JP2000304719A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐飛水性のある保護カバーにおいて、ガスの拡
散律速をできるだけ小さくして、高い耐飛水性と速い応
答性とを兼ね備えるようにする。 【解決手段】外側保護カバー１０２の外側ガス導入孔１
１０と中間保護カバー１０４におけるフランジ部１１４
に設けられたスリット１１８の軸方向における最近接間
隔Ｌ１と中間保護カバー１０４のスリット１１８と内側
保護カバー１００の内側ガス導入孔１０６の軸方向にお
ける最近接間隔Ｌ２との合計を少なくとも１０ｍｍ以上
とする。外側保護カバー１０２と中間保護カバー１０４
との径方向の間、並びに外側保護カバー１０２と内側保
護カバー１００との径方向の間に、界面張力により水が
溜まらない空隙を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、車両の排
出ガスや大気中に含まれるＮＯ、ＮＯ₂ 、ＳＯ₂、ＣＯ
₂ 、Ｈ₂ Ｏ等のガス成分を測定するガスセンサに関し、
特に、センサ素子を取り囲むように配置された保護カバ
ーを有するガスセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、酸素イオン伝導体を用いた酸素セ
ンサ、ＮＯｘセンサ（特開平８−２７１４７６号公報参
照）、ＨＣセンサ（特開平８−２４７９９５号公報参
照）、プロトンイオン伝導体を用いた水素センサ、Ｈ₂
Ｏセンサ、あるいはＳｎＯ₂ やＴｉＯ₂ 等の酸化物半導
体を用いた酸素センサや各種ガスセンサなど、様々なガ
スセンサが提案され、実用化されている。

【０００３】これらのガスセンサのうち、ＺｒＯ₂ を用
いた酸素センサやＴｉＯ₂ を用いた酸素センサは、自動
車の排気ガス環境下においても安定した性能を保つこと
から、広く自動車の排気ガス中の酸素濃度制御あるいは
Ａ／Ｆ制御用として用いられている。また、ＺｒＯ₂ を
用いたＮＯｘセンサも自動車のＮＯｘ制御用として実用
段階に入っている。

【０００４】そして、内燃機関の排気管に取り付けられ
る酸素センサとしては、実開平１−１６９３５０号公報
に示されるように、センサ素子部の周囲に排ガスの流れ
を均一にするようにした保護カバーや、エンジンの始動
時に発生する凝縮水の付着（いわゆる水掛かり）を防止
するようにした保護カバーが知られている。また、二重
構造の保護カバーを取り付けた酸素センサとしては、米
国特許第４５９７８５０号公報、米国特許第４６８３０
４９号公報に示されるものが公知になっている。

【０００５】これらの従来の保護カバーのうち、水掛か
りを防止した耐飛水性の保護カバーにおいては、ガスセ
ンサでの応答性が遅くなるおそれがある。そこで、二重
構造の保護カバーのうち、センサ素子に近接する内側保
護カバーの内側ガス導入孔をセンサ素子に対向して設け
ることによって応答性を向上させたものが提案されてい
る（特許第２６４１３４６号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来例
においては、触媒の前方に設置することを念頭に設計さ
れており、触媒の後方に設置して使用した場合、耐飛水
性（エンジン始動時に発生する凝縮水の付着を防止する
性能）の点で問題があることが判明した。

【０００７】このように、応答性を速くするために、保
護カバーの構造を被測定ガスの入り量を増加させた構造
にすると、エンジンの始動時に発生する凝縮水も同様に
浸入しやすくなる。即ち、センサ素子への水掛かりの防
止効果と応答性の向上とは背反する関係にあり、これら
の効果を同時に満足することは困難である。

【０００８】一方、酸素センサの機能を有するＮＯｘセ
ンサをＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に取り付けて、触媒に吸
蔵されたＮＯｘを還元するために、排気ガスの空燃比を
リーン（酸素過剰雰囲気）から理論空燃比又はリッチに
切り換え、触媒からＮＯｘが完全に放出された段階で再
びリーンに戻すというサイクルを考えた場合、触媒から
ＮＯｘが完全に放出されたことを早期に検出できれば、
触媒から漏洩する未燃焼ガスを少なくすることができ
る。

【０００９】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、耐飛水性のある保護カバーにおいて、ガ
スの拡散律速をできるだけ小さくすることができ、高い
耐飛水性と速い応答性とを兼ね備えた新規の保護カバー
を有するガスセンサを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、導入された被
測定ガスのうちの所定ガス成分を測定するセンサ素子
と、該センサ素子を取り囲むように配置された保護カバ
ーを有するガスセンサにおいて、前記保護カバーは、前
記センサ素子の少なくとも先端部を覆う内側保護カバー
と、前記内側保護カバーを覆う外側保護カバーと、前記
内側保護カバーと前記外側保護カバーとの間に設置され
た中間保護カバーとを有する。

【００１１】即ち、本発明に係るガスセンサに使用され
る保護カバーは、内側保護カバーと外側保護カバーから
なる２重構造のカバーに、中間保護カバーを設けた３重
構造としているため、エンジン始動時に発生する凝縮水
の付着（いわゆる水掛かり）を有効に防止することがで
き、しかも、被測定ガスの拡散律速をできるだけ小さく
することが可能となり、速い応答性を図ることができ
る。

【００１２】これにより、例えばこのガスセンサをＮＯ
ｘ吸蔵触媒の下流側に取り付けて、触媒に吸蔵されたＮ
Ｏｘを還元するために、排気ガスの空燃比をリーンから
理論空燃比又はリッチに切り換え、触媒からＮＯｘが完
全に放出された段階で再びリーンに戻すというサイクル
を考えたとき、触媒からＮＯｘが完全に放出されたこと
を早期に検出できるようになり、触媒から漏洩する未燃
ガスを少なくすることができる。

【００１３】前記構成において、前記内側保護カバー
は、有底筒状に形成され、前記センサ素子に対向する位
置に内側ガス導入孔が形成され、底部に内側ガス排出孔
が形成され、前記外側保護カバーは、有底筒状に形成さ
れ、前記内側保護カバーの前記内側ガス導入孔に対向し
ない位置に外側ガス導入孔を有し、前記中間保護カバー
は、前記内側保護カバーの前記内側ガス導入孔と前記外
側保護カバーの前記外側ガス導入孔に対向しない位置に
中間ガス導入孔を有する。

【００１４】これにより、外側保護カバーの外側ガス導
入孔から入った水は、その大部分が中間保護カバーの側
面や内側保護カバーの側面に当たり、ガスセンサ内方へ
の浸入が阻止される。即ち、水のセンサ素子への浸入が
阻止され、水は外側保護カバーの外側ガス導入孔を通じ
て遅滞なく外部に排出されることになる。

【００１５】しかも、外側保護カバーの外側ガス導入孔
から入った被測定ガスは、中間保護カバーの中間ガス導
入孔と内側保護カバーの内側ガス導入孔を通じてセンサ
素子に達し、その後、内側保護カバーの底部に形成され
たガス排出孔と外側保護カバーの外側ガス導入孔を通じ
て排出されることになるが、内側保護カバーの底部のガ
ス排出孔付近が負圧となるため、被測定ガスは前記流通
経路を急速に流れることになる。これにより、被測定ガ
スの拡散律速が小さくなり、速い応答性を図ることがで
きる。

