JP2011203242A - ガスセンサ及びガスセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出素子が被水することを効果的に防ぐことができるとともに、センサ毎の応答性のバラツキを低減できるプロテクタを備えるガスセンサ及びガスセンサの製造方法を提供すること。
【解決手段】プロテクタ１９の先端側においては、内側プロテクタ５５における一対の内側連通孔８９、９１及び中間連通孔９３と、外側プロテクタ６３における外側連通孔７７とによって、プロテクタ１９の内側と外側とが連通している。また、一対の内側連通孔８９、９１の全開口面積（２Ｓ１）は、外側連通孔７７の全開口面積（Ｓ２）より大きく設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば排気ガス中に晒される検出素子を被水等から保護するプロテクタを備えるガスセンサ及びガスセンサの製造方法に関するものである。

従来より、自動車などの排気ガス中の特定ガス、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）や酸素などの濃度を検出する検出素子を備えたガスセンサが知られている。
このガスセンサは、検出素子がヒータにより加熱されて用いられることや、自動車の排気管等に取り付けられて高温の排気ガス中に晒されて用いられることとなるため、検出素子が比較的高温になる。その際、排気ガスに含まれる水や排気管に付着した凝縮水等の水分が検出素子に付着（被水）し、検出素子が熱衝撃を受けると、クラックや割れが生ずるおそれがある。

そこで、ガスセンサには、検出素子を覆うプロテクタを装着し、検出素子が被水することを防止している（例えば特許文献１参照）。
この特許文献１の技術とは、プロテクタの先端部に設けた平板状の先端壁に、内側（検出素子側）に凸部となる様に、切り掛け加工及び押圧加工によって陥没部を設けたものである。詳しくは、陥没部の底側（検出素子側）に、外部からの被水が直接に検出素子に到らないような底壁を設けるとともに、陥没部の側面に、底壁とプロテクタの先端壁とを接続する一対の側壁を設ける。さらに、陥没部に、底壁と側壁とに囲まれるように外部とプロテクタ内とを連通する開口部を径方向に向かって形成したものである。このプロテクタの構成によって、ガスセンサの先端側から水が飛散する状況下においても、底壁に水が付着し、検出素子を収容したプロテクタ内に水が流入することを抑制することができる。

特開２００８−９６４１９号公報

しかしながら、前記特許文献１の技術では、プロテクタの先端壁に切り掛け加工によって平行な切れ目を入れた後に、左右の切れ目の中央を内側に押し込んで陥没部を形成していたので、或いは、切れ目を入れること無くプロテクタの先端面を内側に押し込んで陥没部を形成していたので、加工精度が十分に得られないことがあった。

つまり、上述した加工によって形成された陥没部においては、開口部の形状及び寸法がばらつくことがあった。
しかも、検出素子の周囲を通過する排気ガスは、先端壁に形成された開口部からプロテクタの外側に排出されるため、開口部の面積によって排気ガスの拡散抵抗が規定されるので、開口部の面積の形状及び寸法のバラツキの影響によって、センサ毎の排気ガスの拡散抵抗もバラツキが生じることがあった。

その結果、このセンサ毎の拡散抵抗のバラツキが生じると、センサ毎の応答時間もバラツキが生じるので、センサ毎の応答性にバラツキがあるという問題があった。
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、検出素子が被水することを効果的に防止できるとともに、センサ毎の応答性のバラツキを低減できるガスセンサ及びガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明のガスセンサは、請求項１に記載の様に、軸線方向の先端側に被検出ガス中の特定ガス成分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た状態で、前記検出素子の径方向周囲を取り囲んで保持するハウジングと、前記ハウジングに固定されて前記検出部の周囲を覆うプロテクタと、を備え、前記プロテクタは、筒状の内側周壁、及び該内側周壁の先端側を閉塞する内側先端壁、を有し、前記検出部と間隙を介して配置される内側プロテクタと、前記内側周壁と間隙を介して配置される筒状の外側周壁、及び前記内側先端壁よりも先端側に配置され該外側周壁の先端側を閉塞する外側先端壁、を有する外側プロテクタと、を備えるとともに、前記内側周壁及び前記外側周壁のそれぞれには、ガスの通過が可能な通気孔が形成されたガスセンサにおいて、前記外側先端壁には、該外側先端壁を貫通し、前記外側プロテクタの内側と外側とを連通する外側連通孔が形成され、前記内側先端壁には、該内側先端壁から後端側に伸びる一対の側壁と該一対の側壁をつなぐ底壁とを有する連接壁を備えると共に、自身に内部空間を形成する陥没部を有し、該陥没部は、前記軸線方向に対して垂直な径方向に開口して前記内側プロテクタの内側と前記内部空間とを連通する一対の内側連通孔が形成され、前記一対の内側連通孔の全開口面積は、前記外側連通孔の全開口面積より大きく設定されていることを特徴とする。

