WO2005029058A1 - センサおよびセンサの製造方法 - Google Patents

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WO2005029058A1
WO2005029058A1 PCT/JP2004/013300 JP2004013300W WO2005029058A1 WO 2005029058 A1 WO2005029058 A1 WO 2005029058A1 JP 2004013300 W JP2004013300 W JP 2004013300W WO 2005029058 A1 WO2005029058 A1 WO 2005029058A1
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frame
detection element
sensor
electrode terminal
contact
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PCT/JP2004/013300
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French (fr)
Inventor
Kouji Matsuo
Satoshi Ishikawa
Original Assignee
Ngk Spark Plug Co., Ltd.
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    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a detection element having a plate shape extending in the axial direction and having an electrode terminal formed on a rear end side, and electrically connected to the detection element by contacting the electrode terminal of the detection element.
  • the present invention relates to a sensor including a metal terminal member that forms a current path, and a method for manufacturing such a sensor.
  • a sensor having a plate-like shape extending in the axial direction and having a detection element (sensor element) in which a detection section is formed at a front end side facing a measurement object attached.
  • a detection element sensor element
  • Examples of such a sensor include a gas sensor such as a ⁇ (lambda) sensor, a full-range air-fuel ratio sensor, an oxygen sensor, a ⁇ sensor, and a temperature sensor for detecting temperature.
  • a plate-shaped detection element is generally configured to include a detection section on the front end side in the axial direction (longitudinal direction) and electrode terminals on the front and back surfaces on the rear end side.
  • a current flowing between the detecting element and an external device is obtained by electrically connecting a lead frame (metal terminal member) made of a conductive material to the electrode terminal portion.
  • a lead frame metal terminal member
  • the current path that electrically connects the detection element to the external device includes, for example, a detection signal corresponding to the detection result of the detection element, and a power supply to the heater when the detection element includes a heater. Current flows for the purpose.
  • a lead frame having an elastic contact portion as an elastically deformable plate panel was used, and the elastic contact portion of the lead frame was brought into contact with the electrode terminal portion of the detection element.
  • a sensor having a configuration in which a detection element is gripped inside a through hole of a separator in a state is known (see Patent Document 1).
  • the elastic contact portion is provided in a state of being connected to the main body of one of the card frames at one of both ends (one-point support state).
  • the connection state between the lead frame and the electrode terminal portion of the detection element is improved.
  • examples of the lead frame in which the elastic contact portion generates a large elastic force include a lead frame having a large width and a lead frame having a large thickness.
  • Patent document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-188060
  • a lead frame having a wide width needs to secure a wide arrangement space, and thus has a problem that it is not suitable for a sensor for an application requiring miniaturization. Furthermore, when a lead frame with a wide width is used for a sensing element formed with a plurality of electrode terminals having a narrow width in close proximity, the lead frame comes into contact across a plurality of electrode terminals and the current path is reduced. There is a possibility that the film cannot be formed properly.
  • a current path can be formed by using a lead frame having a narrow width.
  • a lead frame provided with an elastic supporting portion in a single-point support state like the above-mentioned conventional lead frame tends to lack elastic force due to its narrow width, so that elastic force is insufficient.
  • the electrode terminals cannot be sufficiently contacted with each other, and the connection state with the electrode terminals may be unstable.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and has a structure in which an arrangement space of a metal terminal member in which a detection element is unlikely to be damaged during an assembling operation with the metal terminal member is limited.
  • An object of the present invention is to provide a sensor capable of favorably maintaining an electrical connection state between an electrode terminal portion of a detection element and a metal terminal member, and to provide a method for manufacturing such a sensor.
  • a plate-like shape extending in the axial direction is provided, and the tip side has a measurement pair. It consists of a sensing element that is directed toward the object and has an electrode terminal formed on the rear end side, and a metal plate-shaped member, and is electrically connected to the electrode terminal to form a current path.
  • a metal terminal member, the metal terminal member comprising: a frame main body extending in the axial direction; and a folded back extending in a direction toward the rear end in the axial direction by bending and reversing the tip force of the frame main body.
  • the folded back portion has a connection side end connected to the front end of the frame body, and a frame contact portion formed at the rear end side of the connection side end and in contact with the frame body.
  • a sensor is provided.
  • the sensor is configured to include a metal terminal member having a frame main body and a folded portion.
  • the metal terminal member is configured such that at least a part of the metal terminal member comes into contact with the electrode terminal portion of the detection element. A part of a current path connecting the power supply and the external device.
  • the folded-back portion force of the metal terminal member is connected to the connection-side end connected to the front end of the frame main body, and formed at the rear end side of the connection-side end.
  • a frame contact portion that contacts the body portion. That is, in the sensor of the present invention, in a state where the metal terminal member is assembled to the detection element, the folded portion of the metal terminal portion is supported by at least two points of the connection side end and the frame contact portion. It becomes a support state.
  • the conventional metal terminal member in which the folded portion is always in a single-point supported state (a cantilevered state). Compared to, it is not necessary to increase the width and thickness, and it is possible to suppress the expansion of the arrangement space, and it is suitable for use in sensors that require miniaturization!
  • the frame contact portion of the folded portion does not contact the frame body portion.
  • the frame contact portion is It is configured to be in contact with the main body.
  • the frame contact portion of the folded portion does not contact the frame body portion, and the folded portion has one point (the frame body portion). It is configured to be supported by the frame main body at a connection-side end connected to the tip. For this reason, the metal terminal member is in a state where the frame contact portion of the folded portion does not contact the frame main body portion. Then, the metal terminal member is configured to be pressed against the electrode terminal portion of the detection element. Then, the folded portion continues to be elastically deformed against the frame main body portion, and the frame contact portion comes into contact with the frame main body portion. As described above, at least the folded portion has the connection side end and the frame contact portion. The frame will be supported by the frame body at two points.
  • the metal terminal member provided in the sensor according to the present invention has a metal terminal with respect to the detection element when the frame contact portion of the folded portion contacts the frame contact portion and when the frame contact portion does not contact the frame contact portion.
  • the pressure for pressing the member is configured to fluctuate. More specifically, the metal terminal member has a pressure applied to itself against the electrode terminal of the detection element, and the frame contact portion of the folded portion does not contact the frame body (one-point support). The state (two-point support state) in which the frame contact portion of the folded portion abuts on the frame body is larger than the state (state).
  • the metal terminal member in the first half of the assembling operation, is pressed against the electrode terminal portion of the detecting element with a relatively small force. In addition, it is possible to prevent the detection element from being damaged by the application of pressure.
  • the folded-back portion After completion of the assembling work, the folded-back portion will be in a two-point support state where it is supported by the frame body at the connection side end and the frame contact portion. In the folded portion in the two-point support state, since the stress generated by elastic deformation is larger than that in the one-point support state as described above, the electric connection between the metal terminal member and the electrode terminal member of the detection element is made. A good connection state.
  • the folded portion bends at the distal end of the frame main body to change the direction, and is disposed between the electrode terminal of the detection element and the frame main body. It is preferable to form an element contact portion that contacts the pole terminal portion.
  • the element contact portion that is disposed between the folded portion force detection element of the metal terminal member and the frame main body portion and that contacts the electrode terminal portion is configured. In other words, it comes into contact with the electrode terminal portion of the folded portion force detecting element which is supported at two points with respect to the frame body. For this reason, the folded portion can be pressed against the electrode terminal of the detection element with a larger stress, and the electrical connection between the metal terminal member and the electrode terminal of the detection element can be further improved. it can.
  • the turn-back portion forming the element contact portion protrudes toward the electrode terminal portion of the detection element, and includes a convex portion whose top portion contacts the electrode terminal portion.
  • a convex portion protruding toward the electrode terminal portion of the detection element is formed in the folded portion, and the top of the convex portion is brought into contact with the electrode terminal portion to reduce the contact pressure of the folded portion with the electrode terminal portion. Can be enhanced. Therefore, the contact between the folded portion of the metal terminal member and the electrode terminal portion of the detection element can be ensured, and the reliability of the electrical connection state can be improved.
  • a width dimension of the folded portion constituting the element contact portion is formed to be not less than 0.5 [mm] and not more than 2.0 [mm].
  • the metal terminal member having the folded portion whose width dimension is set as described above can be applied to a plurality of electrode terminal sections even in a detection element in which a plurality of electrode terminal sections having a small width of the electrode terminal section are formed. It is possible to individually connect to each electrode terminal portion that is not connected across, and to appropriately form a current path. Further, the strength of the metal terminal member can be kept good, and the durability of the sensor can be made good. In addition, since the metal terminal member can be arranged in an arrangement space with a small volume, a current path can be formed even in a small sensor, and the sensor can be downsized.
  • the width dimension is a dimension in a direction perpendicular to the axial direction and perpendicular to the direction of the gap between the folded portion and the frame body.
  • a separator that is disposed radially outward on the rear end side of the detection element and also has an insulating material strength is provided. It is preferable that the elastic member is sandwiched between the detecting element and the separator while being elastically deformed toward the main body.
  • the metal terminal member is sandwiched and fixed between the detection element and the separator in a state in which the folded portion is elastically deformed toward the frame main body, whereby the metal terminal member and the electrode terminal of the detection element are fixed.
  • An electrical connection state with the unit can be reliably obtained. Therefore, according to the sensor of the present invention, the connection state between the metal terminal member and the electrode terminal portion of the detection element can be maintained for a long period of time even when the sensor is mounted and used in an environment such as a vehicle with severe vibration. Can be maintained stably.
  • the frame contact portion of the folded portion is formed in a curved shape.
  • the frame contact portion of the folded portion of the metal terminal member is formed into a curved surface, and the frame contact portion and the frame main body portion are contacted. For this reason, even when the sensor of the present invention is used in an environment such as a vehicle that is subject to severe vibration, the degree of generation of metal powder due to friction between the frame contact portion and the frame main body is significantly reduced. can do. Therefore, according to the sensor of the present invention, even when the sensor is mounted and used in an environment such as a vehicle with severe vibration, the metal powder due to the friction between the frame contact portion and the frame main body is used. Can be effectively suppressed from scattering and adversely affecting the connection state between the metal terminal member and the electrode terminal portion of the detection element.
  • a detection element having a plate-like shape extending in the axial direction, the front end side is directed to the object to be measured, and the electrode terminal section is formed on the rear end side, and the electrode terminal section is It is disposed radially outward on the rear end side of the formed detection element, and is composed of a separator made of insulating material and a metal plate-like member.
  • a method for manufacturing a sensor comprising: a metal terminal member that is electrically connected to form a current path, wherein the metal terminal member bends in a frame main body portion extending in an axial direction and a tip force of the frame main body portion.
  • a return portion extending toward the rear end side in the axial direction and disposed between the electrode terminal portion of the detection element and the frame body portion.
  • the return portion is connected to a tip end of the frame body portion.
  • Side end and rear end side than connection side end The metal terminal member has a frame contact portion that contacts the frame main body, and the metal terminal member is Before being electrically connected to the electrode terminal portion of the child, the frame contact portion of the folded portion is configured not to contact the frame body portion, while being electrically connected to the electrode terminal portion.
  • the frame abutment is configured to abut the frame main body, the first step of disposing the metal terminal member on the separator, and the detecting step.
  • a method of manufacturing a sensor including a third step of moving a relative position between a detection element and a separator so as to be disposed radially outward.
  • the detection element is hardly damaged, and the production efficiency of the sensor is improved. Can be planned.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of an all-area air-fuel ratio sensor according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a schematic structure of a detection element.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of a lead frame.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an appearance of a separator.
  • FIG. 5 is a perspective view of a separator in a state where a lead frame is arranged in a through hole.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which a lead frame is deformed inside the through-hole at the time of inserting the detection element through the through-hole of the separator.
