JP2004219384A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】高温環境下での使用時においても、素子電極部と金属端子との間における電気的接触抵抗値の増大を抑制でき、検出精度の低下を抑制できるガスセンサを提供する。
【解決手段】酸素センサ２においては、リードフレーム１０のうち、検出素子４の電極部３０，３２，３４，３６に当接する波状部分１６に、白金（Ｐｔ）からなるめっき層２１が形成されている。なお、白金は、高温環境下において、酸化し難いことから耐酸化性に優れ、電気的な接触抵抗値が小さいという特性を有しているため、めっき層２１と電極部３０，３２，３４，３６との間の電気的な接触抵抗値の増加を抑制できる。これにより、リードフレーム１０と検出素子４との接触抵抗値が増大するのを抑制できるため、酸素センサ２から出力される検出信号の信号レベル低下を抑制でき、酸素検出精度の低下を防止できる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出信号を出力する素子電極部を有する検出素子と、素子電極部に電気的に接続される金属端子とを備えるガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、検出信号を出力する素子電極部を有する検出素子と、素子電極部に電気的に接続される金属端子とを備えるガスセンサが知られており、金属端子は、検出信号をガスセンサの外部に伝達する信号経路の一部を構成する。
【０００３】
なお、金属端子と素子電極部との接続構造としては、例えば、ロー材を用いてロー付け接合などによる接続構造を用いることができ、これにより、金属端子と素子電極部とを電気的に接続することができる。しかし、この接続構造を用いたガスセンサは、高温環境下で用いると熱伝導によりロー材が溶融する場合があり、金属端子と素子電極部との電気的接続が不良となる虞がある。
【０００４】
これに対して、金属端子が検出素子に対して押圧する状態で、金属端子を検出素子に当接すると共に、金属端子を素子電極部に電気的に接続する接続構造を用いるガスセンサが提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。
【０００５】
このような接続構造を用いるガスセンサは、ロー材を使用しないことから、ロー材の溶融に伴う信号経路の断線が生じないため、高温環境下での使用が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−７１６２４号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００２−１６８８２２号公報（図１）
【特許文献３】
特開２００２−１６８８２３号公報（図１）
【特許文献４】
特開２００２−１６８８２４号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献に記載の接続構造を用いるガスセンサは、高温環境下での使用による断線は防止できるが、高温環境下での長時間の使用に伴い、信号経路の線路抵抗値が増加するという問題が生じる虞がある。
【０００８】
つまり、高温環境下での使用時には、金属端子が酸化しやすくなるため、金属端子の表面に酸化膜が形成されて、素子電極部と金属端子との間における電気的な接触抵抗値が増大するものと考えられる。このように、電気的接触抵抗値が増大すると、信号経路における線路抵抗値が上昇することになり、ガスセンサから外部に出力される検出信号が、線路抵抗値の影響を受けて変動することになる。
【０００９】
こうした検出信号の変動が発生すると、検出対象ガスの検出精度が悪化することになり、特に、検出信号が微小な電流値である場合には、線路抵抗値の増大により、信号レベルが大幅に低下してしまい、検出対象ガスを検出できなくなることも考えられる。
【００１０】
そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、高温環境下での使用時においても、素子電極部と金属端子との間における電気的接触抵抗値の増大を抑制でき、検出精度の低下を抑制できるガスセンサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、検出対象ガスの状態量に応じた検出信号を出力する素子電極部を有する検出素子と、検出素子に対して押圧する状態で検出素子に当接すると共に、素子電極部に電気的に接続されて、検出信号を外部に伝達する信号経路の一部を形成する金属端子と、を備えるガスセンサであって、金属端子は、少なくとも素子電極部に当接する部分に電極接触層を備え、電極接触層は、金属端子を形成する材料よりも酸化し難く、素子電極部との電気的な接触抵抗が金属端子を形成する材料よりも低い導電性材料で形成されていることを特徴とする。
