JPH11513113A - ガラスシール部を備えたセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 管状ハウジング内の平面状検出要素（４４）と管状ハウジングとの間にガラスシール部（１０）を備えたセンサーにおいて、このガラスシール部が、センサーの全範囲の作動温度に亘って径方向に圧縮された状態を維持している。強度及び耐久性が改善された圧縮シール部は、自己限定的となり、広い温度範囲に亘って、また、きしみや振動を被る環境下においても作動可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】 ガラスシール部を備えたセンサー 本発明は、ガラスシール部を備えたセンサーの装置及び製作方法に関する。 酸素センサーのためのガラス密封方法の例が、本発明の指定代理人に指定され た、米国特許番号５，３２９，８０６号に開示されている。例えば’８０６特許 などのセンサーでは、ガラス密封の目的は、センサー内の空気参照チャンネルか ら酸素センサーの端部を分離することである。密封はガスが検出されるのを防止 する。即ち、自動車の排気ガスが内部に漏れ入ったり、チャンネル内の空気参照 に干渉したり、そのような漏れから生じるセンサーの測定出力への有害な効果を 防止する。 ガラスの密封を達成しようとした先行技術の試みの中には、ガラス密封が構造 上及び密封要素の両方として実行されるものがある。そのような密封は失敗に終 わる傾向があり、空気参照チャンネル内への漏れを可能にする構造的な裂け目が 形成されたり、ガラスがセンサーの外部ハウジングに付着できなかったり、例え ば排気ガス酸素センサーにより要求されるような幅広い温度範囲に渡って効果的 な密封を維持することができなかったりする。 さらに加えて、密封ガラスは、ガラスの遷移温度を越える温度になる機会があ り、その場合には、ガラスセンサーとセンサーの外殻との間の領域は拮抗状態に あって密封の構造的な完全さを損なっている。ガラスを伸長性の応力の中に置く ことは、密封に裂け目を発生させ、検出されるガス即ち自動車の排気ガスなどが 空気参照チャンネル内に侵入することを可能にする。 本発明の目的は、請求項１に係るガラスシール部を備えたセンサーを提供する ことである。 本発明は、有利な効果を奏するように、環状のセンサーハウジング内に平坦な プレートの検出要素を密封することを可能にするガラスシール部を備えたセンサ ーを提供する。 本発明は、有利な効果を奏するように、新しいセンサーと、排気ガス及び他の 外部要素がセンサー内の空気参照チャンネルを汚染することを防止するガラスシ ール部と、を提供する。 本発明は、有利な効果を奏するように、セラミック及び金属センサーハウジン グのいずれかの中で平面状の検出要素を密封するために使用することができるガ ラスシール部を備えたセンサーを提供する。 本発明は、有利な効果を奏するように、熱膨張係数、転移温度及び融点が、セ ンサーのハウジング内で圧縮した状態にシール部を維持するようにすべて制御さ れ、シール部が排気センサーの有用温度を最大の状態で完全に維持するのを可能 にする。従って、本発明は、センサーの全作動範囲の間にガラスシール部が圧縮 された状態にあり、ガラスが金属又はセラミックシール部に維持されるガラスシ ール部を備えたセンサーを提供する。 本発明によれば、金属密封されたガラスは、検出要素の熱膨張係数と等しく金 属センサーシェルの熱膨張係数よりも小さい範囲にある熱膨張係数で密封を提供 することによって維持される。金属センサーシェルはガラスを圧縮した状態に維 持し、ガラス密封がセンサーの全作動範囲にわたってその最大強度を維持するこ とを可能にする。有利なようにガラスシール部を圧縮した状態に維持することに よって、本発明に係る密封は、エンジン環境における衝撃及び振動の条件に耐え ることができ、機械的な完全さを改善した。 有利な効果を奏するように、本発明に係るガラスシール部を備えたセンサーの 例は平坦な円状ディスク部を有するガラスシール部を用いて達成される。このデ ィスク部は、中央に配置された矩形開口を有し、その中に、平坦な検出要素が配 置されている。この平坦なディスク部の外径周縁部では、シール部は環状の円柱 壁を形成し、該壁は互いに反対側の第１及び第２の方向で平坦な円状のディスク 部から軸方向に延設されている。