【００１６】そして、前記構成において、前記外側ガス
導入孔と前記中間ガス導入孔の軸方向における最近接間
隔と、前記中間ガス導入孔と前記内側ガス導入孔の軸方
向における最近接間隔との合計を、少なくとも１０ｍｍ
以上とすることが好ましく、更に好ましくは１８ｍｍ以
上である。

【００１７】また、前記外側保護カバーと前記中間保護
カバーとの径方向の間、並びに前記外側保護カバーと前
記内側保護カバーとの径方向の間に、界面張力により水
が溜まらない空隙を有することが好ましい。

【００１８】前記構成において、前記中間保護カバーを
筒状に形成し、その前部に前記内側保護カバーを挿通す
る開口を形成し、後部に前記外側保護カバーの内壁に当
接するフランジ部を設けるようにしてもよい。また、前
記中間保護カバーを有底筒状に形成し、その底部に中間
ガス排出孔を形成するようにしてもよい。

【００１９】前記外側保護カバーの前記外側ガス導入孔
の一部を、該外側保護カバーの側面のうち、前記内側ガ
ス排出孔あるいは中間ガス排出孔と外側保護カバーの底
部との間に設けるようにしてもよい。

【００２０】また、前記中間保護カバーにおけるフラン
ジ部に前記中間ガス導入孔を形成するようにしてもよ
い。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスセンサの
実施の形態例を図１〜図１５を参照しながら説明する。

【００２２】本実施の形態に係るガスセンサ１０は、図
１に示すように、導入された被測定ガス（排気ガス）の
うちの所定ガス成分、例えばＮＯｘ等を測定するセンサ
素子１２と、該センサ素子１２の先端部を取り囲むよう
に配置された保護カバー２００Ａ等とを有して構成され
ている。

【００２３】センサ素子の説明 センサ素子１２は、図３に示すように、ＺｒＯ₂ 等の酸
素イオン導伝性固体電解質を用いたセラミックスにより
なる例えば６枚の固体電解質層１４ａ〜１４ｆが積層さ
れて構成された基体１６を有する。

【００２４】この基体１６は、下から１層目及び２層目
が第１及び第２の基板層１４ａ及び１４ｂとされ、下か
ら３層目及び５層目が第１及び第２のスペーサ層１４ｃ
及び１４ｅとされ、下から４層目及び６層目が第１及び
第２の固体電解質層１４ｄ及び１４ｆとされている。

【００２５】第２の基板層１４ｂと第１の固体電解質層
１４ｄとの間には、酸化物測定の基準となる基準ガス、
例えば大気が導入される空間（基準ガス導入空間１８）
が、第１の固体電解質層１４ｄの下面、第２の基板層１
４ｂの上面及び第１のスペーサ層１４ｃの側面によって
区画、形成されている。

【００２６】第２の固体電解質層１４ｆの下面と第１の
固体電解質層１４ｄの上面との間には、被測定ガス中の
酸素分圧を調整するための第１室２０と、被測定ガス中
の酸素分圧を微調整し、更に被測定ガス中の酸化物、例
えば窒素酸化物（ＮＯｘ）を測定するための第２室２２
が区画、形成される。

【００２７】そして、このセンサ素子１２は、第２のス
ペーサ層１４ｅの前端部に緩衝空間２４が形成され、該
緩衝空間２４の前方に第１の拡散律速部２６が形成され
ている。この第１の拡散律速部２６の前端開口はガス導
入口２８を構成している。

【００２８】また、前記緩衝空間２４と前記第１室２０
は、第２の拡散律速部３０を介して連通され、第１室２
０と第２室２２は、第３の拡散律速部３２を介して連通
されている。即ち、前記緩衝空間２４は、前記第２のス
ペーサ層１４ｅの前端部において、第２の固体電解質層
１４ｆの下面、第１の固体電解質層１４ｄの上面、第１
の拡散律速部２６及び第２の拡散律速部３０にて区画、
形成されるようになっている。

【００２９】ここで、第１、第２及び第３の拡散律速部
２６、３０及び３２は、緩衝空間２４、第１室２０及び
第２室２２にそれぞれ導入される被測定ガスに対して所
定の拡散抵抗を付与するものであり、この例では、被測
定ガスを導入することができる所定の断面積を有した縦
長のスリットとして形成されている。これら縦長のスリ
ットは、共に第２のスペーサ層１４ｅの幅方向ほぼ中央
部分に形成されている。

【００３０】なお、第３の拡散律速部３２のスリット内
に、ＺｒＯ₂ 等からなる多孔質体を充填、配置して、前
記第３の拡散律速部３２の拡散抵抗が第２の拡散律速部
３０の拡散抵抗よりも大きくなるようにしてもよい。第
３の拡散律速部３２の拡散抵抗は第２の拡散律速部３０
のそれよりも大きい方が好ましいが、小さくても問題は
ない。

【００３１】そして、前記第３の拡散律速部３２を通じ
て、第１室２０内の雰囲気が所定の拡散抵抗の下に第２
室２２内に導入されることとなる。

【００３２】また、前記第２の固体電解質層１４ｆの下
面のうち、前記第１室２０を形づくる下面全面に、平面
ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極からなる内側ポンプ
電極４０が形成され、前記第２の固体電解質層１４ｆの
上面のうち、前記内側ポンプ電極４０に対応する部分に
外側ポンプ電極４２が形成されており、これら内側ポン
プ電極４０、外側ポンプ電極４２並びにこれら両電極４
０及び４２間に挟まれた第２の固体電解質層１４ｆにて
電気化学的なポンプセル、即ち、主ポンプセル４４が構
成されている。

【００３３】そして、前記主ポンプセル４４における内
側ポンプ電極４０と外側ポンプ電極４２間に、外部の可
変電源４６を通じて所望の制御電圧（ポンプ電圧）Ｖｐ
０を印加して、外側ポンプ電極４２と内側ポンプ電極４
０間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流す
ことにより、前記第１室２０内における雰囲気中の酸素
を外部の外部空間に汲み出し、あるいは外部空間の酸素
を第１室２０内に汲み入れることができるようになって
いる。

【００３４】また、前記第１の固体電解質層１４ｄの下
面のうち、基準ガス導入空間１８に露呈する部分に基準
電極４８が形成されており、前記内側ポンプ電極４０及
び基準電極４８並びに第２の固体電解質層１４ｆ、第２
のスペーサ層１４ｅ及び第１の固体電解質層１４ｄによ
って、電気化学的なセンサセル、即ち、酸素分圧検出セ
ル５０が構成されている。

【００３５】この酸素分圧検出セル５０は、第１室２０
内の雰囲気と基準ガス導入空間１８内の基準ガス（大
気）との間の酸素濃度差に基づいて、内側ポンプ電極４
０と基準電極４８との間に発生する起電力を通じて、前
記第１室２０内の雰囲気の酸素分圧を検出できるように
なっている。

【００３６】検出された酸素分圧値は可変電源４６をフ
ィードバック制御するために使用され、具体的には、第
１室２０内の雰囲気の酸素分圧が、次の第２室２２にお
いて酸素分圧の制御を行い得るのに十分な低い所定の値
となるように、主ポンプ用のフィードバック制御系５２
を通じて主ポンプセル４４のポンプ動作が制御される。

【００３７】このフィードバック制御系５２は、内側ポ
ンプ電極４０の電位と基準電極４８の電位の差（検出電
圧Ｖ０）が、所定の電圧レベルとなるように、外側ポン
プ電極４２と内側ポンプ電極４０間のポンプ電圧Ｖｐ０
をフィードバック制御する回路構成を有する。

