(57)【要約】【課題】ガスセンサ素子の応答性を確保しつつ被水割れを防ぐことのできるガスセンサを提供すること。【解決手段】本発明のガスセンサ１は、ガスセンサ素子２と、ハウジング３と、素子カバー４とを有する。素子カバー４は、ガスセンサ素子２を覆うインナーカバー４１と、インナーカバー４１の外側に配設される一つのアウターカバー４２とを有する。インナーカバー４１は、内側導入部４１２と、内側排出部４１４とを有する。アウターカバー４２である水切カバー４３は、被測定ガスを水切カバー４３内に導入する側面開口部４３２と、水切カバー４３内に導入されている被測定ガスを排出する排出用開口部４３４とを有する。側面開口部４３２は、開口方向Ｎがガスセンサ１の軸方向の先端側に向かう成分を有するよう形成されており、かつ、開口方向Ｎがガスセンサ１の周方向及び内側導入部４１２に向かう成分を実質的に有しないよう形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を内側に挿通するハウジングと、該ハウジングの先端側に固定された素子カバーとを有するガスセンサであって、
上記素子カバーは、上記ガスセンサ素子を覆うインナーカバーと、該インナーカバーの外側に配設される一又は二以上のアウターカバーとを有し、
該アウターカバーは、少なくとも、上記被測定ガスを上記アウターカバー内に導入する外側導入部を有し、
上記インナーカバーは、上記被測定ガスを上記インナーカバー内に導入する内側導入部と、上記インナーカバー内に導入された上記被測定ガスを排出する内側排出部とを有し、
上記一又は二以上のアウターカバーのうちの一つである水切カバーは、略筒状に形成された側面部に配設されるとともに上記外側導入部として機能する側面開口部と、上記側面部の先端側に形成された底面部に配設されるとともに上記水切カバー内に導入された上記被測定ガスを排出する排出用開口部とを有し、
上記側面開口部は、上記水切カバーの外部から内部へ向かう開口方向が上記ガスセンサの軸方向の先端側に向かう成分を有するよう形成されており、かつ、上記開口方向が上記ガスセンサの周方向及び上記内側導入部に向かう成分を実質的に有しないよう形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
請求項１において、上記素子カバーは、上記インナーカバーと、上記水切カバーである上記アウターカバーとからなる二重構造であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記側面開口部は、上記開口方向が上記ガスセンサの軸方向先端側のみに向かう成分を有するよう形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記側面開口部は、上記開口方向が上記排出用開口部のみに向かう成分を有するよう形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記側面開口部は、上記側面部において一体的に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
請求項５において、上記水切カバーは、上記側面部において該側面部を上記水切カバーの径方向内側に向かって窪ませてなる凹部を有しており、該凹部は、上記軸方向における先端部において上記側面開口部を有していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項７】
請求項６において、上記凹部は、該凹部を含む上記軸方向に平行な断面において現れる上記凹部の輪郭線が、上記軸方向の先端側に向かうにつれて上記ガスセンサの径方向の内側に向かうよう形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項において、上記側面開口部は、上記水切カバーの外側から上記軸方向に直交する方向に上記側面開口部を見たとき、上記水切カバーの内部が見えないよう形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項において、上記側面開口部は、上記側面部における上記ガスセンサの径方向の最も外側の部分から該径方向の最も内側の部分までの径方向距離である開口深さが１．５ｍｍ以下であり、かつ、上記側面部における上記軸方向の最も基端側の部分から最も先端側の部分までの軸方向距離である開口高さが０．６ｍｍ以下であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項１０】
請求項９において、上記側面開口部は、上記開口深さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項において、上記内側導入部は、上記側面開口部よりも基端側に形成されていることを特徴とするガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図１４に示すような被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ９が知られている（例えば、特許文献１参照）。
かかるガスセンサ９は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子９２と、ガスセンサ素子９２を内側に挿通するハウジング９３と、ハウジング９３の先端側に固定されたインナーカバー９４１とアウターカバー９４２とからなる素子カバー９４と、を有する。
【０００３】
また、ガスセンサ素子９２の耐被水性を考慮して図１５に示すようなガスセンサ９も提案されている（特許文献２参照）。
