(57)【要約】【課題】  測定感度および精度に優れ、小型で連続的に環境の腐食性を定量化することができ、ひいては、部材の腐食寿命を診断することのできる環境診断ツール。【解決手段】  基材上に２種類又は３種類以上の純金属またはそれらの合金からなる、組成が平面内で連続的に変化した薄膜を備え、この薄膜上における組成の異なる任意の２点間にある、２点からの電気抵抗が等しくなる抵抗中立点が、腐食に伴い移動する方向と速度から、設置環境におけるガス種類および濃度を判定する環境診断ツール。【選択図】      図１
2006010497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に２種類の純金属またはそれらの合金を有し、組成が平面内で連続的に変化した薄膜を備え、
この薄膜上において組成が異なる特定の２点からの薄膜の電気抵抗が等しい抵抗中立点を求め、この抵抗中立点の前記薄膜内の移動方向及び移動速度に基づいて、前記薄膜が晒された雰囲気中の腐食性ガスの種類及び濃度を求めることを特徴とする環境診断ツール。
【請求項２】
基材上に３種類以上の純金属またはそれらの合金を有し、平面内の２つの方向において組成が連続的に変化した薄膜を備え、
この薄膜上において同一線上にない特定の３箇所からの薄膜の電気抵抗が等しい抵抗中立点を求め、この抵抗中立点の前記薄膜内の移動方向及び移動速度に基づいて、前記薄膜が晒された雰囲気中の腐食性ガスの種類及び濃度を求めることを特徴とする環境診断ツール。
【請求項３】
複数種類の純金属またはそれらの合金薄膜が、平面内で組成が連続的に変化し、組成の成分の変化量がその位置の変化に対して一定であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の環境診断ツール。
【請求項４】
前記薄膜と導通する電極が、薄膜を備える側の基材表面に複数設置されており、かつ、薄膜を備える基材の表面から他の面まで電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の環境診断ツール。
【請求項５】
基材表面に複数箇所設置した電極を通じて、基材上に形成した薄膜上の、特定の２以上の箇所からの電気抵抗を、順次走査して抵抗中立点を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の環境診断ツール。
【請求項６】
薄膜上の抵抗中立点が、基材上のある領域に達したことを、信号により伝達する手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の環境診断ツール。
【請求項７】
組成の変化が同じで厚さの異なる２枚以上の薄膜を基材に備え、各薄膜における抵抗中立点の移動から設置環境の腐食性を定量化する請求項１または請求項２に記載の環境診断ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、環境診断ツール、より詳しくは、各種部材が設けられている環境雰囲気の腐食性の定量化および部材の腐食状況の監視をすることができる環境診断ツールに関する。かような環境診断ツールは、特に、電気室などの比較的緩やかな腐食性をもつ大気環境の腐食性を定量化し、部材の腐食寿命を診断するのに用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、産業用電気機器は工場などにおける主要な生産設備であるため、いったん設置されれば、長期に渡り使用されることが多い。しかし、長期間使用している間には、周囲に存在することのある腐食性ガスや水分などにより、金属部品が徐々に腐食されたり、金属接点部の接触抵抗が上昇したりして機器が動作不良となることがある。したがって、部材の晒されている環境の腐食性を定量化できることが望まれる。
【０００３】
従来における、部材の晒されている環境の腐食性を定量化する方法には、温度、湿度、腐食性ガス濃度などを測定する方法や、一定期間金属板などを暴露させて重量変化や腐食生成物の皮膜厚さを測定したり、腐食生成物の性状を分析したりする方法などがある。
