(57)【要約】【課題】特定のガスに対する感度を抑制して検出対象ガスに対するＳ／Ｎを向上することができる電極体を提供すること。【解決手段】表面の少なくとも一部にイオン注入により改質された含フッ素系樹脂、ポリイミド類、ポリエステル類、ポリエーテル類、またはポリアミド類の高分子材料に金を含有する導電性皮膜が形成して構成されている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部にイオン注入により改質された含フッ素系樹脂、ポリイミド類、ポリエステル類、ポリエーテル類、またはポリアミド類の高分子材料に金を含有する導電性皮膜が形成して構成された電極体。
【請求項２】
前記高分子材料が、通気性を有する多孔質体である請求項１に記載の電極体。
【請求項３】
前記導電性皮膜が、金属、金属酸化物、合金、または炭素材料である請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の電極体。
【請求項４】
前記イオン注入が、１平方センチメートル当たり１×１０の１１乗以上、１×１０の１７乗個以下の範囲である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電極体。
【請求項５】
多孔性フッ素樹脂板の少なくとも一方の表面に酸素イオン、窒素イオン、またはネオンイオンの少なくともいずれかを１×１０の１１乗以上、１×１０の１７乗個以下の範囲でイオンをイオン注入して構成された通気性及び撥水性を有する膜と、前記膜の酸素イオン、または窒素イオンの少なくともいずれかが注入された面に形成された金層とからなる電極体。
【請求項６】
高分子材料の表面の少なくとも一部に１平方センチメートル当たり１×１０の１１乗以上、１×１０の１７乗個以下の範囲でイオンを注入する工程と、イオンの注入がなされた面に金を含有する導電性皮膜を形成する工程とからなる電極体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検ガスを電解液に接液させて電気化学的に酸化もしくは還元させて、このときの電解電流により被検ガスを検出する検出器に適した電極体の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
定電位電解型ガス検出器は、被検ガスが接する作用極と対極と、作用極と対極とを収納する電解液が入れられた容器とから構成されている。作用極は、ガス透過性膜（例えば多孔性ポリ四沸化エチレン板など）の少なくとも一方の表面を触媒作用を兼ねた導電性皮膜（例えば、白金や金など）により被覆することにより形成され、導電性皮膜により被覆された一方の表面が電解液に浸漬し、導電性皮膜に被覆されていない他方の表面が大気に露出するように、前記容器に配置される。対極は、作用極に対抗する位置で、かつ、容器内の電解液に浸漬するように配置される。被検ガスは、大気に露出した作用極の表面から導電性皮膜に被覆された表面を通して電解液に接液し、作用極と対抗極との間で生じる電解電流により検出される。
【０００３】
通常、作用極を構成するガス透過性膜は、例えば多孔性ポリ四沸化エチレン板などの多孔質膜の表面に白金層が形成して構成されているため、従来の定電位電解型ガス検出器はあらゆる気体を検出し、例えば一酸化炭素を検出しようとしても、大気中の他の気体の影響を受けて誤差を生じ、一酸化炭素を精度よく検出できないという問題があった。
特に、半導体工場では、洗浄目的でアルコール類が多用されるため、工場内の空気中には高濃度のアルコール類が存在する。高濃度のアルコールが存在する半導体工場内で、従来の定電位電解型ガス検出器により一酸化炭素を検出するためには、アルコール類を吸着するが一酸化炭素には無反応な吸着剤（例えば、活性炭）を別途設け、定電位電解型ガス検出器にアルコール類が侵入することを防止する必要があった。
しかしながら、吸着剤は、所定量のアルコール類を吸着すると吸着能力が無くなるため、頻繁に吸着剤を交換しなければならず、ランニングコストがかかるとともにメンテナンスの手間がかかるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこのような問題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、特定のガスに対する感度を抑制して検出対象ガスに対するＳ/Ｎを向上することができる電極体、及びその製造方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、アルコール類に対する感度が極めて低い一方、一酸化炭素には感度を有する定電位電解型ガス検出器用の作用極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を達成するために請求項１の発明は、表面の少なくとも一部にイオン注入により改質された含フッ素系樹脂、ポリイミド類、ポリエステル類、ポリエーテル類、またはポリアミド類の高分子材料に金を含有する導電性皮膜が形成して構成されている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明によれば、高分子材料がイオンにより改質されているため、特定のガスに対する選択性の向上、もしくは特定のガスに対する感度を抑制できて、Ｓ／Ｎの向上を図ることができる。
請求項６の発明によれば、環境中のアルコール類に対して感度を有しないため、アルコールを吸収する吸着剤などのフィルタを必要とすることなく、一酸化炭素を選択的に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