本発明では、一対の内側連通孔の全開口面積は、外側連通孔の全開口面積より大きく設定されているので、外側連通孔で、例えば排気ガスが排出される際の拡散抵抗（従って例えば排気ガスがプロテクタの内外を通過する際のガス拡散抵抗）が調整されることになる。

この外側連通孔は、外側プロテクタの外側先端壁を貫通するように（例えばパンチング等によって）形成されるものであるので、内側プロテクタの外側先端壁に（例えば押圧及び切り掛け加工によって）設けた陥没部に開口する内側連通孔と比べて、開口形状や寸法の精度が高い。

従って、寸法精度の高い外側連通孔によってガス拡散抵抗が調整されることになるので、センサ毎の応答時間にバラツキが少なく、よって、センサ毎の応答性のバラツキが少ないという顕著な効果を奏する。

さらに、内側プロテクタの外側先端壁に陥没部を設けることで、ガスセンサの先端側から水が飛散する状況下においても、底壁に水が付着し、検出素子を収容した内側プロテクタ内に水が流入することを抑制することができる。

なお、外側連通孔は、外側先端壁を貫通していればよく、例えば、軸線方向に見たときに、円形、楕円や多角形であってもよい。さらに、外側連通孔は１個設けられていても、複数設けられていても良い。なお、外側連通孔が複数設けられている場合には、複数の外側連通孔の全ての開口面積にて内側連通孔の全開口面積と比較する。また、外側連通孔は、外側先端壁に対して垂直に開口していても良いが、外側先端壁の内側面から外側面に向かって拡径したり、縮径したりしても良い。この場合、外側連通孔の開口面積は、外側連通孔の開口を径方向に平行な面積で見たときの、最小面積のことを指す。

また、内側連通孔の開口面積は、内側連通孔を径方向から見たときに、陥没部の底壁、側壁及び内側先端壁にて囲まれる開口の最小面積を指す。また、一対の内側連通孔は、互いが同じ形状であっても、互いが異なる形状であってもよい。

（２）本発明のガスセンサでは、請求項２に記載の様に、前記内側プロテクタの内側先端壁には、該内側先端壁を貫通し、前記内部空間と前記内側プロテクタの外側とを連通する中間連通孔を有し、該中間連通孔の開口面積は、前記外側連通孔の全開口面積より大きく設定できる。

この様に、内側プロテクタの中間連通孔の開口面積についても、外側連通孔の全開口面積より大きく設定することにより、寸法精度の高い外側連通孔によってガス拡散抵抗が調整されることになるので、センサ毎の応答時間にバラツキが少なく、よって、センサ毎の応答性のバラツキが少ないという顕著な効果を奏する。

なお、中間連通孔は、内側先端壁を貫通していればよく、例えば、軸線方向に見たときに、円形、楕円や多角形であってもよい。また、中間連通孔は、外側先端壁に対して垂直に開口していても良いが、内側先端壁の内側面から外側面に向かって拡径したり、縮径したりしても良い。この場合、中間連通孔の開口面積は、中間連通孔の開口を径方向に平行な面積で見たときの、最小面積のことを指す。

（３）本発明のガスセンサでは、請求項３に記載の様に、前記内側先端壁と前記外側先端壁との間の間隙の大きさは、内側先端壁の厚みより小さく設定されていることを特徴とする。

この様に、内側先端壁と外側先端壁との間の間隙の大きさが、内側先端壁の厚みより小さく設定されているので、間隙に水分がたまりにくくなり、検出素子を被水からより効果的に保護することができる。そして、間隙の大きさが狭い（外側連通孔と内側連通孔とが近接している）プロテクタにおいて、上述に示す開口面積の関係を有することで、上述の応答性のバラツキを低減する効果が一層大きくなるという利点がある。

