(57)【要約】【課題】ハウジング本体及び保護カバーの簡易な接続による製造コストの低廉化と、車両等への搭載時における耐久性の維持とをより両立する。【解決手段】外筒１６は、挿入部１６ａが主体金具１４の第２ボス部１４ｂの径方向外側を取り囲む。これにより主体金具１４の第２ボス部１４ｂとの間に形成される重なり部Ｏ２が径方向内側にかしめられるとともに全周でレーザ溶接されている。挿入部１６ａは挿入部１６ａを除く残部１６ｂより硬度が低い。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延び、一端側に検出部をもつ検出素子と、該検出素子の他端側に接続され、該検出部の出力信号を取り出すためのリード部材と、筒状をなして自身の内側に該検出素子を挿通し、少なくとも該検出部が一端側に露出するように該検出素子を保持する金属製のハウジング本体と、該ハウジング本体の一端側に接続され、該検出部を覆う金属製の第１保護カバーと、該ハウジング本体の他端側に接続され、該リード部材を内部に収容する金属製の第２保護カバーとを備えたガスセンサに用いられる該第１保護カバー及び該第２保護カバーの少なくとも一方を構成するガスセンサ用保護カバーにおいて、
前記ハウジング本体の径方向外側を取り囲み、該ハウジング本体との間に形成される重なり部が径方向内側にかしめられるとともに溶接される筒状の挿入部を有し、該挿入部は該挿入部を除く残部より硬度が低いことを特徴とするガスセンサ用保護カバー。
【請求項２】
上記挿入部はＨｖ１００〜２００であり、上記残部はＨｖ２５０以上であることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ用保護カバー。
【請求項３】
上記挿入部及び上記残部の肉厚は０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のガスセンサ用保護カバー。
【請求項４】
上記挿入部及び上記残部はオーステナイト系ステンレスからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガスセンサ用保護カバー。
【請求項５】
上記挿入部のみが焼鈍されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のガスセンサ用保護カバー。
【請求項６】
軸方向に延び、一端側に検出部をもつ検出素子と、該検出素子の他端側に接続され、該検出部の出力信号を取り出すためのリード部材と、筒状をなして自身の内側に該検出素子を挿通し、少なくとも該検出部が一端側に露出するように該検出素子を保持する金属製のハウジング本体と、該ハウジング本体の一端側に接続され、該検出部を覆う金属製の第１保護カバーと、該ハウジング本体の他端側に接続され、該リード部材を内部に収容する金属製の第２保護カバーとを備えたガスセンサにおいて、
前記第１保護カバー及び前記第２保護カバーの少なくとも一方は、前記ハウジング本体の径方向外側を取り囲み、該ハウジング本体との間に形成される重なり部が径方向内側にかしめられるとともに溶接される筒状の挿入部を有し、該挿入部は該挿入部を除く残部より硬度が低いことを特徴とするガスセンサ。
【請求項７】
前記溶接は、全周溶接であることを特徴とする請求項６記載のガスセンサ。
【請求項８】
上記挿入部はＨｖ１００〜２００であり、上記残部はＨｖ２５０以上であることを特徴とする請求項６又は７記載のガスセンサ。
【請求項９】
上記挿入部及び上記残部の肉厚は０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項記載のガスセンサ。
【請求項１０】
上記挿入部及び上記残部はオーステナイト系ステンレスからなることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項記載のガスセンサ。
【請求項１１】
上記挿入部のみが焼鈍されていることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項記載のガスセンサ。
【請求項１２】
軸方向に延び、一端側に検出部をもつ検出素子と、該検出素子の他端側に接続され、該検出部の出力信号を取り出すためのリード部材と、筒状をなして自身の内側に該検出素子を挿通し、少なくとも該検出部が一端側に露出するように該検出素子を保持する金属製のハウジング本体と、該ハウジング本体の一端側に接続され、該検出部を覆う金属製の第１保護カバーと、該ハウジング本体の他端側に接続され、該リード部材を内部に収容する金属製の第２保護カバーとを備えたガスセンサの製造方法において、
前記第１保護カバーの形状をなす第１成形体と、前記第２保護カバーの形状をなす第２成形体とを成形する成形工程と、
該第１成形体及び該第２成形体の少なくとも一方に対し、前記ハウジング本体の径方向外側を取り囲み可能であり、残部より硬度が低い筒状の挿入部を形成し、該第１保護カバー及び該第２保護カバーの少なくとも一方を得る硬度調整工程と、
該第１保護カバー及び該第２保護カバーの少なくとも一方の該挿入部で該ハウジング本体の径方向外側を取り囲み、これにより該ハウジング本体と該挿入部との間に形成される重なり部を径方向内側にかしめるかしめ工程と、
該重なり部に溶接を行なう溶接工程とを備えたことを特徴とするガスセンサの製造方法。
【請求項１３】
上記成形工程は、オーステナイト系ステンレスを絞り加工して上記第１成形体及び上記第２成形体を成形することを特徴とする請求項１２記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１４】
