JP4170614B2

JP4170614B2 - 抵抗測定装置及び抵抗測定方法

Info

Publication number: JP4170614B2
Application number: JP2001329765A
Authority: JP
Inventors: 淳越智; 康彦近藤
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2003130901A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、抵抗測定装置及び抵抗測定方法に関し、詳しくは、体積抵抗及び表面抵抗を測定する電極を改良し、測定精度を高めるものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写機等の電子写真装置や静電記録装置等における導電性機構においては、シート状あるいはベルト状等の誘電体を備えた種々の導電性部材が用いられている。このような導電性部材において、その性能上、抵抗値の制御が必要であり、抵抗測定には通常、ＪＩＳＫ−６９１１に示されるリング電極測定方法等が用いられている。この手法では、同一の電極セットを用いることで導電材の体積抵抗と表面抵抗の両方を測定することができる。その他、必要に応じて、種々の抵抗測定装置や抵抗測定方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平９−５４１２５号では、シートを損傷させることなく、連続的に表面抵抗の測定を行うために、相互に所定間隔を開けて配置され、シート同面にてその周面が線接触して回動する一対の導電性ローラを測定用電極として備えたシート表面の電気抵抗測定装置、および電気抵抗測定方法が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−５４１２５号のシート表面の電気抵抗測定装置および電気抵抗測定方法では、測定範囲がロール幅と二つのロールのギャップからなる大きな四角形となるため、微小部分の測定ができない上に、面内方向の抵抗分布を測定することはできないという問題がある。
【０００５】
このように、従来の抵抗測定装置では、電極が大きいため、微小面積の抵抗値が測定できないという問題がある。また、電極が大きくローラ状であると、ベルトの軸方向、あるいは周方向等において、測定範囲を変更し別の部位を測定するには、電極をその都度設置し直さなければならないという問題がある。さらに、体積抵抗測定時において、シート等の対面に電極を有する対面電極構成であると、吸収電流の影響が無視できず、電流値が安定するまでに時間がかかるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、ベルト状又はシート状の被測定物の微小部分の測定を可能にし、簡易な操作で被測定物の面内方向の抵抗分布を把握できる上に、吸収電流の影響をなくし測定精度が向上し、体積抵抗と表面抵抗の２つ値を、１つの装置により簡易に精度良く測定できる抵抗測定装置及び方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、シート状又はベルト状の被測定物の一面に当接させる２つの電極と、該被測定物の他面に当接させる電極と、所要電極間に電圧を印加する電圧源と、電圧印加時に電極間の被測定物に流れる電流を測定する電流測定手段とを備えた抵抗測定装置において、
上記被測定物の一面側のいずれか一方の電極と上記被測定物の他面側の電極とは任意の距離でオフセットされ一対の体積抵抗測定用電極とし、上記被測定物の一面側の２つの電極は任意の距離でオフセットされ一対の表面抵抗測定用電極とし、上記被測定物の一面側の２つの電極はいずれも被測定物の表面上を回動自在な球電極とする一方、上記被測定物の他面側の電極は円柱ローラ状の軸電極とし、上記球電極の下には被測定物を挟んで受圧用のプレッシャーバーが設置されていると共に、
