KR20000064982A - 검출기 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 검출기, 특히 내연기관의 배기가스내의 산소함량을 판정하기 위한 검출기와 그 제조방법에 관한 것이다. 상기 검출기는 금속 케이싱의 수직 보어내에 배치되어 가스밀폐 시일과 함께 수용되는 센서 요소(12)용 고정체를 구비하며, 상기 시일은 유리 시일(57)이다. 상기 고정체는 가스측정부에 배치된 세라믹 주형부(20)와 연결부에 배치된 세라믹 주형부(27)를 구비하며, 상기 부품들은 축방향으로 잇달아 배치되어 있다. 유리 시일(57)은 상기 두 세라믹 주형부(20,27) 사이에 설치된 중공실(55)로 가열 프레싱된다.

Description

검출기 및 그 제조 방법
이와 같은 종류의 검출기에 대해서는 US-PS 5 467 636에 공지되어 있으며, 여기서는 평평한 센서 요소가 배출가스측의, 하부 세라믹 주형부의 덕트내에 압축요소에 의해 가스밀폐식으로 고정되어 있다. 상기 가스배출측 세라믹 주형부는 가스배출구에 맞대어진 전방면에 상기 덕트를 감싸며 유리 시일이 내장되어 있는 홈이 형성되어 있다. 상기 유리 시일 위에는 또하나의 세라믹 주형부가 형성되어 있는데, 이 주형부는 금속납땜-연결로 하우징과 연결되어 있다. 상기 유리 시일은 상기 홈 내부에서 센서 요소를 감싸고 있으며 세라믹 주형부와 거기에 놓인 센서 요소간에 가스가 밀폐되도록 연결된다.
본 발명은 독립항의 형태에 따르는 검출기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 검출기의 단면도.
도 2는 시일 제조 장치를 구비한, 미조립 상태의 센서 요소용 가스밀폐 시일의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 3은 미조립 상태의 가스밀폐 시일의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 4는 미조립 상태의 가스밀폐 시일의 제 3 실시예를 도시한 도면.
본 발명의 효과
독립항에 특징된 요지를 포함하는 본 발명에 따르는 검출기는 두 개의 세라믹 주형부를 지닌 평평한 센서 요소가 기계적으로 안전하며 가스밀폐식으로 연결될 수 있다는 장점이 있다. 이를 위한 센서 요소의 기밀 시일은 진동방지되어 있다. 그러므로 검출기를 차량에 삽입할 때에도 상기 센서 요소는 삽입되는 동안 기계적으로 안정되게 기밀 고정될 수 있다. 본 발명에 따르는 방법은 상기 검출기가 기밀 고정될 수 있도록 하는 합리적 제조를 가능케 한다.
종속항에서 구현된 방법들을 통하여 본 발명에 따른 검출기와 아울러 그 제조방법상에 재구성 및 개선이 가능하다. 센서 요소와 세라믹 주형부간의 연결은 유리 시일이 센서 요소의 가능한 한 넓은 면적을 덮고 있지만 현저하게 앞쪽의 상기 검출기가 차후에 구동될 때 높은 열을 받는 영역으로 튀어나오지 않도록 할 때라야 비로소 기계적으로 매우 안정된 기밀 연결이 이루어진다. 상기 유리 시일 앞에 가스측정부측에 있는 분말형태의 추가적인 시일 배열은 시일공정시에 유리주물이 센서 요소 앞쪽에 매우 높은 열을 받는 영역 안으로 흘러들어가도록 하는 것을 방지한다. 그 제조공정에 있어 두 개의 세라믹 주형부들을 매트릭스 및 스탬프와 같은 형태로 상호대향한 전면에 구성하고 그에 따라 위아래로 작용하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이로써 세라믹 주형부는 기하학상으로 볼 때 유리 시일이 밀어 압축하고 경우에 따라 끼워진 분말형태의 추가시일이 끼워질 수 있게 된다. 매트릭스와 스탬프간에 간격을 만들면 상기 유리 시일이 그 간극 안으로 밀어넣어졌을 때 연화되어 옆으로 비집고 나오도록 하는 효과가 있다. 이를 통해 높은 밀폐 압축력이 작용할 수 있다. 동시에 이를 통해 상기 세라믹 주형부의 양측 전방면들이 위아래로 겹칠 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한 또 하나의 유리 시일을 세라믹 주형부들 사이 원형간극 안에 밀어넣을 수 있으며, 또는 둥근 형태의 금속-호일 또는 금속-기판에 놓여 이 기판으로 인해 두 세라믹 주형부간에 형합 연결을 이룰 수 있다.
