(57)【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センサ素子（２）と、
該センサ素子を内側に挿通して保持する筒状のインシュレータ（３）と、
該インシュレータを内側に挿通して保持する筒状のハウジング（４）と、を少なくとも備え、
上記センサ素子の先端（２１）は、上記インシュレータの先端（３１）より基端側（Ｚ２）に配置されており、
上記インシュレータは、上記センサ素子が保持された上記インシュレータの内側に上記被測定ガスを導入する導入口（３３）を有すると共に、該導入口に形成された多孔質フィルタ部（３５）を有し、
上記導入口及び上記多孔質フィルタ部は、上記インシュレータの先端に形成されており、
上記センサ素子の先端には、上記被測定ガスを上記センサ素子の内部に導入する導入口（２３）が設けられている、ガスセンサ（１）。
【請求項２】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子（２）と、
該センサ素子を内側に挿通して保持する筒状のインシュレータ（３）と、
該インシュレータを内側に挿通して保持する筒状のハウジング（４）と、を少なくとも備え、
上記センサ素子の先端（２１）は、上記インシュレータの先端（３１）より基端側（Ｚ２）に配置されており、
上記インシュレータは、上記センサ素子が保持された上記インシュレータの内側に上記被測定ガスを導入する導入口（３３）を有すると共に、該導入口に形成された多孔質フィルタ部（３５）を有し、
上記導入口及び上記多孔質フィルタ部は、上記インシュレータの上記先端に形成されており、
上記ハウジングの先端側には、有底筒状の単層構造の保護カバー（５）が固定されており、該保護カバーは、先端側に向かって縮径する縮径段差部（５５）を有し、該縮径段差部に、上記被測定ガスが流通する流通孔（５３）が設けられている、ガスセンサ（１）。
【請求項３】
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子（２）と、
該センサ素子を内側に挿通して保持する筒状のインシュレータ（３）と、
該インシュレータを内側に挿通して保持する筒状のハウジング（４）と、を少なくとも備え、
上記センサ素子の先端（２１）は、上記インシュレータの先端（３１）より基端側（Ｚ２）に配置されており、
上記インシュレータは、上記センサ素子が保持された上記インシュレータの内側に上記被測定ガスを導入する導入口（３３）を有すると共に、該導入口に形成された多孔質フィルタ部（３５）を有し、
上記導入口及び上記多孔質フィルタ部は、上記インシュレータの側面（３７）に形成されている、ガスセンサ（１）。
【請求項４】
上記センサ素子の側面（２４）に、上記被測定ガスを上記センサ素子の内部に導入する導入口（２３）が設けられた、請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項５】
上記ハウジングの先端側には、有底筒状の単層構造の保護カバー（５）が固定されており、該保護カバーの側面（５４）には、上記被測定ガスが流通する流通孔（５３）が設けられた、請求項３又は４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
上記インシュレータと、該インシュレータの内側に保持された上記センサ素子との間にクリアランス（１０１）が形成された、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【請求項７】
上記インシュレータの上記導入口に形成された上記多孔質フィルタ部と、上記インシュレータの内側に保持された上記センサ素子との間にクリアランス（１０２）が形成された、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
【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ためのガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の内燃機関等の排気系に設けられ、被測定ガスである排ガス中の酸素や窒素酸化物等の特定ガス濃度を測定するガスセンサが知られている。ガスセンサとしては、例えば、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を内側に挿通するインシュレータと、インシュレータ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配設された保護カバーとを備えたものがある。
