JP2017015461A - Galvanic cell oxygen sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ケーシング内に、貴金属を含む正極と、負極と、前記正極および前記負極に接触する電解液と、前記電解液を収容する電解液収容部と、被検知ガスを透過させるガス透過性隔膜と、を備えたガルバニ電池式酸素センサに関する。 The present invention provides a casing having a positive electrode containing a noble metal, a negative electrode, an electrolytic solution in contact with the positive electrode and the negative electrode, an electrolytic solution containing part for containing the electrolytic solution, and a gas permeability that allows the gas to be detected to permeate. A galvanic cell type oxygen sensor provided with a diaphragm.
一般に、ガルバニ電池式酸素センサは、2つの電極(貴金属、卑金属)、ガス透過性隔膜および電解液で構成された電池の反応物質として酸素を利用した時に生ずる反応電流を測定するものであり、酸素の存在によって正負極間で酸化還元反応を起こさせ酸素濃度を測定する。具体的には、外部からガス通気孔を経てガス透過性隔膜である酸素透過膜を透過して酸素がセンサ内に侵入すると、酸素は電解液中に溶解し、電解液に溶解した酸素は、正極上に移動して還元され、電解液を介して負極を酸化する。これにより、正極から負極に酸素量に応じた電流が流れ、この電流をセンサ出力電圧として測定することによって、酸素濃度が分かる。 In general, a galvanic cell type oxygen sensor measures a reaction current generated when oxygen is used as a reactant of a battery composed of two electrodes (a noble metal and a base metal), a gas permeable diaphragm and an electrolyte solution. Oxygen reduction is caused between the positive and negative electrodes due to the presence of oxygen, and the oxygen concentration is measured. Specifically, when oxygen penetrates into the sensor through the oxygen permeable membrane, which is a gas permeable diaphragm, from the outside through the gas vent, oxygen is dissolved in the electrolyte solution, and the oxygen dissolved in the electrolyte solution is It moves onto the positive electrode and is reduced, and the negative electrode is oxidized through the electrolytic solution. Thereby, a current corresponding to the amount of oxygen flows from the positive electrode to the negative electrode, and the oxygen concentration can be determined by measuring this current as a sensor output voltage.
このようなガルバニ電池式酸素センサでは、正極として金属片を使用し、正極と酸素透過膜との設置間隔を一定に保ち、正極と酸素透過膜との間に一定の厚みを有する電解液層を形成させる。このとき、外圧の変化等によって電解液層の厚みを一定に保つことは困難であり、センサ出力が不安定になる虞があった。 In such a galvanic cell type oxygen sensor, a metal piece is used as the positive electrode, the installation interval between the positive electrode and the oxygen permeable membrane is kept constant, and an electrolyte layer having a constant thickness is provided between the positive electrode and the oxygen permeable membrane. Let it form. At this time, it is difficult to keep the thickness of the electrolyte layer constant due to a change in external pressure or the like, and the sensor output may become unstable.
このような問題に対しては、例えば特許文献1のように、酸素透過膜の一方の面に正極を一体に接合したものが検討されている。具体的には、酸素透過膜の一方の面に貴金属である金をスパッタリングした金スパッタリング膜を形成することで、酸素透過膜と正極とを一体化することができるため、外圧の変化に対してもセンサ出力が変化するのを未然に防止することができる。 In order to solve such a problem, for example, Patent Document 1 has been studied in which a positive electrode is integrally joined to one surface of an oxygen permeable membrane. Specifically, by forming a gold sputtering film obtained by sputtering gold, which is a noble metal, on one surface of the oxygen permeable film, the oxygen permeable film and the positive electrode can be integrated. Also, it is possible to prevent the sensor output from changing.
特許文献1のように、酸素透過膜の一方の面に金スパッタリング膜を形成して酸素透過膜と正極とを一体化したガルバニ電池式酸素センサでは、経時的に酸素透過膜から金スパッタリング膜が劣化する等して剥がれる場合があった。このため、金スパッタリング膜の亀裂による導通不良や、酸素透過膜と金スパッタリング膜との間に電解液が入り込み、センサ出力が不安定になる虞があった。 As in Patent Document 1, in a galvanic cell type oxygen sensor in which a gold sputtering film is formed on one surface of an oxygen permeable film, and the oxygen permeable film and the positive electrode are integrated, the gold sputtering film is changed from the oxygen permeable film to the time course. There was a case of peeling due to deterioration. For this reason, there is a possibility that the conduction failure due to the crack of the gold sputtering film or the electrolyte enters between the oxygen permeable film and the gold sputtering film and the sensor output becomes unstable.
また、上述したガルバニ電池式酸素センサは、高温や高湿環境下において、ガス通気孔の近傍に設けたガス透過性隔膜から電解液が漏洩する虞があり、反応面積の低下によりセンサ出力が低下する虞があった。 In the galvanic cell type oxygen sensor described above, the electrolyte solution may leak from the gas permeable diaphragm provided in the vicinity of the gas vent in a high temperature or high humidity environment, and the sensor output decreases due to a decrease in the reaction area. There was a fear.
従って、本発明の目的は、金スパッタリング膜の耐久性を向上させ、センサ出力が安定し、電解液が漏洩し難いガルバニ電池式酸素センサを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a galvanic cell type oxygen sensor that improves the durability of the gold sputtering film, stabilizes the sensor output, and prevents the electrolyte from leaking.
上記目的を達成するための本発明に係るガルバニ電池式酸素センサは、ケーシング内に、貴金属を含む正極と、負極と、前記正極および前記負極に接触する電解液と、前記電解液を収容する電解液収容部と、被検知ガスを透過させるガス透過性隔膜と、を備えたガルバニ電池式酸素センサであって、その第一特徴構成は、前記正極における前記電解液収容部の側に、前記正極の剥離を防止する剥離防止手段を備えた点にある。 In order to achieve the above object, a galvanic cell type oxygen sensor according to the present invention includes, in a casing, a positive electrode containing a noble metal, a negative electrode, an electrolytic solution in contact with the positive electrode and the negative electrode, and an electrolysis containing the electrolytic solution. A galvanic cell type oxygen sensor comprising a liquid storage part and a gas permeable diaphragm that allows a gas to be detected to permeate, the first characteristic configuration of the positive electrode being on the side of the electrolyte storage part in the positive electrode It is in the point provided with the peeling prevention means which prevents peeling.
本構成によれば、正極における前記電解液収容部の側に、正極の剥離を防止する剥離防止手段を備えることにより、電解液が直接正極に接触し難くなるため、正極が剥離する等の劣化を未然に防止することができる。例えば正極における電解液収容部の側に金スパッタリング膜を成膜して正極とガス透過性隔膜とを一体化した場合は、金スパッタリング膜の耐久性が向上して剥離するのを未然に防止することができる。 According to this configuration, since the electrolytic solution is not easily brought into direct contact with the positive electrode by providing the anti-exfoliation means for preventing the exfoliation of the positive electrode on the side of the electrolyte container in the positive electrode, deterioration such as separation of the positive electrode Can be prevented in advance. For example, when a gold sputtering film is formed on the side of the electrolyte container in the positive electrode and the positive electrode and the gas permeable diaphragm are integrated, the durability of the gold sputtering film is improved and the peeling is prevented. be able to.
