ガスセンサ構造
【課題】ガス検出素子を劣化させる水分等の劣化因子を、ガス検出素子から分離し、外部に排出可能なガスセンサ構造を提供する。
【解決手段】水素が流れるオフガス配管１０と、水素を検出するガス検出素子２３と、その内部にガス検出素子２３を収容すると共に、水素が取り込まれる第１ガス検出室３２、第２ガス検出室４１及び、オフガス配管１０内と第２ガス検出室４１の下部とを連通する連通路４２を有する素子収容部３０と、連通路４２を連通又は遮断するバルブ機構と、を備える水素センサ構造Ｓであって、連通路４２は上方に向かっていると共に、連通路４２と第２ガス検出室４１との連通口４３はオフガス配管１０よりも上方に配置されており、ガス検出素子２３は連通口４３よりも上方に配置されている。
【解決手段】水素が流れるオフガス配管１０と、水素を検出するガス検出素子２３と、その内部にガス検出素子２３を収容すると共に、水素が取り込まれる第１ガス検出室３２、第２ガス検出室４１及び、オフガス配管１０内と第２ガス検出室４１の下部とを連通する連通路４２を有する素子収容部３０と、連通路４２を連通又は遮断するバルブ機構と、を備える水素センサ構造Ｓであって、連通路４２は上方に向かっていると共に、連通路４２と第２ガス検出室４１との連通口４３はオフガス配管１０よりも上方に配置されており、ガス検出素子２３は連通口４３よりも上方に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型の燃料電池は、固体高分子膜の両側をアノード（燃料極）とカソード（酸素極）で挟み込んでＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を形成し、この膜電極接合体を一対のセパレータで挟んでなる単セルを複数積層して一つの燃料電池スタックを構成している。そして、アノードには水素（燃料ガス）が供給され、カソードには空気（酸化剤ガス）が供給され、アノード及びカソードで電極反応が起こり、燃料電池が発電する。
【０００３】
このような燃料電池からは未反応の水素（被検出ガス）が排出されるので、燃料電池から排出されたオフガスの流路に水素センサを設けて、この水素センサにより、オフガス中の水素濃度の監視がされている。なお、オフガスには電極反応によって生成した水蒸気（水分）が含まれており、多湿である。
【０００４】
しかしながら、水素センサに内蔵され、水素をガス接触燃焼式等によって検出するガス検出素子が、オフガス中の水蒸気に長期間にて曝されると、劣化してしまう。そこで、例えば、被検出ガスの侵入を適宜に遮断する弁体を設け、この弁体を温度によって伸縮する形状記憶合金製のコイルバネで動作させるガスセンサが開示されている（特許文献１）。
【特許文献１】実開平３−４０５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のガスセンサで、燃料電池から排出されたオフガス中の水素濃度を監視すると、ガスセンサ内に、オフガス中の水蒸気が結露してなる結露水が溜まってしまい、ガスセンサ素子が劣化する虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は、ガス検出素子を劣化させる水分等の劣化因子を、ガス検出素子から分離し、外部に排出可能なガスセンサ構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、被検出ガスが流れるガス配管と、前記被検出ガスを検出するガス検出素子と、その内部に前記ガス検出素子を収容すると共に、被検出ガスが取り込まれるガス検出室、及び、前記ガス配管内と前記ガス検出室の下部とを連通する連通路を有する素子収容部と、前記連通路を連通又は遮断するバルブ機構と、を備えるガスセンサ構造であって、前記連通路は上方に向かっていると共に、当該連通路と前記ガス検出室との連通口は前記ガス配管よりも上方に配置されており、前記ガス検出素子は前記連通口よりも上方に配置されていることを特徴とするガスセンサ構造である。
【０００８】
このようなガスセンサ構造によれば、ガス検出素子で被検出ガスを検出しない場合（非検出時）には、バルブ機構によって連通路を遮断し、ガス検出室に、ガス検出素子を劣化させる因子（例えば水分）が侵入することを防止できる。
また、ガス配管内とガス検出室の下部とを連通する連通路は、上方に向かっていると共に、この連通路とガス検出室との連通口はガス配管よりも上方に配置されており、さらに、ガス検出素子は連通口よりも上方に配置されているので、連通路及びガス検出室内のガス検出素子を劣化させる因子（例えば結露水）を、その自重によって、ガス検出素子から分離し、ガス配管に排出することができる。
なお、連通路の向きは、後記する実施形態のように鉛直上方に向かうことに限らず（図１参照）、例えば斜め上方でもよいとする。また、ガス検出素子も連通口の鉛直上方に限らず、斜め上方でもよいとする。さらに、バルブ機構の位置は、連通路の下流部に限らず、中流部、上流部でもよいとする。
【０００９】
また、前記バルブ機構は、前記連通路を連通又は遮断する弁体と、当該弁体を作動する電動モータとを備え、前記弁体は、無通電状態における前記電動モータの静止トルクによって、連通位置又は遮断位置に維持されることを特徴とするガスセンサ構造であることが好ましい。
【００１０】
このようなガスセンサ構造によれば、無通電状態における電動モータの静止トルクによって、弁体を、連通路を連通させる連通位置、又は、連通路を遮断する遮断位置に維持することができる。すなわち、電動モータで電力を消費せずに、弁体を連通位置又は遮断位置に維持することができる。
【００１１】
また、前記連通路を取り囲む壁面、及び、前記ガス検出室を取り囲む壁面の少なくとも一方には、撥水コーティング層が形成されていることを特徴とするガスセンサ構造であることが好ましい。
【００１２】
このようなガスセンサ構造によれば、連通路を取り囲む壁面、及び、ガス検出室を取り囲む壁面の少なくとも一方には、撥水コーティング層が形成されているので、この少なくとも一方の壁面に、ガス検出素子を劣化させる一因子である水分が付着しにくくなる。これにより、水分がガス配管内に排出されやすくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガス検出素子を劣化させる水分等の劣化因子を、ガス検出素子から分離し、外部に排出可能なガスセンサ構造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】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
【００１５】
≪水素センサ構造の構成≫
図１に示す、本実施形態に係る水素センサ構造Ｓ（ガスセンサ構造）は、例えば、燃料電池システム（図示しない）に組み込まれた構造である。前記燃料電池システム（図示しない）は、燃料電池自動車（燃料電池移動体）に搭載されている。
