JPH04363653A - 電気化学式ガスセンサ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気化学式ガスセンサ
素子に関し、詳しくは絶縁基板に作用極を含む複数の電
極が設けられ、さらにこれらの電極を一連に被覆する固
体電解質膜とからなる電気化学式ガスセンサ素子であっ
て、酸化還元反応を利用して特定の検知ガスを検出する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】酸化還元反応を電気化学的に利用して、
雰囲気中のガス、例えば一酸化炭素、水素、アルコール
、窒素酸化物、硫黄酸化物等を検出する電気化学式ガス
センサは、これまでに数多く報告されている。一般的に
、この種のガスセンサー素子は、高い感度を有している
ことから、工業用のガス濃度検出器の分野において利用
されている。

【０００３】１枚の絶縁基板上に、作用極、対極及び作
用極に対する基準電位としての働きをする参照極の３種
の電極を並べて形成し、さらにこれらの電極と電極間の
絶縁基板を例えばスルホン化パーフルオロカーボン等の
高分子の固体電解質膜で一連に覆った電気化学式ガスセ
ンサ素子は、プレーナ型センサ素子とも呼ばれている。 このようなプレーナ型センサ素子は、半導体製造分野等
で利用されてきた従来の薄膜形成技術や微細加工技術を
用いて、極めて小型かつ精密に製造することができるの
で、品質性能の大幅な向上が図れるものとして、期待さ
れている。

【０００４】ところが、この種のプレーナ型センサ素子
は、小型化するにつれて電極面積が必然的に小さくなる
結果、センサ出力が小さくなり、センサ感度が低下する
問題があった。この問題解決について考察を加えると、
固体電解質膜内を拡散して作用極に到達する検知ガスの
量を増加させることによって達成される。このためには
、たとえば固体電解質膜の厚みを小さくする必要がある
。しかしこの厚みを小さくすると固体電解質膜のインピ
ーダンスが増大し、作用極上で検知ガスが反応すること
によって生ずるイオンの移動度が小さくなり、その結果
感度低下を引き起こし解決策にならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
が解決する課題は、センサとしての感度の低下を避けて
小型化を実現する電気化学式ガスセンサ素子を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電気化学
式ガスセンサ素子は、絶縁基板に設けられた作用極を含
む複数の電極とこれらの電極を一連に被覆する固体電解
質膜とから成る電気化学式ガスセンサ素子において、上
記絶縁基板に両面に透通する透孔を設け、この透孔の内
面とこの透孔の一端が属する外周面を作用極を構成する
導電性膜で被覆し、さらにこの導電性膜を上記固体電解
質膜で被覆するとともに透孔の内面を被覆する上記固体
電解質膜を内面とするガス透過孔を形成したことを特徴
とするものである。

【０００７】

【作用】検知ガスの酸化還元反応は、透孔の外周面上の
作用極のみならず、透孔内の作用極においても発生する
。すなわち、作用極の電極面積を絶縁基板の厚み内で増
大させることができる。

【０００８】以下、本発明を図面に基づいて説明する。 図１は本発明の一実施例に係る電気化学式ガスセンサ素
子の平面図であり、図２は、図１のＸ−Ｙ断面の拡大断
面図であり、図３は、他の実施例に係る、図２に相当す
る図１のＸ−Ｙ断面の拡大断面図である。

【０００９】図１、及び図２において、絶縁基板１０は
、片面に対極４０及び対極４０の基準電位として機能す
る参照極３０が設けられ、両面に上記対極４０の対極と
して機能する作用極２０が設けられている。すなわち、
作用極２０では検知ガスの存在によって酸化還元反応を
励起する機能を有し、対極４０では作用極２０における
反応と対を成す酸化還元反応が発生し、参照極３０は作
用極２０の酸化還元反応の基準電位として機能する。こ
こで、作用極２０を構成する導電性膜２１、対極４０な
らびに参照極３０は、白金あるいは金等、通常の各種電
極材料が用いられ、真空蒸着法やスパッタリング法等に
より形成される。通常、作用極２０と対極４０は白金が
好ましく、参照極３０には金が好ましい。その他の電極
材料を組み合わせて用いることも勿論可能である。

