(57)【要約】【課題】ガスセンサ内部から外部への輻射伝熱を促進して、ガスセンサ内部の温度が上昇し難いガスセンサを提供すること。【解決手段】被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサ素子２を内蔵するガスセンサ１であって、該ガスセンサ１の外表面１００は、大気にさらされる大気面１０２と被測定ガスにさらされる被測定ガス面１０１とを有し、上記大気面１０２の少なくとも一部の輻射率は０．７以上である。または、ガスセンサ１の内面で上記大気面１０２の内側に当たる大気側内面１０３の少なくとも一部の輻射率は０．７以上である。または、上記大気面１０２とガスセンサ１の内面で上記大気面１０２の内側に当たる大気側内面１０３の少なくとも一部の輻射率は０．７以上である。【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測定するセンサ素子を内蔵するガスセンサであって、該ガスセンサの外表面は、大気にさらされる大気面と被測定ガスにさらされる被測定ガス面とを有し、
上記大気面の少なくとも一部の輻射率は０．７以上であ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、上記大気面の少なくとも一部の輻射率は０．８５以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサ素子を内蔵するガスセンサであって、該ガスセンサの外表面は、大気にさらされる大気面と被測定ガスにさらされる被測定ガス面とを有し、
ガスセンサの内面で上記大気面の内側に当たる大気側内面の少なくとも一部の輻射率は０．７以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項３において、上記大気側内面の少なくとも一部の輻射率は０．８５以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサ素子を内蔵するガスセンサであって、該ガスセンサの外表面は、大気にさらされる大気面と被測定ガスにさらされる被測定ガス面とを有し、
上記大気面とガスセンサの内面で上記大気面の内側に当たる大気側内面の少なくとも一部の輻射率は０．７以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
請求項３において、上記大気面及び上記大気側内側面の少なくとも一部の輻射率は０．８５以上であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記輻射率は、波長が３〜２５μｍの電磁波に対する値であ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１項において、上記ガスセンサの軸方向に沿って、上記大気面における基端から先端に至る距離をＨとすると、上記ガスセンサの軸方向に沿って、上記基端から先端に向けて０．５Ｈ以上の距離を有する領域に対して輻射率を０．７以上とすることを特徴とするガスセンサ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項において、輻射率０．７以上となる領域は、その表面に酸化被膜が形成されてなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、輻射率０．７以上となる領域は、その表面に塗膜が形成されてな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１項において、上記ガスセンサは、筒型のハウジングと該ハウジングに筒型の素子側絶縁碍子を介して挿通したセンサ素子と、上記ハウジングの先端側に設けた被測定ガス側カバーと、上記素子側絶縁碍子の基端側に上記センサ素子の基端側を覆うように配置した筒型の大気側絶縁碍子と、上記ハウジングの基端側に、上記大気側絶縁碍子を覆うように設けた大気側カバーとを有し、
上記大気側カバーは、先端から基端に向かって、直径Ｄ１の大径部、直径Ｄ２の中径部及び直径Ｄ３の小径部を有し、
