【手続補正書】
【提出日】令和2年1月27日(2020.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の特定成分を検出する検出部（２１）を備えるセンサ素子（２）と、
上記センサ素子を内側に挿通して、軸方向（Ｘ）の先端側に上記検出部が位置するように保持するハウジング（Ｈ）と、
上記ハウジングの先端側に配設された素子カバー（１）と、を備え、
上記素子カバーは、上記センサ素子の先端側を覆うように配設されたインナカバー（１１）と、上記インナカバーの外側に空間を有して配設されたアウタカバー（１２）と、を有するセンサ装置（Ｓ）であって、
上記インナカバーは、側面（１１１）及び先端面（１１２）に、被測定ガスが流通するインナ側面孔（１１ａ）及びインナ先端面孔（１１ｂ）がそれぞれ設けられ、
上記アウタカバーは、側面（１２１）に、被測定ガスが流通する複数のアウタ側面孔（１２ａ）が設けられ、上記軸方向において、複数の上記アウタ側面孔は、上記アウタカバーの上記側面に複数列に配置されると共に、先端側から第１列に属する上記アウタ側面孔が、上記インナカバーの上記先端面よりも先端側に位置して、上記アウタカバーの上記先端面の内側に、上記軸方向と直交する方向をガス流れ方向とする第１流路（Ｆ１）を形成し、
上記インナ側面孔は、上記インナカバーの外側面と上記アウタカバーの内側面との間に設けられる第２流路（Ｆ２）に開口すると共に、上記インナ側面孔の先端縁部から上記インナカバーの内方へ傾斜して延出するガイド体（１３）が設けられ、上記ガイド体の延出方向の延長線（Ｌ）上に、上記検出部が配置される検出面（２０）が位置する、センサ装置。
【請求項２】
上記第２流路は、上記インナカバーの上記先端面の外周側において、最大クリアランスとなる大クリアランス部（３１）を有し、上記大クリアランス部よりも基端側において、最小クリアランスとなる小クリアランス部（３２）を有すると共に、上記大クリアランス部と上記小クリアランス部とが段差なく接続された流路形状を有する、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
上記大クリアランス部の上記軸方向と直交する方向におけるクリアランスをｄ１、上記小クリアランス部の上記軸方向と直交する方向におけるクリアランスをｄ２としたとき、クリアランス比ｄ１／ｄ２は２．４５以上である、請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
上記ガイド体の傾斜表面（１３１）の延出方向の長さをＬ１、上記傾斜表面の基端位置から上記検出面までの長さをＬ２としたとき、長さの比Ｌ１／Ｌ２は０．２５より大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
上記アウタカバーは、上記インナ先端面孔と上記軸方向に対向する位置に孔を有しておらず、複数の上記アウタ側面孔は、上記アウタカバーの上記側面に周方向に均等配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
上記軸方向において、複数の上記アウタ側面孔は、上記複数列のうち隣り合う２つの列に属する上記アウタ側面孔の孔中心が、同一線上に位置していない、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項７】
上記軸方向において、先端側から第１列に属する複数の上記アウタ側面孔は、それぞれ、上記側面を軸中心へ向けて貫通する貫通孔であり、先端側から第２列に属する複数の上記アウタ側面孔は、それぞれ、先端側から第１列に属する上記アウタ側面孔の１つと平行に上記側面を貫通する貫通孔である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項８】
上記インナカバーの上記側面は、先端側から基端側へ拡径するテーパ状の第１筒部（１１３）と、上記第１筒部の基端側に連続する一定径の第２筒部（１１４）とを有しており、かつ、上記軸方向において、先端側から第２列に属する上記アウタ側面孔の先端位置が、上記第１筒部と上記第２筒部の接続位置よりも先端側にある、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項９】
上記インナカバーの上記側面は、先端側から基端側へ拡径するテーパ状の第１筒部（１１３）と、上記第１筒部の基端側に連続する一定径の第２筒部（１１４）とを有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項１０】
上記第２筒部の周方向に、複数の上記インナ側面孔が設けられる、請求項８又は９に記載のセンサ装置。
【請求項１１】
上記検出部は、上記センサ素子の先端面又は先端側の側面に設けられる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項１２】