上記電圧源により電圧を印加する電極を、上記体積抵抗測定用電極あるいは表面抵抗測定用電極のいずれかに切り替え可能なスイッチを有することを特徴とする抵抗測定装置を提供している。
【０００９】
また、被測定物の対向面側に設置される上記２つの電極の内、球電極ではない他方の電極は、略円柱ローラ状の軸電極とするのが好ましい。略円柱ローラ状とすることにより、被測定物をベルト状とした際に、軸電極をベルトの懸架軸として兼用することができるため、装置をより簡略化することができる。
【００１４】
このように、切り替えスイッチを設け、電圧を印加する電極を選択可能とすることにより、体積抵抗と表面抵抗の２つ値を、１つの装置により簡易に精度良く測定することができる。従って、装置の設備や配置を変更することなく、連続して体積抵抗と表面抵抗を測定することができる。また、上記同様の理由により、体積抵抗測定用電極の内、球電極ではない他方の電極は、略円柱ローラ状の軸電極とするのが好ましく、表面抵抗測定用の２つの電極は、いずれも球電極とするのが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明は、シート状又はベルト状の被測定物の一面に当接させる電極と該被測定物の他面に当接させる電極とからなる一対の体積抵抗測定用電極、及びシート状又はベルト状の被測定物の同一面に当接させる２つの電極からなる一対の表面抵抗測定用電極において、上記一対の体積抵抗測定用電極のいずれか一方は被測定物の表面上を回動自在な球電極とすると共に上記一対の体積抵抗測定用電極の他方は円柱ローラ状の軸電極とし、上記一対の表面抵抗用電極はいずれも被測定物の表面上を回動自在な球電極とし、上記球電極を所要の位置に設定すると共に、該球電極の下に被測定物を挟んで受圧用のプレッシャーバーを設置し、一対の電極を任意の距離でオフセットすると共に、
上記一対の体積抵抗測定用電極あるいは一対の表面抵抗測定用電極の内、いずれか一対の電極を、電圧印加電極として切り替えスイッチにより選択し、
上記選択した電極間に電圧を印加し、電圧印加時に上記電極間の被測定物に流れる電流を測定することで任意の範囲の体積抵抗あるいは表面抵抗を測定することを特徴とする抵抗測定方法を提供している。
【００２０】
このように、電極の位置を適宜設定し、切り替えスイッチにより、電圧を印加する電極を選択可能とすることで、体積抵抗と表面抵抗の２つ値を、１つの装置により簡易に精度良く測定することができる。従って、装置の設備や配置を変更することなく、連続して短時間で体積抵抗と表面抵抗を測定することができる。また、上記同様の理由により、体積抵抗測定用電極の内、球電極ではない他方の電極は、略円柱ローラ状の軸電極とするのが好ましく、表面抵抗測定用の２つの電極は、いずれも球電極とするのが好ましい。
【００２１】
本発明において、被測定物の表面上を回動自在な球電極を用いているが、上記球電極において被測定物とは反対側を複数の小さな球体と多数の点接触により接触させることで、被測定物の表面上をあらゆる方向に回動自在な構成としているのが好ましい。これにより、球電極は、あらゆる方向に自由に回転可能であり、容易に測定点を変更することができる。
【００２２】
また、上記各球電極の下には受圧用のプレッシャーバーを設置している。被測定物が球電極とプレッシャーバーの間に挟まれるような構成とし、球電極に上方から一定の荷重を負荷することで、球電極と被測定物との接触面積を一定にすることができる。上記荷重の大きさとしては２０ｇｆ以上が好ましい。
【００２３】
さらに、測定精度向上のためには、上記球電極と被測定物とは点接触、軸電極と被測定物とは線接触とすることが好ましい。また、電圧印加時に電極間に流れる電流は１０ｐＡ〜１０μＡであるのが好ましい。なお、上記電圧を付加する２つの電極は、どちらをアノードにしてもカソードにしても構わない。球電極の接触面積径は、φ１ｍｍ〜φ２ｍｍであるのが好ましい。
