JP4648539B2 - センサの端子接続構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガスセンサのガス検出素子（ガスセンサ素子）、温度センサの感温素子のように、軸線方向に延びる板状形状をなす各種検出素子を用いたセンサの端子接続構造に関する。
【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（ガスセンサ素子や感温素子等）が組み付けられたガスセンサや温度センサといったセンサが知られている。なお、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】
ここで、この種のセンサの一例として、測定対象となるガス（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共に、内燃機関の排気管に装着される酸素センサを図５に示す。図５に示す酸素センサ１００は、排気管に固定するためのネジ部１０２ａが外表面に形成された略筒状の主体金具１０２と、主体金具１０２の筒内に挿入されて、先端側（図中下方）が測定対象となるガスに向けられ、酸素イオン伝導性固体電解質体からなり検出部１０４ａが形成された酸素濃淡電池素子や検出部１０４ａの早期活性化を目的としたセラミックヒータが積層されて構成されると共に、軸線方向に延びる板状形状をなした検出素子１０４と、検出素子１０４を保持するために主体金具１０２の筒内先端側から順に積層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１１０とを備えている。
【０００４】
この内、セラミックホルダ１０６およびセラミックスリーブ１１０は、外観が略円筒状を呈し、検出素子１０４の軸線方向直交断面形状に沿った挿通孔が中心軸に沿って穿設されており、検出素子１０４は、これら挿通孔を介して保持される。
【０００５】
更に、セラミックスリーブ１１０は後端側（図中上方）が本体部１１０ｂから突出することにより突出部１１０ａを形成し、検出素子１０４は、この突出部１１０ａの後端から更に後端側に突出した状態で保持される。そして、セラミックスリーブ１１０の突出部１１０ａ周囲の端面上には、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１１０側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１０４，セラミックホルダ１０６，セラミックスリーブ１１０が主体金具１０２に固定される。
【０００６】
一方、検出素子１０４は、先端側（図中下方）に検出部１０４ａが形成された酸素濃淡電池素子とセラミックヒータからなり、検出素子１０４の後端側（図中上方）の表面（両表面）には、検出部１０４ａにて生じた酸素濃淡電池起電力を外部に出力したり、セラミックヒータに通電するための複数の電極端子部３０，３２，３４，３６が形成されている。そして、各電極端子部３０，３２，３４，３６は、リードフレーム１３１を介してリード線１１６と電気的に接続されている。なお、リードフレーム１３１は、リード線１１６と加締められて電気的に接続されている。
【０００７】
また、主体金具１０２の後端側外周には、外筒１１８が溶接等により固定されており、リード線１１６は、この外筒１１８の後端側内部に配置されたグロメット１２０を貫通して外部に引き出されている。そして、酸素センサ１００は、このリード線１１６とリードフレーム１３１を介して、検出素子１０４と外部（外部回路）との導通が図られる。
【０００８】
ここで、検出素子１０４とリードフレーム１３１とを接続するために、酸素センサ１００の内部に備えられるコンタクト部材１３０の分解斜視図を、図６に示す。
図６に示すように、コンタクト部材１３０は、リードフレーム１３１、一対の絶縁性ハウジング１３２、固定金具１３３、押圧バネ１３４およびカシメリング１３５から構成されている。そして、コンタクト部材１３０は、次のような手順で構成される。
【０００９】
まず、図６（ａ）に示すように、リード線１１６、１１６と加締められた２本のリードフレーム１３１，１３１をセラミック製の絶縁性ハウジング１３２に配置する。そのあと、図６（ｂ）に示すように、このリードフレーム１３１、１３１がセットされた一対の絶縁性ハウジング１３２，１３２を、その間に検出素子１０４の電極端子部３０，３２，３４，３６を配置した状態で、断面略Ｕ字の押圧バネ１３４が取り付けられた固定金具１３３に挿入する。そして、この固定金具１３３にカシメリング１３５を被せて、カシメリング１３５の外周を加締めることにより、押圧バネ１３４に変位を与える。この押圧バネ１３４の変位により弾性力が発生し、この弾性力により絶縁性ハウジング１３２が所定の圧力で４本のリードフレーム１３１をそれぞれ電極端子部３０，３２，３４，３６に付勢することで、コンタクト部材１３０が構成されている。
【００１０】
