JP2005207813A

JP2005207813A - 腐食度センサー、その製造方法、及び測定システム

Info

Publication number: JP2005207813A
Application number: JP2004013158A
Authority: JP
Inventors: Iwakichi Takahashi; 岩吉高橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2024-01-21
Also published as: JP4224704B2

Abstract

【課題】結露しない屋内でも使用できると共に、使用環境にかかわらず腐食度を短期間に効率よく測定することができる腐食度センサーを提供する。
【解決手段】大気環境の腐食度を測定するセンサーは、エポキシ樹脂から成る絶縁体４と、絶縁体４上に配置され、りん青銅から成る導体２と、導体２表面上を被覆し、りん青銅の銅の拡散を制御するニッケルめっき皮膜と、ニッケルめっき皮膜表面上を被覆し、りん青銅の銅の被拡散皮膜となるはんだめっき皮膜とを有し、大気環境中の少なくとも腐食要因物質の濃度に応じてりん青銅の銅の拡散がニッケルめっき皮膜を介してはんだめっき皮膜へ進行するときのその銅の拡散の割合に応じて導体２の電気抵抗値が変化する関係に基づき、大気環境の腐食度を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、腐食度センサー、その製造方法、及び測定システムに関し、とくに屋内環境の腐食度を効率よく測定する技術に関する。

従来の腐食度センサーとしては、異種金属を接触させ、濡れることで発生する電圧を測定する方法を用いたものが知られている。また、他のタイプの腐食度センサーとしては、例えば電気的に直列接続された複数の被検雰囲気中で腐食しやすい金属からなる接点の両端の抵抗値の変化を検知する環境監視装置（例えば、特許文献１参照）、大気中に含まれる腐食性ガスにより腐食する印刷配線板のパターンを用いてその断線の有無を測定する腐食監視装置（例えば、特許文献２参照）、及び互いに近接配置された２つ以上の金属電極の腐食により発生する電流により腐食を検出する腐食センサー（例えば、特許文献３参照）等が知られている。
実開昭６２−１０６１５２号公報特開平３−１５８７４８号公報特開平６−１８６１９６号公報

しかしながら、前述した従来の腐食度センサーでは、結露しない屋内では、異種金属間に電圧が発生しないため、使用できないという問題があった。また、特許文献１乃至３のセンサーは、腐食度を短期間に測定することを意識したものではなく、使用環境によっては長時間の測定が必要になって測定効率が低下するという問題があった。

本発明では、従来の問題点を解決するため、結露しない屋内でも使用できると共に、使用環境にかかわらず腐食度を短期間に効率よく測定することができる腐食度センサーを提供することを目的とする。

本発明では、従来の問題点を解決するため、金属の拡散の性質を用いて電気抵抗変化を測定するものであり、屋内環境の腐食要因物質であるＮａＣｌ、ＳＯ_Ｘなどの濃度、湿度及び気流などの影響により、例えば腐食度センサー導体の素材として使用するりん青銅の銅が、はんだめっき皮膜に拡散する割合に応じて、腐食度センサー導体の電気抵抗値の変化を求めることで、屋内環境の腐食度を測定するものである。

本発明は、このような着想のもとに完成されたものである。

すなわち、本発明に係る腐食度センサーは、大気環境の腐食度を測定するセンサーにおいて、絶縁体と、前記絶縁体上に配置され、所定の金属を含む導体と、前記導体表面上を被覆し、前記金属の拡散を制御する所定厚さの第１の皮膜と、前記第１の皮膜表面上を被覆し、前記金属の被拡散皮膜となる第２の皮膜とを有し、前記大気環境中の腐食要因物質の濃度及びその他の環境条件に応じて前記金属の拡散が前記導体から前記第１の皮膜を介して前記第２の皮膜へ進行するときの該金属の拡散の割合に応じて前記導体の電気抵抗値が変化する関係に基づき、前記大気環境の腐食度を測定することを特徴とする。

本発明においては、１）前記金属は銅である、２）前記導体はりん青銅から成る、３）前記第１の皮膜はニッケル材料で成る、４）前記第２の皮膜ははんだ材料で成る、５）前記導体は前記絶縁体上にジグザグ状に配置される、６）前記導体は前記絶縁体上に平面状に配置される等の態様が可能である。

また、本発明に係る腐食度センサーの製造方法は、大気環境の腐食度を測定するセンサーの製造方法であって、所定の金属を含む導体を絶縁体上に設ける工程と、前記導体上に前記金属の拡散を制御する所定厚さの第１の皮膜を形成する工程と、前記第１の皮膜上に前記金属の被拡散皮膜となる第２の皮膜を形成する工程とを有することを特徴とする。

この場合、前記第１の皮膜を形成する前に、前記導体を所定形状に形成する工程をさらに有してもよい。

さらに、本発明に係る測定システムは、上記いずれかに記載の腐食度センサーと、前記腐食度センサーの導体の両端に接続される抵抗計とを有することを特徴とする。

本発明によれば、金属の拡散の性質を利用して導体の電気抵抗値の変化を測定するため、結露する屋内でも使用することができると共に、金属の拡散を抑制する第１の皮膜の厚さを調整することで導体からその第１の皮膜を介し第２の皮膜へ拡散する金属の拡散進行時間を早くしたり遅くしたりするといった制御が可能になるため、使用環境にかかわらず腐食度を短期間に効率よく測定することができる。

