WO2013168649A1 - ガスセンサ - Google Patents

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WO2013168649A1
WO2013168649A1 PCT/JP2013/062664 JP2013062664W WO2013168649A1 WO 2013168649 A1 WO2013168649 A1 WO 2013168649A1 JP 2013062664 W JP2013062664 W JP 2013062664W WO 2013168649 A1 WO2013168649 A1 WO 2013168649A1
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WO
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protector
peripheral wall
introduction hole
hole
gas
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PCT/JP2013/062664
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English (en)
French (fr)
Inventor
智樹 藤井
孝哉 吉川
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
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    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4077—Means for protecting the electrolyte or the electrodes
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    • G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor including a protector that protects a detection element exposed to a detection gas from water.
  • a gas sensor provided with a detection element that generates electromotive force of different magnitude or changes its resistance value according to the concentration of a specific gas, such as NOx (nitrogen oxide) or oxygen, in an exhaust gas of an automobile or the like It has been known.
  • This gas sensor is used by being attached to the exhaust pipe of an automobile, etc., but the detection element becomes hot by heating the detection element or exposing the detection element to high-temperature exhaust gas. If the detection element is subjected to a thermal shock due to the moisture (water droplets) contained in the gas adhering (watering) to the detection element, there is a possibility that cracks or cracks may occur. Therefore, a protector that covers the detection element is attached to the gas sensor, and the detection element is protected from being exposed to water.
  • a specific gas such as NOx (nitrogen oxide) or oxygen
  • the protector has a double structure of an inner protector that covers the detection element and an outer protector that covers the inner protector.
  • the outer protector is formed with a gas introduction hole for introducing exhaust gas into the inside.
  • the gas introduction hole is formed in a long and narrow hole shape in the axial direction of the gas sensor.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a gas sensor that can reliably prevent the detection element from getting wet without reducing the efficiency of introducing exhaust gas into the protector that covers the detection element.
  • the purpose is to provide.
  • the detection element that extends in the axial direction and has a detection unit for detecting a specific gas component in the gas to be detected on the tip side, and the detection unit are protruded from the tip of its own.
  • a metal shell that surrounds and holds the periphery of the detection element in the radial direction, a peripheral wall and a distal end wall on the distal end side thereof, and the opening on the proximal end side in the state in which the detection unit is accommodated inside
  • a protector in which an end portion is fixed to the tip end portion of the metal shell and an introduction hole for introducing the gas to be detected is formed in the peripheral wall, or one or a plurality of protectors are stacked.
  • a plurality of the introduction holes formed in the protector are provided in the circumferential direction of the peripheral wall, and the opening length in the circumferential direction is a lateral hole shape larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction.
  • Gas characterized by Capacitors are provided.
  • a plurality of the introduction holes formed in the protector are provided in the circumferential direction of the peripheral wall, and the opening length in the circumferential direction is larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction. Therefore, the introduction efficiency of the exhaust gas into the protector covering the detection element is not lowered, and the introduction hole can reliably prevent the detection element from being wet compared to the shape of the hole that is long in the axial direction of the gas sensor. . Therefore, it is possible to prevent the detection element from being damaged due to water droplets adhering to the detection element.
  • the detection element that extends in the axial direction and has a detection unit for detecting a specific gas component in the gas to be detected on the tip side, and the detection unit are protruded from the tip part of itself.
  • a metal shell that surrounds and holds the periphery of the detection element in the radial direction, a peripheral wall and a distal end wall on the distal end side thereof, and the opening on the proximal end side in the state in which the detection unit is accommodated inside
  • a protector in which an end portion is fixed to the tip end portion of the metal shell and an introduction hole for introducing the gas to be detected is formed in the peripheral wall, or one or a plurality of protectors are stacked.
  • the introduction hole formed in the protector is a plurality of holes provided in the circumferential direction of the peripheral wall, and one of the holes has an opening length in the circumferential direction orthogonal to the circumferential direction. Longitudinal hole smaller than the opening length in the direction.
  • the gas sensor which is a hole portion of the transverse bore corresponds formed in close proximity to Jo hole portion into a plurality the circumferential direction is provided.
  • the introduction hole formed in the protector is a plurality of holes provided in the circumferential direction of the peripheral wall, and one of the holes has an opening length in the circumferential direction in the circumferential direction. Is a hole corresponding to a horizontal hole formed by making a plurality of vertical hole portions smaller than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction, so that the strength of the introduction hole portion is not reduced and detection is performed.
  • the introduction efficiency of the exhaust gas into the protector that covers the element is not lowered.
  • the introduction hole can be reliably prevented from being wetted by the detection element as compared with the shape of the hole that is long in the axial direction of the gas sensor. Therefore, it is possible to prevent the detection element from being damaged due to water droplets adhering to the detection element.
  • L2 / L1 may be 0.3 or more. If L2 / L1 is 0.3 or more, the ventilation of the introduction hole is sufficient, the response of the detection element 10 is not deteriorated, and the detection element is a detection element as compared with a hole shape that is long in the axial direction of the gas sensor. Can be reliably prevented.
  • L2 / L1 may be 0.52 or more.
  • the introduction hole is a horizontal hole and ventilation is sufficient, and the responsiveness of the detection element 10 does not deteriorate, and the introduction hole covers the detection element with water as compared with the shape of the hole elongated in the axial direction of the gas sensor. It can be surely prevented.
  • L3 the length of the introduction hole in the circumferential direction of the peripheral wall of the protector is L3 and the length of the introduction hole in the direction orthogonal to the L3 is L4, L3 / L4 is 3 or more. Also good. In this case, the introduction hole can sufficiently function as a lateral hole.
  • a circular cross section obtained by cutting the protector at a plane perpendicular to the axial direction and passing through the introduction hole is divided into a plurality of lines by a straight line passing through the center, at least one introduction hole is provided in each divided region. It may be present. In this case, since the introduction hole is provided in each divided region, there is no restriction on the rotation angle of the attachment of the gas sensor to the exhaust passage.
  • the protector has a peripheral wall and a distal end wall on the distal end side thereof, and the opening end portion on the proximal end side is fixed to the distal end portion of the metal shell in a state where the detection portion is accommodated in the protector And at least the peripheral wall of the inner protector while having a gap between the inner protector in which an inner introduction hole for introducing the gas to be detected is introduced into the peripheral wall and the inner protector.
  • An outer protector having a cylindrical shape that surrounds and having an outer introduction hole for introducing the detected gas into the gap on its peripheral wall, the outer introduction hole is a hole portion having the lateral hole shape,
  • the outer introduction hole may be provided in a peripheral wall of the outer protector other than a position opposed to the inner introduction hole.
  • the outer introduction hole is composed of at least one of the horizontal hole-shaped hole portion and the hole portion corresponding to the horizontal hole, and the outer protector other than the position facing the inner introduction hole. Since the outer introduction hole is provided in the peripheral wall, the water droplet that has entered from the outer introduction hole does not reach the inner introduction hole and collides with the peripheral wall of the inner protector. Therefore, the detection element can be reliably prevented from getting wet. Further, the efficiency of introducing exhaust gas into the protector that covers the detection element is not reduced.
  • the outer introduction hole may be provided on the distal end side in the axial direction with respect to the inner introduction hole on the most proximal end side in the peripheral wall of the outer protector.
  • the water droplets entering from the outer introduction hole do not reach the inner introduction hole, collide with the peripheral wall of the inner protector, and are discharged from the front end side of the outer protector. Therefore, the detection element can be reliably prevented from getting wet.
  • a plurality of the outer introduction holes may be provided in the axial direction on the peripheral wall of the outer protector. In this case, the amount of exhaust gas entering from these introduction holes is sufficient, and the response of the detection value to the exhaust gas of the detection element is not delayed. Further, since the outer introduction hole is provided over the entire circumference of the peripheral wall of the outer protector, there is no limitation on the rotation angle of the attachment of the gas sensor to the exhaust passage.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the gas sensor 1.
  • FIG. It is the front view of the protector 100 of 1st embodiment seen from the same direction as FIG. It is a longitudinal cross-sectional view of the protector 100 of 1st embodiment of the same direction as the cross section of FIG. It is a front view of the protector 100 of 2nd embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view of the protector 100 of 2nd embodiment of the same direction as the cross section of FIG. It is a front view of the protector 100 of 3rd embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view of the protector 100 of 3rd embodiment of the same direction as the cross section of FIG. It is a perspective view of the outer side protector 110.
  • FIG. 7 is a plan view showing individual lengths M2 in the circumferential direction of the peripheral wall 112 of the outer introduction hole 170 when the outer protector 110 is projected onto a plane perpendicular to the axis O.
  • FIG. 7 is a perspective view of the outer side protector 110.
  • FIG. 7 is a plan view showing individual lengths M2 in the circumferential direction of the peripheral wall 112 of the outer introduction hole 170 when the outer protector 110 is projected onto a plane perpendicular to the axis O.
  • FIG. 7 is a front view of an outer introduction hole 170.
  • FIG. 6 is a front view of the protector 100 of 5th embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view of the protector 100 of 5th embodiment of the same direction as the cross section of FIG. It is a cross-sectional view of the protector 100 of the fifth embodiment. It is a graph of the result of a 2nd analysis simulation. 6 is a front view of a modified example of the outer introduction hole 170.
  • FIG. It is a longitudinal cross-sectional view of the protector 100 of the 4th comparative example of the same direction as the cross section of FIG. It is a longitudinal cross-sectional view of the protector 100 of 6th Embodiment of the same direction as the cross section of FIG.
  • FIGS. 1 to 3 the axis O direction of the gas sensor 1 (indicated by a one-dot chain line) is shown as a vertical direction, and the detection unit 11 side of the detection element 10 held inside is the front end side and the rear end portion 12 of the gas sensor 1.
  • the side (see FIG. 2) will be described as the rear end side of the gas sensor 1.
  • a gas sensor 1 shown in FIG. 1 is attached to an exhaust pipe (not shown) of an automobile, and a detection unit 11 of a detection element 10 held inside is exposed to exhaust gas flowing in the exhaust pipe, and is included in the exhaust gas.
  • An example is a so-called oxygen sensor that detects an oxygen concentration as a gas to be detected.
  • the detection element 10 has a narrow plate shape extending in the direction of the axis O as is well known, a gas detection body for detecting the oxygen concentration, and a heater body for heating to activate the gas detection body early.
  • a gas detection body for detecting the oxygen concentration
  • a heater body for heating to activate the gas detection body early.
