(57)【要約】【課題】エージングに要する時間のばらつきの抑制と、エージングに要する時間の短縮とを図ることができる定電位電解式ガスセンサのエージング装置、および定電位電解式ガスセンサのエージング方法を提供することである。【解決手段】実施形態に係るエージング装置は、対極および参照極と、作用極と、の間の電位の印加と、前記作用極と、対極と、の間に流れる電流の測定と、を行う操作測定部と、前記作用極と、前記対極と、の間に電流が流れ始める際の前記電位を求め、前記電位より高い電位が、前記対極および前記参照極の少なくともいずれかと、前記作用極と、の間に印加されるように前記操作測定部を制御する制御部と、を備えている。【選択図】図１
2016008906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対極および参照極と、作用極と、の間の電位の印加と、前記作用極と、対極と、の間に流れる電流の測定と、を行う操作測定部と、
前記作用極と、前記対極と、の間に電流が流れ始める際の前記電位を求め、前記電位より高い電位が、前記対極および前記参照極の少なくともいずれかと、前記作用極と、の間に印加されるように前記操作測定部を制御する制御部と、
を備えたエージング装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記電流が流れ始める際の前記電位より０．１Ｖ以上高い電位が、前記対極および前記参照極の少なくともいずれかと、前記作用極と、の間に印加されるように前記操作測定部を制御する請求項１記載のエージング装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記作用極と、前記対極と、の間に流れる電流の値に基づいて、エージングの終了を判断する請求項１または２に記載のエージング装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電流が流れ始める際の前記電位より高い電位が印加されてから所定の時間経過後に、エージングを終了させる請求項１または２に記載のエージング装置。
【請求項５】
対極および前記参照極の少なくともいずれかと、作用極と、の間に印加する電位を変化させ、前記作用極と、対極と、の間に流れる電流を測定する工程と、
前記作用極と、前記対極と、の間に電流が流れ始める際の前記電位を求める工程と、
前記電位より高い電位を、前記対極および前記参照極の少なくともいずれかと、前記作用極と、の間に印加する工程と、
を備えたエージング方法。
【請求項６】
前記電位より高い電位を、前記対極および前記参照極の少なくともいずれかと、前記作用極と、の間に印加する工程において、
前記電流が流れ始める際の前記電位より０．１Ｖ以上高い電位を前記対極および前記参照極の少なくともいずれかと、前記作用極と、の間に印加する請求項５記載のエージング方法。
【請求項７】
前記電位より高い電位を、前記対極および前記参照極の少なくともいずれかと、前記作用極と、の間に印加した後に、前記作用極と、前記対極と、の間に流れる電流の値に基づいて、エージングの終了を判断する工程をさらに備えた請求項５または６に記載のエージング方法。
【請求項８】
前記電位より高い電位を、前記対極および前記参照極の少なくともいずれかと、前記作用極と、の間に印加してから所定の時間経過後に、エージングを終了させる請求項５または６に記載のエージング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、定電位電解式ガスセンサのエージング装置、および定電位電解式ガスセンサのエージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
硫化水素、オゾン、一酸化炭素、アルシンなどのガスを検出するガスセンサの一種に定電位電解式ガスセンサがある。  
定電位電解式ガスセンサは、電気化学反応に応じて、作用極と対極との間に流れる電解電流を測定し、この電解電流値を測定対象のガスの濃度に変換する。  
ここで、定電位電解式ガスセンサを初めて使用する場合や、長時間使用しなかった場合などにおいては、出力のばらつきが生じ得る。  
そのため、一定の出力感度が得られるまで、作用極と、対極および参照極の少なくともいずれかとの間に電位を印加するエージングが行われている。  
この様なエージングにおいては、エージングに要する時間がばらついたり、エージングの完了までに長い時間を要したりするという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０１７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、エージングに要する時間のばらつきの抑制と、エージングに要する時間の短縮とを図ることができる定電位電解式ガスセンサのエージング装置、および定電位電解式ガスセンサのエージング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係るエージング装置は、対極および参照極と、作用極と、の間の電位の印加と、前記作用極と、対極と、の間に流れる電流の測定と、を行う操作測定部と、前記作用極と、前記対極と、の間に電流が流れ始める際の前記電位を求め、前記電位より高い電位が、前記対極および前記参照極の少なくともいずれかと、前記作用極と、の間に印加されるように前記操作測定部を制御する制御部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施の形態に係るエージング装置１を例示するための模式図である。
【図２】参照極１０４と作用極１０２との間の電位と、作用極１０２と対極１０３との間に流れる電流との関係を例示するためのグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図１は、本実施の形態に係るエージング装置１を例示するための模式図である。  
図１に示すように、エージング装置１は、定電位電解式ガスセンサ１００に電気的に接続される。
【０００８】
まず、定電位電解式ガスセンサ１００について例示をする。  
定電位電解式ガスセンサ１００には、容器１０１、作用極１０２、対極１０３、参照極１０４、及び電解液１０５が設けられている。  
