JP2021179352A

JP2021179352A - 粉体の抵抗率測定装置および抵抗率測定方法

Info

Publication number: JP2021179352A
Application number: JP2020084456A
Authority: JP
Inventors: 浩栗原; Hiroshi Kurihara; 俊文西井; Toshifumi Nishii; 元寛齋藤; Motohiro Saito; 恵右森下; Keisuke Morishita
Original assignee: Nittoseiko Analytech Co Ltd
Current assignee: Nittoseiko Analytech Co Ltd
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2040-05-13
Also published as: JP7411501B2

Abstract

【課題】各種粉体の体積抵抗率を測定する粉体の抵抗率測定装置および抵抗率測定方法であって、嵩密度を基準とする正確な体積抵抗率を測定できる抵抗率測定装置および抵抗率測定方法を提供する。【解決手段】抵抗率測定装置は、粉体Ｓを収容するシリンダー２、プローブユニット３ａ、これらが搭載された基台１１、加圧用のピストン４、ピストン４を相対的に上下動させる昇降機構、ピストン４の挿入長さを計測する高さゲージを備え、プローブユニット３ａとシリンダー２の内周部との隙間９０、排気流路９１、９２を介し、真空ポンプによりシリンダー２内の空気を排気可能に構成される。体積抵抗率の測定では、シリンダー２内の空気を排気しながら粉体Ｓを漸次圧縮し、各圧縮状態における粉体Ｓの厚さを高さゲージによって計測し且つ抵抗値をプローブユニット３ａによって計測することにより、各圧縮状態の粉体Ｓの嵩密度に対する体積抵抗率を測定する。【選択図】図１

Description

本発明は、粉体の抵抗率測定装置および抵抗率測定方法に関するものであり、詳しくは、電子材料や電極材料などに使用される各種粉体の物性評価に利用可能な体積抵抗率を測定する抵抗率測定装置および抵抗率測定方法に関するものである。

電子材料や電極材料の製造においては、一層の性能向上を目指すため、製品評価と共に、材料設計の段階からその原料自体の物性を正確に評価することが求められている。これらの原料の多くは、粉体または顆粒として取り扱われるいわゆる微粒子であり、その物性の一つとして、集合状態における単位体積当たりの電気抵抗を表わす体積抵抗率（以下、「抵抗率」と適宜略記する。）が使用される。

例えば、電子写真感光体の原材料となる無機粉体の体積抵抗率の測定においては、試料としての粉体を加圧成形し、その成形体の上下端に設けた電極間で定電圧を印加した場合に流れる電流値から成形体の抵抗値を測定することにより、成形体の体積に基づいて抵抗率を算出し、更に、成形体の空隙率を加味して常態試料における抵抗率を推定している（特許文献１）。

上記のような原理を利用した抵抗率測定装置は、例えば、試料としての粉体を収容するシリンダーと、シリンダーの底部を構成する円盤状のプローブユニットと、シリンダー及びプローブユニットが搭載された基台と、シリンダーに挿入された加圧用のピストンと、基台に対してピストンを相対的に上下動させる油圧ジャッキとから主として構成される。そして、抵抗率の測定においては、粉体をシリンダーに収容した後、ピストンを相対的に押し下げることによりシリンダー内の粉体を漸次圧縮しながら、各圧縮状態における粉体の厚さ及び加圧力を計測し、かつ、プローブユニットにより抵抗値を測定する。

抵抗率測定装置においては、低抵抗の試料については、４探針方式のプローブを使用して定電流印加法により抵抗値を測定することができ、また、高抵抗の試料については、リング電極方式のプローブを使用して定電圧印加法により抵抗値を測定することができる。粉体の抵抗率は、荷重を増大させるに従い減少するが、粉体の物性評価においては、通常、荷重に対する抵抗率の変化を座標に示し、これを物性として利用している。なお、上記のような抵抗率測定装置は、例えば、日東精工アナリテック株式会社製の粉体抵抗測定システム（商品名：ＭＣＰ−ＰＤ５１）として入手可能である（非特許文献１，非特許文献２）。

