JP4938588B2 - 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、全ての外壁ガス流通口、全ての内壁ガス流通口、ガス検出素子のガス接触部は、軸線方向における後端側から先端側にかけてこの順に配置されており、軸線方向における全ての外壁ガス流通口の形成領域は、全ての内壁ガス流通口の形成領域とは重ならず、軸線方向における外壁ガス流通口の形成領域と内壁ガス流通口の形成領域との最短の間隔寸法は、軸線方向に対する垂直方向における外側側壁と内側側壁との間隔寸法よりも小さいこと、を特徴とするガスセンサである。

全ての外壁ガス流通口，全ての内壁ガス流通口，ガス接触部における相対的な位置関係を、上記のように設定したガスセンサは、プロテクタ内部（外側側壁の内面と内側側壁の外面との間の隙間領域、内側筒状部材の内部領域）において、軸線方向における被測定ガスの流通方向を一方向（先端側向き方向）に設定できる。

そして、このようなガスセンサは、プロテクタ内部での軸線方向におけるガスの流通方向が複数となる構成のガスセンサに比べて、プロテクタ内部での被測定ガスの移動が円滑となり、ガス検出素子のガス接触部に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

また、このガスセンサは、軸線方向における全ての外壁ガス流通口の形成領域が全ての内壁ガス流通口の形成領域と重ならない構成であるため、水滴などの異物が被検出ガスとともに外側筒状部材に侵入した場合であっても、その異物が直ちに内壁ガス流通口に到達することはない。このため、このガスセンサは、異物が内側筒状部材の内部に到達しがたくなり、被水によるガス検出素子の破損が生じがたい構成となる。

さらに、このガスセンサにおいては、軸線方向における外壁ガス流通口と内壁ガス流通口との最短の間隔寸法が、軸線方向に対する垂直方向における外側側壁と内側側壁との間隔寸法よりも小さいことから、軸線方向における外壁ガス流通口から内壁ガス流通口までの距離が遠く離れすぎることがない。このため、このガスセンサは、外壁ガス流通口から導入された被測定ガスが内壁ガス流通口に到達するまでの時間が短くなり、ガス検出素子のガス接触部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、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構成であるとともに、被測定ガスがガス検出素子に到達しやすく、応答性に優れた構成のガスセンサを実現できる。

なお、軸線方向における内壁ガス流通口とガス検出素子のガス接触部との相対的な位置関係は、それぞれの最も先端側となる部分の配置位置を比較した場合に、内壁ガス流通口がガス検出素子のガス接触部よりも後端側に配置されていれば良く、軸線方向におけるそれぞれの配置位置の一部が互いに重なる構成であっても良い。

次に、上述のガスセンサにおいては、請求項２に記載のように、内側筒状部材が、内側底壁において、被測定ガスを外部に排出するための内側底壁流通口を備える、という構成を採ることができる。

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。
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、外側底壁において、内側筒状部材を挿通するための挿通孔を備えており、内側筒状部材は、挿通孔に挿通されるとともに、少なくとも内側底壁が外側筒状部材の外部に配置される、という構成を採ることができる。

このような構成の内側筒状部材および外側筒状部材を備えるプロテクタは、内側筒状部材よりも外側筒状部材の軸線方向寸法が小さくなるため、内側筒状部材よりも外側筒状部材の軸線方向寸法が大きい構成に比べて、外側側壁と内側側壁との間の隙間領域における軸線方向寸法が小さくなり、この隙間領域の体積が小さくなる。このように隙間領域の体積が小さいプロテクタは、隙間領域に滞留する被測定ガスの量を低減できるため、少ない量の被測定ガスであっても、迅速に内側筒状部材の内部まで導入することができる。

よって、本発明によれば、少ない量の被測定ガスであっても、迅速に内側筒状部材の内部まで導入できることから、応答性の向上を図ることができる。
さらに、このような構成のプロテクタは、内側筒状部材よりも外側筒状部材の軸線方向寸法が小さくなるため、内側筒状部材よりも外側筒状部材の軸線方向寸法が大きい構成に比べて、プロテクタ全体としての体積を縮小できる。これにより、ガスセンサ全体としても小型化を図ることができる。