  • FIG. 7 is a perspective view of the intermediate assembly in a state where the rear end of the detection element projects from the rear end of the metal shell and the rear end of the ceramic sleeve.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an appearance of a lead frame in which a protruding portion is provided at a portion of an element contact portion where contact with an electrode terminal portion of a detection element is to be made.
  • FIG. 9 A lead frame in which a frame contact portion is formed into a curved shape among element contact portions. It is a perspective view showing appearance.
  • a detection element which is a kind of gas sensor and detects a specific gas in exhaust gas to be measured, is used for use in air-fuel ratio feedback control in automobiles and various internal combustion engines.
  • a description will be given of a full-range air-fuel ratio sensor 2 (hereinafter, also referred to as an air-fuel ratio sensor 2) mounted on an exhaust pipe of an internal combustion engine.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of an air-fuel ratio sensor 2 of an embodiment to which the method of the present invention is applied.
  • the air-fuel ratio sensor 2 has a plate-shaped detection element 4 extending in the axial direction (vertical direction in the figure), and a cylindrical metal shell 1 for accommodating the detection element 4 with the tip of the detection element 4 protruding. 02, a cylindrical ceramic sleeve 6 arranged between the detection element 4 and the metal shell 4, and an alumina separator 82 arranged so as to surround the rear end of the detection element 4. I have.
  • the detection element 4 has a plate-like shape extending in the axial direction, and has a detection unit 8 covered with a protective layer formed on the front end side (downward in the figure) facing the gas to be measured.
  • Electrode terminals 30, 31, 32, 34, and 36 are formed on a first plate surface 21 and a second plate surface 23, which are the front and back positions of the outer surface on the side (upper side in the figure) (FIG. 2). reference).
  • Five lead frames (metal terminal members) 10 are arranged between the detecting element 4 and the separator 82, and are electrically connected to the electrode terminals 30, 31, 32, 34, and 36 of the detecting element 4, respectively. I have.
  • the lead frame 10 is also electrically connected to a lead wire 46 disposed inside the sensor from the outside on the rear end side, and the external terminal to which the lead wire 46 is connected is connected to the electrode terminal portion 30. It forms a current path for the current flowing between 31, 32, 34 and 36.
  • the metal shell 102 has a screw portion 103 on an outer surface thereof for fixing the metal shell 102 to the exhaust pipe, and is formed in a substantially cylindrical shape having a through hole 109 penetrating therethrough in the axial direction.
  • the metal shell 102 has the detecting element 8 protruding toward the front end of the through hole 109 and the electrode terminals 30, 31, 32, 34, and 36 protruding toward the rear end of the through hole 109.
  • the through hole 109 It is configured to:
  • a metal (for example, stainless steel) double external protector that covers the protruding portion of the detection element 4 and has a plurality of holes is provided on the outer periphery of the distal end side (the lower part in FIG. 1) of the metal shell 102.
  • the protector 42 and the inner protector 43 are attached by welding or the like.
  • a separator 82 is disposed around the rear end side (upward in FIG. 1) of the detection element 4 protruding from the rear end 104 of the metal shell 102, and the electrode terminals 30 and 31 of the detection element 4 are provided. , 32, 34, and 36 are inserted through the mosquito 84 [within this thread!
  • An outer cylinder 44 is fixed to the outer periphery of the rear end side of the metal shell 102.
  • a grommet 50 is arranged at an opening on the rear end side (upper side in FIG. 1) of the outer cylinder 44, and five lead wires 46 are inserted into the lead wire through holes 61 of the grommet 50.
  • the separator 82 includes a flange 83 projecting radially outward from the outer surface, and is disposed inside the outer cylinder 44 when the flange 83 comes into contact with the outer cylinder side support 64 of the outer cylinder 44.
  • an annular ceramic holder 106 and a powder-filled layer 108 (hereinafter also referred to as a talc ring 108) are provided so as to surround the radial periphery of the detection element 4.
  • the auxiliary sleeve 110 and the ceramic sleeve 6 are laminated in this order from the front end to the rear end. These laminates are caulked and fixed between the shelf 107 and the rear end 104 of the metal shell 102 via the packing 129 and the caulking ring 112! RU
  • FIG. 2 a perspective view showing a schematic structure of the detection element 4 is shown in FIG.
  • the detecting element 4 is shown by omitting an intermediate portion in the axial direction.
  • the detection element 4 is formed by stacking an element portion 20 formed in a plate shape extending in the axial direction (the left-right direction in FIG. 2) and a heater 22 also formed in a plate shape extending in the axial direction. Are formed in a plate shape having a rectangular axial cross section. Since the detection element 4 used as the air-fuel ratio sensor 2 is a conventionally known element, a detailed description of its internal structure and the like is omitted, but the schematic configuration is as follows.
  • the element section 20 includes an oxygen concentration battery element having porous electrodes formed on both sides of a solid electrolyte substrate, an oxygen pump element having porous electrodes formed on both sides of the solid electrolyte substrate, and both of these elements. It is stacked between the elements and is composed of a spacer and a force for forming a hollow measurement gas chamber.
  • This solid electrolyte substrate is made of zircon in which yttria is dissolved as a stabilizer.
  • the porous electrode is formed mainly from Pt, and is formed mainly from Pt.
  • the spacer forming the measurement gas chamber is mainly composed of alumina. Inside the hollow measurement gas chamber, one porous electrode of the oxygen concentration cell element and one of the oxygen pump element are provided.
  • the porous electrodes are arranged so as to be exposed.
  • the measurement gas chamber is formed so as to be located at the tip side of the element section 20, and the portion where this measurement gas chamber is formed corresponds to the detection section 8.
  • the heater 22 is mainly made of alumina.
  • a heating resistor antibody pattern mainly composed of Pt is formed between insulating substrates.
  • the element section 20 and the heater 22 are joined to each other via a ceramic layer (for example, a dinoreco-based ceramic alumina ceramic).
  • a ceramic layer for example, a dinoreco-based ceramic alumina ceramic.
  • a porous ceramic for example, an alumina ceramic for preventing poisoning is formed.
  • a protective layer (not shown) is formed. In the present embodiment, the entire front end side of the detection element 4 including the surface of the electrode exposed to the exhaust gas is covered with the protective layer! / Puru.
  • three electrode terminal portions 30, 31, 32 are formed on the rear end side (the right side in FIG. 2) of the first plate surface 21.
  • Two electrode terminal portions 34 and 36 are formed on the rear end side of the two plate surface 23.
  • the electrode terminal sections 30, 31, and 32 are formed on the element section 20, and one electrode terminal section includes one porous electrode of the oxygen concentration cell element exposed inside the measurement gas chamber and the oxygen pump element. It is electrically connected so as to be shared with one of the porous electrodes.
  • the remaining two electrode terminals of the electrode terminals 30, 31, and 32 are electrically connected to the other porous electrode of the oxygen concentration cell element and the other porous electrode of the oxygen pump element, respectively.
  • the electrode terminal portions 34 and 36 are formed on the heater 22, and are connected to both ends of the heating resistor pattern via vias (not shown) crossing in the thickness direction of the heater 22, respectively. You.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the lead frame 10.
  • the air-fuel ratio sensor 2 of the present embodiment has two types of lead frames 10 (the first lead frame 11 shown on the left side in FIG. 3 and the second lead frame 211 shown on the right side) having different shapes of the frame locking portions. It is configured with.
  • lead frame 10 It is made of a well-known material (for example, Inconel or stainless steel) that can maintain elasticity (panel elasticity) even after repeated exposure.
  • the first lead frame 11 detects the frame main body 12 that is a long plate-like member extending in the axial direction and that is folded back from the end of the frame main body 12, and detects the frame main body 12.
  • An element contact portion 16 extending so as to be disposed between the device 4 and a part of itself abutting on the electrode portion of the detection device 4, and a lead wire electrically connected to the lead wire 46.
  • a connection unit 17 a connection unit 17.
  • the frame main body 12 has a curved portion 13 at a substantially intermediate position in the axial direction, and has a distal end portion located at the distal end with respect to the curved portion 13 and a rear end located with respect to the curved portion 13.
  • the rear end portion is configured such that the position in the thickness direction of the plate surface is different.
  • the surface of the curved portion 13 facing the frame contact portion 15 forms a slope facing the front end side, and when the frame contact portion 15 contacts the frame contact portion, the frame contact portion is positioned at the rear end in the axial direction. It has the function of restricting movement to the side or radially outward.
  • the frame body 12 has a width W1 of 1.1 [mm] and a thickness of 0.2 [mm] of the plate surface at a portion on the distal end side of the intermediate position in the axial direction.
  • the first lead frame 11 includes a first frame engaging portion 19 that is engaged with the separator 82 on the distal end side of the frame main body 12.
  • the first frame engaging portion 19 is bent so as to extend in the vertical direction with respect to the plate surface also at the front end side force of the frame main body portion 12 and to have a portion parallel to the plate surface of the frame main body portion 12. It is configured.
  • the element contact portion (return portion) 16 also has a form in which the front end of the frame body 12 also bends radially inward, changes direction, and extends toward the rear end in the axial direction.
  • the element contact portion 16 is a connection end portion 14 connected to the front end of the frame main body portion 12 and a frame contact portion formed on the rear end side with respect to the connection end portion 14.
  • the first lead frame 11 has a frame contact portion 15 that is separated from the frame main body portion 12 in a free state of itself.
  • the element contact portion 16 is formed such that the width W1 of the plate surface is 1. l [mm] and the plate thickness is 0.2 [mm].
  • the gap dimension from the axially intermediate portion to the frame main body portion 12 is smaller than the gap dimension from the frame contact portion 15 to the frame main body portion 12. It is formed in an arcuate shape that is curved so as to be longer, and the convex-side curved surface of the arcuate shape is formed so as to contact the detection element 4.
  • the element contact portion 16 is applied with an external force (specifically, an external force from the element contact portion 16 to the frame main body 12 is applied), so that the frame contact portion 15 is connected to the frame main body.
  • the frame contact portion 15 is elastically deformed toward the portion 12, so that the frame contact portion 15 finally contacts the curved portion 13 of the frame body 12.
  • the gap dimension dimension in the direction perpendicular to the axial direction
  • the gap dimension is configured to be smaller than the depth dimension of the first frame arrangement groove 86 and the second frame arrangement groove 88 of the separator 82. I have.
  • the first lead frame 11 When the element contact portion 16 is supported between the detection element 4 and the separator 82 in a state where the element contact portion 16 is elastically deformed toward the frame main body portion 12, the first lead frame 11 The frame contact part 15 of the part 16 contacts the curved part 13 of the frame main body part 12, and at least a part of the element contact part 16 projects from the first frame arrangement groove 86 and the second frame arrangement groove 88. It is configured to be in contact with the electrode terminal of the detection element 4.
  • the second frame main body 212 has a width dimension W2 of 0.8 [mm] and a thickness of 0.2 [mm] of the plate surface at a portion on the distal end side of the vicinity of the curved portion 213, and has a first lead.
  • W2 width dimension
  • W2 thickness
  • 0.2 [mm] thickness
  • the cross-sectional shape in a plane parallel to the axial direction and perpendicular to the plate surface is formed to be substantially the same as the frame body 12. I have.
  • the second element contact portion 216 has a plate surface width W2 of 0.8 [mm] and a plate thickness of 0.2 [mm]. Although the width and thickness of the plate surface are different from those of the portion 16, the cross-sectional shape in a plane parallel to the axial direction and perpendicular to the plate surface is formed in an arc shape substantially similar to that of the element contact portion 16. It has a second connection side end 214 corresponding to the connection side end 14, and a second frame contact part 215 corresponding to the frame contact part 15.
