JP6454559B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、被測定ガス中に晒されるガスセンサ素子を被水や衝撃等から保護するプロテクタを備えたガスセンサに関する。

従来、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）や酸素などの濃度差に応じて大きさの異なる起電力が生じ、この起電力の大きさに基づく特定ガス濃度測定を行うガスセンサ素子を備えたガスセンサが知られている。このガスセンサは自動車の排気管等に取り付けられて使用されるが、ガスセンサ素子が高温の排気ガス中に晒されたり、ガスセンサ素子をヒータ等で加熱したりすることでガスセンサ素子が高温となるため、例えば、排気ガスに含まれる水分や排気管内面に付着した凝縮水が付着（被水）することで、ガスセンサ素子が熱衝撃を受けてクラックや割れが生ずる虞がある。

このようなことから、ガスセンサ素子をプロテクタで覆って被水や衝撃等から保護する技術が開発されている（例えば特許文献１参照）。このプロテクタは、内側プロテクタと外側プロテクタとから構成される２重構造をなし、主体金具の先端に取り付けられている。又、内側プロテクタは、ガスセンサ素子の先端側を収容する有底の筒状部と、この筒状部の径方向外側に延びるフランジ状部とを備え、フランジ状部の上下（軸線方向）に貫通する内側ガス導入孔が開口している。一方、外側プロテクタには外側ガス導入孔が開口しており、被測定ガスは外側ガス導入孔から内側ガス導入孔を通って内側プロテクタの内部のガスセンサ素子に接触した後、内側プロテクタの筒状部の先端に設けたガス排出孔から外部に排出されるようになっている。

国際公開第ＷＯ／０１５４４５号パンフレット（図２）

しかしながら、特許文献１のガスセンサの場合、内側プロテクタの筒状部にガスセンサ素子の先端側を収容するために筒状部の径を大きくする必要があり、その分だけ筒状部の外側のフランジ状部の寸法（径方向の長さ）を短くせざるを得ず、ひいてはフランジ状部に設ける内側ガス導入孔の径も小さくなるという問題がある。ところが、フランジ状部は主体金具に接触しているために主体金具からの熱逃げによって冷却されるので、内側ガス導入孔が小径になると被測定ガス中の煤が内側ガス導入孔に付着して堆積し、目詰まりを生じるようになる。一方、主体金具から離間しているガスセンサ素子の先端部は被測定ガスに曝されて高温になっているため、ガスセンサ素子に煤が付着しても堆積せずに焼失する。
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、ガスセンサ素子を保護するプロテクタの目詰まりを抑制したガスセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、先端側に被測定ガスを検出するための検出部を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子の周囲を取り囲んで該ガスセンサ素子を保持する筒状の主体金具と、該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、前記プロテクタの内面と前記主体金具の内面との間に形成される内部空間に前記ガスセンサ素子の前記先端側が臨むガスセンサにおいて、前記プロテクタは、前記主体金具の先端側外側を取り囲んで該主体金具に固定される固定部と、該固定部の先端から径方向内側に延びると共に、前記内部空間に連通する内側ガス導入孔を有する空間仕切り部と、該空間仕切り部の径方向内側に繋がって該空間仕切り部よりも先端側に延びる側壁と、該側壁の先端側に設けられて内側ガス排出孔が開口する底壁とを有し、前記内側ガス導入孔のうち最も先端側に位置する内側ガス導入孔の内面側よりも前記ガスセンサ素子が後端側に位置し、前記プロテクタの前記側壁の後端部の内径が、前記ガスセンサ素子の先端の最大径よりも小さいことを特徴とする。

このガスセンサによれば、最も先端側に位置する内側ガス導入孔に対しガスセンサ素子が後端側に位置することから、内側ガス導入孔を有する空間仕切り部よりも先端側に延びる側壁に対しても、ガスセンサ素子が後端側に配置されることとなる。
従って、プロテクタの側壁とガスセンサ素子は離間し両者が干渉しないので、側壁の内部にガスセンサ素子の先端側を収容するため側壁の径を大きくする必要がなく、側壁の外側の空間仕切り部の寸法（径方向の長さ）をその分だけ大きくすることができる。このため、空間仕切り部に設ける内側ガス導入孔の径を大きくすることができる。その結果、主体金具からの熱逃げによって内側ガス導入孔の周囲の空間仕切り部が冷却されても、被測定ガス中の煤が内側ガス導入孔に付着し難くなるので、内側ガス導入孔の目詰まりを抑制してガスセンサを長期間安定して動作させることができる。
又、このガスセンサによれば、側壁の内部にガスセンサ素子の先端側を収容するために側壁の後端部の径をガスセンサ素子の先端の最大径よりも大きくした場合に比べ、内側ガス導入孔の径がより一層大きくなるので、内側ガス導入孔の目詰まりをさらに抑制することができ、本発明を適用する効果が大きい。

