(57)【要約】  減少された構成スペース及び室温での組込みを可能にするシール装置（１）及びシール法を提案する。当該シール装置（１）は、セラミックの基体（５）と金属のケーシング（１０）とを有している。セラミックの基体（５）は外壁（１５）に少なくとも１つの環状の溝（２０）を有しており、この溝の領域内で、ケーシングをセラミックの基体（５）に形状接続的に圧着する。
2005513342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にエンジンルーム又は排気導管のためのシール装置（１）であって、セラミックの基体（５）と金属のケーシング（１０）とを有している形式のものにおいて、
セラミックの基体（５）が外壁（１５）に少なくとも１つの環状の溝（２０）を有しており、この溝の領域で、ケーシングがセラミックの基体（５）に形状接続的に圧着されていることを特徴とする、シール装置。
【請求項２】
セラミックの基体（５）が、ケーシング（１０）と少なくとも部分的にろう接されている、請求項１記載のシール装置。
【請求項３】
セラミックの基体（５）が、ケーシング（１０）と少なくとも１つの溝（２０）の領域でろう接されている、請求項２記載のシール装置。
【請求項４】
セラミックの基体（５）が点火プラグの絶縁体として形成されており、ケーシング（１０）が点火プラグのプラグケーシングである、請求項１から３までのいずれか１項記載のシール装置。
【請求項５】
セラミックの基体（５）がグロープラグの加熱ピンとして形成されており、ケーシング（１０）がグロープラグのプラグケーシングである、請求項１から３までのいずれか１項記載のシール装置。
【請求項６】
セラミックの基体（５）が酸素センサの基体として形成されており、ケーシング（１０）が酸素センサのケーシングである、請求項１から３までのいずれか１項記載のシール装置。
【請求項７】
第１のステップにおいてセラミックの基体（５）をケーシング（１０）に挿入し、第２のステップにおいてケーシング（１０）を、セラミックの基体（５）の外壁（１５）に配置された少なくとも１つの環状の溝（２０）の領域内でセラミックの基体（５）に形状接続的に圧着することを特徴とする、金属のケーシング（１０）内でセラミックの基体（５）をシールするための方法。
【請求項８】
第２のステップにおいて、ケーシング（１０）を磁気的な変形法により圧着する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
第２のステップにおいて、ケーシング（１０）を機械的な変形法により圧着する、請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
第１のステップにおいて、セラミックの基体（５）をケーシング（１０）に対してほぼ同軸的にこのケーシング（１０）に収納し、第２のステップにおいて、減径リング又は減伸リング（３０）をケーシング（１０）の外縁部（３５）に取り付け且つ半径方向で、少なくとも１つの溝（２０）に向かって押圧し、これにより、ケーシング（１０）を少なくとも１つの溝（２０）の範囲内でセラミックの基体（５）に対してシールして圧着する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
減径リング又は減伸リング（３０）を、少なくとも１つの溝（２０）に対して接線方向でもケーシング（１０）の外縁部（３５）に対して押圧する一方で、セラミックの基体（５）を接線方向の力に抗してケーシング（１０）内に保持する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
第２のステップの前にケーシング（１０）を加熱し、これにより該ケーシングを延長させ、第２のステップの後にケーシング（１０）を冷却し、これにより該ケーシングを収縮させて、ケーシング（１０）内に、セラミックの基体（５）の少なくとも１つの溝（２０）の領域に対する引張応力を形成する、請求項７から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
ケーシングを約３００℃に加熱する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
セラミックの基体（５）を、ケーシング（１０）の加熱中に冷却する、請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
第３のステップにおいて、セラミックの基体（５）をケーシング（１０）と少なくとも部分的にろう接する、請求項７から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
セラミックの基体（５）を、少なくとも１つの溝（２０）の領域でケーシング（１０）とろう接する、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の形式のシール装置及びシール法から出発する。
【０００２】
例えば点火プラグの機能を保証するためには、点火プラグケーシングと点火プラグのセラミック絶縁体との間からエンジンガスが漏出してはならない。セラミック絶縁体は、２２０℃の最高温度において２０ｂａｒまで気密性が保証されているように、点火プラグケーシングに密に組み込まれねばならない。
