(57)【要約】【課題】内圧の変化による不都合を未然に防止できる電気化学式ガスセンサを提供する。【解決手段】筐体１０の内部に、作用電極２１と参照電極２２と対向電極２３とを備えた電極収容部２０、および、電解液３１を収容する電解液収容部３０を形成し、電極収容部２０において、作用電極２１と参照電極２２と対向電極２３とのそれぞれを吸水性の絶縁部材にて絶縁した状態で積層し、かつ、撥水性を有する多孔性で環状の多孔質シート部材５５ａ、５５ｂで電極収容部２０の外周を封止し、電解液３１に吸水性の電解液保持体３２を浸漬させるとともに、電解液保持体３２の一部を絶縁部材に接触させ、電解液３１に撥水性を有する多孔性の内圧調整部材５８を浸漬させるとともに、内圧調整部材５８の一部を撥水性を有する多孔性で環状の多孔質シート部材５５に接触させ、筐体１０における電極収容部２０の側に小孔１３ａを形成してある電気化学式センサＸ。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の内部に、作用電極と参照電極と対向電極とを備えた電極収容部、および、電解液を収容する電解液収容部を形成し、
前記電極収容部において、前記作用電極と前記参照電極と前記対向電極とのそれぞれを吸水性の絶縁部材にて絶縁した状態で積層し、かつ、撥水性を有する多孔性で環状の多孔質シート部材で前記電極収容部の外周を封止し、
前記電解液に吸水性の電解液保持体を浸漬させるとともに、当該電解液保持体の一部を前記絶縁部材に接触させ、
前記電解液に撥水性を有する多孔性の内圧調整部材を浸漬させるとともに、当該内圧調整部材の一部を撥水性を有する多孔性で環状の多孔質シート部材に接触させ、
前記筐体における前記電極収容部の側に小孔を形成してある電気化学式センサ。
【請求項２】
前記内圧調整部材を前記電解液収容部の底面まで伸延して配設してある請求項１に記載の電気化学式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体の内部に、作用電極と、参照電極と、対向電極と、これら電極に接する電解液と、を備えた電気化学式センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学式ガスセンサは、化学反応（酸化還元反応）によって発生するエネルギーを電気エネルギーとして取り出すことによって、ガスを検知するものである。電気化学式ガスセンサは、低消費電力、出力特性がリニア、ガス選択性に比較的優れるなどの特徴を持っていることから、工業用のガス濃度測定機器や、近年では一酸化炭素などの検知警報器などに広く使用されている。
【０００３】
一酸化炭素の場合、作用電極で一酸化炭素の酸化反応がおき、それによって生成する水素イオンと等量の水素イオンが、対向電極で空気中の酸素と反応して水を生成する。この一連の反応によって発生する電流は、作用電極側のガス濃度に対応するため、この電流を測定することでガス濃度を検知することができる。
【０００４】
電気化学式ガスセンサは、開口部を設けた筐体と、小孔が形成された蓋部と、を備え、当該筐体の内部に、作用電極、参照電極、対向電極、電極を押圧固定するＯリング、電解液、ガス透過膜などがそれぞれ収容されている。
【０００５】
上述した電気化学式ガスセンサにおいて、筐体を外側筐体および内側筐体で構成した二重構造とし、電解液を、外側筐体に内包した内側筐体に収容することがあった。この場合、外側筐体および内側筐体の隙間に、作用電極、参照電極および対向電極のそれぞれと各別に接続する導線を挿通させていた。
【０００６】
外側筐体は、底側に設けた孔部および前記底側の反対側に設けた開口部を有し、内側筐体は、当該孔部を挿通して電解液を内側筐体に注入可能な筒状部を有する。
【０００７】
作用電極、参照電極および対向電極は、それぞれを撥水性を有する多孔質のガス透過膜に積層し、それぞれをグラスウール膜などで絶縁した状態でＯリングによって押圧固定されていた。当該Ｏリングは、外側筐体の開口部を封止する蓋部によって押圧されていた。
【０００８】
