JP2002148297A - 誘導電位測定方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子デバイスなどにとって障害となる静電気
帯電をより広い空間内で、しかも、空間内を運動する物
体の静電気帯電および静電気帯電した運動物体に起因す
る周辺物体の誘導帯電を測定することができる方法を実
現する。 【解決手段】 帯電体の運動および静止した帯電体の電
位変化の一方または双方により誘導される単極性の電荷
を、方形状の金属板からなる誘導受信センサ１１により
検出する。同軸ケーブル１２を介して出力される誘導受
信センサ１１に誘起された電圧を、直流増幅器１３によ
り増幅する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は誘導電位測定方法と
装置に関する。具体的には、電子デバイスなどにとって
障害となる静電気帯電をより広い空間内で、しかも、空
間内を運動する物体の静電気帯電および静電気帯電した
運動物体に起因する周辺物体の誘導帯電を測定すること
ができる誘導電位測定方法と装置を提供せんとするもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電子デバイスの製造過程や電子
機器への実装時などにおいては、静電気帯電した外部の
物体が電子デバイスに接触したり、あるいは、静電気帯
電した電子デバイスに外部の導体が接触することによっ
て静電気放電が起こり、これにより電子デバイスが劣化
しさらには破壊することがある。したがって、電子デバ
イスの特性を維持し機能を確保するうえでは、電子デバ
イスが置かれた、静電気に係る環境を常時監視すること
が、極めて重要なこととなる。

【０００３】このような電子デバイスなどにとって障害
要因となる静電気の帯電量を測定する手段としては、従
来より各種の方法が用いられているが、その１つとし
て、ファラデー・ケージを用いる方法がある（従来例
１）。この測定方法を図８により説明する。

【０００４】図８において、４２は、上部が開口した円
筒状の金属体であり、この内部に、同じく上部が開口し
た円筒状の導体を用いたケージ４１が、金属体４２の底
部に配設された複数の絶縁物４３ａ，４３ｂに支持され
て配置されている。

【０００５】帯電体の静電気帯電量を測定する場合は、
まず、帯電体１１０をケージ４１内に置く。そこで、ケ
ージ４１と金属体４２との間に接続された測定用のコン
デンサＣ_s の両端の電圧を、静電気用の電圧計４５から
なるエレクトロメータ４４により測定することによっ
て、帯電体１１０の帯電量を知ることになる。

【０００６】以上説明した従来例１は、帯電体の電荷を
直接的に測定系に導いて静電気帯電量を測定する方法で
ある。これに対して、帯電体による電界（電束）を非接
触で測定する方法もある。その一例として、表面電位計
による測定方法を図９に示し説明する（従来例２）。

【０００７】図９において、５１は、円板状の検出電極
であり、これを囲むようにして、帯電体１２０との間で
平等電界を形成するための帽子状のガード電極５２が配
設されている。そして、検出電極５１とガード電極５２
との間に、表面電位計５３が接続されている。

【０００８】そこで、帯電体１２０の静電気の帯電電位
を測定する場合は、検出電極５１と帯電体１２０との間
の静電容量Ｃ_oと 、検出電極５１の表面積から帯電体１
２０の表面電荷密度を知ることになる。すなわち、表面
電位計５３の指示値をＶとすると、静電容量Ｃ_o を介し
て検出電極５１に誘導される電荷量Ｑは、Ｑ＝Ｃ_oＶと
なるので、帯電体１２０の表面が等電位とみなして、検
出電極５１への誘導電荷量Ｑを検出電極５１の表面積で
除すれば、帯電体１２０の表面電荷密度を知ることがで
きる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
より説明した従来例１によると、つぎのような解決すべ
き課題がある。すなわち、測定に当たっては、測定対象
をケージ４１の内部に入れる必要があるが、その際、帯
電体の電荷を漏洩させない手段を講じないと、正確な測
定を期すことができない。

【００１０】測定対象が半導体などの小さな物体である
場合、その帯電電荷量は一般に１０ｎＣ以下であること
が多く、静電容量もｐＦオーダである。そのため、ピン
セット等により測定対象を挟持してケージ４１内に入れ
る際の電荷漏洩が、正確な測定を実現するうえで問題と
なる。