【０００３】
この目的のためには、例えばセラミック絶縁体を組み込んだ後で点火プラグケーシングの収縮ゾーンの領域を約９５０℃に加熱する熱間組込みが公知である。この熱間組込みの間に当付け力によって、点火プラグケーシングはセラミック絶縁体に対して押圧される。収縮ゾーンの冷却時に、点火プラグケーシング内にはセラミック絶縁体に対する引張応力が発生する。次いで、当付け力が弱められる。このようにして、セラミック絶縁体は点火プラグケーシングに対して気密にシールされる。
【０００４】
点火プラグケーシングに対してセラミック絶縁体を気密にシールするための別の方法は、粉末シールを用いた冷間組込み法によって得られる。この場合、セラミック絶縁体は微細なセラミックパウダーと一緒に所定の力によって点火プラグケーシングに押し込まれる。次いで、セラミック絶縁体が点火プラグケーシングに導入される点火プラグケーシングの上縁部が、軸方向の力によって縁曲げ過程で折り返され、これにより、点火プラグケーシングはその上縁部でもセラミック絶縁体に当て付けられて、このセラミック絶縁体を点火プラグケーシング内で気密にシールして保持する。
【０００５】
発明の利点
これに対して独立請求項の特徴部に記載の構成を有する本発明によるシール装置及び本発明によるシール法は、セラミックの基体が外壁に少なくとも１つの環状の溝を有しており、この溝の領域内で、ケーシングが形状接続的にセラミックの基体に圧着されているという利点を有している。このようにして、室温でのシール装置の組込みが可能である。これにより、例えば亜鉛、透明なクロメート処理又は腐食防止ラッカ等のあらゆる汎用の腐食防止層を、シール装置を組み込む前に、金属のケーシングに付与することができる。更に、セラミックの基体がケーシングに導入されるケーシングの上縁部の領域に、例えば点火プラグの場合がそうであるように、ケーシングの上縁部の縁曲げ部を収容するために、セラミックの基体がショルダを有していなければならないということは必要ない。反対に、気密なシールは、ケーシングをセラミックの基体の少なくとも１つの溝の領域に圧着するだけで保証される。前記ショルダを省くことにより、より小さな横断面延いてはより小さな直径を有するセラミックの基体が実現され得る。このことは、とりわけ点火プラグ、グロープラグ又は酸素センサにおける当該シール装置の使用に関して有利である。それというのも、このようにしてシリンダヘッド若しくは排気系統における構成スペースが節約され、延いては例えば噴射弁又は冷却通路等の別の構成部材のための構成スペースが供与されるからである。
【０００６】
従属請求項に記載された構成手段に基づいて、独立請求項記載のシール装置及びシール法の有利な改良が可能である。
【０００７】
セラミックの基体が、ケーシングと少なくとも部分的にろう接されていると、有利である。このようにして、シール装置の気密性が更に高められる。
【０００８】
金属のケーシング内でのセラミックの基体の特に簡単なシール法は、セラミックの基体を機械的な変形法の枠内で、第１のステップにおいてケーシングに対してほぼ同軸的に該ケーシング内に収納し、第２のステップにおいて減径リング又は減伸リングをケーシングの外側境界面に取り付けて、半径方向で少なくとも１つの溝に押し込み、これにより、ケーシングが少なくとも１つの溝の範囲内でセラミックの基体にシールされて圧着される場合に得られる。この過程は、僅かな組込み手間及び工具手間しかかからない。
【０００９】
更に、減径リング又は減伸リングが、少なくとも１つの溝に対して接線方向でも、ケーシングの外縁部に対して押圧される一方で、セラミックの基体は接線方向の力に抗してケーシング内に保持されると有利である。このようにして、ケーシングは少なくとも１つの溝の領域において、この少なくとも１つの溝に対して半径方向でも接線方向でも当該の溝の制限壁に対して押圧されるので、ケーシングとセラミックの基体との間で得られる形状接続の、より高い気密性が実現され得る。
【００１０】
更に高い気密性は、ケーシングをセラミックの基体の少なくとも１つの溝の領域に形状接続的に圧着する第２のステップの前にケーシングを加熱し、これによりケーシングを延長させ、第２のステップの後でケーシングを冷却し、これによりケーシングを収縮させて、セラミックの基体に対してケーシングに、少なくとも１つの溝の範囲内で引張応力が形成されることによっても実現され得る。この手段により、セラミックの基体と金属のケーシングとの間に形成されたシールの熱シール性も高められる。この場合、熱シール性とは、加熱時のシール装置のシール性、特に気密性と解される。
【００１１】
更に別の利点は、ケーシングが約３００℃に加熱されるという点にある。このようにして、シール装置を組み込む前若しくは金属のケーシング内でセラミックの基体をシールする前に、例えば亜鉛、透明なクロメート処理又は腐食防止ラッカ等のあらゆる汎用の腐食防止層を、これらの腐食防止層が加熱によってその融点に到達すること無しに、付与することができる。
【００１２】
