JP2004219164A - Constant potential electrolytic type gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定電位電解型ガスセンサーに関し、詳しくは、ガス透過性疎水隔膜と作用電極とが分離されて構成された定電位電解型ガスセンサーに関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、例えば半導体製造工場などにおいて毒性ガスの検出を行うに際しては、目的とする検知対象ガスの選択性に優れ、高感度で、かつ、高い精度でガス濃度を検出することができるなどの理由から、電解反応を利用した定電位電解型ガスセンサーが広く利用されている。
【0003】
このような定電位電解型ガスセンサーは多数提案されており、例えば特許文献1には、両端に開口を有し、これらの開口が疎水性多孔質の隔膜により封止されることにより電解液室が形成されるセンサボディ(ケーシング)を備え、このセンサボディ内において、各々の隔膜における接液側の面にそれぞれ電極が設けられる共に電解液が収容されて構成されてなるものが記載されている。
【0004】
而して、定電位電解型ガスセンサーにおいては、例えば電解液室内の圧力変化による感度低下を防止する観点から、電解液室内の圧力が例えば外部大気と平衡状態となるよう調整する手段が講じられており、上記構成の定電位電解型ガスセンサーにおいては、隔膜における非電極形成部分を介して電解液室の内部空間が外部大気に開放されており、これにより、液密な状態を確保しながら電解液室内の圧力が外部大気圧と平衡状態とされ、電解液室内における圧力変化による感度低下が補償されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平5−223777号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、定電位電解型ガスセンサーにおいては、例えば電解液室内の圧力変化による感度低下を防止する観点から、電解液室内の圧力が例えば外部大気と平衡状態となるよう調整して感度低下を補償する手段を講じることが一般的に行われている。
そこで、本発明は、所期の電解室内圧力調整機能が確実に発揮することができ、信頼性の高いガス検知を行うことができる新規な構造を有する小型の定電位電解型ガスセンサーを提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明の他の目的は、必要とされる複数のガス検知電極を互いに十分に液密な状態とすることができ、しかも電解液の漏洩を確実に防止することができ、従って、信頼性の高いガス検知を行うことができる新規な構造を有する小型の定電位電解型ガスセンサーを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の定電位電解型ガスセンサーは、筒状のケーシング本体の一端側開口部にガス透過口が形成された下面側ケーシング部材が設けられると共に他端側開口部に上面側ケーシング部材が設けられ、下面側ケーシング部材におけるガス透過口がガス透過性疎水隔膜により封止されて電解液室が形成されるケーシングを備え、このケーシング内において、少なくとも作用電極および対極の2つのガス検知電極が、作用電極がガス透過性疎水隔膜の接液側の面に対接されて配置されると共に対極が作用電極に対して液密な状態とされて配置されて、設けられてなり、
ケーシングを構成する上面側ケーシング部材には、電解液室の内部空間に露出する内面に凹所が形成されていると共に当該凹所を介して電解液室を外部大気と連通させる連通孔が上面側ケーシング部材の外面に開口するよう形成されており、ガス透過性を有する圧力調整膜が凹所を塞ぐよう上面側ケーシング部材の内面上に配置されて設けられていることを特徴とする。
【0009】
本発明の定電位電解型ガスセンサーにおいては、作用電極および対極は、いずれも、流体流通路が形成された板状の電極体を有するものよりなり、作用電極および対極の両者が当該作用電極に係る電極体および対極に係る電極体の間に電解液が含浸される電解液保持部材が介在されて挟み込まれた状態で積重されて一の電極構造体として構成されており、
電解液室に収容される電解液が作用電極および対極の各々に形成された流体流通路を介して電解液保持部材に含浸されるよう、ガス透過口が上方向以外の方向を向いた状態で用いられることが好ましい。
【0010】
また、本発明の定電位電解型ガスセンサーにおいては、作用電極および対極は、いずれも、板状の電極体と、当該電極体と外部リード部材とを接続するための突出端子片とにより構成されており、作用電極および対極における突出端子片の各々が、互いに周方向に離間して並んだ位置においてケーシングの外部に導出された構成であることが好ましい。
【0011】
このような構成の定電位電解型ガスセンサーは、作用電極および対極は、それぞれ、電極体を形成する電極体部分と、電極体部分が積重された状態において基端側部分が互いに異なる突出方向に伸びると共に先端側部分が互いに平行に伸びる突出端子片部分とを有する電極形成材料が、突出端子片部分における基端側部分が電極体の積層方向に伸びるよう折り曲げられると共に突出端子片部分における先端側部分が電極体の面方向に伸びるよう折り曲げられ、更に、ケーシングの外面より突出する部分が電極体の積重方向に伸びるよう折り曲げられて形成されたものを用いることにより達成される。
【0012】
【作用】
上記構成の定電位電解型ガスセンサーによれば、ケーシングを構成する上面側ケーシング部材の内面に凹所が形成されると共に当該凹所を介して電解液室内の内部空間を外部大気と連通させる連通孔が形成されており、当該凹所が塞がれるよう上面側ケーシング部材の内面上にガス透過性疎水圧力調整膜が配置されて設けられていることにより、凹所内に保持部を形成して圧力調整膜を保持する構成であれば、電解液が保持部に付着して圧力調整機能を低下させることがあるという問題が生ずることがなく、従って、所期の圧力調整機能が確実に発揮される。
