JP5287795B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサに関する。

例えば、自動車エンジン等の車両用内燃機関の排気系にＡ／Ｆセンサ等のガスセンサを設け、排気ガス中の酸素濃度から空燃比を検出し、これを利用してエンジンの燃焼制御等を行うことがある（排気ガスフィードバックシステム）。
かかる排気ガスフィードバックシステム等に用いられるガスセンサは、排気ガス等の被測定ガスに曝され、被測定ガス中の特定ガス濃度（酸素濃度）を検出するガスセンサ素子を備えている。

そして、ガスセンサ素子として、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極と、上記被測定ガス側電極が配置される空間である被測定ガス室と、該被測定ガス室を覆うと共に被測定ガスを透過させる多孔質拡散抵抗層と、該多孔質拡散抵抗層を覆う緻密な遮蔽層とを有するものがある（特許文献１、２）。

特開２００７−８６０５１号公報 特許第４１５７２９０号公報

しかしながら、上記ガスセンサにおいては、以下の問題がある。
すなわち、内燃機関の低温始動時等において、排気ガスが水分と共にガスセンサ素子に導入されることがある。ガスセンサ素子の先端部付近は、高温となるため水分が留まることはないが、絶縁碍子に保持される部分等、ガスセンサ素子の先端部よりも基端側の部分は充分に高温とならないために、排気ガスと共に導入された水分が結露することがある。特に、ディーゼルエンジン等、排気ガス温度の低い内燃機関において、このような現象が生じうる。

そして、凝縮水（結露水）が、多孔質拡散抵抗層を通り、被測定ガス室にまで浸入することがある。このとき、ガスセンサ素子を加熱するためのヒータによって、被測定ガス室内の凝縮水が沸騰し、被測定ガス室の内部圧力が急激に上昇し、固体電解質体に割れが生じるおそれがある（図６、図７参照）。

この問題に対応するために、多孔質拡散抵抗層から水分を放出するための水抜き孔を、遮蔽層に設けることも考えられるが、その位置が被測定ガス室に近いと、上記水抜き孔からも被測定ガスが被測定ガス室に導入され、ガスセンサのセンサ出力特性が変化してしまう。それゆえ、特に上記のような排気ガスフィードバックシステムにおいて、水抜き孔を持たないガスセンサに代えて、水抜き孔を設けたガスセンサを採用する際、センサ出力特性の変化に応じて、システムの変更を余儀なくされるという問題が生じる。

特許文献１、２には、遮蔽層に孔を設けた構成が開示されているが、これらは被測定ガスを被測定ガス室に取り込むための孔であり、被測定ガス室の近傍に形成されている。それゆえ、仮にこの孔を通じて水分を放出させることができても、上記のように、センサ出力特性の変化という問題が生じることとなる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、センサ出力特性に影響を与えることなく、凝縮水に起因するガスセンサ素子の割れを防ぐことができるガスセンサを提供しようとするものである。

本発明は、筒型のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒型の絶縁碍子と、該絶縁碍子に挿通固定された積層型のガスセンサ素子とを有するガスセンサであって、
上記ガスセンサ素子は、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極と、上記被測定ガス側電極が配置される空間である被測定ガス室と、該被測定ガス室を覆うと共に被測定ガスを透過させる多孔質拡散抵抗層と、該多孔質拡散抵抗層を覆う緻密な遮蔽層とを有し、
該遮蔽層には、上記絶縁碍子の先端と上記被測定ガス室の基端との間の軸方向位置において、上記多孔質拡散抵抗層から水分を放出するための水抜き孔が形成されており、
該水抜き孔の開口面積は、直径１ｍｍ以上の円の面積に相当し、
上記被測定ガス室の軸方向長さをＬ０、該被測定ガス室と上記水抜き孔との間の軸方向距離をＬ１としたとき、Ｌ１／Ｌ０≧０．４を満たすことを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。

