(57)【要約】      （修正有）【課題】計測媒体とセンサの内部との間の流体密シールを保証する。【解決手段】計測媒体の物理的パラメータ及び／又は化学的パラメータを決定するための電気化学的センサは、センサヘッド１と、感応領域を含むセンサチップ６と、端部ピース３を含むセンサ本体２と、シール手段１０と、加圧エレメントとを含み、センサ本体２は、センサヘッド１に接続されており、端部ピース３は、閉鎖端領域及び計測開口部４を含む中空本体であり、作動中に計測開口部４を計測媒体５が通過し、中空本体の内部に配置されたセンサチップ６の感応領域と接触し、シール手段１０は、センサチップ６の感応領域を除いて計測開口部４を取り囲み、端部ピース３の内部を計測媒体５に関してシールし、加圧エレメントは、センサチップ６をシール手段１０及び計測開口部４の縁部に押し付ける。端部ピース３は、作動中に計測媒体５と接触する領域に隙間がない一体の設計である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも計測媒体の物理的パラメータ及び／又は化学的パラメータを決定するための電気化学的なセンサであって、
センサヘッド（１）と、
感応領域（６３２）を含むセンサチップ（６、６０６）と、
端部ピース（３、５０３）を含むセンサ本体（２）と、
シール手段（１０、５１０、６１０）と、
加圧エレメント（１８、６１８）とを備え、
前記センサ本体（２）は、前記センサヘッド（１）に連結されており、前記端部ピース（３、５０３）は、閉鎖端領域及び計測開口部（４、５０４）を含む中空本体であり、作動中に前記計測開口部（４、５０４）を計測媒体（５）が通過し、作動中、前記中空本体の内部に配置された前記センサチップ（６、６０６）の前記感応領域（６３２）と接触し、
前記シール手段（１０、５１０、６１０）は、前記センサチップ（６、６０６）の前記感応領域（６３２）を除いて前記計測開口部（４、５０４）を取り囲み、作動中、前記端部ピース（３、５０３）の内部を、作動中、前記計測媒体（５）に関してシールし、
前記加圧エレメント（１８、６１８）は、前記センサチップ（６、６０６）を前記シール手段（１０、５１０、６１０）及び前記計測開口部（４、５０４）の縁部に押し付け、
前記端部ピース（３、５０３）は、作動中に前記計測媒体（５）と接触する領域に隙間がない一体の構造である、ことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサにおいて、
前記センサは、更に、チップキャリヤ（１７、４１７、６１７）を備え、作動中、前記チップキャリヤに前記センサチップ（６、６０６）が配置される、ことを特徴とするセンサ。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサにおいて、
前記チップキャリヤ（１７、４１７、６１７）は、前記センサチップ（６、６０６）用の受け入れ手段（４２６、６２６）及び／又は前記シール手段（６１０）用のファスニングエレメント（６２８）を備える、ことを特徴とするセンサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記端部ピース（３、５０３）は、末端装入開口部を含み、この開口部を通して、前記センサチップ（６、６０６）、前記加圧エレメント（１８、６１８）、前記シール手段（１０、５１０、６１０）、及び／又は前記チップキャリヤ（１７、４１７、６１７）は、前記端部ピース（３、５０３）に導入されている、ことを特徴とするセンサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記シール手段（１０、５１０、６１０）は、作動中、前記センサチップ（６、６０６）の前記感応領域（６３２）を除く前記端部ピース（３、５０３）の内部を、作動中、前記計測媒体（５）に関してシールするように、前記端部ピースに配置されている、ことを特徴とするセンサ。
【請求項６】
請求項２乃至５のうちのいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記加圧エレメント（１８、６１８）は、前記チップキャリヤ（１７、４１７、６１７）と前記端部ピース（３、５０３）の壁との間に配置されたばねエレメントであり、前記加圧エレメントのばね力が、前記チップキャリヤ（１７、４１７、６１７）を、前記センサチップ（６、６０６）及び前記シール手段（１０、５１０、６１０）とともに、前記前記計測開口部（４、５０４）の縁部に押し付ける、ことを特徴とするセンサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記シール手段（６１０）は、シールリング（６３３）がマウント（６３４）に配置された賦形シールである、ことを特徴とするセンサ。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記端部ピース（３、５０３）は、ポリマー材料で形成されている、ことを特徴とするセンサ。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記端部ピース（３、５０３）には、作動中に前記計測媒体が通過し、作動中に内部電解質と接触する液絡部としてブッシュ（１４）が設けられている、ことを特徴とするセンサ。
【請求項１０】
請求項９に記載のセンサにおいて、