つまり、カシメリング１３５の加締めにより、絶縁性ハウジング１３２が、検出素子１０４の電極端子部３０，３２，３４，３６に対してリードフレーム１３１を付勢することで、電極端子部３０，３２，３４，３６とリードフレーム１３１との電気的接続を図っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のコンタクト部材１３０は、各リードフレーム１３１と検出素子の電極端子部３０，３２，３４，３６とを接触させる付勢力を、絶縁性ハウジング１３２の外側のカシメリング１３５および押圧バネ１３４に依存させる構造であることから、一部のリードフレーム１３１と検出素子１０４の電極端子部との電気的接続が不良となる場合がある。
【００１２】
つまり、検出素子１０４の表面形状の個体差や、リードフレーム１３１、絶縁性ハウジング１３２などの寸法誤差が原因となり、リードフレーム１３１毎の検出素子１０４の電極端子部に対する付勢力が不均一となり、リードフレーム１３１が電極端子部に充分には付勢されず、両者の接触不良を招く虞がある。また、内燃機関の排気管などに装着されて、高温環境で使用されるガスセンサでは、熱の影響で検出素子に反り返りが生じたり、熱膨張によりリードフレームが変形する等の要因から、リードフレームと電極端子部との間で接触不良が発生する可能性がある。
【００１３】
また、図６では、片面あたり２個の電極端子部が形成された検出素子を例示しているが、片面あたり３個以上の電極端子部が形成された検出素子が使用されることもあり、片面に形成される電極端子部の個数が多くなるほどリードフレーム毎の付勢力の差が発生し易くなり、リードフレームと電極端子部との電気的な接触不良が発生し易くなる。
【００１４】
さらに、温度変化の激しい環境下に設置されるガスセンサでは、周囲温度が高温となるとリードフレームは膨張し、周囲温度が常温あるいは低温となるとリードフレームは収縮することになる。そして、検出素子の電極端子部は厚さが薄く形成されていることから、設置環境の温度変化（以下、熱サイクルともいう）の繰り返しに伴ってリードフレームの膨張・収縮が繰り返されると、リードフレームと電極端子部との間で生じる摩擦により電極端子部が削り取られてしまい、リードフレームと電極端子部との接触不良が発生することがある。
【００１５】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、絶縁保護体と検出素子との間に配置されるリードフレームと、検出素子の電極端子部とを電気的に接続する形態のセンサの端子接続構造において、リードフレームと検出素子の電極端子部との電気的接続の不良が発生し難いセンサの端子接続構造を提供することを目的とする。
【００１６】
【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、後端側の表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筒状の絶縁保護体と、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、を備えるセンサの端子接続構造であって、リードフレームは、少なくとも絶縁保護体の筒内に配置されて検出素子の電極端子部に面接触する平板部と、検出素子の電極端子部と絶縁保護体との間で挟持されて圧縮変形することで平板部を電極端子部に対して付勢する弾性部と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
つまり、本発明（請求項１）のセンサの端子接続構造に備えられるリードフレームは、平板部が検出素子の電極端子部と接触しており、接触部分の形状が点あるいは線ではなく面となることから、電極端子部との接触面積が大きくなる。このように、リードフレームと電極端子部との接触面積を、面接触とすることにより大きく確保することで、リードフレームと電極端子部との間に生じる接触抵抗を低く抑えることができる。
【００１８】
また、このリードフレームは、電極端子部と面で接触することから、点や線で接触する場合に比べて、センサの設置環境における温度変化（熱サイクル）の繰り返しに伴いリードフレームが膨張・収縮を繰り返した場合に、接触箇所において電極端子部が削り取られることは起こり難い。このため、このリードフレームは、熱サイクルにより膨張・収縮を繰り返した場合でも、電極端子部との接触を維持することができ、かつ接触抵抗のバラツキを抑制することができる。
【００１９】
さらに、このセンサの端子接続構造においては、リードフレームを検出素子の電極端子部に付勢する付勢力が、絶縁保護体から与えられる付勢力のみで生じるのではなく、リードフレームの弾性部自身が圧縮変形することで発生する弾性力によっても発生する。このようなリードフレームは、検出素子と絶縁保護体との隙間間隔に寸法誤差が生じた場合でも、個別に弾性部が検出素子の電極端子部と絶縁保護体との間に挟持されて弾性変形することにより、平板部を検出素子の電極端子部に向けて付勢することができ、電極端子部と平板部とを良好に接触させることができ、リードフレームと電極端子部との接触不良が発生し難くなる。
【００２０】
