JP2014199233A

JP2014199233A - 電気化学式ガスセンサ

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Publication number: JP2014199233A
Application number: JP2013075443A
Authority: JP
Inventors: 恵里西井; Eri Nishii; 佳徳小野; Yoshinori Ono; 佳恵大橋; Yoshie Ohashi
Original assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
Current assignee: New Cosmos Electric Co Ltd
Priority date: 2013-03-30
Filing date: 2013-03-30
Publication date: 2014-10-23
Anticipated expiration: 2033-03-30
Also published as: JP6332911B2

Abstract

【課題】電極および導線の導通状態が解除され難い電気化学式ガスセンサを提供する。【解決手段】筐体の内部に、作用電極２１と、参照電極２２と、対向電極２３と、これら電極２１〜２３に接する電解液３１と、を収容し、作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３を積層した状態で押圧固定する押圧部材５６と、作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３のそれぞれと各別に接続する複数の導線６０と、を備え、それぞれの電極２１〜２３と、当該電極２１〜２３に接続する導線６０との接触領域が、少なくとも押圧部材５６にて押圧される位置にある電気化学式センサ。【選択図】図３

Description

本発明は、筐体の内部に、作用電極と、参照極と、対向電極と、これら電極に接する電解液と、を備えた電気化学式センサに関する。

電気化学式ガスセンサは、化学反応（酸化還元反応）によって発生するエネルギーを電気エネルギーとして取り出すことによって、ガスを検知するものである。電気化学式ガスセンサは、低消費電力、出力特性がリニア、ガス選択性に比較的優れるなどの特徴を持っていることから、工業用のガス濃度測定機器や、近年では一酸化炭素などの検知警報器などに広く使用されている。

一酸化炭素の場合、作用電極で一酸化炭素の酸化反応がおき、それによって生成する水素イオンと等量の水素イオンが、対向電極で空気中の酸素と反応して水を生成する。この一連の反応によって発生する電流は、作用電極側のガス濃度に対応するため、この電流を測定することでガス濃度を検知することができる。

電気化学式ガスセンサは、開口部を設けた筐体と、小孔が形成された蓋部と、を備え、当該筐体の内部に、作用電極、参照電極、対向電極、電極を押圧固定するＯリング、電解液、ガス透過膜などがそれぞれ収容されている。

上述した電気化学式ガスセンサにおいて、筐体を外側筐体および内側筐体で構成した二重構造とし、電解液を、外側筐体に内包した内側筐体に収容することがあった。この場合、外側筐体および内側筐体の隙間に、作用電極、参照電極および対向電極のそれぞれと各別に接続する導線を挿通させていた。

外側筐体は、底側に設けた孔部および前記底側の反対側に設けた開口部を有し、内側筐体は、当該孔部を挿通して電解液を内側筐体に注入可能な筒状部を有する。

作用電極、参照電極および対向電極は、それぞれを撥水性を有する多孔質のガス透過膜に積層し、それぞれをグラスウール膜などで絶縁した状態でＯリングによって押圧固定されていた。当該Ｏリングは、外側筐体の開口部を封止する蓋部によって押圧されていた。

尚、このような電気化学式ガスセンサは一般的な技術であるため、従来技術は示さない。

作用電極、参照電極および対向電極のそれぞれと各別に接続する導線は、その先端部分が各電極と接続して導通していた。しかし、導線と各電極との接続が、導線の先端部分のみであるため、不意に当該先端部分の接続が外れた場合、電極および導線の導通状態が解除されてしまうという問題点があった。

従って、本発明の目的は、電極および導線の導通状態が解除され難い電気化学式ガスセンサを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る電気化学式センサの特徴構成は、筐体の内部に、作用電極と、参照電極と、対向電極と、これら電極に接する電解液と、を収容し、前記作用電極、前記参照電極および前記対向電極を積層した状態で押圧固定する押圧部材と、前記作用電極、前記参照電極および前記対向電極のそれぞれと各別に接続する複数の導線と、を備え、それぞれの電極と、当該電極に接続する前記導線との接触領域が、少なくとも前記押圧部材にて押圧される位置にあるように構成した点にある。

本構成では、押圧部材による押圧される位置において、電極と導線とを確実に接触させることができ、その結果、当該位置において電極および導線を導通させることができるため、電極および導線の導通状態が解除され難い電気化学式ガスセンサとなる。

