(57)【要約】【課題】コンタクトホルダがコンタクト箇所の剥離応力を阻止し、これによって、このコンタクト箇所の機械的な強度を高めるようにする。【解決手段】少なくとも１つのコンタクト部材２０が、電気的に絶縁性の材料から成るコンタクトホルダ２１に収容されており、該コンタクトホルダ２１が、材料接続的にセンサ素子１２に結合されているようにした。【選択図】図６
2006313161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定ガスの物理的な特性、特に測定ガス中のガス成分の温度または濃度を測定するための測定フィーラであって、少なくとも１つのコンタクト面（１７）を有するセンサ素子（１２）と、コンタクト面（１７）をコンタクティングする、電気的な接続線路（１８）を接続するためのコンタクト部材（２０）とが設けられている形式のものにおいて、少なくとも１つのコンタクト部材（２０）が、電気的に絶縁性の材料から成るコンタクトホルダ（２１；２１′）に収容されており、該コンタクトホルダ（２１；２１′）が、材料接続的にセンサ素子（１２）に結合されていることを特徴とする、測定ガスの物理的な特性を測定するための測定フィーラ。
【請求項２】
少なくともコンタクト面（１７）のコンタクティング領域が露出しているように、コンタクトホルダ（２１；２１′）とセンサ素子（１２）との間の材料接続的な結合が行われている、請求項１記載の測定フィーラ。
【請求項３】
コンタクトホルダ（２１；２１′）が、少なくとも１つのコンタクト面（１７）の傍らに配置されている、請求項２記載の測定フィーラ。
【請求項４】
コンタクトホルダ（２１；２１′）が、一体の成形部材である、請求項１から３までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項５】
材料接続的な結合部が、センサ素子（１２）と、コンタクトホルダ（２１；２１′）の、センサ素子（１２）に向かい合った面との間に存在している、請求項１から４までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項６】
コンタクトホルダ（２１）とセンサ素子（１２）との間の材料接続的な結合部が、封止材料によって形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項７】
コンタクトホルダ（２１）が、コンタクトホルダ材料の射出成形または注型によりセンサ素子（１２）に固着されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項８】
少なくとも１つのコンタクト部材（２０）が、コンタクトホルダ材料の射出成形によりコンタクトホルダ（２１；２１′）に一緒に埋め込まれている、請求項７記載の測定フィーラ。
【請求項９】
コンタクト部材（２０）が、コンタクトホルダ（２１；２１′）に、有利には係止突起によって位置固定されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項１０】
コンタクトホルダ（２１；２１′）の材料が、セラミックス性の材料、有利にはケイ酸マグネシウムまたは酸化アルミニウムである、請求項１から９までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項１１】
封止材料が、高純度の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）および／または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から成っている、請求項１０記載の測定フィーラ。
【請求項１２】
コンタクトホルダ（２１；２１′）の材料がガラスであり、該ガラスが、有利には、それぞれ少なくとも１０％の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と、それぞれ少なくと５％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とから成っている、請求項１から９までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項１３】
少なくとも１つのコンタクト部材（２０）が、ニッケル（Ｎｉ）またはニッケル−クロム−鉄（ＮｉＣｒＦｅ）合金から成っている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項１４】
コンタクトホルダ（２１；２１′）が、センサ素子（１２）の軸方向区分を少なくとも部分的に取り囲んでいて、コンタクトホルダ（２１）を貫通した、コンタクト部材（２０）を案内するための少なくとも１つの案内通路（２２，２３）を有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項１５】
コンタクトホルダ（２１）が、センサ素子（１２）の軸方向区分を完全に取り囲んでおり、少なくとも１つの案内通路（２２，２３）が、センサ素子（１２）の長手方向に延びている、請求項１４記載の測定フィーラ。
【請求項１６】
