JPH0972934A - 試料片保持治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気特性を測定する対象である試料片を保持
する試料片保持治具において、試料片の保持作業が簡単
で正確な位置合わせができ、電極との接触を十分にしな
がらも試料片の破損を防止することのできるようにす
る。 【解決手段】 可動ホルダー２５を引下げると、対電極
ユニット３０の重量は試料片４０にかかり、その重みで
主電極２３がバネ２３ａの弾性力に抗して下降する。そ
して、試料片４０がガード電極２４に当接したところで
下降が停止する。この状態で、各電極２３，２４，３２
を測定回路に接続することにより、試料片４０の比誘電
率や体積抵抗率等の測定を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気特性を測定する
対象である試料片を保持する試料片保持治具に関し、特
に脆性材料からなる試料片の電気特性を測定するための
試料片保持治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、固体の電気特性、例えば体積抵
抗率、比誘電率、誘電正接等の測定には、円板状の試料
片が用いられ、測定方法としては３端子電極法が用いら
れている。

【０００３】図８は試料片の体積抵抗率の測定回路を示
す図である。試料片５１は、半径Ｒが１３〜１４ｍｍの
場合、厚さｄが１．０ｍｍ前後に形成され、その両面に
は、薄膜の主電極箔５２ａ、ガード電極箔５２ｂ、対電
極箔５２ｃが設けられている。主電極箔５２ａおよび対
電極箔５２ｃは、円形に形成されている。一方、ガード
電極箔５２ｂは、主電極箔５２ａを囲むリング状に形成
されている。主電極箔５２ａ、ガード電極箔５２ｂおよ
び対電極箔５２ｃは、その形成材料として、導電性の高
い金属を主成分としている。これらを形成するには、導
電塗料を塗布する方法、薄い金属箔を貼り付ける方法、
蒸着による方法等がある。

【０００４】ここで、主電極箔５２ａの半径ｒｍは７〜
８ｍｍ、ガード電極箔５２ｂの外側半径および対電極箔
５２ｃの半径ｒｎは、１２〜１３ｍｍである。さらに、
主電極箔５２ａとガード電極箔５２ｂとの間隔δは、２
〜３ｍｍである。

【０００５】このような試料片５１は、対電極箔５２ｃ
が電源５３の正極側に、主電極箔５２ａおよびガード電
極箔５２ｂが電源５３の負極側に接続される。そして、
電圧計５４、電流計５５によって、主電極箔５２ａ、電
極箔５２ｃ間の電圧値および電流値が検出される。これ
ら検出された電圧値および電流値に基づいて、演算によ
り試料片５１の体積抵抗率が求められる。

【０００６】ところで、このような測定を正確に行うた
めには、試料片５１を安定した状態で保持する必要があ
る。これには、試料片保持治具が使用されている。図９
は従来の試料片保持治具の概略構成を示す図である。主
電極６１は、絶縁体板６２上に固定されている。ガード
電極６３は、バネ６４ａ，６４ｂ等によって、通常は主
電極６１よりも上面部分が高い位置に設けられている。
対電極６５は、絶縁部材６６を介してシャフト６７に固
定されている。また、対電極６５は、バネ６８により下
方に付勢されている一方で、マイクロメータ付きの送り
ネジ６９によって上下位置が調節可能なように取り付け
られている。

【０００７】このような試料片保持治具では、まず、送
りネジ６９を緩め、ハンドル６５ａを用いて対電極６５
を試料片５１が挿入できる高さまで持ち上げ、その位置
で送りネジを締めて対電極６５を固定する。次いで、試
料片５１をガード電極６２ｂ上に載置し、送りネジ６９
を緩めて、バネ６８の弾性力により試料片５２を上から
押圧する。対電極６５の高さ位置は、マイクロメータの
目盛りで所定の位置であることを確認する。このとき、
試料片５１は、対電極６５で押された分だけガード電極
６２ｂを押しながら下降し、その主電極箔５２ａが主電
極６１と接触する。こうして、全ての電極箔５２ａ，５
２ｂ，５２ｃが各電極６１，６３，６５と接続された状
態で、試料片が固定、保持される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の試料片保持治具では、試料片が横方向から挿入され
る構成なので、各電極と接触して試料片の電極箔が破損
し易いという問題点があった。

