JPH0544983B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ケーシングを有し、該ケーシングが
測定ガス導管に組込むための固定機構を有しかつ
少なくとも該ケーシングの縦孔の測定ガス側の末
端部分でセンサ素子の少なくとも一部分を不動か
つシール状態で包囲しており、該センサ素子に棒
状部材が所属し、該棒状部材がその測定ガスの反
対側の末端部分の胴外面上に、接続線と電気的に
接続されかつ機械的プレロードを受けた弾性接合
部材が圧接された少なくとも２つの面状の接続部
分を有し、しかも上記棒状部材が回動を阻止する
ための少なくとも１つの固定機構を有する形式の
ガスセンサ、特に内燃機関の排ガス内の酸素含量
を測定するガスセンサに関する。

［従来の技術］ 前記形式のガスセンサは、西独国許出願公開第
2729475号明細書から公知である。

しかしながら、前記の公知のガスセンサは、加
熱部材が棒状部材として構成されか電気接続部が
ガスセンサケーシングの外部に設けられているこ
とに基づき、比較的大きな構造長さを有する。こ
の場合、該接続ケーブルは引張り、捩り及び／又
は振動応力に基づきガスセンサから容易に切断さ
れる。

更にまた、ガスセンサにおいて、導体路の接続
部分を板片状センサ素子に対し横方向に弾性を有
する接合部材で結合することが提案されたが、し
かしながら該接続部分の属する部分の製造及びそ
の取り付けが連続生産にとつて極めて面倒で費用
がかかる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、冒頭に記載した形式のガスセ
ンサにおいて、前記欠点を排除することであつ
た。

［課題を解決するための手段］ 前記課題は、冒頭に記載した形式のガスセンサ
において、本発明により、少なくとも１つの弾性
接合部材と、棒状部材の接続部分と、棒状部材の
少なくとも１つの固定機構とがガスセンサの内部
に配置されており、しかも接続線と接続されたそ
れぞれの弾性接合部材が、ガスセンサ内に同軸的
に配置された第１絶縁スリーブの凹所内に固定さ
れかつＺ字ないしは波形屈曲部分を有し、該屈曲
部分が、前記第１絶縁スリーブの測定ガス側に向
いた肩部でガスセンサ内に電気的に絶縁されて支
持され、かつ更にそれぞれの弾性接合部材が、前
記第１絶縁スリーブに引続きガスセンサに同軸的
に配置された第２絶縁スリーブの接続線側の端面
で電気的に絶縁されて支持されていることにより
解決される。

［実施例］ 次に図示の実施例につき本発明を詳細に説明す
る。

図面の第１図及び第２図に示したガスセンサ１
０は金属ケーシング１１を有し、該ケーシングは
その外側に測定ガス管（図示せず）に組込むため
の固定手段として６角ヘツド１２及びねじ山１３
を有し、該ケーシング１１の測定ガス管内への密
閉嵌合のためにリング状シール部材１４が役立
ち、該シール部材は６角ヘツド１２とねじ山１３
との間に配置されたリングナツト１５内に脱落不
能に固定されている。ケーシング１１の測定ガス
の反対側の末端部分にはもう１つのリングナツト
１６が嵌込まれており、該リングナツトはケーシ
ング１１を延長する閉鎖スリーブ１７を固定する
ために役立ち、該スリーブ１７はリングナツト１
６内の多数の凹み部２０によつて固定され、かつ
上記閉鎖スリーブ１７は測定ガスの反対側に中心
孔１９を備えた底部１８を有する。

ケーシング１１は、ガスセンサ１０の測定側に
反対向きでかつリング状シール部材２３を支持す
る肩部２２を備えた縦孔２１を有する。このケー
シングの縦孔２１のシール部材２３を備えた肩部
２１にセンサ素子２４がそのヘツド２５で載つて
いる。

