JP5992793B2 - Galvanic cell type gas sensor, method for producing anode of galvanic cell type gas sensor, and gas detector - Google Patents
Galvanic cell type gas sensor, method for producing anode of galvanic cell type gas sensor, and gas detector Download PDFInfo
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Description
本発明は、ガルバニ電池式ガスセンサ、および、ガルバニ電池式ガスセンサの陽極の作製方法、並びに、ガルバニ電池式ガスセンサを具えたガス検知器に関する。 The present invention relates to a galvanic cell type gas sensor, a method for producing an anode of the galvanic cell type gas sensor, and a gas detector including the galvanic cell type gas sensor.
現在、小型化または薄型化されたガルバニ電池式ガスセンサが提案されている。例えば、被検出ガスが流入可能で、かつ撥水性を有する隔膜の背面に配置された陰極と、電解液に対して耐蝕性を有する導電材料の一部をリードとなるように残して電解メッキにより鉛による電極層を形成して構成された陽極と、前記陰極と陽極との間に配置されて電解液を含浸保持するシートとを、隔膜を露出させるようにケースに収容して構成されたものが知られている(特許文献1参照。)。 Currently, galvanic cell type gas sensors that have been reduced in size or thickness have been proposed. For example, by electroplating, a cathode disposed on the back surface of a diaphragm having a water repellent property into which a gas to be detected can flow and a part of a conductive material having corrosion resistance to the electrolytic solution are left as leads. An anode constructed by forming an electrode layer made of lead, and a sheet disposed between the cathode and the anode and impregnated and held in an electrolyte, and housed in a case so as to expose the diaphragm Is known (see Patent Document 1).
この種のガルバニ電池式ガスセンサにおいては、例えば検知対象ガスが酸素である場合には、陽極の電極層を構成する鉛は酸化反応により酸化鉛となるが電解液成分と反応し塩もしくは水酸化物の形で電解液中に溶解する。したがって、電解液中の塩もしくは水酸化物濃度が飽和し酸化鉛が溶解しなくなると、鉛の酸化反応が進行しなくなりセンサとしての寿命が尽きる。また、鉛が消耗して無くなった場合も同様にセンサとしての反応が起こらなくなりセンサとしての寿命が尽きることなる。 In this type of galvanic cell type gas sensor, for example, when the gas to be detected is oxygen, lead constituting the electrode layer of the anode becomes lead oxide by an oxidation reaction, but reacts with an electrolyte component to react with a salt or hydroxide. It dissolves in the electrolyte in the form of Therefore, when the salt or hydroxide concentration in the electrolytic solution is saturated and lead oxide does not dissolve, the lead oxidation reaction does not proceed and the life of the sensor is exhausted. Further, when lead is consumed and disappears, the reaction as a sensor does not occur and the life as a sensor is exhausted.
しかしながら、上記特許文献1に記載の陽極においては、鉛層が剥がれやすく、ガルバニ電池式ガスセンサを所期のセンサ寿命を有するものとして構成することができないという問題がある。 However, the anode described in Patent Document 1 has a problem that the lead layer is easily peeled off, and the galvanic cell type gas sensor cannot be configured to have a desired sensor life.
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、所期のセンサ寿命を得ることのできるガルバニ電池式ガスセンサを提供することにある。
本発明の他の目的は、鉛よりなる電極層が保持部材より剥がれることが防止されて所期の機能が維持される陽極を確実に作製することのできる陽極の作製方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、所期のガス検知を安定して行うことのできるガス検知器を提供することにある。
The present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is to provide a galvanic cell type gas sensor capable of obtaining a desired sensor life.
Another object of the present invention is to provide a method for producing an anode that can reliably produce an anode in which an electrode layer made of lead is prevented from being peeled off from a holding member and an intended function is maintained. .
Still another object of the present invention is to provide a gas detector capable of stably performing desired gas detection.
