JPH0219759A - 電気化学式センサ - Google Patents
電気化学式センサInfo
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- JPH0219759A JPH0219759A JP63168568A JP16856888A JPH0219759A JP H0219759 A JPH0219759 A JP H0219759A JP 63168568 A JP63168568 A JP 63168568A JP 16856888 A JP16856888 A JP 16856888A JP H0219759 A JPH0219759 A JP H0219759A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は電気化学式センサに関する。
〔従来の技術］
従来、電気化学的な酸化還元反応を利用して、大気中に
含まれるガス、例えば、−酸化炭素（Ｃ○）、水素、ア
ルコール、窒素酸化物、硫黄酸化物等を検出する電気化
学式ガスセンサが使われている。
含まれるガス、例えば、−酸化炭素（Ｃ○）、水素、ア
ルコール、窒素酸化物、硫黄酸化物等を検出する電気化
学式ガスセンサが使われている。
第５図は、液体電解質を用いた電気化学式ガスセンサを
あられす。このガスセンサ２１では、同第５図にみるよ
うに、液体電解質（例えば、硫酸）２２がセル２３内に
封入されていて、作用極２４、対極２５、参照極２６の
３つの電極が液体電解質２２と接触するように設けられ
ている。ガス検出動作を行わせる際には、例えば、ポテ
ンショスクソト（図示省略）で作用極２４に所定の電位
をかけ、被検ガスと作用極２４の間に起こる電気化学的
反応に伴い作用極２４と対極２５の間を流れる電流を測
定するようにする。なお、作用極２４は、ポーラス・テ
フロン等のガス透過膜２４ａに触媒金属（Ｐｔ、Ａｕ、
Ｐｄ等）＋バインダーの混合物を圧着してなる触媒ＪＷ
２４ｂで構成されている。
あられす。このガスセンサ２１では、同第５図にみるよ
うに、液体電解質（例えば、硫酸）２２がセル２３内に
封入されていて、作用極２４、対極２５、参照極２６の
３つの電極が液体電解質２２と接触するように設けられ
ている。ガス検出動作を行わせる際には、例えば、ポテ
ンショスクソト（図示省略）で作用極２４に所定の電位
をかけ、被検ガスと作用極２４の間に起こる電気化学的
反応に伴い作用極２４と対極２５の間を流れる電流を測
定するようにする。なお、作用極２４は、ポーラス・テ
フロン等のガス透過膜２４ａに触媒金属（Ｐｔ、Ａｕ、
Ｐｄ等）＋バインダーの混合物を圧着してなる触媒ＪＷ
２４ｂで構成されている。
このセンサ２１は、高感度でガスが検出でき、しかも、
定量性にも優れることから、工業用のガス濃度検出器と
して実用に供されている。
定量性にも優れることから、工業用のガス濃度検出器と
して実用に供されている。
しかしながら、センサ２１はセル２３が大きく高価であ
る。液体電解質２２の漏れを防ぐためにセル２３を密封
構造にしなければならないからである。さらに、液体電
解質の蒸発等があるため、保守に手間がかかる、長期安
定性が十分でない、センサ寿命が短いといった問題もあ
る。
る。液体電解質２２の漏れを防ぐためにセル２３を密封
構造にしなければならないからである。さらに、液体電
解質の蒸発等があるため、保守に手間がかかる、長期安
定性が十分でない、センサ寿命が短いといった問題もあ
る。
一方、液体電解質に代えて固体電解質を用いているもの
（特開昭５３−１１５２９３号参照）も検討されている
。固体電解質を用いた場合には、小型化、あるいは、低
価格化が図りやすい。
（特開昭５３−１１５２９３号参照）も検討されている
。固体電解質を用いた場合には、小型化、あるいは、低
価格化が図りやすい。
しかしながら、固体電解質を用いた場合、大気中の湿度
変化に伴うガス感度の変動が大きいという問題がある。
変化に伴うガス感度の変動が大きいという問題がある。
つまり、対湿度特性に劣るのである。この種のセンサは