  • the gas detector is composed of a solid electrolyte body mainly composed of zirconia, a detection electrode mainly composed of platinum, and the like (not shown), and the detection electrode is disposed in the detection section 11 on the distal end side of the detection element 10. .
  • six electrode pads 16 are shown in FIG.
  • the detection element 10 is described as the “detection element” in the present invention.
  • the heater element is not necessarily required as the configuration of the detection element, and the gas detection element is the “detection element” of the present invention. It corresponds to “element”.
  • a metal cup 20 made of metal having an opening 25 on the bottom wall in the shape of a bottomed cylinder is disposed at a position slightly on the tip side from the center of the body 13 of the detection element 10.
  • the detection element 10 is inserted into the metal cup 20 through the opening 25, and the detection unit 11 protrudes from the opening 25 to the tip side.
  • the metal cup 20 is a member for holding the detection element 10 in the metal shell 50, and a tip peripheral portion 23 having a tapered shape from the bottom wall to the outer peripheral wall is formed at the edge portion of the bottom wall.
  • an alumina ceramic ring 21 and a talc ring 22 obtained by compressing and solidifying talc powder are arranged and housed in layers in the direction of the axis O while surrounding the detection element 10.
  • the talc ring 22 is crushed in the metal cup 20 so as to be filled in details, whereby the detection element 10 is positioned and held in the metal cup 20.
  • the detection element 10 integrated with the metal cup 20 is surrounded and held by a cylindrical metal shell 50 made of low carbon steel such as SUS430.
  • the metal shell 50 is for attaching and fixing the gas sensor 1 to an exhaust pipe (not shown) of an automobile, and an attachment portion 51 having a male screw for attachment to the exhaust pipe is provided on the outer peripheral tip side. .
  • a distal end engaging portion 56 to which a protector 100 described later is engaged is formed on the distal end side of the mounting portion 51.
  • a tool engaging portion 52 with which a tool for attachment is engaged is formed at the center of the outer periphery of the metal shell 50.
  • a rear end engagement portion 57 with which an outer cylinder 30 described later is engaged is formed on the rear end side of the tool engagement portion 52.
  • the detection element 10 is added in the metal shell 50.
  • a caulking portion 53 is formed for tightening and holding.
  • the annular gasket 55 which prevents the gas escape when attaching to an exhaust pipe is inserted.
  • a stepped portion is provided in the vicinity of the attachment portion 51 on the inner periphery of the metal shell 50, and the tip peripheral portion of the metal cup 20 that holds the detection element 10 described above is provided in the stepped portion. 23 is locked.
  • a talc ring 26 is loaded on the inner periphery of the metal shell 50 from the rear end side of the metal cup 20 with the detection element 10 inserted therethrough.
  • a cylindrical sleeve 27 is fitted into the metal shell 50 while allowing the detection element 10 to pass through so as to hold down the talc ring 26 from the rear end side.
  • a shoulder portion 28 having a step shape is formed on the outer periphery of the rear end side of the sleeve 27, and an annular packing 29 is disposed on the shoulder portion 28.
  • the crimping portion 53 of the metal shell 50 is crimped inward, and the shoulder portion 28 of the sleeve 27 is pressed toward the distal end side through the packing 29.
  • the talc ring 26 pressed against the sleeve 27 is crushed in the metal shell 50 and filled in detail.
  • the metal cup 20 and the detection element 10 are positioned and held in the metal shell 50 by the talc ring 26 and the talc ring 22 loaded in advance in the metal cup 20.
  • the rear end portion 12 of the detection element 10 protrudes rearward from the rear end (caulking portion 53) of the metal shell 50, and the rear end portion 12 is covered with a cylindrical separator 60 made of insulating ceramics. ing.
  • the separator 60 includes a front end side separator 63 and a rear end side separator 64, and the rear end side separator 64 is engaged with a bowl-shaped flange portion 62 provided on the front end side separator 63.
  • the front-end separator 63 includes six electrode pads 16 formed at the rear end portion 12 of the detection element 10 and six connection terminals 61 (one of them in FIG. 1) that is electrically connected to each of the electrode pads 16.
  • part with the inside is accommodated and hold
  • the rear end side separator 64 accommodates a connection portion between each connection terminal 61 and six lead wires 65 (four of which are shown in FIG. 1) drawn out of the gas sensor 1 inside. Yes.
  • a cylindrical outer cylinder 30 made of stainless steel (for example, SUS304) is disposed so as to surround the periphery of the rear end portion 12 of the detection element 10 in which the separator 60 is fitted.
  • the outer cylinder 30 has an opening end 31 on the front end side engaged with the outer periphery of the rear end engaging portion 57 of the metal shell 50.
  • the open end 31 is crimped from the outer peripheral side, and further, laser welding is performed around the outer periphery and joined to the rear end engaging portion 57, whereby the outer cylinder 30 and the metal shell 50 are integrated. It has become.
  • a metal-made cylindrical holding metal fitting 70 is disposed in the gap between the outer cylinder 30 and the front end side separator 63.
  • the holding metal fitting 70 has a support portion 71 formed by bending the rear end of the holding metal 70 inward, and the support portion 71 is engaged with the flange portion 62 of the front end side separator 63 inserted into the inside thereof.
  • the front end side separator 63 is held.
  • the outer peripheral surface of the outer cylinder 30 where the holding metal fitting 70 is disposed is crimped inward, whereby the holding metal fitting 70 that supports the front end side separator 63 is fixed to the outer cylinder 30.
  • a grommet 75 made of fluorine rubber is fitted into the opening on the rear end side of the outer cylinder 30.
  • the grommet 75 has six insertion holes 76 (one of which is shown in FIG. 1), and the six lead wires 65 drawn from the separator 60 are inserted into the insertion holes 76 in an airtight manner.
  • the grommet 75 is clamped from the outer periphery of the outer cylinder 30 and is fixed to the rear end of the outer cylinder 30 while pressing the rear end side separator 64 against the front end side separator 63.
  • the detection portion 11 of the detection element 10 held by the metal shell 50 protrudes from the distal end portion (tip engagement portion 56) of the metal shell 50.
  • the protector 100 is fitted to the tip engaging portion 56 and is fixed by spot welding or laser welding.
  • the protector 100 is for protecting the detection part 11 of the detection element 10 from the contamination
  • the protector 100 shown in FIGS. 2 and 3 includes an inner protector 120 having a bottomed cylindrical shape having a peripheral wall 122 and a distal end wall 124 on the distal end side thereof, and an outer shape having a cylindrical shape surrounding the periphery of the peripheral wall 122 in the radial direction by the peripheral wall 112 It has a double structure composed of the protector 110.
  • a gas separation chamber 119 is formed between the outer surface 126 of the peripheral wall 122 of the inner protector 120 and the inner surface 117 of the peripheral wall 112 of the outer protector 110.
  • the inner protector 120 has an outer diameter that is smaller than the distal end engaging portion 56 of the metal shell 50, and the base end portion 121 on the opening end side (rear end side) is engaged with the outer periphery of the distal end engaging portion 56. The diameter is expanded to match. Further, the peripheral edge portion of the tip wall 124 is configured as a tapered portion 123 that expands in a tapered shape toward the peripheral wall 122. In the peripheral wall 122 of the inner protector 120, a plurality of (in the present embodiment, twelve) inner introduction holes 125 are opened along the circumferential direction at positions close to the base end 121 in the axis O direction.
  • the inner introduction hole 125 mainly detects the gas component of the exhaust gas introduced into the gas separation chamber 119 via the outer introduction hole 170 of the outer protector 110 described later, and detects the inside of the inner protector 120, that is, the detection element 10. This is a hole for introducing the portion 11 into the exposed gas detection chamber 129.
  • a discharge port 160 is opened in the distal end wall 124 of the inner protector 120. Water droplets that have entered the inner protector 120 (in the gas detection chamber 129) are discharged to the outside of the protector 100 through the discharge port 160.
  • the gas component introduced into the gas detection chamber 129 via the inner introduction hole 125 is also discharged to the outside via the discharge port 160, and gas exchange in the gas detection chamber 129 is performed. Yes.
  • one end of the outer protector 110 has an enlarged diameter, and the base end 111 is engaged with the outer periphery of the base end 121 of the inner protector 120.
  • the front end of the metal shell 50 passes through the base end portion 121 from the outer peripheral surface side of the base end portion 111.
  • Laser welding reaching the engaging portion 56 is performed while making a round around the outer periphery of the base end portion 111. Thereby, the outer protector 110 and the inner protector 120 are fixed to the metal shell 50.
  • the tip 113 of the outer protector 110 is bent inward in the vicinity of the tapered portion 123 of the inner protector 120.
  • gap between the outer surface 126 of the surrounding wall 122 of the inner side protector 120 and the inner surface 117 of the outer side protector 110 is obstruct
  • the taper part 123 of the taper-shaped inner protector 120 becomes a form protruded toward the front end side in the axis O direction from the front end part 113 of the outer protector 110.
  • the distal end portion 113 of the outer protector 110 and the tapered portion 123 of the inner protector 120 form a continuous taper although the angles are different.
  • a plurality of (four in this embodiment) outer introduction holes 170 that communicate the outside of the outer protector 110 and the gas separation chamber 119 are evenly spaced along the circumferential direction. It is formed with.
  • the outer introduction hole 170 is formed at a position closer to the tip side than the formation position of the inner introduction hole 125 of the inner protector 120 in the axis O direction (that is, the position of the rear end of the outer introduction hole 170 is the inner introduction hole 125). It is arranged on the tip side from the position of the tip. Therefore, the outer introduction hole 170 is provided in the peripheral wall 112 of the outer protector 110 other than the position facing the inner introduction hole 125.
  • the outer introduction hole 170 extends in the circumferential direction of the peripheral wall 112 and has a lateral hole shape in which the opening length in the circumferential direction is larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction. The relationship between the circumferential length of the outer introduction hole 170 and the outer circumferential length of the peripheral wall 112 will be described later.
  • the gas sensor 1 When the gas sensor 1 having such a configuration is attached to the exhaust pipe of the internal combustion engine, the gas sensor 1 is attached with the front end side in the axis O direction downward in the direction of gravity, and the front end side is exposed in the exhaust pipe from the attachment portion 51 of the metal shell 50.
  • the Exhaust gas flowing through the exhaust pipe collides with the protector 100 shown in FIG. 2 from at least a direction different from the direction of the axis O (for example, a direction orthogonal to the axis O), and the gas separation chamber 119 from the outer introduction hole 170 of the outer protector 110. Introduced in. At this time, relatively heavy water (water droplets) contained in the exhaust gas and relatively light gas components are separated.