  • the second lead frame 211 has two second frame locking portions formed on the tip end side of the second frame main body 212 so as to be disposed in the second locking groove 91 of the separator 82. Equipped with 219 It is.
  • the second frame locking portion 219 extends from the second frame main body 212 in a direction perpendicular to the plate surface, and faces outward so as to have a portion parallel to the plate surface of the second frame main body 212. It is configured to be bent.
  • the second lead frame 211 has a second lead wire connecting portion formed at the rear end of the second frame main body 212 in substantially the same shape as the lead wire connecting portion 17 of the first lead frame 11. It has 21 7
  • first lead frames 11 and one second lead frame 211 are inserted into the through holes 84 of the separator 82 while being insulated from each other. Be placed.
  • the four first lead frames 11 are provided with two first frame disposing grooves 86 corresponding to the electrode terminals 30 and 32 of the detection element 4 and two second frames corresponding to the electrode terminals 34 and 36.
  • the second lead frame 211 is arranged in the frame arrangement groove 88, and the second lead frame 211 is arranged in the first frame arrangement groove 86 corresponding to the electrode terminal 31 of the detection element 4.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of the separator 82 when viewed from the front end side.
  • the three lead frames 10 are individually electrically insulated from each other on the inner wall surface of the through hole 84 facing the first plate surface 21 (not shown) of the detecting element 4.
  • the three first frame arrangement grooves 86 are formed at positions corresponding to the electrode terminals 30, 31, and 32 on the first plate surface 21 of the detection element 4, respectively.
  • the two lead frames 10 are individually arranged in an electrically insulated state on the inner wall surface of the through hole 84 facing the second plate surface 23 (not shown) of the detection element 4. And a second rib portion 89 that forms a boundary between the second frame disposing grooves 88.
  • the two second frame arrangement grooves 88 are formed at positions corresponding to the electrode terminal portions 34 and 36 on the second plate surface 23 of the detection element 4, respectively.
  • the first rib portion 87 and the second rib portion 89 have a function of preventing the lead frames 10 arranged in the adjacent frame arrangement grooves from contacting each other and preventing a current path from becoming defective. are doing.
  • the separator 82 has a first locking groove 90 and a second locking groove formed on the distal end surface (the surface on the near side in the figure) so as to be connected to the distal opening of the through hole 84.
  • the groove 91 is provided.
  • the first locking groove 90 is formed in a substantially L-shape when viewed from the front end side of the separator 82, and is formed so that the first frame locking portion 19 of the lead frame 10 can be arranged. .
  • the first locking groove 90 is formed so as to be connected to the first frame arrangement groove 86 and the second frame arrangement groove 88 formed outside of the three first frame arrangement grooves 86, respectively. I have.
  • the second locking groove 91 is formed between a narrow groove 93 formed between the two ridges 92 and a radially outer side of the narrow groove 93 of the distal end surface of the separator 82.
  • the enlarged width groove portion 94 is formed so that the second frame locking portion 219 of the lead frame 10 can be arranged.
  • the protruding ridge portion 92 is formed in a shape that is continuous from the tip end portion of the first rib portion 87.
  • the second locking groove portion 91 is formed at one place connected to one first frame disposing groove 86 formed at the center among the three first frame disposing grooves 86.
  • the lead frame 10 is arranged in the through hole 84 of the separator 82 together with the lead wire 46 after the lead wire 46 is connected to the lead wire connecting portion 17 (second lead wire connecting portion 217).
  • FIG. 5 shows a perspective view of the separator 82 in a state where the lead frame 10 is disposed in the through hole 84.
  • the first frame locking portion 19 of the first lead frame 11 is disposed in the first locking groove 90 of the separator 82 and the second frame locking portion 90 of the second lead frame 211.
  • the portion 219 is arranged in the second locking groove 91 of the separator 82.
  • the element contact portion 16 of the lead frame 10 (the second element contact portion) is formed.
  • the part 216) and one of the electrode terminal parts 30, 31, 32, 34, 36 of the detection element 4 can be brought into electrical contact to make electrical contact.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which the lead frame 10 is elastically deformed inside the through hole 84 during the operation of passing the detection element 4 through the through hole 84 of the separator 82.
  • Figure 6 Here, one lead frame 10 and the detection element 4 are illustrated, and the separator 82 is not illustrated.
  • the detection element 4 is arranged on the front end side of the separator 82, the detection element 4 is inserted through the opening on the front end side of the through hole 84, and 4 is brought into contact with the element contact portion 16 of the lead frame 10. Then, the detecting element 4 is pressed against the element contact portion 16 of the lead frame 10 to apply an external force to elastically deform the connection-side end portion 14 (in other words, the element contact portion 16 faces the frame main body portion 12). Elastic deformation), and the work of bringing the frame contact portion 15 of the element contact portion 16 close to the curved portion 13 of the frame main body portion 12 is performed.
  • the detection element 4 is further pressed against the element contact section 16 to elastically deform the element contact section 16 toward the frame main body section 12 and at the same time, the flange of the element contact section 16 is formed.
  • An operation of bringing the frame contact portion 15 into contact with the frame body 12 (the curved portion 13 of the frame body 12) is performed.
  • the element contact portion 16 is in a state of being supported by the frame main body 12 at two places of the connection side end portion 14 and the frame contact portion 15, that is, a two-point support state.
  • the detection element 4 is further inserted into the inside rear end side of the through hole 84, so that the inner wall surface of the through hole 84 of the separator 82 becomes the electrode terminal portion 30, 31 of the detection element 4. , 32, 34, and 36, the relative position between the detection element 4 and the separator 82 is moved. As a result, the leading end portion of the frame body 12 and the element contact portion 16 of the lead frame 10 are sandwiched between the detection element 4 and the inner wall surface of the through hole 84 (see FIG. 1). . At this time, the element contact portion 16 is elastically deformed at the axially intermediate portion along the plate surface of the detection element 4, and comes into contact with the electrode terminal portion of the detection element 4 with a large area.
  • the detecting element 4, the lead frame 10, and the separator 82 can be integrally assembled.
  • the force described for the elastic deformation state of the first lead frame 11 during the assembling work, the second lead frame 211 also shows the same deformation state as the first lead frame 11.
  • FIG. 7 is a perspective view of the intermediate assembly 105 in which the rear end of the detection element 4 is projected from the rear end 104 of the metal shell 102 and the rear end of the ceramic sleeve 6.
  • the lead frame 10 and the separator 82 are attached to the detection element 4 in the state of forming the intermediate assembly 105 by performing the above-described assembling work. Can be assembled.
  • the outer cylinder 44 is joined to the metal shell 102 by laser welding or the like, and the grommet 50 is crimped to the outer cylinder 44.
  • the air-fuel ratio sensor 2 is completed, and the manufacturing process of the air-fuel ratio sensor 2 is completed.
  • the lead frame 10 corresponds to the metal terminal member described in the claims
  • the element contact portion 16 and the second element contact portion 216 correspond to the folded portion. I have.
  • the operation step of disposing the lead frame 10 inside the through hole 84 of the separator 82 corresponds to the first step described in the claims
  • the lead frame 10 and the separator 82 The first and second steps in the assembling work correspond to the second step described in the claims, and the third step in the assembling work corresponds to the third step described in the claims. Equivalent to.
  • the element contact portion 16 (the second element contact portion 216) in contact with the electrode terminal portion of the detection element 4 has one supporting state. It is configured using the lead frame 10 (the first lead frame 11, the second lead frame 211) configured to be transformed from the supported state to two points in the supported state! RU
  • the lead frame 10 has a frame contact portion 15 (second frame contact portion 215) of the element contact portion 16 (second element contact portion 216) and a frame body portion 12 (second frame body portion).
  • the element contact portion 16 (second connection side end 214) is relatively away from the element contact portion 16 (second connection side end 214) is configured to be pressed against the electrode terminal of the detection element 4.
  • the element contact portion 16 (second element contact portion 216) is elastically deformed against the frame body portion 12 (second frame body portion 212) toward the frame body portion 12 (second frame body portion 212).
  • the contact part 215) comes into contact with the frame body part 12 (the second frame body part 212)
  • the axial middle part of the element contact part 16 (the second element contact part 216) is elastically deformed. As a result, a large stress is generated.
  • the frame contact portion 15 (second frame contact portion 215) of the element contact portion 16 (second element contact portion 216) is connected to the frame body portion 12 (second frame body portion). 212), the frame contact part 15 (second frame contact part 215) of the element contact part 16 (second element contact part 216) is more than the one-point support state.
  • the pressure for pressing the element contact portion 16 (second element contact portion 216) against the electrode terminal portion of the detection element 4 Is configured to be large.
  • the element contact portion 16 ( The second element contact portion 216) is pressed against the electrode terminal portions 30, 31, 32, 34, 36 of the detection element 4.
  • the element contact portion 16 (second element contact portion 216) is connected to the connection side end 14 (second connection side end 214) and the frame contact portion 15 (
  • the second frame contact portion 215) is in a two-point support state where the frame is supported by the frame body 12 (the second frame body 212).
  • a large stress (elastic force) generated by the elastic deformation of the element contact portion 16 (second element contact portion 216) in the two-point support state causes the element contact portion 16 of the lead frame 10 (second element contact portion). 216) is pressed against the electrode terminal portion of the detection element 4, so that an excellent electrical connection between the lead frame 10 and the electrode terminal portion of the detection element 4 can be obtained.
  • the lead frame 10 of the present embodiment is necessary to generate the same elastic force when compared with a lead frame having a flexible contact portion that is always supported at one point like a conventional sensor.
  • the width or thickness becomes smaller, the following characteristics are obtained.
  • the lead frame 10 has the same elastic force because the element contact portion 16 (the second element contact portion 216) is deformed to the one-point support state and the stress is increased by the two-point support state.
  • the width and thickness can be reduced as compared with conventional lead frames (metal terminal members).
  • the lead frame 10 of the present embodiment it is possible to suppress an increase in the arrangement space, and it is possible to suitably use the sensor in a sensor that requires miniaturization.
  • the air-fuel ratio sensor 2 is configured using the separator 82 in which the first frame arrangement groove 86 and the second frame arrangement groove 88 are formed, the arrangement position of the lead frame 10 with respect to the separator 82 is described.
  • the work of setting (for position) becomes easy, and the complexity of the assembling work can be reduced.
  • by disposing the lead frame 10 in the first frame disposition groove 86 and the second frame disposition groove 88 it is possible to prevent the disposition position of the lead frame 10 from being changed in an actual use environment of the air-fuel ratio sensor 2. Can be. For example, even when the outer cylinder 44 is deformed by an impact from the outside and the deformation affects the lead frame 10, it is possible to prevent the adjacent lead frames 10 from coming into contact with each other, and to reduce the current. The route can be maintained in an appropriate state.
  • the lead frame 10 has the frame contact portion 15 (second frame contact portion 215) of the element contact portion 16 (second element contact portion 216) in the frame body portion 12 (second frame body portion).
  • a part of the element contact portion 16 and a part of the second element contact portion 216 are partially outside the first frame arrangement groove 86 and the second frame arrangement groove 88 of the insertion hole 84. It is configured to be placed in For this reason, the lead frame 10 that prevents the entire element contact portion 16 and the second element contact portion 216 from being completely accommodated in the first frame arrangement groove 86 and the second frame arrangement groove 88 is detected. It is possible to prevent the connection to the electrode terminal of the element 4 from becoming impossible.
  • the lead frame 10 has the frame contact portion 15 (second frame contact portion 215) of the element contact portion 16 (second element contact portion 216) and the frame main body portion 12 ( 2nd frame).
  • the gap dimension between the first frame disposition groove 86 and the second frame disposition groove 88 is smaller than that of the first frame disposition groove 86 and the second frame disposition groove 88.
