JPH079079Y2

JPH079079Y2 - 酸素分圧計

Info

Publication number: JPH079079Y2
Application number: JP1988152666U
Authority: JP
Inventors: 朗永島; 秋信服部
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-11-24
Filing date: 1988-11-24
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2003-11-24
Also published as: JPH0272966U

Description

【考案の詳細な説明】（技術分野）本考案は酸素分圧計に係り、特に浸炭炉や焼入れ炉等の
熱処理炉における炉内雰囲気中の酸素分圧測定等に有利
に用いられ得る酸素分圧計に関するものである。

（背景技術）従来から、浸炭炉や焼入れ炉等の熱処理炉の操業に際し
ては、酸素濃淡電池の原理により酸素濃度（酸素分圧）
を測定する酸素分圧計を用いて、かかる炉内雰囲気中の
酸素濃度を検出することにより、その操炉状態を制御す
る等の操作が、実施されている。

そして、この種の操作に用いられる酸素分圧計にあって
は、例えば、特開昭55−1595号公報や特開昭60−233542
号公報、オーストラリア特許第513552号等に明らかにさ
れているように、一般に、有底円筒形状の固体電解質体
の閉塞端部の内外両面にそれぞれ電極を設け、そしてそ
の内側の電極を標準比較ガスとしての大気に接触せしめ
て、基準酸素分圧の基準電極とする一方、外側の電極を
被測定ガスである炉内雰囲気に晒して測定電極としてお
り、そしてそれら基準電極と測定電極との間の酸素分圧
の差に基づく起電力を検出することにより、被測定ガス
中の酸素分圧が測定されている。また、このような酸素
分圧計においては、固体電解質体や電極、リード線を熱
衝撃等から保護するために、通常、それらを、金属材料
やセラミックス材料等を用いて形成された、被測定ガス
導入口を有する有底円筒形状の外套管内に収容し、且つ
その測定電極を外套管の閉端部との間で挟圧せしめてな
る構造が、採用されている。

ところで、このような酸素分圧計が好適に用いられる浸
炭炉においては、その操業に際し、ワーク（被処理体）
の浸炭処理を施すべきでない部分には、通常、B₂O₃やCu
O等のガラス質を主成分とした浸炭防止剤が塗布される
こととなるが、そのようなワークを浸炭処理すると、か
かる浸炭防止剤の一部が炉内雰囲気中に蒸発、飛散する
ところから、該浸炭防止剤が、炉内雰囲気中に露呈され
る上記酸素分圧計の各部材の表面にも凝縮、付着するよ
うになる。

そして、特に、上述の如き外套管を備えた酸素分圧計に
おいては、長時間に亘る操業に際して、固体電解質体の
外表面や外套管の内表面上に付着した前後浸炭防止剤の
如き流動性付着物が溶融、流下し、該外套管の内部に溜
ってしまい、そこに露呈される電極表面を覆うようにな
るために、該電極の炉内雰囲気に対する接触が阻害され
て測定誤差が生じ、更には測定不能に至るといった問題
が惹起される恐れがあったのであり、それ故、連続的な
測定が困難であったのである。

（解決課題）ここにおいて、本考案は、上述の如き事情を背景として
為されたものであって、その解決課題とするところは、
炉内に飛散する浸炭防止剤等の流動性付着物の電極表面
への堆積が有効に防止され得て、炉内酸素濃度の連続的
な測定が可能となる酸素分圧計を提供することにある。

（解決手段）そして、かかる課題を解決するために、本考案にあって
は、有底円筒形状の固体電解質体の閉端部の内面に基準
電極を、またその外面に測定電極を、それぞれ配すると
共に、被測定ガス導入口を有する有底円筒形状の外套管
内に、該固体電解質体を収容して、前記測定電極を該外
套管の閉端部との間において挟圧するようにした酸素分
圧計において、前記測定電極を、前記固体電解質体の閉
端部外面に対し、その周縁部からはみ出すことなく接触
せしめ得る大きさにて形成する一方、前記外套管の閉端
部の内面から所定高さで突出し、その突出端面におい
て、前記測定電極に対して、その周縁部からはみ出すこ
となく当接する凸部を設けると共に、かかる外套管の壁
部を貫通して、該凸部の周囲に形成される空間を外部に
連通せしめる開口部を設けたことを、その特徴とするも
のである。