上記硬度調整工程は、第１成形体及び第２成形体の少なくとも一方に対して部分焼鈍を行い、上記挿入部を形成することを特徴とする請求項１２又は１３記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１５】
上記部分焼鈍は、高周波コイルによる高周波誘導加熱を用いて行なうことを特徴とする請求項１４記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１６】
前記溶接工程は全周溶接により行うことを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項記載のガスセンサの製造方法。
【請求項１７】
上記溶接工程はレーザにより行なうことを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項記載のガスセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサ用保護カバーと、この保護カバーを備えたガスセンサと、このガスセンサの製造方法とに関する。本発明に係るガスセンサは、酸素センサ、ＨＣセンサ、ＮＯｘセンサ、ガスの温度を測定可能な温度センサ等に具体化可能である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許文献１記載の酸素センサが知られている。この酸素センサでは、図７に示すように、一端側に酸素ガスを検出可能な検出部をもつ検出素子９０が軸方向に延びている。検出素子９０は、固体電解質からなり、検出部側が閉じた円筒状をなす素子本体と、この素子本体の外周面に形成された外周側電極層と、素子本体の内周面に形成された内周側電極層とからなる。
【０００３】
検出素子９０の他端側の外周面には外周側電極層と電気的に接続されるアース端子９１が装着されており、検出素子９０の他端側の内周面には内周側電極層と電気的に接続される出力端子９２が装着されている。アース端子９１は第１リード線９３と接続されており、出力端子９２は第２リード線９４と接続されている。また、検出素子９０内には他端側から一端側に向かってヒータ９５が挿入されており、このヒータ９５の他端側には一対のヒータ端子９６（一方は図示せず。）が装着されている。各ヒータ端子９６は図示しない第３、４リード線と各々接続されている。
【０００４】
上記検出素子９０は、パッキン９６、ホルダ９７、シーリング粉末９８、スリーブ９９及びリング８９を介して筒状をなす金属製の主体金具８０内に挿通され、検出部が主体金具８０の一端側８０ａに露出するように絶縁状態で保持されている。そして、主体金具８０の一端側８０ａには検出素子９０の検出部を覆う金属製のプロテクタ８１が接続されている。プロテクタ８１は円筒状の挿入部８１ａを有している。このプロテクタ８１は、挿入部８１ａが主体金具８０の一端側８０ａの径方向外側を取り囲み、これにより主体金具８０と挿入部８１ａとの間に形成される重なり部Ｏ１が径方向内側にかしめられているとともに全周でレーザ溶接されている。プロテクタ８１には酸素濃度を測定するためのガスを検出素子９０の検出部と接触させるためのガス導入口８１ｂが形成されている。
【０００５】
また、主体金具８０の他端側には検出素子９０の他端側、アース端子９１、出力端子９２、第１リード線９３、第２リード線９４、ヒータ９５の他端側、ヒータ端子９６及び第３、４リード線を内部に収容する金属製の内筒８２及び外筒８３が接続されている。この内筒８２は、主体金具８０の他端側の内側に挿入され、主体金具８０の他端側が径方向内側にかしめられることにより主体金具８０に固定されている。また、外筒８３は円筒状の挿入部８３ａを有している。この外筒８３は、挿入部８３ａが内筒８２の他端側８２ａの径方向外側を取り囲み、これにより内筒８２と挿入部８３ａとの間に形成される重なり部Ｏ２が径方向内側にかしめられているとともに全周でレーザ溶接されている。
【０００６】
内筒８２内において、アース端子９１及び出力端子９２が検出素子９０の他端側に装着されている。また、外筒８３内にはセパレータ８４が内装されており、セパレータ８４内において、アース端子９１が第１リード線９３と接続され、出力端子９２が第２リード線９４と接続され、ヒータ９５の他端側が各ヒータ端子９６を介して第３、４リード線と各々接続されている。外筒８３の他端側にはセパレータ８４と隣接してグロメット８５が内装されており、第１〜４リード線９３、９４等はこのグロメット８５を挿通して外部に延出されている。
【０００７】
内筒８２及び外筒８３には外部に開く開口８２ｂ、８３ｂが形成されている。そして、内筒８２及び外筒８３間には両開口８２ｂ、８３ｂと連通するフィルタ８６が挟持され、フィルタ８６によって水分が除去された大気が内筒８２及び外筒８３の内部に導入されるようになっている。
【０００８】
以上のように構成された酸素センサは車両の排気ガス管等に装着される。そして、ガス（排気ガス）がプロテクタ８１のガス導入口８１ｂを経て検出素子９０の検出部に接触すれば、そのガス中の酸素濃度に応じた起電力が検出部の外周側電極層と内周側電極層との間に生じる。外周側電極層と接続されたアース端子９１は第１リード線９３を経て接地されるため、内周側電極層と接続された出力端子９２によりこの起電力が出力信号として取り出される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３５２０９５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の酸素センサ等のガスセンサでは、以下の理由から、主体金具及び内筒からなるハウジング本体に対し、プロテクタからなる第１保護カバーや外筒からなる第２保護カバーを接続することが比較的困難である。ハウジング本体が主体金具だけからなる場合も同様である。このため、ひいては製造コストの高騰化を生じるとともに、車両等への搭載時における耐久性が懸念される。