ダイアフラム（１５、５１５）が、前記ブッシュ（１４）に液絡部として配置されている、ことを特徴とするセンサ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記センサは、更に、前記内部電解質、基準電極（２９）、及び前記液絡部を含む基準電極システムを備える、ことを特徴とするセンサ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記センサチップ（６、６０６）には、フレキシブル回路基板（６３０）に設けられたＩＳＦＥＴが設けられている、ことを特徴とするセンサ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記端部ピース（３、５０３）を充填剤で充填し、前記充填剤は、前記センサが組み立て済状態にあるとき、少なくとも前記センサチップ（６、６０６）、前記加圧エレメント（１８、６１８）、及び／又は前記チップキャリヤ（１７、４１７、６１７）を前記端部ピース内に固定する、ことを特徴とするセンサ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載のセンサにおいて、
前記端部ピース（３）は、第１末端カップリング手段（１６）を備え、前記センサ本体（２）は、第２末端カップリング手段（３２）を備え、前記第１及び第２のカップリング手段（１６、３２）は、前記端部ピース（３）を前記センサ本体（２）に相互作用的に連結する、ことを特徴とするセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサチップを含む電気化学的センサ、及びセンサでのセンサチップの配置及び設置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な化学的パラメータ及び／又は物理的パラメータを検出するため、センサチップを備えた電気化学的センサが、実験室で使用され、製造プラントでも使用されている。一例は、センサチップとしてイオン感応性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）を備えたｐＨセンサである。
【０００３】
プラントでプロセス条件下で使用するには、詳細には、センサが極めて堅牢であることを必要とする。しかしながら、例えばＩＳＦＥＴ等のセンサチップは、計測値を得るため、計測されるべき媒体と直接的に接触しなければならず、そのため、センサに少なくとも一つの開口部を設ける必要がある。センサチップは、この開口部を通して、少なくともその感応領域を計測媒体と接触できるようにセンサに配置される。プロセス認可センサは、これらのセンサを現存のプロセスプラントに容易に一体化できるように、多くの場合、標準的寸法の実質的に円筒形のセンサ本体を有する。
【０００４】
この種の電気化学的センサを、生物学的、生物工学的、食品化学的、及び／又は製剤的（製薬の）プロセスプラントで、及びこれらの分野の実験室で使用する上で課題がある。これらの分野で使用するには、センサが衛生的であり、対応する標準を満たすことを必要とする。衛生的センサは、物質がセンサにできるだけ付着しないように、及び／又は物質がそこにできるだけ重ならないようにできることを特徴とする。これは、この種の汚染が、例えば生物汚損を生じ、及び／又はプロセス全体を汚染することがあるためである。
【０００５】
従って、この種の用途では、センサチップがセンサに最適に封入されることを確実にすることが重要である。これにより、一方では、感応領域と計測媒体との間を直接的に接触でき、他方では、計測媒体がセンサに侵入できないように、少なくとも、計測媒体とセンサの内部との間の流体密シールを保証する。
【０００６】
センサチップの可能な封入方法は、例えば、センサ及びアクチュエータＢ１０５（２００５）の第１０４頁乃至第１１７頁のＷ．エルスナー等の「ＩＳＦＥＴセンサチップの封入」、及びマイクロエレクトロニクスＩｎｔ．２５／２（２００８）の第２３頁乃至第３０頁の、Ｖ．Ｌ．カンナの「ＩＳＦＥＴの実装における重大問題、プロセス、及び解決策」に記載されており、これは、センサチップを単に接着することから、二つのシール間に取り付けられたセンサチップでアタッチメントを使用すること（ＥＰ  １  ３９６  ７１８  Ａ１）、又は硬化性充填物質をセンサの内部に注入し、センサチップを、開口部を閉鎖するシールに押し付けるストッパで押し込むことに及ぶ。
【０００７】
公知の環状ガスケット、又は、更に、センサの型式に適合した、レーザーで切断したシールを、シールとして使用できる。これは、例えば、ＤＥ  １０  ２００９  ０２６  ９９１  Ａ１に開示されている。
【０００８】
公知のセンサの欠点は、例えば生化学、生物工学、食品化学、及び／又は製剤（製薬）等の分野における、衛生的に形成されたセンサに関する要件を満たし損なうことが多いということである。これは、製造と関連した亀裂、隙間、又はアンダーカットが、計測媒体と接触するセンサの領域に形成され、これにより、計測媒体から物質が入り込んだりここに溜まったりするためである。その結果、侵入した計測媒体により、センサの使用寿命が短くなってしまい、及び／又は例えば計測誤差が生じてしまう。隙間や亀裂は、例えばシールエレメントをセンサ本体に挿入することによって形成される場合がある。これらのシールエレメントは、センサチップをセンサ本体に導入する際にセンサチップが通過する、センサ本体へのアクセスを閉鎖するのに使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＥＰ  １  ３９６  ７１８  Ａ１