【０００４】
しかしながら、温度と湿度の測定は、現在、簡便な測定装置が入手できるが、腐食性ガス濃度の測定は、簡便な測定装置が存在せず、特に低濃度の測定を行う場合には、採取方法や機器の校正など、測定に大がかりな装置が必要となる。また、ガス濃度は採取時期によって変動するため、直接腐食量に換算することが困難である。金属板の重量変化を求めるには、精密天秤で測定する方法があるが、暴露してから測定するまでの時間がかかることや、連続的に測定できないなどの欠点があった。この重量変化を捉える方法では、重量変化が一定期間の積分値であるため周囲環境の変化を捉えられず、測定感度も比較的低いといえる。また、薄膜を成膜した圧電素子の周波数変化を重量に換算する方法などがあるが、対象となる金属ごとに検量線が必要であり、装置が複雑になる欠点がある。環境の腐食性を評価する方法には、この他に腐食生成物皮膜の厚さを測定したり、腐食生成物の性状を分析する方法があるが、いずれも連続的なモニターができず、測定装置も大がかりとなる欠点がある。
【０００５】
また、特許文献１には、２種類以上の異なる金属からなる薄膜を一枚の絶縁物基板上に順次形成し、該薄膜の有する光反射率、光透過率又は電気抵抗の違いを用いてガス成分を検知する検出素子を構成する環境評価装置が記載されている。
【０００６】
しかしながら、この特許文献１に記載の環境評価装置は、絶縁物基板上に形成した個別の金属薄膜をそれぞれに測定するものであり、濃度を推定するには、それぞれの金属で検量線を作成しておき、ガスが特定できた後に、ある種類の金属の抵抗変化から濃度を推定することになる。したがって、ガス種の特定とガス濃度を同時に測定することができなかった。また、特許文献１には、組成勾配を設けた検出素子を用いることが示されているが、具体的に示されているのは光反射率の経時変化を測定したものであって、電気抵抗の経時変化を測定したものではない。これは、開示された抵抗測定法が、薄膜の両端部に設けた端子により電圧を測定するものであるから、検出素子に組成勾配を設けたとしても、その組成勾配に応じた抵抗変化を測定することができないからである。
【特許文献１】特開２００３−２９６６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、測定感度および精度に優れ、小型で連続的に環境の腐食性を定量化することができ、ひいては、部材の腐食寿命を診断することのできる環境診断ツールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の環境診断ツールは、基材上に２種類の純金属またはそれらの合金を有し、組成が平面内で連続的に変化した薄膜を備え、この薄膜上において組成が異なる特定の２点からの薄膜の電気抵抗が等しい抵抗中立点を求め、この抵抗中立点の前記薄膜内の移動方向及び移動速度に基づいて、前記薄膜が晒された雰囲気中の腐食性ガスの種類及び濃度を求めることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明の環境診断ツールは、基材上に３種類以上の純金属またはそれらの合金を有し、平面内の２つの方向において組成が連続的に変化した薄膜を備え、この薄膜上において同一線上にない特定の３箇所からの薄膜の電気抵抗が等しい抵抗中立点を求め、この抵抗中立点の前記薄膜内の移動方向及び移動速度に基づいて、前記薄膜が晒された雰囲気中の腐食性ガスの種類及び濃度を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の環境診断ツールは、基材上に具備された平面的に組成が連続的に変化する複数種類の純金属薄膜またはそれらの合金薄膜上の電気抵抗が、環境中に存在する腐食性物質と反応して生成された物質により変化することから、薄膜上の抵抗中立点を求め、この抵抗中立点の移動方向および移動速度から、設置環境に存在する腐食性ガスの種類およびその量を定量化することができる。したがって、従来よりも測定感度および精度に優れ、小型で連続的に環境の腐食性を把握することができるので、部材の腐食寿命診断に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、この発明の実施の形態を、図面に基づいてより具体的に説明する。
