JP2017096909A - ガスセンサの検知電極、導電性ペーストの製造方法、ガスセンサ、および、ガスセンサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1の構成に係るガスセンサ100Aの構成の一例を概略的に示す断面模式図である。図1(a)は、ガスセンサ100Aの主たる構成要素であるセンサ素子101Aの長手方向に沿った垂直断面図である。また、図1(b)は、図1(a)のA−A’位置におけるセンサ素子101Aの長手方向に垂直な断面を含む図である。
図2は、ガスセンサ100Aの変形例であるガスセンサ100Bの構成の一例を概略的に示す断面模式図である。図2(a)は、ガスセンサ100Bの主たる構成要素であるセンサ素子101Bの長手方向に沿った垂直断面図である。また、図2(b)は、図2(a)のB−B’位置におけるセンサ素子101Bの長手方向に垂直な断面を含む図である。
図3は、本発明の第2の構成に係るガスセンサ100Cの構成の一例を概略的に示す断面模式図である。図3(a)は、ガスセンサ100Cの主たる構成要素であるセンサ素子101Cの長手方向に沿った垂直断面図である。また、図3(b)は、図3(a)のC−C’位置におけるセンサ素子101Cの長手方向に垂直な断面を含む図である。
上述のように、ガスセンサ100Aないし100Cにおいては、検知電極10を、未燃炭化水素ガスに対する触媒活性が所定の濃度範囲について不能化されるように形成する。これは、検知電極10の導電性成分(貴金属成分)として、主成分である白金(Pt)に加えて金(Au)を含有させることで実現される。
素子制御温度:600℃;
ガス雰囲気:O2=10%、H2O=5%、C2H4=200−16000ppmC;
ガス流量:5L/min;
圧力:1atm;
電極保護層:気孔率40%、12μm。
分析装置:X線光電子分光装置(島津/KRATOS製 ACXIS−HS);
X線源:モノクロAl;
管電圧・管電流:15kV、15mA;
レンズ条件:Magnetic(分析面積120umφ);
分解能:Pass Energy80;
走査速度:200eV/min(1eVステップ)。
次に、図1ないし図3に例示するような層構造を有する場合を例として、センサ素子101Aないし101Cを製造するプロセスについて説明する。概略的にいえば、図1ないし図3に例示するセンサ素子101Aないし101Cは、ジルコニアなどの酸素イオン伝導性固体電解質をセラミックス成分として含むグリーンシートからなる積層体を形成し、該積層体を切断・焼成することによって作製される。酸素イオン伝導性固体電解質としては、例えば、イットリウム部分安定化ジルコニア(YSZ)などが例示される。
次に、検知電極10の形成に用いる導電性ペーストについて説明する。検知電極形成用の導電性ペーストは、Auの出発原料としてAuイオン含有液体を用い、該Auイオン含有液体を、Pt粉末と、ジルコニア粉末と、バインダーとを混合することによって作製する。なお、バインダーとしては、他の原料を印刷可能な程度に分散させることができ、焼成によりすべて焼失するものを適宜選べばよい。係る態様での導電性ペーストの作製を、Au液体混合と称することとする。
検知電極形成用の導電性ペーストを作製するにあたっては、上述のようにAu液体混合によって作製する代わりに、Ptの粉末にAuをコーティングしたコーティング粉末を出発原料として作製するようにしてもよい。係る場合、当該コーティング粉末と、ジルコニア粉末と、バインダーとを混合することによって、空所内ポンプ電極用の導電性ペーストを作製する。ここで、コーティング粉末としては、Pt粉末の粒子表面をAu膜にて被覆してなる態様のものを用いるようにしてもよいし、Pt粉末粒子にAu粒子を付着させてなる態様のものを用いるようにしてもよい。
上述の実施の形態においては、検知電極10を、XPSによる測定結果に基づいて算出したAu存在比が0.1以上0.3未満となるように形成しているが、Au存在比の算出は、AES(オージェ電子分光)による測定結果を用いて行われる態様であってもよい。係る場合においては、検知電極10を構成する貴金属粒子の表面におけるAuの存在比率を表す指標として、検知電極10の表面における本実施の形態にて用いているAu存在比と実質的に等価な、あるいは該Au存在比との間で換算可能な指標値が用いられる態様であってもよい。なお、オージェ分析を行う場合は、センサ素子の破断面を分析対象としてAu存在比を求める態様であってもよい。
10 検知電極
20 基準電極
30 基準ガス導入層
40 基準ガス導入空間
50 表面保護層
60 電位差計
70 ヒータ部
71 ヒータ電極
72 ヒータ
73 スルーホール
74 ヒータ絶縁層
75 圧力放散孔
100A、100B、100C ガスセンサ
101A、101B、101C センサ素子
