JP4068552B2 - ガスセンサの製造方法 - Google Patents
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特に、抵抗変化やインピーダンス変化によってガス濃度を検知するガスセンサでは、電極と感応層との構成状態(特に境界部分の形状や面積)が、直接検知精度に影響を及ぼすことになるため、電極の形成が非常に重要な要素となる。
(2)請求項2の発明は、前記櫛歯電極のうちの一対の櫛歯が、該櫛歯の長手方向と直交する方向の櫛歯間距離の平均値に対する標準偏差が2%以下であることを特徴とする前記請求項1に記載のガスセンサの製造方法を要旨とする。
前記製造方法によってガスセンサを製造することにより、ガスセンサの対向する一対の櫛歯間の距離のばらつきが少なく、どの位置で測定しても櫛歯間の距離はほぼ一定とすることができる。つまり、形成された櫛歯には、にじみやかすれがなく、その間隔はほぼ一定とすることができるので、短絡や断線が発生する可能性が極めて低いという効果がある。
特に、抵抗変化やインピーダンス変化によってガス濃度を検知するガスセンサの場合には、電極の形状(従って電極と感応部との構造部分の形状)が崩れていない好ましい状態にできるので、ガスセンサの検知精度を高くできるという効果がある。
(3)請求項3の発明は、前記櫛歯電極が、Au、Pt、Pd、Ir、Rh、Agから選ばれる1種以上の金属を、50重量%以上含有することを特徴とする前記請求項2に記載のガスセンサの製造方法を要旨とする。
本発明は、櫛歯電極の好ましい組成を例示したものであり、櫛歯電極がこの組成の場合には、測定対象のガスの濃度等を精度良く検知することができる。
a)まず、本実施例のアンモニアセンサの構成について説明する。尚、図1はアンモニアセンサの主要部分及びその分解した状態を示す斜視図である。
図2に示す様に、一対の櫛歯電極11、13は、長尺の絶縁基板5上に、絶縁基板5の長手方向(同図矢印Y方向)に沿って、厚膜印刷(スクリーン印刷)により形成された電極であり、櫛歯電極11、13の櫛歯23、25、27、29(31と総称する)が互いに入り込む様に、且つ、対向して櫛歯状に形成されている。
(1)まず、絶縁基板5とリード部7、9とを同時に形成する。
(2)次に、櫛歯電極11、13を覆って、感応層15を形成する。
そして、前記の方法にて得られたZrO2粉末とW溶液とを用い、W量とZrO2量とを調整して、即ち、W量がWO3換算で(WO3量及びZrO2量の合計量を100重量%としたときに)2〜40重量%の範囲の所定値(例えば10重量%)となるように調整して、るつぼに入れる。その後、乾燥機にて、120℃で24時間乾燥後、電気炉にて、800℃で5時間焼成し、目的のWを含有したZrO2の粉末を得る。
c)次に、本実施例のアンモニアセンサ1の作用効果を説明する。
図3にアンモニアセンサ1を前記矢印X方向に破断した断面(図1のM−M’断面)を模式的に示す様に、櫛歯電極11、13間(詳しくは各櫛歯31間)で、インピーダンス変化に関与する部分は、同図のメッシュで示す有効部45、47、49(51と総称する)である。従って、センサ特性のばらつきを低減するためには、櫛歯電極11、13の膜厚や形状が重要である。
(実験例1)
本実験例1は、櫛歯電極の断面形状を調べたものである。
(実験例2)
本実験例2は、実際に櫛歯電極の対向する櫛歯間の幅の寸法(櫛歯間距離)を調べたものである。
具体的には、前記図4に示す様な本発明例の試料に対して、櫛歯間距離c、dを測定した。また、前記図6に示す様な比較例の試料に対して、櫛歯間距離a、bを測定した。尚、測定位置に関しては、a〜dにおいて、それぞれランダムに20箇所にて間隙の幅の寸法を測定した。
(実験例3)
本実験例3は、実際に櫛歯電極の櫛歯の高さを調べたものである。
具体的には、東京精密(株)製 SURFCOM/400-Dを用いて測定することにより、前記図4に示す本発明例の試料に対して、断面I、II、IIIにおける櫛歯の高さを測定した。また、前記図6に示す比較例の試料に対して、断面I、II、IIIにおける櫛歯の高さを測定した。尚、測定位置に関しては、I〜IIIにおいて、櫛歯の長手方向における位置は揃えるようにして、短手方向にランダムに20箇所にて櫛歯の高さを測定した。また、I〜IIIの配置は、櫛歯の長手方向において、櫛歯電極をほぼ4等分する位置とした。
(実験例4)
本実験例4は、アンモニアセンサのセンサ出力の精度を調べたものである。
一方、比較例として、前記図6に示す櫛歯電極形状を有し且つ印刷方向が櫛歯の長手方向と直交するアンモニアセンサを20個製造した。
ガス温 :280℃
ガス流量:18L/min
ベースガスの組成 :O2:10体積%、H2O:5体積%、CO2:5体積%、残部N2
アンモニア添加濃度:100ppm
そして、アンモニアセンサの両電極のリード部間に、所定電圧(2V)、所定の周波数(400Hz)の交流電圧を印加し、それによって両電極間に流れる電流値から、アンモニアセンサ(従って感応層)のインピーダンス(Z)を測定した。その結果を、下記表3と、図8(本発明例)及び図9(比較例)に示す。尚、両図では、インピーダンスの値が近いグラフは一部重複している。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施しうることはいうまでもない。
また、ガスセンサは、前記実施例のアンモニアセンサに限定されるものではなく、インピーダンス変化式(抵抗変化式も含む)、静電容量式等の検知方式により、特定ガス濃度、湿度等を検知するガスセンサに適用されることはいうまでもない。例えば、各種の感湿層を有した湿度センサや、感湿層に酸化物半導体を用いたガスセンサ等に適用可能である。
3…素子部
5…絶縁基板
6…センサ素子部材
7、9…リード部
11、13…櫛歯電極
15…感応層
23、25、27、29、31…櫛歯
37、39、41、43…間隙
Claims (3)
- 支持基板上に厚膜印刷により形成され、互いに対向する長尺の櫛歯を有する一対の櫛歯電極と、該一対の櫛歯電極に接して設けられた感応部と、を有するガスセンサの製造方法において、
前記櫛歯の長手方向に沿って、前記櫛歯電極となる導体ペーストを厚膜印刷することを特徴とするガスセンサの製造方法。 - 前記櫛歯電極のうちの一対の櫛歯が、該櫛歯の長手方向と直交する方向の櫛歯間距離の平均値に対する標準偏差が2%以下であることを特徴とする前記請求項1に記載のガスセンサの製造方法。
- 前記櫛歯電極が、Au、Pt、Pd、Ir、Rh、Agから選ばれる1種以上の金属を、50重量%以上含有することを特徴とする前記請求項2に記載のガスセンサの製造方法。
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