JP3615574B2 - Oxygen sensor with fluoroelastomer seal - Google Patents

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【0001】
本発明は、高温において自動車のエンジン排気ガスおよびエンジン隔室の蒸気に対してとくに抵抗性であるシール手段を有する酸素センサーに関する。
【0002】
酸素センサーは燃焼ガスの存在下に高温に暴露される。このようなセンサーは、典型的には、外部が液体または蒸気である燃料および油との接触に暴露された環境の中に位置し、これらの燃料および油から内部の感知素子および関連する回路を隔離して性能低下を防止しなくてはならない。例えば、空気中の汚染物質への感知素子の暴露はセンサーの性能に影響を与えることがある。従って、高温の環境に対して抵抗性のシール手段は効率よい作動および延長した使用寿命のために必要である。
【0003】
最近の自動車用エンジンの隔室の設計の傾向は、酸素センサーを300℃程度に高い温度に暴露される位置に配置する必要性を発生した。このような条件は、酸素センサーの内部の機構を隔離しかつ保護するために使用される弾性シールの急速な劣化を引き起こす。このため、この分野においては、より大きい高温抵抗性を有するエラストマー材料に基づくシール手段を組み込んだ酸素センサーが要求されている。
【0004】
本発明は、200℃を越える温度において使用するための酸素センサーであって、前記センサーはエンジン排気ガス中の前記センサーが感知した酸素含量に対して応答して電気信号を、前記電気信号に応答して前記エンジンへの酸素の供給をコントロールする手段に供給し、前記センサーは本体部材からなり、前記本体部材は、i)エンジン排気ガスを入れる開口、ii)本体部材内に収容され、前記開口を通して前記本体部材に入る前記ガスに暴露され、前記ガスの酸素含量に応答して電気信号を発生する感知素子、iii)前記電気信号を受け取りそして前記本体部材から導き出されて前記信号を前記コントロール手段に伝送する電気コンダクター手段、およびiv)前記コンダクター手段と前記本体部材との間にシール関係を形成して、前記エンジン排気ガス以外のガスが前記感知素子と接触するようになるのを防止する手段を有する酸素センサーにおいて、前記シール手段はパーフルオロオレフィンおよび少なくとも1種の他のパーフルオロコモノマーのキュアされた弾性コポリマーからなることを特徴とする酸素センサーに関する。
【0005】
本発明は、特定の設計の酸素センサーに限定されるものではないが、弾性コポリマーの応用を例示する目的で、図面に示された特定の設計のセンサーについて、以下に説明する。
【0006】
図面に示すように、酸素センサーは本体部材からなり、これは複数の相互に接続されたハウジング4、7、9、および10から構成されている。感知素子5、例えば、白金被覆ジルコニアは本体部材内に、主として本体部材のハウジング4内に位置している。ハウジング4は図面に示すように開口を有し、エンジンの排気ガスをセンサーの中に入れそして、とくに、それと接触させ、これにより感知素子をこれらのガスに暴露することができる。感知素子5は排気ガス中の酸素濃度に応答して電気信号を発生する。ハウジング9は主として本体部材の強化部材である。他の取り囲むハウジング7、4および10はハウジング9に直接または間接的に取り付けられており、ハウジング9は装置をエンジン排気システムの中に設置するために使用するネジ区画を有する。図面において配線3を含むように示されている電気コンダクター手段は、本体部材の中に延び込み、感知素子電気的に連絡して感知手段から電気信号を受け取る。配線3は、また、本体部材の外側に延びて、この信号をこの分野において普通である酸素コントロール手段(図示せず)に信号を送る。電気コンダクター手段は、また、1系列の電気絶縁ハウジングの構成成分2、6および11、例えば、セラミック材料のハウジングの構成成分を通過し、そしてこれらのハウジングの構成成分は保護のための本体部材内に取り囲まれている。配線3はエラストマーのシール8を通してセンサー1を出る。図示の態様においては、シール8は配線3と本体部材との間のシールを絶縁ハウジング構成成分11を介して間接的に形成する。別の設計として、シール8は電気コンダクター手段の配線と金属のハウジング構成成分との間に直接介在することができる。このシールは一般に円筒形であり、回路配線の数、大きさおよび位置に対応する孔をもち、そして配線と本体部材との間の空間を場合に応じて直接または間接的にシールする。
【0007】
シール8の主要な機能は、センサーの内部を大気ガス殊に酸素から隔離して感知素子が排気ガスのみに暴露されるようにすることにある。この隔離保護を提供する過程において、シールはまた有害な汚染物質、例えば、エンジンからの粒子または油がセンサーに入るのを防止する。シールの他の機能は、配線を本体部材内にしっかり配置し、そして配線が絶縁ハウジングに対して擦切れするのを防止することである。シールは、また、排気ガスが酸素センサーを通して大気中に逃げるのを防止する作用をする。
【0008】