【００１１】
すなわち、一般的にハウジング本体に対して筒状の第１、２保護カバーを接続しようとする場合、まず第１、２保護カバーにはハウジング本体の一端側又は他端側を圧入可能な圧入部が形成される。そして、第１、２保護カバーの圧入部の内側にハウジング本体の一端側又は他端側を圧入する。この後、第１、２保護カバーをハウジング本体に確実に固定するため、第１、２保護カバーの圧入部がハウジング本体の一端側又は他端側とともに全周で溶接されることとなる。これによりハウジング本体に対して第１、２保護カバーが接続され得る。
【００１２】
ところが、こうしてハウジング本体の一端側又は他端側に第１、２保護カバーの圧入部を圧入しようとすると、圧入代を極めて厳格に管理しなければならず、組付け前のハウジング本体及び第１、２保護カバーの加工、検査に手間を要し、製造コストの高騰化を招来してしまう。特に、オーステナイト系ステンレスを絞り加工して第１、２保護カバーを成形する場合には、開口側の圧入部が成形後に弾性によって拡径しやすく、この手間が多大なものとなってしまう。
【００１３】
このため、上記公報記載のように、ハウジング本体に対して第１、２保護カバーを接続することも有効ではある。つまり、プロテクタである第１保護カバーは、その挿入部がハウジング本体の一部である主体金具の一端側の径方向外側を取り囲み、これにより主体金具と挿入部との間に形成される重なり部が径方向内側にかしめられる。また、外筒である第２保護カバーは、その挿入部がハウジング本体の残部である内筒の他端側の径方向外側を取り囲み、これにより内筒と挿入部との間に形成される重なり部が径方向内側にかしめられる。この後、第１保護カバーの挿入部が主体金具とともに全周で溶接されることとなる。また、第２保護カバーの挿入部が内筒とともに全周で溶接されることとなる。ハウジング本体が主体金具だけからなる場合も同様である。こうであれば、ハウジング本体の一端側と第１保護カバーとの間の間隙及びハウジング本体の他端側と第２保護カバーとの間の間隙をさほど厳格に管理する必要がなくなり、加工、検査の手間を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。
【００１４】
しかしながら、こうして第１、２保護カバーに挿入部を形成するとしても、製造時の容易性を考慮して、ハウジング本体の外径よりも挿入部の内径をかなり大きくして、その挿入部がハウジング本体の径方向外側を容易に取り囲み得るようにすると、第１、２保護カバーが検出部やアース端子等のリード部材を保護するために比較的厚い肉厚を有することから、その挿入部を確実にかしめることが容易ではない。かといって、かしめ後にハウジング本体と第１、２保護カバーとの間に比較的大きな隙間があるとすれば、その後の溶接を強固に行うことができない。このため、上記かしめを行うにあたって加圧力を高める必要があり、パンチ等の耐久性が悪化したりして、やはり未だ製造コストの低廉化の実効性が十分でない。仮に、製造コストの低廉化のみを希求して比較的硬度の低い材料で第１、２保護カバー全体を製造するとすれば、挿入部のかしめ後において、挿入部とハウジング本体との間に隙間が生じる問題は解決できるものの、第１、２保護カバー全体が弱くなってしまうことから、ガスセンサを車両等に搭載した場合において、飛石等の外部衝撃により第１、２保護カバーが損傷して検出部やリード部材の保護が不十分になったりし、その耐久性を悪化させてしまうおそれがある。
【００１５】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ハウジング本体及び保護カバーの簡易な接続による製造コストの低廉化と、車両等への搭載時における耐久性の維持とをより両立することを解決すべき課題としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、以下の第１発明のガスセンサ用保護カバー、第２発明のガスセンサ及び第３発明のガスセンサの製造方法を完成させた。
【００１７】
第１発明のガスセンサ用保護カバーは、軸方向に延び、一端側に検出部をもつ検出素子と、該検出素子の他端側に接続され、該検出部の出力信号を取り出すためのリード部材と、筒状をなして自身の内側に該検出素子を挿通し、少なくとも該検出部が一端側に露出するように該検出素子を保持する金属製のハウジング本体と、該ハウジング本体の一端側に接続され、該検出部を覆う金属製の第１保護カバーと、該ハウジング本体の他端側に接続され、該リード部材を内部に収容する金属製の第２保護カバーとを備えたガスセンサに用いられる該第１保護カバー及び該第２保護カバーの少なくとも一方を構成するガスセンサ用保護カバーにおいて、
前記ハウジング本体の径方向外側を取り囲み、該ハウジング本体との間に形成される重なり部が径方向内側にかしめられるとともに溶接される筒状の挿入部を有し、該挿入部は該挿入部を除く残部より硬度が低いことを特徴とする。
【００１８】
第１発明のガスセンサ用保護カバーは、その挿入部がハウジング本体の径方向外側を取り囲み、これによりハウジング本体と挿入部との間に重なり部が形成される。この重なり部が径方向内側にかしめられる。かしめは、六角かしめ、ローリングかしめ、丸かしめ等の方法で行うことも可能であるが、八角以上のかしめ方法によることが好ましい。これによりハウジング本体と保護カバーの挿入部とが周方向にわたって密接することとなり、重なり部に対して確実な溶接を行えるからである。この後、挿入部がハウジング本体とともに溶接される。このため、ハウジング本体との間の間隙をさほど厳格に管理する必要がなく、加工、検査の手間を簡素化して製造コストの低廉化を実現でき、信頼性の高いガスセンサを提供できる。
