JPH055305B2 - - Google Patents
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- JPH055305B2 JPH055305B2 JP14384885A JP14384885A JPH055305B2 JP H055305 B2 JPH055305 B2 JP H055305B2 JP 14384885 A JP14384885 A JP 14384885A JP 14384885 A JP14384885 A JP 14384885A JP H055305 B2 JPH055305 B2 JP H055305B2
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
(産業上の利用分野)
ガス感応体素子は、ガス検出器として種々な使
途に利用され、一般にチタニア質セラミツクス
と、担持触媒とから構成される。 高温下のガス感応体素子、それもいわゆる厚膜
型ガス感応体素子も含めてこの明細書では触媒の
耐熱性を上げその焼結による粗大化を有利に抑制
することについての開発研究の成果に関し以下に
述べる。 (従来の技術) ガス感応体素子は、すでに触れたようにチタニ
ア質セラミツクスと担持触媒とからなり、たとえ
ば次の特許公報特開昭55−136949号が参照され
る。 (発明が解決しようとする問題点) この種のガス感応体素子が高温にさらされる
と、まず触媒が焼結を始めて粗大化することによ
つて劣化を生じるに至る。このため耐熱性の高い
ガス感応体素子を提供するには、触媒の耐熱性を
上げ、焼結を防止することが必要である。 (問題を解決するための手段) この発明は、チタニアを主成分とするガス感応
体であつて、触媒として白金属元素又はその合金
を担持させて成る、ガス感応体素子において、 触媒にその量に対し10〜250mol%に当る、
Zro2、CeO2のうち少なくとも1種を配合したこ
とを特徴とする、ガス感応体素子ならびに、セラ
ミツク基板上に設けた極電を被覆するチタニア厚
膜からなり、このチタニア厚膜とセラミツク基板
上の電極との間の界面にて高濃度に白金属元素又
はその合金を折出させた界面層を有し、かつ、チ
タニア厚膜が、10〜250mol%のZro2、CeO2のう
ち少なくとも1種を含み残部白金属元素又はその
合金の組成に成る触媒を担持することを特徴とす
る、厚膜型ガス感応体素子である。 すなわち、担持触媒の中に、Zro2、CeO2を添
加することにより、触媒の耐熱性を有利に高め得
ることの知見に基づいてこの発明の完成が導かれ
た。 触媒としては、白金属元素又はその合金が使わ
れ、なかでもPt量で1〜20モル%合金としてRh
がPtの10%以下が望ましい。 触媒量は素子の用途に応じて使いわけられる
が:一般に無鉛ガソリンで汚損の少ない用途に対
しては、1〜5モル%、またガソリン中にPb、
Pなどの汚損物質が混入している用途に対しては
5〜20モル%でより多量の添加が適しているが、
添加量の多いほど素子の応答性が悪くなる。 とくに厚膜型のガス感応体素子の場合、触媒の
耐熱性が高くなつても、素子と電極との界面での
接触が不安定であつて、このとき上記触媒を使用
する場合でも界面の接触の向上にはあまり効果が
ないことが判明した。 このとき、電極とチタニア厚膜との界面にあら
かじめ高濃度の白金属元素を充てんしておきその
後チタニア膜中に均一に上記触媒を担持させるの
が良いことが判明した。 (作用) 触媒中のZro2、CeO2の添加量については、触
媒に対して10〜250モル%の添加が望ましく、10
%以下では効果はなく、250以上では製造工程が
不安定であつて均一な触媒担持が不可能となる。 (実施例) 以下、ガス検出器として内燃機関排気中の酸素
濃度を検出する酸素センサーに適合した場合を例
にとり図面に従い説明する。 第1図は酸素センサーの部分断面図である。図
においては10はセラミツク基板上に多孔質ガス
感応体としての検出素子11を備え、酸素濃度を
検出するガス検出器、12はガス検出器10を把
持して酸素センサーを内燃機関に取り付ける筒状
の主体金具、13は主体金具12の内燃機関側先
端部12aに取り付けられて、ガス検出器10の
保護を司るプロテクタ、14は主体金具12とと