  • the outer introduction hole 170 is formed at a position closer to the tip side than the formation position of the inner introduction hole 125 of the inner protector 120 in the axis O direction, and is formed along the circumferential direction of the peripheral wall 112 of the outer protector 110. Therefore, it is possible to prevent water droplets that have entered the gas separation chamber 119 from the outer introduction hole 170 from entering the gas detection chamber 129 from the inner introduction hole 125 of the inner protector 120. Further, since the plurality of outer introduction holes 170 are formed in a predetermined length along the circumferential direction of the peripheral wall 112 of the outer protector 110, the amount of exhaust gas entering the gas separation chamber 119 from the outer introduction hole 170 is sufficient. Therefore, the response of the detection value to the exhaust gas of the detection element 10 is not delayed.
  • the gas sensor 1 of the second embodiment is different from the first embodiment only in the structure of the outer introduction hole 170 of the outer protector 110 from the first embodiment, and the other structures are the same. Only different points will be described below.
  • outer introduction hole 170 of the outer protector 110 of the second embodiment a plurality of outer introduction holes 170 that communicate the outside of the outer protector 110 and the gas separation chamber 119 are formed in the peripheral wall 112 along the circumferential direction.
  • the outer introduction hole 170 extends in the circumferential direction of the peripheral wall 112 and has a lateral hole shape in which the opening length in the circumferential direction is larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction.
  • the outer introduction holes 170 are formed in two rows on the peripheral wall 112 in the axis O direction.
  • the end portions of one outer introduction hole 170 are arranged on the peripheral wall 112 at equal intervals in the circumferential direction so as to overlap the other outer introduction hole 170. Further, all the outer introduction holes 170 are formed at positions on the distal end side with respect to the formation position of the inner introduction hole 125 of the inner protector 120 in the axis O direction. That is, the position of the rear end of the outer introduction hole 170 is arranged on the front end side with respect to the position of the front end of the inner introduction hole 125.
  • the outer protector 110 of the second embodiment in addition to the effects of the second embodiment, two rows are formed on the peripheral wall 112 of the outer protector 110 in the axis O direction, and the end of one outer introduction hole 170 is formed. Since the peripheral wall 112 is arranged at equal intervals in the circumferential direction so as to overlap the other outer introduction hole 170, the amount of exhaust gas entering the gas separation chamber 119 from these outer introduction holes 170 is sufficient, The response of the detection value to the exhaust gas of the detection element 10 is not delayed. In addition, all the outer introduction holes 170 are formed in positions closer to the tip side than the formation position of the inner introduction hole 125 of the inner protector 120 in the direction of the axis O, and therefore enter the gas separation chamber 119 from the outer introduction hole 170.
  • the rotation angle of the attachment of the gas sensor 1 to the exhaust passage is not limited.
  • the gas sensor 1 of the third embodiment is different from the first embodiment only in the structure of the outer introduction hole 170 of the outer protector 110 from the first embodiment, and the other structures are the same. Only different points will be described below.
  • a plurality of outer introduction holes 170 that communicate the outside of the outer protector 110 and the gas separation chamber 119 are formed in the peripheral wall 112 along the circumferential direction.
  • the outer introduction hole 170 extends in the circumferential direction of the peripheral wall 112 and has a lateral hole shape in which the opening length in the circumferential direction is larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction.
  • the outer introduction holes 170 are formed in three rows on the peripheral wall 112 in the axis O direction. Further, in the axis O direction, the end of one outer introduction hole 170 is disposed on the peripheral wall 112 so as to overlap the other outer introduction hole 170.
  • all the outer introduction holes 170 are formed at positions on the distal end side with respect to the formation position of the inner introduction hole 125 of the inner protector 120 in the axis O direction. That is, the position of the rear end of the outer introduction hole 170 is arranged on the front end side with respect to the position of the front end of the inner introduction hole 125.
  • the outer protector 110 of the third embodiment in addition to the effects of the first and second embodiments, three rows are formed on the peripheral wall 112 of the outer protector 110 in the axis O direction, and one of the outer introduction holes 170 is formed. Since the end portions are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the peripheral wall 112 so as to overlap the other outer introduction hole 170, the amount of exhaust gas entering the gas separation chamber 119 from these outer introduction holes 170 is sufficient. Therefore, the response of the detection value to the exhaust gas of the detection element 10 is not delayed.
  • all the outer introduction holes 170 are formed in positions closer to the tip side than the formation position of the inner introduction hole 125 of the inner protector 120 in the direction of the axis O, and therefore enter the gas separation chamber 119 from the outer introduction hole 170. It is possible to prevent the water droplets from entering the gas detection chamber 129 from the inner introduction hole 125 of the inner protector 120.
  • the outer introduction hole 170 is provided over the entire circumference of the peripheral wall 112 of the outer protector 110, the rotation angle of the attachment of the gas sensor 1 to the exhaust passage is not limited.
  • FIG. 8 a case will be described in which four outer introduction holes 170 that are horizontally long rectangular lateral holes are formed in a row in the circumferential direction of the peripheral wall 112 of the outer protector 110.
  • the outer introduction hole 170 has a rectangular shape when viewed from the front.
  • the circumferential length of the peripheral wall 112 of the outer protector 110 is L1 (see FIG. 9).
  • outer introduction holes 170 which are rectangular lateral holes which are horizontally long when viewed from the front are formed in two rows in the circumferential direction of the peripheral wall 112 of the outer protector 110.
  • the circumferential length of the peripheral wall 112 of the outer protector 110 is L1 (see FIG. 9).
  • the individual length in the circumferential direction of the peripheral wall 112 of the outer introduction hole 170 is M2, and six outer introduction holes are provided.
  • L2 M2 ⁇ 6.
  • L2 / L1 0.66.
  • the length in the circumferential direction of one outer introduction hole 170 of the outer protector 110 is L3, the length in the axis O direction is L4, and the length of the outer introduction hole 170 with respect to the vertical length
  • the ratio of the horizontal length is L3 / L4.
  • the horizontal hole corresponds to either “L2 / L1 ⁇ 0.52” or “L3 / L4 ⁇ 3”.
  • the outer introduction hole 170 is formed in the peripheral wall 112 of the outer protector 110 so as to correspond to either “L2 / L1 ⁇ 0.52” or “L3 / L4 ⁇ 3”.
  • the outer protector 110 of the first comparative example is a prior art outer protector having an outer introduction hole 170 having a conventional shape.
  • eight outer introduction holes 170 are formed in the peripheral wall 112 of the outer protector 110 at regular intervals along the circumferential direction.
  • the outer introduction hole 170 is formed at a position closer to the tip side than the formation position of the inner introduction hole 125 of the inner protector 120 in the axis O direction.
  • the outer introduction hole 170 is formed in a vertical hole shape in which the opening length in the direction (axis O direction) perpendicular to the circumferential direction is larger than the opening length in the circumferential direction of the peripheral wall 112.
  • the outer introduction hole 170 of the outer protector 110 of the second comparative example has an opening length in the circumferential direction of the peripheral wall 112 that is narrower than that of the first comparative example. That is, the outer introduction hole 170 of the second comparative example is formed to be longer than that of the first comparative example.
  • the outer introduction hole 170 of the outer protector 110 of the third comparative example has an opening length in the circumferential direction of the peripheral wall 112 smaller than that of the first comparative example, and the length in the axis O direction is the same as that of the first comparative example and the first comparative example. It is longer than the two comparative examples. That is, the outer introduction hole 170 of the third comparative example is formed to be longer than that of the first comparative example and the second comparative example.
  • the total opening area of all the outer introduction holes 170 of the outer protector 110 of the first comparative example is set to 1, and the total opening area of all the outer introduction holes 170 of the outer protector 110 of the first embodiment is calculated.
  • the total opening area of all the outer introduction holes 170 of the outer protector 110 of the second embodiment is set to “0.5”, and the outer protector of the third embodiment introduces all the outer introductions.
  • the total opening area of the holes 170 is set to “0.8”.
  • the total opening area of all the outer introduction holes 170 is set to “0.5”
  • the total opening area of all the outer introduction holes 170 is set. Is “0.8”.
  • the response of the detection element 10 (relation between the element gas replacement ratio and time (seconds)) was simulated by a computer. The result of the first analysis simulation is shown in the graph of FIG.
  • the second comparative example has the worst response.
  • the responsiveness of the first comparative example and the third comparative example is poor.
  • the third embodiment had the best response, and then the first embodiment and the second embodiment had good response. Therefore, it has been found that high responsiveness can be obtained even if the outer introduction hole 170 is made a horizontal hole and the opening area is made smaller than the vertical introduction hole 170 as in the prior art.
  • outer introduction hole 170 of the outer protector 110 a plurality of outer introduction holes 170 that communicate the outside of the outer protector 110 and the gas separation chamber 119 are formed in the peripheral wall 112 along the circumferential direction.
  • the outer introduction hole 170 extends in the circumferential direction of the peripheral wall 112 and has a lateral hole shape in which the opening length in the circumferential direction is larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction.
  • Four outer introduction holes 170 are formed in a row in the circumferential direction of the peripheral wall 112. As shown in FIG.
  • the circumferential length of the peripheral wall 112 of each outer introduction hole 170 is M2
  • the circumferential length of the peripheral wall 112 is L1
  • L2 M2 ⁇ 4.
  • the opening ratio L2 / L1 0.83 in the circumferential direction of the peripheral wall 112 is set.
  • outer introduction hole 170 of the outer protector 110 a plurality of outer introduction holes 170 that communicate the outside of the outer protector 110 and the gas separation chamber 119 are formed in the peripheral wall 112 along the circumferential direction.
  • the outer introduction hole 170 extends in the circumferential direction of the peripheral wall 112 and has a lateral hole shape in which the opening length in the circumferential direction is larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction.
  • the three outer introduction holes 170 are formed in a line in the circumferential direction of the peripheral wall 112, the opening length in the circumferential direction is not so large. As shown in FIG.
  • the circumferential length of the peripheral wall 112 of each outer introduction hole 170 is M2
  • the circumferential length of the peripheral wall 112 is L1
  • L2 M2 ⁇ 3.
  • the opening ratio L2 / L1 0.30 in the circumferential direction of the peripheral wall 112 is set.
  • the first comparative example has the worst response.
  • the fifth embodiment had the best response and then the fourth embodiment was good. Therefore, if the ratio (L2 / L1) of the holes in the circumferential direction of the peripheral wall 112 of the outer protector 110 is 0.30 (30%) or more, it can be determined that the response of the detection element 10 does not deteriorate.
