JP2010066075A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】内側プロテクタ内でのガス交換性を向上して検出素子の応答性を高めつつも、検出素子の被水を確実に防止することができるガスセンサを提供する。
【解決手段】軸線Ｏ方向において、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１３０の後端の位置Ｊを、検出素子１０の先端の位置Ｓよりも後端側に配置する。さらに、内側導入孔１３０に、軸線Ｏ方向先端側に向かって径方向内向き（ガス検出室１２９内）に延出するルーバー１３５を付設する。そして、ルーバー１３５の外方向きの面（ガス分離室１１９側を向く面）に沿い、ルーバー１３５の始端１３６から末端１３７へ向けて延びるとともに、軸線Ｏと交差しつつ、その軸線Ｏとの交差角度が最も大きくなる仮想線Ｑを想定する。この仮想線Ｑと、検出素子１０とが非接触の状態となるように、ルーバー１３５の最大の開き具合（角度）を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検出ガス中に晒される検出素子を被水から保護するプロテクタを備えたガスセンサに関するものである。

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）や酸素などの濃度に応じ、大きさの異なる起電力が生じたり、抵抗値が変化したりする検出素子を備えたガスセンサが知られている。このガスセンサは自動車の排気管等に取り付けられて使用されるが、検出素子を加熱したり検出素子が高温の排気ガス中に晒されたりすることで、検出素子が高温となるのに対し、排気ガスに含まれる水分（水滴）が検出素子に付着（被水）することにより検出素子が熱衝撃を受けると、クラックや割れが生ずる虞がある。そこでガスセンサには検出素子を覆うプロテクタが装着され、検出素子が被水から保護されている。

ガスセンサのプロテクタとしては、主体金具から突出された検出素子の先端部を覆う内側プロテクタ（第１カバー部材）と、その内側プロテクタとの間に空隙を有しつつ径方向周囲を取り囲む外側プロテクタ（第２カバー部材）とから構成される２重構造をなすものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような２重構造のプロテクタには、外側プロテクタおよび内側プロテクタのそれぞれに、複数の外側導入孔および内側導入孔（側面穴）が形成されている。

特許文献１では、外側プロテクタの外側導入孔の先端位置と基端位置との間に内側プロテクタの先端位置がある構造を有し、排気ガスが、外側プロテクタと内側プロテクタの先端位置間を速やかに通過することができる。排気ガスに含まれる水滴は内側プロテクタの側面に当たるが、流速に応じて生ずる慣性力により外側プロテクタと内側プロテクタとの間の空隙内を上昇しにくく、そのまま別の外側導入孔から外側プロテクタ外に放出される。一方、水滴が分離された排気ガスは空隙内を上昇し、内側導入孔から内側プロテクタ内に入り込んで、検出素子（ガスセンサ素子）の近傍に到達する経路を辿る。

また、外側プロテクタの外側導入孔に、上記空隙内に向けて延出するルーバー（ガイド体）を付設したガスセンサも知られている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２では、このルーバーにより外側導入孔から導入される排気ガスの流路が案内されることにより、上記空隙内で、内側プロテクタの外周面を取り囲む旋回流が生ずる。この旋回流に伴い発生する慣性力によって、排気ガスから水滴が分離される。そして同様に、水滴が分離された排気ガスが空隙内を上昇し、内側導入孔から内側プロテクタ内に入り込んで、検出素子の近傍に到達する。
特開２００４−２４５８２８号公報 特開２００４−１０９１２５号公報

しかしながら、例えば、外側プロテクタ内への排気ガスの導入量を増やしたり、プロテクタ内を通過する排気ガスの流速を速めたりして内側プロテクタ内のガス交換性を高めた場合、特許文献１や特許文献２のように、排気ガスから水滴を分離できる構造であっても、一部の水滴を分離しきれず、排気ガスとともに水滴が内側プロテクタ内に入り込んでしまうことがあった。

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、内側プロテクタ内でのガス交換性を向上して検出素子の応答性を高めつつも、検出素子の被水を確実に防止することができるガスセンサを提供することを目的とする。

