(57)【要約】【課題】塗膜下の腐食環境強度を評価するための湿気センサ１を提供する。【解決手段】第１導電材１１と第２導電材１２が絶縁材１３を挟んで交互に積層されてなるセンサ本体を備える。センサ本体は、第１導電材１１及び第２導電材１２の各層が絶縁材１３の層を挟んで交互に露出した露頭を備え、該露頭がセンサ面６を構成している。第１導電材１１と第２導電材１２の間に電圧を印加し、センサ面６において湿気により第１導電材１１と第２導電材１２が電気的に短絡して流れる電流に基づいて湿気を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電材と第２導電材が絶縁材を挟んで交互に積層されてなるセンサ本体と、
上記第１導電材及び上記第２導電材各々に接続され、電源及び電流計に接続するためのリード線とを備え、
上記センサ本体は、上記第１導電材及び上記第２導電材の各層が上記絶縁材の層を挟んで交互に露出した露頭を備え、該露頭がセンサ面を構成していて、
上記電源により上記第１導電材と上記第２導電材の間に電圧が印加され、上記センサ面において湿気により上記第１導電材と上記第２導電材が電気的に短絡して流れる電流に基づいて湿気を検出することを特徴とする湿気センサ。
【請求項２】
請求項１において、
上記センサ本体は、上記第１導電材と上記第２導電材が該両導電材間に上記絶縁材が挟まれた状態で渦巻き状に巻回されてなることを特徴とする湿気センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
上記センサ面の凹凸高さが１μｍ未満であることを特徴とする湿気センサ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
上記絶縁材の厚さが１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする湿気センサ。
【請求項５】
請求項４において、
上記第１導電材及び上記第２導電材各々の厚さが１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする湿気センサ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
上記センサ本体の周面に包埋樹脂層が設けられていることを特徴とする湿気センサ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載された湿気センサを腐食センサとして用いる耐食性試験方法であって、
上記湿気センサの上記センサ面に塗膜を形成し、
上記湿気センサの上記リード線を電源及び電流計に接続し、
腐食環境において、上記センサ面に露出した上記第１導電材と上記第２導電材が上記塗膜を浸透した腐食因子によって電気的に短絡して生ずる電流を計測することを特徴とする耐食性試験方法。
【請求項８】
請求項７において、
上記第１導電材と上記第２導電材の間に印加される電圧が０．１Ｖ以上２０Ｖ以下であることを特徴とする耐食性試験方法。、
【請求項９】
請求項７又は請求項８において、
上記塗膜は自動車の各部に塗装される塗膜であることを特徴とする耐食性試験方法。
【請求項１０】
請求項９において、
上記自動車の複数箇所に、当該箇所に施すべき塗膜にて上記センサ面を覆った上記湿気センサを配置し、上記自動車の走行移動に伴う環境変化による上記電流の経時変化データを取得することを特徴とする耐食性試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は湿気センサ及び該センサを用いた腐食試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
腐食試験用センサとして、ＡＣＭ型腐食センサが知られている。これは、基板となる対象金属（Ｆｅ、亜鉛メッキ鋼板など）の上に、絶縁ペーストをスクリーン印刷し、さらにその上に基板との絶縁が保たれるように導電性ペースト（Ａｇなど）を積層印刷したものである。これを、大気中に暴露すると、降雨や結露などによって導電ペーストの金属と基板の間に薄い水膜が形成されて、腐食電流が流れる。この電流は腐食速度と相関があるので、大気環境の腐食性をモニタリングすることができる。
【０００３】
