(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出素子の先端部に形成された検出部を覆うプロテクタが、該検出部を取り囲む第一筒状部と、該第一筒状部の外側に配置される第二筒状部とを備え、
前記第一筒状部の側壁部において、軸方向先端側にテーパ状の縮径部が形成され、該縮径部よりも軸方向基端側に第一側ガス入口が周方向に沿って複数形成されるとともに、自身の先端には第一側ガス出口が形成される一方、
前記第二筒状部の側壁部において、前記縮径部に対応する位置には、被測定ガスを導入する第二側ガス入口が形成されるとともに、先端側には、前記縮径部の外面に沿って基端側から先端側に向けて流れる被測定ガスを流出させる第二側ガス出口が開口していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記第一側ガス入口は、前記第一筒状部の軸方向に離れた２つの孔の組によって構成され、
当該２つの孔の組の内、一方の組の孔は前記検出部に対向する形態で配置され、
他方の組の孔は前記検出部の先端よりも先端側に位置している請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記第二側ガス出口が前記第一側ガス出口よりも先端側に位置している請求項１又は２記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記第二側ガス出口が前記第一側ガス出口よりも大きく形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素センサ、ＨＣセンサ、ＮＯｘセンサなど、測定対象となるガス中の被検出成分を検出するためのガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述のようなガスセンサとして、被検出成分を検出する検出部が先端に形成された棒状ないし筒状の検出素子を、金属製のケーシングの内側に配置した構造のものが知られている。このようなガスセンサにおいては、測定雰囲気中に位置する検出部を覆うプロテクタが設けられている。プロテクタの側壁部にはガス流通孔が形成され、排気ガス等の被測定ガスはこのガス流通孔からプロテクタ内に導かれて検出部と接触させられる。
【０００３】
自動車用の各種ガスセンサにおいて最近では、水滴や油滴あるいは汚れ等に対する検出部の保護性能を高めるため、該プロテクタを内外２つの筒状部からなる二重構造としたものも多く使用されている。図９に示すように従来は、このような二重構造のプロテクタ１０６においては、内外の筒状部１０６ａ、１０６ｂの側壁部にそれぞれガス入口１６３，１６１を形成し、被測定ガスはまず外側の筒状部１０６ａのガス入口１６３を通り、次いで内側の筒状部１０６ｂのガス入口１６１を通って検出部１０２に到達する形となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような二重構造のプロテクタにおいては、検出部の保護性能は高められるが、壁部が二重となる分だけガス流通に対する抵抗が増大し、例えばプロテクタ外側とプロテクタ内部空間との間での被測定ガスの交換速度も小さくなることが多い。そのため、測定雰囲気中の被測定成分の濃度が急激に変化した場合等においては、応答に遅れが出やすいという構造上の問題がある。
【０００５】
この場合、例えば図９のように検出部１０２において、特に積層体の一方の面にのみガス検知面ＤＰが形成されていると次のような問題が生ずる。すなわち、排気ガス等の被測定ガスＥＧがガス検知面ＤＰの側からプロテクタ１０６内に流れ込んだ場合は、ガス流はガス検知面ＤＰに比較的直接的に到達するためにガス中の被検出成分の濃度等が変化したときの検出応答性は比較的良好となるが、例えばこれと反対側から流れ込んだ場合は、検出部１０２の検知面ＤＰが形成されているのとは反対側の面にガス流が当たるため、検出応答遅れが生じやすくなる。このように、プロテクタに対する被測定ガス流の方向に応じてセンサの応答性や出力特性が変化しやすい欠点がある。
【０００６】
