JP4220797B2 - Gas sensor - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸線方向に延びる板状形状をなす検出素子と、検出素子の後端側の周囲を取り囲むように配置される絶縁保護体と、検出素子の電極端子部に電気的に接続されるリードフレームと、を備えるガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、軸線方向に延びる板状形状をなすと共に、測定対象となるガスに向けられる先端側に検出部が形成された検出素子（ガスセンサ素子等）が組み付けられたガスセンサが知られている。このようなガスセンサとしては、λセンサ、全領域空燃比センサ、酸素センサ、ＮＯｘセンサなどが挙げられる。
【０００３】
板型形状の検出素子は、一般に、軸線方向（長手方向）の先端側に検出部を備え、後端側に電極端子部を備えて構成されている。なお、電極端子部は、より大きな面積を確保するために、検出素子の外表面のうち最も幅広の板面に形成されることが多い。また、検出素子のうち表裏の位置関係にある第１板面および第２板面のそれぞれに電極端子部を形成することで、より多くの電極端子部を検出素子に形成することができ、検出素子にて入出力される信号の種類を増加させることができる。
【０００４】
このような板型検出素子を備えるガスセンサは、導電性材料からなるリードフレームを電極端子部に直接又は他部材を介して間接的に接触させて、リードフレームを介して信号をガスセンサの外部との間で入出力することができる。
そして、リードフレームに弾性変形（圧縮変形）可能な接触部を設けて、検出素子の電極端子部にリードフレームの接触部が積層された検出素子およびリードフレームを、絶縁保護体の内部で把持する構成のガスセンサが知られている（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
このような構成のガスセンサにおいては、リードフレームの接触部が絶縁保護体の内部で圧縮変形して検出素子を押圧する押圧力を発生することで、リードフレームと電極端子部との電気的接触を良好に維持することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１６８８２２号公報（図１、図２，図３（ｂ））
【特許文献２】
特開２００２−１６８８２５号公報（図１、図２，図３（ｂ））
【特許文献３】
特開２００２−２８６６８１号公報（図１、図２，図３（ｄ））
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、圧縮変形した接触部が検出素子を押圧する押圧力の合計値が、検出素子の第１板面と第２板面とでそれぞれ異なる場合には、絶縁保護体の内部における検出素子の配置位置が中央位置（絶縁保護体の中心軸線）とは異なる位置に設定される虞がある。
【０００８】
例えば、検出素子がリードフレーム（接触部）から受ける押圧力が、第１板面よりも第２板面の方が大きい場合には、検出素子の板面と絶縁保護体の内部壁面との距離が第１板面よりも第２板面の方が大きくなる状態となり、検出素子が絶縁保護体の内部のうち中央位置ではない偏った位置に配置される。
【０００９】
一般に、設計上の検出素子の配置位置は、絶縁保護体の中央位置（中心軸線上）に設定されることから、検出素子が上記のように偏った位置に配置されると、ガスセンサ組立作業時において他部材との干渉や衝突による検出素子の破損などが生じる虞がある。また、組立作業時には検出素子の破損に至らない場合であっても、完成後のガスセンサにおいて、検出素子の配置位置が設計上の配置位置とは異なることに起因して、検出素子に無理な応力が生じて破損することも考えられる。
【００１０】
検出素子は、検出部の早期活性を図るためにヒータを一体的に備える等の多機能化に伴い電極端子数が増加する傾向にあり、第１板面と第２板面とで電極端子部の個数が異なる構成の検出素子も知られている。そのような検出素子においては、第１板面と第２板面とに配置されるリードフレームの個数が第１板面と第２板面とで異なることから、全ての電極端子部に同一種類のリードフレームを接続した場合には、第１板面と第２板面とでリードフレームからの押圧力に偏りが生じやすいという問題がある。
【００１１】
また、リードフレームは、通電される電流の大きさに応じて適切な断面積のものを用いる必要があるため、第１板面と第２板面とで電極端子部に流れる電流値が異なる構成の検出素子においては、断面積の大きいリードフレームから受ける押圧力が大きくなり、検出素子の配置位置が偏り易くなる傾向がある。
【００１２】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、検出素子の第１板面および第２板面のそれぞれにリードフレームを配置した状態で、リードフレームと検出素子とを絶縁保護体の内部に把持するガスセンサにおいて、第１板面と第２板面とで電極端子部に流れる電流値の大きさが異なる構成の検出素子を備える場合であっても、絶縁保護体の内部での検出素子の配置位置に偏りが生じ難いガスセンサを提供することを目的とする。
【００１３】
【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、軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象となるガスに向けられる先端側に検出部が形成され、後端側の外表面のうち表裏の位置関係となる第１板面および第２板面に電極端子部が形成される検出素子と、検出素子の後端側の周囲を取り囲むように配置される絶縁保護体と、検出素子と絶縁保護体との間に配置され、検出素子の電極端子部に電気的に接続されるリードフレームと、を備えるガスセンサであって、検出素子の電極端子部は、検出素子の第１板面と第２板面とでそれぞれ異なる大きさの電流が通電され、リードフレームは、１つの電極端子部に対して１個備えられると共に、接続相手となる電極端子部に通電される電流の大きさに応じて、通電方向に垂直な断面積が少なくとも電流を通電可能な大きさ以上に形成されており、リードフレームのうち検出素子に接触する接触部は、検出素子と絶縁保護体との間で挟持されて圧縮変形するように曲げ加工により形成されており、検出素子の第１板面に配置されるリードフレームの接触部が検出素子を押圧する押圧力の合計値と、検出素子の第２板面に配置されるリードフレームの接触部が検出素子を押圧する押圧力の合計値とが略同等となるように、検出素子の第１板面に配置されるリードフレームと、検出素子の第２板面に配置されるリードフレームとは、接触部における硬度、形状のうち少なくとも１つが異なるように形成されていることを特徴とするガスセンサである。
【００１４】
このガスセンサにおいては、検出素子のうち第１板面に形成される電極端子部と第２板面に形成される電極端子部とが、それぞれ異なる大きさの電流を通電するために備えられるのに対して、各リードフレームは、接続先の電極端子部に通電される通電電流の大きさに応じて、断面積が少なくとも通電電流を通電可能な大きさに形成されている。このため、各リードフレームは、各電極端子部に流れる電流の大きさに応じた適切な電流経路を形成でき、検出素子とガスセンサの外部とを接続する電流経路を適切に形成することができる。
【００１５】
なお、リードフレームの接触部が圧縮変形により発生する押圧力は、接触部における幅寸法、厚み寸法、硬度、形状といった４つの因子により決定される。例えば、接触部の幅寸法または厚み寸法が大きくなるほど押圧力は大きくなり、また、接触部の硬度が高くなるほど押圧力は大きくなる。
【００１６】
このため、各リードフレームは、接続先の電極端子部に応じた通電電流を通電可能な断面積の大きさを維持しつつ、接触部における硬度、形状の少なくとも１つを変更することにより、接触部が生じる押圧力をリードフレーム毎に変更することができる。つまり、各リードフレームについて、接続先の電極端子部に応じた通電電流を通電可能な断面積の大きさを維持しつつ、接触部における硬度、形状の少なくとも１つを変更することで、各リードフレームの接触部による検出素子に対する押圧力の合計値を、検出素子の第１板面および第２板面で略同等となるように設定することができる。
【００１７】
このように、各リードフレームの接触部による検出素子に対する押圧力の合計値が検出素子の第１板面および第２板面のそれぞれにおいて略同等となるように、各リードフレームが構成されていることから、検出素子は、絶縁保護体の内部における中央部分に配置される。
【００１８】
よって、本発明のガスセンサによれば、第１板面と第２板面とで流れる電流値が異なる電極端子部を備える検出素子を用いる場合であっても、検出素子の配置位置を絶縁保護体の内部における中央位置に設定でき、検出素子の配置位置に誤差が生じるのを防止できる。これにより、ガスセンサの組立作業時やガスセンサ完成後において、検出素子の配置位置の誤差に起因して検出素子が破損するのを防ぐことができる。
【００１９】
そして、上記ガスセンサは、例えば、検出素子が第１板面と第２板面とで電極端子部の形成個数が異なるように構成されている場合に、その効果をより発揮することができる。
つまり、第１板面と第２板面とで電極端子部の形成個数が異なる構成の検出素子においては、第１板面および第２板面のそれぞれに、同一種類のリードフレームを電極端子部の形成個数に応じた数だけ配置する場合、接触部から検出素子に対する押圧力については、電極端子部の個数が多い板面の押圧力が、電極端子部の個数が少ない板面の押圧力よりも大きくなる。このように、検出素子のうち第１板面および第２板面における押圧力のバランスが取れていない場合には、検出素子の配置位置が絶縁保護体の内部における中央位置となることはない。
【００２０】
そこで、上記のように、圧縮変形した接触部が検出素子を押圧する押圧力の合計値が第１板面と第２板面とで略同等となるように、検出素子の第１板面に配置されるリードフレームと、検出素子の第２板面に配置されるリードフレームとを、接触部における硬度、形状のうち少なくとも１つが異なるように構成するとよい。
【００２１】
これにより、検出素子の第１板面および第２板面のそれぞれに対して、電極端子部に流れる電流値や電極端子部の形成個数に応じたリードフレームを配置することができると共に、圧縮変形した接触部が検出素子を押圧する押圧力の合計値が第１板面と第２板面とで略同等に設定することができる。その結果、検出素子の配置位置を絶縁保護体の内部における中央位置に設定することができる。
【００２２】
よって、このガスセンサによれば、第１板面と第２板面とで電極端子部の形成個数が異なる検出素子を用いるガスセンサにおいても、検出素子の配置位置を適切な位置に設定することができ、検出素子の配置位置誤差に起因した検出素子の破損を防ぐことができる。
【００２３】
なお、検出素子のうち、電極端子部の形成個数が少ない板面は、電極端子部の形成個数が多い板面に比べて、配置されるリードフレームの個数が少なくなることから、１つのリードフレームの接触部が発生する押圧力を大きく設定する必要がある。その場合には、電極端子部の形成個数が少ない板面に配置されるリードフレームは、電極端子部の形成個数が多い板面に配置されるリードフレームに比べて、例えば、接触部の幅寸法を大きくするとよい。特に、同一の板面に配置される全てのリードフレームにおける接触部の幅寸法を合計した合計値が、第１板面及び第２板面共に同一値になるように（このとき、各リードフレームの厚み、硬度、形状は同等とする）、各リードフレームの接触部を構成することで、より確実に検出素子を絶縁保護体の内部における中央位置に配置することができる。
【００２４】
あるいは、電極端子部の形成個数が少ない板面に配置されるリードフレームは、電極端子部の形成個数が多い板面に配置されるリードフレームに比べて、接触部の厚み寸法を大きくしてもよく、これにより、第１板面と第２板面における押圧力を略同等に設定することが可能となる。
【００２５】
この他に、電極端子部の形成個数が少ない板面に配置されるリードフレームは、電極端子部の形成個数が多い板面に配置されるリードフレームに比べて、接触部の硬度を高くしてもよく、これにより、第１板面と第２板面における押圧力を略同等に設定することが可能となる。なお、硬度の変更は、リードフレームを構成する材料の変更や、リードフレームに対する熱処理（アニール処理など）の実施などにより、実現することができる。
【００２６】
ところで、リードフレームの接触部は、少なくとも検出素子と絶縁保護体との間で挟持されて圧縮変形する形状であることが必要であるが、そのような条件を満たす形状として様々な形状を挙げることができる。
そして、リードフレームの接触部は、例えば、波状形状に形成されると共に、検出素子と絶縁保護体との間に挟持されて波状形状の振幅方向に圧縮変形するよう形成することができる。
【００２７】
このような波状形状に形成された接触部は、検出素子と絶縁保護体との間に挟持されて圧縮変形することで、検出素子および絶縁保護体のそれぞれを押圧する押圧力を発生することができる。
そして、例えば、検出素子の第１板面に配置されるリードフレームの接触部と、検出素子の第２板面に配置されるリードフレームの接触部とは、波状形状のうち隣接する頂点部分同士の間隔寸法が互いに異なるように形成しても良い。
つまり、波状形状のうち隣接する頂点部分同士の間隔寸法（ピッチ間隔寸法）を変更することで、接触部の圧縮変形量が同一であっても、発生する押圧力の大きさを変化させることができる。つまり、ピッチ間隔寸法を変更して接触部、ひいてはリードフレームの形状を変更することで、リードフレーム毎に接触部が発生する押圧力を調整することができる。なお、波状形状に形成される接触部は、ピッチ間隔寸法を小さくすることで、押圧力を大きくすることができる。
【００２８】
また、検出素子の第１板面に配置されるリードフレームの接触部と、検出素子の第２板面に配置されるリードフレームの接触部とは、波状形状のうち曲線部分の曲率半径の大きさが互いに異なるように形成しても良い。
波状形状のうち曲線部分の曲率半径の大きさを変更することでも、発生する押圧力の大きさを変化させることができる。つまり、曲線部分の曲率半径を変更して接触部の形状を変更することで、リードフレーム毎に接触部が発生する押圧力を調整することができる。なお、波状形状に形成される接触部は、曲線部分の曲率半径を小さくすることで、押圧力を大きくすることができる。
【００２９】
また、ガスセンサの内部容積などの要因により、リードフレームの接触部の大きさが制限される場合には、幅寸法や厚み寸法の変更可能範囲が一定範囲内に制限されるが、そのような場合には、例えば、接触部の形状を変更することで、検出素子の第１板面および第２板面における押圧力の合計値を、それぞれ略同等にすることができる。
【００３０】
よって、このガスセンサによれば、接触部の幅方向および厚み方向の寸法変更が制限される場合であっても、接触部の形状を変更することでリードフレーム毎に接触部が発生する押圧力を変更でき、圧縮変形した接触部が検出素子を押圧する押圧力の合計値を、第１板面と第２板面とでそれぞれ略同等に設定できる。この結果、検出素子の配置位置を適切な位置に設定することができ、検出素子の配置位置の誤差に起因して検出素子が破損するのを防ぐことができる。
【００３１】
