JP2015514962A - 排ガスセンサのハウジングを密封するための栓体、排ガスセンサおよび排ガスセンサの製造法 - Google Patents

Abstract

本発明は、排ガスセンサのハウジング（１１）を密封するための栓体であって、該栓体（１）が、接続ケーブル（２１）を貫通案内するための少なくとも１つの軸方向の貫通通路（２５）を有しており、栓体が、ポリテトラフルオロエチレンを含んだベースボディ（２４）を有しており、さらに、栓体（１）が、その半径方向外側に配置された少なくとも１つの外側シール部材（３６，３８）を有している、排ガスセンサのハウジングを密封するための栓体において、外側シール部材（３６，３８）が、少なくともペルフルオロアルコキシポリマまたはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレンまたはポリクロロトリフルオロエチレンまたはポリフッ化ビニリデンを含んでいることを特徴としている。

Description

本発明は、排ガスセンサに係る。

背景技術
このような排ガスセンサはハウジングを有している。このハウジング内には、電気化学的に働く、たとえばセラミックス製のセンサ素子が位置している。さらに、このような排ガスセンサは栓体を有している。この栓体はハウジングを密封している。また、栓体を貫いて、少なくとも１つの接続ケーブルがハウジングから導出されているかもしくはハウジング内に導入されている。

まず、栓体それ自体および栓体とハウジングとの協働に高い封止性の要求が課せられる。この高い封止性によって、排ガスセンサの内部への有害な、たとえば腐食を引き起こす液体およびガスの侵入が効果的にかつ持続的に阻止される。封止性を実現するためには、栓体によって、特にこの栓体が十分な弾性を有していることが要求される。もう１つには、排ガスセンサがさらされている高い排ガス温度に基づき、栓体に対して、相応に高い耐熱性を有する材料しか可能とならない。

独国特許出願公開第１０２００５０２０７９３号明細書に基づき、すでに、排ガスセンサのハウジングを閉鎖するために、ＰＴＦＥとしても公知のポリテトラフルオロエチレンから成る栓体を設けることが公知である。フッ素含有のプラスチックから成るチューブによる排ガスセンサのハウジングとケーブルスルーガイドとの間の摩擦接続的な密封が提案される。

発明の利点
本発明によれば、請求項１に記載の栓体と、このような栓体を有する請求項４に記載の排ガスセンサとが提案されている。

本発明によれば、栓体が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含んだベースボディを有している。本発明に関連して、この「ベースボディ」という概念は過度に限定して解釈すべきものではないが、しかし、栓体のベースボディが、直円柱の形状または基本形状を有しているかまたは直円柱の形状または基本形状に類似しているかまたは直円柱の形状または基本形状を出発点としていると好適である。たとえば、直円柱の形状または基本形状を出発点として、面取り、丸み付けおよび／またはこれに類する加工が行われていてよく、かつ／または変形、たとえば塑性変形および／または弾性変形が行われていてよい。

「ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）」とは、本願では、特に構造式［−ＣＦ_２−ＣＦ_２−］_ｎを有する化学的な物質を意味している。

本発明によれば、栓体のベースボディがポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、すなわち、際立って優れた耐熱性を有する材料を含んでいるので、ベースボディが栓体の質量および／または体積に主に寄与していると有利である。特にベースボディが、栓体の質量の少なくとも８０％または少なくとも８５％、好適には少なくとも９０％または少なくとも９５％すら成していると有利である。付加的または択一的には、ベースボディが、栓体の体積の少なくとも６５％または少なくとも７２％、好適には少なくとも７９％または少なくとも８６％すら成していても有利である。

ベースボディは、空間的な部分および／または化学的な組成に関してのみ、ある程度の割合のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）しか含んでいなくてもよいが、しかし、ベースボディが、少なくとも９５％または完全にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から成っており、かつ／またはベースボディが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から成っていると好適である。

本発明によれば、栓体が、少なくとも１つの接続ケーブルを貫通案内するための少なくとも１つの軸方向の貫通通路を有している。「軸方向の貫通通路」とは、たとえばベースボディの円柱のまたは円柱に類似の形状または基本形状を基準として、貫通通路が、栓体の、互いに反対の側に位置する両端面を貫いており、かつ／または貫通通路が、栓体の、特に半径方向外側に位置する周面を貫いていないことを意味している。本発明は、これに限定されるものではないが、しかし、貫通通路が、ベースボディの対称軸線に対して平行に延びているかまたはベースボディの対称軸線が、貫通通路の対称軸線に合致すらしていると好適である。また、複数、特に２つ、３つ、４つ、５つまたは６つの貫通通路の配置も可能である。この場合には、これらの貫通通路が、好ましくは、ベースボディの対称軸線を取り囲んで対称的に配置されている。貫通通路１つ当たり正確に１つの接続ケーブルを配置することが好適であるが、基本的には、１つの貫通通路内に複数の接続ケーブルまたは、たとえば接着かつ／または溶接された複数の接続ケーブルを有する１つの接続ケーブル複合体を設けることも可能である。

本発明によれば、栓体が、その半径方向外側もしくはベースボディの半径方向外側に配置された外側シール部材を有している。この外側シール部材は、栓体のベースボディと排ガスセンサのハウジングとの間に残されたギャップを閉鎖する、特に密封するために好適である。外側シール部材がベースボディの外側輪郭を覆っている、特に主にまたは完全に覆っていることが可能であり、好適でもあるが、外側シール部材が、栓体もしくはベースボディの半径方向外側に部分的にしか配置されていない、すなわち、ベースボディの外側輪郭の一部が空いたままであり、排ガスセンサのハウジングに直接的に向かいって位置しているために適していることも可能であり、好適である。

