JPH03285839A - イオン濃度センサー用ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、イオン濃度センサー用ガラスに関し、詳細に
は、イオン濃度を測定するセンサーに使用するガラスで
あり、特に化学反応器や貯槽等に付設して高温及び／又
は高圧下で使用するイオン濃度センサーに用いるガラス
に関する。

（従来の技術） 化学反応器や貯槽等に付設して使用されるｐＨ計等の如
く、現場用のイオン濃度センサーは、実験室で使用され
るイオン濃度センサーと異なり、苛酷な条件下で使用さ
れるため優れた耐熱性、耐食性や、耐圧性等の機械的強
度を有し、応答性が早い事が必要である。かかるイオン
濃度センサーには、イオン伝導性を有するガラスの薄膜
が構成要素の一つとして使用される。従って、現場用の
イオン濃度センサーに使用されるガラスの薄膜としては
、イオン伝導性が優れていると共に、耐熱性、耐食性及
び強度が優れている事が望まれる。

かかる点から、現場用のイオン濃度センサー用薄膜ガラ
スとしては、比較的価れた耐熱性、耐食性及び機械的強
度を有するグラスライニング製のものが使用される事が
多い。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記従来のグラスライニング製のイオン濃度
センサー用ガラス薄膜は、該ガラス薄膜の厚みを０．５
ｍｍ以下で均一に形成することが困難であり、比較的膜
厚が大きいので、イオン伝導性が充分でなく、そのため
イオン濃度の測定精度が悪く、又、測定時間が長くなる
という問題点がある。更に、上記Ｅ！膜を製するのに、
ガラス粉末の融着に高温加熱を要するので、比較的多大
な加熱エネルギを要するという欠点もある。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は従来のものがもつ以上のような問題点を解
消し、イオン伝導性が優れ、そのためイオン濃度の測定
精度の向上及び応答時間の短縮化が図れ、又、比較的低
い加熱エネルギで製し得るイオン濃度センサー用ガラス
を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係るイオン濃度セ
ンサー用ガラスは次のような構成としている。

即ち、請求項１に記載のイオン濃度センサー用ガラスは
、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物及
びＳｉＯ□を含有するガラスの薄膜よりなるイオン濃度
センサー用ガラスにおいて、前記ガラスの薄膜が、有機
金属化合物含有溶液からゾル−ゲル法により合成されて
なることを特徴とするイオン濃度センサー用ガラスであ
る。

請求項２に記載のイオン濃度センサー用ガラスは、前記
ガラスの薄膜の厚みが、５００μ４以下、望ましくは２
５０μ印以下である請求項１に記載のイオン濃度センサ
ー用ガラスである。

請求項３に記載のイオン濃度センサー用ガラスは、前記
ガラス薄膜がイオン濃度センサー用電極の表面で合成さ
れてなる請求項１に記載のイオン濃度センサー用ガラス
である。

（作　用） 本発明に係るイオン濃度センサー用ガラスは、以上説明
した如く、アルカリ金属の酸化物（以降Ｒ１２０という
）、アルカリ土類金属の酸化物（以降、ＲＩ　ＩＱとい
う）及びＳｉＯ□を含有するガラス（以降、Ｒ’　ｇｏ
−Ｒ”　０−Ｍｏ−３ｉＯ２系ガラスという）の薄膜よ
りなり、該ガラスの薄膜が、有機金属化合物含有溶液か
らゾル−ゲル法により合成されてなる。

ここで、Ｈは、Ｒ１及び１７＋１以外の金属のことであ
る。

前記５ｉ（ｈはガラスの骨格構造を形成し、Ｒ１□０は
該ガラス骨格構造内のイオン伝導性を高め、Ｒ１１０及
び間はガラスを安定化して耐熱性、耐食性及び強度を向
上する作用がある。しかし前記Ｉｌｌ□０は同時に耐食
性を低くする作用もある。そのため、前記Ｒ１□Ｏ−Ｒ
”　０−Ｍｏ−５ｉＯｚ系ガラスの薄膜は、実験室用の
イオン濃度センサー用として問題なく使用し得るが、薄
膜の厚みが０．５１超の如く大きい場合には現場用のイ
オン濃度センサー用としての必要特性を充たし得す、特
に応答性が悪くなる。即ち、Ｒ’、Ｏ量を多くすると耐
食性が不充分になり、少なくするとイオン伝導性が不充
分になり、これら両特性を同時に充分なものにすること
ができず、そのため現場用のイオン濃度センサー用とし
てはイオン伝導性、耐食性のいづれかが不充分であると
いう問題点が残る。

