(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延び、検知対象ガス中の特定ガスを検知するための検知部を先端側に有する検知素子と、
前記軸線方向において前記検知部の少なくとも一部を囲む第１周壁を有する筒状の内側プロテクタと、
前記軸線方向において前記第１周壁の少なくとも一部を囲む第２周壁を有する筒状の外側プロテクタと、
を備えるガスセンサにおいて、
前記第１周壁及び前記第２周壁の間に設けられた第１空間と、前記ガスセンサの外部とを連通させる、前記外側プロテクタに形成された複数の外側孔であって、前記第２周壁の周方向における孔の長さよりも前記軸線方向における孔の長さが長い外側孔と、
前記第１空間と、前記第１周壁によって囲まれる第２空間とを連通させる、前記内側プロテクタに形成された複数の内側孔と、
前記第１空間から前記第２空間に導入された前記検知対象ガスを前記外部に直接排出させる、前記内側プロテクタに形成された少なくとも１つの排出孔であって、前記複数の内側孔のそれぞれよりも前記軸線方向先端側に形成された排出孔と、
を備え、
前記複数の内側孔のそれぞれは、前記軸線方向において、前記複数の外側孔のそれぞれよりも前記軸線方向後端側のみ、且つ、前記検知部の最も前記先端側の部位よりも前記後端側に形成されており、
前記複数の外側孔の開口面積のそれぞれは、前記複数の内側孔の開口面積のそれぞれよりも大きく、
前記複数の外側孔の前記軸線方向の長さのそれぞれは、前記複数の外側孔と前記複数の内側孔との間の前記軸線方向の最短距離よりも長い
ことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記排出孔の開口面積は、前記複数の内側孔の前記開口面積の最小値以上であることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記最短距離は、前記複数の内側孔の前記軸線方向の長さのそれぞれよりも長いことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知対象ガス中の特定ガスを検知するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検知対象ガス中の特定ガスを検知するガスセンサが知られている。例えば、自動車からの排気ガス中の酸素濃度を検知するガスセンサが知られている。ガスセンサは、例えば、自動車の排気管に取り付けられて使用される。ガスセンサは、検知素子を備える。検知素子は、ガス検知体と、ヒータ体とを備える。ガス検知体は、検知対象ガス中の特定ガスの濃度に応じた電気信号を出力し、ヒータ体は、ガス検知体を検出対象ガス中の特定ガスを測定できる活性化温度まで加熱している。ガス検知体は、ヒータ体により加熱されたり、高温の排気ガス中に晒されたりすることで、高温となる。これに対し、排気管に付着した凝縮水又は排気ガスに含まれる水分（水滴）が高温となった検知素子に付着すると、検知素子が熱衝撃を受け、検出素子にクラックが生じるといった問題が発生する可能性がある。そこでガスセンサには、検知素子を覆うプロテクタが装着され、検知素子が被水から保護されている。
【０００３】
ガスセンサのプロテクタとしては、内側プロテクタと、外側プロテクタとを備える、二重構造をなすものが知られている（例えば、特許文献１参照）。内側プロテクタは、検知素子の先端部を覆う。外側プロテクタは、ガスセンサの軸線方向において、内側プロテクタを囲む。外側プロテクタの周壁には、複数の外側導入孔が形成され、内側プロテクタの周壁には複数の内側導入孔が形成されている。
【０００４】
特許文献１に記載のガスセンサの内側プロテクタには、内側導入孔として、第１内側導入孔と、第２内側導入孔とが設けられている。第１内側導入孔は、ガスセンサの軸線方向において、検知素子のガス導入部よりも先端側に位置する。第２内側導入孔は、ガスセンサの軸線方向において、ガス導入部よりも後端側に位置する。特許文献１に記載のガスセンサでは、外側導入孔から導入された検知対象ガスは、第１内側導入孔及び第２内側導入孔を介して内側プロテクタ内に導入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９７８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、ガスセンサの応答性をさらに高めることが要望されている。例えば、多気筒エンジンのインバランスを検知するために使用されるガスセンサには、以下のような理由によって、ガスセンサの応答性をさらに高めることが要望されている。多気筒エンジンのインバランスとは、多気筒エンジンの各気筒間の空燃比がばらつく現象である。インバランス状態は、例えば、多気筒エンジンの各気筒から排出される排気ガスが流通する部分の排気管に取り付けられたガスセンサの出力の振幅が閾値以上か否かに基づき検知される。同じインバランス状態を検知する場合、ガスセンサの応答性が高いほど、ガスセンサの出力の振幅は大きくなる。