上記大径部と上記中径部との間は径の大きさを切り替える段部があって、該段部と上記大気側絶縁碍子の基端とを環状の皿バネを介して接触させることで、上記大気側絶縁碍子が上記素子側絶縁碍子に固定され、
更に、Ｄ１〜Ｄ３の間には、Ｄ３＜Ｄ２＜Ｄ１、（Ｄ１＋Ｄ３）／２≦Ｄ２≦０．９Ｄ１なる関係が成立す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、車両用エンジンの排気ガス中の酸素濃度等を測定して燃焼制御等に利用するガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用エンジンは排気ガス中の酸素濃度等に基づいて燃焼制御を行うことが、燃費向上、効率よい排気ガス浄化に有効である。
排気ガス中の酸素濃度等を検出するガスセンサは、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサ素子を内蔵する。
上記ガスセンサ素子は、固体電解質体と一対の電極からなる電気化学セルを有し、大気ガスを基準ガスとして、電極間に生じる起電力や限界電流等に基づいて、被測定ガス中の酸素濃度等を測定する素子である。
【０００３】
従って、ガスセンサは大気と被測定ガスとの双方に接触するように構成する必要があり、ガスセンサの外表面は被測定ガスにさらされる被測定ガス面と、大気にさらされる大気面とを有する。被測定ガス面にはガスセンサ内部に被測定ガスを導入する導入孔を、大気面にはガスセンサ内部に大気を導入する導入孔がある。
【０００４】
例えば、後述する図１にかかる構成のガスセンサでは、排気ガスが流れる排気管に設けた取付穴にガスセンサを挿入し、ハウジングの途中を境として、一方が大気面に、他方が被測定ガス面となる。大気面はガスセンサの基端側、被測定ガス面はガスセンサの先端側にある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０６３７３号公報
【特許文献２】特開２００１−１８８０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ガスセンサの構成部材の中には耐熱性に劣る材料からなるものがある。例えば、大気側カバー内に大気を導入する際に水が入らないようにするために、樹脂製の撥水フィルタ（図１等参照）を大気側カバーの外方に設けることがある。この撥水フィルタは、例えばテトラフルオロエチレン等の多孔質樹脂材料からなり、金属やセラミックと比較すると耐熱性に劣る。
また、大気側カバーの基端を封止し、ガスセンサ外部から引き込んだリード線を固定するために弾性絶縁部材（図１等参照）を設けることがあるが、この弾性絶縁部材は樹脂やゴムからなり、金属やセラミックと比較すると耐熱性に劣る。
【０００７】
そして、近年排気ガスの規制が年々厳しくなり、これに伴って排気ガスの温度がますます高くなり、熱い排気ガスによりガスセンサが加熱され、ガスセンサの温度が以前と比べて高くなり、熱に弱い部材の耐熱限界を超えてしまうおそれがある。
【０００８】
そこで、ガスセンサを長くして、熱に弱い部材に排気ガスの熱を伝え難くしたり、ガスセンサの外表面に凹凸形状からなる放熱部を設けて、表面積を増やすことで熱を外部に排出しやすくする構成が提案されている。
【０００９】
しかしながら、限られた空間に設置するガスセンサとしては、可能な限り小型で嵩張らない構成が好まれるし、材料コストの観点から長くすることは望ましい方法ではない。
また、凹凸形状からなる放熱部を設けたガスセンサは構造が複雑であり、製造効率が低下する。更に、より有用な放熱部を得るには、大きな凹凸を設ける必要があり、ガスセンサの体格の大型化を招くおそれがある。
【００１０】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ガスセンサ内部から外部への輻射伝熱を促進して、ガスセンサ内部の温度が上昇し難い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】
【００１１】
第１の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサ素子を内蔵するガスセンサであって、該ガスセンサの外表面は、大気にさらされる大気面と被測定ガスにさらされる被測定ガス面とを有し、
