JP2008525810A - ガス測定センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、特に内燃機関の排ガス内の酸素含有量を規定するためのガス測定センサであって、ケーシング（２）と、該ケーシング（２）内に配置された多層構造のセンサエレメント（３）と、該センサエレメント（３）を接触接続させるための、外方にガイドされた接続導線とを有している形式のものに関する。本発明の核心は、前記接続導線の接点エレメントが、センサエレメントの１つの層と、該センサエレメントの外側に配置された絶縁エレメントの部分とを貫通しているという構造にある。このような接点構造によって、例えば接点ピンとして構成することができる、接続導線の接点エレメントを、センサエレメントを接触接続させるために、センサエレメントの内部に形成された導体路に直に接続することができる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した、特に内燃機関の排ガス内の酸素含有量を規定するためのガス測定センサに関する。

従来技術
このような形式の２つのガス測定センサは、同一出願人によるドイツ連邦共和国特許公開第４１２６３７８号明細書及びドイツ連邦共和国特許公開第１９８０３３３４号明細書により公知である。これら２つのガス測定センサは多くの個別部分から構成されており、これらの個別部分は、相応の費用をかけて組み合わせる必要がある。これによって、このようなガス測定センサのための製造コストは、特に構成部品点数の他に、必要な製造ステップの数にも基づいている。

本発明の課題及び利点
そこで本発明の課題は、このようなガス測定センサを製造するためのコストを低減させることである。

この課題は、請求項１の特徴部によって解決される。

従属請求項には、本発明の有利な実施態様が記載されている。

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した、内燃機関の排ガス内の酸素含有量を規定するためのガス測定センサに関する。本発明の核心は、接続導線の接点エレメントが、センサエレメントの１つの層と、センサエレメントの外側に配置された絶縁エレメントの部分とを貫通している、という点にある。

このような接点の構成によって、例えば例えば接点ピンとして構成される接続導線の接点エレメントを、センサエレメントを接触接続するために、センサエレメントの内部に構成された導体路に直に接続することができる。これによって、従来必要であった、ガス測定センサから導出ガイドされた接続導線との接触接続のための、センサエレメントの外側表面に対する接続接点は省くことができ、またこの接続接点と共に絶縁して構成される、導体路との接続部は省くことができる。これによって、構成部品点数が減少され、ガス測定センサを製造し、かつ組み立てるための方法ステップの数が減少される。

付加的に、このような接点構造によって、特に高い温度における従来公知の絶縁に関する問題が省かれる、という別の利点が得られる。このような絶縁に関する問題は、特に、導体路を包囲する、センサエレメントの層が、導体路と、外側に配置された接続接点との間の接続のための支持体として利用されるが、高い温度においては材料組成に応じて多かれ少なかれ導電性である、ということに基づいている。

これに対して本発明に従って提案された接点構造によって、接続導線の接点エレメントは、センサエレメント導体路の接触接続のために、このセンサエレメント導体路に直に接触接続され、この場合、十分に大きい開口が、導体路をカバーするセンサエレメントの層内に形成されている。これによって、接続導線の接点エレメントを巡る円形の、十分に自由なスペースが形成され、このスペースは、いずれにしても、これら２つの部材、つまり接点エレメントとセンサエレメントとが接触しないように、保証されている。これは、接点エレメントが延性の材料より成っていて、できるだけ良好な接触接続を得るための相応の変形力の作用によって、このセンサエレメントの層の貫通ガイド内における接点エレメントの寸法が大きくなっている場合でも、接触しないように保証されている。

導体路と接続導線の接点エレメントとの接触接続における、方法の連続を改善するために、かつ／又は接点面を高くするために、１実施例によれば例えば、接点エレメントが複数の部分より構成されている。従って、例えば接点エレメントの、導体路に向いた側を２つの部分より構成した場合、接点ピンの周囲を巡ってスリーブを配置することができ、このスリーブによって、接点エレメントと導体路との間の接触面を大きくすることができる。

この場合、接点ピンとスリーブとは、一方ではこれらが互いに良好に接続され、他方ではこの接続が、所定の引張作用に問題なく耐えられる程度に強くなるように、互いに調整することができる。この引張作用は例えば、絶縁エレメントの組み付け時にケーシング内に発生し、この場合、絶縁エレメントは接点エレメント及びこの接点エレメントに接続された接続導線によってケーシング内で堅固に保持される。

