JP5416938B2 - 空間電荷分布測定装置、及びその装置を用いた空間電荷分布測定方法、並びにその方法を用いて測定された高温用絶縁材料 - Google Patents

Description

本発明は、空間電荷分布測定技術に関する。より詳しくは、本発明は、絶縁材料、誘電体材料の電極界面や試料内部の電荷分布を測定する技術であって、高温環境下での空間電荷分布測定を実現可能とする技術に関する。

近年、半導体の小型化に伴う電極間の縮小や、パワーエレクトロニクスの分野での消費電力量増加に伴う電流密度増加に伴い、電極や配線が発熱し、電子・電機機器で使用される封止樹脂や絶縁テープは、高温下で使用されるようになった。また、高電界下での熱による付加のため、イオンマイグレーションなどの不良を引き起こし、絶縁破壊に至ることがある。イオンマイグレーションや絶縁破壊の現象を解明するには、絶縁材料内部の電荷の動きを観察する必要があり、そのため、材料内部の電荷の移動を観察できる空間電荷分布測定方法が用いられている。

空間電荷分布測定方法は、絶縁材料の評価に広く利用されている。空間電荷は電極間に存在する電荷をいうが、一般に、電極間に限定されず、材料内部に存在するイオン、電子などの電荷を空間電荷という。空間電荷分布測定方法にはいくつかがあるが、その一つとして、パルス静電応力（ＰＥＡ：Pulse Electro-Acoustic）法が知られている。

ＰＥＡ法では、次の手順で材料内部の空間電荷分布測定を行う。１）試料を電極で挟み、パルス電界を印加する。通常、コンデンサを用い、試料に印加する直流や交流電圧に対し、空間電荷分布を測定するためのパルス電圧を重畳して測定を行う。２）試料内部や電極界面に電荷（分極電荷を含む）が存在すると、電荷と印加したパルス電界との間にクーロン力（静電気力）が働く。このとき、固体（液体を含む）の試料であれば、電荷の存在する部分にパルス電界が印加されている間だけクーロン力が働くために、パルス状の音波が発生することとなる。また、このとき、直流や交流の電圧によって音波が発生するかもしれないが、幅数ナノ秒程度のパルス電圧を印加して測定することにより、発生する音波は、その周波数が印加する交流電圧に比べて数桁高く、そのため、増幅器の高帯域フィルタによってカットされる。３）この電荷の存在による音波は、電荷の存在（正味の電荷）する箇所で、同時に発生する。従って、この音波を接地側の電極に取り付けられた圧電素子により検出すると、接地電極に近い音波から検出されることから、試料内部の電荷の存在位置と、音波の大きさから電荷量を測定できる。電荷の極性については、電荷の極性によって、クーロン力の方向に違いが生じる結果として、圧電素子で検出する音波の極性が電荷の極性を示す。

ＰＥＡ法を用いた空間電荷分布測定装置は、例えば、室温から１５０℃までの範囲での測定を可能にしたものとして、非特許文献１に記載された装置が知られている。図３に示す如く、この装置では、下部電極（接地電極）５０の上面に試料５１が置かれ、その上に上部電極５２が置かれ、試料５１及び上部電極５２を囲うようにして下部電極５０の上に金属ケース５３が置かれ、さらに、この金属ケース５３の周りにヒータ（バンドヒータ）５４が配置される。信号を検出するセンサ（圧電素子）５５には、高温での使用に耐える（高温でも安定に動作する）ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）が用いられる。

試料５１は、１５０〜５００μｍ程度の厚さのフィルム状であり、試料５１の温度を直接測定するのは困難であるため、金属ケース５３内に熱電対５６を挿入し、試料５１が浸されるようにして金属ケース５３内に注入されたシリコンオイル５７の温度を試料５１の温度とする。また、熱電対５６で測定した温度は、温度コントローラ５８にフィードバックされ、一定速度での温度上昇及び一定期間の温度保持を可能とする。

尚、符号５９は、同軸ケーブル６０を介してセンサ５５に接続され、センサ５５からの信号（音波信号）を増幅するための増幅器を示し、符号６１は、電圧を試料５１に印加するための電源を示し、符号６２は、パルス発生器を示し、符号６３は、センサ５５からの信号を記録するデジタルオシロスコープを示し、符号６４は、信号処理のための制御部（パーソナルコンピュータ）を示す。

