JP6154899B2 - ガスセンサ - Google Patents

Description

本発明は、ガスセンサに関する。

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センサが知られている。このガスセンサでは、例えばエンジンの始動時に発生する水がセンサ素子に付着することにより、センサ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、排気ガスを内部に導くための通気口が形成された２重構造の保護カバーをセンサ素子の先端部外周に設けたガスセンサが記載されている。

特開２０１１−１１２５５７号公報

ところで、このようなガスセンサでは、被測定ガス中のガス濃度の変化を速やかに検出したい、すなわちガス濃度検出の応答性を高めたいとう要望がある。また、センサ素子の検出感度の低下を抑制するためや、センサ素子を保温するヒーターの消費電力の増大を抑制するために、被測定ガスの流れによるセンサ素子の冷えを抑制したいという要望がある。しかし、例えばガス検出濃度の応答性を高めるために保護カバー内部への被測定ガスの流量（又は流速）を増やすとセンサ素子が冷えやすくなってしまう。一方、センサ素子の冷えを抑制するために保護カバー内部への被測定ガスの流量（又は流速）を減らすと、センサ素子への被測定ガスの到達に時間がかかり、ガス濃度検出の応答性が低下してしまう。このように、応答性と保温性とには通常はトレードオフの関係がある。そのため、このようなトレードオフの関係から脱して、応答性と保温性とを両立できるガスセンサが望まれている。

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、ガスセンサにおいてガス濃度検出の応答性とセンサ素子の保温性とを両立することを主目的とする。

本発明の第１のガスセンサは、
被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの所定のガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
外側から内側への前記被測定ガスの流れを許容する外側ガス孔が形成され、前記センサ素子の先端を覆う外側保護カバーと、
前記外側保護カバーと前記センサ素子との間に配置され、前記外側ガス孔から前記センサ素子の前記ガス導入口に達するまでの前記被測定ガスの経路中に前記センサ素子の後端側から先端側へ向かい且つ前記ガス導入口の配置された空間に開口しているガス流路を形成するガス流路形成部材と、
を備えたものである。

この本発明の第１のガスセンサは、ガス流路形成部材によって、センサ素子の先端を覆う外側保護カバーに形成された外側ガス孔からセンサ素子のガス導入口に達するまでの被測定ガスの経路中に、センサ素子の後端側から先端側へ向かい且つガス導入口の配置された空間に開口しているガス流路が形成されている。このようなガス流路が存在することで、ガスセンサの外部から外側ガス孔及びガス流路をこの順に通過してガス導入口の配置された空間に出た被測定ガスが、センサ素子の表面（ガス導入口以外の表面）に直接当たることを抑制したり、センサ素子の表面上を長い距離通過してからガス導入口に到達することを抑制したりできる。これにより、センサ素子の冷えをより抑制することができる。しかも、センサ素子の後端側から先端側へ向かうガス流路を形成することでセンサ素子の冷えを抑制しており、被測定ガスの流量や流速を減らしているわけではないため、ガス濃度検出の応答性の低下もより抑制できる。これらにより、応答性と保温性とを両立することができる。

本発明の第１のガスセンサにおいて、前記ガス流路のうち前記ガス導入口の配置された空間側の開口部である素子側開口部は、前記ガス導入口からの距離Ａ１（前記センサ素子の後端−先端方向の距離であり、先端から後端へ向かう方向を正とする）が−５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の位置に形成されていてもよい。こうすることで、ガス流路の素子側開口部がガス導入口に比較的近くなる。そのため、上述した、被測定ガスがセンサ素子のガス導入口以外の表面に直接当たることを抑制したり、センサ素子の表面上を長い距離通過してからガス導入口に到達することを抑制したりする効果が高まる。また、ガス流路の素子側開口部がガス導入口に比較的近いことで、ガス濃度検出の応答性も向上させることができる。

本発明の第２のガスセンサは、
被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの所定のガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
外側から内側への前記被測定ガスの流れを許容する外側ガス孔が形成され、前記センサ素子の先端を覆う外側保護カバーと、
前記外側保護カバーと前記センサ素子との間に配置され、前記外側ガス孔から前記センサ素子の前記ガス導入口に達するまでの前記被測定ガスの経路中に、前記ガス導入口の配置された空間に開口しているガス流路を形成するガス流路形成部材と、
を備え、
前記ガス流路のうち前記ガス導入口の配置された空間側の開口部である素子側開口部は、前記ガス導入口からの距離Ａ１（前記センサ素子の後端−先端方向の距離であり、先端から後端へ向かう方向を正とする）が−５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の位置に形成されている、
ものである。

この本発明の第２のガスセンサは、ガス流路の素子側開口部がガス導入口に比較的近くなっている。そのため、本発明の第１のガスセンサの説明で上述した、素子開口部から出た被測定ガスがセンサ素子のガス導入口以外の表面に直接当たることを抑制したり、被測定ガスがセンサ素子の表面上を長い距離通過してからガス導入口に到達することを抑制したりする効果が得られる。これにより、センサ素子の冷えをより抑制することができる。また、ガス流路の素子側開口部がガス導入口に比較的近いことで、ガス濃度検出の応答性も向上させることができる。これらにより、応答性と保温性とを両立することができる。

本発明の第１，第２のガスセンサにおいて、外側ガス孔は複数形成されていてもよい。前記ガス流路は複数形成されていてもよい。ガス流路形成部材は、例えば円筒状の部材としてもよい。また、ガス導入口から素子側開口部までの距離Ａ１は、センサ素子の後端−先端方向で、ガス導入口の開口の端部のうち最も素子側開口部に近い部分と、素子側開口部の端部のうち最もガス導入口に近い部分と、の距離とする。素子側開口部は、前記ガス導入口からの距離Ａ１が正の値となる位置に形成されていてもよい。すなわち、ガス導入口よりもセンサ素子の後端方向に素子側開口部があるものとしてもよい。また、素子側開口部は、前記ガス導入口からの距離Ａ１が負の値となる位置に形成されていてもよい。すなわち、ガス導入口よりもセンサ素子の先端方向に素子側開口部があるものとしてもよい（後端方向を上方向、先端方向を下方向、とした場合にガス導入口よりも下方向に素子側開口部があるものとしてもよい）。

本発明の第１，第２のガスセンサにおいて、前記ガス流路形成部材は、第１部材と第２部材とを有しており、前記ガス流路は、該第１部材と該第２部材との隙間としてもよい。この場合において、前記第１部材は、前記センサ素子を囲む第１円筒部を有しており、前記第２部材は、前記第１円筒部よりも大径の第２円筒部を有しており、前記ガス流路は、前記第１円筒部の外周面と前記第２円筒部の内周面との間の筒状の隙間としてもよい。こうすれば、ガス流路形成部材の第１円筒部と第２円筒部とを比較的簡易な形状としてガス流路を形成することができる。この場合において、前記第１円筒部の外周面と前記第２円筒部の内周面との少なくとも一方の面には、他方の面に向けて突出して該他方の面に接する複数の突出部が設けられていてもよい。こうすれば、突出部によって第１円筒部と第２円筒部との位置関係が固定されやすくなる。また、例えばガスセンサの組み立て時に第１部材から第２部材が脱落するのを抑制でき、ガスセンサを組み立てやすくなる。なお、前記複数の突出部は、前記他方の面を押圧していてもよい。こうすれば、突出部によって第１円筒部と第２円筒部との位置関係をより確実に固定できる。

第１部材と第２部材とを有する態様の本発明の第１，第２のガスセンサにおいて、前記第１部材は、前記センサ素子を囲む第１円筒部を有しており、前記第２部材は、前記第１円筒部よりも大径の第２円筒部を有しており、前記第１円筒部の外周面と前記第２円筒部の内周面とが接し、且つ、前記第１円筒部の外周面と前記第２円筒部の内周面との少なくとも一方に凹部が形成されており、前記ガス流路は、前記凹部により形成された隙間としてもよい。

本発明の第１，第２のガスセンサにおいて、前記ガス流路は、前記ガス流路形成部材を貫通する孔としてもよい。こうすれば、比較的容易にガス流路を形成することができる。

本発明の第１，第２のガスセンサにおいて、前記ガス流路は、前記外側ガス孔から前記センサ素子の前記ガス導入口に達するまでの前記被測定ガスの経路中に形成され、前記センサ素子の後端側から先端側へ向かい且つ前記センサ素子の後端−先端方向に平行な流路としてもよい。

本発明の第１，第２のガスセンサにおいて、前記ガス流路は、前記外側ガス孔から前記センサ素子の前記ガス導入口に達するまでの前記被測定ガスの経路中に形成され、前記センサ素子の後端側から先端側へ向かい且つ前記センサ素子の後端側から先端側に向かうにつれて該センサ素子に近づくように後端−先端方向から傾斜した流路としてもよい。

本発明の第１，第２のガスセンサにおいて、前記ガス流路は、前記ガス導入口の配置された空間側の開口部である素子側開口部の開口面積が、前記外側ガス孔の配置された空間側の開口部である外側開口部の開口面積よりも小さくてもよい。こうすれば、被測定ガスが外側開口部から流入して素子側開口部から流出することで、ガス流路への流入時と比べて流出時の被測定ガスの流速が高まる。そのため、ガス濃度検出の応答性を向上させることができる。

本発明の第１，第２のガスセンサにおいて、前記センサ素子は、前記ガス流路のうち前記ガス導入口の配置された空間側の開口部である素子側開口部から該ガス流路を仮想的に延長した領域以外の位置に、配置されていてもよい。こうすれば、素子側開口部から流出した被測定ガスがセンサ素子の表面に直接当たることをより抑制でき、センサ素子の冷えをより抑制できる。

本発明の第１，第２のガスセンサは、前記ガス流路のうち前記ガス導入口の配置された空間側の開口部である素子側開口部を通過する前記被測定ガスが前記センサ素子に直接向かうことを規制する規制部材を備えていてもよい。こうすれば、素子側開口部から流出した被測定ガスがセンサ素子の表面に直接当たりにくいため、センサ素子の冷えをより抑制できる。この場合において、ガス流路形成部材が規制部材を備えていてもよいし、規制部材がガス流路形成部材と独立した部材としてもよい。

本発明の第１，第２のガスセンサにおいて、前記ガス流路は、前記ガス導入口の配置された空間側の開口部である素子側開口部が、前記センサ素子の後端から先端へ向かう方向に開口し且つ該センサ素子の後端−先端方向に平行に開口していてもよい。なお、「素子側開口部がセンサ素子の後端−先端方向に平行に開口している」とは、換言すると「素子側開口部の開口面が、後端−先端方向に垂直である」ことを意味する。こうすれば、素子側開口部から流出した被測定ガスがセンサ素子の表面に直接当たることをより抑制でき、センサ素子の冷えをより抑制できる。

