(57)【要約】【課題】クラックや膜剥がれの発生が防止されており、かつ良好な耐湿性を奏する絶縁膜が形成された絶縁膜付き金属材料。【解決手段】金属材料と、前記金属材料の表面の少なくとも一部を覆う絶縁膜と、を有し、前記絶縁膜は、前記金属材料の表面に直接設けられており、粘土鉱物を含有する塗膜で構成される絶縁性の第１層と、前記金属材料の表面において、少なくとも一部が前記第１層の表面に重ねて設けられており、前記第１層より絶縁性および耐湿性の高い第２層と、を有する絶縁膜付き金属材料。【選択図】図２
2020148630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料と、前記金属材料の表面の少なくとも一部を覆う絶縁膜と、を有し、
前記絶縁膜は、前記金属材料の表面に直接設けられており、粘土鉱物を含有する塗膜で構成される絶縁性の第１層と、
前記金属材料の表面において、少なくとも一部が前記第１層の表面に重ねて設けられており、前記第１層より絶縁性および耐湿性の高い第２層と、を有する絶縁膜付き金属材料。
【請求項２】
前記粘度鉱物は、スメクタイトであることを特徴とする請求項１に記載の絶縁膜付き金属材料。
【請求項３】
前記第２層は、シリコン系酸化物、アルミニウム系酸化物、ジルコニウム系酸化物、マグネシウム系酸化物、カルシウム系酸化物、チタン系酸化物、ハフニウム系酸化物、シリコン系窒化物、シリコン系酸窒化物およびシリコン系炭化物から選ばれる少なくとも一つを含む膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁膜付き金属材料。
【請求項４】
前記第２層は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂から選ばれる少なくとも一つを含む膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁膜付き金属材料。
【請求項５】
前記金属材料は、クロムおよびニッケルから選ばれる少なくとも一つを含む合金鋼であることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の絶縁膜付き金属材料。
【請求項６】
前記金属材料は、クロムを１５〜２５％、かつ、ニッケルを３〜１５％含む合金鋼であることを特徴とする、請求項５に記載の絶縁膜付き金属材料。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の絶縁膜付き金属材料と、
前記金属材料に対して、前記絶縁膜の表面に重ねて設けられる検出回路と、を有し、
前記金属材料の表面のうち、前記検出回路が設けられる側とは反対側の面が、検出対象である流体の圧力を受ける受圧面である圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に絶縁膜を有する金属材料およびこれを用いた圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサや圧力トランデューサなどの分野において、金属などで形成される基材の表面に絶縁膜を形成し、絶縁膜の上に検出回路を設けるものが知られている。検出回路としては、たとえば圧抵抗効果（ピエゾ抵抗効果ともいう）を利用して、ステムの底壁部（メンブレン、またはダイアフラムともいう）の歪を抵抗変化により検出するものがある。このような圧力センサでは、絶縁膜が、ステムと検出回路との間の絶縁性を確保することにより、検出回路による適切な圧力検出を実現する。
【０００３】
しかしながら、金属材料の表面には、微細な凹凸が形成されているため、薄膜形成された絶縁膜にクラックや剥がれが生じて、検出回路の絶縁性に問題を生じる場合があった。また、金属表面の形状をトレースしながら薄膜が形成されることにより、絶縁膜の表面にも凹凸が残り、検出回路などを絶縁膜の上に形成する際に、問題が生じる場合があった。
【０００４】
