JP2001201451A - Acmセンサとその製造方法 - Google Patents
Acmセンサとその製造方法Info
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Abstract
小さく、かつ製造時の歩留りが高く、コストダウンが可
能なACMセンサとその製造方法を提供する。 【解決手段】 導電材料からなる基板表面のアンカ力を
向上させる前処理工程30と、基板表面に絶縁材料を溶
射して絶縁膜を成膜する絶縁膜溶射工程32と、絶縁膜
の表面に基板と異なる導電材料を溶射して導電膜を成膜
する導電膜溶射工程34と、導電膜の表面を平滑に研削
する平坦化工程36と、導電膜及び絶縁膜をスリット状
に研削除去するスリット加工工程38とからなる。平坦
化工程及び/又はスリット加工工程において、導電性砥
石を電解ドレッシングしながら研削するELID研削法
を使用する。
Description
の製造方法に関する。
に対しては、通常の電気化学的手法が適用できず、従来
からガルバニック対が適用されてきた。これは、一般的
には、ACM(Atmospheric Corros
ion Monitor)と呼ばれ、図4に模式的に示
すACMセンサを使用する。
平面図、(B)はその中央部の拡大断面図である。すな
わち、ACMセンサ1は、鋼基板2の表面に絶縁ペース
ト3と導電ペースト4を積層したものであり、鋼基板2
と導電ペースト4からそれぞれ導線2a,4aが引き出
され、電流計等の計測機5に接続される。
(陽極)となり、導電ペースト4がカソード(陰極)と
なる。すなわち、センサの置かれた環境が乾燥状態で表
面になにも堆積していない時(初期)には、絶縁ペース
ト3によりアノード(鋼基板2)とカソード(導電ペー
スト4)が絶縁されているので、その間に電位は発生せ
ず電流は計測されない。また、センサの表面が雨や露に
より濡れると、アノード、カソード間が導電性液で満た
されるので、その間に電流が流れる。更に、海塩等が付
着した場合でも、それが堆積すると、絶縁ペースト3に
よる絶縁抵抗が低下するので、同様に電位が発生し電流
が流れる。従って、このセンサを用いて、暴露試験によ
り付着海塩量の調査や降雨期間、結露期間、乾燥期間等
の調査を行うことができる。
た付着海塩量(横軸)とセンサ出力(縦軸)の関係図で
あり、図中のRHは相対湿度を示している。この図から
明らかなように、ACMセンサの出力は、一定の相対湿
度において付着海塩量にほぼ比例しており、出力から付
着海塩量を求めることができる。
軸)を2日間にわたり計測した結果であり、図中のDr
y,Dew,Rainはそれぞれ乾燥期間、結露期間、
降雨期間を示している。この図から、特に降雨期間には
センサ出力が大幅に増大し、乾燥期間、結露期間、降雨
期間の分別をこのセンサを用いて行うことができること
がわかる。
「海洋性大気環境の腐食性評価のためのACM型腐食セ
ンサ」(Zairyo−to−Kankyo,43,5
50〜556,1994)に開示されている。
センサは、以下の3工程で製造していた。 (1)炭素鋼板からなる基板2を所定の大きさに切り出
し、アセトン中で超音波洗浄して十分に脱脂する。 (2)基板2の上にスクリーン印刷機を用いて絶縁ペー
ストを塗付し、窒素雰囲気中で加熱硬化させる。 (3)次に、スクリーン印刷機を用いて導電ペーストを
基板との絶縁が保たれるように、積層印刷し、同様に窒
素雰囲気中で加熱硬化させる。
サの各部の厚さは、おおよそ、鋼基板:1mm、絶縁ペ
ースト:0.02mm、導電ペースト:0.015mm
となる。
付着海塩量、降雨期間、結露期間、乾燥期間等の調査に
有益であるが、以下の問題点があった。 (1)センサの寿命が短い。 すなわち、ACMセンサー自体の寿命は約1ケ月程度で
あり、長期使用のためには、頻繁にセンサを交換する必