本発明の第１，第２のガスセンサは、前記外側保護カバーと前記センサ素子との間に配置され前記センサ素子の先端を覆う有底筒状の内側保護カバー、を備え、前記ガス流路形成部材は、前記内側保護カバーの少なくとも一部を構成していてもよい。この場合において、前記内側保護カバーには、前記ガス流路よりも前記センサ素子の先端方向に位置する内側ガス孔が形成されていてもよい。さらに、前記外側保護カバーは、前記外側ガス孔である第１外側ガス孔が形成された円筒状の胴部と、該第１外側ガス孔よりも前記センサ素子の先端方向に位置する第２外側ガス孔が形成され該胴部よりも内径の小さい有底筒状の先端部と、を有し、前記外側保護カバーの胴部と前記内側保護カバーとの間には、前記ガス流路により前記内側保護カバーの内部と連通する第１ガス室が形成されており、前記外側保護カバーの先端部と前記内側保護カバーとの間には、前記第１ガス室と直接には連通しておらず、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２ガス室が形成されていてもよい。

配管２０へのガスセンサ１００の取り付け状態の概略説明図である。 図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。 図２のガス流路１２７周辺を拡大した部分断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 図２のＤ視図である。 変形例のガスセンサ２００の縦断面図である。 図６のＥ−Ｅ断面図である。 変形例のガスセンサ３００の縦断面図である。 図８のＦ−Ｆ断面図である。 変形例のガスセンサ４００の縦断面図である。 角孔１４４ｄの部分断面図である。 変形例のガスセンサ５００の縦断面図である。 変形例のガスセンサ１００ａの縦断面図である。 図１３のＧ−Ｇ断面図である。 第１円筒部１３４に突出部１３４ａを設けた場合の断面図である。 変形例の突出部１３６ａを示す説明図である。 変形例のガスセンサ１００ｂの縦断面図である。 図１７のＨ視図である。 実験例２のガスセンサの断面図である。 実験例２のガスセンサの断面図である。 図１９のＩ視図である。 実験例５のガスセンサ２００ａの縦断面図である 実験例６のガスセンサ６００の縦断面図である。 実験例１１のガスセンサ７００の縦断面図である。 実験例１〜２２のヒーターパワーと応答時間とを示すグラフである。 実験例１，２，５，６，１３，１９，２０，２１の堆積時間と応答時間とを示すグラフである。

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２０へのガスセンサ１００の取り付け状態の概略説明図である。図１（ａ）は配管２０の側面から見た状態の説明図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図であり、図３は図２のガス流路１２７周辺を拡大した部分断面図である。図４は図２のＣ−Ｃ断面図である。図５は図２のＤ視図である。なお、図２は、説明の便宜上、図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面の一部を拡大して示している。

図１（ａ）に示すように、ガスセンサ１００は車両のエンジンからの排気経路である配管２０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。このガスセンサ１００は、図１（ｂ）に示すように、ガスセンサ１００の中心軸が配管２０内の被測定ガスの流れに垂直な状態で配管２０内に固定されている。なお、ガスセンサ１００の中心軸が配管２０内の被測定ガスの流れに垂直且つ鉛直方向に対して所定の角度（例えば４５°）だけ傾いた状態で配管２０内に固定されていてもよい。

ガスセンサ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素子１１０と、このセンサ素子１１０を保護する保護カバー１２０とを備えている。また、ガスセンサ１００は、金属製のハウジング１０２及び外周面におねじが設けられた金属製のナット１０３を備えている。ハウジング１０２は配管２０に溶接され内周面にめねじが設けられた固定用部材２２内に挿入されており、さらにナット１０３が固定用部材２２内に挿入されることでハウジング１０２が固定用部材２２内に固定されている。これにより、ガスセンサ１００が配管２０内に固定されている。

センサ素子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。センサ素子１１０は、被測定ガスを自身の内部に導入するガス導入口１１１を有しており、ガス導入口１１１から内部に流入した被測定ガスの所定のガス濃度（ＮＯｘやＯ₂等の濃度）を検出可能に構成されている。本実施形態では、ガス導入口１１１は、センサ素子１１０の先端面（図２におけるセンサ素子１１０の下面）に開口しているものとした。センサ素子１１０は、センサ素子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、センサ素子１１０の先端を覆う有底筒状の内側保護カバー１３０と、内側保護カバー１３０を覆う有底筒状の外側保護カバー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素子室１２４が形成されている。なお、ガスセンサ１００，センサ素子１１０，内側保護カバー１３０，外側保護カバー１４０の中心軸は同軸になっている。

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、第１部材１３１と、第２部材１３５と、を備えている。第１部材１３１は、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円筒部１３４と、大径部１３２と第１円筒部１３４とを接続する段差部１３３と、を有している。第２部材１３５は、第１円筒部１３４よりも径が大きい第２円筒部１３６と、第２円筒部１３６よりもセンサ素子１１０の先端方向（図２の下方向）に位置し円錐台を逆さにした形状の先端部１３８と、第２円筒部１３６と先端部１３８とを接続する接続部１３７と、を有している。また、先端部１３８の底面の中心には、センサ素子室１２４と第２ガス室１２６とに通じる円形の内側ガス孔１３８ａが１つ形成されている。内側ガス孔１３８ａの径は、特に限定するものではないが、例えば０．５ｍｍ〜２．６ｍｍである。なお、大径部１３２，第１円筒部１３４，第２円筒部１３６，先端部１３８は中心軸が同一である。大径部１３２は、ハウジング１０２に内周面が当接しており、これにより第１部材１３１がハウジング１０２に固定されている。第２部材１３５は、接続部１３７の外周面が外側保護カバー１４０の内周面と当接しており溶接などにより固定されている。なお、先端部１３８の外径を外側保護カバー１４０の先端部１４６の内径よりわずかに大きく形成し、先端部１３８を先端部１４６内に圧入することで、第２部材１３５を固定してもよい。

この内側保護カバー１３０は、第１部材１３１と第２部材１３５との隙間であるガス流路１２７（図２〜４参照）を形成している。すなわち内側保護カバー１３０は、ガス流路１２７を形成するガス流路形成部材となっている。ガス流路１２７は、より具体的には、第１円筒部１３４の外周面と第２円筒部１３６の内周面との間の筒状の隙間として形成されている。ガス流路１２７は、外側保護カバー１４０の第１外側ガス孔１４４ａからセンサ素子１１０のガス導入口１１１に達するまでの被測定ガスの経路中に位置している（経路の一部を構成している）。ガス流路１２７は、第１外側ガス孔１４４ａの配置された空間である第１ガス室１２２側の開口部である外側開口部１２８と、ガス導入口１１１の配置された空間であるセンサ素子室１２４側の開口部である素子側開口部１２９と、を有している。外側開口部１２８は、素子側開口部１２９よりもセンサ素子１１０の後端側（図２の上側）に形成されている。そのため、第１外側ガス孔１４４ａからガス導入口１１１に達するまでの被測定ガスの経路中で、ガス流路１２７はセンサ素子１１０の後端側（図２の上側）から先端側（図２の下側）へ向かう流路となっている。また、ガス流路１２７は、センサ素子１１０の後端−先端方向に平行な流路（図２における上下方向の流路）となっている。

素子側開口部１２９は、ガス導入口１１１からの距離Ａ１（図３参照）が−５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の位置に形成されていることが好ましい。なお、距離Ａ１は、センサ素子１１０の後端−先端方向（図２の上下方向）の距離であり、先端から後端へ向かう方向を正とする。また、距離Ａ１は、センサ素子１１０の後端−先端方向で、ガス導入口１１１の開口の端部のうち最も素子側開口部１２９に近い部分と、素子側開口部１２９の端部のうち最もガス導入口１１１に近い部分と、の距離とする。例えば、図２においてガス導入口がセンサ素子１１０の側面に開口する横穴である場合、ガス導入口の開口の上端より上側に素子側開口部１２９が位置するときには、ガス導入口の開口の上端と素子側開口部１２９との距離が距離Ａ１となり、距離Ａ１は正の値となる。同様に、図２においてガス導入口がセンサ素子１１０の側面に開口する横穴である場合、ガス導入口の開口の下端より下側に素子側開口部１２９が位置するときには、ガス導入口の開口の下端と素子側開口部１２９との距離が距離Ａ１となり、距離Ａ１は負の値となる。なお、図２においてガス導入口がセンサ素子１１０の側面に開口する横穴である場合、ガス導入口の開口の上端と下端との間に素子側開口部１２９が位置するときには、距離Ａ１は値０となる。本実施形態では、素子側開口部１２９は、距離Ａ１が正の値となる位置に形成されているものとした。すなわち、ガス導入口１１１よりもセンサ素子１１０の後端方向（図２の上方向）に素子側開口部１２９が形成されているものとした。なお、素子側開口部１２９は、距離Ａ１が負の値となる位置に形成されていてもよい。すなわち、ガス導入口１１１よりもセンサ素子１１０の先端方向（図２の下方向）に素子側開口部１２９があるものとしてもよい。また、素子側開口部１２９は、ガス導入口１１１から距離Ａ２（図３参照）の位置に形成されている。なお、距離Ａ２は、センサ素子１１０の先端−後端方向に垂直な方向（図２の左右方向）の距離である。また、距離Ａ２は、センサ素子１１０の後端−先端方向に垂直な方向で、センサ素子１１０のうち最も素子側開口部１２９に近い部分と、素子側開口部１２９の端部のうち最もセンサ素子１１０に近い部分と、の距離とする。距離Ａ２が大きいほど、センサ素子１１０と素子側開口部１２９とが離れるため、センサ素子１１０の冷えを抑制する効果が高まる傾向になる。特に限定するものではないが、距離Ａ２は例えば０．６ｍｍ〜３．０ｍｍである。また、素子側開口部１２９は、センサ素子１１０の後端から先端へ向かう方向に開口し且つセンサ素子１１０の後端−先端方向に平行に開口している。すなわち、素子開口部１２９は、図２の下方向（真下）に開口している。そのため、センサ素子１１０は、素子側開口部１２９からガス流路１２７を仮想的に延長した領域（図２における素子側開口部１２９の真下の領域）以外の位置に、配置されている。

外側開口部１２８は、第１外側ガス孔１４４ａから距離Ａ３（図３参照）の位置に形成されている。なお、距離Ａ３は、センサ素子１１０の先端−後端方向（図２の上下方向）の距離であり、距離Ａ１と同様に先端から後端へ向かう方向を正とする。また、距離Ａ３は、センサ素子１１０の後端−先端方向で、第１外側ガス孔１４４ａの開口の端部のうち最も外側開口部１２８に近い部分と、外側開口部１２８の端部のうち最も第１外側ガス孔１４４ａに近い部分と、の距離とする。なお、本実施形態では、第１外側ガス孔１４４ａは横孔１４４ｂと縦孔１４４ｃとが形成されており、図２の上下方向で素子側開口部１２９に最も近いのは横孔１４４ｂの上端であるため、図３に示すように横孔１４４ｂの上端と外側開口部１２８との距離が距離Ａ３となる。例えば、図２の上下方向で縦穴１４４ｃの下端よりも下側に外側開口部１２８が位置するときには、縦穴１４４ｃの下端と外側開口部１２８との上下方向の距離が距離Ａ３となる。なお、外側開口部１２８は、距離Ａ３が正の値となる位置に形成されていてもよいし、負の値となる位置に形成されていてもよい。なお、距離Ａ３は値０以上であることが好ましい。換言すると、外側開口部１２８は、第１外側ガス孔１４４ａの少なくとも１以上よりもセンサ素子の後端側（図２の上側）にあることが好ましい。すなわち本実施形態では、縦穴１４４ｃの下端（段差部１４３ｂの下面）と同じかそれよりも上側に外側開口部１２８が位置することが好ましい。

