JP6276662B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、被検出ガス中に晒され、この中の特定ガス成分を検出する検出素子を備えるガスセンサに関し、特に、検出素子を被水等から保護するプロテクタを備えるガスセンサに関する。

従来、自動車の排気管等に取り付けられて使用され、排気ガス中の特定ガス（例えばＮＯｘ（窒素酸化物）や酸素など）の濃度に応じて、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るガスセンサが知られている。このようなガスセンサでは、検出素子が高温になっているときに、この検出素子に排気ガスに含まれる水滴が付着（被水）すると、熱衝撃によってこの検出素子にクラック等の破損が生ずるおそれがある。そこで、ガスセンサに検出素子を覆うプロテクタを装着して、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）。

特開２０１１−１１２５５７号公報

特許文献１のガスセンサは、センサー素子（検出素子）と、センサー素子を覆うと共に外側から内側への被測定ガス（被検出ガス）の流れを許容する第１のガス導入孔を有する第１の保護カバー（内側プロテクタ）と、第１の保護カバーを覆うと共に外側から内側への被測定ガスの流れを許容する第２のガス導入孔を有する第２の保護カバー（外側プロテクタ）と、第２のガス導入孔から第１の保護カバーと第２の保護カバーとの間を経て第１のガス導入孔に至り、該第１のガス導入孔から第１の保護カバーの内側に入り、センサー素子の先端に達するガス流路とを備えている。

さらに、特許文献１のガスセンサは、第１の保護カバーと第２の保護カバーとの少なくとも一方が、ガス流路のうち第２のガス導入孔から第１のガス導入孔に至る流路の少なくとも一部の幅を狭めるように配置され、中身の詰まった中実形状又は内部に密閉空間を有する形状の内壁部材を備えている。

また、特許文献１のガスセンサでは、内側プロテクタの先端部の側面に、内側プロテクタの内側から外側へ被検出ガスを排出するための貫通孔（内側ガス排出孔）が形成されている。さらに、内側プロテクタの先端部を包囲する外側プロテクタの先端部の底部に、外側プロテクタの内側から外側へ被検出ガスを排出するための貫通孔（外側ガス排出孔）が形成されている。なお、外側ガス排出孔は、外側プロテクタの中心軸上に形成されている。また、外側プロテクタの先端部は、円筒形状の側壁と、円盤形状の底部とからなる。

上記形態の特許文献１のガスセンサでは、以下のような経路で、内部に取り込んだ被検出ガスを外部に排出する。具体的には、内側プロテクタの内部空間内に導入された被検出ガスは、内部空間から内側ガス排出孔を通じて側方（径方向外側）に排出されて、外側プロテクタの先端部の側壁と内側プロテクタの先端部の側壁との間の空間に進む。その後、被検出ガスは、上記空間内を軸線方向先端側に進んだ後、外側プロテクタの底部と内側プロテクタの底部との間隙内を、中心軸側に進む。その後、外側プロテクタの底部に形成されている外側ガス排出孔を通じて、プロテクタの外部に排出される。

しかしながら、上記のようなガス排出路では、内側プロテクタの内部空間内に被検出ガスを効率よく速やかに導入すること、及び内側プロテクタの内部空間内に導入された被検出ガスを外部に効率よく速やかに排出することが困難であり、その結果、ガスセンサの応答性が低下する虞があった。
特に、近年、内燃機関の排気エミッションに対する規制が強化されてきており、これに伴い、排気ガスの気筒差をモニタ可能なガスセンサが求められている。気筒差をモニタするには、気筒毎にガスセンサを設置すればよいが、コスト増となることから、多気筒エンジンの排気管集合部に単一のガスセンサを設置して、各気筒毎の空燃比をモニタする方法が知られている。このような方法を行う場合、各気筒毎に排出されるガスに対して、ガスセンサが迅速に応答することが求められている。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、ガス導入性や、ガス排出性を向上させることによりガスセンサの応答性を高めると共に、検出素子を被水から適切に保護することができるプロテクタを備えるガスセンサを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、軸線方向に延びる形態をなし、先端側に被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有する検出素子と、自身の先端から上記検出部を突出させた状態で、上記検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、上記ハウジングに固定されると共に、上記検出部の周囲を取り囲むプロテクタと、を備え、上記プロテクタは、自身の内部空間内に上記検出部を収容する内側プロテクタと、上記内側プロテクタを収容する外側プロテクタと、を有するガスセンサにおいて、上記内側プロテクタは、筒状をなし、自身を貫通する第１内孔を有する第１内側壁と、上記第１内側壁よりも軸線方向先端側に位置し、上記第１内側壁よりも小径の筒状をなす第２内側壁であって、自身を貫通する第２内孔を有する第２内側壁と、上記第２内側壁の先端側を閉塞する内底壁と、を備え、上記外側プロテクタは、上記第１内側壁との間に筒状の第１空間を形成しつつ上記第１内側壁の周囲を取り囲む筒状の第１外側壁であって、自身を貫通する第１外孔を、上記第１内孔よりも上記軸線方向先端側に有する第１外側壁と、上記第１外側壁よりも上記軸線方向先端側に位置し、上記第１外側壁よりも小径で且つ上記第１内側壁よりも大径の筒状をなし、上記第２内側壁との間に筒状の第２空間を形成しつつ上記第２内側壁の周囲を取り囲む第２外側壁であって、自身の基端部が上記第１内側壁の先端部と前記径方向に重なりつつ、上記内底壁よりも上記軸線方向先端側にまで延びる第２外側壁と、上記第２外側壁よりも上記軸線方向先端側に位置し、第２外孔を有する外底壁と、を備え、前記第２外孔の総開口面積Ａ、前記第２内孔の総開口面積Ｂ、前記第１内孔の総開口面積Ｃ、及び、前記第１外孔の総開口面積Ｄが、Ａ≦Ｂ＜Ｃ＜Ｄ、かつ（０．６×Ｂ）≦Ａの関係を満たすガスセンサである。

上述のガスセンサでは、以下のような経路で、被検出ガスがプロテクタ内を流れる。具体的には、外側プロテクタの第１外孔（外側ガス導入孔）を通じて、被検出ガスが、外部から第１空間内（第１外側壁と第１内側壁との間の空間）に導入される。そして、第１空間内を軸線方向基端側に流れ、内側プロテクタの第１内孔（内側ガス導入孔）を通じて、内側プロテクタの内部空間内に導入される。その後、被検出ガスは、内部空間内を軸線方向先端側に流れ、内側プロテクタの第２内孔（内側ガス排出孔）を通じて、内側プロテクタの外部に排出され、第２空間（第２外側壁と第２内側壁との間の空間）内に導入される。その後、外側プロテクタの外底壁と内側プロテクタの内底壁との間の空間に導かれた後、外側プロテクタの第２外孔（外側ガス排出孔）を通じてプロテクタの外部に排出される。

なお、内側プロテクタの第１内孔は、検出素子の検出部よりも軸線方向基端側に位置し、第２内孔は、検出素子の検出部よりも軸線方向先端側に位置している。このため、第１内孔を通じて内部空間内に導入された被検出ガスの一部は、内部空間内を軸線方向先端側に流れて第２内孔を通じて内側プロテクタの外部に排出されるまでの間に、検出素子の検出部に導かれることになる。

ところで、外側プロテクタの第２外側壁の基端部が、内側プロテクタの第１内側壁の先端部に対し、径方向に重なっていない場合は、第１外孔を通じて外部から第１空間内に導入された被検出ガスの一部が、第２外側壁と第１内側壁との間を通じて第２空間に流入し、その後、第２内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に流入する（あるいは流入しようとする）。このため、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に導入されたガスが、第２内孔を通じて内側プロテクタの外部に排出される流れが妨げられ、その結果、ガス排出性が低下する虞がある。

これに対し、上述のガスセンサでは、外側プロテクタの第２外側壁の基端部（先端部とは反対側の部位）が、内側プロテクタの第１内側壁の先端部と、軸線周りの全周にわたって、径方向に重なっている。