これとは異なる実施例では、接点は、ボンディングによってプリント基板に接続可能でるように、構成されている。例えば接点は、接続された底部を有するか、又はこれを有していないスリーブとして構成され、このスリーブは端面側がプリント基板上に載設され、レーザ光線によって、２つの材料を互いに溶融させてプリント基板に接続される。この接点エレメントの構成にためにも、センサエレメント層に形成された貫通ガイド部は十分に大きいので、接点がセンサエレメントと接触することはない。

勿論、例えば導体路がセンサエレメントの深い層内に形成されている場合、センサエレメントに続いて外方に配置された別の複数の層も、相応に大きい貫通ガイド部を備えている。この場合、接点エレメントは、センサエレメントの複数の層を貫通しガイドされ、この場合、有利な形式でこれら複数の層のどれとも接触することはない。

特に、絶縁エレメントは、センサエレメントの少なくとも１つの層に対して前記接点エレメントを絶縁するために適した構造を有している。このために絶縁エレメントは、例えば貫通ガイド部内に突入し、それによって絶縁エレメントは、貫通ガイド部内に配置された接続導線の接点エレメントのための、貫通ガイド部の内法横断面を減少させ、ひいては、接点エレメントとセンサエレメントとを互いに絶縁して分離するようになっている。

この場合、有利な形式で、位置決め及び／又は固定エレメントが絶縁エレメントに配置されているか、或いは絶縁エレメントに形成されている。これによって、絶縁エレメント自体は、センサエレメント層の貫通ガイド内にガイドされ、かつ位置決めされ、また接続導線の接点エレメントも間接的にガイドされ、かつ位置決めされる。

絶縁エレメントに接点エレメント受容部を形成することによって、接点エレメントと絶縁エレメントとを、ケーシング内に組み込む前に、予備組立された状態で組み合わせる可能性が得られる。この場合、有利な形式で、接点エレメント受容部は、この受容部内に挿入された接点エレメントは、組立時に落下することがないように、構成されている。

有利な実施例では、絶縁エレメントは、プレス力を接点エレメントに伝達するために適したように、頑丈に構成されている。これは特にこのような実施例において、接触接続が、ケーシングを、このケーシング内に配置されたセンサエレメントと一緒にプレスすることによって行われる、という利点を有している。

このようなプレス力は、例えばばねエレメントによって生ぜしめられる。このために、ケーシングは例えばばね鋼より成っており、このばね鋼は、センサエレメントを設置するために相応に予備変形される。センサエレメントを受容するために、ケーシングは、センサエレメントが導入され、相応に位置決めされるように、一次的にこのケーシング上に作用する力によって変形せしめられる。次いで、この一次的にケーシング作用した力の作用が再び取り除かれ、ケーシングがばね弾性的に挿入されたセンサエレメントに作用し、ひいては該センサエレメントと、このセンサエレメントに配置された絶縁及び接点エレメントとを互いに押し付けるように作用する。

プレスの別の可能性は、例えば管状に構成されたケーシング体が、適当な箇所例えば接触接続の領域内において任意に変形される、という点にある。

接点エレメントを絶縁エレメント内に挿入することは、特に例えば接点エレメントにも、位置決め及び／又は固定エレメントが配置されているか、或いはこの位置決め及び／又は固定エレメントが接点エレメントに構成されている、ことによって軽減される。このためには特に円錐形に構成された輪郭形状が適している。何故ならば、円錐形の輪郭形状は、良好なガイド特性を有していて、互いに隣接し合う２つの部材間で付加的に力を伝達するために適しているからである。

さらにまた、センサエレメントにも前記位置決め及び／又は固定エレメントが配置されていれば、有利である。このような位置決め及び／又は固定エレメントは、センサエレメントの平面的な層に形成された貫通ガイド部の縁部領域に傾斜面を形成することによって実現される。これによって、接続導線の接点エレメントも、絶縁エレメントも、組み立ての際に良好にガイドされ、位置決めされ、また接触し合う部分を相応に変形させることによって固定される。

これによって本発明によれば、センサエレメント層の切欠の底部上にセンサエレメント内部の互いに接触させようとする面が構成されている接点構造が得られ、この場合、互いに接触させようとする面は導体路である。接点ピンに形成されたテーパ部（先細り部）によって、接点ピンはケーシングを押し付ける際に、相応に形成されたショルダ部を介して、変形させようとする力を、有利な形式で相補的な輪郭形状によって絶縁エレメントから受容し、それによって良好な導線接触を実施しながら導体路に押し付けられる。それによってまた特に、それぞれの接点ピンを絶縁エレメント内に気密に設置することも可能である。付加的に、このプレス過程において、接点ピンを対応する接続導線と１回のプロセス段階で接続させることもできる。