【０００３】
ガスセンサは、センサ素子の表面に排ガス等の被測定ガスが接触するように構成されている。ところが、内燃機関の低温始動時等においては、排ガス中の水蒸気が凝縮して生成する凝縮水が排ガスと共にセンサ素子に向かって飛来し、センサ素子の表面に付着することがある。ここで、センサ素子は、固体電解質体を活性化させるために高温に加熱した状態で使用される。そのため、凝縮水の付着により、センサ素子に大きな熱衝撃が加わり、割れが発生することがある。また、凝縮水中に含まれる硫黄やＡｇ等によってセンサ素子が被毒するおそれがある。そこで、例えば特許文献１には、多孔質保護層に被覆されたセンサ素子と、該センサ素子の先端を先方に突出させた状態で保持するインシュレータと、センサ素子の先端側を覆う多重構造の保護カバーを備えるガスセンサが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２２８３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来の構成のようにセンサ素子を多孔質保護層によって被覆すると、センサ素子への凝縮水の付着を抑制することができるものの、センサ素子の熱容量が大きくなる。その結果、ガスセンサの消費電力が増大し、燃費が低下したり、バッテリへの負荷が増大してしまう。また、センサ素子の先端がインシュレータに対して先端側に突出したガスセンサにおいては、センサ素子が被測定ガスに曝されやすい。したがって、被測定ガス中に含まれる凝縮水からセンサ素子を守るためには、上述の多重構造の保護カバーが実質的に必要になる。しかし、多重構造の保護カバーは、構造が複雑であり、保護カバーを形成するための部品数が増える。その結果、ガスセンサの製造コストが増大してしまう。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、熱容量の増大を防止しつつセンサ素子への被水を防止することができ、さらに製造コストの低減が可能な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】
【０００７】
本発明の一態様は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子（２）と、
該センサ素子を内側に挿通して保持する筒状のインシュレータ（３）と、
該インシュレータを内側に挿通して保持する筒状のハウジング（４）と、を少なくとも備え、
上記センサ素子の先端（２１）は、上記インシュレータの先端（３１）より基端側（Ｚ２）に配置されており、
上記インシュレータは、上記センサ素子が保持された上記インシュレータの内側に上記被測定ガスを導入する導入口（３３）を有すると共に、該導入口に形成された多孔質フィルタ部（３５）を有し、
上記導入口及び上記多孔質フィルタ部は、上記インシュレータの先端に形成されており、
上記センサ素子の先端には、上記被測定ガスを上記センサ素子の内部に導入する導入口（２３）が設けられている、ガスセンサ（１）にある。
本発明の他の態様は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子（２）と、
該センサ素子を内側に挿通して保持する筒状のインシュレータ（３）と、
該インシュレータを内側に挿通して保持する筒状のハウジング（４）と、を少なくとも備え、
上記センサ素子の先端（２１）は、上記インシュレータの先端（３１）より基端側（Ｚ２）に配置されており、
上記インシュレータは、上記センサ素子が保持された上記インシュレータの内側に上記被測定ガスを導入する導入口（３３）を有すると共に、該導入口に形成された多孔質フィルタ部（３５）を有し、
上記導入口及び上記多孔質フィルタ部は、上記インシュレータの上記先端に形成されており、
上記ハウジングの先端側には、有底筒状の単層構造の保護カバー（５）が固定されており、該保護カバーは、先端側に向かって縮径する縮径段差部（５５）を有し、該縮径段差部に、上記被測定ガスが流通する流通孔（５３）が設けられている、ガスセンサ（１）にある。
本発明のさらに他の態様は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子（２）と、