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、軸線方向における内壁ガス流通口の形成領域がガス接触部の形成領域と重ならない、という構成を採ることができる。

このような構成のガスセンサは、軸線方向における内壁ガス流通口の形成領域がガス接触部の形成領域と重ならない構成であるため、水滴などの異物が被検出ガスとともに内側筒状部材に侵入した場合であっても、その異物が直ちにガス接触部に到達しがたい構成となる。つまり、このガスセンサは、異物がガス検出素子のガス接触部に到達するのを抑制でき、被水による破損が生じがたい構成となる。

そして、このガスセンサは、軸線方向における外壁ガス流通口の形成領域が内壁ガス流通口の形成領域と重ならない構成であるとともに、軸線方向における内壁ガス流通口の形成領域がガス接触部の形成領域と重ならない構成であることから、より一層、被水によるガス検出素子の破損が生じがたい構成となる。

次に、上述のガスセンサにおいては、請求項５に記載のように、軸線方向における内壁ガス流通口の形成領域とガス接触部の形成領域との間隔寸法は、軸線方向に対する垂直方向における内側側壁とガス接触部との間隔寸法よりも小さい、という構成を採ることができる。

このガスセンサにおいては、軸線方向における内壁ガス流通口の形成領域とガス接触部の形成領域との間隔寸法が、軸線方向に対する垂直方向における内側側壁とガス接触部との間隔寸法よりも小さいことから、軸線方向における内壁ガス流通口からガス接触部までの距離が遠く離れすぎることがない。

このため、このガスセンサは、内壁ガス流通口から導入された被測定ガスがガス接触部に到達するまでの時間が短くなり、ガス検出素子のガス接触部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、より一層、被測定ガスがガス検出素子に到達しやすくなり、応答性に優れた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６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、外壁ガス流通口，内壁ガス流通口，ガス検出素子のガス接触部が軸線方向における後端側から先端側にかけてこの順に配置される構成のガスセンサに対して、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７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、外壁ガス流通口，内壁ガス流通口，ガス検出素子のガス接触部が軸線方向における後端側から先端側にかけてこの順に配置される構成のガスセンサに対して、内側ガイド体を備える内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い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８に記載のように、複数の内壁ガス流通口のうち少なくとも１つの内壁ガス流通口は、外壁ガス流通口とガス接触部とを結ぶ直線上に配置される、という構成を採ることができる。

このような構成のガスセンサは、少なくとも１つの内壁ガス流通口に関して、外壁ガス流通口，内壁ガス流通口，ガス接触部が一直線上に配置される状態となるため、プロテクタの内部のうち、外壁ガス流通口とガス接触部とを結ぶ最短経路を被測定ガスが移動可能な構成となる。

このため、被測定ガスは、プロテクタの内部における最短経路を移動してガス検出素子（ガス接触部）に到達できるため、このガスセンサは、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。

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。さらに、外側筒状部材８１は、外側底壁８３において、内側筒状部材９１を挿通するための挿通孔８６を備えている。

外壁ガス流通口８４は、外側側壁８２のうちハウジング３８に近い位置（軸線方向における後端側位置）において、周方向にわたり複数箇所に形成されている。
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，側壁本体部９７を備えて構成されている。
内壁ガス流通口９４は、内側側壁９２のうち側壁本体部９７において、周方向にわたり複数箇所に形成されている。また、内壁ガス流通口９４は、内側側壁９２における断面形状として、直径寸法がＤ１の円形状に形成されている。さらに、内壁ガス流通口９４は、軸線方向における形成位置が外壁ガス流通口８４よりも先端側に設定されている。

内側底壁９３は、軸線方向の後端側から先端側にかけて、テーパ部９８，先端底面部９９を備えて構成されている。内側底壁９３の先端底面部９９には、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が形成されている。

このような外側筒状部材８１および内側筒状部材９１を備えるプロテクタ４２は、外壁ガス流通口８４が内壁ガス流通口９４よりも軸線方向における後端側に配置される構成となる。また、プロテクタ４２は、軸線方向における外壁ガス流通口８４の形成領域が内壁ガス流通口９４の形成領域とは重ならない構成である。