このシール部は、環状の円柱壁がセンサーハウ ジングの内部円柱壁と係合し、矩形開口が平面状の検出要素と係合するセンサー ハウジング内に配置されている。このシール部は、シール部及び検出要素を構造 的に配置するために作用する第１及び第２の絶縁体の間に配置されている。シー ル部の外部円柱表面は、センサーハウジングの円柱壁と結合され、シール部の矩 形開口は検出要素と結合され、その中でシール部はセンサーチャンバー内の検出 要素の第１端部を、センサー内の空気参照チャンネルの検出要素の第２端部から 密封する。一実施例では、平坦な円状ディスク部は、平面状の検出要素の厚さよ りも小さい厚さを有している。 このとき、有利な効果を奏するように、本発明は、一実施例において、以下の ような各工程を含むガラスシール部を備えたセンサーの製造方法を提供する。即 ち、矩形開口が中央部に形成された円状ディスク部と前記円状ディスク部の外周 からセンサーハウジングへと第１及び第２の軸方向に延在する環状円柱壁とを有 するガラスシール部を、前記シール部の環状円柱壁の外部円柱面が前記ハウジン グの内部円柱壁に最も近く、検出要素が前記シール部の円状ディスク部の矩形開 口を通過するように配置する工程と、前記シール部の環状円柱壁が溶解して前記 シェルの内部円柱壁に流れ、検出要素の外辺部の回りのガラスが検出要素の回り に流れるように前記センサーのパッケージを前記シール部のガラスが溶解する温 度にまで加熱する工程と、前記ガラスが冷却して検出要素とセンサーの外部シェ ルとの間のシール部を維持するように前記センサーを冷却する工程と、を含む。 ここで、本発明は、以下に示す図面に関連した実施例によって説明される。 図１は、本発明に係る第１実施例のセンサー及びガラスシール部を示す。 図２及び図３は、本発明に係るガラスシール部の一例を示す。 図４は、本発明に係る第２実施例のガラスシール部を備えたセンサーを示す。 図５は、本発明に係るガラスシール部を備えたセンサーの有利な例を示す。 図６は、本発明に係るガラスシール部を備えたセンサーの応力分析を示す。 図７は、本発明に係る第３実施例のガラスシール部を備えたセンサーを示す。 図８は、本発明に係る方法を示す。 図９は、本発明の作動を示す。 図１０は、本発明の他の実施例を示す。 第１実施例 第１実施例では、センサー内のガラスシール部は、上述した米国特許番号５， ３２９，８０６号の図３で参照番号４８により示されたシール部の厚さを、その 厚さが、平面状の検出要素より薄く即ち約１ミリメートル又はそれ以下のオーダ ーに減じることによって達成される。図１を参照すると、本発明に係る実施例の ガラスシール部１３は、平面状の検出要素２１の形状に合うような形状で中央部 に矩形開口が形成され、検出要素２１は、この開口を通って延在している。この とき、シール部１３の各々の側には、シール部の融点よりも高い融点を有するス テアタイト（steatite）のガラスからなる２つの絶縁体１１及び１５がそれぞれ 配置されている。このセンサーは炉の中で処理されシール部のガラスが溶解し流 れて、センサーハウジング（外部シェル）１７の円柱壁の内部円柱壁と平面状の 検出要素２１の外部表面とを係合させる。次に、このセンサーが冷却されること によって、ガラスを硬化させ、ハウジング内のセンサーを密封し、センサーの第 １端部と第２の端部とを分離させる耐空気性のシール部を提供する。 センサーの炉処理は、センサーハウジング１７に合うようにシール部１３のガ ラスを流出させるのに十分な時間、維持されなければならない。ある角度で提供 された圧力がガラスの不規則な流れを引き起こし、シール部とセンサーのシェル との間の空気ギャップを残す可能性があるとき、シール部１３に該シール部に垂 直にかけられた圧力を維持するように特別の注意が払われなければならない。 ガラスが冷却工程の間にセンサーハウジング１７を歪ませることを防止するた めに、センサーハウジングの降伏強度は、ハウジングがガラスを圧縮した状態に 維持しガラスに降伏しないほど大きくなければならない。ハウジング１７がシー ル部１３に降伏するならば、ハウジング１７はシール部の回りで歪曲するように なり、高温度での作動中にハウジングが膨張し、シール部を伸長状態に置き、ガ ラスとハウジングとの間の密封結合の失敗、及び／又は、シール部の裂け目の発 生へと導き、不完全な密封に帰着してしまう。適切な降伏強度を備えたハウジン グ１７は、ハウジング１７の壁を十分な厚さにすることによって、及び／又は、 材料の適切な選択、即ち、０．