(57)【要約】【課題】本発明は、環境ストレス下で連続的に測定でき、１０１８Ω〜１０２０Ωの超高抵抗まで測定可能な超高抵抗測定装置と超高抵抗測定方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の超高測定装置と超高抵抗測定方法は、電極３aを磁気浮上しているバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱１ａと、電極３ｂと外部電極を試料１３で電気的に接続した抵抗測定側電離箱１ｂを併設し、各電離箱の電極３ａ，３ｂを帯電させ、ファラデーケージ５によって各電極３ａ，３ｂの電位を測定し、各電位の時間当たり変化量からそれぞれの電極での電荷の減少を求め、これより電流を求めてその差を計算し、試料１３間の電圧をこの差で割ることにより試料１３の電気抵抗を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電離性ガスを収容した容器内に設けられ、試料をセットすることにより電気的に接続される第1内部電極と第１外部電極とを備え、測定時に所定量帯電された電荷がバックグラウンド放射線量と前記試料の電気抵抗に応じて減少する第1内部電極の電位を第１ファラデーケージで測定する抵抗測定側電離箱と、
電離性ガスを収容した容器内に設けられて磁気浮上する第２内部電極と該容器内に設けられた第２外部電極とを備え、測定時に所定量帯電された電荷がバックグラウンド放射線量に応じて減少する第２電極の電位を第２ファラデーケージによって測定するバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱と、
前記第１内部電極の電位の時間当たり変化量に基づいて第１の電流値を計算するとともに、前記第２内部電極の電位の時間当たり変化量に基づいて第２の電流値を計算し、該第１及び第２の電流値の差を求める演算部と、
前記第２内部電極を磁気浮上させるとともに各ファラデーケージの制御を行う制御部を備えた超高抵抗測定装置であって、
前記演算部が、前記試料に印加された電圧と、前記第１及び前記第２の電流値の差に基づいて、前記測定試料の電気抵抗をもとめることを特徴とする超高抵抗測定装置。
【請求項２】
試料ホルダーが前記第1内部電極と前記第１外部電極に電気的に接続され、該試料ホルダーに前記試料をセットして抵抗測定を行うことを特徴とする請求項１記載の超高抵抗測定装置。
【請求項３】
外部電極が接地されたことを特徴とする請求項１または２に記載の超高抵抗測定装置。
【請求項４】
それぞれ電離性ガスを収容した抵抗測定側電離箱とバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱とを接近して設け、前記抵抗測定側電離箱では内部電極と外部電極を試料によって電気的に接続し、前記バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱では内部電極を磁気浮上させ、各内部電極を所定量帯電させてからバックグラウンド放射線の作用により電離性ガスを電離させ、ファラデーケージによって各内部電極の電位を測定し、各内部電極の電位の時間当たり変化量を基に電流値を計算して双方の差を計算し、前記試料に印加された電圧を該差で割ることにより前記試料の電気抵抗を測定することを特徴とする超高抵抗測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１０１５Ω〜１０２０Ωの絶縁体、とくに１０１８Ω〜１０２０Ωの絶縁体の電気抵抗を測定可能な超高抵抗測定装置、及びそれを実施する超高抵抗測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、１０１２Ω以上の高抵抗の測定方法に関しては、検流計法、直流増幅器による方法、超絶縁計、あるいは１０１４Ω程度までの高抵抗を測定する超高抵抗測定法等が知られている（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照）。しかし、これらの測定方法では１０１５Ωが測定の限界とされる。このほかに、半減期の長いアイソトープを封入した電離箱が電圧の変化にかかわらず一定なことを利用して、これを安定な定電流源兼高抵抗標準器として用いる電離箱法が存在する（非特許文献４参照）。この方法では１０１７Ωまでの測定が可能とされている。
【０００３】
また、情報電子分野においては、ガラスや薄膜部品等の表面抵抗値を正確に測定する必要があり、この方法を規定したＪＩＳ−Ｃ−２１４１に従って測定した典型的な事例においては、表面抵抗値は抵抗値（５×１０１５Ω）が測定限界であり、表面抵抗率では１０１７Ω／ｃｍ程度の測定が可能という報告がなされている。
【０００４】
