JP7489936B2 - ガスセンサ - Google Patents

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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。例えば、特許文献１には、ガス導入口から内部に流入した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、センサ素子の先端を覆う外側保護カバーと、外側保護カバーとセンサ素子との間に配置された内側保護カバーと、を備えたガスセンサが記載されている。特許文献１の内側保護カバーは、外側保護カバーの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たガス流路を形成している。これにより、所定の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ができるとしている。また、例えば、特許文献２には、内部空所に導入された被測定ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサ部に加え、センサ素子の表面に形成されたＮＨ3検知電極を備えたＮＨ3ガスセンサ部を有するガスセンサが記載されている。
国際公開第２０１４／１９２９４５号パンフレット 特開２０１８－４０７４６号公報
ところで、特許文献１のガスセンサにおいて特許文献２のセンサ素子を採用した場合、言い換えると、特許文献１のガスセンサにおいて所定のガス（以下第１特定ガスとも称する）とは異なるガス（以下第２特定ガスとも称する）を検知する検知電極をセンサ素子の表面に追加した場合、第１特定ガスに対する応答性は良好なものの、以下の問題があった。すなわち、被測定ガスが検知電極に到達するのに時間がかかり、第２特定ガスに対する応答性が低いことがあった。そこで、第２特定ガスに対する応答性を高めるために、内側保護カバーに入口を追加することを検討している。しかし、検知電極が多孔質の保護層で覆われている場合に、追加する入口の位置によっては第２特定ガスに対する感度が低下してしまうことがあった。そのため、第２特定ガスに対するガスセンサの感度の低下を抑制することが望まれていた。
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、第２特定ガスに対するガスセンサの感度の低下を抑制することを主目的とする。
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のガスセンサは、
先端と該先端とは反対側の後端とを有し、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体を備え、前記被測定ガス流通部の入口であるガス導入口から前記被測定ガス流通部に流入した前記被測定ガス中の第１特定ガスの濃度を検出するための検出部を備えたセンサ素子と、
前記センサ素子の前記先端及び前記ガス導入口が内部に配置されるセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である１以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である１以上の素子室出口とが配設された筒状の内側保護カバーと、
前記被測定ガスの外部からの入口である１以上の外側入口と前記被測定ガスの外部への出口である１以上の外側出口とを有し、前記内側保護カバーの外側に配設された筒状の外側保護カバーと、
を備え、
前記センサ素子は、前記被測定ガス中の前記第１特定ガスとは異なる第２特定ガスの濃度に応じた起電力を生じる混成電位セルを備え、
前記混成電位セルは、前記素子本体の外部かつ前記ガス導入口よりも後方に配設された検知電極を備え、
前記検知電極は、前記センサ素子室の内部に配置され、
前記内側保護カバーは、前記センサ素子の周囲を囲む筒状の第１部材と、該第１部材の周囲を囲む筒状の第２部材とを有し、前記素子室入口として、前記第１部材に配設された１以上の第１入口と、前記第１部材及び前記第２部材の間の隙間として形成された１以上の第２入口と、を有し、
前記第２入口の前記センサ素子室側の開口は、前記検知電極及び前記第１入口よりも前方に配置され、かつ、前方に向けて開口し、
前記検知電極を覆う多孔質の保護層を備え、
前記１以上の前記第１入口のうちの少なくとも１つは、前記第１部材の軸線方向に垂直な仮想平面に前記第１部材及び前記センサ素子を垂直投影した仮想投影図において、前記センサ素子のうち前記検知電極が配設された配設面に垂直で前記配設面の中心から前記素子本体とは反対側に引いた第１直線と、前記配設面の前記中心から前記第１入口の中心に向けて引いた第２直線と、のなす角度θが７３．６°以下となるように配置されている、
ものである。
このガスセンサでは、ガスセンサの周囲を流れる被測定ガスが、外側保護カバーの外側入口から外側保護カバー内に流入し、内側保護カバーの素子室入口からセンサ素子室内に流入し、ガス導入口及び検知電極に到達する。ここで、素子室入口のうち第１入口は、センサ素子を囲む筒状の第１部材に配設されている。また、素子室入口のうち第２入口は、筒状の第１部材と第１部材の周囲を囲む筒状の第２部材との間の隙間として形成されている。さらに、第２入口のセンサ素子室側の開口は、検知電極及び第１入口よりも前方に配置され、かつ、前方に向けて開口している。このように形成された素子室入口では、第２入口からセンサ素子室内に流入する被測定ガスは、センサ素子の後端側から先端側、言い換えると後方から前方へ向かう流れとして、検知電極よりも前方からセンサ素子室内に流入する。このため、第２入口からセンサ素子室内に流入する被測定ガスは、検知電極よりも前方にあるガス導入口に素早く到達する。また、第１入口からセンサ素子室内に流入する被測定ガスは、ガス導入口よりも後方に配置された検知電極に素早く到達する。ところで、このガスセンサは検知電極を覆う多孔質の保護層を備えている。保護層を備えたガスセンサでは、検出部が第１特定ガスの濃度の検出に適した所定の高温になるように素子本体が加熱されるのに伴って保護層も高温になる。このため、保護層を備えたガスセンサでは、第１入口からセンサ素子室内に流入した被測定ガスが検知電極に至るまでの間に高温の保護層と接触することによって被測定ガス中の第２特定ガスが燃焼するなどして、第２特定ガスに対する感度が低下することがある。しかし、本発明のガスセンサでは、角度θが７３．６°以下の第１入口を有している。角度θが７３．６°以下の第１入口では、第１入口からセンサ素子室内に流入した被測定ガスが検知電極に至るまでの間に保護層と接触する距離が比較的短い。以上により、このガスセンサでは、被測定ガス中の第２特定ガスに対する感度の低下が抑制される。なお、第２入口のセンサ素子室側の開口に関し、「前方に向けて開口している」とは、後方や真横（前方に垂直な方向）に向けて開口している場合を除く趣旨である。このため、第２入口のセンサ素子室側の開口は、例えば、前後方向と平行に開口していてもよいし、前方に向かうにつれてセンサ素子に近づくように前後方向から傾斜して開口していてもよい。
本発明のガスセンサにおいて、前記第１部材には複数の前記第１入口が配設されており、前記仮想投影図において、前記配設面の前記中心を回転中心にして前記第１直線を７３．６°回転した直線を第３直線とし、前記第１直線を前記第３直線とは反対に７３．６°回転した直線を第４直線とし、前記第３直線と前記第１部材の内周面との交点を第１交点とし、前記第４直線と前記第１部材の前記内周面との交点を第２交点とすると、前記第１部材の周方向において、隣合う前記第１入口の前記中心同士の間隔が、前記第１交点と前記第２交点との間隔以下となるように、全ての前記第１入口が配設されていてもよい。第１入口がこのように配設されていれば、センサ素子に対する第１部材の取り付け向きによらず、第１入口のうち少なくとも１つにおいて角度θが７３．６°以下となる。このため、角度θが７３．６°以下の第１入口を有するガスセンサを製造しやすい。
本発明のガスセンサにおいて、全ての前記第１入口は、前記角度θが２３．５°以上となるように配置されていてもよい。角度θが２３．５°未満の第１入口では、第１入口の軸線方向に平行に真っ直ぐにセンサ素子室内に流入した比較的流速の速い被測定ガスが検知電極に当たることで検知電極が劣化しやすいことがあるが、そのような第１入口がないため、検知電極の劣化が抑制される。
本発明のガスセンサにおいて、前記１以上の前記第１入口のうちの少なくとも１つは、前記角度θが３９．１°以下となるように配置されていてもよい。角度θが３９．１°以下の第１入口を有するガスセンサでは、被測定ガス中の第２特定ガスに対する感度の低下がより抑制される。
本発明のガスセンサにおいて、前記１以上の前記第１入口のうちの少なくとも１つは、前記第１入口から前記検知電極までの最短経路長Ｌ１が、前記第２入口から前記検知電極までの最短経路長Ｌ２よりも短い位置に配置されていてもよい。検知電極により近い位置に第１入口が配置されているため、第２特定ガスに対する応答性がより良好なものとなる。
本発明のガスセンサにおいて、前記検出部は、前記素子本体の外部に配設された外側電極を備え、前記検知電極は、前記外側電極よりも後方に配設されていてもよい。検知電極が外側電極よりも後方に配設されている場合には、第２入口から検知電極までの最短経路長Ｌ２が比較的長く、第２入口からセンサ素子室内に流入する被測定ガスが検知電極まで到達するのに時間がかかるため、第１入口を設ける意義が高い。
本発明のガスセンサにおいて、全ての前記第１入口は、前記第１入口を該第１入口の軸線方向に平行に前記素子本体の表面に向けて投影した投影領域に前記検知電極が重ならない位置に配置されていてもよい。こうすれば、第１入口の軸線方向に平行に真っ直ぐにセンサ素子室内に流入した比較的流速の速い被測定ガスが検知電極に直接当たらないため、検知電極の劣化が抑制される。
