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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor, der ein Sensorelement zur Erfassung der Konzentration eines zu erfassenden Gases und metallische Anschlusselemente umfasst.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Gassensor, der ein plattenförmiges Sensorelement aus Festelektrolyt enthält, ist als Gassensor zur Erfassung der Sauerstoff- oder NOx-Konzentration im Abgas eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen bekannt.
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In einem weit verbreiteten Gassensor dieses Typs ist eine Vielzahl von Elektrodenanschlüssen in rückendseitigen Zonen von gegenüberliegenden Hauptflächen des plattenförmigen Sensorelements vorgesehen, und metallische Anschlusselemente sind elektrisch mit den jeweiligen Elektrodenanschlüssen kontaktiert, um ein Sensor-Ausgangssignal von dem Sensorelement nach außen auszugeben und eine auf dem Sensorelement gestapelte Heizung mit Strom zu versorgen (siehe
Japanische Patentanmeldung Laid-Open (kokai) Nr. 2015-152465 ).
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Jedes der metallischen Anschlusselemente hat einen vorderendseitigen Anschlussabschnitt, der in Kontakt mit einem Elektrodenanschluss kommt, und einen hinterendseitigen Anschlussabschnitt, der mit einem Anschlussdraht verbunden ist. Der Anschlussdraht erstreckt sich bis zur Außenseite des Gassensors.
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Der vorderendseitige Anschlussabschnitt weist übrigens einen zurückgebogenen (gebogenen) Abschnitt auf, und der zurückgebogene Abschnitt verformt sich elastisch, wodurch der auf den Elektrodenanschluss ausgeübte Kontaktdruck gesichert wird. Daher wird von dem vorderendseitigen Anschlussabschnitt eine hohe Festigkeit und Elastizität verlangt.
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Der rückendseitige Anschlussabschnitt ist ein Crimpanschlussabschnitt (Crimpabschnitt), der den Leiter eines Anschlussdrahtes ergreift und einen geringen Grad an Rückfederung aufweisen muss, damit sich der Crimpanschlussabschnitt nach dem Crimpen nicht wieder zurück verformt. Daher muss der rückendseitige Anschlussabschnitt Eigenschaften aufweisen, die denen des vorderendseitigen Anschlussabschnittes entgegengesetzt sind.
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Da die in einem herkömmlichen Gassensor verwendeten Metallanschlusselemente jedoch so geformt sind, dass der vorderendseitige Anschlussabschnitt und der rückendseitige Anschlussabschnitt die gleiche Dicke aufweisen, ist es für Metallanschlusselemente schwierig, gleichzeitig ein ausreichendes Maß an Elastizität und geeignete Crimpeigenschaften aufweisen.
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In Anbetracht des Vorstehenden ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Gassensor bereitzustellen, bei dem Metallanschlusselemente gleichzeitig ein ausreichendes Maß an Elastizität und geeignete Crimpeigenschaften aufweisen und ohne Fehler elektrisch mit Elektrodenanschlüssen eines Sensorelements und Anschlussdrähten verbunden werden können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um die obige Problemstellung zu lösen, ist ein Gassensor der vorliegenden Erfindung ein Gassensor, der aufweist: ein Sensorelement, das sich in einer axialen Richtung erstreckt und einen Elektrodenanschluss an einer rückendseitigen Außenfläche aufweist; ein Metallanschlusselement, das elektrisch mit dem Elektrodenanschluss verbunden ist; und einen Anschlussdraht, der elektrisch mit dem metallischen Anschlusselement verbunden ist, wobei das metallische Anschlusselement einen vorderendseitigen Anschlussabschnitt, der in Kontakt mit dem Elektrodenanschluss kommt, und einen rückendseitigen Anschlussabschnitt, der mit dem Anschlussdraht verbunden ist, aufweist, wobei der vorderendseitige Anschlussabschnitt einen gebogenen Abschnitt aufweist, der in Richtung zum Sensorelement gebogen ist, und einen Elementkontaktabschnitt, der integral mit dem gebogenen Abschnitt verbunden ist, sich in Richtung zum Sensorelement erstreckt und mit dem Elektrodenanschluss in Kontakt kommt, der rückendseitige Anschlussabschnitt einen Crimpanschlussabschnitt aufweist, der ein Rohr oder einen Teil eines Rohrs bildet, einen Leiter des Anschlussdrahtes umgibt und den Leiter festhält, wenn er gecrimpt ist, und die maximale Dicke t1 des gebogenen Abschnitts größer ist als die maximale Dicke t2 des Crimpanschlussabschnitts.
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Da bei diesem Gassensor die maximale Dicke t1 größer ist als die maximale Dicke t2, weist der gebogene Abschnitt eine erhöhte Elastizität auf, wodurch der Kontaktdruck zwischen dem Elementkontaktabschnitt des Elements und dem Elektrodenanschluss stabil gesichert werden kann. Infolgedessen können das Metallanschlusselement und der Elektrodenanschluss zuverlässig elektrisch verbunden werden.
