JPH06118105A - 体積抵抗の連続測定方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定子と被測定物表面の接触抵抗の影響を無
くして精密な体積抵抗値を連続的に測定する。 【構成】 測定子１を測定子ホルダ２に回動自在に取り
付け、板バネ３と重り４で被測定物表面に一定の荷重を
もって線または点接触で弾圧させる。測定子１と被測定
物５の表面に倣って相対的に移動せてその抵抗値を連続
的に測定する。 【効果】 接触面積が小さいため、また被測定物の表面
に倣って追従するため、接触抵抗の影響が測定値に及ば
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続的な表面を持つ平
板状あるいは円筒状の被測定物、特に静電複写機等の帯
電ロール、帯電ベルト、あるいは現像ロール、その他の
導電体、半導電体の体積抵抗の分布を連続的に測定する
ための体積抵抗の連続測定方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の被測定物の体積固有抵抗、ある
いは表面抵抗などの微小抵抗を測定する方法は、ＪＩＳ
規格（Ｃ２３１８−１９７５）で定められた方法が知ら
れている。図１０はＪＩＳ規格による体積固有抵抗率の
測定方法を説明する（ａ）模式図（ｂ）概念図であっ
て、１０１は被測定物、１０２は導電ペーストあるいは
金属箔からなる上部電極、１０３は金属基材、１０４は
マスキングテープ、１０５はガード電極である。

【０００３】上記の測定方法は、（ａ）に示したよう
に、被測定物１０１の表面に一定面積（例えば、１ｃｍ
² ×１ｃｍ² ）の導電性のペーストを塗布，乾燥し、あ
るいは金属を蒸着して測定電圧印加用の上部電極１０２
を形成し、この上部電極１０２の回りにガード電極１０
５を設け、また被測定物の裏面に上記上部電極と同様に
して設けた金属基材１０３を設ける。

【０００４】（ｂ）に示したように上部電極１０２と下
部電極１０３との間に直流電圧を印加し、流れる電流を
検出することにより、当該被測定物の体積固有抵抗を測
定するものである。図１１は上記ＪＩＳ規格の抵抗測定
方法を利用した電子複写機の現像スリーブの体積抵抗測
定方法を説明する（ａ）模式図、（ｂ）概念図であっ
て、１０１０は感光体ドラム、１０１１は半導電性樹脂
層、１０２１は上部電極、１０３１は下部電極とする金
属スリーブ、１０５１はガード電極である。

【０００５】同図において、被測定物である感光体ドラ
ム１０１０は金属スリーブ１０３１の表面に半導電性樹
脂層１０１１を被着してなる。この半導電性樹脂層１０
１１に上部電極１０２１とガード電極１０５１を被着
し、金属スリーブ１０３１との間に１０〜１６０Ｖの直
流電圧を印加して、その流れる電流値を計測することに
よって感光体ドラム１０１０の体積抵抗値を測定する。

【０００６】以上の測定方法は、何れも被測定物と測定
電極の接触抵抗を最小限に抑え、測定値の信頼性を向上
させることを目的としている。図１２はＪＩＳ規格を利
用した測定方法の工数削減を目的として改善した従来の
抵抗測定方法を説明する模式図であって、１０１０は現
像スリーブ、１０１１は半導電性樹脂層、１０３１は金
属スリーブ、１０６１は導電性テープ、１０７１は導電
性ゴム、１０８１はホルダーである。

【０００７】同図においては、前記従来例における導電
性ペーストの代替えとしてホルダー１０８１に取り付け
た導電性ゴム１０７１を被測定物である感光体ドラム１
０１０の半導電性樹脂層１０１１に直接押し付け、この
導電性ゴム１０７１を上部電極とする方法、あるいは導
電性テープを被測定物に貼り付けてこれを上部電極とす
ることで、測定子である上部電極と被測定物である感光
体ドラムの半導電性樹脂層１０１１との間の接触抵抗を
低減しようとするものである。

