(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に半球面部が形成され、また前記半球面部の中心領域に作用極となる金属製板材を収容する凹部が形成され、さらに前記凹部から側面部の対極となる金属製板材に延びて前記半球面部の電解液を排出する溝と、前記対極となる金属製板材よりも後端側に酸素選択性透過膜を固定する弾性留め具の嵌合する溝とが形成された支持体と、
前記半球面部の凹部に少なくとも表面が露出するように収容され、かつリード線により外部に接続可能な作用極となる前記金属製板材と、前記支持体の側面部に固定され、かつリード線により外部に接続可能な対極となる前記金属製板材と、
からなる本体ユニットを含む教育用酸素センサキット。
【請求項２】
前記半球面部の凹部から前記対極となる金属製板材側に延びる少なくとも１本の溝が形成されている請求項１に記載の教育用酸素センサキット。
【請求項３】
前記支持体が、半球面部を先端に有する円柱体に、前記リード線を収容する空洞部を形成して構成されている請求項１に記載の教育用酸素センサキット。
【請求項４】
前記対極となる金属製板材よりも後端側に前記酸素選択性透過膜を固定する弾性留め具が嵌合する溝が形成されている請求項１に記載の教育用酸素センサキット。
【請求項５】
前記支持体にリード線が挿通される通孔が形成され、前記金属性板材を固定する接着剤により前記リード線を挿通した状態で前記通孔が封止されている請求項１に記載の教育用酸素センサキット。
【請求項６】
前記作用極となる金属製板材が金合金により、また対極となる金属製板材が鉛板により構成されている請求項１に記載の教育用酸素センサキット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、学生が組立可能な教育用の酸素センサのキットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
教育現場においては、燃焼や錆による酸素の消費、光合成による酸素の発生などを知識として教えるため、学生が単に知識として暗記するだけであるため、それ以上の発展が望めない。このような問題は、燃焼や光合成による酸素の濃度を測定する等の実験を行うことにより解消されるものの、一般的にセンサは高価であるため、多数の学生に使用させることは実用上不可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、熟練を要することなく容易に組立てることができる安価で、かつ構造に理解を助けることができる酸素センサキットを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、先端に半球面部が形成され、また前記半球面部の中心領域に作用極となる金属製板材を収容する凹部が形成され、さらに前記凹部から側面部の対極となる金属製板材に延びて前記半球面部の電解液を排出する溝と、前記対極となる金属製板材よりも後端側に酸素選択性透過膜を固定する弾性留め具の嵌合する溝とが形成された支持体と、前記半球面部の凹部に少なくとも表面が露出するように収容され、かつリード線により外部に接続可能な作用極となる前記金属製板材と、前記支持体の側面部に固定され、かつリード線により外部に接続可能な対極となる前記金属製板材と、からなる本体ユニットを含含むようにした。
【０００５】
【作用】
先端の球面部に作用極となる金属製板材が、また側面に対極となる金属製板材が固定されているため、作用極近傍の電解液の層厚を可及的に薄く形成するように酸素透過性膜を張設し、かつ弾性留め具で容易に気密的に固定可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例を示すものであって、本体ユニット１、リング状弾性留め具２、酸素選択透過性膜３、及び電解液４をセットとして構成されている。
【０００７】
本体ユニット１は、図２に示したように高分子材料等の電気絶縁性、及び電解液に対して耐蝕性を備えた支持体１０は、リード線を収容する凹部が形成された円柱体として構成され、一端部に半球面部１１が形成されている。球面部１１はその頂点部に作用極となる第１の金属、例えば金合金からなる円板１２を収容する凹部１３が形成され、またその中心部にリード線１４を挿通するための通孔１５が穿設されている。さらに球面部１１には凹部１３から後述する対極側に延び、電解液を容易に排出できる程度の断面積を備えた少なくとも１本の溝１６、１６が形成されている。
【０００８】
円板１２は、活性化のためにサウンドぺーパ等による複数回の研磨に耐える程度の厚みを有し、通孔１５に挿通されて支持体１０の空洞部１０ａに収容されたリード線１４に接続された上で、少なくとも円板１２の表面が露出し、かつ球面部１１とほぼ同一面となるように通孔１５を封止するように接着剤１７により固定されている。
【０００９】
