专利名称：压接接头、包括压接接头的气体传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种压接接头(crimp contact)、一种具有电导线的压接接头、一种设有所述压接接头的气体传感器、以及一种制造包括所述压接接头的所述气体传感器的方法。特别地，该压接接头包括压接电导线的导线芯线的保持部。
背景技术：
已知传统类型的压接接头包括轴向延伸且保持电导线的导线芯线的保持部(例如，专利文献1)。该保持部包括一对侧部和底部，该对侧部通过将前端侧向电导线的导线芯线弯曲来固定导线芯线，该底部连接该对侧部的后端侧。
具有电导线的该压接接头如下制造。首先，制备压接接头。压接接头包括由底部和从底部的两端升高的一对侧部组成的U形保持部。此外，将电导线的导线芯线布置成与U形保持部的内表面接触。随后，通过一对金属模具(metal mold)，即砧(anvil)和卷边机(crimper)使侧部弯向底部侧。此时，U形保持部的侧部的前端侧沿卷边机的滑动面滑动且侧部深深地弯入电导线的导线芯线束中。于是，侧部的前端侧互相接触，且导线芯线被底部和侧部保持并压接。
顺便提及，在上述制造压接接头的方法中，连续进行U形保持部的压接处理。由于在压接处理中反复使用金属模具，因此在侧部的外表面与卷边机的滑动面之间滑动能力逐渐劣化。当滑动能力劣化时，侧部的前端侧不能充分进入(penetrate)导线芯线，且作为保持部的高度的压接高度增大。由此，导线芯线被不安全地固定在保持部中。结果，电导线与压接接头之间的导电性可能劣化。近年来，由于压接接头耐久性等的要求，压接接头趋向于由具有高维氏硬度的材料如INCONEL(INCO的商标)制成。因此，随着卷边机的磨损，压接接头与卷边机之间的滑动能力趋向于劣化。此外，压接接头的保持部趋向于粘附到卷边机。因此，如专利文件1中所公开的，预先向卷边机的滑动面涂布润滑剂，使得即使连续进行压接处理也可保持滑动能力并可形成具有适当压接高度的保持部。结果，可提高电导线与压接接头之间的导电性。
这样的压接接头被组装在具有例如传感器元件、金属外壳(metal housing)和防护罩的气体传感器中。这里，传感器元件沿轴向延伸且在前端侧包括感测部。金属外壳是用于保持传感器元件使得至少感测部可从金属外壳的前端侧露出的筒状构件。防护罩的前端侧与金属外壳的后端侧相连，且防护罩容纳电连接到外部设备的电导线。压接接头将传感器元件电连接到电导线并用于从感测部向外部设备输出信号。气体传感器被安装在例如发动机排气管等的排气系统上并用于探测排气中的待测气体(如，氧气、氮气等)。
日本专利特开昭第64-41184号公报。
本发明要解决的问题然而，在专利文件1中，在每次压接操作时必须向卷边机的滑动面涂布润滑剂，这使压接接头的制造过程被复杂化。此外，润滑剂易于附着于保持部的两侧部的外表面。这是因为润滑剂被预先涂布到卷边机的滑动面。当具有这样的压接接头的气体传感器被用作安装在如发动机排气管等上的氧气传感器时，压接接头的保持部的温度变得相当高。结果，附着到保持部的侧部的外表面上的润滑剂被热分解并产生分解气体。此外，由此产生的分解气体引起气体传感器的电动势的波动，从而导致测量误差。此外，专利文件1的说明书披露了对设置在氧气传感器等中的压接接头优选不产生分解气体的润滑剂(例如，四氟乙烯、石墨(carbon)等)。然而，根据气体传感器的使用环境选择润滑剂的类型很麻烦。
发明内容
为了解决现有技术的前述问题完成了本发明，本发明的一个目的是提供一种压接接头、一种具有电导线的压接接头、一种包括压接接头的气体传感器、以及一种制造气体传感器的方法，其中，在不向卷边机的滑动面涂布任何润滑剂的情况下，可确保保持部的外表面与卷边机的滑动面之间的滑动能力，并且该压接接头可在高温环境中使用。
通过提供一种压接接头实现了本发明的上述目的，该压接接头包括端子部，其用于电连接到另一构件；和保持部，其用于保持电导线的导线芯线，以电连接到所述电导线，所述保持部包括一对侧部和底部，该对侧部用于通过将前端侧弯向所述电导线的所述导线芯线而固定所述导线芯线，该底部连接所述一对侧部的后端侧，其中，所述保持部具有350HV或更大的维氏硬度，以及，包含银或金作为主要成分的金属层覆盖所述一对侧部的至少所述前端侧的外表面。
在具有上述构造的压接接头中，由于在侧部的前端侧的外表面上形成金属层，所以当侧部被金属模具弯曲时，一对侧部的外表面可经由金属层与金属模具的滑动面接触。该金属层包括作为主要成分(即，大于50wt％)的银或金，且当保持部的侧部被金属模具弯曲时，该金属层能够提高和维持保持部的两侧部的外表面与金属模具的滑动面之间的滑动能力。因此，一对侧部的前端侧可充分进入导线芯线束中。结果，可确保电导线与压接接头之间的导电性。特别地，即使保持部具有350HV或更大的维氏硬度，也可充分维持保持部的两侧部的外表面与金属模具的滑动面之间的滑动能力。由于金属层形成在每个保持部上，即使连续压接操作，仍可防止保持部的外表面与金属模具的滑动面之间的滑动能力的逐渐劣化。也就是说，可连续维持保持部的外表面与金属模具的滑动面之间的滑动能力而无需向金属模具的滑动面涂布润滑剂。另外，因为金属层具有相对高的耐热性，所以在暴露于压接操作过程中的热或高温环境下，金属层也不容易熔化。优选保持部的维氏硬度为600HV或更小。当保持部的维氏硬度超过600HV时，保持部难以弯曲。
金属层可形成在侧部的前端侧的外表面上或形成在侧部的整个外表面上。另外，金属层不仅可形成在侧部上，而且可形成在底部的外表面上。
优选压接接头的金属层具有100HV或更小的维氏硬度。