微細な凹凸が形成された表面に絶縁膜を形成する技術としては、たとえば、成膜後に突出した部分をエッチングする技術（特許文献１参照）が開示されている。しかしながら、このような技術は、事前に凹凸の位置が分かっている導体パターンによる凹凸を被覆する場合には有効であるが、凹凸の場所を事前に把握することが難しい金属材料の表面に形成する絶縁膜に適用することは難しい。
【０００５】
また、たとえば、微細な凹凸が形成されている表面に、平らな絶縁膜を形成する他の技術として、スピンオングラス（ＳＯＧ）と呼ばれる技術（特許文献２参照）も開示されている。しかしながら、このような技術で形成されたガラスの絶縁膜は、可撓性が不足していることに起因して、剥離やクラックの発生の問題がある。また、低粘性スメクタイト粘土鉱物と水溶性有機溶剤と界面活性剤とを含有するコーティング組成物を用いて、金属表面に絶縁膜を形成する技術も開示されているが（特許文献３参照）、このような絶縁膜は、高湿環境における絶縁性に課題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２３７９１１号公報
【特許文献２】特開平３ー２５４１４３号公報
【特許文献３】特開平２０１６ー１６４２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされ、クラックや膜剥がれの発生が防止されており、かつ良好な耐湿性を奏する絶縁膜が形成された絶縁膜付き金属材料およびこれを用いる圧力センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る絶縁膜付き金属材料は、
金属材料と、前記金属材料の表面の少なくとも一部を覆う絶縁膜と、を有し、
前記絶縁膜は、前記金属材料の表面に直接設けられており、粘土鉱物を含有する塗膜で構成される絶縁性の第１層と、
前記金属材料の表面において、少なくとも一部が前記第１層の表面に重ねて設けられており、前記第１層より絶縁性および耐湿性の高い第２層と、を有する。
【０００９】
本発明に係る絶縁膜付き金属材料は、凹凸のある金属材料の表面に設けられている絶縁膜の第１層が、粘土鉱物を有する塗膜で構成されている。このような第１層は、金属材料の表面にある微細な凹凸を埋めて、平坦な膜を形成することができるとともに、金属表面に対して優れた密着性を示し、クラックや膜剥がれの発生を防止する。また、第１層の表面に重ねて設けられる第２層は、第１層より絶縁性および耐湿性が高いため、高湿環境などにおいて第１層の絶縁性の低下を防ぎ、絶縁膜の絶縁性を維持する効果を奏する。したがって、このような２層構造の絶縁膜を有する絶縁膜付き金属材料における絶縁膜は、クラックや膜剥がれの発生が防止されており、かつ良好な耐湿性を奏する。
【００１０】
また、たとえば、前記粘度鉱物は、スメクタイトであってもよい。
【００１１】
第１層に含まれる粘土鉱物は特に限定されないが、粘土鉱物をスメクタイトとすることにより、第１層が特に良好な耐熱性を奏する。
【００１２】
また、たとえば、第２層は、シリコン系酸化物、アルミニウム系酸化物、ジルコニウム系酸化物、マグネシウム系酸化物、カルシウム系酸化物、チタン系酸化物、ハフニウム系酸化物、シリコン系窒化物、シリコン系酸窒化物およびシリコン系炭化物から選ばれる少なくとも一つを含む薄膜であってもよい。
【００１３】
このような第２層を有することにより、高温環境における絶縁膜の特性変化を公的に防止することができ、このような絶縁膜付き金属材料は、優れた耐熱性を有する。
【００１４】
また、たとえば、前記第２層は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂から選ばれる少なくとも一つを含む膜であってもよい。
【００１５】
このような第２層を有することにより、絶縁膜の可撓性が良好になるため、絶縁膜におけるクラックの発生などを、より好適に防止できる。
【００１６】
また、たとえば、前記金属材料は、クロムおよびニッケルから選ばれる少なくとも一つを含む合金鋼であってもよい。
また、たとえば、前記金属材料は、クロムを１５〜２５％、かつ、ニッケルを３〜１５％含む合金鋼であってもよい。
【００１７】
金属材料がこのような合金鋼であることにより、機械的強度を向上させることができ、クロムおよびニッケルの含有量を所定の範囲とすることにより、耐食性をさらに高めることができる。
