(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料の大気中での暴露日数に対する腐食減量を大気環境の有害性の程度を表す環境評価点の関数として、
Ｗ＝α（Ｅ）・√ｄ＋β（Ｅ）
ｄ：暴露された時間
Ｅ：環境評価点
α，β：係数
で定式化し、この関数から求めた腐食減量を基に前記金属材料の寿命を診断する劣化診断方法であって、前記環境評価点は、大気環境中の温度、湿度、腐食性ガス、海塩粒子、海岸からの距離を含む複数の環境因子の各々の量を、その量によって割り付けた各因子別評価点と各因子別重み係数の積の和とすることを特徴とする劣化診断方法。
【請求項２】
大気環境における金属材料の腐食速度を当該大気環境の有害性の程度を表す環境評価点の関数として
ｄＷ／ｄＴ＝α（Ｅ）／（Ｗ−β（Ｅ））
Ｅ：環境評価点
α，β：係数
で定式化し、この関数から求めた腐食速度を基に前記金属材料の寿命を診断する劣化診断方法であって、前記環境評価点は、大気環境中の温度、湿度、腐食性ガス、海塩粒子、海岸からの距離を含む複数の環境因子の各々の量を、その量によって割り付けた各因子別評価点と各因子別重み係数の積の和とすることを特徴とする劣化診断方法。
【請求項３】
前記大気環境中の温度、湿度、腐食性ガス、海塩粒子、海岸からの距離を含む複数の環境因子の各々の因子別評価点は、当該各環境因子の量の範囲によってクラス分けして割り付けるか又は当該各環境因子の量の中央値の関数の何れかとすることを特徴とする請求項１又は２記載の劣化診断方法。
【請求項４】
前記環境因子における腐食性ガスの量の測定方法は、前記大気環境に一定期間暴露したろ紙のガス吸着量として求めるろ紙法とし、前記腐食性ガスのうちの酸性ガスの測定は、セルロースろ紙に所定％の炭酸カリウム水溶液又は炭酸ナトリウム水溶液の何れかを含浸したアルカリろ紙により、また前記腐食性ガスのうちのアルカリ性ガスの測定は、ガラスろ紙に所定％リン酸水溶液を含浸した酸性ろ紙により測定を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の劣化診断方法。
【請求項５】
前記各環境因子の量の範囲による因子別評価点のクラス分けは、少なくとも５段階とすることを特徴とする請求項３記載の劣化診断方法。
【請求項６】
前記環境因子における相対湿度の因子別評価点は、雨、雪に直接晒される大気環境においては、各クラスの評価点に一定数の補正点を加えたものとすることを特徴とする請求項５記載の劣化診断方法。
【請求項７】
前記環境因子における海塩粒子の因子別評価点を、前記海岸からの距離によってクラス分けして割り付けたものとすることを特徴とする請求項５記載の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料、電子回路を構成する金属材料部品及び電子機器を構成する電子回路基板について、使用中に進行する腐食劣化、電気的特性の劣化ひいては寿命を診断する劣化診断方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、金属材料一般について大気中における腐食劣化の診断に関する従来技術を説明する。大気環境中で使用される金属材料は、大気の温度や相対湿度、大気環境中に存在する各種腐食性ガスや海塩粒子の影響により化学反応を起こし腐食が進行する。金属材料が使用される大気環境は千差万別であり、クリーンルームのように温度や湿度がコントロールされ腐食性ガスや海塩粒子が殆ど存在しない環境や、地熱発電所など硫化水素ガス濃度の高い環境、海岸近くで常時海塩粒子が飛んでくる環境等様々である。また、金属材料の種類によっても大気環境下での耐蝕性能も異なっている。
【０００３】
従来、大気環境中で使用される金属材料の腐食劣化の診断は、使用される環境中に診断対象の金属材料を一定期間暴露し、回収して腐食減量を測定し、暴露期間と腐食減量の結果から腐食速度を求め、寿命に至るまでの時間を予測する方法がとられていた。しかし、金属の腐食は時間の経過とともに腐食速度が低下する傾向があることから金属の暴露期間により腐食速度に差が生じたり、暴露を開始する季節（夏・冬）によっても腐食速度に差があり、精度よく金属の腐食進行の予測をするためには複数の暴露期間による長期間にわたる暴露試験が必須であった。また、環境の一因子でもその値が変わると、その都度金属の暴露試験を実施しなければならないという問題があった。
【０００４】
また、大気環境を模擬促進した促進試験装置により金属材料の腐食試験を行い、寿命に至るまでの時間に促進試験の加速倍率を乗じて金属材料の腐食寿命を診断する方法もとられているが、実際の大気環境を促進試験として模擬することが難しく、環境因子や設定条件の違いから加速倍率の精度が悪く正確に金属材料の寿命を診断することは困難であった。
【０００５】
さらに、環境を分類して環境因子毎にその測定値の範囲に応じて評価点を与え、各環境因子の評価点を合計して合計評価点で環境を判断する方式は、日本電子工業振興協会の工業用計算機設置環境基準ＪＥＩＤＡ−２９−１９９０等で採用されているが、これはあくまでも環境のクラス分けに用いられているのみで金属の劣化状態の評価や寿命診断には適用できない。
【０００６】
以上のように、従来技術では大気環境で使用される金属材料の腐食状態や劣化状態の診断、あるいは腐食寿命の診断を行うには、その都度長期にわたる金属材料の暴露試験をしなければならず、膨大な時間と費用がかかり、また精度の高い寿命診断ができるものではなかった。
【０００７】
次に、大気環境中で使用される電子回路を構成する金属材料部品の腐食による電気特性の劣化の診断に関する従来技術を説明する。大気環境中で使用される電子回路基板は、大気の環境因子、例えば温度、湿度、各種腐食性ガス及び海塩粒子等の影響により、電子回路を構成する金属材料、例えば配線材料の銅、集積回路リード端子の鉄鋼、半田接合部及び接栓端子の金メッキ等が腐食する。環境因子が金属材料に及ぼす影響が大きくなると電子回路基板の当該部分の腐食が著しくなり、断線、マイグレーションによる絶縁低下又は短絡、及び接触障害等の電気的な動作不良が発生し、寿命に至る。この内、マイグレーションによる劣化の評価に関するものとして次の２件の従来技術がある。まず、特開平６−１１５３０号公報「電子部品の絶縁信頼性寿命の評価方法およびその装置」は、プリント配線板、電子部品等の絶縁信頼性からその寿命を評価する方法に係り、特にマイグレーション劣化による寿命の早期診断を行うのに好適な寿命評価方法を提案している。初期及び途中に誘電特性として絶縁抵抗又は漏洩電流を測定し、その特性の時間的変化から寿命を判定する方法である。次に、特開平７−２４９８４０号公報「プリント基板及びその劣化診断方法」は、プリント基板における腐食、マイグレーションに起因する短絡等の劣化を定量的に診断する方法を提案している。劣化診断用の１対の電極導体をプリント基板に予め印刷し、電極導体相互間における低周波領域での誘電正接を測定し、この誘電正接の値に基づいて導体交互間における短絡に至るまでの時間を予測する劣化診断方法である。
【０００８】
従来の電子回路基板の導体は導体幅が広いため、大気環境因子の影響による導体の腐食でマイグレーション等による絶縁劣化がまず発生し、さらに導体の腐食が進行して導体の断線に至る場合が多かった。このような電子回路基板の劣化では上記従来技術の絶縁劣化診断方法は有効である。しかし、近年、電子回路基板の導体は細線化が進み、マイグレーションによる絶縁劣化が発生する前に導体が断線することが多く、上記の劣化及び寿命診断方法は導体の断線の予測には適さない。そして、導体の断線寿命を予測する場合には、当該電子回路基板の導体部分を切断し、導体の断面観察により、残存導体厚さから余寿命を予測する手法がとられていた。そのためには、製品として機能しているものを引取り、破壊調査をするため、引取り基板の代りに新たな電子回路基板を調整し、納品しなければならなかった。
【０００９】
また、電子回路基板以外の電子回路部品の寿命評価には、装置を構成するプリント回路実装基板上の電子部品の寿命を個々の部品を基板から取り外して加速劣化試験を行ったり、特定の電気特性を計測して評価する手法が用いられてきた。