（４）本発明のガスセンサの製造方法は、請求項４に記載の様に、前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスセンサの製造方法であって、前記外側プロテクタの外側先端壁に対して、パンチングすることによって、前記外側連通孔を形成する第１工程と、前記内側プロテクタの内側先端壁に対して、前記陥没部の形状に対応する形状を有する外金を用いて前記後端方向に押圧することによって、前記連接壁を前記内側先端壁から分離して後端側に突出させるとともに、前記径方向に前記内側連通孔を形成する第２工程と、を有することを特徴とする。

本発明は、ガスセンサの製造方法を例示したものである。この製造方法により、前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスセンサを好適に製造することができる。
なお、内側プロテクタの内側先端壁を押圧する前に、予め内側先端壁の連接壁の幅に対応する箇所に切れ目を入れておく方法も、本発明の範囲である。

実施形態のガスセンサの部分断面図である。 （ａ）はガスセンサのプロテクタを軸方向に（図２（ｂ）のＡ−Ａ断面に沿って）破断して示す説明図、（ｂ）はプロテクタの底面図である。 ガスセンサのプロテクタを軸方向に（図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面に沿って）破断した状態を示す説明図である。 （ａ）はプロテクタの先端部分を軸方向に（図２（ｂ）のＡ−Ａ断面に沿って）破断し拡大して示す説明図、（ｂ）はプロテクタの先端部分を軸方向に（図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面に沿って）破断し拡大して示す説明図、（ｃ）はプロテクタの底面図である。 （ａ）は内側プロテクタの先端部分を軸方向に（図２（ｂ）のＡ−Ａ断面に沿って）破断し拡大して示す説明図、（ｂ）は内側プロテクタの先端部分を軸方向に（図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面に沿って）破断し拡大して示す説明図、（ｃ）は内側プロテクタの底面図である。 内側プロテクタの陥没部を拡大して示す説明図である。 （ａ）は実験例１の実験方法を示す説明図、（ｂ）は実験例２の実験方法を示す説明図である。

以下、本発明が適用されたガスセンサ及びガスセンサの製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。
［実施形態］
ａ）まず、本実施形態のガスセンサ１の概略構成について、図１に基づいて説明する。

なお、以下では、ガスセンサ１の軸線方向を上下方向とし、ガスセンサ内部に保持する検出素子３の検出部５側をガスセンサ１の先端側、先端側の反対側をガスセンサ１の後端側（基端側）として説明する。

図１に示す様に、本実施形態のガスセンサ１は、自動車の排気管（図示せず）に取り付けられ、検出素子３の検出部５が排気管内の排気ガス中に晒されて、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全領域空燃比センサである。

前記検出素子３は、軸線方向に延びる細幅の板状形状をなし、酸素濃度の検出を行う（例えばジルコニアを主体とする固体電解質からなる）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とが互いに貼り合わされ一体化されたものである。また、検出素子３の先端部には、一対の電極（図示せず）を備えた検出部５が配置され、その検出部５は、保護層７で覆われている。

検出素子３の中央よりやや先端側には、有底筒状の金属カップ９が、検出素子３の検出部５を筒底から突出させた状態で配置されている。この金属カップ９内には、セラミックリング１１と滑石リング１３とが収容されている。そして、金属カップ９と一体となった検出素子３は、その周囲を筒状の主体金具１５に取り囲まれて保持されている。

前記主体金具１５は、ガスセンサ１を自動車の排気管に取り付け固定するためのものであり、その外周にねじ部１７が形成されている。ねじ部１７よりも先端側には、後述するプロテクタ１９が係合される先端係合部２１が形成されている。なお、主体金具１５が、本発明における「ハウジング」に相当する。

主体金具１５内には、滑石リング２３が金属カップ９の後端側から装填され、滑石リング２３を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ２５が主体金具１５内に嵌め込まれている。なお、スリーブ２５の後端側外周には、加締めパッキン２７が配置され、この加締めパッキン２７を挟むようにして、主体金具１５の後端側が加締めされている。

前記検出素子３は、その後端部が主体金具１５の後端よりも後方に突出しており、その後端部には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ２９が被せられている。セパレータ２９は、検出素子３の後端部に形成された複数の電極パッド３１とそれに電気的に接続される複数の接続端子３３とを内部に保持すると共に、各接続端３３とガスセンサ１の外部に引き出される複数のリード線３５との各接続部分を収容して保護している。