要が生じる。この結果、センサのバラツキの影響が大き
くなるばかりか、センサ交換の手間やセンサコストが過
大となる。センサ寿命の主原因は基板2の電気化学的腐
食による絶縁ペースト3の剥離であり、これに対応する
ため絶縁ペーストの膜厚を厚くしたり、密着性を上げる
必要がある。しかし、スクリーン印刷では、膜厚0.0
2mmが限界であった。また、密着性をあげるための前
処理もスクリーン印刷に悪影響を与えるため実質的には
困難であった。
い。 従来の製造方法では、スクリーン印刷後の2回の加熱工
程により、窒素雰囲気中にもかかわらず基板表面及び導
電ペーストの表面に薄い酸化被膜が形成され、センサ感
度が低下しかつバラツキが大きくなる。また、絶縁ペー
ストの印刷・硬化後に同一箇所に導電ペーストを印刷・
硬化させるため、加熱工程による位置ズレにより正確な
位等合わせが困難である。そのため、センサの部分によ
りアノード、カソード間の間隔がわずかに相違し、感度
にバラツキが生じる。また、印刷による絶縁ペースト及
び導電ペーストの形状は、その量や表面張力により決ま
るため、全面を均一の厚さに形成するのは困難である。
そのため、導電ペーストから絶縁ペーストを介して基板
まで流れる降雨等の稜線の形が必ずしも滑らかになら
ず、これによっても感度にバラツキが生じる。更に、従
来の製造方法では、絶縁ペーストとして例えばアルミナ
粉末と樹脂の混合液、導電ペーストとして例えば銀粉末
と樹脂の混合液を用いていた。そのため、加熱硬化後に
も樹脂が内部に残り、絶縁ペーストでは抵抗の低下、導
電ペーストでは抵抗の増加をもたらし、センサの感度が
低下する。
ィラー表面が酸化されやすい、硬化温度が高すぎる等の
理由で使用しにくい問題点があった。
ために創案されたものである。すなわち、本発明の目的
は、寿命が長く、感度が高く、出力のバラツキが小さ
く、かつ製造時の歩留りが高く、コストダウンが可能な
ACMセンサとその製造方法を提供することにある。
料からなる基板(12)と、該基板の表面に成膜された
絶縁材料のみからなる絶縁膜(14)と、該絶縁膜の表
面に成膜され基板と異なる導電材料のみからなる導電膜
(16)とからなり、前記導電膜、絶縁膜及び基板の一
部が導電膜から基板まで滑らかな勾配を形成して部分的
にスリット状に除去されている、ことを特徴とするAC
Mセンサが提供される。
成膜された絶縁膜(14)が絶縁材料のみからなり、樹
脂等の不純物を含まないので、絶縁膜の抵抗を高めるこ
とができ、絶縁膜の表面に成膜された導電膜(16)が
導電材料のみからなり、同様に樹脂等の不純物を含まな
いので、導電膜の抵抗を低減することができ、従って、
センサの感度を高めることができる。また、導電膜、絶
縁膜が部分的にスリット状に除去されているので、この
部分をACMセンサの検出部として機能させることがで
きる。更に、基板の一部まで除去されているので、基板
表面の薄い酸化被膜を確実に除去でき、センサ感度の低
下を防ぎかつバラツキを低減できる。また、導電膜から
基板まで滑らかな勾配を形成して除去されているので、
導電膜から絶縁膜を介して基板まで流れる降雨等の稜線
の形が滑らかに形成され、感度を一定にすることができ
る。
基板表面のアンカ力を向上させる前処理工程(30)
と、基板表面に絶縁材料を溶射して絶縁膜を成膜する絶
縁膜溶射工程(32)と、絶縁膜の表面に基板と異なる
導電材料を溶射して導電膜を成膜する導電膜溶射工程
(34)と、導電膜の表面を平滑に研削する平坦化工程
(36)と、導電膜及び絶縁膜をスリット状に研削除去
するスリット加工工程(38)とからなることを特徴と
するACMセンサの製造方法が提供される。
0)により基板表面のアンカ力を向上させた後に絶縁膜
を溶射するので、基板と絶縁膜の密着力を印刷性等の影
響なしに十分に高めることができる。また、絶縁膜溶射