前者の場合、劣化ストレスを印加し部品の性能を確認し故障判定を行う。そして、各部品種毎に加速試験時間に対する累積故障率の推移を導出し、所望の累積故障率で寿命点を定義する。この例として、特開平１０−３１３０３４号公報では、樹脂封止タイプのＩＣの寿命を評価する場合に、基板から取り外したＩＣの樹脂パッケージを開封して内部のＩＣチップ上のアルミ配線腐食状態を観察し、アルミ配線の腐食面積率を画像計測することで、ロジック不良や誤動作をもたらすＩＣ劣化の早期検出及び定量的な余寿命評価を実現している。また、後者の例として、電子回路を構成する銀接点の場合には、大気環境因子の影響を受けた銀接点表面に腐食性皮膜が形成されて接触抵抗が増大し接触不良を起こすので、当該環境で使用されている銀接点のある電子部品を取り外し、その部品の接触抵抗を測定することで、その部品の劣化状態を判定している。
【００１０】
次に、電子機器を構成する電子回路基板について、使用中に、その電子回路基板表面の汚損により進行する電気特性の劣化の診断について説明する。大気環境で使用される電子回路基板は表面に大気中に浮遊する塵埃が付着し、経時的に推積する。このような塵埃には大気環境中に存在する各種腐食性ガスや海塩粒子が吸着するため、湿度が高くなるとイオン性物質（例えば、塩素イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、ナトリウムイオン等）がイオン解離し、電子回路基板表面の絶縁低下や導体パターン金属の腐食の原因となる。特にファンを用いて強制的に冷却している制御盤内の電子回路基板は局所的に塵埃が推積するため、短期間で絶縁低下や導体パターンの断線現象が発生することが多い。このような場合にも、汚損した電子回路基板上の絶縁抵抗値や導体パターンの腐食状態を調べるためには、基板上の回路の一部を破壊する手法が多くとられている。
【００１１】
以上のように、電子回路を構成する金属材料部品の腐食に関わる各種劣化や寿命の診断、汚損した電子回路の絶縁抵抗値や導体パターンの腐食状態等を調べるためには、当該回路や部品の一部又は全部を取り外し、いわば回路や部品の破壊試験を行うことが不可欠であり、多大の労力と費用を要するばかりか、この方法では、たとえ診断の結果、装置の余寿命が十分あることが確認されたとしても、診断後に再びその装置を使用することはできず、新たに電子回路を調整し、電子機器に組み込む必要がある等の大きな問題があった。
【００１２】
また、電子回路基板の劣化診断の方法として、熱分布を測定するものがあるが、熱分布を測定するためには電子回路基板を抜き取り、新たに電源を投入して基板全体の発熱分布を測定する必要があった。この例として、特開平１１−１４５７６号公報「実装基板の劣化診断および装置」では、電源投入後から実装基板の表面温度が定常状態になるまての温度分布を計測及び画像化した昇温画像データを過去の昇温画像データと比較し、両者の間の温度分布変化量を計算し、この値が予め設定されたしきい値を超えたときに劣化と判断している。この方法では、電子回路基板を破壊する必要はないが、特殊な熱分布画像の解析装置が必要である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、大気環境で使用される金属材料の腐食や劣化状態及び腐食寿命を診断するには長期にわたる金属材料の暴露試験が不可欠であること、また電子回路を構成する金属材料部品の腐食に関わる各種電気特性の劣化状態の診断、電子機器を構成する電子回路基板の腐食状態や絶縁劣化状態等の診断には、その金属材料部品や電子回路基板の一部又は全部を回収し、破壊試験によってのみしか、その電気的特性等を試験することができず、しかも診断後に再びその部品や基板を使用することができないことなどの問題があった。また、熱分布画像による診断は非破壊で行えるが、特殊な解析装置が必要で、汎用性が高いものではなかった。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、長期に渡る金属材料の暴露試験を必要とすることなく金属材料の寿命を診断することができ、電子回路を構成する金属材料部品について、電子回路を回収し破壊試験を行うことを必要とすることなく金属材料部品の劣化状態を判定することができ、電子回路基板を回収し破壊試験を行うことを必要とすることなく電子機器の寿命を診断することができる劣化診断方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の劣化診断方法は、金属材料の大気中での暴露日数に対する腐食減量を大気環境の有害性の程度を表す環境評価点の関数として、
Ｗ＝α（Ｅ）・√ｄ＋β（Ｅ）
ｄ：暴露された時間
Ｅ：環境評価点
α，β：係数
で定式化し、この関数から求めた腐食減量を基に前記金属材料の寿命を診断する劣化診断方法であって、前記環境評価点は、大気環境中の温度、湿度、腐食性ガス、海塩粒子、海岸からの距離を含む複数の環境因子の各々の量を、その量によって割り付けた各因子別評価点と各因子別重み係数の積の和とすることを要旨とする。この構成により、金属材料が暴露される大気環境中の複数の環境因子の各々の量を測定し、測定された各量の値により割り付けた各因子別評価点と各因子別重み係数の積の和として算出された大気環境の環境評価点を評価することで、当該金属材料の大気環境中での腐食減量の進行状態、即ち、暴露日数と腐食減量の関係が得られて、当該大気環境における、その金属材料の寿命が診断される。
【００１６】
請求項２記載の劣化診断方法は、大気環境における金属材料の腐食速度を当該大気環境の有害性の程度を表す環境評価点の関数として
ｄＷ／ｄＴ＝α（Ｅ）／（Ｗ−β（Ｅ））
Ｅ：環境評価点
α，β：係数
で定式化し、この関数から求めた腐食速度を基に前記金属材料の寿命を診断する劣化診断方法であって、前記環境評価点は、大気環境中の温度、湿度、腐食性ガス、海塩粒子、海岸からの距離を含む複数の環境因子の各々の量を、その量によって割り付けた各因子別評価点と各因子別重み係数の積の和とすることを要旨とする。この構成により、金属材料が暴露される大気環境中の複数の環境因子の各々の量を測定し、測定された各量の値により割り付けた各因子別評価点と各因子別重み係数の積の和として算出された大気環境の環境評価点を評価することで、当該金属材料の大気環境中での腐食速度が得られて、当該大気環境における、その金属材料の寿命が診断される。
【００１７】
（削除）
【００１８】
請求項３記載の劣化診断方法は、上記請求項１又は２記載の劣化診断方法において、前記大気環境中の温度、湿度、腐食性ガス、海塩粒子、海岸からの距離を含む複数の環境因子の各々の因子別評価点は、当該各環境因子の量の範囲によってクラス分けして割り付けるか又は当該各環境因子の量の中央値の関数の何れかとすることを要旨とする。この構成により、請求項１又は２記載の方法による腐食減量又は腐食速度を求めるための環境評価点が適切に定められる。
【００１９】
請求項４記載の劣化診断方法は、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の劣化診断方法において、前記環境因子における腐食性ガスの量の測定方法は、前記大気環境に一定期間暴露したろ紙のガス吸着量として求めるろ紙法とし、前記腐食性ガスのうちの酸性ガスの測定は、セルロースろ紙に所定％の炭酸カリウム水溶液又は炭酸ナトリウム水溶液の何れかを含浸したアルカリろ紙により、また前記腐食性ガスのうちのアルカリ性ガスの測定は、ガラスろ紙に所定％リン酸水溶液を含浸した酸性ろ紙により測定を行うことを要旨とする。この構成により、酸性ガスの測定は、セルロースろ紙に例えば５〜３０％炭酸カリウム水溶液又は例えば５〜３０％炭酸ナトリウム水溶液を含浸したアルカリろ紙により測定され、またアルカリ性ガスの測定は、ガラスろ紙に例えば５〜１０％リン酸水溶液を含浸した酸性ろ紙により行われる。これらのアルカリろ紙、酸性ろ紙は大気環境に例えば１〜３ヶ月程度暴露される。腐食性ガス量の測定にろ紙法を採用することで、大気環境の風速や風量の影響も加味した測定が可能になる。また、アルカリろ紙及び酸性ろ紙は小さな紙片で寿命診断対象の近傍に暴露でき、診断対象が晒される環境を正確に測定することができる。
【００２０】
請求項５記載の劣化診断方法は、上記請求項３記載の劣化診断方法において、前記各環境因子の量の範囲による因子別評価点のクラス分けは、少なくとも５段階とすることを要旨とする。この構成により、クラス分け及び因子別評価点の根拠は、支配環境因子が異なる国内のフィールド数百箇所の各環境因子の測定値とその環境に暴露した金属材料の腐食性の調査結果による。このように、実際に存在する測定値の範囲でクラス分けを５段階とすることで実環境をより精緻に区分でき、的確に大気環境を判定することが可能となる。
【００２１】