なお、プロテクタを一重構造とすれば、プロテクタ内外のガスの交換速度が高められるので、センサの応答性は良好となるが、検出部に対する保護機能は当然のことながら悪くなる。また、急激にガス流速が大きくなったりガス温が低下したりすると検出部の温度が低下し、例えば酸素濃淡電池素子が不活性化して検出感度が低下したり検出出力が途切れたりする問題を生ずる。なお、ガスの交換速度を高めるために、二重構造のプロテクタのガス入口の寸法を大きくする方法もあるが、この場合も程度の差はあれ上記一重構造プロテクタと同様の問題が避け難く、応答性と保護機能とを両立させることは困難であった。
【０００７】
本発明の課題は、多重構造プロテクタ特有の検出素子に対する優れた保護機能を有して、しかもセンサ応答特性に被測定ガス流の方向依存性が生じにくく、ひいては適切なレベルにて均一な応答性あるいは出力特性が得られるガスセンサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明のガスセンサは、
検出素子の先端部に形成された検出部を覆うプロテクタが、該検出部を取り囲む第一筒状部と、該第一筒状部の外側に配置される第二筒状部とを備え、
前記第一筒状部の側壁部において、軸方向先端側にテーパ状の縮径部が形成され、該縮径部よりも軸方向基端側に第一側ガス入口が周方向に沿って複数形成されるとともに、自身の先端には第一側ガス出口が形成される一方、
前記第二筒状部の側壁部において、前記縮径部に対応する位置には、被測定ガスを導入する第二側ガス入口が形成されるとともに、先端側には、前記縮径部の外面に沿って基端側から先端側に向けて流れる被測定ガスを流出させる第二側ガス出口が開口していることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明のガスセンサにおいては、そのプロテクタが内側の第一筒状部と外側の第二筒状部とを有する少なくとも二重構造とされている。これにより、プロテクタ内側へ水滴・油滴等が侵入しにくくなり、検出部に対する保護機能に優れる。
【００１０】
また、第一筒状部の側壁部の軸方向先端側にテーパ状の縮径部が形成されるとともに、第二筒状部の側壁部において、縮径部に対応する位置に第二側ガス入口が形成され、縮径部に当たった被測定ガス流が縮径部の側壁部外面に沿って流れるようになっている。これにより、第一側ガス出口側に負圧が生じて第一筒状部内が減圧状態となり、被測定ガスが速やかに吸入されるので、多重構造プロテクタにも関わらず十分な応答性を確保できる。
【００１１】
なお、本発明において「テーパ状の縮径部」は、第一筒状部を軸線を含む平面で切断したときに、その縮径部の断面が直線状に形成されていてもよいし、外向き又は内向きの曲面形状に形成されていてもよい。また、縮径部は基端側よりも先端側の方が小径となるよう形成するのが、第一側ガス出口に負圧を発生する上で望ましい。
【００１２】
具体的には、第一筒状部は、円筒状の本体部の先端側に、円錐台状の縮径部が一体化されたものとして構成することができる。例えば第一筒状部の全長が規定される場合に、その基端側に形成する円筒状の本体部の長さを調整することにより、縮径部外面の傾斜角度を、例えば第一側ガス出口に負圧を生じさせるのに好都合な値に容易に設定することが可能となる。
【００１３】
そこで本発明の具体的な実施態様として、
先端部に形成された検出部にて被測定ガス中の被検出成分を検出する検出素子と、
検出部を突出させた状態で検出素子を覆う筒状の素子収容体と、
その素子収容体の、検出部が突出する側の開口端部に結合されるとともに、被測定ガスの流通を許容した状態で該検出部を覆うプロテクタとを備え、該プロテクタは、
検出素子の軸線周りにおいて検出部を周方向に取り囲む筒状に形成され、その側壁部には周方向に所定の間隔で複数の第一側ガス入口が形成される一方、該側壁部の軸方向先端側にテーパ状の縮径部が形成され、その縮径部の先端面に第一側ガス出口が形成された第一筒状部と、
先端に開口部が形成されるとともに、第一筒状部の外側において該第一筒状部との間に所定量の隙間を形成する形で配置される筒状形態をなし、被測定ガス流中に配置された場合に、被測定ガスが縮径部のテーパ状の外面に沿ってその基端側から先端側に流れることを許容し、かつ第一筒状部の軸線と直交する向きにおいて、該被測定ガスが第一側ガス入口へ直接流れ込むことは阻止する第二筒状部とを備え、
