JP7144203B2 - 腐食センサ及び腐食センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、腐食センサ及び腐食センサの製造方法に関する。

例えばガスタービンを構成する各部材の一部は、炭素鋼等の鋼材から形成されている。炭素鋼を大気環境で使用すると腐食が進んで表面に錆が発生し、様々な問題の原因となることがある。そのため、腐食センサを用いて腐食速度のモニタリングをすることが行われている。

例えば特許文献１には、リング状をなす外側電極、該外側電極の内側に配置された内側電極、これら外側電極と内側電極との間に介在された絶縁層を有する腐食センサが開示されている。外側電極及び内側電極はモニタリング対象となる部材と同様の材料によって形成されている。当該腐食センサでは、外側電極と内側電極との間のインピーダンスを計測することにより、腐食速度を検出することができる。

特開２００２－７１６１６号公報

ところで、上記のような腐食センサを製造する際には、外側電極と内側電極との間の狭い隙間に樹脂等の絶縁材料を充填する必要がある。この際、樹脂内に気泡が残ってしまえば絶縁層内の欠陥が発生し、腐食センサの品質が低下する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、品質及び施工性の向上を図ることができる腐食センサ及び当該腐食センサの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明の第一態様に係る腐食センサは、導電性材料から形成されて軸線を中心とした円柱状をなし、外周面が軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するテーパ外周面とされた円柱部を有する内側電極と、導電性材料から形成されて前記軸線を中心とした円筒状をなし、内周面が前記軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するとともに前記テーパ外周面に径方向から対向するテーパ内周面とされた円筒部を有する外側電極と、前記テーパ外周面と前記テーパ内周面との対向箇所に設けられ、絶縁材料から形成された絶縁層と、を備え、前記絶縁層は、前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面に密着している。

このような腐食センサによれば、内側電極と外側電極とを組み立てる際は、テーパ外周面とテーパ外周面との少なくとも一方に絶縁材料を塗布した状態で、外側電極のテーパ内周面の内側に内側電極を挿入する。この際、テーパ内周面とテーパ外周面とが互いに対向しているため、これらテーパ内周面とテーパ外周面との間の絶縁材料に対して、テーパ内周面及びテーパ外周面双方からの面圧を荷重として付与することができる。これにより、テーパ内周面とテーパ外周面との間の狭い領域に容易に絶縁材料を充填することを可能としながら、上記荷重によって絶縁材料から空気を除去することができる。

上記腐食センサでは、前記絶縁材料は、ガラス材料及びセラミックス材料の少なくとも一方を含むことが好ましい。

これにより、例えば絶縁材料としてエポキシ樹脂等の樹脂を用いて絶縁層を形成した場合に比べて、より高温の環境に耐える絶縁層とすることができる。また、内側電極と外側電極とを組立後に加熱して絶縁材料を溶融させることで、内側電極、外側電極及び絶縁層の密着度を向上させることができる。

上記腐食センサでは、前記絶縁層は、前記テーパ外周面側の第一層と、前記テーパ内周面側の第二層とを備え、前記第一層と前記第二層とをそれぞれ形成する前記絶縁材料が互いに異なっていてもよい。
また、本発明の別の態様に係る腐食センサは、導電性材料から形成されて軸線を中心とした円柱状をなし、外周面が軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するテーパ外周面とされた円柱部を有する内側電極と、導電性材料から形成されて前記軸線を中心とした円筒状をなし、内周面が前記軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するとともに前記テーパ外周面に径方向から対向するテーパ内周面とされた円筒部を有する外側電極と、前記テーパ外周面と前記テーパ内周面との対向箇所に設けられ、絶縁材料から形成された絶縁層と、を備え、前記絶縁層は、前記テーパ外周面側の第一層と、前記テーパ内周面側の第二層とを備え、前記第一層と前記第二層とをそれぞれ形成する前記絶縁材料が互いに異なる。

互いに異なる絶縁材料からなる第一層及び第二層を有することで、例えば使用環境によって一方の層が劣化した場合であっても、他方の層によって絶縁性を担保することができる。

上記腐食センサでは、前記内側電極は、前記円柱部から径方向外側に張り出す内側フランジ部をさらに有し、前記外側電極は、前記円筒部の前記軸線方向他方側の端部から径方向外側に張り出して前記内側フランジ部に前記軸線方向一方側から対向する外側フランジ部をさらに有し、前記内側フランジ部と前記外側フランジ部とに当接するスペーサをさらに備えていてもよい。

スペーサの寸法を任意に調整することで、内側電極と外側電極との間の距離、即ち、絶縁層の厚さを容易に調整することができる。

上記腐食センサでは、前記円柱部が、該円柱部の前記軸線方向他方側から凹むように形成された凹部を有し、前記凹部の内周面が前記テーパ外周面の径方向内側に位置していてもよい。

これによって、腐食センサを高温環境下で使用した場合であっても。内側電極の熱応力を低減することができる。
ここで、内側電極と外側電極との組立後にこれらを加熱して絶縁材料を融着させる場合には、絶縁材料から水素等のガスが発生する場合がある。このようなガスが絶縁層間に残ってしまえば欠陥の原因となる。本態様では、テーパ外周面の内側に凹部の内周面が位置しているため、テーパ外周面から内側電極に浸透した水素は、凹部を介して外部に放出される。これによって、ガスが絶縁層内に残存してしまうことを抑制できる。