第１円筒部１３４の外周面と第２円筒部１３６の内周面とは、素子開口部１２９において円筒の径方向に距離Ａ４だけ離れており、外側開口部１２８において円筒の径方向に距離Ａ５だけ離れている。距離Ａ４，距離Ａ５は、特に限定するものではないが、例えばそれぞれ０．３ｍｍ〜２．４ｍｍである。この距離Ａ４，距離Ａ５の値を調整することで、素子側開口部１２９の開口面積や外側開口部１２８の開口面積を調整することができる。本実施形態では、距離Ａ４と距離Ａ５とは等しいものとし、素子側開口部１２９の開口面積と外側開口部１２８の開口面積とが等しいものとした。なお、本実施形態では、距離Ａ４（距離Ａ５）は、第１円筒部１３４の外径と第２円筒部１３６の内径との差の半分の値と同じである。また、素子側開口部１２９と外側開口部１２８との上下方向の距離、すなわちガス流路１２７の上下方向の距離Ｌ（ガス流路１２７の経路長に相当）は、特に限定するものではないが、例えば０ｍｍ超過６．６ｍｍ以下である。

センサ素子１１０の表面から保護カバー１２０までの最短距離を距離Ａ６とすると（図３参照）、距離Ａ６が大きいほど、センサ素子１１０の冷えを抑制する効果が高まる傾向になる。これは、距離Ａ６が小さい（センサ素子１１０と保護カバー１２０とが近い）ほど、センサ素子１１０のヒーターからの熱が保護カバー１２０に奪われやすくなるからである。なお、本実施形態では、保護カバー１２０のうちセンサ素子１１０に最も近いのは、内側保護カバー１３０の第１円筒部１３４の内周面である。そのため、図３に示すように、距離Ａ６はセンサ素子１１０の側面と第１円筒部１３４の内周面との径方向（図３の左右方向）の距離となる。なお、距離Ａ６はセンサ素子１１０から保護カバー１２０との最短距離であるため、保護カバーの形状によってはセンサ素子１１０と保護カバーとの軸方向（図３の上下方向）の距離が距離Ａ６となるなど、距離Ａ６は図３の左右方向の距離に限られない。特に限定するものではないが、距離Ａ６は例えば０．６ｍｍ〜３．０ｍｍである。また、保護カバー１２０の厚さが厚いほど、すなわち保護カバー１２０の熱容量が大きいほど、ヒーターからの熱が保護カバー１２０に奪われやすくなる傾向にある。本実施形態では、内側保護カバー１３０がセンサ素子１１０に近いため、内側保護カバー１３０の厚さが厚いほど、ヒーターからの熱が保護カバー１２０に奪われやすい。したがって、距離Ａ６が大きいほど、また保護カバー１２０（特に内側保護カバー１３０）の厚さが薄いほど、センサ素子１１０の保温性は高まる傾向にある。

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１４３と、有底筒状で胴部１４３よりも内径の小さい先端部１４６とを有している。また、胴部１４３は、外側保護カバー１４０の中心軸方向（図２の上下方向）に沿った側面をもつ側部１４３ａと、胴部１４３の底部であり側部１４３ａと先端部１４６とを接続する段差部１４３ｂと、を有している。なお、大径部１４２，胴部１４３，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、ハウジング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がハウジング１０２に固定されている。胴部１４３は、第１円筒部１３４，第２円筒部１３６の外周を覆うように位置している。先端部１４６は、先端部１３８を覆うように位置していると共に、内周面が接続部１３７の外周面と当接している。この外側保護カバー１４０は、胴部１４３に形成された複数（本実施形態では１２個）の第１外側ガス孔１４４ａと、先端部１４６に形成された複数（本実施形態では６個）の第２外側ガス孔１４７ａとを有している。

第１外側ガス孔１４４ａは、外側保護カバー１４０の外側と第１ガス室１２２とに通じる孔である。第１外側ガス孔１４４ａは、側部１４３ａに等間隔に形成された複数（本実施形態では６個）の横孔１４４ｂと、段差部１４３ｂに等間隔に形成された複数（本実施形態では６個）の縦孔１４４ｃとを有している（図２，４，５参照）。この第１外側ガス孔１４４ａ（横孔１４４ｂ及び縦孔１４４ｃ）は、円形（真円）に開けられた孔である。この１２個の第１外側ガス孔１４４ａの径は、特に限定するものではないが、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである。なお、本実施形態では、複数の第１外側ガス孔１４４ａの径はいずれも同じ値であるものとしたが、横孔１４４ｂと縦孔１４４ｃとで径が異なっていてもよいし、複数の横孔１４４ｂ間や複数の縦孔１４４ｃ間で径が異なっていてもよい。また、本実施形態では、複数の横孔１４４ｂは図２における上下方向の位置がいずれも同じであり、複数の縦孔１４４ｃは図４における外側保護カバー１４０の中心軸からの距離がいずれも同じであるものとしたが、特にこれに限らない。なお、第１外側ガス孔１４４ａは、図４に示すように、外側保護カバー１４０の周方向に沿って見たときに横孔１４４ｂと縦孔１４４ｃとが交互に等間隔に位置するように形成されている。すなわち、図４における横孔１４４ｂの中心と外側保護カバー１４０の中心軸とを結んだ線と、その横孔１４４ｂに隣接する縦孔１４４ｃの中心と外側保護カバー１４０の中心軸とを結んだ線と、のなす角が３０°（３６０°／１２個）となっている。

第２外側ガス孔１４７ａは、外側保護カバー１４０の外側と第２ガス室１２６とに通じる孔である。この第２外側ガス孔１４７ａは、先端部１４６の側部に等間隔に形成された複数（本実施形態では３個）の横孔１４７ｂと、先端部１４６の底部に外側保護カバー１４０の周方向に沿って等間隔に形成された複数（本実施形態では３個）の縦孔１４７ｃとを有している（図２，５参照）。この第２外側ガス孔１４７ａ（横孔１４７ｂ及び縦孔１４７ｃ）は、円形（真円）に開けられた孔である。この６個の第２外側ガス孔１４７ａの径は、特に限定するものではないが、例えば０．５ｍｍ〜２．０ｍｍである。なお、本実施形態では、複数の第２外側ガス孔１４７ａの径はいずれも同じ値であるものとしたが、横孔１４７ｂと縦孔１４７ｃとで径が異なっていてもよいし、複数の横孔１４７ｂ間や複数の縦孔１４７ｃ間で径が異なっていてもよい。また、本実施形態では、複数の横孔１４７ｂは図２における上下方向の位置がいずれも同じであり、複数の縦孔１４７ｃは外側保護カバー１４０の中心軸からの距離がいずれも同じであるものとしたが、特にこれに限らない。なお、第２外側ガス孔１４７ａは、第１外側ガス孔１４４ａと同様に、外側保護カバー１４０の周方向に沿って見たときに横孔１４７ｂと縦孔１４７ｃとが交互に等間隔に位置するように形成されている。すなわち、外側保護カバー１４０の中心軸に垂直な断面で見たときに、横孔１４７ｂの中心と外側保護カバー１４０の中心軸とを結んだ線と、その横孔１４７ｂに隣接する縦孔１４７ｃの中心と外側保護カバー１４０の中心軸とを結んだ線と、のなす角が６０°（３６０°／６個）となっている。

第１ガス室１２２は、段差部１３３，第１円筒部１３４，第２円筒部１３６，大径部１４２，側部１４３ａ、段差部１４３ｂにより囲まれた空間である。センサ素子室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、先端部１３８と先端部１４６とに囲まれた空間である。なお、先端部１４６の内周面が接続部１３７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。また、先端部１３８の外側の底面と、先端部１４６の内側の底面とは、距離Ｂだけ離れている。距離Ｂが大きいほど、第２ガス室１２６の空間（容積）は大きくなる傾向にある。特に限定するものではないが、距離Ｂは例えば１．９ｍｍ〜９．０ｍｍである。

こうして構成されたガスセンサ１００が所定のガス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。配管２０内を流れる被測定ガスは、まず、複数の第１外側ガス孔１４４ａ（横孔１４４ｂ，縦孔１４４ｃ）のいずれかを通って第１ガス室１２２内に流入する。次に、被測定ガスは、第１ガス室１２２から外側開口部１２８を経てガス流路１２７に流入し、ガス流路１２７を経て素子側開口部１２９から流出して、センサ素子室１２４に流入する。そして、被測定ガスがセンサ素子室１２４内のセンサ素子１１０のガス導入口１１１に到達すると、この被測定ガス中の所定のガス濃度（例えばＮＯｘやＯ₂等の濃度）に応じた電気信号（電圧又は電流）をセンサ素子１１０が発生させ、この電気信号に基づいてガス濃度が検出される。また、センサ素子室１２４内の被測定ガスは、内側ガス孔１３８ａを通って第２ガス室１２６に流入し、そこから複数の第２外側ガス孔１４７ａのいずれかを通って外部に流出する。なお、センサ素子１１０は、所定の温度を保つように内部のヒーターの出力が例えば図示しないコントローラによって制御される。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のガス導入口１１１が本発明のガス導入口に相当し、センサ素子１１０がセンサ素子に相当し、第１外側ガス孔１４４ａが外側ガス孔に相当し、外側保護カバー１４０が外側保護カバーに相当し、ガス流路１２７がガス流路に相当し、内側保護カバー１３０がガス流路形成部材に相当する。

以上詳述した本実施形態によれば、ガスセンサ１００は、内側保護カバー１３０によって、センサ素子１１０の先端を覆う外側保護カバー１４０に形成された第１外側ガス孔１４４ａからセンサ素子１１０のガス導入口１１１に達するまでの被測定ガスの経路中に、センサ素子１１０の後端側から先端側へ向かい且つガス導入口１１１の配置されたセンサ素子室１２４に開口しているガス流路１２７が形成されている。このようなガス流路１２７が存在することで、ガスセンサ１００の外部から外側ガス孔１４４ａ及びガス流路１２７をこの順に通過してセンサ素子室１２４に出た被測定ガスは、センサ素子１１０の後端側から先端側へ向かう流れ（図２の下方向の流れ）となる。そのため、ガス流路１２７を通過してセンサ素子室１２４に流入した被測定ガスが、センサ素子１１０の表面（ガス導入口１１１以外の表面）に直接当たることを抑制したり、センサ素子１１０の表面上を長い距離通過してからガス導入口１１１に到達することを抑制したりできる。すなわち、被測定ガスがセンサ素子１１０のガス導入口１１１以外の表面に直接当たりにくくしたり、当たったとしてもセンサ素子１１０の表面上を通過する距離を短くしたりすることができる。これにより、センサ素子１１０の冷えをより抑制することができる。しかも、センサ素子１１０の後端側から先端側へ向かうガス流路１２７を形成することでセンサ素子１１０の冷えを抑制しており、被測定ガスの流量や流速を減らしているわけではないため、ガス濃度検出の応答性の低下もより抑制できる。これらにより、応答性と保温性とを両立することができる。

