特許 6989448 定電位電解式酸素センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6989448

(24)【登録日】2021年12月6日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】定電位電解式酸素センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20211220BHJP

   G01N 27/404 20060101ALI20211220BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/416 311A

   G01N27/416 323

   G01N27/404 341J

   G01N27/404 341S

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-115824(P2018-115824)

(22)【出願日】2018年6月19日

(65)【公開番号】特開2019-219233(P2019-219233A)

(43)【公開日】2019年12月26日

【審査請求日】2020年12月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000250421

【氏名又は名称】理研計器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100153497

【弁理士】

【氏名又は名称】藤本 信男

(74)【代理人】

【識別番号】100078754

【弁理士】

【氏名又は名称】大井 正彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110515

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 益男

(74)【代理人】

【識別番号】100189083

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 圭介

(72)【発明者】

【氏名】上杉 慎治

(72)【発明者】

【氏名】海野 裕作

(72)【発明者】

【氏名】打越 祥一

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１２４４５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５７−１４７０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０２４０７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００３４９８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開昭６１−０５７８５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１９−１９０８９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／２６−２７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上壁部に被検ガス導入口を有するケーシング内に、作用極、対極および参照極を有する電極積層構造体が配置されてなる定電位電解式酸素センサであって、
前記電極積層構造体は、前記被検ガス導入口に対向して配置された前記作用極と、この作用極の下方に配置された、前記対極および前記参照極を有する電極複合体と、前記作用極および前記電極複合体の間に配置された、 電解液が含浸されたシート状の電解液保持部材とを備えてなり、
前記電極複合体は、疎水性多孔質材料よりなる圧力調整膜の上面に、前記対極および前記参照極が互いに離間して形成されてなり、
前記ケーシングは、その下壁部から内方に突出して前記圧力調整膜の下面に接するよう設けられた、通気孔を形成する通気管部を有し、
前記電極積層構造体と前記ケーシングの下壁部との間における前記通気管部の周囲には、前記電極積層構造体が配置された空間に通ずる、電解液を収容する電解液室が形成されており、
前記電極複合体は支持板に支持されており、
前記支持板は、前記圧力調整膜における前記対極および前記参照極が形成された電極形成部を支持する電極形成部支持部と、この電極形成部支持部の周囲に、当該支持板の周縁から当該電極形成部支持部に向かうに従って前記上壁部に接近するよう形成されたテーパ部とを有することを特徴とする定電位電解式酸素センサ。

【請求項2】

前記圧力調整膜は、電極形成部の周縁から突出する、少なくとも３つ以上の舌片部を有し、
前記支持板は、前記舌片部に対応して形成された、当該舌片部を支持する複数の舌片部支持部を有し、
前記舌片部支持部の各々には、対応する舌片部が進入する舌片部用貫通孔が形成されており、
前記舌片部の各々は、前記舌片部用貫通孔に進入し、当該舌片部の先端部が前記電解液室内に位置するよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定電位電解式酸素センサ。

【請求項3】

前記作用極は、疎水性を有するガス透過性フィルムと、このガス透過性フィルムの下面に形成された電極触媒層とを有してなり、
前記ガス透過性フィルムは、前記ケーシングにおける前記上壁部に前記被検ガス導入口を塞ぐよう配置され、当該被検ガス導入口を取り囲むよう当該上壁部に溶着されており、
前記圧力調整膜は、前記通気孔を取り囲むよう前記通気管部の先端面に溶着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定電位電解式酸素センサ。

【請求項4】

前記電解液保持部材の径は、前記作用極の径の１〜５倍であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の定電位電解式酸素センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、小型で携帯可能な定電位電解式酸素センサに関する。

【背景技術】

【0002】

定電位電解式酸素センサは、例えば電解液を収容するケーシングと、このケーシング内において当該ケーシングに形成された被検ガス導入口を塞ぐよう設けられた、被検ガスの透過が可能な撥水性多孔質膜と、この撥水性多孔質膜の内面に形成された作用極と、この作用極から離間して配置された対極と、作用極および対極の間に配置された参照極とを備えてなるものである。この定電位電解式酸素センサにおいては、例えばポテンショスタットにより作用極の電位が酸素の還元反応が生じる一定の電位に制御され、作用極と対極との間に流れる電流の値から酸素の濃度が測定される。