該センサ素子を内側に挿通して保持する筒状のインシュレータ（３）と、
該インシュレータを内側に挿通して保持する筒状のハウジング（４）と、を少なくとも備え、
上記センサ素子の先端（２１）は、上記インシュレータの先端（３１）より基端側（Ｚ２）に配置されており、
上記インシュレータは、上記センサ素子が保持された上記インシュレータの内側に上記被測定ガスを導入する導入口（３３）を有すると共に、該導入口に形成された多孔質フィルタ部（３５）を有し、
上記導入口及び上記多孔質フィルタ部は、上記インシュレータの側面（３７）に形成されている、ガスセンサにある。
【発明の効果】
【０００８】
上記ガスセンサにおいては、センサ素子の先端がインシュレータの先端より基端側に配置されている。すなわち、センサ素子の先端がインシュレータの先端から露出していない。そのため、被測定ガスが例えば水蒸気を含んでおり、被測定ガスの温度低下等により被測定ガス中に凝縮水が生じたとしても、凝縮水がセンサ素子に付着することを防止することができる。さらに、インシュレータは、センサ素子が保持されたインシュレータの内側に被測定ガスを導入する導入口を有すると共に、導入口に形成された多孔質フィルタ部を有する。そのため、被測定ガスは、導入口に形成された多孔質フィルタ部を通過してからセンサ素子に導かれる。それ故、例え導入口に凝縮水が飛来したとしても、凝縮水はセンサ素子に到達する前に多孔質フィルタにトラップされる。したがって、凝縮水がセンサ素子に付着することを防止することができる。このように、上記ガスセンサにおいては、インシュレータの先端位置に対するセンサ素子の先端位置を基端側に配置させると共に、インシュレータの導入口に多孔質フィルタ部を形成することによって、センサ素子の被水を十分に抑制することができる。その結果、センサ素子の割れや被毒を防止することができる。
【０００９】
また、上述のようにインシュレータの導入口に凝縮水をトラップする多孔質フィルタが設けられているため、従来の構成のガスセンサのようにセンサ素子の表面に多孔質保護層等を設ける必要がなくなる。その結果、センサ素子の熱容量の増大を防止することが可能になるため、ガスセンサの消費電力を小さくすることができる。
【００１０】
さらに、上記ガスセンサにおいては、上述のようにセンサ素子の先端がインシュレータの先端から露出していない。そのため、従来の構成のガスセンサのように、被測定ガスに曝されるセンサ素子の先端側を保護する多重構造の保護カバーが必ずしも必要なくなる。具体的には、例えば単層構造のような比較的単純な構造の保護カバーでも十分になる。そのため、部品数を減らすことができ、ガスセンサの製造コストを低下させることができる。
【００１１】
以上のごとく、上記ガスセンサによれば、熱容量の増大を防止しつつセンサ素子への被水を防止することが可能になり、さらに製造コストの低減が可能になる。なお、特許請求の範囲及び課題を解決するための手段に記載した括弧内の符号は、後述する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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１におけるガスセンサの断面図。
【図２】実施形態１におけるガスセンサの部分断面図。
【図３】実施形態１におけるガスセンサの素子カバーの底面図。
【図４】実施形態２におけるガスセンサの断面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線矢視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態１）
ガスセンサの実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、本明細書において、「先端側」とは、ガスセンサの軸方向の一方側であり、ガスセンサが被測定ガスに晒される側をいう。また、「基端側」とは、その反対側をいう。
【００１４】