通常、電気機器は長時間通電状態で使用され、従って電気抵抗も使用環境とその時間変化で特性が変化する。このため電子機器の信頼性評価は不可欠であり、環境試験が行われることが多いが、現状ではほとんどの場合、環境試験ごとに試験前後の測定値を比較する間欠測定が実施されている。というのは、温度、Ｘ線、放射線等の様々の環境ストレスはこのような特性の変化をもたらすだけでなく、測定結果にノイズを混入させるため、長時間の連続測定を行った場合、ノイズの変動で測定データがかくれ無意味なデータとなってしまうからである。そして、この傾向は、高感度の測定が求められるほど、測定値／ノイズの比率が悪化し、顕著に現れる。
【０００５】
このように連続測定は感度を上げるとノイズが増すという矛盾を孕んでいるが、環境ストレスに影響されずに連続測定が行える方法があれば、電子機器の信頼性評価は格段に有効なものとなる。例えば非特許文献５がこの有効性について報告している。非特許文献５は、電気抵抗が１０１１Ω程度のガラスエポキシ基板にプリント配線の表面処理を施したものを試料として特性値の変動を連続測定したものである。そして、実際の環境ストレス下における連続測定が劣化要因、故障要因を見つけ出す信頼性評価に有効である旨の結論を得ている。しかし、この報告のための測定で用いられた直流電流は３×１０−１２Ａより大きく、抵抗は１０６Ω〜１０１２Ωを測定するものであった。比較的感度が低い測定であるため上述の矛盾が小さくノイズも小さかったから連続測定が可能になったと考えられる。従って非特許文献５の方法は、高感度の測定が必要な１０−１５Ａ以下の微小な電流、１０１８Ω以上の長時間の連続測定に対して示唆するところはない。
【０００６】
なお、以上説明した抵抗測定装置とは無関係であるが、本発明者の一人は、他の発明者とともに感度良く放射線を測定する放射線検出装置を提案した（特許文献１参照）。電離箱本体の上部に電磁石を配設し、電離箱本体内には電極を磁気浮上させ、電極に帯電させるための静電帯電器を設け、電離箱本体の底部のシャッターからファラデーケージを入出自在とするものである。ファラデーケージにより非接触で電荷の読出しが行え、感度が向上するものである。
【０００７】
【特許文献１】特許第３０６１７９８号公報
【非特許文献１】電気書院編集部編「電験ハンドブック」、電気書院、昭和４３年７月、ｐ．３４５〜ｐ．３５８
【非特許文献２】山内二郎監修「電気計測便覧」、オーム社、昭和４６年５月、ｐ．３９０〜ｐ．３９４
【非特許文献３】電気学会編「電気工学ハンドブック」第６版、オーム社、平成１３年２月、ｐ．２４９
【非特許文献４】近角聡信著「電気計測」、共立出版、昭和４４年７月、ｐ．２５９
【非特許文献５】田中浩和他著「電子部品の信頼性評価方法に関する一考察」、ＥＳＰＥＣ技術情報、Ｎｏ．３、タバイエスペック株式会社、平成７年９月、ｐ．４〜ｐ．７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電子機器の精度は、そこで用いられている電子部品の性能と信頼性に依存し、さらには外的要因である環境ストレスに依存する。例えば高感度エレクトロメータやピコアンメータ等は、きわめて微小な電流や電圧測定が可能という性能と信頼性が要求され、この性能を発現させるための前提として、測定系を構成する高抵抗や超高抵抗が、様々の環境下で信頼性高く検定されていることが必要である。
【０００９】
従来の検流計法、直流増幅器による方法、超絶縁計、超高抵抗測定法、電離箱法等でこのような高抵抗の測定を行うと、１０１７Ω程度の測定が限界であり、これを越える１０１８Ω〜１０２０Ωの超高抵抗を測定するのは困難であった。このような超高抵抗を測定できる測定方法の開発が望まれるが、このような測定方法は高感度であり、これが高感度になればなるほど周囲の環境ストレスが影響し、正確な情報がノイズの中に埋没するという矛盾が生じる。これでは高感度で連続測定を行うというニーズに応えることができない。非特許文献５でも連続測定を行っているが、１０６Ω〜１０１２Ωの抵抗を測定するもので、超高抵抗の連続測定に対して示唆するものではない。
【００１０】
また、電離箱に関して、本発明者の一人が提案した電離箱は高感度の放射線検出装置であって、超高抵抗を測定できる抵抗測定装置ではない。定電流源とはならず、従来の電離箱法では使用できないものである。
【００１１】
そこで、本発明が解決しようとする問題点は、長時間の通電状態、Ｘ線・放射線照射下での使用等の環境ストレス下で連続的に、１０１８Ω〜１０２０Ωの超高抵抗まで測定可能な超高抵抗測定装置と、超高抵抗測定方法を実現する点である。
【００１２】
そこで本発明は、環境ストレス下で連続的に、１０１８Ω〜１０２０Ωの超高抵抗まで測定可能な抵抗測定装置と抵抗測定方法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】
【００１３】
