JP2013127454A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサ素子への水の付着を十分抑制する。
【解決手段】ガスセンサ１００において第１内側ガス孔の１つあたりの開口面積Ａ１と第２内側ガス孔１３８ａの１つあたりの開口面積Ａ２との比Ａ２／Ａ１が０．９以上３．８以下、好ましくは１．５以上１．９以下となるようにしているため、センサ素子１１０への水の付着を十分抑制できる。また、第１内側ガス孔の総開口面積Ｂ１と第２内側ガス孔１３８ａの総開口面積Ｂ２との比Ｂ２／Ｂ１が０．８５以上、好ましくは１．５以上となるようにしているため、センサ素子への水の付着を十分抑制する効果がより確実に得られる。
【選択図】図２

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。このガスセンサでは、例えばエンジンの始動時に発生する水がセンサ素子に付着することにより、センサ素子の温度が低下してクラックが発生する場合がある。そのため、センサ素子を覆う保護カバーを取り付けてこれを防止することが提案されている。例えば、特許文献１には、排気ガスを内部に導くための通気口が形成された２重構造の保護カバーをセンサ素子の先端部外周に設けたガスセンサが記載されている。

特開２０００−３０４７１９号公報（図１１）

しかし、このような二重構造の保護カバーを採用しても、水が保護カバー内に進入してセンサ素子に付着してセンサ素子が冷却されてしまうことがあった。

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、センサ素子への水の付着を十分抑制することを主目的とする。

本発明者らは、２重構造の保護カバーを有するガスセンサにおいて、内側保護カバーのうちセンサ素子の後端側に形成された第１内側ガス孔１つあたりの開口面積Ａ１と、センサ素子の先端側に形成された第２内側ガス孔１つあたりの開口面積Ａ２との比Ａ２／Ａ１を所定の範囲に調整することで、センサ素子への水の付着を十分抑制できることを見いだし、本発明を完成するに至った。

本発明のガスセンサは、
センサ素子と、
前記センサ素子の先端を覆うと共に、１以上の第１内側ガス孔及び１以上の第２内側ガス孔が形成された有底筒状の内側保護カバーと、
前記内側保護カバーを覆うと共に、複数の外側ガス孔が形成された有底筒状の外側保護カバーと、
を備え、
前記第１内側ガス孔は、前記第２内側ガス孔よりも前記センサ素子の後端側に位置し、
前記第１内側ガス孔１つあたりの開口面積Ａ１と前記第２内側ガス孔１つあたりの開口面積Ａ２との比Ａ２／Ａ１が０．９以上３．８以下である、
ものである。

こうした二重構造の保護カバーを有するガスセンサでは、比Ａ２／Ａ１が０．９以上３．８以下であるときには、センサ素子への水の付着を十分抑制できる。この比Ａ２／Ａ１は、１．５以上１．９以下であることが好ましい。この範囲であれば、センサ素子への水の付着を一層抑制することができる。なお、第１内側ガス孔の個数は６個としてもよい。また、第２内側ガス孔の個数は３〜６個としてもよい。また、前記第１内側ガス孔が前記内側保護カバーへの前記被測定ガスの流入孔であり、前記第２内側ガス孔が前記内側保護カバーからの前記被測定ガスの流出孔であるものとしてもよい。

本発明のガスセンサにおいて、前記第１内側ガス孔の総開口面積Ｂ１と前記第２内側ガス孔の総開口面積Ｂ２との比Ｂ２／Ｂ１が０．８５以上であることが好ましい。この範囲であれば、センサ素子への水の付着を十分抑制する効果がより確実に得られる。また、比Ｂ２／Ｂ１が大きくなるほど、センサ素子への水の付着をより一層抑制することができる。比Ｂ２／Ｂ１は、１．５以上であることがより好ましい。なお、総開口面積Ｂ２は、１．５５ｍｍ²以上としてもよく、２．８ｍｍ²以上としてもよい。

本発明のガスセンサにおいて、前記第２内側ガス孔は、該第２内側ガス孔の中心と前記内側保護カバーの底面との距離Ｌが３ｍｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば、センサ素子への水の付着を十分抑制する効果がより確実に得られる。また、距離Ｌが小さいほど、センサ素子への水の付着をより一層抑制することができる。距離Ｌは、２．２ｍｍ以下であることがより好ましく、１．１ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

本発明のガスセンサにおいて、前記外側保護カバーは、側面と底面とを有するカバーであり、前記外側ガス孔は、前記外側保護カバーの側面と底面との境界部分に開けられ、該外側ガス孔の外部開口面と該外側保護カバーの底面とのなす角θ１が１０°〜８０°であるものとすることが好ましい。こうすることで、孔が側面に位置する場合や外側ガス孔の外部開口面と外側保護カバーの底面とのなす角が１０〜８０°以外の場合と比べて、被測定ガスの流速が変化した場合のセンサ素子の応答性の変化がより抑制される。すなわち、センサ素子の応答性の流速依存性を低くすることができる。また、こうすることで、孔が側面に位置する場合や外側ガス孔の外部開口面と外側保護カバーの底面とのなす角が１０〜８０°以外の場合と比べて、外側保護カバー内に入った水が外側ガス孔から外部に逃げやすい。これにより、水が外側保護カバー内に入ってセンサ素子に付着するのをより抑制できる。

本発明のガスセンサにおいて、前記内側保護カバーは、前記第１内側ガス孔を経て該内側保護カバー内に流入する被測定ガスの流れを規制するガイド部を有しており、前記内側保護カバーと同心且つ前記センサ素子に接する外接円の半径Ｒ１と、該内側保護カバーと同心且つ前記被測定ガスの流れを規制する前記ガイド部の規制面を含む平面に接する内接円の半径Ｒ２と、の比Ｒ２／Ｒ１が１以上２．３８以下であることが好ましい。比Ｒ２／Ｒ１を１以上とすることで、第１内側ガス孔を通過した被測定ガスの流れが直接センサ素子に向かうことをガイド部により抑制できる。これにより、センサ素子への水の付着や、被測定ガスの流れによるセンサ素子の冷えをより抑制することができる。また、比Ｒ２／Ｒ１を２．３８以下とすることで、第１内側ガス孔の開口面積を十分確保することができる。なお、半径Ｒ２は、センサ素子の幅に対し０．５５倍以上１．３０倍以下の値としてもよい。

本発明のガスセンサにおいて、前記ガスセンサは、前記内側保護カバーの中心軸が鉛直方向に対して角度θ２（０°＜θ２＜９０°）だけ傾いた状態で配管内に固定されており、前記第２内側ガス孔は、前記内側保護カバーの中心軸に垂直な平面に該第２内側ガス孔を投影したときに、前記第２内側ガス孔の中心と前記内側保護カバーの中心とを結ぶ線と、該内側保護カバーの中心から鉛直下方向への線を該平面に投影した鉛直線と、のなす角の最小値θ３が０°以上４５°未満であることが好ましい。最小値θ３が０°に近いほど、内側保護カバーにおいてより鉛直下方向に第２内側ガス孔が存在することになるため、第２内側ガス孔から水が抜けやすくなる。これにより、センサ素子への水の付着をより抑制することができる。最小値θ３は、０°以上１５°以下とすることがより好ましい。なお、このガスセンサは、内側保護カバーの中心軸が配管内の被測定ガスの流れに垂直且つ鉛直方向に対して角度θ２だけ傾いた状態で配管内に固定されているものとしてもよい。

最小値θ３が０°以上４５°未満である態様の本発明のガスセンサにおいて、固定用部材により前記配管内に固定されると共に前記内側保護カバーを固定するハウジング、を備え、前記ハウジングは、該ハウジングと前記固定用部材とに形成された一対の位置合わせ部により前記固定用部材に対する固定位置が規定され、前記内側保護カバーは、該内側保護カバーと前記ハウジングとに形成された一対の位置合わせ部により前記ハウジングに対する固定位置が規定されることで、前記最小値θ３が所定の値になるように前記固定用部材に対する該内側保護カバーの周方向の位相が規定されているものとすることが好ましい。こうすれば、ハウジングと前記固定用部材とに形成された一対の位置合わせ部と、内側保護カバーと前記ハウジングとに形成された一対の位置合わせ部とによって、最小値θ３を容易に所定の値にすることができる。なお、一対の位置合わせ部とは、例えば凸部と凹部とからなり、凹部に凸部が挿入されることで位置合わせを行うものとしてもよい。