上記ガスセンサは、上記ガスセンサ素子の上記遮蔽層に、上記水抜き孔を設けてなる。これにより、ガスセンサ素子における上記絶縁碍子に保持された部分辺りに発生した凝縮水が、上記多孔質拡散抵抗層を通じて先端側へ染み込んできても、上記水抜き孔から凝縮水を放出することができる。
それゆえ、凝縮水が上記被測定ガス室に浸入することを防ぐことができ、被測定ガス室内における凝縮水の沸騰を防ぐことができる。その結果、凝縮水に起因するガスセンサ素子の割れを防ぐことができる。

また、上記水抜き孔の位置は、上記軸方向長さＬ０と上記軸方向距離Ｌ１とがＬ１／Ｌ０≧０．４を満たす位置である。そのため、上記水抜き孔が、上記ガスセンサのセンサ出力特性に影響を与えることを防ぐことができる。すなわち、上記の条件を満たすよう、水抜き孔が被測定ガス室から充分に離れた位置に形成されていることにより、水抜き孔から被測定ガス室に導入される被測定ガスの量を充分に少なくすることができる。その結果、水抜き孔を設けたことによるセンサ出力特性の変化を防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、センサ出力特性に影響を与えることなく、凝縮水に起因するガスセンサ素子の割れを防ぐことができるガスセンサを提供することができる。

実施例１における、ガスセンサ素子の断面図。 実施例１における、ガスセンサ素子の平面図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例１における、ガスセンサの断面図。 実施例１における、作用効果を説明する断面説明図。 水抜き孔を設けない場合の凝縮水の移動を説明する断面説明図。 水抜き孔を設けない場合の凝縮水の沸騰を説明する断面説明図。 実施例２における、水抜き孔の形成位置とセンサ出力特性との関係を示す線図。 実施例３における、水抜き孔の直径と被測定ガス室へ到達する水分の量との関係を示す線図。 実施例４における、水抜き孔の直径とガスセンサ素子の折れ強度との関係を示す線図。 実施例５における、水抜き孔の形状等を種々変更したバリエーションのガスセンサ素子の平面図。

本発明において、上記ガスセンサとしては、例えば、被測定ガス中の酸素濃度に応じた限界電流値によって空燃比を測定するＡ／Ｆセンサ、被測定ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ、また排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサ等がある。
また、本願において、上記ガスセンサを内燃機関の排気系等に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
また、仮に軸方向長さＬ０と軸方向距離Ｌ１とがＬ１／Ｌ０＜０．４の関係を有する場合には、水抜き孔が被測定ガス室に近すぎて、水抜き孔がセンサ出力特性に影響を与えるおそれがある。

また、上記水抜き孔の開口面積は、直径１ｍｍ以上の円の面積に相当する。
これにより、上記水抜き孔から凝縮水を充分に放出することができ、ガスセンサ素子の割れを充分に防ぐことができる。

また、上記水抜き孔は、上記遮蔽層における幅方向の一部に形成されていることが好ましい。
この場合には、上記ガスセンサ素子の強度を確保しつつ、凝縮水の放出を行うことができる。すなわち、上記遮蔽層の幅方向の全体にわたって上記水抜き孔を大きく形成すると、ガスセンサ素子の折れ強度が低下するおそれがあるが、上記のごとく、上記水抜き孔を上記遮蔽層における幅方向の一部に形成し、幅方向の全域に形成しなければ、充分な折れ強度を確保することができる。

また、上記水抜き孔の開口面積は、直径１．８〜２．０ｍｍの円の面積に相当することが好ましい（請求項２）。
この場合には、凝縮水に起因するガスセンサ素子の割れをより確実に防ぐとともに、ガスセンサ素子の折れ強度を充分に確保することができる。

また、上記ガスセンサは、６００℃以下の被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するものであることが好ましい。
この場合には、凝縮水に起因するガスセンサ素子の割れの防止という本発明の効果を、より発揮することができる。すなわち、例えばディーゼルエンジンの排気ガス等、被測定ガスの温度が６００℃以下と低い場合には、ガスセンサ素子に凝縮水が発生しやすい。それゆえ、かかるガスセンサに本発明を適用することで、凝縮水に起因するガスセンサ素子の割れを効果的に防ぐことができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサにつき、図１〜図４を用いて説明する。
本例のガスセンサ１は、図４に示すごとく、筒型のハウジング１０と、該ハウジング１０の内側に保持された筒型の絶縁碍子１１と、該絶縁碍子１１に挿通固定された積層型のガスセンサ素子２とを有する。