【0003】

また、小型の定電位電解式酸素センサとしては、特許文献１に、作用極、参照極および対極が、電解液が含浸された親水性の不織布よりなる電解液保持部材を介して積層されてなる電極積層構造体を備えてなるものが開示されている。

【0004】

このような定電位電解式酸素センサにおいて、電極積層構造体は、作用極と、この作用極上に電解液保持部材を介して積層された参照極と、 この参照極上に電解液保持部材を介して積層された対極と、この対極上に一体的に設けられた圧力調整膜とよりなる。この電極積層構造体の周囲には、円筒状の隔壁が設けられており、この隔壁の周囲には、電解液を収容する電解液室が形成されている。また、参照極と対極との間の電解液保持部材には、それぞれ面方向外方に突出する４つの舌片部が、周方向に等間隔で並ぶよう形成されており、これらの舌片部は、隔壁を介して電解液室に伸びるよう設けられている。これにより、電解液室に収容された電解液が電解液保持部材に供給される。

【0005】

また、電解液としては、一般に硫酸が用いられている。硫酸は、定電位電解式酸素センサが使用される環境の湿度によって、水分を吸収したり、水分が蒸発したりする結果、電解液の体積が増減する。このため、定電位電解式酸素センサにおいては、低湿度環境下で使用したときにも、電解液が電解液保持部材の全体にわたって十分に含浸され、高湿度環境下で使用したときでも、吸湿によって増加した電解液が電解液室に収容され得ることが要求される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第７６０８１７７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記の構成の定電位電解式酸素センサにおいては、以下のような問題がある。
特許文献１に記載の定電位電解式酸素センサにおいては、作用極と参照極との間、 および参照極と対極との間の各々に電解液保持部材が設けられているので、例えば参照極を設けない構成のものに比較して、２倍の量の電解液が必要となる。そのため、電解液室についても２倍の容積が必要となる。また、電解液保持部材に電解液を供給するために、電解液保持部材の舌片部が、電極積層構造体の周囲に形成された電解液室に伸びるよう形成されているので、電解液保持部材の体積が大きくなる。これに伴って、必要な電解液の量も増加するため、電解液室の容積を大きくすることが必要となる。従って、定電位電解式酸素センサのより一層の小型化を図ることが困難である。
一方、定電位電解式酸素センサの小型化を図るために、電解液室の容積を小さくする場合には、低湿度環境下で使用したときに、電解液を電解液保持部材の全体にわたって十分に含浸させることが困難となったり、高湿度環境下で使用したときに、電解液を電解液室に収容することが困難となったりする、という問題がある。

【0008】

そこで、本発明の目的は、小型で、しかも、広い湿度範囲の環境下で使用することができる定電位電解式酸素センサを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の定電位電解式酸素センサは、上壁部に被検ガス導入口を有するケーシング内に、作用極、対極および参照極を有する電極積層構造体が配置されてなる定電位電解式酸素センサであって、
前記電極積層構造体は、前記被検ガス導入口に対向して配置された前記作用極と、この作用極の下方に配置された、前記対極および前記参照極を有する電極複合体と、前記作用極および前記電極複合体の間に配置された、 電解液が含浸されたシート状の電解液保持部材とを備えてなり、
前記電極複合体は、疎水性多孔質材料よりなる圧力調整膜の上面に、前記対極および前記参照極が互いに離間して形成されてなり、
前記ケーシングは、その下壁部から内方に突出して前記圧力調整膜の下面に接するよう設けられた、通気孔を形成する通気管部を有し、
前記電極積層構造体と前記ケーシングの下壁部との間における前記通気管部の周囲には、前記電極積層構造体が配置された空間に通ずる、電解液を収容する電解液室が形成されており、
前記電極複合体は支持板に支持されており、
前記支持板は、前記圧力調整膜における前記対極および前記参照極が形成された電極形成部を支持する電極形成部支持部と、この電極形成部支持部の周囲に、当該支持板の周縁から当該電極形成部支持部に向かうに従って前記上壁部に接近するよう形成されたテーパ部とを有することを特徴とする。

