JPH09264866A

JPH09264866A - 炭酸ガスセンサ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09264866A
Application number: JP8072723A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Shimizu; 章一志水; Shinichiro Kaneko; 信一郎金子; Shogo Matsubara; 正吾松原; Shinji Morimoto; 信司森本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】炭酸塩、非複合酸化物、ペロブスカイト型化
合物よりなる炭酸ガスセンサの感度劣化を抑えて強度を
上げ、センサ全体を小型化することを目的とする。【解決手段】ヒーター１で加熱される基板２の表面に
炭酸ガス検知本体４として炭酸塩、複合金属酸化物、非
複合系金属酸化物の一種以上を含むセラミックスが形成
され、このセラミックスにシリカのゾルによりシリカゲ
ルが添加されるように構成したことにより、このシリカ
ゲル添加時に、シリカのゾル溶液と炭酸ガス検知本体４
の成分の金属塩の溶液とを混合した溶液を使用すれば、
シリカゲルによる特性劣化を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭酸塩、複合金属
酸化物、非複合系金属酸化物のセラミックス化合物より
なる炭酸ガス濃度を検知する厚膜型炭酸ガスセンサ、及
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境測定、施設園芸、生産設備等
に炭酸ガス濃度を検知する炭酸ガスセンサが用いられて
いる。炭酸ガスセンサとしては赤外線を用いた検知方
法、電解液を使用した方法、熱伝導を利用した方法によ
る測定器が市販されているが、大型であり、製造コスト
が嵩んでいる。このため、他の方法が検討されており、
ＮａＣＯ₃を電極としＮＡＳＩＣＯＮ等のアルカリイオ
ン導電性固体電解質を用いた方法、Ｌｉイオン導電体を
用いた方法、Ｋ₂ＣＯ₃等のＣＯ₃ ^2-イオン導電体を用い
た方法、水酸化アパタイトの抵抗値を用いる方法等が研
究されている。他に、非複合系酸化物と炭酸ガスとの可
逆的炭酸塩形成反応により電気的特性を変化させ炭酸ガ
ス濃度を検知する炭酸ガスセンサが装置を小型化するこ
とができるので注目を集めている。特開平４−２４５４
８には「ペロブスカイト型金属酸化物と、１種類の金属
よりなる酸化物である非複合系金属酸化物との混合物の
静電容量の変化を用いた炭酸ガスセンサ。」が開示さ
れ、特願平６−１８２２６１には「非複合系金属酸化物
の混合物を用いた炭酸ガスセンサ。」が、特開平６−８
８８００には「非複合系酸化物の一種である希土類酸化
物を用いた炭酸ガスセンサ。」が開示されている。これ
らの炭酸ガスセンサの検知能力向上のため特開平５−１
４２１８０ではＡｇ等の貴金属元素、遷移金属元素の添
加を、特願平６−３１３４１０ではＢａＯの添加を、ま
た特願平７−１６５０５３では炭酸塩の添加を提示して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の炭酸塩、非複合酸化物、ペロブスカイト型化合物を
使用した炭酸ガスセンサは、強度が十分となる熱処理温
度条件では感度が劣化し、感度の発現する温度での熱処
理ではセラミックの強度が弱く実用に供しえない、また
小型化できないという課題を有していた。

【０００４】本発明は以上の課題を解決し、炭酸塩、非
複合酸化物、ペロブスカイト型化合物よりなる炭酸ガス
センサの感度劣化を抑えて強度を上げ、センサ全体を小
型化することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、表面もしくは裏面にヒーター部を持つ基板
に炭酸塩、非複合系金属酸化物、ペロブスカイト型金属
酸化物のペーストを作成し、このペーストと電極部を所
定の構造になるようにスクリーン印刷し、熱処理するこ
とにより小型な炭酸ガスセンサを形成している。ペース
トに使用される原料は粒径の小さい方が良い。またこの
ペーストにシリカのゾル溶液を混合することにより強度
の大きいシリカゲルを析出させ原料を結合させること
で、低温の熱処理条件下においても強度を上げることが
できる。シリカのゾル溶液添加により感度が発現しない
場合は構成成分の金属塩の一種以上を含む溶液が混合さ
れたシリカを含むゾル溶液を使用することで感度を発現
させる。感度の劣化が大きい場合はシリカを含むゾル溶
液を混合せずに炭酸ガスセンサを作成し、その後シリカ
を含むゾル溶液溶液に浸漬してシリカを含むゾル溶液を
添加し強度を向上させる。