【００１８】
本発明に係る圧力センサは、上記いずれかに記載の絶縁膜付き金属材料と、
前記金属材料に対して、前記絶縁膜の表面に重ねて設けられる検出回路と、を有し、
前記金属材料の表面のうち、前記検出回路が設けられる側とは反対側の面が、検出対象である流体の圧力を受ける受圧面である。
【００１９】
このような圧力センサは、検出回路と金属材料とを絶縁する絶縁膜におけるクラックや膜剥がれの発生が防止されるため、好適な耐久性および信頼性を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る絶縁膜付き金属材料を用いた圧力センサの模式断面図である。
【図２】図２は、図１に示す圧力センサにおける絶縁膜付き金属材料の模式断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサにおける絶縁膜付き金属材料の模式図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサにおける絶縁膜付き金属材料の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１９を用いた圧力センサ１０の概略断面図である。圧力センサ１０は、金属材料としてのステム２０を有する絶縁膜付き金属材料１９と、ステム２０へ圧力を伝える流路１２ｂが形成されている接続部材１２と、接続部材１２に対してステム２０を固定する抑え部材１４とを有する。また、圧力センサ１０は、絶縁膜付き金属材料１９の上部に設けられる検出回路５０や、検出回路５０に対して接続配線８２などにより配線される基板部７０などをさらに有する。
【００２２】
図１に示すように、接続部材１２の外周には、圧力センサ１０を測定対象に対して固定するためのねじ溝１２ａが形成されている。ねじ溝１２ａを介して圧力センサ１０を固定することにより、接続部材１２の内部に形成されている流路１２ｂは、測定対象である流体で満たされる圧力室に対して、気密に連通する。
【００２３】
図１に示すように、絶縁膜付き金属材料１９は、有底（上底）筒状の外形状を有しており、接続部材１２における流路１２ｂの一方の端部に設けられる。ステム２０は、開口側（Ｚ軸負方向側）にフランジ部２１が設けられており、抑え部材１４と接続部材１２との間にフランジ部２１が挟み込まれることにより、絶縁膜付き金属材料１９が、接続部材１２に対して固定される。ステム２０の開口と接続部材１２の流路１２ｂとは、抑え部材１４を用いて気密に連結されており、測定対象の流体の圧力が、ステム２０の底壁部２２（図２参照）に伝えられる。
【００２４】
図２は、図１に示す絶縁膜付き金属材料１９の拡大断面図である。絶縁膜付き金属材料１９は、金属材料としてのステム２０と、ステム２０の表面の少なくとも一部を覆う絶縁膜４０とを有する。ステム２０は、ＸＹ平面方向に延びる略円形板状の底壁部２２（図３（ａ）参照）と、底壁部２２の外周縁に接続してＺ軸負方向に延びる略円筒状の側壁部２５とを有する。
【００２５】
また、ステム２０は、側壁部２５におけるＺ軸負方向端部において外径方向に突出するフランジ部２１を有するが、ステム２０の形状としては、実施形態に示すもののみには限定されず、たとえば、ステムは、フランジ部を有しない有底円筒形状であってもよい。
【００２６】
ステム２０の材料としては、特に限定されないが、たとえば炭素鋼や合金鋼などの鉄系合金や、他の金属および合金が挙げられる。また、絶縁膜付き金属材料１９およびこれを用いる圧力センサ１０の機械的強度を向上させる観点から、ステム２０の材料は、クロムおよびニッケルから選ばれる少なくとも一つの合金元素を含む合金鋼であることが好ましい。また、機械的強度の向上に加えて、高湿環境などでの耐食性を向上させる観点から、ステム２０の材料は、クロムを１５〜２５％、かつ、ニッケルを３〜１５％含む合金鋼であることが好ましい。
【００２７】