【特許文献２】ＤＥ  １０  ２００９  ０２６  ９９１  Ａ１
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】センサ及びアクチュエータＢ１０５（２００５）の第１０４頁乃至第１１７頁のＷ．エルスナー等の「ＩＳＦＥＴセンサチップの封入」
【非特許文献２】マイクロエレクトロニクスＩｎｔ．２５／２（２００８）の第２３頁乃至第３０頁の、Ｖ．Ｌ．カンナの「ＩＳＦＥＴの実装における重大問題、プロセス、及び解決策」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、特に衛生的設計のセンサチップを備えた電気化学的センサを開発することである。更に、センサは、装着が容易でなければならない。即ち、組み立てが容易でなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、少なくとも計測媒体の物理的パラメータ及び／又は化学的パラメータを決定するための電気化学的センサによって達成される。センサは、センサヘッドと、感応領域を持つセンサチップと、端部ピースを含むセンサ本体と、シール手段と、加圧エレメントとを含む。センサ本体は、センサヘッドに連結され、端部ピースは、閉鎖端領域及び計測開口部を持つ中空本体である。作動中、計測開口部を計測媒体が通過し、中空本体の内部に配置された感応領域と接触する。作動中、シール手段は、センサチップの感応領域を除いて計測開口部を取り囲み、端部ピースの内部を計測媒体に関してシールする。加圧エレメントは、センサチップをシール手段及び計測開口部に押し付ける。センサは、端部ピースの中空本体が、作動中に計測媒体と接触する領域に隙間がない一体の設計であることを特徴とする。
【００１３】
このように形成された電気化学的センサは、特に有利である。これは、隙間がない実施例が、センサの衛生的設計に関しても厳しい要件を課すプロセス（工程）中に、センサを計測媒体と接触する領域で使用できるということを意味するためである。
【００１４】
更に、センサは、センサチップが配置されたチップキャリヤを端部ピース内に含む。チップキャリヤを使用することにより、端部ピース内へのセンサチップの設置即ち導入が簡単になる。これは、センサチップを、チップキャリヤとともに、端部ピースの媒体から遠ざかる（又はそらされた）方向に向いた末端開口部を通して容易に導入できるためである。
【００１５】
センサチップを含むセンサの端部は、その作動位置において、（特にセンサチップの感応領域が）計測媒体と接触する。センサのこの端部を、下文において、「媒体に面する」と呼ぶ。同様に、計測媒体から遠ざかる方向に面するセンサの側部に配置されたエレメントを、「媒体から遠ざかる（又はそらされた）方向に向いた(medium-averted)」と呼ぶ。
【００１６】
加圧エレメントは、好ましくは、ばねエレメントとして形成されており、前記加圧エレメントのばね力が、センサチップ及び計測開口部の縁部のシール手段に押圧力を及ぼすように、チップキャリヤと端部ピースの壁との間に配置される。
【００１７】
加圧エレメントとして作用するばねエレメントは、チップキャリヤを、及び従ってセンサチップを、所定の力即ちばねエレメントのばね力を使用して、計測開口部に、詳細にはその縁部と、計測開口部を取り囲むシールエレメントとに押し付けてもよい。このようにして、計測開口部の周囲領域で、端部ピースを中程度の強さで密閉できる。更に、適当なばねエレメントを選択することによって、センサチップをシール手段に対して適当な接触圧力で押圧できる。
【００１８】
シール手段は、環状ガスケットであってもよい。例えば、シール手段は、少なくとも一部が、端部ピース及び／又はセンサチップ又はセンサキャリヤの適当な溝に配置される。同様に、シール手段として賦形シールを使用してもよい。別の実施例では、シール手段は、シールリング及びマウントを含む。シールリング及びマウントは、一体に製造されていてもよく、又は多数の部品で製造されていてもよい。マウントは、好ましくは、側部分が曲げてあり、これらの側部分の各々は、チップキャリヤに設けられた適当な突出部と係合できるブッシュを有し、これによって、チップキャリヤでのシール手段の位置を決定し、及び／又は固定する。
【００１９】
好ましい例示の実施例では、端部ピースは、少なくとも、多数回使用されるポリマー材料が満たすべき衛生要件についての現在の標準を満たすポリマー材料で形成されている。ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）が、適当なポリマー材料の一例である。
【００２０】
端部ピースは、有利には、端部ピースを隙間がなく且つ亀裂がないように製造できるように、ポリマー材料から一体に製造されてもよい。更に、端部ピースは、適当なポリマー材料を選択することによって、及び／又は米国薬局方の標準であるＵＳＰ  ＶＩを満たすことによって、生体親和性設計できる。
【００２１】
チップキャリヤは、センサチップ用の受け入れ手段と、シール手段用のファスニングエレメント（固定部材）としての少なくとも一つの突出部とを備える。更に、チップキャリヤは、一つの又は複数の外リブ及び／又は突出部を含んでいてもよい。
【００２２】