さらに、プロテクタ４２は、軸線方向における外壁ガス流通口８４の形成領域と内壁ガス流通口９４の形成領域との間隔寸法（流通口間隔寸法Ｌ１）と、軸線方向に対する垂直方向における外側側壁８２と内側側壁９２との間隔寸法（側壁間隔寸法Ｌ２）とを比較した場合に、流通口間隔寸法Ｌ１が側壁間隔寸法Ｌ２よりも小さい構成である。

また、プロテクタ４２は、ハウジング３８に取り付けられたときに、軸線方向における内壁ガス流通口９４の形成領域が、ガス検出素子４の検出部８の形成領域（図１における網目模様部分）よりも後端側に配置される構成である。

つまり、空燃比センサ２は、軸線方向における後端側から先端側にかけて、外壁ガス流通口８４、内壁ガス流通口９４、ガス検出素子４の検出部８（ガス接触部）がこの順に配置される構成である。

さらに、空燃比センサ２は、軸線方向における内壁ガス流通口９４の形成領域とガス検出素子４における検出部８（ガス接触部）の形成領域との間隔寸法（流通口接触部間隔寸法Ｌ３）と、軸線方向に対する垂直方向における内側側壁９２と検出部８（ガス接触部）との間隔寸法（側壁接触部間隔寸法Ｌ４）を比較した場合に、流通口接触部間隔寸法Ｌ３が側壁接触部間隔寸法Ｌ４よりも小さい構成である。

また、空燃比センサ２においては、外側筒状部材８１は、外側底壁８３に挿通孔８６を備えており、内側筒状部材９１は、挿通孔８６に挿通されるとともに、少なくとも内側底壁９３が外側筒状部材８１の外部に配置される。
（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、空燃比センサ２は、外壁ガス流通口８４、内壁ガス流通口９４、ガス検出素子４の検出部８が軸線方向における後端側から先端側にかけてこの順に配置される構成であるため、プロテクタ４２の内部での軸線方向における被測定ガスの流通方向を一方向（先端側向き方向）に設定できる。なお、プロテクタ４２の内部とは、外側側壁８２の内面と内側側壁９２の外面との間の隙間領域や、内側筒状部材９１の内部領域などである。

このような構成の空燃比センサ２は、プロテクタ内部での軸線方向におけるガスの流通方向が複数となる構成のガスセンサに比べて、プロテクタ４２の内部における被測定ガスの移動が円滑となり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

また、空燃比センサ２は、軸線方向における外壁ガス流通口８４の形成領域が内壁ガス流通口９４の形成領域と重ならない構成であるため、水滴などの異物が被検出ガスとともに外側筒状部材８１に侵入した場合であっても、その異物が直ちに内壁ガス流通口９４に到達することはない。このため、空燃比センサ２は、異物が内側筒状部材９１の内部に到達しがたくなり、被水によるガス検出素子４の破損が生じがたい構成となる。

さらに、この空燃比センサ２においては、流通口間隔寸法Ｌ１が側壁間隔寸法Ｌ２よりも小さい構成であることから、軸線方向における外壁ガス流通口８４から内壁ガス流通口９４までの距離が遠く離れすぎることがない。このため、空燃比センサ２は、外壁ガス流通口８４から導入された被測定ガスが内壁ガス流通口９４に到達するまでの時間が短くなり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

これらのことから、本実施形態の空燃比センサ２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、被水による破損が生じがたい構成であるとともに、被測定ガスがガス検出素子４に到達しやすく、応答性に優れた構成のガスセンサを実現できる。

また、空燃比センサ２は、軸線方向における内壁ガス流通口９４の形成領域がガス検出素子４における検出部８の形成領域とは重ならない構成であるため、水滴などの異物が被検出ガスとともに内側筒状部材９１に侵入した場合であっても、その異物が直ちに検出部８に到達しがたい構成となる。つまり、この空燃比センサ２は、異物がガス検出素子４の検出部８に到達するのを抑制でき、被水によるガス検出素子４の破損が生じがたい構成となる。

