JP2000002685A

JP2000002685A - ガスセンサ用ハウジング

Info

Publication number: JP2000002685A
Application number: JP11119612A
Authority: JP
Inventors: Peter Van Dr Geloven; ペーター・ファン・ゲローベン; Guido Gustaaf Antoon Cappa; グイード・グスターフ・アントーン・カッパ
Original assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Current assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-01-07
Also published as: BR9901424A; EP0957357A1

Abstract

(57)【要約】【課題】周知の多孔性保護キャップの従来の欠点を回
避しつつ、保護キャップを介してセンサ要素に至るガス
流を改善し、かつ保護キャップ材料中への添加物の導入
を可能にする。【解決手段】本発明は、特に燃焼設備から出る排気ガ
ス測定に用いるガスセンサ用ハウジングであって、ハウ
ジングの被測定ガス中への突出が決定された部分に多孔
性保護キャップを具備するものにおいて、多孔性の本質
的に円筒状の保護キャップが焼結粉末から製造され、１
μｍ〜９５０μｍの範囲の平均直径の細孔を有する。多
孔性の円筒状保護キャップの正面にはガス流方向に対し
てほぼ垂直に、保護キャップの内径の１／１０に等しい
かそれより大きい直径を有する貫通孔を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスセンサ用のハ
ウジングに関し、特定すると、特に燃焼設備から出る排
気ガス測定のためのガスセンサ用ハウジングであって、
ハウジングの被測定ガス中への突出が決定された部分に
多孔性の保護キャップを備えるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第4,466,880号から、酸素セン
サ用のこの種の多孔性保護キャップが周知である。この
保護キャップは、焼結金属綿ないし金属毛から製造さ
れ、熱的または機械的種類の衝撃作用を吸収し、それに
よりセンサ要素それ自体を保護するのに役立つ。この金
属綿ないし金属毛の熱質量は小さいため、熱的緩衝容
量、したがって熱的保護が不十分であることがしばしば
ある。センサ要素に達するガス流は、保護キャップの多
孔性により0.9〜1.6 ｌ／cm²に制限されるが、これ
は、自動車両の排気ガスにおいてどうしてもあり得るよ
うなガス組成の急速な交換の際、センサの望ましくない
長い反応時間をもたらす。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】それゆえ、本発明の課
題は、周知の多孔性保護キャップの上述の欠点を回避し
つつ、保護キャップを介してセンサ要素に至るガス流を
改善し、かつ保護キャップ材料中への添加物の導入を可
能にすることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の課題は、本発明に
従うと、多孔性の本質的に円筒状の保護キャップを焼結
粉末から製造し、それに１μｍ〜９５０μｍの範囲の平
均直径の細孔をもたせ、そして多孔性の円筒状保護キャ
ップの正面に、保護キャップの内径の１／１０に等しい
かそれよりも大きい直径を有しかつガス流方向にほぼ垂
直な貫通孔を配置することによって解決される。

【０００５】保護キャップは円筒形状を有すべきであ
り、そしてこの場合外皮面と正面との遷移部は丸み付け
し、また正面それ自体を球状に形成してもよい。センサ
要素は、保護キャップにより囲まれた領域の内部中央に
配置される。多孔性保護キャップを粉末冶金法で、すな
わち粉末（金属／またはセラミック）の圧縮および焼結
で製造することによって、保護キャップは多孔性を有
し、これがその正面にある孔と一緒に最適のガス流をも
たらす。平均細孔直径は１μｍ〜９５０μｍの範囲にあ
るが、本発明の意味における細孔は、-- それが卷回し
た貫通溝により形成されていてさえ、-- 細孔の流動抵
抗が貫通孔の流動抵抗よりもつねに大きくされるという
ことによって、貫通孔から区別される。この構造的な方
策によって、保護キャップの内部空所には小さな低圧が
生じ、そしてこの低圧が排気ガス流からのガスの強い吸
入により平衡化される。同時に、ガスは細孔の横断の際
加熱または冷却されるから、熱的な衝撃作用は避けられ
る。保護キャップの比較的大きな質量は、その際熱的緩
衝体として作用する。製造法（粉末の焼結）により形成
される多孔質は、それに加えて、例えば浸漬の後熱的に
分解される冶金溶液への保護キャップの浸漬の如く、添
加物の導入を容易にする。この溶液の活性要素は、排気
ガスのセンサ要素に有害なガス成分と反応し得、この有
害成分がセンサ要素それ自体に達することを回避し得
る。添加物はさらに、被測定排気ガスを化学的平衡にも
たらすというように触媒的に作用し得る。それにより、
ガスセンサ上に直接被着すべき保護層は必要としなくて
よい。