そして、かかるガスセンサ９における素子カバー９４は、ガスセンサ素子９２を覆うインナーカバー９４１と、該インナーカバー９４１の外側に配設されるアウターカバー９４２とを有する。インナーカバー９４１は、側面部に形成された内側導入部９４１ａと、底面部に形成された内側排出部９４１ｂとを有する。また、アウターカバー９４２は、インナーカバー９４１の外周に配設されるとともに、側面部に形成された側面開口部９４２ａと、底面部に形成された排出用開口部９４２ｂとを有する。
【０００４】
側面開口部９４２ａは、図１６に示すように、側面部を略Ｕ字状に切断してそのＵ字状内部の片部９４４の先端部を径方向内側に向かって押圧し、基端部を基点として片部９４４を折り曲げることにより形成されている。
また、側面開口部９４２ａは、Ｕ字状の切断位置に沿って開口しており、その開口面が正対する方向、つまり、その開口方向がガスセンサ９の軸方向先端側に向かう成分を有するとともに、ガスセンサ９の周方向に向かう成分をも有するよう形成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８５６２０号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、かかる従来のガスセンサ９においては、以下のような問題がある。すなわち、従来のガスセンサ９においては、上記のとおり側面開口部９４２ａの開口方向が周方向に向かう成分をも有するよう形成されている。そのため、被測定ガスとともに排気管内を流れる水が、側面開口部９４２ａから浸入した後、アウターカバー９４２とインナーカバー９４１との間の空間を周方向に回り込んでインナーカバー９４１の内側導入部９４１ａからその内部へと浸入してしまうおそれがあった。このため、ガスセンサ素子９２が被水して、その部分にて被水割れが生じてしまうおそれがあった。
一方で、ガスセンサ素子９２が被水しにくいようにインナーカバー９４１の内側導入部９４１ａの位置決めをすることも考えられるが、かかる場合には、ガスセンサ９の応答性が低下してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ガスセンサ素子の応答性を確保しつつ被水割れを防ぐことのできるガスセンサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子と、該ガスセンサ素子を内側に挿通するハウジングと、該ハウジングの先端側に固定された素子カバーとを有するガスセンサであって、
上記素子カバーは、上記ガスセンサ素子を覆うインナーカバーと、該インナーカバーの外側に配設される一又は二以上のアウターカバーとを有し、
該アウターカバーは、少なくとも、上記被測定ガスを上記アウターカバー内に導入する外側導入部を有し、
上記インナーカバーは、上記被測定ガスを上記インナーカバー内に導入する内側導入部と、上記インナーカバー内に導入された上記被測定ガスを排出する内側排出部とを有し、
上記一又は二以上のアウターカバーのうちの一つである水切カバーは、略筒状に形成された側面部に配設されるとともに上記外側導入部として機能する側面開口部と、上記側面部の先端側に形成された底面部に配設されるとともに上記水切カバー内に導入された上記被測定ガスを排出する排出用開口部とを有し、
上記側面開口部は、上記水切カバーの外部から内部へ向かう開口方向が上記ガスセンサの軸方向の先端側に向かう成分を有するよう形成されており、かつ、上記開口方向が上記ガスセンサの周方向及び上記内側導入部に向かう成分を実質的に有しないよう形成されていることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【０００９】
本発明の作用効果について説明する。
上記側面開口部は、上記開口方向が上記軸方向の先端側に向かう成分を有するよう形成されており、かつ、上記開口方向が上記周方向及び上記内側導入部に向かう成分を実質的に有しないよう形成されている。このように構成することにより、本願発明者は、応答性を確保しつつ被水割れを防ぐことのできるガスセンサを得ることができることを見いだした。すなわち、従来における側面開口部は、その開口方向が軸方向の先端側のみならず、周方向に向かう成分をも有するよう形成されていた。そのため、被測定ガスとともにアウターカバー内に浸入した水が、そのまま周方向に回り込んでインナーカバーの内側導入部から浸入してしまい、ガスセンサ素子が被水割れしてしまうことがあった。
【００１０】
これに対し、本発明においては、側面開口部は、その開口方向がガスセンサの周方向及び内側導入部に向かう成分を実質的に有しないよう形成されている。このため、上記水が水切カバーの内部において周方向に移動すること、及びそのまま内側導入部へと向かうことを十分に抑制することができる。
そしてさらに、側面開口部は、その開口方向が軸方向先端側に向かう成分を有する。このため、被測定ガスとともに流れてくる水が側面開口部から水切カバー内に入った後、その水をそのまま慣性力によって先端側へと比較的直線的に向かわせて排出用開口部から排出することができる。特に本発明では、開口方向が周方向に向かう成分を有しないため、上記水を強制的に先端側に向かわせることができ、上記のような作用効果を顕著に発揮することができる。
その結果、インナーカバー内に水が浸入することを十分に防ぐことができ、ガスセンサ素子の被水割れを十分に防ぐことができる。
【００１１】
一方、上記水よりも比較的比重の小さい被測定ガスは、水切カバー内に入った後、上記水とともに排出用開口部へと比較的直線的に流れるものと、それとは分離して流れるものとがある。そして、このように上記水と分離して流れる被測定ガスは、上記水と分離した後、排出用開口部と反対方向すなわち基端側に向かって曲線的に流れることとなる。これにより、被測定ガスは水切カバーの内部において十分に充満する。このため、被測定ガスを内側導入部へと十分に導入することができ、ガスセンサ素子へと十分に被測定ガスを導入することができる。
その結果、従来のガスセンサと同等の応答性を確保することができる。
