JP5545908B2

JP5545908B2 - ガス濃度検出センサー

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Publication number: JP5545908B2
Application number: JP2013191322A
Authority: JP
Inventors: 高幸関谷; 圭小坂; 翔大平田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: JP2013250279A

Description

本発明は、ガス濃度検出センサーに関する。

従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘや酸素などの所定のガス濃度を検出するガス濃度検出センサーが知られている。このガス濃度検出センサーでは、例えばエンジンの始動時に発生する水がセンサー素子に付着することにより、センサー素子の温度が低下してクラックが発生する場合がある。そのため、センサー素子を覆う保護カバーを取り付けてこれを防止することが提案されている。例えば、特許文献１には、２重構造の保護カバーをセンサー素子の先端部外周に設けたガスセンサーが記載されている。

特開２０００−３０４７１９号公報（図１１）

しかし、保護カバーには被測定ガスをセンサー素子に導入するための孔が開けられており、この孔から水が入ってセンサー素子に付着する場合がある。また、水の付着をより抑制するために、保護カバーを２重３重に増やすことや保護カバー内部の被測定ガスの流路を複雑にすることも考えられるが、その場合は被測定ガスがセンサー素子に到達するまでの時間が増大し、ガス濃度検出の応答性が低下してしまう。そのため、センサー素子への水の付着抑制とガス濃度検出の応答性との両方を向上させることのできる保護カバーが望まれている。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、センサー素子への水の付着を抑制しつつガス濃度検出の応答性を向上させるガス濃度検出センサーを提供することを主目的とする。

本発明のガス濃度検出センサーは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のガス濃度検出センサーは、
被測定ガスの所定のガス濃度を検出可能なセンサー素子と、
前記センサー素子の先端を覆う有底筒状の内側保護カバーと、
前記内側保護カバーよりも径が大きく、側面と底面とを有する外側保護カバーと、
前記外側保護カバーの側面と底面との境界部分に開けられた複数の外側ガス孔と、
前記内側保護カバーの内外の前記被測定ガスの流れを許容し、前記外側ガス孔よりも前記センサー素子の後端側に位置する内側ガス孔と、
を備え、
前記外側ガス孔の外部開口面と前記外側保護カバーの底面とのなす角が１０°〜８０°であるものである。

このガス濃度検出センサーでは、外側ガス孔は外側保護カバーの側面と底面との境界部分に開けられている。そして、外側ガス孔の外部開口面と外側保護カバーの底面とのなす角が１０°〜８０°である。そのため、孔が側面に位置する場合や外側ガス孔の外部開口面と外側保護カバーの底面とのなす角が１０〜８０°以外の場合と比べて、外側保護カバー内に入った水が外側ガス孔から外部に逃げやすい。これにより、水が内側保護カバー内に入ってセンサー素子に付着するのを抑制できる。また、外側ガス孔から外側保護カバー内に入る被測定ガスは、外側ガス孔によってセンサー素子の後端方向を向く流れになる。そのため、外側ガス孔が外側保護カバーの側面に開けられている場合や外側ガス孔の外部開口面と外側保護カバーの底面とのなす角が１０〜８０°以外の場合と比べて、外側ガス孔から入った被測定ガスが内側ガス孔に到達しやすい。これにより、保護カバー内のガスが被測定ガスによって置換される時間が短縮されて、ガス濃度検出センサーの応答性が向上する。以上により、センサー素子への水の付着を抑制しつつガス濃度検出の応答性を向上させることができる。なお、外側ガス孔の総面積は６〜１３ｍｍ²であるものとしてもよい。

本発明のガス濃度検出センサーにおいて、前記外側保護カバーは、円筒状の胴部と、該胴部よりも径の小さい有底筒状の先端部と、該胴部と該先端部とを接続する段差部と、を有しており、前記外側ガス孔は、前記外側保護カバーの胴部の側面と前記外側保護カバーの段差部の底面との境界部分である第１角部に開けられた複数の第１外側ガス孔と、前記外側保護カバーの先端部の側面と底面との境界部分である第２角部に開けられた複数の第２外側ガス孔と、からなり、前記内側ガス孔は、前記第１外側ガス孔よりも前記センサー素子の後端側に位置しており、前記外側保護カバーの胴部及び段差部と前記内側保護カバーとで囲まれ、前記内側ガス孔により前記内側保護カバーの内部と連通する第１ガス室と、前記外側保護カバーの先端部と前記内側保護カバーとで囲まれ、前記第１ガス室と直接には連通していない第２ガス室と、前記第２ガス室内と前記内側保護カバーの内側との間の前記被測定ガスの流れを許容するガス通過孔と、を備えたものとしてもよい。この場合も、外側保護カバー内に入った水が第１外側ガス孔及び第２外側ガス孔から外部に逃げやすいため、水が内側保護カバー内に入ってセンサー素子に付着するのを抑制できる。また、第１外側ガス孔から第１ガス室内に入る被測定ガスは、第１外側ガス孔によってセンサー素子の後端方向を向く流れになる。そして、内側ガス孔は第１外側ガス孔よりもセンサー素子の後端側に位置している。これにより、保護カバー内のガスが被測定ガスによって置換される時間が短縮され、ガス濃度検出センサーの応答性が向上する。

上述した第１外側ガス孔と第２外側ガス孔とを備えるガス濃度検出センサーにおいて、前記複数の第２外側ガス孔は、開口部の総面積が前記第１外側ガス孔の開口部の総面積より大きいものとしてもよい。第２外側ガス孔の総面積が第１外側ガス孔の総面積よりも大きいと、被測定ガスの流量が急激に増大したときなどの過渡状態において、第１外側ガス孔よりも第２外側ガス孔から入る被測定ガスが多くなる。これにより過渡状態では第２ガス室から内側保護カバー内へ、内側保護カバー内から第１ガス室内へと向かう圧力が発生する。この圧力により第１ガス室内の水が第１外側ガス孔から外部に押し出される。これにより、センサー素子への水の付着をより抑制できる。

また、過渡状態以外の状態では、外側保護カバーの先端部が有底筒状をしているため、先端部の底面に沿った被測定ガスの流れにより第２ガス室内の被測定ガスが第２外側ガス孔から吸い出されて抜けていく。そして、第２外側ガス孔の総面積が第１外側ガス孔の総面積よりも大きいことにより、この被測定ガスを吸い出す力は大きくなる。これにより、第１外側ガス孔から第１ガス室に入った被測定ガスが内側保護カバー内及び第２ガス室を通って外部に抜けるのが早くなり、ガス濃度検出センサーの応答性が向上する。

この場合において、前記ガス通過孔は、前記第２外側ガス孔の延長上の領域以外の位置に開けられているものとしてもよい。これにより、過渡状態において第２外側ガス孔から水が入ったとしても、その水は内側保護カバー内には到達しにくい。これにより、センサー素子への水の付着をより抑制できる。なお、第２外側ガス孔の延長上の領域とは、第２外側ガス孔の中心軸に沿った方向から仮想的に指向性をもつ光を照射したときに、内側保護カバーにその光が当たる領域のことをいう。

上述した第２外側ガス孔の開口部の総面積が第１外側ガス孔の開口部の総面積より大きいガス濃度検出センサーにおいて、前記複数の第１外側ガス孔は、いずれも開口部の面積が同じであり、前記複数の第２外側ガス孔は、いずれも開口部の面積が同じとし、前記複数の第２外側ガス孔は、１つあたりの開口部の面積が前記第１外側ガス孔の１つあたりの開口部の面積以上としてもよい。

上述した第１外側ガス孔と第２外側ガス孔とを備えるガス濃度検出センサーにおいて、前記複数の第１外側ガス孔は、互いに等間隔に位置する３つ以上の孔とし、前記複数の第２外側ガス孔は、互いに等間隔に位置する３つ以上の孔としてもよい。こうすれば、外側保護カバーの外周面のいずれの方向から被測定ガスが流れてきても、必ず被測定ガスの上流に面する第１外側ガス孔及び第２外側ガス孔が存在し、必ず被測定ガスの下流に面する第１外側ガス孔及び第２外側ガス孔が存在することになる。そのため、ガス濃度検出センサーを設置する向きに関わらず、確実に被測定ガスを外側保護カバー及び内側保護カバー内に取り込んでセンサー素子によるガス濃度の検出を行うことができる。