また、セパレータ２９が嵌められた検出素子３の後端の周囲を囲うように、筒状の外筒３７が配設され、この外筒３７の先端側は、主体金具１５に外嵌されるとともにスポット溶接やレーザ溶接によって主体金具１５に固定されている。

更に、外筒３７とセパレータ２９との間には、セパレータ２９を支持する筒状の保持金具３９が配設されている。なお、外筒３７の後端側の開口には、リード線３５が挿通されるフッ素系ゴム製のグロメット４１が嵌合されている。

一方、主体金具１５に保持された検出素子３の検出部５は、主体金具１５の先端係合部２１より突出している。この先端係合部２１には、検出素子３の検出部５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１９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。

ｂ）次に、プロテクタ１９について、図２及び図３に基づいて説明する。
図２及び図３に示す様に、プロテクタ１９は、円盤状の内側先端壁５１及び円筒状の内側周壁５３を有する有底筒状の内側プロテクタ５５と、内側プロテクタ５５の内側周壁５３の外周面との間に空隙（ガス分離室）５７を有した状態で配置された円筒状の外側周壁６１、及び円盤状の外側先端壁５９を有する有底筒状の外側プロテクタ６３とから構成される２重構造を有する。

このうち、前記内側プロテクタ５５は、その外径が主体金具１５の先端係合部２１よりも小さく形成されており、開口側（後端側）の端部である開口端部６５は、先端係合部２１の外周に係合するように拡径されている。そして、内側プロテクタ５５は、開口端部６５の外周を一周してレーザ溶接されることにより、主体金具１５の先端係合部２１に固定されている。

また、内側周壁５３の後端側には、周方向に沿って複数（本実施形態では６個）の内側通気孔６７が２列形成されている。この内側通気孔６７は、後述する外側プロテクタ６３の外側通気孔６９を介してガス分離室５７に導入される排気ガスのうち、主にガス成分を、内側プロテクタ５５の内部、すなわち検出素子３の検出部５が配置されたガス検出室７１に導入させるために設けられている。

更に、内側プロテクタ５５の内側周壁５３の先端側には、周方向の複数箇所（本実施形態では６箇所）に水抜き孔７０が設けられている。この水抜き孔７０は、ガス分離室５７内に導入される排気ガスに含まれる水分（水滴）等を、ガス検出室７１を介し外部に排出するための導路として設けられたものであり、内側通気孔６７及び外側通気孔６９の形成位置よりも先端側に配設されている。

また、後に詳述するように、内側プロテクタ５５の内側先端壁５１の中央には、外部からの被水の防止及びガス検出室７１からの排気ガスの排出のために、内側先端壁５１より後端側に陥没（突出）する陥没部７３が形成されている。

一方、外側プロテクタ６３は、その後端側の基端部７５が、内側プロテクタ５５の開口端部６５の外周に係合され、スポット溶接により内側プロテクタ５５に固定されている。
この外側プロテクタ６３の外側周壁６１には、内側プロテクタ５５の内側導入孔６７の形成位置よりも先端側で水抜き孔７０の形成位置より後端側に、外側プロテクタ６３の外部とガス分離室５７とを連通する複数（本実施形態では８個）の外側通気孔６９が周方向に沿って形成されている。

また、後に詳述するように、外側プロテクタ６３の外側先端壁５９の中央には、ガス検出室７１からの排気ガスの排出や、水抜き孔７０から侵入した水の排出のために、外側連通孔（天孔）７７が形成されている。

ｃ）次に、本実施形態の要部であるプロテクタ１９の先端側の構成について、図４及び図５に基づいて詳しく説明する。
図４に示す様に、プロテクタ１９の先端側は、内側プロテクタ５５の内側先端壁５１と外側プロテクタ６３の外側先端壁５９とが、僅かな間隙６０を保って配置された２重構造となっている。

なお、内側先端壁５１と外側先端壁５９との間の間隙６０の大きさ（図４（ａ）、（ｂ）の上下方向の寸法）は、内側先端壁５１の厚みより小さく設定されている。具体的には、内側先端壁５１の厚みが、０．３〜０．６ｍｍの範囲（例えば０．４ｍｍ）の場合には、前記間隙６０の厚みは、それよりも小さい０．１〜０．３ｍｍの範囲（例えば０．１ｍｍ）に設定されている。

