JP5170910B2 - ガスセンサの製造方法及びガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、被測定ガス中に含まれる特定のガスの濃度を測定するためのセンサ素子を備えるガスセンサの製造方法およびガスセンサに関する。

被測定ガス中に含まれる特定のガスの濃度を測定するためのセンサ素子を備えるガスセンサでは、一般的に、センサ素子の検知部が被測定ガスに晒されるように、主体金具にセンサ素子が保持されるとともに、主体金具の後端側に外筒が接合される。このようなガスセンサを製造する場合、主体金具と外筒の接合は、一般的に、レーザ溶接により行われる。具体的には、主体金具の後端部を外筒の先端部内に挿入し、主体金具と外筒との重なり部を加締めにより仮止めし、この加締め部に外筒の外側から全周に亘ってレーザを照射することにより、主体金具と外筒とを接合する。

特開平１１−２３９８８８号公報

しかしながら、外筒に加締め部を形成する際、外筒の先端から離れた位置を加締めるため、レーザ溶接により形成される溶接部から外筒の先端までの主体金具の外周面と外筒の内周面との間には、若干の間隙が形成される。このため、ガスセンサの使用中に被水すると、外筒と主体金具との間隙内に水滴等が侵入し、溶接部が長期間、水に接触した状態となる場合がある。レーザ溶接によって溶融した溶接部の界面は、比較的腐食を生じやすいため、溶接部が水滴等に接触した状態が長期に亘ると、溶接部と被溶接部との界面において腐食が進行し、ガスセンサ内に水が浸入してガスセンサの故障を招くという問題があった。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、主体金具と外筒との溶接部における耐腐食性の向上を目的とする。

［適用例１］
軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検出するための検知部を有するセンサ素子と、該センサ素子の先端側及び後端側を露出させつつ前記センサ素子の周囲を囲む筒部を有する主体金具と、前記主体金具に固定され、前記センサ素子の後端側を囲む筒状の外筒とを有するガスセンサの製造方法であって、
前記外筒の先端部が前記主体金具の筒部の周囲を囲むように、前記外筒を前記主体金具に配置する外筒配置工程と、
前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部との重なり部に、全周に亘ってレーザ溶接を行い、前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部とに跨る溶接部を形成する溶接工程と、を備え、
前記溶接工程において、前記ガスセンサの軸線方向にずらして、複数回、前記レーザ溶接を行い、
前記溶接工程は、複数回の前記レーザ溶接によって形成される複数の前記溶接部のうち、隣り合う２つの前記溶接部の前記主体金具の筒部に形成される各内側溶接部が、一部分重複するように、かつ、１回目の前記レーザ溶接により形成された第１溶接部の深さよりも深さが大きくなる第２溶接部を形成するように、２回目以降のレーザ溶接を行うことを特徴とする、
ガスセンサの製造方法。

［適用例２］
適用例１記載のガスセンサの製造方法であって、
前記溶接工程では、前記重なり部の先端側から後端側にずらして、複数回、前記レーザ溶接を行う、
ガスセンサの製造方法。

［適用例３］
軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検出するための検知部を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の先端側及び後端側を露出させつつ前記センサ素子の周囲を囲む筒部を有する主体金具と、
後端側が前記主体金具の筒部の周囲を囲むように前記主体金具に固定される筒状の外筒と、を備えるガスセンサであって、
前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部との重なり部に全周に亘って形成された、前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部とに跨る溶接部が、前記ガスセンサの軸線方向に異なる位置に複数形成され、
前記複数の前記溶接部のうち、隣り合う２つの前記溶接部が一部分重複するように形成されており、
前記軸線に沿った断面にて、該隣り合う２つの前記溶接部のうち、後端側に形成される後端側溶接部が、先端側に形成される先端側溶接部に対して重なるように形成され、
前記後端側溶接部の深さは、前記先端側溶接部の深さよりも大きいことを特徴とする、
ガスセンサ。

［適用例４］
軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検出するための検知部を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の先端側及び後端側を露出させつつ前記センサ素子の周囲を囲む筒部を有する主体金具と、
後端側が前記主体金具の筒部の周囲を囲むように前記主体金具に固定される筒状の外筒と、を備えるガスセンサであって、
前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部との重なり部に全周に亘って形成された、前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部とに跨る溶接部が、前記ガスセンサの軸線方向に異なる位置に複数形成され、
複数の前記溶接部のうち、隣り合う２つの前記溶接部の前記主体金具の筒部に形成される内側溶接部が一部分重複するように形成され、
前記溶接部のうち、重なった第２溶接部の深さは、重ねられた第1溶接部の深さよりも大きいことを特徴とする、
ガスセンサ。

［適用例５］
適用例３又は適用例４に記載のガスセンサにおいて、
前記溶接部は、前記主体金具の前記筒部の厚みの半分以下の部位に設けられる、
ガスセンサ。

［適用例５］
適用例４記載のガスセンサであって、
前記後端側溶接部の深さは、前記先端側溶接部の深さよりも大きい、
ガスセンサ。

［適用例６］
軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検出するための検知部を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の先端側及び後端側を露出させつつ前記センサ素子の周囲を囲む筒部を有する主体金具と、
後端側が前記主体金具の筒部の周囲を囲むように前記主体金具に固定される筒状の外筒と、を備えるガスセンサであって、
前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部との重なり部に全周に亘って形成された、前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部とに跨る溶接部が、前記ガスセンサの軸線方向に異なる位置に複数形成され、
複数の前記溶接部のうち、隣り合う２つの前記溶接部の前記主体金具の筒部に形成される内側溶接部が一部分重複する又は接するように形成されている、
ガスセンサ。

