JP7069599B2 - インピーダンス測定装置のプローブ及びインピーダンス測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、インピーダンス測定装置のプローブ及びインピーダンス測定装置に関する。

金属は、様々な機械製品、構造部品等に使用される。金属は大気にさらされると、腐食することが知られている（以下、大気腐食ともいう）。金属が腐食すると金属の強度等の様々な機械特性が劣化する。金属の機械特性が劣化すると製品等の性能も劣化する。したがって、金属の腐食速度を把握することは重要である。

腐食速度を測定する方法として、電気化学インピーダンス法が知られている。電気化学インピーダンス法は、腐食速度を測定する金属を用いて一対の電極とする。そして、一対の電極で電解質を挟み、電極間に交流電圧を印加し、電極間の周波数応答を得る。得られた周波数応答からインピーダンス（抵抗）を求める。このインピーダンスから腐食反応抵抗を算出できる。腐食反応抵抗の逆数は、腐食速度と相関がある。したがって、電気化学インピーダンス法によりインピーダンスを測定すれば、金属の腐食速度が求められる。

金属の大気腐食は、結露等により金属表面に薄液膜が形成されることで進行する。腐食速度の測定の際には、測定装置のプローブの測定面を、腐食環境にさらす。この際、薄液膜の電気抵抗により、電極間のインピーダンスが正確に測定されにくい。その結果、正確な腐食速度が求めにくくなる。

測定精度の高いインピーダンス測定装置はたとえば、特開平２－２９１９５２号公報（特許文献１）に記載されている。

特許文献１に記載されたインピーダンス測定装置は、櫛型プローブを備える。櫛型プローブでは、一対の電極それぞれの端面が、櫛状に区分される。そのため、区分された領域（櫛歯に相当する領域）１つの面積は小さい。櫛型プローブでは、各電極の区分された領域が交互に配列される。このため、櫛型プローブに交流電圧を印加すると、隣接する区分された領域間のインピーダンスが測定される。区分された領域１つの面積は小さいため、薄液膜の電気抵抗が大きくても、インピーダンスを正確に測定できる。また、電極の端面は、区分された領域を複数含む。１つの電極の端面の面積は、区分された領域の合計である。したがって、従来の電極と比べて、電極に流れる電流値も維持できる。

特開平２－２９１９５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された櫛型プローブは、測定面において複数の区分された領域を電気的に接続する接続領域（櫛柄に相当する領域）を備える。この接続領域の存在により、測定面において電位分布が生じやすい。そのため、櫛型プローブではインピーダンス測定において、測定誤差が生じることがある。また、櫛型プローブは、区分された領域間の隙間が小さいため、各電極の区分された領域を交互に配列するために多大な時間が必要である。すなわち、櫛型プローブの組立性は低い。

本発明の目的は、測定精度の高いインピーダンス測定装置のプローブ及びインピーダンス測定装置を提供することである。

本実施形態のインピーダンス測定装置のプローブは、本体部と、複数の第１電極と、複数の第２電極と、第１配線と、第２配線と、を備える。本体部は、測定面を含む。複数の第１電極は、測定面から表出し、配列される。複数の第２電極は、測定面から表出し、複数の第１電極と交互に隙間を空け、配列される。第１配線は、本体部の内部で複数の第１電極それぞれに接続される。第２配線は、本体部の内部で複数の第２電極それぞれに接続される。

本発明によるインピーダンス測定装置のプローブ及びインピーダンス測定装置は、測定精度が高い。

図１は、電気化学インピーダンス法を説明する模式図である。 図２は、図１の測定における等価回路を示す図である。 図３は、櫛型プローブの測定面を示す図である。 図４は、本実施形態のインピーダンス測定装置のプローブを示す斜視図である。 図５は、本実施形態のインピーダンス測定装置のプローブを示す断面図である。 図６は、第１端面及び第２端面の平面図である。 図７は、電極幅と腐食反応抵抗の変化割合との関係を示す図である。 図８は、電極奥行と腐食反応抵抗の変化割合との関係を示す図である。 図９は、図４とは異なる本実施形態のプローブの測定面の平面図である。 図１０は、導電体の形状の一例を示す図である。 図１１は、本発明例１の電極端面の配列を示す平面図である。 図１２は、比較例１の電極端面の配列を示す平面図である。 図１３は、比較例２の電極端面の配列を示す平面図である。 図１４は、本発明例１の測定面での電位分布を示す等電位線図である。 図１５は、比較例１の測定面での電位分布を示す等電位線図である。 図１６は、比較例２の測定面での電位分布を示す等電位線図である。 図１７は、実施例２の結果を示す図である。 図１８は、本発明例２の電極端面の配列を示す平面図である。 図１９は、本発明例１及び本発明例２の電位分布を示す図である。 図２０は、本発明例１及び本発明例２の腐食反応抵抗の変化割合を示す図である。 図２１は、実施例４の結果を示す図である。 図２２は、実施例５の結果を示す図である。