もにガス検出器10を把持する内筒である。 ガス検出器10は保持用スペーサ15、充填粉
末16を介し主体金具12および内筒14内に収
容固定する。17はガラスシールである。 主体金具12の外周には内燃機関取付用ねじ部
12bを刻設し、内燃機関壁面当接部分には排気
が漏れないようガスケツト18を設ける。 ここで充填粉末16は滑石およびガラスの1:
1の混合粉末からなり、ガス検出器10を内筒1
4内に固定する。また、ガラスシール17は低融
点ガラスからなり、検出ガスの漏れを防止すると
共にガス検出器10の端子を保護する。 なお、19は内筒14を覆うように主体金具1
2に取り付けた外筒、20はシリコンゴムからな
るシール材であつて、リード21ないし23とガ
ラスシール17より突出したガス検出器10の端
子との接続部を絶縁保護する。また、このリード
線21ないし23と端子31ないし33との接続
は予め外筒19内にシール材20およびリード線
21ないし23を納めると共に、各リード線21
ないし23の先端にかしめ金具を接続し、その後
かしめ金具端子とかしめ接続することによつて行
うとよい。 ガス検出器10は第2図ないし第7図に示す如
き手順に従つて作成する。 図において、イはガス検出器10の組み立て工
程における平面図、ロはそのA−A線断面図、ま
たは端面図を示し、ここで、各図はガス検出器1
0の製造工程を単に解り易く説明するだけの為、
各部の寸法は第1図に示すガス検出器と必ずしも
対応させてなくこの点、後述の第8図および第9
図についも同様である。 ここで上記第2図ないし第7図の各図におい
て、40〜43は、平均粒径1.5μmのAl2O392重
量%、SiO24重量量%、CaO2重量%およびMgO2
重量%の組成からなる混合粉末100重量部に対し
て、ブチラール樹脂12重量部およびジブチルフタ
レート(BDP)6重量部を添加し、有機溶剤中
で混合してスラリーとしてドクターレードを用い
て形成したグリーンシートであり、この内グリー
ンシート40は厚さ1mm、グリーンシート41は
厚さ0.2mm、グリーンシート42および43は厚
さ0.8mmに予め作成した。更に図中44ないし4
9は、Pt粉末に7%のAl2O3粉を添加した配合の
白金ペーストにより厚膜印刷したパターンであつ
て導電部に相当し、その内44および45は検出
素子11の電極となる電極パターン、46は検出
素子11を加熱するためのヒーターとなる発熱抵
抗体パターン、そして47ないし49は発熱抵抗
体パターン46や検出素子11に、電源を印加し
たり又は検出信号を抽出するための端子パターン
である。 ガス検出器10の製造は第2図に示す如く、ま
ずグリーンシート40上に上記44ないし49の
各パターンを白金ペーストで厚膜印刷することに
より始められ、次いで第3図に示す如く端子パタ
ーン47ないし49上に線径0.2mmの白金リード
線51ないし53を夫々接続する。 次に第4図に示す如く、グリーンシート41に
あちらかじめ電極パターン44および45の先端
部が露出するよう打抜きによつて形成した開口5
5を設けておいて、電極パターン44および45
の先端部を除くすべてののパターンを覆つて、グ
リーンシート40上にグリーンシート41を積層
熱圧着する。この積層熱圧着されたグリーンシー
ト40とグリーンシート41との積層体は、セラ
ミツク基板Bに相当し、後に開口55内に素子層
に相当する検出素子11を積層する。 続いて第5図に示す如く、グリーンシート41
上にグリーンシート42を積層熱圧着し、さらに
第6図に示す如くグリーンシート42上にグリー
ンシート43を階段状に積層熱圧着する。 ここで上記グリーンシート42は第1のセラミ
ツク層fに相当し、又グリーンシート43は第2
のセラミツク層sに相当するものである。 その後、グリーンシートと同一材質になる粒径
約100μmのセラミツクボールをグリーンシート
41上の開口55内にてグリーンシート41の表
面に塗布し、凹凸層を設ける。 このようにして、白金リード線51ないし53
の一部が突出し、又、電極パターン44および4
5の先端部がセラミツク基板Bの開口55内に露
出した階段状の積層板を作成する。 次にこの積層板を1500℃の大気雰囲気焼成炉内
にて2時間放置することによつて、第1のセラミ