そして、水素センサ構造Ｓを構成するガス検出素子２３によって、固体高分子型の燃料電池（図示しない）から排出された多湿のオフガス中の水素（被検出ガス）濃度を検出するようになっている。ただし、ガスセンサ構造の適用箇所はこれに限定されず、燃料電池以外の機器から排出されたオフガス中の被検出ガスを検出する構造でもよく、また、被検出ガスは水素以外のものでもよい。
なお、燃料電池を構成する固体高分子膜を湿潤状態に確保すべく、燃料電池には加湿された水素や空気が供給されるため、また、燃料電池は発電によって水（水蒸気）を生成するため、オフガスは多湿となっている。因みに、オフガスは、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガス、カソードから排出されたカソードオフガス、これらが混合されたもの、のいずれでもよい。
【００１６】
水素センサ構造Ｓは、燃料電池（図示しない）から排出されたオフガスが流れるオフガス配管１０と、オフガス中の水素を検出する水素センサ２０と、後記する連通路４２の最下流位置の連通口４３（図２参照）を開閉するボールねじ５０と、ボールねじ５０のねじ棒５１（弁体）を進退（作動）させるアクチュエータとしての超音波モータ６０と、を主に備えている。つまり、本実施形態では、連通路４２を連通又は遮断するバルブ機構が、ボールねじ５０と、超音波モータ６０とを備えて構成されている場合を例示する。
【００１７】
＜オフガス配管＞
オフガス配管１０は、燃料電池の下流に接続されており、その内部を多湿のオフガスが流れるようになっている。そして、オフガス配管１０の上壁には、オフガスの通路となる貫通孔１１が形成されている。
【００１８】
＜水素センサ＞
水素センサ２０は、センサ用の回路がパターニングされた基板２１と、基板２１を収容したケース２２と、基板２１に接続すると共にケース２２の下面に下方に向かって突設されたガス検出素子２３と、ガス検出素子２３を収容した素子収容部３０と、を主に備えている。
ケース２２はボルト（図示しない）によって素子収容部３０の後記する第２素子収容部４０に固定されており、第２素子収容部４０はボルト（図示しない）によってオフガス配管１０に固定されている。
【００１９】
ガス検出素子２３は、後記する第１ガス検出室３２に配置されており、第１ガス検出室３２に取り込まれたオフガス中の水素を検出する素子である。そして、ガス検出素子２３は、検出した水素濃度に応じて、基板２１に電気信号を出力するようになっている。基板２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、ガス検出素子２３からの電気信号に基づいて水素濃度を算出し、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）に出力するようになっている。
【００２０】
ガス検出素子２３の種類及び数は、水素濃度の検出方式に応じて決定される。
例えば、水素の検出方式がガス接触燃焼式である場合、ガス検出素子２３は検出素子と温度補償素子との対により構成される。そして、水素が各素子に接触し、燃焼した際に発生する熱を利用し、検出素子と温度補償素子と間の電気抵抗差に基づいて水素濃度が検出される。
また、水素の検出方式が半導体方式である場合、ガス検出素子２３は、検出素子と検知素子との対により構成される。そして、水素が各素子表面の酸素と接触・離脱した際に発生する抵抗値に基づいて、水素濃度が検出される。
さらに、水素の検出方式が熱伝導方式である場合、ガス検出素子２３（水素の検出部）は水素を加熱するヒータと、温度センサとの対により構成される。そして、水素が他の気体よりも熱伝導が大きいことに基づいて、水素濃度が検出される。
【００２１】
素子収容部３０は、ガス検出素子２３を二重に取り囲んで収容するハウジングであって、内側の第１素子収容部３１と、外側の第２素子収容部４０と、を主に備えている。
【００２２】
第１素子収容部３１は、ケース２２の下面に突設された略有底円筒体であって、その内部に第１ガス検出室３２を有している。第１素子収容部３１の底壁にはガス流通孔３３が形成されており、そして、このガス流通孔３３に蓋をするようにフィルタ３４が設けられている。フィルタ３４は、防爆性を確保しつつ、ガス（気体）の流通を許容するフィルタであり、例えば、撥水フィルタと防爆フィルタとを重ねたものによって構成される。撥水フィルタは、ガスを透過しつつ、ガスに含まれる液体を透過しないフィルタであり、例えば、テトラフルオロエチレン膜から構成される。防爆フィルタは、防爆性を確保するためのフィルタであり、例えば、液体状の水を通すことが可能な程度の金属製のメッシュや多孔質体から構成される。
【００２３】
第２素子収容部４０は、第１素子収容部３１に外嵌するように設けられており、その内部に、第２ガス検出室４１と連通路４２とを有している。第２ガス検出室４１は、フィルタ３４を介して第１ガス検出室３２と連通路４２とにそれぞれ連通している。言い換えると、第２ガス検出室４１と連通路４２との連通部分は連通口４３（図２参照）として機能しており、連通口４３は連通路４２の最下流に位置している。そして、連通口４３周りの第２素子収容部４０は、弁体として機能するねじ棒５１が当接する弁座４４となっている。
また、連通路４２は、第２ガス検出室４１の他、オフガス配管１０の貫通孔１１を介して、オフガス配管１０内に連通している。
【００２４】
そして、図２に示すように、ねじ棒５１が連通口４３から後退し開位置に配置された場合、連通口４３が開き、連通路４２が連通するようになっている。このように連通路４２が連通した場合、連通路４２を介して、オフガス配管１０内と第２ガス検出室４１とが連通し、オフガスが、貫通孔１１、連通路４２、連通口４３を介して、第２ガス検出室４１に取り込まれ、さらに、フィルタ３４を介して第１ガス検出室３２に取り込まれるようになっている。
【００２５】
一方、図１に示すように、ねじ棒５１が連通口４３に対して前進し、その先端５１ｃが弁座４４に当接する閉位置に配置された場合、連通口４３が閉じ、連通路４２が遮断されるようになっている。このように連通路４２が遮断された場合、オフガス配管１０内と第２ガス検出室４１とが遮断され、オフガスが第２ガス検出室４１に侵入しないようになっている。
【００２６】
また、ねじ棒５１の先端５１ｃと弁座４４とが当接する双方の当接面は、先端５１ｃが弁座４４に良好に密着し、連通口４３が好適に閉じられるように、テーパ面となっている。ただし、これに限定されず、先端５１ｃ及び弁座４４の少なくとも一方がテーパ面であればよい。
【００２７】
ここで、オフガス配管１０の貫通孔１１、ガス検出素子２３、第１ガス検出室３２、第２ガス検出室４１、連通路４２、連通口４３の高さ方向における位置関係について説明する。
連通路４２は、オフガス配管１０の天壁に形成された貫通孔１１から、略鉛直上方に向かって形成されている。これにより、連通路４２を取り囲む壁面に結露水が付着した場合、結露水は、その自重よって、オフガス配管１０内に排出されるようになっている。よって、連通路４２を囲む壁面が、結露水等によって劣化しにくくなっている。
【００２８】
