JP2016078107A - 溶接体の製造方法及びガスセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの筒状体を同軸となるように溶接した溶接体を製造する際に、径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制する。
【解決手段】筒状体である溶接前の主体金具６０及び内筒７０のうち、第２端面７５が中心軸に近づくほど第２端面７５とは反対側の端部に向かうように傾斜した傾斜面となっており、角度θ２ａが５〜１５°となっている。これにより、抵抗溶接する際に位置決めした状態における第１端面６５と第２端面７５とが中心軸に近づくほど互いに離間し且つ第１端面６５と第２端面７５との角度θｃ（＝角度θ２ａ）が５°〜１５°となっている。
【選択図】図４

Description

本発明は、溶接体の製造方法及びガスセンサの製造方法に関する。

従来、２つの部材を溶接する方法として、金属製の部材同士を接触させて挟持し加圧通電して接触面に流れる電流により溶接を行う抵抗溶接が知られている。例えば、特許文献１には、円筒状の２つの部材の端部を接触させて同軸になるように抵抗溶接することが記載されている。

特開２０１２−２１０６３７号公報

ここで、２つの筒状体を同軸となるように抵抗溶接して溶接体を製造する場合に、２つの筒状体の接合部分で溶けた金属の一部が径方向外側にはみ出すことで、筒状体の外周面よりも外側にはみ出し部が形成される場合があった。溶接体にはみ出し部が形成されると、例えば溶接体を他の部材の内部に挿入できなくなるなどの問題が生じる場合がある。そのため、溶接体の製造時にはみ出し部の有無の確認作業やはみ出し部の除去作業などを要する場合があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、２つの筒状体を同軸となるように溶接した溶接体を製造する際に、径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制することを主目的とする。

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の溶接体の製造方法は、
金属製の第１筒状体及び第２筒状体を同軸となるように溶接した溶接体の製造方法であって、
（ａ）前記第１筒状体及び前記第２筒状体を用意する工程と、
（ｂ）前記第１筒状体の軸方向の端面である第１端面と前記第２筒状体の軸方向の端面である第２端面とを対向させて、該第１筒状体と該第２筒状体とが接触し且つ同軸になるように位置決めする工程と、
（ｃ）前記第１筒状体と前記第２筒状体とを互いに接近する方向に加圧した状態で該第１筒状体と該第２筒状体との接触部分に通電することで、前記第１端面と前記第２端面とを抵抗溶接して前記溶接体とする工程と、
を含み、
前記工程（ａ）で用意する前記第１筒状体及び前記第２筒状体は、前記第１端面と前記第２端面との少なくとも一方の端面が中心軸に近づくほど該端面とは反対側の端部に向かうように傾斜した傾斜面となっており、該傾斜面は前記工程（ｂ）で位置決めした状態における前記第１端面と前記第２端面とが中心軸に近づくほど互いに離間し且つ該第１端面と該第２端面との角度θｃが５°〜１５°となるように傾斜している、
ものである。

この溶接体の製造方法では、第１筒状体の第１端面と第２筒状体の第２端面との少なくとも一方の端面が、中心軸に近づくほど端面とは反対側の端部に向かうように傾斜した傾斜面となっている。そして、この傾斜面が存在することで、工程（ｂ）で位置決めした状態における第１端面と第２端面とは、中心軸に近づくほど互いに離間し且つ第１端面と第２端面との角度θｃが５°〜１５°となっている。これにより、工程（ｃ）で抵抗溶接を行う際の接合部分において、溶けた金属が第１，第２筒状体の径方向外側よりも中心軸側に向かいやすくなる。そのため、径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制できる。なお、角度θｃが５°以上であれば、径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制する効果がより確実に得られる。また、角度θｃが１５°以下であれば、溶接体における第１筒状体と第２筒状体との接合強度が十分なものとなる。

本発明の溶接体の製造方法において、前記角度θｃが５°〜１０°であってもよい。角度θｃが１０°以下であれば、溶接体における第１筒状体と第２筒状体との接合強度がより高くなる。

本発明の溶接体の製造方法において、前記工程（ａ）で用意する前記第１筒状体及び前記第２筒状体は、前記第１端面と前記第２端面との一方が前記傾斜面であり、他方が軸方向に垂直な面であってもよい。こうすれば、第１端面と第２端面との両方を傾斜面とする場合と比べて、片方の筒状体を比較的単純な形状としつつ径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制できる。

本発明の溶接体の製造方法において、前記工程（ａ）で用意する前記第２筒状体は、前記第１筒状体よりも外径が小さい円筒状の本体部と、該本体部と同軸に形成され前記第２端面を有するフランジ部と、を備えていてもよい。こうすれば、第２筒状体の本体部の外径が第１筒状体の外径より小さい場合でも、第２筒状体がフランジ部を備えることで第１端面と第２端面との接合面積を確保しやすい。

この場合において、前記工程（ａ）で用意する前記第２筒状体は、前記本体部から前記フランジ部への内周面の立ち上がり部が曲面になっていてもよい。こうすれば、工程（ｃ）で抵抗溶接を行う際の接合部分において、溶けた金属が第２筒状体の本体部の内周面よりも径方向内側にはみ出しにくくなる。そのため、径方向内側へのはみ出し部の形成を抑制できる。