【０００６】またシリカを含むゾル溶液と検知本体のセ
ラミック構成成分の金属塩の溶液を混合し、ペースト化
してスクリーン印刷し検知部本体を作成し強度を向上さ
せる。

【０００７】この発明によれば、炭酸塩、非複合酸化
物、ペロブスカイト型化合物よりなる炭酸ガスセンサの
感度劣化を抑えて強度を上げ、センサ全体を小型化する
ことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、炭酸ガス検知本体として炭酸塩、複合金属酸化物、
非複合系金属酸化物の１種以上を含むセラミックス層が
形成され、このセラミックス層に一対以上の電極が形成
され、セラミックス層と電極部がヒーターで加熱される
基板上に作成された構造になっていることを特徴とする
炭酸ガスセンサであり、形状を薄型で小型なものにでき
ると同時に、スクリーン印刷により作成できるため生産
性を高め、製造コストを低減できるという作用を有す
る。

【０００９】本発明の請求項２に記載の発明は、ヒータ
ーで加熱される基板の表面に炭酸ガス検知本体としてセ
ラミックスが形成され、この炭酸ガス検知本体がシリカ
ゲルを含むことを特徴とする請求項１記載の炭酸ガスセ
ンサであり、セラミックスに添加されるシリカのゾル溶
液がシリカゲルとなることで炭酸ガス検知本体の強度を
上げることができるという作用を有する。

【００１０】本発明の請求項３に記載の発明は、炭酸塩
としてアルカリ金属の炭酸塩が含まれることを特徴とす
る請求項１、２いずれか１記載の炭酸ガスセンサであ
り、感度の大きい小型のセンサを効率的に作成すること
ができるという作用を有する。

【００１１】本発明の請求項４に記載の発明は、炭酸塩
としてアルカリ土類金属の炭酸塩がを含まれることを特
徴とする請求項１、２いずれか１記載の炭酸ガスセンサ
であり、感度の大きい小型のセンサを効率的に作成する
ことができるという作用を有する。

【００１２】本発明の請求項５に記載の発明は、炭酸塩
として炭酸リチウムを含むことを特徴とする請求項１、
２、３いずれか１記載の炭酸ガスセンサであり、感度の
大きい小型のセンサを効率的に作成することができると
いう作用を有する。

【００１３】本発明の請求項６に記載の発明は、炭酸塩
として炭酸バリウムを含むことを特徴とする請求項１、
２、４いずれか１記載の炭酸ガスセンサであり、感度の
大きい小型のセンサを効率的に作成することができると
いう作用を有する。

【００１４】本発明の請求項７に記載の発明は、複合金
属酸化物としてペロブスカイト型酸化物を含むことを特
徴とする請求項１、２いずれか１記載の炭酸ガスセンサ
であり、感度の大きい小型のセンサを効率的に作成する
ことができるという作用を有する。

【００１５】本発明の請求項８に記載の発明は、複合金
属酸化物としてチタン酸バリウムを含むことを特徴とす
る請求項１、２、７いずれか１記載の炭酸ガスセンサで
あり、感度の大きい小型のセンサを効率的に作成するこ
とができるという作用を有する。

【００１６】本発明の請求項９に記載の発明は、非複合
系金属酸化物としてセリウム酸化物、銅酸化物のうち１
種以上を含むことを特徴とする請求項１、２いずれか１
記載の炭酸ガスセンサであり、感度の大きい小型のセン
サを効率的に作成することができるという作用を有す
る。

【００１７】本発明の請求項１０に記載の発明は、前記
銅酸化物の平均粒径が１μｍ以下であることを特徴とす
る請求項９記載の炭酸ガスセンサであり、スクリーン印
刷により劣化する感度を改善することができるという作
用を有する。

【００１８】本発明の請求項１１に記載の発明は、ヒー
ターで加熱される基板の表面に電極が形成され、この電
極の上に炭酸ガス検知本体のセラミック層が形成され、
そのセラミック層の上に対となる電極が形成されている
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
８、９、１０いずれか１記載の炭酸ガスセンサであり、
電極が対向することにより電極面積が大きくなり、大き
い容量を得ることができるという作用を有する。

