DE112004001325B4

DE112004001325B4 - Gassensor und Methode zur Herstellung des Gassensors

Info

Publication number: DE112004001325B4
Application number: DE112004001325T
Authority: DE
Inventors: Hisaharu Nishio; Takashi Nakao; Kazuhiro Kouzaki
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2024-07-14
Also published as: US7398673B2; JP4634301B2; WO2005008233A1; CN1823271A; DE112004001325T5; US7506534B2; US20070227229A1; JPWO2005008233A1; US7234341B2; US20070220952A1; US20060174690A1; CN100588963C

Abstract

Ein Gassensor umfassend: ein zu haltendes Element (111), das eine entfernt-endseitige Halterungsoberfläche (113t1) und eine nah-endseitige Halterungsoberfläche (113t2) umfasst, die bezüglich der entfernt-endseitigen Halterungsoberfläche (113t1) an der nahen Endseite angeordnet ist; eine röhrenförmige metallene Hülle (131) mit einem gestuften Bereich (135b), der von ihrer inneren Umfangsoberfläche (135n) radial nach innen vorsteht und die angepasst ist, das zu haltende Element (111) darin zu halten, während sie das zu haltende Element (111) radial von Außen umgibt und die entfernt-endseitige Halterungsoberfläche (113t1) des zu haltenden Elements (111) durch eine Stützungsoberfläche (135t1) des gestuften Bereichs (135b) stützt; und eine erste Dichtung (159) aus Metall, die an die nah-endseite Halterungsoberfläche (113t2) des zu haltenden Elements (111) und an die innere Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) angrenzt, wobei die erste Dichtung (159) in einer spitzwinkligen Ausnehmung, die zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche (113t2) des zu haltenden Elements (111) und der inneren Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) ausgebildet ist, so angeordnet ist, dass die erste Dichtung (159) einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nah-endseitige Halterungsoberfläche (113t2) des zu haltenden Elements (111) und die innere Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) gepresst ist; und wobei die erste Dichtung (159) durch axiales Pressen und plastisches Verformen einer Drahtdichtung, die in die Ausnehmung zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche (113t2) des zu haltenden Elements (111) und der inneren Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) eingeführt worden ist, geformt wird, so dass die erste Dichtung (159) einen keilartigen Querschnitt aufweist.

Description

TECHNISCHES FELD
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gassensor zum Nachweis eines gewissen Gases, das in einem zu messenden Gas enthalten ist, sowie wie auf eine Methode zur Herstellung des Gassensors. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Gassensor, der so ausgestaltet ist, dass ein zu haltendes Element, zum Beispiel ein röhrenförmiges Gasnachweiselement mit geschlossenem Boden oder ein Elementhalter, in einer röhrenförmigen metallenen Hülle gehalten wird, sowie auf eine Methode zur Herstellung des Gassensors.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein bereits bekannter Gassensor ist so konstruiert, dass ein röhrenförmiges Gasnachweiselement mit geschlossenem Boden (zu haltendes Element) in einer röhrenförmigen metallenen Hülle gehalten ist. Ein Beispiel eines solchen Gassensors ist in 13 gezeigt, die einen partiellen Querschnitt eines Gassensors zeigt. Ein in 13 gezeigter Gassensor 901 ist ein Sauerstoffsensor, der an eine Auspuffgasleitung einer internen Verbrennungsmaschine angeschlossen und dafür ausgelegt ist, die Sauerstoffkonzentration im Auspuffgas zu messen. Der Gassensor 901 umfasst ein röhrenförmiges Gasnachweiselement mit geschlossenem Boden 911, dessen entferntes Ende (das untere Ende in 13) in Richtung entlang einer Achse C geschlossen ist, und eine röhrenförmige metallene Hülle 931, die das Gasnachweiselement 911 in koaxialer Richtung darin hält.
Das Gasnachweiselement 911 umfasst einen Überstand 913, der in Bezug auf die Richtung der Achse C in im zentralen Bereich des Gasnachweiselements 911 ringsum ausgebildet ist und nach außen vorsteht. Der Überstand 913 hat eine erste konische äußere Umfangsoberfläche 913t1 (auch als „entfernte Endoberfläche” bezeichnet), die sich auf seinem entfernten Ende befindet und deren Durchmesser von ihrer entfernten Endseite in Richtung zur nahen Endseite hin zunimmt, eine zweite konische äußere Umfangsoberfläche 913t2 (auch als „nahe Endoberfläche” bezeichnet), die sich an seinem nahen Ende befindet und deren Durchmesser von ihrer nahen Endseite zu ihrer entfernten Endseite hin zunimmt, und eine zentrale äußere zylindrische Oberfläche 913m, die sich zwischen den beiden erstreckt. Das Gasnachweiselement 911 ist von einem Sauerstoffionen leitenden Festkörperelektrolyten gebildet. Das Gasnachweiselement 911 hat eine innere Elektrode 915, die eine innere Umfangsoberfläche 911n verkleidet, und eine äußere Elektrode 917, die eine äußere Umfangsoberfläche 911m verkleidet.
Die metallene Hülle 931 umfasst einen entfernten Endabschnitt 933 (ein unterer Abschnitt in 13), einen zentralen Abschnitt 935 und einen nahen Abschnitt 937 (einen oberen Abschnitt in 13). Eine Durchführung, deren Wand eine innere Umfangsoberfläche 931n ist, erstreckt sich durch die metallene Hülle 931 und ihr Durchmesser reduziert sich von der Seite in Richtung des nahen Endes zu der Seite des entfernten Endes.
Der entfernte Endabschnitt 933 hat eine innere Umfangsoberfläche 933n mit einem relativ kleinen Durchmesser und einen mit männlich gestrehlten Bereich 933g („male threaded portion”), der auf seinem äußeren Umfang ausgebildet ist und angepasst ist, um den Gassensor 901 auf mit dem Auspuffgasröhre zu verbinden. Eine Schutzkappe 951 ist auf einem entfernten Endbereich des entfernten Endabschnitts 933 aufgebracht, um einen entfernten Endabschnitt des Gasnachweiselements 911 zu schützen. Die Schutzkappe 951 nimmt eine röhrenförmige Form mit geschlossenem Boden an und hat eine Anzahl von Gaseinführungslöchern 951k, um Auspuffgas in das Innere des Gassensors 901 des Auspuffrohres einzuführen. Ein Dichtungsring 953 ist an dem nahen Endbereich des entfernten Endabschnitts 933 angebracht.
Der zentrale Abschnitt 935 setzt sich aus einem gestuften Bereich 935b mit einer konischen inneren Umfangsoberfläche 935t1 (auch als „Stützungsoberfläche” bezeichnet), die mit der inneren Umfangsoberfläche 933n des entfernten Endabschnitts 933 verbunden ist und deren Durchmesser in Richtung der nahen Endseite des Gassensors anwächst; ein röhrenförmiger Bereich 935c mit einer zentralen inneren Umfangsoberfläche 935n, die mit der konischen inneren Umfangsoberfläche 935t1 verbunden ist und die einen Durchmesser hat, der größer als der der inneren Umfangsoberfläche 933n ist. Ein radialer äußerer Bereich des zentralen Abschnitts 935 ist in einen hexagonale Flanschbereich (ein Eingriffsmittelbereich) 935r ausgebildet, der zum Befestigen des Gassensors 901 mit dem Auspuffgasrohr verwendet wird.
Der nahe Endabschnitt 937 hat eine innere Umfangsoberfläche 937n, die mit der zentralen inneren Umfangsoberfläche 935n des zentralen Abschnitts 935 verbunden ist und die einen Durchmesser hat, der größer als der der zentralen inneren Umfangsoberfläche 935n ist.
Eine ringförmige Scheibendichtung 957 aus Metall ist auf der konischen inneren Umfangsoberfläche 935t1 des zentralen Abschnitts 935 der metallenen Hülle 931 angeordnet. Die erste konische äußere Umfangsoberfläche 913t1 des Überstands 913 des Gasnachweiselements 911, die koaxial in die metallene Hülle 931 eingeführt ist, grenzt an die Scheibendichtung 957 an. Mit anderen Worten sind der gestufte Bereich 935b des zentralen Abschnitts 935 der metallenen Hülle 931 und der Überstand 913 des Gasnachweiselements 911 über die Scheibendichtung 957 gekoppelt. Da die äußere Elektrode 917 auch auf dem Überstand 913 geformt ist, sind die metallene Hülle 931 und die äußere Elektrode 917 des Gasnachweiselements 911 elektrisch über die Scheibendichtung 957 verbunden.
Eine erste Drahtdichtung 959 vom C-Typ ist in einer solchen Weise angebracht, dass sie an die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 913t2 des Überstands 913 des eingeführten Gasnachweiselements 911 und an die innere Umfangsoberfläche 931n (die innere Umfangsoberfläche 937n der nahen Endabschnitts 937) der metallenen Hülle 931 angrenzt.
In einer Region, die sich bezüglich der ersten Drahtpackung 959 in Richtung des nahen Endes des Gassensors befindet, wird ein Puder in eine ringförmige Ausnehmung, die zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 911m des nahen Endbereichs des Gasnachweiselements 911 und der inneren Umfangsoberfläche 931n (die innere Umfangsoberfläche 937n des nahen Endabschnitts 937) der metallenen Hülle 931 vorgesehen ist, geladen, wodurch eine geladene Dichtungsschicht 961 gebildet wird.
In einer Region, die sich bezüglich des geladenen Dichtungsschicht 961 in Richtung des nahen Endes des Gassensors befindet, ist ein entfernter Endabschnitt 973 einer Hülse 971 in eine ringförmige Ausnehmung, die zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 911m des Gasnachweiselements 911 und der inneren Umfangsoberfläche 931n (die innere (Umfangsoberfläche 937n des nahen Endabschnitts 937) der metallenen Hülle 931 vorgesehen ist, eingeführt. Der entfernte Endabschnitt 973 der Hülse 971 nimmt die Form eines Überstands an, der ringsum und radial nach außen vorsteht und eine konische äußere Umfangsoberfläche 973m hat, deren Durchmesser in Richtung der entfernten Endseite des Gassensors ansteigt. Eine zweite Drahtdichtung 965 vom C-Typ ist an der konischen äußeren Umfangsoberfläche 973m angeordnet. Das entfernte Ende des entfernten Endabschnitt 937 der metallenen Hülle 931 ist radial nach innen in einer solchen Weise gebogen, dass die zweite Drahtdichtung 965 abgedeckt ist, wobei die zweite Drahtdichtung 965 durch Quetschen („by means of crimping”) zusammengedrückt wird. Das zusammendrückende Quetschen komprimiert gleichzeitig die erste Drahtdichtung 959 und die geladene Dichtungsschicht 961 axial. Als Resultat ist die erste Drahtdichtung 959 elastisch deformiert. Eine elastische Kraft, die durch die elastische Verformung herbeigeführt ist, halt das Gasnachweiselement 911 koaxial in der metallenen Hülle 931.
Ein elementseitiger Anschluss 981 ist in das Gasnachweiselement 911 eingeführt und elektrisch mit der inneren Elektrode 915 des Gasnachweiselements 911 verbunden. Ein Dokument, das sich auf die oben beschriebene Technik bezieht, ist zum Beispiel offenbart in Patentdokument 1.
Patentdokument 1: Offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung (kokai) Nr. 53-95884 .
Aus der US 2002/0153250 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gassensors bekannt, bei dem ein gehärteter Talkpulverring in einen Zwischenraum zwischen einem Gehäuse und einem Sensorelement eingeführt und unter Druck in einen Endbereich des Zwischenraums gepresst wird. Dabei soll der Talkpulverring zerfallen, um den Endbereich auszufüllen.
Aus der US 4 206 173 A ist ein Gassensor bekannt, der einen in einen Zwischenraum zwischen einem zu haltenden Sensorelement und einem Gehäuse eingelegten Haltering aufweist. Das Sensorelement wird durch Bördeln eines rückseitigen Endes des Gehäuses gehalten.
Die US 4 210 510 A und DE 38 32 936 A1 beschreiben ebenfalls Talkpulverdichtungen zum Abdichten eines Sensorelements in einem Gassensor.
Eine Dichtung aus einem Keramikfasermaterial, das durch Vermiculit verstärkt ist, ist in der DE 697 12 795 T2 beschrieben. Diese Dichtung dient ebenfalls zum Abdichten eines Sensorelements in einem Gehäuse.
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABE
Bei dem konventionellen Gassensor 901 wird die erste Drahtdichtung 959 jedoch nur durch Quetschen der metallenen Hülle 931 gepresst und elastisch verformt. Wenn jedoch infolge einer Langzeitverwendung des Gassensors 901 sich die Verbiegung („crimp^„) löst oder ein ähnliches Phänomen zu einem Abfall des Kompressionsdrucks, der auf die geladene Dichtungsschicht 961 ausgeübt wird, führt, löst sich die erste Drahtdichtung 959, so dass das Gassensorelement 911 sich verschiebt, was zum Beispiel die Genauigkeit des Nachweises von Auspuffgas in negativer Weise beeinflussen kann.
Wenn sich zusätzlich die erste Drahtdichtung 959 löst, dringen Teilchen des Puders, der zur Bildung der geladenen Dichtungsschicht 961 verwendet wird, in Richtung der entfernten Endseite durch die Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 911m des Gasnachweiselements 911 und der inneren Umfangsoberfläche 931n der metallenen Hülle 931.
Darüber hinaus sind beim konventionellen Gassensor 901 die metallene Hülle 931 und die äußere Elektrode 917 des Gasnachweiselements 911 über die Scheibendichtung 957 elektrisch miteinander verbunden. Daher wird der Kontakt zwischen der Scheibendichtung 957 und dem Gasnachweiselement 911 (die äußere Elektrode 917 auf der ersten konischen äußeren Umfangsoberfläche 913t) und der zwischen der Scheibendichtung 957 und der metallenen Hülle 931 (die konische innere Umfangsoberfläche 935t1) unvollständig, wenn sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen passiert, welches einen Abfall des komprimierenden Drucks, der auf die geladene Dichtungsschicht 961 ausgeübt wird, bewirkt, wodurch die erste Drahtdichtung 959 sich löst und das Gasnachweiselement 911 sich verschiebt. Als Resultat ist die Verlässlichkeit der elektrischen Verbindung zwischen der äußeren Elektrode 917 und der metallenen Hülle 931 beschädigt. Wenn sich die erste Drahtdichtung 959 löst, kann das folgende Problem auftraten. Puderteilchen, die zur Bildung der geladenen Dichtungsschicht 961 verwendet werden, dringen durch eine Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 911m des Gasnachweiselements 911 und der inneren Umfangsoberfläche 931n der metallenen Hülle 931 und erreichen eine Region, in der die Scheibendichtung 957 vorgesehen ist. Die Teilchen dringen zwischen die Scheibendichtung 957 und das Gasnachweiselement 911 oder zwischen die Scheibendichtung 957 und die metallene Hülle 931, was eine Beschädigung des elektrischen Kontakts zwischen der Scheibendichtung 957 und dem Gasnachweiselement 911 oder zwischen Scheibendichtung 957 und der metallenen Hülle 931 bewirkt.
Entsprechend der Methode zur Herstellung des konventionellen Gassensors 901 werden nach dem Einschieben der Scheibendichtung 957 und des Gasnachweiselements 911 in die metallene Hülle 931 die erste Drahtdichtung 959 eingeführt und danach ein Puder geladen. Danach werden die Hülse 971 und die zweite Drahtdichtung 965 eingeführt. Das nahe Erde der metallenen Hülle 931 wird gequetscht, wodurch das Gasnachweiselement 911 in der metallenen Hülle 931 in einen festen Zustand gebracht ist.
Die oben beschriebene Methode kann jedoch das folgende Problem mit sich bringen. Während der Zeit zwischen dem Laden des Puders und dem Quetschen der metallenen Hülle 931 dringen Puderteilchen, von denen erwartet wird, dass sie alle durch die erste Drahtdichtung 959 überprüft werden, durch eine Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 911m des Gasnachweiselements 911 und der inneren Umfangsoberfläche 931n der metallenen Hülle 931 und erreichen eine Region, in der die Scheibendichtung 959 bereitgestellt ist. Die Teilchen treten zwischen die Scheibendichtung 959 und das Gasnachweiselement 911 oder zwischen die Scheibendichtung 959 und die metallene Hülle 931 und verursachen einen elektrischen Kontaktdefekt zwischen der Scheibendichtung 957 und dem Gasnachweiselement 911 oder zwischen der Scheibendichtung 957 und der metallenen Hülle 931.
