JP2014512067A - コンタクトエレメント及び該コンタクトエレメントを製造する方法 - Google Patents

Abstract

部材（１０）、特にガスセンサのセラミックのセンサエレメント上に形成された電気的なコンタクト個所（１４）にコンタクトするコンタクトエレメントであって、前記コンタクト個所上に摩擦接続的に載置されるコンタクト個所側のエレメント区分（１１）と、電気的な接続導体（１５）に接続するための接続側のエレメント区分（１２）と、これら両エレメント区分（１１，１２）を互いに結合し、熱膨張を補償する中間区分（１３）とを備えたコンタクトエレメントが記載されている。特に、コンタクトエレメント用の高価な耐熱性材料を節約することより製造コストを下げ、後から行われる組み付けにおける組み付けコストを減じるために、少なくともコンタクト個所側のエレメント区分と、接続側のエレメント区分とは、各エレメント区分（１１，１２）の機能性に適合した材料特性を有した、材料接続的に結合される異なる複数の材料から成っている。

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、部材、特にガスセンサのセラミックのセンサエレメントに形成された電気的なコンタクト個所にコンタクトするためのコンタクトエレメントを起点としている。

ガスセンサ又はガス測定プローブのセンサエレメントを接続ケーブルの電気的な導体にコンタクトする公知の電気的なコンタクト（ＤＥ１９６３８２０８Ｃ２号明細書）は、センサエレメントの接続側区分に形成されたコンタクト個所の１つに摩擦接続的に押し付けられる少なくとも１つのコンタクト部分又はコンタクトエレメントを有している。このコンタクトエレメントは、ばね作用によってコンタクト個所に載置されるセンサエレメント側又はコンタクト個所側の区分と、接続ケーブルの電気的な導体に接続される接続側の区分と、コンタクトエレメントの熱的及び／又は機械的膨張と運動を補償するために働く湾曲された中間区分とを有している。コンタクトエレメントは、ニッケル又はニッケル合金から成っていて、コンタクト個所は、少なくとも９５％のプラチナを含む焼結されたプラチナサーメットから成っている。

発明の開示
請求項１に記載の特徴を備えた本発明によるコンタクトエレメントには、このコンタクトエレメントが、納品の際及び例えばガスセンサに組み込む際に既に、作動時に課せられる要求を満たす、機能に特化した区別された領域を有しているという利点がある。これによりコストは減じられ、組み付けは改善されて容易になる。これにより、耐熱性のある高価な材料の使用はコンタクト個所側のエレメント区分に限定することができ、接続側のエレメント区分は比較的低い強度で製造することができる。このことは、接続ケーブルの電気的な導体をコンタクトエレメントに接続する際の圧着プロセスを容易にし、圧着工具の摩耗を低減させる。全体的なコンタクトエレメントは１つの完成した構成ユニットであるので、例えばガスセンサにおいて電気的なコンタクトを形成するためにコンタクトエレメントを後から組み付ける場合、センサとワイヤーハーネスの組み付けの場合のように、個々のエレメント区分を結合するための複雑なプロセスは不要である。

請求項２〜６に記載の手段により、請求項１に記載のコンタクトエレメントの有利な別の構成及び改良形が得られる。

本発明の好ましい構成によれば、コンタクト個所側のエレメント区分は、ＤＩＮ（ドイツ工業規格）１０２６９の耐熱性合金から成っている。このような耐熱性及び高耐熱性のニッケルを主成分とする合金を使用することにより、コンタクトエレメントの長い寿命にわたって高いコンタクト力が保証されている。

本発明の好ましい構成によれば、接続側のエレメント区分はＤＩＮ１００８８の１．４３ｘｘファミリーの耐食性のある鋼、例えば鋼１．４３０３から成っている。この材料は、十分に高い破断伸びを有しており、冷間硬化の傾向は低い。この材料は良好に変形可能であり、従って、接続側のエレメント区分を接続ケーブルの電気的な導体に接続するために圧着するのに極めて適しており、圧着工具の過度な摩耗を回避することができるので、長い工具寿命が得られる。接続側の端部区分の十分な変形可能性を保証するために、本発明の別の構成によれば、この材料は、固容化熱処理された状態で使用される。

