JP3978403B2 - ガスセンサの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出素子の電極を活性化させるためのエージング工程を有するガスセンサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ガスセンサの製造工程において、被測定ガスを検出する検出素子に対し、その検出素子の活性化をねらったエージング処理を施すことが提案されている。
【0003】
このエージング処理は、一般に検出素子において電極を固体電解質体に設けただけでは素子が十分に活性せず十分なセンサ特性が得られないことから、所定の雰囲気に当該検出素子を配置して高温に曝し、検出素子の電極間に予め設定した大きさの交番電圧を印加してその電極の活性を促すものである。かかるエージング処理によって固体電解質体の内部抵抗が下がり、電極が活性すると共に三相界面を増加させることができ、ガスセンサのセンサ特性を向上させることができる(例えば特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−18938号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記エージングによって電極の活性を向上させることができる反面、逆にその初期活性が向上し過ぎて、センサの特性に初期変動が発生するという問題が生じた。図12及び図13に、従来のエージング処理を施したNOxセンサについて、当該初期変動を測定した実験例を示す。
【0006】
本実験は、上記エージング処理を施したNOxセンサを実車に搭載して耐久走行させた場合に、NOx濃度検出用のポンプセルを流れる電流(ポンプ電流)のオフセット値がどのように変化するかを測定したものである。尚、ここでいう「オフセット値」は、NOx濃度がゼロであるにもかかわらず、余剰酸素成分や電子伝導等により上記ポンプ電流値が有限値を示す場合の値のことである。
【0007】
具体的には、NOxセンサを500℃〜800℃の素子温度にして、大気雰囲気の中で、0.8Vのステップ状の交番電圧を半周期60secで3サイクル印加するエージング処理を行った。そして、このエージング処理が完了したNOxセンサを実車に搭載して耐久走行させ、所定の被測定ガスのガス濃度を検出した際の上記オフセット値の変化を測定した。図12は被測定ガス中の酸素濃度が0体積%のときの実験結果を、図13は同酸素濃度が16体積%のときの実験結果を夫々示している。尚、これらの実験では、試験用の同種類のNOxセンサを夫々3つ(#1,#2,#3)用意して行った。
【0008】
図12及び図13に示すように、いずれの場合も、耐久走行開始直後では、ポンプ電流のオフセット値が変動(低下)し、オフセット値が安定するまでに600km程度の耐久走行を要することが分かった。また、被測定ガス中の酸素濃度が高いほどオフセット値が大きくなることが分かった。このような初期変動は、センサの特性に悪影響を及ぼし、車両を安定に走行させる上での障害となる。
【0009】
本発明はこうした問題に鑑みてなされたものであり、検出素子の電極を活性化させるためのエージング工程を有するガスセンサの製造方法において、実機に搭載した際のセンサ特性の初期変動を防止又は抑制して、安定したガス濃度検出を行うことができるガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題に鑑み、請求項1記載の発明は、酸素イオン伝導性固体電解質体の面に電極が形成された検出素子を備え、被測定ガスのガス濃度を検出するガスセンサの製造方法に係る。
【0011】
そして、第1エージング工程にて、検出素子を第1の温度領域に加熱しつつ、検出素子の電極間に予め設定した大きさの交番電圧を印加して電極を活性化させる。
そして、この第1エージング工程の後の第2エージング工程にて、水分を略一定状態にしたリーン雰囲気にて、検出素子を第2の温度領域に加熱しつつ、検出素子の電極に通電を行う。尚、ここでいう「リーン雰囲気」とは、一般に言われる理論空燃比に対して酸素の割合が多い雰囲気を意味する。また、ここでいう「水分が略一定状態」とは、1時間あたりの絶対湿度の変化量が8%以下である状態を意味する。
【0012】
かかる製造方法では、検出素子に対し2種類のエージング処理を行う。すなわち、先行する第1エージング工程では、ガスセンサのセンシング性能の向上のために、上記従来技術と同様の目的のエージング処理を実施し、電極の活性化を図る。