Im Hinblick auf das oben Gesagte ist es eine Absicht der vorliegenden Erfindung, einen Gassensor, der verlässlicher die Positionsverschiebung des zu haltenden Elements, z. B. ein Gasnachweiselement oder ein Elementhalter, unterdrücken kann, sowie eine Methode zur Herstellung des Gassensors bereit zu stellen.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Die oben genannte Aufgabe wird durch einen Gassensor gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.
Es wird erfindungsgemäß ein Gassensor mit einem zu haltenden Element bereitgestellt, das eine entfernt-endseitige Halterungsoberfläche und eine nah-endseitige Halterungsoberfläche umfasst, die bezüglich der entfernt-endseitigen Halterungsoberfläche an der nahen Endseite angeordnet ist; eine röhrenförmige metallene Hülle mit einem gestuften Bereich, der von ihrer inneren Umfangsoberfläche radial nach innen vorsteht und die angepasst ist, das zu haltende Element darin zu halten, während sie das zu haltende Element radial von Außen umgibt und die entfernt-endseitige Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements durch eine Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs stützt; und eine erste Dichtung aus Metall, die an die nah-endseite Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und an die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle angrenzt, wobei die erste Dichtung in einer spitzwinkligen Ausnehmung, die zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle ausgebildet ist, so angeordnet ist, dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nah-endseitige Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst ist.
Bei dem konventionellen Gassensor ist die Drahtdichtung elastisch in die axiale Richtung verformt, um dabei partiell an die der nahendseite Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle anzugrenzen. Im Gegensatz dazu ist die erste Dichtung des Gassensors der vorliegenden Erfindung, die zu der konventionellen Drahtdichtung entspricht, in einer spitzwinkligen Ausnehmung, die zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle angeordnet ist, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nah-erdseitige Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst ist. Auf diese Weise kann selbst, wenn kein externer Stress auf die erste Dichtung ausgeübt wird, die erste Dichtung das zu haltende Element in der metallenen Hülle fixieren. Daher kann selbst, wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors die Verbiegung sich löst („loosening of the crimp”) oder ein ähnliches Phänomen auftritt, die erste Dichtung sich im Vergleich mit einem entsprechenden konventionellen Gerät weniger leicht lösen. Entsprechend kann eine Positionsverschiebung des zu haltenden Elements auf verlässlichere Weise unterdrückt werden.
Es gibt keine spezielle Limitierung in Bezug auf den Typ des Gassensors so lange wie die oben beschriebenen Erfordernisse zutreffen. Beispiele eines solchen Gassensor umfassen einen Sauerstoffsensor, einen NO_x-Sensor, einen HC-Sensor und einen CO₂-Sensor.
Weiterhin umfasst der Ausdruck „Die metallene Hülle hält das darin enthaltene Element” ein Halten der Gesamtheit des zu haltenden Elements innerhalb der metallenen Hülle und Halten eines Bereichs des zu haltenden Elements innerhalb der metallenen Hülle.
Die erste Dichtung muss nicht notwendigerweise einen keilartigen Querschnitt über den gesamten Umfang der Dichtung, die in der oben beschriebenen Ausnehmung angeordnet ist, haben. Die erste Dichtung muss lediglich einen keilartigen Querschnitt in zumindest einem Bereich des Umfangs haben. Die erste Dichtung muss nicht notwendigerweise eine keilartige Form über den gesamten Querschnitt haben. Die erste Dichtung muss lediglich einen keilartigen Querschnitt zumindest in einem Entfernt endseitiger Bereich davon haben.
Bevorzugt ist das zu haltende Element des oben beschriebenen Gassensors ein Gasnachweiselement mit einem Überstand, der eine entfernt-endseitige Halterungsoberfläche und eine nah-endseitige Halterungsoberfläche umfasst und der radial nach außen vorsteht, wobei das Gasnachweiselement eine röhrenförmige Form mit einem geschlossenen Boden mit einem geschlossenen axialen entfernten Ende umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zu haltende Element ein Gasnachweiselement mit einer röhrenförmigen Form mit geschlossenem Boden. Da dieses Gasnachweiselement einen Überstand hat, der eine entfernt-endseitige Halterungsoberfläche und eine nah-endseitige Halterungsoberfläche umfasst und der radial nach außen vorsteht, ist die erste Dichtung gegen die nah-endseitige Halterungsoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements und auch gegen die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst. In einem solchen Gassensor kann die erste Dichtung das Gasnachweiselement in der metallenen Hülle fixieren selbst, wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung ausgeübt wird. Daher löst sich die erste Dichtung im Vergleich zu einem konventionellen Gegenstück weniger leicht, selbst wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors sich die Verbiegung („crimp^„) löst oder ein ähnliches Phänomen passiert. Entsprechend kann eine Positionsverschiebung des Gasnachweiselements verlässlicher unterdrückt werden.
Bevorzugt umfasst der oben beschriebene Gassensor weiterhin ein Gasnachweiselement, das sich entlang der axialen Richtung erstreckt, wobei das zu haltende Element ein Elementhalter ist, der die entfernt-endseitige Halterungsoberfläche, die nah-endseite Halterungsoberfläche und eine Öffnung, durch die das Gasnachweiselement hindurch reicht, aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zu haltende Element ein Elementhalter, durch welchen ein Gasnachweiselement hindurch reicht. Da dieser Elementhalter die entfernt-endseite Halterungsoberfläche und die nah-endseitige Halterungsoberfläche hat, ist die erste Dichtung gegen die nah-endseitige Halterungsoberfläche des Elementhalters und auch gegen die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst. In einem solchen Gassensor kann die erste Dichtung den Elementhalter in der metallenen Hülle fixieren selbst, wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung ausgeübt wird. Daher löst sich die erste Dichtung weniger leicht verglichen mit einem konventionellen Gegenstück selbst, wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen passiert. Entsprechend kann eine Positionsverschiebung des Elementhalters auf verlässlichere Weise unterdrückt werden.
Der oben beschriebene Gassensor umfasst weiterhin eine geladene Dichtungsschicht, die durch Laden eines Puders in eine Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Gasnachweiselements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle in einer Region, die sich bezüglich der ersten Dichtung in Richtung des nahen Endes des Gassensors befindet, gebildet wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die geladene Dichtungsschicht durch einen Puder gebildet, der in einer Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Gasnachweiselements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle bereitgestellt ist, wobei das Leistungsvermögen der Dichtung der Ausnehmung zwischen dem Gasnachweiselement und der metallenen Hülle verbessert wird.
Der konventionelle Gassensor hat potenziell die folgenden Probleme. In Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors kann sich die Verbiegung („crimp”) lösen oder ein ähnliches Phänomen auftreten. In Folge dessen dringen Puderteilchen in Richtung der entfernten Endseite durch die Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsfläche des Überstands des Gasnachweiselements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle oder der Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Elementhalters und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle.
In der vorliegenden Erfindung ist die erste Dichtung jedoch in einer spitzwinkligen Ausnehmung angeordnet, die zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements (das Gasnachweiselement oder der Elementhalter) und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle angeordnet ist, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nah-endseitige Halterungsoberfläche des zu haltenden Elementes und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Puderteilchen in Richtung der entfernten Endseite durch die Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle oder der Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Elementhalters und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle hindurch sickern selbst, wenn sich die Verbiegung („crimp”) in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors löst oder ein ähnliches Phänomen passiert.
Bevorzugt wird bei dem oben beschriebenen Gassensor die erste Dichtung durch axiales Drücken und plastisches Verformen einer Drahtdichtung, die in die Ausnehmung zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle eingeführt worden ist, gebildet, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat.
Erfindungsgemäß wird die erste Dichtung durch axiales Drücken und plastische Deformierung einer Drahtdichtung gebildet, die in die Ausnehmung zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle eingeführt worden ist, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat. Da eine solche erste Dichtung aufgrund des starken Druckes und der plastischen Deformation einen keilartigen Querschnitt hat, ist die erste Dichtung stark gegen die nah-endseitige Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst. Entsprechend können das zu haltende Element und die metallene Hülle stark zusammengehalten werden.
Bei dem oben beschriebenen Gassensor nehmen die nah-endseitige Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle bevorzugt jeweils Formen an, so dass der Winkel zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche und der inneren Umfangsoberfläche in zumindest einem entfernt endseitigen Bereich der Ausnehmung in Richtung zur entfernten Endseite hin abnimmt, und die erste Dichtung ist so angeordnet, dass sie sich zu dem Bereich der Ausnehmung erstreckt, in dem der Winkel zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche und der inneren Umfangsoberfläche in Richtung der entfernten Endseite hin abnimmt.
Gemäß einer Ausführungsform nehmen die nah-endseitige Halterungsoberfläche des zu haltenden Elements und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle jeweils Formen an, dass zumindest in einem entfernt endseitigen Bereich der Ausnehmung der Winkel zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche und der inneren Umfangsoberfläche in Richtung zur entfernten Endseite hin abnimmt. Weiterhin ist die erste Dichtung so angeordnet, dass sie sich zu einem solchen Bereich erstreckt. Daher wächst der Keileffekt in Richtung der entfernten Endseite der ersten Dichtung an, so dass das zu haltende Element und die metallene Hülle noch sicherer zueinander fixiert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Gassensor mit einem Gasnachweiselement bereitgestellt, das eine röhrenförmige Form mit einem geschlossenen Boden mit einem geschlossenen axial entfernten Ende annimmt, das eine auf seiner äußeren Umfangsoberfläche gebildete äußere Elektrode und einen Überstand, der radial nach außen vorsteht, umfasst; eine röhrenförmige metallene Hülle mit einem gestuften Bereich, der von ihrer inneren Umfangsoberfläche radial nach innen vorsteht und angepasst ist, das Gasnachweiselement darin zu halten, während sie das Gasnachweiselement radial von außen umgibt und eine entfernte Endoberfläche des Überstands durch eine Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs stützt, wobei die Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs an die an der entfernten Endoberfläche des Überstands gebildete äußere Elektrode angrenzt, um dabei mit der äußeren Elektrode elektrisch verbunden zu sein; und eine erste Dichtung, die an eine nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle angrenzt, wobei die erste Dichtung in einer spitzwinkligen Ausnehmung, die zwischen der nahen Endoberfläche das Überstands und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gebildet ist, angeordnet ist, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst ist.
Bei dem konventionellen Gassensor ist die Drahtdichtung elastisch in axialer Richtung deformiert, um dabei teilweise an die nahe Endoberfläche des Überstands des Gansnachweiselements und an die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle anzugrenzen. Im Kontrast dazu ist bei dem erfindungsgemäßen Gassensor die der konventionellen Drahtdichtung korrespondierende erste Dichtung in der spitzwinkligen Ausnehmung, die zwischen der nahen Endoberfläche des Überstands und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle ausgebildet ist, angeordnet, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst ist. Auf diese Weise kann die erste Dichtung das Gasnachweiselement in der metallene Hülle halten selbst, wenn keine externe Belastung auf die erste Dichtung ausgeübt wird. Daher ist es im Vergleich zu dem konventionellen Gegenstück weniger wahrscheinlich, dass die erste Dichtung sich löst, selbst wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors sich eine Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen passiert, wodurch eine Positionsverschiebung des Gasnachweiselements und das Aufkommen eines defekten Kontakts zwischen der Stützungsoberfläche des gestuften Bereiches der metallenen Hülle und der äußeren Elektrode, die auf der entfernten Endoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements gebildet ist, unterdrückt werden. Auf diese Weise wird die Verlässlichkeit der elektrischen Verbindung zwischen der metallenen Hülle und der äußeren Elektrode des Gasnachweiselements verbessert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Gassensor mit einem Gasnachweiselement bereitgestellt, das eine röhrenförmige Form mit einem geschlossenen Boden mit einem geschlossenen axial entfernten Ende annimmt, das eine auf seiner äußeren Umfangsoberfläche gebildete äußere Elektrode und einen Überstand, der radial nach außen vorsteht, umfasst; eine röhrenförmige metallene Hülle mit einem gestuften Bereich, der von ihrer inneren Umfangsoberfläche aus radial nach innen vorsteht und angepasst ist, das Gasnachweiselement darin zu halten, während sie das Gasnachweiselement radial von außen umgibt und eine entfernte Endoberfläche des Überstands durch eine Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs stützt; eine erste Dichtung, die an eine nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle angrenzt; und eine zweite Dichtung aus Metall, die zwischen der entfernten Endoberfläche des Überstands und der Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs angeordnet ist und die an die Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs und die äußere Elektrode, die an der entfernten Endoberfläche des Überstands angeordnet ist, angrenzt, um dadurch die metallene Hülle und die äußere Elektrode elektrisch zu verbinden, wobei die erste Dichtung in einer spitzwinkeligen Ausnehmung, die zwischen der nahen Endoberfläche des Überstands und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gebildet ist, angeordnet ist, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Gassensor ist die erste Dichtung in der spitzwinkligen Ausnehmung angeordnet, die zwischen der nahen Endoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gebildet ist, so dass die erste Dichtung einen keilförmigen Querschnitt hat und gegen die nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst ist. Auf diese Weise kann die erste Dichtung das Gasnachweiselement in der metallenen Hülle fixieren selbst, wenn keine externe Belastung auf die erste Dichtung ausgeübt wird. Auf diese Weise ist es im Vergleich zu einem konventionellen Gegenstück weniger wahrscheinlich, dass die erste Dichtung sich löst selbst, wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen passiert. Auf diese Weise kann eine Positionsverschiebung des Gasnachweiselements und der Vorfall eines defekten Kontakts zwischen der zweiten Dichtung und der äußeren Elektrode, die auf der entfernten Endoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements und zwischen der zweiten Dichtung und der Stützungsoberfläche des gestuften Bereiches der metallenen Hülle gebildet sind, unterdrückt werden. So kann die Verlässlichkeit der elektrischen Verbindung zwischen der metallenen Hülle und der äußeren Elektrode des Gasnachweiselements verbessert werden.
Der oben beschriebene Gassensor umfasst ferner eine geladene Dichtungsschicht, die mittels des Ladens eines Puders in eine Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Gasnachweiselements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle in einer Region gebildet wird, die sich bezüglich des Überstands des Gasnachweiselements in Richtung des nahen Ende des Gassensors befindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die aus Puder gebildete geladene Dichtungsschicht in einer Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Gasnachweiselements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle angeordnet, wodurch die Leistungsfähigkeit der Dichtung der Ausnehmung zwischen dem Gasnachweiselement und der metallenen Hülle verbessert wird.
Die konventionellen Gassensoren haben potenziell das folgende Problem. In Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors können sich der gequetschte Bereich („crimp”) lösen oder ein ähnliches Phänomen auftreten. Daher können Teilchen des Puders durch eine Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle hindurch passieren und eine Region erreichen, wo die Scheibendichtung bereit gestellt ist. Die Teilchen dringen zwischen die Scheibendichtung und das Gasnachweiselement oder zwischen die Scheibendichtung und die metallene Hülle, wodurch ein defekter Kontakt zwischen beiden verursacht wird, woraus ein defekter elektrischer Kontakt zwischen beiden resultiert.
In der vorliegenden Erfindung ist die erste Dichtung jedoch in einem spitzwinkligen Ausnehmung zwischen der nahen Endoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle angeordnet, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nahe Endoberfläche des überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst wird. Ein solches strukturelles Merkmal der ersten Dichtung unterdrückt daher das Auftreten des folgenden Problems, selbst wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnlicher Vorfall passiert: Puderteilchen passieren durch eine Ausnehmung zwischen die äußere Umfangsoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle und erreichen eine Region, in der die zweite Dichtung bereit gestellt ist; und die Teilchen dringen zwischen die zweite Dichtung und die Gasnachweiselements oder zwischen die zweite Dichtung und die metallene Hülle, wodurch sich ein defekter Kontakt zwischen beiden bildet.
Bei allen oben beschriebenen erfindungsgemäßen Gassensoren ist die erste Dichtung aus Metall gemacht und grenzt an die äußere Elektrode, die auf der nahen Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gebildet ist, um dadurch die äußere Elektrode mit der metallenen Hülle elektrisch zu verbinden.
