JPH10508384A - ガスセンサのセンサ素子のためのシール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に燃焼機関の排ガス内の酸素含有量を決定するガスセンサ（１０）のセンサ素子（２７）のためのシールが提案される。このシールは，少なくとも２つのシールエレメント（３６，３７，３８）から構成されていてケーシング（１２）の縦孔（１５）内に挿入されている１つのシール配列（３５）から成っており，その場合，一方のシールエレメント（３６，３８）がステアタイトから成り，他方のシールエレメント（３７）が六方晶系の窒化ホウ素から成っている。

Description

【発明の詳細な説明】 ガスセンサのセンサ素子のためのシール 従来の技術 本発明は請求項１の上位概念に記載のガスセンサのセンサ素子のためのシール に関する。この種のシールはドイツ連邦共和国特許出願公開第 34 18 789 号明 細書から公知であり，この場合，センサ素子は２つのシール体とこれらのシール 体の間に配置された変形可能な付加シールとによってケーシングの縦孔内に配置 されている。両方のシール体はマグネシュウム−アルミニュウム−ケイ酸塩（ス テアタイト）から成っている。付加シールのための材料としては予備圧縮された 金属粉末又はグラファイトが使用される。 発明の利点 請求項１に記載の特徴を備えた本発明によるシールが有する利点とするところ は，このシールが気密であるばかりでなく，液体特に燃料に対しても不浸透性で あり，かつ付加的に高い耐熱性を有していることにある。 請求項２以下に記載の手段によれば，請求項１に記載のシールの構成を有利に 限定することが可能となる。予備焼結された状態のステアタイトのシール体と， 熱間プレスされた状態の窒化ホウ素のシール体とが， シールリングとして使用され，かつ組み付けの際に力の作用によって，シール体 の材料がセンサ素子及びケーシングに当接してセンサ素子がケーシング内で気密 に保持されるように，変形されるようにすると，シールの組み付け操作を良好に 行うことができる。 図面 本発明の３つの実施例が図面に示されており，以下に詳しく説明する。ここに 図１は第１実施例のシール配列のガスセンサの断面を示し，図２は第２実施例の シール配列のガスセンサを示し，図３は第３実施例のシール配列のガスセンサを 示す。 実施例 図１，図２及び図３はガスセンサ１０，例えば電気化学的な酸素センサを示し ，このセンサは，図示されていない測定ガス管内へ取り付けるための固定手段と してのねじ山１３を備えた金属のケーシング１２を有している。このケーシング １２は肩状の環状面１６を備えた縦孔１５を有している。肩状の環状面上には， 例えば金属製のシールリング１８があり，その上に測定ガス側のセラミック成形 部２１が当接している。測定ガス側のセラミック成形部２１は，縦孔１５の方向 に貫通して延びている測定ガス側の切欠２２を備えている。 測定ガス側のセラミック成形部２１から間隔をおいて，縦孔１５内には更に， 接続側のセラミック成形部 ２３が配置されている。接続側のセラミック成形部２３は，同様に縦孔１５の方 向に貫通して延びていて中央に配置されている接続側の切欠２４を備えている。 測定ガス側のセラミック成形部２１の測定ガス側の切欠２２と，接続側のセラミ ック成形部２３の接続側の切欠２４とは互いに一直線状に延びている。切欠２２ ，２４内には，測定ガス側の端部２８と接続側の端部２９とを備えた小板状の１ つのセンサ素子２７が配置されている。 センサ素子２７の測定ガス側の端部２８はケーシング１２から突出していて， ケーシング１２に固定された保護管３１によって囲まれている。この保護管３１ は，測定すべきガスのための流入・流出口３２を備えている。接続側の端部２９ は，やはりケーシング１２から突出している接続接点３４を備えている。これら の接続接点３４は接続ケーブルを備えた図示されていない接点プラグに接続せし められる。