チップキャリヤの実施例は、好ましくは、チップキャリヤを、センサチップ及び／又は加圧エレメントとともに端部ピースに簡単に挿入でき、そこに位置決めできるように、端部ピースの形状に適合されている。
【００２３】
この目的のため、端部ピースは、末端装入開口部を含んでいてもよく、この開口部を通して、センサチップ、加圧エレメント、シール手段、及び／又はチップキャリヤが端部ピースに導入される。これらのエレメントは、可能な場合には工具を必要とせずに、端部ピースに導入でき、そこに位置決めされるように形成されている。
【００２４】
更に、シール手段は、作動中、計測媒体に関し、端部ピースの内部をセンサチップの感応領域を除いてシールするように、端部ピースに配置される。
【００２５】
更に、センサは、端部ピースに、電解質橋(electrolyte bridge)即ち液絡部としてブッシュを備えていてもよい。作動中、電解質橋又は液絡部を通して計測媒体が内部電解質と接触する。
【００２６】
更に、ブッシュにダイアフラムが配置されていてもよい。例えば、ピン又はピン状エレメントであってもよく、これは、例えば多孔質セラミックでできている。
【００２７】
更に、センサは、内部電解質、基準電極、及び電解質橋即ち液絡を含む基準電極システムを備えていてもよい。
【００２８】
基準電極システムは、特に、ｐＨ感応チップを使用する場合に必要とされる。これは、計測媒体のｐＨ値を決定するため、安定した基準値が必要とされるためである。基準電極をｐＨ感応センサチップとともにセンサ内に唯一のセンサとして配置するのが有利である。この場合、有意な計測値を得るため、基準電極を計測媒体に導入しなければならない。
【００２９】
センサチップは、好ましくは、ＩＳＦＥＴが配置されたフレキシブル回路基板を含む。フレキシブル回路基板即ちフレックスプリント(flex print)は、他の回路基板よりも柔軟であり、更に大きく変形できる。これは、センサチップを端部ピースに設置する上で特に有利である。
【００３０】
別の実施例では、端部ピースを充填剤で充填してもよい。充填剤は、少なくとも、センサチップ、加圧エレメント、及び／又はチップキャリヤを、端部ピース内に、組み立てた状態で固定する。
【００３１】
充填剤は、好ましくは、例えば、端部ピースに容易に導入でき、そこでその場で硬化できるポリマー材料の場合のように、硬化性である。充填剤は、好ましくは、端部ピースに液体の形態で導入でき、これによって端部ピース内に配置された構成要素間に存在する隙間をできるだけ完全に充填する材料である。充填剤が硬化すると、前記構成要素は、それらの位置で固定され、これによって、センサの永久的堅牢さに寄与する。
【００３２】
端部ピース及びセンサ本体は、端部ピースに形成された第１末端カップリング手段及びセンサ本体に形成された第２末端カップリング手段を介して、互いに連結されてもよい。第１及び第２のカップリング手段は、相互作用する。第１及び第２のカップリング手段は、例えば、内ねじ及び外ねじとして、一種のバヨネット係止エレメントとして、及び／又は互いにラッチ止めするエレメントとして形成されていてもよい。端部ピースは、センサに固定的に連結されていてもよく、又は更に詳細には、第１及び第２のカップリング手段によってセンサ本体のシャフトに連結されていてもよい。同様に、第１及び第２のカップリング手段の間の連結は、端部ピースの交換を行うことができるように、取り外し可能な連結部であってもよい。センサの全長に応じて、センサ本体及び端部ピースを、更に、単一の構成要素として形成してもよい。
【００３３】
端部ピースの隙間がなく亀裂がない実施例は、端部ピースの内部に配置されるエレメントを、端部ピースの端部の媒体から遠ざかる方向に向いた開口部を通して導入する必要がある。
【００３４】
これは、特に、チップキャリヤ及び加圧エレメントを使用することによって行うことができる。これは、チップセンサ用のガイドを構成し、チップセンサを端部ピースの計測開口部の下に高精度で配置及び位置決めできる。加圧エレメントは、好ましくは所定の接触力を有し、この接触力によりセンサチップを内部から計測開口部の周囲及び計測開口部を取り囲むシール手段に押し付ける。
【００３５】
端部ピース及びチップキャリヤの実施例により、詳細には、端部ピースを簡単に組み立てることができる。そのため、ねじやクリップを使用せずにこれを行うことができる。チップキャリヤにより、更に、短い挿入時間で、センサチップが過度に酷く曲がったり酷く変形したりすることをなくす。
【００３６】
下文において、本発明による電気化学的センサの様々な例示の実施例を、添付図面を参照して更に詳細に説明する。添付図面では、同じエレメントには、同じ又は同様の参照番号が付してある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明による電気化学的センサの、長さ方向中央軸線に沿った長さ方向断面図であり、二つの長さ方向断面Ａ及びＢは、互いに関して９０°回転してある。
【図２】図２は、図１のセンサの端部ピースの拡大断面図である。
【図３】図３は、Ａ−Ａ線に沿った、図２の端部ピースの断面図である。
【図４】図４は、チップキャリヤの斜視図である。
【図５】図５は、シール手段を持つ別の端部ピースのスリーブの断面図である。
