JPH06138082A - 小型酸素電極およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低価格で大量生産に適した小型酸素電極の構
造の改良に関し、酸素の還元が起こるべき電極上で酸素
以外の化学種の還元反応が起こることを防止すると共に
同電極上で生成した中間生成物により他の電極上で余分
な酸化反応が起こることを防止することにより、長時間
の動作安定性を確保することを目的とする。 【構成】 絶縁性基板上に、水分供給を受けて電解液と
なり得る電解質含有体と、電解質含有体で相互に接続さ
れた１組の電極と、電解質含有体を被覆したガス透過膜
とを有し、１組の電極は電解液中の酸素の還元反応が起
こる第１の電極とそれ以外の第２の電極とから成る小型
酸素電極において、小型酸素電極の作動中に第１および
第２の電極の一方で生成した電極活物質が電解液中を拡
散して他方の電極に到達するのを防止するように、両電
極間の電極活物質の拡散経路に対応する電解質含有体の
長さを十分に長くして構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低価格で大量生産に適
した小型酸素電極の構造の改良に関する。小型酸素電極
は、いろいろな分野において溶存酸素濃度の測定に用い
られる。例えば、水質保全の見地から行われる水中の生
化学的酸素要求量（ＢＯＤ）の測定に、小型酸素電極を
用いることができる。また、醗酵工業において、効率良
くアルコール醗酵を進めるために醗酵槽中の溶存酸素濃
度の調整が必要であり、そのための測定器として小型酸
素電極を用いることができる。更にまた、小型酸素電極
は、酵素と組み合わせて酵素電極を形成し、糖やビタミ
ン等の濃度測定に用いることもできる。例えば、グルコ
ースはグルコースオキシダーゼという酵素を触媒とし溶
存酸素と反応してグルコノラクトンに酸化するが、この
反応により酸素電極セルの中に拡散してくる溶存酸素が
減ることを利用し、溶存酸素の消費量からグルコース濃
度を測定することができる。

【０００２】このように小型酸素電極は、環境計測、醗
酵工業、臨床医療等の各種の分野で非常に有用であり、
特に臨床医療分野においてカテーテルに装着して体内に
挿入する用途では、小型であると共に使い捨て可能で低
価格である点で、小型酸素電極は非常に利用価値が高
い。

【０００３】

【従来の技術】小型酸素電極の作動原理は旧来から知ら
れているクラーク型酸素電極と基本的に同じである。図
１にクラーク型酸素電極の基本構造を示す。ガラス、プ
ラスチック、ステンレス等から成る容器１０６は、開放
端（下部）がシリコーン樹脂やフッ素樹脂等から成るガ
ス透過膜１０５で覆われている。塩化カリウム（ＫＣ
ｌ）や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等の水溶液から成
る電解液１０４を封入した容器１０６の内部には、銀
（Ａｇ）や鉛（Ｐｂ）等から成るアノード１０３と、白
金（Ｐｔ）や金（Ａｕ）等から成るカソード１０２とが
配置されている。電解液１０４として塩化カリウム水溶
液を用い、アノード１０３が銀（Ａｇ）で作られている
場合、カソード１０３とアノード１０２との間に電圧を
印加すると、カソード上およびアノード上でそれぞれ次
式の反応が起こる。

【０００４】 カソード上の反応：Ｏ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ＋４ｅ → ４ＯＨ^- （１） アノード上の反応：Ａｇ＋Ｃｌ^- → ＡｇＣｌ＋ｅ （２）

【０００５】すなわち、カソード上では測定対象から電
解液中に取り込まれた酸素が還元され、酸素量に対応し
た値の電流として測定される。一方、アノード上では、
アノードの銀および電解液中の塩素イオンが反応して消
耗していく。したがって、酸素電極の作動時間を長くす
るためには、銀および塩化カリウムの量を十分に確保す
る必要がある。