본 발명의 세 실시예들은 도면에 도시되어 있으며, 아래의 설명을 통해 상세히 서술하기로 한다.
도 1에 도시된 검출기는 연소모터의 배기가스내에 함유된 산소함량을 판정하기 위한 전자화학 검출기이다. 상기 검출기는 금속 케이싱(10)을 구비하고 있으며 그 안에는 가스측정부측 말단부(13)와 연결부측 말단부(14)를 지닌 기판형태의 센서 요소(12)가 설치되어 있다. 상기 하우징(10)에는 도시되지 않은 배기가스튜브 안에 내장하기 위한 고정수단으로서 나사선이 형성되어 있다. 상기 하우징(10) 내부에는 또한 예를 들어 제 1 숄더형 원형면(17)과 제 2 숄더형 원형면(18)를 구비한 수직 보어가 설치되어 있다.
상기 수직 보어(16) 내에는 가스측정부측에 덕트(24)와 아울러 가스측정부측 전방면(21)과 연결부측의 전방면(22)를 지닌 세라믹 주형부(20)가 가스측정부측에 설치되어 있다. 상기 가스측정부측 전방면(21)은 원추형으로 이어진 시일시트(23)가 구비되어 있어서 상기 시트는 제 2 숄더형 원형면(18) 위에 놓인 금속 시일링(25) 위에 탑재되어 있다. 상기 가스측정부측 세라믹 주형부(20) 위로는 연결부측 덕트(30)와 가스측정부측 전방면(28)과 연결부측 전방면(29)를 지닌 연결부측 세라믹 주형부(27)가 설치되어 있다.
상기 연결부측 세라믹 주형부(27)의 연결부측 전방면(29) 위에는 기계적 응력을 받는 디스크스프링(31)이 놓여 있다. 상기 스프링은 관형태의 고정캡(32)에 의해서 하우징(10) 밖으로 나온 가스측정부측 세라믹 주형부(27) 위로 눌려지는데, 이 때 상기 고정캡(32)은 록킹 노우즈(34)에 걸려서 상기 하우징(10)의 외측에 놓인 원형플랜지(33) 안으로 맞물린다. 상기 고정캡(32)과 디스크 스프링(31)에 의해서 양측의 세라믹 주형부(20,27)들은 축방향으로 응력을 받아 상기 가스측정부측의 세라믹 주형부(20)의 원추형 시일시트(23)면이 시일(25) 위를 누르게 된다. 이로써 하우징(10)과 세라믹 주형부(20) 사이에는 기밀(氣密) 시일시트가 형성된다.
하우징 밖으로 돌출한 가스측정부측 말단부(13)는 예를 들어 가스유입개구 및 가스배출 개구(38)가 달린 이중벽 구조의 보호관(37)으로부터 소정간격 이격되어 둘러싸여 있다. 상기 센서 요소(12)는 연결부측 말단부(14)에 자세히는 도시되어 있지 않은 접점들을 구비하고 있다. 상기 접점들은 연결플러그(41)로서 연결케이블과 접촉한다. 상기 연결플러그(41)는 예를 들어 두 개의 세라믹부로 구성되어 있다. 상기 세라믹부는 스패너(43)에 의해 함께 붙어 있다. 연결부측 세라믹 주형부(27) 밖으로 돌출한 센서 요소(12) 연결부측 말단부는 메탈케이싱(45)으로 둘러싸여 있다. 상기 메탈 케이싱은 하우징(10)에 기밀 용접되어 있으며 튜브형태의 개구(47)를 구비하고 있다. 상기 개구 안에는 연결케이블(42)을 통과시키기 위한 케이블덕트(48)가 있다.
