JP5129599B2 - ガスセンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス中の被検出ガスの濃度を検出するための検出素子を備えたガスセンサおよびその製造方法に関するものである。

従来、自動車などの排気ガス中の被検出ガス、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）や酸素などの濃度を検出するための検出部を有する検出素子を備えたガスセンサが知られている。このような検出素子は自動車の排気管に取り付けるための主体金具に保持されて、自身の先端側に設けられた検出部が排気管内に露出されるようにして使用される。また、検出素子の後端側には検出部からの出力信号を取り出すための電極が設けられており、その電極部分を含む検出素子の後端側は主体金具の後端側から露出されている。そして電極には外部回路との接続を行うためのリード線が電気的に接続され、この接続部分を含む検出素子の後端部分を保護するため、主体金具の後端側には筒状の外筒が接合されている。

このようなガスセンサの製造過程において、主体金具と外筒との接合は、通常、レーザ溶接により行われる。具体的には、外筒の先端を主体金具の後端側に形成した係合部に重ね合わせ、加締めによる仮止め後、あるいはそのままの状態で、外筒の外周側から全周にわたってレーザを照射して、外筒と主体金具とを接合している（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
特開２００４−３５４２７４号公報 特開２００１−１４７２１３号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２では、レーザ接合により形成される溶接部が外筒の先端よりも後端側に位置する形態であり、外筒の先端から溶接部にかけての部位は、外筒の内周面と主体金具の外周面とが密接状態となっているものの接合されているわけではないため、僅かながら間隙を有する場合がある。ガスセンサが使用中に被水すると毛細管現象によりその間隙に水滴等が浸入する場合があり、このような間隙に入り込んだ水滴等は比較的揮発しにくいため、その間隙内にて溶接部が長期間水滴等に接触した状態となってしまう虞がある。特に主体金具において、レーザ溶接によって一度溶融した部分の界面は比較的腐食を生じやすいため、溶接部が長期間水滴等に接触した状態となると、溶接部と非溶接部との界面において腐食を生ずる虞があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、主体金具と外筒との溶接部において腐食を生じにくいようにすることができるガスセンサおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のガスセンサは、軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、当該主体金具に固定され、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状の外筒とを有するガスセンサにおいて、前記主体金具は、径方向に拡径された鍔部と、当該鍔部の後端側に形成される後端部とを有し、前記外筒の先端が前記主体金具の前記後端部の少なくとも一部の径方向周囲を取り囲むように配置され、かつ、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部との境界部分を溶融することで、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部とに跨って形成された溶接部が全周にわたって形成され、前記溶接部の厚みが、前記外筒の厚みよりも大きいことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記主体金具の前記後端部は、筒部と、当該筒部の後端側に接続し、その筒部よりも縮径する縮径部とを有し、前記外筒の前記先端は、前記縮径部の径方向周囲を取り囲むように配置され、前記溶接部は、前記外筒の前記先端と前記筒部との間に跨って形成されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のガスセンサは、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記溶接部は、径方向における自身の厚みが、前記外筒の厚みよりも２倍以上厚く形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のガスセンサは、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記溶接部の先端と前記鍔部の後端との距離が１ｍｍ以上であることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のガスセンサは、請求項２乃至４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部とに跨がるように、両者を外周側から加締めた加締め部が形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記溶接部は、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記鍔部との間に跨って形成されていることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明のガスセンサは、請求項６に記載の発明の構成に加え、前記外筒は、自身の前記先端に、径方向外側に拡径する拡径部を有し、前記溶接部は、前記拡径部と前記鍔部との間に跨って形成されていることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明のガスセンサは、請求項６または７に記載の発明の構成に加え、前記溶接部は、径方向内側に向かうにつれて、前記軸線方向の先端側に延びて形成されていることを特徴とする。

また、請求項９に係る発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記外筒の前記先端は、前記主体金具の前記鍔部とは離間しつつ前記後端部の径方向周囲を取り囲むように配置され、前記溶接部は、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部との間に跨って形成されていることを特徴とする。

また、請求項１０に係る発明のガスセンサは、請求項９に記載の発明の構成に加え、前記溶接部は、径方向内側に向かうにつれて、前記軸線方向の後端側に延びて形成されていることを特徴とする。

また、請求項１１に係る発明のガスセンサは、請求項６乃至１０のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記溶接部は、その外表面が凹んだ曲面形状に形成されることを特徴とする。

また、請求項１２に係る発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、当該主体金具に固定され、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状の外筒とを有するガスセンサの製造方法において、前記主体金具は、径方向に拡径された鍔部と、当該鍔部よりも後端側に形成される筒部と、当該筒部の後端側に接続し、その筒部よりも縮径する縮径部とを有し、前記外筒の前記先端を、前記縮径部の径方向周囲を取り囲むように配置させつつ、前記筒部の後端向き面に当接させる外筒配置工程と、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部との境界付近に向けて全周にわたってレーザ溶接を行い、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部との境界部分を溶融することで、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部との間に跨って溶接部を形成する溶接工程とを有し、前記溶接部の厚みが、前記外筒の厚みよりも大きいことを特徴とする。

また、請求項１３に係る発明のガスセンサの製造方法は、請求項１２に記載の発明の構成に加え、前記溶接工程では、前記溶接部の径方向における厚みが前記外筒の厚みよりも厚く形成されるように、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部との境界付近に向けて全周にわたってレーザ溶接を行うことを特徴とする。

また、請求項１４に係る発明のガスセンサの製造方法は、請求項１２または１３に記載の発明の構成に加え、前記外筒配置工程後で前記溶接工程前に、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部とに跨がるように、両者を外周側から加締めて加締め部を形成する加締め工程を有することを特徴とする。

また、請求項１５に係る発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、当該主体金具に固定され、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状の外筒とを有するガスセンサの製造方法において、前記主体金具は、径方向に拡径された鍔部と、当該鍔部の後端側に形成される後端部とを有し、前記外筒の前記先端を、前記後端部の径方向周囲を取り囲むように配置させつつ、前記鍔部の後端向き面に当接させる外筒配置工程と、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記鍔部との境界付近に向けて全周にわたってレーザ溶接を行い、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記鍔部との境界部分を溶融することで、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記鍔部との間に跨って溶接部を形成する溶接工程とを有し、前記溶接部の厚みが、前記外筒の厚みよりも大きいことを特徴とする。

また、請求項１６に係る発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガス中を検出するための検出部を有する検出素子と、前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、当該主体金具に固定され、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状の外筒とを有するガスセンサの製造方法において、前記主体金具は、径方向に拡径された鍔部と、当該鍔部の後端側に形成される後端部とを有し、前記外筒の前記先端を、前記主体金具の前記鍔部とは離間しつつ前記後端部の径方向周囲を取り囲むように配置させる外筒配置工程と、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部との境界付近に向けて全周にわたってレーザ溶接を行い、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部との境界部分を溶融することで、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部との間に跨って溶接部を形成する溶接工程とを有し、前記溶接部の厚みが、前記外筒の厚みよりも大きいことを特徴とする。

また、請求項１７に係る発明のガスセンサの製造方法は、請求項１５または１６に記載の発明の構成に加え、前記溶接工程では、前記溶接部の外表面が凹んだ曲面形状に形成されることを特徴とする。