本発明に係るガルバニ電池式酸素センサの第二特徴構成は、前記剥離防止手段は、前記正極における前記電解液収容部の側を覆い、前記電解液に含まれるイオンを透過するイオン交換部とした点にある。 According to a second characteristic configuration of the galvanic cell type oxygen sensor according to the present invention, the separation preventing unit is an ion exchange unit that covers a side of the electrolyte solution storage unit in the positive electrode and transmits ions contained in the electrolyte solution. In the point.
本構成では、剥離防止手段をイオン交換部とし、正極における電解液収容部の側をイオン交換部で覆ったとしても当該イオン交換部は電解液に含まれるイオンを透過して当該イオンを正極に供することができるため、正負極間における酸化還元反応を妨げることはない。従って、本構成では高温、高湿等の過酷環境であっても正極の耐久性が向上し、センサ特性を維持しつつセンサ出力が安定したガルバニ電池式酸素センサとなる。 In this configuration, even if the peeling prevention means is an ion exchange part and the electrolyte solution storage part side of the positive electrode is covered with the ion exchange part, the ion exchange part transmits ions contained in the electrolyte solution and turns the ions into the positive electrode. Therefore, the redox reaction between the positive and negative electrodes is not hindered. Therefore, in this configuration, the durability of the positive electrode is improved even in a harsh environment such as high temperature and high humidity, and a galvanic cell type oxygen sensor with stable sensor output while maintaining sensor characteristics is obtained.
本発明に係るガルバニ電池式酸素センサの第三特徴構成は、前記イオン交換部は、溶液層およびイオン交換膜で形成された二層で構成した点にある。 The third characteristic configuration of the galvanic cell type oxygen sensor according to the present invention is that the ion exchange part is composed of two layers formed of a solution layer and an ion exchange membrane.
本構成によれば、イオン交換部を二層で構成することにより、単層の場合と比べて正極の耐久性をより向上させることができる。 According to this configuration, by configuring the ion exchange part with two layers, the durability of the positive electrode can be further improved as compared with the case of a single layer.
本発明に係るガルバニ電池式酸素センサの第四特徴構成は、前記イオン交換部を前記正極より小径に構成した部位を有する点にある。 The fourth characteristic configuration of the galvanic cell type oxygen sensor according to the present invention is that it has a portion where the ion exchange part is configured to have a smaller diameter than the positive electrode.
例えばイオン交換部にイオン交換膜を適用した場合、当該イオン交換膜を正極より小径とすれば、イオン交換膜を正極上に位置付けるときに、多少の位置ズレが生じたとしてもイオン交換膜は正極2上の位置から外れ難くなる。そのため、イオン交換膜を組み付ける際の誤差をある程度許容できるため、ガルバニ電池式酸素センサの製造が容易となる。 For example, when an ion exchange membrane is applied to the ion exchange part, if the ion exchange membrane is smaller in diameter than the positive electrode, the ion exchange membrane is positive even if a slight misalignment occurs when the ion exchange membrane is positioned on the positive electrode. It becomes difficult to come off the position on 2. Therefore, since an error in assembling the ion exchange membrane can be allowed to some extent, the galvanic cell type oxygen sensor can be easily manufactured.
本発明に係るガルバニ電池式酸素センサの製造方法は、ケーシング内に、貴金属を含む正極と、負極と、前記正極および前記負極に接触する電解液と、前記電解液を収容する電解液収容部と、被検知ガスを透過させるガス透過性隔膜と、を備えたガルバニ電池式酸素センサの製造方法であって、その特徴構成は、前記正極に対してイオン交換膜と同様の組成の溶液を滴下する滴下工程と、前記イオン交換膜を熱圧着する熱圧着工程と、を有する点にある。 The method for manufacturing a galvanic cell type oxygen sensor according to the present invention includes, in a casing, a positive electrode containing a noble metal, a negative electrode, an electrolytic solution in contact with the positive electrode and the negative electrode, and an electrolytic solution storage unit that stores the electrolytic solution. A gas permeable membrane oxygen sensor having a gas permeable membrane that allows the gas to be detected to permeate, wherein the characteristic configuration is that a solution having the same composition as the ion exchange membrane is dropped onto the positive electrode. There exists a point which has a dripping process and the thermocompression-bonding process of thermocompression-bonding the said ion exchange membrane.
本構成によれば、イオン交換部を、一方の層を溶液層とし、他方の層をイオン交換膜とした二層で構成するガルバニ電池式酸素センサを製造することができる。この場合、溶液層は滴下することにより容易に成膜することができ、イオン交換膜は、溶液層に対する接着性が優れているため、イオン交換部の効果を確実にすることができる。
従って、本構成であれば、正極の耐久性がより向上し、センサ特性を維持しつつセンサ出力が安定したガルバニ電池式酸素センサを製造することができる。
According to this structure, the galvanic cell type oxygen sensor which comprises an ion exchange part by two layers which made one layer the solution layer and made the other layer the ion exchange membrane can be manufactured. In this case, the solution layer can be easily formed by dropping, and the ion exchange membrane is excellent in adhesion to the solution layer, so that the effect of the ion exchange portion can be ensured.
Therefore, with this configuration, it is possible to manufacture a galvanic cell type oxygen sensor in which the durability of the positive electrode is further improved and the sensor output is stable while maintaining the sensor characteristics.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1,2に示したように、本発明のガルバニ電池式酸素センサXは、ケーシング1内に、貴金属を含む正極2と、負極3と、当該正極2および負極3に接触する電解液4と、当該電解液4を収容する電解液収容部5と、被検知ガスを透過させるガス透過性隔膜6と、を備え、正極2における電解液収容部5の側に、正極2の剥離を防止する剥離防止手段10を備える。当該剥離防止手段10は、正極2における電解液収容部5の側を覆い、電解液4に含まれるイオンを透過するイオン交換部7としてある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the galvanic cell type oxygen sensor X of the present invention includes a positive electrode 2 containing a noble metal, a negative electrode 3, and an electrolyte solution 4 in contact with the positive electrode 2 and the negative electrode 3. And an electrolyte containing part 5 that contains the electrolyte 4 and a gas permeable diaphragm 6 that allows the gas to be detected to permeate. The positive electrode 2 is prevented from peeling on the side of the electrolyte containing part 5 in the positive electrode 2. The peeling prevention means 10 is provided. The peeling prevention means 10 is an ion exchange portion 7 that covers the electrolyte solution storage portion 5 side of the positive electrode 2 and transmits ions contained in the electrolyte solution 4.
ケーシング1は、ケーシング本体1aおよび蓋部1bを備えている。本実施形態のケーシング1は略円柱状とした場合について説明するが、これに限定されるものではない。ケーシング本体1aには、ケーシング1の内部に酸素を導入できるように、約2mm径のガス通気孔1cが設けられている。蓋部1bは、ケーシング本体1aの周縁部(スカート部1a1)と溶接するフレーム部1b1と、当該フレーム部1b1の内方に配設される樹脂製の樹脂部1b2と、を備える。 The casing 1 includes a casing body 1a and a lid portion 1b. Although the case where the casing 1 of this embodiment is made into a substantially cylindrical shape is demonstrated, it is not limited to this. The casing body 1 a is provided with a gas vent hole 1 c having a diameter of about 2 mm so that oxygen can be introduced into the casing 1. The lid portion 1b includes a frame portion 1b1 to be welded to a peripheral edge portion (skirt portion 1a1) of the casing body 1a, and a resin portion 1b2 made of resin disposed inside the frame portion 1b1.