  • a plurality of outer introduction holes 170 that communicate the outside of the outer protector 110 and the gas separation chamber 119 are formed in the peripheral wall 112 along the circumferential direction.
  • the outer introduction hole 170 extends in the circumferential direction of the peripheral wall 112 and has a lateral hole shape in which the opening length in the circumferential direction is larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction.
  • the outer introduction holes 170 are formed in two rows on the peripheral wall 112 in the axis O direction.
  • the end portions of one outer introduction hole 170 are arranged on the peripheral wall 112 at equal intervals in the circumferential direction so as to overlap the other outer introduction hole 170. Further, all the outer introduction holes 170 are formed at positions closer to the tip side than the formation position of the inner introduction hole 125 of the inner protector 120 in the axis O direction. That is, the position of the rear end of the outer introduction hole 170 is arranged on the front end side with respect to the position of the front end of the inner introduction hole 125.
  • inner introduction holes 125 which are twelve circular holes, are opened along the circumferential direction at a position near the base end 121 in the axis O direction.
  • the inner introduction hole 125 mainly contains the gas component of the exhaust gas introduced into the gas separation chamber 119 via the outer introduction hole 170 of the outer protector 110, that is, the detection unit 11 of the detection element 10. Is a hole for introduction into the exposed gas detection chamber 129.
  • six inner introduction holes 125 are formed in the circumferential wall 112 in six rows in the circumferential direction and in the axis O direction.
  • the diameter of one inner introduction hole 125 is 1.5 mm, which is twelve, and the total area of the openings of the inner introduction holes 125 is 21.2 mm 2 .
  • the inner protector 120 of the sixth embodiment Since the outer protector 110 of the sixth embodiment has the same structure as that of the fourth comparative example, the description thereof is omitted.
  • a plurality of inner introduction holes 125 are opened along the circumferential direction at a position near the base end 121 in the axis O direction.
  • the inner introduction hole 125 extends in the circumferential direction of the peripheral wall 122 and is formed in a lateral hole shape in which the opening length in the circumferential direction is larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction.
  • the inner introduction holes 125 are formed in two rows on the peripheral wall 122 in the axis O direction.
  • one inner introduction hole 125 has a width of 0.6 mm in the direction of the axis O, and opens at 70 degrees about the axis O in a plane orthogonal to the axis O. Since the three openings are formed in two rows, the total area of the openings of the inner introduction holes 125 of the sixth embodiment is 16.7 mm 2 . Accordingly, the ratio of the area of the opening (21.2 mm 2 ) of the inner introduction hole 125 of the fourth comparative example to the total is 0.79.
  • the inner protector 120 of the seventh embodiment Since the outer protector 110 of the seventh embodiment has the same structure as that of the fourth comparative example, the description thereof is omitted.
  • a plurality of inner introduction holes 125 are opened along the circumferential direction at a position near the base end 121 in the axis O direction.
  • the inner introduction hole 125 extends in the circumferential direction of the peripheral wall 122 and is formed in a lateral hole shape in which the opening length in the circumferential direction is larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction.
  • the inner introduction holes 125 are formed in two rows on the peripheral wall 122 in the axis O direction.
  • the inner introduction holes 125 are arranged in the circumferential wall 122 at equal intervals in the circumferential direction, and the formation positions are shifted vertically.
  • one inner introduction hole 125 has a width of 0.6 mm in the direction of the axis O, and opens at 45 degrees about the axis O in a plane orthogonal to the axis O. Since the three openings are formed in two rows, the total area of the openings of the inner introduction holes 125 of the sixth embodiment is 10.7 mm 2 . Therefore, the ratio with respect to the total area (21.2 mm 2 ) of the openings of the inner introduction holes 125 of the fourth comparative example is 0.51.
  • the inner protector 120 of the eighth embodiment will be described with reference to FIG. Since the outer protector 110 of the eighth embodiment has the same structure as that of the fourth comparative example, the description thereof is omitted.
  • a plurality of inner introduction holes 125 are opened along the circumferential direction at a position near the base end 121 in the axis O direction.
  • the inner introduction hole 125 extends in the circumferential direction of the peripheral wall 122 and is formed in a lateral hole shape in which the opening length in the circumferential direction is larger than the opening length in the direction orthogonal to the circumferential direction.
  • the inner introduction holes 125 are formed at equal intervals in one row in the circumferential direction of the peripheral wall 122.
  • one inner introduction hole 125 has a width of 0.6 mm in the direction of the axis O, and opens at 70 degrees about the axis O in a plane orthogonal to the axis O. Since the four openings are formed in one row, the total area of the openings of the inner introduction holes 125 of the eighth embodiment is 11.1 mm 2 . Therefore, the ratio of the area (21.2 mm 2 ) of the opening portion of the inner introduction hole 125 of the fourth comparative example to the total is 0.53.
  • the result of the third analysis simulation of the responsiveness of the gas sensor 1 will be described with reference to FIG.