請求項６記載の劣化診断方法は、上記請求項５記載の劣化診断方法において、前記環境因子における相対湿度の因子別評価点は、雨、雪に直接晒される大気環境においては、各クラスの評価点に一定数の補正点を加えたものとすることを要旨とする。この構成により、大気環境が雨や雪が直接当たる屋外の場合は、腐食促進効果が大きいことから、各クラスの評価点に、補正点として例えば２０点を加えた値を湿度の因子別評価点とする。
【００２２】
請求項７記載の劣化診断方法は、上記請求項５記載の劣化診断方法において、前記環境因子における海塩粒子の因子別評価点を、前記海岸からの距離によってクラス分けして割り付けたものとすることを要旨とする。この構成により、クラス分け及び因子別評価点の根拠は、支配環境因子が異なる国内のフィールド数百箇所の海岸からの距離と海塩粒子測定値とその環境に暴露した金属材料の腐食性の調査結果による。この結果、地図上の海岸からの距離を求めるだけで海塩粒子の量を測定することなく、海塩粒子の因子別評価点を求めることが可能となる。
【００２３】
（削除）
【００２４】
（削除）
【００２５】
（削除）
【００２６】
（削除）
【００２７】
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【００２８】
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【００２９】
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【００３０】
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【００３１】
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【００３２】
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【００３３】
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【００３４】
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【００３５】
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【００３６】
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【００３７】
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【００３９】
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【００４０】
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【００４１】
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【００４４】
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【００４５】
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【００４６】
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【００４７】
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【００４８】
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【００４９】
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【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００５１】
図１乃至図８は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。まず、図１を用いて、本実施の形態の劣化診断装置の構成を説明する。同図において、１は当該大気環境を測定する環境因子量測定手段であり、各種の腐食性ガス濃度計、温度計、相対湿度計、海塩粒子測定手段を含んでいる。各測定手段は、当該大気環境に１〜３ヶ月間設置して環境因子の量を測定する。温度、相対湿度は自動記憶装置付き温湿度計で測定し、平均温度、平均湿度を求める。腐食性ガスは各腐食性ガス毎に連続ガス濃度測定器によりガス濃度を測定し、平均ガス濃度（ｐｐｍ）を求めたり、アルカリろ紙、酸性ろ紙を当該大気環境に一定期間暴露して、ろ紙の吸着したガス吸着量（ｍｄｄ）を求める。海塩粒子はガーゼ補集法で海塩粒子量（ｍｄｄ）を求めたり、当該大気環境の海岸からの距離（ｋｍ）を求める。腐食性ガス測定に用いるアルカリろ紙及び酸性ろ紙はサイズ（横５ｃｍ、縦１３ｃｍのものを通常使う）が小さく暴露場所に制限を受けることがないので、診断対象となる電子機器等のできるだけ近くに暴露するのが望ましい。これにより、診断対象物が晒される大気環境の環境因子量をより正確に計測することができる。
【００５２】
環境因子量測定手段１で測定された各因子の量は環境因子量入力手段としての環境因子量入力装置２により入力され、因子別評価点演算手段としての因子別評価点演算部へ送られる。因子別評価点演算部３は、環境因子量入力装置２の出力を用いて因子別評価点を算出する。因子別評価点演算部３は因子別評価点データベース（第１のデータベース）４より因子量と因子別評価点との関係を示すデータを読取り、因子別評価点を算出する。因子別評価点データベース４には、クラス分けされた環境因子の量による因子別評価点の他に、因子別評価点を環境因子の量を用いて算出するための関数が格納されている。格納された関数はクラス分けされたクラスの値とそのクラスの環境因子の量の中央値を補間する関数も含まれている。
【００５３】
５は環境評価点演算手段としての環境評価点演算部であり、因子別評価点演算部３にて算出された各因子別の評価点に対して因子別重み係数データベース（第２のデータベース）６から因子別の重み係数を読み出し各因子別評価点と各因子別重み係数の積の和により環境評価点を算出する。因子別重み係数データベース６は、金属材料と腐食性ガスの組み合わせにより決められた重み係数のテーブルが格納されている。また、因子別重み係数データベース６のデータは、ある環境因子のしきい値を設定し、しきい値を超えると他の因子の重み係数を変更する機能を具備する重み係数補正部７により変更される。
【００５４】
金属別腐食関数作成部８では、環境評価点演算部５で算出された環境評価点を用いて金属別の腐食減量関数と腐食速度関数を作成する。それぞれの関数は環境評価点と時間の関数として作成される。金属別の腐食減量関数と腐食速度関数の係数の算出式は金属別関数データベース９に格納されている。金属別腐食関数作成部８には、関数補正部１０があり、環境評価点を算出した当該環境で暴露した金属材料がある場合は腐食減量・腐食速度検出手段１１により検出された腐食減量と腐食速度を用いて金属別腐食関数作成部８で作成した関数を補正する。１２は環境評価点算出部であり、腐食減量・腐食速度検出手段１１にてある金属の腐食減量や腐食速度が算出されると、金属別関数データベース９に格納されている金属の腐食関数と金属の腐食減量及び暴露期間の値より環境評価点を算出する。環境評価点算出部１２は環境因子量測定手段１が利用されない場合、ある金属の暴露結果（暴露期間、腐食減量）から環境評価点を求めることができる。
【００５５】
余寿命算出手段としての金属別余寿命算出部１４では金属別腐食関数作成部８で作成された金属の腐食減量関数と腐食速度関数を用いて、金属の余寿命を演算する。金属別余寿命データベース１３には、それぞれの金属の腐食減量限界値や腐食速度限界値が格納されており、金属別余寿命算出部１４でのしきい値として使用される。算出された金属別の余寿命は出力手段としての診断結果表示部１５にて金属材料の診断結果として表示される。また、複数の金属で構成される部品では、それぞれの金属別に余寿命が算出され、部品に使用されている金属の中から最も早く寿命に到達する金属の寿命を部品余寿命として算出し、診断結果表示部１５にて部品の診断結果として表示される。１６は寿命因子換算データベースであり、金属の腐食減量や腐食速度を部品の寿命に直接関与する物理量に換算するための関数とそれらの寿命判定しきい値が格納されている。部品余寿命算出部１７では金属別腐食関数から部品の寿命に直接関与する物量への変換を寿命因子換算データベース１６のデータを用いて行い、部品の余寿命を算出する。算出結果は部品の余寿命結果として診断結果表示部１５にて表示される。