本発明の電気化学式センサの外観の概略図である（（ａ）上面視（ｂ）側面視（ｃ）下面視）。電気化学式センサの断面概略図である。図２の電気化学式センサの分解概略図である。各電極の概略図である（（ａ）作用電極（ｂ）参照電極（ｃ）対向電極）。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜４に示したように、本発明の電気化学式センサＸは、筐体１０の内部に、作用電極２１と、参照極２２と、対向電極２３と、これら電極２１〜２３に接する電解液３１と、を収容している。

また、電気化学式センサＸは、作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３を積層した状態で押圧固定する押圧部材５６と、作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３のそれぞれと各別に接続する複数の導線６０と、を備え、それぞれの電極２１〜２３と、当該電極２１〜２３に接続する導線６０との接触領域が、少なくとも押圧部材５６にて押圧される位置にある。

当該筐体１０は、外側筐体１１と、外側筐体１１に内包して電解液３１を収容する内側筐体１２と、外側筐体１１を封止する蓋部１３と、によって構成される。

外側筐体１１は、底側に設けた孔部１１ａおよび当該底側の反対側に設けた開口部１１ｂを有し、内側筐体１２は、孔部１１ａを挿通する筒状部１２ａを有する。

さらに、本発明の電気化学式センサＸは、外側筐体１１および内側筐体１２の接続部位を熱溶着した溶着部４０’を有する。本実施形態では、接続部位を、外側筐体１１において底側に設けた孔部１１ａ、および、内側筐体１２において孔部１１ａを挿通する筒状部１２ａとする場合について説明する。尚、本実施形態では、気密性および水密性を確保するべく、孔部１１ａおよび筒状部１２ａは溶着部４０’において熱溶着してあるが、熱溶着する前は、筒状部１２ａより電解液３１を注入可能となっている。

筐体１０を構成する外側筐体１１、内側筐体１２および蓋部１３は、例えばプラスティックなどの樹脂製とする。筐体１０は外側筐体１１および内側筐体１２で構成した二重構造とし、外側筐体１１および内側筐体１２の隙間に、作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３のそれぞれと各別に接続するＰｔ線などの導線６０を挿通させている。また、外側筐体１１における端子設置穴１１ｃに、導線６０と接続する電極端子１４を複数備える。
蓋部１３には、小孔１３ａが形成され、当該小孔１３ａより被検知ガスを取り入れる。蓋部１３の外側表面には、公知の防水・防塵用フィルター１３ｂを貼着してある。

電極２１〜２３は筐体１０の内部に形成された電極収容部２０に収容される。
作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３は、触媒および疎水性樹脂を含むガス拡散電極からなり、触媒としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）、パラジウム（Ｐｄ）、カーボン（Ｃ）などが好適に用いられ、疎水性樹脂としてはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などが好適に用いられる。

作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３は、それぞれを撥水性を有する多孔質（ＰＴＦＥ製）のガス透過膜５１〜５３に積層し、それぞれを吸水性の絶縁部材（例えばグラスウール膜）５４で絶縁し、撥水性を有する多孔性で環状の多孔質シート部材（例えばＰＴＦＥ製）５５ａ，５５ｂによって電極収容部２０の外周を封止した状態でＯリング５６によって押圧固定してある。当該Ｏリング５６は、作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３を積層した状態で押圧固定する押圧部材であり、蓋部１３が外側筐体１１の開口部１１ｂを封止したときに当該蓋部１３によって押圧力が発生する。作用電極２１の蓋部１３の側にはバッファ用フィルター５７が配置してある。

ガス透過膜５１〜５３は、電解液３１は透過せずに被検知ガスを透過する材質であればよく、例えば４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ膜）等、従来公知のものが適用可能である。

電解液３１は、内側筐体１２および内側筐体蓋部１２ｂで囲まれた電解液収容部に収容されている。また、電解液３１には、電解液保持体３２および内圧調整部材５８が浸漬してあり、電解液３１は、吸水性の電解液保持体３２に保持される。電解液保持体３２は、例えばグラスウールにて構成されており、この電解液保持体３２には、電解質として、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）やリン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）などの酸性水溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ性水溶液、常温溶融塩が充分に含浸されている。電解液保持体３２は、内側筐体蓋部１２ｂに形成した孔部１２ｃを挿通している。