作用極１０２、対極１０３、および参照極１０４は、電極である。
【０００９】
容器１０１は、電解液１０５を保持可能な密閉構造を有している。  
作用極１０２は、容器１０１の内部に設けられている。  
対極１０３は、容器１０１の内部に設けられている。対極１０３は、作用極１０２と対向している。  
参照極１０４は、容器１０１の内部に設けられている。参照極１０４は、作用極１０２と対向している。  
この場合、参照極１０４は、作用極１０２と対極１０３との間に設けられていてもよいし、対極１０３と並べて設けられていてもよい。  
作用極１０２、対極１０３、および参照極１０４は、エージング装置１（操作測定部２）の端子にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１０】
作用極１０２、対極１０３、および参照極１０４は、例えば、フッ素樹脂などからなる基材と、基材の上に設けられた被検ガスを酸化、還元するのに適した電極形成材料（例えば、金など）からなる膜と、を備えている。  
電極形成材料からなる膜は、例えば、スパッタリング法などを用いて形成することができる。  
また、作用極１０２、対極１０３、および参照極１０４は、例えば、電極形成材料からなる粉末と、フッ素樹脂などからなる粉末を混ぜ合わせたものを基材の上に塗布し、焼結することで形成することもできる。
【００１１】
電解液１０５は、不織布などからなるシートに含ませた状態で、前述した電極同士の間に設けられている。  
電解液１０５は、例えば、硫酸を含む溶液とすることができる。  
また、容器１０１には、被検ガスを容器１０１の内部に導入するための図示しない通気路と、容器１０１の内部のガスを外部に排出するための図示しない通気路と、通気路にそれぞれ設けられた図示しないフィルタとが設けられている。  
なお、フィルタは、測定に影響を及ぼす干渉ガスを吸収する吸収剤が設けられたものとすることもできる。
【００１２】
次に、定電位電解式ガスセンサ１００の作用について例示する。  
通気路を介して容器１０１の内部に導入された被検ガスは、電解液１０５に溶解する。  ここで、作用極１０２は、参照極１０４に対して一定の電位に保たれている。そのため、被検ガスは、作用極１０２と電解液１０５との界面で電解され、被検ガスの濃度に応じた反応電流が作用極１０２と対極１０３との間に流れる。反応電流と被検ガスの濃度との関係は、予め実験などを行うことで求めることができる。そのため、反応電流を測定することによって被検ガスの濃度を演算することができる。  
定電位電解式ガスセンサ１００は、以上の様にして、被検ガスの濃度を検出する。
【００１３】
次に、本実施の形態に係るエージング装置１について例示をする。  
エージング装置１には、操作測定部２、測定部３、および制御部４が設けられている。
【００１４】
操作測定部２には、作用極１０２、対極１０３、および参照極１０４がそれぞれ電気的に接続されている。  
操作測定部２は、対極１０３および参照極１０４と、作用極１０２との間の電位の印加と、作用極１０２と、対極１０３との間に流れる電流の測定と、を行う。  
操作測定部２は、例えば、参照極１０４と作用極１０２との間の電位が一定になるように制御して、作用極１０２と対極１０３との間に流れる電流を測定したり、作用極１０２と対極１０３との間に流れる電流が一定になるように制御して、参照極１０４と作用極１０２との間の電位を測定したりする。  
操作測定部２は、例えば、ポテンション／ガルバノスタットなどとすることができる。
【００１５】
測定部３は、操作測定部２と電気的に接続されている。  
測定部３は、操作測定部２からの出力に基づいて、インピーダンスを測定する。  
測定部３は、例えば、周波数応答アナライザなどとすることができる。  
測定部３は、必ずしも必要ではなく、必要に応じて設けるようにすることができる。
【００１６】
制御部４は、操作測定部２と測定部３に電気的に接続されている。  
制御部４は、操作測定部２を制御して、定電位電解式ガスセンサ１００のエージングを行う。  
制御部４は、例えば、作用極１０２と、対極１０３との間に電流が流れ始める際の電位を求め、求められた電位より高い電位が、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加されるように操作測定部２を制御する。
【００１７】
ここで、定電位電解式ガスセンサ１００のエージングについて例示する。  
定電位電解式ガスセンサ１００を初めて使用する場合や、長時間使用しなかった場合などにおいては、出力のばらつきが生じる場合がある。  
そのため、一定の出力感度が得られるまで、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に電位を印加するエージングが行われる。  
この様なエージングにおいては、エージングに要する時間がばらついたり、エージングの完了までに長い時間を要したりする場合がある。
【００１８】
図２は、参照極１０４と作用極１０２との間の電位と、作用極１０２と対極１０３との間に流れる電流との関係を例示するためのグラフ図である。  
なお、図２は、作用極１０２、対極１０３、および参照極１０４がそれぞれ金からなり、電解液１０５が８．７Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）の硫酸を含む場合である。
【００１９】
参照極１０４と作用極１０２との間に印加する電位を上げていくと、作用極１０２と対極１０３との間に電流が流れ始める。  
例えば、図２に示すように、参照極１０４と作用極１０２との間に印加する電位をＶ０以上にすると、作用極１０２と対極１０３との間に電流が流れ始める。
【００２０】
作用極１０２と対極１０３との間に電流が流れると、作用極１０２の表面に化合物が形成される。例えば、作用極１０２が金からなる場合には、作用極１０２の表面に水酸化金「Ａｕ（ＯＨ）ｎ」が形成される。
【００２１】
作用極１０２の表面に化合物が形成され、表面状態が一様となれば、出力のばらつきが抑制される。すなわち、作用極１０２と対極１０３との間に電流を流すことで、作用極１０２の表面に化合物が形成されれば、エージングを終了させることができる。
【００２２】