また、腐食試験方法の別の例が特許文献１に記載されている。これは、基板の表面の複数箇所に絶縁部を介して導電部を設けてなる腐食センサを用いる。この腐食センサは、基板が大気に晒される構造物の構成部材と同一の素材で形成され、その基板の表面が上記構成部材に施される塗膜と同一の塗膜で覆われる。腐食センサが大気に晒され、腐食因子の作用によって塗膜に亀裂が入ると、亀裂から雨水が侵入して導電部と基板が短絡し、腐食電流が流れる。これを電流計で計測することにより、塗膜の劣化が判断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３３７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＡＣＭ型腐食センサは、対象金属が大気に晒される状態での腐食環境強度のモニタリングに使用される。つまり、未塗装で使用される。しかし、腐食は塗膜下で進行するところ、腐食環境強度は塗膜下と塗膜の外側では必ずしも一致しない。すなわち、ＡＣＭ型腐食センサでは塗膜下の腐食環境強度の評価ができない。
【０００６】
これに対して、特許文献１の腐食試験方法では、センサの表面を塗膜で覆った状態で腐食電流を検出するが、塗膜に亀裂を生じて雨水が浸入しなければ、腐食電流は流れない。すなわち、塗装物においては、腐食因子が塗膜に浸透して塗膜下に達したり、或いは塗膜下から塗膜外に抜け出ることが繰り返されるところ、特許文献１の腐食試験方法では、そのような腐食因子の出入りをモニタリングすることができない。
【０００７】
しかも、センサの表面には絶縁部と導電部の積層によって凹凸ができているから、塗膜を一定厚さで形成することができず、塗膜の厚さが耐食性に与える影響を評価することが難しい。
【０００８】
そこで、本発明は、湿気を感度良く検出することができるセンサを提供すること、そして、このセンサを腐食センサとして用いて、塗膜下の腐食環境強度を高い信頼性をもって評価できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、導電材を交互に且つその導電材間に電気絶縁材を挟んで積層し、この積層体の露頭をセンサ面として、湿気や腐食因子を検出するようにした。
【００１０】
ここに提示する湿気センサは、
第１導電材と第２導電材が絶縁材を挟んで交互に積層されてなるセンサ本体と、
上記第１導電材及び上記第２導電材各々に接続され、電源及び電流計に接続するためのリード線とを備え、
上記センサ本体は、上記第１導電材及び上記第２導電材の各層が上記絶縁材の層を挟んで交互に露出した露頭を備え、該露頭がセンサ面を構成していて、
上記電源により上記第１導電材と上記第２導電材の間に電圧が印加され、上記センサ面において湿気により上記第１導電材と上記第２導電材が電気的に短絡して流れる電流に基づいて湿気を検出することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、この湿気センサでは、第１導電材、第２導電材及び絶縁材の各層が露出した露頭がセンサ面となっている。この場合、湿気の検出感度は第１導電材と第２導電材の間隔（絶縁材の厚さ）に対応することになるから、高感度の実現が容易になる（当該間隔が狭くなるほど感度が高くなる。）。センサ面の劣化（導電材露出部の酸化等）により検出感度が低下したときは、該センサ面の研磨によって第１導電材及び第２導電材の新たな端縁を露出させることにより、検出感度を復活させることができる。
【００１２】
第１導電材及び第２導電材としては、金属材料の他、無機系導電材料や導電性を付与した高分子材料等であってもよい。第１導電材と第２導電材は、同種材料で形成しても、異種材料で形成してもよい。好ましい金属材としては、Ｆｅ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等があり、耐久性を高める場合は、イオン化傾向が低いＡｇ、Ｐｔ等の貴金属が好ましい。
【００１３】
絶縁材としては、例えば、ポリエステル、ポリイミド、ポリエチレン、エポキシ等の樹脂を用いることができる。
【００１４】
一実施形態では、上記センサ本体は、上記第１導電材と上記第２導電材が該両導電材間に上記絶縁材が挟まれた状態で渦巻き状に巻回されてなる。これによれば、当該巻回によって、第１導電材と第２導電材が絶縁材を挟んで交互に積層されてなる積層部が得られる。
【００１５】
ここに、上記センサ本体は、上記巻回型に限らず、複数枚のフィルム状第１導電材と複数枚のフィルム状第２導電材が絶縁材を挟んで交互に積層された単純積層型であってもよい。或いは、上記センサ本体は、つづら折り状に折り返されたフィルム状の絶縁材に、フィルム状の第１導電材とフィルム状の第２金属が交互に挟み込まれた折り畳み型とすることもできる。