上述した第１外側ガス孔と第２外側ガス孔とを備えるガス濃度検出センサーにおいて、前記ガス通過孔は、前記内側保護カバーの側面と底面との境界部分に開けられ、前記ガス通過孔の外部開口面と前記内側保護カバーの底面とのなす角が１０°〜８０°としてもよい。これにより、内側保護カバーの内側から第２ガス室内に入る被測定ガスは、ガス通過孔によって第２外側ガス孔の方を向く流れになる。そのため、ガス通過孔が内側保護カバーの側面又は底面に開けられている場合やガス通過孔の外部開口面と内側保護カバーの底面とのなす角が１０°〜８０°以外の場合と比べて、内側保護カバーの内側から第２ガス室内に入る被測定ガスが第２外側ガス孔に到達しやすい。これにより、被測定ガスが第２ガス室を通って外部に到達するまでの時間が短縮されて、ガス濃度検出センサーの応答性が向上する。

配管２００へのガス濃度検出センサー１００の取り付け状態の概略説明図である。ガス濃度検出センサー１００の構成を表す縦断面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。第１外側ガス孔１４４ａ周辺を拡大した部分断面図である。第２外側ガス孔１４６ａ及びガス通過孔１３８ａ周辺を拡大した部分断面図である。なす角を変えた第１外側ガス孔１４４ａ周辺を拡大した部分断面図である。他のガス濃度検出センサー３００の構成を表す縦断面図である。他のガス濃度検出センサー４００の構成を表す縦断面図である。他のガス濃度検出センサー５００の構成を表す縦断面図である。他のガス濃度検出センサー６００の構成を表す縦断面図である。変形例のガス通過孔２３８ａの周辺を拡大した部分断面図である。変形例のガス通過孔２３９ａの周辺を拡大した部分断面図である。変形例のガス通過孔２４０ａの周辺を拡大した部分断面図である。変形例のガス通過孔２４１ａの位置を示す説明図である。なす角θと長さＬ，長さＬ２との関係の説明図である。実施例６及び比較例１のなす角θと長さＬ，長さＬ２の説明図である。実施例７及び比較例２のなす角θと長さＬ，長さＬ２の説明図である。比較例３〜５のガス濃度検出センサー７００の構成を表す縦断面図である。比較例６のガス濃度検出センサー８００の構成を表す縦断面図である。中間保護カバー８４０の平面図（上面図）である。比較例７のガス濃度検出センサー９００の構成を表す縦断面図である。壊れだし水量測定装置９５０の説明図である。実施例１〜８及び比較例１〜７の濃度検出センサーの応答時間と被水性とをプロットしたグラフである。振動試験の様子を示す説明図である。実施例２，比較例４，７の振動試験の結果を示すグラフである。実施例８，比較例４，７の水抜き試験の結果を示すグラフである。実施例８のガス濃度検出センサーを４５°傾けた状態の説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は配管２００へのガス濃度検出センサー１００の取り付け状態の概略説明図、図２はガス濃度検出センサー１００の構成を表す縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。

図１に示すように、ガス濃度検出センサー１００は車両のエンジンからの排気経路である配管２００内に取り付けられており、エンジンから排出された被測定ガスとしての排気ガスに含まれるＮＯｘやＯ₂等のガス成分のうち少なくともいずれか１つの濃度を検出するようになっている。

ガス濃度検出センサー１００は、図２に示すように、被測定ガス中のガス成分の濃度を検出する機能を有するセンサー素子１１０と、このセンサー素子１１０を保護する保護カバー１２０とを備えている。

センサー素子１１０は、細長な長尺の板状体形状の素子であり、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる。センサー素子１１０は、センサー素子１１０を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒーターを内部に備えている。このようなセンサー素子１１０の構造やガス成分の濃度を検出する原理は公知であり、例えば特開２００８−１６４４１１号公報に記載されている。

保護カバー１２０は、センサー素子１１０の周囲を取り囲むように配置されている。この保護カバー１２０は、センサー素子１１０の先端を覆う内側保護カバー１３０と、内側保護カバー１３０を覆う外側保護カバー１４０とを有している。また、内側保護カバー１３０と外側保護カバー１４０とに囲まれた空間として第１ガス室１２２，第２ガス室１２６が形成され、内側保護カバー１３０に囲まれた空間としてセンサー素子室１２４が形成されている。

内側保護カバー１３０は、金属（例えばステンレス鋼）製の部材であり、円筒状の大径部１３２と、円筒状で大径部１３２よりも径の小さい第１胴部１３４と、円筒状で第１胴部１３４よりも径の小さい第２胴部１３６と、有底筒状で第２胴部１３６よりも径の小さい先端部１３８とを有している。また、内側保護カバー１３０は、大径部１３２と第１胴部１３４とを接続する段差部１３３と、第１胴部１３４と第２胴部１３６とを接続する段差部１３５と、第２胴部１３６と先端部１３８とを接続する段差部１３７とを有している。なお、大径部１３２，第１胴部１３４，第２胴部１３６，先端部１３８は中心軸が同一である。大径部１３２は、金属製の主体金具１０２に内周面が当接しており、これにより内側保護カバー１３０が主体金具１０２に固定されている。第１胴部１３４，第２胴部１３６は、センサー素子１１０の側面を覆うように位置している。第１胴部１３４には、第１ガス室１２２とセンサー素子室１２４とに通じる内側ガス孔１３４ａと、内側ガス孔１３４ａを経てセンサー素子室１２４に流入する被測定ガスの流れを規制する板状のガイド部１３４ｂとがそれぞれ等間隔に６箇所形成されている（図３参照）。この内側ガス孔１３４ａとガイド部１３４ｂとは１対１に対応しており、ガイド部１３４ｂは対応する内側ガス孔１３４ａとセンサー素子１１０との間に位置するように形成されている。また、複数のガイド部１３４ｂは、回転対称（６回対称）となるように形成されている。先端部１３８の側面には、センサー素子室１２４と第２ガス室１２６とに通じるガス通過孔１３８ａが等間隔に６箇所形成されている。ガス通過孔１３８ａは、ガス通過孔１３８ａの中心軸に垂直な断面が真円となるように形成されている。

外側保護カバー１４０は、金属（例えばステンレス鋼）製の部材であり、円筒状の大径部１４２と、大径部１４２に接続しており大径部１４２よりも径の小さい円筒状の胴部１４４と、有底筒状で胴部１４４よりも径の小さい先端部１４６とを有している。また、外側保護カバー１４０は、胴部１４４と先端部１４６とを接続する段差部１４５を有している。なお、大径部１４２，胴部１４４，先端部１４６の中心軸はいずれも内側保護カバー１３０の中心軸と同一である。大径部１４２は、主体金具１０２及び大径部１３２に内周面が当接しており、これにより外側保護カバー１４０が主体金具１０２に固定されている。胴部１４４は、第１胴部１３４，第２胴部１３６の外周面を覆うように位置しており、外側保護カバー１４０の外側と第１ガス室１２２とに通じる第１外側ガス孔１４４ａが等間隔に６箇所形成されている。この第１外側ガス孔１４４ａは、円形に開けられた孔であり、胴部１４４の側面と段差部１４５の底面との境界部分である第１角部１４４ｂに位置している。また、第１外側ガス孔１４４ａは、第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面と段差部１４５の底面とのなす角が４５°となり、且つ、第１外側ガス孔１４４ａの内周面と外部開口面とのなす角が９０°となるように形成されている。なお、ここでは内周面と外部開口面とのなす角が９０°となるように形成しているが、実施形態は特にこれに限定されるものではなく、例えばなす角が９０°以外の場合でも本発明の効果を奏する。図２の第１外側ガス孔１４４ａ周辺を拡大した部分断面図を図４に示す。図４に示すように、第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面（破線ａ）と段差部１４５の底面（破線ｂ）とのなす角が４５°となっている。また、第１外側ガス孔１４４ａの内周面１４４ｃと第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面（破線ａ）とのなす角が９０°となっている。先端部１４６は、先端部１３８を覆うように位置していると共に、内周面が第２胴部１３６の外周面と当接している。また、先端部１４６の側面と底面との境界部分である第２角部１４６ｂには、外側保護カバー１４０の外側と第２ガス室１２６とに通じる第２外側ガス孔１４６ａが等間隔に６箇所形成されている。この第２外側ガス孔１４６ａは、円形に開けられた孔であり、第１外側ガス孔１４４ａと同様に、第２外側ガス孔１４６ａの外部開口面と先端部１４６の底面とのなす角が４５°となり、且つ、第２外側ガス孔１４６ａの内周面と外部開口面とのなす角が９０°となるように形成されている。また、第２外側ガス孔１４６ａの延長上の領域以外の位置にガス通過孔１３８ａが位置するように、第２外側ガス孔１４６ａとガス通過孔１３８ａとの位置関係が定められている。図２の第２外側ガス孔１４６ａ及びガス通過孔１３８ａ周辺を拡大した部分断面図を図５に示す。図５に示すように、第２外側ガス孔１４６ａの中心軸に沿った方向（外側保護カバー１４０の中心軸方向とのなす角が４５°の方向）から仮想的に指向性をもつ光を照射すると、内側保護カバー１３０の先端部１３８の底面にその光が当たる領域１４６ｃが現れるが、この領域１４６ｃを第２外側ガス孔１４６ａの延長上の領域という。ガス通過孔１３８ａはこの領域１４６ｃ以外に位置している。なお、６箇所の第１外側ガス孔１４４ａの開口部の面積はいずれも同じであり、６箇所の第２外側ガス孔１４６ａの開口部の面積はいずれも同じである。また、第２外側ガス孔１４６ａの１つあたりの開口部の面積は、第１外側ガス孔の１つあたりの開口部の面積よりも大きい。したがって、第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａはいずれも同じ個数（６箇所）であるため、第２外側ガス孔１４６ａの総面積（１つの孔の面積×孔の個数）が第１外側ガス孔１４４ａの総面積より大きい。なお、第１外側ガス孔１４４ａおよび第２外側ガス孔１４６ａは、自身の中心軸に垂直な断面が真円となるように形成されている。また、特に限定するものではないが、本実施形態では、第１外側ガス孔１４４ａの直径は例えば０．８〜１．２ｍｍの範囲の値であり、第２外側ガス孔１４６ａの直径は例えば０．８〜１．２ｍｍの範囲の値である。

