(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定シャフトと回転筒部とからなり、搬送される導電性乃至半導電性のシート材を前記回転筒部の周面に接触させて、前記シート材の表面抵抗を測定するためのローラー電極であって、
前記回転筒部には、軸方向に微小距離隔てて配置された複数のリング電極からなるリング電極対が、少なくとも一対形成され、
前記固定シャフトには、前記リング電極対の各リング電極に対応して内部電極が形成され、
前記リング電極の外周端は、前記回転筒部の表面に露出し、内周端は前記内部電極と電気的に接続されてなることを特徴とする表面抵抗測定用ローラー電極。
【請求項２】
前記リング電極と、内部電極とは、導電性ベアリング機構により電気的に接続されてなる請求項１に記載の表面抵抗測定用ローラー電極。
【請求項３】
前記リング電極対が４つのリング電極により構成されてなる請求項１又は２に記載の表面抵抗測定用ローラー電極。
【請求項４】
固定シャフトと回転筒部とからなり、搬送される導電性乃至半導電性のシート材を前記回転筒部の周面に接触させて、前記シート材の表面抵抗を測定するためのローラー電極であって、
前記回転筒部には、軸方向に微小距離隔てて配置された４つのリング電極からなるリング電極対が、少なくとも一対形成され、
前記固定シャフトには、前記リング電極対の各リング電極に対応して内部電極が形成され、
前記リング電極の外周端は、前記回転筒部の表面に露出し、内周端は前記内部電極と電気的に接続されてなる表面抵抗測定用ローラー電極と、
前記リング電極対の外側２つの電極間に所定の電流を印加する直流電源と、
前記リング電極対の内側２つの電極間の電圧を測定する電圧計と、
を有することを特徴とする表面抵抗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性乃至半導電性のシートやフィルム（本明細書において、以下単に「導電シート」と言う）の表面の電気的抵抗を、効率よく測定することができる電極およびこれを用いた表面抵抗測定装置に関する。
【０００２】
【技術背景】
導電シートは、ポリエチレンシート等の絶縁性合成樹脂シートを基材としてその表面に、金属、カーボン、導電性高分子等の導電剤の層を塗布等により形成したり、導電性フィラーや帯電防止剤等を練り込み等して連続製造される。製造された長尺な導電シートは、巻き取られてロール体として出荷される。
導電シートには、所定規格の表面抵抗が要求されるが、導電剤の塗布の過不足、添加量の大小等に起因して部分的に規格範囲から外れることがある。
ところで、導電シートの表面抵抗の測定は、通常、シートの巻き取り工程において、ロール体の前後端部を２端子測定法により測定されている。場合によっては、搬送中の導電シートからカットサンプルを採取して行われる。
【０００３】
このため、（１）導電シートの搬送と共に電極を移動した状態で測定作業を行わなければならないため作業効率が極めて悪く、しかも、電極の押圧の程度が測定の度に均一でなく再現性に劣る、（２）導電シートの短い距離間隔の測定をすることができない、（３）幅広な導電シートの中央部の測定が難しい、と言った問題がある。
【０００４】
【発明の目的】
本発明の目的は、搬送状態で効率よく、しかも短い距離間隔での測定が手作業によらずして可能な、表面抵抗測定用ローラー電極およびこれを用いた表面抵抗測定装置を提供することである。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の表面抵抗測定用ローラー電極は、固定シャフトと、該固定シャフトを軸として回転可能に構成された回転筒部とからなり、搬送状態の導電シートに前記回転筒部周面の一部を接触して、前記導電シートの表面抵抗を測定するために用いられる。
前記回転筒部には、軸方向に微小距離隔てて配置された複数のリング電極にて構成されるリング電極対が、少なくとも一対形成される。ここで、「リング電極対」とは、２つ１組のリング電極から構成されるもの、および４つ１組のリング電極から構成されるものが含まれる。
【０００６】
リング電極対を構成する各リング電極は、相互に絶縁されて固定される。リング電極は、各外周端が前記ローラー表面に露出し、各内周端は前記固定シャフトに形成した内部電極にそれぞれ電気的に接続される。
