JP5653955B2 - ガスセンサ用のセンサ素子の製造方法、電気的特性検査方法、および前処理方法 - Google Patents
ガスセンサ用のセンサ素子の製造方法、電気的特性検査方法、および前処理方法 Download PDFInfo
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Description
請求項7の発明は、請求項1または請求項2に記載のセンサ素子の製造方法であって、
前記電気化学的ポンプセルが、前記第1の電極を外部電極とし、前記第2の電極を測定電極とする測定用ポンプセルであり、前記ガスセンサにおいては、前記空所に存在する前記被測定ガス中の前記所定のガス成分が前記第2の電極において分解されることで前記測定用ポンプセルを流れる電流に基づいてガス成分濃度が求められる、ことを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項3または請求項4に記載のセンサ素子の電気的特性検査方法であって、前記電気化学的ポンプセルが、前記第1の電極を外部電極とし、前記第2の電極を測定電極とする測定用ポンプセルであり、前記ガスセンサにおいては、前記空所に存在する前記被測定ガス中の前記所定のガス成分が前記第2の電極において分解されることで前記測定用ポンプセルを流れる電流に基づいてガス成分濃度が求められる、ことを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項5または請求項6に記載のセンサ素子の前処理方法であって、前記電気化学的ポンプセルが、前記第1の電極を外部電極とし、前記第2の電極を測定電極とする測定用ポンプセルであり、前記ガスセンサにおいては、前記空所に存在する前記被測定ガス中の前記所定のガス成分が前記第2の電極において分解されることで前記測定用ポンプセルを流れる電流に基づいてガス成分濃度が求められる、ことを特徴とする。
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解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。
次に、上述のような構造を有するセンサ素子101を製造するプロセスについて説明する。概略的にいえば、本実施の形態においては、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複数枚のグリーンシートに所定のパターンを形成した上でそれらの積層体を形成し、該積層体を切断・焼成することによってセンサ素子101を作製する。
続いて、素子特性検査に用いる検査装置について説明する。図5は、素子特性検査に用いる検査装置1000を例示する模式図である。検査装置1000は、混合ガスを所望の混合比にて供給する混合ガス供給装置102と、混合ガス供給装置102から混合ガスが導入される測定チャンバ103と、測定チャンバ103に配置したセンサ素子101の所定位置にプローブ104を接続することにより、所定の電気的測定を行える測定装置105と、を備える。測定装置105としては、検査内容に見合った測定が行える測定器等が適宜に用いられればよい。
次に、上述の検査装置1000を用いて行う素子特性検査について説明する。素子特性検査は、概略、検査装置1000の測定チャンバ103にセンサ素子101をセットした後、NOx濃度が既知の検査用ガスを測定チャンバ103に流しながら、センサ素子101のNOx電流Ip2を測定することによって行う。
次に、本実施の形態において行うプレ処理について説明する。
2 第2基板層
3 第3基板層
4 固体電解質層
5 スペーサ層
6 固体電解質層
10 ガス導入口
11 第1拡散律速部
12 緩衝空間
13 第2拡散律速部
20 第1内部空所
21 主ポンプセル
22 内側ポンプ電極
23 外側ポンプ電極
30 第3拡散律速部
40 第2内部空所
41 測定用ポンプセル
42 基準電極
43 基準ガス導入空間
44 測定電極
45 拡散律速部
45 電極保護層
48 大気導入層
50 補助ポンプセル
51 補助ポンプ電極
100 ガスセンサ
101 センサ素子
102 混合ガス供給装置
103 測定チャンバ
104 プローブ
105 測定装置
1000 検査装置
Vout 外部電源
Claims (9)
- 被測定ガス中の所定のガス成分の濃度を測定するガスセンサ用のセンサ素子の製造方法であって、
前記センサ素子が、
酸素イオン伝導性固体電解質層と、
前記酸素イオン伝導性固体電解質層の表面に形成された第1の電極と、
前記酸素イオン伝導性固体電解質層の内部に設けた空所に形成された第2の電極と、
を有する電気化学的ポンプセルを含んで構成されるものであり、
酸素イオン伝導性固体電解質であるセラミックスを主成分とするグリーンシートに導電性ペーストからなる配線パターンを印刷形成する印刷工程と、