第１ガス室１２２は、段差部１３３，１３５，第１胴部１３４，第２胴部１３６，大径部１４２，胴部１４４、段差部１４５により囲まれた空間である。センサー素子室１２４は、内側保護カバー１３０に囲まれた空間である。第２ガス室１２６は、段差部１３７，先端部１３８，１４６に囲まれた空間である。なお、先端部１４６の内周面が第２胴部１３６の外周面と当接しているため、第１ガス室１２２と第２ガス室１２６とは直接には連通していない。

次に、こうして構成されたガス濃度検出センサー１００が、ガス成分の濃度を検出する際の被測定ガスの流れについて説明する。まず、配管２００内を流れる被測定ガスの流量が急激に増大したときなどの過渡状態における被測定ガスの流れについて説明する。この場合、配管２００内を流れる被測定ガスは、第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａから外側保護カバー１４０内に入ろうとする。このとき、第２外側ガス孔１４６ａの開口部の総面積が第１外側ガス孔１４４ａの開口部の総面積よりも大きいため、第１外側ガス孔１４４ａよりも第２外側ガス孔１４６ａから入る被測定ガスが多くなる。これにより過渡状態では、第２ガス室１２６からガス通過孔１３８ａを通ってセンサー素子室１２４内へ、センサー素子室１２４内から内側ガス孔１３４ａを通って第１ガス室１２２へと向かう圧力が発生する。この圧力により第１ガス室１２２内の水は第１外側ガス孔１４４ａから外側保護カバー１４０の外部に押し出されるため、第１ガス室１２２からセンサー素子室１２４へ水が到達しにくい。また、ガス通過孔１３８ａは第２外側ガス孔１４６ａの延長上以外の位置に開けられているため、過渡状態において第２外側ガス孔１４６ａから水が入ったとしても、その水はセンサー素子室１２４内には到達しにくい。これらにより、センサー素子１１０への水の付着がより抑制される。

次に、過渡状態以外の状態における被測定ガスの流れについて説明する。この場合、外側保護カバー１４０の先端部１４６が有底筒状をしているため、先端部１４６の底面に沿った被測定ガスの流れにより第２ガス室１２６内の被測定ガスが第２外側ガス孔１４６ａから吸い出されて抜けていく。これにより過渡状態以外の状態では、被測定ガスは第１外側ガス孔１４４ａから第１ガス室１２２内に入り、第１ガス室１２２からセンサー素子室１２４、第２ガス室１２６を経由して第２外側ガス孔１４６ａから外部に流出する。このとき、第２外側ガス孔１４６ａの総面積が第１外側ガス孔１４４ａの総面積よりも大きいため、第２外側ガス孔１４６ａから被測定ガスを吸い出す力が大きくなる。また、第１外側ガス孔１４４ａが第１角部１４４ｂに開けられており、第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面と段差部１４５の底面とのなす角が４５°となっている。これにより、第１外側ガス孔１４４ａから第１ガス室１２２内に入る被測定ガスは、第１外側ガス孔１４４ａによってセンサー素子１１０の後端方向（図２における上方向）を向く流れになる。これらにより、第１外側ガス孔１４４ａが外側保護カバー１４０の側面に開けられている場合と比較して、保護カバー１２０内のガスが被測定ガスによって置換される時間が短縮される。すなわち、ガス濃度検出センサー１００の応答性が向上する。

また、第１外側ガス孔１４４ａは第１角部１４４ｂに開けられており、第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面と段差部１４５の底面とのなす角が４５°となっている。また、第２外側ガス孔１４６ａは第２角部１４６ｂに開けられており、第２外側ガス孔１４６ａの外部開口面と先端部１４６の底面とのなす角が４５°且つ第２外側ガス孔１４６ａの内周面と外部開口面とのなす角が９０°となっている。そのため、第１外側ガス孔１４４ａや第２外側ガス孔１４６ａが外側保護カバー１４０の側面に位置する場合と比べて、外側保護カバー１４０内に入った水が第１外側ガス孔１４４ａや第２外側ガス孔１４６ａから外部に逃げやすい。このことによっても、水がセンサー素子室１２４内に入ってセンサー素子１１０に付着するのを抑制できる。

さらに、第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａは、等間隔に位置する６つの孔であるため、外側保護カバー１４０の外周面のいずれの方向から被測定ガスが流れてきても、必ず被測定ガスの上流に面する第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａが存在し、必ず被測定ガスの下流に面する第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａが存在することになる。そのため、配管２００内にガス濃度検出センサー１００を設置する向きに関わらず、確実に被測定ガスを外側保護カバー１４０及び内側保護カバー１３０内に取り込んでセンサー素子１１０によるガス成分の濃度の検出を行うことができる。

以上詳述した本実施形態によれば、第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａが上述した位置及び角度に開けられていることにより、センサー素子１１０への水の付着を抑制できる。また、第１外側ガス孔１４４ａが上述した位置及び角度に開けられているため、ガス濃度検出センサー１００の応答性が向上する。さらに、第２外側ガス孔１４６ａの開口部の総面積が第１外側ガス孔１４４ａの開口部の総面積よりも大きいため、センサー素子１１０への水の付着がより抑制でき、ガス濃度検出センサー１００の応答性がより向上する。さらにまた、第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａは等間隔に位置する６つの孔であるため、確実に被測定ガスを外側保護カバー１４０及び内側保護カバー１３０内に取り込んでセンサー素子１１０によるガス成分の濃度の検出を行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実現し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａはいずれも６つの孔であるものとしたが、これに限られない。例えば、第１外側ガス孔１４４ａが互いに等間隔に位置する３つ以上の孔であり、第２外側ガス孔１４６ａが互いに等間隔に位置する３つ以上の孔であるものとしてもよい。こうすれば、上述した実施形態と同様に、必ず被測定ガスの上流に面する第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａが存在し、必ず被測定ガスの下流に面する第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａが存在することになるため、確実に被測定ガスを外側保護カバー１４０及び内側保護カバー１３０内に取り込むことができる。また、第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａがいずれも２つの孔であってもよい。この場合、被測定ガスの上流に面する第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａが存在し、且つ被測定ガスの下流に面する第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａが存在するように、配管２００内にガス濃度検出センサー１００を配置するものとすれば、確実に被測定ガスを外側保護カバー１４０及び内側保護カバー１３０内に取り込む効果が得られる。なお、第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａは、等間隔に位置しないものとしてもよい。

