(57)【要約】【課題】  プロテクタに設けたガス通路内で被測ガス中の水分を蒸発させることにより、検出素子を水滴との接触から保護し、信頼性を高めるようにする。【解決手段】  内側プロテクタ１３と外側プロテクタ１４との間にはガス通路１６を画成し、これらのプロテクタ１３，１４には、排気ガスの流入孔１７、通気孔１８、流出孔１９を設ける。また、プロテクタ１３と検出ロッド６との間の隙間を小さく形成し、ヒータ部７の熱がガス通路１６にも伝わるようにする。そして、排気ガスを流入孔１７からガス通路１６に流入させた後に、通気孔１８を介して流出孔１９から外部に流出させる。これにより、排気ガス中に含まれる凝縮水をガス通路１６内で加熱して気化でき、高温の検出ロッド６に水滴が接触してヒータ部７、センサ部８等に損傷が生じるのを防止することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測ガスの流路途中に取付けられるケーシングと、
該ケーシングに設けられ前記流路内を流れる被測ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出素子と、
基端側が前記ケーシングに取付けられる筒部となり先端側が蓋部となった有蓋筒状に形成され前記酸素濃度検出素子を覆う内側プロテクタと、
該内側プロテクタの筒部を径方向外側から取囲んで設けられ前記筒部との間にガス通路を画成する筒状の外側プロテクタと、
該外側プロテクタの先端側に設けられ前記流路内を流れる被測ガスが前記ガス通路に流入する流入孔と、
該流入孔と軸方向に離間して前記内側プロテクタの筒部の基端側に設けられ前記ガス通路内の被測ガスが前記内側プロテクタの内周側に流通する通気孔と、
前記内側プロテクタの先端側に設けられ前記内側プロテクタ内を流れる被測ガスが外部に流出する流出孔とから構成してなる酸素センサ。
【請求項２】
前記内側プロテクタの筒部と前記酸素濃度検出素子との間には径方向の隙間を形成し、この隙間の寸法を前記ガス通路の径方向寸法よりも小さく形成してなる請求項１に記載の酸素センサ。
【請求項３】
前記外側プロテクタは軸方向の両側を前記内側プロテクタの筒部の外周側に取付ける構成とし、前記流入孔と通気孔とは前記外側プロテクタの軸方向両側に離間して配置し、前記流出孔は前記外側プロテクタの取付部位よりも先端側に配置する構成としてなる請求項１または２に記載の酸素センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両の排気管等に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出するのに好適に用いられる酸素センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等の車両は、エンジンの排気管側に酸素センサを設け、この酸素センサを用いて排気ガス中の酸素濃度を検出することにより、エンジンの空燃比をフィードバック制御するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２２２４１６号公報
【０００４】
この種の従来技術による酸素センサは、エンジンの排気管に取付けられる筒状のケーシングと、該ケーシングに設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する有蓋筒状の酸素濃度検出素子と、該酸素濃度検出素子を排気ガス中の異物等から保護するプロテクタとにより構成されている。
【０００５】
ここで、酸素濃度検出素子は、例えば酸素イオン伝導性のセラミックス材料（固体電解質）等からなり、基端側がケーシング内に挿嵌されると共に、先端側がケーシングから突出している。また、酸素濃度検出素子の内周側にはロッド状のヒータが挿入され、このヒータは、例えばエンジンの始動時等に酸素濃度検出素子を加熱することにより、検出素子を早期に活性化させる構成となっている。
【０００６】
また、プロテクタは、例えば内筒と外筒とからなる２重の有蓋筒状体として形成され、酸素濃度検出素子の突出端側を覆う位置でケーシングに取付けられている。そして、プロテクタの内筒と外筒には、センサの外部を流れる排気ガスを酸素濃度検出素子の周囲に導くための開口部がそれぞれ形成され、これらの開口部は内筒と外筒の径方向に向けて開口している。
【０００７】
この場合、内筒の開口部と外筒の開口部とは、軸方向に対して互いに異なる位置に形成され、排気ガス中に含まれる凝縮水の水滴等がプロテクタの内部に侵入し難い構成となっている。
【０００８】