このため、ガスセンサの応答性が高いほど、インバランス状態であるか否かを判断するための閾値の設定が容易となる。したがって、多気筒エンジンのインバランスを検知するために、ガスセンサの応答性をさらに高めることが要望されている。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、応答性を高めたガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１態様のガスセンサは、軸線方向に延び、検知対象ガス中の特定ガスを検知するための検知部を先端側に有する検知素子と、前記軸線方向において前記検知部の少なくとも一部を囲む第１周壁を有する筒状の内側プロテクタと、前記軸線方向において前記第１周壁の少なくとも一部を囲む第２周壁を有する筒状の外側プロテクタと、を備えるガスセンサにおいて、前記第１周壁及び前記第２周壁の間に設けられた第１空間と、前記ガスセンサの外部とを連通させる、前記外側プロテクタに形成された複数の外側孔であって、前記第２周壁の周方向における孔の長さよりも前記軸線方向における孔の長さが長い外側孔と、前記第１空間と、前記第１周壁によって囲まれる第２空間とを連通させる、前記内側プロテクタに形成された複数の内側孔と、前記第１空間から前記第２空間に導入された前記検知対象ガスを前記外部に直接排出させる、前記内側プロテクタに形成された少なくとも１つの排出孔であって、前記複数の内側孔のそれぞれよりも前記軸線方向先端側に形成された排出孔と、を備え、前記複数の内側孔のそれぞれは、前記軸線方向において、前記複数の外側孔のそれぞれよりも前記軸線方向後端側のみ、且つ、前記検知部の最も前記先端側の部位よりも前記後端側に形成されており、前記複数の外側孔の開口面積のそれぞれは、前記複数の内側孔の開口面積のそれぞれよりも大きく、前記複数の外側孔の前記軸線方向の長さのそれぞれは、前記複数の外側孔と前記複数の内側孔との間の前記軸線方向の最短距離よりも長い。
【０００９】
第１態様のガスセンサは、ガスセンサの外部の検知対象ガスは、まず、外側孔を通って第１空間に導入される。ガスセンサが設置される環境によっては、軸線方向の位置によって検知対象ガスの流速が異なる場合がある。ガス応答性の観点からは、検知対象ガスの流速が大きい部位に外側孔が配置されることが好ましい。第１態様のガスセンサの外側孔は軸線方向に長い形状を有するので、同じ開口面積を有する孔を比べた場合、軸線方向の長さが短い孔に比べ、軸線方向の広い範囲の検知対象ガスを第１空間に導入することが可能である。このため、軸線方向の位置によって検知対象ガスの流速が異なる場合であっても、軸線方向の長さが短い孔に比べ、検知対象ガスの流速が高い部位に外側孔が配置される可能性を高めることができる。外側孔の開口面積は、内側孔の開口面積よりも大きい。このため、内側孔の開口面積に比べて、十分な量の検知対象ガスを外側孔から導入させることが可能である。
【００１０】
第１空間に導入された検知対象ガスは、内側孔を通って第２空間に導入される。第１態様のガスセンサでは、軸線方向における外側孔から内側孔に至る最短経路の長さは、外側孔の軸線方向の長さより小さく設定されている。このため、外側孔から第１空間に導入された検知対象ガスは、速やかに第２空間に移動する。第２空間に導入された検知対象ガスは、排出孔を通って、ガスセンサの外部に排出される。第２空間に導入された検知対象ガスは、必ず、検知部の周囲を通過する。したがって、第２空間に導入された検知対象の一部が、検知部の周囲を通過することなくガスセンサの外部に排出される場合に比べ、検知部の周りを通過する検知対象ガスの単位時間当たりの量を増やすことができる。即ち、検知部に対するガス置換性を向上させることができる。以上のように、第１態様のガスセンサは、外側孔から導入される検知対象ガスが、検知部の周囲を通過するまでに要する時間を短縮することによって、ガスセンサの応答性を高めることができる。
【００１１】
第１態様のガスセンサにおいて、前記排出孔の開口面積は、前記複数の内側孔の前記開口面積の最小値以上であってもよい。この場合のガスセンサは、排出孔の開口面積が、内側孔の開口面積の最小値よりも小さい場合に比べ、第２空間に導入された検知対象ガスを、速やかに排気孔から排出させることができる。このため、第１態様のガスセンサは、検知部の周囲を通過した検知対象ガスを速やかに排気孔から排出させることによって、ガスセンサの応答性を高めることができる。
【００１２】
第１態様のガスセンサにおいて、前記最短距離は、前記複数の内側孔の前記軸線方向の長さのそれぞれよりも長くてもよい。この場合のガスセンサは、最短距離が、内側孔の軸線方向の長さ以下の場合に比べ、外側孔から内側孔との間を移動させる経路中で、排気管に付着した凝縮水や検知対象ガス中の水分が内側孔を通って第２空間に導入される可能性を低減させることができる。したがって、検知素子を被水から保護しつつ、ガスセンサの応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ガスセンサ１００の部分縦断面図である。