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Indem die Dicke t2 kleiner als die Dicke t1 gemacht wird, ist es auch möglich, die Dicke t2 zu reduzieren und gleichzeitig die Elastizität des gebogenen Abschnitts zu erhöhen. Dadurch verringert sich der Grad der Rückfederung des Crimpanschlussabschnitts, der den Leiter des Anschlussdrahtes umgibt und gecrimpt wird, wodurch die Crimpeigenschaften verbessert werden. Infolgedessen können das Metallanschlusselement und der Anschlussdraht ohne Fehler elektrisch verbunden werden. Auf die oben beschriebene Weise kann das Metallanschlusselement gleichzeitig ein ausreichendes Maß an Elastizität und geeignete Crimpeigenschaften aufweisen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gassensor können der vorderendseitige Anschlussabschnitt und der rückendseitige Anschlussabschnitt separate Elemente sein und miteinander verbunden werden.
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Gemäß diesem Gassensor können der vorderendseitige Anschlussabschnitt und der rückendseitige Anschlussabschnitt mit verschiedenen Dicken leicht hergestellt werden.
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Bei dem Gassensor der vorliegenden Erfindung kann die maximale Dicke t1 des gebogenen Abschnitts 15 % oder mehr größer sein als die maximale Dicke t2 des Crimpanschlussabschnitts.
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Die vorliegende Erfindung kann einen Gassensor bereitstellen, bei dem Metallanschlusselemente gleichzeitig einen ausreichenden Grad an Elastizität und geeignete Crimpeneigenschaften aufweisen und ohne Fehler mit Elektrodenanschlüssen eines Sensorelements und Anschlussdrähten elektrisch verbunden werden können.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein.
- 1 ist eine Schnittdarstellung eines Gassensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in axialer Richtung aufgenommen ist;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensorelements;
- 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Metallanschlusselements; und
- 4 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von 3.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
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1 ist eine Schnittansicht eines Gassensors (Sauerstoffsensors) 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in axialer Richtung. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Sensorelements 5. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Metallanschlusselements 41. 4 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von 3.
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In 1 entspricht eine untere Seite der Zeichnung einer vorderen Endseite des Gassensors, und eine obere Seite der Zeichnung entspricht einer Rückseite des Gassensors.
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Der Gassensor 1 ist beispielsweise an einem Auspuffrohr eines Fahrzeugs wie einem Auto oder einem Motorrad angebracht.
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Der Gassensor 1 umfasst ein rohrförmiges Metallgehäuse 3, das an dem Auspuffrohr (nicht dargestellt) befestigt ist; das plattenförmige Sensorelement 5, das das Metallgehäuse 3 durchdringt und sich in axialer Richtung erstreckt (in der Zeichnung die Längsrichtung des Gassensors 1: die vertikale Richtung in der Zeichnung); eine Schutzeinrichtung 9, die an der vorderen Endseite (in der Zeichnung die untere Seite) des Metallgehäuses 3 angeordnet ist und einen vorderendseitigen Abschnitt des Sensorelements 5 abdeckt; ein Außengehäuse 11, das an einem Ende des Metallgehäuses 3 an der hinteren Endseite (in der Zeichnung die obere Seite) durch einen Schweißabschnitt 11a befestigt ist und den Umfang des Sensorelements 5 abdeckt; ein isolierendes Trennelement 12, das in dem Außengehäuse 11 angeordnet ist und einen rückendseitigen Endabschnitt des Sensorelements 5 aufnimmt; ein Verschlusselement 15, das einen rückendseitigen Abschnitt des Außengehäuses 11 verschließt; eine Vielzahl von (in der vorliegenden Ausführungsform vier) Metallanschlusselementen 41 und eine Vielzahl von (in der vorliegenden Ausführungsform vier) Anschlussdrähten 37.
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Das Sensorelement 5 hat einen Erfassungsabschnitt 19 und Elektrodenanschlüsse (erster bis vierter Elektrodenanschluss) 31, 32, 34 und 35. Der Erfassungsabschnitt 19 ist in einem vorderendseitigen Abschnitt des Sensorelements 5 ausgebildet, der zu einem Messobjekt (Abgas oder dergleichen) freiliegt und mit einer Schutzschicht 5a bedeckt ist. Die Elektrodenanschlüsse 31, 32, 34 und 35 sind auf einer Außenfläche eines rückendseitigen Anschlussabschnitts des Sensorelements 5 ausgebildet, und zwar auf einer ersten Plattenfläche 21 und einer zweiten Plattenfläche 23, bei denen es sich um einen Vorderseitenabschnitt bzw. einen Hinterseitenabschnitt der Außenfläche handelt.