（１）本実施形態のインピーダンス測定装置のプローブは、本体部と、複数の第１電極と、複数の第２電極と、第１配線と、第２配線と、を備える。本体部は、測定面を含む。複数の第１電極は、測定面から表出し、配列される。複数の第２電極は、測定面から表出し、複数の第１電極と交互に隙間を空け、配列される。第１配線は、本体部の内部で複数の第１電極それぞれに接続される。第２配線は、本体部の内部で複数の第２電極それぞれに接続される。

本実施形態のインピーダンス測定装置のプローブでは、プローブの測定面に一対の電極が配置される。一対の電極それぞれは、複数の独立した電極に区分される（第１電極及び第２電極）。複数の第１電極それぞれは、測定面において電気的に接続されていない。複数の第１電極それぞれは、測定面以外の場所で電気的に接続される。複数の第２電極においても同様である。すなわち、本実施形態のプローブには、櫛型プローブの接続領域に相当する領域が存在しない。したがって、測定面において電位分布が生じにくく、精度の高いインピーダンス測定ができる。インピーダンス測定の精度が高まれば、より正確な腐食速度を求めることができる。

（２）上記（１）のインピーダンス測定装置のプローブにおいて、複数の第１電極はそれぞれ、測定面から表出した第１端面を含み、複数の第２電極はそれぞれ、測定面から表出した第２端面を含むのが好ましい。この場合、複数の第１端面及び複数の第２端面は、一方向に配列され、複数の第１端面の形状及び複数の第２端面の形状は、矩形であるのが好ましい。

この場合、特に、測定面での電位分布が生じにくい。また、この場合、電極の加工が容易である。

（３）上記（２）のインピーダンス測定装置のプローブにおいて、複数の第１端面及び複数の第２端面の配列方向に沿う辺の長さは、複数の第１端面及び複数の第２端面の配列方向と直交する方向に沿う辺の長さよりも短いのが好ましい。

この場合、プローブの測定面の大きさが過度に大きくなりにくく、インピーダンス測定装置のプローブに適する。

（４）上記（３）のインピーダンス測定装置のプローブにおいて、複数の第１端面及び複数の第２端面の配列方向に沿う辺の長さはそれぞれ、１０ｍｍ以下であるのが好ましい。

（５）上記（３）のインピーダンス測定装置のプローブにおいて、複数の第１端面及び複数の第２端面の配列方向と直交する方向に沿う辺の長さはそれぞれ、１０ｍｍ以下であるのが好ましい。

（４）及び（５）の場合、配列方向に沿う辺の長さおよび直交する方向に沿う辺の長さが共に１０ｍｍの一般に用いられる電極より腐食反応抵抗の変化割合が小さくなり、インピーダンス測定装置のプローブに適する。

（６）上記（４）又は（５）のインピーダンス測定装置のプローブにおいて、第１電極及び第２電極の総数は８つ以上であるのが好ましい。

この場合、後述する実施例２に示すように、櫛型プローブと比較して、腐食反応抵抗ＲＰの変化割合が抑制される。

（７）上記（２）のインピーダンス測定装置のプローブはさらに、導電体を備えるのが好ましい。導電体は、複数の第１端面及び複数の第２端面の配列方向において、一方の端に配置された第１端面又は第２端面と隙間を空けて隣接し、かつ、他方の端に配置された第１端面又は第２端面と隙間を空けて隣接する。

上記（２）のプローブにおいて、第１端面及び第２端面が一方向に配列されると、配列方向の端の第１端面（第１電極）又は第２端面（第２電極）の配列方向の片側には電極は存在しない。そのため、配列方向の端の電極近傍において、電位分布が生じることがある。上記（７）のプローブのように、配列方向の端の電極端面に隣接する導電体を設ければ、電流が配列方向の端の電極から導電体に流れる。これにより、測定面での電位分布がより均一になりやすくなり、インピーダンス測定精度がさらに向上する。

（８）上記（７）のインピーダンス測定装置のプローブにおいて、導電体は、一方向に配列された複数の第１端面及び複数の第２端面の全体を囲むのが好ましい。

（９）上記（８）のインピーダンス測定装置のプローブにおいて、導電体の幅は、５ｍｍ以上であるのが好ましい。この点については、後述する実施例４に詳述する。

（１０）上記（８）のインピーダンス測定装置のプローブにおいて、導電体と第１端面又は第２端面との隙間は、５ｍｍ以下であるのが好ましい。この点については、後述する実施例５に詳述する。

本実施形態のインピーダンス測定装置は、上記（１）～（１０）のいずれかのプローブと、第１配線及び第２配線に接続される交流電源と、を備える。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［電気化学インピーダンス法］
初めに、電気化学インピーダンス法について説明する。電気化学インピーダンス法は、交流電源に接続された一対の電極を用いて、電極間のインピーダンスを測定する方法である。金属の腐食速度は、その金属の腐食反応抵抗の逆数と相関がある。したがって、金属の腐食反応抵抗が求められれば、腐食速度が求められる。電気化学インピーダンス法により、金属の腐食反応抵抗を求める方法を説明する。