本発明の根底には、外側シール部材の領域での改善されたシール作用の実現のために、外側シール部材の材料の選択が特に重要となるという認識がある。特にベースボディに含まれているかまたはベースボディを形成しさえする材料であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に基づき、ベースボディが、確かに、高い耐熱性を有しているが、僅かしか弾性的な特性を有しておらず、ひいては、力もしくは応力状態を伝達するためにほとんど適していないということが認識された。すなわち、摩擦接続をベースとした密封作用は、得ることが難しいかもしくは不完全にしか得ることができない。さらに、この認識をベースとして、外側シール部材のための適切な材料を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に材料接続的に結合するために適している、すなわち、特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を濡らすために適しているような材料に的を絞って探さなければならないことが認識された。

本発明によれば、上述した認識をベースとして、出願人の研究から、ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）およびテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）が適していると判った。また、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）も同じく適していると判った。しかし、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）は、ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）およびテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）と比較してやや少ない耐熱性に基づき、特により低い使用温度（たとえば２１０℃を下回る使用温度）でしか使用することができない。ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）および／またはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）の使用は、特に高い使用温度（たとえば最大２８０℃または最大３０５℃でさえある使用温度）に対して、好まれるべき解決手段である。

外側シール部材が、ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）またはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）またはポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはこれらの物質の混合物から成っているかまたは少なくとも９５％または完全にペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）またはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）またはポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはこれらの物質の混合物から成っていると好適であるが、本発明によって、基本的には、これらの材料から成る部分しか有していないシール部材または所定の割合、特に主な割合のペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）および／またはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）および／またはポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）および／またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）しか含んでいない材料から成るシール部材も包括されている。

「テトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）」とは、本願では、特に構造式［−ＣＦ_２−ＣＦ_２−ＣＦ（ＣＦ_３）−ＣＦ_２−］_ｎを有する化学的な物質を意味している。「テトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）」とは、本願では、特にモノマであるテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）と、ゼロと異なる、特にゼロと大幅に異なる割合のモノマであるヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との混合物の重合化によって製造可能である化学的な物質を意味している。

「ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）」とは、本願では、特にモノマであるテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）と、ゼロと異なる、特にゼロと大幅に異なる割合のモノマであるペルフルオロプロピルビニルエーテル（ＰＰＶＥ）との混合物の重合化によって製造可能である化学的な物質を意味している。「ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）」とは、本願では、特に構造式［−ＣＦ_２−ＣＦ_２−ＣＦ（ＯＲ）−ＣＦ_２−］_ｎを有する化学的な物質を意味している。この場合、側基ＯＲは、少なくとも１つのアルコキシ基である。ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）は、特に少なくとも１つのアルコキシ側鎖を有する完全フッ素化されたポリマである。ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）は、特に熱可塑的に加工可能である化学的な物質、セラミック表面、酸化物表面、ガラス表面および／または金属表面を濡らすことがでる化学的な物質および／またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に融着可能である化学的な物質である。本発明によって、特に種々異なるＰＦＡ品質および／または種々異なるＰＦＡ品質から成る混合物、いわゆる「ＰＦＡポリブレンド」が包括されている。出願人には、溶融範囲が２６０℃〜３２０℃、特に２６０℃から３２０℃に達するＰＦＡポリブレンドの使用によって、本発明に関連した特にプラスの経験がある。３・１０^５〜３・１０^６ｇ／ｍｏｌのモル質量を有するポリマが好適である。

「ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）」とは、本願では、特に構造式［−ＣＦＣｌ−ＣＦ_２−］_ｎを有する化学的な物質である。

「ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）」とは、本願では、特に構造式［−ＣＨ_２−ＣＦ_２−］_ｎを有する化学的な物質である。

確かに、外側シール部材のために設けられた材料、特にペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）およびテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）およびポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の耐熱性は高いが、それにもかかわらず、ベースボディのために設けられた材料であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の耐熱性を、感知できるほど下回っている。この理由から、外側シール部材および／または外側シール部材を形成する材料が、栓体の質量および／または体積に僅かしか寄与しないと有利である。特に外側シール部材および／または外側シール部材を形成する材料が、栓体の質量の多くとも２０％または多くとも１５％、好適には多くとも１０％または多くとも５％すら成していると有利である。付加的または択一的には、外側シール部材および／または外側シール部材を形成する材料が、栓体の体積の多くとも２０％または多くとも１５％、好適には多くとも１０％または多くとも５％すら成していても有利である。適切な手段によって、栓体の耐熱性が全体的に最適化される。

特に外側シール部材が、ベースボディに、外方に向けられた層の形態で配置されていることが可能である。特に少なくとも１０μｍ、好適には少なくとも５０μｍの層厚さが適していると判った。なぜならば、これによって、外側シール層のプロセス確実な構成が保証されているからである。この場合に上回られるべきではない層厚さは、１ｍｍ、好適には２５０μである。特に温度に関して問題をはらんでいる用途では、特に実際の層厚さの２０％、好適には１５％の変動が上回られない場合、５０μｍ〜１５０μｍの層厚さも好適である。