【００１６】
上記巻回型の場合、上記単純積層型や折り畳み型とは違って、第１導電材及び第２導電材の各々が連続しているから、各々のリード線は第１導電材及び第２導電材の１箇所に接続すればよく、構造が簡単になる。さらに、この巻回型の場合、第１導電材、第２導電材及び絶縁材のいずれにも強度上弱点となる折返し部を設ける必要がないから、両導電材及び絶縁材を薄くすることができ、検出感度の向上に有利になる。
【００１７】
一実施形態では、上記センサ面の凹凸高さが１μｍ未満である。これにより、センサ面に塗膜を形成して当該湿気センサを腐食センサとして用いる場合において、センサ面に均一な塗膜を精度良く形成することが容易になり、塗料種についての制約も少なくなるから、信頼性が高い腐食試験結果を得る上で有利になる。
【００１８】
一実施形態では、上記絶縁材の厚さが１μｍ以上１００μｍ以下である。当該厚さが１００μｍ以下であるから、高い検出感度が得られ、センサ本体を上記巻回型とするケースにおける巻き易さの観点からも有利になる。また、当該厚さが１μｍ以上であるから、電気絶縁性を損なうことなく、上記巻回型、単純積層型或いは折り畳み型のセンサ本体とすることが容易になる。好ましいのは、上記絶縁材の厚さを１０μｍ以上８０μｍ以下とすることであり、さらに好ましいは、当該厚さを２０μｍ以上５０μｍ以下とすることである。
【００１９】
一実施形態では、上記第１導電材及び上記第２導電材各々の厚さが１μｍ以上１００μｍ以下である。当該厚さが１００μｍ以下であるから、高い検出感度が得られ、センサ本体を上記巻回型とするケースにおける巻き易さの観点からも有利になる。また、当該厚さが１μｍ以上であるから、上記巻回型、単純積層型或いは折り畳み型のセンサ本体とすることが容易になる。好ましいのは、上記導電材各々の厚さを１０μｍ以上８０μｍ以下とすることであり、さらに好ましいは、当該厚さを２０μｍ以上５０μｍ以下とすることである。
【００２０】
すなわち、上記第１導電材と上記第２導電材が２００μｍ以下のピッチで交互に配置され、両導電材の間隔が１００μｍ以下であることが好ましく、当該ピッチが２０μｍ以上１６０μｍ以下で、当該間隔が１０μｍ以上８０μｍ以下であること、さらには、当該ピッチが４０μｍ以上１００μｍ以下で、当該間隔が２０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。
【００２１】
一実施形態では、上記センサ本体の周面に包埋樹脂層が設けられている。これにより、両導電材及び絶縁材の積層状態を確実に保持することができ、品質安定性の確保に有利になる。包埋樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリエステル樹脂等を採用することができる。
【００２２】
ここに開示する耐食性試験方法は、上記湿気センサを腐食センサとして用いる耐食性試験方法であって、
上記湿気センサの上記センサ面に塗膜を形成し、
上記湿気センサの上記リード線を電源及び電流計に接続し、
腐食環境において、上記センサ面に露出した上記第１導電材と上記第２導電材が上記塗膜を浸透した腐食因子によって電気的に短絡して生ずる電流を計測することを特徴とする。
【００２３】
第１導電材と第２導電材が電気的に短絡して電流が流れるのは、水等の腐食因子が塗膜を浸透してセンサ面に達したことによるものであるから、その電流が検出されるか否か、並びに電流値の経時変化は塗膜下の腐食環境強度の評価指標となる。
【００２４】
そうして、センサ面には、第１導電材及び第２導電材の各層が絶縁材の層を挟んで交互に露出しているから、腐食因子の出入りを高い感度で検出することが可能になる。従って、塗膜下の腐食環境強度評価ないしは塗膜の経時劣化診断の信頼性向上に有利になり、ひいては当該評価・診断結果に基づく塗膜の新規材料開発に有利になる。
【００２５】
湿気センサを腐食センサとして使用した後は、センサ面の塗膜を研磨によって除去し、第１導電材及び第２導電材の新たな端縁を露出させれば、当該湿気センサを腐食センサとして再利用することができる。
【００２６】
センサ面はその凹凸高さが１μｍ未満であることが好ましい。これにより、センサ面に塗装等によって均一な塗膜を精度良く形成することが容易になり、塗料種についての制約も少なくなるから、塗膜厚が耐食性に及ぼす影響など信頼性が高い腐食試験結果を得る上で有利になる。
【００２７】