［適用例７］
適用例６記載のガスセンサであって、
前記溶接部のうち、重なった第２溶接部の深さは、重ねられた第1溶接部の深さよりも大きい、
ガスセンサ。

［適用例８］
適用例４乃至適用例７のいずれか一項に記載のガスセンサにおいて、
前記溶接部は、前記主体金具の前記筒部の厚みの半分以下の部位に設けられる、
ガスセンサ。

適用例１のガスセンサの製造方法によれば、重なり部に軸線方向にずらして複数回レーザ溶接が行われる。従って、レーザ溶接にて外筒の先端部と主体金具の筒部とに跨る溶接部のうち、外筒と主体金具との境界部の軸線方向の幅（以降、本明細書では「溶接幅」と呼ぶ）を全体的に広くでき、腐食の進行を遅延させることができる。よって、ガスセンサ内に水が浸入することを遅延できる。

また、複数の溶接部の内側溶接部が、互いに一部分重複するようにレーザ溶接が行われる。従って、内側溶接部に重複部が形成されるため、外筒と主体金具との溶接強度を向上できる。

また、重なり部に複数回のレーザ溶接を行う場合、１回目のレーザ溶接前は主体金具の筒部と外筒の先端部とが未接着であるため、深さが大きい形状の溶接部を形成しようとしても、溶接部が所望の形状になりにくいことがある。これに対し、１回目のレーザ溶接により形成された第１溶接部の深さを狙いの深さよりも若干小さくして所望の形状を得ると共に、２回目以降のレーザ溶接を、第１溶接部の深さよりも大きくするように形成する。２回目以降に形成される第２溶接部は、第１溶接部により、主体金具の筒部と外筒の先端部とが接着しているので、第２溶接部の深さが大きい形状の溶接部を形成しても、所望の形状を得ることができる。

適用例２のガスセンサの製造方法によれば、重なり部の後端側から先端側にずらしてレーザ溶接がなされると、溶接部が形成される毎に外筒の先端側が径方向外側に広がってしまい、外筒と主体金具との間に間隙が拡がるおそれがある。すると、この間隙に水滴等が侵入しやすくなり、腐食の進行が早くなるおそれがある。また、この間隔が広がることで、先端側に形成される溶接部が所望の形状を得られないおそれがある。これに対して、適用例２のガスセンサの製造方法のように、重なり部の先端側から後端側にずらしてレーザ溶接が行なわれたとしても、外筒と主体金具との間の間隙が拡がることが抑制でき、その結果、水滴の侵入を抑制できると共に、所望の溶接部の形状を得られることができる。

適用例３のガスセンサによれば、溶接部が重なり部に軸線方向に異なる位置にずれて複数形成されている。従って、溶接幅を広くでき、腐食の進行を遅延させることができる。よって、ガスセンサ内に水が浸入することを遅延できる。

また、後端側に形成される後端側溶接部が、先端側に形成される先端側溶接部に対して重なるように形成されていれば、重なり部の先端側から後端側にずらしてレーザ溶接が行なわれていることとなり、外筒と主体金具との間の間隙が拡がることが抑制でき、その結果、水滴の侵入を抑制できると共に、所望の溶接部の形状を得られることができる。
なお、「後端側に形成される後端側溶接部が、先端側に形成される先端側溶接部に対して重なる」とは、ガスセンサ（溶接部）を軸線に沿った断面にて視認したときに、先端側溶接部と後端側溶接部の重複部において、後端側溶接部の境界の確認ができると共に、先端側溶接部の境界が確認できないことを指す。

また、主体金具と外筒とが未接着の状態から先端側溶接部が形成されても、先端側溶接部の深さを狙いの深さよりも若干小さくすることで、先端側溶接部の形状が所望の形状を得ることができると共に、後端側溶接部の深さを、先端側溶接部の深さよりも大きくするように形成することで、後端側溶接部を所望の形状にて得ることができる。

適用例４のガスセンサによれば、溶接部が重なり部に軸線方向に異なる位置にずれて複数形成されている。従って、溶接幅を広くでき、腐食の進行を遅延させることができる。よって、ガスセンサ内に水が浸入することを遅延できる。また、複数の溶接部の内側溶接部が、互いに一部分重複する又は接するようにレーザ溶接されている。従って、内側溶接部に重複部が形成されるため、外筒と主体金具との溶接強度を向上できる。

また、主体金具と外筒とが未接着の状態から第１溶接部が形成されても、第１溶接部の深さを狙いの深さよりも若干小さくすることで、第１溶接部の形状が所望の形状を得ることができると共に、第２溶接部の深さを、第１溶接部の深さよりも大きくするように形成することで、第２溶接部を所望の形状にて得ることができる。 なお、「重なった第２溶接部」及び「重ねられた第１溶接部」は、ガスセンサ（溶接部）を軸線に沿った断面にて視認したときに、第１溶接部と第２溶接部の重複部において、第２溶接部の境界の確認ができると共に、第１溶接部の境界が確認できないことを指す。