請求項１に係る発明のガスセンサでは、外筒の先端が主体金具の後端部の少なくとも一部の径方向周囲を取り囲むように配置され、その外筒の先端と主体金具とに跨って溶接部が形成されて外筒と主体金具との接合がなされるが、さらにその溶接部が全周にわたって形成されることにより、主体金具の後端部の外周面と外筒の先端の内周面との間隙を外方に対し遮断した状態で密封することができる。するとガスセンサがその使用中に被水しても、その間隙への入口となり得る外筒の先端と主体金具の後端部との間が溶接部によって塞がれることとなるため、間隙内に水滴等が浸入することを防止することができる。従って、間隙内に浸入した水滴等が長期間にわたって間隙内に露出される溶接部と接触した状態が生ずることがなく、ひいては水滴等が長期間にわたって溶接部と接触した状態にあった場合に生じ得る腐食の発生を防止することができる。

このように、主体金具の後端部と外筒の先端との間に跨る溶接部を全周にわたって形成するにあたって、請求項２に係る発明のように、主体金具の後端部を段状に形成し筒部と縮径部とを有するようにすれば、外筒の先端を、その縮径部に係合させつつ筒部に付き合わせることができ、外筒と主体金具との接合の際に両者の位置決めと仮固定を行いやすい。そして外筒と主体金具との接合を、例えばレーザ溶接を用いて行う場合、上記のように外筒の先端を主体金具の筒部に付き合わせ、その突き合わせ位置（外筒と主体金具との境界）を狙ってガスセンサの軸線方向と直交する方向からレーザを照射すれば、主体金具の溶融具合と外筒の溶融具合とをより均等な状態に近づけることができ、溶接部の形成による上記間隙の封止をより確実に行うことができる。もっとも、レーザの照射位置は上記突き合わせ位置よりも主体金具側に偏っていても、あるいは外筒側に偏っていても、レーザに溶融されて形成される溶接部が外筒と主体金具とに跨って形成されれば十分に、上記間隙の封止を行うことが可能である。

そして、溶接部の径方向における厚みが外筒の厚みよりも厚くなるように溶接部を形成することが望ましく、より具体的には、請求項３に係る発明のように、溶接部の径方向における厚みが外筒の厚みよりも２倍以上厚くなるようにレーザの出力を調整して溶接部を形成することが好ましい。このようにすれば、溶接部の形成において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、主体金具の後端部の外周面と外筒の先端の内周面との間隙の封止を確実に行うことができる。

また、請求項４に係る発明のように、形成された溶接部の先端が主体金具の鍔部の後端から離れていることが好ましく、より具体的に、軸線方向における溶接部の先端と鍔部の後端との間の距離が１ｍｍ以上離れていることが望ましい。外筒と主体金具との接合を、例えばレーザ溶接を用いて行う場合、外筒の先端と主体金具の筒部との突き合わせ位置（外筒と主体金具との境界）を狙ってレーザを照射することとなる。このとき、レーザの照射位置と主体金具の鍔部とが離れていれば、その作業を容易に行うことができ、その距離は、上記のように、形成された溶接部の先端が鍔部の後端から１ｍｍ以上離れていれば足りる。一方、形成された溶接部の先端と鍔部の後端との距離が１ｍｍ未満である場合、レーザの照射位置が鍔部に近いため、レーザが鍔部に当たらないようにしつつ、上記突き合わせ位置を狙ってガスセンサの軸線方向と直交する方向からレーザを照射するのは難しいことがある。レーザが鍔部にかかってしまった場合、主体金具の溶融具合と外筒の溶融具合とを均等な状態とするのが難しく、また、仕上がりの美観を損なう虞もあるため、レーザ照射時の照射角度を変更したり、照***度を高めたりする必要が生ずることがある。

また、請求項５に係る発明のように、外筒の先端と主体金具の筒部とに跨るように両者を外周側から加締めることで、主体金具に対し外筒の仮固定を行うことができ、溶接部を形成する過程で主体金具と外筒との位置ずれの発生を防止し、両者を接続する溶接部が確実に両者を跨ぐ状態で形成されるようにすることができる。

ところで溶接部は、請求項６に係る発明のように、外筒の先端を主体金具の鍔部に付き合わせるようにしつつ、両者を跨ぐように形成してもよい。このように、外筒の先端の内周面と主体金具の後端部の外周面との間の間隙への入口部分となり得る部位を溶接部で埋めることができれば、上記間隙の封止を確実に行うことができる。

さらに請求項７に係る発明のように、外筒の先端に、径方向外側へ拡径する拡径部を有し、その拡径部と鍔部とに跨って溶接部を形成してもよい。より具体的に、拡径部は外筒の先端を径方向外側へ折り返した形態の部位であり、その拡径部の軸線方向の先端を主体金具の鍔部の後端に当接させ、拡径部の径方向先端と鍔部の後端との間にできた段差に、拡径部と鍔部とを跨ぐ溶接部を形成するものである。外筒の先端に拡径部を有しても、このように、外筒の先端と主体金具の鍔部との間に跨った溶接部が形成されれば、外筒の先端の内周面と主体金具の後端部の外周面との間の間隙への入口部分となり得る部位が溶接部で埋められるので、上記間隙の封止を確実に行うことができる。

ところで、外筒の先端と主体金具の鍔部とを跨ぐ溶接部を、例えばレーザ溶接を用いて形成する場合、請求項８に係る発明のように、径方向内側に向かうにつれ軸線方向先端側に延びるようにレーザを照射して溶接部を形成すれば、主体金具内部まで溶接部を形成することができ、外筒と主体金具との接合強度をより高めることができる。なお、外筒の先端と主体金具の鍔部との突き合わせ位置を含むように上記の向きにレーザを照射すればよい。

また、請求項９に係る発明のように、外筒の先端を主体金具の鍔部と離間させた状態で、外筒の先端と主体金具の後端部との間に跨って溶接部を形成してもよい。このように、外筒の先端の内周面と主体金具の後端部の外周面との間の間隙への入口部分となり得る部位を溶接部で埋めることができれば、上記間隙の封止を確実に行うことができる。

そして、外筒の先端と主体金具の後端部とを跨ぐ溶接部を、例えばレーザ溶接を用いて形成する場合、請求項１０に係る発明のように、径方向内側に向かうにつれ軸線方向後端側に延びるようにレーザを照射して溶接部を形成すれば、主体金具内部まで溶接部を形成することができ、外筒と主体金具との接合強度をより高めることができる。なお、外筒の先端と主体金具の後端部との突き合わせ位置を含むように、上記の向きにレーザを照射すればよい。

また、こうした形態の溶接部の形成は、外筒と主体金具との突き合わせ位置を望む、内向きに曲折する２面をその突き合わせ位置にて接合する形態となるため、請求項１１に係る発明のように、形成された溶接部の外表面が凹んだ曲面形状に形成されれば、外筒の先端と主体金具との間の間隙への入口部分を溶接部で封止する厚みを有することができ、間隙の封止をより確実に行うことができる。

また、請求項１２に係る発明のガスセンサの製造方法では、外筒配置工程において、外筒の先端を主体金具の縮径部に係合させつつ筒部の後端側面に当接させるので、外筒と主体金具と位置決めと仮固定を行いやすい。この状態で溶接工程にて外筒と主体金具との境界付近に向けて全周にわたってレーザ溶接するので、外筒の先端と主体金具の筒部との間で確実に、両者を跨ぐ溶接部を形成することができる。このときのレーザの照射を軸線方向と直交する方向から行えば、主体金具の溶融具合と外筒の溶融具合とをより均等な状態に近づけることができ、溶接部の形成による上記間隙の封止をより確実に行うことができる。なお、レーザの照射は、外筒の先端と主体金具の筒部とを当接させた境界に向けて行うことが望ましいが、その境界よりも主体金具側に偏っていても、あるいは外筒側に偏っていても、レーザに溶融されて形成される溶接部が外筒と主体金具との間に跨って形成されれば十分に、上記間隙の封止を行うことが可能である。従ってレーザ溶接は、外筒の先端と主体金具の筒部との境界付近に照射するとよい。