図面
本発明の複数の実施例が図面に示されていて、以下に詳しく説明されている。

図１は、ガス測定センサの解体し、かつ展開して示した部材の斜視図、
図２は、ガスセンサのケーシングであって、このケーシングに接続されたワイヤリングハーネス、及び接触接続するためにこのケーシング内に挿入されたセンサエレメントを有している、ガスセンサのケーシングの斜視図、
図３〜図４ｂは、センサエレメント内部に形成された導体路上に直にセンサエレメントを接触接続するための、本発明による接点装置の、接触接続の前後における平面図、及び部分的な断面図、
図５及び図６はそれぞれ、接続導線のための接点エレメントを受容するために適した構成を有する絶縁エレメントの断面図、
図５ａ〜図６ｃは、接点エレメントを示す。

図１には、ガス測定センサ１の、解体し、かつ展開して示された部材の斜視図が示されている。ケーシング２が設けられていて、このケーシング２内にセンサエレメント３が固定エレメント５によって固定される。

本発明によれば、ケーシング２から導出される接続導線のための接点エレメント６が、センサエレメントの内部に形成された導体路に直に接触されるようになっている。このために、固定エレメント５が絶縁エレメント５として構成されており、この場合、接続導線の接点エレメント６が、センサエレメント３の外側に配置された絶縁エレメント５を貫通し、またセンサエレメント３の層も貫通しているが（図４参照）、このセンサエレメントの層に接触はしていない。

図１では、絶縁エレメント５内に接点開口５．９が配置されており、この接点開口を通って、センサエレメント３の接点領域３．１に接触接続するために接点６が貫通ガイドされる。接点６は２つの部分より構成されている。接点６は、絶縁エレメント５の内部に配置される第１の接点部分６ａと、接点開口５．９を貫通ガイドされて、前記部分６ａと接続される第２の接点部分６ｂとから成っている。

完全性のために、シール４，４．１，４．３並びに、これらのシールに対応して絶縁エレメント５に設けられたシール領域５．２，５．４、並びにケーシングにおけるシール領域２．２，２．４が示されている。これらのシールは、ガスセンサの基準ガス領域から、測定ガス領域を気密に分離するために用いられる。

シェル状に構成された固定エレメント５の外側のシェル底部には固定補助手段５．５が形成されている。この固定補助手段５．５は、ケーシング２の開口２．１内に係合するために適している。ケーシング自体は、組み立てられた状態で一体的に構成されているので、前記部分２ａ，２ｂ，２ｃは１つの共通のユニットを形成している。

図２には、センサエレメント３を受容するために、及び本発明による接触接続を実施するために準備されている、予備組立されたケーシング２及びこのケーシング２に接続されたワイヤリングハーネス７が示されている。接続導線７．１〜７．３は接点６．１〜６．３に接続されており、これらの接点自体は、センサエレメント内部でセンサエレメントの導体路３．１１〜３．１３に直に接触接続される。

図３は平面図を示していて、図３ａは、本発明による接触接続を形成するための位置決め工程及び設置工程前の、ケーシング２内に挿入されたセンサエレメント３の接点領域の部分的な断面図を示している。図４及び図４ａは、本発明による接触接続を形成するための、ケーシング内にセンサエレメントを設置した後の同じ配置を示している。

接点エレメント６と導体路３．１１との間のできるだけ良好な接触接続を、直接的な接触でしかも材料に負担をかけない形式で実現するために、接点エレメント６は有利な形式で延性の材料より製造されている。それによって、ケーシング２をこのケーシング内に配置されたセンサエレメント３と共に圧縮する際に、接点６が変形せしめられ、この変形によって、導体路との良好な接触接続が得られるだけではなく、絶縁エレメント５内における接点エレメント６の良好な設置作用が得られる。このような作用は、特に図３ｂ及び図４ｂに示した詳細を対比することによって分かる。

図３ａによれば、２つの部分６ａ及び６ｂより成る接点エレメントが接点開口５．９内にルーズに受容されている。絶縁エレメント５の接点開口（接点エレメント受容部）５．９の内壁と接点エレメントとの間に、まだ十分なスペースが存在している。

これに対して図４ａによれば、接点６は、接点開口５．９を満たすように設置されている。付加的に、接点６の変形を表すために、センサエレメント層の貫通ガイド３．２１内に接点６の湾曲した外側輪郭が示されている。この場合、貫通ガイド３．２１は、接点６が図示のように変形された場合でも、接点６が当該のセンサエレメント層に接触しない程度の大きさに構成されている。

接点６は、絶縁エレメント５とだけ接触するようになっており、絶縁エレメント５自体は、センタリング突起５．２０によって、接点６のための、センサエレメント層に対する付加的な絶縁を形成している。

