(57)【要約】【課題】間隙部などの細い空間にセンサ領域を挿入して腐食環境性を細かく測定することができる腐食センサを提供することを目的とする。【解決手段】複数の電極部４が、基板３の表面に沿って平面状に配置される共通の陽極９と、陽極９の表面上に形成される複数の絶縁部１０と、陽極９に対して貴な電位を有する導電性材料を複数の絶縁部１０の表面上にそれぞれ薄層状に塗布して形成される複数の陰極１１とから形成され、複数の陰極１１が陽極９との間で互いに独立した腐食回路を形成するように複数の陰極１１を互いに電気的に分離して構成される。【選択図】図１
2015072250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面に沿って平面状に配置される共通の陽極と、前記陽極の表面上に形成される複数の絶縁部と、前記陽極に対して貴な電位を有する導電性材料を前記複数の絶縁部の表面上にそれぞれ薄層状に塗布して形成される複数の陰極とを有する複数の電極部と
を備え、
前記複数の電極部は、前記複数の陰極が前記陽極との間で互いに独立した腐食回路を形成するように前記複数の陰極を互いに電気的に分離して構成される腐食センサ。
【請求項２】
前記複数の電極部のそれぞれに接続され、前記腐食回路が形成された時に流れる電流を測定する測定部をさらに有する請求項１に記載の腐食センサ。
【請求項３】
前記基板に対して平行に延び、前記複数の陰極を互いに電気的に分離して前記測定部に接続する複数の配線部をさらに有する請求項２に記載の腐食センサ。
【請求項４】
前記複数の配線部は、互いに同一平面内に位置するように、金属材料を薄層状に塗布して形成される請求項３に記載の腐食センサ。
【請求項５】
前記複数の配線部は、厚さ方向に高さが異なる位置にわかれて多層に配置され、各層毎に金属材料を薄層状に塗布して形成される請求項３に記載の腐食センサ。
【請求項６】
前記複数の陰極と前記陽極との電位差をそれぞれ測定し、前記複数の電極部の間の前記電位差の変動に基づいて、前記測定部で測定された電流値をキャリブレーションするキャリブレーション部をさらに有する請求項２〜５のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項７】
前記複数の絶縁部は、互いに同一平面内に位置するように、絶縁材料を前記陽極の表面上に薄層状に塗布して形成される請求項１〜６のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項８】
前記陽極は、フェライト系ステンレス鋼から構成される請求項１〜７のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項９】
前記複数の陰極はカーボンから構成されると共に、前記陽極はＳＵＳ４３０から構成される請求項８に記載の腐食センサ。
【請求項１０】
前記基板は、紙フェノールまたはガラスエポキシから構成される請求項１〜９のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項１１】
前記基板は矩形形状を有し、前記複数の電極部は前記基板の先端部付近に配置される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項１２】
前記複数の陰極は、それぞれ直線状に細長く延びた形状を有し、前記基板の先端部付近から後端部に向かって互いに平行に一列に並べて配置される請求項１１に記載の腐食センサ。
【請求項１３】
前記複数の陰極は、格子状に並べて配置される請求項１１または１２に記載の腐食センサ。
【請求項１４】
前記基板の先端部に近いほど前記複数の陰極が密に配置される請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の腐食センサ。
【請求項１５】
基板の表面上に平面状に延在する共通の陽極を接合し、
前記陽極の表面上に複数の絶縁部を形成し、
前記陽極に対して貴な電位を有する導電性材料を前記複数の絶縁部の表面上にそれぞれ薄層状に塗布して複数の陰極を形成し、
前記複数の陰極が前記陽極との間で互いに独立した腐食回路を形成するように、前記複数の陰極を互いに電気的に分離して複数の電極部を構成する腐食センサの製造方法。
【請求項１６】
前記複数の陰極は、めっきまたはスクリーン印刷によって薄層状に形成される請求項１５に記載の腐食センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、腐食センサおよびその製造方法に係り、特に、大気中の腐食環境性を測定するための腐食センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長期間にわたって自然環境に曝される構造物、例えば橋梁、標識、街灯、水門および樋門などは、酸素や水分などの腐食成分と接触して腐食が進行するため、定期的に腐食状況を点検し、所定の耐久性を維持させる必要がある。