【００１９】
また、第１発明の保護カバーでは、挿入部の硬度が挿入部を除く残部の硬度より低い。このため、製造時の容易性を考慮して、ハウジング本体の外径よりも挿入部の内径を大きくして、その挿入部がハウジング本体の径方向外側を容易に取り囲み得るようにし、かつ保護カバー自体が検出部やリード部材を保護するために比較的厚い肉厚を有していても、その挿入部を確実かつ容易にかしめることができ、かしめ後にハウジング本体と保護カバーの挿入部との間に隙間を残し難い。このため、加圧力を高める必要性やパンチ等の耐久性の悪化を生じることがなく、製造コストの低廉化を実現できる。しかも、第１発明の保護カバーでは、換言すれば、挿入部を除く残部の硬度が挿入部の硬度よりも高いことになるため、ガスセンサを車両等に搭載した場合において、飛石等の外部衝撃によっても保護カバーが損傷し難いことから、検出部やリード部材を好適に保護し、高い耐久性を発揮できる。
【００２０】
したがって、第１発明の保護カバーによれば、ハウジング本体との簡易な接続による製造コストの低廉化と、車両等への搭載時における耐久性の維持とをより両立することができる。
【００２１】
第１発明の保護カバーは、挿入部がＨｖ１００〜２００であり、残部がＨｖ２５０以上であることが好ましい。挿入部がＨｖ１００未満では、かしめ及び溶接後の強度が十分でない。また、挿入部がＨｖ２００を超えると、保護カバー自体が比較的厚い肉厚を有している場合、その挿入部をハウジング本体に対して隙間なくかしめることが困難になる。他方、残部がＨｖ２５０未満では、残部が軟弱となり、検出部やリード部材の保護能力及び耐久性の維持が十分でない。なお、挿入部及び残部のビッカース硬度Ｈｖについては、保護カバーに対して軸方向に断面をとったときの断面の中央（換言すれば、肉厚が半分になる位置）を対象にして、試験荷重を３００ｇとして軸方向に所定間隔毎（例えば、０．５ｍｍ毎）に測定し、挿入部及び残部それぞれにおいて得られた値を平均化したものである。また、保護カバーの上記残部の硬度の上限値としては、成形のしやすさを考慮すると、Ｈｖ５００以下を挙げることができる。さらに、この保護カバーの上記残部の硬度としては、強度と成形性との両立を考慮すると、Ｈｖ３００〜４５０の範囲内とすることが好ましい。
【００２２】
また、第１発明の保護カバーは、挿入部及び残部の肉厚が０．３ｍｍ以上であることが外部からの耐衝撃性を確保する上で好ましい。なお、この肉厚の上限値としては、成形のし易さを考慮すると、１．０ｍｍ以下を挙げることができる。
【００２３】
発明者らは、保護カバーがオーステナイト系ステンレスからなる場合について、本発明の効果を確認している。
【００２４】
また、発明者らは、保護カバーが全長２０〜５０ｍｍである場合、挿入部が軸方向に５〜７ｍｍの長さを有することが好ましいことを確認している。挿入部が軸方向に５ｍｍ未満の長さしか有さなければ、ハウジング本体との間に形成される重なり部をかしめ難く、かつ溶接を行い難い。挿入部が軸方向に７ｍｍを超える長さを有するのであれば、残部が短くなり、検出部やリード部材の保護能力及び耐久性の維持が十分でない。
【００２５】
第１発明の保護カバーは挿入部のみが焼鈍されていることにより具体化され得る。
【００２６】
第２発明のガスセンサは、軸方向に延び、一端側に検出部をもつ検出素子と、該検出素子の他端側に接続され、該検出部の出力信号を取り出すためのリード部材と、筒状をなして自身の内側に該検出素子を挿通し、少なくとも該検出部が一端側に露出するように該検出素子を保持する金属製のハウジング本体と、該ハウジング本体の一端側に接続され、該検出部を覆う金属製の第１保護カバーと、該ハウジング本体の他端側に接続され、該リード部材を内部に収容する金属製の第２保護カバーとを備えたガスセンサにおいて、
前記第１保護カバー及び前記第２保護カバーの少なくとも一方は、前記ハウジング本体の径方向外側を取り囲み、該ハウジング本体との間に形成される重なり部が径方向内側にかしめられるとともに溶接される筒状の挿入部を有し、該挿入部は該挿入部を除く残部より硬度が低いことを特徴とする。
【００２７】
第２発明のガスセンサは第１発明の保護カバーを備えたものである。第２発明の作用は第１発明の作用と同様である。したがって、第２発明のガスセンサによれば、ハウジング本体及び保護カバーの簡易な接続による製造コストの低廉化と、車両等への搭載時における耐久性の維持とをより両立することができる。
【００２８】
溶接は全周溶接であることが好ましい。これによりハウジング本体と第１保護カバー又は／及び第２保護カバーとを周方向にわたって強固に接合することが可能になる。また、ハウジング本体と第１保護カバー又は／及び第２保護カバーとの間を確実に気密固定することができる。
【００２９】
第３発明のガスセンサの製造方法は、軸方向に延び、一端側に検出部をもつ検出素子と、該検出素子の他端側に接続され、該検出部の出力信号を取り出すためのリード部材と、筒状をなして自身の内側に該検出素子を挿通し、少なくとも該検出部が一端側に露出するように該検出素子を保持する金属製のハウジング本体と、該ハウジング本体の一端側に接続され、該検出部を覆う金属製の第１保護カバーと、該ハウジング本体の他端側に接続され、該リード部材を内部に収容する金属製の第２保護カバーとを備えたガスセンサの製造方法において、
前記第１保護カバーの形状をなす第１成形体と、前記第２保護カバーの形状をなす第２成形体とを成形する成形工程と、
