JP7339896B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
図1は、ガスセンサ100の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。センサ素子101は、それぞれがジルコニア(ZrO2)等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第1基板層1と、第2基板層2と、第3基板層3と、第1固体電解質層4と、スペーサ層5と、第2固体電解質層6との6つの層が、図面視で下側からこの順に積層された構造を有する素子である。また、これら6つの層を形成する固体電界質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子101は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。
上述のように、ガスセンサ100においては、内側ポンプ電極22のうち底部電極部22bが多孔質層29によって覆われている。すなわち、内側ポンプ電極22のうち、ヒータ部70から遠い天井電極部22aは多孔質層29によって覆われておらず、ヒータ部70に近い底部電極部22bは多孔質層29によって覆われている。以下、底部電極部22bが多孔質層29によって覆われている理由について説明する。
図3は、ガスセンサ100における第1内部空所20周囲の拡大図である。図3を参照して、多孔質層29は、底部電極部22bの上面全体上に形成されている。上述のように、多孔質層29は、アルミナを主成分とする多孔体にて構成される膜である。
以上のように、本実施の形態に従うガスセンサ100においては、内側ポンプ電極22のうち底部電極部22bが多孔質層29によって覆われている。したがって、ガスセンサ100の使用中において、底部電極部22bにおけるAuの蒸発が抑制される。また、仮に底部電極部22bにおいて蒸発したAuは、多孔質層29に捕捉される可能性が高くなる。その結果、ガスセンサ100によれば、内側ポンプ電極22に含まれるAu量の減少が抑制されるとともに測定電極44に付着するAu量が抑制されるため、NOx濃度の測定精度の低下を抑制することができる。
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。以下、変形例について説明する。
上記実施の形態に従うガスセンサ100において、センサ素子101には、第1内部空所20と、第2内部空所40とが形成されていた。すなわち、センサ素子101は、2室構造であった。しかしながら、センサ素子101は、必ずしも2室構造である必要はない。たとえば、センサ素子101は、3室構造であってもよい。
上記実施の形態に従うガスセンサ100においては、底部電極部22b上にのみ多孔質層29が形成され、天井電極部22a上には多孔質層29が形成されていなかった。しかしながら、多孔質層29の形成位置はこれに限定されない。たとえば、底部電極部22b上に加えて、天井電極部22a上にも多孔質層29が形成されてもよい。さらに底部電極部51b上に多孔質層29が形成されてもよいし、天井電極部51a上にも多孔質層29が形成されてもよい。
上記実施の形態に従うガスセンサ100においては、多孔質層29が、底部電極部22bの上面全体上に形成されていた。しかしながら、多孔質層29は、必ずしも底部電極部22bの上面全体上に形成されていなくてもよい。たとえば、多孔質層29は、底部電極部22bの上面の一部上に形成されているだけであってもよい。この場合には、底部電極部22bの上面のうち、酸素濃度の高い部分及び高温部の少なくとも一方が覆われていることが望ましい。すなわち、底部電極部22bの上面のうち、ガス導入口10寄りの部分が、多孔質層29によって覆われていることが望ましい。例えば、底部電極部22bのうちガス導入口10寄りの先端部分から底部電極部22bの面積の半分となる部分までの領域が多孔質層29によって覆われていればよい。
上記実施の形態に従うガスセンサ100においては、多孔質層29の主成分がアルミナであった。しかしながら、多孔質層29の主成分は必ずしもアルミナである必要はない。多孔質層29の主成分は、たとえば、スピネル、ジルコニア、コージェライト又はチタニア等であってもよい。
(6-1.実施例1-24及び比較例1)
実施例1-24となる複数のガスセンサ100を作成した。具体的には、まず、次に説明する方法により、センサ素子101を作成した。
実施例1-24及び比較例1に関し、ディーゼルエンジンを用いた耐久試験を行ない、試験前後における各ガスセンサのNOxに対する感度変化を評価した。具体的には、以下のように試験を行った。実施例1-24及び比較例1のガスセンサを自動車の排ガス管の配管に取り付けた。そして、ヒータ72に通電して温度を800℃とし、センサ素子101を加熱した。この状態で、エンジン回転数1500-3500rpm、負荷トルク0-350N・mの範囲で構成した40分間の運転パターンを、3000時間が経過するまで繰り返した。なお、そのときのガス温度は200℃-600℃、NOx濃度は0-1500ppmとした。耐久試験前後のガスセンサをNOx濃度500ppmのモデルガス装置に取り付け、初期と耐久後とでのNOxの感度変化率を測定した。
Claims (7)
- 被測定ガスにおける所定ガス成分の濃度を測定するように構成されたガスセンサであって、
センサ素子を備え、
前記センサ素子の主成分は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質であり、
前記センサ素子においては、外部空間から前記被測定ガスを導入するように構成された第1内部空所が形成されており、
前記センサ素子は、第1ポンプセルと、発熱するように構成された発熱部とを備え、
前記第1ポンプセルは、
前記第1内部空所内に形成されており、金(Au)を含む内側ポンプ電極と、
前記第1内部空所とは異なる空間に形成された外側ポンプ電極とを備え、
前記第1ポンプセルは、前記内側ポンプ電極及び前記外側ポンプ電極の間に電圧を印加することによって、前記第1内部空所内の酸素を汲み出すように構成されており、
前記内側ポンプ電極は、前記発熱部から遠い第1電極部と、前記発熱部に近い第2電極部とを備え、
前記第2電極部の、
前記外部空間から前記被測定ガスを取り込むガス導入口側の先端部分から、
前記第2電極部の面積の半分となる部分まで
の領域は、多孔体によって覆われている、ガスセンサ。 - 前記多孔体は、多孔質のアルミナである、請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記多孔体の最大厚みをAとし、前記多孔体の気孔率をBとした場合に、A/Bは、0.1以上、10.0以下である、請求項1又は請求項2に記載のガスセンサ。
- 前記A/Bは、0.5以上、10.0以下である請求項3に記載のガスセンサ。
- 前記多孔体の気孔率は、5%以上、50%以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 前記多孔体の最大厚みは、5μm以上、50μm以下である、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のガスセンサ。
- 前記センサ素子においては、前記第1内部空所に連通する第2内部空所が形成されており、
前記センサ素子は、第2ポンプセルをさらに備え、
前記第2ポンプセルは、
前記第2内部空所内に形成された補助ポンプ電極と、
前記外側ポンプ電極とを備え、
前記第2ポンプセルは、前記補助ポンプ電極及び前記外側ポンプ電極の間に電圧を印加することによって、前記第2内部空所内の酸素を汲み出すように構成されており、
前記補助ポンプ電極は、前記発熱部から遠い第3電極部と、前記発熱部に近い第4電極部とを備え、
前記第4電極部の少なくとも一部分は、多孔体によって覆われている、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のガスセンサ。
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