酸素センサーは、排気システムの中に取り付けられて排気ガスの酸素含量をモニターするために使用される。排気ガスと大気との間の酸素濃度の差は、濃度の差に比例する電気信号を感知素子5が発生するようにさせる。そのように生成した電圧は、エンジンが「リーン(lean)」(空気/燃料比が高い)で回転しているとき、低いが、エンジンが「リッチ(rich)」(空気/燃料比が低い)で回転しているとき、高い。信号は配線3を通してエンジン酸素コントロール手段に伝送され、この手段は伝送された信号に応答してエンジンへの空気/燃料混合物の供給を適当に変化させる。この装置は熱い排気ガスの中に位置するので、シール区域における温度は一般に200℃以上であり、そして315℃程度に高いことがある。
【0009】
本発明の特徴は、電気配線3と本体部材(絶縁ハウジング)との間の、普通にブッシュまたはグロメットの形態の、シールの有利な構成にある。このシールはさらに詳細に後述する硬化した高温抵抗性の弾性コポリマー(フルオロエラストマー)から構成される。キュアされたフッ素化弾性コポリマーは、エンジンの排気ガスおよび疑似のエンジン隔室の流体および蒸気の存在下に、高温の分解的作用に対して高度に抵抗性であり、そしてシール材料としてのその使用は内部の電気的成分の使用の保護を増強し、そして感知素子の正確な作動を保証する。このような酸素センサーは、それらが200℃を越える温度に暴露される環境における使用のために適する。
【0010】
フルオロエラストマーのシール要素、例えば、シール8の製作に利用できる適当な材料は、少なくとも2種の主要なパーフルオロモノマーの共重合した単位から構成されたキュアされた弾性コポリマーから選択される。さらに、コポリマーは必要に応じてさらに少なくとも1種のフッ素化キュア部位のモノマーの共重合した単位を含有することができる。第1の主要なコモノマーは、パーフルオロオレフィン、例えば、テトラフルオロエチレンである。他の主要なパーフルオロコモノマーはパーフルオロ(アルキルビニル)エーテルCF=CFO(R’O)(R”O)であり、ここでR’およびR”は2〜6個の炭素原子を有する異なる直鎖状もしくは分枝鎖状のパーフルオロアルキレン基であり、mおよびnは独立に0〜10であり、そしてRは1〜6個の炭素原子を有するパーフルオロアルキル基である。パーフルオロ(ビニルエーテル)の好ましいクラスは式CF=CFO(CFCFXO)の化合物を包含し、ここでXはFまたはCFであり、nは0〜5であり、そしてRは1〜6個の炭素原子を有するパーフルオロアルキル基である。最も好ましいパーフルオロ(ビニルエーテル)は、nが0または1でありそしてRが1〜3個の炭素原子を含有する。このような過フッ素化エーテルの例は、パーフルオロ(メチルビニル)エーテルおよびパーフルオロ(プロピルビニル)エーテルを包含する。他のモノマーは、式
CF=CF[O(CFCFCFZO] (I)
(式中、Rは1〜6個の炭素原子を有するパーフルオロアルキル基であり、mは0または1であり、nは0〜5であり、そしてZはFまたはCFである。)
および式
CF=CFO[(CFCFCFO)(CFCF
CFO)(CFCF (II)
(式中、mおよびnは0〜10であり、そしてpは0〜3である。)
の化合物を包含する。
【0011】
少量の共重合したフッ素化キュア部位のモノマー単位は、また、パーフルオロコモノマーに加えて、ポリマーの中に必要に応じて存在することができる。一般に、これらのキュア部位のモノマーは約3モル%以下の量で存在する。それらは水素原子を含まないことができるか、あるいは水素水素原子を含有することができる。適当なキュア部位のモノマーは、臭素化フルオロオレフィン、例えば、ブロモトリフルオロエチレンおよび4−ブロモ−3,3,4,4−テトラフルオロブテン;臭素化フルオロエーテル、例えば、CF=CF−ORCFBr、(ここでRは1〜9個の炭素原子を含有するパーフルオロアルキレン基である)、およびフッ化ビニリデンを包含する。好ましいキュア部位のモノマーは、パーフルオロフェニル(C)またはシアノ置換基を含有するフッ素化ビニルエーテル、例えば、式
CF=CF−O(CF−C (III)
(式中、nは1〜8である。)
CF=CF−O(CF−O−C (IV)
CF=CF−[OCF−CFCF]−O−C (V)
(式中、nは1〜2である。)
CF=CF−O(CF−CN (VI)
(式中、nは2〜12、好ましくは2〜4である。)
CF=CF−O−CF−[CFCF−O−CF−CFCF−CN (VII)
(式中、nは0〜4、好ましくは0〜2である。)
および
CF=CF−[OCF−CFCF]−O−(CF−CN (VIII)
(式中、xは1〜2であり、そしてnは1〜4である。)
で表されるものを包含する。
【0012】