上記大気面の少なくとも一部の輻射率は０．７以上であることを特徴とするガスセンサにある（請求項１）。
【００１２】
第２の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサ素子を内蔵するガスセンサであって、該ガスセンサの外表面は、大気にさらされる大気面と被測定ガスにさらされる被測定ガス面とを有し、
ガスセンサの内面で上記大気面の内側に当たる大気側内面の少なくとも一部の輻射率は０．７以上であることを特徴とするガスセンサにある（請求項３）。
【００１３】
第３の発明は、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサ素子を内蔵するガスセンサであって、該ガスセンサの外表面は、大気にさらされる大気面と被測定ガスにさらされる被測定ガス面とを有し、
上記大気面とガスセンサの内面で上記大気面の内側に当たる大気側内面の少なくとも一部の輻射率は０．７以上であることを特徴とするガスセンサにある（請求項５）。
【００１４】
第１〜第３の発明にかかるガスセンサは、大気面及び／又は大気側内面に輻射率を０．７以上となる領域を有する。
ガスセンサ内部の熱はガスセンサの大気側内面から大気面に向かい、ガスセンサ外部に放出される。従って、大気側内面や大気面の輻射率を大きくすることで、ガスセンサ内部から外部へ向かう輻射伝熱を促進し、ガスセンサ内部に熱が溜まらないようにして、ガスセンサ内部の温度上昇を抑制することができる。
【００１５】
以上、第１〜第３の発明によれば、ガスセンサ内部から外部への輻射伝熱を促進して、ガスセンサ内部の温度が上昇し難い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】
【００１６】
本発明にかかるガスセンサにおいて、ガスセンサの外表面で大気にさらされる領域が大気面で、ガスセンサの内側で上記大気面の内側に対応する領域が大気側内面である。一例を後述する図１に示した。同図において、大気面の存在範囲を矢線で示したが、この矢線で示した範囲におけるガスセンサの内側が大気側内面となる。
【００１７】
本発明にかかるガスセンサは、後述する実施例１に示すごとく、ハウジングと該ハウジングの先端側に設けた被測定ガス側カバーと、ハウジングの基端側に設けた大気側カバーからなる場合が一般的である。大気側カバーや被測定ガス側カバー以外のカバー部材が外表面に露出することもある。
大気側カバーや被測定ガス側カバーの内部はそれぞれ大気雰囲気や被測定ガス雰囲気となり、ガスセンサが内蔵するセンサ素子は大気雰囲気と被測定ガス雰囲気の双方にまたがって配置される。この構成にかかるガスセンサにおいて、ガスセンサの外表面における被測定ガス面、大気面や内側における大気側内面は大気側カバーやハウジング、被測定ガス側カバーからなる。
【００１８】
また、本発明は、各種ガスセンサに適用することができる。すなわち、酸素センサ、ＮＯｘセンサ、その他のガスセンサ、車両用エンジンの燃焼室内の空燃比を排気ガス中の酸素濃度から測定する空燃比センサ等である。
また、コップ型のセンサ素子を備えたガスセンサ、板状のセンサ素子を備えたガスセンサのいずれに対しても本発明を適用することができる。
ガスセンサの詳細構成は実施例にて詳述するが、実施例に記載した以外の形状のガスセンサであっても本発明の効果を得ることができる。
【００１９】
大気面及び／又は大気側内面に輻射率０．７以上となる領域が存在しない場合、ガスセンサ内部から外部への輻射伝熱の効率が小さく、ガスセンサ内部の温度が上昇しやすく、熱に弱い部材の耐熱限界を越えてしまうおそれがある。
ガスセンサの構成部材で熱に弱い部材とは樹脂やゴム等からなる部材で、例えば撥水フィルタ、リード線挿通孔を備えて大気側カバーの基端に設けた弾性絶縁部材等がある（実施例１参照）。
また、輻射率は１とすることが最も好ましい。この場合、ガスセンサ内部から外部への輻射伝熱の効率が最も高くなるため、ガスセンサ内部に熱が溜まり難く、ガスセンサ内部の温度上昇を大いに防ぐことができる。
【００２０】
また、大気面及び／又は大気側内面の少なくとも一部の輻射率は０．８５以上であることが好ましい（請求項２、４及び６）。