上述した実施形態では、６箇所の第１外側ガス孔１４４ａの開口部の面積はいずれも同じであり、６箇所の第２外側ガス孔１４６ａの開口部の面積はいずれも同じであるものとしたが、これに限られず、開口部の面積が異なる孔があるものとしてもよい。この場合でも、第２外側ガス孔１４６ａの開口部の総面積が第１外側ガス孔１４４ａの開口部の総面積よりも大きくなるようにすれば、過渡状態における第１ガス室１２２内の水を第１外側ガス孔１４４ａから外側保護カバー１４０の外部に押し出す圧力や、過渡状態以外の状態における第２外側ガス孔１４６ａから被測定ガスを吸い出す力が十分得られる。なお、第２外側ガス孔１４６ａの開口部の総面積が第１外側ガス孔１４４ａの開口部の総面積以下であったとしても、第１外側ガス孔１４４ａが第１角部１４４ｂに開けられており、第２外側ガス孔が第２角部１４６ｂに開けられていることによる、センサー素子１１０への水の付着を抑制する効果やガス濃度検出センサー１００の応答性を向上する効果は得られる。

上述した実施形態では、第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面と段差部１４５の底面とのなす角が４５°であるものとしたが、これに限られない。例えば、なす角は１０°〜８０°の範囲の値としてもよい。この場合でも、第１外側ガス孔１４４ａが第１角部１４４ｂに位置していれば、水が第１外側ガス孔１４４ａから外部に逃げやすくなり、センサー素子１１０への水の付着を抑制する効果が得られる。なお、「第１ガス孔１４４ａが第１角部１４４ｂに位置している」とは、第１角部１４４ｂ（換言すると、胴部１４４の側面と段差部１４５の底面との間の立ち上がり部分）の少なくとも一部の領域を第１ガス孔１４４ａが含んでいる（重複している）ことを意味する。なす角を４５°以外の値とする場合、例えば図６（ａ）に示すように、第１外側ガス孔１４４ａの中心軸の角度（第１外側ガス孔１４４ａを開ける角度）を図２の第１外側ガス孔１４４ａと同じ４５°とし、孔を開ける位置をずらすようにして、第１外側ガス孔１４４ａを形成してもよい。また、例えば図６（ｂ）に示すように、第１外側ガス孔１４４ａの中心軸の角度を図２とは異なる角度として、第１外側ガス孔１４４ａを形成してもよい。図６（ａ），（ｂ）において、破線で囲まれた部分が第１角部１４４ｂであり、一点鎖線が第１外側ガス孔１４４ａの中心軸である。また、図６（ａ），（ｂ）では、第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面と段差部１４５の底面とのなす角はそれぞれ８０°，５０°である。図６（ａ），（ｂ）のいずれの第１外側ガス孔１４４ａも、第１角部１４４ｂの少なくとも一部の領域を第１ガス孔１４４ａが含んでおり、且つ、第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面と段差部１４５の底面とのなす角が１０°〜８０°の範囲内であるため、センサー素子１１０への水の付着を抑制する効果が得られる。また、第１外側ガス孔１４４ａと同様に、第２外側ガス孔１４６ａの外部開口面と先端部１４６の底面とのなす角が本実施形態では４５°であるものとしたが、１０°〜８０°の範囲の値としてもよい。この場合でも、第２外側ガス孔１４６ａが第２角部１４６ｂに位置していれば、水が第２外側ガス孔１４６ａから外部に逃げやすくなり、センサー素子１１０への水の付着を抑制する効果が得られる。なお、「第２ガス孔１４６ａが第２角部１４６ｂに位置している」とは、第２角部１４６ｂ（換言すると、先端部１４６の側面と底面との間の立ち上がり部分）の少なくとも一部の領域を第２ガス孔１４６ａが含んでいる（重複している）ことを意味する。

上述した実施形態のガス濃度検出センサー１００の代わりに、図７に示すガス濃度検出センサー３００を採用してもよい。ガス濃度検出センサー３００は、保護カバー３２０として、内側保護カバー３３０と外側保護カバー３４０とを備えている。内側保護カバー３３０は、先端部３３８及びガス通過孔３３８ａの形状が先端部１３８，ガス通過孔１３８ａと異なる点，及び段差部１３７を備えない点以外は図２の内側保護カバー１３０と同じ構造であるため、先端部３３８，ガス通過孔３３８ａ以外の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。先端部３３８は、先端部１３８と異なり三角錐台を逆さにした形状をしている。また、ガス通過孔３３８ａは、先端部３３８の底面の中心点に位置する円形の孔である。外側保護カバー３４０は、図２の外側保護カバー１４０と同じ構造であるため、構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。こうしたガス濃度検出センサー３００においても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

上述した実施形態のガス濃度検出センサー１００の代わりに、図８に示すガス濃度検出センサー４００を採用してもよい。ガス濃度検出センサー４００の保護カバー４２０は、センサー素子１１０の先端を覆う第１内側保護カバー４３０と、第１内側保護カバー４３０を覆う第２内側保護カバー４４０と、第２内側保護カバー４４０を覆う外側保護カバー４５０とを備えた３重構造をしている。第１内側保護カバー４３０は、金属製の主体金具４０２に外周面が当接しており円筒状の大径部４３２と、有底筒状の先端部４３４とを有している。先端部４３４の側面には、ガス通過孔４３４ａが１２箇所形成されており、先端部４３４の底面の中心には、ガス通過孔４３４ｂが１箇所形成されている。なお、ガス通過孔４３４ａは、ジグザグ状に軸方向（図８の上下方向）に２段にずれた位置で等間隔に形成されている。第２内側保護カバー４４０は、金属製の主体金具４０２に内周面が当接しており円筒状の大径部４４２と、円筒状の胴部４４４と、有底筒状の先端部４４６とを有している。大径部４４２と胴部４４４とは段差部４４３を介して接続されており、胴部４４４と先端部４４６とも段差を介して接続されている。段差部４４３には、内側ガス孔４４３ａが等間隔に６箇所形成されている。先端部４４６の底面の中心には、ガス通過孔４４６ａが１箇所形成されている。外側保護カバー４５０は、金属製の主体金具４０２に内周面が当接しており円筒状の大径部４５２と、有底筒状の先端部４５４とを有している。先端部４５４の側面と底面との境界部分には、円形の外側ガス孔４５４ａが６箇所形成されている。この外側ガス孔４５４ａは、外側ガス孔４５４ａの外部開口面と先端部４５４の底面とのなす角θ１が１０°〜８０°となるように形成されている。なお、第１内側保護カバー４３０の先端部４３４と第２内側保護カバー４４０の先端部４４６とは当接しており、その結果、第１内側保護カバー４３０と第２内側保護カバー４４０とで囲まれた空間は、上室４２２と下室４２４とに分離されている。こうしたガス濃度検出センサー４００においても、以下の効果が得られる。すなわち、外側保護カバー４５０内に入った水が外側ガス孔４５４ａから外部に逃げやすいため、水が第２内側保護カバー４４０及び第１内側保護カバー４３０内に入ってセンサー素子１１０に付着するのを抑制できる。また、外側ガス孔４５４ａから外側保護カバー４５０内に入る被測定ガスは、外側ガス孔４５４ａによってセンサー素子１１０の後端方向（図８の上方向）を向く流れになる。そして、内側ガス孔４４３ａは図示するように外側ガス孔４５４ａよりもセンサー素子１１０の後端方向に位置しているため、外側ガス孔４５４ａから入った被測定ガスが内側ガス孔４４３ａに到達しやすい。これにより、保護カバー４２０内のガスが被測定ガスによって置換される時間が短縮されて、ガス濃度検出センサーの応答性が向上する。