第２ガス検出室４１は連通路４２から水平方向にずれた位置で略鉛直方向で形成されている。そして、連通路４２は、略水平方向の連通口４３を介して、第２ガス検出室４１の下部に連通している。そして、ガス検出素子２３が配置された第１ガス検出室３２は、第２ガス検出室４１の略鉛直上方に配置されており、第１ガス検出室３２と第２ガス検出室４１とはフィルタ３４で仕切られている。つまり、ガス検出素子２３は、連通口４３の略鉛直上方に配置されている。
【００２９】
これにより、フィルタ３４や、第２ガス検出室４１を取り囲む壁面に結露水が付着した場合、結露水は、その自重によって落下した後、連通口４３を介して、連通路４２に排出され、さらに、オフガス配管１０内に排出されるようになっている。よって、ガス検出素子２３や、第２ガス検出室４１を囲む壁面等が、結露水によって劣化しにくくなっている。ゆえに、結露水の排出が促進されるように、第２ガス検出室４１の底面をテーパ面としたり、連通口４３を斜めに形成してもよい。
【００３０】
また、オフガス配管１０の貫通孔１１から、連通路４２、連通口４３、第２ガス検出室４１、第１ガス検出室３２に至るオフガスの通路は、蛇行し、長くなっている。これにより、この通路を囲む壁面とオフガスとの接触面積は大きくなり、燃料電池（図示しない）から排出された多湿のオフガス中の水蒸気（水分）が、ガス検出素子２３にたどり着くまでに結露し、ガス検出素子２３が水分によって劣化しにくくなっている。
【００３１】
さらに、第２ガス検出室４１を取り囲む壁面、弁座４４の表面を含む連通路４２を取り囲む壁面には、フッ素樹脂等によって、撥水コーティング層（図示しない）が形成されている。これにより、第２ガス検出室４１、連通口４３、及び、連通路４２には、結露水が溜まりにくく、結露水がオフガス配管１０内に排出されるようになっている。
ただし、これに限定されず、第２ガス検出室４１を取り囲む壁面、及び、弁座４４の表面を含む連通路４２を取り囲む壁面の少なくとも一方に、撥水コーティング層が形成されてもよい。
【００３２】
＜ボールねじ＞
ボールねじ５０は、連通口４３を開閉するためのものであって、弁座４４に対して進退し連通口４３を開閉する弁体として機能するねじ棒５１（シャフト）と、ナット５２と、ねじ棒５１とナット５２の間で転動する複数のボール５３と、を主に備えている。ナット５２は、超音波モータ６０の後記するロータ６１に固定されると共に、ナット５２と後記する非回転のステータ６５及びハウジング７０との間には、ラジアル軸受５４、ラジアル軸受５５が介在されている。そして、ロータ６１及びナット５２は、一体となって、ステータ６５、ハウジング７０等に対して回転するようになっている。
【００３３】
ねじ棒５１の外周面には、螺旋状のねじ溝５１ａの他、軸方向にガイド溝５１ｂが形成されている。そして、このガイド溝５１ｂには、その基端部が超音波モータ６０のベース６９に固定された、非回転のガイド部材７５の先端が差し込まれており、ねじ棒５１が回転しないようになっている。なお、ガイド溝５１ｂの深さは、ねじ溝５１ａの深さよりも浅く設計されており、ボール５３がねじ溝５１ａから飛散しないようになっている。
これにより、ロータ６１とナット５２とが一体に回転すると、その回転方向に対応して、ねじ棒５１が、ガイド部材７５にガイドされながら、その軸方向において、つまり、弁座４４（連通口４３）に対して進退するようになっている。つまり、ガイド溝５１ｂとガイド部材７５は、ねじ棒５１とナット５２とが供回りすることを防止する、供回り防止機構を構成している。
【００３４】
ガイド溝５１ｂの長さは、ねじ棒５１のストローク長に対応し、軸方向におけるガイド溝５１ｂの両端位置は、ねじ棒５１の開位置又は閉位置に対応して設定される。また、ガイド溝５１ｂに、例えば、前進するねじ棒５１が弁座４４を押され過ぎないように、ストッパの機能を付加することも可能となっている。
【００３５】
＜超音波モータ＞
超音波モータ６０は、ボールねじ５０のねじ棒５１を進退させると共に、無通電状態における静止トルク（保持トルク）よって、ねじ棒５１を閉位置（図１参照）又は開位置（図２参照）で維持するモータである。このような超音波モータ６０は、ステータ６５（固定子）と、ロータ６１（回転子）とを主に備えている。そして、図示しない外部電源（例えば燃料電池、バッテリ）から電力が供給されると、ロータ６１が回転するようになっている。
【００３６】
ステータ６５はリング状を呈しており、振動体６６と圧電体６７と緩衝部材６８とを主に備えており、振動体６６は、圧電体６７、緩衝部材６８を介して、ベース６９に固定されている。ベース６９は、第２素子収容部４０に固定された略円筒状のハウジング７０の図示左側端部に固定されている。そして、圧電体６７に外部電源から９０°の位相差を有する高周波電圧が印加されると、振動体６６には周方向に振動波が発生するようになっている。なお、緩衝部材６８は、振動体６６及び圧電体６７からベース６９への振動伝達を、やわらげるものである。
【００３７】
ロータ６１は、厚手でリング状の金属製板からなる駆動体６２と、駆動体６２に貼り付けられたカーボン繊維入りの樹脂製の摺動部材６３と、を主に備えている。そして、ロータ６１は、ハウジング７０に取り付けられた皿バネ７１によって、スラスト軸受７２を介して、ステータ６５の振動体６６に押し付けられている。これにより、超音波モータ６０が無通電状態であっても、ステータ６５に対してロータ６１が周方向にずれにくくなっており、大きな静止（保持）トルクが発生するようになっている。その結果、ロータ６１に固定されたねじ棒５１が、無通電状態における静止トルクによって、現状の位置（開位置又は閉位置）で維持されるようになっている。
【００３８】
一方、高周波電圧が印加され、振動体６６に周方向で振動波が発生すると、この振動波を駆動力としてロータ６１が回転し、これと一体にナット５２が回転し、ねじ棒５１が弁座４４に対して進退するようになっている。
【００３９】
また、ハウジング７０には、リング状のシール部材７４が略円筒状のスペーサ７３を介して設けられている。そして、ねじ棒５１は、シール部材７４の中空部に挿通されており、シール部材７４はねじ棒５１をシールしている。シール部材７４は、二トリルゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム材料や、四ふっ化エチレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂等の樹脂材料から形成されている。
これにより、多湿のオフガスが、連通路４２からナット５２内に侵入しにくくなっており、ボールねじ５０、超音波モータ６０が水分、水素等によって腐食されにくくなっており、耐久性を高めることができる。
【００４０】
≪水素センサ構造の効果≫
このような水素センサ構造Ｓによれば、次の作用効果を主に得ることができる。
（１）超音波モータ６０によって、ガス検出素子２３で水素を検出しない場合（非検出時）には、ねじ棒５１を前進させて連通路４２を遮断し、第２ガス検出室４１、第１ガス検出室３２に、ガス検出素子２３を劣化させる水分が侵入することを防止できる。なお、ガス検出素子２３で水素を検出しない場合としては、例えば、燃料電池自動車が停止しており、燃料電池が発電していない場合である。
