(57)【要約】【課題】耐腐食性が高く、液面センサの高寿命化に寄与し、しかも、その製造が容易である電極用セラミックス部材及び液面センサを提供すること。【解決手段】液面センサ（１）は、長尺の棒状の部材であり、主として、長尺の円筒形の電極用セラミック部材（７）と、電極用セラミック部材（７）の貫通孔（２１）に嵌挿された棒状の中心電極（９）と、電極用セラミック部材（７）に外周に固定された筒状の主体金具（２３）とからなる。このうち、電極用セラミック部材（７）は、アルミナ純度９９．５重量％以上のセラミック材料からなるので、耐腐食性に優れている。尚、ＣａＯが０．０３重量％以下の場合には、一層耐腐食性が向上する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面レベルを検出する液面センサの中心電極に対し、該中心電極の外周を覆って絶縁する電極用セラミック部材において、
前記電極用セラミック部材を、主としてアルミナから構成するとともに、そのアルミナ純度を、９９．５重量％以上としたことを特徴とする電極用セラミック部材。
【請求項２】
前記電極用セラミック部材は、ＣａＯを０．０３重量％以下の範囲で含有することを特徴とする前記請求項１に記載の電極用セラミック部材。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の電極用セラミック部材と、該電極用セラミック部材によりその外周が覆われた前記中心電極とを備えたことを特徴とする液面センサ。
【請求項４】
前記液面センサは、ボイラの液面レベルの検出用であることを特徴とする前記請求項３に記載の液面センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高圧ボイラにおいて、その水位制御を行うときに用いられる電極用セラミック部材及び液面センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば高圧ボイラ内に収容された液体（水）の高さ（液面レベル）を検出するために、いわゆる液面センサが使用されている。
この液面センサには、液面に接すると電流が流れる中心電極（電極棒）が用いられており、中心電極は、中心電極を絶縁するために筒状のセラミック部材に嵌挿されている。
【０００３】
前記セラミック部材としては、通常、アルミナ純度が９０〜９５重量％の範囲のものが用いられているが、高圧ボイラ内は、高圧（２〜２．５ＭＰａ）、高温（２００〜２５０℃）、高アルカリ性（ｐＨ＝１１以上）の過酷な環境であるので、セラミック部材の腐食が進行し易く、液面センサの耐久性に支障があった。
【０００４】
この対策として、腐食に強い材質、例えばフッ素を含有した樹脂製のチューブでセラミック部材を被覆することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１４８０９７号公報    （第２頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した耐腐食性のチューブによってセラミック部材を被覆した場合でも、使用中にそのチューブが抜け落ちることがあり、その結果、誤った信号を検出したり、液面センサ自身の寿命が短くなるという問題があった。
【０００７】
また、耐腐食性のチューブを被覆する作業に手間がかかり、コスト高になるという問題があった。
本発明は上記問題点を解決するものであり、その目的は、確実な絶縁が可能で、液面センサの高寿命化に寄与し、しかも、その製造が容易である電極用セラミックス部材及び液面センサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明は、液面レベル（例えば水位）を検出する液面センサの中心電極に対し、該中心電極の外周を覆って絶縁する電極用セラミック部材（例えば水位電極用セラミック部材）において、前記電極用セラミック部材を、主としてアルミナから構成するとともに、そのアルミナ純度を、９９．５重量％以上としたことを特徴とする電極用セラミック部材を要旨とする。
【０００９】
アルミナを主成分とするセラミックの腐食は、アルミナよりも（添加物から構成される）粒界から進行する。よって、本発明では、電極用セラミック部材のアルミナ純度を、９９．５重量％以上としている。
つまり、本発明では、電極用セラミック部材のアルミナ純度が９９．５重量％以上であるので、高い絶縁性を有するとともに、例えば高圧ボイラ内の様な過酷な条件で使用しても、腐食され易い添加物が微少なため、セラミック部材に腐食が進行しにくい。
【００１０】
そのため、長期間にわたり中心電極の確実な絶縁が可能であるので、誤った信号を検出することがなく、よって、液面センサの寿命が伸びるという効果がある。しかも、従来の様に、セラミック部材を樹脂製の被覆材で覆う必要がないので、被覆材を取り付る手間が不要であり、コスト低減にも寄与する。
【００１１】