本発明のガスセンサにおいて、前記ガスセンサは、前記内側保護カバーの中心軸が鉛直方向に対して角度θ２（０°＜θ２＜９０°）だけ傾いた状態で配管内に固定されており、前記外側ガス孔は、前記外側保護カバーの中心軸に垂直な平面に該外側ガス孔を投影したときに、前記外側ガス孔の中心と前記外側保護カバーの中心とを結ぶ線と、該外側保護カバーの中心から鉛直下方向への線を該平面に投影した鉛直線と、のなす角の最小値θ４が０°以上３０°以下であることが好ましい。最小値θ４が０°に近いほど、外側保護カバーにおいてより鉛直下方向に外側ガス孔が存在することになるため、外側ガス孔から水が抜けやすくなる。これにより、センサ素子への水の付着をより抑制することができる。なお、このガスセンサは、内側保護カバーの中心軸が配管内の被測定ガスの流れに垂直且つ鉛直方向に対して角度θ２だけ傾いた状態で配管内に固定されているものとしてもよい。

最小値θ４が０°以上３０°以下である態様の本発明のガスセンサにおいて、固定用部材により前記配管内に固定されると共に前記外側保護カバーを固定するハウジング、を備え、前記ハウジングは、該ハウジングと前記固定用部材とに形成された一対の位置合わせ部により前記固定用部材に対する固定位置が規定され、前記外側保護カバーは、該外側保護カバーと前記ハウジングとに形成された一対の位置合わせ部により前記ハウジングに対する固定位置が規定されることで、前記最小値θ４が所定の値になるように前記固定用部材に対する該外側保護カバーの周方向の位相が規定されているものとすることが好ましい。こうすれば、ハウジングと前記固定用部材とに形成された一対の位置合わせ部と、外側保護カバーと前記ハウジングとに形成された一対の位置合わせ部とによって、最小値θ４を容易に所定の値にすることができる。なお、一対の位置合わせ部とは、例えば凸部と凹部とからなり、凹部に凸部が挿入されることで位置合わせを行うものとしてもよい。

本発明のガスセンサにおいて、前記外側保護カバーは、複数のガス通過孔が設けられた円筒状の胴部と、該胴部よりも径の小さい有底筒状の先端部と、該胴部と該先端部とを接続する段差部と、を有しており、前記外側ガス孔は、前記外側保護カバーの先端部に開けられた孔であり、前記外側保護カバーの胴部及び段差部と前記内側保護カバーとで囲まれ、前記第１内側ガス孔により前記内側保護カバーの内部と連通する第１ガス室と、前記外側保護カバーの先端部と前記内側保護カバーとで囲まれ、前記第１ガス室と直接には連通しておらず、前記第２内側ガス孔により前記内側保護カバーの内部と連通する第２ガス室と、を備えたものとしてもよい。

本発明のガスセンサにおいて、前記内側保護カバーは、前記第１内側ガス孔が形成された円筒状の第１胴部と、円筒状の第２胴部と、前記第２内側ガス孔が形成された有底筒状の先端部と、該第１胴部と該第２胴部とを接続する第１段差部と、該第２胴部と該先端部とを接続する第２段差部と、を有しており、前記センサ素子の先端は、前記第１胴部で囲まれる空間に位置しているものとしてもよい。こうすれば、例えばセンサ素子の先端が内側保護カバーの第２胴部又は内側保護カバーの先端部で囲まれる空間に位置する場合と比べて、センサ素子の先端が第１内側ガス孔により近くに位置するため、センサ素子の応答性が向上する。なお、内側保護カバーの第１胴部，第２胴部，先端部は中心軸が同一であるものとしてもよい。また、第２胴部は第１胴部よりも小径としてもよく、先端部は第２胴部よりも小径としてもよい。

配管２００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１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 ガイド部１３４ｂとセンサ素子１１０との位置関係を示す説明図である。 比Ｒ２／Ｒ１が値１の場合のガイド部１３４ｂとセンサ素子１１０との位置関係を示す説明図である。 比Ｒ２／Ｒ１が値２．３８の場合のガイド部１３４ｂとセンサ素子１１０との位置関係を示す説明図である。 図２のガス通過孔１４４ａ周辺を拡大した部分断面図である。 図２の外側ガス孔１４６ａ及び第２内側ガス孔１３８ａ周辺を拡大した部分断面図である。 図１（ｂ）におけるガスセンサ１００の先端周辺を拡大した部分断面図である。 図９のＤ−Ｄ断面図である。 最小値θ３＝３０°，最小値θ４＝０°の場合の断面図である。 最小値θ３＝３０°，最小値θ４＝３０°の場合の断面図である。 最小値θ３＝０°，最小値θ４＝０°の場合の断面図である。 ハウジング１０２から内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０を取り外した状態を示す分解図である。 ハウジング１０２に内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０を取り付けた状態を示す破断面図である。 説明の便宜上、ハウジング１０２のみを示した説明図である。 説明の便宜上、固定用部材２０２のみを示した説明図である。 固定用部材２０２にハウジング１０２を取り付ける様子を示す説明図である。 変形例の第２内側ガス孔２３８ａ周辺を拡大した部分断面図である。 変形例の第２内側ガス孔２３９ａ周辺を拡大した部分断面図である。 変形例の第２内側ガス孔２４０ａ周辺を拡大した部分断面図である。 変形例の第２内側ガス孔２４１ａの位置を示す説明図である。 変形例のガスセンサ１００の断面図を示す説明図である。 最小値θ３＝１５°，最小値θ４＝０°の場合の断面図である。 最小値θ３＝４５°，最小値θ４＝０°の場合の断面図である。 最小値θ３＝３０°，最小値θ４＝３０°の場合の断面図である。 面積比Ａ２／Ａ１と水残り量との関係を示すグラフである。 面積比Ａ２／Ａ１とヒーターパワー制御値との関係を示すグラフである。 水抜き試験の様子を示す説明図である。 最小値θ３＝４５°，最小値θ４＝３０°の場合の断面図である。 内側保護カバーの回転角度と水残り量との関係を示すグラフである。 配管径が２８ｍｍの場合における内側保護カバーの回転角度と応答時間との関係を示すグラフである。 配管径が５５ｍｍの場合における内側保護カバーの回転角度と応答時間との関係を示すグラフである。 比較例１のガスセンサ７００の構成を示す縦断面図である。 流速が９０ｍ／ｓの場合のガス置換率の時間変化を示すグラフである。 流速が１０ｍ／ｓの場合のガス置換率の時間変化を示すグラフである。

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２００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１（ａ）は配管２００の側面から見た状態の説明図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図であり、図３は図２のＣ−Ｃ断面図である。なお、図２は、説明の便宜上、図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面の一部を拡大して示している。

図１（ａ）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２００内に取り付けられており、エンジンから排出された被測定ガスとしての排気ガスに含まれるＮＯｘやＯ₂等のガス成分のうち少なくともいずれか１つの濃度を検出するようになっている。このガスセンサ１００は、図１（ｂ）に示すように、ガスセンサ１００の中心軸が配管２００内の被測定ガスの流れに垂直且つ鉛直方向に対して角度θ２だけ傾いた状態で配管２００内に固定されている。角度θ２は、０°＜θ２＜９０°であり、本実施形態では４５°とした。

ガスセンサ１００は、図２に示すように、被測定ガス中のガス成分の濃度を検出する機能を有するセンサ素子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、金属製のハウジング１０２及び外周面におねじが設けられた金属製のナット１０３を備えている。ハウジング１０２は配管２００に溶接され内周面にめねじが設けられた固定用部材２０２内に挿入されており、さらにナット１０３が固定用部材２０２内に挿入されることでハウジング１０２が固定用部材２０２内に固定されている。これにより、ガスセンサ１００が配管２００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、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる。センサ素子１１０は、センサ素子１１０を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒーターを内部に備えている。このようなセンサ素子１１０の構造やガス成分の濃度を検出する原理は公知であり、例えば特開２００８−１６４４１１号公報に記載されている。

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。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、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。なお、ガスセンサ１００，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。

内側保護カバー１３０は、金属（例えばステンレス鋼）製の部材であり、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胴部１３４と、円筒状で第１胴部１３４よりも径の小さい第２胴部１３６と、有底筒状で第２胴部１３６よりも径の小さい先端部１３８とを有している。また、内側保護カバー１３０は、大径部１３２と第１胴部１３４とを接続する段差部１３３と、第１胴部１３４と第２胴部１３６とを接続する段差部１３５と、第２胴部１３６と先端部１３８とを接続する段差部１３７とを有している。なお、大径部１３２，第１胴部１３４，第２胴部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、これにより内側保護カバー１３０がハウジング１０２に固定されている。第１胴部１３４，第２胴部１３６は、センサ素子１１０の側面を覆うように位置している。第１胴部１３４には、第１ガス室１２２とセンサ素子室１２４とに通じる第１内側ガス孔１３４ａと、第１内側ガス孔１３４ａを経てセンサ素子室１２４に流入する被測定ガスの流れを規制する板状のガイド部１３４ｂとがそれぞれ等間隔に６箇所形成されている（図３参照）。先端部１３８の側面には、センサ素子室１２４と第２ガス室１２６とに通じる第２内側ガス孔１３８ａが等間隔に４箇所形成されている。

