JP6734162B2 - 定電位電解式ガスセンサおよび定電位電解式ガスセンサの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、定電位電解式ガスセンサおよび定電位電解式ガスセンサの製造方法に関する。

従来、定電位電解式ガスセンサが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ケース内部のガスセンサにガスを導入するガス導入排出部を備えた定電位電解式ガスセンサが開示されている。定電位電解式ガスセンサは、警報装置本体に装着されることにより機能するカートリッジ型構造を有する。定電位電解式ガスセンサは特定種類のガスを検知するように構成されており、別の種類のガスを検知する定電位電解式ガスセンサを警報装置本体に装着することにより、警報装置が検知可能（警報可能）なガスの種類を変更することができる。

警報装置は、工場などの特定のガスを使用する現場に設置され、ユーザが使用するガス種に応じた定電位電解式ガスセンサを警報装置に取り付けて使用される。

特許第５２７１６５５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の定電位電解式ガスセンサでは、特定の検知対象ガスを検知するように構成されているため、たとえばユーザが使用するガス種が変更された場合には、たとえ定電位電解式ガスセンサの寿命が十分に残っている場合でも、新たに使用されるガス種に合わせた別の種類のカートリッジ（定電位電解式ガスセンサ）に交換する必要がある。近年の技術改良により、定電位電解式ガスセンサの寿命が長くなり長期間にわたって利用可能になっていることもあり、使用するガス種が変更された場合でも対応できるような定電位電解式ガスセンサが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、使用するガス種が変更された場合でも対応可能な定電位電解式ガスセンサおよび定電位電解式ガスセンサの製造方法を提供することである。

この目的を達成するため、この発明の第１の局面による定電位電解式ガスセンサは、電解液を収容する電解液収容部と、電解液に接するように配置された作用電極、対極および参照電極とを含む本体部と、本体部の表面に開口し、表面から作用電極にガスを通過させることが可能なガス導入路とを備え、ガス導入路の一部を塞ぐことにより、所定の検知対象ガスに対応した大きさの流入口をガス導入路内に形成する絞り部材を、ガス導入路に着脱可能なように構成されている。なお、ガス導入路は、本体部の表面から作用電極にガスを通過させることが可能な通路であればよく、本体部の表面と作用電極とを貫通する中空通路だけでなく、内部にガスを透過する部材（フィルタなど）を配置または充填した通路も含む広い概念である。

ここで、定電位電解式ガスセンサは、定電位が印加された作用電極でのガスの電気化学反応に伴う電流を検知する方式により、特定種類以外の他の種類のガス種についても反応して電流出力することが可能である。その一方、警報濃度（範囲）およびフルスケール（最大検知濃度）は、ガス種によって全く異なるため、同じ構造のセンサでも、警報濃度（範囲）およびフルスケールが高いガス種については感度を低くし、警報濃度（範囲）およびフルスケールが低いガス種については感度を高くする。そこで、本発明の第１の局面では、上記のように、所定の検知対象ガスに対応した大きさの流入口をガス導入路内に形成する絞り部材をガス導入路に装着可能にすることにより、作用電極に導かれるガス量を調整し（絞り）、検知対象ガスの種類に応じた感度を実現することができる。その結果、複数種類のガスのうちから、ユーザが使用するガス種に応じた流入口が形成された絞り部材を選んで付け替えることにより、同一の定電位電解式ガスセンサで様々なガス検知を行うことが可能となるので、ユーザが使用するガス種が変更された場合でも対応することが可能となる。

上記第１の局面による定電位電解式ガスセンサにおいて、好ましくは、ガス導入路は、第１種類の検知対象ガスに対応した大きさの導入路側流入口を含み、絞り部材の流入口は、導入路側流入口よりも小さく、かつ、第２種類の検知対象ガスに対応した大きさを有する。ここで、導入路側流入口および絞り部材の流入口は、ガス導入路において最も開口面積が小さくなる流路部分のことである。つまり、絞り部材の装着時には、絞り部材の流入口がガス導入路において最小開口面積の流路部分となり、絞り部材の非装着時には、導入路側流入口がガス導入路において最小開口面積の流路部分となる。このように構成すれば、ガス導入路（導入路側流入口）自体を第１種類のガスに対応するように形成することによって、絞り部材の種類が増大するのを抑制することができる。また、たとえば装着された絞り部材を取り外すだけで、容易に検知対象ガスを変更することができる。

上記第１の局面による定電位電解式ガスセンサにおいて、好ましくは、絞り部材は、ガス導入路の開口に着脱可能に嵌め込まれる栓状部材である。このように構成すれば、栓状の絞り部材をガス導入路の内部に嵌め込むだけで、容易に絞り部材を装着することができる。また、たとえば絞り部材がガス導入路の開口を塞ぐ板部材などの場合、開口端面に絞り部材を密着させて固定する手段が別途必要になるのに対し、上記構成によれば、ガス導入路自体を絞り部材の位置決めや固定用の部材として利用できるので、構造の簡素化を図ることができる。