そして、この空燃比センサ２は、軸線方向における外壁ガス流通口８４の形成領域が内壁ガス流通口９４の形成領域と重ならない構成であるとともに、軸線方向における内壁ガス流通口９４の形成領域が検出部８の形成領域と重ならない構成であることから、より一層、被水によるガス検出素子４の破損が生じがたい構成となる。

また、この空燃比センサ２は、流通口接触部間隔寸法Ｌ３が側壁接触部間隔寸法Ｌ４よりも小さい構成であることから、軸線方向における内壁ガス流通口９４から検出部８までの距離が遠く離れすぎることがない。

このため、空燃比センサ２は、内壁ガス流通口９４から導入された被測定ガスがガス検出素子４の検出部８に到達するまでの時間が短くなり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

さらに、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を備えることから、内側筒状部材９１の内部において、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、この空燃比センサ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。
また、空燃比センサ２においては、内側筒状部材９１は、外側筒状部材８１の挿通孔８６に挿通されるとともに、少なくとも内側底壁９３が外側筒状部材８１の外部に配置される構成である。

このような内側筒状部材９１を備えるプロテクタ４２は、内側筒状部材９１よりも外側筒状部材８１の軸線方向寸法が小さくなるため、内側筒状部材９１よりも外側筒状部材８１の軸線方向寸法が大きい構成に比べて、外側側壁８２と内側側壁９２との間の隙間領域における軸線方向寸法が小さくなり、この隙間領域の体積が小さくなる。このように隙間領域の体積が小さいプロテクタ４２は、隙間領域に滞留する被測定ガスの量を低減できるため、少ない量の被測定ガスであっても、迅速に内側筒状部材の内部まで導入することができる。

よって、空燃比センサ２によれば、少ない量の被測定ガスであっても、迅速に内側筒状部材９１の内部まで導入できることから、応答性の向上を図ることができる。
さらに、このような構成のプロテクタ４２は、内側筒状部材９１の軸線方向寸法よりも外側筒状部材８１の軸線方向寸法が小さくなるため、内側筒状部材９１よりも外側筒状部材８１の軸線方向寸法が大きい構成に比べて、プロテクタ全体としての体積を縮小できる。これにより、本実施形態の空燃比センサ２は、ガスセンサ全体としても小型化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ている。
（４）第２実施形態
次に、第２実施形態として、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、内壁ガス流通口の開口面積が大きく形成された第２内側筒状部材１９１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、第１実施形態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，側壁本体部１９７を備えて構成されている。
第２内壁ガス流通口１９４は、第２内側側壁１９２のうち側壁本体部１９７において、周方向にわたり複数箇所に形成されている。また、第２内壁ガス流通口１９４は、第２内側側壁１９２における断面形状として、直径寸法がＤ２の円形状に形成されている。さらに、第２内壁ガス流通口１９４は、軸線方向において、外壁ガス流通口８４よりも後端側に形成されている。

なお、第２内壁ガス流通口１９４の直径寸法Ｄ２は、第１実施形態の内壁ガス流通口９４の直径寸法Ｄ１よりも大きい（Ｄ２＞Ｄ１）。つまり、第２内壁ガス流通口１９４は、第１実施形態の内壁ガス流通口９４と比べて、開口面積が大きく形成されている。

第２内側底壁１９３は、軸線方向の後端側から先端側にかけて、第２テーパ部１９８，第２先端底面部１９９を備えて構成されている。第２内側底壁１９３の第２先端底面部１９９には、被測定ガスを第２内側筒状部材１９１の内部から外部に排出するための第２内側底壁流通口２００が形成されている。

このような外側筒状部材８１および第２内側筒状部材１９１を備える第２プロテクタ１４２は、外壁ガス流通口８４が第２内壁ガス流通口１９４よりも軸線方向における後端側に配置される構成となる。また、第２プロテクタ１４２は、軸線方向における外壁ガス流通口８４の形成領域が第２内壁ガス流通口１９４の形成領域とは重ならない構成である。