【００１２】
つまり、このガスセンサでは、金属端子のうち少なくとも素子電極部に当接する部分に、金属端子よりも酸化し難く、素子電極部との電気的な接触抵抗が金属端子を形成する材料より低い材料で形成された電極接触層を備えており、金属端子のうち少なくとも素子電極部に当接する部分は、高温環境下での使用であっても、酸化膜が形成されにくく、また、接触抵抗値が増大し難くなる。これにより、高温環境下での使用時においても、信号経路における線路抵抗値の増大を抑制することができ、検出信号の変動を抑制できる。また、検出信号が微少な電流であっても、信号レベルの低下を抑制できることから、検出対象ガスが検出不可能となるのを避けることができる。
【００１３】
なお、電極接触層が、素子電極部との電気的な接触抵抗が金属端子を形成する材料より低い材料であるというのは、素子電極部と金属端子とを当接させた場合と、素子電極部と電極接触層とを当接した場合とを、同じ大きさの接触面積で比較したときの抵抗値が低い材料ということである。
【００１４】
よって、本発明のガスセンサによれば、高温環境下での使用時においても、素子電極部と金属端子との間における電気的接触抵抗値の増大を抑制でき、検出精度の低下を抑制できることから、検出対象ガスを精度良く検出することが可能となる。
【００１５】
なお、検出対象ガスを検出するガスセンサとしては、例えば、有底状の筒型の検出素子や板型の検出素子などの検出素子を備えて構成されるものがある。筒型の検出素子を備えるガスセンサは、筒の内壁および外壁に金属端子が検出素子に対して押圧する状態で金属端子が検出素子に当接している構造となる。しかし、一般に検出素子のほうが金属端子の材料よりも熱膨張係数が小さいため、高温環境下で長時間そのセンサを使用した場合、高温による外壁の金属端子の膨張に伴い、検出素子と外壁の金属端子との電気的接続が不良となる虞がある。これに対して、板型の検出素子を備えるガスセンサは、金属端子を検出素子の外壁に押圧する状態で金属端子を検出素子に当接させ、さらに、その外周から検出素子よりも熱膨張係数がそれ以下の材料からなる絶縁ホルダにより金属端子を検出素子にさらに押圧する構造とする。いわゆる、検出素子と絶縁ホルダとにより金属端子を挟持させる構造とすることで、高温環境下で長時間にわたり、そのガスセンサを使用した場合でも、絶縁ホルダにより金属端子が膨張するのが抑制され、検出素子と金属端子との電気的接続を十分に維持することができる。
【００１６】
しかし、このような板型の検出素子を備えるガスセンサであっても、高温環境下での使用時には、金属端子が酸化しやすくなるため、検出素子の素子電極部と金属端子との間における電気的な接触抵抗値が増大する虞がある。そこで、金属端子と検出素子の素子電極部との当接する部分に、金属端子を形成する材料よりも酸化し難く、素子電極部との電気的な接触抵抗が金属端子を形成する材料よりも低い導電性材料で形成されている電極接触層を設けることで、素子電極部と金属端子との間における電気接触抵抗値の増大を抑制でき、検出精度の低下を抑制できる。
【００１７】
また、板型の検出素子には、その検出素子を活性化させるためのヒータが積層されて構成されるものがある。そのようなヒータを有する検出素子を備えるガスセンサは、金属端子として、検出素子からの検出信号をガスセンサの外部に伝達する信号経路の一部を形成する金属端子と、ヒータへの電力供給を行うための電流経路の一部を形成する金属端子とを備えることになる。このようなガスセンサにおいても同様に、金属端子とヒータとの間における電気的な接触抵抗値が増大するという問題が生じる虞があり、金属端子の当接部分における発熱や、ヒータの性能低下などが問題となる場合がある。つまり、電流経路には信号経路よりも大きい電流が流れることから、金属端子の当接部分における接触抵抗値が同一値であっても、電流経路を形成する金属端子は、信号経路を形成する金属端子に比べて、発熱しやすいという問題がある。また、金属端子の当接部分における接触抵抗値が大きくなると、当接部分の接触抵抗で消費される電力損失が増大するため、外部電源から供給される電力量が同一値である場合には、当接部分の接触抵抗値が大きいヒータに対して有効に供給される電力量が減少することになり、ヒータの性能（発熱量）を低下させることになる。あるいは、金属端子の当接部分おいて消費される電力損失が増大した場合、ヒータに対する供給電力量を充分に確保するために、より大きな電流を通電する必要が生じ、無駄に電力が消費されることになる。