  • the force of the frame contact portion 15 (second frame contact portion 215) is applied to the first frame disposition groove 86. It can be prevented from being locked by the peripheral part of the opening (first rib 87) or the peripheral part of the opening of the second frame arrangement groove 88 (second rib 89), and the frame contact part 15 (second frame This section 215) can be reliably brought into contact with the frame main body 12 (second frame main body 212).
  • the frame contact portion 15 (second frame contact portion 215) of the element contact portion 16 (second element contact portion 216) is engaged with the first rib portion 87 or the second rib portion 89. Since it is in the stopped state, it is possible to prevent the lead frame 10 from being deformed into an inappropriate shape during the assembling work with the detecting element 4.
  • the lead frame 10 includes a first frame locking portion 19 and a second frame locking portion 219.
  • the first frame locking portion 19 The part 19 and the second frame locking part 219 are arranged in the first locking groove 90 and the second locking groove 91 of the separator 82. This prevents the lead frame 10 from separating from the inner wall surface of the through hole 84 when the detecting element 4 is inserted into the through hole 84. It is possible to prevent the connection state with the electrode terminal part 4 from becoming defective.
  • the separator for supporting the metal terminal member (lead frame) between the detecting element and the detecting element is not limited to the one-piece structure of a single member, such as the separator 82, but includes a plurality of members. It may be of a split type. As an example, a first insulating member facing the front side plate surface of the detecting element, a second insulating member facing the back side plate surface of the detecting element, a first insulating member and a second insulating member arranged so as to sandwich the detecting element. And a holding / fixing member for holding the insulating member.
  • the lead frame is formed to have a small width and a small thickness, and has a one-point support state and a two-point support state at the element contact portion (returned portion).
  • the elastic member By using the elastic member, an elastic force for realizing a good electrical connection state can be generated.
  • the space for disposing the lead frame can be reduced as compared with the related art, and the size of the sensor can be reduced.
  • the senor to which the present invention is applied is not limited to a sensor having five electrode terminals in the number of electrode terminals.
  • a sensor having four or less or six or more electrode terminals is not limited.
  • the present invention can be applied to a sensor including
  • first lead frame 11, second lead frame 211 having a plate surface width dimension of 1.1 [mm] and 0.8 [mm] are used.
  • the width dimension of the plate surface in the lead frame is not limited to the above dimensions. That is, if the width of the plate surface is set to 0.5 [mm] or more and 2.0 [mm] or less, the above-described lead frames (the first lead frame 11 and the second lead frame 211) are used. The same operation and effect can be obtained.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the appearance of the lead frame 10 (first lead frame 11) including the projecting portion 18 in the element contact portion 16.
  • FIG. 8 In the lead frame 10 (first lead frame 11) shown in FIG. 8, the illustration of the first frame locking portion 19 described above is omitted.
  • the protruding portion 18 is provided at a portion of the element contact portion 16 that is expected to come into contact with the electrode terminal portion, and the top of the protruding portion 18 is brought into contact with the electrode terminal portion.
  • the contact pressure of the element contact portion 16 with respect to the electrode terminal portion can be further increased.
  • FIG. 8 shows an example in which the above-described element contact portion 16 of the first lead frame 11 is provided with the convex portion 18, the same as the above-described second element contact portion 216 of the second lead frame 211. May be formed.
  • the frame contact portion 15 of the element contact portion 16 of the lead frame 10 may be formed in a curved shape. Specifically, as shown in FIG. 8, the frame contact portion 15 is curved toward the rear end in the axial direction so as to be separated from the frame main body portion 12 (in other words, bent in an arc shape). Accordingly, the frame main body 15 can be formed in a curved shape.
  • the sensor (entire region air-fuel ratio sensor 2) is vibrated. Even when used in an environment such as a vehicle with severe intensities, it is possible to reduce the extent to which metal powder is generated due to friction between the frame contact portion 15 and the frame body portion 12. Thereby, when the sensor is actually used, it is possible to effectively suppress the adverse effect on the electrical connection between the lead frame 10 and the electrode terminal portion of the detection element.
  • FIG. 8 shows an example in which the frame contact portion 15 of the element contact portion 16 of the first lead frame 11 is formed in a curved shape, but the second frame contact of the second lead frame 211 is formed.
  • the contact portion 215 may also be formed in a curved shape.
  • the frame contact portion 15 is not limited to a shape curved toward the rear end side in the axial direction as shown in FIG. 8, but as shown in FIG. It may be formed in a curved shape with a directional force toward the tip end in the axial direction so as to be away from the twelve.
  • the leading end force of the frame main body 12 (the second frame main body 212) of the lead frame 10 also bends and changes direction, and the folded portion extending toward the rear end side in the axial direction. Is shown as the element contact portion 16 (second element contact portion 216), but the frame body 12 (second frame body 212) is provided between the electrode terminal portion of the detection element 4 and the folded portion.
  • the lead frame 10 is arranged in the separator 82 so that the frame body 12 is formed into a curved curved shape so as to function as an element contact portion that contacts the electrode terminal of the detection element 4. good.

