JP2021085737A - ガスセンサ及びガスセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定ガスの流れに対するガスセンサの向きによらず、応答性の低下を抑制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。【解決手段】素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２を有する検出素子１０と、筒状のプロテクタ３２と、を備えたガスセンサ１において、プロテクタは、ガス導入部３２ａを周壁３２ｒに１つ有すると共に、ガス排出部３２ｂをガス導入部よりも先端側に有し、検出素子の先端はガス導入部よりも後端側に位置し、プロテクタの中心軸ＡＸに垂直な投影面Ｐに、ガス導入部の両周縁３２ｍの円周角φが最大となる断面Ｃ１、検出素子の先端面１０ｆ、素子側ガス導入部を投影し、投影面において中心軸とガス導入部の両周縁とを結ぶ領域Ｒを見たとき、領域Ｒと素子側ガス導入部とは重複せず、領域Ｒと、中心軸を対称の中心として領域Ｒと点対称の領域である領域Ｒ２との少なくとも一方の領域と、検出素子の先端面とは重複する。【選択図】図６

Description

本発明は、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する検出素子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。

従来から、内燃機関の排気ガス中の特定成分（ＮＯｘ等）の濃度を検出するため、自身の内部に検出素子を有するガスセンサが用いられている。検出素子の先端側には特定ガス成分を検出する検出部が設けられており、ヒータ等によって加熱されることで、検出部が特定ガス成分を検出している。又、この検出部を被水や煤から保護するため、ケーシング（主体金具）の先端側には、検出部を覆う有底円筒状のプロテクタが取付けられている。そして、検出素子の検出部に被測定ガスを晒すために、プロテクタにガス導入孔が設けられている。
ところで、センサを小型化したり、検出素子の加熱を速やかに行えるようにするため、検出素子を短くしたいという要望がある。しかしながら、この場合、検出素子の先端がプロテクタのガス導入孔よりも後端側に位置するようになり、被測定ガスが検知部まで到達し辛くなってガスセンサの応答性が低下するという問題がある。
そこで、プロテクタの径方向に２つのガス導入孔を対向させるとともに、両ガス導入孔の開口面積を異ならせることで、開口面積の大きいガス導入孔からプロテクタ後端の検知部側へ十分な流量のガスを供給させる技術が開発されている（特許文献１参照）。

特開２０１９−７８７１２号公報

しかしながら、プロテクタに２つのガス導入孔を設けた場合、ガスセンサの取付け対象（例えば排気管）のガスの流れに対するガス導入孔の向きによって、検知部側へのガスの供給量が変化するおそれがある。そのため、ガスセンサの取付け時に向きを考慮する必要が生じ、取付け作業の効率が低下する。
そこで、プロテクタのガス導入孔を１つとすることで、ガスの流れに対するガス導入孔の向きによらず、プロテクタ内部へ十分なガスを供給できることが判明した。ところが、ガス導入孔が１つであると、今度は、ガス導入孔と、プロテクタ内の検出素子との位置関係によって、理由は明確でないが、ガスセンサの応答性が低下する問題が生じる。
これは、検出素子は検知部に臨む内部空間を有しているが、詳しくは図８で後述するように、この内部空間、ひいては検知部に被測定ガスＧ０を導入するために素子に設けた一対の素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２へのガスＧ０の導入量に差が生じ、アンバランスになるためと考えられる。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、被測定ガスの流れに対するガスセンサの向きによらず、応答性の低下を抑制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。