、様々な環境のもとで使用されるため、対湿度特性が十
分でないと実用性が低くなる。
、様々な環境のもとで使用されるため、対湿度特性が十
分でないと実用性が低くなる。
上記特開昭５３〜１１５２９３号のセンサでは、センサ
内部に水溜めを設けておいて、水が固体電解質に供給さ
れる構造になっている。しかしながら、水溜めや水供給
手段を設けると構造が複雑になるため、小型化や低価格
化は困難になる。しかも、水溜めの水が切れると、対湿
度特性は急激に悪化する。
内部に水溜めを設けておいて、水が固体電解質に供給さ
れる構造になっている。しかしながら、水溜めや水供給
手段を設けると構造が複雑になるため、小型化や低価格
化は困難になる。しかも、水溜めの水が切れると、対湿
度特性は急激に悪化する。
この発明は、上記事情に鑑み、対湿度特性が向上し、し
かも、小型化、低価格化が図れる電気化学式センサを提
供することを課題とする。
かも、小型化、低価格化が図れる電気化学式センサを提
供することを課題とする。
前記課題を解決するため、この発明の電気化学式センサ
は、作用極、対極、参照極の３つの電極が固体電解質に
接触するようにして設けられている構成において、固体
電解質上に保水機能を有する層を設けるようにしている
。
は、作用極、対極、参照極の３つの電極が固体電解質に
接触するようにして設けられている構成において、固体
電解質上に保水機能を有する層を設けるようにしている
。
固体電解質上の保水機能を有する層は、雰囲気中に含ま
れる水分を吸収し、水分を保持している。固体電解質は
、この層から水分の供給を受け、雰囲気の湿度に関係な
く、含水率が略最高水準に保たれている。そのため、固
体電解質のイオン伝導度の湿度依存性が改善され、セン
サの対湿度特性が向上する。保水機能を有する層は、雰
囲気から水分を吸収しつづけるため、長期にわたり対湿
度特性を向上させることができる。
れる水分を吸収し、水分を保持している。固体電解質は
、この層から水分の供給を受け、雰囲気の湿度に関係な
く、含水率が略最高水準に保たれている。そのため、固
体電解質のイオン伝導度の湿度依存性が改善され、セン
サの対湿度特性が向上する。保水機能を有する層は、雰
囲気から水分を吸収しつづけるため、長期にわたり対湿
度特性を向上させることができる。
しかも、保水機能を有する層は、保水剤を塗布する程度
で容易に形成することができるので、小型化の障害やコ
ストアップを実質的に招来するといったこともない。
で容易に形成することができるので、小型化の障害やコ
ストアップを実質的に招来するといったこともない。
以下、この発明にかかる電気化学式センサを、その−例
をあられす図面を参照しながら詳しく説明する。
をあられす図面を参照しながら詳しく説明する。
第１図（ａ）、（ｂｌは、この発明にかかるセンサの一
実施例の電気化学式ガスセンサの概略構成をあられす。
実施例の電気化学式ガスセンサの概略構成をあられす。
センサｌでは、第１図（ａ＋、（ｂ）にみるように、Ｐ
ｔ製作用極２、ｐｔ製対極３、Ａｕ製参照極４が、作用
極２と対極３の間に参照極４が位置するようにしてアル
ミナ製の絶縁基板（１０ｕ＋Ｘ１０ｍｍ）５の片面に設
けられている。作用極２と対極３の間隔は、１μｍ以上
、例えば、１００μｍ〜３關程度の範囲である。各電極
２．３．４は、スパッタリング法や真空蒸着法により形
成されている絶縁基板５の上面には、有機ポリマー等の
絶縁性の材料からなる四角形のフレーム６が各電極の先
端部２ａ、３ａ、４ａを囲むようにして固定されている
。フレーム６の内にはイオン伝導度の高分子固体電解質
層７が電極２．３．４の間を埋めるようにして設けられ
ている。各電極の先端部２ａ、３ａ、４ａがフレーム６
の内側で高分子固体電解質層７に接触している。高分子
固体電解質層７は、例えば、スルホン化パーフルオロカ
ーボン（例えば、デュポン社のＮＡＦＩＯＮの商標名で
知られる）で形成され、その厚みは、例えば、１〜２０
μｍ程度であり、被検ガスの透過性を良くする場合には
１〜５μｍ程度とされる。各電極の基部２ｂ、３ｂ、４