コンタクトホルダ（２１′）が、センサ素子（１２）の軸方向区分の、互いに反対の側の大面（１２２ａ，１２２ｂ）にわたって部分的に、有利にはほぼ半分だけ係合しており、少なくとも１つの案内通路（２２）が、センサ素子（１２）の長手方向に対して横方向に延びている、請求項１４記載の測定フィーラ。
【請求項１７】
少なくとも１つの案内通路（２２）が、センサ素子（１２）に向かって開放している、請求項１４から１６までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項１８】
少なくとも１つの案内通路（２３）が、センサ素子（１２）から間隔を置いて配置されている、請求項１４から１６までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項１９】
コンタクトホルダ（２１）が、別のコンタクト部材（２０）に対する少なくとも１つの第２の案内通路（２３）を有しており、該第２の案内通路（２３）が、第１の案内通路（２２）から間隔を置いて配置されている、請求項１７記載の測定フィーラ。
【請求項２０】
少なくとも１つのコンタクト面（１７）と、該コンタクト面（１７）をコンタクティングするコンタクト部材（２０）とが、材料接続的に、有利にはギャップ溶接によって互いに結合されている、請求項１から１９までのいずれか１項記載の測定フィーラ。
【請求項２１】
接続線路（１８）に通じる少なくとも１つのコンタクト部材（２０）を少なくとも１つのコンタクト面（１７）に、特に溶接によって材料接続的に結合して、測定ガスの物理的な特性、特に測定ガス中のガス成分の温度または濃度を測定するための測定フィーラに用いられる、少なくとも１つのコンタクト面（１７）を有するセンサ素子（１２）に対する少なくとも１つの接続コンタクトを製作するための方法において、少なくとも１つのコンタクト部材（２０）を収容する、電気的に絶縁性の材料から成るコンタクトホルダ（２１；２１′）を、材料接続的にセンサ素子（１２）に結合することを特徴とする、測定ガスの物理的な特性を測定するための測定フィーラに用いられる、少なくとも１つのコンタクト面を有するセンサ素子に対する少なくとも１つの接続コンタクトを製作するための方法。
【請求項２２】
コンタクト部材（２０）とコンタクト面（１７）との間の材料接続的な結合部を、コンタクトホルダ（２１；２１′）とセンサ素子（１２）との間の材料接続的な結合部の形成後に形成する、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
コンタクトホルダ（２１；２１′）とセンサ素子（１２）との間の材料接続的な結合部を封止材料によって形成する、請求項２１または２２記載の方法。
【請求項２４】
封止時の温度を、高い温度が可能な限り短い時間で生ぜしめられるようにガイドする、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
材料接続的な結合部を、コンタクトホルダ材料の注型または射出成形によるセンサ素子（１２）へのコンタクトホルダ（２１；２１′）の固着によって形成する、請求項２１または２２記載の方法。
【請求項２６】
コンタクトホルダ材料の注型または射出成形によるコンタクトホルダ（２１；２１′）の固着時に、センサ素子（１２）をその端部側の区分でかつ有利には少なくとも１つのコンタクト部材（２０）を中間の区分で射出成形型内にまたは注型型内に挿入する、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
コンタクトホルダ材料の射出成形または注型によるセンサ素子（１２）へのコンタクトホルダ（２１；２１′）の固着のために、プラスチックから成る射出成形型または注型型を使用し、該型をコンタクトホルダ（２１；２１′）の完全硬化後に溶融除去するかまたは破壊するかまたは焼却する、請求項２５または２６記載の方法。
【請求項２８】
コンタクト部材（２０）とコンタクト面（１７）との間の材料接続的な結合部を、コンタクト部材（２０）とコンタクト面（１７）とを通る直列のまたは並列の電流流れによるギャップ溶接によって形成する、請求項２１から２７までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定ガスの物理的な特性、特に測定ガス中のガス成分の温度または濃度を測定するための測定フィーラであって、少なくとも１つのコンタクト面を有するセンサ素子と、コンタクト面をコンタクティングする、電気的な接続線路を接続するためのコンタクト部材とが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、接続線路に通じる少なくとも１つのコンタクト部材を少なくとも１つのコンタクト面に、特に溶接によって材料接続的に結合して、測定ガスの物理的な特性、特に測定ガス中のガス成分の温度または濃度を測定するための測定フィーラに用いられる、少なくとも１つのコンタクト面を有するセンサ素子に対する少なくとも１つの接続コンタクトを製作するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