在具有上述构造的压接接头中，由于金属层本身软到具有100HV或更小的维氏硬度的程度，所以可更有效地确保保持部与金属模具之间的滑动能力。因此，当通过金属模具压接保持部时，进一步维持保持部的外表面与金属模具的滑动面之间的滑动能力。此外，可从金属层的材料硬度确定金属层的维氏硬度。具有100HV或更小维氏硬度的材料例子包括纯金、纯银等。然而，优选金属层的维氏硬度为10HV或更大。
根据本发明的压接接头，金属层具有0.1μm或更大的厚度。
在具有上述构造的压接接头中，由于金属层的厚度为0.1μm或更大，该金属层可确保金属层与金属模具的滑动面之间的滑动能力。此外，金属层能够保护金属模具不被磨损，由此保持部不容易附着于金属模具。结果，在充分维持金属层与金属模具的滑动面之间的滑动能力的同时，可延长金属模具的寿命。另一方面，优选金属层的厚度为2μm或更小。当金属层的厚度超过2μm时，在通过砧和卷边机将侧部弯向底部侧时，金属层更容易从保持部上剥落。
根据本发明的压接接头，包含金作为主要成分的触击电镀层形成在金属层与所述一对侧部的所述前端侧的外表面之间。
在具有上述构造的压接接头中，包括作为主要成分(即，大于50wt％)的金的触击电镀层形成在金属层与侧部的前端侧的外表面之间，以提高金属层对外表面的附着力。结果，金属层变得不易剥落。
在具有上述构造的压接接头中，侧部的前端侧的一个外表面与侧部的前端侧的另一外表面接触，使得保持部可牢牢地压接导线芯线。
根据第二方面，通过提供一种具有电导线的压接接头实现了本发明的上述目的，该具有电导线的压接接头包括电导线，其包括导线芯线和覆盖部，所述导线芯线从所述覆盖部的一端露出；和压接接头，其包括用于电连接到另一构件的端子部和用于保持所述电导线的所述导线芯线以电连接到所述电导线的保持部，所述保持部包括一对侧部和底部，该对侧部用于通过将前端侧弯向所述电导线的所述导线芯线而固定所述导线芯线，该底部连接所述一对侧部的后端侧，其中，所述保持部具有350HV或更大的维氏硬度，以及，包含银或金作为主要成分的金属层至少覆盖所述一对侧部的所述前端侧的外表面。
在具有上述构造的压接接头中，由于至少在侧部的前端侧的外表面上形成金属层，所以当侧部被金属模具弯曲时，该对侧部的外表面可经由金属层与金属模具的滑动面接触。该金属层包含作为主要成分(即，大于50wt％)的银或金，且当保持部的侧部被金属模具弯曲时，该金属层能够提高和维持保持部的两侧部的外表面与金属模具的滑动面之间的滑动能力。因此，一对侧部的前端侧可充分进入导线芯线束中。结果，可确保电导线与压接接头之间的导电性。特别地，即使保持部具有350HV或更大的维氏硬度，也可充分维持保持部的外表面与金属模具的滑动面之间的滑动能力。由于金属层形成在每个保持部上，即使连续压接操作，仍可防止保持部的外表面与金属模具的滑动面之间的滑动能力的逐渐劣化。也就是说，可在不向金属模具的滑动面涂布任何润滑剂的情况下持续维持保持部的外表面与金属模具的滑动面之间的滑动能力。另外，因为金属层具有良好的耐热性，因此在暴露于压接操作过程中的热或高温环境下，金属层也不容易熔化。
根据第三方面，通过提供一种气体传感器实现了本发明的上述目的，该传感器包括传感器元件，其沿轴向延伸且包括位于其前端侧的感测部；筒状金属外壳，其保持所述传感器元件，使得至少所述感测部从所述金属外壳的前端侧露出；防护罩，其包括与所述金属外壳的后端侧连接的前端，所述防护罩容纳至少一个用于电连接到外部设备的电导线；所述电导线，其包括导线芯线和覆盖部，所述导线芯线从所述覆盖部的一端露出；以及压接接头，其将所述传感器元件电连接到所述电导线且用于将来自所述感测部的信号输出到外部设备，其中，所述压接接头包括用于电连接到所述传感器元件的端子部和用于保持所述电导线的所述导线芯线以电连接到所述电导线的保持部，其中，所述保持部包括一对侧部和底部，该对侧部用于通过将其前端侧弯向所述电导线的所述导线芯线而固定所述导线芯线，该底部连接所述一对侧部的后端侧，其中，所述保持部具有350HV或更大的维氏硬度，以及，包含银或金作为主要成分的金属层至少覆盖所述一对侧部的所述前端侧的外表面。
在具有上述构造的气体传感器中，由于形成在压接接头上的金属层具有良好的耐热性，所以在暴露于高温环境下使用该气体传感器时，压接接头的金属层不会熔化或产生分解气体。结果，金属层不会引起气体传感器的电动势的波动。
另外，根据第四方面，通过提供一种制造气体传感器的方法实现了本发明的上述目的，该气体传感器包括传感器元件，其沿轴向延伸且包括位于其前端侧的感测部；筒状金属外壳，其保持所述传感器元件，使得至少所述感测部从所述金属外壳的前端侧露出；防护罩，其包括与所述金属外壳的后端侧连接的前端，所述防护罩容纳至少一个用于电连接到外部设备的电导线；电导线，其包括导线芯线和覆盖部，所述导线芯线从所述覆盖部的一端露出；以及压接接头，其将所述传感器元件电连接到所述电导线且用于将来自所述感测部的信号输出到外部设备，其中，所述压接接头包括用于电连接到传感器元件的端子部和用于保持所述电导线的所述导线芯线以电连接到所述电导线的保持部，其中，所述保持部包括一对侧部和底部，该对侧部用于通过将其前端侧弯向所述电导线的所述导线芯线而固定所述导线芯线，该底部连接所述一对侧部的后端侧，所述方法包括电镀步骤，其包括形成金属层，所述金属层至少覆盖金属板的一个表面的将成为所述侧部的所述前端侧的一部分，所述金属层包含银或金作为主要成分；压制成形步骤，其包括压制成形所述金属板，以形成包括所述一对侧部和所述底部的U形保持部，使得所述金属板的所述一个表面是外表面；和压接步骤，其包括将所述导线芯线布置在所述U形保持部中，并通过一对砧和卷边机弯曲所述侧部，使得所述保持部压接所述导线芯线，其中，所述金属板具有350HV或更大的维氏硬度。