Erfindungsgemäß grenzt die erste Dichtung an die äußere Elektrode, die auf der nahen Endoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements gebildet ist, und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle, so dass die metallene Hülle und die äußere Elektrode des Gasnachweiselements elektrisch miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann die metallene Hülle und die äußere Elektrode des Gasnachweiselements elektrisch in verlässlicherer Weise miteinander verbunden werden.
Bevorzugt ist die erste Dichtung bei dem oben beschriebenen Gassensor durch axiales Pressen und plastische Deformation einer Drahtdichtung gebildet, die in die Ausnehmung zwischen der nahen Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle eingeführt ist, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat.
Erfindungsgemäß ist die erste Dichtung durch axiales Pressen und plastische Deformation einer Drahtdichtung, die in die Ausnehmung zwischen der nahen Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle eingeführt worden ist, gebildet, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat. Da eine solche erste Dichtung in Folge des starken Drucks und der plastischen Deformation einen keilartigen Querschnitt hat, ist die erste Drahtdichtung stark gegen die nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst. Entsprechend können das Gasnachweiselement und die metallene Hülle stabil zusammengefügt werden.
Bevorzugt nehmen die nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle in dem oben beschriebenen Gassensor jeweils Formen an, so dass in zumindest der entfernten Endseitenbereich der Ausnehmung der Winkel zwischen der nahen Endoberfläche und der inneren Umfangsoberfläche in Richtung der entfernten Endseite hin abnimmt, und die erste Dichtung ist so angeordnet, dass sie sich zu dem Bereich der Ausnehmung erstreckt, in dem der Winkel, der zwischen der nahen Endoberfläche und der inneren Umfangsoberfläche gebildet ist, in Richtung zu der entfernten Endseite hin abnimmt.
Gemäß einer Ausführungsform nehmen die nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle jeweils Formen an, so dass in zumindest einem entfernt-endseitigen Bereich der Ausnehmung der Winkel zwischen der nahen Endoberfläche und der inneren Umfangsoberfläche in Richtung des entfernten Endseite hin abnimmt. Weiterhin ist die erste Dichtung so angelegt, dass sie sich bis zu einem solchen Bereich hin erstreckt. Daher wächst der Keileffekt in Richtung zu der entfernten Endseite der ersten Dichtung, so dass das Gasnachweiselement und die metallene Hülle miteinander sicherer verbunden werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Methode zur Herstellung eines Gassensors mit einem Gasnachweiselement bereitgestellt, das eine röhrenförmige Form mit einem geschlossenen Boden mit einem geschlossenen axial entfernten Ende annimmt, das eine auf seiner äußeren Umfangsoberfläche gebildete äußere Elektrode hat und das einen Überstand, der radial nach außen vorsteht, umfasst; eine röhrenförmige metallene Hülle mit einem gestuften Bereich, der von ihrer inneren Umfangsoberfläche aus radial nach innen vorsteht und angepasst ist, das Gasnachweiselement darin zu halten, während sie das Gasnachweiselement radial von außen umgibt und eine entfernte Endoberfläche des Überstands durch eine Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs stützt, wobei die Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs an die äußere Elektrode, die an der entfernten Endoberfläche des Überstands bebildet ist, angrenzt, um dabei mit der äußeren Elektrode elektrisch verbunden zu sein; und eine erste Dichtung, die an eine nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle angrenzt. Die Methode umfasst einen Element-Einführungsschritt zur Einführung des Gasnachweiselements in die metallene Hülle; einen Drahtdichtung-Einführungsschritt zum Einführen einer Drahtdichtung, die die erste Dichtung wird, in die metallene Hülle; und einen Erste-Dichtung-Bildungsschritt zum axialen Pressen der Drahtdichtung, die in die metallene Hülle eingeführt worden ist, so dass die Drahtdichtung plastisch verformt wird, um die erste Dichtung zu bilden, die in einer zwischen der nahen Endoberfläche des Überstands und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gebildeten spitzwinkligen Ausnehmung angeordnet ist, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst ist.
Erfindungsgemäß wird die Drahtdichtung eingeführt (der Drahtdichtung-Einführungsschritt), nachdem das Gasnachweiselement in die metallene Hülle eingeführt worden ist (der Element-Einführungsschritt). Danach wird die Drahtdichtung axial gepresst, so dass die Drahtdichtung plastisch verformt wird, um die erste Dichtung zu bilden, die in der spitzwinkligen Ausnehmung zwischen der nahen Endoberfläche des Überstands und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gebildet wird, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt bildet und gegen die nahe Erdoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst wird (erster Dichtungsbildungsschritt). Die durch die elastische Deformation gebildete erste Dichtung wird stark gegen die nahe Endoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements gepresst und ist stark gegen die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst. Auf diese Weise kann die erste Dichtung das Gasnachweiselement in der metallenen Hülle halten selbst, wenn kein externer Stress auf die erste Dichtung ausgeübt wird. Daher kann verglichen zu konventionellen Gegenstücken die erste Dichtung sich weniger leicht lösen selbst, wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors sich die Verbiegung (_”crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen passiert. Auf diese Weise kann eine Positionsverschiebung des Gasnachweiselements und der Vorfall von defekten Kontakten zwischen der Stützungsoberfläche des gestuften Bereiches der metallenen Hülle und der äußeren Elektrode, die auf der entfernten Endoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements gebildet sind, verhindert werden. Dadurch wird die Verlässlichkeit der elektrischen Verbindung zwischen der metallenen Hülle und der äußeren Elektrode des Gasnachweiselements verbessert. Zusätzlich kann der Gassensor auf einfache Weise bei niedrigen Kosten hergestellt werden, weil die erste Dichtung durch eine plastische Deformierung der Drahtdichtung gebildet ist.
Eine weitere Ausführungsform umfasst eine Methode zur Herstellung eines Gassensors mit einem Gasnachweiselement, das eine röhrenförmige Form mit einem geschlossenen Boden mit einem geschlossenen axial entfernten Ende annimmt, das eine auf seiner äußeren Umfangsoberfläche gebildete äußere Elektrode hat und das einen Überstand, der radial nach außen vorsteht, umfasst; eine röhrenförmige metallene Hülle mit einem gestuften Bereich, der von ihrer inneren Umfangsoberfläche aus radial nach innen vorsteht und angepasst ist, das Gasnachweiselement darin zu halten, während sie das Gasnachweiselement radial von außen umgibt und eine entfernte Endoberfläche des Überstands durch eine Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs stützt; eine erste Dichtung, die an eine nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle angrenzt; und eine zweite Dichtung aus Metall, die zwischen der entfernten Endoberfläche des Überstands und der Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs angeordnet ist und die an die äußere Elektrode, die an der entfernten Endoberfläche des Überstands angeordnet ist, und die Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs angrenzt, um dadurch die äußere Elektrode mit der metallenen Hülle elektrisch zu verbinden. Die Methode umfasst einen Zweite-Dichtung-Einführungsschritt zum Einführen der zweiten Dichtung in die metallene Hülle; nach dem Zweite-Dichtung-Einführungsschritt einen Element-Einführungsschritt zur Einführung des Gasnachweiselements in die metallene Hülle; nach dem Element-Einführungsschritt einen Zweite-Dichtung-Pressschritt zum axialen Pressen des Gasnachweiselements und der in die metallene Hülle eingeführte zweiten Dichtung, um dabei die zweite Dichtung in engen Kontakt mit der Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs zu bringen; nach dem Zweite-Dichtung-Pressschritt einen Drahtdichtung-Einführungsschritt zum Einführen einer Drahtdichtung, die die erste Dichtung werden soll, in die metallene Hülle; und einen Erste-Dichtung-Bildungsschritt zum axialen Pressen der in die metallene Hülle eingeführten Drahtdichtung, so dass die Drahtdichtung plastische verformt wird, um eine erste Dichtung zu bilden, die in einer spitzwinkligen Ausnehmung, die zwischen der nahen Endoberfläche des Überstands und dem inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gebildet ist, angeordnet ist, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Gasnachweiselement eingeführt (Elementeinführungsschritt), nachdem die zweite Dichtung in die metallene Hülle eingeführt worden ist (Zweite-Dichtung-Einführungsschritt). Danach werden das Gasnachweiselement und die zweite Dichtung axial gepresst, um dadurch die zweite Dichtung in engen Kontakt mit der Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs der metallenen Hülle zu bringen (der Zweite-Dichtung-Pressschritt). Auf diese Weise wird der Kontakt zwischen der zweiten Dichtung und der metallenen Hülle verbessert.
Danach wird die Drahtdichtung eingeführt (der Drahtdichtung-Einführungsschritt). Dann wird die Drahtdichtung axial gepresst, so dass die Drahtdichtung plastisch deformiert wird, um die erste Dichtung zu bilden, die in der spitzwinkligen Ausführung zwischen der nahen Endoberfläche des Überstands und der inneren Umfangsoberfläche der metallenen Hülle angeordnet ist, so dass die erste Dichtung einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nahe Endoberfläche des Überstands und die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst wird (der Erste Dichtung Bildungsschritt). Die erste Dichtung, die durch elastische Deformation gebildet ist, ist stark gegen die nahe Endoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements und gegen die innere Umfangsoberfläche der metallenen Hülle gepresst. Dadurch kann die erste Dichtung das Gasnachweiselement in der metallenen Hülle halten selbst, wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung ausgeübt wird. Daher ist es im Vergleich mit einem konventionellen Gegenstück weniger wahrscheinlich, dass die erste Dichtung sich löst selbst, wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors sich eine Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen auftritt. Dadurch können Positionsverschiebung des Gasnachweiselements und Verursachung von Kontaktdefekten zwischen der Stützungsoberfläche des gestuften Bereichs der metallenen Hülle und der äußeren Elektrode, die auf der entfernten Endoberfläche des Überstands des Gasnachweiselements angeordnet ist, unterdrückt werden. Auf diese Weise kann die Verlässlichkeit der elektrischen Verbindung zwischen der metallenen Hülle und der äußeren Elektrode des Gasnachweiselements verbessert werden. Zusätzlich kann, da die erste Dichtung mittels der plastischen Deformation der Drahtdichtung gebildet ist, der Gassensor auf leichte Weise bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1: Querschnittsansicht eines Gassensors entsprechend einer ersten Ausführungsform.
2: Teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des Gassensors des ersten Ausführungsform, der eine Region zeigt, in der eine erste Dichtung und eine Scheibendichtung bereitgestellt sind.
3: Teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des Gassensors der ersten Ausführungsform, der einen Hauptbereich zeigt, in dem die erste Dichtung bereitgestellt ist.
4: Erklärende Ansicht, die eine Pressvorrichtung zum Pressen einer Drahtdichtung entsprechend einer Methode zur Herstellung des Gassensors der ersten Ausführungsform zeigt.
5: Erklärende Ansicht, die eine Methode zur plastischen Verformung der Drahtdichtung entsprechend der Methode zur Herstellung des Gassensors des ersten Ausführungsform zeigt.
6: Teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Gassensors entsprechend einer zweiten Ausführungsform, die eine Region zeigt, in der eine erste Dichtung bereitgestellt ist.
7: Querschnittsansicht eines Gassensors entsprechend einer dritten Ausführungsform.
8: Teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Gassensors der dritten Ausführungsform, der eine Region zeigt, in der eine erste Dichtung und eine Scheibendichtung bereitgestellt sind.
9: Teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Gassensors der dritten Ausführungsform, der einen Hauptbereich zeigt, in dem die erste Dichtung bereit gestellt ist.
10: Querschnittsansicht eines Gassensors entsprechend einer vierten Ausführungsform.
11: Teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Gassensors der vierten Ausführungsform, der eine Region zeigt, in der eine erste Dichtung und eine Scheibendichtung bereitgestellt sind.
12: Teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des Gassensors der vierten Ausführungsform, der einen Hauptbereich zeigt, in dem die erste Dichtung bereitgestellt ist.
13: Partielle Querschnittsansicht eines konventionellen Gassensors.
Bezugszeichenliste

101, 301, 401: Gassensor
111, 311, 411: Gasnachweiselement
111n, 311n: Innere Umfangsoberfläche (eines Gasnachweiselements)
111m, 311m: Äußere Umfangsoberfläche (eines Gasnachweiselements)
113, 313: Überstand (eines Gasnachweiselements)
115, 315: Innere Elektrode
117, 317: Äußere Elektrode
131, 331, 431: Metallene Hülle
131n, 331n, 431n: Innerer Umfangsoberfläche (einer metallenen Hülle)
135b, 335b, 435b: Gestufter Bereich (einer metallenen Hülle)
157, 357, 457: Scheibendichtung (zweite Dichtung)
159, 359, 459: Erste Dichtung
165, 365, 465: Drahtdichtung
161, 361, 461: Geladene Dichtungsschicht
421: Elementhalter

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
(ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
Als nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme der beiliegenden der Zeichnungen im Detail beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Gassensors 101 des vorliegenden Ausführungsform und 2 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des Gassensors 101, der eine Region zeigt, in der eine erste Dichtung 159 und eine Scheibendichtung (eine zweite Dichtung) 157 bereitgestellt sind. 3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des Gassensors der ersten Ausführungsform, der einen Hauptbereich zeigt, in dem die erste Dichtung 159 bereitgestellt ist. Der Gassensor 101 ist ein Sauerstoffsensor, der an eine Auspuffgasleitung einer internen Verbrennungsmaschine befestigt werden kann, um eine Sauerstoffkonzentration des Auspuffgases zu messen. Der Gassensor 101 umfasst ein röhrenförmiges Gasnachweiselement (zu haltendes Element) 111 mit geschlossenen Boden mit einem entfernten Ende (das untere Ende in 1) geschlossen, wenn in Richtung der Achse C betrachtet, und eine röhrenförmige metallene Hülle 131, die das Gasnachweiselement 111 koaxial darin hält.
Das Gasnachweiselement 111 umfasst einen Überstand 113, der bezüglich der Richtung der Achse C ringsum des zentralen Bereiches gebildet ist und radial nach außen vorsteht. Der Überstand 113 hat eine erste konische äußere Umfangsoberfläche (eine entfernte Endoberfläche (entfernt-endseitige Halterungsoberfläche)) 113t1, die sich an seinem entfernten Ende befindet und deren Durchmesser von seiner entfernten Endseite zur nahen Endseite hin anwächst; eine zweite konische äußere Umfangsoberfläche (eine nahe Endoberfläche (nah-endseitige Halterungsoberfläche)) 113t2, die sich an seinem nahen Ende befindet und deren Durchmesser von seiner nahen Seite zu seiner entfernten Endseite hin anwächst; und eine zentrale äußere Umfangsoberfläche 113m, die einen festen Durchmesser hat und die erste konische äußere Umfangsoberfläche 113t1 und die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 113t2 verbindet. Insbesondere ist, wie in 3 gezeigt, die zweite konische äußere Umfangsoberfläche (die nahe Endoberfläche (nah-endseitige Halterungsoberfläche)) 113t2 zusammengesetzt aus zwei bogenförmigen Oberflächen; d. h., eine erste bogenförmige Oberfläche 113t21, die an der entfernten Endseite angeordnet ist und nach außen konvex ist (rechte Richtung in 3), und eine zweite bogenförmige Oberfläche 113t22, die mit der ersten bogenförmigen Oberfläche 113t21 verbunden ist, ist lokalisiert an der nahen Endseite und nach innen konvex (linke Richtung von 3). Das Gasnachweiselement 111 ist aus einem Sauerstoff-Ionen leitenden Festkörperelektrolyten gemacht; z. B. einem Festkörperelektrolyten, der teilweise stabilisiertes Zirkonium als Hauptkomponente enthält. Die im Wesentlichen gesamte innere Umfangsoberfläche 111n des Gassensorelements 111 ist mit einer inneren Elektrode 115 bedeckt. Eine äußere Elektrode 117 bedeckt einen Bereich der äußeren Umfangsoberfläche 111mm, die sich im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche eines entfernten Endabschnitts des Gasnachweiselements 111, das von der metallenen Hülle 131 vorsteht, erstreckt. Weiterhin bedeckt die äußere Elektrode 117 einen Bereich des Gassensorelements 111, der sich von dem entfernten Endbereich des Gassensorelements 111 zu dem Überstand 113 Weise erstreckt, um sich linear in axiale Richtung zu erstrecken. Die inneren Elektroden 115 und die äußere Elektrode 117 sind im Wesentlichen aus Pt gemacht.