【0013】
そして、第2エージング工程にて、略一定の湿度のリーン雰囲気にて検出素子を第2の温度領域に加熱しつつ検出素子の電極に通電する処理を行う。かかる処理により、ガスセンサを車両等の実際の対象機器又は装置(以下「実機」という)に組み込んで所定時間それを駆動させた場合と同様に、電極の活性がある程度なまされる。その結果、当該ガスセンサを実際に実機に組み込んだときには、直ちに安定したセンサ特性が得られ、当該実機を安定して駆動することができる。つまり、第2エージング工程により、ガスセンサが実機に搭載されてから安定化するまでの所謂「慣らし運転」の効果を先取りすることができる
換言すれば、第1エージング工程により電極の活性を促し、第2エージング工程により行過ぎた活性を抑えることにより、全体として応答性及びセンシング性能に優れたガスセンサを提供することができるのである。
【0014】
また、本発明では、第2エージング工程は、ガスセンサを実際の対象機器又は装置に搭載した際の通常制御時と同様の通電条件で駆動することにより行う。
このようにすることで、電極の活性状態が、ガスセンサを実機に組み込んで所定時間それを駆動させた場合と同様になって実機の制御との整合性がとれ、実機に組み込んだ際にガスセンサを円滑に駆動することができる。
【0015】
また、請求項2に記載のように、第2エージング工程におけるリーン雰囲気の水分は、10体積%以下に設定されることが好ましい。
これは、後述する実施例にも示されるように、第2エージング工程は、できるだけ水分が少ない雰囲気で行った方がガスセンサの特性が迅速に安定化するからであり、水分を10体積%以下にすることで一定の効果が得られるからである。
【0016】
従って、より好ましくは請求項3に記載のように、第2エージング工程におけるリーン雰囲気の水分を実質的に0体積%に設定するのがよい。このようにすれば、本発明の効果を最も顕著に発揮することができる。尚、ここでいう「水分が実質的に0体積%」とは、雰囲気中に含まれる水分が0.1体積%以下である状態であることを意味する。
【0017】
以上に説明したガスセンサの製造方法は、酸素濃度を検出する酸素センサ,NOx濃度を検出するNOxセンサ,HC濃度を測定するHCセンサ,CO濃度を測定するCOセンサ等、種々のガスセンサに適用することができるが、NOx濃度検出用のポンプ電流にオフセット値を有するNOxセンサにおいて特にその効果を発揮する。
【0018】
具体的には、請求項4に記載のように、当該NOxセンサは、被測定ガス中の酸素濃度に応じた電流である第1ポンプ電流が流れる第1ポンプセルと、NOx濃度に応じた電流である第2ポンプ電流が流れる第2ポンプセルとを備える検出素子と、第2ポンプ電流の大きさとNOx濃度との関係を示す第2ポンプ電流のゲイン値と、NOx濃度がゼロのときの第2ポンプ電流の大きさを示す第2ポンプ電流のオフセット値とを、夫々予め設定して記憶する記憶手段と、第2ポンプ電流と、上記記憶手段に記憶されている第2ポンプ電流のゲイン値及びオフセット値とに基づいて、NOx濃度を演算する演算手段とを備えるものである。
【0019】
かかる構成においては、上記第1エージング工程後の第2ポンプ電流のオフセット値の初期変動が大きくなるところ、第2エージング工程によりそのオフセット値の変動を迅速に低減して収束させることができる。そして、第2エージング工程でこのオフセット値の初期変動部分を吸収することにより、ガスセンサを実機に組付けた際に、NOx濃度の演算を精度よく行うことができ、実機の安定した駆動を直ちに実現することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。尚、本実施形態は本発明にかかるガスセンサを車両に搭載するNOxセンサとして構成したものであり、図1は当該NOxセンサの全体構成を示す断面図であり、図2は当該NOxセンサの製造過程で形成されるセンサ中間組立体の断面図であり、図3は図1のA部、つまり当該NOxセンサを構成する検出素子周辺の断面構造とその動作原理を表す説明図である。
【0021】
図1に示すように、NOxセンサ1は、被測定ガスが流れる配管に固定される筒状の主体金具2と、主体金具2の後端側(図中上側)に連設された筒状の外筒3と、さらに外筒3に連設された保護外筒20とからなるケーシングに、検出素子4を含む構成要素を内部に組付けて構成されている。