上述した実施形態のガス濃度検出センサー１００の代わりに、図９に示すガス濃度検出センサー５００を採用してもよい。ガス濃度検出センサー５００の保護カバー５２０は、センサー素子１１０の先端を覆う内側保護カバー５３０と、内側保護カバー５３０を覆う外側保護カバー５４０とを備えた２重構造をしている。内側保護カバー５３０は、金属製の主体金具５０２に内周面が当接しており円筒状の大径部５３２と、有底筒状の先端部５３４とを有している。大径部５３２と先端部５３４とは、段差を介して接続されている。先端部５３４の側面には、内側ガス孔５３４ａが等間隔に６箇所形成されている。外側保護カバー５４０は、金属製の主体金具５０２に内周面が当接しており円筒状の大径部５４２と、有底筒状の先端部５４４とを有している。先端部５４４の側面には、ガス通過孔５４４ａが等間隔に６箇所形成されている。また、先端部５４４の側面と底面との境界部分には、円形の外側ガス孔５４４ｂが６箇所形成されている。この外側ガス孔５４４ｂは、外側ガス孔５４４ｂの外部開口面と先端部５４４の底面とのなす角θ２が１０°〜８０°となり、且つ、外側ガス孔５４４ｂの内周面と外部開口面とのなす角が９０°となるように形成されている。こうしたガス濃度検出センサー５００においても、以下の効果が得られる。すなわち、外側保護カバー５４０内に入った水が外側ガス孔５４４ｂから外部に逃げやすいため、水が内側保護カバー５３０内に入ってセンサー素子１１０に付着するのを抑制できる。また、外側ガス孔５４４ｂから外側保護カバー５４０内に入る被測定ガスは、外側ガス孔５４４ｂによってセンサー素子１１０の後端方向（図９の上方向）を向く流れになる。そして、内側ガス孔５３４ａは図示するように外側ガス孔５４４ｂよりもセンサー素子１１０の後端方向に位置しているため、外側ガス孔５４４ｂから入った被測定ガスが内側ガス孔５３４ａに到達しやすい。これにより、保護カバー５２０内のガスが被測定ガスによって置換される時間が短縮されて、ガス濃度検出センサーの応答性が向上する。

上述した実施形態のガス濃度検出センサー１００の代わりに、図１０に示すガス濃度検出センサー６００を採用してもよい。ガス濃度検出センサー６００の保護カバー６２０は、センサー素子１１０の先端を覆う内側保護カバー６３０と、外側保護カバー６４０とを備えた２重構造をしている。内側保護カバー６３０は、金属製の主体金具６０２に内周面が当接しており円筒状の大径部６３２と、有底筒状の先端部６３４とを有している。大径部６３２と先端部６３４とは、段差を介して接続されている。先端部６３４には、内側保護カバー６３０の内外の被測定ガスの流れを許容する内側ガス孔（図示せず）と、内側ガス孔を経て内側保護カバー６３０内に流入する被測定ガスの流れを規制する板状のガイド部６３４ｂとがそれぞれ等間隔に６箇所形成されている。なお、内側ガス孔及びガイド部６３４ｂは、図２、図３で示した内側ガス孔１３４ａ及びガイド部１３４ｂと同様である。また、先端部６３４の側面と底面との境界部分には、円形のガス通過孔６３４ｃが６箇所形成されている。このガス通過孔６３４ｃは、ガス通過孔６３４ｃの外部開口面と先端部６３４の底面とのなす角θ３が１０°〜８０°となるように形成されている。外側保護カバー６４０は、金属製の主体金具６０２に内周面が当接しており円筒状の大径部６４２と、側面と底面とを有する先端部６４４とを有している。先端部６４４の底面には孔が開いており、この孔を内側保護カバー６３０の先端部６３４が貫通している。また、先端部６４４の底面の孔の内周面６４４ｂは、内側保護カバー６３０の先端部６３４の側面と溶接されている。また、先端部６４４の側面と底面との境界部分には、円形の外側ガス孔６４４ａが６箇所形成されている。この外側ガス孔６４４ａは、外側ガス孔６４４ａの外部開口面と先端部６４４の底面とのなす角θ４が１０°〜８０°となるように形成されている。こうしたガス濃度検出センサー６００においても、以下の効果が得られる。すなわち、外側保護カバー６４０内に入った水や内側保護カバー６３０内に入った水が、外側ガス孔６４４ａやガス通過孔６３４ｃから外部に逃げやすいため、水が内側保護カバー６３０内に入ってセンサー素子１１０に付着するのを抑制できる。また、外側ガス孔６４４ａから外側保護カバー６４０内に入る被測定ガスは、外側ガス孔６４４ａによってセンサー素子１１０の後端方向（図１０の上方向）を向く流れになる。そして、ガイド部６３４ｂと外側ガス孔６４４ａとの位置関係から分かるように、内側ガス孔は外側ガス孔６４４ａよりもセンサー素子１１０の後端方向に位置している。このため、外側ガス孔６４４ａから入った被測定ガスが内側ガス孔に到達しやすい。これにより、保護カバー６２０内のガスが被測定ガスによって置換される時間が短縮されて、ガス濃度検出センサーの応答性が向上する。

上述した実施形態では、図２，５に示したように、ガス通過孔１３８ａは内側保護カバー１３０の先端部１３８の側面に位置しているものとしたが、これに限らず、内側保護カバーの側面と底面との境界部分に位置してもよい。ガス通過孔が内側保護カバーの側面と底面との境界部分に位置する場合のガス通過孔周辺を拡大した部分断面図を図１１に示す。なお、図１１では、図５と同一の構成要素については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。図示するように、変形例のガス通過孔２３８ａは、図５のガス通過孔１３８ａとは異なり、ガス通過孔２３８ａの外部開口面と内側保護カバー１３０の先端部１３８の底面とのなす角が４５°となり、且つ、ガス通過孔２３８ａの内周面と外部開口面とのなす角が９０°となるように形成されている。なお、ガス通過孔２３８ａの外部開口面と内側保護カバー１３０の先端部１３８の底面とのなす角は４５°に限らず、１０〜８０°の範囲の値としてもよい。このようにすることで、センサー素子室１２４から第２ガス室１２６内に入る被測定ガスは、ガス通過孔２３８ａによって第２外側ガス孔１４６ａの方を向く流れになる。そのため、ガス通過孔が先端部１３８の側面又は底面に開けられている場合やガス通過孔の外部開口面と先端部１３８の底面とのなす角が１０°〜８０°以外の場合と比べて、センサー素子室１２４から第２ガス室１２６内に入る被測定ガスが第２外側ガス孔１４６ａに到達しやすい。これにより、被測定ガスが第２ガス室１２６を通って外部に到達するまでの時間が短縮されて、ガス濃度検出センサーの応答性が向上する。なお、ガス通過孔２３８ａが領域１４６ｃと重なるように位置していても、ガス濃度検出センサーの応答性が向上する効果は得られる。

上述した実施形態では、図２，５に示したように、ガス通過孔１３８ａは内側保護カバー１３０の先端部１３８の側面の中ほどに位置しているものとしたが、これに限らず、ガス通過孔を先端部１３８の側面のうち底面に近い位置に設けてもよいし、段差部１３７に近い位置に設けてもよい。ガス通過孔を先端部１３８の側面のうち底面に近い位置に設けた場合のガス通過孔周辺を拡大した部分断面図を図１２に示す。なお、図１２では、図５と同一の構成要素については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。図示するように、変形例のガス通過孔２３９ａは、先端部１３８の角部１３８ｂに極力近い位置に設けられている。また、ガス通過孔２３９ａの最下面２３９ｂと先端部１３８の内側の底面１３８ｃとは同一平面上に位置している。

上述した実施形態では、図２，５に示したように、ガス通過孔１３８ａは内側保護カバー１３０の先端部１３８の側面に位置しているものとしたが、これに限らず、底面に位置していてもよい。ガス通過孔が先端部１３８の底面に位置する場合のガス通過孔周辺を拡大した部分断面図を図１３に示す。なお、図１３では、図５と同一の構成要素については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。図示するように、変形例のガス通過孔２４０ａは、先端部１３８の底面の中心に位置する円形の孔である。なお、ガス通過孔を先端部１３８の底面の中心以外に設けてもよい。例えば、先端部１３８の底面のうち、先端部１３８の角部に極力近い位置にガス通過孔を設けてもよい。この場合、先端部１３８を中心軸方向（図２の上下方向）から見たときに、先端部１３８の中心軸を中心点としたガス通過孔の位置と第２外側ガス孔１４６ａの延長上の領域１４６ｃの位置との位相がずれるように配置することで、ガス通過孔が領域１４６ｃ以外に位置するようにしてもよい。この場合のガス通過孔の位置を示す説明図を図１４に示す。図１４（ａ）は先端部１３８周辺の部分断面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。なお、図１４では、図５と同一の構成要素については同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。図１４（ｂ）に示すように、変形例のガス通過孔２４１ａは、等間隔に６箇所形成され、先端部１３８の底面の角部１３８ｂに極力近い位置に形成されている。そのため、図１４（ｂ）のように中心軸方向から見たときに、ガス通過孔２４１ａが先端部１３８の側部の内周面と接するように位置している。そして、ガス通過孔２４１ａは、先端部１３８の中心軸を中心点として見たときにガス通過孔２４１ａの位置と領域１４６ｃの位置との位相がずれるように配置されている。これにより、ガス通過孔２４１ａは領域１４６ｃと重ならないように位置している。このようにしてガス通過孔２４１ａを形成した場合でも、ガス通過孔２４１ａが領域１４６ｃ以外の位置に開けられているため、本実施形態と同様に水がセンサー素子室１２４内に到達しにくくなる効果が得られる。