そして、酸素センサは、エンジンの排気管内を流れる排気ガスがプロテクタの開口部を介して酸素濃度検出素子の周囲に流入し、この排気ガスが十分に加熱された検出素子と接触することにより、排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出して検出信号を出力するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した従来技術では、排気ガス中に含まれる凝縮水がプロテクタの内部に侵入し難いように、プロテクタを２重構造の有蓋筒状体として形成し、その内筒と外筒の異なる位置に開口部を形成する構成としている。
【００１０】
しかし、エンジンの運転環境等によっては、排気管内に凝縮水が発生し易い状態となり、プロテクタの外周側に付着する凝縮水の量が増えることがある。そして、このように多量の凝縮水がプロテクタの外周側に付着すると、凝縮水の一部は外筒と内筒の開口部を通って酸素濃度検出素子の周囲に浸入するようになる。
【００１１】
このため、従来技術では、例えば排気管内に多量の凝縮水が生じると、単にプロテクタの内筒と外筒との間で開口部の位置をずらした構造だけでは、凝縮水の浸入を十分に阻止できず、浸入した凝縮水が高温な検出素子と接触することによって検出素子に亀裂等の損傷が生じ易いため、耐久性、信頼性を高めるのが難しいという問題がある。
【００１２】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、プロテクタの周囲に多量の水分が存在する場合でも、簡単な構造によって酸素濃度検出素子を水分との接触から保護でき、プロテクタの防水性を高め、耐久性と信頼性を向上できるようにした酸素センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために請求項１の発明は、被測ガスの流路途中に取付けられるケーシングと、該ケーシングに設けられ前記流路内を流れる被測ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出素子と、基端側が前記ケーシングに取付けられる筒部となり先端側が蓋部となった有蓋筒状に形成され前記酸素濃度検出素子を覆う内側プロテクタと、該内側プロテクタの筒部を径方向外側から取囲んで設けられ前記筒部との間にガス通路を画成する筒状の外側プロテクタと、該外側プロテクタの先端側に設けられ前記流路内を流れる被測ガスが前記ガス通路に流入する流入孔と、該流入孔と軸方向に離間して前記内側プロテクタの筒部の基端側に設けられ前記ガス通路内の被測ガスが前記内側プロテクタの内周側に流通する通気孔と、前記内側プロテクタの先端側に設けられ前記内側プロテクタ内を流れる被測ガスが外部に流出する流出孔とからなる構成を採用している。
【００１４】
また、請求項２の発明によると、内側プロテクタの筒部と酸素濃度検出素子との間には径方向の隙間を形成し、この隙間の寸法をガス通路の径方向寸法よりも小さく形成する構成としている。
【００１５】
また、請求項３の発明によると、外側プロテクタは軸方向の両側を内側プロテクタの筒部の外周側に取付ける構成とし、流入孔と通気孔とは前記外側プロテクタの軸方向両側に離間して配置し、流出孔は前記外側プロテクタの取付部位よりも先端側に配置する構成としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明により、内側プロテクタと外側プロテクタの間には、軸方向に延びるガス通路を画成でき、このガス通路には、先端側の流入孔から基端側の流通孔に向けて被測ガスを軸方向に流通させることができる。そして、ガス通路を通過した被測ガスは、通気孔から内側プロテクタの内周側に進入して酸素濃度検出素子と接触することができ、この検出素子によって被測ガス中の酸素濃度を検出することができる。
【００１７】
この場合、例えば酸素濃度検出素子をヒータ等により加熱して活性化するときには、ガス通路の周壁を構成する内側プロテクタの筒部等もヒータにより加熱することができる。このため、例えば被測ガス中に多くの水分（水滴）等が含まれている場合でも、この水滴をガス通路内で加熱して気化させることができる。
【００１８】
これにより、内側プロテクタ内に進入した被測ガスが検出素子の外周側を通過するときには、被測ガス中に含まれる水滴が高温の検出素子に接触するのを防止することができる。従って、内，外のプロテクタ間にガス通路を画成した簡単な構造によって酸素濃度検出素子を水滴との接触から保護でき、プロテクタの防水性を高めることができる。
【００１９】