よって、本発明（請求項１）のセンサの端子接続構造によれば、リードフレームと電極端子部との接触部分の形状が面となることから、温度変化によりリードフレームの膨張・収縮が繰り返された場合でも、電極端子部を削り取ることが起こり難くなる。これにより、リードフレームと電極端子部との接触不良が発生し難くなるため、リードフレームと電極端子部との電気的接続を確実に維持することができる。また、リードフレームは、平板部を電極端子部に付勢する弾性部を備えることから、寸法誤差等の要因により、同一検出素子における絶縁保護体との間隔が、リードフレームが配置される位置毎にそれぞれ異なる場合でも、各リードフレームと電極端子部との電気的接続を確実に維持することができる。
【００２１】
そして、リードフレームのうち、平板部を電極端子部に付勢するための弾性力を有する弾性部としては様々な態様が考えられるが、例えば、弾性部は、検出素子と絶縁保護体との距離を拡大させる方向の弾性力を有し、平板部と絶縁保護体との間に配置されて、平板部を電極端子部に付勢するように形成するとよい。つまり、このリードフレームは、弾性部が絶縁保護体に当接し、平板部が検出素子の電極端子部に当接するように形成される。そして、リードフレームが検出素子と絶縁保護体との間に挟持されることにより、弾性部が、弾性力により平板部を検出素子の電極端子部に対して付勢することで、リードフレームと電極端子部との接触を図り電気的接続を実現する。
【００２２】
なお、このようなリードフレームでは、弾性部および平板部は積層されて互いに接触する状態となるため、この接触部分で電気的に接続されることになり、弾性部と平板部を必ずしも一体に形成する必要はなく、平板部および弾性部がそれぞれ独立した部材として備えることができる。
【００２３】
しかしながら、弾性部と平板部とを独立した部材として備えた場合、そのリードフレームをセンサに組み付ける際に、それぞれの部材（弾性部と平板部）が適切な位置からずれないように各部材を把持するなどして位置決めする必要があるため、組み付け作業が煩雑になる場合がある。
【００２４】
そこで、上述（請求項１）のセンサの端子接続構造に備えられるリードフレームとしては、請求項２に記載のように、リードフレームのうち弾性部の端部と平板部の端部とが連結されて一体に形成されるとよい。
つまり、弾性部と平板部とが一体に形成されることにより、それぞれの相対位置が固定されることになり、リードフレームをセンサに組み付ける際に、弾性部および平板部を把持するなどの作業を省略することができる。
【００２５】
よって、本発明（請求項２）に記載のセンサの端子接続構造によれば、リードフレームをセンサに組み付ける際に、弾性部および平板部を把持するなどの作業を省略することができ、作業の煩雑さを解消することができる。
また、リードフレームは、請求項３に記載のように、リードフレームのうち、弾性部が平板部の両端にそれぞれ連結されて一体に形成するとよい。
【００２６】
つまり、弾性部は、平板部と絶縁保護体との間に配置されるのではなく、弾性部自体が検出素子の本体（本体表面）および絶縁保護体と直接接触するように配置され、かつ、平板部の両端にそれぞれ平板部と一体に形成される。そして、平板部は、検出素子と絶縁保護体との間で挟持されて弾性部が弾性変形することにより、検出素子の電極端子部に付勢されるのである。これにより、リードフレームは、接触部分の形状が面となる状態で電極端子部と接触して、電極端子部との電気的接続を実現している。
【００２７】
よって、本発明（請求項３）のセンサの端子接続構造によれば、同一検出素子における絶縁保護体との間隔がリードフレームが配置される位置毎にそれぞれ異なる場合や、温度変化によるリードフレームの膨張・収縮が繰り返された場合でも、リードフレームと電極端子部との接触不良が発生し難くなり、リードフレームと電極端子部との電気的接続を確実に維持することができる。
【００２８】
そして、上述（請求項１から請求項３のいずれか）のセンサの端子接続構造に備えられるリードフレームの弾性部としては様々な形状が考えられるが、例えば、請求項４に記載のように、リードフレームのうち弾性部は、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とよい。
【００２９】
そして、弾性部の波状形状の振幅方向（高低差方向）が、検出素子と絶縁保護体との隙間方向となるように、リードフレームを配置することにより、弾性部によって平板部を検出素子の電極端子部に付勢するのである。このような弾性部を備えたリードフレームを検出素子と絶縁保護体との間に挟持させることで、弾性部により平板部を検出素子の電極端子部に向けて良好に付勢することができ、リードフレームと電極端子部とを確実に接触する事ができる。
【００３０】
よって、本発明（請求項４）のセンサの端子接続構造によれば、同一検出素子における絶縁保護体との間隔がリードフレームが配置される位置毎にそれぞれ異なる場合でも、リードフレームの平板部と電極端子部との接触不良が発生し難くなり、リードフレームと電極端子部との電気的接続を確実に維持することができる。
【００３１】
また、上述（請求項１から請求項４のいずれか）のセンサの端子接続構造としては、請求項５に記載のように、検出素子の周囲を取り囲むように筒状の主体金具が配置され、絶縁保護体は主体金具内に固定されるとよい。つまり、絶縁保護体を主体金具内に固定することにより、検出素子が絶縁保護体を介して主体金具に固定されるように、センサを構成するのである。