【００１２】
図１は、この発明の環境診断ツールの実施の形態の一例を示す構成図である。図１において、符号１１は基材、１２は薄膜であって、二種類の純金属またはそれらの合金からなり、組成が平面上で連続的に変化したもの（２元系傾斜組成薄膜）、１３ａは２元系傾斜組成薄膜の成分の一つである金属Ａ用の電極、１３ｂは２元系傾斜組成薄膜の成分の一つである金属Ｂ用の電極、１４は抵抗中立点、１５は抵抗計である。
【００１３】
図示した環境診断ツールにおいて、金属Ａ、金属Ｂには、特定のガスに腐食されやすい金属を選択する。例えば、銀は硫化水素に腐食されやすく、ニッケルは二酸化硫黄ガスに腐食されやすい。そこで、金属Ａとして銀を、金属Ｂとしてニッケルを用いた例にとり説明する。これらの金属または合金を、平坦な基材１１上に真空蒸着法やスパッタ法などにより各々の濃度（組成）が平面内で連続的に変化し、組成の成分の変化量がその位置の変化に対して一定となるように薄膜１２として形成しておく。図１に示した薄膜１２では、一方の端部から他方の端部に向かう方向に組成が直線的に変化するような薄膜としている。かような組成が傾斜した薄膜（傾斜組成薄膜）１２の両端部にそれぞれ電極１３ａ、１３ｂを取付け、両電極１３ａ、１３ｂ間の領域内の任意の位置で抵抗を測定する。そして、電極１３ａおよび１３ｂからの抵抗が等しくなる点を抵抗中立点１４として、印を付ける。次に、これらの薄膜を硫化水素ガス中に放置すると、金属Ａの銀およびその合金部が優先的に腐食されて、純金属の抵抗とは異なる腐食生成物が生成される。このときの抵抗中立点１４は、腐食されやすい金属のある方向に、図中の矢印の方向に移動する。このように、抵抗中立点１４の移動方向から腐食されやすいガスの種類が推定できる。また、経時的に抵抗中立点１４が移動する速度を測定すると、ガスの濃度が高いほど抵抗中立点１４の移動速度が大きくなるから、ガスの濃度が推定できる。
【００１４】
このように、この発明は、特定の金属薄膜が、特定の腐食性ガスに腐食されやすい特徴を持っていること、薄膜の抵抗は腐食に伴って変化すること、２種類の金属について組成が平面内で連続的に変化する薄膜を形成した場合には、薄膜の平面内における任意の２点間、例えば、一方の端部と他方の端部との間において、その両端部からの抵抗が等しくなる点が存在することを利用している。そして、この点が、腐食環境におけるの動きから設置環境の腐食性を定量化するものである。
【００１５】
このような任意の２点間、例えば、両端部からの抵抗が等しくなる点を抵抗中立点と呼ぶこととして、抵抗中立点の動く方向は、特定の金属を腐食させる腐食性ガスの種類に対応し、動く速さは、腐食性ガスの濃度に対応することから、この発明の環境診断ツールは、薄膜が晒された設置環境におけるガス種類および濃度を求めることができるのである。
【００１６】
この点、特許文献１に開示の環境評価装置のように、単一種類の金属薄膜の抵抗を測定したのでは、抵抗増加を測定し、把握することはできるが、ガスの種類を推定することはできない。そのため、ガスの種類を推定するには、複数の金属を用意する必要があるので手間が嵩み、環境評価装置が複雑化してしまう。また、特許文献１に開示の環境評価装置では、ガスの濃度を推定するには、それぞれの金属で検量線を作成しておき、ガス種を特定できた後に、ある種類の金属の抵抗変化から濃度を推定することになるので、測定に大掛かりな装置が必要となる。
【００１７】
これに対して、この発明に従い、この抵抗中立点を利用した方法では、このようなことがなく、２種類の合金薄膜から構成されているので、想定される腐食性ガスに適した２種類の金属を選定することにより、簡便な装置によりガスの種類が推定でき、また濃度も同時に推定できる。
【００１８】