【００１２】
以上のとおり、本発明によれば、ガスセンサ素子の応答性を確保しつつ被水割れを防ぐことのできるガスセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本明細書において、上記ガスセンサを内燃機関の排気管等に挿入する側を先端側、その反対側を基端側として説明する。
また、本発明において、上記ガスセンサとしては、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排気ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）、排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ（Ｏ2センサ）、また排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサ等がある。
また、上記水切カバーにおいては、上記側面開口部が、上記アウターカバーにおける上記外側導入部としての機能を果たしている。
【００１４】
なお、本発明において、側面開口部の輪郭線をつないで形成される開口面は略平面にて形成される。したがって、例えば、図１６に示すような開口面が屈曲して略平面とならないものは本発明の技術的範囲には含まれないものとする。
また、側面開口部の開口方向が内側導入部に向かう成分を有しないとは、ガスセンサの軸方向位置において仮に側面開口部と内側導入部とが略同位置にある場合であっても、実質的に側面開口部の開口方向が内側導入部へと向かっていなければよいということを示すものである。
【００１５】
また、上記素子カバーは、上記インナーカバーと、上記水切カバーである上記アウタ−カバーとからなる二重構造であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、簡易な構造のため、低コストにて、応答性を確保しつつガスセンサ素子の被水割れを防ぐことができるガスセンサを構成することができる。
【００１６】
また、上記側面開口部は、上記開口方向が上記ガスセンサの軸方向先端側のみに向かう成分を有するよう形成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、被測定ガスとともに流れてくる水は、水切カバー内に浸入した後、排出用開口部からそのほとんどが排出されることとなる。そのため、ガスセンサ素子の被水割れが一層生じにくいガスセンサを得ることができる。
【００１７】
また、上記側面開口部は、上記開口方向が上記排出用開口部のみに向かう成分を有するよう形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、水を排出用開口部からより一層排出しやすくすることができるため、ガスセンサ素子の被水割れがより一層生じにくいガスセンサを得ることができる。
【００１８】
また、上記側面開口部は、上記側面部において一体的に形成されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、新たに部材を追加することなく水切カバーを形成することができるため、本発明のガスセンサの生産性を向上させることができる。
【００１９】
また、上記水切カバーは、上記側面部において該側面部を上記水切カバーの径方向内側に向かって窪ませてなる凹部を有しており、該凹部は、上記軸方向における先端部において上記側面開口部を有していることが好ましい（請求項６）。
この場合には、側面部の一方向に切り込みを入れた後、その部分を上記凹部と逆パターンの形状を有する押圧冶具にて押圧することにより、凹部と側面開口部とを容易に形成することができる。
【００２０】
また、上記凹部は、該凹部を含む上記軸方向に平行な断面において現れる上記凹部の輪郭線が、上記軸方向の先端側に向かうにつれて上記ガスセンサの径方向の内側に向かうよう形成されていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、被測定ガス及び水を、凹部の形状に沿わせて水切カバー内に導入することができ、本発明の作用効果をより効果的に発揮することができる。
【００２１】
また、上記側面開口部は、上記水切カバーの外側から上記軸方向に直交する方向に上記側面開口部を見たとき、上記水切カバーの内部が見えないよう形成されていることが好ましい（請求項８）。
この場合には、ガスセンサの軸方向に直交する方向から被測定ガスや水が素子カバー内に導入されることがない。そのため、軸方向に向かって強制的に被測定ガス及び水を導入することができる。したがって、アウターカバーとインナーカバーとの間の空間において、水が周方向に回り込むことを抑制して本発明の作用効果を顕著に発揮することができる。
【００２２】
また、上記側面開口部は、上記側面部における上記ガスセンサの径方向の最も外側の部分から該径方向の最も内側の部分までの径方向距離である開口深さが１．５ｍｍ以下であり、かつ、上記側面部における上記軸方向の最も基端側の部分から最も先端側の部分までの軸方向距離である開口高さが０．６ｍｍ以下であることが好ましい（請求項９）。
この場合には、より一層被水割れを防ぐことのできるガスセンサを得ることができる。
【００２３】
一方、上記開口深さが１．５ｍｍ未満、かつ、上記開口高さが０．６ｍｍを超える場合には、被水性に優れたガスセンサを得ることが困難となるおそれがある。
【００２４】
また、上記側面開口部は、上記開口深さが０．５ｍｍ以上であることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、応答性に優れるガスセンサを得ることができる。
【００２５】
また、上記内側導入部は、上記側面開口部よりも基端側に形成されていることが好ましい（請求項１１）。
