JP7401387B2 - 腐食環境モニタリング装置 - Google Patents
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Description
本発明は、腐食環境モニタリング装置に関する。
特に、本発明は、環境中の腐食度合いを測定する腐食環境モニタリング装置や環境中の腐食度合いから環境中の腐食性ガス濃度を測定する腐食環境モニタリング装置に関する。
特に、本発明は、電気電子機器の設置環境、保管環境、輸送環境を対象に、環境中に存在する腐食性ガスによる、環境中の腐食度合いを測定する腐食環境モニタリング装置や環境中の腐食度合いから環境中の腐食性ガス濃度を測定する腐食環境モニタリング装置に関する。
そして、本発明は、ガス腐食試験装置や有機材料から発生するガスのアウトガス試験装置の試験環境を対象に、環境中に存在する腐食性ガスによる、環境中の腐食度合いを測定する腐食環境モニタリング装置や環境中の腐食度合いから環境中の腐食性ガス濃度を測定する腐食環境モニタリング装置に関する。
本技術分野の背景技術として、ＷＯ２０１７－０６１１８２号公報（特許文献１）がある。
特許文献１には、一方面に開口部を有し、開口部の面以外の面を封止することにより、内部に空間部を形成した筐体と、空間部の奥行き側から開口部に向けて設置され、腐食性物質に対して腐食し難い第１の薄膜金属と、第１の薄膜金属を支持部材として、第１の薄膜金属に沿って、空間部の奥行き側から開口部に向けて設置され、腐食性物質に対して腐食し易い計測部材である第２の薄膜金属と、第１の薄膜金属の両側に設置され、外部電圧が印可される端子と、から構成され、空間部の奥行き側から開口部に向けて設置される１つの第１の薄膜金属の片側又は両側に、第２の薄膜金属が、空間部の奥行き側から開口部に向けて設置される腐食環境モニタリング装置が記載されている。
電力、下水道、プラントなどの社会インフラ設備では、故障による操業停止が社会活動に影響を及ぼすため、安定稼働させることが要求されている。特に、腐食性の厳しい環境で操業している設備では、設備自体の耐食性と共に、併設されている情報機器や制御機器などの電子機器の耐食性を確保することも重要である。
腐食障害が想定される設備に併設されている電子機器では、適切な防食対策が取られているが、設置実績が少なく、防食対策が十分でない設備では、新たな腐食障害が発生する可能性がある。このような設備で、適切な防食対策を施すためには、現地環境を迅速に測定し、診断することが有効であり、環境の腐食性を長期にわたり、連続的に測定することができる腐食環境モニタリング装置が要望されている。
特許文献１に記載する腐食環境モニタリング装置は、腐食性が非常に厳しい環境（ＩＳＯ １１８４４－１規格のＩＣ５クラス）であっても、環境の腐食性を長期にわたり、連続的に測定することができる。
しかし、特許文献１には、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度を向上させることができる腐食環境モニタリング装置については、記載されていない。
そこで、本発明は、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制し、モニタリング全期間において、腐食性が非常に厳しい環境であっても、環境の腐食性を長期にわたり、高精度で連続的に測定する腐食環境モニタリング装置を提供する。
上記した課題を解決するため、本発明の腐食環境モニタリング装置は、絶縁板と、絶縁板上に絶縁板に接して形成され、腐食性物質に対して腐食し難いベース金属薄膜と、ベース金属薄膜上にベース金属薄膜に接して形成され、腐食性物質に対して腐食し易いセンシング金属薄膜と、を有する積層体と、積層体を内包し、側面方向に開口部を有し、内部に腐食性物質のガス通路を形成する筐体と、を有するものであって、ベース金属薄膜は、開口部側に所定の幅を有して形成される短辺部と、短辺部の両側に開口部側からガス通路の奥行き側に向けて所定の幅を有して形成される２つの長辺部と、を有し、センシング金属薄膜は、ベース金属薄膜の短辺部上を除き、２つの長辺部上のみに形成されることを特徴とする。
本発明によれば、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制し、モニタリング全期間において、腐食性が非常に厳しい環境であっても、環境の腐食性を長期にわたり、高精度で連続的に測定する腐食環境モニタリング装置を提供することができる。
なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。
以下、本発明の実施例を、図面を使用して説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。
以下、本実施例では、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制し、モニタリング全期間において、腐食性が非常に厳しい環境であっても、環境の腐食性を長期にわたり、高精度で連続的に測定する腐食環境モニタリング装置及び方法について、説明する。
なお、本実施例では、特に、環境中の腐食度合い（腐食性ガスの有無）を測定する腐食環境モニタリング装置及び方法について、説明する。
＜従来例＞
まず、本実施例を説明する前に、図１、図２、図３、図４を使用し、従来例の腐食環境モニタリング装置を説明する。
まず、本実施例を説明する前に、図１、図２、図３、図４を使用し、従来例の腐食環境モニタリング装置を説明する。
図１は、従来例の腐食環境モニタリング装置１の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
腐食環境モニタリング装置１は、以下の構成を有する。
（１）絶縁板４と、環境中に存在する腐食性ガス１０に対して腐食し難く、抵抗温度変化が小さい材料からなるベース金属薄膜２と、ベース金属薄膜２を支持部材として、ベース金属薄膜２上の全領域に形成され、腐食性ガス１０に対して腐食し易い材料からなるコの字型のセンシング金属薄膜３と、からなるセンサチップ２０、
