(57)【要約】【課題】低電圧で動作可能であり、使用及び管理の手間を省力化することができる。【解決手段】測定端子１０２，１０４を誘電体シートに当接させ、測定端子に１２０Ｖ以下、１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数の交流電圧を前記誘電体シート５０に印加し、測定端子１０２，１０４に印加された交流電圧により前記誘電体シート５０の電荷の充放電を繰り返し行うことにより得られた電流値信号に基づいて、前記誘電体シート５０の電気特性を測定する。【選択図】図１Ａ
2010002211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に電圧印加可能に構成された測定端子を備える測定装置を用いて、測定対象である導電性材料を分散した樹脂組成物で構成された誘電体シート材の電気特性を測定する方法であって、
前記測定端子を前記誘電体シートに当接させ、
前記測定端子に１２０Ｖ以下、１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数の交流電圧を前記誘電体シートに印加し、
前記測定端子に印加された交流電圧により前記誘電体シートの電荷の充放電を繰り返し行うことにより得られた電流値信号に基づいて、前記誘電体シートの電気特性を測定することを特徴とする、電気特性測定方法。
【請求項２】
前記測定端子は、測定プローブ及び前記誘電体シートを載置する導電性載置台で構成され、
測定プローブは、中心電極及び前記中心電極の周囲に配置された環状の周囲電極を備え、
前記誘電体シートの表面抵抗を測定する場合は、前記周囲電極を電圧印加端子、前記中心電極を信号入力端子とし、前記誘電体シートの体積抵抗を測定する場合は、前記載置台を電圧印加端子、前記中心電極を信号入力端子とすることを特徴とする、請求項１に記載の電気特性測定方法。
【請求項３】
前記測定プローブは、中心電極及び周囲電極の前記誘電体シートの接触部位に導電性弾性部材を備えており、前記測定プローブを前記誘電体シートに接触させる場合に、前記導電性弾性部材が前記誘電体シートの凹凸に合わせて変形するように、前記測定プローブを押圧接触させることを特徴とする、請求項２に記載の電気特性測定方法。
【請求項４】
前記導電性弾性部材は、前記誘電体シートの体積抵抗値の１／１０００以下の体積抵抗値となるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の電気特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性材料で構成された粉粒体を含む誘電体シート材の静電容量やインピーダンスなどの電気特性を測定するための誘電体シート材の電気特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連する技術分野として、例えば、静電潜像担持体を用いる画像形性の分野を挙げることができる。静電潜像担持体を用いる画像形成については、静電潜像担持体の上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像として、該トナー像を記録紙などの記録媒体に転写し、定着させることができる画像形成装置が知られている。静電潜像担持体の上に現像形成されたトナー像は、モノクロ画像形成装置では、通常記録媒体上に直接転写、定着される。
【０００３】
しかし、カラー画像形成装置では、一般的には、カラー画像を形成するための各色のトナー像が静電潜像担持体の上に順次形成され、該各トナー像が中間転写体に順次重ねて転写され、このようにして形成された多重トナー像が最終的に記録媒体に転写され、定着される。中間転写体としては、一般的には、シート状体からなっているもの、代表的には、中間転写ベルトであることが多い。
【０００４】
また、カラー画像を形成するための各色トナーがそれぞれの静電潜像担持体に順次形成され、各トナー像が記録媒体搬送部材に保持された記録媒体に順次重ねて転写された後、記録媒体に定着される場合もある。かかる搬送部材としては、一般的にはシート状体からなっているもの、代表的には、搬送ベルトであることが多い。
【０００５】
静電潜像担持体から中間転写体へのトナー像の転写や、静電潜像担持体から記録媒体搬送部材上の記録媒体へのトナー像の転写は、通常、中間転写体や記録媒体搬送部材の裏側から転写電圧を印加し、転写電解により帯電したトナー像を中間転写体側や記録媒体搬送部材上の記録媒体側へ引きつけることで行われる。
【０００６】
このような中間転写体や記録媒体搬送部材は、電気的特性がトナー像転写に支障のないものでなければならず、例えば、厚み方向における静電容量、インピーダンスなどの電気特性がトナー像転写に支障のないものでなければならない。
【０００７】
一方、このような中間転写体や記録媒体搬送部材は、上記の通り、シート状体として構成されていることが多く、例えば、ベルト形態に製造する場合には、カーボンなどの導電性材料が所定量混入されて電気的特性が調整された粉粒体を含有して製造することで、電気的特性を所定のものに調整することが多い。