次に、上記ガスセンサにおいては、通電により発熱するヒータを備えると共に、電極端子部として、外部からヒータへ通電するヒータ用端子部を第１板面または第２板面のいずれか一方に備えている検出素子を用いて構成されている場合には、ヒータ用端子部に接続されるリードフレームが、ヒータ用端子部とは異なる電極端子部に接続されるリードフレームに比べて、通電方向に垂直な断面積が大きく形成されていると良い。
【００３２】
つまり、ヒータへの通電電流は、一般に、検出素子が測定対象ガスの検出結果に応じて出力する検出信号の電流値よりも大きいことから、ヒータ用端子部に接続されるリードフレームは、ヒータへの通電電流を通電可能となるように、その断面積を比較的大きくする必要がある。
【００３３】
なお、第１板面または第２板面のいずれか一方にヒータ用端子部を備えると共に、第１板面と第２板面とで電極端子部の形成個数が同数である検出素子においては、第１板面および第２板面のそれぞれに同一種類のリードフレームを配置することで、接触部から検出素子への押圧力を、第１板面および第２板面のそれぞれにおいて略同等に設定することは可能である。
【００３４】
しかしながら、断面積の大きいリードフレームは体積が大きくなることから、全てのリードフレームをヒータ用の通電電流を通電可能なリードフレームで構成する場合には、ガスセンサの寸法が大型化することになる。また、リードフレームの体積増加に伴い、リードフレームを構成する材料の使用量が増加して、材料コストが増加するという問題も発生する。
【００３５】
これに対して、ヒータ用端子部が形成される板面とは反対側に位置する電極端子部に接続されるリードフレームは、ヒータへの通電電流よりも小さい電流を流すことができればよいことから、ヒータ用端子部に接続されるリードフレームに比べて、断面積を小さくした場合であっても、通電経路としての機能を果たすことができる。そして、断面積を縮小することにより、リードフレームの体積を縮小でき、ガスセンサの小型化を図ることができる。
【００３６】
なお、断面積が小さく設定されるリードフレームは、接触部における硬度あるいは形状を変更することにより、断面積を拡大することなく、接触部における押圧力を増大することができる。このため、圧縮変形した接触部が検出素子を押圧する押圧力の合計値は、第１板面と第２板面とでそれぞれ略同等に設定することができる。
【００３７】
よって、このガスセンサによれば、ヒータを有する検出素子を備える場合であっても、検出素子の配置位置を絶縁保護体の内部における中央位置に設定することで、検出素子の破損を抑えると共に、リードフレームの体積を縮小することで、ガスセンサの体積が増大するのを抑えることができる。
【００３８】
なお、ヒータ用端子部に接続されるリードフレームは、ヒータ用端子部とは異なる電極端子部に接続されるリードフレームと比較した場合、断面積が異なることから外観形状が異なることとなり、各リードフレームが単体で存在する場合においても、目視による識別が容易となる。これにより、ガスセンサの組立作業者が、ヒータ用端子部とは異なる電極端子部に接続するべきリードフレームを、誤ってヒータ用端子部に接続した状態で、ガスセンサを組立てしまうのを防止できるという効果を得ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を適用したガスセンサの実施例を、図面と共に説明する。なお、本実施例では、ガスセンサの一種であって、測定対象となる排ガス中の酸素濃度を検出する検出素子（ガスセンサ素子）が組み付けられるとともに、内燃機関の排気管に装着される酸素センサについて説明する。
【００４０】
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。
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、軸線方向（図中上下方向）に延びる板状形状をなす検出素子４と、検出素子４の後端側（図中上方）の周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ６と、検出素子４とセラミックスリーブ６との間に配置される４個のリードフレーム１０と、を備えている。
【００４１】
検出素子４は、軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象となるガスに向けられる先端側（図中下方）に検出部８が形成され、後端側（図中上方）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１板面２１および第２板面２３に電極端子部３０，３２，３４，３６が形成されている。リードフレーム１０は、検出素子４とセラミックスリーブ６との間に配置されることで、検出素子４の電極端子部３０，３２，３４，３６にそれぞれ電気的に接続される。
【００４２】
なお、主体金具１０２の筒内部には、検出素子４を保持するための筒状のセラミックホルダ１０６、タルク粉末１０８および上述のセラミックスリーブ６が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ６と主体金具１０２の後端部との間には、加締リング１１２が配置されており、セラミックホルダ１０６と主体金具１０２の筒内部との間には、気密性を維持するためのパッキン１０９が配置されている。なお、主体金具１０２の後端部は、加締リング１１２を介してセラミックスリーブ６を先端側に押し付けるように、加締められている。
【００４３】
ここで、検出素子４の構成を表す分解斜視図を、図２に示す。
検出素子４は、それぞれ軸線方向（図２における左右方向）に延びる板状形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の検出部８を活性化温度まで加熱するためのヒータ２２とが積層されて、長方形状の軸断面を有する板状形状に形成されている。なお、酸素濃淡電池素子２０は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）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をアルミナなどの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。
【００４４】
また、検出素子４は、軸線方向に延びる板面のうち、軸線方向の先端側（図２における左側）に検出部８が形成され、後端側（図２における右側）の外表面のうち第１板面２１に電極端子部３０，３２が形成され、第２板面２３に電極端子部３４，３６が形成されている。
【００４５】
つまり、酸素濃淡電池素子２０の軸線方向の先端側には、両面に多孔質電極２６，２８が形成され、これら多孔質電極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８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の軸線方向に沿って後端側（図２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と対向しない側の多孔質電極２６から延設される電極リード部２７は、その末端が電極端子部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から延設される電極リード部２９は、酸素濃淡電池素子２０を厚さ方向に横切るビア（図示省略）により、反対側の素子面に形成された電極端子部３２と接続され、各電極端子部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。
【００４６】
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、リード部２５は、ヒータ２２の酸素濃淡電池素子２０と対向しない側の板面末端に形成された電極端子部３４，３６に、それぞれヒータを厚さ方向に横切るビア（図示省略）を介して接続されている。そして、酸素濃淡電池素子２０とヒータ２２とは、図示しないセラミック層（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）を介して互いに接合される。
【００４７】
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８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の内部に固定される。
一方、図１に示すように、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、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ４２，４３が、溶接等によって取り付けられている。
【００４８】
また、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。外筒４４の後端側（図１における上方）の内側には、検出素子４の各電極端子部３０，３２，３４，３６との電気的接続をリードフレーム１０を介して外部と行うための４本のリード線４６（１本は図示省略）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。セラミックセパレータ４８については、軸線方向略中央の外周面に全周にわたり外向きに突出するフランジ部６２が形成され、このフランジ部６２が外筒４４において内向きに突出する形態で形成された外筒側支持部６４により支持されている。グロメット５０は、ゴムなどの弾性材料で形成されており、外筒４４の後端側の開口部の内側に配置され、外筒４４に形成される加締め部６６により保持されている。
【００４９】
検出素子４は、主体金具１０２の筒内先端側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に保持され、しかも、検出素子４の電極端子部３０，３２，３４，３６が形成された後端側の周囲が、セラミックスリーブ６に覆われた状態で保持される。
【００５０】
図３に、検出素子４およびリードフレーム１０が内部に配置された状態のセラミックスリーブ６の断面を表す斜視図を示す。
セラミックスリーブ６は、図３に示すように、筒状の本体部５８と、本体部５８の後端側（図３における上方）から突出する突出部５２と、を備えて形成されると共に、検出素子４およびリードフレーム１０を挿通するための挿通孔５４が、中心軸部分の先端側から後端側にかけて貫通して形成されている。
【００５１】
図５に、セラミックスリーブ６の先端側（図３における下側）から見た外形図を示す。なお、図５では、検出素子４およびリードフレーム１０が挿通されていない状態のセラミックスリーブ６を表している。
セラミックスリーブ６は、挿通孔５４のうち、検出素子４の電極端子部３０，３２，３４，３６が形成された後端側の板面（表面）に対応する内壁に、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。なお、セラミックスリーブ６は、特許請求の範囲に記載の「絶縁保護体」に相当する。
【００５２】
次に、リードフレーム１０は、図１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、を備えて構成されている。また、フレーム本体１２のうち検出素子４とセラミックスリーブ６（詳細には、挿通孔５４の内壁面）との間に配置される部分には、検出素子４とセラミックスリーブ６との隙間間隔方向が振幅方向となる波形形状の波状部分１６が形成されている。なお、波状部分１６は、検出素子４に当接する２つの頂点と、セラミックスリーブ６（詳細には、挿通孔５４の内壁面）に当接する３つの頂点とを有する波状形状に形成されている。
【００５３】
本実施例の酸素センサ２では、リードフレーム１０として、幅寸法が異なる２種類のリードフレーム（センサ用リードフレーム７０、ヒータ用リードフレーム７２）を、各２個ずつ備えている。センサ用リードフレーム７０およびヒータ用リードフレーム７２の外観を表す斜視図を、図４に示す。なお、図４では、センサ用リードフレーム７０およびヒータ用リードフレーム７２のうち、折曲部１４および波状部分１６に相当する部分を表しており、フレーム本体１２の後端側部分は図示を省略している。
【００５４】
図４に示すように、センサ用リードフレーム７０よりもヒータ用リードフレーム７２の方が幅広に形成されており、具体的には、センサ用リードフレーム７０は幅寸法Ｗ１が０．８［ｍｍ］であり、ヒータ用リードフレーム７２は幅寸法Ｗ２が１．２［ｍｍ］である。また、後述するように、本実施例では、ヒータ用リードフレーム７２の厚み寸法ｔ２とセンサ用リードフレーム７０の厚み寸法ｔ１が同等に調整されている。このため、ヒータ用リードフレーム７２は、センサ用リードフレーム７０よりも、通電方向に垂直な断面積が大きくなり、より大きな電流を通電することができる。
【００５５】
２個のセンサ用リードフレーム７０は、検出素子４のうち比較的小さい電流が流れる電極端子部３０，３２にそれぞれ接続され、２個のヒータ用リードフレーム７２は、検出素子４のうち比較的大きい電流が流れる電極端子部３４，３６にそれぞれ接続される。つまり、ヒータ用リードフレーム７２は、検出素子４のヒータ２２（詳細には、抵抗発熱体パターン２４）に対して外部から供給される電流を通電可能となるように、断面積が大きく構成されている。
【００５６】
なお、センサ用リードフレーム７０およびヒータ用リードフレーム７２は、材質がインコネルで、厚み寸法ｔ１、ｔ２が０．２［ｍｍ］で、硬度（ビッカーズ硬度）がＨＶ４００前後の板状部材を用いて形成されている点については、それぞれ共通している。
【００５７】
ところで、一般に、波状形状に形成された弾性部材は、幅寸法が大きいほど圧縮変形時に発生する復元力が大きくなり、また、波状形状のうち隣接する頂点部分同士の間隔（ピッチ間隔）寸法が狭いほど圧縮変形時に発生する復元力が大きくなる特性がある。
【００５８】
このため、幅寸法（Ｗ１、Ｗ２）のみに着目した場合には、圧縮変形した波状部分１６が発生する復元力は、センサ用リードフレーム７０よりもヒータ用リードフレーム７２の方が大きくなり、換言すれば、圧縮変形した波状部分１６が検出素子４の板面を押圧する押圧力は、センサ用リードフレーム７０よりもヒータ用リードフレーム７２の方が大きくなる。
【００５９】
なお、センサ用リードフレーム７０およびヒータ用リードフレーム７２は、波状部分１６の波形形状が互いに異なるよう形成されており、具体的には、センサ用リードフレーム７０のピッチ間隔Ｌ１は、ヒータ用リードフレーム７２のピッチ間隔Ｌ２よりも短く形成されている。そして、ピッチ間隔Ｌ１およびピッチ間隔Ｌ２は、検出素子４とセラミックスリーブ６（詳細には、挿通孔５４）との間に配置されて圧縮変形した波状部分１６にて発生する復元力が、センサ用リードフレーム７０とヒータ用リードフレーム７２とで略同等となるように、それぞれ異なる値に設定される。
【００６０】
つまり、センサ用リードフレーム７０の波状部分１６が検出素子４の第１板面２１を押圧する押圧力と、ヒータ用リードフレーム７２の波状部分１６が検出素子４の第２板面２３を押圧する押圧力とが、略同等となるように、ピッチ間隔Ｌ１およびピッチ間隔Ｌ２は、それぞれ異なる値に設定されている。
【００６１】