本発明のガスセンサは、軸線方向に延びる板状をなし、自身の先端側の一対の対向面に、それぞれ被測定ガスを自身の内部に導入するための一対の素子側ガス導入部を有する検出素子と、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む筒状の主体金具と、周壁、及び自身の先端に先端壁を有し、自身の基端部が前記主体金具の先端側に固定される筒状のプロテクタと、を備えたガスセンサにおいて、前記プロテクタは、前記被測定ガスを前記プロテクタ内に導入可能なガス導入部を前記周壁に１つ有すると共に、前記被測定ガスを排出可能なガス排出部を前記ガス導入部よりも先端側に有し、前記検出素子の先端は、前記ガス導入部よりも後端側に位置し、前記プロテクタの中心軸に垂直な投影面に、前記ガス導入部を通る前記プロテクタの径方向断面であって前記中心軸を中心とする前記ガス導入部の両周縁の円周角φが最大となる断面、前記検出素子の先端面、前記素子側ガス導入部、及び前記中心軸を投影し、前記投影面において前記中心軸と前記ガス導入部の前記両周縁とを結ぶ領域Ｒを見たとき、前記領域Ｒと前記素子側ガス導入部とは重複せず、前記領域Ｒと、前記中心軸を対称の中心として前記領域Ｒと点対称の領域である領域Ｒ２との少なくとも一方の領域と、前記検出素子の先端面とは重複することを特徴とする。

このガスセンサによれば、投影面において領域Ｒと一対の素子側ガス導入部とは重複しない、つまり、ガス導入部と一対の素子側ガス導入部とは対向していない。
このため、外部からガス導入部を通ってプロテクタに導入された被測定ガスは、ガス導入部に近い方の素子側ガス導入部に当たらず、まず、プロテクタの内側で周壁に当たってから反射して他の素子側ガス導入部に到達する。そして、到達したガスの一部がさらにガス導入部に近い方の素子側ガス導入部に到達する。
これにより、両素子側ガス導入部の一方に過度に被測定ガスが当たることが抑制され、両素子側ガス導入部へ導入される被測定ガスの量のバランスを保ち、ガスセンサの応答性の低下を抑制できる。

又、ガス導入部を通ってプロテクタに導入された被測定ガスは、投影面において概ね領域Ｒ、Ｒ２を通過した後、プロテクタの内側で周壁に当たってから反射して領域Ｒ２（又はさらにＲ）内に戻り、検出素子の表面に当たる。
そこで、投影面において、検出素子の先端面が領域Ｒ、Ｒ２の少なくとも一方の領域と重複することで、周壁で反射して領域Ｒ２内に戻ったガスの主な進行先（領域Ｒ、Ｒ２）に検出素子が介在するので、素子側ガス導入部へ被測定ガスを確実に導入することができる。

本発明のガスセンサにおいて、前記円周角φが１００度以下であるとよい。
このガスセンサによれば、プロテクタのガス導入孔が１つであることに起因する、被測定ガスの流れに対するガス導入孔の向きによらずにプロテクタ内部へガスを供給する効果を確実に発揮できる。

本発明のガスセンサは、前記投影面において、前記一対の素子側ガス導入部の中心同士を結ぶ第１線分と、前記ガス導入部の両周縁の中点と前記中心軸とを結ぶ第２線分とのなす角θが１５度以上であってもよい。
θ＝０度の場合、ガス導入部に素子側ガス導入部の一方が丁度正対するので、両素子側ガス導入部へ導入される被測定ガスの量の差が最大となる。そこで、θ≧１５度とすることで、素子側ガス導入部をガス導入部から確実に遠ざけることができ、両素子側ガス導入部へ導入される被測定ガスの量の差をより小さくすることができる。

本発明のガスセンサにおいて、前記プロテクタは内側プロテクタであり、さらに前記内側プロテクタの径方向外側に配置される筒状の外側プロテクタを有してもよい。
このガスセンサによれば、内側プロテクタのガス導入部を外側プロテクタが覆うので、ガス導入部を通って検出素子が被水することを抑制できる。

本発明のガスセンサの製造方法は、軸線方向に延びる板状をなし、自身の先端側の一対の対向面に、それぞれ被測定ガスを自身の内部に導入するための一対の素子側ガス導入部を有する検出素子と、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む筒状の主体金具と、周壁、及び自身の先端に先端壁を有し、自身の基端部が前記主体金具の先端側に固定される筒状のプロテクタと、を備えたガスセンサの製造方法において、前記プロテクタは、前記被測定ガスを前記プロテクタ内に導入可能なガス導入部を前記周壁に１つ有すると共に、前記被測定ガスを排出可能なガス排出部を前記ガス導入部よりも先端側に有し、前記検出素子を前記主体金具に組付けた素子アセンブリに対し、前記検出素子の先端が前記ガス導入部よりも後端側に位置し、かつ前記プロテクタの中心軸に垂直な投影面に、前記ガス導入部を通る前記プロテクタの径方向断面であって前記中心軸を中心とする前記ガス導入部の両周縁の円周角φが最大となる断面、前記検出素子の先端面、前記素子側ガス導入部、及び前記中心軸を投影し、前記投影面において前記中心軸と前記素子側ガス導入部の前記両周縁とを結ぶ領域Ｒを見たとき、前記領域Ｒと前記素子側ガス導入部とは重複せず、前記領域Ｒと、前記中心軸を対称の中心として前記領域Ｒと点対称の領域である領域をＲ２との少なくとも一方の領域と、前記検出素子の先端面とは重複するよう、前記プロテクタを組み付けることを特徴とする。