内側プロテクタ５５の内側先端壁５１には、内側先端壁５１が後端側（図４（ａ）の上方）に突出（従って内側先端壁５１から陥没）した形状の陥没部７３が形成されている。この陥没部７３は、内側先端壁５１から後端側に向かって斜めに伸びる一対の側壁７９、８１と、その一対の側壁７９、８１をつなぐ底壁８３とからなる板状の連接壁８５により形成されている。即ち、この連接壁８５は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、同じ幅の板材が後端側に向かって滑らかに屈曲した略台形のブリッジ形状であり、内部に内部空間８７を形成している。

よって、陥没部７３の陥没方向（後端方向）に対して垂直な方向（即ち図４（ｂ）の左右方向）には、図４（ａ）を見たときに、連接壁８５と内側先端壁５１とで囲まれるように設けられた一対の内側連通孔８９、９１が形成されている。この内側連通孔８９、９１は、内側プロテクタ５５の内側（詳しくはガス検出室７１側）と陥没部７３の内部空間８７とを連通している。この内側連通孔８９、９１の開口形状は、図４（ａ）に示す様に、略台形である。

また、陥没部７３が内側プロテクタ５５の内側先端壁５１より陥没することにより、内側プロテクタ５５の内側先端壁５１を貫通し、陥没部７３の内部空間８７と内部プロテクタ５５の外側とを連通する中間連通孔９３が形成されている。この中間連通孔９３は、内側先端壁５１の内側面から外側面に向かって拡径しており、また、軸線方向に見たときの開口形状は長方形である（図５（ｃ）の灰色部分参照）。

一方、外側プロテクタ６３の外側先端壁５９には、外側先端壁５９を貫通し、外側プロテクタ６３の内側と外側とを連通する外側連通孔７７が形成されている。この外側連通孔７７は、外側先端壁５９に対して垂直に開口しており、また、軸線方向に見たときの開口形状は、図４（ｃ）に示す様に、外側プロテクタ６３の外側先端壁５９の中心を中心とした円形である。

従って、プロテクタ１９の先端側においては、内側プロテクタ５５における一対の内側連通孔８９、９１及び中間連通孔９３と、外側プロテクタ６３における外側連通孔７７とによって、プロテクタ１９の内側と外側とが連通している。

特に本実施形態では、図４及び図５にて灰色で示す様に、一対の内側連通孔８９、９１と中間連通孔９３と外側連通孔７７との開口面積の関係が、下記の所定の関係を満たすように設定されている。

即ち、各内側連通孔８９、９１の各開口面積Ｓ１（図４（ａ）の灰色部分）は、本実施形態においては同じ開口面積であるので、一対の内側連通孔８９、９１の全開口面積は２Ｓ１となり、この全開口面積２Ｓ１は外側連通孔７７の開口面積Ｓ２（図４（ｃ）の灰色部分）より大きく設定されている。

また、中間連通孔９３の開口面積Ｓ３（図５（ｃ）の灰色部分）は、外側連通孔７７の開口面積Ｓ２より大きく設定されている。
ここで、一対の内側連通孔８９、９１と中間連通孔９３と外側連通孔７７との開口面積を規定する各寸法は、例えば下記の様にして設定することができる。

各内側連通孔８９、９１の開口面積Ｓ１は、例えば図５（ａ）の灰色部分に示す様に、各内側連通孔８９、９１の開口形状を台形とみなして、その上底寸法をＬ１とし、下底寸法をＬ２とし、高さ寸法をＨとして、算出した台形面積とみなしている。

ここでは、左右の側壁７９、８１の内側面は平面であるので、その平面を上下方向に延長した延長線と側壁７９、８１の内側への湾曲が開始される点（変曲点）との交点を利用して、Ｌ１の寸法を規定する。つまり、図５（ａ）における側壁７９、８１の内側面上に引かれた左右の延長線の上側における変曲点間の距離をＬ１とする。また、左右の延長線の下側と内側先端壁５１の内側面との交点間の距離をＬ２とする。なお、Ｈは、上述の変曲点と内側先端壁５１の内側面との距離である。

また、中間連通孔９３の開口面積Ｓ３は、中間連通孔９３が内側先端壁５１の内側面から外側面に向かって拡径しているため、中間連通孔９３の開口を径方向に平行な面積で見たときの最小面積が、内側先端壁５１の内側面の位置となる。よって、前記図５（ｃ）の灰色部分に示す様に、Ｌ２寸法に底壁８３の幅Ｗを掛けたものとなる。