また、電解液室の内部空間が、凹所を介して上面側ケーシング部材の外面に開口する連通孔によって、いわば間接的に外部大気に開放される構成であることにより、電解液室内の圧力と大気圧との差圧が過大となることが防止される。
【0013】
また、少なくとも作用電極および対極の両者が電解液保持部材を介して積重されて一の電極構造体として構成されていることにより、必要とされる複数のガス検知電極がまとめられているので、ガスセンサー全体に占めるガス検知電極の占有空間の大きさが小さくなり、ガスセンサーそれ自体が大幅に小型化されたものとなる。
しかも、ガス透過口が上方向以外の方向を向いた状態で使用されて、作用電極および対極の各々に形成された流体流通路を介して電解液を電解液保持部材に含浸させると共に作用電極と隔膜との間に電解液層を形成させる構成とされていることにより、電解液が減少して少量となった場合であっても、電解液を確実に供給することができるので、作用電極および対極の両電極間において十分な液密状態を得ることができ、従って、信頼性の高いガス検知を確実に行うことができる。
【0014】
さらに、作用電極および対極における突出端子片の各々が、互いに周方向に離間して並んだ位置においてケーシングの外部に導出される構成とされていることにより、電解液室を高い液密性が確保された状態で形成することができるので、電解液が漏洩することを確実に防止することができる。
また、作用電極に係る突出端子片および対極に係る突出端子片が特定の形態を有するものを用いることにより、各電極に係る突出端子片の各々が互いに同方向に導出される液密リード構造を簡単な構造により確実に得ることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の定電位電解型ガスセンサーの一例における構成の概略を示す縦断断面図、図2は、図1に示す定電位電解型ガスセンサーの側面図、図3は、図1に示す定電位電解型ガスセンサーの分解断面図、図4は、図1に示す定電位電解型ガスセンサーにおける電極構造体の構成を示す拡大断面図である。ここに、本明細書においては、図1における上下方向を「軸方向」、左右方向を「径方向」というものとする。
【0016】
この定電位電解型ガスセンサーは、円筒状のケーシング本体10A、下面側ケーシング部材10Bおよび上面側ケーシング部材10Cにより構成されたケーシング10を備え、必要とされる複数のガス検知電極、この実施例においては、作用電極31、対極32および参照電極33が一のユニットとして構成された電極構造体30が作用電極31が外面に露出されるようケーシング本体10Aの一端側開口部に嵌合されて設けられ、更に、ガス透過口11が形成された下面側ケーシング部材10Bがその他端面に形成された電極構造体嵌合用凹所14に電極構造体30が嵌合されてケーシング本体10Aと対接されるよう設けられていると共に、上面側ケーシング部材10Cがケーシング本体10Aの他端側開口部に嵌合されて設けられて構成されている。
そして、下面側ケーシング部材10Bにおける電極構造体嵌合用凹所14には、例えばOリング18Aなどのシール部材が配置される段部14Aが形成されていると共に、その内面上に、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂よりなるガス透過性疎水隔膜20がガス透過口11を塞ぐよう配置されて一体的に溶着されており、これにより、電解液が収容される電解液室Sが液密に形成されている。
ガス透過性疎水隔膜20は作用電極31に対接された状態とされている。
【0017】
ケーシング10には、その外周面におけるケーシング本体10Aと下面側ケーシング部材10Bとの接合部分に、各々のガス検知電極とこれらに対応する複数の外部リード部材25、25、25とが接続される入出力端子部形成用凹所12が形成されていると共に、この入出力端子部形成用凹所12より軸方向外方(図1において上方)に向かって伸びるよう、互いに周方向に離間して並んだ位置において外部リード部材配設用案内溝13の複数が形成されている。図1および図3において、19は、電解液を電解液室S内に注入するための電解液注入用貫通孔である。
【0018】
上面側ケーシング部材10Cは、電解液室Sの内部空間を外部大気の圧力と平衡した状態に維持するための電解液室内過大圧力調整機能を有する。
具体的には、電解液室Sの内部空間に露出する内面に、開口径の大きさが一定である第1空間部15Aと、この第1空間部15Aに連続する、軸方向外方(図において上方)に向かうに従って開口径の大きさが小さくなる第2空間部15Bとを有する凹所15が形成されていると共に当該凹所15における第2空間部15Bを形成するテーパー状の内壁面より上面側ケーシング部材10Cの外周面に開口するよう径方向外方に伸びる連通孔16が形成されており、上面側ケーシング部材10Cの内面上に例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂よりなるガス透過性疎水圧力調整膜21が配置されて一体的に溶着され、これにより、液密な状態が確保された状態において電解液室Sの内部空間が外部大気に解放されている。
【0019】
作用電極31、対極32および参照電極33の各々は、いずれも、円板状の電極体31A、32A、33Aと、全体が電極体31A、32A、33Aの周縁部より径方向外方に突出して伸びるよう形成されてなる突出端子片31B、32B、33Bとにより構成されており、各電極に係る電極体31A、32A、33Aの各々には、流体流通路を構成する例えば開口径が0.5mm程度の微細な通孔34が密度が例えば80個/cm2 となる状態で一定の大きさのピッチで穿設されている(図5乃至図7参照)。
【0020】
作用電極31は、図5に示されているような、円板状の電極体31Aの周縁部より径方向外方に向かって例えば直線状に伸びる突出端子片部分41を有する、例えばステンレス鋼よりなる基板の表面に例えば金が付着されてなる作用電極形成材料40により形成されている。