図１は、電気化学インピーダンス法を説明する模式図である。図１を参照して、一対の電極１００、１０１はそれぞれ、交流電源１０２に接続される。一対の電極１００、１０１は並んで配列される。一対の電極１００、１０１の端面は、プローブの測定面１０７から表出する。このとき、大気腐食が進行するときは、一対の電極１００、１０１の端面上に薄い水膜１０４が存在する。

図２は、図１の測定における等価回路を示す図である。図２では、一方の電極１００について説明するが、もう一方の電極１０１についても同様である。図２を参照して、水膜１０４は、溶液抵抗ＲＳを有する。特に、水膜１０４の厚さが薄い場合、水膜１０４の溶液抵抗ＲＳの測定結果に与える影響が大きい。水膜１０４と電極１００との境界は、腐食反応抵抗ＲＰ及びコンデンサＣの並列回路として置き換えることができる。

交流電源１０２の周波数が無限大の場合、交流電流は全てコンデンサＣを通る。したがって、周波数が無限大の場合、交流電流は溶液抵抗ＲＳのみを抵抗（インピーダンス）として受ける。交流電源１０２の周波数が０の場合、交流電流はすべて腐食反応抵抗ＲＰを通る。したがって、周波数が０の場合、交流電流は溶液抵抗ＲＳ及び腐食反応抵抗ＲＰをインピーダンスとして受ける。上記２種類の場合の周波数応答の差を計算すれば、腐食反応抵抗ＲＰが求まる。求められた腐食反応抵抗ＲＰにより、金属の腐食速度が求められる。

しかしながら、溶液抵抗ＲＳが大きい場合、電極１００、１０１の端面の表面に電位分布が生じやすい。電極１００、１０１の表面に電位分布が生じると、電極１００、１０１の端面の場所によって流れる電流値が異なる。そのため、水膜１０４の溶液抵抗ＲＳが大きい場合、求められる腐食反応抵抗ＲＰの値の誤差が大きくなりやすい。

この不都合を解消するため、上述したような櫛型プローブが提案されている。

図３は、櫛型プローブの測定面を示す図である。図３において、ハッチング領域は一方の電極１００を示す。図３を参照して、櫛型プローブ１０５では、一対の電極１００、１０１それぞれの端面が、櫛状に区分される。一方の電極１００の区分された領域１０８と、他方の電極１０１の区分された領域１０９とが、交互に配列されるように、一方の電極１００は他方の電極１０１と組み立てられる。櫛型プローブ１０５に交流電流を印加すると、隣接する区分された領域１０８、１０９間に電流が流れる。すなわち、隣接する区分された領域１０８、１０９間のインピーダンスが測定される。

区分された領域１つの面積は、区分されていない電極の端面の面積よりも小さい。端面の面積が小さいほど、端面の表面の電位分布は抑制される。すなわち、端面の面積が小さいほど、端面の電位は均一に近づく。そのため、求められる腐食反応抵抗の値の誤差も抑制される。

一方、端面の面積が小さければ、その端面に流れる電流量も少なくなる。この点、櫛型プローブ１０５では、各電極１００、１０１が区分された領域１０８、１０９を複数含む。すなわち、一方の電極１００の端面の面積は、複数の区分された領域１０８の合計面積に等しい。もう一方の電極１０１についても同様である。したがって、各電極１００、１０１に流れる電流量も少なくならず、精度の高い測定が可能となる。

しかしながら、櫛型プローブ１０５は、測定面において区分された複数の領域を電気的に接続する接続領域１０６を備える。接続領域１０６にも電流が流れるため、櫛型プローブ１０５の電極に電圧を印加すると、各電極１００、１０１の端面において、依然として電位分布が生じやすい。そのため、インピーダンス測定において、測定誤差が生じることがある。また、櫛型プローブ１０５は、区分された領域１０８、１０９間の隙間が小さいため、一対の電極の組み立てに多大な時間が必要である。

以下、本実施形態のインピーダンス測定装置のプローブについて説明する。

［プローブ］
図４は、本実施形態のインピーダンス測定装置のプローブを示す斜視図である。図５は、本実施形態のインピーダンス測定装置のプローブを示す断面図である。図４及び図５を参照して、プローブ１は、本体部２と、複数の第１電極３と、複数の第２電極４と、第１配線５と、第２配線６と、を備える。

［本体部］
本体部２は、測定面７を含む。測定面７は、平坦であるのが好ましい。本体部２の外形は、円筒であってもよいし、矩形体であってもよい。本体部２は、複数の第１電極３それぞれの一部及び複数の第２電極４それぞれの一部を収容可能である。また、本体部２は、第１配線５及び第２配線６を収容可能である。