石崎ら、「温度上昇における空間電荷分布測定システムの開発」、電気学会論文誌Ｂ、平成１４年、第１２２巻、第１１号

ところで、センサ５５は、図３（ｂ）に示す如く、しかるべき箇所に固定支持されたニオブ酸リチウムからなる直方体状の支承体６５に接着剤（図示しない）を介して取り付けられる。支承体６５は、図中上面からの音波を吸収又は反射させないで極薄なセンサ５５を平面状に保形する役目と、その付勢力を利用してセンサ５５を下部電極５０の下面（即ち、上部電極５２と対向する側と反対の面）に適切に面接触させる役目とを有する。

しかしながら、センサ５５と支承体６５とを接着するために用いられる接着剤（エポキシ樹脂）は、上述した１５０℃に安全率を加味した温度までであれば、十分な耐熱性を有するが、それよりも高温になると、耐熱性が無い。また、センサ５５と耐熱性ゴムは接着剤（接着層）を介して界面が一体化されるわけであるが、両者の熱膨張率が異なるため、高温になればなるほど、センサ５５に歪みが生じ、精度良い測定が行えなくなるばかりでなく、センサ５５が破損するおそれがある。そのため、上記の空間電荷分布測定装置では、さらなる高温環境下での空間電荷分布測定を実現させることはできない。

ところが、さらなる高温環境下での空間電荷分布測定を実現可能とする空間電荷分布測定装置は確実に必要とされている。その背景には、封止樹脂や絶縁テープといった絶縁材料をさらなる高温下で使用するといった必要性が近年、産業各界で生じてきており、但し、そのためには、まず、そういった材料を使用環境と同等な高温環境に置いて絶縁性能を測定し且つその検証を行わなければならないということがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、従来よりも高温環境下での空間電荷分布測定を実現可能とする空間電荷分布測定装置を提供することを課題とし、併せて、その装置を用いた空間電荷分布測定方法を提供することにより、その方法を用いて測定された高温用絶縁材料を提供できるようにすることにある。

本発明に係る空間電荷分布測定装置は、上記課題を解決すべく構成されたもので、試料を挟んで対向する一対の電極と、該一対の電極の少なくとも一方の電極を加熱するヒータと、該一方の電極に配置される耐熱性の圧電素子からなるセンサと、前記一方の電極との間で前記センサを挟持することにより、前記センサを前記一方の電極に取り付ける耐熱性の支承体と、試料に対してパルス電界を印加することにより前記センサで生成されるパルス状の信号を増幅する増幅器と、該増幅器により増幅された信号の信号処理を行って空間電荷分布を求める信号処理手段と、前記一方の電極を含んで構成され、前記センサ、前記支承体を収容する内部空間を有する第１ハウジングと、前記増幅器を収容する内部空間を有する第２ハウジングと、両ハウジングを連結する連結部であって、前記センサに接続される信号線が前記第１ハウジングの内部空間から連結部の内部を通って前記第２ハウジングの内部空間に至り、前記増幅器に接続される連結部とを備え、
前記信号線は、前記センサと前記支承体との間に一部が挿入され、前記センサに電気的に接続される金属箔、あるいは、前記センサ及び前記支承体との間で少なくとも一方に形成された金属膜と、該金属箔あるいは該金属膜に接続され、少なくとも前記連結部を通って前記第２ハウジングまで延びる金属線とを含むことを特徴とする。

かかる構成によれば、センサを一方の電極に当接させた状態で支承体をセンサに当接させ、あるいは、センサを支承体に当接させた状態でその支承体を一方の電極に当接させ、あるいは、支承体を一方の電極に当接させるに際してその間にセンサを介装させ、それらの何れかの状態から一方の電極と支承体との間隔を相対的に狭めることにより、センサは、一方の電極と支承体とにより挟持され、一方の電極に取り付けられた状態となる。センサは、支承体によって保形されると共に、支承体からの付勢力により一方の電極に適切に接触させられるが、接着剤を用いていないことから、一方の電極、支承体の何れにも界面が拘束されることはない。

