JP2000146898A

JP2000146898A - 電気化学式センサー

Info

Publication number: JP2000146898A
Application number: JP10312806A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Kanamaru; 訓明金丸; Hideki Sato; 秀樹佐藤; Isao Katadokoro; 功片所; Takashi Kuwabara; 隆桑原; Koji Inoue; 光二井上
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 1998-11-04
Publication date: 2000-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】電気化学式センサーの安全性を向上させる。【解決手段】内ボディ８の内部に電解質溶液１２が収
容されている。外ボディ２と内ボディ８の上部開口部
は、絶縁性材料からなるボス１６により閉じられてお
り、ボス１６は接着剤２２により固定されている。ボス
１６には、外側から調圧孔１４が形成され、内側からそ
の調圧孔１４につながる拡大開孔部１５が形成されてい
る。拡大開孔部１５には吸水シート１６が３枚収容され
ている。ボス１６の電解質溶液１２側の面には、ＰＴＦ
Ｅ膜からなる封止膜２０が拡大開孔部１５を被うように
熱融着により固定されている。封止膜２０の破損等によ
り、調圧孔１４方向に電解質溶液１２が流れ出した場
合、その電解質溶液１２を吸水部材１８により吸収し、
センサー外部に電解質溶液１２が漏れるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス中の特定成分
の濃度を湿式電気化学的に検出する定電位電解式ガスセ
ンサー及びガルバニ電池式ガスセンサーを含む電気化学
式センサーに関するものである。電気化学式センサー
は、採取した試料ガスを分析する計測機や、ガス中の特
定成分濃度を制御する制御機や、内燃機関や外燃機関か
らの排ガス中の特定成分の濃度測定等に用いられてい
る。測定される特定成分としては、ＮＯ、ＣＯ、Ｈ
₂Ｓ、Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ、Ｃ₂Ｈ₅ＳＨ及びＨＣＨＯなどの被酸
化性ガス、ＮＯ₂及びＳＯ₂などの被還元性ガスのほか、
Ｏ₂、Ｏ₃、Ｃ₃Ｈ₈、Ｃ₈Ｈ₁₈、Ｈ₂などがある。

【０００２】

【従来の技術】定電位電解式ガスセンサーには、筐体内
に収容した電解質溶液と被検ガスとの接触面にガスのみ
を透過する多孔質高分子膜が設けられ、その多孔質高分
子膜の電解質溶液側には作用極（検知極ともいう）が形
成され、作用極に対し電解質溶液を介して対極と参照極
が配置されている。参照極の電位を基準として、これに
対する作用極の電位が一定に保たれ、多孔質高分子膜を
介して被検ガスが電解質溶液に接触した際の電気化学的
な反応により流れる対極と作用極間の電流により被検ガ
ス中の特定成分濃度が検出される。特に、測定ガスが多
孔質高分子膜を透過して作用極に至るガス拡散が反応系
の律速段階になる場合、この電流値は成分濃度に比例す
る。

【０００３】ガルバニ電池式ガスセンサーは、センサー
自体が電池として働くセンサーであって、筐体内に収容
した電解質溶液を介して一方にカソード（還元極）、他
方にアノードを配置し、これらの電極を外部回路で結ぶ
ことで、被検ガス中の特定成分の関与する酸化還元反応
を生じさせ、その電流値により特定成分濃度を知るもの
である。特に、特定成分の電極への供給が律速になるよ
うに電極の気相側に隔膜と呼ばれる物理的な拡散膜を配
置すると、特定成分濃度に電流値が比例するようにな
る。定電位電解式ガスセンサー及びガルバニ電池式ガス
センサーの特徴としては、ガス濃度に対して出力電流が
比例し、特定のガスにしか応答しない選択性を持ち、応
答速度が速い等の点を挙げることができる。