また、内側プロテクタの先端側が外側プロテクタから露出する構造とし、この先端側に被測ガスの流出孔を設けたので、内側プロテクタの内周側では、基端側の通気孔から先端側の流出孔に向けて検出素子の周囲に被測ガスを流通させることができる。これにより、検出素子と被測ガスとを十分に接触させることができ、酸素濃度を安定的に検出することができる。
【００２０】
請求項２の発明により、ガス通路の周壁を構成する内側プロテクタの筒部と酸素濃度検出素子との距離を短くできるから、検出素子をヒータ等により加熱するときには、ヒータの熱をガス通路にも良好に伝導することができる。従って、ヒータの発熱を利用してガス通路の温度を効率よく上昇させることができ、被測ガス中の水滴をガス通路内で安定的に蒸発させることができる。
【００２１】
請求項３の発明により、内側プロテクタと外側プロテクタとの間には、軸方向に延びると共に両端側が閉塞されたガス通路を形成でき、その先端側と基端側に離間して流入孔と通気孔とを配置することができる。従って、ガス通路の軸方向長さを十分に確保することができる。また、内側プロテクタには、外側プロテクタの取付部位よりも先端側に位置する蓋部等に流出孔を配置できるから、酸素濃度検出素子の周囲には、被測ガスを十分な軸方向距離にわたって流通させることができ、その検出精度を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態として、車両の排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出する酸素センサを例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２３】
図中、１は酸素センサの外郭を構成するケーシングで、該ケーシング１は、例えば金属材料等により段付筒状に形成され、後述のホルダ２とキャップ４とにより構成されている。
【００２４】
２はケーシング１の先端側を構成する段付筒状のホルダで、該ホルダ２は、鋼材等の金属材料により形成され、その外周側には、後述の排気管２０側に螺着されるおねじ部２Ａが形成されている。また、ホルダ２には、その基端側に筒状のキャップ嵌合部２Ｂが形成され、その先端側に筒状のプロテクタ嵌合部２Ｃが形成されている。また、ホルダ２の内周側には、後述の検出ロッド６が隙間をもって挿通される挿通穴３が設けられている。
【００２５】
４はケーシング１の基端側を構成するキャップで、該キャップ４は、例えば薄肉な金属パイプ等を用いて筒状に形成されている。そして、キャップ４の基端側には、その一部を縮径させることにより後述の弾性シール体１０をキャップ４内に固定する例えば３箇所のカシメ部４Ａが設けられている。
【００２６】
この場合、各カシメ部４Ａは、弾性シール体１０を径方向内向きに縮径させることにより、後述の検出ロッド６をロッド嵌合穴１０Ａ内で弾性的に保持し、後述の接続端子１１を弾性シール体１０によって検出ロッド６の外周面に押付けると共に、後述のリード線１２に各挿嵌穴１０Ｂ内で締代を与えるものである。一方、キャップ４の先端側は、ホルダ２のキャップ嵌合部２Ｂの外周側に嵌合され、これらの嵌合部位は環状の溶接部５によって互いに接合されている。
【００２７】
６はケーシング１内に設けられた酸素濃度検出素子としての検出ロッドで、該検出ロッド６は、図２に示す如く、円柱状のセラミックスヒータからなるヒータ部７と、該ヒータ部７の先端側外周に一体成形された酸素イオン伝導性の固体電解質層からなる筒状のセンサ部８とを有している。
【００２８】
ここで、ヒータ部７は、基端側がケーシング１内に挿嵌され、先端側がセンサ部８と共にケーシング１の外部に突出すると共に、この突出端側にはセンサ部８を加熱して活性化させるヒータパターン７Ａが形成されている。また、ヒータ部７の基端側外周には、ヒータパターン７Ａやセンサ部８に給電したり、センサ部８からの検出信号を外部に出力する例えば５個の電極（図示せず）が周方向に間隔をもって形成されている。
【００２９】
また、センサ部８は、例えばジルコニア（Ｚr Ｏ2 ）、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）等のセラミックス材料を含んで形成され、ヒータパターン７Ａを径方向外側から覆うように配置されている。そして、センサ部８は、ヒータパターン７Ａの加熱等により活性化した状態で排気ガスと接触すると、排気ガス中に含まれる酸素濃度に応じた起電力を発生し、この起電力は酸素濃度の検出信号として外部のコントロールユニット（図示せず）等に出力される。
【００３０】
