(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を備え該開口部を含む平面と交差する軸線方向に延在する電解液収容部が形成された本体と、
前記開口部を液密的に封止するように、前記開口部を含む平面に沿って前記本体に対し配置された、測定対象ガスを透過させる隔膜と、
前記電解液収容部内において前記隔膜の表面に沿って設けられた作用極と、
前記軸線方向において前記作用極よりも前記隔膜から遠位の前記電解液収容部内に設けられた対極と、
前記作用極との間で電気信号の授受を行うための作用極用リードと、
前記対極との間で電気信号の授受を行うための対極用リードと、
を有するガルバニ電池式センサにおいて、
前記対極に対し、前記電解液収容部の前記軸線方向に沿う内壁面に対向する側からのみ接触するように、ステンレス鋼製の導電板が前記軸線方向に沿って配置されており、前記対極用リードの少なくとも一部は、前記導電板に接触すると共に、前記導電板と前記電解液収容部の前記軸線方向に沿う内壁面との間に挟持されることを特徴とするガルバニ電池式センサ。
【請求項２】
前記電解液収容部内には電解液を吸収する電解液保持部材が設けられており、該電解液保持部材は、前記電解液収容部の前記軸線方向に沿う内壁面と前記対極との間に挟持されることを特徴とする請求項１に記載のガルバニ電池式センサ。
【請求項３】
前記導電板は、前記開口部を含む平面に沿って前記対極を周回する方向において前記対極の一部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガルバニ電池式センサ。
【請求項４】
前記導電板は、前記開口部を含む平面に沿って前記対極を周回する方向において前記対極の全部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガルバニ電池式センサ。
【請求項５】
前記導電板は、メッシュ状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のガルバニ電池式センサ。
【請求項６】
前記作用極は、前記隔膜の前記電解液収容部の内部側の表面上に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のガルバニ電池式センサ。
【請求項７】
前記対極は、線状部材若しくは複数の線状部材の集合体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載のガルバニ電池式センサ。
【請求項８】
前記電解液収容部に収容される電解液は、前記電解液収容部の容積の５％以上３０％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載のガルバニ電池式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素センサなどとして用いられるガルバニ電池式センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、室内、トンネル内、マンホール内、煙道内、或いは医療用機器内などにおける酸素濃度の監視や管理のために、小型、軽量、しかも比較的安価であるガルバニ電池式センサが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ガルバニ電池式ガスセンサは、定電位電解式ガスセンサに似ているが、定電位電解式ガスセンサのように外部より電圧を印加する代わりに、内部に消耗性の電極を有し、それ自体が電池として働くようになっている。従って、ガルバニ電池式ガスセンサは、電源を必要としないため、より簡便な装置であるが、徐々に電極が消耗することは避けられない。
【０００４】
例えば、ガルバニ電池式センサとして酸素センサを例として更に説明すると、ガルバニ電池式酸素センサは、本体に、測定対象ガスである酸素を検出する作用極であるカソードと、対極であるアノードとが設けられている。カソード及びアノードは、隔膜としての多孔性のガス透過膜（ガス拡散膜）で外部と仕切られた空間である電解液収容部（電解槽，電解セル）内に配置される。隔膜は、一般に、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素樹脂系の撥水性（疎水性）多孔質膜から成る。隔膜を透過した酸素ガスは、電解液と作用極の界面で還元され、この時に酸素濃度に応じてカソードとアノードとの間に、その電気化学反応に応じて電流が流れる。カソードとアノードとの間に流れる電流は、各電極から引き出されたリード（リード線）を介して外部に導かれ、両者を抵抗を介して接続するなどしてセンサの出力として取り出される。従って、この出力値を計測することによって、酸素ガスの濃度に換算することができる。
【０００５】