（２）センサチップ２０を形成する基板５、
（３）基板５を内包し、側面方向（一方面）にガス通路８の開口部７を有し、一方面の開口部７の面以外の他方面を封止することにより、内部に腐食性ガス１０のガス通路８を形成する筐体６、
（４）センサチップ２０の両端に形成され、電気抵抗値を測定する引出電極９。
（１）絶縁板４と、環境中に存在する腐食性ガス１０に対して腐食し難く、抵抗温度変化が小さい材料からなるベース金属薄膜２と、ベース金属薄膜２を支持部材として、ベース金属薄膜２上の全領域に形成され、腐食性ガス１０に対して腐食し易い材料からなるコの字型のセンシング金属薄膜３と、からなるセンサチップ２０、
（２）センサチップ２０を形成する基板５、
（３）基板５を内包し、側面方向（一方面）にガス通路８の開口部７を有し、一方面の開口部７の面以外の他方面を封止することにより、内部に腐食性ガス１０のガス通路８を形成する筐体６、
（４）センサチップ２０の両端に形成され、電気抵抗値を測定する引出電極９。
ここで、コの字とは、開口部７側において所定の幅を有して形成される短辺部と、短辺部の両側であって、開口部７側からガス通路８の奥行き側（図１（ａ）及び図１（ｃ）の右側）に向けて、所定の幅を有して形成される２つの長辺部と、を有するものである。
つまり、腐食環境モニタリング装置１は、一方面に開口部７を有し、一方面の開口部７の面以外の他方面を封止することにより、内部に腐食性ガス１０のガス通路８を形成する筐体６と、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて形成され、腐食性ガス１０に対して腐食し難いベース金属薄膜２と、ベース金属薄膜２を支持部材として、ベース金属薄膜２に沿って、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて形成され、腐食性ガス１０に対して腐食し易い計測部材であるセンシング金属薄膜３と、ベース金属薄膜２の両側に形成され、電気抵抗値を測定する引出電極９と、を有する。
図２は、従来例の腐食環境モニタリング装置１の暴露後の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
従来例の腐食環境モニタリング装置１を、環境中に暴露すると、図２に示すように、環境中に存在する腐食性ガス１０が、開口部７から侵入して、腐食性ガス１０の濃度流束が高い開口部７から、ガス通路８の奥行き側（右側）に向けて、センシング金属薄膜３の腐食領域（腐食生成物３１が生成される領域）が伸長する。
この腐食領域の伸長は、以下のように説明される。つまり、センシング金属薄膜３が腐食して生成される腐食生成物３１が、センシング金属薄膜３の下面（ベース金属薄膜２との界面）に到達した場合には、これ以上、下面方向には腐食しない。このため、腐食性ガス１０は腐食反応に、下面方向には消費されず、ガス通路８の奥行き側に向けて消費され、腐食性ガス１０は、ガス通路８の奥行き側に向けて、センシング金属薄膜３を腐食する。
この際、センシング金属薄膜３の上面（ガス通路８に接する面）は、図２（ｃ）に示すように、センシング金属薄膜３の下面に比較して、腐食の進行が速い。この腐食の挙動は、腐食性ガス１０の拡散方向を限定し、センシング金属薄膜３の腐食速度を制御するガス通路８により、実現される。
また、図２（ａ）に示すように、腐食により、センシング金属薄膜３の一部が腐食生成物３１に変化するため、センサチップ２０の両端に形成される引出電極９間の電気抵抗値が、暴露後は、暴露前（初期値）に比較して、大きくなる。
ここで、センシング金属薄膜３に使用される金属（センシング金属）は、比抵抗が小さく、かつ、生成される腐食生成物３１の比抵抗が大きい金属である。そして、ベース金属薄膜２に使用される金属（ベース金属）は、センシング金属に比較して、比抵抗が大きい金属である。
なお、予め、センシング金属薄膜３の腐食量と引出電極９間の電気抵抗値との関係を求めることにより、測定した電気抵抗値から腐食量を推定することができる。また、予め、センシング金属薄膜３の腐食量と環境中の腐食性ガス濃度との関係を求めることにより、測定した電気抵抗値から腐食性ガス濃度を推定することができる。
図３は、従来例の腐食環境モニタリング装置１で、暴露前、暴露後時刻Ａ、暴露後時刻Ｂ、暴露後時刻Ｃにおける絶縁板、ベース金属薄膜、センシング金属薄膜からなる積層体の腐食状況を示す正面図、及び、その腐食状況に対応する暴露時間と電気抵抗値との関係を示すグラフである。
ここで、従来例の腐食環境モニタリング装置１の、暴露前、暴露後時刻Ａ、暴露後時刻Ｂ、暴露後時刻Ｃ（暴露後時刻Ａ＜暴露後時刻Ｂ＜暴露後時刻Ｃ）における、腐食状況に対応するセンサチップ２０の両端に形成される引出電極９間の電気抵抗値の変化を、模式的に説明する。
なお、図１に示す従来例の腐食環境モニタリング装置１は、センサチップ２０を使用して、説明しているが、ここでは、説明を簡単にするため、Ｉ型（矩形状）のセンサチップを使用して、説明する。そして、図３では、Ｉ型のセンサチップのうち、開口部７側を拡大して示す。なお、電気抵抗値は、Ｉ型のセンサチップの両端で測定することを想定する。
暴露前では、ベース金属薄膜２とセンシング金属薄膜３とも腐食していない。
暴露前におけるセンサチップの電気抵抗値は、ベース金属薄膜２の電気抵抗ＲＢＭ１とセンシング金属薄膜３の電気抵抗ＲＳＭ１との並列回路で、示される。
そして、暴露前におけるセンサチップの電気抵抗値は、センシング金属の比抵抗が、ベース金属の比抵抗に比較して、小さいため、センシング金属薄膜３の電気抵抗値（電気抵抗ＲＳＭ１）で示される。
暴露後時刻Ａでは、環境中に存在する腐食性ガス１０により、ガス通路８に接するセンシング金属薄膜３の上面から、腐食生成物３１が形成される。腐食性ガス１０が、開口部７（左側）から、ガス通路８の奥行き側（右側）に向けて、侵入するため、センシング金属薄膜３は、腐食性ガス１０の濃度流束が高い開口部７から、腐食する。
暴露後時刻Ａでは、センシング金属薄膜３の左端において、腐食生成物３１が部分的に形成され、センシング金属薄膜３も、Ｌだけ残存する。