【０００６】図１に示したクラーク型酸素電極は、小さ
いものでも鉛筆もしくは単三電池程度の大きさがあり、
必要量の銀および電解液を収容することに困難はなかっ
た。その反面、クラーク型酸素電極は一般に大型であ
り、数万〜数十万円と高価である。また、上記のように
電解液が消耗するため、一定時間使用する毎に電解液を
交換する必要があった。

【０００７】そこで本発明者はフォトリソグラフィ技術
を利用して、シリコン基板上に形成できる小型の酸素電
極を開発した（特開昭６３−２３８５４８号、米国特許
第４，９７５，１７５号）。この小型酸素電極は、数ｍ
ｍ角程度の大きさで、クラーク型酸素電極に比較して極
めて小さい上、シリコン基板上に一括して多数個を作製
することができるため安価となり、使い捨ても可能であ
る。

【０００８】しかし小型化に伴い、動作に必要な量の銀
および塩化カリウムを十分に収容できないという欠点も
あった。そのため、銀は厚さを増やすことで、塩化カリ
ウムは高濃度溶液とすることで、それぞれ必要量を確保
していた。

【０００９】既に説明したように、アノードで塩化銀が
生成するが、これは難溶性でありアノード上に蓄積して
いく。しかし、高濃度の塩素イオンが存在すると、塩化
銀が塩素イオンと錯体を形成して水溶性となり、電解液
中に溶解する。この銀錯体が電解液中を拡散してカソー
ドに到達すると還元を受けてしまう。すなわち、カソー
ド上では前記式（１）に示した酸素の還元反応以外にも
還元反応が起きるため、測定対象からの酸素量に対応し
た正しい電流出力が得られなくなる。一方、前記式
（１）に示したカソード上での酸素の還元反応過程で
は、中間生成物として過酸化水素が生成するが、これが
電解液中を拡散してアノードに到達すると前記式（２）
で示した反応以外に余分な酸化反応も起きるため、やは
り正しい電流出力が得られなくなる。

【００１０】以上はカソードおよびアノードを１組の電
極として用いる２極構成の酸素電極の場合であるが、作
用極、対極および参照極を１組の電極として用いる３極
構成の場合も事情は同じであった。すなわち上記２極構
成についての説明中のカソードを作用極に、アノードを
対極および参照極に置き換えれば、３極構成の場合も基
本的に説明される。

【００１１】このように、従来の小型酸素電極において
は、測定に必要な電解質の量を確保するために電解質濃
度を高めると、電解質構成成分の錯体が生成し、酸素の
還元反応が起こるべき電極上で上記錯体の還元反応も起
きてしまい、一方、この電極上で生成した中間生成物に
よって他の電極上で余分な酸化反応も起きてしまうた
め、小型酸素電極が正しい出力を示さなくなり、特に長
時間の動作安定性が確保できないという欠点があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、酸素の還元
が起こるべき電極上で酸素以外の化学種の還元反応が起
こることおよび同電極上で生成した中間生成物により他
の電極上で余分な酸化反応が起こることを防止すること
により、長時間の動作安定性を確保した小型酸素電極お
よびその製造方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、絶縁性基板上に、水分供給を受けて電解液とな
り得る電解質含有体と、該電解質含有体で相互に接続さ
れた１組の電極と、該電解質含有体を被覆したガス透過
膜とを有し、該１組の電極は該電解液中の酸素の還元反
応が起こる第１の電極とそれ以外の第２の電極とから成
る小型酸素電極において、該小型酸素電極の作動中に上
記第１電極および第２電極の内の一方の電極上に生成し
た電極活物質が、上記電解液中を拡散して他方の電極に
到達するのを防止するように、上記第１電極と上記第２
電極との間の該電極活物質の拡散経路に対応する上記電
解質含有体の長さを十分に長くしたことを特徴とする小
型酸素電極によって達成される。