図１及び図２に示すごとく、本実施形態のガスセンサ１は、被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するセンサ素子２と、筒状のインシュレータ３と、筒状のハウジング４とを備えている。インシュレータ３は、センサ素子２を内側に挿通して保持し、センサ素子２の先端２１は、インシュレータ３の先端３１より軸方向Ｚにおける基端側Ｚ２に配置されている。インシュレータ３は、センサ素子２が保持されたインシュレータ３の内側に被測定ガスを導入する導入口３３を有すると共に、この導入口３３に形成された多孔質フィルタ部３５を有する。また、ハウジング４は、インシュレータ３を内側に挿通して保持する。以下、本実施形態のガスセンサ１についてさらに詳説する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態のガスセンサ１は、軸方向Ｚの先端側Ｚ１を例えば排ガス等の被測定ガスの流路１９０内に配置して用いられる。ガスセンサ１は、図１に示されるように、例えば被測定ガスの流れ方向Ｘに対してガスセンサの軸方向Ｚが垂直になるように配置される。なお、ガスセンサ１は、被測定ガスの流れ方向Ｘに対して必ずしも垂直である必要はなく、傾けて配置することも可能である。
【００１６】
具体的には、ガスセンサ１は、例えば車両用の排気センサとして用いることができ、被測定ガスの種類や利用される制御の目的などに応じて、空燃比センサ、ＮＯxセンサ等として用いられる。センサ素子２としては、例えば部分安定化ジルコニアからなる固体電解質体と、その両面にそれぞれ設けられた測定電極及び基準電極と、基準ガス導入層、ヒータ層とを積層してなる長尺な板状の積層型酸素センサ素子が用いられる。センサ素子２は、上述のように板状であってもよいが棒状であってもよい。また、センサ素子２は、軸方向Ｚの先端２１に被測定ガスの導入口２３を有している。導入口２３は、センサ素子２の内部に被測定ガスを導入するための入り口であり、例えば多孔質セラミックス等によって形成される。導入孔２３は、１つでも複数でもよい。また、導入孔２３は、センサ素子２の先端２１以外にも側面等の他の部分に形成することもできる。なお、本実施形態が参照する図１、図２、並びに後述の実施形態２が参照する図４及び図５においては、センサ素子の具体的な構造を省略して示してある。
【００１７】
センサ素子２は、インシュレータ３の内側に挿通して保持されている。さらに、インシュレータ３は、例えば金属製のハウジング４の内側に保持されている。ハウジング４の基端側Ｚ２には、センサ素子２の基端側Ｚ２を覆う基端側カバー１４が固定されており、基端側カバー１４内には、外部に接続される複数のリード部材１６が収容されている。基端側カバー１４の内部において、インシュレータ３（以下、適宜「先端側インシュレータ３」という）の基端側Ｚ２には、センサ素子２の基端側Ｚ２を覆うインシュレータ３００（以下、適宜「基端側インシュレータ３００」）が配設されている。基端側インシュレータ３００には、リード部材１６に接続された金属端子１８が配設されている。金属端子１８は、センサ素子２の電極端子に接触して電気的な導通を図っている。なお、図示を省略するが、基端側カバー１４の基端側Ｚ２には大気を導入する通気孔が設けられ、基端側カバー１４の基端側開口部はゴムブッシュからなる封止部材によって閉塞される。
【００１８】
図１及び図２に示すごとく、センサ素子２の先端２１は、先端側インシュレータ３の先端３１より基端側Ｚ２に配置されている。すなわち、センサ素子２の先端２１が、先端側インシュレータ３の先端３１よりも基端側に後退するように配置されており、先端側インシュレータ３の先端３１から突出していない。なお、本実施形態のガスセンサ１における先端側インシュレータ３及び基端側インシュレータ３００のように、センサ素子２を内側に保持する複数のインシュレータ３、３００を有する場合において、「インシュレータの先端」とは、軸方向Ｚにおける最も先端側Ｚ１に位置するインシュレータ（すなわち、先端側インシュレータ３）の先端３１である。インシュレータ３は、絶縁セラミックスにより形成される。絶縁セラミックスとしては、例えばアルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ、窒化ケイ素、マグネシア等を用いることができる。好ましくは、インシュレータ３はアルミナからなることがよく、特に純度９０質量％以上のアルミナからなることがよい。
【００１９】