この発明によれば、被測定ガスの流れに対するガスセンサの向きによらず、ガスセンサの応答性の低下を抑制できる。

本発明の実施形態のガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。 検出素子の斜視図である。 外側プロテクタの外観図である。 ガス導入部を通る内側プロテクタの複数の径方向断面を示す図である。 図４の複数の断面における円周角φを示す図である。 中心軸に垂直な投影面に、内側プロテクタの径方向断面、検出素子の先端面、一対の素子側ガス導入部１、及び中心軸を投影した図である。 本実施形態における検出素子とガス導入部との位置関係を示す部分斜視図である。 図７における投影面と被測定ガスの流れを示す模式図である。 本実施形態に含まれない検出素子とガス導入部との位置関係を示す部分斜視図である。 図９における投影面と被測定ガスの流れを示す模式図である。 投影面において、検出素子の先端面が領域Ｒ、Ｒ２のいずれとも重複しない場合の被測定ガスの流れを示す図である。 本発明の実施形態に係るガスセンサの製造方法を示す工程図である。 外側プロテクタの別の外観図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るガスセンサ（ＮＯｘセンサ）１の縦断面図（軸線Ｏに沿った長手方向に切断した断面図）、図２は検出素子１０の斜視図である。
なお、検出素子の軸線Ｏに沿う方向（軸線方向）を適宜「長手方向」と称する。検出素子の「幅方向」は、「長手方向（軸線方向）」と垂直な方向である。

ガスセンサ１は、測定対象ガスである排ガス中の特定ガス（ＮＯｘ）の濃度を検出可能な検出素子１０を備え、内燃機関の排気管（図示なし）に装着されて使用されるＮＯｘセンサである。このガスセンサ１は、排気管に固定するためのネジ部２１が外表面の所定位置に形成された筒状の主体金具２０を備える。検出素子１０は、セラミック（固体電解質等）を主体として軸線Ｏ方向に延びる細長板状をなし、主体金具２０の内側に保持されている。

検出素子１０の後端側には保持部材６０が配置され、保持部材６０の内側に６個の先端側端子部材７５（図１では、２個のみを図示）が保持されている。さらに、保持部材６０の後端側に接して絶縁部材９０が配置され、絶縁部材９０の内側に６個の後端側端子部材７６（図１では、２個のみを図示）が保持されている。
そして、各先端側端子部材７５の後端側に各後端側端子部材７６の先端側が嵌合されて電気的に接続されている。

一方、検出素子１０の後端部には電極端子部（図示せず）が合計６個形成され、各電極端子部が各先端側端子部材７５にそれぞれ電気的に接続されている。又、各後端側端子部材７６の後端側には、それぞれリード線７１が電気的に接続されている。これにより、検出素子１０の電極端子部からの検出信号を、リード線７１を介して外部に取り出したり、外部からリード線７１を介して電極端子部へ電力を供給している。
又、検出素子１０の先端側には、後述する素子側ガス導入部１０ｓ１，１０ｓ２が設けられるとともに、素子側ガス導入部１０ｓ１，１０ｓ２を含む検出素子１０の先端側がガス透過性の多孔質保護層１０ｇで覆われている。