【００５６】
上記の金属別余寿命算出部１４には、腐食減量演算手段及び腐食速度演算手段が含まれている。腐食減量演算手段は金属別腐食関数作成部８で作成された金属腐食減量関数を用いて腐食減量の演算を行い、腐食速度演算手段は金属別腐食関数作成部８で作成された金属腐食速度関数を用いて腐食速度の演算を行う。また、関数補正部１０には、腐食減量補正演算手段及び腐食速度補正演算手段が含まれている。腐食減量補正演算手段は腐食減量・腐食速度検出手段１１より選ばれた被爆金属材料の腐食減量を用いて金属腐食減量関数の補正演算を行い、腐食速度補正演算手段は腐食減量・腐食速度検出手段１１より選ばれた被爆金属材料の腐食速度を用いて金属腐食速度関数の補正演算を行う。以上述べた１から１５までの構成要素により劣化診断装置が構成されている。
【００５７】
図２は、因子別評価点データベース４のクラス分けされた環境因子の量による因子別評価点を示している。環境因子の量により５つのクラスに分けられており、因子別評価点演算部３はこのテーブルを参照して測定した環境因子の量により因子別の評価点を得ることができる。測定する環境因子は、金属材料の腐食の程度を左右する主要な環境因子である温度、湿度、腐食性ガス（ＳＯ2 、Ｈ2 Ｓ、等の硫黄系ガス、ＮＯ2 等の窒素酸化物ガス、Ｃｌ2 、ＨＣｌ等の塩化物ガス、ＮＨ3 ガス）、海塩粒子（海塩粒子量あるいは海岸からの距離）である。腐食は環境因子の複合作用により発生するが、その相互作用が複雑であることから、各環境因子のクラス分け及び評価点の決定は各環境因子毎に行う。クラス分け及び評価点の根拠は支配環境因子が異なる日本国内のフィールド数百箇所の各環境因子の測定値と当該環境に暴露した金属材料の腐食性の調査結果による。当該環境の各環境因子毎の評価点を求め合計することで、大気環境の各環境因子全体を考慮した環境評価点を求めることができ、環境評価点の数値により客観的に大気環境の腐食性を判定することができる。その結果、金属材料の腐食性を精度良く診断することができる。
【００５８】
次に、日本電子工業振興協会の工業用計算機設置環境基準ＪＥＩＤＡ−２９−１９９０の４段階のクラス分けと本実施の形態の５段階のクラス分けの違いを説明する。ＪＥＩＤＡ−２９−１９９０では、各環境因子の設定値を４段階にクラス分けして割り付けた各因子別評価点を求め、その合計点により５段階に環境分類して定性的な環境の腐食性の指標にしている。図３は、ＪＥＩＤＡ−２９−１９９０で提唱されている４段階のクラス分けと本実施の形態の５段階のクラス分けの違いを湿度因子について説明するためのグラフであり、クラス分けされた湿度量の中央値とそのときの因子別評価点を通過する折れ線関数で示す。４段階のクラス分けの関数と比較し、本実施の形態の５段階のクラス分けの関数は湿度に対して評価点が加速的に増加している。これは、低湿度領域では湿度が金属材料の腐食反応に及ぼす影響が小さく、高湿度領域になると影響が大きくなることを良く反映している。続いてガスのクラス分けの違いについて説明する。図４の（ａ），（ｂ）は、ＪＥＩＤＡ−２９−１９９０で提唱されている４段階のクラス分けと図２に示す本実施の形態の５段階のクラス分けの違いをガス因子について説明するためのグラフであり、クラス分けされた各ガス量の中央値とそのときの因子別評価点を通過する折れ線関数を示す。ガス検知量の単位が異なるので単純には比較できないが、ＪＥＩＤＡ−２９−１９９０の４段階のクラス分けの区分の偏りが明かである。これは４段階のクラス分けのうち、各ガスのクラス４の測定値の上限値が人間が作業できる各ガスの最大許容濃度を示しているためである。したがって、実際存在する環境を区分しているのはクラス１〜３の３区分である。これに対し、本実施の形態の腐食性ガスのクラス分けは実際に存在する測定値の範囲で５段階に区分している。これにより、実環境をより精緻に区分でき、的確に大気環境を判定することができると同時に、金属材料の腐食寿命診断の精度を向上させることができる。したがって、本実施の形態による５段階のクラス分けテーブルを使用することにより、金属材料の腐食寿命をより正確に推定できることがわかる。
【００５９】
図５は、因子別評価点データベース４に格納されている環境因子の量により因子別評価点を算出する関数の一例である。横軸は環境因子の量、縦軸は因子別評価点を示す。図の例では、図２に記載したクラス分けされた環境因子の量の中央値とそのときの因子別評価点を通過する折れ線の関数と、それを近似した関数を示している。因子別評価点データベース４には、クラス分けテーブル、折れ線関数や近似関数、その他、実験で求められたデータに基づく関数が格納されている。例えば、測定された環境因子Ｂの量がｘであった場合、クラス分けテーブルの因子別評価点はｅ1 、クラス分けテーブルの折れ線関数ではｅ2 、近似関数ではｅ3 が因子別評価点演算部３で算出される。この近似関数や折れ線関数を使用することにより、環境因子の量による因子別評価点をより精密に算出することが可能となり、より正確な環境評価点の算出と金属劣化量の予測が可能となる。
【００６０】
環境評価点演算部５では因子別評価点演算部３にて算出された各因子別の評価点ｅに対して因子別重み係数データベース６から因子別の重み係数ｋを読み出し、式（１）により環境評価点Ｅを算出する。
【００６１】
【数１】
0003895087.tif 000002
因子別重み係数データベース６には、金属と当該環境の支配的な腐食性ガスの組み合わせにより予め決められた重み係数のテーブルが格納されている。因子別評価点データベース４に格納されている評価点は、銅、銀、アルミニゥム、鉄、ニッケル、クロム、亜鉛等の金属全般の腐食劣化の予測に適用することができる値である。しかし、例えば地熱発電所や下水処理場等の硫化水素ガスが支配的な環境では銅の腐食速度が非常に大きいため、因子別評価点データベース４に格納された評価点による診断では銅の腐食劣化の予測の精度が低下する。そこで、このような事態を改善するために、硫化水素ガス環境における銅の腐食診断の場合、硫化水素ガス因子別評価点に乗じる重み係数は適切な数値に、他の因子別評価点は１に設定されている。同様に金属と環境因子の組み合わせ毎に設定された各因子別の重み係数が因子別重み係数データベース６に格納されている。
【００６２】
また、その他にも因子別重み係数データベース６が重み係数補正部７により、重み係数が乗ぜられる因子の他の因子の量ｘによって重みを補正することもできる。例えば、環境因子Ａの重み係数ｋA は図６に示すように、その他の環境因子の量（ここでは、環境因子Ｂの量）により重み係数補正部７で変更される。即ち、重み係数ｋは環境因子の量ｘによる関数として表現される。
【００６３】
〔数２〕
ｋi ＝ｆ（ｘj ）    （ただし、ｉ≠ｊ）                  …（２）
金属別腐食関数作成部８では環境評価点演算部５で算出された環境評価点を基に、金属種類別の腐食減量関数と腐食速度関数を作成する。金属の腐食減量関数Ｗは、その金属が設置（暴露）された大気環境の環境評価点Ｅと暴露された期間ｄ（日数）の関数として作成される。
【００６４】
Ｗ＝ｆ（Ｅ，ｄ）                  …（３）
典型的な腐食減量関数は暴露された時間ｄの平方根の１次式として表され、１次式の各係数は環境評価点の多項式として記述できる。即ち、１次式の係数をそれぞれα、βとした場合、金属の腐食減量関数は式（４）で示される。
【００６５】
Ｗ＝α（Ｅ）・√ｄ＋β（Ｅ）      …（４）
図７には式（４）に基づいた金属の腐食減量関数Ｗと大気環境暴露時間ｄのグラフを示す。式（４）の環境評価点Ｅの多項式α、βは金属の種類によって多項式の項数と係数が異なり、金属別の項数と係数は金属別関数データベース９に格納されている。また、式（４）を時間ｄについて微分した式（５）が金属の腐食速度を示す。
【００６６】
〔数３〕
ｄＷ／ｄｔ＝ｇ（Ｅ，ｄ）
＝α（Ｅ）2 ／（Ｗ−β（Ｅ））                …（５）
式（４）及び式（５）が得られることにより、環境評価点Ｅと暴露期間ｄがわかれば、その大気環境での金属の腐食減量及び腐食速度を求めることができる。即ち、現地の環境での金属の腐食減量を調査し、金属の劣化状態を把握したい場合、現地に暴露されている金属を調査しなくても、腐食がどの程度進んでいるかを推定することができる。よって、金属材料の劣化状態を定量的に表現することが可能となる。また、腐食減量に限界値がある場合、腐食減量及び腐食速度関数を用いることで、現状から限界値に到達するまでの期間を推定することができるため、金属材料の余寿命を定量的に算出することができる。
【００６７】