E1 (センサ素子の)先端部
E2 (センサ素子の)基端部
Sa (センサ素子の)表面
Sb (センサ素子の)裏面
Claims (13)
- 被測定ガス中の所定ガス成分の濃度を測定する混成電位型のガスセンサに設けられた、前記所定ガス成分を検知するための検知電極であって、
貴金属と酸素イオン伝導性を有する固体電解質とのサーメットからなり、
前記貴金属がPtとAuであり、
前記検知電極を構成する貴金属粒子の表面のうち前記Ptが露出している部分に対する前記Auが被覆している部分の面積比率であるAu存在比が0.1以上0.3未満である、
ことを特徴とするガスセンサの検知電極。 - 被測定ガス中の所定ガス成分の濃度を測定する混成電位型のガスセンサであって、
酸素イオン伝導性の固体電解質を主たる構成材料とするセンサ素子と、
前記センサ素子の表面に設けられた、請求項1に記載の検知電極と、
Ptと酸素イオン伝導性を有する固体電解質とのサーメットからなる基準電極と、
を備え、
前記検知電極と前記基準電極との間の電位差に基づいて前記所定ガス成分の濃度を求める、
ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項2に記載のガスセンサであって、
少なくとも前記検知電極を被覆する多孔質層である電極保護層、
をさらに備えることを特徴とするガスセンサ。 - 請求項2または請求項3に記載のガスセンサであって、
前記センサ素子が、
前記被測定ガスが存在する空間と隔絶されてなり、基準ガスが導入される基準ガス導入空間、
をさらに備え、
前記基準電極が前記基準ガスの雰囲気下に配置される、
ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項4に記載のガスセンサであって、
前記センサ素子が、
前記基準ガス導入空間に連通する多孔質層である基準ガス導入層、
をさらに備え、
前記基準電極が前記基準ガス導入層に被覆されてなる、
ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項4に記載のガスセンサであって、
前記基準電極を前記基準ガス導入空間に露出させて配置してなる、
ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項2または請求項3に記載のガスセンサであって、
前記検知電極と前記基準電極が前記センサ素子の表面に配置されてなる、
ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項7に記載のガスセンサであって、
前記検知電極と前記基準電極とが電極保護層に被覆されてなる、
ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項2ないし請求項8のいずれかに記載のガスセンサであって、
前記所定ガス成分が炭化水素または一酸化炭素の少なくとも一種類である、
ことを特徴とするガスセンサ。 - 請求項1に記載のガスセンサの検知電極の形成に用いる導電性ペーストを製造する方法であって、
Pt粉末と、
Auイオンを含む塩もしくは有機金属錯体を溶媒へ溶解させてなるイオン含有液体と、
を出発原料に含むようにするとともに、
前記導電性ペーストの貴金属成分中の前記Auの重量比率が0.5wt%以上2wt%未満となるように、前記出発原料を作製する、
ことを特徴とする導電性ペーストの製造方法。 - 請求項1に記載のガスセンサの検知電極の形成に用いる導電性ペーストを製造する方法であって、
Pt粉末にAuをコーティングしたコーティング粉末を出発原料に含むようにするとともに、
前記導電性ペーストの貴金属成分中の前記Auの重量比率が0.5wt%以上2wt%未満となるように、前記出発原料を作製する、
ことを特徴とする導電性ペーストの製造方法。 - 請求項2ないし請求項9のいずれかに記載のガスセンサの製造方法であって、
前記検知電極を、請求項10または請求項11に記載の製造方法を用いて製造された導電性ペーストを用いて形成する、
ことを特徴とするガスセンサの製造方法。 - 請求項12に記載のガスセンサの製造方法であって、
いずれもが前記固体電解質からなる複数のグリーンシートを用意する工程と、
前記複数のグリーンシートのうちの1つに請求項10または請求項11に記載の製造方法によって製造された前記導電性ペーストを塗布することによって前記検知電極のパターンを形成する工程と、
前記検知電極のパターンを形成してなるグリーンシートを含む前記複数のグリーンシートの積層体を作成する工程と、
前記積層体を焼成することにより、前記検知電極が前記固体電解質と一体焼成する工程と、
を備えることを特徴とするガスセンサの製造方法。
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