暴露後時刻Ａにおけるセンサチップの電気抵抗値は、ベース金属薄膜２の電気抵抗ＲＢＭ２と電気抵抗ＲＢＭ３、センシング金属薄膜３の電気抵抗ＲＳＭ２と電気抵抗ＲＳＭ３、腐食生成物３１の電気抵抗ＲＣＰ２、の等価回路で、示される。
そして、暴露後時刻Ａにおけるセンサチップの電気抵抗値は、ベース金属の比抵抗、センシング金属の比抵抗、腐食生成物３１の比抵抗の大小関係から、点線矢印で示すようになり、センシング金属薄膜３の電気抵抗ＲＳＭ２と電気抵抗ＲＳＭ３との直列回路（直列抵抗）で近似することができる。なお、未だ、暴露後時刻Ａにおけるセンサチップの電気抵抗値と、暴露前におけるセンサチップの電気抵抗値との変化は小さい。
暴露後時刻Ｂでは、環境中に存在する腐食性ガス１０により、ガス通路８に接するセンシング金属薄膜３の上面から、腐食生成物３１が形成される。腐食性ガス１０が、開口部７（左側）から、ガス通路８の奥行き側に向けて、更に、侵入するため、センシング金属薄膜３は、腐食性ガス１０の濃度流束が高い開口部７から、更に、腐食する。
暴露後時刻Ｂでは、センシング金属薄膜３の左端において、腐食生成物３１が、センシング金属薄膜３の下面に到達し、センシング金属薄膜３は残存しない。
暴露後時刻Ｂにおけるセンサチップの電気抵抗値は、ベース金属薄膜２の電気抵抗ＲＢＭ４と電気抵抗ＲＢＭ５、センシング金属薄膜３の電気抵抗ＲＳＭ４と電気抵抗ＲＳＭ５、腐食生成物３１の電気抵抗ＲＣＰ４、の等価回路で、示される。
そして、暴露後時刻Ｂにおけるセンサチップの電気抵抗値は、ベース金属の比抵抗、センシング金属の比抵抗、腐食生成物３１の比抵抗の大小関係から、点線矢印で示すようになり、センシング金属薄膜３の電気抵抗ＲＳＭ４と電気抵抗ＲＳＭ５との直列回路（直列抵抗）で近似することができる。なお、未だ、暴露後時刻Ｂにおけるセンサチップの電気抵抗値と、暴露前におけるセンサチップの電気抵抗値との変化は小さい。
なお、暴露後時刻Ｂを境に、センサチップの電気抵抗値の変化は、大きくなる。
暴露後時刻Ｃでは、環境中に存在する腐食性ガス１０により、ガス通路８に接するセンシング金属薄膜３の上面から、腐食生成物３１が形成される。腐食性ガス１０が、開口部７（左側）から、ガス通路８の奥行き側に向けて、更に、更に、侵入するため、センシング金属薄膜３は、腐食性ガス１０の濃度流束が高い開口部７から、更に、更に、腐食する。
暴露後時刻Ｃでは、センシング金属薄膜３の左端において、腐食生成物３１が、センシング金属薄膜３の下面に到達し、センシング金属薄膜３は残存せず、更に、センシング金属薄膜３の下面においても、ガス通路８の奥行き側に向けて、腐食生成物３１が形成される。
暴露後時刻Ｃにおけるセンサチップの電気抵抗値は、ベース金属薄膜２の電気抵抗ＲＢＭ６と電気抵抗ＲＢＭ７と電気抵抗ＲＢＭ８、センシング金属薄膜３の電気抵抗ＲＳＭ７と電気抵抗ＲＳＭ８、腐食生成物３１の電気抵抗ＲＣＰ６と電気抵抗ＲＣＰ７、の等価回路で、示される。
そして、暴露後時刻Ｃにおけるセンサチップの電気抵抗値は、ベース金属の比抵抗、センシング金属の比抵抗、腐食生成物３１の比抵抗の大小関係から、点線矢印で示すようになり、ベース金属薄膜２の電気抵抗ＲＢＭ６と、センシング金属薄膜３の電気抵抗ＲＳＭ７と電気抵抗ＲＳＭ８との直列回路（直列抵抗）で近似することができる。なお、暴露後時刻Ｃにおけるセンサチップの電気抵抗値と、暴露前におけるセンサチップの電気抵抗値との変化は大きい。
図４は、従来例の腐食環境モニタリング装置１で、暴露後時刻ａ、暴露後時刻ｂ、暴露後時刻ｃのそれぞれにおける絶縁板、ベース金属薄膜、センシング金属薄膜からなる積層体の腐食状況を示す上面図、正面図、及び、その腐食状況に対応する暴露時間と電気抵抗値との関係を示すグラフである。
ここで、腐食環境モニタリング装置１において、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度が低下するとの課題について、説明する。
暴露後時刻ａでは、センシング金属薄膜３の左側において、腐食生成物３１が、センシング金属薄膜３の下面に到達し、センシング金属薄膜３は残存せず、更に、センシング金属薄膜３の下面においても、ガス通路８の奥行き側（右側）に向けて、腐食生成物３１が形成される。つまり、センシング金属薄膜３の左側において、センシング金属薄膜３が残存していない領域が認められる。
しかし、センサチップ２０を使用する従来例の腐食モニタリング装置１では、このように腐食が進行しているにもかかわらず、図４中の領域１（短辺部の幅の部分）に、わずかでもセンシング金属薄膜３が残存していると、センサチップ２０の電気抵抗値は、ほとんど変化しない。
つまり、暴露後時刻ａでは、センサチップ２０の電気抵抗値の変化は、小さい。このため、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度が低下する。
一方、図４中の領域１が全て腐食する（図４中の領域１にセンシング金属薄膜３が残存していない）、暴露後時刻ｂを境に、センサチップ２０の電気抵抗値の変化は、大きくなり、暴露後時刻ｃでは、センサチップ２０の電気抵抗値の変化は、大きい。
次に、実施例１の腐食環境モニタリング装置１を説明する。なお、従来例の腐食環境モニタリング装置１の基本構成は、実施例１にも適用する。
図５は、実施例１の腐食環境モニタリング装置１の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
実施例１の腐食環境モニタリング装置１は、以下の構成を有する。
（１）絶縁板４と、絶縁板４上に形成され、環境中に存在する腐食性ガス１０（例えば、ＳＯ２、ＮＯ２、Ｈ２Ｓ、Ｓ８などの腐食性物質）に対して腐食し難く、抵抗温度変化が小さい材料からなるベース金属薄膜２と、ベース金属薄膜２を支持部材として、ベース金属薄膜２上に形成され、腐食性ガス１０に対して腐食し易い材料からなり、ベース金属薄膜２上の一部領域（２つの長辺部３ａ及び３ｂ）に形成される計測部材であるセンシング金属薄膜３（厚さが１μｍ以下）と、からなるセンサチップ（積層体）２０、
（２）センサチップ２０を形成する基板５、