また、本実施形態では、図２に示すように、絶縁膜付き金属材料１９を用いた圧力センサ１０を例示して説明を行っているが、絶縁膜付き金属材料１９の適用対象としては、圧力センサのみには限定されない。たとえば、絶縁膜付き金属材料１９は、ひずみゲージや、トルクセンサ、加速度センサなど、圧力センサ以外のセンサなどに用いることができる。また、絶縁膜付き金属材料１９の形状も、図１および図２に示すような有底円筒形状に限定されず、板状、柱状、ドーム状、多角形状その他の形状など、適用対象に応じて他の形状をとり得る。
【００２８】
図２に示すように、絶縁膜４０は、ステム２０の外表面全体を覆うように形成されている。絶縁膜４０は、ステム２０と検出回路５０との絶縁性を確保する。図２では、絶縁膜４０の厚みを、実際より厚く記載している。
【００２９】
図２に示すように、絶縁膜４０は、いずれも絶縁性の第１層４２および第２層４４とを有しており、多層（実施形態では２層）構造になっている。絶縁膜４０の第１層４２は、ステム２０の外表面に直接設けられており、粘土鉱物を有する塗膜で構成される。絶縁膜４０の第２層４４は、ステム２０の外表面において、第１層４２の表面に重ねて設けられている。第１層４２と第２層４４の他の特徴については、後ほど詳述する。
【００３０】
絶縁膜４０は、ステム２０の外表面のうち、外底面２４と、裾野部２８と、外側面２７と、段差面３４とに設けられている。外底面２４は、ステム２０の上方（Ｚ軸正方向）側の端面であり、円形の平面状である。外側面２７は、外底面２４に対して交差する方向に延びている。図３に示す外側面２７は、外底面２４の延びる方向（Ｘ軸およびＹ軸方向）に対して略垂直な方向（Ｚ軸方向）に延びており、円筒側面形状である。
【００３１】
裾野部２８は、外底面２４を取り囲むように形成されている。裾野部２８は、図２に示すように、外底面２４に平行な方向であるＹ方向又はＸ方向から見て外底面２４および外側面２７とは異なる方向を向く面で構成され、外底面２４と外側面２７とを接続する。このような裾野部２８を有するステム２０は、裾野部２８の上に形成される絶縁膜４０での応力集中を低減することができる。また、裾野部２８を絶縁膜で覆うことにより、図１に示す検出回路５０を、ステム２０の外底面２４全体若しくは外底面２４の広い領域に設けることが可能となるので、圧力センサ１０の小型化に資する。
【００３２】
図２に示すように、ステム２０の内表面は、受圧内面２３と、内側面２６とを有する。受圧内面２３は、底壁部２２における外底面２４の反対面であって、測定対象である流体からの圧力を受ける。受圧内面２３も、外底面２４と同様に平面状であるが、外底面２４がＺ軸正方向側を向く面であるのに対して、受圧内面２３はＺ軸負方向側を向く面である。
【００３３】
ステム２０の底壁部２２は、検出回路５０が設けられる側とは反対側の面が、検出対象である流体の圧力を受ける受圧内面２３となっている。受圧内面２３が流体からの圧力を受けることにより変形し、底壁部２２の少なくとも一部がメンブレン（またはダイアフラム）として機能する。ステム２０の底壁部２２の厚みは、測定対象である流体の圧力を受けて適切な変形を生じるように定められ、たとえば側壁部２５の厚みに比べて、薄くすることができる。
【００３４】
図２に示されるように、圧力センサ１０では、受圧内面２３とは反対面である外底面２４に、絶縁膜４０を介して検出回路５０が設けられ、検出回路５０により、底壁部２２の変形および流体の圧力を検出する。図１に示す検出回路５０としては、たとえば、圧抵抗効果（ピエゾ抵抗効果ともいう）を利用して、底壁部２２の変形および流体の圧力を検出する回路が挙げられるが、これのみには限定されない。
【００３５】
検出回路５０は、ステム２０の外底面２４に対して、絶縁膜４０の表面に重ねて設けられている。図１に示す検出回路５０は、たとえば、絶縁膜４０の上に機能膜を形成し、機能膜に対して、レーザー加工や、スクリーン印刷のような半導体加工技術による微細加工を行うことにより形成される。
【００３６】
図２に示すように、絶縁膜４０は、ステム２０の外表面である外底面２４、裾野部２８および外側面２７などに直接接触して、これらを覆うように設けられる。絶縁膜４０は、ステム２０の外表面と、検出回路５０および機能膜との間に形成されている。検出回路５０および機能膜は、絶縁膜４０によって隔てられており、ステム２０に対しては接触しない。