該第１成形体及び該第２成形体の少なくとも一方に対し、前記ハウジング本体の径方向外側を取り囲み可能であり、残部より硬度が低い筒状の挿入部を形成し、該第１保護カバー及び該第２保護カバーの少なくとも一方を得る硬度調整工程と、
該第１保護カバー及び該第２保護カバーの少なくとも一方の該挿入部で該ハウジング本体の径方向外側を取り囲み、これにより該ハウジング本体と該挿入部との間に形成される重なり部を径方向内側にかしめるかしめ工程と、
該重なり部に溶接を行なう溶接工程とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
第３発明は、第１発明に係る保護カバーを備えた第２発明のガスセンサを製造する場合のカテゴリである。第３発明の作用は第１、２発明の作用と同様である。したがって、第３発明の製造方法によれば、ハウジング本体及び保護カバーの簡易な接続による製造コストの低廉化と、車両等への搭載時における耐久性の維持とをより両立することができる。
【００３１】
第３発明の製造方法は、成形工程としてオーステナイト系ステンレスを絞り加工して第１成形体及び第２成形体を得る場合に特に顕著である。保護カバーをオーステナイト系ステンレスの絞り加工により成形するのであれば、開口側が成形後に弾性によって拡径することがあるが、上述の硬度調整工程を経てかしめ工程を行うことから、その開口径を極めて厳格に管理する必要が生じない。
【００３２】
第３発明の製造方法では、硬度調整工程として、第１成形体及び第２成形体の少なくとも一方に対して部分焼鈍を行い、挿入部を形成することが好ましい。これにより比較的簡易に挿入部と残部とに硬度差を生じさせることができ、製造コストの低廉化の実効性が向上する。部分焼鈍は、比較的簡易な高周波コイルによる高周波誘導加熱を用いて行なうことが好ましい。具体的には、高周波コイルを第１成形体及び第２成形体の挿入部を形成することとなる外周に配置し、この高周波コイルに高周波電流を流し、高周波誘導作用によりその部分を加熱することで行うことができる。なお、部分焼鈍を電子ビームにより行うことも可能である。
【００３３】
また、第３発明の製造方法では、溶接工程を全周溶接により行うことが好ましい。これにより、ハウジング本体と第１保護カバー又は／及び第２保護カバーとを周方向にわたって強固に接合することができるとともに、確実な気密固定を実現することができる。
【００３４】
さらに、第３発明の製造方法では、溶接工程をレーザにより行なうことが好ましい。これにより比較的簡易に重なり部を溶接することができ、製造コストの低廉化の実効性が向上する。また、重なり部における溶接強度を良好に確保することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、第１〜３発明を酸素センサに具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
この酸素センサでは、図１に示すように、一端側に酸素ガスを検出可能な検出部をもつ検出素子１が軸方向に延びている。検出素子１は、Ｙ２Ｏ３やＣａＯを固溶させたＺｒＯ２等の固体電解質からなり、検出部側が閉じた円筒状をなす素子本体と、この素子本体の外周面に形成されたＰｔ等からなる外周側電極層と、素子本体の内周面に形成されたＰｔ等からなる内周側電極層とからなる。
【００３７】
検出素子１の他端側の外周側には外周側電極層と電気的に接続されるアース端子２が装着されており、検出素子１の他端側の内周側には内周側電極層と電気的に接続される出力端子３が装着されている。アース端子２は第１リード線４と接続されており、出力端子３は第２リード線５と接続されている。アース端子２、出力端子３、第１リード線４及び第２リード線５は検出部の出力信号を取り出すためのリード部材である。また、検出素子１内には他端側から一端側に向かってヒータ６が挿入されており、このヒータ６の他端側には一対のヒータ端子７（一方は図示せず。）が装着されている。各ヒータ端子７は各々第３リード線８及び図示しない第４リード線と接続されている。
【００３８】
上記検出素子１は、金属製のパッキン９ａ、セラミックス製のホルダ１０、金属製のパッキン９ｂ、タルク等からなるシーリング粉末１１、セラミックス製のスリーブ１２及び金属製のリング１３を介して筒状をなす金属製の主体金具１４内に挿通されている。主体金具１４だけがハウジング本体である。主体金具１４の他端側は径方向内側にかしめられており、これにより検出素子１の検出部は主体金具１４の一端側に露出するように絶縁状態で保持されている。主体金具１４の一端側には円筒状の第１ボス部１４ａが形成されており、この第１ボス部１４ａには検出素子１の検出部を覆う第１保護カバーとしての金属製のプロテクタ１５が接続されている。プロテクタ１５は、外側に位置する外側プロテクタ１５ａと、この外側プロテクタ１５ａ内に固着された内側プロテクタ１５ｂとからなる。外側プロテクタ１５ａは、他端側に主体金具１４の第１ボス部１４ａの径方向外側を取り囲む部位に相当する円筒状の挿入部１５ｃを有している。この外側プロテクタ１５ａは、挿入部１５ｃが主体金具１４の第１ボス部１４ａの径方向外側を取り囲み、これにより第１ボス部１４ａと挿入部１５ｃとの間に形成される重なり部Ｏ１が径方向内側にかしめられているとともに溶接されている。この重なり部Ｏ１における溶接は、周方向に対して少なくとも２箇所以上をレーザ溶接してもよいし、全周でレーザ溶接してもよい（なお、本実施形態では全周溶接を行っている。）。プロテクタ１５には酸素濃度を測定するためのガスを検出素子１の検出部と接触させるためのガス導入口１５ｄが形成されている（図１の断面図には、内側プロテクタ１５ｂのガス導入口が図示されていない。）。なお、主体金具１４はフランジ１４ｃと第１ボス部１４ａとの間に雄ねじ１４ｄが形成されており、フランジ１４ｃと雄ねじ１４ｄとの間にはガスケットＧが取り付けられている。
