KR20000016317A

KR20000016317A - 센서용 밀봉 소자

Info

Publication number: KR20000016317A
Application number: KR1019980709890A
Authority: KR
Inventors: 헬뮤트 베일; 한스-마르틴 비덴만; 안톤 한스; 요한 베르만
Original assignee: 클라우스 포스, 게오르그 뮐러; 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1998-03-28
Publication date: 2000-03-25
Also published as: GB9826887D0; JP2000511645A; GB2330207A; WO1998045696A1; DE19714203A1; DE19714203C2; CN1222975A

Abstract

센서소자를 금속 케이싱의 종방향 홀 내에 밀봉시키며, 내연기관의 폐가스 중 산소함량을 구하기 위한 가스센서(10)의 센서소자(27)용 밀봉소자가 제안된다. 밀봉소자는 케이싱(12)의 종방향 홀(15) 내에 삽입된 하나 이상의 밀봉소자(37)로 구성되며, 그 밀봉소자는 질화붕소(BN)의 육각형 동소체와 산화물 세라믹 성분, 바람직하게는 동석으로 구성된다.

Description

센서용 밀봉소자

밀봉소자는 예를 들면 독일특허 제 195 32 090호에 개시되어 있으며, 그것에 의하면 센서소자가 두 개 이상의 밀봉체 및 그 밀봉체들 사이에 배치된 변형가능한 추가밀봉소자에 의해 케이싱의 종방향 홀 내에 설치되어 있다. 그들 두 밀봉체는 마그네슘알루미늄실리케이트 또는 동석으로 구성되어 있으며, 이들 밀봉체들 사이에 설치된 밀봉체는 질화붕소의 육각형 동소체로 구성되어 있다.

본 발명은 청구범위의 주청구항에 따른 가스센서용 밀봉소자에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 밀봉소자가 구비된 가스 센서의 단면도.

청구범위의 주청구항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 밀봉소자는 그 부재가 기밀성일 뿐만 아니라, 특히 액체연료에 대해 비 침투성이며 또한 대단히 높은 내열성을 갖고 있다는 장점이 있다. 이러한 장점은 질화붕소(BN)의 육각형 동소체와 하나 이상의 산화물 성분의 혼합물에 의해 달성된다. 또한, 여러 화학 성분의 밀봉소자들 중에서 밀봉성분으로서 산화물 세라믹(무기산화물) 성분과 질화붕소 성분의 혼합물을 사용함으로써 취급과 조립이 간단해진다.

청구범위의 종속항들에 기재된 바에 의해 본 발명에 따른 밀봉소자의 바람직한 양태 및 변형이 얻어진다.

특히 바람직한 방식으로, 동석, 즉 대략 화학식 3 MgO·4 SiO₂·H₂O를 갖는 활석의 연소생성물은 질화붕소의 육각형 동소체와의 혼합에 이용된다. 그리하여 매우 높은 내열성이 보장될 수 있다. 상기의 육각형 동소체는 대단히 미세한 입자이고 비슷한 고체인 흑연과 유사하게 변형성이 높은 화합물인 질화붕소를 사용함으로써 밀봉성이 현저히 개선된다.

특히 박람직한 실시예의 경우, 밀봉소자 내에 있어서, 질화붕소의 함량은 5 내지 10 중량 퍼센트이다. 동석/질화붕소 밀봉체를 사전 소결된 상태에서 사용하고 조립시 힘의 작용에 의해 변형되게 함으로써 밀봉체의 재료가 센서소자와 케이싱에 접촉하여 센서소자가 케이싱 내에서 기밀하게 유지되게 하면, 밀봉소자의 조립시 양호한 취급성이 얻어진다.

본 발명의 실시예는 도면에 도시된 바와 같으며, 이하에 상세히 설명될 것이다.

