JP2004503773A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

本発明は、金属ケーシング（３０）を備え、前記の金属ケーシング中で電気的に絶縁されて、少なくと１つの接触面（２２）を備えた板状のセンサ素子（２１）が配置されており、前記の接触面は導体素子（２３）と導電性に接続されている、測定ガス室中に組み込むためのガスセンサ（１０）に関する。導体素子（２３）に対して電気的に絶縁性の接触ホルダ（２４）が設けられており、前記の接触ホルダ（２４）に係合するバネ部材（２５）により接触ホルダは導体素子（２３）を接触面（２２）に押圧する。導体素子（２３）はセンサ素子（２１）の接触面（２２）に向かう接触ホルダ（２４）の凹設部（２６）内に配置されており、接触ホルダ（２４）の凹設部（２６）から突出する領域で接触面（２２）に接触する。

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は請求項１記載の上位概念によるガスセンサに関する。
【０００２】
この種のガスセンサを、例えば欧州特許（ＥＰ−Ｂ１）第０５０６８９７号明細書から内燃機関の排気ガス分析に使用することは公知である。この種のガスセンサは金属ケーシングを有し、前記の金属ケーシング内に電気的に絶縁されて、測定側領域及び接続側領域を有する縦長の板状のセンサ素子が配置されている。このセンサ素子は接続側領域で接触面を有し、前記の接触面が測定側領域に存在する測定箇所と電気的に接続している。このガスセンサはさらに、導体素子を有する接触装置を有し、前記の導体素子はセンサ素子の接触面と導電性に接続しかつケーシングから外へ突出している。導体素子は接触ホルダに係合するバネ部材により接触面に押圧される。導体素子に隣接する接触ホルダの領域は平坦に構成されている。
【０００３】
この種のガスセンサは内燃機関の排気ガス中の温度測定又はガス成分の濃度の測定のために用いられる。このためガスセンサは内燃機関の排気ガス管の測定開口部中に固定される。排気ガスは排気ガス管中で１０００℃を上回るまでの温度に達することがあるため、ガスセンサは著しく加熱され、接触装置の領域内では８００℃までの温度が生じる。この種の高い温度では導体素子は流動プロセスに基づき変形することがある。それにより、静止状態からバネ部材が変位し、それにより押圧力が減少し、導体素子と接触面との接触が損なわれるか又は全く妨げられてしまう。
【０００４】
欧州特許（ＥＰ−Ｂ１）第００８７６２６号明細書からは、さらにクランプ接触を備え、前記のクランプ接触によりＵ字に湾曲する導体素子が接触ホルダを用いて板状のセンサ素子の接触面と接触するガスセンサは公知である。前記の接触ホルダはセンサ素子の収容のためのスリットを有している。接触ホルダ中でさらに貫通孔並びにスリットに接する側面に凹設部が形成されている。前記の凹設部はＵ字に湾曲する導体素子の脚部を収容するために用いられ、その結果、導体素子及びセンサ素子は接触ホルダによって固定されかつ導電性に接続される。導体素子の他の脚部は貫通孔の一つの中に配置されている。導体素子とセンサ素子の接触面との摩擦力結合のためのバネ部材はこのクランプ接続の場合に用いられない。
【０００５】
本発明の利点
独立形式請求項の特徴部に記載された本発明によるガスセンサは、先行技術のものと比較して、流動プロセスに基づく導体部材の変形が高温の場合であっても、例えば８００℃の範囲内であっても十分に抑制することができるため、センサ素子の接触の損傷は回避されるという利点を有する。
【０００６】
導体部材が接触ホルダの凹設部中に配置されそれにより接触ホルダの凹設部から突出する範囲内で接触面と接触することにより、少なくとも接触ホルダの凹設部中に存在する導体部材の部分の変形は減少するか又は完全に抑制される。従って、バネ部材から生じる押圧力は高温の場合であっても少なくとも十分に維持され、それにより導体部材とセンサ素子の接触面との間の十分な接触が保障される。
【０００７】
引用形式請求項に記載された措置により、独立形式請求項中に記載されたガスセンサの有利な実施態様が可能である。
【０００８】
流動現象は、導体部材を少なくとも接触ホルダの凹設部から横断面の半分より少なく突出させる場合に特に確実に抑制される。導体部材の大部分が凹設部中に存在することにより、凹設部から突出する導体部材の部分だけが変形にさらされるだけであるため、導体部材の流動現象による押圧力の減少は最小限にされる。