【００１４】小型酸素電極が２極構成の場合には、カソ
ードおよびアノードが前記１組の電極を構成し、該カソ
ードが前記第１の電極として、該アノードが前記第２の
電極として作用する。

【００１５】小型酸素電極が３極構成の場合には、作用
極、対極、および参照極が前記１組の電極を構成し、該
作用極が前記第１の電極として、該対極および該参照極
が前記第２の電極として作用する。

【００１６】本発明の望ましい態様においては、前記第
１電極および前記第２電極の内の一方から他方への前記
電極活物質の拡散到達を防止するように、前記電解質含
有体が十分に細長い形状をしている

【００１７】本発明の更に望ましい態様においては、前
記電解質含有体が屈曲した形状をしている。

【００１８】本発明の小型酸素電極を製造する方法にお
いては、前記電解質を含有する組成物を前記絶縁性基板
上に印刷することにより前記電解質含有体を形成する。

【００１９】

【作用】本発明によれば、酸素の還元反応を起こすべき
第１の電極以外の第２の電極上に生成した電極活物質
が、電解液中を拡散して酸素の還元反応を起こすべき第
１の電極に到達するのを防止するように、またその反対
に第１の電極で生成した電極活物質が前者の第２の電極
へ到達するのを防止するように、両電極間の電極活物質
の拡散経路を十分に長くしたので、酸素の還元反応を起
こすべき電極上で酸素以外の化学種の還元反応が起こる
のを防止することができると共に酸素の還元反応を起こ
すべき電極以外の電極での余分な酸化反応が起こるのを
防止することができるため、長時間の測定においても正
しい出力を維持することができる。

【００２０】また上記両電極間を結ぶ電解液を細くする
ことにより電極活物質の拡散をより有効に抑制できる
し、電解液を屈曲した形状にすることによりチップサイ
ズを大きくすることなく電解液の長さを長くすることが
できる。すなわち、電解液を細長くおよび／または屈曲
させることにより、同一チップ面積で電解液をより長く
することができ、小型化に有利である。

【００２１】これらの本発明の効果は、２極構成および
３極構成について同等に得られる。

【００２２】以下に、実施例によって本発明を更に詳細
に説明する。

【実施例】

〔実施例１〕図２（ａ）および（ｂ）に、本発明による
２極構成および３極構成の小型酸素電極の例をそれぞれ
示す。いずれも、内部の配置状態を明示するために、ガ
ス透過膜を取り除いた状態を示す。

【００２３】図２（ａ）において、２極構成の小型酸素
電極２１０は、絶縁性基板２０１上に１組の電極として
カソード２０２およびアノード２０３が配置されてお
り、カソード２０２とアノード２０３とは細長く屈曲し
た電解質含有体２０４で接続されている。各電極への電
圧印加および測定電流の出力のために、パッド部分２０
８を介して外部との電気的接続を行う。図には示してい
ないが、パッド部分２０８以外は、ガス透過膜により覆
われている。

【００２４】図２（ｂ）において、３極構成の小型酸素
電極２２０は、絶縁性基板２０１上に１組の電極として
作用極２０５、対極２０６および参照極２０７が配置さ
れており、作用極２０５と対極２０６および参照極２０
７とは細長く屈曲した電解質含有体２０４で接続されて
いる。各電極への電圧印加および測定電流の出力のため
に、パッド部分２０８を介して外部との電気的接続を行
う。図には示していないが、パッド部分２０８以外は、
ガス透過膜により覆われている。

【００２５】絶縁性基板２０１としてはシリコン基板を
用い、半導体装置製造プロセスを利用して各電極の形成
を行う。電解質含有体２０４は基板２０１表面へのスク
リーン印刷により形成される。

