JP2009122112A - 電気化学センサー用電解質カートリッジユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電解質の交換に関するユーザの健康についてのリスクを顕著に低減させる電気化学センサー用カートリッジユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】電気化学センサー用カートリッジユニットであって、
電解質を充填済みのカートリッジ（２）であって、選択的透過膜（７）に閉ざされた第１端部と、そして、第２端部（６）と、電気化学センサー（２４）に対する締め付け手段（１１）とを具備するカートリッジ（２）と、
カートリッジ（２）に対して取り外し可能に締め付けられる支持部材（３）と、
カートリッジ（２）の第２端部を閉める手段（４、２０）であって、カートリッジ（２）を電気化学センサー（２４）に締め付けた後、支持部材（３）から取り外すことを可能にするためにユーザによって開くことが可能である閉める手段（４、２０）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に電気化学センサーの分野に関する。そのようなセンサーは、液状試料内で測定した物質量の存在及び測定値を検出するのに用いる。特に、電気化学センサーは、液体混合物又は気体混合物中における酸素、水素、又はオゾンのような気体の分圧及び濃度を測定するために存在する。

一般に、電気化学センサーは、分極電極（カソード及びアノード）を備える。分極電極の一つは、センサーの一方の端に突き出ており、そこで、検出対象の物質についての選択的透過膜に支えられている。すなわち、その選択的透過膜は、分析対象の流体における検出対象の物質を通過させるが、その他の物質は、たやすく通過させない又はごく少量を通過させる膜である。膜は、センサー末端が収容される場所である収納部を閉じており、その収納部は、電解質で満たされている。電解質膜は、突き出た電極と膜との間に挿入されている。他の電極もまた、電解質と接触している。膜の外側表面は、分析対象の液状試料と接触している。検出対象の物質は、膜の両側の間の圧力差に応じて膜を超えて広がり、そして、電極間で電流を生成する電気化学反応に関係する。この電流の大きさは、流体内のその物質の量に応じる。

そのような電気化学センサーは定期的な維持管理を必要とする。実際、電解質及び膜は時間と共に劣化する。従って、その電解質及び膜を定期的に交換しなければならない。電解質を交換する間、ユーザは、自身の肌と腐食剤製品である電解質との間のちょっとした接触を回避することについて特に注意を払わなければならない。このような理由から、電解質を供給者のボトルからセンサーの収納部へ移動させる作業は慎重に行われる。

本発明は、電解質の交換に関するユーザの健康についてのリスクを顕著に低減させる電気化学センサー用カートリッジユニットを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、提案する電気化学センサー用カートリッジユニットは、以下の、
-電解質を充填済みのカートリッジであって、選択的透過膜によって閉ざれた第１端部と、そして、第２端部と、電気化学センサーに締め付ける手段とを具備するカートリッジ
-カートリッジに対して取り外し可能に締め付けられる支持部材
-カートリッジの第２端部を閉める手段であって、カートリッジを電気化学センサーに締め付けた後、カートリッジを支持部材から取り外すことを可能にするためにユーザが開けることが可能である閉める手段
を備える。

従って、本発明によるカートリッジユニットは、ユーザが、ボトルからカートリッジへ電解質を移動させることなく、電気化学センサー上にカートリッジを備え付けることを可能にする。支持部材は、電気化学センサー上にカートリッジを備え付けることに役立つ。その支持部材は、ユーザとカートリッジとの間の直接的な接触を回避することを可能にする。

好ましい実施形態において、支持部材は、カートリッジ全体を含むケースである。蓋は、ケースを閉じるために提供される。

支持部材は、電気化学センサーへカートリッジを締め付ける間、カートリッジからの過剰な電解質を受けるためのスペースを含む。

カートリッジユニットは、以下の方法で配置することができる。支持部材へのカートリッジの締め付けが、第１の締め付けトルクを加えることによって達成され、そして、電気化学センサーへのカートリッジの締め付けが、第２の締め付けトルクを加えることによって達成される。そして、第２の締め付けトルク値は事実上、第１の締め付けトルク値と必ず等しくなる。