球面部１１から所定の距離を隔た側部２０には対極となる第２の金属、例えば鉛板２１を収容する環状の凹部２２が形成されている。鉛板２１は、通孔２４に挿通されて支持体の空洞部１０ａに収容されたリード線２３に接続された上で、通孔２４を封止するように接着剤２５により固定されている。
【００１０】
これらリード線１４、１５は、支持体１０の他端に設けられた端子２６、２７に接続され、１０オーム乃至１０ｋオームの電圧変換用抵抗２８により接続されている。
【００１１】
このように構成された本体ユニット１は、必要に応じて円板１２及び鉛板２１の表面をサウンドぺーパ等で磨いて活性化処理をした上で、少なくとも酸素選択透過膜を張設した状態で円板１２、球面部１１、及び鉛板２１とが電解液で湿潤されるように少量の電解液を筆などで塗布する（図３（Ｉ））。
【００１２】
なお、電解液としては、０．３グラムの炭酸水素ナトリウムを２０ｃｃの純水に溶解し、必要に応じて増粘剤、例えばアルギン酸ナトリウムを０．５乃至２グラム添加して調製するのが望ましい。このように電解液にある程度の粘度を与えることにより、検出領域周辺に電解液を比較的容易に塗布することができる。
【００１３】
ついで、少なくとも球面部から溝１６までカバーできる程度のサイズを備えた酸素選択透過膜３、例えばポリエチレン製袋を所定のサイズに裁断したものを被せ、その上からリング状留め具２を挿入して溝１８に嵌合させる（図３（ＩＩ））。
【００１４】
この状態で、酸素選択透過膜３の端部に張力を掛けて少なくとも球面部１１の皺を除去する（図３（ＩＩＩ））。この張設工程で先端が球面として形成されているから、酸素選択性透過膜３は均一な張力を受けて破損が防止され、また弾性留め具２により固定されているため、張力を可及的に維持した状態で、かつ気密的に支持体１０に固定される。
【００１５】
そして、この張力付与により球面部１１や円板１２の表面に停滞して、検出の障害となる気泡や余分な電解液は、溝１６、１６を経由して球面部１１から鉛板１２に流れ込みむから、作用極となる円板１２の表面と酸素選択透過膜３との間には可及的に少量の電解液が層として形成される。
【００１６】
このようにして組み上がった酸素センサを例えばドライアイスを収容したビンに挿入すると、酸素濃度ゼロでの出力信号、いわゆる暗電流を得ることができる。また、大気中に放置すると、濃度２１％程度の酸素に対応する酸素が透過膜３を通過し、大気中の酸素濃度に比例した電解電流が電圧変換用抵抗２８を流れる。これら電流による電圧変換用抵抗２８の負荷電圧を、入力インピーダンスの高い電圧測定手段により測定することにより、センサ固有の検量線を得ることができる。
【００１７】
このような準備を終えた段階で、例えば植物を収容した密閉容器に挿入し、植物に光を与えた場合の出力と、光を遮断した場合の出力とを測定することにより、植物の光合成による酸素の発生を確認することができる。
【００１８】
測定が終了した段階で、リング状留め具２を外すことにより酸素選択透過膜３を簡単に除去できるから、本体ユニット１に付着している電解液を洗浄して保管しておけば、次回も同様の操作により酸素センサを組み立てることができる。
【００１９】
なお、上述の実施例においては、酸素選択性透過膜、及びリング状留め具をキット内容物としているが、本体ユニットだけを提供し、電解液は化学実験材料として存在するアルカリ性薬剤を、また酸素選択性透過膜は、市販のポリエチレン製袋を、さらに留め具はゴム輪を利用することにより、実験に支障を来すことはない。
【００２０】
また、上述の実施例においては、本体ユニットを完成品として提供するようにしているが、使用する対象によっては、本体ユニット構成部品、つまり支持体１０、作用極構成用円板１２、対極となる第２の金属板２１、電圧変換用抵抗２８、リード線１４、２３、及び接着剤１７をキット構成部品として提供して、本体ユニットを組立てさせるようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、作用極近傍の電解液の層厚を可及的に薄く形成するように酸素透過性膜を張設し、かつ弾性留め具で容易に気密的に固定可能できるため、確実に動作する酸素センサを容易に組立てることができ、また酸素透過性膜を簡単に外すことできるため、本体ユニットを洗浄すれば再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸素センサキットの一実施例を示す斜視図である。
【図２】図（イ）乃至（ハ）は、それぞれ同上キットの本体ユニットの一実施例を示す側面図、断面図、及び検出部の拡大断面図である。
【図３】図（Ｉ）乃至（ＩＩＩ）は、それぞれ同上酸素センサキットの組立て工程を示す図である。
【符号の説明】
１  本体ユニット
２  リング状弾性留め具
３  酸素選択透過性膜
４  電解液
１０  支持体
１１  半球面部
１２  作用極用円板
１３  凹部
１６  溝
２１  対極用金属
２２  環状の凹部
２６、２７  端子
２８  電圧変換用抵抗
【図１】
0003620635.tif 000002
【図２】
0003620635.tif 000003
【図３】
0003620635.tif 000004