【図２】ガスセンサ１００のうち、先端側部分を拡大した部分縦断面図である。
【図３】図２の３−３線における矢視方向断面図である。
【図４】評価試験に用いたガスセンサの構成と、インバランス応答値比との対応を表す表である。
【図５】ガスセンサ３００のうち、先端側部分を拡大した部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化したガスセンサの実施形態について、図面を参照して説明する。参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いるものであり、記載している装置の構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。
【００１５】
図１から図３を参照して、ガスセンサ１００の構成を説明する。以下の説明において、図１及び図２の上下方向及び左右方向をそれぞれ、ガスセンサ１００の上下方向及び左右方向とする。図１及び図２の上方を、ガスセンサ１００の後端側とし、図１及び図２の下方を、ガスセンサ１００の先端側として説明する。図１及び図２において、ガスセンサ１００の軸線を軸線ＡＸで図示する。以下の説明において、「周方向」は、軸線ＡＸを中心にした場合の周囲を回る方向である。「径方向」は、軸線ＡＸに垂直な方向であって、軸線ＡＸからガスセンサ１００の外側に向かう方向である。
【００１６】
ガスセンサ１００は、自動車から排出される排気ガス中の酸素（特定ガス成分）の濃度から排気ガスの空燃比を検知する、いわゆる全領域空燃比センサである。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る。
【００１７】
図１に示すように、ガスセンサ１００は、検知素子１１０と、主体金具１３０と、セパレータ１５０と、外筒１６０と、保持金具１７０と、グロメット１８０と、プロテクタ１９０とを主に備える。また、ガスセンサ１００は、主体金具１３０の内側に、金属カップ１２０と、アルミナ製のセラミックリング１２２と、滑石粉末を圧縮した第１滑石リング１２３及び第２滑石リング１３８と、筒状のスリーブ１３９とを備える。以下、ガスセンサ１００が備える各部材について説明する。
【００１８】
図１に示すように、検知素子１１０は、軸線ＡＸ方向に延びる板状の素子である。図示しないが、検知素子１１０は、ガス検知体と、ヒータ体とが、貼り合わされて一体化された公知の素子（例えば、特開２００９−２１０４５６号公報参照）である。ガス検知体は、固体電解質体、固体電解質体上に配置された検知電極１１７（図２参照）、及び基準電極１１８（図２参照）を有するセルを備える。固体電解質体は、ジルコニアを主成分とする。検知電極１１７及び基準電極１１８は、白金を主成分とする。検知素子１１０は、検知素子１１０の先端側に検知部１１２を備える。なお、検知部１１２は、具体的には、検知電極１１７と基準電極１１８とが対極する位置におけるガス検知体の全部位のことをさす。検知部１１２には、ガス導入部１１１が設けられており、ガス導入部１１１は、検知素子１１０の内部に排気ガスを導入するための多孔質体である。ガス導入部１１１は、例えば、軸線ＡＸ方向の長さが２．５ｍｍ、幅が０．０５ｍｍの矩形状である。検知素子１１０の後端部１１６には、ガス検知体又はヒータ体から電気信号を取り出すための５個の電極パッド１１５（図１ではそのうちの１個を図示している。）が形成されている。排気ガス中の酸素濃度は、電極パッド１１５を介して、セルから出力される電気信号に基づき検知される。検知部１１２の表面には、検知電極１１７を排気ガスによる被毒から保護するための保護層（図示せず）が設けられている。
【００１９】
主体金具１３０は、ガスセンサ１００を自動車の排気管（図示省略）に取り付け固定するための部材である。主体金具１３０は、ＳＵＳ４３０の低炭素鋼によって、軸線ＡＸ方向に延びる筒状に形成されている。主体金具１３０は、主体金具１３０の外周の先端側に、ガスセンサ１００を自動車の排気管に取り付けるための雄ねじ部１３１を備える。雄ねじ部１３１よりも先端側には、後述するプロテクタ１９０が固定される円環状の先端固定部１３２が形成されている。
【００２０】
主体金具１３０の外周側において、軸線ＡＸ方向の中央には、取り付け用の工具が係合する工具係合部１３３が形成されている。工具係合部１３３と雄ねじ部１３１との間には、ガスケット１３４が嵌挿されている。ガスケット１３４は、ガスセンサ１００が排気管に取り付けられた場合のガス抜けを防止する。工具係合部１３３よりも後端側には、後述する外筒１６０が固定される後端固定部１３５が形成されている。また、後端固定部１３５よりも後端側には、主体金具１３０内に検知素子１１０を加締め保持するための加締め部１３６が形成されている。
【００２１】