［第１電極及び第２電極］
複数の第１電極３それぞれは、第１端面８を含む。したがって、第１端面８は複数存在する。複数の第１端面８それぞれは、測定面７から表出し、配列されている。すなわち、第１電極３の一部分が、測定面７から表出している。なお、「表出する」とは、第１電極３の第１端面８が本体部２の測定面７と同一平面に存在する場合と、第１電極３の第１端面８が本体部２の測定面７から突出する場合との双方を含む。後述する、第２電極４においても同様である。複数の第１端面８それぞれは、隙間を空けて配列されている。この第１端面８同士の隙間に第２端面９が配置される。複数の第１端面８それぞれは、測定面７において、電気的に接続されていない。すなわち、本実施形態のプローブ１には、上述した櫛型プローブ１０５の接続領域１０６に相当する領域が存在しない（図３参照）。

第１電極３の本体部２に収容されている部分も、第１端面８と同様に配列される。すなわち、本体部２の内部において、複数の第１電極３それぞれは、隙間を空けて配列されている。

複数の第２電極４それぞれは、第２端面９を含む。複数の第２端面９それぞれは、測定面７から表出している。すなわち、第２電極４の一部分が、測定面７から表出している。複数の第２端面９それぞれは、複数の第１端面８と交互に隙間を空けて配列されている。複数の第２端面９それぞれは、測定面７において、電気的に接続されていない。すなわち、第１端面８と同様に、上述した櫛型プローブ１０５の接続領域１０６に相当する領域が存在しない（図３参照）。

第２電極４の本体部２に収容されている部分も、第２端面９と同様に配列される。すなわち、本体部２の内部において、複数の第２電極４それぞれは、複数の第１電極３と交互に隙間を空けて配列されている。なお、第１端面８と第２端面９との隙間は、大きい方が好ましい。

複数の第１電極３それぞれの材質及び複数の第２電極４それぞれの材質は、特に限定されない。複数の第１電極３それぞれの材質及び複数の第２電極４それぞれの材質は、腐食速度の測定対象物であればよい。

［第１配線及び第２配線］
第１配線５は、本体部２の内部で複数の第１電極３それぞれに接続される。したがって、第１配線５は複数存在する。複数の第１配線５それぞれは、測定面７では複数の第１電極３それぞれに接続されていない。したがって、プローブ１には、上述した櫛型プローブ１０５の接続領域１０６に相当する領域が存在しない。複数の第１配線５はそれぞれ、交流電源１０に接続される。これにより、複数の第１電極３それぞれが、電気的に接続される。複数の第１配線５は、図５に示すように１つに束ねられて交流電源１０に接続されてもよい。また、複数の第１配線５それぞれが、直接交流電源１０に接続されてもよい。

第２配線６は、本体部２の内部で複数の第２電極４それぞれに接続される。したがって、第２配線６は複数存在する。複数の第２配線６それぞれは、測定面７では複数の第２電極４それぞれに接続されていない。したがって、プローブ１には、上述した櫛型プローブ１０５の接続領域１０６に相当する領域が存在しない。複数の第２配線６はそれぞれ、交流電源１０に接続される。これにより、複数の第２電極４それぞれが、電気的に接続される。複数の第２配線６は、図５に示すように１つに束ねられて交流電源１０に接続されてもよい。また、複数の第２配線６それぞれが、直接交流電源１０に接続されてもよい。

複数の第２配線６はそれぞれ、複数の第１配線５のいずれとも接続されていない。すなわち、複数の第２電極４はそれぞれ、複数の第１電極３と電気的に独立している。これにより、複数の第１電極３及び複数の第２電極４に電流を印加すると、複数の第１電極３と複数の第２電極４との間のインピーダンスを測定することができる。

要するに、本実施形態のインピーダンス測定装置のプローブ１では、プローブ１の測定面７に一対の電極が配置される。一対の電極それぞれは、複数の独立した電極に区分される（第１電極３及び第２電極４）。複数の第１電極３それぞれは、測定面において電気的に接続されていない。複数の第１電極３それぞれは、測定面７以外の場所で電気的に接続される。複数の第２電極４においても同様である。したがって、測定面において電位分布が生じにくく、精度の高いインピーダンス測定ができる。インピーダンス測定の精度が高まれば、より正確な腐食速度を求めることができる。

［好適態様］
以下、本実施形態のインピーダンス測定装置のプローブの好適な態様について説明する。

［電極端面の配列］
複数の第１端面８及び複数の第２端面９それぞれは、一方向に配列されるのが好ましい。ここで、複数の第１端面８及び複数の第２端面９それぞれが一方向に配列されることは、複数の第１電極３及び複数の第２電極４それぞれが一方向に配列されることを意味する。この場合、特に、測定面での電位分布が生じにくい。しかしながら、複数の第１端面８及び複数の第２端面９それぞれの配列は、これに限定されない。複数の第１端面８及び複数の第２端面９それぞれは、円状や千鳥状に配列されてもよい。