ケーシング１２から突出している接続側の端部２９は，この端部２９ を周囲の影響から保護する図示されていないジャケットにより囲われている。 測定ガス側のセラミック成形部２１と接続側のセラミック成形部２３との間に はシール配列３５が設けられており，このシール配列は第１のシールエレメント ３６，第２のシールエレメント３７及び第３のシールエレメント３８とから構成 されている。第１のシール エレメント３６はステアタイトから成っていて，測定ガス側のセラミック成形部 ２１上に座着している。これに続いて，六方晶系の窒化ホウ素から成る第２のシ ールエレメント３７が配置されている。第２のシールエレメント３７の上方には ，同様にステアタイトから成る第３のシールエレメント３８が配置されている。 第３のシールエレメント３８上には接続側のセラミック成形部２３が圧着されて いる。接続側のセラミック成形部２３の圧着力は金属スリーブ４０により生ぜし められる。この金属スリーブ４０は，例えば均一に分配された複数の内向きの押 込成形部４１を備えており，これらの押込成形部はケーシング１２に形成された 溝４２内に係合している。 第２実施例が図２に示されている。この実施例では，シール配列３５は第２の シールエレメント３７と第３のシールエレメント３８とだけから成っている。窒 化ホウ素から成る第２のシールエレメント３７は測定ガス側のセラミック成形部 ２１に直接に当接している。 図３に示された第３実施例では，シール配列３５は第１のシールエレメント３ ６と第２のシールエレメント３７とから成っている。この場合，接続側のセラミ ック成形部２３は窒化ホウ素から成る第２のシールエレメント３７上に直接に当 接している。 ステアタイトから成るシールエレメント３６，３８ の体積が窒化ホウ素から成るシールエレメント３７の体積のほぼ２倍であると効 果的であることが判明した。このため，図１に示された実施例ではシールエレメ ント３６，３７，３８のそれぞれの厚さはほぼ同じである。これに対して，図２ 及び図３に示された実施例では，第１のシールエレメント３６若しくは第３のシ ールエレメント３８が，窒化ホウ素から成る第２のシールエレメント３７に比し てほぼ２倍の厚さに形成されている。 ステアタイトから成るシールエレメント３６，３８はケーシング１２の縦孔１ ５内へ組み込まれる前に，例えば５００℃の比較的低温で焼結されて，リングと して予備成形される。これに対して，六方晶系の窒化ホウ素から成る第２のシー ルエレメント３７はほぼ２０００℃で熱間プレスされる。このようにして形成さ れたリング状のシールエレメント３６，３７，３８はそれぞれの実施例に相応し て，センサ素子２７を既に収容している縦孔１５内に挿入される。次いで，相応 に形成されたシール配列３５の上方に接続側のセラミック成形部２３が配置され る。しかる後に，接続側のセラミック成形部上に金属スリーブ４０が載着される 。次いで，例えばプレス工具によって，接続側のセラミック成形部２３を介して シール配列３５のシールエレメント３６，３７，３８へ作用する力が金属スリー ブ４０上に加えられる。その際，シールエレメント３ ６，３７，３８の予め加工されたリングは変形せしめられ，シールエレメント３ ６，３７，３８の材料がセンサ素子２７及びケーシング１２に圧着せしめられる 。 シール作用は主として第２のシールエレメント３７の六方晶系の窒化ホウ素に よって決定されることが分かった。窒化ホウ素はその結晶構造に基づき，極めて 良好な気密性と燃料シール性を有している。 気密性及び燃料シール性を広い温度範囲にわたって得るためには，金属スリー ブ４０を起点としてシールエレメント３６，３７，３８へ作用する力が常時シー ル配列３５に作用していることが重要である。ステアタイトの熱膨張係数（８. ８×１０^-6・Ｋ^-1）が窒化ホウ素の熱膨張係数（ほぼ４.４×１０^-6・Ｋ^-1）に 対比して大きいことに基づき，比較的高い温度でも，金属スリーブ４０を起点と する圧着力がシール配列３５へ作用せしめられる。 