工程(32)及び導電膜溶射工程(34)で、それぞれ
純粋な絶縁材料、導電材料を使用できるので、不純物に
よる絶縁膜の抵抗の低下、導電膜の抵抗の増加を共に防
ぎ、センサ感度を向上させることができる。更に、溶射
による成膜の厚さは自由に設定ができるので、従来より
も数倍厚くし(例えば、絶縁膜:0.1mm以上、導電
膜:0.05mm以上)、絶縁膜を剥離しにくくするこ
とができる。更に、平坦化工程(36)で導電膜の表面
を平滑に研削するので、導電膜の凹凸を無くし、降雨等
の濡れ性を均一化できる。また、スリット加工工程(3
8)により導電膜及び絶縁膜をスリット状に研削除去す
ることにより、この除去部分をACMセンサの検出部と
して機能させることができる。更に、基板の一部まで除
去できるので、基板表面の薄い酸化被膜を確実に除去で
き、センサ感度の低下を防ぎかつバラツキを低減でき
る。また、このスリット加工工程(38)で導電膜から
基板までの勾配を均一にかつ最適化できるので、感度を
高めかつバラツキを低減することができる。
化工程及び/又はスリット加工工程において、導電性砥
石を電解ドレッシングしながら研削するELID研削法
を使用する。
面形状が非常に重要であり、この形状を精度よく均一に
仕上げる必要がある。通常の研削方法では、砥石先端部
の形状が摩耗により変形しやすく、スリット部の形状精
度を上げることができず、かつ、砥石先端部分のツルー
イング回数が増えてしまい、加工能率が低くなる。ま
た、研削材料に合わせて、砥石の材質を変えなければな
らない場合もある。更に、ACMセンサーのように絶縁
膜(例えばアルミナ層)を加工すると砥石の消耗が大き
く、研削抵抗も大きくなることから、過大な研削抵抗に
より絶縁膜の基板への密着力が低下するおそれもある。
ングしながら研削するELID研削法を使用することに
より、摩耗が少ない硬い砥石(例えばメタルボンドダイ
ヤモンド砥石)を使用できるので、砥石先端部分の形状
の変形が少なく、高精度なスリット形状が得られる。ま
た、電解ドレッシングにより砥石先端部分の形状を長く
保持できるので、1度ツルーイングを行えば高能率な加
工が長時間行える。更に、銀層(導電膜)、アルミナ層
(絶縁膜)、鉄(基板)の複合した材料であっても、E
LID研削法によれば、小さい研削抵抗で高精度にでき
るので、絶縁膜の基板への密着力の低下もほとんど生じ
ない。従って、ELID研削法を使用することにより、
耐久性に優れ、かつ感度や性能はこれまで以上のものを
期待することができる。
からなる基板表面をサンドブラストもしくは、ケミカル
エッチング等をして表面に凹凸を付けるのがよい。この
方法により、容易に基板表面のアンカ力を向上させ、基
板と絶縁膜の密着力を印刷性等の影響なしに十分に高め
ることができる。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付して使用する。図1は、本発
明によるACMセンサの構成図である。この図におい
て、(A)は使用状態を示す平面図、(B)はその中央
部の検出部18の拡大図、(C)はそのC−C部分拡大
断面図である。
に、本発明のACMセンサ10は、基板12、絶縁膜1
4及び導電膜16からなる。基板12は、導電材料、例
えば鋼材料からなる。また、絶縁膜14は、基板12の
表面に成膜され、絶縁材料(例えばアルミナ)のみから
なる。また、導電膜16は、絶縁膜14の表面に成膜さ
れ、基板と異なる導電材料(例えば、金、銀、銅、アル
ミニウム等、又はこれらの合金)のみからなる。
8では、導電膜16、絶縁膜14及び基板12の一部が
導電膜から基板まで滑らかな勾配を形成して部分的にス
リット状に除去されている。特に、検出部18の導電膜
16の間に露出する基板12の表面12aも同時に除去
され、その部分の酸化被膜が完全に除去されている。
が0.1mm以上、導電膜の膜厚が0.05mm〜0.
