JP4938587B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、排気ガスなどの被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための酸素センサ，ＮＯｘセンサ，ＨＣセンサといったガスセンサなどのように、ガス検出用のガス検出素子と、ガス検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、ガス検出素子を保護する有底筒状のプロテクタと、を備えたガスセンサに関する。

従来、排気ガスなどの被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するための酸素センサ，ＮＯｘセンサ，ＨＣセンサといったガスセンサなどのように、ガス検出用のガス検出素子と、ガス検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、ガス検出素子を保護する有底筒状のプロテクタと、を備えたガスセンサが知られている。

このようなガスセンサに求められる特性の１つとしては、ガス検出の応答性の速さがあり、応答性を向上させるには、例えば、被測定ガスを速やかに導入するためにプロテクタのガス流通口を大きくする（開口面積を拡大する）方法がある。

しかし、ガス流通口の開口面積を拡大すると、被測定ガスとともに水滴などの異物が侵入しやすくなる。そして、活性化のために高温（例えば、３００［℃］以上）に維持されたガス検出素子に対して水滴などの低温の異物が付着すると、熱衝撃によりガス検出素子が破損する虞がある。

そこで、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難くなるように、外側筒状部材のガス流通口と内側筒状部材のガス流通口とを互いに重ならないよう配置した構成のガスセンサが提案されている（特許文献１）。

また、外側筒状部材に内向きに延設されたガイド部を設けることで、被測定ガスの導入時に旋回流を生じさせて、水滴などの異物がガス検出素子に到達するのを抑制する構成のガスセンサが提案されている（特許文献２）。
特開２００１−０７４６８６号公報（請求項１など） 特開２００４−１０９１２５号公報（請求項１など）

しかしながら、上記従来のガスセンサにおいては、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難くなるものの、それに伴い被測定ガスを速やかにガス検出素子に到達させることが難しくなる虞がある。

つまり、上記従来のガスセンサは、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難くなる構成を採ることに伴い、異物のみならず被測定ガスについてもガス検出素子に到達しがたくなり、ガス検出の応答性が低下する可能性がある。

そこで、本発明はこうした問題に鑑みなされたものであり、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難くしつつ、被測定ガスがガス検出素子に到達しやすくなる構成のガスセンサを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、後端側から先端側にかけて軸線方向に延びると共に、先端部に被測定ガスに接触させるガス接触部を有するガス検出素子と、ガス接触部を先端から突き出させた状態でガス検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、ガス検出素子のガス接触部を覆うように、ハウジングに固定させた有底筒状のプロテクタと、を備えたガスセンサであって、プロテクタは、筒状の外側側壁を有するともに外側側壁の先端側に設けられる外側底壁を有してなる有底筒状の外側筒状部材と、外側側壁の内部に少なくとも一部が配置される筒状の内側側壁を有するともに、内側側壁の先端側に設けられる内側底壁を有してなる有底筒状の内側筒状部材と、を備えており、外側筒状部材は、被測定ガスを内部に導入するための複数の外壁ガス流通口を外側側壁に備えており、内側筒状部材は、外側筒状部材の内部に導入された被測定ガスを内部に導入するための複数の内壁ガス流通口を内側側壁に備えており、外壁ガス流通口は、内壁ガス流通口よりも軸線方向の後端側に配置されると共に、ガス検出素子の先端は、内壁ガス流通口よりも軸線方向の先端側に配置され、軸線方向に垂直な断面における内側側壁の内径寸法のうち、外壁ガス流通口の形成位置に対応する位置の内径寸法を外壁流通口内径寸法とし、内壁ガス流通口の形成位置における内径寸法を内壁流通口内径寸法とした場合において、内側筒状部材は、内壁流通口内径寸法が外壁流通口内径寸法よりも小さい形状であり、内側側壁は、軸線方向に垂直な断面における内側側壁の内径寸法を変更するための寸法変更部と、寸法変更部の先端側に接続し、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が寸法変更部の最小内径寸法と等しい寸法をなす最小内径部と、寸法変更部の後端側に接続し、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が寸法変更部の最大内径寸法以上となる最大内径部と、を備えており、内壁ガス流通口は、内側側壁のうち寸法変更部または最小内径部に形成されており、外壁ガス流通口は、外側側壁のうち内側側壁の最大内径部に対応する位置に形成されており、さらに、最小内径部の先端に連結する内側底壁には、被測定ガスを該内側筒状部材の外部に排出するための内側底壁流通口を有し、ガス検出素子の先端が最小内径部の内側に位置してなること、を特徴とするガスセンサである。

つまり、このガスセンサは、外壁ガス流通口および内壁ガス流通口の軸線方向における形成位置がそれぞれ異なっており、外側筒状部材のガス流通口と内側筒状部材のガス流通口とが互いに重ならないため、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難い構成である。

また、このガスセンサは、内壁流通口内径寸法が外壁流通口内径寸法より小さく形成された内側筒状部材を備えて構成されている。つまり、内側筒状部材は、自身の内部領域のうち、内壁ガス流通口の形成位置における内部領域（内壁流通口内部領域）が外壁ガス流通口の形成位置における内部領域（外壁流通口内部領域）よりも狭い構成となる。

そして、一定量の流体（ガスなど）における移動速度は、一般に、容積の大きい領域よりも容積の小さい領域の方が高速となる。このため、内壁流通口内部領域が外壁流通口内部領域よりも狭い構成の内側筒状部材は、内壁流通口内部領域が外壁流通口内部領域と略同寸法となる構成の内側筒状部材に比べて、内壁流通口内部領域における被測定ガスの流速が速くなる。

このような構成の内側筒状部材を備えるガスセンサは、被測定ガスを速やかにガス検出素子のガス接触部まで導入できる。
よって、本発明のガスセンサは、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難くしつつ、被測定ガスがガス検出素子に到達しやすくなる。

また、本発明のガスセンサにおいては、内側側壁は、軸線方向に垂直な断面における内側側壁の内径寸法を変更するための寸法変更部と、寸法変更部の先端側に接続し、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が寸法変更部の最小内径寸法と等しい寸法をなす最小内径部と、寸法変更部の後端側に接続し、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が寸法変更部の最大内径寸法以上となる最大内径部と、を備えており、内壁ガス流通口は、内側側壁のうち寸法変更部または最小内径部に形成されており、外壁ガス流通口は、外側側壁のうち内側側壁の最大内径部に対応する位置に形成されている。

このガスセンサでは、内壁ガス流通口が寸法変更部または最小内径部に形成されており、外壁ガス流通口が外側側壁のうち最大内径部に対応する位置に形成されている。これにより、内側筒状部材は、内壁流通口内径寸法が外壁流通口内径寸法より小さい形状となる。

よって、本発明によれば、内壁流通口内径寸法が外壁流通口内径寸法より小さい構成を実現できるため、上述のように、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難くしつつ、被測定ガスがガス検出素子に到達しやすいガスセンサを実現できる。