この場合には、水及び一部の被測定ガスは排出用開口部へと比較的直線的に向かう一方、水と分離した大部分の被測定ガスは曲線的に基端側に向かってその後内側導入部からインナーカバー内へと導入される。このため、耐被水性を十分に確保しつつ応答性に優れるガスセンサを得ることができる。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
本発明に係る実施例について、図１〜図６とともに説明する。
本例のガスセンサ１は、図１、図２に示すように、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサ素子２と、該ガスセンサ素子２を内側に挿通するハウジング３と、該ハウジング３の先端側に固定された素子カバー４とを有する。
【００２７】
素子カバー４は、ガスセンサ素子２を覆うインナーカバー４１と、該インナーカバー４１の外側に配設される一つのアウターカバー４２とを有する。
すなわち、本例のガスセンサ１においては、素子カバー４は、インナーカバー４１と、水切カバー４３であるアウターカバー４２とからなる二重構造である。
【００２８】
インナーカバー４１は、被測定ガスをインナーカバー４１内に導入する内側導入部４１２と、インナーカバー４１内に導入された被測定ガスを排出する内側排出部４１４とを有する。
【００２９】
アウターカバー４２である水切カバー４３は、下記の側面開口部４３２と排出用開口部４３４とを有する。
側面開口部４３４は、略筒状に形成された側面部４３１に配設されるとともに被測定ガスを水切カバー４３内に導入するために設けられている。
また、排出用開口部４３４は、側面部４３１の先端側に形成された底面部４３３に配設されるとともに水切カバー４３内に導入された被測定ガスを排出するために設けられている。
【００３０】
また、側面開口部４３２は、図１〜図４に示すように、水切カバー４３の外部から内部へ向かう開口方向Ｎがガスセンサ１の軸方向の先端側に向かう成分を有するよう形成されている。
一方、側面開口部４３２は、開口方向Ｎがガスセンサ１の周方向及び内側導入部４１２に向かう成分を実質的に有しないよう形成されている。
すなわち、本例においては、開口方向Ｎは周方向に向かう成分を有しておらず、側面開口部４３２は、開口方向Ｎが排出用開口部４３４のみに向かう成分を有するよう形成されている。
【００３１】
また、前述したとおり、側面開口部４３２の開口方向Ｎの延長線上には、インナーカバー４１の内側導入部４１２は存在していない。その内側導入部４１２は、後述するように側面開口部４３２よりも基端側に配置されている。
さらに、本例のガスセンサ１においては、側面開口部４３２の輪郭線をつないでなる開口面は略平面にて形成されている。
【００３２】
以下、詳細に説明する。
本例のガスセンサとしては、自動車エンジン等の各種車両用内燃機関の排気管に設置して、排気ガスフィードバックシステムに使用する空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）、排気ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ（Ｏ2センサ）、また排気管に設置する三元触媒の劣化検知等に利用するＮＯｘ等の大気汚染物質濃度を調べるＮＯｘセンサ等がある。
【００３３】
本例のガスセンサは、前述したように、ガスセンサ素子２、ハウジング３、及び素子カバー４のほか、図１に示すように、後述する素子側絶縁碍子１１と、大気側絶縁碍子１２と、大気側カバー１３と、金属端子１４と、外部リード１５と、ブッシュ１６とを有する。
【００３４】
ガスセンサ素子２は、ジルコニアを主成分とする固体電解質体の一方の面と他方の面とに基準ガス側電極及び被測定ガス側電極とを設けてなる（図示略）。また、ガスセンサ素子２には、ヒータが内蔵されており（図示略）、ガスセンサ１の使用時において、ガスセンサ素子を４００℃以上の高温に加熱して、活性状態とする。
なお、本例においては、ガスセンサ素子２としては積層型のものを用いたが、有底筒状のコップ型のガスセンサ素子を用いることもできる。
【００３５】
また、図１、図２に示すように、ハウジング３の内側には、ガスセンサ素子２を挿通保持する素子側絶縁碍子１１が保持されている。
かかる素子側絶縁碍子１１の基端側には、ガスセンサ素子２の基端部を覆う大気側絶縁碍子１２が配設されており、その大気側絶縁碍子１２を覆うように配された大気側カバー１３がハウジング３の基端部に固定されている。
【００３６】
さらに、大気側絶縁碍子１２の内側には、ガスセンサ素子２との電気的導通を図るための金属端子１４が保持されている。
また、該金属端子１４に接続された外部リード１５は、大気側カバー１３の基端部を閉塞するブッシュ１６を挿通するように配線されている。
【００３７】
素子カバー４は、前述したとおり、インナーカバー４１と、水切カバー４３であるアウターカバー４２とからなる二重構造である。以下では、アウターカバー４２を水切カバー４３として説明する。
【００３８】
インナーカバー４１は、略筒状に形成された側面部４１１と、該側面部４１１の先端部に形成された底面部４１３とを有する。
そして、インナーカバー４１は、自身の側面部４１１に配設されるとともに内部に被測定ガスを導入する内側導入部４１２と、自身の底面部４１３に配設されるとともに外部に被測定ガスを排出する内側排出部４１４とを有する。
【００３９】
また、インナーカバー４１は、先端側へ行くほど縮径するテーパ形状の内側径変部４１５を軸方向の一箇所に有してなる。
また、インナーカバー４１の側面部４１１の基端側には、内側導入部４１２が穿設されている。
そして、内側導入部４１２は、図１、図２に示すように、側面開口部４３２よりも基端側に形成されている。
【００４０】