本発明のガスセンサにおいて、前記第１部材は、円筒状の側部を有し、前記第１入口は、前記第１部材の前記側部に配設された孔であってもよい。
本発明のガスセンサにおいて、前記１以上の前記第１入口のうちの少なくとも１つでは、前記第１入口から前記検知電極までの最短経路長Ｌ１は、１２．０ｍｍ以下であり、全ての前記第１入口では、前記第１入口から前記検知電極までの最短経路長Ｌ１が０．２ｍｍ以上であってもよい。全ての第１入口において、最短経路長Ｌ１が０．２ｍｍ以上であれば、第１入口からセンサ素子室内に流入した被測定ガスの流速が検知電極に至るまでに適度に抑えられるため、被測定ガスが当たることによる検知電極の劣化が抑制される。また、最短経路長Ｌ１が１２．０ｍｍ以下の第１入口が存在する場合には、その第１入口からセンサ素子室内に流入した被測定ガスは、比較的速い流速を保ったまま検知電極に至るため、第２特定ガスに対する応答性がより良好なものとなる。
配管１０へのガスセンサ１００の取り付け状態の概略説明図。 ガスセンサ１００の断面模式図。 センサ素子１１０の断面模式図。 図２の部分拡大図。 図２のＡ－Ａ断面図。 図２のＢ－Ｂ断面図。 図２のＣ視図。 最短経路長Ｌ１，Ｌ２の説明図。 ガスセンサ１００の仮想投影図。 センサ素子１１０に対する保護カバー１２０の取り付け向きを変更したガスセンサの仮想投影図。 ガスセンサ１００の検知電極５６を右に移動させた場合の仮想投影図。 変形例のガスセンサ２００の断面模式図。 変形例の第２入口３２７を示す模式図。
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１０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２は、本発明の一実施形態であるガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。図３は、ガスセンサ１００が備えるセンサ素子１１０の断面模式図である。図４は、図２の部分拡大図である。図５は、図２のＡ－Ａ断面図である。図６は、図２のＢ－Ｂ断面図である。図７は図２のＣ視図である。図８は、最短経路長Ｌ１，Ｌ２の説明図であり、各最短経路を前方から見た図である。図２に示すように、センサ素子１１０が備える素子本体２０の長手方向を前後方向、素子本体２０の厚み方向を上下方向とする。また、図５に示すように、素子本体２０の幅方向（長手方向と厚み方向に垂直な方向）を左右方向とする。なお、図２は、図５のＤ－Ｄ断面図に相当する。センサ素子１１０の内部構造については、図３に詳しく図示し、図２，４～６では図示を省略する。
図１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１０に取り付けられる。ガスセンサ１００は、エンジンから排出された排気ガスを被測定ガスとして、被測定ガス中の第１特定ガスの濃度と、被測定ガス中の第２特定ガスの濃度とを検出するようになっている。本実施形態では、第１特定ガスがＮＯｘであり、第２特定ガスがアンモニアである場合について説明する。
ガスセンサ１００は、図２に示すように、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、センサ素子１１０を封入固定する素子封止体１０１と、素子封止体１０１に取り付けられたボルト１０３とを備えている。素子封止体１０１は、金属製で円筒状のハウジング１０２と、ハウジング１０２の内側の貫通孔内に封入されたセラミックス製のサポーター１０４と、ハウジング１０２の内側の貫通孔内に封入されたタルクなどのセラミックス粉末を成形した圧粉体１０５と、を備えている。センサ素子１１０は素子封止体１０１の中心軸上に位置しており、素子封止体１０１を前後方向に貫通している。圧粉体１０５はハウジング１０２とセンサ素子１１０との間で圧縮されている。これにより、圧粉体１０５がハウジング１０２内の貫通孔を封止すると共にセンサ素子１１０を固定している。ボルト１０３は、金属製で円筒状の部材であり、外周面におねじが設けられている。素子封止体１０１のハウジング１０２は配管１０に溶接され内周面にめねじが設けられた固定用部材１２内に挿入されており、さらにボルト１０３が固定用部材１２に螺合されることでハウジング１０２が固定用部材１２内に固定されている。これにより、ガスセンサ１００が配管１０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、先端と、先端とは反対側の後端とを有している。図３に示すように、センサ素子１１０は、素子本体２０と、検出部２３と、混成電位セル５５と、を備えている。センサ素子１１０の先端は、センサ素子１１０の長手方向の両端のうち後述するセンサ素子室１２４内に配置される端、つまり前方の端であり、以下では前端とも称する。
図３に示すように、素子本体２０は、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数枚（図３では６枚）上下方向に積層した積層体を有している。素子本体２０は直方体形状であるため、図３，５に示すように、素子本体２０は外表面として上面２０ａ，下面２０ｂ，左面２０ｃ，右面２０ｄ，前端面２０ｅ，後端面２０ｆを有している。上面２０ａは、素子本体２０の長手方向（軸線方向）に沿った表面である。素子本体２０の寸法は、例えば前後方向の長さが２５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、左右方向の長さ（幅）が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、上下方向の長さ（厚み）が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下としてもよい。また、素子本体２０には、前端面２０ｅに開口して被測定ガスを自身の内部に導入する被測定ガス導入口２１ａ（本発明のガス導入口に相当）と、後端面２０ｆに開口してＮＯｘ濃度の検出の基準となる基準ガス（ここでは大気）を自身の内部に導入する基準ガス導入口２２と、が形成されている。素子本体２０の内部には、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部２１が設けられている。被測定ガス流通部２１は、被測定ガス流通部２１の入口である被測定ガス導入口２１ａから測定電極２７に至る空間である。被測定ガス導入口２１ａの左右方向の長さ（幅）は例えば１ｍｍ以上９ｍｍ以下である。上面２０ａから被測定ガス導入口２１ａまでの上下方向の長さ、言い換えると前端面２０ｅの上端から被測定ガス導入口２１ａまでの上下方向の長さである距離Ｋ３（図３，４参照）は、例えば０．１ｍｍ以上２．４ｍｍ以下である。
検出部２３は、被測定ガス導入口２１ａから被測定ガス流通部２１に流入した被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出するためのものである。検出部２３は、素子本体２０の前端側に配設された複数の電極を有している。本実施形態では、検出部２３は、複数の電極として、外側電極２４と、内側主ポンプ電極２５と、内側補助ポンプ電極２６と、測定電極２７と、基準電極２８と、を備えている。外側電極２４は、素子本体２０の外部、より詳しくは、素子本体２０の上面２０ａに配設されている。内側主ポンプ電極２５，内側補助ポンプ電極２６，及び測定電極２７は、素子本体２０の内部に配設され、被測定ガス導入口２１ａから後方に向かってこの順に被測定ガス流通部２１内に配設されている。基準電極２８は、素子本体２０の内部に配設されており、基準電極２８には基準ガス導入口２２を介して基準ガスが到達する。内側主ポンプ電極２５及び内側補助ポンプ電極２６は、素子本体２０の内部の空間の内周面に配設されておりトンネル状の構造を有していてもよい。外側電極２４は、例えば多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕ及びＰｔとＺｒＯ2とのサーメット電極）として形成される。検出部２３が有する他の電極２５～２８も、同様に多孔質サーメット電極として形成されていてもよい。
検出部２３を用いて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出する原理は周知であるため詳細な説明は省略するが、検出部２３は、例えばセンサ素子１１０（特に検出部２３、混成電位セル５５）に接続された図示しないコントローラによって以下のように制御され、以下のように動作する。コントローラーは、外側電極２４と基準電極２８との間の電圧Ｖ０が目標値となるように、外側電極２４と内側主ポンプ電極２５との間に電圧Ｖｐ０を印加する。この電圧Ｖｐ０によって、検出部２３は、内側主ポンプ電極２５周辺の被測定ガス中の酸素を外部（図２のセンサ素子室１２４）へ汲み出し又は汲み入れる。このとき、外側電極２４と内側主ポンプ電極２５との間にはポンプ電流Ｉｐ０が流れる。このポンプ電流Ｉｐ０は、被測定ガス中の酸素濃度に応じた値（酸素濃度を導出可能な値）となる。また、コントローラーは、内側補助ポンプ電極２６と基準電極２８との間の電圧Ｖ１が目標値となるように、外側電極２４と内側補助ポンプ電極２６との間に電圧Ｖｐ１を印加する。この電圧Ｖｐ１によって、検出部２３は、内側補助ポンプ電極２６周辺の被測定ガス中の酸素を外部（センサ素子室１２４）へ汲み出し又は汲み入れる。これらにより、酸素濃度が所定値に調整された後の被測定ガスが、測定電極２７周辺に到達する。測定電極２７は、ＮＯｘの還元触媒として機能し、到達した被測定ガス中のＮＯｘを還元する。そして、コントローラーは、測定電極２７と基準電極２８との間の電圧Ｖ２が目標値となるように、外側電極２４と測定電極２７との間に電圧Ｖｐ２を印加する。この電圧Ｖｐ２によって、検出部２３は、測定電極２７周辺の被測定ガス中の酸素を外部（センサ素子室１２４）に汲み出す。これにより、検出部２３は、被測定ガス中のＮＯｘが還元されることにより発生した酸素が実質的にゼロとなるように、測定電極２７周辺の酸素を外部に汲み出す。このとき、外側電極２４と測定電極２７との間にはポンプ電流Ｉｐ２が流れる。このポンプ電流Ｉｐ２は、被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じた値（ＮＯｘ濃度を導出可能な値）となる。