また、素子側開口部１２９を、ガス導入口１１１からの距離Ａ１が−５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の位置に形成すると、素子側開口部１２９がガス導入口１１１に比較的近くなる。そのため、ガス流路１２７を通過してセンサ素子室１２４に流入した被測定ガスがセンサ素子１１０のガス導入口１１１以外の表面に直接当たることを抑制したり、センサ素子１１０の表面上を長い距離通過してからガス導入口１１１に到達することを抑制したりする効果が高まる。また、素子側開口部１２９がガス導入口に比較的近いことで、ガス濃度検出の応答性も向上させることができる。なお、距離Ａ１を−５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることで、これらの効果をより高めることができる。

さらに、内側保護カバー１３０は、第１部材１３１と第２部材１３５とを有しており、ガス流路１２７は、第１部材１３１と第２部材１３５との隙間として形成されている。そして、第１部材１３１は、センサ素子１１０を囲む第１円筒部１３４を有しており、第２部材１３５は、第１円筒部１３４よりも大径の第２円筒部１３６を有しており、ガス流路１２７は、第１円筒部１３４の外周面と第２円筒部１３６の内周面との間の筒状の隙間として形成されている。これにより、第１円筒部１３４と第２円筒部１３６とを比較的簡易な形状としてガス流路１２７を形成することができる。

さらにまた、センサ素子１１０は、素子側開口部１２９からガス流路１２７を仮想的に延長した領域以外の位置に配置されている。これにより、素子側開口部１２９からセンサ素子室１２４に流出した被測定ガスがセンサ素子１１０の表面に直接当たることをより抑制でき、センサ素子１１０の冷えをより抑制できる。

そしてまた、ガス流路１２７は、素子側開口部１２９が、センサ素子１１０の後端から先端へ向かう方向に開口し且つセンサ素子１１０の後端−先端方向に平行に開口している。これにより、素子側開口部１２９からセンサ素子室１２４に流出した被測定ガスがセンサ素子１１０の表面に直接当たることをより抑制でき、センサ素子１１０の冷えをより抑制できる。

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、ガス流路１２７は、第１外側ガス孔１４４ａからガス導入口１１１に達するまでの被測定ガスの経路中に、センサ素子１１０の後端側から先端側へ向かう流路を形成しているものとしたが、これに限られない。距離Ａ１が−５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である場合には、センサ素子１１０の後端側から先端側へ向かう流路を形成していなくともよい。図６は変形例のガスセンサ２００の縦断面図であり、図７は図６のＥ−Ｅ断面図である。なお、図６，７では、ガスセンサ１００と同じ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６，７に示すように、ガスセンサ２００は、内側保護カバー２３０を備えている。内側保護カバー２３０は、１つの部材からなるものであり、内側保護カバー１３０と比べて第１円筒部１３４，第２円筒部１３６，接続部１３７を備えない代わりに、円筒部２３４を備えている。円筒部２３４は、大径部１３２よりも径が小さく、段差部１３３を介して大径部１３２に接続されている。また、円筒部２３４は、先端部１３８と接続されている。円筒部２３４の中心軸は、先端部１３８や外側保護カバー１４０の中心軸と同軸である。円筒部２３４には、長方形に開口した複数（図６，図７では６個）の貫通孔が形成されており、この孔の内部がガス流路２２７となっている。ガス流路２２７は、図７に示すように、円筒部２３４の外周に沿って等間隔に形成されている。ガス流路２２７は、センサ素子１１０の先端−後端方向に垂直な方向（図６の左右方向）の流路として形成されている。また、ガス流路２２７は、円筒部２３４の中心軸に垂直な断面で見て中心軸に向かう方向（径方向）の流路として形成されている。なお、ガス流路２２７のうち円筒部２３４の内側の開口が素子側開口部に相当し、外側の開口が外側開口部に相当する。このような図６の左右方向の貫通孔により形成されたガス流路２２７でも、距離Ａ１を−５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることで、素子側開口部がガス導入口１１１に比較的近くなる。そのため、上述した実施形態と同様に、被測定ガスがガス導入口１１１以外の表面に直接当たることを抑制したり、センサ素子１１０の表面上を長い距離通過してからガス導入口１１１に到達することを抑制したりすることができる。また、素子側開口部がガス導入口に比較的近いことで、ガス濃度検出の応答性も向上させることができる。なお、変形例のガスセンサ２００における距離Ａ１は、図６に示すように、ガス導入口１１１からガス流路２２７の素子側開口部の下端までの上下方向の距離となる。同様に距離Ａ２は、図６に示すように、センサ素子１１０の端部（図６の左端）からガス流路２２７の素子側開口部までの左右方向の距離となる。距離Ａ２は、センサ素子１１０の端部から円筒部２３４の内周面までの距離と等しい。また、図６のガスセンサ２００においてセンサ素子１１０に最も近いのは円筒部２３４の内周面であり、距離Ａ６は距離Ａ２と等しい。なお、円筒部２３４には、ガス流路２２７を経てセンサ素子室１２４に流入する被測定ガスの流れを規制する板状の規制部材２２７ａが等間隔に複数（本実施形態では６箇所）形成されている（図７参照）。規制部材２２７ａは、図７に示すように、複数のガス流路２２７と１対１に対応しており、規制部材２２７ａは対応するガス流路２２７とセンサ素子１１０との間に位置するように形成されている。また、複数の規制部材２２７ａは、回転対称（本実施形態では６回対称）となるように形成されている。また、規制部材２２７ａの規制面とガス流路２２７の外側開口面とのなす角θ１（図７参照）は、ガス流路２２７の素子側開口部を通過する被測定ガスがセンサ素子１１０に直接向かうことを規制するような角度に設定されている。こうすることで、素子側開口部から流出した被測定ガスがセンサ素子１１０の表面に直接当たりにくくなるため、センサ素子１１０の冷えをより抑制できる。なす角θ１は、例えば２０°以上７０°以下としてもよく、２５°以上６７．５°以下としてもよい。なお、変形例のガスセンサ２００のようにガス流路形成部材である内側保護カバー１３０が規制部材２２７ａを備えていてもよいし、規制部材２２７ａが内側保護カバー１３０と独立した部材としてもよい。

上述した実施形態では、ガス流路１２７は、第１円筒部１３４の外周面と第２円筒部１３６の内周面との間の筒状の隙間として形成されているものとしたが、第１部材１３１と第２部材１３５との隙間としてガス流路が形成されていれば、これに限られない。例えば、第１円筒部の外周面と第２円筒部の内周面とが接し、且つ、第１円筒部の外周面と第２円筒部の内周面との少なくとも一方に凹部が形成されており、ガス流路は、凹部により形成された隙間としてもよい。図８は、この場合の変形例のガスセンサ３００の縦断面図であり、図９は図８のＦ−Ｆ断面図である。なお、図８，９では、ガスセンサ１００と同じ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８，９に示すように、ガスセンサ３００は、内側保護カバー３３０を備えている。内側保護カバー３３０は、第１部材３３１と、第２部材１３５と、を備えている。第１部材３３１は、第１部材１３１と比べて第１円筒部１３４を備えない代わりに第１円筒部３３４を備えている。第１円筒部３３４は、段差部１３３を介して大径部１３２と接続されている。第１円筒部３３４は、外径が第２円筒部１３６の内径と略等しく、第１円筒部３３４の外周面と第２円筒部１３６の内周面とが接している。また、第１円筒部３３４の外周には、複数（図８，図９では４個）の凹部３３４ａが等間隔に形成されている。この凹部３３４ａは、センサ素子１１０の先端−後端方向に垂直な断面で見たときに、半円状，円弧状などの形状をした溝である。凹部３３４ａは、各々が第１円筒部３３４の軸方向の一端から他端までにわたって形成されている（ただし、段差部１３３側すなわち図８における第１円筒部３３４の上端は貫通していない）。この内側保護カバー３３０は、凹部３３４ａと第２円筒部１３６の内周面との間の隙間であるガス流路３２７を形成している。ガス流路３２７は、図９からもわかるように、凹部３３４ａの数に応じて複数（図８，図９では６個）形成されており、縦孔形状に形成されている。このガス流路３２７は、第１ガス室１２２側の開口部である外側開口部３２８と、センサ素子室１２４側の開口部である素子側開口部３２９と、を有している。ガス流路１２７は、センサ素子１１０の後端−先端方向に平行な流路（図２における上下方向の流路）となっている。また、素子開口部３２９は、図８の下方向（真下）に開口しており、素子側開口部３２９からガス流路３２７を仮想的に延長した領域（図８における素子側開口部３２９の真下の領域）以外の位置に、センサ素子１１０が配置されている。このガスセンサ３００においても、第１外側ガス孔１４４ａからガス導入口１１１に達するまでの被測定ガスの経路中に、センサ素子１１０の後端側から先端側へ向かい且つセンサ素子室１２４に開口しているガス流路３２７が形成されているため、上述した実施形態と同様に応答性と保温性とを両立することができる。なお、ガスセンサ３００においても、上述した実施形態と同様に距離Ａ１〜Ａ６，距離Ｂ，距離Ｌを適宜調整して、それによる上述した効果を得ることができる。また、図８，９では第１部材３３１が凹部を有するものとしたが、第２部材１３５に凹部を形成して第２部材１３５の凹部と第１部材の外周面との隙間をガス流路としてもよい。あるいは、第１部材３３１と第２部材１３５に共に凹部を形成して、第１部材３３１の凹部と第２部材１３５の凹部との隙間をガス流路としてもよい。また、凹部の形状は図９に示した形状に限らず、例えば断面が矩形状としてもよい。