すなわち、センサ用リードフレーム７０は、幅寸法Ｗ１が小さい状態を維持しつつ、波状部分１６のピッチ間隔Ｌ１をヒータ用リードフレーム７２の波状部分１６のピッチ間隔Ｌ２よりも短く形成することで、波状部分１６にて発生する押圧力が、通電電流に基づいて幅広に形成されたヒータ用リードフレーム７２と略同等に設定される。
【００６２】
なお、リードフレーム１０（センサ用リードフレーム７０とヒータ用リードフレーム７２）を検出素子４とセラミックスリーブ６との間に配置する際には、図１に示すように、波状部分１６は、検出素子４とセラミックスリーブ６（挿通孔５４の内壁面）との間に挟持されて、波状形状の振幅方向に圧縮変形（弾性変形）する。
【００６３】
これにより、リードフレーム１０をセラミックスリーブ６と検出素子４との間に装着した際には、この波状部分１６の圧縮変形により、リードフレーム１０（センサ用リードフレーム７０とヒータ用リードフレーム７２）と検出素子４とが、セラミックスリーブ６における挿通孔５４の対向する内壁面間にて固定される。また、波状部分１６の圧縮変形によって、フレーム本体１２の一部が検出素子４の電極端子部３０，３２，３４，３６に向けて付勢され、２個のセンサ用リードフレーム７０と電極端子部３０，３２とが電気的に接続されると共に、２個のヒータ用リードフレーム７２と電極端子部３４，３６とが電気的に接続される。
【００６４】
このとき、リードフレーム１０は、フレーム本体１２の一部，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の先端面に当接する状態で配置される。また、フレーム本体１２の端部のうち折曲部１４とは反対側の端部（図１における上方）は、セラミックスリーブ６から突出する状態で配置されると共に、溶接ないし加締めによりリード線４６に電気的に接続される。
【００６５】
このようにしてリードフレーム１０および検出素子４を挿通孔５４の内部にて把持したセラミックスリーブ６は、上述のように主体金具１０２の内部に保持さることにより、酸素センサ２の内部に配置される。
なお、酸素センサ２においては、セラミックスリーブ６が特許請求の範囲に記載の絶縁保護体に相当し、リードフレームの波状部分１６がリードフレームの接触部に相当し、検出素子４の電極端子部３２，３６がヒータ用端子部に相当している。
【００６６】
以上、説明したように、本実施例の酸素センサ２においては、センサ用リードフレーム７０の波状部分１６が検出素子４の第１板面２１を押圧する押圧力と、ヒータ用リードフレーム７２の波状部分１６が検出素子４の第２板面２３を押圧する押圧力とが略同等となるように、波状部分１６における幅寸法Ｗ１，Ｗ２およびピッチ間隔Ｌ１，Ｌ２とがそれぞれ異なる値に設定されている。
【００６７】
つまり、検出素子４の第１板面２１および第２板面２３について、センサ用リードフレーム７０およびヒータ用リードフレーム７２のそれぞれの波状部分１６から受ける押圧力の合計値が略同等となるように、センサ用リードフレーム７０およびヒータ用リードフレーム７２が構成されている。このため、検出素子４は、センサ用リードフレーム７０およびヒータ用リードフレーム７２と共にセラミックスリーブ６の挿通孔５４に挿入配置された際に、挿通孔５４の中央位置に配置される。
【００６８】
また、本実施例においては、センサ用リードフレーム７０の波状部分１６による押圧力を増大させるにあたり、幅寸法Ｗ１または厚み寸法ｔ１を大きくするのではなく、波状部分１６の形状（ピッチ間隔Ｌ１）を変更することで、押圧力の増大を図っている。つまり、センサ用リードフレーム７０の体積を拡大することなく、検出素子４の第１板面２１および第２板面２３における波状部分１６による押圧力の合計値を、それぞれ略同等に設定している。
【００６９】
よって、酸素センサ２によれば、第１板面２１と第２板面２３とで電流値が異なる電極端子部３０，３２，３４，３６を備える検出素子４を用いる場合であっても、検出素子４の配置位置をセラミックスリーブ６の挿通孔５４における中央位置に設定でき、検出素子４の配置位置に誤差が生じるのを防止できる。
【００７０】
これにより、酸素センサ２の組立作業時において、セラミックスリーブ６による検出素子４の配置位置の誤差に起因して検出素子４が他の部材と干渉するのを避けることができ、検出素子４が破損するのを防止できる。また、酸素センサ２の完成後において、セラミックスリーブ６による検出素子４の配置位置の中心軸と、セラミックホルダ１０６による検出素子４の配置位置の中心軸とが異なることに起因して検出素子４に大きな応力が生じるのを防止でき、検出素子４が破損するのを防ぐことができる。
【００７１】
また、酸素センサ２によれば、検出素子４の第１板面２１および第２板面２３への押圧力を略同等に設定するにあたり、センサ用リードフレーム７０の体積および質量の増大を防止できることから、酸素センサ２の小型化および軽量化を図ることができる。
【００７２】
なお、センサ用リードフレームとヒータ用リードフレームとは、波状部分の幅寸法が異なるため外観形状が異なり、各リードフレームは目視により容易に識別することができる。これにより、ガスセンサの組立作業者が、センサ用リードフレームとヒータ用リードフレームとを誤認識して、誤った配置位置に配置するのを防止でき、ガスセンサが誤った構成で組立てられるのを防止できる。
【００７３】
以上、第１板面および第２板面に同数の電極端子部が形成された検出素子を備えるガスセンサ（酸素センサ）について説明したが、本発明は上記実施例（以下、第１実施例ともいう）に限定されるものではなく、第１板面および第２板面にそれぞれ形成される電極端子部の個数が異なる検出素子を備えるガスセンサに対して適用することもできる。
【００７４】
そこで、次に、参考実施例として、第１板面に３個の電極端子部を有し、第２板面に２個の電極端子部を有する第２検出素子７７を備えるガスセンサ（空燃比センサ）について説明する。なお、空燃比センサは、上述した酸素センサ２のうち、検出素子、リードフレーム、セラミックスリーブを交換することで構成することができる。そのため、以下の説明は、空燃比センサのうち、上述した酸素センサ２とは異なる部分を中心に記載する。
【００７５】
第２検出素子７７の外観を表す斜視図を、図６に示す。
図６に示すように、第２検出素子７７は、軸線方向（図６における左右方向）に延びる板状形状をなし、測定対象となるガスに向けられる先端側（図６における左側）に検出部７８が形成され、後端側（図６における右側）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１板面８１および第２板面８３に電極端子部２３０，２３２，２３４，２３６，２３８を備えて形成されている。なお、第１板面８１には３個の電極端子部２３０、２３２，２３４が形成され、第２板面８３には２個の電極端子部２３６、２３８が形成されており、電極端子部２３０、２３２，２３４は、電極端子部２３６、２３８に比べて、幅寸法が小さく形成されている。
【００７６】
空燃比センサは、リードフレームとして、電極端子部２３０、２３２，２３４にそれぞれ接続される３個の第２センサ用リードフレーム８０と、電極端子部２３６、２３８にそれぞれ接続される２個の第２ヒータ用リードフレーム８２とを備えている。図７に、第２センサ用リードフレーム８０および第２ヒータ用リードフレーム８２の外観を表す斜視図を示す。
【００７７】
なお、第２センサ用リードフレーム８０および第２ヒータ用リードフレーム８２は、第１実施例に記載のリードフレーム１０とほぼ同様に、全体の外観が略Ｌ字状を呈するように形成されており、波状部分１６を有するフレーム本体１２と、折曲部１４とを備えて構成されている。
【００７８】
図７に示すように、第２センサ用リードフレーム８０よりも第２ヒータ用リードフレーム８２の方が幅広に形成されており、第２センサ用リードフレーム８０は幅寸法Ｗ３が０．８［ｍｍ］であり、第２ヒータ用リードフレーム８２は幅寸法Ｗ４が１．２［ｍｍ］である。
【００７９】
なお、第２センサ用リードフレーム８０および第２ヒータ用リードフレーム８２は、材質がインコネルで、厚み寸法ｔ３、ｔ４が０．２［ｍｍ］で、硬度（ビッカーズ硬度）がＨＶ４００前後の板状部材を用いて形成されている点については共通している。
【００８０】
また、第２センサ用リードフレーム８０および第２ヒータ用リードフレーム８２は、第２検出素子７７に当接する２つの頂点と、空燃比センサに備えられる第２セラミックスリーブ（詳細には、挿通孔の内壁面）に当接する３つの頂点とを有する波状形状の波状部分１６を備えて形成されている。そして、第２センサ用リードフレーム８０および第２ヒータ用リードフレーム８２は、それぞれの波状部分１６におけるピッチ間隔Ｌ３およびピッチ間隔Ｌ４が同一寸法に設定されている。
【００８１】
次に、空燃比センサに備えられる第２セラミックスリーブは、外観形状は第１実施例のセラミックスリーブ６と同様であるが、挿通孔の内壁面に形成される溝部の個数が、セラミックスリーブ６とは異なっている。つまり、第２セラミックスリーブは、挿通孔の内壁面のうち、第２検出素子７７の第１板面８１に対向する内壁面には、第２センサ用リードフレーム８０の寸法（幅寸法や厚み寸法など）に対応した３個の溝部が形成され、第２検出素子７７の第２板面８３に対向する内壁面には、第２ヒータ用リードフレーム８２の寸法（幅寸法や厚み寸法など）に対応した２個の溝部が形成されている。
【００８２】
このように構成された第２セラミックスリーブの挿通孔に対して、第２検出素子７７、第２センサ用リードフレーム８０および第２ヒータ用リードフレーム８２が挿通されることで、第２検出素子７７、第２センサ用リードフレーム８０および第２ヒータ用リードフレーム８２が、第２セラミックスリーブの挿通孔の内壁面により把持される。このとき、３個の第２センサ用リードフレーム８０が第２検出素子７７の第１板面８１に配置され、２個の第２ヒータ用リードフレーム８２が第２検出素子７７の第２板面８３に配置される状態となる。
【００８３】
このようにして第２検出素子７７、第２センサ用リードフレーム８０および第２ヒータ用リードフレーム８２を把持した第２セラミックスリーブは、上述の酸素センサ２と同様に、主体金具の内部に保持されることにより、空燃比センサの内部に配置される。
【００８４】
このように構成される空燃比センサにおいては、第２検出素子７７の第１板面８１に備えられる３個の第２センサ用リードフレーム８０の波状部分１６についての幅寸法Ｗ３（＝０．８［ｍｍ］）の合計幅寸法と、第２検出素子７７の第２板面８３に備えられる２個の第２ヒータ用リードフレーム８２の波状部分１６についての幅寸法Ｗ４（＝１．２［ｍｍ］）の合計幅寸法とが、同一値（２．４［ｍｍ］）となる。また、各リードフレームの波状部分１６は、厚み寸法ｔ３，ｔ４、硬度、ピッチ間隔寸法が同一である。
【００８５】
このため、第２検出素子７７の第１板面８１に配置される第２センサ用リードフレーム８０の波状部分１６が圧縮変形により第２検出素子７７を押圧する押圧力の合計値と、第２検出素子７７の第２板面８３に配置される第２ヒータ用リードフレーム８２の波状部分１６が圧縮変形により第２検出素子７７を押圧する押圧力の合計値とが略同等となる。
【００８６】
以上、説明したように、参考実施例の空燃比センサにおいては、全て（３個）の第２センサ用リードフレーム８０の波状部分１６が第２検出素子７７の第１板面８１を押圧する押圧力の合計値と、全て（２個）の第２ヒータ用リードフレーム８２の波状部分１６が第２検出素子７７の第２板面８３を押圧する押圧力の合計値とが略同等となるように、幅寸法Ｗ３および幅寸法Ｗ４がそれぞれ異なる値に設定されている。これにより、第２検出素子７７は、第２セラミックスリーブの挿通孔の中央部分に配置される。
【００８７】
よって、この空燃比センサによれば、第１板面と第２板面とで電極端子部の形成個数が異なる第２検出素子７７を用いる場合においても、第２検出素子７７の配置位置を第２検出素子７７の破損などが生じがたい適切な位置（第２セラミックスリーブの挿通孔の中央部分）に設定することができ、第２検出素子７７の配置位置誤差に起因した第２検出素子７７の破損を防ぐことができる。
【００８８】
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、第１実施例のリードフレームについては、断面積を変更することなく、検出素子への押圧力を変更するために、第１板面側と第２板面側とで、波状部分のピッチ間隔を異なる値に設定して形成しているが、ピッチ間隔は同等とし、硬度を変更することで、押圧力を変更することもできる。具体的には、リードフレームに対して熱処理を行うことで、硬度を変更することができ、これにより、押圧力を変更することが出来る。
【００８９】
よって、幅寸法の狭いセンサ用リードフレームについては、波状部分の幅寸法、厚み寸法および形状（ピッチ間隔）を変更することなく、熱処理などにより波状部分の硬度を変更することで、幅寸法の広いヒータ用リードフレームと同等の押圧力を発生させることが出来る。この結果、検出素子をセラミックスリーブの挿通孔における中央位置に配置でき、配置位置に誤差が生じるのを抑制できることから、検出素子の破損を防止することが出来る。
【００９０】
また、幅寸法の狭いセンサ用リードフレームについては、波状部分のうち、ピッチ間隔ではなく、曲線部分の曲率半径の大きさを変更することでも、幅寸法の広いヒータ用リードフレームと同等の押圧力を発生させることが出来る。この結果、検出素子をセラミックスリーブの挿通孔における中央位置に配置でき、配置位置に誤差が生じるのを抑制できることから、検出素子の破損を防止することが出来る。
【００９１】
次に、参考実施例においては、リードフレームの波状部分のうち幅寸法を、第２センサ用リードフレーム８０と第２ヒータ用リードフレーム８２とで異なる値に設定することで、第１板面と第２板面との押圧力を略同等に設定しているが、電極端子部が多く形成される側の板面においては、１つのリードフレームに割り当て可能な幅寸法が狭くなり、幅寸法による調整が難しい場合がある。そのような場合には、波状部分のうち、厚み寸法、硬度、形状を変更することで、検出素子の第１板面および第２板面に対する押圧力を変更することができる。
【００９２】
また、ガスセンサの体積を一定値以下に制限する必要がない場合には、リードフレームによる検出素子への押圧力を増大させるに際しては、波状部分のうち幅寸法、形状（ピッチ間隔）、硬度を変更するのではなく、厚み寸法を拡大する方向に変更してもよい。
【００９３】
さらに、リードフレームによる検出素子への押圧力を変更するに際して、波状部分の形状を変更する場合には、ピッチ間隔に加えて、検出素子と接触する頂点の個数およびセラミックスリーブと接触する頂点の個数を変更しても良い。つまり、リードフレームによる検出素子への押圧力を増大させるにあたっては、ピッチ間隔を狭く変更すると共に、検出素子およびセラミックスリーブと接触する頂点の個数を増加させて、リードフレームを構成しても良い。一例として、検出素子との接触頂点を５個備え、セラミックスリーブとの接触頂点を４個備える波状部分１６を有する第３リードフレーム８５の側面図を、図８に示す。
【００９４】
なお、上記実施例として説明した各部材の寸法は、一例であり、上記数値に限定されることはなく、ガスセンサの用途や使用環境、あるいは検出素子の種類などに応じて適切な値が設定される。