スカート部1a1およびフレーム部1b1は、共に円環状に形成されて対向し、フレーム部1b1におけるスカート部1a1の側の表面が円環状に凸設された凸設部1b3を溶かすことにより、スカート部1a1およびフレーム部1b1を溶接することができる。フレーム部1b1における凸設部1b3の裏面は溝状に凹設してある。
本実施形態ではスカート部1a1およびフレーム部1b1を溶接する場合について説明するが、これらが十分に接合できれば他の方法(例えばかしめ等)を適用してもよい。ただし、接合の強度等の観点から、上述した溶接の態様を適用するのが好ましい。
The skirt portion 1a1 and the frame portion 1b1 are both formed in an annular shape and face each other, and the skirt portion 1a1 is formed by melting the protruding portion 1b3 in which the surface of the frame portion 1b1 on the skirt portion 1a1 side is protruded in an annular shape. And the frame part 1b1 can be welded. The back surface of the projecting portion 1b3 in the frame portion 1b1 is recessed in a groove shape.
In the present embodiment, the case where the skirt portion 1a1 and the frame portion 1b1 are welded will be described, but other methods (for example, caulking or the like) may be applied as long as they can be sufficiently joined. However, it is preferable to apply the above-described welding mode from the viewpoint of bonding strength and the like.
当該樹脂部1b2は、PPS樹脂等で構成することができるが、これに限定されるものではない。また、蓋部1b(樹脂部1b2)には、蓋部1bをケーシング本体1aに組み付けた後に電解液4を注入できるように注入部1dが設けてある。当該注入部1dは筒状に形成してあり、外方に対して凸設した開口部1d1が形成してある。 Although the said resin part 1b2 can be comprised with PPS resin etc., it is not limited to this. The lid portion 1b (resin portion 1b2) is provided with an injection portion 1d so that the electrolytic solution 4 can be injected after the lid portion 1b is assembled to the casing body 1a. The injection portion 1d is formed in a cylindrical shape, and is formed with an opening 1d1 that protrudes outward.
蓋部1bは、フレーム部1b1の中央に樹脂部1b2を注入してインサート成形によって作製することができるが、これに限定されるものではなく、樹脂部1b2をフレーム部1b1の中央に熱圧入する熱圧入成形によって作製してもよい。このように成形することで、フレーム部1b1の一部(嵌入部1b4)が樹脂部1b2に嵌入した態様となり、フレーム部1b1および樹脂部1b2を強固に結合させてケーシング1内の密閉度を向上させることができる。 The lid 1b can be manufactured by insert molding by injecting the resin portion 1b2 into the center of the frame portion 1b1, but is not limited thereto, and the resin portion 1b2 is hot-pressed into the center of the frame portion 1b1. You may produce by hot press molding. By molding in this way, a part of the frame portion 1b1 (inserted portion 1b4) is fitted into the resin portion 1b2, and the frame portion 1b1 and the resin portion 1b2 are firmly coupled to improve the sealing degree in the casing 1. Can be made.
ガルバニ電池式酸素センサXは、ケーシング本体1aおよび蓋部1bを組み付けた状態で、エポキシ接着剤等の接着剤20を介してPC基板21等の他物に配設することができる。本実施形態では、ガルバニ電池式酸素センサXおよびPC基板21をセンサユニットAと称する。 The galvanic cell type oxygen sensor X can be disposed on another object such as the PC board 21 via an adhesive 20 such as an epoxy adhesive in a state where the casing main body 1a and the lid 1b are assembled. In the present embodiment, the galvanic cell type oxygen sensor X and the PC board 21 are referred to as a sensor unit A.
本実施形態の蓋部1b(樹脂部1b2)には、負極3の一部(縮径部3a)が嵌入する嵌入孔1eを設けてあり、嵌入した負極3の端面と接して導通できる接点部材1fを配設してある。接点部材1fにおけるPC基板21の側は、当該PC基板21の接点孔部21aに嵌入する嵌入凸部1gを備える。PC基板21の接点孔部21aの内面、および、PC基板21のガルバニ電池式酸素センサXの側とその裏面には、ガルバニ電池式酸素センサXと導通するための金属薄膜22a,22b,22cがそれぞれ配設してある。PC基板21のガルバニ電池式酸素センサXの側に配設してある金属薄膜22bは、PC基板21の周縁に沿うように環状に形成してあり、蓋部1bのフレーム部1b1と対向したときに略一致する形状となっている。 The lid portion 1b (resin portion 1b2) of the present embodiment is provided with a fitting hole 1e into which a part of the negative electrode 3 (the reduced diameter portion 3a) is fitted, and a contact member that can be brought into contact with the end face of the fitted negative electrode 3 1f is provided. The side of the PC board 21 in the contact member 1 f includes a fitting protrusion 1 g that is fitted into the contact hole 21 a of the PC board 21. Metal thin films 22a, 22b, and 22c for electrical connection with the galvanic cell type oxygen sensor X are provided on the inner surface of the contact hole 21a of the PC board 21 and the galvanic cell type oxygen sensor X side and the back surface of the PC board 21. Each is arranged. The metal thin film 22b disposed on the galvanic cell type oxygen sensor X side of the PC board 21 is formed in an annular shape along the peripheral edge of the PC board 21, and is opposed to the frame part 1b1 of the lid part 1b. The shape is approximately the same.
接点部材1fにおける嵌入凸部1gおよびPC基板21の接点孔部21aは、これらを導電性接着剤8で接着して固定することにより、接点部材1fおよびPC基板21を導通してある。また、負極3および接点部材1fは、これらを導電性接着剤8で接着して固定することにより、蓋部1bおよび負極3を導通してある。 The fitting protrusion 1g in the contact member 1f and the contact hole 21a of the PC board 21 are electrically connected to the contact member 1f and the PC board 21 by bonding them with the conductive adhesive 8. Moreover, the negative electrode 3 and the contact member 1f are electrically connected to the lid portion 1b and the negative electrode 3 by bonding them with a conductive adhesive 8 and fixing them.
ケーシング本体1aおよび蓋部1b(フレーム部1b1)の材質は、ステンレス製とすることができるが、これに限らず、その他の金属や樹脂を適用することができる。ケーシング本体1a、フレーム部1b1を電極として通電する場合には金属製であることが好ましく、また金属製であれば樹脂製のものに比べて、内部の電解液4の蒸発を防ぐこともできる。 The material of the casing body 1a and the lid portion 1b (frame portion 1b1) can be made of stainless steel, but is not limited to this, and other metals and resins can be applied. When energizing the casing body 1a and the frame portion 1b1 as electrodes, it is preferably made of metal, and if it is made of metal, evaporation of the electrolyte 4 inside can be prevented as compared with a resin.