一方、燃料電池が発電し、オフガスが排出されている場合、ねじ棒５１を後退させて連通路４２を開き、第２ガス検出室４１、第１ガス検出室３２に、オフガスを取り込み、ガス検出素子２３によって水素濃度を検出できる。
【００４１】
（２）高さ方向において、連通路４２と第２ガス検出室４１の下部との連通口４３はオフガス配管１０よりも上方に配置され、ガス検出素子２３は連通口４３及び第２ガス検出室４１よりも上方位置にある第１ガス検出室３２に配置されているので、結露水を、その自重によって、ガス検出素子２３から分離させ、オフガス配管１０内に排出することができる。これにより、ガス検出素子２３の劣化を抑えることができる。
【００４２】
（３）第２ガス検出室４１を取り囲む壁面、連通路４２を取り囲む壁面、弁座４４の表面には、撥水コーティング層（図示しない）が形成されているので、オフガス配管１０内に、結露水を効率的に排出することができる。
（４）静止トルクの大きい超音波モータ６０によって、ねじ棒５１を進退させるので、無通電状態の大きな静止（保持）トルクによって、ねじ棒５１を開位置又は閉位置に配置することができる。これにより、超音波モータ６０の消費電力を少なくできる。その結果、例えば、燃料電池自動車の停止後におけるバッテリ（蓄電装置）の電力消費を抑えることができる。
【００４３】
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような変更をすることができる。
前記した実施形態では、超音波モータ６０によって、弁体として機能するボールねじ５０のねじ棒５１を進退する場合を例示したが、その他の方式のモータ、ソレノイド等によって、弁体（バタフライ弁、ゲート弁、グローブ弁、ボール弁等）を作動する構成としてもよい。
【００４４】
前記した実施形態では、ガイド溝５１ｂ、ガイド部材７５が、連通口４３と反対側に配置された場合を例示したが、ガイド溝５１ｂ、ガイド部材７５が連通口４３側に配置された構成でもよい。
また、ガイド溝５１ｂの軸方向に長さによって、ねじ棒５１が開位置又は閉位置に位置決めされると例示したが、その他に例えば、開位置に配置された場合にねじ棒５１が当接する開位置当接部材を設けてもよい。
【００４５】
前記した実施形態では、連通路４２の最下流の連通口４３を、ねじ棒５１（弁体）で開閉し、連通路４２を連通又は遮断する場合を例示したが、開閉位置（連通／遮断位置）はこれに限定されず、連通路４２の中流位置や、上流位置であってもよい。
【００４６】
前記した実施形態では、ロータ６１とナット５２とが一体に回転し、ねじ棒５１がその軸方向に進退するバルブ機構を説明したが（図１、図２参照）、図３、図４に示すバルブ機構であってもよい。
【００４７】
図３、図４に示すバルブ機構は、ボールねじ９０と、超音波モータ６０Ａとを備えて構成されている。ボールねじ９０のねじ棒９１はロータ６１に固定されており、ねじ棒９１とロータ６１とが一体に回転するようになっている。ボールねじ９０のナット９２には弁体９４が固定されており、弁体９４の外周面には軸方向にガイド溝９４ｂが形成され、このガイド溝９４ｂにはガイド部材９５が差し込まれている。ガイド部材９５の基端部は、超音波モータ６０Ａのハウジング８０に固定されており、ハウジング８０は第２素子収容部４０に固定されている。また、ねじ棒９１の外周面にはねじ溝９１ａが形成されており、ねじ溝９１ａには複数のボール９３が装填されている。
【００４８】
そして、超音波モータ６０Ａが回転した場合、ロータ６１とねじ棒９１とは一体に回転するが、ナット９２及び弁体９４はガイド部材９５によって供回りせず、ねじ棒９１の回転力は、ねじ棒９１に螺合するナット９２によって軸方向の推進力に変換され、弁体９４が連通口４３に対して進退するようになっている。
これにより、弁体９４は、その先端９４ｃが弁座４４に当接し、連通口４３を閉じ、連通路４２を遮断する閉位置（図３参照）と、その先端９４ｃが弁座４４から離間し、連通口４３が開き、連通路４２を連通させる開位置（図４参照）と、に配置されるようになっている。
なお、ガイド溝９４ｂの軸方向における長さは、弁体９４のストローク長に対応しており、弁体９４が閉位置（図３参照）又は開位置（図４参照）で位置決めされるように構成されている。
【００４９】
また、連通路４２から超音波モータ６０Ａ内に水蒸気、水素等が浸入しないように、弁体９４はシール部材８２に挿通され、シール部材８２によってシールされている。シール部材８２は、スペーサ８１を介して第２素子収容部４０に固定されている。
ここで、ボールねじ９１の軸方向視において、例えば、シール部材８２を多角形（例えば四角形）とし、これに挿通される弁体９４の部分（挿通部）を多角形（例えば四角形）とした場合、弁体９４及びナット９２は、シール部材８２に対して回転不能となり、ねじ棒９１とナット９２とが供回りしないように構成される。
【００５０】
このような構成のバルブ機構によれば、超音波モータ６０Ａの中心軸線上のねじ棒９１が、その軸方向に移動しないので、ロータ６１、ステータ６５近傍の摺動部分が減り、ロータ６１、ステータ６５近傍に、水分等が侵入しにくくなる。これにより、超音波モータ６０Ａの耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施形態に係る水素センサ構造の側断面図であり、連通口の閉状態を示す。
【図２】本実施形態に係る水素センサ構造の側断面図であり、連通口の開状態を示す。
【図３】変形例に係る水素センサ構造におけるバルブ機構部分の側断面図であり、連通口の閉状態を示す。
【図４】変形例に係る水素センサ構造におけるバルブ機構部分の側断面図であり、連通口の開状態を示す。
【符号の説明】
【００５２】
Ｓ 水素センサ構造（ガスセンサ構造）
１０ オフガス配管
２０ 水素センサ
２３ ガス検出素子
３０ 素子収容部
３１ 第１素子収容部
３２ 第１ガス検出室
４０ 第２素子収容部
４１ 第２ガス検出室
４２ 連通路
４３ 連通口
４４ 弁座
５０ ボールねじ（バルブ機構）
５１ ねじ棒
６０ 超音波モータ（バルブ機構）
６１ ロータ
６５ ステータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型の燃料電池は、固体高分子膜の両側をアノード（燃料極）とカソード（酸素極）で挟み込んでＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を形成し、この膜電極接合体を一対のセパレータで挟んでなる単セルを複数積層して一つの燃料電池スタックを構成している。そして、アノードには水素（燃料ガス）が供給され、カソードには空気（酸化剤ガス）が供給され、アノード及びカソードで電極反応が起こり、燃料電池が発電する。
【０００３】
このような燃料電池からは未反応の水素（被検出ガス）が排出されるので、燃料電池から排出されたオフガスの流路に水素センサを設けて、この水素センサにより、オフガス中の水素濃度の監視がされている。なお、オフガスには電極反応によって生成した水蒸気（水分）が含まれており、多湿である。