このため、第１外孔を通じて外部から第１空間内に導入された被検出ガスは、第１空間から第２空間に直接流入しにくくなり、第１空間内を軸線方向基端側に流れ、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間（検出素子の検出部を収容する空間）内に導入させることができる。これにより、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に導入されたガスを、スムーズに、第２内孔を通じて内側プロテクタの外部に排出することができる。

さらに、上述のガスセンサでは、前述のように、内側プロテクタの第１内孔を通じて、内側プロテクタの内部空間内に導入された被検出ガスは、内部空間内を軸線方向先端側に流れ、内側プロテクタの第２内孔を通じて、内側プロテクタの外部に排出された後、外側プロテクタの第２外孔を通じてプロテクタの外部に排出される。ところで、開口面積が小さい孔ほどガスが通過し難くなる。従って、第２外孔と第２内孔と第１内孔のうち、最も開口面積（総開口面積）が小さい孔によって、プロテクタ外部へのガスの排出量（排出能力）が決まることになる。

これに対し、上述のガスセンサでは、第２外孔の総開口面積Ａ、第２内孔の総開口面積Ｂ、第１内孔の総開口面積Ｃ、及び、前記第１外孔の総開口面積Ｄが、Ａ≦Ｂ＜Ｃ＜Ｄの関係を満たしている。このように、第２外孔と第２内孔と第１内孔と第１外孔の総開口面積のうち、第２外孔の総開口面積Ａを最も小さく（又は第２内孔の総開口面積Ｂと同一）している。従って、上述のガスセンサは、第２内孔のガス排出能力、第１外孔のガス排出能力及び第１内孔のガス排出能力の影響を受けることなく、第２外孔によって、プロテクタ外部へのガスの排出量（排出能力）が調整されたガスセンサとなる。

さらに、上述のガスセンサでは、第１外孔、第１内孔、第２内孔、及び第２外孔の総開口面積のうち、第１外孔の総開口面積Ｄを最も大きくしているので、第１外孔を通じて外部からプロテクタ内にガスが導入されやすくなる。これにより、ガスセンサの応答性を高めることができる。又、第１内孔の総開口面積Ｃを第１外孔の総開口面積Ｄの次に大きくすることで、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に排気ガスが導入され易くなる。これによっても、ガスセンサの応答性を高めることができる。

さらに、上述のガスセンサでは、（０．６×Ｂ）≦Ａの関係を満たしている。このように、第２外孔の総開口面積Ａを、第２内孔の総開口面積Ｂ×０．６以上とすることで、第２外孔のガス排出能力が高くなり、被検出ガスがプロテクタ内を流れて検出素子に接触するガスの流速も早くなるので、ガスセンサの応答性をより一層高めることができる。

なお、第２外孔の「総開口面積」は、第２外孔が複数形成されている場合、それぞれの第２外孔の開口面積の合計になる。第１外孔、第２内孔及び第１内孔についても同様である。そして、第２外孔の総開口面積、第１内孔の総開口面積、第１外孔の総開口面積、及び第２内孔の総開口面積を上述の関係にするためには、第２外孔、第１内孔、第１外孔及び第２内孔のそれぞれの個数、又は１個の開口面積を適宜設定すればよい。

また、上述のガスセンサでは、第２内側壁の先端側を閉塞する内底壁を有している。すなわち、内側プロテクタの内底壁が、自身を貫通する貫通孔を有することなく形成されている。これにより、外底壁の第２外孔と内側プロテクタの内底壁とが、軸線方向に見たときに重なるように配置される。このため、外底壁の第２外孔を通じて、外部から水がプロテクタ内部に進入した場合でも、内側プロテクタの内底壁によって、内側プロテクタ内に直接水が進入するのを防止することができる。これにより、内側プロテクタ内に収容されている検出素子を、被水から適切に保護することができる。

さらに、上述のガスセンサでは、第１外孔を、第１外側壁の先端部に配置し、第１内孔を、第１内側壁の基端部に配置している。つまり第１外孔と第１内孔とを軸線方向に重ならないようにずらして配置している。これにより、第１内孔を、第１外孔から軸線方向基端側に大きく離間させることができる。これにより、第１外孔から水が進入した場合でも、その水が、第１内孔に到達し難くなり、第１内孔を通じて内側プロテクタ内に進入し難くなる。このため、より一層、検出素子が被水し難くなる。

又、本発明の第２の態様は、軸線方向に延びる形態をなし、先端側に被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有する検出素子と、自身の先端から上記検出部を突出させた状態で、上記検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、上記ハウジングに固定されると共に、上記検出部の周囲を取り囲むプロテクタと、を備え、上記プロテクタは、自身の内部空間内に上記検出部を収容する内側プロテクタと、上記内側プロテクタを収容する外側プロテクタと、を有するガスセンサにおいて、上記内側プロテクタは、筒状をなし、自身を貫通する第１内孔を有する第１内側壁と、上記第１内側壁よりも軸線方向先端側に位置し、上記第１内側壁よりも小径の筒状をなす第２内側壁であって、自身を貫通する第２内孔を有する第２内側壁と、上記第２内側壁の先端側を閉塞する内底壁と、を備え、上記外側プロテクタは、上記第１内側壁との間に筒状の第１空間を形成しつつ上記第１内側壁の周囲を取り囲む筒状の第１外側壁であって、自身を貫通する第１外孔を、上記第１内孔よりも上記軸線方向先端側に有する第１外側壁と、上記第１外側壁よりも上記軸線方向先端側に位置し、上記第１外側壁よりも小径で且つ上記第１内側壁よりも大径の筒状をなし、上記第２内側壁との間に筒状の第２空間を形成しつつ上記第２内側壁の周囲を取り囲む第２外側壁であって、自身の基端部が上記第１内側壁の先端部と前記径方向に重なりつつ、上記内底壁よりも上記軸線方向先端側にまで延びる第２外側壁と、上記第２外側壁よりも上記軸線方向先端側に位置し、第２外孔を有する外底壁と、を備え、前記第２外孔の総開口面積Ａ、前記第２内孔の総開口面積Ｂ、前記第１内孔の総開口面積Ｃ、及び、前記第１外孔の総開口面積Ｄが、Ａ≦Ｂ＜Ｃ＜Ｄの関係を満たし、前記第２外孔と前記第２内孔との軸線方向における最短距離Ｄ１、前記第２内孔と前記第１内孔との軸線方向における最短距離Ｄ２、前記第１内孔と前記第１外孔との軸線方向における最短距離Ｄ３としたとき、Ｄ３がＤ１、Ｄ２よりも短いガスセンサである。

上述のガスセンサでは、第１の態様と同様な経路で、被検出ガスがプロテクタ内を流れる。このとき、内側プロテクタの第１内孔は、検出素子の検出部よりも軸線方向基端側に位置し、第２内孔は、検出素子の検出部よりも軸線方向先端側に位置している。このため、第１内孔を通じて内部空間内に導入された被検出ガスの一部は、内部空間内を軸線方向先端側に流れて第２内孔を通じて内側プロテクタの外部に排出されるまでの間に、検出素子の検出部に導かれることになる。

又、上述のガスセンサでは、外側プロテクタの第２外側壁の基端部（先端部とは反対側の部位）が、内側プロテクタの第１内側壁の先端部と、軸線周りの全周にわたって、径方向に重なっている。このため、第１外孔を通じて外部から第１空間内に導入された被検出ガスは、第１空間から第２空間に直接流入しにくくなり、第１空間内を軸線方向基端側に流れ、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間（検出素子の検出部を収容する空間）内に導入させることができる。これにより、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に導入されたガスを、スムーズに、第２内孔を通じて内側プロテクタの外部に排出することができる。

又、上述のガスセンサでは、第２外孔の総開口面積Ａ、第２内孔の総開口面積Ｂ、第１内孔の総開口面積Ｃ、及び、第１外孔の総開口面積Ｄが、Ａ≦Ｂ＜Ｃ＜Ｄの関係を満たしている。このように、第２外孔と第２内孔と第１内孔と第１外孔の総開口面積のうち、第２外孔の総開口面積Ａを最も小さく（又は第２内孔の総開口面積Ｂと同一）している。従って、上述のガスセンサは、第２内孔のガス排出能力、第１外孔のガス排出能力及び第１内孔のガス排出能力の影響を受けることなく、第２外孔によって、プロテクタ外部へのガスの排出量（排出能力）が調整されたガスセンサとなる。