［電極端面の形状］
複数の第１端面８及び複数の第２端面９それぞれの形状は、矩形であるのが好ましい。ここで、複数の第１端面８及び複数の第２端面９それぞれの形状が矩形であることは、複数の第１電極３及び複数の第２電極４それぞれの形状が矩形であることを意味する。この場合、電極の加工が容易である。しかしながら、複数の第１端面８及び複数の第２端面９それぞれの形状は、矩形に限定されない。複数の第１端面８及び複数の第２端面９それぞれの形状は、円、楕円、多角形等であってもよい。

以下、複数の第１端面８及び複数の第２端面９それぞれの形状が矩形であることを前提に説明する。また、全ての第１端面８の形状は、全ての第２端面９の形状と同じであることを前提に説明する。

［電極端面の寸法］
図６は、第１端面及び第２端面の平面図である。図６を参照して、複数の第１端面８及び複数の第２端面９の配列方向に沿う辺の長さ（以下、電極幅ともいう）Ｗは、複数の第１端面８及び複数の第２端面９の配列方向と直交する方向に沿う長さ（以下、電極奥行ともいう）Ｌよりも短いのが好ましい。この場合、プローブの測定面の大きさが過度に大きくなりにくく、インピーダンス測定装置のプローブに適する。

複数の第１端面８及び複数の第２端面９の電極幅Ｗはそれぞれ、１０ｍｍ以下であるのが好ましい。また、複数の第１端面８及び複数の第２端面９の電極奥行はそれぞれ、１０ｍｍ以下であるのが好ましい。この理由について説明する。

本発明者らは、電極幅Ｗと腐食反応抵抗の変化割合との関係、及び、電極奥行Ｌと腐食反応抵抗の変化割合との関係を、数値計算により調べた。ここで、腐食反応抵抗の変化割合とは、数値計算において予め設定した腐食反応抵抗と、電極表面上の電位分布を考慮した数値計算により得られた（インピーダンスから算出された）腐食反応抵抗の計算値との比を意味する。つまり、腐食反応抵抗の変化割合は、電極表面上の電位分布による測定誤差を意味する。数値計算では、計算を簡易にするため、１つの第１電極及び１つの第２電極を備えるプローブを想定した。第１電極の形状及び第２電極の形状は共に、矩形であった。第１電極と第２電極との隙間は０．１ｍｍであった。水膜の厚さは１μｍであった。

図７は、電極幅と腐食反応抵抗の変化割合との関係を示す図である。この場合、１つの第１電極及び１つの第２電極それぞれの電極奥行Ｌは、１０ｍｍで固定であった。図７を参照して、電極幅Ｗが小さいほど、腐食反応抵抗の変化割合が小さいことがわかった。また、電極幅Ｗが１０ｍｍ以下であれば、腐食反応抵抗の変化割合が約２以下となり、インピーダンス測定装置のプローブに適することがわかった。

図８は、電極奥行と腐食反応抵抗の変化割合との関係を示す図である。この場合、第１電極及び第２電極それぞれの電極幅Ｗは、１０ｍｍで固定あった。図８を参照して、電極奥行Ｌが小さいほど、腐食反応抵抗の変化割合が小さいことがわかった。また、電極奥行Ｌが１０ｍｍ以下であれば、腐食反応抵抗の変化割合が約２以下となり、インピーダンス測定装置のプローブに適することがわかった。

［電極の総数］
第１電極３及び第２電極４の総数は、８つ以上であるのが好ましい。この場合、後述する実施例２に示すように、櫛型プローブと比較して、腐食反応抵抗ＲＰの変化割合が抑制されるからである。

［電極の面積］
複数の第１端面８の総面積及び複数の第２端面９の総面積はそれぞれ、８０～１２０ｍｍ^２であるのが好ましい。複数の第１端面８及び複数の第２端面９それぞれの総面積が上記範囲であれば、プローブ１の測定面７が過度に大きくならず、インピーダンス測定装置のプローブとして最適な大きさにできるからである。しかしながら、複数の第１端面８の総面積及び複数の第２端面９の総面積は、上記範囲に限定されるものではない。測定対象の大きさ、プローブの使用態様等に応じて適宜設定されればよい。

図４を参照して、電気化学インピーダンス測定法では、水膜を介して隣接する電極間に交流電圧を印加する。プローブ１に第１電極３及び第２電極４が一方向に配列される場合、配列方向の端に配置された電極は、配列方向において１つの電極とのみ隣接する。配列方向の端に配置された電極の片側には電極は存在しない。そのため、配列方向の端に配置された電極に交流電圧が印加されると、当該電極から水膜に流れ出た電流の一部が、水膜内を大きく広がりながら流れ、他の電極に流れる。この場合、測定面に電位分布が生じるため、インピーダンス測定精度をさらに高めることは難しい。そこで、この問題を解決するために、プローブ１はさらに、導電体を備えていてもよい。以下、この点について詳述する。