（３）センサチップ２０を内包し、側面方向（一方面）に開口部７（幅が１０ｍｍ以下、高さが５ｍｍ以下）を有し、一方面の開口部７の面以外の他方面を封止することにより、内部に腐食性ガス１０のガス通路８を形成する筐体６、
（４）センサチップ２０の両端に形成され、電気抵抗値を測定する引出電極９。
（１）絶縁板４と、絶縁板４上に形成され、環境中に存在する腐食性ガス１０（例えば、ＳＯ２、ＮＯ２、Ｈ２Ｓ、Ｓ８などの腐食性物質）に対して腐食し難く、抵抗温度変化が小さい材料からなるベース金属薄膜２と、ベース金属薄膜２を支持部材として、ベース金属薄膜２上に形成され、腐食性ガス１０に対して腐食し易い材料からなり、ベース金属薄膜２上の一部領域（２つの長辺部３ａ及び３ｂ）に形成される計測部材であるセンシング金属薄膜３（厚さが１μｍ以下）と、からなるセンサチップ（積層体）２０、
（２）センサチップ２０を形成する基板５、
（３）センサチップ２０を内包し、側面方向（一方面）に開口部７（幅が１０ｍｍ以下、高さが５ｍｍ以下）を有し、一方面の開口部７の面以外の他方面を封止することにより、内部に腐食性ガス１０のガス通路８を形成する筐体６、
（４）センサチップ２０の両端に形成され、電気抵抗値を測定する引出電極９。
つまり、実施例１の腐食環境モニタリング装置１は、一方面に開口部７を有し、一方面の開口部７の面以外の他方面を封止することにより、内部に腐食性ガス１０のガス通路８を形成する筐体６と、開口部７側からガス通路８の奥行き側（右側）に向けて形成され、腐食性ガス１０に対して腐食し難いベース金属薄膜２と、ベース金属薄膜２を支持部材として、ベース金属薄膜２に沿って、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、２つの長辺部（３ａ及び３ｂ）に形成され、腐食性ガス１０に対して腐食し易い計測部材であるセンシング金属薄膜３と、ベース金属薄膜２の両側に形成され、電気抵抗値を測定する引出電極９と、を有する。
このように、実施例１の腐食環境モニタリング装置１は、特に、ベース金属薄膜２は、絶縁板４上であり、開口部７側において所定の幅を有して形成される短辺部と、短辺部の両側であって、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、所定の幅を有して形成される２つの長辺部と、に形成され、センシング金属薄膜３は、ベース金属薄膜２上であり、短辺部の両側であって、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、所定の幅を有して形成される２つの長辺部に形成される。
つまり、実施例１の腐食環境モニタリング装置１は、開口部７側の短辺部は、絶縁板４とベース金属薄膜２とからなる積層部分であり、２つの長辺部（３ａ及び３ｂ）は、絶縁板４とベース金属薄膜２とセンシング金属薄膜３とからなる積層部分である。
なお、ベース金属薄膜２上の一部領域とは、短辺部を除き、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて形成される２つの長辺部である。
また、実施例１の腐食環境モニタリング装置１は、センシング金属薄膜３の開口部７側は、開口部７に平行な形状を有する。
なお、センシング金属は、比抵抗が小さく、かつ、生成される腐食生成物３１の比抵抗が大きい金属である。例えば、銅、銅合金、銀、銀合金（例えば、銀パラジウム合金など）、アルミニウム、鉄、亜鉛、鉛などの金属であり、金属とその腐食生成物３１との電気抵抗値が相違する金属である。
また、ベース金属は、センシング金属に比較して、比抵抗が大きい金属である。例えば、チタン、クロム、金、パラジウム、ステンレス鋼などの金属である。
なお、腐食生成物３１としては、センシング金属に、例えば、銀を使用し、腐食性ガス１０が、例えば、Ｈ２Ｓ、Ｓ８などであった場合には、硫化銀が生成される。
また、実施例１の腐食環境モニタリング方法は、このような腐食環境モニタリング装置１を使用し、環境中の腐食度合いを測定するものであって、センシング金属薄膜３に一部領域を形成することにより、一部領域における腐食生成物が生成される領域の伸長速度を速くする。
これにより、実施例１によれば、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制することができる。そして、モニタリング全期間において、腐食性が非常に厳しい環境であっても、環境の腐食性を長期にわたり、高精度で連続的に測定することができる。
また、ベース金属薄膜２は、開口部７からガス通路８の奥行き側にずらして、形成される共に、センシング金属薄膜３は、ベース金属薄膜２よりも、更に、開口部７からガス通路８の奥行き側にずらして、形成される。これにより、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度を安定化させることができる。
また、ベース金属薄膜２上の一部領域に、センシング金属薄膜３を形成するためには、以下の工程を使用する。
（１）絶縁板４上に、ベース金属薄膜２を、スパッタリング又はめっきにより形成する。
（２）次に、センシング金属薄膜３が形成される領域（短辺部の両側であって、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、所定の幅を有して形成される２つの長辺部）以外に、マスキングを施し、センシング金属薄膜３を、スパッタリング又はめっきにより形成する。
（１）絶縁板４上に、ベース金属薄膜２を、スパッタリング又はめっきにより形成する。
（２）次に、センシング金属薄膜３が形成される領域（短辺部の両側であって、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、所定の幅を有して形成される２つの長辺部）以外に、マスキングを施し、センシング金属薄膜３を、スパッタリング又はめっきにより形成する。
また、ベース金属薄膜２上の一部領域に、センシング金属薄膜３を形成するためには、以下の工程を使用する。
（１）絶縁板４上に、ベース金属薄膜２とセンシング金属薄膜３とを、スパッタリング又はめっきにより形成する。