【００１９】本発明の請求項１２に記載の発明は、ヒー
ターで加熱される基板の表面に炭酸ガス検知本体のセラ
ミック層が形成され、このセラミック層の上に対となる
電極が形成されていることを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０いずれか１記載の炭
酸ガスセンサであり、表面にのみ電極を作成することで
効率よくセンサを作成することができるという作用を有
する。

【００２０】本発明の請求項１３に記載の発明は、ヒー
ターで加熱される基板の表面に炭酸ガス検知本体のセラ
ミック層が形成され、この基板とセラミック層の間に、
対となる電極が形成されていることを特徴とする請求項
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０いずれか１
記載の炭酸ガスセンサであり、電極部が覆われることに
より電極の劣化が抑えられ、また効率よくセンサを作成
することができるという作用を有する。

【００２１】本発明の請求項１４に記載の発明は、ヒー
ターで加熱される基板の表面に炭酸ガス検知本体のセラ
ミック層が形成され、このセラミック層の片面に２つ以
上の電極が、反対の面に１つ以上の電極が形成されてい
ることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、
７、８、９、１０いずれか１記載の炭酸ガスセンサであ
り、信号を２つ以上取り出すことができ、この信号の比
較によりセンサの異常を早期に検知できるという作用を
有する。

【００２２】本発明の請求項１５に記載の発明は、前記
基板の、セラミック層と反対の面にヒーター層が形成さ
れていることを特徴とする炭酸ガスセンサであり、検知
部の裏面全体を暖めることで検知部の温度ムラを改善
し、感度のばらつきを改善できるという作用を有する。

【００２３】本発明の請求項１６に記載の発明は、前記
基板の表面にヒーター層と炭酸ガス検知本体のセラミッ
ク層が形成されていることを特徴とする炭酸ガスセンサ
であり、片面にスクリーン印刷する部分が集まること
で、センサを効率的に作成することができるという作用
を有する。

【００２４】本発明の請求項１７に記載の発明は、前記
基板に形成されるヒーター層、炭酸ガス検知本体、電極
層が各材料のペーストを用いてスクリーン印刷により形
成されることを特徴とする炭酸ガスセンサの製造方法で
あり、スクリーン印刷することで小型のセンサを効率的
に作成することができるという作用を有する。

【００２５】本発明の請求項１８に記載の発明は、前記
基板に形成されたヒーター層、炭酸ガス検知本体、電極
層よりなる炭酸ガスセンサの製造時の熱処理温度を９０
０℃以下とすることを特徴とする炭酸ガスセンサの製造
方法であり、低温で作成することにより、センサの感度
が劣化するのを防ぐことができる。

【００２６】本発明の請求項１９に記載の発明は、前記
基板に形成される炭酸ガス検知本体に用いられるセラミ
ックにシリカのゾル溶液を混合してペーストを作成し、
その後スクリーン印刷することを特徴とする炭酸ガスセ
ンサの製造方法であり、センサ検知部の強度を上げると
共に、スクリーン印刷できることで小型のセンサを効率
的に作成することができるとう作用を有する。

【００２７】本発明の請求項２０に記載の発明は、前記
基板に形成されたヒーター層、炭酸ガス検知本体、電極
層よりなる炭酸ガスセンサを作成後、シリカのゾル溶液
中に浸漬し、乾燥後熱処理することを特徴とする炭酸ガ
スセンサの製造方法であり、センサ感度を劣化させるこ
となくセンサ検知部の強度を向上させることができると
いう作用を有する。

【００２８】本発明の請求項２１に記載の発明は、請求
項１９、２０記載のシリカのゾル溶液として、炭酸ガス
検知本体に使用する材料の一種以上の金属塩を溶解させ
た、シリカのゾルを含む溶液を使用することを特徴とす
る炭酸ガスセンサの製造方法であり、溶液中にセンサ検
知部構成成分がシリカのゾルと混在することにより、シ
リカのゾル溶液混合によるセンサ感度の劣化を防ぐこと
ができる。

【００２９】本発明の請求項２２に記載の発明は、炭酸
ガス検知本体に使用する材料の金属塩を溶解させたシリ
カを含むゾル溶液をペースト化し、基板上にスクリーン
印刷して作成することを特徴とする炭酸ガスセンサの製
造方法であり、センサ検知部構成成分の全てがシリカの
ゾル溶液と混在した溶液の粘度を調製してペースト化
し、スクリーン印刷後熱処理することにより炭酸ガス検
知本体の強度が向上する。また成分の微粒子化による特
性向上もできるという作用を有する。