【0022】
すなわち、主体金具2の内側には、長尺筒形状の絶縁体5が内挿されており、この絶縁体5の内部に長板状の検出素子4が挿通されている。絶縁体5はその先端側寄りに径方向外側に突出するフランジ部91を有し、このフランジ部91がパッキン92を介して主体金具2に係合することで同主体金具2に保持され、そのフランジ部91後方の主体金具2と絶縁体5との間に滑石リング6,金属スリーブ7が介装されている。そして、さらに金属スリーブ7の後方に外筒3の先端開口部を外挿し、この外筒3の先端で外方に突出したフランジ部と主体金具2の後端との間にシール部材61を介装した状態で、当該主体金具2の後端を内方に加締めることにより、外筒3が主体金具2に固定されると共に、絶縁体5が主体金具2に対して安定して固定されている。
【0023】
また、絶縁体5の先端開口部には有底筒状のセラミックホルダ8が内挿嵌合され、その底面中央に軸方向に設けられた貫通孔を検出素子4が貫通している。このセラミックホルダ8の内方の検出素子4の周りにはセメント9が充填され、検出素子4を安定に固定している。さらに、セラミックホルダ8後方の検出素子4と絶縁体5との間には、タルクとガラスの混合物11が充填されており、検出素子4の後半部分を絶縁体5に対して固定している。
【0024】
さらに、検出素子4には6本の電極線12が接続されており、検出素子4の後端側から延出する電極線12の端部に6本の長尺状のリード端子13が接続されており、絶縁体5の後端側内方で、これら電極線12,リード端子13の接続部を覆うようにシールガラス14が充填されている。これら6本のリード端子13は、シールガラス14によって安定に固定されており、このシールガラス14と上記混合物11により、プロテクタ19側からリード端子13側への気密性が保持されている。
【0025】
そして、外筒3の後端部には、シール部材62を介してセラミックス製のセパレータ16及びフッソゴム製のグロメット17が配置されている。そして、各リード端子13の端部には、それぞれリード線18が固定されており、このリード線18が、セパレータ16及びグロメット17を貫いてセンサ内部から外部に伸びている。そして、これらセパレータ16及びグロメット17と外筒3の後半部分とを保護するように保護外筒20が外挿されている。
【0026】
さらに、主体金具2の先端には、2重の壁面を有する金属製のプロテクタ19が外嵌され固定されている。
上述した構成のうち、検出素子4は、図3に示すように、板状のヒータ板21と、第1ポンプセル22と、電池セル23と、第2ポンプセル24とを、貼り合わせセメント25と、スペーサ26,27,28を介して積層して構成される。ヒータ板21にはヒータ29が埋設され、図示しない制御回路により検出素子4を約800°Cの温度に保持する。スペーサ26〜28はアルミナからなる絶縁体である。
【0027】
尚、図示しない上記制御回路には、第2ポンプセル24を流れる第2ポンプ電流Ip2の大きさとNOx濃度との関係を示す第2ポンプ電流Ip2のゲイン値と、NOx濃度がゼロのときの第2ポンプ電流Ip2の大きさを示す第2ポンプ電流Ip2のオフセット値とを、夫々予め設定して記憶する不揮発性のメモリ(記憶手段)と、第2ポンプ電流Ip2と、上記メモリに記憶されている第2ポンプ電流Ip2のゲイン値及びオフセット値とに基づいて、NOx濃度を演算する演算部(演算手段)が設けられている。
【0028】
第1ポンプセル22は、酸素イオン伝導性固体電解質材料であるジルコニアにより形成され、その表面と裏面のそれぞれに白金で形成された電極31,32を有している。第1ポンプセル22の一方の電極31は、直接被測定ガス雰囲気に晒されるように構成されている。
【0029】
電池セル23も同様にジルコニアにより形成され、その表面と裏面のそれぞれに白金で形成された電極33,34を有しているが、電極34は、電池セル23と第2ポンプセル24との間に介装されたスペーサ28内に埋設されている。
そして、第1ポンプセル22と電池セル23に囲まれ、酸素濃度を測定するための第1測定室41が形成されている。この第1測定室41は、多孔質物質を充填して形成された第1拡散抵抗部51を経由して被測定ガス雰囲気と連通するように構成されている。
【0030】