本発明に係るガスセンサは、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部から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、自身の内部に前記検出部を収容させて前記主体金具に固定されると共に、内側周壁およびその先端側に先端壁を有する有底円筒状の内側プロテクタであって、前記内側周壁に、前記被検出ガスを自身の内部に導入するための内側導入孔、および当該内側導入孔を介して導入される前記被検出ガスの流路を案内する内側ガイド体が形成された内側プロテクタと、前記内側プロテクタとの間に空隙を有しつつ、少なくとも前記内側プロテクタの前記内側周壁を取り囲む外側周壁を有し、該外側周壁に前記被検出ガスを前記空隙に導入するための外側導入孔が形成された円筒状の外側プロテクタと、を備えたガスセンサにおいて、前記内側導入孔は、前記軸線方向における自身の後端の位置が、前記検出素子の先端の位置よりも前記軸線方向の後端側に配置されており、前記内側ガイド体は、前記内側導入孔の前記軸線方向後端から前記軸線方向先端側に向かって前記内側プロテクタの径方向内向きに延出し、前記検出素子は、前記内側ガイド体の延出方向に延ばした仮想線に対し、非接触であることを特徴とする。

本発明に係るガスセンサによれば、軸線方向における内側導入孔の後端の位置が、検出素子の先端の位置よりも軸線方向の後端側に配置されている。つまり、内側導入孔の少なくとも一部が検出素子に対向する位置となる。このため、内側導入孔から内側プロテクタの内部に導入され外部に排出される被検出ガスの流路の近くに、検出素子の検出部を配置することができる。これにより、検出部の周囲を漂う被検出ガスのガス成分が交換されやすくなるので（つまりガス交換性が高められるので）、検出素子によるガス検知の速度を速める（応答性を高める）ことができる。

ガス交換性をさらに向上するには、内側導入孔の開口面積を拡げ、より多くの被検出ガスを導入できるようにするとよい。その一方で、内側導入孔の開口面積が拡がると、被検出ガス中の水分（水滴）が内側プロテクタの内部に進入し易くなり、検出素子により多くの水分が被水する虞がある。そこで、本発明によれば、内側ガイド体の延出方向に延ばした仮想線に対し、検出素子が非接触となるように、内側ガイド体の最大の開き具合（角度）が設定されている。このように、内側ガイド体によって被検出ガスを案内することで、被検出ガスに含まれる水分（水滴）が、内側導入孔から内側プロテクタの内部に導入された場合でも、直接検出素子に衝突する経路を遮ることができ、検出素子の被水を確実に抑制することができるのである。

なお、内側ガイド体は、内側ガイド体の延出方向に延ばした仮想線に対し、検出素子が非接触となっていればよく、内側ガイド体の形状は、特に限られない。具体的には、内側プロテクタの径方向内側に向かって突出するテーパ部として内側ガイド体を形成してもよい。あるいは、内側プロテクタの外周面側から凹部を形成し、その凹部の内壁のうち軸線方向先端側の内壁を開口し、開口部分を内側導入孔、残る内壁を内側ガイド体として形成してもよい。なお、この場合、凹部の内壁に沿って軸線方向後端から開口に向かう方向が、内側ガイド体の延出方向に相当するものであり、軸線を含む断面で凹部を見たときの内壁の輪郭線の接線が、内側ガイド体の延出方向に延ばした仮想線に相当するものである。そして、内側ガイド体の延出方向は、必ずしも、内壁の軸線方向後端に近い側と開口に近い側とで一致しなくともよい。つまり、延出方向に延ばした仮想線と、軸線との交差角度が、内側ガイド体（凹部の内壁）の軸線方向後端に近い側と、開口に近い側とで同一となる形態であってもよいし、あるいは軸線方向後端から開口に近づくにつれて、次第に小さく（より鋭角に）なっていく形態であってもよい。内側ガイド体の開口に近い側において延出方向に延ばした仮想線が、検出素子に対して非接触となればよい。

また、本発明に係るガスセンサを、前記検出素子の軸線を含む断面で見たときに、前記軸線方向における前記検出素子の先端の位置が、前記内側導入孔における前記軸線方向の後端の位置と先端の位置との間にあることが好ましい。このようにすれば、内側ガイド体の開き具合をより大きくし、内側導入孔の開口面積を拡げてより多くの被検出ガスを導入できるようにしてガス交換性をさらに向上しつつも、導入された被検出ガス中の水滴が検出素子に直接衝突しないように、仮想線と検出素子とが非接触の状態を確保し、検出素子の被水を確実に防止することができる。