【０００８】
中間転写体や記録媒体搬送部材は、主原料となる合成樹脂などにカーボンなどの導電性材料を均一に分散させ、樹脂の導電性を均一な半導体領域にする必要があるが、ベルトに用いられる材料のカーボンの分散性が必ずしも優れているとは言えず、押出し成形時にカーボンの分散状態が変化し、導電性が不均一となる問題を抱えている。転写ベルトにおいて導電性が不均一であると、耐刷時において文字の中抜けやトナーの飛び散りが発生する。
【０００９】
したがって、このように成形された中間転写体や記録媒体搬送部材の電気的特性を品質管理のために測定することが重要とされる。
【００１０】
従来、かかる誘電体シート材の電気特性測定を行う装置としては、株式会社ダイアインスツルメンツ製の「ハイレスタ」（商標）が知られている。かかる装置は、２重リングプローブ法により表面抵抗率、体積抵抗率（ＪＩＳ−Ｋ６９１１参照）の高精度な測定を行う装置である。この測定装置は、シート表面に一対の測定用電極を当接させ、この電極間に直流電圧を印加して電極間に流れる表面電流を測定するものである。
【００１１】
また、特開２０００−６５８７５号公報（特許文献１）には、絶縁抵抗測定に用いる電極及び測定方法について開示されており、かかる測定方法においても、印加電圧として直流電源を用いて測定を行っている。
【特許文献１】特開２０００−６５８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、上記装置では、いずれも印加電圧として２５０〜１０００Ｖ程度の直流高電圧を用いてシートの高抵抗を測定する。かかる高電圧を用いる理由は、電極間に流れるリーク電流を測定するために、測定するシート材料の抵抗値に応じて電圧を高くする必要があるためであり、低電圧の直流電圧では十分な測定が困難であり、商業電力を用いることが難しいという問題があった。さらに電極に高電圧を印加するため、電圧による腐食や酸化が電極に生じやすく、定期的に腐食や酸化膜を削り取る必要があった。したがって、上記装置は、使用及び管理の手間が大きいという問題を有していた。
【００１３】
本発明は、従来に比して低電圧で動作可能であり、使用及び管理の手間を省力化することができる電気特性測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１態様によれば、両端に電圧印加可能に構成された測定端子を備える測定装置を用いて、測定対象である導電性材料を分散した樹脂組成物で構成された誘電体シート材の電気特性を測定する方法であって、
前記測定端子を前記誘電体シートに当接させ、
前記測定端子に１２０Ｖ以下、１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数の交流電圧を前記誘電体シートに印加し、
前記測定端子に印加された交流電圧により前記誘電体シートの電荷の充放電を繰り返し行うことにより得られた電流値信号に基づいて、前記誘電体シートの電気特性を測定することを特徴とする、電気特性測定方法を提供する。
【００１５】
本発明の第２態様によれば、前記測定端子は、測定プローブ及び前記誘電体シートを載置する導電性載置台で構成され、
測定プローブは、中心電極及び前記中心電極の周囲に配置された環状の周囲電極を備え、
前記誘電体シートの表面抵抗を測定する場合は、前記周囲電極を電圧印加端子、前記中心電極を信号入力端子とし、前記誘電体シートの体積抵抗を測定する場合は、前記載置台を電圧印加端子、前記中心電極を信号入力端子とすることを特徴とする、第１態様の電気特性測定方法を提供する。
【００１６】
本発明の第３態様によれば、前記測定プローブは、中心電極及び周囲電極の前記誘電体シートの接触部位に導電性弾性部材を備えており、前記測定プローブを前記誘電体シートに接触させる場合に、前記導電性弾性部材が前記誘電体シートの凹凸に合わせて変形するように、前記測定プローブを押圧接触させることを特徴とする、第２態様の電気特性測定方法を提供する。
【００１７】
本発明の第４態様によれば、前記導電性弾性部材は、前記誘電体シートの体積抵抗値の１／１０００以下の体積抵抗値となるように構成されていることを特徴とする、第３態様の電気特性測定方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１態様によれば、導電性材料を分散した樹脂組成物で構成された誘電体シートの導電性特性に鑑みて、交流電圧を印加することにより充放電を繰り返し行うことで、測定端子間に電流を流すことができ、誘電体シートの電気特性を測定することができる。誘電体シートのカーボン材とそれらの周りにある添加材（例えばナイロン材など）が存在する場合、特に１００Ｈｚ以下の周波数では、イオン導電が活発に起こる。また、直流及び高い周波数（１０００Ｈｚ以上）では、カーボンの導電性しか起こらなくなり、また、低すぎる周波数では、周波数の変動ノイズにイオン導電性が埋もれて測定しにくくなる。このため、できるだけ低い周波数でＳＮ比がとれる範囲の周波数を測定周波数として設定する。測定周波数を１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下とすることで、誘電体シートの電圧破壊をおこさない低い電圧と周波数で測定可能であり、カーボン以外の材料のシート構造及び材料比率の変化などを測定することができ、定期測定することでシートの品質の安定性確保やチェックが可能となる。