【００１１】とくに、湿度が高い環境では、測定対象の
帯電電荷は、その発生と同時に漏洩も始まっている。し
たがって、測定対象を挟持するためのピンセットなどが
測定系の中に入ってくると、測定誤差の要因となる。例
えば、測定対象の静電容量が１０ｐＦである場合、測定
系の絶縁（漏洩）抵抗は、１０¹⁵Ωかそれ以上でない
と、測定誤差を生じてしまうことになる。

【００１２】しかし、実際には、ピンセットの表面の湿
度（水分吸収）、測定者の手垢や汗などにより、絶縁抵
抗は３〜５桁も低下してしまう。その結果、測定対象の
ケージ４１への移動中に既に電荷は漏洩してしまい、実
質的には測定はできないことになる。

【００１３】さらに、測定対象の電荷は、ケージ４１の
静電容量Ｃ_f と測定用のコンデンサＣ_s に充電されると
ともに、エレクトロメータ４４の電圧計４５に並列に入
っているコンデンサＣ_inにも充電される。そのため、半
導体のように帯電電荷量が小さい場合は、測定感度（電
圧Ｖ＝電荷量Ｑ／静電容量Ｃ，Ｃ＝Ｃ_f＋Ｃ_s＋Ｃ_in）が
悪くなってしまい、半導体製造工場などにおける測定方
法としては実用的ではなかった。

【００１４】そのうえ、測定対象が例えば帯電した半導
体集積回路である場合は、半導体集積回路をケージ４１
内に入れてこれに接触させると、急速放電により半導体
集積回路に損傷を与えることがある。すなわち、測定対
象によっては対象物を破壊する破壊検査である点が、致
命的な欠陥としてあった。以上のような解決課題が、従
来例１にはあった。

【００１５】また、図９により説明した表面電位計５３
を用いる従来例２によると、帯電体１２０との非接触で
の測定が可能である。しかし、測定に際しては、原理
上、検出電極５１と帯電体１２０との間の距離を一定に
維持する必要がある。それも一般に数mm〜数十mmの範囲
内で固定したうえで測定しなければならない。しかし、
測定対象の形状は様々であって部分的に凹凸があるなど
して、数mmの範囲内で測定するのは困難であるか、ある
いは不可能であった。また、遠距離（例えば数十cm以
上）にある帯電体の電位の測定なども不可能であった。

【００１６】のみならず、検出電極５１は、帯電体１２
０の等電位面からの電気力線を捕捉するものであること
から、帯電体１２０の大きさは、検出電極５１より充分
に大きくなければならない。しかし、測定対象は、常に
一定の大きさのものとは限らない。小さなものであれ
ば、測定が不可能ということになる。加えて、検出電極
５１の寸法は、ガード電極５２の影響を受け、余り大き
くすることができないため、検出範囲が限られてしま
う。

【００１７】さらに、表面電位計５３は、数ミリ秒で急
速に帯電する帯電発生時刻、帯電ピーク値、帯電に要す
る時間や放電などを測定することはできない。また、検
出電極５１に複雑な回転セクタ構造や振動電極を用いる
場合もあり、負帰還による電位測定を原理とするもの
は、高圧電源等の信号源が必要であるとともに、帯電体
の極性を判別するための位相同期検出器、比較器、増幅
器、高圧電源の制御回路などの回路を必要とし、その構
成が複雑である。以上のような課題が従来例２にはあっ
た。

【００１８】以上、各従来例１，２それぞれの解決すべ
き課題について述べたが、より本質的な課題として、帯
電体が運動している場合は、その帯電体の帯電量の測定
は原理的に不可能であることが、各従来例１，２の共通
の解決課題としてあった。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記各課題を解決するた
めに、本発明はなされたものである。そこで、本発明の
基礎にある誘導による電荷生成についての考え方を説明
する。従来、帯電体Ａを中性の導体Ｂに近付けると、静
電誘導により導体Ｂは分極帯電し、導体Ｂの帯電体Ａに
近い部位には、帯電体Ａとは異種の電荷が現われ、帯電
体Ａから遠い部位には帯電体Ａと同種の電荷が現われる
分極状態が生ずるものと考えられている（静電誘導：st
atic induction）。