又、本発明のガスセンサは、軸線方向に延び、先端側に被測定ガスを検出するための検出部を有するガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子の周囲を取り囲んで該ガスセンサ素子を保持する筒状の主体金具と、該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、前記プロテクタの内面と前記主体金具の内面との間に形成される内部空間に前記ガスセンサ素子の前記先端側が臨むガスセンサにおいて、前記プロテクタは、前記主体金具の先端側外側を取り囲んで該主体金具に固定される固定部と、該固定部の先端から径方向内側に延びると共に、前記内部空間に連通する内側ガス導入孔を有する空間仕切り部と、該空間仕切り部の径方向内側に繋がって該空間仕切り部よりも先端側に延びる側壁と、該側壁の先端側に設けられて内側ガス排出孔が開口する底壁とを有し、前記内側ガス導入孔のうち最も先端側に位置する内側ガス導入孔の内面側よりも前記ガスセンサ素子が後端側に位置し、前記プロテクタとの間に間隙を有して前記プロテクタの径方向周囲を取り囲む少なくとも一以上の外側プロテクタを有し、前記外側プロテクタは、前記内部空間に被測定ガスを導入する外側ガス導入孔を有し、前記内側ガス導入孔の円相当径が前記外側ガス導入孔の円相当径の０．５以上であることを特徴とする。
このガスセンサによれば、最も先端側に位置する内側ガス導入孔に対しガスセンサ素子が後端側に位置することから、内側ガス導入孔を有する空間仕切り部よりも先端側に延びる側壁に対しても、ガスセンサ素子が後端側に配置されることとなる。
従って、プロテクタの側壁とガスセンサ素子は離間し両者が干渉しないので、側壁の内部にガスセンサ素子の先端側を収容するため側壁の径を大きくする必要がなく、側壁の外側の空間仕切り部の寸法（径方向の長さ）をその分だけ大きくすることができる。このため、空間仕切り部に設ける内側ガス導入孔の径を大きくすることができる。その結果、主体金具からの熱逃げによって内側ガス導入孔の周囲の空間仕切り部が冷却されても、被測定ガス中の煤が内側ガス導入孔に付着し難くなるので、内側ガス導入孔の目詰まりを抑制してガスセンサを長期間安定して動作させることができる。
又、このガスセンサによれば、外側ガス導入孔から導入された被測定ガスが内側ガス導入孔を通ってガス検出室（上記した内部空間）に流れる際、内側ガス導入孔が通気抵抗となってガス検出室に流入し難くなることが抑制され、ガスセンサの検出精度及び応答性を向上させることができる。
本発明のガスセンサにおいて、前記内部空間に臨む前記主体金具の内面のうち径方向の最も内側の部位が、前記内側ガス導入孔の中心よりも径方向外側に位置してもよい。
このガスセンサによれば、主体金具の内面から内側ガス導入孔を遠ざけることができ、主体金具からの熱逃げを低減して内側ガス導入孔近傍の空間仕切り部が冷却され難くなる。その結果、内側ガス導入孔に煤が付着しても堆積せずに焼失し易くなるので、内側ガス導入孔の目詰まりがより一層生じ難くなる。
ここで、内側ガス導入孔の中心は、内側ガス導入孔の内面側の径方向の内縁と外縁との中点とする。

この発明によれば、ガスセンサ素子を保護するプロテクタの目詰まりを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係るガスセンサの軸線方向に沿う断面図である。 図１と径方向に９０度異なる断面に沿ったプロテクタ近傍の部分断面斜視図である。 図１と径方向に９０度異なる断面に沿ったプロテクタの部分断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るガスセンサのプロテクタの部分断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るガスセンサのプロテクタの部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスセンサ１の軸線Ｏ方向に沿う断面図、図２はガスセンサ１の複合プロテクタ１００近傍の部分断面斜視図、図３は複合プロテクタ１００の部分断面図である。なお、図２、図３は図１と径方向に９０度異なる断面に沿った断面図である。
ガスセンサ１は、自動車の排気管（図示外）に取り付けられ、内部に保持するガスセンサ素子１０の検出部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。
なお、以下の説明では、ガスセンサ１の軸線Ｏ方向を上下方向として図示し、内部に保持するガスセンサ素子１０の検出部１１側をガスセンサ１の先端側、後端部１２側をガスセンサ１の後端側（基端側）として説明する。

