(57)【要約】【課題】低湿度や部材の腐食の初期段階であっても、部材に腐食が発生していることを検出可能とする。【解決手段】第１導電材料から形成された基板電極と、基板電極上にパターニングされて形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成されると共に第１導電材料と異なる第２導電材料によって形成されたパターン電極とを備える腐食検出装置であって、基板電極及びパターン電極に励磁信号を付与する励磁信号供給部と、基板電極とパターン電極との間の静電容量を計測して出力する静電容量計測部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電材料から形成された基板電極と、前記基板電極上にパターニングされて形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されると共に前記第１導電材料と異なる第２導電材料によって形成されたパターン電極とを備える腐食検出装置であって、
前記基板電極及び前記パターン電極に励磁信号を付与する励磁信号供給部と、
前記基板電極と前記パターン電極との間の静電容量を計測して出力する静電容量計測部と
を備えることを特徴とする腐食検出装置。
【請求項２】
前記基板電極と前記パターン電極との間に流れる電流を計測して出力する電流計測部を備えることを特徴とする請求項１記載の腐食検出装置。
【請求項３】
少なくとも前記基板電極あるいは前記パターン電極に腐食が発生するまでの期間にて、前記励磁信号供給部に前記励磁信号を前記基板電極及び前記パターン電極に付与させ、かつ、静電容量計測部に前記静電容量を出力させる制御部を備えることを特徴とする請求項１または２記載の腐食検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか一項に記載の腐食検出装置と、前記腐食検出装置から出力される前記静電容量に基づいて前記基板電極及び前記パターン電極の少なくともいずれかの腐食状態を判定する判定部とを備えることを特徴とする腐食状態判定システム。
【請求項５】
第１導電材料から形成された基板電極と、前記基板電極上にパターニングされて形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されると共に前記第１導電材料と異なる第２導電材料によって形成されたパターン電極とを備える腐食検出装置を用いた腐食検出方法であって、
前記基板電極と前記パターン電極との間に励磁信号を付与し、前記基板電極と前記パターン電極との間の静電容量を計測することを特徴とする腐食検出方法。
【請求項６】
前記基板電極と前記パターン電極との間に流れる電流を計測することを特徴とする請求項５記載の腐食検出方法。
【請求項７】
少なくとも前記基板電極あるいは前記パターン電極に腐食が発生するまでの期間にて、前記励磁信号を前記基板電極及び前記パターン電極に付与し、かつ、前記静電容量を計測することを特徴とする請求項５または６記載の腐食検出方法。
【請求項８】
前記静電容量に基づいて前記基板電極及び前記パターン電極の少なくともいずれかの腐食状態を判定することを特徴とする請求項５〜７いずれか一項に記載の腐食検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食検出装置、腐食状態判定システム及び腐食検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、異なる金属材料によって形成された電極間に流れるガルバニック電流を出力するＡＣＭ（Atmospheric Corrosion Monitor）センサによって部材の腐食を検出する検出装置が用いられている。例えば、特許文献１には、基板状に形成された第１金属電極上に絶縁層をパターニングし、この絶縁層上に第１金属電極と異なる金属材料により形成された第２金属電極がパターン形成された腐食センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３４１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、腐食センサの設置環境が低湿度であったり、また腐食の初期段階であったりすると、ガルバニック電流が十分に流れずに部材に腐食が発生しているか否かを正確に判定できない場合がある。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、低湿度や部材の腐食の初期段階であっても、部材に腐食が発生していることを検出可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００７】
第１の発明は、第１導電材料から形成された基板電極と、上記基板電極上にパターニングされて形成された絶縁膜と、上記絶縁膜上に形成されると共に上記第１導電材料と異なる第２導電材料によって形成されたパターン電極とを備える腐食検出装置であって、上記基板電極及び上記パターン電極に励磁信号を付与する励磁信号供給部と、上記基板電極と上記パターン電極との間の静電容量を計測して出力する静電容量計測部とを備えるという構成を採用する。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記基板電極と上記パターン電極との間に流れる電流を計測して出力する電流計測部を備えるという構成を採用する。
