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公開番号2024133966
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-03
出願番号2023044010
出願日2023-03-20
発明の名称センサ素子、ガスセンサ及びセンサ素子の製造方法
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人個人
主分類G01N 27/409 20060101AFI20240926BHJP(測定;試験)
要約【課題】被測定ガス中の未燃ガスを良好に燃焼して検知精度を向上させると共に、センサの応答速度の低下を抑制したセンサ素子、ガスセンサ及びセンサ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】固体電解質層30上に設けられる第1電極41と第2電極42と、外部から第1電極及び第2電極の少なくともいずれか一方の電極へ向かって導入される被測定ガスが通過するように、外部と一方の電極との間に介在する少なくとも1つ以上の多孔質層80とを有し、被測定ガス中の特定ガスを検出するセンサ素子10であって、少なくとも1つの多孔質層は、Pt、Pd及びRhの群から選ばれる1種以上の貴金属粒子90を担持した触媒層81であり、X線吸収微細構造解析をしたとき、触媒層に担持された貴金属粒子の吸収端での吸収強度Ipが貴金属粒子の純金属の吸収端での吸収強度Imと、貴金属粒子の酸化物の吸収端での吸収強度Ioとの間である。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
固体電解質層上に設けられる第１電極と、前記第１電極の対極となると共に前記固体電解質層上に設けられる第２電極と、外部から前記第１電極及び前記第２電極の少なくともいずれか一方の電極へ向かって導入される被測定ガスが通過するように、前記外部と前記一方の電極との間に介在する少なくとも１つ以上の多孔質層とを有し、前記被測定ガス中の特定ガスを検出するセンサ素子であって、
少なくとも１つの前記多孔質層は、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈの群から選ばれる１種以上の貴金属粒子を担持した触媒層であり、
Ｘ線吸収微細構造解析をしたとき、前記触媒層に担持された前記貴金属粒子の吸収端での吸収強度Ｉｐが前記貴金属粒子の純金属の吸収端での吸収強度Ｉｍと、前記貴金属粒子の酸化物の吸収端での吸収強度Ｉｏとの間であることを特徴とするセンサ素子。
続きを表示（約 620 文字）【請求項２】
前記貴金属粒子がＰｔを含み、Ｐｔの前記Ｉｍを０％とし、Ｐｔの前記Ｉｏを１００％としたとき、Ｐｔの前記Ｉｐが２～２０％であることを特徴とする請求項１記載のセンサ素子。
【請求項３】
センサ素子と、前記センサ素子を保持する主体金具とを備えたガスセンサであって、
前記センサ素子が請求項１又は２のセンサ素子であることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
固体電解質層上に設けられる第１電極と、前記第１電極の対極となると共に前記固体電解質層上に設けられる第２電極と、外部から前記第１電極及び前記第２電極の少なくともいずれか一方の電極へ向かって導入される被測定ガスが通過するように、前記外部と前記一方の電極との間に介在する少なくとも１つ以上の多孔質層とを有し、前記被測定ガス中の特定ガスを検出するセンサ素子の製造方法であって、
少なくとも１つの前記多孔質層は、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈの群から選ばれる１種以上の貴金属粒子を担持した触媒層であり、
前記触媒層となる前記多孔質層に、前記貴金属のイオン又は粒子を含む貴金属塩溶液を浸透させる浸透工程と、
前記貴金属塩溶液が浸透した前記多孔質層を、不活性雰囲気、又は酸素を２０００質量ｐｐｍ以下含む不活性雰囲気で、前記貴金属塩溶液の成分が熱分解する温度以上で熱処理する熱処理工程と、を有することを特徴とするセンサ素子の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃焼器や内燃機関等の燃焼ガスや排気ガス中に含まれる特定ガスのガス濃度を検出するガスセンサに好適に用いられるセンサ素子、ガスセンサ及びセンサ素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関の排気ガス等の被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を測定できるガスセンサとして、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質層の表面に一対の電極を形成してなるセルを備えた構成が知られている。ここで、各電極はＰｔ等の貴金属粒子を含むペーストをスクリーン印刷した後、焼成して形成されている。