Die metallene Hülle 131 ist aus rostfreiem Stahl (SUS430) gemacht und zusammengesetzt aus einem entfernten Endabschnitt 133 (ein unterer Bereich in 1), einem zentralen Abschnitt 137 und einem nahen Endabschnitt 137 (ein oberer Bereich in 1). Eine Durchführung, deren Wand eine innere Umfangsoberfläche 131n ist, erstreckt sich durch die metallene Hülle 131, und ihr Durchmesser reduziert sich von dem nahen Ende der metallenen Hülle 131 zu dem entfernten Ende der metallenen Hülle 131.
Der entfernte Endabschnitt 133 hat eine innere Umfangsoberfläche 133n mit einem relativ kleinen Durchmesser (ungefähr 6,5 mm) und einen Außengewindebereich 133g (male-threaded portion), die auf seinem äußeren Umfang gebildet ist und angepasst ist, um den Gassensor 101 an einem Auspuffrohr zu befestigen. Eine Schutzkappe 151 ist auf einem entfernten Endbereich des entfernten Endabschnitts 133 befestigt, um einen entfernten Abschnitt des Gasnachweiselements 111 zu schützen. Die Schutzkappe 151 ist aus rostfreiem Stahl gemacht, hat eine röhrenförmige Form mit geschlossenem Boden und eine Anzahl von Gaseinführungsöffnungen 151k, um Auspuffgas in das Innere des Gassensors 101 von dem Auspuffrohr einzulassen. Ein Dichtungsring 153 aus rostfreiem Stahl ist an einen nahen Endbereich des entfernten Endabschnitts 133 befestigt.
Der zentrale Abschnitt 135 setzt sich aus einem ersten gestuften Bereich 135b mit einer ersten konischen inneren Umfangsoberfläche (Stützungsoberfläche) 135t1 zusammen, die mit der inneren Umfangsoberfläche 133n des entfernten Endabschnitts 133 verbunden ist und deren Durchmesser in Richtung zur nahen Endseite des Gassensors 101 anwächst; einem röhrenförmigen Bereich 135c mit einer zentralen inneren Umfangsoberfläche 135n, die mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 135t1 verbunden ist und die einen Durchmesser (ungefähr 9,1 mm) hat, der größer ist als der der inneren Umfangsoberfläche 133n; und einem zweiten gestuften Bereich 135d mit einer zweiten konischer inneren Umfangsoberfläche 135t2, die mit der zentralen inneren Umfangsoberfläche 135n verbunden ist und deren Durchmesser in Richtung zur nahen Endseite des Gassensors 101 anwächst. Ein radialer äußerer Bereich des zentralen Abschnitts 135 ist zu einem hexagonalen Flanschbereich geformt (einem Eingriffsmittelbereich) 135r, der zum Befestigen des Gassensors 101 an das Auspuffrohr verwendet wird.
Der nahe Endabschnitt 137 hat eine innere Umfangsoberfläche 137n, die mit der zweiten konischen inneren Umfangsoberfläche 135t2 des zentralen Abschnitts 135 verbunden ist und die einen Durchmesser (ungefähr 12,5 mm) hat, der größer ist als der der zentralen inneren Umfangsoberfläche 135n.
Eine ringförmige Scheibendichtung 157 aus Metall (SUS430) mit einer Dicke von 0,3 mm ist auf der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 135t1 des zentralen Abschnitts 135 der metallenen Hülle 131 angeordnet und in engem Kontakt mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 135t1. Die erste konische äußere Umfangsoberfläche 113t1 des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111, das koaxial in die metallene Hülle 131 eingeführt worden ist, grenzt von oben an die Scheibendichtung 157. Mit anderen Worten sind der erste gestufte Bereich 135b des zentralen Abschnitts 135 der metallenen Hülle 131 und der Überstand 113 des Gasnachweiselements 111 über die Scheibendichtung 157 miteinander gekoppelt. Auf diese Weise stellt die Scheibendichtung 157 eine elektrische Verbindung zwischen der metallenen Hülle 131 und der äußeren Elektrode des Gasnachweiselements 111 in verlässlicher Weise her.
Die erste Dichtung 159 vom C-Typ aus NW2201 (JIS H4551 – 2002), die Ni als ihre Hauptkomponente enthält, ist auf der nahen Endseite des Überstands 113 der eingeführten Gasnachweiselements 111 an einer Position angeordnet, die eine Ausnehmung zwischen dem Überstand 113 des Gasnachweiselements 111 und der inneren Umfangsoberfläche 131n (die zentrale innere Umfangsoberfläche 135n des zentralen Abschnitts 135) der metallenen Hülle 131 blockiert. Im Speziellen ist die erste Dichtung 159 in einer spitzwinkligen Ausnehmung 120 angeordnet, die durch die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 113t2 des Überstands 113 und der zentralen inneren Umfangsoberfläche 135n der metallenen Hülle 131 gebildet ist, so dass die erste Dichtung 159 einen keilartigen Querschnitt hat und in einem Pressungskontakt mit der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 113t2 des Überstands 113 und der zentralen inneren Umfangsoberfläche 135n der metallenen Hülle 131 jeweils ist. Insbesondere nimmt, da ein entfernt-endseitiger Bereich der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 113t2 des Überstands 113 durch die erste bogenförmige Oberfläche 113t21 gebildet ist, ein entfernt-endseitiger Bereich der Ausnehmung 120 (siehe 3) eine Form ein, dass der Winkel zwischen der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 113t2 des Überstands 113 und der zentralen inneren Umfangsoberfläche 135n der metallenen Hülle 131 zur entfernten Endrichtung hin abnimmt. Die erste Dichtung 159 erstreckt sich zu dem Bereich, bei dem der oben erwähnte Winkel abnimmt. Es sei bemerkt, dass, obwohl die erste Dichtung 159 ursprünglich eine Drahtdichtung mit einem Durchmesser von ungefähr 0,6 mm ist, die Drahtdichtung in axialer Richtung in die entfernte Endseitenrichtung gepresst wird, um plastisch verformt zu werden, so dass die erste Dichtung 159 einen keilartigen Querschnitt hat.
In einer Region, die in Bezug auf den Überstand 113 (die erste Dichtung 159) des Gasnachweiselements 111 in Richtung zum nahen Ende des Gassensors 101 lokalisiert ist, wird ein Puder, der im Wesentlichen aus Talk gemacht ist, in eine ringförmige Ausnehmung, die zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 111m eines nahen Endabschnitts des Gasnachweiselements 111 und der inneren Umfangsoberfläche 131n (die zweite konische innere Umfangsoberfläche 135t2 des zentralen Abschnitts 135 und die innere Umfangsoberfläche 137n des Nahendabschnitts 137) der metallenen Hülle 131 bereitgestellt ist, geladen, wodurch eine geladene Dichtungsschicht 161 gebildet ist.
In einer Region, die in Bezug auf die geladene Dichtungsschicht 161 im nahen Ende des Gassensors gelegen ist, ist ein entfernter Endabschnitt 173 einer Hülse 171 in eine ringförmige Ausnehmung eingeführt, die zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 111m des Gasnachweiselements 111 und der inneren Umfangsoberfläche 131n (die innere Umfangsoberfläche 137n des nahen Endabschnitts 137) der metallenen Hülle 131 angeordnet ist. Die Hülse 171 ist aus Aluminiumoxyd gemacht. Der entfernte Endabschnitt 173 der Hülse 171 nimmt die Form eines im Umfang großen Durchschnittsbereichs an, die radial nach außen vorsteht und eine konische äußere Umfangsoberfläche 173m hat, deren Durchmesser in Richtung zur entfernten Endseite des entfernten Endabschnitts 173 anwächst. Eine Drahtdichtung 175 aus rostfreiem Stahl (SUS430) ist auf der konischen äußeren Umfangsoberfläche 173m aufgebracht. Das Spitzen-Ende des nahen Endabschnitts 137 der metallenen Hülle 131 ist in einer solchen Weise radial nach innen gebogen, dass die zweite Dichtung 165 bedeckt ist, wodurch die zweite Dichtung 165 mittels Quetschens („crimping”) komprimiert wird. Die komprimierende Quetschaktion komprimiert die geladene Dichtungsschicht 161 axial, wodurch das Gasnachweiselement 111 in der metallenen Hülle 131 koaxial gehalten wird. Eine elastische Kraft (Druck) der geladenen Dichtungsschicht 161, die durch die komprimierende Quetschaktion herbeigeführt ist, verbessert die Leistungsfähigkeit des Abdichtens der Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 111m des Gasnachweiselement 111 und der inneren Umfangsoberfläche 131n der metallenen Hülle 131.
Ein elementseitiger Anschluss 181 ist in das Gasnachweiselement 111 eingeführt und elektrisch mit der inneren Elektrode 115 des Gasnachweiselements 111 verbunden. Um ein Ausgangssignal des Gasnachweiselements 111 an ein externes Gerät auszugeben, ist der elementseitige Anschluss 181 mit einem hülsenseitigen Anschluss 183, der in der Hülse 171 gebildet ist, elektrisch verbunden. Der elementseitige Anschluss 181 und der hülsenseitige Anschluss 183 sind aus einer Nickellegierung gemacht, wie z. B. INCONEL.
Wie oben beschrieben, ist bei dem Gassensor 101 der vorliegenden Ausführungsform die erste Dichtung 159 in Presskontakt mit der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche (die nahe Endoberfläche (nah-endseitige Halterungsoberfläche) 113t2 des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111 und mit der inneren Umfangsoberfläche 131n (die zentrale innere Umfangsoberfläche 135n) der metallenen Hülle 131. Die erste Dichtung 159 kann daher das Gasnachweiselement (zu haltendes Element) 111 in der metallenen Hülle 131 halten, selbst wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung 159 ausgeübt wird. Daher kann sich die erste Dichtung 159 im Vergleich mit einem konventionellen Gerät weniger leicht lösen, selbst wenn sich in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 101 eine Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen auftritt, so dass eine Positionsverschiebung des Gasnachweiselements 111 verhindert wird. Auf diese Weise ist es möglich, das Auftreten eines defekten Kontakts zwischen der Scheibendichtung (die zweite Dichtung) 157 und der äußeren Elektrode 117, die auf der ersten konischen äußeren Umfangsoberfläche (die entfernte Endoberfläche) 113t1 des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111 und zwischen der Scheibendichtung (die zweite Dichtung) 157 und der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche (die Stützungsoberfläche) 135t1 des ersten gestuften Bereichs 135d der metallenen Hülle 131 angeordnet ist, zu unterdrücken. Auf diese Weise kann die Verlässlichkeit des elektrischen Kontaktes zwischen der metallenen Hülle 131 und der äußeren Elektrode 117 des Gasnachweiselements 111 verbessert werden.
Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform die erste Dichtung 159 durch axiales Pressen und plastisches Verformen einer Drahtdichtung gebildet, die in die Ausnehmung 120 eingeführt worden ist, so dass die erste Dichtung 159 einen keilartigen Querschnitt hat. Da die erste Dichtung 159 in Folge ihres starken Drückens und plastischer Deformierung einen keilartigen Querschnitt hat, ist die erste Dichtung stark gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 113t2 und die zentrale innere Umfangsoberfläche 135n gepresst. Entsprechend sind das Gasnachweiselement 111 und die metallene Hülle 131 sicher miteinander verbunden.
Darüber hinaus nimmt der entfernt-endseitige Bereich der Ausnehmung 120 eine Form an (die erste bogenförmige Oberfläche 113t21 in 3), so dass der Winkel zwischen der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 113t2 und der inneren Umfangsoberfläche 131n in Richtung zum entfernten Ende hin abnimmt, und die erste Dichtung 159 ist so aufgebracht, dass sie sich bis zu diesem Bereich erstreckt. Daher wächst der Keileffekt in Richtung zum entfernten Ende der ersten Dichtung 159 an, so dass das Gasnachweiselement und die metallene Hülle 131 noch sicherer miteinander verbunden werden können.
Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform die geladene Dichtungsschicht 161, die aus einem Puder gebildet ist, in einer ringförmigen Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 111m eines nah-endseitigen Abschnitts des Gasnachweiselements 111 und der inneren Umfangsoberfläche 131n (die zweite konische innere Umfangsoberfläche 135t2 des zentralen Abschnitts 135 und der inneren Umfangsoberfläche 137n der nahendseitigen Abschnitts 137) der metallenen Hülle 131 bereitgestellt, wodurch die Leistungsfähigkeit des Abdichtens der Ausnehmung zwischen dem Gasnachweiselement 111 und der metallenen Hülle 131 verbessert wird.
Außerdem unterdrückt, selbst wenn sich in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 101 die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen auftritt, das oben beschriebene strukturelle Merkmal der ersten Dichtung 149 das Auftreten des folgenden Problems: Puderteilchen passieren durch eine Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche (die zentrale äußere Umfangsoberfläche 113m) des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111 und der inneren Umfangsoberfläche (die zentrale innere Umfangsoberfläche 135n) der metallenen Hülle 131 und erreichen eine Region, in der die Scheibendichtung 157 bereitgestellt ist; und die Teilchen dringen zwischen die Scheibendichtung 157 und das Gasnachweiselement 111 oder zwischen die Scheibendichtung 157 und die metallene Hülle 131, was einen defekten Kontakt zwischen ihnen verursacht.
Als nächstes wird eine Methode zur Herstellung des oben beschriebenen Gassensors 101 beschrieben.
Zunächst wird die metallene Hülle 131, die in einer bekannten Weise so hergestellt worden ist, dass sie eine vorbestimmte Form annimmt, vorbereitet. Als nächstes wird das Gasnachweiselement 111, das so hergestellt worden ist, dass ein fester Elektrolyt mit der inneren Elektrode 115 und der äußeren Elektrode 117 bedeckt und dann bei einer bekannten Methode gebrannt wird, vorbereitet. Die Scheibendichtung 157, die eine Dicke von ungefähr 0,3 mm hat, wird in die metallene Hülle 131 eingeführt und auf der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 135t1 des gestuften Bereichs 135b des zentralen Abschnitts 135 (der Zweite Dichtung-Einführungsschritt) aufgebracht.
Als nächstes wird das Gasnachweiselement 111 koaxial in die metallene Hülle 131 eingeführt, und die erste konische äußere Umfangsoberfläche 113t1 des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111 wird dazu gebracht, an die Scheibendichtung 157 (der Element-Einführungsschritt) anzugrenzen.
Anschließend wird eine Kraft von ungefähr 3 kN in axialer Richtung auf die Scheibendichtung 157 und das Gasnachweiselement 111 ausgeübt, wodurch die Scheibendichtung 157 in engen Kontakt mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 135t1 des gestuften Bereichs 135d des zentralen Abschnitts 135 (der Zweite-Dichtung-Pressschritt) gebracht wird.
Als nächstes wird die Drahtdichtung 159, die die erste Dichtung 159 wird, in die metallene Hülle 131, in die das Gasnachweiselement 111 eingeführt worden ist, eingeführt und auf die nahe Endseite des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111 und in eine Ausnehmung (Ausnehmung 120) zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 111m des Gasnachweiselements 111 und der inneren Umfangsoberfläche 131n der metallenen Hülle 131 (der Drahtdichtung-Einführungsschritt) aufgebracht (siehe 5).
Als nächstes wird die Drahtdichtung 159 axial in Richtung des entfernten Endes des Gassensors 101 gepresst, so dass sie in axialer Richtung plastisch verformt wird, wodurch die erste Dichtung 159 (der erste Dichtung-Bildungsschritt) geformt wird. Insbesondere wird, wie in 5 gezeigt, unter Verwendung einer Pressvorrichtung 201, wie in 4 gezeigt, die Drahtdichtung 159 axial in das entfernte Ende des Gassensors 101 bei einer Kraft von ungefähr 5 kN gepresst, wie es durch den dargestellten Pfeil gezeigt ist. Die Pressvorrichtung 201 nimmt eine rohrförmige Form an und ist aus einem entfernten Endbereich 203, der einen kleinen Durchmesser hat, und einem nahen Endbereich 205, der einen großen Durchmesser hat, zusammengesetzt. Der Durchmesser des entfernten Endbereichs 203 ist so festgelegt, dass der entfernte Endbereich 203 in eine Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 111 eines Nahendabschnitts des Gasnachweiselements 111 und der inneren Umfangsoberfläche 131n der metallenen Hülle 131 eingeführt werden kann. Ein entferntes Ende 203s des entfernten Endbereichs 203 ist aus einer dünnen Wand, so dass er in der Lage ist, die Drahtdichtung 159 zu pressen. Im ersten Dichtung-Bildungsschritt wird die Drahtdichtung 159 plastisch verformt, so dass sich seine Querschnittsform von einer kreisförmigen Form in eine Keilform ändert. Als Resultat grenzt die Drahtdichtung 159 an die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 113t2 des Überstands 113 des Gasnachweiselements und die zentrale Umfangsoberfläche 135n des zentralen Abschnitts 135 der metallenen Hülle 131.