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Das Sensorelement 5 ist fest in dem Metallgehäuse 3 in einem Zustand angeordnet, in dem der Erfassungsabschnitt 19 an der vorderen Endseite von dem vorderen Ende des Metallgehäuses 3, das an dem Auspuffrohr befestigt ist, vorsteht und die Elektrodenanschlüsse 31, 32, 34 und 35 an der Hinterseite von dem hinteren Ende des Metallgehäuses 3 vorstehen.
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Metallanschlusselemente 41 sind einzeln mit den Elektrodenanschlüssen 31, 32, 34 und 35 verbunden. Die Vielzahl der Metallanschlusselemente 41 ist nämlich in dem isolierenden Trennelement 12 angeordnet, um zwischen dem Sensorelement 5 und dem isolierenden Trennelement 12 angeordnet zu sein, wobei die Metallanschlusselemente 41 elektrisch mit den Elektrodenanschlüssen 31, 32, 34 und 35 des Sensorelements 5 verbunden sind. Jedes der metallischen Anschlusselemente 41 hat einen vorderendseitigen Anschlussabschnitt 43 und einen rückendseitigen Anschlussabschnitt 45.
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Die Vielzahl der metallischen Anschlusselemente 41 sind einzeln und elektrisch mit einer Vielzahl von Anschlussdrähten 37 (insbesondere den Leitern 37a der Anschlussdrähte 37) verbunden, die so angeordnet sind, dass sie sich von der Außenseite zum Inneren des Gassensors 1 erstrecken.
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Insbesondere die Struktur der Metallanschlusselemente 41 wird später im Detail beschrieben.
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Die Metallanschlusselemente 41 und die Anschlussdrähte 37 bilden Strompfade für elektrische Ströme, die zwischen dem Sensorelement 5 (insbesondere den Elektrodenanschlüssen 31, 32, 34 und 35) und einem externen Gerät (nicht dargestellt) fließen, an das die Anschlussdrähte 37 angeschlossen sind. Die Vielzahl der Anschlussdrähte 37 sind durch ein rohrförmiges Element 38 gebündelt. Insbesondere sind in 1 von der Vielzahl der Anschlussdrähte 37 nur zwei Anschlussdrähte 37 dargestellt.
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Struktur des Sensorelements 5 zeigt. Insbesondere ist in 2 das Sensorelement 5 ohne seinen Zwischenabschnitt in axialer Richtung dargestellt.
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Wie in 2 gezeigt, hat das Sensorelement 5 die Form eines rechteckigen Parallelelements und wird durch Stapeln eines plattenförmigen Elementabschnitts 51, der sich in axialer Richtung erstreckt (die horizontale Richtung in 2), und einer plattenförmigen Heizung 53, die sich in axialer Richtung erstreckt, gebildet. Das Sensorelement 5 hat einen rechteckigen Querschnitt, wenn es senkrecht zur axialen Richtung betrachtet wird. In 2 ist die Schutzschicht 5a durch gestrichelte Linien dargestellt.
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Da das Sensorelement 5 im Gassensor 1 gut bekannt ist, wird seine innere Struktur usw. nicht im Detail beschrieben. Die innere Struktur des Sensorelements 5 soll jedoch kurz beschrieben werden.
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Der Elementabschnitt 51 umfasst beispielsweise eine Sauerstoffkonzentrationszelle, in der poröse Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten eines Festelektrolytsubstrats ausgebildet sind, sowie einen Abstandshalter zur Bildung einer hohlen Referenzgaskammer. Das Festelektrolytsubstrat ist z. B. aus einem Zirkoniumdioxid-Festelektrolyten gebildet, der Yttriumoxid als Stabilisator enthält, und die porösen Elektroden sind z. B. hauptsächlich aus Pt gebildet.
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Der Abstandshalter zur Bildung einer hohlen Referenzgaskammer wird hauptsächlich aus Aluminiumoxid hergestellt. Eine poröse Elektrode der Sauerstoffkonzentrationszelle ist in der hohlen Referenzgaskammer so angeordnet, dass die poröse Elektrode freiliegt. Der Abstandshalter ist so ausgebildet, dass sich die Referenzgaskammer zumindest an der vorderen Endseite des Elementabschnitts 51 befindet. Der Abstandshalter hat einen Gasdurchlass zum Einleiten eines Referenzgases (z.B. Atmosphäre) von außen in die Referenzgaskammer.
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Von dem Elementabschnitt 51 entspricht ein Abschnitt, in dem die porösen Elektroden und die Referenzgaskammer ausgebildet sind, dem Erfassungsabschnitt 19.