このように、外筒の先端と主体金具の筒部との間で両者を跨ぐ溶接部を形成することで、主体金具の後端部の外周面と外筒の先端の内周面との間隙を外方に対し遮断した状態で密封することができる。するとガスセンサがその使用中に被水しても、その間隙への入口となり得る外筒の先端と主体金具の後端部との間が溶接部によって塞がれることとなるため、間隙内に水滴等が浸入することを防止することができる。従って、間隙内に浸入した水滴等が長期間にわたって間隙内に露出される溶接部と接触した状態が生ずることがなく、ひいては水滴等が長期間にわたって溶接部と接触した状態にあった場合に生じ得る腐食の発生を防止することができる。

また、請求項１３に係る発明のように、溶接部の径方向における厚みが外筒の厚みよりも厚くなるように溶接部を形成すれば、その溶接部が、外筒の先端側と径方向内側とのそれぞれにおいて主体金具との間にて形成されるので、溶接部の形成による上記間隙の封止をさらに確実に行うことができる。

また、請求項１４に係る発明のように、外筒配置工程後で溶接工程前に加締め工程を行い、外筒の先端と主体金具の筒部とに跨るように両者を外周側から加締めれば、主体金具に対し外筒の仮固定を行うことができる。このようにすれば溶接工程において外筒との位置ずれが生ずることを防止し、両者を跨ぐ溶接部を確実に形成することができる。

また、請求項１５に係る発明のように、外筒の先端に主体金具の後端部を係合させつつ、外筒の先端を主体金具の鍔部に当接させて両者を跨ぐ溶接部を形成すれば、外筒の先端の内周面と主体金具の後端部の外周面との間の間隙への入口部分となり得る部位すなわち外筒の先端と主体金具の鍔部との当接部分を溶接部で埋めることができ、上記間隙の封止を確実に行うことができる。

同様に、請求項１６に係る発明のように、外筒の先端に主体金具の後端部を係合させつつ、外筒の先端を主体金具の鍔部に対し離間させた状態で両者を跨ぐ溶接部を形成しても、外筒の先端の内周面と主体金具の後端部の外周面との間の間隙への入口部分となり得る部位すなわち外筒の先端と主体金具の後端部との境界部分を溶接部で埋めることができ、上記間隙の封止を確実に行うことができる。

なお、こうした形態の溶接部の形成は、内向きに曲折する２面をその曲折位置にて接合する形態となるため、請求項１７に係る発明のように、形成された溶接部の外表面が凹んだ曲面形状に形成されれば、外筒の先端と主体金具の後端部との間の間隙への入口部分を溶接部で封止する厚みを有することができ、間隙の封止をより確実に行うことができる。

以下、本発明を具体化したガスセンサおよびその製造方法の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明に係るガスセンサの第１の実施の形態として、ガスセンサ１を例に、その構造について図１，図２を参照して説明する。図１は、ガスセンサ１の縦断面図である。図２は、図１の円Ａの部分を拡大してみたガスセンサ１の断面図である。なお、ガスセンサ１は自動車の排気管（図示外）に取り付けられて使用されるが、その際に排気管内に露出される側（図１の下側）を軸線Ｏ方向における先端側とし、反対側（図１の上側）を後端側として説明するものとする。

図１に示すガスセンサ１は、自動車の排気管（図示外）に取り付けられ、内部に保持する検出素子１０の先端側に設けられた検出部１１が排気管内を流通する排気ガス中に晒されて、その排気ガス中の酸素濃度から排気ガスの空燃比を検出する、いわゆる全領域空燃比センサである。検出素子１０からは、排気ガスの空燃比がリーンの場合には、理論空燃比に対し余剰となる酸素の量に応じた検出値（電流値）が得られ、リッチの場合には未燃焼ガスを完全燃焼させるのに必要な酸素の量に応じた検出値（電流値）が得られる。これら検出値をもとに、図示しないセンサ制御回路にて排気ガスの空燃比が求められてＥＣＵ（電子制御ユニット）に対し出力され、空燃比フィードバック制御などに利用される。

まず、検出素子１０について説明する。検出素子１０は、公知にあるような軸線Ｏ方向に延びる細幅で板状の素子で、酸素濃度の検出を行うガス検出体と、そのガス検出体を早期活性化させるために加熱を行うヒータ体とを厚み方向に貼り合わせた積層体として一体化されたものである（図１では、紙面左右方向を厚み方向（板厚方向）、紙面表裏方向を幅方向として示している。）。ガス検出体は、ジルコニアを主体とする固体電解質体と白金を主体とする検出電極と（共に図示しない）から構成され、その検出電極は、検出素子１０の先端側の検出部１１内に配置されている。そして検出電極を排気ガスによる被毒から保護するため、検出素子１０の検出部１１には、その外周面を包むように保護層１５が形成されている。また、検出素子１０の後端側に設けられた電極部１２には、ガス検出体やヒータ体から電極を取り出すための５つの電極パッド１６（図１ではそのうちの２つの電極パッド１６を図示している。）が形成されている。なお、第１の実施の形態では、検出素子１０を本発明における「検出素子」として説明を行うが、厳密には、検出素子１０の構成としてヒータ体は必ずしも必要ではなく、ガス検出体が本発明の「検出素子」に相当する場合もある。

次に、フランジ部２４について説明する。検出素子１０の中央部１３のやや先端側には、自身の内部に検出素子１０を挿通させた有底筒状をなす金属製の金属カップ２０が配置されている。金属カップ２０は主体金具５０内に検出素子１０を保持するための保持部材であり、筒底の開口２５から検出素子１０の検出部１１が突出されている。また、筒底の縁部分の先端周縁部２３は、外周面にかけてテーパ状に形成されている。金属カップ２０内には、アルミナ製のセラミックリング２１と滑石粉末からなるシール材２２とが、それぞれ、自身に検出素子１０を挿通させた状態で収容されている。シール材２２は金属カップ２０内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、金属カップ２０とセラミックリング２１とシール材２２とが一体となり、フランジ部２４として、検出素子１０の径方向周囲を取り囲む形態で検出素子１０に一体に組み付けられている。

次に、主体金具５０について説明する。主体金具５０はガスセンサ１を自動車の排気管（図示外）に取り付け固定するためのものであり、内部に貫通孔５８が形成された筒状をなしている。検出素子１０はその中央部１３が、フランジ部２４ごと主体金具５０の貫通孔５８内にて保持されている。主体金具５０は、例えばＳＵＳ４３０等の低炭素鋼からなり、外周先端側に排気管への取り付け用のねじ山が形成された雄ねじ部５１を有する。この雄ねじ部５１よりも先端側には、後述するプロテクタ８が係合される先端係合部５６が形成されている。また、主体金具５０の外周中央には取り付け用の工具が係合する工具係合部５２が形成されている。そして、その工具係合部５２の先端面と雄ねじ部５１の後端との間には、排気管に取り付けた際のガス抜けを防止するためのガスケット５５が嵌挿されている。なお、工具係合部５２が、本発明における「鍔部」に相当する。

