(57)【要約】【課題】  専用設備を使用せず、また構成部材として貴金属を用いることなく簡易かつ安価に製造でき、構造が単純でかつ耐久性が高く履歴情報の取得も可能な腐食環境センサおよびセンサシステムを提供する。【解決手段】  この腐食環境センサ１は、成分、組成、または表面処理状態等の種類が互いに異なり、電解質の介在により電位差を生じる２種類の金属電極２，３を有する。これら金属電極２，３の隙間に絶縁材料４を介在させ、前記両金属電極２，３と絶縁材料４を固定手段５で固定する。被検出物となる水分を前記２種類の金属電極２，３にわたって触れさせる検出部７を設ける。前記絶縁材料４が介在した前記２種類の金属電極２，３間の隙間における前記検出部７の周縁部分は、防水性材８で密封する。前記検出部７に水分が付着することで前記電極２，３間で生じる腐食電流を計測する。【選択図】      図２
2008164467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分、組成、または表面処理状態等の種類が互いに異なり、電解質の介在により電位差を生じる２種類の金属電極を有し、これら金属電極間の隙間に絶縁材料を介在させ、上記両金属電極と絶縁材料を固定手段にて固定し、被検出物となる水分を上記２種類の金属電極にわたって触れさせる検出部を設け、上記絶縁材料が介在した上記２種類の金属電極間の隙間における上記検出部の周縁部分を防水性材で密封し、上記検出部に水分が付着することで上記電極間で生じる腐食電流を計測するものとしたことを特徴とする腐食環境センサ。
【請求項２】
請求項１において、上記２種類の金属電極のうちの第１の種類となる金属電極を２枚設け、これら２枚の第１の種類となる金属電極の間に第２の種類の金属電極を介在させ、かつ第２の種類の金属電極とその両側の第１の種類の金属電極との間の隙間にそれぞれ上記絶縁材料を介在させ、これら互いに重ねられた２枚の第１の金属電極と、第２の金属電極と、２枚の絶縁材料とを、これらの間にわたって貫通する固定手段により相互に固定し、この固定手段の回りで上記２枚の第１の金属電極と第２の金属電極と絶縁材料とを相互に密封する固定手段回り防水性材を設け、上記２枚の第１の金属電極のうちの一方の金属電極およびこの一方の金属電極側の絶縁材料に、第２の金属電極を露出させる検出部となる開口孔を設け、この検出部の周囲で、上記一方の第１の金属電極と第２の金属電極との間の隙間を防水材料で密封した腐食環境センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、上記２種類の金属電極のうち、少なくとも１種類は腐食環境センサを配置する機械、この機械を構成する部品、この腐食環境センサと同じ場所に保管した仕掛品、半製品、製品、またはこれらを保管している設備のいずれかで用いられている金属を有する腐食環境センサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の腐食環境センサと、この腐食環境セン
サの測定出力を電荷量などの物理量に換算し、その換算した値を単独、または累積させて設定値と比較することで、上記腐食環境センサが設置された環境の劣悪さを検出する判定手段とを備えた腐食環境センサシステム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の腐食環境センサと、この腐食環境センサの測定出力、またはこの測定出力を電荷量などに換算した物理量を履歴として保存する記憶手段を設けた腐食環境センサシステム。
【請求項６】
