JP4164370B2 - 定電位電解型ガスセンサー - Google Patents
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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を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が電解液を介して配置された状態を確実に得ることができ、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、各々流体流通路が形成された板状の電極体を有する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るよう積重されて配置されて、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、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が電解液を介して配置された状態を確実に得ることができ、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、各電極が電解液を介して配置された状態が得られる。
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、各電極が電解液を介して配置された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、各電極が電解液を介して配置された状態を確実に得ることができ、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、各電極が電解液を介して配置された状態を確実に得ることができ、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が電解液を介して配置された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が電解液を介して配置された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
【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を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が電解液を介して配置された状態を確実に得ることができ、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、各々流体流通路が形成された板状の電極体を有する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るよう積重されて配置されて、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、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が電解液を介して配置された状態を確実に得ることができ、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、各電極が電解液を介して配置された状態が得られる。
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、各電極が電解液を介して配置された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、各電極が電解液を介して配置された状態を確実に得ることができ、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、各電極が電解液を介して配置された状態を確実に得ることができ、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が電解液を介して配置された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が電解液を介して配置された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
Claims (4)
- 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、各々流体流通路が形成された板状の電極体を有する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るよう積重されて配置されて、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定電位電解型ガスセンサー。 - 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。
- 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ていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定電位電解型ガスセンサー。
- 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ていることを特徴とする請求項３に記載の定電位電解型ガスセンサー。
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