［導電体］
図９は、図４とは異なる本実施形態のプローブの測定面の平面図である。図９を参照して、プローブ１は、導電体１１を備えていてもよい。導電体１１は、交流電源に接続されない。導電体１１は、第１電極３及び第２電極４とは電気的に独立している。導電体１１の材質はたとえば、鋼、アルミ等の導電性を有する金属、炭素等である。配列方向の端の電極から導電体１１に流れた電流は、導電体１１を通り、もう一方の端の電極に流れ込む。したがって、配列方向の端の電極から流れ出た電流が、水膜内を流れ他の電極に流れることを抑制できる。これにより、測定面７での電位分布がより均一になりやすくなり、インピーダンス測定精度がさらに向上する。

導電体１１の材質は、水よりも導電性の高いものが好ましい。導電体１１の導電性が水よりも高ければ、配列方向の端に配置された電極から流れ出た電流が、導電体１１に流れやすい。そのため、測定面７での電位分布が均一になりやすい。

第１電極３及び第２電極４が一方向に配列された場合、１つの電極とのみ隣接するのは配列方向の端に配置された電極のみである。したがって、導電体１１は、配列方向の一方の端に配置された電極と隣接し、かつ、他方の端に配置された電極と隣接すればよい。より具体的には、導電体１１は、配列方向の一方の端に配置された第１端面８又は第２端面９と隙間を空けて隣接し、かつ、他方の端に配置された第１端面８又は第２端面９と隙間を空けて隣接する。電流は測定面７から表出した端面から流れ出る。したがって、導電体１１は、測定面７上に配置される。

導電体１１は、一方向に配列された複数の第１端面８及び複数の第２端面９の全体を囲むのが好ましい。この場合、導電体１１は外枠と内枠とを含む。導電体１１の内枠の内側に全ての第１端面８及び第２端面９が配置される。導電体１１の外枠及び内枠の形状はたとえば、矩形である。しかしながら、導電体１１の形状はこれに限定されない。

図１０は、導電体の形状の一例を示す図である。図１０を参照して、導電体１１は測定面７から表出する２つの端面１２を含んでもよい。１つの端面１２は、配列方向の一方の端の電極と配列方向において隙間を空けて隣接する。もう１つの端面１２は、配列方向の他方の端の電極と配列方向において隙間を空けて隣接する。２つの端面１２は、本体部２の内部において電気的に接続される。この場合であっても、導電体１１は、配列方向の一方の端の電極からの電流を、他方の端の電極に流す役割を担う。したがって、測定面７での電位分布はより均一化されやすいため、インピーダンス測定精度はさらに向上する。

導電体１１の幅Ｗ２は５ｍｍ以上であるのが好ましい。ここで、導電体１１の幅Ｗ２は、導電体１１が図９に示すように外枠及び内枠を含む場合、外枠と内枠との最短距離を意味する。導電体１１が図１０に示すように、外枠及び内枠を含まない場合、導電体１１の幅Ｗ２は、第１電極３及び第２電極４の配列方向における導電体１１の長さを意味する。後述する実施例４に示すように、導電体１１の幅Ｗ２が５ｍｍ以上であれば、配列方向の端の電極から流れ出る電流を導電体１１に導くのに十分な大きさを有する。そのため、電位分布が均一化され、インピーダンス測定精度が向上する。

導電体１１と第１端面８又は第２端面９との隙間Ｘｄは５ｍｍ以下であるのが好ましい。後述する実施例５に示すように、導電体１１と第１端面８又は第２端面９との隙間Ｘｄが５ｍｍ以下であれば、導電体１１と第１端面８又は第２端面９との距離が十分に近く、配列方向の端の電極から流れ出る電流を導電体１１に導きやすい。そのため、電位分布が均一化され、インピーダンス測定精度が向上する。

以上、導電体を備えるプローブについて説明した。導電体を備えるプローブにおいても、上述した第１端面及び第２端面についての好適態様が適用されるのが好ましい。

本実施形態のプローブの効果を確認するため、種々の電極を備えるプローブの測定面での電位分布を数値計算により調べた。

［試験条件］
図１１は、本発明例１の電極端面の配列を示す平面図である。図１２は、比較例１の電極端面の配列を示す平面図である。図１３は、比較例２の電極端面の配列を示す平面図である。

図１１を参照して、本発明例１において、第１端面８及び第２端面９それぞれは、５つ交互に隙間を空けて配置した。すなわち、第１電極３及び第２電極４の総数は、１０であった。５つの第１端面８及び５つの第２端面９それぞれの形状は長方形であり、同一形状であった。５つの第１端面８及び５つの第２端面９それぞれの電極幅Ｗは、２ｍｍであった。５つの第１端面８及び５つの第２端面９それぞれの電極奥行Ｌは、１０ｍｍであった。５つの第１端面８と５つの第２端面９との隙間はそれぞれ、０．１ｍｍであった。