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Die Heizung 53 umfasst ein Paar isolierender Substrate, die hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet ist, und eine Heizwiderstandsbahn, die hauptsächlich aus Pt gebildet und zwischen den isolierenden Substraten eingebettet ist. Der Elementabschnitt 51 und die Heizung 53 sind mittels einer Keramikschicht (z. B. aus einem Keramikmaterial auf Zirkoniumdioxidbasis oder einem Keramikmaterial auf Aluminiumoxidbasis) miteinander verbunden.
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Das Sensorelement 5 weist die Schutzschicht 5a (in 2 nicht dargestellt) auf, die aus einem porösen Keramikmaterial zur Verhinderung von Vergiftungen gebildet ist. Die Schutzschicht 5a ist zumindest auf den Oberflächen der Elektrode vorgesehen, die sich an der vorderen Endseite befindet und zu einem zu messenden Gas (in der vorliegenden Ausführungsform Abgas) freiliegt. Insbesondere bedeckt bei dem Sensorelement 5 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, die Schutzschicht 5a die gesamte Oberfläche eines vorderendseitigen Abschnitts des Sensorelements 5, der die dem Abgas freiliegenden Oberflächen der porösen Elektrode einschließt.
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In einem solchen Sensorelement 5, wie es in 2 dargestellt ist, sind zwei Elektrodenanschlüsse 31 und 32 auf der hinteren Endseite (der rechten Seite in 2) der ersten Plattenoberfläche 21 ausgebildet, und zwei Elektrodenanschlüsse 34 und 35 sind auf der hinteren Endseite der zweiten Plattenoberfläche 23 ausgebildet. Die Elektrodenanschlüsse 31 und 32 sind auf dem Elementabschnitt 51 ausgebildet und elektrisch mit dem Paar poröser Elektroden der Sauerstoffkonzentrationszelle verbunden. Die Elektrodenanschlüsse 34 und 35 sind auf der Heizung 53 ausgebildet und einzeln mit den gegenüberliegenden Enden der Heizwiderstandsbahn mittels Leitern (nicht dargestellt) verbunden, die sich durch die Heizung 53 in Dickenrichtung erstrecken.
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Zurückgehend auf 1 ist das Metallgehäuse 3 ein rohrförmiges Element, das einen Gewindeabschnitt 3a auf seiner Außenfläche und ein Durchgangsloch 3b in seiner axialen Mitte aufweist. Der Gewindeabschnitt 3a dient der Befestigung des Metallgehäuses 3 am Auspuffrohr. In dem Durchgangsloch 3b ist ein Vorsprungsabschnitt 3c ausgebildet, der radial nach innen ragt. Das Metallgehäuse 3 ist aus einem metallischen Werkstoff (z.B. Edelstahl) gebildet.
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Innerhalb des Durchgangslochs 3b des Metallgehäuses 3 sind ein ringförmiger Halter 61 (Keramikhalter 61), eine ringförmige pulvergefüllte Schicht 63 (Talkumring 63) und eine ringförmige Hülse 67 (Keramikhülse 67) in dieser Reihenfolge von der vorderen Endseite zur Rückseite hin gestapelt. Der Halter 61 ist aus einem isolierenden Material (z. B. Aluminiumoxid) gebildet und ist so angeordnet, dass er den Umfang des Sensorelements 5 umgibt. Die pulvergefüllte Schicht 63 ist ebenfalls so angeordnet, dass sie den Umfang des Sensorelements 5 umgibt. Die Hülse 67 besteht aus einem isolierenden Material (z. B. Aluminiumoxid) und ist ebenfalls so angeordnet, dass sie den Umfang des Sensorelements 5 umgibt.
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Eine Crimpdichtung 69 ist zwischen der Keramikhülse 67 und einem hinteren Endabschnitt 3d des Metallgehäuses 3 angeordnet. Insbesondere ist der hintere Endabschnitt 3d des Metallgehäuses 3 gecrimpt, so dass der hintere Endabschnitt 3d die Keramikhülse 67 mittels der Crimpdichtung 69 in Richtung der vorderen Endseite drückt.
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Eine ringförmige Dichtung 64 ist am Außenumfang des Metallgehäuses 3 so angeordnet, dass sie sich an der Rückseite des Endabschnitts 3a befindet. Die Dichtung 64 verhindert das Austreten von Gas durch den Spalt zwischen dem Gassensor 1 und dem Element (dem Abgasrohr), an dem der Sensor befestigt ist.
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Die Schutzeinrichtung 9 ist ein rohrförmiges Element, das am Außenumfang eines vorderendseitigen Abschnitts des Metallgehäuses 3 durch einen verschweißten Abschnitt 9d befestigt ist, so dass die Schutzeinrichtung 9 einen vorstehenden Abschnitt des Sensorelements 5 abdeckt. Die Schutzeinrichtung 9 ist aus einem hitzebeständigen Material (z.B. SUS310S oder ähnlichem) gebildet. Die Schutzeinrichtung 9 hat eine doppelte Struktur mit einer äußeren Schutzeinrichtung 9a und einer inneren Schutzeinrichtung 9b. Sowohl die äußere Schutzeinrichtung 9a als auch die innere Schutzeinrichtung 9b weisen eine Vielzahl von Löchern 9c auf, die in der Seitenwand und/oder am vorderen Ende ausgebildet sind. Das Gas kann durch die Durchgangslöcher 9c strömen.