【００３９】
また、主体金具１４の他端側にも円筒状の第２ボス部１４ｂが形成されており、この第２ボス部１４ｂには検出素子１の他端側、アース端子２、出力端子３、第１リード線４、第２リード線５、ヒータ６の他端側、ヒータ端子７、第３リード線８及び第４リード線を内部に収容する第２保護カバーとしての金属製の外筒１６が接続されている。外筒１６は、一端側に主体金具１４の第２ボス部１４ｂの径方向外側を取り囲む部位に相当する円筒状の挿入部１６ａを有している。この外筒１６は、挿入部１６ａが主体金具１４の第２ボス部１４ｂの径方向外側を取り囲み、これにより第２ボス部１４ｂと挿入部１６ａとの間に形成される重なり部Ｏ２が径方向内側にかしめられているとともに全周でレーザ溶接されている。
【００４０】
外筒１６の一端側内部において、アース端子２及び出力端子３が検出素子１の他端側に装着されている。また、外筒１６の中央部には板ばね１７を介してセラミックス製のセパレータ１８が内装されている。セパレータ１８はフランジ１８ａを有しており、フランジ１８ａの一端側に板ばね１７が介装されている。セパレータ１８内において、アース端子２が第１リード線４と接続され、出力端子３が第２リード線５と接続され、ヒータ６の他端側がヒータ端子７を介して第３リード線８及び第４リード線と接続されている。外筒１６の他端側にはセパレータ１８と隣接してゴム製のグロメット１９が内装されており、第１〜４リード線４、５、８等はこのグロメット１９を挿通して外部に延出されている。
【００４１】
グロメット１９は中央に貫通孔１９ａをもつ環状に形成されており、貫通孔１９ａにはフィルタユニット２０が挿着されている。このフィルタユニット２０は、金属製の筒状をなす支持部材２０ａと、この支持部材２０ａの周面及び上面（酸素センサの他端側）に被覆されたＰＴＦＥ製のフィルタ２０ｂとからなる。酸素センサの他端側の大気は貫通孔１９ａ及びフィルタユニット２０のフィルタ２０ｂを経て外筒１６の内部に連通するようになっている。
【００４２】
以上の構成をなす酸素センサは以下のように製造される。まず、上記検出素子１、アース端子２、出力端子３、第１〜４リード線４、５、８等、ヒータ６、ヒータ端子７、パッキン９ａ、９ｂ、ホルダ１０、シーリング粉末１１、スリーブ１２、リング１３、主体金具１４、プロテクタ１５、外筒１６、板ばね１７、セパレータ１８、グロメット１９及びフィルタユニット２０を用意する。
【００４３】
外筒１６を用意する際、図２に示す成形工程Ｓ１として、オーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３０４Ｌ製の平板又はパイプに絞り加工を施すことにより、図３（Ａ）に示すように、細い管状をなす小径部３１ａと、小径部３１ａより太い管状をなし、主体金具１４の他端側から突出する検出素子１の他端側全体を包囲する大径部３１ｂと、小径部３１ａと大径部３１ｂとを繋ぐ変径部３１ｄとからなる第２成形体３１を成形する。小径部３１ａには、径方向内側に突出してセパレータ１８のフランジ１８ａと当接可能な絞り部３１ｃが周方向にわたって断続的に４箇所形成されている。第２成形体３１の全長は４７ｍｍである。なお、第２成形体３１をＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１０Ｓで成形することもできる。
【００４４】
この後、図２に示す硬度調整工程Ｓ２として、図３（Ｂ）に示すように、第２成形体３１の大径部３１ｂの開口端側の外周に高周波コイル４０を位置させ、この高周波コイル４０に高周波電流を流して高周波誘導作用によりその部分を約７００°Ｃに加熱し、加熱後空冷することにより、第２成形体３１の開口端側だけを部分焼鈍する。こうして、外筒１６（第２成形体３１）の開口端側に残部１６ｂより硬度が低い円筒状の挿入部１６ａを形成する。挿入部１６ａの内径は主体金具１４の第２ボス部１４ｂの外径よりも大きくされ、第２ボス部１４ｂに対して外筒１６の挿入部１６ａが遊嵌状に挿入可能となるように設定されている。挿入部１６ａの硬度はＨｖ１００〜２００であり、残部１６ｂの硬度はＨｖ２５０以上である。また、挿入部１６ａ及び残部１６ｂの肉厚は０．５ｍｍである。さらに、挿入部１６ａは軸方向に６ｍｍの長さを有している。こうして大径部３１ｂの一端側に位置する挿入部１６ａの硬度が残部１６ｂ（詳細には、大径部３１ｂのうちで挿入部１６ａを除く部分と、変径部３１ｄと、小径部３１ａ）のそれよりも低くなった外筒１６を得る。これにより比較的簡易に挿入部１６ａと残部１６ｂとに硬度差を生じさせることができ、製造コストの低廉化の実効性が向上する。ここで、外筒１６の挿入部１６ａ及び残部１６ｂのビッカース硬度Ｈｖについては、外筒１６に対して軸方向に断面をとったときの断面の中央（換言すれば、肉厚が半分になる位置）を対象にして、試験荷重を３００ｇとして軸方向に０．５ｍｍ毎に測定し、挿入部１６ａ及び残部１６ｂそれぞれにおいて得られた値を平均化したものである。
【００４５】
外側プロテクタ１５ａを用意する際も外筒１６の場合と同様である。具体的には、まず成形工程として、ＳＵＳ３０４Ｌ製の平板又はパイプに適宜加工を施して所定形状の第１成形体を成形し、この第１成形体に対して高周波コイルを用いた硬度調整工程を実行する。そして、挿入部１５ｃの硬度がＨｖ１００〜２００であり、残部の硬度がＨｖ２５０以上の外側プロテクタ１５ａを得るのである。なお、外側プロテクタ１５ａの挿入部１５ｃの内径は主体金具１４の第１ボス部１４ａの外径よりも大きくされている。また、挿入部１５ｃ及び残部の肉厚は０．５ｍｍであり、挿入部１５ｃは軸方向に５ｍｍの長さを有し、外側プロテクタ１５ａの全長は軸方向に２０ｍｍの長さを有している。