【0010】

本発明の定電位電解式酸素センサにおいては、前記圧力調整膜は、電極形成部の周縁から突出する、少なくとも３つ以上の舌片部を有し、
前記支持板は、前記舌片部に対応して形成された、当該舌片部を支持する複数の舌片部支持部を有し、
前記舌片部支持部の各々には、対応する舌片部が進入する舌片部用貫通孔が形成されており、
前記舌片部の各々は、前記舌片部用貫通孔に進入し、当該舌片部の先端部が前記電解液室内に位置するよう形成されていることが好ましい。

【0011】

また、本発明の定電位電解式酸素センサにおいては、前記作用極は、疎水性を有するガス透過性フィルムと、このガス透過性フィルムの下面に形成された電極触媒層とを有してなり、
前記ガス透過性フィルムは、前記ケーシングにおける前記上壁部に前記被検ガス導入口を塞ぐよう配置され、当該被検ガス導入口を取り囲むよう当該上壁部に溶着されており、
前記圧力調整膜は、前記通気孔を取り囲むよう前記通気管部の先端面に溶着されていることが好ましい。

【0012】

また、本発明の定電位電解式酸素センサにおいては、前記電解液保持部材の径は、前記作用極の径の１〜５倍であることが好ましい。

【0013】

本発明において、「上」および「下」とは、本発明の定電位電解式酸素センサを、ケーシングにおける被検ガス導入口が形成された面が上向きとなる姿勢で配置したときに、当該定電位電解式酸素センサにおける方向を示すものである。従って、例えば定電位電解式酸素センサを、ケーシングにおける被検ガス導入口が形成された面が下向きとなる姿勢で配置したときには、「上」および「下」は、実際にはそれぞれ逆の方向すなわち「下」および「上」の方向を示し、定電位電解式酸素センサを、ケーシングにおける被検ガス導入口が形成された面が左向きとなる姿勢で配置したときには、「上」および「下」は、実際にはそれぞれ「左」および「右」の方向を示す。

【発明の効果】

【0014】

本発明の定電位電解式酸素センサにおいては、電解液保持部材は、作用極と電極複合体との間にのみ設けられていればよく、これにより、電解液の量を少なくすることができる。
また、電極複合体を支持する支持板は、当該支持板の周縁から電極形成部支持部に向かうに従ってケーシングの上壁部に接近するよう形成されたテーパ部を有することにより、電解液が支持板の周縁から電極形成部支持部に向かって集まりやすいため、径の小さい電解液保持部材を用いても、当該電解液保持部材に十分な量の電解液を含浸させることができる。
また、電解液室が電極積層構造体とケーシングの下壁部との間に形成されているため、ケーシングの径が小さくても容積の大きい電解液室を設計することが可能である。
また、電極複合体が、圧力調整膜上に対極および参照極が形成されてなるものであることにより、別個に圧力調整膜を設けることが不要で、部品数が少なく、ケーシングの内部のスペースを効率的に利用することかできる。
従って、本発明の定電位電解式酸素センサによれば、小型なものでありながら、容積の大きい電解液室を確保することができるので、広い湿度範囲の環境下で使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の定電位電解式酸素センサの一例における構成の概略を示す説明用断面図である。

【図2】図１に示す定電位電解式酸素センサの分解斜視図である。

【図3】図１に示す定電位電解式酸素センサにおける作用極を拡大して示す説明用断面図である。

【図4】図１に示す定電位電解式酸素センサにおける電極複合体を支持する支持板の斜視図である。

【図5】図１に示す定電位電解式酸素センサにおける電極複合体を支持する支持板の上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の定電位電解式酸素センサの実施の形態について説明する。
図１は、本発明の定電位電解式酸素センサの一例における構成の概略を示す説明用断面図である。図２は、図１に示す定電位電解式酸素センサの分解斜視図である。
この定電位電解式酸素センサは、作用極２１、対極２６および参照極２７を有する電極積層構造体２０を収納するケーシング１０を有する。

【0017】

このケーシング１０は、下端が閉塞された円筒状のケーシング本体１１と、ケーシング本体１１の上端の開口を塞いで上壁部１４を形成する円板状の蓋部材１２とにより構成されている。ケーシング本体１１および蓋部材１２は、それぞれポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂によって形成されている。

【0018】

上壁部１４を形成する蓋部材１２の上面における中央領域には、円形の第１凹所１８が形成され、この第１凹所１８の底面における中央領域には、円形の第２凹所１９が形成されている。第２凹所１９の底面における中央位置には、被検ガスをケーシング１０の内部に導入する被検ガス導入口１３が、上壁部１４を厚み方向に貫通して伸びるよう形成されている。

【0019】

被検ガス導入口１３により形成された内部空間は、後述するガス供給制限手段５０のピンホール５１を介して導入される被検ガスの拡散空間として機能する。
被検ガス導入口１３により形成された内部空間の体積は、例えば約０．１〜１０ｍｍ³ であることが好ましい。このような構成とされていることにより、導入された被検ガスを十分に拡散させることができると共に電源オフ後にセンサ内部に残留する酸素ガスの量を低減させことができる。

【0020】

ケーシング本体１１の底壁部すなわちケーシング１０の下壁部１５の中央位置には、断面円形の通気管部１６が、ケーシング本体１２の軸方向に沿って下壁部１５から上方（内方）に突出して後述する圧力調整膜２８の下面に接するよう形成されている。この通気管部１６によって、下壁部１５の外面から圧力調整膜２８の下面に通ずる通気孔Ｖが形成されている。

【0021】

ケーシング１０の下壁部１５における通気管部１６の周囲には、作用極端子４０、対極端子４２および参照極端子４３が、円周方向に互いに離間して並ぶよう配設されている。 電極積層構造体２０とケーシング１０の下壁部１５との間における通気管部１６の周囲には、電解液を収容する電解液室Ｓが形成されている。この電解液室Ｓは、ケーシング１０の周壁部１７と後述する支持板３０との間の間隙Ｋを介して、電極積層構造体２０が配置された空間に通じている。

【0022】

また、下壁部１５の内面（上面）には、エポキシ樹脂接着剤などの接着剤が硬化されてなる封止用樹脂材料層４５が、作用極端子４０、対極端子４２および参照極端子４３を覆うよう形成されている。この封止用樹脂材料層４５が設けられることにより、電解液室Ｓが、電解液によって作用極端子４０、対極端子４２および参照極端子４３が腐食されない液密封止構造とされている。

【0023】

蓋部材１２における第２凹所１９には、当該第２凹所１９の形状に適合する円板状のガス供給制限手段５０が収容されて配置されている。
このガス供給制限手段５０には、厚み方向に伸びるピンホール５１が蓋部材１２の被検ガス導入口１３に連通するよう形成されている。被検ガスがピンホール５１を通過することにより、被検ガス導入口１３からケーシング１０内に導入される被検ガスの供給量が制限される。

【0024】

ピンホール５１は、軸方向において均一な大きさの内径を有する。ピンホール５１の内径の大きさは、１．０〜２００μｍであることが好ましく、例えば５０μｍである。また、ピンホール５１の長さは、例えば０．１ｍｍ以上である。

【0025】

第１凹所１８には、円形の緩衝膜５５が収容されて配置されている。
この例の緩衝膜５５は、被検ガスが外周面から流入されるガス拡散層５６と、ガス不透過性かつ撥水性を有する保護層５７とを有する積層体によって構成されており、全体が円板状に形成されている。

【0026】

ガス拡散層５６は、蓋部材１２の第１凹所１８の底面およびガス供給制限手段５０の上面に、ピンホール５１に連通する貫通孔５８ａが形成された両面粘着テープ５８によって接着されて固定されている。
ガス拡散層５６は、例えばＰＴＦＥフィルムなどのフッ素樹脂フィルムにより構成することができる。
ガス拡散層５６は、空気透過率が０．０５〜０．５Ｌ／ｄａｙであるものが好ましく、厚み、外径寸法、空隙率およびその他の具体的構成は、空気透過率が前記数値範囲内となるよう設定することができる。

【0027】

両面粘着テープ５８の貫通孔５８ａの内径の大きさは、例えば０．０５〜５ｍｍであることが好ましい。また、両面粘着テープ５８の厚みは、例えば０．５〜５ｍｍであることが好ましい。
このような構成とされていることにより、ガス応答性を大幅に低下させることなく、外部環境に対する十分な耐久性を得ることができ、安定した指示値を確実に得ることができる。