上記第１の局面による定電位電解式ガスセンサにおいて、好ましくは、絞り部材は、ガス導入路の開口端面よりも作用電極に近い位置に、流入口を形成するように構成されている。このように構成すれば、流入口と作用電極とを接近させて、流入口と作用電極との間に形成される容積を小さくすることができる。ここで、たとえば外部のガスを吸引ポンプなどによって強制的にガス導入路内に引き込む場合に、脈流（周期性の圧力変動）が生じて検知精度がばらつくことがあるが、流入口と作用電極との間の容積を小さくすることにより、脈流の影響を抑制することができる。

上記第１の局面による定電位電解式ガスセンサにおいて、好ましくは、絞り部材は、ガス導入路を塞ぐように配置され、かつ、作用電極側に向けて窪んだ凹部を有し、凹部の底部には流入口が形成されているとともに、凹部内に脈流を抑制するためのフィルタ部材が設けられている。このように構成すれば、作用電極側に向けて窪む凹状の絞り部材の底部に流入口を設けることにより、流入口と作用電極とを接近させて、流入口と作用電極との間に形成される容積を小さくすることができるので、外部のガスを強制的に引き込む場合の脈流を抑制することができる。さらに、絞り部材の凹部内に配置したフィルタ部材によって、急激な流量変化を抑制することができるので、より一層効果的に脈流を抑制することができる。

この発明の第２の局面による定電位電解式ガスセンサの製造方法は、上記第１の局面による定電位電解式ガスセンサを製造する方法であって、本体部およびガス導入路を備えたガスセンサ構造体の電解液収容部内に電解液を収容する工程と、電解液を収容する工程の後、作用電極、対極および参照電極に電位を印加するエージングを行う工程と、エージングを行う工程の後に、定電位電解式ガスセンサの検知対象ガスを設定する工程と、を備える。なお、エージングとは、定電位電解式ガスセンサの初期使用前に、各電極間に電位を印加して出力のばらつきを減少させる工程を意味する。

この第２の局面による定電位電解式ガスセンサの製造方法では、上記第１の局面と同様に、所定の検知対象ガスに対応した大きさの流入口をガス導入路内に形成する絞り部材をガス導入路に装着可能な定電位電解式ガスセンサを設けることにより、絞り部材によって作用電極に導かれるガス量を調整し（絞り）、検知対象ガスの種類に応じた感度を実現することができる。その結果、複数種類のガスのうちから、ユーザが使用するガス種に応じた流入口が形成された絞り部材を選んで付け替えることにより、同一の定電位電解式ガスセンサで様々なガス検知を行うことが可能となるので、使用するガス種が変更された場合でも対応することが可能となる。

また、定電位電解式ガスセンサのエージングには、２〜４週間程度を要するのが一般的である。そのため、予め検知対象ガスが決まっている従来の定電位電解式ガスセンサではリードタイム（検知対象ガスを設定してから完成までに要する時間）が長く、２〜４週間以上前から製造に着手する必要がある。これに対して、上記第２の局面による定電位電解式ガスセンサの製造方法では、エージングを行う工程の後に、定電位電解式ガスセンサの検知対象ガスを設定する工程を設けることによって、エージングが完了した後で、絞り部材を装着することにより検知対象ガスを設定することができるので、特定の検知対象ガスの定電位電解式ガスセンサを製造するのに要するリードタイムを短縮することができる。

上記第２の局面による定電位電解式ガスセンサの製造方法において、好ましくは、検知対象ガスを設定する工程は、エージングを行う工程の後に、検知対象ガスの種類に応じて、絞り部材をガス導入路に装着し、または装着しない工程を含む。このように構成すれば、エージング工程が完了済みのガスセンサに対して、絞り部材をガス導入路に装着し、または装着しないでおくという簡単な工程によって、様々な種類のガスを検知対象ガスとする定電位電解式ガスセンサを迅速かつ効率的に製造することができる。

本発明によれば、上記のように、使用するガス種が変更された場合でも対応可能な定電位電解式ガスセンサを提供することができる。

本発明の一実施形態によるセンサ（絞り部材を装着していない状態）を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態によるセンサ（絞り部材を装着した状態）を示す縦断面図である。 図１および図２の絞り部材を示した斜視図である。 絞り部材の流入口の開口面積を説明するための図（Ａ）、および、導入路側流入口の開口面積を説明するための図（Ｂ）である。 一実施形態によるセンサを備えたガス検知装置の構成例を示した模式図である。 ガス検知装置のガス通路とセンサのガス導入路との接続部分を説明するための模式的な断面図である。 一実施形態によるセンサの製造方法を説明するための図である。 絞り部材の流入口と作用電極との間の距離について説明するための図である。 一実施形態のセンサの変形例を示した縦断面図である。 絞り部材の変形例を説明するための縦断面図である。 絞り部材の他の変形例を示した図（Ａ）、および、絞り部材の装着状態におけるガス導入路を示した図（Ｂ）である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態によるセンサ１００の構成について説明する。なお、センサ１００は、特許請求の範囲の「定電位電解式ガスセンサ」の一例である。

センサ１００は、定電位電解式ガスセンサである。定電位電解式とは、定電位に保持された作用電極１２におけるガスの電気化学反応に伴い発生する電流を検知するセンサ方式である。検知対象ガスの電気化学反応に応じて作用電極１２と対極１３との間に流れる電流を測定することにより、測定された電流値を検知対象のガスの濃度に変換することができる。