また、素子本体２０には、検知電極５６が配設されている。検知電極５６は、被測定ガスと接触するように素子本体２０の外部かつ被測定ガス導入口２１ａよりも後方に配設されている。より具体的には、検知電極５６は、素子本体２０の上面２０ａに配設されている。また、検知電極５６は、素子本体２０のうち外側電極２４よりも後方に配設されている。本実施形態では、検知電極５６は、上面視で測定電極２７とほぼ同じ大きさ及び同じ位置に配設され、センサ素子１１０の幅方向の中央に配設されている。なお、上面２０ａのうち検知電極５６が配設された部分（検知電極５６の下面と接する部分）を、配設面５６ａと称する。この検知電極５６と、検出部２３と兼用の基準電極２８と、両電極間の固体電解質層とによって、混成電位セル５５が構成されている。混成電位セル５５では、検知電極５６において被測定ガス中のアンモニア濃度に応じた混成電位（起電力ＥＭＦ）が生じる。そして、検知電極５６と基準電極２８との間の起電力ＥＭＦの値が被測定ガス中のアンモニアの濃度の検出に用いられる。検知電極５６は、アンモニアの濃度に応じた混成電位を生じ、アンモニア濃度に対する検出感度を有する材料を主成分として構成されている。検知電極５６は、例えば金（Ａｕ）などの貴金属を主成分としてもよいし、導電性酸化物を主成分としてもよい。貴金属を主成分とする場合、検知電極５６は、Ａｕ－Ｐｔ合金を主成分とすることが好ましい。ここで、主成分とは、含まれる成分全体のうち存在量（ａｔｍ％，原子量比）が最も多い成分をいうものとする。本実施形態では、検知電極５６は、Ａｕ－Ｐｔ合金とジルコニアとの多孔質サーメット電極とした。検知電極５６は、例えば、前後方向の長さが０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、左右方向の長さ（幅）が１．０ｍｍ以上９．０ｍｍ以下であり、上下方向の長さ（厚み）が５μｍ以上４０μｍ以下である。検知電極５６は、例えば、素子本体２０の前端面２０ｅから検知電極５６の前端までの距離Ｋ１が７．０ｍｍ以上１４．０ｍｍ以下となる位置に配置されている。
センサ素子１１０は、ヒータ２９を備えている。ヒータ２９は、素子本体２０内部に配設された電気抵抗体である。ヒータ２９は、外部から給電されることにより発熱して素子本体２０を加熱する。ヒータ２９は、素子本体２０が有する固体電解質層の加熱及び保温を行って、検出部２３の固体電解質層が活性化する温度（例えば８００℃）に調整することが可能となっている。また、これによって、混成電位セル５５の検知電極５６は、アンモニアの検知に適した温度（例えば８００°よりも低い温度）に調整される。これらの検出部２３及び検知電極５６の温度は、例えば、外部からヒータ２９に給電される電力を調整するとともに、ヒータ２９，検出部２３，及び検知電極５６の位置関係を調整することによって、調整できる。
また、センサ素子１１０は、緩衝層８４及び保護層８５を備えている。緩衝層８４は、多孔質体であり、素子本体２０の表面に配設されて保護層８５と素子本体２０とを接着する役割を果たす。緩衝層８４は、素子本体２０の上面２０ａの少なくとも一部を被覆する上側緩衝層８４ａと、素子本体２０の下面２０ｂの少なくとも一部を被覆する下側緩衝層８４ｂと、を備えている。上側緩衝層８４ａは、検知電極５６及び外側電極２４も被覆している。上側緩衝層８４ａ及び下側緩衝層８４ｂの各々は、素子本体２０の前端から、検出部２３及び混成電位セル５５に含まれる各電極２４，２５，２６，２７，２８，５６よりも後方までの領域に存在している。また、上側緩衝層８４ａ及び下側緩衝層８４ｂの各々は、被測定ガス流通部２１の後端及び保護層８５の後端よりも後方まで存在している。保護層８５は、多孔質体であり、素子本体２０の前端部の周辺、より具体的には検出部２３及び混成電位セル５５が存在する領域の周囲を被覆している。保護層８５は、緩衝層８４が形成された素子本体２０について、その前端面を全て被覆し、その上下左右の面の一部を被覆している。保護層８５は、被測定ガス流通部２１の後端よりも後方まで存在している。保護層８５は、例えば被測定ガス中の水分等が付着して素子本体２０にクラックが生じるのを抑制する役割を果たす。また、保護層８５は、被測定ガスに含まれるオイル成分等が素子本体２０の外部に配設された外側電極２４及び検知電極５６等に付着するのを抑制する役割も果たす。緩衝層８４も、保護層８５と同様の役割を果たす。このため、緩衝層８４及び保護層８５が本発明の保護層に相当する。緩衝層８４及び保護層８５は、例えばアルミナ、ジルコニア、スピネル、コージェライト、マグネシアなどの多孔質セラミックスからなるものである。緩衝層８４と保護層８５とは、主成分が同じであることが好ましい。本実施形態では、緩衝層８４及び保護層８５はアルミナからなる多孔質セラミックスであるものとした。保護層８５は多孔質体であるため、被測定ガスは保護層８５の内部を流通して被測定ガス導入口２１ａに到達可能である。また、保護層８５及び緩衝層８４は多孔質体であるため、被測定ガスは保護層８５及び緩衝層８４の内部を流通して外側電極２４及び検知電極５６に到達可能である。なお、センサ素子１１０は緩衝層８４及び保護層８５のうちの一方のみを備えていてもよい。また、緩衝層８４及び保護層８５は、少なくとも検知電極５６を被覆していれば、その他の部分を被覆しなくてもよい。検知電極５６を被覆する保護層の厚み（本実施形態では緩衝層８４及び保護層８５の厚みの合計）は、例えば２００μｍ以上９００μｍ以下である。
図２，４～７に示すように、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。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。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。保護カバー１２０は、金属（例えばＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス鋼）で形成されている。
内側保護カバー１３０は、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１部材１３１は、センサ素子１１０の周囲を囲んでいる。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よりも前方に位置する先端部１３８と、先端部１３８の後端に接続して配設され先端部１３８の外周面よりも外側に突出する段差部１３９と、第２円筒部１３６の前端と段差部１３９とを接続する接続部１３７と、を有している。第２部材１３５は、第１部材１３１（特に第１円筒部１３４）の周囲を囲んでいる。先端部１３８は、側部１３８ｄと底部１３８ｅとを有している。先端部１３８には、センサ素子室１２４と第２ガス室１２６とに通じ、センサ素子室１２４からの被測定ガスの出口である１以上の素子室出口１３８ａが形成されている。本実施形態では、素子室出口１３８ａは、側部１３８ｄに周方向に等間隔に形成された複数（４個）の円形の孔１３８ｂを有している。素子室出口１３８ａは、先端部１３８の底部１３８ｅには配設されていない。素子室出口１３８ａは、被測定ガス導入口２１ａよりも前方に配置されている。第１円筒部１３４の外径の半径Ｒ１（図５参照）は例えば３ｍｍ以上６ｍｍ以下である。また、第２円筒部１３６の内径の半径Ｒ２（図５参照）は例えば３．２ｍｍ以上７ｍｍ以下である。第１円筒部１３４及び第２円筒部１３６を含む内側保護カバー１３０の厚みは例えば０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。
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、接続部１３７の先端側（前端側）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、接続部１３７の先端部分を先端部１４６内に圧入することで、第２部材１３５を固定してもよい。
第２円筒部１３６の内周面には、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５，６に示すように、突出部１３６ａは３個設けられ、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、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っている。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。なお、突出部１３６ａは、３個に限らず２個や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。
内側保護カバー１３０は、上述したようにセンサ素子室１２４を内側に有している。センサ素子室１２４は、内側保護カバー１３０の内側の空間として形成されており、センサ素子室１２４の後端は素子封止体１０１で塞がれている。より具体的には、センサ素子室１２４は、先端部１３８，段差部１３９，接続部１３７，第２円筒部１３６，第１円筒部１３４，ハウジング１０２，サポーター１０４により囲まれた空間である。センサ素子室１２４の内部には、センサ素子１１０の先端及び被測定ガス導入口２１ａが配置される。また、センサ素子室１２４の内部には、検知電極５６が配置される。内側保護カバー１３０は、センサ素子室１２４への入口である素子室入口１２３として、１以上の第１入口１２５と、１以上の第２入口１２７とを有している。