一実施形態では、上記第１導電材と上記第２導電材の間に印加される電圧が０．１Ｖ以上２０Ｖ以下である。印加電圧が低すぎるときは上記短絡による電流の検出に不利になり、一方、印加電流が高くなると、塗膜下に達した水の電気分解や塗膜の絶縁破壊を生じて、上記短絡による電流の検出不良を招き易くなる。好ましいのは、印加電圧を０．５Ｖ以上１０Ｖ以下とすることであり、さらに好ましいのは、印加電圧を１Ｖ以上３Ｖ以下とすることである。
【００２８】
一実施形態では、上記塗膜は自動車の各部に塗装される塗膜である。
【００２９】
一実施形態では、上記自動車の複数箇所に、当該箇所に施すべき塗膜にて上記センサ面を覆った上記湿気センサを配置し、上記自動車の走行移動に伴う環境変化による上記電流の経時変化データを取得する。
【００３０】
これによれば、自動車の使用に伴う自動車各部の塗膜下の腐食環境強度の経時変化を評価することができ、防錆構造の設計や塗膜の設計に有利になる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る湿気センサによれば、湿気を高い感度で検出することが可能になり、また、センサ面が劣化したときは、該センサ面の研磨によって検出感度を復活させることができる。
【００３２】
本発明に係る腐食試験方法によれば、塗膜下の腐食環境強度の信頼性が高い評価が可能になり、塗膜の劣化診断、防錆構造の設計或いは塗膜の設計に有利になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】湿気センサの斜視図。
【図２】湿気センサの要部拡大図。
【図３】湿気センサのセンサ本体の製造方法の説明図。
【図４】実施例センサと比較例センサの塩水滴下による電流の経時変化を示すグラフ図。
【図５】センサ面に塗膜を形成した湿気センサを一部破断して示す斜視図。
【図６】自動車の腐食試験の一例を示す図。
【図７】湿気センサの他の例を示す斜視図。
【図８】湿気センサのさらに他の例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００３５】
＜湿気センサ＞
図１に示す湿気センサ１において、２はセンサ本体であり、センサ本体２から電源８及び電流計４に接続するためのリード線４，５が延びている。このセンサ本体２は、円筒状であって、その一方の端面がセンサ面６になっている。センサ本体２のセンサ面６に直交する周面及び他方の端面は包枚樹脂層７で覆われている。
【００３６】
図２にセンサ面６を示すように、本例のセンサ本体２は、第１導電材及び第２導電材として同種の金属箔、具体的には鉄箔１１を用いたものである。第１金属材としての第１鉄箔１１と第２金属材としての第２鉄箔１２がこの両者間に絶縁材層（樹脂）１３が挟まれた状態で渦巻き状に巻回されたものである。この巻回により、第１鉄箔１１と第２鉄箔１２が絶縁材層を挟んで交互に積層されてなるセンサ本体２が形成されている。センサ本体２の、第１鉄箔１１、第２鉄箔１２及び絶縁材層１３の各層（端縁）が露出した露頭が上記センサ面６を構成している。
【００３７】
なお、図２において、鉄箔にハッチングを付けているが、このハッチングは、鉄箔１１，１２と絶縁材層１３を区別するために付けたものであって、断面を表しているのではない。
【００３８】
一方のリード線４は第１鉄箔１１に接続され、他方のリード線５は第２鉄箔１２に接続されている。
【００３９】
図３に示すように、第１鉄箔１１の上に、絶縁材１４、第２鉄箔１２及び絶縁材１４を順に重ね、その状態でこれを渦巻き状に巻回していくことにより、センサ本体２を形成することができる。絶縁材層１３を形成する絶縁材１４は、第１鉄箔１１及び第２鉄箔１２各々の表面に塗布して設けることができる。或いは、絶縁材を塗布する代わりに、薄いフィルム状にした絶縁材を第１鉄箔１１及び第２鉄箔１２と共に巻いていくようにしてもよい。
【００４０】
リード線４，５は、第１鉄箔１１及び第２鉄箔１２各々の長手方向における巻き始め側、又は巻終わり側に接続しておけばよい。図例では、リード線４，５を第１鉄箔１１及び第２鉄箔１２各々の巻き終わり側に設けているが、一方を巻き始め側に、他方を巻き終わり側に設けてもよい。
【００４１】
第１鉄箔１１、第２鉄箔１２及び絶縁材１４を渦巻き状に卷回し、包埋樹脂で固めた後に、露頭側を研磨することにより、センサ面６の凹凸高さを１μｍ未満になるようにすることができる。
【００４２】
第１鉄箔１１、第２鉄箔１２及び絶縁材層１３の厚さは、１μｍ以上１００μｍ以下にすることが好ましく、１０μｍ以上８０μｍ以下とすること、さらには２０μｍ以上５０μｍ以下とすることがより好ましい。
【００４３】