センサ１００は、電解液１０を収容する電解液収容部１１と、電解液１０に接するように配置された電極（作用電極１２、対極１３および参照電極１４）とを含む本体部１を備える。本体部１は、電解液収容部１１が一体形成された液体容器として構成されている。

電解液収容部１１は、本体部１の内部に形成された中空の空間部である。電解液収容部１１は、本体部１の上部に形成された電解液注入用の開口部１５と連続している。また、電解液収容部１１は、本体部１の下部において側面方向の両側に形成された開口部１６および１７と連続している。電解液１０は、たとえば、酸性水溶液、または、中性塩水溶液等により構成されている。酸性水溶液としては、たとえば硫酸やリン酸等を用いることができる。また、中性塩水溶液としては、たとえば臭化リチウムや塩化カルシウム等を用いることができる。

作用電極１２は、検知対象ガスに電気化学反応を生じさせる機能を有する。対極１３は、作用電極１２と対になり、検知対象ガスの電気化学反応に伴って作用電極１２との間で電流を流す機能を有する。参照電極１４は、作用電極１２の電位の基準となる電極である。

作用電極１２と、対極１３および参照電極１４とは、本体部１において互いに対向するように配置されている。具体的には、作用電極１２は、本体部１の開口部１６を塞ぐガス透過膜１８の内側表面に配置され、対極１３および参照電極１４は、本体部１の開口部１７を塞ぐガス透過膜１９の内側表面に配置されている。ガス透過膜１８および１９は、撥水性を有しかつガス透過性を有する。これにより、ガス透過膜１８および１９は、電解液１０が開口部１６または１７から外部に漏れるのを防止し、かつ、ガスを透過させる。ガス透過膜１８および１９は、たとえば撥水性を有する多孔質ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により形成されている。検知対象ガスは、ガス透過膜１８を透過して作用電極１２へ導入される。

作用電極１２、対極１３および参照電極１４は、それぞれ、ガス透過膜（１８、１９）の表面に設けられている。たとえば、作用電極１２、対極１３、および、参照電極１４は、ガス透過膜にペースト状の電極材料が塗布されて、焼成されることにより、形成されている。

センサ１００は、本体部１の表面に開口し、表面から作用電極１２にガスを通過させることが可能なガス導入路２を備える。図１の構成例では、ガス導入路２は、本体部１に固定的に設けられた蓋部材３に形成され、開口端面２１から作用電極１２が形成されたガス透過膜１８まで貫通する円筒状通路として構成されている。

蓋部材３は、開口部１６を覆うように設けられており、本体部１の側端面において、Ｏリング６を介してガス透過膜１８（作用電極１２）を固定している。なお、開口部１７には、蓋部材４が設けられている。蓋部材４は、Ｏリング６を介してガス透過膜１９（対極１３および参照電極１４）を固定している。蓋部材４には通気孔４１が形成され、ガス透過膜１９は雰囲気ガスに曝されている。

ここで、本実施形態では、センサ１００は、絞り部材５をガス導入路２に着脱可能なように構成されている。図２に示すように、絞り部材５は、ガス導入路２の一部を塞ぐことにより、所定の検知対象ガスに対応した大きさの流入口５１をガス導入路２内に形成するように構成されている。絞り部材５をセンサ１００に装着すると、絞り部材５によってガス導入路２に流入口５１が形成される。

本実施形態では、絞り部材５は、ガス導入路２の開口に着脱可能に嵌め込まれる栓状部材である。すなわち、絞り部材５は、ガス導入路２の内径ｄ２（図４（Ｂ）参照）に略一致する外形ｄ１（図４（Ａ）参照）を有し、ガス導入路２の内部に嵌め込まれる。これにより、絞り部材５は、ガス導入路２の内周面に嵌りガス導入路２を塞ぐ一方、絞り部材５を貫通する流入口５１の部分で、ガス導入路２の一部が塞がれずに開放される。

絞り部材５は、ガス導入路２の開口端面２１よりも作用電極１２に近い位置に、流入口５１を形成するように構成されている。すなわち、絞り部材５は、ガス導入路２の内部に装着された状態（図２参照）で、開口端面２１から距離Ｄ１の位置に流入口５１を形成する。作用電極１２から流入口５１までの距離Ｄ２は、開口端面２１から流入口５１までの距離Ｄ１よりも小さい。つまり、開口端面２１から作用電極１２までの距離を距離Ｄとしたとき、Ｄ２＜（Ｄ／２）となる。本実施形態では、距離Ｄ２は、距離Ｄの１／３よりも小さい（Ｄ２＜（Ｄ／３））。

これにより、流入口５１は、作用電極１２（ガス透過膜１８）に近接した位置に配置されるので、絞り部材５が装着された状態では、ガス導入路２内で流入口５１と作用電極１２（ガス透過膜１８）との間に形成される空間の容積が小さくなる。図２の構成例では、絞り部材５の作用電極１２側の端面（後述する底部５４の外表面）と、蓋部材３の作用電極１２側の端面（Ｏリング６との接触面）とが略面一になるように、絞り部材５が配置されている。

図３に示すように、絞り部材５は、ガス導入路２を塞ぐように配置され、かつ、作用電極１２側（図２参照）に向けて窪んだ凹部５２を有している。すなわち、絞り部材５は、円筒状の周壁部５３と、周壁部５３の端部に形成された底部５４とを有し、周壁部５３と底部５４とによって囲まれる空間部として凹部５２が構成されている。凹部５２の底部５４には流入口５１が形成されている。流入口５１は、底部５４を貫通している。流入口５１は、絞り部材５に１つまたは複数形成される。