【００２０】しかし、本願発明者が行った実験によれ
ば、帯電体Ａ・導体Ｂについてつぎのいずれかの条件が
ない限り、Ｂに電荷が誘導されないことが確認された。 ＡＢ間における相対運動（ＡＢ間の距離の変化） Ａにおける電界の変化 すなわち、Ｂに電荷が誘導されるのは、上記の一方
または双方の場合に限られるのである。

【００２１】そこで、まず、上記のＡＢ間に相対運動
がある場合についてみると、実験によってつぎのような
結果が確認されている。 １．Ｂに誘導される電荷量 1)Ａの電界（電束密度）と、 2)ＡＢ間の相対運動の速度に比例し、 3)ＡＢ間の距離（変位）に反比例する。 ２．Ｂに誘導される電荷の極性 1)ＡＢが接近するときは、Ａに帯電している電荷と同じ
極性が生ずる。 2)ＡＢが離反するときは、Ａに帯電している電荷とは逆
の極性が生ずる。 3)ＡＢが接近するときも離反するときも、誘導された電
荷は分極せず、Ｂ全体に同一の極性で電荷が分布する
（誘導される電荷は単極性）。

【００２２】以上の結果は、従来より説明されている
Ａ，Ｂが静止している状態における静電誘導とは本質的
に異なるものである。この動的な誘導現象を、ここでは
「static induction」（静電誘導）に対して、「Dynami
c Charge Induction」と称することにする（以下「ＤＣ
Ｉ」と略す）。

【００２３】そこで、このＤＣＩについてさらに詳しく
説明する。いま、ＡＢ間に相対運動があった場合、その
速度をｖ〔ｍ／ｓ〕、ＡＢ間の距離をＸ〔ｍ〕とし、Ａ
の電界をＥ〔Ｖ／ｍ〕とすると、このときＢから大地に
流れる誘導電流Ｉ_o は、 Ｉ_o＝（∂Ｄ／∂Ｘ）ｖ〔Ａ／ｍ²〕 で表される。上式において、 Ｄは電束密度（Ｄ＝εＥ〔Ｃ／ｍ²〕，εは誘電率（ε
＝比誘電率ε_s×真空の誘電率ε_o〔Ｆ／ｍ〕））を表し
ている。

【００２４】実際に大地に流れる誘導電流Ｉ_dは、Ｂが
Ａに対して投影する面積Ｓ〔ｍ²〕に依存し、 Ｉ_d＝Ｓ・Ｉ_o〔Ａ〕 (1) で表される。

【００２５】実験によると、速度ｖがゼロであると、誘
導電流Ｉ_d はゼロになる。ＡＢ間の距離Ｘが無限である
と、同様にＩ_o はゼロになる。ＢがＡに対して投影する
面積Ｓがゼロであれば、当然Ｉ_o はゼロになる。

【００２６】以上のＤＣＩについて、上記(1) 式を用い
た具体的な計算例を示すと、つぎの通りである。例え
ば、−５ｋＶに帯電した絶縁体があり、この帯電体から
10cmのところにある面積0.01ｍ²の金属物体に対して、
帯電体が速度0.3ｍ／ｓ で近付く場合の誘導電流Ｉ_d の
大きさは、 Ｉ_d＝Ｓ・Ｉ_o＝0.01×｛（ε_o×−５×10³）／0.1｝×0.3 ＝1.3293×10^-9〔Ａ〕 （ただし、ε_o＝8.862×10^-12〔Ｆ／ｍ〕）であり、約1
3ｎＡとなる。

【００２７】そこで、かりに、Ｉ_o が金属物体に継続し
て流れ込む時間ｔが 1.0秒である場合は、電荷量Ｑ＝Ｉ
_oｔ より、 1.33×10^-9×1.0＝1.33〔ｎＣ〕 のマイナス電荷が、金属物体全面に蓄積されることにな
る。

【００２８】したがって、この金属物体の静電容量Ｃが
例えば2.66ｐＦであれば、帯電電圧Ｖ＝Ｑ／Ｃより、 （−1.33×10^-9）／（2.66×10^-12）＝−500〔Ｖ〕 の誘導電圧を生ずることになる。