【００３８】従って、主ポンプセル４４は、第１室２０
に導入された被測定ガスのうち、酸素を前記ポンプ電圧
Ｖｐ０のレベルに応じた量ほど汲み出す、あるいは汲み
入れる。そして、前記一連の動作が繰り返されることに
よって、第１室２０における酸素濃度は、所定レベルに
フィードバック制御されることになる。

【００３９】なお、前記内側ポンプ電極４０及び外側ポ
ンプ電極４２を構成する多孔質サーメット電極は、Ｐｔ
等の金属とＺｒＯ₂ 等のセラミックスとから構成される
ことになるが、被測定ガスに接触する第１室２０内に配
置される内側ポンプ電極４０は、測定ガス中のＮＯ成分
に対する還元能力を弱めた、あるいは還元能力のない材
料を用いる必要があり、例えばＬａ₃ ＣｕＯ₄ 等のペロ
ブスカイト構造を有する化合物、あるいはＡｕ等の触媒
活性の低い金属とセラミックスのサーメット、あるいは
Ａｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ族金属とセラミック
スのサーメットで構成されることが好ましい。更に、電
極材料にＡｕとＰｔ族金属の合金を用いる場合は、Ａｕ
添加量を金属成分全体の０．０３〜３５ｖｏｌ％にする
ことが好ましい。

【００４０】一方、前記第２の固体電解質層１４ｆの下
面のうち、前記第２室２２を形づくる下面全面には、平
面ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極からなる補助ポン
プ電極６０が形成されており、前記主ポンプセル４４の
外側ポンプ電極４２及び前記補助ポンプ電極６０並びに
第２の固体電解質層１４ｆにて補助的な電気化学的ポン
プセル、即ち、補助ポンプセル６２が構成されている。

【００４１】そして、前記補助ポンプセル６２における
外側ポンプ電極４２と補助ポンプ電極６０間に、外部の
補助可変電源６４を通じて所望の補助制御電圧Ｖｐ１を
印加することにより、第２室２２内の雰囲気中の酸素を
外部空間に汲み出す、あるいは外部空間の酸素を第２室
２２内に汲み入れるようになっている。

【００４２】また、前記補助ポンプ電極６０及び基準電
極４８並びに第２の固体電解質層１４ｆ、第２のスペー
サ層１４ｅ及び第１の固体電解質層１４ｄによって、電
気化学的なセンサセル、即ち、補助酸素分圧検出セル６
６が構成され、この補助酸素分圧検出セル６６は、第２
室２２内の雰囲気と基準ガス導入空間１８内の基準ガス
（大気）との間の酸素濃度差に基づいて補助ポンプ電極
６０と基準電極４８との間に発生する起電力を通じて、
前記第２室２２内の雰囲気の酸素分圧を検出できるよう
になっている。

【００４３】検出された酸素分圧値は補助可変電源６４
をフィードバック制御するために使用され、具体的に
は、第２室２２内の雰囲気の酸素分圧が、実質的に被測
定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又は分解され得ない状況下
で、かつ目的成分量の測定に実質的に影響がない低い酸
素分圧値となるように補助フィードバック制御系６８を
通じて補助ポンプセル６２のポンプ動作が制御される。

【００４４】この補助フィードバック制御系６８は、補
助ポンプ電極６０の電位と基準電極４８の電位の差（補
助検出電圧）Ｖ１が、所定の電圧レベルとなるように、
外側ポンプ電極４２と補助ポンプ電極６０間の電圧（補
助制御電圧）Ｖｐ１をフィードバック制御する回路構成
を有する。

【００４５】従って、補助ポンプセル６２は、第２室２
２に導入された被測定ガスのうち、酸素を前記補助制御
電圧Ｖｐ１のレベルに応じた量ほど汲み出す、あるいは
汲み入れる。そして、前記一連の動作が繰り返されるこ
とによって、第２室２２における酸素濃度は、所定レベ
ルにフィードバック制御されることになる。

【００４６】この場合、前記第１室２０における主ポン
プセル４４の働きにより、この第２室２２内に導入され
る酸素の量の変化は、被測定ガスの変化よりも大幅に縮
小されるため、第２室２２における酸素分圧は精度よく
一定に制御される。

【００４７】このセンサ素子１２においては、前記第１
の固体電解質層１４ｄの上面のうち、前記第２室２２を
形づくる上面であって、かつ第３の拡散律速部３２から
離間した部分に、平面ほぼ矩形状の多孔質サーメット電
極からなる検出電極７０が形成され、この検出電極７０
を被覆するように、第４の拡散律速部７２を構成するア
ルミナ膜が形成されている。そして、該検出電極７０、
前記基準電極４８及び第１の固体電解質層１４ｄによっ
て、電気化学的なポンプセル、即ち、測定用ポンプセル
７４が構成される。

【００４８】前記検出電極７０は、被測定ガス成分たる
ＮＯｘを還元し得る金属であるＲｈとセラミックスとし
てのジルコニアからなる多孔質サーメットにて構成さ
れ、これによって、第２室２２内の雰囲気中に存在する
ＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒として機能するほか、
前記基準電極４８との間に、直流電源（定電圧電源）７
６を通じて一定電圧Ｖｐ２が印加されることによって、
第２室２２内の雰囲気中の酸素を基準ガス導入空間１８
に汲み出せるようになっている。この測定用ポンプセル
７４のポンプ動作によって流れるポンプ電流Ｉｐ２は、
電流計によって検出されるようになっている。

【００４９】前記定電圧電源７６は、第４の拡散律速部
７２により制限されたＮＯｘの流入下において、測定用
ポンプセル７４で分解時に生成した酸素のポンピングに
対して限界電流を与える大きさの電圧を印加できるよう
になっている。

【００５０】更に、このセンサ素子１２においては、第
１及び第２の基板層１４ａ及び１４ｂにて上下から挟ま
れた形態において、外部からの給電によって発熱するヒ
ータ８０が埋設されている。このヒータ８０は、酸素イ
オンの伝導性を高めるために設けられるもので、該ヒー
タ８０の上下面には、基板層１４ａ及び１４ｂとの電気
的絶縁を得るために、アルミナ等のセラミック層８２が
形成されている。

【００５１】前記ヒータ８０は、図示するように、第１
室２０から第２室２２の全体にわたって配設され、更に
ヒータ８０に接続されたヒータ出力コントローラ８４に
よる制御によって、第１室２０及び第２室２２がそれぞ
れ所定の温度に加熱され、併せて主ポンプセル４４、酸
素分圧検出セル５０、補助ポンプセル６２及び測定用ポ
ンプセル７４も所定の温度に加熱、保持されるようにな
っている。この場合、ヒータ８０の正側リード線はヒー
タ出力コントローラ８４を通じてヒータ電源８６に接続
され、ヒータ８０の負側リード線は接地（ＧＮＤ）とさ
れている。

【００５２】そして、このセンサ素子１２においては、
前記主ポンプセル４４における外側ポンプ電極４２がヒ
ータ８０の正側リード線に接続されて構成される。

【００５３】次に、このセンサ素子１２の動作について
説明する。まず、センサ素子１２の先端部側が外部空間
に配置され、これによって、被測定ガスは、第１の拡散
律速部２６、緩衝空間２４及び第２の拡散律速部３０を
通じて所定の拡散抵抗の下に、第１室２０に導入され
る。この第１室２０に導入された被測定ガスは、主ポン
プセル４４を構成する外側ポンプ電極４２及び内側ポン
プ電極４０間に所定のポンプ電圧Ｖｐ０が印加されるこ
とによって引き起こされる酸素のポンピング作用を受
け、その酸素分圧が所定の値、例えば１０^-7ａｔｍとな
るように制御される。この制御は、フィードバック制御
系５２を通じて行われる。

