JP2000509823A - 測定センサのセンサエレメント用のシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、測定センサ、特に燃焼機関の排ガス中における酸素含有量を測定するための測定センサであって、この場合プレート状のセンサエレメント（２６）が、金属製のケーシング（１２）内に配置されたセラミック成形体（２０）内に、シール装置（３１）を用いてガス密に挿入されている。シール装置（３１）は、パウダ状のシールパック（３２）とその上に位置する付着ガラス（３３）とから成っている。そしてシール装置（３１）によって、セラミック成形体（２０）内におけるセンサエレメント（２６）の、ガス密でかつ耐ガソリン性の固定部が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】 測定センサのセンサエレメント用のシール装置 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の測定センサに関する。米国特許第５ ４６７６３６号明細書に基づいて公知のこのような形式の測定センサでは、平面 的なつまり扁平なセンサエレメントが、セラミック成形体の貫通孔にシールエレ メントを用いてガス密に固定されている。セラミック成形体は、排ガスとは反対 側の端面に凹設部を有しており、この凹設部は貫通孔を取り囲んでいて、この凹 設部には封着ガラスが挿入されている。そしてこの箇所において封着ガラスはセ ンサエレメントをガス密に取り囲み、セラミック成形体に対するガス密な結合部 を生ぜしめている。封着ガラスは、センサエレメントとセラミック成形体との間 におけるシールを実現するただ１つのシールエレメントである。 本発明の利点 請求項１の特徴部に記載の本発明による測定センサには次のような利点がある 。すなわち本発明による測定センサでは、押込みもしくはプレス可能な付加シー ル部材を用いて、封着ガラスの製造時にセラミック成形体におけるセンサエレメ ントの前固定を行うことが でき、そしてこの前固定は、封着ガラスの製造に関連したガラスパケットの溶融 による接合プロセス中にも維持される。さらに、プレスされた付加シール部材に よって、センサエレメント／封着ガラス-接合箇所は、接合プロセス後の冷却時 や（この場合には半径方向にしか生じないガラスシール部材の緊張に基づいて） 、測定センサの熱的な負荷時及び機械的な負荷時や、特別な場合では測定センサ の振動負荷時に、負荷が軽減される。さらに付加シール部材は、溶融プロセス時 にガラス流が、センサ使用時に大きな熱負荷を受けるセンサエレメント前方領域 に侵入することを阻止する。 従属請求項に記載の手段によって、本発明によるセンサ装置の別の有利な構成 が可能である。例えば、付加シール部材として、グラファイト製又はグラファイ ト含有材料製のパウダパックを使用すると、特に有利である。それというのは、 グラファイトは溶融状態のガラスによってまったく又は部分的にしか濡らされな いからである。安価な構成では、パウダパックは、有利には前焼結もしくは前プ レスされたステアタイト又は類似のセラミック材料から成っており、このように すると、パウダパックと封着ガラスもしくは溶融ガラスとの間における不都合な 反応を回避することができる。付加シール部材の構成では、付加シール部材が例 えばＡｌ₂Ｏ₃及び／又はＺｒＯ₂製のセラミックシートから成っており、このよ うなセラミックシートは、 セラミック成形体の凹設部に挿入されて、そこでプレスされ、これによってセラ ミック成形体内においてセンサエレメントが前固定される。封着ガラスのために 有利なガラスとしては、Ｌｉ-Ａｌ-ケイ酸塩ガラス又はＬｉ-Ｂａ-Ａｌ-ケイ酸 塩ガラスが挙げられる。 図面 次に図面につき本発明の１実施例を説明する。 図面は、電気化学式の測定センサの測定ガス側の部分を示す横断面図である。 実施例 燃焼機関の排ガス中における酸素含有量を測定するための電気化学式の測定セ ンサは、図示された測定ガス側の区分１０と図示されていない良く知られた接続 側の区分とを有している。接続側の区分には、センサエレメント２６の電気的な 接触接続のための手段が設けられている。 測定センサは金属製のケーシング１２を有しており、このケーシング１２内に は、測定ガス側の端部区分２７と接続側の端部区分２８とを備えた薄片状のセン サエレメント２６が配置されている。ケーシング１２は、図示されていない排ガ ス管に取り付けるための固定手段として働くねじ山１３を備えて形成されている 。ケーシング１２にはさらに、肩部状のリング面１６を備えた長手方向孔１５を 備えて形成されている。この肩部状のリング面１６には例えば金属製のシールリ ング１８が載設されている。 長手方向孔１５には、測定ガス側の端面２１及び接続側の端面２２並びに軸方 向に延びる貫通孔２４を備えたセラミック成形体２０が挿入されている。このセ ラミック成形体２０は例えばＡｌ₂Ｏ₃から成っていて、その測定側の端面２１で シールリング１８に載っている。 セラミック成形体２０の接続側の端面２２には、貫通孔２４を取り囲む凹設部 ３０が設けられている。凹設部３０には、センサエレメント２６をガス密にセラ ミック成形体２０において保持するシール装置３１が設けられている。シール装 置３１は、パウダ状のシールパック（Dichtpackung）３２と封着ガラス（Glasei nschmelzung）３３とを有しており、この場合封着ガラス３３はシールパック３ ２の上に配置されている。 