さらに、図２に示すように、工具係合部５２の後端側には、後述する外筒６５の先端６６が係合される後端係合部５７が形成されている。第１の実施の形態において、後端係合部５７は、工具係合部５２側の筒部５７１と、その筒部５７１より後端側で、筒部５７１よりも縮径された縮径部５７２とからなる段状に形成されている。両者の段部からなる面５７４（以下、「後端向き面」５７４という。図２では溶接前の後端向き面５７４の位置が点線で示されている。）の径方向における大きさは、後述する外筒６５の厚みとほぼ同等に構成されている。そして、後端係合部５７よりもさらに後端側に、主体金具５０内に検出素子１０を加締め保持するための加締め部５３が形成されている。なお、後端係合部５７が、本発明における「後端部」に相当する。

また、図１に示すように、主体金具５０の貫通孔５８の内周で雄ねじ部５１付近には、段状をなす段部５４が形成されている。この段部５４には、検出素子１０と一体となったフランジ部２４を構成する金属カップ２０の先端周縁部２３が係止されている。さらに、主体金具５０の内周には滑石粉末からなるシール材２６が、自身に検出素子１０を挿通させた状態で、フランジ部２４の後端側から装填されている。そして、シール材２６を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ２７が主体金具５０内に嵌め込まれている。スリーブ２７の後端側外周には段状をなす肩部２８が形成されており、その肩部２８には、円環状の加締めパッキン２９が配置されている。この状態で主体金具５０の加締め部５３が、加締めパッキン２９を介してスリーブ２７の肩部２８を先端側に向けて押圧するように加締められている。シール材２６は主体金具５０内で押し潰されて細部にわたって充填されており、このシール材２６と、金属カップ２０内にあらかじめ装填されたシール材２２とによって、フランジ部２４および検出素子１０が主体金具５０内で位置決められて保持されている。主体金具５０内の気密は加締め部５３とスリーブ２７の肩部２８との間に介在される加締めパッキン２９によって維持され、燃焼ガスの流出が防止される。

次に、ガスセンサ１の主体金具５０より後端側の構造について説明する。主体金具５０後端（加締め部５３）からは、内部に保持する検出素子１０の電極部１２を含む後端側の部分が突出されている。その電極部１２には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ６０が被せられている。セパレータ６０は、検出素子１０の電極部１２に形成された複数の電極パッド１６のそれぞれに接触（電気的に接続）させる５つの接続端子６１（図１ではそのうちの２つの接続端子６１を図示している。）を内部に保持している。また、各接続端子６１と、各接続端子６１に接続されてガスセンサ１の外部に引き出される５本のリード線６４（図１ではそのうちの３本のリード線６４を図示している。）と各接続部分もセパレータ６０内に収容されて保護されている。

前述した外筒６５はステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製で筒状をなし、主体金具５０の後端側に取り付けられ、主体金具５０の後端から露出される検出素子１０の電極部１２やセパレータ６０の周囲を覆って保護するものである。図２に示すように、外筒６５は、自身の先端６６の内周面６８を、主体金具５０の後端係合部５７の縮径部５７２の外周面５７３に対向させるようにして、後端係合部５７に係合されている。この状態で、外筒６５の先端面６９（図２では溶接前の先端面６９の位置が点線で示されている。）と後端係合部５７の後端向き面５７４との突き合わせ位置付近（矢印Ｂで示す両者の境界付近）を跨ぐように、先端６６から筒部５７１にかけての範囲が、外周側から周方向に一周にわたってリング状に加締められ、加締め部６７として形成されている。さらに、この加締め部６７において、上記した矢印Ｂで示す部位付近を狙い、外筒６５の周方向に一周にわたって例えば公知のＹＡＧレーザを照射することにより、主体金具５０の筒部５７１と外筒６５の先端６６とを接合するレーザ溶接が施されている。レーザの照射によって、軸線Ｏ方向に先端６６から筒部５７１にかけての範囲が溶融し、両者を跨ぐ溶接部９９が形成されることにより、筒部５７１と先端６６とが接合されている。この溶接部９９は、ガスセンサ１の径方向における厚み（図２において矢印Ｃで示す大きさ）が、少なくとも外筒６５の厚み（図２において矢印Ｄで示す大きさ）よりも大きく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。より具体的には、形成された溶接部９９の厚みが、ガスセンサ１の径方向において、外筒６５の厚みの２倍以上となるように、レーザの出力が調整される。このような厚み（深さ）を有する溶接部９９を形成することにより、外筒６５と主体金具５０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９９は、軸線Ｏ方向において、自身の先端の位置と主体金具５０の工具係合部５２の後端の位置との間の距離（図２において矢印Ｅで示す大きさ）が３ｍｍであり、１ｍｍ以上となる位置に形成されている。

また、図１に示すように、外筒６５とセパレータ６０との間の間隙には、金属製で筒状の保持金具７０が配設されている。保持金具７０は自身の後端を内側に折り曲げて構成した支持部７１を有し、自身の内部に挿通されるセパレータ６０の後端側外周に鍔状に設けられた太径部６２を支持部７１に係止させて、セパレータ６０を支持している。この状態で、保持金具７０が配置された部分の外筒６５の外周面が加締められ、セパレータ６０を支持した保持金具７０が外筒６５内に固定されている。

そして外筒６５の後端側の開口には、フッ素系ゴム製のグロメット７５が嵌合されている。グロメット７５は複数の挿通孔７６を有し、各挿通孔７６に、セパレータ６０から引き出された複数のリード線６４が気密に挿通されている。この状態でグロメット７５は、セパレータ６０を先端側に押圧しつつ、外筒６５の外周から加締められて、外筒６５の後端に固定されている。

次に、ガスセンサ１の主体金具５０より先端側の構造について説明する。主体金具５０の先端（先端係合部５６）からは、内部に保持する検出素子１０の検出部１１が突出されている。この先端係合部５６には、検出素子１０の検出部１１を、排気ガス中のデポジット（燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質）による汚損や被水などによる折損等から保護するためのプロテクタ８が嵌められ、スポット溶接やレーザ溶接によって固定されている。プロテクタ８は、有底筒状の内側プロテクタ９０と、内側プロテクタ９０の外周面との間に空隙を有した状態でその径方向周囲を取り囲む筒状の外側プロテクタ８０とから構成される２重構造を有する。

内側プロテクタ９０には、周壁９２の後端側に複数の内側導入孔９５と、周壁９２の先端側に複数の水抜き孔９６と、底壁９３（先端側の壁部）に排出口９７とが開口されている。そして開口端側（後端側）の基端部９１が主体金具５０の先端係合部５６の外周に係合され、その状態で外周を一周してレーザ溶接が施されており、内側プロテクタ９０が主体金具５０に固定されている。

また、外側プロテクタ８０には、周壁８２の先端側に複数の外側導入孔８５が開口されている。そして、開口端側の基端部８１が内側プロテクタ９０の基端部９１の外周に係合され、その状態で外周にスポット溶接が施されており、外側プロテクタ８０もまた内側プロテクタ９０を介して主体金具５０に固定されている。さらに、外側プロテクタ８０と内側プロテクタ９０との間の空隙を閉じるように、外側プロテクタ８０の先端部８３が内側プロテクタ９０の周壁９２に向けて内側に折り曲げられている。