【００２６】〔実施例２〕図３（ａ）および（ｂ）に本
発明による２極構成の小型酸素電極の別の例を示す。同
図（ａ）は小型酸素電極の平面図、同図（ｂ）はガス透
過膜を取り除いた状態を示す。同図において、本発明に
よる小型酸素電極３１０は、シリコン基板３０１上にカ
ソード３０２、アノード３０３、およびこれらを接続す
る逆さＬ字状に細長く屈曲した電解質含有体３０４が配
置されている。各電極への電圧印加および測定電流の出
力のために、パッド部分３０８を介して外部との電気的
接続を行う。パッド部分３０８以外は、ガス透過膜３０
９により覆われている。

【００２７】以下に、図４〜図１２を参照して、この小
型酸素電極の製造プロセスの望ましい一例を以下に説明
する。これらの図中で（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。

【００２８】なお、簡潔にするために、１個の小型酸素
電極チップのみを示すが、実際には１枚のシリコンウェ
ハ上に多数個の小型酸素電極を同時に形成する。また、
電解質含有体およびパッド部被覆膜についての詳細は特
願平第４−３２１２０号に開示されているので、ここで
は敢えて繰り返さない。

【００２９】＜工程１＞厚さ４００μｍの（１００）面
シリコンウェハ４０１を、過酸化水素とアンモニアの混
合溶液および濃硝酸で良く洗浄する。

【００３０】＜工程２＞（図４参照） ウェハ４０１を１０００℃で２００分間ウェット熱酸化
し、その両面に厚さ０．８μｍのＳｉＯ₂ 絶縁膜４０２
を形成する。

【００３１】＜工程３＞（図５参照） シリコンウェハ４０１の片面に、真空蒸着により厚さ４
００Åのクロム膜４０３、厚さ１０００Åのニッケル膜
４０４、および厚さ５０００Åの銀膜４０５を順次形成
する。

【００３２】＜工程４＞（図６参照） ポジ型フォトレジスト（東京応化工業製ＯＦＰＲ−８０
０）をウェハ４０１上にスピンコートし、８０℃で３０
分間プリベークした後、これを露光および現像すること
により、エッチングマスクとしてフォトレジストパター
ン４０６を形成する。

【００３３】＜工程５＞（図７参照） 銀膜４０５、ニッケル膜４０４およびクロム膜４０３を
それぞれ下記のエッチング液でエッチングし、更にアセ
トンでフォトレジストパターン４０６を除去することに
より、カソード４０７およびアノード４０８となる電極
パターンを形成する。 エッチング液 銀用 ：ＮＨ₃ 水〔１ｍｌ〕＋Ｈ₂ Ｏ₂ 〔１ｍｌ〕
＋水〔２０ｍｌ〕 ニッケル用：１０％塩化第二鉄 クロム用：ＮａＯＨ〔０．５ｇ〕＋Ｋ₃ Ｆｅ（ＣＮ）₆
〔１ｇ〕＋水〔４ｍｌ〕

【００３４】＜工程６＞（図８参照） 図７（ａ）に示した範囲で、カソード４０７、アノード
４０８、およびパッド部分４０９以外を被覆するネガ型
フォトレジスト（東京応化工業製ＯＭＲ−８３）の絶縁
膜４１０を形成する。これは、ウェハ４０１表面に上記
フォトレジストを塗布し、８０℃で３０分間プリベーク
した後、露光および現像を行い、その後１５０℃で３０
分間ポストベークすることによって行う。

【００３５】＜工程７＞（図９参照） 酸素電極として動作する酸素感応部４１１に、電解質組
成物４１２をスクリーン印刷する。電解質組成物４１２
は、粉末化した塩化カリウムをポリビニルピロリドンの
アルコール溶液中に分散させたものを使用する。

【００３６】＜工程８＞（図１０参照） パッド部分４０９に、熱硬化性剥離塗料（藤倉化成製Ｘ
Ｂ−８０１）を厚さ１００μｍにスクリーン印刷する。
次に、１５０℃で１０分間加熱して硬化させ、被覆膜４
１３とする。