【０００４】
しかしながら、水素センサに内蔵され、水素をガス接触燃焼式等によって検出するガス検出素子が、オフガス中の水蒸気に長期間にて曝されると、劣化してしまう。そこで、例えば、被検出ガスの侵入を適宜に遮断する弁体を設け、この弁体を温度によって伸縮する形状記憶合金製のコイルバネで動作させるガスセンサが開示されている（特許文献１）。
【特許文献１】実開平３−４０５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のガスセンサで、燃料電池から排出されたオフガス中の水素濃度を監視すると、ガスセンサ内に、オフガス中の水蒸気が結露してなる結露水が溜まってしまい、ガスセンサ素子が劣化する虞がある。
【０００６】
そこで、本発明は、ガス検出素子を劣化させる水分等の劣化因子を、ガス検出素子から分離し、外部に排出可能なガスセンサ構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、被検出ガスが流れるガス配管と、前記被検出ガスを検出するガス検出素子と、その内部に前記ガス検出素子を収容すると共に、被検出ガスが取り込まれるガス検出室、及び、前記ガス配管内と前記ガス検出室の下部とを連通する連通路を有する素子収容部と、前記連通路を連通又は遮断するバルブ機構と、を備えるガスセンサ構造であって、前記連通路は上方に向かっていると共に、当該連通路と前記ガス検出室との連通口は前記ガス配管よりも上方に配置されており、前記ガス検出素子は前記連通口よりも上方に配置されていることを特徴とするガスセンサ構造である。
【０００８】
このようなガスセンサ構造によれば、ガス検出素子で被検出ガスを検出しない場合（非検出時）には、バルブ機構によって連通路を遮断し、ガス検出室に、ガス検出素子を劣化させる因子（例えば水分）が侵入することを防止できる。
また、ガス配管内とガス検出室の下部とを連通する連通路は、上方に向かっていると共に、この連通路とガス検出室との連通口はガス配管よりも上方に配置されており、さらに、ガス検出素子は連通口よりも上方に配置されているので、連通路及びガス検出室内のガス検出素子を劣化させる因子（例えば結露水）を、その自重によって、ガス検出素子から分離し、ガス配管に排出することができる。
なお、連通路の向きは、後記する実施形態のように鉛直上方に向かうことに限らず（図１参照）、例えば斜め上方でもよいとする。また、ガス検出素子も連通口の鉛直上方に限らず、斜め上方でもよいとする。さらに、バルブ機構の位置は、連通路の下流部に限らず、中流部、上流部でもよいとする。
【０００９】
また、前記バルブ機構は、前記連通路を連通又は遮断する弁体と、当該弁体を作動する電動モータとを備え、前記弁体は、無通電状態における前記電動モータの静止トルクによって、連通位置又は遮断位置に維持されることを特徴とするガスセンサ構造であることが好ましい。
【００１０】
このようなガスセンサ構造によれば、無通電状態における電動モータの静止トルクによって、弁体を、連通路を連通させる連通位置、又は、連通路を遮断する遮断位置に維持することができる。すなわち、電動モータで電力を消費せずに、弁体を連通位置又は遮断位置に維持することができる。
【００１１】
また、前記連通路を取り囲む壁面、及び、前記ガス検出室を取り囲む壁面の少なくとも一方には、撥水コーティング層が形成されていることを特徴とするガスセンサ構造であることが好ましい。
【００１２】
このようなガスセンサ構造によれば、連通路を取り囲む壁面、及び、ガス検出室を取り囲む壁面の少なくとも一方には、撥水コーティング層が形成されているので、この少なくとも一方の壁面に、ガス検出素子を劣化させる一因子である水分が付着しにくくなる。これにより、水分がガス配管内に排出されやすくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガス検出素子を劣化させる水分等の劣化因子を、ガス検出素子から分離し、外部に排出可能なガスセンサ構造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】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
【００１５】
≪水素センサ構造の構成≫
図１に示す、本実施形態に係る水素センサ構造Ｓ（ガスセンサ構造）は、例えば、燃料電池システム（図示しない）に組み込まれた構造である。前記燃料電池システム（図示しない）は、燃料電池自動車（燃料電池移動体）に搭載されている。
そして、水素センサ構造Ｓを構成するガス検出素子２３によって、固体高分子型の燃料電池（図示しない）から排出された多湿のオフガス中の水素（被検出ガス）濃度を検出するようになっている。ただし、ガスセンサ構造の適用箇所はこれに限定されず、燃料電池以外の機器から排出されたオフガス中の被検出ガスを検出する構造でもよく、また、被検出ガスは水素以外のものでもよい。
なお、燃料電池を構成する固体高分子膜を湿潤状態に確保すべく、燃料電池には加湿された水素や空気が供給されるため、また、燃料電池は発電によって水（水蒸気）を生成するため、オフガスは多湿となっている。因みに、オフガスは、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガス、カソードから排出されたカソードオフガス、これらが混合されたもの、のいずれでもよい。
【００１６】
水素センサ構造Ｓは、燃料電池（図示しない）から排出されたオフガスが流れるオフガス配管１０と、オフガス中の水素を検出する水素センサ２０と、後記する連通路４２の最下流位置の連通口４３（図２参照）を開閉するボールねじ５０と、ボールねじ５０のねじ棒５１（弁体）を進退（作動）させるアクチュエータとしての超音波モータ６０と、を主に備えている。つまり、本実施形態では、連通路４２を連通又は遮断するバルブ機構が、ボールねじ５０と、超音波モータ６０とを備えて構成されている場合を例示する。
【００１７】
＜オフガス配管＞
オフガス配管１０は、燃料電池の下流に接続されており、その内部を多湿のオフガスが流れるようになっている。そして、オフガス配管１０の上壁には、オフガスの通路となる貫通孔１１が形成されている。
【００１８】
＜水素センサ＞
水素センサ２０は、センサ用の回路がパターニングされた基板２１と、基板２１を収容したケース２２と、基板２１に接続すると共にケース２２の下面に下方に向かって突設されたガス検出素子２３と、ガス検出素子２３を収容した素子収容部３０と、を主に備えている。
ケース２２はボルト（図示しない）によって素子収容部３０の後記する第２素子収容部４０に固定されており、第２素子収容部４０はボルト（図示しない）によってオフガス配管１０に固定されている。
【００１９】