また、内側導入部４１２は、図２に示すように、インナーカバー４１の外部から内部へ向かう開口方向Ｍがガスセンサ１の周方向内側に向かうよう形成されている。
また、内側導入部４１２は、側面部４１１の周方向において、例えば６個形成することができる。
内側排出部４１４は、例えば、０．４〜２．０ｍｍの範囲内の内径φ１を有し、かつ、その開口方向は軸方向と平行である。
【００４１】
水切カバー４３は、前述したとおり、側面部４３１と、底面部４３３とを有する。
そして、水切カバー４３は、底面部４３３に、インナーカバー４１の内側径変部４１５の基端側における側面部４１１よりも内径の大きい先端側排出部４３５を有している。そして、かかる先端側排出部４３５とインナーカバー４１の側面部４１１との間において排出用開口部４３４が形成されている。
【００４２】
また、水切カバー４３は、前述したとおり、側面部４３１に側面開口部４３２を設けてなる。
そして、側面開口部４３２は、開口方向Ｎが排出用開口部４３４のみに向かう成分を有するよう形成されている。
【００４３】
側面開口部４３２について詳細に説明する。
水切カバー４３は、図３（ａ）、図４に示すように、側面部４１１を水切カバー４３の径方向内側に向かって窪ませてなる凹部４３２ａを有している。
【００４４】
そして、凹部４３２ａは、軸方向における先端部において側面開口部４３２を有している。
また、凹部４３２ａは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部４３２ａを含む上記軸方向に平行な断面において現れる凹部４３２ａの輪郭線４３２ｂが、上記軸方向の先端側に向かうにつれてガスセンサ１の径方向の内側に向かうよう形成されている。
【００４５】
なお、凹部４３２ａは、図３（ｂ）に示すように、側面部４３１に、軸方向に直交する方向の一方向に切り込みを入れて切断部４３０を形成した後、その基端部４３０ｂを径方向内側に向かって例えば略三角錐形状の押圧冶具（図示略）にて押圧して変形させることにより形成することができる。なお、側面開口部４３２は、切断部４３０の先端部４３０ａと基端部４３０ｂとによって形成される。
【００４６】
また、水切カバー４３は、図２に示すように、先端側へ行くほど縮径するテーパ形状の外側径変部４３６を形成してなる。
また、側面開口部４３２は、外側径変部４３６よりも基端側において形成されている側面部４１１の周方向において、例えば８個形成することができる。
【００４７】
側面開口部４３２は、図４（ｂ）に示すように、側面部４３２におけるガスセンサ１の径方向の最も外側の部分から径方向の最も内側の部分までの径方向距離である開口深さＤが１．５ｍｍ以下であり、かつ、側面部４３１における上記軸方向の最も基端側の部分から最も先端側の部分までの軸方向距離である開口高さＨが０．６ｍｍ以下である。
【００４８】
また、水切カバー４３は、例えば、０．３〜０．７ｍｍの厚みを有するものとすることができ、一方、インナーカバー４１は、例えば、０．３〜０．７ｍｍの厚みを有するものとすることができる。
一方、水切カバー４３の厚みが０．３ｍｍ未満の場合には、凹部４３２ａを十分に形成することができず、また、その強度が弱くなってしまうおそれがある。また、水切カバー４３の厚みが０．７ｍｍを超えることとした場合には、押圧治具の型寿命が短くなり、コストアップの要因となるおそれがある。
【００４９】
また、本例における素子カバー４においては、図１、図２に示すように、内側排出部４１４の中心軸と排出用開口部４３４の中心軸とは、同一直線上に配されるよう構成されている。
【００５０】
また、素子カバー４は、その基端部においてハウジング３の先端部に固定されている。すなわち、インナーカバー４１と水切カバー４３とは、それぞれの基端部において互いに重ねられており、この重ねられた基端部において、ハウジング３の先端部に例えば溶接等により固定されている。
なお、インナーカバー４１と水切カバー４３とは、上記とは異なり、ハウジング３の先端部によってかしめることによって固定することもできる。
【００５１】
次に、本例のガスセンサ１における、被測定ガスの経路について、図２とともに説明する。
本例のガスセンサ１は、自動車エンジン等の排気管内を流れる被測定ガスの流れ方向に対して直交するように配設される（図示略）。
かかる排気管内には、該排気管の軸方向に略平行に被測定ガスが流れている。そして、被測定ガスは、水切カバー４３の側面開口部４３２から水切カバー４３の内部に導入される。
【００５２】
図２に示すように、側面開口部４３２から導入された被測定ガスの流れのうち、排出用開口部４３４へ向かう流れ（Ｇ１）は比較的直線的な流れとなるが、内側導入部４１２から入ってインナーカバー４１の内部へ向かう流れ（Ｇ２）は曲線的な流れとなる。
これにより、水切カバー４３とインナーカバー４１との間に導入された被測定ガスの一部（Ｇ１参照）は、排出用開口部４３４へ向かって流れ、そのまま排出用開口部４３４から外部へと排出される。
【００５３】
一方、基端側に向かって曲線的に流れた被測定ガスは、内側導入部４１２からインナーカバー４１の内部へと導入される（Ｇ２参照）。
次いで、インナーカバー４１の内部に導入された被測定ガス（Ｇ２参照）は、内側導入部４１２と内側排出部４１４とを通過して外部へと排出される（Ｇ３参照）。
このとき、インナーカバー４１内に導入された被測定ガスは、ガスセンサ素子２に十分供給される。
【００５４】
次に、側面開口部４３２から侵入する被測定ガスに含まれる水の排出経路について、図２とともに説明する。
側面開口部４３２は、開口方向Ｎが周方向に向かう成分を有していない。そのため、側面開口部４３２から導入された被測定ガスに含まれる水は、インナーカバー４１と水切カバー４３との間の空間を周方向に回り込むことがない。具体的には、図２における矢印Ｗに示すように、水は被測定ガスの一部の流れ（Ｇ１）と同様に流れて、慣性力によって先端側へと向かい、そのまま排出用開口部４３４から外部へと排出される。