【０００４】電気化学式センサーの筐体内を密封した場
合には、電気化学反応により筐体内に導入された被検ガ
スの化学量論量より倍数量の生成ガスが発生したり、又
は吸水性の電解質溶液を収容したセンサーを高湿度下に
設置した結果、電解質溶液の体積増加等の現象が生じる
などにより、筐体内圧が増加し、電解質溶液のしみ出し
やセンサーの破損が生じることがある。そのような現象
を防ぐため、筐体内部の電解質溶液を収容したまま、筐
体内部を大気圧に保つ方法として、筐体に筐体内部の気
体層に通じる貫通穴を調圧孔として設け、その調圧孔を
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の疎水性の
多孔質高分子膜で封止する方法が案出されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、封止膜
として用いられる多孔質高分子膜は数十〜数百μｍの非
常に薄いものであるため、構造上弱く、破損する虞れが
ある。封止膜が破損したり、又は封止膜と筐体との接着
が不十分であった場合、例えば６Ｍ硫酸等の強酸からな
る電解質溶液が調圧孔を介して筐体外部に漏れる危険性
があった。そこで本発明は、封止膜が破損したり、又は
封止膜と筐体との接着が不十分であっても、調圧孔から
電解質溶液が漏れることを防止することにより、電気化
学式センサーの安全性を向上させることを目的とするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、電解質溶液が
収容された筐体と、筐体内部と筐体外部を通じる貫通穴
からなる調圧孔と、電解質溶液が調圧孔を介して筐体外
部に漏れないように筐体の内部側から調圧孔を封止する
疎水性多孔質高分子膜からなる封止膜とを備えた定電位
電解式ガスセンサー又はガルバニ電池式ガスセンサーを
含む電気化学式センサーであって、その調圧孔と封止膜
の間に調圧孔径より大きい寸法の空間が設けられ、その
空間に吸水部材が配置されているものである。

【０００７】封止膜の破損又は封止膜と筐体との接着不
良等により、調圧孔方向に電解質溶液が流れ出した場
合、その電解質溶液を吸水部材により吸収し、筐体外部
に電解質溶液が漏れるのを防止する。そのため、吸水部
材は、筐体内部に収容された電解質溶液量の一部を吸収
できる量であってもよいが、全て吸収できるものである
方が好ましい。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明を定電位電解式ガスセンサー
に適用した一実施例を表す図であり、（Ａ）は正面断面
図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は同実施例の電極形状を表
す上面図である。ポリプロピレン等のプラスチック製材
料で形成された筒状の外ボディ２には、その底部に開口
が形成されている。外ボディ２の底部内側の周囲に沿っ
て絶縁性材料からなるパッキン４が配置され、そのパッ
キン４上に、疎水性の多孔質ＰＴＦＥ膜をベースとし
て、その上に金属薄膜を有する電極膜６が配置されてい
る。電極膜６のベースはＰＴＦＥに限られるものではな
く、ＰＥ（ポリエチレン）などの疎水性多孔質膜を用い
ることもできる。

【０００９】電極膜６の金属薄膜はパッキン４とは反対
側の面に設けられ、金や白金等の貴金属薄膜がコーティ
ングされたものであり、その金属薄膜は３つの領域に分
割されて、互いに絶縁されている。この実施例では、一
番面積の広い中央部を作用極Ｗとし、残りの２つを対極
Ｃ、参照極Ｒとした。各電極の配置及び大きさはこの実
施例に限られるものではない。パッキン４及び電極膜６
を外ボディ２の底部に押さえつけて固定するために、外
ボス２の内側に内ボディ８が備えられている。内ボディ
８の内壁に沿って例えばＰｔ線からなるリード１０ｗ，
１０ｃ，１０ｒが設置されており、内ボディ８の内壁の
底部と電極Ｗ，Ｃ，Ｒとの間にはさみ込まれて、作用極
Ｗはリード１０ｗ、対極Ｃはリード１０ｃ、参照極Ｒは
リード１０ｒと電気的にそれぞれ接続されている。それ
ぞれのリード１０ｗ，１０ｃ，１０ｒはプリアンプ（図
示略）に接続されている。