【０００９】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、少なくとも上記基板電極あるいは上記パターン電極に腐食が発生するまでの期間にて、上記励磁信号供給部に上記励磁信号を上記基板電極及び上記パターン電極に付与させ、かつ、静電容量計測部に上記静電容量を出力させる制御部を備えるという構成を採用する。
【００１０】
第４の発明は、腐食状態判定システムであって、上記第１〜第３いずれかの発明である腐食検出装置と、上記腐食検出装置から出力される上記静電容量に基づいて上記基板電極及び上記パターン電極の少なくともいずれかの腐食状態を判定する判定部とを備えるという構成を採用する。
【００１１】
第５の発明は、第１導電材料から形成された基板電極と、上記基板電極上にパターニングされて形成された絶縁膜と、上記絶縁膜上に形成されると共に上記第１導電材料と異なる第２導電材料によって形成されたパターン電極とを備える腐食検出装置を用いた腐食検出方法であって、上記基板電極と上記パターン電極との間に励磁信号を付与し、上記基板電極と上記パターン電極との間の静電容量を計測するという構成を採用する。
【００１２】
第６の発明は、上記第５の発明において、上記基板電極と上記パターン電極との間に流れる電流を計測するという構成を採用する。
【００１３】
第７の発明は、上記第５または第６の発明において、少なくとも上記基板電極及び上記パターン電極に腐食が発生するまでの期間にて、上記励磁信号を上記基板電極あるいは上記パターン電極に付与し、かつ、上記静電容量を計測するという構成を採用する。
第８の発明は、上記第５〜第７いずれかの発明において、上記静電容量に基づいて上記基板電極及び上記パターン電極の少なくともいずれかの腐食状態を判定するという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板電極とパターン電極とに励磁信号を付与することによって、基板電極とパターン電極とがコンデンサとして機能し、これらの基板電極とパターン電極との間に電荷が蓄えられる。基板電極あるいはパターン電極の表面に錆層が形成されると、錆層の厚さ寸法の分、基板電極とパターン電極との距離が近づくことになり、基板電極とパターン電極との間の静電容量が変化する。このため、基板電極とパターン電極との間の静電容量に基づいて、錆層の有無すなわち腐食状態の有無を判定することができる。本発明によれば、上記の静電容量が計測されるため、計測結果に基づいてガルバニック電流によらずに部材の腐食状態を判定することが可能となる。したがって、本発明によれば、低湿度や部材の腐食の初期段階であっても、部材に腐食が発生していることを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における腐食判定システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における腐食判定システムが備える腐食センサの概略構成図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る腐食検出装置、腐食状態判定システム及び腐食検出方法の一実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態の腐食状態判定システム１の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態の腐食状態判定システム１は、腐食状態に応じた値の出力を行う腐食検出装置２と、腐食検出装置２の出力に基づいて腐食の状態を判定する判定部３とを備えている。
【００１８】
腐食検出装置２は、腐食センサ４と、発振器５（励磁信号供給部）と、第１スイッチ６と、第２スイッチ７と、インピーダンス測定器８（静電容量計測部）と、電流計９（電流計測部）と、制御部１０とを備えている。腐食センサ４は、腐食状態の検出対象である部材に対して設置されている。図２は、腐食センサ４の概略構成図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００１９】
図２に示すように、腐食センサ４は、基板電極４ａと、絶縁膜４ｂと、パターン電極４ｃと、第１配線４ｄと、第２配線４ｅとを備えている。基板電極４ａは、検出対象である部材を形成する金属材料あるいはこの金属材料を含む材料によって形成されており、板状に形状設定されている。このような基板電極４ａは、例えば鉄鋼（第１導電材料）により形成されている。
【００２０】
絶縁膜４ｂは、基板電極４ａ上に形成された絶縁性の薄膜である。この絶縁膜４ｂには、図２（ａ）に示すように、中央部に複数のスリット４ｂ１が平行に形成されている。各々のスリット４ｂ１は、図２（ｂ）に示すように、絶縁膜４ｂを貫通して設けられている。これらのスリット４ｂ１によって、基板電極４ａの表面の一部が露出された状態とされている。
