特許 7437861 ガスセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-15

(45)【発行日】2024-02-26

(54)【発明の名称】ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/409 20060101AFI20240216BHJP

【ＦＩ】

G01N27/409 100

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021018337

(22)【出願日】2021-02-08

(65)【公開番号】P2022121151

(43)【公開日】2022-08-19

【審査請求日】2023-07-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 将之

(72)【発明者】

【氏名】大場 健弘

(72)【発明者】

【氏名】増田 憲治

(72)【発明者】

【氏名】河合 亮祐

(72)【発明者】

【氏名】島崎 雄次

【審査官】大瀧 真理

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１３４０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５０２４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２３６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４２６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３５２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０６４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３０４７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／３１３７８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１７４１７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／４０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延びる筒状をなし、先端側から後端側に延びる貫通孔を有する主体金具と、
前記軸線方向に延びる棒状をなし、先端側に検出部を有し、前記主体金具の前記貫通孔内に挿入されたセンサ素子と、
前記主体金具の先端側に固定された筒状のプロテクタと、
前記主体金具のうち先端面を含む筒状の先端側壁部を、前記プロテクタと共に覆う主体金具保護部材と、を備える
ガスセンサにおいて、
前記主体金具の前記先端側壁部は、前記貫通孔を構成する前記主体金具の内周面のうち先端側から後端側に真っ直ぐ延びる先端側内周面を有し、
前記主体金具保護部材は、
前記先端側内周面の先端と同等の前記軸線方向にかかる位置から後端側に延びる筒状のテーパ壁部であって、後端側に向かうにしたがって内周面が縮径するテーパ壁部を有し、
前記テーパ壁部は、前記主体金具の前記先端側内周面から離間しつつ前記先端側内周面の少なくとも一部を覆う
ガスセンサ。

【請求項2】

請求項１に記載のガスセンサであって、
前記センサ素子の前記検出部は、前記テーパ壁部の軸線が通る位置に配置され、測定対象ガス中の特定ガス成分を検出し、
前記プロテクタは、前記検出部が配置される測定室を構成する第１プロテクタを含み、
前記第１プロテクタは、前記測定対象ガスを前記測定室内に取り入れるガス取入部を有し、
前記ガス取入部は、
前記テーパ壁部よりも先端側に位置し、
当該ガス取入部を通じて前記測定室内に取り入れる前記測定対象ガスを後端側に流す形態を有する
ガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車の排気管等に取り付けられて使用され、測定対象ガス（排気ガス）中の特定ガス成分（例えば、酸素やＮＯｘなど）を検出するガスセンサが知られている。このようなガスセンサとして、特許文献１には、軸線方向に延びる筒状をなし、先端側から後端側に延びる貫通孔を有する主体金具と、軸線方向に延びる棒状をなし、先端側に検出部を有し、主体金具の貫通孔内に挿入されたセンサ素子と、主体金具の先端側に固定された筒状のプロテクタと、主体金具のうち先端面を含む筒状の先端側壁部を、プロテクタと共に覆う主体金具保護部材とを備えるガスセンサが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１３４０６９号公報

【0004】

主体金具の先端側壁部は、貫通孔を構成する主体金具の内周面のうち先端側から後端側に真っ直ぐ延びる先端側内周面を有する。また、主体金具保護部材は、主体金具の先端側内周面に接触しつつ先端側内周面を覆う筒状壁部を有する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述のガスセンサは、当該ガスセンサの先端側部位を排気管内に挿入する態様で使用される。このため、プロテクタ及び主体金具保護部材が、高温の測定対象ガス（排気ガス）に晒される。このようなガスセンサでは、高温の測定対象ガスが主体金具保護部材に接触して、主体金具保護部材が高温になることがある。さらに、高温になった主体金具保護部材の熱が、主体金具を通じてガスセンサの後端側へ伝わることがあった。

【0006】

特に、上述のガスセンサでは、主体金具保護部材の筒状壁部が主体金具の先端側内周面に接触しているため、高温になった主体金具保護部材の熱が、主体金具を通じてガスセンサの後端側へ伝わり易くなっていた。ガスセンサの後端側には、例えば、ゴムまたは樹脂からなるグロメットが設けられている。このグロメットは、ガスセンサを構成する他のセラミック部材や金属部材に比べて、耐熱性に劣る。このため、主体金具保護部材から主体金具を通じたガスセンサの後端側への伝熱を低減させることが求められていた。