【００４６】
そして、図４及び図５に示すように、酸素センサを組付ける。まず、図４に示すように、グロメット１９に第１〜４リード線４、５、８等を通し、この状態の第１〜４リード線４、５、８等をセパレータ１８の各リード線挿通孔に通す。この後、アース端子２に第１リード線４を接続するとともに、出力端子３に第２リード線５を接続する。また、ヒータ６の他端側に一対のヒータ端子７を装着し、各ヒータ端子７を各々第３リード線８及び第４リード線に接続する。次いで、セパレータ１８の一端側に板ばね１７を設け、外筒１６の絞り部３１ｃにセパレータ１８のフランジ１８ａが当接するまで、これらを外筒１６内に挿入する。また、外筒１６の他端側にグロメット１９を挿入する。こうして、第１サブアッシーとする。
【００４７】
また、主体金具１４にパッキン９ａ、ホルダ１０及びパッキン９ｂをこの順に挿入し、これらの内部に検出素子１を挿入する。そして、主体金具１４と検出素子１との間にシーリング粉末１１、スリーブ１２及びリング１３を設け、主体金具１４の他端側を径方向内側にかしめる。次いで、上記のようにして作製した外側プロテクタ１５ａの底壁１５ｅの内側に、別途作製した内側プロテクタ１５ｂの底壁１５ｆの外側を重ねて溶接し、外側プロテクタ１５ａ内に内側プロテクタ１５ｂを固着する。この後、図４に示すように、主体金具１４の第１ボス部１４ａの径方向外側を外側プロテクタ１５ａの挿入部１５ｃで取り囲み、第１ボス部１４ａと挿入部１５ｃとの間に形成される重なり部Ｏ１を径方向内側にかしめる。この際、八つのパンチを採用した八角かしめの方法を採用する。これにより主体金具１４の第１ボス部１４ａと外側プロテクタ１５ａの挿入部１５ｃとが密接する。次いで、重なり部Ｏ１にレーザを照射し、全周で溶接を行なう。このため、プロテクタ１５（外側プロテクタ１５ａ）を絞り加工により成形していても、第１ボス部１４ａとの間の間隙をさほど厳格に管理する必要がなく、加工、検査の手間を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。また、レーザを用いていることから、比較的簡易に重なり部Ｏ１を全周で溶接することができ、製造コストの低廉化の実効性が向上する。こうして、第２サブアッシーとする。
【００４８】
次いで、第１サブアッシーのヒータ６をチャックＣＨにより把持しながら第２サブアッシーの検出素子１の有底孔内に挿入を行い、第１サブアッシーの外筒１６（挿入部１６ａ）の先端を第２サブアッシーの主体金具１４のフランジ部１４ｃの他端面に当接させる。これにより、図５に示すように、第１サブアッシーの外筒１６の挿入部１６ａで第２サブアッシーの主体金具１４の第２ボス部１４ｂの径方向外側を間隙を介した状態で取り囲んだセンサ組立体を得る。
【００４９】
そして、このセンサ組立体に対し、図２に示すかしめ工程Ｓ３として、第２ボス部１４ｂと挿入部１６ａとの間に形成される重なり部Ｏ２を径方向内側にかしめる（図１参照）。この際も、八つのパンチを採用した八角かしめの方法を採用する。これにより主体金具１４の第２ボス部１４ｂと外筒１６の挿入部１６ａとが密接する。
【００５０】
次いで、図２に示す溶接工程Ｓ４として、図１に示すように、重なり部Ｏ２にレーザを照射し、全周で溶接を行なう。このため、外筒１６を絞り加工により成形していても、第２ボス部１４ｂとの間の間隙をさほど厳格に管理する必要がなく、加工、検査の手間を簡素化して製造コストの低廉化を実現できる。また、レーザを用いていることから、比較的簡易に重なり部Ｏ２を全周で溶接することができ、製造コストの低廉化の実効性が向上する。
【００５１】
この後、外筒１６が板ばね１７と対面する位置及び外筒１６がグロメット１９と対面する位置を径方向内側にかしめる。こうして、図１に示す酸素センサが得られる。なお、外筒１６が板ばね１７と対面する位置をかしめることで、板ばね１７と外筒１６の絞り部３１ｃとの間でセパレータ１８のフランジ部１８ａが挟圧されることになり、セパレータ１８が外筒１６に保持される。
【００５２】
以上のように構成された酸素センサは、車両に搭載される。そして、ガスがプロテクタ１５のガス導入口１５ｄを経て検出素子１の検出部に接触すれば、そのガス中の酸素濃度に応じた起電力が検出部の外周側電極層と内周側電極層との間に生じる。外周側電極層と接続されたアース端子２は第１リード線４を経て接地されるため、内周側電極層と接続された出力端子３によりこの起電力が出力信号として取り出される。この間、プロテクタ１５は水滴や油滴が検出部と接触することを防止し、外筒１６は飛石等がアース端子２等のリード部材や検出素子１と干渉することを防止する。また、フィルタユニット２０は外筒１６内に水分を除く大気を導入し、出力信号の基準出しを行っている。さらに、第３、４リード線によりヒータ６を加熱し、検出素子１の検出部における早期活性化を図っている。
【００５３】
また、こうして得られた酸素センサでは、外筒１６の挿入部１６ａの硬度が残部１６ｂの硬度より低いため、外筒１６自体がアース端子２等のリード部材や検出素子１を保護するために比較的厚い肉厚を有していても、その挿入部１６ａが確実かつ容易にかしめられ、かしめ後に主体金具１４の第２ボス部１４ｂと外筒１６の挿入部１６ａとの間に隙間を残し難い。このため、かしめ工程Ｓ３において、加圧力を高める必要性やパンチ等の耐久性の悪化を生じることがなく、製造コストの低廉化を実現できる。また、かしめ後に主体金具１４の第２ボス部１４ｂと外筒１６の挿入部１６ａとの間に隙間が残留しないため、かしめ後の外筒１６の挿入部１６ａと主体金具１４との重なり部Ｏ２における全周溶接を良好に行うことができる。しかも、この酸素センサでは、換言すれば、外筒１６の挿入部１６ａを除く残部１６ｂの硬度が挿入部１６ａの硬度よりも高いことになるため、飛石等によっても外筒１６が損傷し難いことから、アース端子２等のリード部材や検出素子１を好適に保護し、高い耐久性を発揮できる。