また、リードフレームを構成する材料は、インコネルに限られることはなく、高温に繰り返し晒されても弾性（バネ弾性）を保持可能な材料を用いることができ、例えば、耐熱性ステンレス鋼などを用いても良い。さらに、リードフレームを構成する材料は、耐力限界が比較的高く、酸化しがたい材質が望ましい。
【００９５】
さらに、リードフレームのうち、検出素子に接触する接触部は、波状形状に限られず、検出素子とセラミックスリーブとの間で圧縮変形可能な形状であれば、任意の形状を採ることができる。
また、検出素子に形成される電極端子部の個数は、上記の４個および５個に限られることはなく、６個以上の電極端子部を有する検出素子を用いてガスセンサを構成してもよい。例えば、第１板面に４個の電極端子部、第２板面に２個の電極端子部（合計で６個の電極端子部）を備える検出素子を用いて構成されるガスセンサ（ＮＯｘセンサなど）に対して、本発明を適用することもできる。この場合、リードフレームは、電極端子部の個数に応じた個数が備えられる。
【００９６】
なお、第１板面側と第２板面側とでリードフレームの接触部における幅寸法あるいは厚み寸法が互いに異なる場合とは、接触部の全ての部分で幅寸法および厚み寸法が異なる場合のほか、接触部のうち一部のみにおいて幅寸法または厚み寸法が異なる場合も含まれる。
【００９７】
また、絶縁保護体を構成するセラミックスリーブは、単一部材で形成されるものに限られず、例えば、径方向に２分割され、両者を組み合わせたときに、検出素子を挿通する挿通孔が形成される分割タイプで形成されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本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】 検出素子の構成を表す分解斜視図である。
【図３】 検出素子およびリードフレームが内部に配置された状態のセラミックスリーブの断面を表す斜視図である。
【図４】 センサ用リードフレームおよびヒータ用リードフレームの外観を表す斜視図である。
【図５】 セラミックスリーブの先端側から見た外形図である。
【図６】 第２検出素子の外観を表す斜視図である。
【図７】 第２センサ用リードフレームおよび第２ヒータ用リードフレームの外観を表す斜視図である。
【図８】 第３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、６…セラミックスリーブ、８…検出部、１０…リードフレーム、１６…波状部分、２１…第１板面、２３…第２板面、３０，３２，３４，３６…電極端子部、７０…センサ用リードフレーム、７２…ヒータ用リードフレーム、７７…第２検出素子、７８…検出部、８０…第２センサ用リードフレーム、８１…第１板面、８２…第２ヒータ用リードフレーム、８３…第２板面、８５…第３リードフレーム、２３０，２３２，２３４，２３６，２３８…電極端子部、[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is electrically connected to a detection element having a plate-like shape extending in the axial direction, an insulating protector disposed so as to surround the periphery of the rear end side of the detection element, and an electrode terminal portion of the detection element And a lead frame.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a gas sensor is known in which a detection element (such as a gas sensor element) having a plate-like shape extending in the axial direction and having a detection portion formed on a tip side directed to a gas to be measured is assembled. Examples of such a gas sensor include a λ sensor, a full-range air-fuel ratio sensor, an oxygen sensor, and a NOx sensor.
[0003]
The plate-shaped detection element is generally configured to include a detection unit on the front end side in the axial direction (longitudinal direction) and an electrode terminal unit on the rear end side. The electrode terminal portion is often formed on the widest plate surface of the outer surfaces of the detection element in order to ensure a larger area. In addition, by forming electrode terminal portions on each of the first and second plate surfaces in the front / back positional relationship of the detection elements, more electrode terminal portions can be formed on the detection elements, and detection It is possible to increase the types of signals input and output by the element.
[0004]
A gas sensor having such a plate-type detection element has a lead frame made of a conductive material brought into contact with an electrode terminal portion directly or indirectly through another member, and a signal is transmitted to the outside of the gas sensor via the lead frame. I / O can be performed between them.
Then, a contact portion capable of elastic deformation (compression deformation) is provided on the lead frame, and the detection element and the lead frame in which the contact portion of the lead frame is laminated on the electrode terminal portion of the detection element are gripped inside the insulation protector. A gas sensor having a configuration is known (see Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).
[0005]
In the gas sensor having such a configuration, the contact portion of the lead frame compresses and deforms inside the insulation protector to generate a pressing force that presses the detection element, thereby making electrical contact between the lead frame and the electrode terminal portion. It can be maintained well.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-168822 A (FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3B)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-168825 (FIGS. 1, 2, and 3B)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-286681 (FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 (d))
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case where the total value of the pressing force with which the contact portion compressed and deformed presses the detection element is different between the first plate surface and the second plate surface of the detection element, the arrangement of the detection elements inside the insulation protector There is a possibility that the position is set to a position different from the central position (the central axis of the insulating protector).
[0008]
For example, when the pressing force received by the detection element from the lead frame (contact portion) is larger on the second plate surface than the first plate surface, the distance between the plate surface of the detection element and the inner wall surface of the insulation protector However, the second plate surface becomes larger than the first plate surface, and the detection element is arranged at a biased position, not the center position, inside the insulation protector.
[0009]
In general, the design position of the detection element is set at the center position (on the central axis) of the insulation protector. Therefore, if the detection element is placed at a biased position as described above, In this case, there is a possibility that the detection element is damaged due to interference or collision with other members. In addition, even if the detection element is not damaged during the assembly operation, it is difficult to apply excessive stress to the detection element due to the arrangement position of the detection element being different from the designed arrangement position in the completed gas sensor. It is conceivable that damage occurs due to the occurrence of
[0010]
The number of electrode terminals tends to increase with the increase in the number of electrode terminals as the detection element is provided with a heater integrally to achieve early activation of the detection unit, and the electrode terminal portion is formed between the first plate surface and the second plate surface. Detection elements having different configurations are also known. In such a detection element, since the number of lead frames arranged on the first plate surface and the second plate surface is different between the first plate surface and the second plate surface, the same type is used for all electrode terminal portions. When the lead frame is connected, there is a problem that the pressing force from the lead frame tends to be biased between the first plate surface and the second plate surface.