次に、本発明に係る腐食度センサー、その製造方法、及び測定システムを実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施例の腐食度センサーを用いた測定システムの全体構成を説明するものである。図１に示す測定システムは、絶縁板４上にジグザグ形状の導体２を設置し、その導体２の両端に電気抵抗測定用の端子３、３を設けた構造をもつ屋内環境の腐食度を測定する腐食度センサー１を有する。この腐食度センサー１には、導体２の電気抵抗の変化を離れた箇所でも測定できるように、両端子３、３にリード線５を介して抵抗計（電圧計）６が接続される。抵抗計６内、又は、これに接続される外部には測定システム全体の動作を制御するコントローラ（図示しない）が搭載される。

導体２には、りん青銅が使用される。これは、入手の容易性、また経験上、拡散しやすい材料である等のためである。このりん青銅表面上には、銅の拡散を制御するためにニッケルめっき皮膜が形成される。さらにそのニッケルめっき皮膜表面上には、銅の被拡散皮膜として、はんだめっき皮膜が形成される。本実施例では、この導体２は、屋内環境の大気に触れる導体表面積を増やす等の理由により、一例としてジグザグ形状に形成しているが、本発明はこれに限らず、他の形状であってもよい。

図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施例の腐食度センサーの製造方法を説明するものである。

まず、図２（ａ）に示す接着工程にて、エポキシ樹脂からなる絶縁板４にりん青銅２０１をエホ゜キシ系の接着剤２０２で貼り付ける。

次いで、図２（ｂ）に示すエッチング工程にて、りん青銅２０１をジグザグ形状に沿ったパターンでエッチングし、センサー回路２０３を形成する。この工程で用いるエッチング方法及び条件については、りん青銅２０１に適用可能なものであれば、例えばドライエッチングや、ウエットエッチング等、いずれのものでもよい。

次いで、図２（ｃ）に示すニッケルめっき工程にて、りん青銅２０１の銅の拡散を制御するためにりん青銅２０１表面にニッケル材料を用いたニッケルめっきを行い、厚さ０．５〜２μｍのニッケルめっき皮膜２０４を形成する。この工程で用いるニッケルめっき方法及び条件については、形成されるニッケルめっき皮膜２０４の厚さを所定範囲に制御可能なものであれば、例えば湿式めっきや、乾式めっき等、いずれでもよい。

そして、図２（ｄ）に示すはんだめっき工程にて、はんだ材料（Ｓｎ−Ｐｂ系合金）を用いたはんだめっきを行い、厚さ１〜２μｍの被拡散皮膜であるはんだめっき皮膜２０５を形成する。この工程で用いるはんだめっき方法及び条件については、形成されるはんだめっき皮膜の厚さを所定範囲に制御可能なものであれば、例えば湿式めっきや、乾式めっき等、いずれでもよい。

次に、本実施例の腐食度センサーの動作について、図１及び図２を参照して説明する。

まず、測定する屋内環境下に腐食度センサー１を設置し、腐食度センサー１の導体２の両端子３、３にリード線５を介して抵抗計６を接続する。これで、導体２の電気抵抗を測定可能となる。

さて、屋内環境に腐食要因物質であるＮａＣｌ、ＳＯ_Ｘが存在すると気流などで飛散し、導体２表面、すなわちはんだめっき皮膜２０５上に付着する。この環境要因物質は、湿度、温度などの環境条件により、はんだめっき皮膜２０５及びその下のニッケルめっき皮膜２０４内に内在するピンホールを介し、りん青銅２０１の界面に達する。この環境要因物質の影響により、導体２内において銅の拡散が開始し、りん青銅２０１の銅の拡散がニッケルめっき皮膜２０４を介してはんだめっき皮膜２０５へ進行していく。

その結果、りん青銅２０１の銅が、ニッケルめっき皮膜２０４を介してはんだめっき皮膜２０５に拡散する割合に応じて、導体１の電気抵抗が変化する。この電気抵抗変化は、抵抗計６にて検出される。この場合、抵抗計６は、例えば上記コントローラ（図示しない）内のタイマで設定された所定時間毎に生成される割り込み信号をトリガとして、導体１の電気抵抗値を検出し、その検出値と予め設定された基準値（例えば、測定開始時の導体１の初期抵抗値）との差分値として、電気抵抗の単位時間当たりの変化率（ΔΩ／ｔ）を測定する等により、電気抵抗変化を測定する。