第一筒状部は、第一側ガス出口が第二筒状部の先端面よりも軸線方向基端側に位置しているか、又は縮径部外面に第二筒状部の開口部内縁が対向する位置関係で、該縮径部が第二筒状部の開口部から突出しているようになすこともできる。
【００１４】
この場合、検出部は、例えば板状の酸素イオン伝導性固体電解質層の片側に検出側多孔質電極を形成し、これと反対側に酸素基準側多孔質電極を形成した酸素濃淡電池素子と、その酸素濃淡電池素子の酸素基準側多孔質電極側に積層される板状ヒータとを備えた酸素検出部とし、検出側多孔質電極の電極面がガス検知面となっている構成とすることができる。この構成は、例えばλ型酸素センサに好適に採用することができる。
【００１５】
次に、上記本発明のガスセンサは、
第一側ガス入口が、第一筒状部の軸方向に離れた２つの孔の組によって構成され、
２つの孔の組の内、一方の組の孔は検出部に対向する形態で配置され、
他方の組の孔は検出部の先端よりも先端側に位置しているものとして構成できる。例えば、第一側ガス入口が検出部に対応する１列しか存在しない場合、負圧により被測定ガスの第一筒状部への流入速度が増大すると、流入ガスの大半が検出部に当たる形となる。そして、水滴等が被測定ガスに混ざっているとその水滴が検出部に当たり、プロテクタの保護機能が損なわれてしまうこともありうる。そこで、検出素子先端よりも先端側に孔の組を１列以上追加すれば、水滴の流れが分散するので保護機能を維持できるようになる。
【００１６】
また、この場合、第二筒状部が、第一筒状部先端のテーパ状縮径部の外面において、その基端部から先端部に被測定ガスが流れることを許容するようになっている。このような被測定ガス流が形成されることにより、縮径部先端に形成された第一側ガス出口側に負圧を生じて第一筒状部内が吸引され、それによって第一筒状部内には周方向の各第一側ガス入口から被測定ガスが略等方的に吸入される形となる。その結果、プロテクタの軸線周りにおいてどのような角度で被測定ガス流が当たっても、ガス流の方向によらず均一な応答性あるいは出力が得られる。このことは特に検出部の外周面に対し、その周方向の一部区間に沿ってガス検知面が形成されている場合や、板状で片側にガス検知面を形成している場合においては、特に有利な効果として働く。
【００１７】
さらに本発明のガスセンサは、
第二側ガス出口が第一側ガス出口よりも先端側に位置しているものとして構成できる。この構成では、第二側ガス入口から導入される被測定ガスが縮径部に直接当たり、縮径部に沿ったガスの流速が高められるので、第一側ガス出口に生じる負圧をより大きくすることができる。その結果、第一側ガス入口からの被測定ガスの吸入速度、ひいては第一筒状部内の被測定ガスの交換速度が向上して、検出応答性あるいは濃度変化に対する出力追従性が一層良好となる。
【００１８】
さらに、上記のような吸引効果を有効に引き出すために、本発明のガスセンサは、第二側ガス出口が前記第一側ガス出口よりも大きく形成されているものとして構成できる。この構成では、第二側ガス出口からの被測定ガスの流出が阻害されることなくスムーズであり、第一側ガス出口に生じる負圧変動を抑制することができる。したがって、安定した検出応答性あるいは濃度変化に対する出力追従性が得られる。
【００１９】
この場合、第一及び第二側ガス出口は、互いに同心的となる位置関係で形成することができる。この構成では、第一側ガス出口を経て第一筒状部から吸引される被測定ガスを、縮径部に沿って流れる被測定ガスとともに第二側ガス出口からスムーズに排出させることができる。これにより、センサの検出応答性あるいは濃度変化に対する出力追従性をさらに良好なものとすることができる。
【００２１】
次に本発明のガスセンサは、第二側ガス入口が、第二筒状部の側壁部において、
湾曲した切れ目を作成し、この湾曲した切れ目の内側に生ずる爪状部を径方向内側に折り曲げて形成されているものとして構成できる。この構成では、爪状部は、第二側ガス入口に対してフラップ状に重なり合うので、プロテクタ内側へ水滴・油滴等が侵入しにくくなり、検出部に対する保護機能が一層向上する。しかも、被測定ガスは、径方向内側に折り曲げて形成された爪状部により、第二筒状部の側壁部に沿う旋回流となる。このため、縮径部に沿ったガスの流速が高められ、第一側ガス出口に生じる負圧をより大きくすることができる。その結果、第一筒状部内の被測定ガスの交換速度が向上して、検出応答性あるいは濃度変化に対する出力追従性が一層良好となる。