０１８インチ（0.4572mm）〜０．０２４インチ（ 0.6096mm）厚のＳＡＥ４８６ステンレス鋼によって達成し得る。 取付部品１９がハウジング１７の回りに取り付けられており、後述するように 、センサーを取り付けるために使用される。 第２実施例 ここで、図２及び図３を参照すると、本発明に係る好ましい実施例のガラスシ ール部１０が示されている。このガラスシール部１０は、一般に、円状に形成さ れた平坦ディスク部１２を有し、該ディスク部はその中央部に開口２２が形成さ れ、該開口は、開口２２の形状と実質的に合致する形状を有する平面状の検出要 素と係合する壁１４、１６、１８及び２０により画定されている。好ましくは、 平坦ディスク部１２の厚さは、平面状の検出要素の厚さよりも小さく、一例では 、１ミリメートルのオーダーにある。平坦ディスク部１２の径外辺部では、シー ル部１０が環状円柱壁２４を有し、該円柱壁は、平坦円状ディスク部１２が円柱 壁２４により形成される円柱管内の中央に配置されるようにいずれの方向にも平 坦円状ディスク部１２から軸方向に延在する。一例では、円柱壁２４は、軸方向 の長さ４ｍｍ，０．５乃至１．０ｍｍの厚さを有している。 円柱壁２４は、頂環状端部２６、底環状端部２８、内部環状円柱面３４及び３ ２、及び外部円柱面３０を有する。センサーが図示のシール部１０から構成され るとき、外部円柱面３０はセンサーハウジングに結合され、開口２２の内部周壁 １４，１６，１８及び２０は検出要素に結合されて、検出すべきガス即ち自動車 の排気ガスに曝されるチャンバー内で検出要素の第１端部が空気参照チャンネル 内の検出要素の第２端部から離れて密封される。 図４は、本発明に係るガラスシール部を備えたセンサーの一実施例を示してい る。センサー４０は、一般に、例えば１１×１０^-6から１２×１０^-6／℃の範囲 の熱膨張係数を有する４８６鉄などの材料から形成された、下部シェル４２及び 上部シェル６３を有する外部ハウジングを含む。上部シェル６３は、下部シェル ４２のリップ６７の回りを囲む折り重ね部６５を有し、下部シェル４２及び上部 シェル６３が一緒に連結されている。環状の取付部品５０が折り重ね部６５の上 方でシェル６３の回りに取り付けられている。この取付部品５０はガス流路の中 にセンサー４０を取り付けるための退避場に係合するように構成されている。 検出要素４４は、当該技術分野の当業者に知られた態様、例えば本発明の指定 代理人に指定された米国特許番号５，３２９，８０６号で説明されるような態様 で構成されており、一般には、チャンバー４１内で排気ガスに曝されてチャンバ ー内の排気ガスの酸素含有量を検出するための端部４５を有する平坦な平面状検 出要素である。ガラス支持部４６は、絶縁体４８の軸開口４７内に延在する検出 要素４４を設置している。絶縁体４８は、例えば、低い熱伝導度の特性を有する ステアタイト型の材料から形成される。センサーが作動している間にチャンバー ４１に入ってくるガスは、９５０℃乃至１０００℃程度の温度であり得る。絶縁 体４８はガラスシール部１０をそのような高温度から絶縁し、ガラスシール部１ ０は、決してガラス転移温度、この例では約７２０℃、よりも高い温度を経るこ とがない。典型的には、通常のセンサー作動中にガラスシール部１０が到達する 最も高い温度は６５０℃である。 ガラスシール部１０は、図示のように、絶縁体４８と、アルミナで形成された 該絶縁体４８と同様の熱膨張係数を有する絶縁体５６との間に配置されている。 シール部１０は、加熱されて、検出要素４４及び領域５４におけるセンサーの外 部シェル４２の両方に結合される。 より詳しくは、センサーの炉加熱の間に、ガラスシール部１０は溶解し、参照 番号５５によって示されたように、毛細管作用を介して検出要素４４に沿って軸 方向に小距離だけ流れる。センサーが冷却されるとき、ガラスは検出要素４４に 結合される。また、加熱プロセスの間、シール部１０の円柱壁２４は領域５４に おけるシェル６３の内周部と接触した状態で流れ、センサーが冷却されるとき、 ガラスがそこに結合される。円柱壁２４は、領域５４におけるシェル６３の外周 部に沿って軸方向にガラスを引き出して密封結合を形成するための毛細管作用を あてにしないで、順次シェルに沿った伸長力を蓄積させないように流動してシェ ル６３に接触するための材料を提供する。 シェル６３は、ガラスシール部１０の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有 する。