【０００８】上記各測定方法における接触抵抗の影響を
無くして正確な表面抵抗を測定する方法として、四探針
法（四端子法）と称する抵抗測定法が知られている。こ
の四探針法は被想定物と測定子との間の接触抵抗のみな
らず、測定系のリード線やコネクタ部の抵抗分が測定値
に入り込まないという特徴を有する方法で被測定物の表
面抵抗を精密に測定できるものである。

【０００９】図１３は四探針法による抵抗測定の説明図
であって、（ａ）は測定方法の概念図、（ｂ）は四探針
の模式図であり、１２０１は被測定物、１２０２〜１２
０５は探針である。同図において、４探針電極を被測定
物の表面に接触させ、その両外側の２つの電極１２０２
と１２０３との間に電流を流し、距離ｄだけ離れた内側
の２つの電極１２０４と１２０５との間の電圧降下を計
測することによって被測定物１２０１の表面抵抗を測定
するものである。

【００１０】なお、この四探針法については、Ｍ．Ｙａ
ｍａｓｈｉｔａ；Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２
５ ５６３（１９８６）等に開示がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
ては、被測定物に導電ペーストを塗布したり、金属膜を
蒸着するなどの処理を必要とするために、測定後の導電
ペースト除去剤の適用、あるいは金属蒸着剥離作業等に
よって被測定物の表面を変質あるいは損傷させてしま
い、結果的に被測定物の破壊測定としてしまうという問
題がある。

【００１２】また、導電性ゴムや導電テープを使用した
場合は、接触圧力，接触面積等がばらつき測定値が安定
しない問題がある。このように、ＪＩＳ規格を利用する
抵抗測定方法、導電ゴムや導電テープを用いる測定方法
のいずれも微小面積の抵抗値を精密に測定することは非
常に困難であり、測定対象が微小面積となるに従って測
定値の信頼性が低下するという問題がある。

【００１３】また、接触抵抗等の影響を無くして精密な
抵抗測定が可能な四探針法でも、ロール状の被測定物の
円周，あるいはシート状の被測定物の表面を連続して測
定することは非常に困難である。本発明の目的は、上記
従来技術の問題点を解消して円筒状あるいはシート状の
被測定物の体積抵抗を正確に、かつ連続して測定するこ
とのできる体積抵抗の連続測定方法とその装置を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定物と測
定子の接触抵抗を緩和する導電ペースト等を使用するこ
となく、かつ連続的に測定を行うために、測定子の被測
定物との接触部を点または線状とし、測定接触面積をで
きるだけ微小とし、また一定の測定荷重を測定子に印加
し、さらに測定電極の機構を転がり機構として被測定物
の表面の傾斜に追従する構成とした測定子を用いること
により上記接触抵抗を最小限に抑えて連続測定を可能と
したものである。

【００１５】すなわち、図１，図２に示したように、本
発明は、連続的な表面を持つ被測定物の表面抵抗の分布
を連続的に測定するための体積抵抗の連続測定方法にお
いて、前記被測定物５の表面に１次元で接触して前記被
測定物５に対して相対的に回転移動する測定子１を用い
て前記被測定物５の表面抵抗を連続的に測定することを
特徴とする。

【００１６】また、本発明は、前記測定子１と前記被測
定物５との間に一定の荷重を付加しながら前記被測定物
５に対して相対的に移動させることを特徴とする。さら
に、本発明は、前記測定子１を前記被測定物５の表面に
倣って上下動させつつ前記被測定物に対して相対的に移
動させつつ、あるいは前記被測定物の表面に倣って左右
に揺動させつつ、もしくは前記被測定物の表面に倣って
上下左右に揺動させつつ前記被測定物に対して相対的に
移動させることを特徴とする。