請求項４において、上記腐食環境センサの測定出力、またはこの測定出力を電荷量などに換算した物理量を履歴として保存する記憶手段を設けた腐食環境センサシステム。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のいずれか１項において、上記腐食環境センサの測定出力、またはこの測定出力から得られた腐食に関する情報を、有線または無線により、この腐食環境センサシステムとは別の装置と送受信する送受信手段を設けた腐食環境センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電所などの設備内機器の設置場所の環境モニタ、輸送機器などの周囲環境のモニタ、鉄道・船舶などに搭載される輸送用コンテナや車両用台車の設置場所の環境モニタなどに利用される腐食環境センサ、およびその腐食環境センサを用いたセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の腐食環境センサの従来例として、例えば、検出部の一部または全部と所定の隙間をもって対向した隙間形成部材を設けることにより、前記検出部と隙間形成部材との間にセンサ外部と通じた腐食環境の擬似空間を形成したもの（特許文献１）がある。また、少なくとも一部が金属材料で構成される移動体に、成分あるいは組成が異なる２種以上の金属電極を絶縁体を介して配置し、電極間の電流または電位差を計測するようにしたもの（特許文献２）などがある。
【特許文献１】特開２００５−１３４１６１号公報
【特許文献２】特開２００５−１３４１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記した構成の腐食環境センサを含めて、従来の腐食環境センサでは、以下に挙げる問題点がある。
・  印刷技術や科学的堆積技術により製造されるものが多く、製造に専用設備が必要である。
・  イオン化傾向の低い金や銀などの貴金属を構成部材として用いることが多く、コスト高となる。
・  形状が複雑で、パターニングが必要となり、製造が容易でない。
・  腐食情報の履歴を取得する機能を持つものはほとんどない。
【０００４】
この発明の目的は、専用設備を使用せず、また構成部材として貴金属を用いることなく簡易かつ安価に製造でき、構造が単純でかつ耐久性が高く履歴情報の取得も可能な腐食環境センサおよびセンサシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の腐食環境センサは、成分、組成、または表面処理状態等の種類が互いに異なり、電解質の介在により電位差を生じる２種類の金属電極を有し、これら金属電極間の隙間に絶縁材料を介在させ、上記両金属電極と絶縁材料を固定手段にて固定し、被検出物となる水分を上記２種類の金属電極にわたって触れさせる検出部を設け、上記絶縁材料が介在した上記２種類の金属電極間の隙間における上記検出部の周縁部分を防水性材で密封し、上記検出部に水分が付着することで上記電極間で生じる腐食電流を計測するものとしたことを特徴とする。
この構成によると、電位差を生じる２種類の金属電極間の隙間に絶縁材料を介在させ、被検出物となる水分を上記２種類の金属電極にわたって触れさせる検出部を設け、この検出部の周縁部分を防水性材で密封したものであるため、印刷技術や化学的堆積技術用の専用設備を使用せず、また構成部材としてイオン化傾向が低い金や銀などの貴金属を用いることなく、簡易かつ安価に腐食環境センサを製造できる。また、使用する金属の厚さを厚くすることができ、耐久性を向上させることもできる。また、形状が単純でパターニングが不要であり、かつ構造も単純であるため、この点からも腐食環境センサを簡易かつ安価に製造できる。
【０００６】
この発明の腐食環境センサにおいて、上記２種類の金属電極のうちの第１の種類となる金属電極を２枚設け、これら２枚の第１の種類となる金属電極の間に第２の種類の金属電極を介在させ、かつ第２の種類の金属電極とその両側の第１の種類の金属電極との間の隙間にそれぞれ上記絶縁材料を介在させ、これら互いに重ねられた２枚の第１の金属電極と、第２の金属電極と、２枚の絶縁材料とを、これらの間にわたって貫通する固定手段により相互に固定し、この固定手段の回りで上記２枚の第１の金属電極と第２の金属電極と絶縁材料とを相互に密封する固定手段回り防水性材を設け、上記２枚の第１の金属電極のうちの一方の金属電極およびこの一方の金属電極側の絶縁材料に、第２の金属電極を露出させる検出部となる開口孔を設け、この検出部の周囲で、上記一方の第１の金属電極と第２の金属電極との間の隙間を防水材料で密封した構造としても良い。
【０００７】