尚、このような電気化学式ガスセンサは一般的な技術であるため、従来技術は示さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した電気化学式ガスセンサにおいて、雰囲気の温度が変化した場合や、雰囲気の相対湿度の変化によって当該電気化学式ガスセンサの内部の電解液の量が変化した場合、電気化学式ガスセンサの内部に存在する空気が膨張あるいは収縮して内圧が変化する。このような内圧が変化する現象は特に電解液を収容した電解液収容部において顕著であり、当該内圧の変化が大きい場合、電解液が電解液収容部から溢れ出て電気化学式ガスセンサの筐体の外部に漏洩する虞があった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、内圧の変化による不都合を未然に防止できる電気化学式ガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る電気化学式センサの第一特徴構成は、筐体の内部に、作用電極と参照電極と対向電極とを備えた電極収容部、および、電解液を収容する電解液収容部を形成し、前記電極収容部において、前記作用電極と前記参照電極と前記対向電極とのそれぞれを吸水性の絶縁部材にて絶縁した状態で積層し、かつ、撥水性を有する多孔性で環状の多孔質シート部材で前記電極収容部の外周を封止し、前記電解液に吸水性の電解液保持体を浸漬させるとともに、当該電解液保持体の一部を前記絶縁部材に接触させ、前記電解液に撥水性を有する多孔性の内圧調整部材を浸漬させるとともに、当該内圧調整部材の一部を撥水性を有する多孔性で環状の多孔質シート部材に接触させ、前記筐体における前記電極収容部の側に小孔を形成した点にある。
【００１２】
本構成では、撥水性を有する多孔性の内圧調整部材は、撥水性を有する多孔性で環状の多孔質シート部材に接触している。即ち、内圧調整部材および多孔質シート部材の積層体は、何れも多孔性の材質で形成されているため、ガスが透過できる層となっている。
【００１３】
撥水性を有する多孔性の内圧調整部材は電解液に浸漬させてあるため、電解液収容部に存在する空気は、少なくとも内圧調整部材、多孔質シート部材で構成される積層体を透過して電極収容部の側に移行することができる。よって、電極収容部に到達した当該空気を、筐体に形成された小孔より筐体の外部に排出することができる。
【００１４】
このように、本発明の電気化学式センサは、電解液が電解液保持体および絶縁部材を経由して電極収容部の側へ浸透する経路とは別に、筐体の内部に存在する空気を筐体の外部に排出できる経路を有する。そのため、仮に雰囲気の温度が変化したり、雰囲気の相対湿度の変化によって当該電気化学式ガスセンサの内部の電解液の量が変化したとしても、特に電解液収容部に存在する空気を筐体の外部に排出できるため、内圧は変化し難くなり、電解液が電解液収容部から溢れ出て電気化学式ガスセンサの筐体の外部に漏洩するのを未然に防止することができる。
【００１５】
本発明に係る電気化学式センサの第二特徴構成は、前記内圧調整部材を前記電解液収容部の底面まで伸延して配設した点にある。
【００１６】
本構成では、内圧調整部材を電解液収容部の底面に至るまで電解液に浸漬させることができる。内圧調整部材は、電解液収容部が電解液によって満たされるまで電解液収容部に存在する空気が接触する。そのため、筐体の向きにかかわらず、仮に電解液の量が変化したとしても、電解液収容部に存在する空気を、内圧調整部材、多孔質シート部材で構成される積層体を透過して電極収容部の側に確実に移行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の電気化学式センサの外観の概略図である（（ａ）上面視（ｂ）側面視（ｃ）下面視）。
【図２】電気化学式センサの断面概略図である。
【図３】図２の電気化学式センサの分解概略図である。
【図４】各電極の概略図である（（ａ）作用電極（ｂ）参照電極（ｃ）対向電極）。
【図５】電解液収容部の空気が筐体の外部に排出される経路を示した概略図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜４に示したように、本発明の電気化学式センサＸは、筐体１０の内部に、作用電極２１と、参照電極２２と、対向電極２３と、これら電極２１〜２３に接する電解液３１と、を収容している。
【００１９】
当該筐体１０は、外側筐体１１と、外側筐体１１に内包して電解液３１を収容する内側筐体１２と、外側筐体１１を封止する蓋部１３と、によって構成される。
【００２０】
外側筐体１１は、底側に設けた孔部１１ａおよび当該底側の反対側に設けた開口部１１ｂを有し、内側筐体１２は、孔部１１ａを挿通する筒状部１２ａを有する。
【００２１】