かかる問題点は、ガラス薄膜の厚みを０．５ｍｍ以下の
如く小さくする事により解決し得る。即ち、ガラス薄膜
の厚みを小さくすれば、それにより全抵抗が少なくなり
、イオン伝導性が悪くても応答性は確保できるので、耐
食性を充たすべくＲ’２０量を少なくしても充分な応答
性を確保し得、そのため前記問題点を解決し得る。

そこで、前記ガラスの薄膜が有機金属化合物含有溶液か
らゾル−ゲル法により合成されてなるものにした。この
ようにすると、下記理由により、極めて厚みの薄いガラ
スの薄膜が得られ、その結果Ｒ’ｚＯ−Ｒ”０−Ｍｏ−
３ｉＯ□系ガラスの薄膜を極めて薄いものにし得る。

即ち、ゾル−ゲル法は、−船釣には、液体状原料より、
ゾルの状態を経て、ゲル化した後、加熱して固体状のガ
ラスやセラミックスを合成する方法である。該方法にお
いて、ガラスを合成する場合は、原料として金属アルコ
キシド等の有機金属化合物を含有する溶液が使用され、
ゾル及びゲルの状態のときに薄膜、微粉、ファイバー等
の種々の形状にし得、そのため極めて薄いガラス薄膜を
合成し得る。該膜厚は、容易に５００μｍ以下にし得、
例えば１００μ■や５０μ積のガラス薄膜が得られる。

従って、有機金属化合物含有溶液を原料とし、ゾル−ゲ
ル法によりガラスの薄膜を合成すると、極めて厚みの薄
いガラスの薄膜が得られる。

そのため、前記本発明に係るガラスの薄膜（有機金属化
合物含有溶液からゾル−ゲル法により合成されてなるガ
ラスの薄膜）は、極めて厚みの薄いものにし得る。

従って、Ｒ’　ｇｏ−Ｒ”　０−Ｍｏ−５ｉＯｚ系ガラ
スの薄膜を０．５ｍｍ以下の如く極めて薄いものにし得
、そのため充分な応答性及び耐食性を同時に確保し得、
前記問題点を解決し得る。即ち、Ｒ’、０量を少なくし
て耐食性を確保し、薄膜化により応答性を確保し得るよ
うになる。

又、前記ゾル−ゲル法によれば、ゲル化後比較的低い温
度で加熱するだけでガラス化するので、所要の加熱エネ
ルギが他のガラス製造法に比し極めて低い。従って、前
記ガラス薄膜は比較的低い加熱エネルギで製し得る。

以上より、本発明に係るイオン濃度センサー用ガラスに
よれば、薄膜化が可能となり、そのためイオン濃度の測
定精度の向上及び測定時間の短縮化が図れるようになる
。又、比較的低い加熱エネルギで製し得るようになる。

前記ガラスの薄膜の厚みを５００μｍ以下にすると、現
場用のイオン濃度センサー用としての必要特性をほぼ充
たし、前記従来のグラスライニング製のイオン濃度セン
サー用ガラス薄膜に比し、応答性及び耐食性を向上し得
るようになる。更に、２５０μｍ以下にすると、上記必
要特性がより優れたものになり、測定精度の向上及び測
定時間の短縮化が図れ、又、寿命を向上し得るようにな
るので、２５０μ■以下にする事が望ましい。

前記ガラス薄膜は、イオン濃度センサー用電極の表面で
合成されてもよいし、単独のガラス薄膜として合成され
てもよい。後者の場合は、該ガラス薄膜に銀ペースト等
の電極材を塗布し、イオン濃度センサーを構成し得る。