尚、液面センサの形状としては、筒状の電極用セラミック部材の貫通孔に、中心電極を嵌挿し、中心電極の先端側（液面側）が電極用セラミック部材から露出した構成を採用できる。
（２）請求項２の発明は、前記電極用セラミック部材は、ＣａＯを０．０３重量％以下の範囲で含有することを特徴とする前記請求項１に記載の電極用セラミック部材を要旨とする。
【００１２】
ＣａＯは、Ｓｉ、Ａｌとともに、腐食されやすいガラス相を形成し易い。そこで、本発明では、電極用セラミック部材を構成する成分中に、ＣａＯを０．０３重量％以下の範囲でしか含有していない。そのため、本発明の電極用セラミック部材は、一層耐腐食性に優れている。
【００１３】
（３）請求項３の発明は、前記請求項１又は２に記載の電極用セラミック部材と、該電極用セラミック部材によりその外周が覆われた前記中心電極とを備えたことを特徴とする液面センサを要旨とする。
本発明の液面センサは、中心電極の外周に、上述した電極用セラミック部材を備えているので、絶縁性及び耐腐食性に優れており、高寿命である。
【００１４】
（４）請求項４の発明は、前記液面センサは、ボイラの液面レベルの検出用であることを特徴とする前記請求項３に記載の液面センサを要旨とする。
本発明は、液面センサが用いられる対象（用途）を例示したものである。
つまり、上述した液面センサを用いることにより、高圧ボイラ内の様な過酷な環境下であっても、長期間にわたり液面レベルを正確に検出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の電極用セラミック部材及び液面センサの実施の形態の例（実施例）について説明する。
（実施例）
本実施例の電極用セラミック部材を備えた液面センサは、高圧ボイラにおける液面レベル（水位）を検出するために用いられるものである。
【００１６】
ａ）まず、本実施例の液面センサについて説明する。
図１に示す様に、本実施例の液面センサ１は、金属（例えばステンレス）製の高圧ボイラ３を貫く様に配置されており、高圧ボイラ３内には、高温高圧の状態にて水５が収容されている。
【００１７】
前記液面センサ１は、電極用セラミック部材７と中心電極９とを備えており、中心電極９は、絶縁のために、電極用セラミック部材７によりその側面の外周が覆われ、中心電極９の先端（同図下方）は、所望の報知すべき液面（水面）の位置となるように設定されている。
【００１８】
また、液面センサ１の中心電極９の基端側（同図上方）と高圧ボイラ３の外壁１１とは、電気回路１３により電気的に接続されており、その電気回路１３には、電気回路１３に流れる電流を測定する測定器（例えば電流計）１５と電源１７とが配置されている。
【００１９】
ｂ）次に、前記液面センサ１の構造を更に詳しく説明する。
図２に一部破断して示す様に、液面センサ１は、長尺の棒状の部材であり、主として、長尺の円筒形の電極用セラミック部材７と、電極用セラミック部材７の（軸中心を貫く）貫通孔２１に嵌挿された棒状の中心電極９と、電極用セラミック部材７に外周に固定された筒状の主体金具２３とからなる。
【００２０】
前記電極用セラミック部材７は、アルミナ純度９９．５重量％以上のセラミック材料からなり、その外周の一部に環状の凸部２５を備えている。尚、ＣａＯを０．０３重量％以下の範囲で含有してもよい。
前記中心電極９は、導電性材（例えば軟鋼及びＳＵＳ３０４）からなり、その両端が電極用セラミック部材７の貫通孔２１から突出している。
【００２１】
この中心電極９の基端側の外周には、円盤状の鍔部２７が形成されており、鍔部２７より更に基端側には、ネジ部２９が設けられ、ネジ部２９には、一対の座金３１、３３を挟んで一対の六角ナット３５、３７が螺合している。尚、このネジ部２９から電気回路１３に接続されるように構成されている。
【００２２】
一方、中心電極９の先端側にも、ネジ部３９が設けられ、そのネジ部３９には、電極用セラミック部材７の抜け防止のために、抜け防止用円盤４１がはめ込まれるとともに、長尺の接続ナット（六角ナット）４３が螺合している。
この接続ナット４３には、両開口端から異なる径のネジ孔４５、４７が切られており、中心電極９の軸方向に沿って並列に第１、第２ネジ５１、５３が取り付けられている。
【００２３】
前記主体金具２３は、金属製（例えばＳＵＳ３０４）の円筒状の部材であり、主体金具２３と電極用セラミック部材７との間には、板パッキン５５、線パッキン５７、５９、充填用粉末６１が配置され、主体金具２３の端部６３を加締めることにより、電極用セラミック部材７に固定される。
【００２４】
尚、主体金具２３の外周には、六角形に形成された六角部６５と、六角部６５より先端側にネジ山が形成されたネジ部６７とが設けられており、このネジ部６７を高圧ボイラ３の壁部１１のネジ孔（図示せず）にネジ込み、六角部６５をスパナ等で回すことにより、液面センサ１を高圧ボイラ３に固定することができる。
【００２５】
ｃ）次に、液面センサ１の動作について説明する。