【００２１】
パターン電極４ｃは、絶縁膜４ｂ上にパターニングされて形成されると共に、基板電極４ａの形成材料と異なる導電材料（第２導電材料）によって形成されている。例えば、パターン電極４ｃを形成材料としては、金、銀、銅、アルミニウムあるいはこれらの合金を用いることができる。また、パターン電極４ｃの形成材料としては、炭素を用いることも可能である。パターン電極４ｃは、絶縁膜４ｂのスリット４ｂ１が形成された領域に設けられており、スリット４ｂ１を避けて絶縁膜４ｂ上のみに形成されている。つまり、パターン電極４ｃは、絶縁膜４ｂのスリット４ｂ１に合わされた位置に、複数のスリット４ｃ１が平行に形成されている。このようなパターン電極４ｃは、絶縁膜４ｂを介して、基板電極４ａ上に設けられており、基板電極４ａと絶縁されている。
【００２２】
第１配線４ｄは、基板電極４ａと接続されており、基板電極４ａと腐食センサ４の外部のインピーダンス測定器８とを導通する配線である。第２配線４ｅは、パターン電極４ｃとインピーダンス測定器８とを導通する配線である。
【００２３】
発振器５は、制御部１０の制御の下に、基板電極４ａ及びパターン電極４ｃに付与する励磁信号を生成する。本実施形態では、発振器５は、例えばＧＨｚ帯の高周波の交流信号を励磁信号として生成する。
【００２４】
第１スイッチ６は、発振器５と腐食センサ４の第１配線４ｄとの間に配置されており、制御部１０の制御の下に開閉される開閉器である。第１スイッチ６は、制御部１０によって閉状態とされることによって、第１配線４ｄを介して発振器５と基板電極４ａとを導通状態とする。また、第１スイッチ６は、制御部１０によって開状態とされることによって、発振器５と基板電極４ａとを絶縁状態とする。
【００２５】
第２スイッチ７は、発振器５と腐食センサ４の第２配線４ｅとの間に配置されており、制御部１０の制御の下に開閉される開閉器である。第２スイッチ７は、制御部１０によって閉状態とされることによって、第２配線４ｅを介して発振器５とパターン電極４ｃとを導通状態とする。また、第２スイッチ７は、制御部１０によって開状態とされることによって、発振器５とパターン電極４ｃとを絶縁状態とする。
【００２６】
インピーダンス測定器８は、第１配線４ｄを介して基板電極４ａと接続され、第２配線４ｅを介してパターン電極４ｃと接続されている。このインピーダンス測定器８は、制御部１０の制御の下に、励磁信号を基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間に付与した場合における基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の電圧及び電流を計測する。さらに、インピーダンス測定器８は、この計測結果に基づいて、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の静電容量等を求めて出力する。このインピーダンス測定器８から出力された静電容量は、腐食検出装置２の出力として判定部３に対して入力される。
【００２７】
電流計９は、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間に流れる電流を計測し、その計測結果を出力する。この電流計９から出力された電流値は、腐食検出装置２の出力として判定部３に入力される。このような電流計９は、発振器５から励磁信号が基板電極４ａ及びパターン電極４ｃに供給されていない場合であっても、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間に流れる電流を計測する。このため、腐食が発生して基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間にガルバニック電流が流れた場合には、電流計９によってガルバニック電流が計測され、その計測結果が判定部３に対して入力される。
【００２８】
制御部１０は、判定部３と接続されており、判定部３の計測結果に基づいて、発振器５、第１スイッチ６、第２スイッチ７及びインピーダンス測定器８の制御を行う。例えば、制御部１０は、判定部３にて基板電極４ａが腐食していないと判定されている場合には、発振器５に励磁信号を生成させ、第１スイッチ６及び第２スイッチ７を閉状態とさせる。さらに、制御部１０は、インピーダンス測定器８に基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の静電容量等を出力させる。一方、制御部１０は、判定部３にて基板電極４ａが腐食していると判定されている場合には、発振器５による励磁信号の生成を停止し、第１スイッチ６及び第２スイッチ７を開状態とさせる。このような場合には、制御部１０は、少なくとも基板電極４ａに腐食が発生するまでの期間にて、発振器５に励磁信号を基板電極４ａ及びパターン電極４ｃに付与させ、かつ、インピーダンス測定器８に静電容量を出力させる。
【００２９】