基本的には、外側シール部材とベースボディとの材料接続的な結合が、工場側でまだ行われていないかまたはまだ完全には行われておらず、特にセンサの運転中、たとえばセンサの自己加熱によってかつ／または排ガスセンサへの高温の排ガスの供給に基づき形成可能であるかまたは完全に形成可能であることが可能であり、本発明によって包括されている。しかし、本発明の有利な態様では、材料接続の実現がすでに製造プロセスに組み込まれ、これによって、ベースボディが外側シール部材に完全にまたは部分的に材料接続的に結合されていて、最適化されたシール作用がすでにセンサの運転の開始時に与えられている栓体もしくは排ガスセンサが提供される。

「材料接続的な結合」とは、特にＶＤＩ−Ｒｉｃｈｔｌｉｎｉｅ ２２３２−２００４−０１にも定義されているように、接合相手同士の結合が、分子レベルで有効になる力によって行われる結合である。材料接続的な結合に対する例は、溶接、接着、融着等である。材料接続的な結合は、特に２つの接合相手の間の直接的な材料接続的な結合であってよい。この直接的な結合時には、両接合相手が分子レベルで直接的に相互作用する。もう１つには、材料接続的な結合は、特に間接的な材料接続的な結合であってもよい。この間接的な結合時には、両接合相手が、直接的に材料接続的に互いに結合されておらず、それぞれ少なくとも１つの第３の接合相手に直接的に材料接続的に結合されていて、複数の第３の接合相手の場合には、これら全ての第３の接合相手が（間接的にまたは直接的に）材料接続的に互いに結合されている。

本発明に係る栓体は、接続ケーブルを貫通案内するための、特に軸方向の貫通通路を有している。これは、栓体を貫いて接続ケーブルを案内することができ、好適には、栓体を貫いてハウジングの内部から、このハウジングの外側に位置する領域に案内することができるように、貫通通路が基本的に提供されていることを意味している。

本発明の改良態様では、栓体が接続ケーブルを有している。この接続ケーブルは、栓体を貫いて案内されていて、好適には、栓体を貫いてハウジングの内部から、このハウジングの外側に位置する領域に案内されている。

「排ガスセンサ」とは、本願では、特に内燃機関の排ガス系統に使用するための酸素センサを意味しているが、別のセンサ、たとえば温度センサまたはＮＯ_ｘセンサまたは煤粒子センサまたはこれに類するセンサであってもよい。本発明によって、特に高い温度および／または腐食性の環境での継続使用のために適したあらゆるセンサ、たとえば電気的な接続線路が、密封すべきハウジングから、特に比較的高い周辺温度で導出されなければならないようなセンサが包括されている。

本発明による手段を設けることによって、排ガスセンサのハウジングの接続側の比較的高い封止性、たとえば１０^−３ｍｂａｒ・ｌ／ｓまたは１０^−４ｍｂａｒ・ｌ／ｓ未満のヘリウム封止性、好適には１０^−５ｍｂａｒ・ｌ／ｓまたは１０^−６ｍｂａｒ・ｌ／ｓ未満のヘリウム封止性すら結果的に得られると好適である。もう１つには、「シール部材」、「密閉された」等の概念は、過度に狭義に規定しなければならないものでもないので、特に単に巨視的な閉鎖も含まれていてよい。また、１つ以上の接続ケーブルのチューブ状の絶縁体の内部を通る万が一残される漏れも、本願では考慮されないままである。なぜならば、この漏れを別の箇所、たとえば１つ以上の接続ケーブルに接続されるプラグで密封することができるからである。また、このような漏れを１つ以上の接続ケーブルを通して、問題とならない領域、たとえば自動車の、より低温でほとんど危険にさらされていない領域に導出することも可能である。絶対的なまたは気密の封止性（特に１０^−１０ｍｂａｒ・ｌ／ｓ未満のヘリウム封止性）は、確かに、基本的に可能であるが、特殊な用途を除いて、いわば高価である。

ハウジングの比較的高い封止性を得るためには、排ガスセンサのハウジングが、外側シール部材に材料接続的に結合されていると特に好適である。

本発明の好適な改良態様は、本発明における外側シール部材を設けることによる栓体のベースボディと排ガスセンサのハウジングとの間の密封の基本思想が、栓体のベースボディと接続線路との間の密封に転用されることから結果的に得られる。

１つの改良態様として、栓体のベースボディと貫通通路との間に少なくとも部分的にシール部材が配置されており、このシール部材が、少なくともペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）またはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）またはポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んでいてよい。付加的には、ベースボディがシール部材に材料接続的に結合されている。付加的または択一的には、シール部材が、ベースボディに、貫通通路に向けられた、好ましくは１０μｍ〜１ｍｍの層厚さ、特に好ましくは５０μｍ〜２５０μｍの層厚さを有する層の形態で配置されていてよい。

付加的または択一的には、排ガスセンサの接続ケーブルが、シール部材に材料接続的に結合されていてよい。付加的または択一的には、接続ケーブルが、電気的な導体を有しており、この電気的な導体が、絶縁体によって取り囲まれており、この絶縁体が、特にフルオロポリマ、たとえばポリテトラフルオロエチレンを含んでいるかまたはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から、特に完全にまたは主にまたは部分的にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から成っていてよい。封止性および耐熱性を最適化するためには、接続ケーブルの絶縁体が、栓体のベースボディと同じ材料、たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から成っていると特に好適である。