９はホルダ２の挿通穴３内で検出ロッド６のヒータ部７を支持する支持筒で、該支持筒９は、ばね性を有する断面Ｃ字状の金属板等からなり、基端側９Ａが縮径方向に弾性変形した状態でホルダ２の挿通穴３内に挿嵌されると共に、先端側９Ｂが拡径方向に弾性変形した状態で検出ロッド６のヒータ部７を外側から把持している。これにより、支持筒９は、検出ロッド６を挿通穴３内で弾性的に位置決めすると共に、ヒータ部７から発生する熱をホルダ２側に伝えるものである。
【００３１】
１０はキャップ４の基端側に嵌合して設けられた有蓋筒状の弾性シール体で、該弾性シール体１０は、例えばフッ素ゴム等の樹脂材料からなり、キャップ４内に各カシメ部４Ａを用いて固定されている。また、弾性シール体１０の内周側には、ヒータ部７の端部が嵌合される有蓋のロッド嵌合穴１０Ａと、該ロッド嵌合穴１０Ａの周壁に一定の間隔で配置され、後述の接続端子１１がリード線１２と共に締代をもって挿嵌される例えば５個の挿嵌穴１０Ｂ（１個のみ図示）とが形成されている。そして、弾性シール体１０はキャップ４内を気液密にシールすると共に、各リード線１２をシールした状態で挿嵌穴１０Ｂから外部に引出すものである。
【００３２】
１１は弾性シール体１０の各挿嵌穴１０Ｂ内に設けられた接続端子で、該各接続端子１１は、各リード線１２に接続された圧着端子等からなり、弾性シール体１０を介して検出ロッド６の各電極に押付けられ、これらと接続されている。そして、各接続端子１１は、例えばセンサ部８に対するポンプ電圧等の印加、ヒータ部７に対する給電、センサ部８による検出信号の出力等を行うものである。
【００３３】
１３はケーシング１の先端側に設けられた内側プロテクタで、該内側プロテクタ１３は、図２ないし図５に示す如く、例えば金属材料、セラミックス材料等により有蓋筒状に形成され、その内周側にはケーシング１から突出する検出ロッド６の突出端側（センサ部８等）が挿入されている。そして、内側プロテクタ１３は、後述の外側プロテクタ１４と協働して検出ロッド６の突出端側を覆うことにより、センサ部８を排気ガス中の異物等から保護するものである。
【００３４】
ここで、内側プロテクタ１３は、その基端側に位置する大径筒部１３Ａと、該大径筒部１３Ａの先端側に段付状に縮径して形成された小径筒部１３Ｂと、該小径筒部１３Ｂの先端側を施蓋する蓋部１３Ｃとにより構成されている。そして、大径筒部１３Ａは、ホルダ２のプロテクタ嵌合部２Ｃの外周側に嵌合され、これらの嵌合部位は後述の溶接部１５によって接合されている。
【００３５】
また、小径筒部１３Ｂの内周側は、図２、図３に示す如く、検出ロッド６のセンサ部８と径方向の隙間をもって対向している。そして、この隙間の寸法Ｓａは、ヒータ部７（ヒータパターン７Ａ）から発生する熱が隙間の空気層を介して後述のガス通路１６に十分に伝わるように、微小な寸法値として形成され、例えばガス通路１６の径方向寸法Ｓｂよりも小さく形成されている（Ｓａ＜Ｓｂ）。
【００３６】
これにより、センサ部８をヒータパターン７Ａによって加熱するときには、小径筒部１３Ｂも一緒に加熱されるため、ガス通路１６内に排気ガスと一緒に凝縮水が浸入した場合には、この凝縮水をヒータパターン７Ａの熱によって効率よく蒸発させることができる。
【００３７】
１４は内側プロテクタ１３の外周側に設けられた筒状の外側プロテクタで、該外側プロテクタ１４は、例えば金属材料、セラミックス材料等により形成されている。ここで、外側プロテクタ１４は、前述したプロテクタ１３の大径筒部１３Ａよりも大きな内径をもって形成され、その蓋部１３Ｃが露出する位置で大径筒部１３Ａと小径筒部１３Ｂとを径方向外側から取囲むように配置されている。そして、外側プロテクタ１４の基端側は大径筒部１３Ａの外周側に嵌合され、これらの嵌合部位は環状の溶接部１５によってホルダ２のプロテクタ嵌合部２Ｃに接合されている。
【００３８】
また、外側プロテクタ１４の先端側は、内側プロテクタ１３の小径筒部１３Ｂに向けて径方向内向きに縮径し、この縮径部位には小径筒部１３Ｂの外周側に密着状態で嵌合される円形状の嵌合開口１４Ａが設けられている。また、外側プロテクタ１４の軸方向中間部位は、小径筒部１３Ｂの外周側に径方向の隙間をもって配置され、これらの間にはガス通路１６が画成されている。
【００３９】
１６はプロテクタ１３，１４の間に画成されたガス通路で、該ガス通路１６は、図２ないし図４に示す如く、内側プロテクタ１３の小径筒部１３Ｂと外側プロテクタ１４との間を軸方向に延びる環状の隙間空間からなり、所定の径方向寸法Ｓｂをもって形成されると共に、軸方向の両側が内側プロテクタ１３と外側プロテクタ１４との嵌合部位で閉塞されている。そして、ガス通路１６内には、後述の流入孔１７から通気孔１８に向けて排気ガスが流通し、このとき排気ガス中に含まれる凝縮水は、検出ロッド６のヒータパターン７Ａから伝わる熱によって蒸発する構成となっている。