特開２０１５−１０８７９２号公報

日東精工アナリテック株式会社のウェブサイト「抵抗率の測定方法体積抵抗率」（https://www.mccat.co.jp/instrument/resistivity-meters/ghlup1.html）日東精工アナリテック株式会社のウェブサイト「粉体抵抗測定システムＭＣＰ−ＰＤ５１型」（https://www.mccat.co.jp/instrument/resistivity-meters/mcp-pd51.html）

ところで、上記のような体積抵抗率の測定においては、粉体を加圧する面積、すなわち、粉体を収容するシリンダーの断面積と、加圧された状態における粉体の厚さ、すなわち、加圧用のピストンの位置から計測されるシリンダー内の粉体の高さと、測定された抵抗値とに基づき、体積抵抗率自体は各圧縮状態ごとに正確に測定することができる。

しかしながら、ピストンの押し下げによるシリンダー内での粉体の圧縮状態、すなわち、詰まり具合は、粉体を構成する粒子の形状、粒径や粒径分布によって相違するため、同一の試料を同じ加圧力で圧縮した場合でも、実際、抵抗値に違いが生じており、その結果、荷重に対する体積抵抗率という指標は、物性を評価する基準として信頼性に欠けるという問題がある。

一方、圧縮状態の粉体の抵抗率を把握する場合、本来、荷重ではなく、嵩密度を基準とするならば、粉体の圧縮状態の違いによる影響を排除でき、より信頼性の高い物性評価が可能となる筈である。しかしながら、従来の抵抗率測定装置においては、シリンダーに一定量の試料を収容しているにも拘わらず、ピストンを押し下げるに従い、シリンダー内周部とピストンとの僅かな隙間から、粉体中の空気と共に粉体自体も漏出し、シリンダーに収容した試料の質量が変動するため、嵩密度を正確に特定するのが難しく、嵩密度に対する体積抵抗率を正確に測定できていないのが実情である。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各種粉体の体積抵抗率を測定する粉体の抵抗率測定装置および抵抗率測定方法であって、粉体の圧縮状態の違いによる誤差を生じることがなく、嵩密度を基準とする正確な体積抵抗率を測定できる粉体の抵抗率測定装置および抵抗率測定方法を提供することにあり、また、粉体の物性を評価するための新たな指標を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明においては、試料である一定量の粉体をシリンダーに収容し、ピストンを押し下げてシリンダー内の粉体を漸次圧縮する際、真空ポンプを使用し、シリンダーの底部に設けられた微小な隙間からシリンダー内の空気、すなわち、粉体内に含まれる空気を強制的に排気しながら圧縮することにより、シリンダーからの粉体の漏出を防止し、これにより、圧縮途中の状態における各嵩密度を特定し、かつ、そのときの抵抗値を測定するようにした。

すなわち、本発明は２つの要旨からなり、その第１の要旨は、嵩密度に対する体積抵抗率を測定する粉体の抵抗率測定装置であって、試料としての粉体を収容するシリンダーと、当該シリンダーに嵌合してシリンダーの底部を構成する円盤状のプローブユニットと、前記シリンダーを固定するシリンダー支持ブロックと共に前記シリンダー及び前記プローブユニットが搭載された基台と、前記シリンダーの内周面に摺接する状態で当該シリンダーに挿入される加圧用のピストンと、前記基台に対して前記ピストンを相対的に上下動させる昇降機構と、前記シリンダーに対する前記ピストンの挿入長さを計測する高さゲージとを備え、前記プローブユニットは、シリンダーの内周部に対し、粉体が漏出することなく空気を通過させる隙間を設けて配置され、前記シリンダー支持ブロックには、前記隙間に通じる排気流路が設けられ、当該排気流路に真空ポンプが接続されていることにより、前記シリンダー内の空気を排気可能に構成されていることを特徴とする粉体の抵抗率測定装置に存する。

また、本発明の第２の要旨は、上記の抵抗率測定装置を使用した粉体の抵抗率測定方法であって、試料としての一定量の粉体をシリンダーに収容し、次いで、真空ポンプを作動させて前記シリンダー内の空気を排気しながら、ピストンを相対的に押し下げることにより前記シリンダー内の粉体を漸次圧縮すると共に、各圧縮状態における粉体の厚さを高さゲージによって計測し且つ粉体の抵抗値をプローブユニットによって計測することにより、各圧縮状態の粉体の嵩密度に対する体積抵抗率を測定することを特徴とする粉体の抵抗率測定方法に存する。