本発明の一態様に係る腐食センサの製造方法は、導電性材料から形成されて軸線を中心とした円柱状をなし、外周面が軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するテーパ外周面とされた円柱部を有する内側電極を準備する内側電極準備工程と、導電性材料から形成されて前記軸線を中心とした円筒状をなし、内周面が前記軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するとともに前記テーパ外周面に径方向から対向するテーパ内周面とされた円筒部を有する外側電極を準備する外側電極準備工程と、前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面との少なくとも一方に、絶縁材料を塗布して絶縁被膜を形成する絶縁材料塗布工程と、前記絶縁材料塗布工程の後に、前記テーパ外周面と前記テーパ内周面とが互いに対向し、前記絶縁被膜が前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面に密着するように前記内側電極と前記外側電極とを組み立てる組立工程と、を含む。

このような腐食センサの製造方法によれば、内側電極と外側電極との狭い隙間に絶縁材料を容易に充填させることができる。また、内側電極と外側電極とを組み立てる際に、テーパ内周面とテーパ外周面との間の絶縁材料に対して、テーパ内周面及びテーパ外周面双方からの面圧を荷重として付与することができる。これにより、テーパ内周面とテーパ外周面との間の狭い領域に容易に絶縁材料を充填することを可能としながら、上記荷重によって絶縁材料から空気を除去することができる。

上記腐食センサの製造方法では、前記絶縁材料は、ガラス材料及びセラミックス材料の少なくとも一方を含むことが好ましい。

これによって、例えば樹脂を用いて絶縁層を形成した場合に比べて、耐熱性の高い絶縁層を実現することができる。
また、絶縁材料の耐熱性が高いために、これらを加熱して再溶融させることができる。これによって、内側電極、外側電極及び絶縁層の密着度を向上させることができる。

上記腐食センサの製造方法では、前記絶縁材料塗布工程では、前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面の双方に互いに異なる前記絶縁材料を塗布してもよい。
また、本発明の別の態様に係る腐食センサの製造方法は、導電性材料から形成されて軸線を中心とした円柱状をなし、外周面が軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するテーパ外周面とされた円柱部を有する内側電極を準備する内側電極準備工程と、導電性材料から形成されて前記軸線を中心とした円筒状をなし、内周面が前記軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するとともに前記テーパ外周面に径方向から対向するテーパ内周面とされた円筒部を有する外側電極を準備する外側電極準備工程と、前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面との少なくとも一方に、絶縁材料を塗布して絶縁被膜を形成する絶縁材料塗布工程と、前記絶縁材料塗布工程の後に、前記テーパ外周面と前記テーパ内周面とが互いに対向するように前記内側電極と前記外側電極とを組み立てる組立工程と、を含み、前記絶縁材料塗布工程では、前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面の双方に互いに異なる前記絶縁材料を塗布する。

これによって、例えば使用環境によって一方の絶縁材料から形成された絶縁層が劣化した場合であっても、他方の絶縁材料から形成された絶縁層によって絶縁性を担保することができる。

上記腐食センサの製造方法では、前記内側電極は、前記円柱部から径方向外側に張り出す内側フランジ部をさらに有し、前記外側電極は、前記円筒部から径方向外側に張り出す外側フランジ部をさらに有し、前記組立工程では、前記内側フランジ部と前記外側フランジ部との間にスペーサを介在させた状態で前記内側電極と前記外側電極とを組み立ててもよい。

内側フランジ部と外側フランジ部との間に介在させるスペーサの寸法を任意に調整することで、内側電極と外側電極との間の距離、即ち、絶縁層の厚さを容易に調整することができる。

上記腐食センサの製造方法では、前記内側フランジ部及び前記外側フランジ部の外周面は、前記軸線に直交する断面形状が円形をなすとともに互いに同一の外径を有しており、前記組立工程では、円筒状をなして内周面が前記内側フランジ部及び前記外側フランジ部の外周面の外径に対応する内径をなす案内面とされた治具を用いるとともに、前記案内面によって前記内側フランジ部及び外側フランジ部の少なくとも一方を前記軸線方向に案内させながら前記内側電極と前記外側電極とを組み立ててもよい。

これによって、内側電極と外側電極との同軸性を担保することができ、周方向全域にわたって均一の厚さの絶縁層を容易に形成することができる。

上記腐食センサの製造方法では、前記組立工程の後に、前記絶縁材料が溶融する温度まで加熱する加熱工程を含んでいてもよい。

絶縁材料を再溶融させることで、内側電極、外側電極及び絶縁層の密着度を向上させることができる。

本発明の腐食センサ及び腐食センサの製造方法によれば、品質及び施工性の向上を図ることができる。

第一実施形態に係る腐食センサの縦断面図である。 第一実施形態に係る腐食センサの製造方法の手順を示すフローチャートである。 第一実施形態に係る腐食センサの製造方法における組立工程を示す図である。 第二実施形態に係る腐食センサの縦断面図である。 第二実施形態に係る腐食センサの製造方法における組立工程を示す図である。 第三実施形態に係る腐食センサの縦断面図である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態の腐食センサ１００について図１～図３を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、腐食センサ１００は、内側電極１０、外側電極４０及び絶縁層７０を有している。