【００１７】そして、本発明は、連続的な表面を持つ被
測定物の体積抵抗の分布を連続的に測定するための体積
抵抗の連続測定装置において、前記被測定物５の表面に
１次元で接触する転がり電極からなる測定子１と、この
測定子１を前記被測定物５の表面に対して相対的に回転
移動させる移動機構６と、前記測定子１と前記被測定物
５との間に一定の荷重を付加する重り４と、前記測定子
１を前記被測定物５の表面に倣って上下に揺動させる測
定子揺動機構７と、前記測定子を前記被測定物５の表面
に倣って左右に動揺させる測定子首振り機構８とを有す
ることを特徴とする。

【００１８】

【作用】上記本発明の構成において、測定電極となる測
定子の形状が円筒形状または球形状としたために、被測
定物の表面との接触が線接触または点接触となり、接触
面積が小さくなる。そのため、接触抵抗が極めて小さく
なって測定値に対する影響が無視できる程度となって測
定精度が向上する。

【００１９】図１は本発明の体積抵抗測定方法の説明図
であって、（ａ）は被測定物と測定子の相対位置関係を
側面から見た図、（ｂ）は（ａ）を移動方向Ａ側から見
た図であり、１は測定電極である測定子、２は測定子ホ
ルダ、３は板バネ、４は重り、５は被測定物、６は移動
機構、７は測定子揺動機構、８は測定子首振り機構であ
る。

【００２０】測定子１は測定子ホルダ２に測定子揺動機
構７を介して結合され、移動機構６によって被測定物５
に対して相対的に移動される。また、測定子１は板バネ
３により矢印Ｂ方向に弾性力で付勢されていると共に、
被測定物５に対して重り４で一定の荷重が印加されてい
る。なお、被測定物５は、金属層に上に半導電性層を被
着してなり、この金属層を一方の電極である測定子１に
対する他方の電極として両者間に直流電圧を印加し、流
れる電流を測定して上記半導電性層の体積抵抗値を測定
する。

【００２１】測定子１は板バネ３で矢印Ｂ方向に付勢さ
れ、かつ重り４の荷重が印加されており、被測定物５の
表面状を移動機構６によって矢印Ａ方向に移動すると
き、揺動機構７が当該被測定物の表面の形状に倣って当
該測定子１が矢印Ｃに示す揺動をすることにより、接触
圧力が一定となるように構成されている。図２は測定子
の首振り機構の説明図であって、１は測定子、１−１１
はベアリングスリーブ、１−１２はボールベアリング、
１−２は主軸、１−３は固定ボルト、１−４は球形部で
ある。

【００２２】測定子１は主軸１−２に形成した球形部１
−４にベアリングスリーブ１−１１を内接させて支持さ
れており、同図の矢印Ｅ方向また図１の（ｂ）の矢印Ｄ
方向に首振り動作可能に構成されている。すなわち、測
定電極である測定子１が図１に示した様な円筒形状の場
合、図２に示したように、測定子の接触面が被測定物の
形状に倣う首振り構造としたことで、被測定物５のセッ
ト位置ズレや被測定物の表面の面うねり等により測定子
との接触面積が不安定となるのを防止できる。

【００２３】また、測定子に分銅（重り４）による一定
荷重を印加することで、さらに板バネ３の作用によっ
て、接触圧（測定圧力）が一定となり、測定中プローブ
が弾んだり接触面に隙間が発生するのを防止できる。測
定子は上記のような円筒形に限らず、球形の接触面を持
つ電極とし、被測定物上を転がし移動させることで、被
測定物との接触が円滑となり、被測定物との摩擦や被測
定物の傷等発生が防止され、連続かつ安定した抵抗値を
計測することが可能となる。

【００２４】なお、被測定物が柔らかい、摩擦係数が高
い、あるいは傷が付き易い材質でなる場合は、測定子と
して上記の，所謂転がり電極を用いるが、摩擦係数が低
く、比較的硬く、あるいは傷つき難い材質からなるもの
では、図３に示した測定電極１１あるいは測定電極１２
のように、被測定物との接触点が曲率をもった流面形の
接触面とした測定子を用いることもできる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て詳細に説明する。図４は本発明による体積抵抗の連続
測定装置の第１実施例の構成を説明する概略斜視図であ
って、１は測定子、２は測定子ホルダ、３は板バネ、４
は重り、５はワーク（被測定物）、６はフランジ、７は
テールエンドスライド、８はチャックスピンドル、９は
ＤＣサーボモータ、１０はタイミングベルト、１１はＸ
軸ステージ、１２はＸ軸ＤＣサーボモータ、１３はＺ軸
ステージである。