公知の測定フィーラ（ドイツ連邦共和国特許第１９６３８２０８号明細書）では、接続線路へのセンサ素子の電気的な接続がコンタクト部材によって行われている。このコンタクト部材は、センサ素子側のコンタクティング区分と、接続側の接続区分と、その間に配置された円弧状の中間片とを有している。コンタクト部材のコンタクト区分は、それぞれセンサ素子のコンタクト面に載置していて、このコンタクト面に材料接続的に結合されている。材料接続的な結合部は拡散溶接または拡散ろう接によって形成される。これによって、耐熱性の電気的なかつ機械的な接続がコンタクト箇所に達成される。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許第１９６３８２０８号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９４１０５１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、測定ガスの物理的な特性を測定するための測定フィーラを改良して、コンタクトホルダがコンタクト箇所の剥離応力を阻止し、これによって、このコンタクト箇所の機械的な強度を高めるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決するために本発明の測定フィーラでは、少なくとも１つのコンタクト部材が、電気的に絶縁性の材料から成るコンタクトホルダに収容されており、該コンタクトホルダが、材料接続的にセンサ素子に結合されているようにした。
【０００６】
さらに、前記課題を解決するために本発明の方法では、少なくとも１つのコンタクト部材を収容する、電気的に絶縁性の材料から成るコンタクトホルダを、材料接続的にセンサ素子に結合するようにした。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の特徴を備えた本発明による測定フィーラは、たとえば測定フィーラにおける振動または震動によるコンタクト箇所の外的な機械的な負荷が、コンタクト部材を収容するコンタクトホルダによって、コンタクト部材とコンタクト面との間のコンタクト箇所の専有の剪断応力に変換され、これによって、コンタクト箇所の剥離負荷が回避されるという利点を有している。この剥離負荷に対してコンタクト箇所は著しく僅かに抵抗する。本発明の有利な構成により、少なくとも１つのコンタクト部材がコンタクトホルダに位置固定されていると、コンタクト箇所のあらゆる機械的な負荷が回避される。コンタクトホルダとセンサ素子との間の材料接続的な結合によって、ホルダなしのコンタクティングに比べて僅かなコストしかかからないコンタクトホルダの製造技術的に簡単な構成が可能となる。
【０００８】
後続の請求項２〜２０に記載した手段によって、請求項１に記載した測定フィーラの有利な構成および改良形が可能となる。
【０００９】
前述した測定フィーラ内に電気的な接続コンタクトを製作するための有利な方法は、独立請求項２１に記載してある。
【００１０】
後続の請求項２２〜２８に記載した手段によって、請求項２１に記載した方法の有利な実施態様および変化形が可能となる。
【００１１】
当該方法の有利な実施態様によれば、コンタクト部材とコンタクト面との間の材料接続的な結合が、コンタクトホルダとセンサ素子との間の材料接続的な結合部の形成後に初めて行われる。このことは、コンタクトホルダとセンサ素子との材料接続的な結合のために、コンタクト部材とコンタクト面との材料接続的な結合に対して有害となる温度を使用することができるという利点を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１３】
図１にかつ断面図で図２に示した、測定ガスの物理的な特性を測定するための測定フィーラは、たとえば内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定するためのラムダセンサ（Ｏ２センサ）として形成されている。しかし、測定フィーラは、ガス温度、たとえば内燃機関の排ガス温度を測定するための温度フィーラとして構想されていてもよい。
【００１４】
測定フィーラは、金属から成るハウジング１１を有している。このハウジング１１内には、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９４１０５１号明細書に記載されているように、電気化学的なセンサ素子１２が収容されている。このセンサ素子１２は、電気的に絶縁性の２つのセラミックス部材１３，１４と、両セラミックス部材１３，１４の間に位置するシール部材１５とから成る積層体によって中心に半径方向でハウジング１１内に圧入されていて、軸方向でハウジング１１内に緊締されている。センサ素子１２は、測定ガス側の端区分１２１および接続側の端区分１２２でハウジング１１を越えて突出している。測定ガス側の端区分１２１は保護管１６によってカバーされている。この保護管１６はハウジング１１に位置固定されている。接続側の端区分１２２には、コンタクト面１７が設けられている。このコンタクト面１７を介して、センサ素子１２が接続線路１８に接続されている。この場合、この接続線路１８は、コンタクト面１７の数に相当する数の被覆された電気的な導体１９を有している。図１〜図６に示した実施例では、センサ素子１２が、全部で８つのコンタクト面１７（図３参照）を有しており、接続線路１８が、相応して８つの電気的な導体１９を有している。それぞれ４つのコンタクト面１７が、センサ素子１２の接続側の端区分１２２の、互いに反対の側の大面１２２ａ，１２２ｂに配置されている。