ガルバニ電池式酸素センサにおいては、一般に、カソードとしては、白金、金などの貴金属等の触媒電極が用いられ、アノードとしては卑金属である鉛の電極が用いられる。この場合、カソードでは酸素（Ｏ2）が還元され、一方アノードでは鉛（Ｐｂ）が酸化されて溶解する。従って、アノードである鉛は、センサの使用に伴って徐々に消耗する。
【０００６】
そして、従来、ガルバニ電池式ガスセンサでは、アノードとアノード用リードとは、これらを接触させることで電気的に導通させている。
【０００７】
例えば、図７に示すように、従来、カソード２０１と電解液収容部２０７の底部２０７ｂとの間にカソード用リード２０５、電解液Ｓを含んだ保水材２１１、アノード２０２、及びアノード用リード２０６を積層状態で配置し、それぞれを押圧することで、カソード２０１及びアノード２０２とそれぞれのリード２０５、２０６とを接触させているものがある。
【特許文献１】特開平６−１０９６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来、アノードとアノード用リードとは、これらを接触させることによって電気的に導通させているので、長期間連続で高濃度の被検ガスを測定すると、アノード溶解によるアノードの形状変化などにより、アノードとアノード用リードとが電気的に接触不良となることがある。或いは、長期間連続で高濃度の被検ガスを測定すると、溶解したアノードの酸化物が形成され、その酸化物がアノードの表面に析出することなどにより、アノードとアノード用リードとが電気的に導通不良となることがある。そして、これらに起因して、センサの寿命が低下するという問題がある。
【０００９】
このような問題に対して、アノードが配置された電解液収容部内に電解液を満たして、アノードとアノード用リードとの電気的な接触不良や導通不良を改善することが行われている。
【００１０】
しかしながら、長期間高濃度の被検ガスを測定すると、酸化物の析出による体積膨脹で、電解液収容部内の内部圧が上昇し、電解液が隔膜から漏れ出して、例えば被検ガスが隔膜を透過するのを阻害するなどして、センサの感度を低下させてしまうことがある。
【００１１】
従って、本発明の目的は、対極の溶出による形状変化や酸化物の析出などによる、対極とそのリードとの間の電気的な導通不良の発生を抑制することのできるガルバニ電池式センサを提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、電解液収容部内の電解液の量を減らしても、対極とそのリードとの良好な電気的導通状態を維持することのできるガルバニ電池式センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は本発明に係るガルバニ電池式センサにて達成される。要約すれば、本発明は、開口部を備え該開口部を含む平面と交差する軸線方向に延在する電解液収容部が形成された本体と；前記開口部を液密的に封止するように、前記開口部を含む平面に沿って前記本体に対し配置された、測定対象ガスを透過させる隔膜と；前記電解液収容部内において前記隔膜の表面に沿って設けられた作用極と；前記軸線方向において前記作用極よりも前記隔膜から遠位の前記電解液収容部内に設けられた対極と；前記作用極との間で電気信号の授受を行うための作用極用リードと；前記対極との間で電気信号の授受を行うための対極用リードと；を有するガルバニ電池式センサにおいて、前記対極に対し、前記電解液収容部の前記軸線方向に沿う内壁面に対向する側からのみ接触するように、ステンレス鋼製の導電板が前記軸線方向に沿って配置されており、前記対極用リードの少なくとも一部は、前記導電板に接触すると共に、前記導電板と前記電解液収容部の前記軸線方向に沿う内壁面との間に挟持されることを特徴とするガルバニ電池式センサである。
【００１４】
本発明の一実施態様によると、前記電解液収容部内には電解液を吸収する電解液保持部材が設けられており、該電解液保持部材は、前記電解液収容部の前記軸線方向に沿う内壁面と前記対極との間に挟持される。
【００１５】
本発明の一実施態様によると、前記導電板は、前記開口部を含む平面に沿って前記対極を周回する方向において前記対極の一部を覆うように設けられている。
【００１６】
本発明の一実施態様によると、前記導電板は、前記開口部を含む平面に沿って前記対極を周回する方向において前記対極の全部を覆うように設けられている。
【００１７】
本発明の一実施態様によると、前記導電板は、メッシュ状である。
【００１８】
本発明の一実施態様によると、前記作用極は、前記隔膜の前記電解液収容部の内部側の表面上に設けられている。
【００１９】
本発明の一実施態様によると、前記対極は、線状部材若しくは複数の線状部材の集合体である。
【００２０】
本発明の一実施態様によると、前記電解液収容部に収容される電解液は、前記電解液収容部の容積の５％以上３０％以下である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、対極の溶出による形状変化や酸化物の析出などによる、対極とそのリードとの間の電気的な導通不良の発生を抑制することができる。又、本発明によれば、電解液収容部内の電解液の量を減らしても、対極とそのリードとの良好な電気的導通状態を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係るガルバニ電池式センサを図面に則して更に詳しく説明する。