在上述方法中，由于在压制成形步骤之前进行电镀步骤，所以在压制成形U形保持部之前，可对金属板施加金属电镀。因此，容易形成金属层。
在电镀步骤中，优选金属电镀仅施加到用作U形保持部的外表面的金属板的一侧上。这是因为与金属电镀施加到金属板的两侧的情况相比，可节约电镀成本。
在压接步骤中，利用砧和卷边机使布置在U形保持部中的导线芯线束被保持部所压接。此时，一对侧部的前端侧的外表面通过金属层沿卷边机的滑动面平滑滑动，且该对侧部的前端侧可牢牢钻入或更确切地说进入导线芯线束中。另外，由于金属层至少形成在用作U形保持部的侧部的前端侧的外表面上，所以可防止在压接步骤之后用作该对侧部的前端侧的外表面附着于砧和卷边机的滑动面。此外，金属电镀层具有延展性，从而确保了U形保持部的外表面与砧和卷边机的各滑动面之间的滑动能力。结果，可在不破坏连续压接操作的情况下延长金属模具的使用寿命。因此，可持续生产具有适当压接高度的压接接头。
金属电镀不仅可施加于用作保持部的侧部的前端侧的部分，而且还可施加于用作保持部的侧部的整个表面部分。此外，金属电镀不仅可施加于用作侧部的部分，而且还可施加于用作底部的部分。
根据制造气体传感器的方法，该方法还包括触击电镀步骤，其包括施加金触击电镀，以至少覆盖所述金属板的所述一个表面的将成为所述侧部的所述前端侧的一部分，其中，在所述电镀步骤之前，进行所述触击电镀步骤。
在上述方法中，金触击电镀至少施加于金属板的将形成侧部的前端侧的一侧的部分，且在所述电镀步骤之前，进行触击电镀步骤。因此，通过金触击电镀层可提高金属层与金属板之间的附着力，从而防止金属层从保持部剥落。
根据第五方面，通过提供一种制造气体传感器的方法实现了本发明的上述目的，所述气体传感器包括传感器元件，其沿轴向延伸且包括位于其前端侧的感测部；筒状金属外壳，其保持所述传感器元件，使得至少所述感测部从所述金属外壳的前端侧露出；防护罩，其包括与所述金属外壳的后端侧连接的前端，所述防护罩容纳至少一个用于电连接到外部设备的电导线；所述电导线，其包括导线芯线和覆盖部，所述导线芯线从所述覆盖部的一端露出；以及压接接头，其将所述传感器元件电连接到所述电导线且用于将来自所述感测部的信号输出到外部设备。此外，所述压接接头包括用于电连接到传感器元件的端子部；和用于保持电导线的导线芯线以电连接到所述电导线的保持部，其中，所述保持部包括一对侧部和底部，该对侧部用于通过将前端侧弯向所述电导线的所述导线芯线而固定所述导线芯线，该底部连接所述一对侧部的后端侧；所述方法包括压制成形步骤，其包括压制成形金属板，以形成包括所述一对侧部和所述底部的U形保持部，所述金属板具有350HV或更大的维氏硬度；电镀步骤，其包括形成金属层，所述金属镀层至少覆盖所述U形保持部的所述侧部的所述前端侧的外表面；以及压接步骤，其包括将所述导线芯线布置在所述U形保持部中，并通过一对砧和卷边机弯曲所述一对侧部，使得所述保持部压接所述导线芯线。
在上述方法中，由于在压制成形步骤之后进行电镀步骤，例如，压制成形步骤中形成的U形保持部可被浸入电镀槽中，使得金属镀层可容易地形成在U形保持部的外表面上。此外，由于在形成U形保持部之后进行金属电镀，所以可避免任何多余的金属电镀，从而降低金属电镀的成本。在压接步骤中，导线芯线被布置成与U形保持部的内表面接触，随后在砧和卷边机之间压接如此制备的保持部。此时，一对侧部的前端侧的外表面可通过金属层沿卷边机的滑动面平稳滑动，且该对侧部的前端侧可牢牢钻入或更确切地说进入导线芯线中。此外，由于金属层形成在U形保持部的外表面上，所以可防止压接步骤之后该对侧部的前端侧的外表面附着于砧和卷边机的滑动面。此外，金属镀层具有延展性，从而确保了U形保持部的外表面与砧和卷边机的各滑动面之间的滑动能力。结果，可连续进行多个U形保持部的压接操作，并可持续形成恒定具有适当压接高度的保持部的压接接头。
根据本发明的第五方面，该方法还可包括触击电镀步骤，其包括施加金触击电镀，以至少覆盖所述金属板的一个表面上的将成为所述侧部的所述前端侧的一部分，其中，在所述压制成形步骤与所述电镀步骤之间进行所述触击电镀步骤。
在具有上述处理的方法中，将金触击电镀至少施加到金属板的将形成侧部的前端侧的一侧的一部分上，且在所述电镀步骤之前进行触击电镀步骤。因此，由于触击电镀层，可提高金属层与金属板之间的附着力，从而保护金属层不从保持部剥落。
图1是根据本发明实施例的气体传感器1的剖视图。
图2是示出压接接头51b的侧视图。
图3是示出套管部(barrel portion)53的立体图。
图4是示出制造压接接头51b的步骤的流程图。
图5是示出施加触击电镀处理的金属板80的俯视图。
图6是示出元件用电导线14b的导线芯线16被设置在U形保持部77中的状态的立体图。
图7是示出U形保持部77的剖视图。
图8是示出U形保持部77被设置在砧120和卷边机121之间的状态的剖视图。
图9是示出U形保持部77被在砧120和卷边机121之间压接的状态的剖视图。
图10是保持部57的剖视图。
图11是示出试验1的结果的图。
图12是进行11次连续压接后生产的保持部97的剖视图。
图13是示出试验2的结果的图。
图14是示出试验3的结果的图。
图15是示出制造压接接头51b的步骤的变形例的流程图。
图16是施加局部电镀处理的金属板80的俯视图。
图17是施加局部电镀处理的金属板80的俯视图。
附图标记说明在图中用于区分所示的不同结构特征的附图标记包括如下。
1气体传感器；2金属壳体；3防护罩；6传感器元件；14电导线；16导线芯线51b压接接头；57保持部；57a底部；57b侧部；57c前端侧；67扁保持部；77U形保持部；77a底部；77b侧部；77c前端侧；80金属板；85电镀层；120砧；121卷边机。
具体实施例方式
以下将参照