また、電池セル23,第2ポンプセル24,スペーサ27,及びスペーサ28に囲まれ、NOx濃度を測定するための第2測定室42が形成されている。この第2測定室42は、電池セル23を貫通して設けられた連通孔43,及び第1拡散抵抗部51との間で第1測定室41を形成する第2拡散抵抗部52を経由して、第1測定室41に連通している。尚、第2拡散抵抗部52も多孔質物質を充填して形成されている。
【0031】
そして、第1拡散抵抗部51を介して第1測定室41に導入された被測定ガス中の酸素(O2)は、第1ポンプセル22に電圧を印加することにより電極32にて解離され、そのとき生成された酸素イオンが固体電解質を通って電極31から外部へ導出される。このとき固体電解質を通じて流れる電流が第1ポンプ電流Ip1である。ここで、電池セル23より出力される電圧値が一定となるように、第1ポンプセル22への印加電圧は、図示しないコントローラのマイクロコンピュータにてフィードバック制御される。つまり、電池セル23より出力される電圧に基づいて、第1ポンプ電流Ip1の電流値(限界電流値)は制御される。従って、この第1ポンプ電流Ip1の電流値を検出することで、被測定ガス中の酸素濃度を算出することができる。
【0032】
第2ポンプセル24も酸素イオン伝導性固体電解質材料であるジルコニアにより形成され、その固体電解質上に一対の電極35,36が形成されている。電極35は第2測定室42に面して配置され、電極36はスペーサ28に埋設され、多孔質層53を介して電池セル23側の電極34に対向している。
【0033】
そして、上述した第1測定室41のガスは、この第1測定室41から第2拡散抵抗部52を経由して第2測定室42に導かれ、そこで酸素(O2)と窒素(N2)に解離され、酸素が第2ポンプセル24により汲み出される。このとき第2ポンプセル24を流れる第2ポンプ電流Ip2が被測定ガス中のNOxの濃度に比例するため、この第2ポンプ電流Ip2をモニタすることにより、NOx濃度が測定される。
【0034】
以上のようにして、本実施形態のNOxセンサ1によれば、被測定ガス中の酸素濃度とNOx濃度とを測定することができる。
次に、本実施形態のNOxセンサ1の製造方法について、図1及び図2を参照しつつ説明する。図2は、NOxセンサ1の製造工程の中間段階で形成されるセンサ中間組立体10(半完成品)を表す断面図である。
【0035】
まず、図2のセンサ中間組立体10を組付ける。すなわち、まず、後端が互いにつながった櫛形状に形成された6本のリード端子13が電極線12を介して端部に接続されるとともに、その中央部でセメント9を介してセラミックホルダ8に固定された検出素子4を、その先端側から絶縁体5の内側に同軸状に内挿する。このときセラミックホルダ8が絶縁体5の下方の段部に係止されるため、結果的に検出素子4が絶縁体5により支持される。そして、この状態から絶縁体5内のセラミックホルダ8の後方に上記混合物11,シールガラス14を順次充填して検出素子4及びリード端子13を固定する(この状態の組付品を便宜上「素子支持体」という)。
【0036】
そして、この素子支持体を、その先端側から主体金具2の内側に同軸状に内挿し、そのフランジ部91で主体金具2にパッキン92を介して支持させる。続いて、そのフランジ部91後方の主体金具2と絶縁体5との間に滑石リング6,金属スリーブ7をこの順に配設し、さらに金属スリーブ7の後方に外筒3の先端開口部を外挿する。そして、この外筒3の先端で外方に突出したフランジ部と主体金具2の後端との間にシール部材61を介装した状態で、図示しないプレス装置により主体金具2の後端周縁部を外方から押圧して金属スリーブ7の後端側に向かって折り曲げる。このように折り曲げられた主体金具2の後端周縁部により金属スリーブ7の後端側が係止される。このようにして圧縮力を受けた滑石リング6が圧縮充填される。そして、この滑石リング6が圧縮充填されることにより素子支持体と主体金具2とが堅固に固定されるとともに、絶縁体5と主体金具2との間の気密性が確保される。
【0037】
そして、主体金具2の先端に上記プロテクタ19を外嵌して溶接することにより、センサ中間組立体10の組付けが完了する。そしてさらに、上述したリード端子13の後端のつながった部分を切断して6本のリード端子13に分離して夫々研磨する。こうして、センサ中間組立体10の形成が完了する。
【0038】