主体金具１３０の内周側について、主体金具１３０は、主体金具１３０の先端側に、先端側ほど縮径するテーパ状の段部１３７を備える。主体金具１３０は、主体金具１３０の内側に配置された部材を介して、検知素子１１０を保持する。検知素子１１０の検知部１１２は、主体金具１３０の先端部である先端固定部１３２よりも先端側に突出している。
【００２２】
上記主体金具１３０の内側に配置された部材には、金属カップ１２０と、セラミックリング１２２と、第１滑石リング１２３及び第２滑石リング１３８と、スリーブ１３９とがある。金属カップ１２０は、金属製で筒状の部材である。金属カップ１２０の先端周縁部１２１は、先端側に向かうにつれて径が小さくなるテーパ状に形成されている。先端周縁部１２１は、主体金具１３０の段部１３７に係止されている。金属カップ１２０内には、先端側から順に、セラミックリング１２２と、第１滑石リング１２３とが、検知素子１１０を挿通した状態で収容されている。第１滑石リング１２３は、金属カップ１２０内で押し潰されて細部にまで充填されている。
【００２３】
第２滑石リング１３８は、主体金具１３０の内側のうち、金属カップ１２０及び第１滑石リング１２３の後端側に、検知素子１１０を挿通した状態で配置されている。スリーブ１３９は、第２滑石リング１３８を後端側から押さえるようにして、主体金具１３０内に嵌め込まれている。スリーブ１３９には、段状をなす肩部１４０が形成されている。肩部１４０の後端側の面には、円環状の加締めパッキン１４１が配置されている。主体金具１３０の加締め部１３６は、加締めパッキン１４１を介してスリーブ１３９の肩部１４０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１３９によって押圧された第２滑石リング１３８は、主体金具１３０内で押し潰されて細部にわたって充填される。第２滑石リング１３８と、第１滑石リング１２３とによって、金属カップ１２０及び検知素子１１０が、主体金具１３０内で位置決めされて保持されている。加締めパッキン１４１によって、主体金具１３０内の機密が維持されるため、燃焼ガスの流出が防止される。
【００２４】
セパレータ１５０は、検知素子１１０の５個の電極パッド１１５とそれぞれ電気的に接続する５個の接続端子１５１（図１ではそのうちの１個を図示している。）を内部に保持している。セパレータ１５０は、接続端子１５１と、ガスセンサ１００の外部に引き出される５本のリード線１５２（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。セパレータ１５０は、セパレータ１５０の後端側外周に、鍔状の鍔部１５３を備える。
【００２５】
外筒１６０は、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４）によって形成された、軸線ＡＸ方向に延びる筒状部材である。外筒１６０は、軸線ＡＸ方向においてセパレータ１５０の外周を囲う。外筒１６０の先端開口部１６１は、主体金具１３０の後端固定部１３５の径方向外側に配置されている。先端開口部１６１は、外側から加締められ、外周を全周レーザ溶接によって、後端固定部１３５に接合されている。
【００２６】
保持金具１７０は、外筒１６０とセパレータ１５０との間隙に配設された、金属製の筒状部材である。保持金具１７０は、自身の後端が内側に折り曲げられた支持部１７１を有する。保持金具１７０は、セパレータ１５０の鍔部１５３を支持部１７１に係止させて、セパレータ１５０を支持している。セパレータ１５０を支持した保持金具１７０は、保持金具１７０が配置された部分の外筒１６０が外側から加締められことによって、外筒１６０に固定されている。
【００２７】
グロメット１８０は、フッ素系ゴムによって形成された部材であり、外筒１６０の後端側開口に嵌合されている。グロメット１８０は、５つの挿通孔１８１（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１８１に、セパレータ１５０から延出した５本のリード線１５２のそれぞれが気密に挿通されている。この状態でグロメット１８０は、セパレータ１５０を先端側に押圧しつつ、外筒１６０の外側から加締められて、外筒１６０に固定されている。
【００２８】
プロテクタ１９０は、検知素子１１０の検知部１１２を、排気ガス中のデポジット（燃料灰分及びオイル成分等の被毒性の付着物質）による汚損及び被水に起因する折損等から保護するための部材である。プロテクタ１９０は、有底筒状の内側プロテクタ２００と、外側プロテクタ２１０とを備える２重構造を有する。プロテクタ１９０は、レーザ溶接によって主体金具１３０の先端固定部１３２に固定されている。
【００２９】
図１から図３に示すように、内側プロテクタ２００は、軸線ＡＸ方向に延びる第１周壁２０１を有する筒状部材である。第１周壁２０１は、軸線ＡＸ方向において、検知素子１１０の検知部１１２を囲む。内側プロテクタ２００の内径は、主体金具１３０の先端固定部１３２よりも先端側において、主体金具１３０の先端固定部１３２の外径よりも小さいが、主体金具１３０の先端固定部１３２よりも後端側となる後端部２０２は、先端固定部１３２の外側に位置するように拡径されている。