【００４０】
１７は外側プロテクタ１４の先端側に設けられた複数の流入孔で、該各流入孔１７は、図４に示す如く、周方向に一定の間隔をもって配置され、プロテクタ１４の外部とガス通路１６の流入側（先端側）とを連通している。また、流入孔１７は、排気管２０内を流れる排気ガスの流通方向（図１中の矢示Ａ方向）に沿ってプロテクタ１４の径方向に開口している。このため、排気管２０内の排気ガスは、流入孔１７からガス通路１６内に円滑に流入する構成となっている。
【００４１】
１８は内側プロテクタ１３の基端側に設けられた複数の通気孔で、該各通気孔１８は、図３に示す如く、周方向に一定の間隔をもって配置され、ガス通路１６の流出側（基端側）とプロテクタ１３の内部とを連通している。この場合、流入孔１７と通気孔１８とは、外側プロテクタ１４（ガス通路１６）の軸方向両側に離間している。そして、通気孔１８は、ガス通路１６を通過した排気ガスをプロテクタ１３内（センサ部８の周囲）に流通させるものである。
【００４２】
１９は内側プロテクタ１３の蓋部１３Ｃに設けられた流出孔で、該流出孔１９は、図２に示す如く、外側プロテクタ１４の取付部位（嵌合開口１４Ａ）よりも先端側に配置され、プロテクタ１３の内，外を連通している。この場合、流出孔１９は、排気管２０内を流れる排気ガスの流通方向と直交するように、プロテクタ１３の軸方向に開口している。これにより、流出孔１９内には、排気管２０内を流れる排気ガスの流れによって負圧が生じるため、プロテクタ１３内の排気ガスは、この負圧に吸引されることよって流出孔１９から内側プロテクタ１３の外部へと円滑に流出する構成となっている。
【００４３】
また、図１において、２０はエンジンの排気側に接続された流路としての排気管で、該排気管２０内には、被測ガスとなる排気ガスが矢示Ａ方向に流通するものである。また、排気管２０の途中には、酸素センサ用のボス部２０Ａが径方向に突設されている。そして、酸素センサは、ホルダ２のおねじ部２Ａがボス部２０Ａに螺着されることにより、プロテクタ１３，１４等を排気管２０内に露出した状態で当該排気管２０に取付けられるものである。
【００４４】
本実施の形態による酸素センサは上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００４５】
まず、エンジンの始動時等には、酸素センサのセンサ部８を早期に活性化させるため、外部のコントロールユニットから給電用のリード線１２、接続端子１１等を介してヒータ部７のヒータパターン７Ａに給電が行われる。この結果、センサ部８は、ヒータパターン７Ａにより加熱されて温度が上昇し、酸素濃度を検出可能な活性化状態となる。
【００４６】
そして、エンジンの運転時には、図２に示す如く、排気管２０内を排気ガスが矢示Ａ方向に流通すると、この排気ガスは外側プロテクタ１４の流入孔１７からガス通路１６に流入し、ガス通路１６内を軸方向に流通する。
【００４７】
この場合、内側プロテクタ１３の小径筒部１３Ｂは、検出ロッド６（センサ部８）との間の寸法Ｓａが小さく形成され、ヒータパターン７Ａの近くに配置されている。これにより、ガス通路１６の周壁を構成する小径筒部１３Ｂ等は、ヒータパターン７Ａから伝わる熱によって温度が高い状態に保持されている。
【００４８】
このため、排気ガス中に比較的多くの凝縮水等が含まれている場合でも、この凝縮水は、排気ガスと一緒にガス通路１６を通過するときにヒータパターン７Ａによって加熱され、気化した状態で通気孔１８から内側プロテクタ１３内に進入するようになる。これにより、プロテクタ１３内に進入した排気ガスが検出ロッド６の外周側を通過するときには、排気ガス中に含まれる凝縮水の水滴等が高温の検出ロッド６に接触するのを防止でき、ヒータ部７、センサ部８等を水滴との接触から保護することができる。
【００４９】
また、センサ部８は、プロテクタ１３内に進入した排気ガスと接触することにより、排気ガス中の酸素濃度に応じた検出信号を発生するようになるため、この検出信号は、信号出力用の接続端子１１、リード線１２等を介して外部のコントロールユニット等に出力される。
【００５０】
さらに、内側プロテクタ１３内の排気ガスは、その蓋部１３Ｃの流出孔１９からプロテクタ１３の外部に流出し、排気管２０内に戻るようになる。この場合、流出孔１９には、プロテクタ１３の外部を矢示Ａ方向に流れる排気ガスの流れによって負圧が発生し易いため、この負圧によりプロテクタ１３内の排気ガスを外部へと円滑に流出させることができる。