主体金具２０は、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔２３を有する筒状部材である。この主体金具２０は、径方向内側に突出する形態で貫通孔２３の一部を構成する棚部２５を有している。主体金具２０は、検出素子１０の後端部を自身の後端側外部（図１において上方）に突出させた状態で、検出素子１０を貫通孔２３内に保持している。なお、図１では、検出素子１０の先端が主体金具２０より先端に突出しているが、検出素子１０の先端が主体金具２０の内部（貫通孔２３内）に位置してもよい。

また、主体金具２０の貫通孔２３の内部には、環状のセラミックホルダ４２、滑石粉末を環状に充填してなる滑石リング４３、及びセラミックスリーブ４５が配置されている。詳細には、検出素子１０の径方向周囲を取り囲む状態で、セラミックホルダ４２、滑石リング４３、及びセラミックスリーブ４５が、この順に、主体金具２０の軸線方向先端側（図１において下端側）から軸線方向後端側（図１において上端側）にわたって重ねて配置されている。

セラミックホルダ４２の先端向き面４２ｓは先細りのテーパ面となっていて、先端向き面４２ｓが主体金具２０の棚部２５に接している。又、セラミックホルダ４２の先端向き面４２ｓから後端側へ向かって凹孔４２ｉが凹み、凹孔４２ｉはセラミックホルダ４２の挿通孔４２ｃより径大でかつ挿通孔４２ｃの先端に連通している。そして、検出素子１０の先端はセラミックホルダ４２の先端面向き面４２ｓよりも先端に突出しつつ、多孔質保護層１０ｇの後端側が凹孔４２ｉに収容されている。
一方、セラミックスリーブ４５と主体金具２０のカシメ部２２との間には、加締リング４６が配置されている。そして、主体金具２０のカシメ部２２が、加締リング４６を介してセラミックスリーブ４５を先端側に押し付けるように、加締められている。

主体金具２０の先端部２０ｂには、検出素子１０の先端側を覆うように、複数の孔を有する金属製（具体的にはステンレス）の外側プロテクタ３１及び内側プロテクタ３２が、溶接によって取り付けられている。一方、主体金具２０の後端部には、外筒５１が溶接によって取り付けられている。外筒５１は、軸線Ｏ方向に延びる筒状をなし、検出素子１０を包囲している。

保持部材６０は絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、その後端部には、径方向外側に突出する鍔部６５が形成されている。保持部材６０は、鍔部６５が内部支持部材５３に当接する態様で、内部支持部材５３に保持されている。なお、内部支持部材５３は、外筒５１のうち径方向内側に向けて加締められた加締部５１ｇにより、外筒５１に保持されている。
絶縁部材９０は、絶縁性材料（具体的にはアルミナ）からなり、円筒状をなすとともに、保持部材６０の後端側に接している。

また、外筒５１のうち軸線方向後端部（図１において上端部）に位置する後端開口部５１ｃの径方向内側には、フッ素ゴムからなる弾性シール部材７３が配置されている。この弾性シール部材７３には、軸線Ｏ方向に延びる円筒状の挿通孔７３ｃが合計６個形成され、各々の挿通孔７３ｃにリード線７１が１本ずつ挿通されている。各々のリード線７１は、弾性シール部材７３の挿通孔７３ｃを通じて、ガスセンサ１の外部に延出している。
弾性シール部材７３は、外筒５１の後端開口部５１ｃを径方向内側に加締めることで径方向に弾性圧縮変形し、これにより挿通孔面７３ｂとリード線７１との間を水密に封止している。
又、弾性シール部材７３が弾性圧縮変形することで、弾性シール部材７３の先端向き面が絶縁部材９０を先端側に押圧し、弾性シール部材７３と保持部材６０との間で絶縁部材９０が保持されている。

一方、図２に示すように、検出素子１０自体は、従来公知のものと同じものであり、固体電解質（部材）の先端寄り部位に検知部をなす一対の検知用電極１０６が配置されている。そして、検出素子１０内部の検知用電極１０６に被測定ガスＧを導入するため、検知用電極１０６より先端側の検出素子１０の一対の対向面（側面）１０ｃ、１０ｄに、それぞれ素子側ガス導入部１０ｓ１，１０ｓ２が設けられている。
素子側ガス導入部１０ｓ１，１０ｓ２はガス透過性の多孔質体からなり、検出素子１０内部の空間（測定室）への被測定ガスＧの単位時間あたりの流通量（拡散速度）を制限する。