フッ素化ポリマーは、また、開始剤および連鎖移動剤から誘導された末端基を含有することができる。使用する開始剤および連鎖移動剤に依存して、このような末端基は反応性でありかつ硬化反応に参加することができる。適当な開始剤は、ハロゲンの末端基源である化合物、例えば、ヨウ化水素酸、臭化水素酸、および第IA族、第IB族、第IIA族、第IIB族に属する金属、例えば、Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cu、Ag、Zn、Cd、ならびに、遷移金属、例えば、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Pt、あるいは第III族および第IVB族に属する金属、例えば、Al、Ga、Sn、およびPbのヨウ化物および臭化物を包含する。適当な連鎖移動剤は、ヨウ化メチレン、イソプロパノール、モノヨードパーフルオロアルカン、例えば、モノヨードパーフルオロメタンおよびメタンヨードパーフルオロプロパン;臭化パーフルオロアルキル、4−ブロモ−パーフルオロブテン−1、1,4−ジヨードパーフルオロヘキサン、1,4−ジヨードパーフルオロヘキサン、および1,4−ジヨードパーフルオロオクタンを包含する。
【0013】
シール要素の製作のためにとくに好ましいものは、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ(メチルビニル)エーテル、およびパーフルオロ(8−シアノ−5−メチル−3,6−ジオキサ−1−オクテン)のコポリマーである。
【0014】
本発明において使用するシール要素の製作に使用するフルオロエラストマーの組成物は、未キュアのフルオロエラストマーおよびキュアリング剤をポリマーのキュア温度より低い温度において配合することによって製造される。次いで、配合した組成物をシール、例えば、ガメットに成形(プレス)し、プレスキュアリングし、次いで、通常、後キュアリングする。本発明の組成物は、当業者に知られているいるように、存在する特定の共重合したキュア部位のモノマーと組み合わせて普通に使用される架橋系によりキュアすることができる。例えば、ペンタフルオロフェニル基を含有するキュア部位が存在するとき、脂肪族ジアミンに基づくか、あるいは好ましくはビスフェノールAFの2カリウム塩KOC−C(CF−COKに基づくキュアリング剤系を使用することができる。シアノ置換基を含有するキュア部位が存在するとき、有機錫化合物に基づくキュアリング剤系を通常選択する。適当な有機錫化合物は、アリル−、プロパルギル−、トリフェニル−およびアレニル錫硬化剤を包含する。テトラフェニル錫は、シアノ置換されたキュア部位と組み合わせて使用するために好ましいキュアリング剤である。
【0015】
キュア部位のモノマーを含有するポリマー、ならびに共重合したキュア部位のモノマーをもたないポリマーは、過酸化物キュアリング剤を使用する遊離基法によりキュアすることができる。例えば、組成物をキュア前に高温において加工すべきとき、50℃以上の温度において分解するジアルキルパーオキシドはことに好ましい。パーオキシ酸素に結合した第3炭素原子を有するジ第3ブチルパーオキシドは多くの場合においてとくに有益である。このタイプの最も有用なパーオキシドの例は、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3および2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサンである。他のパーオキシドは、ジクミルパーオキシド、ジベンゾイルパーオキシド、t−ブチルパーベンゾエート、およびジ[1,3−ジメチル−2−(t−ブチルパーオキシ)ブチル]カーボネートなどである。有機パーオキシドは、一般に、フルオロポリマーの100部当たり約1〜3部のパーオキシドの量で存在する。また、広範な種類のパーオキシド共働剤(coagent)をを使用することができ、それらのうちでトリメタリルイソシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、およびトリメチロールプロパントリメタクリレートは好ましい。パーオキシドの共働剤は、一般に、100部のフルオロポリマー当たり約1〜3部の量で存在する。
【0016】
さらに、二重のキュアリング系はニトリル基を含有するパーフルオロエラストマーとともに使用することができる。二重のキュアリング系は、ニトリル基を通してパーフルオロエラストマーを架橋できる錫触媒、例えば、水酸化トリフェニル錫;パーフルオロエラストマーを架橋できるパーオキシド、例えば、2,5−ビス(t−ブチルパーオキシド)−2,5−ジメチルヘキサン;およびジエンおよびトリエンの共働剤、例えば、トリアリルイソシアヌレートから成る。キュアリング剤の使用量は、必然的に、最終生成物において望む架橋度、ならびにパーフルオロエラストマー中の反応性部分のタイプおよび濃度に依存するであろう。一般に、約1〜10phrのキュアリング剤を使用することができ、そして2〜5phrはほとんどの目的のために満足すべきものである。パーフルオロエラストマーとともに典型的に使用される他の添加剤、例えば、カーボンブラック、充填剤、安定剤、可塑剤、滑剤、または加工助剤は、意図する使用条件下に適切な安定性を有するかぎり、本発明の組成物の中に混入することができる。とくに、低温の性能はパーフルオロポリエーテルの添加により増強することができると同時に、いっそうすぐれた高温性能を保持することができる。本発明の組成物の中に使用できるパーフルオロポリエーテルは、分子のポリマー主鎖の中に酸素原子が飽和フルオロカーボン基により分離されているものである。1より多いタイプのフルオロカーボン基が分子の中に存在することができる。