又、上述のガスセンサでは、第１外孔、第１内孔、第２内孔、及び第２外孔の総開口面積のうち、第１外孔の総開口面積Ｄを最も大きくしているので、第１外孔を通じて外部からプロテクタ内にガスが導入されやすくなる。これにより、ガスセンサの応答性を高めることができる。又、第１内孔の総開口面積Ｃを第１外孔の総開口面積Ｄの次に大きくすることで、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に排気ガスが導入され易くなる。これによっても、ガスセンサの応答性を高めることができる。

さらに、上述のガスセンサでは、第１内孔と第１外孔との軸線方向における最短距離Ｄ３を、Ｄ１及びＤ２に比べて短くしている。プロテクタ内に導入されるガスは、最初に第１外孔と第１内孔との間を通過するから、上記距離Ｄ３を最も短くすることにより、外部からプロテクタ内にガスが導入されやすくなる。これにより、ガスセンサの応答性を高めることができる。
なお、「軸線方向における最短距離」とは、各孔同士の軸線方向の最短の直線距離であり、例えば最短距離Ｄ３は、第１外孔と第１内孔とを軸線方向に垂直な径方向に沿って見たときに、第１外孔の基端側の周縁と、第１内孔の先端側の周縁とを結ぶ軸線方向の最短の直線距離である。又、以下のように第１外孔が軸線方向に複数個並ぶ場合、最短距離Ｄ３は、複数の第１外孔のうち、最も基端側の第１外孔における基端側の周縁と、第１内孔の先端側の周縁との軸線方向の最短距離である。

また、上述のガスセンサでは、第２内側壁の先端側を閉塞する内底壁を有している。すなわち、内側プロテクタの内底壁が、自身を貫通する貫通孔を有することなく形成されている。これにより、外底壁の第２外孔と内側プロテクタの内底壁とが、軸線方向に見たときに重なるように配置される。このため、外底壁の第２外孔を通じて、外部から水がプロテクタ内部に進入した場合でも、内側プロテクタの内底壁によって、内側プロテクタ内に直接水が進入するのを防止することができる。これにより、内側プロテクタ内に収容されている検出素子を、被水から適切に保護することができる。

さらに、上述のガスセンサでは、第１外孔を、第１外側壁の先端部に配置し、第１内孔を、第１内側壁の基端部に配置している。つまり第１外孔と第１内孔とを軸線方向に重ならないようにずらして配置している。これにより、第１内孔を、第１外孔から軸線方向基端側に大きく離間させることができる。これにより、第１外孔から水が進入した場合でも、その水が、第１内孔に到達し難くなり、第１内孔を通じて内側プロテクタ内に進入し難くなる。このため、より一層、検出素子が被水し難くなる。

さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記第２外側壁の基端部と、前記第１内側壁の先端部とは、気密に結合してなると良い。

外側プロテクタの第２外側壁の基端部が、内側プロテクタの第１内側壁の先端部に対し、気密に（ガス流通不能に）結合していない場合は、第１外孔を通じて外部から第１空間内に導入された被検出ガスの一部が、第２外側壁と第１内側壁との間を通じて第２空間に流入し、その後、第２内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に流入する（あるいは流入しようとする）ことを、ほぼ完全に防ぐことが難しい。このため、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に導入されたガスが、第２内孔を通じて内側プロテクタの外部に排出される流れが妨げられ、その結果、ガス排出性が低下する場合がある。
これに対し、上述のガスセンサでは、外側プロテクタの第２外側壁の基端部が、内側プロテクタの第１内側壁の先端部と、軸線周りの全周にわたって、気密に（ガス流通不能に）結合している。
このため、第１外孔を通じて外部から第１空間内に導入された被検出ガスは、第１空間から第２空間に直接流入することがなく、確実に、第１空間内を軸線方向基端側に流れ、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間（検出素子の検出部を収容する空間）内に導入される。これにより、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に導入されたガスを、スムーズに、第２内孔を通じて内側プロテクタの外部に排出することができる。
なお、第２外側壁の基端部と第１内側壁の先端部との結合態様としては、例えば、加締めによる結合、嵌合による結合、溶接による結合などが挙げられる。

さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記第１外孔が前記軸線方向に複数個並ぶと良い。
上述のように、最短距離Ｄ３を最も短くする、つまり軸線方向に第１外孔を第１内孔に近付けるほど、ガスセンサの応答性を高めることができる。しかしながら、第１外孔が第１内孔に近付くと、第１外孔と第１内孔とが軸線方向に重なり、外部から水が第１外孔に進入すると、第１内孔（内側プロテクタ内）に直接水が進入し易くなる。そこで、第１外孔を軸線方向に複数個並べて設けることにより、第１外孔から内部に進入した水が外部に抜けやすくなって内側プロテクタ内への進入が抑制され、内側プロテクタ内に収容されている検出素子を、被水から適切に保護することができる。

さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記外底壁は、前記軸線方向の先端側に向かって狭まるテーパ状になっていると良い。
図４に示すように、排気ガスＧは、外底壁に沿って排気管の上流側（左側）から下流側（右側）へ流れるが、このときに外底壁をテーパ状にすると、ベンチュリ効果によって外底壁の先端側の第２外孔近傍に負圧が生じ、プロテクタ内の被検出ガスが第２外孔から排出され易くなる。従って、上述のガスセンサでは、ガス排出性がより一層良好となる。

さらに、上記いずれかのガスセンサであって、前記検出素子には、前記検出部に前記被検出ガスを導入するためのガス導入部が設けられており、前記第１内孔は、前記ガス導入部よりも前記軸線方向の基端側に配置されていると良い。

上述のガスセンサでは、第１内孔を通じて内部空間内に導入された被検出ガスの一部は、内部空間内を軸線方向先端側に流れて第２内孔を通じて内側プロテクタの外部に排出される。この間に検出素子のガス導入部が設けられているので、確実に被検出ガスを検出部に導入することができる。

本発明の第１の態様の実施形態にかかるガスセンサの半断面図である。 同ガスセンサの内側プロテクタの断面図である。 同ガスセンサの外側プロテクタの断面図である。 同ガスセンサにおける被検出ガスの流れを説明する図である。 本発明の第２の態様の実施形態にかかるガスセンサのプロテクタ近傍の半断面図である。 第２外孔の外径と、ガスセンサの応答性（センサ信号の振幅）との関係を示す図である。 最短距離Ｄ３と、ガスセンサの応答性（センサ信号の振幅）との関係を示す図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１の態様に係る実施形態のガスセンサ１００の半断面図である。図２は、ガスセンサ１００の内側プロテクタ１６１の断面図である。図３は、ガスセンサ１００の外側プロテクタ１７１の断面図である。図４は、ガスセンサ１００を図示しない自動車の排気管に取り付けた状態において、排気管内のガスセンサ１００の先端部を拡大した図であり、排気ガス（被検出ガス）Ｇの流れを説明する図である。

なお、図１〜図４において、下側が軸線方向先端側（以下、単に先端側ともいう）であり、上側が軸線方向基端側（以下、単に基端側ともいう）である。また、図４において、左側が、排気ガスＧが流れる排気管の上流側（エンジン側）であり、右側が下流側である。

ガスセンサ１００は、図示しない自動車の排気管に取り付けられ、内部に保持する検出素子１２０の検出部１２１が排気管内を流通する排気ガス（被検出ガス）中に晒されて、その排気ガス中の酸素（特定ガス成分）の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。

このガスセンサ１００は、図１に示すように、軸線方向（軸線ＡＸに沿う方向、図１において上下方向）に延びる筒状の主体金具（ハウジング）１１０、この主体金具１１０の内側に保持された板状の検出素子１２０、主体金具１１０の基端側に固設された外筒１５１、主体金具１１０の先端側に固設され、内側プロテクタ１６１と外側プロテクタ１７１とからなる二重構造のプロテクタ１６０等から構成されている。