第１入口１２５は、第１部材１３１に配設されている。本実施形態では、第１入口１２５として、第１部材１３１の円筒状の側部（第１円筒部１３４）に周方向に等間隔に形成された複数（６個）の円形の孔１２５ａを有している（図５参照）。図４に示すように、孔１２５ａは、前後方向に垂直かつ第１円筒部１３４の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。また、孔１２５ａは、第１ガス室１２２側からセンサ素子室１２４側まで孔径が一定であることにより、孔１２５ａの内周面が孔１２５ａの中心軸に平行に形成されている。孔１２５ａは、センサ素子室１２４側の開口である素子側開口１２５ｂを有している。素子側開口１２５ｂは孔１２５ａのうち第１円筒部１３４の内周面１３４ａに開口している。第１入口１２５の各孔１２５ａの直径Ｄ１（図４参照）は、例えば１．００ｍｍ以上３．５３ｍｍ以下である。本実施形態では、孔１２５ａの径はいずれも同じ値とした。第１入口１２５は、例えば、第１円筒部１３４の前端面から各孔１２５ａの後端までの前後方向の距離Ｋ４（図４参照）が４ｍｍ以上８ｍｍ以下となる位置に配置されている。
第２入口１２７は、第１部材１３１及び第２部材１３５の間の隙間として形成されている。本実施形態では、第２入口１２７は、第１円筒部１３４の外周面と第２円筒部１３６の内周面との間の円筒状の隙間（ガス流路）として形成されている。第２入口１２７は、第２部材１３５の後端（ここでは第２円筒部１３６の後端）から第１部材１３１の前端（ここでは第１円筒部１３４の前端）までの空間である。第２入口１２７は、外側入口１４４ａの配置された空間である第１ガス室１２２側の開口である後方開口１２８と、被測定ガス導入口２１ａの配置された空間であるセンサ素子室１２４側の開口である前方開口１２９と、を有している。後方開口１２８は、第２円筒部１３６の内周面の後端と第１円筒部１３４の外周面との間のリング状の隙間である。前方開口１２９は、第２円筒部１３６の内周面と第１円筒部１３４の外周面の前端との間のリング状の隙間である。後方開口１２８は、前方開口１２９よりも後方に形成されている。そのため、外側入口１４４ａから被測定ガス導入口２１ａに達するまでの被測定ガスの経路中で、第２入口１２７はセンサ素子１１０の後端側から先端側、言い換えると後方から前方へ向かう流路となっている。また、第２入口１２７は、センサ素子１１０の後端－先端方向に平行な流路（前後方向に平行な流路）となっている。
前方開口１２９は、検知電極５６及び第１入口１２５よりも前方に配置され、かつ、センサ素子１１０の後端から先端へ向かう方向（前方）に向けて開口している。また、前方開口１２９は、センサ素子１１０の後端－先端方向（前後方向）に平行に開口している。そのため、センサ素子１１０は、第２入口１２７を前方開口１２９から仮想的に延長した領域（前方開口１２９の真前の領域）以外の位置に、配置されている。前方開口１２９は、被測定ガス導入口２１ａからの距離Ｋ２（図４参照）が－５ｍｍ以上２ｍｍ以下の位置に形成されていることが好ましい。なお、距離Ｋ２は、センサ素子１１０の軸方向に沿った距離（前後方向の距離）であり、被測定ガス導入口２１ａよりも前方開口１２９が後方に位置する場合に距離Ｋ２が正の値となるものとする。また、距離Ｋ２は、前後方向で、被測定ガス導入口２１ａの開口の端部のうち最も前方開口１２９に近い部分と、前方開口１２９の端部のうち最も被測定ガス導入口２１ａに近い部分と、の距離とする。例えば、図４において被測定ガス導入口が素子本体２０の側面（例えば上面２０ａ）に開口する穴である場合、被測定ガス導入口の開口の後端より後方に前方開口１２９が位置するときには、被測定ガス導入口の開口の後端と前方開口１２９との距離が距離Ｋ２となり、距離Ｋ２は正の値となる。同様に、図４において被測定ガス導入口が素子本体２０の側面に開口する穴である場合、被測定ガス導入口の開口の前端より前方に前方開口１２９が位置するときには、被測定ガス導入口の開口の前端と前方開口１２９との距離が距離Ｋ２となり、距離Ｋ２は負の値となる。なお、図４において被測定ガス導入口が素子本体２０の側面に開口する穴である場合、被測定ガス導入口の開口の後端と前端との間に前方開口１２９が位置するときには、距離Ｋ２は値０となる。本実施形態では、前方開口１２９は、距離Ｋ２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、被測定ガス導入口２１ａよりも後方に前方開口１２９が形成されているものとした。なお、前方開口１２９は、距離Ｋ２が負の値となる位置に形成されていてもよい。すなわち、被測定ガス導入口２１ａよりも前方に前方開口１２９が存在していてもよい。
第１入口１２５（ここでは孔１２５ａ）のうちの少なくとも１つは、孔１２５ａから検知電極５６までの最短経路長Ｌ１が、第２入口１２７から検知電極５６までの最短経路長Ｌ２よりも短い位置に配置されている。最短経路長Ｌ１，Ｌ２について、図４及び図８を用いて説明する。最短経路長Ｌ１は、各孔１２５ａから検知電極５６に至る被測定ガスの流路における最短経路の長さとする。図４に現れる孔１２５ａの場合、素子側開口１２５ｂの後端から検知電極５６上面の前端の中央に至る直線の長さ（図４及び図８において太破線Ｌ１として現れる経路の長さ）が最短経路長Ｌ１である。また、最短経路長Ｌ２は、第２入口１２７から検知電極５６に至る被測定ガスの流路における最短経路の長さとする。本実施形態では、第２入口１２７の前方開口１２９の内周（第１部材１３１の前端面の外周）から第１部材１３１の前端面の内周に至る直線と、第１部材１３１の前端面の内周から検知電極５６の上面の前端の右端（左端でもよい）に至る直線と、の合計の長さ（図８において太破線Ｌ２として現れる経路の長さ）が最短経路長Ｌ２である。なお、図８の太破線Ｌ２は、前方から見たときに第１円筒部１３４の中心軸Ｏと検知電極５６の上面の前端の右端とを結ぶ直線の延長線上にある。また、図４の太破線（Ｌ２）は、最短経路長Ｌ２となる経路の起点や折れ点の理解を助けるために便宜的に示したものであり、最短経路長Ｌ２となる経路は図４の太破線（Ｌ２）とは上下方向の位置が厳密には一致しない。第１入口１２５のうち、最短経路長Ｌ１が最も短い第１入口１２５（孔１２５ａ）を、最近接入口とも称する。本実施形態では、図５において６個の孔１２５ａのうちセンサ素子１１０の０時方向（上方向）に位置する孔１２５ａが最近接入口である。なお、検知電極５６の左右方向の長さが図８よりも長い場合などには、６個の孔１２５ａのうちセンサ素子１１０の２時及び１０時方向に位置する孔１２５ａが最近接入口となる場合もある。最近接入口では、最短経路長Ｌ１は、例えば１２．０ｍｍ以下である。また、全ての第１入口１２５において、最短経路長Ｌ１は、例えば０．２ｍｍ以上であり、最短経路長Ｌ２は、例えば１．５ｍｍ以上１９．９ｍｍ以下である。
また、全ての第１入口１２５（ここでは孔１２５ａ）は、孔１２５ａを孔１２５ａの軸線方向に平行に素子本体２０の表面に向けて投影した投影領域に検知電極５６が重ならない位置に配置されている。投影領域について、図４を用いて説明する。投影領域は、図４に現れる孔１２５ａの場合、孔１２５ａと同軸かつ同径で、素子側開口１２５ｂから素子本体２０の上面２０ａまでの円柱形状の領域であり、図４では二点鎖線で囲まれた領域ＰＡである。本実施形態では、全ての孔１２５ａの投影領域よりも検知電極５６が後方に配置されているため、全ての孔１２５ａにおいて投影領域に検知電極５６が重ならない。なお、投影領域は、被測定ガスが通過できる領域であり、被測定ガスが通過できない物体（例えば素子本体２０）で遮られる。このため、例えば検知電極５６が図４の領域ＰＡに重なるように配置されたとしても、素子本体２０の裏側にある孔１２５ａ（図５の６時方向の孔１２５ａ）の投影領域には検知電極５６は重ならない。
第１入口１２５（ここでは孔１２５ａ）のうちの少なくとも１つは、第１部材１３１の軸線方向に垂直な仮想平面に第１部材１３１及びセンサ素子１１０を垂直投影した仮想投影図において、センサ素子１１０のうち検知電極５６が配設された配設面５６ａに垂直で配設面５６ａの中心から素子本体２０とは反対側に引いた第１直線と、配設面５６ａの中心から孔１２５ａの中心に向けて引いた第２直線と、のなす角度θが７３．６°以下となるように配置されている。孔１２５ａの中心は、素子側開口１２５ｂの中心とする。本実施形態のガスセンサ１００では、図４に現れる孔１２５ａにおいて、この角度θが０°である。角度θについて、図９を用いて説明する。図９は、ガスセンサ１００の仮想投影図である。図９において、２時方向にある孔１２５ａでは、角度θは、配設面５６ａに垂直で配設面５６ａの中心Ｘから素子本体２０とは反対側に引いた第１直線Ｓ１と、配設面５６ａの中心Ｘから孔１２５ａの中心Ｘ０に向けて引いた第２直線Ｓ２とのなす角度θ１である。その他の孔１２５ａにおいても、角度θは同様に求めればよい。本実施形態では、６個の孔１２５ａのうち、０時方向、２時方向、１０時方向にある孔１２５ａが、角度θが７３．６°以下となっている。