ガスセンサ素子１０は公知にあるような軸線Ｏ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が互いに貼り合わされ、略角柱状をなす積層体として一体化されたものである（図１では、紙面左右方向を板厚方向、紙面表裏方向を板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電極と（共に図示しない）から構成され、その電極は、ガスセンサ素子１０の先端側の検出部１１に配置されている。そして、電極を排気ガスによる被毒から保護するため、ガスセンサ素子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、ガスセンサ素子１０の後端側の後端部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１つを図示している。）が形成されている。なお、本実施の形態ではガスセンサ素子１０を本発明における「ガスセンサ素子」として説明を行うが、厳密には、ガスセンサ素子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「ガスセンサ素子」に相当する。

ガスセンサ素子１０の中央より先端寄りに位置する胴部１３の先端側には、有底筒状をなす金属製の金属カップ２０が、自身の内部にガスセンサ素子１０を挿通させ、その検出部１１を筒底の開口２５から先端側に突出させた状態で配置されている。金属カップ２０は主体金具５０内にガスセンサ素子１０を保持するための部材であり、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と滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング２２とが、自身をガスセンサ素子１０に挿通させた状態で収容されている。滑石リング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、ガスセンサ素子１０が金属カップ２０内で位置決めされて保持されている。

金属カップ２０と一体となったガスセンサ素子１０は、その周囲を筒状の主体金具５０に取り囲まれて保持されている。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、ＳＵＳ４３０等のステンレス鋼からなり、外周先端側に排気管への取り付け用の雄ねじ部５１が形成されている。この雄ねじ部５１よりも先端側には、後述する複合プロテクタ１００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が形成されており、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。更に、工具係合部５２の後端側には、後述する外筒３０が係合される後端係合部５７と、その後端側に、主体金具５０内にガスセンサ素子１０を加締め保持するための加締め部５３とが形成されている。

また、主体金具５０の内周で雄ねじ部５１付近には段部５４が形成されている。この段部５４には、ガスセンサ素子１０を保持する金属カップ２０の先端周縁部２３が係止されている。更に、主体金具５０の内周には滑石リング２６が、自身をガスセンサ素子１０に挿通させた状態で、金属カップ２０の後端側から装填されている。そして、滑石リング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。スリーブ２７に押圧された滑石リング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、この滑石リング２６と、金属カップ２０内にあらかじめ装填された滑石リング２２とによって、金属カップ２０およびガスセンサ素子１０が主体金具５０内で位置決め保持される。

ガスセンサ素子１０は、その後端部１２が主体金具５０の後端（加締め部５３）よりも後方に突出されており、その後端部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、ガスセンサ素子１０の後端部１２に形成された５つの電極パッド１６とそれぞれ電気的に接続される５つの接続端子６１（図１ではそのうちの１つを図示している。）を内部に保持すると共に、それら各接続端子６１と、ガスセンサ１の外部に引き出される５本のリード線６５（図１ではそのうちの３本を図示している。）との各接続部分を収容して保護している。

そして、セパレータ６０が嵌められたガスセンサ素子１０の後端部１２の周囲を囲うように、筒状の外筒３０が配設されている。外筒３０はステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製であり、主体金具５０の後端係合部５７の外周に自身の先端側の開口端３１が係合されている。その開口端３１は、外周側から加締められ、更に外周を一周してレーザ溶接が施されて後端係合部５７に接合されており、外筒３０と主体金具５０とが一体に固定されている。

また、外筒３０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鍔部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３０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３０に固定されている。

次に、外筒３０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５つの挿通孔７６（図１ではそのうちの１つを図示している。）を有し、各挿通孔７６に、セパレータ６０から引き出された５本のリード線６５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３０の外周から加締められて、外筒３０の後端に固定されている。