【0028】

保護層５７は、ガス拡散層５６の上面に両面粘着テープ５９によって接着されて固定されている。
保護層５７は、例えばＰＥＴなどの樹脂フィルムにアルミニウム箔を積層した複合フィルムにより構成することができる。

【0029】

電極積層構造体２０は、それぞれ被検ガス導入口１３に対向して互いに離間して配置された円形のシート状の作用極２１と、この作用極２１の下方に配置された電極複合体２５と、作用極２１および電極複合体２５の間に配置された、 電解液が含浸された円形のシート状の電解液保持部材２３とにより構成されている。

【0030】

作用極２１は、図３に示すように、それぞれ疎水性を有するガス透過性フィルム２１ａ上に、電極触媒層２１ｂが形成されて構成されており、電極触媒層２１ｂが電解液保持部材２３に接するよう配置されている。また、作用極２１におけるガス透過性フィルム２１ａは、被検ガス導入口１３を塞ぐよう配置されている。また、ガス透過性フィルム２１ａの上面は、被検ガス導入口１３を取り囲むよう上壁部１４の下面（内面）に熱溶着されている。ガス透過性フィルム２１ａが上壁部１４に熱溶着されていることにより、電解液が、ガス透過性フィルム２１ａと上壁部１４との間から漏出することを防止することができる。

【0031】

作用極２１は、作用極用リード部材４６の一端に電気的に接続され、この作用極用リード部材４６の他端には、作用極端子４０が電気的に接続されている。
作用極用リード部材４６を構成する材料としては、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）およびタンタル（Ｔａ）などの金属を用いることができる。また、作用極用リード部材４６としては、樹脂被覆された白金（Ｐｔ）線を用いることもできる。

【0032】

ガス透過性フィルム２１ａとしては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂よりなる多孔質膜を用いることができる。
多孔質膜は、ガーレー数が３〜３０００秒であるものが好ましい。多孔質膜の厚みおよび空隙率は、ガーレー数が上記数値範囲内の大きさとなるよう設定することができ、例えば、空隙率は１０〜７０％とされ、厚みは０．０１〜１ｍｍとされることが好ましい。

【0033】

電極触媒層２１ｂは、電解液に対して不溶性の触媒金属の微粒子、当該触媒金属の酸化物の微粒子、当該触媒金属の合金の微粒子、またはこれらの微粒子の混合物などの触媒微粒子によって形成されている。電解液に対して不溶性の触媒金属としては、例えば白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）などを用いることができる。このような電極触媒層２１ｂは、触媒微粒子およびバインダーを含有するペーストを調製し、このペーストを、スクリーン印刷などによってガス透過性フィルム２１ａの表面に塗布して焼成することにより、形成することができる。

【0034】

電極複合体２５は、疎水性多孔質材料よりなる圧力調整膜２８と、それぞれ圧力調整膜２８の上面に互いに離間して形成された半円形の触媒層よりなる対極２６および参照極２７とにより構成されている。この電極複合体２５における圧力調整膜２８は、ケーシング１０における通気管部１６の上端面に通気孔Ｖを塞ぐよう配置されている。これにより、ケーシング１０の内部空間が、圧力調整膜２８および通気孔Ｖを介して外部の大気に解放された状態となる。また、圧力調整膜２８の下面は、通気孔Ｖを取り囲むよう通気管部１６の上端面に熱溶着されている。圧力調整膜２８が通気管部１６の上端面に熱溶着されていることにより、電解液が、圧力調整膜２８と通気管部１６の上端面との間から漏出することを防止することができる。

【0035】

対極２６および参照極２７は、対極用リード部材４８および参照極用リード部材４９の一端に電気的に接続され、対極用リード部材４８および参照極用リード部材４９の他端には、対極端子４２および参照極端子４３が電気的に接続されている。
対極用リード部材４８および参照極用リード部材４９を構成する材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）およびタンタル（Ｔａ）などの金属を用いることができる。

【0036】

圧力調整膜２８としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂よりなる多孔質膜を用いることができる。
多孔質膜は、ガーレー数が３〜３０００秒であるものが好ましい。多孔質膜の厚みおよび空隙率は、ガーレー数が上記数値範囲内の大きさとなるよう設定することができ、例えば、空隙率は１０〜７０％とされ、厚みは０．０１〜１ｍｍとされることが好ましい。