このうち、検出素子１２０は、軸線方向に延びる板状（短冊状）をなし、自身の先端部が、排気ガス中の酸素ガス成分を検出する検出部１２１とされている。この検出素子１２０は、公知の構造を有し、酸素濃度の検出を行う板状のガス検出体と、このガス検出体を早期活性化させるために加熱を行う板状のヒータ体とを、互いに貼り合わせて一体化したものである。このうち、ガス検出体は、ジルコニアを主体とする固体電解質体と、白金を主体とする一対の電極（検出電極、基準電極）等とから構成され、その一対の電極は、検出部１２１に配置されている。

更に、この検出部１２１には、排気ガスを素子内部に導入するガス導入部１２３が設けられている。このガス導入部１２３は、多孔質体からなり、平面視矩形状をなしている。また、検出部１２１には、検出電極を排気ガスによる被毒から保護するため、その外表面を覆うようにして保護層１２５が設けられている。また、この検出素子１２０の基端部１２９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個の電極パッド１２８，１２８，…（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。

この検出素子１２０の胴部１２７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１３１が、自身の内側に検出素子１２０を挿通し、その検出部１２１を筒底の開口１３１ｃから突出させた状態で配置されている。この金属カップ１３１は、主体金具１１０内に検出素子１２０を保持するための部材であり、その先端周縁部１３２は、先端側に向かうにしたがって径が小さくなるテーパ状に形成されている。

この金属カップ１３１内には、アルミナ製のセラミックリング１３３と、滑石粉末を圧縮した第１滑石リング１３５とが、検出素子１２０を挿通した状態で収容されている。第１滑石リング１３５は、金属カップ１３１内で押し潰されて細部にまで充填されており、これにより、検出素子１２０が、金属カップ１３１内で位置決めされて保持されている。

金属カップ１３１と一体となった検出素子１２０は、その径方向周囲を筒状の主体金具１１０に取り囲まれて保持されている。この主体金具１１０は、ガスセンサ１００を自動車の排気管に取り付け固定するためのものであり、ＳＵＳ４３０の低炭素鋼からなる。この主体金具１１０の外周先端側には、排気管への取り付け用の雄ねじ部１１１が形成されている。また、この雄ねじ部１１１よりも先端側には、後述するプロテクタ１６０が固定される円環状の先端固定部１１３が突出形成されている。

また、主体金具１１０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１１７が形成されている。また、主体金具１１０には、この工具係合部１１７と雄ねじ部１１１との間に、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１１９が嵌挿されている。更に、工具係合部１１７の基端側には、後述する外筒１５１が固定される基端固定部１１６が形成されている。また、更にその基端側には、主体金具１１０内に検出素子１２０を加締め保持するための加締め部１１８が形成されている。

また、主体金具１１０の内周先端側には、先端側ほど小径となるテーパ状をなす段部１１５が形成されている。この段部１１５には、検出素子１２０を保持する金属カップ１３１のテーパ状をなす先端周縁部１３２が係止されている。

更に、主体金具１１０の内側のうち、金属カップ１３１の基端側には、第２滑石リング１３７が、検出素子１２０を挿通した状態で配置されている。そして、この第２滑石リング１３７を基端側から押さえるようにして、筒状のスリーブ１４１が主体金具１１０内に嵌め込まれている。このスリーブ１４１には、段状をなす肩部１４２が形成されている。この肩部１４２には、円環状の加締めパッキン１４３が配置されている。そして、主体金具１１０の加締め部１１８が、この加締めパッキン１４３を介してスリーブ１４１の肩部１４２を先端側に押圧するようにして、加締められている。

スリーブ１４１に押圧された第２滑石リング１３７は、主体金具１１０内で押し潰されて細部にわたって充填され、この第２滑石リング１３７と、金属カップ１３１内に予め装填された第１滑石リング１３５とによって、金属カップ１３１及び検出素子１２０が、主体金具１１０内で位置決めされて保持されている。主体金具１１０内の気密は、加締め部１１８とスリーブ１４１の肩部１４２との間に介在される加締めパッキン１４３によって維持され、燃焼ガスの流出が防止される。

検出素子１２０は、その基端部１２９が、主体金具１１０の基端部である加締め部１１８よりも基端側に突出しており、その基端部１２９には、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ１４５が被せられている。セパレータ１４５は、検出素子１２０の基端部１２９に形成された５個の電極パッド１２８，１２８，…とそれぞれ電気的に接続する５個の接続端子１４７，１４７，…（図１ではそのうちの１つを図示している。）を内部に保持している。また、セパレータ１４５は、これらの接続端子１４７，１４７，…と、ガスセンサ１００の外部に引き出される５本のリード線１４９，１４９，…（図１ではそのうちの３本を図示している。）との各接続部分を互いに絶縁しつつ収容している。

そして、セパレータ１４５の周囲を囲うようにして、筒状の外筒１５１が配設されている。この外筒１５１は、ステンレス（本実施形態ではＳＵＳ３０４）製であり、その先端開口部１５２が、主体金具１１０の基端固定部１１６の径方向外側に配置されている。この先端開口部１５２は、外側から加締められ、更に外周を一周してレーザ溶接が施されて、基端固定部１１６に接合されている。

また、外筒１５１とセパレータ１４５との間隙には、金属製で筒状をなす保持金具１５３が配設されている。この保持金具１５３は、自身の基端を内側に折り曲げて構成した支持部１５４を有し、自身の内部に挿通されるセパレータ１４５の基端側外周に鍔状に設けられた鍔部１４６をこの支持部１５４に係止させて、セパレータ１４５を支持している。この状態で、保持金具１５３が配置された部分の外筒１５１が外側から加締められ、セパレータ１４５を支持した保持金具１５３が外筒１５１に固定されている。

また、外筒１５１の基端側開口には、フッ素系ゴム製のグロメット１５５が嵌合されている。このグロメット１５５は、５つの挿通孔１５６，１５６，…（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１５６，１５６，…に、セパレータ１４５から延出した５本のリード線１４９，１４９，…が気密に挿通されている。この状態でグロメット１５５は、セパレータ１４５を先端側に押圧しつつ、外筒１５１の外側から加締められて、外筒１５１に固定されている。

主体金具１１０に保持された検出素子１２０は、その検出部１２１が、主体金具１１０の先端部である先端固定部１１３よりも先端側に突出している。そして、この先端固定部１１３には、検出素子１１０の検出部１２１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１６０が嵌められ、レーザ溶接によって固定されている。このプロテクタ１６０は、有底筒状の内側プロテクタ１６１と、この内側プロテクタ１６１を収容する外側プロテクタ１７１とを有する（図１〜図４参照）。

内側プロテクタ１６１は、図４に示すように、自身の内部空間Ｓ３内に検出素子１２０の検出部１２１を配置した状態で、主体金具１１０に固定されている。この内側プロテクタ１６１は、図１、図２、及び図４に示すように、基端部１６３と、これよりも軸線方向先端側（図１、図２、図４において下側）に位置する第１内側壁１６４と、第１内側壁１６４よりも軸線方向先端側に位置する第２内側壁１６５と、第２内側壁１６５の先端側を閉塞する円盤状の内底壁１６２とを有している。

第１内側壁１６４は、円筒状をなし、自身を貫通する第１内孔１６７を有している。なお、本実施形態では、周方向に等間隔で、同一形状（同一寸法）の８個の第１内孔１６７が形成されている。８個の第１内孔１６７は、いずれも、検出素子１２０の検出部１２１よりも軸線方向基端側（図１及び図４において上側）に位置している。

第２内側壁１６５は、第１内側壁１６４よりも小径の円筒状をなし、自身を貫通する第２内孔１６６を有している。なお、本実施形態では、周方向に等間隔で、４個の第２内孔１６６が形成されている。４個の第２内孔１６６は、いずれも、検出素子１２０の検出部１２１よりも軸線方向先端側（図１及び図４において下側）に位置している。

なお、第１内側壁１６４及び第２内側壁１６５は、これらの内径が主体金具１１０の先端固定部１１３の外径よりも小さく形成されているが、基端部１６３は、先端固定部１１３の外側に位置するように拡径されている。