[0011]
In addition, since the lead frame needs to have an appropriate cross-sectional area depending on the magnitude of the energized current, the current value flowing through the electrode terminal portion differs between the first plate surface and the second plate surface. In this detection element, the pressing force received from the lead frame having a large cross-sectional area increases, and the arrangement position of the detection element tends to be biased.
[0012]
The present invention has been made in view of these problems. With the lead frame disposed on each of the first plate surface and the second plate surface of the detection element, the lead frame and the detection element are placed inside the insulation protector. Even in the case where the gas sensor to be gripped includes a detection element having a configuration in which the magnitude of the current value flowing through the electrode terminal portion is different between the first plate surface and the second plate surface, the detection element inside the insulation protector An object of the present invention is to provide a gas sensor in which the arrangement position is less likely to be biased.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve this object, the invention according to claim 1 has a plate-like shape extending in the axial direction, and a detection portion is formed on the front end side directed to the gas to be measured, and the outer end of the rear end side is formed. A detection element in which electrode terminal portions are formed on the first plate surface and the second plate surface, which are in a positional relationship between the front and back of the surface, and an insulating protector arranged so as to surround the periphery of the rear end side of the detection element; And a lead frame that is disposed between the detection element and the insulation protector and is electrically connected to the electrode terminal portion of the detection element, wherein the electrode terminal portion of the detection element is a first of the detection element. Different currents are applied to the plate surface and the second plate surface, and one lead frame is provided for one electrode terminal portion, and the current supplied to the electrode terminal portion to be connected is supplied. Depending on the size, the cross section perpendicular to the energizing direction The contact portion of the lead frame that is in contact with the detection element is sandwiched between the detection element and the insulation protector by bending so as to be compressed and deformed. The total value of the pressing force that is formed and the contact portion of the lead frame disposed on the first plate surface of the detection element presses the detection element, and the contact portion of the lead frame disposed on the second plate surface of the detection element The lead frame disposed on the first plate surface of the detection element and the lead frame disposed on the second plate surface of the detection element so that the total value of the pressing force pressing the detection element is substantially equal to each other. In the contact areaAt least one of hardness and shapeIt is a gas sensor characterized by being formed differently.
[0014]
In this gas sensor, the electrode terminal portion formed on the first plate surface and the electrode terminal portion formed on the second plate surface of the detection element are provided for supplying different currents. On the other hand, each lead frame has a cross-sectional area that is at least large enough to energize the energizing current in accordance with the magnitude of the energizing current energized to the electrode terminal at the connection destination. For this reason, each lead frame can form an appropriate current path according to the magnitude of the current flowing through each electrode terminal portion, and can appropriately form a current path that connects the detection element and the outside of the gas sensor.
[0015]
Note that the pressing force generated by the compression deformation of the contact portion of the lead frame is determined by four factors such as the width dimension, the thickness dimension, the hardness, and the shape of the contact section. For example, the pressing force increases as the width or thickness dimension of the contact portion increases, and the pressing force increases as the hardness of the contact portion increases.
[0016]
  For this reason, each lead frame maintains the size of the cross-sectional area that can be energized according to the electrode terminal portion of the connection destination, while at the contact portionAt least one of hardness and shapeBy changing the pressure, the pressing force generated by the contact portion can be changed for each lead frame. That is, for each lead frame, while maintaining the size of the cross-sectional area that can be energized according to the electrode terminal portion of the connection destination,At least one of hardness and shapeBy changing, the total value of the pressing force applied to the detection element by the contact portion of each lead frame can be set to be substantially the same on the first plate surface and the second plate surface of the detection element.
[0017]
In this way, each lead frame is configured so that the total value of the pressing force applied to the detection element by the contact portion of each lead frame is substantially equal on each of the first plate surface and the second plate surface of the detection element. For this reason, the detection element is arranged at the central portion inside the insulation protector.
[0018]
Therefore, according to the gas sensor of the present invention, even when a detection element having electrode terminal portions having different current values flowing between the first plate surface and the second plate surface is used, the arrangement position of the detection element is determined as an insulation protector. Thus, it is possible to prevent the occurrence of an error in the arrangement position of the detection element. Thereby, it is possible to prevent the detection element from being damaged due to an error in the arrangement position of the detection element at the time of assembling the gas sensor or after completion of the gas sensor.
[0019]
And the said gas sensor can exhibit the effect more, for example, when the detection element is comprised so that the formation number of an electrode terminal part may differ by the 1st board surface and the 2nd board surface.
That is, in a detection element having a configuration in which the number of electrode terminal portions formed on the first plate surface and the second plate surface is different, the same type of lead frame is provided on each of the first plate surface and the second plate surface. As for the pressing force from the contact part to the detection element, the pressing force on the plate surface with a large number of electrode terminal portions is more than the pressing force on the plate surface with a small number of electrode terminal portions. Also grows. Thus, when the pressing force is not balanced on the first plate surface and the second plate surface of the detection elements, the arrangement position of the detection elements does not become the central position inside the insulation protector.
[0020]
  Therefore, as described above, the first plate surface of the detection element is arranged so that the total value of the pressing force with which the contact portion compressed and deformed presses the detection element is substantially equal between the first plate surface and the second plate surface. The lead frame to be arranged and the lead frame arranged on the second plate surface of the detection element at the contact portionAt least one of hardness and shapeIt is good to comprise so that may differ.
[0021]
As a result, a lead frame can be disposed on each of the first plate surface and the second plate surface of the detection element according to the value of the current flowing in the electrode terminal portion and the number of electrode terminal portions formed, as well as compression deformation. The total value of the pressing force with which the contact portion presses the detection element can be set to be approximately equal between the first plate surface and the second plate surface. As a result, the arrangement position of the detection element can be set at the center position inside the insulation protector.
[0022]
Therefore, according to this gas sensor, even in a gas sensor using a detection element in which the number of electrode terminal portions formed on the first plate surface and the second plate surface is different, the arrangement position of the detection element can be set to an appropriate position. The damage of the detection element due to the arrangement position error of the detection element can be prevented.
[0023]
Of the detection elements, a plate surface with a small number of electrode terminal portions formed has a smaller number of lead frames to be arranged than a plate surface with a large number of electrode terminal portions formed. It is necessary to set a large pressing force generated by the contact portion. In that case, the lead frame arranged on the plate surface with a small number of electrode terminal portions formed, for example, the width dimension of the contact portion compared to the lead frame arranged on the plate surface with a large number of electrode terminal portions formed. Should be increased. In particular, the total value obtained by summing the width dimensions of the contact portions of all the lead frames arranged on the same plate surface is the same value on both the first plate surface and the second plate surface (at this time, each lead frame By configuring the lead frame contact portions, it is possible to more reliably place the detection element at the center position inside the insulation protector.
[0024]
Alternatively, a lead frame disposed on a plate surface with a small number of electrode terminal portions may be formed with a contact portion having a larger thickness than a lead frame disposed on a plate surface with a large number of electrode terminal portions formed. Well, this makes it possible to set the pressing force on the first plate surface and the second plate surface to be substantially equal.
[0025]
In addition, the lead frame arranged on the plate surface with a small number of electrode terminal portions formed has a higher contact portion hardness than the lead frame arranged on the plate surface with a large number of electrode terminal portions formed. As a result, the pressing force on the first plate surface and the second plate surface can be set to be substantially equal. The change in hardness can be realized by changing the material constituting the lead frame or performing a heat treatment (such as annealing) on the lead frame.
[0026]
By the way, the contact portion of the lead frame needs to have a shape that is sandwiched between at least the detection element and the insulation protector and compressively deformed. Can do.
The contact portion of the lead frame can be formed, for example, in a wavy shape and sandwiched between the detection element and the insulating protector so as to be compressed and deformed in the amplitude direction of the wavy shape.
[0027]
  The contact portion formed in such a wave shape is sandwiched between the detection element and the insulation protector and is compressed and deformed, thereby generating a pressing force that presses each of the detection element and the insulation protector. it can.
For example, the contact portion of the lead frame disposed on the first plate surface of the detection element and the contact portion of the lead frame disposed on the second plate surface of the detection element are adjacent to each other in the wave shape. The gap dimensions may be different from each other.
That meansBy changing the interval dimension (pitch interval dimension) between adjacent apex portions in the wavy shape, the magnitude of the generated pressing force can be changed even if the compression deformation amount of the contact portion is the same. In other words, the pressing force generated by the contact portion can be adjusted for each lead frame by changing the pitch interval dimension to change the shape of the contact portion and thus the lead frame. In addition, the contact part formed in a wavy shape can increase the pressing force by reducing the pitch interval dimension.
[0028]
Further, the contact portion of the lead frame arranged on the first plate surface of the detection element and the contact portion of the lead frame arranged on the second plate surface of the detection element have a large radius of curvature of the curved portion of the wavy shape. They may be formed so as to be different from each other.
The magnitude of the generated pressing force can also be changed by changing the radius of curvature of the curved portion of the wavy shape. That is, by changing the curvature radius of the curved portion and changing the shape of the contact portion, the pressing force generated by the contact portion can be adjusted for each lead frame. The contact portion formed in a wavy shape can increase the pressing force by reducing the radius of curvature of the curved portion.
[0029]
In addition, when the size of the contact part of the lead frame is limited due to factors such as the internal volume of the gas sensor, the changeable range of the width dimension and thickness dimension is limited to a certain range. For example, the total value of the pressing force on the first plate surface and the second plate surface of the detection element can be made substantially equal by changing the shape of the contact portion.
[0030]
Therefore, according to this gas sensor, even when the dimension change in the width direction and the thickness direction of the contact portion is restricted, the pressure generated by the contact portion for each lead frame can be reduced by changing the shape of the contact portion. The total value of the pressing force that can be changed and the compression deformed contact portion presses the detection element can be set to be approximately equal between the first plate surface and the second plate surface. As a result, the arrangement position of the detection element can be set to an appropriate position, and the detection element can be prevented from being damaged due to an error in the arrangement position of the detection element.
[0031]
Next, the gas sensor includes a heater that generates heat when energized, and also includes, as an electrode terminal portion, a heater terminal portion that energizes the heater from the outside on either the first plate surface or the second plate surface. When the detection element is used, the lead frame connected to the heater terminal is perpendicular to the energization direction compared to the lead frame connected to the electrode terminal different from the heater terminal. The cross-sectional area should be large.
[0032]
In other words, since the energization current to the heater is generally larger than the current value of the detection signal output from the detection element according to the detection result of the measurement target gas, the lead frame connected to the heater terminal is connected to the heater. It is necessary to make the cross-sectional area relatively large so that it can be energized.
[0033]
In addition, in the detection element having the heater terminal portion on either the first plate surface or the second plate surface, and the same number of electrode terminal portions formed on the first plate surface and the second plate surface, By arranging the same type of lead frame on each of the first plate surface and the second plate surface, the pressing force from the contact portion to the detection element is set to be approximately equal on each of the first plate surface and the second plate surface. It is possible to do.
[0034]
However, since the lead frame having a large cross-sectional area has a large volume, the size of the gas sensor is increased when all the lead frames are constituted by lead frames that can be energized with heater energization current. In addition, as the volume of the lead frame increases, the amount of material used to form the lead frame increases, resulting in an increase in material cost.
[0035]
On the other hand, the lead frame connected to the electrode terminal portion located on the side opposite to the plate surface on which the heater terminal portion is formed only needs to be able to flow a current smaller than the current flowing to the heater. Even when the cross-sectional area is smaller than that of the lead frame connected to the heater terminal portion, the function as an energization path can be achieved. By reducing the cross-sectional area, the volume of the lead frame can be reduced, and the gas sensor can be reduced in size.