具体的には、作用電極形成材料40における突出端子片部分41がその一端に位置される破線Aで示される被折り曲げ個所において基端側部分41Aが紙面に対して垂直方向手前側(軸方向外方)に向かって伸びるよう折り曲げられ、破線Bで示される被折り曲げ個所において先端側部分41Bが同図における下方向 (径方向外方)に向かって伸びるよう折り曲げられ、更に、破線Cで示される被折り曲げ個所において接点端子部分41Cが紙面に対して垂直方向奥側(軸方向内方)に向かって伸びるよう折り曲げられ、これにより、図3に示すような矩形状の断面形状を有する突出端子片31Bを有する作用電極31が形成される。
【0021】
対極32は、図6に示されているような、電極体32Aが作用電極形成材料40に係る電極体31Aと同軸状に積重された状態において、基端側部分43Aが作用電極形成材料40に係る突出端子片部分41の突出方向と互いに異なる方向に突出して伸び、換言すれば、作用電極形成材料40に係る突出端子片部分41の突出方向に対して所定の位相角度差を持った周縁位置より径方向外方に突出して伸び、先端に接点端子部分43Cを有する先端側部分43Bが作用電極形成材料40に係る突出端子片部分41の突出方向と互いに平行に伸びる、全体が 「く」の字状に屈曲した形態の突出端子片部分43を有する、例えばステンレス鋼よりなる基材の表面に例えば銀が付着されてなる対極形成材料42により形成されている。
具体的には、対極形成材料42における突出端子片部分43がその一端に位置される破線Aで示される被折り曲げ個所において基端側部分43Aが紙面に対して垂直方向手前側(軸方向外方)に向かって伸びるよう折り曲げられ、破線Bで示される被折り曲げ個所において先端側部分43Bが同図における下方向(径方向外方)に向かって伸びるよう折り曲げられ、更に、破線Cで示される被折り曲げ個所において接点端子形成部分43Cが紙面に対して垂直方向奥側(軸方向内方)に向かって伸びるよう折り曲げられて、図3に示されるような作用電極31に係るものと同様の矩形状の断面形状を有する突出端子片32Bを有する対極32が形成される。
【0022】
参照電極33は、図7に示されているような、例えば、電極体33Aが作用電極形成材料40および対極形成材料42の各々に係る電極体31A、32Aと同軸状に積重された状態において、作用電極形成材料40に係る突出端子片部分41に対して対極形成材料42に係る突出端子片部分43と実質的に対称形とされた、全体が「く」の字状に屈曲した形態の突出端子片部分45を有する、例えばステンレス鋼よりなる基材の表面に例えば銀が付着されてなる参照電極形成材料44により形成されている。
具体的には、参照電極形成材料44における突出端子片部分45の一端に位置される破線Aで示される被折り曲げ個所において基端側部分45Aが紙面に対して垂直方向手前側(軸方向外方)に向かって伸びるよう折り曲げられ、破線Bで示される被折り曲げ個所において先端側部分45Bが同図における下方向(径方向外方)に向かって伸びるよう折り曲げられ、更に、破線Cで示される被折り曲げ個所において接点端子部分45Cが紙面に対して垂直方向奥側(軸方向内方)に向かって伸びるよう折り曲げられ、図3に示されているような矩形状の断面形状を有する突出端子片33Bを有する参照電極33が形成される。
【0023】
上述したように、本発明の定電位電解型ガスセンサーにおいては、作用電極31、対極32および参照電極33の三者が一の電極構造体30として構成されている。
この実施例においては、一端側に下面側ケーシング部材10Bにおける電極構造体嵌合用凹所14に嵌合される大径筒状部分36Aを有すると共に他端側に例えばリング状パッキング18Bなどのシール部材が介在された状態でケーシング本体10Aの一端側開口部に嵌合される小径筒状部分36Bを有してなり、軸方向に伸びる電極体配設用貫通孔37が形成されると共に小径筒状部分36Bの壁面に互いに周方向に離間した位置において軸方向に伸びる突出端子片配設用切欠部38が形成された電極ホルダー36により、作用電極31、対極32および参照電極33が保持され、これにより、一のユニットとして構成されている。
【0024】
具体的には、図4に示されているように、電極ホルダー36における電極体配設用貫通孔37内に、作用電極31、対極32および参照電極33の各ガス検知電極に係る電極体31A、32A、33Aが作用電極31に係る電極体31Aおよび対極32に係る電極体32Aの間、並びに対極32に係る電極体32Aおよび参照電極33に係る電極体33Aの間のそれぞれに例えば濾紙よりなるシート状の電解液保持部材35A、35Bが介在されて挟み込まれた状態で被検ガスの透過方向(図4において下方から上方)に対してこの順に積重された状態で配設されると共に、各ガス検知電極に係る突出端子片31B、32B、33Bが対応する突出端子片配設用切欠部38に沿って挿通されて大径筒状部分36Aにおける突出端子片配設用面39に係止されて配置され、更に、参照電極33に係る電極体33A上に電解液保持部材35Cが配置された状態において、保護板50が、その小径筒状部分51が電極体配設用貫通孔37に嵌合されると共に大径筒状部分52が電極ホルダー36における小径筒状部分36Bの電解液室Sの内部空間に露出する内面に形成された保護板嵌合用凹所36Cに嵌合されて最上層に位置される電解液保持部材35Cに圧接乃至密接した状態で、一体的に設けられている。
【0025】
そして、各ガス検知電極における突出端子片31B、32B、33Bの各々は、基端側部分41A、43A、45Aが互いに周方向に離間した位置において電極ホルダー36における電極体配設用貫通孔37の内壁面に沿って軸方向外方に伸び、更に、先端側部分41B、43B、45Bが電極ホルダー36における突出端子片配置面39に沿って径方向外方に伸び、ケーシング10の入出力端子部形成用凹所12において互いに周方向に離間して並ぶよう導出された接点端子部分41C、43C、45Cが入出力端子部形成用凹所12の壁面に沿って軸方向内方に伸びる状態とされている。
【0026】
電極構造体30を構成する保護板50には、導入される被検ガスが流過されると共に電解液が流入される流体流通路である例えば開口径が1mm程度の通孔53が密度が例えば40個/cm2 となる状態で軸方向に伸びるよう形成されている。
【0027】