【００２４】
また、本発明の被測定物はベルト状であり、２本の懸架軸にベルトを懸架し、ベルトを周方向に移動可能とすることが好ましい。これにより、抵抗の連続測定を、よりスムーズにすることができる。なお、被測定物がシート状である場合には、測定したいシートの形状に合わせて開口部を有するベルトを作成し、該ベルトの開口部にシートを埋め込み、ベルト状と同様に周方向、軸方向に移動させ、測定することもできる。
【００２５】
詳細には、本発明において、以下の互いに垂直な２方向に対して移動の自由度を持つので、ベルト面内の任意の位置が連続で自動測定でき、また、各測定部位の位置も正確に記録することができる。
▲１▼ベルト周方向（長さ方向）の移動
ベルト周方向の移動は、ベルト懸架した軸を回転させることで行うのが好ましい。一方の軸にはエンコーダーが設置してありベルト表面に添付したマーカを基準として位置情報を得ることができる。
▲２▼ベルト軸方向（幅方向）の移動
ベルトの軸方向に対しては、電極そのものをトラバースすることで行う。ここにもトラバース方向の位置情報を得るためのセンサーが設置してあり、上記周方向の位置情報と併せて正確な位置情報を伴った抵抗測定が可能である。
【００２６】
電極間の被測定物に流れる電流Ｉを測定し、印加した電圧Ｖから体積抵抗ＲＶと表面抵抗ＲＳを求め、各々下記変換式（１）、（２）に代入して体積抵抗率ρＶ（Ω・ｃｍ）と表面抵抗率ρＳ（Ω／□）を算出する。
・変換式（１）
体積抵抗率ρＶ（Ω・ｃｍ）

・変換式（２）
表面抵抗率ρＳ（Ω／□）

ここで、ｔ：被測定体の厚み、ａ：球電極の接触半径、ｈ：球電極と軸電極の距離、ｄ：２つの球電極間の距離である。上記変換式において、表面抵抗率は図８に基づき算出している。体積抵抗率は図９に基づき、アノード電極の半径ｂが無限大になると仮定して算出している。算出式を以下に示す。
数式（３）

【００２７】
表面抵抗測定において、２つの電極間のオフセット距離（電極と被測定物との接触円の中心間距離）は、被測定物の表面抵抗の値によって異なるが、８０ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下であるのが良く、被測定物の表面抵抗値が大きいほど、オフセット距離は小さい方が好ましい。
オフセット距離の下限値は電極の大きさに左右されるが、電極間で放電がおきないように、電極筐体間は１ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上あけておく方が良い。オフセット距離が大きすぎると、測定面積が大きくなり値がまるまってしまい測定精度が低下しやすい。
【００２８】
体積抵抗測定において、球電極と軸電極等の２つの電極間のオフセット距離は、被測定物の体積抵抗の値によって異なるが、８０ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下であるのが良く、被測定物の体積抵抗値が大きいほど、オフセット距離は小さい方が好ましい。
オフセット距離の下限値は軸電極の径と球電極の受圧バー（プレッシャーバー）の大きさによるが、電極軸の直上に球電極がこないように必ずオフセットさせなければならない。球電極が直上にセットされると電極がコンデンサーとして機能して、電荷が電極間に蓄積される間、吸収電流が流れて電流が一定になるまで時間がかかってしまうからである。
【００２９】
球電極、及び軸電極の材質としては、被測定体よりも抵抗が十分（３桁以上）低く、接触により変形しないような硬質の材質が良い。具体的には、各種金属を単体で用いても良く、導通を上げるために表面に、より抵抗の低い金属をメッキしても良い。また、中心にセラミックや硬質の樹脂を用い、その表面に金属をメッキしても良い。電極表面の粗さは小さい方が良く、具体的には、表面粗さＲｚ＜３μｍであることが好ましい。
【００３０】
