气体传感器元件和气体传感器制造技术

通过组合多个种类的贵金属而实现期望的传感器特性，并且抑制由合金化导致的催化剂特性的变化而稳定地维持传感器特性。气体传感器元件具备固体电解质体、第1电极、第2电极以及保护层。保护层至少具备：第1催化剂层，其担载有除了促进氮氧化物的还原反应的金属以外的第1催化剂金属；以及第2催化剂层，其仅担载有促进氮氧化物的还原反应的第2催化剂金属，第1催化剂层和第2催化剂层不直接接触，在从外部朝向第1电极供给被测量气体的路径上排列地配置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体传感器元件和气体传感器
本专利技术涉及气体传感器元件和气体传感器。
技术介绍
以往，公知有用于对从汽车的内燃机等排出的废气中的特定气体成分的浓度进行检测的气体传感器。这样的气体传感器通常具备固体电解质层以及在固体电解质层的每个面配置的基准电极和检测电极，向基准电极供给基准气体(例如大气)，向检测电极供给被测量气体。废气包含一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳化氢(HC)、氢气(H2)等混合成分。若存在混合成分，则在燃烧时所消耗的氧气量与完全燃烧时不同，因此，气体传感器的检测精度变差。在到达检测电极之前使废气与催化剂接触而氧化/还原混合成分并对其进行净化，从而能够提高气体传感器的检测精度。作为催化剂层所具备的催化剂金属，通常使用贵金属。贵金属作为催化剂的性质根据其种类而有所不同，因此，提出有以下技术：组合多个种类的贵金属而形成催化剂层，并调节催化剂层的特性(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-256112号公报专利文献2：日本特开2017-223495号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，当在同一催化剂层担载有多个种类的贵金属的情况下，在气体传感器的制造过程或者气体传感器的使用过程中，能够使在催化剂层内混合的多个种类的贵金属合金化。若贵金属合金化，则与合金化之前相比较，作为催化剂的特性发生变化，因此，存在无法获得通过组合多个种类的贵金属而得到的期望的催化剂特性的可能性。此时，本专利技术的专利技术人通过研究而得到以下见解：在促进CO、HC的氧化反应的催化剂金属(例如，Pt、Pd等)彼此合金化的情况下，对催化剂特性的影响比较小，但在促进NOx的还原反应的催化剂金属(例如，Rh、Ru、Ir)与Pt、Pd等促进氧化反应的催化剂金属合金化的情况下，NOx还原作用显著降低。此外，在不同的种类的贵金属担载于相邻的催化剂层的情况下，在各自的催化剂层内，不产生合金化，但在相邻的催化剂层的界面，有可能产生合金化。本专利技术的课题是抑制用于促进NOx还原反应的催化剂的合金化，维持催化剂特性。用于解决问题的方案本专利技术是为了解决上述的课题而完成的，能够作为以下的技术方案来实现。(1)根据本专利技术的一技术方案，气体传感器元件具备：固体电解质体；第1电极，其设于所述固体电解质体的暴露于所述被测量气体的面上；第2电极，其设于所述固体电解质体的面上；以及保护层，其设于从气体传感器元件的外部朝向所述第1电极供给所述被测量气体的路径上，以陶瓷为主要成分，所述保护层至少具备：第1催化剂层，其担载有除了促进氮氧化物的还原反应的金属以外的第1催化剂金属；以及第2催化剂层，其仅担载有促进氮氧化物的还原反应的第2催化剂金属，所述第1催化剂层和所述第2催化剂层不直接接触，在所述路径上排列地配置。根据该技术方案的气体传感器元件，由于在第2催化剂层仅担载有第2催化剂金属，而且，第1催化剂层和第2催化剂层不直接接触，因此，能够抑制促进氮氧化物的还原反应的第2催化剂金属和其他的金属种类的合金化，稳定地维持保护层的催化剂特性。(2)也可以是，在上述技术方案的气体传感器元件中，所述保护层在所述第1催化剂层和所述第2催化剂层之间具有与所述第1催化剂层和所述第2催化剂层接触且仅由陶瓷构成的中间层。根据该技术方案的气体传感器元件，由于在第1催化剂层和第2催化剂层之间存在仅由陶瓷形成的中间层，因此，能够更良好地抑制合金化。(3)也可以是，在上述技术方案的气体传感器元件中，所述中间层的平均气孔径大于所述第1催化剂层和所述第2催化剂层中的位于外侧的层的平均气孔径。根据该技术方案的气体传感器元件，从气体传感器元件外部进入所述第1催化剂层和所述第2催化剂层中的位于外侧的层的内部的水难以渗透至平均气孔径更大的中间层的内部，因此，能提高气体传感器元件的耐沾水性(日文：耐被水性)。(4)也可以是，在上述技术方案的气体传感器元件中，在所述第1催化剂层和所述第2催化剂层之间设有空间。根据该技术方案的气体传感器元件，由于在第1催化剂层和第2催化剂层之间存在空间，因此，能够更良好地抑制合金化。