そこで以下に本発明の詳細を実施例に基づいて説明する。
定電位型ガス検出器の電解液と大気とを分離する隔膜として撥水性とガス透過性とのバランスが取れているフッ素系多孔質膜を、200kVイオン注入装置の試料室に収容して加速エネルギーを数ＭｅＶ、好ましくは１０ｋｅＶ乃至２ＭｅＶ、イオンビーム電流 ３μA／cm2 以下で、酸素イオン、窒素イオン、ネオンイオンの少なくともいずれかを、少なくとも一方の面に１平方センチメートル当たり１×１０の１７乗個以下、例えば１×１０の１５乗個乃至１×１０の１６乗個イオン注入する。
【０００８】
なお、１平方センチメートル当たり１×１０の１７乗個以上イオンを注入すると隔膜が損傷を受けるため、作用極を構成する膜体としての機能が損なわれ、また１平方センチメートル当たり１×１０の１１乗個以下では効果が確認できなかった。
【０００９】
このようにして構成された通気性と撥水性を有する隔膜１の、酸素イオン、窒素イオン、またはネオンイオンの少なくともいずれかがイオン注入された一方の面２に、イオンプレーティングや蒸着やスパッタリングなどの造膜法により定電位電解型ガス検出器の電極体として適した厚み、例えば１０ｎｍ乃至５００ｎｍの金（Ａｕ）の層３を形成して電極体４を構成する（図１）。
【００１０】
このように構成した電極体を図２に示したように定電位電解型ガス検出器の作用極４として組み込んで一酸化炭素に対する感度を調査した。
図２に示した検出器は３極式のもので、作用極４のほかに対極５と参照極６とを有し、これらはケース７に収容された所定の電解液８、例えば希硫酸に浸漬されている。
【００１１】
各電極にはポテンショスタット９により所定の電圧が印加され、作用極４と対極５との間に接続された負荷抵抗１０の電圧を検出するように構成されている。なお、この実施例では３極式のものに例を採って説明するが、本願発明の作用極は、参照極を有しない２極式のものでも同様の作用を奏することは明らかである。
【００１２】
ところ、多孔質膜に対して上記イオン注入を施さないで金層を形成した電極体に対する感度が１０倍以上向上することが確認できた。
すなわち、図３に示したようにイオンを注入していない電極体では、一酸化炭素に感度を示さないのに対して、Ｎ+ 、Ｎｅ+ 、Ｏ2+ を注入した電極体では一酸化ガスに対して感度を有するばかりでなく、濃度に比例した出力が発生した。
【００１３】
一方、本発明の電極構成体による濃度１０００ｐｐｍのメタノールに対する出力を調査したところ、濃度１ｐｐｍの一酸化炭素と同程度の電流出力であった。
【００１４】
これに対して隔膜としての多孔質膜に白金層を形成した従来の作用極を用いた定電位電解型ガスセンサにより濃度１０００ｐｐｍのメタノールに対する出力を調査したところ、出力である電流値は濃度３００ｐｐｍの一酸化炭素と同程度であった。
【００１５】
このことから、本発明の定電位電解型ガスセンサは、従来のものに比較してメタノールに対する感度が１／３００程度に低下することがわかった。
【００１６】
なお、本発明の電極体を使用した定電位電解型ガスセンサによるアルコール系の洗浄剤であるイソプロピールアルコールの感度を調査したところ、従来の電極体に比較して１／１０程度に低下することが判った。
このことから、メタノールだけではなく、イソプロピールアルコールが存在する環境においても一酸化炭素を選択的に検出できることが確認できた。
【００１７】
また、撥水性とガス透過性とを備えたフッ素系多孔質膜に酸素イオンまたは窒素イオンを注入して形成された面に金層を形成すると、金層と接する多孔質膜の表面がイオン注入により改質されているため、アルコール類が存在する環境でも吸着フィルタを使用することなくアルコール類による誤差を可及的に抑えて一酸化炭素を選択的に高い感度で検出できる電極体が構成できることが判明した。
【００１８】
なお、上述の実施例においては隔膜として含フッ素系樹脂を使用しているが、イオン注入により改質を受ける他の高分子樹脂、例えばポリイミド類、ポリエステル類、ポリエーテル類、またはポリアミド類の樹脂に適用しても改質効果を期待できることは明らかである。
また、導電性皮膜を構成する物質は、金（Au）ばかりでなく、金を含有する金属、金属酸化物、合金、または炭素材料であってもよい。
【００１９】
また、上述の実施例ではイオン種として酸素イオン、窒素イオン、ネオンイオンを用いているが、注入するイオン種としてはＨｅ+ 、Ｃ+ 、Ｎｅ+ 、Ｎａ+ 、Ａｒ+、Ｋｒ+ 等が例示され、さらには多孔質膜に障害を与えるものでなければ、特に限定されるものではない。
【００２０】
なお、濃度２５００ｐｐｍの水素を用いてイオン種、及び注入数に対する出力特性の変化を調べたところ図４に示すように、Ｎ+ 、Ｎｅ+ 、Ｏ2+ では注入数に比例して検出器出力電流が増加することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の電極体の断面構造を示す図である。
【図２】本発明の電極体を用いたガス検出器の一実施例を示す図である。
【図３】イオン注入種ごとの一酸化炭素と検出器出力との関係を示す線図である。
【図４】イオン注入種ごとの水素と検出器出力との関係を示す線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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