外側プロテクタ８０と内側プロテクタ９０との間の空隙は、外側導入孔８５を介して外部から導入される排気ガスに、内側プロテクタ９０の周壁９２の外周を取り囲む状態で旋回流を生じさせ、ガス成分と水分とに分離するために設けられている。ガス成分は内側導入孔９５から内側プロテクタ９０内に導入され、検出素子１０に接触し、排出口９７から外部に排出される一方で、水分は、水抜き孔９６から内側プロテクタ９０内に進入し、排出口９７から外部に排出されるように構成されている。この構成により、検出素子１０の検出部１１は、排気ガス中のデポジットによる汚損や、被水に起因する熱衝撃による折損等から保護されている。

ところで前述したように、第１の実施の形態のガスセンサ１では、主体金具５０と外筒６５との接合が外筒６５の周方向に一周にわたるレーザ溶接により行われている。そのレーザ溶接によって形成された溶接部９９は、筒部５７１と先端６６との間にて両者が溶融されることによって両者を跨いで形成され、両者を接合している。このようなガスセンサ１の構成を実現可能な製造方法について、図１〜図３を参照して説明する。図３は、ガスセンサ１の製造過程を示す図である。なお、以下では、ガスセンサ１を構成する主体金具５０と外筒６５との接合の過程を中心に説明し、ガスセンサ１のその他の部位の製造過程については公知であるため、省略あるいは簡略化して説明するものとする。

［金具形成工程］
ガスセンサ１の製造過程において、主体金具５０は以下のように作製される。まず、ＳＵＳ４３０等の低炭素鋼材からなるパイプ状の鋼材が冷間鍛造機（図示外）にセットされ、押出成形等の鍛造加工が施される。そして切削機（図示外）を用い、外周面や、貫通孔５８となる筒孔内の切削加工が行われる。そして転造ダイス（図示外）を用い、雄ねじ部５１にねじ山が転造されて主体金具５０が完成する。

［各部組立工程］
一方、図１に示す検出素子１０は、固体電解質体や電極、絶縁体等を積層してなる未焼成のガス検出体と未焼成のヒータ体とを厚み方向（板厚方向）に積層した状態で焼成し、その焼成体の検出部１１に保護層１５を形成することにより、細長い板状の素子として作製される。この検出素子１０に、セラミックリング２１とシール材２２を収容した金属カップ２０が検出素子１０の電極部１２側から嵌め込むように取り付けられ、中央部１３のやや先端側に配置される。その状態でシール材２２がセラミックリング２１側に押圧され、押し潰されることにより金属カップ２０内の隙間を埋め、検出素子１０とフランジ部２４とが一体となる。

このフランジ部２４と一体となった検出素子１０は、図３に示すように、別工程で作製されたプロテクタ８が先端係合部５６に接合された主体金具５０の貫通孔５８内に配置される。さらに検出素子１０に、電極部１２側からシール材２６、スリーブ２７およびパッキン２９（図１参照）が挿通される。そして主体金具５０の加締め部５３が加締められることにより、押し潰されたシール材２６が主体金具５０と検出素子１０との間隙を埋め、主体金具５０内で検出素子１０が保持される。また、別工程において、ＳＵＳ３０４等のステンレスから外筒６５が筒状に形成される。この外筒６５内には、予めリード線６４が接続された接続端子６１を収容したセパレータ６０と、そのセパレータ６０を保持する保持金具７０と、グロメット７５とが配置され（図１参照）、外筒６５の外周面が加締められることにより外筒６５内に固定される。

［外筒配置工程］
そして図３に示すように、この外筒６５が、内部に検出素子１０の電極部１２を含む後端側の部分を収容するように主体金具５０の後端側から被せられる。このとき、外筒６５の先端面６９が、主体金具５０の後端係合部５７の筒部５７１と縮径部５７２との間の後端向き面５７４に当接され、図２に示したように、先端６６の内周面６８と縮径部５７２の外周面５７３とが対向して配置される。

［加締め工程］
次に、図３に示すように、先端面６９と後端向き面５７４との突き合わせ位置付近（図２に矢印Ｂで示した両者の境界付近）を跨ぐように、主体金具５０の後端係合部５７の筒部５７１から外筒６５の先端６６にかけての範囲が、矢印Ｍで示すように、周方向に一周にわたってリング状に加締められ、加締め部６７として形成される。この加締めによって、外筒６５は主体金具５０に仮固定された状態となる。

［溶接工程］
さらに、この加締め部６７において、外筒６５の先端面６９付近（図２に矢印Ｂで示した部位付近）を狙い、矢印Ｌで示すように、外筒６５の周方向に一周にわたってレーザ溶接が行われる。このとき、外筒６５の溶融具合と主体金具５０の溶融具合とを略均等とするためレーザは軸線Ｏ方向と直交する方向から照射される。ここで、前述したように、軸線Ｏ方向における溶接部９９の先端の位置と主体金具５０の工具係合部５２の後端の位置との間の距離（図２において矢印Ｅで示す大きさ）が１ｍｍ以上となる位置に溶接部９９が形成されるように、外筒６５の先端面６９と後端向き面５７４との突き合わせ位置が位置決めされている。つまり、レーザの照射位置と工具係合部５２とは離れており、レーザを軸線Ｏ方向と直交する方向から照射するにあたって、その作業を容易に行うことができる。このレーザ溶接によって軸線Ｏ方向に筒部５７１から先端６６にかけての部位が溶融し、筒部５７１と先端６６とを跨ぐ溶接部９９が形成されて両者が接合され、ガスセンサ１が完成する。

このように作製される第１の実施の形態のガスセンサ１では、図２に示すように、先端６６と筒部５７１との間で両者を跨ぐ溶接部９９が形成されたことにより、主体金具５０の筒部５７１の外周面５７３と外筒６５の先端６６の内周面６８との間の間隙が外方と遮断された状態に密封される。従ってガスセンサ１の使用の際にガスセンサ１が被水しても、溶接部９９によって、筒部５７１の外周面５７３と先端６６の内周面６８との間の間隙に水滴等が浸入することがない。つまり、先端６６の内周面６８と筒部５７１の外周面５７３との間隙への入口部分となり得る外筒６５の先端面６９と後端係合部５７の後端向き面５７４との間の間隙が、溶接部９９が形成されたことによって封止される。このため、溶接部９９と主体金具５０との界面に長期間水滴等が接触した場合に生じやすい腐食の発生を防止することができる。なお、筒部５７１の外周面において溶接部９９との界面が露出されており、その部分に水滴等が付着することもあるが、上記間隙に入り込んだ場合とは異なり広い面積をもって外気に接触した状態となるため、水滴等が揮発されやすく、上記のような腐食を生じにくい。

また、主体金具５０の後端係合部５７と外筒６５の先端６６との間で両者を跨ぐ溶接部９９を形成するにあたって、主体金具５０の後端係合部５７を筒部５７１と縮径部５７２とを有する段状に形成すれば、外筒６５の先端６６を、その縮径部５７２に係合させつつ筒部５７１に付き合わせることができ、外筒６５と主体金具５０との接合の際に両者の位置決めと仮固定を行いやすい。そして外筒６５と主体金具５０との接合を、例えばレーザ溶接を用いて行う場合、上記のように外筒６５の先端６６を主体金具５０の筒部５７１に付き合わせ、その突き合わせ位置（外筒６５と主体金具５０との境界）を狙って軸線Ｏと直交する方向からレーザを照射すれば、主体金具５０の溶融具合と外筒６５の溶融具合とをより均等な状態に近づけることができ、溶接部９９の形成による上記間隙の封止をより確実に行うことができる。もっとも、レーザの照射位置は上記突き合わせ位置よりも主体金具５０側に偏っていても、あるいは外筒６５側に偏っていても、レーザに溶融されて形成される溶接部９９が外筒６５と主体金具５０とに跨って形成されれば十分に、上記間隙の封止を行うことが可能である。