前記印刷工程を経た複数のグリーンシートを積層し一体化する積層工程と、
前記積層工程によって得られた積層体から複数の素子体を切り出す切断工程と、
前記切断工程によって切り出された素子体を焼成する焼成工程と、
前記焼成工程を経た素子体を還元雰囲気で加熱するエージング工程と、
前記エージング工程を経た素子体に備わる前記第1の電極と前記第2の電極との間にのみ、外部電源によって電圧を印加することによって、前記第2の電極に付着した前記エージング工程の雰囲気ガスを分解除去する分解除去工程と、
前記分解除去工程を経た素子体の電気的特性を検査する検査工程と、
を含むことを特徴とするガスセンサ用のセンサ素子の製造方法。 - 請求項1に記載のセンサ素子の製造方法であって、
前記分解除去工程においては、前記第1の電極を前記外部電源の負極と接続し、かつ、前記第2の電極を前記外部電源の正極と接続したうえで、前記第1の電極と前記第2の電極の間に、前記電気化学的ポンプセルによって前記空所から酸素が汲み出される向きに直流電圧を印加する、
ことを特徴とするガスセンサ用のセンサ素子の製造方法。 - 被測定ガス中の所定のガス成分の濃度を測定するガスセンサ用のセンサ素子の電気的特性を検査する方法であって、
前記センサ素子が、
酸素イオン伝導性固体電解質層と、
前記酸素イオン伝導性固体電解質層の表面に形成された第1の電極と、
前記酸素イオン伝導性固体電解質層の内部に設けた空所に形成された第2の電極と、
を有する電気化学的ポンプセルを含んで構成されるものであり、
前記センサ素子に備わる前記第1の電極と前記第2の電極との間にのみ、外部電源によって電圧を印加することによって、前記第2の電極に付着したガス成分を分解除去した後に、電気的特性を検査する、
ことを特徴とするガスセンサ用のセンサ素子の電気的特性検査方法。 - 請求項3に記載のセンサ素子の電気的特性検査方法であって、
前記ガス成分の分解除去の際には、前記第1の電極を前記外部電源の負極と接続し、かつ、前記第2の電極を前記外部電源の正極と接続したうえで、前記第1の電極と前記第2の電極の間に、前記電気化学的ポンプセルによって前記空所から酸素が汲み出される向きに直流電圧を印加する、
ことを特徴とするガスセンサ用のセンサ素子の電気的特性検査方法。 - 被測定ガス中の所定のガス成分の濃度を測定するガスセンサ用のセンサ素子の、電気的特性の検査に先立って行う前処理方法であって、
前記センサ素子が、
酸素イオン伝導性固体電解質層と、
前記酸素イオン伝導性固体電解質層の表面に形成された第1の電極と、
前記酸素イオン伝導性固体電解質層の内部に設けた空所に形成された第2の電極と、
を有する電気化学的ポンプセルを含んで構成されるものであり、
前記センサ素子に備わる前記第1の電極と前記第2の電極との間にのみ、外部電源によって電圧を印加することによって、前記第2の電極に付着したガス成分を分解除去する、
ことを特徴とするガスセンサ用のセンサ素子の前処理方法。 - 請求項5に記載のセンサ素子の前処理方法であって、
前記ガス成分の分解除去の際には、前記第1の電極を前記外部電源の負極と接続し、かつ、前記第2の電極を前記外部電源の正極と接続したうえで、前記第1の電極と前記第2の電極の間に、前記電気化学的ポンプセルによって前記空所から酸素が汲み出される向きに直流電圧を印加する、
ことを特徴とするガスセンサ用のセンサ素子の前処理方法。 - 請求項1または請求項2に記載のセンサ素子の製造方法であって、
前記電気化学的ポンプセルが、前記第1の電極を外部電極とし、前記第2の電極を測定電極とする測定用ポンプセルであり、
前記ガスセンサにおいては、前記空所に存在する前記被測定ガス中の前記所定のガス成分が前記第2の電極において分解されることで前記測定用ポンプセルを流れる電流に基づいてガス成分濃度が求められる、
ことを特徴とするガスセンサ用のセンサ素子の製造方法。 - 請求項3または請求項4に記載のセンサ素子の電気的特性検査方法であって、
前記電気化学的ポンプセルが、前記第1の電極を外部電極とし、前記第2の電極を測定電極とする測定用ポンプセルであり、
前記ガスセンサにおいては、前記空所に存在する前記被測定ガス中の前記所定のガス成分が前記第2の電極において分解されることで前記測定用ポンプセルを流れる電流に基づいてガス成分濃度が求められる、
ことを特徴とするガスセンサ用のセンサ素子の電気的特性検査方法。 - 請求項5または請求項6に記載のセンサ素子の前処理方法であって、
前記電気化学的ポンプセルが、前記第1の電極を外部電極とし、前記第2の電極を測定電極とする測定用ポンプセルであり、
前記ガスセンサにおいては、前記空所に存在する前記被測定ガス中の前記所定のガス成分が前記第2の電極において分解されることで前記測定用ポンプセルを流れる電流に基づいてガス成分濃度が求められる、
ことを特徴とするガスセンサ用のセンサ素子の前処理方法。
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