[0036]
Note that the lead frame having a small cross-sectional area can increase the pressing force at the contact portion without increasing the cross-sectional area by changing the hardness or shape at the contact portion. For this reason, the total value of the pressing force with which the compression-deformed contact portion presses the detection element can be set to be approximately equal between the first plate surface and the second plate surface.
[0037]
Therefore, according to this gas sensor, even when a detection element having a heater is provided, the detection element can be prevented from being damaged by setting the position of the detection element at the center position inside the insulation protector. By reducing the volume of the frame, an increase in the volume of the gas sensor can be suppressed.
[0038]
In addition, the lead frame connected to the heater terminal section has a different cross-sectional area when compared to a lead frame connected to an electrode terminal section different from the heater terminal section, so that the external shape differs. Even when a single frame exists, visual identification becomes easy. Thereby, it is possible to prevent the gas sensor assembly operator from assembling the gas sensor in a state where the lead frame to be connected to the electrode terminal portion different from the heater terminal portion is erroneously connected to the heater terminal portion. Can be obtained.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a gas sensor to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, a description will be given of an oxygen sensor which is a kind of gas sensor and which is assembled with a detection element (gas sensor element) for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas to be measured and which is attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine. To do.
[0040]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the oxygen sensor 2 of the present embodiment.
The oxygen sensor 2 includes a cylindrical metal shell 102 having a screw portion 103 formed on the outer surface for fixing to the exhaust pipe, a detection element 4 having a plate shape extending in the axial direction (vertical direction in the figure), A cylindrical ceramic sleeve 6 disposed so as to surround the rear end side (upper side in the drawing) of the detection element 4, and four lead frames 10 disposed between the detection element 4 and the ceramic sleeve 6; It is equipped with.
[0041]
The detection element 4 has a plate-like shape extending in the axial direction, and a detection portion 8 is formed on the front end side (lower side in the drawing) directed to the gas to be measured, and the outer surface of the rear end side (upper side in the drawing) is formed. Of these, electrode terminal portions 30, 32, 34, and 36 are formed on the first plate surface 21 and the second plate surface 23 that are in a positional relationship between the front and back sides. The lead frame 10 is disposed between the detection element 4 and the ceramic sleeve 6 so as to be electrically connected to the electrode terminal portions 30, 32, 34, and 36 of the detection element 4.
[0042]
A cylindrical ceramic holder 106 for holding the detection element 4, talc powder 108, and the ceramic sleeve 6 described above are stacked in this order from the front end side to the rear end side in the cylinder of the metal shell 102. . Further, a caulking ring 112 is disposed between the ceramic sleeve 6 and the rear end portion of the metal shell 102, and airtightness is maintained between the ceramic holder 106 and the inside of the cylinder of the metal shell 102. A packing 109 is provided. The rear end portion of the metal shell 102 is crimped so as to press the ceramic sleeve 6 against the distal end side via the crimping ring 112.
[0043]
Here, an exploded perspective view showing the configuration of the detection element 4 is shown in FIG.
The detection element 4 includes an oxygen concentration cell element 20 formed in a plate shape extending in the axial direction (left and right direction in FIG. 2), and a heater for heating the detection unit 8 of the oxygen concentration cell element 20 to an activation temperature. 22 are laminated to form a plate shape having a rectangular axial cross section. The oxygen concentration cell element 20 is, for example, zirconia (ZrO2 ) Etc. as a main component. The heater 22 is formed of a known ceramic heater in which a resistance heating element pattern 24 made of a conductive ceramic is embedded in a ceramic substrate such as alumina.
[0044]
The detection element 4 has a detection portion 8 formed on the front end side in the axial direction (left side in FIG. 2) of the plate surface extending in the axial direction, and the outer surface on the rear end side (right side in FIG. 2). Electrode terminal portions 30 and 32 are formed on the first plate surface 21, and electrode terminal portions 34 and 36 are formed on the second plate surface 23.
[0045]
In other words, the porous electrodes 26 and 28 are formed on both surfaces at the front end side in the axial direction of the oxygen concentration cell element 20, and the porous electrodes 26 and 28 and the solid electrolyte portion sandwiched between them are detected elements. 4 detectors 8 are configured.
Further, electrode leads 27 and 29 extending from the porous electrodes 26 and 28 toward the rear end side (the right side in FIG. 2) along the axial direction of the oxygen concentration cell element 20 are integrally formed. Among these, the end of the electrode lead portion 27 extending from the porous electrode 26 on the side not facing the heater 22 is used as the electrode terminal portion 30. On the other hand, an electrode lead portion 29 extending from the electrode 28 on the side facing the heater 22 is an electrode formed on the element surface on the opposite side by a via (not shown) that crosses the oxygen concentration cell element 20 in the thickness direction. The electrode terminal portions 30 and 32 are connected to the terminal portion 32, and are arranged at intervals on the plate surface ends of the oxygen concentration cell element 20.
[0046]
On the other hand, the heater 22 is formed with two lead portions 25 for conducting to the resistance heating element pattern 24, and the lead portion 25 is formed at the end of the plate surface of the heater 22 on the side not facing the oxygen concentration cell element 20. The electrode terminal portions 34 and 36 are connected to via vias (not shown) that traverse the heater in the thickness direction. The oxygen concentration cell element 20 and the heater 22 are bonded to each other via a ceramic layer (not shown) (for example, zirconia ceramic or alumina ceramic).
[0047]
As shown in FIG. 1, the detection element 4 configured in this manner has a detection portion 8 on the tip side (downward in FIG. 1) protruding from the tip of the metal shell 102 fixed to the exhaust pipe. It is fixed inside the metal shell 102.
On the other hand, as shown in FIG. 1, a metal double protector 42 that covers the protruding portion of the detection element 4 and has a plurality of holes on the outer periphery of the front end side (lower side in FIG. 1) of the metal shell 102, 43 is attached by welding or the like.
[0048]
An outer tube 44 is fixed to the outer periphery of the rear end side of the metal shell 102 by welding or the like. On the inner side of the rear end side (upper side in FIG. 1) of the outer cylinder 44, an electrical connection with the electrode terminal portions 30, 32, 34, 36 of the detection element 4 is performed to the outside via the lead frame 10. A ceramic separator 48 and a grommet 50 having lead wire insertion holes through which four lead wires 46 (one is not shown) are inserted are arranged. As for the ceramic separator 48, a flange portion 62 that protrudes outward over the entire circumference is formed on the outer peripheral surface substantially in the center in the axial direction, and the outer cylinder is formed so that the flange portion 62 protrudes inwardly in the outer cylinder 44. It is supported by the side support part 64. The grommet 50 is made of an elastic material such as rubber, and is disposed inside the opening on the rear end side of the outer cylinder 44 and is held by a caulking portion 66 formed in the outer cylinder 44.
[0049]
The detecting element 4 includes the metal shell 102 via the ceramic holder 106, the talc powder 108, the ceramic sleeve 6, and the lead frame 10 disposed between the ceramic sleeve 6 and the ceramic holder 106 disposed from the front end side of the metal shell 102 in the cylinder. In addition, the periphery of the rear end side where the electrode terminal portions 30, 32, 34, and 36 of the detection element 4 are formed is held in a state covered with the ceramic sleeve 6.
[0050]
FIG. 3 is a perspective view showing a cross section of the ceramic sleeve 6 in a state where the detection element 4 and the lead frame 10 are disposed inside.
As shown in FIG. 3, the ceramic sleeve 6 is formed with a cylindrical main body portion 58 and a protruding portion 52 that protrudes from the rear end side (upper side in FIG. 3) of the main body portion 58 and is also detected. An insertion hole 54 for inserting the element 4 and the lead frame 10 is formed so as to penetrate from the front end side to the rear end side of the central shaft portion.
[0051]
FIG. 5 shows an external view of the ceramic sleeve 6 as viewed from the front end side (the lower side in FIG. 3). 5 shows the ceramic sleeve 6 in a state where the detection element 4 and the lead frame 10 are not inserted.
In the ceramic sleeve 6, grooves 56 are respectively formed on the inner walls of the insertion holes 54 corresponding to the plate surfaces (surfaces) on the rear end side where the electrode terminal portions 30, 32, 34, 36 of the detection element 4 are formed. ing. That is, the four groove portions 56 are formed in the insertion hole 54, and thereby the insertion hole 54 has a substantially “e” cross section. The ceramic sleeve 6 corresponds to an “insulation protector” recited in the claims.
[0052]
Next, as shown in FIG. 1, the lead frame 10 is formed so that the overall appearance is substantially L-shaped. That is, the lead frame 10 includes a frame main body 12 and a bent portion 14 formed by bending one end side of the frame main body 12. Further, in the portion of the frame body 12 that is disposed between the detection element 4 and the ceramic sleeve 6 (specifically, the inner wall surface of the insertion hole 54), the gap interval direction between the detection element 4 and the ceramic sleeve 6 is present. A wavy portion 16 having a waveform shape in the amplitude direction is formed. The corrugated portion 16 is formed in a corrugated shape having two apexes contacting the detection element 4 and three apexes contacting the ceramic sleeve 6 (specifically, the inner wall surface of the insertion hole 54).
[0053]
In the oxygen sensor 2 of the present embodiment, the lead frame 10 includes two types of lead frames (sensor lead frame 70 and heater lead frame 72) each having two different width dimensions. FIG. 4 is a perspective view showing the external appearance of the sensor lead frame 70 and the heater lead frame 72. 4, the sensor lead frame 70 and the heater lead frame 72 represent portions corresponding to the bent portion 14 and the wavy portion 16, and the rear end portion of the frame body 12 is not shown. ing.
[0054]
As shown in FIG. 4, the heater lead frame 72 is formed wider than the sensor lead frame 70. Specifically, the sensor lead frame 70 has a width dimension W1 of 0.8 [mm]. The heater lead frame 72 has a width dimension W2 of 1.2 [mm]. As will be described later, in this embodiment, the thickness dimension t2 of the heater lead frame 72 and the thickness dimension t1 of the sensor lead frame 70 are adjusted to be equal. Therefore, the heater lead frame 72 has a larger cross-sectional area perpendicular to the energization direction than the sensor lead frame 70, and can energize a larger current.
[0055]
The two sensor lead frames 70 are respectively connected to the electrode terminal portions 30 and 32 through which a relatively small current flows in the detection element 4, and the two heater lead frames 72 are relatively large in the detection element 4. The electrodes are connected to electrode terminal portions 34 and 36 through which current flows, respectively. That is, the heater lead frame 72 is configured to have a large cross-sectional area so that a current supplied from the outside can be supplied to the heater 22 (specifically, the resistance heating element pattern 24) of the detection element 4. Yes.
[0056]
The sensor lead frame 70 and the heater lead frame 72 are made of a plate-like member made of Inconel, having thicknesses t1 and t2 of 0.2 [mm], and hardness (Vickers hardness) of around HV400. Each point is common.
[0057]
By the way, in general, an elastic member formed in a wavy shape has a larger restoring force generated during compression deformation as the width dimension is larger, and a gap (pitch interval) dimension between adjacent apex portions of the wavy shape is narrower. There is a characteristic that the restoring force generated at the time of compressive deformation increases.
[0058]
For this reason, when focusing only on the width dimensions (W1, W2), the restoring force generated by the compressed and deformed wave-like portion 16 is larger in the heater lead frame 72 than in the sensor lead frame 70, in other words. In this case, the pressing force by which the compressed and deformed wave-like portion 16 presses the plate surface of the detection element 4 is larger in the heater lead frame 72 than in the sensor lead frame 70.
[0059]
The sensor lead frame 70 and the heater lead frame 72 are formed so that the corrugated portions 16 have different waveform shapes. Specifically, the pitch interval L1 of the sensor lead frame 70 is determined by the heater lead frame. 72, which is shorter than the pitch interval L2. The pitch interval L1 and the pitch interval L2 are such that the restoring force generated in the wave-shaped portion 16 which is disposed between the detection element 4 and the ceramic sleeve 6 (specifically, the insertion hole 54) and is compressed and deformed is used for the sensor. The lead frame 70 and the heater lead frame 72 are set to different values so as to be substantially the same.
