JP2021012058A - 接触型腐食センサ - Google Patents

Abstract

【課題】空気中に露出していて腐食される被測定物の腐食度合を、容易かつ定量的に測定できるようにする。【解決手段】金属電極１１と、金属電極１１の表面に粘着された電解質を含有する粘着性ゲルからなる導電性ゲルシート１２と、を有する接触型腐食センサ１０を用いる。【選択図】図１

Description

この発明は、露出して腐食される部品の腐食度合いの測定に関する。

亜鉛めっきされた鋼材は電信柱のように風雨に曝される屋外環境で一般に用いられている。亜鉛めっきにより通常の鋼材よりは腐食しにくくなってはいるものの、徐々にめっきは剥がれていき、腐食の進行を完全に止めることはできない。このような亜鉛めっき鋼材の腐食の進行を確認することは、インフラの健全な運用のために不可欠である。例えば特許文献１には、土壌中の亜鉛めっき鋼材を含む金属材料が、土壌中で腐食していることを電極間電圧の測定によって評価する評価装置が提案されている。

一方、空気中に露出している被測定物の腐食度合いの測定には、人間の目視による状態変化の確認や、光学的な測定器による測定が行われている。これらは、外観上はっきりと変化した腐食の確認には有効であるが、見た目の色合い等の変化が乏しくても実際には腐食していることもある。亜鉛めっきを施した鋼材の場合、見た目ではわからないものの腐食が進行している場合もあり、見た目や光学的な測定では、腐食度合いを定量的に測定しようとしても、十分な精度での測定を実現することが難しい。

これに対して、空気中に露出している被測定物の腐食度合いの測定にも、電圧の測定によって評価することが検討されている。この場合、基準となる照合電極を面に当てて行う。照合電極は電位が安定していることが必要であり、様々な種類のものが用いられている。屋外に携帯して用いる照合電極としては、銅／硫酸銅水溶液の照合電極が用いられることが多い。その例を図７（ａ）に示す。銅製の金属電極１が硫酸銅水溶液３に浸漬され、収容体２に収容されている。収容体２の先端は石膏の栓体４で密封されている。硫酸銅水溶液３は僅かずつ染み出して栓体４を導通させている。この栓体４の先端を被測定物に押し当てて電圧計に繋ぎ、電圧計の他の端子から被測定物に導通をとって、電位差を測定する。

特開2018-096767号公報

しかしながら、図７（ａ）に記載のような水溶液型の照合電極では、硫酸銅水溶液を格納しなければならないため、小型化に限界があった。また、図７（ｂ）に示すように栓体から硫酸銅水溶液が漏れ出てしまうため、定期的に溶液の補充が必要となってしまった。さらに、様々な形状の被測定物を測定しようとすると、平面である電極の先端と被測定物との間に導通を取ることが難しい場合がある。そのような場合、柔軟性を持った導電体を挟み込む必要があり、導電体の物性次第では値が変動してしまって、定量的な分析の邪魔になるおそれもあった。

そこでこの発明は、空気中に露出していて腐食される被測定物の腐食度合を、容易かつ定量的に測定できるようにすることを目的とする。

この発明は、金属電極と、前記金属電極の表面に粘着された電解質を含有する粘着性ゲルからなる導電性ゲルシートと、を有する接触型腐食センサにより上記の課題を解決したのである。

前記金属電極の表面に前記導電性ゲルシートを貼り付けることで、電位を測定しようとする被測定物の表面が錆などによって表面に著しい凹凸を生じていたりしても、前記導電性ゲルシートが変形しつつ表面に接触できるので、導通が取れる面積を十分に確保することができる。これにより、安定した電圧の測定を、別途の導電体を挟み込む必要なく行うことができる。

前記金属電極が銅電極である形態が採用できる。電極それ自体が錆びにくく、電位を安定させやすい。

構造としては、前記金属電極が柱状体であり、前記導電性ゲルシートが前記柱状体の１つの底面に貼り付けられてある形態が採用できる。柱状体であると電極部分を持ちやすく、被測定物に押し付けて導通を取ることも容易に出来る。また、前記導電性ゲルシートは、他の接着剤層などを介することなく、導電性ゲルシートそのものが持っている粘着性によって貼り付けられていると、導通の邪魔になるものがなく、測定できる電位が安定するので好ましい。