図３では、５つの流入口５１が形成されている例を示している。５つの流入口５１は、略等しい大きさ（直径）の円孔として形成されている。５つの流入口５１は、底部５４において均等に分散するように配置されている。すなわち、図４（Ａ）に示すように、中央の流入口５１に対して、周囲の４つの流入口５１が互いに略等しい間隔Ｄｈを隔てて配置されている。また、周囲の４つの流入口５１は、中央の流入口５１を中心にして取り囲むように、略等角度（９０度）間隔で配置されている。これにより、たとえば１つの流入口を設ける場合と比較して、ガスの流入経路が分散され、作用電極１２の全表面に対して、より均一にガスを供給することが可能である。

図１に示すように、凹部５２内には、脈流を抑制するためのフィルタ部材５５が設けられている。したがって、フィルタ部材５５は、ガス導入路２内で、絞り部材５に対して、作用電極１２とは反対側（ガス導入路２の上流側）の位置に配置される。フィルタ部材５５は、ガスを透過可能な多孔質部材であり、ガス流れの急激な変動を抑制するように構成されている。フィルタ部材５５は、たとえばＰＴＦＥウール（繊維束）を凹部５２の形状に合わせて円柱状に成形したものである。

ここで、本実施形態では、ガス導入路２は、第１種類の検知対象ガスに対応した大きさの導入路側流入口２２を含む。絞り部材５の流入口５１は、導入路側流入口２２よりも小さく、かつ、第２種類の検知対象ガスに対応した大きさを有する。

すなわち、図１に示したように、ガス導入路２は、開口面積Ａ１（図４（Ｂ）参照）の導入路側流入口２２を含んでいる。導入路側流入口２２は、ガス導入路２において開口面積が最小となる流路部分である。図１の構成例では、ガス導入路２は、特段の絞り形状が形成されておらず、内部の開口面積（流路断面積）は略一定のＡ１のままの円筒状流路として構成されている。そのため、ガス導入路２の全体が導入路側流入口２２となっている。ガス導入路２の内径を拡げて、特定箇所に開口面積Ａ１となる絞り部分（内径が小さくなる部分）を設けて導入路側流入口２２としてもよい。

絞り部材５は、５つの流入口５１の合計で、開口面積Ａ２を有する。図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、開口面積Ａ２は、開口面積Ａ１よりも小さい。

導入路側流入口２２の開口面積Ａ１は、第１種類の検知対象ガスに対応した大きさ（面積）となっている。流入口５１の開口面積Ａ２は、第２種類の検知対象ガスに対応した大きさ（面積）となっている。したがって、センサ１００は、絞り部材５を装着しない状態で、第１種類の検知対象ガスを検知可能であり、絞り部材５を装着した状態で、第２種類の検知対象ガスを検知可能である。

検知対象ガスとしては、様々なガスを設定することができる。たとえば、検知対象ガスは、ＳｉＨ₄（シラン）、ＰＨ₃（ホスフィン）、ＮＦ₃、Ｂ₂Ｈ₆、ＡｓＨ₃、Ｈ₂Ｓｅ、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＧｅＨ₄、ＮＨ₃、ＨＦ、ＰＦ₃、ＨＣｌ、ＨＢｒ、Ｆ₂、Ｃｌ₂、ＣｌＦ₃、Ｏ₃、ＣＯ、Ｈ₂Ｓ、ＣＣｌ₄、Ｈ₂、Ｏ₂などであってよい。

本実施形態では、一例として、導入路側流入口２２は、第１種類の検知対象ガスとしてＰＨ₃に対応しており、流入口５１は、第２種類の検知対象ガスとしてＳｉＨ₄に対応している。ＰＨ₃とＳｉＨ₄とは、各電極や電解液が共通の本体部１によって検知可能（濃度に応じた信号出力が可能）なガス種である。一方、ＰＨ₃とＳｉＨ₄とは、警報濃度（範囲）およびフルスケール（最大検知濃度）が互いに異なっている。

警報濃度（範囲）は、報知を行うガス濃度であり、作業環境許容濃度としてガス種毎に定められる濃度に応じて設定される。フルスケールは、警報濃度（範囲）を包含する十分広い範囲に設定され、たとえば警報濃度（範囲）の３〜５倍程度に設定される。

ＰＨ₃は、警報濃度が０．３ｐｐｍ、フルスケールが１ｐｐｍであり、ＳｉＨ₄は、警報濃度が５ｐｐｍ、フルスケールが２５ｐｐｍである。そのため、警報濃度およびフルスケールが高いＳｉＨ₄では感度を相対的に低くし、警報濃度およびフルスケールが低いＰＨ₃については感度を相対的に高くするように、各開口面積Ａ１およびＡ２が設定されている。

つまり、導入路側流入口２２は、警報濃度０．３ｐｐｍ、フルスケール１ｐｐｍのＰＨ₃ガスに対応して、相対的に大きい開口面積Ａ１を有している。流入口５１は、警報濃度５ｐｐｍ、フルスケール２５ｐｐｍのＳｉＨ₄に対応して、相対的に小さい開口面積Ａ２を有している。開口面積が小さい程、同じ濃度のガスに対する感度が低下し、フルスケールの範囲は大きくなる。そのため、流入口５１は、導入路側流入口２２よりも開口面積を絞ることにより、警報濃度およびフルスケールを広くしている。