本発明のガルバニ電池式ガスセンサは、一方に開口するガス取入口が撥水性を有するガス透過性隔膜によって封止されて内部に電解液が収容される電解液収容空間が形成されたケーシングと、当該ケーシング内において、当該ガス透過性隔膜の接液側の面に配置された陰極と、当該陰極と電解液を介して配置された板状の陽極とを具えてなるガルバニ電池式ガスセンサにおいて、
前記陽極は、前記電解液に対して耐蝕性を有する導電材料よりなる面状の保持部材と、当該保持部材の一面および他面の各々に形成された鉛よりなる電極層とよりなり、
当該保持部材には、対角線方向が互いに同方向に延びる複数の矩形状またはひし形状のものを含む複数の貫通孔が形成されており、
当該保持部材の一面側に位置される電極層および当該保持部材の他面側に位置される電極層は、当該保持部材における各々の貫通孔内に形成された柱状の連結部を介して、互いに接合されており、
前記陽極における保持部材は、貫通孔の開口面積の総和の、当該保持部材における電極層形成面の面積に対する割合が10〜30%であるものあることを特徴とする。
The galvanic cell type gas sensor of the present invention includes a casing in which a gas inlet opening in one side is sealed by a gas-permeable diaphragm having water repellency, and an electrolyte solution containing space in which an electrolyte solution is contained is formed, In the casing, in a galvanic cell type gas sensor comprising a cathode disposed on the surface of the gas permeable diaphragm on the liquid contact side, and a plate-shaped anode disposed via the cathode and the electrolyte,
The anode comprises a planar holding member made of a conductive material having corrosion resistance to the electrolytic solution, and an electrode layer made of lead formed on each of one side and the other side of the holding member,
The holding member is formed with a plurality of through holes including a plurality of rectangular or diamond-shaped ones whose diagonal directions extend in the same direction.
The electrode layer located on the one surface side of the holding member and the electrode layer located on the other surface side of the holding member are connected to each other via a column-shaped connecting portion formed in each through hole in the holding member. Are joined ,
The holding member in the anode is characterized in that the ratio of the total opening area of the through holes to the area of the electrode layer forming surface in the holding member is 10 to 30% .
本発明のガルバニ電池式ガスセンサの陽極の作製方法は、上記のガルバニ電池式ガスセンサの陽極の作製方法であって、
対角線方向が互いに同方向に延びる複数の矩形状またはひし形状のものを含む複数の貫通孔が形成された面状の保持部材の一面および他面の各々に、各々鉛よりなる板状の電極層形成材料を積重し、
超音波による振動方向を当該保持部材における矩形状またはひし形状の貫通孔の長対角線方向と一致させて超音波溶着を行うことによって、当該保持部材における各々の貫通孔内に柱状の連結部を形成して当該一面側の電極層形成材料と当該他面側の電極層形成材料とを接合する工程を有することを特徴とする。
A method for producing an anode of a galvanic cell type gas sensor of the present invention is a method for producing an anode of the above galvanic cell type gas sensor,
A plate-like electrode layer made of lead on each of one side and the other side of a planar holding member in which a plurality of through-holes including a plurality of rectangular or diamond-shaped ones whose diagonal directions extend in the same direction are formed Stacking forming materials,
Columnar connecting portions are formed in each through hole in the holding member by performing ultrasonic welding with the direction of vibration caused by the ultrasonic wave matching the long diagonal direction of the rectangular or rhomboid through hole in the holding member. And it has the process of joining the electrode layer forming material of the said one surface side, and the electrode layer forming material of the said other surface side, It is characterized by the above-mentioned.
本発明のガス検知器は、上記のガルバニ電池式ガスセンサを具えてなることを特徴とする。 The gas detector of the present invention comprises the galvanic cell type gas sensor described above.
本発明のガルバニ電池式ガスセンサによれば、保持部材における矩形状またはひし形状の貫通孔内に形成された柱状の連結部は当該貫通孔の内周面に密着した状態で形成されているので、一面側電極層と他面側電極層との接合強度が高くなり、センサの使用に伴って電極層が保持部材より剥がれることを確実に防止することができ、従って、ガルバニ電池式ガスセンサを所期のセンサ寿命を有するものとして構成することができる。 According to the galvanic cell type gas sensor of the present invention, the columnar connecting portion formed in the rectangular or diamond-shaped through hole in the holding member is formed in close contact with the inner peripheral surface of the through hole. The bonding strength between the one-side electrode layer and the other-side electrode layer is increased, and it is possible to reliably prevent the electrode layer from peeling off from the holding member as the sensor is used. Therefore, the galvanic cell type gas sensor is It can be configured as having a sensor life of
本発明のガルバニ電池式ガスセンサの陽極の作製方法によれば、矩形状またはひし形状の貫通孔の長対角線方向に沿った超音波の振動によって、電極層形成材料における保持部材との界面部分が溶解されて当該貫通孔内に連結部が形成される際に、当該貫通孔の角部によるいわばアンカー効果が得られるので、電極層形成材料同士を例えば丸形の貫通孔が形成されたものに比して高い強度で接合することができ、センサの使用に伴って、電極層が保持部材より剥がれることを抑制することができて所期の機能が維持されるものを確実に作製することができる。 According to the method for producing an anode of a galvanic cell type gas sensor of the present invention, the interface portion between the electrode layer forming material and the holding member is dissolved by the vibration of the ultrasonic wave along the long diagonal direction of the rectangular or diamond-shaped through hole. When the connecting portion is formed in the through-hole, an anchor effect is obtained by the corner of the through-hole, so that the electrode layer forming materials are compared with those having, for example, round through-holes. Can be bonded with high strength, and with the use of the sensor, the electrode layer can be prevented from being peeled off from the holding member, and the desired function can be reliably produced. .