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Das isolierende Trennelement 12 setzt sich aus einem vorderendseitigen Trennelement 13 und einem rückendseitigen Trennelement 14 zusammen, die voneinander getrennt werden können.
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Das vorderendseitige Trennelement 13 ist ein rohrförmiges Element aus einem isolierenden Material (z.B. Aluminiumoxid oder dergleichen) und wird im Außengehäuse 11 durch einen rohrförmigen Metallhalter 73 gehalten, der im Außengehäuse 11 angeordnet ist. Das vorderendseitige Trennelement 13 hat ein Anschlussaufnahmeloch 13b, das das vorderendseitige Trennelement 13 in axialer Richtung durchdringt. Das Anschlussaufnahmeloch 13b nimmt einen hinteren Endabschnitt des Sensorelements 5 (die Elektrodenanschlüsse 31, 32, 34 und 35) und vordere Endabschnitte (insbesondere die vorderendseitigen Anschlussabschnitte 43) einer Vielzahl von Metallanschlusselementen 41 auf, die elektrisch mit den Elektrodenanschlüssen 31, 32, 34 und 35 verbunden sind. Das vorderendseitige Trennelement 13 hat einen ringförmigen Flanschabschnitt 13c, der an seiner Außenfläche ausgebildet ist und radial nach außen ragt. Der Flanschabschnitt 13c des vorderendseitigen Trennelements 13 stößt an den Metallhalter 73, wodurch die axiale Position des vorderendseitigen Trennelements 13 innerhalb des Außengehäuses 11 bestimmt werden kann.
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Das rückendseitige Trennelement 14 ist ein rohrförmiges Element aus einem Isolationsmaterial (z. B. Aluminiumoxid oder dergleichen) und ist im Außengehäuse 11 so angeordnet, dass es sich an der vorderen Endseite des Verschlusselements 15 befindet. Das rückendseitige Trennelement 14 weist eine Vielzahl von Anschlussaufnahmelöchern 14b auf, die das rückendseitige Trennelement 14 in axialer Richtung durchdringen. Die Vielzahl von Anschlussaufnahmelöchern 14b des rückseitigen Trennelements 14 nehmen einzeln hintere Endabschnitte (rückendseitige Anschlussabschnitte 45) der metallischen Anschlusselemente 41 auf.
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Das Verschlusselement 15 ist eine Kabeldurchführung, die aus einem flexiblen Element (z.B. Fluorharz) gebildet ist. Das Verschlusselement 15 ist in einer Öffnung des Außengehäuses 11 am hinteren Ende angeordnet, und das Außengehäuse 11 ist von der Außenseite zur Innenseite gecrimpt, wodurch das Verschlusselement 15 am Außengehäuse 11 befestigt ist. Das Verschlusselement 15 weist eine Vielzahl von Durchgangslöchern (nicht dargestellt) auf, in die die Vielzahl von Anschlussdrähten 37 eingeführt werden.
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Die Vielzahl der Anschlussdrähte 37 ist (durch Crimpen) mit den hinteren Endabschnitten der verschiedenen metallischen Anschlusselemente 41 verbunden und erstrecken sich durch die Durchgangslöcher des Verschlusselements 15 nach außen.
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Als nächstes werden die Metallanschlusselemente 41 beschrieben.
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Wie oben beschrieben, hat jedes Metallanschlusselement 41 den vorderendseitigen Anschlussabschnitt 43 und den rückendseitigen Anschlussabschnitt 45. In der vorliegenden Ausführungsform ist jedes Metallanschlusselement 41 kein einzelnes Element und wird durch Verbinden des vorderendseitigen Anschlussabschnitts 43 und des rückendseitigen Anschlussabschnitts 45, die separate Elemente sind, gebildet.
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3 ist eine erklärende Ansicht, die die Struktur des metallischen Anschlusselements 41 mit dem vorderendseitigen Anschlussabschnitt 43 und dem rückendseitigen Anschlussabschnitt 45 zeigt.
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Der vorderendseitige Anschlussabschnitt 43 ist aus einem metallischen Material mit hoher Elastizität (Federelastizität) gebildet, z.B. einer Legierung, die Ni als Hauptbestandteil enthält (NCF718 oder dergleichen).
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Der vorderendseitige Anschlussabschnitt 43 wird durch Biegen einer länglichen dünnen Metallplatte gebildet und hat einen Rumpfabschnitt 43a, einen buchsenartigen Anschlussabschnitt 43b, Erstreckungsabschnitte 43c, einen gebogenen Abschnitt 43d und einen Elementkontaktabschnitt 43e.