根据本发明实施例的气体传感器1。然而，对本发明的解释不限于此。
图1是根据本发明实施例的气体传感器1的剖视图。如在此使用的，术语“前端侧”是指图1中的气体传感器1的下侧，术语“后端侧”是指图1中的气体传感器1的上侧。
气体传感器1被用在汽车排气管中作为氧气传感器以探测流过排气管的排气中的氧气浓度。
首先，将说明气体传感器1。如图1所示，气体传感器1主要由以下构成大体筒状的金属壳体2；探测排气中特定气体(例如氧气)浓度的传感器元件6；用于加热传感器元件6的陶瓷加热器7；保护传感器元件6的前端侧的保护器4；由氧化铝制成且容纳分别固定至四个电导线14(图1中仅示出了三个电导线)的四个压接接头51(图1中仅示出了三个压接接头)的分隔件18；以及包围分隔件18以保护该分隔件18的大体筒状防护罩3。传感器元件6和陶瓷加热器7沿气体传感器1的轴向延伸。另外，图1所示的金属壳体2用作“金属外壳”。
首先，传感器元件6由以下构成固体电解质元件6a；利用Pt或Pt合金形成在固体电解质元件6a的内表面上的内电极6b；以及形成在固体电解质元件6a的外表面上的外电极6c。
金属壳体2被形成为容纳传感器元件6。金属壳体2的后端侧被径向向内弯边，且形成在传感器元件6的前端侧的感测部从金属壳体2的前端侧露出以便被以绝缘的方式保持。此外，金属壳体2在后端侧具有筒状毂部(boss portion)2b。此外，金属防护罩3的前端侧被固定到毂部2b。
另一方面，金属壳体2在前端侧具有筒状毂部2a，且金属保护器4被连接到毂部2a。保护器4由位于外侧的外保护器4a和固定在外保护器4a中的内保护器4b组成，其中，外保护器4a的后端侧被固定到毂部2a的外周。此外，气孔4c形成在保护器4中使得被测量氧浓度的气体可通过气孔4c(内保护器4b中的气孔未示出)流向传感器元件6的感测部。
传感器元件6穿过金属填料9a、陶瓷保持器10、金属填料9b、由滑石等制成的密封粉末材料11、陶瓷套筒12和金属环13插在金属壳体2中。此外，陶瓷加热器7从后端侧向前端侧插在传感器元件6中。此外，径向向外突出的凸缘2c被设置在金属壳体2的后端侧的外表面上。在凸缘2c和毂部2a之间形成将金属壳体2固定到排气管(未示出)的外螺纹2d。此外，垫圈G被固定在外螺纹2d和凸缘2c之间。
另一方面，分隔件18被插入在防护罩3中。在分隔件18的外周上形成径向向外突出的凸缘18a，在防护罩3与分隔件18之间在凸缘18a的更前端侧设置大体筒状分隔件保持器17。也就是说，在分隔件保持器17保持并容纳分隔件18的同时，分隔件保持器17被防护罩3包围。此外，在分隔件18内侧，四个压接接头51分别电连接到容纳在每个电导线14中的多个导线芯线16的前端侧。
详细地，每个电导线14由元件用电导线14a、14b和加热器用电导线14c、14d(未示出)组成。元件用电导线14a的导线芯线16被机械连接到压接接头51a，该压接接头51a被装配到传感器元件6的外表面，元件用电导线14a被电连接到传感器元件6的外电极6c。此外，元件用电导线14b的导线芯线16被机械连接到压接接头51b，该压接接头51b被压配到传感器元件6的内表面，元件用电导线14b被电连接到传感器元件6的内电极6b。加热器用电导线14c、14d的导线芯线16被分别连接到一对压接接头51c，该对压接接头51c被接合到陶瓷加热器7的发热电阻器。
此外，由橡胶制成的密封圈(grommet)19被插入到临近分隔件18的防护罩3的后端侧中。然后，四个电导线14穿过密封圈19从气体传感器1延伸至外部。此外，在密封圈19的中央形成通孔19a，并在通孔19a中装配过滤器单元20。过滤器单元20由金属筒状过滤器保持器20a、和过滤器20b组成，该过滤器20b由PTFE制成并被过滤器保持器20a的周面和上表面(气体传感器1的后端侧)覆盖。因此，气体传感器1的后端侧的大气可通过通孔19a和过滤器单元20的过滤器20b与防护罩3的内部相连通。
接下来将说明压接接头51b。尽管压接接头51a、压接接头51b和压接接头51c各自具有不同的形状，仍仅说明压接接头51b。由于作为本发明主要部分的压接接头51b的保持部与其它压接接头中的保持部是一样的，所以下面将省略关于压接接头51a和压接接头51c的详细说明。如图2所示，整个压接接头51b平行于气体传感器1的轴向延伸(参照图1)并包括元件装配部52，其装配到传感器元件6的后端侧中(参照图1)以与内电极6b电连接；套管部53，其保持元件用电导线14b的多个导线芯线16并被压接成与电导线电连接；导线部54，其介于元件装配部52和套管部53之间；以及保持片(retention piece)55，其形成在引线部54的外表面上与分隔件18的内表面接触(参照图1)以弹性地保持压接接头51b。
接下来将说明套管部53。如图3所示，套管部53包括三个保持部57。保持部57以二者之间具有预定间隙地沿套管部53的纵向设置。这样，元件用电导线14b的导线芯线16被放置在三个保持部57中并被这三个保持部57包围以与压接接头51b的套管部53电连接。此外，在套管部53的整个外表面上形成由银镀层制成的电镀层85。电镀层85是本发明的一个方面，其效果将在下面说明。
接下来将说明压接接头51b的制造方法。如图4所示，首先，进行电镀步骤(S10)，对用作压接接头51b的基体材料的金属板80(参照图5)一侧的预定部分施加银电镀。接着，进行压制成形步骤(S11)，电镀步骤中如此形成的镀银金属板80被压制成形为包括U形保持部77的压接接头71b。最后，进行压接步骤(S12)，使得元件用电导线14b的导线芯线16被设置成与如此压制成形的压接接头71b的U形保持部77的内表面接触。然后，使用一对金属模具-砧120和卷边机121(参照图8)将保持部57压接到导线芯线16上以形成具有保持部57的压接接头51b。上述压接接头51b的制造步骤(S9、S10、S11、S12)详细说明如下。