また、第２ハウジングが第１ハウジングから独立して設けられ、第２ハウジング内に増幅器が配置されるということで、増幅器は、ヒータからの熱影響を受けることが無くなり、装置としての寿命を長期化することができる。

また、金属箔あるいは金属膜と金属線が耐酸化性を有するとした場合（例えば、金、白金を主とし、その他、銅、銀といったいわゆる「安定な金属」）、高温環境下での使用に伴う酸化によって配線の特性が変化することはない。しかも、センサとの接続に用いられるのが金属箔あるいは金属膜であり、薄肉となっているので、センサにノイズが入りにくくなっており、また、少なくとも連結部を通って第２ハウジングまでが金属線であり、剛性があるため、第１ハウジング、連結部及び第２ハウジングの連結構造と相俟って、配線不良を起こす確率が低くなる。

また、本発明に係る空間電荷分布測定装置には、前記金属箔あるいは前記金属膜と前記金属線とは、それぞれ端部が前記第１ハウジングの内部空間に配置される一対のスペーサ間に挿入されるとともに、該一対のスペーサに挟持されることにより、接続される構造を採用することができ、さらには、前記一方のスペーサは、一方の面が前記一方の電極に配置された状態で他方の面が前記センサと面一又は略面一となるよう、厚さ寸法が設定される構成を採用することができる。

また、本発明に係る空間電荷分布測定装置は、前記第２ハウジングは、水冷式の冷却構造を備える構成を採用することができる。

かかる構成によれば、増幅器を有効に冷却することができ、増幅器に対するヒータからの熱影響を確実に阻止することができる。

以上の如く、本発明は、センサを固定する手段として、接着剤の使用を止めることにより、従来よりも高温環境下での空間電荷分布測定を実現することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図１及び図２に基づき説明する。尚、本実施形態に係る空間電荷分布測定装置は、上記従来の空間電荷分布測定装置と同様、ＰＥＡ法を用いた空間電荷分布測定装置であって、例えば２５０℃での空間電荷分布測定を実現可能とする空間電荷分布測定装置である。そのため、以下においては、従来の空間電荷分布測定装置と共通する構成については、簡単な説明で済ますか、あるいはその説明を割愛する。

まず、図１を参照し、本実施形態に係る空間電荷分布測定装置は、下部電極（接地電極）１、上部電極２、ヒータ３、センサ（圧電素子）４、温度コントローラ（図示しない）、増幅器５、電源６、パルス発生器７、抵抗８，９、コンデンサ１０、オシロスコープ（図示しない）、制御部（パーソナルコンピュータ、図示しない）を備える。

ヒータ３は、電極系全体を加熱するための加熱器であり、ホットプレート（例えば、室温から３７０℃までの範囲での温度調整が可能なフェイマスホットプレート）が用いられる。増幅器５は、例えば、利得３０ｄＢ、帯域０．１〜５００ＭＨｚで、センサ４からの音波信号を増幅し、パルス発生器７は、数ナノ秒のパルス波を与え、オシロスコープは、例えば、帯域１ＧＨｚ、平均化処理機能付きのデジタルオシロスコープで、音波信号の波形を記録する。また、測定された信号波形は、オシロスコープに接続されたパーソナルコンピュータによりデコンボリューション処理を行うことで、センサ４の信号から空間電荷分布を求める。

本実施形態に係る空間電荷分布測定装置は、ヒータ３の上に載置される第１ハウジング１１と、該第１ハウジング１１に連結部１２を介して接続される第２ハウジング１３とを備え、第１ハウジング１１にセンサ４が収容され、該センサ４と増幅器５とを接続する信号線が連結部１２の内部を通り、第２ハウジング１３に増幅器５が収容される。

第１ハウジング１１は、主として下部電極１から構成される。この下部電極１は、直方体状からなり、一つの面（例えば、下面）に凹部１１ａが形成され、該凹部１１ａにセンサ４が収容される。凹部１１ａが形成された面と対向する下部電極１の面（例えば、上面）は、試料Ｓを載置するための面（テーブル面）となっており、該面に試料Ｓが置かれた状態で、その上に上部電極２が置かれ、それゆえ、一対の電極１，２は、試料Ｓを挟んで対向した格好となる。