ｂの後端は露出しており、この露出部分にリード線が接
続される。高分子固体電解質層７は、スルホン化パーフ
ルオロカーボンをエタノールに溶解したものを、ソリュ
ーション・キャスト法で塗布し乾燥させることで形成さ
れる。
ｔ製作用極２、ｐｔ製対極３、Ａｕ製参照極４が、作用
極２と対極３の間に参照極４が位置するようにしてアル
ミナ製の絶縁基板（１０ｕ＋Ｘ１０ｍｍ）５の片面に設
けられている。作用極２と対極３の間隔は、１μｍ以上
、例えば、１００μｍ〜３關程度の範囲である。各電極
２．３．４は、スパッタリング法や真空蒸着法により形
成されている絶縁基板５の上面には、有機ポリマー等の
絶縁性の材料からなる四角形のフレーム６が各電極の先
端部２ａ、３ａ、４ａを囲むようにして固定されている
。フレーム６の内にはイオン伝導度の高分子固体電解質
層７が電極２．３．４の間を埋めるようにして設けられ
ている。各電極の先端部２ａ、３ａ、４ａがフレーム６
の内側で高分子固体電解質層７に接触している。高分子
固体電解質層７は、例えば、スルホン化パーフルオロカ
ーボン（例えば、デュポン社のＮＡＦＩＯＮの商標名で
知られる）で形成され、その厚みは、例えば、１〜２０
μｍ程度であり、被検ガスの透過性を良くする場合には
１〜５μｍ程度とされる。各電極の基部２ｂ、３ｂ、４
ｂの後端は露出しており、この露出部分にリード線が接
続される。高分子固体電解質層７は、スルホン化パーフ
ルオロカーボンをエタノールに溶解したものを、ソリュ
ーション・キャスト法で塗布し乾燥させることで形成さ
れる。
ところで、このセンサｌは、高分子固体電解質層７の上
に保水剤層（保水機能を有する層）８が設けられていて
、この採水剤層８が雰囲気から水分を吸収し、高分子固
体電解質層７に供給している。この保水剤層８は、水分
吸収作用も持っているのである。そのため、上述のよう
に、センサｌの対湿度特性を長期にわたり向上させるこ
とができるのである。
に保水剤層（保水機能を有する層）８が設けられていて
、この採水剤層８が雰囲気から水分を吸収し、高分子固
体電解質層７に供給している。この保水剤層８は、水分
吸収作用も持っているのである。そのため、上述のよう
に、センサｌの対湿度特性を長期にわたり向上させるこ
とができるのである。
保水剤層８は、例えば、ナフィオンをエタノールに熔解
し、これにＨ，ＳＯ２を固体ナフィオン１００重量部に
対し３０〜４０重量部程度の量で添加して得られたゲル
状物を高分子固体電解質層７上に塗布することにより形
成されている。
し、これにＨ，ＳＯ２を固体ナフィオン１００重量部に
対し３０〜４０重量部程度の量で添加して得られたゲル
状物を高分子固体電解質層７上に塗布することにより形
成されている。
採水剤層８は、上記ゲル状物に限らず、デンプン／ポリ
アクリル酸系ゲル状物を用いて形成するようにしてもよ
い。
アクリル酸系ゲル状物を用いて形成するようにしてもよ
い。
採水剤層８は、ガスが作用極２に到達できるようにする
ことを考慮して、第２図（ａｌ〜（Ｃ）に示すような構
成がとられる。第２図（ａｌの保水剤層８では、作用極
２の位置に透過孔８ａ・・・を設けるようにしている。
ことを考慮して、第２図（ａｌ〜（Ｃ）に示すような構
成がとられる。第２図（ａｌの保水剤層８では、作用極
２の位置に透過孔８ａ・・・を設けるようにしている。
第２図（ｂｌの保水剤層８では、作用極２の位置に窓８
ｂを設けるようにしている。第２図（Ｃ１の保水剤層８
では、層の厚みを薄くするようにしている。第２図（ａ
）、（ｂｌのような構成では、保水剤層８の厚みは、例
えば２１程度にもできる。
ｂを設けるようにしている。第２図（Ｃ１の保水剤層８
では、層の厚みを薄くするようにしている。第２図（ａ
）、（ｂｌのような構成では、保水剤層８の厚みは、例
えば２１程度にもできる。
なお、上記センサ１は、各電極が基板の同じ面に配設さ
れた所謂プレーナ型であり、半導体装置製造で用いられ
るマイクロ加工技術を通用しやすい構造であり、小型化
に通し、生産性もよい。
れた所謂プレーナ型であり、半導体装置製造で用いられ