【図６】図６は、別のシール手段、センサチップ、別のチップキャリヤ、及び加圧エレメントの構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明による電気化学的センサの二つの長さ方向断面図Ａ及びＢを示す。ここでは、センサの部品は密閉されており、断面で示してない。これらの二つの長さ方向断面図Ａ及びＢは、互いに関して９０°回転してあり、これを以下に一緒に説明する。センサは、センサヘッド１と、計測開口部４が設けられた中空本体として形成された端部ピース３を持つセンサ本体２とを含む。端部ピース３内に配置されたエレメントを、図２及び図３を参照して更に詳細に説明する。
【００３９】
センサヘッド１には、電子接続部及び／又はセンサ電子装置の少なくとも部分が配置されている。センサ電子装置は、制御し、計測結果を記録し、及び／又は例えばトランスミッタ又はプロセス制御システム等の高レベルユニットに計測結果を伝達するのに必要とされる。センサヘッド１は、標準的な商業的プロセス接続部７を備えている。複数のセンサヘッド１及びプロセス接続部７を持つ電気化学的センサが当該技術分野で公知であり、従って、ここでは詳細に説明しない。本発明による電気化学的センサは、例えば、無線及び／又は誘導によりデータ及び／又はエネルギを伝達できるセンサヘッド１を備えていてもよい。また、適当なケーブル及び／又はケーブルを持つ適当なプラグコネクタを介して高レベルユニットに接続されたセンサヘッド１を備えていてもよい。更に、センサの作動に必要なセンサ電子装置の少なくとも部分がセンサヘッド１に配置されていてもよい。
【００４０】
センサ本体２は、実質的に円筒形即ちスリーブ状の本体であり、適用領域及び顧客の所望に応じて長さを変えることができる。センサ本体２は、例えば、プラスチック、ポリマー材料、金属、合金、及び／又はこれらの組み合わせで形成されていてもよい。更に、ケーブル導管８内に配置された電気ケーブル９が、センサ本体２内にあることが確認される。このケーブルにより、センサヘッド１内の電子装置とセンサチップ６との間を接続できる。
【００４１】
作動中、特に計測中、少なくともセンサ本体２の端部ピース３を、計測開口部４が、図１に示すように、計測媒体５と接触する程に計測媒体５内に浸漬する。プロセスプラントでは、電気化学的センサは、センサが挿入される取り付け部品とともに使用されることが多い。取り付け部品は、計測中、計測媒体と接触する部分又はエレメントを除き、センサの大部分を包囲する。
【００４２】
計測開口部４は、端部ピース３の内部への、更に詳細には、センサチップ６へのアクセスを構成する。センサチップ６は、センサチップ６の感応領域が計測開口部４に配置され、作動中に計測媒体と接触するように、端部ピース３内に配置されている。計測開口部４は、センサチップ６に関して、とりわけ端部ピース３の内部に関して、感応領域を除いて、適当なシール手段１０を使用してシールされている。そのため、作動中、計測媒体５は、端部ピース３に入り込むことができない。
【００４３】
端部ピース３は、詳細には、少なくとも、作動中に計測媒体５と直接的に接触する全ての領域に隙間がない設計になっている。更に、端部ピース３の表面は、少なくとも計測媒体との接触領域が滑らかに形成されており、端部ピース３の全ての隅部及び縁部に丸みが付けてある。端部ピース３は、センサ本体２と同様に、例えば、プラスチック、ポリマー材料、金属、合金、及び／又はこれらの混合物で形成されていてもよい。衛生要件が厳しい、生化学、生物工学、食品化学、生物学、又は製剤等の分野でセンサを使用する場合、隙間がない形態、材料の選択、及び滑らかな表面が特に重要である。これは、計測媒体から物質が付着することによる汚染及び／又は生物汚損を、これによって、できるだけ防ぐことができるためである。
【００４４】
図２は、組み立てた状態の端部ピース３を示す、図１の拡大断面図である。
【００４５】
端部ピース３は、実質的に円筒形の中空本体であり、媒体に面する領域１１が、最終的に閉鎖されるように構成されている。端部ピース３には、更に、計測開口部４が配置された平らな領域を備えている。媒体に面する領域１１と媒体から遠ざかる方向に面する領域１２との間の液絡部は、肩部１３を形成する。肩部１３にはダクト１４が形成される。作動中、センサに形成された基準電極のダイアフラム１５が、ここに配置される。
【００４６】
基準電極は、ダイアフラム１５の他に、内部電解質を含む。内部電解質は、センサの内部に配置された電解質チャンバ３３内に配置される。作動中、内部電解質は、ダイアフラム１５を介して計測媒体５と接触し、導体エレメント３１を介してセンサヘッド１と接触する。内部電解質及びダイアフラム１５、並びにカートリッジとして形成された基準電極２９及び別の導体エレメント３０が、センサの基準電極システムを形成する。例えば、基準電極２９として銀−塩化銀電極を使用してもよい。基準システムのメンテナンスフリー実施例では、内部電解質は、好ましくは粘度があり、換言すると、増粘剤が混合してある。約３ｍｏｌの塩化カリウム水溶液に、例えばグリセリン、非架橋ポリアクリルアミド、スターチ誘導体、又はアルギネート等の増粘剤を加えたものを、増粘内部電解質として使用してもよい。ダイアフラム１５は、基準電極の液絡部として使用され、例えば多孔質セラミック又は多孔質ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で形成されていてもよい。更に、プラチナワイヤの束、又は開放液絡システム、又は単孔システムを液絡部として使用してもよい。後者の場合、特に、例えばヒドロゲル等の増粘内部電解質とともに使用される。
