JPH052101B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は特許請求の範囲第１項の上位概念に記
載されるとくに内燃機関および炉装置の排ガス中
の酸素含量を測定するための酸素センサに関す
る。

従来の技術 測定ガス側に底部を備える電解質管の内部空間
にバーの形の電気低抗加熱体が突入する酸素セン
サはすでに提案されている（西独特願P3327397.9
参照）。バー形加熱体はその接続側端部の側面に
平面的な電気的接続範囲を有し、この範囲へ半径
方向に線状の接触クランプが圧着される。この接
触クランプは酸素センサの接続範囲へ通ずる電気
的導線と結合している。しかし前記バー形加熱体
は大量生産で製造した市販品としても比較的高価
である。というのは材料消費量が比較的大きく、
基材の円形表面への金属導体路のプリントが複雑
なためである。さらにプリントおよび焼結した導
体路を備える基材を電気抵抗加熱要素として使用
することが公知である（たとえば米国特許明細書
第3694627号参照）。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は構造が簡単で安価に製造しうる
酸素センサを得ることである。

問題点を解決するための手段 この目的は特許請求の範囲第１項の特徴部に記
載の特徴によつて解決される。

作 用 本発明による酸素センサは材料を少ししか必要
とせず、この場合も行われる金属導体路の基材へ
のプリントが平面内で行われるため簡単かつ安価
である利点を有する。

特許請求の範囲第２および３項記載の手段によ
つて特許請求の範囲第１項記載の酸素センサをさ
らに有利に形成および改善することができる。加
熱体の基材を少なくともその接続側部分で台形に
形成し、台形の大きい底辺を基材の接続側端面に
よつて形成すればとくに有利である。

実施例 次に本発明の実施例を図面により説明する。

第１〜３図に示す酸素センサ１０は金属ケーシ
ング１１を有し、その外面には酸素センサ１０を
図示されていない測定ガス管へ組込むための固定
手段としてスパナ用６角部１２およびねじ１３が
ある。このケーシングを測定ガス管へ気密に組込
むため、スパナ用６角部１２とねじ１３の間のリ
ング溝１５にはずれないようにリング状シール要
素１４が挿入される。ケーシング１１の測定ガス
から遠い端部にもう１つのリング溝１６が設けら
れ、この溝はケーシング１１を延長する閉鎖スリ
ーブ１７の固定に役立つ。測定ガスと反対側に中
心孔１９を有する底部１８があるこの閉鎖スリー
ブ１７は多数のかしめ孔２０によりケーシング１
１のリング溝１６に固定される。

ケーシング１１は肩２２がある縦孔２１を有
し、この肩は酸素センサ１０の測定側と反対側に
面し、リング状シール要素２３を支持する。ケー
シング縦孔２１のシール要素２３を備える肩２２
にセンサ要素２４がそのヘツド２５で支持され
る。

このセンサ要素２４はこの例では西独実用新案
801584号明細書から公知のとくに排ガス中の酸素
分圧の測定に使用される公知酸素センサである。
このセンサ要素２４は固体電解質管２６を有し、
その測定ガス側端部は底部２７により閉鎖され、
この底部は測定ガスにさらされる外面にガス透過
性層状測定電極２８および内部空間２９に面する
側に参照ガス（たとえば空気）にさらされる透過
性層状対極（参照電極）３０を支持する。測定電
極２８はリング状シール要素２３を介して電気的
に接地したケーシング１１と接触しているけれ
ど、対極３０はとくに底部２７の内面から固体電
解質管２６の測定ガスから遠い端面３１まで達す
る。多くは薄い白金層からなる測定電極２８の寿
命を高くするため、この電極はたとえばマグネシ
ウムスピネルからなる（図示されていない）ガス
透過性保護層で被覆される。底部２７で閉鎖した
固体電解質管２６の代りに場合により測定ガス側
が開いた固体電解質管を使用することもできる。

センサ要素２４のケーシング１１の縦孔２１か
ら測定ガス側に突出する部分は離れて保護管３２
によつて包囲され、この保護管は測定ガスの出入
のため孔３３を有し、ケーシング１１の測定ガス
側端部に折返し縁などによつて固定される。この
保護管３２は測定ガスに発生する高い温度変化お
よび測定ガスに含まれる粒子が直接センサ要素２
４へ作用し、損傷することがないために役立つ。

