JP7446931B2

JP7446931B2 - 接触抵抗測定装置

Info

Publication number: JP7446931B2
Application number: JP2020107811A
Authority: JP
Inventors: 雅夫水野; 佑輔高橋
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2024-03-11
Anticipated expiration: 2040-06-23
Also published as: JP2022003316A

Description

本発明は、接触抵抗測定装置に関する。

導電体の抵抗を評価するうえで、体積抵抗率と同等あるいはそれ以上に導電体界面の接触抵抗が問題となる場合がある。特に端子等で異種部品が接続される場合、電極端子表面の汚れや錆により、端子表面の電気抵抗が上昇して電気信号が乱れたり、極端な場合には電流が流れなくなったりする。

このような表面状態の変化に起因する電気抵抗の上昇を抑制するためには、上記端子に金、ニッケル、スズ等のめっきが施されたり、カーボンや銀のような導電補助材料が塗布されたりすることがある。このような処理がなされると接触抵抗は大きく変化する。

また、近年では、シート状の電池材料や蓄電素子が使われるようになってきており、これらのデバイスではシート状の導電体が頻繁に使われており、それらの電気的な特性としてシート材の接触抵抗を精度よく測定することが望まれている。

シート材は一般に伸縮性や可撓性を有するため、接触抵抗を測定することは容易ではない。また、接触抵抗は表面の形状と表面に加わる接触圧力、材料の変形度等によっても大きく変化する他、シート材の表面に形成されている酸化皮膜の影響も受けるため、測定結果がばらつき易い。

例えばシート材を複数枚重ね合わせた被測定部材を一対の電極で挟持し、シート材の接触抵抗を測定する装置として、上記被測定部材へ突出する側に付勢する弾性部材を上記一対の電極に設け、上記一対の電極で上記被測定部材を挟持した際に各々の端子を上記被測定部材に接触させて接触抵抗を求めるものが提案されている（特開２００５－６３７２３号公報参照）。

上記従来の測定装置では、各々の端子を被測定部材に接触させる構成とすることで、これらの端子が被測定部材に接触する接触面積を小さくしている。接触面積を小さくすることで、各々の端子が被測定部材に接触した際の面圧を高め、各々の端子を被測定部材に確実に接触させることができる。これにより、各々の端子と被測定部材との接触抵抗（電圧降下）がばらつくことを抑えることができる。

しかし、本発明者らが接触抵抗の多数の評価を行った結果、ばらつきを抑えた測定装置を用いたとしても、測定装置に起因する測定ばらつきは十分に低減できていないと結論するに至った。

特開２００５－６３７２３号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、測定装置に起因する測定ばらつきを低減させ、接触抵抗を安定して測定できる接触抵抗測定装置の提供を課題とする。

本発明者らが鋭意検討したところ、測定装置に起因する測定ばらつきは、主に複数のシート材の面接触状態を十分に維持できず、例えば面圧の不均一性の発生や、測定ごとに接触又は非接触の状態が変わる部位が存在するため生じることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の一態様に係る接触抵抗測定装置は、複数のシート材を面接触させた際に厚さ方向に流れる電流に対する接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置であって、上記複数のシート材を挟み込む一対の電極と、上記一対の電極間を加圧する加圧部と、上記接触抵抗を測定する抵抗率測定部と、上記複数のシート材の面接触状態を保持する保持部とを備える。

当該接触抵抗測定装置は、複数のシート材の面接触状態を保持する保持部を備える。当該接触抵抗測定装置は、この保持部が測定時のシート材の面接触状態を安定させるので、接触抵抗測定装置に起因する測定ばらつきを低く抑えることができ、接触抵抗を安定して測定できる。

上記保持部が、上記複数のシート材の接触面の周縁に接するように配置される環状の絶縁シートを有するとよい。上記絶縁シートにより、上記複数のシート材どうしが接触面の周縁の外側で接触することを抑止できる。従って、複数のシート材の面接触状態をさらに確実に保持できる。

上記絶縁シートが、上記複数のシート材のうち隣接する２枚のシート材の間に挟まれているとよい。このように上記絶縁シートを隣接する２枚のシート材の間に挟み込むことで、上記複数のシート材どうしが接触面の周縁の外側で接触することをより確実に抑止できる。

上記保持部が、上記加圧部による加圧時に上記複数のシート材の接触面に加わる面圧を均一化する面圧均一化機構を有するとよい。このように上記接触面に加わる面圧を均一化することで、上記接触面内での接触むらが低減できるので、接触抵抗をさらに安定して測定できる。

上記面圧均一化機構が、上記電極と上記加圧部との間に挟み込まれるゲル状シートを含むとよい。上記電極と上記加圧部との間に挟み込んだゲル状シートにより上記加圧部から上記電極に加わる圧力が分散され均一化される。従って、上記複数のシート材の接触面に加わる面圧を均一化することができる。

上記面圧均一化機構が、上記一対の電極の上記シート材に接触する面どうしが平行となるように調節可能な平行調整機構を含むとよい。上記平行調整機構により上記一対の電極の上記シート材に接触する面どうしを平行とすることで、上記接触面に加わる面圧を均一化し易くすることができる。

上記面圧均一化機構が、上記電極と上記加圧部との間に配置される首振り機構を含み、上記首振り機構が、一端が上記加圧部に接続されるリンクと、上記リンクの他端に首振り可能に保持される接続機構とを有し、上記接続機構が、上記電極に接続されているとよい。上述の首振り機構は、上記一対の電極がシート材に接触した際に上記電極からの反作用が小さい方向へ上記接続機構を介して上記電極が回転し、上記電極から受ける反作用が釣り合う位置で安定する。この作用により、上記複数のシート材の接触面に加わる面圧を均一化することができる。