外部リード部材25の各々は、入出力端子部形成用凹所12に位置される一端側部分25Aが断面形状が半円形状に形成されたピンリードよりなり、一端側部分25Aにおける平坦な面が外方(図1において右方)を向いた状態で、対応するガス検知電極に係る突出端子片31B、32B、33Bにおける先端部分にそれぞれ接続されている。
そして、ケーシング10における入出力端子部形成用凹所12が液密シール用の絶縁性樹脂層17により被覆され、これにより、液密シール構造が形成されている。
【0028】
以上において、本発明の定電位電解型ガスセンサーにおいて用いられる電解液としては、例えば、沃化カリウム(KI)0.25モル、沃素酸カリウム(KIO3 )0.05モル、及び水酸化カリウム0.5ミリモルの水溶液を基本組成とし、これに水素イオン濃度調整剤、具体的には例えば水酸化カリウムや炭酸カリウムが添加されて中性よりもアルカリ側となるように水素イオン濃度が調整されて構成されたものである。
【0029】
また、検知対象ガスの種類は特に限定されるものではなく、例えばフッ化水素ガス(HF)、塩化水素ガス(HCl)、塩素ガス(Cl2 )、フッ素ガス(F2 )、ヨウ素ガス(I2 )、臭素ガス(Br2 )、オゾンガス(O3 )、フッ化塩素ガス(ClF3 )等を例示することができる。
【0030】
以上において、本発明の定電位電解型ガスセンサーは、ガス透過口11が上方向以外の方向、例えば横方向を向いた状態で使用され、これにより、電解液室Sに収容された電解液が保護板50における通孔53に流入して保護板50と参照電極33との間に介在される電解液保持部材35Cに含浸され、更に、余剰な電解液が参照電極33に係る通孔34および対極32に係る通孔34に順次に浸入して各電極間に介在される電解液保持部材35B、35Aの各々に含浸される共に、作用電極31とガス透過性疎水隔膜20との間に電解液層が形成され、これにより、各電極間において液密な状態が得られる。
この状態において、例えば環境雰囲気の空気などの被検ガスがガス透過口11よりガス透過性疎水隔膜20を介して導入されると共に、作用電極31と対極32との間に一定の電位差が生じるよう、参照電極33の電位状態を基準として、作用電極31および対極32の各々に所定の電圧が外部リード部材25、25、25を介して印加され、作用電極31および対極32の両電極間に生ずる電流値が測定されることにより被検ガス中の特定成分(検知対象ガス)の濃度が検出される。
電解液室S内に導入された被検ガスは、ガス透過性疎水圧力調整膜21を透過して、凹所15を介して連通孔16より外部大気に排出され、これにより、電解液室S内が外部大気の圧力と平衡した圧力状態に調整された状態において、ガス検知動作が行われる。
【0031】
而して、上記構成の定電位電解型ガスセンサーによれば、基本的には、作用電極31、対極32および参照電極33の三者が電解液保持部材35A、35Bを介して積重されて一の電極構造体30として構成されていることにより、必要とされる複数のガス検知電極がまとめられているので、ガスセンサー全体に占めるガス検知電極の占有空間の大きさを小さくすることができ、従って、ガスセンサーそれ自体を大幅に小型化されたものとして構成することができる。
具体的な一寸法例を示すと、ケーシング10における軸方向長さを例えば30mm、外径の大きさを例えば20mmとすることができる。
【0032】
しかも、ケーシング10を構成する上面側ケーシング部材10Cの内面に凹所15が形成されると共に当該凹所15を介して電解液室S内の内部空間を外部大気と連通させる連通孔16が形成されており、当該凹所15が塞がれるよう上面側ケーシング部材10Cの内面上にガス透過性疎水圧力調整膜21が配置されて設けられていることにより、凹所15内に保持部を形成してガス透過性疎水圧力調整膜21を保持する構成であれば、電解液が保持部に付着して圧力調整機能を低下させることがあるという問題が生ずることがなく、従って、所期の圧力調整機能が確実に発揮され、信頼性の高いガス検知を確実に行うことができる。
また、電解液室Sの内部空間が、凹所15を介して上面側ケーシング部材10Cの外面に開口する連通孔16によって、いわば間接的に外部大気に開放される構成であることにより、電解液室S内の圧力と大気圧との差圧が過大となることが防止される。
【0033】
また、作用電極31、対極32および参照電極33の各電極に係る突出端子片31A、32A、33Aの各々が、互いに周方向に離間して並んだ位置においてケーシング10の外部に導出されて対応する外部リード部材25、25、25に接続されていることにより、電解液室Sを高い液密性が確保された状態で構成することができるので、電解液が漏洩することを確実に防止することができる。
また、作用電極31、対極32および参照電極33の各々に対応する外部リード部材25、25、25が互いに近接して配設されているので、電流の供給構造を形成するに際して極めて有利である。
【0034】
また、ガス透過口11が上方向以外の方向を向いた状態で使用されて、電解液を保護板50における通孔53および各電極に形成された通孔34を介して電解液保持部材35C、35B、35Aの各々に含浸させると共に作用電極31とガス透過性疎水隔膜20との間に電解液層を形成させる構成とされていることにより、電解液が減少して少量となった場合であっても、電解液を各々の電解液保持部材35C、35B、35Aおよび作用電極31とガス透過性疎水隔膜20との間隙に確実に供給することができるので、各電極間において十分な液密状態を確実に得ることができる。
従って、例えば人に携行されることによってガスセンサーそれ自体が傾いたりするなど姿勢差が生じた場合であっても、各電極間において十分に液密な状態を得ることができ、信頼性の高いガス検知を確実に行うことができる。
【0035】
さらに、各電極に係る電極体31A、32A、33Aと電解液保持部材35A、35B、35Cとの積層体が、保護板50によって圧接乃至密接された状態において、電極ホルダー36によって保持されていることにより、電解液が含浸されて膨潤されることに伴って電解液保持部材35A、35B、35Cが変形することを確実に防止することができるので、各電極間において実質的に均一な液密状態を得ることができ、目的とするガス検知を確実に行うことができる。