ガス検出素子２３は、後記する第１ガス検出室３２に配置されており、第１ガス検出室３２に取り込まれたオフガス中の水素を検出する素子である。そして、ガス検出素子２３は、検出した水素濃度に応じて、基板２１に電気信号を出力するようになっている。基板２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、ガス検出素子２３からの電気信号に基づいて水素濃度を算出し、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）に出力するようになっている。
【００２０】
ガス検出素子２３の種類及び数は、水素濃度の検出方式に応じて決定される。
例えば、水素の検出方式がガス接触燃焼式である場合、ガス検出素子２３は検出素子と温度補償素子との対により構成される。そして、水素が各素子に接触し、燃焼した際に発生する熱を利用し、検出素子と温度補償素子と間の電気抵抗差に基づいて水素濃度が検出される。
また、水素の検出方式が半導体方式である場合、ガス検出素子２３は、検出素子と検知素子との対により構成される。そして、水素が各素子表面の酸素と接触・離脱した際に発生する抵抗値に基づいて、水素濃度が検出される。
さらに、水素の検出方式が熱伝導方式である場合、ガス検出素子２３（水素の検出部）は水素を加熱するヒータと、温度センサとの対により構成される。そして、水素が他の気体よりも熱伝導が大きいことに基づいて、水素濃度が検出される。
【００２１】
素子収容部３０は、ガス検出素子２３を二重に取り囲んで収容するハウジングであって、内側の第１素子収容部３１と、外側の第２素子収容部４０と、を主に備えている。
【００２２】
第１素子収容部３１は、ケース２２の下面に突設された略有底円筒体であって、その内部に第１ガス検出室３２を有している。第１素子収容部３１の底壁にはガス流通孔３３が形成されており、そして、このガス流通孔３３に蓋をするようにフィルタ３４が設けられている。フィルタ３４は、防爆性を確保しつつ、ガス（気体）の流通を許容するフィルタであり、例えば、撥水フィルタと防爆フィルタとを重ねたものによって構成される。撥水フィルタは、ガスを透過しつつ、ガスに含まれる液体を透過しないフィルタであり、例えば、テトラフルオロエチレン膜から構成される。防爆フィルタは、防爆性を確保するためのフィルタであり、例えば、液体状の水を通すことが可能な程度の金属製のメッシュや多孔質体から構成される。
【００２３】
第２素子収容部４０は、第１素子収容部３１に外嵌するように設けられており、その内部に、第２ガス検出室４１と連通路４２とを有している。第２ガス検出室４１は、フィルタ３４を介して第１ガス検出室３２と連通路４２とにそれぞれ連通している。言い換えると、第２ガス検出室４１と連通路４２との連通部分は連通口４３（図２参照）として機能しており、連通口４３は連通路４２の最下流に位置している。そして、連通口４３周りの第２素子収容部４０は、弁体として機能するねじ棒５１が当接する弁座４４となっている。
また、連通路４２は、第２ガス検出室４１の他、オフガス配管１０の貫通孔１１を介して、オフガス配管１０内に連通している。
【００２４】
そして、図２に示すように、ねじ棒５１が連通口４３から後退し開位置に配置された場合、連通口４３が開き、連通路４２が連通するようになっている。このように連通路４２が連通した場合、連通路４２を介して、オフガス配管１０内と第２ガス検出室４１とが連通し、オフガスが、貫通孔１１、連通路４２、連通口４３を介して、第２ガス検出室４１に取り込まれ、さらに、フィルタ３４を介して第１ガス検出室３２に取り込まれるようになっている。
【００２５】
一方、図１に示すように、ねじ棒５１が連通口４３に対して前進し、その先端５１ｃが弁座４４に当接する閉位置に配置された場合、連通口４３が閉じ、連通路４２が遮断されるようになっている。このように連通路４２が遮断された場合、オフガス配管１０内と第２ガス検出室４１とが遮断され、オフガスが第２ガス検出室４１に侵入しないようになっている。
【００２６】
また、ねじ棒５１の先端５１ｃと弁座４４とが当接する双方の当接面は、先端５１ｃが弁座４４に良好に密着し、連通口４３が好適に閉じられるように、テーパ面となっている。ただし、これに限定されず、先端５１ｃ及び弁座４４の少なくとも一方がテーパ面であればよい。
【００２７】
ここで、オフガス配管１０の貫通孔１１、ガス検出素子２３、第１ガス検出室３２、第２ガス検出室４１、連通路４２、連通口４３の高さ方向における位置関係について説明する。
連通路４２は、オフガス配管１０の天壁に形成された貫通孔１１から、略鉛直上方に向かって形成されている。これにより、連通路４２を取り囲む壁面に結露水が付着した場合、結露水は、その自重よって、オフガス配管１０内に排出されるようになっている。よって、連通路４２を囲む壁面が、結露水等によって劣化しにくくなっている。
【００２８】
第２ガス検出室４１は連通路４２から水平方向にずれた位置で略鉛直方向で形成されている。そして、連通路４２は、略水平方向の連通口４３を介して、第２ガス検出室４１の下部に連通している。そして、ガス検出素子２３が配置された第１ガス検出室３２は、第２ガス検出室４１の略鉛直上方に配置されており、第１ガス検出室３２と第２ガス検出室４１とはフィルタ３４で仕切られている。つまり、ガス検出素子２３は、連通口４３の略鉛直上方に配置されている。
【００２９】
これにより、フィルタ３４や、第２ガス検出室４１を取り囲む壁面に結露水が付着した場合、結露水は、その自重によって落下した後、連通口４３を介して、連通路４２に排出され、さらに、オフガス配管１０内に排出されるようになっている。よって、ガス検出素子２３や、第２ガス検出室４１を囲む壁面等が、結露水によって劣化しにくくなっている。ゆえに、結露水の排出が促進されるように、第２ガス検出室４１の底面をテーパ面としたり、連通口４３を斜めに形成してもよい。
【００３０】
また、オフガス配管１０の貫通孔１１から、連通路４２、連通口４３、第２ガス検出室４１、第１ガス検出室３２に至るオフガスの通路は、蛇行し、長くなっている。これにより、この通路を囲む壁面とオフガスとの接触面積は大きくなり、燃料電池（図示しない）から排出された多湿のオフガス中の水蒸気（水分）が、ガス検出素子２３にたどり着くまでに結露し、ガス検出素子２３が水分によって劣化しにくくなっている。
【００３１】
さらに、第２ガス検出室４１を取り囲む壁面、弁座４４の表面を含む連通路４２を取り囲む壁面には、フッ素樹脂等によって、撥水コーティング層（図示しない）が形成されている。これにより、第２ガス検出室４１、連通口４３、及び、連通路４２には、結露水が溜まりにくく、結露水がオフガス配管１０内に排出されるようになっている。
ただし、これに限定されず、第２ガス検出室４１を取り囲む壁面、及び、弁座４４の表面を含む連通路４２を取り囲む壁面の少なくとも一方に、撥水コーティング層が形成されてもよい。
【００３２】
＜ボールねじ＞
ボールねじ５０は、連通口４３を開閉するためのものであって、弁座４４に対して進退し連通口４３を開閉する弁体として機能するねじ棒５１（シャフト）と、ナット５２と、ねじ棒５１とナット５２の間で転動する複数のボール５３と、を主に備えている。ナット５２は、超音波モータ６０の後記するロータ６１に固定されると共に、ナット５２と後記する非回転のステータ６５及びハウジング７０との間には、ラジアル軸受５４、ラジアル軸受５５が介在されている。そして、ロータ６１及びナット５２は、一体となって、ステータ６５、ハウジング７０等に対して回転するようになっている。