輻射率を０．８５以上とすることで、ガスセンサ内部から外部へ向かう輻射伝熱がさらに促進されて、ガスセンサ内部に熱が溜まらないようになり、ガスセンサ内部の温度上昇を抑制することができる。
【００２１】
また、上記輻射率は、波長が３〜２５μｍの電磁波に対する値であることが好ましい（請求項７）。
これにより、赤外線領域の輻射伝熱を高くして、これらの電磁波の輻射によるガスセンサ内部の温度上昇を大いに防ぐことができる。
【００２２】
排気ガス、排気管からの熱伝導によるガスセンサの大気面の温度はガスセンサの大気面で最も温度の高いところで６００℃、低いところで３００℃程度であることが知られている。ガスセンサ周囲の気体温度及び機器温度はガスセンサの大気面の温度に比べ低く、大気面から外部に熱を効率よく出してやることができれば、通常の使用環境におけるガスセンサの温度上昇防止に十分な効果を得ることができる。
上記の大気面温度においては、放射される電磁波はだいたい赤外線であり、この温度範囲における輻射伝熱を大きくするため、上記波長に対する輻射率を高くすることにより、実用上十分に温度上昇防止効果を得ることができる。
【００２３】
また、上記ガスセンサの軸方向に沿って、上記大気面における基端から先端に至る距離をＨとすると、上記ガスセンサの軸方向に沿って、上記基端から先端に向けて０．５Ｈ以上の距離を有する領域に対して輻射率を０．７以上とすることが好ましい（請求項８）。
【００２４】
ガスセンサを、後述する実施例１に示すように、車両用エンジンの排気管に差し込み、排気ガスにさらして使用する際は、排気管に差し込まれたガスセンサの先端側、すなわち被測定ガス面が熱い排気ガスによって加熱される。
そして一般的な構造のガスセンサでは、後述する実施例１に示すように、熱に弱い樹脂やゴムからなる部材はガスセンサの基端側に配置されている。従って、ガスセンサの基端側をより高輻射率とすることで、基端側における輻射伝熱の効率を高め、内部から外部への熱の移動を促進して、基端側の温度上昇を効率よく防止して、熱に弱い部材の熱劣化を防止することができる。
仮に輻射率が０．７以上となる領域が基端から０．５Ｈ未満の距離にかかる範囲にしかない場合、基端側の温度上昇を十分に防げなくなるおそれがある。
【００２５】
次に、輻射率０．７以上となる領域は、その表面に酸化被膜が形成されてなることが好ましい（請求項９）。または、輻射率０．７以上となる領域は、その表面に塗膜が形成されてなることが好ましい（請求項１０）。
一般に酸化被膜は光沢のない黒色や暗褐色などの高輻射率な色彩を有し、また、酸化被膜は大気面や大気側内面を構成する部材を酸化雰囲気で加熱することで容易に作製でき、酸化被膜の形成状態の制御も加熱温度や加熱時間の制御によって容易である。また、塗膜で形成する際は、光沢のない、または黒色や暗褐色などの高輻射率となり得る塗料を大気面や大気側内面に塗布する。
このように所望の高輻射率を容易に得ることができる。
【００２６】
具体的には、ガスセンサにおける大気面や大気側内面は、通常大気側カバー等の金属材料からなる部材からなり、またガスセンサを構成する金属材料としては、耐熱性のあるオーステナイト系のステンレスが一般的である。このステンレス材料を酸化被膜にて輻射率を０．７以上とするには、例えば９００℃以上の大気雰囲気に５時間、上記大気側カバー等のガスセンサにおける大気面や大気側内面を形成する部材を放置すればよい。
また、酸化被膜の形成状態は加熱時間や加熱温度で定まるため、９００℃以下の温度に長時間さらしてもよいし、９００℃以上の短時間で処理を完了させてもよい。金属的な光沢がなくなり、黒色、暗褐色になった状態を目安として、処理を完了すればよい。
【００２７】
また、塗膜で輻射率を０．７以上とするには、ガスセンサにおける大気面や大気側内面に、例えば耐熱性の黒体塗料を塗布すればよい。このような黒体塗料としてジャパンセンサ株式会社製の高温黒体塗料ＪＣＳ−３号（商品名）を用いることができる。
また、黒体塗料でなくとも、光沢のない、または、黒色や暗褐色の耐熱塗料を塗布して、所望の輻射率を得ることも可能である。
【００２８】
また、大気面や大気側内面に０．７以上の高輻射率となる領域を設ける他の方法として、フェライトの溶射被膜を設ける方法がある。