【００１８】
これに対して、金属端子とヒータとの当接する部分に、金属端子を形成する材料よりも酸化し難く、ヒータとの電気的な接触抵抗が金属端子を形成する材料よりも低い導電性材料で形成されている電極接触層を設けることで、ヒータの性能の低下を抑制でき、無駄な電力消費を抑えることができ、金属端子とヒータとの当接部分における発熱を抑制することができる。
【００１９】
なお、金属端子の全体を、耐酸化性に優れ、素子電極部との間における電気的接触抵抗値が低い導電性材料で形成することで、高温環境下でも検出精度を抑制できるガスセンサを実現することも可能である。
ところで、耐酸化性に優れ、素子電極部との間における電気的接触抵抗値が低い導電性材料は、一般的には高価であることから、コスト低減も目的とする場合には、金属端子のうち、検出素子の素子電極部に当接する部分に限定して、そのような高価な導電性材料からなる電極接触層を形成するとよい。このように金属端子を構成することで、高温環境下での使用時に、素子電極部と金属端子との間の電気的接触抵抗値が増大し難く、検出精度を抑制できるガスセンサを安価に実現することができる。
【００２０】
ところで、一般にガスセンサの金属端子は、高温環境下での使用時においても、検出素子に対して押圧する状態で検出素子に当接することができるように、Ｎｉ基合金材料（インコネルなど）やステンレス鋼などを主体に構成されている。そこで、電極接触層は、例えば、請求項２に記載のように、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）のいずれかで形成されているとよい。
【００２１】
これらの材料（白金、金、ニッケル）は、金属端子として一般に用いられる材料よりも耐酸化性に優れると共に、接触抵抗値が低いという特性を有することから、これらの材料で電極接触層を形成することで、高温環境下での使用時においても、素子電極部と金属端子との間における電気的接触抵抗値の増大を抑制でき、検出精度の低下を抑制可能なガスセンサを実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を適用した実施例であるガスセンサを図面と共に説明する。なお、本実施例では、ガスセンサのうち、内燃機関の排気管等に装着されて排気ガス中の酸素を検出する酸素センサについて説明する。図１は、本実施例の酸素センサ２の全体構成を示す断面図である。
【００２３】
酸素センサ２は、排気管に固定するためのネジ部１０３が外表面に形成された筒状の主体金具１０２と、主体金具１０２の筒内に挿入される長板状の検出素子４と、検出素子４を保持するために主体金具１０２の筒内下方から積層されるセラミックホルダ１０６、タルク粉末１０８および後述のセラミックスリーブ６と、検出素子４にて検出された電気信号（即ち、酸素濃淡電池起電力）を取り出すため等に用いる後述の複数（本実施例では４本）の長尺状のリードフレーム１０とを備えている。
【００２４】
この内、検出素子４は、長方形状の軸断面を有し、図２（ａ）に示すように、それぞれ長板状に形成された酸素濃淡電池素子２０と、酸素濃淡電池素子２０を活性化させるためのヒータ２２とが積層されて形成されている。尚、酸素濃淡電池素子２０は、例えば、ジルコニア等を主体とする酸素イオン伝導性固体電解質体により形成されている。また、ヒータ２２は、例えば、導電性セラミックからなる抵抗発熱体パターン２４をセラミック基体中に埋設した公知のセラミックヒータから形成されている。
【００２５】
なお、図２（ａ）は、検出素子４を、酸素濃淡電池素子２０とヒータ２２とに分割して表した分解斜視図であり、図２（ｂ）は、検出素子４のうち後述する検出部５における断面図であり、図２（ｂ）では、検出素子４の長手方向（図２（ａ）における左右方向）に垂直な面における断面図を表している。また、図２（ｃ）は、検出素子４の酸素濃淡電池素子２０のうち後述する電極部３２における断面図であり、図２（ｄ）は、検出素子４のヒータ２２のうち後述する電極部３４、３６における断面図であり、図２（ｃ）および（ｄ）では、検出素子４における酸素濃淡電池素子２０とヒータ２２との積層面に垂直で、かつ検出素子４の長手方向に平行な面における断面図を表している。
