JP5096607B2

JP5096607B2 - ガスセンサ

Info

Publication number: JP5096607B2
Application number: JP2011232528A
Authority: JP
Inventors: 崇史中島; 裕一山田
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-05-07
Also published as: JP2012018188A

Description

本発明は、排気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、検出素子が高温の排気ガス中に晒されることとなるため、排気ガスに含まれる水分の付着（被水）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、検出素子を被水から保護している（例えば特許文献１参照）。

特許文献１のガスセンサのプロテクタは外側筒状部と内側筒状部とからなる２重構造を有し、外側筒状部の先端側（ガスセンサの取り付け時の下方側）に、外側筒状部と内側筒状部との間の空隙（以下、「ガス分離室」ともいう。）に向かって排気ガスを導入するための導入口が形成されている。この外側筒状部の導入口にはガイド体が設けられており、ガス分離室に導入される排気ガスに内側筒状部の側壁の外周面を取り囲む旋回流を生じさせ、この旋回流に伴い発生する慣性力により、ガス成分と、そのガス成分より比較的重い水分とが分離されるように構成されている。そして、内側筒状部の基端側（ガスセンサの取り付け時の上方側）には、ガス分離室内で分離された排気ガスのガス成分を内側筒状部内に導入するための導入口が形成されている。

特開２００４−１２５７０２号公報

しかしながら、特許文献１のようにガス成分と水分とを分離しても、外側筒状部内に導入される排気ガスの導入時の流速や、分離された水分の塊（水滴）の大きさ、ガスセンサの排気管への取り付け位置等によっては、水分がガス成分と共に内側筒状部の導入口から内部に進入してしまう場合があった。そして大きな水滴が検出素子に付着すると、素子が熱衝撃を受け、クラックや割れの原因となる虞があった。

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、良好なガス交換性を確保しつつ、検出素子を被水から効果的に保護することができるプロテクタを備えたガスセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明のガスセンサは、自身の先端側に被検出ガス中の特定ガス成分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から突出させた状態で、前記検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、自身の内部に前記検出素子の前記検出部を収容した状態で、自身の基端部が前記ハウジングの先端部に固定されると共に、前記検出素子先端より後端側に設けられ、自身の内部に被検出ガスを導入するための複数の内側導入孔が外周面に周方向にわたって設けら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た状態で前記内側プロテクタの径方向周囲を取り囲む円筒状をなし、自身の基端部が前記ハウジングの先端部に固定されると共に、軸線方向における前記内側プロテクタの前記内側導入孔の形成位置よりも先端側の外周面に、前記空隙に被検出ガスを導入するための複数の外側導入孔が周方向にわたって設けられた外側プロテクタとを備えたガスセンサにおいて、前記内側導入孔の開口面積は、いずれも３．５ｍｍ^２以下であり、且つすべての前記内側導入孔の開口面積の合計が、１０ｍｍ^２以上であり、前記内側プロテクタの前記外周面は、先端側に向かって径方向に縮径するテーパ部を有し、前記内側導入孔は、該テーパ部に形成され、前記内側プロテクタは、前記テーパ部の先端側に連なる筒状部を有し、且つ前記検出素子は、前記検出部に前記被測定ガスを晒すためのガス導入部を有し、前記ガス導入部は、前記テーパ部と前記筒状部との境界を跨ぐように配置されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記内側導入孔の開口面積は、いずれも２ｍｍ^２以下であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のガスセンサは、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記内側導入孔の最小開口長さは、いずれも２ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明のガスセンサは、請求項１乃至３の何れか一項に記載の発明の構成に加え、前記内側導入孔は、前記内側プロテクタに６個以上形成されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明のガスセンサは、請求項１乃至４の何れか一項に記載の発明の構成に加え、前記内側導入孔は、前記内側プロテクタに８個以上形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明のガスセンサは、請求項１乃至５の何れか一項に記載の発明の構成に加え、前記内側導入孔は、軸線方向における第１の位置に周方向にわたって配置された複数の第１内側導入孔と、前記第１の位置よりも後端側の第２の位置に周方向にわたって配置された複数の第２内側導入孔とを有することを特徴とする。

また、請求項７に係る発明のガスセンサは、請求項６記載の発明の構成に加え、複数の前記第１内側導入孔と、複数の前記第２内側導入孔とは、それぞれ、周方向に重ならない位置に配置されていることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明のガスセンサは、請求項６または７の何れか一項に記載の発明の構成に加え、前記検出素子は、前記検出部に前記被測定ガスを晒すためのガス導入部を有し、前記ガス導入部は、軸線方向において、前記第１内側導入孔と前記第２内側導入孔との間に配置されることを特徴とする。

また、請求項９に係る発明のガスセンサは、自身の先端側に被検出ガス中の特定ガス成分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から突出させた状態で、前記検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、自身の内部に前記検出素子の前記検出部を収容した状態で、自身の基端部が前記ハウジングの先端部に固定されると共に、前記検出素子先端より後端側に設けられ、自身の内部に被検出ガスを導入するための複数の内側導入孔が外周面に周方向にわたって設けら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た状態で前記内側プロテクタの径方向周囲を取り囲む円筒状をなし、自身の基端部が前記ハウジングの先端部に固定されると共に、軸線方向における前記内側プロテクタの前記内側導入孔の形成位置よりも先端側の外周面に、前記空隙に被検出ガスを導入するための複数の外側導入孔が周方向にわたって設けられた外側プロテクタとを備えたガスセンサにおいて、前記内側導入孔の開口面積は、いずれも３．５ｍｍ ^２以下であり、且つすべての前記内側導入孔の開口面積の合計が、１０ｍｍ ^２以上であり、前記内側導入孔は、軸線方向における第１の位置に周方向にわたって配置された複数の第１内側導入孔と、前記第１の位置よりも後端側の第２の位置に周方向にわたって配置された複数の第２内側導入孔とを有し、前記検出素子は、前記検出部に前記被測定ガスを晒すためのガス導入部を有し、前記ガス導入部は、軸線方向において、前記第１内側導入孔と前記第２内側導入孔との間に配置されることを特徴とする。

また、請求項１０に係る発明のガスセンサは、請求項８又は９に記載の発明の構成に加え、前記第１内側導入孔の個数は、前記第２内側導入孔の個数よりも少ないことを特徴とする。