筒状のインシュレータ３は、その内側に保持されたセンサ素子２に被測定ガスを導入するための導入口３３を有しており、この導入口３３には多孔質フィルタ部３５が設けられている。本実施形態においては、軸方向Ｚに伸びる筒状のインシュレータ３は、軸方向に伸びる貫通孔３６を有し、この貫通孔３６内にセンサ素子２が挿入保持されている。貫通孔３６の先端側開口部によって導入口３３が形成されている。また、先端側開口部が多孔質セラミックスによって塞がれることによって、インシュレータ３の先端３１に多孔質フィルタ部３５が形成されている。多孔質フィルタ部３５は、被測定ガスを流通可能な多孔質の絶縁セラミックスにより形成される。絶縁セラミックスとしては、上述のインシュレータと同様の材料から適宜選択される。多孔質フィルタ部３５に用いられる絶縁セラミックスは、アルミナからなることが好ましく、α−アルミナ、γ−アルミナ、及びθ−アルミナからなる群より選ばれる少なくとも１種を含有することがより好ましい。多孔質フィルタ部３５は、例えば予めシート状等に成形した多孔質の絶縁性セラミックスをインシュレータ３の先端３１に接合させることにより形成することができる。また、絶縁セラミックスを含むスラリーに筒状のインシュレータ３の先端３１を浸漬し、先端側開口部を塞ぐスラリーの膜を形成し、この膜を焼結させることにより多孔質フィルタ部３５を形成することもできる。多孔質フィルタ部３５の気孔率は、例えば３０〜９０％、平均細孔径は例えば０．５μｍ以上、厚さは例えば２０〜２０００μｍの範囲で調整することができる。平均細孔径、気孔率は、水銀圧入法の原理を利用した水銀ポロシメータによって測定することができる。
【００２０】
ハウジング４には、ガスセンサ１を排気管等に取り付けるための取り付けねじ部４３が形成されている。図１においては、ハウジング４の取り付けねじ部４３において排気管１９に取り付けたガスセンサ１が示されている。同図に示すごとく、ガスセンサ１においては、取り付けねじ部４３よりも先端側Ｚ１が被測定ガスに曝される。
【００２１】
ハウジング４の先端側Ｚ１には、保護カバー５が配設されている。図１及び図３に示すごとく、保護カバー５は、例えば単層構造の有底円筒状である。保護カバー５は、軸方向Ｚの先端側Ｚ１に向かって縮径する縮径段差部５５を有する。具体的には、保護カバー５は、軸方向Ｚに伸びる円筒状の第１側面５１と、この第１側面５１よりも小さな径を有すると共に軸方向に伸びる円筒状の第２側面５２と、これらの第１側面５１と第２側面５２とを連結する縮径段差部５５と、第２側面５２の先端を封止する底面５６とを有する。縮径段差部５５は、保護カバー５の径方向（すなわち、軸方向Ｚと垂直な方向）に形成されているが、径方向から傾斜していてもよい。
【００２２】
縮径段差部５５には、被測定ガスが流通する流通孔５３が設けられている。流通孔５３は、例えば複数形成することができ、図３に示されるように、複数の流通孔５３は例えば同心円上に配置させることができる。また、保護カバー５の底面５６にも流通孔５７が形成されている。
【００２３】
ガスセンサ１においては、図１に示すごとく、インシュレータ３と、その内側に挿通して保持されたセンサ素子２とが、ハウジング４の先端４１から先端側Ｚ１にほとんど突出していない。そして、インシュレータ３及びセンサ素子２は、保護カバー５の内部空間５０内にもほとんど突出していない。
【００２４】
次に、本実施形態のガスセンサ１の作用効果を説明する。図１及び図２に示すように、ガスセンサ１においては、センサ素子２の先端２１がインシュレータ３の先端３１より基端側Ｚ２に配置されており、インシュレータ３から露出していない。そのため、被測定ガスが例えば水蒸気を含んでおり、被測定ガスの温度低下等により被測定ガス中に凝縮水が生じたとしても、センサ素子２に凝縮水が付着することを防止することができる。
【００２５】
さらに、インシュレータ３は、センサ素子２が保持されたインシュレータ３の内側に被測定ガスを導入する導入口３３を有すると共に、この導入口３３に形成された多孔質フィルタ部３５を有する。そのため、被測定ガスは、導入口３３に形成された多孔質フィルタ部３５を通過してからセンサ素子２に導かれる。それ故、被測定ガス中に含まれた凝縮水が導入口３３に飛来したとしても、凝縮水はセンサ素子２に到達する前に多孔質フィルタ部３５にトラップされる。したがって、凝縮水がセンサ素子２に付着することを防止することができる。
【００２６】
このように、ガスセンサ１においては、インシュレータ３の先端位置に対するセンサ素子２の先端位置を基端側Ｚ２に配置させると共に、インシュレータ３の導入口３３に多孔質フィルタ部３５を形成することによって、センサ素子２の被水を十分に抑制することができる。その結果、センサ素子２の割れや被毒を防止することができる。
【００２７】