首先，如图5所示，制备用作压接接头51b材料的金属板80。金属板80被形成为带状形状并由INCONEL(INCO的商标)制成。接着，向金属板80的一侧进行用作压接接头71b(以下说明)的扁端子61的压模(press-mold)布置。扁端子61由扁装配部62、扁套管部63和扁导线部64组成。扁套管部63由三片扁保持部67组成。然后，朝金属板80的纵向布置多个这样的扁端子61。此时，相邻的扁端子61被反向布置。也就是说，相邻扁端子61的扁套管部63交替布置。这是为了减少压制成形步骤之后金属板80的残留部分。此外，在本发明的范围内，图5所示的扁保持部67等价于“用作保持部的部分”。
接下来将进行触击电镀步骤(S9)。在一侧进行扁端子61的压模布置的金属板80的另一侧(图5中的背侧)进行掩蔽处理。金触击电镀被施加到金属板80的背侧。金触击电镀处理用于改进银镀层(随后进行的)与作为金属板80的基体材料的INCONEL之间的附着。以条纹形状施加触击电镀，使得金镀层可以被镀到至少进行压模布置的每个扁端子61的扁套管部63(三片扁保持部67)上。
然后，进行电镀步骤(S10)。详细地，银电镀被施加到已经施加了金触击电镀的金属板80的一侧。以与触击电镀步骤相似的方式进行电镀步骤，其中，银镀层被以条纹形状镀到并形成在金触击电镀层上。
这样，以平面观察，金属板80的一侧具有形成在扁端子61的扁套管部63上的两条电镀层85。将电镀层85的厚度调节为0.1μm或更大(本实施例中为1.0μm)从而有效地确保形成在U形保持部77的外表面上的电镀层85与下述卷边机121(参照图8和图9)的凹部121a的滑动面之间的滑动能力。另外，尽管在本实施例中使用纯银镀层作为电镀层85的材料，也可采用任何具有延展性和耐热性的金属电镀，如纯金电镀。当采用纯金电镀时，与金触击电镀的附着力比与纯银电镀的附着力强。由于电镀层85由具有耐热性的金属电镀层形成，因此当压接接头51b被应用于安装在汽车等的排气管上的气体传感器1中并暴露于高温环境时，电镀层既不容易熔化也不产生任何分解气体。结果，可防止气体传感器1的电动势的波动。
接下来将说明压制成形步骤(S11)。在该压制成形步骤中，经过电镀步骤(S10)的金属板80被压机(press machine，未示出)压制成形。具体地，根据形成在金属板80上的压模布置压制成形扁端子61。在扁端子61中，扁套管部63被压制成形为U形，使得形成有电镀层85的电镀侧可面向外侧。这样，如图6所示，形成具有U形套管部73的压接接头71b。如图6和图7所示，当从与轴向垂直的截面观察时，通过底部77a和从底部77a的相反端升起的一对侧部77b，构成U形套管部73的每个U形保持部77被形成为U形。此外，位于底部77a相反侧的侧部77b的两前端侧77c朝向彼此倾斜。此外，前端侧77c具有比侧部77b的其它部分的厚度稍薄的厚度。而且，电镀层85形成在U形保持部77的外表面上。
接下来将说明压接步骤(S12)。如图8所示，采用一对金属模具-砧120和卷边机121。砧120具有向上突出的凸部120a。另一方面，卷边机121具有向下开口的凹部121a。位于凹部121a的底部的滑动面形成为从凹部121a的中央向两侧弯曲的大体M形。另外，凹部121a和凸部120a配合。在这样一对金属模具中，卷边机121朝砧120向下移动，以压接夹在凸部120a和凹部121a之间的物体(本实施例中的U形保持部77)。
首先，将U形保持部77定位在凸部120a的上部。此时，U形保持部77的开口侧被定位成面向卷边机121的凹部121a。随后，将元件用电导线14b的导线芯线16布置成与U形保持部77的内周面接触(参照图7和图8)。因此，导线芯线16被底部77a和侧部77b包围。
接着，卷边机121向下移动至砧120。如上所述，由于U形保持部77的前端侧77c朝向彼此倾斜，所以卷边机121的凹部121a的滑动面首先与前端侧77c的外表面接触。然后，因为前端侧77c的厚度薄于侧部77b的其它部分的厚度，所以前端侧77c沿卷边机121的凹部121a的滑动面滑动。由于卷边机121的凹部121a的滑动面被形成为从凹部121a的两侧向中央弯曲的大体M形，所以前端侧77c逐渐被导向为朝向彼此倾斜。
由于在U形保持部77的外表面上形成电镀层85，所以可确保卷边机121的凹部121a的滑动面与U形保持部77的外表面之间的滑动能力。因此，如图9所示，前端侧77c被弧状深深地弯向底部77a侧，导线芯线16被底部77a和侧部77b紧紧压接。此外，由于卷边机121的凹部121a的滑动面确保了沿U形保持部77的外表面的滑动能力，所以U形保持部77的外表面不会附着于砧120和卷边机121的每个滑动面。由此，保持部57可容易地从每个滑动面移除，压接接头51b不容易发生变形。这样，如图10所示，于是完成了包括多个导线芯线16的保持部57。
如图10所示，保持部57包括底部57a和当从垂直于轴向的截面观察时从底部57a的两端升起的一对侧部57b。另外，位于底部57a相反侧的侧部57b的前端侧57c被深深地弯向底部57a侧。此外，前端侧57c的外表面之一与前端侧57c的另一外表面接触。这样，元件用电导线14b的导线芯线16被压接接头51b的保持部57包围并被底部57a和侧部57b压接。
保持部57的维氏硬度大于350(HV)。在底部57a的多个位置测量保持部57的维氏硬度，采用测量的平均值。维氏硬度的测量条件为载荷300gf，加载时间10秒。