＜内側電極＞
内側電極１０は、モニタリング対象となる機器を構成する材料と同一の材料から形成されている。本実施形態の内側電極１０は、例えば炭素鋼等の鋼材やアルミニウム、銅及び亜鉛等の金属によって形成されている。内側電極１０は、円柱部２０及び内側フランジ部３０を有する。

円柱部２０は、軸線Ｏを中心とした円柱状をなしている。即ち、円柱部２０は軸線Ｏを中心として該軸線Ｏに沿う方向（軸線Ｏ方向）に延びている。円柱部２０の外周面は軸線Ｏに直交する断面形状が円形をなしている。円柱部２０の外周面は、軸線Ｏ方向一方側（図１における下側）に向かうに従って徐々に縮径するテーパ外周面２１とされている。円柱部２０の軸線Ｏ方向一方側の端面、即ち、内側電極１０における軸線Ｏ方向一方側の端面は、軸線Ｏに直交する平坦面状をなす内側第一端面１１とされている。

内側フランジ部３０は、円柱部２０における軸線Ｏ方向他方側（図１における上側）の端部から径方向外側に向かって張り出している。即ち、内側フランジ部３０は、軸線Ｏの周方向全域にわたって形成されている。内側フランジ部３０における軸線Ｏ方向一方側を向く面は、内側フランジ面３１とされている。

内側フランジ部３０の軸線Ｏ方向他方側の端面３３は、円柱部２０の軸線Ｏ方向他方側の端面２５と面一とされている。内側フランジ部３０の軸線Ｏ方向他方側の端面３３と円柱部２０の軸線Ｏ方向他方側の端面２５とによって、内側電極１０の軸線Ｏ方向他方側の端面である内側第二端面１２が形成されている。内側第二端面１２は、軸線Ｏに直交する平坦面状をなしている。

内側フランジ部３０の外周面である内側フランジ外周面３２は、軸線Ｏを中心とし、かつ、軸線Ｏに平行な円筒面状をなしている。内側フランジ外周面３２における軸線Ｏに直交する断面形状は、軸線Ｏ方向にわたって一様な軸線Ｏを中心とした円形をなしている。

＜外側電極＞
外側電極４０は、モニタリング対象となる機器を構成する材料と同一の材料から形成されている。即ち、外側電極４０は、内側電極１０と同様、例えば炭素鋼等の鋼材やアルミニウム、銅及び亜鉛等の金属によって形成されている。外側電極４０は、円筒部５０及びフランジ部６０を有する。

円筒部５０は、軸線Ｏを中心とした円筒状をなしている。即ち、円筒部５０は軸線Ｏを中心として該軸線Ｏに沿う方向（軸線Ｏ方向）に延びている。円筒部５０の内周面は軸線Ｏに直交する断面形状が円形をなしている。円筒部５０の内周面は、軸線Ｏ方向一方側に向かうに従って徐々に縮径するテーパ内周面５１とされている。本実施形態ではテーパ内周面５１のテーパ率は、テーパ外周面２１のテーパ率と同一とされている。円筒部５０の軸線Ｏ方向一方側の端面、即ち、外側電極４０における軸線Ｏ方向一方側の端面は、軸線Ｏに直交する平坦面状をなす外側第一端面４１とされている。
円筒部５０の外周面５２は、軸線Ｏを中心とし、かつ、軸線Ｏに平行な円筒面状をなしている。

外側フランジ部６０は、円筒部５０における軸線Ｏ方向他方側の端部５３から径方向外側に向かって張り出している。即ち、外側フランジ部６０は、周軸線Ｏ方向全域にわたって形成されている。外側フランジ部６０における軸線Ｏ方向一方側を向く面は、外側フランジ面６１とされている。

外側フランジ部６０の軸線Ｏ方向他方側の端面６３は、円筒部５０の軸線Ｏ方向他方側の端面５４と面一とされている。外側フランジ部６０の軸線Ｏ方向他方側の端面６３と円筒部５０の軸線Ｏ方向他方側の端面５４とによって、外側電極４０の軸線Ｏ方向他方側の端面である外側第二端面４２が形成されている。外側第二端面４２は、軸線Ｏに直交する平坦面状をなしている。

外側フランジ部６０の外周面である外側フランジ外周面６２は、軸線Ｏを中心とし、かつ、軸線Ｏに平行な円筒面状をなしている。外側フランジ外周面６２における軸線Ｏに直交する断面形状は、軸線Ｏ方向にわたって一様な軸線Ｏを中心とした円形をなしている。外側フランジ外周面６２の外径は内側フランジ外周面３２の外径と同一とされている。

外側電極４０の円筒部５０の内側には、内側電極１０の円柱部２０が配置されている。これにより、内側電極１０のテーパ外周面２１と外側電極４０のテーパ内周面５１とは周方向全域にわたって互いに径方向に対向している。テーパ外周面２１とテーパ内周面５１とは、周方向全域かつ軸線Ｏ方向にわたって均一に間隔をあけて対向している。