また、ニクロム等の高耐熱合金を溶射した後、溶射した合金を高温で酸化させることで、輻射率０．７以上なる状態を得ることができる。
【００２９】
次に、上記ガスセンサは、筒型のハウジングと該ハウジングに筒型の素子側絶縁碍子を介して挿通したセンサ素子と、上記ハウジングの先端側に設けた被測定ガス側カバーと、上記素子側絶縁碍子の基端側に上記センサ素子の基端側を覆うように配置した筒型の大気側絶縁碍子と、上記ハウジングの基端側に、上記大気側絶縁碍子を覆うように設けた大気側カバーとを有し、
上記大気側カバーは、先端から基端に向かって、直径Ｄ１の大径部、直径Ｄ２の中径部及び直径Ｄ３の小径部を有し、
上記大径部と上記中径部との間は径の大きさを切り替える段部があって、該段部と上記大気側絶縁碍子の基端とを環状の皿バネを介して接触させることで、上記大気側絶縁碍子が上記素子側絶縁碍子に固定され、
更に、Ｄ１〜Ｄ３の間には、Ｄ３＜Ｄ２＜Ｄ１、（Ｄ１＋Ｄ３）／２≦Ｄ２≦０．９Ｄ１なる関係が成立することが好ましい（請求項１１）。
【００３０】
ガスセンサにおける伝熱量は、伝熱の経路の断面積と相関があり、断面積が大きいほど伝熱量が増大する。従って、大気側カバーの先端側に大径部、基端側に小径部、両者の間に中径部を設けることで、先端側から基端側に向かう伝熱量を減らすことができる。
そして、一般的な構成のガスセンサでは、後述する実施例１に記載したように、熱に弱い樹脂やゴムからなる部材はガスセンサの基端側に位置する。従って、基端側に向かう伝熱量を減らすことで、基端側の温度上昇を抑制して、熱に弱い部材の劣化を防止することができる。
【００３１】
更に、Ｄ１〜Ｄ３の間には（Ｄ１＋Ｄ３）／２≦Ｄ２≦０．９Ｄ１という関係が成立するため、大径部での輻射伝熱による温度上昇の抑制効果に加え、寸法効果による基端側への熱伝導の抑制効果を得ることができる。
仮に、Ｄ３がもっとも大きくＤ１がもっとも小さい場合、先端側から基端側に向かう伝熱量を減らすことができなくなるおそれがある。
また、Ｄ２の大きさが（Ｄ１＋Ｄ３）／２、すなわちＤ１とＤ３の平均の径より小さい場合は、先端側から基端側に向かう伝熱量があまり減らないおそれがある（実施例３、図７参照）。
また、０．９Ｄ１より大きい場合、大気側カバーと大気側絶縁碍子との間に皿バネを係止できなくなるおそれがある（実施例３参照）。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
本例にかかるガスセンサ１は、図１、図２に示すごとく、被測定ガス中の特定ガス濃度を測定するセンサ素子２を内蔵するガスセンサ１であって、該ガスセンサ１の外表面１００は、大気にさらされる大気面１０２と被測定ガスにさらされる被測定ガス面１０１とを有し、上記大気面１０２とガスセンサ１の内面で上記大気面１０２の内側に当たる大気側内面１０３の輻射率は０．７以上である。
【００３３】
以下、詳細に説明する。
本例のガスセンサ１は、図１に示すごとく、自動車エンジンの排気管３に設けたガスセンサ固定穴（図示略）に設けたねじにハウジング１０をねじ固定することで、ガスセンサ１の先端側の一部を排気ガスにさらし、排気ガス中の酸素濃度から自動車エンジン燃焼室（図示略）の空燃比を測定するよう構成したものである。
【００３４】
本例のセンサ素子２は、図示は省略するが、板状の固体電解質体に一対の電極を設けて、一方の電極が被測定ガス雰囲気１１９に、他方の電極が大気雰囲気１２４と接触するよう構成してある。ガスセンサ１内の大気雰囲気１２４を基準ガスとして被測定ガス雰囲気１１９となる排気ガス中の酸素濃度を検出することができる。
【００３５】
図１に示すごとく、本例のガスセンサ１は、筒型のハウジング１０と該ハウジング１０の内側面に素子側絶縁碍子１３を介して挿通したセンサ素子２とを有する。
センサ素子２と素子側絶縁碍子１３との間はガスの流通が生じないように封止材２９を設ける。この封止材２９が大気雰囲気１２４と被測定ガス雰囲気１１９との境界となる。
ハウジング１０の先端側には、センサ素子２の先端側でガス濃度検出を行う部分を覆うように二重構成の被測定ガス側カバー１１が設けてある。被測定ガス側カバー１１はガスセンサ１の外部から被測定ガスをカバー１１内に導入する導入孔１１０を有する。カバー１１の内部は被測定ガス雰囲気１１９となる。