さらに、本発明の電気化学式センサＸは、外側筐体１１および内側筐体１２の接続部位を熱溶着した溶着部４０’を有する。本実施形態では、接続部位を、外側筐体１１において底側に設けた孔部１１ａ、および、内側筐体１２において孔部１１ａを挿通する筒状部１２ａとする場合について説明する。尚、本実施形態では、気密性および水密性を確保するべく、孔部１１ａおよび筒状部１２ａは溶着部４０’において熱溶着してあるが、熱溶着する前は、筒状部１２ａより電解液３１を注入可能となっている。
【００２２】
筐体１０を構成する外側筐体１１、内側筐体１２および蓋部１３は、例えばプラスティックなどの樹脂製とする。筐体１０は外側筐体１１および内側筐体１２で構成した二重構造とし、外側筐体１１および内側筐体１２の隙間に、作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３のそれぞれと各別に接続するＰｔ線などの導線６０を挿通させている。また、外側筐体１１における端子設置穴１１ｃに、導線６０と接続する電極端子１４を複数備える。
蓋部１３には、小孔１３ａが形成され、当該小孔１３ａより被検知ガスを取り入れる。蓋部１３の外側表面には、公知の防水・防塵用フィルター１３ｂを貼着してある。
【００２３】
電極２１〜２３は筐体１０の内部に形成された電極収容部２０に収容される。
作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３は、触媒および疎水性樹脂を含むガス拡散電極からなり、触媒としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、パラジウム（Ｐｄ）、カーボン（Ｃ）などが好適に用いられ、疎水性樹脂としてはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂などが好適に用いられる。
【００２４】
作用電極２１、参照電極２２および対向電極２３は、それぞれを撥水性を有する多孔質（ＰＴＦＥ製）のガス透過膜５１〜５３に積層し、それぞれを吸水性の絶縁部材（例えばグラスウール膜）５４で絶縁し、撥水性を有する多孔性で環状の多孔質シート部材（例えばＰＴＦＥ製）５５ａ，５５ｂによって電極収容部２０の外周を封止した状態でＯリング５６によって押圧固定してある。当該Ｏリング５６は、外側筐体１１の開口部１１ｂを封止する蓋部１３によって押圧される。作用電極２１の蓋部１３の側にはバッファ用フィルター５７が配置してある。
【００２５】
ガス透過膜５１〜５３は、電解液３１は透過せずに被検知ガスを透過する材質であればよく、例えば４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ膜）等、従来公知のものが適用可能である。
【００２６】
電解液３１は、内側筐体１２および内側筐体蓋部１２ｂで囲まれた電解液収容部３０に収容されている。また、電解液３１には、電解液保持体３２および撥水性を有する多孔性の内圧調整部材５８が浸漬してあり、電解液３１は、吸水性の電解液保持体３２に保持される。電解液保持体３２は、例えばグラスウールにて構成されており、この電解液保持体３２には、電解質として、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）やリン酸（Ｈ3ＰＯ4）などの酸性水溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ性水溶液、常温溶融塩が充分に含浸されている。電解液保持体３２は、内側筐体蓋部１２ｂに形成した孔部１２ｃを挿通している。
【００２７】
常温溶融塩としては、常温において液体状態となる、主に窒素含有芳香族カチオンもしくは脂肪族オニウムカチオンとフッ素含有アニオンとから構成される溶融塩が用いられる。当該窒素含有芳香族カチオンとしては、例えばアルキルイミダゾリウムイオンまたはアルキルピリジニウムイオンが用いられる。また上記フッ素含有アニオンは、例えばホウフッ化物イオン、リンフッ化物イオンまたはトリフルオロメタンスルホン酸イオンが用いられる。
【００２８】
本発明の電気化学式センサＸにおいては、電解液３１に電解液保持体３２を浸漬させるとともに、当該電解液保持体３２の一部を絶縁部材５４に接触させて、さらに、電解液３１に撥水性を有する多孔性の内圧調整部材５８を浸漬させるとともに、当該内圧調整部材５８の一部を多孔質シート部材５５に接触させている。