また、本発明に係るガスセンサにおいて、前記軸線方向における前記外側導入孔の後端の位置は、前記内側導入孔の先端の位置よりも先端側に配置され、前記外側プロテクタには、該外側プロテクタから前記空隙内に向けて延出され、前記外側導入孔から前記空隙内に導入される前記被検出ガスの流路を案内する外側ガイド体が形成されていてもよい。空隙内に導入される被検出ガスの流路を外側ガイド体で案内し、例えば空隙内で被検出ガスの旋回流を生じさせれば、被検出ガスが内側導入孔に到達する前に、被検出ガスに含まれる水分（水滴）とガス成分とを分離しやすくすることができる。そして、被検出ガスが空隙内を通過するうちに被検出ガス中の水分を十分に減らした上で、内側導入孔から内側プロテクタの内部に被検出ガスを導入すれば、上記の内側ガイド体による検出素子の被水防止の効果も加えられ、検出素子の被水を、さらに確実に、抑制することができる。

以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、一例としてのガスセンサ１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の部分断面図である。図２は、図１の矢印Ａ方向からガスセンサ１の先端側を拡大して見た断面図である。なお、図１，図２ではガスセンサ１の軸線Ｏ方向（１点鎖線で示す。）を上下方向として図示し、内部に保持する検出素子１０の検出部１１側をガスセンサ１の先端側、後端部１２側（図２参照）をガスセンサ１の後端側として説明する。

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の検出部１１が排気管内を流通する排気ガスに曝されて、その排気ガス中に含まれる被検出ガスとしてのＮＯｘ（具体的にはＮＯｘや酸素の有無や濃度）を検出する、いわゆるＮＯｘセンサを一例とする。

検出素子１０は公知にあるような軸線Ｏ方向に延びる細幅の板形状をなし、ＮＯｘ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。なお、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、図２では、紙面左右方向を板幅方向、紙面表裏方向を板厚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や白金を主体とする検出電極などから構成され（図示せず）、その検出電極は、検出素子１０の先端側の検出部１１に配置されている。また、検出素子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６つの電極パッド１６（図１ではそのうちの２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。

検出素子１０の胴部１３の中央よりやや先端側の位置には、有底筒状ながら底壁に開口２５を有する金属製の金属カップ２０が配置されている。検出素子１０は、開口２５を通じて金属カップ２０に挿通されており、開口２５から先端側に、検出部１１が突出されている。金属カップ２０は主体金具５０内に検出素子１０を保持するための部材であり、底壁の縁部分には、底壁から外周壁にかけてテーパ状をなす先端周縁部２３が形成されている。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とが検出素子１０の周囲を取り巻きつつ軸線Ｏ方向に層状に配置され、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、検出素子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と一体となった検出素子１０は、その周囲を、ＳＵＳ４３０等の低炭素鋼からなる筒状の主体金具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、外周先端側に、排気管への取り付け用の雄ねじが形成された取付部５１が設けられている。この取付部５１よりも先端側には、後述するプロテクタ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が形成されている。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が形成されており、さらにその後端側に、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部５３が形成されている。そして工具係合部５２と取付部５１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環状のガスケット５５が嵌挿されている。

次に、主体金具５０の内周には、取付部５１付近に段状の部位が設けられており、その段状の部位には、前述した検出素子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。そして主体金具５０の内周には、滑石リング２６が、自身に検出素子１０を挿通させた状態で、金属カップ２０の後端側から装填されている。さらにその滑石リング２６を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ２７が、自身に検出素子１０を挿通させつつ主体金具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、円環状のパッキン２９が配置されている。この状態で主体金具５０の加締部５３が内向きに加締められ、パッキン２９を介し、スリーブ２７の肩部２８を先端側に向けて押圧している。この加締めによって、スリーブ２７に押圧された滑石リング２６が主体金具５０内で押し潰されて、細部にわたって充填されている。そして、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および検出素子１０が、主体金具５０内で位置決め保持される。

検出素子１０の後端部１２は、主体金具５０の後端（加締部５３）よりも後方に突出されており、その後端部１２に、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、先端側セパレータ６３と後端側セパレータ６４とからなり、先端側セパレータ６３に設けられた鍔状の鍔部６２に、後端側セパレータ６４が係合している。先端側セパレータ６３は、検出素子１０の後端部１２に形成された６つの電極パッド１６と、電極パッド１６のそれぞれと電気的に接続される６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。）との接続部位を内部に収容して保持している。後端側セパレータ６４は、各接続端子６１とガスセンサ１の外部に引き出される６本のリード線６５（図１ではそのうちの４本を図示している。）との接続部位を内部に収容している。