上述した実施形態では、ガス通過孔１３８ａ，第１外側ガス孔１４４ａおよび第２外側ガス孔１４６ａは、自身の中心軸に垂直な断面が真円となるように形成されているものとしたが、これに限られない。例えば、中心軸に垂直な断面が楕円であったり多角形（例えば長方形）であったりしてもよい。

［実施例１〜２］
図２に示すガス濃度検出センサー１００を複数作製した。具体的には、内側保護カバー１３０として、板厚が０．３ｍｍ、大径部１３２の軸方向長さ１．９ｍｍ、第１胴部１３４の軸方向長さが５．２ｍｍ、第２胴部１３６の軸方向長さが５．２ｍｍ、先端部１３８の軸方向長さが４．９ｍｍ、大径部１３２の内径が１３．５４ｍｍ、第１胴部１３４の内径が１１．２ｍｍ、第２胴部１３６の内径が７．６ｍｍ、先端部１３８の内径が５．３ｍｍ、内側ガス孔の開口部の大きさが縦１．５ｍｍ，横０．３ｍｍのものを用いた。更に、外側保護カバー１４０として、板厚が０．４ｍｍ、大径部１４２の軸方向長さが５．６ｍｍ、胴部１４４の軸方向長さが９．２ｍｍ、先端部１４６の軸方向長さが９．６ｍｍ、大径部１４２の内径が１４．４ｍｍ、胴部１４４の内径が１３．８ｍｍ、先端部１４６の内径が７．９ｍｍ、第１角部１４４ｂ，第２角部１４６ｂの曲げ半径Ｒが１．０ｍｍのものを用いた。そして、外側保護カバー１４０の第１外側ガス孔１４４ａの内径φ１と、第２外側ガス孔１４６ａの内径φ２とを表１の実施例１〜２に示すように種々変更したものを作製した。なお、表１における「ガス通過孔の角度」とは、内側保護カバーのガス通過孔の外部開口面と内側保護カバーの先端部の底面とのなす角を意味する。図２から分かるように実施例１，２ではガス通過孔の角度は９０°である。また、ここで作製したガス濃度検出センサー１００のセンサー素子１１０は、酸素濃度を検出するものとした。

［実施例３〜５］
第１外側ガス孔１４４ａ及び第２外側ガス孔１４６ａの孔数及び内径φ１，φ２を表１の実施例３〜５に示す値とした点以外は、実施例１〜２と同様のものを作製した。

［実施例６〜７，比較例１〜２］
第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面と段差部１４５の底面とのなす角及び第２外側ガス孔１４６ａの外部開口面と先端部１４６の底面とのなす角をいずれも同じ値θとし、この値θを表１のように変更した点以外は実施例１と同様のものを作成して、実施例６〜７，比較例１〜２とした。なお、図６（ａ）で示したように、第１外側ガス孔１４４ａの中心軸の角度を図２の第１外側ガス孔１４４ａと同じ４５°として、孔を開ける位置をずらすことでなす角θの変更を行った。このようにしてなす角θを変更すると、第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面の外側保護カバー１４０の中心軸方向長さＬ及び胴部１４４の外周面から第１外側ガス孔１４４ａの外部開口面のうち外側保護カバー１４０の中心軸に最も近い部分までの長さＬ２（図１５参照）が変化する。実施例１（なす角θ＝４５°）のときの長さＬは値０．７１ｍｍであった。実施例６及び比較例１のようになす角θの値を１０°，５°と小さくすると、長さＬは０．２１ｍｍ、０．１１ｍｍと小さくなり、長さＬ２は１．２０ｍｍ、１．３０ｍｍと大きくなった（図１５（ａ），（ｂ））。実施例７及び比較例２のようになす角θの値を８０°、８５°と大きくすると、長さＬは１．２０ｍｍ、１．３０ｍｍのように大きくなり、長さＬ２は０．２２ｍｍ、０．１３ｍｍと小さくなった（図１７（ａ），（ｂ））。このなす角θと長さＬ，Ｌ２との関係は、第２外側ガス孔１４６ａでも同じである。なお、図１６，１７からもわかるように、実施例６〜７，比較例１〜２では、第１外側ガス孔１４４ａの内周面と外部開口面とのなす角は図４とは異なり９０°以外の値となっている。これは第２外側ガス孔１４６ａも同じである。

［実施例８］
内側保護カバー１３０の先端部１３８がガス通過孔１３８ａの代わりに図１１に示したガス通過孔２３８ａを備える（具体的には、ガス通過孔２３８ａが先端部１３８の側面と底面との境界部分に位置し、ガス通過孔２３８ａの外部開口面と先端部１３８の底面とのなす角は４５°となっている）点以外は、実施例２と同様のものを作製して、実施例８とした。なお、ガス通過孔２３８ａは、内径が１．０ｍｍであり、等間隔に６箇所形成した。

［比較例３〜５］
図１８に示すガス濃度検出センサー７００を複数作製した。ガス濃度検出センサー７００は、保護カバー７２０として、内側保護カバー７３０と外側保護カバー７４０とを備えている。内側保護カバー７３０は、先端部７３８及びガス通過孔７３８ａの形状が先端部１３８，ガス通過孔１３８ａと異なる点，及び段差部１３７を備えない点以外は図２の内側保護カバー１３０と同じ構造であるため、先端部７３８，ガス通過孔７３８ａ以外の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。先端部７３８は、先端部１３８と異なり三角錐台を逆さにした形状をしており、胴部１３６と接続する部分の内径が７．４ｍｍ、底面の直径が２．４ｍｍである。また、ガス通過孔７３８ａは、先端部７３８の底面の中心点に位置する円形の孔であり、内径は１ｍｍである。ガス通過孔７３８ａの外部開口面と先端部７３８の底面とのなす角は０°である。外側保護カバー７４０は、第１外側ガス孔７４４ａ及び第２外側ガス孔７４６ａ以外は図２の外側保護カバー１４０と同じ構造であるため、第１外側ガス孔７４４ａ及び第２外側ガス孔７４６ａ以外の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第１外側ガス孔７４４ａは、胴部１４４の側面に位置し、第２外側ガス孔７４６ａは、先端部１４６の側面に位置している。そして、外側保護カバー７４０の第１外側ガス孔７４４ａの内径φ１と、第２外側ガス孔７４６ａの内径φ２とを表１の比較例１〜３に示すように種々変更したものを作製した。なお、第１外側ガス孔７４４ａ及び第２外側ガス孔７４６ａは、実施例１〜２と同様に等間隔に６箇所開けた。

［比較例６］
図１９に示すガス濃度検出センサー８００を作製した。ガス濃度検出センサー８００の保護カバー８２０は、センサー素子１１０の先端を覆う板厚０．３ｍｍの内側保護カバー８３０と、内側保護カバー８３０を覆う板厚０．３ｍｍの中間保護カバー８４０と、中間保護カバー８４０を覆う板厚０．４ｍｍの外側保護カバー８５０とを備えた３重構造をしている。内側保護カバー８３０は、金属製の主体金具８０２に外周面が当接しており軸方向長さが５．５ｍｍで内径が６．８ｍｍの円筒状の大径部８３２と、軸方向長さが１３．９ｍｍで内径が６．４ｍｍの有底筒状の先端部８３４とを有している。先端部８３４の側面には、内径が１．５ｍｍの内側ガス孔８３４ａが１２箇所形成されており、先端部８３４の底面の中心には、内径が５ｍｍのガス通過孔８３４ｂが１箇所形成されている。ガス通過孔８３４ｂの外部開口面と先端部８３４の底面とのなす角は０°である。なお、内側ガス孔８３４ａは、ジグザグ状に軸方向（図１９の上下方向）に２段にずれた位置で等間隔に形成されている。中間保護カバー８４０は、金属製の主体金具８０２に内周面が当接しており軸方向長さが１．８ｍｍで内径が１３．９ｍｍの大径部８４２と、軸方向長さが８．４ｍｍで内径が９．１ｍｍの円筒状の胴部８４４と、軸方向長さが５．５ｍｍで内径が６．９ｍｍの有底筒状の先端部８４６とを有している。大径部８４２と胴部８４４とは段差部８４３を介して接続されており、胴部８４４と先端部８４６とも段差を介して接続されている。段差部８４３には、図２０に示すように、径１１．６ｍｍの円を中心線として幅１ｍｍ、角度４０°分の円弧状の第１中間ガス孔８４３ａが等間隔に６箇所形成されている。先端部８４６の底面の中心には、内径が１．１ｍｍの第２中間ガス孔８４６ａが１箇所形成されている。外側保護カバー８５０は、金属製の主体金具８０２に内周面が当接しており軸方向長さが５．６ｍｍで内径が１４．４ｍｍの円筒状の大径部８５２と、軸方向長さが１８．２ｍｍで内径が１３．８ｍｍの有底筒状の先端部８５４とを有している。先端部８５４の側面には、内径が２ｍｍの外側ガス孔８５４ａが６箇所形成されている。なお、内側保護カバー８３０の先端部８３４と中間保護カバー８４０の先端部８４６とは当接しており、その結果、内側保護カバー８３０と中間保護カバー８４０とで囲まれた空間は、上室８２２と下室８２４とに分離されている。