この目的を達成するために、カートリッジユニットは、以下の方法で配置することができる。
-電気化学センサーに締め付けるための手段は、第１のネジ山を備える。
-カートリッジは、対応する支持部材のネジ山と噛み合う第２のネジ山を備える。
-第１のネジ山と第２のネジ山のピッチは、逆転している。

カートリッジの第１端部は、溝内の膜によって維持されるガスケットを備えることが可能である。このガスケットは、支持部材の表面によって押し付けられる。

カートリッジの第２端部は、溝内に位置し、閉める手段によって締め付けられるガスケットを備えることが可能である。

望ましくは、支持部材は、膜の外側表面上に圧力を及ぼす伸縮性部材を備える。閉める手段と連結する部材は、伸縮性部材の作用に対抗するために膜の内側表面に支えられており、また、実質的に歪まない状態で膜を保つために提供され得る。

本発明はさらに、上記で定義されるようなカートリッジユニット及び電気化学センサーを備える組立体に関する。

本組立体は、少なくともカートリッジを受けることが可能な保護スリーブを含み、そして、保護スリーブは電気化学センサーに締め付けられる。この保護スリーブは、カートリッジの本体を分析対象の試料から保護する。

保護スリーブは、膜によって溝内に維持されるガスケットを押し付けるために突き出た部材を備える。

本発明のその他の特徴及び効果は、以下の開示された詳細な説明を読むことで、さらに添付の図面を参照することで明らかになる。

図１及び図２を参照すると、本発明による電気化学センサー用カートリッジユニット１は、蓋４で閉まるケース３内に配置されたカートリッジ２を備える。

カートリッジ２は、一般に円筒形状又は円錐形状の中が空洞であるカートリッジ本体５を備え、そのカートリッジ本体５は、軸方向端部６で開口している。カートリッジ２は、カートリッジ本体５の他方の軸方向端部を閉じる膜７を同様に備える。膜７は、気体のような検出対象のある物質に対して選択的に透過性を有する。カートリッジ本体５の周縁部の全面に渡って押し込まれているリング８は、このカートリッジ本体に膜７を締め付ける。膜７が配置されたカートリッジ本体５の端部は溝を備え、そこで、Ｏリングの形態であるガスケット９が提供される。ガスケット９は、膜７によって溝内に保持される。その他のガスケット１０（例示として環状形状）は、カートリッジ本体５の開口端部６内に形成されている溝内に配置されている。ネジ山１１は、カートリッジ本体５の内側表面において開口端部６の近くに形成れている。その他のネジ山１２は、カートリッジ本体５の外側表面において膜７の近くに形成れている。ネジ山１１のピッチと、ネジ山１２のピッチは、逆転している。カートリッジ２には、電解質２ａが所定の量で部分的に満たされている。

ケース３は、カートリッジ２のための支持材、保管手段、そして、取り付け手段として機能する。ケース３は、第１の収納部を備える。カートリッジ２は、その収納部にネジ止めされ、その収納部は、ケース３及びカートリッジ２の共通軸Ａと同一の軸を有する。この収納部は、ネジ山がある円柱面１３と、その先端が切り取られていて、かつ、開口端部６に向かって広がっている円錐表面１４によって形が定まる。そのネジ山がある円柱面１３は、カートリッジ２の外側のネジ山１２と噛み合う。カートリッジ２は、先端が切り取られている円錐表面１４によってケース３の底面軸方向で塞がれている。ガスケット９は、円錐表面１４に支えられ、押し付けられている。ケース３の高さは（例えば、軸Ａ方向におけるそれの長さ）十分長く、それは、カートリッジ本体５の開口端部６を超えて伸びるケース３のためであり、逆に、ケース３内にカートリッジ２全体を含むためである。空の環状円筒空間１５は、カートリッジ本体５の開口端部６とネジ山のある表面１３間の軸方向、そして、カートリッジ２とケース３間の半径方向によって形が定められる。