  • the response of the detection element 10 (relationship between the element gas replacement ratio and time (seconds)) is simulated by a computer using the fourth comparative example and the sixth to eighth embodiments. went.
  • the protector 100 is an example of the “protector” of the present invention
  • the outer protector 110 is an example of the “outer protector” of the present invention
  • the inner protector 120 is an example of the “inner protector” in the present invention.
  • the outer introduction hole 170 is an example of the “introduction hole formed in the outer protector” of the present invention.
  • the gas separation chamber 119 is an example of the “gap” and “gas flow path” of the present invention.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
  • the outer introduction hole 170 is not limited to a simple horizontal hole as shown in FIG. 2, and a plurality of small rectangular holes 171 are continuously provided in the circumferential direction of the peripheral wall 112 of the outer protector 110 as shown in FIG. 26. It may be a hole 170 corresponding to a lateral hole formed as described above. In this case, the strength of the portion of the outer introduction hole 170 is not lowered, and the introduction efficiency of the exhaust gas into the outer protector 110 is not lowered. Further, it is possible to reliably prevent the detection element 10 from being wetted. Accordingly, it is possible to prevent the detection element 10 from being damaged due to water droplets adhering to the detection element 10.
  • the number of outer introduction holes 170 is not limited to the above embodiment, and may be an appropriate number.
  • the present invention can be similarly applied to protectors used for oxygen sensors, NOx sensors, HC sensors, temperature sensors and the like.

Abstract

　プロテクタ（１００）は、周壁およびその先端側に先端壁を有する内側プロテクタ（１２０）と、内側プロテクタ（１２０）を取り囲む筒状をなす外側プロテクタ（１１０）とから構成される２重構造を有する。外側プロテクタ（１１０）の周壁（１１２）には、外側プロテクタ（１１０）の外部とガス分離室とを連通する複数の外側導入孔（１７０）が、周方向に沿って均等間隔で形成されている。外側導入孔（１７０）は、軸線Ｏ方向において、内側プロテクタ（１２０）の内側導入孔の形成位置よりも先端側の位置に形成されている。外側導入孔（１７０）は、周壁（１１２）の周方向に延設され、当該周方向における開口長さが当該周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状に形成されている。　

Description

ガスセンサ
　本発明は、被検出ガス中に晒される検出素子を被水から保護するプロテクタを備えたガスセンサに関するものである。
　従来、自動車などの排気ガス中の特定ガス、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）や酸素などの濃度に応じ、大きさの異なる起電力が生じたり、抵抗値が変化したりする検出素子を備えたガスセンサが知られている。このガスセンサは自動車の排気管等に取り付けられて使用されるが、検出素子を加熱したり検出素子が高温の排気ガス中に晒されたりすることで、検出素子が高温となるのに対し、排気ガスに含まれる水分（水滴）が検出素子に付着（被水）することにより検出素子が熱衝撃を受けると、クラックや割れが生ずる虞がある。そこでガスセンサには検出素子を覆うプロテクタが装着され、検出素子が被水から保護されている。
　例えば、特許文献１に記載のガスセンサでは、プロテクタは、検出素子を覆う内側プロテクタと、当該内側プロテクタを覆う外側プロテクタの二重構造となっている。当該外側プロテクタには、排気ガスを内部に導入する為のガス導入孔が形成されている。凝縮水のプロテクタ内への浸入を低減すためにはガス導入孔の開口面積を絞る必要があるが、排気ガスの導入のための開口面積がある程度必要である。従って、特許文献１に記載のガスセンサでは、ガス導入孔はガスセンサの軸線方向に長細い孔形状に形成されている。
特開２０１１－１４５１４５号公報
　しかしながら、図１５に示すように、ガス導入孔が縦長の孔の場合、水滴が当該ガス導入孔上部から孔をすり抜けて浸入すると、内側プロテクタのガス導入孔がすぐ近くにあるため素子に被水する危険性が高くなってしまうという問題点がある。
　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、検出素子を覆うプロテクタ内への排気ガスの導入効率を落とさず、検出素子の被水を確実に防止することができるガスセンサを提供することを目的とする。
　本発明の第１態様によれば、軸線方向に延び、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部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んで保持する主体金具と、周壁およびその先端側に先端壁を有し、自身の内部に前記検出部を収容した状態で、基端側の開口端部が前記主体金具の前記先端部に固定されると共に、前記周壁に前記被検出ガスを自身の内部に導入するための導入孔が形成された一又は空隙を有して複数重ねられたプロテクタとを備え、前記プロテクタに形成された前記導入孔は、前記周壁の周方向に複数設けられ、前記周方向における開口長さが前記周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状であることを特徴とするガスセンサが提供される。
　第１態様のガスセンサでは、プロテクタに形成された前記導入孔は、前記周壁の周方向に複数設けられ、前記周方向における開口長さが前記周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状であるので、検出素子を覆うプロテクタ内への排気ガスの導入効率を落とさず、導入孔がガスセンサの軸線方向に長細い孔形状に比して検出素子の被水を確実に防止することができる。従って、検出素子に水滴が付着して検出素子が破損することを防止できる。
　本発明の第２態様によれば、軸線方向に延び、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部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んで保持する主体金具と、周壁およびその先端側に先端壁を有し、自身の内部に前記検出部を収容した状態で、基端側の開口端部が前記主体金具の前記先端部に固定されると共に、前記周壁に前記被検出ガスを自身の内部に導入するための導入孔が形成された一又は空隙を有して複数重ねられたプロテクタとを備え、前記プロテクタに形成された前記導入孔は、前記周壁の周方向に複数設けられた孔部であり、一つの当該孔部は、前記周方向における開口長さが前記周方向と直交する方向における開口長さより小さい縦孔形状の孔部を複数前記周方向に近接させて形成した横孔相当の孔部であることを特徴とするガスセンサが提供される。
　第２態様のガスセンサでは、プロテクタに形成された前記導入孔は、前記周壁の周方向に複数設けられた孔部であり、一つの当該孔部は、前記周方向における開口長さが前記周方向と直交する方向における開口長さより小さい縦孔形状の孔部を複数前記周方向に近接させて形成した横孔相当の孔部であるので、導入孔の部分の強度を低下させず、且つ、検出素子を覆うプロテクタ内への排気ガスの導入効率を低下させない。また、導入孔がガスセンサの軸線方向に長細い孔形状に比して検出素子の被水を確実に防止することができる。従って、検出素子に水滴が付着して検出素子が破損することを防止できる。
　また、前記プロテクタの周壁の外周長さをＬ１とし、前記プロテクタの周壁を軸線方向に対して垂直な面に投影した場合の前記導入孔の周方向の長さの合計をＬ２とした場合に、Ｌ２／Ｌ１が０．３以上であるようにしてもよい。Ｌ２／Ｌ１が０．３以上であれば、導入孔の通気が十分であり、検出素子１０の応答性が悪化せず、導入孔がガスセンサの軸線方向に長細い孔形状に比して検出素子の被水を確実に防止することができる。
　また、Ｌ２／Ｌ１が０．５２以上であるようにしてもよい。この場合には、導入孔が横孔として通気が十分であり、検出素子１０の応答性が悪化せず、導入孔がガスセンサの軸線方向に長細い孔形状に比して検出素子の被水を確実に防止することができる。
　また、前記プロテクタの周壁の周方向における前記導入孔の長さをＬ３、当該Ｌ３と直交する方向における前記導入孔の長さをＬ４とした場合に、Ｌ３／Ｌ４が３以上であるようにしてもよい。この場合には、導入孔が横孔として十分に機能することができる。
　また、 前記プロテクタを前記軸線方向と直交し且つ前記導入孔を通る平面で切断した円断面を、その中心を通る直線により複数分割した場合に、当該分割した各領域に前記導入孔が少なくとも一つ存在するようにしてもよい。この場合には、分割した各領域に導入孔が設けられるので、ガスセンサの排気流路への取り付けの回転角度に制限がない。
　また、前記プロテクタは、周壁およびその先端側に先端壁を有し、自身の内部に前記検出部を収容した状態で、基端側の開口端部が前記主体金具の前記先端部に固定されると共に、前記周壁に前記被検出ガスを自身の内部に導入するための内
側導入孔が形成された内側プロテクタと、前記内側プロテクタとの間に空隙を有しつつ、少なくとも前記内側プロテクタの前記周壁を取り囲む円筒状をなし、自身の周壁に前記被検出ガスを前記空隙に導入するための外側導入孔が形成された外側プロテクタとから構成され、前記外側導入孔は、前記横孔形状の孔部、及び、前記横孔相当の孔部の少なくとも一つから構成され、前記内側導入孔に対向する位置以外の前記外側プロテクタの周壁に前記外側導入孔が設けられているようにしてもよい。
　この場合には、前記外側導入孔は、前記横孔形状の孔部、及び、前記横孔相当の孔部の少なくとも一つから構成され、前記内側導入孔に対向する位置以外の前記外側プロテクタの周壁に前記外側導入孔が設けられているので、外側導入孔から進入した水滴は、内側導入孔には届かず、内側プロテクタの周壁に衝突する。従って、検出素子の被水を確実に防止することができる。また、検出素子を覆うプロテクタ内への排気ガスの導入効率を落とすこともない。
　また、前記外側導入孔は、前記外側プロテクタの周壁において、最基端側にある前記内側導入孔よりも前記軸線方向の先端側に設けられているようにしてもよい。この外側導入孔から進入した水滴は、内側導入孔には届かず、内側プロテクタの周壁に衝突し、外側プロテクタの先端側から排出される。従って、検出素子の被水を確実に防止することができる。
　また、前記外側導入孔は、前記外側プロテクタの周壁において、前記軸線方向に複数設けられているようにしてもよい。この場合には、これらの導入孔から進入する排気ガスの量は十分であり、検出素子の排気ガスに対する検出値の応答が遅れることもない。また、外側プロテクタの周壁の全周に渡って、外側導入孔が設けられるので、ガスセンサの排気流路への取り付けの回転角度に制限がない。