［比較例７］
図２１に示すガス濃度検出センサー９００を作製した。ガス濃度検出センサー９００の保護カバー９２０は、センサー素子１１０の先端を覆う板厚０．３ｍｍの内側保護カバー９３０と、内側保護カバー９３０を覆う板厚０．４ｍｍの外側保護カバー９４０とを備えた２重構造をしている。内側保護カバー９３０は、金属製の主体金具９０２に内周面が当接しており軸方向長さが１．５ｍｍで内径が１３．７ｍｍの円筒状の大径部９３２と、軸方向長さが１２．４ｍｍで内径が６．９ｍｍの有底筒状の先端部９３４とを有している。大径部９３２と先端部９３４とは、段差を介して接続されている。先端部９３４の側面には、内径が１．５ｍｍの内側ガス孔９３４ａが等間隔に６箇所形成されている。外側保護カバー９４０は、金属製の主体金具９０２に内周面が当接しており軸方向長さが５．５ｍｍで内径が１４．４ｍｍの円筒状の大径部９４２と、軸方向長さが１５．３ｍｍで内径が１３．８ｍｍの有底筒状の先端部９４４とを有している。先端部９４４の側面には、内径が２ｍｍの第１外側ガス孔９４４ａが等間隔に６箇所形成されている。先端部９４４の底面の中心には、内径が３．８ｍｍの第２外側ガス孔９４４ｂが１箇所形成されている。

［評価試験１］
実施例１〜８，比較例１〜７の各ガス濃度検出センサーにつき、以下のセンサー出力の応答性とセンサー素子の被水性を調べた。その結果を表１及び図２３に示す。センサー出力の応答性とセンサー素子の被水性の試験方法は以下の通りである。

・センサー出力の応答性
まず、図１のようにガス濃度検出センサーを配管２００に取り付けた。この状態で、エンジンの排ガスの代わりに、被測定ガスとしてバーナー燃焼によりＮＯ濃度７０ｐｐｍ、ラムダ１．０５に制御した基準ガスを流してセンサー出力が安定するのを待った。その後、ガス導入口を通じて酸素を基準ガス中に導入し、ＮＯ濃度７０ｐｐｍ、ラムダ１．３５の混合ガスを流してセンサー出力が安定するのを待った。すると、センサー素子１１０が酸素濃淡電池として機能して起電力が発生し、センサー出力が立ち上がった。ここで、基準ガス中に酸素を導入した時点から、センサー出力がその立ち上がりの最大値の１０％になるまでに要する時間ｔ10とセンサー出力がその立ち上がりの最大値の９０％になるまでに要する時間ｔ90とを求め、その差Δｔ（＝ｔ90−ｔ10）を応答時間（単位：ｓｅｃ）とした。この応答時間が短いほどガス濃度検出センサーの応答性が高い。

・センサー素子の被水性
被水性は、図２２に示す壊れだし水量測定装置９５０を用いて求めた。すなわち、壊れだし水量測定装置９５０として、直径２８ｍｍの２本のパイプ９６０，９７０を角度が１５０°となるように繋ぎ合わせ、繋ぎ目から３００ｍｍの位置に切替バルブ９９０を介して送風機９８０を接続し、繋ぎ目から送風機９８０とは反対側に向かって４００ｍｍの位置にガス濃度検出センサー１００を配置したものを用意した。そして、繋ぎ目部分に任意の量の水を蓄えた状態で、送風機９８０を所定の駆動条件で運転し、送風機９８０からパイプ９６０へ送風した。この送風によって繋ぎ目部分の水をセンサー１００に向かって飛散させて、蓄えられていた水を全てパイプ９７０の外へ放出した。その際、センサー素子１１０からの出力に異常が見られるか否かを確認した。１つのガス濃度検出センサーについて同じ水量で同じ試験を１０回行い、１回も異常が見られない場合には、水量を１０ｃｍ³増やして同様に試験を１０回行い、１０回のうち１回でも異常が見られるまで水量を１０ｃｍ³ずつ増やして同様に試験を繰り返した。そして、１回でも異常が見られたときの試験当初の水量を壊れだし水量（単位：リットル）として、この壊れだし水量の逆数を被水性（単位：１／リットル）とした。この被水性が小さい値であるほどセンサー素子１１０への水の付着が抑制されている。なお、送風機の所定の駆動条件とは、センサー素子１１０のヒーターへの通電を終了した後、図２２に示す切替バルブ９９０をバイパス９９０ａに接続した状態で送風機９８０により風速約７５ｍ/ｓの大気の流れを作り、切替バルブ９９０をパイプ９６０に切替え、３秒間パイプ９６０に送風することをいう。

図２３は実施例１〜８，比較例１〜７の各ガス濃度検出センサーの応答時間と被水性とをプロットしたグラフである。表１及び図２３から明らかなように、実施例１〜８は、いずれも比較例３〜７と比べて応答時間が短く且つ被水性の値が小さくなっている。また、第２外側ガス孔１４６ａの総面積が第１外側ガス孔１４４ａの総面積よりも大きくなっている実施例２，４，５については、第２外側ガス孔１４６ａの総面積と第１外側ガス孔１４４ａの総面積とが等しい実施例１，３と比べてさらに応答時間が短く且つ被水性の値が小さくなっている。さらに、なす角θが１０°〜８０°の範囲である実施例１〜８についてはいずれも比較例３〜７と比べて応答時間が短く且つ被水性の値が小さくなっているが、なす角θが１０°〜８０°の範囲にない比較例１，２では、比較例３と比べて応答時間は短いものの、被水性の値は大きくなっている。

なお、比較例３と比較例４とを比べると、第２外側ガス孔３４６ａの総面積が第１外側ガス孔３４４ａの総面積よりも大きくなっている比較例３の方が、第２外側ガス孔３４６ａの総面積と第１外側ガス孔３４４ａの総面積とが等しい比較例４よりも応答時間が短く且つ被水性の値が小さくなっている。このことから、実施例１〜７のように第１外側ガス孔と第２外側ガス孔とが角部に位置していなくとも、第２外側ガス孔の総面積が第１外側ガス孔の総面積より大きいことに起因して、センサー素子への水の付着を抑制する効果とガス濃度検出の応答性を向上させる効果とが得られると考えられる。

また、実施例１と実施例８とを比べると、ガス通過孔が内側保護カバーの先端部の側面と底面との境界部分に位置し、ガス通過孔の外部開口面と先端部の底面とのなす角が４５°となっている実施例８の方が、被水性の値は変わらず且つ応答時間が短くなっている。

［評価試験２］
実施例２，比較例４，比較例７のガス濃度検出センサーにつき、運転時の振動によって配管に溜まった水がセンサ素子に被水する現象を模擬した振動試験を行った。振動試験の様子を図２４に示す。この振動試験は、以下のように行った。まず、加振機に取り付けられた試験チャンバーにガス濃度検出センサーを鉛直方向から４５°傾けて取り付けた。また、ガス濃度検出センサーには、ヒーターの出力を制御するコントローラーと、ヒーターのパワー制御値を測定するためのセンサー出力モニターを接続した。次に、試験チャンバー内に水を入れ、加振機により１０〜２００Ｈｚの間で周波数を変化させながら正弦波で試験チャンバーを振動させた。振動中は、センサー素子内のヒーターが１００℃になるようにコントローラーで制御を行い、このときのヒーターのパワー制御値をセンサー出力モニターにて測定した。なお、センサー素子に付着する水が多いほどセンサー素子の温度が低下して、ヒーターの出力を大きくすべくパワー制御値が大きい値となる。