例えば、ガラスシール部１０は、熱膨張係数が７．８×１０^-6／℃である ストロンチウム・ホウ珪酸塩から形成してもよい。この結果、シェル６３は炉加 熱処理の間、シール部１０のガラスよりも速く膨張する。しかしながら、円柱部 ２４は流出してシェル６３の領域５４に接触するのに十分な材料を提供するので 、シェル６３のより大きい熱膨張係数は、ガラスシール部１０の密封能力に不利 には作用しない。むしろ、ガラスは、領域５４において膨張したシェルに接触す るように流出するので、センサーが冷却されてシェルが収縮するときに、ガラス シール部１０は、固まった後に領域５４におけるシェル６３により圧縮された 圧縮状態に移行する。ガラスは圧縮された状態の下では本質的により強くなるの で、この圧縮状態はシール部を強化する。さらに、センサーのガラスシール領域 は、作動中にガラスシール部が溶解する温度以下の温度範囲にあるので、このプ ロセスによって、センサーの作動中にガラスシール部が伸長力を経験する可能性 がなくなる。かくして、センサーのチャンバー４１が典型的に摂氏−４０℃乃至 ＋１０００℃の範囲の温度に曝される排気環境では、ガラスシール部はガラスが 伸長される温度より大きい温度を決して経ないので、ガラスシール部１０の領域 は圧縮状態を維持し、それ故に構造的に完全な状態を保つ。 さらに、平面状の検出要素はガラスの熱膨張係数に等しい熱膨張係数を持って おり、平面状の検出要素が伸長力を経験することを防止している。平面状検出要 素の熱膨張係数の例は、８×１０^-6／℃である。 図５を参照すると、ガラスシール部１０の円柱壁の外周部のうち小部分は、毛 細管作用を介して、絶縁体４８とシェル６３との間又は絶縁体５６とシェル６３ との間の例えば部分１０６、１０８、１１０及び１１２などを軸方向に流れるこ とができ、結果として伸長性の状態になり得る。しかしながら、図５に関して示 されたように、毛細管流れ領域における伸長に起因して発展し得る裂け目（９２ ，９４）は、裂け目が開始するところの同じ側にある絶縁体４８又は５６に抗し て死端部まで伝搬しながら本質的に迂回する。かくして、裂け目は自己限定的と なり、シール部１０を横切っては移動せず、空気参照チャンバーへの排気ガスの 漏れ通路を形成するようなことはない。これらの結果は、本発明に係るセンサー 標本のの実験及び分析によって実証された。 炉処理の間、ガラス９６，９８，１００及び５５の各部分は、毛細管作用によ って軸方向に引き出されて、検出要素４４の回りの密封を援助する。 再び図４を参照すると、センサーの残りの部分は、周知の態様で検出要素４４ に接続され、コネクタ７９の雌リセプタクル７０，７１と嵌合する雄電極端部６ ６，６８で終わる電極６２，６４を含んでいる。雌リセプタクル７０，７１は、 当該技術分野の当業者に周知の態様で構成された管状の金属リセプタクルであり 、周知の態様で電気的な接続のためのワイヤ８２，８４に（７４及び７５におい て）かしめられている。リセプタクル７０，７１は、絶縁体７２に保持されて おり、該絶縁体は、シェル６３の端部４３にＯリングシール部７６によって密封 されている。 コネクタ７９はカンティレバー（cantilever）を含む外部シェル７８を有し、 該カンティレバーは、シェルとセンサーシェル６３の端部４３のコネクタ７９と を維持するための特徴（feature）８０を保持している。コネクターの端部は、 ワイヤをその位置に保持しセンサーの外側からの汚染水に対して密封するための 花模様のエラストマー８０を備えている。シェル７８の端部は参照番号８３によ り示されたように折り曲げられて絶縁体７２をその位置に保持する。 図６に参照されるように、図示された実施例の応力分析によれば、本発明の実 施例に係る円柱壁２４を含むシール構造に起因するガラスシール部１０上にかか る正の圧力が示されている。図示の構造は摂氏−４０℃の作動温度の例でガラス シール部１０にかかる圧縮応力を示している。この作動温度の例は、図示の実施 例に係るセンサーの作動温度で予想される最も低い温度であり、ガラスシール部 が、シェル領域に沿って最大量の圧縮応力を経験するときの温度である。この圧 縮応力は、約３０ＭＰａによりシール領域を横切り検出要素に向かって僅かに増 加する。参照番号１２０及び１２８により各々指し示された絶縁体及びシール部 の部分は、最も高い圧縮応力を持ち、−９３．