第１内側ガス孔１３４ａは、図３に示すように、ガイド部１３４ｂと１対１に対応しており、ガイド部１３４ｂは対応する第１内側ガス孔１３４ａとセンサ素子１１０との間に位置するように形成されている。また、複数のガイド部１３４ｂは、回転対称（６回対称）となるように形成されている。図４は、ガイド部１３４ｂとセンサ素子１１０との位置関係を示す説明図である。図示するように、内側保護カバー１３０と同心且つセンサ素子１１０に接する外接円の半径を半径Ｒ１とし、内側保護カバー１３０と同心且つ被測定ガスの流れを規制するガイド部１３４ｂの規制面を含む平面に接する内接円の半径を半径Ｒ２とする。このとき、本実施形態では比Ｒ２／Ｒ１が１以上２．３８以下となるようにガイド部１３４ｂが形成されている。比Ｒ２／Ｒ１を値１以上とすることで、第１内側ガス孔１３４ａを通過した被測定ガスの流れが直接センサ素子１１０に向かうことをガイド部１３４ｂにより抑制できる。これにより、センサ素子１１０への水の付着や、被測定ガスの流れによるセンサ素子１１０の冷えをより抑制することができる。また、比Ｒ２／Ｒ１を値２．３８以下とすることで、第１内側ガス孔１３４ａの開口面積を十分確保することができる。なお、第１内側ガス孔１３４ａの開口面積とは、第１内側ガス孔１３４ａを通過する被測定ガスの流れに沿って第１内側ガス孔１３４ａを見たときの開口面積をいう。そのため、ガイド部１３４ｂがある場合の第１内側ガス孔１３４ａの開口面積は、ガイド部１３４ｂの規制面に平行に第１内側ガス孔１３４ａを見たときの開口面積となる。図５に、比Ｒ２／Ｒ１が値１の場合のガイド部１３４ｂとセンサ素子１１０との位置関係を示し、図６に比Ｒ２／Ｒ１が値２．３８の場合のガイド部１３４ｂとセンサ素子１１０との位置関係を示す。なお、図５，６に示すように、ガイド部１３４ｂの規制面と第１内側ガス孔１３４ａの外部開口面とのなす角θ５は、２５°以上６７．５°以下としてもよい。また、半径Ｒ２は、センサ素子の幅（図４における左右方向の長さ）に対し０．５５倍以上１．３０倍以下の値としてもよい。

第２内側ガス孔１３８ａは、第２内側ガス孔１３８ａの中心軸に垂直な断面が真円となるように形成されている。この第２内側ガス孔１３８ａは、第２内側ガス孔１３８ａの中心と内側保護カバー１３０の底面との距離Ｌ（図２参照）が３ｍｍ以下となるように形成されている。この範囲であれば、センサ素子１１０への水の付着を一層抑制する効果がより確実に得られる。また、距離Ｌが小さいほど、センサ素子１１０への水の付着をより一層抑制することができる。距離Ｌは、２．２ｍｍ以下であることがより好ましく、１．１ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、本実施形態では、第１内側ガス孔１３４ａの孔１つあたりの開口面積Ａ１と第２内側ガス孔１３８ａの孔１つあたりの開口面積Ａ２との比Ａ２／Ａ１が、０．９以上３．８以下となっている。こうすることで、センサ素子１１０への水の付着を十分抑制できる。この比Ａ２／Ａ１は、１．５以上１．９以下であることが好ましい。この範囲であれば、センサ素子１１０への水の付着を一層抑制することができる。なお、第２内側ガス孔１３８ａの開口面積とは、第２内側ガス孔１３８ａを通過する被測定ガスの流れに沿って第２内側ガス孔１３８ａを見たときの開口面積をいう。また、特に限定するものではないが、本実施形態では、第２内側ガス孔１３８ａの直径は例えば０．６〜１．２ｍｍの範囲の値である。本実施形態では、第１内側ガス孔１３４ａの総開口面積Ｂ１（孔１つあたりの開口面積×孔数６）と第２内側ガス孔１３８ａの総開口面積Ｂ２（孔１つあたりの開口面積×孔数４）との比Ｂ２／Ｂ１が０．８５以上となっている。この範囲であれば、センサ素子への水の付着を一層抑制する効果がより確実に得られる。比Ｂ２／Ｂ１が大きくなるほど、センサ素子への水の付着をより一層抑制することができる。比Ｂ２／Ｂ１は、１．５以上であることがより好ましい。なお、総開口面積Ｂ２は、１．５５ｍｍ²以上としてもよく、２．８ｍｍ²以上としてもよい。

外側保護カバー１４０は、金属（例えばステンレス鋼）製の部材であり、円筒状の大径部１４２と、大径部１４２に接続しており大径部１４２よりも径の小さい円筒状の胴部１４４と、有底筒状で胴部１４４よりも径の小さい先端部１４６とを有している。また、外側保護カバー１４０は、胴部１４４と先端部１４６とを接続する段差部１４５を有している。なお、大径部１４２，胴部１４４，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。大径部１４２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１４４は、第１胴部１３４，第２胴部１３６の外周面を覆うように位置しており、外側保護カバー１４０の外側と第１ガス室１２２とに通じるガス通過孔１４４ａが等間隔に６箇所形成されている。このガス通過孔１４４ａは、円形に開けられた孔であり、胴部１４４の側面と段差部１４５の底面との境界部分である第１角部１４４ｂに位置している。また、ガス通過孔１４４ａは、ガス通過孔１４４ａの外部開口面と段差部１４５の底面とのなす角が４５°となり、且つ、ガス通過孔１４４ａの内周面と外部開口面とのなす角が９０°となるように形成されている。こうすることで、水が外側保護カバー１４０内に入ってセンサ素子１１０に付着するのをより抑制できると共に、センサ素子１１０の応答性の流速依存性を低くすることができる。図２のガス通過孔１４４ａ周辺を拡大した部分断面図を図７に示す。図７に示すように、ガス通過孔１４４ａの外部開口面（破線ａ）と段差部１４５の底面（破線ｂ）とのなす角が４５°となっている。また、ガス通過孔１４４ａの内周面１４４ｃとガス通過孔１４４ａの外部開口面（破線ａ）とのなす角が９０°となっている。先端部１４６は、先端部１３８を覆うように位置していると共に、内周面が第２胴部１３６の外周面と当接している。また、先端部１４６の側面と底面との境界部分である第２角部１４６ｂには、外側保護カバー１４０の外側と第２ガス室１２６とに通じる外側ガス孔１４６ａが等間隔に６箇所形成されている。この外側ガス孔１４６ａは、円形に開けられた孔であり、ガス通過孔１４４ａと同様に、外側ガス孔１４６ａの外部開口面と先端部１４６の底面とのなす角θ１が４５°となり、且つ、外側ガス孔１４６ａの内周面と外部開口面とのなす角が９０°となるように形成されている。こうすることで、水が外側保護カバー１４０内に入ってセンサ素子１１０に付着するのをより抑制できると共に、センサ素子１１０の応答性の流速依存性を低くすることができる。また、外側ガス孔１４６ａの延長上の領域以外の位置に第２内側ガス孔１３８ａが位置するように、外側ガス孔１４６ａと第２内側ガス孔１３８ａとの位置関係が定められている。図２の外側ガス孔１４６ａ及び第２内側ガス孔１３８ａ周辺を拡大した部分断面図を図８に示す。図８に示すように、外側ガス孔１４６ａの中心軸に沿った方向（外側保護カバー１４０の中心軸方向とのなす角が４５°の方向）から仮想的に指向性をもつ光を照射すると、内側保護カバー１３０の先端部１３８の底面にその光が当たる領域１４６ｃが現れるが、この領域１４６ｃを外側ガス孔１４６ａの延長上の領域という。第２内側ガス孔１３８ａはこの領域１４６ｃ以外に位置している。なお、６箇所のガス通過孔１４４ａの開口部の面積はいずれも同じであり、６箇所の外側ガス孔１４６ａの開口部の面積はいずれも同じである。また、外側ガス孔１４６ａの１つあたりの開口部の面積は、ガス通過孔１４４ａの１つあたりの開口部の面積よりも大きい。したがって、ガス通過孔１４４ａ及び外側ガス孔１４６ａはいずれも同じ個数（６箇所）であるため、外側ガス孔１４６ａの総面積（１つの孔の面積×孔の個数）がガス通過孔１４４ａの総面積より大きい。なお、ガス通過孔１４４ａおよび外側ガス孔１４６ａは、自身の中心軸に垂直な断面が真円となるように形成されている。また、特に限定するものではないが、本実施形態では、ガス通過孔１４４ａの直径は例えば０．８〜１．２ｍｍの範囲の値であり、外側ガス孔１４６ａの直径は例えば０．８〜１．２ｍｍの範囲の値である。