【００２２】
さらに本発明のガスセンサは、第一側ガス入口の内、前記検出部に対向する形態で配置される組の孔は、前記第一筒状部の側壁部において、湾曲した切れ目を作成し、この湾曲した切れ目の内側に生ずる爪状部を径方向内側に折り曲げて形成されているものとして構成できる。この構成では、爪状部は、第一側ガス入口に対してフラップ状に重なり合うので、第一筒状部内側へ水滴・油滴等が侵入しにくくなり、検出部に対する保護機能がさらに向上する。しかも、被測定ガスは、径方向内側に折り曲げて形成された爪状部により、第一筒状部の側壁部に沿う旋回流となって略等方的に吸入される。その結果、プロテクタの軸線周りにおいて均一な被測定ガスの旋回流が生成され、均一な応答性あるいは出力が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照して説明する。
図１には、この発明のガスセンサの一実施例として、自動車等の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１を示している。この酸素センサはλ型酸素センサと通称されるもので、細長い板状のセラミック素子２（検出素子）が主体金具３に固定された構造を有している。そして、該主体金具３の外周面に形成された取り付けネジ部３ａにより、先端側の検出部Ｄが排気管内に位置するように取り付けられ、該排気管内を流れる被測定ガスとしての高温の排気ガスに晒される。
【００２４】
セラミック素子２は方形状の軸断面を有し、図２（ａ）に示すように、それぞれ横長板状に形成された酸素濃淡電池素子２１と、該酸素濃淡電池素子２１を所定の活性化温度に加熱するヒータ２２とが積層されたものとして構成されている。なお、酸素濃淡電池素子２１は、ジルコニア等を主体とする酸素イオン伝導性固体電解質により構成されている。他方、ヒータ２２は公知のセラミックヒータで構成されている。
【００２５】
酸素濃淡電池素子２１において多孔質電極２５，２６には、その長手方向に沿って酸素センサ１の取付基端側に向けて延びる電極リード部２５ａ，２６ａがそれぞれ一体化されている。このうち、ヒータ２２と対向しない側の電極２５からの電極リード部２５ａは、その末端が電極端子部７として使用される。一方、ヒータ２２に対向する側の電極２６の電極リード部２６ａは、図２（ｃ）に示すように、酸素濃淡電池素子２１を厚さ方向に横切るビア２６ｂにより反対側の素子面に形成された電極端子部７と接続されている。すなわち、酸素濃淡電池素子２１は、両多孔質電極２５，２６の電極端子部７が電極２５側の板面末端に並んで形成される形となっている。上記各電極、電極端子部及びビアは、Ｐｔ又はＰｔ合金など、酸素分子解離反応の触媒活性を有した金属粉末のペーストを用いてスクリーン印刷等によりパターン形成し、これを焼成することにより得られるものである。
【００２６】
一方、ヒータ２２の抵抗発熱体パターン２３に通電するためのリード部２３ａ，２３ａも、図２（ｄ）に示すように、ヒータ２２の酸素濃淡電池素子２１と対向しない側の板面末端に形成された電極端子部７，７に、それぞれビア２３ｂを介して接続されている。酸素濃淡電池素子２１とヒータ２２とは、図２（ｂ）に示すように、ＺｒＯ２系セラミックあるいはＡｌ２Ｏ３系セラミック等のセラミック層２７を介して互いに接合される。そして、酸素濃淡電池素子２１は、接合側の多孔質電極（酸素基準側多孔質電極）２６が、微小なポンピング電流の印加により酸素基準電極として機能する一方、反対側の多孔質電極２５が排気ガスと接触する検出側電極となり、その表面がガス検知面となる。
【００２７】
図１に戻りセラミック素子２は、主体金具３の内側に配置された絶縁体４の挿通孔３０に挿通され、先端の検出部Ｄが、排気管に固定される主体金具３の先端より突出した状態で絶縁体４内に固定される。絶縁体４には、その軸線方向において挿通孔３０の後端に一端が連通し、他端が絶縁体４の後端面に開口するとともに軸断面が該挿通孔３０よりも大径の空隙部３１が形成されている。そして、その空隙部３１の内面とセラミック素子２の外面との間は、ガラス（例えば結晶化亜鉛シリカホウ酸系ガラス）を主体に構成される封着材層３２により封着されている。
