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公開番号2024173304
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023091640
出願日2023-06-02
発明の名称ガスセンサ素子
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類G01N 27/416 20060101AFI20241205BHJP(測定;試験)
要約【課題】被測定ガス中の所定ガスの検出精度に優れたガスセンサ素子を提供する。
【解決手段】被測定ガス室14と基準ガス室15と固体電解質体2と基準電極3Rとポンプ電極3Pとセンサ電極3Cとを備えるガスセンサ素子1である。ポンプ電極3P及びセンサ電極3Cは、貴金属成分が塊状となった貴金属領域と、固体電解質が塊状となった固体電解質領域と、貴金属成分と固体電解質とが入り混じって分布する混在領域と、気孔とを有する。ポンプ電極3Pでは、混在領域がセンサ電極3Cよりも多く存在している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ガス導入部（１９）より被測定ガス（Ｇ１）が導入される被測定ガス室（１４）と、
基準ガス（Ｇ０）が導入される基準ガス室（１５）と、
上記被測定ガス室と上記基準ガス室との間に配置され、上記被測定ガス室に面する第１主面（２１）と、上記基準ガス室に面する第２主面（２２）とを有し、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体（２）と、
上記固体電解質体の上記第２主面に形成された基準電極（３Ｒ）と、
上記固体電解質体の上記第１主面に形成され、上記基準電極と上記固体電解質体の一部（２Ｐ）とともに上記被測定ガス中の酸素濃度を調整するポンプセル（１０Ｐ）を構成するポンプ電極（３Ｐ）と、
上記固体電解質体の上記第１主面に形成され、上記基準電極と上記固体電解質体の一部（２Ｃ）とともに、上記ポンプセルによって酸素の濃度が調整された上記被測定ガス中の所定ガス成分の濃度に応じた信号を出力するセンサセル（１０Ｃ）を構成するセンサ電極（３Ｃ）と、を備え、
上記ポンプ電極及び上記センサ電極は、貴金属成分が塊状となった貴金属領域（３１Ｐ、３１Ｃ）と、固体電解質が塊状となった固体電解質領域（３２Ｐ、３２Ｃ）と、貴金属成分と固体電解質とが入り混じって分布する混在領域（３３Ｐ、３３Ｃ）と、気孔（３４Ｐ、３４Ｃ）とを有し、
上記ポンプ電極では、上記混在領域が上記センサ電極よりも多く存在している、ガスセンサ素子。
続きを表示（約 840 文字）【請求項２】
上記ポンプ電極の断面における上記混在領域の面積割合Ｓ１と上記センサ電極の断面における上記混在領域の面積割合Ｓ２とがＳ１／Ｓ２＞１の関係を満足する、請求項１に記載のガスセンサ素子。
【請求項３】
上記ポンプ電極の断面における上記混在領域の面積割合Ｓ１と上記センサ電極の断面における上記混在領域の面積割合Ｓ２とがＳ１／Ｓ２≧２の関係を満足する、請求項１に記載のガスセンサ素子。
【請求項４】
さらに、上記固体電解質体の上記第１主面に形成され、上記基準電極と上記固体電解質体の一部（２Ｍ）とともに、上記ポンプセルによって酸素の濃度が調整された上記被測定ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力するモニタセル（１０Ｍ）を構成するモニタ電極（３Ｍ）を備え、
上記モニタ電極は、貴金属成分が塊状となった貴金属領域（３１Ｍ）と、固体電解質が塊状となった固体電解質領域（３２Ｍ）と、貴金属成分と固体電解質とが入り混じって分布する混在領域（３３Ｍ）と、気孔（３４Ｍ）とを有し、
上記ポンプ電極では、上記混在領域が上記モニタ電極よりも多く形成されている、請求項１又は２に記載のガスセンサ素子。
【請求項５】
上記ポンプ電極の断面における上記混在領域の面積割合Ｓ１と上記モニタ電極の断面における上記混在領域の面積割合Ｓ３とがＳ１／Ｓ３＞１の関係を満足する、請求項４に記載のガスセンサ素子。
【請求項６】
上記ポンプ電極の断面における上記混在領域の面積割合Ｓ１と上記モニタ電極の断面における上記混在領域の面積割合Ｓ３とがＳ１／Ｓ３≧２の関係を満足する、請求項４に記載のガスセンサ素子。
【請求項７】
