专利名称：传感器和制造传感器的方法
技术领域：
本发明涉及具有检测元件的传感器以及制造所述传感器的方法，所述检测元件是轴向延伸板形式的并且在后端侧处形成有电极端子部分和与所述电极端子部分相接触从而与之电连接以形成电流通路的金属端子元件。
背景技术：
迄今为止，已知这样一种传感器，所述传感器具有与之连接的检测元件(传感器元件)，所述检测元件是轴向延伸板形式的并且在前端侧处形成有检测部分以便于朝向待测量的目标。列举为所述传感器的有诸如λ(拉姆达)传感器、广范围空气/燃料比传感器、氧气传感器和NOx传感器等气体传感器，以及用于检测温度的温度传感器。
板状检测元件通常被构成得在轴向(纵向)前端侧具有检测部分并且在后端侧在两侧表面处具有电极端子部分。被认为是具有这样一种检测元件的传感器被构成得用于将导电材料制成的引线框架(金属端子元件)与电极端子部分电连接，从而形成借助于所述引线框架在检测元件与外部装置之间进行电流传导的电流路径的一部分。同时，诸如依照检测元件的检测结果的检测电流(检测信号)和在检测元件具有加热器的情况下用于为加热器供电的电流等电流流过用于将检测元件与外部装置电连接的电流路径。
作为具有引线框架的传感器，已知有这样一个传感器，所述传感器被构成得使用具有用作弹性可变形板簧的弹性触点部分的引线框架并且将检测元件保持在隔离物的插入孔中，其中引线框架的弹性触点部分处于与引线框架的弹性触点部分相接触的状态下(参照专利文献1)。同时，弹性触点部分被设于引线框架，从而处于在相对端之一处与引线框架主体部分相连接的状态下(处于单点支撑状态下)。
在具有这样一种结构的传感器的情况中，可通过使用如此构成的引线框架在引线框架与检测元件的电极端子部分之间形成良好的连接状态以使得弹性触点部分施加较大的弹力。同时，作为具有施加较大弹力的弹性触点部分的引线框架，列举了例如被形成得具有较大宽度尺寸的引线框架，被形成得具有较大厚度的引线框架等。
专利文献1未审定日本专利公开文献No.2001-188060。
然而，如在现有技术传感器中那样，在使用具有施加过大弹力的弹性触点部分的引线框架的情况中，在组装引线框架和检测元件时，超过所需的较大压力从引线框架被施加于检测元件，因此所述压力可能造成检测元件的损坏(诸如碎裂或破损)。
而且，由于宽度尺寸较大的引线框架需要较大的设置空间，因此出现这样一个问题，即，这样的引线框架不适于用在需要其为小尺寸的传感器中。另外，在宽度尺寸较大的引线框架用于形成有多个宽度尺寸较小并且布置得彼此接近的电极端子部分的检测元件的情况中，存在这样的可能性，即，一个引线框架与所有这些电极端子部分相接触并且不能形成适合的电流路径。
同时，通过使用形成为宽度尺寸较小的引线框架用于所述具有多个电极端子部分的检测元件，可形成电流路径。然而，与上述现有技术引线框架一样，如果被形成得具有较小宽度尺寸的话，在单点支撑状态下具有弹性支撑部分的引线框架易于缺乏弹力，从而由于缺乏弹力导致不能充分接触电极端子部分，并且可能造成与电极端子部分的连接状态不稳定。
发明内容
考虑到前述问题作出了本发明，并且其目的在于提供一种传感器和制造所述传感器的方法，所述传感器在检测元件与金属端子元件装配时很难造成检测元件的损坏并且甚至当用于安置金属端子元件的空间有限时也可保持检测元件的电极端子部分与金属端子元件之间的电连接。
依照本发明的一个方面，提供了一种传感器，所述传感器包括轴向延伸板形式的检测元件，具有将朝向待测量的目标的前端侧并且在后端侧处形成有电极端子部分；以及由金属板材料制成并且与电极端子部分相接触从而与之电连接以形成电路径的金属端子元件，其中，金属端子元件包括轴向延伸的框架主体部分，和从框架主体部分的前端处沿轴向朝着框架主体部分的后端侧延伸同时弯折以改变延伸方向并且与检测元件的电极端子部分相接触从而与之电连接以形成电流路径的折返部分，其中折返部分包括连接于框架主体部分的前端的连接侧端部部分和形成在比连接侧端部部分更靠近于后端的位置处的用于与框架主体部分抵靠接合的框架抵靠部分。
所述传感器被构成得包括具有框架主体部分和折返部分的金属端子元件，并且金属端子元件的至少一部分与检测元件的电极端子部分相接触从而形成用于在检测元件与外部电路之间连接的电流路径。
在该实施例中，金属端子元件的折返部分被形成在连接于框架主体部分的前端的连接侧端部部分处和比连接侧端部部分更靠近于后端的侧部处，并且具有框架抵靠部分以便于与框架主体部分抵靠接合。也就是说，在本发明的传感器中，金属端子元件的折返部分被置于多支撑点状态下，即，至少在由连接侧端部部分和框架抵靠部分所提供的两点处被支撑。
与单点支撑状态的情况相比较，在两个或多个点处被支撑的状态中的折返部分当弹性变形时产生更大的应力，从而可以更大应力将金属端子元件本身压靠在检测元件上，因此在金属端子元件和检测元件的电极端子元件之间获得良好的电连接状态。
同时，由于当折返部分处于多支撑点状态下时由金属端子元件所产生的应力增加，因此与其中折返部分总是处于单点支撑状态(悬臂状态)下的现有技术金属端子元件相比较，金属端子元件的宽度尺寸和厚度无需更大，因此可避免设置金属端子元件所需的空间增加，并且该金属端子元件适合于用在要求为小尺寸的传感器中。
而且，在上述传感器中，金属端子元件优选被如此构成，即，当处于与检测元件的电极端子部分电连接之前的自由状态中时，折返部分的框架抵靠部分没有与框架主体部分抵靠接合，而另一方面，当折返部分与电极端子部分电连接并且朝向框架主体部分弹性变形时，框架抵靠部分与框架主体部分抵靠接合。