Als nächstes wird, um eine geladene Dichtungsschicht 161 zu formen, ein Puder, der als Hauptkomponente Talk enthält, in eine Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 111n eines nahen Endabschnitts des Gasnachweiselements 111 und der inneren Umfangsoberfläche 131n der metallenen Hülle 131 gefüllt.
Anschließend wird der entfernte Endabschnitt 173 der Hülse 171 in die oben genannte Ausnehmung eingeführt. Dann wird die Drahtdichtung 165 eingeführt und auf der konischen äußeren Umfangsoberfläche 173 des entfernten Endabschnitts 173 der Hülse 171 angeordnet. Das nahe Ende des nahen Endabschnitts 137 der metallenen Hülle 131 ist radial nach innen gebogen, wodurch eine zusammengepresste Verbiegung in axialer Richtung durchgeführt wird.
Als nächstes wird der elementseitige Anschluss 181 in das Gasnachweiselement 111 eingeführt und in Kontakt mit der inneren Elektrode 115 des Gasnachweiselements 111 gebracht. Auch wird der hülsenseitige Anschluss 183 in die Hülse 171 eingeführt und darin fixiert. Anschließend wird die Schutzkappe 151 mit dem entfernte Ende der metallenen Hülle 131 befestigt. Der Dichtungsring 143 ist auf dem nahen Endbereich des entfernten Endabschnitts 133 auf der metallenen Hülle 131 befestigt.
Der Gassensor 101 ist somit fertiggestellt.
Wie oben beschrieben, ist entsprechend der Methode zur Herstellung des Gassensors 101 in der vorliegenden Ausführungsform bei dem zweiten Dichtung-Pressschritt die Scheibendichtung (die zweite Dichtung) 157 axial gepresst, um dadurch in engen Kontakt mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche (die Stützungsoberfläche) 135t1 des gestuften Bereichs 135b der metallenen Hülle 131 gebracht zu werden. Daher ist ein guter Kontakt zwischen der Scheibendichtung 157 und der metallenen Hülle 131 hergestellt.
In dem Ersten Dichtungs-Bildungsschritt wird die Drahtdichtung 159 axial gepresst, so dass sie dabei plastisch verformt wird, so dass die Drahtdichtung (die erste Dichtung) 159 gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 113t2 des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111 und die zentrale innere Umfangsoberfläche 135n des zentralen Abschnitts 135 der metallenen Hülle 131 gepresst wird. Dadurch kann, selbst wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung 159 ausgeübt wird, die erste Dichtung das Gasnachweiselements (zu haltendes Element) 111 in der metallenen Hülle 131 fixieren. Daher kann sich die erste Dichtung im Vergleich mit einem konventionellen Gegenstück weniger leicht lösen, selbst wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 101 sich eine Verbiegung („crimp”) gelöst hat oder ein ähnliches Phänomen aufgetreten ist, und eine Positionsverschiebung des Gasnachweiselements 111 unterdrückt werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen defekten Kontakt zwischen der Scheibendichtung 157 und der äußeren Elektrode 117, die auf der ersten konischen äußeren Umfangsoberfläche (die entfernte Endoberfläche) 113t1 des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111 und zwischen der Scheibendichtung 157 und der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche (die Stützungsoberfläche) 135t1 des ersten gestuften Bereichs 135b der metallenen Hülle 131 gebildet ist, zu verhindern. Auf diese Weise kann die Verlässlichkeit des elektrischen Kontakts zwischen der metallenen Hülle 131 und der äußeren Elektrode 117 des Gasnachweiselements 111 verbessert werden. Zusätzlich kann der Gassensor 101 auf leichte Weise und bei niedrigen Kosten hergestellt werden, wenn die erste Dichtung 159 wie oben beschrieben gebildet wird.
(ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM)
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die Beschreibung der strukturellen Merkmale, die der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich sind, werden weg gelassen oder vereinfacht.
6 ist eine teilweise vergrößerter Querschnittsansicht, die die wesentlichen Bereiche eines erfindungsgemäßen Gassensors zeigt. Der Gassensor unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Scheibendichtung (die zweite Dichtung) eliminiert ist. Die anderen Merkmale sind ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform und sind mit gemeinsamen Referenznummern bezeichnet, und eine wiederholte Beschreibung von diesen ist weggelassen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist keine Scheibendichtung auf der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 135t1 des zentralen Abschnitts 135 der metallenen Hülle 131 bereitgestellt. In anderen Worten sind der erste gestufte Bereich 135b des zentralen Abschnitts 35 der metallenen Hülle 131 und der Überstand 113 des Gasnachweiselements 111 in direktem Kontakt miteinander, wodurch eine direkte elektrische Verbindung zwischen der metallenen Hülle 131 und der äußeren Elektrode 117 des Gasnachweiselements 111 hergestellt ist.
Selbst in der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Dichtung 159 stark gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche (die nahe Endoberfläche (nah-endseitige Oberfläche)) 113t2 des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111 und gegen die innere Umfangsoberfläche 131n (die zentrale innere Umfangsoberfläche 135n) der metallenen Hülle 131 gepresst. Daher kann, selbst wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung 159 ausgeübt wird, die erste Dichtung 159 das Gasnachweiselement (zu haltendes Element) 111 in der metallenen Hülle 131 fixieren. Daher kann, selbst wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 101 sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen auftritt, die erste Dichtung 159 sich weniger leicht lösen im Vergleich mit einem konventionellen Gegenstück, wodurch eine Positionsverschiebung des Gasnachweiselements 111 und das Auftreten von defekten Kontakten zwischen der Scheibendichtung 157 und der äußeren Elektrode 117, die auf der ersten konischen äußeren Umfangsoberfläche (die entfernte Endoberfläche) 113t1 des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111 und zwischen der Scheibendichtung 157 und der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche (die Stützungsoberfläche) 135t1 des ersten gestuften Bereichs 135b der metallenen Hülle 131 aufgebracht ist, unterdrückt werden. Auf diese Weise kann die Verlässlichkeit der elektrischen Verbindung zwischen der metallenen Hülle 131 und der äußeren Elektrode 117 des Gasnachweiselements 111 verbessert werden.
Andere strukturelle Merkmale, die ähnlich zu denen der ersten Ausführungsform sind, liefern ähnliche Effekte.
In einer Methode zur Herstellung des Gassensors der vorliegenden Ausführungsform werden Schritte in Bezug auf die Scheibendichtung weggelassen, weil der Gassensor der vorliegenden Ausführungsform keine Scheibendichtung umfasst. Das heißt, dass, nachdem die metallene Hülle 131 und das Gasnachweiselement 111 vorbereitet sind, der Element-Einführungsschritt durchgeführt wird ohne Ausführung des Zweiten Dicktungs-Einführungsschritts. Als nächstes wird der Drahtdichtungs-Einführungsschritt ohne Ausführung des zweiten Dichtung-Pressschritts durchgeführt. Anschließend wird wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der erste Dichtungs-Bildungsschritt durchgeführt. Die verbleibenden Schritte werden in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgeführt, wodurch der Gassensor fertiggestellt wird.
Ebenfalls wird in der vorliegenden Ausführungsform der erste Dichtungs-Bildungsschritt so ausgeführt, dass die erste Dichtung 159 in eine keilartige Form übergeführt wird. Daher kann, selbst wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung 159 ausgeführt wird, die erste Dichtung 159 das Gasnachweiselement (zu haltendes Element) 111 in der metallenen Hülle 131 fixieren. Daher kann sich die erste Dichtung 159 im Vergleich mit einem herkömmlichen Gegenstück weniger leicht lösen, selbst wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 101 sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen auftritt, wodurch eine Positionsverschiebung des Gasnachweiselements und das Auftreten eines defekten Kontakts zwischen der äußeren Elektrode 117, die auf der ersten konischen äußeren Umfangsoberfläche (die entfernte Endoberfläche) 113t1 des Überstands 113 des Gasnachweiselements 111 und der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche (die Stützungsoberfläche) 135t1 des ersten gestuften Bereichs 135b der metallenen Hülle aufgebracht ist, unterdrückt werden. Auf diese Weise kann die Verlässlichkeit der elektrischen Verbindung zwischen der metallenen Hülle 131 und der äußeren Elektrode 117 des Gasnachweiselements 111 verbessert werden. Zusätzlich kann der Gassensor leicht und bei niedrigen Kosten hergestellt werden, weil die oben beschriebene erste Dichtung 159 durch plastische Verformung einer Drahtdichtung 159 gebildet ist.
(DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM)
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Beschreibungen von strukturellen Merkmalen, die den oben beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsformen ähnlich sind, werden weg gelassen oder vereinfacht.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Gassensors 301 der vorliegenden Ausführungsform, und 8 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des Gassensors 301, der eine Region zeigt, in der eine erste Dichtung 359 und eine Scheibendichtung (eine zweite Dichtung) 357 bereitgestellt sind. 9 zeigt einen teilweise vergrößerten Querschnitt des Gassensors der ersten Ausführungsform, der einen Hauptbereich zeigt, in dem die erste Dichtung 359 bereit gestellt ist. Der Gassensor 301 ist ein Sauerstoffsensor, der auf ein Auspuffgasrohr einer internen Verbrennungsmaschine befestigt werden kann, um die Sauerstoffkonzentration des Auspuffgases zu messen. Der Gassensor 301 umfasst ein röhrenförmiges Gasnachweiselement mit geschlossenem Boden (zu haltendes Element) 311 mit einem geschlossenen entfernten Ende (das untere Ende in 7), wenn entlang der Richtung der Achse C betrachtet, und einer röhrenförmige metallenen Hülle 331, die das Gasnachweiselement 311 darin koaxial hält.
Das Gasnachweiselement 311 umfasst einen Überstand 313, der in Bezug zu der Richtung der Achse C an seinem zentralen Bereich ringsum entlang des Umfangs gebildet ist und radial nach außen übersteht. Der Überstand 313 hat eine erste konische äußere Umfangsoberfläche (eine entfernte Endoberfläche (entfernt-endseitige Halterungsoberfläche)) 313t1, die auf ihrer entfernten Seite angeordnet ist und deren Durchmesser in Richtung zu seiner nahen Endseite anwächst; eine zweite konische äußere Umfangsoberfläche (eine nahe Endoberfläche (nah-endseitige Halterungsoberfläche)) 313t2, die auf ihrem nahen Ende angeordnet ist und deren Durchmesser von ihrer nahen Endseite in Richtung zu ihrer entfernten Endseite anwächst; und eine zentrale äußere Umfangsoberfläche 313m, die einen festen Durchmesser hat und die erste konische äußere Umfangsoberfläche 313t1 und die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 313t2 verbindet. Genauer gesagt setzt sich, wie in 9 gezeigt, die zweite konische äußere Umfangsoberfläche (die nahe Endoberfläche (die nah-endseitige Halterungsoberfläche)) 313t2 zusammen aus zwei bogenförmigen Oberflächen; das heißt, einer ersten bogenförmigen Oberfläche 313t21, die auf der entfernten Endseite lokalisiert ist und konvex nach außen ist (in rechte Richtung in 9) und einer zweiten bogenförmigen Oberfläche 313t22, die mit der ersten bogenförmigen Oberfläche 313t21 verbunden ist und auf der nahen Endseite lokalisiert und konvex nach innen ist (in linke Richtung in 9). Das Gasnachweiselement 311 ist aus einem Sauerstoff-Ionen leitenden Festkörperelektrolyten gemacht; z. B. ein Festkörperelektrolyt, der partiell stabilisiertes Zirkonium als Hauptkomponente enthält. Die im Wesentlichen gesamte innere Umfangsoberfläche 311n des Gassensorelements 311 ist verkleidet mit einer inneren Elektrode 315. Eine äußere Elektrode 317 bedeckt einen Bereich einer äußeren Umfangsoberfläche 311m, die sich über die im Wesentlichen gesamte Oberfläche eines entfernten Endabschnitts des Gasnachweiselements 311, das von der metallenen Hülle 331 übersteht, erstreckt. Eine isolierende, poröse Schutzschicht 319 ist auf der äußeren Elektrode 317 gebildet. Es sei insbesondere bemerkt, dass die inneren Elektroden 315 und die äußere Elektrode 317 im Wesentlichen aus Platin gemacht sind. Ein Heizer 312 ist in das Gasnachweiselement 311 eingeführt. Der Heizer 312 ist ein stabförmiger Keramikheizer, in welchem ein Hitze erzeugender Bereich, der ein Widerstandsheizelement umfasst, auf einem Kernmaterial aus hauptsächlich Aluminiumoxyd gebildet ist.
Die metallene Hülle 331 ist aus rostfreiem Stahl (SUS430) gemacht und besteht aus einem entfernten Endabschnitt 333 (ein unterer Bereich in 7), einem zentralen Abschnitt 335 und einem nahen Endabschnitt 337 (ein oberer Abschnitt in 7). Eine Durchführung, deren Wand eine innere Umfangsoberfläche 331n ist, erstreckt sich durch die metallene Hülle 331, und ihr Durchmesser reduziert sich vom nahen Ende der metallenen Hülle 331 zu dem entfernten Ende der metallenen Hülle 331 hin.
Der entfernte Endabschnitt 333 hat eine innere Umfangsoberfläche 333n mit einem relativ kleinen Durchmesser und einem männlich gestrehlten Bereich 333t („male-threaded portion”), die auf der äußeren Umfang des entfernten Endabschnitts 333 und einem zentralen Abschnitt 335, der später beschrieben wird, gebildet ist, und angepasst ist, um den Gassensor 301 mit dem Auspuffgasrohr zu verbinden. Eine Schutzkappe 351 ist mit einem entfernten Endbereich des entfernten Endabschnitts 333 befestigt, um einen entfernten Endabschnitt des Gasnachweiselements 311 zu schützen. Die Schutzkappe 351 ist aus rostfreiem Stahl gemacht; nimmt eine röhrenförmige Form mit einem geschlossenen Boden an; und hat eine Anzahl von Gaseinführungslöchern 351k, um Auspuffgas in das Innere das Gassensors 301 von dem Auspuffrohr einzuführen.
Der zentrale Abschnitt 335 setzt sich zusammen aus einem ersten gestuften Bereich 335b mit einer ersten konischen inneren Umfangsoberfläche (eine Stützungsoberfläche) 335t1, die mit der inneren Umfangsoberfläche 333n des entfernten Endabschnitts 333 verbunden ist und deren Durchmesser in Richtung der nahen Endseite des Gassensors 301 an wächst; einem röhrenförmigen Bereich 335c mit einer zentralen inneren Umfangsoberfläche 335, die mit der ersten konischen inneren, Umfangsoberfläche 335t1 verbunden ist und die einen Durchmesser hat, der größer als der der inneren Umfangsoberfläche 333n ist; und einem zweiten gestuften Bereich 335d mit einer zweiten konischen inneren Umfangsoberfläche 335t2, die mit der zentralen inneren Umfangsoberfläche 335n verbunden ist und deren Durchmesser in Richtung der nahen Endseite des Gassensors 301 anwächst. Ein Dichtungsring 353 aus rostfreiem Stahl ist befestigt, um den zentralen Abschnitt 335 zu umgeben.
Der nahe Endabschnitt 337 hat eine innere Umfangsoberfläche 337n, die mit der zweiten konischen inneren Umfangsoberfläche 335t2 des zentralen Abschnitts 335 verbunden ist und die einen Durchmesser, der größer als der der zentralen inneren Umfangsoberfläche 335n ist, hat. Ein radial größerer Bereich eines entfernten Endbereichs des nahen Endabschnitts 337 ist zu einem hexagonalen Flanschbereich geformt (ein Eingriffsmittelbereich) 337r, der zum Befestigen das Gassensors 301 mit dem Auspuffgasrohr benutzt wird.