このような構成により、本実施形態のセンサ１００では、絞り部材５を装着しないことによって、検知対象ガスがＰＨ₃に設定され、警報濃度０．３ｐｐｍ、フルスケール１ｐｐｍのＰＨ₃ガスセンサとして機能する。そして、絞り部材５を装着することによって、検知対象ガスがＳｉＨ₄に設定され、警報濃度５ｐｐｍ、フルスケール２５ｐｐｍのＳｉＨ₄ガスセンサとして機能する。

センサ１００にＳｉＨ₄およびＰＨ₃以外の他の検知対象ガスを設定する場合（３種以上のガスを検知可能とする場合）、開口面積の異なる別の絞り部材（図示せず）を用意して、センサ１００に装着させればよい。

本実施形態によるセンサ１００は、単体で検知用回路と接続して使用されてもよいし、たとえば、吸引ポンプ、警報用の報知部、ガス検知判定を行う制御部などを備えたガス検知装置と組み合わせて使用されてもよい。その場合、センサ１００は、ガス検知器の一部を構成し、ガス検知装置のセンサ部として機能する。

（ガス検知装置の構成）
センサ１００を備えたガス検知装置２００の構成例を図５に示す。図５の構成例では、ガス検知装置２００は、センサ１００を含むセンサユニット１１０と、本体ユニット１２０とを含む。本体ユニット１２０は、制御部１２１と、報知部１２２と、電源部１２３と、吸引ポンプ１２４とを含む。

制御部１２１は、接続端子部１２６を介して、センサユニット１１０のセンサ１００から検知対象ガスの濃度に応じた出力値を取得するように構成されている。そして、制御部１２１は、取得した出力値に基づいて、報知部１２２により検知対象ガスを検知したことを報知させる制御を行うように構成されている。

報知部１２２は、たとえば表示部、音声出力部、報知信号の外部出力部などを含む。制御部１２１は、センサ１００から取得した出力値が所定の報知閾値を超える場合に、報知部１２２により警報を出力する。

電源部１２３は、たとえば、外部電源や電池からの電力を本体ユニット１２０の各部に供給するとともに、接続端子部１２６を介して、センサユニット１１０(センサ１００)に電力を供給するように構成されている。吸引ポンプ１２４は、ガス検知装置２００の外部からガス（検知対象ガス）を本体ユニット１２０の内部に吸引する機能を有する。吸引ポンプ１２４は、本体ユニット１２０のガス通路１２５上に配置され、ガス通路１２５の入口からガスを吸引して、ガス通路１２５の出口から排出させる。センサ１００のガス導入路２は、ガス通路１２５に接続される。これにより、吸引ポンプ１２４によって本体ユニット１２０内のガス通路１２５に引き込まれたガス（検知対象ガス）がセンサ１００のガス導入路２に供給される。

センサユニット１１０は、ガス検知装置２００に着脱可能に構成されている。図５の構成例では、ガス検知装置２００の筐体に開閉式のカバー１３０が設けられ、カバー１３０を開くことによりガス検知装置２００の内部へのセンサユニット１１０の着脱が可能である。

センサユニット１１０は、センサ１００と、センサ１００を外部から覆うように構成されている筐体部１１１とを含む。センサユニット１１０が本体ユニット１２０に取り付けられる際、センサユニット１１０の接続端子１１２が、本体ユニット１２０の接続端子部１２６に接続されるとともに、センサユニット１１０（センサ１００）のガス導入路２が、ガス通路１２５に接続される。

また、センサユニット１１０には、ポテンショスタット回路１１３およびＡＤ変換（アナログデジタル変換）回路１１４が設けられている。ポテンショスタット回路１１３は、接続端子１１２、接続端子部１２６を介して制御部１２１と接続される。ポテンショスタット回路１１３は、検知対象ガスの電気化学反応を検出するために、作用電極１２と参照電極１４との電位差を定電位（電位差を一定）にする制御を行うように構成されている。ＡＤ変換回路１１４は、ポテンショスタット回路１１３に流れる電流値をデジタル出力値として、本体ユニット１２０の制御部１２１に出力するように構成されている。

センサユニット１１０の筐体部１１１には、内部に配置されたセンサ１００のガス導入路２を外部に露出させるための開口が形成されている。これにより、ガス導入路２の開口端面２１は、筐体部１１１の開口を貫通するようにして、外部に突出している。図６に示すように、ガス導入路２が形成された蓋部材３の開口端面２１側には、センサ１００を固定するための筒状の固定部材１１５が取り付けられている。

図６において、ガス検知装置２００のガス通路１２５には、センサユニット１１０の固定部材１１５を嵌め込むことが可能な接続凹部１２５ａが設けられており、ガス通路１２５の入口側通路および出口側通路がそれぞれ接続凹部１２５ａに連通している。接続凹部１２５ａにセンサユニット１１０の固定部材１１５を嵌め込むことにより、接続凹部１２５ａが塞がれ、センサ１００のガス導入路２がガス通路１２５に接続される。接続凹部１２５ａと固定部材１１５との隙間は、固定部材１１５の外周面に設けられたＯリング１１６によりシールされる。