【００２９】以上は、帯電体Ａと導体Ｂの間に相対運動
すなわち距離的な変化がある場合である。これに対し
て、ＡＢ間に相対運動がない場合は、Ｂに誘導現象は惹
起されない。しかし、既述のように、Ａの電界に変化が
生じた場合も、Ｂに電荷が生ずる。

【００３０】本願発明者が行った実験によれば、ＡＢ間
に相対運動がないときは、Ａの電圧Ｖが上昇または下降
したときにのみ、Ｂに電荷が誘導し、その誘起電圧は、
Ａの電圧Ｖが変化したときの差分ΔＶに比例する。この
誘導現象は、近傍に接地された金属板の存在するか否か
にかかわらず起きる。また、ＡやＢの形状および大きさ
のいかんを問わず、Ｂの電荷の極性は、いずれの部位で
も同一である。すなわち、単極性の電荷がＢ全体に分布
し分極状態を生じない。

【００３１】この誘導現象を式に表すと、つぎの通りに
なる。 ΔＶ＝ｋ（Ｕ₁−Ｕ₂）〔Ｖ〕 上式において、ＶはＢの誘起電圧、ｋは誘導係数（Ａの
表面積，ＡＢ間の距離，Ａの大地からの距離などにより
異なる）、Ｕ₁ はＡの変化前の電圧、Ｕ₂ はＡの変化後
の電圧である。

【００３２】このように、ＡによってＢに誘起される電
圧Ｖは、Ａの電圧変化の差分ΔＶ（Ｕ₁− Ｕ₂）に比例
する。電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）に比例するものでは
ない。この帯電体Ａの電圧変化による動的な誘導現象
も、従来より説明されている静電誘導とは異なるもので
あり、先に説明したＡＢ間の相対運動による誘導現象と
併せて、ＤＣＩと称することにする。

【００３３】本発明は、以上のＤＣＩを基礎としてなさ
れたものであり、電荷を帯びた帯電体の運動および帯電
体の電位変化の一方および双方により誘導される単極性
の電荷を、導体からなる誘導受信センサにより検出し、
単極性の電荷を検出した誘導受信センサからの出力を適
当な利得で増幅するようにした。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態における、Ｄ
ＣＩを基礎とする誘導電位測定装置の回路構成を、図１
に示し説明する。

【００３５】図１において、１１は、本図では図示され
てはいない帯電体により誘導される単極性の電荷を検出
するための、方形状の金属板からなる誘導受信センサで
ある。この誘導受信センサ１１は、ここでは方形板状の
ものが図示されているが、その形状はとくに限定される
ものではなく、その大きさや厚さも特定のものに限られ
ない。また、その素材も、金属に限定されるものではな
く、抵抗値が１０⁶〜１０¹⁰ Ωの高抵抗体やその他の導
体でもよい。

【００３６】この誘導受信センサ１１には、同軸ケーブ
ル１２を介して、誘導受信センサ１１に誘起された電圧
を増幅するための直流増幅器１３が接続されている。同
軸ケーブル１２を用いているのは、外部からのノイズを
考慮したものであるが、同軸ケーブル１２を用いること
は、本発明にとっては必須の構成要件ではなく、裸線を
用いるようにしてもよい。

【００３７】図２および図３は、図１に示した誘導電位
測定装置を用いて行った実験の結果を示すものである。
実験の内容は、電荷を帯びた荷電板を、所定の移動速度
で誘導受信センサ１１に接近せしめ、あるいは誘導受信
センサ１１から離反せしめる。そして、荷電板の電圧Ｖ
_cpと、誘導受信センサ１１の誘起電圧の直流増幅器１３
による増幅後の電圧Ｖ_amp との関係を調べるものであ
る。

【００３８】荷電板は、誘導受信センサ１１より900mm
離れた所から移動速度250mm／ｓ で接近してきて、誘導
受信センサ１１より600mm の所で最接近して停止する。
逆に、誘導受信センサ１１からの離反は、これより600m
m 離れた所から移動速度250mm／ｓ で離反をし、900mm
離れた所で停止する。したがって、接近および離反の変
位量は、双方とも300mm である。なお、誘導受信センサ
１１は銅製の方形板で寸法が195mm×245mmであり、荷電
板は同じく銅製の方形板で寸法が180mm×200mmである。