そして、図1に示すように、6本のリード線18を、グロメット17及びセパレータ16の貫通孔に挿通させた状態で、センサ中間組立体10側の対応するリード端子13の夫々に接続する。そして、外筒3の後端にシール部材62を介してセパレータ16及びグロメット17を順次組付け、リード線18に外挿された保護外筒20をリード線18とリード端子13との接続部,グロメット17及びセパレータ16を覆うように被せ、当該保護外筒20をグロメット17の位置及びその位置よりも先端側であって外筒3と保護外筒20とが重なり合う部位の所定位置71を径方向内側に向かって加締めることにより、センサ中間組立体10に固定する。
【0039】
続いて、上述した検出素子4の電極を活性化させて三相界面を増加させるための第1エージング処理と、そのエージングにより電極が活性化し過ぎて生じる上記第2ポンプ電流Ip2の初期変動を取り除くための第2エージング処理とを行う。
【0040】
まず第1エージング工程においては、上記組付後のNOxセンサ1を500℃〜800℃の素子温度にして、大気雰囲気又は水素を含んだ還元性ガス雰囲気の中で、NOxセンサ1の各電極に0.8Vのステップ状の交番電圧を半周期60secで3サイクル印加して行う。
【0041】
続いて、この第1エージング処理が施されたNOxセンサ1に対して第2エージングを施す。すなわち、この第2エージングでは、第1エージング処理後のNOxセンサ1を、水分を所定値以下(本実施形態では10体積%以下)に一定制御したリーン雰囲気の中に移す。そして、当該NOxセンサ1(各電極及びヒータ)に通電を行い、車両に搭載した際の通常制御時と同様の条件(上記雰囲気を除く)で予め定める所定時間駆動し、電極を加熱する。
【0042】
以上のように、組付完了後のセンサに対して第1エージング処理と第2エージング処理とを施すことにより、本実施形態のNOxセンサ1が完成する。
[実施例]
発明者らは、本発明の効果を確認するために、上記実施形態に係る製造方法にてNOxセンサを製造することにより、その完成品について第2ポンプ電流Ip2のオフセット値(以下「Ip2オフセット値」という)がどの程度安定化するかを実験した。尚、本実験に際しては、上述した第1エージング処理を行った後、第2エージング処理の条件を変化させてその効果を確認した。また、実験精度を保証するため、試料(同種のNOxセンサ)を5つずつ用意して行った。その実験結果を図4〜図11に示す。
【0043】
まず、図4〜図9に基づいて、第2エージング処理の条件によってIp2オフセット値がどのように変化したかを説明する。尚、これらの図において、横軸はエージング時間(hr)を示す。また、縦軸はIp2オフセット値の変化量(μA)、つまり、第2エージング処理を行わずに第1エージング処理のみを行った場合と比較したIp2オフセット値の変化量を示している。図中に示す実線は、5つの試料についての実験結果の平均値を表している。
【0044】
まず、図4は、第2エージング処理の条件として、水分を10体積%に設定した大気雰囲気の中で第2エージング処理を行い、その後、酸素濃度0体積%の被測定ガスを検出した場合の結果を表している。尚、この水分10体積%は、所定の容器に充填した水の中に大気を通してバブリングすることによって実現した。
【0045】
同図によれば、第2エージング処理の開始から約4時間程度でIp2オフセット値が安定化している(つまり第2エージング処理が完了する)ことが分かる。すなわち、図12に示した従来技術では、同じく酸素濃度0体積%の被測定ガスを検出した場合に、Ip2オフセット値が安定するまでに約600kmの実車耐久走行を要ることを考えると、僅か4時間程度でIp2オフセット値が安定化する本実施例の効果の大きさを理解することができる。
【0046】
図5は、第2エージング処理の条件として、上記と同様、水分を10体積%に設定した大気雰囲気の中でエージング処理を行い、その後、酸素濃度16体積%の被測定ガスを検出した場合の結果を表している。
同図によれば、第2エージング処理の開始から約4時間程度でIp2オフセット値が安定化していることが分かる。図13に示した従来技術では、同じく酸素濃度16体積%の被測定ガスを検出した場合に、Ip2オフセット値が安定するまでに約600kmの実車耐久走行を要ることを考えると、この場合も、僅か4時間程度でIp2オフセット値が安定化する本実施例の効果の大きさが伺える。
【0047】
図6は、第2エージング処理の条件として、水分が(実質的に)0体積%の乾燥状態に設定し、酸素20体積%,残りを窒素とした雰囲気の中でエージング処理を行い、その後、酸素濃度0体積%の被測定ガスを検出した場合の結果を表している。
