブ(18)からの比較的に小さい半径方向間隔を備えた変形区域(28)とを有しており、比較的に大きい半径方向間隔を備えた変形区域(27)が、相互に比較的に小さい軸方向間隔を有している、請求項6記載の測定感知器。
  8. ダイヤフラム(21)が、プラスチックから成る、有利にはガス透過性のPTFEから成る、変形可能なチューブ(22)である、請求項1から7までのいずれか1項記載の測定感知器。
  9. 保護スリーブ(18)が、直径が減少されたカラー状のスリーブ区分(181)を有しており、該スリーブ区分(181)がケーブル貫通案内部(17)を包囲していて、端部側でケーブル貫通案内部(17)の端面上へ曲げ込まれている、請求項1から7までのいずれか1項記載の測定感知器。
  10. 請求項1記載の測定感知器を製作するための方法において、かしめ工具(30)に、相互に軸方向で間隔を置いて配置された弓状の2つのかしめ面(31,32)を備え、両かしめ面(31,32)を軸線方向に次のように成形し、すなわち、互いに向かい合った内側の面エッジ(311,321)が互いに逆側に向けられた外側の面エッジ(312,322)に比べて半径方向で戻しずらされているように成形し、かしめ工具(30)を半径方向力で次のように、すなわち、保護スリーブ(18)と緊締スリーブ(23)とに形成された半径方向孔(20,24)の軸方向上方および下方にかしめ面(31,32)が位置するように、緊締スリーブ(23)に押し付けることを特徴とする、測定感知器を製作するための方法。
  11. 外側の面エッジ(312,322)から、半径方向で戻しずらされた内側の面エッジ(311,321)への、かしめ面(31,32)の面経過を、なだらかに構成する、請求項10記載の方法。
  12. かしめ面(31,32)のなだらかな面経過に、アンダカット部(313,323)を成形する、請求項11記載の方法。
  13. 外側の面エッジ(312,322)から内側の面エッジ(311,321)への、かしめ面(31,32)の面経過を、段状に、半径方向で互いにずらされた平坦な少なくとも2つの面区分を備えて構成する、請求項10記載の方法。
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