ガスセンサ素子２は、図１、図３に示すごとく、酸素イオン伝導性の固体電解質体２１と、該固体電解質体２１の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極２２及び基準ガス側電極２３と、被測定ガス側電極２２が配置される空間である被測定ガス室２４と、該被測定ガス室２４を覆うと共に被測定ガスを透過させる多孔質拡散抵抗層２５と、該多孔質拡散抵抗層２５を覆う緻密な遮蔽層２６とを有する。

遮蔽層２６には、絶縁碍子１１の先端と被測定ガス室２４の基端との間の軸方向位置において、多孔質拡散抵抗層２５から水分を放出するための水抜き孔２６１が形成されている。
図２に示すごとく、被測定ガス室２４の軸方向長さをＬ０、被測定ガス室２４と水抜き孔２６１との間の軸方向距離をＬ１としたとき、Ｌ１／Ｌ０≧０．４を満たす。

また、水抜き孔２６１の開口面積は、直径１ｍｍ以上の円の面積に相当する。また、図２に示すごとく、水抜き孔２６１は、遮蔽層２６における幅方向の一部に形成されている。つまり、水抜き孔２６１は遮蔽層２６の幅方向全体にわたって形成されるのではなく、水抜き孔２６１が遮蔽層２６を軸方向に分断しないような状態で形成されている。
そして、より好ましくは、水抜き孔２６１の開口面積は、直径１．８〜２．０ｍｍの円の面積に相当する。本例においては、水抜き孔２６１は円形である。それゆえ、水抜き孔２６１の直径が、１．８〜２．０ｍｍである。

本例のガスセンサ１におけるガスセンサ素子２は、上述した、固体電解質体２１、被測定ガス側電極２２、基準ガス側電極２３、被測定ガス室２４、多孔質拡散抵抗層２５、遮蔽層２６の他に、図１、図３に示すごとく、以下の構成要素を備える。
すなわち、固体電解質体２１における基準ガス側電極２３を形成した側の面には、基準ガス側電極２３が配置される空間である基準ガス室２７を形成するための基準ガス室形成層２８が積層されている。そして、基準ガス室形成層２８内に、ガスセンサ素子２を加熱するためのヒータ２９が埋設されている。
また、固体電解質体２１と多孔質拡散抵抗層２５との間には、被測定ガス室２４を形成するためのスペーサ層２４１が介在している。

また、多孔質拡散抵抗層２５及び遮蔽層２６は、ガスセンサ素子２の先端から、絶縁碍子１１に保持される部分にまで形成されている。したがって、絶縁碍子１１よりも先端側の部分、すなわちガスセンサ素子２における被測定ガスに曝される部分については、固体電解質体２１における被測定ガス側電極２２を配置した側の面の全面に、多孔質拡散抵抗層２５及び遮蔽層２６が形成されている。ただし、水抜き孔２６１の部分については、当然、多孔質拡散抵抗層２５が露出することとなる。

ガスセンサ２を構成するセラミック層のうち、固体電解質体２１はジルコニアを主成分とし、その他のセラミック層はアルミナを主成分とする。また、多孔質拡散抵抗層２５の気孔率は１０〜２０％である。また、被測定ガス側電極２２及び基準ガス側電極２３は白金からなる。

また、被測定ガス室２４は、図２に示すごとく、軸方向に長い形状を有していると共に、その両端部は半円形となっている。
ガスセンサ素子２のうち、絶縁碍子１１よりも先端の部分についての具体的寸法の一例を、以下に示す。
まず、ガスセンサ素子２の絶縁碍子１１からの突出長さＬ４は１５ｍｍである。また、ガスセンサ素子２の幅Ｗは４．５ｍｍであり、厚みＴは２．０ｍｍ（図１参照）である。