本発明に基づくシール配列３５の使用は，金属ケーシング内の偏平なセンサ素 子のシールのために限定されるものではない。勿論，この種のシール配列３５は いわゆるフィンガ形センサのシールのためにも使用することができる。この使用 例の場合には，シールエレメント３６，３７，３８のための予備製作されるリン グを，ケーシングの縦孔の形態，すなわちケーシング及びフィンガ形のセンサ素 子の支持面の形態に適合さ せて構成すればよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−マルティン ヴィーデンマン ドイツ連邦共和国 70195 シュツットガ ルト ブルックナーシュトラーセ 20 (72)発明者 アントン ハンス ドイツ連邦共和国 71640 ルートヴィッ ヒスブルク ロートボイムレシュトラーセ 21

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に燃焼機関の排ガス内の酸素含有量を決定するためのガスセンサであっ て，センサ素子がケーシング内で少なくとも１つのシールエレメントによって気 密に固定されている形式のものにおいて，シールエレメントが窒化ホウ素から形 成されていることを特徴とする，ガスセンサ。 ２．窒化ホウ素が六方晶系の結晶構造であることを特徴とする，請求項１記載 のガスセンサ。 ３．少なくとも２つの互いに上下に位置するシールエレメント（３６，３７， ３８）から成るシール配列（３５）が設けられており，その１つのシールエレメ ント（３７）が窒化ホウ素から成り，他のシールエレメント（３６，３８）がス テアタイトから成ることを特徴とする，請求項１記載のガスセンサ。 ４．変形可能なリングとしてのシールエレメント（３６，３７，３８）が使用 されていて，ケーシング（１２）の縦孔（１５）内へプレスばめされており，圧 縮時にシールエレメント（３６，３７，３８）の材料がセンサ素子（２７）とケ ーシング（１２）とに圧着されるように，リングが変形せしめられることを特徴 とする，請求項３記載のガスセンサ。 ５．ステアタイトから成るシールエレメント（３６，３８）の体積が，窒化ホ ウ素から成るシールエレメ ント（３７）の体積に比して大きいことを特徴とする，請求項３記載のガスセン サ。 ６．ステアタイトから成るシールエレメント（３６，３８）の体積が，窒化ホ ウ素から成るシールエレメント（３７）の体積のほぼ２倍であることを特徴とす る，請求項５記載のガスセンサ。 ７．ケーシング（１２）内に互いに間隔をおいて，測定ガス側のセラミック成 形部（２１）と接続側のセラミック成形部（２３）とが配置されており，これら 両方のセラミック成形部（２１，２３）の間にシール配列が配置されていること を特徴とする，請求項３記載のガスセンサ。 ８．ケーシング（１２）と結合された圧着部材（４０）が設けられており，こ の圧着部材は接続側のセラミック成形部（２３）を押圧していることを特徴とす る，請求項７記載のガスセンサ。 ９．測定ガス側のセラミック成形部（２１）上にステアタイトから成るシール エレメント（３６）が当接しており，その上に窒化ホウ素から成るシールエレメ ント（３７）があり，その上にステアタイトから成る別のシールエレメント（３ ８）が当接しており，その上から接続側のセラミック成形部（２３）が押圧して いることを特徴とする，請求項７記載のガスセンサ。 10．測定ガス側のセラミック成形部（２１）上に窒化ホウ素から成るシールエ レメント（３７）が当接し ており，その上にステアタイトから成るシールエレメント（３８）があり，その 上から接続側のセラミック成形部（２３）が押圧していることを特徴とする，請 求項７記載のガスセンサ。 11．測定ガス側のセラミック成形部（２１）上にステアタイトから成るシール エレメント（３６）が当接しており，その上に窒化ホウ素から成るシールエレメ ント（３７）があり，その上から接続側のセラミック成形部（２３）が押圧して いることを特徴とする，請求項７記載のガスセンサ。