そして、上記で測定される電気抵抗の変化率が、腐食要因物質の濃度、気流の強さ、及び湿度が高い程、すなわち屋内環境の腐食度（一定期間における腐食の平均進行速度で、単位面積あたりの腐食量をその期間で除して求められる値）が大きい程、大きくなるという関係に基づき、上記導体１の電気抵抗値の変化率の測定値から屋内環境の腐食度を測定することができる。この場合、電気抵抗値の変化率と屋内環境の腐食度との関係を規定するデータは、例えば上記コントローラ（図示しない）内に予めテーブルとして保持しておくことが可能である。この場合、抵抗計６は、電気抵抗の単位時間当たりの変化率を示すアナログ信号を上記コントローラ内のＡ／Ｄ変換器にてデジタル信号に変換し、そのデジタル信号に基づき上記テーブルを参照して屋内環境の腐食度を求める等が可能である。これにより求められた腐食度に関するデータは、抵抗計６内に内蔵され又は外部に搭載される表示装置にて表示、或いはプリンタにて印刷可能となっている。

従って、本実施例によれば、従来のように異種金属を接触させ、濡れることで発生する電圧を測定する方法を使用しないで、金属の拡散の性質を利用して電気抵抗変化を検出しこれに基づき腐食度を測定することができることから、結露しない屋内でも使用できると共に、りん青銅２０１の銅のはんだめっき皮膜２０５への拡散の進行速度時間をその銅の拡散経路の途中に位置するニッケルめっき皮膜２０４の厚さを調整することで制御することができるため、使用環境にかかわらず腐食度を短期間に効率よく測定することができる。

なお、本実施例では、拡散の性質を示す金属として銅を用いているが、その他、銅と同様の拡散の性質を示す他の金属でも適用可能である。また、屋内腐食度センサーの導体１として、りん青銅２０１を用いているが、本発明はこれに限定されず、例えば真鍮（黄銅）、洋白（洋銀）などの銅合金でも適用可能である。また、本実施例では、ニッケルめっき皮膜２０４上にはんだめっき皮膜２０５を形成しているが、本発明はこれに限定されず、例えばはんだめっきに替えて金めっきや銀めっき等を用いることも可能である。

また、本実施例では、屋内腐食度センサーとしての利用を主眼とするものであり、このために導体１をジグザグ形状としているが、この場合、雨水が接触する屋外では大気との接触面積が大きいために雨水の影響を受けやすく、電気抵抗測定には不利となる。そこで、本発明の他の実施例に係る腐食度センサーを用いた測定システムとして、図３に示す腐食度センサー３０１を用いることもできる。この腐食度センサー３０１では、上記ジグザグ形状の導体１に替えて、大気との接触面積を少なくした平面形状の導体３０２を用いている。これにより、雨水の影響が受けにくくなり、雨水が接触する屋外でも導体３０２の電気抵抗を測定できるため、屋外腐食度センサーとして使用することができる。

本発明は、屋外又は屋内の腐食度センサーや、環境分析装置の用途にも適用できる。

本発明の一実施例に係る腐食度センサーを用いた測定システムの全体構成図である。（ａ）〜（ｂ）は、本発明の一実施例に係る腐食度センサーの製造方法を説明する図である。本発明の他の実施例に係る腐食度センサーを用いた測定システムの全体構成図である。

符号の説明

１、３０１腐食度センサー
２、３０２導体
３端子
４絶縁板
５リード線
６抵抗計
２０１りん青銅
２０２接着剤
２０３センサー回路
２０４ニッケルめっき皮膜
２０５はんだめっき皮膜
１腐食度センサー
２導体

Claims

大気環境の腐食度を測定するセンサーにおいて、
絶縁体と、
前記絶縁体上に配置され、所定の金属を含む導体と、
前記導体表面上を被覆し、前記金属の拡散を制御する所定厚さの第１の皮膜と、
前記第１の皮膜表面上を被覆し、前記金属の被拡散皮膜となる第２の皮膜とを有し、
前記大気環境中の腐食要因物質の濃度及びその他の環境条件に応じて前記金属の拡散が前記導体から前記第１の皮膜を介して前記第２の皮膜へ進行するときの該金属の拡散の割合に応じて前記導体の電気抵抗値が変化する関係に基づき、前記大気環境の腐食度を測定することを特徴とする腐食度センサー。
前記金属は、銅であることを特徴とする請求項１に記載の腐食度センサー。
前記導体は、りん青銅から成ることを特徴とする請求項２に記載の腐食度センサー。
前記第１の皮膜は、ニッケル材料で成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の腐食度センサー。
前記第２の皮膜は、はんだ材料で成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の腐食度センサー。
前記導体は、前記絶縁体上にジグザグ状に配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の腐食度センサー。
前記導体は、前記絶縁体上に平面状に配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の腐食度センサー。
大気環境の腐食度を測定するセンサーの製造方法であって、
所定の金属を含む導体を絶縁体上に設ける工程と、
前記導体上に前記金属の拡散を制御する所定厚さの第１の皮膜を形成する工程と、
前記第１の皮膜上に前記金属の被拡散皮膜となる第２の皮膜を形成する工程とを有することを特徴とする腐食度センサーの製造方法。
前記第１の皮膜を形成する前に、前記導体を所定形状に形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項８記載の腐食度センサーの製造方法。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の腐食度センサーと、
前記腐食度センサーの導体の両端に接続される抵抗計とを有することを特徴とする測定システム。