しかしながら、構造物の腐食は、その周辺に存在する酸素濃度、ｐＨおよび温湿度などの腐食環境性の違いに応じて局所的に進行するため、その腐食箇所によっては点検で見落とされるおそれがある。そこで、構造物の腐食状況を把握するために、構造物周辺の腐食環境性を測定する腐食センサが開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、腐食成分の濃度が低い環境において測定に要する期間を短縮する腐食センサが提案されている。この腐食センサでは、熱電冷却素子の吸熱側に試験片を取り付けて試験片を冷却して結露させた後、冷却を留めて乾燥させる。これを繰り返すことにより、環境中の腐食成分を試験片上に固定して、腐食環境性を測定する期間を短縮することができる。しかしながら、試験片の腐食が進行するにはある程度の期間を要するため、腐食環境性の変化を即座に測定することは困難であった。
そこで、貴な金属電極と卑な金属電極を配置して、腐食成分を含む水分が電極間を連結した際に流れる電流値を測定する、いわゆるガルバニック対を利用したＡＣＭセンサ（Atmospheric Corrosion Monitor）が提案されている。このＡＣＭセンサは、腐食環境性を電気化学的に測定するため、その腐食環境の変化を即座に検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０１９０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＡＣＭセンサは、一般的に６４ｍｍ×６４ｍｍと、大きな表面積を有する基板上に広範囲にわたって１つの電極が配置されており、平均的な腐食環境性を測定するものであった。このため、所定の空間内における腐食成分の分布など、腐食環境性を細かく測定することが困難であった。
【０００６】
近年、構造物の形状は複雑化しており、細い隙間などの間隙部が構造物には多く存在する。このような間隙部は、内部まで光が届かないために腐食成分である水分が蒸発せずにその場に留まるため、腐食の進行が速い個所の一つとなっている。また、構造物の腐食を促進させる物質、例えば塩化物などのハロゲンイオンを含む物質が間隙部内に一旦入り込むと雨水などで流され難く、そのまま間隙部内に留まってしまうことも腐食の進行が速い要因となっている。
このような間隙部は、狭い空間であることが多く、ＡＣＭセンサのような大きな表面積を有する電極を間隙部内に収めることが困難であった。また、腐食成分の分布を測定するために、複数の電極を設置したＡＣＭセンサを同様の構成で作成すると、ＡＣＭセンサ全体の厚みが大幅に増加してしまうため、間隙部などの細い空間にＡＣＭセンサを挿入することさえ困難となる。
【０００７】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、間隙部などの細い空間にセンサ領域を挿入して腐食環境性を細かく測定することができる腐食センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る腐食センサは、基板と、前記基板の表面に沿って平面状に配置される共通の陽極と、前記陽極の表面上に形成される複数の絶縁部と、前記陽極に対して貴な電位を有する導電性材料を前記複数の絶縁部の表面上にそれぞれ薄層状に塗布して形成される複数の陰極とを有する複数の電極部とを備え、複数の電極部は、前記複数の陰極が前記陽極との間で互いに独立した腐食回路を形成するように前記複数の陰極を互いに電気的に分離して構成されるものである。
【０００９】
ここで、複数の電極部のそれぞれに接続され、前記腐食回路が形成された時に流れる電流を測定する測定部をさらに有するのが好ましい。
【００１０】
また、基板に対して平行に延び、前記複数の陰極を互いに電気的に分離して前記測定部に接続する複数の配線部をさらに有するのが好ましい。
また、複数の配線部は、互いに同一平面内に位置するように、金属材料を薄層状に塗布して形成することができる。また、複数の配線部は、厚さ方向に高さが異なる位置にわかれて多層に配置され、各層毎に金属材料を薄層状に塗布して形成することもできる。
【００１１】
また、前記複数の陰極と前記陽極との電位差をそれぞれ測定し、前記複数の電極部の間の前記電位差の変動に基づいて、前記測定部で測定された電流値をキャリブレーションするキャリブレーション部をさらに有することが好ましい。
【００１２】
また、複数の絶縁部は、互いに同一平面内に位置するように、絶縁材料を前記陽極の表面上に薄層状に塗布して形成するのが好ましい。
【００１３】
また、陽極は、フェライト系ステンレス鋼から構成されるのが好ましい。また、複数の陰極はカーボンから構成されると共に、前記陽極はＳＵＳ４３０から構成することができる。
また、基板は、紙フェノールまたはガラスエポキシから構成されるのが好ましい。
【００１４】
また、基板は矩形形状を有し、前記複数の電極部は前記基板の先端部付近に配置されるのが好ましい。
また、複数の陰極は、それぞれ直線状に細長く延びた形状を有し、前記基板の先端部付近から後端部に向かって互いに平行に一列に並べて配置することができる。また、複数の陰極は、格子状に並べて配置することもできる。