【００２６】本実施例における被測定物（ワーク）５は
円筒形の金属スリーブに半導電性樹脂層を被着した感光
体ドラムであり、このワーク５をフランジ６，６で両端
から押さえ、チャックスピンドル８とテールエンドスラ
イド７で回転可能にセットする。セットされたワーク５
にはＤＣサーボモータ９の回転がタイミングベルト１０
を介して伝達される。

【００２７】一方、測定子１は測定子ホルダ２でＺ軸ス
テージ１３に支持され、Ｘ軸ステージ１１に搭載され
る。測定子１を支持したＺ軸ステージ１３はＸ軸ステー
ジ１１上をＸ軸ＤＣサーボモータ１２によって上記ワー
ク５の軸方向（Ｘ軸方向）に移動するように構成され
る。測定は、ワーク５をセット後に、測定子１をこのワ
ーク５の測定開始表面に接触させて位置ずけ、ＤＣサー
ボモータ９を駆動することでワークの円周に沿った表面
の抵抗値を測定する。また、これと共にＸ軸サーボモー
タ１２を駆動することによって、ワーク５の複数円周部
表面を順次連続測定し、あるいはワーク表面をスパイラ
ル状にカバーしながら測定する。

【００２８】図５は円筒状の被測定物の体積抵抗値を円
筒転がり電極で構成した測定子で連続測定する前記図４
の要部説明図であって、被測定物（ワーク）５は（ａ）
に示すように金属スリーブ５１の表面に半導電性樹脂５
２を被覆したロール形状（円筒形状）をなしており、こ
の円筒の端部をフランジ６に連結されたモータにより一
定速度で回転をすると共に、Ｘ軸ステージ１１上に測定
子ホルダー２で保持された測定子１を上記ワーク５の表
面に接触させて連続測定するものである。

【００２９】同図（ｂ）は本実施例による測定結果と従
来のＪＩＳ法を用いた測定結果を比較して示す表面抵抗
測定曲線である。同図に示されたように、本実施例によ
る測定が精度良く実行できるのに較べて従来の測定では
極めて大まかな測定しか得られず、微少区域の抵抗値の
分布を測定することができない。これに対して、本実施
例によればワーク表面の体積抵抗値の分布を連続的にか
つ正確に測定することが可能となる。

【００３０】なお、ワーク５の回転数は円筒の外径、す
なわち周長と所望する測定分解能とに応じ変化させる。
図６は本実施例の抵抗測定装置を用いた体積抵抗測定シ
ステムの１例を説明するシステム構成図であって、図５
と同一符号は同一部分に対応し、１４は微小電流計、１
５はパーソナルコンピュータ、１６は記録計、１７はプ
リンタである。

【００３１】同図において、微小電流計１４のＤＣ電源
の陽極を測定子１へ、金属スリーブ５１をＤＣ電源の陰
極につなぎ、ＤＣ電源から一定の電圧を印加し、その時
の電流値を、記録計１６或いはパーソナルコンピュータ
５に入力しグラフ処理或いは計算処理を行い、画面表示
やプリンタ１７に出力することによりワーク５の抵抗値
を計測する。

【００３２】すなわち、測定子１から得られる抵抗値の
変化は微小電流計１４で電流値の変化として検出され、
この微小電流計１４の電流変化検出信号をパーソナルコ
ンピュータ１５に入力する。抵抗値の最大入力数は毎分
１２００データで、被測定物であるワーク５の外径２５
φの円筒の回転数は毎分１回転とすると、測定分解能は
６５μｍとなる。この装置により、感光体ドラム等の微
小領域に於ける抵抗値と抵抗値均一性の評価ができる。