接続線路１８の電気的な導体１９と、コンタクト面１７との間の電気的な接続部はコンタクト部材２０によって形成されている。これらのコンタクト部材２０のうち、それぞれ１つのコンタクト部材２０がそのコンタクト面側の端区分でコンタクト面１７に材料接続的に結合されていて、導体側の端区分で圧着部を介して電気的な導体１９に摩擦接続的に結合されている。コンタクト部材２０はコンタクトホルダ２１に収容されている。このコンタクトホルダ２１は材料接続的にセンサ素子１２に結合されている。この場合、コンタクトホルダ２１は、コンタクト面１７のコンタクティング領域が露出していて、コンタクト部材２０のコンタクト面側の端区分によって被覆され得るように接続側の端区分１２２に配置されている。有利には、コンタクトホルダ２１は、センサ素子１２の長手方向で見て、対を成して連続して配置されたコンタクト面１７のすぐ傍らに配置されている。コンタクトホルダ２１を備えたセンサ素子１２の、ハウジング１１を越えて張り出した接続側の端区分１２２は、金属製のハウジングスリーブ２４によってカバーされている。このハウジングスリーブ２４はハウジング１１に載着されていて、このハウジング１１に溶接されている。ハウジングスリーブ２４は、ハウジングと反対の側の端区分２４１を有している。この端区分２４１は減径されている。この端区分２４１内には、プラスチックから成る成形体２５が圧入されている。この成形体２５を通して接続線路１８が案内されている。この場合、さらに、コンタクト部材２０と電気的な導体１９との間の圧着接続部が成形体２５の内部に位置している。
【００１５】
測定フィーラの図示の実施例では、コンタクトホルダ２１が一体の成形部材である。この成形部材はセンサ素子１２に被せられている。この場合、センサ素子１２と、成形部材の、センサ素子１２に向かい合った面との間の材料接続的な結合は封止材料によって行われている。コンタクトホルダ２１はセラミックス性の材料、有利にはケイ酸マグネシウムまたは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から成っており、封止材料は高純度の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）および／または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から成っている。択一的には、コンタクトホルダ２１のための材料としてガラスが使用されてもよい。このガラスは、有利な構成では、それぞれ少なくとも１０％の酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と、それぞれ少なくと５％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とから成っている。
【００１６】
図３〜図６から明らかであるように、コンタクトホルダ２１は、センサ素子１２の接続側の端区分１２２の端領域を完全に取り囲んでいて、コンタクト部材２０の個数に相当する数の案内通路２２，２３を有している。これらの案内通路２２，２３を通して、それぞれ１つのコンタクト部材２０が案内されている（図６参照）。案内通路２２，２３は対を成してセンサ素子１２に対して鏡像対称的に配置されている。この場合、それぞれ２つの案内通路２２；２３がセンサ素子１２に対して横方向に相並んで位置している。全部で４つの案内通路２２がセンサ素子１２に向かって開放しており、全部で４つの別の案内通路２３はセンサ素子１２から間隔を置いて配置されている。全ての案内通路２２，２３は、その高さおよび／または幅が、コンタクトホルダ２１の、コンタクト面１７に向かい合った端部でコンタクト部材２０の厚さおよび／または幅よりも僅かに大きく寸法設定されていて（図４参照）、製造技術的な理由から、コンタクトホルダ２１の、コンタクト面１７と反対の側の端部に向かってなだらかに増加する（図５および図６参照）ように形成されている。ニッケル（Ｎｉ）またはニッケル−クロム−鉄（ＮｉＣｒＦｅ）合金から成る線材状、帯材状またはストリップ状のコンタクト部材２０はコンタクトホルダ２１の案内通路２２，２３内に押し込まれていて、場合により、コンタクトホルダ２１内に位置固定されていて、コンタクト面１７に載置する区分でこのコンタクト面１７に材料接続的に結合されていて、有利には溶接されている。
【００１７】
センサ素子１２と接続線路１８との接続コンタクトの製作時には、まず、コンタクトホルダ２１とセンサ素子１２との間の材料接続的な結合部が封止材料によって形成される。この場合、封止時の温度は、高い温度が可能な限り短い時間で生ぜしめられるようにガイドされる。たとえば、封止材料の結合は６０℃の温度で３０分以内で実施され、封止材料の完全硬化は２４０℃の温度で３０分以内で実施される。その後、コンタクト部材２０が案内通路２２，２３を通して案内され、コンタクト面１７に材料接続的に結合される。この場合、この材料接続的な結合はギャップ溶接によって行われる。このギャップ溶接は、選択的には、コンタクト部材２０とコンタクト面１７とを通る直列の電流流れまたは並列の電流流れが生ぜしめられるように実施されてよい。
【００１８】