【0007】

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、主体金具保護部材から主体金具を通じたガスセンサの後端側への伝熱が低減されたガスセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、軸線方向に延びる筒状をなし、先端側から後端側に延びる貫通孔を有する主体金具と、前記軸線方向に延びる棒状をなし、先端側に検出部を有し、前記主体金具の前記貫通孔内に挿入されたセンサ素子と、前記主体金具の先端側に固定された筒状のプロテクタと、前記主体金具のうち先端面を含む筒状の先端側壁部を、前記プロテクタと共に覆う主体金具保護部材と、を備えるガスセンサにおいて、前記主体金具の前記先端側壁部は、前記貫通孔を構成する前記主体金具の内周面のうち先端側から後端側に真っ直ぐ延びる先端側内周面を有し、前記主体金具保護部材は、前記先端側内周面の先端と同等の前記軸線方向にかかる位置から後端側に延びる筒状のテーパ壁部であって、後端側に向かうにしたがって内周面が縮径するテーパ壁部を有し、前記テーパ壁部は、前記主体金具の前記先端側内周面から離間しつつ前記先端側内周面の少なくとも一部を覆うガスセンサである。

【0009】

上述のガスセンサでは、主体金具保護部材がテーパ壁部を有する。テーパ壁部は、主体金具の先端側内周面の先端と同等の軸線方向にかかる位置から後端側に延びる筒状（テーパ筒状）をなし、後端側に向かうにしたがって内周面が縮径する形態を有する。このテーパ壁部は、主体金具の先端側内周面から離間しつつ、先端側内周面の少なくとも一部（詳細には、先端側内周面のうち少なくとも先端側に位置する面）を覆っている。なお、主体金具の先端側内周面とは、主体金具の先端側壁部の内周面（主体金具の貫通孔を構成する主体金具の内周面の一部）のうち先端側から後端側に真っ直ぐ延びる筒状の面である。

【0010】

従って、従来（例えば、特許文献１）のように、主体金具保護部材の筒状壁部が、主体金具の先端側内周面に接触しつつ先端側内周面の少なくとも一部を覆う態様と比較して、主体金具保護部材から先端側内周面への伝熱を減少させることができる。すなわち、上述のガスセンサでは、主体金具保護部材のテーパ壁部が、主体金具の先端側内周面から離間しているので、主体金具保護部材のテーパ壁部から主体金具の先端側内周面へ熱が伝わり難くなる。従って、上述のガスセンサでは、主体金具保護部材から主体金具を通じたガスセンサの後端側への伝熱を減少させることができる。

【0011】

ところで、従来（例えば、特許文献１）のガスセンサでは、主体金具が、Ｆｅ元素を含む金属によって形成されている。さらに、従来のガスセンサは、先端側を下方に向けた状態で使用され、測定対象ガス中の特定成分（例えば、ＮＯｘや酸素）を検出する。さらには、センサ素子の検出部が、筒状壁部よりも先端側（下方）に配置される。

【0012】

このようなガスセンサにおいて、主体金具の内周面に結露水が発生した場合には、結露水によって主体金具の内周面が腐食して、Ｆｅ元素を含む化合物（Ｆｅ化合物とする）が生じることがあった。そして、このＦｅ化合物を含む結露水が、主体金具保護部材の筒状壁部の内周面を伝って先端側（下方）に流れた後、径方向中心側に位置するセンサ素子に近づくように空中を流れ落ち、センサ素子の検出部に付着することがあった。そして、センサ素子の検出部に付着したＦｅ化合物の影響によって、測定対象ガス中の特定成分を適切に検出することができなくなることがあった。

【0013】

これに対し、上述のガスセンサでは、主体金具保護部材のうち主体金具の先端側内周面を覆う筒状の壁部を、後端側に向かうにしたがって内周面が縮径するテーパ壁部としている。従って、テーパ壁部の内周面は、先端側に向かうにしたがって拡径する（径方向外側へ拡がる）。このため、Ｆｅ化合物を含む結露水が主体金具保護部材のテーパ壁部の内周面を伝って先端側（下方）に流れるとき、当該結露水は、径方向外側へ、すなわち、センサ素子の検出部から遠ざかる方向へ流れてゆく。これにより、上述のガスセンサでは、Ｆｅ化合物を含む結露水がセンサ素子の検出部に付着し難くなるので、「センサ素子の検出部に付着したＦｅ化合物の影響によって、測定対象ガス中の特定成分を適切に検出することができなくなること」を低減することができる。