請求項１に係る発明のガスセンサでは、検出素子先端より後端側の内側プロテクタに設けられた内側導入孔の開口面積を、いずれも３．５ｍｍ^２以下としたことで、その大きさより大きな直径の水滴が内側導入孔を通過して内側プロテクタ内に進入することを防止することができる。このため、内側プロテクタ内に収容された検出素子の検出部に付着する水滴の量や大きさが制限され、微量の水滴の付着程度で済むため、素子が熱衝撃を受けるエネルギーが小さくなり、クラックや割れ等の発生を防止することができる。また、内側プロテクタに設けられたすべての内側導入孔の開口面積の合計を１０ｍｍ^２以上としたことで、１つの内側導入孔の開口面積を３．５ｍｍ^２以下と小さくしたものの、内側プロテクタ全体でみたときの内側導入孔の開口面積が十分に確保されるため、ガス交換性が低下することなく、検出素子は、十分な、ガス応答性を得ることができる。
ところで、内側プロテクタは、円筒形状を有する形態であってもよく、外側面の途中に先端側に向かって径方向に縮径するテーパ部を有する形態であってもよい。なお、内側プロテクタにテーパ部を有する場合には、内側導入孔は、該テーパ部に形成されていることが好ましい。もしも、内側導入孔よりも小さい水滴が内側プロテクタ内に入り込んだとしても、検出素子の検出部よりも比較的温度が低い後端側に水滴が付着するため、検出素子の検出部が熱衝撃を受けにくくなり、クラックや割れ等の発生をより効果的に防止することができる。
なお、内側導入孔がテーパ部に形成されている場合、検出素子のガス導入部はテーパ部とテーパ部の先端側に連なる筒状部との境界を跨ぐように配置されていることが好ましい。このガス導入部とは、検出素子の検出部に被測定ガスを晒すための部位であり、このガス導入部がテーパ部と筒状部とに跨るように形成されていることで、内側導入孔とガス導入部との距離が短くなり、早期に検出部に被測定ガスを導入できる。その結果、検出素子のクラックや割れ等の発生をより効果的に防止しつつ、検出素子のガス応答性をより効果的に高めることができる。

なお、内側導入孔の開口面積を、いずれも２ｍｍ^２以下とすることで、内側プロテクタ内に収容された検出素子の検出部に付着する水滴の量や大きさがさらに制限され、クラックや割れ等の発生をさらに防止することができる。

なお、１つの内側導入孔の開口面積は、内側プロテクタを所定の平面上に投影させたときの内側導入孔に対応する開口の面積のことを指す。また、内側導入孔の開口面積の合計は、内側プロテクタを所定の平面上に投影させたときの全ての内側導入孔における開口の面積の合計のことを指す。また、外側プロテクタの外側導入孔は、内側プロテクタの内側導入孔の形成位置よりも先端側にあればよく、外側導入孔の先端が内側導入孔の先端よりも先端側にある形態でもよいが、素子を被水から効果的に保護するために、外側導入孔の後端が内側導入孔の先端よりも先端側にある形態が好ましい。さらに、外側導入孔、内側導入孔は、それぞれ周方向に等間隔に形成されていることが、ガスセンサの排気管への取り付け方向、位置等を考慮する必要がなくなるため、好ましい。

さらに、内側導入孔の最小開口長さが、いずれも２ｍｍ以下とすることが好ましい。上述の記載のように、１つの内側導入孔の開口面積は小さければ小さい方が検出素子のクラックを防止できるが、さらに、内側導入孔の最小開口長さが２ｍｍ以下となることで、２ｍｍより大きい球状の水滴が内側導入孔を通過することがなくなり、その結果、内側プロテクタ内に収容された検出素子の検出部に付着する水滴の量や大きさがさらに効果的に制限され、クラックや割れ等の発生を防止することができる。
なお、「内側導入孔の最小開口長さ」とは、内側導入孔の中心（重心）を通る直線を引いた際に最も短くなる長さのことであり、例えば、楕円形状の場合には、楕円の重心を通る直線を引いた際に最も短くなる長さであり、円形状の場合には、内径を指す。

さらに、内側導入孔は、内側プロテクタに６個以上形成されていることが好ましい。これにより、全ての開口面積の合計を１０ｍｍ^２以上に維持しつつ、内側導入孔のいずれもの開口面積をより小さくできる。よって、内側プロテクタ内に収容された検出素子のクラックや割れ等の発生をより防止することができる。なお、更に好ましくは８個以上形成することが好ましい。

また、検出素子の耐被水性を高めつつも十分なガス交換性を有した内側プロテクタを作製するには、内側導入孔の開口面積をより小さくすればするほど内側導入孔の数を増やす必要がある。しかし、単に内側導入孔の数を増やしただけでは、各内側導入孔が近接して配置されることとなり、その配置が周方向にミシン目状となって、内側プロテクタの強度を維持できなくなる虞がある。そこで、請求項６に係る発明のように、内側導入孔を軸線方向における第１の位置の周方向と、第２の位置の周方向とにわけて配置すれば、任意の位置の内側導入孔と、その内側導入孔に最も近い位置に設けられた他の内側導入孔との間の距離を離して配置することができ、内側プロテクタの強度を高めることができる。

なお、第１の位置が内側プロテクタのより先端側に位置する場合には、外側導入孔は内側プロテクタの第１内側導入孔の形成位置よりも先端側に形成されることが好ましい。これは、外側導入孔と内側導入孔とが重なりあう形態で且つ外側導入孔の先端が第１内側導入孔の先端よりも先端側にある形態も含まれる。しかしながら、素子を被水から効果的に保護するためには、外側導入孔の後端が、第１内側導入孔の先端よりも先端側にある形態が、より好ましい。また、第１の位置に形成された第１内側導入孔と第２の位置に形成された第２内側導入孔とは、軸線方向に、その全部または一部が重なっていてもよいし、あるいは重なっていなくともよい。

さらに、請求項７に係る発明のように、軸線方向における第１の位置の周方向に配置された第１内側導入孔と、第２の位置の周方向に配置された第２内側導入孔とが周方向にそれぞれ重ならない位置に配置されることが好ましい。このようにすれば、軸線方向においても任意の一の内側導入孔と、その内側導入孔に最も近い位置に設けられた他の内側導入孔との間の距離を離して配置することができ、より確実に、内側プロテクタの強度を高めることができる。