本発明のガス検知器によれば、所期の寿命を有するものとして構成された上記のガルバニ電池式ガスセンサを具えているので、所期のガス検知を安定して行うことができる。 According to the gas detector of the present invention, since the galvanic cell type gas sensor configured as having a desired life is provided, the desired gas detection can be stably performed.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明のガルバニ電池式ガスセンサの一構成例を示す断面図である。図2は、図1に示すガルバニ電池式ガスセンサにおける電極構造体の構成を、圧力調整膜を省略した状態で、示す平面図である。
このガルバニ電池式ガスセンサ10は、例えば酸素を検知対象ガスとするものであって、全体が略円柱型の外装体11を具えている。外装体11は、端壁の中央部にガス導入用貫通孔12aが形成された略有底円筒型の外装体本体12と、開口端に鍔部13aを有する有底円筒型の外装体キャップ13とにより構成されている。外装体キャップ13は、外装体本体12内の開口縁部に嵌挿されており、外装体本体12の開口縁部がカシメられて、外装体本体12および外装体キャップ13の両者が、鍔部13aの他面(外面)側に装着された電気絶縁性を有するリング状のパッキン15が介在する状態で固定されている。外装体本体12および外装体キャップ13は、例えばステンレス鋼などの金属材料により構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a galvanic cell type gas sensor of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the electrode structure in the galvanic cell type gas sensor shown in FIG. 1 in a state where the pressure adjustment film is omitted.
The galvanic cell
外装体11内には、全体が略円筒型に構成された電極構造体20が嵌挿されて配置されていると共に、この電極構造体20の外方側の位置において、円板状の回路基板18が外装体11の中心軸に対して垂直に延びるよう配置されている。
An
回路基板18には、一面(電極構造体20と対向する面)に、後述する陰極38のリード線46aおよび陽極30のリード線46bが接続される導電パターン(図示せず)が形成されており、他面(外装体キャップ13と対向する面)に、陽極30に接続する陽極用導電パターン(図示せず)および陰極38に接続する陰極用導電パターン(図示せず)が形成されている。そして、他面に形成された陰極用導電パターンに、外装体キャップ13の鍔部13aの一面(内面)が弾接されている。
The
電極構造体20は、端壁の中央部に形成された貫通孔によりガス取入口21aが構成された有底円筒型のケーシング21を具えている。ケーシング21は、例えばABS樹脂などの樹脂材料により構成されている。
ケーシング21の内部には、電解液が収容される電解液収容空間Sと区画された2つの空間部22a,22bが互いに対向する位置において、各々ケーシング21の周壁の一部が利用されて形成されている。
The
Inside the
ケーシング21の端壁の外面には、当該ケーシング21におけるガス取入口21aを覆うよう、陰極38が設けられている。
陰極38は、接ガス部を形成する円板状の電極体38aとこの電極体38aの周縁部より径方向外方に向かって例えば直線状に伸びる端子片部分38bを有する陰極形成材料の、電極体38aが球面状に成形されて構成されている。陰極形成材料は、例えばステンレス鋼よりなる基材の表面に金が付着されてなるものである。
陰極38は、電極体38aが外方に向かって凸となる状態で配置されており、陰極38の端子片部分38bが、ケーシング21の端壁の肉厚中を当該端壁に沿って径方向に延び、先端部が軸方向に屈曲されてケーシング21の一方の空間部22a内に導出されている。
A
The
The
ケーシング21の端壁の外面には、さらに撥水性を有するガス透過性隔膜40が、ケーシング21が内部に嵌挿された状態で装着される有底円筒型のキャップ28によって陰極38の電極体38aの外面に押し付けられた状態で、設けられており、これにより、ケーシング21におけるガス取入口21aが封止されている。キャップ28には、端壁における陰極38の電極体38aに対向する位置に、ガス導入用貫通孔28aが形成されており、陰極38の電極体38aが当該ガス導入用貫通孔28aに嵌め込まれた状態とされている。
On the outer surface of the end wall of the
ガス透過性隔膜40は、例えばFEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素系樹脂により構成されている。ここに、ガス透過性隔膜40の厚みは、例えば13〜25μmである。
The gas