そして、溶接部９９の径方向における厚みが外筒６５の厚みよりも厚くなるように溶接部９９を形成すれば、その溶接部９９が、外筒６５の先端側と径方向内側とのそれぞれにおいて主体金具５０との間にて形成されるので、溶接部９９の形成による上記間隙の封止をさらに確実に行うことができる。

また、外筒６５の先端６６と主体金具５０の筒部５７１とに跨るように両者を外周側から加締めることで、主体金具５０に対し外筒６５の仮固定を行うことができ、溶接部９９を形成する過程で主体金具５０と外筒６５との位置ずれの発生を防止し、両者を跨ぐ溶接部９９を確実に形成することができる。

次に、本発明に係るガスセンサおよびその製造方法の第２の実施の形態について、図４，図５を参照して説明する。図４は、第２の実施の形態のガスセンサ１０１において、図１の円Ａの部分に相当し、主体金具１５０と外筒１６５とを接合した状態を示す部分断面拡大図である。図５は、第２の実施の形態のガスセンサ１０１の製造過程を示す図である。

なお、第２の実施の形態に係るガスセンサ１０１は、第１の実施の形態のガスセンサ１の主体金具５０と外筒６５との接合を異なる形態で行ったものである。従って、ここではガスセンサ１０１の主体金具１５０と外筒１６５との接合構造、およびガスセンサ１０１の製造過程における両者の接合方法について説明し、その他の部位の構成や製造方法については第１の実施の形態と同一であるので省略または簡略化するものとする。

図４に示すように、第２の実施の形態のガスセンサ１０１の主体金具１５０は、第１の実施の形態の主体金具５０とは異なり、後端係合部１５７が段状に形成されていない。また、外筒１６５は、先端１６６の内周面１６８が後端係合部１５７の外周面１５８に係合可能となる内径に形成されると共に、外筒１６５の先端面１６９が、主体金具１５０の工具係合部１５２の後端面１５９に突き合わせ可能な長さに形成されている。

図５に示すように、ガスセンサ１０１の製造過程では、第１の実施の形態と同様に、主体金具１５０にプロテクタ８や検出素子１０等（図１参照）を組み付けたガスセンサ１０１の先端側となる部位と、外筒１６５にセパレータ６０やグロメット７５等（図１参照）を組み付けたガスセンサ１０１の後端側となる部位とがそれぞれ組み立てられる。そして外筒配置工程では、その外筒１６５が、自身の内部に検出素子１０の電極部１２を含む後端側の部分を収容するように主体金具１５０の後端側から被せられる。このとき、図４に示すように、第２の実施の形態では、先端１６６の内周面１６８と後端係合部１５７の外周面１５８とが対向して配置されると共に、外筒１６５の先端面１６９（図４では溶接前の先端面１６９の位置が点線で示されている。）が主体金具１５０の工具係合部１５２の後端面１５９に対し突き合わされる。

次に溶接工程では、図５に示すように、外筒１６５の先端面１６９と工具係合部１５２の後端面１５９との突き合わせ位置（境界付近）を狙い、矢印Ｌで示すように、外筒１６５の周方向に一周にわたってレーザ溶接が行われる。このとき、外筒１６５の溶融具合と主体金具１５０の溶融具合とを略均等とするため、レーザは軸線Ｏ方向と直交する方向よりも後端側から照射される。これにより、外筒１６５の先端面１６９を含む先端１６６と主体金具１５０の工具係合部１５２とが溶融して一体となる。このレーザ照射は径方向全周にわたって行われ、主体金具１５０の工具係合部１５２と外筒１６５の先端１６６とに跨って溶接部１９９が形成されて、ガスセンサ１０１が完成する。上記のレーザの照射方向に応じ、形成された溶接部１９９の形状は、周方向の断面において、径方向内側に向かうにつれて軸線Ｏ方向の先端側に延びる形状をなす。

なお、図４に示すように、この溶接部１９９の外表面は、メニスカス状に凹んだ曲面形状に形成されることが望ましく、このようにすれば、外筒１６５の先端１６６と主体金具１５０との間の間隙への入口部分を溶接部１９９で封止する厚みを有することができ、間隙の封止をより確実に行うことができる。また、レーザ溶接時に出力を調整し、形成後の溶接部１９９の径方向（図中紙面左右方向）における厚み（図４において矢印Ｃで示す大きさ）が、少なくとも外筒１６５の厚み（図４において矢印Ｄで示す大きさ）よりも大きくなるようにすれば、主体金具１５０と外筒１６５との接合強度を高められ望ましいことは、第１の実施の形態と同様である。

このように作製される第２の実施の形態のガスセンサ１０１においても、外筒１６５の先端１６６から主体金具１５０の工具係合部１５２にかけての部位に両者を跨ぐ溶接部１９９が形成されたことにより、主体金具１５０の後端係合部１５７の外周面１５８と、外筒１６５の先端１６６の内周面１６８との間隙が外気と遮断された状態に密封される。従ってガスセンサ１０１の使用の際に、ガスセンサ１０１が被水しても、溶接部１９９によって、後端係合部１５７の外周面１５８と先端１６６の内周面１６８との間の間隙に水滴等が浸入することがない。つまり、先端１６６の内周面１６８と後端係合部１５７の外周面１５８との間の間隙への入口部分となり得る外筒１６５の先端面１６９と工具係合部１５２の後端面１５９との間の間隙が、溶接部１９９の形成によって封止されるので、溶接部１９９と主体金具１５０との界面に長期間水滴等が接触した場合に生じやすい腐食の発生を防止することができる。なお、工具係合部１５２の後端面１５９において露出された溶接部１９９と工具係合部１５２との間の界面は、第１の実施の形態と同様に、狭い間隙に水滴等が入り込んだ場合とは異なり広い面積をもって外気に接触した状態となるため、水滴等が揮発されやすく、上記のような腐食を生じにくい。

次に、本発明に係るガスセンサおよびその製造方法の第３の実施の形態について、図６，図７を参照して説明する。図６は、第３の実施の形態のガスセンサ２０１において、図１の円Ａの部分に相当し、主体金具１５０と外筒２６５とを接合した状態を示す部分断面拡大図である。図７は、第３の実施の形態のガスセンサ２０１の製造過程を示す図である。

第３の実施の形態に係るガスセンサ２０１は、第２の実施の形態で用いた主体金具１５０に対し外筒２６５を接合するものであり、その接合の形態を第１，第２の実施の形態とは異なる形態にて行ったものである。従って、ここではガスセンサ２０１の外筒２６５を主体金具１５０に接合するための構造、およびガスセンサ２０１の製造過程における両者の接合方法について説明し、その他の部位の構成や製造方法については第１および第２の実施の形態と同一であるので省略または簡略化するものとする。

図６に示すように、第３の実施の形態のガスセンサ２０１の外筒２６５は、第２の実施の形態の外筒１６５と略同等の内径を有しつつも軸線Ｏ方向に短く形成されている。このため、ガスセンサ２０１では、外筒２６５の先端２６６が主体金具１５０の工具係合部１５２に対し離間した状態で、外筒２６５と主体金具１５０とが接合されている。