このセンサ素子２４は、この実施例では、西独
国実用新案登録第8101584号明細書から公知の酸
素センサであり、特に排ガス内の酸素分圧を測定
するために使用される。このセンサ素子２４は、
固体電解質管２６を有し、該固体電解質管の測定
ガス側の末端部分は底部２７によつて閉じられて
おり、該底部はその測定ガスに曝される外側に層
状のガス透過性測定電極２８、及びその内部２９
に面した側に対照ガス（例えば空気）に曝され
る、ガス透過性の層状の基準電極３０を支持す
る。測定電極２８はリング状シール部材２３を介
してアースされたケーシング１１と接触している
が、基準電極３０は有利には底部２７の内側から
固定電解質管２６の測定ガスの反対側の端面３１
まで案内されている。少なくとも１つの薄い白金
層からなる測定電極２８の寿命を延長するため
に、該電極は例えばマグネシウムスピネルからな
つていてもよいガス透過性保護層（図示せず）で
被覆されている。

測定ガス側でケーシング１１の縦孔２１から突
出したセンサ素子２４の部分は間隔を持つて保護
管３２によつて包囲されており、該保護管は測定
ガス出入のために開口３３を有し、ケーシング１
１の測定ガス側の末端部分でフランジ３４又はこ
れに類似のものによつて固定されており、この保
護管３２は測定ガス内で生じる高い温度変化及び
ガス内に含有される粒子が直接センサ素子２４に
作用し、センサ素子を害するのを防止する。

センサ素子２４の内部２９は、その大部分が棒
状部材３５によつて占有されており、しかも該部
材３５は測定ガスの反対側でなおセンサ素子２４
から突出している。この棒状部材３５は電気加熱
部材であり、その加熱コイル（図示せず）は測定
ガス側の末端部分に、それによつてケーシング１
１から突出したセンサ素子２４の部分が加熱され
るように配置されている。加熱コイルは有利には
導体路として構成されており、その際該導体路は
その電気接続のために棒状部材３５の測定ガスの
反対側の末端部分の胴表面まで案内され、かつそ
こで面状の接触部分３６として形成されている。
導体路状の加熱コイル及びそれと接続され、接触
部分３６に通じる導体路（図示せず）は薄い電気
絶縁体（図示せず）で被覆されている。この棒状
部材３５はその測定ガスの反対側の末端部分で閉
鎖スリーブ１７によつて包囲された領域の内部で
終わつており、かつ棒状部材３５の正確に位置決
めされた組込みのために設けられた固定機構３７
を有している。この実施例では、このような固定
機構３７として、棒状部材３５の測定ガスの反対
側の末端部分の胴面内に溝が設けられている。米
国特許第4035613号明細書から、この種の加熱部
材は既に原理的には公知であり、該公知部材は棒
状部材３５とは、それぞれ電気接続部がそれぞれ
の末端部分に配置されている、従つて両者の接続
部分３６を一方だけの末端部分に有しているので
はない点だけで実質的に区別される。

層状基準電極３０の末端部分が位置する、セン
サ素子２４の測定ガスの反対側の端面３１上にリ
ング状接点部材３８が載つており、該接点部材は
棒状部材３５を同心的に包囲しかつセンサ素子２
４の反対方向に延びるシヤフト３９によつて棒状
部材３５を締め付け固定する。この接点部材３８
のシヤフト３９は、測定ガスの反対側が解放され
た多数の縦スリツト（図示せず）を有している。

センサ素子２４、ケーシング１１及び閉鎖スリ
ーブ１７によつて制限されさ室内には、２つの絶
縁スリーブ４０及び４１が組込まれており、該ス
リーブは有利にはセラミツク材料（例えば酸化ア
ルミニウム）からなりかつ案内スリーブ４２によ
り同心的にガスセンサ１０内に保持されている。
案内スリーブ４２は測定ガス側でケーシング１１
の縦孔２１内に例えばプレス嵌め又はコーキング
により固定されておりかつその測定ガスの反対側
の末端部分に外向きのフランジ４３を有し、該フ
ランジは横方向にほぼ閉鎖スリーブ１７まで達し
ており、この案内スリーブ４２と閉鎖スリーブ１
７との間に形成されたリング状室４４は、閉鎖ス
リーブ１７の測定ガス側の末端部分とケーシング
との間の領域内で対照ガスとして働く空気と一緒
にガスセンサ１０内に侵入する恐れがある湿気に
対するバリヤーとして作用する。案内スリーブ４
２のフランジ４３と閉鎖スリーブ１７の底部１８
との間にリング状ばね部材４５（皿ばね）が配置
されており、該ばね部材は一方では閉鎖スリーブ
１７の底部１８で支持されかつ他方では機械的プ
レロードを受けて第１絶縁スリーブ４０の同心的
段部４６上に載つている。このばね部材４５の機
械的プレロードに基づき、第１絶縁スリーブ４０
はその測定ガス側の端面４７で第２絶縁スリーブ
４１の測定ガスの反対側のリング状段部４８に圧
着し、ひいては第２絶縁スリーブ４１の測定ガス
側の端面は、基準電極と電気的に接続された接点
部材３８に圧着する。