【００２３】
実施例１
図１は、本発明に係るガルバニ電池式センサの一実施例の概略断面を示す。本実施例では、ガルバニ電池式センサ（以下、単に「センサ」ともいう。）１００は、酸素センサとして構成される。
【００２４】
先ず、本実施例のセンサ１００の全体構成について説明する。センサ１００は、本体４を有する。本体４には、電解液Ｓを収容する電解液収容部７が形成されている。電解液収容部７は、開口部７ａを備え、この開口部７ａを含む平面Ｘと交差（本実施例では略直交）する軸線方向Ｙに延在する。又、センサ１００は、開口部７ａを液密的に封止するように、開口部７ａを含む平面Ｘに沿って本体４に対し配置された、測定対象ガスを透過させる隔膜３を有する。又、センサ１００は、電解液収容部７内において隔膜３の表面に沿って設けられた作用極であるカソード１と、軸線方向Ｙにおいて作用極１よりも隔膜３から遠位の電解液収容部７内に設けられた対極であるアノード２と、を有する。又、センサ１００は、カソード１との間で電気信号の授受を行うための作用極用リードであるカソード用リード５と、アノードとの間で電気信号の授受を行うための対極用リードであるアノード用リード６と、を有する。本実施例では、カソード１は、隔膜３の電解液収容部７側の面上に設けられている。カソード１は、電解液収容部７内の電解液Ｓを介してアノード２との間の電気的導通が取られる。
【００２５】
又、センサ１００は、隔膜３の電解液収容部７とは反対側の面上に配置されるシール部材としての弾性部材であるＯリング９と、Ｏリング９を介して隔膜３を本体４に向けて押し付ける押さえ部材としてのワッシャー８及び蓋１０を有する。
【００２６】
又、センサ１００は、カソード用リード５とアノード用リード６とがそれぞれ接続されて、センサ１００の外部との電気信号の授受を行うためのコンタクト部材としての、第１、第２のコンタクトピン１１ａ、１１ｂを有する。
【００２７】
更に、本実施例では、センサ１００は、一端部側がカソード１とアノード２との間に配置され、他端部側がアノード２と電解液収容部７の底部７ｂとの間に配置された、電解液Ｓを吸収する電解液保持部材（保水材）としての連続した保水シート１１が設けられている。これにより、保水材１１が十分に電解液Ｓを含むことによって、センサ１００の姿勢に拘わらずにカソード１とアノード２との間の電気的導通を取ることができるようになっている。
【００２８】
前述したように、センサ１００は、使用に伴ってアノード２がアノード溶解によって消耗する。従って、アノード溶解によって、アノード２の形状が変化したり、アノード２の酸化物（本実施例では鉛の酸化物）が析出したりすると、アノード２とアノード用リード６との電気的な接触不良や導通不良が発生し易くなる。このような問題に対して、電解液収容部７内を電解液Ｓで満たすことも考えられるが、前述のように、このような方法では、酸化物の析出による体積膨脹で電解液収容部７内の内部圧が上昇した場合などに、電解液Ｓが隔膜３から漏れ出すなどの問題が発生し易くなる。
【００２９】
そこで、本実施例では、センサ１００は、アノード溶解によるアノード２の形状変化や酸化物の析出が発生しても、アノード２とアノード用リード６との電気的な導通不良の発生を抑制し得る構造にする。
【００３０】
つまり、本実施例では、本発明に従って、アノード２に対して、上記センサ１００の軸線方向Ｙに沿う電解液収容部７の内壁面（以下「内部側壁」という。）７ｃに対向する側からのみ接触するように、ステンレス鋼製の導電板１２が上記軸線方向Ｙに沿って配置されている。又、本実施例では、本発明に従って、アノード用リード６の少なくとも一部は、導電板１２に接触すると共に、導電板１２と電解液収容部７の内部側壁７ｃとの間に挟持される。
【００３１】
即ち、本実施例では、電極の反応に関与せず、アノード用リード６とアノード２との電気的導通を補助する部材として、ステンレス鋼製の導電板１２を用い、この導電板１２で、アノード２を周回する方向においてアノード２の全周又は一部を覆う。そして、この導電板１２の一部をアノード用リード６と接触させる。又、導電板１２に接触するアノード用リード６の少なくとも一部は、導電板１２と電解液収容部７の内部側壁７ｃとの間で挟持して圧迫するようにする。詳しくは後述するように、本実施例では、導電板１２は、メッシュ状とされている。
【００３２】
導電板１２を設けることにより、仮にアノード溶解によるアノード２の形状変化や酸化物の析出によってアノード２と導電板１２の一部との接触が悪くなったり、電気的に導通不良となったりしても、導電板１２とアノード２の全体との電気的導通は、あまり影響を受けない。又、導電板１２とアノード用リード６との電気的導通は維持されたままとなり、センサ１００の寿命を改善することができる。