【０００９】また、従来の試料片保持治具では、挿入後
の試料片は、目視が困難なため、位置合わせが難しかっ
た。このため、例えば試料片の中心が試料片保持治具の
中心からズレた状態で固定された場合には、主電極６１
の有効面積が減少するため、比誘電率の測定精度が低下
するという問題点があった。

【００１０】さらに、従来の試料片保持治具では、主電
極６１が固定され、対電極６５の自由度も小さいため、
平行度の悪い試料片では、試料片の各電極箔と対応する
電極との接触が不十分となり、荷重の不均一から脆性材
料である試料片が破損するおそれがあった。また、破損
しなくても、接触が不十分な状態では、測定精度も低下
してしまう。

【００１１】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、試料片の保持作業が簡単で正確な位置合わせ
ができ、電極との接触を十分にしながらも試料片の破損
を防止することのできる試料片保持治具を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、電気特性を測定する対象である試料片を
保持する試料片保持治具において、上面に前記試料片が
載置されるとともに、上下動可能に所定の弾性力で支持
される主電極と、前記主電極が所定量だけ押し下げられ
た場合に、上面が前記主電極の上面と一致するように固
定されるガード電極と、前記主電極の上面に載置された
前記試料片の上面に載置されることにより、前記主電極
を前記所定量だけ押し下げる対電極と、を有することを
特徴とする試料片保持治具が提供される。

【００１３】このような試料片保持治具では、まず、主
電極の上面に試料片を載置する。このため、試料片の位
置合わせが簡単にかつ正確に行え、破損の心配がない。
次いで、試料片の上面から対電極を載置することによ
り、主電極が所定量だけ押し下げられ、主電極の上面が
ガード電極の上面と一致し、各電極が接続され試料片の
保持が完了する。このとき、対電極は載置されているだ
けなので傾きに対してある程度自由度があり、試料片の
平行度が悪くても、それを吸収することができる。よっ
て、電極の接触を十分にしながらも、試料片の破損を防
止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一形態を図面に基
づいて説明する。図２は本形態の試料片保持治具の概略
構成を示す断面図である。試料片保持治具１０は、主
に、本体ユニット２０と対電極ユニット３０とから構成
されている。ここで、試料片保持治具１０は、室温用と
して１５０°Ｃ以下の環境での測定に使用されるものと
して形成されている。本体ユニット２０は、金属性の基
台２１上に、外形がほぼ円柱状の主電極受け型２２が固
定されることにより構成されている。

【００１５】主電極受け型２２は、絶縁性の樹脂で形成
されており、その中心部分には、円筒状の穴２２ａが形
成されている。この穴２２ａには、主電極２３が上下動
可能に設けられている。主電極２３は、バネ２３ａによ
って支持されている。また、主電極２３の下端部２３ｂ
には、図示されていないリード線が接続される。主電極
２３と穴２２ａとの間には、一定のクリアランス（例え
ば０．３ｍｍ）が設けられている。これにより、主電極
２３全体は、図面左右方向に微妙に振れるようになって
いる。

【００１６】主電極受け型２２の側面の一部には、上下
に並ぶ２個の穴２２ｂ，２２ｃが形成されている。ま
た、主電極受け型２２の上側縁端部分には、リング状の
ガード電極２４が固定されている。ガード電極２４の上
側端面は、荷重がかかっていないときの主電極２３の上
側端面よりもやや低い位置にあるように形成されてい
る。また、ガード電極２４の接続片２４ａには、図示さ
れていないリード線が接続される。