一方、主体金具５０に保持されたガスセンサ素子１０の先端の検出部１１は、主体金具５０の先端部（先端係合部５６）よりもやや後端側に位置しつつ、主体金具５０の先端係合部５６の内面５６ｉに臨んでいる。この先端係合部５６には、ガスセンサ素子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、排気ガスに含まれる水分や排気管内面に付着した凝縮水の被水などによる折損等から保護するための複合プロテクタ１００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。以下、この複合プロテクタ１００について、図２〜図３を参照して説明する。

図２、図３に示すように、複合プロテクタ１００は、底壁１２４を有する有底筒状をなす内側プロテクタ１２０と、内側プロテクタ１２０の外周面との間に間隙（以下、「ガス分離室」１１９ともいう。）を有した状態で内側プロテクタ１２０の径方向周囲を取り囲む外側プロテクタ１１０とから構成される２重構造を有する。内側プロテクタ１２０が特許請求の範囲の「プロテクタ」に相当する。

内側プロテクタ１２０は、その外径が主体金具５０の先端係合部５６よりも小さく形成されており、開口側（基端側）の端部である環状の固定部１２１は、先端係合部５６の外周に係合するように拡径されている。そして、固定部１２１の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１２０は主体金具５０の先端係合部５６に固定されている。一方、固定部１２１から径方向内側に向かい、径方向に平行にフランジ状の空間仕切り部１２６が延びている。空間仕切り部１２６の径方向内側から先端側に向かい、軸線Ｏ方向に平行に側壁１２２が延びている。さらに、側壁１２２の先端側がテーパ状に窄まるテーパ部１２３を形成し、テーパ部１２３から中心に向かって径方向に平行な底壁１２４を形成している。

空間仕切り部１２６には、複数の円形の内側ガス導入孔１３０が周方向に等間隔で開口されている。内側ガス導入孔１３０は、後述する外側プロテクタ１１０の外側ガス導入孔１１５を介してガス分離室１１９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１２０の内部、すなわちガスセンサ素子１０の検出部１１が露出されたガス検出室（特許請求の範囲の「内部空間」に相当）１２９に導入させるために設けられている。なお、主体金具５０の（先端係合部５６の）内面５６ｉと、金属カップ２０の先端向き面と、内側プロテクタ１２０の内面（主に空間仕切り部１２６の内面）とによってガス検出室１２９が形成され、ガスセンサ素子１０の先端側の検出部１１がガス検出室１２９に臨んでいる。そして、内側ガス導入孔１３０はガス分離室１１９とガス検出室１２９とを連通している。ガス分離室１１９については後述する。
一方、底壁１２４の中心には、内側ガス排出孔１６０が１つ開口している。内側ガス排出孔１６０は、ガス検出室１２９内に導入された排気ガスや水滴を、側壁１２２を通して外部に排出する。

一方、外側プロテクタ１１０は、その外径が主体金具５０の先端係合部５６よりもやや小さく形成されており、開口側（基端側）の端部である開口端部１１１は、先端係合部５６の外周に係合するように拡径されており、先端係合部５６の外周に（より詳細には、内側プロテクタ１１０の固定部１２１の外周に）係合している。そして、開口端部１１１の外周を一周してレーザ溶接が施されており、外側プロテクタ１１０は主体金具５０の先端係合部５６に固定されている。一方、開口端部１１１から空間仕切り部１２６を覆うように縮径して先端側に向かい、軸線Ｏ方向に平行に側壁１１２が延びている。さらに、側壁１１２の先端側がテーパ状に窄まりつつ、中心に向かって径方向に平行な外側底壁１１４を形成している。

外側底壁１１４の中心には底壁開口１１４ｈが開口し、底壁開口１１４ｈから内側プロテクタ１１０のテーパ部１２３及び底壁１２４が先端側に露出し、テーパ部１２３の外面が底壁開口１１４ｈの内面に接点Ｐを介して接している。なお、テーパ部１２３の外面が底壁開口１１４ｈの内面に接さず、両者が離間していると、外側ガス導入孔１１５から導入された被測定ガスがこの隙間を通過してしまうため、ガスセンサ１の応答性の点では好ましくない傾向にある。このため、ガスセンサ１の応答性の観点からは、テーパ部１２３の外面が底壁開口１１４ｈの内面に接点Ｐを介して接していることが好ましい。