接続ケーブルの電気的な導体は、有利には銅素線および／または銅・鋼素線によって付与されている。

特に外側シール部材およびシール部材のために、同一の材料、すなわち、特に化学的な組成が同じ材料が設けられていてよい。また、シール部材および外側シール部材のために設けられた層厚さも合致していてよい。

ハウジングの比較的高い封止性を得るためには、接続ケーブルと、栓体と、ハウジングとが、材料接続的に互いに結合されている、すなわち、特にハウジングと栓体との間の材料接続および栓体と接続ケーブルとの間の材料接続、特に栓体と接続ケーブルの絶縁体との間の材料接続が実現されていると特に好適である。特に排ガスセンサのハウジングの接続側の端部の、全体的に材料接続的な密封が実現されている。

栓体、特に本発明に係る栓体および／または排ガスセンサ、特に本発明に係る排ガスセンサを製造するための本発明に係る方法では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含んだ、特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から成るベースボディが準備される。さらに、少なくともペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）またはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）またはポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んだ外側シール材料が準備される。

この外側シール材料は、特に少なくとも１つのチューブ、特にベースボディに被せ嵌められるかまたは引き上げて装着されるかまたは巻込み体を解いて装着されるチューブであってよい。軸方向におけるチューブの長さは、好適には、その半径または直径よりも大きく設定されている。１０μｍ〜１ｍｍの肉厚、特に好適には５０〜２５０μｍの肉厚を有するチューブが好適である。

もう１つには、外側シール材料が、少なくとも１つのシート、特にベースボディ上にもしくはベースボディを取り囲むように巻き付けられるシートであってもよい。１０μｍ〜１ｍｍの肉厚、好適には５０〜２５０μｍの肉厚を有するシートが好適である。

もう１つには、外側シール材料が、リングの形状を有していてもよい。この場合、シール材料は、特にベースボディに被せ嵌められてもよいし、ベースボディ上で設定された位置に転がされてもよい。軸方向におけるリングの長さは、好適には、その半径以下に設定されている。１０μｍ〜１ｍｍの肉厚、特に好適には５０〜２５０μｍの肉厚を有するリングが好適である。

外側シール材料は、基本的には、別の形式で供給されてもよい。たとえば、外側シール材料が、液状の状態でベースボディに吹付け塗布されてよい。別の択一的な態様では、外側シール材料が、最初、ハウジング側のシール面に接触させられ、たとえばハウジング側のシール面に吹付け塗布される。

本発明に係る方法では、外側シール材料とベースボディとがハウジングの内部に配置され、これによって、外側シール材料がベースボディとハウジングとの間に配置されていることが重要となる。特にその後、ベースボディとハウジングとの間には、外側シール部材全体または外側シール部材の一部だけが配置されている。

特にベースボディと、外側シール材料と、ハウジングとから成る複合体は、工場側で加熱され、かしめ加工される。この態様では、特に外側シール材料が溶融され、引き続き、特にハウジングと栓体との間、特にハウジングと外側シール部材との間および／または外側シール部材と栓体のベースボディとの間に材料接続的な結合が形成される。択一的には、ベースボディと、外側シール部材と、ハウジングとから成る複合体の加熱が、工場側ではなく、特にセンサの運転開始時に初めて行われることが可能である。この態様でも、ハウジングと栓体との間、特にハウジングと外側シール部材との間および／または外側シール部材と栓体のベースボディとの間で材料接続的な結合が結果的に行われてよい。

２８５℃〜３１０℃への加熱が好適である。さらに、より高い温度への加熱が阻止されると好適である。特に３２７℃よりも高い温度への栓体の加熱は阻止される。

特にベースボディと、シール材料と、ハウジングとから成る複合体は、外側から７００〜２０００Ｎ／ｃｍ^２の圧力を加えることによってかしめ加工される。このかしめ加工は、特に加熱と同時に行われてよい。特にハウジングと栓体との間の材料接続的な結合の形成は、かしめ加工の間に行われてよい。

本発明に係る製造法の好適な改良態様は、本発明における外側シール部材を設けることによる栓体のベースボディと排ガスセンサのハウジングとの間の密封が、栓体のベースボディと接続線路との間の密封に転用されることから結果的に得られる。

したがって、栓体のベースボディと排ガスセンサのハウジングとの間の外側シール部材のほかに、栓体のベースボディと接続線路との間に別の上述したシール部材も形成されてよい。このためには、半径方向外側にシール材料として少なくともペルフルオロアルコキシポリマまたはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレンまたはポリクロロトリフルオロエチレンまたはポリフッ化ビニリデンを含んだ接続ケーブルが、ベースボディの軸方向の貫通通路を貫いて案内され、これによって、シール材料が軸方向の貫通通路内に達する。

特にハウジングと、外側シール部材と、ベースボディと、シール部材のシール材料と、接続ケーブルとから複合体が製造され、この複合体全体が一緒に加熱され、特に外側から７００〜２０００Ｎ／ｃｍ^２の圧力を加えることによってかしめ加工される。

付加的には、加熱に際して、外側シール材料のほかに、特に同時にシール材料も少なくとも部分的に溶融され、引き続き、ベースボディと、シール材料と、接続ケーブルとの間に材料接続的な結合が形成されてよい。

供給すべきシール材料がその化学的な組成および取扱いに関して、供給すべき外側シール材料に合致していると特に有利である。たとえば、シール材料と外側シール材料とは共に１００μｍ〜２００μｍの厚さの溶融シートの形態で加工されてよい。