本実施例の液面センサ１では、中心電極９の先端側が水面に接するまでは、電流が流れる回路が形成されないので、電気回路１３（従って電流計１５）に電流は流れない。
【００２６】
一方、水面が上昇して、中心電極９の先端が水５と接する状態となると、「中心電極９−水５−高圧ボイラ３−電気回路１３」という閉回路が形成されるので、電気回路１３に電流が流れる。
よって、この電流（水位検知電流）を電流計１５で検出した場合には、水面が中心電極９に到達していると判断でき、一方、電流計１５で検出しない場合には、水面が中心電極９に到達していないと判断できる。
【００２７】
そして、液面センサ１を１個又は複数個（この場合は、検出したい液面の高さに対応して中心電極９の高低が異なるように設置したもの）用い、この液面センサ１により検知した水面の高さのデータに基づいて、水面の高さの制御を行うことができる。また、中心電極９の先端部に長尺の接続ナット４３を介して、長さの違う導電棒（例えばＳＵＳからなる棒材）を接続することにより、所望の水面の高さを検出して、同様に水面の高さの制御を行うことができる。
【００２８】
ｄ）次に、液面センサ１の製造方法について説明する。
・例えば、下記表１に示す様に、種々の組成のアルミナ材料（平均粒径０．１〜５μｍ）を秤量し、有機溶剤を使用し、アトライターで、湿式強混合粉砕を２４時間行った。
【００２９】
・その後、乾燥を行い、パラフィンを添加し、１００ＭＰａ以上の圧力で、ラバープレスにより加圧成形を行った。
・次に、この加圧成型品を、前記図２に基づく筒状の電極用セラミック部材７の形状に削り加工した。
【００３０】
・脱脂処理後、大気雰囲気下にて、各焼成条件、例えば１５００〜１８００℃の温度で、４時間焼成を行った。
・その後、前記焼成品の基端側の端面に、モリブデン−マンガンのメタライズ処理及びニッケルのメッキ処理を行い、電極用セラミック部材７を得た。
【００３１】
・次に、電極用セラミック部材７の貫通孔２１に中心電極９を嵌挿し、電極用セラミック部材７のメッキ処理した端面に中心電極９の鍔部２７を半田付けした。
・次に、電極用セラミック部材７の外周に、パッキン５５〜５９等とともに主体金具２３を嵌め、主体金具２３の端部を加締めて電極用セラミック部材７に固定した。
【００３２】
・その後、中心電極９の両端に、六角ナット３５、３７等の付属金具を組み付けて、液面センサ１を完成した。
ｅ）次に、上述した構成を有する本実施例の電極用セラミック部材７を備えた液面センサ１の効果について説明する。
【００３３】
本実施例の液面センサ１は、その電極用セラミック部材７がアルミナ９９．５重量％以上からなるので、絶縁性に優れるだけでなく、特に耐腐食性に優れている。従って、高温ボイラ３内の様な過酷な条件下で使用された場合でも、高い耐久性を有しているので、長寿命であるという顕著な効果がある。
【００３４】
尚、電極用セラミック部材７中のＣａＯが、０．０３重量％以下の場合には、一層耐腐食性に優れているので好適である。
また、本実施例では、従来の様な被覆材を使用する必要が無いので、製造工程を簡易化でき、コストダウンにも寄与するという利点がある。
【００３５】
ｆ）次に、本実施例の効果を確認した実験例について説明する。
上述した方法により製造した液面センサ１の電極用セラミック部材７（下記表１の試料Ｎｏ．１〜７）を、高圧ボイラ３内に配置し、圧力を２〜２．４ＭＰａとし、温度２２０℃の高温水中に１ヶ月連続で浸した。
【００３６】
そして、この試験前後における電極用セラミック部材７の表面粗さＲａ、Ｒｙ、Ｒｚを、ＪＩＳ  Ｂ０６０１（１９９４年）の規定に従って測定した、その結果を下記表１に記す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
この表１から明らかな様に、本発明の範囲内の実施例の試料Ｎｏ．４〜７は、アルミナが９９．７重量％以上であるので、試験前後における表面粗さの変化が少なく、耐腐食性に優れていることが分かる（評価：○又は◎）。
特に、試料Ｎｏ．５、７のものは、ＣａＯが０．０２重量％と少ないので、一層表面粗さの増加が少なく好適である（評価：◎）。
【００３９】
それに対して、本発明の範囲外の比較例の試料Ｎｏ．１〜３は、アルミナが９９．３重量％以下であるので、試験後における表面粗さが大きく増加しており、耐腐食性が悪く好ましくないことが分かる（評価：×）。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の液面センサを高圧ボイラに取り付けた状態を示す説明図である。
【図２】実施例の液面センサを一部破断して示す正面図である。
【符号の説明】
１…液面センサ
３…高圧ボイラ
５…水
７…電極用セラミック部材
９…中心電極
１３…電気回路
２７…鍔部
【図１】
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【図２】
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