リング電極は、全体を一素材により一体に構成することもできるし、たとえば導電シートと接触する接触リング部と、該接触リングが装着できるリング電極本体部とにより構成することもできる。
【０００７】
内部電極は、上記リング電極対が２つのリング電極から構成される場合は２つの内部電極が、リング電極が４つの場合には４つの内部電極が、相互に絶縁されて固定シャフトに設けられる。リング電極対のリング電極に対応した複数の内部電極を以下「内部電極対」と言う。
内部電極対は、所定のリング電極間に所定の電流または電圧を印加する直流電源と、所定のリング電極間の電圧または電流を測定するための測定機器に、電気的に接続可能な構成とされる。
【０００８】
リング電極対と内部電極対との電気的接続は、リング電極対が回転可能とされて内部電極対に電気的に接続される機構が採用される。好ましくは、各リング電極の内周端を導電性ベアリング機構（具体的には、ベアリングボール）を介して各内部電極に接続する。各リング電極の内周端を各内部電極に摺動可能に接続することもできる。
【０００９】
本発明の表面抵抗測定用ローラー電極は、リング電極対が４つ１組のリング電極から構成される場合には、４端子測定法に基づく表面抵抗率測定装置に適用される。この場合、内部電極には、リング電極対の外側の２つのリング電極間に所定の電流を印加する直流電源と、内側の２つのリング電極間の電圧を測定する電圧計が接続される。
また、リング電極対が２つ１組のリング電極から構成される場合には、リング電極間に所定の電圧を印加する直流電源と、そのリング電極間の電流を測定する電流計が、対応する内部電極に接続され、２端子法の測定装置に適用される。
もっとも、リング電極対が４つのリング電極から構成される場合であっても、測定機器との配線接続を変えることで２端子法に適用できることは言うまでもない。
【００１０】
本発明の表面抵抗測定装置は、（１）リング電極対が４つ１組のリング電極により構成されてなる表面抵抗測定用ローラー電極、（２）リング電極対の外側２つのリング電極間に所定の電流を印加するための直流電源、（３）リング電極対の内側２つのリング電極間の電圧を測定するための電圧計を有している、４端子法による表面抵抗率を測定する装置である。
表面抵抗測定用ローラー電極に、複数のリング電極対が設けられる場合には、個々のリング電極対に、直流電源、電圧計等の測定機器および必要によりコンピュータシステムが接続される構成としてもよく、また複数のリング電極対と１つの直流電源および電圧計等との間にチャンネルセレクタを設け、このセレクタにより、各リング電極対と電圧計等との接続を切り換えるようにしてもよい。
【００１１】
搬送される導電シートの表面抵抗率の測定に際し、導電シートはリング電極の外周の一部と接触する。直流電源は内部電極に接続されてリング電極対の外側の２つのリング電極間に、継続的または断続的に所定電流を印加する。リング電極対と接触している導電シートの接触部には直流電流が流れる。
【００１２】
上記直流電流が印加されている期間中に、内側の２つのリング電極間の電位差が電圧計により測定される。これにより、導電シートとリング電極との接触弧長および内側の２つのリング電極間距離等に基づき導電シートの表面抵抗率が求められる。
【００１３】
【実施例】
本発明の実施例を、４端子測定法により導電シートの表面抵抗率を測定する装置に適用される表面抵抗測定用ローラー電極およびそのローラー電極を適用した表面抵抗測定装置に基づき説明する。
図１は、本発明の表面抵抗測定用ローラー電極の実施例を示す斜視図である。図１において、表面抵抗測定用ローラー電極１は固定シャフト２と該固定シャフト２を内部に収納する回転筒部３とを有している。
回転筒部３には、５つのリング電極対（４Ａ〜４Ｅ）が等間隔に形成されている。これらのリング電極対は、それぞれ４つ１組のリング電極から構成されている。図１において、この４つのリング電極は、たとえばリング電極対４Ａについては４Ａ１〜４Ａ４のように、リング電極対を示す符合に添字１〜４を付して示してある。
【００１４】