るマイクロ加工技術を通用しやすい構造であり、小型化
に通し、生産性もよい。
続いて、センサ１の対湿度特性について述べる。各電極
２．３．４にポテンショスタット（図示省略）を接続し
、被検ガスとして、ＣＯを測定するようにするとともに
、雰囲気湿度を変化させて、作用極２一対極３間を流れ
る出力電流の変化をみた。
２．３．４にポテンショスタット（図示省略）を接続し
、被検ガスとして、ＣＯを測定するようにするとともに
、雰囲気湿度を変化させて、作用極２一対極３間を流れ
る出力電流の変化をみた。
保水剤層８にナフィオン／Ｈｇ５Ｏ−系ゲル状物を用い
た場合の測定結果を、第３図（ａｌに示す。
た場合の測定結果を、第３図（ａｌに示す。
保水剤層８にデンプン／アクリル酸系ゲル状物を用いた
場合の測定結果を、第３図（ｂｌに示す。
場合の測定結果を、第３図（ｂｌに示す。
比較のために、保水剤層８を設けないようにした他は同
一の構成のセンサについても調べた。測定結果を第４図
に示す。
一の構成のセンサについても調べた。測定結果を第４図
に示す。
この発明にかかるセンサでは、保水剤層の働きで湿度依
存性が殆どなく、対湿度特性が格段に向上する（安定す
る）ことが良く分かる。
存性が殆どなく、対湿度特性が格段に向上する（安定す
る）ことが良く分かる。
この発明は上記の実施例に限らない。例えば、保水剤層
は上記例示以外の材料で形成されていでもよい。
は上記例示以外の材料で形成されていでもよい。
高分子固体電解質として、ポリスチレンスルホン酸、ポ
リエチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、リン酸
ジルコニウム、アンチモン酸等が使われてもよい。
リエチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、リン酸
ジルコニウム、アンチモン酸等が使われてもよい。
センサがガスセンサ以外のセンサであってもよい。
以上述べたように、この発明にかかる固体電解質を利用
した電気化学式センサは、固体電解質上の保水機能を有
する層により固体電解質のイオン伝導度の湿度依存性が
改善されているため、センサの対湿度特性が格段に向上
する。しかも、保水機能を有する層は雰囲気から水分を
吸収することから、長期にわたって対湿度特性向上作用
を維持できる。保水機能を有する層は容易に形成するこ
とができるため、小型化の障害やコストアップを実質的
に招来しない。
した電気化学式センサは、固体電解質上の保水機能を有
する層により固体電解質のイオン伝導度の湿度依存性が
改善されているため、センサの対湿度特性が格段に向上
する。しかも、保水機能を有する層は雰囲気から水分を
吸収することから、長期にわたって対湿度特性向上作用
を維持できる。保水機能を有する層は容易に形成するこ
とができるため、小型化の障害やコストアップを実質的
に招来しない。
第１図（ａｌ、（ｂ）は、この発明にかかる電気化学式
センサの一例であるガスセンサをあられし、図（ａｌは
平面図、図（ｂ）は断面図である。第２図（ａ）、（ｂ
ｌ、（Ｃ１は、それぞれこの発明のセンサの要部構成例
を示す断面図、第３図（ａｌ、（ｂ）は、それぞれ、こ
の発明のセンサにおける出力電流と湿度の関係をあられ
すグラフ、第４図は、比較用センサにおける出力電流と
湿度の関係をあられすグラフ、第５図は、従来の液体電
解質利用の電気化学式センサをあられす断面図である。 ■・・・センサ ２・・・作用極 ３・・・対極
４・・・参照極 ７・・・固体電解質 ８・・・保
水機能を有する層（保水剤層） 代理人 弁理士 松 本 武 彦 第１図 （Ｇ） 第 図 第４ 図 壜Ａ
センサの一例であるガスセンサをあられし、図（ａｌは
平面図、図（ｂ）は断面図である。第２図（ａ）、（ｂ
ｌ、（Ｃ１は、それぞれこの発明のセンサの要部構成例
を示す断面図、第３図（ａｌ、（ｂ）は、それぞれ、こ
の発明のセンサにおける出力電流と湿度の関係をあられ
すグラフ、第４図は、比較用センサにおける出力電流と
湿度の関係をあられすグラフ、第５図は、従来の液体電