本発明に係る栓体の第１の実施の形態の平面図である。 図１ａに示した栓体の長手方向軸線に沿った断面図である。 本発明に係る栓体の第２の実施の形態の平面図である。 図２ａに示した栓体の長手方向軸線に沿った断面図である。 本発明に係る栓体の第３の実施の形態の平面図である。 図３ａに示した栓体の長手方向軸線に沿った断面図である。 本発明に係る栓体の第４の実施の形態の平面図である。 図４ａに示した栓体の長手方向軸線に沿った断面図である。 本発明に係る排ガスセンサを示す図である。

実施の形態の説明
本発明の実施の形態を図面に示し、以下に詳しく説明する。

図１ａおよび図１ｂには、本発明に係る栓体１の第１の実施の形態が、平面図もしくは栓体１の長手方向軸線に沿った断面図で示してある。

栓体１は円柱の形状もしくは基本形状、特に直円柱の形状もしくは基本形状を有している。半径方向内側に配置されたベースボディ２４も同じく円柱の形状もしくは基本形状、特に直円柱の形状もしくは基本形状を有している。ベースボディ２４は、たとえば１５ｍｍの長さおよび１０ｍｍの直径を有していてよい。栓体１もしくはベースボディ２４は、長手方向に延びかつ、たとえば１ｍｍの直径を有する、たとえば４つの軸方向の貫通通路２５を有している。これらの貫通通路２５は、本発明に係る栓体１の第１の実施の形態では開いていて、それぞれ１つの接続ケーブル（図３〜図５参照）を貫通案内するために設けられている。ベースボディ２４の内側輪郭には、すなわち、貫通通路２５を半径方向外側で画定するように、それぞれ１つのシール部材２６が形成されていて、しかも、全面にわたって、たとえば１００μｍの厚さの層の形態で形成されている。半径方向外側でベースボディ２４の周面には、同じく全面にわたって、たとえば１００μｍの厚さの層の形態で外側シール部材３６が被着されている。

ベースボディ２４は、第１の形態では、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から成っていて、栓体１の体積もしくは質量の９５％を上回っており、その結果、栓体１の極めて高い熱的な安定性が得られる。シール部材２６および外側シール部材３６の材料は、第１の形態では、それぞれ２６０℃〜３２０℃の溶融範囲を有するペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）である。択一的には、シール部材２６および外側シール部材３６の材料は、以下の材料：すなわち、ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）：のうちの１つである。また、前述した材料を部分的にのみ含んだ別種の材料および／または前述した材料の混合物も基本的に可能である。

本発明に係る栓体１によって、排ガスセンサ２（図５参照）のハウジング１１が密封可能となる。この場合、シール部材２６によって、栓体１のベースボディ２４が接続ケーブル２１に対して密封可能となり、外側シール部材３６によって、栓体１のベースボディ２４が排ガスセンサ２のハウジング１１に対して密封可能となる。

シール部材２６もしくは外側シール部材３６のシール作用を改善するために、第１の形態では、シール部材２６とベースボディ２４とが、融着によって材料接続的に互いに結合されており、外側シール部材３６とベースボディ２４とが、融着によって材料接続的に互いに結合されている。特に融着時には、シール部材２６もしくは外側シール部材３６の材料が溶融するかもしくは溶融し始める。特に融着時には、ベースボディ２４の材料は溶融しないかもしくは溶融し始めないかもしくは化学的に分解しない。

図２ａおよび図２ｂには、本発明に係る栓体１の第２の実施の形態が、平面図もしくは栓体１の長手方向軸線に沿った断面図で示してある。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、シール部材２６が、全面にわたる層としてベースボディ２４の内側輪郭に形成されておらず、シールリング２８としてベースボディ２４の内側輪郭に配置されていて、この内側輪郭を長手方向延在長さの一部でしか覆っていない。シールリング２８は、１ｍｍの長さ（貫通通路２５の長手方向）および１５０μｍまたは２５０μｍの厚さ（半径方向）を有している。

さらに、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、外側シール部材３６が、全面にわたる層として半径方向外側でベースボディ２４に形成されておらず、外側シールリング３８として半径方向外側でベースボディ２４に配置されていて、このベースボディ２４の外面を長手方向延在長さの一部でしか覆っていない。外側シールリング３８は、３ｍｍの長さ（ベースボディ２４の長手方向）および２５０μｍまたは６００μｍの厚さ（半径方向）を有している。

シールリング２８と外側シールリング３８とは、第２の形態では、栓体１の長手方向でほぼ中間、特に中間に配置されている。第２の実施の形態の択一的な形態では、シールリング２８および／または外側シールリング３８が中間からずらされて配置されていてもよい。特に栓体１の長手方向で見て互いに反対の側に位置する２つのシールリング２８および／または２つの外側シールリング３８を設けることが可能である。また、さらに多くのシールリング２８および／または外側シールリング３８を設けることも基本的には可能である。

図３ａおよび図３ｂには、本発明に係る栓体１の第３の実施の形態が、平面図もしくは栓体１の長手方向軸線に沿った断面図で示してある。

たとえば第１または第２の実施の形態に係る本発明の改良形態では、栓体１が、貫通通路２５内に少なくとも１つの接続ケーブル２１が配置されているかもしくは貫通通路２５を貫いて少なくとも１つの接続ケーブル２１が案内されている栓体１であり、これによって、この栓体１が、特に排ガスセンサ２のハウジング１１を密封するために適している。