１１Ｍｐａでピークとなる。領域 （１２２，１２４及び１２６）及び領域（１３０及び１３２）は、シール領域の 直ぐ下方の領域のセラミック部品における徐々に減じられた応力領域を示してい る。 図は、最大の応力条件下におけるシール部１０の圧縮応力プロフィールと、ガ ラスを金属シール部１０４に維持しながらシール部１０を効果的な機械構造とす ることを可能にするような条件下でのシール部の構造的な完全さと、を示してい る。ガラス１０の高度の圧縮応力レベルのため、今やガラスシール部１０は、振 動と幅広い作動温度範囲とに共に曝される自動車エンジンの環境において完全さ を維持することができる。 第３実施例 ここで、図７を参照すると、本発明に係る他の実施例のガラスシール部を備え たセンサーが示されている。図７に示される実施例では、図４に示すシール部１ ０が金属シェルと平面状センサー４４との間を密封するのとほとんど同じ方法で ガラスシール部２１４が管状のセラミック絶縁体２１０と平面状の検出要素２０ ２との間を密封する。 より詳しくは、図示のセンサー２０１は、鉄製取付部品２０８に付与された最 下シールド２００を含み、平面状の検出要素２０２の端部２０３に排気ガスを曝 すためのチャンバーを提供する。ガラス支持部２０４は、図４に示す最下絶縁体 ４８に類似したステアタイト材料を含む最下絶縁体２０６に関連する位置に検出 要素２０２を保持する。ガラス支持部２０４は、パッケージに関連した要素のカ ンティレバーを短くする。中間ガラススペーサー２１２が、最下絶縁体２０６と 中間絶縁体２０９との間に提供されている。本発明に係る実施例のガラスシール 部２１４は、上述したガラスシール部１０と類似しており、図示のように中間絶 縁体２０９と最上絶縁体２１６との間に提供されている。ガラスシール部２１４ のための材料の例は、５×１０^-6乃至７×１０^-6／℃の範囲内の熱膨張係数を有 するバリウム・ホウ珪酸塩である。シール部２１４の環状円柱壁は、セラミック 製の絶縁体２１０（ハウジング）の内部円柱壁２１５に相互に連結している。図 ４に関連して上述されたものと類似の炉加熱プロセスの間に、シール部２１４の 円柱外部壁からガラス物質が流出してセラミック絶縁体２１０に接触するに至る 。セラミック絶縁体２１０は、ガラスシール部２１４の熱膨張係数より大きいか 或いは等しい熱膨張係数を有している。冷却の間に、ガラスは固まってセラミッ ク絶縁体２１０に結合し、ガラスシール部２１４とセラミック絶縁体２１０との 間を密封する。 図４に関する上記の鉄製シェル６３を備えたセンサーに関しては、炉加熱の後 、センサーが冷却されるときに、シール部２１４は、セラミック絶縁体２１０と センサー２０２とが密封接触した状態で固められる。その結果生じたシール部２ １４は、図４に示すシール部１０が圧縮した状態にされる方法と同様に圧縮した 状態となり、シール部の完全さを保証し、検出要素２０２の端部２０３からの排 気ガスが検出要素２０２の端部２２５近傍の空気参照チャンネルへ流れることを 防止する。 セラミック絶縁体２１０は、センサーのための取付部品を構成する鉄製ボディ ２０８内に取り付けられ、セラミック絶縁体２１０及び鉄製ボディ２０８の各々 の肩部２５０、２５２の間のガスケット２１３によって、セラミック絶縁体２１ ０及び鉄製ボディ２０８の間が密封される。セラミック絶縁体２１０の上端部と 絶縁性スペーサー２５６との間には、ディスクスプリング（disk spring）が提 供され、セラミック絶縁体２１０に圧力を提供してガスケット２１３の密封性圧 縮を維持する。この絶縁性スペーサー２５６は、鉄製ボディ２０８の上端部でク リンプ２５８によって、その位置を保持される。 最上絶縁体２１６の楔形開口では、電極２２０及び２２２が周知の態様で検出 要素２０２に取り付けられている。電極２２０及び２２２は上方に延在して雄電 極端部２２７及び２２９を形成し、絶縁体２３１内で雌リセプタクル２３０及び ２２８と嵌合する。センサー２０１の上端部は鉄製シェル２６０に囲まれており 、該鉄製シェルはセンサーの電極端部を囲んでいる鉄製ボディ２０８の外周部に かしめられている。雌リセプタクル２３０及び２２８は、絶縁体２６４内に配置 された、かしめられた端部２３２及び２３４を含み、これらの端部はセンサー２ ０１に電気接続を提供しているワイヤ２３６及び２３８と嵌合する。