図８は、金属材料の腐食減量関数を補正する方法を示している。金属別腐食関数作成部８で作成された関数は、ある環境評価点で一意に決定される。図８に示すグラフａが、ある環境評価点Ａにより作成された腐食減量関数である。しかし、同一環境評価点Ａで同一金属であっても、環境評価点Ａを構成する環境因子の量の違いがあり、金属の腐食減量にばらつきが存在する。図８にばらつきの範囲の最大値をａmax 、ばらつきの範囲の最小値をａmin として示す。通常、金属の腐食減量はグラフａに従う、そのため、グラフａを用いることで金属の腐食減量を推定することができる。ここで、当該環境中に所定の期間、金属材料を暴露することにより、金属の腐食減量と暴露期間との関係を把握することができるため、ばらつきの範囲の中から、金属腐食減量関数を決定することができる。例えば、金属暴露の結果、暴露期間ｂで腐食減量がＢであったとすると腐食減量関数は点（ｂ，Ｂ）を通過する関数に補正できる。
【００６８】
次に、短期間暴露された金属材料の腐食減量又は腐食速度を用いて環境評価点を得る方法を述べる。金属の腐食減量は式（３）に示すように、金属の暴露期間と暴露した大気環境の環境評価点との関数で表せる。この関数は金属別関数データベース９に格納されている。そこで、短期間暴露された金属の腐食減量が既知であれば、暴露期間と腐食減量及び式（３）を用いて環境評価点を導出することができる。また、腐食速度と式（５）を用いても同様である。このように、環境因子量の測定を行わなくても短期間暴露された金属の腐食減量又は腐食速度の情報を用いて環境評価点を導出でき、導出した環境評価点を用いて、暴露した金属以外の腐食減量関数や腐食速度関数を作成することができる。
【００６９】
金属別余寿命算出部１４では、金属別腐食関数作成部８と関数補正部１０にて作成された腐食関数を用いて金属の腐食予想量と金属の腐食限界値に至るまでの時間を算出する。金属の腐食限界値は金属別余寿命データベース１３に格納されている。例えば、制御盤の外壁に使用されている金属は鉄で何ミリの厚さがあり、どの程度まで腐食により減量した場合に使用不可となるかなどの情報が格納されている。金属別余寿命算出部１４で算出された結果は診断結果表示部１５に診断結果として表示される。また、金属別余寿命データベース１３では、部品を構成する金属の種類とそれらの金属の減量が幾つになったときに部品として機能しなくなるかのしきい値データが格納されている。金属別余寿命算出部１４では、部品を構成する金属のうち、最も早く寿命に到達する金属（余寿命が最も短い金属）の余寿命を部品の余寿命として算出する。算出結果は診断結果表示部１５にて診断結果として表示される。
【００７０】
寿命因子換算データベース１６には電子部品や機構部品の寿命しきい値のデータが格納されている。電子部品や機構部品の寿命しきい値は必ずしも金属の腐食減量や腐食速度ではなく、その他の物理量が寿命因子（腐食面積率、皮膜厚さ、腐食厚さ等）であることもあり、寿命因子換算データベース１６には金属の腐食減量や腐食速度をその他の寿命因子に換算するための関数も格納されている。部品余寿命算出部１７では寿命因子換算データベース１６のデータと金属別腐食関数作成部８で作成された関数を用いて部品の余寿命を算出し、結果を診断結果表示部１５にて診断結果として表示する。
【００７１】
図９乃至図１１には、本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、大気環境中で使用される電子回路基板の劣化診断方法である。本実施の形態の寿命診断対象は電子回路基板の導体であり、導体の構成金属材料は銅である。銅は環境因子の１つである硫化水素ガスにより著しく腐食する特性を有していることから、硫化水素ガスが支配的な大気環境においては、硫化水素の因子別評価点に１を超える重み係数を乗じる。即ち、図１の重み係数補正部７にて硫化水素に対応する係数を補正する。銅に対する腐食減量関数Ｗcuは、式（４）より次の式（６）となる。
【００７２】
〔数４〕
Ｗcu＝ｆcu（Ｅ，ｄ）＝αcu（Ｅ）・√ｄ＋βcu（Ｅ）      …（６）  しかし、式（６）で計算した銅の腐食量を、直接導体の腐食量に当てはめることはできない。電子回路基板の導体は大気環境に直接晒されていないからである。図９に示すように、導体１９の表面にはソルダーレジスト２０が印刷されている。１８は基材である。導体１９の腐食はソルダーレジスト２０のピンホールから腐食性ガス、海塩粒子又は水分が侵入することで発生する。そこで、環境試験槽に銅板とモデル基板を暴露し、所定の時間毎に銅板の腐食量と電子回路基板の導体の腐食厚さとの関係を調査することで、図１０（ａ）のような関数を予め作成しておく。この関数は図１の寿命因子換算データベース１６に格納されている。格納する関数は、温度、湿度、腐食性ガスの種類及び濃度等の条件の組み合わせを変えて実施した環境試験で得られたもの数種類を格納する。電子回路基板の導体腐食断面は図１１に示すように局所的に腐食部分１９ａが進行するが、腐食厚さは最も腐食１９ａが進行している部分で測定する。式（６）により当該大気環境に設置されてからｔ時間後の銅の腐食量が予測でき、図１０（ａ）の関係曲線によりｔ時間後の銅の腐食量に対応するｔ時間後の導体腐食厚さが推定できることから、導体の腐食状態の劣化状態判定が可能になる。
【００７３】
寿命予測は以下の方法で行う。初期導体厚さに対する導体腐食厚さを腐食減厚率と呼ぶ。導体の腐食は導体厚さが初期の半分以下になると急激に進行することから、腐食減厚率が４０％〜５０％を限界寿命判定値とする。導体幅が２５０μｍ以下の細線パターンは一旦腐食が発生すると進行が早いことから限界腐食減厚率を４０％とし、導体幅が２５０μｍを超える導体は限界腐食減厚率を５０％とする。例えば幅１５０μｍ、厚さ３５μｍの導体の限界導体腐食厚さは、３５×０．４＝１４μｍとする。図１０（ｂ）に示すように限界導体腐食厚さに対応する銅の限界腐食量を求める。次に、この銅の限界腐食量から、式（５）を用いて銅の限界腐食量に至る時間が求められる。この時間が当該大気環境における当該電子回路基板の導体寿命時間である。診断対象導体は電子回路基板内の幅が最も小さいものを選択する。寿命予測精度を上げるために、銅板を大気環境中に所定時間に渡って暴露し、腐食量を測定し、腐食減量と時間の関係を補正する方法及び定期点検時に製品基板あるいは寿命診断用の基板の導体腐食厚さを測定し、図１０（ａ）の関数を補正する方法も利用できる。また、電子回路基板の導体表面にはソルダーレジストだけでなく、耐環境性向上のためにコーティング剤が塗布されていたり、又は部品実装工程で使用される半田フラックスが残存している無洗浄基板が多い。そのため、基板の種類毎に図１０（ａ）のような導体腐食厚さと銅の腐食量の関数を作成し、寿命因子換算データベース１６に格納する。
【００７４】
図１２乃至図１６には、本発明の第３の実施の形態を示す。図１２は加速劣化試験により得られるアルミニゥムの腐食減量と集積回路のアルミニゥム配線の腐食面積率の相関関数ｌ（Ｗ）を示す図、図１３は図１の寿命因子換算データベース１６に格納された腐食面積率データベースの詳細を説明するための図、図１４は同じく図１の寿命因子換算データベース１６に格納された寿命診断データベースの詳細を説明するための図、図１５は集積回路のアルミ配線腐食面積率の時系列曲線Ｕ＝ｍ（ｔ）の詳細を説明するための図、図１６はアルミ配線腐食面積率と故障の相関曲線Ｆ＝ｎ（Ｕ）の詳細を説明するための図である。
【００７５】
まず、第１の実施の形態で述べたように、環境因子の量を測定し、当該大気環境におけるアルミニゥムの腐食減量Ｗal＝ｆ（Ｅ，ｄ）を演算する。次に、予め寿命因子換算データベース１６に用意しておいたアルミニゥム腐食減量Ｗalと集積回路のアルミ配線腐食面積率の相関関数Ｕ＝ｌ（Ｗ）に前記演算結果を代入し、集積回路の腐食面積率を導出する。相関関数ｌ（Ｗ）は、集積回路のアルミ配線腐食面積率の時系列変化曲線Ｕ＝ｍ（ｔ）を作成する際に、同条件の加速劣化試験をアルミニゥムのテストピースに施すことによって作成される。所望の時間毎に複数の集積回路との複数のテストピース試験槽からサンプリングし、集積回路のアルミ配線腐食面積率とアルミテストピースの腐食減量を計測するので、図１２に示すように、グラフの両軸にある分布幅を持ったデータプロットとなる。この際、各分布の平均値データの回帰近似により相関曲線を導出する。なお、この相関曲線として、アルミ腐食速度ｄＷal／ｄｔと集積回路のアルミ配線腐食面積率の相関関数を用い、大気環境におけるアルミニゥムの腐食速度ｄＷal／ｄｔ＝ｇ（Ｅ，ｄ）の演算結果を代入して、集積回路のアルミ配線腐食面積率を導出してもよい。これらの相関曲線Ｕ＝ｌ（Ｗ）もしくはＵ＝ｌ（ｄＷ／ｄｔ）は、集積回路の材質や回路の種類等によって傾向が異なることが判明している。そこで、腐食劣化状態判定の対象としたい集積回路種については、種類毎に前記相関曲線Ｕ＝ｌ（Ｗ）もしはくＵ＝ｌ（ｄＷ／ｄｔ）を予め作成しておき、図１３に示すようなデータベースとして蓄えておく必要がある。