また、センサ素子２の先端２１がインシュレータ３から露出していないため、従来のようなセンサ素子２の先端側Ｚ１を覆う多重構造のカバーが必ずしも必要ない。すなわち、センサ素子２がインシュレータ３の先端３１から先端側Ｚ１に突出しておらず、保護カバー５の内部空間５０にセンサ素子２が露出されていない。したがって、センサ素子２への被水を抑制するために用いられていた多層構造の複雑な保護カバーは必ずしも必要なく、図１に示すように例えば単層構造の比較的単純な構造の保護カバー５を用いることが可能になる。その結果、保護カバー５の部品数を減らすことができ、ガスセンサ１の製造コストの低減が可能になる。また、上記のように導入口３３に多孔質フィルム部３５が設けられているため、センサ素子２の表面に多孔質保護層等を別途設ける必要がなくなる。そのため、センサ素子２の熱容量を小さくすることができ、ガスセンサ１の消費電力を小さくすることができる。
【００２８】
導入口３３及び多孔質フィルタ部３５は、図１及び図２に示すごとく、インシュレータ３の先端３１に形成することができる。この場合には、被測定ガスの流路１９０内におけるインシュレータ３の先端３１の位置及びセンサ素子２の先端２１の位置を基端側Ｚ２へ後退させることが可能になり、インシュレータ３及びセンサ素子２の軸方向Ｚの全長を短くすることが可能になる。導入口３３から被測定ガスを導入させるためには、導入口３３が設けられたインシュレータ３の先端３１が被測定ガスに曝されればよく、必要以上にインシュレータ３の先端３１を軸方向Ｚの先端側Ｚ１に突出させる必要はなく、さらに、センサ素子の先端２１はインシュレータの先端３１より基端側Ｚ２に配置されるからである。一方、例えば後述の実施形態２のように、インシュレータ３の側面３７に導入口３３を有するガスセンサ１においては、この導入口３３を被測定ガスの流路１９０内に露出させるために、インシュレータ３の先端３１を先端側Ｚ１に突出させる必要性が生じる（図４参照）。インシュレータ３及びセンサ素子２の長さが短くなると、これら２つの部材の材料費を削減できるため製造コストの低下が可能になる。
【００２９】
センサ素子２の導入口２３と、インシュレータ３の導入口３３及び／又は多孔質フィルタ部３５とは互いに対向する位置に形成されていることが好ましい。この場合には、インシュレータ３の導入口３３とセンサ素子２の導入口２３とを近づけることができると共に、インシュレータ３の導入口３３を通過する被測定ガスの流れ方向と、センサ素子２の導入口２３から導入される被測定ガスの流れ方向とを揃えることができる。これらの流れ方向は、必ずしも一致させる必要はないが、一致又は平行に近づけることにより、インシュレータ３の導入口３３から導入された被測定ガスがセンサ素子２の導入口２３から導入されやすくなる。そのため、センサ素子２の導入口２３におけるガス交換性をより向上させることができる。それ故、ガスセンサ１の応答性をより向上させることができる。
【００３０】
本実施形態のように、導入口３３及び多孔質フィルタ部３５がインシュレータ３の先端３１に形成されている場合には、図１及び図２に示すごとく、被測定ガスをセンサ素子２の内部に導入する導入口２３は、センサ素子２の先端２１に形成されていることが好ましい。この場合には、インシュレータ３の先端３１の導入口３３から導入された被測定ガスがセンサ素子２の先端２１の導入口２３から導入されやすくなる。そのため、センサ素子２の導入口２３におけるガス交換性をより向上させることができる。それ故、ガスセンサ１の応答性をより向上させることができる。
【００３１】
また、図１及び図３示すごとく、ハウジング４の先端側Ｚ１には、有底筒状の単層構造の保護カバー５が固定することができる。単層構造の保護カバー５により、例えば多層構造の保護カバーに比べて保護カバーを形成するための部品点数を減らすことができる。そのため、ガスセンサ１の製造コストを低減させることができる。さらに、本実施形態のようにインシュレータ３の先端３１に対するセンサ素子２の先端２１を基端側Ｚ２に配置し、インシュレータ３の導入口３３に多孔質フィルタ部３５を設けたガスセンサ１においては、単層構造の保護カバー５でも、センサ素子２の被水を十分に抑制することが可能になる。
【００３２】
保護カバー５は、軸方向Ｚの先端側Ｚ１に向かって縮径する縮径段差部５５を有し、この縮径段差部５５に、被測定ガスが流通する流通孔５３が設けられていることが好ましい。この場合には、図１に示すようにガスセンサ１を被測定ガスの流路１９０中に設置した際に、縮径段差部５５に設けられた流通孔５３から保護カバー５内に被測定ガスが導入される。そのため、保護カバー５内における被測定ガスの流れ方向をコントロールし、インシュレータ３の先端３１に設けられた導入孔３３から導入される被測定ガスの流量を増やすことができる。そのため、インシュレータ３の導入口３３におけるガス交換性をより向上させることができる。それ故、ガスセンサ１の応答性をより向上させることができる。