なお、詳細は省略するが、素子側ガス導入部１０ｓ１，１０ｓ２から検知用電極１０６へ向かう被測定ガスＧの流れに沿って、上流側から順にＩｐ１セル（酸素ポンプセル）１０２、Ｖｓ電極１０４、検知用電極１０６が並ぶ。
そして、Ｉｐ１セル１０２、Ｖｓ電極１０４にて検出素子１０内部の空間（測定室）の酸素濃度を調整し、検知用電極１０６にて酸素濃度が調整されたガスＧ中のＮＯｘ濃度を検知する。
なお、素子側ガス導入部１０ｓ１，１０ｓ２は、検出素子１０の側面１０ｃ、１０ｄでなく、一対の対向する主面１０ａ、１０ｂに配置されていてもよい。

次に、図１、図３〜図９を参照し、本発明の特徴部分である、検出素子１０とプロテクタとの位置関係について説明する。
なお、本発明における「プロテクタ」とは、図１のような２層以上の構造からなる場合は最も内側のプロテクタであり、本実施形態では内側プロテクタ３２が特許請求の範囲の「プロテクタ」に相当する。
まず、図３に示すように、外側プロテクタ３１は有底円筒状をなし、検出素子１０の先端よりも先端側に、周方向に離間しつつ径方向に延びる長円状の複数の外部ガス導入部３１ａを有している。又、外側プロテクタ３１の底面（先端向き面）の中央には１個の外部ガス排出部３１ｂを有している。

一方、図１に示すように、内側プロテクタ３２は有底円筒状をなして周壁３２ｒ、及び先端に先端壁３２ｓを有し、基端部３２ｅが主体金具２０の先端部２０ｂに溶接で固定されている。そして、検出素子１０の先端よりも後端側の周壁３２ｒに、１つの円形のガス導入部３２ａを有している。又、内側プロテクタ３１の周壁３２ｒのうち、ガス導入部３２ａより先端側には複数（４つ）の円形のガス排出部３２ｂを周方向に離間して有している。
さらに、検出素子の１０の先端は、ガス導入部３２ａ（の最後端）よりも後端側に位置している。
なお、ガス排出部３２ｂは、外部ガス導入部３１ａよりも先端側に位置しており、先端側の方が被測定ガスの流速が速いことから、被測定ガスが外部ガス導入部３１ａ、ガス導入部３２ａから内側プロテクタ３２の内部に導入され、ガス排出部３２ｂ、外部ガス排出部３１ｂから排出されるようになっている。

ここで、図４、図５を参照し、ガス導入部３２ａを通る内側プロテクタ３２の径方向断面であって、内側プロテクタ３２の中心軸（軸心）ＡＸを中心とするガス導入部３２ａの両周縁３２ｍの円周角φが最大となる断面について説明する。
図４に示すように、ガス導入部３２ａを通る内側プロテクタ３２の径方向断面としては、円形のガス導入部３２ａの中心を通る断面Ｃ１や、ガス導入部３２ａの中心を外れた断面Ｃ２がある。
このうち、図５に示すように、ガス導入部３２ａの中心を通る断面Ｃ１は、両周縁３２ｍの間隔が最も広い（ガス導入部３２ａが周方向に最も大径）ので、中心軸ＡＸを中心とする両周縁３２ｍの円周角φ１が最大となる。これに対し、断面Ｃ２における両周縁３２ｍ２の円周角φ２はφ１より小さい。

そこで、断面としてＣ１を採用し、図６の投影面Ｐについて説明する。
図６に示すように、中心軸ＡＸに垂直な投影面Ｐに、上記断面Ｃ１、検出素子１０の先端面１０ｆ、一対の素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２、及び中心軸ＡＸを投影する。
そして、投影面Ｐにおいて中心軸ＡＸと、ガス導入部３２ａの両周縁３２ｍとを結ぶ三角形の領域Ｒを見たとき、領域Ｒと素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２とは重複しない。又、投影面Ｐにおいて、中心軸ＡＸを対称の中心として領域Ｒと点対称の領域を領域Ｒ２とすると、領域Ｒと領域Ｒ２との少なくとも一方の領域と、先端面１０ｆとは重複している。