解質利用の電気化学式センサをあられす断面図である。 ■・・・センサ ２・・・作用極 ３・・・対極
４・・・参照極 ７・・・固体電解質 ８・・・保
水機能を有する層（保水剤層） 代理人 弁理士 松 本 武 彦 第１図 （Ｇ） 第 図 第４ 図 壜Ａ
Claims (1)
- １ 作用極、対極、参照極の３つの電極が固体電解質に
接触するようにして設けられている電気化学式センサに
おいて、前記固体電解質上に保水機能を有する層が設け
られていることを特徴とする電気化学式センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63168568A JPH0219759A (ja) | 1988-07-06 | 1988-07-06 | 電気化学式センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63168568A JPH0219759A (ja) | 1988-07-06 | 1988-07-06 | 電気化学式センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0219759A true JPH0219759A (ja) | 1990-01-23 |
Family
ID=15870453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63168568A Pending JPH0219759A (ja) | 1988-07-06 | 1988-07-06 | 電気化学式センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0219759A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017047316A1 (ja) * | 2015-09-17 | 2017-03-23 | フィガロ技研株式会社 | 電気化学ガスセンサ |
| WO2023135964A1 (ja) * | 2022-01-14 | 2023-07-20 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式ガスセンサおよび電気化学式ガスセンサの製造方法 |
-
1988
- 1988-07-06 JP JP63168568A patent/JPH0219759A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017047316A1 (ja) * | 2015-09-17 | 2017-03-23 | フィガロ技研株式会社 | 電気化学ガスセンサ |
| CN108027342A (zh) * | 2015-09-17 | 2018-05-11 | 费加罗技研株式会社 | 电化学气体传感器 |
| GB2556836A (en) * | 2015-09-17 | 2018-06-06 | Figaro Eng | Electrochemical gas sensor |
| JPWO2017047316A1 (ja) * | 2015-09-17 | 2018-07-05 | フィガロ技研株式会社 | 電気化学ガスセンサ |
| GB2556836B (en) * | 2015-09-17 | 2021-09-22 | Figaro Eng | Electrochemical gas sensor |
| WO2023135964A1 (ja) * | 2022-01-14 | 2023-07-20 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電気化学式ガスセンサおよび電気化学式ガスセンサの製造方法 |
| JPWO2023135964A1 (ja) * | 2022-01-14 | 2023-07-20 |
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