なお、「外側側壁のうち最大内径部に対応する位置」とは、「外側側壁の軸線方向における位置のうち、内側側壁の最大内径部と軸線方向における位置が同一となる位置」を意味する。
また、本発明のガスセンサは、最小内径部の先端に連結する内側底壁には、被測定ガスを内側筒状部材の外部に排出するための内側底壁流通口を有し、ガス検出素子の先端が最小内径部の内側に位置してなるよう構成されている。
このように内側底壁流通口を設けることで、内側筒状部材は、内壁ガス流通口から内側底壁流通口に至るガスの移動経路を確保できるため、被測定ガスを速やかに導入できる構成となる。
よって、本発明によれば、内側筒状部材における被測定ガスの導入を迅速に行うことができるため、応答性の向上を図ることができる。
また、本発明のガスセンサにおいては、外壁ガス流通口は、内壁ガス流通口よりも軸線方向の後端側に配置される。
このように外壁ガス流通口と内壁ガス流通口との相対的な位置関係を設定したプロテクタは、外側側壁の内面と内側側壁の外面との間の隙間領域において、被測定ガスの流通方向を一方向（軸線方向の先端側向き方向）に設定できる。そして、このようなプロテクタは、隙間領域でのガスの流通方向が複数となる構成のプロテクタに比べて、隙間領域での被測定ガスの移動が円滑となり、内側筒状部材に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。
よって、本発明によれば、内側筒状部材における被測定ガスの導入を迅速に行うことができるため、応答性の向上を図ることができる。
また、本発明のガスセンサにおいては、ガス検出素子の先端は、内壁ガス流通口よりも軸線方向の先端側に配置される。
つまり、外壁ガス流通口が内壁ガス流通口よりも軸線方向の後端側に配置される場合には、内側筒状部材への被測定ガスの流入方向は先端側向きになる。このため、ガス接触部が内壁ガス流通口よりも軸線方向の先端側に配置されたガスセンサは、導入された被測定ガスが速やかにガス接触部の近傍に移動する構成となる。
よって、本発明によれば、導入された被測定ガスが速やかにガス接触部の近傍に移動することから、応答性の向上を図ることができる。

次に、上述のガスセンサは、請求項２に記載のように、寸法変更部として、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が軸線方向にかけて徐々に変化するテーパ部、または軸線方向に垂直な板面形状の段差部を有する形状の寸法変更部を備えることができる。

つまり、テーパ部および段差部は、内径寸法が最大となる端部と内径寸法が最小となる端部を備えることから、寸法変更部として用いることができる。
なお、寸法変更部は、テーパ部および段差部の組み合わせ構成としても良い。

次に、上述のガスセンサにおいては、請求項３に記載のように、外側筒状部材は、外壁ガス流通口の端部から内側に向けて延設される外側ガイド体を備える、という構成を採ることができる。

外側ガイド体は、被測定ガスが内側筒状部材の外周面を取り囲むように、被測定ガスの旋回流を生じさせる機能を有する。このため、外側ガイド体を備えるプロテクタは、この旋回流に伴い発生する慣性力により、相対的に重い成分（水滴など）と相対的に軽い成分（被測定ガス）とを分離できる。

このとき、分離された重い成分（水滴など）は、外側筒状部材の内周面に押しつけられるため、被測定ガスとともに異物（水滴など）が導入された場合でも、内側筒状部材の内部まで異物（水滴など）が到達しにくくなり、ガス検出素子を保護できる。

そして、内壁流通口内径寸法が外壁流通口内径寸法より小さい構成の内側筒状部材を備えるプロテクタに対して、外側ガイド体を備える外側筒状部材を組み合わせることで、被測定ガスをガス検出素子に到達しやすくしつつ、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難くすることができる。

よって、本発明によれば、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難くしつつ、被測定ガスがガス検出素子に到達しやすくなる構成のガスセンサを実現できる。
次に、上述のガスセンサにおいては、請求項４に記載のように、内側筒状部材は、内壁ガス流通口の端部から内側に向けて延設される内側ガイド体を備える、という構成を採ることができる。

内側ガイド体は、被測定ガスが内側筒状部材の内部に導入される際に、被測定ガスがガス検出素子（ガス接触部）を取り囲むように、被測定ガスの旋回流を生じさせる機能を有している。このため、内側ガイド体を備えるプロテクタは、この旋回流に伴い発生する慣性力により、相対的に重い成分（水滴など）と相対的に軽い成分（被測定ガス）とを分離できる。

このとき、分離された重い成分（水滴など）は、内側筒状部材の内周面に押しつけられるため、被測定ガスとともに異物（水滴など）が導入された場合でも、ガス検出素子まで異物（水滴など）が到達しにくくなり、ガス検出素子を保護できる。

そして、内壁流通口内径寸法が外壁流通口内径寸法より小さい構成の内側筒状部材に対して、内側ガイド体を組み合わせることで、被測定ガスをガス検出素子に到達しやすくしつつ、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難くすることができる。

よって、本発明によれば、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難くしつつ、被測定ガスがガス検出素子に到達しやすくなる構成のガスセンサを実現できる。

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
なお、以下に示す実施形態では、ガスセンサの一種であって、自動車や各種内燃機関における空燃比フィードバック制御に使用するために、測定対象となる排ガス中の特定ガスを検出するガス検出素子（ガスセンサ素子）が組み付けられるとともに、内燃機関の排気管に装着される全領域空燃比センサ２（以下、空燃比センサ２ともいう）について説明する。
（１）空燃比センサ全体の構成
図１は、本発明を適用した実施形態の空燃比センサ２の全体構成を示す断面図である。

空燃比センサ２は、排気管に固定するためのネジ部３９が外表面に形成された筒状のハウジング３８と、軸線方向（空燃比センサ２の長手方向：図中上下方向）に延びる板状形状をなすガス検出素子４と、ガス検出素子４の径方向周囲を取り囲むように配置される筒状のセラミックスリーブ６と、軸線方向に貫通するコンタクト挿通孔６８の内壁面がガス検出素子４の後端部の周囲を取り囲む状態で配置される絶縁コンタクト部材６６と、ガス検出素子４と絶縁コンタクト部材６６との間に配置される５個の接続端子１０と、ガス検出素子４の先端部周囲を覆うようにハウジング３８の先端側外周に固定された有底筒状のプロテクタ４２と、を備えている。

ガス検出素子４は、軸線方向に延びる板状形状をなし、測定対象となるガスに向けられる先端側（図中下方）に保護層に覆われた検出部８が形成され、後端側（図中上方）の外表面のうち表裏の位置関係となる第１板面２１および第２板面２３に電極端子部３０，３１，３２，３４，３６が形成されている。接続端子１０は、ガス検出素子４と絶縁コンタクト部材６６との間に配置されることで、ガス検出素子４の電極端子部３０，３１，３２，３４，３６にそれぞれ電気的に接続される。また、接続端子１０は、外部からセンサの内部に配設されるリード線４６にも電気的に接続されており、リード線４６が接続される外部機器と電極端子部３０，３１，３２，３４，３６との間に流れる電流の電流経路を形成する。