ケーシング1内には、ガス通気孔1cの側から順に、環状でポリイミド製の固形接着シート11、不織布状のセパレータ12、貴金属を含む正極2が配設してある。固形接着シート11は、ケーシング1および正極2を密着させることができるため、ケーシング1の孔部1cから入った酸素がケーシング1と正極2との間を拡散することなく、最短距離で正極2に導くことができる。セパレータ12は、固形接着シート11より小径で固形接着シート11の内側に配設すればよく、例えば撥水性を有するガス透過性の多孔質PTFE膜等を使用することができるが、これに限定されるものではない。また、固形接着シート11および正極2は略同程度の外径を有するように構成してある。 In the casing 1, an annular polyimide solid adhesive sheet 11, a nonwoven fabric separator 12, and a positive electrode 2 containing a noble metal are disposed in this order from the gas vent 1 c side. Since the solid adhesive sheet 11 can bring the casing 1 and the positive electrode 2 into close contact with each other, oxygen entering from the hole 1c of the casing 1 does not diffuse between the casing 1 and the positive electrode 2 and can reach the positive electrode 2 at the shortest distance. Can lead. The separator 12 may be disposed inside the solid adhesive sheet 11 with a smaller diameter than the solid adhesive sheet 11. For example, a gas-permeable porous PTFE membrane having water repellency can be used, but the separator 12 is not limited thereto. It is not something. The solid adhesive sheet 11 and the positive electrode 2 are configured to have substantially the same outer diameter.
固形接着シート11、セパレータ12および正極2は、銀−エポキシ系(ECA−100)等の導電性接着剤8で固定するとよい。当該導電性接着剤8は、耐久温度や製造上の温度の関係等に鑑み、適宜異なる複数種類の導電性接着剤を使用してもよい。このとき、固形接着シート11、セパレータ12および正極2を重ね、熱硬化させた後、イオン交換部7を熱圧着させた状態で、これらの側面および正極2の外周の一部を導電性接着剤8で覆うように導電性接着剤8を塗布すればよい。これにより、固形接着シート11、セパレータ12および正極2を重ねた状態で、ケーシング1(ケーシング本体1a)に対してこれらを導電性接着剤8で接着して固定することにより、ケーシング本体1aおよび正極2を導通してある。 The solid adhesive sheet 11, the separator 12 and the positive electrode 2 are preferably fixed with a conductive adhesive 8 such as a silver-epoxy system (ECA-100). For the conductive adhesive 8, a plurality of different types of conductive adhesives may be used as appropriate in consideration of the relationship between durability temperature and manufacturing temperature. At this time, the solid adhesive sheet 11, the separator 12 and the positive electrode 2 are stacked and thermally cured, and then the side surfaces and a part of the outer periphery of the positive electrode 2 are bonded to the conductive adhesive in a state where the ion exchange part 7 is thermocompression bonded. The conductive adhesive 8 may be applied so as to be covered with 8. Accordingly, the casing main body 1a and the positive electrode 2 are bonded and fixed to the casing 1 (casing main body 1a) with the conductive adhesive 8 in a state where the solid adhesive sheet 11, the separator 12 and the positive electrode 2 are stacked. 2 is conducted.
従って、ガルバニ電池式酸素センサXは、ケーシング本体1aおよび蓋部1bを組み付けた状態でPC基板21に配設したとき、正極2はフレーム部1b1と溶接してあるケーシング本体1aに導通するため正極2はPC基板21と導通し、負極3は蓋部1bに設けた接点部材1fに導通するため負極3はPC基板21と導通する。 Therefore, when the galvanic cell type oxygen sensor X is disposed on the PC board 21 with the casing body 1a and the lid portion 1b assembled, the positive electrode 2 is electrically connected to the casing body 1a welded to the frame portion 1b1. 2 is electrically connected to the PC board 21, and the negative electrode 3 is electrically connected to the contact member 1 f provided on the lid 1 b, so that the negative electrode 3 is electrically connected to the PC board 21.
また、固形接着シート11、セパレータ12、正極2を重ね、熱硬化させた後、イオン交換部7を熱圧着し、これらの側面および正極2の外周の一部、もしくは全周を導電性接着剤8で覆うように導電性接着剤8を塗布してもよい。 In addition, the solid adhesive sheet 11, the separator 12, and the positive electrode 2 are stacked and thermally cured, and then the ion exchange part 7 is thermocompression bonded, and a part or the entire periphery of the side surface and the positive electrode 2 is electrically conductive adhesive. The conductive adhesive 8 may be applied so as to be covered with 8.
本実施形態では、ケーシング本体1aおよび蓋部1bを組み付けた状態で蓋部1bをPC基板21に配設する際に、PC基板21の開口部21bに注入部1dの開口部1d1が挿通するように構成してある。 In this embodiment, when the lid 1b is disposed on the PC board 21 with the casing body 1a and the lid 1b assembled, the opening 1d1 of the injection part 1d is inserted through the opening 21b of the PC board 21. It is configured.
正極2は、例えば厚さ1μm程度の貴金属の薄膜状の電極として構成してある。当該貴金属としては、金、白金、銀等の金属を用いることができる。これら貴金属は、金箔、白金箔、銀箔といった金属箔の態様で供してもよいし、適当な基材にスパッタリングして成膜した態様で供してもよい。本実施形態では、被検知ガスを透過させるガス透過性隔膜6(後述)における電解液収容部5の側に金をスパッタリングして金スパッタリング膜を成膜し、正極2とガス透過性隔膜6とを一体化した場合について説明する。 The positive electrode 2 is configured as a noble metal thin-film electrode having a thickness of about 1 μm, for example. As the noble metal, metals such as gold, platinum, and silver can be used. These noble metals may be provided in the form of a metal foil such as a gold foil, a platinum foil, or a silver foil, or may be provided in a form formed by sputtering on a suitable substrate. In the present embodiment, a gold sputtering film is formed by sputtering gold on the side of the electrolyte solution storage section 5 in a gas permeable diaphragm 6 (described later) that allows the gas to be detected to pass, and the positive electrode 2, the gas permeable diaphragm 6, The case where these are integrated will be described.
負極3は、従来公知の負極材料が使用でき、特に本実施形態のように鉛等の卑金属を含むものが好ましく適用できる。卑金属としては、鉛の他、亜鉛、アルミニウム等が例示される。本実施形態の負極3の形状は略筒状とし、一部が縮径した縮径部3aおよび当該縮径部3aより大径である大径部3bを備えて電解液収容部5に囲繞される態様とした場合について説明するが、センサ組み立ての際およびセンサの使用の際に、負極3が位置ずれしない態様であれば、特にこのような態様に限定されるものではない。 A conventionally known negative electrode material can be used for the negative electrode 3, and in particular, a material containing a base metal such as lead as in this embodiment can be preferably applied. Examples of the base metal include zinc, aluminum and the like in addition to lead. The negative electrode 3 of the present embodiment has a substantially cylindrical shape, and includes a reduced diameter portion 3a whose diameter is partially reduced and a large diameter portion 3b that is larger in diameter than the reduced diameter portion 3a and is surrounded by the electrolyte container 5. However, the present invention is not particularly limited to such a mode as long as the negative electrode 3 is not misaligned during sensor assembly and use of the sensor.