外側電極４０の外側第一端面４１と内側電極１０の内側第一端面１１とは互いに面一に配置されている。外側電極４０の外側第二端面４２と内側電極１０の内側フランジ面３１とは、互いに軸線Ｏ方向に間隔をあけて配置されている。即ち、外側電極４０の外側第二端面４２と内側電極１０の内側フランジ面３１とは、軸線Ｏ方向に対向している。外側電極４０の外側第二端面４２と内側電極１０の内側フランジ面３１とは互いに平行とされている。外側電極４０の外側フランジ外周面６２と内側電極１０の内側フランジ外周面３２とは、軸線Ｏを中心とした同一の円筒面上に位置している。

＜絶縁層＞
絶縁層７０は、内側電極１０のテーパ外周面２１と外側電極４０のテーパ内周面５１との間の隙間、即ち、これらテーパ外周面２１とテーパ内周面５１との対向箇所に設けられている。絶縁層７０は、例えばガラス材料やセラミック材料等の絶縁材料から形成されている。絶縁層７０は、内側電極１０のテーパ外周面２１と外側電極４０のテーパ内周面５１との間に、周方向全域及びテーパ内周面５１の軸線Ｏ方向範囲全域にわたって配置されている。

即ち、絶縁層７０は、内側電極１０のテーパ外周面２１と外側電極４０のテーパ内周面５１との間の対向領域全域に充填されている。内側電極１０のテーパ外周面２１における軸線Ｏ方向他方側の部分は、外側電極４０のテーパ内周面５１に対向していない。したがって、当該部分には、絶縁層７０は設けられていない。
なお、内側フランジ面３１と外側第二端面４２との間の空間にも、絶縁層７０が充填された構成であってもよい。

＜腐食センサの製造方法＞
次に上記構成の腐食センサ１００の製造方法について説明する。図２に示すように、本実施形態の腐食センサ１００の製造方法は、内側電極準備工程Ｓ１、外側電極準備工程Ｓ２、絶縁材料塗布工程Ｓ３、組立工程Ｓ４、及び加熱工程Ｓ５を含む。

内側電極準備工程Ｓ１では、上記内側電極１０を準備する。当該内側電極１０は、例えば鋼材に切削加工を施すことで形成される。
外側電極準備工程Ｓ２では、上記外側電極４０を準備する。当該外側電極４０は、例えば鋼材に切削加工を施すことで形成される。
内側電極１０及び外側電極４０は、上記以外の他の製法で形成されていてもよい。

絶縁材料塗布工程Ｓ３は、内側電極準備工程Ｓ１及び外側電極準備工程Ｓ２の後に行われる。絶縁材料塗布工程Ｓ３では、本実施形態では図３に示すように、内側電極１０のテーパ外周面２１及び外側電極４０のテーパ内周面５１の双方に、ガラス材料又はセラミック材料等の絶縁材料を含む絶縁ペーストを塗布し、絶縁被膜７１を形成する。即ち、溶融状態の絶縁ペーストを塗布した後に、乾燥させて焼成した後に冷却させて固化させることで絶縁被膜７１を形成する。なお、絶縁被膜７１は、固化されておらず半溶融状態でもよい。絶縁材料としてガラス材料又はセラミック材料を使用した場合には、絶縁被膜７１としてガラス被膜、セラミック被膜が形成される。
なお、絶縁材料塗布工程Ｓ３では、内側電極１０のテーパ外周面２１及び外側電極４０のテーパ内周面５１に絶縁ペーストを塗布して乾燥させた状態に留めた上で、次の組立工程Ｓ４に進んでもよい。

本実施形態では、外側電極４０におけるテーパ内周面５１の全域に絶縁被膜７１を形成する。また、内側電極１０のテーパ外周面２１における上部を除く領域に絶縁被膜７１を形成する。これら絶縁被膜７１が形成される部分は、腐食センサ１００におけるテーパ外周面２１とテーパ内周面５１とが径方向に対向する領域である。

組立工程Ｓ４は、絶縁材料塗布工程Ｓ３の後に行われる。組立工程Ｓ４は、内側電極１０のテーパ外周面２１と外側電極４０のテーパ内周面５１とが互いに対向するように、内側電極１０と外側電極４０とを組み立てる工程である。

より具体的には、組立工程Ｓ４では、図３に示すように、外側電極４０の軸線Ｏ方向他方側から該外側電極４０の内側に内側電極１０を挿入する。この際、外側電極４０と内側電極１０とが同軸を維持するように、かつ、外側電極４０のテーパ内周面５１と内側電極１０のテーパ内周面５１とのテーパの方向が一致するように外側電極４０内に内側電極１０を挿入する。

本実施形態の組立工程Ｓ４では、外側電極４０の外側第一端面４１に内側電極１０の内側第一端面１１が同様の軸線Ｏ方向位置となる位置まで、外側電極４０内に内側電極１０を挿入する。これによって、外側電極４０のテーパ内周面５１上の絶縁被膜７１と内側電極１０のテーパ外周面２１の絶縁被膜７１とが互いに密着した状態となる。さらに、各絶縁被膜７１には、内側テーパ面及び外側テーパ面双方からの面圧が荷重として付与される。

