JP6752184B2 - ガスセンサ素子およびガスセンサ - Google Patents
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Description
上記測定電極および上記基準電極は、いずれも、貴金属粒子(33)と、酸素イオン伝導性を有する固体電解質粒子(34)と、気孔(35)とを含んで構成されており、
上記測定電極は、
上記測定ガスとの接触面となる表面を備える表面測定電極層(311)と、上記表面測定電極層の上記固体電解質体側の面に接して配置された中間測定電極層(312)と、を有しており、
上記表面測定電極層の気孔率は、上記中間測定電極層の気孔率よりも大きく、
上記中間測定電極層は、複数層から構成されており、
上記中間測定電極層を構成する各層の気孔率は、上記固体電解質体側から上記表面測定電極層に向かって大きくなる、ガスセンサ素子(10)にある。
実施形態1のガスセンサ素子およびガスセンサについて、図1〜図3を用いて説明する。なお、実施形態1のガスセンサ素子およびガスセンサは、参考形態のガスセンサ素子およびガスセンサである。図3に例示されるように、本実施形態のガスセンサ素子10は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体20と、固体電解質体20の一方面に設けられて測定ガスGに曝される測定電極31と、固体電解質体20の他方面に設けられて基準ガスAに曝される基準電極32とを有している。測定電極31および基準電極32は、いずれも、貴金属粒子33と、酸素イオン伝導性を有する固体電解質粒子34と、気孔35とを含んで構成されている。また、図1、図2に例示されるように、本実施形態のガスセンサ1は、本実施形態のガスセンサ素子10を有している。以下、詳説する。
実施形態2のガスセンサ素子およびガスセンサについて、図4を用いて説明する。なお、実施形態2以降において用いられる符号のうち、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。
実施形態3のガスセンサ素子およびガスセンサについて、図5を用いて説明する。なお、実施形態3のガスセンサ素子およびガスセンサは、参考形態のガスセンサ素子およびガスセンサである。
固体電解質体の一方面に、貴金属粒子と固体電解質粒子と造孔剤とを含む中間測定電極層形成用ペーストを厚み7μmでスクリーン印刷した後、さらに、貴金属粒子と固体電解質粒子と造孔剤とを含む表面測定電極層形成用ペーストを厚み7μmでスクリーン印刷した。なお、中間測定電極層形成用ペーストにおける貴金属粒子と固体電解質粒子との質量比は、97:3である。また、表面測定電極層形成用ペーストにおける貴金属粒子と固体電解質粒子との質量比は、96:4である。次いで、固体電解質体の他方面に、貴金属粒子と固体電解質粒子と造孔剤とを含む基準電極形成用ペーストを厚み7μmでスクリーン印刷した。なお、基準電極形成用ペーストにおける貴金属粒子と固体電解質粒子との質量比は、97:3である。上記において、固体電解質体には、イットリア部分安定化ジルコニアを用いた。貴金属粒子には、Pt粒子(一次粒子径:0.6〜10μm)を用いた。固体電解質粒子には、イットリア安定化ジルコニア(一次粒子径:0.2〜3μm)を用いた。次いで、各ペーストが印刷された固体電解質体を、1450℃で焼成した。これにより、試料1のガスセンサ素子を得た。
[電極比抵抗(Ω・cm)]=[電気抵抗(Ω)]×[幅(cm)]×[厚さ(cm)]/[長さ(cm)]
試料1のガスセンサ素子の作製に準じ、表面測定電極層の気孔率が異なる複数のガスセンサ素子を作製し、表面測定電極層の気孔率と電極反応抵抗との関係を求めた。その結果を、図12に示す。
試料1のガスセンサ素子の作製に準じ、中間測定電極層の気孔率が異なる複数のガスセンサ素子を作製し、中間測定電極層の気孔率と電極比抵抗との関係を求めた。その結果を、図13に示す。
試料1のガスセンサ素子を組み込んだ試料1のガスセンサを用い、大気中で温度を600℃、650℃、700℃とした場合におけるガスセンサの印加電圧とセンサ電流との関係を測定した。その結果を、図14に示す。また、試料1Cのガスセンサ素子を組み込んだ試料1Cのガスセンサを用い、大気中で温度を600℃、650℃、700℃とした場合におけるガスセンサの印加電圧とセンサ電流との関係を測定した。その結果を、図15に示す。なお、本実験例では、ガスセンサは、A/F(空燃比)センサとして使用されるものであり、0.4Vの電流値を測定することで、空燃比を求めるよう構成されている。
以下、参考形態の例を付記する。
項1.