また、被測定ガス室２４の軸方向長さＬ０は、７．８ｍｍｍ、被測定ガス室２４と水抜き孔２６１との間の軸方向距離Ｌ１は３．３５ｍｍである。また、ガスセンサ素子２の先端から被測定ガス室２４までの軸方向距離Ｌ２は１．４５ｍｍである。そして、ガスセンサ２の先端から水抜き孔２６１までの軸方向距離Ｌ３（＝Ｌ２＋Ｌ０＋Ｌ１）は、１２．６ｍｍである。また、水抜き孔２６１の直径は１．８ｍｍである。
また、被測定ガス室２４及び水抜き孔２６１は、ガスセンサ素子２の幅方向の中央に配置されている。

ガスセンサ１は、図４に示すごとく、ガスセンサ素子２を内側に挿通保持する絶縁碍子１１と、絶縁碍子１１を内側に挿通保持するハウジング１０とを有する。ハウジング１０の先端側には、ガスセンサ素子２の先端部を覆うように形成された二重構造の先端側カバー１２が固定されている。先端側カバー１２には、内側に被測定ガスを導入するための導入孔１２１が形成されている。

一方、ハウジング１０の基端側には、ガスセンサ素子２の基端部を覆う基端側カバー１３が固定されている。基端側カバー１３の内側には、ガスセンサ素子２の基端部に設けられた端子に接触させる接触端子１４と、該接触端子１４を保持する端子用絶縁碍子１５が配されている。また、基端側カバー１３の基端部は、ゴムブッシュ１６によって閉塞され、接触端子１４と接続された外部リード１４１がゴムブッシュ１６を貫通している。また、端子用絶縁碍子１５とゴムブッシュ１６との間の軸方向位置において、基端側カバー１３には、外気を内部に導入する通気部１３１を設けてなる。
また、ハウジング１０には、排気管の管壁に設けられた雌ネジ部と螺合して、ガスセンサ１を排気管に取り付けるための取付ネジ部１０１が形成されている。

ガスセンサ１は、例えば、通常時において６００℃以下の被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するものである。具体的には、ガスセンサ１は、例えば、ディーゼルエンジンの排気系に設置され、排気ガス中の酸素濃度を検出することにより、空燃比を計測するためのＡ／Ｆセンサとして用いられる。そして、このディーゼルエンジンの排気系において、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の再生時を除く通常運転時において、排気ガス温度が例えば、６００℃以下となる。

このように、比較的排気ガスの温度が低いディーゼルエンジンの排気系に、ガスセンサ１を設置した場合、凝縮水が発生しやすい。それゆえ、被測定ガス（排気ガス）の温度が６００℃以下という内燃機関の排気系に設置されたとき、本発明のガスセンサ１がその効果を充分に発揮することができる。さらに、被測定ガス（排気ガス）の温度が５００℃以下の内燃機関の排気系に設置された場合、本発明のガスセンサ１は、その効果をさらに発揮することができる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
ガスセンサ１は、ガスセンサ素子２の遮蔽層２６に、水抜き孔２６１を設けてなる。これにより、図５に示すごとく、ガスセンサ素子２における絶縁碍子１１に保持された部分辺りに発生した凝縮水Ｍが、多孔質拡散抵抗層２５を通じて先端側へ染み込んできても、水抜き孔２６１から凝縮水Ｍを放出することができる。
それゆえ、凝縮水Ｍが被測定ガス室２４に浸入することを防ぐことができ、被測定ガス室２４内における凝縮水Ｍの沸騰を防ぐことができる。その結果、凝縮水Ｍに起因するガスセンサ素子２の割れを防ぐことができる。

すなわち、図６に示すごとく、水抜き孔２６１を設けないと、ガスセンサ素子２の絶縁碍子１１に保持される部分等、ガスセンサ素子２の先端部よりも基端側の部分に結露した凝縮水Ｍが、多孔質拡散抵抗層２５を通り、被測定ガス室２４にまで浸入するおそれがある。このとき、図７に示すごとく、ヒータ２９によって、被測定ガス室２４内の凝縮水Ｍが沸騰し、被測定ガス室２４の内部圧力が急激に上昇し、固体電解質体２１に割れが生じるおそれがある。
そこで、図５に示すごとく、遮蔽層２６に水抜き孔２６１を設けることにより、上記のように、水抜き孔２６１から凝縮水Ｍを放出して、凝縮水に起因する固体電解質体２１の割れを防ぐことができる。