本発明の好ましい構成によれば、中間区分はＤＩＮ１００８８の１．４３ｘｘファミリーの冷間硬化された耐食性のある鋼、例えば鋼１．４３１０から成っている。このような材料選択により、好ましくはさらに、例えば膨張円弧といった中間区分の相応の形状選択も行うことにより、中間区分の延性は、即ちその軸方向のばね特性線は、例えばガスセンサにおける別の構成部分の異なる熱膨張特性を補償するように調節されている。ガスセンサでは、コンタクトエレメントは接続ケーブルの導電体と、エラストマスリーブとを介して金属製の保護スリーブに接続されており、この金属製の保護スリーブは、温度上昇時にセンサエレメントよりも著しく膨張する。中間区分で行われる膨張補償により、センサエレメントのコンタクト個所とコンタクトエレメントとの間に相対運動は生じず、これにより摩擦腐食による移行部抵抗の上昇は阻止される。中間区分の高い降伏点を生ぜしめる冷間硬化された状態により、変形特性線が弾性範囲にとどまり、ひいては周期的に生じる変形は可逆的なものであるという利点が得られる。また、コンタクトホルダに部分的にしか収容されていないコンタクトエレメントの振動により発生させられる中間区分の周期的な変形が弾性範囲にとどまり、可逆的なものであるので、コンタクトエレメント、ひいてはガスセンサは高い振動負荷を受けることができる。

材料特性に関して機能的に合わせられたエレメント区分を備えたコンタクトエレメントの本発明による製造法は、請求項８、９、１０に記載されている。

請求項８の特徴を備えた本発明による方法は、個々のエレメント区分を製造技術的に最良な形式で、相応の機能的要求に合わせて調整することができるという利点を有している。中間区分をコンタクト個所側のエレメント区分及び接続側のエレメント区分と部分的に一体的に構成することにより、接合すべき個別部品の数は減じられ、これにより異なる熱膨張の補償という機能的要求に対する中間区分の適合については殆ど損なわれることはない。両個別部分の接合及び材料接続的な結合により、例えばガスセンサの後からの組み付けのために、完成された全体的なコンタクトエレメントが提供され、これにより例えばガスセンサのセンサとワイヤーハーネスの組み付け時の複雑な組み付けプロセスが省かれ、組み付けコストは著しく減少する。

請求項１０の特徴を有した本発明による方法は、３つの異なる金属帯から成るマルチメタル帯の製造により、コンタクトエレメントを簡単な打ち抜き・曲げプロセスによって唯１つの作業過程で形成することができる。異なるエレメント区分を形成する複数の個別部分から成るコンタクトエレメントの組み立てよりも製造プロセスは簡単になり、これにより製造コストは著しく減じられる。しかしながら、材料が異なる３つの金属帯を設け、この３つの金属帯を互いに隣接する長手方向面の突き合わせ縁部に沿って材料接続的に結合することによっては、所望するほど極端に製造の手間を減じられるわけではない。

請求項９の特徴を備えた本発明による方法は、接続側のエレメント区分と中間区分とを材料選択に関してまとめることにより、材料が異なる２つの金属帯の突き合わせ縁部に沿った唯１つの材料接続的な結合によってバイメタル帯の製造が可能であり、これにより製造コストをさらに減じることができる。中間区分と接続側のエレメント区分とを同じ材料で構成することにより、中間区分の軸方向のばね特性線の最良の構成と疲労限度とは確かに幾分損なわれるが、これらは、中間区分を形状的に適合させて形付けることにより相殺することができる。結合プロセスとしては、３つの帯から成るマルチ機能帯の製造の場合と同様に、電子ビーム溶接又はレーザー溶接を用いることができる。この場合、打ち抜き・曲げ工具、いわゆる連続複合工具に対する要求は変更ない。