[0060]
That is, the undulating portion 16 of the sensor lead frame 70 presses the first plate surface 21 of the detection element 4, and the undulating portion 16 of the heater lead frame 72 presses the second plate surface 23 of the detection element 4. The pitch interval L1 and the pitch interval L2 are set to different values so that the pressing force is substantially equal.
[0061]
In other words, the sensor lead frame 70 is formed in such a manner that the pitch interval L1 of the corrugated portion 16 is shorter than the pitch interval L2 of the corrugated portion 16 of the heater lead frame 72 while maintaining the state where the width dimension W1 is small. The pressing force generated in the portion 16 is set substantially equal to the heater lead frame 72 formed wide based on the energization current.
[0062]
When the lead frame 10 (the sensor lead frame 70 and the heater lead frame 72) is disposed between the detection element 4 and the ceramic sleeve 6, as shown in FIG. 4 and the ceramic sleeve 6 (the inner wall surface of the insertion hole 54), and compressively deform (elastically deform) in the amplitude direction of the wavy shape.
[0063]
As a result, when the lead frame 10 is mounted between the ceramic sleeve 6 and the detection element 4, the lead frame 10 (the sensor lead frame 70 and the heater lead frame 72) is caused by compressive deformation of the wave-shaped portion 16. The detection element 4 is fixed between the opposing inner wall surfaces of the insertion hole 54 in the ceramic sleeve 6. Further, due to the compressive deformation of the wave-shaped portion 16, a part of the frame body 12 is urged toward the electrode terminal portions 30, 32, 34, 36 of the detection element 4, and the two sensor lead frames 70 and the electrode terminal portions are energized. 30 and 32 are electrically connected, and the two lead frames 72 for heater and the electrode terminal portions 34 and 36 are electrically connected.
[0064]
At this time, the lead frame 10 is arranged in a state in which a part of the frame body 12 and the waved portion 16 are arranged in the groove portion 56 of the insertion hole 54 of the ceramic sleeve 6 and the bent portion 14 is in contact with the front end surface of the ceramic sleeve 6. Is done. Further, the end portion (upper side in FIG. 1) of the end portion of the frame body 12 opposite to the bent portion 14 is disposed so as to protrude from the ceramic sleeve 6, and the lead wire 46 is welded or swaged. Is electrically connected.
[0065]
The ceramic sleeve 6 holding the lead frame 10 and the detection element 4 in the insertion hole 54 in this way is arranged inside the oxygen sensor 2 by being held inside the metal shell 102 as described above. .
In the oxygen sensor 2, the ceramic sleeve 6 corresponds to the insulation protector described in the claims, the wavy portion 16 of the lead frame corresponds to the contact portion of the lead frame, and the electrode terminal portion 32 of the detection element 4. , 36 corresponds to the heater terminal.
[0066]
As described above, in the oxygen sensor 2 of the present embodiment, the pressing force by which the wave-like portion 16 of the sensor lead frame 70 presses the first plate surface 21 of the detection element 4 and the wave-like shape of the heater lead frame 72. The width dimensions W1 and W2 and the pitch intervals L1 and L2 in the corrugated portion 16 are set to different values so that the pressing force by which the portion 16 presses the second plate surface 23 of the detection element 4 becomes substantially equal. Yes.
[0067]
That is, with respect to the first plate surface 21 and the second plate surface 23 of the detection element 4, the total values of the pressing forces received from the wave-like portions 16 of the sensor lead frame 70 and the heater lead frame 72 are substantially equal. The sensor lead frame 70 and the heater lead frame 72 are configured. For this reason, when the detection element 4 is inserted into the insertion hole 54 of the ceramic sleeve 6 together with the sensor lead frame 70 and the heater lead frame 72, the detection element 4 is arranged at the center position of the insertion hole 54.
[0068]
In the present embodiment, in order to increase the pressing force by the wave-like portion 16 of the sensor lead frame 70, the width dimension W1 or the thickness dimension t1 is not increased, but the shape (pitch interval L1) of the wave-like portion 16 is changed. By changing, the pressing force is increased. That is, the total value of the pressing force by the wave-like portions 16 on the first plate surface 21 and the second plate surface 23 of the detection element 4 is set to be approximately equal without increasing the volume of the sensor lead frame 70. .
[0069]
Therefore, according to the oxygen sensor 2, even when the detection element 4 including the electrode terminal portions 30, 32, 34, and 36 having different current values is used in the first plate surface 21 and the second plate surface 23, the detection is performed. The arrangement position of the element 4 can be set at the center position in the insertion hole 54 of the ceramic sleeve 6, and an occurrence of an error in the arrangement position of the detection element 4 can be prevented.
[0070]
This prevents the detection element 4 from interfering with other members due to an error in the arrangement position of the detection element 4 by the ceramic sleeve 6 during the assembly work of the oxygen sensor 2, and the detection element 4 is damaged. Can be prevented. Further, after the oxygen sensor 2 is completed, the center axis of the arrangement position of the detection element 4 by the ceramic sleeve 6 and the central axis of the arrangement position of the detection element 4 by the ceramic holder 106 are different from each other. A large stress can be prevented from being generated, and the detection element 4 can be prevented from being damaged.
[0071]
Further, according to the oxygen sensor 2, it is possible to prevent an increase in the volume and mass of the sensor lead frame 70 when setting the pressing force to the first plate surface 21 and the second plate surface 23 of the detection element 4 to be approximately equal. Therefore, the oxygen sensor 2 can be reduced in size and weight.
[0072]
The lead frame for sensor and the lead frame for heater are different in external shape because the width of the wavy portion is different, and each lead frame can be easily identified visually. As a result, it is possible to prevent the gas sensor assembly operator from recognizing the sensor lead frame and the heater lead frame and arranging them in the wrong arrangement position, and to prevent the gas sensor from being assembled in an incorrect configuration. .
[0073]
The gas sensor (oxygen sensor) including the detection elements having the same number of electrode terminal portions formed on the first plate surface and the second plate surface has been described above. However, the present invention is also referred to as the above-described embodiment (hereinafter also referred to as the first embodiment). However, the present invention can be applied to a gas sensor including detection elements having different numbers of electrode terminal portions formed on the first plate surface and the second plate surface, respectively.
[0074]
  So, nextAs a reference example,A gas sensor (air-fuel ratio sensor) including a second detection element 77 having three electrode terminal portions on the first plate surface and two electrode terminal portions on the second plate surface will be described. The air-fuel ratio sensor can be configured by replacing the detection element, the lead frame, and the ceramic sleeve in the oxygen sensor 2 described above. For this reason, the following description will focus on portions of the air-fuel ratio sensor that are different from the oxygen sensor 2 described above.
[0075]
A perspective view showing the appearance of the second detection element 77 is shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the second detection element 77 has a plate-like shape extending in the axial direction (left and right direction in FIG. 6), and a detection unit on the tip side (left side in FIG. 6) directed to the gas to be measured. 78 is formed, and electrode terminal portions 230, 232, 234, 236, and 238 are formed on the first plate surface 81 and the second plate surface 83, which are in the positional relationship of the front and back, of the outer surface on the rear end side (right side in FIG. It is formed in preparation. Three electrode terminal portions 230, 232, and 234 are formed on the first plate surface 81, and two electrode terminal portions 236 and 238 are formed on the second plate surface 83, and the electrode terminal portion 230 is formed. , 232 and 234 are formed with a smaller width dimension than the electrode terminal portions 236 and 238.
[0076]
The air-fuel ratio sensor has, as lead frames, three second sensor lead frames 80 connected to the electrode terminal portions 230, 232, and 234, respectively, and two second sensors connected to the electrode terminal portions 236 and 238, respectively. And a heater lead frame 82. FIG. 7 is a perspective view showing the appearance of the second sensor lead frame 80 and the second heater lead frame 82.
[0077]
The second sensor lead frame 80 and the second heater lead frame 82 are formed so that the overall appearance is substantially L-shaped, similar to the lead frame 10 described in the first embodiment. The frame main body 12 having the wave-like portion 16 and the bent portion 14 are provided.
[0078]
As shown in FIG. 7, the second heater lead frame 82 is formed wider than the second sensor lead frame 80. The second sensor lead frame 80 has a width dimension W3 of 0.8 [mm]. The second heater lead frame 82 has a width dimension W4 of 1.2 [mm].
[0079]
Note that the second sensor lead frame 80 and the second heater lead frame 82 are made of inconel, plate-shaped members having thicknesses t3 and t4 of 0.2 [mm] and hardness (Vickers hardness) of around HV400. It is common about the point formed using.
[0080]
The second sensor lead frame 80 and the second heater lead frame 82 include two apexes contacting the second detection element 77, and a second ceramic sleeve provided in the air-fuel ratio sensor. A wavy portion 16 having three vertices abutting on the inner wall surface is formed. In the lead frame for second sensor 80 and the lead frame for second heater 82, the pitch interval L3 and the pitch interval L4 in the corrugated portion 16 are set to the same dimension.
[0081]
Next, the second ceramic sleeve provided in the air-fuel ratio sensor is similar in appearance to the ceramic sleeve 6 of the first embodiment, but the number of grooves formed on the inner wall surface of the insertion hole is the same as that of the ceramic sleeve 6. Is different. In other words, the second ceramic sleeve has a dimension (width dimension or thickness dimension) of the second sensor lead frame 80 on the inner wall surface of the insertion hole facing the first plate surface 81 of the second detection element 77. 3) corresponding to the dimension of the second heater lead frame 82 (width dimension, thickness dimension, etc.) on the inner wall surface facing the second plate surface 83 of the second detection element 77. Two corresponding grooves are formed.
[0082]
By inserting the second detection element 77, the second sensor lead frame 80, and the second heater lead frame 82 into the insertion hole of the second ceramic sleeve thus configured, the second detection element 77 is inserted. The second sensor lead frame 80 and the second heater lead frame 82 are held by the inner wall surface of the insertion hole of the second ceramic sleeve. At this time, three lead frames 80 for the second sensor are arranged on the first plate surface 81 of the second detection element 77, and two lead frames 82 for the second heater are arranged on the second plate surface of the second detection element 77. 83 to be arranged.
[0083]
The second ceramic sleeve that holds the second detection element 77, the second sensor lead frame 80, and the second heater lead frame 82 in this manner is held inside the metal shell in the same manner as the oxygen sensor 2 described above. Therefore, it is arranged inside the air-fuel ratio sensor.
[0084]
In the air-fuel ratio sensor configured as described above, the width dimension W3 (= 0.8) of the wavy portions 16 of the three second sensor lead frames 80 provided on the first plate surface 81 of the second detection element 77. [Mm]) and the width W4 (= 1.2 [mm] of the wavy portions 16 of the two second heater lead frames 82 provided on the second plate surface 83 of the second detection element 77. ]) Is the same value (2.4 [mm]). Further, the wavy portions 16 of each lead frame have the same thickness dimensions t3, t4, hardness, and pitch interval dimension.
[0085]
For this reason, the total value of the pressing force with which the wavy portion 16 of the second sensor lead frame 80 disposed on the first plate surface 81 of the second detection element 77 presses the second detection element 77 by compressive deformation, and the second The total value of the pressing force with which the wave-like portion 16 of the second heater lead frame 82 disposed on the second plate surface 83 of the detection element 77 presses the second detection element 77 due to compression deformation is substantially equal.
[0086]
  As explained above,Air-fuel ratio sensor of reference embodiment, The total value of the pressing force that the wave-like portions 16 of all (three) second sensor lead frames 80 press against the first plate surface 81 of the second detection element 77 and all (two) second sensors. The width dimension W3 and the width dimension W4 are different from each other so that the total value of the pressing force with which the wave-like portion 16 of the heater lead frame 82 presses the second plate surface 83 of the second detection element 77 is substantially equal. Is set. As a result, the second detection element 77 is disposed in the central portion of the insertion hole of the second ceramic sleeve.