外側プロテクタ１７１は、自身の内部に内側プロテクタ１６１を収容した状態で、主体金具１１０に固定されている。この外側プロテクタ１７１は、第１外側壁１７４と、第１外側壁１７４よりも軸線方向先端側に位置する第２外側壁１７５と、第２外側壁１７５よりも軸線方向先端側に位置するテーパ壁１７２（特許請求の範囲における「外底壁」に相当）とを有している（図１、図３、及び図４参照）。

第１外側壁１７４は、円筒状をなし、内側プロテクタ１６１の第１内側壁１６４との間に筒状の第１空間Ｓ１を形成しつつ、第１内側壁１６４の周囲を取り囲んでいる。さらに、第１外側壁１７４は、自身を貫通する第１外孔１７７を、内側プロテクタ１６１の第１内孔１６７よりも軸線方向先端側に有している（図１及び図４参照）。なお、本実施形態では、周方向に等間隔で、同一形状（同一寸法）の８個の第１外孔１７７が形成されている。８個の第１外孔１７７は、いずれも、内側プロテクタ１６１の第１内孔１６７よりも軸線方向先端側に位置している。

第２外側壁１７５は、円筒状をなし、その内径は、第１外側壁１７４の内径よりも小径で且つ第１内側壁１６４の外径よりも大径である。さらに、第２外側壁１７５は、第２内側壁１６５との間に筒状の第２空間Ｓ２を形成しつつ、第２内側壁１６５の周囲を取り囲んでいる。この第２外側壁１７５は、内側プロテクタ１６１の内底壁１６２よりも軸線方向先端側にまで延びている。

特に、本実施形態では、第２外側壁１７５は、その基端部１７５ｂで、第１内側壁１６４の先端部１６４ｃと気密に（ガス流通不能に）結合している。詳細には、第１内側壁１６４の先端部１６４ｃが、第２外側壁１７５の基端部１７５ｂ内に圧入された形態で、第２外側壁１７５の基端部１７５ｂと第１内側壁１６４の先端部１６４ｃとが、軸線ＡＸ周りの全周にわたって、気密に結合（嵌合）している。

テーパ壁１７２は、軸線方向先端側ほど小径となるテーパ筒状（円錐台筒状）をなしている。このテーパ壁１７２は、外側プロテクタ１７１の先端開口である第２外孔１７６を有している。特に、本実施形態では、テーパ壁１７２の全体を、内側プロテクタ１６１の内底壁１６２よりも軸線方向先端側に配置している。

この外側プロテクタ１７１は、第１外側壁１７４の基端部１７４ｂが、内側プロテクタ１６１の基端部１６３の外側に配置されている。そして、外側プロテクタ１７１の基端部１７４ｂを内側プロテクタ１６１の基端部１６３と共に、主体金具１１０の先端固定部１１３に固定（溶接）するように、レーザ溶接が、外側プロテクタ１７１の基端部１７４ｂの外周を一周して行われている。

本実施形態のガスセンサ１００では、以下のような経路で、排気管内の排気ガス（被検出ガス）Ｇが、プロテクタ１６０（内側プロテクタ１６１及び外側プロテクタ１７１）の内部を流れる。
具体的には、図４に示すように、ガスセンサ１００に向かって排気管内を上流側（図４において左側）から流れてきた排気ガスＧは、外側プロテクタ１７１の第１外孔１７７（外側ガス導入孔）を通じて、プロテクタ１６０内の第１空間Ｓ１（第１外側壁１７４と第１内側壁１６４との間の空間）に導入される。

そして、第１空間Ｓ１内を軸線方向基端側（図４において上側）に流れ、内側プロテクタ１６１の第１内孔１６７（内側ガス導入孔）を通じて、内側プロテクタ１６１の内部空間Ｓ３内に導入される。その後、排気ガスＧは、内部空間Ｓ３内を軸線方向先端側（図４において下側）に流れ、内側プロテクタ１６１の第２内孔１６６（内側ガス排出孔）を通じて、内側プロテクタ１６１の外部に排出され、第２空間Ｓ２（第２外側壁１７５と第２内側壁１６５との間の空間）内に導入される。その後、外側プロテクタ１７１のテーパ壁１７２によって囲まれたテーパ内空間Ｓ４に導かれた後、外側プロテクタ１７１の第２外孔１７６（外側ガス排出孔）を通じてプロテクタ１６０の外部に排出される。

なお、内側プロテクタ１６１の第１内孔１６７は、検出素子１２０の検出部１２１よりも軸線方向基端側に位置し、第２内孔１６６は、検出部１２１よりも軸線方向先端側に位置している。このため、第１内孔１６７を通じて内部空間Ｓ３内に導入された排気ガスＧの一部は、内部空間Ｓ３内を軸線方向先端側に流れて第２内孔１６６を通じて内側プロテクタ１６１の外部に排出されるまでの間に、検出部１２１のガス導入部１２３に導かれることになる。

ところで、外側プロテクタの第２外側壁の基端部が、内側プロテクタの第１内側壁の先端部に対し、気密に（ガス流通不能に）結合していない場合は、第１外孔を通じて外部から第１空間内に導入された被検出ガスの一部が、第２外側壁と第１内側壁との間を通じて第２空間に流入し、その後、第２内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に流入する（あるいは流入しようとする）。このため、第１内孔を通じて内側プロテクタの内部空間内に導入されたガスが、第２内孔を通じて内側プロテクタの外部に排出される流れが妨げられ、その結果、ガス排出性が低下する虞がある。

これに対し、本実施形態のガスセンサ１００では、外側プロテクタ１７１の第２外側壁１７５の基端部１７５ｂが、内側プロテクタ１６１の第１内側壁１６４の先端部１６４ｃと、軸線周りの全周にわたって、径方向に重なる、更には気密に（ガス流通不能に）結合（嵌合）している。

このため、第１外孔１７７を通じて外部から第１空間Ｓ１内に導入された排気ガスＧは、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に直接流入することがなく、確実に、第１空間Ｓ１内を軸線方向基端側に流れ、第１内孔１６７を通じて内側プロテクタ１６１の内部空間Ｓ３（検出素子１２０の検出部１２０を収容する空間）内に導入される（図４参照）。これにより、第１内孔１６７を通じて内側プロテクタ１６１の内部空間Ｓ３内に導入された排気ガスＧを、スムーズに、第２内孔１６６を通じて内側プロテクタ１６１の外部に排出することができる。

さらに、本実施形態のガスセンサ１００では、外側プロテクタ１７１の第１外孔１７７を通じて外部から外側プロテクタ１７１内に導入された排気ガスＧは、内側プロテクタ１６１の第１内孔１６７を通過して内部空間Ｓ３内に流れた後、内部空間Ｓ３内を軸線方向先端側（図４において下方）に流れ、内側プロテクタ１６１の第２内孔１６６を通じて、内側プロテクタ１６１の外部に排出され、さらに、外側プロテクタ１７１の第２外孔１７６を通じてプロテクタ１６０の外部に排出される。
ところで、開口面積が小さい孔ほど排気ガスＧは通過し難くなる。従って、第２外孔１７６と第２内孔１６６と第１内孔１６７のうち、最も開口面積（総開口面積）が小さい孔によって、プロテクタ１６０の外部への排気ガスＧの排出量（排出能力）が決まることになる。

これに対し、実施形態のガスセンサ１００では、第２外孔１７６の総開口面積Ａ、第２内孔１６６の総開口面積Ｂ、第１内孔１６７の総開口面積Ｃ、及び、第１外孔１７７の総開口面積Ｄは、Ａ≦Ｂ＜Ｃ＜Ｄの関係を満たしている。すなわち、第２外孔１７６と第２内孔１６６と第１内孔１６７と第１外孔１７７の総開口面積のうち、第２外孔１７６の総開口面積Ａを最も小さくしている。従って、実施形態のガスセンサ１００は、第２内孔１６６のガス排出能力、第１外孔１７７のガス排出能力及び第１内孔１６７のガス排出能力の影響を受けることなく、第２外孔１７６によって、プロテクタ１６０の外部へのガスの排出量（排出能力）が調整されたガスセンサとなる。