この発明の腐食環境センサにおいて、上記２種類の金属電極のうち、少なくとも１種類は腐食環境センサを配置する機械、この機械を構成する部品、この腐食環境センサと同じ場所に保管した仕掛品、半製品、製品、またはこれらを保管している設備のいずれかで用いられている金属を有するものとしても良い。
この構成の場合、腐食環境センサの周囲環境を正しく反映した検出結果を得ることができる。
【０００８】
この発明の腐食環境センサシステムは、この発明の上記いずれかの構成の腐食環境センサと、この腐食環境センサの測定出力を電荷量などの物理量に換算し、その換算した値を単独、または累積させて設定値と比較することで、上記腐食環境センサが設置された環境の劣悪さを検出する判定手段とを備えたものである。
この構成によると、腐食環境センサが設置されている場所の環境状態を、高精度で信頼性高く検出できる。
【０００９】
この発明の腐食環境センサシステムにおいて、上記腐食環境センサの測定出力、またはこの測定出力を電荷量などに換算した物理量を履歴として保存する記憶手段を設けても良い。
【００１０】
この発明の他の腐食環境センサシステムは、この発明の上記いずれかの構成の腐食環境センサと、この腐食環境センサの測定出力、またはこの測定出力を電荷量などに換算した物理量を履歴として保存する記憶手段を設けたものである。
この構成によると、製品の段階や、倉庫など輸送・保管の段階での環境を前記腐食環境センサでモニタし、記憶手段で腐食情報の履歴を記録することができる。
【００１１】
この発明の上記構成の腐食環境センサシステムにおいて、上記腐食環境センサの測定出力、またはこの測定出力から得られた腐食に関する情報を、有線または無線により、この腐食環境センサシステムとは別の装置と送受信する送受信手段を設けても良い。この構成の場合、製品の段階や、倉庫など輸送・保管の段階での環境を前記腐食環境センサでモニタし、さらに、送受信手段の送受信で得られる他の検出装置（温度、湿度センサ、およびセンサシステムなど）や表示装置からの情報を加味して、このセンサシステムが設置されている場所の環境状態を判定することにより、高精度で信頼性の高い腐食環境検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の腐食環境センサは、電解質の介在により電位差を生じる２種類の金属電極を有し、これら金属電極間の隙間に絶縁材料を介在させ、上記両金属電極と絶縁材料を固定手段にて固定し、被検出物となる水分を上記２種類の金属電極にわたって触れさせる検出部を設け、上記絶縁材料が介在した上記２種類の金属電極間の隙間における上記検出部の周縁部分を防水性材で密封し、上記検出部に水分が付着することで上記電極間で生じる腐食電流を計測するものとしたため、専用設備を使用せず、また構成部材として貴金属を用いることなく簡易かつ安価に製造でき、構造が単純でかつ耐久性の高い腐食環境センサとすることができる。
この発明の腐食環境センサシステムは、この発明の腐食環境センサと、この腐食環境センサの測定出力を電荷量などの物理量に換算し、その換算した値を単独、または累積させて設定値と比較することで、上記腐食環境センサが設置された環境の劣悪さを検出する判定手段とを備えたため、腐食環境センサが設置されている場所の環境状態を、高精度で信頼性高く検出できる。
この発明の他の腐食環境センサシステムは、この発明の腐食環境センサと、この腐食環境センサの測定出力、またはこの測定出力を電荷量などに換算した物理量を履歴として保存する記憶手段を設けたため、製品の段階や、倉庫など輸送・保管の段階での環境を上記腐食環境センサでモニタし、記憶手段で腐食情報の履歴を記録することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１はこの実施形態の腐食環境センサの概略構成図を示し、図２はその部分拡大断面図を示す。この腐食環境センサ１は、成分、組成等の種類が互いに異なり、電解質の介在により電位差を生じさせる２種類の金属電極２，３を有する。ここでは前記２種類の金属電極２，３としてイオン化傾向の異なる金属が用いられている。すなわち、例えば第１の種類の金属電極２として鉄が、第２の種類の金属電極３として亜鉛が用いられる。なお、ここで言う種類が互いに異なる金属電極２，３とは、同種の金属であっても表面処理状態や不純物添加などにより特性が異なるものも含まれる。