【０００６】本発明のさらに有利な展開は、請求項２〜
８項で実施されるが、それによると、多孔性保護キャッ
プ１０の内径が１０ｍｍの場合、多孔性保護キャップの
正面にある孔は約５ｍｍの直径を有するときに特に有利
であることが分かった。保護キャップの孔直径／内径の
関係は特別の意味を有しており、0.5とするのが好まし
い。

【０００７】本発明の他の有利な実施例として、多孔性
保護キャップの正面に、孔を取り囲んで該孔と同じ内径
を有し最高５ｍｍの長さを有する管片をガス流中に突出
する状態で取り付ける構造が考慮される。上述のベンチ
ュリ作用は、この種の管片の取付けにより一層増強され
る。

【０００８】多孔性キャップを製造するための焼結粉末
として、金属粉体および／またはセラミック粉体が好ま
しい。

【０００９】保護キャップの機能をさらに改善するため
に、細孔中に添加物を導入してよい。これらの添加物
は、例えば硫黄あるいは硫黄化合物、燐または燐化合物
または珪素または珪素化合物のような排気ガス中に含ま
れ得る有害物質を触媒的に変換または結合してそれらが
センサ要素まで達しないようにする触媒作用を有すべき
である。このためには、多孔性保護キャップが浸漬され
る水溶性の冶金学的銅化合物が目的に適っていることが
分かった。細孔は溶液を吸入し、そして追加の熱的処理
で微細に分割された酸化銅の形成をもたらし、そしてこ
の酸化銅が硫化硫黄の形成下に排気ガスに含まれる硫黄
を結合する。

【００１０】他方、保護キャップの製造に際しては、チ
タン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ₃）または酸化アルミニ
ウム（Ａｌ₂Ｏ₃）または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）ま
たはマグネシウムスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）またはこれ
らの混合物のような添加物を付け加えてもよい。これら
は、燐や珪素と反応するものである。白金、ロジウム、
イリジウムまたはパラジウムまたはその合金のような貴
金属添加物も、同様にこれらの金属の溶液中への多孔性
保護キャップの浸漬によって細孔中に導入することがで
きる。これらの貴金属およびその合金も触媒的に作用す
るから、排気ガス成分を化学的平衡にもたらすことがで
きる。

【００１１】本発明の対象は、保護キャップそれ自体、
ならびに例えば温度センサ用のハウジングへのその適用
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を好
ましい実施例について説明する。図１には、本発明のガ
スセンサ用ハウジングの具体例１が、一部断面図で示し
てある。ハウジング１の測定ガス流中への突出が決定さ
れた部分２には、１２ｍｍの外径をもつ多孔性保護キャ
ップ３が配置されている。保護キャップ３により囲まれ
た空所には、センサ要素が設けられており（図には図示
せず）、そしてこのガスセンサは電位差形式または電流
形式のガスセンサのいずれでもよい。本発明のハウジン
グ１内にあるセンサ要素が燃焼設備から出る排気ガス中
に配置されるとき、ガスセンサは酸化可能または還元可
能なガス成分を検出する。ハウジングは、外部から測定
ガス誘導排気ガス管中にガス流方向に対して垂直に、通
常六面（角）ナットを補助に使ってねじ込まれる。ハウ
ジングはまた、止めナット(Ueberwurfmutter)８（図２
参照）を用いてねじ込んでもよい。