加えて、ケース３の底面近くには、第１の収納部に通じている第２の収納部１６を備える。第２の収納部１６は、円筒形状又は円錐形状である。その収納部は例えば、泡から成る伸縮性クッション１７が充填されている。このクッション１７は、膜７を伸ばすために、図２に示すとおり膜７の外側表面上、すなわち、カートリッジ２の外側に向かう表面に圧力を及ぼす。

挿入部１８はケース３及びカートリッジ２内に配置される。挿入部１８は、終端プレート２０及び終端プレート２１を終点とする軸Aに沿って細長いセグメント１９を備える。細長いセグメント１９と終端プレート２０、２１は、それぞれが強固に接続されている。挿入部１８は、例示の通り、単一ピースから構成され得る。終端プレート２０よりサイズが小さい終端プレート２１は、膜７の内側表面に支えられ、実質的に歪まない状態で膜７を維持するために（図１）、伸縮性クッション１７によって与えられる力に抵抗する。終端プレート２０は、カートリッジ本体５の開口端部６を塞ぎ、開口端部６に支えられることによって、そして、ガスケット１０を締め付けることによってカートリッジ２を閉じる。

図１に示す通り、挿入物１８は、伸縮性クッション１７の作用に対する終端プレート２０の外側表面を押し付ける蓋４の効力によって、その軸上の位置で維持される。蓋４は、その内側のネジ山２２とケース３の周辺部に形成されたネジ山２３との噛み合わせによって、ケース３にネジ止めされる。

先端が切り取られている円錐表面１４及び終端プレート２０によってもたらされるガスケット９、１０の締め付けによって、カートリッジ２の強い締め付けを保つことが可能になる。この締め付けは、電解質がカートリッジ２から漏れることを防止する。加えて、膜７が歪まないことは、膜７を保護することとなり、それは、終端プレート２１の長所によって達成される。実際に、挿入部１８及びその終端プレート２１がないと、クッション１７が及ぼす一定の作用は、所定の時間が経過すると、膜７の歪みを恒常的なものとする可能性がある。

従って、本発明によるカートリッジユニット１は、電解質を充填済みのカートリッジ２を備えていることが分かる。ケース３、蓋４及び挿入部１８は、膜７の品質劣化のリスクや電解質２ａの漏れのリスクを有することなく、カートリッジ２に対して、高度な保護をもたらす。さらに、以下で明らかなように、カートリッジ２は、製造者によって充填されることから、カートリッジ２における電化質２ａの量は、電気化学センサーの最適な機能のために決定することができる。

図２乃至図６において、カートリッジ２が取り付けられている電気化学センサーを図示的かつ部分的に表わし、そして、電気化学センサーを参照番号２４で示す。このセンサー２４は、一又は二以上の電極（すなわち、分極測定電極）が突き出る端面２６を有するヘッド２５、そして、任意に測定電極を囲むガード電極を備える。その一又は二以上の電極は検出対象の物質に応じたカソード又はアノードである。加えて、センサー２４は、検出対象の物質に応じたカソード又はアノードである第２の分極電極を備える。これら電極は、それ自体が既知であり、図には示していない。セルロースのピースは、第２の分極から入って来る銀イオンの移動を妨害するために、測定電極と第２の分極電極との間でカートリッジ２の膜７上に配置することができる（これ自体は既知の方法である）。ネジ山２７は、センサー２４のヘッド２５の周辺部に形成される。このネジ山２７は、カートリッジ２の内側のネジ山１１と噛み合うようになっている。