ツク層fと第2のセラミツク層sをセラミツク基
板Bと合体焼成する。 その後第7図に示す如く開口55内に検出素子
11を設けるのであるが、この検出素子11は例
えば平均粒径1.2μmのTiO2粉末100モル部に対し
て3重量%のエチルセルロースを添加し、プチル
カルビトール(2−(2−ブトキシエトキシ)エ
タノールの商品名)内で混合し300ポアズに粘度
調整した、TiO2ぺーストを開口55内に充塞し、
かつ電極パターン44および45の先端に被着す
るよう厚膜印刷した後、再び1200℃の大気雰囲気
焼成炉内に1時間放置して焼付け、多孔質ガス感
応体として成形する。 このようにして焼成した検出器素子11につい
て、塩化白金酸(200g/)液中で、白金リー
ド線51,52,53を陰極に白金電極を陽極と
して2V、10分で電気めつきを実施したのち、塩
化白金溶液に所定のZrO2、Ce(NO3)2を溶解した
水溶液を、2μ滴下し、プロパンバーナー中よ
て950℃にて急熱分解し、素子中に均一にPt触媒
を担持させた。 次に、得られた各ガス検出器10の外部に突出
した白金リード線51ないし53と端子31ない
し33との接続は、第8図に示す如く、厚さ0.3
mmのニツケル板にエツチング加工によつて一体形
成されたランナーつき端子31ないし33を、白
金リード線51ないし53に夫々適合させて溶接
した。なお、この端子31ないし33が一体形成
されたニツケル板はガス検出器10が主体金具1
2に固定され、その後ガス検出器10の基板の一
部及び白金リード線51ないし53と端子31な
いし33との接合部分ガラスシール17によつて
保護され、内筒14内に固定された後に所定の長
さに切断してランナは切捨てる。なお第8図にお
けるEはガス検出器10の平面図、ロはその右側
面図である。 発熱抵抗体パターン46を加熱し、検出素子1
1を活性化させ、リード線22および23間に亘
る検出素子11の酸素濃度に依存した抵抗値の変
化を検出することによつてその酸素濃度が検出で
きる。 このセンサをλ=1.1、950℃のガス中に100Hr
放置し、その後350℃のプロパンバーナー測定機
でセンサー特性を調べた。 測定機はλ=0.9と1.1を1secごと切りかえ、セ
ンサーはこれに応じて約1Vと0V出力を示す。 触媒の特性は300mvから600mvへ昇圧する時
間(Tlrと記す)に相関があるので、添加量と
Tlrとの関係を表1に示す。尚耐久度の測定中に
は、リード線51に+12V、リード線53をアー
ス、52−53間には50kΩの固定抵抗を接続し
た。
途に利用され、一般にチタニア質セラミツクス
と、担持触媒とから構成される。 高温下のガス感応体素子、それもいわゆる厚膜
型ガス感応体素子も含めてこの明細書では触媒の
耐熱性を上げその焼結による粗大化を有利に抑制
することについての開発研究の成果に関し以下に
述べる。 (従来の技術) ガス感応体素子は、すでに触れたようにチタニ
ア質セラミツクスと担持触媒とからなり、たとえ
ば次の特許公報特開昭55−136949号が参照され
る。 (発明が解決しようとする問題点) この種のガス感応体素子が高温にさらされる
と、まず触媒が焼結を始めて粗大化することによ
つて劣化を生じるに至る。このため耐熱性の高い
ガス感応体素子を提供するには、触媒の耐熱性を
上げ、焼結を防止することが必要である。 (問題を解決するための手段) この発明は、チタニアを主成分とするガス感応
体であつて、触媒として白金属元素又はその合金
を担持させて成る、ガス感応体素子において、 触媒にその量に対し10〜250mol%に当る、
Zro2、CeO2のうち少なくとも1種を配合したこ
とを特徴とする、ガス感応体素子ならびに、セラ
ミツク基板上に設けた極電を被覆するチタニア厚
膜からなり、このチタニア厚膜とセラミツク基板
上の電極との間の界面にて高濃度に白金属元素又
はその合金を折出させた界面層を有し、かつ、チ
タニア厚膜が、10〜250mol%のZro2、CeO2のう
ち少なくとも1種を含み残部白金属元素又はその
合金の組成に成る触媒を担持することを特徴とす
る、厚膜型ガス感応体素子である。 すなわち、担持触媒の中に、Zro2、CeO2を添
加することにより、触媒の耐熱性を有利に高め得
ることの知見に基づいてこの発明の完成が導かれ