本発明は、電離性ガスを収容した容器内に設けられ、試料をセットすることにより電気的に接続される第1内部電極と第１外部電極とを備え、測定時に所定量帯電された電荷がバックグラウンド放射線量と試料の電気抵抗に応じて減少する第1内部電極の電位を第１ファラデーケージで測定する抵抗測定側電離箱と、電離性ガスを収容した容器内に設けられて磁気浮上する第２内部電極と該容器内に設けられた第２外部電極とを備え、測定時に所定量帯電された電荷がバックグラウンド放射線量に応じて減少する第２電極の電位を第２ファラデーケージによって測定するバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱と、第１内部電極の電位の時間当たり変化量に基づいて第１の電流値を計算するとともに、第２内部電極の電位の時間当たり変化量に基づいて第２の電流値を計算し、該第１及び第２の電流値の差を求める演算部と、第２内部電極を磁気浮上させるとともに各ファラデーケージの制御を行う制御部を備えた超高抵抗測定装置であって、演算部が、試料に印加された電圧と、第１及び第２の電流値の差に基づいて、測定試料の電気抵抗をもとめることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の超高抵抗測定装置と超高抵抗測定方法によれば、長時間の通電、Ｘ線・放射線照射等の環境ストレスのため測定結果にバックグラウンド電流が混入してノイズとなるような場合であっても、連続的に測定でき、１０１８Ω〜１０２０Ωの超高抵抗まで測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
上記課題を解決するために本発明の実施のための第１の形態は、電離性ガスを収容した容器内に設けられ、試料をセットすることにより電気的に接続される第1内部電極と第１外部電極とを備え、測定時に所定量帯電された電荷がバックグラウンド放射線量と試料の電気抵抗に応じて減少する第1内部電極の電位を第１ファラデーケージで測定する抵抗測定側電離箱と、電離性ガスを収容した容器内に設けられて磁気浮上する第２内部電極と該容器内に設けられた第２外部電極とを備え、測定時に所定量帯電された電荷がバックグラウンド放射線量に応じて減少する第２電極の電位を第２ファラデーケージによって測定するバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱と、第１内部電極の電位の時間当たり変化量に基づいて第１の電流値を計算するとともに、第２内部電極の電位の時間当たり変化量に基づいて第２の電流値を計算し、該第１及び第２の電流値の差を求める演算部と、第２内部電極を磁気浮上させるとともに各ファラデーケージの制御を行う制御部を備えた超高抵抗測定装置であって、演算部が、試料に印加された電圧と、第１及び第２の電流値の差に基づいて、測定試料の電気抵抗をもとめる超高抵抗測定装置であり、抵抗測定側電離箱の内部電極を帯電させ、ファラデーケージによってバックグラウンド電流と試料を流れる電流の合計電流を測定し、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱の内部電極を帯電させてバックグラウンド電流を測定して、合計電流とバックグラウンド電流の差を計算することで試料を流れる電流を算出できる。試料間の電圧をこの電流値で割ることにより抵抗値が算出できる。この装置と方法によって、前記の環境ストレスがあっても連続的に、１０１８Ω〜１０２０Ωの超高抵抗まで測定することができる。従来の電離箱法はアイソトープを封入して電離箱を電流源兼高抵抗標準器として用いるものであるが、本発明の抵抗測定側電離箱、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱は電流源兼高抵抗標準器ではなく、環境ストレスを除去するためのものである。
【００１６】
本発明の実施のための第２の形態は、第１の形態において、試料ホルダーが第1内部電極と第１外部電極に電気的に接続され、該試料ホルダーに試料をセットして抵抗測定を行う抵抗測定装置であり、試料ホルダーが設けられているので、試料をセットするだけで容易に抵抗測定できる。
【００１７】
本発明の実施のための第３の形態は、第１または２の形態において、外部電極が接地された抵抗測定装置であり、回路構成が簡単になり、取り扱いも容易になる。
【００１８】
本発明の実施のための第４の形態は、それぞれ電離性ガスを収容した抵抗測定側電離箱とバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱とを接近して設け、抵抗測定側電離箱では内部電極と外部電極を試料によって電気的に接続し、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱では内部電極を磁気浮上させ、各内部電極を所定量帯電させてからバックグラウンド放射線の作用により電離性ガスを電離させ、ファラデーケージによって各内部電極の電位を測定し、各内部電極の電位の時間当たり変化量を基に電流値を計算して双方の差を計算し、試料に印加された電圧を該差で割ることにより試料の電気抵抗を測定する抵抗測定方法であり、抵抗測定側電離箱の内部電極を帯電させ、ファラデーケージによってバックグラウンド電流と試料を流れる電流の合計電流を測定し、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱の内部電極を帯電させてバックグラウンド電流を測定して、合計電流とバックグラウンド電流の差を計算することで試料を流れる電流を算出できる。試料間の電圧をこの電流値で割ることにより抵抗値が算出できる。環境ストレスの下で連続的に測定でき、１０１８Ω〜１０２０Ωの超高抵抗まで測定することができる。