固定シャフト２には、図１では図面に表れていないが、リング電極対４Ａ〜４Ｅに対応する位置に、内部電極対５Ａ〜５Ｅ（図２（Ａ）等に参照）が形成されている。リング電極対と内部電極対とは、例えば４Ａと５Ａが対応し、図中の符号のアルファベット大文字が相互の対応関係を示す。
これらの内部電極対も後述するように、それぞれ４つの内部電極から構成されており、たとえば内部電極対５Ａについては５Ａ１〜５Ａ４のように、内部電極対を示す符合に添字１〜４を付して示される（図２（Ａ）参照）。
リング電極対の各リング電極と、これに対応する内部電極対の各内部電極は、同一添字が付された電極同士が対応して電気的に接続されている。
【００１５】
本実施例では、固定シャフト２として、長さおよび外径がそれぞれ１８００ｍｍ、４０ｍｍの金属パイプを使用し、回転筒部３は、長さおよび外径がそれぞれ１０００ｍｍ、８０ｍｍとされ、リング電極対４Ａ〜４Ｅは、２５０ｍｍピッチで形成されている。各リング電極対４Ａ〜４Ｅにおける各リング電極間距離は１０ｍｍである。
【００１６】
図２は、図１に示した内部電極対（ここでは、５Ａ部分）を説明するための固定シャフト２の軸方向断面図（Ａ）および直径方向断面図（Ｂ）である。図２では、固定シャフト２の本体は、中心が空洞の金属シャフト２１からなり、該金属シャフト２１の内部電極対５Ａの位置（すなわち、内部電極５Ａ１〜５Ａ４にわたる部分）には、絶縁筒体２２が装着されている。
【００１７】
金属シャフト２１および絶縁筒体２２には、軸に垂直な電極棒装着孔２３が所定距離（リング電極間距離と等距離）を隔てて形成されている。各電極棒装着孔２３にはブッシング２４に支持された電極棒５１がそれぞれ固定されている。
電極棒５１は、外方に向けてスプリング付勢された接触子５１ａを有し、内方端には後述する直流電源、電圧計等の測定機器に接続されるチャンネルライン７Ａが設けられている。
【００１８】
絶縁筒体２２の外周には４つの溝が周に沿って切られており、該溝には相互に絶縁された状態で金属リング５２が装着されている。金属リング５２の外周にはベアリングボール６が当接する凹状溝部５２ａが周に沿って形成され、内周端には、接触子５１ａの先端が接触している。電極棒５１と金属リング５２とが本実施例における内部電極５Ａ１（５Ａ２，５Ａ３，５Ａ４）を構成している。
なお、図２（Ａ）では、内部電極５Ａ４について、接触棒装着用孔２３に固定されるブッシング２４、電極棒５１の図示は省略してあり、後述する金属リング５２の図示も省略してある。
【００１９】
図３は、図１に示した回転筒部３のリング電極対（ここでは、４Ａ部分）の軸方向断面図である。回転筒部３は、絶縁材または金属材からなる保持リング３１と、金属リング４１と絶縁リング３２とからなる。図３に示すように、４つの金属リング４１が絶縁リング３２を介して相互に電気的に絶縁されて、保持リング３１、３１間に配置され、これらが相互にボルト等にて固定されている。保持リング３１が金属材からなる場合は、外側の金属リング４１と保持リング３１の間も電気的に絶縁されている。
【００２０】
金属リング４１の外周端には、あり溝部４１ａが周に沿って形成されており、可撓性導電リング４２が装着されている。可撓性導電リング４２は、金属リング４１の外周端より僅かに突出している。本実施例では、可撓性導電リング４２は、金属粒子、カーボン等の導電性フィラーを含有する導電性ゴム（体積抵抗率０．５Ω・ｃｍ）にて形成されている。金属リング４１と可撓性導電リング４２とがリング電極（ここでは、４Ａ１〜４Ａ４）を構成している。なお、上記可撓性導電リング４２は適宜交換が可能である。
金属リング４１の内周端にはベアリングボール６が当接するための凹状溝部４１ｂが周に沿って形成されている。
なお、図３では、リング電極４Ａ４の可撓性導電リング４２の図示は省略してある。
【００２１】
本実施例では、固定シャフト２側の凹状溝部５３ａ、回転筒部３側の凹状溝部４１ｂ、およびベアリングボール６により構成されるベアリング機構の採用により、リング電極対が回転可能にして内部電極対と電気的に接続されている。尚、ベアリングボールのオイル分を除去する等により導電性能を向上させたものが好ましい。
リング電極対と内部電極対との電気的接続は、リング電極対が回転可能とされて電気的に接続されていれば良く、保持リング３１にベアリング機構等を採用し、各内部電極と各リング電極の内周端とを摺動可能にして電気的に接続することもできる。