この発明にかかる接触型腐食センサを利用した腐食測定方法としては、前記接触型腐食センサと、前記金属電極に接続される電圧計と、前記電圧計に接続される接続端子とを用い、前記接続端子と導通させた電位測定対象である被測定物の表面に、前記接触型腐食センサの導電性ゲルシートを押し付けて、前記電位測定対象の電位を測定する。

この発明にかかる接触型腐食センサを用いた上記のような測定により、前記電位測定対象が、屋外で露出した金属部品のような凹凸や腐食による劣化、変形が著しいものであっても、十分な接触面積を確保して測定することが容易に行える。

（ａ）この発明にかかる接触型腐食センサの実施形態例を示す正面図、（ｂ）（ａ）の金属電極先端部分の拡大斜視図 図１の接触型腐食センサを被測定物に押し付けた状況の正面図 この発明にかかる接触型腐食センサの他の実施形態例を示す正面図 （ａ）実施例における接触型腐食センサの写真、（ｂ）（ａ）の金属電極先端部分の拡大写真、（ｃ）（ａ）の導電性ゲルシート部分の拡大写真 （ａ）実施例１における接触型腐食センサを用いて、錆の見られない足場ボルトの電位を測定した状況の写真、（ｂ）（ａ）の錆が見られる足場ボルトの電位を測定した状況の写真 実施例２における導電性ゲルシートの例を示す写真 （ａ）従来の硫酸銅水溶液型の構成例を示す断面図、（ｂ）（ａ）の硫酸銅水溶液が漏れ出た状況を示す断面図

以下、この発明について具体的な実施形態とともに詳細に説明する。この発明にかかる接触型腐食センサ１０の実施形態例を、図１を用いて説明する。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は電極先端の拡大斜視図である。

接触型腐食センサ１０の電極部１３は、金属電極１１と、導電性ゲルシート１２とを有する。金属電極１１と導電性ゲルシート１２に含まれる電解質との間で起こる電極反応によって、基準となる電位が決定される。

金属電極１１は合金製ではなく、電位が安定した高純度の単体金属であると望ましい。中でも銅が錆びにくく、表面に酸化物被膜等を生じるおそれが低いため好ましい。

金属電極１１の形状は柱状体であると持ちやすく、先端の底面に導電性ゲルシート１２を貼り付け易いため好ましい。底面に対する高さが不十分な円盤状であったり、その他の形状であると、測定の際に持ちにくく、被測定物２１に接触させにくくなってしまう。金属電極１１自体が短すぎる場合は、金属電極１１を格納して固定することが出来る格納部が同様の柱状体であると好ましい。

金属電極１１が柱状体である場合、その長さは１ｃｍ以上あると好ましく２ｃｍ以上あるとより好ましい。持ちやすく、先端の導電性ゲルシート１２を被測定物２１に押し当てる際に取り扱いが容易である。なお、金属電極１１が長い分には特に制限はないが、１０ｃｍを超えても持ちやすさが大きく向上するわけではなく、重量が増えるだけでメリットに乏しい。このため、１０ｃｍ以下であるとよい。

また、金属電極１１が柱状体である場合、４角以上の角柱であるか、又は円柱状であると望ましい。特に、持ちやすさの点から円柱状であると望ましい。図１（ｂ）では円柱状の金属電極１１の場合を示す。なお、角錐型や円錐型、又は角錐台型や円錐台型でもよいが、導電性ゲルシート１２を貼り付ける底面を確保する形状である必要がある。

前記底面の大きさは、０．２５ｍｍ^２以上であると好ましく、０．３０ｍｍ^２以上であるとより好ましい。小さすぎると接触面積が十分に確保できず、導通が不十分になるおそれがある。一方で、大きすぎると持ちにくく、扱いにくくなるおそれがあるため、１０ｍｍ^２以下であるとよく、８ｍｍ^２以下であると好ましい。