また、凹部１１ａが形成される下部電極１の面は、その凹部１１ａによって開口されるが、これを覆うべく、プレート１４が取り付けられる。そのため、第１ハウジング１１は、凹部１１ａを内部空間とする箱形となる。尚、下部電極１は、プレート１４と共に、熱伝導性が優れ、高周波の音波の伝搬を可能とするジュラルミンで構成される。

さらに、図１及び図２（ａ）の両方を参照すると容易に理解できるが、一方の面が下部電極１に当接するセンサ４の他方の面には、耐熱性ゴム（例えば、デュポン社製のバイトン（登録商標）といったフッ素ゴム）からなる直方体状の支承体１５の一方の面が当接し、該支承体１５の他方の面には、例えばステンレスといった剛性のある金属製の直方体状の押さえ部材１６が当接する。この押さえ部材１６は、センサ４や支承体１５よりも幅が大きくなっており、両端に形成された通孔にボルト１７等の締結手段が通され、該ボルト１７が下部電極１の凹部１１ａ内（より詳しくは、センサ４が当接する面）に形成された雌ネジに螺合するようになっている。従って、センサ４及び支承体１５は、下部電極１と押さえ部材１６とにより挟持され、また、別の見方をすれば、センサ４は、下部電極１と支承体１５とにより挟持された格好となり、ボルト１７の締め加減によって支承体１５の弾性力が変化するため、下部電極１に対するセンサ４の付勢力（圧着力）を変化させることができる。

また、センサ４と支承体１５との間には、センサ４と増幅器５とを接続する信号線の一部を構成する金属箔１８の一部（例えば、一方の端部）が挿入されている。金属箔１８は、センサ４と支承体１５との間に挿入されてその両者に挟持されることで、センサ４と電気的に接続される。そして、金属箔１８は、センサ４にノイズが入らないようできるだけ薄くなっており、しかも、高温環境下での使用に伴う酸化によって配線の特性が変化しないよう、例えば金箔が用いられる。

しかしながら、信号線を増幅器５に接続するためには、ある程度の剛性を有する素材である必要がある。そこで、金属箔１８をそのまま延長して増幅器５に接続するのではなく、金属箔１８に金属線１９に接続し、この金属線１９を増幅器５に直接又は他の信号線を介して間接的に接続するようにしている。金属線１９は、金属箔１８と同様、金を用いて構成された金線であり、金属箔１８と異なって剛性を有しつつ、高温環境下での酸化が防止される。

そして、信号線を構成する金属箔１８及び金属線１９同士の接続は、ハウジング１１の凹部１１ａ内で行われる。より詳しくは、金属箔１８と金属線１９との接続は、金属箔１８とセンサ４との接続箇所よりも凹部１１ａの側壁寄りの箇所となっている。そして、その接続構造は、金属箔１８とセンサ４との接続構造と同等の手法が用いられる。即ち、図１及び図２（ｂ）の両方を参照すると容易に理解できるが、一方の面が下部電極１に当接する直方体状のスペーサ２０の他方の面に、もう一つのスペーサ２１の一方の面が当接し、該もう一つのスペーサ２１の他方の面に、直方体状の押さえ部材２２が当接し、一対のスペーサ２０，２１間に、金属箔１８の一部（例えば、他方の端部）と、金属線１９の一部（例えば、一方の端部）が挿入され、そして、ボルト２３等の締結手段を締め付けることにより、金属箔１８及び金属線１９が互いに接触した状態となって一対のスペーサ２０，２１により挟持され、その結果、金属箔１８と金属線１９とが電気的に接続される。尚、スペーサ２０，２１は、支承体１５と同様、耐熱性ゴム（例えば、デュポン社製のバイトン（登録商標）といったフッ素ゴム）が用いられ、また、押さえ部材２２は、センサ４の押さえ部材１６と同様、例えばステンレスといった熱伝導性が（下部電極１よりも）劣る金属製のものが用いられる。

スペーサ２０は、下部電極１の凹部１１ａ内に配置した際、その他方の面が、同じく凹部１１ａ内に配置されたセンサ５の他方の面と面一又は略面一となるよう、厚さ寸法が設定されており、また、その両面は金属箔１８が配置される面であることから、金属箔１８は、直進性（二次元で見れば、平面性）が維持される。一方、金属線１９は、そのまま真っ直ぐ側方に延び、下部電極１を貫き、連結部１２の内部を通って第２ハウジング１３内に至る経路を取る。