また、図２に示すごとく、水抜き孔２６１の位置は、軸方向長さＬ０と軸方向距離Ｌ１とがＬ１／Ｌ０≧０．４を満たす位置である。そのため、水抜き孔２６１が、ガスセンサ１のセンサ出力特性に影響を与えることを防ぐことができる。すなわち、上記の条件を満たすよう、水抜き孔２６１が被測定ガス室２４から充分に離れた位置に形成されていることにより、水抜き孔２６１から被測定ガス室２４に導入される被測定ガスの量を充分に少なくすることができる。その結果、水抜き孔２６１を設けたことによるセンサ出力特性の変化を防ぐことができる（後述する実施例２参照）。

また、水抜き孔２６１は、直径１ｍｍ以上の円の面積に相当する。本例においては、円形の水抜き孔２６１の直径が１ｍｍ以上である。これにより、水抜き孔２６１から凝縮水を充分に放出することができ、ガスセンサ素子２の割れを充分に防ぐことができる（後述する実施例３参照）。

また、水抜き孔２６１は、遮蔽層２６における幅方向の一部に形成されているため、ガスセンサ素子２の強度を確保しつつ、凝縮水の放出を行うことができる。すなわち、遮蔽層２６の幅方向の全体にわたって水抜き孔２６１を大きく形成すると、ガスセンサ素子２の折れ強度が低下するおそれがあるが、上記のごとく、水抜き孔２６１を遮蔽層２６における幅方向の一部に形成し、幅方向の全域に形成しなければ、充分な折れ強度を確保することができる（後述する実施例４参照）。

また、水抜き孔２６１の開口面積は、直径１．８〜２．０ｍｍの円の面積に相当する。本例においては、円形の水抜き孔２６１の直径が１．８〜２．０ｍｍである。これにより、凝縮水に起因するガスセンサ素子２の割れをより確実に防ぐとともに、ガスセンサ素子２の折れ強度を充分に確保することができる。

また、ガスセンサ１が、６００℃以下の被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するものである場合には、上述したごとく、凝縮水に起因するガスセンサ素子２の割れの防止という本発明の効果を、より発揮することができる。

以上のごとく、本例によれば、センサ出力特性に影響を与えることなく、凝縮水に起因するガスセンサ素子の割れを防ぐことができるガスセンサを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図８に示すごとく、水抜き孔２６１の形成位置とセンサ出力特性との関係を調べた例である。
まず、試料として、水抜き孔２６１の形成位置以外については、実施例１に示した具体的な寸法関係を有するガスセンサ１（試料１）と、ガスセンサ素子２の先端部（絶縁碍子１１よりも先端側の部分）の幅Ｗを３．８ｍｍに変更したガスセンサ素子２を備えたガスセンサ１（試料２）とを用意した。

これらの試料１、試料２について、それぞれ、Ｌ１／Ｌ０が、０．３５〜０．６の間において、０．０５刻みで異なる６種類、合計１２種類の試料を作製した。さらに、試料１、試料２に対応する比較試料１、比較試料２として、水抜き孔２６１のないガスセンサ素子を備えたガスセンサ（図６参照）を作製した。水抜き孔２６１がない以外は、比較試料１、比較試料２は、それぞれ試料１、試料２と同様の構成を有する。

これらのガスセンサを、ディーゼルエンジンの排気系に取り付け、空燃比（Ａ／Ｆ）１８の状態でエンジンを運転した。そして、ガスセンサを排気ガス（被測定ガス）に曝すと共に、ガスセンサ素子２の電極間（被測定ガス側電極２２と基準ガス側電極２３との間）に０．４Ｖの電圧をかけたときのセンサ出力を測定した。なお、ヒータ２９の温度は７５０℃とした。各試料について、５回ずつ測定した結果を、図８にプロットした。プロット●は、試料１又は比較試料１のデータであり、プロット◆は、試料２又は比較試料２のデータである。また、図８の左端に記した、破線で囲んだプロット群が、比較試料１、２のデータである。曲線Ｓ１、Ｓ２は、それぞれ試料１、試料２のプロットを滑らかに繋げたセンサ出力の変化曲線である。