上記面圧均一化機構が、上記複数のシート材を上記電極の表面に固定するクランプ機構を含むとよい。上記クランプ機構により上記複数のシート材を上記電極の表面に固定して、一定の張力をシート材に与えることで、シート材の撓みによって上記複数のシート材の接触面に加わる面圧が不均一となることを抑止できる。

上記一対の電極が、上下方向に配置されており、上記保持部が、上記一対の電極のうち下方に位置する下電極の周囲に配置され、その上面により上記複数のシート材を下方から支持可能な水平台を有し、上記上面が、上記シート材を水平に保つように構成されているとよい。本発明者らは、接触面の周縁の外側であっても上記複数のシート材を撓ませると接触抵抗の測定結果に影響を与えることを知得している。このシート材の撓みは、自重や、取り付けた測定用クリップ等の重さに起因して発生する。上記水平台により下方から上記複数のシート材を支持することで、上記複数のシート材が接触面の周縁の外側で撓むことを抑止することができる。

ここで、複数のシート材が面接触している際、この複数のシート材を厚さ方向に貫いて流れる電流に対する抵抗Ｒ［Ω］は、複数のシート材の合計厚さをＬ「ｃｍ」、接触面積をＳ［ｃｍ^２］、抵抗率をρ［Ωｃｍ］とするとき、下記式１で表される。本明細書において測定される「接触抵抗」とは、抵抗Ｒに接触面積Ｓを乗じた値（ρ×Ｌ）を意味し、単位はΩｃｍ^２である。なお、シート材が３枚以上である場合は複数の面接触が生じるが、接触面積Ｓ［ｃｍ^２］は、これら複数の面接触のうちの最小の接触面積を指す。
Ｒ＝ρ×Ｌ／Ｓ・・・１

以上説明したように、本発明の接触抵抗測定装置は、測定装置に起因する測定ばらつきを低減させ、接触抵抗を安定して測定できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る接触抵抗測定装置の構成を示す模式的断面図である。図２は、図１とは異なる実施形態に係る接触抵抗測定装置の構成を示す模式的断面図である。図３は、図１及び図２とは異なる実施形態に係る接触抵抗測定装置の構成を示す模式的断面図である。図４は、比較例で用いた図１から図３とは異なる接触抵抗測定装置の構成を示す模式的断面図である。図５は、実施例における銅製のシート材の接触抵抗測定結果を示すグラフである。図６は、実施例におけるチタン製のシート材の接触抵抗測定結果を示すグラフである。図７は、実施例におけるＳＵＳ製のシート材の接触抵抗測定結果を示すグラフである。図８は、実施例における電極間の接触状態の測定結果を示す図である。図９は、実施例における絶縁シートの有無の効果を示すグラフである。図１０は、実施例における水平台の有無の効果を示すグラフである。

以下、本発明の各実施形態に係る接触抵抗測定装置について説明する。

［第１実施形態］
図１に示す接触抵抗測定装置１は、２枚のシート材Ｘを面接触させた際に厚さ方向に流れる電流に対する接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置である。当該接触抵抗測定装置１は、２枚のシート材Ｘを挟み込む一対の電極１０と、一対の電極１０間を加圧する加圧部２０と、上記接触抵抗を測定する抵抗率測定部３０と、２枚のシート材Ｘの面接触状態を保持する保持部４０とを備える。

＜シート材＞
２枚のシート材Ｘは、導電性を有する。２枚のシート材Ｘとしては、銅板、アルミニウム板、ＳＵＳ板、チタン板、カーボンシート等を挙げることができる。これらは、近年のシート状の電池やキャパシタに用いられる材料である。

２枚のシート材Ｘは、図１に示すように、上下方向に配置されており、上方に位置する上シート材Ｘ１と、下方に位置する下シート材Ｘ２とで構成される。なお、各シート材Ｘの形状は、特に限定されない。また、２枚のシート材Ｘの材料、平面視形状及び大きさは、それぞれ異なってもよく、同一であってもよい。

２枚のシート材Ｘの平均厚さは、測定対象に応じて変わり得るが、例えば０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下の薄い板状である。なお、本明細書を通じて「平均」とは任意の１０点で測定した値の平均値を指すものとする。

また、２枚のシート材Ｘの平面視での大きさは、後述する電極１０よりも大きいことが好ましい。特にシート材Ｘが薄い場合、シート材Ｘの大きさが電極１０よりも小さいと、２枚のシート材Ｘを挟み込んだ際に一対の電極１０どうしが直接接触してしまい、２枚のシート材Ｘ間の接触抵抗を測定できないおそれがある。

以下、２枚のシート材Ｘの大きさが電極１０よりも大きい場合を例にとり説明すると、２枚のシート材Ｘは、図１に示すように、一対の電極１０に挟み込まれた接触面Ｘｃと、接触面Ｘｃの周縁を取り囲むように後述する絶縁シート４１により２枚のシート材Ｘが互いに接触しないように保持されている周縁部Ｘｐとを有する。

また、２枚のシート材Ｘは、上シート材Ｘ１のみで構成され、下方に下シート材Ｘ２を有さない上シート材はみ出し領域Ｘ１ａと、下シート材Ｘ２のみで構成され、上方に上シート材Ｘ１を有さない下シート材はみ出し領域Ｘ２ａとを有する。上シート材はみ出し領域Ｘ１ａ及び下シート材はみ出し領域Ｘ２ａは、周縁部Ｘｐの外周から延出して設けられるが、周縁部Ｘｐの全外周に設けられる必要はなく、周縁部Ｘｐの外周の一部に設けられてもよい。周縁部Ｘｐの外周の一部に設けられる場合、後述する抵抗率測定部３０での測定精度の観点から、上シート材はみ出し領域Ｘ１ａ及び下シート材はみ出し領域Ｘ２ａは、水平面上に接触面Ｘｃを挟んで互いに対向する位置に存在していることが好ましい。

２枚のシート材Ｘを面接触させた際に厚さ方向に流れる電流に対する接触抵抗（以下、単に「接触抵抗」ともいう）の上限としては、１００Ωｃｍ^２が好ましく、５Ωｃｍ^２がより好ましい。当該接触抵抗測定装置１は、２枚のシート材Ｘの面接触状態によって測定値がばらつき易い低抵抗のシート材Ｘの接触抵抗の測定に好適に用いられる。なお、上記上限を超える接触抵抗の当該接触抵抗測定装置１での測定が否定されるものではなく、当該接触抵抗測定装置１を用いて上記上限を超える接触抵抗を測定することも可能である。一方、接触抵抗の下限としては、特に限定されないが、例えば１０μΩｃｍ^２が好ましく、３０μΩｃｍ^２がより好ましい。接触抵抗が上記下限未満であると、電気抵抗の測定自体が困難となるおそれがある。

２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃは、一対の電極１０に挟み込まれる部分であるから、その表面形状は、後述する電極１０の形状（一対の電極１０の大きさが異なる場合は、その小さい方）と同形状となる。

＜電極＞
一対の電極１０は、上下方向に配置されており、上方に位置する上電極１１と、下方に位置する下電極１２とを有する。

一対の電極１０は、その間に２枚のシート材Ｘを挟み込め、挟み込んだ方向に加圧部２０により接触面Ｘｃを加圧できるように構成されている。

一対の電極１０は、後述する抵抗率測定部３０と電気的に接続されるが、この電気的接続のための通電ケーブル以外の外部素子とは電気的に絶縁されている。

電極１０の表面形状としては、円形状又は角を面取りした多角形状が好ましく、中でも円形状がより好ましい。上記表面形状を例えば尖った角を有する四角形状とすると、一対の電極１０が非平行、つまり傾いて２枚のシート材Ｘを挟み込んだ場合、角の突起部に圧力が集中し易く、接触抵抗を精度よく測定することが困難となるおそれがある。

一対の電極１０（上電極１１と下電極１２と）は、同一形状で同軸に配置されることが好ましい。この場合、上電極１１と下電極１２との面積は等しくなり、その面積は、２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃの面積とも等しい。従って、シート材Ｘの接触面Ｘｃの面積を特定し易い。一方、一対の電極１０が同一形状でない場合や、同軸に配置されていない場合は、別途シート材Ｘの接触面Ｘｃを特定し、その面積を求める必要がある。

＜加圧部＞
接触面Ｘｃに加わる圧力（平均接触圧力）によっても接触抵抗は変化するため、平均接触圧力が規定値となるように制御する必要がある。加圧部２０は、この接触圧力を制御する。加圧部２０は、例えば図１に示すように、基台２１と加圧器２２とにより構成され、基台２１と加圧器２２とで一対の電極１０を挟み込むことで加圧する。

加圧部２０で接触面Ｘｃに加える平均接触圧力は、対象となるシート材Ｘの種類や構造等に応じて適宜決定される。上記平均接触圧力は、例えば０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上１００ｋｇｆ／ｃｍ^２以下とすることができるが、上記下限未満あるいは上記上限を超えることもあり得る。

（基台）
基台２１は、下電極１２を下方から支持し、加圧器２２による加圧を一対の電極１０間に確実に伝える。また、基台２１は、一対の電極１０、加圧器２２及び保持部４０を支える台でもある。

基台２１は、その表面を電流が伝わって接触抵抗の測定結果に影響を与えるおそれを回避するため、表面絶縁処理が施されていることが好ましい。また、基台２１はＸＹステージを有し、加圧部２０による２枚のシート材Ｘの加圧位置を調整できるように構成されているとよい。

（加圧器）
加圧器２２は、加圧機構２２ａと、伝達台２２ｂとを有する。

加圧機構２２ａとしては、錘や重量物といった簡便な構成であってもよく、電動あるいは油圧ステージによる圧力印加装置を用いてもよい。平均接触圧力を調整する必要があるため、加圧機構２２ａは、圧力測定ゲージを備えていることが好ましい。

伝達台２２ｂは、加圧機構２２ａで発生した圧力を上電極１１へ伝達する。伝達台２２ｂは、上電極１１に均等に圧力が伝わるように上電極１１全面を覆うとよい。また、伝達台２２ｂは、上電極１１からの漏れ電流を防ぐため、絶縁板であることが好ましい。

＜抵抗率測定部＞
抵抗率測定部３０は、例えば図１に示すように、電流測定機構３１と、電圧測定機構３２とを有する。

電流測定機構３１は、一対の電極１０間に接続され、電圧を与える電源３１ａと、一対の電極１０間に流れる電流値を測定する電流計３１ｂとを有する。

電源３１ａは、一対の電極１０間に測定可能な電流を流せる電圧を有するものであれば、特に限定されず、公知のもの、例えば電池や交流電圧を整流して直流を発生する安定化電源などを用いることができる。

電流計３１ｂとしては、公知の電流計を用いることができ、その測定感度は一対の電極１０間に流れる電流量に応じて適宜決定される。

電圧測定機構３２は、電流測定機構３１によって流れる電流によって生じる複数のシート材Ｘの厚さ方向の電圧降下を測定する。電圧測定機構３２は、上記厚さ方向の一方の面と、他方の面とにそれぞれ設けられる一対の端子３２ａと、この一対の端子３２ａ間の電圧を測定する電圧計３２ｂとを有する。

一対の端子３２ａは、図１に示すように、上シート領域Ｘ１ａ及び下シート領域Ｘ２ａにそれぞれ接触面Ｘｃを挟んで互いに対向する位置に配置するとよい。端子３２ａの構成としては、例えば後述する水平台４３との間に上シート材Ｘ１又は下シート材Ｘ２を挟み込んで接触を取る構成を採用することができる。

電圧計３２ｂとしては、公知の電圧計を用いることができるが、例えば４端子法の原理に基づいたものを用いるとよい。

電流計３１ｂで測定される電流Ｉは、２枚のシート材Ｘを厚さ方向に流れる電流と等しく、電圧計３２ｂで測定される電圧Ｖから、２枚のシート材Ｘの厚さ方向の抵抗値Ｒは、Ｒ＝Ｖ／Ｉで算出できる。この抵抗値Ｒは、実質的に２枚のシート材Ｘの接触面での抵抗と等しいから、接触抵抗は、接触面Ｘｃの面積をＳとして、Ｒ×Ｓにより求めることができる。

電圧測定機構３２が、上電極１１と下電極１２との間の電圧を測定する第２電圧計（不図示）を有してもよい。上記第２電圧計としては、一対の端子３２ａ間の電圧を測定する電圧計３２ｂと同様のものを用いることができる。

上記第２電圧計で測定される電圧から、一対の電極１０間の抵抗値が算出できる。この抵抗値は、電極１０自体の抵抗、電極１０とシート材Ｘとの間の接触抵抗、シート材Ｘの厚さ方向の抵抗の和で表される。電極１０自体の抵抗及びシート材Ｘの厚さ方向の抵抗は、既知であるか、別途の測定で算出可能であるので、上記抵抗値から電極１０自体の抵抗及びシート材Ｘの厚さ方向の抵抗を差し引くことで、電極１０とシート材Ｘとの間の接触抵抗を求めることができる。なお、電極１０とシート材Ｘとの間の接触は、上電極１１と上シート材Ｘ１との間と、下電極１２と下シート材Ｘ２との間の２箇所存在するため、求められる電極１０とシート材Ｘとの間の接触抵抗は、両者の和となる。

接触抵抗は、接触状態によって変化し得るため、同じ２枚のシート材Ｘであってもシート材Ｘを当該接触抵抗測定装置１に装着するごとに電極１０とシート材Ｘとの間の接触抵抗が変化し、測定に影響を及ぼすおそれがある。これに対して、上記第２電圧計を設けることで、電極１０とシート材Ｘとの間の接触抵抗を確認することができるので、電極１０とシート材Ｘとの間の接触抵抗の影響を回避することができる。具体的には、電極１０とシート材Ｘとの間の接触抵抗に変化が見られる場合は、当該接触抵抗測定装置１の清掃、シート材Ｘの装着条件の見直し等により測定を安定化させることができる。

＜保持部＞
保持部４０は、絶縁シート４１と、面圧均一化機構４２と、水平台４３とを有する。

（絶縁シート）
絶縁シート４１は、２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃの周縁に接するように配置される。絶縁シート４１は、環状である。

本発明者らは、絶縁シート４１を有さない従来の接触抵抗測定装置では、通電すべく圧力を印加している接触面Ｘｃの周縁部Ｘｐでも電流が流れる場合があり、その接触圧力は制御されていないため、２枚のシート材Ｘの面接触状態が安定せず、測定のばらつきとなって現れることを知得している。

本発明者らは、この周縁部Ｘｐに起因する測定ばらつきに対しては、絶縁シート４１を配置することが有効であることを見出している。絶縁シート４１により、２枚のシート材Ｘどうしが接触面Ｘｃの周縁の外側で接触することを抑止できる。従って、２枚のシート材Ｘの面接触状態を確実に保持できる。

絶縁シート４１が、隣接する２枚のシート材Ｘの間に挟まれているとよい。このように絶縁シート４１を隣接する２枚のシート材Ｘの間に挟み込むことで、２枚のシート材Ｘどうしが接触面Ｘｃの周縁の外側で接触することをより確実に抑止できる。

絶縁シート４１としては、ポリテトラフルオロエチレンシート（ＰＴＦＥシート）やポリ塩化ビニル板等を用いることができる。絶縁シート４１は、接触面Ｘｃの全周縁と接触するように設けられていることが好ましいが、その一部にスリット等を有する断続構造とすることを妨げるものではない。

絶縁シート４１の平均厚さの下限としては、０．０１μｍが好ましく、０．０２μｍがより好ましい。一方、絶縁シート４１の平均厚さの上限としては、１５０μｍが好ましく、１００μｍがより好ましい。絶縁シート４１の平均厚さが上記下限未満であると、取扱い性が低下し、２枚のシート材Ｘの間に挟み込むことが困難となるおそれがある。逆に、絶縁シート４１の平均厚さが上記上限を超えると、接触面Ｘｃの絶縁シート４１近傍で、２枚のシート材Ｘの間に空隙が生じ易くなり、接触面Ｘｃ内での接触圧力が不均一となるおそれがある。

（面圧均一化機構）
面圧均一化機構４２は、加圧部２０による加圧時に２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃに加わる面圧を均一化する。

本発明者らは、接触抵抗の測定にばらつきが生じる要因の１つとして、一対の電極１０がシート材Ｘに均一に接触せず、２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃ内で接触むらが生じることが挙げられることを知得している。この接触むらは、例えば電極１０の接触面の歪みや大きな表面粗さ等にも起因しており、電極１０の接触面を研磨して、平均粗さを低減すると共に平面度を向上させることで低減できるものの、研磨のみでは十分に低減できない場合があることが分かった。本発明者らがさらに検討を進めた結果、一対の電極１０のシート材Ｘへの接触面間が必ずしも平行ではなく、その傾きによって接触面Ｘｃに加わる面圧が不均一となることが原因であることを突きとめた。また、本発明者らは、一対の電極１０の接触面間を一度平行に調整しても、電極１０の摩耗やシート材Ｘ自体の厚さのばらつきで傾きが発生してしまうことを知得している。以上の知見から、本発明者らは、加圧部２０による加圧時に２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃに加わる面圧を均一化する面圧均一化機構４２が必要であるとの結論に至った。この面圧均一化機構４２により、接触面Ｘｃに加わる面圧を均一化することで、接触面Ｘｃ内での接触むらが低減できるので、接触抵抗をさらに安定して測定できるようになる。

当該接触抵抗測定装置１では、面圧均一化機構４２が、電極１０と加圧部２０との間に挟み込まれるゲル状シート４４を含む。図１の当該接触抵抗測定装置１では、ゲル状シート４４が基台２１と下電極１２との間に挟み込まれているが、加圧器２２と上電極１１との間に挟み込むこともできる。

ゲル状シート４４としては、柔軟性が高いものが好ましく、ウレタンシート、シリコーンシート、ゴムシート等を挙げることができる。

ゲル状シート４４は、静水圧を利用して接触面Ｘｃに加わる面圧を均一化する。ゲル状シート４４に加わる圧力に局所的に高い部分があると、この高い部分のみが凹み、ゲル状シート４４全体に加わる圧力が均一化するように変形する。その結果、一対の電極１０がシート材Ｘに均一に接触するようにゲル状シート４４が変形し、加圧部２０から電極１０に加わる圧力が分散され均一化される。従って、２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃに加わる面圧を均一化することができる。

このゲル状シート４４を用いて接触面Ｘｃに加わる面圧を均一化する方法は、特段の人為的な調整を必要としない点、便利である。一方、ゲル状シート４４の側面が十分に固定されていない場合や、電極１０とゲル状シート４４との間に隙間がある場合は、圧力が分散せず、十分に機能しないおそれがある。このため、ゲル状シート４４の側面を固定するとともに、電極１０とゲル状シート４４との当接部分の荷重圧力を検知しながら加圧を行うことが好ましい。

（水平台）
水平台４３は、下電極１２の周囲に配置され、その上面により２枚のシート材Ｘを下方から支持可能に構成されている。また、上記上面は、シート材Ｘを水平に保つように構成されている。

水平台４３を有さない従来の接触抵抗測定装置では、シート材Ｘのうち一対の電極１０に挟まれた部分からはみだした部分、例えば上シート領域Ｘ１ａ及び下シート領域Ｘ２ａは、中空に浮いた構造となる。このような構造に対して、例えば電圧測定機構３２の端子３２ａとして測定用クリップを採用して、上シート領域Ｘ１ａ及び下シート領域Ｘ２ａを挟み込んで接触を取ると、自重や、測定用クリップ及びその測定用クリップに接続されている配線の重さによりシート材Ｘが捻れたり、下方へ撓んだりし易い。本発明者らは、このシート材Ｘの変形により上シート材Ｘ１と下シート材Ｘ２とが、接触面Ｘｃの外側で接触すると、２枚のシート材Ｘの面接触状態が安定せず、測定のばらつきとなって現れることを知得している。

特に一方のシート材Ｘの端部が他方のシート材Ｘに接触すると、その尖った端部により電流集中が起き易い。また、尖った端部が他方のシート材Ｘの表面に存在する酸化皮膜を破り電流がさらに流れ易くなり、測定ばらつきを助長する。

これに対して、水平台４３により下方から２枚のシート材Ｘを支持することで、２枚のシート材Ｘが接触面Ｘｃの周縁の外側で撓むこと等を抑止することができる。従って、この撓み等に起因する接触抵抗の測定ばらつきを低減することができる。

水平台４３は、図１に示すように、シート材Ｘの端部まで支持するように構成することが好ましい。また、下方に下シート材Ｘ２が存在しない上シート領域Ｘ１ａでは、上シート材Ｘ１を支持するように水平台４３の高さが調整されていることが好ましい。

＜利点＞
当該接触抵抗測定装置１は、２枚シート材Ｘの面接触状態を保持する保持部４０を備える。当該接触抵抗測定装置１は、この保持部４０が測定時のシート材Ｘの面接触状態を安定させるので、接触抵抗測定装置１に起因する測定ばらつきを低く抑えることができ、接触抵抗を安定して測定できる。

［第２実施形態］
図２に示す接触抵抗測定装置２は、２枚のシート材Ｘを面接触させた際に厚さ方向に流れる電流に対する接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置である。当該接触抵抗測定装置２は、２枚のシート材Ｘを挟み込む一対の電極１０と、一対の電極１０間を加圧する加圧部２０と、上記接触抵抗を測定する抵抗率測定部３０と、２枚のシート材Ｘの面接触状態を保持する保持部４０とを備える。

当該接触抵抗測定装置２は、面圧均一化機構４２として、ゲル状シート４４に代えて、平行調整機構４５を含む点以外は、図１に示す接触抵抗測定装置１と同様であるので、同一の符合を付して説明を省略する。

（面圧均一化機構）
当該接触抵抗測定装置２では、面圧均一化機構４２が、一対の電極１０のシート材Ｘに接触する面どうしが平行となるように調節可能な平行調整機構４５を含む。

図２の接触抵抗測定装置２では、平行調整機構４５は、加圧機構２２ａと、伝達台２２ｂとの間に設けられている。つまり、平行調整機構４５は、上電極１１の傾きを調整可能であるが、平行調整機構４５は、下電極１２の傾きを調整できるように下電極１２と基台２１との間に設けられもよく、また両方に設けてもよい。

平行調整機構４５の構造としては、電極１０の傾きを調整できるものであれば、特に限定されないが、例えば図２に示すように、加圧機構２２ａの下方に取り付けられた調整板４５ａと、調整板４５ａ及び伝達台２２ｂの間を連結する複数のネジ４５ｂとを有する構成とすることができる。この構成では、複数のネジ４５ｂを独立して調整することで、該当するネジ４５ｂにおける調整板４５ａと伝達台２２ｂとの距離を調整できる。この調整により一対の電極１０のシート材Ｘに接触する面どうしを平行とできる。

上記調整は、シート材Ｘの種類等に応じて一度行えば、同種のシート材Ｘに対しては同じ設定を流用することが可能である。同種のシート材Ｘであっても、経年変化等により平行でなくなった場合は再調整すればよい。

＜利点＞
上述したように、接触抵抗の測定ばらつきを低減するためには、一対の電極１０のシート材Ｘへの接触面間を平行に調整することが重要である。当該接触抵抗測定装置２では、平行調整機構４５により一対の電極１０のシート材Ｘに接触する面どうしを平行とすることで、２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃに加わる面圧を均一化し易くすることができる。

［第３実施形態］
図３に示す接触抵抗測定装置３は、２枚のシート材Ｘを面接触させた際に厚さ方向に流れる電流に対する接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置である。当該接触抵抗測定装置３は、２枚のシート材Ｘを挟み込む一対の電極１０と、一対の電極１０間を加圧する加圧部２０と、上記接触抵抗を測定する抵抗率測定部３０と、２枚のシート材Ｘの面接触状態を保持する保持部４０とを備える。

当該接触抵抗測定装置３は、面圧均一化機構４２として、ゲル状シート４４に代えて、首振り機構４６を含む点以外は、図１に示す接触抵抗測定装置１と同様であるので、同一の符合を付して説明を省略する。

（面圧均一化機構）
当該接触抵抗測定装置３では、面圧均一化機構４２が、電極１０と加圧部２０との間に配置される首振り機構４６を含む。

首振り機構４６は、一端が加圧部２０に接続されるリンク４６ａと、リンク４６ａの他端に首振り可能に保持される接続機構４６ｂとを有する。

図３の接触抵抗測定装置３では、首振り機構４６は、加圧機構２２ａと、伝達台２２ｂとの間に設けられている。つまり、首振り機構４６のリンク４６ａは、加圧機構２２ａに接続されており、接続機構４６ｂは、伝達台２２ｂを介して上電極１１に接続されている。一方、首振り機構４６は、下電極１２と基台２１との間に設けられもよい。この場合、リンク４６ａは基台２１に接続され、接続機構４６ｂは下電極１２に接続される。

接続機構４６ｂは、リンク４６ａとの連結点を中心に、平面に沿って動くように構成されてもよいが、立体的に動くように構成されていることが好ましい。接続機構４６ｂを立体的に動くように構成することで、いずれの方向にも上電極１１を傾けられるので、一対の電極１０のシート材Ｘへの接触面間を平行に調整し易い。

＜利点＞
当該接触抵抗測定装置３では、首振り機構４６が、一対の電極１０がシート材Ｘに接触した際に電極１０からの反作用が小さい方向へ接続機構４６ｂを介して上電極１１を回転させ、下電極１２から受ける反作用が釣り合う位置で安定する。この作用により、一対の電極１０のシート材Ｘへの接触面間が平行となるように調整され、２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃに加わる面圧を均一化することができる。

［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、シート材が２枚である場合を説明したが、シート材は３枚以上であってもよい。

上記実施形態では、加圧部が上電極の上方から加圧する場合を説明したが、加圧部は下電極の下方から加圧する構成や、両側から加圧する構成であってもよい。

上記実施形態では、保持部が絶縁シートと、面圧均一化機構と、水平台とを有する場合を説明したが、保持部が、これらのうちの１つ又は任意の２つのみを有する構成も本発明の意図するところである。

保持部が水平台を有さない構成にあっては、一対の電極は上下方向に配置されていなくともよい。例えば一対の電極は水平方向に配置されていてもよい。

上記実施形態では、面圧均一化機構が、ゲル状シート、平行調整機構及び首振り機構のうちのいずれか１つを含む場合を説明したが、面圧均一化機構は、これらのうちの２つ以上を同時に含む構成とすることも可能である。

また、面圧均一化機構として、複数のシート材を電極の表面に固定するクランプ機構を含むものとすることもできる。上記クランプ機構により上記複数のシート材を上記電極の表面に固定して、一定の張力をシート材に与えることで、シート材の撓みによって上記複数のシート材の接触面に加わる面圧が不均一となることを抑止できる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［比較例１～３］
比較例１～３として、図４に示す接触抵抗測定装置４を用いて、２枚のシート材Ｘの接触抵抗の測定を行った。

図４に示す接触抵抗測定装置４は、保持部と、加圧部の伝達台を備えない点及び一対の端子３２ｃの構成が異なる点を除き、図１に示す接触抵抗測定装置１と同様の構成である。同一の構成部分は、同一番号を付して説明を省略する。なお、一対の端子３２ｃとしては、測定クリップを用い、それぞれ上シート領域Ｘ１ａ及び下シート領域Ｘ２ａを挟み込むことで電圧測定機構３２を接続した。

一対の電極１０は、純銅製で、一対の電極１０のシート材Ｘに接触する面は、円形状で面積１．５ｃｍ^２とした。抵抗率測定部３０の電流計３１ｂ及び電圧計３２ｂには、日置電機製のＲＭ３４５４を用い、電流端子を一対の電極１０にそれぞれ接続した。

２枚のシート材Ｘとして、２０ｍｍ×７０ｍｍの長方形状の金属板（比較例１：平均厚さ０．３ｍｍの純銅板、比較例２：平均厚さ０．１ｍｍの純チタン板、比較例３：平均厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４）を準備した。下シート材Ｘ２を、その長手方向の一端が下電極１２と接触するように載置し、上シート材Ｘ１を、下シート材Ｘ２と直交するように、またその長手方向の一端が下シート材Ｘ２と接触するように載置し、上電極１１で挟み込んだ。

加圧機構２２ａには、イマダ製の電動スタンドＭＸ２にイマダ製のフォースゲージＺＴＡを組み合わせたものを用い、電動スタンドのステージを上下させることで電極１０間にフォースゲージで測定しながら、接触圧力が１５ｋｇｆ／ｃｍ^２となるように接触させた。

なお、比較例１～３では、シート材Ｘのうち一対の電極１０に挟まれた部分からはみだした部分は、中空に浮いた構造となる。端子３２ｃ（測定クリップ）の重みでシート材Ｘが下方へ変形し易いため、端子３２ｃ付近が動かないように手で保持した。

接触抵抗の測定は、同一のシート材Ｘに対して１０回繰り返し行った。測定ごとに接触圧力を解放し、シート材Ｘを一度取り外した後、再度シート材Ｘを載置、加圧して測定した。比較例１～３の結果を図５～図７に示す。

［実施例１～３］
図１に示す接触抵抗測定装置１を用い、比較例１～３と対応する実施例１～３の接触抵抗の測定を行った。

図１の接触抵抗測定装置１では、伝達板２２ｂに平均厚さ２ｃｍのモノマーキャストナイロン製の絶縁用樹脂を用いた。ゲル状シート４４には、平均厚さ０．５ｃｍの超軟質ポリウレタンゲル材エラストマである枚方技研製の「ノンブレンシート」を用いた。このゲル状シート４４は、柔軟性が高く、一対の電極１０がシート材Ｘに均一に接触するように変形し、２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃに加わる面圧を均一化することができる。ゲル状シート４４を用いると一対の電極１０の位置ずれが生じ易くなるため、ダイヤルゲージ付ＸＹステージを用いて、位置制御を行った。また、絶縁シート４１には、平均厚さ２０μｍのＰＴＦＥシートを用いた。

実施例１～３では、シート材Ｘのうち一対の電極１０に挟まれた部分からはみだした部分は、水平台４３により支持され、撓み等が発生することが抑止されている。水平台４３を用いる場合、シート材Ｘの下面が水平台４３と接するため、一対の端子３２ａとして測定クリップを用いることはできない。一対の端子３２ａには、丸型の銅端子を用い、上面側で電気的に接触させた。

上述の点以外は、比較例１～３と同様のものを用いたので、詳細説明を省略する。また、比較例１～３と同様に接触抵抗の測定を行った。実施例１～３の結果を図５～図７に示す。

［結果］
図５～図７のグラフから、実施例１～３の測定結果は、比較例１～３の測定結果に対し、測定ごとのばらつきが小さいことが分かる。

［比較例４］
図４の接触抵抗測定装置１を用い、一対の電極１０のシート材Ｘへの接触面間の接触状態（傾き）を測定した。

一対の電極１０は、純銅製で、四角形状で面積２ｃｍ^２のものと、円形状で面積１．５ｃｍ^２のものを用いた。電極１０以外の構成は、比較例１～３と同様とした。

接触状態は、富士フイルム社製の感圧紙「プレスケールＬＬＷ」を用いて測定した。具体的には、この感圧紙を一対の電極１０間に挟み込んで、接触圧力１０ｋｇ／ｃｍ^２で１０秒間の加圧を行った。結果を図８に示す。

［比較例５］
比較例４の一対の電極１０の表面を、市販の研磨剤で平面度１／１０００以下となるように研磨を行った以外は比較例４と同様にして、一対の電極１０のシート材Ｘへの接触面間の接触状態を測定した。結果を図８に示す。

［実施例４］
図１に示す接触抵抗測定装置１を用いた以外は、比較例５と同様にして、一対の電極１０のシート材Ｘへの接触面間の接触状態を測定した。なお、電極１０以外の構成は、実施例１～３と同様とした。結果を図８に示す。

［結果］
図８の結果で、ドットの多い部分が高い圧力を受けたことを示している。この結果から、比較例４では、電極自体の平面度が低く、中央部がやや膨らんだ形状となっていることが分かる。比較例４の電極の平面度を高めた比較例５では、ドットが端部に集中していることから、一対の電極の接触面間に傾きがあり、平行ではないことが分かる。これに対し、面圧均一化機構としてゲル状シート４４を有する実施例４ではドットが均一に分布しており、一対の電極の接触面に加わる面圧を均一化できていることが分かる。

［実施例５］
実施例１～３で使用した図１に示す接触抵抗測定装置１から絶縁シート４１を取り除いた接触抵抗測定装置を用い、実施例５の接触抵抗の測定を行った。

シート材Ｘとしては、平均厚さ０．１ｍｍの銅板（厚い酸化皮膜）、平均厚さ０．１ｍｍの銅板（薄い酸化皮膜）、平均厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４、平均厚さ０．１ｍｍの純チタン板、カーボンシート（東レ社製の「ＴＧＰ－Ｈ－１２０」）の５種類を用いた。大きさは、いずれも２０ｍｍ×７０ｍｍの長方形状である。なお、銅板について、酸化膜が厚いサンプルは表面が錆びてやや赤黒くくすんだ色のものであり、酸化膜が薄いサンプルは銅の金属光沢が強く見られるサンプルである。

比較例１～３と同様に接触抵抗の測定を行った結果を図９に示す。

［実施例６］
実施例１～３で使用した図１に示す接触抵抗測定装置１を用いた以外は、実施例５と同様にして、接触抵抗の測定を行った。結果を図９に示す。

［結果］
図９のグラフから、実施例５及び実施例６のいずれも安定して接触抵抗が測定できているが、絶縁シート４１を有さない実施例５の結果は、全て実施例６の結果より接触抵抗が低いことが分かる。実施例５では絶縁シート４１を用いていないため、２枚のシート材Ｘの接触面Ｘｃ以外にも電流パスが存在し、本来の接触抵抗よりも低い値が測定される傾向にあると考えられる。従って、絶縁シート４１を有する構成が好ましいことが分かる。

［実施例７］
実施例１～３で使用した図１に示す接触抵抗測定装置１から絶縁シート４１及び水平台４３を除いた接触抵抗測定装置を準備した。

２枚のシート材Ｘとして、２０ｍｍ×７０ｍｍの長方形状の平均厚さ０．１ｍｍの純銅板を準備した。このシート材Ｘを、比較例１と同様にして一対の電極１０の間に挟み込み、接触圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ^２となるように接触させた。

なお、実施例７では、シート材Ｘのうち一対の電極１０に挟まれた部分からはみだした部分は、中空に浮いた構造となる。このため、一対の端子には、測定クリップを用いた。

この状態と、シート材Ｘのはみ出した部分を一定の高さ範囲で上げた場合及び下げた場合について、接触抵抗を測定した。結果を図１０に示す。

［実施例８］
実施例１～３で使用した図１に示す接触抵抗測定装置１から水平台４３を除いた、つまり絶縁シート４１は有する接触抵抗測定装置を準備した以外は、実施例７と同様にして接触抵抗を測定した。結果を図１０に示す。なお、実施例８では、絶縁シート４１として、平均厚さ２５μｍのポリテトラフルオロエチレン製絶縁紙を用いた。

［結果］
参考のため、図１０には、図１に示す接触抵抗測定装置１を用いた場合の結果を○で示している。図１の接触抵抗測定装置１では水平台４３が存在し、上方から端子３１ａで挟み込む構成を取るため、シート材Ｘのはみ出した部分を上げ下げすることはできない。

図１０の結果から、シート材Ｘのうち一対の電極１０に挟まれた部分からはみだした部分を、水平台４３により支持することで、接触抵抗の測定結果を安定させられることが分かる。

１、２、３、４接触抵抗測定装置
１０電極
１１上電極
１２下電極
２０加圧部
２１基台
２２加圧器
２２ａ加圧機構
２２ｂ伝達台
３０抵抗率測定部
３１電流測定機構
３１ａ電源
３１ｂ電流計
３２電圧測定機構
３２ａ、３２ｃ端子
３２ｂ電圧計
４０保持部
４１絶縁シート
４２面圧均一化機構
４３水平台
４４ゲル状シート
４５平行調整機構
４５ａ調整板
４５ｂネジ
４６首振り機構
４６ａリンク
４６ｂ接続機構
Ｘシート材
Ｘ１上シート材
Ｘ１ａ上シート材はみ出し領域
Ｘ２下シート材
Ｘ２ａ下シート材はみ出し領域
Ｘｃ接触面
Ｘｐ周縁部

Claims

複数のシート材を面接触させた際に厚さ方向に流れる電流に対する接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置であって、
上記複数のシート材を挟み込む一対の電極と、
上記一対の電極間を加圧する加圧部と、
上記接触抵抗を測定する抵抗率測定部と、
上記複数のシート材の面接触状態を保持する保持部と
を備え、
上記保持部が、上記複数のシート材の接触面の周縁に接するように配置される環状の絶縁シートを有する接触抵抗測定装置。
上記絶縁シートが、上記複数のシート材のうち隣接する２枚のシート材の間に挟まれている請求項１に記載の接触抵抗測定装置。
複数のシート材を面接触させた際に厚さ方向に流れる電流に対する接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置であって、
上記複数のシート材を挟み込む一対の電極と、
上記一対の電極間を加圧する加圧部と、
上記接触抵抗を測定する抵抗率測定部と、
上記複数のシート材の面接触状態を保持する保持部と
を備え、
上記保持部が、上記加圧部による加圧時に上記複数のシート材の接触面に加わる面圧を均一化する面圧均一化機構を有し、
上記面圧均一化機構が、上記電極と上記加圧部との間に挟み込まれるゲル状シートを含む接触抵抗測定装置。
上記面圧均一化機構が、上記複数のシート材を上記電極の表面に固定するクランプ機構を含む請求項３に記載の接触抵抗測定装置。
複数のシート材を面接触させた際に厚さ方向に流れる電流に対する接触抵抗を測定する接触抵抗測定装置であって、
上記複数のシート材を挟み込む一対の電極と、
上記一対の電極間を加圧する加圧部と、
上記接触抵抗を測定する抵抗率測定部と、
上記複数のシート材の面接触状態を保持する保持部と
を備え、
上記一対の電極が、上下方向に配置されており、
上記保持部が、上記一対の電極のうち下方に位置する下電極の周囲に配置され、その上面により上記複数のシート材を下方から支持可能な水平台を有し、
上記上面が、上記シート材を水平に保つように構成されている接触抵抗測定装置。