さらに、第２プロテクタ１４２は、軸線方向における外壁ガス流通口８４の形成領域と第２内壁ガス流通口１９４の形成領域との間隔寸法（第２流通口間隔寸法Ｌ５）と、軸線方向に対する垂直方向における外側側壁８２と第２内側側壁１９２との間隔寸法（第２側壁間隔寸法Ｌ６）とを比較した場合に、第２流通口間隔寸法Ｌ５が第２側壁間隔寸法Ｌ６よりも小さい構成である。

つまり、第２空燃比センサ１０２においては、第２流通口間隔寸法Ｌ５が第２側壁間隔寸法Ｌ６よりも小さい構成であることから、軸線方向における外壁ガス流通口８４から第２内壁ガス流通口１９４までの距離が遠く離れすぎることがない。このため、第２空燃比センサ１０２は、外壁ガス流通口８４から導入された被測定ガスが第２内壁ガス流通口１９４に到達するまでの時間が短くなり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

また、第２プロテクタ１４２は、ハウジング３８に取り付けられたときに、軸線方向における第２内壁ガス流通口１９４の形成領域が、ガス検出素子４の検出部８の形成領域（図２における網目模様部分）よりも後端側に配置される構成である。

つまり、第２空燃比センサ１０２は、軸線方向における後端側から先端側にかけて、外壁ガス流通口８４、第２内壁ガス流通口１９４、ガス検出素子４の検出部８（ガス接触部）がこの順に配置される構成である。

さらに、第２空燃比センサ１０２は、軸線方向における第２内壁ガス流通口１９４の形成領域とガス検出素子４における検出部８（ガス接触部）の形成領域との間隔寸法（第２流通口接触部間隔寸法Ｌ７）と、軸線方向に対する垂直方向における第２内側側壁１９２と検出部８（ガス接触部）との間隔寸法（第２側壁接触部間隔寸法Ｌ８）を比較した場合に、第２流通口接触部間隔寸法Ｌ７が第２側壁接触部間隔寸法Ｌ８よりも小さい構成である。

つまり、第２空燃比センサ１０２は、第２流通口接触部間隔寸法Ｌ７が第２側壁接触部間隔寸法Ｌ８よりも小さい構成であることから、軸線方向における第２内壁ガス流通口１９４から検出部８までの距離が遠く離れすぎることがない。このため、第２空燃比センサ１０２は、第２内壁ガス流通口１９４から導入された被測定ガスがガス検出素子４の検出部８に到達するまでの時間が短くなり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

また、第２空燃比センサ１０２においては、外側筒状部材８１は、外側底壁８３に挿通孔８６を備えており、第２内側筒状部材１９１は、挿通孔８６に挿通されるとともに、少なくとも第２内側底壁１９３が外側筒状部材８１の外部に配置される。

さらに、第２空燃比センサ１０２においては、複数のうち少なくとも１つの第２内壁ガス流通口１９４は、外壁ガス流通口８４とガス検出素子４の検出部８（ガス接触部）とを結ぶ直線７９の上に配置されている。

このような構成の第２空燃比センサ１０２は、少なくとも１つの第２内壁ガス流通口１９４に関して、外壁ガス流通口８４，第２内壁ガス流通口１９４，検出部８（ガス接触部）が一直線上に配置される状態となる。このため、第２空燃比センサ１０２は、第２プロテクタ１４２の内部のうち、外壁ガス流通口８４とガス検出素子４の検出部８とを結ぶ最短経路を被測定ガスが移動可能な構成となる。

このことから、この第２空燃比センサ１０２は、被測定ガスが第２プロテクタ１４２の内部における最短経路を移動してガス検出素子４の検出部８（ガス接触部）に到達できるため、被測定ガスを速やかに導入できる構成となる。つまり、第２空燃比センサ１０２は、第２内側筒状部材１９１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。

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、外側筒状部材８１のガス流通口と第２内側筒状部材１９１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、第２空燃比センサ１０２は、空燃比センサ２と同様に、外壁ガス流通口８４、第２内壁ガス流通口１９４、ガス検出素子４の検出部８が軸線方向にかけてこの順に配置される構成であるため、第２プロテクタ１４２の内部での軸線方向における被測定ガスの流通方向を一方向（先端側向き方向）に設定できる。このため、第２空燃比センサ１０２は、第２プロテクタ１４２の内部における被測定ガスの移動が円滑となり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