【００１４】
図２のように、前記２種類の金属電極２，３はそれぞれ板状とされ、そのうちの第１の種類となる金属電極２は２枚設けられ、これら２枚の第１の種類となる金属電極２，２の間に第２の種類となる１枚の金属電極３が介在させられる。図１では、これら金属電極２，３を平面視でリング状とした場合を例示しているが、このような形状に限定するものではない。さらに、第２の種類の金属電極３とその両側の第１の種類の金属電極２との間の隙間には、それぞれ絶縁材料４が介在させられる。これら互いに重ねられた２枚の第１の種類の金属電極２，２と、１枚の第２の種類の金属電極３と、２枚の絶縁材料４，４とは、これらの間にわたって貫通する固定手段５により、相互に固定される。ここでは固定手段５としてボルトが用いられている。この固定手段５の回りには、前記２枚の第１の種類の金属２，２と、第１の種類の金属電極３と、２枚の絶縁材料４，４とを相互に密封する円筒状の絶縁性の固定手段回り防水性材６が設けられる。
【００１５】
前記２枚の第１の種類の金属電極２，２のうちの一方の金属電極２、およびこの一方の金属電極２側の絶縁材料４には、これら両部材にわたって貫通する開口孔が第２の種類の金属電極３を露出させる検出部７として設けられている。この検出部７の周縁部分であって、検出部７が形成される第１の種類の金属電極２と、検出部７により露出する第２の種類の金属電極３との間の絶縁材料４が介在した隙間は、絶縁性を有する防水材料８で密封されている。ここでは防水材料８として、第１の種類の金属電極２における裏面の検出部７の周縁部分に設けた溝９にＯリングを嵌合させている。
【００１６】
前記検出部７は、被検出物となる水分を前記２種類の金属電極２，３にわたって触れさせる部位となるものであり、この検出部７に水分が付着すると電池作用により前記両金属電極２，３間に電流（腐食電流）が発生する。前記両金属電極２，３にはそれぞれ端子１２，１３が設けられ、これらの端子１２，１３に接続した電流検出増幅回路１０により、前記腐食電流を計測するようにされている。
【００１７】
前記電流検出増幅回路１０は、例えば図３に示すように、前記両金属電極２，３間での電池作用で生じた腐食電流を負荷抵抗Ｒに流すことで電圧信号に変換し、その電圧信号を増幅器１４で増幅して電圧計１５で検出する構成とされる。この腐食環境センサ１を機器や設備に固定して使用する場合、図３のように外側に配置される第１の種類の金属電極２を接地し、内側に配置される第２の種類の金属電極３とアースとなる金属電極２の間に流れる腐食電流を検出する回路構成とするのが望ましい。この回路構成によると、ノイズを低減することができる。
【００１８】
この腐食環境センサ１を例えば任意の機械に配置して、機械の周囲の腐食環境をモニタする場合、前記２種類の金属電極２，３のうち、少なくとも一種類の金属電極には、前記機械、この機械を構成する部品、この腐食環境センサ１と同じ場所に保管した仕掛品、半製品、製品、またはこれらを保管している設備のいずれかで用いられている金属を用いるのが望ましい。この場合、上記製品や保管している設備の周囲環境を正しく反映した検出結果を得ることができる。
【００１９】
図１では、腐食環境センサ１の電流検出増幅回路１０の次段に信号記録判断回路１１を接続して、センサシステムを構成した例を示している。信号記録判断回路１１は、腐食環境センサ１の測定出力を電荷量などの物理量に換算し、その換算した値を単独、または累積させて設定値と比較することで、前記腐食環境センサ１が設置された環境の劣悪さを検出する判断手段となるものである。
【００２０】
図４は、前記信号記録判断回路１１による判断処理の一例の説明図を示す。この判断処理では、同図に波形図で示す電流検出増幅回路１０の出力（電流値データ）が、予め設定されている電流しきい値Ｉthより大きくなった場合、「環境が劣悪化した」と判断して警告信号を出力する。