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Der Rumpfabschnitt 43a ist in Form einer länglichen Platte ausgebildet, die sich in axialer Richtung erstreckt.
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Der buchsenartige Verbindungsabschnitt 43b ist an der hinteren Endseite des Rumpfabschnitts 43a rohrförmig ausgebildet und hat eine kreisförmige Querschnittsform, wenn er senkrecht zur axialen Richtung betrachtet wird. Der buchsenartige Verbindungsabschnitt 43b weist einen Schlitz 43f auf. Somit kann der Innendurchmesser des rohrförmigen buchsenartigen Verbindungsabschnitts 43b durch elastische Verformung verändert werden. Daher ist die Querschnittsform des buchsenartigen Verbindungsabschnitts 43b streng genommen ein Kreis mit einem Bruch. Der buchsenartige Verbindungsabschnitt 43b weist an der Hinterseite einen durchmesservergrößernden Abschnitt 43g auf. Der durchmesservergrößernde Abschnitt 43g ist so ausgebildet, dass sein Durchmesser in Richtung des hinteren Endes zunimmt.
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Die Erstreckungsabschnitte 43c erstrecken sich in einer Richtung senkrecht zu den Plattenflächen des Rumpfabschnitts 43a von dem Rumpfabschnitt 43a an zwei Stellen, d.h. von Seitenflächen des Rumpfabschnitts 43a. Da die Erstreckungsabschnitte 43c vorgesehen sind, kann die Festigkeit des Rumpfabschnitts 43a erhöht werden.
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Der gebogene Abschnitt 43d ist einstückig an der vorderen Endseite des Rumpfabschnitts 43a vorgesehen. Der gebogene Abschnitt 43d wird durch Biegen (Zurückbiegen) an der vorderen Endseite des Rumpfabschnitts 43a in der Richtung senkrecht zu den Plattenflächen des Rumpfabschnitts 43a gebildet, so dass sich der gebogene Abschnitt 43d von der hinteren Endseite zu einem vordersten Ende 43s erstreckt und sich dann in Richtung der hinteren Endseite erstreckt. Der gebogene Abschnitt 43d ist ein Verbindungsabschnitt zum Verbinden des Rumpfabschnitts 43a und des Elementkontaktabschnitts 43e.
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Der Elementkontaktabschnitt 43e, der mittels des gebogenen Abschnitts 43d mit dem Rumpfabschnitt 43a verbunden ist, ist so ausgebildet, dass die Größe des Spalts zwischen dem Elementkontaktabschnitt 43e und dem Rumpfabschnitt 43a (der Abstand zwischen dem Elementkontaktabschnitt 43e und dem Rumpfabschnitt 43a) durch elastische Verformung des gebogenen Abschnitts 43d verändert werden kann.
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Der derart konfigurierte vorderendseitige Anschlussabschnitt 43 kann den Kontakt zwischen dem Elementkontaktabschnitt 43e und dem Sensorelement 5 (insbesondere dem Elektrodenanschluss 31, 32, 34 oder 35) durch elastische Verformung des gebogenen Abschnitts 43d aufrechterhalten. Der Kontaktdruck zwischen dem Elementkontaktabschnitt 43e und dem Elektrodenanschluss 31, 32, 34 oder 35 wird nämlich durch die elastische Verformung des gebogenen Abschnitts 43d sichergestellt.
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Der rückendseitige Anschlussabschnitt 45 ist z.B. aus einer rostfreien Legierung (SUS304) gebildet. Der rückseitige Endabschnitt 45 wird durch Biegen einer langgestreckten dünnen Metallplatte gebildet und hat einen Crimpanschlussabschnitt 45a und einen steckerartigen Verbindungsabschnitt 45b.
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Der Crimpanschlussabschnitt 45a ist derart konfiguriert, dass der Crimpanschlussabschnitt 45a, wenn er sich infolge des Biegens verformt, eine rohrförmige Form aufweist (siehe 4), die den Leiter 37a eines Anschlussdrahtes 37 (siehe 1) umgeben kann. Der Crimpanschlussabschnitt 45a ist in einem Zustand, in dem der Crimpanschlussabschnitt 45a den Leiter 37a des Anschlussdrahtes 37 umgibt, radial nach innen gecrimpt, wodurch der Crimpanschlussabschnitt 45a mit dem Leiter 37a des Anschlussdrahtes 37 mechanisch und elektrisch verbunden ist.