さらに、請求項８に係る発明のように、検出素子は、検出部に被測定ガスを晒すためのガス導入部を有し、ガス導入部は、軸線方向において、第１内側導入孔と第２内側導入孔との間に配置されることが好ましい。このガス導入部とは、検出素子の検出部に被測定ガスを晒すための部位であり、このガス導入部が軸線方向において、第１内側導入孔と第２内側導入孔の間に配置されることで、第１内側導入孔とガス導入部及び、第２内側導入孔とガス導入部とのそれぞれの距離がともに短くなり、早期に検出部に被測定ガスを導入でき、検出素子のガス応答性を高めることができる。

また、請求項９に係る発明のガスセンサでは、検出素子先端より後端側の内側プロテクタに設けられた内側導入孔の開口面積を、いずれも３．５ｍｍ ^２以下としたことで、その大きさより大きな直径の水滴が内側導入孔を通過して内側プロテクタ内に進入することを防止することができる。このため、内側プロテクタ内に収容された検出素子の検出部に付着する水滴の量や大きさが制限され、微量の水滴の付着程度で済むため、素子が熱衝撃を受けるエネルギーが小さくなり、クラックや割れ等の発生を防止することができる。また、内側プロテクタに設けられたすべての内側導入孔の開口面積の合計を１０ｍｍ ^２以上としたことで、１つの内側導入孔の開口面積を３．５ｍｍ ^２以下と小さくしたものの、内側プロテクタ全体でみたときの内側導入孔の開口面積が十分に確保されるため、ガス交換性が低下することなく、検出素子は、十分な、ガス応答性を得ることができる。
また、検出素子の耐被水性を高めつつも十分なガス交換性を有した内側プロテクタを作製するには、内側導入孔の開口面積をより小さくすればするほど内側導入孔の数を増やす必要がある。しかし、単に内側導入孔の数を増やしただけでは、各内側導入孔が近接して配置されることとなり、その配置が周方向にミシン目状となって、内側プロテクタの強度を維持できなくなる虞がある。そこで、請求項８に係る発明のように、内側導入孔を軸線方向における第１の位置の周方向と、第２の位置の周方向とにわけて配置すれば、任意の位置の内側導入孔と、その内側導入孔に最も近い位置に設けられた他の内側導入孔との間の距離を離して配置することができ、内側プロテクタの強度を高めることができる。
なお、第１の位置が内側プロテクタのより先端側に位置する場合には、外側導入孔は内側プロテクタの第１内側導入孔の形成位置よりも先端側に形成されることが好ましい。これは、外側導入孔と内側導入孔とが重なりあう形態で且つ外側導入孔の先端が第１内側導入孔の先端よりも先端側にある形態も含まれる。しかしながら、素子を被水から効果的に保護するためには、外側導入孔の後端が、第１内側導入孔の先端よりも先端側にある形態が、より好ましい。また、第１の位置に形成された第１内側導入孔と第２の位置に形成された第２内側導入孔とは、軸線方向に、その全部または一部が重なっていてもよいし、あるいは重なっていなくともよい。
さらに、検出素子は、検出部に被測定ガスを晒すためのガス導入部を有し、ガス導入部は、軸線方向において、第１内側導入孔と第２内側導入孔との間に配置されることが好ましい。このガス導入部とは、検出素子の検出部に被測定ガスを晒すための部位であり、このガス導入部が軸線方向において、第１内側導入孔と第２内側導入孔の間に配置されることで、第１内側導入孔とガス導入部及び、第２内側導入孔とガス導入部とのそれぞれの距離がともに短くなり、早期に検出部に被測定ガスを導入でき、検出素子のガス応答性を高めることができる。

さらに、第１導入孔の個数は、第２導入孔の個数よりも少ないことが好ましい。つまり、ガス導入部よりも後端側に配置される第２内側導入孔が、ガス導入部よりも先端側に配置される第１内側導入孔よりも孔の個数が多いことが好ましい。内側導入孔から取り込まれた被測定ガスは内側プロテクタの先端側に向かって流れることになる。よって、ガス導入部よりも後端側に配置された第２内側導入孔の個数がより多いことで、内側プロテクタに導入される被測定ガスをよりガス導入部に晒すことができるため、検出素子のガス応答性を高めることができる。

本実施形態のガスセンサ１の部分断面図である。本実施形態のガスセンサ１の先端側を拡大した部分断面図である。図２の２点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向から見た場合の内側プロテクタ１２０の断面図である。図２の２点鎖線Ｂ−Ｂにおいて矢視方向から見た場合の内側プロテクタ１２０の断面図である。内側導入孔１３０および内側導入孔１４０を軸線Ｏと直交する仮想平面上に重ねて見た図である。別実施形態のガスセンサ５００の先端側を拡大した部分断面図である。内側導入孔の開口面積の合計と、ガスセンサの応答性との関係を示すグラフである。内側導入孔の１つの開口面積と、ガスセンサの耐被水性との関係を示すグラフである。変形形態のガスセンサ１の先端側を拡大した部分断面図である。

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、ガスセンサ１の先端側を拡大した部分断面図である。なお、図１，図２において、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。

センサ素子１０は公知にあるような軸線Ｏ方向に延びる短冊状をなし、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。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検出電極と（共に図示しない）から構成され、その検出電極は、センサ素子１０の先端側の検出部１１に配置されている。さらに、この検出部１１に排気ガスを晒すためのガス導入部１７が設けられている。そして、検出電極を排気ガスによる被毒から保護するため、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、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、本実施の形態ではセンサ素子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。

センサ素子１０の胴部１３の中央よりやや先端側には、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、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等の低炭素鋼からなり、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。なお、主体金具５０が、本発明における「ハウジング」に相当する。

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、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およびセンサ素子１０が主体金具５０内で位置決め保持される。主体金具５０内の気密は加締め部５３とスリーブ２７の肩部２８との間に介在される加締めパッキン２９によって維持され、燃焼ガスの流出が防止される。

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、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。

そして外筒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。

そして、主体金具５０に保持されたセンサ素子１０は、その検出部１１が、主体金具５０の先端部（先端係合部５６）より突出された状態となる。この先端係合部５６には、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）による汚損や被水などによる折損等から保護するためのプロテクタ１００が嵌められ、レーザ溶接によって固定されている。プロテクタ１００は、側面に複数の孔を有した有底筒状の内側プロテクタ１２０と、内側プロテクタ１２０の外周面との間に空隙（ガス分離室１１９（図２参照））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筒状をなし、側面に複数の孔を有した外側プロテクタ１１０とから構成される２重構造を有する。