図７に示すように、ガスセンサ２０１の製造過程では、第２の実施の形態と同様に、主体金具１５０にプロテクタ８や検出素子１０等（図１参照）を組み付けたガスセンサ２０１の先端側となる部位と、外筒２６５にセパレータ６０やグロメット７５等（図１参照）を組み付けたガスセンサ２０１の後端側となる部位がそれぞれ組み立てられる。そして外筒配置工程では、その外筒２６５が、自身の内部に検出素子１０の電極部１２を含む後端側の部分を収容するように主体金具１５０の後端側から被せられる。このとき、図６に示すように、第３の実施の形態では、先端２６６の内周面２６８と後端係合部１５７の外周面１５８とが対向して配置されると共に、外筒２６５の先端面２６９（図６では溶接前の先端面２６９の位置が点線で示されている。）が、主体金具１５０の工具係合部１５２の後端面１５９に対し、離間した状態で配置される。

次に溶接工程では、図７に示すように、外筒２６５の先端面２６９と、主体金具１５０の後端係合部１５７の外周面１５８との突き合わせ位置（境界付近）を狙い、矢印Ｌで示すように、外筒２６５の周方向に一周にわたってレーザ溶接が行われる。このとき、外筒２６５の溶融具合と主体金具１５０の溶融具合とを略均等とするため、レーザは軸線Ｏ方向と直交する方向よりも先端側から照射される。これにより、外筒２６５の先端面２６９を含む先端２６６と主体金具１５０の後端係合部１５７とが溶融して一体となる。このレーザ照射は径方向全周にわたって行われ、主体金具１５０の後端係合部１５７と外筒２６５の先端２６６との間にて両者を跨ぐ溶接部２９９が形成されて、ガスセンサ２０１が完成する。上記のレーザの照射方向に応じ、形成された溶接部２９９の形状は、周方向の断面において、径方向内側に向かうにつれて軸線Ｏ方向の後端側に延びる形状をなす。

なお、図６に示すように、この溶接部２９９の外表面は、メニスカス状に凹んだ曲面形状に形成されることが望ましく、このようにすれば、外筒２６５の先端２６６と主体金具１５０との間の間隙への入口部分を溶接部２９９で封止する厚みを有することができ、間隙の封止をより確実に行うことができる。また、レーザ溶接時に出力を調整し、形成後の溶接部２９９の径方向（図中紙面左右方向）における厚み（図６おいて矢印Ｃで示す大きさ）が、少なくとも外筒２６５の厚み（図６において矢印Ｄで示す大きさ）よりも大きくなるようにすれば、主体金具１５０と外筒２６５との接合強度を高められ望ましいことは、第１，第２の実施の形態と同様である。

このように作製される第３の実施の形態のガスセンサ２０１においても、外筒２６５の先端２６６から主体金具１５０の後端係合部１５７にかけての部位にて両者を跨ぐ溶接部２９９が形成されたことにより、主体金具１５０の後端係合部１５７の外周面１５８と、外筒２６５の先端２６６の内周面２６８とで構成される間隙が外気と遮断された状態に密封される。従ってガスセンサ２０１の使用の際に、ガスセンサ２０１が被水しても、溶接部２９９によって、後端係合部１５７の外周面１５８と先端２６６の内周面２６８との間の間隙に水滴等が浸入することがない。つまり、接合前の状態において、先端２６６の内周面２６８と後端係合部１５７の外周面１５８との間の間隙への入口部分となり得る外筒２６５の先端面２６９と工具係合部１５２の後端係合部１５７の外周面１５８との間の間隙が、溶接部２９９の形成によって封止されるので、溶接部２９９と主体金具１５０との界面に長期間水滴等が接触した場合に生じやすい腐食の発生を防止することができる。なお、後端係合部１５７の外周面１５８において外方に露出された溶接部２９９と後端係合部１５７との間の界面は、第１，第２の実施の形態と同様に、狭い間隙に水滴等が入り込んだ場合とは異なり広い面積をもって外気に接触した状態となるため、水滴等が揮発されやすく、上記のような腐食を生じにくい。

なお、本発明は上記各実施の形態に限られず、各種の変形が可能である。例えば、第１の実施の形態において、主体金具５０の後端係合部５７と工具係合部５２とは連続していなくともよく、例えば、加締め部５３の加締めの際に変形し、加締められた状態が維持されるように、加締め部５３にかかる反発力を分散させるため加締め時に変形させる部位などを設けてもよい。第２，第３の実施の形態についても同様である。

また、第１の実施の形態では、外筒６５の先端面６９と、主体金具５０の後端係合部５７の筒部５７１と縮径部５７２との後端向き面５７４とを突き合わせた状態で加締め、レーザ溶接を行ったが、このとき、先端面６９と、筒部５７１および縮径部５７２の後端向き面５７４とは、互いに当接していてもよいし、あるいは両者間に間隙を有する状態であってもよい。また、レーザの照射位置については、外筒６５の先端面６９と、主体金具５０の後端係合部５７の筒部５７１と縮径部５７２との後端向き面５７４との突き合わせ位置（つまり主体金具５０と外筒６５の境界付近）を狙うことが好ましい。もっとも、外筒６５側に偏ってレーザを照射し、溶融した部分（溶接部９９）によって外筒６５と主体金具５０とが接続されてもよいし、主体金具５０側に偏ってレーザを照射し、溶融した部分により形成される溶接部９９を介し、両者が接合されるようにしてもよい。つまりレーザ溶接によって、溶接部９９が、軸線Ｏ方向において、外筒６５の先端６６と、主体金具５０の筒部５７１とを跨いで形成されて両者を接合すると共に、外筒６５の先端６６の内周面６８と主体金具５０の縮径部５７２の外周面５７３との間の間隙が、この溶接部９９によって封止された形態となれば足りる。

また、第２，第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、外筒１６５，２６５の先端１６６，２６６を主体金具１５０に対して加締めてもよい。あるいは第１の実施の形態において、主体金具５０と外筒６５との加締めを行わず、外筒６５の先端６６が後端係合部５７に係合した際に容易に外れたりしないように、外筒６５の内径を後端係合部５７の縮径部５７２の外径との径差を揃えてもよい。

また、第２の実施の形態において、例えば図８に示す、ガスセンサ３０１のように、外筒３６５の先端３６６に径方向外側へ拡径する拡径部３３０を有してもよい。この場合、外筒３６５の先端３６６の内周面３６８は、その内径を、第２の実施の形態と同様に後端係合部１５７の外周面１５８に係合可能な大きさに形成する。拡径部３３０は、軸線Ｏ方向（図中紙面上下方向）の先端向きの面である軸方向先端面３３１を、主体金具１５０の工具係合部１５２の後端面１５９に突き合わせ、径方向（図中紙面左右方向）の先端向きの面である径方向先端面３６９は、その位置が、工具係合部１５２の後端面１５９上に配置されるようにする。すると、拡径部３３０の径方向先端面３６９と工具係合部１５２の後端面１５９とは突き合わせ位置（境界付近）を基準に径方向外側に向かうにつれ軸線方向後端側へ広がる配置関係となる。その突き合わせ位置へ向けてレーザを照射すれば、外筒３６５と主体金具１５０とをより均等に跨ぐように溶接部３９９を形成することができ、この突き合わせ位置を入口とする外筒３６５の先端３６６の内周面３６８と主体金具１５０の後端係合部１５７の外周面１５８との間隙の封止を確実に行うことができる。さらに、レーザ溶接による溶接部３９９の形成前に、拡径部３３０の軸方向先端面３３１と工具係合部１５２の後端面１５９とを抵抗溶接により接合してもよい。このようにすれば、拡径部３３０の軸方向先端面３３１と工具係合部１５２の後端面１５９との間の間隙を確実に封止でき、先端３６６の内周面３６８と後端係合部１５７の外周面１５８との間隙への水滴等の浸入を完全に防止できる。また、レーザ溶接の際に、拡径部３３０の径方向先端面３６９を、工具係合部１５２の後端面１５９に対し位置決めした上で固定できるので、レーザ溶接を容易に行える。なお、レーザ溶接の際に、拡径部３３０の径方向先端面３６９と工具係合部１５２の後端面１５９との突き合わせ位置を確実に溶融するのであれば、軸線Ｏ方向に沿ってレーザを照射して溶接部３９９を形成してもよい。