本発明の抵抗測定装置の測定対象となる導電性を有するシート又はベルトの材質としては、種々のゴム、樹脂、エラストマーが挙げられ、これらを充填剤等と共に適宜組み合わせたものでも良い。具体的には、イオン導電性ポリマー、金属酸化物の粉末やカーボンブラック等の導電性充填剤等を配合したポリマー等が挙げられる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３は本発明の第1実施形態の抵抗測定装置を示し、抵抗測定装置１０は、被測定物であるベルト１の一面１ａに当接させる２つの球電極１１、１２と、ベルト１の他面１ｂに当接させる円柱ローラ状の軸電極１３と、所要電極間に電圧を印加する電圧源１４と、電圧印加時に電極間のベルト１に流れる電流を測定する電流測定手段１５とを備えている。
【００３２】
ベルト１の一面１ａ側の球電極１１と、ベルト１の他面１ｂ側の軸電極１３とをベルト１の周方向に４０ｍｍの距離Ｄ１でオフセットして一対の体積抵抗測定用電極としている。具体的には、球電極１１をアノード、軸電極１３をカソードとする構成としている。また、ベルト１の一面１ａ側の２つの球電極１１、１２をベルト１の周方向に４０ｍｍの距離Ｄ２でオフセットして一対の表面抵抗測定用電極としている。具体的には、球電極１１をアノード、球電極１２をカソードとする構成としている。また、抵抗測定装置１０は、電圧源１５により電圧を印加する電極を、体積抵抗測定用電極あるいは表面抵抗測定用電極のいずれかに切り替え可能なスイッチＳＷを有している。
【００３３】
球電極１１（１２も同様）は、具体的には、図２に示すように、球電極１１においてベルト１との接触側と反対側がカバー１７で覆われており、カバー１７と球電極１１の間には、１１個の小球体１８が配置され、球電極１１（φ１８ｍｍ、ステンレス製）と小球体１８（φ４ｍｍ、ステンレス製）とは多数の点接触により接触し、球電極１１はベルト１の表面上を回動自在な構成としている。
【００３４】
また、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、ベルト１の軸方向及び周方向に回動自在な球電極１１（１２も同様）の下にはアルミニウム製の受圧用のプレッシャーバー１９が設置されている。プレッシャーバー１９は円柱ローラ状とし、ベルト１の軸方向と平行に配置している。ベルト１は球電球１１とプレッシャーバー１９の間に挟まれるような構成とされ、球電極１１には上方から２０ｇｆの荷重Ｆが負荷され、球電極１１とベルト１とは点接触し、プレッシャーバー１９とベルト１とは線接触している。
また、ベルト１は、ポリイミド製の中間転写ベルトとし、一方を懸架軸を兼ねた軸電極１３に、他方を懸架軸１６に張架し、ベルト１は懸架軸により周方向に移動可能な構成としている。
【００３５】
次に、抵抗測定装置１０を用いた抵抗測定方法について詳述する。
体積抵抗測定時には、球電極１１と軸電極１３とを所要の位置に設定し、表面抵抗測定時には、球電極１１と球電極１２とを所要の位置に設定する。各電極を所要位置に設定後、一対の体積抵抗測定用電極あるいは一対の表面抵抗測定用電極の内、いずれか一対の電極を電圧印加電極として切り替えスイッチにより選択し、選択した電極間に電圧を印加し、電圧印加時に上記電極間のベルトに流れる電流を測定する。上記測定値を基に、体積抵抗あるいは表面抵抗を測定する。
【００３６】
このように、ベルト１の表面上を回動自在な球電極１１、１２を用いることにより、ベルトの軸方向、あるいは周方向において、容易に測定点を変更することができ、微小部分の測定を可能にすることができる。また、両電極間をオフセットすることにより、吸収電流の影響をなくすことができ、測定精度を向上させることができる。さらに、切り替えスイッチＳＷを設け、電圧を印加する電極を選択可能とすることにより、体積抵抗と表面抵抗の２つ値を、１つの装置により簡易に精度良く測定することができる。従って、装置の設備や配置を変更することなく、連続して体積抵抗と表面抵抗を測定することができる。