상기 가스측정부측 세라믹 주형부(20)는 연결부측 전방면(22)에 가스측정부측 덕트(24)를 둘러싸는 스탬프형태의 돌출부(51)가 형성되어 있다. 상기 연결부측 세라믹 주형부(27)는 가스측정부측 전방면(28)에 홈(52)이 있는데, 이 홈 내부로 방사상 간극(52)을 지닌 상기 스탬프형태의 돌출부(51)가 잠긴다. 상기 스탬프 형태의 돌출부(51) 전방면과 상기 홈(53) 바닥 사이에는 중공실(55)이 구비되어 있으며, 이 중공실은 유리 시일(57)로 채워져 있다. 상기 스탬프형 돌출부(51)를 연결부측 세라믹 주형부(27)에 그리고 상기 홈(52)을 가스측정부측 세라믹 주형부(20)에 구성하는 것 역시 가능하다.
상기 유리 시일(57)은 세라믹 주형부(20,27) 내의 센서 요소(16)가 기밀 압축되도록 구현하는 역할을 한다. 상기 스탬프형 돌출부(51)와 홈(52)의 규격은 가스측정부측 세라믹 주형부(20)와 연결부측 세라믹 주형부(27)의 서로 대향한 원형면들 사이에 원형 간극(59)이 생기도록 구성해야 한다. 상기 원형간극(59)은 유리 시일(57)에 시일 유리를 밀어넣을 시에 시일 유리가 방사상 간극(53)을 거쳐 상기 원형 간극(59)안으로 흘러서 새어 들어가도록 하는 역할을 한다.
유리 시일(57)으로서는 시일 유리, 즉 예를 들면 Li-Al-실리콘유리 또는 Li-Ba-Al-실리콘유리가 적합하다. 시일유리에는 첨가물질을 첨부할 수 있기 때문에 이 첨가물질을 통해서 유리 시일의 유연성비를 개선시킬 수도 있다.
참가물질로서는 유리 시일(57)의 가소성화를 위해 주입공정시에 구리, 알루미늄, 철, 황동, 흑연, 질화붕소, MoS2또는 상기 물질들의 혼합물들과 같은 분말형태의 물질이 이용된다. 상기 유리 시일(57)용 분말용제로서는 예를 들어 Li-카보네이드, Li-비누, 붕사 또는 산화붕소들을 이용한다. 열 팽창에 적응하도록 하려면 알루미늄-질화물, 규소-질화물, 납-텅스텐 또는 이들의 혼합물과 같은 조절증량제 등을 첨가하는 것이 좋다. 상기 유리 시일(57)과 세라믹 주형부(20,27)의 세라믹과의 연결성은 상기 유리 시일(57)에 세라믹 결합제 예를 들어 알루미늄-인산염 또는 크롬-인산염과 같은 결합물질을 첨가하면 향상된다.
센서 요소(12)의 넓은 면적에 상기 유리 시일(57)이 적셔져 닿도록 하기 위해서 본 발명의 실시예에서는 상기 세라믹 주형부(20,27)의 가스측정부측 덕트(24)와 연결부측 덕트(30)의 중공실(55) 방향 측면에 각각 원추형 진행 연장부(61)를 구성(도 2, 도 3, 도 4 참조)하였다.
상기 가스밀폐 시일의 세가지 실시예들은 미조립 상태에서 각각 도 2, 도 3 및 도 4에 따르면 유리 시일(57) 제조장비를 갖추고 있다.