【００１７】主電極受け型２２の側面には、円筒状の可
動ホルダー２５が摺動可能に設けられている。この可動
ホルダー２５は、主電極受け型２２と同様に絶縁性の樹
脂で形成されている。可動ホルダー２５の下側部分に
は、穴２５ａ，２５ｂ等の複数の穴が形成されている。
また、可動ホルダー２５の一部には、側面から内面に貫
通する孔２５ｃが形成されている。孔２５ｃには、ピン
２８が摺動自在に設けられている。このピン２８は、図
示されていないバネの力によって図面右方向に常に付勢
されている。

【００１８】可動ホルダー２５の上面部には、環状突部
２５ｄが形成されている。また、可動ホルダー２５に
は、前述のガード電極２４の接続片２４ａが挿通される
孔２５ｅが形成されている。孔２５ｅの上下幅は、可動
ホルダー２５の可動上下幅と同じか、あるいはそれ以上
に形成されている。

【００１９】可動ホルダー２５は、その穴２５ａ，２５
ｂ等に、基台２１および主電極受け型２２に固定された
支持部材２６，２７等を挿入することにより装着されて
いる。支持部材２６，２７には、それぞれバネ２６ａ，
２７ａが取り付けられており、これらバネ２６ａ，２７
ａによって、可動ホルダー２５全体が支持されている。

【００２０】このような構成の本体ユニット２０は、シ
ールドカバー２９によって保護されている。一方、対電
極ユニット３０は、絶縁性の樹脂で形成された対電極保
持型３１内に、対電極３２が嵌合固着されることで構成
されている。対電極３２には、ネジ型の端子３３が螺合
している。この端子３３には、図示されていないリード
線が接続される。また、対電極ユニット３０は、シール
ドカバー３４によって保護されている。

【００２１】なお、主電極２３、ガード電極２４、およ
び対電極３２は、クロムメッキが施されている。次に、
このような構成を有する試料片保持治具１０の使用方法
について説明する。なお、以下に使用する図では、説明
で必要な構成部分のみに符号を付してある。

【００２２】図３は試料片を主電極２３に載置した状態
を示す図である。試料片４０を載置するには、まず対電
極ユニット３０を外し、ピン２８を穴２２ｂから抜い
て、可動ホルダー２５をバネ２６ａ，２７ａの弾性力に
抗して手動で引き下げる。そして、孔２５ｃと穴２２ｃ
とが連通する位置まで引き下げたら、ピン２８を孔２２
ｃに挿入する。これにより可動ホルダー２５は、その環
状突部２５ｄの上側端面が主電極２３の上側端面よりも
やや低くくなる位置で固定される。この状態で、主電極
２３上に試料片４０を位置合わせしながら載置する。こ
こで、試料片４０は、図８で示した試料片５１とほぼ同
じ構成である。

【００２３】試料片４０の位置合わせが完了したら、ピ
ン２８を穴２２ｃから抜いて、可動ホルダー２５を徐々
に上昇させ、最上部まできたら、図４に示すように、ピ
ン２８を穴２２ｂに挿入して可動ホルダー２５を固定す
る。この状態では、可動ホルダー２５の環状突部２５ｄ
が、試料片４０の周縁を接触しない範囲でガイドする。
そして、この試料片４０の上に対電極ユニット３０を載
置する。

【００２４】図５は試料片４０の上に対電極ユニット３
０を載置した状態を示す図である。対電極ユニット３０
の対電極３２は、試料片４０の上面と接触している。こ
のとき、対電極保持型３１の下側縁端部３１ａは、可動
ホルダー２５の上端部に当接している。

【００２５】この状態で、ピン２８を穴２２ｂから抜
き、手動により可動ホルダー２５を引下げ、孔２５ｃと
穴２２ｃとが連通する位置まで引き下げたら、ピン２８
を孔２２ｃに挿入する。これにより、試料片保持治具１
０への試料片４０の装着が完了する。