【００３７】
また、簡易に体積抵抗のみを測定できる参考第１実施形態の体積抵抗測定装置２０を図４に示す。
体積抵抗測定装置２０は、被測定物であるベルト１の一面１ａに当接させ、ベルト１の表面上を回動自在としている球電極２１と、ベルト１の他面１ｂに当接させる円柱ローラ状の軸電極２３と、所要電極間に電圧を印加する電圧源２４と、電圧印加時に電極間のベルト１に流れる電流を測定する電流測定手段２５とを備えている。ベルト１は、一方を懸架軸を兼ねた軸電極２３に、他方を懸架軸２６に張架され、プレッシャーバー２９と球電極２１との間で圧接されている。
ベルト１の一面１ａ側の球電極２１と、ベルト１の他面１ｂ側の軸電極２３とをベルト１の周方向に４０ｍｍの距離でオフセットして一対の体積抵抗測定用電極としている。具体的には、球電極２１をアノード、軸電極２３をカソードとする構成としている。
【００３８】
このように、ベルト１の表面上を回動自在な球電極２１を用いることにより、ベルト１の軸方向、あるいは周方向において、容易に測定点を変更することができる。このため、微小部分の測定が可能になると共に、簡易な操作で測定範囲を変更して体積抵抗の連続測定が可能となり、ベルト１の面内方向の体積抵抗分布を把握することができる。また、ベルト１の周方向における球電極２１と軸電極２３の距離をオフセットすることにより、吸収電流の影響をなくすことができ、測定精度を向上させることができる。
【００３９】
また、簡易に表面抵抗のみを測定できる参考第２実施形態の表面抵抗測定装置３０を図５に示す。
表面抵抗測定装置３０は、被測定物であるベルト１の一面１ａに当接させ、ベルト１の表面上を回動自在としている２つの球電極３１、３２と、球電極３１、３１間に電圧を印加する電圧源３４と、電圧印加時に電極間のベルト１に流れる電流を測定する電流測定手段３５とを備えている。ベルト１は、懸架軸３６Ａ、３６Ｂに張架され、プレッシャーバー３９と球電極３１、３２との間で圧接されている。
また、ベルト１の一面１ａ側の２つの球電極３１、３２をベルト１の周方向に４０ｍｍの距離でオフセットして一対の表面抵抗測定用電極としている。具体的には、球電極３１をアノード、球電極３２をカソードとする構成としている。
【００４０】
このように、ベルト１の表面上を回動自在な球電極を用いることにより、ベルト１の軸方向、あるいは周方向において、容易に測定点を変更することができる。このため、微小部分の測定が可能になると共に、簡易な操作で測定範囲を変更して表面抵抗の連続測定が可能となり、ベルト１の面内方向の表面抵抗分布を把握することができる。また、球電極３１、３２間をオフセットすることにより、吸収電流の影響をなくすことができ、測定精度を向上させることができる。
【００４１】
以下、本発明の抵抗測定装置の実施例について詳述する。
上記第１実施形態の抵抗測定装置を用い、微小範囲の抵抗測定を連続的に行い、抵抗の分布状態を測定した。スイッチにより電圧印加電極を変更し、以下の条件により体積抵抗及び表面抵抗の測定を行った。
【００４２】
測定対象：中間転写ベルト（材質、ポリイミド）
寸法：φ１６８ｍｍ×３３０ｍｍ
測定条件
（体積抵抗測定）
印加電圧：１０００Ｖ
周方向ピッチ：１ｍｍ毎にサンプリング
軸方向ピッチ：２０ｍｍおきに測定
（表面抵抗測定）
印加電圧：１０００Ｖ
周ピッチ：１ｍｍ毎にサンプリング
軸ピッチ：２０ｍｍおきに測定
【００４３】
上記抵抗測定装置により測定された体積抵抗率及び表面抵抗率の周方向及び軸方向の分布状態を図６、７に示す。抵抗率の分布状態を色の変化により表した。
（測定結果）
体積抵抗：１０^９．３Ω〜１０^９．８Ω
表面抵抗：１０^８．８Ω〜１０^１０．０Ω
図６、７において表した体積抵抗率（ｌｏｇ（Ω・ｃｍ））、表面抵抗率（ｌｏｇ（Ω／□））の値は、上記測定により得られた体積抵抗、表面抵抗の値を基に上述した変換式より算出した。