本発明によれば、シリンダー内の粉体を漸次圧縮する際、シリンダーの内周部とシリンダー底部のプローブユニットとの微小な隙間を通じて、粉体内に含まれる空気を真空ポンプによって強制的に排気しながら圧縮することにより、シリンダーからの粉体の漏出を防止し、最初に計量された粉体の質量を保持できるため、粉体を圧縮しながら嵩密度を随時測定でき且つそのときの抵抗値を測定でき、これにより、粉体の嵩密度と体積抵抗率との関係を高精度に特定できる。従って、本発明によれば、各種の粉体試料についてその物性を評価するに当たり、嵩密度に対する体積抵抗率という信頼性の高い指標を提供できる。

本発明に係る粉体の抵抗率測定装置の４探針方式のプローブを備えた主要部の構成例を模式的に示す縦断面図である。本発明に係る粉体の抵抗率測定装置のリング電極方式のプローブを備えた主要部の構成例を模式的に示す縦断面図である。本発明に係る粉体の抵抗率測定装置の全体システムを示す説明図である。本発明に係る粉体の抵抗率測定装置および抵抗率測定方法によって荷重に対する嵩密度の関係を確認したグラフである。本発明に係る粉体の抵抗率測定装置および抵抗率測定方法によって嵩密度に対する体積抵抗率の関係を確認したグラフである。従来の抵抗率測定装置および抵抗率測定方法によって荷重に対する嵩密度の関係を確認したグラフである。従来の抵抗率測定装置および抵抗率測定方法によって嵩密度に対する体積抵抗率の関係を示したグラフである。

本発明に係る粉体の抵抗率測定装置（以下、「測定装置」と略記する。）及び本発明に係る粉体の抵抗率測定方法（以下、「測定方法」と略記する。）の実施形態を図面に基づいて説明する。

先ず、本発明の測定装置について説明する。図３中に符号１で示す本発明の測定装置は、粉体の嵩密度に対する体積抵抗率を測定するための装置であり、抵抗率測定システムを構成する。斯かる抵抗率測定システムは、本体である測定装置１に加えて、油圧ポンプ５１、真空ポンプ６、制御・解析用のコンピュータ８０、抵抗測定器８１、コントローラ８２から主として構成される。

本発明の測定装置１は、図１に示すように、試料としての粉体Ｓを収容するシリンダー２と、当該シリンダーに嵌合してシリンダー２の底部を構成する円盤状のプローブユニット３ａと、シリンダー２及びプローブユニット３ａが搭載された基台１１と、シリンダー２の内周面に摺接する状態で当該シリンダーに挿入された加圧用のピストン４と、基台１１に対してピストン４を相対的に上下動させる昇降機構（例えば図３に示す油圧ジャッキ５２）とを備えており、そして、図３に示すように、外形が例えば直方体のケーシング１０にこれらの部材を収容して構成される。

図１に示すように、シリンダー２は、絶縁材料からなる円筒状の内筒２０と、後述するシリンダー支持ブロック１７に掛止するための鍔が下端部に設けられ且つ内筒２０を収容する略円筒状の外筒２１とから構成された試料容器であり、通常、内筒２０は内径が５〜５０ｍｍ程度、高さが１０〜５０ｍｍ程度に設計される。シリンダー２は、シリンダー支持ブロック１７に取り付けられ、斯かるシリンダー支持ブロック１７は、平面形状が円形の台座１３の上面に円環状の保持リング１４を配置して構成される。

シリンダー２の内筒２０は、下端部が外筒２１から下方へ突出する長さとされ、内筒２０の下端部には、保持リング１４の中心にシリンダー２を配置するための外周リング２４が配置される。外周リング２４は、０．５〜２ｍｍ程度の隙間を設けて保持リング１４に挿入され、前記の隙間は、外周リング２４の外周部に装着されたシール材１５によって封止される。外周リング２４の上下面には、各々、シール材押え環２３、固定リング２５が配置され、固定リング２５の下面側から螺着されたねじ（図示省略）により、外筒２１の下端部に内筒２０が組み付けられる。また、シール材押え環２３、外周リング２４、固定リング２５の各厚さの設定により、内筒２０下端の固定リング２５の下面には、０．５〜２ｍｍ程度の後述する隙間が形成されている。