【００３７】
絶縁膜４０は、ステム２０の外表面のうち、外底面２４の全体を覆い、かつ、外底面２４と外側面２７とを接続する裾野部２８の少なくとも一部を覆うように設けられる。ただし、絶縁膜４０は、外底面２４および裾野部２８の全体を覆っていてもよく、図２に示すように、外底面２４および裾野部２８に加えて、外側面２７や段差面３４の少なくとも一部を覆っていてもよい。
【００３８】
絶縁膜４０は、ステム２０と検出回路５０との絶縁性を確保する。なお、図２では、絶縁膜４０は薄膜などで構成され、絶縁膜４０の厚みは、ステム２０の肉厚などに比べて薄い。
【００３９】
絶縁膜４０の第１層４２は、粘土鉱物を含有する塗膜で構成されており、たとえば、スプレイコート法、スピンコート法、ディップコート法、スクリーン印刷、ロールコート法などの手法で形成することができるが、第１層４２の形成方法は特に限定されない。また、第１層４２の塗膜形成に用いる塗料組成物としては、粘土鉱物を含む無機材料と、水溶性有機溶剤と、界面活性材とを含有するものが挙げられる。
【００４０】
塗膜および塗料組成物に含有される粘土鉱物としては、スメクタイト粘土鉱物が好ましい。スメクタイト粘土鉱物としては、たとえば、モンモリロナイト、ハイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチーブンサイトなどが挙げられる。第１層４２に用いる塗料組成物に含まれるスメクタイト粘土鉱物としては、低粘性スメクタイト粘土鉱物が好ましい。低粘性スメクタイト粘土鉱物は、水相に分散してもゲル化せず低粘度のゾル状態が維持される。また、塗膜および塗料組成物には、シリカゾル系、アルミナゾル系、アルカリ金属ケイ酸塩系、リン酸塩系などの無機結合剤が含まれることが好ましい。
【００４１】
第１層４２に用いる塗料組成物に含まれる水溶性有機溶剤としては、アルコール系溶剤や、グリコールエーテル系溶剤や、ケトン系溶剤などが挙げられる。また、第１層４２に用いる塗料組成物に含まれる界面活性剤としては、たとえば、ノニオン系界面活性材が挙げられる。
【００４２】
このような粘土鉱物を含有する塗膜で構成される第１層４２は、ステム２０の外底面２４に対する密着性が良好であるため、絶縁膜４０の剥離を好適に防止できる。また、第１層４２は塗膜で構成されるため、ステム２０の外底面２４にある微細な凹凸を塗膜が埋め、平滑な表面を得ることができる。また、スメクタイト粘土鉱物を含有する第１層４２は、耐熱性に優れている。
【００４３】
第２層４４は、第１層４２の上に重ねて形成されており、第１層４２は、第２層４４とステム２０の外表面との間に挟まれる。第２層４４は、第１層４２より絶縁性及び耐湿性が高い。なお、ここでいう「耐湿性が高い」とは、高湿環境下（温度６０℃、湿度９３％）での放置試験後における材料（膜）の重量変化率が少ないことを意味し、「絶縁性が高い」とは、体積低効率または電気抵抗率が高いことを意味する。
【００４４】
たとえば、第２層４４は、酸化ケイ素などのシリコン系酸化物、アルミナなどのアルミニウム系酸化物、ジルコニウム系酸化物、マグネシウム系酸化物、カルシウム系酸化物、チタン系酸化物、ハフニウム系酸化物、窒化ケイ素などのシリコン系窒化物、シリコン酸窒化物などのシリコン系酸窒化物およびシリコン系炭化物から選ばれる少なくとも一つを含む膜である。このような膜で構成される第２層４４は、たとえば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などの気相法や、液相法などの薄膜形成法により、形成することができる。
【００４５】
また、たとえば、第２層４４は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂から選ばれる少なくとも一つを含む膜であってもよい。このような膜で構成される第２層４４は、たとえば第１層４２と同様の液相法、気相法またはこれらの樹脂を含む塗料組成物の塗布などの方法により、形成することができる。
【００４６】