【００２８】
絶縁体４と主体金具３との間には、軸線方向に隣接してタルクリング３６と加締めリング３７とがはめ込まれ、主体金具３の後端側外周部を加締めリング３７を介して絶縁体４側に加締めることにより、絶縁体４と主体金具３とが固定されている。また、本明細書では、主体金具３の軸線方向において検出部Ｄの突出側を前方側とし、これと反対側を後方側としている。
【００２９】
また、外筒１８の末端部（図面上部）内側にはセラミックセパレータ１６及びグロメット１５が嵌め込まれ、これらに続いてそのさらに内方側にコネクタ部１３が設けられている。リード線１４の後端側はセラミックセパレータ１６を貫通して外部に延びている。一方、リード線１４の先端側は、コネクタ部１３を介して図２に示すセラミック素子２の各電極端子部７（４極を総称する）に電気的に接続されている。
【００３０】
主体金具３の先端には、セラミック素子２の突出部分、すなわち検出部Ｄを覆うプロテクタ６が取り付けられている。該プロテクタ６は内側の第一筒状部６ｂと外側の第二筒状部６ａとを有する二重構造を有する。図３に示すように、第一筒状部６ｂは検出素子２の軸線周りにおいて検出部Ｄを取り囲む筒状に形成され、その側壁部には軸方向に所定の間隔で複数の第一ガス入口６０，６１が形成される一方、該側壁部の軸方向先端側にテーパ状の縮径部６ｔが形成され、その縮径部６ｔの先端面に第一ガス出口６２が形成されている。具体的には、縮径部６ｔは円筒状の本体部６ｓの先端側に一体的に円錐台状に形成されている。そして、第一ガス入口６０，６１は本体部６ｓの周方向に沿ってほぼ等間隔で並ぶ孔の組（６０及び６１）を複数組含んでいる。本実施例では、円状開口形態の孔を４個ずつ含む孔の組６０，６１が、本体部６ｓの軸線方向において２列形成されている。
【００３１】
また、第二筒状部６ａは第一筒状部６ｂの外側において該第一筒状部６ｂとの間に所定量の隙間Ｇを形成する形で配置される筒状形態をなし、その先端が第一筒状部６ｂよりも突出して位置するとともに、先端面に第二側ガス出口６４が形成されている。そして、図５に示すように、例えば検出素子２の軸線と直交する向きに流れる被測定ガス流ＥＧ中に配置された場合に、その側壁部に形成された第二側ガス入口６３から導入された被測定ガスＥＧが、縮径部６ｔのテーパ状外面に沿ってその基端側から先端側に向けて流れた後、第二側ガス出口６４から流出するようになっている。
【００３２】
具体的には、第二筒状部６ａは先端に底部６ｆが形成される円筒状に形成され、その側壁部先端寄りの縮径部６ｔに対応する位置において、周方向にほぼ等間隔で第二側ガス入口６３が複数個（本実施例では１２個）形成されている。他方、第二側ガス出口６４は、底部６ｆの中央において第一側ガス出口６２と同心的な位置関係で形成されている。ここで第二側ガス入口６３は、第一側ガス入口６０，６１とのいずれに対しても、各筒状部６ａ，６ｂの軸線方向において互いにずれた位置関係で形成されている。これにより該軸線方向と直交する向きにおいて被測定ガスＥＧは、第二筒状部６ａにより第一側ガス入口６０，６１に直接流れ込むことが阻止されるようになっている。
【００３３】
なお、第一側ガス入口を形成する２列の孔の組６０，６１は、一方のもの（６１）が検出部の先端よりも軸線方向先端側に位置し、他方のもの（６０）が基端側に位置している。被測定ガス流には、凝縮水の水滴の他、燐、硫黄、シリコン等の被毒物質が含まれている場合がある。このような水滴や被毒物質は孔列６０あるいは６１を通して第一筒状部６ｂ内に入り込むが、孔列６１から入り込むものについては、そのままガス流に乗って外部に排出される確率が高く、検出部に被着しにくくなる。すなわち、第一側ガス入口を、上記のように検出部の先端を挟む２つの孔列６０，６１を含むものとして形成すれば、凝縮水や被毒物質に対する検出部の耐久性を高めることができるようになる。
【００３４】