さらに、第２空燃比センサ１０２は、第２内壁ガス流通口１９４の直径寸法Ｄ２が第１実施形態における内壁ガス流通口９４の直径寸法Ｄ１よりも大きい（Ｄ２＞Ｄ１）ことから、第２内壁ガス流通口１９４における被測定ガスの通過が円滑となり、より一層、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。
（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。また、第２外側筒状部材１８１は、第２外側底壁１８３において、第２内側筒状部材１９１を挿通するための第２挿通孔１８６を備えている。

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の第２内壁ガス流通口１９４よりも軸線方向の後端側となる位置において、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よりも後端側となる。

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５に示す。なお、図５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５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５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、第２外壁ガス流通口１８４、第２内壁ガス流通口１９４、ガス検出素子４の検出部８が軸線方向における後端側から先端側にかけてこの順に配置される構成であるため、第３プロテクタ２４２の内部での軸線方向における被測定ガスの流通方向を一方向（先端側向き方向）に設定できる。

このような構成の第３空燃比センサ２０２は、プロテクタ内部での軸線方向におけるガスの流通方向が複数となる構成のガスセンサに比べて、第３プロテクタ２４２の内部における被測定ガスの移動が円滑となり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

また、第３プロテクタ２４２は、軸線方向における第２外壁ガス流通口１８４の形成領域と第２内壁ガス流通口１９４の形成領域との間隔寸法（第３流通口間隔寸法Ｌ９）と、軸線方向に対する垂直方向における第２外側側壁１８２と第２内側側壁１９２との間隔寸法（第３側壁間隔寸法Ｌ１０）とを比較した場合に、第３流通口間隔寸法Ｌ９が第３側壁間隔寸法Ｌ１０よりも小さい構成である。

つまり、第３空燃比センサ２０２においては、第３流通口間隔寸法Ｌ９が第３側壁間隔寸法Ｌ１０よりも小さい構成であることから、軸線方向における第２外壁ガス流通口１８４から第２内壁ガス流通口１９４までの距離が遠く離れすぎることがない。このため、第３空燃比センサ２０２は、第２外壁ガス流通口１８４から導入された被測定ガスが第２内壁ガス流通口１９４に到達するまでの時間が短くなり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

さらに、第３空燃比センサ２０２は、軸線方向における第２内壁ガス流通口１９４の形成領域とガス検出素子４における検出部８（ガス接触部）の形成領域との間隔寸法（第３流通口接触部間隔寸法Ｌ１１）と、軸線方向に対する垂直方向における第２内側側壁１９２と検出部８（ガス接触部）との間隔寸法（第３側壁接触部間隔寸法Ｌ１２）を比較した場合に、第３流通口接触部間隔寸法Ｌ１１が第３側壁接触部間隔寸法Ｌ１２よりも小さい構成である。

つまり、第３空燃比センサ２０２は、第３流通口接触部間隔寸法Ｌ１１が第３側壁接触部間隔寸法Ｌ１２よりも小さい構成であることから、軸線方向における第２内壁ガス流通口１９４から検出部８までの距離が遠く離れすぎることがない。このため、第３空燃比センサ２０２は、第２内壁ガス流通口１９４から導入された被測定ガスがガス検出素子４の検出部８に到達するまでの時間が短くなり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

また、第３空燃比センサ２０２においては、第２外側筒状部材１８１は、第２外側底壁１８３に第２挿通孔１８６を備えており、第２内側筒状部材１９１は、第２挿通孔１８６に挿通されるとともに、少なくとも第２内側底壁１９３が第２外側筒状部材１８１の外部に配置される。

以上説明したように、第３空燃比センサ２０２は、第２外壁ガス流通口１８４、第２内壁ガス流通口１９４、ガス検出素子４の検出部８が軸線方向にかけてこの順に配置される構成と、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、外側ガイド体および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３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、第２外側側壁１８２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を備えるとともに、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，側壁本体部２９７を備えて構成されている。
第３内壁ガス流通口２９４は、第３内側側壁２９２のうち側壁本体部２９７において、周方向にわたり複数箇所に形成されている。また、第３内壁ガス流通口２９４は、第３内側側壁２９２における断面形状が四角形状に形成されている。さらに、第３内壁ガス流通口２９４は、軸線方向において、第２外壁ガス流通口１８４よりも先端側に形成されている。