【００２６】図１は試料片保持治具１０への試料片４０
の装着が完了した状態を示す図である。可動ホルダー２
５を引下げると、対電極ユニット３０の重量は試料片４
０にかかり、その重みで主電極２３がバネ２３ａの弾性
力に抗して下降する。そして、試料片４０がガード電極
２４に当接したところで下降が停止する。この状態で、
各電極２３，２４，３２を測定回路に接続することによ
り、試料片４０の比誘電率や体積抵抗率等の測定を行う
ことができる。なお、対電極ユニット３０の重量とバネ
２３ａの弾性力は、各電極２３，２４，３２にかかる荷
重が均等な値（例えば３０ｇ／ｃｍ² ）となるように設
計されている。

【００２７】このように、本形態では、主電極２３およ
びガード電極２４が設けられた本体ユニット２０と、対
電極３２が設けられた対電極ユニット３０とを別体に
し、主電極２３の上から試料片４０を載置し、さらに試
料片４０の上に対電極ユニット３０を載置するようにし
たので、試料片４０の位置合わせが簡単にかつ正確に行
える。また、作業中、試料片４０の一部が試料片保持治
具１０の各部に当たることも少ないので、破損の心配も
ない。

【００２８】また、対電極ユニット３０は、試料片４０
のみと接触しているので、横方向に自由度がある。この
ため、試料片４０の平行度が悪くても、対電極ユニット
３０全体が微妙に傾くことにより平行度の誤差を吸収す
ることができる。よって、電極の接触を十分にでき、か
つ試料片４０の破損を防止することができる。

【００２９】さらに、本形態では、主電極２３と穴２２
ａとの間にクリアランスを設けたので、主電極２３に横
方向の自由度を持たすことができる。これにより、試料
片４０の平行度が悪くても、対電極ユニット３０を試料
片４０に載置したとき、主電極２３が傾いてその平行度
の誤差を吸収することができる。よって、試料片４０の
破損をより確実に防止することができる。

【００３０】さらにまた、本形態では、上下動可能な可
動ホルダー２５を備え、対電極ユニット３０を試料片４
０に載置するときに可動ホルダー２５で試料片４０の周
縁をガードするようにしたので、対電極３２と試料片４
０とが接触するときに試料片４０が位置ズレ等を起こす
ことが防止される。

【００３１】図６は本形態の試料片保持治具４０による
体積抵抗率の測定時の印加電圧と測定電流値との関係を
示す図である。ここでは、比較的機械強度の小さいガラ
ス材料を試料片として使用した。図に示すように、印加
電圧と測定電流値は、１０００Ｖまで直線関係にあり、
試料片４０と試料片保持治具１０との絶縁は適正である
ことが分かる。

【００３２】また、図７は３種類の材料について温度別
に体積抵抗率を測定した結果を示す図である。図からも
分かるように、本形態の試料片保持治具１０では、温度
変化に対して定量的に追従変化できる。

【００３３】なお、本形態では、温室用の試料片保持治
具１０について説明したが、基台２１、主電極受け型２
２、可動ホルダー２５、および対電極保持型３１等の材
質をアルミナにし、主電極２３、ガード電極２４、およ
び対電極３２の材質を白金にすることにより、高温用の
試料片保持治具とすることができる。ただし、白金は、
塗布するか接触部分のみに用いるようにすることがコス
ト低減の上で好ましい。

【００３４】また、本形態では、主電極２３を上下動可
能に、かつガード電極２４を固定する構成としたが、主
電極２３を固定してガード電極２４を上下動可能な構成
としてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、上下動
可能に所定の弾性力で支持される主電極の上面に試料片
を載置するようにしたので、試料片の位置合わせが簡単
にかつ正確に行え、破損の心配がない。