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Abstract

本発明は、検出素子の電極端子部と金属端子部材との電気的な接続状態が良好となるセンサ、およびセンサの製造方法を提供する。センサは、検出素子に接触する素子当接部のフレーム本体部に対する支持状態が１点支持状態または２点支持状態に変形する構成のリードフレーム（金属端子部材）を備える。リードフレームと検出素子との組み付け作業の前半段階では、素子当接部がフレーム本体部に対して１点支持状態となり、リードフレームは比較的小さい弾性力を発生するため、過度な圧力が検出素子に加わるのを防止できる。組み付け作業の完了後は、素子当接部がフレーム本体部に対して２点支持状態となり、リードフレームは１点支持状態に比べて大きな弾性力を発生するため、リードフレームと検出素子との電気的な接続状態が良好なものとなる。

Description

明 細 書
センサおよびセンサの製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、軸線方向に延びる板状形状をなし、後端側に電極端子部が形成される 検出素子と、この検出素子の電極端子部に接触することで電気的に接続されて電流 経路を形成する金属端子部材とを備えるセンサ、およびそのようなセンサの製造方法 に関する。
発明の背景
[0002] 従来より、軸線方向に延びる板状形状をなすと共に、測定対象物に向けられる先 端側に検出部が形成された検出素子 (センサ素子）が組み付けられたセンサが知ら れている。このようなセンサとしては、 λ (ラムダ)センサ、全領域空燃比センサ、酸素 センサ、 ΝΟχセンサなどのガスセンサや、温度検出を行う温度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 、後端側の表裏面に電極端子部を備えて構成されている。このような検出素子を備 えるセンサとしては、導電性材料力 なるリードフレーム (金属端子部材)を電極端子 部に対して電気的に接続することで、検出素子と外部機器との間に流れる電流の電 流経路の一部をリードフレームにて形成する構造のものがある。なお、検出素子と外 部機器とを電気的に接続する電流経路には、例えば、検出素子による検出結果に応 じた検出信号や、検出素子がヒータを備える場合には、ヒータへの電力供給のため の電流などが流れる。
[0004] そして、リードフレームを備えるセンサとしては、弾性変形可能な板パネとしての弹 性接触部を有するリードフレームを用いて、検出素子の電極端子部にリードフレーム の弾性接触部を接触させた状態で、検出素子をセパレータの揷通孔の内部で把持 する構成のセンサが知られている (特許文献 1参照)。なお、弾性接触部は、その両 端のうち一方カ^ードフレームの本体部分に連結された状態（1点支持状態)で備え られている。 [0005] このような構成のセンサにおいては、弾性接触部が大きな弾性力を発生する構成 のリードフレームを用いることで、リードフレームと検出素子の電極端子部との接続状 態を良好にすることができる。なお、弾性接触部が大きな弾性力を発生するリードフ レームとしては、例えば、幅寸法が広く形成されたリードフレームや厚さが厚く形成さ れたリードフレームなどが挙げられる。
特許文献 1：特開 2001—188060号公報
[0006] しかし、従来のセンサのように、大きな弾性力を発生する弾性接触部を有するリード フレームを用いる場合には、検出素子との組み付け作業時において、作業の初期段 階力も検出素子に対してリードフレームから大きな圧力が加わるため、その圧力によ つて検出素子に欠けや割れ等の破損が生じる虞がある。
[0007] また、幅寸法の広いリードフレームは、配置スペースを広く確保する必要があるため 、小型化が要求される用途のセンサに適さないという問題がある。さらに、幅寸法の 広いリードフレームは、幅寸法の狭い電極端子部が複数近接して形成された検出素 子に対して使用する場合、複数の電極端子部に跨って接触してしまい電流経路を適 切に形成できな 、虞がある。
[0008] なお、このような複数の電極端子部を備える検出素子に対しては、幅寸法を狭く形 成したリードフレームを用いることで、電流経路を構成することができる。しかし、上記 従来のリードフレームのような 1点支持状態の弾性支持部を備えるリードフレームは、 幅寸法が狭く形成されることに伴い弾性力が不足する傾向に向力うため、弾性カ不 足により電極端子部に対して十分に接することができず、電極端子部との接続状態 が不安定になる虞がある。
発明の概要
[0009] 本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、金属端子部材との組み付け 作業時における検出素子の破損が生じ難ぐ金属端子部材の配置スペースが制限さ れる構造であっても検出素子の電極端子部と金属端子部材との電気的な接続状態 を良好に維持可能なセンサの提供、およびそのようなセンサの製造方法を提供する ことを目的とする。
[0010] 本発明の 1つの特徴により、軸線方向に延びる板状形状をなし、先端側が測定対 象物に向けられ、後端側に電極端子部が形成される検出素子と、金属製の板状部 材から構成され、電極端子部に接触することで電気的に接続されて電流経路を形成 する金属端子部材とを備えるセンサであって、金属端子部材は、軸線方向に延びる フレーム本体部と、このフレーム本体部の先端力 屈曲し方向転換して軸線方向後 端側に向力つて延びる折り返し部とを備え、折り返し部は、フレーム本体部の先端に 連結される連結側端部と、連結側端部よりも後端側に形成され、フレーム本体部に当 接するフレーム当接部とを有するセンサが提供される。
[0011] このセンサは、フレーム本体部と折り返し部とを有する金属端子部材を備えて構成 されており、金属端子部材は、少なくとも一部が検出素子の電極端子部に接触する ことで、検出素子と外部機器との間を繋ぐ電流経路の一部を形成する。
[0012] そして、本発明のセンサでは、金属端子部材の折り返し部力 フレーム本体部の先 端に連結される連結側端部と、この連結側端部よりも後端側に形成され、フレーム本 体部に当接するフレーム当接部とを有している。つまり、本発明のセンサでは、金属 端子部材が検出素子に対し組み付けられた状態において、金属端子部の折り返し 部が、少なくとも連結側端部およびフレーム当接部の 2点以上により支持される複数 点支持状態となる。
[0013] このような 2点以上で支持される状態の折り返し部は、弾性変形により生じる応力が 1点支持状態の場合に比べて大きくなることから、金属端子部材自身をより大きな応 力で検出素子の電極端子部に押し付けることができ、金属端子部材と検出素子の電 極端子部材との電気的な接続状態を良好なものとすることができる。
[0014] なお、この金属端子部材は、折り返し部が複数点支持状態となることで応力が増大 することから、折り返し部が常に 1点支持状態 (片持ち状態)となる従来の金属端子部 材に比べて、幅寸法や厚みを大きくする必要がなくなり、配置スペースの拡大を抑え ることができ、小型化が要求されるセンサへの使用に適して!/、る。
[0015] さらに、上記のセンサにおいて、上記金属端子部材は、検出素子の電極端子部と 電気的に接続する前の自由状態では、折り返し部のうちフレーム当接部はフレーム 本体部に当接しな ヽように構成される一方、電極端子部と電気的に接続して折り返し 部がフレーム本体部に向力つて弾性変形した場合には、フレーム当接部がフレーム 本体部に当接するように構成されて 、ると良 、。
[0016] 本発明のセンサでは、金属端子部は、自身の自由状態において、折り返し部のうち フレーム当接部がフレーム本体部に当接せずに、折り返し部が 1力所 (フレーム本体 部の先端に連結される連結側端部）でフレーム本体部に支持されるよう構成されてい る。このため、金属端子部材は、折り返し部のフレーム当接部がフレーム本体部に当 接しな 、状態にぉ 、ては、折り返し部のうちで連結側端部寄りの弾性変形に伴って 生じる応力にて、金属端子部材を検出素子の電極端子部に押し付けるように構成さ れている。そして、折り返し部がフレーム本体部に向力つて弾性変形を続け、フレー ム当接部がフレーム本体部に当接することにより、上述したように折り返し部が少なく とも連結側端部およびフレーム当接部の 2力所でフレーム本体部に支持されるように なる。
[0017] このように、本発明のセンサに備えられる金属端子部材は、折り返し部のフレーム 当接部がフレーム当接部に当接する場合と当接しない場合とで、検出素子に対して 金属端子部材を押圧する圧力が変動するように構成されている。より詳細には、金属 端子部材は、自身を検出素子の電極端子部に対して押し付ける圧力の大きさが、折 り返し部のフレーム当接部がフレーム本体部に当接しない状態（1点支持状態）に比 ベて、折り返し部のフレーム当接部がフレーム本体部に当接する状態（2点支持状態 )の方が大きくなるよう構成されて 、る。
[0018] これにより、センサの製造工程において、金属端子部材と検出素子とを組み付ける にあたり、組み付け作業の前半では、比較的小さい力で金属端子部材が検出素子 の電極端子部に押し付けられることになり、圧力印加によって検出素子が破損に至る のを抑制することができる。また、組み付け作業の完了後においては、折り返し部は、 連結側端部およびフレーム当接部でフレーム本体部に支持される 2点支持状態とな る。このような 2点支持状態の折り返し部は、弾性変形により生じる応力が上述したよ うに 1点支持状態の場合に比べて大きくなることから、金属端子部材と検出素子の電 極端子部材との電気的な接続状態を良好なものとすることができる。
[0019] さらに、上記のセンサにおいて、上記折り返し部は、フレーム本体部の先端力 屈 曲して方向転換し、検出素子の電極端子部とフレーム本体部との間に配置され、電 極端子部に接触する素子当接部を構成すると良い。
[0020] 本発明のセンサでは、金属端子部材の折り返し部力 検出素子とフレーム本体部と の間に配置され、電極端子部に接触する素子当接部を構成している。つまり、フレー ム本体部に対し 2点支持状態となっている折り返し部力 検出素子の電極端子部に 接触することになる。このため、より大きな応力で折り返し部を検出素子の電極端子 部に押し付けることができ、金属端子部材と検出素子の電極端子部との電気的な接 続状態をより一層良好なものとすることができる。
[0021] さらに、上記センサにおいて、素子当接部を構成する上記折り返し部は、検出素子 の電極端子部に向けて突出し、自身の頂部が電極端子部に接触する凸状部を含む と良い。
[0022] 折り返し部に検出素子の電極端子部に向けて突出する凸状部を形成し、その凸状 部の頂部を電極端子部に接触させることで、電極端子部に対する折り返し部の接圧 を高めることができる。従って、金属端子部材の折り返し部と検出素子の電極端子部 との接触を確実なものにでき、これらの電気的な接続状態の信頼性を向上させること ができる。
[0023] さらに、上記のセンサにおいて、素子当接部を構成する上記折り返し部の幅寸法が 、 0. 5 [mm]以上 2. 0 [mm]以下に形成されていると良い。
[0024] このように幅寸法が設定される折り返し部を有する金属端子部材は、電極端子部の 幅寸法が小さぐ複数の電極端子部が形成された検出素子においても、複数の電極 端子部に跨って接続されることなぐ各電極端子部に対して個別に接続でき、適切に 電流経路を形成することができる。さらに、金属端子部材の強度を良好に維持するこ とができ、センサの耐久性を良好なものとすることができる。また、この金属端子部材 は、容積の小さい配置スペースにも配置可能となることから、小型のセンサにおいて も電流経路を形成することができ、センサの小型化を図ることができる。
[0025] なお、幅寸法とは、軸線方向に垂直で、かつ折り返し部とフレーム本体部との隙間 間隔方向に垂直となる方向の寸法である。
[0026] さらに、上記のセンサにおいて、検出素子の後端側の径方向外側に配置されると 共に、絶縁材料力もなるセパレータを備え、金属端子部材は、折り返し部がフレーム 本体部に向けて弾性変形した状態で、検出素子とセパレータとの間に挟持されてい ると良い。
[0027] このように金属端子部材を、折り返し部をフレーム本体部に向けて弾性変形させた 状態で、検出素子とセパレータとの間に挟持固定させることにより、金属端子部材と 検出素子の電極端子部との電気的な接続状態を確実に得ることができる。従って、 本発明のセンサによれば、振動が激しい車両等の環境下に取り付けられて使用に供 された場合にも、金属端子部材と検出素子の電極端子部との接続状態を長期間に 亘つて安定して維持することができる。
[0028] さらに、上記のセンサにおいて、上記折り返し部のうちフレーム当接部は、湾曲した 形状に形成されて 、ると良 、。
[0029] 本発明のセンサでは、金属端子部材の折り返し部のうちフレーム当接部を湾曲した 曲面形状に形成した上で、このフレーム当接部とフレーム本体部とを当接させている 。このため、本発明のセンサを振動が激しい車両等の環境下に取り付けて使用した 場合にも、フレーム当接部とフレーム本体部との擦れに起因して金属粉が発生する 度合いを大幅に低減することができる。従って、本発明のセンサによれば、振動が激 しい車両等の環境下に取り付けられて使用に供された場合にも、フレーム当接部とフ レーム本体部との擦れに起因して金属粉が飛散し、金属端子部材と検出素子の電 極端子部との接続状態に悪影響が生じるのを効果的に抑制することができる。