【０００９】
凹設部中に存在する導体部材の部分は横断面で凹設部の半分よりも多く充填されていることにより、高温での運転において生じる凹設部内での導体部材の変形による予圧損失を減少させる。最大でも凹設部を完全に満すまで導体部材が流動することができるため、この予圧損失はさらに考量することができる。従って、この予圧損失は、凹設部中での導体部材の変形前に相応して高い予圧を有するバネ部材が設けられていることにより補償されている。
【００１０】
導体部材が形状結合により凹設部中に配置されている場合、凹設部中での導体部材の変形は完全に抑制される。
【００１１】
導体部材のために高温安定性の材料を用いることにより、高温で熱変形する傾向が低下する。
【００１２】
図面
本発明を図面及び次の記載を用いて詳説する。図１は接触装置を備えた本発明によるガスセンサの１実施態様の断面図を示し、図２は図３中のＩＩ−ＩＩ線により切断した接触装置の部分断面図を示し、図３は図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線により切断した接触装置の部分断面図を示す。
【００１３】
実施例の記載
図１は、金属ケーシング３０を備え、前記のケーシング３０中に接続側及び測定ガス側のセラミック成形体３５，３７が配置されているガスセンサ１０を示す。２つのセラミック成形体３５，３７はそれぞれ相互に一続きに延びる貫通孔４３を有し、前記の貫通孔４３中には測定ガス側の末端部４１及び接続側の末端部を有する板状のセンサ素子２１が存在する。接続側及び測定ガス側のセラミック成形体３５，３７の間には封止素子３６が配置されている。
【００１４】
センサ素子２１の測定ガス側の末端部４１はケーシング３０から突き出ていて、かつケーシング３０に固定されている保護管３２により取り囲まれている。この測定センサ１０は鍔部３４によって、例えば内燃機関の排気ガス導管の図示されていない測定ガス室の測定開口内で固定されている。測定すべきガスは保護管３２の進入−及び流出開口部３３を通過してセンサ素子２１の測定ガス側の末端部４１上に存在する測定個所４０に到達する。
【００１５】
センサ素子２１の接続側の末端部４２は接触面２２を有し、前記の接触面２２のために導体部材２３、接触ホルダ２４及びバネ部材２５を備えた接触装置２０が用いられる。導体部材２３はケーシング３０から図示されていない接続ラインへ案内され、前記の接続ラインは同様に図示されていない評価電子装置と接続されている。ケーシング３０は接続側で円板２９により閉じられており、前記の円板は導体部材２３用の貫通孔を有する。
【００１６】
図２及び３は本発明の図１で示した実施態様の接触装置２０の範囲の拡大図を示す。センサ素子２１のの接続側の末端部４２は４つの接触面２２を有し、これらの接触面はセンサ素子の外側にある広い面積側の両面にそれぞれ２つずつ配置されている。接触装置２０の両方の接触ホルダ２４はセンサ素子２１に向いた側にそれぞれ２つの凹設部２６を有し、前記の凹設部２６内に導体部材２３が形状結合により配置されている。凹設部２６から突出している部分によって導体部材２３はセンサ素子２１のそれぞれの接触面２２と接触している。導体部材２３は接触ホルダ２４に係合するバネ部材２５によって接触面２２に押圧される。
【００１７】
接触ホルダ２４の凹設部２６は、センサ素子２１の接触面２２に向いた側に設けられているだけでなく、接触ホルダ２４の測定ガス室に向いた側にも延びておりかつ少なくともセンサ素子２１の接触面２２の反対側にも部分的に延びている。導体部材２３は前記の凹設部２６内に延在し、導体部材２３の対応する鍵状の形状により接触ホルダ２４に固定されている。
【００１８】
バネ部材２５は、２つの接触ホルダ２４の係止段部２７内にあり、接触ホルダ２４を介して導体部材２３をセンサ素子２１のそれぞれの接触面２２に押圧する。係止段部２７は接触面２２の高さに配置されており、つまり接触面２２は少なくとも部分的に係止段部２７内にある環状のバネ部材２５の内側にある。接触ホルダ２４はもう一つの係止段部２８を有し、前記の係止段部２８内では予圧がかからない状態でバネ部材２５が載せられて、この係止段部２８からバネ部材２５を傾斜部３９を介して係止段部２７に移行させることができる。
【００１９】