如上所述，在本实施例中，设置在U形保持部77的外表面上的电镀层85有利于确保卷边机121的凹部121a的滑动面与U形保持部77的外表面之间的滑动能力。例如，当多个U形保持部77被连续压接时，可保持U形保持部77的外表面与卷边机121的凹部121a的滑动面之间的可靠的滑动能力。结果，可生产性能和外观无缺陷的压接接头51b。
接下来，为了证实电镀层85提供的滑动能力效果，使用砧120和卷边机121，在U形保持部77上进行连续压接评估试验。首先，将说明在该评估试验中，用于评估在压接步骤中形成的保持部57的方法。如图10所示，保持部57的最低点记作点P。从点P到保持部57的最高点的距离(保持部57的高度)记作C.H.(压接高度)。另外，保持部57的两侧部57b的升起部分的厚度分别记作W1和W2。底部57a与侧部57b相连的外表面记作点K。然后，将如此确定的参考点用作评估点，并充分考虑以下几点进行保持部57和压接接头51b的评估。1C.H.的变动，2W1和W2的宽度，3点K的形状，4压接接头51b的外观等。
首先，将说明试验1。在试验1中，制备U形保持部的外表面上没有电镀层的多个传统压接接头，以在U形保持部上进行连续压接试验。每次进行压接，测量每个压接保持部的C.H.(mm)。另外，将保持部的C.H.与C.H.的缺省值(0mm)之间的变动转换为变动量Δh，其中，该缺省值是在第一次压接时测量的。在该评估中不采用润滑剂。
接下来将说明试验1的结果。如图11所示，进行三次连续压接后，结果为Δh＝0.005mm；进行六次连续压接后，结果为Δh＝0.013mm；进行九次连续压接后，结果为Δh＝0.021mm；进行11次连续压接后，结果为Δh＝0.025mm。根据这些结果，可以看出压接次数越多，Δh值越大。如图12所示，当观察进行11次连续压接后形成的保持部97时，保持部97的C.H.略高于图10所示根据本实施例的保持部57的C.H.。另外，在由保持部97的底部97a和两侧部97b所包围的导线芯线16之间观察到一些间隙。此外，W1和W2的厚度增加。并且，在每个保持部97的点K处观察到向下突出的毛边(burr)。
接下来将分析试验1的结果。由于卷边机121的凹部121a的滑动面与U形保持部的外表面之间的滑动能力随着压接操作次数的增加而逐渐劣化，所以U形保持部的侧部的前端侧不钻入，更确切地说不进入多个导线芯线16中。因此，可以看到压接保持部的高度略高。另外，如图12所示，侧部97b的前端侧97c不充分地进入多个导线芯线16并且是松的，因而导致不能牢牢固定导线芯线16。此外，W1和W2的厚度增加的可能原因是侧部97b被卷边机121从垂直于侧部97b的厚度的方向施压。这是因为前端部97c不充分地进入导线芯线16。此外，在每个点K处出现毛边的可能原因是侧部97b被从垂直于侧部97b的厚度的方向施压，从而侧部97b的一部分朝砧120与卷边机121之间的间隙向下延伸。
接下来将说明试验2。在试验2中，与试验1相似，制备将银镀层镀到压接接头71b外表面的根据本实施例的多个压接接头71b，以在U形保持部77上进行连续压接试验。每次进行压接操作，测量压接保持部的C.H.(mm)。将保持部的C.H.与C.H.的缺省值(0mm)之间的变动转换为变动量Δh，其中，该缺省值是在第一次压接时测量的。在该评估中不采用润滑剂。
接下来将说明试验2的结果。如图13所示，进行三次连续压接后，结果为Δh＝0.001mm；进行六次连续压接后，结果为Δh＝0.002mm；进行11次连续压接后，结果为Δh＝0.002mm；进行15次连续压接后，结果为Δh＝0.004mm；进行20次连续压接后，结果为Δh＝0.004mm；进行25次连续压接后，结果为Δh＝0.005mm。当观察进行25次连续压接后形成的保持部57时，保持部57的C.H.低于图12所示的保持部97的C.H.。另外，在被底部57a和侧部57b包围的导线芯线16之间未观察到间隙(参照图10)。此外，W1和W2的厚度不改变，且在点K处不产生毛边。
接下来将分析试验2的结果。由于通过银电镀层85确保了卷边机121的滑动面与U形保持部77的外表面之间的滑动能力，所以尽管压接操作次数增加，U形保持部77的侧部77b的前端侧77c仍进入多个导线芯线16。因此，保持部57的C.H.并不改变。另外，可以看到因为侧部57b充分进入导线芯线16，所以进行25次连续压接后形成的保持部57仍能够牢牢固定导线芯线16。此外，保持部57不会松开且整个压接接头51b的外观正常。因此，即使连续进行压接处理，仍可形成保持并牢牢固定导线芯线16的保持部57。结果，可生产外观无任何缺陷的压接接头51b。
接下来将说明试验3。在试验3中，制备将金制成的镀层镀到压接接头71b外表面的多个压接接头71b。然后，与试验1和2相似，对U形保持部77进行连续压接试验。每次进行压接操作，测量压接保持部的C.H.(mm)。将保持部的C.H.与C.H.的缺省值(0mm)之间的变动转换为变动量Δh，其中，该缺省值是在第一次压接时测量的。在该评估中不采用润滑剂。
接下来将说明试验3的结果。如图14所示，进行三次连续压接后，结果为Δh＝-0.003mm；进行六次连续压接后，结果为Δh＝0.002mm；进行11次连续压接后，结果为Δh＝0.007mm；进行15次连续压接后，结果为Δh＝0.004mm；进行20次连续压接后，结果为Δh＝0.009mm；进行25次连续压接后，结果为Δh＝0.007mm。
接下来将分析试验3的结果。即使电镀层85的材料从银改变成金，也获得了与试验2几乎相同的结果。因此，可以看出通过金制成的电镀层85也可确保卷边机121的滑动面与U形保持部77的外表面之间的滑动能力。另外，在具有金制成的电镀层85的保持部57中未观察到缺陷，且在具有保持部57的压接接头51b的外观中未观察到缺陷。尽管本试验中采用金电镀作为例子，也可使用任何具有延展性和耐热性的金属。
