(57)【要約】【課題】可燃性（腐食性）ガスに対して粉塵除去とともに触媒作用を有する機能性保護膜を提供することを目的とする。【解決手段】可燃性ガスに対して還元反応を生じる白金、パラジュームを含む金属をセラミックス粉末の表面にコーティングし、このコーティングしたセラミックス粉末を電極表面に保護膜として形成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスに対して還元反応を生じる白金、パラジュームを含む金属をセラミックス粉末の表面にコーティングし、このコーティングしたセラミックス粉末を電極表面に保護膜として形成したことを特徴とする機能性保護膜。
【請求項２】
前記白金、パラジュームを含む金属は無電界めっきによりセラミックス粉末の表面にコーティングしたことを特徴とする請求項１に記載の機能性保護膜。
【請求項３】
前記電極は白金、パラジュームを含む金属であり、前記保護膜は触媒型であることを特徴とする請求項１または２に記載の機能性保護膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばジルコニア式酸素濃度計のセンサ部の電極保護部材として用いて好適な機能性保護膜に関し、詳しくは、センサ部の長寿命化とコスト削減を図った機能性保護膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジルコニア式酸素濃度計のセンサ部は構造がシンプルであり、しかも高温下での使用に適している。このため、煙道排ガスなどプロセスの高温気体中に直接挿入してインライン測定を行うことができる。つまり、サンプリング方式で使用するほかの多くの酸素濃度計に比べ応答性において格段に優れ、燃焼プロセスの酸素濃度を制御するための検出器として最適である。
【０００３】
図２はジルコニア式センサの測定原理を示す断面図である。図において、センサ１は安定化ジルコニア管１００と、その内外周に設けられた電極１０１、１０２により構成されており、一般に、電極１０１、１０２には多孔質の白金電極が用いられている。
このような構成を有するジルコニア式センサ１において、ジルコニア管１００を７５０℃程度の高温に熱した後、管の外側に比較ガス（大気）を流すとともに、管の内側（測定ガス流路）に測定ガスを流すと、両電極１０１、１０２間には、比較ガスと測定ガスとの酸素濃度差に応じた起電力Ｖｏｕｔが発生する。
【０００４】
この起電力Ｖｏｕｔは、酸素濃度の比の対数に比例したもので、比較ガスとして空気のような既知の酸素濃度を有するガスを使用することにより、起電力Ｖｏｕｔの大きさから、測定ガスにおける酸素濃度を求めることができる。
安定化ジルコニアは、主成分であるジルコニア（酸化ジルコニウム  ＺｒＯ2）に安定化剤としてイットリア（Ｙ2Ｏ3）などを加えて作られる。また実際に使用するときは、これを５００℃以上の高温に保つことが必要である。
【０００５】
５００℃以上の高温状態において安定化ジルコニアは固体電解質（イオン導電性固体）の性質をもち、選択的に酸素イオン（Ｏ2-）だけを通す。すなわち、円筒の内外に酸素濃度差があれば、濃度の高い側の電極で酸素分子（Ｏ2）は電子をもらって酸素イオン（Ｏ2-）になり（還元反応）、濃度の低い側の電極では酸素イオン（Ｏ2-）が電子を離して酸素分子（Ｏ2）に戻る（酸化反応）。
高濃度側  Ｏ2＋４ｅ→２Ｏ2-（還元反応）
低濃度側  ２Ｏ2−→Ｏ2＋４ｅ（酸化反応）
【０００６】
このとき、内外電極間には酸素濃度比によって決まる起電力が発生する。すなわち、電極間に発生する電圧を高入力インピーダンスの計器で測定すれば、酸素濃度比が分かる。そこで、一方の電極（たとえば円筒の外側電極）を直接大気に接触させ、大気中の酸素分圧に相当する一定の酸素濃度に保てば他方の電極（内側の電極）に接する被測定ガス中の酸素濃度を求めることができる。
【０００７】
図３（ａ，ｂ）は他の従来例を示す断面図（ａ）及び（ａ）の拡大断面図（ｂ）である。この例では安定化ジルコニア管１００の一端は取付けフランジ１０５に固定され、閉塞された他端の内側の先端付近には例えば白金（Ｐｔ）膜からなる内部電極１０１が所定の厚さに形成され、このＰｔ膜を覆って保護膜としてのセラミックス粉末１０３が形成されている。
１０２はＰｔからなる外部電極であり内部電極１０１に対向する安定化ジルコニア管１００の外部の先端付近に所定の厚さに形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２７２５５号公報
【特許文献２】特開平３−１６５２５４号公報
【特許文献３】特開２００７−２６３９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図４は、図２，図３に示すジルコニア式酸素濃度計の従来のセンサ部を示す拡大模式図である。図４に示すように安定化ジルコニア層１００ａを覆って電極１０１ａの薄膜が形成され、この上にセラミックス粉末からなる保護膜層１０４が形成されている。
【００１０】
図４に示す従来の保護膜はセラミックス粉末のみを電極表面にコーティングした構造とされている。このような構造によれば、測定ガス中に含まれる微小粉塵をセラミックス粉末部で保持することができ、電極部に粉塵付着による電極劣化を防ぐことができる。
【００１１】