なお、外側連通孔７７の開口面積Ｓ２は、外側先端壁５９に対して垂直に開口しているため、前記図４（ｃ）の灰色部分に示す様に、直径Ｒの円の面積として求めることができる。

なお、排気ガスが外部から外側プロテクタ６３の外側周壁６１の外側通気孔６９を介してガス分離室５７に導入される場合や、ガス分離室５７から内側プロテクタ５５の内側周壁５３の内側通気孔６７を介してガス検出室７１に導入される場合も、各孔６９、６７、７３によってガス拡散抵抗が規定されるが、これらの外側通気孔６９、内側通気孔６７は、先端側の一対の内側連通孔８９、９１、中間連通孔９３、外側連通孔７７に比べて開口面積が十分に大きいので、これらの外側通気孔６９、内側通気孔６７によってガス拡散抵抗が規定されることはほとんどない。
ｄ）次に、プロテクタ１９の先端側の加工方法について、簡単に説明する。

・内側プロテクタ５５を製造する場合には、まず、例えばＳＵＳ３１０Ｓ等のステンレス鋼からなる厚さ０．３〜０．６ｍｍの板材に対して、周知の絞り加工を行うことによって、内側先端壁５１及び内側周壁５３を備えた筒状有底の内側プロテクタ５５を作製する。

次に、内側プロテクタ５５の内側周壁５３に対して、パンチング等により、内側通気孔６７を形成する。
次に、陥没部７３の形状に対応して凹んだ凹部を有する内金（図示せず）を、内側プロテクタ５５の内部に挿入し、内金の先端を内側先端壁５１の内周面に当接させる。

次に、陥没部７３の形状に対応して突出した凸部（Ｗ寸法の厚みを有する板状の凸部）を有する外金（図示せず）を、内金の凹部の位置に合わせて内側プロテクタ５５の内側先端壁５１の外側に配置し、内側プロテクタ５５の内側先端壁５１を外金の凸部で徐々に押圧して凹ませて、陥没部７３を形成する。この陥没部７３の形成の際には、外金の凸部で内側先端壁５１を板状に押圧して、連接壁８５を後端側に突出するように屈曲させるとともに、連接壁８５の幅方向の両端を内側先端壁５１から切断して分離する（いわゆる切り掛け加工）。これにより、陥没部７３の幅方向の両側に一対の内側連通孔８９、９１が形成される。

従って、例えば図６に示す様に、Ｈ寸法が１．２ｍｍで、側壁７９、８１の中央の平面部分が内側先端壁５１に対して４０°内側に傾斜した内側プロテクタ５５を製造する場合には、同図上方は滑らかに湾曲するので、連接壁８５の上部の左右の変曲点間の距離Ｌ１は０．７ｍｍであり、連接壁８５の根元部分の距離Ｌ２は３．５５ｍｍである。従って、内側連通孔８９、９１の各開口面積Ｓ１は、５．１ｍｍ2である。

・一方、外側プロテクタ６３を製造する場合には、まず、例えばＳＵＳ３１０Ｓ等のステンレス鋼からなる厚さ０．３〜０．６ｍｍの板材に対して、周知の絞り加工を行うことによって、外側先端壁５９及び外側周壁６１を備えた筒状有底の外側プロテクタ６３を作製する。

次に、外側プロテクタ６３の外側周壁６１に対して、パンチング等により、外側通気孔６９を形成する。
次に、外側連通孔７７の形状（円柱状）に凹んだ凹部を有する内金（図示せず）を、外側プロテクタ６３の内部に挿入し、内金の先端を外側先端壁５９の内周面に当接させる。

次に、外側連通孔７７の形状に突出した凸部を有する外金（図示せず）を、内金の凹部の位置に合わせて外側プロテクタ６３の外側先端壁５９の外側に配置してプレス（パンチング）し、外側連通孔７７を開ける。

なお、前記図６に示す内側連通孔８９、９１の開口面積Ｓ１（５．１ｍｍ2）の場合には、外側連通孔７７の開口面積Ｓ２としては例えば３．１４ｍｍ2とすることができる。
ｅ）この様に、本実施形態では、一対の内部連通孔７９、８１と中間連通孔９３と外側連通孔７７との面積の関係は、上述の様に規定されているので、プロテクタ１９の内部のガス検出室７１からプロテクタ１９外に排出される排気ガスは、（最も開口面積の小さい）外側連通孔７７でガス拡散抵抗が規定されることになる。