【００３０】
第１周壁２０１は、第１周壁２０１の後端側の部位に、複数の内側孔２０３を備える。内側孔２０３のそれぞれは、第１空間１０と、第２空間２０とを連通させる。第１空間１０は、第１周壁２０１と、後述する外側プロテクタ２１０の第２周壁２１１との間に設けられた空間である。第２空間２０は、第１周壁２０１によって囲まれる空間である。第２空間２０には、検知素子１１０の検知部１１２が露出されている。内側孔２０３は、第１空間１０に導入された排気ガスを、第２空間２０内に導入するための孔である。軸線ＡＸ方向において、複数の内側孔２０３のそれぞれの最も先端側の位置Ｄ（図２参照）は、検知部１１２の最も先端側の位置（より具体的には、検知電極１１７と基準電極１１８とが対極する位置の最も先端側の位置）Ｂ（図２参照）よりも後端側にある。さらに、軸線ＡＸ方向において、位置Ｄは、検知部１１２のガス導入部１１１の最も後端側の部位の位置Ｃ（図２参照）よりも後端側にある。なお、位置Ｄは、位置Ｃよりも先端側にあってもよい。内側孔２０３のそれぞれは、後述する複数の外側孔２１４のそれぞれよりも軸線ＡＸ方向後端側のみに形成されている。
【００３１】
内側孔２０３は、複数の第１内側孔２０４と、複数の第２内側孔２０５とを備える。第１内側孔２０４のそれぞれは、例えば、直径２．０ｍｍの円状の形状を有し、第２内側孔２０５のそれぞれは、例えば、直径１．５ｍｍの円状の形状を有する。第１内側孔２０４は、第２内側孔２０５よりも先端側に形成されている。第１内側孔２０４は、周方向に６０度の等間隔で６つ並んで形成されている。各第１内側孔２０４の軸線ＡＸ方向の位置は、全て同じである。第２内側孔２０５は、周方向に６０度の等間隔で６つ並んで形成されている。各第２内側孔２０５の軸線ＡＸ方向の位置は、全て同じである。第２内側孔２０５のそれぞれは、第１内側孔２０４のそれぞれと周方向においても重ならないように、ずらして形成されている。
【００３２】
内側プロテクタ２００の先端部２０８は、先端側ほど縮径するテーパ状となっている。内側プロテクタ２００の先端には、軸線ＡＸと直交する方向に延びる底壁２０６がある。底壁２０６は、外側プロテクタ２１０の先端部よりも先端側にある。底壁２０６の平面視中央には、第２空間２０と、ガスセンサ１００の外部とを連通させる、例えば、直径２．０ｍｍの円状の排出孔２０７が形成されている。排出孔２０７は、第１空間１０から第２空間２０に導入された排気ガスをガスセンサ１００の外部に直接排出させる。なお、「直接排出させる」とは、第１空間１０から第２空間２０に導入された排気ガスが、内側孔２０３及び排出孔２０７のそれぞれを介して第１空間１０に戻ることがないことを意味する。排出孔２０７は、複数の内側孔２０３のそれぞれよりも軸線ＡＸ方向先端側に形成されている。
【００３３】
図１から図３に示すように、外側プロテクタ２１０は、内側プロテクタ２００の径方向周囲を取り囲む第２周壁２１１を有する。外側プロテクタ２１０は、内側プロテクタ２００と同様に後端側の後端部２１２の外径が拡径されており、後端部２１２が、内側プロテクタ２００の後端部２０２の外側に配置されている。後端部２１２の外周は全周レーザ溶接され、後端部２１２は内側プロテクタ２００の後端部２０２とともに先端固定部１３２に固定されている。外側プロテクタ２１０の先端部２１３は、内側プロテクタ２００の底壁２０６付近で内側プロテクタ２００に向けて折り曲げられている。これにより、内側プロテクタ２００と外側プロテクタ２１０との間の隙間は先端側で塞がれている。
【００３４】
第２周壁２１１は、第２周壁２１１の先端側の部位に、複数の外側孔２１４を備える。外側孔２１４のそれぞれは、ガスセンサ１００の外部と、第１空間１０とを連通する。外側孔２１４のそれぞれは、第２周壁２１１の周方向における孔の長さＮ（図３参照）（例えば、１．５ｍｍ）よりも、軸線ＡＸ方向における孔の長さＬ（図２参照）（例えば、６ｍｍ）の方が長い孔である。第２周壁２１１の周方向における外側孔２１４の長さＮは、周方向長さの最大値とする。周方向長さとは、第２周壁２１１が軸線方向に垂直な平面で切断された場合の切断面における外側孔２１４の長さである。同様に、軸線ＡＸ方向における外側孔２１４の長さＬは、軸線ＡＸ方向長さの最大値とする。軸線ＡＸ方向長さとは、第２周壁２１１が軸線ＡＸ方向と平行な面で切断された場合の切断面における外側孔２１４の長さである。
【００３５】
複数の外側孔２１４の開口面積のそれぞれは９ｍｍ２であり、複数の内側孔２０３のうちの、第２内側孔２０５の開口面積１．７７ｍｍ２、及び第１内側孔２０４の開口面積３．１４ｍｍ２のそれぞれよりも大きい。外側孔２１４の開口面積とは、第２周壁２１１の外周面おける外側孔２１４の面積である。さらに、複数の外側孔２１４の軸線ＡＸ方向の長さＬのそれぞれは６ｍｍであり、複数の外側孔２１４と複数の内側孔２０３との間の軸線ＡＸ方向の最短距離Ｍ（図２参照）（例えば、３ｍｍ）よりも長い。また、最短距離Ｍは、複数の内側孔２０３の軸線ＡＸ方向の長さＫ（つまり、内側孔２０３の直径）のそれぞれ（１．５ｍｍ、２．０ｍｍ）よりも長い。軸線ＡＸ方向において、複数の外側孔２１４の最も後端の部位の位置Ａは、位置Ｄよりも先端側にある。