（実施例）以下、本考案を更に具体的に明らかにするために、本考
案の実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する
こととする。

先ず、第１図において、２は、酸素分圧計の主体を為す
有底円筒形状の固体電解質体であって、高温において酸
素イオン伝導性のあるものである。なお、この固体電解
質体２には、従来からの電気化学反応を利用した酸素分
圧計において用いられている固体電解質の何れもが使用
可能であり、例えば、ジルコニアにカルシア、イットリ
ア等を固溶させたもの、トリアにイットリアを固溶させ
たもの、酸化セリウムに酸化ランタンを固溶させたもの
等がある。

そして、この有底円筒形状の固体電解質体２の閉鎖端部
の外面には、測定電極としての外側電極４が設けられて
おり、またかかる固体電解質体２の閉鎖端部の内面に
は、基準電極として内側電極６が設けられている。な
お、これら外側電極４、内側電極６としては、何れも従
来からの酸素分圧計に用いられているものと同様な電極
構成がそのまま採用され得、例えばかかる閉塞端部の内
外面に対して、メッキ、スパッタリング、サーメット等
の手法乃至は形態において密着、一体化せしめられた
り、メッシュ、プレート等の形態において接触状態に配
されることとなる。また、これら外側電極４、内側電極
６の材料としては、一般に白金が好適に用いられるが、
その他、白金・ロジウム合金、白金・パラジウム合金、
金、銀、白金・銀合金等の材料も適宜に選択される。

ところで、これら電極のうち、固体電解質体２の閉鎖端
部外面に接する外側電極４は、該固体電解質体２の閉鎖
端部の外面周縁部から外方にはみ出さない大きさをもっ
て形成されており、特に、本実施例では、該固体電解質
体２の閉端部外面よりも所定寸法小さな外径を有する円
板形状にて形成されている。

また、かかる固体電解質体２内には、その閉塞端部の内
面に設けられた内側電極６に対して、基準ガスとしての
空気を外部から供給するためのエアー送入管８が挿入、
配置されており、更に内側電極６に対してリード線（＋
側）10が接続されて、かかる内側電極６の信号（起動
力）がリード線10によって外部に取り出されるようにな
っている。

そして、このような有底円筒形状の固体電解質体２は、
それよりも径の大きな有底円筒形状を呈する外套管とし
ての金属管12内に収容され、該金属管12と固体電解質体
２との間に所定間隙のガス流通空間14が形成されるよう
にして保持せしめられている。なお、この金属管12は、
高温の炉内に挿入され、また脆弱な固体電解質体２の保
護管としても機能させられるものであるところから、イ
ンコネル等の耐熱鋼や耐熱合金より作製されている。

また、この金属管12には、その閉塞された先端部位に近
接する筒壁部において、第２図からも明らかなように、
二つの被測定ガス導入口16、16が相対向して設けられて
おり、これらの被測定ガス導入口16を通じて外部から導
き入れられる被測定ガスが、金属管12の閉塞端部内面と
固体電解質体２の閉塞端部外面との間に介装される外側
電極４に接触せしめられ得るようになっている。一方、
かかる金属管12の基部（開口部）側に近接した内周面上
には、Ｏリング24が配されており、該Ｏリング24によっ
て、金属管12と固体電解質体２との間に形成されるガス
流通空間14の基部側開口が、外部に対してシールされて
いる。

更にまた、かかる金属管12の基部側端部（開口側端部）
には、取付金具26が螺着されており、そして前記固体電
解質体２が、該取付金具26との間に配されたスプリング
28にて付勢さることによって、その閉塞端外面が金属管
12の閉塞端内面に押し付けられ、以てそれらの閉塞端部
間において、前記外側電極４を挟圧する状態下に配され
ている。なお、上記取付金具26には、リード線（−側）
30が接続されており、外側電極４に対して電気的に接続
せしめられた金属管12、取付金具26を通じて、かかる外
側電極４の信号（起動力）が外部に取り出されるように
なっている。また、かかる取付金具26とエアー送入管８
の基部に設けられたフランジ部32との間にもスプリング
34が介装されており、このスプリング34の付勢力によっ
て、エアー送入管８が、固体電解質体２の閉塞端部側に
押圧せしめられるようになっている一方、かかるエアー
送入管８の基部に設けられた空気導入パイプ36を通じ
て、基準ガスとしての空気がエアー送入管８に導かれ、
そして先端部に位置する内側電極６に接触せしめられる
ようになっている。