（ガス検知装置の検知動作）
ガス検知装置２００の動作時には、吸引ポンプ１２４（図５参照）が駆動されることにより、ガス通路１２５の入口側通路からガス導入路２にガスが強制的に導入される。センサ１００に絞り部材５が装着されている場合、導入されたガスは、ガス導入路２内で絞り部材５のフィルタ部材５５および流入口５１を通過して、作用電極１２に到達する。作用電極１２では、検知対象ガスの電気化学反応が発生し、ポテンショスタット回路１１３により作用電極１２と参照電極１４との電位差が一定に保持されることにより、作用電極１２と対極１３との間において電流が流れる。そして、ＡＤ変換回路１１４により、電流値に応じたデジタル信号の出力値が制御部１２１に伝達される。出力値が所定の報知閾値を超える場合には、制御部１２１が報知部１２２により警報を出力する。

本実施形態では、ガス検知装置２００は、たとえば絞り部材５が装着されたセンサ１００を含むセンサユニット１１０を装着することにより、ＳｉＨ₄の検知を行うことが可能である。センサ１００の交換時期（寿命）が到達した場合には、センサユニット１１０ごと、センサ１００を交換することが可能である。したがって、センサ１００の交換時期（寿命）の到達前にユーザが使用するガス種が変更された場合などでも、センサユニット１１０ごと、センサ１００を交換することが可能であるが、その場合、元のセンサ１００を使用し続けることはできない。本実施形態では、センサ１００の交換時期（寿命）の到達前であれば、センサユニット１１０内のセンサ１００に装着された絞り部材５を交換または取り外す（検知対象ガスがＰＨ₃の場合）ことにより、同じセンサ１００（同じセンサユニット１１０）で、変更後のユーザが使用するガス種に対応することが可能である。

（センサの製造方法）
次に、本実施形態によるセンサ１００の製造方法について説明する。

図７のステップＳ１に示すように、まず、本体部１およびガス導入路２を備えたガスセンサ構造体が組み立てられる。ガスセンサ構造体とは、センサ１００のうち、電解液１０を除いた構造部分を意味する。

ステップＳ２において、ガスセンサ構造体の電解液収容部１１内に電解液１０が収容（注入）される。これにより、センサ１００がガスセンサとして機能し得る状態となる。ただし、電解液１０の収容直後では、センサ１００の出力が安定しないため、エージングを行う必要がある。

そのため、ステップＳ２の後、ステップＳ３として、作用電極１２、対極１３および参照電極１４に電位を印加するエージングが行われる。エージングは、センサ１００の初期使用前に、各電極間に電位を印加して出力のばらつきを減少させる工程である。定電位電解式ガスセンサのエージング工程は、一般的には、２〜４週間程度の期間にわたって実施される。

ステップＳ３のエージングが完了した後、ステップＳ４において、センサ１００の検知対象ガスが設定される。

本実施形態において、検知対象ガスを設定する工程は、エージングを行う工程の後に、検知対象ガスの種類に応じて、絞り部材５をガス導入路２に装着し、または装着しない工程である。図１に示した構成例では、検知対象ガスがＳｉＨ₄であれば、絞り部材５がセンサ１００に装着されることにより、センサ１００の検知対象ガスがＳｉＨ₄に設定される。検知対象ガスがＰＨ₃であれば、絞り部材５をセンサ１００に装着しないことにより、センサ１００の検知対象ガスがＰＨ₃に設定される。また、図示しない他のガス種に対応した絞り部材５を装着すれば、ＳｉＨ₄およびＰＨ₃以外の他の検知対象ガスをセンサ１００に設定することができる。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、所定の検知対象ガスに対応した大きさの流入口５１をガス導入路２内に形成する絞り部材５を、ガス導入路２に着脱可能なようにセンサ１００を構成する。これにより、作用電極１２に導かれるガス量を調整し（絞り）、検知対象ガスの種類に応じた感度（警報濃度およびフルスケール）を実現することができる。その結果、ユーザが使用するガス種に応じた流入口５１が形成された絞り部材５を選んで付け替えることにより、同一のセンサ１００で様々なガス検知を行うことが可能となるので、ユーザが使用するガス種が変更された場合でも対応することが可能となる。

ところで、たとえば図１の構成例では、蓋部材３にガス導入路２が形成されているため、各種ガスに対応するようにガス導入路２の形状が異なる複数バリエーションの蓋部材３を設けておき、蓋部材３を交換可能にすることが考えられる。しかしながら、蓋部材３を本体部１から取り外す場合、ガス透過膜１８が外れて電解液１０が漏れるなどの恐れがあるため、構造上、蓋部材３の交換は困難である。これに対して、本実施形態のセンサ１００では、蓋部材３とは別個の絞り部材５を着脱可能としていることにより、蓋部材３を本体部１に取り付けたまま、絞り部材５の着脱によって検知対象ガスを変更できる。その結果、本実施形態のセンサ１００では、電解液１０の漏れなどの恐れなく、検知対象ガスの種類を容易に変更することが可能である。