上記の２つの隙間、すなわち、台座１３の上面とシリンダー２の下端（固定リング２５下面）との隙間、および、保持リング１４の内周面と固定リング２５の外周面との隙間が、粉体Ｓに含まれる空気を排気するための排気流路９１を構成している。また、保持リング１４の内部には、後述する真空ポンプ６（図３参照）に至る排気流路９２が設けられており、上記の排気流路９１は、保持リング１４内の排気流路９２に通じている。なお、排気流路９２には、継手９３を介して排気ライン６１（図３参照）が繋ぎ込まれる。

図１に示すように、シリンダー２の底部は、台座１３の上面に配置されるプローブユニット３ａで構成される。図１に例示したプローブユニット３ａは、低抵抗の粉体Ｓの抵抗率を測定する４探針方式のプローブユニットであり、絶縁材としてのセラミック円盤に４本の針状電極を直線上に配置して構成され、これら４本の電極を試料に接触させ、外側の二探針間に一定電流を流し、内側の二探針間に生じる電位差を測定して抵抗を求めるものである。なお、台座１３の側面には、プローブの配線を計測機器に接続するためのコネクター３９が取り付けられている。

また、高抵抗の粉体Ｓの抵抗率を測定する場合は、図２に示すように、プローブユニットとして、上記のプローブユニット３ａに替えて、リング電極方式のプローブユニット３ｂが使用される。プローブユニット３ｂは、絶縁材としてのセラミック円盤と円板状の電極とを順次に重ねて構成されたものであり、後述するピストン４の電極４１ｂから一定の高電圧を印加し、粉体Sを通過して流れる電流を測定して粉体Ｓの抵抗を求めるものである。なお、プローブユニット３ｂの電極として、外側のガード電極と内側の主電極（電流検出電極）とからなる２重リング電極を配置することもできる。

図１に示すように、シリンダー２及びプローブユニット３ａは、シリンダー２を固定する上記のシリンダー支持ブロック１７と共に基台１１に搭載される。そして、図３に示すように、基台１１は、ケーシング１０の底部に立設されたガイドバー１２に沿って上下に昇降自在に配置され、かつ、ケーシング１０の上部に配置されたコイルばね等の弾性体１６により常時下方に向けて付勢されている。また、ケーシング１０の天井部には、基台１１の上昇操作によりピストン４の上端を相対的に加圧するためのヘッド部４２が設けられている。なお、図２に例示する装置も、シリンダー２、シリンダー支持ブロック１７及び基台１１の組立構造は、図１における装置と同様である。

加圧用のピストン４は、図１及び図２において外形で示されており、低抵抗の粉体Ｓの抵抗率を測定する場合、図１に示すように、ピストン４の先端の加圧部４１ａは、絶縁材であるセラミック円盤で構成される。一方、高抵抗の粉体Ｓの抵抗率を測定する場合、図２に示すように、ピストン４の先端の加圧部４１ｂは、絶縁材であるセラミック円盤の下面側に円盤状の電極を積層して構成され、斯かる電極には、ピストン４の頭部に付設されたコネクター４９を介し、抵抗測定器８１から所定の電圧が印加されるようになされている。

上記のピストン４は、粉体Ｓを収容したシリンダー２に挿入されるが、ピストン４の先端側は、シリンダー２の内筒２０の内周面に摺接する状態、具体的には、２０〜５０μｍの寸法差（内筒２０の内径とピストン４の直径との差）を持たせて摺動可能に挿入されている。そして、図３に示すように、基台１１の下面側のケーシング１０の底部には、昇降機構としての油圧ジャッキ５２が配置されており、後述する油圧ポンプ５１によって油圧ジャッキ５２を加圧することにより、基台１１が上昇するようになされている。これにより、ピストン４は、ヘッド部４２に突き当たって基台１１に対して相対的に下降し、シリンダー２内の粉体Ｓを加圧することができる。なお、油圧ジャッキ５２としては、出力５〜５０ｋＮ程度のものが使用される。