【0017】
フルオロエラストマー組成物の高温性能を増強するために、大きい粒子サイズのカーボンブラックを使用することはとくに望ましい。約20〜70phr(ゴム100重量部当たりの重量部)、好ましくは25〜45重量部を含有するフルオロエラストマーは熱安定性および加工可能性の有用な組み合わせを提供することが発見された。好ましいカーボンブラックは、ASTM D3849により決定して、少なくとも100nm〜500nmの平均粒子サイズを有する。
【0018】
【実施例】
VF−HFPコポリマー 100phr
(フッ素含量66%)
酸化マグネシウム 3
カーボンブラック 30
炭酸カルシウム 6
キュアリング剤 I 1.8
キュアリング剤 II 4
なる組成物を用いて、加圧177℃×10分およびオーブン加熱232℃×24時間なるキュアリング条件の下で、ブッシュを製造した。このブッシュを、オーブン中で275℃の循環空気に70時間暴露する老化試験に供したところ、4%の重量減少が観察された(公知例)。
【0019】
一方、
55.8TFE−42PMVE−2.2CNVE 100phr
コポリマー(フッ素含量73%)
クラウンエーテル 0.3
カーボンブラック 12
テトラフエニル錫 3
なる組成物を用いて、加圧204℃×15分およびオーブン加熱305℃×26時間(窒素雰囲気中)なるキュアリング条件の下で、ブッシュを製造した。このブッシュを前記と同じ老化試験に供したところ、その重量減少は僅か1%にすぎなかった(本発明例)。
【0020】
[註]
VF :ビニリデンフルオライド
HFP:ヘキサフルオロプロピレン
TFE:テトラフルオロエチレン
PMVE:パーフルオロメチルビニルエーテル
CNVE:CF=CF−O−CF(CF)CF−O−(CF−CN
(前記式VIIIにおいてxが1でnが2であるモノマー)
クラウンエーテル:18−クラウン−6−クラウンエーテル、
(C
キュアリング剤 I:デユポン社製の“Viton Curative No.20”(ベンジルトリフエニルホスホニウムクロライド33重量%とVF−HFPコポリマー67重量%との混合物)
キュアリング剤 II:デユポン社製の“Viton Curative No.30”(ビスフエノールAF50重量%とVF−HFPコポリマー50重量%との混合物)
本発明によれば、上記実施例の試験結果から明らかなように、200℃を越える温度において使用することが可能な酸素センサーが提供される。コンダクター手段が前述のキュアされたフルオロエラストマー組成物からなるシールで本体部材から隔離された本発明の酸素センサーは、200℃を越える操作温度において高度に抵抗性であり、先行技術の酸素センサーを越えた増大した使用寿命を提供する。このような本発明の酸素センサーは、自動車用エンジンの300℃程度に高い温度に暴露される位置に配置して使用するのに適合する。
【0021】
本発明の主な特徴および態様は、次の通りである。
【0022】
1.200℃を越える温度において使用するための酸素センサーであって、前記センサーはエンジン排気ガス中の前記センサーが感知した酸素含量に対して応答して電気信号を、前記電気信号に応答して前記エンジンへの酸素の供給をコントロールする手段に供給し、前記センサーは本体部材からなり、前記本体部材は、i)エンジン排気ガスを入れる開口、ii)本体部材内に収容され、前記開口を通して前記本体部材に入る前記ガスに暴露され、前記ガスの酸素含量に応答して電気信号を発生する感知素子、iii)前記電気信号を受け取りそして前記本体部材から導き出されて前記信号を前記コントロール手段に伝送する電気コンダクター手段、およびiv)前記コンダクター手段と前記本体部材との間にシール関係を形成して、前記エンジン排気ガス以外のガスが前記感知素子と接触するようになるのを防止する手段を有する酸素センサーにおいて、前記シール手段はパーフルオロオレフィンおよび少なくとも1種の他のパーフルオロコモノマーのキュアされた弾性コポリマーからなることを特徴とする酸素センサー。
【0023】
2.シール手段がパーフルオロオレフィン、少なくとも1種の他のパーフルオロコモノマーおよびフッ素化キュア部位のモノマーのキュアされた弾性コポリマーからなる上記第1項記載の酸素センサー。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酸素センサーの1つの態様の部分的断面図である。
【符号の説明】
1 酸素センサー
2、6、11 ハウジングの構成成分
3 配線
4、7、9、および10 相互に接続するハウジング
5 感知素子
8 フルオロエラストマーのシール
[0001]
The present invention relates to an oxygen sensor having sealing means that is particularly resistant to automotive engine exhaust and engine compartment vapor at elevated temperatures.