図２に示すように、内側プロテクタ１２０は、その内径が主体金具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に係合するように拡径されている。内側プロテクタ１２０の側壁１２２には、基端部１２１寄りで軸線Ｏ方向の位置Ｘにおける外周面の周方向に、複数（本実施の形態では６個）の内側導入孔１３０が形成されている。また側壁１２２には、軸線Ｏ方向の位置Ｘよりも先端側の位置Ｙにおける外周面の周方向に、同様に、複数（本実施の形態では６個）の内側導入孔１４０が形成されている。これら各内側導入孔１３０，１４０は、後述する外側プロテクタ１１０の外側導入孔１１５を介して外側プロテクタ１１０と内側プロテクタ１２０との間の空隙（ガス分離室１１９）に導入された排気ガスのうち、主にガス成分を内側プロテクタ１２０内、すなわちセンサ素子１０の検出部１１が露出された検出室１２９内に導入させるために開口されている。そして、この各内側導入孔１３０、１４０はセンサ素子１０の先端よりも後端側に形成されている。なお、各内側導入孔１３０，１４０の配置位置関係の詳細については後述する。なお、軸線Ｏ方向の位置Ｘが、本発明における「第１の位置」に相当し、内側導入孔１３０が、本発明における「第１内側導入孔」に相当する。また、軸線Ｏ方向の位置Ｙが、本発明における「第２の位置」に相当し、内側導入孔１４０が、本発明における「第２内側導入孔」に相当する。

また、内側プロテクタ１２０の側壁１２２の先端側には、内部に向けて切り込み状に開口された水抜き孔１５０が、外周面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。この水抜き孔１５０は、センサ素子１０の先端よりも先端側に形成されている。そして、内側プロテクタ１２０の底壁１２３にも、排出孔１６０が開口されている。

次に、外側プロテクタ１１０は、内側プロテクタ１２０と同様に開口端側の基端部１１１の外径が拡径されており、その基端部１１１が、内側プロテクタ１２０の基端部１２１に係合されている。レーザ溶接は、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ごと先端係合部５６に固定するように、外側プロテクタ１１０の基端部１１１の外周を一周して行われている。また、この外側プロテクタ１１０の先端側の端部１１３は、内側プロテクタ１２０の底壁１２３付近にて内側プロテクタ１２０の外周面に向け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の外周面と外側プロテクタ１１０の内周面との間の空隙が先端側にて閉塞されて、ガス分離室１１９として構成されている。

また、外側プロテクタ１１０の側壁１１２の先端側で、上記した軸線Ｏ方向の位置Ｙよりも先端側の位置における外周面の周方向には、外側プロテクタ１１０の外部と内部とを大気連通する複数（本実施の形態では８個）の外側導入孔１１５が形成されている。これら外側導入孔１１５のそれぞれには、内側に向けて延出するガイド体１１６が設けられている。ガイド体１１６は、外部から外側導入孔１１５を介してガス分離室１１９内に導入される排気ガスに、内側プロテクタ１２０の側壁１２２の外周面を取り囲む状態で旋回流を生じさせる機能を担う。

このような構成を有するガスセンサ１では、検出室１２９内（内側プロテクタ１２０内）に露出されるセンサ素子１０の検出部１１を被水による影響から保護するため、内側プロテクタ１２０に開口された複数の内側導入孔１３０，１４０の大きさに規定を設けている。具体的には、ガス分離室１１９でガス成分と分離された水分の塊（水滴）が検出室１２９内に入り込みにくくするために、各内側導入孔１３０，１４０の最小開口長さ（本実施例では、各内側導入孔１３０、１４０が円形状であるため、その直径が最小開口長さである）Ｃをφ１．５ｍｍとしている。このように、各内側導入孔１３０、１４０の最小開口長さＣを２ｍｍ以下とすることで、２ｍｍより大きい球状の水滴が各内側導入孔１３０、１４０を通過することがなくなり、その結果、内側プロテクタ１２０内に収容されたセンサ素子１０の検出部１１に付着する水滴の量や大きさがさらに効果的に制限され、クラックや割れ等の発生を防止することができる。もっとも、各内側導入孔１３０，１４０の最小開口長さＣが小さいほど、検出室１２９内への水滴の進入を防止しやすいが、こうした大きさの孔を工業的に作製するにはレーザ加工やプラズマ加工などの方法を用いる必要がある。そのような加工は作業に手間がかかり生産コストも高くなるため、生産効率を高めるにはパンチ等の治具を用いて開口することが好ましく、治具の耐久性を考慮すると、各内側導入孔１３０，１４０の最小開口長さＣをφ１．５ｍｍ以上とすることが望ましい。

また、各内側導入孔１３０，１４０の開口面積をそれぞれ１．７７ｍｍ^２としている。このように、各内側導入孔１３０、１４０の開口面積をいずれも３．５ｍｍ^２以下とすることで、その大きさより大きな直径の水滴が各内側導入孔１３０、１４０を通過して内側プロテクタ１２０内に進入することを防止することができる。このため、内側プロテクタ１２０内に収容されたセンサ素子１０の検出部１１に付着する水滴の量や大きさが制限され、微量の水滴の付着程度で済むため、センサ素子１０が熱衝撃を受けるエネルギーが小さくなり、クラックや割れ等の発生を防止することができる。一方、開口面積を上記のように規定すると、各内側導入孔１３０，１４０の開口面積が小さくなってガス検出室１１９内のガス交換性の低下が懸念される。そこで、後述する実施例１の評価試験の結果に基づいて、内側導入孔１３０，１４０の開口面積の合計を１０ｍｍ２以上とすることと定めている。本実施の形態では一例として、開口面積１．７７ｍｍ^２の．内側導入孔１３０を６個、開口面積１．７７ｍｍ^２の内側導入孔１４０を６個設けている。つまり、開口面積の合計は２１．２ｍｍ^２となり、十分なガス交換性を確保することができる。このように、すべての内側導入孔１３０、１４０の開口面積の合計を１０ｍｍ^２以上とすることで、内側プロテクタ１２０全体でみたときの内側導入孔１３０、１４０の開口面積が十分に確保されるため、ガス交換性が低下することなく、センサ素子１０は、十分な、ガス応答性を得ることができる。