適用例８のガスセンサによれば、溶接部が主体金具の筒部の厚みの半分以下となることで、外筒と主体金具とを確実に溶融して互いの成分を混合でき、両者の接合強度を高めることができる。なお、溶接部が主体金具の筒部の厚みの半分を超えると、外筒と主体金具との互いの成分の混合割合のバランスが悪くなり、両者の接合強度が低減することがある。

本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。

本発明の一実施例としてのガスセンサ１０の構成を示す断面図。 第１実施例における主体金具１１と金属外筒１６との溶接部１００の詳細構成について模式的に説明する断面図。 第１実施例におけるガスセンサ１０の製造工程を説明するフローチャート。 第１実施例におけるガスセンサ１０の溶接工程について詳細に説明する説明図。 変形例１における主体金具１１と金属外筒１６との溶接部１００ａの詳細構成について模式的に説明する断面図。 変形例２における主体金具１１と金属外筒１６との溶接部１１０ｂの詳細構成について模式的に説明する断面図。

Ａ．第１実施例：
Ａ１．ガスセンサの構成：
図１は、本発明の一実施例としてのガスセンサの構成を示す断面図である。ガスセンサ１０は、内燃機関の排気ガス中の酸素を検出する酸素センサである。ガスセンサ１０は、酸素センサ素子２０と、主体金具１１と、内側端子部材３０と、外側端子部材４０と、セラミックヒータ５０と、を主に備える。

図１には、ガスセンサ１０の軸線Ｏが示されている。以下、軸線Ｏに沿って延びる部材の両端のうち、固体電解質体２１が配置された端部（図１の下側）を先端と呼び、グロメット１７が配置された端部（図１の上側）を後端と呼ぶ。また、図中の長手方向ＦＤは、軸線Ｏと平行な方向を示している（図１中の上下方向）。

酸素センサ素子２０の形状は、軸線Ｏに沿った軸線方向（図１中の上下方向）に延びる有底筒状である。酸素センサ素子２０の先端２０ｓ（図１下側）は閉じ、後端２０ｋ（図１上側）は開口を形成している。酸素センサ素子２０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体２１と、固体電解質体２１の外周面の一部にメッキ等によって形成された外側電極６０と、固体電解質体２１の内周面の一部にメッキ等によって形成された内側電極７０とを備え、先端２０ｓ側に検知部２２を有している。また、酸素センサ素子２０の外周面において、軸線Ｏ方向の中間部には、外側に突出する係合フランジ部２０ｆが設けられている。係合フランジ部２０ｆは、後述する主体金具１１と係合する。

主体金具１１は、酸素センサ素子２０の外周の一部を包囲する筒状に形成されている。主体金具１１の貫通孔５８内には、金属製パッキン（図示せず）を介してインシュレータ１３が配置されている。このインシュレータ１３には、金属製パッキンを介して係合フランジ部２０ｆが係合している。さらに、インシュレータ１３の後端側にはタルク１４、スリーブ１３ｂおよび金属製パッキン８３が配置され、主体金具１１の後端側にて加締められることで、酸素センサ素子２０を主体金具１１の内側において、気密状態で保持している。

主体金具１１の先端側には、プロテクタ１５が取り付けられている。プロテクタ１５は、主体金具１１の先端側開口部から突出する酸素センサ素子２０の検知部２２を覆っている。プロテクタ１５は、外側プロテクタ１５ａと内側プロテクタ１５ｂの二重構造を備える。外側プロテクタ１５ａおよび内側プロテクタ１５ｂには、排気ガスを透過させる複数のガス透過口が形成されている。酸素センサ素子２０の外側電極６０には、プロテクタ１５のガス透過口を通して、排気ガスが供給される。

主体金具１１は、外周面に形成された六角部１１ａの先端側に、ねじ部１１ｃを備える。また、主体金具１１は、六角部１１ａの後端側に、筒部１１ｂを備える。筒部１１ｂには、筒状の金属外筒１６の先端部１６ａ（図２参照）が嵌め込まれて、外側から全周レーザ溶接により、固定されている。このレーザ溶接により溶接部１００が形成される。金属外筒１６と主体金具１１との溶接部１００の詳細構成については、後に詳述する。金属外筒１６は、ＳＵＳ３０４等のステンレス製で筒状をなしており、主体金具１１の後端側に取り付けられ、主体金具１１の後端から露出される酸素センサ素子２０の後端部やセパレータ１８の周囲を覆って保護する。金属外筒１６の後端側の開口には、フッ素ゴムで構成されたグロメット１７が挿入されている。このグロメット１７は、金属外筒１６の後端側の加締によって固定されており、金属外筒１６の開口を封止する。グロメット１７よりも先端側で且つ金属外筒１６の内部には、絶縁性のアルミナセラミックで形成されたセパレータ１８が配置されている。そして、グロメット１７およびセパレータ１８を貫通してセンサ出力リード線１９、１９ｂおよびヒータリード線１２ｂ、１２ｃが配置されている。なお、グロメット１７の中央には、軸線Ｏに沿って貫通口が形成されており、この貫通口に金属パイプ８６が嵌め込まれている。金属パイプ８６には、撥水性および通気性を兼ね備えるシート状のフィルタ８５が被せられている。これにより、ガスセンサ１０の外部の大気は、フィルタ８５を介して金属外筒１６内に導入され、酸素センサ素子２０の内部空間Ｇ内に導入される。