なお、ガス検出素子４は、特定ガスが検出部８に接触すると、特定ガスの濃度等に応じたセンサ出力信号を電極端子部から出力する構成である。
ハウジング３８は、軸線方向に貫通する貫通孔５４を有し、貫通孔５４の径方向内側に突出する棚部５２を有する略筒状形状に構成されている。また、ハウジング３８は、検出部８を貫通孔５４の先端側外部に配置し、電極端子部３０，３１，３２，３４，３６を貫通孔５４の後端側外部に配置する状態で貫通孔５４に挿通されたガス検出素子４を保持するよう構成されている。さらに、棚部５２は、軸線方向に垂直な平面に対して傾きを有する内向きのテーパ面として形成されている。

なお、ハウジング３８の貫通孔５４の内部には、ガス検出素子４の径方向周囲を取り囲む状態で、環状形状のセラミックホルダ５１、粉末充填層５３，５６（以下、滑石リング５３，５６ともいう）、および上述のセラミックスリーブ６が、この順に先端側から後端側にかけて積層されている。また、セラミックスリーブ６とハウジング３８の後端部４０との間には、加締パッキン５７が配置されており、セラミックホルダ５１とハウジング３８の棚部５２との間には、滑石リング５３やセラミックホルダ５１を保持し、気密性を維持するための金属ホルダ５８が配置されている。なお、ハウジング３８の後端部４０は、加締パッキン５７を介してセラミックスリーブ６を先端側に押し付けるように、加締められている。

つまり、ハウジング３８は、検出部８を先端から突き出させた状態でガス検出素子４の径方向周囲を取り囲む構成である。
ガス検出素子４は、軸線方向に延びる板状形状に形成された素子部と、同じく軸線方向に延びる板状形状に形成されたヒータとが積層されて、長方形状の軸断面を有する板状形状に形成されている。なお、空燃比センサ２として用いられるガス検出素子４は従来公知のものであるため、その内部構造等の詳細な説明は省略する。

ガス検出素子４は、図１に示すように、先端側（図１における下方）の検出部８が排気管に固定されるハウジング３８の先端より突出すると共に、後端側の電極端子部３０，３１，３２，３４，３６がハウジング３８の後端より突出した状態で、ハウジング３８の内部に固定される。

そして、ハウジング３８の後端側外周には、外筒４４が固定されている。また、外筒４４の後端側（図１における上方）の開口部には、ガス検出素子４の各電極端子部３０，３１，３２，３４，３６とそれぞれ電気的に接続される５本のリード線４６（図１では３本が図示）が挿通されるリード線挿通孔６１が形成されたグロメット５０が配置されている。

また、ハウジング３８の後端部４０より突出されたガス検出素子４の後端側（図１における上方）には、絶縁コンタクト部材６６が配置される。なお、この絶縁コンタクト部材６６は、ガス検出素子４の後端側の表面に形成される電極端子部３０，３１，３２，３４，３６の周囲に配置されている。
（２）プロテクタ４２の構成
次に、プロテクタ４２は、複数のガス流通口を有する有底筒状に形成されており、ガス検出素子４の突出部分を覆う状態で、ハウジング３８の先端側（図１における下方）外周に溶接等によって取り付けられている。

プロテクタ４２は、金属製（例えば、ステンレスなど）であり、有底筒状の外側筒状部材８１と、外側筒状部材８１の内側に配置した有底筒状の内側筒状部材９１と、を備えた二重構造に形成されている。

外側筒状部材８１は、筒状の外側側壁８２を有するともに外側側壁８２の先端側に設けられる外側底壁８３を有して構成される。また、外側筒状部材８１は、外側側壁８２に複数（本実施形態では、８個）の外壁ガス流通口８４を備えて構成されている。

内側筒状部材９１は、外側側壁８２の内部に配置される筒状の内側側壁９２を有するともに、内側側壁９２の先端側に設けられる内側底壁９３を有して構成される。また、内側筒状部材９１は、内側側壁９２に複数（本実施形態では、８個）の内壁ガス流通口９４を備えて構成される。

内側側壁９２は、軸線方向の後端側から先端側にかけて、固定部９５，固定用段差部９６，最大内径部９７，寸法変更段差部９８，最小内径部９９を備えて構成されている。
寸法変更段差部９８は、軸線方向に垂直な板面形状に形成されており、軸線方向に垂直な断面における内側側壁９２の内径寸法を変更するために備えられている。また、最大内径部９７は、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が寸法変更段差部９８の最大内径寸法と等しい寸法となるように形成されている。さらに、最小内径部９９は、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が寸法変更段差部９８の最小内径寸法と等しい寸法となるように形成されている。

内壁ガス流通口９４は、内側側壁９２のうち最小内径部９９において、周方向にわたり複数箇所に形成されている。
内側筒状部材９１は、内側底壁９３において、被測定ガスを内側筒状部材９１の内部から外部に排出するための内側底壁流通口１００を備えて構成されている。

他方、外壁ガス流通口８４は、外側側壁８２のうち内側側壁９２の最大内径部９７に対応する位置において、周方向にわたり複数箇所に形成されている。つまり、外壁ガス流通口８４は、軸線方向における形成位置が内壁ガス流通口９４とは異なっている。

また、外側筒状部材８１は、外側底壁８３において、被測定ガスを外側筒状部材８１の内部から外部に排出するための外側底壁流通口８５を備えて構成されている。
そして、内側筒状部材９１は、軸線方向に垂直な断面における内側側壁９２の内径寸法のうち、外壁ガス流通口８４の形成位置に対応する位置の内径寸法（外壁流通口内径寸法Ｄ１）と、内壁ガス流通口９４の形成位置における内径寸法（内壁流通口内径寸法Ｄ２）とを比較した場合において、内壁流通口内径寸法Ｄ２が外壁流通口内径寸法Ｄ１よりも小さい形状（Ｄ２＜Ｄ１となる形状）に構成されている。
（３）実施形態の効果
以上説明したように、空燃比センサ２は、外壁ガス流通口８４および内壁ガス流通口９４の軸線方向における形成位置がそれぞれ異なっており、外側筒状部材８１のガス流通口と内側筒状部材９１のガス流通口とが互いに重ならないため、水滴などの異物がガス検出素子４に到達し難い構成である。

また、この空燃比センサ２は、内壁流通口内径寸法Ｄ２が外壁流通口内径寸法Ｄ１より小さく形成された内側筒状部材９１を備えて構成されている。つまり、内側筒状部材９１は、自身の内部領域のうち、内壁ガス流通口９４の形成位置における内部領域（内壁流通口内部領域７２）が外壁ガス流通口８４の形成位置における内部領域（外壁流通口内部領域７１）よりも狭い構成となる。

そして、一定量の流体（ガスなど）における移動速度は、一般に、容積の大きい領域よりも容積の小さい領域の方が高速となる。このため、内壁流通口内部領域７２が外壁流通口内部領域７１よりも狭い構成の内側筒状部材９１は、内壁流通口内部領域が外壁流通口内部領域と略同寸法となる構成の内側筒状部材に比べて、内壁流通口内部領域７２における被測定ガスの流速が速くなる。