【００１０】内ボディ８の内部には被検ガス中の特定成
分との電気化学反応を生じさせるため、酸、アルカリあ
るいは塩の水溶液からなる電解質溶液１２が収容されて
いる。この実施例では、電解質溶液１２として、２〜６
Ｍ硫酸水溶液を使用した。外ボディ２と内ボディ８の上
部開口部は、絶縁性材料からなるボス１６により閉じら
れており、ボス１６は接着剤２２により内ボディ８に固
定されている。ボス１６には、外側から直径が０．５ｍ
ｍ、長さが２ｍｍの調圧孔１４が形成され、内側からそ
の調圧孔１４につながる直径が７ｍｍ、深さが３ｍｍの
拡大開孔部１５が形成されている。拡大開孔部１５には
直径が７ｍｍ、厚みが１ｍｍの吸水シート（吸水部材、
ワットマン製、ガラス繊維濾紙ＧＦ／Ｄ）１６が３枚収
容されている。この吸水シートについては６Ｍ硫酸の吸
水能を実測し、８０μリットル／ｃｍ²の値を得た。そ
の値から、この実施例における吸水シート１６の総吸水
許容量は計算上約０．１ミリリットルとなる。

【００１１】ボス１６の電解質溶液１２側の面には、調
圧孔１４から電解質溶液１２が漏れるのを防ぐために、
十分な耐酸性を有し、かつ疎水性でガスのみを透過す
る、膜厚が７５μｍ、平均孔径が０．５μｍのＰＴＦＥ
膜（日東電工製、ＮＴＦ１１２１）からなる封止膜２０
が拡大開孔部１５を被うように熱融着により固定されて
いる。また、ボス１６の外周部にはリード１０ｗ，１０
ｃ，１０ｒを通すためのくぼみが形成されている。本発
明の筐体は、外ボディ２、内ボディ８及びボス１６によ
り構成される。

【００１２】内ボディ８内に、電解質溶液１２として
０．１ミリリットルの６Ｍ硫酸を収容し、封止膜２０を
意図的に破損させた後、ボス１６を内ボディ８に装着し
て接着剤２２により固定した。そして、調圧孔１４を下
側に向けてセンサーを２４時間以上放置したが、電解質
溶液１２は吸水シート１６に吸収され、調圧孔１４から
の液漏れは認められなかった。

【００１３】本発明により、ガスのみを透過して調圧孔
からの電解質溶液の漏れを防止する封止膜が万一破損し
た場合でも、電解質溶液のセンサー外部への漏れを防止
できる技術が得られた。実施例では、吸水シート１８の
量として、収容された電解質溶液１２の全量を吸収でき
る量を備えているが、必ずしも全量を吸収できるだけの
吸水シートを備えてなくてもよい。また、実施例では、
本発明を定電位電解式ガスセンサーに適用しているが、
ガニバル電池式ガスセンサーなど、調圧孔を備えた電気
化学式センサーであれば本発明を適用することができ
る。

【００１４】

【発明の効果】本発明の電気化学式センサーは、調圧孔
と封止膜の間に調圧孔径より大きい寸法の空間が設けら
れ、その空間に吸水部材が配置され、封止膜の破損又は
封止膜と筐体との接着不良等により、調圧孔方向に電解
質溶液が流れ出した場合、その電解質溶液を吸水シート
により吸収するようにしたので、センサー外部に電解質
溶液が漏れるのを防止することができ、電気化学式セン
サーの安全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を定電位電解式ガスセンサーに適用した
一実施例を表す図であり、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）
は上面図、（Ｃ）は同実施例の電極形状を表す上面図で
ある。

【符号の説明】

２内ボディ６電極膜８外ボディ１２電解質溶液１４調圧孔１５拡大開孔部１６ボス１８給水シート２０封止膜Ｗ作用極Ｃ対極Ｒ参照極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者片所功京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所内 (72)発明者桑原隆京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所内 (72)発明者井上光二京都府京都市中京区西ノ京桑原町１番地株式会社島津製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質溶液が収容された筐体と、筐体内
部と筐体外部を通じる貫通穴からなる調圧孔と、電解質
溶液が調圧孔を介して筐体外部に漏れないように筐体の
内部側から調圧孔を封止する疎水性多孔質高分子膜から
なる封止膜とを備えた定電位電解式ガスセンサー又はガ
ルバニ電池式ガスセンサーを含む電気化学式センサーに
おいて、前記調圧孔と封止膜の間に調圧孔径より大きい寸法の空
間が設けられ、その空間に吸水部材が配置されているこ
とを特徴とする電気化学式センサー。