カートリッジ２をセンサー２４に締め付ける方法を図２乃至図６を参照しながら以下、説明する。

まず第一に、ケース３及びカートリッジ２を開けるために、蓋４と挿入部１８は取り外される（図２）。次に、電気化学センサー２４のヘッド２５をカートリッジ２に差し込み、そのヘッド２５は、ネジ山１１とネジ山２７の噛み合わせによって、ネジ止めされる。過剰な電解質をケース３の壁とカートリッジ２の壁との間の環状スペース１５に垂らすため、過剰な電解質は、ネジ止めする間、カートリッジ２から開口端部６を介し、ネジ山１１、２７を溢れて排出される。過剰な電解質の排出を促進するために、バルブによって閉められ、かつ、空間１５に通じている通路（図示せず）は、カートリッジ本体５の壁に渡って提供され得る。センサーのヘッド２５は、ガスケット１０に加圧しながら、センサーの突出部２８がカートリッジ２の開口端部６に隣接するポイントに至るまでカートリッジ２へネジ止めされる（図４）。この時点で、カートリッジ２は、センサー２４によって強固に閉められる。加えて、センサー２４とカートリッジ２との間の内側空間２９は、電解質で完全に満たされる。言い換えれば、カートリッジ２の内部は、もはや空気を含んでいない。それは、センサー２４の優れた機能のための重要な条件である。この時点で、センサー２４の端面２６は、膜７の内側表面上に圧力を多く及ぼすこととなり、膜７が伸縮性クッション１７の圧迫によって伸びる。図４において図示していないが、電解質フィルムはセンサー２４の端面２６の（複数の）電極と膜７との間に存在する。伸縮性クッション１７によって与えられる圧力は、膜７が、この（又はこれら）電極に対して（中間に電解質フィルムを用いて）押し付けられることを保証する。センサー２４の第２の分極は、さらに電解質と接触する。

ネジ山１２とネジ山１３のピッチに対して、ネジ山１１とネジ山２７のピッチは逆転していることから、センサー２４がカートリッジ２にネジ止めされる方向への、センサー２４に対して加えられる追加のトルクは、ケース３からカートリッジ２に対するネジの緩みを生じさせる（図５参照）。これは、一方において、ユーザのために簡単かつ安全な方法でケース３からカートリッジ２を取り除くことを可能にし、他方では、ユーザによってもたらされるトルクであって、センサー２４上でカートリッジ２を固定するトルクは、決定値すなわち、カートリッジユニット１の製造業者によってもたらされるトルクであって、ケース３内のカートリッジ２を固定するトルクと必ず等しくなることを達成することができる。従って、センサー２４へのカートリッジ２の信頼性のある締め付けを保証することができる。

図５に示したステップの後、過剰な電解質を含むケース３は廃棄される。センサー２４又は少なくともカートリッジ２は、例えば金属の保護スリーブ３０に差し込まれる。その結果、カートリッジ本体５を作り出す材料と、膜７以外のカートリッジ２における大抵の全構成要素は、分析対象の試料（図６）から隔離することが可能である。従って、センサー２４は、微生物を発達させる又は発達を誘発するような場所を有さない。スリーブ３０は例えば、固定リング（図示せず）によってセンサー２４に固定される。スリーブ３０は、カートリッジ２との強固性を保証するために内側に環状突出部３１を備え、その環状突出部３１は、ガスケット９を押し付ける。図６に示すようなセンサー２４は、使用状態である。所望の場合、カートリッジ２をセンサー２４から容易に分離させることは、保護スリーブ３０を取り除くこと、そして、例えば、ケース３と全く同じ又は同等の道具の使用によりカートリッジ２のネジを緩めることによって可能である。

本発明によるカートリッジユニットの軸方向断面図である。 図１のカートリッジユニット内に含まれるカートリッジを電気化学センサーに対して締め付ける連続的段階を示す軸方向断面図である。 図１のカートリッジユニット内に含まれるカートリッジを電気化学センサーに対して締め付ける連続的段階を示す軸方向断面図である。 図１のカートリッジユニット内に含まれるカートリッジを電気化学センサーに対して締め付ける連続的段階を示す軸方向断面図である。 図１のカートリッジユニット内に含まれるカートリッジを電気化学センサーに対して締め付ける連続的段階を示す軸方向断面図である。 図１のカートリッジユニット内に含まれるカートリッジを電気化学センサーに対して締め付ける連続的段階を示す軸方向断面図である。