さらに、内側導入孔１３０、１４０は、合計６個以上形成されているので、全ての内側導入孔１３０、１４０の開口面積の合計は１０ｍｍ^２以上に維持しつつ、内側導入孔１３０、１４０の一個辺りの開口面積をより小さくできる。よって、内側プロテクタ１２０内に収容されたセンサ素子１０のクラックや割れ等の発生をより防止することができる。
また、水抜き孔１５０は、外側プロテクタ１１０および内側プロテクタ１２０の間に侵入した水滴を、内部プロテクタ１２０内に入れ、さらに、排出孔１６０から排出するためのものである。このような水滴の排出効率を考慮して、水抜き孔１５０は外部導入孔１１５よりも先端側に設けられている。さらに、水抜き孔１５０から進入した水分がセンサ素子１０に付着するのを防止するために、センサ素子１０よりも先端側に設けられており、本発明の「内部導入孔」には該当しない。

そして、内側プロテクタ１２０の強度が失われたりしないように、各内側導入孔１３０，１４０の個数や配置位置関係についても規定を設けている。これらの各規定について、以下、図２〜図５を参照して説明する。図３は、図２の２点鎖線Ａ−Ａにおいて矢視方向から見た場合の内側プロテクタ１２０の断面図である。図４は、図２の２点鎖線Ｂ−Ｂにおいて矢視方向から見た場合の内側プロテクタ１２０の断面図である。図５は、内側導入孔１３０および内側導入孔１４０を軸線Ｏと直交する仮想平面上に重ねて見た図である。

前述したように、図２に示す、内側プロテクタ１２０の側壁１２２には複数の内側導入孔１３０，１４０が設けられており、そのうちの内側導入孔１３０は、軸線Ｏ方向において基端部１２１寄りの位置Ｘにおける外周面の周方向に複数（本実施の形態では６個）設けられている。また、内側導入孔１４０は、軸線Ｏ方向において位置Ｘよりも先端側の置Ｙにおける外周面の周方向に複数（本実施の形態では６個）設けられている。

図３に示すように、軸線Ｏ上の位置Ｘを含み軸線Ｏと直交する仮想平面（図３の紙面に相当する。）において、軸線Ｏの位置を通る任意の仮想直線Ｅ−Ｅと、内側プロテクタ１２０の側壁１２２とが交差する位置のうちの一方の位置をＤ０とする。そして位置Ｄ０を基準に、軸線Ｏの位置を中心として等間隔θ度（例えば６０度）ずつ側壁１２２上でずれた位置をＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄ５とする。各内側導入孔１３０は、上記各位置Ｄ０，Ｄ１，・・・，Ｄ５をそれぞれ中心とし、内側プロテクタ１２０の側壁１２２の厚み方向に、内径Ｃ（例えばφ１．５ｍｍ）の大きさを有する孔として、側壁１２２を貫通して開口されている。

一方、図４に示すように、上記仮想直線Ｅ−Ｅを、軸線Ｏ上の位置Ｙを含み軸線Ｏと直交する仮想平面（図４の紙面に相当する。）に重ねたときに、仮想直線Ｅ−Ｅを、軸線Ｏの位置を中心として０度より大きくθ度より小さい角度分（本実施の形態ではθ／２度）回転させた仮想直線Ｆ−Ｆと、内側プロテクタ１２０の側壁１２２とが交差する位置のうちの一方の位置をＧ０とする。そして位置Ｇ０を基準に、上記同様、軸線Ｏの位置を中心として等間隔θ度（例えば６０度）ずつ側壁１２２上でずれた位置をＧ１，Ｇ２，・・・，Ｇ５とする。各内側導入孔１４０は、上記各位置Ｇ０，Ｇ１，・・・，Ｇ５をそれぞれ中心とし、内側プロテクタ１２０の側壁１２２の厚み方向に、内側導入孔１３０と同様の内径Ｃ（例えばφ１．５ｍｍ）の大きさを有する孔として、側壁１２２を貫通して開口さ
れている。

つまり、図５に示すように、各内側導入孔１３０と各内側導入孔１４０とを同一の軸線Ｏと直交する仮想平面（図５の紙面に相当する。）上に重ねて見た場合、位置Ｄ０，Ｄ１，・・・，Ｄ５をそれぞれの孔の中心とする各内側導入孔１３０と、位置Ｇ０，Ｇ１，・・・，Ｇ５をそれぞれの中心とする各内側導入孔１４０とが、軸線Ｏの位置を中心とする周方向においてそれぞれ互いにθ／２度ずつずれて配置されることとなる。このようにして、各内側導入孔１３０の中心位置と、各内側導入孔１４０の中心位置とは、図２に示す、内側プロテクタ１２０の側壁１２２の外周面において、それぞれ軸線Ｏ方向に重ならない位置に配置した。

このように、各内側導入孔１３０と、各内側導入孔１４０との配置関係を規定するにあたって、各内側導入孔１３０の中心位置と、各内側導入孔１４０の中心位置とを図５で示した軸線Ｏと直交する仮想平面に重ねて見たときに、軸線Ｏを中心とする周方向において、それぞれが互いに距離Ｃ（内側導入孔１３０，１４０の内径）よりも離れた位置に配置されるようにすることが好ましい。すなわち、各内側導入孔１３０と、各内側導入孔１４０とが、側壁１２２の軸線Ｏ方向において重ならないようにすることが望ましい。このようにすれば、任意の内側導入孔１３０と、任意の内側導入孔１４０との間の距離のばらつきを低減することができ、内側プロテクタ１２０の強度を維持することができる。より好ましくは、図５で示した軸線Ｏと直交する仮想平面に各内側導入孔１３０と各内側導入孔１４０とを重ねて見たときに、周方向において、各内側導入孔１３０，１４０の中心位置が、等間隔にずれて配置されているとよい。このようにすれば、任意の内側導入孔１３０と、任意の内側導入孔１４０との間の距離のばらつきをなくすことができるため、内側プロテクタ１２０の強度をより確実に維持することができる。