07mmに従来の5倍以上に大きくなっている。更に、
検出部18におけるスリット間隔は、例えば溝ピッチが
2.0mm、溝幅が約1.0mmに均一に加工されてい
る。
の表面に成膜された絶縁膜14が絶縁材料のみからな
り、樹脂等の不純物を含まず、かつ厚くできるので、絶
縁膜14の抵抗を高めることができる。また、絶縁膜1
4の表面に成膜された導電膜16が導電材料のみからな
り、同様に樹脂等の不純物を含まず、かつ厚くできるの
で、導電膜16の抵抗を低減することができ、従って、
センサの感度を高めることができる。また、導電膜1
6、絶縁膜14が部分的にスリット状に除去されている
ので、この部分をACMセンサの検出部として機能させ
ることができる。更に、基板12の一部(表面12a)
まで除去されているので、基板表面の薄い酸化被膜を確
実に除去でき、センサ感度の低下を防ぎかつバラツキを
低減できる。また、導電膜16から基板12まで滑らか
な勾配を形成して除去されているので、導電膜16から
絶縁膜14を介して基板12まで流れる降雨等の稜線の
形が滑らかに形成され、感度を一定にすることができ
る。
ID研削装置の構成図である。この図に示すように、E
LID研削装置20は、導電性砥石22、ELID電極
24、ELID電源26、及び研削液供給装置28から
なる。導電性砥石22は、例えばダイヤモンド砥粒を含
む鋳鉄ボンド砥石である。またこの例では水平軸を中心
に回転駆動され、かつその外周面が図1に示した検出部
18のスリット部の断面形状に台形状に形成されてい
る。ELID電極24は、導電性砥石22の外周面から
ほぼ一定の間隔を隔てた対向面を有し、加工に支障のな
い位置(例えば砥石の上部)に位置決めされている。E
LID電源26は、電解ドレッシングに適した電圧をパ
ルス状に発生し、砥石22をプラス(+)に印加し、電
極24をマイナス(−)に印加する。研削液供給装置2
8は、導電性の研削液を砥石22と電極24の間に供給
する。この構成により、導電性砥石22の外表面を電解
ドレッシングにより目立てしながら、同時にこの導電性
砥石22でワーク(この例ではACMセンサの表面)を
研削加工することができる。
る。この図に示すように、本発明のACMセンサの製造
方法は、前処理工程30、絶縁膜溶射工程32、導電膜
溶射工程34、平坦化工程36及びスリット加工工程3
8からなる。
板12(例えば鋼材料)の表面をサンドブラストもしく
はケミカルエッチングをして表面に凹凸を付け、これに
より、基板表面のアンカ力を向上させる。
に絶縁材料(例えばアルミナ)を溶射して所望の厚さ
(例えば0.1mm以上)の絶縁膜14を成膜する。な
お、この際、適当な開口を有するマスク(遮蔽板)を使
用して、基板表面の一部を遮蔽し、この部分に絶縁膜を
成膜しないようにする。この部分は、図1(A)に示す
導線2aの結線に利用する。
面に基板12と異なる導電材料(例えば、金、銀、銅、
アルミニウム等、又はこれらの合金)を溶射し、所望の
厚さ(例えば0.05mm〜0.07mm)の導電膜1
6を成膜する。この際に、絶縁膜溶射工程32よりも小
さい開口を有するマスク(遮蔽板)を使用して、絶縁膜
14の表面の周辺部を遮蔽し、この部分に絶縁膜を成膜
しないようにする。この部分は、図1(A)に示す導線
4aの結線に利用する。上述した絶縁膜溶射工程32と
導電膜溶射工程34により、ACMセンサの中央部は、
基板、絶縁膜、導電膜の3層構造となる。
では、上述したELID研削装置20を使用して、導電
性砥石22を電解ドレッシングしながら研削するELI
D研削法を適用する。すなわち、平坦化工程36では、
導電性砥石22の外表面、或いは別の導電性砥石を用い
て導電膜16の表面を平滑に研削する。また、スリット
加工工程38では、導電性砥石22の外表面を一定のピ
ッチで送って、導電膜16及び絶縁膜14を図1に示し
たようにスリット状に研削除去する。
程30により基板表面のアンカ力を向上させた後に絶縁
膜14を溶射するので、基板12と絶縁膜14の密着力