外側端子部材４０は、ステンレス鋼板からなる外嵌部４１とセパレータ挿入部４２とコネクタ部４３とを備える。セパレータ挿入部４２は、セパレータ１８内に挿入されている。このセパレータ挿入部４２からは、セパレータ当接部４２ｄが分岐して突出する。セパレータ当接部４２ｄがセパレータ１８の内壁に弾性的に接触することによって、外側端子部材４０は、セパレータ１８内に保持される。

セパレータ挿入部４２の後端には、コネクタ部４３が設けられている。コネクタ部４３は、センサ出力リード線１９ｂの芯線を加締により把持し、外側端子部材４０とセンサ出力リード線１９ｂとを電気的に接続する。

セパレータ挿入部４２の先端には、外嵌部４１が設けられている。外嵌部４１は、酸素センサ素子２０の後端付近の外周を把持して、外側端子部材４０と酸素センサ素子２０の外側電極６０とを電気的に接続する。外側電極６０に発生した起電力は、外側端子部材４０およびセンサ出力リード線１９ｂを介して、ガスセンサ１０の外部に出力される。

内側端子部材３０は、ステンレス鋼板からなる挿入部３３とセパレータ挿入部３２とコネクタ部３１とを備える。セパレータ挿入部３２は、セパレータ１８内に挿入されている。このセパレータ挿入部３２からは、セパレータ当接部３２ｄが、分岐して突出する。セパレータ当接部３２ｄがセパレータ１８の内壁に弾性的に接触することによって、内側端子部材３０は、セパレータ１８内に保持される。

セパレータ挿入部３２の後端には、コネクタ部３１が設けられている。コネクタ部３１は、センサ出力リード線１９の芯線を加締により把持し、内側端子部材３０とセンサ出力リード線１９とを電気的に接続する。

セパレータ挿入部３２の先端には、挿入部３３が設けられている。挿入部３３は、酸素センサ素子２０の内部に挿入される。挿入部３３は、自身の弾性力により、酸素センサ素子２０の内周面に形成された内側電極７０に押圧力を伴って接触する。これにより、挿入部３３は、酸素センサ素子２０の内側電極７０との電気的導通を保持している。内側電極７０に発生した起電力は、内側端子部材３０およびセンサ出力リード線１９を介して、ガスセンサ１０の外部に出力される。

挿入部３３の先端には、ヒータ押圧部３６が設けられている。ヒータ押圧部３６は、セラミックヒータ５０の側面を、酸素センサ素子２０の内周面に押しつける。

セラミックヒータ５０は、酸素センサ素子２０の内部空間Ｇ内に配置され、内側端子部材３０によって保持されることにより姿勢を維持している。セラミックヒータ５０は、接続端子がヒータリード線１２ｂ、１２ｃと接続され、ヒータリード線１２ｂ、１２ｃからの電力の供給により、固体電解質体２１の内周面を加熱する。実施例のガスセンサ１０は、以上説明した構成を備えている。

Ａ２．溶接部の詳細構成：
図２は、第１実施例における主体金具１１と金属外筒１６との溶接部１００の詳細構成について模式的に説明する断面図である。図２（ａ）は、溶接部１００の全体的な構成について示しており、図２（ｂ）は、先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０について示している。図２（ａ）に示す断面図は、図１の円Ｘの部分を拡大して示している。図２（ａ）に示すように、主体金具１１の筒部１１ｂの外周面１１ｅが金属外筒１６の先端部１６ａの内周面１６ｄに対向するように、主体金具１１が金属外筒１６に挿入され重なり部８０を形成し、重なり部８０が、外周側から周方向に一周に亘ってリング状に加締められる。加締められている部分を、以降、加締め部９０と呼ぶ。更に、加締め部９０において、金属外筒１６の周方向に一周に亘ってレーザを照射することにより、主体金具１１と金属外筒１６とを接合するレーザ溶接が施され、溶接部１００が形成される。第１実施例では、レーザ溶接は、軸線Ｏの方向に沿って異なる位置となるように、軸線Ｏの方向にずれて複数箇所（第１実施例では２箇所）に施されているので、溶接部１００は、図２（ａ）に示すように、先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０とから構成されている。

図２（ｂ）に示されるように、先端側溶接部１１０は、金属外筒１６の先端部１６ａ側に形成された外側溶接部１１１と、主体金具１１の筒部１１ｂ側に形成された内側溶接部１１２とからなる。同様に、後端側溶接部１２０は、金属外筒１６の先端部１６ａ側に形成された外側溶接部１２１と、主体金具１１の筒部１１ｂ側に形成された内側溶接部１２２とからなる。図２（ａ）に示すように、溶接部１００は、先端側溶接部１１０，後端側溶接部１２０の内側溶接部１１２、１２２が互いに一部分重複するようにレーザ溶接されている。レーザ溶接は、例えば、公知のＹＡＧレーザを照射することにより行われる。レーザの照射によって、軸線Ｏ方向に先端部１６ａから筒部１１ｂにかけての範囲が溶融し、両者を跨ぐ先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０が形成されることにより重なり部８０（先端部１６ａと筒部１１ｂ）が接合される。