【００３３】
以下、図２及び図３をも参照して更に詳しく説明する。図２は、図１に示すセンサ１００の組立部分断面を示す。又、図３は、図１に示すセンサ１００の本体４の上面を示す。
【００３４】
本体４は、内筒４ａと外筒４ｂとを有する。内筒４ａ及び外筒４ｂは、略同心の略円筒形状を有しており、外筒４ｂは内筒４ａの外周に嵌合又は螺合されて固定されている。内筒４ａには、図中上側の端部に開口部７ａを有する電解液収容部７が形成されている。電解液収容部７は略円柱状の凹部として形成されている。開口部７ａを取り囲む内筒４ａの上側の端面は、隔膜３の固定のための概略円環状の台部７ｆを形成する。尚、本体４は、一体的に構成されていてもよい。
【００３５】
本体４には、一方の端部が電解液収容部７の底部７ｂに開口した第１、第２のリード穴７ｄ、７ｅが設けられている。第１、第２のリード穴７ｄ、７ｅの他方の端部は、本体４の外部に開口している。そして、第１、第２のリード穴７ｄ、７ｅの本体４の外部側の端部には、本体４の外部に突出するように第１、第２のコンタクトピン１１ａ、１１ｂが固定されている。カソード用リード５、アノード用リード６のそれぞれの一方の端部は、第１、第２のリード穴７ｄ、７ｅを通して第１、第２のコンタクトピン１１ａ、１１ｂにそれぞれ電気的に接続される。又、第１のリード穴７ｄを通して電解液収容部７の内部へと引き出されたカソード用リード５の一方の端部は、隔膜３の表面に形成されたカソード１とアノード２との間で押圧されて、カソード１に圧接する。一方、第２のリード穴７ｅを通して電解液収容部７の内部へと引き出されたアノード用リード６の一方の端部は、導電板１２と電解液収容部７の内部側壁７ｃとの間で押圧されて、導電板１２に圧接する。この時、導電板１２の面は、アノード２に圧接する。
【００３６】
このようにして配置されたカソード用リード５、アノード用リード６を介して、カソード１、アノード２とセンサ１００の外部の指示器との間で電気信号の授受が可能となっている。
【００３７】
本実施例では、隔膜３としては、測定対象ガスである酸素ガスを透過する多孔性のガス透過性膜である、ＰＴＦＥ製の薄膜を用いた。隔膜３としては、シリコーン膜などのその他の多孔性高分子膜を使用することもできる。
【００３８】
本実施例では、カソード１としては、白金の薄膜電極を用いた。薄膜電極は、例えば、隔膜上に、導電体（貴金属など）をスッパッタリング法や蒸着法により付着させる方法、或いは導電体（貴金属など）を樹脂で固める方法等の成膜方法により形成される。本実施例では、カソード１は、高分子膜に膜形成材と電極材料（導電性微粒子）との混合物を塗布して加熱焼成することによって形成される。即ち、本実施例では、カソード１は、高分子膜としてのＰＴＦＥ膜（隔膜）３上に、導電性微粒子としての白金粉末を、膜形成材としてのＰＴＦＥ樹脂粉末を用いて薄膜状に固める方法により形成した。尚、ガルバニ電池式センサの作用極としては、白金の他、パラジウム、金、銀などの貴金属、或いはカーボンも使用することができる。隔膜３と、隔膜３上に薄膜状に形成されたカソード１とを有して、電極担持膜（隔膜部材）１３が構成される。尚、隔膜３とカソード１とが別部材として構成されていてもよい。
【００３９】
本実施例では、カソード１は概略円盤状に形成されており、その直径は開口部７ａの内径と同等又はそれよりも小さい。一方、隔膜３は、開口部７ａの内径よりも大きく、且つ、内筒４ａの外径と同等又はそれよりも小さい（即ち、外筒４ｂの内径と同等又はそれよりも小さい）直径を有する、概略円盤形状に形成されている。そして、隔膜３とカソード１は、互いに略同心的に形成されており、又電解液収容部７と略同心的に配置される。これにより、カソード１は開口部７ａの内側に配置されるが、隔膜３は開口部７ａの内側には配置されず、隔膜３の外縁部より内側の所定範囲が台部７ｆ上に配置される。
【００４０】
本実施例では、アノード２としては、鉛（Ｐｂ）電極を用いた。アノード２は、アノード溶解によって徐々に消耗するので、カソード１よりも大きな体積を有するものとする。本実施例では、アノード２としては、その表面積を十分に大きくするように、線状部材又は複数の線状部材の集合体を用いた。線状部材は、１本のものをそのまま使用しても、又は複数本に分割（切断）されたもの纏めて使用してもよい。つまり、線状部材は、規則的又は不規則的に、湾曲又は屈曲されて纏められた、金属繊維成形物又は集合体であってよい。アノード２の表面積を十分に大きくすることができ、又アノード２の全体としての消耗による形状変化の影響を少なくすることができる点などから、この線状部材の直径は、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。本実施例では、この線状部材として、直径０．５ｍｍの鉛（Ｐｂ）線（東邦トレード社製：鉛毛）を用いた。アノード２の表面積を十分に大きくすることにより、電解液Ｓの量を極力抑えることができる。
【００４１】