【００２６】
そして、酸素濃淡電池素子２０の長手方向の先端側（図２（ａ）における左方）には、両面に多孔質電極２６，２８が形成され、これら電極２６，２８とそれらの間に挟まれる固体電解質部分とが検出素子４の検出部５を構成する。
また、多孔質電極２６，２８からは、酸素濃淡電池素子２０の長手方向に沿って酸素センサ２の後端側（図２（ａ）における右方）に向けて延びる電極リード部２７，２９が一体形成されている。この内、ヒータ２２と対向しない側の電極２６からの電極リード部２７は、その末端が電極部３０として用いられる。一方、ヒータ２２に対向する側の電極２８の電極リード部２９は、図２（ｃ）に示すように、酸素濃淡電池素子２０を厚さ方向（図２（ｃ）における上下方向）に横切るビア３３により、反対側の素子面に形成された電極部３２と接続され、各電極部３０，３２は、酸素濃淡電池素子２０の板面末端に間隔を空けて配置されている。
【００２７】
一方、ヒータ２２には、抵抗発熱体パターン２４に導通するための二本のリード部２５が形成され、図２（ｄ）に示すように、ヒータ２２の酸素濃淡電池素子２０と対向しない側（図２（ｄ）における上側）の板面末端に形成された電極部３４，３６に、それぞれビア３８を介して接続されている。そして、図２（ｂ）に示すように、酸素濃淡電池素子２０とヒータ２２とは、セラミック（例えば、ジルコニア系セラミックやアルミナ系セラミック）層４０を介して互いに接合される。
【００２８】
このように構成された検出素子４は、図１に示すように、先端側（図１における下方）の検出部５が、排気管に固定される主体金具１０２の先端より突出した状態で、この主体金具１０２内に固定される。そして、検出素子４は、検出部５で検出した酸素（検出対象ガス）の状態量に応じた検出信号としての電気信号（即ち、酸素濃淡電池起電力）を、電極部３０、３２から外部に出力する。
【００２９】
一方、主体金具１０２の先端側（図１における下方）外周には、検出素子４の突出部分を覆うと共に、複数の孔部を有し、金属製の二重のプロテクタ４３，４５が溶接等によって取り付けられている。そして、主体金具１０２の後端側外周には、外筒４４が溶接等により固定されている。また、外筒４４の後端側（図１における上方）の開口部には、検出素子４にて生じた酸素濃淡電池起電力を外部に取り出すためのリード線４６が挿通されるリード線挿通孔が形成されたセラミックセパレータ４８とグロメット５０とが配置されている。
【００３０】
さて、検出素子４は、主体金具１０２の筒内下方より配置されるセラミックホルダ１０６、タルク粉末１０８、セラミックスリーブ６と、セラミックスリーブ６との間に配置されるリードフレーム１０とを介して主体金具１０２に固定され、しかも、検出素子４の電極部（電極部３０，３２，３４，３６）が形成された側の端部側の周囲が、セラミックスリーブ６に覆われた状態で固定される。
【００３１】
この内、セラミックホルダ１０６およびセラミックスリーブ６は、外観が略円筒状を呈し、検出素子４の断面形状に沿った略長方形状の挿通孔が中心軸に沿って穿設されており、検出素子４は挿通孔を介して保持される。
側面から見たときのセラミックスリーブ６の破砕断面図を図４（ａ）に示すとともに、図４（ａ）に記したＡ方向（即ち、下端から上端に向かう方向）からセラミックスリーブ６を見た底面図（拡大した底面図）を図４（ｂ）に示す。なお、図４（ａ）においては、セラミックスリーブ６の内部構造を表すために、右半分を図４（ｂ）中のＢ−Ｂ断面部分に相当する断面図として表している。
【００３２】
セラミックスリーブ６は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、上部中央が上方に突出することにより突出部５２が形成され、中心軸に沿って挿通孔５４が形成されている。
セラミックスリーブ６の突出部５２における周囲の端面上には、図１に示すように、加締リング１１２が配置され、主体金具１０２の後端部を、加締リング１１２を介してセラミックスリーブ６に向かう方向に加締めることにより、タルク粉末１０８が加圧充填され、この結果、検出素子４，セラミックホルダ１０６，セラミックスリーブ６が主体金具１０２に固定される。
【００３３】
なお、挿通孔５４のうち、検出素子４の電極部３０，３２，３４，３６が形成された側の板面に対応する内壁には、それぞれ溝部５６が形成されている。つまり、挿通孔５４には、４つの溝部５６が形成され、これにより、挿通孔５４は、断面が略「エ」字状を呈している。
【００３４】