【００４４】
図６、７に示すように、球電極を有する本発明の抵抗測定装置を用いて測定しているため、微小な範囲の抵抗率の測定が可能であり、ベルトの軸方向、周方向における抵抗率の細かな分布状態を把握できることが確認できた。図６では、周方向の中心位置を境として体積抵抗率の分布状態が大きく異なっていた。図７では、全体的に表面抵抗率は一様に分布しているが、部分的に表面抵抗率が低くなっている箇所が見られた。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、体積抵抗測定用電極と表面抵抗測定用電極を有する抵抗測定装置において、切り替えスイッチを設け、電圧を印加する電極を選択可能とすることにより、体積抵抗と表面抵抗の２つ値を、１つの装置により簡易に精度良く測定することができる。従って、装置の設備や配置を変更することなく、連続して体積抵抗と表面抵抗を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の抵抗測定装置の概略構成図である。
【図２】球電極の構成を示す図である。
【図３】球電極と被測定物の関係を示し、（Ａ）は被測定物の周方向の状態を示す図、（Ｂ）は軸方向の状態を示す図である。
【図４】参考第１実施形態の体積抵抗測定装置の概略構成図である。
【図５】参考第２実施形態の表面抵抗測定装置の概略構成図である。
【図６】体積抵抗率の分布状態を示す図である。
【図７】表面抵抗率の分布状態を示す図である。
【図８】表面抵抗率の算出のための電極接触モデルを示す図である。
【図９】体積抵抗率の算出のための電極接触モデルを示す図である。
【符号の説明】
１ベルト
１０抵抗測定装置
１１、１２球電極
１３軸電極
１４電圧源
１５電流測定手段
２０体積抵抗測定装置
３０表面抵抗測定装置
ＳＷスイッチ

Claims

シート状又はベルト状の被測定物の一面に当接させる２つの電極と、該被測定物の他面に当接させる電極と、所要電極間に電圧を印加する電圧源と、電圧印加時に電極間の被測定物に流れる電流を測定する電流測定手段とを備えた抵抗測定装置において、
上記被測定物の一面側のいずれか一方の電極と上記被測定物の他面側の電極とは任意の距離でオフセットされ一対の体積抵抗測定用電極とし、上記被測定物の一面側の２つの電極は任意の距離でオフセットされ一対の表面抵抗測定用電極とし、上記被測定物の一面側の２つの電極はいずれも被測定物の表面上を回動自在な球電極とする一方、上記被測定物の他面側の電極は円柱ローラ状の軸電極とし、上記球電極の下には被測定物を挟んで受圧用のプレッシャーバーが設置されていると共に、
上記電圧源により電圧を印加する電極を、上記体積抵抗測定用電極あるいは表面抵抗測定用電極のいずれかに切り替え可能なスイッチを有することを特徴とする抵抗測定装置。
シート状又はベルト状の被測定物の一面に当接させる電極と該被測定物の他面に当接させる電極とからなる一対の体積抵抗測定用電極、及びシート状又はベルト状の被測定物の同一面に当接させる２つの電極からなる一対の表面抵抗測定用電極において、上記一対の体積抵抗測定用電極のいずれか一方は被測定物の表面上を回動自在な球電極とすると共に上記一対の体積抵抗測定用電極の他方は円柱ローラ状の軸電極とし、上記一対の表面抵抗用電極はいずれも被測定物の表面上を回動自在な球電極とし、上記球電極を所要の位置に設定すると共に、該球電極の下に被測定物を挟んで受圧用のプレッシャーバーを設置し、一対の電極を任意の距離でオフセットすると共に、
上記一対の体積抵抗測定用電極あるいは一対の表面抵抗測定用電極の内、いずれか一対の電極を、電圧印加電極として切り替えスイッチにより選択し、
上記選択した電極間に電圧を印加し、電圧印加時に上記電極間の被測定物に流れる電流を測定することで任意の範囲の体積抵抗あるいは表面抵抗を測定することを特徴とする抵抗測定方法。