図７〜図１１を参照し、これらの規定の理由について説明する。
図７は本実施形態における検出素子１０とガス導入部３２ａとの位置関係を示す部分斜視図であり、図８は図７における投影面Ｐと被測定ガスの流れを示す。
図９は本実施形態に含まれない検出素子１０とガス導入部３２ａとの位置関係を示す部分斜視図であり、図１０は図９における投影面Ｐと被測定ガスの流れを示す。
図１１は、投影面Ｐにおいて、検出素子１０の先端面１０ｆが領域Ｒ、Ｒ２のいずれとも重複しない場合の被測定ガスの流れを示す。

図７、図８に示すように、本実施形態では、投影面Ｐにおいて領域Ｒと一対の素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２とは重複しない、つまり、ガス導入部３２ａと一対の素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２とは対向していないことになる。なお、図８では、先端面１０ｆは領域Ｒ、Ｒ２の両方と重複している。
ここで、ガス導入部３２ａに近い方の素子側ガス導入部を符号１０ｓ１で表すと、図７に示すように、外部からガス導入部３２ａを通って内側プロテクタ３２に導入された被測定ガスＧ０は、検出素子１０に当たらず、投影面Ｐにおいて概ね領域Ｒ、Ｒ２を通過した後、まず、内側プロテクタ３２の内側で周壁３２ｒに当たってから反射して主に領域Ｒ２（又はさらにＲ）内に戻り、検出素子１０の表面にガスＧ１として接触する。そして、検出素子１０の表面に接触したガスＧ１は、検出素子１０の表面を沿ってそれぞれガスＧ２、Ｇ３として分かれて素子側ガス導入部１０ｓ２、１０ｓ１に到達すると考えられる。
これにより、両素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２の一方に過度に被測定ガスが当たることが抑制され、両素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２へ導入される被測定ガスの量のバランスを保ち、ガスセンサの応答性の低下を抑制できる。

一方、図９、図１０に示すように、投影面Ｐにおいて、領域Ｒと一対の素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２の少なくとも一方とが重複すると、ガス導入部３２ａに近い側の素子側ガス導入部１０ｓ１がガス導入部３２ａに対向することになる。なお、ここでいう「対向」とは、投影面Ｐにおいて対向するという意味であり、図９に示すように実際の検出素子１０とガス導入部３２ａとは中心軸ＡＸ方向にずれていて互いに対向しない。又、図１０では、先端面１０ｆは領域Ｒ、Ｒ２の両方とも重複している。
この場合、図９に示すように、外部からガス導入部３２ａを通って内側プロテクタ３２に導入された被測定ガスＧ０の大部分は、内側プロテクタ３２の内側で周壁３２ｒに当たってから反射し、ガスＧ１として、ガス導入部３２ａから遠い素子側ガス導入部１０ｓ２に直接当たるため、検出素子１０の表面を沿って他の素子側ガス導入部１０ｓ1に到達するガスＧ３の量が極端に少なくなる。

換言すれば、投影面Ｐにおいて素子側ガス導入部１０ｓ１がガス導入部３２ａに対向するため、周壁３２ｒに当たって反射したガスＧ１が、却ってガス導入部３２ａに遠い素子側ガス導入部１０ｓ２に対向して素子側ガス導入部１０ｓ２に当たり易くなり、ひいては素子側ガス導入部１０ｓ１へ到達するガスＧ３の量が減少してしまうと考えられる。
その結果、両素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２へ導入される被測定ガスの量に差が生じてアンバランスになり、ガスセンサの応答性が低下する。