ところが、電流の流れ方には、個体差がある。  
例えば、図２に示すように、印加する電位が同じＶ１であっても、定電位電解式ガスセンサ１００ａでは電流値がＩａとなり、定電位電解式ガスセンサ１００ｂでは電流値がＩｂとなる。  
そのため、同じ定電位電解式ガスセンサであっても、エージングに要する時間がばらついたり、エージングの完了までに長い時間を要したりする場合がある。
【００２３】
本発明者らの検討の結果、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかの表面状態が、エージングに大きな影響を及ぼすことが判明した。  
例えば、定電位電解式ガスセンサ１００の製造時における対極１０３および参照極１０４の表面状態や、定電位電解式ガスセンサ１００を使用することで対極１０３および参照極１０４の表面に付着した付着物（例えば、被検ガスの成分からなる付着物など）の量などによって、電流の流れ方に個体差が生じる。そのため、エージングに要する時間がばらついたり、エージングの完了までに長い時間を要したりすることになる。
【００２４】
この場合、対極１０３および参照極１０４の表面状態が所定の範囲となるようにしたり、対極１０３および参照極１０４の表面に付着した付着物を除去したりすれば、エージングに要する時間のばらつきの抑制やエージングの時間短縮を図ることができる。  
しかしながら、この様にすると、必要となる労力や時間がかえって増えるおそれがある。
【００２５】
本発明者らの得た知見によれば、作用極１０２と対極１０３との間に電流が流れ始める際の電位を検出し、この電位よりも０．１Ｖ以上高い電位を対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加すれば、エージングに要する時間のばらつきの抑制やエージングの時間短縮を図ることができる。
【００２６】
次に、エージング装置１の作用について例示する。  
まず、制御部４は、操作測定部２を制御して、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加する電位を変化させ、作用極１０２と、対極１０３との間に流れる電流を測定する。  
この際、測定部３は、操作測定部２からの出力に基づいて、作用極１０２と、対極１０３との間のインピーダンスを測定する。  
次に、制御部４は、操作測定部２からの出力に基づいて、作用極１０２と、対極１０３との間に電流が流れ始める際の電位を求める。
【００２７】
次に、制御部４は、操作測定部２を制御して、求められた電位より高い電位を、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加する。  
この場合、制御部４は、求められた電位より０．１Ｖ以上高い電位が、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加されるように操作測定部２を制御する。
【００２８】
次に、制御部４は、操作測定部２からの出力に基づいて、エージングの終了時期を判断する。  
制御部４は、例えば、作用極１０２と、対極１０３との間に流れる電流の値に基づいて、エージングの終了を判断する。  
この場合、制御部４は、例えば、作用極１０２と対極１０３との間に流れる電流の値が所定の値を超えたり、作用極１０２と対極１０３との間に流れる電流の値が安定したりした場合には、エージングが終了したと判断することができる。  
なお、基準となる電流の値は、予め実験などを行うことで求めることができる。  
また、制御部４は、例えば、求められた電位より高い電位を、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加してから所定の時間経過後に、エージングを終了させることもできる。  
なお、所定の時間は、予め実験などを行うことで求めることができる。
【００２９】
以上に説明したように、本実施の形態に係る定電位電解式ガスセンサのエージング方法は、以下の工程を備えることができる。  
対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加する電位を変化させ、作用極１０２と、対極１０３と、の間に流れる電流を測定する工程。  作用極１０２と、対極１０３との間に電流が流れ始める際の電位を求める工程。  
求められた電位より高い電位を、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加する工程。
【００３０】
この場合、求められた電位より高い電位を、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加する工程において、電流が流れ始める際の電位より０．１Ｖ以上高い電位を対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加することができる。
【００３１】
また、求められた電位より高い電位を、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加した後に、作用極１０２と、対極１０３との間に流れる電流の値に基づいて、エージングの終了を判断する工程をさらに備えることができる。
この場合、例えば、作用極１０２と対極１０３との間に流れる電流の値が所定の値を超えたり、作用極１０２と対極１０３との間に流れる電流の値が安定したりした場合には、エージングが終了したと判断することができる。
【００３２】
また、求められた電位より高い電位を、対極１０３および参照極１０４の少なくともいずれかと、作用極１０２との間に印加してから所定の時間経過後に、エージングを終了させることもできる。  
なお、各工程における内容は、前述したものと同様とすることができるので詳細な説明は省略する。
【００３３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  エージング装置、２  操作測定部、３  測定部、４  制御部、１００  定電位電解式ガスセンサ、１０１  容器、１０２  作用極、１０３  対極、１０４  参照極、１０５  電解液
【図１】
2016008906.tif 000003
【図２】
2016008906.tif 000004