加熱工程Ｓ５は、組立工程Ｓ４の後に行われる。加熱工程Ｓ５では、組立工程Ｓ４によって一体化した内側電極１０、外側電極４０及び各絶縁被膜７１を加熱する。組立工程Ｓ４では、絶縁被膜７１が再溶融する温度まで加熱を行う。当該加熱により各絶縁被膜７１同士が溶融し、その後、冷却されて固化されることで絶縁層７０が形成される。即ち、絶縁被膜７１同士が溶着されることで、テーパ外周面２１とテーパ内周面５１との間に絶縁層７０が形成される。
以上の工程により、図１に示す本実施形態の腐食センサ１００を得ることができる。
＜作用効果＞

上記のような腐食センサ１００は、内側電極１０の内側第一端面１１と外側電極４０の外側第一端面４１とのそれぞれリード線が電気的に接続される。そして、リード線を介して図示しない測定装置によって、内側電極１０と外側電極４０との間のインピーダンスを測定する。当該インピーダンスをモニタリングすることで、内側電極１０及び外側電極４０の腐食速度を随時取得することができる。これによって、腐食センサ１００と同環境下に置かれた機器の腐食速度を把握することができる。

ここで本実施形態の腐食センサ１００によれば、内側電極１０と外側電極４０とを組み立てる際に、テーパ外周面２１とテーパ外周面２１との双方に絶縁材料を塗布した状態で、外側電極４０の内側に内側電極１０を挿入する。この際、テーパ内周面５１とテーパ外周面２１とが互いに対向しているため、これらテーパ内周面５１とテーパ外周面２１との間の絶縁被膜７１に対して、テーパ内周面５１及びテーパ外周面２１双方からの面圧を荷重として付与することができる。これにより、テーパ内周面５１とテーパ外周面２１との間の狭い領域に容易に絶縁材料を充填することを可能としながら、上記荷重によって絶縁被膜７１の内部や絶縁被膜７１同士の間から空気を除去することができる。

ここで、仮に内側電極１０と外側電極４０とを組み立ててこれらの間に隙間を形成した後に、当該隙間に絶縁材料を充填しようとした場合、狭い隙間に均一かつ空気を残さずに施工を行うことは容易ではない。本実施形態では、内側電極１０と外側電極４０とを組み立てる前に、これらに絶縁材料を塗布し、その後、内側電極１０と外側電極４０とをテーパ嵌合させることで、絶縁性の高い絶縁被膜７１を容易かつ精度高く形成することができる。

これによって、腐食センサ１００の製造の際の歩留まりを向上させることができる。また、作業工程の時間短縮を行うことができる結果、製造コストの低減を図ることができる。さらに、高品質の腐食センサ１００を安定して製造することができる。したがって、腐食センサ１００の信頼性を向上させることができる。

なお、絶縁層７０の厚さは、予め内側電極１０及び外側電極４０の寸法を調整することによって任意の値に設定することができる。これによって、例えば厚さ０．１ｍｍ以下の絶縁層７０を形成することも可能である。このような絶縁層７０は、従来のように予め隙間を形成して当該隙間に絶縁材料を充填する手法では実現することが困難である。本実施形態の腐食センサ１００の製造方法のように、予め絶縁材料を塗布しテーパ嵌合させることで容易かつ精度高く、厚さの極小さい絶縁層７０を実現することができる。

また、本実施形態では、絶縁材料として、ガラス材料やセラミックス材料を用いている。これにより、例えば絶縁材料としてエポキシ樹脂等の樹脂を用いて絶縁層７０を形成した場合に比べて、より高温の環境に耐える絶縁層７０とすることができる。また、内側電極１０と外側電極４０とを組立後に加熱して絶縁材料を溶融させることで、内側電極１０、外側電極４０及び絶縁層７０の密着度を向上させることができる。

＜第二実施形態＞
次に本発明の第二実施形態について図４及び図５を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態の同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図４に示すように、第二実施形態の腐食センサ２００は、第一実施形態の構成要素に加えてスペーサ８０を有している。

＜スペーサ＞
スペーサ８０は、軸線Ｏを囲うリング状の部材である。スペーサ８０は、セラミック等の絶縁材料によって形成されている。スペーサ８０は、内側電極１０の内側フランジ面３１と外側電極４０の外側第二端面４２との間に周方向全域にわたって介在している。スペーサ８０の軸線Ｏ方向の寸法である該スペーサ８０の厚さは、周方向で一様とされている。スペーサ８０は、周方向に複数に分割されており、分割されたスペーサ片同士が周方向に配列されることで環状をなしている。
なお、スペーサ８０は、リングを半割にしたＣ字状の形状をなしていてもよい。また、スペーサ８０は、高さの等しい２本の棒であってもよい。

本実施形態では、スペーサ８０の外周面は軸線Ｏを中心とした円形とされている。スペーサ８０の外周面の外径は、内側フランジ外周面３２及び外側フランジ外周面６２の外径と同一、又は、内側フランジ外周面３２及び外側フランジ外周面６２の外径よりも径方向内側とされている。

次に第二実施形態の腐食センサ２００の製造方法について説明する。第二実施形態の腐食センサ２００の製造方法は、第一実施形態の腐食センサ１００とは組立工程Ｓ４が異なる。

第二実施形態の組立工程Ｓ４では、図５に示すように、治具９０を使用する。治具９０は、内側電極１０及び外側電極４０と同一の材料、またはこれら内側電極１０及び外側電極４０よりも線膨張係数の大きい材料から形成されている。治具９０は、軸線Ｏを中心とする円筒状をなしている。治具９０の内周面９１は、軸線Ｏ方向一方側に位置する第一内周面９２と、軸線Ｏ方向他方側に位置する案内面としての第二内周面９３とを有している。