図１に示す圧力センサ１０は、たとえば以下のような製造工程により製造される。まず、圧力センサ１０の製造では、図２に示す絶縁膜付き金属材料１９を製造する。絶縁膜付き金属材料１９の製造では、まず、図３に示すようなステム２０を製造する。ステム２０は、たとえば所定の金属材料に対してプレス、切削、研磨などの機械加工を行うことにより、製造される。図３に示す裾野部２８は、たとえば、外底面２４に対して外側面２７が垂直に接続された中間製造物を製造したのち、中間製造物において外底面２４と外側面２７が接続するコーナーの部分に対して、研磨などの機械加工を施すことにより形成することができる。
【００４７】
次に、ステム２０の外表面に、第１層４２および第２層４４を有する絶縁膜４０を形成し、図２に示すような絶縁膜付き金属材料１９を得る。
【００４８】
さらに、ステム２０の外底面２４に形成された絶縁膜４０の上に、検出回路５０を形成するための機能膜を形成し、機能膜に対して半導体加工技術による微細加工を行うことにより、検出回路５０を形成する。さらに、図１に示すように、絶縁膜４０および検出回路５０が形成されたステム２０を接続部材１２などに固定するとともに、基板部７０と検出回路５０とを繋ぐ接続配線８２を、ワイヤボンディングなどにより形成することにより、図１に示すような圧力センサ１０を製造することができる。
【００４９】
検出回路５０を形成する機能膜のステム２０に対する形成方法は特に限定されないが、たとえば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ゾル・ゲル法などにより製造することができる。機能膜の材質としては、シリコンなどの半導体や、良導体の金属などが挙げられるが、特に限定されない。絶縁膜４０を構成する第１層４２および第２層４４の形成方法および材質は、上述したとおりである。
【００５０】
また、検出回路５０を形成する機能膜や絶縁膜４０のパターニング法として、半導体加工技術であるフォトパターニング法などを用いることができる。なお、ステム２０が図２に示すような裾野部２８を有していることにより、機能膜や絶縁膜４０のパターニング・形成工程において、レジストや薄膜が、垂直なエッジ部分において不均一となる問題を、効果的に防止することができる。
【００５１】
圧力センサ１０に含まれるステム２０の大きさは特に限定されないが、たとえば、図２に示す外側面２７の直径は、３ｍｍ〜２０ｍｍとすることができる。また、ステム２０に形成される絶縁膜４０の厚みも特に限定されないが、たとえば第１層４２は１〜１０μｍとすることができ、第２層４４は５００ｎｍ〜１００μｍとすることができる。なお、第１層４２と第２層４４とは、ほぼ同じ厚みであってもよく、第１層４２の方が第２層４４より厚くてもよく、第２層４４の方が第１層４２より厚くてもよい。
【００５２】
以上のように、図２に示すような絶縁膜付き金属材料１９は、絶縁膜４０の第１層４２が、金属材料であるステム２０の外表面にある微細な凹凸を埋めて、平坦な膜を形成することができるとともに、ステム２０の外表面に対して優れた密着性を示し、クラックや膜剥がれの発生を防止する。絶縁膜付き金属材料１９は、第１層４２の表面に重ねて設けられる第２層４４を有し、第２層４４は、第１層４２より絶縁性および耐湿性が高いため、高湿環境などにおいて第１層４２の劣化（絶縁性の低下など）を防ぎ、絶縁膜４０の絶縁性を維持する効果を奏する。したがって、このような２層構造の絶縁膜４０を有する絶縁膜付き金属材料１９は、クラックや膜剥がれの発生が防止されており、かつ良好な耐湿性を奏する。
【００５３】
また、図２に示すような絶縁膜付き金属材料１９を用いた圧力センサ１０（図１参照）は、検出回路５０とステム２０との絶縁性が確実に確保されるため、好適な耐久性と、高い信頼性を有する。
【００５４】
以上のように、実施形態を示して本発明に係る圧力センサを説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、他の多くの実施形態および変形例を有することは言うまでもない。図２に示すように、絶縁膜４０は、その全体が第１層４２と第２層４４との２層構造になっていてもよいが、図３および図４に示すように、絶縁膜の一部が２層構造となっていてもよい。
【００５５】