【0037】

対極２６および参照極２７を構成する触媒層は、電解液に対して不溶性の触媒金属の微粒子、当該触媒金属の酸化物の微粒子、当該触媒金属の合金の微粒子、またはこれらの微粒子の混合物などの触媒微粒子によって形成されている。電解液に対して不溶性の触媒金属としては、例えば白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）などを用いることができる。対極２６および参照極２７を構成する触媒層は、触媒微粒子およびバインダーを含有するペーストを調製し、このペーストを、スクリーン印刷などによって圧力調整膜２８の表面に塗布して焼成することにより、形成することができる。

【0038】

圧力調整膜２８は、対極２６および参照極２７が形成された円形の電極形成部２８ａと、それぞれ電極形成部２８ａの外周縁から径方向外方に突出して伸びる３つ以上（図示の例では４つ）の矩形の舌片部２８ｂとにより構成されている。舌片部２８ｂの各々は、電極形成部２８ａの周方向に等間隔で並ぶよう形成されている。

【0039】

電解液保持部材２３の径は、作用極２１の径の１〜５倍であることが好ましく、より好ましくは１．２〜２倍である。電解液保持部材２３の径が過小である場合には、電解液中の水分が蒸発して電解液の体積が減少したときに、ケーシング１０の内部の空気が作用極２１に接触して反応が生じることにより、測定指示値が上昇する虞があるため、測定精度が低下するという問題がある。一方、電解液保持部材２３の径が過大である場合には、用いられる電解液の液量を増やさないと、電解液保持部材２３に十分な量の電解液が吸収されず、ケーシング１０の内部の空気が作用極２１に接触して反応が生じるという問題がある。また、電解液の量を増やすときには、電解液室Ｓの容積も増やさなければならないため、定電位電解式酸素センサの小型化を図ることが困難となるという問題が生じる。

【0040】

電解液保持部材２３の厚みは、十分な量の電解液を含浸させることができるものでありながら、電解液保持部材２３の体積が可及的に小さくなる大きさとされ、具体的には、例えば０．５ｍｍ程度とされる。このような構成とされることにより、高湿度環境下においても信頼性の高いガス検知を行うことができる。
電解液保持部材２３としては、例えば、ガラス繊維濾紙、あるいはガラス繊維、ＰＰ繊維、ＰＰ／ＰＥ複合繊維もしくはセラミックス繊維からなる不織布などを用いることができる。

【0041】

通気管部１６の上端部分には、複合電極体２５を支持する支持板３０が設けられている。支持板３０の斜視図を図４に示し、支持板３０上面図を図５に示す。
この支持板３０は、圧力調整膜２８における電極形成部２８ａを支持する電極形成部支持部３１と、この電極形成部支持部３１の周囲に、当該支持板３０の周縁から当該電極形成部支持部３１に向かうに従って上壁部１４に接近するよう形成されたテーパ部３３と、圧力調整膜２８における舌片部２８ｂの各々に対応して形成された、当該舌片部２８ｂを支持する舌片部支持部３５とを有する。

【0042】

図示の例では、支持板３０の上面には、電極形成部支持部３１とテーパ部３３との間に段部が形成されている。これにより、電極形成部支持部３１上には、圧力調整膜２８における電極形成部２８ａを受容して支持する略円形の凹所Ｒが形成されている。

【0043】

また、電極形成部支持部３１の中央位置には、ケーシング１０における通気管部１６の外径に適合する内径を有する通気管部用貫通孔３２が形成されている。この通気管部用貫通孔３２には、通気管部１６の先端部分が嵌合されている。

【0044】

支持板３０の厚み方向に垂直な平面とテーパ部３３の表面とのなす角度は、５〜３０°であることが好ましい。この角度が過小である場合には、テーパ部３３の内周縁における上壁部１４との距離と、テーパ部３３の外周縁における上壁部１４との距離との差が小さすぎるため、電解液が支持板３０の中央に集まり難くなり、電解液保持部材２３に電解液が供給されなくなる虞がある。一方、この角度が過大である場合には、支持板３０と上壁部１４との間における両者の距離が大きい領域では、電解液が移動し難くなり、電解液を有効に活用することが困難となる。