第３の実施の形態では、接続ケーブル２１が、特に銅素線または鋼・銅素線として形成された電気的な導体２０を有している。この電気的な導体２０は、特に絶縁体１９によって取り囲まれていて、特に栓体１の全長に沿って絶縁体１９によって取り囲まれている。択一的には、電気的な導体２０が、栓体１の一部に沿ってしか絶縁体１９によって取り囲まれておらず、栓体１の一部に沿ってシール部材２６および／またはシールリング２８および／または栓体１のベースボディ２４に直接的に向かい合って位置していることも可能である。

接続ケーブル２１、特に絶縁体１９は、シール部材２６および／またはシールリング２８に材料接続的に結合されていて、特にシール部材２６またはシールリング２８のために設けられた材料の溶融によって、特に融着されていてよい。

しかし、択一的には、接続ケーブル２１、特に絶縁体１９が、シール部材２６および／またはシールリング２８に材料接続的に結合されておらず、単に、特に摩擦接続的にシール部材２６の内部および／またはシールリング２８もしくはベースボディ２４の内部に位置固定されていてもよい。ただし、この場合には、接続ケーブル２１、特に絶縁体１９が、シール部材２６および／またはシールリング２８に材料接続的に結合可能であり、特に溶接可能であると特に好適である。

図４ａおよび図４ｂには、本発明に係る栓体１の第４の実施の形態が、平面図もしくは栓体１の長手方向軸線に沿った断面図で示してある。

たとえば第１または第２の実施の形態に係る本発明の改良形態では、栓体１が、貫通通路２５内に少なくとも１つの接続ケーブル２１が配置されているかもしくは貫通通路２５を貫いて少なくとも１つの接続ケーブル２１が案内されている栓体１であり、これによって、この栓体１が、特に排ガスセンサ２のハウジング１１を密封するために適している。

第３の実施の形態と異なり、接続ケーブル２１の絶縁体１９とシール部材２６とは、互いに異なる部材として形成されておらず、シール部材２６が同時に電気的な導体２０の絶縁体１９の機能を引き受けていて、電気的な導体２０に、特に直接的に向かい合って位置している。シール部材２６もしくは絶縁体１９は、第４の形態では、特に両側または片側で電気的な導体２０と共に栓体１から導出されていて、この栓体１の外側でも接続ケーブル２１の電気的な導体２０を、たとえばコネクタ装置の一部（図示せず）、たとえばプラグに到るまで絶縁している。このプラグは、接続ケーブル２１の、栓体１と反対に位置する側で接続ケーブル２１に接続されていて、たとえばコネクタ装置の、制御装置に設けられた相補的な部分、たとえばソケットに接続可能であり、特に差合せ可能である。

第４の形態では、栓体１の内部で同時に絶縁体２６を成す絶縁体１９が、ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）から成る、電気的な導体２０を半径方向外側において絶縁チューブの形態で取り囲む２５０μｍの厚さの層として形成されている。

第４の形態では、絶縁体１９、すなわち、シール部材２６が、接続ケーブル２１の導体２０および／または栓体１のベースボディ２４に材料接続的に結合されていて、特に絶縁体１９、すなわち、シール部材２６のために設けられた材料の溶融によって、特に融着されていてよい。

しかし、択一的には、絶縁体１９、すなわち、第４の実施の形態ではシール部材２６が、接続ケーブル２１の導体２０および／または栓体１のベースボディ２４に材料接続的に結合されておらず、絶縁体１９、すなわち、シール部材２６が、接続ケーブル２１の導体２０および／または栓体１のベースボディ２４に、単に、特に摩擦接続的に位置固定されていてもよい。ただし、この場合には、絶縁体１９、すなわち、シール部材２６が、接続ケーブル２１の導体２０および／または栓体１のベースボディ２４に材料接続的に結合可能であり、特に溶接可能であると特に好適である。

第４の実施の形態の択一的な形態では、栓体１の内部で同時に絶縁体２６を成す絶縁体１９が、ペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）から成っておらず、少なくともペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）またはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）またはポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含んだ材料、特に電気的な絶縁性と１９０℃以上の耐熱性とを有するような材料から成っていてもよい。

第４の実施の形態は、特に排ガスセンサ２のハウジング１１を密封するための栓体１に対する実施の形態でもある。この実施の形態では、栓体１が、ポリテトラフルオロエチレンを含んだベースボディ２４を有している。栓体１は、少なくとも１つの軸方向の貫通通路２５を有している。この貫通通路２５を貫いて、電気的な導体２０が案内されている。栓体１のベースボディ２４と貫通通路２５との間には、絶縁性のシール部材２６が少なくとも部分的に配置されている。このシール部材２６は少なくとも片側、すなわち、特に栓体１の一方の端面側で電気的な導体２０と共に栓体１から導出されている。絶縁性のシール部材２６は、少なくともペルフルオロアルコキシポリマまたはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレンまたはポリクロロトリフルオロエチレンまたはポリフッ化ビニリデンを含んでいる。絶縁性のシール部材２６は、電気的な導体２０とベースボディ２４とに、特に直接的に向かい合って位置していて、特に電気的な導体２０および／またはベースボディ２４に、特に貫通通路２５の内部で、特に材料接続的に結合されているかまたは結合可能であり、特に溶接されているかまたは溶接可能である。