【００３６】また、試料片の上面から対電極を載置する
ことにより、主電極を所定量だけ押し下げ、主電極の上
面をガード電極の上面と一致させて各電極の接続ができ
るようにしたので、最終的に対電極は載置されているだ
けなので、傾きに対してある程度自由度がある。このた
め、試料片の平行度が悪くても、それを吸収することが
できる。よって、電極の接触を十分にしながらも、試料
片の破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試料片保持治具への試料片の装着が完了した状
態を示す図である。

【図２】本形態の試料片保持治具の概略構成を示す断面
図である。

【図３】試料片を主電極に載置した状態を示す図であ
る。

【図４】試料片を主電極に載置した状態で可動ホルダー
を最上部に上げた状態を示す図である。

【図５】試料片の上に対電極ユニットを載置した状態を
示す図である。

【図６】本形態の試料片保持治具による体積抵抗率の測
定時の印加電圧と測定電流値との関係を示す図である。

【図７】３種類の材料について温度別に体積抵抗率を測
定した結果を示す図である。

【図８】試料片の体積抵抗率の測定回路を示す図であ
る。

【図９】従来の試料片保持治具の概略構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 試料片保持治具 ２０ 本体ユニット ２１ 基台 ２２ 主電極受け型 ２３ 主電極 ２３ａ バネ ２４ ガード電極 ２５ 可動ホルダー ２６，２７ 支持部材 ２６ａ，２７ａ バネ ２８ ピン ３０ 対電極ユニット ３１ 対電極保持型 ３２ 対電極

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気特性を測定する対象である試料片を
   保持する試料片保持治具において、 上面に前記試料片が載置されるとともに、上下動可能に
   所定の弾性力で支持される主電極と、 前記主電極が所定量だけ押し下げられた場合に、上面が
   前記主電極の上面と一致するように固定されるガード電
   極と、 前記主電極の上面に載置された前記試料片の上面に載置
   されることにより、前記主電極を前記所定量だけ押し下
   げる対電極と、 を有することを特徴とする試料片保持治具。
2. 【請求項２】 前記所定の弾性力は、前記試料片の装着
   完了状態で、前記主電極、前記ガード電極、および前記
   対電極の全てに均一に荷重がかかるような値に設定され
   ていることを特徴とする請求項１記載の試料片保持治
   具。
3. 【請求項３】 前記ガード電極を囲むようにして上下動
   可能に取り付けられるとともに、前記対電極を前記試料
   片に載置したときに前記対電極と絶縁状態で当接して前
   記試料片をガードする位置と、前記対電極および試料片
   を解放する位置とで固定可能な可動ホルダーを有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の試料片保持治具。
4. 【請求項４】 前記可動ホルダーは、前記主電極を固定
   する主電極受け型に形成された穴に挿入可能なピンによ
   って位置の固定がなされることを特徴とする請求項３記
   載の試料片保持治具。
5. 【請求項５】 前記可動ホルダーは、絶縁性材料で形成
   されていることを特徴とする請求項３記載の試料片保持
   治具。
6. 【請求項６】 前記主電極は、絶縁性材料で形成された
   主電極受け型によって支持されていることを特徴とする
   請求項１記載の試料片保持治具。
7. 【請求項７】 前記主電極は、前記主電極受け型に形成
   された穴内に所定のクリアランスを持って設けられてい
   ることを特徴とする請求項６記載の試料片保持治具。
8. 【請求項８】 前記対電極は、絶縁性材料で形成された
   対電極保持型によって保持されていることを特徴とする
   請求項１記載の試料片保持治具。
9. 【請求項９】 電気特性を測定する対象である試料片を
   保持する試料片保持治具において、 上面に前記試料片が載置されるとともに、上下動可能に
   所定の弾性力で支持されるガード電極と、 前記主電極が所定量だけ押し下げられた場合に、上面が
   前記ガード電極の上面と一致するように固定される主電
   極と、 前記ガード電極の上面に載置された前記試料片の上面に
   載置されることにより、前記ガード電極を前記所定量だ
   け押し下げる対電極と、 を有することを特徴とする試料片保持治具。