そして、接点Ｐ（上述のようにテーパ部１２３の外面が底壁開口１１４ｈの内面が接さずに近接している場合は、最近接点）を含む、外側プロテクタ１１０の内面と内側プロテクタ１２０の外面（側壁１２２及び空間仕切り部１２６）とで囲まれる空間がガス分離室１１９を形成している。さらに、側壁１１２の軸線Ｏ方向の先端側寄りには、周方向に沿って複数の外側ガス導入孔１１５がガス分離室１１９に連通するように開口されている。外側ガス導入孔１１５は、外部からガス分離室１１９に排気ガスを導入させるために設けられ、本実施形態では軸線Ｏ方向に長い長円をなしている。
なお、本実施形態では、外側プロテクタ１１０の底壁開口１１４ｈから露出した底壁１２４から、内側ガス排出孔１６０が外部に直接連通している。
そして、図２の矢印に示すように、被測定ガスＧは、外側ガス導入孔１１５からガス分離室１１９に導入された後、内側ガス導入孔１３０を通ってガス検出室１２９に入ってガスセンサ素子１０の検出部１１に接触する。その後、被測定ガスＧは、側壁１２２の内部を通って内側ガス排出孔１６０から外部に排出される。

ここで、図３に示すように、内側ガス導入孔１３０の内面側（後端向き面）の径方向の内縁１３０ｉに対し、ガスセンサ素子１０（保護層１５の最先端）が後端側に位置する。このため、内側ガス導入孔１３０を有する空間仕切り部１２６よりも先端側に延びる側壁１２２に対しても、ガスセンサ素子１０が後端側に配置されることとなる。なお、図３では内側ガス導入孔１３０及び空間仕切り部１２６が軸線Ｏに対し直角であるため、内側ガス導入孔１３０のうち最も先端側に位置する内側ガス導入孔の内面側は、いずれの内側ガス導入孔１３０でも同じ位置１３０ｉとなる。なお、内側ガス導入孔１３０の内縁１３０ｉが、特許請求の範囲の「内側ガス導入孔のうち最も先端側に位置する内側ガス導入孔の内面側」に相当する。
従って、内側プロテクタ１２０の側壁１２２とガスセンサ素子１０は離間し両者が干渉しないので、側壁１２２の内部にガスセンサ素子１０の先端側を収容するため側壁１２２の径を大きくする必要がなく、側壁１２２の外側の空間仕切り部１２６の寸法（径方向の長さ）をその分だけ大きくすることができる。このため、空間仕切り部１２６に設ける内側ガス導入孔１３０の径を大きくすることができる。その結果、主体金具５０からの熱逃げによって内側ガス導入孔１３０の周囲の空間仕切り部１２６が冷却されても、被測定ガス中の煤が内側ガス導入孔１３０に付着し難くなるので、内側ガス導入孔１３０の目詰まりを抑制してガスセンサを長期間安定して動作させることができる。

なお、図３に示すように、第１の実施形態では、ガス検出室１２９に臨む主体金具５０（の先端係合部５６）の内面５６ｉのうち、径方向の最も内側の部位５６ｉｍが、内側ガス導入孔１３０の中心１３０ｃよりも径方向外側に位置する。この構成とすると、主体金具５０の内面５６ｉから内側ガス導入孔１３０を遠ざけることができ、主体金具５０からの熱逃げを低減して内側ガス導入孔１３０近傍の空間仕切り部１２６が冷却され難くなる。その結果、内側ガス導入孔１３０に煤が付着しても堆積せずに焼失し易くなるので、内側ガス導入孔１３０の目詰まりがより一層生じ難くなるので好ましい。
ここで、内側ガス導入孔１３０の中心１３０ｃは、内縁１３０ｉと外縁１３０ｅとの中点とする。

又、図３に示すように、第１の実施形態では、内側プロテクタ１２０の側壁１２２の後端部の内径Ｄ１がガスセンサ素子１０の先端の最大径Ｄ２よりも小さい。この構成とすると、側壁１２２の内部にガスセンサ素子１０の先端側を収容するために側壁１２２の径をＤ２よりも大きくした場合に比べ、内側ガス導入孔１３０の径がより一層大きくなるので、内側ガス導入孔１３０の目詰まりをさらに抑制することができ、本発明を適用する効果が大きい。
なお、ガスセンサ素子１０の先端の最大径Ｄ２とは、ガスセンサ素子１０の先端の外径のうち最も大きい値である。そして、本実施形態ではガスセンサ素子１０は板状であるため、図１の紙面左右方向の板厚方向に比べ、図３の紙面左右方向の板幅方向の幅（径）の方が大きいので、この幅（径）を最大径Ｄ２として採用する。