判定部３は、腐食検出装置２の出力（インピーダンス測定器８からの静電容量、あるいは、電流計９からの電流値）に基づいて、基板電極４ａ（すなわち腐食状態の検出対象である部材）の腐食状態を判定する。基板電極４ａに腐食が発生していない場合には、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間にガルバニック電流は流れず、基板電極４ａに腐食が発生すると基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間にガルバニック電流は流れる。しかしながら、腐食の発生初期等においては、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間に流れるガルバニック電流が微弱であり、電流計９によってガルバニック電流が計測できない場合がある。一方で、基板電極４ａに腐食が発生すると、基板電極４ａの表面に形成された錆層によって、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの物理的な離間距離が短くなる。このため、腐食の発生初期や低湿度であっても、腐食が発生した場合には、励磁信号供給時における基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の静電容量が変化する。また、腐食の進行程度（すなわち錆層の厚さ寸法）によっても励磁信号供給時における基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の静電容量が変化する。このため、判定部３は、少なくとも腐食が発生するまでの期間では、インピーダンス測定器８から入力される静電容量に基づいて、基板電極４ａの腐食状態を判定する。
【００３０】
なお、基板電極４ａの腐食が進む等により、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間にガルバニック電流が安定して流れる状態となった場合には、判定部３は、電流計９から入力あれる電流値（すなわちガルバニック電流の値）に基づいて、基板電極４ａの腐食状態を判定する。
【００３１】
続いて、このような本実施形態の腐食状態判定システム１の動作（腐食検出装置２を用いた腐食検出方法）について説明する。
【００３２】
まず、腐食センサ４を検出対象の部材に対して取り付ける。このように腐食センサ４を部材に対して取り付けた直後においては、検出対象の部材及び基板電極４ａに腐食は発生していない。このため、判定部３から腐食が発生していない旨の信号が制御部１０に入力される。制御部１０は、腐食が発生するまでの期間、離散的あるいは連続的に、発振器５に励磁信号を生成させ、第１スイッチ６及び第２スイッチ７を閉状態とする。これによって、励磁信号が基板電極４ａ及びパターン電極４ｃに供給される。
【００３３】
このように基板電極４ａ及びパターン電極４ｃに励磁信号が供給されると、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間に励磁信号に応じた電圧が印加され、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間に電流が流れる。インピーダンス測定器８は、励磁信号が基板電極４ａ及びパターン電極４ｃに供給されたことによって発生した上記電圧及び電流に基づいて、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の静電容量を求め、この静電容量を出力する。
【００３４】
判定部３は、インピーダンス測定器８から入力される静電容量の値が、予め記憶する閾値を超えた場合には、基板電極４ａ（すなわち検出対象の部材）に腐食が発生したと判定し、その判定結果を出力する。判定部３にて腐食が発生したと判定された場合には、制御部１０は、発振器５、第１スイッチ６及び第２スイッチ７を制御して励磁信号の基板電極４ａ及びパターン電極４ｃへの供給を停止し、インピーダンス測定器８による静電容量の計測も停止させる。このような場合には、電流計９で計測されたガルバニック電流の値が判定部３に入力され、判定部３は、ガルバニック電流に基づいて腐食の進行程度を判定し、その判定結果を出力する。
【００３５】
つまり、本実施形態の腐食状態判定システム１においては、基板電極４ａ（すなわち検出対象である部材）に腐食が発生するまでの期間は、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の静電容量に基づいて腐食の発生状態を判定し、腐食が発生した後はガルバニック電流に基づいて腐食の進行程度を判定する。
【００３６】
なお、静電容量に腐食状態を判定する期間と、ガルバニック電流によって腐食状態を判定する期間とを切り替えるタイミングは、腐食の発生タイミングに限るものではない。例えば、腐食発生初期においては、上述のように微弱なガルバニック電流しか流れないことから、腐食がある程度進行し、安定して計測可能なガルバニック電流が流れるようになってから、静電容量からガルバニック電流による腐食状態の判定に切り替えるようにしても良い。例えば、腐食が進行し、ガルバニック電流が１μＡ以上流れるようになった場合には、静電容量からガルバニック電流による腐食状態の判定に切り替える。
【００３７】