【００３６】
また、素子側絶縁碍子１３の基端側には、センサ素子２の基端側を覆うように筒型の大気側絶縁碍子１４を配置し、該大気側絶縁碍子１４の外方を覆うように、ハウジング１０の基端側に大気側カバー１２１を溶接固定する。
大気側カバー１２１は大径なる部分と小径なる部分とからなる。大径から小径へと切り替わる段部１４２は、環状の皿バネ１４１を介して大気側絶縁碍子１４の基端１４０と接して、大気側絶縁碍子１４を素子側絶縁碍子１３に対し固定する。
【００３７】
大気側カバー１２１の基端側の外周には筒型の撥水フィルタ１２５を介して外側カバー１２２を設け、外側カバー１２２の外方からかしめ固定することで、撥水フィルタ１２５を固定する。撥水フィルタ１２５を設けた位置は、大気側カバー１２１と外側カバー１２２との双方に大気側カバー１２１内部に大気を導入するための導入孔１２０がある。大気側カバー１２１の内部は大気雰囲気１２４となる。なお、大気側カバー１２１の基端側は後述する弾性絶縁部材１２９により封止される。
【００３８】
大気側絶縁碍子１４の内部において、センサ素子２に対する出力取出／電力印加用の端子（図示略）と端子バネ１５１とが当接し、端子バネ１５１の基端側は、大気側絶縁碍子１４の外部に配置し、ここで接続端子１５２を介してリード線１５３に接続される。リード線１５３は大気側カバー１２１の基端側の内部に設けた弾性絶縁部材１２９に設けた貫通穴からなるリード線挿通孔１２８を経由してセンサ外部に引き出される。
【００３９】
上記ハウジング１０は先端側が小径、途中が大径、基端側は再び小径に構成され、途中の大径の部分の下面にバネ部１０５がある。先端側の小径の部分の側面は排気管３のガスセンサ固定穴（図示略）のねじに対応するねじ部１０６を有する。ハウジング１０を排気管３にねじ止めすることで、バネ部１０５が排気管３の表面３０に当接する。
そして、ガスセンサ１の外表面１００の中で排気管３の内部に露出する被測定ガス側カバー１１の表面が被測定ガス面１０１となり、ハウジング１０の基端側の側面、大気側カバー１２１の側面、外側カバー１２２の側面が大気面１０２となる。
図１や図２において外表面１００、被測定ガス面１０１、大気面１０２についてガスセンサ軸方向に沿った矢線で存在範囲を示した。
【００４０】
本構成において、大気側カバー１２１、外側カバー１２２は、高温に加熱して外表面１００、大気側内面１０３となる部分の双方に酸化被膜を設けたステンレス材料からなる。ステンレス材料として耐熱性を持つオーステナイト系のＳＵＳ３１０かＳＵＳ３１６を用い、酸化被膜のため、大気側カバー１２１、外側カバー１２２は褐色となっており、金属光沢がない。
【００４１】
そして、上記大気側カバー１２１及び外側カバー１２２の外表面１００における大気面１０２、大気側内面１０３は酸化被膜によって覆われ、褐色を呈し、金属光沢がなく、いずれも輻射率は０．９と０．７以上であった。
排気ガスからの熱は、被測定ガス側カバー１１やハウジング１０や素子側絶縁碍子１３等から伝熱して、ガスセンサ１の内部の温度を上昇させる。一部の熱は大気側内面１０３を介して大気面１０２に伝わり、ガスセンサ１の外部に放出される。
従って、大気側内面１０３、大気面１０２の輻射率を高くすることで、内部から外部へ向かう輻射伝熱を促進し、ガスセンサ１の内部に熱が溜まらないようにして、ガスセンサ１の内部の温度上昇を抑制する。
【００４２】
本例にかかるガスセンサ１において、撥水フィルタ１２５はテトラフルオロエチレンからなり、弾性絶縁部材１２９はフッ素ゴムからなる。
排気ガスの最高温度は８００℃程度である。
ガスセンサ１は排気ガスによって加熱されるが、排気管３の外部に位置するハウジング１０近傍にかかるＡ部（図１参照）の耐熱限界がおよそ６００℃、ガスセンサ１の基端側で撥水フィルタ１２５を設けた近傍にかかるＢ部（図１参照）の耐熱限界がおよそ３００℃である。
温度３００℃〜６００℃程度においてガスセンサ１を構成する各部材（ハウジング１０や大気側カバー１２１等）は、３〜２５μｍ程度の波長の電磁波、すなわち赤外線を発する。
【００４３】