【００１９】
（実施の形態）
以下、本発明の超高抵抗測定装置と超高抵抗測定方法について説明する。超高抵抗測定装置は、磁気浮上可能な電極を備えた電離箱と、試料をセットして電流測定する電離箱を備えたものである。前者を使ってこの場所に注ぐ放射線等に起因するバックグラウンド電流を測定し、後者を使って試料を流れる電流とバックグラウンド電流の総和を測定する。この２つの電流の差をとることによって、バックグラウンド電流分を取り除き、この結果得られる試料を流れる電流とその試料に加わる印加電圧を使って、高抵抗から超高抵抗までの抵抗測定を可能にするものである。図１は本発明の実施の形態における超高抵抗測定装置の構成図、図２は本発明の実施の形態における超高抵抗測定装置のバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱の説明図、図３は本発明の実施の形態における超高抵抗測定装置の抵抗測定側電離箱の説明図である。
【００２０】
図１において、１ａはバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱外ケース、１ｂは測定試料をセットして電流を測定して抵抗値を求めるための抵抗測定側電離箱外ケース、２ａは外部の放射線等によって電離可能な空気（本発明の電離性ガス）を容器内に収容するバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱、２ｂは外部の放射線等によって電離可能な空気（本発明の電離性ガス）を容器内に収容する抵抗測定側電離箱、３ａはバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａ内で磁気浮上し、放射線で電離した陰イオン（または陽イオン）を収集する電極(本発明の第1内部電極)、３ｂは抵抗測定側電離箱２ｂの中に後述の試料１３を介して吊り下げられる電極(本発明の第２内部電極)、４は電極３ａを磁気浮上させるための電磁石である。なお、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａ，抵抗測定側電離箱２ｂはいずれも容器の円筒部分がアクリルで、内表面に導電材を塗布して構成された外部電極（本発明の第1外部電極，本発明の第２外部電極）を備えており、適宜個所で接地されている。また二つの電離箱の電離部分の体積は同じである。
【００２１】
５はバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａ，抵抗測定側電離箱２ｂ内に昇降して電極３ａ，３ｂ上の電荷をケージ電圧として読み取るファラデーケージ、８は圧電素子等で構成されコロナ放電により電極３上に所定量の電荷を帯電させる静電帯電器（本発明の帯電手段）である。９ａは位置検出センサを構成する発光素子、９ｂは発光素子９ａが発光した光を受光する位置検出センサの受光素子である。１０はバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱外ケース１ａ，抵抗測定側電離箱外ケース１ｂの底板に設けられた開閉自在のシャッター、１１は電圧を測定するエレクトロメータ、１２はファラデーケージ５を昇降するためのアクチュエータである。シャッター１０の開閉はスライドさせるのでも、取り外しやヒンジによる開閉でもよい。自動化のためにはスライドかヒンジによる開閉が好適である。シャッター１０の大きさは、ファラデーケージ５が電離箱２ａ２ｂ内に挿通できる大きさであればよい。
【００２２】
放射線で電離した陰イオン（または陽イオン）は、静電帯電器８によって帯電された電極３ａ，３ｂ上で収集され、３ａ，３ｂ上の電荷の帯電量は放射線量に応じて減少する。一定時間経過した後シャッター１０を開け、ファラデーケージ５を上げてケージ電圧をエレクトロメータ１１で読み取る。この一定時間経過させたときのその前後のケージ電圧の差を求めれば、ファラデーケージ５の静電容量と測定時間間隔を使って、この時間に流れる電流の平均値が演算できる。
【００２３】
１３は電気抵抗を測定するための試料、１８はバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａの電極３ａを位置検出センサの位置に浮上させるための浮上ドライバ手段である。浮上ドライバ手段１８には位置検出センサで検出した目標位置との差がフィードバックされて、電極３ａの重力と電磁石４の磁力との釣り合いで、電極３ａを浮上状態に維持する。釣り合いが破れると位置検出センサでフィードバックがかかり、電極３ａは所定位置に浮上する。
【００２４】