次に、図１に示すように、主体金具３の取付ネジ部３ａよりも先端側が少し縮径されて小径部３ｂが形成されている。そして、図３のように、その小径部３ｂの先端面には、その開口周縁部から突出する筒状の位置決め突出部３ｃが形成されている。第一筒状部６ｂは、位置決め突出部３ｃにより位置決めされつつ、開口側に形成された拡径部６ｇが主体金具３の小径部３ｂの外側に嵌め込まれている。一方第二筒状部６ａは、その基端側開口部において第一筒状部６ｂの拡径部６ｇの外側から主体金具３の小径部３ｂに嵌め込まれ、拡径部６ｇとともに周方向の溶接部６５（例えば断続的に形成されるスポット溶接部、あるいは連続環状に形成されるレーザー溶接部）により、小径部３ｂに固定される。
【００３５】
酸素センサ１は、取付ねじ部３ａにおいて車両の排気管に固定される。その検出部Ｄが排気ガスＥＧに晒されると、酸素濃淡電池素子２１の多孔質電極２５（図２）が排気ガスＥＧと接触し、酸素濃淡電池素子２１には該排気ガスＥＧ中の酸素濃度に応じた酸素濃淡電池起電力が生じる。この起電力がセンサ出力として取り出される。そのプロテクタ６は、上記のように２重構造とされていることから、検出部Ｄに対する保護機能に優れる。他方、図５に示すように、第二側ガス入口６３からプロテクタ６内に導入された排気ガスＥＧは、第一筒状部６ｂの縮径部６ｔの外面に沿って基端側から先端側に向けて流れた後、第二側ガス出口６４から流出する。
【００３６】
このようなガス流が形成されると、第一側ガス出口６２には負圧が生じて第一筒状部６ｂ内が吸引され、周方向の各第一側ガス入口６０，６１から排気ガスＥＧが略等方的に吸入される。その結果、プロテクタの軸線周りにおいてどのような角度で被測定ガス流が当たっても、検出部Ｄに対しては略等方的にガスＥＧが供給されるので、ガス流の方向によらず均一な応答性あるいは出力特性が得られる。また、第一側ガス出口６２が負圧となることで、第一側ガス入口６０，６１から吸入される排気ガスＥＧにより、検出側多孔質電極２５の表面（ガス検知面）に沿って比較的大きなガス流を形成することができるので、リッチ雰囲気からリーン雰囲気に転じる場合でも良好な出力追従性が得られ、かつプロテクタ６に対するガス流の向きによる効果の差異も生じにくい。
【００３７】
以下、酸素センサ１の各部の寸法の例について、図１及び図４を用いて説明する（寸法を範囲にて示している場合、括弧内に具体的な数値例を示している。なお、図４中の各部の符号は図３を参照のこと）。
・プロテクタ６の長さＬ2：１６．５ｍｍ。
・取付ねじ部３ａの呼び径Ｄ1：Ｍ１２×Ｐ１．２５。
（以上、図１）
【００３８】
・セラミック素子２の主体金具３先端面からの突出長さＬ3：５ｍｍ。
・第一筒状部６ｂの先端面から、第二筒状部６ａの内底面までの距離Ｌ4：５ｍｍ以下。Ｌ4が５ｍｍを超えると、応答性悪化を招く問題が生ずる場合がある。
・縮径部６ｔの長さＬ5：Ｄ6＜Ｌ5（３．５ｍｍ）。Ｌ5が該範囲を外れると、ガス流の方向によってセンサ１の応答性が影響を受けやすくなる。
・縮径部６ｔのテーパ角度θ：８０゜未満（４５゜）。ただし、第一筒状部６ｂの軸線Ｏを含む断面において、その軸線Ｏと縮径部６ｔ外面とのなす角度θをテーパ角として定義する。
【００３９】
・第二筒状部６ａ内底面から第二側ガス入口６３の中心までの軸線方向距離Ｌ6：Ｌ4＜Ｌ6＜Ｌ4＋Ｌ5（３ｍｍ）。
・プロテクタ基端から、基端側の第一側ガス入口６０までの距離Ｌ7：Ｌ7＜Ｌ3（１．８ｍｍ）。
・プロテクタ基端から、先端側の第一側ガス入口６１までの距離Ｌ8：Ｌ3＜Ｌ8（６．８ｍｍ）。
【００４０】
・第二筒状部６ａの内径をＤ2、第一筒状部６ｂの外径をＤ3としたときに、Ｄ2−Ｄ3：０．５〜１０ｍｍ（１．９ｍｍ）。Ｄ2−Ｄ3が０．５ｍｍ未満になると、第二側ガス入口６３から第二側ガス出口６４へのガスの流れが阻害され、検出応答性の悪化を招く場合がある。また、１０ｍｍを超えると、負圧効果がなくなる問題が生ずる場合がある。
【００４１】
・第二側ガス出口６４の内径Ｄ4：Ｄ5＜Ｄ4＜Ｄ3（４ｍｍ）。Ｄ4がＤ5未満になると、第二筒状部６ａからのガスの流出が阻害され、検出応答性の悪化を招く場合がある。
・第一側ガス出口６２の内径Ｄ5：０．５ｍｍ＜Ｄ5＜Ｄ3（２ｍｍ）。Ｄ5が０．５ｍｍ未満になると、第一筒状部６ｂからのガスの流出が阻害され、検出応答性の悪化を招く場合がある。
・第二側ガス入口６３の内径Ｄ6：０．５ｍｍ＜Ｄ6＜Ｌ5（２ｍｍ）。Ｄ6が０．５ｍｍ未満になると、第二筒状部６ａへのガスの流入が阻害され、検出応答性の悪化を招く場合がある。また、Ｌ5を超えると、ガス流の方向によってセンサ１の応答性が影響を受けやすくなる。