仮に、大気側カバー１２１等の表面を含む大気面１０２、大気側内面１０３が酸化処理はされるが、光沢のあるままで、輻射率が低ければ、後述する実施例２にあるようにガスセンサ１内の温度上昇は避けられず、撥水フィルタ１２５や弾性絶縁部材１２９が熱劣化するおそれがある。
本例のように大気側カバー１２１等に酸化被膜を設けて、輻射率を０．７以上とすることで、後述する実施例２にあるようにガスセンサ１の温度上昇が生じ難くなり、撥水フィルタ１２５や弾性絶縁部材１２９の熱劣化を防止できる。
【００４４】
以上、本例によれば、ガスセンサ内部から外部への輻射伝熱を促進して、ガスセンサ内部の温度が上昇し難いガスセンサを提供することができる。
【００４５】
また、図３に示すごとく、大気側カバー１２１の外側に設けた外側カバー１２２をより長尺に構成することもできる。
更に、図３に示すごとく、大気面１０２の全体を輻射率０．７以上とせずに、範囲１０４として示した領域の輻射率を０．７以上とし、それ以外の部分が０．７より低くとも、本例にかかる効果を得ることができる。
この範囲１０４はガスセンサ１の基端から、軸方向に沿った長さで０．５Ｈ以上である。Ｈは大気面１０２のガスセンサ軸方向に沿った長さである。
【００４６】
本例にかかるガスセンサ１で熱に弱いのは、大気側カバー１２１の基端を封止する弾性絶縁部材１２９と撥水フィルタ１２５である。弾性絶縁部材１２９は上述したごとく大気側カバー１２１の基端に、撥水フィルタ１２５は、これを設けた位置から大気を導入するため（実施例１参照）、基本的にガスセンサ１の基端側に配置する。従って、輻射率０．７以上となる領域を基端から０．５Ｈ以上の位置とすることで、特にガスセンサ１の基端付近の温度上昇を抑制して、弾性絶縁部材１２９や撥水フィルタ１２５を熱から守ることができる。
【００４７】
また、大気面１０２と大気側内面１０３のいずれか一方を高輻射率としても、本例に係る効果を得ることができる。また輻射率を高める方法として、酸化被膜以外に塗料を利用することができる。
【００４８】
（実施例２）
本例は、実施例１に記載した構成のガスセンサにおいて、大気面の輻射率や、大気面で高輻射率となった領域の広さ等を違えて、温度低減効果（温度上昇抑制効果）を測定する。
試料０は基準試料であり、加熱して大気側カバーや外側カバー、ハウジングが褐色から暗褐色となったが、光沢が存在する状態である。
試料１は大気側カバー、外側カバー、ハウジングが暗褐色で、光沢が少し存在する状態である。試料２〜５は暗褐色となって光沢がない状態である。試料６は温度９００℃で５時間加熱した結果、試料２〜５以上に色が暗く、黒色となった。勿論光沢はない。試料７は温度９００℃で１０時間加熱した結果、試料６以上に色が暗く、黒色となった。勿論光沢はない。試料８は大気側カバーと外側カバー、ハウジングに黒体塗料を塗布したものである。
【００４９】
そして、試料１、２、６〜８にかかるガスセンサは、大気面のみ、大気側内面のみ、大気面及び大気側内面の双方について輻射率を所定の値とした。また、輻射率を所定の値とした範囲は大気面、大気側内面の基端から先端までの全範囲であり、表１の範囲の欄にＨと記載した。
【００５０】
試料３〜５にかかるガスセンサは、大気面及び／又は大気側内面における所定の領域の輻射率を０．７とした。すなわち、試料３は大気面及び／又は大気側内面の基端から０．７Ｈまでの範囲、試料４は基端から０．５Ｈまでの範囲、試料５は０．３Ｈまでの範囲である。
なお、各試料にかかる大気面及び／又は大気側内面の輻射率は、市販の遠赤外線放射率測定装置にて測定した任意の三箇所の輻射率の平均値を採用し、この値を表１に記載した。
【００５１】
次に、ガスセンサの温度測定方法について説明する。
図４に示すごとく、取り付け治具４の固定穴４１にガスセンサ１を挿入固定する。治具４を加熱して、治具表面４０の温度を８００℃とする。この状態で、温度測定位置４２の温度が安定した３０分後に、温度測定位置４２に貼り付けた熱電対で温度を測定した。温度測定位置４２はガスセンサ１の基端からｔ＝１０ｍｍ離れた位置である。
また、ガスセンサ１を挿入する際は、実使用時と同様に、被測定ガス面が治具表面４０より図面右方に、大気面が図面左方となるようにする。