第１実施例によるコンタクトエレメントの斜視図である。 図１のコンタクトエレメントの打ち抜き・曲げ加工プロセスのための、３つの金属帯から成るマルチメタル帯を部分的に示した平面図である。 第２実施例によるコンタクトエレメントの斜視図である。 図３のコンタクトエレメントの打ち抜き・曲げ加工プロセスのための、２つの金属帯から成るバイメタル帯を部分的に示した平面図である。 第３実施例によるコンタクトエレメントの斜視図である。 図５のコンタクトエレメントの個別部分を接合前の状態で示した斜視図である。

図示した実施例につき、本発明を以下に詳しく説明する。

図１に斜視図で示した、所定の部材上に形成された電気的なコンタクト個所に接触するためのコンタクトエレメントは、例えば、ガスセンサのセラミックセンサエレメントの表面上に形成された面状のコンタクト個所の接触のために用いられる。この場合、このコンタクトエレメントは、センサエレメントのコンタクト個所を、ガスセンサへと通じる接続ケーブルの導電体に接続する。センサエレメントと、接続ケーブルと、コンタクトエレメントとを備えたこのようなガスセンサは例えば、冒頭で引用したＤＥ１９６３８２０８Ｃ２号明細書に記載されている。

コンタクトエレメントは３つのエレメント区分を有している。即ち、前記部材のコンタクト個所上に摩擦接続的に（摩擦接触して）載置されるコンタクト個所側のエレメント区分１１と、電気的な接続導体に接続するための接続側のエレメント区分１２と、これら両エレメント区分１１，１２を互いに結合し、熱膨張を補償するための中間区分１３とである。完全性を期すために、図１には、コンタクト個所側のエレメント区分１１がばね弾性的に載着される、前記部材１０に形成された面状のコンタクト個所１４と、接続側のエレメント区分１２が導電的に、例えば圧着によって結合される導電体１５とが概略的に図示されている。

コンタクト個所側のエレメント区分１１と、接続側のエレメント区分１２と、中間区分１３とは、材料接続的に結合された異なる複数の材料から成っている。これらの材料はそれぞれ、各エレメント区分の機能性に適合した材料特性を有している。従って、コンタクト個所側のエレメント区分１１は、ＤＩＮ１０２６９の耐熱性合金から成っている。このような耐熱性の又は高耐熱性のニッケルを主成分とする合金は、ガスセンサで必要とされる４００℃を超える高温のもとで、コンタクトエレメントの寿命にわたって十分に高いコンタクト力を保証する。接続側のエレメント区分１２はＤＩＮ１００８８の１．４３ｘｘファミリーの耐食性のある鋼、例えば耐食鋼１．４３０３から成っている。このような鋼は、十分高い破断伸びと僅かな冷間硬化傾向を有しているので、接続側のエレメント区分１２を電気的な接続導体１５に接続するために圧着する際、良好に変形可能であり、圧着工具の高い工具摩耗は生じない。さらに良好な変形可能性を保証するために、耐食性のある鋼は、固容化熱処理された状態で使用される。固容化熱処理により材料は出発状態に戻され、これにより合金成分は均一に分配され、かつ、硬化の除去が行われるので、材料は軟らかく、ひいては良好に変形可能である。中間区分１３はＤＩＮ１００８８の１．４３ｘｘファミリーの冷間硬化された耐食性のある鋼、例えば耐食鋼１．４３１０から成っている。中間区分１３の延性とコンタクトエレメントの疲労限度の直線的な特性線を保証するために、冷間硬化が行われる。材料選択に加えて付加的に、中間区分１３は、その延性を改善するために、相応のジオメトリを有するように形成されていて、例えば、図１に示されたように湾曲部１３１を有している。