[0030] 本願発明の他の特徴により、軸線方向に延びる板状形状をなし、先端側が測定対 象物に向けられ、後端側に電極端子部が形成される検出素子と、電極端子部が形 成される検出素子の後端側の径方向外側に配置されると共に、絶縁材料カゝらなるセ パレータと、金属製の板状部材から構成され、前記電極端子部に接触することで電 気的に接続されて電流経路を形成する金属端子部材とを備えるセンサの製造方法 であって、金属端子部材は、軸線方向に延びるフレーム本体部と、フレーム本体部 の先端力 屈曲し方向転換して軸線方向後端側に向力つて延び、検出素子の電極 端子部とフレーム本体部との間に配置される折り返し部とを備え、この折り返し部は、 フレーム本体部の先端に連結される連結側端部と、連結側端部よりも後端側に形成 され、フレーム本体部に当接するフレーム当接部と有し、金属端子部材は、検出素 子の電極端子部に電気的に接続する前の状態では、折り返し部のうちフレーム当接 部はフレーム本体部に当接しないように構成される一方、電極端子部と電気的に接 続して折り返し部がフレーム本体部に向力つて弾性変形した場合には、フレーム当 接部がフレーム本体部に当接するように構成されており、セパレータに金属端子部 材を配置させる第 1工程と、検出素子を、折り返し部に押し付けて当該折り返し部を フレーム本体部に向力つて弾性変形させると共に、折り返し部のフレーム当接部をフ レーム本体部に当接させる第 2工程と、セパレータが検出素子の径方向外側に配置 されるように、検出素子とセパレータとの相対位置を移動させる第 3工程とを含むセン サの製造方法が提供される。
[0031] 本発明のセンサの製造方法によれば、センサの製造工程での検出素子と金属端 子部材との組み付け作業時において、検出素子の破損が生じ難くなり、センサの生 産効率向上を図ることができる。
[0032] また、金属端子部材の配置スペースが狭い構造であっても、検出素子の電極端子 部と金属端子部材との電気的な接続状態が良好なセンサを効率良く得ることができ る。
図面の簡単な説明
[0033] [図 1]実施例の全領域空燃比センサの全体構成を示す断面図である。
[図 2]検出素子の概略構造を表す斜視囲である。
[図 3]リードフレームの外観を表す斜視図である。
[図 4]セパレータの外観を表す斜視図である。
[図 5]揷通孔にリードフレームが配置された状態のセパレータの斜視図である。
[図 6]検出素子をセパレータの揷通孔に揷通する作業時において、揷通孔の内部で リードフレームが変形する状態を表す説明図である。
[図 7]検出素子の後端側を主体金具の後端部およびセラミックスリーブの後端部から 突出させた状態にある中間組立部品の斜視図である。
[図 8]素子当接部のうちで検出素子の電極端子部に接触が予定される部位に凸状部 を設けたリードフレームの外観を表す斜視図である。
[図 9]素子当接部のうちフレーム当接部を湾曲した形状に形成したリードフレームの 外観を表す斜視図である。
詳細な説明
[0034] 以下に、本発明を適用した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、自動車や各種内燃機関における 空燃比フィードバック制御に使用するために、測定対象となる排ガス中の特定ガスを 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 に装着される全領域空燃比センサ 2 (以下、空燃比センサ 2ともいう）について説明す る。
[0035] 図 1は、本発明方法を適用した実施例の空燃比センサ 2の全体構成を示す断面図 である。
空燃比センサ 2は、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の先端部を突出させた状態で検出素子 4を収納する筒状の主体金具 1 02と、検出素子 4と主体金具 4との間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の後端部の周囲を取り囲む状態で配置されるアルミナ製のセパレータ 82とを 備えている。
[0036] 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）に保護層に覆われた検出部 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 3 0、 31、 32、 34、 36が形成されている（図 2参照）。 5個のリードフレーム (金属端子部 材） 10が検出素子 4とセパレータ 82との間に配置され、検出素子 4の電極端子部 30 、 31、 32、 34、 36にそれぞれ電気的に接続されている。また、リードフレーム 10は、 その後端側において、外部からセンサの内部に配設されるリード線 46にも電気的に 接続されており、リード線 46が接続される外部機器と電極端子部 30、 31、 32、 34、 3 6との間に流れる電流の電流経路を形成する。
[0037] 主体金具 102は、その外表面に排気管に固定するためのネジ部 103を有し、内部 に軸線方向に貫通する貫通孔 109をする略筒状に構成されている。また、主体金具 102は、検出部 8を貫通孔 109の先端側に突出させ、電極端子部 30、 31、 32、 34、 36を貫通孔 109の後端側に突出させた状態で検出素子 4を貫通孔 109内に保持す るよう構成されている。
[0038] 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 (例えば、ステンレスなど）の二重の外部プロテ クタ 42および内部プロテクタ 43が、溶接等によって取り付けられている。
[0039] また、主体金具 102の後端部 104より突出した検出素子 4の後端側（図 1における 上方）の周囲には、セパレータ 82が配置され、検出素子 4の電極端子部 30、 31、 32 、 34、 36を挿通孑し 84内【こ収糸内して!/ヽる。
そして、主体金具 102の後端側外周には、外筒 44が固定されている。外筒 44の後 端側（図 1における上方）の開口部には、グロメット 50が配置され、グロメット 50のリー ド線揷通孔 61には 5本のリード線 46が挿通されて 、る。
セパレータ 82は、外表面から径方向外向きに突出する鍔部 83を備え、鍔部 83が外 筒 44の外筒側支持部 64に当接することで、外筒 44の内部に配置される。
[0040] なお、主体金具 102の貫通孔 109の内部には、検出素子 4の径方向周囲を取り囲 む状態で、環状のセラミックホルダ 106、粉末充填層 108 (以下、滑石リング 108とも いう）、補助スリーブ 110およびセラミックスリーブ 6が、この順に先端側から後端側に 向けて積層されている。これらの積層体は、主体金具 102の棚部 107と後端部 104と の間で、パッキン 129および加締リング 112を介して加締め固定されて！、る。
[0041] ここで、検出素子 4の概略構造を表す斜視図を、図 2に示す。なお、図 2では、軸線 方向における中間部分を省略して検出素子 4を表している。
[0042] 検出素子 4は、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 素子部 20と、同じく軸線方向に延びる板状形状に形成されたヒータ 22とが積層され て、矩形の軸断面を有する板型形状に形成されている。なお、空燃比センサ 2として 用いられる検出素子 4は従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細な説明 は省略するが、その概略構成は以下のようである。
[0043] まず、素子部 20は、固体電解質基板の両側に多孔質電極を形成した酸素濃淡電 池素子と、同じく固体電解質基板の両側に多孔質電極を形成した酸素ポンプ素子と 、これらの両素子の間に積層され、中空の測定ガス室を形成するためのスぺーサと 力 構成される。この固体電解質基板は、イットリアを安定化剤として固溶させたジル コユアから形成され、多孔質電極は、 Ptを主体に形成される。また、測定ガス室を形 成するスぺーサは、アルミナを主体に構成されており、中空の測定ガス室の内側には 、酸素濃淡電池素子の一方の多孔質電極と、酸素ポンプ素子の一方の多孔質電極 が露出するように配置されている。なお、測定ガス室は、素子部 20の先端側に位置 するように形成されており、この測定ガス室が形成される部分が検出部 8に相当する ついで、ヒータ 22は、アルミナを主体とする絶縁基板の間に、 Ptを主体とする発熱抵 抗体パターンが挟み込まれて形成されて ヽる。
[0044] そして、素子部 20とヒータ 22とは、セラミック層（例えば、ジノレコ-ァ系セラミックゃァ ルミナ系セラミック）を介して互いに接合される。また、検出素子 4のうち少なくとも測 定対象物 (本実施形態では、排ガス）に晒される電極の表面上には、被毒防止用の 多孔質状のセラミック (例えば、アルミナ系セラミックなど)からなる保護層（図示省略） が形成される。なお、本実施形態では、検出素子 4のうち排ガスに晒される電極の表 面を含む先端側全面を保護層にて覆って！/ヽる。
[0045] このような検出素子 4では、図 2に示すように、第 1板面 21の後端側（図 2における 右側）に 3個の電極端子部 30、 31、 32が形成され、第 2板面 23の後端側に 2個の電 極端子部 34、 36が形成されている。電極端子部 30、 31、 32は、素子部 20に形成さ れるものであり、 1つの電極端子部は、測定ガス室の内側に露出する酸素濃淡電池 素子の一方の多孔質電極と酸素ポンプ素子の一方の多孔質電極と共用する形で電 気的に接続される。また、電極端子部 30、 31、 32のうち残りの 2つの電極端子部は、 酸素濃淡電池素子の他方の多孔質電極と酸素ポンプ素子の他方の多孔質電極と各 々電気的に接続されている。また、電極端子部 34、 36は、ヒータ 22に形成されるも のであり、ヒータ 22の厚さ方向に横切るビア（図示せず)を介して発熱抵抗体パター ンの両端に各々接続されて 、る。
[0046] 次に、リードフレーム 10について説明する。リードフレーム 10の外観を表す斜視図 を図 3に示す。なお、本実施例の空燃比センサ 2は、フレーム係止部の形状が異なる 2種類のリードフレーム 10 (図 3にて左側に示す第 1リードフレーム 11と、右側に示す 第 2リードフレーム 211)を備えて構成されている。また、リードフレーム 10は、高温に 繰り返し晒されても、弾性 (パネ弾性)を維持可能な周知の材料 (例えば、インコネル やステンレス鋼等）にて形成されている。
[0047] まず、第 1リードフレーム 11は、軸線方向に延びる長尺状の板状部材力 なるフレ ーム本体部 12と、フレーム本体部 12の先端から折り返されてフレーム本体部 12と検 出素子 4との間に配置されるように延び、自身の一部が検出素子 4の電極部に当接 することになる素子当接部 16と、リード線 46と電気的に接続されるリード線接続部 17 とを備えている。
[0048] フレーム本体部 12は、軸線方向における略中間位置に湾曲部 13を有しており、湾 曲部 13よりも先端に位置する先端側部分と、湾曲部 13よりも後端に位置する後端側 部分とが、板面の厚さ方向における位置が異なる位置となるように構成されている。こ の湾曲部 13のうち、フレーム当接部 15との対向面は、先端側に向く斜面を構成して おり、フレーム当接部 15と当接したときにフレーム当接部が軸方向後端側または径 方向外側に移動するのを規制する機能を有している。また、フレーム本体部 12は、 軸線方向中間位置よりも先端側部分における板面の幅寸法 W1が 1. 1 [mm]、板厚 が 0. 2 [mm]に形成されている。
[0049] なお、第 1リードフレーム 11は、フレーム本体部 12の先端側に、セパレータ 82と係 合する第 1フレーム係止部 19を備えている。第 1フレーム係止部 19は、フレーム本体 部 12の先端側面力も板面に対する垂直方向に向けて延設されると共に、フレーム本 体部 12の板面に平行となる部分を有するよう折り曲げられて構成されている。
[0050] 素子当接部（折り返し部） 16は、フレーム本体部 12の先端カも径方向内側に屈曲 し方向転換して軸線方向後端側に向力つて延びる形態をなしている。そして、この素 子当接部 16は、フレーム本体部 12の先端に連結される連結側端部 14と、この連結 側端部 14よりも後端側に形成されるフレーム当接部であって、第 1リードフレーム 11 自身の自由状態において、フレーム本体部 12から離れた状態となるフレーム当接部 15とを有して!/ヽる。
[0051] ここで、素子当接部 16は、板面の幅寸法 W1が 1. l [mm]、板厚が 0. 2[mm]に 形成されている。また、素子当接部 16は、軸線方向中間部からフレーム本体部 12ま での間隙寸法が、フレーム当接部 15からフレーム本体部 12までの間隙寸法に比べ て長くなるように湾曲した円弧状形状に形成されており、円弧状形状のうち凸側曲面 が検出素子 4に当接するように形成されている。
[0052] なお、素子当接部 16は、外力が印加される（詳細には、素子当接部 16からフレー ム本体部 12に向かう外力が加わる）ことで、フレーム当接部 15がフレーム本体部 12 に向けて弾性変形し、最終的にフレーム当接部 15がフレーム本体部 12の湾曲部 13 に当接するよう構成されている。
[0053] また、第 1リードフレーム 11は、外力が印加されず連結側端部 14 (素子当接部 16 自身）が弾性変形しない場合には、素子当接部 16のフレーム当接部 15とフレーム本 体部 12との間隙寸法 (軸線方向に対して直交する向きの寸法）力 セパレータ 82の 第 1フレーム配置溝 86および第 2フレーム配置溝 88の深さ寸法よりも小さくなるよう 構成されている。
[0054] なお、第 1リードフレーム 11は、素子当接部 16がフレーム本体部 12に向けて弾性 変形した状態で検出素子 4とセパレータ 82との間に扶持された場合には、素子当接 部 16のフレーム当接部 15がフレーム本体部 12の湾曲部 13に当接すると共に、素子 当接部 16のうち少なくとも一部が第 1フレーム配置溝 86および第 2フレーム配置溝 8 8から突出して検出素子 4の電極端子部に当接されるよう構成されている。
[0055] 次に、第 2リードフレーム 211について説明する。
第 2フレーム本体部 212は、湾曲部 213付近よりも先端側部分における板面の幅寸 法 W2が 0. 8 [mm]、板厚 0. 2[mm]に形成されており、第 1リードフレーム 11のフレ ーム本体部 12と比べて横面の幅寸法は異なるが、軸線方向に平行かつ板面に垂直 な平面における断面形状は、フレーム本体部 12と略同様の形状に形成されている。
[0056] 第 2素子当接部 216は、板面の幅寸法 W2が 0. 8 [mm]、板厚 0. 2 [mm]に形成さ れており、第 1リードフレーム 11の素子当接部 16と比べて板面の幅寸法および板厚 は異なるが、軸線方向に平行かつ板面に垂直な平面における断面形状は、素子当 接部 16と略同様の円弧状に形成されており、連結側端部 14に対応する第 2連結側 端部 214と、フレーム当接部 15に対応する第 2フレーム当接部 215とを有している。
