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2008年06月11日
日本ガイシ株式会社

高精度NOxセンサーを世界で初めて商品化

日本ガイシ株式会社(社長:松下 雋、本社:名古屋市)は、今後、世界的に厳しくなるディーゼル車排ガス規制に対応するため、窒素酸化物(NOx)測定誤差を30%低減した車載用高精度NOxセンサーを独・コンチネンタル社と共同で開発し、世界で初めて商品化しました。同センサーの供給体制を確保するため、2009年に年間生産能力を200万個に増強します。

車載用NOxセンサーを量産している世界で唯一のメーカーである当社は、独自の特許技術を活用することでNOx検出精度を従来品の測定誤差±15ppmを±10ppmまで30%低減した高精度NOxセンサーを開発し、耐久性評価でも良好な結果を得られました。この高精度NOxセンサーをドイツのコンチネンタル社が開発したコントロールユニットと組み合わせ、同社と共同で開発を進めてきた結果、米国のUS10をはじめとする厳しい排ガス規制に対応可能な車載用NOxセンサーの商品化に世界で初めて成功しました。すでに米国大手客先向けに納入が確定しているほか、引き合いが多く寄せられています。

当社は年間生産能力100万個のNOxセンサーの製造ラインを小牧事業所(愛知県小牧市)と名古屋事業所(名古屋市瑞穂区)に整え、欧州をはじめとする自動車メーカーに納入してきました。今回、高精度NOxセンサーの商品化に成功したことで、今後の需要が急拡大すると見込まれることから、このほど、約12億円を投資して既存のラインを増強することを決定しました。2009年7月から稼動し、年間生産能力を200万個に引き上げます。拡大する需要に対応するために、いち早く量産体制を整え、NOxセンサーのリーディングカンパニーの地位を確立します。

自動車の排ガス規制が昨今、世界的に強化されています。特にディーゼル車については、粒子状物質(PM)に加えて、NOxの排出規制も一段と強化されつつあり、米国のUS10や欧州のユーロV規制、日本のポスト新長期規制などが2010年以降、本格的に施行されます(図1参照)。それに伴い、ディーゼルエンジンの排ガス浄化装置の性能を最適に制御するため、また排ガス浄化装置の故障診断を行うために、排ガス中のNOx濃度を従来に比べてより高い測定精度で検知できる高精度センサーが必要となります。

車載用NOxセンサーは自動車の排気管に装着され、排ガス中のNOxの濃度を検知して排ガス浄化装置の制御やその故障診断に使用されます(図2)。排ガス規制が今後さらに強化される中で、ディーゼル車のNOx低減に欠かせない部品です。従来はジルコニアセラミックス(ZrO2、図3)を用いた酸素センサーで排ガス中の酸素イオンの量を検知し、それに基づいてNOx濃度を算出する手法が用いられてきました。しかし、排ガス中にはNOx以外の酸化物や酸素(O2)が存在するので、NOx由来の酸素イオンだけを精度よく検知することが困難でした。今後さらに強化される規制に対応するため、高温で作動条件の厳しい自動車排ガス中でも低濃度のNOxまで検知でき、長期間性能を維持できる、より高精度で耐久性が高いNOxセンサーが求められていました。当社はこれまでに培ったセラミック技術を駆使して、ZrO2を独自の2室形状に成形、積層した素子を用い、排ガス中の酸素イオンから一酸化窒素(NO)由来の酸素イオンだけを高精度に検知するセンサーを開発し、すでに基本特許を取得しています(図4)。

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用語解説と図解

図1:日・米・欧のディーゼル車排ガス規制

日本、米国、欧州のディーゼル車排ガス規制はこの数年のうちに強化され、PMもNOxも排出規制が一段と厳しくなる。

日・米・欧のディーゼル車排ガス規制 日・米・欧のディーゼル車排ガス規制(トラック・バス)

図2:車載用NOxセンサーの使用例

排ガス浄化装置の後に装着され、検出したNOxの値をエンジン制御装置(ECU)へフィードバックすることで、排ガス浄化装置の性能をチェックする。

NOxセンサの使用例(SCRシステム)

図3:ジルコニアセラミックス(ZrO2

レアメタルのひとつであるジルコニウム(Zr)の酸化物でセラミックスの一種。高温下で電圧をかけると酸素イオンを伝導する性質がある。逆に酸素イオンが移動する時に電流が発生する。この性質を応用して、酸素ポンプや酸素センサー、燃料電池の電極などの材料として用いられる。

ジルコニアセラミックスの酸素濃淡電池特性と酸素ポンプ特性

図4:自動車排ガスと車載用NOxセンサー(素子)の模式図

自動車の排ガス中には、NOx以外にも一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)、水(H2O)、酸素(O2)などが存在する。当社の高精度NOxセンサーの素子は2室に分かれており、第1室で自動車排ガス中の一酸化窒素(NO)以外の酸素イオンをすべて取り除く。第2室ではNO由来の酸素イオンだけを検知することができる(関連する独自開発の基本特許を所有)。

日本ガイシ高濃度NOxセンサーの基本原理

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<添付資料>車載用高精度NOxセンサー(Smart NOx-Sensor)の写真

車載用高精度NOxセンサー(Smart NOx-Sensor)

以上

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