酸素イオン伝導性を有する固体電解質体(20)と、上記固体電解質体の一方面に設けられて測定ガス(G)に曝される測定電極(31)と、上記固体電解質体の他方面に設けられて基準ガス(A)に曝される基準電極(32)とを有しており、
上記測定電極および上記基準電極は、いずれも、貴金属粒子(33)と、酸素イオン伝導性を有する固体電解質粒子(34)と、気孔(35)とを含んで構成されており、
上記測定電極は、
上記測定ガスとの接触面となる表面を備える表面測定電極層(311)と、上記表面測定電極層の上記固体電解質体側の面に接して配置された中間測定電極層(312)と、を有しており、
上記表面測定電極層の気孔率は、上記中間測定電極層の気孔率よりも大きい、ガスセンサ素子(10)。
項2.
上記表面測定電極層の気孔率が、15%以上30%以下である、項1に記載のガスセンサ素子。
項3.
上記中間測定電極層の気孔率が、15%以下である、項1または項2に記載のガスセンサ素子。
項4.
上記中間測定電極層は、複数層から構成されている、項1〜項3のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。
項5.
上記基準電極は、
上記基準ガスとの接触面となる表面を備える表面基準電極層(321)と、上記表面基準電極層の上記固体電解質体側の面に接して配置された中間基準電極層(322)と、を有しており、
上記表面基準電極層の気孔率は、上記中間基準電極層の気孔率よりも大きい、項1〜項4のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。
項6.
上記表面基準電極層の気孔率が、15%以上30%以下である、項5に記載のガスセンサ素子。
項7.
上記中間基準電極層の気孔率が、15%以下である、項5または項6に記載のガスセンサ素子。
項8.
上記中間基準電極層は、複数層から構成されている、項5〜項7のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。
項9.
上記貴金属粒子を構成する貴金属は、Pt、または、Ptと、Rh、Pd、Au、および、Agからなる群より選択される少なくとも1種との合金である、項1〜項8のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。
項10.
項1〜項9のいずれか1項に記載のガスセンサ素子を有するガスセンサ(1)。
10 ガスセンサ素子
20 固体電解質体
31 測定電極
32 基準電極
33 貴金属粒子
34 固体電解質粒子
35 気孔
311 表面測定電極層
312 中間測定電極層
G 測定ガス
A 基準ガス
Claims (10)
- 酸素イオン伝導性を有する固体電解質体(20)と、上記固体電解質体の一方面に設けられて測定ガス(G)に曝される測定電極(31)と、上記固体電解質体の他方面に設けられて基準ガス(A)に曝される基準電極(32)とを有しており、
上記測定電極および上記基準電極は、いずれも、貴金属粒子(33)と、酸素イオン伝導性を有する固体電解質粒子(34)と、気孔(35)とを含んで構成されており、
上記測定電極は、
上記測定ガスとの接触面となる表面を備える表面測定電極層(311)と、上記表面測定電極層の上記固体電解質体側の面に接して配置された中間測定電極層(312)と、を有しており、
上記表面測定電極層の気孔率は、上記中間測定電極層の気孔率よりも大きく、
上記中間測定電極層は、複数層から構成されており、
上記中間測定電極層を構成する各層の気孔率は、上記固体電解質体側から上記表面測定電極層に向かって大きくなる、ガスセンサ素子(10)。 - 上記表面測定電極層の気孔率が、15%以上30%以下である、請求項1に記載のガスセンサ素子。
- 上記中間測定電極層の気孔率が、15%以下である、請求項1または2に記載のガスセンサ素子。
- 上記基準電極は、
上記基準ガスとの接触面となる表面を備える表面基準電極層(321)と、上記表面基準電極層の上記固体電解質体側の面に接して配置された中間基準電極層(322)と、を有しており、
上記表面基準電極層の気孔率は、上記中間基準電極層の気孔率よりも大きい、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。 - 上記表面基準電極層の気孔率が、15%以上30%以下である、請求項4に記載のガスセンサ素子。
- 上記中間基準電極層の気孔率が、15%以下である、請求項4または5に記載のガスセンサ素子。
- 上記中間基準電極層は、複数層から構成されている、請求項4〜6のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。
- 上記貴金属粒子を構成する貴金属は、Pt、または、Ptと、Rh、Pd、Au、および、Agからなる群より選択される少なくとも1種との合金である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のガスセンサ素子。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載のガスセンサ素子を有するガスセンサ(1)。
- A/Fセンサである、請求項9に記載のガスセンサ。
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