連結部１２は、第１ハウジング１１と第２ハウジング１３とを相対変位させることなく強固に連結するために、剛体からなる外筒２４が用いられる。詳しくは、外筒２４は、金属製の筒体からなり、外周にネジが形成され、一端側が第１ハウジング１１に形成された雌ネジに螺入する一方、他端側が第２ハウジング１３に形成された雌ネジに螺入する。第１ハウジング１１に形成される雌ネジは、下部電極１の側面と凹部１１ａとを結ぶよう下部電極１の側壁を貫通して形成されるため、外筒２４の一端が凹部１１ａに臨む格好となる。尚、外筒２４は、センサ４からの信号をノイズが入らないようにシールドする必要があることから、導体が用いられる。そして、例えばステンレスといった熱伝導性が（下部電極１よりも）劣る金属製であり、ヒータ３により加熱された第１ハウジング１１の熱が連結部１２を伝って第２ハウジング１３に伝達されにくいようにしている。また、外筒２４には、第１ハウジング１１と第２ハウジング１３との間に、一対のナット２５，２５が螺着され、一方のナット２５を第１ハウジング１１の側面に当接するよう螺動させると共に、他方のナット２５を第２ハウジング１３の側面に当接するよう螺動させることにより、外筒２４が第１ハウジング１１や第２ハウジング１３から緩まないようにしている。

また、外筒２４内には、該外筒２４と間隔を有して（空気層を形成して）ガラス筒２６が挿通されている。金属線１９は、ガラス筒２６内を挿通し、金属線１９、ガラス筒２６及び外筒２４が同心となる。ガラス筒２６は、金属線１９を通して同軸ケーブルの構造を実現している。そして、増幅器５のインピーダンスに合わせることで、センサ４からの信号の変形（反射と減衰）を抑制することができる。尚、ガラス筒２６は、例えば、ガラス繊維編組からなり、但し、外筒２４内部で金属線１９を中心に保持することができる構造が他にあれば、不要である。

第２ハウジング１３は、複数の金属製のプレートを適宜組み合わせて、内部空間１３ａを有する箱形となる。そして、この内部空間１３ａに、信号線が接続された状態で増幅器５が収容される。また、増幅器５を冷却するための冷却水循環装置（例えば、タンク容量が２０リットル、５〜３５℃の範囲での冷却水設定温度、最大送り出し１６リットル／ｍｉｎ）２７が備えられ、第２ハウジング１３に形成した循環流路１３ｂに冷却水を通して第２ハウジング１３を冷却し、増幅器５を間接的に冷却する。尚、第２ハウジング１３は、軽量な金属製（例えば、アルミニウム）のものが用いられる。また、増幅器５からの出力は、第２ハウジング１３の内部から外部に取り出された信号線２８を介してオシロスコープに出力される。

本実施形態に係る空間電荷分布測定装置は、以上の構成からなるが、より効果的な装置を実現するための具体的な技術事項を以下に説明する。

まず、センサ４は、ニオブ酸リチウムを使用するわけであるが、できるだけ箔肉化を図っている。例えば、１０〜２５μｍ程度が好ましい。また、センサ４の下部電極１との接合面には、高温で酸化等により接触抵抗が変化しないよう、金、白金のような酸化し難い安定な物質をスパッタ又は蒸着しておくことが好ましい。また、センサ４の反対側の面にも金、白金のような物質をスパッタ又は蒸着しておくことにより、センサ４の熱による劣化を防ぐこともできる。

また、センサ４と下部電極１との接合面には、音響的接続を良好にするために、耐熱性のシリコンオイル（例えば、３００℃までの使用が可能なジメチルシリコンオイル）を塗布するのが好ましい。そして、センサ４と同様、下部電極１のセンサ４との接合面にも、金、白金のような酸化し難い安定な物質をスパッタ又は蒸着しておくことが好ましい。