【００３３】図７は本発明による体積抵抗の連続測定装
置の他の例の説明図であって、（ａ）は被測定物（ワー
ク）と測定子１の相互移動配置図、（ｂ）は本実施例に
よる測定結果と従来のＪＩＳ法を用いた測定結果を比較
して示す体積抵抗測定曲線である。本例は、円筒状の被
測定物の軸方向に沿った表面の抵抗値を計測するように
したものである。

【００３４】同図に示したように、前記図４に示した転
がり電極でなる測定子１を保持する測定子ホルダ２を被
測定物（ワーク）の軸方向に向けて設置する。ワーク５
は回転させず、Ｘ軸ステージ１１上に搭載されたＺ軸ス
テージ１２を一定速度でワーク５の軸方向に沿って走査
させることで軸方向の抵抗値が計測できる。この時のＸ
軸ステージの送り速度は、前記実施例と同様に、要求測
定分解能に応じ送り速度を選択する。例えば、送り速度
毎分６０ｍｍで、パーソナルコンピュータ１５の入力処
理時間が毎分１２００データの場合、測定分解能は、５
０μｍである。

【００３５】同図（ｂ）に示した測定結果から分かるよ
うに、従来技術による測定では精密な計測ができないの
に較べて、本例によれば極めて精密にワーク５の体積抵
抗を測定することが可能となる。この測定により、抵抗
均一性を微小範囲で連続計測できる。図８は本発明によ
る体積抵抗の連続測定装置の第２実施例の説明図であっ
て、測定子として球状転がり電極を用いたてワークの体
積抵抗値を連続的に測定するように構成したものであ
る。

【００３６】同図において、前記実施例と同一符号は同
一部分に対応し、１は球状転がり電極１−１から構成し
た測定子である。この実施例で使用する測定電極は球状
のものを使用しており、前記の円筒形状の測定電極では
１軸方向のみ走査形式であったものを球状電極とするこ
とで、ロール形状すなわち円筒状の測定物の体積抵抗値
を連続測定する時はスパイラル状等に走査させることが
可能である。

【００３７】例えば、ワーク５を１ｒｐｍで回転させつ
つ、測定子１を構成する球状転がり電極１−１を軸方向
に１ｍｍ／ｓｅｃで移動させることにより、ワーク表面
をスパイラル状に全面走査することができる。なお、測
定電極は必ずしも被測定物より小さくなければならない
という訳ではなく、被測定物の製造法によっては、軸方
向の抵抗値は均一な場合もあり、ロール回転方向の抵抗
値の均一性を評価できれば良い場合も発生する。

【００３８】図９は本発明による体積抵抗の連続測定装
置の第３実施例の説明図であって、１−５は測定子とな
る円筒状転がり電極である。同図に示すように、ワーク
の軸方向表面と線接触する大きな円筒状の転がり電極を
測定子とすることにより、ワークの半導電性層５２の回
転方向の体積抵抗を連続して測定することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
微小面積の体積抵抗値を連続計測でき、抵抗値の均一性
が評価できる。被測定物と接触する測定子として、転が
り電極を使用することにより安定した接触面積が得ら
れ、また被測定物の表面に傷を付けるようなことがな
い。

【００４０】そして、従来技術のように、被測定物の表
面に金属蒸着やペースト等の塗布を行う必要がなく、そ
の除去に伴う被測定物表面に対する変質や傷の発生をも
たらすという問題を完全に回避して精密な表面抵抗値の
測定が可能であるため、被測定物を非破壊で測定するこ
とができる。また、パーソナルコンピュータ等の情報処
理装置を利用することで、連続的かつ自動的な表面抵抗
値の測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の体積抵抗測定方法の説明図であっ
て、（ａ）は被測定物と測定子の相対位置関係を側面か
ら見た図、（ｂ）は（ａ）を移動方向Ａ側から見た図で
ある。