ワイヤ２３ ４及び２３８は、シェル２６０のかしめられた端部２４２によって位置固定され ているヴァイトン（viton）シール部２４０を通り抜ける。上部シェル２６０の 範囲内では、例えば摩擦取付品により金属製の固定器具２６２が取り付けられて おり、絶縁体２６４の完全な位置係止手段を提供している。 次に、図８を参照すると、本発明に係るガラスシール部を備えたセンサーを製 作する方法の実施例が示されている。ステップ３０２では、ガラスシール部１０ （図２〜図４）が、環状の外部ボディと平面状の検出要素４４（図４）の形状に 合う中央開口を備えた平坦ディスク部とを含むように製作加工される。ステップ ３０４では、平面状の検出要素が開口を通り抜けて、その結合体がシール部のガ ラスの熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する円柱支持部（シェル４２、図 ４）に配置されるように、ガラスシール部が平面状の検出要素の回りに配置され る（ブロック３０４）。次に、結合体を加熱して（ブロック３０６）、ガラスシ ール部の膨張率よりも速い率で円柱支持部を膨張させると共にガラスシール部の ガラスを溶解させ、これにより、ガラスはシール部の環状外部ボディから膨張し た円柱支持部まで流出すると共に中央開口の周縁部から平面状の検出要素まで流 出する。次に、結合体を冷却し、これによりガラスシール部は、検出要素及び円 柱支持部に結合した状態で固まる（ブロック３０８）。結合体の冷却工程は継続 され（ブロック３１０）、ガラスシール部はセンサーの全作動範囲に亘って圧縮 された状態となる。この結果が、平面状の検出要素及び円柱支持部の両方に密封 された強固なガラスシール部を備えたセンサーである。 図９は、センサーの設計、製作及びシール部の特徴的な圧縮の間の関係を示し ている。水平軸は図の左方向に増加する温度を示し、垂直軸はシール部の応力を 示している。製作している間に、センサーのガラスシール部領域の最高の作動温 度よりも高い温度Ｔ₁（例えば９７０℃）までセンサーが加熱されるとき、ガラ スシール部は液体状態となり、ガラスがシール部の外部円柱壁から流出してセン サーハウジングの内部円柱壁に接触するに至る。この温度では、ハウジングは、 その高い熱膨張係数の故に膨張する。ガラスが液体状態なので、ガラスシール部 にかかる応力は実質的に零である。 センサーが冷却されるとき、ガラスシール部１０は、温度Ｔ₂（例えば７５０ ℃）で固まり、温度膨張したセンサーハウジング即ちシェルに結合する。センサ ーが持続的に冷却されるとき、センサーハウジングは、ガラスシール部の収縮率 よりも大きい率で収縮する。これにより、ガラスシール部への応力が零以下に低 下し、その上限の作動温度Ｔ₃（例えば６５０℃）と下限の作動温度Ｔ₄（例えば −４０℃）との間でガラスシール部を圧縮された状態に維持する。このように圧 縮応力はセンサーのガラスシール部領域の作動温度が減じるときに増加する。シ ール部の固化を確実にし、ハウジングが最大作動温度を越えている間にハウジン グにシール部を結合することによって、シール部はセンサーの全作動温度に亘っ て圧縮された状態を維持される。 第４実施例 図１０には、本発明に係る他の実施例のセンサーが示されている。このセンサ ーは図４に示された実施例に類似しており、最下絶縁体５８の頂縁部で面取り部 ３５０及び３５２が更に追加されている。面取り部３５０は、絶縁体５８の外側 頂縁部の周辺回りすべてに延在し、面取り部３５２は、検出要素４４に最も近い 絶縁体５８の内側頂縁部の周辺回りすべてに延在している。絶縁体５８に面取り 部３５０及び３５２を備えたセンサー４０は、シール部１０の良好なパーフォー マンスを示す。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年２月１９日 【補正内容】 ＰＣＴ３４条に基づく補正シート（１４頁〜１７頁）の翻訳文（元の請求項 １乃至請求項１８を以下の請求項１乃至請求項１１に置き換える） １． 管状ハウジング（６３）と、 前記管状ハウジング内で軸方向に延在する平面状検出要素（４４）と、 前記平面状検出要素と前記管状ハウジングの内側周縁部との間に形成されたガ ラスシール部（１０）と、 を有するセンサー（４０）であって、 前記管状ハウジングは前記ガラスシール部の第２の熱膨張係数よりも大きい第 １の熱膨張係数を有し、前記ガラスシール部の前記第２の熱膨張係数は前記平面 状検出要素の第３の熱膨張係数と同様又は等しく、前記ガラスシール部は前記セ ンサーの作動温度の全範囲に亘って径方向に圧縮された状態に維持され、前記ガ ラスシール部に形成された裂け目は、自己制限的に伝搬し、前記ガラスシール部 を横切って移動せず、漏れ通路を形成しない、前記センサー。 ２． 前記ガラスシール部は、円状ディスク部（１２）と、平坦な前記円状ディ スク部の外径周囲において、互いに反対側の第１及び第２の方向に前記平坦円状 ディスク部から軸方向に延在する環状円柱壁部と、を有し、前記環状円柱壁部は 、前記管状ハウジングと密封接触している、請求項１に記載のセンサー。 ３． 前記ガラスシール部は、前記平面状検出要素と密封係合する矩形開口（１ ４）を有する、請求項２に記載のセンサー。 ４． 前記管状ハウジング内で前記ガラスシール部の第１及び第２の軸側に延在 する第１及び第２の円柱状絶縁体（５６，４８）を更に有し、前記平面状検出要 素は、前記第１及び第２の円柱状絶縁体を通り抜ける、請求項１に記載のセンサ ー。 ５． 前記管状ハウジング内で前記ガラスシール部の第１及び第２の軸側に延在 する第１及び第２の円柱状絶縁体（５６，４８）を更に有し、前記平面状検出要 素は、前記第１及び第２の円柱状絶縁体を通り抜け、前記第１及び第２の円柱状 絶縁体は前記ガラスシール部と接触し、前記ガラスシール部と接触している前記 第１の円柱状絶縁体の少なくとも第１の部分が圧縮され、前記ガラスシール部と 接触している前記第２の円柱状絶縁体の少なくとも第２の部分が圧縮されている 、請求項１に記載のセンサー。 ６． 前記ガラスシール部は、前記平面状検出要素の第２の厚さよりも小さい第 １の厚さを持つ円状ディスク部を有する、請求項１に記載のセンサー。 ７． 前記ガラスシール部は、２ミリメートルよりも小さい厚さを持つ円状ディ スク部（１２）を有する、請求項１に記載のセンサー。 ８． 前記センサーの作動範囲は−４０℃乃至＋９５０℃である、請求項１に記 載のセンサー。 ９． 前記センサーの作動範囲は−４０℃乃至＋１０００℃である、請求項１に 記載のセンサー。 １０． 前記ガラスシール部は、 実質的な中央部に矩形開口（１４）を有し、該開口の中に前記平面状検出要素 が配置される、平坦円状ディスク部（１２）と、 前記平坦円状ディスク部の外径周囲において、互いに反対側の第１及び第２の 方向に前記平坦円状ディスク部から軸方向に延在する環状円柱壁（２４）と、を 有し、 前記シール部は、前記環状円柱壁が前記管状ハウジングの内部円柱壁と係合し 、前記矩形開口が前記平面状検出要素と係合した状態で前記センサー内に配置さ れている、請求項１に記載のセンサー。 １１． 前記シール部は、前記シール部及び前記検出要素を構造的に設置するべ く作用する第１及び第２の絶縁体（５６，４８）の間に軸方向に配置され、前記 環状円柱壁が前記センサーハウジングの内部円柱壁と結合し、前記矩形開口が前 記平坦平面状検出要素と結合し、前記シール部が検出用チャンバー（４１）内に ある前記検出要素の第１端部（４５）を、前記センサーの空気参照チャンネル内 にある前記検出要素の第２端部から密封する、請求項１０に記載のセンサー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トウゼシュンクウィラー，サラ・アン アメリカ合衆国ミシガン州48439，グラン ド・ブランク，オールド・セイブルック・ コート 5309 (72)発明者 フォーニアー，ロバート・クレゴリー アメリカ合衆国ミシガン州48528，バート ン，ブラディ・アベニュー 1509

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 管状ハウジング（６３）の中の平面状検出要素（４４）と該管状ハウジン グとの間に耐空気性のガラスシール部（１０）を備えたセンサー（４０）であっ て、 前記ガラスシール部は、前記センサーの作動温度の全範囲に亘って径方向に圧 縮された状態に維持されている、前記センサー。 ２． 前記管状ハウジングは金属から構成され、前記ガラスシール部は前記セン サーの作動温度の全範囲に亘ってガラスを金属密封した状態に維持する、請求項 １に記載のセンサー。 ３． 前記管状ハウジングはセラミックから構成され、前記ガラスシール部は前 記センサーの作動温度の全範囲に亘ってガラスをセラミック密封した状態に維持 する、請求項１に記載のセンサー。 ４． 