を印刷性等の影響なしに十分に高めることができる。ま
た、絶縁膜溶射工程32及び導電膜溶射工程34で、そ
れぞれ純粋な絶縁材料、導電材料を使用できるので、不
純物による絶縁膜14の抵抗の低下、導電膜16の抵抗
の増加を共に防ぎ、センサ感度を向上させることができ
る。更に、溶射による成膜の厚さは自由に設定ができる
ので、従来よりも数倍厚くし、絶縁膜を剥離しにくくす
ることができる。更に、平坦化工程36で導電膜の表面
を平滑に研削するので、導電膜16の凹凸を無くし、降
雨等の濡れ性を均一化できる。また、スリット加工工程
38により導電膜及び絶縁膜をスリット状に研削除去す
ることにより、この除去部分をACMセンサの検出部と
して機能させることができる。更に、基板の一部まで除
去できるので、基板表面の薄い酸化被膜を確実に除去で
き、センサ感度の低下を防ぎかつバラツキを低減でき
る。また、このスリット加工工程38で導電膜から基板
までの勾配を均一にかつ最適化できるので、感度を高め
かつバラツキを低減することができる。
しながら研削するELID研削法を使用することによ
り、摩耗が少ない硬い砥石(例えばメタルボンドダイヤ
モンド砥石)を使用できるので、砥石先端部分の形状の
変形が少なく、高精度なスリット形状が得られる。ま
た、電解ドレッシングにより砥石先端部分の形状を長く
保持できるので、1度ツルーイングを行えば高能率な加
工が長時間行える。更に、銀層(導電膜)、アルミナ層
(絶縁膜)、鉄(基板)の複合した材料であっても、E
LID研削法によれば、小さい研削抵抗で高精度にでき
るので、絶縁膜の基板への密着力の低下もほとんど生じ
ない。従って、ELID研削法を使用することにより、
耐久性に優れ、かつ感度や性能はこれまで以上のものを
期待することができる。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更でき
ることは勿論である。
とその製造方法は、寿命が長く、感度が高く、出力のバ
ラツキが小さく、かつ製造時の歩留りが高く、コストダ
ウンが可能となる、等の優れた効果を有する。
の構成図である。
る。
導電ペースト、2a,4a 導線、5 計測機、10
ACMセンサ、12 基板、14 絶縁膜、16 導
電膜、20 ELID研削装置、22 導電性砥石、2
4 ELID電極、26 ELID電源、28 研削液
供給装置、30 前処理工程、32 絶縁膜溶射工程、
34 導電膜溶射工程、36 平坦化工程、38 スリ
ット加工工程
Claims (4)
- 【請求項1】 導電材料からなる基板(12)と、該基
板の表面に成膜された絶縁材料のみからなる絶縁膜(1
4)と、該絶縁膜の表面に成膜され基板と異なる導電材
料のみからなる導電膜(16)とからなり、 前記導電膜、絶縁膜及び基板の一部が導電膜から基板ま
で滑らかな勾配を形成して部分的にスリット状に除去さ
れている、ことを特徴とするACMセンサ。 - 【請求項2】 導電材料からなる基板表面のアンカ力を
向上させる前処理工程(30)と、基板表面に絶縁材料
を溶射して絶縁膜を成膜する絶縁膜溶射工程(32)
と、絶縁膜の表面に基板と異なる導電材料を溶射して導
電膜を成膜する導電膜溶射工程(34)と、導電膜の表
面を平滑に研削する平坦化工程(36)と、導電膜及び
絶縁膜をスリット状に研削除去するスリット加工工程
(38)とからなることを特徴とするACMセンサの製
造方法。 - 【請求項3】 前記平坦化工程及び/又はスリット加工
工程において、導電性砥石を電解ドレッシングしながら
研削するELID研削法を使用する、ことを特徴とする
請求項2に記載のACMセンサとその製造方法。 - 【請求項4】 前記前処理工程において、導電材料から
なる基板表面をサンドブラストして表面に凹凸を付け
る、ことを特徴とする請求項2に記載のACMセンサと
その製造方法。
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