第一内周面９２の内径は第二内周面９３の内径よりも小さい。第一内周面９２の内径は、外側電極４０の円筒部５０の外周面５２と同一の内径とされている。第二内周面９３の内径は、内側電極１０の内側フランジ外周面３２の外径、及び、外側電極４０の外側フランジ外周面６２の外径と同一とされている。第一内周面９２と第二内周面９３との間の段部は、軸線Ｏに直交する平坦面状をなすとともに軸線Ｏ方向他方側を向く段差面９４とされている。

第二実施形態の組立工程Ｓ４では、内側電極１０、外側電極４０及び治具９０の軸線Ｏ方向を上下方向に一致させた状態で行う。軸線Ｏ方向一方側を下側とし、軸線Ｏ方向他方側を上側とする。

まず、上下方向に延びるように配置された治具９０内に、絶縁被膜７１が形成された外側電極４０を上方から挿入するようにして、治具９０内に外側電極４０を設置する。この際、外側電極４０の円筒部５０の外周面５２が治具９０の第一内周面９２に当接し、外側電極４０の外側フランジ外周面６２は第二内周面９３に当接する。これによって、外側電極４０の中心軸線と治具９０の中心軸線とが一致する。また、外側電極４０の外側フランジ面６１が段差面９４に当接することで、外側電極４０の軸線Ｏ方向の位置が位置決めされる。なお、外側第一端面４１と治具９０の下面９５は、面一でなくてもよいが、下面９５は外側第一端面４１よりも下方に位置するように設計する必要がある。

次いで、外側電極４０の上面となる外側第二端面４２上にスペーサ８０を設置する。その後、第一実施形態と同様、絶縁被膜７１が形成された内側電極１０を、外側電極４０の内側に上方から挿入する。内側電極１０を外側電極４０内にある程度挿入していくと、内側電極１０の内側フランジ外周面３２が治具９０の第二内周面９３に周方向全域にわたって当接する。当該第二内周面９３によって、内側電極１０は治具９０と中心軸線を一致させた状態で下方に向かって案内される。即ち、内側電極１０は、治具９０及び外側電極４０と同軸が維持された状態で、下方に向かって案内される。

そして、内側電極１０の内側フランジ面３１がスペーサ８０の上面に当接した段階で、内側電極１０の挿入が停止される。または、スペーサ８０に当接する前であっても絶縁被膜７１の厚さに応じて内側電極１０の絶縁被膜７１と外側電極４０の絶縁被膜７１が接触した時点で、内側電極１０の挿入が停止される。

このような組立工程Ｓ４の後に、加熱工程Ｓ５が行われることで、絶縁被膜７１が溶融して絶縁層７０が形成される。なお、内側電極１０の内側フランジ面３１がスペーサ８０に当接していなかった場合には、加熱工程Ｓ５での絶縁被膜７１の溶融時に、自重により内側電極１０が外側電極４０内にさらに挿入される。そして、内側電極１０の内側フランジ面３１がスペーサ８０に当接した段階で、内側電極１０の外側電極４０に対する相対移動が停止される。

加熱工程Ｓ５では、例えば内側電極１０に対して下方に向かって荷重を加える重石等の荷重付与手段を用いてもよい。これによって、内側電極１０を下方に向かって押圧しながら絶縁被膜７１を溶融させることができる。

上記加熱工程Ｓ５の後、治具９０を取り外すことで本実施形態の腐食センサ２００を得ることができる。なお、この段階で、複数に分割されているスペーサ片を外周側に取り外すことで、腐食センサ２００からスペーサ８０を除去してもよい。また、下端となる内側第一端面１１と外側第一端面４１との軸線Ｏ方向位置がそろっておらず面一でない場合には、腐食センサ２００の下部を軸線Ｏに直交する面で切断することで、腐食センサ２００の端面を面一な構成としてよい。

本実施形態では、内側フランジ部３０と外側フランジ部６０との間に介在させるスペーサ８０の軸線Ｏ方向の寸法を任意に調整することで、内側電極１０と外側電極４０との間の距離、即ち、絶縁層７０の厚さを容易かつ高精度に調整することができる。

また組立工程Ｓ４で治具９０を使用することにより、内側電極１０と外側電極４０との同軸性を担保することができ、周方向全域にわたって均一の厚さの絶縁層７０を容易に形成することができる。

＜第三実施形態＞
次に本発明の第三実施形態について図６を参照して説明する。第三実施形態では第一、第二実施形態の同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第三実施形態の腐食センサ３００は、内側電極１０における円柱部２０に、軸線Ｏ方向他方側の端面である内側第二端面１２から軸線Ｏ方向一方側に凹むように凹部２２が形成されている。

凹部２２の内周面２３は軸線Ｏを中心とする円形をなしており、軸線Ｏ方向で一様な内径とされている。凹部２２の底面２４は、軸線Ｏに直交する平坦状をなしている。凹部２２の内周面２３は、テーパ内周面５１の径方向内側に位置している。即ち、テーパ内周面５１の裏側には凹部２２の内周面２３が位置している。このようにして本実施形態の内側電極１０の円柱部２０は凹部２２による中空構造とされている。