【００５４】なお、第２の拡散律速部３０は、主ポンプ
セル４４にポンプ電圧Ｖｐ０を印加した際に、被測定ガ
ス中の酸素が測定空間（第１室２０）に拡散流入する量
を絞り込んで、主ポンプセル４４に流れる電流を抑制す
る働きをしている。

【００５５】また、第１室２０内においては、外部の被
測定ガスによる加熱、更にはヒータ８０による加熱環境
下においても、内側ポンプ電極４０にて雰囲気中のＮＯ
が還元されない酸素分圧下の状態、例えばＮＯ→１／２
Ｎ₂ ＋１／２Ｏ₂ の反応が起こらない酸素分圧下の状況
が形成されている。これは、第１室２０内において、被
測定ガス（雰囲気）中のＮＯが還元されると、後段の第
２室２２内でのＮＯｘの正確な測定ができなくなるから
であり、この意味において、第１室２０内において、Ｎ
Ｏの還元に関与する成分（ここでは、内側ポンプ電極４
０の金属成分）にてＮＯが還元され得ない状況を形成す
る必要がある。具体的には、前述したように、内側ポン
プ電極４０にＮＯ還元性の低い材料、例えばＡｕとＰｔ
の合金を用いることで達成される。

【００５６】そして、前記第１室２０内のガスは、第３
の拡散律速部３２を通じて所定の拡散抵抗の下に、第２
室２２に導入される。この第２室２２に導入されたガス
は、補助ポンプセル６２を構成する外側ポンプ電極４２
及び補助ポンプ電極６０間に補助制御電圧Ｖｐ１が印加
されることによって引き起こされる酸素のポンピング作
用を受け、その酸素分圧が一定の低い酸素分圧値となる
ように微調整される。

【００５７】前記第３の拡散律速部３２は、前記第２の
拡散律速部３０と同様に、補助ポンプセル６２に補助制
御電圧Ｖｐ１を印加した際に、被測定ガス中の酸素が測
定空間（第２室２２）に拡散流入する量を絞り込んで、
補助ポンプセル６２に流れるポンプ電流Ｉｐ１を抑制す
る働きをしている。

【００５８】また、第２室２２内においても、第１室２
０内と同様に、外部の被測定ガスによる加熱やヒータ８
０による加熱環境下において、補助ポンプ電極６０によ
って、雰囲気中のＮＯが還元されない酸素分圧下の状態
が形成されている。このため、前記補助ポンプ電極６０
においても、内側ポンプ電極４０と同様に、測定ガス中
のＮＯ成分に対する還元能力を弱めた、あるいは還元能
力のない材料を用いる必要があり、例えばＬａ₃ ＣｕＯ
₄ 等のペロブスカイト構造を有する化合物、あるいはＡ
ｕ等の触媒活性の低い金属とセラミックスのサーメッ
ト、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ族金属
とセラミックスのサーメットで構成されることが好まし
い。更に、電極材料にＡｕとＰｔ族金属の合金を用いる
場合は、Ａｕ添加量を金属成分全体の０．０３〜３５ｖ
ｏｌ％にすることが好ましい。

【００５９】そして、上述のようにして第２室２２内に
おいて酸素分圧が制御された被測定ガスは、第４の拡散
律速部７２を通じて所定の拡散抵抗の下に、検出電極７
０に導かれることとなる。

【００６０】ところで、前記主ポンプセル４４を動作さ
せて第１室２０内の雰囲気の酸素分圧をＮＯｘ測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値に制御しようとしたと
き、換言すれば、酸素分圧検出セル５０にて検出される
電圧Ｖ０が一定となるように、フィードバック制御系５
２を通じて可変電源４６のポンプ電圧Ｖｐ０を調整した
とき、被測定ガス中の酸素濃度が大きく、例えば０〜２
０％に変化すると、通常、第２室２２内の雰囲気及び検
出電極７０付近の雰囲気の各酸素分圧は、僅かに変化す
るようになる。これは、被測定ガス中の酸素濃度が高く
なると、第１室２０の幅方向及び厚み方向に酸素濃度分
布が生じ、この酸素濃度分布が被測定ガス中の酸素濃度
により変化するためであると考えられる。

【００６１】しかし、このセンサ素子１２においては、
第２室２２に対して、その内部の雰囲気の酸素分圧を常
に一定の低い酸素分圧値となるように、補助ポンプセル
６２を設けるようにしているため、第１室２０から第２
室２２に導入される雰囲気の酸素分圧が被測定ガスの酸
素濃度に応じて変化しても、前記補助ポンプセル６２の
ポンプ動作によって、第２室２２内の雰囲気の酸素分圧
を常に一定の低い値とすることができ、その結果、ＮＯ
ｘの測定に実質的に影響がない低い酸素分圧値に制御す
ることができる。

【００６２】そして、検出電極７０に導入された被測定
ガスのＮＯｘは、該検出電極７０の周りにおいて還元又
は分解されて、例えばＮＯ→１／２Ｎ₂ ＋１／２Ｏ₂ の
反応が引き起こされる。このとき、測定用ポンプセル７
４を構成する検出電極７０と基準電極４８との間には、
酸素が第２室２２から基準ガス導入空間１８側に汲み出
される方向に、所定の電圧Ｖｐ２、例えば４３０ｍＶが
印加される。

【００６３】従って、測定用ポンプセル７４に流れるポ
ンプ電流Ｉｐ２は、第２室２２に導かれる雰囲気中の酸
素濃度、即ち、第２室２２内の酸素濃度と検出電極７０
にてＮＯｘが還元又は分解されて発生した酸素濃度との
和に比例した値となる。

【００６４】この場合、第２室２２内の雰囲気中の酸素
濃度は、補助ポンプセル６２にて一定に制御されている
ことから、前記測定用ポンプセル７４に流れるポンプ電
流Ｉｐ２は、ＮＯｘの濃度に比例することになる。ま
た、このＮＯｘの濃度は、第４の拡散律速部７２に制限
されるＮＯｘの拡散量に対応していることから、被測定
ガスの酸素濃度が大きく変化したとしても、測定用ポン
プセル７４から電流計を通じて正確にＮＯｘの濃度を測
定することが可能となる。

【００６５】このことから、測定用ポンプセル７４にお
けるポンプ電流値Ｉｐ２は、ほとんどがＮＯｘが還元又
は分解された量を表し、そのため、被測定ガス中の酸素
濃度に依存するようなこともない。

【００６６】ところで、このセンサ素子１２において
は、外部空間における排気圧の脈動によって、ガス導入
口２８を通じて酸素がセンサ素子１２内に急激に入り込
むことになるが、この外部空間からの酸素は、直接第１
室２０に入り込まずに、その前段の緩衝空間２４に入り
込むことになる。つまり、排気圧の脈動による酸素濃度
の急激な変化は、緩衝空間２４によって打ち消され、第
１室２０に対する排気圧の脈動の影響はほとんど無視で
きる程度となる。

【００６７】その結果、第１室２０における主ポンプセ
ル４４による酸素ポンピング量と被測定ガス中の酸素濃
度との相関性がよくなり、測定用ポンプセル７４での測
定精度の向上が図られることになると同時に、制御用酸
素分圧検出セルを例えば空燃比を求めるためのセンサと
して兼用させることが可能となる。