【0014】

さらに、前記のガスセンサであって、前記センサ素子の前記検出部は、前記テーパ壁部の軸線が通る位置に配置され、測定対象ガス中の特定ガス成分を検出し、前記プロテクタは、前記検出部が配置される測定室を構成する第１プロテクタを含み、前記第１プロテクタは、前記測定対象ガスを前記測定室内に取り入れるガス取入部を有し、前記ガス取入部は、前記テーパ壁部よりも先端側に位置し、当該ガス取入部を通じて前記測定室内に取り入れる前記測定対象ガスを後端側に流す形態を有するガスセンサとすると良い。

【0015】

上述のガスセンサでは、センサ素子の検出部が、テーパ壁部の軸線が通る位置に配置されている。さらに、第１プロテクタのガス取入部が、主体金具保護部材のテーパ壁部よりも先端側に位置している。このガス取入部は、当該ガス取入部を通じて測定室内（第１プロテクタの内部）に取り入れる測定対象ガスを後端側に流す形態を有する。従って、測定対象ガスは、第１プロテクタのガス取入部を通じて測定室内（第１プロテクタの内部）に導入されると、測定室内を後端側に流れてゆく。

【0016】

これに対し、上述のガスセンサでは、前述のように、主体金具保護部材が、主体金具の先端側内周面を覆うテーパ壁部を有している。このテーパ壁部は、後端側に向かうにしたがって内周面が縮径する形態を有する。従って、第１プロテクタのガス取入部を通過して測定室内を後端側に流れてゆく測定対象ガスの一部は、テーパ壁部に接触（衝突）して、テーパ壁部の軸線側（径方向中心側）へ流れてゆく。これにより、当該測定対象ガスを、センサ素子の検出部に近づけることができる。従って、上述のガスセンサは、従来のガスセンサ（主体金具の先端側内周面を覆う壁部が軸線方向に真っ直ぐ延びる筒状壁部であるガスセンサ）に比べて、応答性が向上する。

【0017】

例えば、センサ素子の検出部が、主体金具保護部材のテーパ壁部よりも先端側に配置されている場合は、テーパ壁部に接触（衝突）してテーパ壁部の軸線側（径方向中心側）へ流れた測定対象ガスは、その後、テーパ壁部の径方向中心付近を先端側へ流れてゆくことで、センサ素子の検出部に向かうようになる。これにより、ガスセンサの応答性が向上する。また、センサ素子の検出部が、主体金具保護部材のテーパ壁部の径方向内側、または、テーパ壁部よりも後端側に配置されている場合は、第１プロテクタの内部を後端側に流れてゆく測定対象ガスが、テーパ壁部に接触（衝突）してテーパ壁部の軸線（径方向中心）に近づくように流れることで、センサ素子の検出部に向かうことになる。これにより、ガスセンサの応答性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態にかかるガスセンサの縦断面図である。

【図2】実施形態にかかる主体金具保護部材の半断面図である。

【図3】図１のＢ部拡大図である。

【図4】センサ素子の斜視図である。

【図5】変形形態にかかるガスセンサの縦断面図である。

【図6】変形形態にかかる内側プロテクタの縦断面図である。

【図7】同内側プロテクタの斜視図である。

【図8】図５のＣ部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

＜実施形態＞
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態のガスセンサ１の縦断面図である。なお、図１において、下側がガスセンサ１の先端側であり、上側がガスセンサ１の後端側である。ガスセンサ１は、先端側部位が図示しない自動車等の排気管内に挿入される態様で排気管に取り付けられ、先端側を下方に向けた状態で使用される。具体的には、ガスセンサ１は、排気ガス（測定対象ガス）中の特定ガス成分（例えば、酸素やＮＯｘなど）を検出する。

【0020】

このガスセンサ１は、図１に示すように、主体金具３とセンサ素子５とプロテクタ９と主体金具保護部材１０とを備える。このうち、主体金具３は、軸線方向Ｄ１（ガスセンサ１の軸線ＡＸ１に沿う方向、図１において上下方向）に延びる筒状をなし、先端側から後端側に延びる貫通孔３ｆを有する。また、センサ素子５は、軸線方向Ｄ１に延びる棒状をなし、先端側に検出部５ｂを有する。このセンサ素子５は、主体金具３の貫通孔３ｆ内に挿入されている。プロテクタ９は、筒状をなし、主体金具３の先端側の部位に固定されている。主体金具保護部材１０は、筒状をなし、主体金具３のうち先端面３ｄを含む筒状の先端側壁部３ｃを、プロテクタ９と共に覆っている。