コンタクトエレメントを製造するために、まず、コンタクト個所側のエレメント区分１１と、中間区分１３と、接続側のエレメント区分１２の上記材料から成る３つの金属帯１６，１７，１８の長手方向縁部を互いに接触させ、互いに突き合わせて材料接続的に結合して１つのマルチメタル帯１９となるようにする（図２）。この場合、材料接続的な結合は、電子ビーム溶接又はレーザー溶接により形成することができる。図２には部分的に、３つの金属帯１６，１７，１８から成るマルチメタル帯１９が平面図で示されている。３つの金属帯１６，１７，１８が互いに溶接されている両突き合わせ縁部は符号２０，２１で示されており、突き合わせ縁部２０は金属帯１６と１８との間に、突き合わせ縁部２１は金属帯１７と１８との間に延びている。次いでこのマルチメタル帯１９から、突き合わせ縁部に対して横方向に延びる長手方向の延在を有する打ち抜き部分２２が打ち抜かれて、これにより、金属帯１６から成るコンタクト個所側のエレメント区分１１と、金属帯１８から成る中間区分１３と、金属帯１７から成る接続側のエレメント区分１２とが形成される。

図２の上方には、打ち抜かれた１つの打ち抜き部分２２と、マルチメタル帯１９とが打ち抜かれた状態で示されており、その他の打ち抜き部分２２はマルチメタル帯１９内に図示されてはいるが、まだ打ち抜かれてはいない。全ての打ち抜き部分２２は、製造技術的な理由から、マルチメタル帯１９の左縁部に延びる孔付きの帯条片１９１を介して、まだまとめられて保持されているが、後で個別化される。有利には打ち抜きプロセスと共に、各打ち抜き部分２２に、コンタクト個所側のエレメント区分１１と、接続側のエレメント区分１２と、中間区分１３とが成形され、これにより図１に示されたコンタクトエレメントが形成される。図２は打ち抜き部分２２を単に概略的に示したもので、図１に示したコンタクトエレメントのジオメトリ形状には相応していない。コンタクト個所側のエレメント区分１１と中間区分１３との間の突き合わせ縁部２０と、中間区分１３と接続側のエレメント区分１２との間の突き合わせ縁部２１とは図１に一点鎖線で示されている。

図３に示した第２実施例によるコンタクトばねでは、コンタクト個所側のエレメント区分１１と接続側のエレメント区分１２とは、材料接続的に結合される異なる複数の材料から成っており、この場合も、これらの材料の材料特性は、エレメント区分１１若しくは１２の機能性に合わせられている。コンタクト個所側のエレメント区分１１は、図１の同じエレメント区分と同様に、ＤＩＮ１０２６９の耐熱性合金から成っている。接続側のエレメント区分１２は、図１について記載したのと同様に、ＤＩＮ１００８８の１．４３ｘｘファミリーの耐食性のある鋼から成っている。図１のコンタクトエレメントの場合とは異なり、中間区分１３は、接続側のエレメント区分１２と同じ材料、即ち、ＤＩＮ１００８８の１．４３ｘｘファミリーの耐食性のある鋼から成っている。

図３に示したコンタクトエレメントを製造するために、まず、コンタクト個所側のエレメント区分１１と、接続側のエレメント区分１２の材料から成る２つの金属帯１６と２３の長手方向縁部を互いに接触させ、互いに突き合わせて材料接続的に結合して１つのバイメタル帯２４となるようにする（図４）。接続プロセスは同様に、電子ビーム溶接又はレーザー溶接により行うことができる。図４には、このように製作されたバイメタル帯２４が部分的に平面図で示されている。バイメタル帯２４の突き合わせ縁部に沿って両金属帯１６と２３は互いに溶接され、この突き合わせ縁部は図４において符号２５で示されている。