た。 触媒としては、白金属元素又はその合金が使わ
れ、なかでもPt量で1〜20モル%合金としてRh
がPtの10%以下が望ましい。 触媒量は素子の用途に応じて使いわけられる
が:一般に無鉛ガソリンで汚損の少ない用途に対
しては、1〜5モル%、またガソリン中にPb、
Pなどの汚損物質が混入している用途に対しては
5〜20モル%でより多量の添加が適しているが、
添加量の多いほど素子の応答性が悪くなる。 とくに厚膜型のガス感応体素子の場合、触媒の
耐熱性が高くなつても、素子と電極との界面での
接触が不安定であつて、このとき上記触媒を使用
する場合でも界面の接触の向上にはあまり効果が
ないことが判明した。 このとき、電極とチタニア厚膜との界面にあら
かじめ高濃度の白金属元素を充てんしておきその
後チタニア膜中に均一に上記触媒を担持させるの
が良いことが判明した。 (作用) 触媒中のZro2、CeO2の添加量については、触
媒に対して10〜250モル%の添加が望ましく、10
%以下では効果はなく、250以上では製造工程が
不安定であつて均一な触媒担持が不可能となる。 (実施例) 以下、ガス検出器として内燃機関排気中の酸素
濃度を検出する酸素センサーに適合した場合を例
にとり図面に従い説明する。 第1図は酸素センサーの部分断面図である。図
においては10はセラミツク基板上に多孔質ガス
感応体としての検出素子11を備え、酸素濃度を
検出するガス検出器、12はガス検出器10を把
持して酸素センサーを内燃機関に取り付ける筒状
の主体金具、13は主体金具12の内燃機関側先
端部12aに取り付けられて、ガス検出器10の
保護を司るプロテクタ、14は主体金具12とと
もにガス検出器10を把持する内筒である。 ガス検出器10は保持用スペーサ15、充填粉
末16を介し主体金具12および内筒14内に収
容固定する。17はガラスシールである。 主体金具12の外周には内燃機関取付用ねじ部
12bを刻設し、内燃機関壁面当接部分には排気
が漏れないようガスケツト18を設ける。 ここで充填粉末16は滑石およびガラスの1:
1の混合粉末からなり、ガス検出器10を内筒1
4内に固定する。また、ガラスシール17は低融
点ガラスからなり、検出ガスの漏れを防止すると
共にガス検出器10の端子を保護する。 なお、19は内筒14を覆うように主体金具1
2に取り付けた外筒、20はシリコンゴムからな
るシール材であつて、リード21ないし23とガ
ラスシール17より突出したガス検出器10の端
子との接続部を絶縁保護する。また、このリード
線21ないし23と端子31ないし33との接続
は予め外筒19内にシール材20およびリード線
21ないし23を納めると共に、各リード線21
ないし23の先端にかしめ金具を接続し、その後
かしめ金具端子とかしめ接続することによつて行
うとよい。 ガス検出器10は第2図ないし第7図に示す如
き手順に従つて作成する。 図において、イはガス検出器10の組み立て工
程における平面図、ロはそのA−A線断面図、ま
たは端面図を示し、ここで、各図はガス検出器1
0の製造工程を単に解り易く説明するだけの為、
各部の寸法は第1図に示すガス検出器と必ずしも
対応させてなくこの点、後述の第8図および第9
図についも同様である。 ここで上記第2図ないし第7図の各図におい
て、40〜43は、平均粒径1.5μmのAl2O392重
量%、SiO24重量量%、CaO2重量%およびMgO2
重量%の組成からなる混合粉末100重量部に対し
て、ブチラール樹脂12重量部およびジブチルフタ
レート(BDP)6重量部を添加し、有機溶剤中
で混合してスラリーとしてドクターレードを用い
て形成したグリーンシートであり、この内グリー
ンシート40は厚さ1mm、グリーンシート41は
厚さ0.2mm、グリーンシート42および43は厚
さ0.8mmに予め作成した。更に図中44ないし4
9は、Pt粉末に7%のAl2O3粉を添加した配合の
白金ペーストにより厚膜印刷したパターンであつ
て導電部に相当し、その内44および45は検出
素子11の電極となる電極パターン、46は検出
素子11を加熱するためのヒーターとなる発熱抵
抗体パターン、そして47ないし49は発熱抵抗
体パターン46や検出素子11に、電源を印加し
たり又は検出信号を抽出するための端子パターン
