JP7194694B2 - ガスセンサ素子 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態に係るセンサ素子101の長手方向に沿った断面図を含む、ガスセンサ100の構成を模式的に示す図である。ガスセンサ100は、限界電流型のガスセンサの一種であって、被測定ガス中のNOxを検出し、その濃度を求めるNOxセンサである。その要部たるセンサ素子101は、酸素イオン伝導性固体電解質であるジルコニア(イットリア安定化ジルコニア)を主成分とするセラミックスを構造材料として構成されてなる。なお、以降においては、係る構造材料を単に(酸素イオン伝導性)固体電解質と称することがある。
次に、センサ素子101に備わるゲッタリング層について説明する。上述のように、本実施の形態に係るセンサ素子101においては、第2~第6固体電解質層2~6の間に介在する層間接合層が、ゲッタリング層となっている。また、センサ素子101に備わる種々の電極は、ゲッタリング層を介して、固体電解質層の上に形成されてなる。
ゲッタリング層61~65は、例えば、センサ素子101の作製プロセスにおいて、当該ゲッタリング層61~65となるパターンを印刷することにより形成することができるほか、ゲッタリング層形成用のグリーンシートを、第1ないし第6固体電解質層1~6の形成用のグリーンシートに積層することによって形成することも可能である。
図3は、センサ素子101のより実際的な形態を示す断面図である。図3のセンサ素子101は、各ゲッタリング層61~65が、隣接する固体電解質層の略全面に形成されてなる点で、図1のセンサ素子101と相違する。ここで、略全面とは、形成可能な範囲の全体を意味する。
上述の実施の形態においては、ゲッタリング層にゲッタリング効果を発現させるための物質として、SiO2とAl2O3とが用いられているが、ゲッタリング層にゲッタリング効果を発現させる物質はこれらに限られない。例えば、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、チタニア、スピネルなどが単独で採用される態様であってもよいし、それらの物質にSiO2とAl2O3とを含めた中から、2種以上の物質が選択されて用いられる態様であってもよい。あるいはさらに、それらの物質の中から選ばれた2つ以上の材料を含む複合酸化物や複合窒化物が採用される態様であってもよい。
実施例として、図3に示す形態のセンサ素子101を作製し、当該センサ101を用いてガスセンサ100を構成した。
上述の実施例と比較例の双方のガスセンサを6本ずつ用意し、それぞれについて、大気中で3000時間連続して駆動する、大気中耐久試験を行った。その際、駆動開始時と、400時間経過時と、1000時間経過時と、2000時間経過時と、3000時間経過時に、測定ポンプセル41を流れるNOx電流Ip2を測定した。なお、センサ素子駆動温度は850℃とした。
上述の実施例と比較例の双方のガスセンサを6本ずつ用意し、それぞれについて、ディーゼルエンジン(排気量:3000cc)の排気管に取り付け、該ディーゼルエンジンの排ガスの雰囲気内で3000時間連続して駆動する、ディーゼル耐久試験を行った。
Claims (6)
- ガスセンサ素子であって、
複数の固体電解質層が積層されてなり、
一対の電極と前記複数の固体電解質層のうち前記一対の電極の間に存在する部分とからなる電気化学的セルと、
前記ガスセンサ素子を加熱可能なヒータ部と、
前記複数の固体電解質層の層間に位置する層間ゲッタリング層と、前記複数の固体電解質層のうち前記一対の電極の間に存在する部分と前記一対の電極のそれぞれとの間に位置する電極ゲッタリング層と、を備え、前記ガスセンサ素子の駆動時に前記電極および前記ヒータ部の金属成分中の不純物をゲッタリングするゲッタリング層と、
を備えることを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項1に記載のガスセンサ素子であって、
前記複数の固体電解質層がジルコニアからなり、
前記層間ゲッタリング層および前記電極ゲッタリング層が、SiO2、Al2O3、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、チタニア、スピネルからなる群のうち少なくとも1つを添加してなるジルコニアからなる、
ことを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項2に記載のガスセンサ素子であって、
前記層間ゲッタリング層および前記電極ゲッタリング層が、SiO2とAl2O3とを合計で0.5wt%~12wt%の重量比率にて内添加してなるジルコニアからなる、
ことを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項3に記載のガスセンサ素子であって、
前記層間ゲッタリング層および前記電極ゲッタリング層が、SiO2とAl2O3とを合計で1wt%~10wt%の重量比率にて内添加してなるジルコニアからなる、
ことを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のガスセンサ素子であって、
前記複数の固体電解質層のうちの同一の固体電解質層上に形成される前記層間ゲッタリング層と前記電極ゲッタリング層とが、連続した一のゲッタリング層として設けられてなる、ことを特徴とするガスセンサ素子。 - 請求項5に記載のガスセンサ素子であって、
前記連続した一のゲッタリング層が、前記複数の固体電解質層のうち当該連続した一のゲッタリング層に隣接する固体電解質層の、前記連続した一のゲッタリング層に対する隣接面の略全面に、設けられてなる、
ことを特徴とするガスセンサ素子。
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