上記被測定ガスは、内燃機関からの排ガスであり、上記特定成分は、粒子状物質又は特定ガス成分である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の一態様は、
被測定ガス中の特定成分を検出する検出部（２１）を備えるセンサ素子（２）と、
上記センサ素子を内側に挿通して、軸方向（Ｘ）の先端側に上記検出部が位置するように保持するハウジング（Ｈ）と、
上記ハウジングの先端側に配設された素子カバー（１）と、を備え、
上記素子カバーは、上記センサ素子の先端側を覆うように配設されたインナカバー（１１）と、上記インナカバーの外側に空間を有して配設されたアウタカバー（１２）と、を有するセンサ装置（Ｓ）であって、
上記インナカバーは、側面（１１１）及び先端面（１１２）に、被測定ガスが流通するインナ側面孔（１１ａ）及びインナ先端面孔（１１ｂ）がそれぞれ設けられ、
上記アウタカバーは、側面（１２１）に、被測定ガスが流通する複数のアウタ側面孔（１２ａ）が設けられ、上記軸方向において、複数の上記アウタ側面孔は、上記アウタカバーの上記側面に複数列に配置されると共に、先端側から第１列に属する上記アウタ側面孔が、上記インナカバーの上記先端面よりも先端側に位置して、上記アウタカバーの上記先端面の内側に、上記軸方向と直交する方向をガス流れ方向とする第１流路（Ｆ１）を形成し、
上記インナ側面孔は、上記インナカバーの外側面と上記アウタカバーの内側面との間に設けられる第２流路（Ｆ２）に開口すると共に、上記インナ側面孔の先端縁部から上記インナカバーの内方へ傾斜して延出するガイド体（１３）が設けられ、上記ガイド体の延出方向の延長線（Ｌ）上に、上記検出部が配置される検出面（２０）が位置する、センサ装置にある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
以上のごとく、上記態様によれば、二重構造の素子カバー内にセンサ素子が収容される構成において、センサ素子の検出部へ向かう被測定ガスの流速を向上させ、検出部における特定成分の検出性能を向上させると共に、被水割れを抑制可能として、信頼性に優れたセンサ装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する参考形態、実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
【図１】参考形態１における、ＰＭセンサの軸方向における要部拡大断面図。
【図２】参考形態１における、粒子状物質検出センサのインナカバーに設けられるガイド体とセンサ素子の検出面との位置関係を示す模式図。
【図３】参考形態１における、ＰＭセンサの概略構成を示す軸方向断面図。
【図４】参考形態１における、ＰＭセンサを含む排ガス浄化システムの概略構成例を示す図。
【図５】参考形態１における、ＰＭセンサのセンサ素子の一例を示す全体斜視図。
【図６】参考形態１における、ＰＭセンサのセンサ素子の他の例を示す全体斜視図。
【図７】参考形態１における、ＰＭセンサのセンサ素子の一例を含む、径方向における要部拡大断面図。
【図８】参考形態１における、ＰＭセンサのセンサ素子の他の例を含む、径方向における要部拡大断面図。
【図９】参考形態１における、ＰＭセンサの素子カバー内のガス流れを説明するための要部拡大断面図。
【図１０】参考形態１における、素子カバーのアウタ側面孔の配置によるガス流れ（ａ）の効果を、アウタ側面孔の配置を変更した場合のガス流れ（ｂ）と比較して示す素子カバーの要部拡大断面図。
【図１１】参考形態１における、ガイド体を有する素子カバーの内部のガス流れを、ＣＡＥ解析した結果に基づいて、ガイド体を有しない従来の素子カバーの内部のガス流れと比較して模式的に示す、粒子状物質検出センサの要部拡大断面図。
【図１２】指向性の評価試験における、ガイド体の有無による配管流速と指向性の関係を比較して示す図。
【図１３】指向性の評価試験における、出力の立ち上がり時間と検出電流の関係を示す図。
【図１４】被水性の評価試験における、試験方法を説明するための評価装置の模式図。
【図１５】被水性の評価試験における、従来の素子カバーを備えるＰＭセンサの要部拡大断面図。
【図１６】被水性の評価試験における、実施形態１のＰＭセンサと従来の素子カバーを備えるＰＭセンサの最大被水量を比較して示す図。
【図１７】ガイド体の評価試験における、試験例１のガイド体の延出方向とセンサ素子の位置関係を、比較例１、２の位置関係と比較して示す図。
【図１８】ガイド体の評価試験における、流量測定のための評価装置の概略構成を示す断面図。
【図１９】ガイド体の評価試験における、試験例１の流量と、比較例１、２の流量を比較して示す図。
【図２０】ガイド体の評価試験における、ガイド体の延出方向の長さと、検出面までの長さとの比が、０．０５又は０．４であるＰＭセンサの要部拡大断面図。
【図２１】ガイド体の評価試験における、ガイド体の延出方向の長さと、検出面までの長さとの比と、指向性の関係を示す図。
【図２２】ガイド体の評価試験における、参考形態１における、素子カバーのクリアランス比ｄ１／ｄ２を説明するためのＰＭセンサの要部拡大断面図。