なお、導電性シート１００の搬送速度に連動して回転筒部３を駆動させてもよい。
【００２２】
図４は、図１に示した表面抵抗測定用ローラー電極１を用いた表面抵抗測定装置をコンピュータシステム９１と共に示す概念図である。
図４において、リング電極対４Ａ〜４Ｅには導電シート１００が接触しており、リング電極対４Ａ〜４Ｅに接続されたチャンネルライン７Ａ〜７Ｅは、セレクタ８２を介して直流電源および電圧計、必要により電流計を含むテスタ８１に接続されている。テスタ８１はサンプリング間隔等の測定条件を調整でき、また測定値が設定値から外れたときに、警告音、警告灯点灯等を発する為の信号を警告装置８３に出力させることができる。また、コンピュータ９１はテスタ８１からの、測定データを取り込み、演算、集計、グラフ化等の処理を行い、処理結果をディスプレイ９２やプリンタ９３に出力することができる。
【００２３】
テスタ８１はセレクタ８２の設定によってリング電極対４Ａ〜４Ｅのうちの１つとの接続が切り換えられる。測定点を１点に指定する場合では、チャンネルライン７Ａ〜７Ｅのうちの指定する１つ、例えばチャンネルライン７Ａがアクティブとなり、リング電極対４Ａについての測定が行われる。３点指定では、例えばチャンネルライン７Ａ，７Ｂ，７Ｃの３つが設定順序で順次アクティブとなり、リング電極対４Ａ，４Ｃ，４Ｅについての測定が行われる。また、５点指定では、全てのチャンネルライン７Ａ〜７Ｅが設定順序で順次アクティブとなり、リング電極対４Ａ〜４Ｅについての測定が行われる。チャンネルライン７Ａ〜７Ｅが順次アクティブとなる順序、間隔は適宜設定できる。
尚、各リング電極対４Ａ〜４Ｅのそれぞれにテスタ８１を設ければ、各リング電極対のそれぞれについて同時に測定することもできる。
【００２４】
以下、導電シート１００が図５に示すように回転筒部３の周面に接触しつつ搬送されているときの、図４に示す装置を用いた表面抵抗測定について説明する。図５において、導電シート１００は絶縁性シート１０１の片面に厚さ１μｍ程度の導電性被膜１０２が形成されており、導電シート１００の導電性被膜１０２側の面がローラー電極１の周面に接触している。導電シート１００とローラー電極１の周面との接触角度（接触部分の角度）をφ（同図ではφ＝４５°）、４つの可撓性導電リング４２間の最短距離をαで示してある。
【００２５】
測定時には、テスタ８１の直流電源から図６に示すような直流電流Ｉが出力される。例えばリング電極対４Ａの１点を指定した測定の場合には、所定の直流電流Ｉが一定時間リング電極対４Ａのリング電極４Ａ１とリング電極４Ａ４との間に印加され、導電シート１００の接触部分に電流が流れる。図６において電流Ｉが安定している期間内（ｔ１〜ｔ２の間）に、テスタ８１の電圧計によりリング電極４Ａ２とリング電極４Ａ３との間の電圧を測定し、その測定データに基づいて表面抵抗率を算出する。導電シートの製造装置の速度計や長さカウンターとの連動によって、導電シート１００が所定長さ搬送されるごと（たとえば、１、２、５、５０または１００ｍ単位ごと）に繰り返し測定することで、長尺な導電シートの表面抵抗率を全体的に把握することができる。
なお、測定に際しての直流電流の印加時間は１００ｍｓ程度であり、導電シートが搬送状態にありながら速度が遅い場合には、実質上固定点での測定として扱うことができる。
【００２６】
セレクタ８２により３点測定を指定した場合は、例えば、まずリング電極対４Ａについて、上記一点指定の場合と同様にして電圧を測定し、表面抵抗率が算出される。次に、導電シート１００が所定長さ搬送された所でリング電極対４Ｃに直流電流が印加され、同様にして電圧が測定され、さらに、同様にしてリング電極対４Ｅについて測定され、以下同様に繰り返して表面抵抗率が測定される。複数のリング電極対によって測定すれば、長尺な導電シートの表面抵抗率を全体的に、より平面的に把握することができる。
【００２７】
本実施例では、表面抵抗の測定対象となる導電性被膜１０２が極めて薄いので、電流は実質上導電シート１００の表面に流れる。したがって、上記電流、電圧測定値、および前述した接触角度φ、可撓性導電リング４２間の最短距離αとから導電シート１００の表面抵抗を求め、表面抵抗率も演算することができる。導電シートの厚み等のファクターを考慮する必要がある場合は、補正されて表面抵抗率が演算される。この演算はコンピュータ９１により行うこともできる。