また、基板の先端部に近いほど前記複数の陰極が密に配置されるのが好ましい。
【００１５】
この発明に係る腐食センサの製造方法は、基板の表面上に平面状に延在する共通の陽極を接合し、陽極の表面上に複数の絶縁部を形成し、陽極に対して貴な電位を有する導電性材料を前記複数の絶縁部の表面上にそれぞれ薄層状に塗布して複数の陰極を形成し、複数の陰極が前記陽極との間で互いに独立した腐食回路を形成するように、前記複数の陰極を互いに電気的に分離して複数の電極部を構成するものである。
【００１６】
ここで、複数の陰極は、めっきまたはスクリーン印刷によって薄層状に形成されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、平面状に配置される共通の陽極と導電性材料を薄層状に塗布して形成される複数の陰極とを有し且つ複数の陰極を互いに電気的に分離して構成された複数の電極部を備えるので、間隙部などの細い空間にセンサ領域を挿入して腐食環境性を細かく測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る腐食センサの構成を示し、（Ａ）は腐食センサの平面図、（Ｂ）は腐食センサの側面断面図である。
【図２】構造物の間隙部内にセンサ部が挿入される様子を示す図である。
【図３】陽極と陰極の間が水分で連結された様子を示す図である。
【図４】腐食センサを製造する工程を示す図である。
【図５】複数の陰極を格子状に配置したセンサ部を示す図である。
【図６】複数の陰極を先端部近くにより多く配置したセンサ部を示す図である。
【図７】先端部付近に複数の陰極を格子状に配置すると共にそれ以外の部分では複数の陰極を一列に並べて配置したセンサ部を示す図である。
【図８】複数の配線部を階層を分けて配置したセンサ部を示す図である。
【図９】腐食環境性を測定するために水溶液中にセンサ部の先端部が入るように設置された腐食センサを示す図である。
【図１０】実施の形態１の腐食センサを用いて、水溶液に対するチャンネルの位置を変えた時の腐食電流の変化を測定した実施例を示すグラフである。
【図１１】実施の形態１の腐食センサを用いて、水溶液に対するチャンネルの位置を固定した時の腐食電流を測定した実施例を示すグラフである。
【図１２】実施の形態２に係る腐食センサのキャリブレーション部の構成を示す図である。
【図１３】２つの腐食センサについて、複数の電極部に流れる腐食電流をそれぞれ測定した実施例を示すグラフである。
【図１４】２つの腐食センサについて、複数の陰極と陽極の電位差をそれぞれ測定した実施例を示すグラフである。
【図１５】２つの腐食センサについて、腐食電流の電流値をキャリブレーションした実施例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１（Ａ）および（Ｂ）に実施の形態１に係る腐食センサの構成を示す。この腐食センサは、大気中の腐食環境性を電気化学的に検出するセンサ部１と、センサ部１で検出された腐食環境性を測定する測定部２とを有する。
センサ部１は、基板３と、基板上に配置された複数の電極部４と、複数の電極部４と測定部２をそれぞれ接続するための複数の端子５と、複数の電極部４をそれぞれ複数の端子５に接続する複数の配線部６と、複数の配線部６の下側に配置された絶縁層７と、絶縁層７の表面上に形成されて複数の配線部６を覆う保護層８とを有する。
なお、図１（Ａ）では、保護層８を省略している。
【００２０】
基板３は、例えば６０ｍｍ×１５０ｍｍの矩形形状を有し、薄層形成可能な絶縁性樹脂材料、例えば、紙フェノールおよびガラスエポキシなどから構成される。これにより、基板の厚さを、例えば０．８ｍｍ程度に薄く形成することができる。
複数の電極部４は、腐食環境性を検出するものであり、基板３の表面に沿って広く平面状に配置される共通の陽極９と、陽極９の表面上に形成される複数の絶縁部１０と、陽極９に対して貴な導電性材料（イオン化傾向が小さい材料）を複数の絶縁部１０の表面上にそれぞれ薄層状に塗布して形成される複数の陰極１１とから形成されている。
【００２１】
陽極９は、例えば６０ｍｍ×１５０ｍｍの矩形形状を有し、その厚さは０．８ｍｍ程度に薄く形成されている。なお、陽極９は、ＳＵＳ４３０などのフェライト系ステンレス鋼から構成するのが好ましい。
複数の絶縁部１０は、それぞれ直線状に細長く延びた形状を有し、センサ部１の先端部１２付近に配置されると共に先端部１２付近から後端部１３に向かって互いに平行に等間隔で並べられている。複数の絶縁部１０は、窒化ホウ素などの絶縁材料から構成され、この絶縁材料を陽極９の表面上にそれぞれ薄層状に、例えば３０μｍ以下の薄さに塗布して形成される。複数の絶縁部１０は、例えば、それぞれ約１ｍｍの幅Ｈを有する複数の絶縁部１０を約１ｍｍの間隔を空けて平行に並べて配置することができる。
【００２２】