電解液4は、当該正極2および負極3に接触するように電解液収容部5に収容する。当該電解液収容部5には電解液4を保持する保水部材9を配設してある。本実施形態では、電解液収容部5に第一保水部材9aおよび第二保水部材9bを配設し、これら保水部材9a,9bに電解液4を含浸させるように構成した場合について説明する。第一保水部材9aは板状に形成して正極2の側に配設し、第二保水部材9bは第一保水部材9aに隣接し、少なくとも負極3の一部を囲繞して負極3に接するように環状に形成してある。本実施形態では第二保水部材9bは負極3の大径部3bを囲繞して負極3に接する態様について説明するが、これに限定されるものではなく、電解液収容部5の容積等を鑑みて第二保水部材9bは負極3の縮径部3aおよび大径部3bを囲繞してもよい。
尚、第一保水部材9aおよび第二保水部材9bは、ケーシング本体1aおよび蓋部1bを組み付けた状態とした際(図1)には、第一保水部材9aの材料によっては負極3の一部が第一保水部材9aに陥没する態様となる。
The electrolytic solution 4 is stored in the electrolytic solution storage unit 5 so as to be in contact with the positive electrode 2 and the negative electrode 3. A water retention member 9 for holding the electrolyte solution 4 is disposed in the electrolyte solution storage unit 5. In the present embodiment, a case will be described in which the first water retaining member 9a and the second water retaining member 9b are disposed in the electrolytic solution storage unit 5 and the water retaining members 9a and 9b are impregnated with the electrolytic solution 4. The first water retention member 9a is formed in a plate shape and disposed on the positive electrode 2 side, and the second water retention member 9b is adjacent to the first water retention member 9a, surrounds at least a part of the negative electrode 3, and contacts the negative electrode 3. It is formed in an annular shape. In the present embodiment, the second water retaining member 9b describes a mode in which the large-diameter portion 3b of the negative electrode 3 is surrounded and is in contact with the negative electrode 3. However, the present invention is not limited to this, and the volume of the electrolyte solution storage unit 5 is considered. The second water retaining member 9b may surround the reduced diameter portion 3a and the large diameter portion 3b of the negative electrode 3.
The first water retaining member 9a and the second water retaining member 9b are part of the negative electrode 3 depending on the material of the first water retaining member 9a when the casing main body 1a and the lid portion 1b are assembled (FIG. 1). However, it will become a mode which sinks into the 1st water retention member 9a.
また、本実施形態では、第二保水部材9bは第一保水部材9aよりも嵩密度の低い膜体で構成してある(図4)。即ち、第二保水部材9bは第一保水部材9aよりも目の粗い膜体とすることができる。例えば第二保水部材9bを構成する繊維は、第一保水部材9aを構成する繊維より太く、繊維間の隙間を大きくしたものを使用するのがよい。これら保水部材9a,9bは、厚さ0.25〜3mm程度の膜体を使用することができる。 Moreover, in this embodiment, the 2nd water retention member 9b is comprised with the film body whose bulk density is lower than the 1st water retention member 9a (FIG. 4). In other words, the second water retaining member 9b can be a coarser film than the first water retaining member 9a. For example, the fibers constituting the second water retention member 9b are preferably thicker than the fibers constituting the first water retention member 9a and having a larger gap between the fibers. These water retaining members 9a and 9b can use film bodies having a thickness of about 0.25 to 3 mm.
このような保水部材9として、例えば第一保水部材9aはセラミック繊維を主材とする膜体を使用することができる。この膜体の嵩密度は0.18g/cm3程度、空間率は90%程度、とするのがよく、具体的にはMCペーパー(日本板硝子株式会社製)を使用することができるが、これに限定されるものではない。 As such a water retention member 9, for example, the first water retention member 9a can be a film body mainly composed of ceramic fibers. The bulk density of the film body should be about 0.18 g / cm 3 and the space ratio should be about 90%. Specifically, MC paper (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) can be used. It is not limited to.
また、第二保水部材9bは、ポリエチレン・ポリプロピレン重合体などの樹脂製の膜体を使用することができる。この膜体の嵩密度は0.08g/cm3程度、空間率は90%程度、とするのがよく、具体的にはOR−125(アサヒ繊維工業株式会社製)を使用することができるが、これに限定されるものではない。 The second water retaining member 9b can be a resin film such as a polyethylene / polypropylene polymer. The bulk density of the film body is preferably about 0.08 g / cm 3 and the space ratio is about 90%. Specifically, OR-125 (manufactured by Asahi Textile Industry Co., Ltd.) can be used. However, the present invention is not limited to this.
電解液4は、塩基性水溶液および酸性水溶液のいずれも使用することができる。例えば、塩基性水溶液としてKOH水溶液、酸性水溶液としてCH3COOHとCH3COOKとの緩衝溶液のように、従来のガルバニ電池式酸素センサに適用できる電解液を使用することができる。 As the electrolytic solution 4, both a basic aqueous solution and an acidic aqueous solution can be used. For example, an electrolytic solution applicable to a conventional galvanic cell type oxygen sensor such as a KOH aqueous solution as a basic aqueous solution and a buffer solution of CH 3 COOH and CH 3 COOK as an acidic aqueous solution can be used.
被検知ガスを透過させるガス透過性隔膜6は、酸素を選択的に透過し、電解液4を透過しない隔膜であり、外部および容器1の内部を仕切るものである。ガス透過性隔膜6の材質は、電解液4を透過せず酸素透過性能を有するものであれば特に限定されず、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)やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等、従来公知のものが適用可能である。 The gas permeable diaphragm 6 that allows the gas to be detected to permeate is a diaphragm that selectively permeates oxygen and does not permeate the electrolytic solution 4, and partitions the outside and the inside of the container 1. The material of the gas permeable diaphragm 6 is not particularly limited as long as it does not transmit the electrolyte solution 4 and has oxygen permeation performance. For example, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer resin (FEP), tetrafluoroethylene, A conventionally well-known thing, such as a perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), is applicable.
本発明のガルバニ電池式酸素センサXは、正極2における電解液収容部5の側を、電解液4に含まれるイオンを透過するイオン交換部7で覆っている。本発明では、正極2において少なくとも電解液収容部5の側をイオン交換部7で覆う態様とすればよい。当該イオン交換部7は、例えばイオン交換膜を使用することができ、電解液4が塩基性水溶液の場合はアニオン交換膜を使用することができる。このとき例えばイオン交換膜は、第四級アンモニウム塩を使用したアニオン交換膜を使用することができる。また、電解液4が酸性水溶液の場合はカチオン交換膜を使用すればよい。イオン交換膜は、具体的にはナフィオン(登録商標:デュポン社製)、アシプレックス(登録商標:旭化成社製)、フレミオン(登録商標:旭硝子社製)、ユアサグラフト膜(ユアサメンブレンシステム社製)などを使用することができるが、これらに限定されるものではない。 In the galvanic cell type oxygen sensor X of the present invention, the side of the electrolyte container 5 in the positive electrode 2 is covered with an ion exchange unit 7 that transmits ions contained in the electrolyte 4. In this invention, what is necessary is just to make it the aspect which covers the electrolyte solution accommodating part 5 side with the ion exchange part 7 in the positive electrode 2 at least. The ion exchange part 7 can use an ion exchange membrane, for example, and when the electrolyte solution 4 is a basic aqueous solution, an anion exchange membrane can be used. At this time, for example, an anion exchange membrane using a quaternary ammonium salt can be used as the ion exchange membrane. Further, when the electrolytic solution 4 is an acidic aqueous solution, a cation exchange membrane may be used. Specifically, the ion exchange membrane is Nafion (registered trademark: manufactured by DuPont), Aciplex (registered trademark: manufactured by Asahi Kasei), Flemion (registered trademark: manufactured by Asahi Glass), Yuasa graft membrane (manufactured by Yuasa Membrane System) However, it is not limited to these.