そして、セパレータ６０が嵌められた検出素子１０の後端部１２の周囲を囲うように、ステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製で筒状の外筒３０が配設されている。外筒３０は、先端側の開口端３１が、主体金具５０の後端係合部５７の外周に係合されている。その開口端３１は外周側から加締められ、さら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、これにより、外筒３０と主体金具５０とが一体となっている。

また、外筒３０と先端側セパレータ６３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、その支持部７１に、自身の内部に挿通される先端側セパレータ６３の鍔部６２を係合させて、先端側セパレータ６３を保持している。この状態で、保持金具７０が配置された部分の外筒３０の外周面が内向きに加締められることにより、先端側セパレータ６３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６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から引き出された上記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、後端側セパレータ６４を先端側セパレータ６３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に保持された検出素子１０の検出部１１は、主体金具５０の先端部（先端係合部５６）より突出されている。この先端係合部５６には、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。プロテクタ１００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ものである。以下、このプロテクタ１００の構造について、図２を参照して説明する。

図２に示すプロテクタ１００は、内側周壁１２２およびその先端側に先端壁１２４を有する有底円筒状をなす内側プロテクタ１２０と、内側周壁１２２の径方向周囲を外側周壁１１２で取り囲む筒状をなす外側プロテクタ１１０とから構成される２重構造を有する。この内側プロテクタ１２０の内側周壁１２２の外周面１２８と、外側プロテクタ１１０の外側周壁１１２の内周面１１７との間には空隙が形成されており、ガス分離室１１９として構成されている。

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、開口端側（後端側）の基端部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。また、先端壁１２４の周縁部分は内側周壁１２２へ向けてテーパ状に拡がるテーパ部１２３として構成されている。この内側プロテクタ１２０の内側周壁１２２には、軸線Ｏ方向で基端部１２１寄りの位置に、周方向に沿って複数（本実施の形態では６個）の内側導入孔１３０が開口されている。内側導入孔１３０は、後述する外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０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、すなわち検出素子１０の検出部１１が露出されたガス検出室１２９内に導入するための孔である。

さらに、この内側導入孔１３０の開口には、内側導入孔１３０を介してガス検出室１２９内に導入される排気ガスの流路を案内するルーバー１３５が設けられている。ルーバー１３５は、軸線Ｏを含む断面でみたときに、内側導入孔１３０の開口で軸線Ｏ方向における後端の位置Ｊを始端１３６とし、突出側の先端（末端１３７）へ向けて、軸線Ｏ方向先端向き、且つ径方向内向きに、始端１３６から延出する形態をなす。本実施の形態では、内側プロテクタ１２０の内側周壁１２２に、周方向に沿って延び、その一端から軸線Ｏ方向に沿って後端側へ延びるＬ字形状の切り込みを設け、ガス検出室１２９内に向けて押し込むことにより、ルーバー１３５および内側導入孔１３０を形成している。なお、ルーバー１３５が、本発明における「内側ガイド体」に相当する。

また、内側プロテクタ１２０の内側周壁１２２の先端側には、内側導入孔１３０と同様にＬ字形状の切り込みをガス検出室１２９内に向けて押し込んで開口した水抜孔１５０が、外周面１２８の周方向の複数箇所（本実施の形態では３箇所）に設けられている。そして、基端部１２１の外周から後述する外側プロテクタ１１０ごと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。この水抜孔１５０は、ガス分離室１１９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１２９を介し外部に排出するための導路として設けられている。

そして、内側プロテクタ１２０の先端壁１２４には、排出口１６０が開口されている。水抜孔１５０を介して内側プロテクタ１２０内（ガス検出室１２９内）に進入した水滴は、この排出口１６０を介してプロテクタ１００の外部に排出される。また、内側導入孔１３０を介してガス検出室１２９内に導入されるガス成分も、この排出口１６０を介して外部に排出され、ガス検出室１２９内のガス交換が行われるように構成されている。