本発明の溶接体の製造方法において、前記工程（ａ）で用意する前記第１筒状体及び前記第２筒状体は、前記第１端面と前記第２端面との一方にプロジェクションが形成されており、前記工程（ｂ）では、前記プロジェクションを介して前記第１筒状体と前記第２筒状体とが接触するように前記位置決めを行ってもよい。こうすれば、通電による電流をプロジェクション（突起部）部分に集中させることができ、より確実に第１，第２筒状体を接合することができる。

本発明のガスセンサの製造方法は、
外筒と、該外筒の内部に配置された前記溶接体と、該溶接体の内部に配置されたセンサ素子と、を備えたガスセンサの製造方法であって、
（１）請求項１〜６のいずれか１項に記載の溶接体の製造方法により前記溶接体を製造する溶接体製造工程と、
（２）前記溶接体の内部に前記センサ素子を挿入して固定する素子固定工程と、
（３）前記外筒の内部に前記溶接体のうち少なくとも前記第１筒状体と前記第２筒状体との接合部分を挿入し、該外筒の内周面と該溶接体の外周面とが接触した状態で両者を互いに固定する外筒固定工程と、
を含むものである。

このガスセンサの製造方法では、上述した本発明の溶接体の製造方法により溶接体を製造するため、上述した製造方法と同様の効果、例えば径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制できる効果が得られる。また、工程（３）において外筒の内部に溶接体のうち少なくとも第１筒状体と第２筒状体との溶接部を挿入し、外筒の内周面と溶接体の外周面とが接触した状態で両者を互いに固定する。そのため、溶接体の外周面よりも外側にはみ出し部が形成された場合には、はみ出し部を除去してから工程（３）を行う必要がある。したがって、径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制する意義が高い。

ガスセンサ１０の縦断面図。 工程（ａ）で用意する主体金具６０及び内筒７０の縦断面図。 工程（ｂ）の様子を模式的に示す縦断面図。 工程（ｂ）及び工程（ｃ）の様子を模式的に示す縦断面図。 素子固定工程の様子を模式的に示す縦断面図。 外筒固定工程の様子を模式的に示す縦断面図。 角度θｃ＝０°の場合の溶接の様子を模式的に示す縦断面図。 変形例の第１端面６５及び第２端面７５の拡大断面図。 変形例の内筒７０の縦断面図。 実施例１の溶接体４４の接合部分の拡大断面写真。 実施例２の溶接体４４の接合部分の拡大断面写真。 比較例１の溶接体４４の接合部分の拡大断面写真。

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、ガスセンサ１０の縦断面図である。ガスセンサ１０は、センサ素子２０と、センサ素子２０の一端側（図１の下端側）を保護する保護カバー３０と、センサ素子２０と導通するコネクタ５０を含むセンサ組立体４０とを備えている。このガスセンサ１０は、図示するように例えば車両の排ガス管などの配管９０に取り付けられて、被測定ガスとしての排気ガスに含まれるＮＯｘやＯ₂等の特定ガスの濃度を測定するために用いられる。本実施形態では、ガスセンサ１０は特定ガス濃度としてＮＯｘ濃度を測定するものとした。

保護カバー３０は、センサ素子２０の一端を覆う有底筒状の内側保護カバー３１と、この内側保護カバー３１を覆う有底筒状の外側保護カバー３２とを備えている。内側保護カバー３１及び外側保護カバー３２には、被測定ガスを保護カバー３０内に流通させるための複数の孔が形成されている。センサ素子２０の一端は、内側保護カバー３１で囲まれた空間内に配置されている。

センサ組立体４０は、センサ素子２０を封入固定する素子封止体４１と、素子封止体４１に取り付けられたナット４８，外筒４９と、センサ素子２０と電気的に接続されたコネクタ５０と、を備えている。また、センサ組立体４０は、コネクタ５０に接続された複数のリード線５５と、外筒４９の上端に配設されたゴム栓５７と、を備えている。

素子封止体４１は、円筒状の主体金具６０と内筒７０とを同軸に溶接した溶接体４４と、溶接体４４の内側の貫通孔内に封入されたサポーター４５ａ〜４５ｃ，圧粉体４６ａ，４６ｂ，メタルリング４７と、を備えている。センサ素子２０は素子封止体４１の中心軸上に位置しており、素子封止体４１を前後方向に貫通している。

主体金具６０は、円筒状の本体部６１と、本体部６１よりも内径の小さい円筒状の肉厚部６２と、肉厚部６２の外周面に形成された段差部６３と、を有する金属製の部材である。主体金具６０は本体部６１の上端で内筒７０の下端と溶接されている。肉厚部６２は、サポーター４５ａが図１の下側に飛び出さないようにこれを押さえている。

内筒７０は、主体金具６０よりも厚さの薄い金属製の部材であり、円筒状の本体部７１と、主体金具６０と溶接される側の端部（図１の下端）に形成されたフランジ部７２と、フランジ部７２とは反対側の端部（図１の上端）に形成され先端に向かうほど内径が大きくなる拡径部７３と、を有している。また、本体部７１には、圧粉体４６ｂを内筒７０の中心軸方向に押圧するための縮径部７４ａと、メタルリング４７を介してサポーター４５ａ〜４５ｃ，圧粉体４６ａ，４６ｂを図１の下方向に押圧するための縮径部７４ｂとが形成されている。

サポーター４５ａ〜４５ｃは、例えばアルミナ、ステアタイト、ジルコニア、スピネル などのセラミックスからなる部材である。圧粉体４６ａ，４６ｂは、例えばタルクやアルミナ粉末、ボロンナイトライドなどのセラミックス粉末を成型したものである。縮径部７４ａ，７４ｂからの押圧力により、圧粉体４６ａ，４６ｂが溶接体４４とセンサ素子２０との間で圧縮されることで、圧粉体４６ａ，４６ｂが溶接体４４内の貫通孔を封止すると共にセンサ素子２０を固定している。