【００３２】
このようにリードフレームを検出素子との間で挟持する絶縁保護体を主体金具内で保持することで、センサの設置箇所で強い振動が発生した場合でも、絶縁保護体は主体金具内にて安定して保持され、リードフレームが検出素子の電極端子部から離れ難くなる。
【００３３】
また、センサの内部構造を簡略化することができ、センサの製造工程における作業性の向上を図ることができる。さらに、絶縁保護体を主体金具内に固定することで、従来のようにリードフレームを検出素子との間で挟持する絶縁保護体を保持するための固定金具やカシメリングといった部材を、別個独立して備える必要が無くなるため、センサを構成する部品点数を削減することができ、センサ（センサの端子接続構造）のコスト低減を図ることが可能となる。
【００３４】
よって、本発明（請求項５）に記載のセンサの端子接続構造によれば、リードフレームと検出素子の電極端子部との電気的接続をセンサが振動を大きく受ける場合にも良好に維持することができ、リードフレームと電極端子部との電気的な接触不良の発生を抑えることができる。また、センサの内部構造を簡略化することができるため、センサの製造工程における作業性の向上を図ることができ、さらに、センサを構成する部品点数を削減することができるため、センサのコスト低減を図ることが可能となる。
【００３５】
そして、上述（請求項１から請求項５のいずれか）のセンサの端子接続構造においては、請求項６に記載のように、検出素子が、測定対象となるガス中の被検出成分を検出するためのガス検出素子であるとよい。
つまり、ガスセンサに備えられるガス検出素子には、高温環境下に配置されることで検出素子としての特性を示すものがあり、このようなガス検出素子は、ガスセンサの使用時と未使用時における温度差が大きいため、リードフレームの膨張・収縮が繰り返されることで、ガス検出素子に形成された電極端子部が削り取られ易い。
【００３６】
よって、このようなガスセンサにおいて上述のセンサの端子接続構造を使用することにより、温度変化の影響によってすべての接触部分における電極端子部が削り取られるのを防ぐことができ、リードフレームと検出素子の電極端子部との電気的接続を維持することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の端子接続構造を有する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。
【００３８】
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。なお、酸素センサ２は、図５に示した酸素センサ１００とは、検出素子の形状、検出素子の電極端子部とリード線と導通するリードフレームとの端子接続構造、および酸素センサ自体の後端側（図１における上方）の構造等が異なり、その他の部分は同様に構成されている。ここでは、図５に示した酸素センサ１００と共通する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３９】
即ち、酸素センサ２は、筒状の主体金具１０２と、主体金具１０２の筒内に挿入されて先端側（図中下方）が測定対象となる排ガスに向けられ、酸素イオン伝導性固体電解質体からなり検出部４ａが形成された酸素濃淡電池素子や検出部４ａの早期活性化を目的としたセラミックヒータが積層されて構成されると共に、軸線方向に延びる板状形状をなす検出素子４と、検出素子４を保持するために主体金具１０２の筒内先端側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の後端側に形成される電極端子部３０，３２，３４，３６と接触して電気的に接続されることになる後述の複数（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。
【００４０】
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、それぞれ軸線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４ａ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。
【００４１】
そして、酸素濃淡電池素子２０の軸線方向の先端側（図２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４ａ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２６ａ，２８ａ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２６ａ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の電極リード部２８ａは、図２（ｃ）に示すように、酸素濃淡電池素子２０を厚さ方向に横切るビア２８ｂ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。
【００４２】