図３は、本発明の第２実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１１９の模式断面図である。第２実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１１９は、絶縁膜１４０の形状が異なることを除き、第１実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１９と同様である。第２実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１１９の説明では、第１実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１９との相違点のみ説明し、第１実施形態との共通点については説明を省略する。なお、絶縁膜付き金属材料１１９は、図２に示す絶縁膜付き金属材料１９と同様に、圧力センサに用いることができる。
【００５６】
図３に示すように、絶縁膜付き金属材料１１９は、ステム２０と絶縁膜１４０とを有する。絶縁膜１４０は、ステム２０の外表面に直接設けられる第１層１４２と、少なくとも一部が第１層１４２の上に重ねて設けられる第２層１４４とを有する。
【００５７】
図３に示すように、第１層１４２と第２層１４４とは、いずれもステム２０の外表面に設けられているが、第１層１４２と第２層１４４とでは、設けられている範囲が異なる。すなわち、絶縁膜１４０の第１層１４２は、ステム２０の外表面のうち、外底面２４と裾野部２８のみに、直接設けられている。これに対して、絶縁膜１４０の第２層１４４は、第１層１４２の表面を覆うように設けられているのに加えて、第１層１４２が設けられていないステム２０の外側面２７および段差面３４にも形成されている。
【００５８】
このように、絶縁膜１４０の第１層１４２は、外底面２４の全体および裾野部２８の少なくとも一部を覆うように設けられており、絶縁膜１４０の膜剥がれやクラックの発生を好適に防止する。なぜなら、ステム２０の外表面のうち、面方向の変化率の大きい裾野部２８の上に、金属材料に対する密着性の良好な第１層１４２を設けることにより、応力が集中しやすい部分での膜剥がれやクラックの発生を防止できるからである。なお、図３に示すような第１層１４２は、たとえばスピンコート法などの方法により好適に形成できる。
【００５９】
また、図１に示す検出回路５０は、ステム２０の外底面２４に、絶縁膜１４０を介して設けられる。ステム２０の外底面２４において、絶縁膜１４０は第１層１４２と第２層１４４との２層構造になっているため、絶縁膜１４０のうち、検出回路５０とステム２０との間に挟まれる部分は、第２層１４４のみの部分に比べて、膜剥がれやクラックが発生し難くなっている。
【００６０】
したがって、絶縁膜付き金属材料１１９を用いる圧力センサは、検出回路５０とステム２０との絶縁性が確実に確保され、高い信頼性と優れた耐久性を奏する。その他、第２実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１１９は、第１実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１９と同様の効果を奏する。
【００６１】
図４は、本発明の第３実施形態に係る絶縁膜付き金属材料２１９の模式断面図である。第３実施形態に係る絶縁膜付き金属材料２１９は、絶縁膜２４０の形状が異なることを除き、第１実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１９と同様である。第３実施形態に係る絶縁膜付き金属材料２１９の説明では、第１実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１９との相違点のみ説明し、第１実施形態との共通点については説明を省略する。なお、絶縁膜付き金属材料２１９は、図２に示す絶縁膜付き金属材料１９と同様に、圧力センサに用いることができる。
【００６２】
図４に示すように、絶縁膜付き金属材料２１９は、ステム２０と絶縁膜２４０とを有する。絶縁膜２４０は、ステム２０の外表面に直接設けられる第１層２４２と、第１層２４２の上に重ねて設けられる第２層２４４とを有する。