在本发明的传感器中，金属端子元件被如此构成，即，当处于自由状态中时，折返部分的框架抵靠部分没有与框架主体部分抵靠接合从而允许折返部分在一个位置处(在连接于框架主体部分前端的连接侧端部部分处)被支撑在框架主体部分上。因此，金属端子元件被构成得当处于折返部分的框架抵靠部分未与框架主体部分抵靠接合的状态时，金属端子元件被折返部分的连接侧端部部分及其相邻部分的弹性变形所产生的应力压靠在检测元件的电极端子部分上。当折返部分继续朝向框架主体部分弹性变形以便于使得框架抵靠部分与框架主体部分抵靠接合时，折返部分至少在两个位置处(即，在连接侧端部部分处和框架抵靠部分处)被支撑在框架主体部分上。
如上所述的，提供给本发明传感器的金属端子元件被如此构成，即，使得将金属端子元件推压在检测元件上的压力根据元件抵靠部分的框架抵靠部分是否与框架抵靠部分抵靠接合而改变。更具体地说，金属端子元件被如此构成，即，与当元件抵靠部分的框架抵靠部分未与框架主体部分抵靠接合时(单点支撑状态)相比较，当元件抵靠部分的框架抵靠部分与框架主体部分抵靠接合时(两点支撑状态)将金属端子元件推压在检测元件的电极端子部分上的压力变得更大。
因此，在传感器制造程序中在装配金属端子元件和检测元件的情况下，在装配工作的上半时，金属端子元件的元件抵靠部分以相对较小的力被压靠在检测元件的电极端子部分上，从而可抑制过大压力被施加于检测元件并导致其损坏。而且，在装配工作完成之后，折返部分处于在连接侧端部部分和框架抵靠部分处被支撑在框架主体部分上的两点支撑状态下。由于与如上所述的单点支撑状态的情况相比较，在两点支撑状态下折返部分弹性变形所产生的应力更大，因此金属端子元件和检测元件的电极端子元件之间的电连接状态较为良好。
另外，在上述传感器中，折返部分优选被构成得在改变延伸方向的同时从框架主体部分的前端延伸，被设置在检测元件的电极端子部分与框架主体部分之间，并且构成用于与电极端子部分相接触的元件抵靠部分。
在本发明的传感器中，金属端子元件的折返部分被设置在检测元件与框架主体部分之间，并且构成与电极端子部分相接触的元件抵靠部分。也就是说，相对于框架主体部分处于两点支撑状态中的折返部分与检测元件的电极端子部分相接触。因此，可以较大应力将折返部分压靠在检测元件的电极端子部分上，并且可在金属端子元件与检测元件的电极端子部分之间形成更好的电连接状态。
另外，在上述传感器中，构成元件抵靠部分的折返部分优选朝向检测元件的电极端子部分突出并且其顶点部分包括用于与电极端子部分相接触的凸起部分。
通过使得折返部分形成有朝向电极端子部分突出的凸起部分并且使得凸起部分的顶点与电极端子部分相接触，可使得折返部分相对电极端子部分的接触压力更高。因此，可确保金属端子元件的折返部分和检测元件的电极端子部分之间的接触，并且可提高它们的电连接状态的可靠性。
另外，在上述传感器中，构成元件抵靠部分的折返部分优选被形成得具有从0.5mm到2.0mm的宽度范围。
即使在电极端子部分的宽度尺寸较小并且检测元件形成有多个电极端子部分的情况下，具有被如上述那样设定宽度尺寸的折返部分的金属端子元件也可分别与每个电极端子部分而不是与多个电极端子部分电连接，因此可适当地形成电路径。另外，可保持金属端子元件良好的强度，并且传感器的耐用性可较好。而且，由于金属端子元件可被设置在较小的设置空间中，因此可在小传感器中形成电路径并且使得传感器小型化。
同时，在文中术语“宽度尺寸”用于表示沿垂直于轴向方向和垂直于折返部分与框架主体部分之间的中间空间方向的方向的尺寸。
而且，在上述传感器中，传感器优选具有沿径向设置在检测元件的后端侧的外部并且由绝缘材料制成的隔离物，并且金属端子元件被保持在折返部分朝向框架主体部分弹性变形的状态中并且被保持在检测元件和隔离物之间。
通过将金属端子元件保持在折返部分朝向框架主体部分弹性变形的状态中并且将其保持在检测元件和隔离物之间，可可靠地获得金属端子元件与检测元件之间的电连接状态。因此，即使在被附于振动较为剧烈的机动车等的条件下使用本发明传感器时，本发明的传感器也可长时间稳定地保持金属端子元件与检测元件的电极端子部分之间的连接状态。
另外，在上述传感器中，折返部分的框架抵靠部分优选被形成为弯曲形状。
在本发明的传感器中，金属端子元件的折返部分的框架抵靠部分被形成为弯曲表面形状，并且框架抵靠部分与框架主体部分抵靠接合。因此，即使在被附于其振动较为剧烈的机动车等的条件下使用本发明传感器的情况下，也可显著地降低由于框架抵靠部分与框架主体部分之间的摩擦而导致产生金属粉末的程度。因此，通过本发明的传感器，即使在被附于其振动较为剧烈的机动车等的条件下使用传感器的情况下，也可有效地抑制由于框架抵靠部分与框架主体部分之间的摩擦而导致的金属粉末的扩散以及抑制对金属端子元件与检测元件之间的连接状态的不利影响。
依照本发明的另一个方面，提供了一种制造传感器的方法，所述传感器包括轴向延伸板形式的检测元件，具有将朝向待测量的目标的前端侧并且在后端侧处形成有电极端子部分；沿径向设置在形成有电极端子部分的检测元件的后端侧并由绝缘材料制成的隔离物；以及由金属板材料制成并且与电极端子部分相接触从而与之电连接以形成电路径的金属端子元件，其中，金属端子元件包括轴向延伸的框架主体部分，和从框架主体部分的前端处沿轴向朝着框架主体部分的后端侧延伸同时弯折以改变延伸方向并且被设置在检测元件的电极端子部分与框架主体部分之间的折返部分，其中折返部分包括连接于框架主体部分的前端的连接侧端部部分和形成在比连接侧端部部分更靠近于后端的位置处的用于与框架主体部分抵靠接合的框架抵靠部分，并且其中金属端子元件被如此构成，即，当金属端子元件处于与检测元件的电极端子部分电连接之前的自由状态中时，折返部分的框架抵靠部分没有与框架主体部分抵靠接合，而当金属端子元件与电极端子部分电连接以使得折返部分朝向框架主体部分弹性变形时，折返部分与框架主体部分抵靠接合，所述方法包括以下步骤将金属端子元件设置在隔离物中的第一步；将检测元件压靠在折返部分上从而使得折返部分朝向框架主体部分弹性变形并且使得折返部分的框架接触部分与框架主体部分相接触的第二步；以及以允许隔离物沿径向设置在检测元件外部的方式改变检测元件与隔离物的相对位置的第三步。