本発明の測定装置１においては、ピストン４を押し下げてシリンダー２内の粉体Ｓを圧縮する際、粉体Ｓ内に含まれる空気を排気するため、図１及び図２に示すように、プローブユニット３ａ，３ｂは、シリンダー２の内筒２０の内周部に対し、粉体Ｓが漏出することなく空気を通過させる隙間９０を設けて配置される。しかも、上記のように、シリンダー支持ブロック１７には、隙間９０に通じる前述の排気流路９１、９２及び継手９３が設けられており、そして、図３に示すように、排気流路９２に真空ポンプ６が接続されていることにより、シリンダー２内の空気を排気可能に構成されている。これにより、測定装置１においては、粉体Ｓを圧縮する際、シリンダー２からの粉体Ｓの漏出、すなわち、シリンダー２とピストン４との隙間からの粉体Ｓの漏れを防止することができ、測定中の粉体Ｓの質量を一定量に維持できる。

シリンダー２の内周部（内筒２０の内周部）とプローブユニット３ａ，３ｂとの隙間９０は、通常は２０〜５０μｍ、好ましくは２５〜３５μｍに設定される。上記の隙間９０の大きさを規定する理由は次の通りである。すなわち、隙間９０が２０μｍ未満の場合は、シリンダー２の内筒２０に対する嵌め合いの寸法差が小さく測定前の組み立て操作が難しくなり、また、シリンダー２からの排気効率が悪く、ピストン４の下降速度を低く設定する必要があるため、測定時間が長くなるという問題がある。他方、隙間９０が５０μｍを超えた場合は、隙間９０から粉体も排出され、粉体Ｓの嵩密度が変化するため、測定精度が低下するという問題が生じる。

また、図３に示すように、測定装置１においては、粉体Ｓの厚さを計測するための高さゲージ７１が設けられる。高さゲージ７１は、例えば伸縮式バーを備えた電子式ダイアルゲージで構成され、ヘッド部４２から水平に張り出されたシャフトに対し、ステム先端が接触する状態で基台１１上に垂直に取り付けられる。そして、高さゲージ７１は、シリンダー２の高さ（上下方向の位置）、すなわち、シリンダー２に対するピストン４の相対的な挿入深さを計測することにより、粉体Ｓの厚さを測定する機能を有する。更に、体積抵抗率の測定ポイント（目安）を特定するため、上記のヘッド部４２には、ピストン４の加圧力、すなわち、粉体Ｓに加えられた加圧力を計測する荷重計７２が設けられる。通常、荷重計７２としては、荷重の大きさを電気信号に変換するロードセルが使用される。

図３に示すように、測定装置１には、油圧ポンプ５１、真空ポンプ６、コンピュータ８０、抵抗測定器８１及びコントローラ８２が接続される。油圧ジャッキ５２を作動させる油圧ポンプ５１は、油圧ライン５３を介して油圧ジャッキ５２に繋ぎ込まれている。斯かる油圧ポンプ５１としては、従来の測定装置で使用されていた手動式のプランジャポンプに代えて、リニアアクチュエータによってピストンの移動を制御するプランジャーポンプ方式の油圧ポンプが使用される。リニアアクチュエータとしては、例えば、サーボモーター又はステッピングモーターでボールねじを回転させてボールスクリューナットを往復動させることにより、直線状のガイドに取り付けられた移動ブロックの移動量および移動速度を制御する機構が挙げられる。油圧ポンプ５１は、そのピストンがリニアアクチュエータの移動ブロックに取り付けられていることにより、作動油の供給を精密に調節でき、油圧ジャッキ５２の昇降を正確に制御することができる。

また、図示を省略するが、ケーシング１０の底部に配置される昇降機構としては、油圧ジャッキ５２に代えて、回転位置および速度を制御可能なステッピングモーターやサーボモーターによりネジを回転させて基台１１を昇降させるネジ式ジャッキを採用することもできる。斯かるネジ式ジャッキは、例えば、モーターの軸に対し、減速比の比較的大きな変速ギアを介在させてボールネジまたは台形ネジを結合し、基台１１の下面に取り付けられたナットを前記のネジに螺合させることにより、ネジが回転した分だけ基台１１を上下動させる直動システムとして構成される。モーターによる昇降機構を採用した場合には、装置構成がシンプルとなり、モーターや制御回路のコストを低減できる。