前者の場合の方が、後者の場合よりもイオン濃度センサ
ー構成のための工程が簡単であるので良い。

尚、前述の有機金属化合物含有溶液は、有機金属化合物
を必ず含有する溶液であり、更に無機塩を含有させるこ
とができる。溶媒としてはアルコール及び／又は水を使
用できる。上記有機金属化合物としては、金属アルコキ
シドが代表的であるが、特に限定されるものではない。

Ｒ１□Ｏ−Ｒ”０−Ｍ０ＳｉＯ□系ガラスを合成するた
めの金属アルコキシドとしては、例えばナトリウムエト
キシド、カルシウムエトキシド、オクチル酸イツトリウ
ム及びシリコンエトキシドを使用すればよい。

（実施例） 裏嵐±上 ７１１ｔχＮａ、０−１ｗｔχＣａｂ−２ｗｔχＹ１０
２−９０ｗｔχ５ｉ０２にしてなるガラスを形成する原
料溶液（有機金属化合物含有溶液）として、ナトリウム
エトキシド、カルシウムエトキシド、オクチル酸イツト
リウム及びシリコンエトキシドと、エタノール及び水と
の混合溶液を使用し、該溶液を８０°Ｃで１時間還流し
た後、常温下に置いて冷却した。

上記冷却後の溶液は、常温に置き１０日後にゲル化した
。該ゲルを風乾した後、熱処理し７５μ讃のガラスの薄
膜を得た。即ち、ゾル−ゲル法により厚み：１５ｕｍ、
組成ニアｗｔχＮａｎｏ−１ｗｔχＣａｂ−２ｗｔχＹ
ｚ（ｈ−９０ｗｔχＳ＋Ｏ２のガラスの薄膜を得た。

上記ガラス薄膜の片面に電極材の銀ペーストを塗布し、
結線してイオン濃度センサー用のセルと成し、該セルに
ついて市販のｐＨ測定装置を用いて性能を調べた。その
結果、ｐＨ値と起電力との間に直線的な関係が得られ、
このことから上記ガラス薄膜はイオン濃度センサー用と
して使用でき、前記従来のグラスライニング製のイオン
濃度センサー用ガラス薄膜に比してイオン濃度の測定精
度が極めて優れており、又、測定時間が短縮化される事
が確認された。更に、ガラス薄膜を製するに要する加熱
エネルギが極めて少なくてすむ事もｎ認された。

実施■Ｉ 実施例１と同様の原料溶液を８０°Ｃで１時間還流した
後、板状銀電極の表面に塗布した。該塗布後は実施例１
と同様のゾル−ゲル法により、同様のガラスの薄膜（厚
み：１５ｕｍ、組成：　７ｗｔＸＮａｚＯ−１ｗｔＸｃ
ａＯ−２ｗｔχＹｚＯｓ−９０ｗｔχ５ｉ（ｈ）を前記
銀電極表面に形成させた。これについて、実施例１と同
様の方法により性能を調べたところ、実施例１の場合と
同様、イオン濃度の測定精度が極めて優れていることが
確認された。

（発明の効果） 本発明に係るイオン濃度センサー用ガラスによれば、薄
膜化が可能であり、そのためイオン濃度の測定精度の向
上及び測定時間の短縮化が図れるようになる。又、比較
的低い加熱エネルギで製し得るようになる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化
   物及びＳｉＯ＿２を含有するガラスの薄膜よりなるイオ
   ン濃度センサー用ガラスにおいて、前記ガラスの薄膜が
   、有機金属化合物含有溶液からゾル−ゲル法により合成
   されてなることを特徴とするイオン濃度センサー用ガラ
   ス。
2. （２）前記ガラスの薄膜の厚みが、５００μｍ以下、望
   ましくは２５０μｍ以下である請求項１に記載のイオン
   濃度センサー用ガラス。
3. （３）前記ガラス薄膜がイオン濃度センサー用電極の表
   面で合成されてなる請求項１に記載のイオン濃度センサ
   ー用ガラス。