【００３３】
ねじ棒５１の外周面には、螺旋状のねじ溝５１ａの他、軸方向にガイド溝５１ｂが形成されている。そして、このガイド溝５１ｂには、その基端部が超音波モータ６０のベース６９に固定された、非回転のガイド部材７５の先端が差し込まれており、ねじ棒５１が回転しないようになっている。なお、ガイド溝５１ｂの深さは、ねじ溝５１ａの深さよりも浅く設計されており、ボール５３がねじ溝５１ａから飛散しないようになっている。
これにより、ロータ６１とナット５２とが一体に回転すると、その回転方向に対応して、ねじ棒５１が、ガイド部材７５にガイドされながら、その軸方向において、つまり、弁座４４（連通口４３）に対して進退するようになっている。つまり、ガイド溝５１ｂとガイド部材７５は、ねじ棒５１とナット５２とが供回りすることを防止する、供回り防止機構を構成している。
【００３４】
ガイド溝５１ｂの長さは、ねじ棒５１のストローク長に対応し、軸方向におけるガイド溝５１ｂの両端位置は、ねじ棒５１の開位置又は閉位置に対応して設定される。また、ガイド溝５１ｂに、例えば、前進するねじ棒５１が弁座４４を押され過ぎないように、ストッパの機能を付加することも可能となっている。
【００３５】
＜超音波モータ＞
超音波モータ６０は、ボールねじ５０のねじ棒５１を進退させると共に、無通電状態における静止トルク（保持トルク）よって、ねじ棒５１を閉位置（図１参照）又は開位置（図２参照）で維持するモータである。このような超音波モータ６０は、ステータ６５（固定子）と、ロータ６１（回転子）とを主に備えている。そして、図示しない外部電源（例えば燃料電池、バッテリ）から電力が供給されると、ロータ６１が回転するようになっている。
【００３６】
ステータ６５はリング状を呈しており、振動体６６と圧電体６７と緩衝部材６８とを主に備えており、振動体６６は、圧電体６７、緩衝部材６８を介して、ベース６９に固定されている。ベース６９は、第２素子収容部４０に固定された略円筒状のハウジング７０の図示左側端部に固定されている。そして、圧電体６７に外部電源から９０°の位相差を有する高周波電圧が印加されると、振動体６６には周方向に振動波が発生するようになっている。なお、緩衝部材６８は、振動体６６及び圧電体６７からベース６９への振動伝達を、やわらげるものである。
【００３７】
ロータ６１は、厚手でリング状の金属製板からなる駆動体６２と、駆動体６２に貼り付けられたカーボン繊維入りの樹脂製の摺動部材６３と、を主に備えている。そして、ロータ６１は、ハウジング７０に取り付けられた皿バネ７１によって、スラスト軸受７２を介して、ステータ６５の振動体６６に押し付けられている。これにより、超音波モータ６０が無通電状態であっても、ステータ６５に対してロータ６１が周方向にずれにくくなっており、大きな静止（保持）トルクが発生するようになっている。その結果、ロータ６１に固定されたねじ棒５１が、無通電状態における静止トルクによって、現状の位置（開位置又は閉位置）で維持されるようになっている。
【００３８】
一方、高周波電圧が印加され、振動体６６に周方向で振動波が発生すると、この振動波を駆動力としてロータ６１が回転し、これと一体にナット５２が回転し、ねじ棒５１が弁座４４に対して進退するようになっている。
【００３９】
また、ハウジング７０には、リング状のシール部材７４が略円筒状のスペーサ７３を介して設けられている。そして、ねじ棒５１は、シール部材７４の中空部に挿通されており、シール部材７４はねじ棒５１をシールしている。シール部材７４は、二トリルゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム材料や、四ふっ化エチレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂等の樹脂材料から形成されている。
これにより、多湿のオフガスが、連通路４２からナット５２内に侵入しにくくなっており、ボールねじ５０、超音波モータ６０が水分、水素等によって腐食されにくくなっており、耐久性を高めることができる。
【００４０】
≪水素センサ構造の効果≫
このような水素センサ構造Ｓによれば、次の作用効果を主に得ることができる。
（１）超音波モータ６０によって、ガス検出素子２３で水素を検出しない場合（非検出時）には、ねじ棒５１を前進させて連通路４２を遮断し、第２ガス検出室４１、第１ガス検出室３２に、ガス検出素子２３を劣化させる水分が侵入することを防止できる。なお、ガス検出素子２３で水素を検出しない場合としては、例えば、燃料電池自動車が停止しており、燃料電池が発電していない場合である。
一方、燃料電池が発電し、オフガスが排出されている場合、ねじ棒５１を後退させて連通路４２を開き、第２ガス検出室４１、第１ガス検出室３２に、オフガスを取り込み、ガス検出素子２３によって水素濃度を検出できる。
【００４１】
（２）高さ方向において、連通路４２と第２ガス検出室４１の下部との連通口４３はオフガス配管１０よりも上方に配置され、ガス検出素子２３は連通口４３及び第２ガス検出室４１よりも上方位置にある第１ガス検出室３２に配置されているので、結露水を、その自重によって、ガス検出素子２３から分離させ、オフガス配管１０内に排出することができる。これにより、ガス検出素子２３の劣化を抑えることができる。
【００４２】
（３）第２ガス検出室４１を取り囲む壁面、連通路４２を取り囲む壁面、弁座４４の表面には、撥水コーティング層（図示しない）が形成されているので、オフガス配管１０内に、結露水を効率的に排出することができる。
（４）静止トルクの大きい超音波モータ６０によって、ねじ棒５１を進退させるので、無通電状態の大きな静止（保持）トルクによって、ねじ棒５１を開位置又は閉位置に配置することができる。これにより、超音波モータ６０の消費電力を少なくできる。その結果、例えば、燃料電池自動車の停止後におけるバッテリ（蓄電装置）の電力消費を抑えることができる。
【００４３】
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような変更をすることができる。
前記した実施形態では、超音波モータ６０によって、弁体として機能するボールねじ５０のねじ棒５１を進退する場合を例示したが、その他の方式のモータ、ソレノイド等によって、弁体（バタフライ弁、ゲート弁、グローブ弁、ボール弁等）を作動する構成としてもよい。
【００４４】
前記した実施形態では、ガイド溝５１ｂ、ガイド部材７５が、連通口４３と反対側に配置された場合を例示したが、ガイド溝５１ｂ、ガイド部材７５が連通口４３側に配置された構成でもよい。
また、ガイド溝５１ｂの軸方向に長さによって、ねじ棒５１が開位置又は閉位置に位置決めされると例示したが、その他に例えば、開位置に配置された場合にねじ棒５１が当接する開位置当接部材を設けてもよい。
【００４５】