又、第１の実施形態では、内側ガス導入孔１３０の円相当径が、外側ガス導入孔１１５の円相当径の０．５以上である。この構成とすると、外側ガス導入孔１１５から導入された被測定ガスが内側ガス導入孔１３０を通ってガス検出室１２９に流れる際、内側ガス導入孔１３０が通気抵抗となってガス検出室１２９に流入し難くなることが抑制され、ガスセンサ１の検出精度及び応答性が向上するので好ましい。なお、内側ガス導入孔１３０が複数個形成されている場合は、複数の内側ガス導入孔１３０の合計面積から求めた内側ガス導入孔１３０全体の円相当径を採用する。外側ガス導入孔１１５についても同様である。

次に、図４を参照し、本発明の第２の実施形態に係るガスセンサについて説明する。但し、第２の実施形態に係るガスセンサは、内側プロテクタ２２０の構成が異なること以外は、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と同一の構成部分については同一符号を付して説明を省略する。内側プロテクタ２２０が特許請求の範囲の「プロテクタ」に相当する。

図４において、複合プロテクタ２００は、内側プロテクタ２２０と、内側プロテクタ２２０の径方向周囲を取り囲む外側プロテクタ（第１の実施形態と同一形状）１１０とから構成される２重構造を有する。
内側プロテクタ２２０は、固定部（第１の実施形態と同一形状）１２１により主体金具５０の先端係合部５６に固定されている。一方、固定部１２１から径方向内側かつ先端側に向かい、先端に向かって曲面状に窄まる空間仕切り部２２６が延びている。さらに空間仕切り部２２６の径方向内側から先端側に向かい、軸線Ｏ方向に近づくように曲面状に窄まる側壁２２２が延びている。さらに、側壁２２２の先端側が曲面状に窄まって底壁２２４を形成している。
なお、側壁２２２の先端側の外面が底壁開口１１４ｈの内面に接点Ｐを介して接している。
そして、接点Ｐを含む、外側プロテクタ１１０の内面と内側プロテクタ２２０の外面（側壁２２２及び空間仕切り部２２６）とで囲まれる空間がガス分離室２１９を形成している。

空間仕切り部２２６には、複数の円形の内側ガス導入孔２３０が周方向に等間隔で開口されている。一方、底壁２２４の中心には、内側ガス排出孔２６０が１つ開口している。
ここで、内側ガス導入孔２３０の内面側（後端向き面）の径方向の内縁２３０ｉ、つまり内側ガス導入孔２３０の内側面の先端に対し、ガスセンサ素子１０（保護層１５の最先端）が後端側に位置する。この構成とすると、内側ガス導入孔２３０を有する空間仕切り部２２６よりも先端側に延びる側壁２２２に対しても、ガスセンサ素子１０が後端側に配置されることとなる。なお、内側ガス導入孔２３０の内縁２３０ｉが、特許請求の範囲の「内側ガス導入孔のうち最も先端側に位置する内側ガス導入孔の内面側」に相当する。
従って、側壁２２２とガスセンサ素子１０は離間し両者が干渉しないので、側壁２２２の内部にガスセンサ素子１０の先端側を収容するため側壁２２２の径を大きくする必要がなく、内側ガス導入孔２３０の径を大きくして目詰まりを抑制することができる。
又、第２の実施形態においては、空間仕切り部２２６と側壁２２２とは曲面状に滑らかに繋がっており、両者の境界が明確ではない。そこで、内側ガス導入孔２３０の外面側を通るように仮想曲面Ｓ２を軸線Ｏ方向に平行移動した仮想曲面Ｓ２２の先端Ｗの軸線Ｏ方向の位置Ｖを、便宜上、空間仕切り部２２６と側壁２２２との境界とみなす。側壁２２２の後端部の内径Ｄ１は、位置Ｖにおける側壁２２２の内径とする。なお、側壁２２２の後端部の内面が円形でない場合は、内径Ｄ１は側壁２２２の後端部の内径のうち最も大きい値である。
同様に、側壁２２２から底壁２２４へ曲面状に滑らかに繋がっており、両者の境界も明確ではない。そこで、径方向に平行な平面Ｔ１に接する面を底壁２２４とみなす。