図１２を参照して、比較例１は櫛型プローブであった。比較例１において、各電極１００、１０１はそれぞれ、５つの領域に区分された。区分された領域１０８、１０９はそれぞれ、接続領域１０６によって測定面において電気的に接続された。また、接続領域１０６の一端には接着領域１１０を設けた。接着領域１１０は、櫛型プローブにおいて、接続領域１０６と配線とを半田付けする領域である。比較例１の櫛型プローブの電極端面の寸法は、図１２に示すとおりであった。一方の電極の区分された領域１０８と他方の電極の区分された領域１０９との隙間は、０．１ｍｍであった。

図１３を参照して、比較例２は櫛型プローブであった。比較例２の櫛型プローブは、比較例１と比較して、接着領域１１０が存在しない点が異なった。比較例２の櫛型プローブの電極端面の寸法は、図１３に示すとおりであった。一方の電極の区分された領域１０８と他方の電極の区分された領域１０９との隙間は、０．１ｍｍであった。

表１は、実施例１での数値計算条件を示す表である。表１に示す条件は、本発明例１、比較例１、及び比較例２に共通した。

図２を参照して、表１中の各項目について説明する。表１中の、「腐食反応抵抗」とは、数値計算において予め設定した測定対象の腐食反応抵抗を意味する。すなわち、インピーダンス測定の等価回路における腐食反応抵抗ＲＰの設定値に相当する。表１中の、「電気二重層コンデンサ容量」とは、インピーダンス測定の等価回路におけるコンデンサ容量Ｃに相当する。表１中の、「電気伝導率」とは、水膜１０４の電気伝導率を意味する。すなわち、インピーダンス測定の等価回路における溶液抵抗ＲＳに相当する。表１中の、「水膜厚さ」とは、水膜１０４の厚さを意味する。表１中の、「周波数」とは、交流電源１０２の周波数を意味する（図１参照）。表１中の、「印加電圧」とは、各電極間に印加された交流電圧を意味する。

［結果］
図１４は、本発明例１の測定面での電位分布を示す等電位線図である。図１５は、比較例１の測定面での電位分布を示す等電位線図である。図１６は、比較例２の測定面での電位分布を示す等電位線図である。

図１５及び図１６を参照して、比較例１及び比較例２では、電極端面上で電位分布が生じた。一方、図１４を参照して、本発明例１では、比較例１及び比較例２と比べて電極端面上の電位分布が抑制された。すなわち、本発明例１では、比較例１及び比較例２よりも電極端面上の等電位領域が広かった。これより、本発明例１では、比較例１及び比較例２よりも、精度の高いインピーダンス測定ができることがわかった。

本実施形態のプローブの効果を確認するため、実施例１での本発明例１、比較例１、及び比較例２のプローブの電極数（区分された領域数）を変化させ、腐食反応抵抗の変化割合を調べた。

［試験条件］
本発明例１においては、複数の第１電極３及び複数の第２電極４の数を変更した。比較例１及び比較例２においては、複数の区分された領域の数を変更した。その他の条件は、実施例１と同じであった。

［結果］
図１７は、実施例２の結果を示す図である。図１７中において、丸印は本発明例１の結果を示し、三角印は比較例１の結果を示し、四角印は比較例２の結果を示す。図１７を参照して、本発明例１において第１電極３及び第２電極４の総数が８つ以上であれば、比較例１及び比較例２よりも腐食反応抵抗の変化割合が抑制された。

なお、本発明例１において、第１電極３及び第２電極４の総数が８つ未満であっても、比較例１及び比較例２と比べて、腐食反応抵抗は大きく変わらなかった。

導電体を備えるプローブの効果を確認するため、本発明例２として導電体を備えるプローブの電位分布を数値計算により調べた。そして、本発明例１での電位分布と比較した。

［試験条件］
図１８は、本発明例２の電極端面の配列を示す平面図である。図１８を参照して、本発明例２の第１端面８及び第２端面９の配置は、本発明例１と同じであった。本発明例２において、導電体１１は全ての第１端面８及び第２端面９を囲んだ。導電体１１の幅Ｗ２は５ｍｍであった。導電体１１と第１端面８及び第２端面９との隙間Ｘｄは５ｍｍであった。

数値計算条件は、本発明例１及び本発明例２共に表１に示すとおりであった。

［結果］
図１９は、本発明例１及び本発明例２の電位分布を示す図である。図１９を参照して、図１９の縦軸は電位（ｍＶ）を示し、横軸は第１電極及び第２電極の配列方向において測定面の中央からの距離を示す。図１９中、実線は本発明例１の結果を示し、破線は本発明例２の結果を示す。本発明例１では、測定面における最大電位差は約１．１ｍＶであった。本発明例２では、測定面における最大電位差は約０．６ｍＶであった。これより、本発明例２では、本発明例１よりさらに測定面における電位分布が均一であることがわかった。

図２０は、本発明例１及び本発明例２の腐食反応抵抗の変化割合を示す図である。図２０を参照して、本発明例１の腐食反応抵抗ＲＰの変化割合は約１．０５であった。本発明例２の腐食反応抵抗ＲＰの変化割合は約１．０４であった。