尚、アノード２としては、上記の線状部材の代わりに、複数の粒状部材の集合体を用いることができる。好ましくは、この粒状部材は実質的に球形である。アノード２の表面積を十分に大きくすることができ、又アノード２の全体としての消耗による形状変化の影響を少なくすることができる点などから、この粒状部材の粒径は０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。球状の鉛（Ｐｂ）（例えば、東邦トレード社製：鉛粒）を用いることができる。斯かる構成によっても、アノード２の表面積を十分に大きくすることにより、電解液Ｓの量を極力抑えることができる。
【００４２】
又、アノード２としては、上記線状又は粒状のもの代わりに、例えば円柱形などの適当な形状のブロック（塊）状電極を用いることもできる。
【００４３】
本実施例では、アノード２は、センサ１００の使用前において、実質的に電解液収容部７内で移動不可能なように電解液収容部７内に充填される。従って、本実施例では、アノード２は、ほぼ電解液収容部７の内部空間を占めるように、全体として略円柱形状に成形されている。これにより、好ましくは、導電板１２と電解液収容部７の内部側壁７ｃとの間でアノード用リード６を圧迫するようにする。
【００４４】
本実施例では、電解液収容部７内において、アノード２とアノード用リード６との電気的導通を補助するために、アノード２とアノード用リード６との間に、ステンレス鋼製の導電板１２が挿入される。この導電板１２が無い場合には、アノード溶解によるアノード２の形状変化や酸化物の析出がアノード用リード６との接触部で発生すると、その影響がアノード２とアノード用リード６との電気的な接触状態や導通状態にダイレクトに影響を及ぼす。これに対して、導電板１２を用いることにより、導電板１２の存在によりアノード２の表面を有効利用できるようになるため、アノード２と導電板１２との間のいずれかの部分で、アノード２の形状変化や酸化物の析出が発生したとしても、アノード２と導電板１２との全体的としての電気的な接触状態や導通状態に与える影響は非常に小さい。
【００４５】
導電板１２をステンレス鋼製としたのは、ステンレス鋼が表面に酸化被膜等が形成されて不動態化しており、センサ１００における反応には関与せず、アノード２とアノード用リード６との間の電気的な導通状態を長期間維持することを可能とするからである。より詳細には、ステンレス鋼としては、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０などを好適に用いることができる。
【００４６】
又、導電板１２は、その面内に貫通孔を有しない板状部材であってもよいが、その面内に規則的又は不規則的に設けられた複数の貫通孔を有する部材がより好適である。導電板１２に複数の貫通孔を設けることによって、長時間安定したセンサ出力が得られるという効果、即ち、センサの長寿命化の効果を得ることができる。特に、より効果的に電解液Ｓを保持することができるなどの理由から、導電板１２はメッシュ状（網目状）であることが好ましい。導電板１２がステンレス鋼の場合、板状部材では、疎水性ということもあって、電解液Ｓは表面張力により弾かれてしまうことがある。これに対し、導電板１２をメッシュ状にすることにより、貫通孔の間に電解液Ｓをその表面張力により長い時間保持できるようになる。これにより、アノード２と電解液Ｓが接触している面積が増えることになり、電気化学反応（アノード２では鉛の酸化）が生じる領域も増える。そのため、たとえアノード２の形状変化や酸化物の析出が発生しても、必ず別の場所でアノード２と電解液Ｓとが接触した状態が維持されるため、電気化学反応によって生じる電流が安定し、長時間安定したセンサ出力が得られるようになり、結果的にセンサの長寿命化が実現できる。
【００４７】
上記メッシュのサイズとしては、１５メッシュ〜６００メッシュ（ＪＩＳ  Ｇ３５５５  織金網規格による。）が好ましい。メッシュサイズが１５メッシュより小さいと、貫通孔が大きすぎて、電解液を保持する効果が低くなり、６００メッシュより大きいと、貫通孔が小さくなりすぎて、電解液の表面張力によりこれを保持し難くなる。
【００４８】
導電板１２は、図４に示すように、アノード２を周回する方向においてアノード２の一部を覆うように、即ち、開口部７ａを含む平面Ｘに沿ってアノード２を周回する方向においてアノード２の一部を覆うように設けることができる。或いは、導電板１２は、図５に示すように、アノード２を周回する方向においてアノード２の全周を覆うように、即ち、開口部７ａを含む平面に沿ってアノード２を周回する方向においてアノード２の全部を覆うように設けることができる。
【００４９】
ここで、導電板１２は、電解液収容部７の内部側壁７ｃに対向するアノード２の側部、即ち、センサ１００の軸線方向Ｙ沿う方向のアノード２の側部のみの少なくとも一部を覆うように配置される。これは、次のような理由による。
【００５０】