【００３７】＜工程９＞（図１１参照） 上下２層から成るガス透過膜４１４をウェハ全面に被覆
する。下層のガス透過膜は、ネガ型フォトレジスト（東
京応化工業製ＯＭＲ−８３）をスピンコートにより塗布
し、８０℃で３０分間プリベークした後、ウェハ全面に
対して露光を行い、１５０℃で３０分間ポストベークを
行うことにより形成する。上層のガス透過膜は、シリコ
ーン樹脂（トーレ・ダウコーニング・シリコーン製ＳＥ
９１７６）をスピンコートにより塗布し、加湿した恒温
槽内で７０℃で６０分間加熱して硬化させる。加湿は、
恒温槽内に水の入ったシャーレもしくはビーカーを設置
することにより行う。

【００３８】＜工程１０＞（図１２参照） パッド部分４０９に形成した被覆膜４１３をピンセット
で剥離することにより、小型酸素電極のパッド部分４０
９を露出させる。

【００３９】＜工程１１＞１枚のシリコンウェハ４０１
上に形成された多数個の小型酸素電極４１５をダイシン
グソーにてチップ状に切り出す。

【００４０】〔実施例３〕図１３（ａ）および（ｂ）に
本発明による３極構成の小型酸素電極の別の例を示す。
同図（ａ）は小型酸素電極の平面図、同図（ｂ）はガス
透過膜を取り除いた状態を示す。同図において、本発明
による３極構成の小型酸素電極５１０は、シリコン基板
５０１上に１組の電極として作用極５０２、対極５０３
および参照極５０４が配置されており、作用極５０２と
対極５０３および参照極５０４とは逆さＬ字状に細長く
屈曲した電解質含有体５０５で接続されている。各電極
への電圧印加および測定電流の出力のために、パッド部
分５０７を介して外部との電気的接続を行う。パッド部
分５０７以外は、ガス透過膜５０６により覆われてい
る。この３極構成小型酸素電極も実施例２と同様の手順
により製造される。

【００４１】〔実施例４〕図１４（ａ）および（ｂ）に
本発明による２極構成の小型酸素電極の更に別の例を示
す。同図（ａ）は小型酸素電極の平面図、同図（ｂ）は
ガス透過膜を取り除いた状態を示す。同図において、本
発明による小型酸素電極６１０は、ガラス基板６０１上
にカソード６０２、アノード６０３、およびこれらを接
続する細長く屈曲した電解質含有体６０４が配置されて
いる。各電極への電圧印加および測定電流の出力のため
に、パッド部分６０６を介して外部との電気的接続を行
う。パッド部分６０６以外は、ガス透過膜６０５により
覆われている。図中、６０２Ａおよび６０３Ａはそれぞ
れカソード６０２およびアノード６０３のパッド部分で
あり、６２０は３極構成への変更時のための予備パッド
である。

【００４２】以下に、図１５〜図１９を参照して、この
小型酸素電極の製造プロセスの望ましい一例を以下に説
明する。これらの図中で（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。

【００４３】なお、簡潔にするために１個の小型酸素電
極チップのみを示すが、実際には１枚のガラス基板上に
多数個の小型酸素電極を同時に形成する。

【００４４】＜工程１＞清浄な厚さ１．６ｍｍのガラス
板７０１を用意する。

【００４５】＜工程２＞（図１５参照） ガラス基板７０１上に銀ペースト（藤倉化成製Ｄ−１２
３０（改））をスクリーン印刷し、６００℃で焼成する
ことにより、カソード７０２およびアノード７０３とな
る電極パターンを形成する。なお、７０２Ａおよび７０
３Ａはそれぞれカソード７０２およびアノード７０３の
パッド部分であり、同時にスクリーン印刷される７２０
は３極構成への変更時のための予備パッドである。