【００５１】
かくして、本実施の形態によれば、内側プロテクタ１３と外側プロテクタ１４との間に軸方向に延びるガス通路１６を設け、外側プロテクタ１４の先端側に流入孔１７を設け、内側プロテクタ１３の基端側と先端側には、通気孔１８と流出孔１９とをそれぞれ設ける構成としている。
【００５２】
これにより、検出ロッド６のセンサ部８をヒータパターン７Ａにより加熱するときには、ガス通路１６も一緒に加熱でき、例えば排気ガス中に多くの水分（水滴）等が含まれている場合でも、この水滴をガス通路１６内で加熱して蒸発させることができる。
【００５３】
このため、排気ガス中の水滴が通気孔１８からプロテクタ１３の内周側に浸入し、浸入した水滴が高温のヒータ部７、センサ部８等に接触することによってこれらの部位に亀裂等の損傷（素子割れ）が生じるのを確実に防止することができる。従って、内，外のプロテクタ１３，１４間にガス通路１６を画成した簡単な構造によって検出ロッド６を水滴との接触から保護でき、プロテクタ１３，１４の防水性を高め、センサの耐久性と信頼性を向上させることができる。
【００５４】
この場合、内側プロテクタ１３と検出ロッド６との間に位置する隙間の寸法Ｓａを、ガス通路１６の径方向寸法Ｓｂよりも小さく形成したので、ガス通路１６の周壁を構成する内側プロテクタ１３の小径筒部１３Ｂと検出ロッド６のヒータパターン７Ａとの距離を短くでき、このヒータパターン７Ａから発生する熱をガス通路１６にも良好に伝導することができる。従って、ヒータパターン７Ａの熱を利用してガス通路１６の温度を効率よく上昇させることができ、排気ガス中の水滴をガス通路１６内で安定的に蒸発させることができる。
【００５５】
また、外側プロテクタ１４の軸方向両側を内側プロテクタ１３の筒部１３Ａ，１３Ｂの外周側に取付け、流入孔１７と通気孔１８とをプロテクタ１４（ガス通路１６）の軸方向両側に離間して配置したので、ガス通路１６の軸方向長さを十分に確保でき、このガス通路１６には、排気ガスを先端側の流入孔１７から基端側の通気孔１８に向けてほぼ全長にわたり流通させることができる。これにより、ガス通路１６内を流れる排気ガスを十分な距離にわたって加熱でき、排気ガス中の水滴を確実に蒸発させることができる。
【００５６】
また、内側プロテクタ１３の蓋部１３Ｃ側が外側プロテクタ１４よりも先端側に露出する構造とし、この蓋部１３Ｃに排気ガスの流出孔１９を設けたので、プロテクタ１３の内周側では、排気ガスを基端側の通気孔１８から先端側の流出孔１９に向けて長い距離にわたり流通させることができる。これにより、センサ部８と排気ガスとを十分に接触させることができ、排気ガス中の酸素濃度をセンサ部８によって安定的に検出することができる。
【００５７】
また、流出孔１９を蓋部１３Ｃに設けることにより、排気管２０内を流れる排気ガスの流れ方向と直交する方向に流出孔１９を開口させることができる。これにより、流出孔１９内には、排気管２０内の排気ガスの流れによって負圧を発生でき、この負圧により内側プロテクタ１３内の排気ガスを外部へと円滑に流出させることができる。そして、排気ガスを流入孔１７から通気孔１８を介して流出孔１９へと円滑に流通でき、その流れ方向を安定させることができる。
【００５８】
なお、前記実施の形態では、円形の断面形状を有する検出ロッド６を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図６に示す変形例のように、略四角形の断面形状を有する検出ロッド６′に適用してもよい。この場合、検出ロッド６′はヒータ部７′とセンサ部８′とにより構成されている。また、内側プロテクタ１３′の小径筒部１３Ｂ′と外側プロテクタ１４′とは、検出ロッド６′に対応して略四角形の断面形状に形成されている。
【００５９】
また、実施の形態では、酸素センサを車両の排気管２０に取付けるものとして述べた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば車両以外の排気管等、各種の被測ガスの流路途中に設ける構成としてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態による酸素センサを示す縦断面図である。
【図２】酸素センサの先端側を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図３】図２中の矢示III−III方向からみた拡大横断面図である。
【図４】図２中の矢示IV−IV方向からみた拡大横断面図である。
【図５】内側プロテクタと外側プロテクタとを組立てる前の状態で示す分解図である。