상기 제조장치는 고정체(71)와 스토퍼(72)를 구비한 매트릭스로서 하나의 캐리어(70)를 구비한다. 상기 고정체(71) 내에는 덕트(24,30) 안에 수납된 센서 요소(12)를 갖춘 세라믹 주형부(20,27)가 위치하고 있다. 상기 센서 요소(12)의 축방향 위치는 이 때 상기 스토퍼(72)에 의해 미리 주어지며 여기서 상기 센서 요소(12)는 가스측정부측 말단부(13)가 스토퍼(72) 위에 놓인다. 이윽고 센서 요소(12)를 지닌 상기 가스측정부측 세라믹 주형부(20)는 고정체(71) 안으로 삽입된다. 상기 스탬프형 돌출부(51)의 전방면 위로는 유리-반제품(63), 예를 들어 유리-기둥 또는 유리-호일 형태의 유리-반제품이 놓이는데, 상기 유리-반제품(63)은 개구를 구비하고 있다. 이 개구로 인해 유리-반제품(63)이 센서 요소(12) 위로 이동하게 된다. 상기 연결부측 세라믹 주형부(27)는 그 다음에 상기 유리 반제품(63) 위에 올려져서 상기 센서 요소(12)의 연결부측 말단부(14)가 덕트(30)를 통해 돌출하도록 구성되어 있다. 설명한 배선에서는 연결부측 세라믹 주형부(27) 위로 프레스 스탬프(74)에 의해 예를 들면 600 kp에 달하는 소정의 압착력이 인가된다. 그러나 그 전에 유리-반제품(32)는 예를 들면 캐리어(70) 내에 매립된 가열장치에 의해 사용된 시일유리 내지는 사용된 유리세라믹이 연화될 수 있는 온도 이상의 소정온도로 가열된다. 프레싱시에 유연가능한 유리-반제품(63)은 변형되어 상기 원추형 연장부(61) 안으로 그리고 아울러 방사상 간극(53) 안으로 눌려진다. 상기 방사상간극(53)을 거쳐 흐르는 시일유리는 이 때 전방측의 원형간극(53) 안으로 연화되어 들어간다.
제 2 실시예는 도 3에 도시되어 있다. 이 실시예는 상기 원형간극(59) 안에 또 하나의 원형 유리-반제품(64)이 삽입된다는 점에서 도 1에 따른 실시예와 다르다. 유동가능한 다른 하나의 유리-반제품(64)은 가압시에 상기 유리반제품(63)과 같이 변형되어 상기 원형간극(59)이 부가적으로 다른 하나의 유리 시일로 밀폐된다.
가스밀폐 시일에 관한 또하나의 실시예는 도 4에 도시된 배선이다. 도 4에서는 가스측정부측에 유리-반제품(63) 하부에 기압축된 그리고 경우에 따라서는 사전에 가스차단하는 다른 하나의 반제품(65)이 설치되어 있다. 상기 다른 하나의 반제품(65) 용 물질로는 기본적으로는 가소성 변형력이 우수한 물질, 예를 들어 불란서백묵, 고령토, 진흙, 벤토나이트, 흑연, 질화붕소 등과 같은 물질이 매우 효과적이다. 상기 스탬프(74)가 작용할 시에 유동성 유리-반제품(63)을 가압하는 것과 동시에 상기 반제품(65)은 자신의 분말 구성 성분들로 변형된다. 이로써 분말형태의 추가시일이 형성된다. 이 때 시일유리가 원추형 연화부(61)로 인해 형성된 가스측정부측 덕트(24)에 생긴 간극 안으로 흘러들어가기 전에 상기 분말들이 밀려 들어온다. 이로써 상기 시일유리가 열을 많이 받는 세라믹 주형부(20)의 가스측정부측 말단부로 흘러들어오지 못하게 저지된다.
도 3 및 도 4에 도시된 장치들은 도 2에 도시된 장치에 해당한다. 도 4에 따른 상기 유리 시일(57) 제조 방법은 이 때 도 2의 장치로써 구현된 방법에 따라 실시 가능하다. 그러나 다른 반제품(65)을 스탬프를 사용하여 분말형태로 변형시킨 다음 센서 요소와 가스측정부측 덕트 사이에 형성된 간극 안으로 밀어넣고 이어서 상기 유리-반제품(63)을 도 2에 따른 공정방법에 따라 가압하는 것 역시 고려해 볼 수 있다. 도 4에 따른 또하나의 센서 요소 시일의 실시예에서는 도 3에 따른 실시예에서와 같이 원형간극(59) 내에 다른 하나의 유리 시일을 설치하는 것 역시 가능하다.