次に、図５を参照し、本発明の第３の実施形態に係るガスセンサについて説明する。但し、第３の実施形態に係るガスセンサは、複合プロテクタ３００の構成が異なること以外は、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と同一の構成部分については同一符号を付して説明を省略する。

図５において、複合プロテクタ３００は、内側プロテクタ３２０と、内側プロテクタ３２０の径方向周囲を取り囲む外側プロテクタ３１０とから構成される２重構造を有する。又、第３の実施形態においては、ガスセンサ素子１０の先端の検出部１１は、主体金具５０の先端部（先端係合部５６）よりも先端側に突出している。内側プロテクタ３２０が特許請求の範囲の「プロテクタ」に相当する。
内側プロテクタ３２０は、固定部３２１により主体金具５０の先端係合部５６に固定されている。ここで固定部３２１は、第１の実施形態の固定部１２１よりも軸線Ｏ方向に長く、主体金具５０の先端部（先端係合部５６）よりも先端側で、固定部３２１から径方向内側に向かい、径方向に平行にフランジ状の空間仕切り部３２６が延びている。空間仕切り部３２６の径方向内側から先端側に向かい、軸線Ｏ方向に平行に側壁３２２が延びている。さらに、側壁３２２の先端側が径方向に平行な底壁３２４に繋がっている。

一方、外側プロテクタ３１０は、その外径が主体金具５０の先端係合部５６よりも大きく形成されており、開口側（基端側）の端部である開口端部３１１は、先端係合部５６の外周に（より詳細には、内側プロテクタ３１０の固定部３２１の外周に）係合している。そして、開口端部３１１の外周を一周してレーザ溶接が施されており、外側プロテクタ３１０は主体金具５０の先端係合部５６に固定されている。
開口端部３１１は軸線Ｏ方向に平行に先端側へ延びた後、径方向に平行に縮径して中間壁３１４を形成している。中間壁３１４の径方向内側の内面は、内側プロテクタ３２０の側壁３２２の外面に接点Ｐを介して接した後、軸線Ｏ方向に平行に側壁３２２に接しながら先端側へ延びて側壁３１６を形成している。さらに、側壁３１６の先端側は、底壁３２４よりも先端側の位置でテーパ状に窄まるテーパ部３１７を形成し、テーパ部３１７から中心に向かって径方向に平行な外側底壁３１８を形成している。
そして、接点Ｐを含む、外側プロテクタ３１０の内面と内側プロテクタ３２０の外面（側壁３２２及び空間仕切り部３２６）とで囲まれる空間がガス分離室３１９を形成している。

空間仕切り部３２６には、複数の円形の内側ガス導入孔３３０が周方向に等間隔で開口されている。一方、底壁３２４の中心には、内側ガス排出孔３６０が１つ開口している。
又、中間壁３１４には、複数の円形の外側ガス導入孔３１５が周方向に等間隔で開口され、外側底壁３１８の中心には、外側ガス排出孔３７０が１つ開口している。
なお、第３の実施形態においては、内側プロテクタ３２０の底壁３２４が外側プロテクタ３１０の外側底壁３１８の内側に離間して収容されつつ、底壁３２４に開口する内側ガス排出孔３６０が外側ガス排出孔３７０を介して外部と連通している。

第３の実施形態においても、内側ガス導入孔３３０の内面側（後端向き面）の径方向の内縁３３０ｉに対し、ガスセンサ素子１０（保護層１５の最先端）が後端側に位置する。この構成とすると、内側ガス導入孔３３０を有する空間仕切り部３２６よりも先端側に延びる側壁３２２に対しても、ガスセンサ素子１０が後端側に配置されることとなる。
従って、側壁３２２とガスセンサ素子１０は離間し両者が干渉しないので、側壁３２２の内部にガスセンサ素子１０の先端側を収容するため側壁３２２の径を大きくする必要がなく、内側ガス導入孔３３０の径を大きくして目詰まりを抑制することができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限られず、各種の変形が可能である。例えば、外側プロテクタがなく、内側プロテクタのみであってもよい。また、内側プロテクタ及び外側プロテクタの形状や、内側ガス導入孔、外側ガス導入孔、内側ガス排出孔及び外側ガス排出孔の形状や個数は上記に限定されず、例えば、内側ガス排出孔が非等間隔で配置されてもよい。
又、ガスセンサとしては、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ、温度センサ等に本発明を同様に適用することができる。又、ガスセンサ素子は板状に限らず、筒状であってもよい。