次に、外側プロテクタ１１０は、一方の開口端が拡径され、基端部１１１として、内側プロテクタ１２０の基端部１２１の外周に係合されている。外側プロテクタ１１０の基端部１１１を内側プロテクタ１２０の基端部１２１に重ねた状態で、基端部１１１の外周面側から基端部１２１を貫通して主体金具５０の先端係合部５６に達するレーザ溶接が基端部１１１の外周を一周しつつ施されている。これにより、外側プロテクタ１１０と内側プロテクタ１２０とが主体金具５０に固定されている。

また、この外側プロテクタ１１０の先端部１１３は、内側プロテクタ１２０のテーパ部１２３付近にて内側に折り曲げられている。これにより、内側プロテクタ１２０の外周面１２８と外側プロテクタ１１０の内周面１１７との間の空隙が先端側にて閉塞されて、上記のガス分離室１１９として構成される。そしてテーパ状の内側プロテクタ１２０のテーパ部１２３は、外側プロテクタ１１０の先端部１１３よりも軸線Ｏ方向先端側に向けて突出された形態となる。外側プロテクタ１１０の先端部１１３と、内側プロテクタ１２０のテーパ部１２３とは連続するテーパをなす。

次に、外側プロテクタ１１０の外側周壁１１２には、外側プロテクタ１１０の外部とガス分離室１１９とを連通する複数（本実施の形態では６個）の外側導入孔１７０が、周方向に沿って形成されている。外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１３０の形成位置よりも先端側で、水抜孔１５０の形成位置よりも後端側の位置に形成されている（つまり外側導入孔１７０の後端の位置Ｍが、内側導入孔１３０の先端の位置Ｋよりも先端側に配置されている。）。これら外側導入孔１７０には、それぞれ、内側（ガス分離室１１９内）に向けて延出するルーバー１８０が付設されている。ルーバー１８０は、外側プロテクタ１１０の外側周壁１１２の外周面１１８に仮に描いた四角形の三辺を切り込み、残る一辺を始端にして、末端側（自由端側）をガス分離室１１９内に押し込んだ形態のものとして形成されている。このルーバー１８０は、外部から外側導入孔１７０を介してガス分離室１１９内に導入された排気ガスに、内側プロテクタ１２０の内側周壁１２２の外周面１２８を取り囲む状態で旋回流を生じさせる機能を担う。なお、ルーバー１８０が、本発明における「外側ガイド体」に相当する。

このような構成をなすガスセンサ１が内燃機関の排気管に取り付けられた場合、軸線Ｏ方向先端側を重力方向下向きにして取り付けられ、主体金具５０の取付部５１よりも先端側が排気管内に露出される。排気管内を流通する排気ガスは、少なくとも軸線Ｏ方向とは異なる方向（例えば軸線Ｏに直交する方向）から図２に示すプロテクタ１００に衝突し、外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０からガス分離室１１９内に導入される。このとき、ルーバー１８０によって排気ガスの流路が案内され、ガス分離室１１９内には、内側プロテクタ１２０の内側周壁１２２の外周面１２８に沿って排気ガスが周方向に旋回する旋回流が生ずる。この旋回流に伴い発生する慣性力により、排気ガス中に含まれる、相対的に重い水分（水滴）と、相対的に軽いガス成分とが分離される。比重の重い水分は、外側プロテクタ１１０の内周面１１７や内側プロテクタ１２０の外周面１２８に衝突し、内周面１１７や外周面１２８を伝って重力方向（軸線Ｏ方向先端側）へ落下する。そして水抜孔１５０から内側プロテクタ１２０のガス検出室１２９内に導入される。一方、水滴と分離されたガス成分は、ガス分離室１１９内を旋回しつつ上昇し、外側導入孔１７０よりも上方（軸線Ｏ方向後端側）に設けられた内側導入孔１３０からガス検出室１２９内に導入される。

ところで、排気管内を流通する排気ガスが外側プロテクタ１１０の先端部１１３や内側プロテクタ１２０の先端壁１２４のテーパ部１２３に衝突すると、テーパに沿って先端壁１２４の最先端面に向かって流れるガス流が生ずる。このガス流により排出口１６０付近に負圧が発生するため、ガス検出室１２９内に導入された排気ガス（ガス成分や水滴）は、排出口１６０を介し、外部に吸引されるように排出される。また、この吸引によって、ガス分離室１１９内の排気ガスが、内側導入孔１３０を介した経路においてもガス検出室１２９内に引かれ、ガス検出室１２９内のガス交換が行われる。その過程で、ガス検出室１２９内に導入された排気ガス中のガス成分と検出素子１０の検出部１１とが接触することにより、排気ガス中の酸素濃度の検出が行われる。