また、本実施形態では、上記のように、第１種類の検知対象ガス（ＰＨ₃）に対応した大きさの導入路側流入口２２をガス導入路２に設ける。そして、絞り部材５の流入口５１を、導入路側流入口２２よりも小さく、かつ、第２種類の検知対象ガス（ＳｉＨ₄）に対応した大きさに形成する。これにより、ガス導入路２（導入路側流入口２２）自体を第１種類のガスに対応するように形成することによって、絞り部材５の種類が増大するのを抑制することができる。また、たとえば装着された絞り部材５を取り外すだけで、容易に検知対象ガスを変更することができる。

また、本実施形態では、上記のように、絞り部材５は、ガス導入路２の開口に着脱可能に嵌め込まれる栓状部材として形成する。これにより、栓状の絞り部材５をガス導入路２の内部に嵌め込むだけで、容易に絞り部材５を装着することができる。また、たとえば絞り部材がガス導入路２の開口を塞ぐ板部材などの場合、開口端面２１に絞り部材を密着させて固定する手段が別途必要になるのに対し、ガス導入路２自体を絞り部材５の位置決めや固定用の部材として利用できるので、構造の簡素化を図ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、ガス導入路２の開口端面２１よりも作用電極１２に近い位置に、流入口５１を形成するように絞り部材５を構成する。これにより、流入口５１と作用電極１２とを接近させて、流入口５１と作用電極１２との間に形成される容積を小さくすることができる。上記の通り、吸引ポンプ１２４などによって強制的にガスをガス導入路２内に引き込む場合に、脈流（周期性の圧力変動）が生じて検知精度がばらつくことがあるが、流入口５１と作用電極１２との間の容積を小さくすることにより、脈流の影響を抑制することができる。

すなわち、たとえば図８のように、絞り部材５００の流入口５０１と作用電極１２との間の距離Ｄ３（＞Ｄ２）が大きい構造では、図２（または図６参照）の本実施形態と比較して、流入口５０１と作用電極１２との間の容積が大きくなる。この場合、吸引ポンプ１２４の脈流（圧力変動）に起因して、センサの出力ばらつきが大きくなる傾向がある。これに対して、本実施形態のセンサ１００では、流入口５１と作用電極１２との間の距離Ｄ２が小さくなることにより、脈流（圧力変動）の影響を小さくすることが可能である。

また、本実施形態では、上記のように、絞り部材５に凹部５２を設け、凹部５２の底部５４に流入口５１を形成する。そして、凹部５２内に脈流を抑制するためのフィルタ部材５５を設ける。これにより、作用電極１２側に向けて窪む凹状の絞り部材５の底部５４に流入口５１を設けることにより、流入口５１と作用電極１２とを接近させて、流入口５１と作用電極１２との間に形成される容積を小さくすることができるので、外部のガスを強制的に引き込む場合の脈流を抑制することができる。さらに、絞り部材５の凹部５２内に配置したフィルタ部材５５によって、急激な流量変化を抑制することができるので、より一層効果的に脈流を抑制することができる。

ここで、たとえば図８に示したように、流入口５０１と作用電極１２との間（二点鎖線参照）にフィルタ部材５５を配置する場合、フィルタ部材５５の体積分だけ、流入口５０１と作用電極１２との間の容積が大きくなる。そのため、フィルタ部材５５を設けたとしても、流入口５１と作用電極１２との間に形成される容積が大きくなることによって、吸引ポンプ１２４の脈流の影響が大きくなる。これに対して、本実施形態では、図２（または図６）に示したように、流入口５１を作用電極１２に接近させて距離Ｄ２を小さくしつつ、流入口５１の上流側のスペースにフィルタ部材５５を配置して、効果的に脈流を抑制することが可能となる。

また、本実施形態では、上記のように、センサ１００の製造工程において、エージングを行う工程の後に、センサ１００の検知対象ガスを設定する工程を設ける。上記の通り、定電位電解式ガスセンサのエージングには、２〜４週間程度を要するのが一般的であるため、予め検知対象ガスが決まっている従来の定電位電解式ガスセンサではリードタイムが長く、２〜４週間以上前から製造に着手する必要がある。これに対して、本実施形態では、エージングが完了した後で、絞り部材５を装着することにより検知対象ガスを設定することができるので、特定の検知対象ガスのセンサ１００を製造するのに要するリードタイムを短縮することができる。したがって、エージング工程後に、需要に応じて検知対象ガスを設定して速やかにセンサ１００を提供することが可能となる点で有効である。

また、本実施形態では、上記のように、検知対象ガスを設定する工程として、エージングを行う工程の後に、検知対象ガスの種類に応じて、絞り部材５をガス導入路２に装着し、または装着しない工程を設ける。これにより、エージング工程が完了済みのセンサ１００に対して、絞り部材５をガス導入路２に装着し、または装着しないでおくという簡単な工程によって、様々な種類のガスを検知対象ガスとするセンサ１００を迅速かつ効率的に製造することができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、作用電極１２と、対極１３および作用電極１２とを対向するように配置した構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。図９に示す変形例のように、作用電極１２、対極１３および参照電極１４を、平面上に並べて配置してもよい。図９の変形例によるセンサ３００では、電解液収容部１１が１つのガス透過膜３０１によって覆われており、ガス透過膜３０１によって内部の電解液１０を保持している。そして、作用電極１２、対極１３および参照電極１４が、同じガス透過膜３０１の表面上に並ぶように形成されている。なお、センサ３００は、特許請求の範囲の「定電位電解式ガスセンサ」の一例である。