【００４６】＜工程３＞（図１６参照） 酸素電極として動作する酸素感応部７０４に、実施例２
と同じ電解質組成物７０５をスクリーン印刷する。

【００４７】＜工程４＞（図１７参照） パッド部分７０７に熱硬化性剥離塗料（藤倉化成製ＸＢ
−８０１）を厚さ１００μｍにスクリーン印刷する。次
に、１５０℃で１０分間加熱して硬化させ、被覆膜７０
６とする。

【００４８】＜工程５＞（図１８参照） ガス透過膜７０８を基板全面に被覆する。シリコーン樹
脂（トーレ・ダウコーニング・シリコーン製ＳＥ９１７
６）をスピンコートにより塗布し、加湿した恒温槽内で
７０℃で６０分間加熱して硬化させる。加湿は、恒温槽
内に水の入ったシャーレもしくはビーカーを設置するこ
とにより行う。

【００４９】＜工程６＞（図１９参照） パッド部分７０７に形成した被覆膜７０６をピンセット
で剥離することにより、小型酸素電極のパッド部分７０
７を露出させる。

【００５０】＜工程７＞ガラス基板７０１上に形成され
た多数の小型酸素電極７０９をダイシングソーにてチッ
プ状に切り出す。

【００５１】以上のようにして作製された本発明の小型
酸素電極は、電解質含有体に水分を供給して電解液とし
た状態で使用に供する。水分の供給は、小型酸素電極を
沸騰水中で煮沸するか、オートクレーブにて１２１℃で
処理することにより、水蒸気の形で行う。

【００５２】図２０に、上記実施例により得られる本発
明の小型酸素電極の連続使用時間と出力との関係の一例
を、従来の小型酸素電極と比較して示す。同図に示した
ように、従来の小型酸素電極では使用に伴う電極活物質
の生成に伴い出力電流値が変動し、連続使用時に安定し
た出力を得ることができない。これに対し、本発明の小
型酸素電極は連続使用時においても、安定した出力を維
持することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の小型酸素
電極は、酸素の還元が起こるべき電極上で酸素以外の化
学種の還元反応が起こることおよび同電極上で生成した
中間生成物により他の電極上で余分な酸化反応が起こる
ことを防止することにより、長時間の動作安定性を確保
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クラーク型酸素電極の構成を示す断面図であ
る。

【図２】本発明による小型酸素電極の構成例を示す平面
図である。（ａ）は２極構成、（ｂ）は３極構成の例を
示す。

【図３】本発明によりシリコンウェハ上に作製した２極
構成の小型酸素電極の例を示す平面図である。（ａ）は
ガス透過膜で被覆された正規の状態、（ｂ）は内部の配
置を示すためにガス透過膜を除去した状態を示す。

【図４】本発明に従ってシリコンウェハ上に２極構成の
小型酸素電極を作製する手順のうち、シリコンウェハ両
面にＳｉＯ₂ 絶縁膜を形成する工程を示す（ａ）平面図
および（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。

【図５】本発明に従ってシリコンウェハ上に２極構成の
小型酸素電極を作製する手順のうち、シリコンウェハの
片面においてＳｉＯ₂ 絶縁膜上にクロム膜、ニッケル膜
および銀膜を形成する工程を示す（ａ）平面図および
（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。

【図６】本発明に従ってシリコンウェハ上に２極構成の
小型酸素電極を作製する手順のうち、銀膜上に、次工程
で行うエッチングのマスクとしてフォトレジストパター
ンを形成する工程を示す（ａ）平面図および（ｂ）線Ｉ
−Ｉに沿った断面図である。

【図７】本発明に従ってシリコンウェハ上に２極構成の
小型酸素電極を作製する手順のうち、フォトレジストパ
ターンをマスクとして銀膜、ニッケル膜およびクロム膜
を順次エッチングして、電極パターンを形成する工程を
示す（ａ）平面図および（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図
である。