また、第１部材１３１は、図９の仮想投影図において、配設面５６ａの中心Ｘを回転中心にして第１直線Ｓ１を７３．６°回転した直線を第３直線Ｓ３とし、第１直線Ｓ１を第３直線Ｓ３とは反対に７３．６°回転した直線を第４直線Ｓ４とし、第３直線Ｓ３と第１部材１３１の内周面１３４ａとの交点を第１交点Ｘ１とし、第４直線Ｓ４と第１部材１３１の内周面１３４ａとの交点を第２交点Ｘ２とすると、第１部材１３１の周方向において、隣合う孔１２５ａの中心同士の間隔が、第１交点Ｘ１と第２交点Ｘ２との間隔Ｐ（図９の太破線Ｐの長さ）以下となるように、全ての孔１２５ａが配設されている。言い換えると、第１部材１３１の内周面１３４ａにおいて、第１交点Ｘ１と第２交点Ｘ２とを結ぶ円弧の中心角を角度φとすると、隣合う孔１２５ａの各中心を結ぶ円弧の中心角（例えば図９の中心角α）が全て角度φ以下となるように、全ての孔１２５ａが配設されている。全ての孔１２５ａがこのように配設された第１部材１３１を用いれば、センサ素子１１０に対する第１部材１３１の取り付け向きによらず、孔１２５ａのうちの少なくとも１つの中心は図９の太破線Ｐ上、つまりθ＝７３．６°以下の位置に配置されることとなる。そのため、孔１２５ａのうちの少なくとも１つは、上述した角度θが７３．６°以下となる。本実施形態のガスセンサ１００では、第１部材１３１に６個の孔１２５ａが周方向に等間隔に形成されているため、隣合う孔１２５ａの各中心を結ぶ円弧の中心角は全て６０°であり、角度φよりも明らかに小さい。そのため、センサ素子１１０に対する第１部材１３１の取り付け向きによらず、孔１２５ａのうちの少なくとも１つについて、上述した角度θが７３．６°以下となるように配置できる。
外側保護カバー１４０は、図２に示すように、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（前後方向）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、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。胴部１４３のうち後端周辺の部分は、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、大径部１３２，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。先端部１４６は、外側保護カバー１４０の中心軸方向（前後方向）に沿った側面を有し外径が側部１４３ａの内径よりも小さい側部１４６ａと、外側保護カバー１４０の底部である底部１４６ｂと、側部１４６ａと底部１４６ｂとを接続し側部１４６ａから底部１４６ｂに向けて縮径するテーパー部１４６ｃと、を有している。先端部１４６は、胴部１４３よりも前方に位置している。この外側保護カバー１４０は、胴部１４３に形成され被測定ガスの外部からの入口である１以上（本実施形態では複数であり、具体的には１２個）の外側入口１４４ａと、先端部１４６に形成され被測定ガスの外部への出口である１以上の外側出口１４７ａとを有している。
外側入口１４４ａは、外側保護カバー１４０の外側（外部）と第１ガス室１２２とに通じる孔である。外側入口１４４ａは、側部１４３ａに周方向に等間隔に形成された複数（本実施形態では６個）の孔１４４ｂと、段差部１４３ｂに周方向に等間隔に形成された複数（本実施形態では６個）の孔１４４ｃとを有している。この外側入口１４４ａ（孔１４４ｂ及び孔１４４ｃ）は、円形に開けられた孔である。なお、外側入口１４４ａは、図５～７に示すように、外側保護カバー１４０の周方向に沿って孔１４４ｂと孔１４４ｃとが交互に等間隔に位置するように形成されている。外側入口１４４ａは、いずれも、第２部材１３５の後端（ここでは第２円筒部１３６の後端）よりも下方に位置している。
外側出口１４７ａは、外側保護カバー１４０の外側（外部）と第２ガス室１２６とに通じる孔である。この外側出口１４７ａは、先端部１４６の底部１４６ｂの中心に形成された１以上（本実施形態では１個）の孔１４７ｃを有している（図２，図７参照）。なお、外側入口１４４ａとは異なり、外側出口１４７ａは、外側保護カバー１４０の側部（ここでは先端部１４６の側部１４６ａ）には配設されていない。この外側出口１４７ａ（ここでは孔１４７ｃ）は、円形に開けられた孔である。
外側保護カバー１４０及び内側保護カバー１３０は、上述したように第１ガス室１２２及び第２ガス室１２６を形成している。第１ガス室１２２は、胴部１４３と内側保護カバー１３０との間の空間として形成されている。より具体的には、第１ガス室１２２は、段差部１３３，第１円筒部１３４，第２円筒部１３６，側部１４３ａ、段差部１４３ｂにより囲まれた空間である。第２ガス室１２６は、先端部１４６と内側保護カバー１３０との間の空間として形成されている。より具体的には、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。
次に、ガスセンサ１００がＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度を検出する際の保護カバー１２０内の被測定ガスの流れについて説明する。配管１０内を流れる被測定ガスは、まず、複数の外側入口１４４ａ（ここでは孔１４４ｂ及び孔１４４ｃ）の少なくともいずれかを通って第１ガス室１２２内に流入する。第１ガス室１２２内に流入した被測定ガスのうちの一部は、素子室入口１２３のうち第１入口１２５を通ってセンサ素子室１２４に流入する。第１入口１２５からセンサ素子室１２４に流入した被測定ガスは、少なくとも一部がセンサ素子１１０の検知電極５６に到達する。被測定ガスが検知電極５６に到達すると、センサ素子１１０の混成電位セル５５では、この被測定ガス中のアンモニア濃度に応じた混成電位（起電力ＥＭＦ）が生じる。コントローラーは、この起電力ＥＭＦに基づいてアンモニア濃度を検出する。また、第１ガス室１２２内に流入した被測定ガスのうちの残りの一部は、素子室入口１２３のうち第２入口１２７を通ってセンサ素子室１２４に流入する。第２入口１２７からセンサ素子室１２４内に流入した被測定ガスは、少なくとも一部がセンサ素子１１０の被測定ガス導入口２１ａに到達する。被測定ガスが被測定ガス導入口２１ａに到達してセンサ素子１１０の内部に流入すると、上述したコントローラーの制御によって、検出部２３では、この被測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じたポンプ電流Ｉｐ２が流れる。コントローラーは、このポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯｘ濃度を検出する。また、センサ素子室１２４内の被測定ガスは、素子室出口１３８ａ（ここでは孔１３８ｂ）の少なくともいずれかを通って第２ガス室１２６に流入し、そこから外側出口１４７ａを通って外部に流出する。
ここで、第２入口１２７は第１部材１３１及び第２部材１３５の間の隙間として形成され、前方開口１２９は検知電極５６及び第１入口１２５よりも前方に配置されかつ前方に向けて開口している。このように形成された第２入口１２７では、第２入口１２７からセンサ素子室１２４内に流入する被測定ガスは、後方から前方へ向かう流れとして、検知電極５６及び第１入口１２５よりも前方からセンサ素子室１２４内に流入する。また、シミュレーションによれば、第１部材１３１及び第２部材１３５の間の隙間として形成された入口からからセンサ素子室１２４内に被測定ガスが流入するときの流速は、第１入口１２５のような孔から流入するときよりも早い。これらにより、検知電極５６よりも前方にある被測定ガス導入口２１ａには、第２入口１２７からセンサ素子室１２４内に流入する被測定ガスが素早く到達する。そして、被測定ガス導入口２１ａから被測定ガス流通部２１内に流入する被測定ガスは、測定電極２７周辺から外側電極２４周辺への酸素の汲み出しに伴って速やかに測定電極２７に到達し、ＮＯｘ濃度の検出に用いられる。したがって、ガスセンサ１００では、ＮＯｘに対する濃度検出の応答性が良好である。
また、第２入口１２７の前方開口１２９よりも後方かつ被測定ガス導入口２１ａよりも後方に配置された検知電極５６には、第１入口１２５からセンサ素子室１２４内に流入した被測定ガスが素早く到達し、アンモニア濃度の検出等に用いられる。このため、ガスセンサ１００では、アンモニアに対する濃度検出の応答性も良好である。
ところで、第１入口１２５からセンサ素子室１２４内に流入した被測定ガスは、検知電極５６に到達するまでに保護層８５及び緩衝層８４を通過する。保護層８５及び緩衝層８４は、素子本体２０の加熱に伴って高温になっているため、保護層８５及び緩衝層８４を被測定ガスが通過する間に被測定ガス中のアンモニアが燃焼し、アンモニアに対する感度が低下することがある。ここで、上述した角度θが小さい孔１２５ａほど、孔１２５ａからセンサ素子室１２４内に流入した被測定ガスが検知電極５６に至るまでに保護層８５及び緩衝層８４と接触する距離が短い。このため、角度θがより小さい孔１２５ａが存在するほど、アンモニアに対する感度は低下しにくいため好ましく、具体的には角度θが７３．６°以下の孔１２５ａが存在することが好ましい。ガスセンサ１００では、上述した通り、角度θが７３．６°以下の孔１２５ａとして、角度θが０°となるように配置された孔１２５ａ（図９の０時方向の孔１２５ａ）や、図９の２時方向や１０時方向の孔１２５ａを有するため、被測定ガス中のアンモニアに対する感度が低下しにくい。
以上詳述した本実施形態のガスセンサ１００は、素子室入口１２３として、上述のように形成された第１入口１２５及び第２入口１２７を有しているため、ＮＯｘ及びアンモニアに対する濃度検出の応答性が良好なものとなる。また、このガスセンサ１００では、角度θが７３．６°以下の第１入口を少なくとも１つ有しているため、測定ガス中のアンモニアに対する感度の低下が抑制される。特に、第１入口１２５のうち最近接入口の角度θが７３．６°以下である場合には、被測定ガス中のアンモニアに対する感度の低下がより抑制される。角度θが小さいほど、被測定ガス中のアンモニアに対する感度の低下が抑制されることから、第１入口１２５のうちの少なくとも１つは、例えば５３．８°以下となるように配置されていてもよい。