如上所述，根据本实施例的气体传感器1包括用于将来自传感器元件6的感测部的信号向外部设备输出的压接接头51b。为了与连接到外部设备的元件用电导线14b的导线芯线16具有电连接，压接接头51b包括压接的套管部53，以固定元件用电导线14b的导线芯线16。套管部53包括三个保持部57。另外，保持部57被形成为元件用电导线14b的导线芯线16被设置在U形保持部77中，以在砧120与卷边机121之间被压接。然后，在本实施例中，在U形保持部77的外表面上形成电镀层85，从而确保卷边机121的滑动面与U形保持部77的外表面之间的滑动能力。由此，在U形保持部77的压接步骤中，前端部77c可通过电镀层85沿卷边机121的滑动面平滑滑动。因此，前端侧77c可被弧状深深地弯向底部77a侧，使得导线芯线16可被底部77a和侧部77b牢牢固定。
此外，因为确保了卷边机121的滑动面与U形保持部77的外表面之间的滑动能力，因此U形保持部77的外表面不会附着于砧120和卷边机121各自的滑动面。由此，保持部57可容易地从每个滑动面移除且压接接头51b不容易变形。此外，当连续压接多个U形保持部77时，可形成牢牢固定导线芯线16的保持部57并且可生产外观无任何缺陷的压接接头51b。这是因为确保了卷边机121的滑动面与U形保持部77的外表面之间的滑动能力。
由于形成在压接接头51b外表面上的电镀层85由银或金电镀制成且具有耐热性，所以当气体传感器1被安装在汽车等的排气管上时，电镀层85在高温环境下不熔化或产生分解气体。结果，气体传感器1的电动势不会受到不利影响。
根据本发明的气体传感器不仅限于上述实施例，而是可在本发明的范围内以多种方式进行修改和变形。例如，在电镀成形处理中(S10)，金属板80的一侧被以条纹图案进行银电镀，使得镀银层可被镀到扁套管部63(三个扁保持部67)上。然而，如图16所示，银电镀也可仅局部施加到扁套管部63上。通过采用局部电镀，可降低电镀成本。另外，如图17所示，在套管部63中，电镀可仅施加到用作U形保持部57的侧部的前端侧的一部分上。结果，在确保卷边机121的滑动面与U形保持部77的外表面之间的滑动能力的同时，可降低电镀成本。
此外，在电镀处理中(S10)，在金属板80上形成的所有扁端子61的压制成形布置可沿相同的方向排列。另外，可在设置于同一侧的多个扁套管部63上形成一条电镀层85。
如图4所示，在本实施例中，压接接头51b的制造步骤按照触击电镀步骤(S9)、电镀步骤(S10)、压制成形步骤(S11)和压接步骤(S12)的顺序进行。然而，如图15的变形例所示，压接接头51b可按这样的顺序形成，例如，可在触击电镀步骤(S19)之前，进行压制成形步骤(S20)，在触击电镀步骤中，触击电镀层仅被镀到如此压制成形的压接接头71b的U形套管部73，随后顺次进行电镀步骤(S21)和压接步骤(S22)。在这样的制造步骤中，金属板80在压制成形步骤中被压制成形，形成包括U形保持部77的压接接头71b。然后，通过液位控制调节电镀位置，仅压接接头71b的U形套管部73被浸入银电镀槽或金电镀槽中。
本发明不仅可应用于氧传感器等气体传感器，还可应用于多种设备。
对本领域技术人员更明显的是，可对所示的和上述的本发明进行形式和细节上的各种改变。需注意的是这些改变包括在所附权利要求书的精神和范围之内。
本申请基于2005年12月2日提交的日本专利申请No.2005-349407，其全部内容包含于此以供参考。
权利要求
1.一种压接接头，其包括端子部，其用于电连接到另一构件；和保持部，其用于保持电导线的导线芯线，以电连接到所述电导线，所述保持部包括一对侧部和底部，该对侧部用于通过将前端侧弯向所述电导线的所述导线芯线而固定所述导线芯线，该底部连接所述一对侧部的后端侧，其中，所述保持部具有350HV或更大的维氏硬度，以及其中，包含银或金作为主要成分的金属层覆盖所述一对侧部的至少所述前端侧的外表面。
2.根据权利要求1所述的压接接头，其特征在于，所述金属层具有100HV或更小的维氏硬度。
3.根据权利要求1所述的压接接头，其特征在于，所述金属层具有0.1μm或更大的厚度。
4.根据权利要求1所述的压接接头，其特征在于，包含金作为主要成分的触击电镀层形成在所述金属层与所述一对侧部的所述前端侧的所述外表面之间。
5.根据权利要求1所述的压接接头，其特征在于，形成在所述一对侧部的所述前端侧的所述外表面上的所述金属层彼此接触。
6.一种具有电导线的压接接头，其包括电导线，其包括导线芯线和覆盖部，所述导线芯线从所述覆盖部的一端露出；和压接接头，其包括用于电连接到另一构件的端子部和用于保持所述电导线的所述导线芯线以电连接到所述电导线的保持部，所述保持部包括一对侧部和底部，该对侧部用于通过将前端侧弯向所述电导线的所述导线芯线而固定所述导线芯线，该底部连接所述一对侧部的后端侧，其中，所述保持部具有350HV或更大的维氏硬度，以及其中，包含银或金作为主要成分的金属层覆盖所述一对侧部的至少所述前端侧的外表面。
7.根据权利要求6所述的具有电导线的压接接头，其特征在于，所述金属层具有100HV或更小的维氏硬度。
8.根据权利要求6所述的具有电导线的压接接头，其特征在于，所述金属层具有0.1μm或更大的厚度。
9.根据权利要求6所述的具有电导线的压接接头，其特征在于，包含金作为主要成分的触击电镀层形成在所述金属层与所述一对侧部的所述前端侧的所述外表面之间。
10.根据权利要求6所述的具有电导线的压接接头，其特征在于，形成在所述一对侧部的所述前端侧的所述外表面上的所述金属层彼此接触。