上述した実施形態では、ガス流路１２７は、センサ素子１１０の後端−先端方向に平行な流路（図２における上下方向の流路）としたが、これに限られない。例えば、ガス流路は、センサ素子の後端側から先端側に向かうにつれてセンサ素子に近づくように後端−先端方向から傾斜した流路としてもよい。図１０は、この場合の変形例のガスセンサ４００の縦断面図である。なお、図１０では、ガスセンサ１００と同じ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１０に示すように、ガスセンサ４００は、内側保護カバー４３０を備えている。内側保護カバー４３０は、第１部材４３１と、第２部材４３５と、を備えている。第１部材４３１は、第１部材１３１と比べて、第１円筒部１３４を備えない代わりに、円筒状の胴部４３４ａと、センサ素子１１０の後端側から先端側に向かうにつれて縮径する円筒状の第１円筒部４３４ｂと、を備えている。胴部４３４ａは、段差部１３３を介して大径部１３２と接続されている。第１円筒部４３４ｂは、センサ素子１１０の後端側の端部で胴部４３４ａと接続されている。第２部材４３５は、第２部材１３５と比べて、第２円筒部１３６を備えない代わりに、センサ素子１１０の後端側から先端側に向かうにつれて縮径する円筒状の第２円筒部４３６を備えている。第２円筒部４３６は、接続部１３７を介して先端部１３８と接続されている。第１円筒部４３４ｂの外周面と第２円筒部４３６の内周面とは接しておらず、両者により形成される隙間がガス流路４２７となっている。ガス流路４２７は、第１ガス室１２２側の開口部である外側開口部４２８と、センサ素子室１２４側の開口部である素子側開口部４２９と、を有している。このガス流路４２７は、第１円筒部４３４ｂ及び第２円筒部４３６の形状のために、センサ素子１１０の後端側から先端側に向かうにつれてセンサ素子１１０に近づくように（内側保護カバー１３０の中心軸に近づくように）後端−先端方向から傾斜した流路となっている。また、ガス流路４２７の幅がセンサ素子１１０の後端側から先端側に向かうにつれて狭くなるように構成されている。そのため、素子側開口部４２９の開口面積は外側開口部４２８の開口面積よりも小さい。換言すると、図３で説明したガス流路４２７の距離Ａ５よりも、距離Ａ４の方が小さくなっている。このガスセンサ４００においても、第１外側ガス孔１４４ａからガス導入口１１１に達するまでの被測定ガスの経路中に、センサ素子１１０の後端側から先端側へ向かい且つセンサ素子室１２４に開口しているガス流路４２７が形成されているため、上述した実施形態と同様に応答性と保温性とを両立することができる。また、被測定ガスの出口側となる素子側開口部４２９の開口面積が外側開口部４２８の開口面積よりも小さいため、被測定ガスが外側開口部４２８から流入して素子側開口部４２９から流出することによりガス流路への流入時と比べて流出時の被測定ガスの流速が高まる。そのため、ガス濃度検出の応答性をより向上させることができる。なお、ガス流路４２７を必ずしもセンサ素子１１０の後端−先端方向から傾斜させなくとも、素子側開口部４２９の開口面積が外側開口部４２８の開口面積よりも小さければ、それにより応答性を向上させる効果が得られる。

上述した実施形態では、内側保護カバー１３０がガス流路形成部材であるものとしたが、これに限られない。例えば、内側保護カバー１３０がガス流路形成部材以外の別の部材を有しており、ガス流路形成部材は内側保護カバー１３０の一部であるものとしてもよい。具体的には、例えば先端部１３８が第２円筒部１３６とは別の部材として構成されていてもよい。その場合、第１部材１３１と第２円筒部１３６とがガス流路形成部材に相当し、ガス流路形成部材と先端部１３８とが内側保護カバー１３０に相当する。あるいは、ガス流路形成部材が内側保護カバー１３０とは別に存在してもよい。

上述した実施形態では、ガス導入口１１１は、センサ素子１１０の先端面（図２におけるセンサ素子１１０の下面）に開口しているものとしたが、これに限られない。例えば、センサ素子１１０の側面（図２におけるセンサ素子１１０の左面や右面など）に開口していてもよい。

上述した実施形態では、ガス流路１２７は、第１円筒部１３４の外周面と第２円筒部１３６の内周面との間の筒状の隙間として形成されているものとしたが、２つの部材の隙間に限らず、３つ以上の部材の隙間として形成されていてもよい。あるいは、１つの部材からなるガス流路形成部材に貫通孔が形成されており、この孔がガス流路１２７となっていてもよい。

上述した実施形態における外側保護カバー１４０の形状や第１外側ガス孔１４４ａ，第２外側ガス孔１４７ａの形状，個数，配置などは、上述した態様に限らず適宜変更してもよい。例えば外側保護カバー１４０は有底筒状でなくともよい。具体的には、先端部１４６の底面がなく、外側保護カバー１４０を筒状としてもよい。また、第１外側ガス孔１４４ａは横孔１４４ｂと縦孔１４４ｃとを有するものとしたが、いずれか一方のみを有するものとしてもよい。また、横孔１４４ｂ及び縦孔１４４ｃに加えて又は代えて、側部１４３ａと段差部１４３ｂとの境界の角部に第１外側ガス孔を形成してもよい。例えば、図１１に示す角孔１４４ｄを形成してもよい。この角孔１４４ｄは、側部１４３ａと段差部１４３ｂとの境界の角部に形成され、角孔１４４ｄの外部開口面（図１１の直線ａ）と段差部１４３ｂの底面（下面）（図１１の直線ｂ）とのなす角θ２が１０°〜８０°の範囲の値（図１１では４５°）となっている。また、角孔１４４ｄの内周面と外部開口面とのなす角が９０°となっている。第２外側ガス孔１４７ａについても、同様に横孔，縦孔，角孔のいずれか１以上を有するものとしてもよい。内側保護カバー１３０の形状や、内側ガス孔１３８ａの形状，個数，配置なども、外側保護カバー１４０と同様に適宜変更してもよい。例えば、内側保護カバー１３０は有底筒状でなくともよい。具体的には、先端部１３８の底面がなく、内側保護カバー１３０（第２部材１３５）を筒状としてもよい。例えば、図１２に示す内側保護カバー５３０の構成を採用してもよい。図１２は、変形例のガスセンサ５００の縦断面図である。ガスセンサ５００は、内側保護カバー５３０を備えている。内側保護カバー５３０は、第１部材１３１と、第２部材５３５と、を備えている。第２部材５３５は、第２部材１３５と比べて、先端部１３８を備えない代わりに先端部５３８を備えている。先端部５３８は、第２円筒部１３６よりも径の小さい有底筒状の部材である。先端部５３８は、接続部１３７を介して第２円筒部１３６に接続されている。先端部５３８の底面の中心には、センサ素子室１２４と第２ガス室１２６とに通じる円形の内側ガス孔５３８ａが１つ形成されている。

上述した実施形態において、第２円筒部１３６の内周面に突出部を設けてもよい。図１３は、変形例のガスセンサ１００ａの縦断面図である。図１４は、図１３のＧ−Ｇ断面図である。なお、図１３は、図２と同じ断面を示している。このガスセンサ１００ａでは、第２円筒部１３６の内周面に、第１円筒部１３４の外周面に向けて突出してこの外周面に接している複数の突出部１３６ａが形成されている。図１４に示すように、突出部１３６ａは３箇所設けられ、第２円筒部１３６の内周面の周方向に沿って均等に配置されている。突出部１３６ａは、略半球形状に形成されている。このような突出部１３６ａが設けられていることで、ガスセンサ１００ａでは、突出部１３６ａによって第１円筒部１３４と第２円筒部１３６との位置関係が固定されやすくなる。また、例えばガスセンサ１００ａの組立時に、ハウジング１０２に第１部材１３１を固定した後、突出部１３６ａを介して第１部材１３１に第２部材１３５を取り付けることができる。そのため、その後のガスセンサ１００ａの組立工程（例えば外側保護カバー１４０の取付時）などにおいて、第１部材１３１から第２部材１３５が脱落するのを抑制でき、ガスセンサ１００ａを組み立てやすくなる。なお、突出部１３６ａは、第１円筒部１３４の外周面を径方向内側に向けて押圧していることが好ましい。こうすれば、突出部１３６ａによって第１円筒部１３４と第２円筒部１３６との位置関係をより確実に固定できる。このような突出部１３６ａは、例えば第２円筒部１３６の外周面を中心に向かって押圧して内周面の一部を突出させることで形成してもよいし、突出部１３６ａを有する形状の第２円筒部１３６を金型を用いて一体的に形成してもよい。なお、図１４では突出部１３６ａは３個としたが、第１円筒部１３４と第２円筒部１３６との位置関係を固定できればよく、突出部１３６ａを２個としてもよいし、４個以上としてもよい。なお、第１円筒部１３４と第２円筒部１３６との固定が安定化しやすいため、突出部１３６ａは３個以上とすることが好ましい。また、突出部は、第１円筒部１３４の外周面と第２円筒部１３６の内周面との少なくとも一方の面に形成されて他方の面に接していればよい。例えば図１５に示すように、第１円筒部１３４の外周面に、第２円筒部１３６の内周面に向けて突出してこの内周面に接している複数（図１５では３個）の突出部１３４ａを設けてもよい。また、第１円筒部１３４の外周面と第２円筒部１３６の内周面との両方に突出部を設けてもよい。また、図１３では、第２円筒部１３６のうち突出部１３６ａが形成されている部分の外周面は内側に窪んでいるものとしたが、これに限られない。例えば図１６に示すように、第２円筒部１３６のうち突出部１３６ａが形成されている部分の外周面に窪みがないものとしてもよい。また、突出部は半球形状に限らずどのような形状であってもよい。

また、図１３，図１４に示したガスセンサ１００ａでは、センサ素子１１０の表面の少なくとも一部が多孔質保護層１１０ａで覆われている（図１５，図１６でも図示した）。この多孔質保護層１１０ａは、センサ素子１１０の６つの表面のうち５面に形成されて、センサ素子室１２４内に露出した表面のほとんどを覆っている。具体的には、多孔質保護層１１０ａは、センサ素子１１０のうちガス導入口１１１が形成された先端面（図１３の下面）を全て覆っている。また、多孔質保護層１１０ａは、センサ素子１１０の先端面に接続される４つの表面（図１４のセンサ素子１１０における上下左右の面）のうちセンサ素子１１０の先端面に近い側を覆っている。多孔質保護層１１０ａは、センサ素子１１０を被覆して、その部分を保護するものである。例えば、多孔質保護部１１０ａは、被測定ガス中の水分等が付着してセンサ素子１１０にクラックが生じるのを抑制する役割を果たす。また、多孔質保護層１１０ａは、被測定ガスに含まれるオイル成分等がセンサ素子１１０の表面の図示しない電極等に付着するのを抑制する役割を果たす。多孔質保護層１１０ａは、例えばアルミナ多孔質体、ジルコニア多孔質体、スピネル多孔質体、コージェライト多孔質体，チタニア多孔質体、マグネシア多孔質体などの多孔質体からなる。多孔質保護層１１０ａは、例えばプラズマ溶射，スクリーン印刷，ディッピングなどにより形成することができる。なお、多孔質保護層１１０ａは、ガス導入口１１１も覆っているが、多孔質保護層１１０ａが多孔質体であるため、被測定ガスは多孔質保護層１１０ａの内部を流通してガス導入口１１１に到達可能である。なお、ガスセンサ１００ａに限らず、上述した実施形態のガスセンサ１００など他の形態のガスセンサにおいても、センサ素子１１０の表面が多孔質保護層で覆われていてもよい。

上述した実施形態において、先端部１４６の軸方向長さを短くして、距離Ｂを図２と比べて小さくしてもよい。図１７は、この場合の変形例のガスセンサ１００ｂの縦断面図である。図１８は、図１７のＨ視図である。なお、図１７は、図２と同じ断面を示している。このガスセンサ１００ｂでは、先端部１４６の軸方向長さが短く、距離Ｂが小さい値になっている。特にこれに限定するものではないが、距離Ｂは、例えば０．６ｍｍとしてもよい。また、ガスセンサ１００ｂでは、第１外側ガス孔１４４ａとして縦孔１４４ｃが１２個等間隔に形成され、第２外側ガス孔１４７ａとして縦穴１４７ｃが６個等間隔に形成されている。図２に示した横孔１４４ｂや横孔１４７ｂは、ガスセンサ１００ｂでは形成されていない。