上記センサ電極の断面における上記混在領域の面積割合Ｓ２と上記モニタ電極の断面における上記混在領域の面積割合Ｓ３とが１／１０×Ｓ３＜Ｓ２＜１０×Ｓ３の関係を満足する、請求項４に記載のガスセンサ素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ素子に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスセンサは、被測定ガス中の特定ガス（例えば窒素酸化物）の濃度を測定するために用いられる。ガスセンサにはガスセンサ素子が内蔵されている。ガスセンサ素子は、センサセルを有し、センサセルは、酸素イオン伝導性の固体電解質体と、センサ電極と、基準電極とから構成される。
【０００３】
ガスセンサ素子には、センサセルの他にポンプセルを備えるものがある（特許文献１参照）。ポンプセルはポンプ電極と固体電解質体と基準電極とから構成され、ポンプ電極では被測定ガス中の酸素が酸素イオンとして基準電極側から排出される。そのため、ポンプセルを備えるガスセンサ素子では、センサセルでの被測定ガス中の所定ガスの検出精度が向上するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－２０８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ポンプセルを有するガスセンサ素子では、ポンプセルでの酸素排出能を高め、センサセルでの被測定ガス中の残留酸素を低減することが求められる。ポンプセルでの酸素排出能は、ポンプ電極を構成する貴金属と固体電解質とがナノレベルで三次元的に相互に入り組んで混在して存在する混在領域の面積に依存する。つまり、ポンプ電極における混在領域の面積をコントロールすることより、センサ電極での残留酸素を少なくし、残留酸素によるセンサ出力の影響を低減することができる。
【０００６】
従来のガスセンサ素子では、ポンプセルでの酸素分解能力よりもセンサセルでの酸素分解能力が高くなることがあった。その結果、センサ電極に多くの残留酸素が漏れ出し、残留酸素がセンサ出力に悪影響を及ぼすため、検出精度が低下するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、被測定ガス中の所定ガスの検出精度に優れたガスセンサ素子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、ガス導入部（１９）より被測定ガス（Ｇ１）が導入される被測定ガス室（１４）と、
基準ガス（Ｇ０）が導入される基準ガス室（１５）と、
上記被測定ガス室と上記基準ガス室との間に配置され、上記被測定ガス室に面する第１主面（２１）と、上記基準ガス室に面する第２主面（２２）とを有し、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体（２）と、
上記固体電解質体の上記第２主面に形成された基準電極（３Ｒ）と、
上記固体電解質体の上記第１主面に形成され、上記基準電極と上記固体電解質体の一部（２Ｐ）とともに上記被測定ガス中の酸素濃度を調整するポンプセル（１０Ｐ）を構成するポンプ電極（３Ｐ）と、
上記固体電解質体の上記第１主面に形成され、上記基準電極と上記固体電解質体の一部（２Ｃ）とともに、上記ポンプセルによって酸素の濃度が調整された上記被測定ガス中の所定ガス成分の濃度に応じた信号を出力するセンサセル（１０Ｃ）を構成するセンサ電極（３Ｃ）と、を備え、
上記ポンプ電極及び上記センサ電極は、貴金属成分が塊状となった貴金属領域（３１Ｐ、３１Ｃ）と、固体電解質が塊状となった固体電解質領域（３２Ｐ、３２Ｃ）と、貴金属成分と固体電解質とが入り混じって分布する混在領域（３３Ｐ、３３Ｃ）と、気孔（３４Ｐ、３４Ｃ）とを有し、
上記ポンプ電極では、上記混在領域が上記センサ電極よりも多く存在している、ガスセンサ素子にある。
【発明の効果】
【０００９】
上記態様のガスセンサ素子では、ポンプ電極の混在領域がセンサ電極よりも多く存在している。そのため、ポンプ電極では被測定ガスの酸素濃度が十分に低減され、センサ電極への酸素の漏出が十分に抑制される。また、センサ電極での漏出酸素の影響を小さくすることができる。その結果、センサ電極では、所定ガスの濃度に応じた信号が精度よく出力され、ガスセンサ素子の検出精度が向上する。
【００１０】
以上のごとく、上記態様によれば、被測定ガス中の所定ガスの検出精度に優れたガスセンサ素子を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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