【図２３】クリアランス比の評価試験における、クリアランス比ｄ１／ｄ２と出力立ち上がり時間の関係を示す図。
【図２４】参考形態１における、素子カバーの内部のガス流れをＣＡＥ解析した結果を模式的に示す、軸方向及び径方向におけるＰＭセンサの要部拡大断面図と、従来の素子カバーの内部のガス流れを模式的に示す、軸方向及び径方向におけるＰＭセンサの要部拡大断面図とを比較して示す図。
【図２５】参考形態２における、ＰＭセンサの軸方向における要部拡大断面図。
【図２６】参考形態２における、ＰＭセンサのセンサ素子の全体斜視図。
【図２７】参考形態３における、ＰＭセンサの軸方向における要部拡大断面図。
【図２８】参考形態３における、ＰＭセンサの径方向における要部拡大断面図。
【図２９】実施形態４における、ＰＭセンサの軸方向における要部拡大断面図。
【図３０】実施形態４における、ＰＭセンサの径方向における要部拡大断面図。
【図３１】実施形態４における、素子カバーの内部のガス流れをＣＡＥ解析した結果を模式的に示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図を、実施形態４の変形例と比較して示す図。
【図３２】実施形態５における、ＰＭセンサの軸方向及び径方向における要部拡大断面図。
【図３３】実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度（搭載向き０°）と素子カバー内のガス流れを、実施形態４の構成と比較して模式的に示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。
【図３４】実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度（搭載向き０°）と素子カバー内の圧力分布を、実施形態４の構成と比較して示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。
【図３５】実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度（搭載向き２２．５°）と素子カバー内のガス流れを、実施形態４の構成と比較して示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。
【図３６】実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度（搭載向き２２．５°）と素子カバー内の圧力分布を、実施形態４の構成と比較して示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。
【図３７】実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度と検出感度の改善効果（超低流速域）を、実施形態４の構成と比較して示す図。
【図３８】実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度と検出感度の改善効果（低流速域〜高流速域）を、実施形態４の構成と比較して示す図。
【図３９】実施形態５における、ＰＭセンサの組付角度（搭載向き０°、２２．５°）と素子カバー内のガス流れを、実施形態４の構成と比較して模式的に示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。
【図４０】実施形態５における、ＰＭセンサの素子カバー内のガス流れ（高流速域）を、実施形態４の構成と比較して示す、ＰＭセンサの要部拡大断面図。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
（参考形態１）
以下に、センサ装置の基本構成を示す参考形態について、図面を参照して説明する。図１〜図３に示すように、本形態におけるセンサ装置は、粒子状物質を検出するためのＰＭセンサＳであり、例えば、図４に示す内燃機関Ｅの排ガス浄化装置に適用される。図１において、ＰＭセンサＳは、検出部２１を備えるセンサ素子２と、センサ素子２を内側に挿通して、軸方向Ｘの先端側に検出部２１が位置するように保持するハウジングＨと、ハウジングＨの先端側に配設された素子カバー１と、を備える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
図２０左図は、長さの比：Ｌ１／Ｌ２が０．０５のガイド体１３を設けた場合であり、センサ素子２の検出面２０へのガス流入が認められるが、指向性は±３２％とやや大きい。図２０右図に示すように、Ｌ１／Ｌ２が０．４となるガイド体１３を設けた場合には、検出面２０へのガス流入が増加すると共に、指向性が±２５％程度まで低減する。
図２１に示すように、具体的には、Ｌ１／Ｌ２が０．０５〜０．２５までの範囲では、指向性はほとんど変化がなく、Ｌ１／Ｌ２が０．２５を超えると、指向性が急減している。したがって、好適には、Ｌ１／Ｌ２が０．２５を超える範囲となるように、ガイド体１３の傾斜表面１３１の長さＬ１を設定すると、指向性を小さくすることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