【図６】本発明の変形例による酸素センサを図３と同様位置からみた拡大横断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ケーシング
６，６′  検出ロッド（酸素濃度検出素子）
７，７′  ヒータ部
７Ａ  ヒータパターン
８，８′  センサ部
１３，１３′  内側プロテクタ
１３Ａ  大径筒部
１３Ｂ，１３Ｂ′  小径筒部
１３Ｃ  蓋部
１４，１４′  外側プロテクタ
１４Ａ  嵌合開口
１６  ガス通路
１７  流入孔
１８  通気孔
１９  流出孔
２０  排気管（流路）
【図１】
2008089611.tif 000003
【図２】
2008089611.tif 000004
【図３】
2008089611.tif 000005
【図４】
2008089611.tif 000006
【図５】
2008089611.tif 000007
【図６】
2008089611.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測ガスの流路途中に取付けられるケーシングと、
該ケーシングに設けられ前記流路内を流れる被測ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出素子と、
基端側が前記ケーシングに取付けられる筒部となり先端側が蓋部となった有蓋筒状に形成され、前記酸素濃度検出素子に対応する断面形状を有して該酸素濃度検出素子を覆う内側プロテクタと、
前記酸素濃度検出素子と該内側プロテクタとに対応する断面形状を有して該内側プロテクタの筒部を径方向外側から取囲んで設けられ、前記筒部との間に全周にわたって略等しい径方向の隙間寸法をもったガス通路を画成する筒状の外側プロテクタと、
該外側プロテクタの先端側に設けられ前記流路内を流れる被測ガスが前記ガス通路に流入する流入孔と、
該流入孔と軸方向に離間して前記内側プロテクタの筒部の基端側に設けられ前記ガス通路内の被測ガスが前記内側プロテクタの内周側に流通する通気孔と、
前記内側プロテクタの先端側に設けられ前記内側プロテクタ内を流れる被測ガスが外部に流出する流出孔とから構成してなる酸素センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上述した課題を解決するために請求項１の発明は、被測ガスの流路途中に取付けられるケーシングと、該ケーシングに設けられ前記流路内を流れる被測ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出素子と、基端側が前記ケーシングに取付けられる筒部となり先端側が蓋部となった有蓋筒状に形成され、前記酸素濃度検出素子に対応する断面形状を有して該酸素濃度検出素子を覆う内側プロテクタと、前記酸素濃度検出素子と該内側プロテクタとに対応する断面形状を有して該内側プロテクタの筒部を径方向外側から取囲んで設けられ、前記筒部との間に全周にわたって略等しい径方向の隙間寸法をもったガス通路を画成する筒状の外側プロテクタと、該外側プロテクタの先端側に設けられ前記流路内を流れる被測ガスが前記ガス通路に流入する流入孔と、該流入孔と軸方向に離間して前記内側プロテクタの筒部の基端側に設けられ前記ガス通路内の被測ガスが前記内側プロテクタの内周側に流通する通気孔と、前記内側プロテクタの先端側に設けられ前記内側プロテクタ内を流れる被測ガスが外部に流出する流出孔とからなる構成を採用している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項１の発明により、内側プロテクタと外側プロテクタの間には、全周にわたって略等しい径方向の隙間寸法をもって軸方向に延びるガス通路を画成でき、このガス通路には、先端側の流入孔から基端側の流通孔に向けて被測ガスを軸方向に流通させることができる。そして、ガス通路を通過した被測ガスは、通気孔から内側プロテクタの内周側に進入して酸素濃度検出素子と接触することができ、この検出素子によって被測ガス中の酸素濃度を検出することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、仮に内側プロテクタの筒部と酸素濃度検出素子との間に形成する径方向の隙間を、前記ガス通路の径方向寸法よりも全周にわたって小さい寸法とした場合には、ガス通路の周壁を構成する内側プロテクタの筒部と酸素濃度検出素子との距離を短くできるから、検出素子をヒータ等により加熱するときには、ヒータの熱をガス通路にも良好に伝導することができる。従って、ヒータの発熱を利用してガス通路の温度を効率よく上昇させることができ、被測ガス中の水滴をガス通路内で安定的に蒸発させることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