【００４７】
端部ピース３をセンサ本体２の媒体に面する端部に連結するのに役立つ第１カップリング手段１６は、媒体から遠ざかる方向に面する領域１２に形成されている。センサ本体２は、この目的のため、第１カップリング手段１６と対をなす適当な第２カップリング手段３２を有する。第１及び第２のカップリング手段１６、３２は、例えば、内ねじ及び外ねじとして、一種のバヨネット係止エレメントとして、及び／又は互いにラッチ止めするエレメントとして形成されていてもよい。
【００４８】
端部ピース３の、偏平化によって形成された面２１に設けられた計測開口部４は、作動中に計測媒体がセンサに侵入できないように、適当なシール手段１０によって、端部ピース３の内部に関して、従ってセンサの内部に関してシールされている。
【００４９】
端部ピース３及び更にシール手段１０は、ポリマー材料で形成されていてもよい。端部ピースは、多数回使用されるポリマー材料の衛生要件についての現在の標準を少なくとも満たす材料で製造されていてもよい。これらの材料には、とりわけ、ナチュラルＰＥＥＫが含まれる。端部ピース３は、この材料から直接的に形成されてもよい。適当な弗素化合物系合成ゴム、例えばドイツのフロイデンバーグ社が製造しているフルオロプレンをシール手段として調達してもよい。これは、少なくとも、乳加工機械の製品接触面として使用されるゴムやゴム状材料の現在の衛生要件を満たす。
【００５０】
これらの材料は、更に、好ましくは、生体適合性でなければならず、及び／又はＵＳＰ  ＶＩに従ったものでなければならない。シール手段１０は、端部ピース３と一体であってもよく、これと一体に形成されていてもよい（図６を更に参照されたい）。図１乃至図３に示すシール手段１０は、例えば、適当なポリマー材料製の環状ガスケットであってもよい。
【００５１】
更に、組み立てた状態で端部ピース３に配置されたエレメント、即ちセンサチップ６、チップキャリヤ１７、及び加圧エレメント１８を、図２に詳細に示す。
【００５２】
センサチップ６は、例えば、フレキシブル回路基板に設けられたｐＨ感応ＩＳＦＩＴであってもよい。フレキシブル回路基板は、センサヘッド内の電子装置にケーブル９を介して接続される。フレキシブル回路基板、例えばフレックスプリントには、機械的変形に関する回路基板の耐久力が従来の回路基板よりも高いという利点がある。フレキシブル回路基板は、回路基板に固定的に連結された即ち結合されたＩＳＦＩＴに接続するための導体を含む。ＩＳＦＩＴのゲート領域がセンサチップ６の感応領域を構成し、これは、作動中、計測開口部４を通して計測媒体５と直接的に接触する。
【００５３】
センサチップ６は、チップキャリヤ１７に配置されている。チップキャリヤ１７の形状は、端部ピース３の媒体に面する領域１１と実質的に適合しており、これを実質的に満たす。端部ピース３では、シールエレメント２８が肩部１３の下に配置されている。シールエレメント２８は、端部ピース３の媒体に面する領域１１を閉鎖し、分割エレメントにより内部電解質が媒体に面する領域１１に侵入しないように、電解質チャンバ３３の境界を定める。シールエレメント２８は、チップキャリヤ１７に固定的に連結された別体のエレメントであってもよく、又はチップキャリヤ１７の部分として形成されていてもよい。換言すると、チップキャリヤと一体に製造されてもよい。
【００５４】
チップキャリヤ１７は、中央部分によって連結された、互いに平行に整合した面を備えている（図４及び図５を更に参照されたい）。計測開口部４に向かう面には、センサチップ６用の凹所をなした受け入れ手段が設けられている。下文において、これを区別するため、受け入れ面と呼ぶ。受け入れ面とは反対側の面を、下文において、圧力面と呼ぶ。これは、加圧エレメント１８が、組み立てた状態において、接触面に当接するためである。
【００５５】
加圧エレメント１８は、実質的に、例えば金属や合金等の中実であるが可撓性（柔軟性）がある材料でできた曲げたストリップで形成されている。このように形成された加圧エレメント１８は、板ばねのように作用し、組み立てた状態において、センサチップが設けられたチップキャリヤ１７を所定のばね力でシール手段１０及び計測開口部４の周囲に押し付ける。加圧エレメント１８は、シール手段１０が実質的に均等に圧縮され、これによって端部ピース３の内部が計測媒体に関してシールされるように、均等な力（この場合にはばね力）を及ぼすような設計を備えている。板ばねを使用することにより、センサの組み立てが特に簡単になるという利点が提供される。これは、単に、チップキャリヤの下のばねが押すことによって得られる。しかしながら、一つ又は複数の（最初に力が加えられた）コイルばねを使用することも考えられる。コイルばねは、チップキャリヤの装着後、弛緩する。端部ピースの内部でチップキャリヤと外壁との間で力が加えられた（張力が加えられた）、一つ又は複数の細長いばね又はねじエレメントを使用することも考えられる。
【００５６】
更に、加圧エレメント１８は、チップキャリヤ１７及びセンサチップ６とともに、端部ピース３の媒体から遠ざかる方向に向いた開放した端部を通して、端部ピース内に容易に挿入できるように、及び再び取り外すことができるように形成されている。このようにして、端部ピース３の組み立ては特に簡単であり、更に、組み立てた状態でセンサチップ６の機能を試験でき、必要であれば交換できる。
【００５７】