第３内側底壁２９３は、軸線方向の後端側から先端側にかけて、第３テーパ部２９８，第３先端底面部２９９を備えて構成されている。第３内側底壁２９３の第３先端底面部２９９には、被測定ガスを第３内側筒状部材２９１の内部から外部に排出するための第３内側底壁流通口３００が形成されている。

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５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。

また、第４プロテクタ３４２は、内側ガイド体２９０のみならず外側ガイド体１８５を併せて備えており、上述したように、外側ガイド体１８５についても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４プロテクタ３４２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。

次に、第２外側筒状部材１８１および第３内側筒状部材２９１を備える第４プロテクタ３４２は、第２外壁ガス流通口１８４が第３内壁ガス流通口２９４よりも軸線方向における後端側に配置される構成となる。また、第４プロテクタ３４２は、軸線方向における第２外壁ガス流通口１８４の形成領域が第３内壁ガス流通口２９４の形成領域とは重ならない構成である。

さらに、第４プロテクタ３４２は、軸線方向における第２外壁ガス流通口１８４の形成領域と第３内壁ガス流通口２９４の形成領域との間隔寸法（第４流通口間隔寸法Ｌ１３）と、軸線方向に対する垂直方向における第２外側側壁１８２と第３内側側壁２９２との間隔寸法（第４側壁間隔寸法Ｌ１４）とを比較した場合に、第４流通口間隔寸法Ｌ１３が第４側壁間隔寸法Ｌ１４よりも小さい構成である。

つまり、第４空燃比センサ３０２においては、第４流通口間隔寸法Ｌ１３が第４側壁間隔寸法Ｌ１４よりも小さい構成であることから、軸線方向における第２外壁ガス流通口１８４から第３内壁ガス流通口２９４までの距離が遠く離れすぎることがない。このため、第４空燃比センサ３０２は、第２外壁ガス流通口１８４から導入された被測定ガスが第３内壁ガス流通口２９４に到達するまでの時間が短くなり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

また、第４プロテクタ３４２は、ハウジング３８に取り付けられたときに、軸線方向における第３内壁ガス流通口２９４の形成領域が、ガス検出素子４の検出部８の形成領域（図４における網目模様部分）よりも後端側に配置される構成である。

つまり、第４空燃比センサ３０２は、軸線方向における後端側から先端側にかけて、第２外壁ガス流通口１８４、第３内壁ガス流通口２９４、ガス検出素子４の検出部８（ガス接触部）がこの順に配置される構成である。

このように、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、第２外壁ガス流通口１８４、第３内壁ガス流通口２９４、ガス検出素子４の検出部８が軸線方向における後端側から先端側にかけてこの順に配置される構成であるため、第４プロテクタ３４２の内部での軸線方向における被測定ガスの流通方向を一方向（先端側向き方向）に設定できる。

このような構成の第４空燃比センサ３０２は、プロテクタ内部での軸線方向におけるガスの流通方向が複数となる構成のガスセンサに比べて、第４プロテクタ３４２の内部における被測定ガスの移動が円滑となり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

さらに、第４空燃比センサ３０２は、軸線方向における第３内壁ガス流通口２９４の形成領域とガス検出素子４における検出部８（ガス接触部）の形成領域との間隔寸法（第４流通口接触部間隔寸法Ｌ１５）と、軸線方向に対する垂直方向における第３内側側壁２９２と検出部８（ガス接触部）との間隔寸法（第４側壁接触部間隔寸法Ｌ１６）を比較した場合に、第４流通口接触部間隔寸法Ｌ１５が第４側壁接触部間隔寸法Ｌ１６よりも小さい構成である。