したがって、水は内側導入部４１２の内部へと導入されることを抑制できる。
【００５５】
なお、本発明は、本例のガスセンサ１の構成に限られるものではない。すなわち、図示しないが、例えば、インナーカバー４１の内側導入部４１２の開口方向Ｍを、径方向ではなく軸方向に向かわせることもできる。
また、本例において紹介した内側径変部４１５や外側径変部４３６は、本発明においては必須の構成要件ではない。
【００５６】
また、上記凹部４３２ａは、上記のものに限られず、図５（ａ）に示すように山なり形状の溝部を有するものとすることもできる。また、図５（ｂ）に示すように略半円形状の溝部を有するものや、図５（ｃ）に示すように略四角形状の溝部を有するものとすることもできる。
【００５７】
さらに、図６に示すように、側面開口部４３２を、側面部４３１に形成された拡径部４３０の基端面に形成することもできる。なお、この場合には、拡径部４３０の基端面を軸方向に直交する方向に形成すれば、開口方向Ｎは必ず軸方向先端側にのみに向かう成分を有するよう形成することができる。この場合であっても、水を排出用開口部４３４へと向かわせることができる。
【００５８】
以下に、本例の作用効果について説明する。
側面開口部４３２は、開口方向Ｎが軸方向の先端側に向かう成分を有するよう形成されており、かつ、開口方向Ｎが周方向及び内側導入部４１２に向かう成分を実質的に有しないよう形成されている。このように構成することにより、本願発明者は、応答性を確保しつつ被水割れを防ぐことのできるガスセンサ１を得ることができることを見いだした。すなわち、従来における側面開口部（図１５における符号９４２ａ参照）は、その開口方向が軸方向の先端側のみならず、周方向に向かう成分をも有するよう形成されていた。そのため、被測定ガスとともにアウターカバー（図１５における符号９４２参照）内に浸入した水が、そのまま周方向に回り込んでインナーカバー（図１５における符号９４１）の内側導入部（図１５における符号９４１ａ）から浸入してしまい、ガスセンサ素子（図１５における符号９２）が被水割れしてしまうことがあった。
【００５９】
これに対し、本例においては、側面開口部４３２は、その開口方向Ｎがガスセンサ１の周方向及び内側導入部４１２に向かう成分を実質的に有しないよう形成されている。このため、上記水が水切カバー４３の内部において周方向に移動すること、及びそのまま内側導入部４１２へと向かうことを十分に抑制することができる。
【００６０】
そしてさらに、側面開口部４３２は、その開口方向Ｎが軸方向先端側に向かう成分を有する。このため、被測定ガスとともに流れてくる上記水が側面開口部４３２から水切カバー４３内に入った後、その水をそのまま慣性力によって先端側へと比較的直線的に向かわせて排出用開口部４３４から排出することができる。特に本例では、開口方向Ｎが周方向に向かう成分を有しないため、水を強制的に先端側に向かわせることができ、上記のような作用効果を顕著に発揮することができる。
その結果、インナーカバー４１内に水が浸入することを十分に防ぐことができ、ガスセンサ素子２の被水割れを十分に防ぐことができる。
【００６１】
一方、上記水よりも比較的比重の小さい被測定ガスは、水切カバー４３内に入った後、上記水とともに排出用開口部４３４へと比較的直線的に流れるものと、それとは分離して流れるものとがある。そして、このように上記水と分離して流れる被測定ガスは、上記水と分離した後、排出用開口部４３４と反対方向すなわち基端側に向かって曲線的に流れることとなる。これにより、被測定ガスは水切カバー４３の内部において十分に充満する。このため、被測定ガスをインナーカバー４１内へと十分に導入することができ、ガスセンサ素子２へと十分に被測定ガスを導入することができる。
その結果、従来のガスセンサ１と同等の応答性を確保することができる。
【００６２】
また、素子カバー４は、インナーカバー４１と、水切カバー４３であるアウタ−カバー４２とからなる二重構造である。このように本例のガスセンサ１における素子カバー４は簡易な構造のため、低コストにて、応答性を確保しつつガスセンサ素子２の被水割れを防ぐことができるガスセンサ１を構成することができる。
【００６３】
また、側面開口部４３２は、開口方向Ｎが排出用開口部４３４のみへと向かっている。これにより、水を排出用開口部４３４からより一層排出しやすくすることができるため、ガスセンサ素子２の被水割れがより一層生じにくいガスセンサ１を得ることができる。
【００６４】
また、側面開口部４３２は、側面部４３１において一体的に形成されている。これにより、新たに部材を追加することなく水切カバー４３を形成することができるため、本例のガスセンサ１の生産性を向上させることができる。
【００６５】
また、水切カバー４３は、側面部４３１において側面部４３１を水切カバー４３の径方向内側に向かって窪ませてなる凹部４３２ａを有しており、凹部４３２ａは、軸方向における先端部において側面開口部４３２を有している。そして、前述したとおり、側面部４３１の一方向に切り込みを入れた後、その部分を凹部４３２ａと逆パターンの形状を有する押圧冶具にて押圧することにより、凹部４３２ａと側面開口部４３２とを容易に形成することができる。
【００６６】
また、凹部４３２ａは、該凹部４３２ａを含む上記軸方向に平行な断面において現れる凹部４３２ａの輪郭線が、軸方向の先端側に向かうにつれてガスセンサ１の径方向の内側に向かうよう形成されている。このため、被測定ガス及び水を、凹部４３２ａの形状に沿わせて水切カバー４３内に導入することができ、本発明の作用効果をより効果的に発揮することができる。
【００６７】