複数の陰極１１は、複数の絶縁部１０の表面上に形成されており、それぞれ直線状に細長く延びた形状を有し、センサ部１の先端部１２付近に配置されると共に先端部１２付近から後端部１３に向かって互いに平行に等間隔で並べられている。複数の陰極１１は、カーボンペーストおよび銀ペーストなどの導電性材料を薄層状に、例えば３０μｍ以下の薄さに塗布して形成することができる。複数の陰極１１は、例えば、それぞれ約１ｍｍの幅Ｈを有する複数の陰極１１を約１ｍｍの間隔を空けて平行に並べて配置することができる。
【００２３】
このようにして、センサ部１に複数の電極部４が形成され、複数の陰極１１が配置されたセンサ領域１５がセンサ部１の先端部１２付近に位置されることになる。このセンサ領域１５は、基板３と陽極９がそれぞれ薄く形成されると共に複数の絶縁部１０と複数の陰極１１がそれぞれ薄層状に形成されるため、ほぼ一様に薄く、例えば０．８ｍｍ〜１．６ｍｍ程度の厚さで形成することができる。また、複数の絶縁部１０と複数の陰極１１は細長く形成されるため、センサ領域１５を小さく形成することができ、例えば１６個の陰極１１が配置されたセンサ領域１５を横Ｌ２２ｍｍ×縦Ｍ３５ｍｍの大きさで形成することができる。
【００２４】
絶縁層７は、窒化ホウ素などの絶縁材料を陽極９の表面上に薄層状に塗布して形成される。この時、絶縁層７は、センサ部１以外の部分に形成され、センサ部１に配置された複数の陰極１１と陽極９の一部が露出されることになる。また、絶縁層７は、複数の絶縁部１０と同一平面内に位置するように形成される。
複数の端子５は、複数の陰極１１にそれぞれ対応して絶縁層７の表面上に設けられ、センサ部１の他端部１３付近に配置されている。
【００２５】
複数の配線部６は、陽極９に対して平行に延びて、複数の陰極１１を互いに電気的に分離してそれぞれ対応する複数の端子５に接続するもので、金属材料を絶縁層７の表面上にそれぞれ薄層状に、例えば３０μｍ以下の薄さに塗布して、互いに同一平面内に位置するように形成される。このように、複数の配線部６を薄層状に形成することにより、センサ領域１５だけでなく、センサ部１の全体をほぼ一様に薄く形成することができる。
また、複数の配線部６が互いに同一の抵抗値となるように、複数の配線部６はほぼ同一の長さで形成されている。すなわち、端子５との距離が遠い陰極１１を接続する配線部に対し、端子５との距離が近い陰極１１を接続する配線部６は経路を迂回して形成されることになる。複数の配線部６は、銀または銅などの金属材料から構成することができる。
【００２６】
保護層８は、複数の配線部６を保護するためのもので、絶縁材料から構成され、絶縁層７の表面上にわたって複数の配線部６を覆うように形成される。すなわち、センサ部１のセンサ領域１５以外の部分が保護層８で覆われることになる。
測定部２は、電流測定器から構成され、複数の電線１６を介して、複数の端子５に互いに電気的に分離して接続されると共に陽極９に接続されている。
【００２７】
ここで、複数の配線部６と複数の電線１６は、複数の陰極１１を互いに電気的に分離するように配線されている。このため、センサ領域１５において、複数の絶縁部１０で隔てられた複数の陰極１１と陽極９との間がそれぞれ水分などの腐食成分を介して連結されると、各陰極１１毎にそれぞれ独立した腐食回路が形成される。すなわち、複数の電極部４は、複数の陰極１１が陽極９との間で互いに独立した腐食回路を形成するように、複数の陰極１１を互いに電気的に分離して構成されたものとなっている。これにより、センサ領域１５には、それぞれ単独のセンサとして腐食回路の形成を検出する複数のチャンネルＣが形成されることになる。
複数の電極部４にそれぞれ形成された腐食回路を流れる電流は、測定部２により腐食回路毎に測定される。なお、測定部２は、それぞれの電極部４毎に接続を切り換えることができる多チャンネル型無抵抗電流計から構成されるのが好ましい。
【００２８】
次に、図１に示した腐食センサを使用して大気中の腐食環境性を測定する一例について説明する。
まず、図２に示すように、橋梁などの構造物Ｓに形成された細い間隙部Ｇ内に、腐食センサのセンサ部１が先端部１２を先頭にして挿入され、所望の位置に設置される。例えば、間隙部Ｇ内において水分などの腐食成分が多く存在する奥部Ｒに、センサ部１のセンサ領域１５が位置するように設置される。
この時、センサ部１は、一様に薄く形成されているため、構造物Ｓの間隙部Ｇの幅が小さい場合でも、センサ部１を間隙部Ｇ内にスムーズに挿入することができる。また、センサ領域１５が小さく形成されているため、構造物Ｓの間隙部Ｇが狭い場合でも、腐食成分を検出するセンサ領域１５を所望の位置に配置することができる。
なお、センサ部１のセンサ領域１５には、１６個の電極部４ａ〜４ｐが配置されているものとする。
【００２９】
間隙部Ｇ内にセンサ領域１５が配置されると、図３に示すように、間隙部Ｇ内の水分Ｗが、互いに絶縁された陰極１１ａと陽極９の間を覆うように付着することで、陰極１１ａと陽極９が電気的に連結される。ここで、陰極１１ａ〜１１ｐは互いに電気的に分離して構成されているため、水分Ｗが付着した陰極１１ａにおいて他の陰極１１ｂ〜１１ｐとは独立した腐食回路Ｔが形成される。