【００６８】この場合、主ポンプセル４４のポンプ電流
Ｉｐ０を通じて空燃比のリーンとリッチを検出すること
ができ、外側ポンプ電極４２と基準電極４８間の電圧Ｖ
３を通じて空燃比のストイキを検出することができる。

【００６９】なお、センサ素子１２としては、前記測定
用ポンプセル７４を用いるほかに、図４に示すように、
ＮＯｘを検出する電気化学的センサセルとして、前記測
定用ポンプセル７４の代わりに測定用酸素分圧測定セル
９０を用いるようにしてもよい。

【００７０】この測定用酸素分圧測定セル９０は、第１
の固体電解質層１４ｄの上面のうち、前記第２室２２を
形づくる上面に形成された検出電極９２と、前記第１の
固体電解質層１４ｄの下面に形成された前記基準電極４
８と、前記第１の固体電解質層１４ｄによって構成され
ている。

【００７１】この場合、測定用酸素分圧測定セル９０に
おける検出電極９２と基準電極４８との間に、該検出電
極９２の周りの雰囲気と基準電極４８の周りの雰囲気と
の間の酸素濃度差に応じた起電力（酸素濃淡電池起電
力）Ｖ２が発生することとなる。

【００７２】従って、前記検出電極９２及び基準電極４
８間に発生する起電力（電圧）Ｖ２を電圧計にて測定す
ることにより、検出電極９２の周りの雰囲気の酸素分
圧、換言すれば、被測定ガス成分（ＮＯｘ）の還元又は
分解によって発生する酸素によって規定される酸素分圧
が電圧値Ｖ２として検出される。

【００７３】そして、この起電力Ｖ２の変化の度合い
が、ＮＯｘの濃度を表すことになる。つまり、前記検出
電極９２と基準電極４８と第１の固体電解質層１４ｄと
から構成される測定用酸素分圧測定セル９０から出力さ
れる起電力Ｖ２が、被測定ガス中のＮＯｘの濃度を表す
ことになる。

【００７４】保護カバーの説明 そして、図１に示すように、センサ素子１２を取り囲む
ように配置された第１の具体例に係る保護カバー２００
Ａは、センサ素子１２の先端部を覆う内側保護カバー１
００と、該内側保護カバー１００を覆う外側保護カバー
１０２と、前記内側保護カバー１００と外側保護カバー
１０２との間に設置された中間保護カバー１０４とを有
して構成されている。

【００７５】前記内側保護カバー１００は、金属にて有
底筒状に形成され、前記センサ素子１２に対向する位置
に複数の内側ガス導入孔１０６が形成され、底部（前端
部）に内側ガス排出孔１０８が形成されている。

【００７６】前記外側保護カバー１０２は、金属にて有
底筒状に形成され、その側周面のうち、前記内側保護カ
バー１００の内側ガス導入孔１０６に対向しない位置に
外側ガス導入孔１１０を有する。

【００７７】前記中間保護カバー１０４は、金属にて筒
状に形成され、その前部に内側保護カバー１００を挿通
する開口１１２が形成され、後部に外側保護カバー１０
２の内壁に当接するフランジ部１１４を有する。

【００７８】フランジ部１１４は、その後端部分が横方
向に屈曲され、その周端縁に後方に屈曲してなる屈曲部
１１６が一体に形成されている。この屈曲部１１６の外
周面が前記外側保護カバー１０２の内壁に当接されるよ
うになっている。

【００７９】また、前記フランジ部１１４は、図２に示
すように、その前方周面に中間ガス導入孔を構成する複
数のスリット１１８が形成されている。本実施の形態で
は６等配のスリット１１８が形成され、各スリット１１
８は、フランジ部１１４の円周に対して中心角４０°の
円弧状を有する。なお、隣接するスリット１１８間には
中心角２０°の円弧状の隙間１２０が置かれている。

【００８０】好ましい寸法関係は、外側保護カバー１０
２の外側ガス導入孔１１０と中間保護カバー１０４の中
間ガス導入孔（スリット１１８）の軸方向における最近
接間隔Ｌ１と中間保護カバー１０４の中間ガス導入孔
（スリット１１８）と内側保護カバー１００の内側ガス
導入孔１０６の軸方向における最近接間隔Ｌ２との合計
を少なくとも１０ｍｍ以上とし、好ましくは１８ｍｍ以
上とする。

【００８１】また、外側保護カバー１０２と中間保護カ
バー１０４との径方向の間、並びに外側保護カバー１０
２と内側保護カバー１００との径方向の間に、界面張力
により水が溜まらない空隙を設けることが好ましい。

【００８２】この場合、外側保護カバー１０２と内側保
護カバー１００との空隙Ｚ１の寸法Ｌ３を少なくとも径
方向に１．５ｍｍ以上とし、外側保護カバー１０２と中
間保護カバー１０４との空隙Ｚ１の寸法Ｌ４を少なくと
も１．５ｍｍ以上とする。中間保護カバー１０４と内側
保護カバー１００との空隙Ｚ２の寸法Ｌ５は１ｍｍ以上
とするのが好ましい。

【００８３】外側保護カバー１０２の底部から最も近接
するガス排出孔（この実施の形態では内側ガス排出孔１
０８）までの距離Ｌ６を少なくとも１．５ｍｍ以上と
し、好ましくは３ｍｍ以上とする。

【００８４】更に、図２に示すように、中間保護カバー
１０４のフランジ部１１４に設けられたスリット１１８
の径方向の幅ｗを０．５〜１．５ｍｍとし、図１に示す
ように、屈曲部１１６の内部に形成される空隙の高さｈ
を約１．０ｍｍ以上にすることが好ましい。

【００８５】第１の具体例に係る保護カバー２００Ａの
具体的な寸法例を示すと、外側保護カバー１０２につい
ては、該外側保護カバー１０２の外径Ｄｏが約１４．２
ｍｍとされ、外側保護カバー１０２の側周面のうち、内
側ガス排出孔１０８と外側保護カバー１０２の底部との
間に、直径ｄ１＝約２．５ｍｍの外側ガス導入孔１１０
が６等配に形成され、該外側保護カバー１０２の厚みは
約０．４ｍｍとされている。

【００８６】内側保護カバー１００は、金属にて有底円
筒状に形成され、その外径Ｄｉが約６．６ｍｍとされ、
その側周面のうち、センサ素子１２に対向する部分に複
数の内側ガス導入孔１０６が形成されている。この実施
の形態では、直径ｄ２＝約１．４ｍｍの内側ガス導入孔
１０６が６等配に形成され、これら６つの内側ガス導入
孔１０６のうち、１つの内側ガス導入孔１０６がセンサ
素子１２における外側ポンプ電極４２の形成面（第２の
固体電解質層１４ｆの表面）に対向する位置に設けられ
ている。内側保護カバー１００の底部に設けられた内側
ガス排出孔１０８の径ｄ３は約２．０ｍｍである。な
お、内側保護カバー１００の厚みは約０．３ｍｍとされ
ている。