一方、リードフレーム１０は、図３（ａ）に示すように、全体の外観が略Ｌ字状を呈するように形成されている。即ち、リードフレーム１０は、フレーム本体１２と、フレーム本体１２の一端側が折り曲げられて形成された折曲部１４と、フレーム本体１２の折曲部１４側に形成された波状部分１６とを備える。また、リードフレーム１０は、例えば、高温に繰り返し晒されても、弾性（バネ弾性）を保持可能な周知のインコネルやステンレス鋼などを主体に形成されている。なお、図３（ａ）は、リードフレーム１０の外観を表す側面図である。
【００３５】
波状部分１６は、リードフレーム１０をセラミックスリーブ６へ装着する際に、検出素子４とセラミックスリーブ６との間隔方向に高低差を有する波形形状に形成されており、検出素子４とセラミックスリーブ６との距離を拡大させる方向の弾性力を有している。なお、リードフレーム１０は、特許請求の範囲に記載の「金属端子」に相当する。
【００３６】
また、波状部分１６のうち、検出素子４の電極部３０，３２，３４，３６に当接する側の表面には、耐酸化性に優れ、接触抵抗値が増加しづらい導電性材料（白金など）からなるめっき層２１（電極接触層２１）が形成されており、めっき層２１の厚さ寸法は、１［μｍ］である。
【００３７】
図３（ｂ）に、リードフレーム１０および検出素子４が組みつけられた状態のセラミックスリーブ６の断面図を示す。リードフレーム１０および検出素子４が、図３（ｂ）に示すように、セラミックスリーブ６の挿通孔５４に挿通されることにより、リードフレーム１０，検出素子４およびセラミックスリーブ６が一体に組み付けられる。
【００３８】
このとき、リードフレーム１０は、フレーム本体１２および波状部分１６がセラミックスリーブ６の挿通孔５４の溝部５６に配置され、折曲部１４がセラミックスリーブ６の下端面に当接するとともに、波状部分１６が検出素子４の電極部３０，３２，３４，３６に当接し、さらに、フレーム本体１２のうち、折曲部１４とは反対側の端部（図中上方）がセラミックスリーブ６から突出する状態で配置される。
【００３９】
つまり、リードフレーム１０、検出素子４およびセラミックスリーブ６が一体に組み付けられることにより、検出素子４の電極部３０，３２，３４，３６が、それぞれ対応するリードフレーム１０の波状部分１６（詳細には、めっき層２１）に当接することになる。
【００４０】
ここで、リードフレーム１０、検出素子４およびセラミックスリーブ６が一体に組み付けられた時の、リードフレーム１０の波状部分１６および検出素子４の電極部３２が当接する部分の拡大図を図３（ｃ）に示す。なお、図３（ｃ）では、セラミックスリーブ６の図示を省略している。
【００４１】
図３（ｃ）に示すように、リードフレーム１０の波状部分１６は、検出素子４の電極部３２に当接する第１波状部分１７と、検出素子４の本体部分に当接する第２波状部分１９とから構成されている。この第１波状部分１７および第２波状部分１９は、それぞれ異なる波形形状に形成されており、第１波状部分１７の有する弾性力は、第２波状部分１９の有する弾性力よりも小さくなるよう形成されている。
【００４２】
そして、波状部分１６は、検出素子４およびセラミックスリーブ６からの圧力を受けて、検出素子４とセラミックスリーブ６との間隔方向に弾性変形することにより、第１波状部分１７（詳細には、めっき層２１）が電極部３２に当接し、第２波状部分１９が検出素子４の本体部分に当接する。この結果、第１波状部分１７（詳細には、めっき層２１）が電極部３２と電気的に接続され、第２波状部分１９が検出素子４を保持することになる。
【００４３】
なお、第１波状部分１７は、その弾性力が、少なくとも第１波状部分１７と電極部３２とが接触可能な大きさに設定されており、リードフレーム１０と電極部３２との電気的接続を維持している。また、第１波状部分１７（詳細には、めっき層２１）は、３つの波形の頂点部分において、電極部３２と当接している。
【００４４】
そして、第２波状部分１９による検出素子４の保持は、一対のリードフレーム１０の各第２波状部分１９が、弾性力によりセラミックスリーブ６の挿通孔５４の内面および検出素子４の表面に対して押圧力を発生し、検出素子４を挟持することで実現される。これにより、検出素子４がセラミックスリーブ６に対して固定される。
【００４５】
このようにして一体に組み付けられたリードフレーム１０、検出素子４およびセラミックスリーブ６は、主体金具１０２に固定されることにより、酸素センサ２の内部に配置される、