更に、端部ピース３の内部空間を、組み立て後、硬化性充填剤で充填できる。充填剤は、硬化後、端部ピース内に配置されたエレメントを、これらのエレメントの位置に固定し、シール手段１０又は計測開口部４の周囲に、加圧エレメント１８によって及ぼされる力とは別に、接触力を及ぼす。充填により、端部ピース３は、特に安定した堅牢なピースになる。これは、端部ピースの貯蔵及び取り扱いについて特に好都合である。というのは、端部ピースの内部でのエレメントのずれ及び／又は加圧エレメントのばね力の減少を阻止できるためである。充填剤を使用する場合、組み立て後、チップキャリヤ１７に形成された隙間１９及び加圧エレメント１８が入って当接する凹所２０に充填剤を導入できる。次いで、シールエレメント２８は、充填剤で充填された端部ピース３の媒体に面する領域１１を塞ぐ。シールエレメント２８は、例えば、既に硬化した充填剤上に配置されてもよく、又は注射器又はシールエレメント２８に形成された連結ピース等の適当な器具を使用して、充填剤を、シールエレメント２８を通して、媒体に面する領域１１に導入し、次いでそこで硬化してもよい。充填剤として、エポキシ系化合物、又は更にポリウレタン系化合物又はシリコン系化合物が特に適している。
【００５８】
図３は、図１及び図２に示す端部ピース３の、平面Ａ−Ａに沿った、センサヘッドの方向から見た断面図である（図２参照）。上文中で図１及び図２と関連して言及したエレメントには同じ参照番号が付してある。図３は、計測開口部４が配置された、偏平化した領域の面２１と、ダイアフラム１５を持つブッシュが設けられた肩部１３の両方を示す。
【００５９】
センサチップ６が配置されたチップキャリヤ１７は、加圧エレメント１８によって、シール手段１０及び計測開口部４の周囲に押し付けられている。チップキャリヤ１７によって占有されていない、端部ピース３の内部の隙間１９（即ち更に正確にいうと媒体に面する領域の内部の隙間１９）と、更に加圧エレメント用の凹所２０とを、充填剤で充填できる。充填剤は、硬化後、端部ピース３内のエレメントを固定し、チップキャリヤ１７及びセンサチップ６のシール手段１０に関する接触力を、加圧エレメント１８の接触力と独立したものにする。
【００６０】
図４は、本発明による電気化学的センサで使用できる、チップキャリヤ４１７の一実施例の斜視図を示す。チップキャリヤ４１７は、互いに平行に整合した二つの面４２２、４２３を含む。これらの面は、外リブ４２４が設けられた中央部分４２５によって連結されている。面４２２には、センサチップ用の凹所をなした受け入れ手段４２６が設けられている。これを、下文において、区別のため、受け入れ面４２２と呼ぶ。受け入れ面４２２とは反対側の面４２３を、下文において、接触面４２３と呼ぶ。接触面４２３には、加圧エレメントの部分を受け入れるため、凹所４２０が設けられている。加圧エレメントは、凹所４２０に設置した状態で、接触面４２３に当接する。更に、チップキャリヤ４１７は、プレス加工によって形成した実質的に円形の突出部４３１を有する。この場合、突出部４３１は、設置した状態では、端部ピースの媒体に面する端部に当たり、少なくとも一つの充填可能な隙間を形成する。チップキャリヤ４１７が占有していない端部ピース内の隙間を充填剤で充填できる。充填剤は、硬化後、端部ピース内に配置されたエレメントを、これらのエレメントの位置に固定する。従って、外リブ４２４及び突出部４３１を持つチップキャリヤ４１７の実施例は、先ず最初に、チップキャリヤ４１７を端部ピース内に位置決めするのに役立つ。これは、これらが端部ピースの外スリーブと接触するためである。更に、硬化性の充填剤を、隙間４１９内に、又は外リブ４２４と凹所４２０との間に形成されたチャンネルに導入できる。充填剤は、ここで硬化する。図４に示すチップキャリヤ４１７は、例えば、図１乃至図３と関連して説明したシール手段とともに使用してもよい。
【００６１】
図５は、ダイアフラム用のブッシュ５１５及び計測開口部５０４を持つ端部ピース５０３の別の実施例を示す断面図である。この実施例では、シール手段５１０が、端部ピース５０３の内壁に、計測開口部５０４を取り囲むように既に配置されている。シール手段５１０は、好ましくは、端部ピース５０３の内壁の適当な溝又は段に配置される。同様に、シール手段５１０は、端部ピース５０３の内壁に取り付けられていてもよい。
【００６２】
チップキャリヤ６１７及びシール手段６１０、並びにセンサチップ６０６及び加圧エレメント６１８の別の実施例を、図６に、分解図で示す。
【００６３】
加圧エレメント６１８は、実質的に、上文中に説明した材料のうちの一つの材料で形成された板ばね（重ね板ばね）である。区別できるように、加圧エレメント６１８は、媒体から遠ざかる方向に向いた端部にボア又はブッシュ６２７を備えている。ボア又はブッシュは、組み立てた状態において、チップキャリヤ６１７に形成されたノブを取り囲む。ノブはこの図には示してない。これにより、加圧エレメント６１８は、チップキャリヤ６１７に関して所定の位置をとる。
【００６４】
図６に示すチップキャリヤ６１７は、図４で説明したチップキャリヤ４１７とほぼ同じである。同様の構成要素には同様の参照番号が付してあり、これらのエレメントの詳細な説明については、図４の説明を参照されたい。図４とは異なり、チップキャリヤ６１７には、中央部分６２５の両側に突出部６２８が設けられている。これらの突出部は、シール手段６１０に設けられた対応する部分と相互作用し、センサチップ６０６をチップキャリヤ６１７に挿入した後、シール手段６１０に当接する、又はこれを取り付けるのに役立つ。このようにして、チップキャリヤ６１７、センサチップ６０６、及びシール手段６１０の互いに関する位置を固定できる。