＜湿気センサの感度試験＞
湿気センサ１のリード線４，５を電源８及び電流計３に接続した（第１鉄箔１１、第２鉄箔１２、電源８及び電流計の直列接続）。第１鉄箔１１と第２鉄箔１２の間に１．５Ｖの電圧を印加した状態で、センサ面６に塩水を間欠的に１０μＬずつ滴下して電流値の経時変化を調べた。実施例の湿気センサ１の第１鉄箔１１、第２鉄箔１２及び絶縁材層１３の厚さは２０μｍ以上５０μｍ以下である。その結果を比較例（市販センサ）での結果と共に図４に示す。比較例の市販センサは株式会社シュリンクス製ＡＣＭセンサである。
【００４４】
図４によれば、比較例（市販センサ）の場合、塩水が滴下されても電流値の立上りはほとんど見られない。これに対して、実施例に係る湿気センサ１の場合、塩水が滴下されるたびに電流値が立ち上がっており、検出感度が高いことがわかる。実施例において、塩水を滴下したとき、電流値が漸次高くなっているのは、滴下位置のセンサ面６が塩水によって濡れた後、その塩水による濡れが周囲に徐々に広がっていく（第１鉄箔１１と第２鉄箔１２の塩水による短絡範囲が広がっていく）ためである。その後、電流値の上昇が止まっているのは、塩水による濡れの広がりが止まったことを意味する。
【００４５】
＜腐食試験方法＞
図５に示すように、湿式センサ１のセンサ面６に塗膜（金属製品防錆用の塗膜）２１を形成する。湿気センサ１のリード線４，５を電源８及び電流計３に接続し、第１鉄箔１１と第２鉄箔１２の間に電圧を印加する。腐食環境において、センサ面６に露出した第１鉄箔１１と第２鉄箔１２が塗膜２１を浸透した腐食因子によって電気的に短絡して生ずる電流を計測する。その電流は、塗膜２１を浸透してセンサ面６に達した水等の腐食因子によるものであるから、その電流が検出されるか否か、並びに電流値の経時変化は塗膜２１の下の腐食環境強度の評価指標となる。
【００４６】
＜自動車の腐食試験方法＞
図６に示すように、自動車２５の複数箇所（図例では、フェンダー２６、フロア下面２７及びリヤホイールハウス２８）に、当該箇所に施すべき塗膜にてセンサ面を覆った湿気センサ１を配置し、各湿気センサ１を電源及び電流計測装置２９に接続する。そうして、自動車２５の走行移動に伴う環境変化による各湿気センサ１によって検出される電流の経時変化データを取得する。
【００４７】
これによれば、自動車２５の使用に伴う自動車各部の塗膜下の腐食環境強度の経時変化を評価することができ、防錆構造の設計や塗膜の設計に有利になる。
【００４８】
＜湿気センサの他の実施形態＞
図７に示す湿気センサ１は折り畳み型である。この湿気センサ１では、つづら折り状に折り返された絶縁フィルム（絶縁材）１５に、その両側から複数枚の第１鉄箔１１と複数枚の第２鉄箔１２が一枚ずつ交互に挟み込まれてセンサ本体２が形成されている。センサ本体２は、先の実施形態と同じく、センサ面６と反対側の面と周面が包埋樹脂層７で覆われている。
【００４９】
センサ本体２を構成する複数枚の第１鉄箔１１は１本のリード線４に接続され、複数枚の第２鉄箔１２も同じく１本のリード線５に接続されている。
【００５０】
図８に示す湿気センサ１は単純積層型である。この湿気センサ１では、複数枚の第１鉄箔１１と複数枚の第２鉄箔１２が絶縁フィルム（絶縁材）１５を挟んで１枚ずつ交互に積層されてセンサ本体２が形成されている。センサ本体２は、先の実施形態と同じく、センサ面６と反対側の面と周面が包埋樹脂層７で覆われている。
【００５１】
センサ本体２を構成する複数枚の第１鉄箔１１は１本のリード線４に接続され、複数枚の第２鉄箔１２も同じく１本のリード線５に接続されている。
【００５２】
なお、上記各実施形態の湿気センサ１は、センサ面６に塗膜を形成して腐食センサとして使用すべく、センサ面６の凹凸高さを微小にしたが、塗膜を形成せずに湿気の検出に使用する場合、センサ面６に多少の凹凸があってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１  湿気センサ（腐食センサ）
２  センサ本体
３  電流計
４  リード線
５  リード線
６  センサ面
７  包枚樹脂層
８  電源
１１  第１鉄箔（第１導電材）
１２  第２鉄箔（第２導電材）
１３  絶縁材層
１５  絶縁フィルム（絶縁材）
２１  塗膜
２９  電流計測装置（電流計）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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