【図８】本発明に従ってシリコンウェハ上に２極構成の
小型酸素電極を作製する手順のうち、フォトレジストの
絶縁膜を形成する工程を示す（ａ）平面図および（ｂ）
線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。

【図９】本発明に従ってシリコンウェハ上に２極構成の
小型酸素電極を作製する手順のうち、酸素感応部に電解
質組成物をスクリーン印刷する工程を示す（ａ）平面図
および（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。

【図１０】本発明に従ってシリコンウェハ上に２極構成
の小型酸素電極を作製する手順のうち、最終的に露出す
べきパッド部分に熱硬化性塗料の被覆膜を形成する工程
を示す（ａ）平面図および（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面
図である。

【図１１】本発明に従ってシリコンウェハ上に２極構成
の小型酸素電極を作製する手順のうち、上下２層から成
るガス透過膜を形成する工程を示す（ａ）平面図および
（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。

【図１２】本発明に従ってシリコンウェハ上に２極構成
の小型酸素電極を作製する手順のうち、被覆膜を剥離す
ることによりパッド部分を露出させる工程を示す（ａ）
平面図および（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。

【図１３】本発明によりシリコンウェハ上に作製した３
極構成の小型酸素電極の例を示す平面図である。（ａ）
はガス透過膜で被覆された正規の状態、（ｂ）は内部の
配置を示すためにガス透過膜を除去した状態を示す。

【図１４】本発明によりガラス基板上に作製した２極構
成の小型酸素電極の例を示す平面図である。（ａ）はガ
ス透過膜で被覆された正規の状態、（ｂ）は内部の配置
を示すためにガス透過膜を除去した状態を示す。

【図１５】本発明に従ってガラス基板上に２極構成の小
型酸素電極を作製する手順のうち、ガラス基板上に銀ペ
ーストをスクリーン印刷することにより電極パターンを
形成する工程を示す（ａ）平面図および（ｂ）線Ｉ−Ｉ
に沿った断面図である。

【図１６】本発明に従ってガラス基板上に２極構成の小
型酸素電極を作製する手順のうち、酸素感応部に電解質
組成物をスクリーン印刷する工程を示す（ａ）平面図お
よび（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。

【図１７】本発明に従ってガラス基板上に２極構成の小
型酸素電極を作製する手順のうち、パッド部分に熱硬化
性塗料の被覆膜を形成する工程を示す（ａ）平面図およ
び（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。

【図１８】本発明に従ってガラス基板上に２極構成の小
型酸素電極を作製する手順のうち、ガス透過膜を形成す
る工程を示す（ａ）平面図および（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿っ
た断面図である。

【図１９】本発明に従ってガラス基板上に２極構成の小
型酸素電極を作製する手順のうち、被覆膜を剥離するこ
とによりパッド部分を露出させる工程を示す（ａ）平面
図および（ｂ）線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。

