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公開番号2024142851
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023055208
出願日2023-03-30
発明の名称センサ素子およびガスセンサ
出願人日本碍子株式会社
代理人弁理士法人アイテック国際特許事務所
主分類G01N 27/409 20060101AFI20241003BHJP(測定;試験)
要約【課題】電極の固体電解質層からの剥離を抑制する。
【解決手段】センサ素子101は、被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するためのものであり、素子本体102と、底部電極部22bとを備える。素子本体102は、酸素イオン伝導性の第1固体電解質層4を有し、被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられている。底部電極部22bは、素子本体102の第1固体電解質層4に配設されている。底部電極部22bは、貴金属とジルコニアとを含み、ラマン分光法を用いて測定されたラマンスペクトルにおけるジルコニアのT相のピーク高さHtとM相のピーク高さHmとの比Ht/HmであるTM比が1以上10以下であり、気孔率が3%以上65%以下である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するためのセンサ素子であって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、前記被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記素子本体の前記固体電解質層に配設された耐剥離電極と、
を備え、
前記耐剥離電極は、貴金属とジルコニアとを含み、ラマン分光法を用いて測定されたラマンスペクトルにおけるジルコニアのＴ相のピーク高さＨｔとＭ相のピーク高さＨｍとの比Ｈｔ／ＨｍであるＴＭ比が１以上１０以下であり、気孔率が３％以上６５％以下である、
センサ素子。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記耐剥離電極は、気孔率が５０％以下である、
請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記耐剥離電極は、気孔率が４０％以下である、
請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記耐剥離電極は、最大気孔径が５μｍ以上１７μｍ以下である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記耐剥離電極は、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項６】
前記耐剥離電極は、厚さ方向に沿って見た面積が５ｍｍ
2
以上２０ｍｍ
2
以下である、
請求項１～３のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項７】
請求項１～３のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、
前記被測定ガス流通部に配設された内側ポンプ電極と、前記素子本体の外側の前記被測定ガスに晒される部分に配設された外側ポンプ電極と、を有するポンプセル、
を備え、
前記内側ポンプ電極と前記外側ポンプ電極との少なくともいずれかは、前記耐剥離電極を有する、
センサ素子。
【請求項８】
前記ポンプセルとして、
前記被測定ガス流通部のうちの第１内部空所に配設された前記内側ポンプ電極としての内側主ポンプ電極と、前記外側ポンプ電極としての外側主ポンプ電極と、有する主ポンプセルと、
前記被測定ガス流通部のうちの前記第１内部空所の下流側の第２内部空所に配設された前記内側ポンプ電極としての内側補助ポンプ電極と、前記外側ポンプ電極としての外側補助ポンプ電極と、を有する補助ポンプセルと、
前記被測定ガス流通部のうちの前記第２内部空所の下流側の測定室に配設された前記内側ポンプ電極としての内側測定電極と、前記外側ポンプ電極としての外側測定電極と、を有する測定用ポンプセルと、
を備え、
前記内側主ポンプ電極は、前記耐剥離電極を有する、
請求項７に記載のセンサ素子。
【請求項９】
請求項１～３のいずれか１項に記載のセンサ素子を備えるガスセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子およびガスセンサに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出するガスセンサが知られている。例えば、特許文献１には、素子本体と、主ポンプセルと、補助ポンプセルと、測定用ポンプセルと、を有するセンサ素子を備えたガスセンサが記載されている。素子本体は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられている。主ポンプセルは、被測定ガス流通部のうちの第１内部空所に配設された内側主ポンプ電極と、素子本体の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側主ポンプ電極と、を有する。補助ポンプセルは、被測定ガス流通部のうちの第１内部空所よりも下流側の第２内部空所に配設された内側補助ポンプ電極と、素子本体の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側補助ポンプ電極と、を有する。測定用ポンプセルは、被測定ガス流通部のうちの第２内部空所よりも下流側の測定室に配設された内側測定電極と、素子本体の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側測定電極と、を有する。このセンサ素子を用いてＮＯｘの濃度を検出する場合、まず、主ポンプセルおよび補助ポンプセルによって第１内部空所および第２内部空所で被測定ガスの酸素濃度が調整される。続いて、酸素濃度が調整された後の被測定ガス中のＮＯｘが測定室で還元される。そして、ＮＯｘの還元で生じた酸素を測定用ポンプセルが汲み出すときに流れるポンプ電流に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘの濃度が検出される。内側主ポンプ電極などのセンサ素子の各ポンプセルの各電極は、例えばＰｔとジルコニア（ＺｒＯ
2
）とを含む電極として形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－０９１６６９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、こうしたジルコニアを含む電極を備えたセンサ素子において、電極が固体電解質層から剥離する場合があった。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、電極の固体電解質層からの剥離を抑制することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
［１］本発明のセンサ素子は、
被測定ガス中の特定ガスの濃度を検出するためのセンサ素子であって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を有し、前記被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記素子本体の前記固体電解質層に配設された耐剥離電極と、
を備え、
前記耐剥離電極は、貴金属とジルコニアとを含み、ラマン分光法を用いて測定されたラマンスペクトルにおけるジルコニアのＴ相のピーク高さＨｔとＭ相のピーク高さＨｍとの比Ｈｔ／ＨｍであるＴＭ比が１以上１０以下であり、気孔率が３％以上６５％以下である、
ものである。
【０００８】
このセンサ素子では、固体電解質層に配設された耐剥離電極が貴金属とジルコニアを含み、耐剥離電極のジルコニアのＴＭ比が１以上１０以下であり、耐剥離電極の気孔率が３％以上６５％以下である。このような耐剥離電極では、ＴＭ比が１以上且つ気孔率が６５％以下であることで、応力に起因する耐剥離電極の固体電解質層からの剥離が抑制される。また、耐剥離電極のＴＭ比が１０以下且つ気孔率が３％以上であることで、耐剥離電極のジルコニアのＴＭ変態による体積膨張に起因する耐剥離電極の固体電解質層からの剥離が抑制される。発明者らは、このことを実験や解析により確認した。
【０００９】
［２］上述したセンサ素子（前記［１］に記載のセンサ素子）において、前記耐剥離電極は、気孔率が５０％以下であってもよい。こうすれば、応力に起因する耐剥離電極の固体電解質層からの剥離をより抑制できる。
【００１０】
［３］上述したセンサ素子（前記［１］または［２］に記載のセンサ素子）において、前記耐剥離電極は、気孔率が４０％以下であってもよい。こうすれば、応力に起因する耐剥離電極の固体電解質層からの剥離をいっそう抑制できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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