本発明の別の実施の形態は、たとえば前もって、特に第１、第２、第３および第４の実施の形態において詳しく説明したような栓体１を備えた排ガスセンサ２に関する。この排ガスセンサ２はそれぞれ、栓体１によって密封された少なくとも１つのハウジング１１と、栓体１の貫通通路２５を貫いて案内された少なくとも１つの接続ケーブル２１とを有している。

本発明のこの別の実施の形態として、図５に排ガスセンサ２が示してある。この排ガスセンサ２の、栓体１の排ガス側に位置する部分は、公知先行技術に基づき原理的に公知であり、たとえば内燃機関の排ガス内の酸素濃度を測定するための酸素センサの部分として構想されている。排ガスセンサ２はハウジング１１を有している。このハウジング１１は、螺合ねじ山１４および組付け六角体１３を備えた金属製の中実のハウジングボディ１２と、このハウジングボディ１２に被せ嵌められて、このハウジングボディ１２に固く結合された保護スリーブ１５とから成っている。この保護スリーブ１５は、ハウジングボディ１２と反対の側の、たとえば縮径された端区分１５１を備えている。ハウジング１１内には、たとえばセンサ素子１６が配置されている。このセンサ素子１６は測定ガス側の端部でハウジング１１を越えて突出していて、そこで、ガス通過孔１８を有する保護管１７によって覆われる。この保護管１７はハウジングボディ１２に固定されている。センサ素子１６は、測定ガス側の端部と反対の側の接続側の端部に接点面を有している。この接点面は導体路を介して、測定ガス側の端部に配置された測定電極に接続されている。接点面には、接続ケーブル２１の、たとえば絶縁体１９により取り囲まれた電気的な導体２０が接点接続されている。この実施の形態では、接点面と電気的な導体２０との接点接続のために、２つの部分から成るセラミックス製のクランプボディ２２が設けられている。このクランプボディ２２は外側でばねエレメント２３によって取り囲まれていて、電気的な導体２０をセンサ素子１６の接点面に摩擦接続的に圧着している。セラミックス製のクランプボディ２２は保護スリーブ１５に半径方向で支持されている。

排ガスセンサ２の、栓体１の排ガス側に位置する例示的に説明した部分の択一的な構成も基本的に可能であり、かつ／または同じく公知先行技術に基づき公知である。

この別の実施の形態では、栓体１が、保護スリーブ１５の、ハウジングボディ１２と反対の側の部分、特に保護スリーブ１５の、ハウジングボディ１２と反対の側の端区分１５１に配置されていることにより、ハウジング１１を閉鎖しているかもしくは密封している。

栓体１は、たとえば図５に示したように、本発明の第３の実施の形態（図３参照）に相俟って説明した栓体１であってよい。択一的には、栓体１は、第１、第２および／または第４の実施の形態（図１、図２および図４参照）に相俟って説明したような栓体１であってもよい。

この別の実施の形態では、外側シール部材３６が、栓体１のベースボディ２４および／またはハウジング１１、特に保護スリーブ１５および／または保護スリーブ１５の、ハウジングボディ１２と反対の側の端区分１５１に材料接続的に結合されていて、特に外側シール部材３６のために設けられた材料の溶融によって、特に融着されていてよい。

しかし、択一的には、この別の実施の形態において、外側シール部材３６が、栓体１のベースボディ２４および／またはハウジング１１、特に保護スリーブ１５および／または保護スリーブ１５の、ハウジングボディ１２と反対の側の端区分１５１に材料接続的に結合されておらず、外側シール部材３６が、栓体１のベースボディ２４および／またはハウジング１１、特に保護スリーブ１５および／または保護スリーブ１５の、ハウジングボディ１２と反対の側の端区分１５１に、単に、特に摩擦接続的に位置固定されていてもよい。ただし、この場合には、外側シール部材３６が、栓体１のベースボディ２４および／またはハウジング１１、特に保護スリーブ１５および／または保護スリーブ１５の、ハウジングボディ１２と反対の側の端区分１５１に材料接続的に互いに結合可能であり、特に溶接可能であると特に好適である。

排ガスセンサ２を製造するための本発明に係る方法の１つの実施の形態では、ポリテトラフルオロエチレンを含んでいて、少なくとも１つの軸方向の貫通通路２５を有するベースボディ２４が準備され、少なくともペルフルオロアルコキシポリマまたはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレンまたはポリクロロトリフルオロエチレンまたはポリフッ化ビニリデンを含んだ、たとえば１５０μｍの厚さのシートの形態のシール材料を半径方向外側に有する接続ケーブル２１が、貫通通路２５を貫いて案内される。さらに、ベースボディ２４と接続ケーブル２１とから成るこの複合体が、少なくともペルフルオロアルコキシポリマまたはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレンまたはポリクロロトリフルオロエチレンまたはポリフッ化ビニリデンを含んだ、たとえば１５０μｍの厚さのシートの外側シール材料と共にハウジング１１の内部に配置され、これによって、外側シール材料がベースボディ２４とハウジング１１との間に配置されている。この形態では、ハウジングボディ１２に組み付けられて、ハウジング１１を形成することができる保護スリーブ１５の、ハウジングボディ１２と反対の側の端区分１５１への配置が行われる。

特に接続ケーブル２１と、シール材料と、ベースボディ２４と、外側シール材料と、ハウジング１１もしくは保護スリーブ１５とから成る複合体をかしめ加工しかつ加熱することによって、ハウジング１１もしくは保護スリーブ１５の、特に全体的に材料接続的な密封が提供される。特にシール材料および外側シール材料の溶融によって、融着が行われる。