この評価試験２の結果を図２５に示す。図２５に示すように、実施例２は比較例４，７と比べてパワー制御値が小さくなっている。このことから、実施例２のガス濃度検出センサーは、外側保護カバーの側面と底面との境界部分に位置するように第１外側ガス孔，第２外側ガス孔が形成されていることで、側面や底面に外側ガス孔が形成されている比較例４，７と比べて振動時のセンサー素子の被水性が小さいことが確認できた。

［評価試験３］
実施例８，比較例４，比較例７のガス濃度検出センサーにつき、予め外側保護カバー内及び内側保護カバー内に水が入った状態から水が抜けるまでの様子を確認する水抜き試験を行った。この試験は、図２２に示した壊れだし水量測定装置９５０を用いて行った。具体的には、まず、ガス濃度検出センサーを鉛直方向から４５°傾けた状態でパイプ９７０に取り付けた。そして、パイプ９６０，９７０の繋ぎ目には水がない状態とし、代わりに予めガス濃度検出センサーの外側保護カバー内及び内側保護カバー内に任意の量の水を注入した。その状態で、送風機９８０を所定の駆動条件で運転し、送風機９８０からパイプ９６０へ送風した。送風中は、センサー素子内のヒーターが１００℃になるように制御を行い、このときのヒーターのパワー制御値を測定した。なお、内側保護カバー内に水が注入されセンサー素子に水が付着しているとセンサー素子の温度が低下するため、ヒーターの出力を大きくすべくパワー制御値が大きい値となる。そのため、送風により内側保護カバー内の水が抜けていくに従って、パワー制御値は小さくなっていく。

この評価試験３の結果を図２６に示す。図２６からわかるように、実施例８，比較例４，７のいずれも送風開始時のパワー制御値には大きな差はないが、実施例８では送風開始後１６０秒でパワー制御値が大きく下がり、１６０秒以降は安定した値となった。一方、比較例４ではパワー制御値の安定までの時間は２００秒であり、比較例７では６００秒であった。このことから、実施例８のガス濃度検出センサーは、比較例４，７と比べて水が保護カバー内に入ってセンサー素子に付着しにくいだけでなく、例え内側保護カバー内に水が入ったとしてもその水が抜けやすい（水抜け性が大きい）ことが確認できた。実施例８のガス濃度検出センサーは、第１外側ガス孔１４６ａが第１角部１４４ｂに位置し、第２外側ガス孔１４６ａが第２角部１４６ｂに位置しているため、外側保護カバー１４０内から水が抜けやすく、ガス通過孔２３８ａが内側保護カバー１３０の側面と底面との境界部分に位置しているため、内側保護カバー１３０内から水が抜けやすくなっていると考えられる。例えば図２７に示すように実施例８のガス濃度検出センサーを４５°傾けた状態では、第２ガス室１２６の最下面に第２外側ガス孔１４６ａが位置し、センサー素子室１２４の最下面にガス通過孔２３８ａが位置する。このため、第２外側ガス孔１４６ａが第２角部１４６ｂに位置していない比較例４，７と比べて、実施例８では第２ガス室１２６内の水が第２外側ガス孔１４６ａから抜けやすく、図２７に示すような水溜まりができにくい。同様に、ガス通過孔２３８ａが内側保護カバーの側面と底面との境界部分に位置していない比較例４，７と比べて、実施例８では内側保護カバー１３０内の水はガス通過孔２３８ａから抜けやすく、図２７に示すような水溜まりができにくい。図示は省略したが、同様に、比較例４，７と比べて実施例８では第１ガス室１２２内の水が第１外側ガス孔１４４ａから抜けやすく、水溜まりができにくい。なお、ガス濃度検出センサーを傾ける角度が４５°以外であっても、０°〜９０°の範囲であれば、比較例４，７と比べて実施例８のガス濃度検出センサーの方が、水が抜けやすく水溜まりができにくい効果が得られる。なお、例えば寒冷地や冬場においては、エンジンの排気経路に取り付けられたガス濃度検出センサーの保護カバー内で水が結露することがある。そして、この状態でエンジンをスタートすると、結露により生じた水がセンサー素子に付着してクラックが発生する場合がある。実施例８のガス濃度検出センサーはこのような場合でも水が抜けやすいため、比較例４，７と比べてクラックが生じにくいと考えられる。

１００，３００ガス濃度検出センサー、１０２主体金具、１１０センサー素子、１２０，３２０保護カバー、１２２第１ガス室、１２４センサー素子室、１２６第２ガス室、１３０，３３０内側保護カバー、１３２大径部、１３３段差部、１３４第１胴部、１３４ａ内側ガス孔、１３４ｂガイド部、１３５段差部、１３６第２胴部、１３７段差部、１３８，３３８先端部、１３８ａ，２３８ａ，２３９ａ，２４０ａ，２４１ａ，３３８ａガス通過孔、２３９ｂ最下面、１３８ｂ角部、１３８ｃ底面、１４０，３４０外側保護カバー、１４２大径部、１４４胴部、１４４ａ，３４４ａ第１外側ガス孔、１４４ｂ第１角部、１４４ｃ内周面、１４５段差部、１４６先端部、１４６ａ，３４６ａ第２外側ガス孔、１４６ｂ第２角部、１４６ｃ領域、２００配管、４００ガス濃度検出センサー、４０２主体金具、４２０保護カバー、４２２上室、４２４下室、４３０第１内側保護カバー、４３２大径部、４３４先端部、４３４ａガス通過孔、４３４ｂガス通過孔、４４０第２内側保護カバー、４４２大径部、４４３段差部、４４３ａ内側ガス孔、４４４胴部、４４６先端部、４４６ａガス通過孔、４５０外側保護カバー，４５２大径部、４５４先端部、４５４ａ外側ガス孔、５００ガス濃度検出センサー、５０２主体金具、５２０保護カバー、５３０内側保護カバー、５３２大径部、５３４先端部、５３４ａ内側ガス孔、５４０外側保護カバー、５４２大径部、５４４先端部、５４４ａガス通過孔、５４４ｂ外側ガス孔、６００ガス濃度検出センサー、６０２主体金具、６２０保護カバー、６３０内側保護カバー、６３２大径部、６３４先端部、６３４ｂガイド部、６３４ｃガス通過孔、６４０外側保護カバー、６４２大径部、６４４先端部、６４４ａ外側ガス孔、６４４ｂ内周面、７００ガス濃度検出センサー，７２０保護カバー、７３０内側保護カバー、７３８先端部、７４０外側保護カバー、７３８ａガス通過孔、７４４ａ第１外側ガス孔、７４６ａ第２外側ガス孔、８００ガス濃度検出センサー、８０２主体金具、８２０保護カバー、８２２上室、８２４下室、８３０内側保護カバー、８３２大径部、８３４先端部、８３４ａ内側ガス孔、８３４ｂガス通過孔、８４０中間保護カバー、８４２大径部、８４３段差部、８４３ａ第１中間ガス孔、８４４胴部、８４６先端部、８４６ａ第２中間ガス孔、８５０外側保護カバー，８５２大径部、８５４先端部、８５４ａ外側ガス孔、９００ガス濃度検出センサー、９０２主体金具、９２０保護カバー、９３０内側保護カバー、９３２大径部、９３４先端部、９３４ａ内側ガス孔、９４０外側保護カバー、９４２大径部、９４４先端部、９４４ａ第１外側ガス孔、９４４ｂ第２外側ガス孔、９５０壊れだし水量測定装置、９６０，９７０パイプ、９８０送風機、９９０切替バルブ、９９０ａバイパス。

Claims

被測定ガスの所定のガス濃度を検出可能なセンサー素子と、
前記センサー素子の先端を覆う有底筒状の内側保護カバーと、
側面と底面とを有する外側保護カバーと、
前記外側保護カバーの側面と底面との境界部分に開けられた複数の外側ガス孔と、
前記内側保護カバーの内外の前記被測定ガスの流れを許容し、前記外側ガス孔よりも前記センサー素子の後端側に位置する内側ガス孔と、
を備え、
前記外側ガス孔の外部開口面と前記外側保護カバーの底面とのなす角が１０°〜８０°であり、
前記外側ガス孔と前記内側保護カバーの内部とが連通している、
ガス濃度検出センサー。