ケーシング21の周壁における開口端面には、段部24が形成されている。この段部24の平坦面上には、撥水性を有する圧力調整膜42が張設されており、これにより、ケーシング21内に電解液が収容される電解液収容空間Sが形成されている。この圧力調整膜42は、例えばガス透過性隔膜40の構成材料として例示したフッ素系樹脂により構成されており、周縁部が例えば熱溶着によりケーシング21に固定されている。
A
ケーシング21の端壁の内面には、例えばビニロン不織布がガス取入口21aを構成する貫通孔を覆うよう設けられている。このビニロン不織布は、センサの使用に伴う鉛の溶解によって、陰極38の電極体38aに鉛カスが付着することを防止するためのものである。
On the inner surface of the end wall of the
また、ケーシング21の端壁の内面には、2つの円柱状の陽極支持部25が互いに離間した位置において軸方向に延びるよう(垂立して)形成されており、当該陽極支持部25によって、全体が板状の陽極30がケーシング21の中心軸に垂直に延びる姿勢で支持されている。陽極30の具体的な構成については後述する。
In addition, two cylindrical
ケーシング21の周壁には、ケーシング21内の一方の空間部22aおよび他方の空間部22bにそれぞれ連通する接続端子装着用貫通孔23a,23bが径方向に延びるよう形成されており、接続端子装着用貫通孔23a,23b内には、ロッド状の接続端子45a,45bが装着されている。一方の接続端子45aの先端には、陰極38の端子片部分38bが電気的に接続されている。また、他方の接続端子45bは、先端部が他方の空間部22bを区画する隔壁を貫通して延び、電解液保持部材41の他面(陽極30側の面)に接触した状態で設けられている。そして、他方の接続端子45bの先端部は、後述する陽極30における保持部材31のリード接続部31cに電気的に接続されている。一方の空間部22aおよび他方の空間部22bは、例えばエポキシ樹脂系の接着剤47が充填されて封止されている。
The peripheral wall of the
陰極38のリード線46aは、一端部がケーシング21の外周面に露出される一方の接続端子45aの外端面に接続された状態においてケーシング21の周壁に沿って軸方向外方に延び、他端側部分が径方向内方に向かって折り曲げられてケーシング21の開口端面に沿って延びるよう配設されている。陰極38のリード線46aの他端部は、回路基板18の一面に形成された導電パターンに接続されている。
また、陽極30のリード線46bは、ケーシング21の外周面に露出される他方の接続端子45bの外端面に一部が接続された状態において、一端側部分がケーシング21の周壁に沿って軸方向外方に延び、キャップ28の周面に沿って折り曲げられてキャップ28の外面に沿って延びるよう配設されていると共に、他端側部分がケーシング21の周壁に沿って軸方向外方に延び、さらに径方向内方に向かって折り曲げられてケーシング21の開口端面に沿って延びるよう配設されている。陽極30のリード線46bの他端部は、回路基板18の一面に形成された導電パターンに接続されている。陰極38のリード線46aおよび陽極30のリード線46bは、ケーシング21の段部24に配置された例えばO−リングよりなるシール部材19によって回路基板18に対して押圧されている。
The
The
而して、上記のガルバニ電池式ガスセンサ10における陽極30は、図3に示すように、電解液に対して耐蝕性を有する導電材料、例えばニッケルよりなる板状の保持部材31と、この保持部材31の一面および他面の各々に設けられた、電極層を構成する鉛よりなる一面側電極板35aおよび他面側電極板35bとにより構成されている。
Thus, as shown in FIG. 3, the
保持部材31には、対角線方向が互いに同方向に延びる複数の矩形状またはひし形状のものを含む複数の連結部形成用貫通孔が形成されていると共に、ケーシング21における陽極支持部25が嵌挿される陽極支持部挿入用貫通孔33が形成されている。
この例における保持部材は、図4に示すように、長手方向(図4における左右方向)における両端縁がケーシング21の内周縁に沿った円弧状に形成された略平板状であって、幅方向(図4における上下方向)の両側縁に切欠きが形成された形態を有する。一方の切欠きは、ケーシング21の一方の空間部22aを区画する隔壁の外周縁に沿った形態を有する。各々の側部31aの略中央位置に陽極支持部挿入用貫通孔33が形成されている。陽極支持部挿入用貫通孔33の形成位置に対して長手方向外方側の領域において4つの連結部形成用丸形貫通孔32aが幅方向に例えば等間隔毎に並んで形成されている。幅方向における陽極支持部挿入用貫通孔33の、一方の側縁側の位置に連結部形成用ひし形貫通孔32bが長対角線方向が幅方向に一致する状態で形成されていると共に、他方の側縁側の位置に連結部形成用丸形貫通孔32aが形成されている。さらに、長手方向における陽極支持部挿入用貫通孔33の内方側であって他方の側縁側の領域に1つの連結部形成用ひし形貫通孔32bが長対角線方向が幅方向と一致する状態で形成されている。中央部31bには、幅方向における一方の側縁側の領域において、7つの連結部形成用丸形貫通孔32aが千鳥格子状に並んで形成されている。