つまり、第４空燃比センサ３０２は、第４流通口接触部間隔寸法Ｌ１５が第４側壁接触部間隔寸法Ｌ１６よりも小さい構成であることから、軸線方向における第３内壁ガス流通口２９４から検出部８までの距離が遠く離れすぎることがない。このため、第４空燃比センサ３０２は、第３内壁ガス流通口２９４から導入された被測定ガスがガス検出素子４の検出部８に到達するまでの時間が短くなり、ガス検出素子４の検出部８に対して被測定ガスを迅速に導入できる構成となる。

また、第４空燃比センサ３０２においては、第２外側筒状部材１８１は、第２外側底壁１８３に第２挿通孔１８６を備えており、第３内側筒状部材２９１は、第２挿通孔１８６に挿通されるとともに、少なくとも第３内側底壁２９３が第２外側筒状部材１８１の外部に配置される。

以上説明したように、第４空燃比センサ３０２は、第２外壁ガス流通口１８４、第３内壁ガス流通口２９４、ガス検出素子４の検出部８が軸線方向にかけてこの順に配置される構成と、外側ガイド体１８５を有する構成と、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。
（７）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、軸線方向における後端側から先端側にかけて、外側ガス挿通孔，ガス検出素子の検出部，内側ガス挿通孔がこの順に配置された比較用プロテクタ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７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、軸線方向における後端側から先端側にかけて、外側ガス挿通孔４５，ガス検出素子４の検出部８，内側ガス挿通孔４７がこの順に配置されている。

ここで、図６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６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６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０．７［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８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８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４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、プロテクタの内側筒状部材は、内側側壁の側壁本体部のうち軸線方向に垂直な断面における内径寸法が一定となる形状に限られることはなく、内径寸法を変更するための寸法変更部を備える構成としてもよい。なお、寸法変更部は、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として構成できる。

また、プロテクタの外側筒状部についても、外側側壁のうち軸線方向に垂直な断面における内径寸法が一定となる形状に限られることはなく、内径寸法を変更するための寸法変更部を備える構成としても良い。

さらに、プロテクタは、外側ガイド体のみを備える構成、外側ガイド体および内側ガイド体を備える構成に限られることはなく、外側ガイド体を備えず内側ガイド体のみ有する構成のプロテクタを備えて構成してもよい。

また、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。 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、３８…ハウジング、４２…プロテクタ、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、８６…挿通孔、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、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、１８６…第２挿通孔、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、２００…第２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、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。

Claims (8)

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、
   全ての前記外壁ガス流通口、全ての前記内壁ガス流通口、前記ガス検出素子の前記ガス接触部は、前記軸線方向における後端側から先端側にかけてこの順に配置されており、
   前記軸線方向における全ての前記外壁ガス流通口の形成領域は、全ての前記内壁ガス流通口の形成領域とは重ならず、
   前記軸線方向における前記外壁ガス流通口の形成領域と前記内壁ガス流通口の形成領域との最短の間隔寸法は、前記軸線方向に対する垂直方向における前記外側側壁と前記内側側壁との間隔寸法よりも小さいこと、
   を特徴とするガスセンサ。
2. 前記内側筒状部材は、前記内側底壁において、前記被測定ガスを外部に排出するための内側底壁流通口を備えること、
   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、前記外側底壁において、前記内側筒状部材を挿通するための挿通孔を備えており、
   前記内側筒状部材は、前記挿通孔に挿通されるとともに、少なくとも前記内側底壁が前記外側筒状部材の外部に配置されること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。
4. 前記軸線方向における前記内壁ガス流通口の形成領域は、前記ガス接触部の形成領域と重ならないこと、
   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。
5. 前記軸線方向における前記内壁ガス流通口の形成領域と前記ガス接触部の形成領域との間隔寸法は、前記軸線方向に対する垂直方向における前記内側側壁と前記ガス接触部との間隔寸法よりも小さいこと、
   を特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
6. 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１〜５のいずれかに記載のガスセンサ。
7. 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１〜６のいずれかに記載のガスセンサ。
8. 前記複数のうち少なくとも１つの内壁ガス流通口は、前記外壁ガス流通口と前記ガス接触部とを結ぶ直線上に配置されること、
   を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のガスセンサ。

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