そして、酸素センサ２では、図１に示すように、セラミックスリーブ６から突出したリードフレーム１０のフレーム本体１２の端部（図１における上方）に、リード線４６が抵抗溶接により固定される。つまり、酸素センサ２では、リード線４６およびリードフレーム１０を介して、検出素子４にて生じた電気信号（酸素濃淡電池起電力）を、酸素の検出結果（酸素の有無や酸素濃度など）に応じた検出信号として外部に取り出すことができる。
【００４６】
なお、酸素センサ２においては、検出素子４の電極部３０，３２，３４，３６が、特許請求の範囲に記載の素子電極部に相当し、リードフレーム１０が金属端子に相当し、めっき層２１が電極接触層に相当している。
以上、説明したように、酸素センサ２においては、波状部分１６の弾性力により、リードフレーム１０が検出素子４に対して押圧する状態となり、リードフレーム１０は、検出素子４に当接すると共に、電極部（電極部３０，３２，３４，３６）に電気的に接続されている。これにより、リードフレーム１０は、検出信号を酸素センサ２の外部に伝達する信号経路の一部を形成する。
【００４７】
また、酸素センサ２においては、リードフレーム１０のうち、検出素子４の電極部３０，３２，３４，３６に当接する波状部分１６に、白金（Ｐｔ）からなるめっき層２１が形成されている。
なお、白金は、インコネルやステンレス鋼などに比べて、高温環境下においても酸化し難いことから、耐酸化性に優れ、電気的な接触抵抗値が小さいという特性を有している。このため、白金からなるめっき層２１は、高温環境下で使用する場合でも、酸化膜が形成されにくく、めっき層２１と電極部３０，３２，３４，３６との間の電気的な接触抵抗値の増加を抑えることができる。
【００４８】
これにより、検出素子４から酸素センサ２の外部に対して検出信号を伝達する信号経路のうち、リードフレーム１０と検出素子４との接触抵抗値が増大するのを抑制できるため、信号経路における線路抵抗値の増大を抑制できる。このように、信号経路における線路抵抗値の増大を抑制することで、酸素センサ２から出力される検出信号の信号レベルが低下するのを抑制でき、酸素検出の検出精度が低下するのを防止できる。また、検出信号が微少な電流であっても、信号レベルの低下を抑制できるため、酸素が検出不可能となるのを避けることができる。
【００４９】
よって、本実施例の酸素センサ２によれば、高温環境下での使用時においても、電極部３０，３２，３４，３６とリードフレーム１０（金属端子）との間における電気的接触抵抗値の増大を抑制でき、酸素検出精度の低下を抑制することができる。
【００５０】
また、白金（Ｐｔ）は、高価な導電性材料であるが、本実施例の酸素センサ２では、リードフレーム１０の全体を白金で構成するのではなく、検出素子４の電極部３０，３２，３４，３６に当接する部分（波状部分１６）に、白金からなるめっき層２１を形成することで、耐酸化性の向上、接触抵抗値の増加防止を図っている。これにより、酸素センサ２を構成する部材のコストの増大を抑えつつ、耐酸化性の向上、接触抵抗値の増加防止を図ることができる。
【００５１】
さらに、本実施例の酸素センサ２に備えられるリードフレーム１０は、高温環境下であっても、検出素子の電極部と当接する部分については、酸化しがたいという特性があることから、ガスセンサのうち、高温部分に配置することが可能となる。つまり、従来は、酸化防止を目的として、熱源（本実施例では、排気ガス）までの距離が長くなるようリードフレームを配置していたが、本発明のガスセンサでは、リードフレームを従来よりも熱源に近い位置に配置できるため、リードフレームの配置位置の制約を緩和でき、センサ全体の寸法を小型化することが可能となる。
【００５２】
また、センサの全体寸法を小型化することで、センサを構成する各部材を小型化できることから、各構成部材の材料費用を低減できるということから、ガスセンサのコスト低減を図ることができる。例えば、検出素子４の電極リード部２７が高価な材料（白金など）で形成される場合には、検出素子４の小型化により電極リード部２７を短縮でき、高価な材料の使用量を減少できるため、コスト低減を図ることができる。
【００５３】
次に、めっき層を有さない従来のリードフレームと、めっき層を有するリードフレームとを、高温冷熱サイクル環境下に配置した場合において、検出素子の電極部との接触抵抗値の変化を測定した測定結果について説明する。なお、図５に測定結果波形を示す。
【００５４】