第１ガス室１２２は、段差部１３３，１３５，第１胴部１３４，第２胴部１３６，大径部１４２，胴部１４４、段差部１４５により囲まれた空間である。センサ素子室１２４は、内側保護カバー１３０に囲まれた空間である。第２ガス室１２６は、段差部１３７，先端部１３８，１４６に囲まれた空間である。なお、先端部１４６の内周面が第２胴部１３６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。

こうして構成されたガスセンサ１００が所定のガス濃度を検出する際の被測定ガスの流れについて説明する。配管２００内を流れる被測定ガスは、複数のガス通過孔１４４ａのいずれかを通って第１ガス室１２２内に流入し、そこから複数の第１内側ガス孔１３４ａのいずれかを通ってセンサ素子室１２４に流入する。そして、被測定ガスは、センサ素子室１２４から複数の第２内側ガス孔１３８ａのいずれかを通って第２ガス室１２６に流入し、そこから複数の外側ガス孔１４６ａのいずれかを通って外部に流出する。

次に、ガスセンサ１００が配管２００に取付けられた状態における、第２内側ガス孔１３８ａ及び外側ガス孔１４６ａと鉛直下方向との関係について説明する。図９は、図１（ｂ）におけるガスセンサ１００の先端周辺を拡大した部分断面図であり、図１０は、図９のＤ−Ｄ断面図である。図１０は、内側保護カバー１３０の中心軸に垂直な平面で先端部１３８，１４６を断面視した図であり、内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０の中心から鉛直下方向への線（図９参照）を投影した鉛直線を併せて示している。本実施形態では、この図１０のように内側保護カバー１３０の中心軸に垂直な平面に第２内側ガス孔１３８ａを投影したときに、第２内側ガス孔１３８ａの中心と内側保護カバー１３０の中心とを結ぶ線と、内側保護カバー１３０の中心から鉛直下方向への線をこの平面に投影した鉛直線と、のなす角の最小値θ３が０°以上４５°未満となっている。例えば図１０において、第２内側ガス孔１３８ａの中心と内側保護カバー１３０の中心とを結ぶ線と、鉛直線と、のなす角を４つの第２内側ガス孔１３８ａについてそれぞれ求めると、なす角が０°の孔が１つ，９０°の孔が２つ，１８０°の孔が１つ存在する。そのため、このなす角の最小値θ３は０°である。この最小値θ３が０°に近いほど、内側保護カバー１３０のうちより鉛直下方向（図９における下方向）に第２内側ガス孔１３８ａが存在することになるため、第２内側ガス孔１３８ａから水が抜けやすくなる。これにより、センサ素子１１０への水の付着をより抑制することができる。なお、最小値θ３は、０°以上１５°以下とすることがより好ましい。同様に、本実施形態では、外側保護カバー１４０の中心軸に垂直な平面に外側ガス孔１４６ａを投影したときに、外側ガス孔１４６ａの中心と外側保護カバー１４０の中心とを結ぶ線と、外側保護カバー１４０の中心から鉛直下方向への線をこの平面に投影した鉛直線と、のなす角の最小値θ４が０°以上３０°以下となっている。例えば図１０において、外側ガス孔１４６ａの中心と外側保護カバー１４０の中心とを結ぶ線と、鉛直線と、のなす角を６つの外側ガス孔１４６ａについてそれぞれ求めると、なす角が３０°の孔が２つ，９０°の孔が２つ，１５０°の孔が２つ存在する。そのため、このなす角の最小値θ４は３０°である。この最小値θ４が０°に近いほど、外側保護カバー１４０のうちより鉛直下方向（図９における下方向）に外側ガス孔１４６ａが存在することになるため、外側ガス孔１４６ａから水が抜けやすくなる。これにより、センサ素子１１０への水の付着をより抑制することができる。図１１は、最小値θ３＝３０°，最小値θ４＝０°の場合の断面図である。図１２は、最小値θ３＝３０°，最小値θ４＝３０°の場合の断面図である。図１３は、最小値θ３＝０°，最小値θ４＝０°の場合の断面図である。図１１，１２，１３は、図１０の状態から内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０を周方向に時計回りにそれぞれ３０°，６０°，９０°回転させた状態に相当する。

続いて、ハウジング１０２に対する内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０の取り付けについて説明する。図１４は、ハウジング１０２から内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０を取り外した状態を示す分解図であり、図１５は、ハウジング１０２に内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０を取り付けた状態を示す破断面図である。なお、説明の便宜上、図１４，１５では、ハウジング１０２，ナット１０３，内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０以外の構成要素の図示を省略している。図視するように、ハウジング１０２は、外周面に凸部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃが形成されている。また、内側保護カバー１３０は、大径部１３２の内周面に凹部１３０ａが形成され、外側保護カバー１４０は、大径部１４２の内周面に凹部１４０ａが形成されている。凸部１０２ａと凹部１３０ａとは、一対の位置合わせ部をなしており、ハウジング１０２に内側保護カバー１３０を取り付ける際に凹部１３０ａに凸部１０２ａが挿入されることで、ハウジング１０２に対する固定位置が規定されるようになっている。すなわち、ハウジング１０２に対して内側保護カバー１３０を周方向に回転させた（凹部１３０ａと凸部１０２ａとをずらした）状態では凸部１０２ａが邪魔になって取り付けができない。そのため、取り付け状態でのハウジング１０２に対する内側保護カバー１３０の周方向の位相は常に同じになるよう規定される。同様に、凸部１０２ｂと凹部１４０ａとは、一対の位置合わせ部をなしており、ハウジング１０２に外側保護カバー１４０を取り付ける際に凹部１４０ａに凸部１０２ｂが挿入されることで、ハウジング１０２に対する固定位置が規定されるようになっている。そのため、取り付け状態でのハウジング１０２に対する外側保護カバー１４０の周方向の位相は常に同じになるよう規定される。

次に、固定用部材２０２とハウジング１０２との取り付けについて説明する。図１６は、説明の便宜上、ハウジング１０２のみを示した説明図である。図１６（ａ）はハウジング１０２の側面図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＥ視図、図１６（ｃ）は図１６（ｂ）のＦ−Ｆ断面図である。図１７は、説明の便宜上、固定用部材２０２のみを示した説明図である。図１７（ａ）は、固定用部材２０２の上面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。図１８は、固定用部材２０２にハウジング１０２を取り付ける様子を示す説明図である。説明の便宜上、図１８ではハウジング１０２，ナット１０３及び固定用部材２０２以外の構成要素の図示を省略している。図視するように、ハウジング１０２は、外周面に凸部１０２ｃが形成されている。また、固定用部材２０２は、内周面に凹部２０２ａが形成されている。凸部１０２ｃと凹部２０２ａとは、一対の位置合わせ部をなしており、固定用部材２０２にハウジング１０２を取り付ける際に凹部２０２ａに凸部１０２ｃが挿入されることで、固定用部材２０２に対するハウジング１０２の固定位置が規定されるようになっている。そのため、図１８に示すように凹部２０２ａと凸部１０２ｃとが対向するように固定用部材２０２内にハウジング１０２を挿入し、さらにナット１０３を固定用部材２０２内に挿入してハウジング１０２を取り付けると、取り付け状態での固定用部材２０２に対するハウジング１０２の周方向の位相は常に同じになるよう規定される。