このような構成の内側筒状部材９１を備える空燃比センサ２は、被測定ガスを速やかにガス検出素子４の検出部８まで導入できる。
よって、本実施形態の空燃比センサ２は、水滴などの異物がガス検出素子４に到達し難くしつつ、被測定ガスがガス検出素子４に到達しやすくなる。これにより、空燃比センサ２は、ガス検出素子４が破損しがたく、ガス検出の応答性に優れたものとなる。

次に、本実施形態の空燃比センサ２は、内側筒状部材９１の内側底壁９３において、被測定ガスを外部に排出するための内側底壁流通口１００を備えている。
このように内側底壁流通口１００を設けることで、内側筒状部材９１は、内壁ガス流通口９４から内側底壁流通口１００に至るガスの移動経路を確保できるため、被測定ガスを速やかに導入できる構成となる。

よって、本実施形態の空燃比センサ２によれば、内側筒状部材９１における被測定ガス（排気ガス）の導入を迅速に行うことができるため、応答性の向上を図ることができる。
次に、本実施形態の空燃比センサ２は、外壁ガス流通口８４が内壁ガス流通口９４よりも軸線方向の後端側に配置される構成である。

このように外壁ガス流通口８４と内壁ガス流通口９４との相対的な位置関係を設定したプロテクタ４２は、外側側壁８２と内側側壁９２との間の隙間領域における被測定ガスの流通方向を一方向（軸線方向の先端側向き方向）に設定できる。そして、このようなプロテクタ４２は、隙間領域でのガスの流通方向が複数となる構成のプロテクタに比べて、隙間領域での被測定ガスの移動が円滑となり、内側筒状部材９１に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

よって、本実施形態の空燃比センサ２によれば、内側筒状部材９１における被測定ガスの導入を迅速に行うことができるため、応答性の向上を図ることができる。
そして、本実施形態の空燃比センサ２は、外壁ガス流通口８４が内壁ガス流通口９４よりも軸線方向の後端側に配置されるとともに、ガス検出素子４の検出部８（ガス接触部）が内壁ガス流通口９４よりも軸線方向の先端側に配置される構成である。

つまり、外壁ガス流通口８４が内壁ガス流通口９４よりも軸線方向の後端側に配置される場合には、内側筒状部材９１への被測定ガスの流入方向は先端側向きになる。このため、検出部８（ガス接触部）が内壁ガス流通口９４よりも軸線方向の先端側に配置された空燃比センサ２は、導入された被測定ガスが速やかに検出部８（ガス接触部）の近傍に移動する構成となる。

よって、本実施形態の空燃比センサ２によれば、導入された被測定ガス（排気ガス）が速やかに検出部８（ガス接触部）の近傍に移動することから、応答性の向上を図ることができる。

なお、本実施形態においては、検出部８が特許請求の範囲におけるガス接触部に相当し、寸法変更段差部９８が寸法変更部に相当している。
（４）第２実施形態
次に、第２実施形態として、寸法変更部としてのテーパ部を有する第２プロテクタ１４２を備えて構成される第２空燃比センサ１０２について説明する。

なお、第２空燃比センサ１０２は、上記実施形態（以下、第１実施形態ともいう）の全領域空燃比センサ２と比べて、プロテクタ以外の構成は基本的に同様であるため、共通する構成部分については同一符号を付して詳細な説明は省略し、特徴的な構成部分を中心に説明する。

図２に、第２空燃比センサ１０２の先端部分の拡大断面図を示す。
図２に示すように、第２プロテクタ１４２は、複数のガス流通口を有する有底筒状に形成されており、ガス検出素子４の突出部分を覆う状態で、ハウジング３８の先端側外周に溶接等によって取り付けられている。

第２プロテクタ１４２は、金属製（例えば、ステンレスなど）であり、有底筒状の外側筒状部材８１と、外側筒状部材８１の内側に配置した有底筒状の第２内側筒状部材１９１と、を備えた二重構造に形成されている。なお、外側筒状部材８１は、第１実施形態と同様の構成であるため、説明は省略する。

第２内側筒状部材１９１は、外側側壁８２の内部に配置される筒状の第２内側側壁１９２を有するともに、第２内側側壁１９２の先端側に設けられる第２内側底壁１９３を有して構成される。また、第２内側筒状部材１９１は、第２内側側壁１９２に複数（本実施形態では、８個）の第２内壁ガス流通口１９４を備えて構成されている。

第２内側側壁１９２は、軸線方向の後端側から先端側にかけて、固定部１９５，固定用段差部１９６，最大内径部１９７，寸法変更テーパ部１９８，最小内径部１９９を備えて構成されている。

寸法変更テーパ部１９８は、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が軸線方向にかけて徐々に変化するテーパ形状に形成されており、軸線方向に垂直な断面における第２内側側壁１９２の内径寸法を変更するために備えられている。また、最大内径部１９７は、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が寸法変更テーパ部１９８の最大内径寸法と等しい寸法となるように形成されている。さらに、最小内径部１９９は、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が寸法変更テーパ部１９８の最小内径寸法と等しい寸法となるように形成されている。

第２内壁ガス流通口１９４は、第２内側側壁１９２のうち寸法変更テーパ部１９８において、周方向にわたり複数箇所（本実施形態では、８個）に形成されている。
第２内側筒状部材１９１は、第２内側底壁１９３に被測定ガスを外部に排出するための内側底壁流通口２００を備えて構成されている。

他方、外壁ガス流通口８４は、外側側壁８２のうち第２内側側壁１９２の最大内径部１９７に対応する位置において、周方向にわたり複数箇所に形成されている。つまり、外壁ガス流通口８４は、軸線方向における形成位置が第２内壁ガス流通口１９４とは異なっている。

そして、第２内側筒状部材１９１は、軸線方向に垂直な断面における第２内側側壁１９２の内径寸法のうち、外壁ガス流通口８４の形成位置に対応する位置の内径寸法（第２外壁流通口内径寸法Ｄ３）と、第２内壁ガス流通口１９４の形成位置における内径寸法（第２内壁流通口内径寸法Ｄ４）とを比較した場合において、第２内壁流通口内径寸法Ｄ４が第２外壁流通口内径寸法Ｄ３よりも小さい形状（Ｄ４＜Ｄ３となる形状）に構成されている。

なお、第２内壁ガス流通口１９４の形成位置である寸法変更テーパ部１９８は、内径寸法が一定ではないため、第２内側側壁１９２のうち寸法変更テーパ部１９８の領域における内径寸法の平均値を第２内壁流通口内径寸法Ｄ４とする。

以上説明したように、第２空燃比センサ１０２は、第１実施形態の空燃比センサ２と同様に、外壁ガス流通口８４および第２内壁ガス流通口１９４の軸線方向における形成位置がそれぞれ異なるため、水滴などの異物がガス検出素子４に到達し難い構成である。