［実験例１］
図１〜５に示したガスセンサ１００を実験例１とした。具体的には、内側保護カバー１３０の第１部材１３１は、板厚が０．３ｍｍ、軸方向長さが１０．０ｍｍ、大径部１３２の軸方向長さが１．８ｍｍ、大径部の外径が８．２ｍｍ、第１円筒部１３４の軸方向長さが８．１ｍｍ、第１円筒部１３４の外径が７．７ｍｍとした。第２部材１３５は、板厚が０．３ｍｍ、軸方向長さが１１．５ｍｍ、第２円筒部１３６の軸方向長さが４．５ｍｍ、第２円筒部１３６の内径が８．７ｍｍ、先端部１３８の軸方向長さが４．９ｍｍ、先端部１３８の底面の径が２．５ｍｍとした。ガス流路１２７に関して、距離Ａ１は０．５ｍｍ、距離Ａ２は１．９ｍｍ、距離Ａ３は２．８ｍｍ、距離Ａ４，Ａ５はいずれも０．５ｍｍ、距離Ａ６は１．６ｍｍ、距離Ｌは４ｍｍとした。内側ガス孔１３８ａは、径１．５ｍｍの縦穴とし、先端部１３８の底面の中心に形成した。外側保護カバー１４０は、板厚が０．４ｍｍ、軸方向長さが２４．２ｍｍ、大径部１４２の軸方向長さが６．１ｍｍ、大径部１４２の外径が１５．２ｍｍ、胴部１４３の軸方向長さが８．５ｍｍ、胴部１４３の外径が１４．６ｍｍ、先端部１４６の軸方向長さが９．６ｍｍ、先端部１４６の外径が８．７ｍｍとした。第１外側ガス孔１４４ａは、径１ｍｍの横孔１４４ｂを６個、径１ｍｍの縦孔１４４ｃを６個、それぞれ交互に等間隔（隣接する孔のなす角が３０°）に形成した。第２外側ガス孔１４７ａは、径１ｍｍの横孔１４７ｂを３個、径１ｍｍの縦孔１４７ｃを３個、それぞれ交互に等間隔（隣接する孔のなす角が６０°）に形成した。距離Ｂは２．７ｍｍとした。また、ガスセンサ１００のセンサ素子１１０は、幅（図２における左右長さ）が４ｍｍ、厚さ（図２における紙面に直交する方向の長さ）が１．５ｍｍであり、酸素濃度を検出するものとした。なお、ガス導入口１１１がセンサ素子１１０の先端面に開口しているものを用いた。

［実験例２］
第１外側ガス孔１４４ａとして径１ｍｍの縦孔１４４ｃを１２個等間隔に形成し、第２外側ガス孔１４７ａとして径１ｍｍの縦穴１４７ｃを６個等間隔に形成し、先端部１３８の軸方向長さを大きくして距離Ｂを０．６ｍｍとした点以外は、実験例１と同様のガスセンサを実験例２とした。なお、ガス流路１２７に関して、距離Ａ１は０．５ｍｍ、距離Ａ２は１．９ｍｍ、距離Ａ３は４．６ｍｍ、距離Ａ４，Ａ５はいずれも０．５ｍｍ、距離Ａ６は１．６ｍｍ、距離Ｌは４ｍｍとした。なお、実験例２の距離Ａ３は、縦穴１４４ｃのセンサ素子後端側（図１９の上側）の端部から外側開口部１２８までの図１９の上下方向の距離である。図１９，図２０は、実験例２のガスセンサの断面図である。なお、図１９，図２０は、図２，図４と同じ断面を示している。図２１は、図１９のＩ視図である。

［実験例３］
図８，９に示したガスセンサ３００を実験例３とした。外側保護カバー１４０は、実験例２と同じ構成のものを用いた。内側保護カバー３３０のうち、第２部材１３５は実験例２と同じものを用い、距離Ｂは０．６ｍｍとした。第１部材３３１は、凹部３３４ａを等間隔に６個形成して、センサ素子１１０の先端−後端方向に垂直な断面積が２．７ｍｍ²のガス流路３２７を４個形成した。ガス流路３２７に関して、距離Ａ１は０．５ｍｍ、距離Ａ２は１．３ｍｍ、距離Ａ３は２．８ｍｍ、距離Ａ６は１．０ｍｍ、距離Ｌは４ｍｍとした。なお、実験例３では、センサ素子１１０に最も近いのは第１円筒部３３４であるため、センサ素子１１０と第１円筒部３３４の内周面との最短距離が距離Ａ６となる。

［実験例４］
図６，７に示したガスセンサ２００を実験例４とした。外側保護カバー１４０は、実験例１と同じ構成のものを用いた。内側保護カバー２３０は、板厚が０．３ｍｍ、軸方向長さが１７．７ｍｍ、大径部１３２の軸方向長さが１．８ｍｍ、大径部の外径が８．２ｍｍ、円筒部２３４の軸方向長さが９．３ｍｍ、円筒部２３４の外径が８．２ｍｍ、先端部１３８の軸方向長さが４．９ｍｍ、先端部１３８の底面の径が２．５ｍｍとした。距離Ｂは２．７ｍｍとした。外部開口面積が０．４７９ｍｍ²の矩形状をした貫通孔を円筒部２３４に等間隔に６個形成してガス流路２２７とし、距離Ａ１が０．５ｍｍ、距離Ａ２（＝距離Ａ６）が１．８ｍｍとした。また、ガス流路２２７には、それぞれ規制部材２２７ａを対応して形成した。なす角θ１は、３８°とした。

［実験例５］
図２２に示したガスセンサ２００ａを実験例５とした。図２２のガスセンサ２００ａは、ガス流路２２７及び規制部材２２７ａの形成位置をセンサ素子１１０のより後端側の位置に形成した（距離Ａ１を大きくした）点、内側ガス孔１３８ａの径を小さくした点、第１外側ガス孔１４４ａとして縦穴１４４ｃを備えず径１ｍｍの横孔１４４ｂを６個等間隔に形成し、第２外側ガス孔１４７ａとして縦穴１４７ｃを備えず径１ｍｍの横孔１４７ｂを６個等間隔に形成した点、以外は図６，７に示したガスセンサ２００（実験例４）と同様の構成とした。なお、内側保護カバー１４０は、距離Ａ１を６．０ｍｍ、距離Ａ２（センサ素子１１０から円筒部２３４の内周面までの距離であり、距離Ａ６に等しい）を１．８ｍｍとし、内側ガス孔１３８ａの径を１ｍｍとした。

［実験例６］
図２３に示したガスセンサ６００を実験例６とした。なお、図２３では、ガスセンサ１００と同じ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。ガスセンサ６００は、内側保護カバー１３０の代わりに内側保護カバー６３０を備えている。内側保護カバー６３０は、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６３４と、円筒状で第１胴部６３４よりも径の小さい第２胴部６３６と、有底筒状で第２胴部６３６よりも径の小さい先端部６３８とを有している。大径部１３２と第１胴部６３４とは、段差部１３３により接続されている。また、内側保護カバー６３０は、第１胴部６３４と第２胴部６３６とを接続する段差部６３５と、第２胴部６３６と先端部６３８とを接続する段差部６３７とを有している。なお、大径部１３２，第１胴部６３４，第２胴部６３６，先端部６３８は中心軸が同一である。第１胴部６３４，第２胴部６３６は、センサ素子１１０の側面を覆うように位置している。第１胴部６３４には、図６で示したガス流路２２７と同様に長方形に開口した６個の貫通孔が形成されており、この孔の内部がガス流路６２７となっている。ガス流路６２７は、第１胴部６３４の外周に沿って等間隔に形成されている。ガス流路６２７は、センサ素子１１０の先端−後端方向に垂直な方向（図２３の左右方向）の流路として形成されている。また、ガス流路６２７は、第１胴部６３４の中心軸に垂直な断面で見て中心軸に向かう方向（径方向）の流路として形成されている。第１胴部６３４には、規制部材２２７ａと同様にガス流路６２７を経てセンサ素子室１２４に流入する被測定ガスの流れを規制する板状の規制部材６２７ａが等間隔に６箇所形成されている。規制部材６２７ａは、複数のガス流路６２７と１対１に対応しており、規制部材６２７ａは対応するガス流路６２７とセンサ素子１１０との間に位置するように形成されている。また、複数の規制部材６２７ａ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６３８の側面には、センサ素子室１２４と第２ガス室１２６とに通じる内側ガス孔６３８ａが等間隔に４箇所形成されている。内側保護カバー６３０は、板厚が０．３ｍｍ、軸方向長さが１７．７ｍｍ、大径部１３２の軸方向長さが１．８ｍｍ、大径部１３２の外径が１４．１ｍｍ、第１胴部６３４の軸方向長さが５．４ｍｍ、第１胴部６３４の外径が１１．８ｍｍ、第２胴部６３６の軸方向長さが５．６ｍｍ、第２胴部６３６の外径が８．２ｍｍ、先端部６３８の軸方向長さが４．９ｍｍ、先端部６３８の外径が５．９ｍｍとした。ガス流路６２７の外部開口面積は０．３９６ｍｍ²とした。また、距離Ａ１が６．２ｍｍ、距離Ａ２が３．６ｍｍとした。なお、ガス流路６２７の素子側開口部は第１胴部６３４の内周面に位置するため、センサ素子１１０と第１胴部６３４の内周面との距離が距離Ａ２となる。また、距離Ａ６が１．８ｍｍとした。なお、実験例６では、センサ素子１１０に最も近いのは第２胴部６３６であるため、センサ素子１１０と第２胴部６３６の内周面との最短距離が距離Ａ６となる。規制部材６２７ａの規制面とガス流路６２７の外側開口面とのなす角θ１は、３８°とした。内側ガス孔６３８ａは、径１ｍｍの横孔とした。外側保護カバー１４０は、実験例１と同じ構成のものを用いた。ただし、第１ガス孔１４４ａ，第２ガス孔１４７ａの代わりに、第１外側ガス孔６４４ａとして径１ｍｍの角孔６４４ｄを６個等間隔に形成し、第２外側ガス孔６４７ａとして径１．２ｍｍの角孔６４７ｄを６個等間隔に形成した。角孔６４４ｄ，角孔６４７ｄは、いずれも外部開口面と底面（段差部１４３ｂ，先端部１４６の底面）とのなす角θ２を４５°とした。距離Ｂは２．７ｍｍとした。

［実験例７］
第１外側ガス孔１４４ａとして径１ｍｍの縦孔１４４ｃを等間隔に６個形成し、第２外側ガス孔１４７ａとして径１ｍｍの縦孔１４７ｃを等間隔に６個形成した点以外は、実験例５と同様の構成のガスセンサを実験例７とした。