通过本发明所涉及的传感器，在传感器制造程序期间很难导致在装配检测元件与金属端子元件的装配工作时检测元件的损坏，从而可提高传感器的制造效率。
另外，甚至在用于安装金属端子元件的空间较小的结构中，也可有效地获得检测元件的电极端子部分与金属端子元件之间的电连接状态良好的传感器。
图1是示出了一个实施例所涉及的广范围空气/燃料比传感器的总体结构的剖视图；图2是示出了检测元件的示意性结构的透视图；图3是示出了引线框架的外观的透视图；图4是示出了隔离物的外观的透视图；图5是引线框架被设置在插入孔中的状态下的隔离物的透视图；图6是用于示出在将检测元件插入到隔离物中的操作时引线框架在插入孔中的变形状态的视图；图7是在检测元件的后端侧从金属元件的后端部分以及陶瓷套筒的后端部分中突出的状态下的中间装配的透视图；图8是示出了在元件抵靠部分的一部分处具有突出部分的引线框架的外观的透视图，所述元件抵靠部分将与检测元件的电极端子部分相接触；以及图9是示出了具有元件抵靠部分的框架抵靠部分的引线框架的外观的透视图，所述框架抵靠部分被形成为弯曲形状。
具体实施例方式
在下文中将参照附图描述本发明的实施例。
同时，依照该实施例将描述一种气体传感器，尤其是一种包括用于检测作为待测量目标并包含在废气中的具体气体的检测元件(气体传感器元件)的广范围空气/燃料比传感器2(在下文中也称之为空气/燃料比传感器2)，所述空气/燃料比传感器2用在汽车或各种内燃机上的空气/燃料比反馈控制。
图1是示出了本发明一个实施例所涉及的空气/燃料比传感器2的总体结构的截面图。
空气/燃料比传感器2包括沿轴向方向(图中的上下方向)延伸的板形式的检测元件4、以允许检测元件4的前端部分从中突出的方式容纳检测元件4的管状金属外壳102、设置在检测元件4和金属外壳102之间的陶瓷套筒6、以及由氧化铝制成并以围绕检测元件4的后端部分的方式设置的隔离物82。
检测元件4是轴向延伸板形式的并且在用于朝向作为待测量目标的气体的前端侧(图中的下游侧)处形成有由保护层覆盖的检测部分8，而在后端侧(图中的上游侧)的外表面的第一板表面21和第二板表面23(所述第一和第二板表面在前侧和后侧之间具有关联)处形成有电极端子部分30、31、32、34和36(参照图2)。五个引线框架(金属端子元件)10被设置在检测元件4与隔离物82之间并且分别与电极端子部分30、31、32、34和36电连接。而且，引线框架10通过从外部的移动在其后端侧处与设置在传感器内部的引线46电连接并且在引线46所连接的外部电路与电极端子部分30、31、32、34和36之间构成用于电流流动的电路径。
金属外壳102在外表面处具有用于固定于废气管的螺纹部分103，并且金属外壳102被形成为其内部具有沿轴向从中穿过的通孔的近管状形状。另外，金属外壳102被构成得用于以允许检测部分8从前端侧突出同时允许电极端子部分30、31、32、34和36从后端侧突出的方式将检测元件4保持在通孔109中。
由金属(例如，不锈钢等)制成并具有多个孔的外部保护器42和内保护器43通过焊接等方法被附连于金属外壳102的前端侧(图1中的下侧)外周以构成双壁。
另外，隔离物82被设置在检测元件4的后端侧(图1中的上侧)周围，所述检测元件4从金属外壳102的后端部分104中突出并且将电极端子部分30、31、32、34和36容纳在插入孔84中。
外部管44被固定地附连于金属外壳102的后端侧外周。在外部管44的后端侧(图1中的上侧)开口部分处设置有索眼50，引线46被插入到索眼50的引线插入孔61中。
隔离物82具有从其外表面径向向外突出的凸缘部分83并且通过在凸缘部分83处与外部管44的外部管侧部支撑部分64抵靠接合而被设置在外部管44的内部。
同时，在金属外壳102的通孔109中，按从前端侧到后端侧的顺序以围绕检测元件4的圆周的方式，以一个位于另一个之上的方式布置有环形陶瓷固定器106、粉末填充层108(在下文中也称之为滑石环108)、辅助套筒110以及陶瓷套筒6。这些层压层通过借助于填料129和垫环112填缝被牢固地保持在侧翼部分107和后端部分104之间。
在该连接中，在图2中示出了检测元件4的示意性结构的透视图。同时，在图2中，省略了检测元件4的轴向中间部分。
检测元件4包括形成为轴向(沿图2中的水平方向)延伸板形状的元件部分20和形成为相似轴向延伸板的形状的加热器22，它们以一个位于另一个之上的方式被布置以允许检测元件被形成为具有矩形截面的板形状。同时，由于用作空气/燃料比传感器2的检测元件4是现有技术中已知类型的，因此省略了内部结构等的详细描述，但是其示意性结构如下所述的。
首先，元件部分20由包括形成在固态电解衬底的相对侧上的多孔电极的氧浓差电池、包括以相似方式形成在固态电解衬底的相对侧上的多孔电极的氧泵电池、以及布置在所述电池之间以便于形成中空气体测量腔室的间隔物构成。固态电解衬底是由作为稳定剂的氧化锆和氧化钇的固溶体构成的，而多孔电极是由包含Pt作为主要成分的材料构成的。此外，形成气体测量腔室的间隔物是由包含氧化铝作为主要成分的材料构成的，并且氧浓差电池的多孔电极中的一个和氧泵电池的多孔电极中的一个被布置得暴露于中空气体测量腔室。同时，气体测量腔室被形成得布置在元件部分20的前端侧，并且气体测量腔室形成在其处的元件部分的一部分对应于检测部分8。