ここで、本実施の形態のガスセンサ１では、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１３０に設けたルーバー１３５によって、内側導入孔１３０からガス検出室１２９内に進入する排気ガスの流路を案内している。具体的には、本実施の形態では、ルーバー１３５の位置や向きに規定を設けている。以下、図２，図３を参照し、ルーバー１３５に関する規定について説明する。図３は、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１３０に付設されたルーバー１３５について説明するための斜視図である。

本実施の形態では、ガス分離室１１９から内側導入孔１３０を介してガス検出室１２９内に導入される排気ガスの流路をルーバー１３５によって案内するが、そのときの案内方向が、検出素子１０に対して非接触となる方向に規定されている。具体的に、図２，図３に示すように、ルーバー１３５が内側導入孔１３０から突出する根元部分となる始端１３６から、突出先端となる末端１３７へ向けて延ばした仮想線Ｑが、検出素子１０とは接触しないように、ルーバー１３５の最大の開き具合（角度）が設定されている。なお、ルーバー１３５の始端１３６から末端１３７へ向けて延びる仮想線Ｑは、詳細には、ルーバー１３５の外方向きの面、すなわちガス分離室１１９側を向く面に沿い、軸線Ｏと交差する仮想線のうち、軸線Ｏとの交差角度が最も大きな仮想線を考えればよい。

前述したように、図２に示す、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１３０に設けられたルーバー１３５は、内側周壁１２２の外周面１２８に設けたＬ字形状の切り込みを内部に押し込む形態で形成したものである。したがってルーバー１３５は、軸線Ｏ方向に沿う切り込みと、周方向に沿う切り込みとのあわせ部分（角部分）がガス検出室１２９内に向けもっとも押し込まれた（張り出した）形態となる。このように、仮想線Ｑが検出素子１０に非接触となる状態を維持しつつ、ルーバー１３５をガス検出室１２９内に向けできる限り押し込み、内側導入孔１３０の開口面積を確保する。これにより、内側導入孔１３０を介してガス検出室１２９内へ導入できる排気ガスの量を増やし、より多くの排気ガスをガス分離室１１９内に導入させる。そしてルーバー１３５が、内側導入孔１３０からガス検出室１２９内へ進入する排気ガス中に含まれる水滴を、検出素子１０には直接的に接触しないよう、排気ガスの流路を案内している。

さらに、本実施の形態では、図２に示すように、上記の仮想線Ｑが検出素子１０に接触しない状態を保ちつつ、軸線Ｏ方向において、内側導入孔１３０の後端の位置Ｊが、検出素子１０の先端の位置Ｓよりも後端側に配置されている。これにより、内側導入孔１３０から排出口１６０へと向かう排気ガスの流路の近くに検出部１１を配置できる。よって、検出部１１の周囲を漂う排気ガスのガス成分は、交換されやすくなり、ガス交換性が高められるので、検出素子１０によるガス検知の速度を速める（つまり応答性を高める）ことができる。

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。本実施の形態では、検出素子１０の先端の位置Ｓについて、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１３０の後端の位置Ｊよりも軸線Ｏ方向先端側にあることを規定したが、図４に示す、ガスセンサ２０１のように、検出素子２１０の先端の位置Ｓを、内側プロテクタ２２０の内側導入孔２３０の先端の位置Ｋよりも軸線Ｏ方向後端側に配置してもよい。このようにすれば、仮想線Ｑと検出素子２１０とが非接触の状態を確保しつつ、内側導入孔２３０のルーバー２３５の開き具合（軸線Ｏと仮想線Ｑとの交差角度）をより大きくすることができる。したがって、ガス検出室２２９内に、より多くの排気ガスを導入でき、ガス交換性をより高め、検出素子２１０の応答性を向上することができる。