도면에는 예를 들면 전기화학적 산소센서인 가스센서(10)가 도시되어 있으며, 이 센서는 금속 케이싱(12)을 갖고 있고, 그 케이싱은 도시되지 않은 측정가스관 내에 설치되기 위한 고정수단으로서의 나사치형(13)을 갖는다. 케이싱(12)은 견부형의 링 면(16)을 갖는 종방향 홀(15)을 갖는다. 견부형의 링 면(16) 위에는 예를 들면 금속 밀봉링(18)이 있으며, 그 밀봉링 위에는 측정가스측 세라믹 성형부재(21)가 놓여 있다. 측정가스측 세라믹 성형부재(21)는 종방향 홀(15)의 방향으로 뻗은 연속된 측정가스측 관통개구(22)를 갖는다. 측정가스측 세라믹 성형부재(21)로 부터 격리되어 종방향 홀(15) 내에는 다시 연결측 세라믹 성형부재(23)가 배치되어 있다. 연결측 세라믹 성형부재(23)도 종방향 홀(15) 방향으로 뻗어 중앙에 배치되어 있으며, 관통하는 연결측 관통개구(24)를 갖는다. 측정가스측 세라믹 성형부재(21)의 측정가스측 관통개구(22)와 연결가스측 세라믹 성형부재(23)의 연결측 관통개구(24)는 서로 일렬로 배치되어 있다.

관통개구(22,24)에는 측정가스측 단부부분(28)과 연결측 단부부분(29)을 갖는 판형 센서소자(27)가 구비되어 있다.

센서소자(27)의 측정가스측 단부부분(28)은 케이싱(12)으로 부터 돌출되고 보호관(31)에 의해 둘러싸여 있으며, 그 보호관은 케이싱(12)에 고정되어 있다. 보호관(31)은 피측정가스용 유입 및 유출구(32)를 갖고 있다. 연결측 단부부분(29)은 연결접점(34)을 가지며, 그 접점 역시 케이싱(12) 밖으로 돌출되어 있다. 연결접점(34)은 도시되지 않은 연결케이블을 갖는 접점플러그와 접촉된다. 케이싱(12)으로 부터 돌출되는 연결측 단부부분(29)은 도시되지 않은 복개캡슐에 의해 덮여있으며, 그 복개캡슐은 주변영향으로 부터 단부부분(29)을 보호한다.

측정가스측 세라믹 성형부재(21)와 연결측 세라믹 성형부재(23) 사이에는 질화붕소/동석 혼합물로 된 밀봉소자(패킹)(37)가 있다. 질화붕소는 육각형 동소체로 존재하고, 예를 들면 밀봉소자(37)의 10 중량%의 함량을 갖는다. 이 밀봉소자(37) 위를 연결측 세라믹 성형부재(23)가 누르도록 되어 있다. 연결측 세라믹 성형부재(23)의 압축력은 금속외피(40)에 의해 발생된다. 금속외피(40)는 예를 들면 균일하게 분포된 다수의 내향 클로우(Krallen)(41)를 가지며, 이들 클로우는 케이싱(12)에 형성되어있는 노치(42) 내에 맞물려 있다. 그러나 금속외피(40)를 케이싱(12)에 용접하는 것도 고려해 볼 수 있다. 질화붕소/동석 혼합물로 된 밀봉소자(37)는, 케이싱(12)의 종방향 홀(15) 내에 설치하기 전에 약 500℃의 저온에서 소결함으로써 링으로 성형되게 한다. 그렇게 형성된 링 형태의 밀봉소자(37)를 본 실시예에서는 센서소자(27)를 이미 수용하고 있는 종방향 홀(15) 내에 삽입한다. 그런 뒤 밀봉소자(37) 위에 연결측 세라믹 성형부재(23)를 배치한다. 그 후 연결측 세라믹 성형부재(23) 위에 금속외피(40)를 올려놓는다. 이어서 예를 들면 스탬프에 의해 금속외피(40) 위에 힘을 가하여 그 힘이 연결측 세라믹 성형부재(23)를 통해 밀봉소자(37) 위에 작용하도록 한다. 이때에 예비제조된 밀봉소자(37)의 링은, 밀봉소자(37)의 재료가 센서소자(27)와 케이싱(12)에서 압착되는 식으로 변형된다.