また、第１部材１３１の周方向において、隣合う第１入口１２５の中心同士の間隔が、上述した第１交点Ｘ１と第２交点Ｘ２との間隔以下となるように、全ての第１入口１２５が配置されている。言い換えると、第１部材１３１では、隣合う孔１２５ａの各中心を結ぶ円弧の中心角がすべて上述した角度φよりも小さい。このため、角度θが７３．６°以下のガスセンサ１００を製造しやすい。
さらに、第１入口１２５のうちの少なくとも１つ（例えば、０時方向の孔１２５ａ）は、角度θが３９．１°以下となるように配置されているため、被測定ガス中のアンモニアに対する感度の低下がより抑制される。
さらにまた、検知電極５６は外側電極２４よりも後方に配設されている。より具体的には、検知電極５６の前端は外側電極２４の後端よりも後方に配設されている。この場合、第２入口１２７から検知電極５６までの最短経路長Ｌ２が比較的長く、第２入口１２７からセンサ素子室１２４内に流入する被測定ガスが検知電極５６まで到達するのに時間がかかるため、第１入口１２５を設ける意義が高い。
そして、１以上の第１入口１２５のうちの少なくとも１つは、第１入口１２５から検知電極５６までの最短経路長Ｌ１が、第２入口１２７から検知電極５６までの最短経路長Ｌ２よりも短い位置に配置されている。つまり、検知電極５６により近い位置に第１入口１２５が配置されている。そのため、アンモニアに対する濃度検出の応答性がより良好なものとなる。
そしてまた、全ての第１入口１２５において、最短経路長Ｌ１が０．２ｍｍ以上である。これにより、第１入口１２５からセンサ素子室１２４内に流入した被測定ガスの流速が検知電極５６に至るまでに適度に抑えられるため、被測定ガスが当たることによる検知電極５６の劣化が抑制される。また、最短経路長Ｌ１が１２．０ｍｍ以下の第１入口１２５が存在するため、その第１入口１２５からセンサ素子室１２４内に流入した被測定ガスは、比較的速い流速を保ったまま検知電極５６に至る。これにより、アンモニアに対する濃度検出の応答性がより良好なものとなる。
そしてさらに、全ての第１入口１２５は、第１入口１２５を第１入口１２５の軸線方向に平行に素子本体２０の表面に向けて投影した投影領域に検知電極５６が重ならない位置に配置されている。それにより、第１入口１２５の軸線方向に平行に真っ直ぐにセンサ素子室１２４内に流入した比較的流速の速い被測定ガスが検知電極５６に直接当たらないため、検知電極５６の劣化が抑制される。
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施しうることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態では、角度θが０°の第１入口１２５が存在するものとしたが、全ての第１入口１２５は、角度θが２３．５°以上となるように配置されていてもよい。例えば、ガスセンサ１００で用いたセンサ素子１１０及び保護カバー１２０を用いる場合、図１０に示す非配置領域Ｎに第１入口１２５が配置されないように、センサ素子１１０に対する保護カバー１２０（特に第１部材１３１）の取り付け向きを調整してもよい。図１０は、センサ素子１１０に対する保護カバー１２０の取り付け向きを変更したガスセンサの仮想投影図である。非配置領域Ｎは、例えば以下のように設定する。図１０の仮想投影図において、配設面５６ａの中心Ｘを回転中心にして第１直線Ｓ１を２３．５°回転した直線を第５直線Ｓ５とし、第１直線Ｓ１を第５直線Ｓ５とは反対に２３．５°回転した直線をＳ６とする。また、第５直線Ｓ５と第１部材１３１の内周面１３４ａとの交点を第３交点Ｘ３とし、第６直線Ｓ６と第１部材１３１の内周面１３４ａとの交点を第４交点Ｘ４とする。そして、第１部材１３１の内周面１３４ａにおいて、第３交点Ｘ３と第４交点Ｘ４との間の円弧状の領域（図１０の太破線の領域）を非配置領域Ｎとする。非配置領域Ｎに配置された第１入口１２５、つまり角度θが２３．５°未満の第１入口１２５では、第１入口１２５の軸線方向に平行に真っ直ぐにセンサ素子室１２４内に流入した比較的流速の速い被測定ガスが検知電極５６に当たることで検知電極５６が劣化しやすいことがある。これに対して、図１０のように角度θが２３．５°未満の第１入口１２５が存在しない場合には、検知電極５６の劣化が抑制される。角度θは、３１．２°以上としてもよい。
上述した実施形態において、ガスセンサ１００では、センサ素子１１０に接続された図示しないコントローラーが、混成電位セル５５の起電力ＥＭＦを取得し、起電力ＥＭＦに基づいて被測定ガス中のアンモニア濃度を検出する。このとき、起電力ＥＭＦは被測定ガス中の酸素の影響も受けるため、コントローラーは、起電力ＥＭＦと、ポンプ電流Ｉｐ０に基づいて導出した被測定ガス中の酸素濃度と、を用いて被測定ガス中のアンモニア濃度を検出することが好ましい。例えば、被測定ガス中の酸素濃度（又は酸素濃度を表す値としてのポンプ電流Ｉｐ０）と起電力ＥＭＦとアンモニア濃度との対応関係を表す関係式又はマップなどを予め実験により作成してメモリに記憶しておく。そして、コントローラーは被測定ガス中の酸素濃度と起電力ＥＭＦとこの対応関係とを用いて、被測定ガス中のアンモニア濃度を検出する。これにより、ガスセンサ１００では、酸素濃度による起電力ＥＭＦの誤差を補正したアンモニア濃度を導出できる。
上述した実施形態において、ガスセンサ１００では、センサ素子１１０に接続されたコントローラーが、混成電位セル５５の起電力ＥＭＦを取得し、起電力ＥＭＦに基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度の誤差を補正してもよい。ポンプ電流Ｉｐ２は、被測定ガス中のアンモニアの影響も受けることがある。これは、以下の理由による。被測定ガス中にアンモニアが含まれると、アンモニアが被測定ガス流通部２１内で酸素と反応してＮＯが生じ、そのＮＯに由来して測定電極２７の周囲の空間に酸素が発生する。そのため、測定電極２７の周囲の空間から外側電極２４の周囲に汲み出す酸素には、このようなアンモニア由来の酸素が含まれてしまう。したがって、ポンプ電流Ｉｐ２の値は被測定ガス中のアンモニアの濃度によっても変化する。そのため、ガスセンサ１００において、コントローラーは、ポンプ電流Ｉｐ２と、上述した起電力ＥＭＦに基づいて導出した被測定ガス中のアンモニア濃度と、を用いて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出することが好ましい。例えば、ポンプ電流Ｉｐ２とアンモニア濃度とＮＯｘ濃度との対応関係を表す関係式又はマップなどを予め実験により作成してメモリに記憶しておく。そして、コントローラーはポンプ電流Ｉｐ２と被測定ガス中のアンモニア濃度とこの対応関係とを用いて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を導出する。これにより、ガスセンサ１００では、アンモニアによるポンプ電流Ｉｐ２の誤差を補正したＮＯｘ濃度を導出できる。なお、このように起電力ＥＭＦをＮＯｘ濃度の補正に用いる場合には、アンモニア濃度を検出（導出）せず、起電力ＥＭＦをそのままＮＯｘ濃度の補正に用いてもよい。
上述した実施形態では、内側保護カバー１３０は、最短経路長Ｌ１が最短経路長Ｌ２よりも短い第１入口１２５を有していたが、第１入口１２５を有していればよく、最短経路長Ｌ１が最短経路長Ｌ２よりも短い第１入口１２５が存在しなくてもよい。また、内側保護カバー１３０は、最短経路長Ｌ１が１２．０ｍｍ以下の第１入口１２５を有していたが、第１入口１２５を有していればよく、最短経路長Ｌ１が１２．０ｍｍ以下の第１入口１２５を有していなくてもよい。また、全ての第１入口１２５において最短経路長Ｌ１が０．２ｍｍ以上としたが、最短経路長Ｌ１が０．２ｍｍ未満の第１入口１２５を有していてもよい。
上述した実施形態では、検知電極５６の前端は外側電極２４の後端よりも後方に配設されているものとしたが、外側電極２４の前端よりも後方に配設されていてもよい。また、検知電極５６の後端は外側電極２４の前端よりも前方に配設されていてもよい。
上述した実施形態では、全ての第１入口１２５は、投影領域に検知電極５６が重ならない位置に配置されているものとしたが、第１入口１２５のうちの少なくとも１つは、投影領域に検知電極５６が重なる位置に配置されていてもよい。この場合、第１入口１２５の軸線方向に平行に真っ直ぐにセンサ素子室１２４内に流入した比較的流速の速い被測定ガスが検知電極５６に素早く到達するため、アンモニアに対する応答性がより良好なものとなる。また、第１入口１２５からセンサ素子室１２４内に流入した被測定ガスが検知電極５６に至るまでの間に緩衝層８４や保護層８５と接触する距離が比較的短いため、ガスセンサ１００が検知電極５６を覆う緩衝層８４や保護層８５を備える場合であっても、被測定ガス中のアンモニアに対する感度の低下が抑制される。
上述した実施形態では、第１部材１３１は、１以上の第１入口１２５として周方向に等間隔に形成された複数（６個）の孔１２５ａを有するものとしたが、孔１２５ａの数は特に限定されず１個でもよいし、孔１２５ａの少なくとも一部は等間隔に形成されていなくてもよい。なお、第１入口１２５として等間隔に形成された４個以上の孔１２５ａを有する第１部材１３１を用いると、隣合う孔１２５ａの各中心を結ぶ円弧の中心角が全て角度φ以下となりやすい。それにより、センサ素子１１０に対する第１部材１３１の取り付け向きによらず、第１入口１２５のうち少なくとも１つにおいて角度θが７３．６°以下となりやすく、角度θが７３．６°以下のガスセンサ１００を容易に製造できるため、好ましい。また、孔１２５ａの数は６個以下としてもよい。また、孔１２５ａの前後方向の位置は全て同じとしたが、同じでなくてもよい。また、孔１２５ａは円形としたが、円形でなくてもよい。
