JP2007128905A - 近接スイッチおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セラミック部分を有し、高温および侵食性の環境の下で安全な近接スイッチおよびその安価且つ簡単な製造方法を提供する。
【解決手段】セラミック部分（２）が金属製のハウジング筒体に栓体として挿入され、熱収縮によって固定されるようになされる。接合部（４）に柔軟な延性の例えば銅製の密封層が蒸着またはメッキされて備えられる。また接触面には溝が形成されることが好ましい。セラミック部分（２）の収縮によりハウジング筒体とセラミック部分（２）との間に配置された密封層が気体および液体を透過させないシールを形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、セラミック部分を有する近接スイッチおよびその製造方法に関するものである。

用途に応じて、様々な技術（誘導性、容量性、超音波、磁性その他）の近接スイッチには環境の影響で高い応力が作用する。含まれる構造部材の保護のために結果的に必要なことは重要な要求である。したがって、現在利用できる装置は金属または高品質プラスチックで作られたケーシングを有してほとんどが完成されており、このケーシングは一般にキャスト樹脂を更に充填されている。

しかしながら、例えば侵食性の化学物質、高温および高圧の存在の下では、また食品工業においては、実際にはこれらの対策は不十分である。このような場合、特殊鋼製のハウジングが使用される。本明細書では、作用面に特に関心が持たれる。何故ならば、作用面は電気的な絶縁材料で作られねばならないからである。このために選択された材料は、セラミック材料である。

困難を伴う問題点はセラミックの作用面とハウジングとの間の気密および液密接合にあり、これは高い要求を満たさねばならない。緊密であるだけでなく、耐圧、耐振で、広い温度範囲に使用できねばならない。更に、温度サイクルに対して非常に高い耐久性が要求される。優れた化学的安定性が不可欠である。これらの性質は、典型的に１０年を超える製品の寿命全体を通じて保持されねばならない。更に、その製造方法は簡単、安全で、第１に経済的でなければならない。

他の問題は、作用面ができるだけ薄くされるべきである。何故ならば、センサーの有効スイッチ距離はこの厚さによって減少されることが普通だからである。装置が高い内部圧力を意図されるならば、これは特に重要である。

前記問題に対して多くの解決法が知られているが、それらの全ては本質的な不都合を有している。最も安全な方法は連結面の領域においてセラミック部分に金属を付与し、その後セラミック部分をハウジングに緊密に半田付けすることである。得られた結果は非常に良好であるが、製造工程は複雑であり、したがって高価となる。他の方法は、部品を適当な接着剤で接着することである。この方法は経済的であるが、特に高温下において、および侵食性環境の下で安全でない。

本発明は説明した問題を簡単且つ経済的に解決するのであり、ハウジング筒体の内部にセラミック部分が収縮されて挿入される、また前記ハウジング筒体と前記セラミック部分との間に配置された密封材料が気体および液体を透過させないシールを形成している近接スイッチによって解決され、またハウジング筒体に対するセラミック部分の密封接合が、大気温度の下でハウジング筒体における対応する座の直径よりも大きい直径を有する前記セラミック部分をハウジング筒体を加熱した後その中に挿入することにより、前記ハウジング筒体が冷却したときに該ハウジング筒体が収縮して、接合部の面積部分におけるハウジング筒体の表面被覆によってハウジング筒体とセラミック部分との間に気密および液密シールが得られるように、前記セラミック部分がしっかりと保持されて達成される製造方法によって解決される。

本発明は図示された具体例を参照して以下に詳細に説明される。

本発明は、他の目的に使用されていてそれ自体は周知の、且つまたセラミック材料製の対応する内側部分の上に金属部分を収縮させて成る方法から説明を始める。この例はＤＥ−Ａ−４０３２８０３、ＤＥ−Ａ−４０２１２５９、ＥＰ−Ａ−０１９７８９０およびＤＥ−Ｃ−３５４５１３５に見出される。このために、セラミック部分２の直径はハウジング筒体１における対応する座３よりも多少大きくされている。ハウジング筒体１の中にセラミック部分２を挿入するために、ハウジング筒体１の座３の領域では例えば８００°Ｃの温度まで加熱される。加熱は誘導手段による周知の方法で簡単且つすばやく行うことができる。これにより、ハウジング筒体１は膨張する（例えばＶ２Ａの場合には線膨張係数は約１２×１０^-6／°Ｃである）。加熱されない、したがって膨張しないセラミック部分２はこの時点で挿入されるのであり、ハウジング筒体１における対応する座３へ嵌入させる力を全く必要としない。その後エネルギー付与が中断され、これにより構造全体が冷却される。このようにして生じるハウジング筒体１の収縮により、他の何れの作業もせずにハウジング筒体１とセラミック部分２との間の強固な連結が得られる。