これにより、陰極１１ａに対して卑な導電性材料（イオン化傾向が大きい導電性材料）から構成された陽極９側では、アノード反応（酸化反応）がおこり、金属原子は、陽極９に電子を残し、水分Ｗ中に溶解して拡散する。一方、貴な導電性材料から構成された陰極１１ａ側では、陽極９に残された電子が供給されることでカソード反応（還元反応）がおこり、水Ｈ２Ｏ、酸素Ｏ２及び陽極９から供給された電子が反応して水酸化物イオンＯＨ−を生じる。
【００３０】
なお、陽極９側で生じるアノード反応と陰極１１ａ〜１１ｐ側で生じるカソード反応の一方の反応のみが大きく低下するのを抑制するために、陰極１１ａ〜１１ｐを配置する間隔を各陰極１１ａ〜１１ｐの幅Ｈとほぼ同じになるように、すなわち陽極９の露出部分の幅と各陰極１１ａ〜１１ｐの幅Ｈをほぼ同じにして、アノード反応とカソード反応の反応面を同等の大きさにするのが好ましい。
【００３１】
上記のように、アノード反応とカソード反応が陽極９と陰極１１ａにおいてそれぞれ生じることで、陽極９から陰極１１ａへ順次電子ｅ−が供給されると共に陰極１１ａから陽極９へ腐食電流Ａが流れる。そして、この腐食電流Ａは、アノード反応とカソード反応の反応速度に依存したもの、すなわち反応に使用される水Ｈ２Ｏおよび酸素Ｏ２などの腐食成分の量に依存したものとなる。
【００３２】
このため、電極部４ａ〜４ｐにおいて互いに独立した腐食回路Ｔが形成されると、それぞれの腐食回路Ｔには、各電極部４ａ〜４ｐの周辺の酸素濃度および湿度などの腐食環境性に応じた腐食電流Ａが流れることになる。例えば、間隙部Ｇの開口部付近では、日光が差し込むため湿度が低くなり、アノード反応およびカソード反応の速度が遅くなることで腐食電流Ａが小さくなる。一方、間隙部Ｇの奥部Ｒでは、日光が差し込まないため湿度が高く、アノード反応およびカソード反応の速度が速くなることで腐食電流Ａが大きくなる。また、構造物Ｓに水をまくなどして間隙部Ｇ内に局所的に水分が滞水している場合には、滞水が生じた場所に位置する電極部のみに大きな腐食電流Ａが流れる。
このように、電極部４ａ〜４ｐには、それぞれ周辺の腐食環境性に応じた腐食電流Ａが流れ、この腐食電流Ａが測定部２によりそれぞれ測定される。
【００３３】
ここで、電極部４ａ〜４ｐに腐食電流Ａが流れる際に、陽極９ではアノード反応により金属原子が水分Ｗ中に溶解しており、この金属原子が水分Ｗ中で酸化されることで陽極９に腐食が発生する。本発明では、センサ領域１５を小さく形成するために陽極９の露出部分、すなわち陽極９に腐食が発生する部分も小さく形成されており、例えば上記のＡＣＭセンサのように陽極９と陰極１１ａ〜１１ｐを鉄と銀または亜鉛と銀などで構成すると、陽極９が短期間のうちに腐食するため、センサ部１を交換する頻度が高くなってしまう。
そこで、陽極９は、錆などの腐食生成物が表面に堆積しにくい材料、例えばフェライト系ステンレス鋼から構成されるのが好ましい。また、陽極９と陰極１１ａ〜１１ｐの間の電位差は、所定の範囲、具体的にはＳＵＳ４３０（陽極９）とカーボン（陰極１１ａ〜１１ｐ）の電位差またはＳＵＳ４３０（陽極９）と銀（陰極１１ａ〜１１ｐ）の電位差程度に保つのが好ましい。
【００３４】
このようにして、電極部４ａ〜４ｐにそれぞれ流れる電流値に基づいて、構造物Ｓの間隙部Ｇ内における腐食環境性および腐食成分の分布が評価される。
本実施の形態によれば、複数の電極部４を有すると共にセンサ領域１５をほぼ一様に薄く形成することにより、構造物Ｓに形成された間隙部Ｇにセンサ領域１５を容易に挿入して間隙部Ｇ内の腐食環境性を細かく測定することができる。
【００３５】
次に、腐食センサの製造方法について説明する。
まず、図４（Ａ）に示すように、矩形形状を有する基板３を形成する。この基板３は、紙フェノールまたはガラスエポキシ等の薄層形成可能な絶縁性樹脂により、例えば０．８ｍｍ程度に薄く形成される。次に、基板３の表面上に、図４（Ｂ）に示すように、基板３の全体にわたって平面状に延在する陽極９を接合する。陽極９は、フェライト系ステンレス鋼から構成され、例えば０．８ｍｍ程度に薄く形成されたものである。
【００３６】
続いて、図４（Ｃ）に示すように、陽極９の表面上に、めっきまたはスクリーン印刷により、窒化ホウ素などの絶縁材料を例えば３０μｍ以下の薄さで薄層状に塗布する。この時、センサ領域１５以外の部分についてはその全て覆うように絶縁材料が塗布され、センサ領域１５については部分的に陽極９の表面が露出するように絶縁材料が塗布される。センサ領域１５に塗布される絶縁材料は、直線状に細長く延びる複数の絶縁部が先端１２付近から後端部１３に向かって一定の間隔を空けて平行に並ぶように塗布される。これにより、センサ領域１５に複数の絶縁部１０が形成されると共にセンサ領域１５以外の部分に絶縁層７が形成され、複数の絶縁部１０と絶縁層７が互いに同一平面内に位置される。このようにして、複数の絶縁部１０と絶縁層７を一度に形成することができると共にセンサ部１をほぼ一様に薄く形成することができる。
【００３７】
次に、図４（Ｄ）に示すように、複数の絶縁部１０の表面上に、めっきまたはスクリーン印刷により、カーボンペーストまたは銀ペーストなど、陽極９に対して貴な導電性材料を例えば３０μｍ以下の薄さでそれぞれ薄層状に塗布して複数の陰極１１を形成する。