【００８７】中間保護カバー１０４においては、その外
径Ｄｃが約９．４ｍｍとされ、その厚みは約０．３ｍｍ
とされている。

【００８８】そして、外側ガス導入孔１１０と中間ガス
導入孔（スリット１１８）の軸方向における最近接間隔
Ｌ１は約１５．１ｍｍであり、中間ガス導入孔（スリッ
ト１１８）と内側ガス導入孔１０６の軸方向における最
近接間隔Ｌ２は約３．３ｍｍであり、外側ガス導入孔１
１０と中間ガス導入孔（スリット１１８）の軸方向にお
ける最近接間隔Ｌ１と中間ガス導入孔（スリット１１
８）と内側ガス導入孔１０６の軸方向における最近接間
隔Ｌ２との合計は約１８．４ｍｍである。

【００８９】また、外側保護カバー１０２と中間保護カ
バー１０４との間の空隙Ｚ１の径方向の寸法Ｌ４は約２
ｍｍであり、外側保護カバー１０２と内側保護カバー１
００との間の空隙Ｚ１の径方向の寸法Ｌ３は約３．４ｍ
ｍである。

【００９０】中間保護カバー１０４と内側保護カバー１
００との間の空隙Ｚ２の径方向の寸法Ｌ５は約１．１ｍ
ｍであり、外側保護カバー１０２の底部から内側ガス排
出孔１０８までの距離Ｌ６は約４ｍｍである。

【００９１】更に、中間保護カバー１０４のフランジ部
１１４に設けられたスリット１１８の径方向の幅ｗは約
１．０ｍｍであり、屈曲部１１６の内部に形成される空
隙１２２の高さｈは約１．２ｍｍである。

【００９２】このように、第１の具体例に係る保護カバ
ー２００Ａは、内側保護カバー１００と外側保護カバー
１０２からなる２重構造の保護カバーに、中間保護カバ
ー１０４を設けた３重構造としているため、エンジン始
動時に発生する凝縮水の付着（いわゆる水掛かり）を有
効に防止することができる。

【００９３】外側保護カバー１０２の外側ガス導入孔１
１０から入った水は、その大部分が中間保護カバー１０
４の側面や内側保護カバー１００の側面に当たり、ガス
センサ１０内方への水の浸入が阻止される。即ち、水の
センサ素子１２への浸入が阻止され、水は外側保護カバ
ー１０２の外側ガス導入孔１１０を通じて遅滞なく外部
に排出されることになる。

【００９４】しかも、外側保護カバー１０２の外側ガス
導入孔１１０から入った被測定ガスは、中間保護カバー
１０４の中間ガス導入孔（スリット１１８）と内側保護
カバー１００の内側ガス導入孔１０６を通じてセンサ素
子１２に達し、その後、内側保護カバー１００の底部に
形成された内側ガス排出孔１０８と外側保護カバー１０
２の外側ガス導入孔１１０を通じて排出されることにな
るが、内側保護カバー１００の底部の内側ガス排出孔１
０８付近が負圧となるため、被測定ガスは前記流通経路
を急速に流れることになる。その結果、被測定ガスの拡
散律速が小さくなり、速い応答性を図ることができる。

【００９５】これにより、例えばこのガスセンサ１０を
ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に取り付けて、触媒に吸蔵され
たＮＯｘを還元するために、排気ガスの空燃比をリーン
から理論空燃比又はリッチに切り換え、触媒からＮＯｘ
が完全に放出された段階で再びリーンに戻すというサイ
クルを考えたとき、触媒からＮＯｘが完全に放出された
ことを早期に検出できるようになり、触媒から漏洩する
未燃ガスを少なくすることができる。

【００９６】次に、第２の具体例に係る保護カバー２０
０Ｂについて図５を参照しながら説明する。なお、図１
と対応するものについては同符号を付してその重複説明
を省略する。

【００９７】この第２の具体例に係る保護カバー２００
Ｂは、図５に示すように、第１の具体例に係る保護カバ
ー２００Ａとほぼ同様の構成を有するが、中間保護カバ
ー１０４の側周面のうち、内側保護カバー１００の内側
ガス導入孔１０６と外側保護カバー１０２の外側ガス導
入孔１１０に対向しない位置に中間ガス導入孔１３０が
形成されている点と、フランジ部１１４が横方向に屈曲
された板片１３２で構成されている点で異なる。

【００９８】中間ガス導入孔３０は、それぞれ直径ｄ４
＝約１．４ｍｍであり、６等配に形成されている。

【００９９】そして、外側ガス導入孔１１０と中間ガス
導入孔１３０の軸方向における最近接間隔Ｌ１は約１
４．１ｍｍであり、中間ガス導入孔１３０と内側ガス導
入孔１０６の軸方向における最近接間隔Ｌ２は約２．４
ｍｍである。

【０１００】この第２の具体例に係る保護カバー２００
Ｂにおいても、エンジン始動時に発生する凝縮水の付着
（いわゆる水掛かり）を有効に防止することができ、し
かも、被測定ガスの拡散律速をできるだけ小さくするこ
とができ、速い応答性を図ることができる。

【０１０１】次に、第３の具体例に係る保護カバー２０
０Ｃについて図６を参照しながら説明する。なお、図１
と対応するものについては同符号を付してその重複説明
を省略する。

【０１０２】この第３の具体例に係る保護カバー２００
Ｃは、図６に示すように、第２の具体例に係る保護カバ
ー２００Ｂとほぼ同様の構成を有するが、中間ガス導入
孔１３０が、内側ガス導入孔１０６の形成位置よりも外
側保護カバー１０２の底部寄りの位置に形成されている
点で異なる。

【０１０３】そして、外側ガス導入孔１１０と中間ガス
導入孔１３０の軸方向における最近接間隔Ｌ１は約７．
９ｍｍであり、中間ガス導入孔１３０と内側ガス導入孔
１０６の軸方向における最近接間隔Ｌ２は約３．０ｍｍ
である。

【０１０４】この場合も、エンジン始動時に発生する凝
縮水の付着（いわゆる水掛かり）を有効に防止すること
ができ、被測定ガスの拡散律速をできるだけ小さくする
ことができ、速い応答性を図ることができる。

【０１０５】次に、第４の具体例に係る保護カバー２０
０Ｄについて図７及び図８を参照しながら説明する。な
お、図６と対応するものについては同符号を付してその
重複説明を省略する。

【０１０６】この第４の具体例に係る保護カバー２００
Ｄは、図７に示すように、第３の具体例に係る保護カバ
ー２００Ｃとほぼ同様の構成を有するが、内側保護カバ
ー１００の先端部が絞られて、その先端に直径約２ｍｍ
の内側ガス排出孔１０８が形成されている点と、中間保
護カバー１０４が、外側保護カバー１０２の内周壁に接
する円筒部３００と、該円筒部３００の下部において内
方に屈曲する屈曲部３０２とで一体に形成されている点
で異なる。なお、内側保護カバー１００の内側ガス導入
孔１０６の径は約１．４ｍｍであり、外側保護カバー１
０２の外側ガス導入孔１１０の径は約２．０ｍｍであ
る。

【０１０７】前記屈曲部３０２は、図８に示すように、
内側保護カバー１００を挿通させるための貫通孔３０４
が形成され、更に、この貫通孔３０４の周囲に例えば半
楕円状の切欠き３０６が例えば５等配で形成されてい
る。この切欠き３０６は、その深さｋが約０．８ｍｍで
あり、中間保護カバー１０４における中間ガス導入孔１
３０を構成することになる。

【０１０８】そして、外側ガス導入孔１１０と切欠き３
０６の軸方向における最近接間隔Ｌ１は約５．５ｍｍで
あり、切欠き３０６と内側ガス導入孔１０６の軸方向に
おける最近接間隔Ｌ２は約６．３ｍｍである。