【００３０】以下、図１〜図４を用いて本発明の実施の
形態について説明する。（実施の形態１）図１は本発明の第１の実施の形態によ
る炭酸ガスセンサの断面図であり、請求項１１記載の電
極を示している。電極３と電極５とは対向しているため
に最も面積が大きくなり検知信号を大きく取ることがで
きる。

【００３１】強度の大きいセラミックの基板２の裏面に
ヒーター１があり電流を流すことで基板２全体を加熱す
ることができる。炭酸ガス検知本体４と同じ面にヒータ
ー１を作成する場合は炭酸ガス検知本体４より少し離れ
た横に作成することになり炭酸ガス検知本体４のヒータ
ー１に近い部分と遠い部分に温度差が生じるが、片面の
みの作業となり炭酸ガスセンサ作成の効率は向上する。

【００３２】電極３及び電極５により炭酸ガス検知本体
４が挟まれた構造になっており、電極３、電極５に端子
をつなぎ信号を引き出し、炭酸ガス濃度を測定する。

【００３３】ヒーター１、電極３及び電極５、炭酸ガス
検知本体４をスクリーン印刷により作成することで小型
の炭酸ガスセンサを効率よく作成することができる。

【００３４】炭酸ガス検知本体４は炭酸塩、複合金属酸
化物、非複合系金属酸化物の一種以上を含むセラミック
スにより形成されており、特にＬｉ₂ＣＯ₃、ＢａＣ
Ｏ₃、ＣｅＯ₂、ＣｕＯを混合した炭酸ガスセンサの感度
が優れている。この構成成分をペースト化しスクリーン
印刷したのみでは感度が劣化し、また強度も向上しな
い。感度の劣化はスクリーン印刷では圧力がかからない
ため粒子間の接触がゆるく電気抵抗が大きいのが原因と
思われ、炭酸ガスセンサ測定温度で抵抗が小さいＣｕＯ
成分の粒径を小さくし他成分との接触を多くすることで
電気抵抗を小さくし、感度劣化を抑制することができ
る。炭酸ガス検知本体４の成分の粒径は小さい方が各成
分の接触部分が増え感度が良くなる。またシリカのゾル
溶液を用いて強度を向上させることができる。シリカの
ゾル溶液は乾燥すると室温においてもシリカゲルとな
り、接着力がある。本実施の形態の炭酸ガスセンサは高
温で熱処理すると感度が無くなるが、シリカのゾルがシ
リカゲルとなって各成分を接着させることで、低温で熱
処理しても強度を向上させることができる。しかし、シ
リカゲルは絶縁性が強く、量が増えるにつれ強度は向上
するが感度は劣化する。そこでシリカのゾル溶液に炭酸
ガス検知本体４の構成成分の一部を混合してシリカのゾ
ル溶液を改質し、シリカゲル表面あるいは内部にこの構
成成分を析出させることにより絶縁性を抑え、感度の劣
化を抑制することができる。また、シリカのゾル溶液、
または炭酸ガス検知本体４の構成成分の一部を混合した
シリカのゾル溶液中にセンサを浸漬し、乾燥後熱処理す
ることで粒子間の接触を壊すことなく強度を向上させる
ことができる。また、シリカを含むゾル溶液と炭酸ガス
検知本体４の構成成分のペーストを作成しスクリーン印
刷により炭酸ガス検知本体４を作成することで強度を向
上させることができる。

【００３５】（実施の形態２）図２は本発明の第２の実
施の形態による炭酸ガスセンサの断面図であり、請求項
１２記載の電極を示している。

【００３６】図２は電極３，５を炭酸ガス検知本体４の
上に作成したものであり、スクリーン印刷時の作業効率
が向上する。検知信号は炭酸ガス検知本体４表面の炭酸
ガスへのセンシングが主体となるのでレスポンス性が向
上する。信号が大きくとれるので、この電極３，５の形
状は櫛形とした方が良い。

【００３７】（実施の形態３）図３は本発明の第３の実
施の形態による炭酸ガスセンサの断面図であり、請求項
１３記載の電極を示している。

【００３８】図３は基板２と炭酸ガス検知本体４の間に
電極３，５が作成されているものであり、電極３，５の
周りを基板２と炭酸ガス検知本体４とが保護しているこ
とから電極３，５の劣化が抑えられる。