【0021】

さらに、ガスセンサ１は、外筒１１とセパレータ１３とグロメット１５とを備える。このうち、外筒１１は、筒状をなし、主体金具３の後端側に取り付けられて、センサ素子５の後端側の部位を包囲している。セパレータ１３は、セラミックからなり、筒状をなしている。このセパレータ１３は、外筒１１の内部に配置されており、センサ素子５の後端部（図１において上端部）を収容している。グロメット１５は、外筒１１の後端側の開口を閉塞している。

【0022】

センサ素子５は、矩形棒状（直方体形状）をなし（図４参照）、測定対象ガス（排気ガス）に晒される先端側に、保護層に覆われた検出部５ｂを有する。この検出部５ｂは、排気ガス（測定対象ガス）中の特定ガス成分（例えば、酸素やＮＯｘなど）を検出する。また、センサ素子５の後端部には、電極端子部（第１～第５電極端子部）５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｊ、５ｋが形成されている。このセンサ素子５は、先端側に位置する検出部５ｂが、主体金具３の先端面３ｄから先端側に突出すると共に、後端側に位置する電極端子部５ｆ～５ｋが、主体金具３の後端から後端側に突出した状態で、主体金具３に固定されている。

【0023】

電極端子部５ｆ～５ｋには、それぞれ、金属端子である接続端子（第１～第５接続端子）４１、４２、４３、４４、４５が接続されている（図１参照）。詳細には、接続端子４１～４５は、セパレータ１３の内部において、センサ素子５の電極端子部５ｆ～５ｋにそれぞれ電気的に接続される。接続端子４１～４５は、弾性を有する耐熱性金属（例えばステンレス鋼など）を用いて構成される。さらに、接続端子４１～４５は、外部からセンサの内部に配設される（５本の）各リード線３７（詳細には、リード線３７中の金属芯線３７ｂ）に電気的に接続されており、リード線３７が接続される外部機器と電極端子部５ｆ～５ｋとの間に流れる電流の経路を形成する。なお、図１では、３本のリード線３７のみを示している。

【0024】

主体金具３は、その外表面に自身を排気管に固定するためのネジ部３ｍを備えるとともに、自身を軸線方向Ｄ１に貫通する貫通孔３ｆを有する筒状の部材である。なお、貫通孔３ｆには、径方向内側に突出する棚部３ｋが形成されている。主体金具３は、金属材料（例えば、ステンレスなど）によって形成されている。さらに、主体金具３は、先端面３ｄを含む円筒状の先端側壁部３ｃを有する。この先端側壁部３ｃは、貫通孔３ｆを構成する主体金具３の内周面３ｇのうち先端側から後端側に真っ直ぐ延びる（詳細には、軸線方向Ｄ１に真っ直ぐ延びる）円筒状の先端側内周面３ｈを有する。

【0025】

主体金具３の貫通孔３ｆの内部には、絶縁性材料（例えばアルミナなど）からなる環状のホルダ６１と、環状の滑石リング６３、６５と、絶縁性材料（例えばアルミナなど）からなる環状のスリーブ６７とが、センサ素子５の径方向周囲を取り囲む状態で配置されている（図１参照）。スリーブ６７と主体金具３の後端部との間には、加締パッキン６９が配置されている。また、ホルダ６１と主体金具３の棚部３ｋとの間には、滑石リング６３やホルダ６１を保持するための筒状の金属ホルダ７１が配置されている。なお、主体金具３の後端部は、加締パッキン６９を介してスリーブ６７を先端側に押し付けるようにして、加締められている（図１参照）。

【0026】

プロテクタ９は、センサ素子５の先端側の部位（主体金具３の先端面３ｄから先端側に突出する部位）を包囲する態様で、主体金具３の先端側壁部３ｃの外周面に溶接等（図示せず）によって固定されている。このプロテクタ９は、耐熱性材料（例えばＮＣＦ６０１など）によって形成されている。プロテクタ９は、センサ素子５の検出部５ｂが配置される測定室Ｓを構成する筒状の第１プロテクタ９ｂ（内側プロテクタ）と、第１プロテクタ９ｂの外周を取り囲む筒状の第２プロテクタ９ｄ（外側プロテクタ）とを備える二重筒構造を有している。第１プロテクタ９ｂには、測定対象ガスの通過が可能な複数の通気孔９ｃが形成されている。第２プロテクタ９ｄには、測定対象ガスの通過が可能な複数の通気孔９ｆが形成されている（図１参照）。