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Der steckerartige Verbindungsabschnitt 45b ist an der vorderen Endseite des Crimpanschlussabschnittes 45a rohrförmig ausgebildet und hat eine kreisförmige Querschnittsform, wenn er senkrecht zur axialen Richtung betrachtet wird. Der Außendurchmesser des steckerartigen Verbindungsabschnitts 45b ist so festgelegt, dass der steckerartige Verbindungsabschnitt 45b in dem buchsenartigen Verbindungsabschnitt 43b angeordnet werden kann. Der steckerartige Verbindungsabschnitt 45b weist an der vorderen Endseite einen durchmesserreduzierenden Abschnitt 45c auf. Der durchmesserreduzierende Abschnitt 45c ist so ausgebildet, dass sein Durchmesser zur vorderen Endseite hin abnimmt.
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Der derart konfigurierte rückendseitig Anschlussabschnitt 45 ist durch den Anschlussdraht 37 infolge der elektrischen Verbindung des Crimpanschlussabschnittes 45a mit dem Leiter 37a des Anschlussdrahtes 37 elektrisch mit einer externen Vorrichtung verbunden.
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Wie in einem rechtsseitigen Bereich von 3 gezeigt, ist das metallische Anschlusselement 41 derart konfiguriert, dass es den vorderendseitigen Anschlussabschnitt 43 und den rückendseitigen Endabschnitt 45 miteinander verbindet. Insbesondere sind der steckerartige Verbindungsabschnitt 45b und der buchsenartige Verbindungsabschnitt 43b miteinander verbunden, wodurch das Metallanschlusselement 41 mit dem vorderendseitigen Anschlussabschnitt 43 und dem rückendseitigen Anschlussabschnitt 45 gebildet wird.
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In dem derart konfigurierten Metallanschlusselement 41 ist der Elementkontaktabschnitt 43e des vorderendseitigen Anschlussabschnitts 43 elektrisch mit dem Sensorelement 5 (insbesondere dem Elektrodenanschluss 31, 32, 34 oder 35) verbunden, und der Crimpanschlussabschnitt 45a des rückendseitigen Anschlussabschnitts 45 ist über den Anschlussdraht 37 elektrisch mit der externen Vorrichtung verbunden.
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Die maximale Dicke t1 des vordersten Endes 43s des gebogenen Abschnitts 43d ist größer als die maximale Dicke t2 des Crimpanschlussabschnitts 45a in einem Querschnitt (4), der die axiale Richtung schneidet.
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Da der gebogene Abschnitt 43d dick ist, ist seine Elastizität erhöht, wodurch der Kontaktdruck zwischen dem Elementkontaktabschnitt 43e und dem Elektrodenanschluss 31, 32, 34 oder 35 stabil gesichert werden kann. Infolgedessen können das Metallanschlusselement 41 und der Elektrodenanschluss 31, 32, 34 oder 35 zuverlässig elektrisch verbunden werden.
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Insbesondere hat in der vorliegenden Ausführungsform das vorderste Ende 43s des gebogenen Abschnitts 43d die maximale Dicke t1.
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Für den Fall, dass der vorderendseitige Anschlussabschnitt 43 und der rückendseitige Anschlussabschnitt 45 die gleiche Dicke (t1, t2) aufweisen, nimmt bei einer Erhöhung der Dicke t1 zur Erhöhung der Elastizität auch die Dicke t2 zu, und der Grad der Rückfederung des Crimpanschlussabschnitts 45a nimmt zu.
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In Anbetracht dessen wird die Dicke t2 kleiner als die Dicke t1 gemacht. Infolgedessen ist es möglich, die Dicke t2 zu verringern und gleichzeitig die Elastizität des gebogenen Abschnitts 43d zu erhöhen. Dadurch verringert sich der Grad der Rückfederung des Crimpanschlussabschnitts 45a, der den Leiter 37a des Anschlussdrahtes 37 umgibt und gecrimpt wird, wodurch die Crimpeigenschaften verbessert werden. Infolgedessen können das Metallanschlusselement 41 und der Anschlussdraht 37 ohne Fehler elektrisch verbunden werden.
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Auf die oben beschriebene Weise kann das Metallanschlusselement 41 gleichzeitig ein ausreichendes Maß an Elastizität und geeignete Crimpeigenschaften aufweisen.
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Indem die Dicke t2 kleiner als die Dicke t1 gemacht wird, wird es außerdem möglich, die Wärmeleitfähigkeit des rückendseitigen Anschlussabschnitts 45 zu verringern, wodurch die Übertragung von Wärme vom rückendseitigen Anschlussabschnitt 45 zur Hinterseite (der Seite des Verschlusselements 15) des Gassensors 1 unterdrückt wird. Dadurch wird es möglich, den Gassensor 1 bei höheren Temperaturen zu verwenden.
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Insbesondere ist das vorderste Ende 43s ein annähernd streifenförmiger Bereich, der sich in 3 in horizontaler Richtung erstreckt, und die maximale Dicke t1 bezieht sich auf die größte der Dicken des vordersten Endes 43s, gemessen an einer Vielzahl von Stellen entlang des streifenförmigen Bereichs.