１９はエレクトロメータ１１で検出したアナログデータをＡ／Ｄ変換後に演算する演算部である。演算部１９では、エレクトロメータ１１で読み取ったバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａ，抵抗測定側電離箱２ｂのファラデーケージ５のケージ電圧と、後述の入力部２３から入力した各ファラデーケージ５の静電容量、測定時間間隔に基づいてこの測定時間における平均の電流値を計算する。
【００２５】
２０は超高抵抗測定装置のシステムを制御する制御部、２０ａは超高抵抗測定装置による測定を自動的に行うためにバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａ，抵抗測定側電離箱２ｂに対する抵抗測定の制御を行う測定管理手段、２０ｂはアクチュエータ１２を制御するための昇降制御手段、２０ｃは演算部１９で演算を行う演算処理手段、２１は測定結果や入力用画面、エラー発生をディスプレーに表示する表示部である。
【００２６】
２２はデータを記憶するとともに制御プログラムを記憶した記憶部、２３はキーボード等の入力部、２４はエレクトロメータ１１によって電荷を検出するため所定の時間をカウントする計時手段、２５はデータの総数をカウントするカウント手段である。なお、制御部２０は中央処理装置（以下、ＣＰＵ）に記憶部２２に格納された制御プログラムを読み込んで機能実現手段として構成される。測定管理手段２０ａ、昇降制御手段２０ｂ、演算処理手段２０ｃは、いずれもこの機能実現手段として構成された機能手段である。また、演算部１９は制御部２０と共通のＣＰＵで構成するのでもよい。
【００２７】
続いて、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａ側の構成について図２に基づいて説明する。図２において、２ｃは電極３ａの浮上制御のために開けられた光透過用の透明ガラス窓、４ａは電磁石４を構成する磁性体に巻線するコイル、５ａはファラデーケージ５の内部電極、５ｂはファラデーケージ５の外部電極、６は内部電極５ａと外部電極５ｂとの間に設けられたコンデンサ、７ａ，７ｂは内部電極５ａと外部電極５ｂとの間を絶縁する絶縁体、外部電極５ｂはバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２と同様に接地される。そして、図示はしないが、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａの前面には蓋が設けられ、電極３ａを磁気浮上させるとき開閉する。また外部電極２ａの下部とこれを載せている導電性の床部とは密着していて、計測中は、電離体積部分は密閉状態である。
【００２８】
ファラデーケージ５の静電容量は予めテスターで測定しておき、この値と測定時間間隔を入力部２３から入力することによって、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａ，抵抗測定側電離箱２ｂの各ファラデーケージで測定したケージ電圧を使って、ケージ電圧の時間当たり変化量と静電容量との積を計算する。これによって電離箱２ａ、２ｂの電荷及び電流を計算できる。詳細は後述する。
【００２９】
次に、抵抗測定側電離箱２ｂの構成について図３に基づいて説明する。図３において、１３は高抵抗または超高抵抗の試料、１４は試料１３を測定のために装着できる試料ホルダー、１５は電極３ｂ，試料ホルダー１４をこの順に吊り下げてすべて電気的に接続する細導線である。１６は、細導線１５の端部が接続されて電極３ｂと試料ホルダー１４を吊り下げるとともに、抵抗測定側電離箱２ｂの上面に開けられた開口を塞ぐ支持キャップである。支持キャップ１６は接地される。抵抗測定側電離箱２ｂの外部電極も接地されるので、支持キャップ１６はこの外部電極に接続するのがよい。なお、ファラデーケージ５の内部電極５ａ、外部電極５ｂ、コンデンサ６、絶縁体７ａ，７ｂについては、上述したバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａで説明した通りであり、説明は省略する。そして、図示はしないが、抵抗測定側電離箱２ｂの前面には蓋が設けられ、試料ホルダー１４に試料１３をセットするときに開閉する。この電離箱２ｂもバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱と同様に、計測中は、電離体積部分は密閉状態である。
【００３０】