【００２１】
また、前記電流値から電荷量を換算して判断することもできる。図５は、この判断処理の例の説明図を示す。この判断処理では、電流検出増幅回路１０の出力（電流値データ）を、次式  ｑ＝∫（Ｖｏｕｔ／Ｒ−Ｉｃｏｒｒ）ｄｔ……（１）
に従い、一定時間で積算することで電荷量ｑを算出し、それを累積し電荷量Ｑを求める。求めた電荷量Ｑが予め設定されている電荷量しきい値Ｑthより大きくなった場合、「環境が劣悪化した」と判断して警告信号を出力する。
なお、前記（１）式において、Ｖｏｕｔは電流検出増幅回路１０の出力電圧、Ｒは負荷抵抗Ｒの値、Ｉｃｏｒｒは腐食電流基準値である。この腐食電流基準値Ｉｃｏｒｒは、腐食反応に関係しない電流値を示し、測定条件によっては無視しても良い。さらに、前記（１）式で求めた電荷量ｑは環境の劣悪さを判断するために累積せずに用いても良い。前記（１）式による積算処理はフィルタ効果を与えるため、電流そのものを用いて判断する場合と比べて、電流に含まれるノイズ成分が抑制され、安定した測定が可能になる。
【００２２】
図６は、前記信号記録判断回路１１の具体的な構成例を示す。この信号記録判断回路１１は、演算装置１６、記憶装置１７、送受信回路１８，電源回路１９を備え、信号記録判断回路１１で得られた情報は送受信装置２０により監視システムなどへ送信される。電流検出増幅回路１０の出力は、演算装置１６により例えば図４と共に前述した判断処理が行われる。また、その処理結果は記憶装置７で保存される。なお、電源回路１９は、信号記録判断回路１１の外部に設けても良いし、内部にバッテリなどの電源を設けても良い。
このように、センサシステムを構成した場合、製品の段階や、倉庫など輸送・保管の段階での環境を前記腐食環境センサ１でモニタし、前記信号記録判定回路１１で腐食情報の履歴を記録することができる。さらに、送受信装置２０の送受信で得られる他の検出装置（温度、湿度センサ、およびセンサシステムなど）や、図示しない表示装置からの情報を加味して、このセンサシステムが設置されている場所の環境状態を判定することにより、高精度で信頼性の高い腐食環境検出を行うことができる。
【００２３】
図７は、前記センサシステムと外部との間でのデータ転送構成の一例を示す。このデータ転送構成例は無線で送受信する例であり、信号記録判断回路１１で扱われたデータは送受信装置２０から例えば電波２１により送受信端末２２に送信され、また電波２１により送信された送受信端末２２のデータが送受信装置２０で受信される。
図８は、前記センサシステムと外部との間でのデータ転送構成の他の例を示す。このデータ転送構成例は有線で送受信する例であり、信号記録判断回路１１で扱われたデータは有線２３および通信網２４を経て送受信端末２２に送信され、また送受信端末２２より送信されたデータが有線２３および通信網２４を経て送受信装置２０で受信される。
【００２４】
図７や図８のようなデータ転送構成で前記センサシステムと送受信端末２２とを接続することにより、風力発電所などの設備内機器の設置場所に対する環境検出モニタ、輸送機器などの周囲環境モニタ、鉄道・船舶などの輸送用コンテナや輸送車両用荷台などの設置場所に対する環境モニタなどのように、遠隔地に設定された測定対象や移動手段を備えている測定対象に対しても、容易にデータ収集が可能となる。
また、内部電源（例えばバッテリ）や無線送受信装置（例えば無線タグ装置）を備えることにより、風力発電所などの設備内機器のように、有線での接続が困難な移動部を備えている製品や部品に対しても、データ収集が可能となる。
【００２５】
図９および図１０は、図１で示した形状の腐食環境センサ１を、風力発電用の風車主軸軸受装置に搭載した例の断面図および正面図を示す。この軸受装置３１は、風車主軸４０が回転自在に支持される転がり軸受３２をハウジング３６で保持したものである。転がり軸受３２は自動調心ころ軸受からなり、複列のころ３５，３５に対して設けた２個の内輪３３と一体型の外輪３４とを備える。内輪３３は回転側輪となるものであって、その内周面に風車主軸４０が嵌合して支持される。外輪３４は固定側輪となるものであって、ハウジング３６の内周面に嵌合して固定される。ハウジング３６は、外輪３４の嵌合するハウジング本体３７と、転がり軸受３２の両端部を覆う２つの蓋部材３８，３８とでなる。その一方の蓋部材３８の表面に、図１０のように転がり軸受３２と同心に前記腐食環境センサ１が固定される。この場合の固定手段には、金属電極２，３および絶縁部材４を固定する固定手段５が兼用される。
