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公開番号2025120814
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-18
出願番号2024015923
出願日2024-02-05
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 27/416 20060101AFI20250808BHJP(測定;試験)
要約【課題】被測定ガス中の水素に起因する素子本体のクラックを抑制しつつ特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制する。
【解決手段】センサ素子101は、被測定ガス中のアンモニアおよびNOxの合計濃度である特定ガス濃度を検出するためのものである。センサ素子101は、酸素イオン伝導性の固体電解質体を有し、ガス導入口10から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102と、酸化触媒としての第1種貴金属およびアンモニアの酸化を抑制する酸化抑制触媒としての第2種貴金属を含有し、素子本体102の外面のうちガス導入口10を有する開口面である第5面102eの少なくとも一部を覆う触媒部93と、を備えている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
被測定ガス中のアンモニアおよびＮＯｘの合計濃度である特定ガス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体を有し、ガス導入口から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、
酸化触媒としての第１種貴金属およびアンモニアの酸化を抑制する酸化抑制触媒としての第２種貴金属を含有し、前記素子本体の外面のうち前記ガス導入口を有する開口面の少なくとも一部を覆う触媒部と、
を備えたセンサ素子。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載のセンサ素子であって、
前記触媒部は、前記第１種貴金属としてＰｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄの少なくとも１つを含み、
前記触媒部は、前記第２種貴金属としてＡｕを含む、
センサ素子。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサ素子であって、
前記触媒部は、前記第１種貴金属としてＰｔを含み、
前記触媒部は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて測定されたＡｕ／Ｐｔ比（＝Ａｕが存在する部分の面積／Ｐｔが存在する部分の面積）が０．１以上である、
センサ素子。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサ素子であって、
前記触媒部は、前記Ａｕ／Ｐｔ比が０．２５以上である、
センサ素子。
【請求項５】
請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、
前記触媒部は、前記ガス導入口の少なくとも一部を覆っている、
センサ素子。
【請求項６】
請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、
前記素子本体の前記外面のうち前記開口面の少なくとも一部を覆う多孔質保護層、
を更に備え、
前記多孔質保護層は、少なくとも一部が前記触媒部と前記素子本体との間に設けられている、
センサ素子。
【請求項７】
請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、
前記素子本体のうち前記開口面の少なくとも一部を覆う多孔質保護層、
を更に備え、
前記多孔質保護層は、少なくとも一部が前記触媒部を覆っている、
センサ素子。
【請求項８】
請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、
前記触媒部は、酸素吸蔵材を含有している、
センサ素子。
【請求項９】
請求項１～４のいずれか１項に記載のセンサ素子であって、
前記素子本体は、長手方向に沿った両端である前端および後端と前記長手方向に沿った外面である側面とを有し且つ前記前端側が前記被測定ガスに晒され、
前記開口面は、前記素子本体の前端面または側面である、
センサ素子。
【請求項１０】
請求項１～４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のうち測定室に設けられた内側測定電極、および、前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外面に設けられた外側測定電極、を有する測定用ポンプセルと、
前記被測定ガス流通部のうち前記測定室の上流側に設けられた酸素濃度調整室に設けられた内側調整電極、および、前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外面に設けられた外側調整電極、を有する調整用ポンプセルと、
前記素子本体を加熱するヒータと、
を更に備えたセンサ素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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 2,300 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アンモニア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内部空所に設けら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設けら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内部空所に設けら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設けら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設けら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設けられた外側測定電極と、を有する。このセンサ素子を用いてアンモニアの濃度を検出する場合、まず、第１内部空所ではアンモニアがＮＯｘに変換される。また、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、被測定ガス中のアンモニアの濃度が検出される。
【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】
こうしたガスセンサにおいて、特定ガス濃度としてアンモニアとＮＯｘとの合計濃度を検出する場合がある。この場合に、被測定ガス中に水素が含まれると、水素が被測定ガス流通部の内部で酸化し、酸化反応時の発熱に起因して素子本体にクラックが生じる場合がある。また、これに対する対策として、水素が被測定ガス流通部の内部に到達する前に酸化触媒を用いて水素を酸化させることも考えられるが、その場合はアンモニアも酸化されて窒素に変換されてしまい、特定ガス濃度の検出精度が低下してしまう場合がある。
【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、被測定ガス中の水素に起因する素子本体のクラックを抑制しつつ特定ガス濃度の検出精度の低下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、
被測定ガス中のアンモニアおよびＮＯｘの合計濃度である特定ガス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体を有し、ガス導入口から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、
酸化触媒としての第１種貴金属およびアンモニアの酸化を抑制する酸化抑制触媒としての第２種貴金属を含有し、前記素子本体の外面のうち前記ガス導入口を有する開口面の少なくとも一部を覆う触媒部と、
を備えたものである。
【０００８】
このセンサ素子では、酸化触媒としての第１種貴金属を含有する触媒部が素子本体の外面のうちガス導入口を有する開口面の少なくとも一部を覆っているから、被測定ガス中の水素を触媒部で酸化できる。これにより、水素が素子本体の内部で酸化することを抑制できるから、水素の酸化反応の発熱による素子本体のクラックの発生を抑制できる。また、触媒部はアンモニアの酸化を抑制する酸化抑制触媒としての第２種貴金属も含有しているから、被測定ガス中のアンモニアが素子本体の内部に到達する前に触媒部で酸化されて窒素に変化してしまうことを抑制できる。これにより、特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。以上のことから、このセンサ素子では、被測定ガス中の水素に起因する素子本体のクラックの発生を抑制しつつ特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。なお、水素はアンモニアと比べて酸化されやすいことから、アンモニアの方が第２種貴金属の影響を受けて酸化が抑制されやすい。そのため、触媒部が第１種貴金属と第２種貴金属とを含有することで、触媒部では水素を酸化させつつアンモニアの酸化を抑制することができる。
【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、前記触媒部は、前記第１種貴金属としてＰｔ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄの少なくとも１つを含み、前記触媒部は、前記第２種貴金属としてＡｕを含んでいてもよい。
【００１０】
［３］上述したセンサ素子（前記［２］に記載のセンサ素子）において、前記触媒部は、前記第１種貴金属としてＰｔを含み、前記触媒部は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて測定されたＡｕ／Ｐｔ比（＝Ａｕが存在する部分の面積／Ｐｔが存在する部分の面積）が０．１以上であってもよい。こうすれば、被測定ガス中のアンモニアが触媒部で酸化されるのを抑制して特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制する効果がより確実に得られる。
（【００１１】以降は省略されています）

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