[0002]
The oxygen sensor is exposed to high temperatures in the presence of combustion gases. Such sensors are typically located in an environment that is exposed to contact with fuels and oils that are externally liquid or vapor, and from these fuels and oils internal sensing elements and associated circuitry. It must be isolated to prevent performance degradation. For example, exposure of the sensing element to airborne contaminants can affect sensor performance. Thus, a sealing means that is resistant to high temperature environments is necessary for efficient operation and extended service life.
[0003]
Recent automotive engine compartment design trends have created the need to place oxygen sensors in locations exposed to temperatures as high as 300 ° C. Such conditions cause a rapid deterioration of the elastic seal used to isolate and protect the internal mechanism of the oxygen sensor. For this reason, there is a need in the art for oxygen sensors that incorporate sealing means based on elastomeric materials having greater high temperature resistance.
[0004]
The present invention is an oxygen sensor for use at temperatures above 200 ° C., wherein the sensor is responsive to the oxygen content sensed by the sensor in engine exhaust gas and responsive to the electrical signal. The oxygen sensor is supplied to means for controlling the supply of oxygen to the engine, and the sensor is composed of a main body member, the main body member being i) an opening for introducing engine exhaust gas, ii) being accommodated in the main body member, and the opening A sensing element that is exposed to the gas entering the body member through and generates an electrical signal in response to the oxygen content of the gas, iii) receiving the electrical signal and deriving from the body member to transmit the signal to the control means Electric conductor means for transmitting to the iv, and iv) forming a sealing relationship between the conductor means and the body member In the oxygen sensor having means for preventing gases other than the engine exhaust gas from coming into contact with the sensing element, the sealing means is a cured elasticity of perfluoroolefin and at least one other perfluorocomonomer. The present invention relates to an oxygen sensor comprising a copolymer.
[0005]
Although the present invention is not limited to a specific design of oxygen sensor, for the purpose of illustrating the application of an elastic copolymer, the specific design of the sensor shown in the drawings is described below.
[0006]
As shown in the drawings, the oxygen sensor comprises a body member, which is composed of a plurality of interconnected housings 4, 7, 9, and 10. The sensing element 5, for example platinum-coated zirconia, is located in the body member, primarily in the housing 4 of the body member. The housing 4 has openings as shown in the drawing, allowing engine exhaust gases to enter the sensors and, in particular, to contact them thereby exposing the sensing elements to these gases. The sensing element 5 generates an electrical signal in response to the oxygen concentration in the exhaust gas. The housing 9 is mainly a reinforcing member for the main body member. The other surrounding housings 7, 4 and 10 are attached directly or indirectly to the housing 9, which has a threaded section that is used to install the device in the engine exhaust system. The electrical conductor means, shown in the drawing as including wiring 3, extends into the body member and is in electrical communication with the sensing element to receive electrical signals from the sensing means. The wiring 3 also extends outside the body member and sends this signal to oxygen control means (not shown) that are common in the field. The electrical conductor means also passes through a series of electrically insulating housing components 2, 6, and 11, for example, ceramic material housing components, and these housing components are within the body member for protection. Is surrounded by Wire 3 exits sensor 1 through an elastomeric seal 8. In the illustrated embodiment, the seal 8 indirectly forms a seal between the wiring 3 and the body member via an insulating housing component 11. Alternatively, the seal 8 can be interposed directly between the electrical conductor means wiring and the metal housing components. The seal is generally cylindrical, has holes corresponding to the number, size and position of circuit wiring and seals the space between the wiring and the body member directly or indirectly as the case may be.
[0007]
The main function of the seal 8 is to isolate the interior of the sensor from atmospheric gases, particularly oxygen, so that the sensing element is exposed only to the exhaust gas. In the process of providing this isolation protection, the seal also prevents harmful contaminants such as particles or oil from the engine from entering the sensor. Another function of the seal is to place the wiring securely within the body member and to prevent the wiring from being worn against the insulating housing. The seal also serves to prevent exhaust gases from escaping into the atmosphere through the oxygen sensor.
[0008]
An oxygen sensor is installed in the exhaust system and is used to monitor the oxygen content of the exhaust gas. The difference in oxygen concentration between the exhaust gas and the atmosphere causes the sensing element 5 to generate an electrical signal proportional to the concentration difference. The voltage so generated is low when the engine is running at “lean” (high air / fuel ratio), but the engine is “rich” (low air / fuel ratio). High when rotating at. A signal is transmitted through line 3 to the engine oxygen control means, which appropriately changes the supply of the air / fuel mixture to the engine in response to the transmitted signal. Since the device is located in hot exhaust gas, the temperature in the sealed area is typically above 200 ° C and can be as high as 315 ° C.