之后，加热器22被形成得具有加热电阻器模式，即，由包含Pt作为主要成分的材料制成并且被置于由氧化铝作为主要成分制成的绝缘衬底之间。
通过在元件部分20和加热器22之间插入陶瓷层(例如，氧化锆系陶瓷或氧化铝系陶瓷)而将它们相互连接。另外，至少在暴露于待测量目标(在本实施例中为，待测量目标为废气)的检测元件4的电极的表面上形成有由多孔陶瓷制成的保护层(未示出)以保护其不受污染。同时，在本实施例中，保护层覆盖检测元件的所有前端侧表面，所述表面包括电极将暴露于废气的表面。
如图2中所示的，这样一种检测元件4在第一板表面21的后端侧(图2中的右手侧)形成有三个电极端子部分31、32、33而在第二板表面23的后端侧形成有两个电极端子部分34、36。电极端子部分30、31、32被形成在元件部分20处，其中一个电极端子部分以共用的方式与暴露于测量气体腔室内部的氧浓差电池的一个多孔电极和氧泵电池的一个多孔电极电连接。另外，电极端子部分30、31、32的其余两个与氧浓差电池的其他多孔电极和氧泵电池的其他多孔电极电连接。另外，电极端子部分34、36被形成在加热器22处并且通过沿加热器22的厚度方向横向延伸的通路(via)(未示出)分别与加热电阻器模式的相对端相连接。
之后，将描述引线框架10。图3是示出了引线框架10外观的透视图。同时，本实施例的空气/燃料比传感器2被构成得包括在框架锁定部分的形状不同的两种引线框架10(图3左手侧上的第一引线框架11和右手侧上的第二引线框架211)。而且，引线框架10是由甚至当重复地暴露于高温下也可保持弹性(弹力)的已知材料(例如，铬镍铁合金、不锈钢等)制成的。
首先，第一引线框架11包括由轴向延伸板形成的框架主体部分12、从框架主体部分12的前端延伸同时弯折以便于被设置在框架主体部分12与检测元件4之间并且具有与检测元件4的电极端子部分抵靠接合的部分的元件抵靠部分16、以及与引线46电连接的引线连接部分17。
框架主体部分12在近似于轴向中心位置处具有弯曲部分13并且被构成得使得比弯曲部分13更靠近于前端的前端侧部分和比弯曲部分13更靠近于后端的后端侧部分在相对于板表面厚度方向的位置是不同的。弯曲部分13面对框架抵靠部分15的表面构成了面对前端侧的倾斜表面并具有在与框架抵靠部分抵靠接合时抑制框架抵靠部分15朝向后端侧轴向移动或径向向外移动的功能。另外，框架主体部分12被构成得在比中心位置更靠近于前端的前端侧部分的板表面处具有1.1mm的宽度尺寸W1和0.2mm的厚度。
同时，第一引线框架11包括用于在框架主体部分12的前端侧与隔离物82相接合的第一框架锁定部分19。第一框架锁定部分19沿垂直于板表面的方向从框架主体部分12的前端侧部分的侧表面延伸并且弯折以便于具有与框架主体部分12的板表面平行的部分。
元件抵靠部分(折返部分)16被构成得从框架主体部分12的前端处朝向后端侧轴向延伸同时径向向内弯折以便于改变延伸的方向。元件抵靠部分16包括连接于框架主体部分12的前端的连接侧端部部分14和布置得比连接侧端部部分14更靠近于后端并且当第一引线框架11本身处于自由状态下时处于与框架主体部分12间隔的状态下的框架抵靠部分15。
这里，元件抵靠部分16被形成得具有1.1mm的板表面宽度尺寸和0.2mm的厚度。另外，元件抵靠部分16被形成为圆弧形状的并且弯曲以使得与框架抵靠部分15和框架主体部分12之间的距离相比较，轴向中心部分与框架主体部分12之间的距离更大，并且圆弧形状的凸面侧弯曲表面与检测元件4抵靠接合。
同时，当外力被施加于元件抵靠部分16上时(具体地，施加了从元件抵靠部分16朝向框架主体部分12的外力)，框架抵靠部分15朝向框架主体部分12弹性变形，并且最终框架抵靠部分15与框架主体部分12的弯曲部分13抵靠接合。
而且，第一引线框架11被如此构成，即，当没有外力施加于其上并且连接侧端部部分14(元件抵靠部分本身)没有弹性变形时，元件抵靠部分16的抵靠部分15与主框架部分12之间的距离比隔离物82的第一框架设置槽86和第二框架设置槽88的深度小。
同时，第一引线框架11被如此构成，即，在处于朝向框架主体部分12弹性变形状态中的元件抵靠部分16被保持在检测元件4与隔离物82之间的情况中，元件抵靠部分16的抵靠部分15与框架主体部分12的弯曲部分13相接触并且至少一部分元件抵靠部分16从第一框架设置槽86和第二框架设置槽88处突出以便于接触检测元件4的电极端子部分。
之后，将描述第二引线框架211。
第二引线框架主体部分212被形成得使得比弯曲部分213周围的部分更靠近于前端的前端侧部分的板表面宽度W2为0.8mm并且板厚度为0.2mm，并且相对于平行于轴向方向并垂直于板表面的平面的截面形状基本与框架主体部分12相似，尽管与第一引线框架11的框架主体部分12在横向表面宽度上不同。
第二元件抵靠部分216被形成得使得板表面宽度W2为0.8mm并且板厚度为0.2mm，并且相对于平行于轴向方向的平面的圆弧截面形状基本与元件抵靠部分16相似，并且具有与连接侧端部部分14相对应的第二连接侧端部部分214和与框架抵靠部分15相对应的第二框架抵靠部分215。
另外，第二引线框架211在第二引线框架主体部分212的一部分处具有可被设置在隔离物82的第二锁定槽91中的两个第二框架锁定部分219。第二框架锁定部分219被构成得沿垂直于其板表面的方向从第二引线框架主体部分212处延伸并且向外弯曲以具有平行于第二引线框架主体部分212板表面的部分。
另外，第二引线框架211在第二引线框架主体部分212的后端处具有被形成为与第一引线框架11的引线连接部分17相似形状的第二引线连接部分217。