【００３６】
外側孔２１４の各々には、外側孔２１４の左端から内側に向けて延出する板状のガイド体２１５が設けられている。図３に示すように、ガイド体２１５は、ガスセンサ１００の外部から外側孔２１４を介して内部に導入される排気ガスに、第１空間１０において平面視反時計回りの旋回流を生じさせる機能を有する。
【００３７】
図１から図３を参照して、上記構成を有するガスセンサ１００の検知部１１２の周囲を通過する排気ガスの流れについて説明する。ガスセンサ１００が、排気ガスの流通方向に対して軸線ＡＸ方向が略直角となるように、自動車の排気管（図示省略）に取り付けられている場合を想定する。排気ガスには、ガス成分と、ガス成分よりも重い水滴とが含まれる。排気ガスは、まず外側プロテクタ２１０の外側孔２１４を介して、第１空間１０に導入される。第１空間１０に導入された排気ガスは、ガイド体２１５によって、平面視反時計回り（図３の矢印参照）に旋回する。旋回流の慣性力により、排気ガス中のガス成分と、水滴とが分離される。
【００３８】
分離された水滴の大部分は、外側プロテクタ２１０の第２周壁２１１の内面に付着して下降する。なお、排気ガス中の水滴は、旋回流によって分離される前に、内側プロテクタ２００の第１周壁２０１の外面に付着することがある。第１周壁２０１の外面に付着した水滴もこのような水滴も、同様に下降する。分離されたガス成分は、内側プロテクタ２００の内側孔２０３を介して、第２空間２０に導入される。第２空間２０に導入された排気ガスは、検知部１１２の周囲を通って、ガスセンサ１００の先端側に移動する。ガス成分の少なくとも一部は、検知素子１１０の検知部１１２のガス導入部１１１から検知素子１１０の内部に導入されて、酸素濃度の検知に利用される。
【００３９】
ガス成分は、ガスセンサ１００の先端側に流れ、内側プロテクタ２００の排出孔２０７から直接ガスセンサ１００の外部に排出される。排気管内を流通する排気ガスが内側プロテクタ２００の先端部２０８に衝突すると、先端部２０８に沿って先端に向かって流れるガス流が生ずる。このガス流により排出孔２０７付近に負圧が発生するため、第２空間２０内に導入された排気ガスは、排出孔２０７を介し、ガスセンサ１００の外部に吸引されるように排出される。第２空間２０内の排気ガスがガスセンサ１００の外部に排出されることによって、第１空間１０内の排気ガスが、内側孔２０３を介して、第２空間２０に吸引されるように導入される。このようにして、第２空間２０内のガス交換が行われる。
【００４０】
以上詳述したガスセンサ１００について、応答性を確認するための評価試験１と、耐被水性を確認するための評価試験２とを行った。各評価試験に用いた試料は、図４に示す６種類のガスセンサである。図４に示す６種類のガスセンサは、外側プロテクタに設けられる外側孔の軸線ＡＸ方向における孔の長さＬと、複数の外側孔と複数の内側孔との間の軸線ＡＸ方向の最短距離Ｍと、内側プロテクタに設けられる円状の排出孔の開口面積Ｓとを組み合わせた条件が異なり、その他の構成は上述のガスセンサ１００と同じである。具体的には、長さＬ（ｍｍ）と、最短距離Ｍ（ｍｍ）と、排出孔の開口面積Ｓと、ガイド体２１５の有無とのそれぞれの条件が設定され、その他の条件（例えば、外側孔の数及び長さＮ（ｍｍ））は同じである。
【００４１】
具体的には、番号１のガスセンサは、比較例であり、長さＬが４ｍｍであり、最短距離Ｍが５ｍｍであり、ガイド体を有し、排出孔の開口面積Ｓは０．７９ｍｍ２である。番号１のガスセンサは、長さＬ＞最短距離Ｍの条件を満たさない。番号２から番号６のガスセンサは、実施例である。番号２のガスセンサは、長さＬが６ｍｍであり、最短距離Ｍが３ｍｍであり、ガイド体を備えず、排出孔の開口面積Ｓは０．７９ｍｍ２である。番号３のガスセンサは、長さＬが４ｍｍであり、最短距離Ｍが１．７ｍｍであり、ガイド体を有し、排出孔の開口面積Ｓは１．７７ｍｍ２である。番号４のガスセンサは、長さＬが６ｍｍであり、最短距離Ｍが３ｍｍであり、ガイド体を備えず、排出孔の開口面積Ｓは１．７７ｍｍ２である。番号５のガスセンサは、長さＬが６ｍｍであり、最短距離Ｍが３ｍｍであり、ガイド体を有し、排出孔の開口面積Ｓは１．７７ｍｍ２である。番号６のガスセンサは、長さＬが６ｍｍであり、最短距離Ｍが３ｍｍであり、ガイド体は備えず、排出孔の開口面積Ｓは３．１４ｍｍ２である。試料数について、番号１のガスセンサは、４４であり、番号２から番号５のガスセンサは、３であり、番号６のガスセンサは１である。番号２から６のガスセンサはいずれも、長さＬ＞最短距離Ｍの条件を満たす。番号３から番号６のガスセンサはいずれも、排出孔の開口面積Ｓが、内側孔の開口面積の最小値（１．７７ｍｍ２）以上である。