［実験例８］
内側ガス孔１３８ａの径を１．５ｍｍとした点以外は、実験例５と同様の構成のガスセンサを実験例８とした。

［実験例９］
第１外側ガス孔６４４ａとして、角孔６４４ｄの代わりに、径１ｍｍの横孔１４４ｂを６個、径１ｍｍの縦孔１４４ｃを６個、それぞれ交互に等間隔（隣接する孔のなす角が３０°）に形成した。また、第２外側ガス孔６４７ａとして、角孔６４７ｄの代わりに、径１ｍｍの横孔１４７ｂを３個、径１ｍｍの縦孔１４７ｃを３個、それぞれ交互に等間隔（隣接する孔のなす角が６０°）に形成した。すなわち、第１外側ガス孔６４４ａ，第２外側ガス孔６４７ａとして、実験例１の第１外側ガス孔１４４ａ，第２外側ガス孔１４７ａと同様の孔を形成した。それ以外の点は、実験例６と同様の構成のガスセンサを実験例９とした。

［実験例１０］
第１外側ガス孔１４４ａは、径１ｍｍの横孔１４４ｂを６個、径１ｍｍの縦孔１４４ｃを６個、それぞれ交互に等間隔（隣接する孔のなす角が３０°）に形成した。第２外側ガス孔１４７ａは、径１ｍｍの横孔１４７ｂを３個、径１ｍｍの縦孔１４７ｃを３個、それぞれ交互に等間隔（隣接する孔のなす角が６０°）に形成した。それ以外の点は、実験例５と同様の構成のガスセンサを実験例１０とした。

［実験例１１］
図２４に示したガスセンサ７００を実験例１１とした。なお、図２４では、図２３のガスセンサ６００と同じ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。ガスセンサ７００は、内側保護カバー７３０を備えている。内側保護カバー７３０は、内側保護カバー６３０と比べて、第１胴部６３４，段差部６３５，第２胴部６３６を備える代わりに、胴部７３４を備えている。胴部７３４は、段差部１３３を介して大径部１３２と接続され、段差部６３７を介して先端部６３８と接続されている。すなわち、内側保護カバー７３０の形状は、図２３の内側保護カバー６３０のうち第１胴部６３４の内径を第２胴部６３６の内径と等しくしたものに相当する。胴部７３４には、ガス流路６２７，規制部材６２７ａと同様にガス流路７２７，規制部材７２７ａを等間隔に形成した。ただし、ガス流路７２７，規制部材７２７ａの数はそれぞれ３個とした。距離Ａ１は６．２ｍｍ、距離Ａ２（＝距離Ａ６）は１．８ｍｍ、距離Ｂは２．７ｍｍとした。なお、実験例１１では、センサ素子１１０に最も近いのは胴部７３４であり、胴部７３４の内周面にガス流路７２７の素子側開口部が位置するため、センサ素子１１０と胴部７３４の内周面との最短距離が距離Ａ２（＝距離Ａ６）となる。また、外側保護カバー１４０には、実験例９と同様に、第１外側ガス孔６４４ａとして、径１ｍｍの横孔１４４ｂを６個、径１ｍｍの縦孔１４４ｃを６個形成し、第２外側ガス孔６４７ａとして、径１ｍｍの横孔１４７ｂを３個、径１ｍｍの縦孔１４７ｃを３個形成した。

［実験例１２］
胴部７３４の内径を変更して距離Ａ２（＝距離Ａ６）を２．５ｍｍとした点以外は、実験例１１と同様の構成のガスセンサを実験例１２とした。

［実験例１３］
実験例１のガスセンサから以下の点を変更したガスセンサを、実験例１３とした。具体的には、第２円筒部１３６の内径を大きくすることで、距離Ａ４，Ａ５をいずれも１．０ｍｍとした。第２円筒部１３６の軸方向長さをセンサ素子１１０の後端方向（図２の上方向）に長くすることで、距離Ｌを４．３ｍｍ，距離Ａ３を３．１ｍｍとした。

［実験例１４］
実験例１のガスセンサから以下の点を変更したガスセンサを、実験例１４とした。具体的には、第１円筒部１３４及び第２円筒部１３６の外径を大きくして、距離Ａ４，Ａ５の値は変えずに距離Ａ２を２．４ｍｍとし、距離Ａ６を２．１ｍｍとした。第２円筒部１３６の軸方向長さをセンサ素子１１０の後端方向（図２の上方向）に長くすることで、距離Ｌを４．３ｍｍ，距離Ａ３を３．１ｍｍとした。

［実験例１５］
実験例１３のガスセンサから以下の点を変更したガスセンサを、実験例１５とした。具体的には、センサ素子１１０の取り付け位置をセンサ素子１１０の先端方向（図２の下方向）にずらして距離Ａ１を１．０ｍｍとした。

［実験例１６］
実験例１３のガスセンサから以下の点を変更したガスセンサを、実験例１６とした。具体的には、センサ素子１１０の取り付け位置をセンサ素子１１０の後端方向（図２の上方向）にずらして距離Ａ１を−０．６ｍｍとした。

［実験例１７］
実験例１３のガスセンサから以下の点を変更したガスセンサを、実験例１７とした。具体的には、第２円筒部１３６の軸方向長さをセンサ素子１１０の後端方向（図２の上方向）に長くすることで、距離Ｌを５．３ｍｍ，距離Ａ３を４．１ｍｍとした。

［実験例１８］
実験例１３のガスセンサから以下の点を変更したガスセンサを、実験例１８とした。具体的には、第２円筒部１３６の軸方向長さを短くすることで、距離Ｌを３．３ｍｍ，距離Ａ３を２．１ｍｍとした。

［実験例１９］
実験例２のガスセンサから以下の点を変更したガスセンサを、実験例１９とした。具体的には、縦孔１４４ｃ及び縦孔１４７ｃをいずれも径１．２ｍｍとした。第２円筒部１３６の軸方向長さを長くすることで、距離Ｌを４．３ｍｍ，距離Ａ３を４．９ｍｍとした。

［実験例２０］
実験例１のガスセンサから以下の点を変更したガスセンサを、実験例２０とした。具体的には、第２円筒部１３６の軸方向長さをセンサ素子１１０の後端方向（図２の上方向）に長くすることで、距離Ｌを４．３ｍｍ，距離Ａ３を３．１ｍｍとした。

［実験例２１］
図１７，図１８に示したガスセンサ１００ｂを、実験例２１とした。具体的には、実験例１のガスセンサから以下の点を変更したガスセンサを、実験例２１とした。第１外側ガス孔１４４ａとして径１ｍｍの縦孔１４４ｃを１２個等間隔に形成し、第２外側ガス孔１４７ａとして径１ｍｍの縦穴１４７ｃを６個等間隔に形成した。また、先端部１４６の軸方向長さを短くして、距離Ｂを０．６ｍｍとした。第２円筒部１３６の軸方向長さをセンサ素子１１０の後端方向（図２の上方向）に長くすることで、距離Ｌを４．３ｍｍ，距離Ａ３を４．９ｍｍとした。なお、実験例２１の距離Ａ３は、縦穴１４４ｃのセンサ素子後端側（図１７の上側）の端部から外側開口部１２８までの図１７の上下方向の距離である。

［実験例２２］
実験例３のガスセンサから以下の点を変更したガスセンサを、実験例２２とした。具体的には、第２円筒部１３６の軸方向長さをセンサ素子１１０の後端方向（図２の上方向）に長くすることで、距離Ｌを４．３ｍｍ，距離Ａ３を３．１ｍｍとした。

［評価試験１］
実験例１〜２２のガスセンサについて、センサ素子の保温性及びガス濃度検出の応答性を評価した。具体的には、以下のように評価を行った。

実験例１〜２２のガスセンサをそれぞれ図１と同様に配管に取り付けた。なお、配管の中は空気で満たした。そして、配管内を無風状態として３１０秒間放置し、その後、配管内に被測定ガスを所定の流速Ｖで流した。なお、実験例１における被測定ガスの流れの向きは、図２，３における左から右方向とした。実験例２〜２２についても同様の向きとした。この場合におけるセンサ素子の出力の時間変化及びヒーターの投入パワーの変化を調べた。センサ素子の出力が最大値になったときに内側保護カバー内の空気が被測定ガスに全て置換されたとみなし、センサ素子の出力の最大値に対する割合を内側保護カバー内のガス置換率として求め、ガス置換率の時間変化とした。被測定ガスの所定の流速Ｖを４５ｍ／ｓとして、ガス置換率の時間変化を求めた。そして、被測定ガスを流し始めてから、ガス置換率が９０％を超えるまでの、センサ素子１１０のヒーターの投入パワーの最大値をヒーターパワー（Ｗ）として測定した。なお、流速が急激に変化すると、センサ素子１１０が冷えることでヒーターパワーが高くなるため、この値が小さいということは、センサ素子１１０が冷えにくいすなわち保温効果が高いことを意味する。また、被測定ガスを流し始めて、ガス置換率が１０％を超えたときから、ガス置換率が９０％を超えるまでの経過時間をガス濃度検出の応答時間（ｓ）とした。この応答時間が短いほどガス濃度検出の応答性が高いことを意味する。なお、ヒーターパワー及び応答時間の測定は、各実験例について複数回行い、各々の平均値を各実験例についてのヒーターパワー及び応答時間とした。

実験例１〜２２について、外側保護カバー，内側保護カバーのそれぞれの孔やガス流路に関する値、距離Ａ１，距離Ａ２，距離Ａ４，距離Ａ６，距離Ｂ，距離Ｌ及び評価試験１の結果を、表１にまとめて示す。なお、表１のヒーターパワー及び応答時間は、上述した平均値であり、各々の測定回数についても表１に併せて示した。また、評価試験１の結果である実験例１〜２２のヒーターパワー（平均値）と応答時間（平均値）とをプロットしたグラフを図２５に示す。

表１及び図２５から明らかなように、センサ素子１１０の後端側から先端側へ向かい且つガス導入口１１１の配置されたセンサ素子室１２４に開口しているガス流路を有さず、且つ、距離Ａ１が−５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内にない実験例５〜１２では、ヒーターパワーと応答時間との関係が図２５の破線付近に位置しており、ヒーターパワーと応答時間とがトレードオフの関係にあることがわかった。一方、センサ素子１１０の後端側から先端側へ向かい且つガス導入口１１１の配置されたセンサ素子室１２４に開口しているガス流路を有する実験例１〜３，１３〜２２や、距離Ａ１が−５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内にある実験例４では、図２５の破線から外れてヒーターパワーが小さく且つ応答時間が短くなっていた。すなわち、トレードオフの関係から脱して、ガス濃度検出の応答性とセンサ素子の保温性とが両立できていた。