在以这种方式构成的引线框架10之中，四个第一引线框架11和一个第二引线框架211被插入到隔离物82的插入孔84中以便于处于彼此绝缘的状态中。
在这种情况下，四个第一引线框架11被设置在与检测元件4的电极端子部分30、32相对应的两个第一框架设置槽86中和与电极端子部分34、36相对应的两个第二框架设置槽88中。第二引线框架211被设置在与检测元件4的电极端子部分31相对应的第一框架设置槽86中。
接下来，将描述隔离物82。
图4是示出了当从其前端侧观察时隔离物82的外观的透视图。如图4中所示的，在插入孔84面对第一板表面21(未示出)的内壁表面处，设有用于设置彼此处于电绝缘的状态下的三个引线框架10的三个第一框架设置槽86，以及形成第一框架设置槽86的边界的第一肋部分87。
另外，在插入孔84面对检测元件4的第二板表面23(未示出)的内壁表面处，形成有用于设置彼此处于电绝缘的状态下的两个引线框架10的两个第二框架设置槽88，以及形成第二框架设置槽88的边界的第二肋部分89。同时，第二设置槽88被形成在检测元件4的第二板表面23处以及与电极端子部分34、36相对应的位置处。
第一肋部分87和第二肋部分89具有防止设置在相邻框架设置槽中的引线框架10相互接触从而防止电路径故障的功能。
此外，隔离物82在其前端表面处(图中的该侧表面)具有被形成得与插入孔84的前端侧开口部分相连接的第一锁定槽90和第二锁定槽91。
当从其前端侧观察时，第一锁定槽90被形成为近L形，并且被构成得用于在其中设置引线框架10的第一框架锁定部分19，稍后将进行描述。同时，第一锁定槽90被如此形成，即，使得第一锁定槽90与形成在相对侧处的三个第一框架设置槽86中的两个以及第二框架设置槽88相连接。
第二锁定槽91包括形成在两个突起部分92之间的较窄槽部分93和形成在绝缘接触元件82的一部分处的较宽槽部分94，较宽槽部分94位于较窄槽部分93的径向向外侧部处，并且被构成得将引线框架10的第二框架锁定部分219设置在其中，稍后将进行描述。同时，突出部分92被形成得从第一肋部分87的端部处延续。另外，第二锁定槽91被形成在其与形成在三个第一框架设置槽86中间的一个第一框架设置槽86相连接的一个位置处。
在引线46与引线连接部分17(第二引线连接部分217)相连接之后，引线框架10通过与引线46一起插入到隔离物的插入孔84中，引线框架10被设置在插入孔84中。
图5是引线框架10被插入到插入孔84中的状态下隔离物82插入孔84的透视图。如图5中所示的，第一引线框架11的第一框架锁定部分19被设置在隔离物82的第一锁定槽90中，并且第二引线框架211的第二框架锁定部分219被设置在隔离物82的第二锁定槽91中。
在如上所述的插入孔84中设置有引线框架10的状态下通过将检测元件4插入到隔离物82的接触插入孔84中，元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)可与检测元件4的电极端子部分30、31、32、34、36中的一个抵靠接合并与之电连接。
接下来，将描述用于在插入孔84中设置有引线框架10的状态下将检测元件4插入到插入孔84中从而将检测元件4、引线框架10和隔离物82装配成一个整体的装配工作。
图6示出了在将检测元件4插入到隔离物82的插入孔84的操作期间引线框架10在插入孔84中变形的状态。同时，在图6中，示出了一个引线框架10和检测元件4，并且为了简便起见省略了隔离物82。
首先，在装配工作刚刚开始之后的第一步骤下，将检测元件4设置在隔离物82的前端侧处，之后使得检测元件4运动到插入孔84的前端侧开口部分，同时，使得检测元件4与引线框架10的元件抵靠部分16抵靠接合。通过将检测元件4压靠在引线框架10的元件抵靠部分16上从而向其施加外力，使得连接侧端部部分14弹性变形(换句话说，元件抵靠部分16朝向框架主体部分12弹性变形)，同时执行使得元件抵靠部分16的框架抵靠部分15更接近框架主体部分12的弯曲部分13的操作。
之后，在第二步骤中，执行将检测元件4推压在元件抵靠部分16上从而使得元件抵靠部分16逆着框架主体部分12弹性变形并且使得元件抵靠部分16的框架抵靠部分15与框架主体部分12(框架主体部分12的弯曲部分13)抵靠接合的操作。这时，元件抵靠部分16处于在两个位置处(即，连接侧端部部分14和框架抵靠部分15)被支撑的状态下，即，处于两点支撑状态下。
在接下来的第三步骤下，执行用于将检测元件4进一步插入到插入孔84的后端侧并且改变检测元件4与隔离物82的相对位置的操作，以使得隔离物82的插入孔84的内壁表面面对检测元件4的电极端子部分30、31、32和34。此时，框架主体部分12的前端侧部分和引线框架10的元件抵靠部分16处于被布置在检测元件4与插入孔84的内壁表面之间的状态下(参照图1)。在这种情况下，元件抵靠部分16弹性变形以允许其轴向中央部分沿检测元件4的板表面延伸，因此处于在广区域下与检测元件4的电极端子部分抵靠接合的状态下。
通过以上述方式执行装配工作，可将检测元件4、引线框架10和隔离物82装配成一个整体。虽然在文中已描述了装配工作时第一引线框架11的弹性变形，但是第二引线框架211具有与第一引线框架11相似的变形状态。
同时，在空气/燃料比传感器2的制造程序的中间执行将检测元件4、引线框架10和隔离物82装配成一个整体的装配工作。在空气/燃料比传感器2的制造程序中，在装配工作之前的阶段中，执行装配包括检测元件4、陶瓷套筒6、滑石环108、陶瓷固定器106、金属外壳102等中间部件的操作。图7是在检测元件4的后端侧从金属外壳102的后端部分104以及陶瓷套筒6的后端部分突出的状态下中间装配部件105的透视图。