アノード２は、主に、カソード１が設けられた側から、即ち、センサ１００の軸線方向Ｙ方向に沿って消耗していくので、センサ１００の使用に伴ってセンサ１００の軸線方向Ｙにおけるアノード２の形状の変化により、電解液収容部７内で同方向におけるアノード２のガタが生じやすい。センサ１００の軸線方向Ｙと交差する方向の側部、例えば電解液収容部７の底部７ｂに対向するアノード２の側部を覆うように導電板１２を設け、センサ１００の軸線方向Ｙにおいてアノード２で導電板１２及びアノード用リード６を圧迫する構成では、その圧迫力が、センサ１００の使用に伴って弱くなりやすく、電気的な接触不良や導通不良を引き起こしやすい。従って、導電板１２及びアノード用リード６は、センサ１００の軸線方向Ｙに沿うアノード２の側部と、電解液収容部７の内部側壁７ｃとの間に配置することが必要である。
【００５１】
又、このようにセンサ１００の軸線方向Ｙに沿うアノード２の側部と電解液収容部７の内部側壁７ｃとの間で、導電板１２及びアノード用リード６を圧迫するためには、電解液収容部７の底部７ｂに対向するアノード２の側部などを覆うように導電板１２が存在していないことが望まれる。例えば、アノード２が、カップ状、即ち、電解液収容部７の内部側壁７ｃに対向するアノード２の側部と電解液収容部７の底部７ｂに対向するアノード２の側部とを覆うように形成されている場合には、導電板１２及びアノード用リード６を内部側壁７ｃに向けて加圧する際に、電解液収容部７の底部７ｂに沿って配置された導電板１２の部分（カップ状の底に相当する部分）が干渉し、力が分散されるなどして、所望の加圧力を得られない。又、本発明者らの検討によれば、電解液収容部７の内部側壁７ｃに対向する側からのみアノード２に接触するように導電板１２を設けることで、安定した電気的な接触状態や導通状態を得ることができるので、例えば電解液収容部７の底部側などからアノード２に接触するように導電板１２を設ける必要がなく、当該部分を省くことでその分スペースを低減することができる。
【００５２】
導電板１２のアノード２に対向する側の表面積は、センサ１００の軸線方向Ｙに沿う方向のアノード２の側部の表面積の４割〜８割であることが好ましい。ここで、アノード２についての表面積とは、アノード２に外接する面の面積で代表するものとする。導電板１２の上記表面積が上記範囲よりも小さいと、アノード２とアノード用リード６との電気的な接触や導通を安定して維持する効果が顕著ではなくなることがある。又、導電板１２の上記表面積が上記範囲よりも大きくても、アノード２とアノード用リード６との電気的な接触や導通を安定して維持する効果はそれ以上向上するようには見えない。
【００５３】
本実施例では、図４に示すように、アノード２を周回する方向においてアノード２の一部を覆うように導電板１２を設けた。より具体的には、アノード２は、全体として底面が直径１８ｍｍ〜２０ｍｍの略円柱形状であり、導電板１２は、アノード２の周長の５割〜８割に当たる周方向に沿ってアノード２を覆うように設けた。又、センサ１００の軸線方向Ｙにおけるアノード２の高さは１８ｍｍ〜２０ｍｍであり、同方向における導電板１２の高さは、１８ｍｍ〜２０ｍｍである。又、本実施例では、導電板１２の材料としてＳＵＳ３１６によって形成された、メッシュサイズが１００メッシュのメッシュ状部材を用いた。
【００５４】
本実施例では、電解液保持部材（保水材）としての保水シート１１には、ポリエステル繊維から成る不織布のシートを用いた。電解液保持部材としては、不織布のシートの他、スポンジ、濾紙などを用いることもできる。
【００５５】
尚、本実施例では、電解液収容部７の底部７ｂ及び内部側壁７ｃ、並びに、カソード１のそれぞれに対向するように連続する保水シート１１を、アノード２を取り巻くように配置した。即ち、本実施例では、保水シート１１は、電解液収容部７の内部側壁７ｃとアノード２との間に挟持されている。しかし、保水シート１１の配置は、これに限定されるものではない。保水シート１１は、少なくともカソード１と、アノード２の少なくとも一部が常に接触している電解液収容部７内の電解液Ｓと、に接触するようにする。これにより、センサ１００の姿勢に拘わらず、常にカソード１とアノード２との間を電気的に導通させることができる。又、好ましくは、保水シート１１は、アノード２を介して導電板１２をアノード用リード６及び電解液収容部７の内部側壁７ｃに圧迫するように、典型的にはアノード用リード６が設けられた側とは反対側の電解液収容部７の内部側壁７ｃと、アノード２（或いは、導電板１２）との間に配置する。
【００５６】
本実施例では、電解液Ｓとしては、１Ｍ（＝ｍｏｌ／Ｌ）の酢酸／酢酸ナトリウム溶液を用いた。電解液Ｓとしては、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）などのその他の酸溶液、アルカリ溶液、或いは塩溶液を使用することもできる。
【００５７】