【００７６】
次に、導出した集積回路の腐食面積率を寿命診断データベースに照合する。この寿命診断データベースは、図１４に示すとおり、集積回路の材質や回路の種類、年代別にそれぞれに対応するアルミ配線腐食面積率の時系列曲線Ｕ＝ｍ（ｔ）とアルミ配線腐食面積率と故障率の相関関数Ｆ＝ｎ（Ｕ）を保存している。したがって、指定の対象のＵ＝ｍ（ｔ）とＦ＝ｎ（Ｕ）を呼び出すことができる。Ｕ＝ｍ（ｔ）とＦ＝ｎ（Ｕ）は、一般的に、それぞれ図１５、図１６に示すような傾向を示し、集積回路の材質や回路の種類、年代等によって若干その曲率や絶対値が異なる。しかし、腐食面積率と故障率の関係曲線Ｆ＝ｎ（Ｕ）から集積回路の寿命点（故障率が腐食面積率に対して急激に上昇する点）が定義できる。この点を寿命点腐食量ｕｃとし、腐食面積率の時系列曲線上にｔｃ＝ｍ-1（ｕｃ）を満たす寿命時間ｔｃを定めると、余寿命を推定することができる。即ち、診断時に前述した環境因子測定からの一連の手続きで導出した集積回路の腐食面積率と図１５のＵ＝ｍ（ｔ）との関係から導出した時間をＴとすると、時間Ｔは図１５上の消費寿命に相当し、実時間軸上では、経年使用時間に相当する。一方、余寿命は加速試験時間軸上では、ｔｃ−Ｔで得られるのて、比例配分式（余寿命）＝（経年使用時間）×（ｔｃ−Ｔ）／Ｔより、実時間軸上での余寿命を算出できる。診断結果については、診断結果表示部１５においてＣＲＴやプリンタ等に出力するとともに、記録媒体にも出力してデータベース化し、その後、同一の装置種や集積回路種の寿命診断を行う際に活用する。
【００７７】
以上のように、本実施の形態の寿命診断方法では、予め集積回路のアルミ配線腐食面積率とアルミニゥムの腐食減量（もしはく腐食速度）の相関関数を用意しておくことで、集積回路を開封して実際にアルミ配線腐食量を計測することなく、装置設置環境因子の量を測定するだけで、非破壊での集積回路の寿命の推定が可能となる。
【００７８】
図１７及び図１８には、本発明の第４の実施の形態を示す。本実施の形態の寿命診断対象は電子回路に使用されるリレー等の金属接点を有する部品であり、部品の機能劣化を生ずる主な構成金属材料は銀である。第１の実施の形態に述べたように環境因子の量を測定し、銀の腐食関数を求める。銀の金属接点では性能劣化が硫化銀の腐食皮膜厚さに起因するため、第２の実施の形態と同様に環試験槽にて銀板を暴露し、所定の時間毎に銀板の腐食量と硫化銀の腐食皮膜厚さとの関係を調査し、関数関係を求める。この関数は図１の寿命因子換算データベース１６に格納される。格納する関数は、温度、湿度、腐食性ガスの種類及び濃度等の条件の組み合わせを変えて実施した環境試験で得られたもの数種類を格納する。金属別腐食関数作成部８で求められた銀の腐食減量関数から寿命因子換算データベース１６に格納された関数を用いて硫化銀の腐食皮膜厚さに換算し、図１７に示す皮膜厚さと接触抵抗の関係から現在の接触抵抗を求め銀接点の腐食劣化の程度を判定する。また、図１７のａに示すように、電子回路の銀接点の接触抵抗増加の限界値を設定し、図１８に示すように、上記演算により当該環境での腐食減量を予測することにより腐食皮膜成長予測を行い接触抵抗限界値に対する腐食皮膜厚さに達するまでの時間を算出し、当該環境で使用した銀接点の余寿命を判定する。図１７のａに示す銀接点の接触抵抗増加の限界値も寿命因子換算データベース１６に格納されており、図１８で示す余寿命は部品余寿命算出部１７にて算出される。
【００７９】
以上の方法により当該大気環境で使用されている電子回路を構成する銀接点の劣化状態を装置を停止することなく判定し、当該環境での銀接点の余寿命を予測することが可能となる。
【００８０】
図１９には、本発明の第５の実施の形態を示す。同図において、２１は汚染度を測定する汚染度測定手段である。電子回路表面の汚染物質を一定面積から採取し、一定量の純水に溶解し、その汚染液の電導度を測定する。塩化ナトリウム水溶液の濃度と電導度の相関関係を予め求めておき、この関係から汚染液の電導度を塩化ナトリウム濃度に換算する。換算した塩化ナトリウム濃度と汚染液の容量及び汚染物質の採取面積から電子回路基板単位面積当たりに付着している汚染物質の等価塩分量即ち汚染度を求めることができる。この汚染度を当該電子回路基板が設置されてからの経過時間で割ることで、汚染速度を求めることができる。また、電気機器の使用環境は時として納入当初と診断時点では異なることがあることから、現状の汚染速度を精度良く求めるためには、一定期間後に再度汚染度測定を行い、その汚染度の増加分から汚染速度を求めることが望ましい。製品電子回路基板で再測定が困難な場合は、汚染度測定用基板を制御基板内に一定期間暴露し、その基板の汚染度測定結果から汚染速度を求める方法もある。
【００８１】
上記の汚染度の代わりに、電子回路基板表面に付着している塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオンの単位面積当たりの合計付着量を求める方法をとることもできる。絶縁低下や腐食に影響の大きい上記３種類の陰イオンの合計付着量を汚損度の代わりに使うことで、さらに精度のよい診断が可能になる。陰イオンの測定は汚損度測定に使用した汚損液を分析することで容易に求めることができる。
【００８２】
汚染度測定手段２１で測定した汚損度及び汚染速度は、汚損度入力装置２２により入力されて劣化指標値算出手段としての劣化指標値算出部２３に送られる。劣化指標値算出部２３は、劣化指標データベース２４に格納されている汚損度と劣化指標の相関関数を読取り、入力した汚損度に相当する劣化指標値を算出する。劣化指標データベース２４に格納されている相関関数の劣化指標は、電子回路基板の熱分布画像のフラクタル次元変化率、電子回路基板の導体パターンの腐食断線時間又は電子回路基板における導体間の絶縁抵抗値等である。劣化指標値算出部２３で算出された劣化指標値は、診断時点の劣化指標の特性値を示していることから、劣化診断結果として劣化診断結果表示部２５にその値を表示するようになっている。
【００８３】
次に寿命診断を行う。電子回路基板の各種劣化指標の寿命しきい値が格納されている寿命データベース２７から寿命しきい値を読み出して寿命判定汚損度算出部２６に送る。読み出した寿命しきい値を劣化指標データベース２４に格納されている汚損度と劣化指標値の相関関数に代入して寿命判定汚損度を算出し、差分汚損度算出手段としての差分汚損度算出部２８に送る。差分汚損度算出部２８では、汚損度入力装置２２から送られた汚損度と寿命判定汚損度算出部２６から送られた寿命判定汚損度の差を算出し、余寿命算出手段としての余寿命算出部２９に送る。余寿命算出部２９では差分汚損度算出部２８から送られた差分汚損度を汚損度入力装置２２から送られた汚損速度で割って余寿命を算出する。算出結果は診断結果表示部３０に表示する。
【００８４】
以上のように、本実施の形態によれば、汚損度と絶縁劣化又は腐食に係る電子回路基板の劣化指標との相関関数を予め用意しておくことで、計測のための電極を基板上に作成したり基板を破壊して劣化指標を計測することなく、汚損度を測定するだけで電子回路基板の寿命を推定することがでぎる。
【００８５】
図２０には、本発明の第６の実施の形態を示す。本実施の形態は、電子回路基板表面の汚損物質の殆どは大気中の浮遊塵埃に吸着して持ち込まれ、大気中の腐食性ガス量や海塩粒子量等の影響をトータルで数値化した環境評価点と汚損度に相関関係があることから、環境汚損の指標として汚損度の代わりに環境評価点を用いるものである。
【００８６】
図２０は、本実施の形態の構成を示している。同図において、３１は当該大気環境を測定する環境因子量測定手段であり、各種の腐食性ガス濃度計、温度計、相対湿度計、海塩粒子測定手段等で構成されている。各測定手段は当該大気環境に１〜２ヶ月間設置して環境を測定する。環境因子量測定手段３１で測定された各環境因子の量は環境因子量入力装置３２により入力されて因子別評価点演算部３３に送られる。因子別評価点演算部３３は環境因子量入力装置３２の出力を用いて因子別評価点データベース３４より因子量と因子量評価点との関係を示すデータを読み取り因子別評価点を算出する。環境評価点演算部３５では、因子別評価点演算部３３にて算出された各因子別評価点の和を算出する。汚損速度算出部３６では、汚損速度換算データベース３７に格納されている環境評価点と汚損速度の相関関数に環境評価点演算部３５で算出された環境評価点を代入し、汚損速度を算出する。算出された汚損速度に当該環境における稼働年数を乗じることで診断時の推定汚損度を求める。