また、第２内側筒状部材１９１は、自身の内部領域のうち、第２内壁ガス流通口１９４の形成位置における内部領域（第２内壁流通口内部領域１７２）が外壁ガス流通口８４の形成位置における内部領域（第２外壁流通口内部領域１７１）よりも狭い構成となる。

このように、第２内側筒状部材１９１は、第１実施形態の内側筒状部材９１と同様に、第２内壁流通口内部領域１７２が第２外壁流通口内部領域１７１よりも狭い構成であるため、内壁流通口内部領域が外壁流通口内部領域と略同寸法となる構成の内側筒状部材に比べて、第２内壁流通口内部領域１７２における被測定ガスの流速が速くなる。

このような構成の第２内側筒状部材１９１を備える第２空燃比センサ１０２は、第１実施形態の空燃比センサ２と同様に、被測定ガスを速やかにガス検出素子４の検出部８まで導入できる。

よって、第２実施形態の第２空燃比センサ１０２は、第１実施形態の空燃比センサ２と同様に、水滴などの異物がガス検出素子４に到達し難くしつつ、被測定ガスがガス検出素子４に到達しやすくなる。これにより、第２空燃比センサ１０２は、ガス検出素子４が破損しがたく、ガス検出の応答性に優れたものとなる。

また、第２空燃比センサ１０２の第２プロテクタ１４２は、テーパ形状の寸法変更テーパ部１９８を有する第２内側筒状部材１９１を備えている。
このようなテーパ形状の寸法変更テーパ部１９８を備える第２内側筒状部材１９１は、寸法変更テーパ部１９８において、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が後端側から先端側にかけて徐々に縮小する構成となる。

このように緩やかに内径寸法が変更される構成の第２内側筒状部材１９１は、内径寸法が急激に変化する構成に比べて、圧力の急激な変化が生じがたくなるため、ガスの流れにおける乱流が生じがたくなり、被測定ガスの円滑な移動を可能にする。

また、第２プロテクタ１４２は、第２内壁ガス流通口１９４が寸法変更テーパ部１９８に形成されており、被測定ガスが第２内側側壁１９２に沿って第２内壁ガス流通口１９４に円滑に導入される。

これらのことから、第２プロテクタ１４２は、乱流の発生による被測定ガスの滞留が生じがたくなり、被測定ガスが第２内壁ガス流通口１９４まで円滑に到達できるとともに、被測定ガスが第２内側側壁１９２に沿って第２内壁ガス流通口１９４に円滑に導入できる構成となる。

よって、第２空燃比センサ１０２は、寸法変更テーパ部１９８を有する第２プロテクタ１４２を備えることにより、被測定ガスをより迅速にガス検出素子４の検出部８まで導入可能となる。

なお、第２実施形態においては、寸法変更テーパ部１９８が特許請求の範囲における寸法変更部に相当している。
（５）第３実施形態
次に、第３実施形態として、外側ガイド体を有する第３プロテクタ２４２を備えて構成される第３空燃比センサ２０２について説明する。

なお、第３空燃比センサ２０２は、第２実施形態の第２空燃比センサ１０２と比べて、プロテクタ以外の構成は基本的に同様であるため、共通する構成部分については同一符号を付して詳細な説明は省略し、特徴的な構成部分を中心に説明する。

図３に、第３空燃比センサ２０２の先端部分の拡大断面図を示す。
図３に示すように、第３プロテクタ２４２は、複数のガス流通口を有する有底筒状に形成されており、ガス検出素子４の突出部分を覆う状態で、ハウジング３８の先端側外周に溶接等によって取り付けられている。

第３プロテクタ２４２は、金属製（例えば、ステンレスなど）であり、有底筒状の第２外側筒状部材１８１と、第２外側筒状部材１８１の内側に配置した有底筒状の第２内側筒状部材１９１と、を備えた二重構造に形成されている。なお、第２内側筒状部材１９１は、第２実施形態と同様の構成であるため、説明は省略する。

第２外側筒状部材１８１は、筒状の第２外側側壁１８２を有するともに、第２外側側壁１８２の先端側に設けられる第２外側底壁１８３を有して構成される。また、第２外側筒状部材１８１は、第２外側側壁１８２に複数（本実施形態では、８個）の第２外壁ガス流通口１８４を備えて構成されるとともに、さらに、第２外壁ガス流通口１８４の端部から内側に向けて延設される外側ガイド体１８５を備えて構成されている。

なお、第２外壁ガス流通口１８４は、第２外側側壁１８２のうち第２内側側壁１９２の最大内径部１９７に対応する位置において、周方向にわたり複数箇所に形成されている。つまり、第２外壁ガス流通口１８４は、軸線方向における形成位置が第２内壁ガス流通口１９４とは異なっている。

そして、外側ガイド体１８５は、第２外側側壁１８２のうち第２外壁ガス流通口１８４に隣接して設けられており、第２外側側壁１８２の一部をコ字状に切り欠いて、その切り欠け片を内向きに曲げ加工することで形成される。

ここで、図３に示す第２外側筒状部材１８１におけるＡ−Ａ線端面図を図６に示す。なお、図６では、第２外側筒状部材１８１のみを図示しており、第２内側筒状部材１９１，ガス検出素子４については、図示を省略している。

図６に示すように、外側ガイド体１８５は、軸線方向に垂直な断面における第２外側側壁１８２の外周の接線に対して所定角度αをなす位置まで曲げ加工されることで形成される。

なお、第２外側側壁１８２のうち、外側ガイド体１８５の加工にあたりコ字状に切り欠いた部分は、第２外壁ガス流通口１８４として形成される。また、図６に示すように、第２外壁ガス流通口１８４は、軸線方向に垂直な断面における第２外側側壁１８２の外周において、４５°間隔で複数（具体的には８個）形成されている。

このように構成された外側ガイド体１８５は、被測定ガスが第２外壁ガス流通口１８４を通じて第２外側筒状部材１８１に導入される際に、被測定ガスが第２内側筒状部材１９１の外周面を取り囲むように、被測定ガスの旋回流を生じさせる機能を有する。

このため、外側ガイド体１８５を備える第３プロテクタ２４２は、この旋回流に伴い発生する慣性力により、相対的に重い成分（水滴など）と相対的に軽い成分（被測定ガス）とを分離できる。

このとき、分離された重い成分（水滴など）は、第２外側筒状部材１８１の内周面に押しつけられるため、被測定ガスとともに異物（水滴など）が導入された場合でも、第２内側筒状部材１９１の内部まで異物（水滴など）が到達しにくくなり、ガス検出素子４の被水を防止できる。

また、第２内側筒状部材１９１は、第２実施形態と同様に、第２内壁流通口内径寸法Ｄ４が第２外壁流通口内径寸法Ｄ３よりも小さく（Ｄ４＜Ｄ３）、第２内壁流通口内部領域１７２が第２外壁流通口内部領域１７１よりも狭い構成である。このため、第２内側筒状部材１９１は、内壁流通口内部領域が外壁流通口内部領域と略同寸法となる構成の内側筒状部材に比べて、第２内壁流通口内部領域１７２における被測定ガスの流速が速くなる。