前記した実施形態では、連通路４２の最下流の連通口４３を、ねじ棒５１（弁体）で開閉し、連通路４２を連通又は遮断する場合を例示したが、開閉位置（連通／遮断位置）はこれに限定されず、連通路４２の中流位置や、上流位置であってもよい。
【００４６】
前記した実施形態では、ロータ６１とナット５２とが一体に回転し、ねじ棒５１がその軸方向に進退するバルブ機構を説明したが（図１、図２参照）、図３、図４に示すバルブ機構であってもよい。
【００４７】
図３、図４に示すバルブ機構は、ボールねじ９０と、超音波モータ６０Ａとを備えて構成されている。ボールねじ９０のねじ棒９１はロータ６１に固定されており、ねじ棒９１とロータ６１とが一体に回転するようになっている。ボールねじ９０のナット９２には弁体９４が固定されており、弁体９４の外周面には軸方向にガイド溝９４ｂが形成され、このガイド溝９４ｂにはガイド部材９５が差し込まれている。ガイド部材９５の基端部は、超音波モータ６０Ａのハウジング８０に固定されており、ハウジング８０は第２素子収容部４０に固定されている。また、ねじ棒９１の外周面にはねじ溝９１ａが形成されており、ねじ溝９１ａには複数のボール９３が装填されている。
【００４８】
そして、超音波モータ６０Ａが回転した場合、ロータ６１とねじ棒９１とは一体に回転するが、ナット９２及び弁体９４はガイド部材９５によって供回りせず、ねじ棒９１の回転力は、ねじ棒９１に螺合するナット９２によって軸方向の推進力に変換され、弁体９４が連通口４３に対して進退するようになっている。
これにより、弁体９４は、その先端９４ｃが弁座４４に当接し、連通口４３を閉じ、連通路４２を遮断する閉位置（図３参照）と、その先端９４ｃが弁座４４から離間し、連通口４３が開き、連通路４２を連通させる開位置（図４参照）と、に配置されるようになっている。
なお、ガイド溝９４ｂの軸方向における長さは、弁体９４のストローク長に対応しており、弁体９４が閉位置（図３参照）又は開位置（図４参照）で位置決めされるように構成されている。
【００４９】
また、連通路４２から超音波モータ６０Ａ内に水蒸気、水素等が浸入しないように、弁体９４はシール部材８２に挿通され、シール部材８２によってシールされている。シール部材８２は、スペーサ８１を介して第２素子収容部４０に固定されている。
ここで、ボールねじ９１の軸方向視において、例えば、シール部材８２を多角形（例えば四角形）とし、これに挿通される弁体９４の部分（挿通部）を多角形（例えば四角形）とした場合、弁体９４及びナット９２は、シール部材８２に対して回転不能となり、ねじ棒９１とナット９２とが供回りしないように構成される。
【００５０】
このような構成のバルブ機構によれば、超音波モータ６０Ａの中心軸線上のねじ棒９１が、その軸方向に移動しないので、ロータ６１、ステータ６５近傍の摺動部分が減り、ロータ６１、ステータ６５近傍に、水分等が侵入しにくくなる。これにより、超音波モータ６０Ａの耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施形態に係る水素センサ構造の側断面図であり、連通口の閉状態を示す。
【図２】本実施形態に係る水素センサ構造の側断面図であり、連通口の開状態を示す。
【図３】変形例に係る水素センサ構造におけるバルブ機構部分の側断面図であり、連通口の閉状態を示す。
【図４】変形例に係る水素センサ構造におけるバルブ機構部分の側断面図であり、連通口の開状態を示す。
【符号の説明】
【００５２】
Ｓ 水素センサ構造（ガスセンサ構造）
１０ オフガス配管
２０ 水素センサ
２３ ガス検出素子
３０ 素子収容部
３１ 第１素子収容部
３２ 第１ガス検出室
４０ 第２素子収容部
４１ 第２ガス検出室
４２ 連通路
４３ 連通口
４４ 弁座
５０ ボールねじ（バルブ機構）
５１ ねじ棒
６０ 超音波モータ（バルブ機構）
６１ ロータ
６５ ステータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガスが流れるガス配管と、
前記被検出ガスを検出するガス検出素子と、
その内部に前記ガス検出素子を収容すると共に、被検出ガスが取り込まれるガス検出室、及び、前記ガス配管内と前記ガス検出室の下部とを連通する連通路を有する素子収容部と、
前記連通路を連通又は遮断するバルブ機構と、
を備えるガスセンサ構造であって、
前記連通路は上方に向かっていると共に、当該連通路と前記ガス検出室との連通口は前記ガス配管よりも上方に配置されており、
前記ガス検出素子は前記連通口よりも上方に配置されている
ことを特徴とするガスセンサ構造。
【請求項２】
前記バルブ機構は、前記連通路を連通又は遮断する弁体と、当該弁体を作動する電動モータとを備え、
前記弁体は、無通電状態における前記電動モータの静止トルクによって、連通位置又は遮断位置に維持される
ことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ構造。
【請求項３】
前記連通路を取り囲む壁面、及び、前記ガス検出室を取り囲む壁面の少なくとも一方には、撥水コーティング層が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ構造。
【請求項１】
被検出ガスが流れるガス配管と、
前記被検出ガスを検出するガス検出素子と、
その内部に前記ガス検出素子を収容すると共に、被検出ガスが取り込まれるガス検出室、及び、前記ガス配管内と前記ガス検出室の下部とを連通する連通路を有する素子収容部と、
前記連通路を連通又は遮断するバルブ機構と、
を備えるガスセンサ構造であって、
前記連通路は上方に向かっていると共に、当該連通路と前記ガス検出室との連通口は前記ガス配管よりも上方に配置されており、
前記ガス検出素子は前記連通口よりも上方に配置されている
ことを特徴とするガスセンサ構造。
【請求項２】
前記バルブ機構は、前記連通路を連通又は遮断する弁体と、当該弁体を作動する電動モータとを備え、
前記弁体は、無通電状態における前記電動モータの静止トルクによって、連通位置又は遮断位置に維持される
ことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ構造。
【請求項３】
前記連通路を取り囲む壁面、及び、前記ガス検出室を取り囲む壁面の少なくとも一方には、撥水コーティング層が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１９１０１９（Ｐ２００８−１９１０１９Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６２８５（Ｐ２００７−２６２８５）
【出願日】平成１９年２月６日（２００７．２．６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月６日（２００７．２．６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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