また、第１ハウジング１１と第２ハウジング１３との接続には、センサ４からの信号波形が変形しないように、増幅器５とのインピーダンス整合を取る必要がある。そのため、接続部１２の外筒２４は、内径をｂ〔ｍ〕、金属線の外径をａ〔ｍ〕、外筒２４と内筒（ガラス筒２６）と空気層を含めた複合誘電体の比誘電率をε_rとした場合の関係を次式のようにして、センサ４及び増幅器５間の信号伝達部のインピーダンスＺを５０〔Ω〕程度となるように形状を定めることが好ましい。

また、外筒２４の熱伝達は、熱流量をＱ〔Ｗ〕、熱伝達率をλ〔Ｗ／ｍＫ〕、第１ハウジング１１と第２ハウジング１３との温度差をｄＴ〔Ｋ〕、第１ハウジング１１と第２ハウジング１３との距離をｄｘ〔ｍ〕、外筒２４の断面積をＡ〔ｍ²〕とすると、次式の通りであるので、外筒２４の外径は、装置としての強度が維持できる範囲で薄くすることにより、第１ハウジング１１の熱を第２ハウジング１３に極力伝達しないようにすることができる。

以上、本実施形態に係る空間電荷分布測定装置は、センサ４を接着剤を用いず、電気的配線を行い、圧着構造で下部電極１に取り付けるようにしたため、接着剤に関わる上述の諸問題は無くなり、そのため、従来よりも高温環境下（１５０℃〜２５０℃）での空間電荷分布測定を実現することができるようになった。因みに、〔背景技術〕欄で説明した従来の空間電荷分布測定装置にあっては、薄肉化したセンサ５５の信号を引き出す部分に銀ペースト（銀粉末がエポキシ樹脂に分散された導電性の接着剤）が使用される場合、９０℃以上で熱分解が起こってしまうため、厳密に言えば、９０℃までの空間電荷分布測定しかできない。この点、本実施形態に係る空間電荷分布測定装置は、１５０℃以上は上述したとおりもちろんのこと、９０℃〜１５０℃の範囲の熱環境での空間電荷分布測定も実現することができるようになったと言える。

また、本実施形態に係る空間電荷分布測定装置は、電極構造部と増幅器５とを引き離し、且つ、増幅器５を収容する第２ハウジング１３に冷却構造を採用することにより、増幅器５を有効に冷却することができる。従来であれば、図３（ａ）に示す如く、高温下における動作の安定が懸念される増幅器５９などに対しては、シールドボックス６６と高温になる下部電極５０との間にテフロン（登録商標）６７を介在させることで熱を遮断するようにしているとは言え、熱遮断効果は不十分であり、そのため、半導体等の電子部品を使用して半田付けにより回路を構成している耐熱構造ではない増幅器５９が熱によるダメージを受けるおそれがあったが、本実施形態に係る空間電荷分布測定装置においては、そのような問題は発生しない。

また、従来の空間電荷分布測定装置は、図３（ａ）に示す如く、センサ５５と増幅器５９とを接続する信号線として、同軸ケーブル６０を用い、これであれば、２５０℃もの高温環境下では、同軸ケーブル６０が熱膨張し、同軸ケーブル６０にノイズが乗りやすくなるという問題があるが、本実施形態に係る空間電荷分布測定装置では、信号線として、少なくとも電極構造部においては、金箔１８と金線１９との組み合わせを用いているため、そのような問題はなく、しかも、金線１９に対してガラス筒２６を外挿することで、同軸ケーブルと同等の構造を実現することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

具体的に言えば、上記実施形態においては、支承体１５あるいはスペーサ２０，２１として、ゴム材を用いていたが、これに限定されるものではなく、公知の材料を適宜選択して使用することができるのは言うまでもない。特に言えば、弾性である必要もなく、例えば、センサとして使用されるニオブ酸リチウム、石英、雲母などの耐熱性絶縁材料であれば、更に高温での空間電荷分布測定が可能となる。このような場合の測定温度の上限は、下部電極１とセンサ４との間で音響的コンタクトを確保するために使用する上記のシリコンオイルの耐熱温度であり、およそ３００℃までの測定が可能となる。