第２絶縁スリーブ４１は加熱部材として作用す
る棒状部材３５をその縦孔５０内に包囲しかつ縦
孔５０の測定ガス近くの末端部分で接点部材３８
のシヤフト３９を包囲する。第２絶縁スリーブ４
１の縦孔５０に対して軸線平行に延びる溝５１内
をリード線５２が案内されており、該リード線は
測定ガス側で公知方法（例えば溶接）によつて案
内されかつ更に該孔から測定ガスの反対側に延び
ている。リード線５２は中央部分では波状の折曲
げ部分５４として形成されている、この折曲げ部
分５４はガスセンサ１０の縦軸線に対して半径方
向に向いた、第１絶縁スリーブ４０の凹所５５に
側面で固定されている。

ガスセンサ１０の縦軸線に向いた折曲げ部分５
４でリード線５２は棒状部材３５の測定ガスの反
対側の末端部分に設けられた固定機構３７内に入
り込み、この場合固定機構は有利には縦溝として
棒状部材３５に設けられておりかつ棒状部材３５
の回動を阻止するために役立つ。

第１絶縁スリーブ４０内には、付加的な２つの
凹所５６及び５７が設けられており、該凹所は同
様にガスセンサ１０の縦軸線に対して半径方向で
延びかつそれぞれの弾性接合部材５８及び５９を
受け入れかつ固定するために役立つ。理解し易く
図示するために、第１図は第２図に示した切断線
−に沿つた断面図を示す。第１絶縁スリーブ
４０は線材状の弾性接合部材５８及び５９の測定
ガスの反対側の末端部分のためにそれぞれ１つの
貫通孔６０を有し、該貫通孔は測定ガス側で相応
する凹所５６ないしは５７に通じかつそれぞれ１
つの測定ガス側に向いた肩部６１を形成する。線
材状の弾性接合部材５８及び５９の測定ガスの反
対側の末端部分は測定ガスの反対側で第１絶縁ス
リーブ４０から突出しており、第１絶縁スリーブ
４０の貫通孔６０から突出した、弾性接合部材５
８及び５９の測定ガス側の部分は、弾性絶縁スリ
ーブ４０内のそれぞれの凹所５６及び５７内でＺ
字状で外向きに曲げられ、このＺ字状の屈曲部分
６２で第１絶縁スリーブ４０内の肩部６１に接触
している。弾性接合部材５８及び５９の上記Ｚ状
屈曲部分６２は、接続ケーブル３から接続線６
４／１及び６４／２を介して生じる引張り、捩り
及び／又は振動応力の対する安全機構として役立
つ。接続線６４／１及び６４／２の測定ガス側の
末端部分は第１絶縁スリーブ４０から突出した測
定ガスの反対側の、弾性接合部材５８及び５９の
末端部分と結合スリーブ６５を介して圧接、溶接
及び／又ははんだ付けによつて接合されている。
第１絶縁スリーブ４０から突出したリード線５２
の末端部分も相応する接続スリーブ６５で接続ケ
ーブル６３の接続線６４／３と接続されている。
弾性接続部材５８及び５９のＺ字状の屈曲部分６
２のそれぞれは測定ガス側で端面６６まで延びて
おり、該端面は第２絶縁スリーブ４１の測定ガス
の反対側の端面によつて形成されている。この際
に、弾性接合部材５８，５９はヘヤピン状に形成
され、しかも第２絶縁スリーブ４１の前記端面６
６に接触しかつガスセンサ１０の測定ガスの反対
側の末端部分の方向に弾性部材５８及び５９を有
し、該屈曲部６７で棒状部材３５上の所属の接続
部分３６に機械的プレロードを受けて圧接されて
いる。弾性部材の屈曲部６７には、それぞれの弾
性接合部材５８，５９の横断面は有利には、それ
ぞれの屈曲部６７とがそれぞれの接続部分３６と
の間で生じる圧力が接続部分３６を損傷しないよ
うに平坦化されている。Ｚ字形屈曲部６２の代わ
りに波状折曲げ部分を使用し、ケーブル６３の引
張り及び／又は振動応力６３に対する安全機構を
構成することもできる。更に、棒状部材３５内の
前記の固定機構３７の他に又は前記の溝状固定機
構３７の代わりに、接続部分３６の領域において
も、棒状部材３５内に同様に棒状部材３５の回動
防止機構としても役立つ固定機構を設けることも
できる。