【００３９】ここで、荷電板が大地から完全に絶縁され
ている場合（10¹⁴Ω以上）は、誘導受信センサ１１の誘
起電圧は数百Ｖから数ｋＶになる。しかし、本実験で
は、現実にある漏洩抵抗（概ね１ＧΩ）を織り込んで、
誘導受信センサ１１の誘起電圧を利得２０倍程度の直流
増幅器１３により増幅し、増幅後の電圧Ｖ_amp をオシロ
スコープによって観測した。

【００４０】図２は、荷電板の電圧Ｖ_cpを、±200〜±1
000Ｖの範囲で200Ｖずつ異なるものとした場合を示して
いる（実験１−Ａ）。水平軸の１目盛りは200Ｖであ
る。図中、実線は、正に帯電している荷電板が、誘導受
信センサ１１に向けて接近した場合を示している。この
場合における誘導受信センサ１１の誘起電圧の増幅後の
電圧Ｖ_amp の極性は正である。

【００４１】これに対して、破線は、正に帯電している
荷電板が、誘導受信センサ１１から離反した場合を示し
ている。この場合における誘導受信センサ１１の誘起電
圧の増幅後の電圧Ｖ_amp の極性は負である。

【００４２】また、１点鎖線は、負に帯電している荷電
板が、誘導受信センサ１１から離反した場合を示してい
る。この場合における誘導受信センサ１１の誘起電圧の
増幅後の電圧Ｖ_amp の極性は正である。

【００４３】２点鎖線は、負に帯電している荷電板が、
誘導受信センサ１１に向けて接近した場合を示してい
る。この場合における誘導受信センサ１１の誘起電圧の
増幅後の電圧Ｖ_amp の極性は負である。

【００４４】図３は、荷電板の電圧Ｖ_cpを、±２〜±14
ｋＶの範囲で２ｋＶずつ異なるものとした場合を示して
いる（実験１−Ｂ）。水平軸の１目盛りは２ｋＶであ
る。正に帯電している荷電板が、誘導受信センサ１１に
向けて接近した場合、逆に離反した場合、また、負に帯
電している荷電板が、誘導受信センサ１１に向けて接近
した場合、あるいは離反した場合における、それぞれの
誘導受信センサ１１の誘起電圧の増幅後の電圧Ｖ_amp
が、荷電板の電圧Ｖ_cpにほぼ比例していること、および
増幅後の電圧Ｖ_amp の極性いかんは、図２に示した場合
とまったく同じである。

【００４５】実験１−Ａ，１−Ｂについての図２および
図３から明らかなように、荷電板が移動する速度が一定
であるならば、誘導受信センサ１１の誘起電圧は、荷電
板の電圧Ｖ_cpにほぼ比例している。また、誘導受信セン
サ１１の誘起電圧の極性は、荷電板が接近する場合と離
反する場合とでは反転している。したがって、監視対象
である物体（例えば、人間）の極性が事前に知られてい
れば、当該物体の誘起電圧の大きさおよび極性から、誘
導受信センサ１１から見て、当該物体がどの位の速度で
接近しつつあるか、または遠ざかりつつあるかを容易に
判定することが可能となる。

【００４６】つぎに、図４および図５は、図１に示した
誘導電位測定装置を用いて行った他の実験の結果を示す
ものである。ここでの実験の内容は、荷電板と誘導受信
センサ１１との間の距離を300mm として固定しておく。
すなわち、荷電板は移動しない。そこで、荷電板と接続
された電源の出力電圧を、０Ｖ→設定値、また設定値→
０Ｖまで変化せしめるとともに、その設定値を順次異な
るものとする。そして、誘導受信センサ１１の誘起電圧
の、直流増幅器１３による増幅後の電圧Ｖ_ampを調べる
ものである。なお、誘導受信センサ１１と荷電板の素材
および寸法は、図２および図３に結果を示した実験の場
合と同じである。

【００４７】図４は、電源に接続された荷電板の帯電電
圧Ｖ_setを０Ｖ〜±１ｋＶの範囲で０Ｖ→200Ｖ，０Ｖ→
400Ｖ，０Ｖ→600Ｖ，……のように変化せしめた（設定
値が200Ｖずつ異なる）場合を図示している（実験２−
Ａ）。水平軸の１目盛りは200Ｖ である。