しかしながら、上述の保護膜は微小粉塵のみを付着させ、この微小粉塵から電極を保護する機能のみであり、測定ガス中に可燃性（腐食性）ガスが入ると電極表面で還元反応が発生する。その結果、電極が劣化してしまうという問題があった。また従来は、可燃性ガスの電極への侵入阻止及び粉塵の除去が可能な多機能な特性を持ち合わせたフィルタは存在せず、実現化しようとしても、触媒金属（白金／パラジウム等）を粉末状に形成すると非常に高価になるという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するものであり、可燃性（腐食性）ガスに対して粉塵除去とともに触媒作用を有する機能性保護膜を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の機能性保護膜においては、
可燃性ガスに対して還元反応を生じる白金、パラジュームを含む金属をセラミックス粉末の表面にコーティングし、このコーティングしたセラミックス粉末を電極表面に保護膜として形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２においては、請求項１に記載の機能性保護膜において、
前記白金、パラジュームを含む金属は無電界めっきによりセラミックス粉末の表面にコーティングしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３においては、請求項１または２に記載の機能性保護膜において、
前記電極は白金、パラジュームを含む金属であり、前記保護膜は触媒型であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１、３においては、白金、パラジュームを含む金属をセラミックス粉末にコーティングし、このコーティングしたセラミックス粉末を電極表面に保護膜として形成したので、可燃ガスは触媒型保護膜で還元反応を生じ電極表面に達することがない。
その結果、電極での還元反応による劣化を防止することができ、電極の長寿命を図ることができる。
請求項２においては、白金、パラジュームを含む金属を無電界めっき処理によりセラミックス粉末にコーティングしたので、白金、パラジュームを含む金属自身を粉末状に加工する場合に比較して安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例を示す摸式断面図である。
【図２】ジルコニア式センサの測定原理を示す断面図である。
【図３】ジルコニア式センサの従来例を示す断面図である。
【図４】セラミックス粉末のみを電極表面にコーティングした従来例を示す摸式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施例を示す摸式断面図である。図４に示す従来例と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図４の相違点は、電極の保護膜として触媒型の機能性保護膜を形成したことである。
【００１９】
図１（ａ）において、安定化ジルコニア層１００ａに電極１０１ａが形成され、この電極を覆って触媒型からなる機能性保護膜１０４ａが溶射などにより形成されている。電極１０１ａには多孔質の白金電極が用いられている。
【００２０】
この機能性保護膜１０４ａは、例えばアルミナなどのセラミックス粉末に貴金属（白金、パラジウム等）を無電界メッキによりコーティングしたものであり、触媒型機能性保護膜として利用する。この保護膜は粉塵等の保護機能（フィルタ機能）は維持し、且つ、高温下において触媒としての効果を持ち合わせている。
【００２１】
図１（ｂ）は本発明の触媒型機能性保護膜が微小粉塵Ｂに対しては保護機能を有し、可燃性（腐食性）ガスに対しては触媒型として機能して還元反応を生じさせ、電極表面に達する測定ガスを阻止することにより電極の劣化を防止している状態を示している。
【００２２】
上述の構成によれば、可燃性ガスに対して触媒効果により反応エネルギーが低下するため可燃性ガスの還元反応（分解）が保護膜表面で生じる。（ただし、還元反応は温度／圧力／反応ガス種などの条件による）図４に示す従来例の保護膜では可燃性（腐食性）ガスがセラミックス粉末を通り抜けてしまい、白金電極で還元反応が起こるため電極自体が劣化してしまっていた。
【００２３】
この機能性保護膜１０４ａにより、可燃性ガス等は触媒型機能性保護膜層で還元反応が起こり、電極１０１ａにはガスが達しないため、電極の保護としての機能も有している。
このような機能性保護膜１０４ａを図２に示すようなジルコニア濃淡電池酸素計のセンサ部の内部電極として用いれば長寿命化を図ることができる。
【００２４】
すなわち、ジルコニア酸素濃度計のセンサ部は、安定化ジルコニア製円筒等の内外面に多孔質の白金電極を取り付けた構造となっており、５００℃以上の高温状態において安定化ジルコニアは固体電解質（イオン導電性固体）の性質をもち、選択的に酸素イオン（Ｏ2-）だけを通す。なお、白金電極はジルコニア表面の最高温度の部分が電極作用として有効に働いている。
【００２５】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【符号の説明】
【００２６】
１００    安定化ジルコニア管
１００ａ  安定化ジルコニア層
１０１    内部電極
１０１ａ  電極
１０２    外部電極
１０３    保護膜（セラミックス粉末）
１０４ａ  触媒型機能性保護膜
１０５    取付けフランジ
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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