在空气/燃料比传感器2的制造程序中，在构成中间装配部件105的状态下可通过在检测元件4上执行上述装配工作将引线框架10和隔离物82附连于检测元件4。
在将隔离物82和检测元件装配在一起之后，通过执行用于通过激光焊接等将外部管4等连接于金属外壳102以及通过填缝将索眼50固定于外部管44的固定操作等，获得了空气/燃料比传感器2并且完成了空气/燃料比传感器2的制造程序。
同时，在本实施例中，引线框架10对应于“权利要求书”中所述的金属端子元件，元件抵靠部分16和第二元件抵靠部分216对应于折返部分。而且，在传感器制造程序中，用于将引线框架10设置在隔离物82的接触插入孔84中的操作步骤对应于“权利要求书”中所述的第一步骤，装配工作中用于将引线框架10和隔离物82装配在一起的第一步骤和第二步骤对应于“权利要求书”中所述的第二步骤，装配工作中的第三步骤对应于“权利要求书”中所述的第三步骤。
如以上已经描述的，本实施例的空气/燃料比传感器2被如此构成，即，使用引线框架10(第一引线框架11、第二引线框架211)，所述引线框架10被构成得使得与检测元件4的电极端子部分相接触的元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)的支撑状态从单点支撑状态改变为两点支撑状态。
处于元件抵靠部分16的框架抵靠部分15(第二框架抵靠部分215)未与框架主体部分12(第二框架主体部分212)相接合的状态中(即，处于单点支撑状态中)的引线框架10被如此构成，即，通过连接侧端部部分14(第二连接侧端部部分214)及其相邻部分的弹性变形所产生的较小应力将元件抵靠部分16推压在检测元件4的电极端子部分上。另外，在元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)朝向框架主体部分12(第二框架主体部分212)弹性变形以使得框架抵靠部分15(第二框架抵靠部分215)与框架主体部分12(第二框架主体部分212)抵靠接合的情况下，引线框架10由于元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)的轴向中央部分的弹性变形而产生较大应力。
也就是说，引线框架10被如此构成，即，使得与当处于元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)的框架抵靠部分15(第二框架抵靠部分215)未与框架主体部分12(第二框架主体部分212)抵靠接合的单点支撑状态下时相比较，当处于元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)的框架抵靠部分15(第二框架抵靠部分215)与框架主体部分12(第二框架主体部分212)抵靠接合的两点支撑状态下时产生用于将元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)压靠在检测元件4上的更大压力(换句话说，接触压力)。
此时，在空气/燃料比传感器2的制造程序中在将引线框架10和检测元件4装配在一起时，在装配工作的前半阶段中，引线框架10的元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)通过相对较小的力被压靠在电极端子部分30、31、32、34、36上。因此，在用于装配引线框架10和检测元件4的装配工作时，可避免由于引线框架10的弹性变形而产生过大压力并且避免所述压力被施加于检测元件4，因此可抑制检测元件4由于被施加压力而损坏。
而且，在装配工作完成之后，元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)处于在连接侧端部部分14(第二连接侧端部部分214)和框架抵靠部分15(第二框架抵靠部分215)处被支撑在框架主体部分12(第二框架主体部分212)上的两点支撑状态下。通过两点支撑状态下元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)的弹性变形导致的较大应力(弹性力)，引线框架10的元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)本身被压靠在检测元件4的电极端子部分上，从而在引线框架10与检测元件4之间形成良好的电连接状态。
为此，不必为了获得较大弹力而使得引线框架10的宽度和厚度更大，从而在引线框架10与检测元件4之间形成良好的电连接。也就是说，与具有在单点支撑状态下的元件抵靠部分的引线框架相比较，本实施例的引线框架10具有这样的优点，即，产生相等的弹性力所需的宽度和厚度更小。
因此，由于当元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)的支撑状态从单点支撑状态改变为两点支撑状态时引线框架10产生更大应力，因此与现有技术引线框架相比较如果需要产生相同的弹性力的话其宽度尺寸和厚度可更小。因此，本实施例的引线框架10可抑制设置空间的增加并且可被适当地用在要求其为小型化的传感器中。
另外，由于空气/燃料比传感器2是通过使用形成有第一框架设置槽86和第二框架设置槽88的隔离物82构成的，因此相对于隔离物82设定引线框架10的设置位置(相对位置)的操作可更容易并且可减少装配工作方面的难度。另外，通过将引线框架10设置在第一框架设置槽86和第二框架设置槽88中，可避免在空气/燃料比传感器2的实际使用中引线框架10的设置位置改变。例如，甚至在外部管44由于来自于外部的冲击而变形从而对引线框架10的变形造成影响的情况中，可避免相邻引线框架10彼此接触并且将电路径保持在适合的状态下。