[0087]
Therefore, according to this air-fuel ratio sensor, even when the second detection element 77 in which the number of electrode terminal portions formed on the first plate surface and the second plate surface is different is used, the arrangement position of the second detection element 77 is the first position. The second detection element 77 can be set at an appropriate position where the breakage of the detection element 77 is unlikely to occur (the central portion of the insertion hole of the second ceramic sleeve), and the second detection element 77 due to the arrangement position error of the second detection element 77. Can prevent damage.
[0088]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example, A various aspect can be taken.
For example, in the lead frame of the first embodiment, in order to change the pressing force to the detection element without changing the cross-sectional area, the pitch of the wavy portions on the first plate surface side and the second plate surface side is changed. Although the interval is set to a different value, the pitch interval is the same, and the pressing force can be changed by changing the hardness. Specifically, the hardness can be changed by performing a heat treatment on the lead frame, whereby the pressing force can be changed.
[0089]
Therefore, for a sensor lead frame with a narrow width dimension, the hardness of the corrugated part is changed by heat treatment or the like without changing the width dimension, thickness dimension and shape (pitch interval) of the corrugated part. The same pressing force as that of the heater lead frame can be generated. As a result, the detection element can be arranged at the center position in the insertion hole of the ceramic sleeve, and the occurrence of an error in the arrangement position can be suppressed, so that the detection element can be prevented from being damaged.
[0090]
In addition, for sensor lead frames with narrow width dimensions, the pressing force equivalent to that of heater lead frames with wide width dimensions can be obtained by changing the radius of curvature of the curved portion instead of the pitch interval of the wavy portions. Can be generated. As a result, the detection element can be arranged at the center position in the insertion hole of the ceramic sleeve, and the occurrence of an error in the arrangement position can be suppressed, so that the detection element can be prevented from being damaged.
[0091]
  next,In the reference examples,By setting the width dimension of the wavy portion of the lead frame to a different value between the second sensor lead frame 80 and the second heater lead frame 82, the pressing force between the first plate surface and the second plate surface can be reduced. Although they are set to be substantially the same, the width dimension that can be assigned to one lead frame is narrow on the plate surface on the side where many electrode terminal portions are formed, and adjustment by the width dimension may be difficult. In such a case, the pressing force on the first plate surface and the second plate surface of the detection element can be changed by changing the thickness dimension, hardness, and shape of the wave-like portion.
[0092]
Also, when it is not necessary to limit the volume of the gas sensor to a certain value or less, the width dimension, shape (pitch interval), and hardness of the corrugated portion are changed when increasing the pressing force to the detection element by the lead frame. Instead, the thickness dimension may be changed in the direction of expansion.
[0093]
In addition, when changing the shape of the wavy portion when changing the pressing force to the detection element by the lead frame, in addition to the pitch interval, the number of vertices in contact with the detection element and the number of vertices in contact with the ceramic sleeve May be changed. That is, when increasing the pressing force to the detection element by the lead frame, the lead frame may be configured by changing the pitch interval narrowly and increasing the number of apexes in contact with the detection element and the ceramic sleeve. As an example, FIG. 8 shows a side view of a third lead frame 85 having a corrugated portion 16 having five contact vertices with a detection element and four contact vertices with a ceramic sleeve.
[0094]
The dimensions of the respective members described as the above-described embodiments are merely examples, and are not limited to the above-described numerical values. Appropriate values are set according to the application and use environment of the gas sensor, the type of detection element, and the like. The
The material constituting the lead frame is not limited to Inconel, and a material that can retain elasticity (spring elasticity) even when repeatedly exposed to high temperatures can be used. For example, heat-resistant stainless steel is used. May be. Furthermore, the material constituting the lead frame is desirably a material that has a relatively high yield strength limit and is difficult to oxidize.
[0095]
Further, the contact portion of the lead frame that contacts the detection element is not limited to the wave shape, and any shape can be adopted as long as it can be compressed and deformed between the detection element and the ceramic sleeve.
Further, the number of electrode terminal portions formed in the detection element is not limited to the above four and five, and the gas sensor may be configured using a detection element having six or more electrode terminal portions. . For example, a gas sensor (NOx sensor or the like) configured using a detection element including four electrode terminal portions on the first plate surface and two electrode terminal portions (total of six electrode terminal portions) on the second plate surface. The present invention can also be applied to. In this case, the lead frame is provided in a number corresponding to the number of electrode terminal portions.
[0096]
The case where the width dimension or the thickness dimension of the contact portion of the lead frame is different between the first plate surface side and the second plate surface side is different from the case where the width dimension and the thickness dimension are different in all portions of the contact portion. The case where the width dimension or the thickness dimension is different only in a part of the contact portion is also included.
[0097]
Further, the ceramic sleeve constituting the insulation protector is not limited to one formed by a single member. For example, the ceramic sleeve is divided into two in the radial direction, and when the two are combined, an insertion hole is formed through which the detection element is inserted. It may be formed in a divided type.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of an oxygen sensor according to an embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a detection element.
FIG. 3 is a perspective view showing a cross section of a ceramic sleeve in a state where a detection element and a lead frame are arranged inside.
FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of a sensor lead frame and a heater lead frame.
FIG. 5 is an external view of the ceramic sleeve as viewed from the front end side.
FIG. 6 is a perspective view illustrating an appearance of a second detection element.
FIG. 7 is a perspective view showing the appearance of a second sensor lead frame and a second heater lead frame.
FIG. 8 is a side view of a third lead frame.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Oxygen sensor, 4 ... Detection element, 6 ... Ceramic sleeve, 8 ... Detection part, 10 ... Lead frame, 16 ... Wave-like part, 21 ... 1st board surface, 23 ... 2nd board surface, 30, 32, 34, 36 ... Electrode terminal portion, 70 ... Lead frame for sensor, 72 ... Lead frame for heater, 77 ... Second detection element, 78 ... Detection portion, 80 ... Lead frame for second sensor, 81 ... First plate surface, 82 ... Second heater lead frame, 83 ... second plate surface, 85 ... third lead frame, 230, 232, 234, 236, 238 ... electrode terminal portion,

Claims (7)

軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象となるガスに向けられる先端側に検出部が形成され、後端側の外表面のうち表裏の位置関係となる第１板面および第２板面に電極端子部が形成される検出素子と、
前記検出素子の後端側の周囲を取り囲むように配置される絶縁保護体と、
前記検出素子と前記絶縁保護体との間に配置され、前記検出素子の前記電極端子部に電気的に接続されるリードフレームと、
を備えるガスセンサであって、
前記検出素子の前記電極端子部は、前記検出素子の前記第１板面と前記第２板面とでそれぞれ異なる大きさの電流が通電され、
前記リードフレームは、１つの前記電極端子部に対して１個備えられると共に、接続相手となる前記電極端子部に通電される電流の大きさに応じて、通電方向に垂直な断面積が少なくとも前記電流を通電可能な大きさ以上に形成されており、
前記リードフレームのうち前記検出素子に接触する接触部は、前記検出素子と前記絶縁保護体との間で挟持されて圧縮変形するように曲げ加工により形成されており、
前記検出素子の前記第１板面に配置される前記リードフレームの前記接触部が前記検出素子を押圧する押圧力の合計値と、前記検出素子の前記第２板面に配置される前記リードフレームの前記接触部が前記検出素子を押圧する押圧力の合計値とが略同等となるように、前記検出素子の前記第１板面に配置される前記リードフレームと、前記検出素子の前記第２板面に配置される前記リードフレームとは、前記接触部における硬度、形状のうち少なくとも１つが異なるように形成されていること、
を特徴とするガスセンサ。A first plate surface and a second plate surface, which have a plate-like shape extending in the axial direction, have a detection portion formed on the front end side directed to the gas to be measured, and have a front-back positional relationship among the outer surfaces on the rear end side A detection element having an electrode terminal portion formed thereon,
An insulating protector arranged so as to surround the periphery of the rear end side of the detection element;
A lead frame disposed between the detection element and the insulation protector and electrically connected to the electrode terminal portion of the detection element;
A gas sensor comprising:
The electrode terminal portion of the detection element is supplied with currents of different magnitudes on the first plate surface and the second plate surface of the detection element,
One lead frame is provided for each one of the electrode terminal portions, and at least a cross-sectional area perpendicular to the energization direction depends on the magnitude of the current energized to the electrode terminal portion to be connected. It is formed larger than the size that allows current to flow.
The contact portion of the lead frame that contacts the detection element is formed by bending so as to be sandwiched between the detection element and the insulation protector and to be compressed and deformed.
The total value of the pressing force with which the contact portion of the lead frame disposed on the first plate surface of the detection element presses the detection element, and the lead frame disposed on the second plate surface of the detection element. The lead frame disposed on the first plate surface of the detection element and the second of the detection element so that the total value of the pressing force with which the contact portion of the detection element presses the detection element is substantially equal. The lead frame disposed on the plate surface is formed so that at least one of hardness and shape at the contact portion is different,
A gas sensor. 前記検出素子は、前記第１板面と前記第２板面とで前記電極端子部の形成個数が異なること、
を特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。The detection element has a different number of electrode terminal portions formed on the first plate surface and the second plate surface,
The gas sensor according to claim 1. 前記検出素子における前記電極端子部の形成個数が少ない板面に配置される前記リードフレームは、前記検出素子における前記電極端子部の形成個数が多い板面に配置される前記リードフレームに比べて、前記接触部の硬度が高いこと、  The lead frame disposed on a plate surface with a small number of electrode terminal portions formed in the detection element is compared to the lead frame disposed on a plate surface with a large number of electrode terminal portions formed in the detection element. The contact portion has a high hardness;
を特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。  The gas sensor according to claim 2. 前記リードフレームの接触部は、波状形状に形成されると共に、前記検出素子と前記絶縁保護体との間に挟持されて該波状形状の振幅方向に圧縮変形するよう形成されたこと、  The contact portion of the lead frame is formed in a wave shape, and is sandwiched between the detection element and the insulation protector and is formed to compress and deform in the amplitude direction of the wave shape,
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスセンサ。  The gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記検出素子の前記第１板面に配置される前記リードフレームの前記接触部と、前記検出素子の前記第２板面に配置される前記リードフレームの前記接触部とは、前記波状形状のうち隣接する頂点部分同士の間隔寸法が互いに異なること、  The contact portion of the lead frame disposed on the first plate surface of the detection element and the contact portion of the lead frame disposed on the second plate surface of the detection element are of the wavy shape The distance between adjacent vertex parts is different from each other,
を特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。  The gas sensor according to claim 4. 前記検出素子の前記第１板面に配置される前記リードフレームの前記接触部と、前記検出素子の前記第２板面に配置される前記リードフレームの前記接触部とは、前記波状形状のうち曲線部分の曲率半径の大きさが互いに異なること、  The contact portion of the lead frame disposed on the first plate surface of the detection element and the contact portion of the lead frame disposed on the second plate surface of the detection element are of the wavy shape The curvature radius of the curved part is different from each other,
を特徴とする請求項４または５に記載のガスセンサ。  The gas sensor according to claim 4 or 5, wherein 前記検出素子は、通電により発熱するヒータを備えると共に、前記電極端子部として、外部から前記ヒータへ通電するヒータ用端子部を、前記第１板面または前記第２板面のいずれか一方に備えており、  The detection element includes a heater that generates heat when energized, and includes, as the electrode terminal portion, a heater terminal portion that supplies electricity to the heater from the outside on either the first plate surface or the second plate surface. And
前記ヒータ用端子部に接続される前記リードフレームは、前記ヒータ用端子部とは異なる前記電極端子部に接続される前記リードフレームに比べて、通電方向に垂直な断面積が大きいこと、  The lead frame connected to the heater terminal portion has a larger cross-sectional area perpendicular to the energization direction than the lead frame connected to the electrode terminal portion different from the heater terminal portion,
を特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のガスセンサ。  The gas sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein:
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