導電体を備えるプローブの効果を確認するため、実施例３での本発明例２の導電体の幅を変化させ、腐食反応抵抗の変化割合を調べた。

［試験条件］
導電体１１と第１端面８及び第２端面９との隙間Ｘｄは、１．０ｍｍであった。その他の条件は実施例３と同じであった。

［結果］
図２１は、実施例４の結果を示す図である。図２１を参照して、導電体の幅Ｗ２が大きいほど、腐食反応抵抗の変化割合は抑制された。また、導電体の幅Ｗ２が５ｍｍ以上になると、腐食反応抵抗の変化割合は大きく変わらなかった。

導電体を備えるプローブの効果を確認するため、実施例３での本発明例２において導電体と第１端面及び第２端面との隙間を変化させ、腐食反応抵抗の変化割合を調べた。

［試験条件］
第１端面（第１電極）の総数は１つ、第２端面（第２電極）の総数は１つであった。導電体の幅Ｗ２は５ｍｍであった。その他の条件は実施例３と同じであった。

［結果］
図２２は、実施例５の結果を示す図である。図２２を参照して、導電体と第１端面及び第２端面との隙間が大きいほど、腐食反応抵抗の変化割合は大きかった。インピーダンス測定装置のプローブとしては、腐食反応抵抗の変化割合は１．９以下であるのが望ましい。導電体と第１端面及び第２端面との隙間が５ｍｍ以下であれば、腐食反応抵抗の変化割合が１．９以下であった。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

１：プローブ
２：本体部
３：第１電極
４：第２電極
５：第１配線
６：第２配線
７：測定面
８：第１端面
９：第２端面
１０：交流電源
１１：導電体

Claims (11)

1. 金属の腐食速度を測定するインピーダンス測定装置のプローブであって、
   測定面を含む本体部と、
   前記測定面から表出し、配列された複数の第１電極と、
   前記測定面から表出し、前記複数の第１電極と交互に隙間を空けて配列された複数の第２電極と、
   前記本体部の内部で前記複数の第１電極それぞれに接続される第１配線と、
   前記本体部の内部で前記複数の第２電極それぞれに接続される第２配線と、を備え、
   前記複数の第１電極それぞれの材質及び前記複数の第２電極それぞれの材質は、腐食速度の測定対象物である、インピーダンス測定装置のプローブ。
2. 請求項１に記載のインピーダンス測定装置のプローブであって、
   前記複数の第１電極はそれぞれ、前記測定面から表出した第１端面を含み、
   前記複数の第２電極はそれぞれ、前記測定面から表出した第２端面を含み、
   前記複数の第１端面及び前記複数の第２端面は、一方向に配列され、
   前記複数の第１端面の形状及び前記複数の第２端面の形状は、矩形である、インピーダンス測定装置のプローブ。
3. 請求項２に記載のインピーダンス測定装置のプローブであって、
   前記複数の第１端面及び前記複数の第２端面の配列方向に沿う辺の長さは、前記複数の第１端面及び前記複数の第２端面の配列方向と直交する方向に沿う辺の長さよりも短い、インピーダンス測定装置のプローブ。
4. 請求項３に記載のインピーダンス測定装置のプローブであって、
   前記複数の第１端面及び前記複数の第２端面の配列方向に沿う辺の長さはそれぞれ、１０ｍｍ以下である、インピーダンス測定装置のプローブ。
5. 請求項３に記載のインピーダンス測定装置のプローブであって、
   前記複数の第１端面及び前記複数の第２端面の配列方向と直交する方向に沿う辺の長さはそれぞれ、１０ｍｍ以下である、インピーダンス測定装置のプローブ。
6. 請求項４又は請求項５に記載のインピーダンス測定装置のプローブであって、
   前記第１電極及び前記第２電極の総数は８つ以上である、インピーダンス測定装置のプローブ。
7. 請求項２に記載のインピーダンス測定装置のプローブであってさらに、
   前記複数の第１端面及び前記複数の第２端面の配列方向において、一方の端に配置された前記第１端面又は前記第２端面と隙間を空けて隣接し、かつ、他方の端に配置された前記第１端面又は前記第２端面と隙間を空けて隣接する導電体を備える、インピーダンス測定装置のプローブ。
8. 請求項７に記載のインピーダンス測定装置のプローブであって、
   前記導電体は、前記一方向に配列された前記複数の第１端面及び前記複数の第２端面の全体を囲む、インピーダンス測定装置のプローブ。
9. 請求項８に記載のインピーダンス測定装置のプローブであって、
   前記導電体の幅は、５ｍｍ以上である、インピーダンス測定装置のプローブ。
10. 請求項８に記載のインピーダンス測定装置のプローブであって、
    前記導電体と前記第１端面又は前記第２端面との隙間は、５ｍｍ以下である、インピーダンス測定装置のプローブ。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載のインピーダンス測定装置のプローブと、
    前記第１配線及び前記第２配線に接続される交流電源と、を備える、金属の腐食速度を測定するインピーダンス測定装置。

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