JP2020106438A - ガスセンサ素子及びガスセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
上記固体電解質体の主面(21)に形成され、測定ガス(G)に曝される測定電極膜(31)と、
上記測定ガスを導入する測定ガス取込口(15)と、を有するガスセンサ素子(10)であって、
上記測定電極膜は、貴金属からなる貴金属領域(311)と、固体電解質からなる固体電解質領域(312)と、上記貴金属と上記固体電解質とが入り混じった混在領域(313)とを有し、
上記測定電極膜は、上記測定ガス取込口側の電極端(314)から、上記測定ガスの取込方向(DG)に沿う方向での上記測定電極膜の全長Lの1/4までの第1領域(315)内に存在する上記混在領域の平均厚さD1が、上記取込方向に沿う方向において上記第1領域よりも上記測定電極膜の中心(O1)寄りの領域内に存在する上記混在領域の平均厚さよりも大きくなる分布構造を有する、ガスセンサ素子にある。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
ガスセンサ素子及びガスセンサに係る実施形態について、図1〜図11を参照して説明する。図2〜図4に例示されるように、ガスセンサ素子10は、固体電解質体20と、測定電極膜31と、測定ガス取込口15とを少なくとも有する。
D1>D2の関係を満足する形態、D1>D3の関係を満足する形態としては、図6には、測定ガス取込口15側から取込方向DGに沿う方向に中心O1に向けて混在領域313の厚みが小さくなる分布構造が例示されるが、この構造に限定されない。少なくともD1>D2の関係を満足する構造であれば、分布構造に該当する。
測定ガス取込口15がガスセンサ素子10の側面に設けられた実施形態について説明する。実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。また、実施形態2以降の構成等に関して、特に言及しない構成、矛盾しない構成等については、既出の実施形態と同様である。
本例は、測定ガス取込口15が側面に形成されたガスセンサ素子の変形例である。図15は、ガスセンサ素子10の短手方向Yと厚み方向Zの両方に沿う面での断面図であり、ガスセンサ素子10の積層方向(つまり、厚み方向Z)とガス取込方向DGに沿う面での断面図でもある。
次に、測定電極膜に混在領域の分布構造を有さないガスセンサ素子90について説明する。図16に例示されるように、本形態のガスセンサ素子90は、測定電極膜91に混在領域313有するが、測定ガスGの取込方向DGに沿う方向に混在領域313の厚みが小さくなっておらず、上述の第1領域315における混在領域313の平均厚さと、第2領域316における混在領域313との平均厚さとに差がない。具体例としては、測定電極膜91の全体にわたって均等な厚みで混在領域313が形成された場合が挙げられる。
次に、測定ガス取込口15側において、基準電極膜32の電極端324と測定電極膜31の電極端314との位置が異なるガスセンサ素子10について説明する。図17、図18に例示されるように、本形態のガスセンサ素子10では、基準電極膜32の測定ガス取込口15側の電極端324が、測定電極膜31の測定ガス取込口15側の電極端314よりも測定ガス取込口15寄りに配置されている。つまり、測定電極膜31の測定ガス取込口15側の電極端314よりも、基準電極膜32の測定ガス取込口15側の電極端324が測定ガス取込口15側へ延設されている。
次に、図19、図20を参照しながら、測定電極膜31における発熱分布の最高温度位置が測定電極膜31の中心O1よりも測定ガス取込口15寄りになるように構成されたガスセンサ素子10について説明する。図19、図20は、ガスセンサ素子のヒータ5の発熱体形成面に、拡散抵抗層44、測定電極膜31を厚み方向Zに投影した図を示している。
(1)ヒータを通電発熱による固体電解質の還元。
(2)還元した固体電解質と貴金属との相互拡散による固溶状態の形成。
(3)還元した固体電解質が酸化されることによる混在領域313の形成。
本例では、測定電極膜31の第1領域315及び測定電極膜31全体における混在領域313の平均厚みと、電極活性時間及び応答性との関係を比較評価する。まず、画像解析による混在領域313の平均厚みの測定方法について説明する。
DS=S1/L1 ・・・式I
10 ガスセンサ素子
20 固体電解質体
15 測定ガス取込口
31 測定電極膜
311 貴金属領域
312 固体電解質領域
313 混在領域
315 第1領域
Claims (8)
- 固体電解質体(20)と、
上記固体電解質体の主面(21)に形成され、測定ガス(G)に曝される測定電極膜(31)と、
上記測定ガスを導入する測定ガス取込口(15)と、を有するガスセンサ素子(10)であって、
上記測定電極膜は、貴金属からなる貴金属領域(311)と、固体電解質からなる固体電解質領域(312)と、上記貴金属と上記固体電解質とが入り混じった混在領域(313)とを有し、
上記測定電極膜は、上記測定ガス取込口側の電極端(314)から、上記測定ガスの取込方向(DG)に沿う方向での上記測定電極膜の全長Lの1/4までの第1領域(315)内に存在する上記混在領域の平均厚さD1が、上記取込方向に沿う方向において上記第1領域よりも上記測定電極膜の中心(O1)寄りの領域内に存在する上記混在領域の平均厚さよりも大きくなる分布構造を有する、ガスセンサ素子。 - 上記第1領域内の上記混在領域の平均厚さD1と、上記測定電極膜の全体に存在する上記混在領域の平均厚さD3とが、D1>D3の関係を満足する、請求項1に記載のガスセンサ素子。
- 上記第1領域内の上記混在領域の平均厚さD1が0.1μm以上である、請求項1又は2に記載のガスセンサ素子。
- 上記測定電極膜の全体に存在する上記混在領域の平均厚さD3が0.08μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。
- 上記主面が第1主面(211)であり、上記固体電解質体は、上記第1主面とは反対側に位置する第2主面(212)を有し、該第2主面には基準ガス(A)に晒される基準電極膜(32)が形成されており、上記基準電極膜の上記測定ガス取込口側の電極端(324)が、上記測定電極膜の上記測定ガス取込口側の上記電極端よりも上記測定ガス取込口寄りに配置されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。
- さらに、上記ガスセンサ素子は、該ガスセンサ素子を加熱するヒータ(5)を備え、該ヒータは、上記測定電極膜における発熱分布の最高温度位置が上記測定電極膜の上記取込方向に沿う方向おける上記中心よりも上記測定ガス取込口寄りになるように構成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。
- 上記ガスセンサ素子は、上記測定ガス取込口から上記測定ガスが導入される測定ガス空間(41)と、
上記基準ガスが導入される基準ガス取込口(16)と、
該基準ガス取込口(16)から上記基準ガスが導入される基準ガス空間(42)と、を有し、
上記固体電解質体は、上記測定ガス空間と上記基準ガス空間との間に配置され、上記固体電解質体の上記第1主面が上記測定ガス空間に面し、上記第2主面が上記基準ガス空間に面し、
上記ガスセンサ素子は長手方向に長い形状を有し、上記測定ガス取込口は、上記ガスセンサ素子の上記長手方向の先端に形成されており、上記基準ガス取込口は、上記長手方向における上記先端とは反対側に形成されている、請求項5又は6に記載のガスセンサ素子。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の上記ガスセンサ素子を備える、ガスセンサ(1)。
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