【0036】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の態様に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明に係る定電位電解型ガスセンサーにおいては、参照電極が設けられることは必須の構成要件ではなく、少なくとも作用電極および対極によりガス検知電極が構成されていてもよい。
【0037】
また、本発明に係る定電位電解型ガスセンサーにおいては、各電極に係る流体流通路は、電解液が電解液保持部材の面方向に実質的に均一に含浸されるよう形成されていれば、例えば開口径の大きさ、形成密度、形成パターンおよびその他の構成は適宜変更することができ、また、例えば切り欠き状のものであってもよい。
さらに、対極および参照電極は、流体流通路(液導通路)が確保されているのであれば、電極体の全面にわたって通孔が形成されている構成に限定されるものではなく、例えば板状のものであってもよい。
また、電解液が電解液室に充填されている必要はなく、蒸発等による電解液の減少量を考慮した上で各電極間において十分な液密状態を得るために必要とされる量だけ電解液室内に収容されていればよい。
【0038】
【発明の効果】
本発明の定電位電解型ガスセンサーによれば、ケーシングを構成する上面側ケーシング部材の内面に凹所が形成されると共に当該凹所を介して電解液室内の内部空間を外部大気と連通させる連通孔が形成されており、当該凹所が塞がれるよう上面側ケーシング部材の内面上にガス透過性疎水圧力調整膜が配置されて設けられていることにより、凹所内に保持部を形成して圧力調整膜を保持する構成であれば、電解液が保持部に付着して圧力調整機能を低下させることがあるという問題が生ずることがなく、従って、所期の圧力調整機能を確実に得ることができる。
また、電解液室の内部空間が、凹所を介して上面側ケーシング部材の外面に開口する連通孔によって、いわば間接的に外部大気に開放される構成であることにより、電解液室内の圧力と大気圧との差圧が過大となることが防止される。
【0039】
また、少なくとも作用電極および対極の両者が電解液保持部材を介して積重されて一の電極構造体として構成されていることにより、必要とされる複数の電極がまとめられているので、ガスセンサー全体に占めるガス検知電極の占有空間の大きさが小さくなり、ガスセンサーそれ自体が大幅に小型化されたものとなる。しかも、ガス透過口が上方向以外の方向を向いた状態で使用されて、作用電極および対極の各々に形成された流体流通路を介して電解液を電解液保持部材に含浸させると共に作用電極と隔膜との間に電解液層が形成される構成とされていることにより、電解液が減少して少量となった場合であっても、電解液を確実に供給することができるので、作用電極および対極の両電極間において十分な液密状態を得ることができ、従って、信頼性の高いガス検知を確実に行うことができる。
【0040】
さらに、作用電極および対極における突出端子片の各々が、周方向に離間して並んだ位置においてケーシングの外部に導出される構成とされていることにより、電解液室を高い液密性が確保された状態で形成することができるので、電解液が漏洩することを確実に防止することができる。
また、作用電極に係る突出端子片および対極に係る突出端子片が特定の形態を有するものを用いることにより、各電極に係る突出端子片の各々が互いに同方向に導出される液密リード構造を簡単な構造により確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定電位電解型ガスセンサーの一例における構成の概略を示す縦断断面図である。
【図2】図1に示す定電位電解型ガスセンサーの側面図である。
【図3】図1に示す定電位電解型ガスセンサーの分解断面図である。
【図4】図1に示す定電位電解型ガスセンサーにおける電極構造体の構成を示す拡大断面図である。
【図5】作用電極形成材料の構成を示す平面図である。
【図6】対極形成材料の構成を示す平面図である。
【図7】参照電極形成材料の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
10 ケーシング
10A ケーシング本体
10B 下面側ケーシング部材
10C 上面側ケーシング部材
11 ガス透過口
12 入出力端子部形成用凹所
13 外部リード部材配設用案内溝
14 電極構造体嵌合用凹所
14A 段部
15 凹所
15A 第1空間部
15B 第2空間部
16 連通孔
17 絶縁性樹脂層
18A Oリング
18B リング状パッキング
19 電解液注入用貫通孔
20 ガス透過性疎水隔膜
21 ガス透過性疎水圧力調整膜
25 外部リード部材
25A 一端側部分
S 電解液室
30 電極構造体
31 作用電極
32 対極
33 参照電極
31A、32A、33A 電極体
31B、32B、33B 突出端子片
34 通孔
35A、35B、35C 電解液保持部材
36 電極ホルダー
36A 大径筒状部分
36B 小径筒状部分
36C 保護板嵌合用凹所
37 電極体配設用貫通孔
38 突出端子片配設用切欠部
39 突出端子片配設面
40 作用電極形成材料
42 対極形成材料
44 参照電極形成材料
41、43、45 突出端子片部分
41A、43A、45A 基端側部分
41B、43B、45B 先端側部分
41C、43C、45C 接点端子部分
50 保護板
51 小径筒状部分
52 大径筒状部分
53 通孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a potentiostatic gas sensor, and more particularly, to a potentiostatic gas sensor having a gas-permeable hydrophobic diaphragm and a working electrode separated from each other.