なお、ガス種類および濃度を推定する手段に関して、組成が平面状で連続的に変化する合金薄膜について、両端間での抵抗変化を捉える手法と、この発明に従い、両端間における抵抗中立点による手法とを比べると、前者では材料の抵抗特性が結晶構造などの影響により不連続であるので不正確であり、かつ局所的な抵抗変化が生じることがあり、更にガス種類や濃度の変化に対して両端の抵抗変化はわずかである。これに対して、抵抗中立点の移動を調べる後者では、抵抗中立点の移動が、結晶構造などの影響を受けないため正確であり、また、ガス種類や濃度の変化に対して抵抗中立点が大きく移動するので、ガス種類および濃度を推定する手段としては、この発明に従う、抵抗中立点による測定の方が有利である。なお、薄膜の抵抗を正確に測定するためには、薄膜をセラミックスやガラスなどの絶縁体基材に生成する必要がある。
【００１９】
この発明において、２種類の金属の組み合わせは、ニッケルおよびニッケル合金のいずれかの１種類と、すず、亜鉛、アルミニウム、はんだのいずれかの１種類からなる合金薄膜とすることができる。ここで、ニッケルおよびニッケル合金は亜硫酸ガスに腐食されやすく、すず、亜鉛、アルミニウム、はんだは腐食されにくい性質がある。そのため、これらの２種類からなる合金薄膜を亜硫酸ガスが存在する環境中に設置すると、腐食されやすいニッケルおよびニッケル合金側に抵抗中立点が移動する。したがって環境中に亜硫酸ガスが存在することが推定でき、抵抗中立点の移動速度からガス濃度を推定できる。
【００２０】
また、２種類の金属の組み合わせは、銅および銅合金のいずれかの１種類と、アルミニウム、ステンレス鋼のいずれかの１種類からなる合金薄膜とすることもできる。ここで、銅および銅合金は亜硝酸ガスに腐食されやすく、アルミニウム、ステンレス鋼は腐食されにくい性質がある。２種類からなる合金薄膜を亜硝酸ガスが存在する環境中に放置すると、腐食されやすい銅および銅合金側に抵抗中立点が移動する。したがって環境中に亜硝酸ガスが存在することが推定でき、抵抗中立点の移動速度からガス濃度を推定できる。
【００２１】
また、２種類の金属の組み合わせは、銅および銅合金または銀および銀合金のいずれかの１種類と、アルミニウム、ステンレス鋼、はんだ、すず、亜鉛のいずれかの１種類からなる合金薄膜であることを特徴としている。ここで、銅および銅合金は硫化水素ガスに腐食されやすく、アルミニウム、ステンレス鋼は腐食されにくい性質がある。２種類からなる合金薄膜を硫化水素ガスが存在する環境中に放置すると、腐食されやすい銅および銅合金側に抵抗中立点が移動する。したがって環境中に硫化水素ガスが存在することが推定でき、抵抗中立点の移動速度からガス濃度を推定できる。
【００２２】
また、２種類の金属の組み合わせは、銅および銅合金、すず、ステンレス鋼、亜鉛のいずれかの１種類と、銀、ニッケル、はんだのいずれかの１種類からなる合金薄膜とすることができる。ここで、銅および銅合金、すず、ステンレス、亜鉛は塩素ガスに腐食されやすく、銀、ニッケル、はんだは腐食されにくい性質がある。２種類からなる合金薄膜を塩素ガスが存在する環境中に放置すると、腐食されやすい銅および銅合金、すず、ステンレス鋼、亜鉛側に抵抗中立点が移動する。したがって環境中に塩素ガスが存在することが推定でき、抵抗中立点の移動速度からガス濃度を推定できる。
【００２３】
また、２種類の金属の組み合わせは、銅および銅合金、アルミニウムのいずれかの１種類と、銀、ニッケル、ステンレス鋼、すず、亜鉛のいずれかの１種類からなる合金薄膜とすることもできる。ここで、銅および銅合金、アルミニウムはアンモニアガスに腐食されやすく、銀、ニッケル、ステンレス、すず、亜鉛は腐食されにくい性質がある。２種類からなる合金薄膜をアンモニアガスが存在する環境中に放置すると、腐食されやすい銅および銅合金、アルミニウム側に抵抗中立点が移動する。したがって環境中にアンモニアガスが存在することが推定でき、抵抗中立点の移動速度からガス濃度を推定できる。
【００２４】
次に、他の実施の形態の例について、図２を用いて説明する。図２は、この発明の他の実施の形態を示す構成図である。図２において、２１は基材、２２は薄膜であって、三種類の純金属またはそれらの合金からなり、組成が平面上で連続的に変化したもの（３元系傾斜組成薄膜）、２３ａは３元系傾斜組成薄膜の成分の一つである金属Ａ用の電極、２３ｂは３元系傾斜組成薄膜の成分の一つである金属Ｂ用の電極、２３ｃは３元系傾斜組成薄膜の成分の一つである金属Ｃ用の電極、２４は抵抗中立点、２５は抵抗計である。
