JP3675825B2 - 電気化学的なセンサ - Google Patents

Description

技術分野
本発明は請求項１の上位概念に基く電気化学的なセンサに関する。
背景技術
電気化学的なセンサは例えばセンサ部材によってフィンガ状の構造形に構成されており、その場合固体電解質部体が閉じた管として金属ケーシング内に密接に固定されている。フィンガ形センサの場合は電位に無関係なセンサと電位に関連するセンサとに分類される。電位に関連するセンサの場合には、外方電極の配線回路が導電的なシールリングを用いてケーシングに接触させられている。電位に無関係なセンサの場合には、各電極接続部が直接制御装置に置かれているので、ケーシングとの電気的な接触のないことは許される。固体電解質部体とケーシングとの間のシール装置は両方の場合いずれも実現されていなければならない。
特に各電極接続部のために接触が固体電解質部体のリング面上で行われている、電位に無関係なセンサの場合には、接触部位を位置的に正しく取付けることが求められている。つまりセンサを組み立てる場合に、固体電解質部体が挿入後に回転しひいては電極の接触部に別の位置が与えられるようになり、これによって確実な接触が不可能になってしまう惧れがある。
ケーシング内で固体電解質部体をシールするために例えば金属製のシールリングが使用されており、その際電位に無関係なセンサの場合には、外方電極への配線回路が金属製シールリングの領域内で電気的な絶縁部によって覆われていなければならない。
発明の利点
請求項１に記載の特徴を備えた本発明のセンサは、センサ部材が組立ての間ケーシング内に回動不能に固定されうるという利点を有している。これによって電極接続部の確実な接触が、特に電位に無関係なセンサを組み立てる場合に可能である。
請求項２以下に述べられている手段によって本発明のセンサの別の有利な構成が可能である。ケーシング内におけるセンサ部内の回動不能な簡単な固定は、センサ部材をケーシング内で機械的なバイアスの元に保持する、特別に形成されたシールリングによって実現することができる。その際ばね部材を備えたシールリングの構成が特に機能的であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
本発明の実施例を図面に図示し、次にこれを詳しく説明する。その際図１は、センサの排ガス側の部分の縦断面図を、図２は図１のシールゾーンＸの拡大部分図を、図３はシールリングの平面図を、図４は図３の線IV−IVに沿った断面図を、夫々示している。
実施例の説明
図１に図示された電気化学的なセンサ１０は金属製のケーシング１１を有し、該ケーシング１１は外方側部に、図示されていない測定ガス管内に組み込むための固定手段としてねじ山１２を有している。ケーシング１１はシール着座部１４を備えた長手方向孔１３を有し、該シール着座部１４は金属製のシールリング３０を支持している。シールリング３０上には隆起部状のヘッド部１６に形成された肩部１７でセンサ部材１５が載置されている。シールリング３０とセンサ部材１５との間で隆起部状のヘッド部１６には、センサ部材側のシール面１８が形成されている。長手方向孔１３は隆起部状のヘッド部１６の領域において、センサ部材１５の隆起部状ヘッド部１６とケーシング１１との間に、ギャップ３６が形成されるように構成されている。シール着座部１４は自体はケーシング側のシール面１９を形成している。シールリング３０に形成されたシールゾーンＸは図２に拡大されて図示されている。
センサ部材１５は本実施例の場合管状の固体電解質部材２０であって、測定ガス側の終端区分が閉じている。測定ガスに晒される外方側には、固体電解質部体２０上に層状のガス透過性測定電極２１が配置され、また内室に向い合う側には、例えば空気のような基準ガスに晒される層状のガス透過性の基準電極２２が配置されている。測定電極２１は測定電極配線回路２３によって第１電極接触部２５に、基準電極２２は基準電極配線回路２４によって第２電極接触部２６に、夫夫案内されている。これらの電極接触部２５，２６は夫々、固体電解質部体２０の開放端部によって形成された端面２７上に位置している。測定電極２１の上方及び部分的に、測定電極配線回路２３の上方には多孔質の保護層２８が形成されている。電極２１，２２及び配線回路２３，２４は、有利にはサーメット層として構成されていて、固体電解質部体２０に焼結されている。
測定ガス側でケーシング１１の長手方向孔１３から突出しているセンサ部材１５は、間隔を置いて保護管４０によって取り囲まれており、該保護管４０は測定ガスの流入もしくは排出のための開口部４１を有していて、ケーシングの測定ガス側の端部に不動に位置している。センサ部材１５の内室は例えば棒状の加熱部材５０によって充填されており、該加熱部材５０は測定ガスから離れた側でロックされ、導線接続部を有している。
第１電極接触部２５上には第１接触部分４５が、第２電極接触部２６上には第２接触部分４６が夫々記載されている。接触部分４５，４６は、これらが例えば管状の加熱部材５０に当接しかつ測定電極接続部４７及び基準電極接続部４８に接触しうるように成形されている。接続部４７，４８は図示されていない接続ケーブルに接続されていて、外方に向って同様に図示されていない測定又は制御装置に案内されている。
更にケーシング１１の長手方向孔１３内には、有利にはセラミックス材料から成る絶縁スリーブ５２が配置されている。図示されていない機械的な手段を介して絶縁スリーブ５２は接触部分４５，４６に押圧され、これによって電極接触部２５，２６への電気的な接続が達成される。
図１に図示されたセンサは電位に無関係なセンサである。金属製のシールリングが導電性であるため、測定電極配線回路２３は少なくともシールゾーンＸの領域内では電気的に絶縁する層２９によって覆われている（図２）。絶縁層２９の代りに、複数の層から成る電気的に絶縁する層系が設けられていても宜い。本実施例の場合には絶縁層２９は、ケーシング１１に隣接する固体電解質部体２０の外周部の周りに設けられている。しかし絶縁層２９をシールリング３０の接触個所の領域だけに制限することも、又は絶縁層２９を測定ガス側で保護層２８にまで広げることも、同様に考えられる。この絶縁層２９は例えばプラズマ照射されたマグネシュウム−スピネル−層である。
回動不能に固定するためは、センサ部材１５は、シールリング３０を用いてケーシング１１内に機械的なバイアスの元で保持されている。このためには図３及び図４に示すようにシールリング３０はリング部材３１を有し、該リング部材３１の外周部には内法幅Ｗを有する、軸方向にばね弾性的なウエブ３２が形成されており、該ウエブ３２は隆起部状のヘッド部１６とケーシング１１との間のギャップ３６内に突入している（図２）。本実施例の場合には、周方向に均等に配置された６つのばね弾性的なウエブ３２が設けられている。ばね弾性的なウエブ３２は夫々下方部分３３と外方に向って折れ曲った部分３４とを有している。下方部分３３の内法幅Ｗは、該下方部分３３が隆起部状のヘッド部１６にバイアスをかけて着座し得るように選択されている。他方ではばね弾性的なウエブ３２が長手方向孔１３の内壁に支持されうるように、ギャップ３６が規定されているか若しくは上方部分３４が外方に向って折り曲げられている。これによってセンサ部材１５が、シールリング３０を用いてケーシング１１の長手方向孔１３内に機械的にバイアスがかけられて保持されうることが保証されている（図２）。加えられるバイアス力によってセンサ部材１５がケーシング１１内に保持されるのでセンサ部材１５は、所定の回動力が作用するまで回動不能にケーシング１１内に固定される。更にこの回動不能な固定は、組立中センサ部材を所定の周方向の配置位置に保持するのに役立っている。
シールリング３０は本実施の場合、両側に塗着されたＮｉ又はＣｕから成る延性の層を備えたＣｒ−Ｎｉ鋼から構成されている。しかしばね弾性的に形成されたウエブ３２を製造することができ、しかも充分なシール性が保証される別の材料を使用することも同様に考えられる。しかしながらこのシールリング３０の使用は、電位に無関係なセンサの場合に限定されるものではない。