このような構成の第２内側筒状部材１９１を備える第３空燃比センサ２０２は、第１実施形態の空燃比センサ２と同様に、被測定ガスを速やかにガス検出素子４の検出部８まで導入できる。

これらのことから、第３空燃比センサ２０２は、第２内壁流通口内部領域１７２が第２外壁流通口内部領域１７１よりも狭い構成と、外側ガイド体１８５を有する構成とを組み合わせたものであり、被測定ガスをガス検出素子４に到達しやすくしつつ、水滴などの異物がガス検出素子４に到達し難くすることができる。

よって、第３空燃比センサ２０２によれば、水滴などの異物がガス検出素子４に到達し難くしつつ、被測定ガスがガス検出素子４に到達しやすくなる構成のガスセンサを実現できる。
（６）第４実施形態
次に、第４実施形態として、内側ガイド体を有する第４プロテクタ３４２を備えて構成される第４空燃比センサ３０２について説明する。

なお、第４空燃比センサ３０２は、第１実施形態の空燃比センサ２と比べて、プロテクタ以外の構成は基本的に同様であるため、共通する構成部分については同一符号を付して詳細な説明は省略し、特徴的な構成部分を中心に説明する。

図４に、第４空燃比センサ３０２の先端部分の拡大断面図を示す。
図４に示すように、第４プロテクタ３４２は、複数のガス流通口を有する有底筒状に形成されており、ガス検出素子４の突出部分を覆う状態で、ハウジング３８の先端側外周に溶接等によって取り付けられている。

第４プロテクタ３４２は、金属製（例えば、ステンレスなど）であり、有底筒状の外側筒状部材８１と、外側筒状部材８１の内側に配置した有底筒状の第３内側筒状部材２９１と、を備えた二重構造に形成されている。なお、外側筒状部材８１は、第１実施形態と同様の構成であるため、説明は省略する。

第３内側筒状部材２９１は、外側側壁８２の内部に配置される筒状の第３内側側壁２９２を有するともに、第３内側側壁２９２の先端側に設けられる第３内側底壁２９３を有して構成される。また、第３内側筒状部材２９１は、第３内側側壁２９２に複数（本実施形態では、８個）の第３内壁ガス流通口２９４を備えて構成されている。さらに、第３内側筒状部材２９１は、第３内壁ガス流通口２９４の端部から内側に向けて延設される内側ガイド体２９０を備えて構成されている。

第３内側側壁２９２は、軸線方向の後端側から先端側にかけて、固定部２９５，固定用段差部２９６，最大内径部２９７，寸法変更段差部２９８，最小内径部２９９を備えて構成されている。

寸法変更段差部２９８は、軸線方向に垂直な板面形状に形成されており、軸線方向に垂直な断面における第３内側側壁２９２の内径寸法を変更するために備えられている。また、最大内径部２９７は、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が寸法変更段差部２９８の最大内径寸法と等しい寸法となるように形成されている。さらに、最小内径部２９９は、軸線方向に垂直な断面における内径寸法が寸法変更段差部２９８の最小内径寸法と等しい寸法となるように形成されている。

第３内壁ガス流通口２９４は、第３内側側壁２９２のうち最小内径部２９９において、周方向にわたり複数箇所に形成されている。
第３内側筒状部材２９１は、第３内側底壁２９３に被測定ガスを外部に排出するための第３内側底壁流通口３００を備えて構成されている。

そして、内側ガイド体２９０は、第３内側側壁２９２のうち第３内壁ガス流通口２９４に隣接して設けられており、第３内側側壁２９２の一部をコ字状に切り欠いて、その切り欠け片を内向きに曲げ加工することで形成される。

なお、内側ガイド体２９０の詳細についての図示は省略するが、内側ガイド体２９０は、図６に示す外側ガイド体１８５と略同様の構成である。つまり、内側ガイド体２９０は、軸線方向に垂直な断面における第３内側側壁２９２の外周の接線に対して所定角度αをなす位置まで曲げ加工される。

なお、第３内側側壁２９２のうち、内側ガイド体２９０の加工にあたりコ字状に切り欠いた部分は、第３内壁ガス流通口２９４として形成される。また、第３内壁ガス流通口２９４は、軸線方向に垂直な断面における第３内側側壁２９２の外周において、４５°間隔で複数（具体的には８個）形成されている。

このように構成された内側ガイド体２９０は、被測定ガスが第３内壁ガス流通口２９４を通じて第３内側筒状部材２９１に導入される際に、被測定ガスがガス検出素子４を取り囲むように、被測定ガスの旋回流を生じさせる機能を有する。

このため、内側ガイド体２９０を備える第４プロテクタ３４２は、この旋回流に伴い発生する慣性力により、相対的に重い成分（水滴など）と相対的に軽い成分（被測定ガス）とを分離できる。

このとき、分離された重い成分（水滴など）は、第３内壁ガス流通口２９４の内周面に押しつけられるため、被測定ガスとともに異物（水滴など）が導入された場合でも、ガス検出素子４の検出部８まで異物（水滴など）が到達しにくくなり、ガス検出素子４の被水を防止することができる。

そして、第３内側筒状部材２９１は、軸線方向に垂直な断面における第３内側側壁２９２の内径寸法のうち、外壁ガス流通口８４の形成位置に対応する位置の内径寸法（第３外壁流通口内径寸法Ｄ５）と、第３内壁ガス流通口２９４の形成位置における内径寸法（第３内壁流通口内径寸法Ｄ６）とを比較した場合において、第３内壁流通口内径寸法Ｄ６が第３外壁流通口内径寸法Ｄ５よりも小さい形状（Ｄ６＜Ｄ５となる形状）に構成されている。

つまり、第３内側筒状部材２９１は、自身の内部領域のうち、第３内壁ガス流通口２９４の形成位置における内部領域（第３内壁流通口内部領域３７２）が外壁ガス流通口８４の形成位置における内部領域（第３外壁流通口内部領域３７１）よりも狭い構成となる。

このように、第３内側筒状部材２９１は、第１実施形態の内側筒状部材９１と同様に、第３内壁流通口内部領域３７２が第３外壁流通口内部領域３７１よりも狭い構成であるため、内壁流通口内部領域が外壁流通口内部領域と略同寸法となる構成の内側筒状部材に比べて、第３内壁流通口内部領域３７２における被測定ガスの流速が速くなる。

このような構成の第３内側筒状部材２９１を備える第４空燃比センサ３０２は、第１実施形態の空燃比センサ２と同様に、被測定ガスを速やかにガス検出素子４の検出部８まで導入できる。

これらのことから、第４空燃比センサ３０２は、第３内壁流通口内部領域３７２が第３外壁流通口内部領域３７１よりも狭い構成と、内側ガイド体２９０を有する構成とを組み合わせたものであり、被測定ガスをガス検出素子４に到達しやすくしつつ、水滴などの異物がガス検出素子４に到達し難くすることができる。