[0057] また、第 2リードフレーム 211は、第 2フレーム本体部 212の先端側に、セパレータ 8 2の第 2係止用溝部 91に配置可能に形成された 2個の第 2フレーム係止部 219を備 えている。第 2フレーム係止部 219は、第 2フレーム本体部 212から板面に対する垂 直方向に向けて延設されると共に、第 2フレーム本体部 212の板面に平行となる部分 を有するよう外向きに折り曲げられて構成されている。
[0058] さらに、第 2リードフレーム 211は、第 2フレーム本体部 212の後端部に、第 1リード フレーム 11のリード線接続部 17と略同様の形状に形成された第 2リード線接続部 21 7を備えている。
[0059] このように構成されたリードフレーム 10のうち、 4本の第 1リードフレーム 11および 1 本の第 2リードフレーム 211が、互いに絶縁された状態で、セパレータ 82の揷通孔 8 4に配置される。
このとき、 4本の第 1リードフレーム 11は、検出素子 4の電極端子部 30、 32に対応す る 2つの第 1フレーム配置溝 86、および電極端子部 34、 36に対応する 2つの第 2フ レーム配置溝 88に配置され、第 2リードフレーム 211は、検出素子 4の電極端子部 3 1に対応する第 1フレーム配置溝 86に配置される。
[0060] 次に、セパレータ 82について説明する。
図 4に、先端側カゝら見たときのセパレータ 82の外観を表す斜視図を示す。図 4に示す ように、揷通孔 84のうち検出素子 4の第 1板面 21 (図示省略）に対向する内壁面には 、 3個のリードフレーム 10をそれぞれ電気的に絶縁した状態で個別に配置するため の 3つの第 1フレーム配置溝 86と、第 1フレーム配置溝 86の境界を構成する第 1リブ 部 87とが設けられている。なお、 3つの第 1フレーム配置溝 86は、それぞれ検出素子 4の第 1板面 21における電極端子部 30、 31、 32に対応する位置に形成されている。
[0061] また、揷通孔 84のうち検出素子 4の第 2板面 23 (図示省略）に対向する内壁面には 、 2個のリードフレーム 10をそれぞれ電気的に絶縁した状態で個別に配置するため の 2つの第 2フレーム配置溝 88と、第 2フレーム配置溝 88の境界を構成する第 2リブ 部 89とが設けられている。なお、 2つの第 2フレーム配置溝 88は、それぞれ検出素子 4の第 2板面 23における電極端子部 34、 36に対応する位置に形成されている。
[0062] 第 1リブ部 87および第 2リブ部 89は、隣接するフレーム配置溝に配置されるリードフ レーム 10同士が接触するのを阻止し、電流経路が不良となるのを防止する機能を有 している。 [0063] また、セパレータ 82は、先端面（図における手前側の面）に、揷通孔 84の先端側開 口部に繋がる形態で形成される第 1係止用溝部 90および第 2係止用溝部 91を備え ている。
[0064] 第 1係止用溝部 90は、セパレータ 82の先端側から見たときに略 L字形に形成され ており、リードフレーム 10の第 1フレーム係止部 19を配置可能に形成されている。な お、第 1係止用溝部 90は、 3個の第 1フレーム配置溝 86のうち外側に形成される第 1 フレーム配置溝 86と、第 2フレーム配置溝 88とにそれぞれ繋がって形成されている。
[0065] 第 2係止用溝部 91は、 2個の凸条部 92の間に形成される狭小幅溝部 93と、セパレ ータ 82の先端面のうち狭小幅溝部 93よりも径方向外側に形成される拡大幅溝部 94 とからなり、リードフレーム 10の第 2フレーム係止部 219を配置可能に形成されている 。なお、凸条部 92は、第 1リブ部 87の先端部分から連続する形状に形成されている 。また、第 2係止用溝部 91は、 3個の第 1フレーム配置溝 86のうち中央に形成される 1個の第 1フレーム配置溝 86に繋がる 1力所に形成されている。
[0066] リードフレーム 10は、リード線接続部 17 (第 2リード線接続部 217)にリード線 46が接 続された後に、リード線 46と共にセパレータ 82の揷通孔 84に配置される。
[0067] 揷通孔 84にリードフレーム 10が配置された状態のセパレータ 82の斜視図を図 5に 示す。図 5に示すように、第 1リードフレーム 11の第 1フレーム係止部 19は、セパレー タ 82の第 1係止用溝部 90に配置され、また、第 2リードフレーム 211の第 2フレーム 係止部 219は、セパレータ 82の第 2係止用溝部 91に配置される。
[0068] このようにリードフレーム 10が配置された状態のセパレータ 82の揷通孔 84に対して 、検出素子 4を挿通することにより、リードフレーム 10の素子当接部 16 (第 2素子当接 部 216)と検出素子 4の電極端子部 30、 31、 32、 34、 36のいずれかを当接させて電 気的〖こ接続させることができる。
[0069] 次に、検出素子 4を、リードフレーム 10が配置された状態の揷通孔 84に挿通して、 検出素子 4、リードフレーム 10およびセパレータ 82を一体に組み付ける作業につい て説明する。
[0070] 検出素子 4をセパレータ 82の揷通孔 84に揷通する作業時において、揷通孔 84の 内部でリードフレーム 10が弾性変形する状態を表す説明図を図 6に示す。なお、図 6 では、 1個のリードフレーム 10および検出素子 4を図示しており、セパレータ 82につ V、ては図示を省略して!/、る。
[0071] まず、組み付け作業の開始直後の第 1ステップでは、検出素子 4をセパレータ 82の 先端側に配置した後、揷通孔 84の先端側開口部より検出素子 4を挿通すると共に、 検出素子 4をリードフレーム 10の素子当接部 16に当接させる。そして、検出素子 4を リードフレーム 10の素子当接部 16に押し付けて外力を加えることで、連結側端部 14 を弾性変形させる (換言すれば、素子当接部 16をフレーム本体部 12に向けて弾性 変形させる）と共に、素子当接部 16のフレーム当接部 15をフレーム本体部 12の湾曲 部 13に近接させる作業を行う。
[0072] 次の第 2ステップでは、素子当接部 16に対して検出素子 4を更に押し付けて素子 当接部 16をフレーム本体部 12に向けて弾性変形させると共に、素子当接部 16のフ レーム当接部 15をフレーム本体部 12 (フレーム本体部 12の湾曲部 13)に当接させ る作業を行う。これにより、素子当接部 16は、連結側端部 14およびフレーム当接部 1 5の 2力所でフレーム本体部 12に支持される状態、つまり 2点支持状態となる。
[0073] 続く第 3ステップでは、揷通孔 84の内部後端側に検出素子 4を更に挿入することで 、セパレータ 82の揷通孔 84の内壁面が検出素子 4の電極端子部 30、 31、 32、 34、 36に対向するように、検出素子 4とセパレータ 82との相対位置を移動させる作業を 行う。これにより、リードフレーム 10のうちフレーム本体部 12の先端側部分および素 子当接部 16が、検出素子 4と揷通孔 84の内壁面との間に挟み込まれる状態となる（ 図 1参照)。このとき、素子当接部 16は、検出素子 4の板面に沿うように軸線方向中間 部が弾性変形しており、検出素子 4の電極端子部に対して広い面積で当接する状態 となる。
[0074] このようにして組み付け作業を行うことで、検出素子 4、リードフレーム 10およびセパ レータ 82を一体に組み付けることができる。ここでは、組み付け作業時における第 1リ ードフレーム 11の弾性変形状態について説明した力 第 2リードフレーム 211につい ても、第 1リードフレーム 11と同様の変形状態を示す。
[0075] なお、検出素子 4、リードフレーム 10およびセパレータ 82を一体に組み付け作業は 、空燃比センサ 2の製造工程の途中段階で実行される。そして、空燃比センサ 2の製 造工程では、この組み付け作業の前段階で、検出素子 4、セラミックスリーブ 6、滑石 リング 108、セラミックホルダ 106および主体金具 102などからなる中間組立部品 105 の組み立て作業を実行している。図 7に、検出素子 4の後端側を主体金具 102の後 端部 104およびセラミックスリーブ 6の後端部から突出させた状態にある中間組立部 品 105を斜視図にて示す。
[0076] 空燃比センサ 2の製造工程では、中間組立部品 105を構成する状態の検出素子 4 に対して、上述のような組み付け作業を行うことで、リードフレーム 10およびセパレー タ 82を検出素子 4に組み付けることができる。
[0077] リードフレーム 10、セパレータ 82および検出素子 4を一体に組み付けた後、外筒 4 4を主体金具 102に対してレーザー溶接などにより接合すると共に、グロメット 50を加 締め加工により外筒 44に固定する作業などを実行することで、空燃比センサ 2が完 成すると共に、空燃比センサ 2の製造工程が完了する。
[0078] なお、本実施例においては、リードフレーム 10が特許請求の範囲に記載の金属端 子部材に相当し、素子当接部 16および第 2素子当接部 216が折り返し部に相当して いる。また、センサの製造工程のうち、リードフレーム 10をセパレータ 82の揷通孔 84 の内部に配置する作業工程が、特許請求の範囲に記載の第 1工程に相当し、リード フレーム 10およびセパレータ 82を一体に組み付ける作業における第 1ステップおよ び第 2ステップが、特許請求の範囲に記載の第 2工程に相当し、組み付け作業にお ける第 3ステップが特許請求の範囲に記載の第 3工程に相当する。
[0079] 以上、説明したように、本実施例の空燃比センサ 2は、検出素子 4の電極端子部に 接触する素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)の支持状態が 1点支持状態から 2点 支持状態に変形する構成のリードフレーム 10 (第 1リードフレーム 11、第 2リードフレ ーム 211)を用いて構成されて！、る。
[0080] そして、リードフレーム 10は、素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)のフレーム当接 部 15 (第 2フレーム当接部 215)がフレーム本体部 12 (第 2フレーム本体部 212)に 当接せずに離れている 1点支持状態では、連結側端部 14 (第 2連結側端部 214)側 の弾性変形により生じる比較的小さい応力によって、素子当接部 16 (第 2素子当接 部 216)を検出素子 4の電極端子部に対して押し付けるように構成されている。また、 リードフレーム 10は、素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)がフレーム本体部 12 (第 2フレーム本体部 212)に向力つて弾性変形して、フレーム当接部 15 (第 2フレーム当 接部 215)がフレーム本体部 12 (第 2フレーム本体部 212)に当接する場合には、素 子当接部 16 (第 2素子当接部 216)のうち軸線方向中間部が弾性変形することにより 、大きな応力を発生することになる。
[0081] つまり、リードフレーム 10は、素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)のフレーム当接 部 15 (第 2フレーム当接部 215)がフレーム本体部 12 (第 2フレーム本体部 212)に 当接しない 1点支持状態よりも、素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)のフレーム当 接部 15 (第 2フレーム当接部 215)がフレーム本体部 12 (第 2フレーム本体部 212) に当接する 2点支持状態の方が、素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)を検出素子 4の電極端子部に対して押し付ける圧力（換言すれば、接圧）が大きくなるように構成 されている。
[0082] これにより、空燃比センサ 2の製造工程において、リードフレーム 10と検出素子 4と を組み付けるにあたり、組み付け作業の前半段階では、比較的小さい力でリードフレ ーム 10の素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)が検出素子 4の電極端子部 30、 31 、 32、 34、 36に押し付けられることになる。この結果、リードフレーム 10と検出素子 4 との組み付け作業時に、リードフレーム 10の弾性変形に伴って検出素子 4に対して 過度な圧力が加わるのを防止でき、検出素子 4が破損に至るのを抑制することができ る。
[0083] また、組み付け作業の完了後においては、素子当接部 16 (第 2素子当接部 216) は、連結側端部 14 (第 2連結側端部 214)およびフレーム当接部 15 (第 2フレーム当 接部 215)によりフレーム本体部 12 (第 2フレーム本体部 212)に支持される 2点支持 状態となる。この 2点支持状態の素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)の弾性変形に より生じる大きい応力（弾性力）で、リードフレーム 10の素子当接部 16 (第 2素子当接 部 216)が検出素子 4の電極端子部に押し付けられることで、リードフレーム 10と検出 素子 4の電極端子部との電気的な接続状態を良好に得ることができる。
[0084] このため、検出素子 4の電極端子部との接続状態を良好にするべく弾性力を大きく 確保するために、リードフレーム 10の幅寸法や厚みを大きくする必要が無くなる。つ まり、本実施例のリードフレーム 10は、従来のセンサのような常に 1点支持状態の弹 性接触部を有するリードフレームと比較した場合には、同等の弾性力を発生させるた めに必要となる幅寸法や厚みが小さくなると 、う特徴がある。