また、本実施の形態では、各内側導入孔１３０，１４０が内側プロテクタ１２０の側壁１２２に、それぞれ６個設けられ、且つ、その外周面の周方向において等間隔となるように配置されている。ガスセンサ１を自動車の排気管（図示外）に取り付けた際に、排気ガスの流通方向は、通常、軸線Ｏ方向と直交する方向あるいはそれに近い方向となる。３個以上からなる内側導入孔１３０と内側導入孔１４０とをそれぞれ周方向に等間隔に配置したことで、ガスセンサ１の排気管への取り付け後、内側プロテクタ１２０の外周面のうち周方向におけるどの面が排気ガスの流通方向上流を向いていても、いずれかの内側導入孔１３０，１４０が、確実に、排気ガスの流通方向上流に向けて開口された状態となるようにすることができる。なお、外側プロテクタ１１０の各外側導入孔１１５についても同様に、周方向に等間隔に配置されている。

また、本実施の形態では、センサ素子１０のガス導入部１７が、軸線方向において、内側導入孔１３０と内側導入孔１４０との間に配置されている。これにより、内側導入孔１３０とガス導入部１７及び、内側導入孔１４０とガス導入部１７とのそれぞれの距離がともに短くなり、早期に検出部１１に排気ガスを導入でき、センサ素子１０のガス応答性を高めることができる。

次に、別実施形態について図６を参照して説明する。別実施形態のガスセンサ５００は、本実施形態のガスセンサ１と比較して、内側プロテクタの形状のみが異なり、他の部位はほぼ同一である。従って、以下においては、内側プロテクタ６２０を中心に説明する。

別実施形態のガスセンサ５００は、本実施形態と同様にセンサ素子５１０の検出部５１１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プロテクタ６００が主体金具５５０に嵌められ、レーザ溶接によって固定されている。プロテクタ６００は、側面に複数の孔を有した有底筒状の内側プロテクタ６２０と、内側プロテクタ６２０の外周面との間に空隙（ガス分離室６１９（図６参照））を有した状態で内側プロテクタ６２０の径方向周囲を取り囲む筒状をなし、側面に複数の孔を有した外側プロテクタ６１０とから構成される２重構造を有する。

外側プロテクタ６１０は、開口端側の基端部６１１の外径が拡径されており、その基端部６１１が、後述する内側プロテクタ６２０の基端部６２１に係合されている。レーザ溶接は、外側プロテクタ６１０の基端部６１１を内側プロテクタ６２０の基端部６２１ごと主体金具５５０に固定するように、外側プロテクタ６１０の基端部６１１の外周を一周して行われている。また、この外側プロテクタ６１０の先端側の端部６１３は、後述する内側プロテクタ６２０の底壁６２３付近にて内側プロテクタ６２０の外周面に向け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６２０の外周面と外側プロテクタ６１０の内周面との間の空隙が先端側にて閉塞されて、ガス分離室６１９として構成されている。

また、外側プロテクタ６１０の側壁６１２の先端側で、後述する内側プロテクタ６２０よりも先端側の位置における外周面の周方向には、外側プロテクタ６１０の外部と内部とを大気連通する複数（本実施の形態では８個）の外側導入孔６１５が形成されている。これら外側導入孔６１５のそれぞれには、内側に向けて延出するガイド体６１６が設けられている。ガイド体６１６は、外部から外側導入孔６１５を介してガス分離室６１９内に導入される排気ガスに、後述する内側プロテクタ６２０の側壁６２２の外周面を取り囲む状態で旋回流を生じさせる機能を担う。

そして、図６に示すように、内側プロテクタ６２０は、開口端側（後端側）の基端部６２１は、主体金具５５０に係合するように拡径されている。内側プロテクタ６２０の側壁６２２には、先端側に向かって径方向に縮径するテーパ部６２４を有しており、そのテーパ部６２４の周方向に複数（別実施形態では８個）内側導入孔６３０が形成されている。これら内側導入孔６３０は、外側プロテクタ６１０の外側導入孔６１５を介して外側プロテクタ６１０と内側プロテクタ６２０との間の空隙（ガス分離室６１９）に導入された排気ガスのうち、主にガス成分を内側プロテクタ６２０内、すなわちセンサ素子５１０の検出部５１１が露出された検出室６２９内に導入させるために開口されている。そして、この内側導入孔６３０はセンサ素子１０の先端よりも後端側に形成されている。

また、内側プロテクタ６２０の側壁６２２の先端側には、内部に向けて切り込み状に開口された水抜き孔６５０が、外周面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。この水抜き孔６５０は、センサ素子１０の先端よりも先端側に形成されている。そして、内側プロテクタ６２０の底壁６２３にも、排出孔６６０が開口されている。

このように、内側プロテクタ６２０のテーパ部６２４を有する場合には、内側導入孔６３０が該テーパ部６２４に形成されていることで、内側導入孔６３０よりも小さい水滴が内側プロテクタ１２０内に入り込んだとしても、センサ素子５１０の検出部５１１よりも比較的温度が低い後端側に水滴が付着するため、センサ素子５１０の検出部５１１が熱衝撃を受けにくくなり、クラックや割れ等の発生を防止することができる。

さらに、別実施形態では、センサ素子５１０のガス導入部５１７はテーパ部６２４とテーパ部６２４の先端側に連なる筒状部６２６との境界を跨ぐように配置されている。これにより、内側導入孔６３０とガス導入部６１７との距離が短くなり、早期に検出部６１１に排気ガスを導入できる。その結果、センサ素子１０のクラックや割れ等の発生を防止しつつ、センサ素子１０のガス応答性をより高めることができる。

［実施例１］
上記のように、各内側導入孔１３０，１４０の大きさや数、配置位置関係を規定したことによる効果を確認するため、まず、内側プロテクタ１２０に形成する内側導入孔１３０，１４０の合計の開口面積とガス交換性と関係について評価試験を行った。

この評価試験では、内側プロテクタに内側導入孔を軸線Ｏ方向における同位置で、周方向に等間隔な位置にて３個開口した第１のサンプルと、同様に周方向に等間隔な位置にて６個開口した第２のサンプルと、軸線Ｏ方向の異なる２箇所の位置にて、それぞれ周方向に等間隔な位置にて６個ずつ、合計１２個開口した、本実施の形態の内側プロテクタ１２０と同等の第３のサンプルとを用意した。なお、第１〜第３のサンプルの各内側導入孔の開口面積は、１．７７ｍｍ^２（φ１．５ｍｍの円形状）とした。また、比較例として、軸線Ｏ方向の同位置にて、軸線Ｏ方向に長い長円形をなす従来の形態の内側導入孔を、周方向に等間隔に６個開口した内側プロテクタの第４のサンプルを用意した。なお、第１のサンプルの内側導入孔の開口面積は５．３ｍｍ２であり、第２のサンプルの内側導入孔の開口面積は１０．６ｍｍ２である。また、第３のサンプルの内側導入孔の開口面積は２１．２ｍｍ２であり、第４のサンプルの内側導入孔の開口面積は３６．８ｍｍ２である。