本測定では、所定の周期時間（約１５［ｍｉｎ］）毎に、リードフレームの温度を、高温（約６００［℃］）および低温（約４００［℃］）に交互に変化させる高温冷熱サイクル環境下に、リードフレームおよび検出素子を配置して、リードフレームと検出素子の電極部との接触抵抗値を計測した。また、リードフレームと検出素子の電極部との接触抵抗値は、４端子法により計測した。
【００５５】
さらに、本測定では、めっき層を有さないリードフレームとしては、インコネル（ＮＣＦ７５０）のみで形成された従来型リードフレームを用いており、めっき層を有するリードフレームとしては、インコネル（ＮＣＦ７５０）を主体に形成され、めっき層が金（Ａｕ）で形成された金めっきリードフレームと、インコネル（ＮＣＦ７５０）を主体に形成され、めっき層が白金（Ｐｔ）で形成された白金めっきリードフレームとを用いた。
【００５６】
なお、従来型リードフレームは、測定開始から７８０［ｈｏｕｒ］経過時まで、白金めっきリードフレームおよび金めっきリードフレームは、測定開始から６３０［ｈｏｕｒ］経過時まで、それぞれ３０［ｈｏｕｒ］毎に接触抵抗値を記録した。そして、測定開始時の接触抵抗値と各経過時間での接触抵抗値との差である接触抵抗値変化量を、図５に示している。また、従来型リードフレーム、白金めっきリードフレーム、金めっきリードフレームとして、それぞれ３本ずつ測定を実施しており、図５では、従来型リードフレームの測定結果波形を実線で、金めっきリードフレームの測定結果波形を破線で、白金めっきリードフレームの測定結果波形を一点鎖線で、それぞれ３本ずつ表している。
【００５７】
図５に示す測定結果によれば、従来型リードフレームは、測定開始から７８０［ｈｏｕｒ］経過後の接触抵抗値変化量が０．１６［Ω］，０．１７［Ω］，０．６９［Ω］である。白金めっきリードフレームは、測定開始から６３０［ｈｏｕｒ］経過後の接触抵抗値変化量が０．００［Ω］，０．００［Ω］，−０．０２［Ω］である。金めっきリードフレームは、測定開始から６３０［ｈｏｕｒ］経過後の接触抵抗値変化量が０．０４［Ω］，０．０８［Ω］，０．０８［Ω］である。つまり、従来型リードフレームが最も接触抵抗値変化量が大きく、次いで金めっきリードフレーム、白金めっきリードフレームの順に、接触抵抗値変化量が小さくなることが判る。
【００５８】
また、測定結果波形を全体的に比較した場合には、測定開始から約１５０［ｈｏｕｒ］経過後までは、接触抵抗値変化量に大きな差は認められないが、測定開始から約３００［ｈｏｕｒ］経過後からは、従来型リードフレームが最も接触抵抗値変化量が大きく、次いで金めっきリードフレーム、白金めっきリードフレームの順に、接触抵抗値が小さくなる傾向があることが判る。
【００５９】
このことから、本発明のガスセンサのように、リードフレーム（金属端子）のうち検出素子の素子電極部に当接する部分に、耐酸化性に優れ、接触抵抗値の小さい導電性材料からなるめっき層を形成することで、高温環境下での使用により金属端子と素子電極部との電気的な接触抵抗値が増大するのを防止できることが判る。
【００６０】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、リードフレームは、上述したリードフレーム１０のように、複数の頂点部分が検出素子の電極部に当接する形状の波状部分１６を有するものに限られることはなく、例えば、１箇所で検出素子の電極部に当接する形状のリードフレームを用いることもできる。図６に、１箇所で検出素子の電極部に当接する形状の湾曲部分６３を有する第２リードフレーム６１の外観を表す側面図を示す。
【００６１】
つまり、第２リードフレーム６１は、検出素子に当接する２つの頂点部分を有する湾曲部分６３を備えており、湾曲部分６３は、検出素子４の電極部３２に当接する第１湾曲部分６５と、検出素子４の本体部分に当接する第２湾曲部分６７とから構成されている。この第１湾曲部分６５および第２湾曲部分６７は、それぞれ略同等の曲率半径で形成されており、とりわけ、第１湾曲部分６５のうち、検出素子４の電極部３２に当接する面には白金からなるめっき層２１が形成されている。このため、第２リードフレーム６１は、上述のリードフレーム１０と同様に、リードフレームと検出素子の電極部との接触抵抗値が増大するのを防止できる。
【００６２】
よって、リードフレーム１０に代えて第２リードフレーム６１を備えて構成したガスセンサは、上述した酸素センサ２と同様に、高温環境下での使用時においても、素子電極部と金属端子との間における電気的接触抵抗値の増大を抑制でき、検出精度の低下を抑制できるという効果を得ることができる。
【００６３】