【００３３】
また、図２に示すごとく、インシュレータ３と、その内側に保持されたセンサ素子２との間にはクリアランス１０１が形成されていることが好ましい。すなわち、センサ素子２の側面２４とインシュレータ３の内側面３４とが離間しており、センサ素子２の側面２４とインシュレータ３の内側面３４とが当接していないことが好ましい。この場合には、インシュレータ３が被水しても、クリアランス１０１の存在によってセンサ素子２に熱衝撃が発生することを防止できる。そのため、センサ素子２の割れをより一層防止することができる。図１及び図２に示すごとく、センサ素子２とインシュレータ３との間のクリアランス１０１は、軸方向の先端側Ｚ１に形成することができる。また、インシュレータ３の導入口３３に形成された多孔質フィルタ部３５とセンサ素子２（具体的には、センサ素子２の先端２１）との間にもクリアランス１０２が形成されていることが好ましい。すなわち、センサ素子２の先端２１と多孔質フィルタ部３５とが離間しており、センサ素子２の先端２１と多孔質フィルタ部３５とは当接していないことが好ましい。この場合には、多孔質フィルタ部３５が被水しても、クリアランス１０２の存在により、センサ素子２に熱衝撃が発生することを防止できる。そのため、センサ素子２の割れをより一層防止することができる。
【００３４】
また、クリアランス１０１、１０２の存在によって、センサ素子２の周囲に空間が形成され、この空間は被測定ガスが導入される被測定ガス室となりうる。したがって、センサ素子２の周囲に導入された例えば排ガス等の被測定ガスによってセンサ素子２を保温することが可能になるため、制御温度の安定性が向上する。さらに、上述のごとくクリアランス１０１、１０２を有する場合には、センサ素子２の周囲に形成された空間内に被測定ガスが導入されるため、センサ素子２における導入口２３の形成位置をクリアランス１０１、１０２によって形成される空間に面した任意の位置に適宜変更することが可能になる。すなわち、センサ素子２における導入口２３の形成位置の自由度を高めることができる。
【００３５】
（実施形態２）
次に、インシュレータの側面に、被測定ガスのガス導入口を有するガスセンサについて説明する。なお、実施形態２において用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を示す。以下、本実施形態のガスセンサについて詳細に説明する。
【００３６】
図４に示すごとく、本実施形態のガスセンサ１は、実施形態１に比べてハウジング４の先端４１よりも先端側Ｚ１に突出したインシュレータ３及びセンサ素子２を有している。インシュレータ３は、有底筒状であり、センサ素子２を内側に挿通して保持している。実施形態１と同様に、センサ素子の先端２１は、インシュレータ３の先端３１より基端側Ｚ２に配置されているが、本実施形態においては、インシュレータ３の先端３は閉塞しており、底面３２が形成されている。本明細書において、筒状のインシュレータは、両端が開口した貫通孔を有するものだけでなく、一端が閉塞した有底筒状のものを含む概念である。
【００３７】
インシュレータ３は、センサ素子２が保持されたインシュレータ３の内側に被測定ガスを導入する導入口３３を有する。導入口３３は、インシュレータ３の側面３７に形成されている。そして、側面３７に形成された導入口３３に、多孔質セラミックスからなる多孔質フィルタ部３５が形成されている。また、センサ素子２の導入口２３は、センサ素子２の側面２４に形成されている。インシュレータ３の側面３７に形成された導入口３３と、センサ素子２の側面２４に形成された導入口２３とは、互いに対向する位置に形成されており、軸方向Ｚにおいて同じ位置になるように調整されている。なお、多孔質フィルタ部３５は、例えば所定形状に成形した多孔質の絶縁性セラミックスをインシュレータ３の側面３７に形成した導入口３３に接合させることにより、形成することができる。また、絶縁性セラミックスを含むスラリーに、予め導入口３３を形成したインシュレータ３の側面３７を浸漬し、スラリーの膜で導入口３３を塞ぎ、この膜を焼結させることにより多孔質フィルタ部３５を形成することもできる。