次いでこのバイメタル帯２４から、突き合わせ縁部２５に対して横方向に延びる長手方向の延在を有する打ち抜き部分２６が打ち抜かれて、これにより、金属帯１６から成るコンタクト個所側のエレメント区分１１と、別の金属帯２３から成る、中間区分１３を含む接続側のエレメント区分１２とが形成される。バイメタル帯２４から打ち抜かれた１つの打ち抜き部分２６が図４において、バイメタル帯２４の上縁部に示されている。まだ打ち抜かれていない別の打ち抜き部分２６は、バイメタル帯２４に輪郭として図示されていて、打ち抜き工具の構成に応じて個々に又はグループごとに打ち抜かれる。バイメタル帯２４の左側の縁部に延びる孔付き縁条片２４１を後で分離することにより、打ち抜き部分２６は個別化される。有利には打ち抜きと同時に、各打ち抜き部分２６に、一方ではコンタクト個所側のエレメント区分１１が、他方では中間区分１３を含む接続側のエレメント区分１２が成形され、これによりコンタクトエレメントは図３に示された形状となる。この場合も、打ち抜き部分２６は概略的に示されたもので、図３のコンタクトばねの個々の打ち抜き輪郭は示されていない。コンタクトばね内で延びる突き合わせ縁部２５に沿って異なる複数の材料が材料接続的に結合されており、この突き合わせ縁部２５は図３では一点鎖線で示されている。

図５に示した第３実施例によるコンタクトエレメントも、コンタクト個所側のエレメント区分１１と、接続側のエレメント区分１２と、中間区分１３とを有している。しかしながら上記実施例とは異なり、コンタクト個所側のエレメント区分１１と接続側のエレメント区分１２とは、別個のエレメント部材２７若しくは２８（図６）を形成している。中間区分１３は、少なくとも部分的に、これら２つのエレメント区分１１，１２の少なくとも一方と一体的に形成されており、即ちこれと同じ材料から成っている。両エレメント部材２７，２８は中間区分１３の領域２９で、予め組み付けられる全体的な１つの構成ユニットを形成するように材料接続的に互いに結合されている。結合領域２９は図５に概略的に点線によって示されている。

図１及び図２の実施例と同様に、エレメント区分１１，１２は異なる材料から成っていて、その材料特性は、コンタクト個所側のエレメント区分１１若しくは接続側のエレメント区分１２の機能性に合わせられている。コンタクト個所側のエレメント区分１１は同様に、ＤＩＮ１０２６９の耐熱性合金から成っていて、接続側のエレメント区分１２はＤＩＮ１００８８の１．４３ｘｘファミリーの耐食性のある鋼から成っている。中間区分１３は、部分的にコンタクト個所側のエレメント区分１１と同じ材料、かつ部分的に接続側のエレメント区分１２と同じ材料から成っている。中間区分１３のこの部分１３ａと１３ｂは領域２９で材料接続的に互いに結合されており、この場合、材料接続は電子ビーム溶接又はレーザー溶接によって行われる。

図５に示したコンタクト個所側のエレメント区分１１を製作するために、まず、コンタクト個所側のエレメント区分１１と、接続側のエレメント区分１２とが、それぞれ中間区分１３の部分１３ａ若しくは１３ｂと共に、別個のエレメント部材２７，２８（図６）として打ち抜かれ、曲げられる。その後、両別個のエレメント部材２７，２８は、図５において点線で示したように接合され、中間区分１３の領域２９で互いに材料接続的に結合される。

Claims (10)