The holding
As shown in FIG. 4, the holding member in this example has a substantially flat plate shape in which both end edges in the longitudinal direction (left and right direction in FIG. 4) are formed in an arc shape along the inner peripheral edge of the
保持部材31における各々の連結部形成用丸形貫通孔32aは、例えば互いに同一の大きさの穴径を有する。
各々の連結部形成用ひし形貫通孔32bは、対角線方向が相互に一致する状態で形成されている。
保持部材31における連結部形成用貫通孔32a,32bの開口面積の総和の、保持部材31の電極層形成面(電極板配置領域)の面積に対する割合は、例えば10〜30%であることが好ましく、より好ましくは15〜30%である。このような構成とされていることにより、一面側電極板35aおよび他面側電極板35bの十分な接合強度を確保しながら、電極板自体の変形が生じることを抑制することができる。一方、当該割合が過小である場合には、鉛(電極板)の保持力が弱く、外部からの衝撃によって電極板が保持部材31より剥がれてしまいやすくなり、また、当該割合が過大である場合には、保持部材31の機械的強度が低くなり、陽極30自体の形状を維持することが困難となる。
また、すべての連結部形成用貫通孔に占める連結部形成用ひし形貫通孔32bの割合は、例えば15〜100%であることが好ましい。このような構成とされることにより、一面側電極板35aおよび他面側電極板35bの十分な接合強度を確実に得ることができて、使用に伴って電極板が保持部材31より剥がれることを確実に防止することができる。
Each of the connecting portion forming round through
Each of the connecting portion forming rhombus-shaped through
The ratio of the sum of the opening areas of the connecting portion forming through
Moreover, it is preferable that the ratio of the connection part formation
一面側電極板35aおよび他面側電極板35bは、保持部材31における連結部形成用貫通孔32a,32b内に形成された柱状の連結部37により互いに接合されている。具体的には、保持部材31の連結部形成用ひし形貫通孔32b内においては、図5(a)に示すように、連結部37は連結部形成用ひし形貫通孔32bの内周面に密着した状態で形成されている。一方、保持部材31の連結部形成用丸形貫通孔32a内においては、図5(b)に示すように、連結部37は連結部形成用丸形貫通孔32aの内周面との間に微小な空隙Cが介在する状態で形成されている。
The one-
一面側電極板35aおよび他面側電極板35bは、幅方向における他方の側縁側の切欠きが保持部材31の当該切欠きより大きく形成されていることの他は、保持部材31と略同一の外形形状を有する。したがって、上記の陽極30においては、保持部材31の中央部31bの一部が外部に露出された状態とされており、これにより、他方の接続端子45bとのリード接続部31cが形成されている。
また、一面側電極板35aおよび他面側電極板35bには、保持部材31における陽極支持部挿入用貫通孔33と連続する陽極支持部挿入用貫通孔36a,36bが形成されている(図6(a)参照。)。
一面側電極板35aおよび他面側電極板35bの厚さは、例えば所期のセンサ寿命に相当する量との関係において適宜設定することができる。
The one
Further, anode support portion insertion through
The thicknesses of the one-
上記構成の陽極30は、次のようにして作製することができる。
先ず、図6(a)に示すように、鉛よりなる板状の電極層形成材料における所定の位置に、陽極支持部挿入用貫通孔36a,36bを形成することにより、一面側電極板35aおよび他面側電極板35bを作製すると共に、例えばニッケルよりなる板状の保持部材形成材料における所定の位置に、連結部形成用丸形貫通孔32aおよび連結部形成用ひし形貫通孔32b並びに陽極支持部挿入用貫通孔33を形成することにより、保持部材31を作製する。ここに、保持部材31は、例えばエッチング加工、プレス加工等により作製することができる。
次いで、図6(b)に示すように、保持部材31の一面に一面側電極板35aを積重して配置すると共に、保持部材31の他面に他面側電極板35bを積重して配置し、超音波による振動方向(図6(b)において白抜きの矢印で示す。)を、保持部材31の連結部形成用ひし形貫通孔32bの長対角線方向と一致させて超音波溶着を行うことにより、保持部材31の連結部形成用丸形貫通孔32aおよび連結部形成用ひし形貫通孔32bの各々の内部に柱状の連結部37を形成して一面側電極板35aおよび他面側電極板35bを接合し、以て、上記構成の陽極30を得ることができる。ここに、超音波の周波数は例えば15〜40kHzであり、超音波の発振時間は例えば0.1〜0.3秒間である。なお、超音波による振動方向を例えば連結部形成用ひし形貫通孔32bの短対角線方向(長手方向)と一致させて超音波溶着を行う場合には、電極板が振動方向に延伸されることに起因する寸法ズレによってケーシング21内に収容することができなくなることがある。