【００２９】
本実施形態では、図３に示したように、電解液保持体３２をコ字状に形成して両端部３２ａを電解液３１に浸漬させ、中間部３２ｂを絶縁部材５４に接触させている。また、内圧調整部材５８においてもコ字状に形成して両端部５８ａを電解液３１に浸漬させ、中間部５８ｂを多孔質シート部材５５ｂに接触させている。電解液保持体３２および内圧調整部材５８は、電解液収容空間３０の外部（内側筐体蓋部１２ｂの上部）で交差させている。
【００３０】
本構成では、吸水性の電解液保持体３２が電解液３１を毛管現象によって吸い上げ、当該電解液３１が中間部３２ｂに到達する。中間部３２ｂは吸水性の絶縁部材５４に接触しており、中間部３２ｂまで吸い上げられた電解液３１は、絶縁部材５４によって毛管現象により吸い上げられて電極収容部２０の側の対向電極２３に達する。このようにして電解液３１は、毛管現象によって、順次、参照電極２２および作用電極２１に到達する。
【００３１】
一方、撥水性を有する多孔性の内圧調整部材５８は、中間部５８ｂにおいて撥水性を有する多孔性で環状の多孔質シート部材５５ｂに接触している。即ち、内圧調整部材５８および多孔質シート部材５５ｂの積層体は、何れも多孔性の材質で形成されているため、ガスが透過できる層となっている。
本実施形態では、当該多孔質シート部材５５ｂはガス透過膜５３と接触し、さらに多孔質シート部材５５ａ、ガス透過膜５１の順に積層している。この場合においても、内圧調整部材５８、多孔質シート部材５５ｂおよびガス透過膜５３の積層体は、ガスが透過できる層となっている。
【００３２】
従って、電解液収容部３０に存在する空気は、少なくとも内圧調整部材５８、多孔質シート部材５５ｂで構成される積層体を透過して電極収容部２０の側に移行することができる。電極収容部２０に到達した当該空気は、蓋部１３形成された小孔１３ａより筐体１０の外部に排出することができる（図５）。
【００３３】
このように、本発明の電気化学式センサＸは、電解液３１が電解液保持体３２および絶縁部材５４を経由して電極収容部２０の側へ浸透する経路とは別に、筐体１０の内部に存在する空気を筐体１０の外部に排出できる経路を有する。そのため、仮に雰囲気の温度が変化したり雰囲気の相対湿度の変化によって当該電気化学式ガスセンサＸの内部の電解液３１の量が変化したとしても、特に電解液収容部３０に存在する空気を筐体１０の外部に排出できるため、内圧は変化し難くなり、電解液３１が電解液収容部３０から溢れ出て電気化学式ガスセンサＸの筐体１０の外部に漏洩するのを未然に防止することができる。
【００３４】
内圧調整部材５８は電解液収容部３０の底面まで伸延して配設するとよい。このように構成すれば、内圧調整部材５８を電解液収容部３０の底面に至るまで電解液３１に浸漬させることができる。内圧調整部材５８は、電解液収容部３０が電解液３１によって満たされるまで電解液収容部３０に存在する空気が接触する。そのため、筐体１０の向きにかかわらず、仮に電解液３１の量が変化したとしても、電解液収容部３０に存在する空気を、内圧調整部材５８、多孔質シート部材５５ｂで構成される積層体を透過して電極収容部２０の側に確実に移行させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、筐体の内部に、作用電極と、参照電極と、対向電極と、これら電極に接する電解液と、を備えた電気化学式センサに利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
Ｘ                電気化学式センサ
１０              筐体
１３ａ            小孔
２０              電極収容部
２１              作用電極
２２              参照電極
２３              対向電極
３０              電解液収容空間
３１              電解液
３２              電解質保持体
５４              絶縁部材
５５ａ、５５ｂ    多孔質シート部材
５８              内圧調整部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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