これにより、陽極９、複数の絶縁部１０および複数の陰極１１から複数の電極部４が形成され、陽極９を平面形状の共通電極とすると共に複数の絶縁部１０と複数の陰極１１を薄層状に塗布して形成することにより、センサ領域１５をほぼ一様に薄く形成することができる。
【００３８】
続いて、図４（Ｅ）に示すように、絶縁層７の表面上に、めっきまたはスクリーン印刷により、銀ペーストなどの金属材料を例えば３０μｍ以下の薄さでそれぞれ薄層状に塗布して複数の配線部６を形成する。このように、複数の配線部６を薄層状に塗布して形成することにより、センサ部１をほぼ一様に薄く形成することができる。
そして、図４（Ｆ）に示すように、センサ領域１５以外の部分に絶縁材料を塗布して複数の配線部６を覆うことにより保護層８を形成し、センサ部１が作成される。そして、センサ部１の複数の配線部６に、それぞれ測定部２を接続することにより、腐食センサが完成する。
【００３９】
このように、複数の絶縁部１０、複数の陰極１１および複数の配線部６をめっきなどにより薄層状に形成することにより、センサ領域１５を容易に薄く形成することができると共にセンサ部１全体を薄く形成することができる。
【００４０】
なお、上記の実施の形態では、センサ領域１５において複数の陰極１１は、それぞれ直線状に細長く延びた形状を有し、センサ部１の先端部１２付近から後端部１３に向かって互いに平行にならべて配置されたが、複数の電極部４により腐食環境性を測定できればよく、これに限られるものではない。
例えば、図５に示すように、複数の陰極１７は、センサ部１の先端部１２の縦方向Ｍおよび横方向Ｌに平面状に広がるように、すなわち格子状に配置することができる。このように、複数の陰極１７を格子状に配置することにより、構造物Ｓの間隙部Ｇ内における腐食環境性を２次元的に詳細に検出することができる。
【００４１】
また、センサ部１の先端部１２に近いほど複数の陰極を密に配置することもできる。例えば、図６に示すように、センサ領域１５を先端部分１５ａと後端部分１５ｂに分け、先端部分１５ａには複数の陰極１８を密に配置すると共に後端部分１５ｂには複数の陰極１８を疎に配置することができる。また、図７に示すように、センサ部１の先端部１２付近には複数の陰極１９を格子状に配置すると共に、これより後端側では細長く延びた複数の陰極１９を一列に並べて配置することもできる。
構造物Ｓの間隙部Ｇ内では、通常、奥部Ｒに水分などの腐食成分が多く存在するため、その奥部Ｒに配置されるセンサ部１の先端部１２付近に陰極を密に配置することで、腐食が発生し易い部分の腐食環境性を詳細に測定することができる。
【００４２】
また、上記の実施の形態では、複数の配線部６は、互いに同一平面内に位置するように形成されたが、厚さ方向に高さが異なる位置にわかれて多層に配置することもできる。例えば、図８に示すように、複数の配線部２０を保護層８内に３つの層に分けて配置することができ、各層毎に金属材料を薄層状に塗布して形成する。このように、複数の配線部２０を多層にわけて配置することにより配線の経路の自由度が増し、センサ部１の縦方向Ｍおよび横方向Ｌの長さを小さく形成することができる。
【００４３】
また、基板１および陽極９の厚さをさらに薄く形成して、センサ部１の厚さを１ｍｍ以下にすることで、センサ部１を湾曲可能に形成することができる。これにより、構造物Ｓの間隙部Ｇの形状に応じてセンサ部１を変形させることができ、様々な形状の間隙部Ｇ内にセンサ部１を配置することができる。
【００４４】
次に、腐食センサを用いて実際に腐食環境性を測定した実施例について説明する。
図９に示すように、０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液Ｒ１を入れた容器に、腐食センサのセンサ部１の一部が０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液Ｒ１中に入るように腐食センサを設置する。この図９では、センサ部１が、先端部１２を先頭にして０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液Ｒ１中に入れられ、センサ領域１５に配置された１６個のチャンネルＣ１〜Ｃ１６のうち、先端部１２に近い１番目のチャンネルＣ１から１４番目のチャンネルＣ１４までを完全に０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液Ｒ１中に浸漬させると共に１５番目のチャンネルＣ４が０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液Ｒ１と気相Ｒ２の界面（気液界面Ｒ３）付近に位置し、さらに１６番目のチャンネルＣ１６が気相Ｒ２中に位置するように配置されている。なお、測定部２には、電流レンジが０．１ｎＡ〜１００ｍＡの無抵抗電流計を用い、１分毎に各チャンネルに流れる電流を測定した。
【００４５】