【００２５】
図２に示した環境診断ツールにおいて、金属Ａ、金属Ｂおよび金属Ｃには、特定のガスに腐食されやすい金属を選択する。例えば、金属Ａとして硫化水素に腐食されやすい銀、金属Ｂとして二酸化硫黄ガスに腐食されやすいニッケル、金属Ｃとして塩素ガスに腐食されやすいスズとする。これらの金属または合金を、平坦な基材２１上に真空蒸着法やスパッタ法などで３以上の方向から各々の濃度が平面内で連続的に変化し、組成の成分濃度の変化量がその位置の変化に対して一定となるように薄膜として形成しておく。図２に示した薄膜２２では、三角形の各頂点が各金属のみの組成となり、各頂点から他の頂点に向けて、組成が直線的に変化するような、あたかも３元系合金状態図のような組成分布になる薄膜としている。かような組成が傾斜した三角形形状の薄膜２２の各頂点にそれぞれ電極２３ａ、２３ｂおよび２３ｃを取付け、これらの３つの頂点で囲まれる領域内の任意の位置の抵抗を測定し、それぞれの頂点からの抵抗が等しくなる点を抵抗中立点２４として、印を付ける。次に、かような環境診断ツールを単一種類ガス中、例えば硫化水素ガス中に放置すると、銅または銀およびそれらの合金部分が局所的に腐食されて、純金属の抵抗とは異なる腐食生成物が生成される。このとき、星印で示した抵抗中立点２４は銀の存在する方向に、図中の矢印の方向に、移動する。このように、抵抗中立点２４の移動方向から腐食されやすいガスの種類が推定できる。また、経時的に抵抗中立点２４が移動する速度を測定すると、ガスの濃度が高いほど抵抗中立点２４の移動速度が大きくなるから、ガスの濃度が推定できる。
【００２６】
また、図２に示した環境診断ツールを、腐食性ガスが複数存在する場合、例えば、硫化水素ガスと二酸化硫黄ガスが存在する環境下に環境診断ツールを設置した場合には、銀およびそれらの合金部分、かつニッケルおよびその合金部分が局所的に腐食されて、抵抗中立点はこれらの金属濃度が高い方向に移動する。また抵抗中立点の移動速度はガス濃度と関連があり、例えば硫化水素ガスの濃度が高い場合、銀の方向への移動速度が大きい。このように、複数の腐食性ガスが存在している場合にも、抵抗中立点の移動方向および移動速度を捉えることにより、複数の腐食性ガスの種類および濃度を推定できる。
【００２７】
このように、この発明に係わる環境診断ツールは、薄膜について、２種類の純金属またはそれらの合金からなるものに限られず、３以上の種類の金属について、平面内で組成を連続的に変化させて成膜したものとすることができる。すなわち、３以上の種類の金属の場合であっても、同一線上にない３以上の箇所からの抵抗が等しくなる点が存在することを利用して、この抵抗中立点の動きから設置環境の腐食性を定量化することができるのである。このように３種類以上の金属の薄膜を用いると、２種類の金属の薄膜を用いた場合に比べて、複数の腐食性ガスを判定することが出来るので有利である。すなわち、ある複数種類の腐食性ガス環境下では、２種類の金属を用いた場合では抵抗中立点が１方向だけに移動するか、あるいは、２つの金属の種類とガス種類の組み合わせにより、２つの金属が同程度に腐食して抵抗中立点が移動しない、あるいは、ガス濃度の変動により抵抗中立点がある点を中心に行き来することがある。これらの場合では、複数種類の腐食性ガスの種類及び濃度を正確に測定することができない。これに対して、金属薄膜が３種類以上からなるものである場合では、このようなことはなく、抵抗中立点が移動していき、この方向と速度から複数の腐食性ガスの種類と濃度を判定することができる。
【００２８】
なお、抵抗中立点の移動ではなく３点間の抵抗測定から、ガス種類や濃度を推定する手法も考えられるが、そのような手法の場合、材料の抵抗特性は結晶構造などの影響により不連続であるので不正確となる。さらに３点間の抵抗測定では、極間の平均抵抗を測定しているため、局所的な抵抗変化が生じた場合、両端の抵抗変化はわずかであるが、抵抗中立点は大きく移動するので、抵抗中立点による測定の方が有利である。
【００２９】