上述した実施形態では、孔１２５ａは、前後方向に垂直かつ第１円筒部１３４の中心軸に向かう方向の流路として形成されていたが、前後方向に垂直な方向から傾斜していてもよいし、第１円筒部１３４の中心軸に向かう方向から傾斜していてもよい。また、孔１２５ａの内周面は、孔１２５ａの軸線方向に平行であったが、素子側開口１２５ｂに近づくほど孔１２５ａが拡径又は縮径するように孔１２５ａの内周面が孔１２５ａの軸線方向から傾斜していてもよい。
上述した実施形態では、第１入口１２５（特に素子側開口１２５ｂ）の後端は、検知電極５６の前端よりも前方に配置されているものとしたが、検知電極５６の前端よりも後方に配置されていてもよい。また、第１入口１２５（特に素子側開口１２５ｂ）の前端は、検知電極５６の後端よりも後方に配置されていてもよい。
上述した実施形態では、検知電極５６は、センサ素子１１０の幅方向の中央に配設されているものとしたが、センサ素子１１０の幅方向において中央からずれていてもよい。図１０は、ガスセンサ１００の検知電極５６を右に移動させた場合の仮想投影図である。この場合も、仮想投影図において、角度θが７３．６°以下の孔１２５ａが１つ以上存在することが好ましい。また、隣合う孔１２５ａの各中心を結ぶ円弧の中心角が全て角度φ以下となるように、全ての孔１２５ａが配設されていることが好ましい。図１１では、６個の孔１２５ａのうち、０時方向及び２時方向にある孔１２５ａにおいて、角度θが７３．６°以下となっている。そして、上述した通り、ガスセンサ１００では、第１部材１３１に６個の孔１２５ａが周方向に等間隔に形成されているため、隣合う孔１２５ａの各中心を結ぶ円弧の中心角は全て６０°であり、角度φよりも明らかに小さい。
上述した実施形態では、素子本体２０には基準電極２８が１つ配設され、基準電極２８が検出部２３の基準電極と混成電位セル５５の基準電極とを兼ねていたが、これに限られない。例えば、基準電極２８は検出部２３用の基準電極とし、混成電位セル５５が備える基準電極を基準電極２８とは別に設けてもよい。
上述した実施形態では、第２入口１２７は、センサ素子１１０の後端－先端方向に平行な流路（前後方向に平行な流路）としたが、第２入口１２７は、前方に向かうにつれてセンサ素子１１０に近づくように前後方向から傾斜した流路としてもよい。図１２は、この場合の変形例のガスセンサ２００の縦断面図である。図１２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１２に示すように、ガスセンサ２００の保護カバー２２０は、内側保護カバー１３０に代えて内側保護カバー２３０を備えている。内側保護カバー２３０は、第１部材２３１と、第２部材２３５と、を備えている。第１部材２３１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２３４ａと、前方に向かうにつれて縮径する円筒状の第１円筒部２３４ｂと、を備えている。内側保護カバー２３０は、センサ素子室１２４への入口である素子室入口２２３として、１以上の第１入口２２５と、１以上の第２入口２２７とを有している。第１入口２２５の各孔２２５ａは、この胴部２３４ａに配設されている。第１円筒部２３４ｂは、後端部で胴部２３４ａと接続されている。第２部材２３５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、前方に向かうにつれて縮径する円筒状の第２円筒部２３６を備えている。第１円筒部２３４ｂの外周面と第２円筒部２３６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第２入口２２７となっている。第２入口２２７は、後方開口２２８と、前方開口２２９と、を有している。この第２入口２２７は、第１円筒部２３４ｂ及び第２円筒部２３６の形状によって、前方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２３０の中心軸に近づくように）前後方向から傾斜した流路となっている。同様に、前方開口２２９は、前方に向かうにつれてセンサ素子１１０に近づくように前後方向から傾斜して開口している（図１２の拡大図参照）。なお、前方開口２２９の向きは、前方開口２２９周辺の第１円筒部２３４ｂの外周面及び第２円筒部２３６の内周面に基づいて定まる前方開口２２９の軸線方向とする。また、前方開口２２９の開口面積ｂは、前方開口２２９の軸線方向に対して垂直な面の面積とする。図１２のガスセンサ２００では、第２入口２２７の流路幅は、前方に向かうにつれて狭くなっている。そのため、前方開口２２９の開口面積は後方開口２２８の開口面積よりも小さい。これにより、被測定ガスが第１ガス室２２２から第２入口２２７に流入するときと比べて、第２入口２２７からセンサ素子室１２４に流入するときの被測定ガスの流速が高まる。そのため、ＮＯｘ濃度検出の応答性を向上させることができる。なお、図１２では、第２入口２２７が前後方向から傾斜した流路となっており、前方開口２２９が前後方向から傾斜して開口し、且つ前方開口２２９の開口面積が後方開口２２８の開口面積よりも小さくなるようにしているが、これらの３つの特徴のうち１以上を省略してもよいし、ガスセンサがこれらの３つの特徴のうち１以上の特徴を有するようにしてもよい。
上述した実施形態では、第２入口１２７は第１部材１３１の第１円筒部１３４の外周面と第２部材１３５の第２円筒部１３６の内周面との間の筒状の隙間としたが、これに限られない。例えば、第１円筒部の外周面と第２円筒部の内周面との少なくとも一方に凹部（溝）が形成されており、第２入口は、凹部により形成された第１円筒部と第２円筒部との隙間としてもよい。図１３は、この場合の変形例の第２入口３２７を示す模式図であり、図２のＢ－Ｂ断面に相当する断面図である。図１３に示すように、ガスセンサ３００は、内側保護カバー１３０に代えて内側保護カバー３３０を有している。内側保護カバー３３０は、第１部材１３１に代えて第１部材３３１を有している。第１部材３３１の第１円筒部３３４は、図２のＡ－Ａ断面に相当する断面ではガスセンサ１００と同じであるが、第２部材１３５の第２円筒部１３６で周囲を囲われた部分が厚肉部３３４ａとなっている。厚肉部３３４ａの外周面と第２円筒部１３６の内周面とは接しており、厚肉部３３４ａの外周面には複数（図１３では４個）の凹部３３４ｂが等間隔に形成されている。この凹部３３４ｂと第２円筒部１３６の内周面との間の隙間が、第２入口３２７となっている。なお、第１入口１２５は、第１円筒部３３４のうち厚肉部３３４ａよりも後方の部分に配設されている。このように、内側保護カバー３３０は、センサ素子室への入口である素子室入口３２３として、１以上の第１入口１２５と、１以上の第２入口３２７とを有している。
上述した実施形態では、被測定ガス導入口２１ａは、センサ素子１１０の先端面（素子本体２０の前端面２０ｅ）に開口しているものとしたが、これに限られない。例えば、検知電極５６よりも前方であれば、センサ素子１１０の上面２０ａ，下面２０ｂ，左面２０ｃ，右面２０ｄのいずれかに開口していてもよい。
上述した実施形態では、素子本体２０は、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の酸素イオン伝導性の固体電解質層を複数枚厚さ方向に積層した積層体を有しているものとしたが、積層体において、検出部２３及び混成電位セル５５を構成する固体電解質層以外の部分は固体電解質でなくてもよい。
上述した実施形態では、第１特定ガスをＮＯｘとしたが、ＮＯｘ以外の酸化物ガスとしてもよいし、酸素としてもよい。また、第２特定ガスをアンモニアとしたが、第１特定ガスとは異なるガスであればよく、炭化水素ガスなどの可燃性ガスとしてもよい。
以下には、ガスセンサを具体的に作製した例を実施例として説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
（ガスセンサの作製）
上述のガスセンサ１００を作製した。実施例１では、素子本体２０の厚みを１．４ｍｍとし、素子本体２０の前端面２０ｅから検知電極５６の前端までの距離Ｋ１が７．５ｍｍとなる位置に検知電極５６を配設し、素子本体２０の上面２０ａからの上下方向の長さである距離Ｋ３が０．１ｍｍとなる位置に被測定ガス導入口２１ａを配設し、検知電極５６よりも前方に外側電極２４を配設した。また、第１円筒部１３４の外径の半径Ｒ１を４．７ｍｍ、第２円筒部１３６の内径の半径Ｒ２を５．３ｍｍとした。第１円筒部１３４には、直径Ｄ１が１．０ｍｍの孔１２５ａを周方向に等間隔に６個（６等配）形成した。また、実施例１では、素子本体２０の前端面２０ｅから第２入口１２７までの前後方向の距離Ｋ２が１．７ｍｍとなり、検知電極５６が第１入口１２５の各孔１２５ａの後端よりも後方に配設され、第１入口１２５から検知電極５６までの最短経路長Ｌ１の最小値が第２入口１２７から検知電極５６までの最短経路長Ｌ２よりも短かくなるように、センサ素子１１０と内側保護カバー１３０との配置を調整した。実施例１では、角度θが最も小さい孔１２５ａの角度θ（角度θの最小値）が０°となるように、センサ素子１１０と内側保護カバー１３０との配置を調整した。
（出力特性の評価）
得られたガスセンサ１００を用い、出力特性を確認した。具体的には、まず、ガスセンサ１００を図１と同様に配管に固定し、Ｏ2濃度１０％、Ｈ2Ｏ濃度５％の被測定ガス（アンモニア濃度０ｐｐｍ、ベースガスは窒素ガス）を配管に流した。そして、配管内に流す被測定ガスのアンモニア濃度を０ｐｐｍから５００ｐｐｍに変化させて、ガスセンサ１００の出力値（起電力ＥＭＦ及びポンプ電流Ｉｐ２）を測定した。アンモニア濃度を変化させる直前のガスセンサ１００の出力値を０％、アンモニア濃度を５００ｐｐｍにしてガスセンサ１００の出力が安定したときの出力値を１００％として、出力値が１００％のときの出力値を感度、出力値が１０％を超えたときから９０％を超えるまでの経過時間を特定ガスに対する応答時間として評価した。起電力ＥＭＦが大きいほど、アンモニアに対する感度が良好であることを示し、起電力ＥＭＦの応答時間が短いほど、アンモニアに対する応答性が良好であることを示す。また、ポンプ電流Ｉｐ２の応答時間が短いほど、ＮＯｘに対する応答性が良好であることを示す。なお、ＮＯｘ濃度の測定に用いられるポンプ電流Ｉｐ２は、アンモニアによっても出力がわずかに変動するため、アンモニア濃度を変化させたときのＩｐ２の応答時間を調べることで、ＮＯｘに対する応答性を判断できる。結果を表１に示す。