另外，引线框架10被如此构成，即，即使在元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)的框架抵靠部分15(第二框架抵靠部分215)与框架主体部分12(第二框架主体部分212)抵靠接合的情况下，元件抵靠部分16和第二元件抵靠部分216也被部分地设置在插入孔84内部的第一框架设置槽86和第二框架设置槽88的外部。因此，元件抵靠部分16和第二元件抵靠部分216从不会被完全设置在第一框架设置槽86和第二框架设置槽88内部，因此可避免出现引线框架10不能与电极端子部分相连接这样一种情况。
另外，当处于自由状态中时，引线框架10被构成得使得元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)与框架主体部分12(第二框架主体部分212)之间的距离小于隔离物82的第一框架设置槽86和第二框架设置槽88的深度。因此，在框架主体部分12(第二框架主体部分212)与第一框架设置槽86的底部和第二框架设置槽88的底部抵靠接合的情况下，框架主体部分12和第二框架主体部分212被容纳在第一框架设置槽86和第二框架设置槽88内部。
因此，当引线框架10在被设置于隔离物82中之后与检测元件4相连接时，可避免框架抵靠部分15(第二框架抵靠部分215)与第一框架设置槽86的围绕开口部分(第一肋部分87)或第二框架设置槽88的围绕开口部分(第二肋部分89)锁定接合，从而可可靠地使得框架抵靠部分15(第二框架抵靠部分215)与框架主体部分12(第二框架主体部分212)抵靠接合。
此时，元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)的框架抵靠部分15(第二框架抵靠部分215)处于与第一肋部分87或第二肋部分89锁定接合的状态下，因此可防止在与检测元件4装配在一起的操作中引线框架10变形为不适合的形状。
而且，引线框架10包括第一框架锁定部分19和第二框架锁定部分219，并且当引线框架被设置在隔离物82的插入孔84中时，第一框架锁定部分19和第二框架锁定部分219被设置在隔离物82的第一框架锁定槽90和第二框架锁定槽91中。此时，在将检测元件4插入到插入孔84中时，可防止引线框架10离开插入孔84的内壁表面，从而防止引线框架10变形为不适合的形状以破坏与检测元件4的电极端子部分之间的连接状态。
因此，在装配检测元件4、引线框架10和隔离物82时，难以造成引线框架10的不适合的变形和损坏，从而可减少传感器制造工作中出现残次品的频率并且提高传感器的制造效率。
虽然已如上述那样描述了本发明的实施例，但是本发明不局限于以上所述的实施例，而是可对其进行各种修正。
例如，与检测元件配合以便于将金属端子元件(引线框架)保持在它们之间的隔离物不局限于例如由单片材料制成的隔离物82的单片结构，而是也可为由多个元件构成的分隔类型的。作为示例，这样一种分隔类型结构包括面对检测元件的前侧板表面的第一绝缘元件、面对检测元件的后侧板表面的第二绝缘元件和用于保持第一绝缘元件和第二绝缘元件的保持及固定元件。
在使用这样一种分隔类型隔离物的传感器中，用于借助于其元件抵靠部分(折返部分)可处于单点支撑状态和两点支撑状态的引线框架实现良好电连接状态所需的弹性力较小。因此，当引线框架产生的弹性力被设定在预定量级时，与现有技术所涉及的设置引线框架所需的空间相比较，设置引线框架所需的空间可更小，并且可使得传感器的尺寸更小。
另外，应用本发明的传感器不局限于形成有五个电极端子部分的传感器，而且本发明还可应用于具有拥有四个或更少的电极端子部分或六个或更多的电极端子部分的检测元件的传感器。
同时，虽然在上述实施例中，已描述了其板表面的宽度尺寸为1.1mm和0.8mm的两种引线框架(第一引线框架11和第二引线框架211)，但是引线框架的板表面的宽度尺寸不局限于上述尺寸。也就是说，只要板表面的宽度尺寸被设定在0.5mm到2.0mm的范围内，引线框架就可产生与上述引线框架(第一引线框架和第二引线框架)相同的作用。
而且，考虑到增加引线框架10和检测元件4的电极端子部分之间的接触压力，元件抵靠部分16可在与电极端子部分相接触的部分处形成有朝向电极端子部分突出的凸起部分18。在图8中示出了具有包含凸起部分18的元件抵靠部分16的引线框架10的透视图。同时，在图8中所示的引线框架10(第一引线框架11)中，省略了上述第一框架锁定部分19的示出。
与用于使得元件抵靠部分16相对于框架主体部分12的两点支撑的上述结构配合，通过为元件抵靠部分16将与电极端子部分相接触的部分设置凸起部分18并且使得凸起部分18的顶点与电极端子部分相接触，可使得元件抵靠部分16用于与电极端子部分相接触的接触压力更高。同时，虽然在图8中示出了为第一引线框架11的元件抵靠部分16设置凸起部分18的一个示例，但是也可为第二引线框架211的第二元件抵靠部分216提供相似的凸起部分。
而且，引线框架10的元件抵靠部分16的框架抵靠部分15可被形成为弯曲形状。具体地，如图8中所示的，可通过使得框架主体部分15朝向后端侧并且以与框架主体部分12分隔的方式轴向弯曲(换句话说，通过将其弯折为圆弧形状的)而将框架抵靠部分15形成为弯曲形状。