シールパック３２は例えばステアタイト、グラファイト、窒化ホウ素又はこれ らの物質の混合物から成っている。パウダ状のシールパック３２を製造するため に、例えば前焼結されかつ／又はプレスされた成形体が前記材料から製造され、 そしてこのような成形体が凹設部３０に挿入される。成形体に作用する押込み力 もしくはプレス力を用いて成形体は、そのパウダ成分に変形される。この変形時 にパウダはセンサエレメント２６及び凹設部３０の壁に付着する。これによって センサエレメント２６は貫通孔２４において前固定さ れ、同時に第１のシール装置が得られる。シールパック３２を製造する択一的な 別の方法では、例えばＡｌ₂Ｏ₃又はＺｒＯ₂から成るセラミックシートが生の状 態で凹設部３０に挿入され、押込み力の作用下で例えば８０℃で焼結される。押 込み力の作用によって焼結時に同様にパウダパックが生ぜしめられ、その結果セ ラミックのパウダは凹設部３０の壁及びセンサエレメント２６に付着される。 封着ガラスは例えばＬｉ-Ａｌ-ケイ酸塩ガラス又はＬｉ-Ｂａ-Ａｌ-ケイ酸塩 ガラスから成っている。封着ガラスは次のことによって、すなわちガラスパウダ 又はガラス粒をパウダ状のシールパック３２の製造後に凹設部３０内に入れるこ とによって製造される。この状態においてシール装置は、使用されるガラスの溶 融温度に加熱される。この加熱の際にガラスパウダ又はガラス粒は溶融し、凹設 部３０の壁及びセンサエレメント２６と結合する。これによってセラミック成形 体において、完全にガス密でかつ耐ガソリン性の、センサエレメント２６のシー ル装置３１が実現される。 セラミック成形体２０とケーシング１２との間における、ガス密でかつ耐ガソ リン性のシールは、シールリング１８を用いて生ぜしめられ、この場合セラミッ ク成形体２０は金属スリーブ３６を用いてシールリング１８に押圧される。金属 スリーブ３６は、例えば均一に分配されて内方に向かって延びる複数の爪３７を 有しており、これらの爪３７は、ケーシング１２に一体成形された切欠き３８に 係合する。しかしながらまた、金属スリーブ３６とケーシング１２と溶接するこ とも同様に可能である。 センサエレメント２６の測定ガス側の端部区分２７は、ケーシング１１から突 出していて、保護管４０によって取り囲まれている。この保護管４０は複数のガ ス流入兼流出開口４１を有している。 接続側の端部区分２８においてセンサエレメント２６には、接続コンタクト４ ３が形成されており、おの接続コンタクト４３は、接続ケーブルを備えた図示さ れていない接続プラグと接触接続される。ケーシング１１から突出する接続側の 端部区分２８は、さらに図示されていないカプセルによって取り囲まれており、 このカプセルは接続プラグを取り囲んでいて、端部区分２８を周囲の影響から守 っている。 本発明によるシール装置の使用は、固体電解質（Festelektrolyt）-センサエ レメントのシールに制限されるものではない。本発明によるシール装置は、セラ ミック体の間における温度安定的でガス密なシールのためにも同様に適している 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 測定センサ、特に燃焼機関の排ガス中における酸素含有量を測定するための 測定センサであって、金属製のケーシングの長手方向孔内に配置されたセラミッ ク成形体が設けられており、該セラミック成形体内にセンサエレメントが、封着 ガラスを備えたシール装置を用いてガス密に受容されている形式のものにおいて 、シール装置（３１）が封着ガラス（３３）に加えて少なくとも１つのパウダ状 のシールパック（３２）を有していることを特徴とする測定センサ。 2. パウダ状のシールパック（３２）が、セラミック成形体（２０）と封着ガラ ス（３３）との間に配置されている、請求項１記載の測定センサ。 3. セラミック成形体（２０）に凹設部（３０）が設けられており、該凹設部（ ３０）内にパウダ状のシールパック（３２）が配置され、該シールパック（３２ ）に直接的に接触して封着ガラス（３３）が配置されている、請求項１記載の測 定センサ。 4. 凹設部（３０）が、セラミック成形体（２０）の、測定ガスとは反対側の端 面（２２）に配置されている、請求項３記載の測定センサ。 5. パウダ状のシールパック（３２）がセラミック製である、請求項１記載の測 定センサ。 6. パウダ状のシールパック（３２）が成形体として凹設部（３０）内に挿入可 能であり、次いで押込み力の作用下でパウダに変形される、請求項５記載の測定 センサ。 7. 成形体が前焼結されかつ／又は前プレスされている、請求項６記載の測定セ ンサ。 8. 成形体が、ステアタイト、グラファイト、窒化ホウ素、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂ 又はこれらの物質の混合物から成っている、請求項７記載の測定センサ。 9. 成形体が生のセラミックシートとして凹設部（３０）に挿入可能であり、こ の場合変形がセラミックシートの熱間プレスによって生ぜしめられる、請求項６ 記載の測定センサ。 10．セラミックシートが、Ａｌ₂Ｏ₃又はＺｒＯ₂又はこれらの物質の混合物から 成っている、請求項９記載の測定センサ。 11．封着ガラス（３３）が、Ｌｉ-Ａｌ-ケイ酸塩ガラス又はＬｉ-Ｂａ-Ａｌ-ケ イ酸塩ガラスから成っている、請求項１記載の測定センサ。