この抵抗測定側電離箱２ｂの試料ホルダー１４に試料１３を装着すると、試料１３と試料ホルダー１４が電気的に接続され、さらに電極３ｂと試料ホルダー１４間、支持キャップ１６と試料ホルダー１４間が、細導線１５によって電気的に接続される。静電帯電器８で電極３ｂに帯電させると、帯電した電荷（正電荷）が帯電後、細導線１５、試料ホルダー１４、高抵抗または超高抵抗の試料１３、支持キャップ１６を介して移動を始め、微弱なリーク電流が流れ始める。同時に、帯電後に外部の放射線等によって抵抗測定側電離箱２ｂ内の空気が電離し、電離した陰イオン（または陽イオン）が電極３ｂに収集されて帯電された電荷が減少する。これをファラデーケージ５で測定すると、リークされた電荷と電離で減少した電荷の分だけ低下したケージ電圧の変化が測定され、入力部２３から入力されたファラデーケージ５の静電容量と測定時間間隔とを使って、ケージ電圧の時間当たり変化量と静電容量との積を計算する。これによって抵抗測定側電離箱２ｂにおいてはリーク電流とバックグラウンド電流を合計した電流が測定される。ここで、電極３ａと電極３ｂの表面積は同じであり、電極３ｂには試料をセットするための試料ホルダー１４と細導線１５とが取り付けてあるが、試料ホルダー１４と細導線１５の表面積の合計は電極３ｂの表面積に比べて無視できるほど小さく、したがって電離箱２ａと電離箱２ｂの電荷収集特性は同じとみなしてよい。
【００３１】
続いて、超高抵抗測定装置による抵抗測定の手順について説明する。図４は本発明の抵抗測定のフローチャートである。測定を開始する前に次のような準備を行う。まず、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａの前面の蓋を開け、電極３ａを磁気浮上させる（ｓｔｅｐ１）。その後蓋を閉めて密閉する。一旦電極３ａが磁気浮上したら、浮上ドライバ手段１８の作用でこの電源を切るまで電極３ａは浮上し続ける。次いで、抵抗測定側電離箱２ｂ内の前面の蓋を開け、試料ホルダー１４に試料１３をセットし（ｓｔｅｐ２）、蓋を閉じて密閉する。そして、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａ，抵抗測定側電離箱２ｂの静電帯電器８を使って電極３ａ，３ｂに正電荷を帯電させる（ｓｔｅｐ３）。
【００３２】
次に、表示部２１のディスプレーに表示された入力用画面上で、入力部２３によって測定時間間隔、予め測定しておいたファラデーケージ５の静電容量、測定終了時間、その他の測定条件を入力すると（ｓｔｅｐ４）、測定管理手段２０ａが抵抗測定を自動的に行うための制御を開始する。まず、測定時間がタイムアップした場合や強制終了等の測定終了の指示が入力されているか否かがチェックされ(ｓｔｅｐ５)、測定終了の指示がない場合には、所定時間が経過したかチェックされる(ｓｔｅｐ６)。所定時間が経過すると、制御部２０がシャッター１０を開け、昇降制御手段２０ｂがアクチュエータ１２を動作させてファラデーケージ５を上昇させ、エレクトロメータ１１で電極３ａ，３ｂの電位（ケージ電圧）を読み取り(ｓｔｅｐ７)、ファラデーケージ５を降下させ、同時にシャッター10が閉じられる。読み取ったデータは演算部１９に送られ、読み取った電圧とファラデーケージ５の静電容量から電極３ａ，３ｂ上の電荷が計算される。
【００３３】
ここで、エレクトロメータ１１で測定したケージ電圧をＶＫ、予め測定しておいたファラデーケージ５の静電容量をＣＫとすると、電極３ａ，３ｂ上の電荷Ｑは、Ｑ＝ＣＫ×ＶＫとして計算される。また、測定する時間間隔をΔｔとし、このΔｔの間に起こったケージ電圧の差をΔＶＫ、この間に減少した電荷の減少量をΔＱとすると、ΔＱ＝ＣＫ×ΔＶＫとなり、この時間間隔Δｔの間に流れた電流ｉはｉ＝ΔＱ／Δｔ、すなわちケージ電圧ＶＫの時間当たり変化量ΔＶＫ／Δｔを使って、ｉ＝ＣＫ×ΔＶＫ／Δｔとして計算される。
【００３４】
電極３ａの電流をｉＡ、電極３ｂの電流をｉＢとし、それぞれのバックグラウンド電流をｉＡb、ｉBb、試料１３のリーク電流をｉとすると、電極３ａの電流は、ｉＡ＝ｉＡbであり、電極３ｂの電流は、ｉＢ＝ｉBb＋ｉとなる。バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａと抵抗測定側電離箱２ｂの配置は接近しており、バックグラウンド電流ｉＡbはバックグラウンド電流ｉBbと実質的に差はなくｉＡb＝ｉBbであるから、リーク電流ｉはｉ＝ｉＢ−ｉＡとして計算できる。そして、抵抗測定側電離箱２ｂの静電容量をＣＢとし、電極３ｂと接地された外部電極との間にかかっている印加電圧（試料にかかっている電圧）をＶＢとすると、Ｑ＝ＣＫ×ＶＫ＝ＣＢ×ＶＢであるから、ＶＢ＝ＶＫ×ＣＫ／ＣＢが得られる。試料１３の抵抗値をＲとすると、この抵抗値ＲはＲ＝ＶＢ／ｉとして計算される。このＶＢは時間間隔Δｔの前後のＶＢの平均値（加算平均）を使うのでも、前後のうちの一方を使うのでもよい。しかし、測定開始時のＶＢを使うのが計算を容易にする。
【００３５】
このようにｓｔｅｐ７でケージ電圧ＶＫを読み取ると、電極３ａ，３ｂ上の電荷の減少量ΔＱから、時間間隔Δｔに電極３ａ，３ｂから流れた電流ｉＡ，ｉBを計算し(ｓｔｅｐ８)、両者の差から試料１３を流れたリーク電流ｉを求め、抵抗測定側電離箱２ｂとファラデーケージ５の静電容量ＣＢ、ＣＫを使って、試料１３の抵抗値Ｒを計算する（ｓｔｅｐ９）。
【００３６】
その後、ｓｔｅｐ５に戻って、測定終了の指示があるまで測定を繰り返し、測定終了の指示があったとき、測定を終了する。
【実施例１】
【００３７】