通过以上述方式将框架抵靠部分15形成为弯曲形状并且使得框架抵靠部分和框架主体部分彼此抵靠接合，即使在被附于其振动较为剧烈的机动车等的条件下使用传感器(广范围空气/燃料比传感器2)时，也可减少由于框架抵靠部分与框架主体部分12之间的摩擦产生金属粉末的程度。此时，可有效地抑制对引线框架10与检测元件的电极端子部分之间的电连接状态的不利影响。
同时，虽然在图8中示出了第一引线框架11的元件抵靠部分16的框架抵靠部分15被形成为弯曲形状的一个示例，但是第二引线框架211的第二框架抵靠部分215可以被形成为相似的弯曲形状。而且，框架抵靠部分15所形成的弯曲形状不局限于图8中所示的朝向后端侧轴向弯曲的形状，而是可为朝向前端侧并且以与框架主体部分12隔离的方式轴向弯曲的这样一种形状。
而且，虽然在上述实施例中，已作为元件抵靠部分16(第二元件抵靠部分216)示出了从引线框架10的框架主体部分12(第二框架主体部分212)的前端朝向后端侧轴向延伸同时弯曲以改变延伸方向的折返部分，但是引线框架10也可以允许框架主体部分12(第二框架主体部分212)被设置在检测元件4的电极端子部分与折返部分之间的方式被设置在隔离物82中，并且框架主体部分12也可被形成为弯曲形状的以用作用于与检测元件4的电极端子部分相接触的元件抵靠部分。
权利要求
1.一种传感器，所述传感器包括轴向延伸板形式的检测元件，具有将朝向待测量的目标的前端侧并且在后端侧处形成有电极端子部分；以及由金属板材料制成并且与电极端子部分相接触从而与之电连接以形成电路径的金属端子元件；其特征在于，金属端子元件包括轴向延伸的框架主体部分，和从框架主体部分的前端处沿轴向朝着框架主体部分的后端侧延伸同时弯折以改变延伸方向的折返部分；并且折返部分包括连接于框架主体部分的前端的连接侧端部部分和形成在比连接侧端部部分更靠近后端的位置处的、用于与框架主体部分抵靠接合的框架抵靠部分。
2.依照权利要求1所述的传感器，其特征在于，金属端子元件被如此构成，即，当金属端子元件处于与检测元件的电极端子部分电连接之前的自由状态中时，折返部分的框架抵靠部分没有与框架主体部分抵靠接合，而当金属端子元件与电极端子部分电连接以使得折返部分朝向框架主体部分弹性变形时，框架抵靠部分与框架主体部分抵靠接合。
3.依照权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，折返部分构成元件抵靠部分，所述元件抵靠部分从框架主体部分的前端延伸同时弯折以改变延伸方向，并且被设置在检测元件的电极端子部分与框架主体部分之间以便于与电极端子部分相接触。
4.依照权利要求3所述的传感器，其特征在于，折返部分包括朝向检测元件的电极端子部分突出并且在其顶点处与电极端子部分相接触的凸起部分。
5.依照权利要求3或4所述的传感器，其特征在于，折返部分的宽度尺寸在从0.5mm到2.0mm的范围内。
6.依照权利要求1到4中任意一项所述的传感器，包括多个端子元件，其中所述端子元件在折返部分的宽度尺寸上不同。
7.依照权利要求1到6中任意一项所述的传感器，还包括沿径向设置在检测元件的后端侧的外部并且由绝缘材料制成的隔离物，其中，金属端子元件在处于折返部分朝向框架主体部分弹性变形的状态的同时被保持在检测元件和隔离物之间。
8.依照权利要求1到7中任意一项所述的传感器，其特征在于，折返部分的框架抵靠部分被形成为弯曲形状。
9.一种制造传感器的方法，所述传感器包括轴向延伸板形式的检测元件，其具有将朝向待测量的目标的前端侧并且在后端侧处形成有电极端子部分；沿径向设置在形成有电极端子部分的检测元件的后端侧的外部并由绝缘材料制成的隔离物；以及由金属板材料制成并且与电极端子部分相接触从而与之电连接以形成电路径的金属端子元件，其中，金属端子元件包括轴向延伸的框架主体部分，和从框架主体部分的前端处沿轴向朝着框架主体部分的后端侧延伸同时弯折以改变延伸方向并且被设置在检测元件的电极端子部分与框架主体部分之间的折返部分，其中，折返部分包括连接于框架主体部分的前端的连接侧端部部分和形成在比连接侧端部部分更靠近于后端的位置处的、用于与框架主体部分抵靠接合的框架抵靠部分，并且金属端子元件被如此构成，即，当金属端子元件处于与检测元件的电极端子部分电连接之前的自由状态时，折返部分的框架抵靠部分没有与框架主体部分抵靠接合，而当金属端子元件与电极端子部分电连接以使得折返部分朝向框架主体部分弹性变形时，折返部分与框架主体部分抵靠接合，所述方法包括以下步骤将金属端子元件设置在隔离物中的第一步；将检测元件压靠在折返部分上从而使得折返部分朝向框架主体部分弹性变形并且使得折返部分的框架接触部分与框架主体部分相接触的第二步；以及以允许隔离物沿径向设置在检测元件外部的方式改变检测元件与隔离物的相对位置的第三步。
全文摘要
本发明提供了一种传感器和制造所述传感器的方法，所述传感器使得检测元件的电极端子部分与金属端子元件之间的电连接状态良好。所述传感器包括引线框架(金属端子元件)，该引线框架变形以将其通过框架主体部分支撑元件接触部分的形式改变为单点支撑状态或两点支撑状态。在装配引线框架和检测元件的工作的前半个阶段，框架主体部分在一点处支撑元件接触部分，其中引线框架具有相对较小的弹性力，以使得可避免过大压力被施加于检测元件。在完成装配工作之后，框架主体部分在两点处支撑元件接触部分，使得与单点支撑状态相比较引线框架具有较大的弹性力。这导致引线框架和检测元件之间的具有改善的电连接状态。
文档编号G01N27/41GK1853097SQ200480026860
公开日2006年10月25日 申请日期2004年9月13日 优先权日2003年9月17日
发明者松尾康司, 石川聪 申请人:日本特殊陶业株式会社