この形態では、７００〜２０００Ｎ／ｃｍ^２の圧力を加えることによって、かしめ加工が行われる。接続ケーブル２１と、シール材料と、ベースボディ２４と、外側シール材料と、ハウジング１１とから成る複合体の加熱は、好ましくは、シール材料もしくは外側シール材料の溶融が確実に行われるようにするために、１０秒以上、好ましくは３０秒以上の期間にわたって行われる。

さらに、この形態では、加熱が、シール材料もしくは外側シール材料の溶融温度、すなわち、たとえばペルフルオロアルコキシポリマ（ＰＦＡ）では２８０℃、テトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレン（ＦＥＰ）では２４０℃、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）では１９０℃、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）では１７０℃を上回る温度にまで行われ、これによって、シール材料もしくは外側シール材料の溶融が確実に行われる。ただし、加熱時には、ベースボディ２４の温度が３２７℃を上回らないように加熱が行われることに注意しなければならない。こうして、ベースボディ２４の化学的な分解ひいては栓体１の、特に不可逆的な損害が確実に回避される。

Claims (14)

1. 排ガスセンサ（２）のハウジング（１１）を密封するための栓体（１）であって、該栓体（１）が、接続ケーブル（２１）を貫通案内するための少なくとも１つの軸方向の貫通通路（２５）を有しており、栓体（１）が、ポリテトラフルオロエチレンを含んだベースボディ（２４）を有しており、さらに、栓体（１）が、その半径方向外側に配置された少なくとも１つの外側シール部材（３６，３８）を有している、排ガスセンサのハウジングを密封するための栓体において、外側シール部材（３６，３８）が、少なくともペルフルオロアルコキシポリマまたはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレンまたはポリクロロトリフルオロエチレンまたはポリフッ化ビニリデンを含んでいることを特徴とする、排ガスセンサのハウジングを密封するための栓体。
2. ベースボディ（２４）が、外側シール部材（３６，３８）に材料接続的に結合されている、請求項１記載の栓体。
3. 外側シール部材（３６，３８）が、ベースボディ（２４）に、１０μｍ〜１ｍｍの層厚さ、好ましくは５０μｍ〜２５０μｍの層厚さを有する層の形態で配置されている、請求項１または２記載の栓体。
4. 排ガスセンサ（２）において、該排ガスセンサ（２）が、請求項１から３までのいずれか１項記載の栓体（１）と、ハウジング（１１）と、栓体（１）に設けられた貫通通路（２５）を貫いて案内された少なくとも１つの接続ケーブル（２１）とを有しており、排ガスセンサ（２）のハウジング（１１）が、栓体（１）によって密封されていることを特徴とする、排ガスセンサ。
5. 排ガスセンサ（２）のハウジング（１１）が、外側シール部材（３６，３８）を介して間接的に栓体（１）に材料接続的に結合されている、請求項４記載の排ガスセンサ。
6. 接続ケーブル（２１）と、シール部材（２６，２８）と、ベースボディ（２４）とが、少なくとも間接的に材料接続的に互いに結合されている、請求項４または５記載の排ガスセンサ。
7. 接続ケーブル（２１）が、特にフルオロポリマ、たとえばポリテトラフルオロエチレンを含んだ絶縁体（１９）によって取り囲まれた電気的な導体（２０）を有している、請求項４から６までのいずれか１項記載の排ガスセンサ。
8. 接続ケーブル（２１）と、栓体（１）と、ハウジング（１１）とが、少なくとも間接的に材料接続的に互いに結合されている、請求項４から７までのいずれか１項記載の排ガスセンサ。
9. 請求項４から８までのいずれか１項記載の排ガスセンサ（２）を製造する方法において、
   ポリテトラフルオロエチレンを含んだベースボディ（２４）を準備する方法ステップと、
   少なくともペルフルオロアルコキシポリマまたはテトラフルオロエチレンペルフルオロプロピレンまたはポリクロロトリフルオロエチレンまたはポリフッ化ビニリデンを含んだ外側シール材料を準備する方法ステップと、
   外側シール材料がベースボディ（２４）とハウジング（１１）との間に配置されるように、該ハウジング（１１）の内部に外側シール材料とベースボディ（２４）とを配置する方法ステップと、
   ベースボディ（２４）と、外側シール材料と、ハウジング（１１）とから成る外側複合体をかしめ加工しかつ加熱して、特に全体的に少なくとも間接的に材料接続的な構造体を形成する方法ステップとを有していることを特徴とする、排ガスセンサを製造する方法。
10. 外側シール材料をベースボディ（２４）に吹付け塗布することにより、外側シール材料を準備する、請求項９記載の方法。
11. 外側シール材料を、少なくとも１つのチューブおよび／または少なくとも１つのシートおよび／または少なくとも１つのリングの形態で準備する、請求項９記載の方法。
12. かしめ加工を、外側から７００〜２０００Ｎ／ｃｍ^２の圧力を加えることによって行う、請求項８から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 加熱を、外側シール材料が少なくとも部分的に溶融して、ベースボディ（２４）と、外側シール材料と、ハウジング（１１）との間に少なくとも間接的に材料接続的な結合が形成されるように行う、請求項８から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 加熱を、ベースボディ（２４）の温度が３２７℃を上回らないように行う、請求項８から１３までのいずれか１項記載の方法。

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