ここで、内側電極１０と外側電極４０との組立後にこれらを加熱して絶縁被膜７１を融着させる際に、絶縁材料から水素等のガスが発生する場合がある。このようなガスが絶縁層７０間に残ってしまえば欠陥の原因となる。本実施形態では、テーパ外周面２１の裏側に凹部２２の内周面２３が位置しているため、テーパ外周面２１から内側電極１０に浸透した水素は、凹部２２を介して外部に放出される。即ち、ガスを内側電極１０の中心が放散して逃がすことができる。これによって、ガスが絶縁層７０内に残存してしまうことを抑え、結果の発生を回避することができる。

また、内側電極１０を凹部２２による中空構造とすることで、加熱工程Ｓ５時や腐食センサ３００を高温環境下で使用した場合における内側電極１０に生じる熱応力を緩和することができる。

なお、凹部２２は上記形状に限られず、例えば、テーパ外周面２１の裏側に位置するように、周方向に間隔をあけて複数の凹部２２が形成されていてもよい。これによっても上記同様の作用効果を奏する。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば実施形態では、内側電極１０のテーパ外周面２１と外側電極４０のテーパ内周面５１との双方に絶縁被膜７１を形成したが、これに限定されることはない。これら内側電極１０のテーパ外周面２１と外側電極４０のテーパ内周面５１とのいずれか一方にのみ絶縁被膜７１を形成してもよい。

また、内側電極１０のテーパ外周面２１と外側電極４０のテーパ内周面５１との双方に絶縁被膜７１を形成した場合には、内側電極１０の絶縁被膜７１の絶縁材料と外側電極４０の絶縁被膜７１の絶縁材料とを互いに異なるものとしてもよい。
この場合、絶縁層７０は、テーパ外周面２１側の第一層とテーパ内周面５１側の第二層とから構成されたものとなる。第一層と第二層とが異なる絶縁材料からなることにより、例えば使用環境によって一方の層が劣化した場合であっても、他方の層によって絶縁性を担保することができる。これによって、絶縁層７０に冗長性を持たせることができ、様々な環境下で耐久性を発揮することができる。さらに、第一層と第二層との間に一また複数の他の層を形成してもよい。即ち、第一層と第二層とは直接的に接触しているのみならず、これら第一層と第二層との間に他の層が介在されていてもよい。

実施形態では、加熱工程Ｓ５を経て絶縁被膜７１を融着することで内側電極１０と外側電極４０とを一体化させたが、例えば、加熱工程Ｓ５を行わずに、絶縁被膜７１同士の間に接着剤を介在させて両者を一体化させてもよい。

実施形態では、内側電極１０のテーパ外周面２１のテーパ率と外側電極４０テーパ内周面５１のテーパ率とを同一としたが、互いに異なるものとしてもよい。
実施形態では、内側電極１０と外側電極４０とを同一の導電性材料から形成したが互いに異なる導電性材料から形成してもよい。

実施形態では、第二内周面９３の内径を、内側電極１０の内側フランジ外周面３２の外径、及び、外側電極４０の外側フランジ外周面６２の外径と同一としたがこれに限定されなくてよい。第二内周面９３の内径は、内側フランジ外周面３２や外側フランジ外周面６２を軸線Ｏ方向に案内可能である程度に、これら内側フランジ外周面３２及び外側フランジ外周面６２の外径に対応する寸法であればよい。

実施形態では、治具９０の第二内周面９３を案内面として内側電極１０を案内する手法について説明した。これに代えて、例えば治具９０内に内側電極１０を配置し、次いで、外側電極４０を治具９０内に挿入して案内面で案内することで、内側電極１０と外側電極４０とを組み立ててもよい。

１０ 内側電極
１１ 内側第一端面
１２ 内側第二端面
２０ 円柱部
２１ テーパ外周面
２２ 凹部
２３ 内周面
２４ 底面
２５ 端面
３０ 内側フランジ部
３１ 内側フランジ面
３２ 内側フランジ外周面
３３ 端面
４０ 外側電極
４１ 外側第一端面
４２ 外側第二端面
５０ 円筒部
５１ テーパ内周面
５２ 外周面
５３ 端部
５４ 端面
６０ 外側フランジ部
６１ 外側フランジ面
６２ 外側フランジ外周面
６３ 端面
７０ 絶縁層
７１ 絶縁被膜
８０ スペーサ
９０ 治具
９１ 内周面
９２ 第一内周面
９３ 第二内周面
９４ 段差面
９５ 下面
１００ 腐食センサ
２００ 腐食センサ
３００ 腐食センサ
Ｓ１ 内側電極準備工程
Ｓ２ 外側電極準備工程
Ｓ３ 絶縁材料塗布工程
Ｓ４ 組立工程
Ｓ５ 加熱工程
Ｏ 軸線

Claims (13)