ナット４８は、主体金具６０と同軸に固定されており、外周面に雄ネジ部が形成されている。ナット４８の雄ネジ部は、配管９０に溶接され内周面に雌ネジ部が設けられた固定用部材９１内に挿入されている。これにより、ガスセンサ１０のうちセンサ素子２０の下端や保護カバー３０の部分が配管９０内に突出した状態で、ガスセンサ１０が配管９０に固定されている。

外筒４９は、溶接体４４，センサ素子２０，コネクタ５０の周囲を覆っており、コネクタ５０に接続された複数のリード線５５が図１の上端から外部に引き出されている。外筒４９の内部には、溶接体４４のうち内筒７０全てと、内筒７０と主体金具６０との接合部分と、主体金具６０の本体部６１の一部とが挿入されている。また、外筒４９の内周面と本体部６１の外周面とは溶接されて互いに固定されている。外筒４９の上端付近には、縮径状に加締められた加締め部４９ａ，４９ｂが形成されている。この加締め部４９ａ，４９ｂにより、ゴム栓５７は、外筒４９と共に縮径状に加締められ、外筒４９内に固定されている。

コネクタ５０は、センサ素子２０の他端（図１の上端）の表面（図１の左右面）に形成された図示しない電極に接触してこれらと電気的に導通している。リード線５５は、コネクタ５０を介してセンサ素子２０の各電極と導通している。リード線５５は、ゴム栓５７を貫通して外部に引き出されている。ゴム栓５７は、外筒４９の上端の開口を塞ぐように配設され、外筒４９とリード線５５との隙間を封止している。

続いて、ガスセンサー１０の製造方法について説明する。まず、主体金具６０及び内筒７０を同軸となるように溶接して溶接体４４を製造する溶接体製造工程を行う。この溶接体製造工程では、まず、工程（ａ）として、主体金具６０及び内筒７０を用意する。主体金具６０及び内筒７０は、予め製造されたものを用意してもよいし、例えば鋳造や鍛造により製造することで用意してもよい。

図２は、工程（ａ）で用意する主体金具６０及び内筒７０の縦断面図である。なお、図２は、図１とは上下を逆にした状態で図示している。主体金具６０は、上述した本体部６１，肉厚部６２，段差部６３を備えている。また、本体部６１の図２における下端には、主体金具６０の軸方向（図２の上下方向）の端面であり内筒７０と溶接される第１端面６５が形成されている。第１端面６５は、主体金具６０の中心軸に垂直な面である。第１端面６５には、図２の下方向に突出したプロジェクション（突起部）６６が形成されている。プロジェクション６６は、図２の断面において三角形状をしており、主体金具６０の中心軸に沿って見たときにリング状となる形状に形成されている。プロジェクション６６の先端（図２の下端）の直径ｒ１は、本体部６１の外径Ｄ１より小さく，本体部６１の内径ｄ１より大きい。第１端面６５からのプロジェクション６６の突出高さｈ１は、特に限定するものではないが、例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。また、第１端面６５は、図２に示すように内周縁及び外周縁が面取り（ここではＣ面取り）されている。

内筒７０は、上述した本体部７１，フランジ部７２，拡径部７３や、本体部７１からフランジ部７２への内周面の立ち上がり部である立ち上がり部７６を備えている。なお、この時点では本体部７１には縮径部７４ａ，７４ｂ（図１参照）は形成されていない。また、フランジ部７２の図２における上端には、内筒７０の軸方向（図２の上下方向）の端面であり主体金具６０と溶接される第２端面７５が形成されている。この第２端面７５は、内筒７０の中心軸に近づくほど第２端面７５とは反対側の端部（図２の下部）に向かうように傾斜した傾斜面となっている。第２端面７５は、図２の拡大図に示すように、内筒７０の中心軸に垂直な方向（図２の左右方向）との角度θ２ａが５〜１５°となるように傾斜して形成されている。角度θ２ａは５°〜１０°であることが好ましい。なお、中心軸を挟んで対向する第２端面７５同士の角度を角度θ２ｂとすると、角度θ２ｂ＝１８０°−角度θ２ａ×２となる。すなわち、角度θ２ａが５°〜１５°の場合、角度θ２ｂは１７０°〜１５０°となる。角度θ２ａが５°〜１０°の場合は、角度θ２ｂは１７０°〜１６０°となる。立ち上がり部７６は、曲面となっている。特に限定するものではないが、立ち上がり部７６の曲率半径Ｒは、例えば０．８ｍｍ〜１．２ｍｍである。本体部７１の内径ｄ２は、本体部６１の内径ｄ１と略同じになっている。また、フランジ部７２の第２端面７５の外径Ｄ２（＝フランジ部７２のうち図２の上端の外径）は、本体部６１の外径Ｄ１と略同じ又はわずかに小さくなっている。