しかも、第１外孔１７７、第１内孔１６７、第２内孔１６６、及び第２外孔１７６の総開口面積のうち、第１外孔１７７の総開口面積Ｄを最も大きくすることで、第１外孔１７７を通じて外部からプロテクタ１６０内に排気ガスＧが導入されやすくなる。これにより、ガスセンサの応答性を高めることができる。又、第１内孔１６７の総開口面積Ｃを第１外孔１７７の総開口面積Ｄの次に大きくすることで、第１内孔１６７を通じて内側プロテクタ１６１の内部空間Ｓ３内に排気ガスＧが導入され易くなる。これによっても、ガスセンサの応答性を高めることができる。

なお、本実施形態では、第２内孔１６６は、複数個（４個）形成されている。従って、第２内孔１６６の「総開口面積」は、それぞれの第２内孔１６６の開口面積の合計になる。又、第１内孔１６７は、複数個（８個）形成されている。従って、第１内孔１６７の「総開口面積」は、それぞれの第２内孔１６６の開口面積の合計になる。又、第１外孔１７７は、複数個（８個）形成されている。従って、第１外孔１７７の「総開口面積」は、それぞれの第１外孔１７７の開口面積の合計になる。

さらに、本実施形態のガスセンサ１００では、（０．６×Ｂ）≦Ａの関係を満たしている。このように、第２外孔の総開口面積Ａを、第２内孔の総開口面積Ｂ×０．６以上とすることで、後述するように、第２外孔のガス排出能力が高くなり、被検出ガスがプロテクタ内を流れて検出素子に接触するガスの流速も早くなるので、ガスセンサの応答性をより一層高めることができる。

なお、本実施形態では、主体金具１１０の先端固定部１１３が、特許請求の範囲に記載の「ハウジングの先端部」に相当する。

また、実施形態のガスセンサ１００では、内側プロテクタ１６１の先端（第２内側壁１７５の先端）が、内底壁１６２によって閉塞されている。すなわち、内側プロテクタ１６１の内底壁１６２が、自身を貫通する貫通孔を有することなく形成されている。これにより、テーパ壁１７２の第２外孔１７６と内側プロテクタ１６１の内底壁１６２とが、軸線方向に見たときに重なるように配置される。このため、テーパ壁１７２の第２外孔１７６を通じて、外部から水がプロテクタ１６０内部に進入した場合でも、内側プロテクタ１６１の内底壁１６２によって、内側プロテクタ１６１内に直接水が進入するのを防止することができる。これにより、内側プロテクタ１６１内に収容されている検出素子１２０を、被水から適切に保護することができる。

さらに、実施形態のガスセンサ１００では、第１外孔１７７を、第１外側壁１７４の先端部に配置し、第１内孔１６７を、第１内側壁１６４の基端部に配置している。これにより、第１内孔１６７を、第１外孔１７７から軸線方向基端側に大きく離間させることができる。これにより、第１外孔１７７から水が進入した場合でも、その水が、第１内孔１６７に到達し難くなり、第１内孔１６７を通じて内側プロテクタ１６１内に進入し難くなる。このため、より一層、検出素子１２０が被水し難くなる。

次に、図５を参照し、本発明の第２の態様に係る実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２の態様に係る実施形態のガスセンサ２００のプロテクタ近傍の半断面図である。なお、ガスセンサ２００は、プロテクタ２６０（特に外側プロテクタ２７１）が異なること以外はガスセンサ１００と構成が同一であるので、プロテクタ２６０以外の説明は省略すると共に、プロテクタ２６０についても同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

外側プロテクタ２７１は、第１の態様と同様に、自身の内部に内側プロテクタ１６１を収容した状態で、主体金具１１０に固定されている。この外側プロテクタ２７１は、第１外側壁２７４と、第１外側壁２７４よりも軸線方向先端側に位置する第２外側壁２７５と、第２外側壁２７５よりも軸線方向先端側に位置するテーパ壁２７２（特許請求の範囲における「外底壁」に相当）とを有している（図５参照）。

第１外側壁２７４は、円筒状をなし、内側プロテクタ１６１の第１内側壁１６４との間に筒状の第１空間Ｓ１を形成しつつ、第１内側壁１６４の周囲を取り囲んでいる。さらに、第１外側壁２７４は、自身を貫通する第１外孔２７７を、内側プロテクタ１６１の第１内孔１６７よりも軸線方向先端側に有している（図５参照）。なお、本実施形態では、図５に示すように、第１外側壁２７４の先端側に、周方向に等間隔で、同一形状（同一寸法）の８個の第１外孔２７７１が形成されている。さらに、第１外孔２７７１より後端側にも周方向に等間隔で、同一形状（同一寸法）の８個の第１外孔２７７２が形成されている。従って、第１外孔２７７１、２７７２（これらをまとめて符号２７７で表記）は、軸線ＡＸ方向にも２個（２段）並んでいることになる。なお、各第１外孔２７７１、２７７２の形状及び寸法は、第１外孔１７７と同一であり、第１外孔２７７全体の個数が１６個であるから、第１外孔２７７の総開口面積Ｄは、ガスセンサ１００における第１外孔１７７の総開口面積Ｄの２倍となっている。

第２外側壁２７５は、円筒状をなし、その内径は、第１外側壁２７４の内径よりも小径で且つ第１内側壁１６４の外径よりも大径である。さらに、第２外側壁２７５は、第２内側壁１６５との間に筒状の第２空間Ｓ２を形成しつつ、第２内側壁１６５の周囲を取り囲んでいる。この第２外側壁２７５は、内側プロテクタ１６１の内底壁１６２よりも軸線方向先端側にまで延びている。

特に、本実施形態では、第２外側壁２７５は、その基端部２７５ｂで、第１内側壁１６４の先端部１６４ｃと気密に（ガス流通不能に）結合している。詳細には、第１内側壁１６４の先端部１６４ｃが、第２外側壁２７５の基端部２７５ｂ内に圧入された形態で、第２外側壁２７５の基端部１７５ｂと第１内側壁１６４の先端部１６４ｃとが、軸線ＡＸ周りの全周にわたって、気密に結合（嵌合）している。

テーパ壁２７２は、軸線方向先端側ほど小径となるテーパ筒状（円錐台筒状）をなしている。このテーパ壁２７２は、外側プロテクタ２７１の先端開口である第２外孔２７６を有している。特に、本実施形態では、テーパ壁２７２の全体を、内側プロテクタ１６１の内底壁１６２よりも軸線方向先端側に配置している。

この外側プロテクタ２７１は、第１外側壁２７４の基端部２７４ｂが、内側プロテクタ１６１の基端部１６３の外側に配置されている。そして、外側プロテクタ２７１の基端部２７４ｂを内側プロテクタ１６１の基端部１６３と共に、主体金具１１０の先端固定部１１３に固定（溶接）するように、レーザ溶接が、外側プロテクタ２７１の基端部２７４ｂの外周を一周して行われている。

本実施形態のガスセンサ２００では、以下のような経路で、排気管内の排気ガス（被検出ガス）Ｇが、プロテクタ２６０（内側プロテクタ１６１及び外側プロテクタ２７１）の内部を流れる。
具体的には、図５に示すように、ガスセンサ２００に向かって排気管内を上流側（図５において左側）から流れてきた排気ガスＧは、外側プロテクタ２７１の第１外孔２７７１、２７７２を通じて、プロテクタ１６０内の第１空間Ｓ１（第１外側壁２７４と第１内側壁１６４との間の空間）に導入される。

そして、第１空間Ｓ１内を軸線方向基端側（図５において上側）に流れ、内側プロテクタ１６１の第１内孔１６７（内側ガス導入孔）を通じて、内側プロテクタ１６１の内部空間Ｓ３内に導入される。その後、排気ガスＧは、内部空間Ｓ３内を軸線方向先端側（図５において下側）に流れ、内側プロテクタ１６１の第２内孔１６６（内側ガス排出孔）を通じて、内側プロテクタ１６１の外部に排出され、第２空間Ｓ２（第２外側壁２７５と第２内側壁１６５との間の空間）内に導入される。その後、外側プロテクタ２７１のテーパ壁２７２によって囲まれたテーパ内空間Ｓ４に導かれた後、外側プロテクタ２７１の第２外孔２７６（外側ガス排出孔）を通じてプロテクタ２６０の外部に排出される。