である。 ガス検出器10の製造は第2図に示す如く、ま
ずグリーンシート40上に上記44ないし49の
各パターンを白金ペーストで厚膜印刷することに
より始められ、次いで第3図に示す如く端子パタ
ーン47ないし49上に線径0.2mmの白金リード
線51ないし53を夫々接続する。 次に第4図に示す如く、グリーンシート41に
あちらかじめ電極パターン44および45の先端
部が露出するよう打抜きによつて形成した開口5
5を設けておいて、電極パターン44および45
の先端部を除くすべてののパターンを覆つて、グ
リーンシート40上にグリーンシート41を積層
熱圧着する。この積層熱圧着されたグリーンシー
ト40とグリーンシート41との積層体は、セラ
ミツク基板Bに相当し、後に開口55内に素子層
に相当する検出素子11を積層する。 続いて第5図に示す如く、グリーンシート41
上にグリーンシート42を積層熱圧着し、さらに
第6図に示す如くグリーンシート42上にグリー
ンシート43を階段状に積層熱圧着する。 ここで上記グリーンシート42は第1のセラミ
ツク層fに相当し、又グリーンシート43は第2
のセラミツク層sに相当するものである。 その後、グリーンシートと同一材質になる粒径
約100μmのセラミツクボールをグリーンシート
41上の開口55内にてグリーンシート41の表
面に塗布し、凹凸層を設ける。 このようにして、白金リード線51ないし53
の一部が突出し、又、電極パターン44および4
5の先端部がセラミツク基板Bの開口55内に露
出した階段状の積層板を作成する。 次にこの積層板を1500℃の大気雰囲気焼成炉内
にて2時間放置することによつて、第1のセラミ
ツク層fと第2のセラミツク層sをセラミツク基
板Bと合体焼成する。 その後第7図に示す如く開口55内に検出素子
11を設けるのであるが、この検出素子11は例
えば平均粒径1.2μmのTiO2粉末100モル部に対し
て3重量%のエチルセルロースを添加し、プチル
カルビトール(2−(2−ブトキシエトキシ)エ
タノールの商品名)内で混合し300ポアズに粘度
調整した、TiO2ぺーストを開口55内に充塞し、
かつ電極パターン44および45の先端に被着す
るよう厚膜印刷した後、再び1200℃の大気雰囲気
焼成炉内に1時間放置して焼付け、多孔質ガス感
応体として成形する。 このようにして焼成した検出器素子11につい
て、塩化白金酸(200g/)液中で、白金リー
ド線51,52,53を陰極に白金電極を陽極と
して2V、10分で電気めつきを実施したのち、塩
化白金溶液に所定のZrO2、Ce(NO3)2を溶解した
水溶液を、2μ滴下し、プロパンバーナー中よ
て950℃にて急熱分解し、素子中に均一にPt触媒
を担持させた。 次に、得られた各ガス検出器10の外部に突出
した白金リード線51ないし53と端子31ない
し33との接続は、第8図に示す如く、厚さ0.3
mmのニツケル板にエツチング加工によつて一体形
成されたランナーつき端子31ないし33を、白
金リード線51ないし53に夫々適合させて溶接
した。なお、この端子31ないし33が一体形成
されたニツケル板はガス検出器10が主体金具1
2に固定され、その後ガス検出器10の基板の一
部及び白金リード線51ないし53と端子31な
いし33との接合部分ガラスシール17によつて
保護され、内筒14内に固定された後に所定の長
さに切断してランナは切捨てる。なお第8図にお
けるEはガス検出器10の平面図、ロはその右側
面図である。 発熱抵抗体パターン46を加熱し、検出素子1
1を活性化させ、リード線22および23間に亘
る検出素子11の酸素濃度に依存した抵抗値の変
化を検出することによつてその酸素濃度が検出で
きる。 このセンサをλ=1.1、950℃のガス中に100Hr
放置し、その後350℃のプロパンバーナー測定機
でセンサー特性を調べた。 測定機はλ=0.9と1.1を1secごと切りかえ、セ
ンサーはこれに応じて約1Vと0V出力を示す。 触媒の特性は300mvから600mvへ昇圧する時
間(Tlrと記す)に相関があるので、添加量と
Tlrとの関係を表1に示す。尚耐久度の測定中に
は、リード線51に+12V、リード線53をアー
ス、52−53間には50kΩの固定抵抗を接続し
た。
【表】
【表】
(発明の効果)