また、側面開口部４３２は、側面部４３１におけるガスセンサ１の径方向の最も外側の部分から径方向の最も内側の部分までの径方向距離である開口深さＤが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、かつ、側面部４３１における軸方向の最も基端側の部分から最も先端側の部分までの軸方向距離である開口高さＨが０．６ｍｍ以下である。このため、応答性に優れるとともに、より一層被水割れを防ぐことのできるガスセンサ１を得ることができる。
【００６８】
また、内側導入部４１２は、側面開口部４３２よりも基端側に形成されている。このため、水及び一部の被測定ガスは排出用開口部４３４へと直線的に向かう一方、水と分離した大部分の被測定ガスは曲線的に基端側に向かってその後内側導入部４１２からインナーカバー４１内へと導入される。このため、耐被水性を十分に確保しつつ応答性に優れるガスセンサ１を得ることができる。
【００６９】
以上のとおり、本例によれば、ガスセンサ素子の被水割れを防ぐことのできるガスセンサを提供することができる。
【００７０】
（実施例２）
本例は、図７〜図１０に示すように、ガスセンサの応答性、及びガスセンサ素子への被水性を評価した例である。
すなわち、本例では、後述する本発明品、比較品１、及び比較品２の三種類のガスセンサを試料として各試料について４個ずつ作製し、それぞれの試料について応答性を評価する実験を行った。
【００７１】
まず、本発明品としては、図１に示したようなガスセンサを作製した。具体的には、本発明品は、水切カバーであるアウターカバーに略三角錐形状の溝部からなる凹部を有する。そして、上記凹部は、水切カバーの側面部の周方向に８箇所形成した。また、それぞれの凹部の開口深さは１ｍｍ、開口幅は２ｍｍ、軸方向における凹部の基端部から先端部までの距離である開口距離は３．８ｍｍとした。また、インナーカバーの内側排出部の径は１ｍｍであり、さらに、内側導入部は周方向に６箇所形成されており、その径は１．５ｍｍである。また、内側導入部は、側面開口部よりも基端側に設けてある。
【００７２】
次に、比較品１としては、図１に示したガスセンサにおける水切カバーにおいて開口方向が軸方向先端側のみならず周方向に向かう成分をも有する側面開口部を備えたガスセンサを作製した。具体的には、比較品１は、本発明品の水切カバーにおける凹部が側面部を有していない形状のルーバーを有する。そして、そのルーバーの開口深さは０．５ｍｍであり、その他の開口幅や開口距離、内側排出部の径などの寸法は本発明品と同様とした。また、素子カバー以外の構成も本発明品と同様とした。
【００７３】
次に、比較品２としては、図１４に示したような略筒状に形成されたインナーカバーと、略筒状に形成されたアウターカバーとを有するガスセンサを作製した。具体的には、比較品２は、インナーカバー及びアウターカバーのそれぞれの側面部に内側導入部及び外側導入部を有する。また、内側導入部は外側導入部よりも基端側に設けてある。また、インナーカバーの内側導入部の径は２．５ｍｍ、アウターカバーの外側導入部の径は３．０ｍｍである。そして、素子カバー以外のその他の構成は、本発明品と同様とした。
【００７４】
そして、図７、図８に示すように、本発明品、比較品１、及び比較品２における上記ガスセンサの応答性を比較した。
すなわち、まず、３Ｌ、直列６気筒直噴エンジンの排気管に上記ガスセンサを設置した。そして、エンジンの回転数を１０００回転／分として運転した。
また、図７の曲線Ｌ１に示すように、エンジンの空燃比Ａ／Ｆが１４となる状態と、１５となる状態とを複数回にわたって交互に形成した。
また、ガスセンサの素子温度は７５０℃とした。
【００７５】
そしてこのとき、本発明品、比較品１、及び比較品２のガスセンサによって実際に測定されるＡ／Ｆの値を調べた。すなわち、図７の曲線Ｌ２に示すように、時刻ｔ１においてエンジンの空燃比を１４から１５へと移行したとき、時刻ｔ１から、ガスセンサによって測定されるＡ／Ｆの値が１４から１５に向かって６３％上昇するまで（すなわち、Ａ／Ｆの値が１４．６３となるまで）の時間を測定した。そして、この測定された時間と時刻ｔ１との時間のずれを応答時間Δｔ１として算出した。
【００７６】
また、時刻ｔ２においてエンジンの空燃比を１５から１４へと移行したとき、時刻ｔ２から、ガスセンサによって測定されるＡ／Ｆの値が１５から１４に向かって６３％減少するまで（すなわち、Ａ／Ｆの値が１４．３７となるまで）の時間を測定した。そして、この測定された時間と時刻ｔ２との時間のずれを応答時間Δｔ２として算出した。
そして、これを複数回繰り返し、応答時間の平均値を算出して本発明品と比較品１と比較品２とを比較した。
【００７７】
応答性の評価結果を図８に示す。
同図から、比較品１及び比較品２と本発明品とを比べても、その応答性にはほとんど差異がないことがわかる。
なお、被測定ガスの流速や素子カバーの形状が変わっても本例と同様の結果が得られるものと考えられる。
【００７８】
また、図９、図１０に示すように、上記の本発明品、比較品１、及び比較品２のガスセンサについて、ガスセンサ素子に水滴が付着するかどうかの被水評価試験を行った。
【００７９】
すなわち、図９に示すように、水平面に対して４５°に傾斜させた内径３５ｍｍの配管５１に、上記において作製した本発明品、比較品１、及び比較品２のガスセンサ１をそれぞれ配管５１に対して直交する状態で取りつける。なお、ガスセンサ１の取りつけ位置は、配管５１の上端開口部５１１から１００ｍｍの位置である。そして、配管５１の上端開口部５１１から水滴を含む空気を、噴射機５２から５回噴射する。一回当たりの噴射エア中の水量は、０．２ｍＬであり、エア圧は０．１５ｋｇ／ｃｍ2である。
【００８０】
次いで、素子カバー内のガスセンサ素子における被水面積を測定した。
具体的には、水を噴射する前にガスセンサ素子の表面に黒色のカーボン粉末を塗布しておく。そして、水が当たった部分ではカーボン粉末がガスセンサ素子の表面から剥離するため、このカーボン粉末が剥離した部分の面積を被水面積として測定した。