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２４ａ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と対向しない側の板面末端に形成された電極端子部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）に示す検出部４ａの断面図から判るように、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。
【００４３】
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４ａ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。尚、検出素子４は、図５に示す従来の酸素センサ１００が備える検出素子１０４よりも軸線方向の長さが短く形成されている。
【００４４】
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、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ４２ａ，４２ｂ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。なお、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。また、グロメット５０は、外筒４４の後端側の開口部に対し、その内側に弾性的に嵌入されている。
【００４５】
さて、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に固定され、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に覆われた状態で固定される。
【００４６】
この内、セラミックスリーブ６は、従来の酸素センサ１００が備えるセラミックスリーブ１１０（図５参照）とは、主として検出素子を挿通（保持）する挿通孔の形状が異なり、その他の形状や構造は同様である。
即ち、セラミックスリーブ６は、図４（ａ）や、図４（ａ）中に記したＡ方向（即ち、先端から後端に向かう方向）に当該セラミックスリーブ６を見た底面図（拡大した底面図）である図４（ｂ）に示すように、後端側（図４（ａ）における上方）が本体部５８から突出することにより突出部５２を形成し、中心軸に沿って検出素子４およびリードフレーム１０を収納するための挿通孔５４が形成されている。そして、挿通孔５４では、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。
【００４７】
ここで、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。また、図４（ａ）においてはセラミックスリーブ６の右半分を、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。
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の側に形成された波状部分１６と、検出素子の電極端子部に当接するためのストレート形状の平板部材１８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等にて形成されている。
【００４８】
そして、波状部分１６は波状形状に形成されており、リードフレーム１０を検出素子４とセラミックスリーブ６との間に配置することで、この波状部分１６は、検出素子４とセラミックスリーブ６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）するように構成されている。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の弾性変形によって、平板部材１８が検出素子４の電極端子部に向けて付勢される。
【００４９】
ここで、リードフレーム１０のうち、波状部分１６は、特許請求の範囲に記載の「弾性部」に相当し、平板部材１８が特許請求の範囲に記載の「平板部」に相当する。
そして、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。
【００５０】
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および平板部材１８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の先端面を掛止するとともに、フレーム本体１２の折曲部１４とは反対側の端部（図３（ｂ）における上方）がセラミックスリーブ６から突出する状態で配置され、フレーム本体１２がリード線へと繋がっている。また、このとき、リードフレーム１０は、波状部分１６がセラミックスリーブ６の挿通孔５４（溝部５６）の内壁および平板部材１８に当接し、平板部材１８が検出素子４の電極端子部３０，３２，３４，３６に当接する状態で配置される。
【００５１】
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の電極端子部３０，３２，３４，３６が、それぞれ対応するリードフレーム１０の平板部材１８に当接することになる。