밀봉작용은 실제로 육각형 질화붕소 동소체 함량에 의해 결정된다는 것이 밝혀졌다.

넓은 온도범위에 걸쳐 가스 및 연료밀봉성을 달성하기 위해서는, 밀봉소자(37) 위에 계속하여 금속외피(40)에서 시작된 힘이 작용되게 하는 것이 중요하다. 질화붕소(약 4.4×10^-6K^-1)에 대해 동석의 높은 열팽창계수(약 8.8×10^-6K^-1)로 인해 두 성분을 적당히 혼합함에 의해 고온에서 역시 금속케이싱(40)으로 부터 출발하는 압착력이 밀봉소자(37)에 작용되도록 하는 것이 달성된다.

본 발명에 따른 밀봉소자(37)의 사용은 금속케이싱 내에 평면상 센서소자를 밀봉하는 것에 한정되는 것이 아니다. 소위 핑거 형태를 밀봉하기 위해 그런 밀봉소자(37)를 사용하는 것도 충분히 고려해 볼 수 있다. 그런데 이 응용예의 경우에는 단지 밀봉소자(37)를 위해 미리 제조된 링의 구성이, 종방향 홀 및 케이싱과 핑거모양의 센서소자 사이의 설치면(접촉면)의 기하적 형상에 적합하여야 한다.

Claims

센서소자를 금속 케이싱의 종방향 홀 내에 밀봉시키기 위한 것으로, 내연기관 폐가스 중의 산소함량을 구하기 위한 가스센서의 센서소자용 밀봉소자에 있어서, 밀봉장치는 하나 이상의 밀봉소자(37)에 의해 제공되며, 상기 밀봉소자(37)는 질화붕소(BN)와 하나 이상의 산화물 세라믹 화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 가스센서의 센서소자용 밀봉소자.
제 1 항에 있어서, 산화물 세라믹 화합물은 실제적으로 동석인 것을 특징으로 하는 센서소자용 밀봉소자.
제 1 항에 있어서, 질화붕소의 육각형 동소체가 존재하는 것을 특징으로 하는 센서소자용 밀봉소자.
제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉소자(37) 내의 질화붕소 함량은 5 내지 10 중량 % 인 것을 특징으로 하는 센서소자용 밀봉소자.
제 1 항에 있어서, 상기 밀봉소자(37)는 변형가능한 물체로서 사용되어 케이싱(22)의 종방향 홀 내에 가압 삽입되며, 가압시 상기 물체는 밀봉소자의 재료가 센서소자(27)와 케이싱(12)에서 압착되는 식으로 변형되는 것을 특징으로 하는 센서소자용 밀봉소자.
제 1 항에 있어서, 상기 케이싱(12)의 종방향 홀 내에는 측정가스측 세라믹 성형부재(22)와 연결측 세라믹 성형부재(23)가 서로 격리되게 배치되어 있으며, 상기 두개의 세라믹 성형부재(37) 사이에 밀봉소자(37)가 배치된 것을 특징으로 하는 센서소자용 밀봉소자.
제 6 항에 있어서, 상기 케이싱과 연결된 압력 소자(40)가 배치되며, 상기 압력 소자는 연결측 세라믹 성형부재(23)를 누르도록 된 것을 특징으로 하는 센서소자용 밀봉소자.
질화붕소와 산화물 세라믹 성분으로 된 밀봉소자(37)의 혼합물을 성형부재가 되도록 압착 및 소결하여, 성형부재가 가스센서를 분말 성분 부재 내에 설치할 때 가압력의 영향하에 변형되게 하는 것을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 7 항 중 어느 한 항에 따른 센서소자용 밀봉소자 제조방법.