【００３９】（実施の形態４）図４は本発明の第４の実
施の形態による炭酸ガスセンサの断面図であり、請求項
１４記載の電極を示している。

【００４０】図４は炭酸ガス検知本体４の片面に作成さ
れた電極３の対向面に２つ以上の電極５，６が作成され
たものであり、電極３，５及び電極３，６の組み合わせ
の２つの信号が取り出せ、この信号の比較により電極
３，５，６の異常、炭酸ガス検知本体４の異常が判別で
き信頼性が増す。電極の位置が入れ代わっても同じであ
る。

【００４１】本発明によれば、強度の大きい基板２上に
炭酸ガス検知本体４がスクリーン印刷されるため、炭酸
ガス検知本体４の強度が不足する場合でも実用に供する
ことができる。スクリーン印刷により作成された炭酸ガ
スセンサの感度は、ディスク形状で作成された炭酸ガス
センサに比べ特性が劣化する。この炭酸ガス検知本体４
の成分の原料粒径は小さい方が、混合が良く各成分の接
触部分が増加するため、感度の劣化を抑制できる。ま
た、炭酸ガス検知本体４の成分のペーストにシリカを含
むゾル溶液を混合することで低温熱処理条件下において
も、シリカのゾルのゲル化による接着力の向上により強
度が向上する。シリカゲルは絶縁性のため炭酸ガスセン
サ感度が劣化する場合があるが、このシリカのゾル溶液
中に炭酸ガス検知本体４の成分の一種以上を含む溶液を
混合することで、シリカゲルの表面あるいは内部に炭酸
ガス検知本体４の成分を析出させ、絶縁性を弱めて感度
劣化を抑制する。また、ペーストに混合するのではな
く、作成した炭酸ガスセンサをシリカのゾル溶液もしく
はシリカのゾルと検知成分の混合溶液に浸漬してシリカ
を添加しても同じ効果が得られる。この場合炭酸ガス検
知本体４の熱処理は終わっており、各成分の焼結部分に
シリカが入り込まずその周りに析出するため、より感度
の劣化が少ない。

【００４２】またシリカのゾル溶液と炭酸ガス検知本体
４のセラミック構成成分の金属塩の溶液とを混合し炭酸
ガス検知本体４を作成することで構成成分の微粒子化が
でき、特性の向上と共に、シリカゲルによる強度の向上
も図れる。

【００４３】

【実施例】次に、本発明の具体例を説明する。

【００４４】（実施例１）市販のＢａＣＯ₃、ＣｅＯ₂と
ＣｕＯをモル比で６：６３：３１の割合で秤量し、乳鉢
中で混合粉砕した後、この混合原料７ｇと、市販の３０
％シリカを含むゾル溶液０．７ｇ、テルピネオール１．
２ｇ、テルピネオールとエチルセルロースを１：１に混
合して作成したビヒクル１．２ｇ、分散剤０．２ｇとを
混合し炭酸ガス検知本体用のペーストを作成する。粒子
の接触部が特性に影響するため、炭酸ガス検知本体の材
料粒径は小さい方が望ましい。

【００４５】２ｍｍ×３ｍｍ×０．３ｍｍの大きさのア
ルミナ製セラミックの基板にヒーターを作成する。ヒー
ターはＰｔまたはＲｕＯ₂ペーストをスクリーン印刷し
て作成する。セラミックの基板の表面、裏面のいずれに
作成しても良いが、表面に作成した場合同一面にのみス
クリーン印刷することになり作業性は良くなるが、炭酸
ガス検知本体の横に作成するため炭酸ガス検知本体の温
度ばらつきが生じる。これに対し、裏面に作成する場合
は作業性は悪くなるが、裏面に均一にヒーターを作成で
きるため温度分布は良くなる。炭酸ガス検知本体にヒー
ターがあることで炭酸ガスセンサが小さくでき、加熱に
必要な電気量も減る。基板は強度が大きく、炭酸ガスセ
ンサ作成時の熱処理温度、炭酸ガスセンサの動作温度に
耐えるものであればよい。導電性のものであれば絶縁処
理が必要となる。