ガスセンサ１の部分断面図である。 図１と同方向から見た第一実施の形態のプロテクタ１００の正面図である。 図１の断面と同方向の第一実施の形態のプロテクタ１００の縦断面図である。 第二実施の形態のプロテクタ１００の正面図である。 図１の断面と同方向の第二実施の形態のプロテクタ１００の縦断面図である。 第三実施の形態のプロテクタ１００の正面図である。 図１の断面と同方向の第三実施の形態のプロテクタ１００の縦断面図である。 外側プロテクタ１１０の斜視図である。 外側プロテクタ１１０の周壁１１２の円周長さＬ１を示す平面図である。 外側プロテクタ１１０を軸線Ｏに垂直な面に投影した場合に、外側導入孔１７０の周壁１１２の周方向の個別の長さＭ２を示す平面図である。 外側プロテクタ１１０の斜視図である。 外側プロテクタ１１０を軸線Ｏに垂直な面に投影した場合に、外側導入孔１７０の周壁１１２の周方向の個別の長さＭ２を示す平面図である。 外側導入孔１７０の正面図である。 第一比較例（従来技術）のプロテクタ１００の正面図である。 図１の断面と同方向の第一比較例（従来技術）のプロテクタ１００の縦断面図である。 第二比較例のプロテクタ１００の正面図である。 第三比較例のプロテクタ１００の正面図である。 第一解析シミュレーションの結果のグラフである。 第四実施の形態のプロテクタ１００の正面図である。 図１の断面と同方向の第四実施の形態のプロテクタ１００の縦断面図である。 第四実施の形態のプロテクタ１００の横断面図である。 第五実施の形態のプロテクタ１００の正面図である。 図１の断面と同方向の第五実施の形態のプロテクタ１００の縦断面図である。 第五実施の形態のプロテクタ１００の横断面図である。 第二解析シミュレーションの結果のグラフである。 外側導入孔１７０の変形例の正面図である。 図１の断面と同方向の第四比較例のプロテクタ１００の縦断面図である。 図１の断面と同方向の第六実施の形態のプロテクタ１００の縦断面図である。 図１の断面と同方向の第七実施の形態のプロテクタ１００の縦断面図である。 図１の断面と同方向の第八実施の形態のプロテクタ１００の縦断面図である。 第三解析シミュレーションの結果のグラフである。
　以下、本発明を具体化したガスセンサの第一実施の形態について、図１～図３を参照して説明する。図１～図３ではガスセンサ１の軸線Ｏ方向（１点鎖線で示す。）を上下方向として図示し、内部に保持する検出素子１０の検出部１１側をガスセンサ１の先端側、後端部１２側（図２参照）をガスセンサ１の後端側として説明する。
　図１に示すガスセンサ１は、自動車の排気管（図示外）に取り付けられ、内部に保持する検出素子１０の検出部１１が排気管内を流通する排気ガスに曝されて、その排気ガス中に含まれる被検出ガスとしての酸素濃度を検出する、いわゆる酸素センサを一例とする。
　検出素子１０は公知にあるような軸線Ｏ方向に延びる細幅の板形状をなし、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。なお、図１、図２では、紙面左右方向を板厚方向、紙面表裏方向を板幅方向として示している。ガス検出体はジルコニアを主体とする固体電解質体や白金を主体とする検出電極などから構成され（図示せず）、その検出電極は、検出素子１０の先端側の検出部１１に配置されている。また、検出素子１０の後端側の後端部１２には、ガス検出体やヒータ体から電極を取り出すための６つの電極パッド１６（図１ではそのうちの２つを図示している。）が形成されている。なお、本実施の形態では検出素子１０を本発明における「検出素子」として説明を行うが、厳密には、検出素子の構成としてヒータ体は必ずしも必要ではなく、ガス検出体が本発明の「検出素子」に相当する。
　検出素子１０の胴部１３の中央よりやや先端側の位置には、有底筒状ながら底壁に開口２５を有する金属製の金属カップ２０が配置されている。検出素子１０は、開口２５を通じて金属カップ２０に挿通されており、開口２５から先端側に、検出部１１が突出されている。金属カップ２０は主体金具５０内に検出素子１０を保持するための部材であり、底壁の縁部分には、底壁から外周壁にかけてテーパ状をなす先端周縁部２３が形成されている。金属カップ２０内には、アルミナ製のセラミックリング２１と、滑石粉末を圧縮して固めた滑石リング２２とが検出素子１０の周囲を取り巻きつつ軸線Ｏ方向に層状に配置され、収容されている。滑石リング２２は金属カップ２０内で押し潰されて細部に充填されており、これにより、検出素子１０が金属カップ２０内で位置決めされて、保持されている。
　金属カップ２０と一体となった検出素子１０は、その周囲を、ＳＵＳ４３０等の低炭素鋼からなる筒状の主体金具５０に取り囲まれて保持されている。主体金具５０はガスセンサ１を自動車の排気管（図示外）に取り付け固定するためのものであり、外周先端側に、排気管への取り付け用の雄ねじが形成された取付部５１が設けられている。この取付部５１よりも先端側には、後述するプロテクタ１００が係合される先端係合部５６が形成されている。また、主体金具５０の外周中央には取り付け用の工具が係合する工具係合部５２が形成されている。工具係合部５２の後端側には、後述する外筒３０が係合される後端係合部５７が形成されており、さらにその後端側に、主体金具５０内に検出素子１０を加締め保持するための加締部５３が形成されている。そして工具係合部５２と取付部５１との間には、排気管に取り付けた際のガス抜けを防止する環状のガスケット５５が嵌挿されている。
　次に、主体金具５０の内周には、取付部５１付近に段状の部位が設けられており、その段状の部位には、前述した検出素子１０を保持する金属カップ２０の先端周縁部２３が係止されている。そして主体金具５０の内周には、滑石リング２６が、自身に検出素子１０を挿通させた状態で、金属カップ２０の後端側から装填されている。さらにその滑石リング２６を後端側から押さえるように、筒状のスリーブ２７が、自身に検出素子１０を挿通させつつ主体金具５０内に嵌め込まれている。スリーブ２７の後端側外周には、段状をなす肩部２８が形成されており、その肩部２８に、円環状のパッキン２９が配置されている。この状態で主体金具５０の加締部５３が内向きに加締められ、パッキン２９を介し、スリーブ２７の肩部２８を先端側に向けて押圧している。この加締めによって、スリーブ２７に押圧された滑石リング２６が主体金具５０内で押し潰されて、細部にわたって充填されている。そして、この滑石リング２６と、金属カップ２０内にあらかじめ装填された滑石リング２２とによって、金属カップ２０および検出素子１０が、主体金具５０内で位置決め保持される。
　検出素子１０の後端部１２は、主体金具５０の後端（加締部５３）よりも後方に突出されており、その後端部１２に、絶縁性セラミックスからなる筒状のセパレータ６０が被せられている。セパレータ６０は、先端側セパレータ６３と後端側セパレータ６４とからなり、先端側セパレータ６３に設けられた鍔状の鍔部６２に、後端側セパレータ６４が係合している。先端側セパレータ６３は、検出素子１０の後端部１２に形成された６つの電極パッド１６と、電極パッド１６のそれぞれと電気的に接続される６つの接続端子６１（図１ではそのうちの１つを図示している。）との接続部位を内部に収容して保持している。後端側セパレータ６４は、各接続端子６１とガスセンサ１の外部に引き出される６本のリード線６５（図１ではそのうちの４本を図示している。）との接続部位を内部に収容している。
　そして、セパレータ６０が嵌められた検出素子１０の後端部１２の周囲を囲うように、ステンレス（例えばＳＵＳ３０４）製で筒状の外筒３０が配設されている。外筒３０は、先端側の開口端３１が、主体金具５０の後端係合部５７の外周に係合されている。その開口端３１は外周側から加締められ、さらに外周を一周してレーザ溶接が施されて、後端係合部５７に接合されており、これにより、外筒３０と主体金具５０とが一体となっている。
　また、外筒３０と先端側セパレータ６３との間の間隙には、金属製で筒状の保持金具７０が配設されている。保持金具７０は、自身の後端を内側に折り曲げて構成した支持部７１を有し、その支持部７１に、自身の内部に挿通される先端側セパレータ６３の鍔部６２を係合させて、先端側セパレータ６３を保持している。この状態で、保持金具７０が配置された部分の外筒３０の外周面が内向きに加締められることにより、先端側セパレータ６３を支持した保持金具７０が外筒３０に固定されている。
　次に、外筒３０の後端側の開口には、フッ素系ゴム製のグロメット７５が嵌合されている。グロメット７５は６つの挿通孔７６（図１ではそのうちの１つを図示している。）を有し、各挿通孔７６に、セパレータ６０から引き出された上記６本のリード線６５が気密に挿通されている。この状態でグロメット７５は、後端側セパレータ６４を先端側セパレータ６３に押圧しつつ、外筒３０の外周から加締められて、外筒３０の後端に固定されている。
　一方、主体金具５０に保持された検出素子１０の検出部１１は、主体金具５０の先端部（先端係合部５６）より突出されている。この先端係合部５６には、プロテクタ１００が嵌められ、スポット溶接やレーザ溶接によって固定されている。プロテクタ１００は、検出素子１０の検出部１１を、排気ガス中のデポジット（燃料灰分やオイル成分など被毒性の付着物質）による汚損や被水などによる折損等から保護するためのものである。
　以下、第一実施の形態のプロテクタ１００の構造について、図２及び図３を参照して説明する。図２及び図３に示すプロテクタ１００は、周壁１２２およびその先端側に先端壁１２４を有する有底円筒状をなす内側プロテクタ１２０と、周壁１２２の径方向周囲を周壁１１２で取り囲む筒状をなす外側プロテクタ１１０とから構成される２重構造を有する。この内側プロテクタ１２０の周壁１２２の外表面１２６と、外側プロテクタ１１０の周壁１１２の内表面１１７との間には空隙から成るガス分離室１１９が形成されている。
　内側プロテクタ１２０は、その外径が主体金具５０の先端係合部５６よりも小さく形成されており、開口端側（後端側）の基端部１２１は、先端係合部５６の外周に係合するように拡径されている。また、先端壁１２４の周縁部分は周壁１２２へ向けてテーパ状に拡がるテーパ部１２３として構成されている。この内側プロテクタ１２０の周壁１２２には、軸線Ｏ方向で基端部１２１寄りの位置に、周方向に沿って複数（本実施の形態では１２個）の内側導入孔１２５が開口されている。内側導入孔１２５は、後述する外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０を介してガス分離室１１９に導入される排気ガスのうち、主にガス成分を、内側プロテクタ１２０の内部、すなわち検出素子１０の検出部１１が露出されたガス検出室１２９内に導入するための孔である。
　また、基端部１２１の外周から後述する外側プロテクタ１１０ごとレーザ溶接が施されており、内側プロテクタ１２０は主体金具５０の先端係合部５６に固定されている。そして、内側プロテクタ１２０の先端壁１２４には、排出口１６０が開口されている。内側プロテクタ１２０内（ガス検出室１２９内）に進入した水滴は、この排出口１６０を介してプロテクタ１００の外部に排出される。また、内側導入孔１２５を介してガス検出室１２９内に導入されるガス成分も、この排出口１６０を介して外部に排出され、ガス検出室１２９内のガス交換が行われるように構成されている。
　次に、外側プロテクタ１１０は、一方の開口端が拡径され、基端部１１１として、内側プロテクタ１２０の基端部１２１の外周に係合されている。外側プロテクタ１１０の基端部１１１を内側プロテクタ１２０の基端部１２１に重ねた状態で、基端部１１１の外周面側から基端部１２１を貫通して主体金具５０（図１参照）の先端係合部５６に達するレーザ溶接が基端部１１１の外周を一周しつつ施されている。これにより、外側プロテクタ１１０と内側プロテクタ１２０とが主体金具５０に固定されている。
　また、この外側プロテクタ１１０の先端部１１３は、内側プロテクタ１２０のテーパ部１２３付近にて内側に折り曲げられている。これにより、内側プロテクタ１２０の周壁１２２の外表面１２６と外側プロテクタ１１０の内表面１１７との間の空隙が先端側にて閉塞されて、上記のガス分離室１１９として構成される。そしてテーパ状の内側プロテクタ１２０のテーパ部１２３は、外側プロテクタ１１０の先端部１１３よりも軸線Ｏ方向先端側に向けて突出された形態となる。外側プロテクタ１１０の先端部１１３と、内側プロテクタ１２０のテーパ部１２３とは角度は異なるが連続するテーパをなす。
　次に、外側プロテクタ１１０の周壁１１２には、外側プロテクタ１１０の外部とガス分離室１１９とを連通する複数（本実施の形態では４個）の外側導入孔１７０が、周方向に沿って均等間隔で形成されている。外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５の形成位置よりも先端側の位置に形成されている（つまり外側導入孔１７０の後端の位置が、内側導入孔１２５の先端の位置よりも先端側に配置されている。）。従って、内側導入孔１２５に対向する位置以外の外側プロテクタ１１０の周壁１１２に外側導入孔１７０が設けられる。また、外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向に延設され、当該周方向における開口長さが当該周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状に形成されている。外側導入孔１７０の周方向の長さと、周壁１１２の外周長さとの関係等については後述する。
　このような構成をなすガスセンサ１が内燃機関の排気管に取り付けられた場合、軸線Ｏ方向先端側を重力方向下向きにして取り付けられ、主体金具５０の取付部５１よりも先端側が排気管内に露出される。排気管内を流通する排気ガスは、少なくとも軸線Ｏ方向とは異なる方向（例えば軸線Ｏに直交する方向）から図２に示すプロテクタ１００に衝突し、外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０からガス分離室１１９内に導入される。このときに、排気ガス中に含まれる相対的に重い水分（水滴）と、相対的に軽いガス成分とが分離される。このときに、外側導入孔１７０が、軸線Ｏ方向において内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５の形成位置よりも先端側の位置に形成され、且つ、外側プロテクタ１１０の周壁１１２の周方向に沿って形成されているので、外側導入孔１７０からガス分離室１１９に進入した水滴が内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５からガス検出室１２９内に入ることを防止できる。また、外側導入孔１７０は外側プロテクタ１１０の周壁１１２の周方向に沿って複数、且つ、所定長さ形成されているので、外側導入孔１７０からガス分離室１１９に進入する排気ガスの量は十分であり、検出素子１０の排気ガスに対する検出値の応答が遅れることもない。