金属外筒１６の先端部１６ａと主体金具１１の筒部１１ｂとが加締められた際に、図２（ａ）に示すように、金属外筒１６の先端１６ｆと主体金具１１の筒部１１ｂとの間に間隙３００が形成される場合がある。ガスセンサ１０が、使用中に被水すると、毛細管現象により間隙３００に水滴が侵入する。間隙３００のような覆われた空間に侵入した水分は比較的揮発しにくいので、先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０が間隙３００に滞留する水分と長期間接触した状態となる虞がある。レーザ溶接により一度溶融した先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０は、比較的腐食を生じやすいため、水分に接触している期間が長期間に亘ると、先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０と溶接されていない部分との界面において腐食を生じ、主体金具１１と金属外筒１６との接合強度が低下する。特に、ガスセンサ１０は車載されて使用されることがあり、車体走行中に道路の除雪剤に含まれる塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）が間隙３００内に滞留する水分と混ざり合って塩水となり、腐食が促進される。

腐食は、間隙３００から、軸線Ｏ方向の図面下方から上方に向けて進行するため、溶接幅ｄを広くすることにより、腐食の進行による主体金具１１と金属外筒１６との接合強度の低下を抑制できる。実施例において、溶接幅ｄとは、金属外筒１６と主体金具１１との境界（主体金具１１の外周面１１ｅと外筒１６の内周面１６ｄとの接触面）において、軸線Ｏ方向に沿った溶接部分の幅を意味する。実施例では、軸線Ｏ方向に沿って、換言すれば、腐食の進行方向に沿って、２回レーザ溶接を行い、溶接部を２つ（先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０）形成することにより、溶接幅ｄが、１回のみレーザ溶接によって形成される溶接部の溶接幅よりも広くなるように形成している。

このように、第１実施例のガスセンサ１０は、金属外筒１６の先端部１６ａと主体金具１１の筒部１１ｂとの重なり部８０に形成された溶接部１００が、軸線方向に異なる位置に先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０を備えている。よって、先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０の溶接幅ｄを広くでき、腐食の進行を遅延させることができる。よって、ガスセンサ１０内に水が浸入することを遅延できる。

さらに、図２（ｂ）に示すように、後端側溶接部１２０が先端側溶接部１１０に対して重なるように形成されている。これは、図２（ｂ）に示されるように、後端側溶接部１２０の境界が実線のように確認できるのに対し、先端側溶接部１１０の境界が点線のように確認できないことから分かる。なお、本実施例において、先端側溶接部１１０と後端側溶接部１２０との重複部において重ねられた溶接部（第１実施例では先端側溶接部１１０）の境界は確認できないが、重ねられた溶接部の説明を簡易にするため、点線にて記載している。

このように、後端側に形成される後端側溶接部１２０が、先端側に形成される先端側溶接部１１０に対して重なるように形成されていれば、重なり部８０の先端側から後端側にずらしてレーザ溶接が行なわれていることとなり、外筒１６と主体金具１１との間の間隙３００が拡がることが抑制でき、その結果、水滴の侵入を抑制できると共に、所望の溶接部１００の形状を得られることができる。

また、第１実施例のガスセンサ１０は、先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０の内側溶接部１１２、１２２が、互いに一部分重複している。従って、内側溶接部１１２、１２２に重複部が形成されるため、金属外筒１６と主体金具１１との溶接強度を向上できる。

また、先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０は、ガスセンサ１０の径方向における厚み（溶接の深さ）Ｂ１、Ｂ２が、それぞれ少なくとも金属外筒１６の厚みＣよりも大きくなるように（例えば、金属外筒１６の厚みの２倍以上となるように）、かつ、主体金具１１の径方向における厚みＡの約半分以下となるように、レーザ溶接時の出力が調整されて形成されている。先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０の厚みをこのように形成することにより、金属外筒１６と主体金具１１とを確実に溶融して互いの成分を混合でき、両者の接合強度を高めることができる。

さらに、第１実施例のガスセンサ１０は、後端側溶接部１２０の厚みＢ２が、先端側溶接部１１０の厚みＢ１よりも大きく形成されている。これにより、主体金具１１と外筒１６とが未接着の状態から先端側溶接部１１０が形成されても、先端側溶接部１１０の深さＢ１を狙いの深さよりも若干小さくすることで、先端側溶接部１１０の形状が所望の形状を得ることができると共に、後端側溶接部１２０の深さＢ２を、先端側溶接部１１０の深さＢ１よりも大きくするように形成することで、後端側溶接部１２０を所望の形状にて得ることができる。

なお、第１実施例では、２回レーザ溶接を行っているが、レーザ溶接の回数は、２回以上であってもよく、主体金具１１、金属外筒１６の厚みや材質により任意に複数回行えばよい。

Ａ３．製造工程：
図３および図４を参照して、ガスセンサの製造方法について説明する。図３は、第１実施例におけるガスセンサ１０の製造工程を説明するフローチャートである。図４は、第１実施例における、ガスセンサ１０の溶接工程について詳細に説明する説明図である。図３では、ガスセンサ１０を構成する主体金具１１と金属外筒１６との接合の過程を中心に説明し、ガスセンサ１０のその他の部位の製造過程については公知であるため説明を省略する。