次に、工程（ｂ）として、主体金具６０の第１端面６５と内筒７０の第２端面７５とを対向させて、主体金具６０と内筒７０とが接触し且つ同軸になるように位置決めする。図３は、工程（ｂ）の様子を模式的に示す縦断面図である。図３（ａ）は、主体金具６０と内筒７０との位置決め及び抵抗溶接に用いる抵抗溶接治具８０の縦断面図である。図３（ｂ）は、抵抗溶接治具８０により主体金具６０及び内筒７０の位置決めを行う様子を示す縦断面図である。また、図４は、工程（ｂ）及び後述する工程（ｃ）の様子を模式的に示す縦断面図である。図４（ａ）は、主体金具６０及び内筒７０の位置決めを行った状態を示す縦断面図である。図４（ｂ）は、工程（ｃ）で主体金具６０と内筒７０との溶接を行った状態を示す縦断面図である。

まず、抵抗溶接治具８０について説明する。図３（ａ）に示すように、抵抗溶接治具８０は、第１電極８１と、第２電極８３と、ガイドピン８８と、を備えている。なお、このような抵抗溶接治具は、上述した特許文献１に記載されている。

第１電極８１は、抵抗溶接時に主体金具６０を位置決めすると共に第２電極８３との間で電圧が印加されるものであり、主体金具６０を挿入して位置決めするための凹部８２を有している。第１電極８１は、中心軸を第２電極８３及びガイドピン８８と一致させた状態で使用される。

第２電極８３は、抵抗溶接時に内筒７０を位置決めすると共に第１電極８１との間で電圧が印加されるものであり、導電体８４，８５と、複数の固定ピン８６とを備えている。導電体８４，８５は、円筒状の部材である。導電体８４，８５は、外径が同じであり、複数の固定ピン８６によって両者の外周円の中心軸が同軸になるように重ねて固定されている。これにより、導電体８４の貫通孔と導電体８５の有底の孔とが連通してガイドピン挿入孔８７が形成されている。導電体８４，８５の中心軸と、ガイドピン挿入孔８７の中心軸は全て同軸に位置している。

ガイドピン８８は、例えば窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄），ジルコニア（ＺｒＯ₂），アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなるセラミックス製の部材であり、主体金具６０と内筒７０との同軸状態を保つための円柱状の部材である。このガイドピン８８は、図３（ａ）に示すように、ガイドピン挿入孔８７内に挿入され、ガイドピン挿入孔８７と中心軸が一致するように位置決めされた状態で抵抗溶接に用いられる。この位置決めされた状態では、ガイドピン８８と導電体８４との間に、内筒７０の拡径部７３及び本体部７１を挿入可能な隙間が形成される。

工程（ｂ）では、まず、この抵抗溶接治具８０を用意する（図３（ａ））。次に、図３（ｂ）に示すように、第２端面７５を上側にした内筒７０と、第１端面６５を下側にした主体金具６０と、第１電極８１とを、この順でガイドピン８８に向けて下降させていく。これにより、図４（ａ）に示すように、内筒７０の拡径部７３及び本体部７１がガイドピン挿入孔８７内に挿入され、ガイドピン８８が内筒７０を貫通して、内筒７０が位置決めされる。また、フランジ部７２の下面（第２端面７５とは反対側の面）と導電体８４の上面とが接触する。主体金具６０は、ガイドピン８８が挿入されることで、内筒７０と同軸となるように位置決めされる。また、第１電極８１の凹部８２に主体金具６０の肉厚部６２側の端部が挿入されて、第１電極８１と主体金具６０とが位置決めされる。

このように主体金具６０と内筒７０とが位置決めされた状態では、図４（ａ）の拡大図に示すように、主体金具６０のプロジェクション６６と内筒７０の第２端面７５とが接触し、それ以外の部分では主体金具６０と内筒７０とは接触しない状態になる。また、第２端面７５は角度θ２ａだけ傾斜しているため、第１端面６５と第２端面７５とが中心軸に近づくほど互いに離間した状態になる。また、第１端面６５は主体金具６０の中心軸に垂直な面であるため、第１端面６５と第２端面７５との角度θｃは、角度θ２ａと同じ値（５〜１５°）となる。なお、プロジェクション６６の直径ｒ１，突出高さｈ１は、主体金具６０のプロジェクション６６と内筒７０の第２端面７５とが接触し、それ以外の部分では主体金具６０と内筒７０とが接触しないように、適宜定めることができる。また、例えば外径Ｄ２＞直径ｒ１＞内径ｄ２としてもよいし、（外径Ｄ２−０．５ｍｍ）≧直径ｒ１≧（内径ｄ２＋０．５ｍｍ）としてもよい。

続いて、工程（ｃ）として、主体金具６０と内筒７０とを互いに接近する方向に加圧した状態で主体金具６０と内筒７０との接触部分に通電することで、第１端面６５と第２端面７５とを抵抗溶接して溶接体４４とする。具体的には、第１電極８１と第２電極８３とを互いに接近する方向に押圧しつつ（このときの圧力を鍛圧とも表記する）、第１電極８１と第２電極８３との間に電圧を印加する。これにより、プロジェクション６６やその周辺が溶融して、図４（ｂ）の拡大図に示す溶接部６７となり、主体金具６０と内筒７０とが溶接されて溶接体４４となる。特に限定するものではないが、溶接時の条件は、例えば、印加する電圧を３３０Ｖ〜４５０Ｖ，電流を２５ｋＡ〜３５ｋＡ，鍛圧を０．２ＭＰａ〜０．３５ＭＰａ，通電時間を３ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃとしてもよい。また、印加する電圧を３９５Ｖ〜４１５Ｖ，電流を３０．９ｋＡ〜３３．７ｋＡ，鍛圧を０．２３ＭＰａ〜０．２５ＭＰａ，通電時間を５．８９ｍｓｅｃ〜９．２２ｍｓｅｃとしてもよい。