また、イオン交換膜以外でも、スパッタリング膜が直接緩衝されない様な形態、例えば、親水性多孔質ポリエチレン(ポリミック/登録商標:日本板硝子社製)、親水性多孔質ポリオレフィン、親水性多孔質PTFE、セロハン(フタムラ化学社製)、パピロン(登録商標:三晶社製)等をスパッタリングされた膜の上面に密着させて、剥離防止手段10とすることができる。 In addition to the ion exchange membrane, a form in which the sputtering membrane is not directly buffered, for example, hydrophilic porous polyethylene (Polymic / registered trademark: manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.), hydrophilic porous polyolefin, hydrophilic porous PTFE, cellophane. (Phullamura Chemical Co., Ltd.), papillon (registered trademark: manufactured by Sanki Co., Ltd.), etc. can be brought into close contact with the upper surface of the sputtered film to provide the peeling prevention means 10.
このように正極2における電解液収容部5の側をイオン交換部7で覆うことにより、電解液4が直接正極2に接触し難くなるため、正極2が劣化するのを未然に防止することができる。本実施形態のように、金スパッタリング膜を成膜して正極2とガス透過性隔膜6とを一体化した場合は、金スパッタリング膜の耐久性が向上して剥離するのを未然に防止することができる。このとき、正極2をイオン交換部7で覆ったとしても当該イオン交換部7は電解液4に含まれる水酸化物イオン等のイオンを透過して当該イオンを正極2に供することができるため、正負極間における酸化還元反応を妨げることはない。従って、本構成ではセンサ特性を維持しつつセンサ出力が安定したガルバニ電池式酸素センサとなる。 Thus, by covering the side of the electrolyte container 5 in the positive electrode 2 with the ion exchange unit 7, it is difficult for the electrolyte 4 to come into direct contact with the positive electrode 2, thereby preventing the positive electrode 2 from being deteriorated. it can. In the case where the gold sputtering film is formed and the positive electrode 2 and the gas permeable diaphragm 6 are integrated as in the present embodiment, the durability of the gold sputtering film is improved and the peeling is prevented in advance. Can do. At this time, even if the positive electrode 2 is covered with the ion exchange part 7, the ion exchange part 7 can pass ions such as hydroxide ions contained in the electrolytic solution 4 and supply the ions to the positive electrode 2. It does not interfere with the redox reaction between the positive and negative electrodes. Therefore, in this configuration, a galvanic cell type oxygen sensor having a stable sensor output while maintaining sensor characteristics is obtained.
イオン交換部7は複数の層で構成することが可能である。本実施形態では、イオン交換部7を二層で構成する場合について説明する。二層としては、両方の層をイオン交換膜7としてもよいし、一方の層をイオン交換膜7と同様の組成の樹脂溶液やナフィオン溶液を塗布する層とし、他方の層をイオン交換膜7としてもよい。また、ナフィオン溶液を使用する場合は、ナフィオン溶液の濃度は5〜20wt%で、溶媒は低級アルコールと純水(15〜34%)の混合物、または、純水とすればよい。本構成のように一方の層を樹脂溶液などの溶液層7aとし、他方の層をイオン交換膜7bとした場合、イオン交換膜7bの接着性が向上するため、イオン交換部7の効果を確実にすることができる。 The ion exchange part 7 can be composed of a plurality of layers. In this embodiment, the case where the ion exchange part 7 is comprised by two layers is demonstrated. As the two layers, both layers may be the ion exchange membrane 7, one layer is a layer to which a resin solution or a Nafion solution having the same composition as the ion exchange membrane 7 is applied, and the other layer is the ion exchange membrane 7. It is good. When a Nafion solution is used, the Nafion solution has a concentration of 5 to 20 wt%, and the solvent may be a mixture of lower alcohol and pure water (15 to 34%) or pure water. When one layer is a solution layer 7a such as a resin solution and the other layer is an ion exchange membrane 7b as in this configuration, the adhesiveness of the ion exchange membrane 7b is improved, so that the effect of the ion exchange portion 7 is ensured. Can be.
また、一方の層を溶液層7aとし、他方の層をイオン交換膜7bとした場合、正極2に対してイオン交換膜7bと同様の組成の溶液を滴下する滴下工程と、イオン交換膜7bを熱圧着する熱圧着工程と、を行うことにより正極2をイオン交換部7で覆うことができる。滴下工程は、正極2に対して適量(例えば5〜100μL)の前記溶液を滴下すればよい。滴下工程を行うタイミングは、固形接着シート11、セパレータ12および正極2を重ね、熱硬化させた後に行えばよい。本実施形態では滴下工程後に、イオン交換膜7bを熱圧着(熱圧着工程)する場合について説明するが、イオン交換膜7bが無い態様とすることもできる。その後、これらの側面および正極2における電解液収容部5の側の外縁の一部、もしくは全周を導電性接着剤8で覆うように導電性接着剤8を塗布すればよい。この場合、イオン交換部7および正極2において、イオン交換部7は正極2より小径に構成した部位を有するように構成してもよい。即ち、イオン交換膜7bは正極2より小径とすることができる。また、導電性接着剤8で覆うことにより、イオン交換部7と金スパッタリング膜との界面への電解液が侵入し難くなる。 When one layer is the solution layer 7a and the other layer is the ion exchange membrane 7b, a dropping step of dropping a solution having the same composition as the ion exchange membrane 7b on the positive electrode 2 and an ion exchange membrane 7b The positive electrode 2 can be covered with the ion exchange part 7 by performing the thermocompression bonding process of thermocompression bonding. In the dropping step, an appropriate amount (for example, 5 to 100 μL) of the solution may be dropped onto the positive electrode 2. What is necessary is just to perform the timing which performs a dripping process, after overlapping the solid adhesive sheet 11, the separator 12, and the positive electrode 2, and making it thermoset. Although this embodiment demonstrates the case where the ion exchange membrane 7b is thermocompression-bonded (thermocompression-bonding process) after a dripping process, it can also be set as the aspect without the ion-exchange membrane 7b. Thereafter, the conductive adhesive 8 may be applied so that the conductive adhesive 8 covers a part or the entire periphery of the side surface and the outer edge of the positive electrode 2 on the side of the electrolyte container 5. In this case, in the ion exchange part 7 and the positive electrode 2, the ion exchange part 7 may be configured to have a portion configured to have a smaller diameter than the positive electrode 2. That is, the ion exchange membrane 7 b can be made smaller in diameter than the positive electrode 2. Moreover, by covering with the conductive adhesive 8, it becomes difficult for the electrolytic solution to enter the interface between the ion exchange part 7 and the gold sputtering film.