【００４２】
［評価試験１］
評価試験１の試験方法は以下の通りである。上記の６種類のガスセンサのそれぞれを、Ｖ型６気筒エンジン（図示省略）の排気管に取りつけた。排気管には、Ｖ型６気筒エンジンの内の片側３気筒から排出される排気ガスが流通する。エンジンの運転条件について、エンジンの回転数を１０００ｒｐｍ、１ストローク当たりの空気吸入量を０．３ｇ／ｓｔｒ（「ｓｔｒ」：ストローク）に調整した。燃料噴射量を調整することによって、３気筒の内１気筒の空燃比をストイキに対してリッチ側に４０％ずらした状態で、各ガスセンサの出力値を取得した。出力値の経時変化によって表される波形の振幅（１サイクル中の最大−最小）をインバランス応答値とした。図４の番号１に対するインバランス応答値を基準とした場合の、インバランス応答値比を算出した。図４には、インバランス応答値比の平均値を示している。インバランス応答値比が大きいほど、インバランス応答値比が小さい場合に比べ、ガスセンサの応答性が高い。
【００４３】
図４に示すように、番号１（比較例）のガスセンサのインバランス応答値を１００％とした場合、番号２から６で示す実施例のガスセンサのインバランス応答値比はいずれも、１５０％以上であった。即ち、実施例のガスセンサは、比較例のガスセンサに比べ、ガスセンサの応答性が優れていた。
【００４４】
番号３のガスセンサの長さＬは、番号１（比較例）のガスセンサの長さＬと同じである。番号３のガスセンサのインバランス応答値比は、２１１％であり、長さＬが比較例よりも長い番号５のガスセンサのインバランス応答値比と同等の値であった。番号３と、番号５とはいずれも、長さＬは最短距離Ｍの２倍以上の値であり、排出孔の開口面積Ｓが、内側孔の開口面積の最小値（１．７７ｍｍ２）と等しい。このことから、ガスセンサの応答性には、外側孔の絶対的な長さＬのみならず、長さＬに対する最短距離Ｍ及び排出孔の開口面積Ｓが寄与していることが確認された。
【００４５】
番号４のガスセンサと、番号５のガスセンサとの構成の違いはガイド体の有無のみである。番号５のガスセンサは、番号４のガスセンサに比べインバランス応答値比が大きかった。このことから、外側孔にガイド体が形成されているガスセンサの方が、ガイド体が外側孔に形成されていないガスセンサに比べ、応答性が高いことが確認された。一方、番号２のガスセンサは、外側孔にガイド体を有していないが、外側孔にガイド体を有する番号１のガスセンサに比べ、インバランス応答値比が大きかった。このことから、外側孔にガイド体を設けなくても、長さＬ＞最短距離Ｍを満たす外側孔を設けることによって、長さＬ≦最短距離Ｍを満たす外側孔をもうけた場合に比べ、ガスセンサの応答性を高めることができることが確認された。実施例２から６のガスセンサのように、最短距離Ｍは、長さＬの１．５倍以上あることが好ましい。このように設定されることで、最短距離Ｍが長さＬ以上であるガスセンサに比べ、ガスセンサの応答性を良好に高めることができる。
【００４６】
番号２のガスセンサと、番号４のガスセンサと、番号６のガスセンサとの間の構成上の違いは、排出孔の開口面積Ｓのみである。これらのガスセンサのインバランス応答値比を比較すると、排出孔の開口面積Ｓが大きいほど、開口面積Ｓが小さい場合に比べ、インバランス応答値比が大きかった。このことから、排出孔の開口面積Ｓが大きいほど、開口面積Ｓが小さい場合に比べ、ガスセンサの応答性が高いことが確認された。これは、排出孔の径を大きくすることによって、第１空間を経て、第２空間に導入された排気ガスが、速やかにガスセンサの外部に排出されるためであると考えられる。番号４及び６のガスセンサのように排出孔の開口面積Ｓが、内側孔の開口面積以上となるガスセンサは番号２のガスセンサのように排出孔の開口面積Ｓが、内側孔の開口面積よりも小さい場合に比べ、ガスセンサの応答性が高いことが確認された。
【００４７】
［評価試験２］
評価試験２の試験方法は以下の通りである。ガスセンサを内径５０ｍｍの排気管内に突き出すように取り付けた。さらに、ガスセンサから１５０ｍｍ上流に、噴射ノズルを取り付けた。そして排気管内において、ガスセンサに向けてノズルから水を０．２５ＭＰａの噴射圧で噴射すると共に、１９ｍ／ｓの流速で５秒間送風した後、５秒間送風を止めることを２回繰り返して行った。この水滴の噴射量は、通常排気ガス中に含まれる水滴量よりも過度の条件である。そして、この直後に、プロテクタ（外側プロテクタ及び内側プロテクタ）内の検知素子の外観を観察して水滴付着の有無を確認した。
【００４８】
図示しないが、番号１から番号６のガスセンサは、最短距離Ｍが短くなるにつれて若干の水滴が検出素子に付着することになったが、付着した水滴量は、いずれのガスセンサも、検知素子折損が発生する水滴量以下であった。評価試験２の結果から、最短距離Ｍが内側孔２０３のそれぞれの軸線ＡＸ方向の長さＫのそれぞれよりも長い条件の下（番号２及び４から６）では、番号１のガスセンサと同等の耐被水性を得られることが確認された。また、最短距離Ｍが内側孔２０３の長さＫのうちの一部よりも長い条件の下（番号３）においても、番号１のガスセンサと同等の耐被水性を得られることが確認された。