【0027】

また、セパレータ１３は、絶縁性材料（例えばアルミナなど）によって形成された筒状の部材であり、外筒１１の後端側の内部に配置された筒状の保持金具７３によって、外筒１１の後端側の内部に保持されている。このセパレータ１３は、その外表面に外向きに突出する環状の鍔部１３ｂを有する。この鍔部１３ｂが保持金具７３に支えられることにより、セパレータ１３が外筒１１に保持されている。さらに、セパレータ１３は、自身を軸線方向Ｄ１に貫通する貫通孔１３ｃを有する。この貫通孔１３ｃには、センサ素子５の後端部（電極端子部５ｆ～５ｋ）が収容されるとともに、電極端子部５ｆ～５ｋに電気的に接続する接続端子４１～４５が収容されている。

【0028】

グロメット１５は、可撓性材料（例えばフッ素樹脂）からなり、セパレータ１３の後端に接触するようにして外筒１１の後端部の内側に配置されている。このグロメット１５は、外筒１１の後端部を径方向内側に加締めることによって、外筒１１に固定されている。
また、各リード線３７は、接続端子４１～４５の後端部に（加締めによって）接続されるとともに、グロメット１５の貫通孔１５ｂを挿通して、外部に延設されている。

【0029】

また、主体金具保護部材１０は、筒状をなし、耐熱性金属材料（ＮＣＦ６０１またはＳＵＳ３１０）によって構成されている。この主体金具保護部材１０は、図１及び図２に示すように、先端側に位置する平板環状の鍔部１０ｂ（先端側環状部）と、後端側に位置する平板環状で鍔部１０ｂよりも径小の天井部１０ｄ（後端側環状部）と、鍔部１０ｂと天井部１０ｄとの間に位置する筒状（テーパ筒状）のテーパ壁部１０ｃ（テーパ筒状壁部）とを備える。主体金具保護部材１０の平面視（軸線方向Ｄ１に沿った平面視）で、鍔部１０ｂはテーパ壁部１０ｃよりも径方向外側に位置し、天井部１０ｄはテーパ壁部１０ｃよりも径方向内側に位置する。主体金具保護部材１０は、センサ素子５が挿通される挿通孔１０ｆを有する。

【0030】

この主体金具保護部材１０は、テーパ壁部１０ｃの軸線ＡＸ２がガスセンサ１の軸線ＡＸ１と重なる（一致する）ようにして配置される。詳細には、主体金具保護部材１０は、鍔部１０ｂが主体金具３の先端面３ｄに接触すると共に、テーパ壁部１０ｃ及び天井部１０ｄが主体金具３の貫通孔３ｆ内に挿入される態様で設けられている（図１及び図３参照）。この主体金具保護部材１０は、鍔部１０ｂが、主体金具３の先端面３ｄとプロテクタ９（詳細には、第１プロテクタ９ｂ）の内面との間に挟まれる態様で、主体金具３に固定されている。主体金具保護部材１０は、主体金具３の先端側壁部３ｃを、プロテクタ９と共に覆っている。

【0031】

なお、本実施形態のガスセンサ１では、センサ素子５の検出部５ｂが、ガスセンサ１の軸線ＡＸ１が通る位置（すなわち、ガスセンサ１の径方向中心部）で、且つ、主体金具保護部材１０のテーパ壁部１０ｃよりも先端側（下方）に配置されている（図１参照）。従って、センサ素子５の検出部５ｂは、テーパ壁部１０ｃの軸線ＡＸ２（図２参照）が通る位置で、且つ、テーパ壁部１０ｃよりも先端側（下方）に配置される（図１及び図３参照）。