この他、本体部１の構造（電解液収容部１１や各電極の配置）は、任意である。本発明では、ガス導入路２の一部を塞ぐ絞り部材５が着脱可能な定電位電解型ガスセンサであれば、どのような構造の本体部を有していてもよい。

また、上記実施形態では、ガス導入路２が、第１種類の検知対象ガス（一例としてＰＨ₃）に対応した大きさの導入路側流入口２２を有する構成例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ガス導入路２が、どの種類の検知対象ガスにも対応していなくてもよい。その場合、ガス導入路２は、絞り部材５によって設定可能な検知対象ガスのうちで最も高感度を要するガスに必要とされる開口面積よりも大きい開口面積を有していればよい。これにより、絞り部材５によってガス導入路２の一部を塞ぐことによって、同一のセンサ１００が各種のガスに対応可能となる。逆に、ガス導入路２に導入路側流入口２２を設ける場合、導入路側流入口２２は、設定可能な検知対象ガスのうちで最大の開口面積となるガス種に対応するように形成する。

また、上記実施形態では、凹部５２を有する絞り部材５の構成例を示したが、本発明はこれに限られない。図１０に示す変形例のように、板状形状の絞り部材５１０を設けてもよい。この変形例では、平板状の絞り部材５を貫通するように、流入口５１が形成されている。

また、上記実施形態では、ガス導入路２内に嵌め込まれる栓状の絞り部材５の構成例を示したが、本発明はこれに限られない。図１０に示した変形例のように、絞り部材５１０がガス導入路２の開口端面２１を塞ぐように、蓋状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、絞り部材５に、５つの流入口５１を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、流入口５１の数はいくつでもよい。たとえば、図１０に示した変形例では、絞り部材５に、１つの流入口５１を設けている。流入口５１は、検知対象のガス種に対応する開口面積Ａ２（流入口５１が複数の場合、各開口面積の合計）を有していればよい。また、流入口５１の開口形状も円形状に限らず、矩形形状など円形状以外の形状であってもよい。

また、上記実施形態では、絞り部材５に貫通孔からなる流入口５１を形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す変形例のように、絞り部材５２０の外周部に切欠５２１を形成し、ガス導入路２の内面と切欠５２１とによって、流入口５１が形成されてもよい。絞り部材の形状は、特に限定されず、ガス導入路２を絞る（開口面積を減少させる）構造を有していれば、どのような形状であってもよい。

また、上記実施形態では、絞り部材５にフィルタ部材５５を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、絞り部材５にフィルタ部材５５を設けなくてもよい。

１ 本体部
２ ガス導入路
５、５００、５１０、５２０ 絞り部材
１０ 電解液
１１ 電解液収容部
１２ 作用電極
１３ 対極
１４ 参照電極
２１ 開口端面
２２ 導入路側流入口
５１ 流入口
５２ 凹部
５４ 底部
５５ フィルタ部材
１００、３００ センサ（定電位電解式ガスセンサ）

Claims (7)

1. 電解液を収容する電解液収容部と、前記電解液に接するように配置された作用電極、対極および参照電極とを含む本体部と、
   前記本体部の表面に開口し、前記表面から前記作用電極にガスを通過させることが可能なガス導入路とを備え、
   前記ガス導入路の一部を塞ぐことにより、所定の検知対象ガスに対応した大きさの流入口を前記ガス導入路内に形成する絞り部材を、前記ガス導入路に着脱可能なように構成されている、定電位電解式ガスセンサ。
2. 前記ガス導入路は、第１種類の検知対象ガスに対応した大きさの導入路側流入口を含み、
   前記絞り部材の流入口は、前記導入路側流入口よりも小さく、かつ、第２種類の検知対象ガスに対応した大きさを有する、請求項１に記載の定電位電解式ガスセンサ。
3. 前記絞り部材は、前記ガス導入路の開口に着脱可能に嵌め込まれる栓状部材である、請求項１または２に記載の定電位電解式ガスセンサ。
4. 前記絞り部材は、前記ガス導入路の開口端面よりも前記作用電極に近い位置に、前記流入口を形成するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定電位電解式ガスセンサ。
5. 前記絞り部材は、前記ガス導入路を塞ぐように配置され、かつ、前記作用電極側に向けて窪んだ凹部を有し、
   前記凹部の底部には前記流入口が形成されているとともに、前記凹部内に脈流を抑制するためのフィルタ部材が設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の定電位電解式ガスセンサ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の定電位電解式ガスセンサを製造する方法であって、
   前記本体部および前記ガス導入路を備えたガスセンサ構造体の前記電解液収容部内に前記電解液を収容する工程と、
   前記電解液を収容する工程の後、前記作用電極、前記対極および前記参照電極に電位を印加するエージングを行う工程と、
   前記エージングを行う工程の後に、前記定電位電解式ガスセンサの検知対象ガスを設定する工程と、を備える、定電位電解式ガスセンサの製造方法。
7. 前記検知対象ガスを設定する工程は、前記エージングを行う工程の後に、検知対象ガスの種類に応じて、前記絞り部材を前記ガス導入路に装着し、または装着しない工程を含む、請求項６に記載の定電位電解式ガスセンサの製造方法。

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