【0048】
同図によれば、第2エージング処理の開始から1〜2時間程度でIp2オフセット値が安定化していることが分かる。すなわち、第2エージング処理の雰囲気を乾燥状態にすることで、図4に示した湿度がある場合よりもIp2オフセット値が迅速に安定化することが分かる。
【0049】
図7は、第2エージング処理の条件として、水分が0体積%の乾燥状態に設定し、酸素20体積%,残りを窒素とした雰囲気の中でエージング処理を行い、その後、酸素濃度16体積%の被測定ガスを検出した場合の結果を表している。
同図によれば、第2エージング処理の開始から1〜2時間程度でIp2オフセット値が安定化していることが分かる。すなわち、この場合も、第2エージング処理の雰囲気を乾燥状態にすることで、図5に示した湿度がある場合よりもIp2オフセット値が迅速に安定化することが分かる。
【0050】
図8は、第2エージング処理の条件として、特に水分調整をしていない大気雰囲気の中でエージング処理を行い、その後、酸素濃度0体積%の被測定ガスを検出した場合の結果を表している。尚、エージング処理中において、絶対湿度の変化量を測定したところ、1時間あたり8%以下であり、水分が略一定の雰囲気であった。
【0051】
同図によれば、第2エージング処理の開始から約2時間程度でIp2オフセット値が安定化していることが分かる。すなわち、大気雰囲気においても、水分が略一定であれば第2エージング処理による一定の効果が得られることが分かる。
図9は、第2エージング処理の条件として、大気雰囲気の中でエージング処理を行い、その後、酸素濃度16体積%の被測定ガスを検出した場合の結果を表している。
【0052】
同図によれば、第2エージング処理の開始から約2時間程度でIp2オフセット値が安定化していることが分かる。すなわち、この場合も、大気雰囲気においても、水分が略一定であれば第2エージング処理による一定の効果が得られることが分かる。
【0053】
次に、第2エージング処理の雰囲気中の水分の割合とIp2オフセット値と関係を表す実験結果について、図10及び図11に基づいて説明する。尚、本実験は、上述の方法で水分調整を行った大気雰囲気で第2エージング処理を1時間実施した結果である。尚、これらの図において、横軸は水分量(体積%)を示す。また、縦軸はIp2オフセット値の変化量(μA)、つまり、第2エージング処理を行わずに第1エージング処理のみを行った場合と比較したIp2オフセット値の変化量を示している。
【0054】
まず、図10は、第2エージング処理の条件として、水分を0体積%〜15体積%で変化させ、その後、酸素濃度0体積%の被測定ガスを検出した場合の結果を表している。
同図によれば、第2エージング処理の雰囲気中の水分の割合が少ないほどIp2オフセット値が大きく減少する、つまり迅速に安定化することが分かる。特に、水分0体積%の乾燥状態で最も良好な結果が得られている。
【0055】
図11は、第2エージング処理の条件として、水分を0体積%〜15体積%で変化させ、その後、酸素濃度16体積%の被測定ガスを検出した場合の結果を表している。
同図によれば、この場合も、第2エージング処理の雰囲気中の水分の割合が少ないほどIp2オフセット値が大きく減少する、つまり迅速に安定化することが分かる。特に、水分0体積%の乾燥状態で最も良好な結果が得られている。
【0056】
以上に説明したように、本実施形態のNOxセンサ1の製造方法においては、NOxセンサ1を組付けた後に2種類のエージング処理を行う。すなわち、先行する第1エージング工程においてNOxセンサ1のセンシング性能の向上のために電極の活性化を図っている。そして、第2エージング工程にて一定の湿度(10体積%以下)のリーン雰囲気にてNOxセンサ1を駆動することで、第2ポンプ電流Ip2の初期変動を取り除いてセンサ特性の安定化を実現している。これにより、当該NOxセンサ1を実機に組み込んだ際に、直ちにNOxセンサ1を安定して駆動することができる。
【0057】
つまり、第1エージング工程により電極の活性を促し、第2エージング工程により行過ぎた活性を抑えることにより、全体として応答性及びセンシング性能に優れたNOxセンサを製造することができる。
そしてさらに、第2エージング工程を水分が0体積%の乾燥状態にて実施することにより、センサ特性の安定化を迅速に実現することができる。