【0032】

ところで、主体金具３は、変形を伴う加工（加締め加工など）が可能な材料で形成する必要があり、本実施形態では、ＳＵＳ４３０で形成されている。ＳＵＳ４３０で形成された主体金具３は、自身の後端部が加締め加工されることで、加締パッキン６９を介してスリーブ６７を先端側に押し付けている。これに対し、主体金具保護部材１０及びプロテクタ９を構成する材料（ＮＣＦ６０１またはＳＵＳ３１０）は、主体金具３を構成する材料（ＳＵＳ４３０）に比べて、耐熱性及び耐食性に優れている。このため、主体金具３の先端側壁部３ｃを、主体金具保護部材１０とプロテクタ９とによって覆うことで、「高温の排気ガスが主体金具３の先端側壁部３ｃに接触することによる先端側壁部３ｃの腐食」を低減することができる。

【0033】

また、本実施形態では、主体金具保護部材１０のテーパ壁部１０ｃは、主体金具３の先端側内周面３ｈの先端３ｊと同等の軸線方向Ｄ１にかかる位置から後端側（図１～図３において上側）に延びる円筒状をなし、後端側に向かうにしたがって内周面１０ｇが縮径する（内径及び外径が縮小する）形態を有している（図１～図３参照）。このテーパ壁部１０ｃは、主体金具３の先端側内周面３ｈから離間しつつ先端側内周面３ｈを覆っている（図１及び図３参照）。

【0034】

従って、従来（例えば、特許文献１）のように、主体金具保護部材の筒状壁部が、主体金具の先端側内周面に接触しつつ先端側内周面の少なくとも一部を覆う態様と比較して、主体金具保護部材から先端側内周面への伝熱を減少させることができる。すなわち、本実施形態のガスセンサ１では、主体金具保護部材１０のテーパ壁部１０ｃが、主体金具３の先端側内周面３ｈから離間しているので、主体金具保護部材１０のテーパ壁部１０ｃから主体金具３の先端側内周面３ｈへ熱が伝わり難くなる。従って、本実施形態のガスセンサ１では、従来（例えば、特許文献１）のガスセンサに比べて、主体金具保護部材１０から主体金具３を通じたガスセンサ１の後端側への伝熱を低減させることができる。

【0035】

ところで、従来（例えば、特許文献１）のガスセンサでは、主体金具が、Ｆｅ元素を含む金属（例えば、ＳＵＳ４３０）によって形成されている。さらに、従来のガスセンサは、本実施形態のガスセンサ１と同様に、先端側を下方に向けた状態で使用され、測定対象ガス中の特定成分（例えば、ＮＯｘや酸素）を検出する。さらには、センサ素子の検出部が、筒状壁部よりも先端側（下方）に配置される。

【0036】

このようなガスセンサにおいて、主体金具の内周面に結露水が発生した場合には、結露水によって主体金具の内周面が腐食して、Ｆｅ元素を含む化合物（Ｆｅ化合物とする）が生じることがあった。そして、このＦｅ化合物を含む結露水が、主体金具保護部材の筒状壁部の内周面を伝って先端側（下方）に流れた後、径方向中心側に位置するセンサ素子に近づくように空中を流れ落ち、センサ素子の検出部に付着することがあった。そして、センサ素子の検出部に付着したＦｅ化合物の影響によって、測定対象ガス中の特定成分を適切に検出することができなくなることがあった。

【0037】

これに対し、本実施形態のガスセンサ１では、主体金具保護部材１０のうち主体金具３の先端側内周面３ｈを覆う筒状の壁部を、後端側（すなわち、上方）に向かうにしたがって内周面１０ｇが縮径する（内径が縮小する）テーパ壁部１０ｃとしている（図１～図３参照）。従って、テーパ壁部１０ｃの内周面１０ｇは、先端側（すなわち、下方）に向かうにしたがって拡径する（径方向外側へ拡がる）。このため、Ｆｅ化合物を含む結露水が主体金具保護部材１０のテーパ壁部１０ｃの内周面１０ｇを伝って先端側（下方）に流れるとき、当該結露水は、径方向外側へ、すなわち、センサ素子５の検出部５ｂから遠ざかる方向へ流れてゆく。これにより、本実施形態のガスセンサ１では、Ｆｅ化合物を含む結露水がセンサ素子５の検出部５ｂに付着し難くなるので、「センサ素子の検出部に付着したＦｅ化合物の影響によって、測定対象ガス中の特定成分を適切に検出することができなくなること」を低減することができる。