以上のように工程（ａ）〜（ｃ）を行って溶接体４４を製造すると、次に、溶接体４４の内部にセンサ素子２０を挿入して固定する素子固定工程を行う。図５は、素子固定工程の様子を模式的に示す縦断面図である。素子固定工程では、まず、図５（ａ）に示す溶接体４４の内部に、センサー素子２０を貫通させたメタルリング４７，サポーター４５ａ〜４５ｃ，圧粉体４６ａ，４６ｂを図５（ｂ）に示す順序で拡管部７３側から挿入する。次に、メタルリング４７と主体金具６０とを互いに近づける方向に押圧して圧粉体４６ａ，４６ｂを圧縮し、これにより主体金具６０内及び内筒７０内を封止する。そして、その状態で内筒７０のうちメタルリング４７よりも拡管部７３側を加締めて縮径部７４ｂを形成する（図５（ｃ））。これにより、メタルリング４７と主体金具６０の肉厚部６２との間の押圧力が保たれる。続いて、内筒７０の本体部７１のうち圧粉体４６ｂの側面に位置する部分を加締めて縮径部７４ａを形成する（図５（ｄ））。これにより、溶接体４４内の封止やセンサー素子２０の固定を確実にする。以上により、図１に示した素子封止体４１が製造され、素子封止体４１の溶接体４４内でセンサ素子２０が固定された状態になる。なお、素子封止体４１とセンサー素子２０とからなる部材を一次組立品１４１と称する。

素子固定工程を行って一次組立品１４１を製造すると、主体金具６０の段差部６３に内側保護カバー３１及び外側保護カバー３２を溶接固定して保護カバー３０を形成し、ナット４８内に一次組立品１４１を挿入して主体金具６０にナット４８を取り付ける。そして、リード線５５と、これに接続されたコネクター５０とを用意して、コネクター５０をセンサー素子２０の他端側（図１の上端側）に接続する。

その後、外筒４９の内部に溶接体４４のうち少なくとも主体金具６０と内筒７０との接合部分を挿入し、外筒４９の内周面と溶接体４４の外周面とが接触した状態で両者を互いに固定する外筒固定工程を行う。具体的には、図６に示すように、リード線５５，コネクタ５０，溶接体４４が挿入されるように外筒４９を図６の上側から被せていき、外筒４９の下端をナット４８の上部に当接させる。これにより、図１に示したように溶接体４４のうち内筒７０全体と、主体金具６０と内筒７０との接合部分と、内筒７０の本体部７１の一部とが外筒４９に挿入される。そして、外筒４９の内周面と主体金具６０の本体部６１の外周面とが接触した状態で両者を溶接して、溶接体４４と外筒４９とを互いに固定する。続いて、複数の貫通孔が形成されたゴム栓５７を用意し、ゴム線５７の貫通孔内にリード線５５を通して外筒４９内にゴム栓５７を挿入する。そして、外筒４９を加締め加工により縮径して加締め部４９ａ，４９ｂを形成し、ゴム栓５７と外筒４９とを固定する。これにより、図１のガスセンサー１０を得る。なお、外筒固定工程や加締め加工の後に保護カバー３０の取り付けを行ってもよい。

ここで、主体金具６０と内筒７０とを抵抗溶接する際に、第１端面６５を傾斜面とし、図４（ａ）に示したように角度θｃ（＝角度θ２ａ）を５°〜１５°とする理由について説明する。主体金具６０と内筒７０とを位置決めした状態で第１端面６５と第２端面７５とが中心軸に近づくほど互いに離間していると、第１端面６５と第２端面７５との間には、中心軸側に近づくほどより広い空間が存在することになる。そのため、抵抗溶接を行う際の接合部分（第１端面６５，第２端面７５の部分）において、溶けた金属は中心軸側に向かいやすくなり、径方向外側には向かいにくくなる。これにより、図４（ｂ）に示す溶接後の溶接部６７は、主体金具６０や内筒７０の外周面から外側にははみ出しにくい。一方、例えば図７（ａ）に示すように第１端面２６５及び第２端面２７５が共に中心軸に垂直であり角度θｃ＝０°となるような場合、溶けた金属が図４の場合と比べて径方向外側に向かいやすく、図７（ｂ）に示すように溶接部２６７に径方向外側へのはみ出し部２６８が生じやすい。このように、本実施形態では、第１端面６５と第２端面７５とが中心軸に近づくほど互いに離間するように位置決めすることで、溶接体４４の径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制するのである。なお、このとき、角度θｃを５°以上としているため、径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制する効果がより確実に得られる。また、角度θｃを１５°以下としているため、溶接体４４における主体金具６０と内筒７０との接合強度が十分なものとなる。なお、溶接後すなわち溶接体４４においては、角度θｃは必ずしも５°〜１５°の範囲内にある必要はない。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の主体金具６０が本発明の第１筒状体に相当し、内筒７０が第２筒状体に相当し、第１端面６５が第１端面に相当し、第２端面７５が第２端面及び傾斜面に相当する。

以上説明した本実施形態の溶接体４４の製造方法によれば、工程（ｂ）で位置決めした状態における第１端面６５と第２端面７５とが、中心軸に近づくほど互いに離間し且つ角度θｃが５°〜１５°となっていることで、溶接体４４の径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制できる。また、角度θｃを１０°以下とすることで、溶接体４４における主体金具６０と内筒７０との接合強度がより高くなる。

また、工程（ａ）で用意する主体金具６０及び内筒７０は、第２端面７５が傾斜面であり、第１端面６５が軸方向に垂直な面である。そのため、第１端面６５と第２端面７５との両方を傾斜面とする場合と比べて、片方の筒状体（ここでは主体金具６０）を比較的単純な形状としつつ径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制できる。

さらに、工程（ａ）で用意する内筒７０は、主体金具６０よりも外径が小さい円筒状の本体部７１と、本体部７１と同軸に形成され第２端面７５を有するフランジ部７２と、を備えている。そのため、本体部７１の外径が主体金具６０の外径Ｄ１より小さい場合でも、内筒７０がフランジ部７２を備えることで第１端面６５と第２端面７５との接合面積を確保しやすい。

そして、工程（ａ）で用意する内筒７０は、本体部７１からフランジ部７２への内周面の立ち上がり部７６が曲面になっている。これにより、工程（ｃ）で抵抗溶接を行う際の接合部分において、溶けた金属が内筒７０の本体部７１の内周面よりも径方向内側にはみ出しにくくなる。そのため、径方向内側へのはみ出し部の形成を抑制できる。この理由は、以下のように考えられる。すなわち、立ち上がり部７６が曲面である場合、立ち上がり部７６が例えば断面視で第２端面７５と本体部７１の内周面との折れ線状であるような場合と比較して、立ち上がり部７６と第１端面６５との間の空間が比較的大きくなる。これにより、溶けた金属がより多くこの空間内に存在することができ、径方向内側にはみ出しにくくなっていると考えられる。

そしてまた、工程（ａ）で用意する主体金具６０及び内筒７０は、第１端面６５にプロジェクション６６が形成されている。そして、工程（ｂ）では、プロジェクション６６を介して主体金具６０と内筒７０とが接触するように位置決めを行っている。これにより、通電による電流をプロジェクション６６部分に集中させることができ、より確実に主体金具６０と内筒７０とを接合することができる。

また、以上説明した本実施形態のガスセンサ１０の製造方法では、外筒固定工程において外筒４９の内部に溶接体４４のうち少なくとも主体金具６０と内筒７０との溶接部を挿入し、外筒４９の内周面と溶接体４４（主体金具６０）の外周面とが接触した状態で両者を互いに固定している。そのため、溶接体４４の外周面よりも外側にはみ出し部が形成されると、外筒４９への溶接体４４の挿入ができない場合がある。この場合、はみ出し部を除去してから外筒固定工程を行う必要がある。したがって、溶接体４４の製造時に径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制する意義が高い。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施しうることは言うまでもない。

例えば、上述した実施形態では、第２端面７５が傾斜面であり、第１端面６５が軸方向に垂直な面としたが、これに限られない。工程（ｂ）で位置決めした状態における第１端面６５と第２端面７５とが中心軸に近づくほど互いに離間し且つ角度θｃが５°〜１５°となるように、第１端面６５と第２端面７５との少なくとも一方が傾斜面となっていればよい。例えば、第１端面６５と第２端面７５との両方が傾斜面になっていてもよい。図８は、この場合の変形例の第１端面６５及び第２端面７５の拡大断面図である。図８では、第２端面７５が上述した実施形態と同様に傾斜している。また、第１端面６５が主体金具６０の中心軸に近づくほど第１端面６５とは反対側の端部（肉厚部６２の方向）に向かうように傾斜した傾斜面となっている。この第１端面６５と主体金具６０の中心軸に垂直な方向（図８の左右方向）との角度を角度θ１ａとする。この場合も、第１端面６５と第２端面７５とが中心軸に近づくほど互いに離間した状態になる。また、第１端面６５と第２端面７５との角度θｃは、角度θ１ａと角度θ２ａとの和になる。そのため、角度θ１ａ及び角度θ２ａの値が、角度θｃ（＝角度θ１ａ＋角度θ２ａ）が５°〜１５°となるように角な値であれば、上述した実施形態と同様に溶接体４４の径方向外側へのはみ出し部の形成を抑制する効果が得られる。なお、角度θｃが５°〜１５°であればよいため、例えば角度θ２ａが０°（第２端面７５が軸方向に垂直な面）であってもよい。この場合、角度θ１ａが５°〜１５°であればよい。

上述した実施形態では、第１端面６５にはプロジェクション６６が形成されているものとしたが、これに限られない。例えば、第１端面６５ではなく第２端面７５にプロジェクションが形成されていてもよい。図９は、プロジェクション７７を有する変形例の内筒７０の縦断面図である。図９に示すように第２端面７５に形成されたプロジェクション７７の直径を直径ｒ２，第２端面７５（の最上端）からの高さを突出高さｈ２とすると、直径ｒ２及び突出高さｈ２は、上述した工程（ｂ）においてプロジェクション７７と主体金具６０の第１端面６５とが接触し、それ以外の部分では主体金具６０と内筒７０とが接触しないように、適宜定めればよい。また、例えば（第１端面６５の外径）＞直径ｒ２＞（第１端面６５の内径）としてもよいし、（第１端面６５の外径−０．５ｍｍ）≧直径ｒ１≧（第１端面６５の内径＋０．５ｍｍ）としてもよい。なお、第１端面６５の外周縁に面取りがない場合、第１端面６５の外径＝外径Ｄ１となる。同様に、第１端面６５の内周縁に面取りがない場合、第１端面６５の内径＝内径ｄ１となる。