また、上述の押圧及び破断によって形成された内側連通孔８９、９１は、加工の特性上、（外側連通孔７７に比べて）寸法精度がばらつく傾向があるが、外側連通孔７７はパンチングにより形成されているので、その開口形状や寸法のバラツキが小さい。

このため、上述した各面積の関係を有する本実施形態では、センサ毎のガス拡散抵抗のバラツキが小さくなり、その結果、センサ毎の応答時間のバラツキが小さく、よって、センサ毎の応答性のバラツキも小さいという効果がある。

従って、本実施形態では、検出素子３を被水から効果的に保護することができるとともに、センサ毎の応答性のバラツキを低減できるという顕著な効果を奏する。
また、本実施形態では、内側先端壁５１と外側先端壁５９との間の間隙６０の大きさが、内側先端壁５１の厚みより小さく設定されているので、間隙６０に水分がたまりにくくなり、検出素子３を被水からより効果的に保護することができる。そして、間隙６０の大きさが狭い（外側連通孔７７と内側連通孔８９、９１とが近接している）プロテクタ１９において、上述に示す開口面積の関係を有することで、上述の応答性のバラツキを低減する効果が一層大きくなるという利点がある。

次に、本発明の具体的な実施例のプロテクタを備えたガスセンサを用いた実験例について説明する。
この実験に使用するガスセンサとして、下記表１に示す各寸法を有するプロテクタを装着したガスセンサを用いた。

なお、実施例１〜４が本発明の範囲内の試料であり、比較例１〜３が本発明の範囲外の試料であり、各試料はそれぞれ５個作製した。
＜実験例１：応答性試験＞
図７（ａ）に示すように、実施例及び比較例のプロテクタを装着したガスセンサを、円筒形状の配管１０５に設置し、配管１０５内に、風速１３ｍ／ｓｅｃで空気を供給し、その条件下で、Ｏ2打ち込みノズル１０７から酸素ガスを打ち込み、その際のガスセンサの応答性について調べた。その結果を、下記表１に記す。

ここで、酸素ガスの打ち込み条件は、酸素濃度をガス全体の２１％から２２％に切り替えたものである。また、応答時間は、酸素ガスの打ち込みを変更する前後の出力に対して、センサ出力が１０〜９０％変化するときの時間について調べた。

なお、表１において、Ｌ１寸法、Ｌ２寸法、Ｈ寸法、Ｗ寸法、Ｒ寸法、面積Ｓ１×２、面積Ｓ２、及び面積Ｓ３はそれぞれ狙い値であり、５個の各試料はこの寸法を狙って作製した。なお、５個の各試料は、Ｓ１面積が狙い値に対して±３％のずれが生じ、Ｓ２面積が狙い値に対して±１％のずれが生じる。

また、応答性ＭＡＸ、応答性ＭＩＮは、同じ狙い値の寸法の複数の試料のうちの応答時間の最も長いもの、応答時間の最も短いものを示し、応答性ＡＶＥとは、同じ狙い値の寸法の全ての試料の応答時間の平均値である。また、ＭＡＸ−ＭＩＮは、応答時間の差（応答性ＭＡＸ−応答性ＭＩＮ）を示している。
＜実験例２：被水試験＞
図７（ｂ）に示すように、ガスセンサではなく、被水状態を調べるカーボン素子１１１とそのカーボン素子１１１の先端を覆う実施例、比較例のプロテクタとを備えた被水センサ１１５を用いた。

具体的には、被水センサ１１５を円筒形状の配管１１７に設置し、配管１１７内に、風速２０ｍ／ｓｅｃで空気を供給し、その条件下で、水噴霧ノズル１１９から、２０ｍｌ／ｍｉｎにて水を飛散させ、カーボン素子１１１における水の付着状態（被水痕の大きさ）から、耐被水性の評価を行った。その結果を、下記表１に記す。