接触ホルダ２４はセラミック材料、有利にＡｌ_２Ｏ_３からなる。導体部材２３は高温安定性材料、例えばニッケル（９９．６％）又はＮｉＣｒ_２ＭｎＳｉ（２．４１４６）からなる。
【００２０】
有利な実施例において、導体部材２３は丸い横断面を有し、接触ホルダ２４の凹設部２６内へ形状結合により取り付けられ、前記の導体部材の横断面のほぼ１／３が凹設部２６から突出している。導体部材が例えば長方形又は楕円形の横断面を有する本発明の他の実施態様も考えられる。さらに、導体部材が組み立て時に接触ホルダの凹設部内に形状結合しないことも考えられる。この場合には、導体部材並びに凹設部の断面を選択することで、運転時に生じる高温で凹設部から突出する導体部材の部分が変形により凹設部内へわずかに沈み込みかつそれにより予圧の損失がわずかとなる程度にだけ変形することが保障される。
【００２１】
この実施例ではセンサ素子２１は４つの接触面２２を有する。この種のセンサ素子は例えば、内燃機関の排気ガス中の排気ガス成分、例えば酸素の濃度を測定するためのガスセンサに使用される。この発明を、センサ素子が４つより多くの又は４つより少ない接触面を有する他のガスセンサに転用することも当業者には容易である。抵抗測定の方法に基づき作動する温度センサは頻繁に２つの接触面を有する。接触面がセンサ素子の対峙する外面上に配置されている場合には、例えば導体素子の収容のために各接触ホルダの中央に凹設部を配置するのが有利である。センサ素子の同一の外面上に全ての接触面が配置されている場合、導体素子は接触面の対峙する側の導体素子は省略されるため、接触ホルダはこの側ではセンサ素子に直接当接する。実施例の構造を維持しかつセンサ素子の接触面に対峙する側の導体素子が評価電子装置と接触しないことも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接触装置を備えた本発明によるガスセンサの１実施態様の縦断面図
【図２】図３中のＩＩ−ＩＩ線により切断した接触装置の部分断面図
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線により切断した接触装置の部分断面図

Claims (10)

1. 測定ガス室内へ、特に内燃機関の排気ガス管内へ取り付けるためのガスセンサ、特にガス成分の濃度又は温度を測定するためのセンサであって、金属ケーシングを備え、前記の金属ケーシング内に少なくとも１つの接触面を備えたほぼ平板のセンサ素子が電気的に絶縁されて配置されており、前記の接触面は金属導体素子と導電性に接続しており、前記の導体素子に対して電気的に絶縁性の接触ホルダが設けられかつ前記の導体素子は接触ホルダに係合するバネ部材により接触面に押圧されている形式のものにおいて、導体素子（２３）は、センサ素子（２１）の接触面（２２）に向いた側の接触ホルダ（２４）の凹設部（２６）内に配置されており、かつ接触ホルダ（２４）の凹設部（２６）から突出する領域によってバネ部材（２５）の作用下で接触面（２２）と接触していることを特徴とする、ガスセンサ。
2. 導体素子（２３）が、接触ホルダ（２４）の凹設部（２６）から、前記の導体素子（２３）の横断面の半分より少なく突出する、請求項１記載のガスセンサ。
3. 凹設部（２６）内に存在する導体素子（２３）の領域が、横断面において凹設部（２６）の半分よりも多く充填されている、請求項１記載のガスセンサ。
4. 導体素子（２３）が少なくとも部分的に形状結合して接触ホルダ（２４）の凹設部（２６）内に存在する、請求項１記載のガスセンサ。
5. バネ部材（２５）が中空シリンダ形の弾性部材である、請求項１記載のガスセンサ。
6. 導体素子（２３）が高温安定性の材料を有する、請求項１記載のガスセンサ。
7. 導体素子（２３）が、ニッケル（９９．６％）又はＮｉＣｒ_２ＭｎＳｉ（２．４１４６）を有するワイヤである、請求項６記載のガスセンサ。
8. 接触ホルダ（２４）がＡｌ_２Ｏ_３を有する、請求項１記載のガスセンサ。
9. 接触ホルダ（２４）が係止段部（２７）を備えており、前記の係止段部（２７）上へバネ部材（２５）を傾斜部（３９）を介して移行させることができ、係止段部（２７）内に存在するバネ部材（２５）はバネ張力によって導体素子（２３）をセンサ素子（２０）の接触面（２２）に押圧する、請求項１記載のガスセンサ。
10. 接触ホルダ（２４）がもう一つの係止段部（２８）を有し、この係止段部（２８）中でバネ部材（２５）は予圧なしに載置可能である、請求項１記載のガスセンサ。