The
First, as shown in FIG. 6A, by forming anode support portion insertion through
Next, as shown in FIG. 6B, the one-
而して、上記の陽極30は、保持部材31の連結部形成用ひし形貫通孔32aの長対角線方向に沿った超音波の振動によって、一面側電極板35aにおける保持部材31との界面部分および他面側電極板35bにおける保持部材31との界面部分が溶解されて連結部形成用ひし形貫通孔32a内に柱状の連結部37が形成される際に、連結部形成用ひし形貫通孔32aの角部によるいわばアンカー効果が得られるので、保持部材31における連結部形成用ひし形貫通孔32b内に形成された柱状の連結部37は、連結部形成用ひし形貫通孔の内周面に密着した状態で形成されることとなる。このため、一面側電極板35aおよび他面側電極板35bを例えば丸形の貫通孔が形成されたものに比して高い強度で接合することができ、センサの使用に伴って、電極板が保持部材31より剥がれることを抑制することができて所期の機能を確実に維持することができるものとなる。また、陽極30を作製工程において寸法ズレが生ずることを確実に抑制することができる。
従って、上記の陽極30を具えてなる上記構成のガルバニ電池式ガスセンサ10によれば、センサの使用に伴って一面側電極板35aおよび他面側電極板35bが保持部材31より剥がれることを確実に防止することができ、ガルバニ電池式ガスセンサ10を所期のセンサ寿命を有するものとして構成することができる。
Thus, the
Therefore, according to the galvanic cell
以下、上記のガルバニ電池式ガスセンサ10を具えてなる本発明のガス検知器について説明する。
図7は、本発明のガス検知器の一構成例を示す断面図である。
このガス検知器は、裏面側ハウジング部材51と、この裏面側ハウジング部材にリング状パッキングを介して連結固定される表面側ハウジング部材52とにより構成される、全体が扁平なハウジングを具えている。表面側ハウジング部材52の左側領域には、ブザー配置部52aが形成されており、このブザー配置部52a内に収容された状態で警報用ブザー53がその発音部が上面側となるよう配置されている。そして、表面側ハウジング部材52の右側領域には、図7において上端が開口する円筒状のセンサ配置部52bが形成されており、このセンサ配置部52b内に収容された状態で、上記のガルバニ電池式ガスセンサ10が、センサ配置部52bに着脱自在に嵌合されたセンサキャップ52cにより固定された状態で保持されている。図7において、55は平板状の制御用回路基板、56はパネル状表示機構、58は駆動用電源を構成するいわゆるボタン型の電池である。
Hereinafter, the gas detector of the present invention including the galvanic cell
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of the gas detector of the present invention.
This gas detector includes a housing that is flat as a whole and includes a
而して、上記のガス検知器によれば、所期の寿命を有するものとして構成された上記のガルバニ電池式ガスセンサ10を具えているので、所期のガス検知を安定して行うことができる。
Thus, according to the above gas detector, since the galvanic cell
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
<実験例1>
図3および図4に示す構成に従って、本発明に係るガルバニ電池式ガスセンサ用の陽極(30)を作製した。この陽極(30)の具体的構成は次に示す通りである。
Hereinafter, experimental examples performed for confirming the effects of the present invention will be described.
<Experimental example 1>
According to the configuration shown in FIGS. 3 and 4, an anode (30) for a galvanic cell type gas sensor according to the present invention was produced. The specific configuration of the anode (30) is as follows.