[0009]
A feature of the present invention is the advantageous configuration of the seal, usually in the form of a bush or grommet, between the electrical wiring 3 and the body member (insulating housing). This seal is comprised of a cured high temperature resistant elastic copolymer (fluoroelastomer), described in more detail below. The cured fluorinated elastomeric copolymer is highly resistant to high temperature decomposing action in the presence of engine exhaust and simulated engine compartment fluids and vapors and its use as a sealing material Enhances the protection of the use of internal electrical components and ensures the correct operation of the sensing element. Such oxygen sensors are suitable for use in environments where they are exposed to temperatures in excess of 200 ° C.
[0010]
Suitable materials that can be used to fabricate fluoroelastomer sealing elements, such as seal 8, are selected from cured elastic copolymers composed of copolymerized units of at least two major perfluoromonomers. In addition, the copolymer may optionally further contain copolymerized units of at least one fluorinated cure site monomer. The first major comonomer is a perfluoroolefin, such as tetrafluoroethylene. Other major perfluoro comonomers''is (O m R f, wherein R f (O n R f) and R f "perfluoro (alkyl vinyl) ether CF 2 = CFO R f)' is 2 Different linear or branched perfluoroalkylene groups having 6 carbon atoms, m and n are independently 0-10, and R f is a perfluoroalkyl group having 1-6 carbon atoms. A fluoroalkyl group; A preferred class of perfluoro (vinyl ether) encompasses compounds of the formula CF 2 = CFO (CF 2 CFXO ) n R f, where X is F or CF 3, n is 0-5, and R f Is a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms. The most preferred perfluoro (vinyl ether) is where n is 0 or 1 and R f contains 1 to 3 carbon atoms. Examples of such perfluorinated ethers include perfluoro (methyl vinyl) ether and perfluoro (propyl vinyl) ether. Other monomers have the formula CF 2 = CF [O (CF 2 ) m CF 2 CFZO] n R f (I)
Wherein R f is a perfluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, m is 0 or 1, n is 0 to 5 and Z is F or CF 3 .
And the formula CF 2 ═CFO [(CF 2 CFCF 3 O) n (CF 2 CF 2
CF 2 O) m (CF 2 ) p CF 3 (II)
Wherein m and n are 0-10 and p is 0-3.
These compounds are included.
[0011]
A small amount of copolymerized fluorinated cure site monomer units can also be present in the polymer, if desired, in addition to the perfluorocomonomer. Generally, these cure site monomers are present in an amount up to about 3 mole percent. They can be free of hydrogen atoms or can contain hydrogen hydrogen atoms. Suitable cure site monomers include brominated fluoroolefins such as bromotrifluoroethylene and 4-bromo-3,3,4,4-tetrafluorobutene; brominated fluoroethers such as CF 2 ═CF—OR f CF 2 Br, (wherein R f is a perfluoroalkylene group containing 1-9 carbon atoms), and including vinylidene fluoride. Preferred cure site monomers are perfluorophenyl (C 6 F 5 ) or fluorinated vinyl ethers containing a cyano substituent, for example the formula CF 2 ═CF—O (CF 2 ) n —C 6 F 5 (III)
(In the formula, n is 1 to 8.)
CF 2 = CF-O (CF 2) 3 -O-C 6 F 5 (IV)
CF 2 = CF- [OCF 2 -CF 3 CF] n -O-C 6 F 5 (V)
(In the formula, n is 1 to 2.)
CF 2 = CF-O (CF 2) n -CN (VI)
(In the formula, n is 2 to 12, preferably 2 to 4.)
CF 2 = CF-O-CF 2 - [CFCF 3 -O-CF 2] n -CFCF 3 -CN (VII)
(In the formula, n is 0 to 4, preferably 0 to 2.)
And CF 2 = CF- [OCF 2 -CF 3 CF] x -O- (CF 2) n -CN (VIII)
(Wherein x is 1-2 and n is 1-4)
The thing represented by is included.
[0012]
The fluorinated polymer can also contain end groups derived from initiators and chain transfer agents. Depending on the initiator and chain transfer agent used, such end groups are reactive and can participate in the curing reaction. Suitable initiators include compounds that are halogen end group sources such as hydroiodic acid, hydrobromic acid, and metals belonging to Group IA, Group IB, Group IIA, Group IIB, such as Li , Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Cu, Ag, Zn, Cd, and transition metals such as Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Pt, or second Includes metals belonging to Group III and Group IVB, such as iodides and bromides of Al, Ga, Sn, and Pb. Suitable chain transfer agents are methylene iodide, isopropanol, monoiodoperfluoroalkanes such as monoiodoperfluoromethane and methaneiodoperfluoropropane; perfluoroalkyl bromide, 4-bromo-perfluorobutene-1, 1 , 4-diiodoperfluorohexane, 1,4-diiodoperfluorohexane, and 1,4-diiodoperfluorooctane.