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Der Crimpanschlussabschnitt 45a bildet einen Abschnitt eines Rohrs, wie in 4 gezeigt, und die maximale Dicke t2 bezieht sich auf die größte der Dicken des Crimpanschlussabschnitts 45a, gemessen an einer Vielzahl von Stellen in Umfangsrichtung.
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Obwohl es ausreichend ist, dass die Dicke t1 größer als die Dicke t2 ist, ist die Dicke t1 vorzugsweise 15 % oder mehr größer als die Dicke t2. Da in diesem Fall die Differenz zwischen der Dicke t1 und der Dicke t2 größer wird, kann das Metallanschlusselement 41 gleichzeitig ein ausreichendes Maß an Elastizität und ein korrektes gecrimptes Verhalten noch zuverlässiger aufweisen.
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Insbesondere setzt sich das isolierende Trennelement 12, wie oben beschrieben, aus dem vorderendseitigen Trennelement 13 und dem rückendseitigen Trennelement 14 zusammen, die voneinander getrennt werden können.
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Der Zusammenbau des isolierenden Trennelements 12 erfolgt z. B. durch die folgenden Schritte. Zunächst werden der hintere Endabschnitt des Sensorelements 5 und die vier vorderendseitigen Anschlussabschnitte 43 in dem Anschlussaufnahmeloch 13b des vorderendseitigen Trennelements 13 angeordnet. Währenddessen wird nach dem Einführen der Anschlussdrähte 37 in die vier Anschlussaufnahmelöcher 14b des rückendseitigen Trennelements 14, so dass die Anschlussdrähte 37 nach vorne aus den Anschlussaufnahmelöchern 14b des rückendseitigen Trennelements 14 herausragen, der Leiter 37a jedes Anschlussdrahtes 37 durch Crimpen mit dem Crimpanschlussabschnitt 45a des entsprechenden rückendseitigen Anschlussabschnitts 45 verbunden (fixiert).
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Anschließend werden die vier rückendseitigen Anschlussabschnitte 45 mit den vier vorderendseitigen Anschlussabschnitten 43 verbunden, die in dem vorderendseitigen Trennelement 13 angeordnet sind, und das rückendseitige Trennelement 14 wird entlang der Anschlussdrähte 37 in Richtung der hinteren Endabschnitte 45 bewegt, so dass die vier rückendseitigen Anschlussabschnitte 45 einzeln in die Anschlussaufnahmelöcher 14b aufgenommen (angeordnet) werden.
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Als Ergebnis der Kombination des vorderendseitigen Trennelements 13 und des rückendseitigen Trennelements 14 durch die oben beschriebenen Schritte ist das isolierende Trennelement 12 fertiggestellt.
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Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann in verschiedenen Formen praktiziert werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Zum Beispiel in der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Metallanschlusselement 41 aus dem vorderendseitigen Anschlussabschnitt 43 und dem rückendseitigen Anschlussabschnitt 45, die separate Elemente sind, zusammengesetzt. Es kann jedoch auch ein Metallanschlusselement 41 verwendet werden, bei dem der vorderendseitige Anschlussabschnitt 43 und der rückendseitige Anschlussabschnitt 45 aus einem einzigen Element (einem Körper) gebildet sind.
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Der Gassensor, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird, ist nicht auf einen Sauerstoffsensor beschränkt und kann ein beliebiger anderer Gassensor (ein NOx-Sensor, ein Wasserstoffsensor usw.) sein, der andere Arten von Gasen detektiert, solange die Gassensoren Metallanschlusselemente aufweisen.
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Das Sensorelement ist nicht auf ein plattenförmiges Sensorelement beschränkt und kann ein rohrförmiges Sensorelement sein.
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Der gebogene Abschnitt kann jede beliebige Form haben, solange der gebogene Abschnitt eine Elastizität aufweist, die sich daraus ergibt, dass er von einem Biegereferenzabschnitt (dem Rumpfabschnitt 43a oder dergleichen) gebogen wird und bewirkt, dass der Elementkontaktabschnitt mit dem Sensorelement in Kontakt kommt. Zum Beispiel kann der gebogene Abschnitt dadurch gebildet werden, dass er von der Hinterseite des Rumpfabschnitts 43a zum vorderen Ende hin gebogen wird.
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Beschreibung der Bezugszeichenliste
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- 1
- Gassensor
- 5
- Sensorelement
- 31, 32, 34, 35
- Elektrodenanschluss
- 37
- Anschlussdraht
- 37a
- Leiter
- 41
- Metallanschlusselement
- 43
- vorderendseitiger Anschlussabschnitt
- 43d
- gebogener Abschnitt
- 43e
- Kontaktabschnitt des Elements
- 45
- rückendseitiger Anschlussabschnitt
- 45a
- Crimpanschlussabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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