(5)也可以是，在上述技术方案的气体传感器元件中，在所述第1催化剂层和所述第2催化剂层分别仅担载有一个种类的催化剂金属。根据该技术方案的气体传感器元件，能够更进一步抑制合金化，能够更进一步稳定地维持保护层的催化剂特性。(6)也可以是，在上述技术方案的气体传感器元件中，所述第1电极是检测电极，所述第2电极是设于所述固体电解质体的暴露于基准气体的面上的基准电极。根据该技术方案的气体传感器元件，能够稳定地维持在气体传感器元件的外部与检测电极之间的路径上设置的保护层的催化剂特性，能够进一步提高检测精度。(7)也可以是，在上述技术方案的气体传感器元件中，所述第1催化剂层和所述第2催化剂层中的任一者与所述第1电极的外表面相邻地形成，所述第1电极所含有的金属是与担载于所述第1催化剂层和所述第2催化剂层中的同所述第1电极的外表面相邻的层的催化剂金属相同的元素。根据该技术方案的气体传感器元件，能够抑制第1电极的金属和担载于第1保护层的催化剂金属的合金化，更进一步稳定地维持保护层的催化剂特性。本专利技术除了上述的技术方案以外，例如，也能够在具备气体传感器元件的气体传感器、气体传感器元件的制造方法、气体传感器的制造方法、气体传感器元件的保护层、气体传感器元件的保护层的形成方法等的技术方案中实现。附图说明图1是表示本专利技术的第1实施方式的气体传感器的结构的剖视图。图2是本专利技术的第1实施方式的气体传感器元件的剖视图。图3是表示本专利技术的第1实施方式的气体传感器元件的制造方法的流程图。图4是表示本专利技术的第2实施方式的气体传感器的结构的剖视图。图5是本专利技术的第2实施方式的气体传感器元件的分解立体图。具体实施方式A.第1实施方式：A-1.气体传感器的结构：图1是表示作为本专利技术的第1实施方式的气体传感器10的结构的剖视图。气体传感器10固定于未图示的内燃机(发动机)的排气管，对作为被测量气体的废气中所含的特定气体的浓度进行测量。作为特定气体，例如，可以列举氧气、NOx等，本实施方式的气体传感器10对氧气浓度进行测量。图1示出气体传感器10的轴线CA方向的截面。轴线CA是在气体传感器10的中心沿气体传感器10的长度方向延伸的轴线。在以下的说明中，将图1的纸面的下侧称为“顶端侧”，将上侧称为“后端侧”，将穿过轴线CA并与轴线CA垂直的方向称为“径向”。气体传感器10主要具备：传感器元件100、主体金属壳体200、保护件300、陶瓷加热器150、外筒410、分隔件600以及垫圈710。传感器元件100输出用于检测废气中的氧气浓度的信号。传感器元件100形成为顶端部封闭的有底筒状，并且形成有在后端开口的筒孔112。传感器元件100主要具备：固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体传感器元件，其用于检测被测量气体中的特定气体，该气体传感器元件具备：固体电解质体；第1电极，其设于所述固体电解质体的暴露于所述被测量气体的面上；第2电极，其设于所述固体电解质体的面上；以及保护层，其设于从气体传感器元件的外部朝向所述第1电极供给所述被测量气体的路径上，以陶瓷为主要成分，其特征在于，/n所述保护层至少具备：/n第1催化剂层，其担载有除了促进氮氧化物的还原反应的金属以外的第1催化剂金属；以及第2催化剂层，其仅担载有促进氮氧化物的还原反应的第2催化剂金属，/n所述第1催化剂层和所述第2催化剂层不直接接触，在所述路径上排列地配置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181228 JP 2018-2466001.一种气体传感器元件，其用于检测被测量气体中的特定气体，该气体传感器元件具备：固体电解质体；第1电极，其设于所述固体电解质体的暴露于所述被测量气体的面上；第2电极，其设于所述固体电解质体的面上；以及保护层，其设于从气体传感器元件的外部朝向所述第1电极供给所述被测量气体的路径上，以陶瓷为主要成分，其特征在于，
所述保护层至少具备：
第1催化剂层，其担载有除了促进氮氧化物的还原反应的金属以外的第1催化剂金属；以及第2催化剂层，其仅担载有促进氮氧化物的还原反应的第2催化剂金属，
所述第1催化剂层和所述第2催化剂层不直接接触，在所述路径上排列地配置。


2.根据权利要求1所述的气体传感器元件，其特征在于，
所述保护层在所述第1催化剂层和所述第2催化剂层之间具有与所述第1催化剂层和所述第2催化剂层接触且仅由陶瓷构成的中间层。


3.根据权利要求2所述的气体传感器元件，其特征在于，
所述中间层的平均气孔径大于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤和真，石川孝典，矶村浩，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP