JP4904852B2 - サーミスタの抵抗測定装置 - Google Patents

Description

本発明はサーミスタの抵抗測定に関し、詳しくは、サーミスタの抵抗測定装置に関する。

サーミスタ素子は温度により抵抗値が変化する抵抗体であり、電子機器の温度補償用や、突入電流抑制用などの用途で使用される素子である。このような素子を所定の許容値範囲内で、サーミスタ素子の規格に従った２５℃における抵抗値（Ｒ_２５）ごとに正確に選別するためには、素子周囲の温度を２５℃で一定にして測定する必要がある。

特許文献１には、被測定ワークと基準ワークとをブリッジ回路を用いて比較測定して、所定の抵抗値範囲を有する複数のグループに層別する抵抗値層別装置が開示されている。この装置は、サーミスタのように温度により抵抗値が変化する被測定ワークについて、抵抗値測定の基準となる素子も同じ抵抗−温度特性を有する基準ワークを用いることで、周囲の温度が変動したとしても、周囲の温度の影響を受けることなく正確な抵抗値の層別が行える。
特開昭５６−３３８０４号公報

しかし、被測定ワークと基準ワークとが隔離された位置で比較測定すると、２測定点の温度分布が異なり、ワーク間の温度条件のずれが大きくなってしまう。また、ワークに接する機械部品の熱伝導率が異なり、測定雰囲気および熱外乱からの伝熱に差が発生すると、ワーク間の温度ばらつきが大きくなってしまう。これらの場合には、抵抗測定値のかたより、ばらつきが大きくなり、測定精度が低下してしまう。

サーミスタ素子の抵抗値は、近年、狭偏差化の要求が強まっており、選別される抵抗値の許容範囲が狭くなってきている。このような要求に対しては、被測定ワークと基準ワークとの間で生じるわずかな温度のばらつきにより、狭偏差のサーミスタを精度良く選別することができない。

本発明は、かかる実情に鑑み、被測定ワークと基準ワークとの間で生じる温度差と温度ばらつきを低減することができ、抵抗値の測定精度を向上することができる、サーミスタの抵抗測定装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したサーミスタの抵抗測定装置を提供する。

サーミスタの抵抗測定装置は、抵抗値が未知の被測定ワークと、抵抗値測定の基準となる抵抗値を有する基準ワークとを比較測定し、前記被測定ワークを所定の抵抗値範囲を有する複数のグループに層別するタイプのものである。サーミスタの抵抗測定装置は、（ａ）前記被測定ワークと前記基準ワークとが互いに接近して載置され、絶縁体かつ熱伝導率が２.１Ｗ／ｍＫ以下である検測ベースと、（ｂ）前記被測定ワークと前記基準ワークとについて、共通の前記検測ベースに互いに接近して載置されている状態のときに、それぞれの抵抗値を測定するプローブとを備える。

従来、基準ワークや被測定ワークの下面に接触する検測ベースには、熱伝導率が比較的大きいアルミナ（熱伝導率：２９Ｗ／ｍＫ）等が一般に用いられている。これは、被測定ワークと基準ワークとの間で温度変動が生じたときに、検測ベースの熱伝導率が大きい方がワーク間の温度差を短時間で解消でき、好ましいと考えられていたからである。

これに対し、本願発明者は、比較測定時に基準ワークと被測定ワークの下面に接触する検測ベースを設け、この検測ベースの熱伝導率を２.１Ｗ／ｍＫ以下と、従来の検測ベースに比べ小さくすることにより、ワーク間の温度のばらつきを低減でき、抵抗値の測定精度が向上することを見出した。ワーク間の温度のばらつきを低減できるのは、（ａ）検測ベースの熱伝導率を小さくすることにより、測定雰囲気および熱外乱からの伝熱の差が小さくなり、検測ベース自体の温度分布（特に、２測定点間の温度勾配）が小さくなること、（ｂ）検測ベースの熱伝導率を小さくすることにより、測定雰囲気および熱外乱による急激な温度変化が生じた場合に、伝熱の急激な進行が緩和されること、などによるものと考えられる。

なお、本願における、熱伝導率は、詳しくは、２５℃における熱伝導率を意味する。

さらに、共通の前記検測ベースは、ジルコニアを主成分とする基板である。

ジルコニアは、熱伝導率が２.１Ｗ／ｍＫ以下の材料の中でも、耐摩耗性等の機械的強度が優れているので、検測ベースに特に好適である。

さらに、共通の前記検測ベースに載置された前記被測定ワークと前記基準ワークとは、それぞれの抵抗値が前記プローブで測定されるとき、それぞれの中心間の距離が４ｍｍ以内である。

この場合、被測定ワークと基準ワークとを接近した位置に配置した状態で測定することで、ワーク間の温度ばらつきを低減し、抵抗値の測定精度を向上することができる。

さらに、前記被測定ワークを整列させて搬送するテーブル部と、前記テーブル部に前記被測定ワークを供給するワーク供給部と、前記テーブル部から前記被測定ワークを分類して排出するワーク回収部とをさらに備える。前記テーブル部が前記ワーク供給部から前記ワーク回収部まで前記被測定ワークを搬送する搬送経路の途中に、前記プローブが設けられている。

この場合、被測定ワークの抵抗値を連続的に測定することができる。

本発明によれば、被測定ワークと基準ワークとの間で生じる温度差と温度ばらつきを低減することができ、抵抗値の測定精度を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。

サーミスタの抵抗測定装置１０は、図１に全体構成を模式的に示すように、大略、パーツフィーダー１１と、装置本体１２と、測定器２０とを備える。装置本体１２上には、インデックステーブル１４が配置されている。インデックステーブル１４の外周には、被測定ワーク４を搬送するためのキャビティ１５が所定のピッチで形成されている。また、装置本体１２の所定位置には、基準ワーク２が載置される。

基準ワーク２および被測定ワーク４は、サーミスタであり、セラミックの本体の長手方向の両端に、それぞれ外部電極２ａ，２ｂ；４ａ，４ｂを有している。

測定器２０は、配線２２を介して、基準ワーク２の外部電極２ａ，２ｂと、インデックステーブル１４により所定位置（測定位置）に搬送された被測定ワーク４の外部電極４ａ，４ｂとに、それぞれ電気的に接続される。

パーツフィーダー１１は、投入された被測定ワークを長手方向一列に揃え、矢印５０で示すように、装置本体１２に搬送する。パーツフィーダー１１から搬送された被測定ワークは、被測定ワークの長手方向とインデックステーブル１４の半径方向とが略一致するように、インデックステーブル１４のキャビティ１５内に１個ずつ挿入される。インデックステーブル１４は一定の角度ごとに間欠的に回転し、キャビティ１５に挿入されたワークを矢印５２で示す方向に搬送する。搬送中に被測定ワークがキャビティ１５から飛び出ないように、インデックステーブル１４の外周に沿って、インデックスガイド１６（図１では不図示、図２参照）が配置されている。被測定ワーク４が、基準ワーク２に接近する所定位置（測定位置）に搬送されると、被測定ワーク４の外部電極４ａ，４ｂが配線２２を介して測定器２０に電気的に接続され、基準ワーク２と被測定ワーク４とが略同時に比較測定される。比較測定は、少なくとも被測定ワーク４については、インデックステーブル１４が静止している状態で行う。

詳しくは図２の要部断面図に示すように、測定位置周辺には、基準ワーク２と被測定ワーク４とが載置される検測ベース１３が設けられている。すなわち、比較測定時において、基準ワークガイド１８で位置決めされた基準ワーク２と、インデックステーブル１４のキャビティ１５に配置され、インデックスガイド１６で位置決めされた被測定ワーク４とは、共通の検測ベース１３上に接近して載置されている。

検測ベース１３は、平板状の部材であり、インデックステーブル１４のキャビティ１５に挿入された被測定ワークの下面を支えるベース板のうち、測定位置周辺の一部分にのみ設けられている。検測ベース１３には、従来から一般に用いられているアルミナ（熱伝導率：２９Ｗ／ｍＫ）よりも熱伝導率が小さい材料、具体的には、熱伝導率が２．１Ｗ／ｍＫ以下の材料を用いる。例えば、ジルコニア（酸化ジルコニウム、ＺｒＯ_２、熱伝導率：２．１Ｗ／ｍＫ）、フェノール樹脂（熱伝導率：０．２３Ｗ／ｍＫ）、ガラス（熱伝導率：０．９７Ｗ／ｍＫ）等）などを用いる。特にジルコニアは、耐摩耗性等の機械的強度が優れているので、検測ベース１３に好適である。

基準ワーク２の外部電極２ａ，２ｂの下面には、検測ベース１３を貫通するプローブ２６，２７の先端が常に接触している。被測定ワーク４の外部電極４ａ，４ｂの下面には、検測ベース１３を貫通するプローブ２４，２５の先端が測定時にのみ接触する。すなわち、プローブ２４，２５は、不図示の駆動源（例えば、ソレノイド）によって、測定時にのみ上昇して被測定ワーク４の外部電極４ａ，４ｂの下面に接触し、被測定ワーク４の搬送時には、被測定ワーク４に干渉しないように下降する。

基準ワーク２および被測定ワーク４の上方には、インデックスカバー１９が配置されている。インデックスカバー１９の下面１９ａには、プローブ２４〜２７で突き上げられたワーク２，４が当接するようになっている。

測定器２０には、例えば直流抵抗測定器を用いる。この場合、プローブ２４〜２７には、それぞれ電流用と電圧用とを分けて用いる。例えば、被測定ワーク４の下面をプローブ２４，２５側から見た図３に示すように、電流用の一対のプローブ２４，２５の接触位置２４ａ，２５ａと、電圧用の一対のプローブ２４，２５の接触位置２４ｂ，２５ｂとを平行に配置する。あるいは、いずれか一方の外部電極４ａ，４ｂにおける電流用と電圧用の接触位置２４ａ，２４ｂ；２５ａ，２５ｂを入れ替え、電流用の一対のプローブ２４，２５の接触位置と電圧用の一対のプローブ２４，２５の接触位置とが対角に対向するようにしてもよい。基準ワーク２についても、電圧用と電流用の各一対のプローブ２６，２７の接触位置は、被測定ワーク４と同様にする。

測定器２０に直流抵抗測定器を用いる場合、測定器２０から微弱なパルス状の測定電流を発生させ、電流用のプローブを介して、基準ワーク２と被測定ワーク４の外部電極２ａ，２ｂ；４ａ，４ｂにそれぞれ測定電流を流す。その際、それぞれのワーク２，４の外部電極２ａ，２ｂ；４ａ，４ｂ間に発生した電圧を、電圧用のプローブで測定する。測定器２０は、この印加電流値と測定電圧値とから、オームの法則を用いて、それぞれのワーク２，４の抵抗値を算出し、基準ワーク２に対する被測定ワーク４の偏差値を算出する。

比較測定された被測定ワーク４は、図１において矢印５４で示すようにさらに搬送された後、測定結果（偏差値）に対応する位置で、矢印５６で示すように、不図示のピックアップ装置（ワーク回収部）によってキャビティ１５から取り出され、グループに分けて回収される。

サーミスタは、ある温度（Ｔ１）における抵抗値（Ｒ１）を保証しているので、その温度（Ｔ１）における抵抗値規格のセンター付近（Ｒ１）のものを基準抵抗として選定する。例えば、２５℃における抵抗値：１０，０００Ωを保証しているサーミスタの場合、２５℃で１０，０００Ω付近となるワークを測定・算出し、選定する。

次に、抵抗値測定の具体例について説明する。

＜実施例１＞ 被測定ワーク４および基準ワーク２には、１００５サイズ（外形寸法が１．０ｍｍ×０．５ｍｍ×０．５ｍｍ）のサーミスタを用いた。検測ベース１３にジルコニア基板を用い、比較測定時の基準ワーク２と被測定ワーク４との間の中心間距離Ｌ（図２参照）を４ｍｍに設定し、基準ワーク２と被測定ワーク４の周辺をカバー１９で囲い、カバー内を２５℃に空調した。

測定器２０としてＲｄｃ測定器（直流抵抗測定器、アデックス社製ＡＸ−１１３６Ｂ）を用いた。測定モードをＦＡＳＴモードに設定して、基準ワーク２と被測定ワーク４の抵抗値を測定し、測定器２０の内部処理により、偏差（ずれ率）を示す測定値ずれ率を算出した。

測定値ずれ率は、被測定ワークの抵抗値：ｒ_ｉと基準ワークの抵抗値：ｒ_０とを用いて、次式（１）により算出する。
測定値ずれ率（％）＝（ｒ_ｉ−ｒ_０）／ｒ_０ ×１００ ・・・（１）

被測定ワーク４の抵抗値と基準ワーク２の抵抗値とは、毎回の測定において、それぞれを１対１で測定した。

比較例１として、検測ベース１３にアルミナを用いて、比較測定時の基準ワーク２と被測定ワーク４との間の中心間距離Ｌ（図２参照）を３０ｍｍとした。測定時の空調温度は２８℃付近であり、一般室内空調レベルである。

図４は、時間推移の効果を示すグラフである。１つの被測定ワークを、２３秒間隔で１５００回の測定を行い、測定値ずれ率を求めた。実施例１も比較例１も、同じワーク２，４を用いた。図４において、点１つが、１回の測定結果を示している。■（灰色）は実施例１を示し、◆（黒色）は比較例１を示す。

このときの測定値ずれ率の平均値とばらつきを、次の表１に示す。

「測定値ずれ率の平均値」は、個々の測定値ずれ率の平均値である。「測定値ずれ率のばらつき」は、標準偏差σを求め、測定値のずれ率の平均値±３σとして求めた。

サーミスタは、抵抗温度特性を有する。すなわち、温度が変化すれば抵抗値が変化する。一方、測定雰囲気（工程の温度）、熱外乱（機械熱など）は時間により変化する。通常、工程の温度は大きく波打った変動を示し、機械熱はＯＮ／ＯＦＦのような変動を示す。

サーミスタの抵抗測定装置１０の各部の温度は、この測定雰囲気、熱外乱に追従して変化し、ワークの温度変化に影響を与える。つまり、サーミスタの抵抗測定装置１０の各部の温度変化（温度分布）が異なると、基準ワークと被測定ワークの温度変化も異なり、温度ばらつきが発生し、抵抗値の測定誤差が生じる。

図４から、抵抗温度特性を有するサーミスタについて、伝熱の観点から、時間と測定値ずれ率の相関関係を確認することができる。

図４および表１によれば、測定値のずれ率の平均値（かたより）の絶対値は、比較例１よりも実施例１の方が小さい。また、測定値ずれ率のばらつきは、比較例１に比べ、実施例１の方が小さい。このことから、実施例１は、比較例１よりも、測定精度が高いことが分かる。

これは、（ａ）検測ベース１３の熱伝導率の違いにより、検測ベース１３の２測定点間の温度勾配が比較例１よりも実施例１の方が小さくなる上、温度勾配の変動も小さいため、ワーク間の温度差が生じにくいこと、（ｂ）実施例１の方が、毎回の測定において測定雰囲気および熱外乱からの伝熱の変動が小さくなり、ワークの温度ばらつきを低減できることなどによるものと思われる。

なお、測定値のずれ率の平均値（かたより）が０にならないのは、パーツフィーダー１１で搬送される被測定ワークの温度と基準ワークの温度とに差があり、被測定ワークの熱時定数の影響で、被測定ワークが測定されるときにおいても温度差が解消されないことが一因として考えられる。

図５は、試料数６０個での効果を示すグラフである。６０個の試料をパーツフィーダー１１に投入し、測定し、分類した。６０個の試料は、実施例１も比較例１も同じものを用いた。図５において、点１つが、１個の試料の測定結果を示している。■（灰色）は実施例１を示し、◆（黒色）は比較例１を示す。

このときの測定値ずれ率の平均値とばらつきを、次の表２に示す。

図５および表２により、ワーク数を増やしたときの抵抗値ずれ率の変化を確認することができる。測定値ずれ率の平均値の絶対値と測定値ずれ率のばらつきとのいずれについても、実施例１の方が、比較例１よりも小さい。このことから、実施例１は、比較例１よりも、測定精度が高いことが分かる。

次の表３は、実施例１および比較例１における測定条件をまとめたものである。

上記の測定結果から、実施例１の測定により、ワーク間の温度ずれ、温度ばらつきを低減でき、抵抗測定値のかたより、ばらつきが低減でき、測定精度が高まることが分かる。

ワーク間の温度ずれ、温度ばらつきを低減できたのは、次のような理由によるものと考えられる。
（１）被測定ワーク４と基準ワーク２とを接近した位置に配置することによって、２測定点間の温度分布が小さくなるため。
（２）検測ベース１３の熱伝導率を小さくすることにより、測定雰囲気および熱外乱からの伝熱の差が小さくなり、検測ベース１３の温度分布が小さくなるため。
（３）検測ベース１３の熱伝導率を小さくすることにより、測定雰囲気および熱外乱による急激な温度変化が生じた場合に、伝熱の急激な進行が緩和されるため。
（４）被測定ワーク４と基準ワーク２とが共通の検測ベース１３に接するため、熱伝導率の差がなくなり、測定雰囲気および熱外乱からの伝熱が等しくなるため。
（５）被測定ワーク４と基準ワーク２との周囲を空調し、測定雰囲気を安定させることにより、２測定点の温度分布が小さくなったため。

＜実施例２＞ 実施例２では、比較測定時の基準ワーク２と被測定ワーク４との間の中心間距離Ｌ（図２参照）を３０ｍｍとした。また、測定時の空調温度は２８℃付近とし、一般室内空調レベルとした。これら以外は、実施例１と同じである。

比較例２は、検測ベース１３にアルミナを用いた点を除き、実施例２と同じである。

図６は、時間推移の効果を示すグラフである。１つの被測定ワークを、２３秒間隔で１５００回の測定を行い、測定値ずれ率を求めた。実施例２も比較例２も、同じワーク２，４を用いた。図６において、点１つが、１回の測定結果を示している。■（灰色）は実施例２を示し、◆（黒色）は比較例２を示す。

このときの測定値ずれ率の平均値とばらつきを、次の表４に示す。

図７は、試料数６０個での効果を示すグラフである。６０個の試料をパーツフィーダー１１に投入し、測定し、分類した。６０個の試料は、実施例２も比較例２も同じものを用いた。図７において、点１つが、１個の試料の測定結果を示している。■（灰色）は実施例２を示し、◆（黒色）は比較例２を示す。

このときの測定値ずれ率の平均値とばらつきを、次の表５に示す。

次の表６は、実施例２および比較例２における測定条件をまとめたものである。

上記の測定結果から、検測ベース１３の熱伝導率を小さくするだけの違いによって、ワーク間の温度ずれ、温度ばらつきを低減でき、抵抗測定値の偏り、ばらつきが低減できることが分かる。

＜まとめ＞ 以上に説明したように、被測定ワーク４と基準ワーク２を、ともに熱伝導率が小さい（具体的には、２．１Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有する）検測ベース１３に載置して抵抗値を測定することにより、ワーク間の温度ばらつきを低減でき、抵抗値の測定精度が向上する。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

例えば、被測定ワークの搬送方法は任意である。比較測定時において、基準ワークと被測定ワークは、任意の向きに設定することができる。プローブは、ワークの外部電極の上面あるいは側面に接触させてもよい。また、プローブを検測ベースの上方に配置し、検測ベースを貫通しないようにしてもよい。測定器には、直流抵抗測定器に限らず、特許文献１に開示されたブリッジ回路などを用いてもよい。

サーミスタの抵抗測定装置の全体構成図である。（実施例１、２） サーミスタの抵抗測定位置の要部断面図である。（実施例１、２） プローブ接触位置の説明図である。（実施例１、２） 時間推移での効果を示すグラフである。（実施例１） 試料数６０個での効果を示すグラフである。（実施例１） 時間推移での効果を示すグラフである。（実施例２） 試料数６０個での効果を示すグラフである。（実施例２）

符号の説明

１０ サーミスタの抵抗測定装置
１１ パーツフィーダー（ワーク供給部）
１３ 検測ベース
１４ インデックステーブル（テーブル部）
２４〜２７ プローブ

Claims (1)

1. 抵抗値が未知の被測定ワークと、抵抗値測定の基準となる抵抗値を有する基準ワークとを比較測定し、前記被測定ワークを所定の抵抗値範囲を有する複数のグループに層別するサーミスタの抵抗測定装置において、
   前記被測定ワークと前記基準ワークとが互いに接近して載置され、絶縁体かつ熱伝導率が２.１Ｗ／ｍＫ以下である検測ベースと、
   前記被測定ワークと前記基準ワークとについて、共通の前記検測ベースに互いに接近して載置されている状態のときに、それぞれの抵抗値を測定するプローブと、
   を備え、
   共通の前記検測ベースは、ジルコニアを主成分とする基板であり、
   共通の前記検測ベースに載置された前記被測定ワークと前記基準ワークとは、それぞれの抵抗値が前記プローブで測定されるとき、それぞれの中心間の距離が４ｍｍ以内であり、
   前記被測定ワークを整列させて搬送するテーブル部と、
   前記テーブル部に前記被測定ワークを供給するワーク供給部と、
   前記テーブル部から前記被測定ワークを分類して排出するワーク回収部と、
   をさらに備え、
   前記テーブル部が前記ワーク供給部から前記ワーク回収部まで前記被測定ワークを搬送する搬送経路の途中に、前記プローブが設けられていることを特徴とする、サーミスタの抵抗測定装置。