固体電解質管２６の底部２７の方向へ有利に直
径が少し細くなる固体電解質管２６の内部空間２
９へ加熱体３５の測定ガス側部分が突入する。こ
の加熱体３５は電気的絶縁性の小板状基材３６お
よびびこの基材３６に支持した導体路３７からな
る。基材３６はたとえば酸化アルミニウムからな
り、有利な実施例によればその接続側部分が固体
電解質管２６の内部空間２９へ突入する部分より
幅が広く形成され、基材３６の少なくとも接続側
部分はほぼ台形に形成され、接続側端面３６′が
台形の大きい底辺を形成する。基材３６の厚さは
約0.8mmである。導体路３７はとくに白金族から
なり、場合によりセラミツクが添加され、基材３
６へプリントなどで設置され、次に焼結される。
しかし白金族の代りに他の適当な物質を導体路３
７として使用することもでき、プリントの代りに
他の適当な公知法を使用することもできる。この
導体路３７は(1)基材３６の測定ガス側部分に設置
した有利な実施例ではジグザグに形成した加熱要
素３７／１、(2)加熱要素３７／１の個々の導体路
より幅が広く、基材３６の接続側範囲まで通ずる
２つの接続導体路３７／２および基材３６の接続
側端部に配置した接続導体路３７／２よりさらに
幅広く、場合により厚くもある接続範囲３７／３
に分割される。導体路３７のこの接続範囲３７／
３の強化はこの目的に適する他の材料たとえば銀
被覆の塗布によつて行われる。この導体路３７は
２つの接続範囲３７／３を除いてたとえばマグネ
シウウムスピネルからなる薄い保護層（図示され
ず）によつて被覆することができる。基材３６の
接続側の幅が広いため、２つの接続範囲３７／３
はその接続のための十分な余地が得られるように
互いに離れて配置される。

層状対極３０が終るセンサ要素２４の測定ガス
と反対側の端面３１に小板状加熱体３５を包囲す
るリング状接触部材３８が接する。この接触部材
３８は同様加熱要素３５を包囲しながら接続側へ
拡がるスリーブ状円筒部３９を有する。

センサ要素２４、ケーシング１１および閉鎖ス
リーブ１７によつて仕切られた空間に２つの絶縁
スリーブ４０および４１が収容され、これらはと
くにセラミツク材料（たとえば酸化アルミニウ
ム）からなり、案内スリーブ４２により酸素セン
サ１０内に同心に保持される。案内スリーブ４２
の測定ガス側はケーシング１１の縦孔２１に（た
とえば圧入またはかしめによつて）固定され、そ
の測定ガスに遠い端部に横方向に閉鎖スリーブ１
７の近くまで達する外向きフランジ４３を有す
る。この案内スリーブ４２と閉鎖スリーブ１７の
間に形成されるリング空間４４は閉鎖スリーブ１
７の測定ガス側端部とケーシング１１の間の範囲
に参照ガスとして使用する空気とともに酸素セン
サ１０へ侵入しうる水分に対する障壁として作用
する。案内スリーブ４２のフランジ４３と閉鎖ス
リーブ１７の底部１８の間にリング状ばね要素４
５（皿ばね）が配置され、このばねの１面は閉鎖
スリーブ１７の底部１８に支持され、他面は機械
的前応力下に第１絶縁スリーブ４０の同軸の肩４
６に接触する。このばね要素４５の機械的前応力
のため第１絶縁スリーブ４０はその測定ガス側端
面４７により第２絶縁スリーブ４１の測定ガスに
遠いリング肩４８へ押され、したがつて第２絶縁
スリーブ４１の測定ガス側端面４９は対極３０と
電気的に結合する接触部材３８へ圧着される。