【図２０】本発明の小型酸素電極の連続使用時間と出力
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０１…クラーク型酸素電極 １０２…白金や金等から成るカソード １０３…銀や鉛等から成るアノード １０４…塩化カリウムや水酸化ナトリウム等の水溶液か
ら成る電解液 １０５…シリコーン樹脂やフッ素樹脂等から成るガス透
過膜 １０６…ガラス、プラスチック、ステンレス等から成る
容器 ２０１…絶縁性基板 ２０２…カソード ２０３…アノード ２０４…細長く屈曲した電解質含有体 ２０５…作用極 ２０６…対極 ２０７…参照極 ２０８…各電極への電圧印加および測定電流の出力のた
めのパッド部分 ２１０…本発明による２極構成の小型酸素電極 ２２０…本発明による３極構成の小型酸素電極 ３０１…シリコン基板 ３０２…カソード ３０３…アノード ３０４…細長く屈曲した電解質含有体 ３０８…各電極への電圧印加および測定電流の出力のた
めのパッド部分 ３０９…ガス透過膜 ３１０…本発明によりシリコンウェハ上に作製した２極
構成の小型酸素電極 ４０１…シリコンウェハ ４０２…ＳｉＯ₂ 絶縁膜 ４０３…クロム膜 ４０４…ニッケル膜 ４０５…銀膜 ４０６…フォトレジストパターン ４０７…カソード ４０８…アノード ４０９…パッド部分 ４１０…ネガ型フォトレジストの絶縁膜 ４１１…酸素感応部 ４１２…電解質組成物 ４１３…熱硬化性剥離塗料の被覆膜 ４１４…上下２層から成るガス透過膜 ４１５…本発明によりシリコンウェハ上に作製した２極
構成の小型酸素電極 ５０１…シリコン基板 ５０２…作用極 ５０３…対極 ５０４…参照極 ５０５…細長く屈曲した電解質含有体 ５０６…ガス透過膜 ５０７…各電極への電圧印加および測定電流の出力のた
めのパッド部分 ５１０…本発明によりシリコンウェハ上に作製した３極
構成の小型酸素電極 ６１０…本発明によりガラス基板上に作製した２極構成
の小型酸素電極 ６０１…ガラス基板 ６０２…カソード ６０２Ａ…カソード６０２のパッド部分 ６０３…アノード ６０３Ａ…アノード６０３のパッド部分 ６０４…細長く屈曲した電解質含有体 ６０５…ガス透過膜 ６０６…各電極への電圧印加および測定電流の出力のた
めのパッド部分 ６２０…予備パッド ７０１…ガラス板 ７０２…カソード ７０２Ａ…カソード７０２のパッド部分 ７０３…アノード ７０３Ａ…アノード７０３のパッド部分 ７０４…酸素感応部 ７０５…電解質組成物 ７０７…パッド部分 ７０６…熱硬化性剥離塗料の被覆膜 ７０８…シリコーン樹脂のガス透過膜 ７０９…本発明によりガラス基板上に作製した２極構成
の小型酸素電極 ７２０…予備パッド

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に、水分供給を受けて電解
   液となり得る電解質含有体と、該電解質含有体で相互に
   接続された１組の電極と、該電解質含有体を被覆したガ
   ス透過膜とを有し、該１組の電極は該電解液中の酸素の
   還元反応が起こる第１の電極とそれ以外の第２の電極と
   から成る小型酸素電極において、該小型酸素電極の作動
   中に上記第１電極および第２電極の内の一方の電極上に
   生成した電極活物質が、上記電解液中を拡散して他方の
   電極に到達するのを防止するように、上記第１電極と上
   記第２電極との間の該電極活物質の拡散経路に対応する
   上記電解質含有体の長さを十分に長くしたことを特徴と
   する小型酸素電極。
2. 【請求項２】 カソードおよびアノードが前記１組の電
   極を構成し、該カソードが前記第１の電極として、該ア
   ノードが前記第２の電極として作用することを特徴とす
   る請求項１記載の小型酸素電極。
3. 【請求項３】 作用極、対極、および参照極が前記１組
   の電極を構成し、該作用極が前記第１の電極として、該
   対極および該参照極が前記第２の電極として作用するこ
   とを特徴とする請求項１記載の小型酸素電極。
4. 【請求項４】 前記第１電極および前記第２電極の内の
   一方から他方への前記電極活物質の拡散到達を防止する
   ように、前記電解質含有体が該拡散の経路に沿って十分
   に細長い形状をしていることを特徴とする請求項１から
   ３までのいずれか１項記載の小型酸素電極。
5. 【請求項５】 前記電解質含有体が屈曲した形状をして
   いることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１
   項記載の小型酸素電極。
6. 【請求項６】 請求項１から５までのいずれか１項記載
   の小型酸素電極を製造する際に、前記電解質を含有する
   組成物を前記絶縁性基板上に印刷することにより前記電
   解質含有体を形成することを特徴とする小型酸素電極の
   製造方法。