【００６３】
図３に示すように、第１層２４２と第２層２４４とは、いずれもステム２０の表面に設けられているが、第１層２４２と第２層２４４とでは、設けられている範囲が異なる。すなわち、絶縁膜２４０の第１層２４２は、内表面と外表面とを含むステム２０のすべての表面を覆うように設けられている。これに対して、絶縁膜２４０の第２層２４４は、第１層２４２の表面の一部を覆うように設けられている。すなわち、第１層２４２は、ステム２０の外底面２４、裾野部２８、外側面２７、段差面３４、開口縁面３６、受圧内面２３および内側面２６を覆うように設けられている。これに対して、第２層２４４は、ステム２０の外表面のうち、外底面２４、裾野部２８、外側面２７および段差面３４に、第１層２４２を介して設けられている。
【００６４】
このように、絶縁膜２４０の第１層２４２は、ステム２０の内表面を被覆していてもよい。なお、図４に示すような第１層２４２は、たとえばディップコート法などの方法により好適に形成できる。第３実施形態に係る絶縁膜付き金属材料２１９は、第１実施形態に係る絶縁膜付き金属材料１９と同様の効果を奏する。
【００６５】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されない。
【００６６】
実施例
図２に示すようなステム２０の外表面に、以下に示すような３種類の絶縁膜を形成し、絶縁膜付き金属材料である試料１〜試料３を作成した。それぞれの試料の絶縁膜は、以下の通りである。
【００６７】
試料１
試料１の絶縁膜は、図２に示す絶縁膜４０のように、ステム２０の外表面に形成される第１層４２と第２層４４の２層構造とした。
・第１層        ：膜組成物  スメクタイト粘土鉱物（９９．５％）と無機結合剤（シリカゾル）（０．５％）
：製法  スピンコート法
：厚み２μｍ
・第２層        ：膜組成物  酸化ケイ素
：製法  ＣＶＤ
：厚み２μｍ
【００６８】
試料２
試料２の絶縁膜は、試料１の第１層と同様の材質の１層構造とした。金属材料としては、試料１と同様のステムを用いた。
・第１層        ：膜組成物  スメクタイト粘土鉱物（９９．５％）と無機結合剤（シリカゾル）（０．５％）
：製法  スピンコート法
：厚み  ４μｍ
【００６９】
試料３
試料３の絶縁膜は、試料１の第２層と同様の材質の１層構造とした。金属材料としては、試料１と同様のステムを用いた。
・第１層        ：膜組成物  酸化ケイ素
：製法  ＣＶＤ
：厚み４μｍ
【００７０】
試料１〜３について、破壊靭性の試験と高湿環境試験を行った。破壊靭性試験は、ビッカーズ圧子を用いた圧子圧入法で行った。高湿環境試験では、湿度９３％、温度６０℃の環境下で１０００時間放置した後の重量変化率を測定した。結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
2020148630.tif 000003
【００７２】
表１から、試料３については破壊靭性の点で、試料２については高湿環境での耐湿貯蔵性において課題がみられるが、図２に示すような第１層４２と第２層４４の２層構造である絶縁膜を有する試料１については、絶縁膜が良好な耐湿性を示し、かつ、クラックや膜剥がれの発生を防止できることが確認された。
【符号の説明】
【００７３】
１０…圧力センサ
１２…接続部材
１２ａ…ねじ溝
１２ｂ…流路
１４…抑え部材
１９、１１９、２１９…絶縁膜付き金属材料
２０…ステム
２１…フランジ部
２２…底壁部（メンブレン）
２３…受圧内面
２４…外底面
２５…側壁部
２６…内側面
２７…外側面
２８…裾野部
３４…段差面
３６…開口縁面
４０、１４０、２４０…絶縁膜
４２、１４２、２４２…第１層
４４、１４４、２４４…第２層
５０…検出回路
７０…基板部
８２…接続配線
【図１】
2020148630.tif 000004
【図２】
2020148630.tif 000005
【図３】
2020148630.tif 000006
【図４】
2020148630.tif 000007