【００５２】
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、平板部材１８および検出素子４の電極端子部３０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。
【００５３】
図３（ｃ）に示すように、リードフレーム１０においては、平板部材１８が検出素子４の電極端子部３０および波状部分１６に当接しており、波状部分１６が、セラミックスリーブ６（図３（ｃ）では図示省略）の内壁と検出素子４の表面とからの圧力（挟持力）を受けて、検出素子４とセラミックスリーブ６との間隔方向に挟持されて弾性変形（圧縮変形）することにより、平板部材１８を電極端子部３０に付勢している。
【００５４】
この結果、平板部材１８が検出素子４の電極端子部３０と接触し、かつ、波状部分１６が平板部材１８およびセラミックスリーブ６と接触することで、リードフレーム１０と電極端子部３０とが電気的に接続される。また、波状部分１６が有する弾性力により、検出素子４の両表面にそれぞれ配置される一対のリードフレーム１０が、検出素子４を保持することになる。なお、波状部分１６は、平板部材１８と電極端子部３０とが離れてしまうことがないように、その弾性力が、少なくとも平板部材１８と電極端子部３０とが接触可能な大きさに設定され、さらには平板部材１８自身の厚みが、波状部分１６自身の厚みと同等もしくはそれ以下に設定されることで、リードフレーム１０と電極端子部３０との電気的接続を維持している。
【００５５】
また、平板部材１８は、電極端子部３０だけでなく、検出素子４の本体部分にも接触しており、このように平板部材１８と検出素子４との接触面積を大きく確保することで、リードフレーム１０が検出素子４を保持している。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。
【００５６】
このようにしてリードフレーム１０を検出素子４との間にて挟持したセラミックスリーブ６は、主体金具１０２内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が溶接ないし加締めにより固定される。
【００５７】
以上、説明したように、本実施例の酸素センサ２に用いられる各リードフレーム１０は、波状部分１６により検出素子４の電極端子部に向けて付勢される平板部材１８が検出素子４の電極端子部３０，３２，３４，３６と接触しており、接触部分の形状が点あるいは線ではなく面となることから、電極端子部との接触面積が大きくなる。このように、リードフレーム１０と電極端子部３０，３２，３４，３６との接触面積を面接触により大きく確保することで、リードフレーム１０と電極端子部３０，３２，３４，３６との間に生じる接触抵抗を低く抑えることができる。
【００５８】
また、このリードフレーム１０は、電極端子部３０，３２，３４，３６と面で接触することから、点や線で接触する場合に比べて、酸素センサ２の温度変化（熱サイクル）によりリードフレーム１０が膨張・収縮を繰り返した場合に、接触箇所において電極端子部３０，３２，３４，３６が削り取られることは起こり難い。このため、このリードフレーム１０は、酸素センサ２の使用時と不使用時とにおいて、検出素子４のヒータ２２による発熱の有無によって発生する熱サイクルにより、膨張・収縮を繰り返した場合でも、電極端子部３０，３２，３４，３６との接触を維持することができ、かつ接触抵抗のバラツキを抑制することができる。
【００５９】
さらに、このリードフレーム１０の平板部材１８は、セラミックスリーブ６から与えられる付勢力によって検出素子４の電極端子部３０，３２，３４，３６に付勢されるのみならず、波状部分１６が有する弾性力によっても電極端子部３０，３２，３４，３６に付勢され、電極端子部３０，３２，３４，３６と接触している。このようなリードフレーム１０は、検出素子４とセラミックスリーブ６との隙間間隔に寸法誤差が生じた場合でも、個別に波状部分１６が検出素子４とセラミックスリーブ６との間で弾性変形（圧縮変形）することにより、平板部材１８を付勢して電極端子部３０，３２，３４，３６と良好に接触することができる。
【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。
そこで、次に、フレーム本体１２と平板部１８ａとが連結されて一体に形成された第２リードフレーム１０ｂについて、図８（ａ）および図８（ｂ）を用いて説明する。そして、第２リードフレーム１０ｂは、上述の実施例（以下、第１実施例という）に記載した酸素センサ２に、リードフレーム１０の代わりに備えることができる。
【００６１】
なお、図８（ａ）は、第２リードフレーム１０ｂの外観図であり、図８（ｂ）は、第２リードフレーム１０ｂ、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、第２リードフレーム１０ｂの波状部分１６、平板部１８ａおよび検出素子４の電極端子部３４が当接する部分の拡大図である。
【００６２】