まず、主体金具１１、金属外筒１６を製造し各部材を組み立てる。各部材の組み立てとは、公知の方法を用いてよいが、具体的には、主体金具１１への酸素センサ素子２０の組み付け、および、金属外筒１６へのセパレータ１８の組み付けを含む。まず、主体金具１１にプロテクタ１５を溶接等により接合する。その後、酸素センサ素子２０を主体金具１１の貫通孔５８内に挿通する。この際、酸素センサ素子２０よりも先にインシュレータ１３が主体金具１１内に配置されている。その後、タルク１４、スリーブ１３ｂを主体金具１１の貫通孔５８内に挿通し、加締める。加締めにより押し潰されたタルク１４が主体金具１１と酸素センサ素子２０との間隙を埋め、主体金具１１内で酸素センサ素子２０が保持される。次に、予め内側端子部材３０、外側端子部材４０が接続されたセンサ出力リード線１９、１９ｂをセパレータ１８、及びグロメット１７内に挿通する。さらに、セラミックヒータ５０が接続されたヒータリード線１２ｂ、１２ｃもセパレータ１８、及びグロメット１７内に配置する。そして、金属外筒１６の内部に、セパレータ１８と、グロメット１７とを配置する。

次に、図３に示すように、金属外筒１６を主体金具１１の規定の位置に配置する（ステップＳ１０）。具体的には、金属外筒１６の内部に、酸素センサ素子２０の後端部を収納するように、金属外筒１６を主体金具１１の後端側に被せる。この際、セラミックヒータ５０を酸素センサ素子２０の内部空間Ｇ内に挿入されるようにする。これにより、金属外筒１６の先端部１６ａの内周面１６ｄと主体金具１１の筒部１１ｂの外周面１１ｅとが対向するように、金属外筒１６が配置される（図２参照）。

次に、金属外筒１６の先端部１６ａを、周方向に加締める（八方丸加締め）（ステップＳ１２）。この加締めによって、加締め部９０が形成され、金属外筒１６は主体金具１１に仮固定された状態となる。さらに、セパレータ１８と、グロメット１７についても金属外筒１６を加締める（八方丸加締め）ことで固定する。

次に、加締め部９０において、矢印Ｌで示すように、金属外筒１６の周方向に一周にわたってレーザ溶接を行い、主体金具１１と金属外筒１６とを接合する（ステップＳ１４）。第１実施例では、軸線Ｏ方向に沿って異なる位置に先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０からなる溶接部１００が形成されるように、２回レーザ溶接が行われる。

第１実施例におけるレーザ溶接について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は１回目のレーザ溶接を示し、図４（ｂ）は２回目のレーザ溶接を示している。図４（ａ）に示すように、１回目のレーザ溶接は、軸線Ｏ方向の位置Ｐ１に対して、水平方向に同一位置に内側溶接部１１２の頂点Ｑ１が位置するようにレーザ溶接が行われ、先端側溶接部１１０が形成される。次に、図４（ｂ）に示すように、位置Ｐ１から軸線Ｏ方向後端側に若干ずれた位置Ｐ２に対して、水平方向に同一位置に内側溶接部１２２の頂点Ｑ２が位置するように、レーザ溶接装置とガスセンサ１０とを軸線Ｏ方向にそって相対的にずらして、２回目のレーザ溶接が行われる。このとき、１回目のレーザ溶接により形成された先端側溶接部１１０の内側溶接部１１２と、２回目のレーザ溶接により形成される後端側溶接部１２０の内側溶接部１２２とが、互いに一部分重複するように、レーザ溶接装置とガスセンサ１０との相対的な位置が規定される。

また、金属外筒１６の溶融具合と主体金具１１の溶融具合とを略均等とするためレーザは軸線Ｏ方向と略直交する方向から照射される。レーザ溶接によって、主体金具１１と金属外筒１６とに跨る先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０が形成されて主体金具１１と金属外筒１６とが接合され、ガスセンサ１０が完成する。

以上説明した第１実施例のガスセンサ１０の製造方法によれば、金属外筒１６の先端部１６ａと主体金具１１の筒部１１ｂとの重なり部８０に軸線Ｏ方向にずらして複数回レーザ溶接が行われる。従って、形成された先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０の溶接幅ｄ（図２参照）を広くでき、腐食の進行を遅延させることができる。よって、ガスセンサ１０内に水が浸入することを遅延できる。

また、第１実施例のガスセンサ１０の製造方法によれば、先端側溶接部１１０、後端側１２０の内側溶接部１１２、１２２が、互いに一部分重複するようにレーザ溶接が行われる。従って、内側溶接部に重複部が形成され、金属外筒１６と主体金具１１との溶接強度を向上できる。

さらに、第１実施例のガスセンサ１０の製造方法によれば、重なり部８０の軸線Ｏ方向先端側から後端側にずらして、レーザ溶接を行われる。これにより、外筒１６と主体金具１１との間の間隙３００が拡がることが抑制でき、その結果、水滴の侵入を抑制できると共に、所望の溶接部１００の形状を得られることができる。

さらに、第１実施例のガスセンサ１０の製造方法によれば、１回目のレーザ溶接により形成された先端側溶接部１１０（第１溶接部）の深さよりも、深さが大きくなる後端側溶接部１２０（第２溶接部）を形成するように、２回目のレーザ溶接を行うことが好ましい。これにより、図２に示すような、後端側溶接部１２０の厚みＢ２が、先端側溶接部１１０の厚みＢ１よりも大きくなる溶接部１００を形成することができる。よって、主体金具１１と外筒１６とが未接着の状態から先端側溶接部１１０が形成されても、先端側溶接部１１０の深さＢ１を狙いの深さよりも若干小さくすることで、先端側溶接部１１０の形状が所望の形状を得ることができると共に、後端側溶接部１２０の深さＢ２を、先端側溶接部１１０の深さＢ１よりも大きくするように形成することで、後端側溶接部１２０を所望の形状にて得ることができる。