このようにして達成された連結は強力な圧縮力を特徴とするが、一般には気密および液密でない。本発明によれば、金属製のハウジング筒体１はそれ故に既に説明したように処理される、すなわち接合部４（図３）の領域において典型的に延性の金属、例えば銅、の数十μｍ程度の厚さの適当な層７（図５）を付与される。したがって、被覆の厚さおよび面圧が適切に定められるならば、優れたシールが形成される。ハウジング筒体全体を先ず第１に処理し、接合が達成された後にもはや必要でない被覆部分を所望により除去することが最も有利であり、この被覆は気密および液密のシールにより接合部の領域においては保存される。

材料の選択、および座３の領域におけるハウジング筒体１の壁厚５の選択によって、所望される面圧は広い範囲で調整される。更に、前記範囲は接触する面６の相応の設計によって更に拡大することができる。この例が図４に示されており、環状溝６が接触面６に形成されている。

他の利点はセラミック部分２の予応力から得られるのであり、この予応力はそれが存在しないであろうときに比べて与えられた形状の下でより高い外圧Ｐを支持することができる（図６）。これは、セラミック材料が張力よりも実質的に高い圧力にさらされるという事実を利用している。金属製のハウジング筒体１の収縮により発生する圧力で生じるこの予応力は、セラミック部分２に圧力Ｆ０を発生させる（図６）。外圧Ｐは圧力および張力Ｆ１を発生させる。この加算により、外圧Ｐによって発生される圧力および張力Ｆ１は、圧力Ｆ０によりそれぞれ増大（圧力）および減少（張力）される。合計値が減少される、結果的に生じた張力は、したがってこの応力の無い場合に可能とされるよりも高い外圧Ｐによってセラミック部分２の高応力を許容する。接合部は、冷却後にハウジング筒体１の材料の弾性限界を接合部４の領域において超えるように設計されることが有利である。これは主として機械公差とは無関係な予応力を得ることを可能にする。

ハウジング筒体に連結される部品の側面図。 ハウジング筒体に連結される部品の前面図。 収縮により連結された部品の部分的断面図。 接触圧力を高める面構造を有する代替実施例の部分的断面図。 密封材料の層を示す部分的断面図。 挿入したセラミック部分に作用する力を示す説明図。

符号の説明

１ ハウジング筒体
２ セラミック部分
３ 座
４ 接合部
５ 壁厚
６ 接触面
７ 層

Claims (10)

1. 内部にセラミック部分（２）が栓体として挿入された金属製のハウジング筒体（１）を含み、前記セラミック部分（２）は収縮されて前記ハウジング筒体（１）の中に挿入され、また前記ハウジング筒体（１）と前記セラミック部分（２）との間に配置された密封材料（７）が気体および液体を透過させないシールを形成することを特徴とする近接スイッチ。
2. 銅のような延性材料が密封材料（７）として作用する請求項１に記載の近接スイッチ。
3. 前記ハウジング筒体（１）と前記セラミック部分（２）との間の接触面の一方または両方に対して例えば蒸着またはメッキにより前記密封材料（７）が付与された請求項１または請求項２に記載の近接スイッチ。
4. 前記ハウジング筒体（１）または前記セラミック部分（２）に例えば溝が加工される適当な設計により、面圧が増大されて規則的または不規則に前記接合部（４）に分布される請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の近接スイッチ。
5. 請求項１の近接スイッチの製造方法であって、前記ハウジング筒体（１）に対する前記セラミック部分（２）の密封接合が、大気温度にて該ハウジング筒体（１）における対応する座（３）よりも大きな直径を有する前記セラミック部分を、ハウジング筒体を過熱した後その中に挿入することで得られ、前記セラミック部分（２）はハウジング筒体が冷却した後の収縮でしっかりと保持されて、接合部（４）の面積部分におけるハウジング筒体の表面被覆によってハウジング筒体とセラミック部分との間に気密および液密のシールが形成されるようになされる近接スイッチの製造方法。
6. 表面被覆が柔軟な延性金属被覆（７）を付与して得られ、該金属被覆はメッキ装置により付与されることができ、銅で構成されることができる請求項５に記載の近接スイッチの製造方法。
7. 表面被覆がハウジング筒体の全面に付与された請求項５または請求項６に記載の近接スイッチの製造方法。
8. 接合面の外側の表面被覆が、接合の終了後に速やかに再び除去される請求項７に記載の近接スイッチの製造方法。
9. 外圧（Ｐ）に対する前記セラミック部分（２）の抵抗力が、その固定および密封に必要とされるよりも高いセラミック部分の圧力予応力（Ｆ０）を付与して高められた請求項５から請求項８までの何れか１項に記載の近接スイッチの製造方法。
10. 接合面（４）の面積部分における面圧は、ハウジング筒体材料の弾性限界をその領域において超えるように定められる請求項９に記載の近接スイッチの製造方法。

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