実施例１はテフロン（登録商標）系材料の電気抵抗を超高抵抗測定装置により測定した。測定は図３に示した試料ホルダーに径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤状のテフロン（登録商標）板をセットし、静電帯電器８を使ってバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａと、抵抗測定側電離箱２ｂに正電荷を帯電させ、電極３ａ，３ｂ上の電荷の減少を長時間にわたって調べた。ここで二つの電離箱の電離体積は共に1リットルである。図５は本発明の実施例１の抵抗測定を行ったときの各電離箱での電流の変化図である。（１）はバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａで測定されるバックグラウンド電流の測定値、（２）は抵抗測定側電離箱２ｂで測定されるバックグラウンド電流とリーク電流の合計を示すの測定値である。従って各時刻における（２）（１）間の電流値の差がテフロン（登録商標）板を通してのリーク電流である。上述したように、試料１３に対する印加電圧はケージ電圧を測定することにより電極３ｂと外部電極間（アース電極）の電圧に換算できるので、この印加電圧とリーク電流から電気抵抗を求めることができる。なお、試料１３は絶縁体であり、この抵抗値と比較すると、細導線１５，試料ホルダー１４の抵抗値は無視できる程小さい。図６は本発明の実施例１の抵抗測定を行ったときの印加電圧と電気抵抗の関係図である。
【００３８】
図６によれば、印加電圧と電気抵抗の関係には段階状の相関がみられる。図６において、階段状を示す各領域をそれぞれ（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）とすると、（ａ）の領域は、印加電圧３００Ｖ付近を中心に、電気抵抗は8.0×1016Ωを示している。この数値と試料の形状（直径10ｍｍ、厚さ2ｍｍ）から体積抵抗率（比抵抗値）を計算すれば3.1×1017Ω・ｃｍである。同様に（ｂ）の領域は、２５０Ｖ付近を中心に、電気抵抗は1.5×1017Ωであり、体積抵抗率は6.0×1017Ω・ｃｍとなる。また、（ｃ）の領域は２１０Ｖ付近を中心に、電気抵抗は8×1017Ωであり、体積抵抗率は1.1×1018Ω・ｃｍとなる。これに対し、（ｄ）の領域では印加電圧が小さくなるとともに、電気抵抗は1018Ωのオーダーでバラツキは大きくなっている。
【００３９】
絶縁体のリーク電流は表面リークと体積リークが存在するため、測定によって得られた体積抵抗率の数値だけでこの超高抵抗測定装置の評価をするのはやや早計であるが、従来、テフロン（登録商標）の体積抵抗率は1018Ω・ｃｍを越える程度の値であるとの報告がなされていることを考慮すると、実施例１の結果は、電気抵抗と印加電圧との関係を明らかにするととともに、オーダー的にもほぼ合致しており、本発明の超高抵抗測定装置による測定データの信頼性は十分評価できると考えられる。
【実施例２】
【００４０】
実施例２はテフロン（登録商標）糸を複数本束ねた試料について電気抵抗を測定した。測定は図３に示す細導線と試料ホルダーの１３、１４、１５部分を、１本の径がおよそ３０μｍのテフロン（登録商標）糸を複数本束ねたものに取り替えて行った。測定試料として（ａ）長さ２０ｍｍ、径３０μｍ、数１０本、（ｂ）長さ２０ｍｍ、径３０μｍ、数８本、（ｃ）長さ２０ｍｍ、径３０μｍ、数６本、の３種類を用意した。
【００４１】
図７は本発明の実施例２の抵抗測定を行ったときの各電離箱での電流の変化図である。図７の（ａ）（ｂ）（ｃ）は時間経過における上述の（ａ）（ｂ）（ｃ）の各試料を使用した時間帯である。
【００４２】
測定は２００３年４月７日１１時から４月８日１１時にかけて、福岡県福岡市東区で行ったものである。図７に示す（１）は図３のバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａで計測されたバックグランド電流を示し、（２）は、（ａ）（ｂ）（ｃ）の時間帯においては抵抗測定側電離箱２ｂで計測されたバックグラウンド電流とリーク電流の和を示し、（ａ）（ｂ）（ｃ）以外の時間帯では試料がセットされていないバックグランド電流を示している。バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａと抵抗測定側電離箱２ｂはいずれも体積1リットルに構成されている。（１）と（２）の電流値の差が、各テフロン（登録商標）糸によるリーク電流となる。
【００４３】
図７から分かるように（１）の時間変動と（２）の時間変動の変動パターンはほぼ同期しており、形態はほぼ一致している。これは、（ａ）（ｂ）（ｃ）の時間帯においてはバックグラウンド電流に一定量のリーク電流がそのまま上乗せされていることを示している。また、（ａ）（ｂ）（ｃ）の時間帯以外のところは、試料をセットしていない状態で測定したものであるが、（１）（２）がほぼ同期しており、おおむね2.2×10−１7Ａの許容範囲内にある。この最小計測可能電離電流の2.2×10−１7Ａについては後述する。