Claims (15)

  1. 금속 케이싱의 수직보어 내에 설치되어 있으며 가스밀폐 시일에 의해 가스밀폐되도록 센서 요소를 수용하고 있는 센서 요소용 고정체를 구비하며, 상기 가스밀폐 시일은 유리 시일인, 내연기관의 배기가스내의 산소함량을 판정하기 위한 검출기에 있어서,
    상기 센서 요소(12)용 고정체는 가스 측정부에 배치된 세라믹 주형부(20)와 연결부에 배치된 세라믹 주형부(27)를 구비하며,
    상기 유리 시일(57)이 상기 두 세라믹 주형부(20,27) 사이에 설치된 중공실(55)로 가열 프레싱되는 것을 특징으로 하는 검출기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가스측정부측 세라믹 주형부(20)와 연결부측 세라믹 주형부(27)는 축방향으로 잇달아 배열되어 있고, 일측의 세라믹 주형부(20)는 하나의 스탬프형 돌출부(51)를 구비하며 타측의 세라믹 주형부(27)는 홈(52)을 구비하고 있으며, 상기 중공실(55)은 상기 홈(52) 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 검출기.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 스탬프형 돌출부(51)는 가스측정부측 세라믹 주형부(20)에, 상기 홈(52)은 연결부측 세라믹 주형부(27)에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 검출기.
  4. 제 2항 또는 3항에 있어서, 상기 스탬프형 돌출부(51)는 홈 안에서 방사상 간극(53)으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 검출기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 유리 시일(57)은 Li-Al-실리콘유리 또는 Li-Ba-Al-실리콘유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기.
  6. 제 1항 또는 5항에 있어서, 상기 유리 시일(57)은 유리구성성분 이외에도, 가소성 물질, 용제, 증량제와 같은 첨가물질 또는 이 첨가물질들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 가소성 물질은 구리, 알루미늄, 철, 황동, 흑연, 질화붕소, MoS2또는 상기 물질들의 혼합물과 같은 분말형태의 물질임을 특징으로 하는 검출기.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 주형부(20,27)는 각각 하나의 축방향으로 진행하는 센서 요소(12) 수납용 덕트(24,30)를 구비하고 있으며, 상기 세라믹 주형부(20,27)의 덕트(24,30)중 하나이상에는 중공실(55)로 향하는 연장부(61)가 구비되는 것을 특징으로 하는 검출기.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 유리 시일(57)용 가스밀폐 시일이 하나이상의 분말형태 압축 시일을 상기 가스측정부측 세라믹 주형부(20)에 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 검출기.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 분말형태의 압축 시일은 열을 강하게 받는 측에서 유리 시일(57)에 인접하도록 중공실(55)내에 설치되는 것을 특징으로 하는 검출기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 분말형태의 압축 시일은 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 검출기.
  12. 제 9항, 10항 또는 11항에 있어서, 상기 분말형태의 압축 시일은 활성자기, 흑연, 질화붕소, Al2O3, ZrO2또는 상기 물질의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 검출기.
  13. 양측 세라믹 주형부 사이에 하나의 유리-반제품을 끼우고, 상기 유리 시일용 유리-반제품을 사용된 유리세라믹과 관련하여 사용된 유리가 적어도 연화될 수 있을 정도에 해당하는 소정온도에서 가열 압착하는 것을 특징으로 하는 제 1항 내지 12항중 어느 한 항에 따른 검출기 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 유리-반제품(63)의 압착을 위한 압착력은 400-700 킬로폰드에 달하는 것을 특징으로 하는 검출기 제조방법.
  15. 제 12항 또는 13항에 있어서, 상기 가스측정부측 세라믹 주형부, 센서 요소, 유리-반제품, 연결부측 세라믹 주형부 및 경우에 따라서는 분말형태의 압축 시일이 조합위치에서 하나의 매트릭스 내에 삽입되며, 상기 유리-반제품은 매트릭스 내에서 적어도 소정의 연화온도로 가열된 후, 스탬프를 사용하여 상기한 가압력이 연결부측 세라믹 주형부 위로 가해지는 것을 특징으로 하는 검출기 제조방법.
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