図１０に、２５時間の間にチャンネルＣ１３〜Ｃ１６でそれぞれ検出された腐食電流Ａの値を示す。ここで、チャンネルＣ１５は、０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液Ｒ１中に浸漬された状態で測定を開始し、２０時間程度を経過した時に気液界面Ｒ３に移動されている。その結果、気相Ｒ２中に配置されたチャンネルＣ１６において腐食電流Ａはほぼ検出されなかったのに対し、測定時間を通して０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液Ｒ１中に配置されたチャンネルＣ１３およびＣ１４では腐食電流Ａが検出され、その電流値は０．００３μＡの範囲である程度安定して推移している。このことから、各チャンネルへの水分Ｗの付着による腐食回路Ｔの形成を検出し、その形成された腐食回路Ｔに流れる腐食電流Ａを精度よく測定できることがわかる。
【００４６】
また、チャンネルＣ１５では、０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液Ｒ１中に浸漬されている時にはチャンネルＣ１３およびＣ１４と同様にある程度安定して電流値が推移しているのに対し、２０時間程度を経過した時に０．１ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液Ｒ１から気液界面Ｒ３に移動されると、急激な電流値の上昇が観察された。
一般的に、気液界面Ｒ３では水膜が薄くなり気相Ｒ２から酸素が供給されることにより水溶液Ｒ１中に比べて腐食速度が増加することが知られており、チャンネルＣ１５で観察された電流値の上昇は、チャンネルＣ１５周辺の腐食環境が急激に悪化したことを反映していることが示唆される。このことから、各チャンネルに付着した水分Ｗに含まれる腐食成分の濃度が変化した場合でも、その変化に応じた腐食電流Ａを精度よく測定することができ、腐食環境性の変化を明確に捉えられることがわかる。
【００４７】
また、図１１に、容器内の水溶液に対してチャンネルＣ１〜Ｃ１６の位置を固定した時の各チャンネルＣ１〜Ｃ１６に流れる電流値を示す。ここで、チャンネルＣ１〜Ｃ３は水溶液Ｒ１中に完全に浸漬させると共にチャンネルＣ４は気液界面Ｒ３に正確に位置させ、チャンネルＣ５〜Ｃ１６は気相Ｒ２に位置させている。このように、水溶液Ｒ１中に浸漬されたチャンネルＣ１〜Ｃ３に対して、気液界面Ｒ３に位置されたチャンネルＣ４において顕著に電流値の上昇が観察された。このことから、各チャンネルＣ１〜Ｃ１６に付着した水分Ｗに含まれる腐食成分の濃度の違いを腐食電流Ａの値として精度よく測定することができ、腐食成分の分布を明確に捉えられることがわかる。
このように、本発明の腐食センサにより、各チャンネルに付着した腐食成分の違いに応じた腐食電流Ａを測定して、腐食環境性を高精度に測定することができる。
【００４８】
また、複数の電極部４において、陽極９と複数の陰極１１の電位差を所定の範囲（ＳＵＳ４３０とカーボンの電位差またはＳＵＳ４３０と銀の電位差程度）に保つことで、センサ領域１５を小さく形成したにもかかわらず、陽極９の腐食による電極のダメージを長期間抑制し、上記のように腐食環境性を高精度に検出する状態を長期間にわたって維持することができた。特に、陽極９をＳＵＳ４３０で構成すると共に複数の陰極１１をカーボンで構成することにより、陽極９の腐食によるダメージを長期間にわたって抑制して、腐食環境性の検出をより長く維持することができた。
【００４９】
実施の形態２
実施の形態１の腐食センサにおいて、複数の陰極１１と陽極９の電位差をそれぞれ測定し、複数の電極部４の間の電位差の変動に基づいて、測定部２で測定された電流値をキャリブレーションするキャリブレーション部をさらに備えることができる。
例えば、図１２に示すように、それぞれの電極部４に対応して配置され、陽極９と陰極１１に接続された複数の電圧測定器２１と、複数の電圧測定器２１に接続されると共に実施の形態１において測定部を構成する電流測定器２に接続された較正値算出部２２とを有するキャリブレーション部２３を備えることができる。
【００５０】
複数の電圧測定器２１は、各電極部４に配置された陽極９と陰極１１の電位差をそれぞれ測定するものであり、測定した電位差を較正値算出部２２に出力する。
一方、電流測定器２は、複数の電極部４にそれぞれ形成された腐食回路を流れる電流を測定し、その電流値を較正値算出部２２に出力する。
【００５１】
ここで、陽極９と陰極１１の電位差には、複数の電極部４の間で個体差による変動が生じる場合がある。例えば、腐食センサの使用前において、ＳＵＳ４３０などから構成される陽極９には、その表面に生じる酸化膜の状態に起因して電位に変動が生じるおそれがある。また、腐食センサの使用時において、陽極９の電位は腐食の進行状態に応じて変動が生じるおそれがあり、陰極１１の電位は汚れの付着などに起因して変動が生じるおそれがある。このようにして、複数の電極部４の間で陽極９と陰極１１の電位差に変動が生じると、複数の電極部４を流れる腐食電流の電流値にズレが生じてしまう。
【００５２】