図８（ａ）に示すように、第２リードフレーム１０ｂは、フレーム本体１２に波状部分１６を備えると共に、波状部分１６の端部が折り曲げ加工されて、平板部１８ａを形成している。そして、酸素センサ２を形成する際には、第２リードフレーム１０ｂは、図８（ｂ）に示すように、平板部１８ａが検出素子４の電極端子部３４に接触するように配置される。つまり、第２リードフレーム１０ｂは、平板部１８ａがフレーム本体１２と一体に形成されることから、平板部１８ａとフレーム本体１２の波状部分１６との相対位置が固定されることになる。
【００６３】
このため、第２リードフレーム１０ｂを酸素センサ２に組み付ける際に、平板部１８ａとフレーム本体１２との位置関係を固定する必要がなくなり、平板部材１８とフレーム本体１２とが別体に形成された第１実施例のリードフレーム１０に比べて、酸素センサ２に組み付ける際の煩雑さを解消することが出来る。
【００６４】
次に、第２リードフレーム１０ｂと同様に平板部１８ａがフレーム本体１２と一体に形成されると共に、セラミックスリーブ６の下端面に当接する折曲部１４を備えた第３リードフレーム１０ｃについて、図８（ｃ）および図８（ｄ）を用いて説明する。そして、第３リードフレーム１０ｃは、上述の実施例（以下、第１実施例という）に記載した酸素センサ２に、リードフレーム１０の代わりに備えることができる。
【００６５】
なお、図８（ｃ）は、第３リードフレーム１０ｃの外観図であり、図８（ｄ）は、第３リードフレーム１０ｃ、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、第３リードフレーム１０ｃの波状部分１６、平板部１８ａおよび検出素子４の電極端子部３４が当接する部分の拡大図である。
【００６６】
図８（ｃ）に示すように、第３リードフレーム１０ｃは、第３リードフレームと同様に平板部１８ａが波状部分１６と一体に形成されると共に、波状部分１６と平板部１８ａとの連結部分に折曲部１４を備えている。そして、酸素センサ２を形成する際には、第３リードフレーム１０ｃは、図８（ｄ）に示すように、平板部１８ａが検出素子４の電極端子部３４に接触するように配置されるとともに、折曲部１４がセラミックスリーブ６の先端面に当接している。
【００６７】
このように、第３リードフレーム１０ｃが折曲部１４を備えることで、セラミックスリーブ６の挿通孔５４の内部における平板部１８ａの位置決定が容易となるとともに、平板部１８ａと検出素子４の電極端子部３４との接触を確実に実現することができる。
【００６８】
続いて、第１弾性連結部１６ｃと第２弾性連結部１６ｄとの間に平板部１８ａが形成された第４リードフレーム１０ｄについて、図８（ｅ）および図８（ｆ）を用いて説明する。そして、第４リードフレーム１０ｄは、上述の実施例（以下、第１実施例という）に記載した酸素センサ２に、リードフレーム１０の代わりに備えることができる。
【００６９】
なお、図８（ｅ）は、第４リードフレーム１０ｄの外観図であり、図８（ｆ）は、第４リードフレーム１０ｄ、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、第４リードフレーム１０ｄの波状部分１６、平板部１８ａおよび検出素子４の電極端子部３４が当接する部分の拡大図である。
【００７０】
つまり、第４リードフレーム１０ｄにおいては、第１弾性連結部１６ｃ、第２弾性連結部１６ｄが、平板部１８ａとセラミックスリーブ６との間に配置されるのではなく、検出素子４およびセラミックスリーブ６と直接接触するように配置され、かつ、平板部１８ａの両端にそれぞれ備えられる。そして、第４リードフレーム１０ｄを用いて酸素センサ２を形成する際には、図８（ｆ）に示すように、第１弾性連結部１６ｃと第２弾性連結部１６ｄとが弾性変形することで、平板部１８ａが検出素子４の電極端子部３４に付勢される。これにより、第４リードフレーム１０ｄは、接触部分の形状が面となる状態で検出素子４の電極端子部３４と接触すると共に、電気的な接続を実現している。
【００７１】
また、第４リードフレーム１０ｄにおいては、第１弾性連結部１６ｃが電極端子部３４に接触し、第２弾性連結部１６ｄが検出素子４の表面（電極端子部以外の部分）に接触して、それぞれ弾性変形（圧縮変形）している。このため、第１弾性連結部１６ｃの弾性力よりも、第２弾性連結部１６ｄの弾性力を大きくすることで、検出素子４をより強固に保持することが可能となる。なお、この第４リードフレーム１０ｄにおける第１弾性連結部１６ｃおよび第２弾性連結部１６ｄは、特許請求の範囲の請求項３に記載の「弾性部」に相当する。
【００７２】
また、検出素子は電極端子部の個数が４個のものに限ることはなく、図７（ａ）に示すような６個の電極端子部２３０，２３２，２３４，２３６，２３８，２４０を備えた検出素子５において、出力される電気信号の信号経路を形成する場合にも、本発明のセンサの端子接続構造を適用することが出来る。
【００７３】
なお、図７（ｂ）は、検出素子５を、後端部側（図７（ａ）における矢印Ｄ方向）から見たときの外観図を示している。また、電極端子部を６個備えた検出素子５を配置するためのセラミックスリーブ６は、図４（ｃ）に示すように、挿通孔５４の内部に６個の溝部５６が形成されている。
【００７４】