【００１３】円筒状保護キャップ３の正面側５には、直
径５ｍｍの孔（くり孔）が設けられており、この孔の上
に孔６と同じ内径の短い金属管片７が取り付けられてい
る。管片７の長さは４ｍｍである。センサ要素へのガス
の導入は、多孔性保護キャップ３の細孔を介して行わ
れ、ガスの導出は、本質的に保護キャップ３の正面側５
にある孔６により行われるから、この保護キャップ３の
構造は、ガス流に関して全体的にベンチュリ作用を示
す。保護キャップ３の多孔性は、１μｍ〜１０００μｍ
の直径を有する細孔により特徴付けられる。これらの孔
は、金属および／またはセラミック粉末の焼結によって
生成されるものである。

【００１４】図２は、多孔性保護キャップ３を具備する
本発明のガスセンサハウジング１の他の具体例１を示
す。この場合には、金属管片７が欠けている。保護キャ
ップ３は、単に直径３ｍｍをもつ孔６のみを有している
が、この場合保護キャップ３の内径は６ｍｍである。図
１の六角ナット４の代わりに、ハウジング１を測定ガス
誘導排気ガス管中にねじ込むために、ここでは止めナッ
ト８が備えてある。

【００１５】以上、本発明を好ましい具体例について説
明したが、本発明はここに図示説明されるものに限定さ
れるものでなく、本発明の技術思想から逸脱することな
く、種々の変化、変更が可能である。本発明は、前記特
許請求の範囲の記載によってのみ限定されるものである
ことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスセンサ用ハウジングの１具体例の
一部断面の側面図である。

【図２】本発明のガスセンサ用ハウジングの多の具体例
の一部断面の側面図である。

【符号の説明】

１ハウジング２測定ガス流中への突出が決定された部分３保護キャップ４六面（角）ナット５正面側６孔（くり孔）７管片８止めナット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスセンサ用ハウジング、特に燃焼設備
から出る排気ガスを測定するためのガスセンサ用ハウジ
ングであって、ハウジングの被測定ガス中への突出が決
定された部分に多孔性保護キャップを具備するものにお
いて、多孔性の本質的に円筒状の保護キャップが焼結粉
末から製造され、１μｍ〜９５０μｍの範囲の平均直径
の細孔を有し、多孔性の円筒状保護キャップの正面にガ
ス流方向に対してほぼ垂直でありかつ保護キャップの内
径の１／１０に等しいかそれより大きい貫通孔が配置さ
れている多孔性保護キャップを具備するガスセンサ用ハ
ウジング。
【請求項２】多孔性保護キャップの正面に配置される
孔が≧１ｍｍの直径を有する請求項１記載の多孔性保護
キャップを具備するガスセンサ用ハウジング。
【請求項３】多孔性保護キャップの正面に配置される
孔が約５ｍｍの直径を有する請求項１または２記載の多
孔性保護キャップを具備するガスセンサ用ハウジング。
【請求項４】多孔性保護キャップの正面に、前記孔を
囲んで約５ｍｍまでの長さを有する金属の管片がガス流
中に突出した状態で取り付けられており、該管片が孔と
同じ内径を有している請求項１〜３のいずれかに記載の
多孔性保護キャップを具備するガスセンサ用ハウジン
グ。
【請求項５】多孔性保護キャップが、焼結金属粉およ
び／または焼結セラミック粉末を含む材料から形成され
る請求項１〜４のいずれかに記載の多孔性保護キャップ
を具備するガスセンサ用ハウジング。
【請求項６】多孔性保護キャップを形成する材料が添
加物を含んでおり、この添加物が、触媒的に作用する
か、あるいは、またはそれとともにガスセンサ要素に有
害な排気ガス成分に対してゲッター作用を示す請求項１
〜５のいずれかに記載の多孔性保護キャップを具備する
ガスセンサ用ハウジング。
【請求項７】ゲッター作用を有する添加物として、燐
または珪素または硫黄結合性物質を使用する請求項６記
載の多孔性保護キャップを具備するガスセンサ用ハウジ
ング。
【請求項８】添加物として銅化合物またはチタン酸カ
ルシウムまたは酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウ
ムまたはマグネシウムスピネルまたはＲｔ，Ｒｈ，Ｉ
ｒ，Ｐｄの列から選ばれた貴金属またはそれらの合金ま
たはこれらの添加物の混合物を使用する請求項６記載の
多孔性保護キャップを具備するガスセンサ用ハウジン
グ。