[0013]
Particularly preferred for the fabrication of the sealing element is a copolymer of tetrafluoroethylene, perfluoro (methyl vinyl) ether, and perfluoro (8-cyano-5-methyl-3,6-dioxa-1-octene). .
[0014]
The fluoroelastomer composition used in the fabrication of the sealing element used in the present invention is made by compounding an uncured fluoroelastomer and a curing agent at a temperature below the cure temperature of the polymer. The compounded composition is then molded (pressed) into a seal, such as a gammet, press cured, and then usually post cured. The compositions of the present invention can be cured by commonly used crosslinking systems in combination with the monomers of the particular copolymerized cure site present, as is known to those skilled in the art. For example, when a cure moiety containing a pentafluorophenyl group is present, it is based on an aliphatic diamine or preferably on the dipotassium salt of bisphenol AF KOC 6 H 4 -C (CF 3 ) 2 -C 6 H 4 OK Based curing agent systems can be used. When a cure site containing a cyano substituent is present, a curing agent system based on an organotin compound is usually selected. Suitable organotin compounds include allyl-, propargyl-, triphenyl- and allenyl tin curing agents. Tetraphenyltin is a preferred curing agent for use in combination with a cyano substituted cure moiety.
[0015]
Polymers containing monomers with cure moieties, as well as polymers without copolymerized cure moiety monomers can be cured by the free radical method using a peroxide curing agent. For example, dialkyl peroxides that decompose at temperatures above 50 ° C. are particularly preferred when the composition is to be processed at elevated temperatures prior to curing. Ditertiary butyl peroxide having a third carbon atom bonded to peroxy oxygen is particularly beneficial in many cases. Examples of the most useful peroxides of this type are 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexyne-3 and 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) ) Hexane. Other peroxides include dicumyl peroxide, dibenzoyl peroxide, t-butyl perbenzoate, and di [1,3-dimethyl-2- (t-butylperoxy) butyl] carbonate. The organic peroxide is generally present in an amount of about 1-3 parts peroxide per 100 parts fluoropolymer. A wide variety of peroxide coagents can also be used, among which trimethallyl isocyanurate, triallyl isocyanurate, and trimethylolpropane trimethacrylate are preferred. The peroxide synergist is generally present in an amount of about 1-3 parts per 100 parts of the fluoropolymer.
[0016]
In addition, a dual curing system can be used with perfluoroelastomers containing nitrile groups. Double curing systems are tin catalysts that can crosslink perfluoroelastomers through nitrile groups, such as triphenyltin hydroxide; peroxides that can crosslink perfluoroelastomers, such as 2,5-bis (t-butyl peroxide) -2,5-dimethylhexane; and diene and triene synergists such as triallyl isocyanurate. The amount of curing agent used will necessarily depend on the degree of crosslinking desired in the final product, as well as the type and concentration of reactive moieties in the perfluoroelastomer. In general, about 1 to 10 phr of curing agent can be used, and 2 to 5 phr is satisfactory for most purposes. Other additives typically used with perfluoroelastomers, such as carbon black, fillers, stabilizers, plasticizers, lubricants, or processing aids, as long as they have adequate stability under the intended use conditions Can be incorporated into the composition of the present invention. In particular, the low temperature performance can be enhanced by the addition of perfluoropolyether, while at the same time better high temperature performance can be maintained. Perfluoropolyethers that can be used in the compositions of the present invention are those in which oxygen atoms are separated by saturated fluorocarbon groups in the polymer backbone of the molecule. More than one type of fluorocarbon group can be present in the molecule.
[0017]
In order to enhance the high temperature performance of the fluoroelastomer composition, it is particularly desirable to use large particle size carbon black. It has been discovered that fluoroelastomers containing about 20-70 phr (parts by weight per 100 parts rubber), preferably 25-45 parts by weight, provide a useful combination of thermal stability and processability. Preferred carbon blacks have an average particle size of at least 100 nm to 500 nm as determined by ASTM D3849.
[0018]
【Example】
VF 2 -HFP copolymer 100phr
(Fluorine content 66%)
Magnesium oxide 3
Carbon black 30
Calcium carbonate 6
Curing agent I 1.8
Curing agent II 4
The bushing was manufactured under the curing conditions of pressure 177 ° C. × 10 minutes and oven heating 232 ° C. × 24 hours. When this bushing was subjected to an aging test in an oven exposed to circulating air at 275 ° C. for 70 hours, a weight loss of 4% was observed (known example).
[0019]
on the other hand,
55.8TFE-42PMVE-2.2CNVE 100phr
Copolymer (fluorine content 73%)
Crown ether 0.3
Carbon black 12
Tetraphenyltin 3
Using this composition, a bush was produced under curing conditions of pressurization 204 ° C. × 15 minutes and oven heating 305 ° C. × 26 hours (in a nitrogen atmosphere). When this bush was subjected to the same aging test as described above, the weight loss was only 1% (Example of the present invention).