なお、第１実施例において、酸素センサ素子２０が、特許請求の範囲の「センサ素子」に相当し、金属外筒１６が「外筒」に相当する。

Ｂ．変形例
第１実施例では、先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０の内側溶接部１１２、１２２が一部分重複するようにレーザ溶接を行っているが、内側溶接部１１２、１２２は重複していなくても良い。また、第１実施例では、１回目のレーザ溶接にて先端側溶接部１１０が形成され、２回目のレーザ溶接にて後端側溶接部１２０が形成されているが、１回目のレーザ溶接にて後端側溶接部１２０が形成され、２回目のレーザ溶接にて先端側溶接部１１０が形成されていてもよい。さらに、第１実施例では、２回目のレーザ溶接にて形成された後端側溶接部１２０の厚みＢ２が、１回目のレーザ溶接にて形成された先端側溶接部１１０の厚みＢ１よりも深く形成されているが、先端側溶接部１１０の厚みと後端側溶接部１２０の厚みとが略同等であってもよい。

図５および図６を参照して、先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０の他の態様について説明する。図５および図６は、それぞれ変形例における主体金具１１と金属外筒１６との溶接部の詳細構成について模式的に説明する断面図である。図５および図６に示す断面図は、図２と同様に、溶接部近傍を拡大して示している。なお、図５、図６において、第１実施例と同構成の部位については同符号を用いて説明する。

図５に示す変形例１から説明する。図５に示すように、加締め部９０において、金属外筒１６の周方向に一周に亘ってレーザを照射することにより、主体金具１１と金属外筒１６とを接合するレーザ溶接が施され、溶接部１００ａが形成されている。レーザ溶接は、第１実施例と同様に、軸線Ｏの方向に沿って異なる位置となるように、軸線Ｏの方向にずれて２箇所に施されており、先端側溶接部１１０ａ、後端側溶接部１２０ａが形成されている。但し、変形例１では、１回目のレーザ溶接にて後端側溶接部１２０ａが形成され、２回目のレーザ溶接にて、１回目のレーザ溶接から軸線Ｏ方向先端側に若干ずれた先端側溶接部１１０ａが形成されている。これにより、先端側溶接部１１０ａが後端側溶接部１２０ａに対して重なるように形成されている。これは、第１実施例と同様に、図５に示されるように、先端側溶接部１１０ａの境界が実線のように確認できるのに対し、後端側溶接部１２０ａの境界が点線のように確認できないことから分かる。そして、レーザ溶接された先端側溶接部１１０ａ，後端側溶接部１２０ａのそれぞれは、金属外筒１６の先端側である外側溶接部１１１ａ，１２１ａと、主体金具１１の筒部側である内側溶接部１１２ａ，１２２ａとからなり、先端側溶接部１１０ａ，後端側溶接部１２０ａの内側溶接部１１２ａ、１２２ａが互いに隣接するように、換言すれば、溶接部１１０ａの内側溶接部１１２ａと外側溶接部１１１ａとの境界部分１１３ａと、溶接部１２０ａの内側溶接部１２２ａと外側溶接部１２１ａとの境界部分１２３ａとが接するように、レーザ溶接されている。

さらに、図５に示されるように、１回目のレーザ溶接により形成された後端側溶接部１２０ａ（第１溶接部）の厚さＢ２ａよりも、先端側溶接部１１０ａ（第２溶接部）の厚さＢ１ａが深く形成されている。これにより、よって、主体金具１１と外筒１６とが未接着の状態から後端側溶接部１２０ａが形成されても、後端側溶接部１２０ａの深さＢ２ａを狙いの深さよりも若干小さくすることで、後端側溶接部１２０ａの形状が所望の形状を得ることができると共に、先端側溶接部１１０ａの深さＢ１ａを、後端側溶接部１２０ａの深さＢ２ａよりも大きくするように形成することで、先端側溶接部１１０ａを所望の形状にて得ることができる。

次に、図６に示す変形例２について説明する。図６に示すように、加締め部９０において、金属外筒１６の周方向に一周に亘ってレーザを照射することにより、主体金具１１と金属外筒１６とを接合するレーザ溶接が施され溶接部１００ｂが形成されている。レーザ溶接は、第１実施例と同様に、軸線Ｏの方向に沿って異なる位置となるように、軸線Ｏの方向にずれて２箇所に施されており、先端側溶接部１１０、後端側溶接部１２０が形成されている。なお、変形例２は、第１実施例とは異なり、図６に示すように、先端側溶接部１１０ｂの厚みＢ１ｂと後端側溶接部１２０ｂの厚みＢ２ｂとが同じ厚みとなっている。レーザ溶接された先端側溶接部１１０ｂ，後端側溶接部１２０ｂのそれぞれは、金属外筒１６の先端側である外側溶接部１１１ｂ，１２１ｂと、主体金具１１の筒部側である内側溶接部１１２ｂ，１２２ｂとからなり、先端側溶接部１１０ｂ，後端側溶接部１２０ｂの内側溶接部１１２ｂ、１２２ｂが軸線Ｏ方向に離れた位置に形成されるように、すなわち、内側溶接部１１２ｂと内側溶接部１２２ｂとが重複しないようにレーザ溶接されている。なお、図６では、外側溶接部１１１ｂと外側溶接部１２１ｂとは、一部重複しているが、重複していなくても良い。