前記ハウジングは、前記ガラスシール部の第２の熱膨張係数よりも大きい 第１の熱膨張係数を有する、請求項１に記載のセンサー。 ５． 前記ガラスシール部は、前記平面状検出要素の第３の熱膨張係数と同様又 は等しい第２の熱膨張係数を有する、請求項１に記載のセンサー。 ６． 前記ハウジングは、前記ガラスシール部の第２の熱膨張係数よりも大きい 第１の熱膨張係数を有する、請求項５に記載のセンサー。 ７． 前記ガラスシール部は、円状ディスク部（１２）及び環状円柱壁部（２４ ）を有し、前記環状円柱壁部は前記ハウジングと密封接触している、請求項１に 記載のセンサー。 ８． 前記ガラスシール部は、前記平面状検出要素と密封嵌合する矩形開口（１ ４）を更に有する、請求項７に記載のセンサー。 ９． 前記ガラスシール部は、前記検出要素の第２の熱膨張係数に等しく前記セ ンサーハウジングの第３の熱膨張係数よりも小さい範囲にある第１の熱膨張係数 を有し、前記センサーハウジングは前記ガラスシール部を径方向に圧縮した状態 で保持して前記センサーの全作動範囲に亘って前記ガラスシール部の強度及び耐 久性を増加させる、請求項１に記載のセンサー。 １０． 前記管状ハウジング内で前記ガラスシール部の第１及び第２の軸側に第 １及び第２の円柱状絶縁体（５６，４８）を更に有し、前記平面状検出要素は前 記第１及び第２の円柱状絶縁体を通り抜ける、請求項１に記載のセンサー。 １１． 前記第１及び第２の円柱状絶縁体は前記ガラスシール部と接触した状態 にあり、前記ガラスシール部と接触している前記第１の円柱状絶縁体の少なくと も第１の部分が圧縮され、前記ガラスシール部と接触している前記第２の円柱状 絶縁体の少なくとも第２の部分が圧縮されている、請求項１０に記載のセンサー 。 １２． 前記ガラスシール部は、前記平面状検出要素の第２の厚さよりも小さい 第１の厚さを持つ円状ディスク部（１２）を有する、請求項１に記載のセンサー 。 １３． 前記ガラスシール部は、２ミリメートルよりも小さい厚さを持つ円状デ ィスク部（１２）を有する、請求項１に記載のセンサー。 １４． 前記センサーの作動範囲は−４０℃乃至＋９５０℃である、請求項１に 記載のセンサー。 １５． 前記センサーの作動範囲は−４０℃乃至＋１０００℃である、請求項１ に記載のセンサー。 １６． 前記ガラスシール部は、 実質的な中央部に矩形開口（１４）を有し、該開口の中に前記平面状検出要素 が配置される、平坦円状ディスク部（１２）と、 前記平坦円状ディスク部の外径周囲において、互いに反対側の第１及び第２の 方向に前記平坦円状ディスク部から軸方向に延在する環状円柱壁（２４）と、を 有し、 前記シール部は、前記環状円柱壁が前記管状ハウジングの内部円柱壁と係合し 、前記矩形開口が前記平面状検出要素と係合した状態で前記センサー内に配置さ れている、請求項１に記載のセンサー。 １７． 前記シール部は、前記シール部及び前記検出要素を構造的に設置するべ く作用する第１及び第２の絶縁体（５６，４８）の間に軸方向に配置され、前記 環状円柱壁が前記センサーハウジングの内部円柱壁と結合し、前記矩形開口が前 記平坦平面状検出要素と結合し、前記シール部が検出用チャンバー（４１）内に ある前記検出要素の第１端部（４５）を、前記センサーの空気参照チャンネル内 にある前記検出要素の第２端部から密封する、請求項１６に記載のセンサー。 １８． ガラスシール部を備えたセンサーを組み立てる方法であって、 実質的にその中央部に配置された矩形開口を備えた円状ディスク部と、前記円 状ディスク部の周縁部からハウジングへ第１及び第２の軸方向に延在する環状円 柱壁と、を有するガラスシール部を、前記シール部の前記環状円柱壁の外部円柱 面が前記ハウジングの内側円柱壁の最近傍に配置され、検出要素が前記シール部 の前記円状ディスク部の矩形開口を貫通している状態に配置し(３０２,３０４) 、 前記シール部の前記環状円柱壁がシェルの前記内側円柱壁まで流れ、前記検出 要素の周囲回りのガラスが前記検出要素の回りで流れるように、前記ガラスシー ル部、前記ハウジング及び前記検出要素を、前記シール部のガラスが流れ出すよ うな温度まで加熱し（３０６）、 前記ガラスが固まって前記検出要素と前記センサーの外部シェルとの間の密封 を維持し、前記シール部が検出用チャンバー内にある前記検出要素の第１端部を 前記センサー内の空気参照チャンネル内にある前記検出要素の第２端部から密封 するように、前記センサーを冷却する（３０８，３１０）、各工程を有する前記 方法。