導電性ゲルシート１２は電解質を含有する粘着性ゲルからなり、金属電極１１の表面に粘着されている。金属電極１１が柱状体である場合、底面に貼り付けられている。粘着性ゲル自体は、柔軟性があり、かつ粘着性を持つものである。

粘着性ゲルとしては、例えば、ポリオールをポリイソシアネートで硬化させるウレタン樹脂、寒天、ゼラチン、アクリル系モノマー、その他のオリゴマーなどの高分子が利用可能である。これらの粘着性ゲルに電解質を含有させる製造手順としては、電解質水溶液を含有させた高分子を硬化させることが挙げられる。硬化は温度変化によってもよいし、硬化剤による硬化反応によってもよい。ただし、温度変化による硬化の場合は、高温環境では融けてしまう可能性があるため、硬化剤により硬化させたものの方が望ましい。また、イオン性の高分子と対イオンとの組み合わせにより、単独で電解質でもあり高分子でもある有機電解質オリゴマーを用いてもよい。

電解質水溶液を含有させる場合、電解質としては例えば塩化ナトリウムや硫酸銅などの一般的な電解質を用いることができる。塩化ナトリウムは電解しやすく導電性ゲルシート１２の抵抗値を低く調整しやすい。一方、硫酸銅は金属電極１１に銅を用いた場合に銅／硫酸銅水溶液での電極電位を基準とすることができるため、従来の銅／硫酸銅電極を用いた測定データに近い値が得られ、腐食の度合いの判断に用いるデータの過去の蓄積が多くなり、腐食の判断精度が高くなる。なお、電位の安定のために飽和水溶液を用いると好ましい。

導電性ゲルシート１２の厚みは、抵抗値にもよるが、０．３ｍｍ以上あると好ましく、０．５ｍｍ以上あるとより好ましい。０．３ｍｍ未満では粘着性ゲルが変形しても被測定物２１の表面の凹凸を十分に吸収できず、導通が取れる面積が限られてしまうおそれが高くなる。また、耐久性の点からも問題となるおそれがある。一方、厚すぎると厚さに応じて抵抗値が上がってしまう。このため、４ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましい。なお、この合計がこの厚みの範囲であれば複数枚のシートを重ねていてもよい。

導電性ゲルシート１２は、それ自体の粘着力によって金属電極１１の表面に付着される。間に接着剤を介さないことで、抵抗値を低くすることができ、好適な測定が可能となる。

金属電極１１の、導電性ゲルシート１２が貼り付けられた表面（底面）以外の部分は、絶縁体のカバー１９に覆われているとよい。手で握った際に汚れが付着したり電極自体が腐食したりすることを防止できる。カバー１９には、ケーブル１８に繋がる接続部１４があり、ケーブル１８と金属電極１１とをはんだなどの導通できる固定手段によって繋いでいる。

ケーブル１８は、電圧計１６の一方の端子に繋がっている。電圧計１６の他方の端子には別のケーブル１７が接続されており、ケーブル１７の先端には被測定物２１に接触させて導通を取るための端子１５が設けてある。電圧計１６は、端子１５と電極部１３との間の電位差を測定できるものである。

図２に、この発明にかかる接触型腐食センサを用いて被測定物２１の表面電位を測定する際の実施形態例を示す。端子１５の代わりに固定できるクリップ型端子１５ａを用いて、ボルトの一端に取り付けて導通を取る。一方、電極部１３を手に持って、導電性ゲルシート１２側を被測定物２１に押し付ける。被測定物２１は元々から凹凸を持っていたり、腐食によって錆が生じたり欠落が生じたりして凹凸が生じる場合もあるが、導電性ゲルシート１２を押し付けて変形させることで、十分な接触面積を確保して導通をとり、電位差を測定することができる。値は電圧計１６に表示され、これを記録する。

この発明にかかる接触型腐食センサの形態は上記の形態に限られず、金属電極１１と導電性ゲルシート１２とによる電極部１３と、電圧計１６と、対になる端子（１５，１５ａ，１５ｂ）とがケーブル（１７，１８）で接続されていれば様々な形態を取りうる。例えば図３のような形態の接触型腐食センサ１０ａでもよい。端子１５ｂが針状の先端を有し、電極部１３と平行して一体となる様に固定されている。この実施形態にかかる接触型腐食センサ１０ａを用いると、図中左側を被測定物２１に向けてそのまま押し付けるだけで、端子１５ｂが接触して導通をとりつつ、導電性ゲルシート１２も接触して、電圧計１６によって電位を測定することができる。