また、形成される電極端子部の個数が一方の面と他方の面とで異なる検出素子においても、本発明のセンサの端子接続構造を適用することが出来る。例えば、図７（ｃ）に示すように、一方の面には３個の電極端子部２３０，２３２，２３４が形成され、他方の面には２個の電極端子部２３６，２３８が形成される検出素子７である。なお、この検出素子７に適用する場合には、上面の電極端子部２３０，２３２，２３４に対応するリードフレームの各幅の合計寸法と、下面の電極端子部２３６，２３８に対応するリードフレームの各幅の合計寸法が等しくなるようにするとよい。これにより、検出素子７の上面および下面に対する付勢力のバランスを取ることができ、一部の電極端子部に対して過剰な付勢力が印加されるのを避けることができ、電極端子部が削り取られるのを防ぐことが出来る。
【００７５】
さらに、本発明のセンサの端子接続構造は、図５に示す従来の構造のセンサにも適用することができ、電極端子部が多数形成された検出素子を備える場合に、電極端子部ごとの付勢力のバラツキを抑えることができ、リードフレームと電極端子部との電気的接続を維持することが出来る。なお、図５に示すセンサにおいては、絶縁性ハウジング１３２が特許請求の範囲における絶縁保護体に相当する。
【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】 検出素子の説明図である。
【図３】 （ａ）はリードフレームの外観図であり、（ｂ）は一体に組み付けられた状態のリードフレーム，検出素子およびセラミックスリーブを示す断面図であり、（ｃ）はリードフレームの平板部および検出素子の電極端子部が当接する部分の拡大図である。
【図４】 セラミックスリーブの説明図である。
【図５】 従来の酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【図６】 従来の酸素センサの内部に備えられるコンタクト部材の分解斜視図である。
【図７】 （ａ）及び（ｂ）は電極端子部を６個備えた検出素子の説明図であり、（ｃ）は電極端子部を５個備えた検出素子の説明図である。
【図８】 （ａ）（ｃ）（ｅ）は、それぞれ第２リードフレーム、第３リードフレーム、第４リードフレームの外観図であり、（ｂ）（ｄ）（ｆ）は、それぞれ第２リードフレーム、第３リードフレーム、第４リードフレームの平板部および検出素子の電極端子部が当接する部分の拡大図である。
【符号の説明】
２…酸素センサ、４，５，７…検出素子、４ａ…検出部、６…セラミックスリーブ、１０…リードフレーム、１０ｂ…第２リードフレーム、１０ｃ…第３リードフレーム、１０ｄ…第４リードフレーム、１２…フレーム本体、１４…折曲部、１６…波状部分、１６ｃ…第１弾性連結部、１６ｄ…第２弾性連結部、１８…平板部材、１８ａ…平板部、３０，３２，３４，３６…電極端子部。

Claims (6)

1. 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、後端側の表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筒状の絶縁保護体と、
   前記検出素子と前記絶縁保護体との間に配置され、該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、を備えるセンサの端子接続構造であって、
   前記リードフレームは、
   少なくとも前記絶縁保護体の筒内に配置されて前記検出素子の電極端子部に面接触する平板部と、
   前記検出素子の前記電極端子部と前記絶縁保護体との間で挟持されて圧縮変形することで前記平板部を電極端子部に対して付勢する弾性部と、
   を備えること、
   を特徴とするセンサの端子接続構造。
2. 前記リードフレームのうち、前記弾性部と前記平板部とが連結されて一体に形成されていること、
   を特徴とする請求項１に記載のセンサの端子接続構造。
3. 前記リードフレームのうち、前記弾性部が前記平板部の両端にそれぞれ連結されて一体に形成されていること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサの端子接続構造。
4. 前記リードフレームのうち、前記弾性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こと、
   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センサの端子接続構造。
5. 前記検出素子の周囲を取り囲むように筒状の主体金具が配置され、前記絶縁保護体は該主体金具内に固定されること、
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のセンサの端子接続構造。
6. 前記検出素子は、測定対象となるガス中の被検出成分を検出するためのガス検出素子であること、
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のセンサの端子接続構造。

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