真空ポンプ６は、図１及び図２に示すシリンダー支持ブロック１７の継手９３を介して排気流路９２に接続される。真空ポンプ６としては、粉体Ｓから排気する空気が微流量であり且つ確実に排気するため、ダイアフラムポンプが使用される。通常、真空ポンプ６の最大流量は５〜２０Ｌ／分程度、到達真空度は−２０〜−４０ｋＰａ程度である。

また、図３に示すように、抵抗測定器８１は、プローブユニット３ａ，３ｂで計測された抵抗値をデジタル信号に変換するものであり、得られた電気信号をコンピュータ８０に送信するように接続される。測定装置１に設けられた高さゲージ７１、荷重計７２は、それぞれ得られた電気信号をコントローラ８２を介してデジタル信号でコンピュータ８０に送信するように接続される。そして、コンピュータ８０は、コントローラ８２を介して油圧ポンプ５１に制御信号を送信するように構成される。

次に、上記の測定装置１を使用した本発明の測定方法について説明する。体積抵抗率の測定においては、準備作業として、先ず、シリンダー２をシリンダー支持ブロック１７に組み付け、シリンダー２の内筒２０に一定量の粉体Ｓを収容する。粉体の種類によっても異なるが、通常、シリンダー２に収容する粉体Ｓの量は、０．０１〜１０ｇ程度である。次いで、継手９３に排気ライン６１を接続し、真空ポンプ６を作動させてシリンダー２内の空気を排出しながらシリンダー２にピストン４をその先端が粉体Ｓに接触する程度まで挿入する。そして、シリンダー２、ピストン４と共にシリンダー支持ブロック１７を基台１１に載せる。なお、シリンダー２に粉体Ｓを収容するに当たり、その質量は予め計測しておく。

続いて、抵抗率の測定操作を開始する。抵抗率の測定においては、真空ポンプ６を再び作動させ、シリンダー２内の空気を排気しながら、油圧ポンプ５１を作動させ、油圧ジャッキ５２を上昇させることにより、基台１１と共にシリンダー２を一定の速度で持ち上げる。斯かる操作により、ヘッド部４２によってピストン４を相対的に押し下げ、シリンダー２内の粉体Ｓを漸次圧縮する。

粉体Ｓを圧縮する場合、シリンダー２からの空気の排気流量は、真空ポンプ６の制御により、３００〜３０００ｍＬ／分に設定する。シリンダー２からの排気流量を設定する理由は次の通りである。すなわち、シリンダー２からの排気流量が３００ｍＬ／分未満の場合は、測定時間が長くなるために分析効率が低下し、また、排気流量が３０００ｍＬ／分を超えた場合は、シリンダー２の内筒２０の内周部とプローブユニット３ａ，３ｂとの隙間９０における流速が大きくなり過ぎて粉体が吸引される虞がある。

また、粉体Ｓを圧縮する場合、目標値として、ピストン４による加圧力、換言すれば、粉体Ｓに対する圧縮力は、例えば０〜２０ｋＮの範囲の複数の圧縮領域に設定し、更に、ピストン４の相対的な押し下げ速度は、例えば７５〜０．１ｍｍ／分の範囲で複数段階に設定する。粉体Ｓに対する圧縮力とピストン４の押し下げ速度を設定する理由は次の通りである。すなわち、粉体Ｓの圧縮過程においては、粒子間の距離が近付いて密度が高くなるが、急激に圧縮するとこれに粒子の移動が追い付かなくなり、粉体Ｓに粗密のばらつきが生じて均一性が低下する。従って、粉体Ｓの密度の均一性を高める観点からは、出来る限りゆっくりと加圧するのが望ましいが、ピストン４の押し下げ速度を低下させるに従い、測定時間が長くなり、分析効率の低下を惹起する。また、目標とする荷重値において抵抗を測定する場合、ピストン４の押し下げ速度（圧縮速度）が速すぎると目標値をオーバーシュートし、測定精度が損なわれる。