さらに、仮に外側プロテクタは軸方向の両側を内側プロテクタの筒部の外周側に取付ける構成とし、流入孔と通気孔とは外側プロテクタの軸方向両側に離間して配置し、流出孔は前記外側プロテクタの取付部位よりも先端側に配置する構成とした場合には、内側プロテクタと外側プロテクタとの間には、軸方向に延びると共に両端側が閉塞されたガス通路を形成でき、その先端側と基端側に離間して流入孔と通気孔とを配置することができる。従って、ガス通路の軸方向長さを十分に確保することができる。また、内側プロテクタには、外側プロテクタの取付部位よりも先端側に位置する蓋部等に流出孔を配置できるから、酸素濃度検出素子の周囲には、被測ガスを十分な軸方向距離にわたって流通させることができ、その検出精度を安定させることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
１３はケーシング１の先端側に設けられた内側プロテクタで、該内側プロテクタ１３は、図２ないし図５に示す如く、例えば金属材料、セラミックス材料等により有蓋筒状に形成され、その内周側にはケーシング１から突出する検出ロッド６の突出端側（センサ部８等）が挿入されている。内側プロテクタ１３は、図３、図４に示すように、検出ロッド６に対応して円形の断面形状を有している。そして、内側プロテクタ１３は、後述の外側プロテクタ１４と協働して検出ロッド６の突出端側を覆うことにより、センサ部８を排気ガス中の異物等から保護するものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
また、小径筒部１３Ｂの内周側は、図２、図３に示す如く、検出ロッド６のセンサ部８と径方向の隙間をもって対向し、この隙間は、小径筒部１３Ｂの全周にわたって略等しい隙間寸法に形成されている。そして、この隙間の寸法Ｓａは、ヒータ部７（ヒータパターン７Ａ）から発生する熱が隙間の空気層を介して後述のガス通路１６に十分に伝わるように、微小な寸法値として形成され、例えばガス通路１６の径方向寸法Ｓｂよりも小さく形成されている（Ｓａ＜Ｓｂ）。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
１４は内側プロテクタ１３の外周側に設けられた筒状の外側プロテクタで、該外側プロテクタ１４は、例えば金属材料、セラミックス材料等により形成され、図３、図４に示すように、検出ロッド６と内側プロテクタ１３とに対応して円形の断面形状を有している。ここで、外側プロテクタ１４は、前述した内側プロテクタ１３の大径筒部１３Ａよりも大きな内径をもって形成され、その蓋部１３Ｃが露出する位置で大径筒部１３Ａと小径筒部１３Ｂとを径方向外側から取囲むように配置されている。そして、外側プロテクタ１４の基端側は大径筒部１３Ａの外周側に嵌合され、これらの嵌合部位は環状の溶接部１５によってホルダ２のプロテクタ嵌合部２Ｃに接合されている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
１６はプロテクタ１３，１４の間に画成されたガス通路で、該ガス通路１６は、図２ないし図４に示す如く、内側プロテクタ１３の小径筒部１３Ｂと外側プロテクタ１４との間を軸方向に延びる環状の隙間空間からなり、全周にわたって略等しい所定の径方向寸法Ｓｂをもって形成されると共に、軸方向の両側が内側プロテクタ１３と外側プロテクタ１４との嵌合部位で閉塞されている。そして、ガス通路１６内には、後述の流入孔１７から通気孔１８に向けて排気ガスが流通し、このとき排気ガス中に含まれる凝縮水は、検出ロッド６のヒータパターン７Ａから伝わる熱によって蒸発する構成となっている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
なお、前記実施の形態では、円形の断面形状を有する検出ロッド６を用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図６に示す変形例のように、略四角形の断面形状を有する検出ロッド６′に適用してもよい。この場合、検出ロッド６′はヒータ部７′とセンサ部８′とにより構成されている。また、内側プロテクタ１３′の小径筒部１３Ｂ′と外側プロテクタ１４′とは、検出ロッド６′に対応して略四角形の断面形状に形成され、センサ部８′と小径筒部１３Ｂ′との間の径方向の隙間は、全周にわたってほぼ等しい寸法に形成されている。