（２）次に、センシング金属薄膜３が形成される領域（短辺部の両側であって、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、所定の幅を有して形成される２つの長辺部）に、マスキングを施し、センシング金属薄膜３を、エッチングにより除去する。なお、エッチングでは、ベース金属薄膜２に不活性であり、センシング金属薄膜３のみに活性である溶液を使用する。
（１）絶縁板４上に、ベース金属薄膜２とセンシング金属薄膜３とを、スパッタリング又はめっきにより形成する。
（２）次に、センシング金属薄膜３が形成される領域（短辺部の両側であって、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、所定の幅を有して形成される２つの長辺部）に、マスキングを施し、センシング金属薄膜３を、エッチングにより除去する。なお、エッチングでは、ベース金属薄膜２に不活性であり、センシング金属薄膜３のみに活性である溶液を使用する。
ベース金属薄膜２上の一部領域に、センシング金属薄膜３を形成するためには、スクリーン印刷やインクジェットプリンタ印刷を使用することもできる。
なお、実施例１の腐食環境モニタリング装置１は、腐食性ガス１０の腐食性ガス濃度の変化を把握する信頼性の高いガスセンサとしても使用することができる。
次に、実施例２の腐食環境モニタリング装置１を説明する。なお、従来例の腐食環境モニタリング装置１の基本構成は、実施例２にも適用する。
図６は、実施例２の腐食環境モニタリング装置１の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
実施例２の腐食環境モニタリング装置１は、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に比較して、センシング金属薄膜３の開口部７側における先端形状が相違する。
実施例２の腐食環境モニタリング装置１では、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に相違して、センシング金属薄膜３の開口部７側に、ガス通路８の奥行き側の領域（一定断面積領域）に比較して、センシング金属薄膜３の幅が狭い領域（図６（ａ）参照）を有する。つまり、ベース金属薄膜２上の一部領域に形成されるセンシング金属薄膜３には、その開口部７側に、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、センシング金属薄膜３の幅が狭い領域（先鋭部：センシング金属薄膜３の幅が、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、連続的に大きくなる領域）が形成される。
なお、先鋭部は、センシング金属薄膜３の幅が、段階的に大きくなる領域であってもよい。
先鋭部は、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、その断面積が増加する領域であり、センシング金属薄膜３の幅が、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、連続的に大きくなる領域である。先鋭部は、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、その断面積が小さい領域である。
開口部７から侵入した腐食性ガス１０の濃度流束は、センシング金属薄膜３の幅が狭い先鋭部に集中するため、センシング金属薄膜３が腐食して、腐食生成物３１が生成されるまでの時間が短くなり、先鋭部は、この先鋭部よりもガス通路８の奥行き側の領域に比較して、腐食生成物３１が生成される領域の伸長速度が速くなる。
これにより、実施例２によれば、暴露前から曝露後時刻Ｂまでの時間を短縮することができ、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制することができる。
次に、実施例３の腐食環境モニタリング装置１を説明する。なお、従来例の腐食環境モニタリング装置１の基本構成は、実施例３にも適用する。
図７は、実施例３の腐食環境モニタリング装置１の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
実施例３の腐食環境モニタリング装置１は、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に比較して、センシング金属薄膜３の開口部７側における先端形状が相違する。
実施例３の腐食環境モニタリング装置１では、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に相違して、センシング金属薄膜３の開口部７側に、ガス通路８の奥行き側の領域（一定断面積領域）に比較して、センシング金属薄膜３の膜厚が薄い領域（図７（ｃ）参照）を有する。つまり、ベース金属薄膜２上の一部領域に形成されるセンシング金属薄膜３には、その開口部７側に、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、センシング金属薄膜３の膜厚が薄い領域（先鋭部：センシング金属薄膜３の高さが、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、段階的又は連続的に大きくなる領域）が形成される。
センシング金属薄膜３の膜厚が薄い領域は、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、その断面積が小さい領域である。
開口部７から侵入した腐食性ガス１０の濃度流束は、センシング金属薄膜３の膜厚が薄い領域に集中するため、センシング金属薄膜３が腐食して、腐食生成物３１が生成されるまでの時間が短くなり、膜厚が薄い領域は、この膜厚が薄い領域よりもガス通路８の奥行き側の領域に比較して、腐食生成物３１が生成される領域の伸長速度が速くなる。