【００８７】
汚損速度算出部３６で算出された汚損速度は前記図１９の劣化指標値算出部２３に送られ、劣化指標データベース２４に格納されている汚損度と劣化指標の相関関数に代入して診断時点の劣化指標の特性値を算出し、劣化診断結果表示部２５に診断結果を表示する。環境評価点から汚損速度、汚損度が換算されているので、寿命診断は第５の実施の形態と同様に行うことができる。
【００８８】
以上のように、本実施の形態によれば、制御盤等の奥に電子回路基板が設置されていて汚損度の測定が困難な場合や、連続運転しており停止することができない場合、汚損度測定の代わりに環境評価点を求め、環境評価点から換算した汚損度により電子回路基板の寿命診断が可能になる。
【００８９】
図２１及び図２２には、本発明の第７の実施の形態を示す。図２１は劣化指標データベース２４に格納された電子回路基板表面の汚損度Ｃとフラクタル次元変化率Ｆの相関関数を説明するための図である。図２２は当該環境の汚損度Ｃの経時変化を示す図である。
【００９０】
まず、第５の実施の形態又は第６の実施の形態で示したように汚損度及び汚損速度を測定する。次に、予め用意されていた劣化指標データベース２４に格納された図２１の汚損度Ｃとフラクタル次元変化率Ｆの相関関数Ｆ＝ｉ（Ｃ）に、求めた汚損度Ｃａを代入し、診断時のフラクタル次元変化率Ｆａを求め、診断時の劣化状態を診断する。相関関数Ｆ＝ｉ（Ｃ）はフィールド回収品及び環境劣化試験により予め求めておいたものである。フラクタル次元変化率は、電子回路基板に通電開始してから一定時間毎に収集した基板全体の熱分布画像のフラクタル次元を計算し、その時間毎の変化率を計算したものである。汚損度とフラクタル次元変化率の相関関数は電子回路基板の実装部品の種類や導体パターンの配線状態により異なることから、電子回路基板の種類毎に用意し、劣化指標データベース２４に格納しておく必要がある。
【００９１】
次に、寿命データベース２７から診断対象基板のフラクタル次元変化率の寿命しきい値Ｆｃを呼び出す。寿命しきい値はフラクタル次元変化率と故障率の関係から電子回路基板の種類毎に予め求められている。この寿命しきい値を劣化指標データベース２４に格納されている汚損度Ｃとフラクタル次元変化率Ｆの相関関数Ｆ＝ｉ（Ｃ）に代入し、寿命しきい値Ｆｃに相当する汚損度即ち寿命判定汚損度Ｃｃを算出する。
【００９２】
図２２は当該環境の汚損度Ｃの経時変化関数Ｃ＝ｊ（Ｔ）を示している。診断時の汚損度から寿命判定汚損度に達するまでの時間即ち余寿命を、寿命判定汚損度Ｃｃから診断時の汚損度Ｃａを引いた差分汚損度を当該環境の汚損速度ｄＣ／ｄＴで割ることで、即ち余寿命＝（Ｃｃ−Ｃａ）／（ｄＣ／ｄＴ）で推定することができる。
【００９３】
以上のように、本実施の形態によれば、電子回路基板のフラクタル次元変化率と汚損度の相関関数を予め求めておくことで、計測のために基板を制御盤から抜き取り新たに通電する必要や、計測のための特殊な装置を用意することなく、汚損度又は汚損度に代わり陰イオン（塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオン）の総付着量又は環境評価点を求めるだけでフラクタル次元変化率に基づく電子回路基板の寿命診断が推定できる。
【００９４】
図２３には、本発明の第８の実施の形態を示す。図２３は劣化指標データベース２４に格納された電子回路基板表面の汚損速度Ｄと電子回路基板導体パターンが断線するまでの時間Ｐとの相関関数を説明するための図である。
【００９５】
まず、第５の実施の形態又は第６の実施の形態で示したように汚損速度を測定する。次に、予め用意された劣化指標データベース２４に格納された図２３の汚損速度Ｄとパターン断線時間Ｐとの相関関数Ｐ＝ｋ（Ｃ）に求めた汚損速度Ｄm を代入し、パターン断線までの時間Ｐm を算出する。求めたパターン断線時間Ｐm は、当該環境に設置されてから導体パターンが断線するまでの時間を表している。相関関数Ｐ＝ｋ（Ｃ）はフィールド回収品及び環境劣化試験により予め求めておいたものである。汚損速度Ｄとパターン断線時間Ｐの相関関数Ｐ＝ｋ（Ｃ）は、パターン幅、パターン金属の厚さ、パターン表面のソルダーレジスト膜の厚さ等によって傾向が異なることから、診断対象電子回路基板のパターン構成別の相関曲線を劣化指標データベース２４に収納しておく必要がある。当然のことながら、電子回路基板上には種々の幅のパターンが配線されているが、当該電子回路基板の寿命判定は最も幅が狭いパターンで行う。
【００９６】
以上のように、本実施の形態によれば、電子回路基板の導体パターン断線時間と汚損速度の関係を求めておくだけで、製品基板を破壊しパターンの腐食状態を調査することなく、汚損速度又は汚損速度の代わりに陰イオン（塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオン）の付着速度又は環境評価点を求めるだけでパターンが腐食断線するまでの寿命を推定することができる。
【００９７】
図２４及び図２５には、本発明の第９の実施の形態を示す。図２４は劣化指標データベース２４に格納された電子回路基板表面の汚損度Ｃと導体間の絶縁抵抗値Ｉの相関関数を説明するための図である。図２５は当該環境の汚損度Ｃの経時変化を示す図である。
【００９８】
まず、第５の実施の形態又は第６の実施の形態で示したように汚損度及び汚損速度を測定する。次に、予め用意されていた劣化指標データベース２４に格納された図２４の汚損度Ｃと絶縁抵抗値Ｉの相関関数Ｉ＝ｍ（Ｃ）に、求めた汚損度Ｃａを代入し、診断時の絶縁抵抗値Ｉａを求め、診断時の劣化状態を診断する。相関関数Ｉ＝ｍ（Ｃ）はフィールド回収品及び環境劣化試験により予め求めておいたものである。
【００９９】
次に、寿命データベース２７から診断対象基板の絶縁抵抗値の寿命しきい値Ｉｃを呼び出す。寿命しきい値は絶縁低下の影響を最も受けやすい箇所に基づき、電子回路基板の種類及び仕様毎に設定されている。この寿命しきい値を劣化指標データベース２４に格納されている汚損度Ｃと絶縁抵抗値Ｉの相関関数Ｉ＝ｍ（Ｃ）に代入し、寿命しきい値Ｉｃに相当する汚損度即ち寿命判定汚損度Ｃｃを算出する。
【０１００】
図２５は当該環境の汚損度Ｃの経時変化関数Ｃ＝ｎ（Ｔ）を示している。診断時の汚損度から寿命判定汚損度に達するまでの時間即ち余寿命を、寿命判定汚損度Ｃｃから診断時の汚損度Ｃａをひいた差分汚損度を当該環境の汚損速度ｄＣ／ｄＴで割ることで、即ち余寿命＝（Ｃｃ−Ｃａ）／（ｄＣ／ｄＴ）で推定することができる。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態によれば、電子回路基板の絶縁抵抗値と汚損度の相関関数を予め求めておくことで、計測のために基板を制御盤から抜き取り、絶縁抵抗測定のための電極を貼付したりする必要なく、汚損度又は汚損度に代わり陰イオン（塩素イオン、硝酸イオン、硫酸イオン）の総付着量又は環境評価点を求めるだけで絶縁劣化による電子回路基板の寿命が推定できる。さらに、本実施の形態によることで、環境汚損により絶縁劣化が発生しやすいが、測定が不可能な部品リード間等の絶縁劣化状態が汚損度から推定できる。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１および２記載の劣化診断方法によれば、腐食減量又は腐食速度を算定するための環境評価点を適正に求めることができ、大気環境の環境評価点を評価することで、長期間に渡る金属材料の暴露試験を必要とすることなく、当該金属材料の大気環境中での腐食減量を算定することができて、当該大気環境における、その金属材料の寿命を診断することができる。
【０１０３】
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【０１０４】
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【０１０５】
請求項３記載の劣化診断方法によれば、前記大気環境中の温度、湿度、腐食性ガス、海塩粒子又は海岸からの距離を含む複数の環境因子の各々の因子別評価点は、当該各環境因子の量の範囲によってクラス分けして割り付けるか又は当該各環境因子の量の中央値の関数の何れかとしたため、環境評価点を定めるための因子別評価点を適切に決定することができる。
【０１０６】