【００４８】ここにおける実線は、荷電板の帯電電圧Ｖ
_set を０Ｖ→＋200Ｖ，０Ｖ→＋400Ｖ，……のように変
化せしめたとき、すなわち、変化前の電圧と変化後の電
圧の差分ΔＶが ＋200Ｖ，＋400Ｖ，…… である場合を
示している。これに対して、破線は、荷電板の帯電電圧
Ｖ_set を＋200Ｖ→０Ｖ，＋400Ｖ→０Ｖ，……のように
変化せしめたとき（ΔＶ＝−200Ｖ，−400Ｖ，……）を
示している。

【００４９】また、１点鎖線は、荷電板の帯電電圧Ｖ
_set を−200Ｖ→０Ｖ，−400Ｖ→０Ｖ，……のように変
化せしめたとき（ΔＶ＝＋200Ｖ，＋400Ｖ，……）を示
している。他方、２点鎖線は、荷電板の帯電電圧Ｖ_set
を０Ｖ→−200Ｖ，０Ｖ→−400Ｖ，…… のように変化
せしめたとき（ΔＶ＝ −200Ｖ，−400Ｖ，……）を示
している。

【００５０】図５は、荷電板の電源電圧Ｖ_set を０Ｖ〜
±10ｋＶの範囲で０Ｖ→２ｋＶ，０Ｖ→４ｋＶ，……の
ように変化せしめた（設定値が２ｋＶずつ異なる）場合
を図示している（実験２−Ｂ）。水平軸の１目盛りは２
ｋＶである。

【００５１】実線は、荷電板の帯電電圧Ｖ_setを０Ｖ→
＋２ｋＶ，０Ｖ→＋４ｋＶ， ……のように変化せしめ
たとき（ΔＶ＝＋２ｋＶ，＋４ｋＶ，……）を示してい
る。破線は、荷電板の帯電電圧Ｖ_set を＋２ｋＶ→０
Ｖ，＋４ｋＶ→０Ｖ，……のように変化せしめたとき
（ΔＶ＝−２ｋＶ，−４ｋＶ，……）を示している。

【００５２】また、１点鎖線は、荷電板の帯電電圧Ｖ
_set を−２ｋＶ→０Ｖ，−４ｋＶ→０Ｖ，……のように
変化せしめたとき（ΔＶ＝＋２ｋＶ，＋４ｋＶ，……）
を示している。他方、２点鎖線は、荷電板の帯電電圧Ｖ
_set を０Ｖから−２ｋＶ，０Ｖ→−４ｋＶ，……のよう
に変化せしめたとき（ΔＶ＝−２ｋＶ，−４ｋＶ，…
…）を示している。

【００５３】実験２−Ａ，２−Ｂについての図４および
図５から理解され得るように、誘導受信センサ１１の誘
起電圧は、荷電板の変化前の電圧と変化後の電圧との差
分ΔＶに比例する。荷電板に接続された電源の出力電圧
を急速に変化せしめても、あるいはゆっくり変化せしめ
ても、荷電板の電圧変化により誘導受信センサ１１に誘
起される電圧の値は、全く変わることがない。荷電板の
電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）の項の寄与は、全く認めら
れなかった。

【００５４】このことより、距離を隔てて存在する静止
した物体の電位の変化を知ることができる。電位変化の
大きさは、上述のように、電圧の変化率ｄＶ／ｄｔでは
なく、初期電圧と最終電圧との差分ΔＶに依存する。し
たがって、事前に当該物体の初期電圧が分かっていれ
ば、誘起電圧の変化から監視対象である物体の帯電の推
移を把握することができる。

【００５５】図６は、図１に示した誘導電位測定装置を
用いて静電気帯電を監視する装置の一例の回路構成を示
すものである。

【００５６】図６において、破線で示す監視エリア（例
えば１つの部屋あるいは１つの作業テーブル）に、正電
荷を帯びた帯電体１００（例えば人間や機械）が接近し
つつあるとする。すると、監視エリア内にある被測定物
２００（例えば半導体集積回路）は、帯電体１００の接
近に伴い正電荷を帯びるようになる。同時に、誘導受信
センサ１１も正電荷を帯びるようになる。すなわち、誘
導受信センサ１１は、帯電している物体の存在を検出す
る。