実施例３では、先鋭部は、センシング金属薄膜３の高さが、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、低い領域である。この先鋭部は、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、センシング金属薄膜３の高さが、段階的に大きくなる領域であってもよく、センシング金属薄膜３の高さが、連続的に大きくなる領域であってもよい。
これにより、実施例３によれば、暴露前から曝露後時刻Ｂまでの時間を短縮することができ、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制することができる。
次に、実施例４の腐食環境モニタリング装置１を説明する。なお、従来例の腐食環境モニタリング装置１の基本構成は、実施例４にも適用する。
図８は、実施例４の腐食環境モニタリング装置１の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
実施例４の腐食環境モニタリング装置１は、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に比較して、センシング金属薄膜３の開口部７側に被覆薄膜４１が形成される点が相違する。
実施例４の腐食環境モニタリング装置１では、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に相違して、センシング金属薄膜３の開口部７側の、センシング金属薄膜３上に、被覆薄膜４１が形成される。つまり、実施例４では、センシング金属薄膜３の開口部７側に、被覆薄膜４１が形成される領域を有する。
なお、被覆薄膜４１は、ベース金属薄膜２と同様に、腐食性ガス１０に対して腐食し難く、抵抗温度変化が小さい材料からなる。なお、被覆薄膜４１は、腐食性ガス１０が被覆薄膜４１を透過し、その下部に形成されるセンシング金属薄膜３を腐食させない材料であれば、金属材料に限定されず、有機材料であってもよい。
開口部７から侵入した腐食性ガス１０の濃度流束は、センシング金属薄膜３の開口部７側の側面部（先端部）に集中するため、センシング金属薄膜３が腐食して、腐食生成物３１が生成されるまでの時間が短くなり、被覆薄膜４１が形成される領域は、この被覆薄膜４１が形成される領域よりもガス通路８の奥行き側の領域に比較して、腐食生成物３１が生成される領域の伸長速度が速くなる。
これにより、実施例４によれば、暴露前から曝露後時刻Ｂまでの時間を短縮することができ、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制することができる。
次に、実施例５の腐食環境モニタリング装置１を説明する。なお、従来例の腐食環境モニタリング装置１の基本構成は、実施例５にも適用する。
図９は、実施例５の腐食環境モニタリング装置１の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
実施例５の腐食環境モニタリング装置１は、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に比較して、センシング金属薄膜３の開口部７側における先端形状が相違する。
実施例５の腐食環境モニタリング装置１では、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に相違して、センシング金属薄膜３の開口部７側に、ガス通路８の奥行き側の領域（一定断面積領域）に比較して、センシング金属薄膜３の幅が狭い領域（図９（ａ）参照）を有する。つまり、ベース金属薄膜２上の一部領域に形成されるセンシング金属薄膜３には、その開口部７側に、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、センシング金属薄膜３の幅が狭い領域（先鋭部：センシング金属薄膜３の幅が、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、段階的に大きくなる領域）が形成される。
なお、先鋭部は、センシング金属薄膜３の幅が、連続的に大きくなる領域であってもよい。
先鋭部は、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、その断面積が増加する領域であり、センシング金属薄膜３の幅が、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、段階的に大きくなる領域である。先鋭部は、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、その断面積が小さい領域である。
開口部７から侵入した腐食性ガス１０の濃度流束は、センシング金属薄膜３の幅が狭い先鋭部に集中するため、センシング金属薄膜３が腐食して、腐食生成物３１が生成されるまでの時間が短くなり、先鋭部は、この先鋭部よりもガス通路８の奥行き側の領域に比較して、腐食生成物３１が生成される領域の伸長速度が速くなる。
これにより、実施例５によれば、暴露前から曝露後時刻Ｂまでの時間を短縮することができ、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制することができる。
次に、実施例６の腐食環境モニタリング装置１を説明する。なお、従来例の腐食環境モニタリング装置１の基本構成は、実施例６にも適用する。
図１０は、実施例６の腐食環境モニタリング装置１の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
実施例６の腐食環境モニタリング装置１は、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に比較して、センシング金属薄膜３の開口部７側における先端部４２の形状を有する点が相違する。
実施例６の腐食環境モニタリング装置１では、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に相違して、センシング金属薄膜３の開口部７側に、ガス通路８の奥行き側の領域（一定断面積領域）に比較して、ベース金属薄膜２及びセンシング金属薄膜３の幅が狭い領域（図１０（ａ）参照）を有する。つまり、絶縁板４上の一部領域に形成されるベース金属薄膜２及びセンシング金属薄膜３には、その開口部７側に、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、ベース金属薄膜２及びセンシング金属薄膜３の幅が狭い領域（先端部４２）が形成される。