【0038】

さらに、本実施形態のガスセンサ１では、主体金具保護部材１０の縦断面（軸線ＡＸ２を通る位置で軸線ＡＸ２に沿って切断した断面、図２に示す断面）において、テーパ壁部１０ｃの内周面１０ｇと鍔部１０ｂの先端側面１０ｊ（下面）との境界に位置する角部を、円弧状の角部１０ｈとし、当該角部１０ｈの曲率半径を０．６ｍｍとしている（図１～図３参照）。テーパ壁部１０ｃの内周面１０ｇの先端に繋がる円弧状の角部１０ｈの曲率半径を０．３ｍｍ以上（より好ましくは０．６ｍｍ以上）とすることで、テーパ壁部１０ｃの内周面１０ｇを伝って内周面１０ｇの先端（下端）まで流れた結露水が、角部１０ｈを伝ってさらに径方向外側へ（すなわち、センサ素子５の検出部５ｂから遠ざかる方向へ）流れ易くなる。これにより、本実施形態のガスセンサ１では、Ｆｅ化合物を含む結露水が、より一層、センサ素子５の検出部５ｂに付着し難くなる。

【0039】

＜変形形態＞
次に、変形形態にかかるガスセンサ１０１について説明する。本変形形態のガスセンサ１０１は、実施形態のガスセンサ１と比較して、プロテクタ１０９を構成する第１プロテクタ１０９ｂ（内側プロテクタ）が異なり、その他は同等である（図５参照）。

【0040】

本変形形態のガスセンサ１０１では、実施形態のガスセンサ１と同様に、センサ素子５の検出部５ｂが、ガスセンサ１の軸線ＡＸ１が通る位置（すなわち、ガスセンサ１の径方向中心部）で、且つ、主体金具保護部材１０のテーパ壁部１０ｃよりも先端側（下方）に配置されている（図５参照）。従って、センサ素子５の検出部５ｂは、テーパ壁部１０ｃの軸線ＡＸ２が通る位置で、且つ、テーパ壁部１０ｃよりも先端側（下方）に配置される（図５及び図８参照）。

【0041】

第１プロテクタ１０９ｂは、筒状をなし、測定室Ｓ内に測定対象ガス（排気ガス）を取り入れるガス取入部１０９ｃを有する（図５～図８参照）。なお、測定室Ｓは、センサ素子５の検出部５ｂが配置されている室であり、第１プロテクタ１０９ｂや主体金具保護部材１０などによって囲まれた室である。

【0042】

第１プロテクタ１０９ｂのガス取入部１０９ｃは、主体金具保護部材１０のテーパ壁部１０ｃよりも先端側（図５～図８において下方）に位置している。このガス取入部１０９ｃは、当該ガス取入部１０９ｃを通じて測定室Ｓ内（第１プロテクタ１０９ｂの内部）に取り入れた測定対象ガス（排気ガス）を後端側（図５～図８において上方）に流す形態を有する。従って、測定対象ガスは、第１プロテクタ１０９ｂのガス取入部１０９ｃを通じて測定室Ｓ内（第１プロテクタ１０９ｂの内部）に導入されると、測定室Ｓ内を後端側に流れてゆく。

【0043】

詳細には、ガス取入部１０９ｃは、測定対象ガスが流通可能なガス取入口１０９ｇと、ガイド部１０９ｈとを有する（図５～図８参照）。ガイド部１０９ｈは、ガス取入口１０９ｇを通じて第１プロテクタ１０９ｂの内部（測定室Ｓ内）に取り入れられる測定対象ガス（排気ガス）を、後端側に導く形態を有する。具体的には、第１プロテクタ１０９ｂのうち円筒形状をなす側壁部１０９ｊの一部について、軸線方向Ｄ１（図５～図８において上下方向）に延びる２つの切れ目とこの２つの切れ目を連結する周方向に延びる切れ目とからなるコの字形状の切れ目を入れて、切れ目に囲まれた部位（ガイド部１０９ｈとなる部位）を第１プロテクタ１０９ｂの径方向内側に折り曲げることで、ガイド部１０９ｈを形成すると共に、ガス取入口１０９ｇを形成している（図５～図８参照）。

【0044】

ガイド部１０９ｈは、ガス取入口１０９ｇの先端部から後端側（及び径方向内側）に延びる形態をなしている。従って、ガス取入口１０９ｇを通じて第１プロテクタ１０９ｂの内部（測定室Ｓ内）に取り入れられる測定対象ガス（排気ガス）は、ガイド部１０９ｈに沿って後端側に流れるようになる。従って、測定対象ガスは、第１プロテクタ１０９ｂのガス取入部１０９ｃを通じて測定室Ｓ内に導入されると、測定室Ｓ内を後端側に流れてゆく。