第２絶縁スリーブ４１は縦スリツト５０によつ
て小板状加熱体３５を包囲し、この縦スリツト５
０の測定ガスに近い端部によつて接触部材３８の
円筒部３９を包囲する。第２絶縁スリーブ４１の
縦スリツト５０と平行に走る縦孔５１に沿つて導
線５２が導かれ、導線の測定ガス側は公知法（た
とえば溶接）により接触部材３８の円筒部３９に
固定される。この導線５２の測定ガスと反対側の
部分は縦方向に第１絶縁スリーブ４０を貫通する
孔５３を通して導かれ、この孔からさらに測定ガ
スと反対側へ延びる。

第１絶縁スリーブ４０の測定ガス側端面４７に
孔５４が形成され、この孔はほぼ軸方向に、加熱
体３５の接続側端部のためのとくに平らな接続面
５５および測定ガス側を向く肩５５′を有する。
この接触面５５に加熱体３５の接続側端部が接
し、基材３６の端面３６′は第１絶縁スリーブ４
０の内の孔５４の肩５５′に接する。この孔５４
にはとくに接触面５５に垂直に配置した２つの案
内スリツト５６および５７も含まれ、このスリツ
トは同様絶縁スリーブ４０の縦方向に走り、それ
ぞれ１つの弾性的接続要素（接触クランプ）５８
または５９の収容および固定に役立つ。この弾性
的接続要素５８，５９はとくに金属線からなり、
その測定ガス側はヘヤピン状に曲げられる。第１
絶縁スリーブ４０は接続要素５８および５９の測
定ガスと反対側の端部のためそれぞれ貫通孔６０
を備え、この孔の測定ガス側はそれぞれ案内スリ
ツト５６または５７へ開口し、それぞれ測定ガス
側に向く肩６１を形成する。接続要素５８または
５９の測定ガスに遠い端部は第１絶縁スリーブ４
０から測定ガスと反対側へ突出する。第１絶縁ス
リーブ４０の貫通孔６０から突出する接続要素５
８または５９の測定ガスに近い端部は第１絶縁ス
リーブ４０内のそれぞれの案内スリツト５６また
は５７内ででＺ形に外側へ曲げられ、このＺ形曲
り６２でそれぞれの肩６１に接する。接続要素５
８または５９のＺ形曲り６２は接続線６４／１お
よび６４／２を有する接続ケーブル６３から伝達
される引張り、捩りおよび（または）振動応力に
対する安全装置として役立つ。接続線６４／１お
よび６４／２の測定ガス側端部は接続要素５８ま
たは５９の第１絶縁スリーブ４０から測定ガスと
反対側へ出る端部と結合スリーブ６５を介して圧
縮、溶接および（または）ろう接によつて結合さ
れる。第１絶縁スリーブ４０から出る導線５２の
端部も相当する結合スリーブ６５によつて接続ケ
ーブル６３の接続線６４／３と結合される。この
接続線６４／３はそれゆえ対極３０から得た測定
値の伝達に役立つ。弾性的接続要素５８および５
９のＺ形曲り６２のそれぞれは測定ガス側に第２
絶縁スリーブ４１の測定ガスの遠い端面によつて
形成されるストツプ面６６まで走る。弾性的接続
要素５８，５９はこの場合第２絶縁スリーブ４１
の前記ストツプ面６６に接し、接続要素５８また
は５９のそれぞれのＺ形曲り６２の方向に戻る。
接続要素５８または５９の自由端はそれぞれ１つ
の折曲点６７を有し、ここで加熱体３５のそれぞ
れの接続範囲３７／３に機械的前応力下に接す
る。折曲点６７の範囲でそれぞれの弾性的接続要
素５８，５９の断面はそれぞれの折曲点６７とそ
れぞれの接続範囲３７／３の間に生ずる圧力が接
続範囲３７／３を損傷しないように扁平に形成さ
れる。Ｚ形曲り６２の代りに波形曲りを使用し、
ケーブル６３の張力および（または）振動応力に
対する安全装置を形成することもできる。