Eine ringförmige Scheibendichtung 357 (zweite Dichtung) aus Metall (SUS430) ist auf der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 335t1 des zentralen Abschnitts 335 der metallenen Hülle 331 aufgebracht und in engem Kontakt mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 335t1. Die erste konische äußere Umfangsoberfläche 313t1 des Überstands 313 des Gasnachweiselements 311, die koaxial in die metallene Hülle 331 eingeführt worden ist, grenzt von oben an die Scheibendichtung 357. In anderen Worten sind der erste gestufte Bereich 335b des zentralen Abschnitts 335 der metallenen Hülle 331 und der Überstand 313 des Gasnachweiselements 311 über die Scheibendichtung 357 miteinander verkoppelt.
Die erste Dichtung 359 vom C-Typ ist aus NW2201 (JIS H4551-2002), die Ni als Hauptkomponente enthält, und ist auf der nahen Endseite des Überstands 313 des eingeführten Gasnachweiselements 311 in einer Position aufgebracht, in der sie eine Ausnehmung zwischen dem Überstand 313 des Gasnachweiselements 311 und deren inneren Umfangsoberfläche 331n (die zentrale innere Umfangsoberfläche 335n des zentralen Abschnitts 335) der metallenen Hübe 331 blockiert. Insbesondere ist die erste Dichtung 359 in einem spitzwinkligen Ausnehmung 320 aufgebracht, die durch die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 313t2 des Überstands 313 und der zentralen inneren Umfangsoberfläche 335 der metallenen Hülle 331 gebildet ist, so dass die erste Dichtung 359 einen keilartigen Querschnitt hat und in einem gepressten Kontakt mit der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 313t2 des Überstands 313 und der zentralen inneren Umfangsoberfläche 335 der metallenen Hülle 331 jeweils ist. Insbesondere nimmt, da ein entfernt-endseitiger Bereich der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 313t2 des Überstands 313 durch die bogenförmige Oberfläche 313t21 gebildet ist, ein entfernt-endseitiger Bereich der Ausnehmung 320 (siehe 9) eine Form an, so dass der Winkel zwischen der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 313t2 und der zentralen inneren Umfangsoberfläche 335n in Richtung zum entfernten Ende hin abnimmt. Die erste Dichtung 359 erstreckt sich zu dem Bereich, in dem der oben erwähnte Winkel abnimmt. Insbesondere sei erwähnt, dass die erste Dichtung 359 durch axiales Pressen einer Drahtdichtung in Richtung zur entfernten Endseite gebildet wird, wodurch sie plastisch verformt wird, so dass die erste Dichtung 359 einen keilartigen Querschnitt hat.
In einer Region, die sich in Bezug zu dem Überstand 313 (die erste Dichtung 359) des Gasnachweiselements 311 in Richtung zum nahen Ende des Gassensors 301 befindet, wird ein Puder, der im Wesentlichen aus Talk gemacht ist, in eine ringförmige Ausnehmung geladen, die zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 311m eines nahen Endabschnitts des Gasnachweiselements 311 und der inneren Umfangsoberfläche 331n (die zweite konische innere Umfangsoberfläche 335t2 des zentralen Abschnitts 335 und der inneren Umfangsoberfläche 337n des nahen Endabschnitts 337) der metallenen Hülle 331 gebildet ist, wodurch eine geladene Dichtungsschicht 361 geformt ist.
In einer Region, die sich in Bezug auf die geladene Dichtungsschicht 361 in Richtung des nahen Endes des Gassensors 301 befindet, wird ein röhrenförmiger Isolator 371 aus Aluminiumoxyd in eine ringförmige Ausnehmung, die sich zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 311m des Gasnachweiselements 311 und der inneren Umfangsoberfläche 331n (die innere Umfangsoberfläche 337n des nahen Endabschnitts 337) der metallenen Hülle 331 befindet, eingeführt. Eine zweite Dichtung 365 aus rostfreiem Stahl (SUS430) ist auf dem nahen Ende des Isolators 371 aufgebracht. Das Spitzen-Ende des nahen Endabschnitts 337 der metallenen Hülle 331 ist radial nach innen in einer solchen Weise gebogen, dass die zweite Dichtung 365 abgedeckt ist, wodurch die zweite Dichtung 365 mittels Quetschen komprimiert wird. Die komprimierende Quetschaktion komprimiert die geladene Dichtungsschicht 361 in axialer Richtung, wodurch das Gasnachweiselement 311 in der metallenen Hülle 331 coaxial gehalten wird. Eine elastische Kraft (Druck) der geladenen Dichtungsschicht 361, die durch die komprimierende Quetschaktion erzeugt wird, verbessert die Leistungsfähigkeit der Abdichtung der Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 311 des Gasnachweiselements 311 und der inneren Umfangsoberfläche 331n der metallenen Hülle 331.
Eine röhrenförmige Metallhülse 375 ist mit dem nahen Endabschnitt 337 der metallenen Hülle 331 von der Außenseite mittels Laserschweißens befestigt. Eine Kabeldurchführung 377 aus Gummi ist in eine nahendseitige Öffnung der metallenen Hülse 375 eingepasst und gequetscht. Eine Filterelement 379, das Luft in das Innere der metallenen Hülle 375 einführt und das Eindringen von Wasser verhindert, ist in einem zentralen Bereich der Kabeldurchführung 377 angebracht. Ein Separator 381 aus isolierender Aluminiumoxydkeramik ist auf der entfernten Endseite der Kabeldurchführung 377 bereit gestellt. Sensorausgangsleitungen 383 und 384 und Heizleitungen 385 und 386 sind in einer solchen Weise angebracht, dass sie durch den Separator 381 und die Kabeldurchführung 377 hindurch führen.
Weiterhin werden Verbindungsbereiche 387f und 388f der Sensoranschlussmetallstücke 387 und 388, die elektrisch mit dem Sensorausgangsdrähten 383 und 384 verbunden sind, und Heizeranschlussglieder 391 und 392, die elektrisch mit den Heizleitungen 385 und 386 verbunden sind, im Separator 381 gehalten, während sie voneinander isoliert sind. Darüber hinaus ist ein naher Endbereich des Heizers 312 in den Separator 381 eingeführt und in einem Zustand gehalten, in dem der nahe Endbereich des Heizers 312 elektrisch mit den Heizeranschlussgliedern 391 und 392 verbunden ist. Ein entfernter Endbereich 387e des Sensoranschlussmetallstückes 387 ist in das untere Loch des Gasnachweiselements 311 eingeführt und elektrisch mit der inneren Elektrode 350 des Gasnachweiselements 311 verbunden. Ein entfernter Endbereich 388e des Sensoranschlussmetallstückes 388 ist elektrisch mit der äußeren Elektrode 317, die aus dem äußeren Umfang von dem Gasnachweiselement 311 gebildet ist, verbunden.
Weiterhin ist ein drückendes Metallstück 393 um den entfernten Endbereich des Separators 381 so angebracht, dass er die Metallhülse 375 drückt und den Separator 381 innerhalb der Metallhülse 375 hält.
Wie oben beschrieben, ist in den Gassensor der vorliegenden Ausführungsform die erste Dichtung 359 stark gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche (die nahe Endoberfläche (nah-endseitige Halterungsoberfläche) 313t2 des Überstands 313 des Gasnachweiselements 311 und gleichzeitig stark gegen die innere Umfangsoberfläche 331n (die zentrale innere Umfangsoberfläche 335n) der metallenen Hülle 331 gepresst. Dadurch kann, selbst wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung 359 ausgeübt wird, die erste Dichtung 359 das Gasnachweiselement (zu haltendes Element) 311 in der metallenen Hülle 331 halten. Daher kann sich die erste Dichtung 359 im Vergleich zu einem herkömmlichen Gegenstück weniger leicht lösen, selbst wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 301 sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen passiert, so dass eine Positionsverschiebung des Gasnachweiselements 311 verhindert wird.
Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform die erste Dichtung 359 durch axiales Pressen und plastische Verformung einer Drahtdichtung, die in die Ausnehmung 320 eingeführt worden ist, gebildet, so dass die erste Dichtung 359 einen keilartigen Querschnitt hat. Da die erste Dichtung 359 einen keilartigen Querschnitt in Folge des starken Pressens und der plastischen Deformierung hat, ist die erste Dichtung 359 stark gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 313t2 und die zentrale innere Umfangsoberfläche 335n gepresst. Entsprechend können das Gasnachweiselement 311 und die metallene Hülle 331 fest miteinander verbunden werden.
Darüber hinaus nimmt der entfernt-endseitige Bereich der Ausnehmung 320 eine Form (die erste bogenförmige Oberfläche 313t21 in 9) an, so dass der Winkel, der durch die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 313t2 und die innere Umfangsoberfläche 331n gebildet wird, in Richtung zum entfernten Ende hin abnimmt, und die erste Dichtung 359 ist so aufgebracht, dass sie sich bis zu diesem Bereich erstreckt. Daher wächst der Keileffekt in Richtung zum entfernten Ende der ersten Dichtung 359 an, so dass das Gasnachweiselement 311 und die metallenen Hülle 331 fest und sicherer miteinander verbunden werden können.
Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform die geladene Dichtungsschicht 361, die aus einem Puder gebildet wird, in einer ringförmigen Ausführung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 311m eines nahen Endabschnitts des Gasnachweiselements 311 und der inneren Umfangsoberfläche 331n (die zweite konische innere Umfangsoberfläche 335t2 des zentralen Abschnitts 335 und der inneren Umfangsoberfläche 337n des nahen Endabschnitts 337) der metallenen Hülle 331 bereit gestellt, wodurch die Leistungsfähigkeit der Abdichtung der Ausnehmung zwischen dem Gasnachweiselement 311 und der metallenen Hülle 331 verbessert wird.
Auch wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 301 sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen passiert, unterdrückt das oben beschriebene strukturelle Merkmal der ersten Dichtung das Auftreten des folgenden Problems: Teilchen von einem Puder passieren durch eine Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche (die zentrale äußere Umfangsoberfläche 313m) des Überstands 313 des Gasnachweiselements 311 und der inneren Umfangsoberfläche (die zentrale innere Umfangsoberfläche 335n) der metallenen Hülle 331 und erreichen eine Region, in der die Scheibendichtung 337 bereit gestellt ist.
Als nächstes wird eine Methode zur Herstellung des oben beschriebenen Gassensors 301 beschrieben.
Als erstes wird die metallene Hülle 331, die durch eine bekannte Methode in einer solchen Weise hergestellt wird, dass sie eine vorbestimmte Form annimmt, vorbereitet. Auch das Gasnachweiselement 311, das in einer Weise hergestellt worden ist, dass ein fester Elektrolyt mit der inneren Elektrode 315 und der äußeren Elektrode 317 bekleidet und dann durch eine bekannte Methode gebrannt wird, wird vorbereitet.
Die Scheibendichtung 357 wird in die metallene Hülle 331 eingeführt und auf der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 335t1 des gestuften Bereichs 335b des zentralen Abschnitts 335 (der Zweite Dichtungs-Einführungsschritt) angeordnet.
Als nächstes wird das Gasnachweiselement 311 koaxial in die metallene Hülle 331 eingeführt, und die erste konische äußere Umfangsoberfläche 313t1 des Überstands 313 des Gasnachweiselements 311 wird dazu gebracht, an die Scheibendichtung 357 anzugrenzen (der Element-Einführungsschritt).
Anschließend wird eine Kraft von ungefähr 3 kN axial auf die Scheibendichtung 357 und das Gasnachweiselement 311 ausgeübt, wodurch die Scheibendichtung 357 in engen Kontakt mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 335t1 des gestuften Bereichs 335d des zentralen Abschnitts 335 (der Zweite Dichtung-Pressschritt) gebracht wird.
Als nächstes wird die Drahtdichtung 359, die die erste Dichtung 359 wird, in die metallene Hülle 331, in die das Gasnachweiselement 311 eingeführt worden ist, eingeführt und an der nahen Endseite des Überstands 313 des Gasnachweiselements 311 und in eine Ausnehmung (Ausnehmung 320) zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 311m des Gasnachweiselements 311 und der inneren Umfangsoberfläche 331n der metallenen Hülle 331 (die Drahtdichtung-Einführungsschritt) angeordnet.
Als nächstes wird die Drahtdichtung 359 axial in Richtung des entfernten Endes des Gassensors 301 gepresst, so dass diese in axialer Richtung plastisch verformt wird, wodurch die erste Dichtung 359 (die erste Dichtung-Bildungsschritt) gebildet wird. Insbesondere wird die Drahtdichtung 359 unter Verwendung einer Pressvorrichtung, wie sie in 4 gezeigt ist, axial in die Richtung des entfernten Endes des Gassensors 301 mit einer Kraft von ungefähr 5 kN gepresst. Auf diese Weise wird die Drahtdichtung 359 plastisch verformt, so dass ihre Querschnittform von einer kreisförmigen Form in eine keilartige Form geändert und sie stark gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 313t2 des Überstands 313 des Gasnachweiselements 311 und der zentralen inneren Umfangsoberfläche 335n des zentralen Abschnitts 335 der metallenen Hülle 331 gepresst wird.
Als nächstes wird ein Puder, der Talk als Hauptkomponente enthält, in eine Ausnehmung geladen, die zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 311m eines nahen Endabschnitts des Gasnachweiselements 311 und der inneren Umfangsoberfläche 331 der metallenen Hülle 331 bereit gestellt ist, um die geladene Dichtungsschicht 361 zu bilden.
Anschließend wird der Isolator 371 in die oben genannte Ausnehmung eingeführt und axial gepresst. Danach wird die Drahtdichtung 365 eingeführt und das Spitzen-Ende des nahen Endabschnitts 337 der metallenen Hülle 331 radial nach innen gebogen, wodurch eine kompressive Verbiegung in axialer Richtung durchgeführt wird. Weiterhin wird die Schutzkappe 351 an das entfernte Ende der metallenen Hülle 331 befestigt, und der Dichtungsring 353 wird an der metallene Hülle 331 befestigt.
Während dessen werden die Sensorausgangsleitungen 383 und 384 mit den Sensoranschlussmetallstücken 387 und 388 und die Heizdrähte 385 und 386 mit den Heizeranschlussmetallstücken 391 und 392 verbunden. Diese sind in den Separator 381 eingeführt, und der nahe Endbereich des Heizers 312 ist ebenso in den Separator 381 eingeführt. Weiterhin ist ein drückendes Metallstück 387 an der äußeren Umfangsoberfläche des Separators 381 befestigt. Danach werden der Separator 381 und die Kabeldurchführung 377 in die Metallhülse 375 mit Spiel eingeführt.
Als nächstes wird die Metallhülse 375, die den Separator 381 und anderes enthält, in Verbindung mit einem vorbestimmten Bereich der metallenen Hülle 331 gebracht, in den das Gasnachweiselement 311 montiert worden ist. Danach wird eine entfernt-endseitiger Bereich der Metallhülse 375 gequetscht, so dass die Metallhülse 375 und die metallene Hülle 331 provisorisch gekoppelt werden.
Als nächstes wird ein naher endseitiger Bereich der Metallhülse 375 verformt, so dass ihr Durchmesser abnimmt, wobei der Separator 381 und anderes innerhalb der Metallhülse 375 befestigt werden. Weiterhin wird ein weiterer naher endseitiger Bereich der Metallhülse 375 gequetscht, um die Kabeldurchführung 377 zu fixieren. Danach werden die Metallhülse 375 und die metallene Hülle 331, die provisorisch gekoppelt sind, durch Laserschweißen fest verbunden. Auf diese Weise ist der Gassensor 301 komplettiert.
Wie oben beschrieben, wird entsprechend der Methode zur Herstellung des Gassensors 301 in der vorliegenden Ausführung bei dem zweiten Dichtung-Pressschritt die Scheibendichtung (die zweite Dichtung) 357 axial gepresst, wodurch sie in engen Kontakt mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche (die Stützungsoberfläche) 335t1 des gestuften Bereichs 335b der metallenen Hülle 331 gebracht wird. Dadurch wird ein guter Kontakt zwischen der Scheibendichtung 357 und der metallenen Hülle 331 hergestellt.
In dem ersten Dichtung-Bildungsschritt wird die Drahtdichtung 359 axial gepresst, um plastisch verformt zu werden, so dass die Drahtdichtung (die erste Dichtung) 359 stark gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 313t2 des Überstands 313 des Gasnachweiselements 311 und die zentrale innere Umfangsoberfläche 335n des zentralen Abschnitts 335 der metallenen Hülle 331 gepresst wird. Auf diese Weise kann, selbst wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung 359 ausgeübt wird, die erste Dichtung 359 das Gasnachweiselement (zu haltendes Element) 311 in der metallenen Hülle 331 befestigt werden. Daher löst sich die erste Dichtung 359 im Vergleich mit einem konventionellen Gegenstück weniger leicht, selbst wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 301 sich eine Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen auftritt, und die Positionsverschiebung des Gasnachweiselement 311 ist unterdrückt. Zusätzlich kann der Gassensor 301 bei niedrigen Kosten hergestellt werden, weil die oben beschriebene erste Dichtung 359 durch plastische Verformung einer Drahtdichtung 359 gebildet ist.
(VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM)
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren im Detail beschrieben. Die Beschreibung von strukturellen Merkmalen, die den oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen ähnlich sind, werden weg gelassen oder vereinfacht.
10 zeigt eine Querschnittsansicht eines Gassensors 401 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, und 11 ist ein partiell vergrößerter Querschnitt des Gassensors 401 in einer Region, in der eine erste Dichtung 459 und eine Scheibendichtung (eine zweite Dichtung) 457 beigestellt sind. 12 ist ein partiell vergrößerter Querschnitt des Gassensors der ersten Ausführungsform, der einen Hauptbereich zeigt, in dem die erste Dichtung 459 beigestellt ist. Der Gassensor 401 ist ein Sauerstoffsensor, der an eine Auspuffgasleitung einer internen Verbrennungsmaschine befestigt werden kann, um die Sauerstoffkonzentration des Auspuffgases zu messen. Der Gassensor 401 umfasst ein stabförmiges Gasnachweiselement 411, das sich in Richtung der Achse C erstreckt, einen röhrenförmigen Elementhalter (zu haltendes Element) 421, das eine Öffnung hat, durch die das Gasnachweiselement 411 hindurch reicht, und eine röhrenförmige metallene Hülle 431, die den Elementhalter 421 darin hält.
Das Gasnachweiselement 411 ist hauptsächlich aus Keramik geformt und hat gasempfindliche Charakteristika, welche die Messung von Sauerstoffkonzentration innerhalb eines zu messenden Gases ermöglichen. Das Gasnachweiselement 411 umfasst ein zu einer gestreckten Scheibe geformtes Sauerstoffkonzentrationszellelement und einen zu einer gestreckten Scheibe geformten Heizer, die zusammen geschichtet sind. Das Sauerstoffkonzentrationszellelement hat eine Messelektrode, die auf einer Oberfläche einer Festkörperelektrolytenschicht (die dem Messgas ausgesetzte Oberfläche) gebildet und eine Referenzelektrode, die auf der gegenüberliegenden Oberfläche gebildet ist. Der Heizer umfasst einen darin enthaltenen Hitze erzeugenden Widerstand, um das Sauerstoffkonzentrationszellelement zu aktivieren. Das Gasnachweiselement 411 hat senkrecht zur axialen Richtung einen rechtwinkligen Querschnitt. Eine Vielzahl (zwei) von Elektrodenanschlüssen 413 ist auf einer der gegenüberliegenden Oberflächen eines rückseitigen Endbereichs 412 des Sensorelements 411 gebildet und elektrisch jeweils mit der Messelektrode und der Referenzelektrode über Leitungen verbunden, um in dem Sauerstoffkonzentrationszellelement gebildete elektromotorische Kraft auszugeben. Eine Mehrzahl von (zwei) Elektrodenanschlüssen 414 ist auf der anderen Oberfläche gebildet, um elektrische Leistung zu dem Hitze erzeugenden Widerstand des Heizers zu liefern. Diese Elektrodenanschlüsse 413 und 414 sind hauptsächlich aus Platin gebildet.
Der Elementhalter 421 hat eine erste konische äußere Umfangsoberfläche (eine entfernte Erdoberfläche (entfernt-endseitige Halterungsoberfläche)) 421t1, die sich auf seinem entfernten Ende des äußeren Umfangs befindet und deren Durchmesser von der entfernten Endseite in Richtung zur nahen Endseite ansteigt; eine zweite konische äußere Umfangsoberfläche (eine nahe Erdoberfläche (nah-endseitige Halterungsoberfläche;) 421t2, die sich auf seinem nahe liegenden Ende der äußeren Umfangsoberfläche befindet und deren Durchmesser von seiner nahen Endseite in Richtung der entfernten Endseite hin ansteigt; und eine äußere Umfangsoberfläche 421m, die diese Oberflächen verbindet und die einen konstanten Durchmesser hat. Der Elementhalter 421 ist aus isolierender Keramik gebildet. Genauer gesagt ist, wie in 12 gezeigt, die zweite konische äußere Umfangsoberfläche (die nahe Endoberfläche (nah-endseitige Halterungsoberfläche)) 421t2 zusammengesetzt aus zwei bogenförmigen Oberflächen und einer einzigen flachen Oberfläche; d. h., eine erste bogenförmige Oberfläche 421t21, die sich auf dem enternten Ende befindet und nach außen konvex ist (in die rechte Richtung in 12) und eine zweite bogenförmige Oberfläche 421t23, die sich auf der nahen Endseite befindet und nach innen konvex ist (in die linke Richtung in 12) und eine flache Oberfläche 421t22, die diese Oberflächen verbindet.
Die metallene Hülle 431 ist aus rostfreiem Stahl (SUS430) gemacht und setzt sich zusammen aus einem entfernten Endabschnitt 433 (ein unterer Abschnitt in 10), einem zentralen Abschnitt 435 und einem nahen Endabschnitt 437 (ein oberer Abschnitt in 10). Eine Durchführung, deren Wand eine innere Umfangsoberfläche 431n ist, erstreckt sich durch die metallene Hülle 431, und ihr Durchmesser reduziert sich von dem nahen Ende der metallenen Hülle 431 zum entfernten Ende der metallenen Hülle 431.
Der entfernte Endabschnitt 433 hat eine innere Umfangsoberfläche 433n, die einen relativ kleinen Durchmesser hat. Eine doppelwandige Schutzkappe 451 ist an einem entfernten Endbereich des entfernten Endabschnitts 433 befestigt, um einen entfernten Endabschnitt des Gasnachweiselements 411 zu schützen. Die Schutzkappe 451 ist aus rostfreiem Stahl; nimmt eine röhrenförmige Form mit geschlossenen Boden an; und hat eine Anzahl von Gaseinführungslöchern 451k zur Einlassen von Auspuffgas von dem Auspuffrohr in das Innere des Gassensors 401.
Der zentrale Abschnitt 435 setzt sich zusammen aus einem ersten gestuften Bereich 435b mit einer ersten konischen inneren Umfangsoberfläche (eine Stützungsoberfläche) 435t1, die mit der inneren Umfangsoberfläche 433n des entfernten Endabschnitts 433 verbunden ist und deren Durchmesser in Richtung der nahen Endseite des Gassensors 401 anwächst; und einem rohrförmigen Bereich 435c mit einer inneren Umfangsoberfläche 435n, die mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 435t1 verbunden ist und die einen Durchmesser hat, der größer ist als der der inneren Umfangsoberfläche 433n. Eine männlich gestrehlter Bereich 435g („male-threaded portion”) ist auf dem äußeren Umfang des zentralen Abschnitts 435 gebildet und so angepasst, dass der Gassensor 401 an das Auspuffgasrohr befestigt werden kann.
Der nahe Endabschnitt 437 hat eine innere Umfangsoberfläche 437n, die mit der inneren Umfangsoberfläche 435 des zentralen Abschnitts 435 verbunden ist. Ein Dichtungsring 453 aus rostfreiem Stahl ist an dem äußeren Umfang des entfernt-endseitigen Bereichs des nahen Endabschnitts 437 befestigt. Ein verbleibender Bereich des nahen Endabschnitts 437 befindet sich auf der nahen Endseite des Dichtungsrings 453 und ist zu einem hexagonalen Flanschbereich (ein Verbindungsmittelbereich) 437r geformt, der zum Befestigen des Gassensors 401 an das Auspuffgasrohr verwendet wird.
Eine ringförmige Scheibendichtung 457 (zweite Dichtung) aus Metall (SUS430) ist auf der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 435t1 des zentralen Abschnitts 435 der metallenen Hülle 431 angebracht und in engem Kontakt mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 435t1. Die erste konische äußere Umfangsoberfläche 421t1 des Elementhalters 421, der koaxial in die metallene Hülle 431 eingeführt worden ist, grenzt von oben an die Scheibendichtung 457. Mit anderen Worten sind der erste gestufte Bereich 435b des zentralen Abschnitts 435 der metallenen Hülle 431 und der Elementhalter 421 verlässlich über die Scheibendichtung 457 in einer Oberflächen zu Oberflächen-Kontaktbeziehung miteinander verbunden.
Die erste Dichtung 459 vom C-Typ aus NW2201 (JIS H4551-2002), die Ni als Hauptkomponente enthält, ist auf der nahen Endseite des eingeführten Elementhalters 421 in einer solchen Position angebracht, dass eine Ausnehmung zwischen dem Elementhalter 421 und der inneren Umfangsoberfläche 431n (die zentrale innere Umfangsoberfläche 435n des zentralen Abschnitts 435) der metallenen Hülle 431 geblockt wird. Insbesondere wird die erste Dichtung 459 in einer spitzwinkligen Ausnehmung 420 (siehe 12) durch die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 421t1 des Elementhalters 421 und der zentralen inneren Umfangsoberfläche 435 der metallenen Hülle 431 beigestellt, so dass die erste Dichtung 459 einen keilartigen Querschnitt hat und stark gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 421t2 des Elementhalters 421 und der zentralen inneren Umfangsoberfläche 435 der metallenen Hülle 431 jeweils gepresst ist. Insbesondere nimmt, da ein entfernt-endseitiger Bereich der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 421t2 durch die bogenförmige erste Kurvenoberfläche 421t21 gebildet ist, ein entfernt-endseitiger Bereich der Ausnehmung 420 eine Form an, dass der Winkel zwischen der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 421t2 und der zentralen innere Umfangsoberfläche 435n in Richtung zum entfernten Ende abnimmt. Die erste Dichtung 459 erstreckt sich zu dem Bereich, in dem der oben genannte Winkel abnimmt. Insbesondere sei erwähnt, dass die erste Dichtung durch axiales Drücken einer Drahtdichtung in Richtung der entfernten Endseite gebildet wird, um ihn dadurch plastisch zu verformen, so dass die erste Dichtung 459 einen keilartigen Querschnitt hat.
In einer Region, die in Bezug auf den Elementhalter 421 (die erste Dichtung 459) des Gasnachweiselements 411 sich in dem nahen Ende des Gassensors 401 befindet, wird ein Puder, der im Wesentlichen aus Talk gemacht ist, in eine ringförmige Ausnehmung geladen, die zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 411m des Gasnachweiselements 411 und der inneren Umfangsoberfläche 431 der metallenen Hülle 431 bereit gestellt ist, so dass eine geladene Dichtungsschicht 461 gebildet ist.
In einer Region, die sich bezüglich der geladenen Dichtungsschicht 461 in Richtung des nahen Endes des Gassensors 401 befindet, wird ein röhrenförmiger Isolator 471 aus Aluminiumoxyd in eine ringförmige Ausnehmung eingeführt, die zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 411m des Gasnachweiselements 411 und der inneren Umfangsoberfläche 431n (die innere Umfangsoberfläche 437n des nahen Endabschnitts 437) der metallenen Hülle 431 bereitgestellt ist. Eine zweite Dichtung 465 aus rostfreiem Stahl (SUS430) ist auf dem nahen Ende des röhrenförmigen Isolators 471 angeordnet. Das Spitzen-Ende des nahen Endabschnitts 437 der metallenen Hülle 431 ist radial nach innen gebogen, so dass sie die zweite Dichtung 465 abdeckt, wodurch die zweite Dichtung 465 durch Quetschen komprimiert wird. Die komprimierte Quetschaktion komprimiert die geladene Dichtungsschicht 461 axial, wodurch der Elementhalter 421 in der metallenen Hülle 431 koaxial gehalten wird. Eine elastische Kraft (Druck) der geladenen Dichtungsschicht 461, die durch die komprimierende Quetschaktion verursacht wird, verbessert die Leistungsfähigkeit der Dichtung der Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 421m des Elementhalters 421 und der inneren Umfangsoberfläche 431n der metallenen Hülle 431.
Eine röhrenförmige Metallhülse 475 ist an dem nahen Endabschnitt 437 der metallenen Hülle 431 von der Außenseite durch Laserschweißen fixiert. Eine Kabeldurchführung 477 aus Gummi ist in eine nah-endseitige Öffnung der Metallhülse 475 eingepasst und gequetscht. Sensorausgangsdrähte 483 und 484 und Heizdrähte 485 und 486 sind durch die Kabeldurchführung 477 hindurch geführt.
Ein Separator 481 aus isolierender Aluminiumoxydkeramik ist an der entfernten Endseite der Kabeldurchführung 477 bereit gestellt. Sensoranschlussmetallstücke 437 und 468, die elektrisch mit den Sensorausgangsdrähten 483 und 484 verbunden sind, und Heizanschlussmetallstücke 491 und 492, die elektrisch mit den Heizdrähten 485 und 486 verbunden sind, werden in dem Separator 481 gehalten, während sie von einander isoliert sind. Darüber hinaus ist ein naher Endbereich 412 des Gasnachweiselements 411 in den Separator 481 eingeführt und in einem Zustand gehalten, in welchem die Elektrodenanschlüsse 413 und 414, die auf dem nahen Endbereich 412 gebildet sind, mit den Sensoranschlussmetallstücken 487 und 480 und den Heizanschlussmetallstücken 491 und 492 elektrisch verbunden sind.
Wie oben beschrieben, ist bei dem Gassensor 401 der vorliegenden Ausführungsform die erste Dichtung 459 stark gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche (die nahe Endoberfläche (nah-endseitige Halterungsoberfläche)) 421t2 des Elementhalters 421 und die innere Umfangsoberfläche 431n (die zentrale innere Umfangsoberfläche 435n) der metallenen Hülle 431 gepresst. Auf diese Weise kann die erste Dichtung 459, selbst wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung 459 ausgeübt wird, den Elementhalter (zu haltendes Element) 421 in der metallenen Hülle 431 halten. Daher kann sich die erste Dichtung 459 im Vergleich zu einem konventionellen Gegenstück weniger leicht lösen, selbst wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 401 sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein vergleichbares Phänomen auftritt, so dass eine Positionsverschiebung des Elementhalters 421 unterdrückt ist.
Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform die erste Dichtung durch axiales Pressen und plastische Verformung einer Drahtdichtung gebildet, die in die Ausnehmung 420 eingeführt worden ist, so dass die erste Dichtung 459 einen keilartigen Querschnitt hat. Da die erste Dichtung 459 in Folge des starken Pressens und plastischen Verformens einen keilartigen Querschnitt hat, ist die erste Dichtung 459 stark gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 421t2 und die zentrale innere Umfangsoberfläche 435n gepresst. Entsprechend können der Elementhalter 421 und die metallene Hülle 331 fest miteinander verbunden werden.
Darüber hinaus nimmt der entfernt-endseitige Bereich der Ausnehmung 420 eine Form (die erste bogenförmige Oberfläche 421t21 in 12) an, dass der Winkel zwischen der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 421t2 und der zentralen inneren Umfangsoberfläche 435n in Richtung zum entfernten Ende hin abnimmt, und die erste Dichtung 459 ist so angebracht, dass sie sich zu diesem Bereich erstreckt. Auf diese Weise wird der Keileffekt in Richtung zum entfernten Ende der ersten Dichtung 459 erhöht, so dass der Elementhalter 421 und die metallene Hülle 431 fest miteinander verbunden werden können.
Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform die geladene Dichtungsschicht 461, die aus einem Puder gebildet ist, auf der nahen Endseite der ersten Dichtung 459 und in der ringförmigen Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 411m des Gasnachweiselements 411 und der inneren Umfangsoberfläche 431n der metallenen Hülle 431 bereit gestellt, wodurch die Leistungsfähigkeit der Dichtung der Ausnehmung zwischen dem Gasnachweiselement 411 und der metallenen Hülle 431 verbessert wird.
Auch wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 401 sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen passiert, unterdrückt das oben beschriebene strukturelle Merkmal der ersten Dichtung 459 den Vorfall des folgenden Problems: Teilchen eines Puders passieren durch die Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche (die äußere Umfangsoberfläche 421m) des Elementhalters 421 und der inneren Umfangsoberfläche (die zentrale innere Umfangsoberfläche 435n) der metallenen Hülle 431 und erreichen eine Region, in der die Scheibendichtung 457 bereit gestellt ist.