【０１０９】この場合も、エンジン始動時に発生する凝
縮水の付着（いわゆる水掛かり）を有効に防止すること
ができ、被測定ガスの拡散律速をできるだけ小さくする
ことができ、速い応答性を図ることができる。

【０１１０】次に、第５の具体例に係る保護カバー２０
０Ｅについて図９及び図１０を参照しながら説明する。
なお、図７と対応するものについては同符号を付してそ
の重複説明を省略する。

【０１１１】この第５の具体例に係る保護カバー２００
Ｅは、図９に示すように、第４の具体例に係る保護カバ
ー２００Ｄとほぼ同様の構成を有するが、中間保護カバ
ー１０４が、内側保護カバー１００の外周壁に接する円
筒部３１０と、該円筒部３１０の下部において外方に屈
曲するフランジ部３１２とで一体に形成されている点で
異なる。

【０１１２】前記円筒部３１０は、図１０に示すよう
に、内側保護カバー１００を挿通させるための中空部３
１４が形成され、更に、このフランジ部３１２の周端縁
に例えば半楕円状の切欠き３１６が例えば５等配で形成
されている。この切欠き３１６は、その深さｋが約０．
８ｍｍであり、中間保護カバー１０４における中間ガス
導入孔１３０を構成することになる。

【０１１３】そして、外側ガス導入孔１１０と切欠き３
１６の軸方向における最近接間隔Ｌ１は約５．５ｍｍで
あり、切欠き３１６と内側ガス導入孔１０６の軸方向に
おける最近接間隔Ｌ２は約６．３ｍｍである。

【０１１４】この場合も、エンジン始動時に発生する凝
縮水の付着（いわゆる水掛かり）を有効に防止すること
ができ、被測定ガスの拡散律速をできるだけ小さくする
ことができ、速い応答性を図ることができる。

【０１１５】ここで、２つの実験例（便宜的に第１及び
第２の実験例）を示す。第１の実験例は、２．０リット
ルのガソリンエンジン（１８００ｒｐｍ・４ｋｇｍ）の
条件で、実施例１〜７に係るガスセンサと比較例１及び
２に係るガスセンサをそれぞれコントローラセンサとし
て使用し、リッチとリーンを繰り返す周波数を測定した
ものである。

【０１１６】実施例１は、第２の具体例に係る保護カバ
ー２００Ｂとほぼ同じ構成を有し、実施例２は、第３の
具体例に係る保護カバー２００Ｃとほぼ同じ構成を有す
る。実施例３〜実施例５は、第１の具体例に係る保護カ
バー２００Ａとほぼ同じ構成を有し、特に、実施例３
は、最近接間隔Ｌ１と最近接間隔Ｌ２との合計を１８．
４ｍｍとしたものであり、実施例４は、最近接間隔Ｌ１
と最近接間隔Ｌ２との合計を１７．４ｍｍとしたもので
あり、実施例５は、最近接間隔Ｌ１と最近接間隔Ｌ２と
の合計を１６．４ｍｍとしたものである。実施例６は、
第４の具体例に係る保護カバー２００Ｄとほぼ同じ構成
を有し、実施例７は、第５の具体例に係る保護カバー２
００Ｅとほぼ同じ構成を有する。

【０１１７】一方、比較例１は、図１１に示すように、
第１の具体例に係る保護カバー２００Ａから中間保護カ
バー１０４を取り外して、外側保護カバー１０２と内側
保護カバー１００からなる二重構造とし、更に、内側保
護カバー１００のうち、センサ素子１２と対向する位置
に内側ガス導入孔１０６を形成し、外側保護カバー１０
２に形成された外側ガス導入孔１１０と前記内側ガス導
入孔１０６との軸方向における最近接間隔を短くして応
答性を向上させたものである。

【０１１８】比較例２は、図１２に示すように、第１の
具体例に係る保護カバー２００Ａから中間保護カバー１
０４を取り外して、外側保護カバー１０２と内側保護カ
バー１００からなる二重構造とし、更に、耐飛水性を改
善するために、内側保護カバー１００の側周面のうち、
センサ素子１２と対向しない位置に内側ガス導入孔１０
６を形成し、外側保護カバー１０２の側周面のうち、前
記内側ガス導入孔１０６よりも後部寄りに外側ガス導入
孔１１０を形成し、外側保護カバー１０２の底部にガス
排出孔１４０を形成したものである。

【０１１９】第１の実験例の結果を図１３に示す。この
結果から、比較例１は、リミットサイクル周波数が０．
７９Ｈｚと大きく、応答性が速いことがわかる。一方、
比較例２は、耐飛水性を考慮した構造となっているた
め、リミットサイクル周波数が０．５６Ｈｚと小さく、
応答性が遅くなっている。

【０１２０】実施例１〜７はリミットサイクル周波数が
０．７５Ｈｚ以上であり、中間保護カバー１０４を設け
ることによって応答性が向上していることがわかる。

【０１２１】実施例１では０．７８Ｈｚ、実施例２では
０．７５Ｈｚ、実施例３では０．７８Ｈｚ、実施例４で
は０．８Ｈｚ、実施例５では０．８１Ｈｚ、実施例６で
は０．７５Ｈｚ、実施例７では０．７５Ｈｚという結果
から、第３の具体例に係る保護カバー２００Ｃのよう
に、フランジ部１１６に屈曲部１３０を一体形成する構
造を採用することによって、応答性の向上のみを図った
比較例１のリミットサイクル周波数０．７９Ｈｚとほぼ
同じかそれ以上の周波数を得ることができ、応答性の向
上の点で有利であることがわかる。

【０１２２】第２の実験例は、実施例１〜７に係るガス
センサと比較例１及び２に係るガスセンサにおいて、水
掛かりの状況とセンサ素子１２へのクラックの発生度合
いをみたものである。

【０１２３】具体的には、水掛かりの状況は、触媒後方
近傍に１００ｃｃの墨汁等により着色した水を溜め、
１．５分間、ガスセンサを暖気した後、エンジンをスタ
ートし、アイドル状態を１０秒間維持させた後に、５０
００ｒｐｍのレーシングを１回実施し、センサ素子１２
への凝縮水の付着状態を１０段階でみたものである。

【０１２４】センサ素子１２に水が付着したか否かの判
定は目視により行い、水滴付着率を算定した。

【０１２５】センサ素子１２へのクラックの発生度合い
は、各比較例及び各実施例毎に所定数のサンプルを用意
し、これらサンプルのセンサ素子にクラックが発生して
いる場合を「１」として累積し、この累積値を１０段階
評価したものである。

【０１２６】第２の実験例の結果を図１４に示す。この
図１４において、水掛かりの状況におけるｎ／１０は、
センサ素子１２全体に対してどのくらい凝縮水が付着し
たかを示す指標であって、ｎの数が１０に近づくほど凝
縮水が多く付着していることを示す。表現としては、ｎ
の数が大きいほど水掛かり状況が悪く、ｎの数が小さい
ほど水掛かり状況が良好という表現に統一する。従っ
て、１０／１０は、センサ素子１２全体に凝縮水が付着
した状態で、水掛かり状況が最悪であることを示し、０
／１０は、センサ素子１２に凝縮水がまったく付着しな
かった状態で、水掛かり状況が最良であることを示す。