そこで、較正値算出部２２は、複数の電圧測定器２１から入力された電位差に基づいて、電位差の変動に起因して生じる電流測定器２で測定された電流値のズレを較正して較正電流値を算出する。
【００５３】
例えば、腐食センサを使用する前に、電圧測定器２１が複数の電極部４における陽極９と陰極１１の電位差をそれぞれ測定し、較正値算出部２２が所定の基準値に対する電位差の変動量を求める。そして、較正値算出部２２が、基準値に対する電位差の変動量に基づいて、複数の電極部４の電流値のズレをそれぞれ較正することで較正電流値を算出することができる。ここで、所定の基準値は、複数の電極部４の電位差の平均値とするのが好ましい。
また、腐食センサの使用時において、電圧測定器２１が複数の電極部４における陽極９と陰極１１の電位差を定期的に測定し、陽極９の一部が大きく腐食するなどして、得られた電位差の変動量が所定の閾値を超えたときに、較正値算出部２２が、上記と同様にして、較正電流値を算出することができる。
このように、複数の電極部４の間で生じた電位差の変動に伴うズレが解消されるように腐食電流の電流値をキャリブレーションすることにより、腐食環境性を精度よく測定することができる。
【００５４】
さらに、複数の腐食センサを使用する際に、腐食センサの間において、複数の電極部４の電位差の変動に起因して生じた電流値のズレを較正することもできる。例えば、各腐食センサにおいて、電圧測定器２１が複数の電極部４における陽極９と陰極１１の電位差を測定し、較正値算出部２２が複数の腐食センサ間における複数の電極部４の電位差の変動量を求める。そして、較正値算出部２２が、複数の電極部４の電位差の変動量に基づいて、腐食センサ間で生じた複数の電極部４の電流値のズレを較正して較正電流値を算出することができる。
このように、複数の腐食センサ間において、複数の電極部４の電位差の変動に伴うズレが解消されるように腐食電流の電流値をキャリブレーションすることにより、複数の腐食センサ間の腐食環境性の違いを精度よく比較することができる。
【００５５】
次に、複数の腐食センサを用いて腐食環境性を測定した値をキャリブレーションした実施例について説明する。
具体的には、５．０ｗｔ％ＮａＣｌ当量水溶液を入れた容器に、２つの腐食センサＳ１およびＳ２をその一部が５．０ｗｔ％ＮａＣｌ当量水溶液中に入るように設置した。腐食センサＳ１およびＳ２は、それぞれ一列に配置した１６個のチャンネルＣ１〜Ｃ１６を有し、先端部に近いチャンネルＣ１６からチャンネルＣ３までを完全に５．０ｗｔ％ＮａＣｌ当量水溶液中に浸漬させると共にチャンネルＣ２が５．０ｗｔ％ＮａＣｌ水溶液と気相との界面付近に位置し、さらにチャンネルＣ１が気相中に位置するように配置した。
【００５６】
図１３に、腐食センサＳ１およびＳ２のチャンネルＣ１〜Ｃ１６においてそれぞれ検出された腐食電流の値を示す。このように、腐食センサＳ１およびＳ２のチャンネルＣ１〜Ｃ１６はそれぞれ同じ環境に曝されている、例えば、チャンネルＣ３〜Ｃ１６は同じ５．０ｗｔ％ＮａＣｌ当量の水溶液中に浸漬されているにもかかわらず互いに異なる電流値を示していることがわかる。次に、腐食センサＳ１およびＳ２について、チャンネルＣ１〜Ｃ１６の陽極９と陰極１１との間の電位差を測定した結果を図１４に示す。その結果、腐食センサＳ１に配置されたチャンネルＣ１〜Ｃ１６の電位差と、腐食センサＳ２に配置されたチャンネルＣ１〜Ｃ１６の電位差は、３倍程度の変動が生じていることがわかった。
【００５７】
そこで、図１３に示す腐食センサＳ１およびＳ２の電流値について、チャンネルＣ１〜Ｃ１６の電位差がそれぞれ１００ｍＶとなるように換算した較正電流値を算出した。その結果を図１５に示す。図１５に示すように、電位差の変動による影響を解消することで、腐食センサＳ１およびＳ２のチャンネルＣ１〜Ｃ１６における電流値がほぼ同じ値で分布することがわかる。
このことから、複数の腐食センサ間において、複数の電極部の電位差の変動による影響を解消することで腐食電流の電流値のズレをキャリブレーションすることができ、複数の腐食センサの間の腐食環境性の違いを精度よく比較できることがわかる。
【符号の説明】
【００５８】
１  センサ部、２  測定部、３  基板、４  電極部、５  端子、６，２０  配線部、７  絶縁層、８  保護層、９  陽極、１０  絶縁部、１１，１７，１８，１９  陰極、１２  先端部、１３  後端部、１５  センサ領域、１５ａ  センサ領域の先端部分、１５ｂ  センサ領域の後端部分、１６  電線、２１  電圧測定器、２２  較正値算出部、２３  キャリブレーション部、Ｓ  構造物、Ｇ  間隙部、Ｒ  奥部、Ｗ  水分、Ｔ  腐食回路、Ａ  腐食電流、Ｍ  縦方向、Ｌ  横方向、Ｈ  幅、Ｒ１  水溶液、Ｒ２  気相、  Ｒ３  気液界面、Ｃ，Ｃ１〜Ｃ１６  チャンネル、Ｓ１，Ｓ２  腐食センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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