次に、図１１を参照し、検出素子１０の先端面１０ｆが領域Ｒ、Ｒ２の少なくとも一方の領域と重複する必要がある理由について説明する。
上記した図８に示すように、ガス導入部３２ａを通って内側プロテクタ３２に導入された被測定ガスＧ０は、投影面Ｐにおいて概ね領域Ｒ、Ｒ２を通過した後、内側プロテクタ３２の内側で周壁３２ｒに当たってから反射して主に領域Ｒ２（又はさらにＲ）内に戻り、検出素子１０の表面にガスＧ１として接触する。
ところが、図１１に示すように、先端面１０ｆが領域Ｒ、Ｒ２のいずれとも重複しない場合、周壁３２ｒで反射して領域Ｒ２内に戻ったガスＧ１の主な進行先（領域Ｒ、Ｒ２）に検出素子１０が存在しない。このため、この反射ガスＧ１が検出素子１０にほとんど当たらず、素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２へ被測定ガスが十分に導入されなくなる。
そこで、先端面１０ｆが領域Ｒ、Ｒ２の少なくとも一方の領域と重複することで、素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２へ被測定ガスを確実に導入することができる。

上記した円周角φが１００度以下であると、内側プロテクタ３２のガス導入孔３２ａが１つであることに起因する、被測定ガスの流れに対するガス導入孔の向きによらずにプロテクタ内部へガスを供給する効果を確実に発揮できる。
円周角φが１００度を超えると、ガス導入孔３２ａが周方向に大きくなりすぎ、ガス導入孔３２ａが２つ以上の場合と同様、ガスの流れに対するガス導入孔の向きによってプロテクタ内部へガスを十分に供給することが困難な場合がある。
円周角φの下限は特に限定されないが、例えば１０度とすることができる。なお、本実施形態（図７頭）では、φ＝２２度である。

又、図６の投影面Ｐにおいて、一対の素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２の中心同士を結ぶ第１線分Ｌ１と、ガス導入部３２ａの両周縁３２ｍの中点と中心軸ＡＸとを結ぶ第２線分Ｌ２とのなす角θが１５度以上であるとよい。
θ＝０度の場合、ガス導入部３２ａに素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２の一方が丁度正対するので、両素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２へ導入される被測定ガスの量の差が最大となる。そこで、θ≧１５度とすることで、素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２をガス導入部３２ａから確実に遠ざけることができ、両素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２へ導入される被測定ガスの量の差をより小さくすることができる。
なお、θの上限は９０度である。

次に、図１２を参照し、本発明の実施形態に係るガスセンサの製造方法について説明する。
図１２に示すように、本発明の実施形態に係るガスセンサの製造方法は、上述の（図１等に示した）ガスセンサの製造方法において、検出素子１０を主体金具２０に組付けた素子アセンブリ２００に対し、以下の規定になるように、内側プロテクタ３２のガス導入部３２ａの周方向の向きを調整して内側プロテクタ３２を組付ける。
具体的には、図１に示すように検出素子１０の先端がガス導入部３２ａよりも後端側に位置するように組み付け、かつ図６に示すように内側プロテクタ３２の中心軸ＡＸに垂直な投影面Ｐに、ガス導入部３２ａを通る内側プロテクタ３２の径方向断面であって中心軸ＡＸを中心とするガス導入部３２ａの両周縁３２ｍの円周角φが最大となる断面Ｃ１、検出素子１０の先端面１０ｆ、素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２、及び中心軸ＡＸを投影し、投影面Ｐにおいて中心軸ＡＸと素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２の両周縁３２ｍとを結ぶ領域Ｒを見たとき、領域Ｒと素子側ガス導入部１０ｓ１、１０ｓ２とは重複せず、かつ領域Ｒ、Ｒ２の少なくとも一方の領域と、検出素子の先端面１０ｆとは重複するように組み付ける。
その後、内側プロテクタ３２の外側に外側プロテクタ３１を組付け、主体金具２０の先端部２０ｂに、外側プロテクタ３１及び内側プロテクタ３２を全周溶接等によって取り付ける。外側プロテクタ３１の周方向の向きは特に規定する必要はない。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、ガス導入部及びガス排出部の形状は限定されないし、ガス排出部の個数も限定されない。外側プロテクタの形状も限定されず、例えば図１３のように、外側プロテクタ１３１の外部ガス導入部１３１ａを中心軸ＡＸ方向に延びる複数の長円状とし、周方向に離間して配置してもよい。又、外側プロテクタが無く、一重のプロテクタでもよい。