また、上述した実施形態ではプロジェクション６６を介して主体金具６０と内筒７０とを接触させて抵抗溶接を行う、いわゆるプロジェクション溶接により溶接体４４を製造するものとしたが、これに限らず抵抗溶接で溶接体４４を製造すればよい。例えば、第１端面６５と第２端面７５とのいずれにもプロジェクションが形成されていなくてもよい。この場合、例えば主体金具６０がフランジ部を有するものとし、主体金具６０のフランジ部と内筒７０のフランジ部７２とを対向させてスポット溶接により溶接体４４を製造してもよい。

上述した実施形態では、第１筒状体及び第２筒状体として主体金具６０及び内筒７０を例示したが、第１筒状体及び第２筒状体の形状はこれに限られない。例えば、内筒７０がフランジ部７２を備えなくてもよい。内筒７０の立ち上がり部７６が曲面でなくてもよい。内筒７０の外径と主体金具６０の外径Ｄ１とが同じであってもよい。主体金具６０の内径ｄ１と内筒７０の内径ｄ２とが異なっていてもよい。第１端面６５の内周縁及び外周縁の少なくとも一方に面取りがなくてもよい。また、第１筒状体及び第２筒状体とを溶接した接合体は、ガスセンサ１０に用いるものに限られない。

上述した実施形態では、角度θ２ｂ＝１８０°−角度θ２ａ×２となるものとしたが、これに限られない。例えば、中心軸を挟んで対向する第２端面７５同士が非対称であってもよい。このような場合でも、位置決め時に対向する第１端面６５と第２端面７５との角度θｃが５°〜１５°の範囲内にあればよい。

以下には、溶接体４４を具体的に作製した例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
図２に示した形状の主体金具６０及び内筒７０を用意し、上述した製造方法により溶接体４４を作製して、実施例１とした。なお、主体金具６０及び内筒７０の材質はＳＵＳ４３０とした。主体金具６０の本体部６１の外径Ｄ１は１４．５ｍｍ，内径ｄ１は９ｍｍ，プロジェクション６６の先端（図２の下端）の直径ｒ１は１２．５ｍｍ，プロジェクション６６の突出高さｈ１は０．５ｍｍとした。内筒７０の第２端面７５の外径Ｄ２は１４ｍｍ、本体部７１の内径ｄ２は９ｍｍ、立ち上がり部７６の曲率半径Ｒは１ｍｍ、角度θ２ａ（＝角度θｃ）は５°，角度θ２ｂは１７０°とした。また本体部７１，フランジ部７２，立ち上がり部７６の厚みは０．５ｍｍとした。溶接時の条件は、印加電圧を３３０Ｖ，電流を３０ｋＡ，鍛圧を０．２７ＭＰａ，通電時間を７．８ｓｅｃとした。

［実施例２〜５］
角度θ２ａ（＝角度θｃ）及び角度θ２ｂを種々変更した点以外は実施例１と同様にして溶接体４４を作製し、実施例２〜５とした。具体的には、実施例２は、角度θ２ａ（＝角度θｃ）を７．５°，角度θ２ｂを１６５°，外径Ｄ２を１４．０ｍｍとした。実施例３は、角度θ２ａ（＝角度θｃ）を１０°，角度θ２ｂを１６０°，外径Ｄ２を１４．０３ｍｍとした。実施例４は、角度θ２ａ（＝角度θｃ）を１２．５°，角度θ２ｂを１５５°，外径Ｄ２を１４．０６ｍｍとした。実施例５は、角度θ２ａ（＝角度θｃ）を１５°，角度θ２ｂを１５０°，外径Ｄ２を１４．０９ｍｍとした。

［比較例１］
図７に示したように、角度θ２ａ（＝角度θｃ）を０°，角度θ２ｂを１８０°，外径Ｄ２を１４．０ｍｍとした点以外は実施例１と同様にして溶接体４４を作製し、比較例１とした。

［評価試験１］
実施例１〜５，比較例１の溶接体４４をそれぞれ３００個作製し、径方向外側のはみ出し状態及び内側のはみ出し状態の良否判定を行った。具体的には、溶接体４４に直径８．９ｍｍのピンゲージを通し、通った場合に径方向内側のはみ出し状態は良好（はみ出し部が存在しない又は存在しても問題ない程度）と判定した。同様に、溶接体４４に直径１４．７０ｍｍのリングゲージを通し、通った場合に径方向外側のはみ出し状態は良好（はみ出し部が存在しない又は存在しても問題ない程度）と判定した。実施例１〜５の溶接体４４は、いずれも３００個全てにおいて径方向外側，内側のはみ出し状態は良好であった。一方、比較例１の溶接体４４は、３００個のうち１０個について径方向外側のはみ出し状態が不良であり、径方向内側のはみ出し状態は３００個全てにおいて良好であった。以上のことから、角度θｃを５°〜１５°とすることで、径方向外側のはみ出し部の形成を抑制できることが確認できた。