なお、被水割れが発生する被水痕径は、直径２ｍｍ以上であるため、２ｍｍ未満の被水痕径が付着した試料を○、２ｍｍ以上の被水痕が付着した試料を×とした。

表１に示す様に、比較例１は外側プロテクタのみであるので、応答性のバラツキ（応答時間の差：応答性ＭＡＸ−応答性ＭＩＮ）は小さいが、耐被水性が悪い。

比較例２は、寸法精度の低い内側連通孔を備えた内側プロテクタのみであるので、耐被水性は○であるが、センサ毎の応答性のバラツキが多いという問題がある。
比較例３は、内側及び外側プロテクタを備えているが、内側連通孔の全開口面積２Ｓ１は、外側連通孔の開口面積Ｓ２より小さいので、内側連通孔でガス律速されてしまう。その結果、センサ毎の応答性のバラツキが多いという問題がある。

実施例１〜４は、内側連通孔の全開口面積２Ｓ１は、外側連通孔の開口面積Ｓ２より大きく設定されており、センサ毎の応答性のバラツキが少ないという顕著な効果を奏する。
さらに、実施例１〜３は、中間連通孔の開口面積Ｓ３が外側連通孔の開口面積Ｓ２より大きく設定されているので、センサ毎の応答性のバラツキがさらに少ないという顕著な効果を奏する。

以上、本発明の実施形態等について説明したが、本発明は、前記実施形態等に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
（１）例えば、本発明は、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ、温度センサ等に用いられるプロテクタにも同様に適用することができる。

（２）例えば押圧して陥没部を形成する際に、（先端壁を破断して）内側連通孔を形成するのではなく、予め内側プロテクタの先端に例えば平行な２筋の切れ目を入れ、この切れ目の中央を押圧して陥没部（従って連接壁）を形成してもよい。

（３）また、プロテクタの先端側は、内側プロテクタの内側先端壁と外側プロテクタの外側先端壁とが、間隙を有することなく直接に接触した２重構造としてもよい。

１…ガスセンサ
３…検出素子
５…検出部
１９…プロテクタ
５１…内側先端壁
５９…外側先端壁
５３…内側周壁
６１…外側周壁
５５…内側プロテクタ
６３…外側プロテクタ
７３…陥没部
７７…外側連通孔
７９、８１…側壁
８３…底壁
８５…連接壁
８７…内部空間
８９、９１…内側連通孔
９３…中間連通孔

Claims (4)

1. 軸線方向の先端側に被検出ガス中の特定ガス成分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た状態で、前記検出素子の径方向周囲を取り囲んで保持するハウジングと、
   前記ハウジングに固定されて前記検出部の周囲を覆うプロテクタと、を備え、
   前記プロテクタは、
   筒状の内側周壁、及び該内側周壁の先端側を閉塞する内側先端壁、を有し、前記検出部と間隙を介して配置される内側プロテクタと、
   前記内側周壁と間隙を介して配置される筒状の外側周壁、及び前記内側先端壁よりも先端側に配置され該外側周壁の先端側を閉塞する外側先端壁、を有する外側プロテクタと、を備えるとともに、
   前記内側周壁及び前記外側周壁のそれぞれには、ガスの通過が可能な通気孔が形成されたガスセンサにおいて、
   前記外側先端壁には、該外側先端壁を貫通し、前記外側プロテクタの内側と外側とを連通する外側連通孔が形成され、
   前記内側先端壁には、該内側先端壁から後端側に伸びる一対の側壁と該一対の側壁をつなぐ底壁とを有する連接壁を備えると共に、自身に内部空間を形成する陥没部を有し、該陥没部は、前記軸線方向に対して垂直な径方向に開口して前記内側プロテクタの内側と前記内部空間とを連通する一対の内側連通孔が形成され、
   前記一対の内側連通孔の全開口面積は、前記外側連通孔の全開口面積より大きく設定されていることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記内側プロテクタの内側先端壁には、該内側先端壁を貫通し、前記内部空間と前記内側プロテクタの外側とを連通する中間連通孔を有し、該中間連通孔の開口面積は、前記外側連通孔の全開口面積より大きく設定されていることを特徴とする前記請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記内側先端壁と前記外側先端壁との間の間隙の大きさは、内側先端壁の厚みより小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスセンサの製造方法であって、
   前記外側プロテクタの外側先端壁に対して、パンチングすることによって、前記外側連通孔を形成する第１工程と、
   前記内側プロテクタの内側先端壁に対して、前記陥没部の形状に対応する形状を有する外金を用いて前記後端方向に押圧することによって、前記連接壁を前記内側先端壁から分離して後端側に突出させるとともに、前記径方向に前記内側連通孔を形成する第２工程と、
   を有することを特徴とするガスセンサの製造方法。