・第一側ガス入口６０，６１の内径Ｄ7：０．５ｍｍ＜Ｄ7＜４ｍｍ（１ｍｍ）。Ｄ7が０．５ｍｍ未満になると、第一筒状部６ｂへのガスの流入が阻害され、検出応答性の悪化を招く場合がある。また、４ｍｍを超えると、ガス流の方向によってセンサ１の応答性が影響を受けやすくなる。
【００４２】
・第二側ガス入口６３の周方向の形成個数ｎ1：ｎ1≧２。２個未満では、第二筒状部６ａへのガスの流入が阻害され、検出応答性の悪化を招く場合がある。
・第一側ガス入口６０，６１の周方向の形成個数：ｎ2≧２。２個未満では、第一筒状部６ｂへのガスの流入が阻害され、検出応答性の悪化を招く場合がある。
なお、ガス入口の形成個数を過度に増やすと、隣接するガス入口に挟まれる部分の幅が狭くなり過ぎて強度低下等につながる場合があるので、このような不具合を生じないよう、ｎ1及びｎ2の上限を定めるようにする。
【００４３】
以下、プロテクタ６の変形例について説明する。
図６（ａ）のプロテクタ６においては、縮径部６ｔに対応する位置において、第二側ガス入口は６３ｂと６３ａとの２列形成されている。これにより、縮径部６ｔの外面に沿うガスの流れがスムーズとなり、応答性が改善されるほか、ガス流の方向による影響も受けにくくなる。なお、図６（ａ）においては、周方向の段部６ｈにより第一筒状部６ｂの先端側を径小とし、それによって第二筒状部６ａとの間に隙間Ｇを形成している。また、第一筒状部６ｂの基端部は主体金具３の径小部３ｂに嵌め込まれている。そして、第二筒状部６ａの基端部はその外側に重ね合わされる形で嵌め込まれ、該重なり部において第一筒状部６ｂとともに図示しない溶接部により径小部３ｂに対して固定されている。
【００４４】
図６（ｂ）では、第一筒状部６ｂと第二筒状部６ａとの間において、第一側ガス入口６０（基端側に１列のみ形成）を覆う形で第三の筒状部６ｃを設けた３重構造となっている。これにより、第一筒状部６ｂの内側への水滴、油あるいは汚れ等の侵入が一層起こりにくくなる。
【００４５】
また、図６（ｃ）では、第二筒状部６ａの外側においてその基端側を覆うとともに、第二側ガス入口６３は覆わない形態で第三筒状部６ｃが配置されている。これにより、ガス流速が急上昇したりした場合に、検出部Ｄの温度低下がさらに効果的に防止される。さらに、図６（ｄ）では、第三筒状部６ｃを第二側ガス入口６３の位置まで延長し、対応する位置に第三側ガス入口６６を形成している。これにより、第一筒状部６ｂの内側への水滴、油あるいは汚れ等の侵入が一層起こりにくくなる。
【００４６】
図７（ｅ）は、第二側ガス入口６３の周縁に沿って第二筒状部６ａの内面から内向きに突出する形態で、気流ガイド６ｗを形成した例を示している。これにより、縮径部６ｔに向けた排気ガスの流れが乱れにくくなり、センサ１の応答性がガス流の方向の影響を受けにくくなる本発明の効果を一層高めることができる。
【００４７】
図７（ｆ）は、第二筒状部６ａの先端側にも縮径部６ｕを形成した例である。これにより、プロテクタ６内に流入したガスの吸引効果が高められ、センサ１の応答性がガス流の方向の影響を受けにくくなる本発明の効果を一層高めることができる。
【００４８】
また、図７（ｇ）に示すように、第一筒状部６ｂの縮径部６ｔの先端側に、さらに円筒状の直線部６ｖを形成してもよい。他方、第二筒状部６ａは、図７（ｈ）に示すように、軸断面を多角形状に形成してもよい。
【００４９】
また、図７（ｉ）及び（ｊ）に示すように、第一筒状部６ｂは、その外面のほぼ全体を縮径部６ｔとしてもよい。なお、縮径部６ｔは、図７（ｉ）のように、断面が略直線状（この場合、縮径部６ｔの外面形状は円錐台状のものとなる）となっていてもよいし、図７（ｊ）のように、外向きに突出する曲面状（この場合、縮径部６ｔの外面形状は紡錘状のものとなる）となっていてもよい。さらに、図７（ｋ）のように縮径部６ｔを、先端側が第二側ガス出口６４（先端側開口部）から突出させるようにしてもよい。この場合、第二側ガス出口６４の開口内縁は、縮径部６ｔの外面に対向するように位置させる。
【００５０】