（実施例１）
この発明にかかる接触型腐食センサを実際に作成した。金属電極として、長さ５ｃｍ、直径１ｃｍの円柱状の銅の棒を用い、先端の底面とケーブルを接続する他方の先端とを除いてカバーで覆った。一方、導電性ゲルシートとして、電解質を保持する積水化成品工業（株）製テクノゲルで厚さ１ｍｍの円形シートを作成した。これを金属電極の先端の底面に貼り付けて電極部を構成させた。電圧計に取り付けることができる電極部からケーブルと端子までを一体化したセンサの作製例を図４（ａ）に、電極部の拡大写真を図４（ｂ）に、導電性ゲルシートの拡大写真を図４（ｃ）に示す。

この接触型腐食センサを用いて、屋外に設置された電柱に取り付けられた足場ボルトの電位を測定した。足場ボルトの先端にクリップ型の端子を取り付け、ボルトの半ばに電極部の導電性ゲルシートを押し付けて電位を測定した。錆の見られなかった足場ボルトについて測定した写真を図５（ａ）に、錆が付着した足場ボルトについて測定した写真を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）では−３１２ｍＶを示し、図５（ｂ）では２６４ｍＶを示した。腐食によって大きく電位が異なることが数値の違いとして定量的に確認することができた。

（実施例２）
ポリオール成分９２質量％、可塑剤７質量％、他添加剤１質量％を含む主剤を調整した。一方、硬化剤として、イソシアネート成分７．５質量％と、可塑剤９０質量％とその他添加剤とからなる薬剤を調製した。また、硫酸銅飽和水溶液を別途調製した。主剤：硬化剤：硫酸銅飽和水溶液＝２：２：４の質量混合比となるように混合して硬化させた。硬化させたシートを切り出して、導電性ゲルシートを得た。こうして得られた導電性ゲルシートの写真を図６に示す。この導電性ゲルシートを、実施例１と同様の銅の棒状電極の先端に取り付けて接触型腐食センサを得た。この接触型腐食センサでも電位の測定が可能であった。ただし、測定される電位の値は実施例１とは異なるものとなった。電解質が異なるためである。

（実施例３）
市販の吸水性ポリマーであるポリアクリル酸ナトリウムに、飽和硫酸銅水溶液を加えてゲル化させた。このゲル化した導電性ゲルシートを実施例１と同様の金属電極に取り付けて接触型腐食センサを得た。ただし、実施例１と同じ厚みではゲルの変形が不十分になりがちであり、ゲルによって厚みを調整すると好ましいことが確かめられた。

１ 金属電極
２ 収容体
３ 硫酸銅水溶液
４ 栓体
５ ケーブル
６ 端子
１０，１０ａ 接触型腐食センサ
１１ 金属電極
１２ 導電性ゲルシート
１３ 電極部
１４ 接続部
１５，１５ｂ 端子
１５ａ クリップ型端子
１６ 電圧計
１７、１８ ケーブル
１９ カバー
２１ 被測定物

Claims (5)

1. 金属電極と、
   前記金属電極の表面に粘着された、電解質を含有する粘着性ゲルからなる導電性ゲルシートと、を有する、接触型腐食センサ。
2. 前記金属電極が銅電極である、請求項１に記載の接触型腐食センサ。
3. 前記金属電極が柱状体であり、前記導電性ゲルシートは、前記柱状体の１つの底面に貼り付けられてある、請求項１又は２に記載の接触型腐食センサ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の接触型腐食センサと、前記金属電極に接続される電圧計と、前記電圧計に接続される接続端子とを用い、
   前記接続端子と導通させた電位測定対象の表面に、前記接触型腐食センサの導電性ゲルシートを押し付けて、前記電位測定対象の電位を測定する、腐食測定方法。
5. 前記電位測定対象が、屋外で露出した金属部品である、請求項４に記載の腐食測定方法。