図８から分かるように、Ｌ１／Ｌ０が０．３５のときには、試料１、２のセンサ出力が、それぞれ比較試料１、２よりも高くなる。一方、Ｌ１／Ｌ０が０．４以上においては、変化曲線Ｌ１、Ｌ２のいずれもが横這いとなり、殆どセンサ出力が変化せず、しかも比較試料１、２のセンサ出力と同等である。
これは、Ｌ１／Ｌ０が０．３５の場合、水抜き孔２６１がセンサ出力特性に影響を与えるが、Ｌ１／Ｌ０≧０．４を満たすような位置に水抜き孔２６１を形成すれば、センサ出力特性に影響を与えることを防ぐことができることを示している。

（実施例３）
本例は、図９に示すごとく、水抜き孔２６１の直径と、被測定ガス室２４へ到達する水分の量との関係をシミュレーションした例である。
シミュレーションに用いたガスセンサは、実施例１に示したガスセンサ１である。ただし、水抜き孔２６１の直径は、０〜２．５ｍｍの間で種々変更したものを用いた。
また、多孔質拡散抵抗層２５及び遮蔽層２６の軸方向長さは１９ｍｍ、被測定ガス室２４の基端から多孔質拡散抵抗層２５及び遮蔽層２６の基端までの軸方向長さは９．７５ｍｍとした。また、多孔質拡散抵抗層２５の厚みは０．２４ｍｍ、気孔率は１３％とした。

ここで、ガスセンサ素子２に、１．３７ｍｇの凝縮水が発生した場合を想定した。これは、被測定ガス室２４よりも基端側における多孔質拡散抵抗層２５が吸水した場合を想定した水分量である。そして、実際のディーゼルエンジンの排気系と同様の環境下において、凝縮水が被測定ガス室２４に到達する量（到達水分量）をシミュレーションした結果、図９に示すごとく、水抜き孔２６１の直径に応じて、到達水分量が変化することが分かった。同図においてプロット◆が、算出された到達水分量である。
そして、水抜き孔２６１の直径を１．０ｍｍ以上とすれば、固体電解質体２１が割れない程度の到達水分量である０．０１ｍｇを下回ることができることが分かった。

ここで、固体電解質体２１が割れない程度の到達水分量である０．０１ｍｇは、以下のように算出した。
すなわち、まず、固体電解質体２１の割れ強度を加圧試験によって測定した結果、４ＭＰａという値を得た。したがって、固体電解質体２１が割れないようにするためには、被測定ガス室２４の内部圧力が、４ＭＰａ以下にあればよいこととなる。つまり、水分が被測定ガス室２４に浸入してこれが沸騰したとき、被測定ガス室２４の内部圧力が４ＭＰａ以下となる水分量を算出すればよい。その水分量は、気体の状態方程式に、上限の内部圧力４ＭＰａ、被測定ガス室２４の体積、及びガスセンサ１の使用時の被測定ガス室２４の絶対温度を代入することにより、水のモル数を求め、これに水の分子量を掛けることにより、求めることができる。その結果、到達水分量を０．０１ｍｇ以下とすれば、固体電解質体２１が割れないと、算出することができる。

そして、上記シミュレーションによって、水抜き孔２６１の直径を１ｍｍ以上とすれば、到達水分量０．０１ｍｇを下回ることが分かるため、固体電解質体２１の割れを防ぐことができることが分かる。

（実施例４）
本例は、図１０に示すごとく、水抜き孔２６１の直径と、ガスセンサ素子２の折れ強度との関係を調べた例である。
すなわち、実施例１に示したガスセンサ１と同様の構造のガスセンサであって、水抜き孔２６１の直径を、０〜４．５ｍｍの間で種々変更したものを用いた。