［実施例２～７］
実施例２は、センサ素子１１０と内側保護カバー１３０との配置を調整して、角度θの最小値を２３．５°にした以外は実施例１と同様とした。実施例３は、センサ素子１１０と内側保護カバー１３０との配置を調整して、角度θの最小値を３１．２°にした以外は実施例１と同様とした。実施例４は、素子本体２０の厚みを１．５ｍｍ、第１円筒部１３４の外径の半径Ｒ１を５．０ｍｍに変更し、角度θの最小値が３４．７°になるようにセンサ素子１１０と内側保護カバー１３０との配置を調整した以外は実施例１と同様とした。実施例５は、素子本体２０の厚みを１．５ｍｍ、第１円筒部１３４の外径の半径Ｒ１を３．０ｍｍに変更し、角度θの最小値が３９．１°になるようにセンサ素子１１０と内側保護カバー１３０との配置を調整した以外は実施例１と同様とした。実施例６は、素子本体２０の厚みを３．０ｍｍ、第１円筒部１３４の外径の半径Ｒ１を３．０ｍｍに変更し、角度θの最小値が５３．８°となるようにセンサ素子１１０と内側保護カバー１３０との配置を調整した以外は実施例１と同様とした。実施例７は、孔１２５ａの個数を４個（４等配）とし、角度θの最小値が７３．６°になるようにセンサ素子１１０と内側保護カバー１３０との配置を調整した以外は実施例６と同様とした。なお、実施例１～７において、内側保護カバー１３０の板厚（厚み）は一定とした。
［実施例１～７及び比較例の考察］
表１に、実施例１～７の各々について、アンモニアに対する感度（起電力ＥＭＦの値）、アンモニアに対する応答時間（起電力ＥＭＦの応答時間）、ＮＯｘに対する応答時間（ポンプ電流Ｉｐ２の応答時間）を示す。表１に示すように、第１円筒部１３４に第１入口１２５を設けることで、アンモニアに対する感度を高め（出力値１６０ｍＶ以上）、アンモニアに対する応答時間を短く（０．９ｓ以下）できた。また、ＮＯｘに対する応答時間も比較的短く（約１．０ｓ）保つことができた。実施例１～７では、いずれも角度θの最小値が７３．６°以下であるが、これらでは、アンモニアに対する感度をより高める（出力値１６０ｍＶ以上）とともにアンモニアに対する応答時間をより短く（０．９ｓ以下）できた。また、角度θの最小値が３９．１°以下ではアンモニアに対する感度をさらに高める（出力値１８０ｍＶ以上）とともにアンモニアに対する応答時間をさらに短く（０．８ｓ以下）でき、角度θの最小値が３４．７°以下ではアンモニアに対する感度をより一層高める（出力値１９０ｍＶ以上）とともにアンモニアに対する応答時間をより一層短く（０．７ｓ以下）できた。なお、実施例１～７のガスセンサで上述のような出力特性の評価を繰り返したところ、角度θの最小値が２３．５°と小さい実施例２では実施例３～７よりも早く感度が低下し、角度θが０°の実施例１では実施例２よりも早く感度が低下する傾向が見られた。このことから、検知電極５６の劣化を抑制する観点からは、角度θの最小値が２３．５°以上であることが好ましく、３１．２°以上であることがより好ましいことがわかった。
Figure 0007489936000001
１０ 配管、１２ 固定用部材、２０ 素子本体、２０ａ 上面、２０ｂ 下面、２０ｃ 左面、２０ｄ 右面、２０ｅ 前端面、２０ｆ 後端面、２１ 被測定ガス流通部、２１ａ 被測定ガス導入口、２２ 基準ガス導入口、２３ 検出部、２４ 外側電極、２５ 内側主ポンプ電極、２６ 内側補助ポンプ電極、２７ 測定電極、２８ 基準電極、２９ ヒータ、５５ 混成電位セル、５６ 検知電極、５６ａ 配設面、８４ 緩衝層、８４ａ 上側緩衝層、８４ｂ 下側緩衝層、８５ 保護層、１００，２００ ガスセンサ、１０１ 素子封止体、１０２ ハウジング、１０３ ボルト、１０４ サポーター、１０５ 圧粉体、１１０ センサ素子、１２０，２２０ 保護カバー、１２２，２２２ 第１ガス室、１２３，２２３，３２３ 素子室入口、１２４ センサ素子室、１２５，２２５ 第１入口、１２５ａ，２２５ａ 孔、１２５ｂ 素子側開口、１２６ 第２ガス室、１２７，２２７，３２７ 第２入口、１２８，２２８ 後方開口、１２９，２２９ 前方開口、１３０，２３０，３３０ 内側保護カバー、１３１，２３１，３３１ 第１部材、１３２ 大径部、１３３ 段差部、１３４，３３４ 第１円筒部、１３４ａ 内周面、１３５，２３５ 第２部材、１３６，２３６ 第２円筒部、１３６ａ 突出部、１３７ 接続部、１３８ 先端部、１３８ａ 素子室出口、１３８ｂ 孔、１３８ｄ 側部、１３８ｅ 底部、１３９ 段差部、１４０ 外側保護カバー、１４３ 胴部、１４３ａ 側部、１４３ｂ 段差部、１４４ａ 外側入口、１４４ｂ 孔、１４４ｃ 孔、１４６ 先端部、１４６ａ 側部、１４６ｂ 底部、１４６ｃ テーパー部、１４７ａ 外側出口、１４７ｃ 孔、２３４ａ 胴部、２３４ｂ 第１円筒部、３３４ａ 厚肉部、３３４ｂ 凹部。

Claims (8)

  1. 先端と該先端とは反対側の後端とを有し、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体を備え、前記被測定ガス流通部の入口であるガス導入口から前記被測定ガス流通部に流入した前記被測定ガス中の第１特定ガスの濃度を検出するための検出部を備えたセンサ素子と、
    前記センサ素子の前記先端及び前記ガス導入口が内部に配置されるセンサ素子室を内側に有し、該センサ素子室への入口である１以上の素子室入口と該センサ素子室からの出口である１以上の素子室出口とが配設された筒状の内側保護カバーと、
    前記被測定ガスの外部からの入口である１以上の外側入口と前記被測定ガスの外部への出口である１以上の外側出口とを有し、前記内側保護カバーの外側に配設された筒状の外側保護カバーと、
    を備え、
    前記センサ素子は、前記被測定ガス中の前記第１特定ガスとは異なる第２特定ガスの濃度に応じた起電力を生じる混成電位セルを備え、
    前記混成電位セルは、前記素子本体の外部かつ前記ガス導入口よりも後方に配設された検知電極を備え、
    前記検知電極は、前記センサ素子室の内部に配置され、
    前記内側保護カバーは、前記センサ素子の周囲を囲む筒状の第１部材と、該第１部材の周囲を囲む筒状の第２部材とを有し、前記素子室入口として、前記第１部材に配設された１以上の第１入口と、前記第１部材及び前記第２部材の間の隙間として形成された１以上の第２入口と、を有し、
    前記第２入口の前記センサ素子室側の開口は、前記検知電極及び前記第１入口よりも前方に配置され、かつ、前方に向けて開口し、
    前記検知電極を覆う多孔質の保護層を備え、
    前記１以上の前記第１入口のうちの少なくとも１つは、前記第１部材の軸線方向に垂直な仮想平面に前記第１部材及び前記センサ素子を垂直投影した仮想投影図において、前記センサ素子のうち前記検知電極が配設された配設面に垂直で前記配設面の中心から前記素子本体とは反対側に引いた第１直線と、前記配設面の前記中心から前記第１入口の中心に向けて引いた第２直線と、のなす角度θが７３．６°以下となるように配置されている、
    ガスセンサ。
  2. 前記第１部材には複数の前記第１入口が配設されており、前記仮想投影図において、前記配設面の前記中心を回転中心にして前記第１直線を７３．６°回転した直線を第３直線とし、前記第１直線を前記第３直線とは反対に７３．６°回転した直線を第４直線とし、前記第３直線と前記第１部材の内周面との交点を第１交点とし、前記第４直線と前記第１部材の前記内周面との交点を第２交点とすると、前記第１部材の周方向において、隣合う前記第１入口の前記中心同士の間隔が、前記第１交点と前記第２交点との間隔以下となるように、全ての前記第１入口が配設されている、
    請求項１に記載のガスセンサ。
  3. 全ての前記第１入口は、前記角度θが２３．５°以上となるように配置されている、
    請求項１又は２に記載のガスセンサ。
  4. 前記１以上の前記第１入口のうちの少なくとも１つは、前記角度θが３９．１°以下となるように配置されている、
    請求項１～３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  5. 前記検出部は、前記素子本体の外部に配設された外側電極を備え、
    前記検知電極は、前記外側電極よりも後方に配設されている、
    請求項１～４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  6. 前記１以上の前記第１入口のうちの少なくとも１つは、前記第１入口から前記検知電極までの最短経路長Ｌ１が、前記第２入口から前記検知電極までの最短経路長Ｌ２よりも短い位置に配置されている、
    請求項１～５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  7. 全ての前記第１入口は、前記第１入口を該第１入口の軸線方向に平行に前記素子本体の表面に向けて投影した投影領域に前記検知電極が重ならない位置に配置されている、
    請求項１～６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  8. 前記第１部材は、円筒状の側部を有し、前記第１入口は、前記第１部材の前記側部に配設された孔である、
    請求項１～７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
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