【００４４】
図８は、上述した図７（ａ）のテフロン（登録商標）糸１０本を使い、本発明の実施例２の抵抗測定を行ったときの電圧−電気抵抗図である。この測定時間の間の試料に加わった印加電圧は（電極３ｂと接地された外部電極との電位差）６３０Ｖから６１５Ｖであった。電圧によって測定した電気抵抗値にはバラツキがみられるが、電気抵抗の平均は3.0×1018Ωである。単純には評価できないが、テフロン（登録商標）糸は１０本であるから、平均的にはテフロン（登録商標）糸１本当たり電気抵抗は3×101９Ωとなる。
【００４５】
ここで、本発明の抵抗測定装置で測定可能な最大の電気抵抗を推定する。バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱を２台並べてバックグラウンド電流だけの並列計測を行った場合、２台の計測値の差はバックグラウンド電流値の1.6％を超えないことがこれまでの実験例から判明している。言い換えると、２台の計測値で有意な差として判定できる計測可能な最小電流値はバックグラウンド電流値の1.6％以上ということになる。本発明の超高抵抗測定装置では、抵抗測定側電離箱２ｂにおいて、電荷収集電極は試料ホルダー１４、細導線１５に接続されているため、バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱２ａを２台並べた場合に比べて、有意な差として判定できる計測可能な最小電流値は1.6％より大きくなることも考えられる。従って、さまざまな計測条件を考慮し、統計的に測定不能となる値が通常この２倍を越えることはないから、1.6％の２倍の3.2％を本発明の超高抵抗測定装置で測定可能な最小計測可能電流値とみなせば、この装置の最小計測可能電流は平均的バックグラウンド電流値7×10−16Ａの3.2％である2.2×10−１7Ａということになる。従って、例えば印加電圧が６００Ｖであったならば計測可能な最大電気抵抗は2.7×101９Ωとなる。
【００４６】
さらに、一般に電離箱は電離体積の増加に比例して感度は良くなることが知られているが、実施例1，２で使用した２台の電離箱の電離体積は共に１リットルであるので、体積を１０倍の１０リットルに増やす等の改良を行うことにより、10２０Ωの電気抵抗を測定することが可能なことが分かる。なお、放射性ガス等を測定する電離箱の体積には１０リットルを超えるものが多く、電離箱としてはこのサイズの電離箱の方がむしろ一般的であって、このような感度の向上はきわめて容易に行える。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の抵抗測定装置と抵抗測定方法は、１０１５Ω〜１０２０Ωの絶縁体、とくに１０１８Ω〜１０２０Ωの絶縁体の電気抵抗まで測定する場合に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態における超高抵抗測定装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態における超高抵抗測定装置のバックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱の説明図
【図３】本発明の実施の形態における超高抵抗測定装置の抵抗測定側電離箱の説明図
【図４】本発明の実施の形態における抵抗測定のフローチャート
【図５】本発明の実施例１の抵抗測定を行ったときの各電離箱での電流の変化図
【図６】本発明の実施例１の抵抗測定を行ったときの印加電圧と電気抵抗の関係図
【図７】本発明の実施例２の抵抗測定を行ったときの各電離箱での電流の変化図
【図８】本発明の実施例２の抵抗測定を行ったときの電圧−電気抵抗図
【符号の説明】
【００４９】
１ａ  バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱外ケース
１ｂ  抵抗測定側電離箱外ケース
２ａ  バックグラウンド測定側磁気浮上電極電離箱
２ｂ  抵抗測定側電離箱
２ｃ  透明ガラス窓
３ａ，３ｂ  電極
４  電磁石
４ａ  コイル
５  ファラデーケージ
５ａ  内部電極
５ｂ  外部電極
６  コンデンサ
７ａ，７ｂ  絶縁体
８  静電帯電器
９ａ  発光素子
９ｂ  受光素子
１０  シャッター
１１  エレクトロメータ
１２  アクチュエータ
１３  試料
１４  試料ホルダー
１５  細導線
１６  支持キャップ
１８  浮上ドライバ手段
１９  演算部
２０  制御部
２０ａ  測定管理手段
２０ｂ  昇降制御手段
２０ｃ  演算処理手段
２１  表示部
２２  記憶部
２３  入力部
２４  計時手段
２５  カウント手段
【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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