更に別の利点は、セラミックの基体がケーシングの加熱中に冷却されるという点にある。このようにして、ケーシングとセラミックの基体との間の温度差が高められ、これにより、ケーシングを冷却した後に形成されるケーシング内の引張応力が、セラミックの基体の少なくとも１つの溝の領域に対して高められる。
【００１３】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１４】
図１には、例えば点火プラグ、グロープラグ又は酸素センサのために使用することができるようなシール装置が符号１で示されている。点火プラグ又はグロープラグの場合、当該シール装置はエンジンルーム内の、例えばシリンダヘッドにおいて使用されるのに対して、酸素センサの場合は排気導管内で使用される。シール装置１はセラミックの基体５を有しており、この基体５は外壁１５に沿って、少なくとも１つの環状の溝２０を有している。図１には９つの環状の溝２０が描かれている。この場合、図１には形成しようとするシール装置１の縦断面が示されている。溝２０は、外壁１５における環状の狭窄部の形で実現されており、これらの狭窄部はセラミックの基体５の横断面若しくは横断面の直径を減少させる。シール装置１の組込みに際する第１の方法ステップにおいて、セラミックの基体５は金属のケーシング１０に、このケーシング１０の長手方向軸線４５に沿って導入若しくは挿入される。この場合、セラミックの基体５はシール座４０を有しており、このシール座４０を以て当該のセラミックの基体５はケーシング１０への導入時に、このケーシング１０の内部で突出しているシールリング５０に載着する。
【００１５】
セラミックの基体５は、今や図１に示したケーシング１０の長手方向軸線４５に関して、ケーシング１０に対してほぼ同軸的に位置している。この場合、ケーシング１０はシール座４０に面したセラミックの基体５の最下位の溝５５の領域に、環状の外縁部３５を有している。この外縁部３５には、第２の方法ステップにおいて減径リング又は減伸リング３０が取り付けられる。この場合、この減径リング又は減伸リング３０の内径は、外縁部３５の直径よりも小さな値から、外縁部３５の直径よりも大きな値まで延びている。この場合、この実施例に関しては、例えばセラミックの基体５とケーシング１０とがほぼ回転対称に配置されており且つほぼ円面状若しくは円環状の横断面を有していると仮定するのが望ましい。今、減径リング又は減伸リング３０が、前記のように可変の内径を以て外縁部３５に取り付けられて、所定の圧着力によりセラミックの基体５の狭窄部に向かって符号５６の付された矢印方向で外縁部３５に対して押圧されると、セラミックの基体５の溝２０の領域に半径方向の力及び接線方向の力が働く。この場合、半径方向の力は長手方向軸線４５延いては溝２０に向いており、即ち矢印方向５６に対して垂直方向に向いている。接線方向の力は、溝２０に対して接線方向延いては矢印方向５６で延びている。この過程において、セラミックの基体５は図１で符号６０の付された、矢印方向５６とは反対方向に延びる挿入方向でケーシング１０に押し込められて、シールリング５０及びシール座４０の領域においてケーシング１０に保持される。外縁部３５は、ケーシング１０の外壁７０に設けられた隆起部６５の部分である。この場合、このケーシング１０の隆起部６５は、主としてケーシング１０に挿入されたセラミックの基体５が溝２０を有している範囲内に延在している。減径リング又は減伸リング３０は、挿入方向６０とは反対方向の矢印方向５６で、外縁部３５を起点として隆起部６５にわたって適当な圧力によって摺動され、これにより、ケーシング１０は隆起部６５の領域延いては溝２０の領域において、形状接続的にセラミックの基体５に圧着される。図１に示したように、外縁部３５延いては隆起部６５の直径より小さな値も取る減径リング又は減伸リング３０の、上で説明したような可変の内径に基づいて、隆起部６５は前記の減径リング又は減伸リング３０の最小の内径に減少される。このことは図２に示されており、この図２では符号７５に基づいて、前記のように形成された、圧着後のケーシング１０とセラミックの基体５との間の形状接続的な結合がはっきりと示されている。この場合、ケーシング１０は溝２０の領域において、所定のある部分が溝２０の制限壁に密着している。減径リング又は減伸リング３０が適当な圧力によって矢印方向５６で隆起部６５にわたって摺動させられると、ケーシング１０とセラミックの基体５との間に形成された結合部は溝２０の領域において、例えば２０ｂａｒまで気密でもある。ケーシング１０をセラミックの基体５の溝２０の領域に圧着するための上で説明した方法は、機械的な変形法である。
【００１６】
上で説明した機械的な変形法に対して択一的に、例えばラウンドノーズプライヤ又はプレス機を用いて、長手方向軸線４５延いては溝２０に対して半径方向でケーシング１０の隆起部６５を押しつぶし、これにより、ケーシング１０を溝２０の領域でセラミックの基体５に対して圧着することが規定されていてもよい。この場合、図１に示した実施例では矢印方向５６によって示した接線方向の力は、当該の択一的な実施例では付与されない。しかし、適当な半径方向の圧力においても、ケーシング１０とセラミックの基体５の溝２０の領域との間で適当に気密な結合がやはり実現され得、この場合、やはり図２に示したように、ケーシング１０は溝２０の制限壁の一部に密着している。
【００１７】