【００５４】
同様に、この酸素センサでは、外側プロテクタ１５ａの挿入部１５ｃの硬度が残部の硬度より低いため、その挿入部１５ｃが確実かつ容易にかしめられ、かしめ後に主体金具１４の第１ボス部１４ａと外側プロテクタ１５ａの挿入部１５ｃとの間に隙間を残し難い。このため、かしめ工程Ｓ３において、製造コストの低廉化を実現できる。また、かしめ後に主体金具１４の第１ボス部１４ａと外側プロテクタ１５ａの挿入部１５ｃとの間に隙間が残留しないため、かしめ後の外側プロテクタ１５ａの挿入部１５ｃと主体金具１４との重なり部Ｏ１における全周溶接を良好に行うことができる。しかも、この酸素センサでは、外側プロテクタ１５ａにおいて、挿入部１５ｃを除く残部の硬度が挿入部１５ｃの硬度よりも高いことになるため、車両への搭載時に例えばプロテクタ１５が排気ガス管の取付孔に当たることがあってもプロテクタ１５が損傷し難いことから、検出部を好適に保護し、高い耐久性を発揮できる。
【００５５】
したがって、この酸素センサによれば、主体金具１４及びプロテクタ１５並びに主体金具１４及び外筒１６の簡易な接続による製造コストの低廉化と、車両への搭載時における耐久性の維持とをより両立することができる。
【００５６】
（試験）
比較形態１として、第２成形体３１である外筒（全長４７ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ）を用意する。この比較形態１の外筒は全体の硬度がＨｖ３００以上である。また、比較形態２として、第２成形体３１全体に高周波コイル４０を位置させ、第２成形体３１全体を焼鈍した外筒（全長４７ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ）を用意する。この比較形態２の外筒は全体の硬度がＨｖ２００以下である。比較形態１、２の外筒及び上記実施形態の外筒１６に関し、大径部の開口端側の端面からの距離（ｍｍ）と硬度（Ｈｖ）との関係を図５に示す。なお、硬度は、外筒に対して軸方向に断面をとったときの断面の中央（換言すれば、肉厚が半分になる位置）を対象にして、試験荷重を３００ｇとして軸方向に０．５ｍｍ毎に測定したものである。
【００５７】
比較形態１、２の外筒を用い、実施形態の外筒と同様に酸素センサを組付ける。この結果、比較形態１の外筒では、加圧力を高めなければ挿入部を確実にかしめることができず、しかもパンチ等の耐久性が悪化した。このため、比較形態１の外筒を用いる場合には、製造コストの低廉化の実効性が十分でないことがわかる。一方、比較形態２の外筒では、挿入部のかしめの問題は生じないものの、外筒全体が弱いことから、アース端子等のリード部材や検出素子の保護が不十分である。これらに対し、実施形態の外筒１６では、上記のように、加圧力を高めなくても挿入部を確実にかしめることができ、しかもパンチ等の耐久性が悪化することがなかった。このため、実施形態の外筒１６を用いる場合には、製造コストの低廉化を実効あらしめ得ることがわかる。また、実施形態の外筒１６では、アース端子等のリード部材や検出素子を十分に保護することができ、ガスセンサの信頼性を高めることができる。
【００５８】
したがって、実施形態の外筒１６のように、挿入部がＨｖ１００〜２００であり、残部がＨｖ２５０以上であることが好ましいことがわかる。
【００５９】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更してもよい。例えば、上記実施形態の酸素センサでは、外側プロテクタ１５ａの挿入部１５ｃが主体金具１４の第１ボス部１４ａとの間で重なり部Ｏ１を形成するものであったが、内側プロテクタ１５ｂにも主体金具１４の第１ボス部１４ａの径方向外側を取り囲む挿入部を設け、外側プロテクタ１５ａの挿入部１５ｃ、内側プロテクタ１５ｂの挿入部及び主体金具１４の第１ボス部１４ａとによって重なり部を形成した上で、その重なり部を径方向内側にかしめて全周レーザ溶接を行ってもよい。なお、このとき、内側プロテクタ１５ｂの挿入部を、挿入部を除く残部よりも硬度を低くしておく必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の酸素センサの断面図である。
【図２】実施形態の酸素センサに係る外筒の製造方法を示す工程図である。
【図３】実施形態の酸素センサに係る外筒を示し、図（Ａ）は成形工程後の断面図、図（Ｂ）は硬度調整工程時の断面図である。
【図４】実施形態の酸素センサに係り、プロテクタのかしめ工程後の断面図である。
【図５】実施形態の酸素センサに係り、外筒のかしめ工程前の断面図である。
【図６】実施形態及び比較形態１、２の酸素センサにおける外筒の端面からの距離と硬度との関係を示すグラフである。
【図７】従来の酸素センサの断面図である。
【符号の説明】
１…検出素子
２、３、４、５…リード部材（２…アース端子、３…出力端子、４…第１リード線、５…第２リード線）
１４…ハウジング本体（主体金具）
１５…第１保護カバー（プロテクタ）
１６…第２保護カバー（外筒）
Ｏ１、Ｏ２…重なり部
１６ａ…挿入部
１６ｂ…残部
３１…第２成形体
Ｓ１…成形工程
Ｓ２…硬度調整工程
Ｓ３…かしめ工程
Ｓ４…溶接工程
４０…高周波コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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