択一的な構成では、コンタクトホルダ２１がその材料の射出成形または注型によりセンサ素子１２に直接固着されている。この場合、有利にはコンタクト部材２０がコンタクトホルダ材料の射出成形によりコンタクトホルダ２１に一緒に埋め込まれる。合理的な製造のほかに、このことは、コンタクト部材２０がコンタクトホルダ２１に位置固定されており、これによって、あらゆる機械的な負荷がコンタクト面１７とコンタクト部材２０との間のコンタクト箇所から遠ざけられるという利点を有している。コンタクトホルダ材料の射出成形または注型によるセンサ素子１２へのコンタクトホルダ２１の固着のためには、射出成形型または注型型が使用される。この型内には、センサ素子１２がその接続側の端区分１２２でかつコンタクト部材２０が中間の区分で挿入される。この場合、有利には、プラスチックから成る射出成形型または注型型が使用される。この型は、コンタクトホルダ２１の完全硬化後に溶融除去されるかまたは破壊されるかまたは焼却される。
【００１９】
使用事例に応じて、前述したコンタクトホルダ２１は、８つよりも少ない案内通路２２，２３を備えて形成されていてもよい。この場合、選択的には、案内通路２２または案内通路２３を省略することができる。このことは、センサ素子１２が全部で４つのコンタクト面１７しか有していない場合の事例である。当然ながら、８つの案内通路２２，２３を備えた前述したコンタクトホルダ２１を自在に使用し、センサ素子１２に存在する、より僅かな個数のコンタクト面１７の場合に、個々の案内通路２２，２３をコンタクト部材２０によって被覆しないことが可能である。
【００２０】
図７および図８に示した実施例では、コンタクトホルダ２１′が完全円筒体としてではなくなく、半割円筒体として形成されている。この半割円筒体は、センサ素子１２の接続側の端区分１２２の端領域の、互いに反対の側の大面１２２ａ，１２２ｂにわたって部分的に、図示の実施例では、それぞれ半分だけ係合している。コンタクトホルダ２１′は、前述したように、同じく材料接続的にセンサ素子１２に結合されている。センサ素子１２の、本実施例で全部で４つのコンタクト面１７は、大面１２２ａ，１２２ｂの、コンタクトホルダ２１′から解放された領域に配置されている。この場合、各大面１２２ａ，１２２ｂには、それぞれ２つのコンタクト面１７が軸方向に連続して位置している。図７および図８に示していない、コンタクト面１７に材料接続的に結合されたコンタクト部材は、前述した形式と同じ形式で案内通路２２′に収容されていて、この案内通路２２′に、たとえば係止突起によって位置固定されている。案内通路２２′は、センサ素子１２に設けられたコンタクト面１７の位置に基づき、センサ素子１２の長手方向軸線に対して横方向にかつ互いに平行に延びている。案内通路２２′は、図３〜図６に示した案内通路２２と同じ形式で形成されている。この場合、コンタクトホルダ２１′のコンタクト面側の端部でコンタクト部材の横断面よりも僅かに大きい案内通路２２′の横断面は、図７および図８から認めることができるように、コンタクトホルダ２１′の、コンタクト面と反対の側の端部に向かって拡大されている。案内通路２２′は、図３〜図６に示した案内通路２２と同様にセンサ素子１２に向かって開放している。しかし、このことは強制的ではない。その他の点では、図１〜図６に対して説明した全ての手段が、材料選択および材料接続的な結合の形式を含めて、図７および図８の実施例でも実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ガス測定フィーラの側面図である。
【図２】図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１および図２に示したガス測定フィーラの、材料接続的に結合されたコンタクトホルダを備えたセンサ素子の部分的な斜視図である。
【図４】図３に示した矢印ＩＶの方向で見た、コンタクトホルダの端面で破断されたセンサ素子を示す図である。
【図５】図３に示した矢印Ｖの方向で見た図である。
【図６】コンタクトホルダに挿入されたコンタクト部材を備えた、図４に示したＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。
【図７】別の実施例によるコンタクトホルダを図３と同様に示すである。
【図８】図７に示した矢印ＶＩＩＩの方向で見た図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１  ハウジング、  １２  センサ素子、  １３  セラミックス部材、  １４  セラミックス部材、  １５  シール部材、  １６  保護管、  １７  コンタクト面、  １８  接続線路、  １９  導体、  ２０  コンタクト部材、  ２１，２１′  コンタクトホルダ、  ２２，２２′  案内通路、  ２３  案内通路、  ２４  ハウジングスリーブ、  ２５  成形体、  １２１  端区分、  １２２  端区分、  １２２ａ  大面、  １２２ｂ  大面、  ２４１  端区分
【図１】
2006313161.tif 000003
【図２】
2006313161.tif 000004
【図３】
2006313161.tif 000005
【図４】
2006313161.tif 000006
【図５】
2006313161.tif 000007
【図６】
2006313161.tif 000008
【図７】
2006313161.tif 000009
【図８】
2006313161.tif 000010