そして、第１〜第４のサンプルをそれぞれ取り付けて組み立てたガスセンサを作製し、プロパンガスを用いたガス応答性の机上試験を行った。具体的には一定周期（例えば１秒）毎に、バーナーによるプロパンガスの燃焼時におけるプロパンガスに対する空気の過剰率を示すλ値が０．９と１．１との間で交番されるように制御した雰囲気中に各ガスセンサを配置した。そして、プロパンガスをバーナーに供給した際のλ値の交番タイミングと、ガスセンサにより検出されたλ値の交番タイミングとのずれを測定することで、各ガスセンサの出力幅の６３％に到達する応答時間をそれぞれ測定した。なお、各ガスセンサの違いは内側プロテクタの構造の違いのみであり、ガス応答性の良否はそのまま、内側プロテクタの内外におけるガス交換性の良否を表すものである。

内側プロテクタの第１のサンプルを組み付けたガスセンサの応答時間は、約１．３秒であった。また、第２，第３のサンプルを組み付けたガスセンサの応答時間は、それぞれ約１．０秒，約０．８秒となった。一方、比較例である第４のサンプルを組み付けたガスセンサの応答時間は、約０．９５秒であった。この評価試験の結果をグラフ化したものを図７に示す。なお、図７のグラフ中、各点に付された数字は各サンプル番号を示す。

図７のグラフから明らかなように、開口された内側導入孔の個数が増えるに従って、すなわち内側導入孔の開口面積の合計が大きくなるに従って、ガスセンサの応答時間が短くなり、ガスセンサの応答性（内側プロテクタのガス交換性）が向上することがわかった。また、第２のサンプルを用いたガスセンサの応答時間は、第４のサンプルを用いたガスセンサの応答時間と大差なく、更に、第３のサンプルを用いたガスセンサは、第４のサンプルを用いたガスセンサよりも応答時間が早くなることがわかった。この第３のサンプルは、内側導入孔の開口面積の合計が、第４のサンプルのものよりも小さいのにもかかわらず、ガス応答性は良好となった。従って、少なくとも６個以上の孔が開口された内側プロテクタをガスセンサに用いれば、従来のガスセンサと同程度あるいはそれ以上のガス応答性、すなわち内側プロテクタのガス交換性を得られることがわかった。

［実施例２］
次に、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１３０，１４０のそれぞれの開口面積と、センサ素子１０の耐被水性についての評価試験を行った。この評価試験では、内側プロテクタ１２０に、軸線Ｏ方向の異なる２箇所の位置にて、それぞれ周方向に等間隔な位置にて６個ずつ、合計１２個の内側導入孔１３０、１４０を開口した、本実施の形態の内側プロテクタ１２０と同等のサンプルを３つ用意し、それぞれ第８，第９，第１０のサンプルとした。この第８〜第１０のサンプルの各内側導入孔１３０、１４０のそれぞれの開口面積は、１．７７ｍｍ^２（φ１．５ｍｍの円形状）とした。また、第８〜第１０のサンプルの各内側導入孔１３０、１４０の１つの開口面積を３．１４ｍｍ^２（φ２．０ｍｍの円形状）とした第１１，第１２，第１３の３つのサンプルを同様に用意した。そして比較例として、軸線Ｏ方向の同位置にて、軸線Ｏ方向に長い長円形をなす従来の形態の内側導入孔を、周方向に等間隔に６個開口した内側プロテクタの第５，第６，第７の３つのサンプルを用意した。この第５〜第７のサンプルの各内側導入孔は、１つの開口面積が６．１ｍｍ^２であり、最大でφ２．０ｍｍの球体が通過可能な開口幅を有する。

そして、第５〜第１３のサンプルをそれぞれ取り付けて組み立てたガスセンサ１を作製した。この組み立ての際に、各ガスセンサ１のセンサ素子１０の表面にカーボンを塗布した。次に各ガスセンサ１を評価試験装置に取り付け、３０秒間の試験運転を行った後に回収し、各サンプルを取り外して各センサ素子１０の状態を調べた。センサ素子１０の表面に水滴が付着した場合、カーボンが剥がれ、水滴の付着位置のみ白抜け状態となる。そこで各サンプルごとに、センサ素子１０のカーボン塗布領域全体に対する白抜けした領域のおおよその割合（水滴の付着率）を目視により確認した。また、白抜けした部分のうち、最も大きな外径の水滴が付着したと思われる部分の直径、すなわち、内側導入孔１３０、１４０を通過した水滴の最大径を測定した。この結果を図８に示す。なお、図８において、棒グラフが水滴の付着率であり、プロットが水滴の最大径である。

第８，第９，第１０のサンプルを組み付けたガスセンサ（開口面積が１．７７ｍｍ^２）では、内側導入孔１３０、１４０を通過した水滴の付着率はいずれも２％以下であり、水滴の最大径はいずれもφ１ｍｍ以下であった。また、第１１，第１２，第１３のサンプルを組み付けたガスセンサ（開口面積が３．１４ｍｍ^２）では、内側導入孔１３０、１４０を通過した水滴の付着率はいずれも５％以下であり、水滴の最大径は、いずれもφ１．５ｍｍ以下であった。一方、第５，第６，第７のサンプルを組み付けたガスセンサ（１つの開口面積が６．１ｍｍ^２）では、φ２．０ｍｍの球体が通過可能な開口幅を有する内側導入孔１３０、１４０を通過した水滴の付着率は、１５％〜２５％であり、水滴の最大径については、最も大きいものでφ８．０ｍｍのものの付着が確認された。

従来のガスセンサに用いられている内側プロテクタに開口された内側導入孔と比べ、１つの開口面積を３．５ｍｍ^２以下とした内側プロテクタ１３０、１４０では、その内側導入孔１３０、１４０を通過できる水滴の大きさが制限され、通過する水滴の量も低減し、センサ素子１０の耐被水性を向上させるのに十分な効果を得られることが確認できた。