　次に、図４及び図５を参照して、第二実施の形態のガスセンサ１のプロテクタ１００を説明する。第二実施の形態のガスセンサ１は第一実施の形態とは、外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０の構造が第一実施の形態と異なるのみで、他の構造は同じである。以下、異なる点のみ説明する。
　以下、第二実施の形態の外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０の構造について説明する。第二実施の形態の外側プロテクタ１１０では、周壁１１２には、外側プロテクタ１１０の外部とガス分離室１１９とを連通する複数の外側導入孔１７０が周方向に沿って形成されている。外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向に延設され、当該周方向における開口長さが当該周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状に形成されている。また、外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、周壁１１２に２列形成されている。さらに、軸線Ｏ方向において、一方の外側導入孔１７０の端部が他方の外側導入孔１７０とオーバーラップするように周壁１１２に周方向に均等間隔で配置されている。また、全ての外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５の形成位置よりも先端側の位置に形成されている。つまり、外側導入孔１７０の後端の位置が、内側導入孔１２５の先端の位置よりも先端側に配置されている。
　第二実施の形態の外側プロテクタ１１０では、第二実施の形態の効果に加え、軸線Ｏ方向において、外側プロテクタ１１０の周壁１１２に２列形成され、且つ、一方の外側導入孔１７０の端部が他方の外側導入孔１７０とオーバーラップするように周壁１１２に周方向に均等間隔で配置されているので、これらの外側導入孔１７０からガス分離室１１９に進入する排気ガスの量は十分であり、検出素子１０の排気ガスに対する検出値の応答が遅れることもない。また、全ての外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５の形成位置よりも先端側の位置に形成されているため、外側導入孔１７０からガス分離室１１９に進入した水滴が内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５からガス検出室１２９内に入ることを防止できる。また、外側プロテクタ１１０の周壁１１２の全周に渡って、外側導入孔１７０が設けられるので、ガスセンサ１の排気流路への取り付けの回転角度に制限がない。
　次に、図６及び図７を参照して、第三実施の形態のガスセンサ１のプロテクタ１００を説明する。第三実施の形態のガスセンサ１は第一実施の形態とは、外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０の構造が第一実施の形態と異なるのみで、他の構造は同じである。以下、異なる点のみ説明する。
　第三実施の形態の外側プロテクタ１１０では、周壁１１２には、外側プロテクタ１１０の外部とガス分離室１１９とを連通する複数の外側導入孔１７０が周方向に沿って形成されている。外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向に延設され、当該周方向における開口長さが当該周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状に形成されている。また、外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、周壁１１２に３列形成されている。さらに、軸線Ｏ方向において、一方の外側導入孔１７０の端部が他方の外側導入孔１７０とオーバーラップするように周壁１１２に配置されている。また、全ての外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５の形成位置よりも先端側の位置に形成されている。つまり、外側導入孔１７０の後端の位置が、内側導入孔１２５の先端の位置よりも先端側に配置されている。
　第三実施の形態の外側プロテクタ１１０では、第一及び第二実施の形態の効果に加え、軸線Ｏ方向において、外側プロテクタ１１０の周壁１１２に３列形成され、且つ、一方の外側導入孔１７０の端部が他方の外側導入孔１７０とオーバーラップするように周壁１１２に周方向に均等間隔で配置されているので、これらの外側導入孔１７０からガス分離室１１９に進入する排気ガスの量は十分であり、検出素子１０の排気ガスに対する検出値の応答が遅れることもない。また、全ての外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５の形成位置よりも先端側の位置に形成されているため、外側導入孔１７０からガス分離室１１９に進入した水滴が内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５からガス検出室１２９内に入ることを防止できる。また、外側プロテクタ１１０の周壁１１２の全周に渡って、外側導入孔１７０が設けられるので、ガスセンサ１の排気流路への取り付けの回転角度に制限がない。
　以上説明した第一～第三実施の形態では、外側プロテクタ１１０を軸線Ｏ方向と直交し且つ外側導入孔１７０を通る平面で切断した円断面を、その中心を通る直線により複数分割した場合に、当該分割した各領域に外側導入孔１７０が少なくとも一つ存在することになる。例えば、第一実施の形態では、外側プロテクタ１１０の周壁１１２を二本の直交する直線により分割した場合に、当該分割した各領域に外側導入孔１７０が少なくとも１つ存在する。
　次に、図８～図１３を参照して、外側導入孔１７０の横孔の定義について説明する。先ず、図８に示すように、正面視横長の矩形の横孔である外側導入孔１７０が外側プロテクタ１１０の周壁１１２の周方向に一列に４個形成されている場合について説明する。外側導入孔１７０は正面視、横長の矩形である。外側プロテクタ１１０を軸線Ｏに垂直な面に投影した場合に、外側プロテクタ１１０の周壁１１２の円周長さをＬ１とする（図９参照）。また、図１０に示すように、外側プロテクタ１１０を軸線Ｏに垂直な面に投影した場合に、外側導入孔１７０の周壁１１２の周方向の個別の長さをＭ２とし、４個の外側導入孔１７０の周壁１１２の周方向の長さの合計をＬ２とすると、Ｌ２＝Ｍ２×４となる。ここで、図８に示す例では、Ｌ２／Ｌ１＝０．５８となる。
　次に、図１１に示すように、正面視横長の矩形の横孔である外側導入孔１７０が外側プロテクタ１１０の周壁１１２の周方向に上下二列に６個形成されている場合について説明する。ここでも、外側プロテクタ１１０を軸線Ｏに垂直な面に投影した場合に、外側プロテクタ１１０の周壁１１２の円周長さをＬ１とする（図９参照）。また、図１２に示すように、外側プロテクタ１１０を軸線Ｏに垂直な面に投影した場合に、外側導入孔１７０の周壁１１２の周方向の個別の長さをＭ２とし、６個の外側導入孔１７０の周壁１１２の周方向の長さの合計をＬ２とすると、Ｌ２＝Ｍ２×６となる。ここで、図１２に示す例では、Ｌ２／Ｌ１＝０．６６となる。
　次に、図１３に示すように、外側プロテクタ１１０の１つの外側導入孔１７０の周方向の長さをＬ３とし、軸線Ｏ方向の長さをＬ４とし、外側導入孔１７０の縦の長さに対する横の長さの比（アスペクト比）は、Ｌ３／Ｌ４となる。本発明では、横孔とは、「Ｌ２／Ｌ１≧０．５２」又は「Ｌ３／Ｌ４≧３」の何れかに該当するものとする。従って、外側導入孔１７０は、「Ｌ２／Ｌ１≧０．５２」又は「Ｌ３／Ｌ４≧３」の何れかに該当するように外側プロテクタ１１０の周壁１１２に形成するものとする。
　次に、第一実施の形態～第三実施の形態と、第一比較例（図１４及び図１５参照）と、第二比較例（図１６参照）と、第三比較例（図１７）とを用いて、ガスセンサ１の応答性の第一解析シミュレーションの結果について図１８のグラフを参照して説明する。
　先ず、図１４及び図１５を参照して、第一比較例の外側プロテクタ１１０について説明する。第一比較例の外側プロテクタ１１０は従来の形状の外側導入孔１７０を有する従来技術の外側プロテクタである。具体的には、外側プロテクタ１１０の周壁１１２には、外側導入孔１７０が、周方向に沿って一定間隔で８個形成されている。外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５の形成位置よりも先端側の位置に形成されている。また、外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向における開口長さより当該周方向と直交する方向（軸線Ｏ方向）における開口長さが大きい縦孔形状に形成されている。
　次に、図１６を参照して、第二比較例の外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０の形状を説明する。第二比較例の外側プロテクタ１１０では、外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向における開口長が第一比較例よりも細くなっている。即ち、第二比較例の外側導入孔１７０は第一比較例よりも細長く形成されている。
　次に、図１７を参照して、第三比較例の外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０の形状を説明する。第三比較例の外側プロテクタ１１０では、外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向における開口長が第一比較例よりも細なっており、軸線Ｏ方向における長さは、第一比較例及び第二比較例よりも長くなっている。即ち、第三比較例の外側導入孔１７０は第一比較例及び第二比較例よりもよりも細長く形成されている。
　第一解析シミュレーションでは、第一比較例の外側プロテクタ１１０の全部の外側導入孔１７０の合計開口面積を１とし、第一実施の形態の外側プロテクタ１１０の全部の外側導入孔１７０の合計開口面積を「０．６」とし、第二実施の形態の外側プロテクタ１１０の全部の外側導入孔１７０の合計開口面積を「０．５」とし、第三実施の形態の外側プロテクタ１１０では、全部の外側導入孔１７０の合計開口面積を「０．８」する。また、第二比較例の外側プロテクタ１１０では、全部の外側導入孔１７０の合計開口面積を「０．５」とし、第三比較例の外側プロテクタ１１０では、全部の外側導入孔１７０の合計開口面積を「０．８」とする。この条件に従って、検出素子１０の応答性（素子ガス置換割合と時間（秒）との関係）をコンピュータによりシミュレーションを行った。第一解析シミュレーションの結果を図１８のグラフに示す。
　図１８のグラフに示すように、第二比較例が最も応答性が悪いことが分かる。次いで、第一比較例、第三比較例の応答性が悪い。これに対して、第三実施の形態が最も応答性が良く、次いで、第一実施の形態、第二実施の形態は応答性が良いことが分かった。従って、従来技術のように、外側導入孔１７０を縦孔にするより、横孔にして開口面積を小さくしても高い応答性を得ることができることが分かった。
　次に、外側プロテクタ１１０の周壁１１２の周方向に於ける外側導入孔１７０の割合関して、図１９～図２１に示す第四実施の形態と、図２２～図２４に示す第五実施の形態を用いたガスセンサ１の応答性の第二解析シミュレーションの結果について図２５のグラフを参照して説明する。
　以下、図１９～図２１を参照して、第四実施の形態の外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０の構造について説明する。第四実施の形態の外側プロテクタ１１０では、周壁１１２には、外側プロテクタ１１０の外部とガス分離室１１９とを連通する複数の外側導入孔１７０が周方向に沿って形成されている。外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向に延設され、当該周方向における開口長さが当該周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状に形成されている。また、外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向に一列に４個形成されている。図２１に示すように、各外側導入孔１７０の周壁１１２の周方向の長さをＭ２とし、周壁１１２の円周長さをＬ１とし、Ｌ２＝Ｍ２×４とする。第四実施の形態では、周壁１１２の周方向の開口割合Ｌ２／Ｌ１＝０．８３とする。
　次に、図２２～図２４を参照して、第五実施の形態の外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０の構造について説明する。第五実施の形態の外側プロテクタ１１０では、周壁１１２には、外側プロテクタ１１０の外部とガス分離室１１９とを連通する複数の外側導入孔１７０が周方向に沿って形成されている。外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向に延設され、当該周方向における開口長さが当該周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状に形成されている。また、外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向に一列に３個形成されているが、当該周方向における開口長さが余り大きくない。図２４に示すように、各外側導入孔１７０の周壁１１２の周方向の長さをＭ２とし、周壁１１２の円周長さをＬ１とし、Ｌ２＝Ｍ２×３とする。第五実施の形態では、周壁１１２の周方向の開口割合Ｌ２／Ｌ１＝０．３０とする。