[0002]
[Prior art]
At present, for example, when detecting a toxic gas in a semiconductor manufacturing plant or the like, the reason is that the gas concentration can be detected with high selectivity of the target detection target gas, high sensitivity, and high accuracy. A potentiostatic gas sensor utilizing an electrolytic reaction is widely used.
[0003]
Many such constant potential electrolytic gas sensors have been proposed. For example, Patent Literature 1 has openings at both ends, and these openings are sealed with a hydrophobic porous membrane to form an electrolytic solution chamber. The sensor body (casing) in which the electrodes are provided on the liquid contact side surfaces of the respective diaphragms and the electrolyte is accommodated in the sensor body is described. .
[0004]
Thus, in the potentiostatic gas sensor, for example, from the viewpoint of preventing a decrease in sensitivity due to a change in pressure in the electrolyte chamber, means for adjusting the pressure in the electrolyte chamber to be in an equilibrium state with the outside atmosphere is taken. In the galvanostatic gas sensor having the above configuration, the internal space of the electrolytic solution chamber is opened to the outside atmosphere through the non-electrode forming portion of the diaphragm, thereby ensuring a liquid-tight state. The pressure in the electrolytic solution chamber is in equilibrium with the external atmospheric pressure, and a decrease in sensitivity due to a pressure change in the electrolytic solution chamber is compensated.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-5-223777
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the galvanostatic gas sensor, for example, from the viewpoint of preventing a decrease in sensitivity due to a pressure change in the electrolytic solution chamber, the sensitivity is reduced by adjusting the pressure in the electrolytic solution to be in an equilibrium state with the outside atmosphere, for example. It is common practice to take measures to compensate for this.
Thus, the present invention provides a small, constant-potential-electrolysis-type gas sensor having a novel structure capable of reliably exerting a desired pressure regulation function in an electrolytic chamber and performing highly reliable gas detection. The purpose is to:
[0007]
Another object of the present invention is to make it possible for a plurality of required gas detection electrodes to be in a sufficiently liquid-tight state with each other and to reliably prevent leakage of the electrolyte, and An object of the present invention is to provide a small-sized constant potential electrolytic gas sensor having a novel structure capable of performing highly sensitive gas detection.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The constant potential electrolytic gas sensor of the present invention is provided with a lower casing member having a gas transmission port formed at one end opening of a cylindrical casing body and an upper casing member provided at the other end opening. A casing in which a gas permeable opening in the lower surface side casing member is sealed by a gas permeable hydrophobic diaphragm to form an electrolytic solution chamber, in which at least two gas detection electrodes, a working electrode and a counter electrode, are operated. The electrode is disposed so as to be in contact with the surface on the liquid contact side of the gas-permeable hydrophobic diaphragm, and the counter electrode is disposed and provided in a liquid-tight state with respect to the working electrode, and is provided.
The upper casing member constituting the casing has a recess formed on the inner surface exposed to the internal space of the electrolyte chamber, and a communication hole for communicating the electrolyte chamber with the outside atmosphere via the recess is formed on the upper side. It is formed so as to open to the outer surface of the casing member, and is characterized in that a pressure adjusting film having gas permeability is provided on the inner surface of the upper casing member so as to close the recess.
[0009]
In the galvanostatic gas sensor of the present invention, the working electrode and the counter electrode both have a plate-like electrode body in which a fluid flow passage is formed, and both the working electrode and the counter electrode are connected to the working electrode. Electrolyte is impregnated with an electrolyte between the electrode body and the electrode body related to the counter electrode, and is stacked and stacked in a state sandwiched by an electrolyte holding member, and is configured as one electrode structure.
In a state where the gas permeation port faces in a direction other than the upward direction, so that the electrolytic solution accommodated in the electrolytic solution chamber is impregnated into the electrolytic solution holding member through the fluid flow passage formed in each of the working electrode and the counter electrode. It is preferably used.
[0010]
In the potentiostatic gas sensor of the present invention, each of the working electrode and the counter electrode is constituted by a plate-shaped electrode body and a protruding terminal piece for connecting the electrode body to an external lead member. It is preferable that each of the protruding terminal pieces of the working electrode and the counter electrode is led out of the casing at a position where they are arranged in the circumferential direction and are separated from each other.
[0011]
In the galvanostatic gas sensor having such a configuration, the working electrode and the counter electrode each have an electrode body portion forming an electrode body and a protruding direction in which the base end portion is different from each other when the electrode body portions are stacked. And an electrode forming material having a protruding terminal piece portion extending in parallel with the distal end portion is bent so that the base end portion of the protruding terminal piece portion extends in the lamination direction of the electrode body, and the tip of the protruding terminal piece portion is bent. This is achieved by using a structure in which a side portion is bent so as to extend in the surface direction of the electrode body, and a portion projecting from the outer surface of the casing is bent so as to extend in the stacking direction of the electrode body.
[0012]
[Action]
According to the constant potential electrolytic gas sensor having the above-described configuration, a recess is formed in the inner surface of the upper casing member constituting the casing, and the internal space in the electrolyte chamber communicates with the outside atmosphere through the recess. A hole is formed, and the gas permeable hydrophobic pressure adjusting film is disposed and provided on the inner surface of the upper casing member so as to close the recess, so that a holding portion is formed in the recess. With the configuration that holds the pressure adjusting film, the problem that the electrolyte may adhere to the holding portion and lower the pressure adjusting function does not occur, and therefore, the intended pressure adjusting function is reliably exhibited. You.