【0058】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、本発明のガスセンサの製造方法をNOxセンサの製造に適用した例を示したが、酸素センサ,HCセンサ,COセンサその他の種々のガスセンサに適用することができる。
【0059】
また、上記実施形態では、ガスセンサの構造として図1に示すものを例に挙げたが、それ以外の構造のガスセンサであってもよいことはもちろんである。
また、上記実施形態において、第1エージング処理と第2エージング処理についての処理条件の例を夫々示したが、本発明の技術的範囲に属するものであれば、上述した例に限られない。
【0060】
さらに、上記実施形態においては、エージング処理をガスセンサ(NOxセンサ)が完成してから行う例を示したが、検出素子の状態やセンサ中間組立体の状態でエージング処理を行うこともできる。また、エージング処理における加熱を素子ヒータにより行う例を示したが、外部ヒータを用いて加熱するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係るガスセンサの断面図である。
【図2】 実施形態に係るガスセンサの製造過程で形成されるセンサ中間組立体の断面図である。
【図3】 実施形態に係るガスセンサの検出素子周辺の断面構造とその動作原理を表す説明図である。
【図4】 第2エージング処理による効果を示す実験結果を表す説明図である。
【図5】 第2エージング処理による効果を示す実験結果を表す説明図である。
【図6】 第2エージング処理による効果を示す実験結果を表す説明図である。
【図7】 第2エージング処理による効果を示す実験結果を表す説明図である。
【図8】 第2エージング処理による効果を示す実験結果を表す説明図である。
【図9】 第2エージング処理による効果を示す実験結果を表す説明図である。
【図10】 第2エージング処理による効果を示す実験結果を表す説明図である。
【図11】 第2エージング処理による効果を示す実験結果を表す説明図である。
【図12】 従来のガスセンサの製造方法による問題点を表す説明図である。
【図13】 従来のガスセンサの製造方法による問題点を表す説明図である。
【符号の説明】
1・・・NOxセンサ、 5・・・検出素子、 21・・・ヒータ板、
22・・・第1ポンプセル、 23・・・電池セル、
24・・・第2ポンプセル、 31〜36・・・電極
Claims (4)
- 酸素イオン伝導性固体電解質体の面に電極が形成された検出素子を備え、被測定ガスのガス濃度を検出するガスセンサの製造方法であって、
前記検出素子を第1の温度領域に加熱しつつ、前記検出素子の電極間に予め設定した大きさの交番電圧を印加して該電極を活性化させる第1エージング工程と、
該第1エージング工程の後、1時間あたりの絶対湿度の変化量が8%以下である状態にしたリーン雰囲気にて、前記検出素子を第2の温度領域に加熱しつつ前記検出素子の電極に通電を行う第2エージング工程と、
を備えており、
前記第2エージング工程は、前記ガスセンサを実際の対象機器又は装置に搭載した際の通常制御時と同様の通電条件で駆動することにより行うこと、
を特徴とするガスセンサの製造方法。 - 前記第2エージング工程における前記リーン雰囲気の水分が10体積%以下に設定されたこと、
を特徴とする請求項1に記載のガスセンサの製造方法。 - 前記第2エージング工程における前記リーン雰囲気中に含まれる水分が0.1体積%以下である状態に設定されたこと、
を特徴とする請求項1に記載のガスセンサの製造方法。 - 前記ガスセンサが、
被測定ガス中の酸素濃度に応じた電流である第1ポンプ電流が流れる第1ポンプセルと、NOx濃度に応じた電流である第2ポンプ電流が流れる第2ポンプセルとを備える前記検出素子と、
前記第2ポンプ電流の大きさとNOx濃度との関係を示す前記第2ポンプ電流のゲイン値と、NOx濃度がゼロのときの前記第2ポンプ電流の大きさを示す前記第2ポンプ電流のオフセット値とを、夫々予め設定して記憶する記憶手段と、
前記第2ポンプ電流と、前記記憶手段に記憶されている前記第2ポンプ電流のゲイン値及びオフセット値とに基づいて、NOx濃度を演算する演算手段と、
を備えたNOxセンサであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のガスセンサの製造方法。
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