付加的に、このセンタリング突起５．２０は、位置決め及び／又は固定エレメントの機能も有している。この機能は、本発明による接触接続を形成する際に絶縁エレメント５にも、また接点６にも好都合に作用する。

センサエレメントに不都合に作用する高すぎる機械的な負荷を避けるために、接点の延性特性が利用される。これによって、接触接続形成時に相応の弾性的な接続が得られる。

ケーシングをセンサエレメントと共に圧縮するために、ケーシングは第１実施例ではばね鋼より製造されている。センサエレメントを設置するために、ケーシングは予め、その与えられた形状から変形され、センサエレメントが装着され、次いで再び応力除去されて戻し変形される。それによって、ばね弾性的に付勢された接触接続が得られる。

別の実施例では、ケーシング２が、図１に示されているように例えば四角形パイプとして構成されている。この四角形パイプは、センサエレメントと絶縁エレメント５と接点６とを装着してから、本発明による接触接続を形成するために、外部から作用によって圧縮される。

図５及び図６には、絶縁エレメント５の２つの異なる実施例が、接点開口５．９を通って断面した横断面図で示されている。図５ａ乃至図５ｃには、図５に示した絶縁エレメント５内に受容するために適した、種々異なる接点の実施例が示されている。図６ａ〜図６ｃには、図６に示した絶縁エレメント５内に受容するために適して構成された接点６の実施例が示されている。

この実施例においても、絶縁エレメントの５内の接点開口５．９と、当該のセンサエレメント内の開口３．２１とは、接点６がセンサエレメント層と接触することなしに、接点６がボンディング法によって導体路３．１１と申し分なく接続されるように、互いに配置され、かつ構成されている。それによって、この実施例においても、絶縁領域３．２２は、開口３．２１内で、導体路３．１１と接触する接点６の周囲を巡って構成されている。

ガス測定センサの解体し、かつ展開して示した部材の斜視図である。 ケーシングに接続されたワイヤリングハーネスと、接触接続するためにこのケーシング内に挿入されたセンサエレメントとを有している、ガスセンサのケーシングの斜視図である。 図３は、センサエレメント内部に形成された導体路上に直にセンサエレメントを接触接続するための、本発明による接点装置の、接触接続の前における平面図、図３ａは断面図、図３ｂは、図３ａの符号Ｃで示した部分の拡大図である。 図４は、センサエレメント内部に形成された導体路上に直にセンサエレメントを接触接続するための、本発明による接点装置の、接触接続の後における平面図、図４ａは断面図、図４ｂは、図４ａの符号Ｄで示した部分の拡大図である。 図５は、接続導線のための接点エレメントを受容するために適した構成を有する絶縁エレメントの断面図、図５ａ、図５ｂ、図５ｃは、それぞれ接点エレメントの側面図である。 図６は、接続導線のための接点エレメントを受容するために適した構成を有する絶縁エレメントの断面図、図６ａ、図６ｂ、図６ｃは、それぞれ接点エレメントの側面図である。

Claims (11)

1. 殊に内燃機関の排ガス内の酸素含有量を規定するためのガス測定センサであって、ケーシングと、該ケーシング内に配置された多層構造のセンサエレメントと、該センサエレメントを接触接続させるための、外方にガイドされた接続導線とを有している形式のものにおいて、
   前記接続導線の接点エレメントが、センサエレメントの１つの層と、該センサエレメントの外側に配置された絶縁エレメントの部分とを貫通していることを特徴とする、ガス測定センサ。
2. 前記接点エレメントが、センサエレメントの導体路と接触接続するために、このセンサエレメントの導体路に接触しながら接続されている、請求項１記載のガス測定センサ。
3. 接点エレメントが延性材料より成っている、請求項１又は２記載のガス測定センサ。
4. 接点エレメントが複数の部分より構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
5. 前記絶縁エレメントが、センサエレメントの少なくとも１つの層に対して前記接点エレメントを絶縁するために適した構造を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
6. 絶縁エレメントに、位置決め及び／又は固定エレメントが配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
7. 前記絶縁エレメントに、接点エレメント受容部が形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
8. 前記絶縁エレメントが、前記接点にプレス力を伝達するために適した構造を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
9. 前記プレス力を前記絶縁エレメント及び／又は接点エレメントに伝達するためのばねエレメントが設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
10. 前記接点エレメントに、位置決め及び／又は固定エレメントが配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のガス測定センサ。
11. 前記センサエレメントに、位置決め及び／又は固定エレメントが配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のガス測定センサ。

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