図１０〜図１２は、実施例１，２及び比較例１の溶接体４４の接合部分の拡大断面写真である。図１２に示すように、比較例１では図７と同様に溶接部２６７の一部が径方向外側へのはみ出し部２６８となっていた。一方、図１０，１１に示すように、実施例１，２の溶接体４４では、接合部６７には径方向外側へのはみ出し部は形成されていなかった。なお、実施例１及び比較例１は、第２端面７５の外径Ｄ２の値が同じ（１４．０ｍｍ）である。しかし、図１０，図１２からわかるように、比較例１ではフランジ部７２の径方向外側端部（図１２の左端部）が実施例１よりも外側（図１２の左側）に飛び出していた。これは、溶接時の鍛圧でフランジ部７２が径方向外側に伸びたためと考えられる。すなわち、実施例１では角度θｃが５°であり第２端面７５が傾斜しているため、フランジ部７２は溶接時の鍛圧で径方向外側よりも径方向内側に伸びやすいと考えられる。これに対し、比較例１では、角度θｃが０°であり第２端面７５が傾斜していないため、フランジ部７２は溶接時の鍛圧で径方向外側と径方向内側とに同程度に伸びやすいと考えられる。この違いにより、比較例１ではフランジ部７２の径方向外側端部が実施例１よりも外側に飛び出しているものと考えられる。

［評価試験２］
実施例１〜５の溶接体４４について、主体金具６０と内筒７０との接合強度を調べた（引き剥がし試験）。その結果、実施例１〜３の溶接体４４は、実施例４，５の溶接体４４と比べて接合強度が高かった。以上のことから、角度θｃを１０°以下とすることで、主体金具６０と内筒７０との接合強度がより高くなることが確認できた。

１０ ガスセンサ、２０ センサ素子、３０ 保護カバー、３１ 内側保護カバー、３２ 外側保護カバー、４０ センサ組立体、４１ 素子封止体、４４ 溶接体、４５ａ〜４５ｃ サポーター、４６ａ，４６ｂ 圧粉体、４７ メタルリング、４８ ナット、４９ 外筒、４９ａ，４９ｂ 加締め部、５０ コネクタ、５５ リード線、５７ ゴム栓、６０ 主体金具、６１ 本体部、６２ 肉厚部、６３ 段差部、６５ 第１端面、６６ プロジェクション、６７ 溶接部、７０ 内筒、７１ 本体部、７２ フランジ部、７３ 拡径部、７４ａ，７４ｂ 縮径部、７５ 第２端面、７６ 立ち上がり部、７７ プロジェクション、８０ 抵抗溶接治具、８１ 第１電極、８２ 凹部、８３ 第２電極、８４，８５ 導電体、８６ 固定ピン、８７ ガイドピン挿入孔、８８ ガイドピン、９０ 配管、９１ 固定用部材、１４１ 一次組立品、２６５ 第１端面，２６７ 溶接部、２６８ はみ出し部、２７５ 第２端面。

Claims (7)

1. 金属製の第１筒状体及び第２筒状体を同軸となるように溶接した溶接体の製造方法であって、
   （ａ）前記第１筒状体及び前記第２筒状体を用意する工程と、
   （ｂ）前記第１筒状体の軸方向の端面である第１端面と前記第２筒状体の軸方向の端面である第２端面とを対向させて、該第１筒状体と該第２筒状体とが接触し且つ同軸になるように位置決めする工程と、
   （ｃ）前記第１筒状体と前記第２筒状体とを互いに接近する方向に加圧した状態で該第１筒状体と該第２筒状体との接触部分に通電することで、前記第１端面と前記第２端面とを抵抗溶接して前記溶接体とする工程と、
   を含み、
   前記工程（ａ）で用意する前記第１筒状体及び前記第２筒状体は、前記第１端面と前記第２端面との少なくとも一方の端面が中心軸に近づくほど該端面とは反対側の端部に向かうように傾斜した傾斜面となっており、該傾斜面は前記工程（ｂ）で位置決めした状態における前記第１端面と前記第２端面とが中心軸に近づくほど互いに離間し且つ該第１端面と該第２端面との角度θｃが５°〜１５°となるように傾斜している、
   溶接体の製造方法。
2. 前記角度θｃが５°〜１０°である、
   請求項１に記載の溶接体の製造方法。
3. 前記工程（ａ）で用意する前記第１筒状体及び前記第２筒状体は、前記第１端面と前記第２端面との一方が前記傾斜面であり、他方が軸方向に垂直な面である、
   請求項１又は２に記載の溶接体の製造方法。
4. 前記工程（ａ）で用意する前記第２筒状体は、前記第１筒状体よりも外径が小さい円筒状の本体部と、該本体部と同軸に形成され前記第２端面を有するフランジ部と、を備えている、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接体の製造方法。
5. 前記工程（ａ）で用意する前記第２筒状体は、前記本体部から前記フランジ部への内周面の立ち上がり部が曲面になっている、
   請求項４に記載の溶接体の製造方法。
6. 前記工程（ａ）で用意する前記第１筒状体及び前記第２筒状体は、前記第１端面と前記第２端面との一方にプロジェクションが形成されており、
   前記工程（ｂ）では、前記プロジェクションを介して前記第１筒状体と前記第２筒状体とが接触するように前記位置決めを行う、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶接体の製造方法。
7. 外筒と、該外筒の内部に配置された前記溶接体と、該溶接体の内部に配置されたセンサ素子と、を備えたガスセンサの製造方法であって、
   （１）請求項１〜６のいずれか１項に記載の溶接体の製造方法により前記溶接体を製造する溶接体製造工程と、
   （２）前記溶接体の内部に前記センサ素子を挿入して固定する素子固定工程と、
   （３）前記外筒の内部に前記溶接体のうち少なくとも前記第１筒状体と前記第２筒状体との接合部分を挿入し、該外筒の内周面と該溶接体の外周面とが接触した状態で両者を互いに固定する外筒固定工程と、
   を含むガスセンサの製造方法。