【００３８】
また、インシュレータ３と、その内側に保持されたセンサ素子２との間にはクリアランス１０１が形成されている。本例においては、筒状のインシュレータ３の内側面３４と、板状のセンサ素子２の側面２４との間、さらにインシュレータ３の底面３２とセンサ素子２の先端２１との間にクリアランス１０１が形成されている。また、インシュレータ３の側面３７に形成された多孔質フィルタ部３５とセンサ素子２との間にもクリアランス１０２が形成されている。
【００３９】
図４及び図５示すごとく、ハウジング４の先端側Ｚ１には、有底筒状の単層構造の保護カバー５が固定されている。保護カバー５の側面５４には、被測定ガスが流通する複数の流通孔５３が複数設けられている。複数の流通孔５３は、筒状の側面５４において同心円上に形成されている。また、流通孔５３の底面５６にも流通孔５７が形成されている。センサ素子２及びこれを内側に保持するインシュレータ３は、保護カバー５の底面５６の近くまで、保護カバー５の内部空間５０に突出している。インシュレータ３の側面３７に形成された導入口３３と、保護カバー５の側面に形成された流通孔５３とが、軸方向Ｚにおける同じ位置になるように調整されている。
【００４０】
次に、本実施形態のガスセンサ素子１の作用効果を説明する。本実施形態のガスセンサ１においては、図４及び図５に示すごとく、導入口３３及びこの導入口３３に形成された多孔質フィルタ部３５が、インシュレータ３の側面３７に形成されている。この場合においても、上述の実施形態１と同様に、被測定ガスが凝縮水を含有していたとしても、凝縮水は多孔質フィルタ部３５においてトラップされる。その結果、センサ素子２の被水を防止することができるため、センサ素子２の割れや被毒の防止が可能になる。インシュレータ３の導入口３３は、被測定ガスの流れ方向Ｘにおける上流側の側面３７に形成することが好ましい。この場合には、導入口３３から被測定ガスが導入され易くなる。そのため、例えば保護カバー５の形状や流通孔５３の形成位置を調整して保護カバー内の被測定ガスの流れ方向等を制御する必要が必ずしもなくなるため、保護カバー５の形状をよりシンプルにすることができる。なお、インシュレータ３の先端３１は閉塞しており底面３２が形成されているため、実施形態１のように先端３１から被測定ガスがインシュレータ３内に導入されることはない。
【００４１】
本実施形態のように、導入口３３及び多孔質フィルタ部３５がインシュレータ３の側面３７に形成されている場合には、図４及び図５に示すごとく、被測定ガスをセンサ素子２の内部に導入する導入口２３は、センサ素子２の側面２４に形成されていることが好ましい。この場合には、インシュレータ３の側面３７の導入口３３から導入された被測定ガスがセンサ素子２の側面２４の導入口２３から導入されやすくなる。そのため、センサ素子２の導入口２３におけるガス交換性をより向上させることができる。それ故、ガスセンサ１の応答性をより向上させることができる。
【００４２】
また、図４及び図５に示すごとく、ハウジング４の先端側Ｚ１には、有底筒状の単層構造の保護カバー５が固定されており、保護カバー５の側面５４には、被測定ガスが流通する流通孔５３が設けられていることが好ましい。この場合には、インシュレータ３の側面に形成された導入口３３から被測定ガスが導入されやすくなり、ガス応答性をより向上させることができる。
【００４３】
本実施形態のガスセンサ１は、その他にも実施形態１と同様の作用効果を奏し、他の作用効果については、実施形態１を参照する。
【００４４】
以上のように、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、実施形態１に示す構成と、実施形態２に示す構成とを組み合わせることもできる。具体的には、例えばインシュータは、先端と側面との両方に導入口を有し、これらの導入口に形成された多孔質フィルタ部を有することも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ガスセンサ
２  センサ素子
２１  センサ素子の先端
３  インシュレータ
３１  インシュレータの先端
３３  導入口
３５  多孔質フィルタ部
４  ハウジング
【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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