[0085] よって、リードフレーム 10は、素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)が 1点支持状態 力 2点支持状態に変形することで応力が増大することから、同等の弾性力を発生さ せる場合には、従来のリードフレーム (金属端子部材）に比べて幅寸法や厚みを縮小 できる。このため、本実施例のリードフレーム 10を用いることで、配置スペースの拡大 を抑えることができ、小型化が要求されるセンサにおいても好適に使用することがで きる。
[0086] また、空燃比センサ 2は、第 1フレーム配置溝 86および第 2フレーム配置溝 88が形 成されたセパレータ 82を用いて構成されることから、セパレータ 82に対するリードフ レーム 10の配置位置湘対位置)の設定作業が容易となり、組み付け作業の煩雑さ を軽減することができる。また、第 1フレーム配置溝 86および第 2フレーム配置溝 88 にリードフレーム 10を配置することで、空燃比セン 2の実使用環境下において、リード フレーム 10の配置位置が変化するのを防止することができる。例えば、外部からの衝 撃により外筒 44などが変形して、その変形の影響がリードフレーム 10に及ぶ場合に おいても、隣接するリードフレーム 10同士が接触するのを避けることができ、電流経 路を適切な状態に維持することができる。
[0087] さらに、リードフレーム 10は、素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)のフレーム当接 部 15 (第 2フレーム当接部 215)がフレーム本体部 12 (第 2フレーム本体部 212)に 当接する場合においても、素子当接部 16および第 2素子当接部 216の一部が、挿 通孔 84の内部のうち第 1フレーム配置溝 86および第 2フレーム配置溝 88の外部に 配置されるよう構成されている。このため、素子当接部 16および第 2素子当接部 216 の全体が、第 1フレーム配置溝 86および第 2フレーム配置溝 88の内部に完全に収 容されることはなぐリードフレーム 10が検出素子 4の電極端子部に接続できなくなる のを防止できる。
[0088] また、リードフレーム 10は、自由状態において、素子当接部 16 (第 2素子当接部 21 6)のフレーム当接部 15 (第 2フレーム当接部 215)とフレーム本体部 12 (第 2フレー ム本体部 212)との間隙寸法が、第 1フレーム配置溝 86および第 2フレーム配置溝 8 8の探さ寸法よりも小さい状態となるよう構成されている。このため、リードフレーム 10 は、フレーム本体部 12 (第 2フレーム本体部 212)が第 1フレーム配置溝 86の底部お よび第 2フレーム配置溝 88の底部に当接する場合には、フレーム本体部 12および 第 2フレーム本体部 212がフレーム配置溝 86および第 2フレーム配置溝 88の内部に 収容される。
[0089] このことから、リードフレーム 10をセパレータ 82に配置した後、検出素子 4と組み付 けるにあたり、フレーム当接部 15 (第 2フレーム当接部 215)力 第 1フレーム配置溝 8 6の開口部周囲部分 (第 1リブ部 87)または第 2フレーム配置溝 88の開口部周囲部 分 (第 2リブ部 89)に係止されるのを防止でき、フレーム当接部 15 (第 2フレーム当節 部 215)を確実にフレーム本体部 12 (第 2フレーム本体部 212)に当接させることがで きる。
[0090] これにより、素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)のフレーム当接部 15 (第 2フレー ム当接部 215)が第 1リブ部 87または第 2リブ部 89に係止された状態であるために、 検出素子 4との組み付け作業時に、リードフレーム 10が不適切な形状に変形するの を防止できる。
[0091] また、リードフレーム 10は、第 1フレーム係止部 19および第 2フレーム係止部 219を 備えており、セパレータ 82の揷通孔 84に配置される場合には、第 1フレーム係止部 1 9および第 2フレーム係止部 219が、セパレータ 82の第 1係止用溝部 90および第 2 係止用溝部 91に配置される。これにより、検出素子 4を揷通孔 84に挿入する際に、リ ードフレーム 10が揷通孔 84の内壁面から離れるのを防止でき、リードフレーム 10が 不適切な形状に変形して、検出素子 4の電極端子部との接続状態が不良となるのを 防止できる。
[0092] この結果、検出素子 4、リードフレーム 10およびセパレータ 82の組み付け作業時に おいて、リードフレーム 10の不適切な変形および破損が生じ難くなり、センサの製造 作業における不良品の発生頻度を低下できると共に、センサの製造効率の向上を図 ることがでさる。
[0093] 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 のではなぐ種々の態様を採ることができる。
例えば、検出素子との間で金属端子部材 (リードフレーム）を扶持するためのセパレ ータは、セパレータ 82のように一部材で形成される一体構造型のものに限られず、 複数の部材で構成される分割型のものでも良い。一例としては、検出素子の表側板 面に対向する第 1絶縁部材と、検出素子の裏側板面に対向する第 2絶縁部材と、検 出素子を挟み込むように配置された第 1絶縁部材および第 2絶縁部材を保持する保 持固定部材と、を備える構成の分割型のセパレータを挙げることができる。
[0094] このような分割型のセパレータを用いるセンサにおいても、幅寸法や厚みが小さく 形成されると共に、素子当接部 (折り返し部）が 1点支持状態および 2点支持状態とな るリードフレームを用いることで、良好な電気的接続状態を実現するための弾性力を 発生させることができる。これにより、リードフレームが発生する弾性力を所定の大きさ に設定するにあたり、従来に比べて、リードフレームの配置スペースを小さく抑えるこ とができ、センサの小型化を図ることができる。
[0095] また、本発明の適用対象となるセンサは、電極端子部の個数が 5個の検出素子を 備えるセンサに限られることはなぐ 4個以下または 6個以上の電極端子部を有する 検出素子を備えて構成されるセンサに適用することもできる。
[0096] なお、上記実施形態では、板面の幅寸法が 1. 1 [mm]および 0. 8 [mm]となる 2種 類のリードフレーム（第 1リードフレーム 11、第 2リードフレーム 211)について説明し た力 リードフレームにおける板面の幅寸法は上記寸法に限られることはない。つまり 、板面の幅寸法が 0. 5 [mm]以上 2. 0 [mm]以下に設定されたリードフレームであ れば、上記のリードフレーム（第 1リードフレーム 11、第 2リードフレーム 211)と同様の 作用効果を得ることができる。
[0097] さらに、リードフレーム 10と検出素子 4の電極端子部との接圧を高めることを目的に 、素子当接部 16のうちで電極端子部に接触することが予定される部位に電極端子部 に向力つて突出する凸状部 18を設けるようにしても良い。素子当接部 16に凸状部 1 8を含むリードフレーム 10 (第 1リードフレーム 11)の外観を表す斜視図を図 8に示す 。なお、図 8に示すリードフレーム 10 (第 1リードフレーム 11)では、上述した第 1フレ 一ム係止部 19の図示を省略して!/、る。 [0098] このように素子当接部 16のうちで電極端子部に接触することが予定される部位に 凸状部 18を設け、この凸状部 18の頂部を電極端子部に接触させることで、上述した 素子当接部 16をフレーム本体部 12に対して 2点支持させる構成と相俟って、素子当 接部 16の電極端子部に対する接圧を一層高めることができる。なお、図 8では、上述 した第 1リードフレーム 11の素子当接部 16に凸状部 18を設けた例を示したが、上述 した第 2リードフレーム 211の第 2素子当接部 216に同様の凸状部を形成しても良い
[0099] また、リードフレーム 10の素子当接部 16のうちフレーム当接部 15を、湾曲した形状 に形成しても良い。具体的には、図 8を援用して示すように、フレーム当接部 15をフ レーム本体部 12から離れるように軸線方向後端側に向かって湾曲させる (換言すれ ば、円弧状に曲折させる）ことにより、フレーム本体部 15を湾曲した形状に形成する ことができる。
[0100] このように、フレーム当接部 15を湾曲した形状に形成した上で、このフレーム当接 部とフレーム本体部とを当接させることで、センサ (全領域空燃比センサ 2)を振動が 激しい車両等の環境下に取り付けて使用した場合にも、フレーム当接部 15とフレー ム本体部 12との擦れに起因して金属粉が生ずる程度を低減することができる。これ により、センサの実使用時に、リードフレーム 10と検出素子の電極端子部との電気的 な接続状態に悪影響が生じるのを効果的に抑制することができる。
[0101] なお、図 8では、第 1リードフレーム 11における素子当接部 16のフレーム当接部 15 を湾曲した形状に形成した例を示したが、第 2リードフレーム 211における第 2フレー ム当接部 215も同様に湾曲した形状に形成しても良い。また、フレーム当接部 15を 湾曲した形状に形成するにあたって、図 8に示したように軸線方向後端側に向かって 湾曲させる形状には限定されず、図 9に示すように、フレーム本体部 12から離れるよ うに軸線方向先端側に向力つて湾曲した形状に形成しても良い。
[0102] さらに、上記実施形態では、リードフレーム 10のフレーム本体部 12 (第 2フレーム本 体部 212)の先端力も屈曲し方向転換して軸線方向後端側に向力つて延びる折り返 し部を素子当接部 16 (第 2素子当接部 216)として構成した例を示したが、検出素子 4の電極端子部と折り返し部との間にフレーム本体部 12 (第 2フレーム本体部 212) が配置されるように、リードフレーム 10をセパレータ 82内に配置し、フレーム本体部 1 2を湾曲した曲面形状として検出素子 4の電極端子部に接触する素子当接部として 機能させるようにしても良い。

Claims

請求の範囲
[1] 軸線方向に延びる板状形状をなし、先端側が測定対象物に向けられ、後端側に電 極端子部が形成される検出素子と、
金属製の板状部材から構成され、前記電極端子部に接触することで電気的に接続 されて電流経路を形成する金属端子部材と、
を備えるセンサであって、
前記金属端子部材は、
軸線方向に延びるフレーム本体部と、
前記フレーム本体部の先端力も屈曲し方向転換して軸線方向後端側に向力つて 延びる折り返し部と、を備え、
前記折り返し部は、前記フレーム本体部の先端に連結される連結側端部と、前記 連結側端部よりも後端側に形成され、前記フレーム本体部に当接するフレーム当接 部と有していること、
を特徴とするセンサ。
[2] 請求項 1に記載のセンサであって、
前記金属端子部材は、前記検出素子の前記電極端子部と電気的に接続する前の 自由状態では、前記折り返し部のうち前記フレーム当接部は前記フレーム本体部に 当接しないように構成される一方、前記電極端子部と電気的に接続して前記折り返し 部が前記フレーム本体部に向かって弾性変形した場合には、前記フレーム当接部が 前記フレーム本体部に当接するように構成されて 、るセンサ。
[3] 請求項 1または請求項 2に記載のセンサであって、
前記折り返し部は、前記フレーム本体部の先端力 屈曲して方向転換し、前記検 出素子の前記電極端子部と前記フレーム本体部との間に配置され、前記電極端子 部に接触する素子当接部を構成するセンサ。
[4] 請求項 3に記載のセンサであって、
前記折り返し部は、前記検出素子の前記電極端子部に向けて突出し、自身の頂部 が前記電極端子部に接触する凸状部を含むセンサ。
[5] 請求項 3または請求項 4に記載のセンサであって、 前記折り返し部の幅寸法力 0. 5 [mm]以上 2. 0 [mm]以下に形成されているセ ンサ。
[6] 請求項 1乃至 4に記載のセンサであって、
複数の前記金属端子部材を有し、
前記複数の金属端子部材は、前記折り返し部の幅寸法が互いに異なる センサ。
[7] 請求項 1一請求項 6のいずれか 1項に記載のセンサであって、
前記検出素子の後端側の径方向外側に配置されると共に、絶縁材料カゝらなるセパ レータを備えており、
前記金属端子部材は、前記折り返し部が前記フレーム本体部に向けて弾性変形し た状態で、前記検出素子と前記セパレータとの間に挟持されているセンサ。
[8] 請求項 1一請求項 7のいずれかに記載のセンサであって、
前記折り返し部のうち前記フレーム当接部は、湾曲した形状に形成されている センサ。
[9] 軸線方向に延びる板状形状をなし、先端側が測定対象物に向けられ、後端側に電 極端子部が形成される検出素子と、
前記電極端子部が形成される前記検出素子の後端側の径方向外側に配置される と共に、絶縁材料力もなるセパレータと、
金属製の板状部材から構成され、前記電極端子部に接触することで電気的に接続 されて電流経路を形成する金属端子部材と、
を備えるセンサの製造方法であって、
前記金属端子部材は、
軸線方向に延びるフレーム本体部と、
前記フレーム本体部の先端力も屈曲し方向転換して軸線方向後端側に向力つて 延び、前記検出素子の前記電極端子部と前記フレーム本体部との間に配置される 折り返し部と、を備え、
前記折り返し部は、前記フレーム本体部の先端に連結される連結側端部と、前記 連結側端部よりも後端側に形成され、前記フレーム本体部に当接するフレーム当接 部と有し、
前記金属端子部材は、前記検出素子の前記電極端子部に電気的に接続する前の 状態では、前記折り返し部のうち前記フレーム当接部は前記フレーム本体部に当接 しないように構成される一方、前記電極端子部と電気的に接続して前記折り返し部が 前記フレーム本体部に向力つて弾性変形した場合には、前記フレーム当接部が前記 フレーム本体部に当接するように構成されており、
前記セパレータに前記金属端子部材を配置させる第 1工程と、
前記検出素子を、前記折り返し部に押し付けて当該折り返し部を前記フレーム本体 部に向力つて弾性変形させると共に、前記折り返し部の前記フレーム当接部を前記 フレーム本体部に当接させる第 2工程と、
前記セパレータが前記検出素子の径方向外側に配置されるように、前記検出素子 と前記セパレータとの相対位置を移動させる第 3工程と、を含むことを特徴とするセン サの製造方法。
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