３種類の金属の組み合わせとしては、すず、亜鉛、ステンレス鋼のいずれかの１種類と、ニッケルと、銀とからなる合金薄膜とすることができる。ここで、すず、亜鉛、ステンレス鋼は塩素ガスに、ニッケルは亜硫酸ガスに、銀は硫化水素ガスに腐食されやすい性質がある。そのため、測定環境中に塩素ガスや亜硫酸ガスや硫化水素ガスが存在すると、薄膜中におけるそれらのガスに腐食されやすい金属が腐食して、腐食された方向へ抵抗中立点が移動する。したがって環境中に塩素ガスや亜硫酸ガスや硫化水素ガスが存在することが推定でき、抵抗中立点の移動速度からガス濃度を推定できる。
【００３０】
３種類の金属の組み合わせとしては、ニッケル、銀、アルミニウムからなる合金薄膜とすることもできる。ここで、ニッケルは亜硫酸ガスに、銀は硫化水素ガスに、アルミニウムはアンモニアガスに腐食されやすい性質がある。そのため、測定環境中に亜硫酸ガスや硫化水素ガスやアンモニアガスが存在すると、薄膜中におけるそれらのガスに腐食されやすい金属が腐食して、腐食された方向へ抵抗中立点が移動する。したがって環境中に亜硫酸ガスや硫化水素ガスやアンモニアガスが存在することが推定でき、抵抗中立点の移動速度からガス濃度を推定できる。
【００３１】
図１及び図２を用いて説明したように、この発明の環境診断ツールは、平面内において、複数の純金属や合金の組成（濃度）が連続的に変化した薄膜を使用する。そして、抵抗中立点の移動を正確に捉えるために、その薄膜の組成が、平面内において連続的に変化し、組成の成分の変化量がその位置の変化に対して一定であるように成膜したものを用いることが望ましい。純金属や合金の濃度がこのように変化していないと、抵抗中立点が不規則に移動することがあり、正確に移動方向を捉えるのが難しくなる。
【００３２】
このような平面内において組成が連続的に変化し、組成の成分の変化量がその位置の変化に対して一定であるような薄膜は、例えば、真空蒸着法やスパッタ法を用いて得ることができる。特に、真空蒸着法において、蒸発源からの蒸気を基板の表面で受け止める際に、蒸発源と基板との間に配置した遮蔽板の遮蔽効果によって、基板上の対象位置への原料蒸気の到達量に規則的な勾配を持たせて成膜すると上記の基板の表面に直線的な組成変化を有する傾斜組成膜を形成することができるので、そのような傾斜組成膜製造装置を用いて形成することは好ましい。
【００３３】
平面内で組成が変化する薄膜において抵抗中立点を求める要領を原理的に説明すると、例えば図１に示す２種類の金属よりなる薄膜の場合では、両端部に取り付けた電極１３ａ、１３ｂと抵抗計１５とを、スイッチ１６を介して切り替え可能に接続するとともに、この抵抗計１５と接続するプローブ（図示せず）を薄膜の平面内の任意の位置に接触させて、その任意の位置と電極１３ａとの間の電気抵抗を抵抗計１５により測定し、かつ、スイッチ１６を切り替えることにより、この任意の位置と電極１３ｂとの間の電気抵抗を抵抗計１５により測定する。そして、抵抗中立点になる方向にプローブを薄膜の平面内で移動させて、移動した位置における電極１３ａ，１３ｂとの電気抵抗を測定する。これを繰り返して抵抗中立点になる位置を見つける。
【００３４】
図２に示す３種類の金属よりなる薄膜の場合も同様であって、三角形形状の薄膜の頂点に取り付けた電極２３ａ、２３ｂ及び２３ｃと抵抗計２５とを、スイッチ２６を介して切り替え可能に接続するとともに、この抵抗計２５と接続するプローブ（図示せず）を薄膜の平面内の任意の位置に接触させて、その任意の位置と電極２３ａとの間の電気抵抗を抵抗計２５により測定し、かつ、スイッチ２６を切り替えることにより、この任意の位置と電極２３ｂおよび２３ｃとの間の電気抵抗を抵抗計１５によりそれぞれ測定する。そして、抵抗中立点になる方向にプローブを薄膜の平面内で移動させて、移動した位置における電極２３ａ，２３ｂおよび２３ｃとの電気抵抗を測定する。これを繰り返して抵抗中立点になる位置を見つける。
【００３５】
なお、薄膜の抵抗特性に関し、プローブの移動方向及び移動距離と、電気抵抗の増減との関係が予め既知であれば、プローブの移動と電気抵抗の計測を繰り返さなくても、抵抗中立点を求めることができる。
【００３６】