図５，６において説明した変形例１、２においても、上述のようにレーザ溶接が行われることにより、１回のみレーザ溶接によって形成される溶接部の溶接幅に対して、全体的な溶接幅（先端側溶接部１１０ａ、１１０ｂの溶接幅と後端側溶接部１２０ａ、１２０ｂの溶接幅の積算幅）を広くできる。従って、第１実施例と同様にガスセンサ１０の内部に水が侵入することを遅延できる。

以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができる。例えば、第１実施例及び変形例では、有底筒状の酸素センサ素子２０を用いたが、長板状のセンサ素子でもよい。また、第１実施例及び変形例は、酸素センサ１０について説明したが、ＮＯｘセンサ、Ｈ２センサ、温度センサ等にも用いてもよい。

１０…ガスセンサ
１１…主体金具
１２ｂ…ヒータリード線
１３…インシュレータ
１３ｂ…スリーブ
１４…タルク
１５…プロテクタ
１５ａ…外側プロテクタ
１５ｂ…内側プロテクタ
１６…金属外筒
１７…グロメット
１８…セパレータ
１９、１９ｂ…センサ出力リード線
２０…酸素センサ素子
３０…内側端子部材
４０…外側端子部材
５０…セラミックヒータ
８５…フィルタ
８６…金属パイプ
９０…加締め部
１００、１００ａ，１００ｂ…溶接部
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、…先端側溶接部
１２０、１２０ａ、１２０ｂ…後端側溶接部
１１１、１１１ａ、１１１ｂ…外側溶接部
１１２、１１２ａ、１１２ｂ…内側溶接部
１１３ａ、１２３ａ…境界部分
１２１，１２１ａ、１２１ｂ…外側溶接部
１２２、１２２ａ、１２２ｂ…内側溶接部
３００…間隙

Claims (5)

1. 軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検出するための検知部を有するセンサ素子と、該センサ素子の先端側及び後端側を露出させつつ前記センサ素子の周囲を囲む筒部を有する主体金具と、前記主体金具に固定され、前記センサ素子の後端側を囲む筒状の外筒とを有するガスセンサの製造方法であって、
   前記外筒の先端部が前記主体金具の筒部の周囲を囲むように、前記外筒を前記主体金具に配置する外筒配置工程と、
   前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部との重なり部に、全周に亘ってレーザ溶接を行い、前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部とに跨る溶接部を形成する溶接工程と、を備え、
   前記溶接工程において、前記ガスセンサの軸線方向にずらして、複数回、前記レーザ溶接を行い、
   前記溶接工程は、複数回の前記レーザ溶接によって形成される複数の前記溶接部のうち、隣り合う２つの前記溶接部の前記主体金具の筒部に形成される各内側溶接部が、一部分重複するように、かつ、１回目の前記レーザ溶接により形成された第１溶接部の深さよりも深さが大きくなる第２溶接部を形成するように、２回目以降のレーザ溶接を行うことを特徴とする、
   ガスセンサの製造方法。
2. 請求項１記載のガスセンサの製造方法であって、
   前記溶接工程では、前記重なり部の先端側から後端側にずらして、複数回、前記レーザ溶接を行う、
   ガスセンサの製造方法。
3. 軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検出するための検知部を有するセンサ素子と、
   前記センサ素子の先端側及び後端側を露出させつつ前記センサ素子の周囲を囲む筒部を有する主体金具と、
   後端側が前記主体金具の筒部の周囲を囲むように前記主体金具に固定される筒状の外筒と、を備えるガスセンサであって、
   前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部との重なり部に全周に亘って形成された、前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部とに跨る溶接部が、前記ガスセンサの軸線方向に異なる位置に複数形成され、
   前記複数の前記溶接部のうち、隣り合う２つの前記溶接部が一部分重複するように形成されており、
   前記軸線に沿った断面にて、該隣り合う２つの前記溶接部のうち、後端側に形成される後端側溶接部が、先端側に形成される先端側溶接部に対して重なるように形成され、
   前記後端側溶接部の深さは、前記先端側溶接部の深さよりも大きいことを特徴とする、
   ガスセンサ。
4. 軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検出するための検知部を有するセンサ素子と、
   前記センサ素子の先端側及び後端側を露出させつつ前記センサ素子の周囲を囲む筒部を有する主体金具と、
   後端側が前記主体金具の筒部の周囲を囲むように前記主体金具に固定される筒状の外筒と、を備えるガスセンサであって、
   前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部との重なり部に全周に亘って形成された、前記外筒の先端部と前記主体金具の筒部とに跨る溶接部が、前記ガスセンサの軸線方向に異なる位置に複数形成され、
   複数の前記溶接部のうち、隣り合う２つの前記溶接部の前記主体金具の筒部に形成される内側溶接部が一部分重複するように形成され、
   前記溶接部のうち、重なった第２溶接部の深さは、重ねられた第1溶接部の深さよりも大きいことを特徴とする、
   ガスセンサ。
5. 請求項３又は請求項４に記載のガスセンサにおいて、
   前記溶接部は、前記主体金具の前記筒部の厚みの半分以下の部位に設けられる、
   ガスセンサ。

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