【００５７】そこで、誘導受信センサ１１の誘起電圧を
直流増幅器１３により増幅し、増幅後の電圧Ｖ_amp のピ
ーク値をピーク検出回路２１により検出する。検出され
たピーク値は、Ａ／Ｄ（アナログ・ディジタル）変換器
２２によりディジタル変換され、得られたデータは、装
置全体の動作を制御する制御部２３に送出される。

【００５８】Ａ／Ｄ変換器２２からのデータを受けた制
御部２３では、増幅後の電圧Ｖ_ampのピーク値を示すデ
ータと、あらかじめ設定された閾値とを比較する。閾値
としては、被測定物２００が例えば半導体集積回路であ
れば、当該半導体集積回路の静電破壊の耐量を参照して
設定する。

【００５９】その結果、ピーク値が閾値を超える場合
は、制御部２３は、例えば警告のブザー音を発生せしめ
るための制御信号を、電子ブザー制御回路（図示せず）
に与え、これより制御信号を受けた電子ブザー駆動回路
より電流を供給された電子ブザーが、警告音として鳴
り、静電気帯電という好ましくない事態が被測定物２０
０に発生している蓋然性があることを知らせる。

【００６０】以上のような静電気帯電を監視する装置を
複数用いて、例えば半導体集積回路製造の各工程をそれ
ぞれ１つの監視エリアとして各々に配置するならば、各
監視エリアでの誘導帯電の頻度の比較、あるいは、誘導
帯電の発生場所や帯電体の移動方向の特定なども可能と
なる。その結果、得られたデータを解析することによ
り、静電気帯電による障害を未然に防止するための判
定、評価、警告を行うことができることになる。

【００６１】その他にも、航空機等が雷雲により帯電
される現象、すなわち、雷雲に接近または離反すること
による誘導帯電の確認、航空機どうしの接近による誘
導帯電の確認、液体流体、電荷雲、粉体等の移動に伴
う誘導帯電の確認、オイル・タンク等における誘導帯
電の確認、静電気による着火爆発の危険性のあるもの
の誘導帯電の確認なども可能である。

【００６２】以上においては、誘導受信センサ１１に誘
起される電圧を直流増幅器１３により増幅する構成を示
した。しかし、本発明は、これに限られるものではな
く、誘導帯電された誘導受信センサ１１からの電流を電
流増幅器により増幅する構成としてもよい。

【００６３】さらに、図６に示した静電気帯電を監視す
る装置では、ピーク検出回路２１の代わりに、サンプル
・ホールド回路を用いるようにしてもよい。すなわち、
所定の時間間隔で直流増幅器１３の出力をサンプリング
し、順次得られるサンプル値を示すＡ／Ｄ変換器２２か
らのデータと、あらかじめ設定された閾値とを、制御部
２３で比較するようにしてもよい。また、サンプル・ホ
ールド回路を用いるならば、帯電量のピーク値のみなら
ず、時々刻々変化する監視エリア内の帯電状況を示す経
時的なデータを得ることができ、帯電状況のより精細な
解析が可能となる。

【００６４】なお、既述したように、誘導受信センサ１
１の形状は、とくに限定されるものではないが、本願発
明者が行った実験によると、図７（ａ）に示すように、
直径φが100〜200mm（厚さは問わない）の円板状に形成
された金属製の誘導受信センサ１１Ｂ、あるいは、この
誘導受信センサ１１Ｂの上面に、図７（ｂ）に示すよう
に、多数の金属針３３を林立するように立設したものを
用いるのが好ましいとの結果を得ている。金属針３３
は、直径が0.1〜1mmで長さが５〜30mmのものが望まし
い。これらの誘導受信センサ１１Ｂは、図示するよう
に、例えば円板状の樹脂製の板状部材３１の中央部に立
設された円柱状の絶縁物３２により、水平となるように
支持されて用いられる。