以上のように、本実施形態では、固定用部材２０２に対するハウジング１０２の固定位置が規定され、ハウジング１０２に対する内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０の固定位置が規定されている。そのため、ガスセンサ１００を固定用部材２０２を介して配管２００に取り付けると、固定用部材２０２に対する内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０の固定位置も常に同じになる。そして、本実施形態では、このように位置を固定するための凸部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ、凹部１３０ａ，凹部１４０ａ，２０２ａの位置は、ガスセンサ１００を配管２００に取り付けた状態で上述した最小値θ３，最小値θ４が所定の値（例えば、最小値θ３＝０°，最小値θ４＝３０°）となるように予め定められている。このため、ガスセンサ１００を配管２００に取り付ける際には、最小値θ３，θ４の測定や第２内側ガス孔１３８ａと外側ガス孔１４６ａとの位置合わせを行うことなく、凹部１３０ａに凸部１０２ａが挿入され、凹部１４０ａに凸部１０２ｂが挿入され、凹部２０２ａに凸部１０２ｃが挿入されるように取付を行うだけで、容易に最小値θ３，最小値θ４を所定の値にすることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、ガスセンサ１００において比Ａ２／Ａ１が０．９以上３．８以下、好ましくは１．５以上１．９以下となるようにしているため、センサ素子１１０への水の付着を十分抑制できる。また、比Ｂ２／Ｂ１が０．８５以上、好ましくは１．５以上となるようにしているため、センサ素子１１０への水の付着を十分抑制する効果がより確実に得られる。さらに、距離Ｌが３ｍｍ以下，好ましくは２．２ｍｍ以下、より好ましくは１．１ｍｍ以下としているため、センサ素子１１０への水の付着を十分抑制する効果がより確実に得られる。さらにまた、外側ガス孔１４６ａが先端部１４６の側面と底面との境界部分に形成されると共になす角θ１が４５°であるため、水が内側保護カバー１３０内に入ってセンサ素子１１０に付着するのをより抑制できると共に、センサ素子１１０の応答性の流速依存性を低くすることができる。そして、比Ｒ２／Ｒ１が１以上２．３８以下であるため、センサ素子１１０への水の付着や、被測定ガスの流れによるセンサ素子１１０の冷えをより抑制することができる。そしてまた、最小値θ３が０°以上４５°未満であるため、第２内側ガス孔１３８ａから水が抜けやすくなり、センサ素子１１０への水の付着をより抑制することができる。そしてまた、最小値θ４が０°以上３０°以下であるため、外側ガス孔１４６ａから水が抜けやすくなり、センサ素子１１０への水の付着をより抑制することができる。そしてまた、凸部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ、凹部１３０ａ，凹部１４０ａ，２０２ａを形成することによって、容易に最小値θ３，最小値θ４を所定の値にすることができる。

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現し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、第１内側ガス孔１３４ａは６つの孔とし、第２内側ガス孔１３８ａは４つの孔であるとしたが、これに限らず１以上の孔であればよい。また、第１内側ガス孔１３４ａ及び第２内側ガス孔１３８ａは等間隔に位置しないものとしたり、複数の第１内側ガス孔１３４ａが互いに開口面積が異なるものとしたり、複数の第２内側ガス孔１３８ａが互いに開口面積が異なるものとしたりしてもよい。また、第１内側ガス孔１３４ａ及び第２内側ガス孔１３８ａの孔の形状も、上述した実施形態に限定されるものではない。

上述した実施形態では、ガス通過孔１４４ａ及び外側ガス孔１４６ａはいずれも６つの孔であるものとしたが、これに限られない。例えば、ガス通過孔１４４ａが互いに等間隔に位置する３つ以上の孔であり、外側ガス孔１４６ａが互いに等間隔に位置する３つ以上の孔であるものとしてもよい。また、ガス通過孔１４４ａ及び外側ガス孔１４６ａがいずれも２つの孔であってもよい。なお、ガス通過孔１４４ａ及び外側ガス孔１４６ａは、等間隔に位置しないものとしてもよい。

上述した実施形態では、ガス通過孔１４４ａの外部開口面と段差部１４５の底面とのなす角が４５°であるものとしたが、これに限られない。例えば、なす角は１０°〜８０°の範囲の値としてもよい。この場合でも、ガス通過孔１４４ａが第１角部１４４ｂに位置していれば、水がガス通過孔１４４ａから外部に逃げやすくなり、センサ素子１１０への水の付着を抑制する効果や、センサ素子１１０の応答性の流速依存性を低くする効果が得られる。ガス通過孔１４４ａと同様に、外側ガス孔１４６ａの外部開口面と先端部１４６の底面とのなす角θ１が本実施形態では４５°であるものとしたが、１０°〜８０°の範囲の値としてもよい。この場合でも、外側ガス孔１４６ａが第２角部１４６ｂに位置していれば、水が外側ガス孔１４６ａから外部に逃げやすくなり、センサー素子１１０への水の付着を抑制する効果が得られる。また、センサ素子１１０の応答性の流速依存性を低くする効果が得られる。

上述した実施形態では、図２に示したように、第２内側ガス孔１３８ａは内側保護カバー１３０の先端部１３８の側面に位置しているものとしたが、これに限らず、内側保護カバーの側面と底面との境界部分に位置してもよい。第２内側ガス孔が内側保護カバーの側面と底面との境界部分に位置する場合の第２内側ガス孔周辺を拡大した部分断面図を図１９に示す。なお、図１９では、図８と同一の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。図示するように、変形例の第２内側ガス孔２３８ａは、図８の第２内側ガス孔１３８ａとは異なり、第２内側ガス孔２３８ａの外部開口面と内側保護カバー１３０の先端部１３８の底面とのなす角が４５°となり、且つ、第２内側ガス孔２３８ａの内周面と外部開口面とのなす角が９０°となるように形成されている。なお、第２内側ガス孔２３８ａの外部開口面と内側保護カバー１３０の先端部１３８の底面とのなす角は４５°に限らず、１０〜８０°の範囲の値としてもよい。

上述した実施形態では、図２に示したように、第２内側ガス孔１３８ａは内側保護カバー１３０の先端部１３８の側面の中ほどに位置しているものとしたが、これに限らず、第２内側ガス孔を先端部１３８の側面のうち底面に近い位置に設けてもよいし、段差部１３７に近い位置に設けてもよい。第２内側ガス孔を先端部１３８の側面のうち底面に近い位置に設けた場合の第２内側ガス孔周辺を拡大した部分断面図を図２０に示す。なお、図２０では、図８と同一の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。図示するように、変形例の第２内側ガス孔２３９ａは、先端部１３８の角部１３８ｂに極力近い位置に設けられている。また、第２内側ガス孔２３９ａの最下面２３９ｂと先端部１３８の内側の底面１３８ｃとは同一平面上に位置している。

上述した実施形態では、図２に示したように、第２内側ガス孔１３８ａは内側保護カバー１３０の先端部１３８の側面に位置しているものとしたが、これに限らず、底面に位置していてもよい。第２内側ガス孔が先端部１３８の底面に位置する場合の第２内側ガス孔周辺を拡大した部分断面図を図２１に示す。なお、図２１では、図８と同一の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。図示するように、変形例の第２内側ガス孔２４０ａは、先端部１３８の底面の中心に位置する円形の孔である。なお、第２内側ガス孔を先端部１３８の底面の中心以外に設けてもよい。例えば、先端部１３８の底面のうち、先端部１３８の角部に極力近い位置に第２内側ガス孔を設けてもよい。この場合、先端部１３８を中心軸方向（図２の上下方向）から見たときに、先端部１３８の中心軸を中心点とした第２内側ガス孔の位置と外側ガス孔１４６ａの延長上の領域１４６ｃの位置との位相がずれるように配置することで、第２内側ガス孔が領域１４６ｃ以外に位置するようにしてもよい。この場合の第２内側ガス孔の位置を示す説明図を図２２に示す。図２２（ａ）は先端部１３８周辺の部分断面図であり、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。なお、図２２では、図８と同一の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２２（ｂ）に示すように、変形例の第２内側ガス孔２４１ａは、等間隔に６箇所形成され、先端部１３８の底面の角部１３８ｂに極力近い位置に形成されている。そのため、図２２（ｂ）のように中心軸方向から見たときに、第２内側ガス孔２４１ａが先端部１３８の側部の内周面と接するように位置している。そして、第２内側ガス孔２４１ａは、先端部１３８の中心軸を中心点として見たときに第２内側ガス孔２４１ａの位置と領域１４６ｃの位置との位相がずれるように配置されている。これにより、第２内側ガス孔２４１ａは領域１４６ｃと重ならないように位置している。このようにして第２内側ガス孔２４１ａを形成した場合でも、第２内側ガス孔２４１ａが領域１４６ｃ以外の位置に開けられているため、本実施形態と同様に水がセンサ素子室１２４内に到達しにくくなる効果が得られる。

上述した実施形態では、第２内側ガス孔１３８ａ，ガス通過孔１４４ａおよび外側ガス孔１４６ａは、自身の中心軸に垂直な断面が真円となるように形成されているものとしたが、これに限られない。例えば、中心軸に垂直な断面が楕円であったり多角形（例えば長方形）であったりしてもよい。