【００４９】
一般に、最短距離Ｍを小さくするほど、最短距離Ｍが大きい場合に比べ、検知対象ガスに含まれる、水滴及びデポジットが検知素子に付着しやすくなる。このため、排気ガス中のデポジットによる汚損と、被水による折損等から検知素子を保護するために長さＬ＞最短距離Ｍの条件を満たす最短距離Ｍ及び長さＬの設定に際しては、ガスセンサの使用条件が考慮されることが好ましい。同様に、内側孔の開口率と、外側孔の開口率とのそれぞれは、検知対象ガスの組成と、検知対象ガスの温度と、検知素子の材質及び加熱温度とを含む条件が考慮されて値であることが好ましい。内側孔の開口率は、第１周壁の外周面積に対する各内側孔の開口面積の総和によって表される。外側孔の開口率は、第２周壁の外周面積に対する各外側孔の開口面積の総和によって表される。排気ガスを検知対象ガスとするガスセンサ１００では、評価試験１、２の結果から、内側孔の開口率は約６％であり、外側孔の開口率は約１１％であることが応答性と耐被水性との観点から好ましいことが確認された。
【００５０】
本発明は、以上詳述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更が加えられてもよい。例えば、以下の（１）から（４）の変形が適宜加えられてもよい。
【００５１】
（１）本発明は空燃比センサに限らず、特定のガス成分の検知、あるいは、特定のガス成分の濃度の測定を行う種々のガスセンサを採用可能である。例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を測定するセンサを採用してもよい。
【００５２】
（２）ガスセンサ１００の外側孔２１４の形状と、大きさと、数と、形成位置とのそれぞれは、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更されてよい。例えば、最短距離Ｍが４ｍｍとなる位置に、長さＬが５ｍｍの軸線ＡＸ方向に長い楕円状の外側孔を設けてもよい。他の例では、外側孔２１４に設けられるガイド体２１５の形状、大きさは適宜変更可能である。他の例では、図５に示すガスセンサ３００のように、ガイド体２１５が省略された外側孔３１４が形成されてもよい。図５では、図１から図３に示すガスセンサ１００と同様の構成には同じ符号を付与している。複数の外側孔２１４の形状及び大きさは、全て同じであったが、複数の外側孔２１４間で形状及び大きさの少なくとも一方が異なっていてもよい。
【００５３】
（３）ガスセンサ１００の内側孔２０３の形状と、大きさと、数と、形成位置とのそれぞれは、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更されてよい。例えば、第１内側孔２０４と、第２内側孔２０５とで開口面積が異なっていたが、内側孔２０３がいずれも同じ開口面積（例えば、同じ直径を有する円状の形状）であってもよい。他の例では、内側孔２０３に、第１空間１０から第２空間２０に導入される検知対象ガスを検知部１１２に向けて案内するガイド体が設けられていてもよい。
【００５４】
（４）排出孔２０７の形状と、大きさと、配置位置と、数とはそれぞれ適宜変更されてよい。例えば、排出孔２０７の形状は、８角形等の多角形であってもよい。他の例では、１以上の排出孔２０７が、先端部２０８に設けられてもよい。２以上の排出孔２０７が設けられる場合、排出孔２０７の開口面積の総和が、複数の内側孔の開口面積の最小値以上であることが好ましい。他の例では、排出孔２０７は、第２空間２０に導入された検知対象ガスを、実質的に直接ガスセンサ１００の外部に排出させる孔であればよい。例えば、図５のガスセンサ３００では、外側プロテクタ３１０の先端部３１３が、内側プロテクタ２００の底壁２０６よりも先端側になるように、軸線ＡＸ側に折り曲げられている。そして、第２空間２０に導入された検知対象ガスは、内側プロテクタ２００の排出孔２０７及び外側プロテクタ３１０の排出孔３１５から、直接ガスセンサ３００の外部に排出させる。図５の変形例の排出孔３１５は、実質的に直接ガスセンサ３００の外部に排出させる孔に含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１００    ガスセンサ
１１０    検知素子
１１２    検知部
１９０    プロテクタ
２００    内側プロテクタ
２０１    第１周壁
２０３    内側孔
２０４    第１内側孔
２０５    第２内側孔
２０７    排出孔
２１０，３１０    外側プロテクタ
２１１    第２周壁
２１４，３１４    外側孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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