常温溶融塩としては、常温において液体状態となる、主に窒素含有芳香族カチオンもしくは脂肪族オニウムカチオンとフッ素含有アニオンとから構成される溶融塩が用いられる。当該窒素含有芳香族カチオンとしては、例えばアルキルイミダゾリウムイオンまたはアルキルピリジニウムイオンが用いられる。また上記フッ素含有アニオンは、例えばホウフッ化物イオン、リンフッ化物イオンまたはトリフルオロメタンスルホン酸イオンが用いられる。

本実施形態では、図３に示したように、電解液保持体３２および内圧調整部材５８をそれぞれコ字状に形成し、電解液保持体３２および内圧調整部材５８を電解液収容空間３０の外部（内側筐体蓋部１２ｂの上部）で交差させている。電解液保持体３２の両端部３２ａは電解液３１に浸漬させ、中間部３２ｂを絶縁部材５４に接触させている。
本構成では、吸水性の電解液保持体３２が電解液３１を毛管現象によって吸い上げ、当該電解液３１が中間部３２ｂに到達する。中間部３２ｂは吸水性の絶縁部材５４に接触しており、中間部３２ｂまで吸い上げられた電解液３１は、絶縁部材５４によって毛管現象により吸い上げられて対向電極２３に達する。このようにして電解液３１は、毛管現象によって、順次、参照電極２２および作用電極２１に到達する。

本発明の電気化学式センサＸは、図３,４に示したように、作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３のそれぞれと各別に接続する導線６０は、その先端部分が各電極２１〜２３と接続して導通しており、さらに、それぞれの電極２１〜２３と、当該電極２１〜２３に接続する導線６０との接触領域が、押圧部材であるＯリング５６にて押圧される位置にある。

例えば、作用電極２１は、Ｏリング５６と略同径であり円形のガス透過膜５１よりも小径の状態で当該ガス透過膜５１上に設けられ、その一部がＯリング５６で押圧されるガス透過膜５１の周縁の領域まで延出するような形状となっている。即ち、Ｏリング５６の押圧力により、作用電極２１は、少なくともガス透過膜５１の周縁の領域まで延出する延出部２１ａにおいて導線６０と接触するため、作用電極２１および導線６０を確実に導通させることができる。

また、参照電極２２は、Ｏリング５６より小径であり円形のガス透過膜５２と同径の状態で当該ガス透過膜５２上に設けられ、その一部がＯリング５６で押圧される領域まで延出するような形状となっている。即ち、Ｏリング５６の押圧力により、参照電極２２は、少なくともＯリング５６で押圧される領域まで延出する延出部２２ａにおいて導線６０と接触するため、参照電極２２および導線６０を確実に導通させることができる。
尚、本実施形態では、参照電極２２は、対向電極２３の中心部分を切り取るようにして形成してある。

さらに、対向電極２３は、Ｏリング５６と略同径であり環状のガス透過膜５３よりも小径の状態で当該ガス透過膜５３上に設けられ、その一部がＯリング５６で押圧されるガス透過膜５３の周縁の領域まで延出するような形状となっている。即ち、Ｏリング５６の押圧力により、対向電極２３は、少なくともガス透過膜５３の周縁の領域まで延出する延出部２３ａにおいて導線６０と接触するため、対向電極２３および導線６０を確実に導通させることができる。

このように、それぞれの電極２１〜２３と、当該電極２１〜２３と接続する導線６０との接触領域が、少なくともＯリング５６にて押圧される位置にあるように構成すれば、Ｏリング５６による押圧部位を電極２１〜２３および導線６０の導通部位とすることができるため、電極２１〜２３および導線６０の導通状態が解除され難い電気化学式ガスセンサとなる。

本発明は、筐体の内部に、作用電極と、参照電極と、対向電極と、これら電極に接する電解液と、を備えた電気化学式センサに利用することができる。

Ｘ電気化学式センサ
１０筐体
２１作用電極
２２参照電極
２３対向電極
３１電解液
５６押圧部材（Ｏリング）
６０導線

Claims

筐体の内部に、作用電極と、参照電極と、対向電極と、これら電極に接する電解液と、を収容し、
前記作用電極、前記参照電極および前記対向電極を積層した状態で押圧固定する押圧部材と、
前記作用電極、前記参照電極および前記対向電極のそれぞれと各別に接続する複数の導線と、を備え、
それぞれの電極と、当該電極に接続する前記導線との接触領域が、少なくとも前記押圧部材にて押圧される位置にある電気化学式センサ。