請求項４記載の劣化診断方法によれば、前記環境因子における腐食性ガスの量の測定方法は、前記大気環境に一定期間暴露したろ紙のガス吸着量として求めるろ紙法とし、前記腐食性ガスのうちの酸性ガスの測定は、セルロースろ紙に所定％の炭酸カリウム水溶液又は炭酸ナトリウム水溶液の何れかを含浸したアルカリろ紙により、また前記腐食性ガスのうちのアルカリ性ガスの測定は、ガラスろ紙に所定％リン酸水溶液を含浸した酸性ろ紙により測定を行うようにしたため、腐食性ガス量の測定にろ紙法を採用することで、大気環境の風速や風量の影響も加味した測定をすることができ、また、ろ紙は小さな紙片で寿命診断対象の近傍に暴露できるので、診断対象が晒される環境を正確に測定することができる。したがって、金属材料の寿命を精度良く診断することができる。
【０１０７】
請求項５記載の劣化診断方法によれば、前記各環境因子の量の範囲による因子別評価点のクラス分けは、少なくとも５段階としたため、実際に存在する測定値の範囲でクラス分けを５段階とすることで実環境をより精緻に区分することができ、的確に大気環境を判定することができる。したがって、金属材料の寿命を、より正確に診断することができる。
【０１０８】
請求項６記載の劣化診断方法によれば、前記環境因子における相対湿度の因子別評価点は、雨、雪に直接晒される大気環境においては、各クラスの評価点に一定数の補正点を加えたものとしたため、大気環境が雨や雪が直接当たる屋外の場合は、腐食促進効果が大きいことから、大気環境の腐食性を精度良く診断するための湿度の因子別評価点を適切に決定することができる。
【０１０９】
請求項７記載の劣化診断方法によれば、前記環境因子における海塩粒子の因子別評価点を、前記海岸からの距離によってクラス分けして割り付けたものとしたため、クラス分け及び因子別評価点の根拠は、支配環境因子が異なる国内のフィールド数百箇所の海岸からの距離と海塩粒子測定値とその環境に暴露した金属材料の腐食性の調査結果による。この結果、地図上の海岸からの距離を求めるだけで実際に海塩粒子の量を測定することなく、海塩粒子の因子別評価点を求めることができる。
【０１１０】
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【０１１１】
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【０１１２】
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【０１１３】
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【０１１４】
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【０１１５】
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【０１１６】
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【０１１７】
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【０１１８】
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【０１２０】
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【０１２２】
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【０１２６】
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【０１３１】
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【０１３４】
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【０１３５】
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【０１３６】
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【０１３７】
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【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態である劣化診断装置のブロックである。
【図２】  上記第１の実施の形態において環境因子の量によりクラス分けした因子別評価点テーブルである。
【図３】  上記第１の実施の形態における湿度についての５段階のクラス分けとＪＥＩＤＡ−２９−１９９０の４段階のクラス分けとの違いを説明するためのグラフである。
【図４】  上記第１の実施の形態における腐食性ガスについての５段階のクラス分けとＪＥＩＤＡ−２９−１９９０の４段階のクラス分けとの違いを説明するためのグラフである。
【図５】  上記第１の実施の形態において環境因子の量と因子別評価点の関係を示すグラフである。
【図６】  上記第１の実施の形態において環境因子の量と環境因子の重み係数の関係を示すグラフである。
【図７】  上記第１の実施の形態において金属材料の腐食減量と暴露時間との関係を示すグラフである。
【図８】  上記第１の実施の形態において金属材料の暴露による腐食減量関数の補正方法を説明するためのグラフである。
【図９】  本発明の第２の実施の形態における電子回路基板上の導体断面を示す図である。
【図１０】  上記第２の実施の形態において導体の腐食厚さと同時暴露された銅板の腐食量との関係を示す図である。
【図１１】  上記第２の実施の形態において腐食した導体の断面を示す図である。
【図１２】  本発明の第３の実施の形態においてアルミニゥムの腐食減量と集積回路のアルミ配線の腐食面積率との関係を示す図である。
【図１３】  上記第３の実施の形態における腐食面積率データベースの詳細を説明するための表である。
【図１４】  上記第３の実施の形態における寿命診断データベースの詳細を説明するための表である。
【図１５】  上記第３の実施の形態において集積回路のアルミ配線腐食面積率の時系列曲線Ｕ＝ｍ（ｔ）の詳細を説明するためのグラフである。
【図１６】  上記第３の実施の形態においてアルミ配線腐食面積率と故障の相関曲線Ｆ＝ｎ（Ｕ）の詳細を説明するためのグラフである。
【図１７】  本発明の第４の実施の形態において腐食被膜厚さと接触抵抗の関係を示すグラフである。
【図１８】  上記第４の実施の形態において硫化銀の被膜厚さと暴露時間との関係を示す図である。
【図１９】  本発明の第５の実施の形態である劣化診断装置のブロック図である。
【図２０】  本発明の第６の実施の形態である環境評価点に基づく劣化診断装置のブロック図である。
【図２１】  本発明の第７の実施の形態における汚損度とフラクタル次元変化率の関係を示すグラフである。
【図２２】  上記第７の実施の形態において汚損度の経時変化を示す図である。
【図２３】  本発明の第８の実施の形態において汚損速度と導体パターンの腐食断線時間の関係を示すグラフである。
【図２４】  本発明の第９の実施の形態において汚損度と電子回路基板表面の導体間の絶縁抵抗値の関係を示すグラフである。
【図２５】  上記第９の実施の形態において汚損度の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１  環境因子量測定手段
２  環境因子量入力装置（環境因子量入力手段）
３  因子別評価点演算部（因子別評価点演算手段）
４  因子別評価点データベース（第１のデータベース）
５  環境評価点演算部（環境評価点演算手段）
６  因子別重み係数データベース（第２のデータベース）
８  金属別腐食関数作成部
１０  関数補正部（腐食減量補正演算手段、腐食速度補正演算手段）
１４  金属別余寿命算出部（余寿命算出手段）
１５  診断結果表示部（出力手段）
２１  汚損度測定手段
２３  劣化指標値算出部（劣化指標値算出手段）
２４  劣化指標データベース
２７  寿命データベース
２８  差分汚損度算出部（差分汚損度算出手段）
２９  余寿命算出部（余寿命算出手段）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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