【００４６】このアルミナ製セラミックの基板にＰｔペ
ーストをスクリーン印刷し熱処理して電極とする。この
Ｐｔの電極の上に炭酸ガス検知本体用のペーストをスク
リーン印刷し、乾燥後８００℃で５時間熱処理を行う。
その後、この炭酸ガス検知本体の上にＰｔへーストをス
クリーン印刷し熱処理して電極を作成し、炭酸ガスセン
サを作成する。２つのＰｔの電極は炭酸ガス検知本体の
セラミック層を挟んで対向することになる。電極はＡ
ｕ、Ａｇ、ＲｕＯ₂、銅酸化物等ペースト化してスクリ
ーン印刷でき炭酸ガスセンサの動作温度で抵抗の小さい
ものであればよい。以上に述べた電極は図１に示す形状
のものであるが、電極は図２から図４に示す形状でも良
い。

【００４７】この炭酸ガスセンサのヒーターに電流を流
し、炭酸ガス検知本体の温度を５５０℃に調製して、炭
酸ガスへの感度を測定した。感度はＹＨＰ社製インピー
ダンスアナライザ４１９２Ａを使用して２端子法で測定
し、試料ガスには乾燥空気及び乾燥空気で希釈した炭酸
ガスを用いた。

【００４８】炭酸ガスの検知状況は、測定温度まで加熱
された試料の、空気を流入した状態で測定した容量値
（Ｃ₀）を基準とし、炭酸ガス濃度２％に調整された空
気を流入させて測定したときの容量値（Ｃ_2%）の変化で
とらえられる。感度は次式で定義する。

【００４９】感度＝｜ 10×Log（Ｃ_2%／Ｃ₀ ）｜［dB］感度が０の時は容量値が炭酸ガス濃度の増加に対し変化
を示していないことをあらわし、炭酸ガスを検知してい
ないことになる。

【００５０】感度比較用として、同一組成の混合原料を
直径１０ｍｍ、厚み０．４ｍｍのディスク状に成形し、
電気炉中にて８００℃で５時間焼成した。得られた試料
にＰｔの電極を付け炭酸ガスセンサとした。

【００５１】このディスク状の炭酸ガスセンサは強度が
弱く割れやすい。１０００℃以上で焼成すると強度は十
分になるが感度が発現しなくなり、９００℃以下での熱
処理が望ましい。これに対し強度の大きい基板にスクリ
ーン印刷して厚膜状にすることにより、強度の大部分を
基板に依存するため感度の発現する温度９００℃以下で
の熱処理でも強度があり、実用に供することができるよ
うになる。またペーストにシリカのゾル溶液を添加する
ことにより炭酸ガス検知本体の強度も向上し、より信頼
性が増す。

【００５２】同様にしてシリカのゾル溶液の添加量を変
えて作成した試料、及び成分を変更して作成した試料の
感度を（表１）に示す。

【００５３】また、後述する実施例２に示すシリカのゾ
ル溶液と炭酸ガス検知本体の成分との混合溶液を使用し
てシリカ量１％を添加したセンサの感度は４．１であ
り、シリカのゾルによる単独添加時の感度０．７と比べ
改善効果が見られる。

【００５４】

【表１】

【００５５】炭酸ガス検知本体に傷をつけてみると、シ
リカの添加量が増えるにつれ傷がつきにくくなってお
り、強度は増しているが感度は劣化する。また、スクリ
ーン印刷した試料は感度は発現しているが、ディスク状
に作成した試料（標準品）より感度が落ちている。

【００５６】シリカのゾルを添加せずに、ＣｕＯの平均
粒径を変更して同様に作成した試料の感度を（表２）に
示す。

【００５７】

【表２】

【００５８】ＣｕＯ平均粒径１μｍ以下より感度が向上
し、効果が見られる。ＣｕＯは炭酸ガス検知本体のイン
ピーダンスに関係していると思われ、電気抵抗を小さく
してインピーダンスを改善し、感度を発現しやすくして
いると考えられる。

【００５９】（実施例２）市販のＢａＣＯ₃、ＣｅＯ₂と
ＣｕＯをモル比で６：６３：３１の割合で秤量し、乳鉢
中で混合粉砕した後、この混合原料７．０ｇと、テルピ
ネオール１．１ｇ、テルピネオールとエチルセルロース
を１：１に混合して作成したビヒクル１．１ｇ、分散剤
０．８ｇとを混合し炭酸ガス検知本体用のペーストを作
成する。