〔保持部材(31)〕
・材質:ニッケル、
・厚み:0.1mm、
・連結部形成用丸形貫通孔(32a)の穴径:φ0.5mm、数:17個、
・連結部形成用ひし形貫通孔(32b)の長対角線方向の開口寸法:1.2mm、短対角線方向の開口寸法:0.7mm、数:4個(すべての連結部形成用貫通孔に占める連結部形成用ひし形貫通孔の割合:約19%)、
・連結部形成用貫通孔(32a,32b)の開口面積の総和の、保持部材(31)の電極板配置領域の面積に対する割合:13.5%
〔一面側電極板(35a)および他面側電極板(35b)〕
・材質:鉛、
・厚み:0.5mm、
・保持部材との対接面の面積:約29mm2、
・鉛量:約2年間のセンサ寿命に相当する量
〔超音波溶着の処理条件〕
・超音波による振動方向:連結部形成用ひし形貫通孔の長対角線方向、
・超音波の周波数:39.5kHz、
・超音波の発振時間:0.18秒間
[Holding member (31)]
・ Material: Nickel,
・ Thickness: 0.1 mm,
-Hole diameter of the connecting portion forming round through hole (32a): φ0.5mm, number: 17,
-Opening dimension in the long diagonal direction of the diamond-shaped through hole (32b) for connecting part formation: 1.2 mm, opening dimension in the short diagonal direction: 0.7 mm, number: 4 (the connection occupying all the through holes for forming the connecting part) (Ratio of rhombus-shaped through holes for part formation: about 19%)
The ratio of the sum of the opening areas of the through holes (32a, 32b) for forming the coupling portion to the area of the electrode plate arrangement region of the holding member (31): 13.5%
[One side electrode plate (35a) and other side electrode plate (35b)]
・ Material: Lead,
・ Thickness: 0.5mm
· The area of Taise' surface of the holding member: about 29 mm 2,
・ Lead amount: equivalent to the sensor life of about 2 years [processing conditions for ultrasonic welding]
・ Vibration direction by ultrasonic waves: Long diagonal direction of the diamond-shaped through hole for forming the connecting portion,
・ Ultrasonic frequency: 39.5 kHz,
・ Ultrasound oscillation time: 0.18 seconds
上記の陽極を用い、図1に示す構成に従って、本発明に係るガルバニ電池式ガスセンサを作製し、当該ガルバニ電池式ガスセンサについて、以下に示すセンサ寿命試験を行ったところ、陽極の鉛量に応じた所期のセンサ寿命が得られることが確認された。
<センサ寿命試験>
温度25℃の酸素濃度が100%である環境下に、ガルバニ電池式ガスセンサを動作させた状態で当該ガルバニ電池式ガスセンサを放置する(5倍の加速試験)。
そして、5カ月間が経過した時点において、陽極を構成する電極板(鉛)の一部分であっても保持部材(ニッケル板)によって保持されていることが確認された場合には、鉛量に応じた所期のセンサ寿命が得られたものであるとして評価を行った。
A galvanic cell type gas sensor according to the present invention was produced according to the configuration shown in FIG. 1 using the above-mentioned anode, and the galvanic cell type gas sensor was subjected to the sensor life test shown below. It was confirmed that the expected sensor life could be obtained.
<Sensor life test>
In an environment where the oxygen concentration at a temperature of 25 ° C. is 100%, the galvanic cell type gas sensor is left in a state where the galvanic cell type gas sensor is operated (5-fold acceleration test).
And when 5 months have passed, if it is confirmed that even a part of the electrode plate (lead) constituting the anode is held by the holding member (nickel plate), depending on the amount of lead Evaluation was performed assuming that the expected sensor life was obtained.
<参考実験例1>
上記実験例1において、図8に示すよう構成に従って作製した参考用の保持部材(311)を用いたことの他は、上記実験例1に係るものと同一の構成を有する参考用の陽極を作製した。当該参考用の陽極の保持部材(311)における連結部形成用丸形貫通孔(32a)の穴径は、φ0.5mmであり、連結部形成用丸形貫通孔(32a)の数は23個である(連結部形成用貫通孔(32a)の開口面積の総和の、保持部材(31)の電極板配置領域の面積に対する割合:9%程度)。
この参考用の陽極を用いたことの他は、上記実験例1に係るものと同一の構成を有するガルバニ電池式ガスセンサを作製し、このガルバニ電池式ガスセンサについて、実験例1と同様の方法によりセンサ寿命試験を行ったところ、5カ月が経過した時点において、保持部材によって保持された電極板部分は存在しておらず、陽極の鉛量に応じた所期のセンサ寿命より短くなることが確認された。
<Reference Experimental Example 1>
In Reference Example 1, a reference anode having the same configuration as that of Test Example 1 was prepared except that the reference holding member (311) manufactured according to the configuration shown in FIG. 8 was used. did. The hole diameter of the connecting portion forming round through hole (32a) in the reference anode holding member (311) is φ0.5 mm, and the number of connecting portion forming round through holes (32a) is 23. (The ratio of the sum of the opening areas of the through holes (32a) for forming the connecting portion to the area of the electrode plate arrangement region of the holding member (31): about 9%).
A galvanic cell type gas sensor having the same configuration as that of the experimental example 1 is manufactured except that this reference anode is used, and the galvanic cell type gas sensor is obtained by the same method as in the experimental example 1. As a result of the life test, it was confirmed that the electrode plate portion held by the holding member did not exist at the time when 5 months passed, and that it was shorter than the expected sensor life according to the lead amount of the anode. It was.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、陽極における保持部材は、板状のものではなく、例えば金網などを用いることができる。また、材質は電解液に対する耐食性を有するものであれば、ニッケルに限定されるものではなく、例えばステンレス鋼を用いることもできる。さらにまた、保持部材における連結部形成用貫通孔の形状は、ひし形状に限定されるものではなく、矩形状であってもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change can be added.