【００６５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によるならば、図８および図９により説明した各従来例
１，２では不可能であった運動物体の静電気帯電および
帯電した運動物体による周辺物体への誘導帯電の連続監
視が可能となる。それも、より広い空間領域において行
うことができる。大きな利得の増幅器を用いて感度を上
げれば、監視エリアを拡大することができ、４ｍ以上離
れた位置での帯電現象を検出することも可能である。被
測定物に接触させるか、あるいは数mm離れた位置から帯
電電圧を測定していた従来の方法とは顕著に異なるとこ
ろである。したがって、監視エリア内に、本発明による
装置を設置したままの状態で、離れた場所に発生する静
電気帯電現象を捕捉することができる。

【００６６】また、従来は、直線性をもって歪みなく動
作できる範囲に限界があり、その範囲を超えると直線性
が失われていた。しかし、本発明によれば、常に直線性
をもって帯電電荷量を検出することができるので、広範
囲にわたって帯電体の位置や移動速度あるいは電圧変化
などを的確に測定することが可能である。

【００６７】さらに、各従来例１，２と個々に比較すれ
ば、図８により説明した従来例１では、測定対象をケー
ジ内に入れる際の電荷漏洩による測定誤差、半導体のよ
うに帯電電荷量が小さい場合の測定感度、あるいは測定
対象の急速放電による損傷が問題となるが、本発明によ
れば、このような問題が生ずることはない。

【００６８】他方、図９により説明した従来例２による
と、測定対象は検出電極よりは充分に大きくなければな
らず、また、検出電極を大きくすることはできないの
で、検出範囲が狭い。これに対して、本発明によれば、
測定対象の大きさが限られることはなく、検出範囲も全
方位の空間に及び極めて広い。

【００６９】また、従来例２では、回路構成が複雑であ
る一方で、帯電発生時間、帯電ピーク値、帯電に要する
時間などの測定が不可能であり、しかも、高圧電源を必
要とする。しかし、本発明によれば、簡易な回路構成に
より、かつ、少ない消費電力によって、帯電の極性や帯
電ピーク値等を検出することができる。

【００７０】したがって、ＤＣＩを基礎とする本発明に
よるならば、極めて簡易な構成により、低コストで種々
の顕著な効果を得ることができることから、もたらされ
る効果は、著しく大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す回路構成図である。

【図２】図１に示した誘導電位測定装置を用いて行った
実験１−Ａの結果を示すデータ表示図である。

【図３】図１に示した誘導電位測定装置を用いて行った
実験１−Ｂの結果を示すデータ表示図である。

【図４】図１に示した誘導電位測定装置を用いて行った
実験２−Ａの結果を示すデータ表示図である。

【図５】図１に示した誘導電位測定装置を用いて行った
実験２−Ｂの結果を示すデータ表示図である。

【図６】図１に示した誘導電位測定装置を用いて静電気
帯電を監視する装置の一例の回路構成図である。

【図７】図１に示した誘導受信センサの他の構成例を示
す構成図である。

【図８】従来例１を説明するための説明図である。

【図９】従来例２を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１１，１１Ｂ 誘導受信センサ １２ 同軸ケーブル １３ 直流増幅器 ２１ ピーク検出回路 ２２ Ａ／Ｄ変換器 ２３ 制御部 ３１ 板状部材 ３２ 絶縁物 ３３ 金属針 ４１ ケージ ４２ 金属体 ４３ａ，４３ｂ 絶縁物 ４４ エレクトロ・メータ ４５ 電圧計 ５１ 検出電極 ５２ ガード電極 ５３ 表面電位計 １００，１１０，１２０ 帯電体 ２００ 被測定物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電荷を帯びた帯電体（１００）の運動お
   よび静止した前記帯電体の電位変化の一方および双方に
   より誘導される単極性の電荷を導体からなる誘導受信セ
   ンサ手段（１１）により検出し、 前記単極性の電荷を検出した前記誘導受信センサ手段か
   らの出力を増幅手段（１３）により増幅する誘導電位測
   定方法。
2. 【請求項２】 電荷を帯びた帯電体（１００）の運動お
   よび静止した前記帯電体の電位変化の一方および双方に
   より誘導される単極性の電荷を検出するための導体から
   なる誘導受信センサ手段（１１）と、 前記誘導受信センサ手段からの出力を増幅するための増
   幅手段（１３）とを具備した誘導電位測定装置。