又、ガスセンサとしては、ＮＯｘセンサのほか、酸素センサ、全領域ガスセンサが挙げられる。

１ ガスセンサ
１０ 検出素子
１０ｓ１、１０ｓ２ 素子側ガス導入部
１０ｆ 検出素子の先端面
２０ 主体金具
３１ 外側プロテクタ
３２ プロテクタ（内側プロテクタ）
３２ｒ 周壁
３２ｓ 先端壁
３２ａ ガス導入部
３２ｂ ガス排出部
３２ｍ ガス導入部の両周縁
２００ 素子アセンブリ
Ｏ 軸線
ＡＸ プロテクタの中心軸
Ｐ 投影面
Ｃ１ 円周角φが最大となる断面
Ｇ，Ｇ０〜Ｇ３ 被測定ガス

Claims (5)

1. 軸線方向に延びる板状をなし、自身の先端側の一対の対向面に、それぞれ被測定ガスを自身の内部に導入するための一対の素子側ガス導入部を有する検出素子と、
   前記検出素子の径方向周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
   周壁、及び自身の先端に先端壁を有し、自身の基端部が前記主体金具の先端側に固定される筒状のプロテクタと、
   を備えたガスセンサにおいて、
   前記プロテクタは、前記被測定ガスを前記プロテクタ内に導入可能なガス導入部を前記周壁に１つ有すると共に、前記被測定ガスを排出可能なガス排出部を前記ガス導入部よりも先端側に有し、
   前記検出素子の先端は、前記ガス導入部よりも後端側に位置し、
   前記プロテクタの中心軸に垂直な投影面に、前記ガス導入部を通る前記プロテクタの径方向断面であって前記中心軸を中心とする前記ガス導入部の両周縁の円周角φが最大となる断面、前記検出素子の先端面、前記素子側ガス導入部、及び前記中心軸を投影し、前記投影面において前記中心軸と前記ガス導入部の前記両周縁とを結ぶ領域Ｒを見たとき、
   前記領域Ｒと前記素子側ガス導入部とは重複せず、前記領域Ｒと、前記中心軸を対称の中心として前記領域Ｒと点対称の領域である領域Ｒ２との少なくとも一方の領域と、前記検出素子の先端面とは重複することを特徴とするガスセンサ。
2. 前記円周角φが１００度以下であることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記投影面において、前記一対の素子側ガス導入部の中心同士を結ぶ第１線分と、前記ガス導入部の両周縁の中点と前記中心軸とを結ぶ第２線分とのなす角θが１５度以上であ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. 前記プロテクタは内側プロテクタであり、さらに前記内側プロテクタの径方向外側に配置される筒状の外側プロテクタを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサ。
5. 軸線方向に延びる板状をなし、自身の先端側の一対の対向面に、それぞれ被測定ガスを自身の内部に導入するための一対の素子側ガス導入部を有する検出素子と、
   前記検出素子の径方向周囲を取り囲む筒状の主体金具と、
   周壁、及び自身の先端に先端壁を有し、自身の基端部が前記主体金具の先端側に固定される筒状のプロテクタと、
   を備えたガスセンサの製造方法において、
   前記プロテクタは、前記被測定ガスを前記プロテクタ内に導入可能なガス導入部を前記周壁に１つ有すると共に、前記被測定ガスを排出可能なガス排出部を前記ガス導入部よりも先端側に有し、
   前記検出素子を前記主体金具に組付けた素子アセンブリに対し、前記検出素子の先端が前記ガス導入部よりも後端側に位置し、かつ前記プロテクタの中心軸に垂直な投影面に、前記ガス導入部を通る前記プロテクタの径方向断面であって前記中心軸を中心とする前記ガス導入部の両周縁の円周角φが最大となる断面、前記検出素子の先端面、前記素子側ガス導入部、及び前記中心軸を投影し、前記投影面において前記中心軸と前記素子側ガス導入部の前記両周縁とを結ぶ領域Ｒを見たとき、
   前記領域Ｒと前記素子側ガス導入部とは重複せず、前記領域Ｒと、前記中心軸を対称の中心として前記領域Ｒと点対称の領域である領域をＲ２との少なくとも一方の領域と、前記検出素子の先端面とは重複するよう、前記プロテクタを組み付けることを特徴とするガスセンサの製造方法。

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