また、本発明に係る主体金具と外筒との接合方法を用い、主体金具とプロテクタとの接合を行ってもよい。もっとも、主体金具の雄ねじ部より先端側に取り付けられるプロテクタは、ガスセンサが自動車の排気管に取り付けられた際に排気管内に露出される部分であり、排気管外に露出される外筒とは異なり高温の排気ガス（例えば８００℃）に晒される。このため、プロテクタと主体金具との間隙に水滴等が浸入しても比較的揮発されやすいので、本発明を主体金具と外筒との接合に適用することは、接合部分の腐食を防止する上でより高い効果を奏するものである。

酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサなどのガスセンサおよびその製造方法に適用し得る。

ガスセンサ１の縦断面図である。 図１の円Ａの部分を拡大してみたガスセンサ１の断面図である。 ガスセンサ１の製造過程を示す図である。 第２の実施の形態のガスセンサ１０１において、図１の円Ａの部分に相当し、主体金具１５０と外筒１６５とを接合した状態を示す部分断面拡大図である。 第２の実施の形態のガスセンサ１０１の製造過程を示す図である。 第３の実施の形態のガスセンサ２０１において、図１の円Ａの部分に相当し、主体金具１５０と外筒２６５とを接合した状態を示す部分断面拡大図である。 第３の実施の形態のガスセンサ２０１の製造過程を示す図である。 変形例としてのガスセンサ３０１において、図１の円Ａの部分に相当し、主体金具１５０と外筒３６５とを接合した状態を示す部分断面拡大図である。

１ ガスセンサ
１０ 検出素子
１１ 先端部
５０ 主体金具
５２ 工具係合部
５７ 後端係合部
６５ 外筒
６６ 先端
６７ 加締め部
９９ 溶接部
５７１ 筒部
５７２ 縮径部

Claims (17)

1. 軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
   前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
   当該主体金具に固定され、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状の外筒と
   を有するガスセンサにおいて、
   前記主体金具は、径方向に拡径された鍔部と、当該鍔部の後端側に形成される後端部とを有し、
   前記外筒の先端が前記主体金具の前記後端部の少なくとも一部の径方向周囲を取り囲むように配置され、かつ、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部との境界部分を溶融することで、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部とに跨って形成された溶接部が全周にわたって形成され、前記溶接部の厚みが、前記外筒の厚みよりも大きいことを特徴とするガスセンサ。
2. 前記主体金具の前記後端部は、筒部と、当該筒部の後端側に接続し、その筒部よりも縮径する縮径部とを有し、
   前記外筒の前記先端は、前記縮径部の径方向周囲を取り囲むように配置され、
   前記溶接部は、前記外筒の前記先端と前記筒部との間に跨って形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記溶接部は、径方向における自身の厚みが、前記外筒の厚みよりも２倍以上厚く形成されていることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
4. 前記溶接部の先端と前記鍔部の後端との距離が１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガスセンサ。
5. 前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部とに跨がるように、両者を外周側から加締めた加締め部が形成されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のガスセンサ。
6. 前記溶接部は、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記鍔部との間に跨って形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
7. 前記外筒は、自身の前記先端に、径方向外側に拡径する拡径部を有し、
   前記溶接部は、前記拡径部と前記鍔部との間に跨って形成されていることを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ。
8. 前記溶接部は、径方向内側に向かうにつれて、前記軸線方向の先端側に延びて形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載のガスセンサ。
9. 前記外筒の前記先端は、前記主体金具の前記鍔部とは離間しつつ前記後端部の径方向周囲を取り囲むように配置され、
   前記溶接部は、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部との間に跨って形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
10. 前記溶接部は、径方向内側に向かうにつれて、前記軸線方向の後端側に延びて形成されていることを特徴とする請求項９に記載のガスセンサ。
11. 前記溶接部は、その外表面が凹んだ曲面形状に形成されることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載のガスセンサ。
12. 軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
    前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
    当該主体金具に固定され、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状の外筒と
    を有するガスセンサの製造方法において、
    前記主体金具は、径方向に拡径された鍔部と、当該鍔部よりも後端側に形成される筒部と、当該筒部の後端側に接続し、その筒部よりも縮径する縮径部とを有し、
    前記外筒の前記先端を、前記縮径部の径方向周囲を取り囲むように配置させつつ、前記筒部の後端向き面に当接させる外筒配置工程と、
    前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部との境界付近に向けて全周にわたってレーザ溶接を行い、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部との境界部分を溶融することで、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部との間に跨って溶接部を形成する溶接工程と
    を有し、前記溶接部の厚みが、前記外筒の厚みよりも大きいことを特徴とするガスセンサの製造方法。
13. 前記溶接工程では、前記溶接部の径方向における厚みが前記外筒の厚みよりも厚く形成されるように、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部との境界付近に向けて全周にわたってレーザ溶接を行うことを特徴とする請求項１２に記載のガスセンサの製造方法。
14. 前記外筒配置工程後で前記溶接工程前に、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記筒部とに跨がるように、両者を外周側から加締めて加締め部を形成する加締め工程を有することを特徴とする請求項１２または１３に記載のガスセンサの製造方法。
15. 軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
    前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
    当該主体金具に固定され、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状の外筒と
    を有するガスセンサの製造方法において、
    前記主体金具は、径方向に拡径された鍔部と、当該鍔部の後端側に形成される後端部とを有し、
    前記外筒の前記先端を、前記後端部の径方向周囲を取り囲むように配置させつつ、前記鍔部の後端向き面に当接させる外筒配置工程と、
    前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記鍔部との境界付近に向けて全周にわたってレーザ溶接を行い、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記鍔部との境界部分を溶融することで、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記鍔部との間に跨って溶接部を形成する溶接工程と
    を有し、前記溶接部の厚みが、前記外筒の厚みよりも大きいことを特徴とするガスセンサの製造方法。
16. 軸線方向に延びると共に、自身の先端側に被検出ガスを検出するための検出部を有する検出素子と、
    前記検出部を自身の先端から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
    当該主体金具に固定され、前記検出素子の後端側の径方向周囲を取り囲む筒状の外筒と
    を有するガスセンサの製造方法において、
    前記主体金具は、径方向に拡径された鍔部と、当該鍔部の後端側に形成される後端部とを有し、
    前記外筒の前記先端を、前記主体金具の前記鍔部とは離間しつつ前記後端部の径方向周囲を取り囲むように配置させる外筒配置工程と、
    前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部との境界付近に向けて全周にわたってレーザ溶接を行い、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部との境界部分を溶融することで、前記外筒の前記先端と前記主体金具の前記後端部との間に跨って溶接部を形成する溶接工程と
    を有し、前記溶接部の厚みが、前記外筒の厚みよりも大きいことを特徴とするガスセンサの製造方法。
17. 前記溶接工程では、前記溶接部の外表面が凹んだ曲面形状に形成されることを特徴とする請求項１５または１６に記載のガスセンサの製造方法。
    

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