上述した実施形態では、一対の位置合わせ部として凸部１０２ａ及び凹部１３０ａ、凸部１０２ｂ及び凹部１４０ａ、凸部１０２ｃ及び凹部２０２ａが形成されているものとしたが、凸部１０２ｂ及び凹部１４０ａを形成しないものとしてもよい。こうしても、固定用部材２０２，ハウジング１０２，内側保護カバー１３０の位置関係を規定でき、容易に最小値θ３を所定の値にすることができる。同様に、凸部１０２ａ及び凹部１３０ａを形成しないものとしてもよい。また、凹部と凸部とは逆であってもよい。さらに、凹部と凸部とに限らず、固定用部材２０２，ハウジング１０２，内側保護カバー１３０，外側保護カバー１４０の位置関係を規定できるものであれば、どのような形状の位置合わせ部を用いてもよい。

上述した実施形態では、図２に示したように、第１胴部１３４，第２胴部１３６は、センサ素子１１０の側面を覆うように位置しており、センサ素子１１０の先端は第２胴部で囲まれる空間に位置しているものとしたが、これに限られない。例えば、図２３に示すように、センサ素子１１０が内側保護カバー１３０の第１胴部１３４で囲まれる空間までしか到達していないものとしてもよい。換言すると、センサ素子１１０の先端が第１胴部１３４で囲まれる空間に位置しているものとしてもよい。こうすることで、例えば図２と比べてセンサ素子１１０の先端が第１内側ガス孔１３４ａにより近くに位置するため、センサ素子１１０の応答性が向上する。この場合、センサ素子１１０の先端は第１内側ガス孔１３４ａよりも第２内側ガス孔１３８ａ側（内側保護カバー１３０の先端側）に位置することが好ましい。なお、センサ素子１１０が内側保護カバー１３０の先端部１３８で囲まれる空間まで到達しているものとしてもよい。換言すると、センサ素子１１０の先端が先端部１３８で囲まれる空間に位置しているものとしてもよい。

［実験例１］
図２に示すガスセンサ１００を作製した。具体的には、内側保護カバー１３０として、板厚が０．３ｍｍ、軸方向長さが１７．７ｍｍ、大径部１３２の軸方向長さが１．８ｍｍ、第１胴部１３４の軸方向長さが５．４ｍｍ、第２胴部１３６の軸方向長さが５．６ｍｍ、先端部１３８の軸方向長さが４．９ｍｍ、大径部１３２の外径が１４．１ｍｍ、第１胴部１３４の外径が１１．８ｍｍ、第２胴部１３６の外径が８．２ｍｍ、先端部１３８の外径が５．９ｍｍ、第１内側ガス孔１３４ａの１つあたりの開口面積Ａ１が０．３０５３ｍｍ²、第１内側ガス孔１３４ａの孔数が６、比Ｒ２／Ｒ１が値４．３５、第１内側ガス孔１３４ａの中心から内側保護カバー１３０の上端までの距離が３．６５ｍｍ、第２内側ガス孔１３８ａの内径が１．０ｍｍ、第２内側ガス孔１３８ａの孔数が４、距離Ｌが１．１ｍｍのものを用いた。更に、外側保護カバー１４０として、板厚が０．４ｍｍ、軸方向長さが２４．２ｍｍ、大径部１４２の軸方向長さが６．１ｍｍ、胴部１４４の軸方向長さが８．５ｍｍ、先端部１４６の軸方向長さが９．６ｍｍ、大径部１４２の外径が１５．２ｍｍ、胴部１４４の外径が１４．６ｍｍ、先端部１４６の外径が８．７ｍｍ、ガス通過孔１４４ａの内径が１．０ｍｍ、ガス通過孔１４４ａの孔数が６、ガス通過孔１４４ａの外部開口面と段差部１４５の底面とのなす角が４５°、外側ガス孔１４６ａの内径が１．２ｍｍ、外側ガス孔１４６ａの孔数が６、外側ガス孔１４６ａのなす角θ１が４５°のものを用いた。また、配管に取り付けた時に最小値θ３が０°，最小値θ４が３０°（図１０の状態）となるように内側保護カバー１３０及び外側保護カバー１４０をハウジング１０２に取り付けた。こうして作製したガスセンサ１００を実験例１とした。なお、第１内側ガス孔１３４ａ，第２内側ガス孔１３８ａ，ガス通過孔１４４ａ及び外側ガス孔１４６ａは、いずれもそれぞれ等間隔に形成した。また、ここで作製したガスセンサ１００のセンサ素子１１０は、酸素濃度を検出するものとした。

［実験例２〜１６］
第２内側ガス孔の内径及び孔数，距離Ｌ，最小値θ３，最小値θ４を表１の実験例２〜１６に示すように種々変更したものを作製した。なお、実験例３，６，７の第２内側ガス孔１３８ａ，外側ガス孔１４６ａの位置関係は図１３の状態である。実験例４，５の第２内側ガス孔１３８ａ，外側ガス孔１４６ａの位置関係をそれぞれ図２４，２５に示す。実験例２，１３，１４の第２内側ガス孔１３８ａ，外側ガス孔１４６ａの位置関係を図２６に示す。実験例２〜１５では、複数の第２内側ガス孔１３８ａは等間隔に形成されている。

［評価試験１］
各ガスセンサ１００につき、以下の保護カバー内の水残り量とヒーターパワー制御値とを調べた。その結果を表１及び図２７，２８に示す。保護カバー内の水残り量とヒーターパワー制御値の試験方法は以下の通り。

実験例１〜１６のガスセンサ１００につき、予め内側保護カバー内に水が入った状態から水が抜けるまでの様子を確認する水抜き試験を行った。水抜き試験の様子を図２９に示す。なお、図２９の上段には水抜き試験時の全体の様子を示し、下段には配管９２０に対するガスセンサ１００の傾きを説明する部分断面図を示した。この試験は、以下のように行った。まず、加振機９００が取り付けられた配管９２０にガスセンサを鉛直方向から４５°傾けて取り付けた。また、ガスセンサ１００には、ヒーターの出力を制御するコントローラー９４０と、ヒーターのパワー制御値を測定するためのセンサ出力モニター９６０を接続した。次に、内側保護カバー１３０内に０．１ｇ（０．１ｃｃ）の水を入れ、加振機９００により１０〜２００Ｈｚの間で周波数を変化させながら正弦波で配管９２０をガスセンサ１００の中心軸方向に振動させた。その状態で、送風機９８０を所定の駆動条件で運転し、送風機９８０から配管９２０へ送風した。送風中は、センサ素子１１０内のヒーターが１００℃になるように制御を行い、このときのヒーターのパワー制御値をセンサ出力モニター９６０にて測定した。センサ素子１１０に付着する水が多いほどセンサ素子１１０の温度が低下して、ヒーターの出力を大きくすべくヒーターパワー制御値が大きい値となる。また、送風機９８０の駆動終了と共に振動を停止し、外側保護カバー１４０内及び内側保護カバー１３０内に残っていた水の合計量を水残り量として測定した。なお、送風機９８０の所定の駆動条件とは、送風機により風速約７５ｍ/ｓの大気の流れを作り、３秒間配管９２０に送風することをいう。また、実験例３〜７については、水残り量のみを測定した。

図２７は面積比Ａ２／Ａ１と水残り量との関係を示すグラフ、図２８は面積比Ａ２／Ａ１とヒーターパワー制御値との関係を示すグラフである。表１及び図２７から明らかなように、面積比Ａ２／Ａ１が０．９以上３．８以下である実験例１〜１０，１２〜１５は、いずれも面積比Ａ２／Ａ１が０．９未満である実験例１１と比べて、水残り量が少なかった。また、実験例１〜１０，１２，１３，１５は、面積比Ａ２／Ａ１が３．８を超えている実験例１６と比べて、水残り量が少なかった。また、距離Ｌなど他の条件が比較的近い実験例１，２，９，１０を比較すると、面積比Ａ２／Ａ１が１．５以上１．９以下である実験例９が特に水残り量が少なかった。さらに、比Ｂ２／Ｂ１が０．８５以上である実験例１〜１０，１２，１５は、いずれも総面積比Ｂ２／Ｂ１が０．８５未満である実験例１１，１６と比べて、水残り量が少なくなっていた。そして、総面積比Ｂ２／Ｂ１が１．７前後（１．５以上）である実験例１〜１０は、総面積比Ｂ２／Ｂ１が０．８前後である実験例１１〜１６と比べて全体的に水残り量が少ない傾向が見られた。さらにまた、距離Ｌのみが異なる実験例３，６，７を比較すると、距離Ｌが３ｍｍ以下である実験例３，６は距離Ｌが３ｍｍを超えている実験例７と比べて水残り量が少なく、距離Ｌが１．１ｍｍ以下である実験例３は特に水残り量が少なかった。また、実験例６と距離Ｌ以外の条件が比較的近い実験例８とを比較すると、距離Ｌが２．２ｍｍ以下である実験例８の方が水残り量が少なかった。距離Ｌ以外の条件が同じである実験例１３，１４を比較すると、距離Ｌが１．１ｍｍ以下である実験例１３の方が水残り量が少なかった。さらに、最小値θ３のみが異なる実験例３〜５を比較すると、最小値θ３が４５°未満である実験例３，４は、最小値θ３が４５°である実験例５と比べて水残り量が少なかった。また、最小値θ３が０°である実験例３では特に水残り量が少なかった。表１及び図２８から明らかなように、実験例１〜１０，１２，１３，１５は、実験例１１，１６と比べていずれも水残り量が少なく、且つ実験例１６と比べてヒーターパワー制御値も小さかった。また、実験例１〜１０，１２〜１５の実験例１１に対する水残り量の減少割合と比べると、実験例１１に対するヒーターパワー制御値の増加割合は比較的少なかった。