ところで、かかる金属管12にあっては、その閉塞端部の
内面に位置して、軸方向内方に所定高さで突出する凸部
38が一体的に設けられており、該凸部38の突出端面にお
いて、前記外側電極４に当接せしめられ、該外側電極４
を固体電解質体２との間で挟圧せしめるようになってい
る。また、そこにおいて、かかる凸部38における外側電
極４に当接されることとなる突出端面は、外側電極４の
外面周縁部から外方にはみ出さない大きさをもって形成
されており、特に、本実施例では、該外側電極４と略同
一の外径を有する円形状に形成されている。そして、か
かる凸部38によって、外側電極４が、金属管12の底部か
ら所定距離隔たった位置に配置せしめられ、且つ該外側
電極４の周りに形成されたガス流通空間14が、金属管12
の底部まで延ばされているのである。

さらに、かかる凸部38が形成された金属管12の底壁部に
は、第２図にも示されているように、該凸部38の周囲に
位置して、該底壁部を軸方向に貫通して延びる複数の貫
通孔39が設けられている。そして、それらの貫通孔39を
通じて、金属管12内に形成されたガス流通空間14が、外
部に連通せしめられているのである。

そして、このような構造とされた酸素分圧計にあって
は、金属管12の基部（開口部）側に近接した外周面に形
成されたフランジ部18において、熱処理炉の炉壁等の取
付壁20に設けられた取付座22に対して固定されることに
よって、熱処理炉に装着されることとなる。また、特
に、本実施例における酸素分圧計にあっては、金属管12
の閉塞端側が下側に位置するようにして、第１図中の上
下方向が鉛直方向となるような配置形態にて装着せしめ
られることとなる。

すなわち、上述の如き構造とされた酸素分圧計にあって
は、金属管12に設けられた被測定ガス導入口16或いは貫
通孔39を通じて炉内ガス（被測定ガス）がガス流通空間
14内に導き入れられて、金属管12の凸部38と固体電解質
体２の閉塞端部との間に介装されている外側電極４に接
触せしめられることによって、基準ガスとしての空気に
接触せしめられている内側電極６との間において、それ
らの酸素分圧の差に基づく起電力が発生することとなる
のであり、それによって、従来と同様にして被測定ガス
としての炉内ガス中の酸素分圧を求めることができるの
である。

そして、そのような酸素分圧の測定に際して、上記の酸
素分圧計にあっては、外側電極４が、凸部38によって、
金属管12の底部から所定距離隔たった位置に配されてい
るところから、炉内に蒸発、飛散せしめられる浸炭防止
等の流動性の付着物（物質）がガス流通空間14内で凝縮
した場合にも、操炉時における高温下に溶融せしめら
れ、外側電極４の周りに滞留することなく、金属管12の
底部側に流下せしめられることとなるのであり、また、
かかる流下せしめられた浸炭防止剤の如き流動性付着物
は、金属管12の底部に形成された貫通孔39を通じて、速
やかに外部に排出されるところから、ガス流通空間14内
に堆積するようなこともないのである。

また、かかる酸素分圧計にあっては、鉛直方向に配設さ
れることとなるところから、固体電解質体２の表面上に
付着した浸炭防止剤等の流動性付着物が、操炉時におけ
る高温下に溶融されて、外側電極４が配設された鉛直下
方に流下せしめられることとなるが、上述の如く、固体
電解質体２の閉塞端部外面とよりも外側電極４が小さな
直径にて形成されていると共に、該外側電極４に対し
て、凸部38が略同一面積をもって当接されていることか
ら、かかる固体電解質体２の表面上を流下せしめられる
浸炭防止剤の如き流動性付着物の外側電極４表面への付
着が極めて良好に回避され得、また付着した場合でも、
速やかに流下され得ることとなるのである。