【0045】

舌片部支持部３５の各々は、凹所Ｒから支持板３０の外周面に向かって半径方向に伸びる溝Ｇによって形成されている。
舌片部支持部３５には、溝Ｇの各々の底面位置に舌片部用貫通孔３６が形成されている。そして、圧力調整膜２８における舌片部２８ｂの各々は、舌片部用貫通孔３６に進入し、当該舌片部２８ｂの先端部が電解液室Ｓ内に位置するよう形成されている。このような構成によれば、定電位電解式酸素センサの姿勢に拘わらず、ケーシング１０の内部に対する外気の通気によって、ケーシング１０の内部圧力を一定に保持することができる。

【0046】

この定電位電解式酸素センサにおいては、作用極２１および参照極２７が、例えばポテンショスタット回路（図示省略）などによって、一定の電位に保たれる。そして、ケーシング１０の被検ガス導入口１３から導入された被検ガスが、作用極２１におけるガス透過性フィルム２１ａを透過し、当該被検ガスに含まれる酸素（Ｏ₂）が電極触媒層２１ｂに接触すると、当該電極触媒層２１ｂにおいて酸素（Ｏ₂）の還元反応が生じると共に、対極２６において水（Ｈ₂Ｏ）の分解反応が生じる。

【0047】

このとき、作用極２１と対極２６との間に生じる電流の値は、被検ガス中の酸素の濃度に比例するため、作用極２１と対極２６との間に流れる電流を測定することによって、被検ガス中の酸素の濃度を測定することができる。
また、対極２６においては、水の電気分解が生じることによって酸素（Ｏ₂）が発生するが、圧力調整膜２８によってケーシング１０の内部の圧力が調整される。

【0048】

本発明の定電位電解式酸素センサにおいては、電解液保持部材２３は、作用極２１と電極複合体２５との間にのみ設けられていればよく、これにより、電解液の量を少なくすることができる。
また、電極複合体２５を支持する支持板３０は、当該支持板３０の周縁から電極形成部支持部３１に向かうに従ってケーシング１０の上壁部１４に接近するよう形成されたテーパ部３３を有することにより、電解液が支持板３０の周縁から電極形成部支持部３１に向かって集まりやすいため、径の小さい電解液保持部材２３を用いても、当該電解液保持部材２３に十分な量の電解液を含浸させることができる。
また、電解液室Ｓが電極積層構造体２０とケーシング１０の下壁部１５との間に形成されているため、ケーシング１０の径が小さくても容積の大きい電解液室Ｓを設計することが可能である。
また、電極複合体２５が、圧力調整膜２８上に対極２６および参照極２７が形成されてなるものであることにより、別個に圧力調整膜２８を設けることが不要で、部品数が少なく、ケーシング１０の内部のスペースを効率的に利用することかできる。
従って、本発明の定電位電解式酸素センサによれば、小型なものでありながら、容積の大きい電解液室Ｓを確保することができるので、広い湿度範囲の環境下で使用することができる。

【符号の説明】

【0049】

１０ ケーシング
１１ ケーシンク本体
１２ 蓋部材
１３ 被検ガス導入口
１４ 上壁部
１５ 下壁部
１６ 通気管部
１７ 周壁部
１８ 第１凹所
１９ 第２凹所
２０ 電極積層構造体
２１ 作用極
２１ａ ガス透過性フィルム
２１ｂ 電極触媒層
２３ 電解液保持部材
２５ 電極複合体
２６ 対極
２７ 参照極
２８ 圧力調整膜
２８ａ 電極形成部
２８ｂ 舌片部
３０ 支持板
３１ 電極形成部支持部
３２ 通気管部用貫通孔
３３ テーパ部
３５ 舌片部支持部
３６ 舌片部用貫通孔
４０ 作用極端子
４２ 対極端子
４３ 参照極端子
４５ 封止用樹脂材料層
４６ 作用極用リード部材
４８ 対極用リード部材
４９ 参照極用リード部材
５０ ガス供給制限手段
５１ ピンホール
５５ 緩衝膜
５６ ガス拡散層
５７ 保護層
５８ａ 貫通孔
５８ 両面粘着テープ
５９ 両面粘着テープ
Ｇ 溝
Ｋ 間隙
Ｒ 凹所
Ｓ 電解液室
Ｖ 通気孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】