１ ガスセンサ
１０ ガスセンサ素子
１１ 検出部
５０ 主体金具
５６ｉ 主体金具の内面
５６ｉｍ 主体金具の内面のうち径方向の最も内側の部位
１００、２００、３００ 複合プロテクタ
１１０，３１０ 外側プロテクタ
１１５、３１５ 外側ガス導入孔
１１９、２１９、３１９ ガス分離室
１２０、２２０、３２０ 内側プロテクタ（プロテクタ）
１２１、３２１ 内側プロテクタの固定部
１２２、２２２、３２２ 内側プロテクタの側壁
１２４、２２４、３２４ 内側プロテクタの底壁
１２６、２２６、３２６ 内側プロテクタの空間仕切り部
１２９，３２９ ガス検出室（内部空間）
１３０、２３０、３３０ 内側ガス導入孔
１３０ｃ 内側ガス導入孔の中心
１３０ｉ、２３０ｉ 内側ガス導入孔の内縁（内側ガス導入孔のうち最も先端側に位置する内側ガス導入孔の内面側）
１３０ｅ、２３０ｅ 内側ガス導入孔の外縁
１６０、２６０，３６０ 内側ガス排出孔
３７０ 外側ガス排出孔
Ｏ 軸線
Ｐ 接点
Ｄ１ 内側プロテクタの側壁の後端部の内径
Ｄ２ ガスセンサ素子の先端の最大径

Claims (3)

1. 軸線方向に延び、先端側に被測定ガスを検出するための検出部を有するガスセンサ素子と、
   前記ガスセンサ素子の周囲を取り囲んで該ガスセンサ素子を保持する筒状の主体金具と、
   該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、
   前記プロテクタの内面と前記主体金具の内面との間に形成される内部空間に前記ガスセンサ素子の前記先端側が臨むガスセンサにおいて、
   前記プロテクタは、前記主体金具の先端側外側を取り囲んで該主体金具に固定される固定部と、該固定部の先端から径方向内側に延びると共に、前記内部空間に連通する内側ガス導入孔を有する空間仕切り部と、該空間仕切り部の径方向内側に繋がって該空間仕切り部よりも先端側に延びる側壁と、該側壁の先端側に設けられて内側ガス排出孔が開口する底壁とを有し、
   前記内側ガス導入孔のうち最も先端側に位置する内側ガス導入孔の内面側よりも前記ガスセンサ素子が後端側に位置し、
   前記プロテクタの前記側壁の後端部の内径が、前記ガスセンサ素子の先端の最大径よりも小さいことを特徴とするガスセンサ。
2. 軸線方向に延び、先端側に被測定ガスを検出するための検出部を有するガスセンサ素子と、
   前記ガスセンサ素子の周囲を取り囲んで該ガスセンサ素子を保持する筒状の主体金具と、
   該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、
   前記プロテクタの内面と前記主体金具の内面との間に形成される内部空間に前記ガスセンサ素子の前記先端側が臨むガスセンサにおいて、
   前記プロテクタは、前記主体金具の先端側外側を取り囲んで該主体金具に固定される固定部と、該固定部の先端から径方向内側に延びると共に、前記内部空間に連通する内側ガス導入孔を有する空間仕切り部と、該空間仕切り部の径方向内側に繋がって該空間仕切り部よりも先端側に延びる側壁と、該側壁の先端側に設けられて内側ガス排出孔が開口する底壁とを有し、
   前記内側ガス導入孔のうち最も先端側に位置する内側ガス導入孔の内面側よりも前記ガスセンサ素子が後端側に位置し、
   さらに、前記プロテクタとの間に間隙を有して前記プロテクタの径方向周囲を取り囲む少なくとも１以上の筒状の外側プロテクタを有し、
   前記外側プロテクタは、前記内部空間に被測定ガスを導入する外側ガス導入孔を有し、
   前記内側ガス導入孔の円相当径が前記外側ガス導入孔の円相当径の０．５以上であることを特徴とするガスセンサ。
3. 前記内部空間に臨む前記主体金具の内面のうち径方向の最も内側の部位が、前記内側ガス導入孔の中心よりも径方向外側に位置する請求項１又は２記載のガスセンサ。

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