【００２６】
このように、風力発電用の風車主軸軸受装置３１に腐食環境センサ１を搭載することにより、軸受部品などが設置された環境のモニタが可能となる。すなわち、腐食環境センサ１の検出部７（図１）に水分が付着したときに生じる腐食電流が、異なる２種類の金属電極２，３の端子１２，１３を介して電流検出増幅回路１０（図３）で増幅され、その出力信号に基づき信号記録判断回路１１（図６）で環境劣化が判断される。
【００２７】
このように、この実施形態の腐食環境センサ１では、電解質の介在により電位差が生じる２種類の金属電極２，３間の隙間に絶縁材料４を介在させ、これら両金属電極２，３と絶縁材料４を固定手段５で固定し、前記両金属電極２，３にわたって被検出物となる水分を触れさせる検出部７を設け、前記絶縁部材４が介在した両金属電極２，３間の隙間における前記検出部７の周縁部分を防水性材８で密封し、前記検出部７に水分が付着することで前記両金属電極２，３間で生じる腐食電流を計測するようにしているので、印刷技術や化学的堆積技術用の専用設備を使用せず、また構成部材としてイオン化傾向が低い金や銀などの貴金属を用いることなく、簡易かつ安価に製造できる。また、使用する金属の厚さを厚くすることができ、耐久性を向上させることもできる。また、形状が単純でパターニングが不要であり、かつ構造も単純であるため、この点からも腐食環境センサ１を簡易かつ安価に製造できる。
【００２８】
また、この実施形態では、前記腐食環境センサ１に、その測定出力を電荷量などの物理量に換算し、その換算した値を単独、または累積させて設定値と比較することで、前記腐食環境センサ１が設置された環境の劣悪さを検出する判定手段として、信号記録判断回路１１を付加することでセンサシステムを構成しているので、腐食に関する履歴情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の一実施形態に係る腐食環境センサを用いたセンサシステムの概略構成図である。
【図２】同腐食環境センサの部分拡大断面図である。
【図３】同腐食環境センサにおける電流検出増幅回路の一例を示す構成図である。
【図４】前記センサシステムにおける信号記録判断回路による判断処理の一例の説明図である。
【図５】同センサシステムにおける信号記録判断回路による判断処理の他の例の説明図である。
【図６】同センサシステムにおける信号記録判断回路の一例の構成図である。
【図７】同センサシステムと外部との間でのデータ転送の一例の構成図である。
【図８】同センサシステムと外部との間でのデータ転送の他の例の構成図である。
【図９】前記腐食環境センサを搭載した風力発電用の風車主軸軸受装置の断面図である。
【図１０】同風車主軸軸受装置の正面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…腐食環境センサ
２…第１の種類の金属電極
３…第２の種類の金属電極
４…絶縁材料
５…固定手段
６…固定手段回り防水性材
７…検出部
８…防水材料
１０…電流検出増幅回路
１１…信号記録判断回路（判定手段）
１２，１３…端子
１７…記憶装置
２０…送受信装置
【図１】
2008164467.tif 000003
【図２】
2008164467.tif 000004
【図３】
2008164467.tif 000005
【図４】
2008164467.tif 000006
【図５】
2008164467.tif 000007
【図６】
2008164467.tif 000008
【図７】
2008164467.tif 000009
【図８】
2008164467.tif 000010
【図９】
2008164467.tif 000011
【図１０】
2008164467.tif 000012