この先端部４２は、絶縁板４上の一部領域に形成され、開口部７側のベース金属薄膜２及びセンシング金属薄膜３が切り欠かれ、形成される。なお、先端部４２は、マスキングによるスパッタリングやマスキングによるエッチングに加え、機械的に切断することにより、形成することができる。
先端部４２は、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、その断面積が小さい領域である。
実施例６では、先端部４２は、ベース金属薄膜２及びセンシング金属薄膜３の幅が、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、連続的に大きくなる領域である。
開口部７から侵入した腐食性ガス１０の濃度流束は、先端部４２に集中するため、センシング金属薄膜３が腐食して、腐食生成物３１が生成されるまでの時間が短くなり、先端部４２は、この先端部４２よりもガス通路８の奥行き側の領域に比較して、腐食生成物３１が生成される領域の伸長速度が速くなる。
これにより、実施例６によれば、暴露前から曝露後時刻Ｂまでの時間を短縮することができ、電気抵抗が大きいベース金属の効果により、更に、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制することができる。
次に、実施例７の腐食環境モニタリング装置１を説明する。なお、従来例の腐食環境モニタリング装置１の基本構成は、実施例７にも適用する。
図１１は、実施例７の腐食環境モニタリング装置１の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
実施例７の腐食環境モニタリング装置１は、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に比較して、センシング金属薄膜３の開口部７側における先端部４３の形状を有する点が相違する。
実施例７の腐食環境モニタリング装置１では、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に相違して、センシング金属薄膜３の開口部７側に、ガス通路８の奥行き側の領域（一定断面積領域）に比較して、ベース金属薄膜２及びセンシング金属薄膜３の幅が狭い領域（図１１（ａ）参照）を有する。つまり、絶縁板４上の一部領域に形成されるベース金属薄膜２及びセンシング金属薄膜３には、その開口部７側に、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、ベース金属薄膜２及びセンシング金属薄膜３の幅が狭い領域（先端部４３）が形成される。
この先端部４３は、絶縁板４上の一部領域に形成され、開口部７側のベース金属薄膜２及びセンシング金属薄膜３が切り欠かれ、形成される。なお、先端部４３は、マスキングによるスパッタリングやマスキングによるエッチングに加え、機械的に切断することにより、形成することができる。
先端部４３は、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、その断面積が小さい領域である。
実施例７では、先端部４３は、ベース金属薄膜２及びセンシング金属薄膜３の幅が、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、段階的に大きくなる領域である。
開口部７から侵入した腐食性ガス１０の濃度流束は、先端部４３に集中するため、センシング金属薄膜３が腐食して、腐食生成物３１が生成されるまでの時間が短くなり、先端部４３は、この先端部４３よりもガス通路８の奥行き側の領域に比較して、腐食生成物３１が生成される領域の伸長速度が速くなる。
これにより、実施例７によれば、暴露前から曝露後時刻Ｂまでの時間を短縮することができ、電気抵抗が大きいベース金属の効果により、更に、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制することができる。
次に、実施例８の腐食環境モニタリング装置１を説明する。なお、従来例の腐食環境モニタリング装置１の基本構成は、実施例８にも適用する。
図１２は、実施例８の腐食環境モニタリング装置１の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
実施例８の腐食環境モニタリング装置１は、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に比較して、筐体６の開口部７側における開放形状が相違する。
実施例８の腐食環境モニタリング装置１では、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に相違して、開口部７側の領域に形成されるガス通路８の高さ（断面積）が、ガス通路８の奥行き側の領域（一定断面積領域）に形成されるガス通路８の高さ（断面積）に比較して、ガス通路８の高さが高い（断面積が大きい）領域８１（図１２（ｃ）参照）を有する。
ガス通路８の高さが高い領域８１は、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、その断面積が大きい領域である。
実施例８では、ガス通路８の高さが高い領域８１を形成するため、開口部７から侵入する腐食性ガス１０の総量が増加し、腐食性ガス１０が、開口部７側のセンシング金属薄膜３に集中する。このため、開口部７側のセンシング金属薄膜３が腐食して、ガス通路８の高さが高い領域８１は、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、腐食生成物３１が生成される領域の伸長速度が速くなる。