本発明の測定方法においては、粉体Ｓに対する圧縮速度や荷重制御が重要であり、また、粉体Ｓを構成する粒子の硬度によっても加圧特性を考慮する必要がある。例えば、柔らかい粉体Ｓの場合は、ピストン４の押し下げ速度を低荷重領域で７５ｍｍ／分、高荷重領域で０．２ｍｍ／分に設定し、また、硬い粉体Ｓの場合は、ピストン４の押し下げ速度を低荷重領域で２５ｍｍ／分、高荷重領域で０．１ｍｍ／分に設定する。そして、上記のように、ピストン４の押し下げ速度を例えば７５ｍｍ／分以下に調整することにより、シリンダー２の上端から粉体Ｓの漏出を防止できる。

本発明の測定方法においては、上記のように、ピストン４の相対的な押し下げによって粉体Ｓを漸次圧縮する際、荷重計７２により粉体Ｓに対する荷重を計測しながら、予め設定した荷重値を測定ポイント（目安）として、各圧縮状態におけるシリンダー２の高さ（ピストン４の挿入長さ）を高さゲージ７１によって計測し、かつ、各圧縮状態における粉体Ｓの抵抗値をプローブユニット３ａ，３ｂによって計測する。

その場合、質量が予め計測された粉体Ｓをシリンダー２に収容しており、シリンダー２の内径は既知であり、高さゲージ７１で計測されたシリンダー２の高さから粉体Ｓの圧縮時の厚さを測定できるため、粉体Ｓの体積および嵩密度を演算することができる。そして、プローブユニット３ａ，３ｂによって粉体Ｓの抵抗値を測定することにより、各測定ポイント、換言すれば、各圧縮状態において、粉体Ｓの嵩密度に対する体積抵抗率を測定することができる。

上記のように、本発明においては、試料である一定量の粉体Ｓをシリンダー２内で漸次圧縮する際、シリンダー２の底部に設けられた微小な隙間９０からシリンダー２内の空気、すなわち、粉体Ｓ内に含まれる空気を真空ポンプ６によって強制的に排気しながら圧縮することにより、シリンダー２からの粉体の漏出を防止し、最初に計量された粉体Ｓの質量を保持できるため、粉体Ｓを圧縮しながら嵩密度を随時測定でき且つそのときの抵抗値を測定できる。これにより、粉体Ｓの嵩密度と体積抵抗率との関係を高精度に特定できる。従って、本発明によれば、各種の粉体試料についてその物性を評価するに当たり、嵩密度に対する体積抵抗率という信頼性の高い指標を提供できる。そして、本発明は、金属、合金、金属酸化物や金属窒化物などのセラミックス、カーボンブラックやカーボンナノチューブ等の炭素材料、無機材料、トナーのような樹脂系粉体、食品、医薬品などの各種の粉体試料に適用することができる。

実施例：
試料の粉体ＳとしてＥＣカーボン（元素状炭素）を使用し、本発明の測定装置１を使用した本発明の測定方法により、荷重に対する嵩密度の変化を確認し、併せて、嵩密度に対する体積抵抗率を測定した。測定は、粉体Ｓの量を変えて７回行った。各測定において、シリンダー２にそれぞれ投入した粉体Ｓの量は、０．１２１ｇ、０．１７６ｇ、０．２５２ｇ、０．２８０ｇ、０．３８７ｇ、０．４４６ｇ、０．６８０ｇであった。

測定においては、ピストン４による荷重を荷重計７２で計測しながら、粉体Ｓの厚さを高さゲージ７１で計測することにより嵩密度を演算し、同時に、そのときの抵抗値をプローブユニット３ａ、抵抗測定器８１により測定して体積抵抗率を得た。その結果、図４のグラフに示す通り、荷重の変化に対する嵩密度の変化は、７点の試料とも略同一であることが確認された。そして、図５グラフに示す通り、嵩密度に対する体積抵抗率も、７点の試料とも略同一であることが確認された。