本例においては、かかる被水面積の大小によって被水評価を行った。なお、３ｍｍ2以下であれば実質的に素子割れが生じないため、これを基準とした。
【００８１】
被水性の評価結果を、図１０に示す。
同図から、本発明品は、その被水面積を０．８ｍｍ2と、比較品１や比較品２と比べて、格段に被水面積を小さくできることがわかる。
一方、比較品１は５．５ｍｍ2、比較品２は１７ｍｍ2と、被水面積が大きいことがわかる。
【００８２】
そして、本例の結果から、本発品は、ガスセンサの応答性を十分に確保しつつ、ガスセンサ素子の被水割れを十分に抑制できることがわかる。
【００８３】
（実施例３）
本例は、図１１、図１２に示すように、側面開口部４３２の開口深さＤと開口高さＨとを種々変更させてガスセンサを作製し、各ガスセンサについて、上記実施例２と同様の被水試験を実施した。
【００８４】
具体的には、開口深さＤを０．２〜１．５ｍｍと種々変更するとともに、開口高さＨを−０．５〜２ｍｍまで種々変更して形成したガスセンサの試料を、各試料４個ずつ作製した。
すなわち、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、開口高さＨが２ｍｍの側面開口部４３２を塞ぐように遮蔽板４４を少しずつずらしながら設け、その開口高さＨを種々変更させたガスセンサを作製した。なお、上記のように開口高さＨがマイナスとなるのは、図１１（ｂ）に示すように、遮蔽板４４の基端部が側面開口部４３２の基端部よりも基端側に配置された場合を示すものである。
【００８５】
また、図１２において、×は開口深さＤが１．５ｍｍのもの、△は開口深さＤが１．０ｍｍのもの、□は開口深さＤが０．５ｍｍのもの、◇は開口深さＤが０．２ｍｍのものの結果を示すものである。
【００８６】
評価結果を、図１２に示す。
同図から、開口深さＤが１．５ｍｍ以下、かつ、開口高さＨが０．６ｍｍ以下である場合には、被水面積は３ｍｍ2以下となり、ガスセンサ素子の耐被水性を十分に向上できることがわかる。
一方、開口高さＨが０．７５ｍｍを超える場合には、開口高さＨが大きくなるにつれて被水面積が急激に大きくなっており、十分な耐被水性を得ることが困難となることがわかる。
【００８７】
以上から、開口深さＤは１．５ｍｍ以下、開口高さＨは０．６ｍｍ以下とすることが耐被水性の観点から好ましいことがわかる。
【００８８】
（実施例４）
本例は、図１３に示すように、開口深さＤを種々変更して作製したガスセンサについて、その応答性を評価した例である。
具体的には、開口深さＤは０．２５〜１．５ｍｍと種々変更し、それぞれの開口深さＤを有するガスセンサを４個ずつ作製した。そして、そのそれぞれのガスセンサに対して応答性の実験を行った。
なお、応答性の評価方法は実施例２に示したものと同様である。
また、各ガスセンサにおけるその他の構成は、実施例３に示したガスセンサと同様である。
【００８９】
評価結果を図１３に示す。
同図から、開口深さＤが０．５ｍｍ以上の場合には、応答時間は約５５０ｍ秒と、十分に応答性を確保できることがわかる。
一方、開口深さＤが０．５ｍｍ未満の場合には、応答時間が次第に大きくなっていくことがわかる。
【００９０】
以上から、開口深さＤを０．５ｍｍ以上とすることにより、ガスセンサの応答性を確保することができることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】実施例１における、ガスセンサの縦断面図。
【図２】実施例１における、ガスセンサの先端部の縦断面図。
【図３】（ａ）図２におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）水切カバーを作製する手順を示す斜視説明図。
【図４】実施例１における、（ａ）側面開口部の斜視図、（ｂ）側面開口部の縦断面図。
【図５】実施例１における、（ａ）別形態の凹部の断面図、（ｂ）別形態の凹部の断面図、（ｃ）別形態の凹部の断面図。
【図６】実施例１における、別形態の素子カバーを有するガスセンサの先端部の縦断面図。
【図７】実施例２における、応答性評価試験の実験方法を示す説明図。
【図８】実施例２における、応答性評価試験の結果。
【図９】実施例２における、被水評価試験の実験方法を示す説明図。
【図１０】実施例２における、被水評価試験の結果。
【図１１】実施例３における、（ａ）側面開口部の開口高さを示す説明図、（ｂ）側面開口部を遮蔽部材で覆った状態における開口高さを示す説明図。
【図１２】実施例３における、被水評価試験の結果。
【図１３】実施例４における、応答性評価試験の結果。
【図１４】従来例における、ガスセンサの先端部の縦断面図。
【図１５】従来例における、別形態のガスセンサの先端部の縦断面図。
【図１６】従来例における、別形態のガスセンサにおける側面開口部の斜視図。
【符号の説明】
【００９２】
１  ガスセンサ
２  ガスセンサ素子
３  ハウジング
４  素子カバー
４１  インナーカバー
４１２  内側導入部
４１４  内側排出部
４２  アウターカバー
４３  水切カバー
４３１  側面部
４３２  側面開口部
４３３  底面部
４３４  排出用開口部
Ｎ  開口方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010121967.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2010121967.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2010121967.tif 000016
【図１５】
2010121967.tif 000017
【図１６】
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