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公開番号2025158937
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-17
出願番号2025058884
出願日2025-03-31
発明の名称溶融金属の酸素含有量を測定するための素子
出願人ヘレウスエレクトロナイトインターナショナルエヌブイ,Heraeus Electro-Nite International N.V.
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類G01N 27/406 20060101AFI20251009BHJP(測定;試験)
要約【課題】迅速な応答時間及び高い機械的強度を有する、溶融金属中の酸素含有量するための酸素検出素子及び浸漬センサを提供する。
【解決手段】被覆ピンを備える酸素検出素子であり、被覆されたピン1は、1つの端部に向かうテーパセクション3を有する導電性芯である。被覆は、先端部分上に2層の被覆構造と、導電性芯の主要部分上に3層の被覆構造とを含み、テーパセクションは先端部分と同じ長さを有するか又はそれより長い。更に、酸素検出素子、対電極、温度測定手段などの構成要素からなる浸漬センサが形成される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
被覆ピンを備える酸素検出素子であって、
前記被覆ピンは、主要部分から先端部分まで長手方向に延びた導電性芯を含み、前記先端部分は先端部で終わっており、
（ａ）前記先端部分が先端被覆構造（ＣＳ－Ｔ）によって覆われており、
前記先端被覆構造（ＣＳ－Ｔ）は、
（ｉ）先端部分の少なくとも一部を覆い、かつそれと直接接触している内側被覆であって、基準材料を含む内側被覆と、
（ｉｉ）前記内側被覆の少なくとも一部を覆い、かつそれと直接接触している外側被覆であって、電解質材料を含む外側被覆と、
を含み、
（ｂ）前記主要部分は、主要被覆構造（ＣＳ－Ｍ）によって覆われており、
前記主要被覆構造（ＣＳ－Ｍ）は、
（ｉ）主要部分の少なくとも一部を覆い、かつそれと直接接触している内側被覆であって、基準材料を含む内側被覆と、
（ｉｉ）内側被覆を覆い、かつそれと直接接触している中間被覆であって、耐火材料を含む中間被覆と、
（ｉｉｉ）前記中間被覆の少なくとも一部を覆い、かつそれと直接接触している外側被覆であって、電解質材料を含む外側被覆と、
を含み、
前記導電性芯はテーパセクションを含み、前記テーパセクションは、長手方向に前記先端部に向かってテーパ状である断面を含むセクションであり、
前記テーパセクションは長さＬ
ＴＳ
を有し、前記先端部分は長さＬ
ＴＰ
を有し、
Ｌ
ＴＳ
≧Ｌ
ＴＰ
であることを特徴とする、酸素検出素子。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記テーパセクションが、前記導電性芯の長さの少なくとも１０％にわたって延びている、請求項１に記載の酸素検出素子。
【請求項３】
前記テーパセクションのテーパ角が４０°未満である、請求項１に記載の酸素検出素子。
【請求項４】
前記先端部の断面領域が、前記導電性芯の最大断面領域の４０％未満である、請求項１に記載の酸素検出素子。
【請求項５】
前記先端部分の長さＬ
ＴＰ
が、前記テーパセクションの長さＬ
ＴＳ
の少なくとも２０％である、請求項１に記載の酸素検出素子。
【請求項６】
前記被覆ピンの被覆が楕円形の形状を有し、前記被覆が少なくとも前記先端被覆構造及び前記主要被覆構造を含む、請求項１に記載の酸素検出素子。
【請求項７】
前記導電性芯の中心が前記被覆中に偏心して配置され、前記被覆が少なくとも前記先端被覆構造及び前記主要被覆構造を含む、請求項１に記載の酸素検出素子。
【請求項８】
前記主要部分が前記導電性芯の長さの３０％超にわたって延びている、請求項１に記載の酸素検出素子。
【請求項９】
前記主要被覆構造が、前記先端被覆構造よりも大きい最小厚さを有する、請求項１に記載の酸素検出素子。
【請求項１０】
前記先端被覆構造が、少なくとも０．０６ｍｍの最小厚さを有する、請求項１に記載の酸素検出素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆ピンを備える酸素検出素子に関する。被覆ピンは、１つの端部に向かうテーパセクションを有する導電性芯を含む。被覆は、先端部分上に２層の被覆構造と、導電性芯の主要部分上に３層の被覆構造とを含み、テーパセクションは先端部分と同じ長さを有するか又はそれより長い。本発明は更に、酸素検出素子を備える浸漬センサ、及びそのような酸素検出素子を用いて金属溶融物の酸素含有量を測定するための方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【０００２】
冶金処理中、金属溶融物の酸素活量は、モニターする必要があるパラメータのうちの１つである。酸素活量の決定には、典型的には、固体電解質材料、基準材料、及び電極を含む電気化学センサを用いる。次いで、基準材料によって与えられる一定の酸素分圧と溶融金属中の酸素分圧との差によって生成される起電力（electromotive force、ＥＭＦ）をモニターし、液体金属中の酸素の活量又は濃度に関連付ける。そのような溶融物を試験するための多くの電気化学センサは、応答速度が遅い、故障率が高い、再現性が乏しい、感度が低いなどの弱点を有する。
【０００３】
酸素センサの一種に針センサがあり、少なくとも固体電解質被覆及び基準材料被覆を有する電極として機能する伝導性ワイヤ（conductive wire）を含む。これらのセンサは、溶融金属の厳しい環境での適用に関して、遅い応答時間又は不十分な安定性に難点がある。溶融金属と酸素センサとの間の電気化学平衡には、ＥＭＦ値の正確な測定が必要である。しかしながら、電気化学平衡は、浸漬探針とその周囲との間の熱平衡が存在する場合にのみ発生する。
【０００４】
高精度の測定値を得るために、金属浴の温度は、酸素活量と並行して決定される必要がある。酸素感知装置の応答時間は、理想的には、温度センサの応答時間よりも速くなければならない。多くの場合、３秒～６秒の応答時間を有する熱電対がこの目的のために使用される。
【０００５】
特開昭６１－７９１５６（Ａ）号は、金属ワイヤを有するニードル型酸素濃度検出素子を開示しており、その素子は、装置の応答時間を縮めるために円錐形状を有する被覆を備える。
【０００６】
米国特許第５３３２４４９（Ａ）号もまた、針センサを開示している。感知装置は、均一な厚さを有する伝導性ワイヤを含み、そのワイヤは、電解質材料、基準材料及び耐火材料で被覆されている。装置の熱応答性を改良するために、機能性被覆の無い領域における伝導性ピン（conductive pin）の直径の縮小が提案されている。この構成が、装置の機械的安定性を低下させることが見出された。
【０００７】
本発明は、従来技術において確認された問題の少なくとも一部を克服する。特に、本発明の目的は、迅速な応答時間及び高い機械的強度を有する酸素検出素子を提供することであった。更なる態様は、確実かつ迅速で効率的に生産することができる酸素検出素子を提供することであった。追加の目的は、低費用設計の酸素検出素子を提供することであった。
【０００８】
異なる側面では、本発明の酸素検出素子を有する浸漬センサを提供することが目的であった。
【０００９】
更なる側面では、本発明の酸素検出素子を用いて金属溶融物の酸素含有量を測定するための方法を提供することが目的であった。
【００１０】
本発明は、被覆ピンを備える酸素検出素子を提供する。被覆ピンは、主要部分から先端部分まで長手方向に延びた導電性芯を含み、先端部分は先端部で終わっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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