【００６５】
センサチップ６０６は、感応領域を持つ感応エレメント６３２を含む。感応エレメント６３２は、基板及び／又はキャリヤ６３０に取り付けられている。感応エレメント６３２は、例えば、キャリヤ６３０としてのフレキシブル回路基板上に配置されたｐＨ感応ＩＳＦＩＴであってもよい。フレキシブル回路基板は、フレックスプリントとしても公知であり、機械的変形に関する回路基板の耐久力を従来の回路基板よりも高くできるという利点を有する。フレキシブル回路基板は、回路基板に固定的に連結された即ち結合されたＩＳＦＩＴとの接触を確立するための導体を含む。ＩＳＦＩＴのゲート領域は、センサチップ６０６の感応領域を形成し、作動中、計測開口部を通して計測媒体と直接的に接触する。センサチップ６０６は、チップキャリヤ６１７の凹所６２６に挿入され、更に、例えば接着によって凹所６２６に固定できる。
【００６６】
更に、シール手段６１０の別の実施例を図６に示す。シール手段６１０は、マウント６３４に取り付けられたシールリング６３３を含む。マウント６３４は、二つの横ブッシュ６３５と、シールリング６３３によって境界付けられた別のブッシュ６３６とを含む。このブッシュ６３６は、感応領域と計測媒体との間で接触を確立するのに使用される。
【００６７】
シール手段６１０は、好ましくは一体に形成されており、これは、特に、適当なポリマー材料を使用する場合に可能である。シール手段６１０は、実質的に平らなプレートとして形成されており、次いで、プレートの外部分を曲げることによって、図示の形状に変化する。同様に、ブッシュ６３５を持つマウント６３４を別に形成し、適当なシールリング６３３を前記マウント６３４に取り付けることができる。この場合、マウント６３４には適当なブッシュが設けられ及び／又は形成され、このあたりに又はこれを中心としてシールリング６３３を配置する。適当な材料は、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマー）、フルオロプレン又はＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）であり、シールリング６３３は、特に、乳加工機械の製品接触面として使用されるゴムやゴム状材料に関する現在の衛生要件を満たさなければならない
【００６８】
マウント６３４の下に曲げた側部分にある二つのブッシュ６３５は、チップキャリヤに設けられた突出部６２８と対応する部分を構成し、センサチップ６０６を介してシール手段６１０をチップキャリヤ６１７に取り付けることができる。このようにして、シールリング６３３の位置が感応エレメント６３２の感応領域に関して規定されたコンパクトな構成要素が製造される。これにより、本発明によるセンサの端部ピースでのこれらのエレメントの設置が大幅に簡単になる。
【００６９】
特定の例示の実施例を叙述することによって本発明を説明したが、例えば個々の例示の実施例の特徴を互いに組み合わせることによって、及び／又は例示の実施例の個々の機能的ユニットを置き換えることによって、本発明の知識の範疇で、この他の多くの実施例を形成できるということは明らかである。詳細には、図示のシール手段とともに、Ｏ−リング又は当該技術分野で公知の賦形シールを使用してもよい。これらは、例えば、端部ピース及び／又は図６に示すマウントの溝に取り付けられる。更に、ｐＨ感応ＩＳＦＩＴでなく、他のＩＳＦＩＴ又は場合によってはその他の感応エレメントを使用できる。これらは、好ましくは、同様に、作動中、感応領域を介して計測媒体と接触する。チップキャリヤの形状は、使用されるべき端部ピース及び／又はセンサチップに適合できる。この場合、硬化性充填剤を使用してエレメントを端部ピースに固定すべき場合には、充填剤用の凹所が形成される。
【符号の説明】
【００７０】
１  センサヘッド
２  センサ本体
３、５０３  端部ピース
４、５０４  計測開口部
５  計測媒体
６、６０６  センサチップ
７  プロセス接続部
８  ケーブル導管
９  線
１０、５１０、６１０  シール手段
１１  媒体に面する領域
１２  媒体から遠ざかる方向に向いた領域
１３  肩部
１４  ブッシュ
１５、５１５  ダイアフラム
１６  第１カップリング手段
１７、４１７、６１７  チップキャリヤ
１８、６１８  加圧エレメント
１９、４１９、６１９  隙間
２０、４２０、６２０  凹所
２１  面
２８  シールエレメント
２９  基準電極
３０  導体エレメント
３１  導体エレメント
３２  第２カップリング手段
３３  電解質チャンバ
４２２、６２２  受け入れ面
４２３  面、接触面
４２５、６２５  中央部分
４２６、６２６  受け入れ手段
４３１、６３１  突出部
６２７  ブッシュ
６２８  突出部
６３０  キャリヤ
６３２  感応エレメント
６３３  シールリング
６３４  マウント
６３５  ブッシュ
６３６  ブッシュ
【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】
2015219238.tif 000007
【図６】
2015219238.tif 000008
【外国語明細書】
2015219238000001.pdf