［実験例１７〜２０］
実験例１のガスセンサを基準として、内側保護カバーのみを表２に示す回転角度だけ回転させて位相を変更し、最小値θ３を表２に示すように種々変更して実験例１７〜２０のガスセンサを作製した。なお、実験例１７，１９の第２内側ガス孔１３８ａ，外側ガス孔１４６ａの位置関係は図１２の状態である。実験例１８の第２内側ガス孔１３８ａ，外側ガス孔１４６ａの位置関係を図３０に示す。実験例１７と実験例１９とは実験例１からの回転角度が３０°であるか６０°であるかが異なるものの、第２内側ガス孔１３８ａ，外側ガス孔１４６ａの位置関係は実質的に同じである。同様に、実験例１と実験例２０とは実質的に同じである。

［実験例２１〜２６］
実験例３のガスセンサを基準として、内側保護カバーのみを表２に示す回転角度だけ回転させて位相を変更し、最小値θ３を表２に示すように種々変更して実験例２１〜２６のガスセンサを作製した。実験例２２，２４の第２内側ガス孔１３８ａ，外側ガス孔１４６ａの位置関係は図１１の状態である。なお、実験例２１，２５は実験例４と実質的に同じである。実験例２２と実験例２４とは実質的に同じである。実験例２３は実験例５と実質的に同じである。実験例２６は実験例３と実質的に同じである。

実験例１８，２０，２１，２３，２５，２６についても評価試験１の水抜き試験を行った。実験例１，３の結果と併せて表１及び図３１に示す。

［評価試験２］
また、実験例１，１７〜２０，３，２２〜２４，２６について、センサ素子の応答時間の測定を行った。その結果を表１及び図３２，３３に示す。センサ出力の応答性の試験方法は以下の通り。

まず、図１のようにガスセンサを配管２００に取り付けた。この状態で、エンジンの排ガスの代わりに、被測定ガスとしてバーナー燃焼によりＮＯ濃度７０ｐｐｍ、ラムダ１．０５に制御した基準ガスを流してセンサ出力が安定するのを待った。その後、ガス導入口を通じて酸素を基準ガス中に導入し、ＮＯ濃度７０ｐｐｍ、ラムダ１．３５の混合ガスを流してセンサ出力が安定するのを待った。すると、センサ素子１１０が酸素濃淡電池として機能して起電力が発生し、センサ出力が立ち上がった。ここで、基準ガス中に酸素を導入した時点から、センサ出力がその立ち上がりの最大値の１０％になるまでに要する時間ｔ10とセンサ出力がその立ち上がりの最大値の９０％になるまでに要する時間ｔ90とを求め、その差Δｔ（＝ｔ90−ｔ10）を応答時間（単位：ｓｅｃ）とした。この応答時間が短いほどガスセンサの応答性が高い。なお、試験は配管径が２８ｍｍの配管２００を用いて実験例１，１７〜２０，３，２２〜２４，２６のガスセンサについて行い、配管径が５５ｍｍの配管２００を用いて実験例１，１８，２０，３，２３，２６のガスセンサについて行った。

図３１は内側保護カバーの回転角度と水残り量との関係を示すグラフ、図３２は配管径が２８ｍｍの場合における内側保護カバーの回転角度と応答時間との関係を示すグラフ、図３３は配管径が５５ｍｍの場合における内側保護カバーの回転角度と応答時間との関係を示すグラフである。表２及び図３１から明らかなように、内側保護カバーの回転角度が４５°のとき（最小値θ３が４５°のとき）に、水残り量の値が最大（ピーク値）となり、内側保護カバーの回転角度が４５°から離れるほど（最小値θ３が４５°から小さくなるほど）水残り量が小さくなった。また、最小値θ４が３０°である実験例１，１８，２０よりも、最小値θ４が０°である実験例３，２１，２３，２５，２６の方が水残り量が小さくなる傾向がみられた。最小値θ３が同じ実験例で比較すると、最小値θ４が０°に近い実験例の方が水残り量が小さくなった。

表２及び図３２から明らかなように、最小値θ４が３０°である実験例１，１７，１８，１９，２０の方が、最小値θ４が０°である実験例３，２２，２３，２４，２６と比べて、応答時間が短かった。しかし、実験例３，２２，２３，２４，２６の実験例１，１７，１８，１９に対する水残り量の減少割合と比べると、実験例３，２２，２３，２４，２６の実験例１，１７，１８，１９に対する応答時間の増加割合は比較的少なかった。また、表２及び図３３から明らかなように、配管径が５５ｍｍの場合は、実験例１８を除いて、最小値θ４が０°である実験例３，２３，２６の方が、最小値θ４が３０°である実験例１，２０と比べて応答時間も短かった。これらのことから、最小値θ４が０°に近い場合は、一般的な水残り量の減少（センサ素子への水の付着の抑制）と応答時間の増加（センサ応答性の向上）とのトレードオフの関係から脱して、センサ応答性の低下を抑制しつつ又はセンサ応答性を向上させつつ、センサ素子への水の付着をより抑制できることがわかった。

なお、実験例１〜１０，１２〜１５，１７〜２６が本発明の実施例に相当し、実験例１１，１６が本発明の比較例に相当する。

［比較例１］
図３４に示すガスセンサ７００を複数作製した。ガスセンサ７００は、保護カバー７２０として、内側保護カバー７３０と外側保護カバー７４０とを備えている。内側保護カバー７３０は、先端部７３８及び第２内側ガス孔７３８ａの形状が先端部１３８，第２内側ガス孔１３８ａと異なる点，及び段差部１３７を備えない点以外は図２の内側保護カバー１３０と同じ構造であるため、先端部７３８，第２内側ガス孔７３８ａ以外の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。先端部７３８は、先端部１３８と異なり三角錐台を逆さにした形状をしており、第２胴部１３６と接続する部分の内径が７．４ｍｍ、底面の直径が２．４ｍｍである。また、第２内側ガス孔７３８ａは、先端部７３８の底面の中心点に位置する円形の孔であり、内径は１ｍｍである。外側保護カバー７４０は、ガス通過孔７４４ａ及び外側ガス孔７４６ａ以外は図２の外側保護カバー１４０と同じ構造であるため、ガス通過孔７４４ａ及び外側ガス孔７４６ａ以外の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。ガス通過孔７４４ａは、胴部１４４の側面に位置し、外側ガス孔７４６ａは、先端部１４６の側面に位置している。なお、ガス通過孔７４４ａ及び外側ガス孔７４６ａは、実験例１と同様に等間隔に６箇所開けた。

［評価試験３］
実験例１及び比較例１のガスセンサについて、被測定ガスの流速とセンサ素子の応答性との関係を調べる流速依存性試験を行った。その結果を図３５，３６に示す。流速依存性試験の試験方法は以下の通り。

実施例１，比較例１のガスセンサをそれぞれ図１と同様に配管に取り付けた。なお、配管の中は空気で満たした。そして、配管内を無風状態として３１０秒間放置し、その後、配管内に被測定ガスを所定の流速で流した。この場合におけるセンサ素子の出力の時間変化を測定した。センサ素子の出力が最大値になったときに保護カバー内の空気が被測定ガスに全て置換されたとみなし、センサ素子の出力の最大値に対する割合を保護カバー内のガス置換率として求め、ガス置換率の時間変化とした。被測定ガスの所定の流速を、９０ｍ／ｓとした場合と１０ｍ／ｓとした場合とで、それぞれガス置換率の時間変化を求めた。流速が９０ｍ／ｓの場合と１０ｍ／ｓの場合とでこのガス置換率の時間変化の違いが少ないほど、流速依存性が少なく、流速が低下しても応答性が低下しにくいことになる。