試料０にて測定した値を基準値として、この基準値からの低下温度を表１に記載した。また、評価基準は、１０℃未満を×、１５℃未満を○、１５℃以上を◎とした。
【００５２】
表１より明らかであるが、試料１〜８から、輻射率が０．７以上となることで、大きな温度低減効果が得られることがわかった。
また、試料２〜５から、輻射率が０．７以上となる領域をガスセンサの基端から０．５Ｈ以上の範囲に設けることで、より優れた温度低減効果が得られることがわかった。
【００５３】
【表１】
2005017278.tif 000003
【００５４】
（実施例３）
本例にかかるガスセンサは、図示を略したが、筒型のハウジングと該ハウジングに挿通したセンサ素子と、上記ハウジングの先端側に設けた被測定ガス側カバーと、上記ハウジングの基端側に設けた大気側カバーとを有し、実施例１の図１にかかるガスセンサと同様の構成を有する。
【００５５】
実施例１と異なる点は、本例にかかる大気側カバー１２１は、図５、図６に示すごとく、先端側から基端側に向かって、直径Ｄ１の大径部１２５、直径Ｄ２の中径部１２６及び直径Ｄ３の小径部１２７を有し、Ｄ１〜Ｄ３の間には、Ｄ３＜Ｄ２＜Ｄ１、（Ｄ１＋Ｄ３）／２≦Ｄ２≦０．９Ｄ１なる関係が成立する。
更に、本例のガスセンサにおいて、大気側カバー１２１は大気側絶縁碍子１４に環状の皿バネ１４１を介して組み付けてある。
ここに直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３はガスセンサ径方向の断面における中心位置を通る最大長さの線分で、大気側カバー１２１の内径に当たる。
【００５６】
このような段付きの大気側カバー１２１の評価を以下に示すように行った。
まず、試料ａ：Ｄ１＝２０ｍｍ、Ｄ３＝１０ｍｍでＤ２を適宜変更した大気側カバー１２１を準備した。また、試料ｂ：Ｄ１＝１８ｍｍ、Ｄ３＝１０ｍｍで同じくＤ２を適宜変更した大気側カバー１２１を準備した。
これらの大気側カバー１２１を組み付けたガスセンサを準備して、実施例２と同様の方法で温度を測定し、図７に記載した。ただし、測定時の治具表面４０の温度は８００℃とした。
【００５７】
図７において、試料ａ、試料ｂ共にＤ２＝１０ｍｍの温度を基準として、Ｄ２の変化と共に、温度が基準と比べて何℃低減するか縦軸に記載した。
図７と試料ａで｛（Ｄ１＋Ｄ３）／２｝＝１５ｍｍ、試料ｂで１４ｍｍであることから、本例にかかる構成の大気側カバー１２１において、温度１０℃以上の低減効果を得るには、｛（Ｄ１＋Ｄ３）／２｝≦Ｄ２でなくてはならないことがわかった。
【００５８】
また、本例のガスセンサでは、図６に示すごとく、大気側カバー１２１を環状の皿バネ１４１を介して大気側絶縁碍子１４に組み付けるために、大径部１２５と中径部１２６との間にある程度の差が必要であり、本例の構成で調べたところ、Ｄ２が試料ａにおいて１６ｍｍ程度、試料ｂにおいて１８ｍｍ以上となると組み付けが失敗したり、大気側絶縁碍子１４や皿バネ１４１の固定ができなくなった。
従って、本例にかかる構成の大気側カバー１２１において、Ｄ２≦０．９Ｄ１でなくてはならないことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施例１における、ガスセンサの軸方向の断面説明図。
【図２】実施例１における、ガスセンサの側面図。
【図３】実施例１における、他の構成のガスセンサの軸方向の断面説明図。
【図４】実施例２における、ガスセンサの各部の温度を測定する測定方法の説明図。
【図５】実施例３における、先端側から基端側に向けて順に大径部、中径部、小径部を有する大気側カバーの断面説明図。
【図６】実施例３における大気側カバーを皿バネを介して大気側絶縁碍子に組み付けた状態を示す説明図。
【図７】実施例３における、Ｄ２と温度低減効果との関係を示す線図。
【符号の説明】
【００６０】
１  ガスセンサ
１００  外表面
１０１  大気面
１０２  被測定ガス面
１０３  大気側内面
１２１  大気側カバー
【図１】
2005017278.tif 000004
【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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