Als nächstes wird eine Methode zur Herstellung des oben beschriebenen Gassensors 401 beschrieben.
Als erstes wird die metallene Hülle 431 vorbereitet, die durch eine bekannte Methode in einer solchen Weise hergestellt worden ist, dass sie eine vorbestimmte Form annimmt. Auch das Gasnachweiselement 411 wird vorbereitet, das in einer bekannten Methode hergestellt worden ist.
Die Scheibendichtung 457 wird in die metallene Hülle 431 eingeführt und auf der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 435t1 des gestuften Bereichs 435b des zentralen Abschnitts 435 (die zweite Dichtungseinführungsschritt) angebracht.
Als nächstes wird der Elementhalter 421, in den das Gasnachweiselement eingeführt worden ist, koaxial in die metallene Hülle 431 eingeführt und die erste konische äußere Umfangsoberfläche 421t1 des Elementhalters 421 wird dazu gebracht, an die Scheibendichtung 457 anzugrenzen (der Elementhalter-Einführungsschritt).
Anschließend wird eine Kraft von ungefähr 3 kN axial auf die Scheibendichtung 457 und den Elementhalter 421 ausgeübt, so dass die Scheibendichtung 457 in engen Kontakt mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche 435t1 des gestuften Bereichs 435b des zentralen Abschnitts 435 gebracht wird (der zweite Dichtung-Pressschritt).
Als nächstes wird die Drahtdichtung 459, die erste Dichtung 459 wird, in die metallene Hülle 431 eingeführt und in die Ausnehmung (Ausnehmung 420) zwischen der zweiten konischen äußeren Umfangsoberfläche 421t2 des Elementhalters 421 und der inneren Umfangsoberfläche 431n der metallenen Hülle 431 gebracht (der Drahtdichtung-Einführungsschritt).
Als nächstes wird die Drahtdichtung 459 axial gegen das entfernte Ende des Gassensors 401 gepresst, so dass sie in axialer Richtung plastisch verformt wird, wodurch die erste Dichtung 459 in der gleichen Weise wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen gebildet wird (der erste Dichtung-Bildungsschritt). Auf diese Weise ist die Drahtdichtung 459 plastisch verformt, so dass sich ihre Querschnittsform von einer kreisförmigen Form in eine Keilform ändert und stark gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 421t2 des Elementhalters 421 und die zentrale innere Umfangsoberfläche 435n des zentralen Abschnitts 435 der metallenen Hülle 431 gepresst ist.
Als nächstes wird ein Puder, der Talk als Hauptkomponente enthält, in eine Ausnehmung geladen, die zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 411m des Gasnachweiselements 411 und der inneren Umfangsoberfläche 431n der metallenen Hülle 431 bereit gestellt ist, um die geladene Dichtungsschicht 461 zu bilden. Anschließend wird der Isolator 471 in die obige Ausnehmung eingeführt und axial gepresst. Danach wird die Drahtdichtung 465 eingeführt und das Spitzen-Ende des nahen Endabschnitts 437 der metallenen Hülle 431 radial nach innen gebogen, wodurch eine komprimierende Verbiegung in axialer Richtung durchgeführt wird. Weiterhin wird die Schutzkappe 451 auf das entfernte Ende der metallenen Hülle 431 befestigt, und die Dichtungsscheibe 453 wird an der metallenen Hülle 431 befestigt.
Während dessen werden die Sensorausgangsleitungen 483 und 484 mit den Sensoranschlussmetallstücken 487 und 488 und die Heizerleitungen 485 und 486 mit den Heizeranschlussmetallstücken 491 und 492 verbunden. Diese sind an dem Separator 481 befestigt, und der nahe Endbereich 412 des Gasnachweiselement 411 ist ebenfalls in den Separator 481 eingeführt. Danach werden der Separator 481 und die Kabeldurchführung 477 in die Metallhülse 475 eingeführt und darin befestigt. Anschließend werden die Metallhülse 475 und die metallene Hülle 431 mittels Laserschweißens miteinander verbunden. Auf diese Weise ist der Gassensor 401 fertig gestellt.
Wie oben beschrieben, ist entsprechend der Methode zur Herstellung des Gassensors der vorliegenden Ausführungsform bei dem zweite Dichtung-Pressschritt die Scheibendichtung (die zweite Dichtung) 457 axial gepresst, um in engen Kontakt mit der ersten konischen inneren Umfangsoberfläche (die Stützungsoberfläche) 435t1 des gestuften Bereichs 435b der metallenen Hülle 431 gebracht zu werden. Dadurch wird ein guter Kontakt zwischen der Scheibendichtung 457 und der metallenen Hülle 431 etabliert.
Bei dem erste Dichtung-Bildungsschritt ist die Drahtdichtung 459 axial gepresst, um dadurch plastisch so verformt zu werden, dass die Drahtdichtung (die erste Dichtung) 459 stark gegen die zweite konische äußere Umfangsdichtung 421t2 des Elementhalters 421 und die zentrale innere Umfangsoberfläche 435n des zentralen Abschnitts 435 der metallenen Hülle 431 gepresst wird. Auf diese Weise kann die erste Dichtung 459, selbst wenn kein externer Druck auf die erste Dichtung 459 ausgeübt wird, den Elementhalter (zu haltendes Element) 421 in der metallenen Hülle 431 fest halten. Daher kann sich die erste Dichtung 459 im Vergleich zu einem konventionellen Gegenstück weniger leicht lösen, selbst wenn in Folge einer Langzeitverwendung des Gassensors 401 sich die Verbiegung („crimp”) löst oder ein ähnliches Phänomen passiert, so dass eine Positionsverschiebung des Elementhalters 421 unterdrückt wird. Zusätzlich kann der Gassensor 401 leicht und bei niedrigen Kosten hergestellt werden, weil die oben beschriebene erste Dichtung 459 durch plastische Verformung einer Drahtdichtung 459 geformt wird.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen verwirklicht werden, ohne dass dabei von dem Blickwinkel der Erfindung abgewichen wird.
Zum Beispiel werden in den oben beschriebenen Ausführungsformen Drahtdichtungen (C-Typ) als Drahtdichtungen 159, 165, etc. verwendet. Jedoch kann auch eine ringförmige Drahtdichtung verwendet werden. Die ringförmige Drahtdichtung kann verlässlich die Dichtungsleistungsfähigkeit verbessern. Die erste Ausführungsform verwendet die ringförmige Scheibendichtung 157, etc. als zweite Dichtung. Jedoch kann eine Drahtdichtung (C-Typ) als die zweite Dichtung verwendet werden.
In der ersten Ausführungsform sind das Gasnachweiselement 111 und die metallene Hülle 131 elektrisch durch die Scheibendichtung 157 verbunden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht daraufhin limitiert. Wenn die erste Dichtung 159 aus Metall ist, können das Gasnachweiselement 111 und die metallene Hülle 131 auch durch die erste Dichtung 159 elektrisch verbunden werden. Es sei daher darauf hingewiesen, dass die erste Dichtung 159 verlässlich einen elektrischen Kontakt zwischen dem Gasnachweiselement 111 und der metallenen Hülle 113 herstellen kann, da die erste Dichtung 159 gegen die zweite konische äußere Umfangsoberfläche 113t2 des Übertands 113 und die innere Umfangsoberfläche 131n der metallenen Hülle 131 in einer Oberflächen-zu-Oberflächen-Kontaktbeziehung gepresst ist.

Claims

Ein Gassensor umfassend: ein zu haltendes Element (111), das eine entfernt-endseitige Halterungsoberfläche (113t1) und eine nah-endseitige Halterungsoberfläche (113t2) umfasst, die bezüglich der entfernt-endseitigen Halterungsoberfläche (113t1) an der nahen Endseite angeordnet ist; eine röhrenförmige metallene Hülle (131) mit einem gestuften Bereich (135b), der von ihrer inneren Umfangsoberfläche (135n) radial nach innen vorsteht und die angepasst ist, das zu haltende Element (111) darin zu halten, während sie das zu haltende Element (111) radial von Außen umgibt und die entfernt-endseitige Halterungsoberfläche (113t1) des zu haltenden Elements (111) durch eine Stützungsoberfläche (135t1) des gestuften Bereichs (135b) stützt; und eine erste Dichtung (159) aus Metall, die an die nah-endseite Halterungsoberfläche (113t2) des zu haltenden Elements (111) und an die innere Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) angrenzt, wobei die erste Dichtung (159) in einer spitzwinkligen Ausnehmung, die zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche (113t2) des zu haltenden Elements (111) und der inneren Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) ausgebildet ist, so angeordnet ist, dass die erste Dichtung (159) einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nah-endseitige Halterungsoberfläche (113t2) des zu haltenden Elements (111) und die innere Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) gepresst ist; und wobei die erste Dichtung (159) durch axiales Pressen und plastisches Verformen einer Drahtdichtung, die in die Ausnehmung zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche (113t2) des zu haltenden Elements (111) und der inneren Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) eingeführt worden ist, geformt wird, so dass die erste Dichtung (159) einen keilartigen Querschnitt aufweist.
Ein Gassensor nach Anspruch 1, wobei das zu haltende Element (111) ein Gasnachweiselement ist, das einen Überstand (113) aufweist, der die entfernt-endseitige Halterungsoberfläche (113t1) und die nah-endseitige Halterungsoberfläche (113t2) umfasst und der radial nach außen vorsteht, wobei das Gasnachweiselement eine röhrenförmige Form mit geschlossenem Boden, der geschlossen an einem axial entfernten Ende ist, annimmt.
Ein Gassensor nach Anspruch 2, wobei das Gasnachweiselement eine auf seiner äußeren Umfangsoberfläche gebildete äußere Elektrode (117) hat; und wobei die Stützungsoberfläche (135t1) des gestuften Bereichs (135b) an die an der entfernt-endseitigen Halterungsoberfläche (113t1) des Überstands (113) gebildete äußere Elektrode (117) angrenzt, um dabei die metallene Hülle (131) mit der äußeren Elektrode (117) elektrisch zu verbinden.
Ein Gassensor nach Anspruch 2, wobei das Gasnachweiselement eine auf seiner äußeren Umfangsoberfläche gebildete äußere Elektrode hat (117); und wobei der Gassensor weiterhin eine zweite Dichtung (157) aus Metall, die zwischen der entfernt-endseitigen Halterungsoberfläche (113t1) des Überstands (113) und der Stützungsoberfläche (135t1) des gestuften Bereichs angeordnet ist und die an die Stützungsoberfläche (135t1) des gestuften Bereichs und die äußere Elektrode (117), die an der entfernt-endseitigen Halterungsoberfläche (113t1) des Überstands (113) ausgebildet ist, angrenzt, um dadurch die metallene Hülle (131) und die äußere Elektrode (117) elektrisch zu verbinden.
Ein Gassensor nach Anspruch 3 oder 4, wobei die erste Dichtung (159) an die äußere Elektrode (117), die an der nah-endseitigen Halterungsoberfläche (113t2) des Überstands (113) gebildet ist, und die innere Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) angrenzt, um dabei die äußere Elektrode (117) und die metallene Hülle (131) elektrisch zu verbinden.
Ein Gassensor nach Anspruch 1, der weiterhin ein sich in axiale Richtung erstreckendes Gasnachweiselement (411) umfasst, wobei das zu haltende Element ein Elementhalter (421) ist, der die entfernt-endseitige Halterungsoberfläche (421t1), die nah-endseitige Halterungsoberfläche (421t2) und eine Öffnung, durch die das Gasnachweiselement (411) hindurchreicht, aufweist.
Ein Gassensor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, der weiterhin eine geladene Dichtungsschicht (461) umfasst, die durch Laden eines Puders in eine Ausnehmung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche (411m) des Gasnachweiselements (411) und der inneren Umfangsoberfläche (437n) der metallenen Hülle (437) in einen Bereich, der bezüglich der ersten Dichtung (159) am nahen Ende des Gassensors angeordnet ist, gebildet wird.
Ein Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die nah-endseitige Halterungsoberfläche (113t12) des zu haltenden Elements und die innere Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) jeweils Formen annehmen, so dass in zumindest einem entfernt-endseitigen Bereich der Ausnehmung der Winkel, der zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche und der inneren Umfangsoberfläche gebildet wird, zur entfernten Endseite hin abnimmt; und die erste Dichtung (159) ist so angeordnet, dass sie sich zum Bereich der Ausnehmung hin erstreckt, in dem der Winkel, der zwischen der nah-endseitigen Halterungsoberfläche und der inneren Umfangsoberfläche gebildet ist, zur entfernten Endseite hin abnimmt.
Eine Methode zur Herstellung eines Gassensors umfassend: ein Gasnachweiselement (111), das eine röhrenförmige Form mit geschlossenem Boden mit einem geschlossenen axial entfernten Ende annimmt und einen Überstand (113), der radial nach außen vorsteht, umfasst; eine röhrenförmige metallene Hülle (131) mit einem gestuften Bereich (135), der von ihrer inneren Umfangsoberfläche aus radial nach innen vorsteht und angepasst ist, das Gasnachweiselement (111) darin zu halten, während sie das Gasnachweiselement (111) radial von außen umgibt und eine entfernte Endoberfläche (113t1) des Überstands (113) durch eine Stützungsoberfläche (135t1) des gestuften Bereichs (135) stützt; und eine erste Dichtung (159) aus Metall, die an eine nahe Endoberfläche (113t2) des Überstands (113) und die innere Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) angrenzt; wobei die Methode die Schritte umfasst: ein Element-Einführungsschritt zur Einführung des Gasnachweiselements (111) in die metallene Hülle (131); ein Drahtdichtung-Einführungsschritt zum Einführen einer Drahtdichtung (157), die die erste Dichtung wird, in die metallene Hülle (131); und ein Erste-Dichtung-Bildungsschritt zum axialen Pressen der Drahtdichtung (157), die in die metallene Hülle (131) eingeführt worden ist, so dass die Drahtdichtung (157) plastisch verformt wird, um die erste Dichtung zu bilden, die in einer zwischen der nahen Endoberfläche (113t2) des Überstands (113) und der inneren Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) gebildeten spitzwinkligen Ausnehmung angeordnet ist, so dass die erste Dichtung (157) einen keilartigen Querschnitt hat und gegen die nahe Endoberfläche (113t2) des Überstands (113) und die innere Umfangsoberfläche (135n) der metallenen Hülle (131) gepresst ist.
Methode nach Anspruch 9, wobei das Gasnachweiselement eine auf seiner äußeren Umfangsoberfläche gebildete äußere Elektrode hat (117); und wobei die Stützungsoberfläche (135t1) des gestuften Bereichs (135) an die äußere Elektrode (117), die an der entfernten Endoberfläche (113t1) des Überstands (113) gebildet ist, angrenzt, um damit die metallenen Hülle (131) mit der äußeren Elektrode (117) elektrisch zu verbinden.
Methode nach Anspruch 9, wobei der Gassensor weiterhin aufweist: eine zweite Dichtung (157) aus Metall, die zwischen der entfernten Endoberfläche (113t1) des Überstands (113) und der Stützungsoberfläche (135t1) des gestuften Bereichs (135) angeordnet ist; wobei die Methode weiterhin umfasst: einen Zweite-Dichtung-Einführungsschritt, vor dem Element-Einführungsschritt, zum Einführen der zweiten Dichtung (157) in die metallene Hülle (131); nach dem Element-Einführungsschritt und vor dem Drahtdichtungs-Einführungsschritt einen Zweite-Dichtung-Pressschritt zum axialen Pressen des Gasnachweiselements und der in die metallene Hülle (131) eingeführte zweiten Dichtung (157), um dabei die zweite Dichtung (157) in engen Kontakt mit der Stützungsoberfläche (135t1) des gestuften Bereichs (135) zu bringen.
Methode nach Anspruch 11, wobei das Gasnachweiselement eine auf seiner äußeren Umfangsoberfläche gebildete äußere Elektrode (117) hat; und wobei die zweite Dichtung (157) an die äußere Elektrode (117), die an der äußeren Umfangsoberfläche des Überstands (113) angeordnet ist, und die Stützungsoberfläche (135t1) des gestuften Bereichs (135) angrenzt, um dadurch die äußere Elektrode (117) mit der metallenen Hülle (131) elektrisch zu verbinden.