第１絶縁スリーブ４０の測定ガスの反対側の端
面６８上には、有利には結合スリーブ６５の測定
ガス側の末端部分及びまたは弾性絶縁プラグの測
定ガス側の末端部分が載つており、該絶縁プラグ
は貫通孔７０内に結合スリーブ６５及び接続線６
４／１〜６４／３の一部を密閉して包囲してい
る。この絶縁プラグ６９の測定ガス側のフランジ
部分７１は閉鎖スリーブ１７の開口１９を貫通し
て突出する第１絶縁スリーブ４０の末端部分を包
囲しかつその測定ガスの端面７２が閉鎖スリーブ
１７の底部１８の外側に密閉状態で載つている。
この絶縁プラグ６９の胴面７３には管状の、有利
には金属性のヘツドスリーブ７４が配置されてお
り、該ヘツドスリーブはその広げられた測定ガス
側の末端部分で閉鎖スリーブ１７の測定ガスの反
対側の末端部分を僅かに越えて掴みかつ該閉鎖ス
リーブ１７に数箇所の溶接点７５又はその他の公
知の固定手段によつて固定されておりかつ絶縁プ
ラグ６９をガスセンサ１０の長手方向で縦で機械
的プレロードをかけて保持する。

更に、棒状部材３５の接続部分３６と接合部材
５８，５９との間の前記接合は、ガス内の酸素分
圧を測定するために役立ちかつ固体電解質管を有
するガスセンサ１０のためにのみ適当であるので
はなく、むしろ棒状部材が測定ガス側でケーシン
グから突出しかつ測定素子を支持しているような
ガスセンサ（例えば米国特許第4212720号明細書
参照）のためにも使用することができる。

［発明の効果］ 本発明のガスセンサは、公知のガスセンサに比
較して、構造長さが比較的短く、更に接続部分に
属する部分が簡単に製作及び取付け可能であり、
更に接続ケーブルにかかる引張り、捩り及び／又
は振動応力に基づくガスセンサにおける電気的切
断が起こらないという利点を有する。