実施例８では、ガス通路８の高さが高い領域８１を形成するが、このガス通路８の高さが高い領域８１は、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、その高さが、段階的に小さくなる領域であってもよく、連続的に小さくなる領域であってもよい。
これにより、実施例８によれば、暴露前から曝露後時刻Ｂまでの時間を短縮することができ、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制することができる。
次に、実施例９の腐食環境モニタリング装置１を説明する。なお、従来例の腐食環境モニタリング装置１の基本構成は、実施例９にも適用する。
図１３は、実施例９の腐食環境モニタリング装置１の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ－Ａ断面の側面図、及び（ｃ）正面図である。
実施例９の腐食環境モニタリング装置１は、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に比較して、筐体６の開口部７側における開放形状が相違する。
実施例９の腐食環境モニタリング装置１では、実施例１の腐食環境モニタリング装置１に相違して、開口部７側の領域に形成されるガス通路８の幅（断面積）が、ガス通路８の奥行き側の領域（一定断面積領域）に形成されるガス通路８の幅（断面積）に比較して、ガス通路８の幅が広い（断面積が大きい）領域９１（図１３（ａ）参照）を有する。
ガス通路８の幅が広い領域９１は、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、その断面積が大きい領域である。
実施例９では、ガス通路８の幅が広い領域９１を形成するため、開口部７から侵入する腐食性ガス１０の総量が増加し、腐食性ガス１０が、開口部７側のセンシング金属薄膜３に集中する。このため、開口部７側のセンシング金属薄膜３が腐食して、ガス通路８の幅が広い領域９１は、ガス通路８の奥行き側の領域に比較して、腐食生成物３１が生成される領域の伸長速度が速くなる。
実施例９では、ガス通路８の幅が広い領域９１を形成するが、このガス通路８の幅が広い領域９１は、開口部７側からガス通路８の奥行き側に向けて、その幅が、段階的に小さくなる領域であってもよく、連続的に小さくなる領域であってもよい。
これにより、実施例９によれば、暴露前から曝露後時刻Ｂまでの時間を短縮することができ、環境の腐食性のモニタリング初期における測定精度の低下を抑制することができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置換することもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を追加することもできる。また、各実施例の構成の一部について、それを削除し、他の構成の一部を追加し、他の構成の一部と置換することもできる。
１・・・腐食環境モニタリング装置、２・・・ベース金属薄膜、３・・・センシング金属薄膜、４・・・絶縁板、５・・・基板、６・・・筐体、７・・・開口部、８・・・ガス通路、９・・・引出電極、１０・・・腐食性ガス、２０・・・センサチップ、３１・・・腐食生成物、４１・・・被覆薄膜、４２・・・先端部、４３・・・先端部、８１・・・ガス通路８の高さが高い領域、９１・・・ガス通路８の幅が広い領域。
Claims (5)
- 絶縁板と、絶縁板上に前記絶縁板に接して形成され、腐食性物質に対して腐食し難いベース金属薄膜と、ベース金属薄膜上に前記ベース金属薄膜に接して形成され、腐食性物質に対して腐食し易いセンシング金属薄膜と、を有する積層体と、
前記積層体を内包し、側面方向に開口部を有し、内部に前記腐食性物質のガス通路を形成する筐体と、
を有する腐食環境モニタリング装置であって、
前記ベース金属薄膜は、開口部側に所定の幅を有して形成される短辺部と、前記短辺部の両側に前記開口部側から前記ガス通路の奥行き側に向けて所定の幅を有して形成される２つの長辺部と、を有し、
前記センシング金属薄膜は、前記ベース金属薄膜の短辺部上を除き、２つの長辺部上のみに形成されることを特徴とする腐食環境モニタリング装置。 - 請求項１に記載する腐食環境モニタリング装置であって、
前記センシング金属薄膜は、前記開口部側に先鋭部が形成され、
前記先鋭部は、前記センシング金属薄膜の幅又は高さが、前記開口部側から前記ガス通路の奥行き側に向けて、連続的又は段階的に大きくなる領域であることを特徴とする腐食環境モニタリング装置。 - 絶縁板と、絶縁板上に前記絶縁板に接して形成され、腐食性物質に対して腐食し難いベース金属薄膜と、ベース金属薄膜上に前記ベース金属薄膜に接して形成され、腐食性物質に対して腐食し易いセンシング金属薄膜と、を有する積層体と、
前記積層体を内包し、側面方向に開口部を有し、内部に前記腐食性物質のガス通路を形成する筐体と、
を有する腐食環境モニタリング装置であって、
前記ベース金属薄膜は、開口部側に所定の幅を有して形成される短辺部と、前記短辺部の両側に前記開口部側から前記ガス通路の奥行き側に向けて所定の幅を有して形成される２つの長辺部と、を有し、
前記センシング金属薄膜は、前記ベース金属薄膜の短辺部上及び２つの長辺部上に形成され、前記ベース金属薄膜の短辺部上のみに、腐食性物質に対して腐食し難い被覆薄膜が形成されることを特徴とする腐食環境モニタリング装置。 - 請求項１に記載する腐食環境モニタリング装置であって、
前記絶縁板上に形成される前記ベース金属薄膜及び前記ベース金属薄膜上に形成される前記センシング金属薄膜の前記２つの長辺部の前記開口部側に、前記ガス通路の奥行き側の領域に比較して、前記ベース金属薄膜及び前記センシング金属薄膜の幅が狭い先端部が形成されることを特徴とする腐食環境モニタリング装置。 - 請求項１に記載する腐食環境モニタリング装置であって、
前記開口部側の領域に形成されるガス通路の断面積が、前記ガス通路の奥行き側の領域に形成されるガス通路の断面積に比較して、断面積が大きいことを特徴とする腐食環境モニタリング装置。
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