なお、第２リードフレーム６１では、第１湾曲部分６５のうち、セラミックスリーブ６に当接する面（図６における右側面）には、めっき層は形成されておらず、また、第２湾曲部分６７のうち、検出素子４の本体部分に当接する面（図６における左側面）、およびセラミックスリーブ６に当接する面（図６における右側面）には、めっき層は形成されていない。このように、リードフレームのうち、検出素子の電極部に当接する部分に限定してめっき層２１を形成することで、高価な白金の使用量を減少させることができ、ガスセンサのコストの低減を図ることができる。
【００６４】
また、めっき層２１の厚さ寸法は、１［μｍ］に限定されることはなく、用途や使用環境などの条件に応じて、適切な寸法に設定することができる。
さらに、耐酸化性に優れ、接触抵抗値が低い材料としては、白金（Ｐｔ）の他に、金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）などの金属材料が挙げられることから、めっき層２１は白金で形成されるものに限られることはなく、金やニッケルなどの耐酸化性に優れ、接触抵抗値が低い導電性材料を用いて構成しても良い。
【００６５】
さらに、めっき層２１は、一層で形成されるものに限られることはなく、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）などの金属材料で形成される多層構造であってもよい。
また、金属端子は、自身が有する弾性力により検出素子に対して押圧力を印加するものに限られることはなく、他の部材により検出素子に向けて付勢されることで、検出素子に対して押圧するものであってもよい。
【００６６】
さらに、検出素子は電極部の個数が４個のものに限ることはなく、５個（片面に２個、他面に３個）や６個（両面共に３個）の電極部を有する検出素子を備えるガスセンサに対して、本発明を適用することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）は、検出素子を、酸素濃淡電池素子とヒータとに分割して表した分解斜視図であり、（ｂ）は、検出素子の検出部のうち長手方向に垂直な面における断面図であり、（ｃ）は、検出素子の酸素濃淡電池素子のうち電極部における断面図であり、（ｄ）は、検出素子のヒータのうち電極部における断面図である。
【図３】（ａ）は、リードフレームの外観を表す側面図であり、（ｂ）は、リードフレームおよび検出素子が組みつけられた状態のセラミックスリーブの断面図であり、（ｃ）は、リードフレームの波状部分および検出素子の電極部が当接する部分の拡大図である。
【図４】（ａ）は、側面から見たときのセラミックスリーブの破砕断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に記したＡ方向から見たときのセラミックスリーブの底面図である。
【図５】高温冷熱サイクル環境下に配置した場合において、リードフレームと検出素子の電極部との接触抵抗値の変化を測定した測定結果である。
【図６】１箇所で検出素子の電極部に当接する形状の湾曲部分を有する第２リードフレームの側面図である。
【符号の説明】
２…酸素センサ、４…検出素子、１０…リードフレーム、１６…波状部分、１７…第１波状部分、１９…第２波状部分、２１…めっき層（電極接触層）、３０，３２，３４，３６…電極部、６１…第２リードフレーム、６３…湾曲部分、６５…第１湾曲部分、６７…第２湾曲部分、１０２…主体金具。

Claims (2)

1. 検出対象ガスの状態量に応じた検出信号を出力する素子電極部を有する検出素子と、
   前記検出素子に対して押圧する状態で前記検出素子に当接すると共に、前記素子電極部に電気的に接続されて、前記検出信号を外部に伝達する信号経路の一部を形成する金属端子と、
   を備えるガスセンサであって、
   前記金属端子は、少なくとも前記素子電極部に当接する部分に電極接触層を備え、
   前記電極接触層は、前記金属端子を形成する材料よりも酸化し難く、前記素子電極部との電気的な接触抵抗が前記金属端子を形成する材料よりも低い導電性材料で形成されていること、
   を特徴とするガスセンサ。
2. 前記電極接触層は、白金、金、ニッケルのいずれかで形成されていること、
   を特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。

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