また、腐食の進行度がさらに大きくなると、ガルバニック電流のみでは腐食の進行度を正確に判定することが困難となる場合がある。このため、腐食の進行度が大きくなった場合には、再び静電容量による腐食状態の判定を行うようにしても良い。例えば、ガルバニック電流が１ｍＡ以上となる場合には、再び静電容量による腐食状態の判定を行うことが考えられる。
【００３８】
さらに、同一期間に静電容量とガルバニック電流との両方を用いて、より正確な腐食状態を求めるようにすることも可能である。このような場合には、静電容量とガルバニック電流とを変数とする連立方程式に当てはめて腐食状態を判定することや、静電容量とガルバニック電流との重みづけを調整して腐食状態を判定することが考えられる。
【００３９】
以上のような本実施形態の腐食状態判定システム１（腐食検出方法）によれば、基板電極４ａとパターン電極４ｃとに励磁信号を付与することによって、基板電極４ａとパターン電極４ｃとがコンデンサとして機能し、これらの基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間に電荷が蓄えられる。基板電極４ａの表面に錆層が形成されると、錆層の厚さ寸法の分、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの距離が近づくことになり、励磁信号が付与された場合の基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の静電容量が変化する。このため、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の静電容量に基づいて、錆層の有無すなわち腐食状態の有無を判定することができる。本実施形態の腐食状態判定システム１によれば、上記の静電容量が計測される。このため、ガルバニック電流によらずに部材の腐食状態を判定することが可能となる。したがって、本実施形態の腐食状態判定システム１によれば、低湿度や部材の腐食の初期段階であっても、部材に腐食が発生していることを検出することができる。
【００４０】
また、本実施形態の腐食状態判定システム１においては、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間に流れる電流を計測して出力する電流計９を備えている。このため、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の静電容量のみではなく、基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間を流れるガルバニック電流によっても部材の腐食状態を検出することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態の腐食状態判定システム１においては、少なくとも基板電極４ａに腐食が発生するまでの期間は、発振器５に励磁信号を基板電極４ａ及びパターン電極４ｃに付与させ、かつ、インピーダンス測定器８に静電容量を出力させる制御部１０を備えている。このため、ガルバニック電流が微弱で安定的に検出することが困難な期間において、安定的に部材の腐食状態を検出することが可能となる。
【００４２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態においては、腐食検出装置２と判定部３とを備える腐食状態判定システム１について説明した。しかしながら、本発明は、判定部３を備えずに腐食検出装置２のみからなる構成を採用することも可能である。このような場合には、腐食状態の判定までは行わないが、腐食状態を示す基板電極４ａとパターン電極４ｃとの間の静電容量を出力可能な腐食検出装置２として構成される。
【００４４】
また、上記実施形態においては、電流計９を備え、ガルバニック電流を用いても腐食状態が判定可能な構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、電流計９を備えずに、静電容量のみで腐食状態を検出可能な構成とすることも可能である。
【００４５】
また、上記実施形態においては、基板電極４ａの形成材料が、パターン電極４ｃの形成材料よりもイオン化傾向が大きな材料であり、基板電極４ａが錆びる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、基板電極４ａの形成材料が、パターン電極４ｃの形成材料よりもイオン化傾向が小さな材料とする構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１……腐食状態判定システム
２……腐食検出装置
３……判定部
４……腐食センサ
４ａ……基板電極
４ｂ……絶縁膜
４ｂ１……スリット
４ｃ……パターン電極
４ｃ１……スリット
４ｄ……第１配線
４ｅ……第２配線
５……発振器（励磁信号供給部）
６……第１スイッチ
７……第２スイッチ
８……インピーダンス測定器（静電容量計測部）
９……電流計（電流計測部）
１０……制御部
【図１】
2019203775.tif 000003
【図２】
2019203775.tif 000004