水抜き孔２６１の直径が０ｍｍのガスセンサとは、水抜き孔２６１を有さないガスセンサ（図６参照）であり、これの折れ強度と同等であれば、水抜き孔２６１を設けたことによる強度低下はないと判断できる。そこで、水抜き孔２６１を有さないガスセンサ素子２の折れ強度を複数回測定し、その平均値を強度比１００％とし、この強度の平均値に対する各試料の強度を、強度比として表したのが、図１０である。各水準につき、複数回の試験を行った。

ここで、各試料の折れ強度は、特開２００２−２９６２１４号公報に示された振子試験を用いて測定した。
図１０から分かるように、水抜き孔２６１の直径を１〜２．４ｍｍとしたいずれの試料についても、強度比は略１００％であり、強度低下は見られなかった。

これに対し、水抜き孔２６１の直径を４．５ｍｍとすると、強度比が大きく低下している。この４．５ｍｍは、ガスセンサ素子２の幅Ｗと同じであり、遮蔽層２６の幅と同じである。すなわち、水抜き孔２６１が遮蔽層２６の幅の全体にわたって形成されると、ガスセンサ素子２の折れ強度が大きく低下することが分かる。
以上の結果から、ガスセンサ素子２の折れ強度を確保するためには、水抜き孔２６１が遮蔽層２６の幅方向の全体に形成されず、幅方向の一部に形成するようにする必要があることが分かる。

（実施例５）
本例は、図１１に示すごとく、水抜き孔２６１の形状等を変更したガスセンサ素子２のバリエーションの例である。
図１１（Ａ）に示すガスセンサ素子２ａは、水抜き孔２６１を遮蔽層２６の幅方向に長く形成してなる。この場合には、ガスセンサ素子２ａの幅方向の広い範囲にわたって、水分を水抜き孔２６１から放出しやすくなり、より確実に、凝縮水に起因する固体電解質体２１の割れを防ぐことができる。

図１１（Ｂ）に示すガスセンサ素子２ｂは、水抜き孔２６１を略長方形状に形成してなる。
図１１（Ｃ）に示すガスセンサ素子２ｃは、水抜き孔２６１を３か所に形成してなる。３個の水抜き孔２６１は、遮蔽層２６の幅方向に並んで配置されている。このように、水抜き孔２６１は、複数個形成してもよい。
図１１（Ｄ）に示すガスセンサ素子２ｄは、水抜き孔２６１を菱形に形成してなる。
図１１（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すガスセンサ素子２ｂ、２ｃ、２ｄについても、ガスセンサ素子２内の水分を放出しやすくすることができる。
その他は、実施例１と同様の構成を有し、実施例１と同様の作用効果を奏する。

１ ガスセンサ
１１ 絶縁碍子
２ ガスセンサ素子
２１ 固体電解質体
２２ 被測定ガス側電極
２３ 基準ガス側電極
２４ 被測定ガス室
２５ 多孔質拡散抵抗層
２６ 遮蔽層
２６１ 水抜き孔

Claims (2)

1. 筒型のハウジングと、該ハウジングの内側に保持された筒型の絶縁碍子と、該絶縁碍子に挿通固定された積層型のガスセンサ素子とを有するガスセンサであって、
   上記ガスセンサ素子は、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、該固体電解質体の一方の面と他方の面とにそれぞれ設けた被測定ガス側電極及び基準ガス側電極と、上記被測定ガス側電極が配置される空間である被測定ガス室と、該被測定ガス室を覆うと共に被測定ガスを透過させる多孔質拡散抵抗層と、該多孔質拡散抵抗層を覆う緻密な遮蔽層とを有し、
   該遮蔽層には、上記絶縁碍子の先端と上記被測定ガス室の基端との間の軸方向位置において、上記多孔質拡散抵抗層から水分を放出するための水抜き孔が形成されており、
   該水抜き孔の開口面積は、直径１ｍｍ以上の円の面積に相当し、
   上記被測定ガス室の軸方向長さをＬ０、該被測定ガス室と上記水抜き孔との間の軸方向距離をＬ１としたとき、Ｌ１／Ｌ０≧０．４を満たすことを特徴とするガスセンサ。
2. 請求項１に記載のガスセンサにおいて、上記水抜き孔の開口面積は、直径１．８〜２．０ｍｍの円の面積に相当することを特徴とするガスセンサ。

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