また、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１３０に付設のルーバー１３５は、本実施の形態のように、Ｌ字状の切り込みを押し込んだ形態で形成されるものに限らない。例えば、四角形の三辺を切り込み、残る一辺を始端にして末端側（自由端側）をガス検出室内に押し込んだ形態のものとして形成してもよい。あるいは、周壁をガス検出室内に向けて押し込むことで外周面側に凹部を形成し、その凹部の内壁のうち軸線方向先端側の内壁の一部を開口してガス検出室に通ずる内側導入孔を形成し、凹部の残る内壁をルーバーとして機能させてもよい。この場合、凹部の内壁に沿って凹部の軸線Ｏ方向後端から開口に向かう方向が、ルーバーの延出方向となる。そして軸線Ｏを含む断面で凹部を見たときの内壁の輪郭線の接線が、ルーバーの仮想線Ｑに相当する。このような形態のルーバーを形成するにあたり、必ずしも、凹部の内壁で軸線Ｏ方向後端から開口へ向かう部分を平面状に形成しなくともよい。つまり、ルーバーの仮想線Ｑと、軸線Ｏとの交差角度が、ルーバーの軸線Ｏ方向後端に近い側と、開口に近い側とで同一となる形態であってもよいし、あるいは軸線Ｏ方向後端から開口に近づくにつれて、次第に小さく（より鋭角に）なっていく形態であってもよい。もちろん、周壁に内側導入孔を開口し、その開口に、内側プロテクタ本体とは別体に形成したルーバーを接合して付設してもよい。いずれの場合においても、ルーバーの外方向きの面（ガス分離室側を向く面）に沿い、ルーバーの始端から末端へ向けて延び軸線Ｏと交差する仮想線のうち、軸線Ｏとの交差角度が最も大きな仮想線Ｑが、検出素子と接触しないように、ルーバーを形成すればよい。また、ルーバーが平面状でない場合には、ルーバーの自由端においてルーバーの延出方向に延ばした仮想線のうち、軸線Ｏとの交差角度が最も大きな仮想線Ｑが検出素子と非接触であればよい。

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。

ガスセンサ１の部分断面図である。 図１の矢印Ａ方向からガスセンサ１の先端側を拡大して見た断面図である。 内側プロテクタ１２０の内側導入孔１３０に付設されたルーバー１３５について説明するための斜視図である。 変形例としてのガスセンサ２０１の先端側を拡大して見た断面図である。

符号の説明

１ ガスセンサ
１０ 検出素子
１１ 検出部
５０ 主体金具
５６ 先端係合部
１１０ 外側プロテクタ
１１２ 外側周壁
１１９ ガス分離室
１２０ 内側プロテクタ
１２２ 内側周壁
１２４ 先端壁
１２９ ガス検出室
１３０ 内側導入孔
１３５ ルーバー
１７０ 外側導入孔
１８０ ルーバー

Claims (3)

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部から突出させつつ、前記検出素子の径方向周囲を取り囲む主体金具と、
   自身の内部に前記検出部を収容させて前記主体金具に固定されると共に、内側周壁およびその先端側に先端壁を有する有底円筒状の内側プロテクタであって、前記内側周壁に、前記被検出ガスを自身の内部に導入するための内側導入孔、および当該内側導入孔を介して導入される前記被検出ガスの流路を案内する内側ガイド体が形成された内側プロテクタと、
   前記内側プロテクタとの間に空隙を有しつつ、少なくとも前記内側プロテクタの前記内側周壁を取り囲む外側周壁を有し、該外側周壁に前記被検出ガスを前記空隙に導入するための外側導入孔が形成された円筒状の外側プロテクタと、
   を備えたガスセンサにおいて、
   前記内側導入孔は、前記軸線方向における自身の後端の位置が、前記検出素子の先端の位置よりも前記軸線方向の後端側に配置されており、
   前記内側ガイド体は、前記内側導入孔の前記軸線方向後端から前記軸線方向先端側に向かって前記内側プロテクタの径方向内向きに延出し、
   前記検出素子は、前記内側ガイド体の延出方向に延ばした仮想線に対し、非接触であることを特徴とするガスセンサ。
2. 前記ガスセンサを、前記検出素子の軸線を含む断面で見たときに、
   前記軸線方向における前記検出素子の先端の位置が、前記内側導入孔における前記軸線方向の後端の位置と先端の位置との間にあることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記軸線方向における前記外側導入孔の後端の位置は、前記内側導入孔の先端の位置よりも先端側に配置され、
   前記外側プロテクタには、該外側プロテクタから前記空隙内に向けて延出され、前記外側導入孔から前記空隙内に導入される前記被検出ガスの流路を案内する外側ガイド体が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。

Images