【００６０】セラミックの基板を用い、実施例１と同様
にして炭酸ガスセンサを作成する。ヒーターと電極とに
カバー用のシリカを含むゾル溶液を塗布し７００℃で５
分間熱処理する。

【００６１】エタノール１０ｇに市販のＣｕ（ＮＯ₃）₂
・３Ｈ₂Ｏ７．６ｇを溶かした溶液１０ｇと、市販の有
機溶媒系シリカを含むゾル溶液（ＳｉＯ₂含有量３０
％）５ｇを混合し、その溶液中に炭酸ガスセンサを浸漬
する。溶液を時々振りながら泡が出なくなっているのを
確認した後炭酸ガスセンサを取り出し、７００℃で５分
間熱処理を行う。ディスク品を使用して測定した浸漬後
の重量増加量は４％であった。同程度の重量増があると
考えられる。

【００６２】シリカのゾル溶液と混合する溶液はＣｅ
（ＮＯ₃）₃・６Ｈ₂Ｏのアルコール溶液でも、水溶性の
シリカのゾル溶液とＢａイオンを含む水溶液の組み合わ
せでも良い。

【００６３】作業性は悪くなるが、熱処理した試料をシ
リカのゾル溶液に浸漬することにより、原料の焼結部分
を壊すことなくシリカを添加することができ、感度劣化
を抑えることができる。

【００６４】実施例１と同様にして測定した試料の感度
は５．７ｄＢであり、（表１）に示す同程度の添加量に
比べ良好な感度を示す。

【００６５】また、炭酸ガス検知本体の成分、組成に応
じてシリカのゾル溶液への混合成分及び濃度を変えるこ
とにより各種組成、成分に対応することができる。

【００６６】（実施例３）Ｂａ、Ｃｅ、Ｃｕ成分が、モ
ル比でＢａ：Ｃｅ：Ｃｕ＝６：６３：３１の割合になる
よう調製した水溶液と酸性のシリカのゾル溶液を、Ｂ
ａ、Ｃｅ、Ｃｕ成分をＢａＯ、ＣｅＯ₂、ＣｕＯとして
計算した換算重量とシリカの重量が１：１となるように
混合し、撹拌しながら加熱して乾燥させる。この混合原
料７．０ｇと、テルピネオール１．１ｇ、テルピネオー
ルとエチルセルロースを１：１に混合して作成したビヒ
クル１．１ｇ、界面活性剤０．８ｇとを混合し炭酸ガス
検知本体用のペーストを作成する。

【００６７】このペーストを用い、セラミックの基板に
スクリーン印刷し、実施例１と同様にして炭酸ガスセン
サを作成する。構成成分の炭酸化のため、炭酸ガスを含
むガス中で熱処理を行っても良い。炭酸ガス検知本体部
分の強度は強く、実用に十分適している。

【００６８】実施例１と同様にして測定した試料の感度
は６．１ｄＢであり良好な感度を示す。この方法により
感度を劣化させることなくセラミックの基板上に炭酸ガ
ス検知本体を作成することができる。

【００６９】また、シリカのゾル溶液への混合成分を変
えることにより、任意の組成、成分でセンサを作成する
ことが容易にできる。

【００７０】

【発明の効果】本発明は、強度を向上し、炭酸ガスセン
サを従来に比べ薄型で小型なものにできると同時に、ス
クリーン印刷により作成できるため生産性を高め、製造
コストを低減できる、有用で効果的なものである。また
スクリーン印刷に伴う感度の劣化を改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による炭酸ガスセン
サの断面図