よって、第４空燃比センサ３０２によれば、水滴などの異物がガス検出素子４に到達し難くしつつ、被測定ガスがガス検出素子４に到達しやすくなる構成のガスセンサを実現できる。

なお、第４実施形態においては、寸法変更段差部２９８が特許請求の範囲における寸法変更部に相当している。
（７）第５実施形態
次に、第５実施形態として、外側ガイド体および内側ガイド体を有する第５プロテクタ４４２を備えて構成される第５空燃比センサ４０２について説明する。

なお、第５空燃比センサ４０２は、第１実施形態の空燃比センサ２と比べて、プロテクタ以外の構成は基本的に同様であるため、共通する構成部分については同一符号を付して詳細な説明は省略し、特徴的な構成部分を中心に説明する。

図５に、第５空燃比センサ４０２の先端部分の拡大断面図を示す。
図５に示すように、第５プロテクタ４４２は、複数のガス流通口を有する有底筒状に形成されており、ガス検出素子４の突出部分を覆う状態で、ハウジング３８の先端側外周に溶接等によって取り付けられている。

第５プロテクタ４４２は、金属製（例えば、ステンレスなど）であり、有底筒状の第２外側筒状部材１８１と、第２外側筒状部材１８１の内側に配置した有底筒状の第３内側筒状部材２９１と、を備えた二重構造に形成されている。

なお、第２外側筒状部材１８１は、第１実施形態と同様の構成であり、第３内側筒状部材２９１は、第４実施形態と同様の構成であるため、第２外側筒状部材１８１および第３内側筒状部材２９１についての説明は省略する。

上述したように、第３内側筒状部材２９１は、第１実施形態の内側筒状部材９１と同様に、第３内壁流通口内部領域３７２が第３外壁流通口内部領域３７１よりも狭い構成であるため、内壁流通口内部領域が外壁流通口内部領域と略同寸法となる構成の内側筒状部材に比べて、第３内壁流通口内部領域３７２における被測定ガスの流速が速くなる。

このような構成の第３内側筒状部材２９１を備える第５空燃比センサ４０２は、第１実施形態の空燃比センサ２と同様に、被測定ガスを速やかにガス検出素子４の検出部８まで導入できる。

また、第５プロテクタ４４２は、外側ガイド体１８５および内側ガイド体２９０を備えており、上述したように、被測定ガスの旋回流を生じさせる機能を有することから、この旋回流に伴い発生する慣性力により、相対的に重い成分（水滴など）と相対的に軽い成分（被測定ガス）とを分離できる。

とりわけ、第５プロテクタ４４２は、外側ガイド体１８５および内側ガイド体２９０の２箇所で重い成分と軽い成分とを分離できることから、被測定ガスとともに異物（水滴など）が導入された場合でも、より一層、第３内側筒状部材２９１の内部まで異物（水滴など）が到達しにくくなり、ガス検出素子４の被水を防止できる。

これらのことから、第５空燃比センサ４０２は、第３内壁流通口内部領域３７２が第３外壁流通口内部領域３７１よりも狭い構成と、外側ガイド体１８５および内側ガイド体２９０を有する構成とを組み合わせたものであり、被測定ガスをガス検出素子４に到達しやすくしつつ、水滴などの異物がガス検出素子４に到達し難くすることができる。

よって、第５空燃比センサ４０２によれば、水滴などの異物がガス検出素子４に到達し難くしつつ、被測定ガスがガス検出素子４に到達しやすくなる構成のガスセンサを実現できる。
（８）実施形態の効果の確認
上述した各実施形態の効果を確認するために、被測定ガス中の特定ガス成分を検出する応答速度試験と、被水によるガス検出素子の耐性を確認する被水耐性試験とを行った。

まず、応答速度試験は、ガスセンサを内径が５０［ｍｍ］の排気管内に突き出すように取り付けて、次いで、ガスバーナを用いてプロパンガスを燃焼させて排気管内に流速２．５［ｍ／ｓｅｃ］で燃焼ガスを噴射することで実施した。このとき、ガスバーナの噴射開始の−２〜０秒間は、空気の過剰率λを０．９５とし、２秒間経過後に空気の過剰率λを１．０５に切り換えて、ガスセンサのセンサ出力を検出することにより、応答速度試験を行った。

なお、比較例として、内壁流通口内径寸法と外壁流通口内径寸法とが等しい内側筒状部材を有する比較用プロテクタ４３を備える比較用ガスセンサについても、応答速度試験を行った。比較用ガスセンサは、プロテクタ以外の構成は、第１実施形態の空燃比センサ２（ガスセンサ）と同様の構成である。

図８に、比較用ガスセンサの先端部分の拡大断面図を示す。
比較用プロテクタ４３は、二重構造であり、外側ガス挿通孔４５が内側ガス挿通孔４７よりも軸線方向における後端側に配置されており、内側ガス挿通孔４７がガス検出素子４の検出部８よりも先端側に配置されている。また、比較用プロテクタ４３は、内壁流通口内径寸法と外壁流通口内径寸法とが等しい内側筒状部材を備えている。

ここで、図７に、各実施形態のガスセンサおよび比較用ガスセンサを用いた応答速度試験の試験結果を示す。
図７の試験結果は、横軸がガスバーナによる燃焼ガスの噴射経過時間であり、切換時間を０秒として表しており、縦軸がガス成分を検出したセンサ出力値である。

ここでは、噴射経過時間が−２秒〜０秒間における平均出力値を０［％］とし、噴射経過時間が１８秒〜２０秒間における平均出力値を１００［％］として、センサ出力値を表した。そして、１００［％］出力値に至るまでの推移をグラフで表した。

図７の試験結果によれば、本発明の実施形態に係る各ガスセンサは、比較用ガスセンサに比べて、センサ出力値の立ち上がりが若干遅いものの、センサ出力値が８０％値を超えるまでの所要時間が約０．８［ｓｅｃ］以下である。このレベルの応答性を備えるガスセンサは、実用条件下において使用可能な能力を備えていると判断できる。

次に、被水耐性試験について説明する。図９に被水耐性試験の試験方法を表した説明図を示す。
被水耐性試験は、ガスセンサを内径５０［ｍｍ］の排気管内に突き出すように取り付け、次いで、図９に示すように、この排気管内において、水滴７３をガスセンサに向けてノズル７０から０．２［ＭＰａ］の噴射圧で噴射するとともに、流速３．０［ｍ／ｓｅｃ］で５秒間送風した後に５秒間停止することを３回繰り返して行った。また、この際、ガスセンサの軸Ｚに対し、２０度傾けて水蒸気を噴射した。ここで、ガスセンサは通常測定状況、即ちヒータを加熱した状況で試験を行った。

ここで、表１に、各実施形態のガスセンサおよび比較用ガスセンサを用いた被水耐性試験の試験結果を示す。

被水耐性試験の直後に、プロテクタ内のガス検出素子の外観を観察して水滴付着の有無を確認するとともに割れ破損の有無を確認した結果、［表１］に示すように、第１実施形態〜第５実施形態のガスセンサは、全試験実施数（１０本）においてガス検出素子の割れが認められず、良好であった。しかし、比較用プロテクタ４３を備える比較用ガスセンサは、１０本中８本について、ガス検出素子の割れ破損が認められた。