また、センサ４は、ニオブ酸リチウムからなる圧電素子に限定されず、例えば、高耐熱性のチタン酸鉛系セラミック（主原料のチタン酸鉛に酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）などを少量加えて焼成したもので、硬度が大きく、機械的に丈夫なことから極薄板に加工が可能であり、また、キュリー温度が４９０℃と高く、高温での使用が可能である。）も採用することができる。

また、第１ハウジング１１、連結部１２、第２ハウジング１３、押さえ部材１６，２２、金属箔１８、金属線１９の材質も本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の選択が可能である。

また、上記実施形態においては、金属箔１８を使用しているが、センサ４の支承体１５との接合面及び／又は支承体１５のセンサ４との接合面に、金、白金といった金属をスパッタ又は蒸着して金属膜を形成し、これを金属箔１８の代わりとしてもよい。因みに、金属膜とすれば、金属箔１８よりも音波が反射しにくくなり、その点、好ましい。

本実施形態に係る空間電荷分布測定装置の概念図を示す。 （ａ）は、同空間電荷分布測定装置における電極構造部の要部拡大図、（ｂ）は、同空間電荷分布測定装置における信号線接続部についての要部拡大図、を示す。 （ａ）は、従来の空間電荷分布測定装置の概念図、（ｂ）は、同空間電荷分布測定装置における電極構造部についての要部拡大図、を示す。

符号の説明

１…下部電極（接地電極）、２…上部電極、３…ヒータ、４…センサ（圧電素子）、５…増幅器、６…電源、７…パルス発生器、８，９…抵抗、１０…コンデンサ、１１…第１ハウジング、１１ａ…凹部（内部空間）、１２…連結部、１３…第２ハウジング、１３ａ…内部空間、１３ｂ…循環流路、１４…プレート、１５…支承体、１６…押さえ部材、１７…ボルト（締結手段）、１８…金属箔、１９…金属線、２０，２１…スペーサ、２２…押さえ部材、２３…ボルト（締結手段）、２４…外筒、２５…ナット、２６…ガラス筒、２７…冷却水循環装置、２８…信号線、Ｓ…試料

Claims (5)

1. 試料を挟んで対向する一対の電極と、該一対の電極の少なくとも一方の電極を加熱するヒータと、該一方の電極に配置される耐熱性の圧電素子からなるセンサと、前記一方の電極との間で前記センサを挟持することにより、前記センサを前記一方の電極に取り付ける耐熱性の支承体と、試料に対してパルス電界を印加することにより前記センサで生成されるパルス状の信号を増幅する増幅器と、該増幅器により増幅された信号の信号処理を行って空間電荷分布を求める信号処理手段と、前記一方の電極を含んで構成され、前記センサ、前記支承体を収容する内部空間を有する第１ハウジングと、前記増幅器を収容する内部空間を有する第２ハウジングと、両ハウジングを連結する連結部であって、前記センサに接続される信号線が前記第１ハウジングの内部空間から連結部の内部を通って前記第２ハウジングの内部空間に至り、前記増幅器に接続される連結部とを備え、前記信号線は、前記センサと前記支承体との間に一部が挿入され、前記センサに電気的に接続される金属箔、あるいは、前記センサ及び前記支承体との間で少なくとも一方に形成された金属膜と、該金属箔あるいは該金属膜に接続され、少なくとも前記連結部を通って前記第２ハウジングまで延びる金属線とを含むことを特徴とする空間電荷分布測定装置。
2. 前記金属箔あるいは前記金属膜と前記金属線とは、それぞれ端部が前記第１ハウジングの内部空間に配置される一対のスペーサ間に挿入されるとともに、該一対のスペーサに挟持されることにより、接続される請求項１に記載の空間電荷分布測定装置。
3. 前記一対のスペーサのうちの一方のスペーサは、一方の面が前記一方の電極に配置された状態で他方の面が前記センサと面一又は略面一となるよう、厚さ寸法が設定される請求項２に記載の空間電荷分布測定装置。
4. 前記第２ハウジングは、水冷式の冷却構造を備える請求項１〜３の何れか１項に記載の空間電荷分布測定装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の空間電荷分布測定装置を用いた空間電荷分布測定方法であって、前記一対の電極間に試料をセットし、前記ヒータにより前記一方の電極を１５０℃以上に加熱して測定を行うことを特徴とする空間電荷分布測定方法。

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