又、本実施形態のガスセンサ２００では、外側プロテクタ２７１の第２外側壁２７５の基端部２７５ｂが、内側プロテクタ１６１の第１内側壁１６４の先端部１６４ｃと、軸線周りの全周にわたって、気密に（ガス流通不能に）結合（嵌合）している。

このため、第１外孔２７７１、２７７２を通じて外部から第１空間Ｓ１内に導入された排気ガスＧは、第１空間Ｓ１から第２空間Ｓ２に直接流入することがなく、確実に、第１空間Ｓ１内を軸線方向基端側に流れ、第１内孔１６７を通じて内側プロテクタ１６１の内部空間Ｓ３（検出素子１２０の検出部１２０を収容する空間）内に導入される（図５参照）。これにより、第１内孔１６７を通じて内側プロテクタ１６１の内部空間Ｓ３内に導入された排気ガスＧを、スムーズに、第２内孔１６６を通じて内側プロテクタ１６１の外部に排出することができる。

又、実施形態のガスセンサ２００では、第２外孔２７６の総開口面積Ａ、第２内孔１６６の総開口面積Ｂ、第１内孔１６７の総開口面積Ｃ、及び、第１外孔２７７１、２７７２の総開口面積Ｄは、Ａ≦Ｂ＜Ｃ＜Ｄの関係を満たしている。すなわち、第２外孔２７６と第２内孔１６６と第１内孔１６７と第１外孔２７７１、２７７２の総開口面積のうち、第２外孔２７６の総開口面積Ａを最も小さくしている。従って、実施形態のガスセンサ２００は、第２内孔１６６のガス排出能力、第１外孔２７７１、２７７２のガス排出能力及び第１内孔１６７のガス排出能力の影響を受けることなく、第２外孔２７６によって、プロテクタ２６０の外部へのガスの排出量（排出能力）が調整されたガスセンサとなる。

しかも、第１外孔２７７１、２７７２、第１内孔１６７、第２内孔１６６、及び第２外孔２７６の総開口面積のうち、第１外孔２７７１、２７７２の総開口面積Ｄを最も大きくすることで、第１外孔２７７１、２７７２を通じて外部からプロテクタ２６０内に排気ガスＧが導入されやすくなる。これにより、ガスセンサの応答性を高めることができる。又、第１内孔１６７の総開口面積Ｃを第１外孔２７７１、２７７２の総開口面積Ｄの次に大きくすることで、第１内孔１６７を通じて内側プロテクタ１６１の内部空間Ｓ３内に排気ガスＧが導入され易くなる。これによっても、ガスセンサの応答性を高めることができる。

そして、第２外孔２７６と第２内孔１６６との軸線ＡＸ方向における最短距離Ｄ１、第２内孔１６６と第１内孔１６７との軸線ＡＸ方向における最短距離Ｄ２、第１内孔１６７と第１外孔２７７２との軸線ＡＸ方向における最短距離Ｄ３としたとき、Ｄ３がＤ１、Ｄ２よりも短くなっている。
このように、最短距離Ｄ３を、Ｄ１及びＤ２に比べて短くしている。プロテクタ１６０内に導入されるガスは、最初に第１外孔２７７１、２７７２と第１内孔１６７との間を通過するから、上記距離Ｄ３を短くすることにより、外部からプロテクタ１６０内にガスが導入されやすくなる。これにより、ガスセンサ２００の応答性を高めることができる。
なお、「軸線方向における最短距離」とは、各孔同士の軸線ＡＸ方向の最短の直線距離であり、例えば最短距離Ｄ３は、第１外孔２７７１、２７７２と第１内孔１６７とを軸線方向に垂直な径方向に沿って見たときに、２段の第１外孔２７７１、２７７２のうち、より第１内孔１６７に近い第１外孔２７７２の基端側の周縁と、第１内孔１６７の先端側の周縁とを結ぶ軸線方ＡＸ向の最短の直線距離である（図５参照）。換言すると、図５に示すように、紙面上にプロテクタを投影した際に、投影された各孔（第１外孔２７７１、２７７２、第１内孔１６７、第２内孔１６６、第２外孔２７６）のそれぞれにおける軸線ＡＸ方向の最短距離を示す。

なお、最短距離Ｄ３を、Ｄ１及びＤ２に比べて短くする、つまり軸線ＡＸ方向に第１外孔２７７２を第１内孔１６７に近付けるほど、ガスセンサ２００の応答性を高めることができる。しかしながら、第１外孔２７７２が第１内孔１６７に近付くと、第１外孔２７７２と第１内孔１６７とが軸線方向に重なり、外部から水が第１外孔２７７２に進入すると、第１内孔１６７（内側プロテクタ１６１内）に直接水が進入し易くなる。そこで、第１外孔２７７を軸線方向に複数個（第１外孔２７７１、２７７２として）並べて設けることにより、第１外孔２７７から内部に進入した水が外部に抜けやすくなって内側プロテクタ１６１内への進入が抑制され、内側プロテクタ１６１内に収容されている検出素子１２０を、被水から適切に保護することができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、ガスセンサ１００、２００として全領域空燃比センサを例示したが、本発明は、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ等にも適用することができる。

また、本実施形態では、第１内側壁１６４の先端部１６４ｃが、第２外側壁１７５の基端部１７５ｂ内に圧入された形態（嵌合）により、第２外側壁１７５の基端部１７５ｂと第１内側壁１６４の先端部１６４ｃとを気密に結合させた。しかしながら、第２外側壁の基端部と第１内側壁の先端部とを気密に結合させる形態は、このような嵌合形態に限定されない。例えば、第２外側壁の基端部と第１内側壁の先端部とを、加締めることにより、あるいは溶接（全周溶接）することで、両者を気密に結合するようにしても良い。
さらに、本実施形態では、第２外側壁１７５の基端部１７５ｂと、第１内側壁１６４の先端部１６４ｃとを気密に結合させていたが、これに限られず、基端部１７５ｂと先端部１６４ｃとが径方向に重なるものの、両者が離間していても良い。

さらに、第１の態様では、第１外孔１７７を８個、第１内孔１６７を８個、第２内孔１６６を４個形成した。又、第２の態様では、第１外孔２７７を１６個、第１内孔１６７を８個、第２内孔１６６を４個形成した。しかしながら、第１外孔、第１内孔、及び第２内孔の個数は上述の総開口面積の関係に合わせて適宜設定すればよい。よって、第１外孔、第１内孔、第２内孔の個数は同数にしながら、それぞれの１個あたりの開口面積を適宜設定することで、上述の総開口面積の関係にすればよい。
さらに、第２の態様では、第１外孔２７７１、２７７２はいずれも周方向の同一位置に同一形状で同一個数形成されたが、第１外孔２７７１、２７７２を軸線ＡＸ方向に複数個並べる場合、必ずしも軸線ＡＸ方向に平行に各第１外孔が並んでいる必要はないし、軸線ＡＸ方向のそれぞれ異なる位置に並ぶ第１外孔の個数が一致しなくてもよい。例えば、第１外孔２７７１を４個とし、第１外孔２７７２を６個としてもよく、第１外孔２７７１、２７７２の各孔の大きさを変えてもよい。

図１〜図５に示すガスセンサ（酸素センサ）１００を製造した。ガスセンサ１００の内側プロテクタ１６１及び外側プロテクタ１７１に開口した各孔の寸法、個数を表１に示す。なお、各孔はいずれも円孔とした。また、外側プロテクタ１７１は、第１外側壁１７４の外径を９．３ｍｍ、第２外側壁１７５の外径を１３．８ｍｍとした。