For example, the holding member in the anode is not a plate-like member, and for example, a wire mesh can be used. The material is not limited to nickel as long as it has corrosion resistance to the electrolytic solution, and for example, stainless steel can be used. Furthermore, the shape of the connecting portion forming through hole in the holding member is not limited to the rhombus shape, and may be a rectangular shape.
10 ガルバニ電池式ガスセンサ
11 外装体
12 外装体本体
12a ガス導入用貫通孔
13 外装体キャップ
13a 鍔部
15 パッキン
18 回路基板
19 シール部材
20 電極構造体
21 ケーシング
21a ガス取入口
S 電解液収容空間
22a 一方の空間部
22b 他方の空間部
23a,23b 接続端子装着用貫通孔
24 段部
25 陽極支持部
28 キャップ
28a ガス導入用貫通孔
30 陽極
31,311 保持部材
31a 側部
31b 中央部
31c リード接続部
32a 連結部形成用丸形貫通孔
32b 連結部形成用ひし形貫通孔
33 陽極支持部挿入用貫通孔
35a 一面側電極板(電極層)
36a 陽極支持部挿入用貫通孔
35b 他面側電極板(電極層)
36b 陽極支持部挿入用貫通孔
37 連結部
38 陰極
38a 電極体
38b 端子片部分
40 ガス透過性隔膜
41 電解液保持部材
42 圧力調整膜
45a 一方の接続端子
45b 他方の接続端子
46a,46b リード線
47 接着剤
51 裏面側ハウジング部材
52 表面側ハウジング部材
52a ブザー保持部
52b センサ配置部
52c センサキャップ
53 警報用ブザー
55 制御用回路基板
56 パネル状表示機構
58 電池
DESCRIPTION OF
35a One side electrode plate (electrode layer)
36a Through hole for insertion of
36b Anode
Claims (3)
前記陽極は、前記電解液に対して耐蝕性を有する導電材料よりなる面状の保持部材と、当該保持部材の一面および他面の各々に形成された鉛よりなる電極層とよりなり、
当該保持部材には、対角線方向が互いに同方向に延びる複数の矩形状またはひし形状のものを含む複数の貫通孔が形成されており、
当該保持部材の一面側に位置される電極層および当該保持部材の他面側に位置される電極層は、当該保持部材における各々の貫通孔内に形成された柱状の連結部を介して、互いに接合されており、
前記陽極における保持部材は、貫通孔の開口面積の総和の、当該保持部材における電極層形成面の面積に対する割合が10〜30%であるものあることを特徴とするガルバニ電池式ガスセンサ。 A gas inlet opening on one side is sealed by a gas permeable diaphragm having water repellency, and a casing in which an electrolytic solution containing space is formed to contain an electrolytic solution therein, and the gas permeable diaphragm in the casing In a galvanic cell type gas sensor comprising a cathode disposed on the surface of the liquid contact side, and a plate-like anode disposed via the cathode and an electrolyte,
The anode comprises a planar holding member made of a conductive material having corrosion resistance to the electrolytic solution, and an electrode layer made of lead formed on each of one side and the other side of the holding member,
The holding member is formed with a plurality of through holes including a plurality of rectangular or diamond-shaped ones whose diagonal directions extend in the same direction.
The electrode layer located on the one surface side of the holding member and the electrode layer located on the other surface side of the holding member are connected to each other via a column-shaped connecting portion formed in each through hole in the holding member. Are joined ,
The galvanic cell type gas sensor characterized in that the holding member in the anode has a ratio of the sum of the opening areas of the through holes to the area of the electrode layer forming surface in the holding member of 10 to 30% .
対角線方向が互いに同方向に延びる複数の矩形状またはひし形状のものを含む複数の貫通孔が形成された面状の保持部材の一面および他面の各々に、各々鉛よりなる板状の電極層形成材料を積重し、A plate-like electrode layer made of lead on each of one side and the other side of a planar holding member in which a plurality of through-holes including a plurality of rectangular or diamond-shaped ones whose diagonal directions extend in the same direction are formed Stacking forming materials,
超音波による振動方向を当該保持部材における矩形状またはひし形状の貫通孔の長対角線方向と一致させて超音波溶着を行うことによって、当該保持部材における各々の貫通孔内に柱状の連結部を形成して当該一面側の電極層形成材料と当該他面側の電極層形成材料とを接合する工程を有することを特徴とするガルバニ電池式ガスセンサの陽極の作製方法。Columnar connecting portions are formed in each through hole in the holding member by performing ultrasonic welding with the direction of vibration caused by the ultrasonic wave matching the long diagonal direction of the rectangular or rhomboid through hole in the holding member. A method for producing an anode of a galvanic cell type gas sensor, comprising the step of joining the electrode layer forming material on the one surface side and the electrode layer forming material on the other surface side.
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