上で説明した半径方向及び／又は接線方向の力は、択一的又は付加的に、磁気的な変形法によっても実現することができ、この磁気的な変形法では、短時間で適当な強さの磁界が隆起部６５の領域に形成され、これにより、ケーシング１０が上で説明した形式で、セラミックの基体５に圧着される。
【００１８】
付加的に、第２の方法ステップの前に特にケーシング１０の隆起部６５の領域を加熱することが規定されていてよい。これにより、ケーシング１０の隆起部６５の領域は長手方向軸線４５の方向で延長される。この場合、ケーシング１０の加熱は、セラミックの基体５をケーシング１０に挿入する前又は挿入した後に行うことができる。ケーシング１０が第２の方法ステップの後で再度冷却されると、隆起部６５の領域は収縮するので、ケーシング１０内にはセラミックの基体５の溝２０の領域に対して引張応力が形成される。これらの引張応力は、上で説明した磁気的及び／又は機械的な変形法によって形成された、図２に示したケーシング１０とセラミックの基体５との間の結合部の気密性を高める。この効果は、セラミックの基体５をケーシング１０の加熱中に冷却するか、又は低温に保持することによっても強められる。このようにしてセラミックの基体５とケーシング１０との間の温度差が増大され、その結果、ケーシング１０の冷却後に形成される引張応力が更に高められる。ケーシング１０の加熱に基づいて生ぜしめられた引張応力は、シール装置の熱シール性をも高める、つまり、例えば点火プラグ、グロープラグ又は酸素センサ等の場合に該当するような、高温でのシール装置の作動におけるシール性を高める。
【００１９】
有利には、ケーシング１０は所望の引張応力を形成するために、例えば亜鉛、透明なクロメート処理又は腐食防止ラッカ等の汎用の腐食防止層の溶融温度未満の温度に加熱される。これにより、所望の引張応力を形成するためのケーシング１０の加熱に際して溶融せず、更に、この加熱により破壊されないような腐食防止層を、シール装置１の組込み前に、金属のケーシング１０に付与することができるという利点が生ぜしめられる。金属のケーシング１０をおよそ３００℃に加熱する場合は、所望の引張応力を形成する条件も、当該温度があらゆる汎用の腐食防止層の溶融温度を下回るという条件も満たしている。
【００２０】
上で説明した加熱過程は、以下半熱間組込みと呼ぶ。
【００２１】
この半熱間組込みに関して択一的又は付加的に、上で説明した磁気的又は機械的な変形法によって形成されたシール装置１の気密性を、セラミックの基体５を第３の方法ステップにおいてケーシング１０に少なくとも部分的にろう接することによって高めることもできる。このためには、金属のケーシング１０にも、セラミックの基体５にも作用するろうを使用することが必要となる。このことは、例えば銀ろうが成し遂げられる。この場合特に、既に第２の方法ステップで説明した磁気的及び／又は機械的な変形法によって且つ場合によっては説明した半熱間組込みによってセラミックの基体５とケーシング１０との間にシールの得られた溝２０の領域で、セラミックの基体５がケーシング１０とろう接されることによって、気密性が高められる。
【００２２】
セラミックの基体５に設けられた前記溝の数は、任意で１よりも多く選択するか、又は１を選択してよい。
【００２３】
セラミックの基体５は、点火プラグの絶縁体として形成されていてよく、この場合は点火プラグ絶縁体とも呼ばれる。その場合、金属のケーシング１０は点火プラグのプラグケーシングである。
【００２４】
しかしまた、セラミックの基体５は択一的にグロープラグの加熱ピンとして形成されていてもよく、この場合、金属のケーシング１０はグロープラグのプラグケーシングである。
【００２５】
更にまた、セラミックの基体５は酸素センサの基体として形成されていてもよく、この場合、金属のケーシング１０は酸素センサのケーシングである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるシール法にとって重要な方法ステップを示した図である。
【００２７】
【図２】図１に示したようなシール法に基づいて形成された本発明によるシール装置。
【符号の説明】
【００２８】
１  シール装置、  ５５  最下位の溝、  ２０  溝、  １０  ケーシング、  ５  セラミックの基体、  ６０  挿入方向、  ４５  長手方向軸線、  ７０  外壁、  ６５  隆起部、  ５６  矢印方向、  ３５  外縁部、  ３０  減径リング又は減伸リング、  １５  外壁、  ４０  シール座、  ５０  シールリング
【図１】
2005513342.tif 000003
【図２】
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【国際調査報告】
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2005513342.tif 000006
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2005513342.tif 000008
2005513342.tif 000009
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