（参考形態２）
図２５、図２６により、センサ装置としてのＰＭセンサＳの参考形態２について説明する。上記参考形態１では、センサ素子２の先端面に検出部２１を設けた構成としているが、図２５に示すように、センサ素子２の側面に検出部２１を有する構成であってもよい。センサ素子２以外のＰＭセンサＳの構成は、上記参考形態１と同様であるので説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
なお、参考形態２以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
図２６において、センサ素子２は、積層構造を有する積層型素子であり、直方体形状の絶縁性基体２２の先端側の一側面に、電極２３、２４が露出する検出部２１を有している。検出部２１の外周部を取り囲む、一回り大きな側面表面が、検出面２０となる。電極２３、２４がリード部２３ａ、２４ａを介して、端子電極２５、２６と接続される構成は、上記参考形態１と同様である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
（参考形態３）
図２７により、センサ装置としてのＰＭセンサＳの参考形態３について説明する。
インナカバー１１の第１筒部１１３は、先端側の大クリアランス部３１から基端側の小クリアランス部３２へ向けて、徐々に縮径している形状であればよく、必ずしも全体がテーパ状でなくてもよい。本形態では、例えば、大クリアランス部３１となる先端部に、概略一定径の筒部１１３ａを有する形状となっている。筒部１１３ａを除く第１筒部１１３は、一定のテーパ角度を有するテーパ状に形成される。
それ以外の本形態の基本構成は、上記参考形態１と同様であり、説明を省略する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
ここでは、図３２中図に示すように、第１列のアウタ側面孔１２ａは、アウタカバー１２の側面１２１を、軸中心に向かう方向に貫通する貫通孔にて形成されている。すなわち、軸中心から放射状に延びる８つの方向を貫通方向とする、８つのアウタ側面孔１２ａが均等に配置される。
なお、上記参考形態１〜３、実施形態４において、インナカバー１１のインナ側面孔１１ａ及びアウタカバー１２のアウタ側面孔１２ａは、このような放射状に形成された貫通孔（以下、適宜、放射状孔と称する）となっている。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
上記実施形態では、例えば、５ｍ／ｓ、１０ｍ／ｓ程度の低流速域において、素子カバー１におけるガイド体１３の配置や第２流路Ｆ２の形状等によるガス流れへの影響を主に評価したが、ガス流速がより低い超低流速域（例えば、３ｍ／ｓ以下）においては、搭載時の組付角度に対応するアウタ側面孔１２ａの向き（以下、適宜、搭載向きと称する）が、第１流路Ｆ１におけるガス流れに、より大きく影響する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０２】
上記各形態では、積層型のセンサ素子２を有するＰＭセンサＳを例示して説明したが、センサ素子２は、電極２３、２４が、検出部２１となる表面に印刷形成された印刷型素子であってもよい。この場合は、電極２３、２４は、平板状に成形された絶縁性基体２２の表面に、櫛歯状に印刷形成され、同様に絶縁性基体２２の表面に印刷形成されたリード部２３ａ、２４ａを介して、端子電極２５、２６と接続される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
また、上記各形態では、センサ装置としてのＰＭセンサＳについて、主に説明したが、センサ装置は、ＰＭセンサＳに限らず、排ガスＧに含まれる特定ガス成分を検出するガスセンサであってもよい。具体的には、排ガスＧ中の酸素を検出する酸素センサや、空燃比を検出する空燃比センサ、ＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ等の排ガスセンサが挙げられる。これらガスセンサに用いられるセンサ素子２は、公知の構成とすることができ、例えば、コップ型又は積層型素子の先端側に、検出用の電極を有する検出部２１を備えた構成とすることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０４】
この場合も、上記各形態と同様に、検出部２１が軸方向Ｘの先端側となるように、ハウジングＨの内側に挿通保持して、その外側を素子カバー１で保護することができる。そして、素子カバー１の内側に導入される排ガスＧを、第２流路Ｆ１から第２流路Ｆ２に誘導し、ガイド体１３を経て検出面２０へ導くことができ、センサ素子２の検出部２１における出力の応答性を向上させる。