1. 導電性材料から形成されて軸線を中心とした円柱状をなし、外周面が軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するテーパ外周面とされた円柱部を有する内側電極と、
   導電性材料から形成されて前記軸線を中心とした円筒状をなし、内周面が前記軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するとともに前記テーパ外周面に径方向から対向するテーパ内周面とされた円筒部を有する外側電極と、
   前記テーパ外周面と前記テーパ内周面との対向箇所に設けられ、絶縁材料から形成された絶縁層と、
   を備え、
   前記絶縁層は、前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面に密着している腐食センサ。
2. 前記絶縁材料は、ガラス材料及びセラミックス材料の少なくとも一方を含む請求項１に記載の腐食センサ。
3. 前記絶縁層は、前記テーパ外周面側の第一層と、前記テーパ内周面側の第二層とを備え、
   前記第一層と前記第二層とをそれぞれ形成する前記絶縁材料が互いに異なる請求項１又は２に記載の腐食センサ。
4. 導電性材料から形成されて軸線を中心とした円柱状をなし、外周面が軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するテーパ外周面とされた円柱部を有する内側電極と、
   導電性材料から形成されて前記軸線を中心とした円筒状をなし、内周面が前記軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するとともに前記テーパ外周面に径方向から対向するテーパ内周面とされた円筒部を有する外側電極と、
   前記テーパ外周面と前記テーパ内周面との対向箇所に設けられ、絶縁材料から形成された絶縁層と、
   を備え、
   前記絶縁層は、前記テーパ外周面側の第一層と、前記テーパ内周面側の第二層とを備え、
   前記第一層と前記第二層とをそれぞれ形成する前記絶縁材料が互いに異なる腐食センサ。
5. 前記内側電極は、前記円柱部から径方向外側に張り出す内側フランジ部をさらに有し、
   前記外側電極は、前記円筒部から径方向外側に張り出して前記内側フランジ部に前記軸線方向一方側から対向する外側フランジ部をさらに有し、
   前記内側フランジ部と前記外側フランジ部とに当接するスペーサをさらに備える請求項１から４のいずれか一項に記載の腐食センサ。
6. 前記円柱部が、該円柱部の前記軸線方向他方側から凹むように形成された凹部を有し、前記凹部の内周面が前記テーパ外周面の径方向内側に位置している請求項１から５のいずれか一項に記載の腐食センサ。
7. 導電性材料から形成されて軸線を中心とした円柱状をなし、外周面が軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するテーパ外周面とされた円柱部を有する内側電極を準備する内側電極準備工程と、
   導電性材料から形成されて前記軸線を中心とした円筒状をなし、内周面が前記軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するとともに前記テーパ外周面に径方向から対向するテーパ内周面とされた円筒部を有する外側電極を準備する外側電極準備工程と、
   前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面との少なくとも一方に、絶縁材料を塗布して絶縁被膜を形成する絶縁材料塗布工程と、
   前記絶縁材料塗布工程の後に、前記テーパ外周面と前記テーパ内周面とが互いに対向し、前記絶縁被膜が前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面に密着するように前記内側電極と前記外側電極とを組み立てる組立工程と、
   を含む腐食センサの製造方法。
8. 前記絶縁材料は、ガラス材料及びセラミックス材料の少なくとも一方を含む請求項７に記載の腐食センサの製造方法。
9. 前記絶縁材料塗布工程では、前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面の双方に互いに異なる前記絶縁材料を塗布する請求項７又は８に記載の腐食センサの製造方法。
10. 導電性材料から形成されて軸線を中心とした円柱状をなし、外周面が軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するテーパ外周面とされた円柱部を有する内側電極を準備する内側電極準備工程と、
    導電性材料から形成されて前記軸線を中心とした円筒状をなし、内周面が前記軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径するとともに前記テーパ外周面に径方向から対向するテーパ内周面とされた円筒部を有する外側電極を準備する外側電極準備工程と、
    前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面との少なくとも一方に、絶縁材料を塗布して絶縁被膜を形成する絶縁材料塗布工程と、
    前記絶縁材料塗布工程の後に、前記テーパ外周面と前記テーパ内周面とが互いに対向するように前記内側電極と前記外側電極とを組み立てる組立工程と、
    を含み、
    前記絶縁材料塗布工程では、前記テーパ外周面及び前記テーパ内周面の双方に互いに異なる前記絶縁材料を塗布する腐食センサの製造方法。
11. 前記内側電極は、前記円柱部から径方向外側に張り出す内側フランジ部をさらに有し、
    前記外側電極は、前記円筒部から径方向外側に張り出す外側フランジ部をさらに有し、
    前記組立工程では、前記内側フランジ部と前記外側フランジ部との間にスペーサを介在させた状態で前記内側電極と前記外側電極とを組み立てる請求項７から１０のいずれか一項に記載の腐食センサの製造方法。
12. 前記内側フランジ部及び前記外側フランジ部の外周面は、前記軸線に直交する断面形状が円形をなすとともに互いに同一の外径を有しており、
    前記組立工程では、
    円筒状をなして内周面が前記内側フランジ部及び前記外側フランジ部の外周面の外径に対応する内径をなす案内面とされた治具を用いるとともに、前記案内面によって前記内側フランジ部及び前記外側フランジ部の少なくとも一方を前記軸線方向に案内させながら前記内側電極と前記外側電極とを組み立てる請求項１１に記載の腐食センサの製造方法。
13. 前記組立工程の後に、前記絶縁材料が溶融する温度まで加熱する加熱工程を含む請求項７から１２のいずれか一項に記載の腐食センサの製造方法。

Images