【図２】 測定子の首振り機構の説明図である。

【図３】 被測定物との接触点が曲率をもった流面形の
接触面とした測定子の説明図である。

【図４】 本発明による体積抵抗の連続測定装置の第１
実施例の構成を説明する概略斜視図である。

【図５】 円筒状の被測定物の体積抵抗値を円筒転がり
電極で構成した測定子で連続測定する前記図４の要部説
明図である。

【図６】 本発明の実施例による体積抵抗測定装置を用
いた表面抵抗測定システムの１例を説明するシステム構
成図である。

【図７】 本発明による体積抵抗の連続測定装置の他の
例の説明図であって、（ａ）は被測定物（ワーク）と測
定子の相互移動配置図、（ｂ）は本実施例による測定結
果と従来のＪＩＳ法を用いた測定結果を比較して示す体
積抵抗測定曲線である。

【図８】 本発明による表面抵抗の連続測定装置の第２
実施例の説明図であって、測定子として球状転がり電極
を用いたてワークの体積抵抗値を連続的に測定するよう
に構成したものである。

【図９】 本発明による体積抵抗の連続測定装置の第３
実施例の説明図である。

【図１０】 ＪＩＳ規格による体積固有抵抗率の測定方
法を説明する（ａ）模式図（ｂ）概念図である。

【図１１】 ＪＩＳ規格の抵抗測定方法を利用した電子
複写機の感光体ドラムの体積抵抗測定方法を説明する
（ａ）模式図、（ｂ）概念図である。

【図１２】 ＪＩＳ規格を利用した測定方法の工数削減
を目的として改善した従来の抵抗測定方法を説明する模
式図である。

【図１３】 四探針法による抵抗測定の説明図であっ
て、（ａ）は測定方法の概念図、（ｂ）は四探針の模式
図である。

【符号の説明】

１・・・・測定子、２・・・・測定子ホルダ、３・・・
・板バネ、４・・・・重り、５・・・・ワーク（被測定
物）、６・・・・フランジ、７・・・・テールエンドス
ライド、８・・・・チャックスピンドル、９・・・・Ｄ
Ｃサーボモータ、１０・・・・タイミングベルト、１１
・・・・Ｘ軸ステージ、１２・・・・Ｘ軸ＤＣサーボモ
ータ、１３・・・・Ｚ軸ステージ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続的な表面を持つ被測定物の体積抵抗
   の分布を連続的に測定するための体積抵抗の連続測定方
   法において、 前記被測定物の表面に１次元で接触して前記被測定物に
   対して相対的に回転移動する測定子を用いて前記被測定
   物の体積抵抗の分布を連続的に測定することを特徴とす
   る体積抵抗の連続測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記測定子と前記被
   測定物との間に一定の荷重を付加しながら前記被測定物
   に対して相対的に移動させることを特徴とする体積抵抗
   の連続測定方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記測定子
   を前記被測定物の表面に倣って上下動させつつ前記被測
   定物に対して相対的に移動させることを特徴とする体積
   抵抗の連続測定方法。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３において、前記測
   定子を前記被測定物の表面に倣って左右に揺動させつつ
   前記被測定物に対して相対的に移動させることを特徴と
   する体積抵抗の連続測定方法。
5. 【請求項５】 連続的な表面を持つ被測定物の表面抵抗
   の分布を連続的に測定するための体積抵抗の連続測定装
   置において、 前記被測定物の表面に１次元で接触する転がり電極から
   なる測定子と、この測定子を前記被測定物の表面に対し
   て相対的に回転移動させる移動機構と、前記測定子と前
   記被測定物との間に一定の荷重を付加する重りと、前記
   測定子を前記被測定物の表面に倣って上下に揺動させる
   測定子揺動機構と、前記測定子を前記被測定物の表面に
   倣って左右に動揺させる測定子首振り機構とを有するこ
   とを特徴とする体積抵抗の連続測定装置。