このとき、導電性接着剤8は、前記側面および正極2の外周の一部、もしくは全周を覆うことができるため、固形接着シート11、セパレータ12および正極2を強固に固定することができる。また、イオン交換部7に含浸された電解液4は正極2の外周の一部、もしくは全周を覆う導電性接着剤8の位置で確実に遮断することができるため、電解液4が固形接着シート11に接触し難くなり、電解液4の漏洩を未然に防止することができる。 At this time, since the conductive adhesive 8 can cover a part of the side surface and the outer periphery of the positive electrode 2 or the entire periphery, the solid adhesive sheet 11, the separator 12, and the positive electrode 2 can be firmly fixed. In addition, since the electrolyte solution 4 impregnated in the ion exchange part 7 can be reliably cut off at the position of the conductive adhesive 8 covering a part of the outer periphery of the positive electrode 2 or the entire periphery, the electrolyte solution 4 is solid-bonded. It becomes difficult to contact the sheet 11, and leakage of the electrolyte solution 4 can be prevented in advance.
また、イオン交換部7のうち、イオン交換膜7bを正極2より小径とする場合、イオン交換膜7bを熱圧着する際に正極2上に位置付けるときに、多少の位置ズレが生じたとしてもイオン交換膜7bは正極2上の位置から外れ難くなる。そのため、イオン交換膜7bを組み付ける際の誤差をある程度許容できるため、製造が容易となる。 Further, in the ion exchange part 7, when the ion exchange membrane 7 b has a smaller diameter than the positive electrode 2, even if a slight misalignment occurs when the ion exchange membrane 7 b is positioned on the positive electrode 2 during thermocompression bonding, The exchange membrane 7b is difficult to be removed from the position on the positive electrode 2. For this reason, an error in assembling the ion exchange membrane 7b can be allowed to some extent, so that the manufacturing becomes easy.
滴下工程を行った後は、前記溶液を乾燥させる乾燥工程を行ってもよい。この乾燥は室温付近で自然乾燥としてもよいし、乾燥機等を使用して乾燥してもよい。乾燥時の温度および時間は約120℃付近で数時間とするなど特に限定されるものではなく、前記溶液の性質を変化させない程度の温度であれば適宜設定することができる。また、熱圧着工程は例えば100〜120℃程度で1.5〜5分間の条件とすることができるが、イオン交換膜7bの性質を変化させない程度の温度であればこれらに限定されるものではない。尚、導電性接着剤8を塗布した後は、自然乾燥としてもよいし、乾燥機等を使用して140℃付近の温度で1〜数時間程度乾燥してもよい。 After performing the dropping step, a drying step for drying the solution may be performed. This drying may be natural drying near room temperature, or may be performed using a dryer or the like. The drying temperature and time are not particularly limited, such as several hours around 120 ° C., and can be set as appropriate as long as the temperature does not change the properties of the solution. In addition, the thermocompression bonding step can be performed, for example, at a temperature of about 100 to 120 ° C. for 1.5 to 5 minutes, but is not limited to these as long as the temperature does not change the properties of the ion exchange membrane 7b. Absent. In addition, after apply | coating the conductive adhesive 8, it is good also as natural drying, and you may dry about 1 to several hours at the temperature of about 140 degreeC using a drying machine etc.
また、固形接着シート11、セパレータ12および正極2を重ね、熱硬化させた後、導電性接着剤8を塗布し、その後、滴下工程および熱圧着工程を行って正極2をイオン交換部7で覆ってもよい。 In addition, the solid adhesive sheet 11, the separator 12 and the positive electrode 2 are stacked and thermally cured, and then the conductive adhesive 8 is applied, and then the dropping process and the thermocompression bonding process are performed to cover the positive electrode 2 with the ion exchange unit 7. May be.
このように、イオン交換部7を二層(複数の層)で構成することにより、単層の場合と比べて耐久性(正極2の劣化防止)をより向上させることができる。 As described above, by configuring the ion exchange part 7 with two layers (a plurality of layers), durability (prevention of deterioration of the positive electrode 2) can be further improved as compared with the case of a single layer.
〔実施例1〕
本発明の実施例について説明する。
本発明のガルバニ電池式酸素センサX(外径15mm、高さ10mm)を製造する際に、イオン交換部7を二層で構成する場合について説明する。本実施例では、一方の層をナフィオン溶液を塗布する溶液層7aとし、他方の層をイオン交換膜7b(ナフィオン)とした。固形接着シート11、セパレータ12、および、予め常法でガス透過性隔膜6に金をスパッタリングして約1μm厚の金スパッタリング膜を成膜した正極2をケーシング本体1aに重ね、熱硬化させた後、10μLのナフィオン溶液を正極2に滴下する滴下工程を行って溶液層7aを形成した。その後、3時間以上の自然乾燥をした後、イオン交換膜7bを110℃で2分間の圧着を行う熱圧着工程を行い、イオン交換部7を形成した(図5)。その後、これらの側面および正極2における電解液収容部5の側の外縁の一部、もしくは全周を導電性接着剤8で覆うように導電性接着剤8を塗布して140℃で1時間焼成した。
[Example 1]
Examples of the present invention will be described.
The case where the ion exchange part 7 is comprised by two layers is demonstrated when manufacturing the galvanic cell type oxygen sensor X (outside diameter 15mm, height 10mm) of this invention. In this example, one layer was a solution layer 7a to which a Nafion solution was applied, and the other layer was an ion exchange membrane 7b (Nafion). After solid adhesive sheet 11, separator 12, and positive electrode 2 on which a gold sputtering film having a thickness of about 1 μm is formed in advance by sputtering on gas permeable diaphragm 6 in a conventional manner are stacked on casing body 1 a and thermally cured. A dropping step of dropping 10 μL of Nafion solution onto the positive electrode 2 was performed to form a solution layer 7a. Thereafter, after natural drying for 3 hours or more, a thermocompression bonding process was performed in which the ion exchange membrane 7b was pressure-bonded at 110 ° C. for 2 minutes to form the ion exchange part 7 (FIG. 5). After that, the conductive adhesive 8 is applied so as to cover a part or the entire circumference of the side surface and the outer edge of the positive electrode 2 on the side of the electrolytic solution housing portion 5 with the conductive adhesive 8 and fired at 140 ° C. for 1 hour. did.
この場合、正極2を覆うイオン交換部7の厚さを均一に形成することができるため、当該イオン交換部7の厚さにムラがある場合に比べてイオン交換部7の剥離や劣化を未然に防止することができる。 In this case, since the thickness of the ion exchange part 7 covering the positive electrode 2 can be formed uniformly, the ion exchange part 7 can be peeled off and deteriorated compared with the case where the thickness of the ion exchange part 7 is uneven. Can be prevented.