In addition, the internal space of the electrolyte chamber is configured so as to be indirectly opened to the outside atmosphere by a communication hole that opens to the outer surface of the upper casing member through the recess, so that the pressure in the electrolyte chamber is reduced. Excessive pressure difference from atmospheric pressure is prevented.
[0013]
Also, since at least both the working electrode and the counter electrode are stacked through the electrolyte holding member and configured as one electrode structure, a plurality of required gas detection electrodes are grouped together, The space occupied by the gas detection electrode in the entire gas sensor is reduced, and the gas sensor itself is significantly reduced in size.
Moreover, the gas permeation port is used in a direction other than the upward direction, so that the electrolyte is impregnated into the electrolyte holding member through the fluid flow passage formed in each of the working electrode and the counter electrode, and the working electrode and the working electrode are connected to each other. By having a configuration in which the electrolyte layer is formed between the diaphragm and the diaphragm, even when the electrolyte is reduced to a small amount, the electrolyte can be reliably supplied, so that the working electrode and A sufficient liquid-tight state can be obtained between both electrodes of the counter electrode, so that highly reliable gas detection can be reliably performed.
[0014]
Furthermore, the projecting terminal pieces at the working electrode and the counter electrode are configured to be led out of the casing at positions that are spaced apart from each other in the circumferential direction, thereby ensuring high liquid tightness of the electrolytic solution chamber. Since it can be formed in a state where the electrolyte solution is formed, it is possible to reliably prevent the electrolyte solution from leaking.
In addition, by using the protruding terminal pieces relating to the working electrode and the protruding terminal pieces relating to the counter electrode having a specific form, a liquid-tight lead structure in which each protruding terminal piece relating to each electrode is led out in the same direction is provided. It can be obtained reliably with a simple structure.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of an example of the potentiostatic gas sensor of the present invention, FIG. 2 is a side view of the potentiostatic gas sensor shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an exploded sectional view of the constant potential electrolytic gas sensor shown in FIG. 4, and FIG. 4 is an enlarged sectional view showing the configuration of the electrode structure in the constant potential electrolytic gas sensor shown in FIG. Here, in this specification, the vertical direction in FIG. 1 is referred to as “axial direction”, and the horizontal direction is referred to as “radial direction”.
[0016]
This constant potential electrolytic gas sensor includes a
The electrode
The gas-permeable
[0017]
In the
[0018]
The upper casing member 10C has an excessively high pressure regulating function for maintaining the internal space of the electrolytic solution chamber S in equilibrium with the pressure of the external atmosphere.
Specifically, on the inner surface exposed to the internal space of the electrolytic solution chamber S, a
[0019]
Each of the working
[0020]
The working
Specifically, at the bent portion indicated by the broken line A where the protruding
[0021]
As shown in FIG. 6, when the
More specifically, at the bent portion indicated by the broken line A where the protruding
[0022]
The
Specifically, at the bent portion indicated by the broken line A located at one end of the protruding
[0023]
As described above, in the potentiostatic gas sensor of the present invention, the working
In this embodiment, one end has a large-diameter
[0024]
Specifically, as shown in FIG. 4, an
[0025]
Then, each of the protruding
[0026]
In the
[0027]
Each of the
The
[0028]
The electrolytic solution used in the potentiostatic gas sensor of the present invention includes, for example, 0.25 mol of potassium iodide (KI), 0.05 mol of potassium iodate (KIO 3 ), and 0 mol of potassium hydroxide. An aqueous solution of 0.5 mmol is used as a basic composition, and a hydrogen ion concentration adjusting agent, specifically, for example, potassium hydroxide or potassium carbonate is added thereto to adjust the hydrogen ion concentration so as to be more alkaline than neutral. It is composed.
[0029]
Further, the type of the detection target gas is not particularly limited. For example, hydrogen fluoride gas (HF), hydrogen chloride gas (HCl), chlorine gas (Cl 2 ), fluorine gas (F 2 ), iodine gas (I 2 ), bromine gas (Br 2 ), ozone gas (O 3 ), chlorine fluoride gas (ClF 3 ), and the like.
[0030]
Above, the potentiostatic electrolytic gas sensor of the present invention is used in a state where the
In this state, for example, a test gas such as air in an environmental atmosphere is introduced through the gas-
The test gas introduced into the electrolyte chamber S passes through the gas-permeable hydrophobic
[0031]
Thus, according to the potentiostatic electrolytic gas sensor having the above-described configuration, basically, the working
As a specific example of the dimensions, the axial length of the
[0032]
Moreover, a
Further, the internal space of the electrolyte solution chamber S is indirectly opened to the outside atmosphere by a
[0033]
In addition, each of the protruding
Further, since the
[0034]
In addition, the
Therefore, for example, even when the gas sensor itself is inclined due to being carried by a person and a difference in posture occurs, a sufficiently liquid-tight state can be obtained between the electrodes, and high reliability can be obtained. Gas detection can be performed reliably.
[0035]
Further, the laminate of the
[0036]
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
For example, in the galvanostatic gas sensor according to the present invention, the provision of the reference electrode is not an essential component, and the gas detection electrode may be composed of at least the working electrode and the counter electrode.
[0037]
Further, in the potentiostatic electrolytic gas sensor according to the present invention, if the fluid flow passage for each electrode is formed so that the electrolyte is substantially uniformly impregnated in the surface direction of the electrolyte holding member, For example, the size of the opening diameter, the formation density, the formation pattern, and other configurations can be appropriately changed, and, for example, a notch shape may be used.