[0020]
[註]
VF 2: vinylidene fluoride HFP: hexafluoropropylene TFE: tetrafluoroethylene PMVE: perfluoro methyl vinyl ether CNVE: CF 2 = CF-O -CF 2 (CF 3) CF-O- (CF 2) 2 -CN
(Monomer where x is 1 and n is 2 in Formula VIII)
Crown ether: 18-crown-6-crown ether,
(C 2 H 4 ) 6 O 6
Curing agent I: “Viton Curative No. 20” (mixture of 33% by weight of benzyltriphenylphosphonium chloride and 67% by weight of VF 2 -HFP copolymer) manufactured by Deyupon
Curing agent II: “Viton Curative No. 30” (mixture of 50% by weight of bisphenol AF and 50% by weight of VF 2 -HFP copolymer) manufactured by Deyupon
According to the present invention, as is apparent from the test results of the above examples, an oxygen sensor that can be used at temperatures exceeding 200 ° C. is provided. The oxygen sensor of the present invention, in which the conductor means is isolated from the body member with a seal made of the aforementioned cured fluoroelastomer composition, is highly resistant at operating temperatures in excess of 200 ° C. and exceeds the prior art oxygen sensors. Provide increased service life. Such an oxygen sensor of the present invention is suitable for use in a position exposed to a temperature as high as about 300 ° C. of an automobile engine.
[0021]
The main features and aspects of the present invention are as follows.
[0022]
1. An oxygen sensor for use at temperatures in excess of 200 ° C., wherein the sensor is responsive to an oxygen content sensed by the sensor in engine exhaust gas and responsive to the electrical signal. The oxygen sensor is supplied to a means for controlling the supply of the engine, and the sensor comprises a main body member, the main body member being i) an opening for introducing engine exhaust gas, ii) being accommodated in the main body member, and passing through the opening. A sensing element that is exposed to the gas entering the body member and generates an electrical signal in response to the oxygen content of the gas; iii) receives the electrical signal and is derived from the body member to transmit the signal to the control means And iv) forming a sealing relationship between the conductor means and the body member, The oxygen sensor having means for preventing gas other than engine exhaust gas from coming into contact with the sensing element, wherein the sealing means is a cured elastic copolymer of perfluoroolefin and at least one other perfluorocomonomer An oxygen sensor comprising:
[0023]
2. The oxygen sensor of claim 1 wherein the sealing means comprises a cured elastic copolymer of perfluoroolefin, at least one other perfluorocomonomer, and a monomer at the fluorinated cure site.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of one embodiment of an oxygen sensor of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen sensor 2, 6, 11 Housing component 3 Wiring 4, 7, 9, and 10 Interconnecting housing 5 Sensing element 8 Fluoroelastomer seal

Claims (1)

200℃を越える温度において使用するための酸素センサーであって、前記センサーはエンジン排気ガス中の前記センサーが感知した酸素含量に対して応答して電気信号を、前記電気信号に応答して前記エンジンへの酸素の供給をコントロールする手段に供給し、前記センサーは本体部材からなり、前記本体部材は、i)エンジン排気ガスを入れる開口、ii)本体部材内に収容され、前記開口を通して前記本体部材に入る前記ガスに暴露され、前記ガスの酸素含量に応答して電気信号を発生する感知素子、iii)前記電気信号を受け取りそして前記本体部材から導き出されて前記信号を前記コントロール手段に伝送する電気コンダクター手段、およびiv)前記コンダクター手段と前記本体部材との間にシール関係を形成して、前記エンジン排気ガス以外のガスが前記感知素子と接触するようになるのを防止する手段を有する酸素センサーにおいて、前記シール手段がテトラフルオロエチレン、パーフルオロ(メチルビニル)エーテルおよびパーフルオロ(8−シアノ−5−メチル−3,6−ジオキサ−1−オクテン)のキュアされた弾性コポリマーからなることを特徴とする酸素センサー。An oxygen sensor for use at temperatures in excess of 200 ° C., wherein the sensor is responsive to the oxygen content sensed by the sensor in engine exhaust gas in response to the electrical signal and the engine in response to the electrical signal. The sensor comprises a main body member, the main body member being i) an opening for introducing engine exhaust gas, ii) being accommodated in the main body member, and passing through the opening. A sensing element that is exposed to the gas entering and generates an electrical signal in response to the oxygen content of the gas, iii) an electrical that receives the electrical signal and is derived from the body member to transmit the signal to the control means A conductor means; and iv) forming a sealing relationship between the conductor means and the body member, In the oxygen sensor gas other than emission exhaust gases has a means for preventing the coming into contact with the sensing element, said sealing means tetrafluoroethylene, perfluoro (methyl vinyl) ether and perfluoro (8-cyano - An oxygen sensor comprising a cured elastic copolymer of 5-methyl-3,6-dioxa-1-octene) .
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