比較例：
試料中の空気を排気しない従来方式の測定装置を使用し、実施例と同様のＥＣカーボンを試料として、実施例と同様に、荷重および粉体の厚さを計測することにより嵩密度を演算し、そのときの抵抗値を測定して体積抵抗率を測定した。測定は、粉体の量を変えて１１回行った。各測定において、シリンダーにそれぞれ投入した粉体の量は、０．１００ｇ、０．２００ｇ、０．３００ｇ・３点、０．４００ｇ、０．５００ｇ、０．６００ｇ、０．７００ｇ・３点であった。その結果、図６のグラフに示す通り、荷重の変化に対する嵩密度の変化は、１１点の試料でばらつきがあり、そして、図７グラフに示す通り、嵩密度に対する体積抵抗率も、１１点の試料で差異が認められた。

本発明は、電子材料や電極材料の製造などに使用される各種の粉体について、嵩密度に対する体積抵抗率を高精度に測定できるため、粉体の物性を一層正確に評価する場合に好適である。

１：抵抗率測定装置
１０：ケーシング
１１：基台
１２：ガイドバー
１３：台座
１４：保持リング
１５：シール材（Ｏリング）
１６：弾性体（コイルばね）
１７：シリンダー支持ブロック
２：シリンダー
２０：内筒
２１：外筒
２３：シール材押え環
２４：外周リング
２５：固定リング
３ａ：プローブユニット（４探針電極）
３ｂ：プローブユニット（リング電極）
３９：コネクター
４：ピストン
４１ａ：加圧部
４１ｂ：加圧部
４２：ヘッド部
４９：コネクター
５１：油圧ポンプ
５２：油圧ジャッキ（昇降機構）
６：真空ポンプ
７１：高さゲージ
７２：荷重計（ロードセル）
８０：コンピュータ
８１：抵抗測定器
８２：コントローラ
９０：隙間
９１：排気流路
９２：排気流路
９３：継手
Ｓ：粉体

Claims

嵩密度に対する体積抵抗率を測定する粉体の抵抗率測定装置であって、試料としての粉体を収容するシリンダーと、当該シリンダーに嵌合してシリンダーの底部を構成する円盤状のプローブユニットと、前記シリンダーを固定するシリンダー支持ブロックと共に前記シリンダー及び前記プローブユニットが搭載された基台と、前記シリンダーの内周面に摺接する状態で当該シリンダーに挿入される加圧用のピストンと、前記基台に対して前記ピストンを相対的に上下動させる昇降機構と、前記シリンダーに対する前記ピストンの挿入長さを計測する高さゲージとを備え、前記プローブユニットは、シリンダーの内周部に対し、粉体が漏出することなく空気を通過させる隙間を設けて配置され、前記シリンダー支持ブロックには、前記隙間に通じる排気流路が設けられ、当該排気流路に真空ポンプが接続されていることにより、前記シリンダー内の空気を排気可能に構成されていることを特徴とする粉体の抵抗率測定装置。
シリンダーの内周部とプローブユニットとの隙間が２０〜５０μｍに設定されている請求項１に記載の粉体の抵抗率測定装置。
昇降機構が、リニアアクチュエータによってピストンの移動を制御するプランジャーポンプ方式の油圧ポンプにより作動する油圧ジャッキである請求項１又は２に記載の粉体の抵抗率測定装置。
昇降機構が、回転位置および速度を制御可能なモーターによりネジを回転させるネジ式ジャッキである請求項１又は２に記載の粉体の抵抗率測定装置。
請求項１〜４の何れかに記載の抵抗率測定装置を使用した粉体の抵抗率測定方法であって、試料としての一定量の粉体をシリンダーに収容し、次いで、真空ポンプを作動させて前記シリンダー内の空気を排気しながら、ピストンを相対的に押し下げることにより前記シリンダー内の粉体を漸次圧縮すると共に、各圧縮状態における粉体の厚さを高さゲージによって計測し且つ粉体の抵抗値をプローブユニットによって計測することにより、各圧縮状態の粉体の嵩密度に対する体積抵抗率を測定することを特徴とする粉体の抵抗率測定方法。
粉体を圧縮する際、７５〜０．１ｍｍ／分の速度でピストンを相対的に押し下げる請求項５に記載の粉体の抵抗率測定方法。
粉体を圧縮する際、シリンダー内の空気を３００〜３０００ｍＬ／分の流量で排気する請求項５又は６に記載の粉体の抵抗率測定方法。