次に、ガスセンサ１００をエンジンの排気管に取り付け、さらにガスセンサ１００近傍に温度センサを設置して排気ガス温度を測定できるようにした。以下の条件Ａ，Ｂによりエンジンを運転し、ガスセンサ１００の応答性を測定した。
条件Ａ：エンジン回転数３０００ｒｐｍ、インテークマニホールドの負圧が−４６ｋＰａ、ガスセンサ１００近傍の排気ガス温度５４０℃
条件Ｂ：エンジン回転数５０００ｒｐｍ、インテークマニホールドの負圧が−６２ｋＰａ、ガスセンサ１００近傍の排気ガス温度７１０℃
なお、ガスセンサ１００の応答性は、インバランス時のセンサ信号の振幅で評価した。センサ信号の振幅の値が大きいほど、振幅が大きく、応答性が高い。

＜実験１＞
第２外孔１７６の外径を、表１の値から表２に示すようにして、第２外孔１７６の外径を変化させたガスセンサ１００をそれぞれ用意し、条件Ｂでエンジンを運転したときのガスセンサ１００の応答性を測定した結果を表２に示す。なお、実験１では、最短距離Ｄ１を４．０ｍｍ、最短距離Ｄ２を１３．１ｍｍ、最短距離Ｄ３を５．４ｍｍとしている。

図６から明らかなように、（０．６×Ｂ）≦Ａである実施例１，２の場合、（０．６×Ｂ）＞Ａである比較例１〜３に比べ、応答性が顕著に向上した。

＜実験２＞
各孔１６６、１６７、１７６、１７７の位置を変え、表３に示すように最短距離Ｄ１〜Ｄ３を変化させたガスセンサ１００をそれぞれ用意し、条件Ａでエンジンを運転したときのガスセンサ１００の応答性を測定した結果を表３に示す。なお、各孔１６６、１６７、１７６、１７７の寸法、個数は表１に示す値としている。

図７から明らかなように、最短距離Ｄ３を、Ｄ１及びＤ２に比べて短くした実施例１１、１２の場合、最短距離Ｄ１が、Ｄ２及びＤ３に比べて短い比較例１０、１１に比べ、プロテクタ１６０内の検出素子１２０へのガスの到達時間が早くなり、応答性が顕著に向上した。

１００、２００ ガスセンサ
１１０ 主体金具（ハウジング）
１１３ 主体金具の先端固定部（ハウジングの先端部）
１２０ 検出素子
１２１ 検出部
１２３ ガス導入部
１６０ プロテクタ
１６１ 内側プロテクタ
１６２ 内底壁
１６４ 第１内側壁
１６４ｃ 第１内側壁の先端部
１６５ 第２内側壁
１６６ 第２内孔
１６７ 第１内孔
１７１、２７１ 外側プロテクタ
１７２、２７２ テーパ壁（外底壁）
１７４、２７４ 第１外側壁
１７５、２７５ 第２外側壁
１７５ｂ、２７５ｂ 第２外側壁の基端部
１７６、２７６ 第２外孔
１７７、２７７、２７７１、２７７２ 第１外孔
ＡＸ 軸線
Ｇ 排気ガス（被検出ガス）
Ｄ１ 第１内孔の直径（第１内孔の内接円の直径）
Ｄ２ 第１外孔の直径（第１外孔の内接円の直径）
Ｓ１ 第１空間
Ｓ２ 第２空間
Ｓ３ 内部空間
Ｓ４ テーパ内空間

Claims (6)

1. 軸線方向に延びる形態をなし、先端側に被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有する検出素子と、
   自身の先端から上記検出部を突出させた状態で、上記検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、
   上記ハウジングに固定されると共に、上記検出部の周囲を取り囲むプロテクタと、を備え、
   上記プロテクタは、
   自身の内部空間内に上記検出部を収容する内側プロテクタと、
   上記内側プロテクタを収容する外側プロテクタと、を有する
   ガスセンサにおいて、
   上記内側プロテクタは、
   筒状をなし、自身を貫通する第１内孔を有する第１内側壁と、
   上記第１内側壁よりも軸線方向先端側に位置し、上記第１内側壁よりも小径の筒状をなす第２内側壁であって、自身を貫通する第２内孔を有する第２内側壁と、
   上記第２内側壁の先端側を閉塞する内底壁と、を備え、
   上記外側プロテクタは、
   上記第１内側壁との間に筒状の第１空間を形成しつつ上記第１内側壁の周囲を取り囲む筒状の第１外側壁であって、自身を貫通する第１外孔を、上記第１内孔よりも上記軸線方向先端側に有する第１外側壁と、
   上記第１外側壁よりも上記軸線方向先端側に位置し、上記第１外側壁よりも小径で且つ上記第１内側壁よりも大径の筒状をなし、上記第２内側壁との間に筒状の第２空間を形成しつつ上記第２内側壁の周囲を取り囲む第２外側壁であって、自身の基端部が上記第１内側壁の先端部と前記径方向に重なりつつ、上記内底壁よりも上記軸線方向先端側にまで延びる第２外側壁と、
   上記第２外側壁よりも上記軸線方向先端側に位置し、第２外孔を有する外底壁と、を備え、
   前記第２外孔の総開口面積Ａ、前記第２内孔の総開口面積Ｂ、前記第１内孔の総開口面積Ｃ、及び、前記第１外孔の総開口面積Ｄが、Ａ≦Ｂ＜Ｃ＜Ｄ、かつ（０．６×Ｂ）≦Ａの関係を満たす
   ガスセンサ。
2. 軸線方向に延びる形態をなし、先端側に被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検出部を有する検出素子と、
   自身の先端から上記検出部を突出させた状態で、上記検出素子の径方向周囲を取り囲むハウジングと、
   上記ハウジングに固定されると共に、上記検出部の周囲を取り囲むプロテクタと、を備え、
   上記プロテクタは、
   自身の内部空間内に上記検出部を収容する内側プロテクタと、
   上記内側プロテクタを収容する外側プロテクタと、を有する
   ガスセンサにおいて、
   上記内側プロテクタは、
   筒状をなし、自身を貫通する第１内孔を有する第１内側壁と、
   上記第１内側壁よりも軸線方向先端側に位置し、上記第１内側壁よりも小径の筒状をなす第２内側壁であって、自身を貫通する第２内孔を有する第２内側壁と、
   上記第２内側壁の先端側を閉塞する内底壁と、を備え、
   上記外側プロテクタは、
   上記第１内側壁との間に筒状の第１空間を形成しつつ上記第１内側壁の周囲を取り囲む筒状の第１外側壁であって、自身を貫通する第１外孔を、上記第１内孔よりも上記軸線方向先端側に有する第１外側壁と、
   上記第１外側壁よりも上記軸線方向先端側に位置し、上記第１外側壁よりも小径で且つ上記第１内側壁よりも大径の筒状をなし、上記第２内側壁との間に筒状の第２空間を形成しつつ上記第２内側壁の周囲を取り囲む第２外側壁であって、自身の基端部が上記第１内側壁の先端部と前記径方向に重なりつつ、上記内底壁よりも上記軸線方向先端側にまで延びる第２外側壁と、
   上記第２外側壁よりも上記軸線方向先端側に位置し、第２外孔を有する外底壁と、を備え、
   前記第２外孔の総開口面積Ａ、前記第２内孔の総開口面積Ｂ、前記第１内孔の総開口面積Ｃ、及び、前記第１外孔の総開口面積Ｄが、Ａ≦Ｂ＜Ｃ＜Ｄの関係を満たし、
   前記第２外孔と前記第２内孔との軸線方向における最短距離Ｄ１、前記第２内孔と前記第１内孔との軸線方向における最短距離Ｄ２、前記第１内孔と前記第１外孔との軸線方向における最短距離Ｄ３としたとき、Ｄ３がＤ１、Ｄ２よりも短い
   ガスセンサ。
3. 請求項１又は２に記載のガスセンサであって、
   前記第２外側壁の基端部と、前記第１内側壁の先端部とは、気密に結合してなる
   ガスセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
   前記第１外孔が前記軸線方向に複数個並ぶ
   ガスセンサ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
   前記外底壁は、前記軸線方向の先端側に向かって小径となるテーパ状になっている
   ガスセンサ。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のガスセンサであって、
   前記検出素子には、前記検出部に前記被検出ガスを導入するためのガス導入部が設けられており、
   前記第１内孔は、前記ガス導入部よりも前記軸線方向の基端側に配置されている
   ガスセンサ。

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