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。例えば、本実施形態では、内側導入孔１３０，１４０を、側壁１２２の軸線Ｏ方向に異なる位置Ｘ，Ｙにおける外周面の周方向にそれぞれ設け、すなわち軸線Ｏ方向において２段に構成したが、軸線Ｏ方向に異なる位置が３箇所以上、すなわち軸線Ｏ方向において３段以上に構成してもよい。

また、本実施形態では、内側導入孔１３０と内側導入孔１４０を同じ個数設けたが、これに限られず、図９に示されるように、内側導入孔１３０の個数（図９では、６個）よりも内側導入孔１４０の個数（図９では３個）の方が少なくしても良い。これにより、内側プロテクタ１２０に導入される排気ガスをよりガス導入部１７に晒すことができるため、センサ素子１０のガス応答性をより効果的に高めることができる。

また、内側導入孔１３０，１４０の開口形状は開口面積が３．５ｍｍ^２以下であれば円形に限られず、楕円形であっても多角形であっても、あるいはスリット形状であってもよい。この場合、φ２．０ｍｍより大きな球体が通過できない形状を有することが好ましい。もっとも、製造に用いる治具の耐久性等を踏まえた形状を考慮すると、円形であることが望ましい。

また、本実施形態では、位置Ｘと位置Ｙとの距離を離すことで、軸線Ｏ方向における内側導入孔１３０と内側導入孔１４０とが重なったとしても十分に内側プロテクタ１２０の強度を維持することが可能である。

また、各内側導入孔１３０，１４０はそれぞれ側壁１２２の外周面の周方向において等間隔に配置されることが望ましいとしたが、内側プロテクタ１２０の強度を十分に維持できる配置であれば、必ずしも等間隔に配置されていなくともよい。例えば、周方向に１２０度ずつ離れた３点をそれぞれ中心に、集中配置してもよい。また、本実施の形態では全領域空燃比センサを例に説明したが、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ、温度センサ等に取り付けられるプロテクタにも同様に適用できる。

１、５００ガスセンサ
１０、５１０センサ素子
１１、５１１検出部
１７、５１７ガス導入部
５０、５５０主体金具
５６先端係合部
１１０、６１０外側プロテクタ
１１５、６１５外側導入孔
１１９、６１９ガス分離室
１２０、６２０内側プロテクタ
１２１、６２１基端部
１３０，１４０、６３０内側導入孔

Claims

自身の先端側に被検出ガス中の特定ガス成分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から突出させた状態で、前記検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、
自身の内部に前記検出素子の前記検出部を収容した状態で、自身の基端部が前記ハウジングの先端部に固定されると共に、前記検出素子先端より後端側に設けられ、自身の内部に被検出ガスを導入するための複数の内側導入孔が外周面に周方向にわたって設けら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た状態で前記内側プロテクタの径方向周囲を取り囲む円筒状をなし、自身の基端部が前記ハウジングの先端部に固定されると共に、軸線方向における前記内側プロテクタの前記内側導入孔の形成位置よりも先端側の外周面に、前記空隙に被検出ガスを導入するための複数の外側導入孔が周方向にわたって設けられた外側プロテクタと
を備えたガスセンサにおいて、
前記内側導入孔の開口面積は、いずれも３．５ｍｍ^２以下であり、且つすべての前記内側導入孔の開口面積の合計が、１０ｍｍ^２以上であり、
前記内側プロテクタの前記外周面は、先端側に向かって径方向に縮径するテーパ部を有し、
前記内側導入孔は、該テーパ部に形成され、
前記内側プロテクタは、前記テーパ部の先端側に連なる筒状部を有し、且つ前記検出素子は、前記検出部に前記被測定ガスを晒すためのガス導入部を有し、
前記ガス導入部は、前記テーパ部と前記筒状部との境界を跨ぐように配置されていることを特徴とするガスセンサ。
前記内側導入孔の開口面積は、いずれも２ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
前記内側導入孔の最小開口長さは、いずれも２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のガスセンサ。
前記内側導入孔は、前記内側プロテクタに６個以上形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガスセンサ。
前記内側導入孔は、前記内側プロテクタに８個以上形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガスセンサ。
前記内側導入孔は、軸線方向における第１の位置に周方向にわたって配置された複数の第１内側導入孔と、前記第１の位置よりも後端側の第２の位置に周方向にわたって配置された複数の第２内側導入孔とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガスセンサ。
複数の前記第１内側導入孔と、複数の前記第２内側導入孔とは、それぞれ、周方向に重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ。
前記検出素子は、前記検出部に前記被測定ガスを晒すためのガス導入部を有し、
前記ガス導入部は、軸線方向において、前記第１内側導入孔と前記第２内側導入孔との間に配置されることを特徴とする請求項６又は７記載のガスセンサ。
自身の先端側に被検出ガス中の特定ガス成分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から突出させた状態で、前記検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、
自身の内部に前記検出素子の前記検出部を収容した状態で、自身の基端部が前記ハウジングの先端部に固定されると共に、前記検出素子先端より後端側に設けられ、自身の内部に被検出ガスを導入するための複数の内側導入孔が外周面に周方向にわたって設けら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た状態で前記内側プロテクタの径方向周囲を取り囲む円筒状をなし、自身の基端部が前記ハウジングの先端部に固定されると共に、軸線方向における前記内側プロテクタの前記内側導入孔の形成位置よりも先端側の外周面に、前記空隙に被検出ガスを導入するための複数の外側導入孔が周方向にわたって設けられた外側プロテクタと
を備えたガスセンサにおいて、
前記内側導入孔の開口面積は、いずれも３．５ｍｍ ^２以下であり、且つすべての前記内側導入孔の開口面積の合計が、１０ｍｍ ^２以上であり、
前記内側導入孔は、軸線方向における第１の位置に周方向にわたって配置された複数の第１内側導入孔と、前記第１の位置よりも後端側の第２の位置に周方向にわたって配置された複数の第２内側導入孔とを有し、
前記検出素子は、前記検出部に前記被測定ガスを晒すためのガス導入部を有し、
前記ガス導入部は、軸線方向において、前記第１内側導入孔と前記第２内側導入孔との間に配置されることを特徴とするガスセンサ。
前記第１内側導入孔の個数は、前記第２内側導入孔の個数よりも少ないことを特徴とする請求項８又は９記載のガスセンサ。