【図２】本発明の第２の実施の形態による炭酸ガスセン
サの断面図

【図３】本発明の第３の実施の形態による炭酸ガスセン
サの断面図

【図４】本発明の第４の実施の形態による炭酸ガスセン
サの断面図

【符号の説明】

１ヒーター２基板３電極４炭酸ガス検知本体５電極６電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森本信司大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭酸ガス検知本体として炭酸塩、複合金属
酸化物、非複合系金属酸化物の１種以上を含むセラミッ
クス層が形成され、このセラミックス層に一対以上の電
極が形成され、セラミックス層と電極部がヒーターで加
熱される基板上に作成された構造になっていることを特
徴とする炭酸ガスセンサ。
【請求項２】ヒーターで加熱される基板の表面に炭酸ガ
ス検知本体としてセラミックスが形成され、この炭酸ガ
ス検知本体がシリカゲルを含むことを特徴とする請求項
１記載の炭酸ガスセンサ。
【請求項３】炭酸塩としてアルカリ金属の炭酸塩が含ま
れることを特徴とする請求項１、２いずれか１記載の炭
酸ガスセンサ。
【請求項４】炭酸塩としてアルカリ土類金属の炭酸塩が
を含まれることを特徴とする請求項１、２いずれか１記
載の炭酸ガスセンサ。
【請求項５】炭酸塩として炭酸リチウムを含むことを特
徴とする請求項１、２、３いずれか１記載の炭酸ガスセ
ンサ。
【請求項６】炭酸塩として炭酸バリウムを含むことを特
徴とする請求項１、２、４いずれか１記載の炭酸ガスセ
ンサ。
【請求項７】複合金属酸化物としてペロブスカイト型酸
化物を含むことを特徴とする請求項１、２いずれか１記
載の炭酸ガスセンサ。
【請求項８】複合金属酸化物としてチタン酸バリウムを
含むことを特徴とする請求項１、２、７いずれか１記載
の炭酸ガスセンサ。
【請求項９】非複合系金属酸化物としてセリウム酸化
物、銅酸化物のうち１種以上を含むことを特徴とする請
求項１、２いずれか１記載の炭酸ガスセンサ。
【請求項１０】前記銅酸化物の平均粒径が１μｍ以下で
あることを特徴とする請求項９記載の炭酸ガスセンサ。
【請求項１１】ヒーターで加熱される基板の表面に電極
が形成され、この電極の上に炭酸ガス検知本体のセラミ
ック層が形成され、そのセラミック層の上に対となる電
極が形成されていることを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０いずれか１記載の炭
酸ガスセンサ。
【請求項１２】ヒーターで加熱される基板の表面に炭酸
ガス検知本体のセラミック層が形成され、このセラミッ
ク層の上に対となる電極が形成されていることを特徴と
する請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０
いずれか１記載の炭酸ガスセンサ。
【請求項１３】ヒーターで加熱される基板の表面に炭酸
ガス検知本体のセラミック層が形成され、この基板とセ
ラミック層の間に、対となる電極が形成されていること
を特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、
９、１０いずれか１記載の炭酸ガスセンサ。
【請求項１４】ヒーターで加熱される基板の表面に炭酸
ガス検知本体のセラミック層が形成され、このセラミッ
ク層の片面に２つ以上の電極が、反対の面に１つ以上の
電極が形成されていることを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０いずれか１記載の炭
酸ガスセンサ。
【請求項１５】前記基板の、セラミック層と反対の面に
ヒーター層が形成されていることを特徴とする炭酸ガス
センサ。
【請求項１６】前記基板の表面にヒーター層と炭酸ガス
検知本体のセラミック層が形成されていることを特徴と
する炭酸ガスセンサ。
【請求項１７】前記基板に形成されるヒーター層、炭酸
ガス検知本体、電極層が各材料のペーストを用いてスク
リーン印刷により形成されることを特徴とする炭酸ガス
センサの製造方法。
【請求項１８】前記基板に形成されたヒーター層、炭酸
ガス検知本体、電極層よりなる炭酸ガスセンサの製造時
の熱処理温度を９００℃以下とすることを特徴とする炭
酸ガスセンサの製造方法。
【請求項１９】前記基板に形成される炭酸ガス検知本体
に用いられるセラミックにシリカのゾル溶液を混合して
ペーストを作成し、その後スクリーン印刷することを特
徴とする炭酸ガスセンサの製造方法。
【請求項２０】前記基板に形成されたヒーター層、炭酸
ガス検知本体、電極層よりなる炭酸ガスセンサを作成
後、シリカのゾル溶液中に浸漬し、乾燥後熱処理するこ
とを特徴とする炭酸ガスセンサの製造方法。
【請求項２１】請求項１９、２０記載のシリカのゾル溶
液として、炭酸ガス検知本体に使用する材料の一種以上
の金属塩を溶解させた、シリカのゾルを含む溶液を使用
することを特徴とする炭酸ガスセンサの製造方法。
【請求項２２】炭酸ガス検知本体に使用する材料の金属
塩を溶解させたシリカを含むゾル溶液をペースト化し、
基板上にスクリーン印刷して作成することを特徴とする
炭酸ガスセンサの製造方法。