そして、それ故、このような酸素分圧計を用いることに
よって、例えば浸炭防止剤が塗布されたワークを浸炭熱
処理する際にも、外側電極の炉内雰囲気に対する接触が
有利に確保され得るのであり、それによって、連続的な
酸素分圧の測定が可能となるのである。

以上、本考案の一具体例について詳述してきたが、これ
は文字通りの例示であって、本考案は、かかる具体例に
のみ限定して解釈されるものでは決してない。

例えば、前記実施例では、凸部38の周囲に形成される空
間（ガス流通空間14）を外部に連通する開口部が、金属
管12の底部に形成された貫通孔39にて構成されていた
が、金属管12の筒壁部に形成することも可能であり、ま
た被測定ガス導入口16を流用するようにしても良い。

また、外套管には、必ずしも、金属管（12）を用いる必
要はなく、外側電極４のリード線を設けること等によっ
て、アルミナ等のセラミックス材料等にて形成すること
も可能である。

さらに、前記実施例における酸素分圧計では、鉛直方向
の配設形態をとるものを示したが、本考案は、水平方向
や或いは傾斜した配設形態をとる酸素分圧計に対して
も、有効に適用され得るものである。

その他、一々列挙はしないが、本考案は当業者の知識に
基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様で実
施され得るものであり、またそのような実施態様が、本
考案の趣旨を逸脱しない限り、何れも本考案の範囲内に
含まれるものであることは、言うまでもないところであ
る。

（考案の効果）上述の説明から明らかなように、本考案に従う構造とさ
れた酸素分圧計にあっては、被測定ガスに接する測定電
極が、外套管の底部から所定距離隔たった位置に配され
て、その周りに外部に連通された空間が形成されること
となるところから、かかる測定電極の周りにおける浸炭
防止剤等の流動性付着物の滞留が効果的に防止され得る
と共に、該測定電極表面に付着した浸炭防止剤等の流動
性付着物も、操炉時の高温下に溶融され、かかる空間か
ら有利に外部へ排出せしめられ得るのであり、それによ
ってかかる流動性付着物の電極表面上への堆積が有効に
防止され得、該電極の炉内雰囲気に対する接触が有利に
確保され得て、連続的な酸素分圧の測定が可能となるの
である。

また、かかる酸素分圧計にあっては、固体電解質体の閉
端部周縁からの測定電極のはみ出しおよび該測定電極周
縁からの凸部突出端面のはみ出しが、それぞれ防止され
ていることから、外套管が鉛直方向に延び、その閉端部
側が鉛直下方に位置するような配設形態をとった場合で
も、操炉時に溶融され、固体電解質体表面に沿って流下
せしめられる浸炭防止剤等の流動性付着物の、測定電極
周りへの付着およびその周りへの滞留が、極めて有効に
回避され得ることとなるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案に係る酸素分圧計の一具体例を示す縦
断面説明図であり、第２図は、かかる酸素分圧計の先端
部を示す斜視説明図である。 2:固体電解質体、4:外側電極 6:内側電極、8:エアー送入管 10:内側電極リード線 12:金属管、14:ガス流通空間 16:被測定ガス導入口 20:炉壁、24:Oリング 26:取付金具、28,34:スプリング 30:外側電極リード線 36:空気導入パイプ、38:凸部 39:貫通孔（開口部）

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】有底円筒形状の固体電解質体の閉端部の内
面に基準電極を、またその外面に測定電極を、それぞれ
配すると共に、被測定ガス導入口を有する有底円筒形状
の外套管内に、該固体電解質体を収容して、前記測定電
極を該外套管の閉端部との間において挟圧するようにし
た酸素分圧計において、前記測定電極を、前記固体電解質体の閉端部外面に対
し、その周縁部からはみ出すことなく接触せしめ得る大
きさにて形成する一方、前記外套管の閉端部の内面から
所定高さで突出し、その突出端面において、前記測定電
極に対して、その周縁部からはみ出すことなく当接する
凸部を設けると共に、かかる外套管の壁部を貫通して、
該凸部の周囲に形成される空間を外部に連通せしめる開
口部を設けたことを特徴とする酸素分圧計。