環境診断ツールが所定の環境下に設置され、薄膜の経時的な腐食が進行するにつれて、薄膜表面にプローブあるいは電極を押しつけて電気抵抗を測定することが困難になる。そこで、薄膜と導通する電極が、薄膜を備える側の基材表面に複数設置されており、かつ、薄膜を備える基材の表面から他の面まで電気的に接続される構成にすることは好ましい。かかる構成を図３を用いて具体的に説明する。
【００３７】
図３は、この発明の実施の形態の一例による環境診断ツールの基材３１及び傾斜組成の薄膜３２を示す構成図である。図３において、薄板状の基材３１の一方の面に薄膜３２が形成されており、そして、この基材３１には、薄膜３２が形成された一方の面から他方の面にかけてスルーホール（貫通孔）３３が設けられている。このスルーホール３３が基材に多数個設けられて、そのスルーホールの一つにプローブを挿入して薄膜３２と接触させることにより、局所的な電気抵抗の変化を測定することも可能である。しかし、前述したように薄膜の経時的な腐食が進行するにつれて、薄膜表面にプローブあるいは電極を押しつけて電気抵抗を測定することが困難になる。そこで、あらかじめ基材３１にスルーホール３３を設けて、基材３１の表面におけるスルーホール３３の周囲にランド３４を、裏面におけるスルーホール３３の周囲にランド３５を、それぞれ形成するとともに、スルーホール３３に導電性材料を被覆させて貫通接続し、その後に薄膜３２を基材３１表面に形成することにより、表面のランド３４からスルーホール３３を介して裏面のランド３５まで薄膜３２と電気的に接続されることになる。したがって、電気抵抗を測定する時には、プローブを直接に薄膜に接触させなくても、薄膜と導通している基材３１の裏面側のランド３５、あるいはスルーホール３３表面上の導電性材料に接触させたり、これらの部材にリード線をはんだなどで接合したりすることにより測定することができるので、薄膜の経時的な腐食が進行した場合であっても、正確かつ確実に測定することが可能になる。また、このようにプローブを直接に薄膜に接触させずに測定することは、薄膜表面に腐食生成物が存在しているときに、プローブの接触部分の接触抵抗により測定結果に誤差が生じるおそれを有利に回避することができる。また、スルーホール３３に比較的耐食性の良いはんだめっきをしておくと、スルーホール部分の腐食を抑えることができる。
【００３８】
図４は、この発明の実施の形態の他の例による環境診断ツールの基材３１及び傾斜組成の薄膜３２を示す構成図である。図４において、図３と同一部材には同一符号を付している。図４では、薄膜３２につながる配線３６が、基材３１における下層３１ａと上層３１ｂとの間に形成されている。かように配線３６を基材３１の内部に配置させることにより、配線３６の表面が下層３１ａと上層３１ｂとで被覆されていることになるから、配線３６の腐食を防止することができる。なお、このような基材内部に配置された配線を用いた場合の抵抗の測定は、配線が基材３１の端部に露出した部分で測定すればよい。かかる層間の配線は、パターニングにより配線の長さを測定部ごとに一様に揃えることができ、このように配線長さを揃えておくと、パターンの抵抗が等しくなるため、各配線の抵抗を揃える必要がない。
【００３９】
また、図４に示した実施の形態では、基材３１表面におけるランド３４から、導電部材３７が基材表面上で延びて形成されている。このようにして導電部材３７と薄膜３２との局所的な接触面積が増えることにより、電極の接触部分での接触抵抗の問題を低減して、スルーホール近傍の抵抗を正確に測定することができる。
【００４０】
また、スルーホール３３を導電性材料、例えば、はんだ３８により埋め込むようにすることもでき、このような導電性材料でスルーホール３３を埋め込むことにより、スルーホール３３部分の腐食を抑えることができる。
【００４１】
３以上の種類の金属を平面に成膜する場合に同一線上にない３以上の箇所からの抵抗が等しくなる点を決定するための測定方法としては、既に説明した方法以外にも、基材表面に複数箇所設置した電極を通じて、基材上に形成した薄膜上の、特定の２以上の箇所からの電気抵抗を、順次走査して抵抗中立点を測定することができる。これを図５を用いて説明する。