これら２つの試験結果によれば、本実施形態のガスセンサは、水滴などの異物がガス検出素子に到達し難く、被水による破損が生じがたいガスセンサであるとともに、実用上使用可能な応答性を発揮できる程度に被測定ガスがガス検出素子に到達しやすい構成のガスセンサであることが判る。
（９）他の実施形態
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されることはない。

例えば、ガスセンサは、全領域空燃比センサに限られることはなく、プロテクタを備えるガスセンサであればＮＯｘセンサ、酸素センサなどであっても良い。
また、ガス検出素子は、板型形状の素子に限られることはなく、プロテクタにより保護される用途に用いられるガス検出素子であれば任意の形状を採ることができる。

さらに、プロテクタは、外壁ガス流通口が内壁ガス流通口よりも軸線方向の後端側に配置される構成に限られることはなく、外壁ガス流通口が内壁ガス流通口よりも軸線方向の先端側に配置される構成であってもよい。

また、ガスセンサは、ガス検出素子のガス接触部がプロテクタの内壁ガス流通口よりも軸線方向の先端側に配置される構成に限られることはなく、ガス検出素子のガス接触部がプロテクタの内壁ガス流通口よりも軸線方向の後端側に配置される構成であってもよい。あるいは、軸線方向において、ガス検出素子のガス接触部がプロテクタの内壁ガス流通口と同じ位置に配置される構成であってもよい。

さらに、プロテクタは、外側筒状部材および内側筒状部材のうちガス流通口よりも先端側の領域に、内部に溜まった水などを排出するための水抜き用開口部を設けても良い。

全領域空燃比センサの全体構成を示す断面図である。 第２空燃比センサの先端部分の拡大断面図である。 第３空燃比センサの先端部分の拡大断面図である。 第４空燃比センサの先端部分の拡大断面図である。 第５空燃比センサの先端部分の拡大断面図である。 図３に示す第２外側筒状部材におけるＡ−Ａ線端面図である。 各実施形態のガスセンサを用いた応答速度試験の試験結果である。 比較用ガスセンサの先端部分の拡大断面図である。 被水耐性試験の試験方法を表した説明図である。

符号の説明

２…全領域空燃比センサ、４…ガス検出素子、８…検出部、１０…接続端子、３８…ハウジング、４２…プロテクタ、４４…外筒、８１…外側筒状部材、８２…外側側壁、８３…外側底壁、８４…外壁ガス流通口、８５…外側底壁流通口、９１…内側筒状部材、９２…内側側壁、９３…内側底壁、９４…内壁ガス流通口、９７…最大内径部、９８…寸法変更段差部、９９…最小内径部、１００…内側底壁流通口、１０２…第２空燃比センサ、１４２…第２プロテクタ、１８１…第２外側筒状部材、１８２…第２外側側壁、１８３…第２外側底壁、１８４…第２外壁ガス流通口、１８５…外側ガイド体、１９１…第２内側筒状部材、１９２…第２内側側壁、１９３…第２内側底壁、１９４…第２内壁ガス流通口、１９７…最大内径部、１９８…寸法変更テーパ部、１９９…最小内径部、２００…内側底壁流通口、２０２…第３空燃比センサ、２４２…第３プロテクタ、２９０…内側ガイド体、２９１…第３内側筒状部材、２９２…第３内側側壁、２９３…第３内側底壁、２９４…第３内壁ガス流通口、２９７…最大内径部、２９８…寸法変更段差部、２９９…最小内径部、３００…第３内側底壁流通口、３０２…第４空燃比センサ、３４２…第４プロテクタ、４０２…第５空燃比センサ、４４２…第５プロテクタ。

Claims (4)

1. 後端側から先端側にかけて軸線方向に延びると共に、先端部に被測定ガスに接触させるガス接触部を有するガス検出素子と、
   前記ガス接触部を先端から突き出させた状態で前記ガス検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、
   前記ガス検出素子の前記ガス接触部を覆うように、前記ハウジングに固定させた有底筒状のプロテクタと、
   を備えたガスセンサであって、
   前記プロテクタは、
   筒状の外側側壁を有するともに前記外側側壁の先端側に設けられる外側底壁を有してなる有底筒状の外側筒状部材と、
   前記外側側壁の内部に少なくとも一部が配置される筒状の内側側壁を有するともに、前記内側側壁の先端側に設けられる内側底壁を有してなる有底筒状の内側筒状部材と、
   を備えており、
   前記外側筒状部材は、前記被測定ガスを内部に導入するための複数の外壁ガス流通口を前記外側側壁に備えており、
   前記内側筒状部材は、前記外側筒状部材の内部に導入された前記被測定ガスを内部に導入するための複数の内壁ガス流通口を前記内側側壁に備えており、
   前記外壁ガス流通口は、前記内壁ガス流通口よりも前記軸線方向の後端側に配置されると共に、前記ガス検出素子の先端は、前記内壁ガス流通口よりも前記軸線方向の先端側に配置され、
   前記軸線方向に垂直な断面における前記内側側壁の内径寸法のうち、前記外壁ガス流通口の形成位置に対応する位置の内径寸法を外壁流通口内径寸法とし、前記内壁ガス流通口の形成位置における内径寸法を内壁流通口内径寸法とした場合において、
   前記内側筒状部材は、前記内壁流通口内径寸法が前記外壁流通口内径寸法よりも小さい形状であり、
   前記内側側壁は、
   前記軸線方向に垂直な断面における前記内側側壁の内径寸法を変更するための寸法変更部と、
   前記寸法変更部の先端側に接続し、前記軸線方向に垂直な断面における内径寸法が前記寸法変更部の最小内径寸法と等しい寸法をなす最小内径部と、
   前記寸法変更部の後端側に接続し、前記軸線方向に垂直な断面における内径寸法が前記寸法変更部の最大内径寸法以上となる最大内径部と、
   を備えており、
   前記内壁ガス流通口は、前記内側側壁のうち前記寸法変更部または前記最小内径部に形成されており、
   前記外壁ガス流通口は、前記外側側壁のうち前記内側側壁の前記最大内径部に対応する位置に形成されており、
   さらに、前記最小内径部の先端に連結する前記内側底壁には、前記被測定ガスを該内側筒状部材の外部に排出するための内側底壁流通口を有し、前記ガス検出素子の先端が前記最小内径部の内側に位置してなること、
   を特徴とするガスセンサ。
2. 前記寸法変更部は、前記軸線方向に垂直な断面における内径寸法が前記軸線方向にかけて徐々に変化するテーパ部、または前記軸線方向に垂直な板面形状の段差部を有する形状であること、
   を特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記外側筒状部材は、前記外壁ガス流通口の端部から内側に向けて延設される外側ガイド体を備えること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。
4. 前記内側筒状部材は、前記内壁ガス流通口の端部から内側に向けて延設される内側ガイド体を備えること、
   を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサ。

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