Furthermore, the counter electrode and the reference electrode are not limited to a configuration in which a through hole is formed over the entire surface of the electrode body, as long as a fluid flow path (liquid conduction path) is ensured. It may be something.
Also, the electrolyte does not need to be filled in the electrolyte chamber, and only the amount required to obtain a sufficient liquid-tight state between the electrodes, taking into account the reduction of the electrolyte due to evaporation or the like, is taken into account. What is necessary is just to be accommodated in the liquid chamber.
[0038]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the potentiostatic electrolytic gas sensor of this invention, a recess is formed in the inner surface of the upper surface side casing member which comprises a casing, and the communication which communicates the internal space in an electrolyte solution chamber with the external atmosphere through the recess. A hole is formed, and the gas permeable hydrophobic pressure adjusting film is disposed and provided on the inner surface of the upper casing member so as to close the recess, so that a holding portion is formed in the recess. With the configuration that holds the pressure adjusting film, there is no problem that the electrolyte may adhere to the holding portion and lower the pressure adjusting function, and therefore, the desired pressure adjusting function can be reliably obtained. Can be.
In addition, the internal space of the electrolyte chamber is configured so as to be indirectly opened to the outside atmosphere by a communication hole that opens to the outer surface of the upper casing member through the recess, so that the pressure in the electrolyte chamber is reduced. Excessive pressure difference from atmospheric pressure is prevented.
[0039]
Also, since at least both the working electrode and the counter electrode are stacked via the electrolyte holding member to form one electrode structure, a plurality of required electrodes are put together, so that the gas sensor The size of the space occupied by the gas detection electrode in the whole is reduced, and the gas sensor itself is significantly reduced in size. Moreover, the gas permeation port is used in a direction other than the upward direction, so that the electrolyte is impregnated into the electrolyte holding member through the fluid flow passage formed in each of the working electrode and the counter electrode, and the working electrode and the working electrode are connected to each other. Since the electrolyte layer is formed between the diaphragm and the diaphragm, the electrolyte can be reliably supplied even when the amount of the electrolyte is reduced to a small amount. In addition, a sufficient liquid-tight state can be obtained between the two electrodes and the counter electrode, so that highly reliable gas detection can be reliably performed.
[0040]
Furthermore, since the projecting terminal pieces at the working electrode and the counter electrode are configured to be led out of the casing at positions spaced apart in the circumferential direction, high liquid tightness of the electrolyte solution chamber is secured. Since it can be formed in a state in which the electrolyte is bent, it is possible to reliably prevent the electrolyte solution from leaking.
In addition, by using the protruding terminal pieces relating to the working electrode and the protruding terminal pieces relating to the counter electrode having a specific form, a liquid-tight lead structure in which each protruding terminal piece relating to each electrode is led out in the same direction is provided. It can be obtained reliably with a simple structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of an example of a potentiostatic gas sensor of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the potentiostatic electrolytic gas sensor shown in FIG.
FIG. 3 is an exploded sectional view of the potentiostatic gas sensor shown in FIG.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of an electrode structure in the potentiostatic gas sensor shown in FIG.
FIG. 5 is a plan view showing a configuration of a working electrode forming material.
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a counter electrode forming material.
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a reference electrode forming material.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
ケーシングを構成する上面側ケーシング部材には、電解液室の内部空間に露出する内面に凹所が形成されていると共に当該凹所を介して電解液室を外部大気と連通させる連通孔が上面側ケーシング部材の外面に開口するよう形成されており、ガス透過性を有する圧力調整膜が凹所を塞ぐよう上面側ケーシング部材の内面上に配置されて設けられていることを特徴とする定電位電解型ガスセンサー。A lower casing member having a gas permeable port formed at one end opening of the cylindrical casing body is provided, and an upper casing member is provided at the other end opening, and the gas permeable port in the lower casing member is provided with a gas. A casing in which an electrolyte solution chamber is formed by being sealed by the permeable hydrophobic diaphragm; and in this casing, at least two gas detection electrodes, a working electrode and a counter electrode, are arranged such that the working electrode is on the liquid contact side of the gas permeable hydrophobic diaphragm. And the counter electrode is disposed in a liquid-tight state with respect to the working electrode, and is provided.
The upper casing member constituting the casing has a recess formed on the inner surface exposed to the internal space of the electrolyte chamber, and a communication hole for communicating the electrolyte chamber with the outside atmosphere via the recess is formed on the upper side. A constant potential electrolysis, wherein the pressure regulating film is formed so as to open on the outer surface of the casing member, and is provided on the inner surface of the upper casing member so as to close the recess. Type gas sensor.
電解液室に収容される電解液が作用電極および対極の各々に形成された流体流通路を介して電解液保持部材に含浸されるよう、ガス透過口が上方向以外の方向を向いた状態で用いられることを特徴とする請求項1に記載の定電位電解型ガスセンサー。Each of the working electrode and the counter electrode has a plate-shaped electrode body in which a fluid flow passage is formed, and both the working electrode and the counter electrode are between the electrode body related to the working electrode and the electrode body related to the counter electrode. An electrolyte holding member to be impregnated with the electrolyte is interposed and stacked in a state of being sandwiched and configured as one electrode structure,
In a state where the gas permeation port faces in a direction other than the upward direction, so that the electrolytic solution accommodated in the electrolytic solution chamber is impregnated into the electrolytic solution holding member through the fluid flow passage formed in each of the working electrode and the counter electrode. 2. The potentiostatic electrolytic gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor is used.
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