ここで、電解液Ｓの量は、アノード２の体積膨張による電解液収容部７の内部圧の上昇を吸収する空気層を、電解液収容部７内に設けるように調整することが好ましい。これにより、酸化物の析出などの電解液収容部７の内部圧の上昇を引き起こす原因が生じた場合にも、その内部圧の上昇分を吸収して、電解液Ｓの漏れ出しを抑制することができる。好ましくは、電解液Ｓの量は、電解液収容部７を満たす量の５％〜３０％である。本実施例では、電解液収容部７に収容される電解液Ｓは、電解液収容部７の容積の１０％とした。本実施例によれば、上述のように、導電板１２の使用によって、アノード２とアノード用リード６との電気的導通が補助されているので、アノード２とアノード用リード６との電気的な接触不良や導通不良の対策として電解液収容部７を電解液２で満たすようなことをしなくても、十分に良好の電気的導通状態を維持することができる。
【００５８】
尚、本実施例では、カソード用リード５、アノード用リード６としては、白金から成る平坦リードを使用した。又、第１、第２のコンタクトピン１１ａ、１１ｂとしては、金メッキした真鍮製のものを使用した。
【００５９】
本実施例のセンサ１００の組み立てについて説明すると、センサ１００の組み立ての際には、例えば、先ず、カソード用リード５とアノード用リード６とを、それぞれ第１、第２のリード穴７ｄ、７ｅに挿通し、それぞれの一方の端部を電解液収容部７の内部側に引き出す。カソード用リード５とアノード用リード６とは、それぞれ反対側の電解液収容部７の内部側壁７ｃに沿わせて、開口部７ａ側に引き出される。又、カソード用リード５及びアノード用リード６のそれぞれの他方の端部を、第１、第２のコンタクトピン１１ａ、１１ｂに電気的に接続した状態で、その第１、第２のコンタクトピン１１ａ、１１ｂをそれぞれ第１、第２のリード穴７ｄ、７ｅに取り付ける。
【００６０】
次に、保水シート１１の一方の端部を電解液収容部７の底部７ｂに沿わせて配置した後屈曲させて、電解液収容部７の内部側壁７ｃに沿わせて開口部７ａ側に引き出す。その後、保水シート１１が沿わされた側とは反対側の電解液収容部７の内部側壁７ｃに沿うように、導電板１２を電解液収容部７内に配置する。次いで、アノード２を、導電板１２を介してアノード用リード６を内部側壁７ｃに圧迫するようにして、電解液収容部７内に配置する。アノード２を電解液収容部７内に配置することによって、アノード用リード６がアノード２と内部側壁７ｃとの間で挟持される。
【００６１】
次に、保水シート１１の一方の端部をアノード２の上部に重なるように屈曲させ、更にその保水シート１１の上に重なるようにカソード用リード５の一方の端部を屈曲させる。この時、カソード用リード５は、保水シート１１上であって、次に配置する電極担持膜１３上のカソード１に接触するように屈曲させる。
【００６２】
尚、電解液Ｓは、典型的には、電解液収容部７内にアノード２まで配置した段階で、開口部７ａ側から注ぎ込むことによって、電解液収容部７内に収容することができる。但し、これに限定されるものではなく、電極担持膜１３によって開口部７ａを封止する前の適宜な段階で、電解液Ｓを電解液収容部７内に収容することができる。或いは、本体４に別途電解液収容部７に連通する電解液注入部を設けて、センサ１００の組み立てが終了した後にその電解液注入部を介して電解液収容部７に電解液Ｓを注入するような構成としてもよい。
【００６３】
次に、電極担持膜１３を、カソード１と、アノード２上に重ねられた保水シート１１との間にカソード用リード５を挟むように、台部７ｆ上に配置する。その後、Ｏリング９が取り付けられたワッシャー８が本体４上に配置される。そして、蓋１０が、ワッシャー８を本体４に押圧するようにして、本体４に取り付けられる。ワッシャー８は、被検ガスを通過させるための取入口８ａが略中心に形成されたリング状部材であり、本体４側の外縁部が切り欠かれてシール部材保持部（段部）８ｂが形成されている。又、ワッシャー８の最大外径は、本体４の外筒４ｂの内径と同等又はそれよい若干小さい。そして、このワッシャー８は、Ｏリング９が設けられた側から、本体４内に配置される。これにより、Ｏリング９が、台部７ｆ上に配置された電極担持膜１３の外縁部近傍に配置される。電極担持膜１３の隔膜３は、台部７ｆの全周にわたって、直接Ｏリング９と台部７ｆとの間に挟持される。又、Ｏリング９は、本体４の外筒４ｂの内壁に圧接する。これにより、電解液収容部７は、隔膜３の外側に対して液密的に封止される。尚、Ｏリング９の他にゴムパッキンなどのその他の弾性部材をシール部材として用いてもよい。
【００６４】
蓋１０は、例えば、ワッシャー８側に配置される端部近傍の外周面に形成された、本体４の外筒４ｂの開口側の端部近傍の内周面に形成されたネジ部に噛合するネジ部を介して、本体４に螺合される。又、蓋１０は、被検ガスを通過させるための通気口（ガス導入孔）１０ａが略中心に形成されている。この通気口１０ａは、ワッシャー８の取入口８ａと略同心となるように形成されている。こうして、蓋１０を本体４に結合することにより、ワッシャー８を本体４に押圧することができる。
【００６５】