第１絶縁スリーブ４０の測定ガスに遠い端面６
８に有利に結合スリーブ６５の測定ガス側端部お
よび弾性的絶縁プラグ６９の測定ガス側端部も支
持され、このプラグは貫通孔７０内に結合スリー
ブ６５および接続線６４／１〜６４／３の一部を
固定的に密封包囲する。この絶縁プラグ６９の測
定ガス側フランジ部７１は閉鎖スリーブ１７の孔
１９を貫通する第１絶縁スリーブ４０の端部を包
囲し、その測定ガス側端面７２によつて閉鎖スリ
ーブ１７の底部１８の外面に密封支持される。こ
の絶縁プラグ６９の円筒面７３に管状のとくに金
属のヘツドスリーブ７４が配置され、このスリー
ブはその拡大した測定ガス側端部によつて閉鎖ス
リーブ１７の測定ガスから遠い端部に密接し、こ
の閉鎖スリーブ１７に数点の溶接７５または他の
公知固定手段により固定され、絶縁プラグ６９を
酸素センサ１０の縦方向に機械的前応力下に保持
する。

補足的に加熱体３５は層状加熱要素、それぞれ
の接続導体路および接続範囲を２つの大きい表面
に備えられることが指摘される。この場合加熱要
素３７／１の結合路は加熱体３５の測定ガス側端
面７６を介して走るのが有利である。

加熱体３５の配置および形成するための本発明
による手段はさらに大量生産の場合非常に安価に
実現されるとくに実用的な手段である。この種の
酸素センサはとくに内燃機関および濾装置の排ガ
ス中の酸素含量測定のため開発された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による酸素センサの縦断面図、
第２図は第１図の−線断面図、第３図は第２
図の−線断面図である。 １０…酸素センサ、１１…金属ケーシング、１
２…スパナ用６角部、１３…ねじ部、１７…閉鎖
スリーブ、２１…ケーシング縦孔、２４…センサ
要素、２６…固体電解質管、２７…底部、２８…
測定電極、２９…内部空間、３０…対極、３２…
保護管、３５…加熱体、３６…基材、３７…導体
路、３８…接触部材、４０，４１…絶縁スリー
ブ、４２…案内スリーブ、４５…皿ばね、５０…
縦スリツト、５４…孔、５５…接触面、５６，５
７…案内スリツト、５８，５９…接続要素、６３
…接続ケーブル、６５…結合スリーブ、６９…絶
縁プラグ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定ガス導管へ組込むための固定手段を有
   し、管状セラミツク部材の長さの一部を固定的に
   密封包囲す段付縦孔を有する金属ケーシンを備
   え、このセラミツク部材が (a) 少なくとも一部酸素イオン導電性材料からな
   り、 (b) 測定ガス側を底部で閉鎖することができ、 (c) 外面に多孔性の層状電極を支持し、 (d) 内面に層状の対極を有し、 (e) 測定ガスから遠い端部に２つの電極の少なく
   とも１つのため層状の接触部を支持し、この部
   分が酸素センサの測定ガスから遠い接続範囲へ
   通ずる電気的接続部材と接触し、 (f) 内部空間に電気的加熱体を含み、この加熱体
   の接続側がセラミツク部材の内部空間から突出
   し、内部空間の外部で固定され、その接続側部
   分の側面に少なくとも１つの平面的な電気的接
   続範囲を有し、この範囲へ機械的前応力により
   作用する接続要素が圧着され、この要素が酸素
   センサの接続側範囲と電気的に接続している酸
   素センサにおいて、加熱体３５の基材３６が電
   気的絶縁性の板であり、この板の接続側部分の
   幅が固体電解質管２６の内部空間２９へ突入す
   る部分の幅より大きく、基材３６の表面に支持
   した加熱要素３７／１に通ずる接続導体路３
   ７／２が基材３６の接続側部分で基材３６の固
   体電解質管２６の内部空間２９に存在する部分
   におけるより大きい相互距離を有することを特
   徴とする酸素センサ。 ２ 加熱体３５の基材３６が少なくともその接続
   側部分でほぼ台形の形を有し、その大きい底辺が
   基材３６の接続側端面３６′によつて形成される
   特許請求の範囲第１項記載の酸素センサ。 ３ 加熱体３５がその接続側部分によつて酸素セ
   ンサ１０内をほぼ縦方向に走る接触面５５に接
   し、酸素センサ１０の機械的前応力下にある少な
   くとも１つの接続要素５８または５９が平面的な
   電気的接続範囲３７／３へ押し、この範囲が加熱
   体３５の基材３６上の前記接触面５５の高さに配
   置されている特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の酸素センサ。