Claims (13)

1. 電気化学センサー用カートリッジユニットであって、該カートリッジユニットは、
   電解質を充填済みのカートリッジ（２）であって、選択的透過膜（７）に閉ざされた第１端部と、そして、第２端部（６）と、前記電気化学センサー（２４）に対する締め付け手段（１１）とを具備する該カートリッジ（２）と、
   前記カートリッジ（２）に対して取り外し可能に締め付けられる支持部材（３）と、
   前記カートリッジ（２）の前記第２端部を閉める手段（４、２０）であって、ユーザによって開くことが可能であり、前記カートリッジ（２）が、前記電気化学センサー（２４）に締め付けられた後、前記支持部材（３）から取り外されることを可能にするための該閉める手段（４、２０）と、
   を備えることを特徴とするカートリッジユニット。
2. 前記支持部材（３）が、前記カートリッジ（２）全体を含むケースであることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジユニット。
3. 前記ケース（３）を閉じるための蓋（４）を備えることを特徴とする請求項２に記載のカートリッジユニット。
4. 前記電気化学センサー（２４）に対して前記カートリッジ（２）が締め付けられる間、前記カートリッジ（２）から過剰な電解質を受けることを目的とするスペース（１５）を前記支持部材（３）が備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のカートリッジユニット。
5. 前記支持部材（３）に対する前記カートリッジ（２）の締め付けが、第１の締め付けトルクを加えることによって達成でき、かつ、前記電気化学センサー（２４）に対する前記カートリッジ（２）の締め付けが、第２の締め付けトルクを加えることによって達成できるように配置され、該第２の締め付けトルク値が必ず該第１の締め付けトルク値と実質的に等しくなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のカートリッジユニット。
6. 前記電気化学センサー（２４）に対する前記締め付け手段は、第１のネジ山（１１）を具備し、前記カートリッジ（２）は、対応する前記支持部材（３）のネジ山（１３）と噛み合う第２のネジ山（１２）を具備し、前記第１のネジ山（１１）と前記第２のネジ山（１２）のピッチは逆転していることを特徴とする請求項５に記載のカートリッジユニット。
7. 前記カートリッジ（２）の前記第１端部は、溝内の前記膜（７）によって維持されているガスケット（９）を具備し、該ガスケット（９）は、前記支持部材（３）の表面（１４）により押し付けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載のカートリッジユニット。
8. 前記カートリッジ（２）の前記第２端部（６）は、溝内に置かれ、前記閉める手段（２０）によって押し付けられるガスケット（１０）を具備することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載のカートリッジユニット。
9. 前記支持部材（３）は、前記膜（７）の外側表面上に圧力を及ぼす伸縮性部材（１７）を具備することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載のカートリッジユニット。
10. 実質的に歪まない状態で前記膜（７）を維持するために前記伸縮性部材（１７）の作用に対して前記膜（７）の内側表面に支えられており、前記閉める手段（２０）と結合する部材（２１）をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のカートリッジユニット。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一つに記載のカートリッジユニット（１）と電気化学センサー（２４）を具備する組立体。
12. 前記電気化学センサー（２４）に締め付けた後に少なくとも前記カートリッジ（２）を受けることが可能な保護スリーブ（３０）をさらに備え、該保護スリーブ（３０）は前記カートリッジ（２）の本体（５）を分析対象の試料から保護することを特徴とする請求項１１に記載の組立体。
13. 前記カートリッジユニットは、請求項７又は請求項７に従属する場合における請求項８乃至１０のいずれか一つに定義されたカートリッジユニットであり、前記保護スリーブ（３０）は、前記溝内の前記膜（７）によって維持される前記ガスケット（９）を押し付けるための保護部材（３１）を具備することを特徴とする請求項１２に記載の組立体。

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