　第二解析シミュレーションでは、図１４及び図１５に示す第一比較例の外側プロテクタ１１０と、上記第四実施の形態の外側プロテクタ１１０及び第五実施の形態の外側プロテクタ１１０を用いて、検出素子１０の応答性（素子ガス置換割合と時間（秒）の関係）をコンピュータによりシミュレーションを行った。本解析シミュレーションの結果を図２５のグラフに示す。
　図２５のグラフに示すように、第一比較例が最も応答性が悪いことが分かる。これに対して、第五実施の形態が最も応答性が良く、次いで、第四実施の形態が良いことが分かった。従って、外側プロテクタ１１０の周壁１１２の周方向に於ける孔の割合（Ｌ２／Ｌ１）が０．３０（３０％）以上なら、検出素子１０の応答性が悪くならないと判断できる。
　次に、内側プロテクタ１２０の周壁１２２の周方向に於ける内側導入孔１２５の開口部の面積を変化させた場合に関して、図２７に示す第四比較例と、図２８に示す第六実施の形態と、図２９に示す第七実施の形態と、図３０に示す第八実施の形態を用いたガスセンサ１の構造について説明する。
　まず、図２７を参照して、第四比較例の外側プロテクタ１１０及び内側プロテクタ１２０について説明する。第四比較例の外側プロテクタ１１０では、周壁１１２には、外側プロテクタ１１０の外部とガス分離室１１９とを連通する複数の外側導入孔１７０が周方向に沿って形成されている。外側導入孔１７０は、周壁１１２の周方向に延設され、当該周方向における開口長さが当該周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状に形成されている。また、外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、周壁１１２に２列形成されている。さらに、軸線Ｏ方向において、一方の外側導入孔１７０の端部が他方の外側導入孔１７０とオーバーラップするように周壁１１２に周方向に均等間隔で配置されている。また、全ての外側導入孔１７０は、軸線Ｏ方向において、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５の形成位置よりも先端側の位置に形成されている。つまり、外側導入孔１７０の後端の位置が、内側導入孔１２５の先端の位置よりも先端側に配置されている。
　また、この内側プロテクタ１２０の周壁１２２には、軸線Ｏ方向で基端部１２１寄りの位置に、周方向に沿って１２個の円形の孔である内側導入孔１２５が開口されている。内側導入孔１２５は、外側プロテクタ１１０の外側導入孔１７０を介してガス分離室１１９に導入される排気ガスのうち、主にガス成分を、内側プロテクタ１２０の内部、すなわち検出素子１０の検出部１１が露出されたガス検出室１２９内に導入するため孔である。第四比較例では、内側導入孔１２５は、周方向に６個、軸線Ｏ方向において、周壁１１２に２列形成されている。一例として、１つの内側導入孔１２５の直径は、１．５ｍｍであり、１２個で、内側導入孔１２５の開口部の面積の合計は、２１．２ｍｍ２である。
　次に、図２８を参照して、第六実施の形態の内側プロテクタ１２０について説明する。第六実施の形態の外側プロテクタ１１０は、第四比較例と同じ構造であるので、説明は省略する。第六実施の形態の内側プロテクタ１２０の周壁１２２には、軸線Ｏ方向で基端部１２１寄りの位置に、周方向に沿って複数の内側導入孔１２５が開口されている。内側導入孔１２５は、周壁１２２の周方向に延設され、当該周方向における開口長さが当該周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状に形成されている。また、内側導入孔１２５は、軸線Ｏ方向において、周壁１２２に２列形成されている。さらに、軸線Ｏ方向において、一方の内側導入孔１２５の端部が他方の内側導入孔１２５とオーバーラップするように周壁１２２に周方向に均等間隔で形成されている。一例として、１つの内側導入孔１２５は、軸線Ｏ方向において、０．６ｍｍの幅であり、軸線Ｏと直交する平面において、軸線Ｏを中心として７０度で開口している。この開口が３個で２列形成されているので、第六実施の形態の内側導入孔１２５の開口部の面積の合計は、１６．７ｍｍ２である。従って、第四比較例の内側導入孔１２５の開口部の面積（２１．２ｍｍ２）の合計に対する比率は、０．７９である。
　次に、図２９を参照して、第七実施の形態の内側プロテクタ１２０について説明する。第七実施の形態の外側プロテクタ１１０は、第四比較例と同じ構造であるので、説明は省略する。第七実施の形態の内側プロテクタ１２０の周壁１２２には、軸線Ｏ方向で基端部１２１寄りの位置に、周方向に沿って複数の内側導入孔１２５が開口されている。内側導入孔１２５は、周壁１２２の周方向に延設され、当該周方向における開口長さが当該周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状に形成されている。また、内側導入孔１２５は、軸線Ｏ方向において、周壁１２２に２列形成されている。内側導入孔１２５は、周壁１２２に周方向に均等間隔で配置され、上下で形成位置がずれている。一例として、１つの内側導入孔１２５は、軸線Ｏ方向において、０．６ｍｍの幅であり、軸線Ｏと直交する平面において、軸線Ｏを中心として４５度で開口している。この開口が３個で２列形成されているので、第六実施の形態の内側導入孔１２５の開口部の面積の合計は、１０．７ｍｍ２である。従って、第四比較例の内側導入孔１２５の開口部の面積（２１．２ｍｍ２）の合計に対する比率は、０．５１である。
　次に、図３０を参照して、第八実施の形態の内側プロテクタ１２０について説明する。第八実施の形態の外側プロテクタ１１０は、第四比較例と同じ構造であるので、説明は省略する。第八実施の形態の内側プロテクタ１２０の周壁１２２には、軸線Ｏ方向で基端部１２１寄りの位置に、周方向に沿って複数の内側導入孔１２５が開口されている。内側導入孔１２５は、周壁１２２の周方向に延設され、当該周方向における開口長さが当該周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状に形成されている。また、内側導入孔１２５は、周壁１２２の周方向に１列均等間隔で形成されている。一例として、１つの内側導入孔１２５は、軸線Ｏ方向において、０．６ｍｍの幅であり、軸線Ｏと直交する平面において、軸線Ｏを中心として７０度で開口している。この開口が４個で１列形成されているので、第八実施の形態の内側導入孔１２５の開口部の面積の合計は、１１．１ｍｍ２である。従って、第四比較例の内側導入孔１２５の開口部の面積（２１．２ｍｍ２）の合計に対する比率は、０．５３である。
　次に、図３１を参照して、ガスセンサ１の応答性の第三解析シミュレーションの結果について説明する。第三解析シミュレーションでは、第四比較例と第六実施の形態から第八実施の形態を用いて、検出素子１０の応答性（素子ガス置換割合と時間（秒）の関係）をコンピュータによりシミュレーションを行った。
　図３１のグラフに示すように、第四比較例の応答性に対して、第六実施の形態、第七実施の形態及び第八実施の形態の応答性がいずれも低下しないことが判明した。特に、第八実施の形態が最も応答性が良いことが分かった。従って、内側プロテクタ１２０の内側導入孔１２５の開口部の面積の合計が第四比較例の開口部の面積の合計の５０％程度に小さくなっても検出素子１０の応答性が悪くならないことが判明した。
　尚、プロテクタ１００が本発明の「プロテクタ」の一例であり、外側プロテクタ１１０が本発明の「外側プロテクタ」の一例である。内側プロテクタ１２０が本発明の「内側プロテクタ」の一例である。外側導入孔１７０が、本発明の「外側プロテクタに形成された導入孔」の一例である。ガス分離室１１９が本発明の「空隙」及び「ガス流路」の一例である。
　尚、本発明は、上記実施の形態に限られず各種の変形が可能である。例えば、外側導入孔１７０は、図２に示すような単純な横孔に限られず、図２６に示すように、小さな矩形の孔１７１を外側プロテクタ１１０の周壁１１２の周方向に複数近接して連続して形成した横孔相当の孔部１７０であってもよい。この場合には、外側導入孔１７０の部分の強度を低下させず、且つ、外側プロテクタ１１０内への排気ガスの導入効率を低下させない。また、検出素子１０の被水を確実に防止することができる。従って、検出素子１０に水滴が付着して検出素子が破損することを防止できる。尚、外側導入孔１７０の数は上記の実施の形態に限られず適宜の数にしてもよい。
　本発明は、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、ＨＣセンサ、温度センサ等に用いられるプロテクタにも同様に適用することができる。
　　１　　ガスセンサ
　１０　　検出素子
　１１　　検出部
　５０　　主体金具
　５６　　先端係合部
１００　　プロテクタ
１１０　　外側プロテクタ
１１２　　周壁
１１９　　ガス分離室
１２０　　内側プロテクタ
１２２　　周壁
１２５　　内側導入孔
１２９　　ガス検出室
１２５　　内側導入孔
１７０　　外側導入孔
１７１　　孔
　

Claims (9)

  1. 　軸線方向に延び、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部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んで保持する主体金具と、
    　周壁およびその先端側に先端壁を有し、自身の内部に前記検出部を収容した状態で、基端側の開口端部が前記主体金具の前記先端部に固定されると共に、前記周壁に前記被検出ガスを自身の内部に導入するための導入孔が形成された一又は空隙を有して複数重ねられたプロテクタとを備え、
    　前記プロテクタに形成された前記導入孔は、前記周壁の周方向に複数設けられ、前記周方向における開口長さが前記周方向と直交する方向における開口長さより大きい横孔形状であることを特徴とするガスセンサ。
  2. 　軸線方向に延び、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部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んで保持する主体金具と、
    　周壁およびその先端側に先端壁を有し、自身の内部に前記検出部を収容した状態で、基端側の開口端部が前記主体金具の前記先端部に固定されると共に、前記周壁に前記被検出ガスを自身の内部に導入するための導入孔が形成された一又は空隙を有して複数重ねられたプロテクタとを備え、
    　前記プロテクタに形成された前記導入孔は、前記周壁の周方向に複数設けられた孔部であり、
    　一つの当該孔部は、前記周方向における開口長さが前記周方向と直交する方向における開口長さより小さい縦孔形状の孔部を複数前記周方向に近接させて形成した横孔相当の孔部であることを特徴とするガスセンサ。
  3. 　前記プロテクタの周壁の外周長さをＬ１とし、
    　前記プロテクタの周壁を軸線方向に対して垂直な面に投影した場合の前記導入孔の周方向の長さの合計をＬ２とした場合に、
    　Ｌ２／Ｌ１が０．３以上であ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. 　 Ｌ２／Ｌ１が０．５２以上であることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
  5. 　前記プロテクタの周壁の周方向における前記導入孔の長さをＬ３、当該Ｌ３と直交する方向における前記導入孔の長さをＬ４とした場合に、
    　Ｌ３／Ｌ４が３以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のガスセンサ。
  6. 　前記プロテクタを前記軸線方向と直交し且つ前記導入孔を通る平面で切断した円断面を、その中心を通る直線により複数分割した場合に、当該分割した各領域に前記導入孔が少なくとも一つ存在することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のガスセンサ。
  7. 　前記プロテクタは、周壁およびその先端側に先端壁を有し、自身の内部に前記検出部を収容した状態で、基端側の開口端部が前記主体金具の前記先端部に固定されると共に、前記周壁に前記被検出ガスを自身の内部に導入するための内側導入孔が形成された内側プロテクタと、
    　前記内側プロテクタとの間に空隙を有しつつ、少なくとも前記内側プロテクタの前記周壁を取り囲む円筒状をなし、自身の周壁に前記被検出ガスを前記空隙に導入するための外側導入孔が形成された外側プロテクタとから構成され、
    　前記外側導入孔は、前記横孔形状の孔部、及び、前記横孔相当の孔部の少なくとも一つから構成され、
    　前記内側導入孔に対向する位置以外の前記外側プロテクタの周壁に前記外側導入孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のガスセンサ。
  8. 　前記外側導入孔は、前記外側プロテクタの周壁において、最基端側にある前記内側導入孔よりも前記軸線方向の先端側に設けられていることを特徴とする請求項７に記載のガスセンサ。
  9. 　前記外側導入孔は、前記外側プロテクタの周壁において、前記軸線方向に複数設けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載のガスセンサ。
    　
    　
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