11.一种气体传感器，其包括传感器元件，其沿轴向延伸且包括位于其前端侧的感测部；筒状金属外壳，其保持所述传感器元件，使得至少所述感测部从所述金属外壳的前端侧露出；防护罩，其包括与所述金属外壳的后端侧连接的前端，所述防护罩容纳至少一个用于电连接到外部设备的电导线；所述电导线，其包括导线芯线和覆盖部，所述导线芯线从所述覆盖部的一端露出；以及压接接头，其将所述传感器元件电连接到所述电导线且用于将来自所述感测部的信号输出到外部设备，其中，所述压接接头包括用于电连接到所述传感器元件的端子部和用于保持所述电导线的所述导线芯线以电连接到所述电导线的保持部，其中，所述保持部包括一对侧部和底部，该对侧部用于通过将前端侧弯向所述电导线的所述导线芯线而固定所述导线芯线，该底部连接所述一对侧部的后端侧，其中，所述保持部具有350HV或更大的维氏硬度，以及其中，包含银或金作为主要成分的金属层覆盖所述一对侧部的至少所述前端侧的外表面。
12.根据权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，所述金属层具有100HV或更小的维氏硬度。
13.根据权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，所述金属层具有0.1μm或更大的厚度。
14.根据权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，包含金作为主要成分的触击电镀层形成在所述金属层与所述一对侧部的所述前端侧的所述外表面之间。
15.根据权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，形成在所述一对侧部的所述前端侧的所述外表面上的所述金属层彼此接触。
16.一种制造气体传感器的方法，所述气体传感器包括传感器元件，其沿轴向延伸且包括位于其前端侧的感测部；筒状金属外壳，其保持所述传感器元件，使得至少所述感测部从所述金属外壳的前端侧露出；防护罩，其包括与所述金属外壳的后端侧连接的前端，所述防护罩容纳至少一个用于电连接到外部设备的电导线；所述电导线，其包括导线芯线和覆盖部，所述导线芯线从所述覆盖部的一端露出；以及压接接头，其将所述传感器元件电连接到所述电导线且用于将来自所述感测部的信号输出到外部设备，其中，所述压接接头包括用于电连接到所述传感器元件的端子部；和用于保持所述电导线的所述导线芯线以电连接到所述电导线的保持部，其中，所述保持部包括一对侧部和底部，该对侧部用于通过将前端侧弯向所述电导线的所述导线芯线而固定所述导线芯线，该底部连接所述一对侧部的后端侧，所述方法包括形成金属电镀层，所述金属电镀层覆盖金属板的一个表面的至少将成为所述侧部的所述前端侧的一部分，所述金属层包含银或金作为主要成分；压制成形所述金属板，以形成包括所述一对侧部和所述底部的U形保持部，使得所述金属板的所述一个表面是外表面；和将所述导线芯线布置在所述U形保持部中，并通过一对砧和卷边机弯曲所述侧部，使得所述保持部压接所述导线芯线，以及其中，所述金属板具有350HV或更大的维氏硬度。
17.根据权利要求16所述的制造气体传感器的方法，其特征在于，还包括施加金触击电镀，以覆盖所述金属板的所述一个表面的至少将成为所述侧部的所述前端侧的一部分，其中，在所述电镀步骤之前，进行所述触击电镀步骤。
18.一种制造气体传感器的方法，其中，所述气体传感器包括传感器元件，其沿轴向延伸且包括位于其前端侧的感测部；筒状金属外壳，其保持所述传感器元件，使得至少所述感测部从所述金属外壳的前端侧露出；防护罩，其包括与所述金属外壳的后端侧连接的前端，所述防护罩容纳至少一个用于电连接到外部设备的电导线；所述电导线，其包括导线芯线和覆盖部，所述导线芯线从所述覆盖部的一端露出；以及压接接头，其将所述传感器元件电连接到所述电导线且用于将来自所述感测部的信号输出到外部设备，其中，所述压接接头包括用于电连接到所述传感器元件的端子部；和用于保持电导线的导线芯线以电连接到所述电导线的保持部，其中，所述保持部包括一对侧部和底部，该对侧部用于通过将前端侧弯向所述电导线的所述导线芯线而固定所述导线芯线，该底部连接所述一对侧部的后端侧，其中，所述方法包括压制成形金属板，以形成包括所述一对侧部和所述底部的U形保持部，所述金属板具有350HV或更大的维氏硬度；形成金属电镀层，所述金属电镀层覆盖所述U形保持部的所述侧部的至少所述前端侧的外表面；以及将所述导线芯线布置在所述U形保持部中，并通过一对砧和卷边机弯曲所述一对侧部，使得所述保持部压接所述导线芯线。
19.根据权利要求18所述的制造气体传感器的方法，其特征在于，包括施加金触击电镀，以覆盖所述金属板的一个表面上的至少将成为所述侧部的所述前端侧的一部分，其中，在所述压制成形步骤与所述电镀步骤之间进行所述触击电镀。
全文摘要
压接接头、包括压接接头的气体传感器及其制造方法，该压接接头用于将来自传感器元件的传感部的信号输出到外部设备。压接接头包括被压接成固定与外部设备连接的电导线的多个导线芯线(16)的套管部。构成套管部的保持部形成为将电导线的导线芯线布置在U形保持部(77)中以在砧(120)和卷边机(121)之间被压接。U形保持部的外表面上有电镀层(85)，从而持续确保卷边机的滑动面与U形保持部的外表面之间的滑动能力。压接接头可在不向卷边机的滑动面涂布任何润滑剂的情况下，确保保持部的外表面与卷边机的滑动面之间的滑动能力，并可在高温环境下使用。
文档编号H01R4/10GK1976126SQ20061016079
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月1日 优先权日2005年12月2日
发明者西尾久治, 浅井昌弘, 日紫喜圣 申请人:日本特殊陶业株式会社