本実施例では、電流のレンジを０．１μＡ〜１ｍＡの範囲で適宜設定することで、１００．０Ω／□〜９．９９９ＭΩ／□までの表面抵抗率の測定が可能とされている。
【００２８】
コンピュータ９１は、表面抵抗（あるいは、表面抵抗率）の測定結果を集計し、ディスプレイ９２やプリンタ９３にグラフ化して出力することができる。図７は、横軸を導電シートの長さ方向の位置Ｌ、縦軸を測定点における表面抵抗率σとして、５００ｍ巻きのロール体の測定結果をグラフ化したものである。図７に示すようなグラフは、数値化した表にして、ディスプレイ９２やプリンタ９３に出力することもできる。また、測定値が規格外となった部分については、上記グラフや表に所定マークを付することもできる。なお、３点指定や５点指定の場合には、各点における測定値の平均をグラフや表にすることもできるし、各点ごとに別個にグラフや表にすることもできる。
上記グラフや表は、測定に並行してリアルタイムで表示することもできるし、測定の際に測定結果をハードディスク等の記憶装置に保存しておき、適時に保存した測定結果を呼び出して、ディスプレイ９２やプリンタ９３により出力することもできる。
【００２９】
本発明の表面抵抗測定用ローラー電極を構成する金属リング４１、電極棒５１、金属リング５２、プレート状金属リング５３、ベアリングボール６等の金属部材として、真鍮、銅、ステンレス等の種々の金属材料（メッキ、非メッキを問わない）を使用することができ、可撓性導電リング４２として導電性ゴム等を使用することができる。また、絶縁筒体２２、ブッシング２４、絶縁リング３２等として絶縁性合成樹脂等の種々の絶縁材料を使用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、表面抵抗の測定を、導電シートの巻き取りを行いつつ、短い距離間隔での測定が手作業によらずして、しかも多点において自動的に行うことができるので、作業効率に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面抵抗測定用ローラー電極の実施例を示す斜視図であり、４つのリング電極からなるリング電極対が形成された様子を示す図である。
【図２】図１に示した内部電極対５Ａの固定シャフトの軸方向断面図および直径方向断面図である。
【図３】図１に示したリング電極対の固定シャフトの軸方向断面図である。
【図４】図１に示した表面抵抗測定用ローラー電極を用いた本発明の表面抵抗測定装置をコンピュータシステムと共に示す概念図である。
【図５】導電シートが回転筒部の周面に接触した状態を示す図である。
【図６】直流電源の出力電流波形を示す図である。
【図７】導電シートの長さ方向における位置と表面抵抗率との関係をグラフ化してディスプレイまたはプリンタに出力した場合の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  表面抵抗測定用ローラー電極
２  固定シャフト
２１  金属シャフト
２２  絶縁筒体
２３  接触棒装着用孔
２４  ブッシング
３  回転筒部
３１  シャフト
３２  絶縁リング
４Ａ〜４Ｅ  リング電極対
４１  金属リング
４１ａ  あり溝部
４１ｂ  凹状溝部
４２  可撓性導電リング
５Ａ〜５Ｅ  内部電極対
５１  電極棒
５１ａ  接触子
５２  金属リング
５２ａ  凹状溝部
５３  プレート状金属リング
５３ａ  凹状溝部
６  ベアリングボール
７Ａ〜７Ｅ  チャンネルライン
８１  テスタ
８２  セレクタ
８３  警告装置
９１  コンピュータ
９２  ディスプレイ
９３  プリンタ
１００  導電シート
１０１  絶縁性シート
１０２  導電材被膜
【図１】
0003668559.tif 000002
【図２】
0003668559.tif 000003
【図３】
0003668559.tif 000004
【図４】
0003668559.tif 000005
【図５】
0003668559.tif 000006
【図６】
0003668559.tif 000007
【図７】
0003668559.tif 000008