図８はプロテクタのさらに他の変形例を示し、第二側ガス入口６３及び第一側ガス入口６０に関して以下のような変更を行った。第二側ガス入口６３は、第二筒状部６ａの側壁部において、湾曲した形状（あるいは、一方の基端部から延びて方向変換部６ａ１により方向変換した後、他方の基端部へ至る形状）の切れ目として、半月状の切れ目６ａ２を作成し、この切れ目６ａ２の内側に生ずる爪状部６ａ３を径方向内側に折り曲げて形成されている。第二側ガス入口６３からプロテクタ６内に導入された排気ガスＥＧは、第一筒状部６ｂの縮径部６ｔの外面に沿って基端側から先端側に向けて流れた後、第二側ガス出口６４から流出する。このとき排気ガスＥＧは、径方向内側に折り曲げて形成された爪状部６ａ３により、第二筒状部６ａの側壁部に沿う旋回流となる。このため、縮径部６ｔに沿ったガスの流速が高められるので、第一側ガス出口６２に生じる負圧をより大きくすることができる。その結果、第一側ガス入口６０，６１からの排気ガスＥＧの吸入速度、ひいては第一筒状部６ｂ内の排気ガスＥＧの交換速度が向上して、検出応答性あるいは濃度変化に対する出力追従性が一層良好となる。また、爪状部６ａ３は、第二側ガス入口６３に対してフラップ状に重なり合う（図８（ｂ）参照）ので、プロテクタ６内側へ水滴・油滴等が侵入しにくくなり、検出部Ｄに対する保護機能に優れる。
【００５１】
一方、第一側ガス入口６０，６１の内、検出部Ｄに対向する形態で配置される組の孔６０は、第一筒状部６ｂの側壁部において、湾曲した形状（あるいは、一方の基端部から延びて方向変換部６ｂ１により方向変換した後、他方の基端部へ至る形状）の切れ目として、半月状の切れ目６ｂ２を作成し、この切れ目６ｂ２の内側に生ずる爪状部６ｂ３を径方向内側に折り曲げて形成されている。第一側ガス出口６２に生じる負圧により、第一筒状部６ｂ内が吸引され、このとき排気ガスＥＧは、径方向内側に折り曲げて形成された爪状部６ｂ３により、第一筒状部６ｂの側壁部に沿う旋回流となって略等方的に吸入される。その結果、プロテクタ６の軸線周りにおいて均一な排気ガスＥＧの旋回流が生成され、均一な応答性あるいは出力が得られる。また、爪状部６ｂ３は、第一側ガス入口６０に対してフラップ状に重なり合うので、第一筒状部６ｂ内側へ水滴・油滴等が侵入しにくくなり、検出部Ｄに対する保護機能に優れる。
【００５２】
なお、切れ目６ａ２，６ｂ２の形状をＵ字状、コ字状等に適宜変更できる。また、切れ目６ａ２，６ｂ２の個数、折り曲げ線の位置や折り曲げ方向等についても変更が可能である。
【００５３】
以上説明した本発明のセンサの構造は、酸素センサ以外のガスセンサ、例えばＨＣセンサやＮＯｘセンサなどにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスセンサの一例を示す酸素センサの正面図及び縦断面図。
【図２】その検出素子としてのセラミック素子の構造を示す説明図。
【図３】図１のプロテクタの構造の詳細を示す部分縦断面図及びＡ−Ａ軸断面図。
【図４】図１のプロテクタの各部の寸法を示す部分縦断面図及び軸断面図。
【図５】図１のプロテクタの作用を示す部分縦断面図及びＢ−Ｂ軸断面図。
【図６】プロテクタのいくつかの変形例を示す縦断面図。
【図７】プロテクタの別のいくつかの変形例を示す縦断面図（（ｅ）〜（ｇ），（ｉ）〜（ｋ））及び軸断面図（（ｈ））。
【図８】プロテクタのさらに他の変形例を示す部分縦断面図、Ｃ−Ｃ軸断面図及びＤ−Ｄ軸断面図。
【図９】従来のプロテクタの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１  酸素センサ（ガスセンサ）
２  セラミック素子（検出素子）
Ｄ  検出部
３  主体金具
６  プロテクタ
６ａ  第二筒状部
６ｂ  第一筒状部
６ｔ  縮径部
６ｓ  本体部
６ａ１，６ｂ１  方向変換部
６ａ２，６ｂ２  切れ目
６ａ３，６ｂ３  爪状部
２１  酸素濃淡電池素子
２２  ヒータ
２５  多孔質電極（検出側多孔質電極）
２６  多孔質電極（酸素基準側多孔質電極）
６０，６１  第一側ガス入口
６２  第一側ガス出口
６３  第二側ガス入口
６４  第二側ガス出口
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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