【００４２】
図５は、この発明の実施の形態の一例による環境診断ツールの走査電極を用いて薄膜抵抗を測定する方法を示す構成図である。図５は、基材２１の３元系傾斜組成薄膜２２が形成されている面とは反対の面（裏面）を示している。この裏面には、図３に示したのと同様に薄膜２２とはスルーホールを介して電気的に接続している電極２７が多数設けられている。
【００４３】
三角形の３元系傾斜組成薄膜２２の各頂点に設けられた電極のうち、電極２３ｃと薄膜２２上の任意の点との間における電気抵抗を測定する場合を例にとって説明すると、電極２３ｃと抵抗計２５とを配線により接続するとともに、この抵抗計と接続し薄膜２２上の任意の点を測定するための走査プローブ２８を、基材２１の裏面に形成され貫通配線を介して表面の薄膜２２と導通した電極２７に接触させることにより、電極２３ｃと裏面上の任意の電極２７との間における薄膜２２の電気抵抗を測定する。測定後は、走査プローブ２８を、裏面をなぞるように移動させ、隣の電極と電極２３ｃとの間の薄膜の電気抵抗を測定する。このようにして、走査プローブ２８を基材２１の裏面に設けられた複数の電極２７に順次接触させて抵抗を測定するのである。
【００４４】
また、走査プローブ２８を移動させる代わりに、複数の電極２７のそれぞれに対して、図示しないリード（導線）の一端をはんだなどで予め接合するとともに、リードの他端をロータリースイッチに接続しておき、抵抗計２５への接続を手動または自動で切り換えるようにしてもよい。また、機械的なロータリースイッチの代わりに、電気的にリード端部を切り換えるような回路に接続して自動的かつ連続的に抵抗を測定してもよい。
【００４５】
上述した測定法によって、電気抵抗の測定は連続して行うことができるため、環境の腐食性を連続して定量化することができる。また、腐食により薄膜が消失して電気抵抗が無限大になる時間を捉えると、部品の寿命を診断することができる。
【００４６】
この発明の環境診断ツールにおいては、薄膜上の抵抗中立点が、ガスの種類及び濃度により定まる基材上のある領域に達したことを、信号により伝達する手段を備える構成にすることもできる。例えば、抵抗中立点により求められるガス種とそのガス濃度が、機器あるいは人体に有害なガス及び濃度である場合、そのことを信号により伝達することにより、その有害なガスによる問題を回避することかできる。
【００４７】
この発明の環境診断ツールにおいては、組成の変化が同じで厚さの異なる２枚以上の薄膜を基材に備え、各薄膜における抵抗中立点の移動から設置環境の腐食性を定量化する構成にすることもできる。すなわち、薄膜の厚さにより電気抵抗の変化が異なることから、組成の変化が同じで厚さの異なる２枚以上の薄膜を基材に備え、各薄膜における抵抗中立点の移動から設置環境の腐食性を定量化すれば、腐食性の高い場所から低い場所まで広範囲の環境を診断するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】２元系組成傾斜薄膜による環境診断ツールを示す構成図である。
【図２】３元系組成傾斜薄膜による環境診断ツールを示す構成図である。
【図３】貫通電極を示す構成図である。
【図４】基板内に配置した配線を示す構成図である。
【図５】走査電極を用いて抵抗を測定する構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１  基材、１２  薄膜（２元系傾斜組成薄膜）、１３ａ  金属Ａ用の電極、１３ｂ  金属Ｂ用の電極、１４  抵抗中立点、１５  抵抗計、２１  基材、２２  薄膜（３元系傾斜組成薄膜）、２３ａ  金属Ａ用の電極、２３ｂ  金属Ｂ用の電極、２３ｃ  金属Ｃ用の電極、２４  抵抗中立点、２５  抵抗計、２７  電極、２８  走査プローブ、３１  基材、３２  薄膜、３３  スルーホール、３４  ランド、３７  導電部材
【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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