【００１０】絶縁基板１０は、図２に示す如く、ポーラ
スなセラミック基板が用いられる。すなわち、ポーラス
な絶縁基板１０は、複雑に絡み合った細孔１１からなる
、両面に透通する透孔１２を有する。この透孔１２の内
面１３と透孔１２の一端が属する外周面１４は、作用極
２０を構成する導電性膜２１で被覆されている。そして
この導電性膜２１は、さらに固体電解質膜２２で被覆さ
れ、上記透孔１２内には、この透孔１２の内面を被覆す
る固体電解質膜２２を内面とするガス透過孔５０が形成
されている。ここで固体電解質膜２２としては、例えば
スルホン化パーフルオロカーボン（商標：Ｎａｆｉｏｎ
　　デュポン社製）、その他極性の高い高分子化合物が
用いられる。

【００１１】上記構成の電気化学式ガスセンサ素子にあ
っては、雰囲気中の検知ガスが透孔１２の一端が属する
外周面１４を被覆する、導電性膜２１からなる作用極２
０に、作用極２０を被覆する固体電解質膜２２を透過し
て到達すると作用極２０において酸化還元反応によるイ
オンの発生に伴い、作用極２０と対極４０を被覆する一
連の固体電解質膜２２を介して対極４０間に電流が流れ
、この電流の流れにより検知ガスが検出される。加えて
、この現象と同一の現象が、ガス透過孔５０内に侵入拡
散した検知ガスによって誘起される。すなわち、透孔１
２内の導電性膜２１からなる作用極２０において、酸化
還元反応によるイオンの発生に伴い対極４０との間に電
流が流れる。つまり、酸化還元反応は、透孔１２の外周
面１４の部位にとどまらず、透孔１２内の部位において
も発生するので、作用極２０の電極面積を絶縁基板の厚
み内で増大させることができ、したがってセンサとして
の検出感度の低下を避けて小型化を実現することができ
るのである。

【００１２】図３に示した電気化学式ガスセンサ素子は
、図１に示した、絶縁基板１０のポーラスなアルミナ基
板に換えて気密性の高いたとえばシリコーン基板を用い
た実施例に係り、絶縁基板１０の両面に開口する透孔１
２の内面１３と透孔１２の一端が属する外周面１４は、
作用極２０を構成する導電性膜２１で被覆されている。 そして、この導電性膜２１は、さらに固体電解質膜２２
で被覆され、上記透孔１２内には、この透孔１２の内面
を被覆する固体電解質膜２２を内面とするガス透過孔５
０が形成され、図２に示したガスセンサ素子と同様の機
能を果たす。

【００１３】

【発明の効果】この発明にかかる電気化学式ガスセンサ
素子によると、センサ素子としての検出感度の低下を避
けて小型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電気化学式ガスセンサ
素子の平面図である。

【図２】図１のＸ−Ｙ断面の拡大断面図である。

【図３】他の実施例に係る、図１のＸ−Ｙ断面の拡大断
面図である。

【符号の説明】

１０　　絶縁基板 １２　　透孔 １３　　内面 １４　　外周面 ２０　　作用極 ２１　　導電性膜 ２２　　固体電解質膜 ３０　　参照極 ４０　　対極 ５０　　ガス透過孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　絶縁基板に設けられた作用極を含む複
   数の電極とこれらの電極を一連に被覆する固体電解質膜
   とから成る電気化学式ガスセンサ素子において、上記絶
   縁基板に両面に透通する透孔を設け、この透孔の内面と
   この透孔の一端が属する外周面を作用極を構成する導電
   性膜で被覆し、さらにこの導電性膜を上記固体電解質膜
   で被覆するとともに透孔の内面を被覆する上記固体電解
   質膜を内面とするガス透過孔を形成したことを特徴とす
   る電気化学式ガスセンサ素子。