【0045】

これに対し、本変形形態のガスセンサ１０１では、実施形態のガスセンサ１と同様に、主体金具保護部材１０が、主体金具３の先端側内周面３ｈを覆うテーパ壁部１０ｃを有している。このテーパ壁部１０ｃは、後端側に向かうにしたがって内周面１０ｇが縮径する形態を有する。従って、第１プロテクタ１０９ｂのガス取入部１０９ｃを通過して測定室Ｓ内を後端側に流れてゆく測定対象ガスの一部は、テーパ壁部１０ｃの内周面１０ｇに接触（衝突）して、テーパ壁部１０ｃの軸線ＡＸ２側（径方向中心側）へ流れてゆく。これにより、当該測定対象ガスを、センサ素子５の検出部５ｂに近づけることができる。

【0046】

詳細には、テーパ壁部１０ｃの内周面１０ｇに接触（衝突）してテーパ壁部１０ｃの軸線ＡＸ２側（径方向中心側）へ流れた測定対象ガス（排気ガス）は、その後、テーパ壁部１０ｃの径方向中心付近を先端側へ流れてゆくことで、センサ素子５の検出部５ｂに向かうようになる。これにより、本変形形態のガスセンサ１０１は、従来のガスセンサ（主体金具の先端側内周面を覆う壁部が軸線方向に真っ直ぐ延びる筒状壁部であるガスセンサ）に比べて、応答性が良好になる。

【0047】

以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

【0048】

例えば、実施形態及び変形形態では、主体金具保護部材として、鍔部１０ｂと天井部１０ｄとテーパ壁部１０ｃとを備える主体金具保護部材１０を示したが、本発明の主体金具保護部材は、このような主体金具保護部材に限定されるものではない。本発明の主体金具保護部材は、「主体金具３の先端側内周面３ｈの先端３ｊと同等の軸線方向Ｄ１にかかる位置から後端側に延びる筒状をなし、後端側に向かうにしたがって内周面が縮径する形態を有するテーパ壁部」を有し、当該テーパ壁部が主体金具３の先端側内周面３ｈから離間しつつ先端側内周面３ｈの少なくとも一部を覆うものであれば、いずれの形態であっても良い。

【0049】

また、実施形態及び変形形態では、センサ素子５の検出部５ｂが、主体金具保護部材１０のテーパ壁部１０ｃよりも先端側（下方）に配置されたガスセンサ１，１０１を示した（図１及び図５参照）。しかしながら、本発明は、センサ素子５の検出部５ｂが、主体金具保護部材１０のテーパ壁部１０ｃの径方向内側（すなわち、テーパ壁部１０ｃに包囲された位置）、または、テーパ壁部１０ｃよりも後端側に配置されたガスセンサにも適用することができる。

【0050】

例えば、変形形態のガスセンサ１０１において、センサ素子５の検出部５ｂを、主体金具保護部材１０のテーパ壁部１０ｃの径方向内側、または、テーパ壁部１０ｃよりも後端側に配置した場合は、第１プロテクタ１０９ｂの内部（測定室Ｓ内）を後端側に流れてゆく測定対象ガスが、テーパ壁部１０ｃの内周面１０ｇに接触（衝突）してテーパ壁部１０ｃの軸線ＡＸ２（径方向中心）に近づくように流れることで、センサ素子５の検出部５ｂに向かうことになる。これにより、ガスセンサの応答性が良好になる。

【符号の説明】

【0051】

１，１０１ ガスセンサ
３ 主体金具
３ｃ 先端側壁部
３ｄ 先端面
３ｆ 貫通孔
３ｇ 内周面
３ｈ 先端側内周面
３ｊ 先端側内周面の先端
５ センサ素子
５ｂ 検出部
９，１０９ プロテクタ
９ｂ，１０９ｂ 第１プロテクタ（内側プロテクタ）
９ｄ 第２プロテクタ（外側プロテクタ）
１０ 主体金具保護部材
１０ｃ テーパ壁部
１０ｇ テーパ壁部の内周面
１０９ｃ ガス取入部
１０９ｇ ガス取入口
１０９ｈ ガイド部
ＡＸ１，ＡＸ２ 軸線
Ｄ１ 軸線方向
Ｓ 測定室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】