その後、第一保水部材9aであるMCペーパー(日本板硝子株式会社製)、第二保水部材9bであるOR−125、および、鉛製の負極3を組み付けた。この状態でケーシング本体1aの周縁部および蓋部1bを溶接して組み付け、注入部1dより電解液(酸性水溶液)4を注入した後、加熱して溶融させることで注入部1dの開口部1d1を封止し、図1のようにエポキシ接着剤20を介してPC基板21に配設した。 Thereafter, MC paper (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) as the first water retention member 9a, OR-125 as the second water retention member 9b, and the negative electrode 3 made of lead were assembled. In this state, the peripheral edge portion of the casing body 1a and the lid portion 1b are welded and assembled, the electrolyte solution (acidic aqueous solution) 4 is injected from the injection portion 1d, and then heated and melted to open the opening portion 1d1 of the injection portion 1d. Sealed and disposed on the PC board 21 via the epoxy adhesive 20 as shown in FIG.
本実施形態では、イオン交換部7および正極2において、イオン交換膜7bは正極2より小径に構成してある。 In the present embodiment, in the ion exchange part 7 and the positive electrode 2, the ion exchange membrane 7 b is configured to have a smaller diameter than the positive electrode 2.
〔実施例2〕
本実施例におけるガルバニ電池式酸素センサXは、固形接着シート11、セパレータ12、金スパッタリング膜を成膜した正極2を重ねて熱硬化した後、これらの側面と電解液収容部5の側の外縁の一部、もしくは全周を導電性接着剤8で覆うように塗布した(図6)。その後、溶液層7aおよびイオン交換膜7bをケーシング本体1aに重ね、熱圧着した。他の条件は実施例1に準じて行った。
[Example 2]
The galvanic cell type oxygen sensor X in this example is obtained by stacking the solid adhesive sheet 11, the separator 12, and the positive electrode 2 on which a gold sputtering film is deposited and thermosetting them, and then outer sides of these side surfaces and the electrolyte container 5 side. A part or the whole circumference was applied so as to be covered with the conductive adhesive 8 (FIG. 6). Thereafter, the solution layer 7a and the ion exchange membrane 7b were stacked on the casing body 1a and thermocompression bonded. Other conditions were performed according to Example 1.
〔実施例3〕
実施例1のガルバニ電池式酸素センサX、および、比較例として実施例1のガルバニ電池式酸素センサXにおいてイオン交換部7を形成しない(第一保水部材9aおよび第二保水部材9bを有しない)態様のセンサを使用して、過酷環境に15日間曝した後に分解し、金スパッタリング膜の状態を観察した。本実施例における過酷環境は、−25〜55℃のヒートサイクルを繰り返し行った条件とした。結果を図7に示した。
Example 3
The ion exchange part 7 is not formed in the galvanic cell type oxygen sensor X of Example 1 and the galvanic cell type oxygen sensor X of Example 1 as a comparative example (the first water retaining member 9a and the second water retaining member 9b are not provided). Using the sensor of the aspect, it was decomposed after being exposed to a harsh environment for 15 days, and the state of the gold sputtering film was observed. The harsh environment in this example was a condition in which a heat cycle of −25 to 55 ° C. was repeated. The results are shown in FIG.
この結果、実施例1のガルバニ電池式酸素センサXにおいては、金スパッタリング膜の剥離等の劣化は認められなかった(図7(a))。一方、比較例のガルバニ電池式酸素センサにおいては、金スパッタリング膜の中央付近において剥離等の劣化が認められた(図7(b):矢印部分)。これは、電解液4が直接正極2(金スパッタリング膜)に接触しているためと考えられた。 As a result, in the galvanic cell type oxygen sensor X of Example 1, no deterioration such as peeling of the gold sputtering film was observed (FIG. 7A). On the other hand, in the galvanic cell type oxygen sensor of the comparative example, degradation such as peeling was observed near the center of the gold sputtering film (FIG. 7B: arrow portion). This was considered because the electrolyte solution 4 was in direct contact with the positive electrode 2 (gold sputtering film).
そのため、本発明のガルバニ電池式酸素センサXであれば、上述した過酷環状であっても、金スパッタリング膜の剥離等の劣化は認められず耐久性が向上し、これによりセンサ出力が安定するものと認められた。 Therefore, with the galvanic cell type oxygen sensor X of the present invention, even if it is a severe ring as described above, deterioration such as peeling of the gold sputtering film is not recognized, and durability is improved, thereby stabilizing the sensor output. It was recognized.
本発明は、ケーシング内に、貴金属を含む正極と、負極と、前記正極および前記負極に接触する電解液と、前記電解液を収容する電解液収容部と、被検知ガスを透過させるガス透過性隔膜と、を備えたガルバニ電池式酸素センサに利用できる。 The present invention provides a casing having a positive electrode containing a noble metal, a negative electrode, an electrolytic solution in contact with the positive electrode and the negative electrode, an electrolytic solution containing part for containing the electrolytic solution, and a gas permeability that allows the gas to be detected to permeate. And a galvanic cell oxygen sensor equipped with a diaphragm.
X ガルバニ電池式酸素センサ
1 ケーシング
2 正極
3 負極
4 電解液
5 電解液収容部
6 ガス透過性隔膜
7 イオン交換部
10 剥離防止手段
X Galvanic cell type oxygen sensor 1 Casing 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Electrolyte 5 Electrolyte container 6 Gas permeable diaphragm 7 Ion exchange part 10 Peeling prevention means
Claims (5)
前記正極における前記電解液収容部の側に、前記正極の剥離を防止する剥離防止手段を備えたガルバニ電池式酸素センサ。 In the casing, a positive electrode containing a noble metal, a negative electrode, an electrolytic solution in contact with the positive electrode and the negative electrode, an electrolytic solution storage unit that stores the electrolytic solution, and a gas-permeable diaphragm that allows the gas to be detected to permeate. A galvanic cell type oxygen sensor provided,
A galvanic cell type oxygen sensor provided with a peeling prevention means for preventing peeling of the positive electrode on the side of the electrolytic solution housing portion in the positive electrode.
前記正極に対してイオン交換膜と同様の組成の溶液を滴下する滴下工程と、前記イオン交換膜を熱圧着する熱圧着工程と、を有するガルバニ電池式酸素センサの製造方法。
In the casing, a positive electrode containing a noble metal, a negative electrode, an electrolytic solution in contact with the positive electrode and the negative electrode, an electrolytic solution storage unit that stores the electrolytic solution, and a gas-permeable diaphragm that allows the gas to be detected to permeate. A galvanic cell type oxygen sensor manufacturing method comprising:
A method for producing a galvanic cell type oxygen sensor, comprising: a dropping step of dropping a solution having the same composition as the ion exchange membrane onto the positive electrode; and a thermocompression bonding step of thermocompression bonding the ion exchange membrane.
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| JP2015130317A JP2017015461A (en) | 2015-06-29 | 2015-06-29 | Galvanic cell oxygen sensor |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110462392A (en) * | 2017-02-15 | 2019-11-15 | 因赛特系统公司 | Electrochemical gas sensor system with improved accuracy and speed |
| CN113295755A (en) * | 2021-05-18 | 2021-08-24 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | Sampling type rapid primary battery oxygen sensor |
-
2015
- 2015-06-29 JP JP2015130317A patent/JP2017015461A/en active Pending
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