Claims (4)

1. ガス内の酸素含有量を決定するため、殊に内燃機関の排気ガス内の酸素含有量を決定するための電気化学的なセンサであって、シールリングと共にケーシング内に挿入されたセンサ部材を備え、該センサ部材が一方の側で閉じた管の形状を成した酸素イオン伝導性の固体電解質部体を有している形式のものにおいて、
   ケーシング（１１）内でセンサ部材（１５）を、所定の回動力が作用するまで機械的なバイアスの元で回動不能に保持する手段が設けられており、該手段が、シールリング（３０）に１体成形された少なくとも１つのばね部材（３２）によって形成されていることを特徴とする、電気化学的なセンサ。
2. 前記シールリング（３０）がリング部材（３１）を有し、該リング部材（３１）に、周方向に均等に分配されたばね部材（３２）が１体成形されていることを特徴とする、請求項１記載のセンサ。
3. 前記ばね部材（３２）が、夫々下方部分（３３）と外方に向って折り曲げられた上方部分（３４）とによって構成されかつ前記下方部分（３３）が機械的にバイアスがかけられてセンサ部材（１５）に当接しかつ前記上方部分（３４）が機械的にバイアスがかけられてケーシング（１１）に支持されうるような内法幅（Ｗ）を有していることを特徴とする、請求項１又は２記載のセンサ。
4. 前記シールリング（３０）が、Ｎｉ又はＣｕから成る塗着された延性積層部を備えたＣｒ−Ｎｉ鋼から成っていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ。

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