尚、蓋１０は、螺合により本体４に固定することに限定されるものではなく、例えば、圧入嵌合によって本体４に固定されるものであってもよい。又、本実施例では、押さえ部材は、シール部材たるＯリング９を直接押圧するワッシャー８と、このワッシャー８を押圧して本体４に取り付ける蓋１０との２個の部材に分かれている。これにより、螺合により蓋１０を本体４に固定する場合には、シール部材を押しつける動作と、螺合のための回転動作とを簡易な構成で分離し、隔膜３にしわ等が発生するのを好適に防止することができる。但し、所望により押さえ部材は単一の部材であってもよいし、或いは更に多数（３個以上）の部材に分かれて構成されていてもよい。
【００６６】
（実験例１）
本実施例に従うセンサ（酸素センサ）１００と、従来の構成の比較例のセンサ２００とを用いて、センサ出力の安定性を比較した。比較例のセンサ２００は、実質的に、本実施例に従うセンサ１００から導電板１２を除去し、且つ、アノード用リード６を電解液収容部７の底部に配置した以外は、本実施例のセンサ１００と同様の構成とした。本実施例のセンサ１００と比較例のセンサ２００とで、電解液収容部７の容積に対する電解液の割合も実質的に同一とした。そして、本実施例のセンサ１００と比較例のセンサ２００とをそれぞれ電流計に接続し、出力を確認できるようにした。大気中の酸素濃度を連続出力させて、それぞれのセンサによる指示値の変動を確認した。
【００６７】
その結果、図６に示すように、比較例のセンサ２００については、４０日経過後にセンサ出力の低下が観察された。これは、経時的にアノード溶解によるアノードの形状変化や酸化物の析出によって、アノード２とアノード用リード６との電気的な接触不良や導通不良が発生したためであると考えられ、センサの寿命が短いことが分かる。これに対して、本実施例のセンサ１００では、センサ出力は１５０日経過した時点でも、センサ出力の低下は無視できる程度であり、この期間安定したセンサ出力が得られ、結果的にセンサの長寿命化が達成された。この場合、本実施例のセンサ１００、比較例のセンサ２００のいずれにおいても隔膜３からの電解液の漏れは確認されなかった。
【００６８】
尚、比較例のセンサ２００の電解液収容部７を電解液で満たした場合には、経時的な出力の低下をある程度抑制することができ、６０日経過した時点においても出力は初期の７０％程度であったが、その後出力の低下が顕著になり、隔膜３からの電解液の漏れが確認された。
【００６９】
以上、本実施例によれば、経時的なアノード溶出によるアノードの形状変化や酸化物の析出によるアノード２とそのリード６との電気的な導通不良の発生を抑制し、長期間アノード２とそのリード６との電気的導通を良好に維持することができる。
【００７０】
尚、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではないことを理解されたい。
【００７１】
例えば、上述の実施例では、ガルバニ電池式センサは酸素センサであるものとして説明したが、当業者には周知のように、ガルバニ電池式センサは、酸素の他、硫化水素、水素などのその他のガスの測定のためにも用いられる。本発明は、このような酸素以外の他のガスを検出対象とするガルバニ電池式センサに対しても等しく適用することができ、上述したものと同じ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係るガルバニ電池式センサの一実施例の概略断面図である。
【図２】図１に示すガルバニ電池式センサの組立部分断面図である。
【図３】図１及び図２に示すガルバニ電池式センサが備える本体の上面図である。
【図４】導電板の一例を示す概略斜視図である。
【図５】導電板の他の例を示す概略斜視図である。
【図６】本発明の効果を示すグラフ図である。
【図７】従来のガルバニ電池式センサの一例の概略断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１                          カソード（作用極）
２                          アノード（対極）
３                          隔膜
４                          本体
５                          カソード用リード（作用極用リード）
６                          アノード用リード（対極用リード）
１１                        保水シート（電解液保持部材）
１２                        導電板
【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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【図６】
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【図７】
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