特許請求の範囲第２項以下に記載の実施態様に
より、本発明のガスセンサの有利な構成及び改良
が可能である。これらの電気的接続の実施態様は
測定ガス側の底部を備えた固体電解質管を有する
酸素センサにおいて使用するのが特に有利であ
る、更に、これらのガスセンサの電気的接続によ
り簡単かつ有利に棒状部材を意図しない捩りから
保護することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスセンサの（第２図の−
線に沿つた）拡大縦断面図及び第２図は第１図
の−線に沿つたガスセンサの横断面図であ
る。 １０……ガスセンサ、２４……センサ素子、３
５……棒状部材、３６……接続部分、３７……固
定機構、４０……第１絶縁スリーブ、４１……第
２絶縁スリーブ、５６，５７……凹所、５８，５
９……接合部材、６１……第１絶縁スリーブの肩
部、６２……屈曲部、６４／１〜３……接続線、
６６……第２スリーブの端面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーシングを有し、該ケーシングが測定ガス
   導管に組込むための固定機構を有しかつ少なくと
   も該ケーシングの縦孔の測定ガス側の末端部分で
   センサ素子の少なくとも一部分を不動かつシール
   状態で包囲しており、該センサ素子に棒状部材が
   所属し、該棒状部材がその測定ガスの反対側の末
   端部分の胴外面上に、接続線と電気的に接続され
   かつ機械的プレロードを受けた弾性接合部材が圧
   接された少くとも２つの面状の接続部分を有し、
   しかも上記棒状部材が回動を阻止するための少な
   くとも１つの固定機構を有する形式のガスセンサ
   において、少なくとも１つの弾性接合部材５８，
   ５９と、棒状部材３５の接続部分３６と、棒状部
   材３５の少なくとも１つの固定機構３７とがガス
   センサ１０の内部に配置されており、しかも接続
   線６４／１，６４／２と接続されたそれぞれの弾
   性接合部材５８，５９が、ガスセンサ１０内に同
   軸的に配置された第１絶縁スリーブ４０の凹所５
   ６，５７内に固定されかつＺ字ないしは波形屈曲
   部分６２を有し、該屈曲部分が、前記第１絶縁ス
   リーブ４０の測定ガス側に向いた肩部６１でガス
   センサ１０内に電気的に絶縁されて支持され、か
   つ更にそれぞれの弾性接合部材５８，５９が、前
   記第１絶縁スリーブに引続きガスセンサ１０に同
   軸的に配置された第２絶縁スリーブ４１の接続線
   側の端面６６で電気的に絶縁されて支持されてい
   ることを特徴とするガスセンサ。 ２ それぞれの弾性接合部材５８，５９が線材形
   である、特許請求の範囲第１項記載のガスセン
   サ。 ３ それぞれの弾性接合部材５８，５９の測定ガ
   スの反対側の部分がガスセンサ１０の長手方向に
   延びる、第１絶縁スリーブ４０の貫通孔６０内に
   配置されており、かつその測定ガスの反対側の末
   端部分が上記の第１絶縁スリーブ４０から突出し
   ている、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   ガスセンサ。 ４ ケーシング１１が測定ガスの反対側の閉鎖ス
   リーブ１７を有し、該閉鎖スリーブが測定ガスの
   反対側に底部１８を有し、該底部が接続線６４／
   １，６４／２，６４／３のための開口１９を有
   し、かつ該底部の測定ガス側の面に同心的に配置
   され、機械的プレロードを受けたばね部材４５を
   支持し、該ばね部材が軸方向で第１及び第２絶縁
   スリーブ４０，４１及びガスセンサ１０の測定ガ
   ス側のシール部材２３に作用する、特許請求の範
   囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載の
   ガスセンサ。 ５ センサ素子２４が測定ガス側に底部２７で閉
   鎖された酸素イオン伝導性の固体電解質管２６を
   有し、該固体電解質管がその外側に測定ガスに曝
   される層状のガス透過性の測定電極２８、及びそ
   の内側に対照ガスに曝されるガス透過性の層状の
   基準電極３０を有し、かつ上記固体電解質管がそ
   の内部２９に棒状部材３５として電気加熱部材を
   有する、特許請求の範囲第１項から第４項までの
   いずれか１項に記載のガスセンサ。 ６ 基準電極３０がそれに属する接続線６４／３
   とリード線５２によつて電気的に接続されてお
   り、該リード線が測定ガス側で、固体電解質管２
   ６の測定ガスの反対側の端面３１上で基準電極３
   ０と電気的に接続された接点部材３８と接合され
   ている、特許請求の範囲第５項記載のガスセン
   サ。 ７ 弾性接合部材５８，５９の少なくとも１つの
   屈曲部分６２の一部分及びリード線５２の横方向
   の折曲げ部分５４のいずれか一方又は両者が棒状
   部材３５の固定機構３７に係止している、特許請
   求の範囲第１項から第６までのいずれか１項に記
   載のガスセンサ。 ８ 弾性接合部材５８，５９の屈曲部分６２及び
   リード線５２の折曲げ部分５４のいずれか一方又
   は両者が、ガスセンサ１０の長手方向軸線に対し
   て半径方向に配置されたそれぞれ１つの面内に位
   置する、特許請求の範囲第１項から第７項までの
   いずれか１項に記載のガスセンサ。 ９ 棒状部材３５に設けられた固定機構３７が縦
   溝である、特許請求の範囲第１項から第８項まで
   のいずれか１項に記載のガスセンサ。