1. 部材（１０）、特にガスセンサのセラミックのセンサエレメント上に形成された電気的なコンタクト個所（１４）にコンタクトするコンタクトエレメントであって、前記コンタクト個所（１４）上に摩擦接続的に載置されるコンタクト個所側のエレメント区分（１１）と、電気的な接続導体（１５）に接続するための接続側のエレメント区分（１２）と、これら両エレメント区分（１１，１２）を互いに結合し、熱膨張を補償する中間区分（１３）とを備えたコンタクトエレメントにおいて、
   少なくともコンタクト個所側のエレメント区分（１１）と、接続側のエレメント区分（１２）とは、各エレメント区分（１１，１２）の機能性に適合した材料特性を有した異なる材料から成っていて、材料接続的に結合されていることを特徴とするコンタクトエレメント。
2. 前記コンタクト個所側のエレメント区分（１１）は、ＤＩＮ１０２６９の耐熱性合金から成っている、請求項１記載のコンタクトエレメント。
3. 前記接続側のエレメント区分（１２）は、ＤＩＮ１００８８の１．４３ｘｘファミリーの耐食性のある鋼から成っている、請求項１又は２記載のコンタクトエレメント。
4. 前記耐食性のある鋼は、固容化熱処理された状態にある、請求項３記載のコンタクトエレメント。
5. 前記中間区分（１３）はＤＩＮ１００８８の１．４３ｘｘファミリーの、冷間硬化された耐食性のある鋼から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載のコンタクトエレメント。
6. 前記中間区分（１３）は、前記コンタクト個所側の端部区分（１１）及び／又は接続側の端部区分（１２）と同じ材料から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載のコンタクトエレメント。
7. 前記コンタクト個所側のエレメント区分（１１）と前記接続側のエレメント区分（１２）は別個のエレメント部材（２７，２８）として形成されており、前記中間区分（１３）は少なくとも部分的に、前記両エレメント区分（１１，１２）の少なくとも一方と一体的であって、前記両エレメント部材（２７，２８）は前記中間区分（１３）の領域（２９）で接合されていて、予め組み付けられた構成ユニットとなるように材料接続的に互いに結合されている、請求項６記載のコンタクトエレメント。
8. 前記コンタクト個所側のエレメント区分（１１）と前記接続側のエレメント区分（１２）とをそれぞれ、前記中間区分（１３）の一部（１３ａ，１３ｂ）と一緒に、別個のエレメント部材（２７，２８）として打ち抜き、曲げて、両エレメント部材（２７，２８）を互いに接合し、前記中間区分（１３）の前記領域（２９）で材料接続的に互いに結合することを特徴とする、請求項７記載のコンタクトエレメントを製造する方法。
9. 前記コンタクト個所側のエレメント区分（１１）と前記接続側のエレメント区分（１２）の材料から成る２つの金属帯（１６，２３）を互いに突き合わせて材料接続的に接続して１つのバイメタル帯（２４）を形成し、該バイメタル帯（２４）から、突き合わせ縁部（２５）に対して横方向に延びる長手方向の延在を有する打ち抜き部分（２６）を打ち抜き、これにより、一方の金属帯（１６）から成る前記コンタクト個所側のエレメント区分（１１）と、他方の金属帯（２３）から成る、前記中間区分（１３）を含む前記接続側のエレメント区分（１２）とを形成し、前記打ち抜き部分（２６）には前記エレメント区分（１１，１２）と前記中間区分（１３）とを成形することを特徴とする、請求項６記載のコンタクトエレメントを製造する方法。
10. 前記コンタクト個所側のエレメント区分（１１）と、前記中間区分（１３）と、前記接続側のエレメント区分（１２）の材料から成る３つの金属帯（１６，１８，１７）を、互いに突き合わせて材料接続的に接続して１つのマルチメタル帯（１９）を形成し、該マルチメタル帯（１９）から、突き合わせ縁部（２０，２１）に対して横方向に延びる長手方向の延在を有する打ち抜き部分（２２）を打ち抜き、これにより、前記コンタクト個所側のエレメント区分（１１）と、前記中間区分（１３）と、前記接続側のエレメント区分（１２）とをそれぞれ１つの金属帯（１６，１８，１７）から形成し、前記打ち抜き部分（２２）には前記エレメント区分（１１，１２）と前記中間区分（１３）とを成形することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のコンタクトエレメントを製造する方法。

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