この発明によれば触媒の耐熱性を向上して焼結
が防止されガス感応体素子の耐久寿命が延長され
る。
が防止されガス感応体素子の耐久寿命が延長され
る。
第1図は左半の断面を表した側面図、第2図な
いし第7図は酸素センサーに適用した実施例の工
程説明図、第8図はガス検出器の正面図と断面図
である。
いし第7図は酸素センサーに適用した実施例の工
程説明図、第8図はガス検出器の正面図と断面図
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 チタニアを主成分とするガス感応体であつ
て、触媒として白金属元素又はその合金を担持さ
せて成る、ガス感応体素子において、 触媒にその量に対し10〜250mol%に当る、
Zro2、CeO2のうち少なくとも1種を配合したこ
とを特徴とする、ガス感応体素子。 2 セラミツク基板上に設けた電極を被覆するチ
タニア厚膜からなり、このチタニア厚膜とセラミ
ツク基板上の極電との間の界面にて高濃度に白金
属元素又はその合金を折出させた界面層を有し、
かつ、チタニア厚膜が、10〜250mol%のZro2、
CeO2のうち少なくとも1種を含み残部白金属元
素又はその合金の組成に成る触媒を担持すること
を特徴とする、厚膜型ガス感応体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14384885A JPS625166A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | ガス感応体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14384885A JPS625166A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | ガス感応体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS625166A JPS625166A (ja) | 1987-01-12 |
| JPH055305B2 true JPH055305B2 (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=15348362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14384885A Granted JPS625166A (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | ガス感応体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS625166A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0542372Y2 (ja) * | 1987-06-05 | 1993-10-26 | ||
| JPS6480845A (en) * | 1987-09-24 | 1989-03-27 | Toyota Motor Corp | Catalyst carrying method for oxygen sensor |
| CN1035213A (zh) * | 1987-12-29 | 1989-08-30 | 精工电子工业株式会社 | 行波电机 |
| JPH01212342A (ja) * | 1988-02-19 | 1989-08-25 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガス検出器およびその製造法 |
| JP2501169Y2 (ja) * | 1994-08-26 | 1996-06-12 | 日産自動車株式会社 | 酸素センサ |
-
1985
- 1985-07-02 JP JP14384885A patent/JPS625166A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS625166A (ja) | 1987-01-12 |
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