また、被測定ガス中の未燃ガスの燃焼度合いを向上させるため、被測定側の検知電極を覆う触媒層を設ける技術が知られている（特許文献１）。この触媒層は、アルミナやチタニア等の多孔質層に貴金属粒子を担持させ、被測定ガス中の未燃ガス（Ｈ
２
、ＮＯｘ、ＨＣ等）を検知電極に到達する前に燃焼させて測定への影響を防止し、検知精度を向上させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００９－１８６４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、触媒層に担持される貴金属粒子の量が多くなるほど、未燃ガスの燃焼度合い（触媒能）が向上するが、触媒層でガスが燃焼することによってセンサの応答速度が低下する傾向にある。これは、触媒層の貴金属粒子が酸素の吸着や放出を行い、被測定ガスの変化に対する応答速度が低下するためと考えられる。
【０００５】
そこで、本発明は、被測定ガス中の未燃ガスを良好に燃焼して検知精度を向上させると共に、センサの応答速度の低下を抑制したセンサ素子、ガスセンサ及びセンサ素子の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のセンサ素子は、固体電解質層上に設けられる第１電極と、前記第１電極の対極となると共に前記固体電解質層上に設けられる第２電極と、外部から前記第１電極及び前記第２電極の少なくともいずれか一方の電極へ向かって導入される被測定ガスが通過するように、前記外部と前記一方の電極との間に介在する少なくとも１つ以上の多孔質層とを有し、前記被測定ガス中の特定ガスを検出するセンサ素子であって、少なくとも１つの前記多孔質層は、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈの群から選ばれる１種以上の貴金属粒子を担持した触媒層であり、Ｘ線吸収微細構造解析をしたとき、前記触媒層に担持された前記貴金属粒子の吸収端での吸収強度Ｉｐが前記貴金属粒子の純金属の吸収端での吸収強度Ｉｍと、前記貴金属粒子の酸化物の吸収端での吸収強度Ｉｏとの間であることを特徴とする。
【０００７】
このセンサ素子によれば、Ｉｍ＜Ｉｐ＜Ｉｏとなり、触媒層中の貴金属粒子のＸ線吸収微細構造解析（ＸＡＦＳ）による電子状態が純金属と酸化物の間に位置するので両者の利点を両立させ、被測定ガス中の未燃ガスを良好に燃焼して検知精度を向上させると共に、センサの応答速度の低下を抑制することができる。
【０００８】
本発明のセンサ素子において、前記貴金属粒子がＰｔを含み、Ｐｔの前記Ｉｍを０％とし、Ｐｔの前記Ｉｏを１００％としたとき、Ｐｔの前記Ｉｐが２～２０％であってもよい。
このセンサ素子によれば、触媒層中の貴金属粒子の電子状態を、純金属と酸化物の間に確実に保つことができる。
【０００９】
本発明のガスセンサは、センサ素子と、前記センサ素子を保持する主体金具とを備えたガスセンサであって、前記センサ素子が請求項１又は２のセンサ素子であることを特徴とする。
【００１０】
本発明のセンサ素子の製造方法は、固体電解質層上に設けられる第１電極と、前記第１電極の対極となると共に前記固体電解質層上に設けられる第２電極と、外部から前記第１電極及び前記第２電極の少なくともいずれか一方の電極へ向かって導入される被測定ガスが通過するように、前記外部と前記一方の電極との間に介在する少なくとも１つ以上の多孔質層とを有し、前記被測定ガス中の特定ガスを検出するセンサ素子の製造方法であって、
少なくとも１つの前記多孔質層は、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈの群から選ばれる１種以上の貴金属粒子を担持した触媒層であり、前記触媒層となる前記多孔質層に、前記貴金属のイオン又は粒子を含む貴金属塩溶液を浸透させる浸透工程と、前記貴金属塩溶液が浸透した前記多孔質層を、不活性雰囲気、又は酸素を２０００質量ｐｐｍ以下含む不活性雰囲気で、前記貴金属塩溶液の成分が熱分解する温度以上で熱処理する熱処理工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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