【０１２７】また、水掛かりの状況におけるｍ／１０
は、センサ素子１２にクラックが発生する度合い（確
率）を示すものであって、ｍの値が大きくなるほどクラ
ックが発生し易いことを示し、０／１０はクラックが全
く発生しなかったことを示す。

【０１２８】図１４の結果から、比較例１は、主に応答
性の向上を目的として構成されているため、水掛かり状
況が１０／１０であってセンサ素子１２全体に凝縮水の
付着があり、センサ素子１２にクラックが発生してい
た。

【０１２９】比較例２は、水掛かり状況が０／１０であ
って凝縮水の付着がなく、センサ素子１２へのクラック
の発生もなかった。これは、比較例１の保護カバーが、
主に耐飛水性の向上を目的として構成されているため、
応答性は第１の実験例（図１３参照）からもわかるよう
に低下している。

【０１３０】実施例１〜７は、実施例１や実施例６及び
７において水掛かり状況が３／１０〜４／１０と比較的
水掛かり状況が悪くなっているが、全体としてみた場
合、水掛かり状況は良好で、耐飛水性が改善されている
ことがわかる。また、センサ素子１２へのクラックの発
生はなかった。

【０１３１】このように、実施例１〜７は、互いに背反
する耐飛水性の向上と応答性の向上を共に実現させるこ
とができる。

【０１３２】次に、第６の具体例に係る保護カバー２０
０Ｆについて図１５を参照しながら説明する。なお、図
１と対応するものについては、同符号を付してその重複
説明を省略する。

【０１３３】第６の具体例に係る保護カバー２００Ｆ
は、図１５に示すように、第１の具体例に係る保護カバ
ー２００Ａとほぼ同様の構成を有するが、中間保護カバ
ー１０４が有底円筒状に形成され、該中間保護カバー１
０４の前端部で内側保護カバー１００の前端部を覆うよ
うに構成されている点で異なる。

【０１３４】そして、中間保護カバー１０４の前端面の
中央に、直径ｄ５＝約２．０ｍｍの中間ガス排出孔１４
２が形成され、内側保護カバー１００の内側ガス排出孔
１０８の直径＝径ｄ３は約４．５ｍｍとされている。

【０１３５】この場合も、エンジン始動時に発生する凝
縮水の付着（いわゆる水掛かり）を有効に防止すること
ができ、しかも、被測定ガスの拡散律速をできるだけ小
さくすることができ、速い応答性を図ることができる。

【０１３６】なお、この発明に係るガスセンサは、上述
の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱すること
なく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

【０１３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るガス
センサによれば、耐飛水性のある保護カバーにおいて、
ガスの拡散律速をできるだけ小さくすることができ、高
い耐飛水性と速い応答性とを兼ね備えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の具体例に係る保護カバーを取り付けた本
実施の形態に係るガスセンサを一部省略して示す断面図
である。

【図２】第３の具体例に係る保護カバーのフランジ部の
構成を内側保護カバーの前端側から見て示す図である。

【図３】本実施の形態に係るガスセンサにおけるセンサ
素子の一例を示す断面図である。

【図４】本実施の形態に係るガスセンサにおけるセンサ
素子の他の例を示す断面図である。

【図５】第２の具体例に係る保護カバーを取り付けた本
実施の形態に係るガスセンサを一部省略して示す断面図
である。

【図６】第３の具体例に係る保護カバーを取り付けた本
実施の形態に係るガスセンサを一部省略して示す断面図
である。

【図７】第４の具体例に係る保護カバーを取り付けた本
実施の形態に係るガスセンサを一部省略して示す断面図
である。

【図８】第４の具体例に係る保護カバーの屈曲部の構成
を保護カバーの前端側から見て示す図である。

【図９】第５の具体例に係る保護カバーを取り付けた本
実施の形態に係るガスセンサを一部省略して示す断面図
である。

【図１０】第５の具体例に係る保護カバーの屈曲部の構
成を保護カバーの前端側から見て示す図である。

【図１１】比較例１の構成を示す図である。

【図１２】比較例２の構成を示す図である。

【図１３】第１の実験例（応答性をみる実験）の結果を
示す特性図である。

【図１４】第２の実験例（耐飛水性をみる実験）の結果
を示す表図である。

【図１５】第６の具体例に係る保護カバーを取り付けた
本実施の形態に係るガスセンサを一部省略して示す断面
図である。

【符号の説明】

１０…ガスセンサ １２…センサ素子 １００…内側保護カバー １０２…外側保護カ
バー １０４…中間保護カバー １０６…内側ガス導
入孔 １０８…内側ガス排出孔 １１０…外側ガス導
入孔 １１４…フランジ部 １１６…屈曲部 １１８…スリット １３０…中間ガス導
入孔 １４２…中間ガス排出孔 ２００Ａ〜２００Ｆ
…保護カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱田 安彦 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 2G004 BB04 BF18 BF19 BF20 BF27 BF30 BJ03 BM04

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導入された被測定ガスのうちの所定ガス成
   分を測定するセンサ素子と、該センサ素子を取り囲むよ
   うに配置された保護カバーを有するガスセンサにおい
   て、 前記保護カバーは、前記センサ素子の少なくとも先端部
   を覆う内側保護カバーと、 前記内側保護カバーを覆う外側保護カバーと、 前記内側保護カバーと前記外側保護カバーとの間に設置
   された中間保護カバーとを具備し、 前記内側保護カバーは、有底筒状に形成され、前記セン
   サ素子に対向する位置に形成された内側ガス導入孔と、
   底部に形成された内側ガス排出孔とを有し、 前記外側保護カバーは、有底筒状に形成され、前記内側
   保護カバーの前記内側ガス導入孔に対向しない位置に外
   側ガス導入孔を有し、 前記中間保護カバーは、前記内側保護カバーの前記内側
   ガス導入孔と前記外側保護カバーの前記外側ガス導入孔
   に対向しない位置に中間ガス導入孔を有することを特徴
   とするガスセンサ。
2. 【請求項２】請求項１記載のガスセンサにおいて、 前記外側ガス導入孔と前記中間ガス導入孔の軸方向にお
   ける最近接間隔と、前記中間ガス導入孔と前記内側ガス
   導入孔の軸方向における最近接間隔との合計が、少なく
   とも１０ｍｍ以上であることを特徴とするガスセンサ。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載のガスセンサにおい
   て、 前記外側保護カバーと前記中間保護カバーとの径方向の
   間、並びに前記外側保護カバーと前記内側保護カバーと
   の径方向の間に、界面張力により水が溜まらない空隙を
   有することを特徴とするガスセンサ。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス
   センサにおいて、 前記中間保護カバーは、筒状に形成され、その前部に前
   記内側保護カバーを挿通する開口が形成され、後部に前
   記外側保護カバーの内壁に当接するフランジ部を有する
   ことを特徴とするガスセンサ。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス
   センサにおいて、 前記中間保護カバーは、有底筒状に形成され、その底部
   に中間ガス排出孔が形成されていることを特徴とするガ
   スセンサ。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス
   センサにおいて、 前記外側保護カバーの前記外側ガス導入孔の一部は、該
   外側保護カバーの側面のうち、前記内側ガス排出孔ある
   いは中間ガス排出孔と外側保護カバーの底部との間に設
   けられていることを特徴とするガスセンサ。
7. 【請求項７】請求項４〜６のいずれか１項に記載のガス
   センサにおいて、 前記中間保護カバーにおけるフランジ部に前記中間ガス
   導入孔が形成されていることを特徴とするガスセンサ。