図３５は、被測定ガスの流速が９０ｍ／ｓの場合のガス置換率の時間変化を示すグラフである。図３６は、被測定ガスの流速が１０ｍ／ｓの場合のガス置換率の時間変化を示すグラフである。図３４，３５から明らかなように、実験例１の方が、流速がいずれの場合であっても比較例１と比べてガス置換率が急激に上昇している。また、比較例１では、流速が９０ｍ／ｓの場合と比べて流速が１０ｍ／ｓの場合に時間経過に伴うガス置換率の上昇が鈍化した。一方、実験例１では、流速が９０ｍ／ｓの場合と１０ｍ／ｓの場合とで、ガス置換率の時間変化は比較例１ほど変化しなかった。このことから、実験例１は、ガス通過孔が第１角部１４４ｂに設けられ外側ガス孔が第２角部１４６ｂに設けられていることで、ガス通過孔及び外側ガス孔が側面に設けられている比較例１と比べて流速依存性を抑制できていると考えられる。

１００ ガスセンサ、１０２ ハウジング、１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ 凸部、１０３ ナット、１１０ センサ素子、１２０ 保護カバー、１２２ 第１ガス室、１２４ センサ素子室、１２６ 第２ガス室、１３０，３３０ 内側保護カバー、１３０ａ 凹部、１３２ 大径部、１３３ 段差部、１３４ 第１胴部、１３４ａ 第１内側ガス孔、１３４ｂ ガイド部、１３５ 段差部、１３６ 第２胴部、１３７ 段差部、１３８ 先端部、１３８ａ，２３８ａ，２３９ａ，２４０ａ，２４１ａ 第２内側ガス孔、２３９ｂ 最下面、１３８ｂ 角部、１３８ｃ 底面、１４０ 外側保護カバー、１４０ａ 凹部、１４２ 大径部、１４４ 胴部、１４４ａ ガス通過孔、１４４ｂ 第１角部、１４４ｃ 内周面、１４５ 段差部、１４６ 先端部、１４６ａ 外側ガス孔、１４６ｂ 第２角部、１４６ｃ 領域、２００ 配管、２０２ 固定用部材、２０２ａ 凹部、７００ ガスセンサ，７２０ 保護カバー、７３０ 内側保護カバー、７３８ 先端部、７４０ 外側保護カバー、７３８ａ 第２内側ガス孔、７４４ａ ガス通過孔、７４６ａ 外側ガス孔、９００ 加振機、９２０ 配管、９４０ コントローラー、９６０ センサ出力モニター、９８０ 送風機。

Claims (14)

1. センサ素子と、
   前記センサ素子の先端を覆うと共に、１以上の第１内側ガス孔及び１以上の第２内側ガス孔が形成された有底筒状の内側保護カバーと、
   前記内側保護カバーを覆うと共に、複数の外側ガス孔が形成された有底筒状の外側保護カバーと、
   を備え、
   前記第１内側ガス孔は、前記第２内側ガス孔よりも前記センサ素子の後端側に位置し、
   前記第１内側ガス孔１つあたりの開口面積Ａ１と前記第２内側ガス孔１つあたりの開口面積Ａ２との比Ａ２／Ａ１が０．９以上３．８以下である、
   ガスセンサ。
2. 前記比Ａ２／Ａ１が１．５以上１．９以下である、
   請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記第１内側ガス孔の総開口面積Ｂ１と前記第２内側ガス孔の総開口面積Ｂ２との比Ｂ２／Ｂ１が０．８５以上である、
   請求項１又は２に記載のガスセンサ。
4. 前記第２内側ガス孔は、該第２内側ガス孔の中心と前記内側保護カバーの底面との距離Ｌが３ｍｍ以下である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
5. 前記第２内側ガス孔は、該第２内側ガス孔の中心と前記内側保護カバーの底面との距離Ｌが２．２ｍｍ以下である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
6. 前記外側保護カバーは、側面と底面とを有するカバーであり、
   前記外側ガス孔は、前記外側保護カバーの側面と底面との境界部分に開けられ、該外側ガス孔の外部開口面と該外側保護カバーの底面とのなす角θ１が１０°〜８０°である、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサ。
7. 前記内側保護カバーは、前記第１内側ガス孔を経て該内側保護カバー内に流入する被測定ガスの流れを規制するガイド部を有しており、前記内側保護カバーと同心且つ前記センサ素子に接する外接円の半径Ｒ１と、該内側保護カバーと同心且つ前記被測定ガスの流れを規制する前記ガイド部の規制面を含む平面に接する内接円の半径Ｒ２と、の比Ｒ２／Ｒ１が１以上２．３８以下である、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスセンサ。
8. 前記ガスセンサは、前記内側保護カバーの中心軸が鉛直方向に対して角度θ２（０°＜θ２＜９０°）だけ傾いた状態で配管内に固定されており、
   前記第２内側ガス孔は、前記内側保護カバーの中心軸に垂直な平面に該第２内側ガス孔を投影したときに、前記第２内側ガス孔の中心と前記内側保護カバーの中心とを結ぶ線と、該内側保護カバーの中心から鉛直下方向への線を該平面に投影した鉛直線と、のなす角の最小値θ３が０°以上４５°未満である、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
9. 前記最小値θ３は、０°以上１５°以下である、
   請求項８に記載のガスセンサ。
10. 請求項８又は９に記載のガスセンサであって、
    固定用部材により前記配管内に固定されると共に前記内側保護カバーを固定するハウジング、
    を備え、
    前記ハウジングは、該ハウジングと前記固定用部材とに形成された一対の位置合わせ部により前記固定用部材に対する固定位置が規定され、
    前記内側保護カバーは、該内側保護カバーと前記ハウジングとに形成された一対の位置合わせ部により前記ハウジングに対する固定位置が規定されることで、前記最小値θ３が所定の値になるように前記固定用部材に対する該内側保護カバーの周方向の位相が規定されている、
    ガスセンサ。
11. 前記ガスセンサは、前記内側保護カバーの中心軸が鉛直方向に対して角度θ２（０°＜θ２＜９０°）だけ傾いた状態で配管内に固定されており、
    前記外側ガス孔は、前記外側保護カバーの中心軸に垂直な平面に該外側ガス孔を投影したときに、前記外側ガス孔の中心と前記外側保護カバーの中心とを結ぶ線と、該外側保護カバーの中心から鉛直下方向への線を該平面に投影した鉛直線と、のなす角の最小値θ４が０°以上３０°以下である、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガスセンサ。
12. 請求項１１に記載のガスセンサであって、
    固定用部材により前記配管内に固定されると共に前記外側保護カバーを固定するハウジング、
    を備え、
    前記ハウジングは、該ハウジングと前記固定用部材とに形成された一対の位置合わせ部により前記固定用部材に対する固定位置が規定され、
    前記外側保護カバーは、該外側保護カバーと前記ハウジングとに形成された一対の位置合わせ部により前記ハウジングに対する固定位置が規定されることで、前記最小値θ４が所定の値になるように前記固定用部材に対する該外側保護カバーの周方向の位相が規定されている、
    ガスセンサ。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガスセンサであって、
    前記外側保護カバーは、複数のガス通過孔が設けられた円筒状の胴部と、該胴部よりも径の小さい有底筒状の先端部と、該胴部と該先端部とを接続する段差部と、を有しており、
    前記外側ガス孔は、前記外側保護カバーの先端部に開けられた孔であり、
    前記外側保護カバーの胴部及び段差部と前記内側保護カバーとで囲まれ、前記第１内側ガス孔により前記内側保護カバーの内部と連通する第１ガス室と、
    前記外側保護カバーの先端部と前記内側保護カバーとで囲まれ、前記第１ガス室と直接には連通しておらず、前記第２内側ガス孔により前記内側保護カバーの内部と連通する第２ガス室と、
    を備えたガスセンサ。
14. 前記内側保護カバーは、前記第１内側ガス孔が形成された円筒状の第１胴部と、円筒状の第２胴部と、前記第２内側ガス孔が形成された有底筒状の先端部と、該第１胴部と該第２胴部とを接続する第１段差部と、該第２胴部と該先端部とを接続する第２段差部と、を有しており、
    前記センサ素子の先端は、前記第１胴部で囲まれる空間に位置している、
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載のガスセンサ。