また、距離Ａ２以外は同じ構成を有する実験例１１と実験例１２とを比較すると、距離Ａ２が大きい実験例１２の方がヒーターパワーは小さく保温性が高いが、応答時間も長くなっていた。一方、実験例２と実験例３とを比較すると、距離Ａ２が大きい実験例２の方がヒーターパワーが小さく保温性が高くなっている一方、応答時間はあまり長くならなかった。このことから、センサ素子の後端側から先端側へ向かい且つガス導入口１１１の配置されたセンサ素子室に開口しているガス流路を有する態様では、応答性の低下（応答時間が長くなる）をより抑制できると考えられる。なお、実験例２と実験例３とでは、距離Ａ２以外にもガスセンサの構成が異なる部分があるが、実験例２から距離Ａ２のみを小さい値に変更したガスセンサについて同様に実験を行った場合にも、実験例３とほぼ同じような結果になった。このことから、センサ素子の後端側から先端側へ向かい且つガス導入口１１１の配置されたセンサ素子室に開口しているガス流路を有する態様のガスセンサでは、距離Ａ２を大きくすることで（すなわちガス流路の素子側開口部をセンサ素子から離すことで）、応答性をあまり低下させずに保温性を高めることができると考えられる。また、距離Ａ６に関しても同様の傾向が見られた。すなわち、距離Ａ６以外は同じ構成を有する実験例１１と実験例１２とを比較すると、距離Ａ６が大きい実験例１２の方がヒーターパワーは小さく保温性が高いが、応答時間も長くなっていた。一方、実験例２と実験例３とを比較すると、距離Ａ６が大きい実験例２の方がヒーターパワーが小さく保温性が高くなっている一方、応答時間はあまり長くならなかった。

［評価試験２］
実験例１，２，５，６，１３，１９，２０，２１のガスセンサについて、排ガスのスートを所定時間堆積させたときの応答時間の変化を評価した。具体的には、以下のように評価を行った。

実験例１，２，５，６，１３，１９，２０，２１のガスセンサをそれぞれ図１と同様に配管（直径５６ｍｍ）に取り付けた。そして、この配管に２．０Ｌディーゼルエンジンを接続して被測定ガスとしての排気ガスを流し、所定時間経過させた。この経過時間を堆積時間と称する。なお、ディーゼルエンジンの運転条件は、回転数２０００ｒｐｍ，トルク１００Ｎ，排気ガス温度２００℃とした。また、ガスセンサに対するディーゼルエンジンからの排気ガスの流れの向きは、評価試験１の被測定ガスの流れの向きと同じとした。そして、堆積時間が２４時間となったときにディーゼルエンジンを停止し、評価試験１と同様にしてガスセンサの応答時間（ｓ）を測定した。このときの応答時間を、堆積時間が２４時間のときの応答時間とした。同様に、堆積時間が４８時間のときの応答時間を測定した。なお、応答時間の測定は、各実験例，各堆積時間についてそれぞれ２回ずつ行い、２回の平均値を各実験例の各堆積時間についての応答時間とした。

評価試験２の結果を表２に示す。また、評価試験２の結果である実験例１，２，５，６，１３，１９，２０，２１の堆積時間と応答時間とをプロットしたグラフを図２６に示す。なお、表２及び図２６では、評価試験１で測定した応答時間を、堆積時間が０時間のときの応答時間として示した。

表２及び図２６から明らかなように、実験例１，２，１３，１９，２０，２１では、実験例５，６と比べて堆積時間が長くなっても応答時間があまり変化しなかった。すなわち、実験例１，２，１３，１９，２０，２１では堆積時間が長くなっても応答時間が長くなりにくかった。実験例５では、評価試験２において内側保護カバー２３０の円筒部２３４に形成されたガス流路２２７（図２２参照）にスートが堆積して根詰まりを起こしていた。実験例６についても、同様にガス流路６２７（図２３参照）にスートが堆積して根詰まりを起こしていた。このスートの堆積によりガス流路２２７，６２７が閉塞した結果、実験例５，６の応答時間は堆積時間とともに長くなっていったと考えられる。一方、実験例１，２，１３，１９，２０，２１では、ガス流路１２７の外側開口部１２８（図３参照）にスートの堆積が見られたが、実験例５，６と比較するとガス流路１２７の閉塞はわずかであった。そのため、堆積時間が長くなっても応答時間の変化が比較的抑制されたと考えられる。

なお、実験例１〜４，１３〜２２が本発明の実施例に相当し、実験例５〜１２が比較例に相当する。なお、本発明は上記の実施例に限定されない。

この出願は、２０１３年５月３１日に出願された日本国特許出願第２０１３−１１６３２６号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

本発明は、例えば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センサとして利用可能である。

２０ 配管、２２ 固定用部材、１００，１００ａ，１００ｂ ガスセンサ、１０２ ハウジング、１０３ ナット、１１０ センサ素子、１１０ａ 多孔質保護層、１１１ ガス導入口、１２０ 保護カバー、１２２ 第１ガス室、１２４ センサ素子室、１２６ 第２ガス室、１２７ ガス流路、１２８ 外側開口部、１２９ 素子側開口部、１３０ 内側保護カバー、１３１ 第１部材、１３２ 大径部、１３３ 段差部、１３４ 第１円筒部、１３４ａ 突出部、１３５ 第２部材、１３６ 第２円筒部、１３６ａ 突出部、１３７ 接続部、１３８ 先端部、１３８ａ 内側ガス孔、１４０ 外側保護カバー、１４２ 大径部、１４３ 胴部、１４３ａ 側部、１４３ｂ 段差部、１４４ａ 第１外側ガス孔、１４４ｂ 横孔、１４４ｃ 縦孔、１４６ 先端部、１４７ａ 第２外側ガス孔、１４７ｂ 横穴、１４７ｃ 縦穴、２００，２００ａ ガスセンサ、２３０ 内側保護カバー、２３４ 円筒部、２２７ ガス流路、２２７ａ 規制部材、３００ ガスセンサ、３２７ ガス流路、３２８ 外側開口部、３２９ 素子側開口部、３３０ 内側保護カバー、３３１ 第１部材、３３４ 第１円筒部、３３４ａ 凹部、４００ ガスセンサ、４２７ ガス流路、４２８ 外側開口部、４２９ 素子側開口部、４３０ 内側保護カバー、４３１ 第１部材、４３４ａ 胴部、第１円筒部４３４ｂ、４３５ 第２部材、４３６ 第２円筒部、５００ ガスセンサ、５３０ 内側保護カバー、５３５ 第２部材、５３８ 先端部、５３８ａ 内側ガス孔、６００ ガスセンサ、６３０ 内側保護カバー、６２７ ガス流路、６２７ａ 規制部材、６３４ 第１胴部、６３５ 段差部、６３６ 第２同部、６３７ 段差部、６３８ 先端部、６３８ａ 内側ガス孔、６４４ａ 第１外側ガス孔、６４４ｄ 角孔、６４７ａ 第２外側ガス孔、６４７ｄ 角孔、７００ ガスセンサ、７２７ ガス流路、７２７ａ 規制部材、７３０ 内側保護カバー、７３４ 胴部。

Claims (15)

1. 被測定ガスを導入するガス導入口を有し、該ガス導入口から内部に流入した該被測定ガスの所定のガス濃度を検出可能なセンサ素子と、
   外側から内側への前記被測定ガスの流れを許容する外側ガス孔が形成され、前記センサ素子の先端を覆う外側保護カバーと、
   前記外側保護カバーと前記センサ素子との間に配置され、前記外側ガス孔から前記センサ素子の前記ガス導入口に達するまでの前記被測定ガスの経路中に前記センサ素子の後端側から先端側へ向かい且つ前記ガス導入口の配置された空間に開口しているガス流路を形成するガス流路形成部材と、
   を備え、
   前記ガス流路は、前記ガス導入口の配置された空間側の開口部である素子側開口部が、前記センサ素子の後端から先端へ向かう方向に開口している、
   ガスセンサ。
2. 前記ガス流路のうち前記ガス導入口の配置された空間側の開口部である素子側開口部は、前記ガス導入口からの距離Ａ１（前記センサ素子の後端−先端方向の距離であり、先端から後端へ向かう方向を正とする）が−５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の位置に形成されている、
   請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記ガス流路形成部材は、第１部材と第２部材とを有しており、
   前記ガス流路は、該第１部材と該第２部材との隙間である、
   請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 前記第１部材は、前記センサ素子を囲む第１円筒部を有しており、
   前記第２部材は、前記第１円筒部よりも大径の第２円筒部を有しており、
   前記ガス流路は、前記第１円筒部の外周面と前記第２円筒部の内周面との間の筒状の隙間である、
   請求項３に記載のガスセンサ。
5. 前記第１円筒部の外周面と前記第２円筒部の内周面との少なくとも一方の面には、他方の面に向けて突出して該他方の面に接する複数の突出部が設けられている、
   請求項４に記載のガスセンサ。
6. 前記第１部材は、前記センサ素子を囲む第１円筒部を有しており、
   前記第２部材は、前記第１円筒部よりも大径の第２円筒部を有しており、
   前記第１円筒部の外周面と前記第２円筒部の内周面とが接し、且つ、前記第１円筒部の外周面と前記第２円筒部の内周面との少なくとも一方に凹部が形成されており、
   前記ガス流路は、前記凹部により形成された隙間である、
   請求項３に記載のガスセンサ。
7. 前記ガス流路は、前記ガス流路形成部材を貫通する孔である、
   請求項１又は２に記載のガスセンサ。
8. 前記ガス流路は、前記外側ガス孔から前記センサ素子の前記ガス導入口に達するまでの前記被測定ガスの経路中に形成され、前記センサ素子の後端側から先端側へ向かい且つ前記センサ素子の後端−先端方向に平行な流路である、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
9. 前記ガス流路は、前記外側ガス孔から前記センサ素子の前記ガス導入口に達するまでの前記被測定ガスの経路中に形成され、前記センサ素子の後端側から先端側へ向かい且つ前記センサ素子の後端側から先端側に向かうにつれて該センサ素子に近づくように後端−先端方向から傾斜した流路である、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
10. 前記ガス流路は、前記ガス導入口の配置された空間側の開口部である素子側開口部の開口面積が、前記外側ガス孔の配置された空間側の開口部である外側開口部の開口面積よりも小さい、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載のガスセンサ。
11. 前記センサ素子は、前記ガス流路のうち前記ガス導入口の配置された空間側の開口部である素子側開口部から該ガス流路を仮想的に延長した領域以外の位置に、配置されている、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガスセンサ。
12. 前記ガス流路は、前記素子側開口部が、前記センサ素子の後端−先端方向に平行に開口している、
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガスセンサ。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガスセンサであって、
    前記外側保護カバーと前記センサ素子との間に配置され前記センサ素子の先端を覆う有底筒状の内側保護カバー、
    を備え、
    前記ガス流路形成部材は、前記内側保護カバーの少なくとも一部を構成している、
    ガスセンサ。
14. 前記内側保護カバーには、前記ガス流路よりも前記センサ素子の先端方向に位置する内側ガス孔が形成されている、
    請求項１３に記載のガスセンサ。
15. 請求項１４に記載のガスセンサであって、
    前記外側保護カバーは、前記外側ガス孔である第１外側ガス孔が形成された円筒状の胴部と、該第１外側ガス孔よりも前記センサ素子の先端方向に位置する第２外側ガス孔が形成され該胴部よりも内径の小さい有底筒状の先端部と、を有し、
    前記外側保護カバーの胴部と前記内側保護カバーとの間には、前記ガス流路により前記内側保護カバーの内部と連通する第１ガス室が形成されており、
    前記外側保護カバーの先端部と前記内側保護カバーとの間には、前記第１ガス室と直接には連通しておらず、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２ガス室が形成されている、
    ガスセンサ。