【００１９】
本発明の第２態様によれば、測定プローブとして、信号入力端子としての中心電極と周囲電極を用いることにより、周囲電極をガード電極として用いることができるため、測定誤差を少なくすることができる。すなわち、表面抵抗測定においては、信号入力端子の周りに電圧印加端子が設けられており、周囲からのノイズの影響を少なくすることができる。また、体積抵抗測定においては、信号入力端子としての中心電極の周囲に設けられた無印加のガード電極により、誘電体シートの表面を流れる電荷の影響を少なくすることができる。
【００２０】
本発明の第３態様によれば、測定プローブの先端が弾性変形することができるため、誘電体シートの表面の凹凸があったとしても、接触面積を広くとることができる。そのため、安定した測定結果を得ることができる。
【００２１】
本発明の第４態様によれば、弾性部材の抵抗値を誘電体シートに比して小さく構成することにより、誘電体シートの測定に与える影響をごく小さく抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態に係る電気特性測定装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１Ａは、本発明の電気特性測定装置の構成を示す模式図である。本実施形態にかかる装置１００は、例えば、中間転写方式の画像形成装置に用いられる中間転写体や記録媒体搬送部材、特に継ぎ目のないシームレスベルト等に用いられるシート部材５０の抵抗値、静電容量、インピーダンス等の電気特性を測定するための装置である。
【００２４】
本実施形態の測定対象である転写ベルトは、中間転写方式の画像形成装置に用いられる転写ベルト、特に継ぎ目のないシームレスベルトである。転写ベルトは、現像装置に単色トナーのみを持つモノカラー画像形成装置、１つの潜像担持体に対してＹ(イエロー)、Ｍ(マゼンタ)、Ｃ(シアン)、Ｂ(ブラック)の現像器が備わり、各色の現像器ごとに潜像担持体上での現像およびトナー像の転写ベルトへの一次転写を行うサイクル方式フルカラー画像形成装置、１つの潜像担持体に対して１つの現像器が備わった各色の画像形成ユニットが直列に配置され、各色の画像形成ユニットごとに潜像担持体上での現像およびトナー像の転写ベルトへの一次転写を行うタンデム方式フルカラー画像形成装置などに適用することができる。
【００２５】
例えば、図７に示すようなタンデム方式フルカラー画像形成装置において、転写ベルト１は数本のローラ２、３、４等に張架され、当該転写ベルト１に沿って直列に、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＢ（ブラック）の画像形成ユニット５，６，７，８が配置されている。転写ベルト１は矢印の方向に回転され、各画像形成ユニットで潜像担持体（感光体）９，１０，１１，１２上に形成されたトナー像が一次転写ローラ１３，１４，１５，１６により転写ベルト１上に順次、一次転写される。その後、転写ベルト１上に形成された４色トナー像は二次転写ローラ１７と押圧ローラ２とで記録材（記録紙）１８表面に押し付けられ、記録材（記録紙）１８に二次転写されるようになっている。
【００２６】
図１Ａに示すように、本実施形態にかかる電気特性測定装置１００は、信号変換部１０１、シート部材の電気特性を測定するための測定プローブ１０２、シート部材５０を載置するステージ１０３、ステージ１０３を駆動させるステージ駆動機構１０４、交流電源１０５、交流電源１０５の電極を切り換えるスイッチ装置１０６を備える。交流電源１０５は一端が接地され他端が印加電極となっている。
【００２７】
交流電源１０５の電圧は、特に限定されるものではないが、商業電源を使用するために１２０Ｖ以下とすることが好ましい。交流電源１０５の周波数は、１０Ｈｚから１０００Ｈｚ、好ましくは２０Ｈｚから５００Ｈｚである。１０Ｈｚより周波数を低くすると、後述するようにシート部材５０の測定時にノイズを受けやすくなり測定誤差を生じやすくなる。また、低周波領域では、樹脂材料などに添加する添加材により多少変動するが、概ね１００Ｈｚ以下の低い周波数で、シート部材５０のイオン導電を発生する。
【００２８】
なお、交流電源の周波数及び印加電圧レベルは、可変に構成されていてもよい。印加電圧レベルを可変とすることにより測定試料の形状厚さなどに応じて測定条件を変更することができる。また、測定時に周波数をスイープさせる（例えば１０Hz〜１ｋHzまで）ことにより、電気特性が安定して測定できる周波数であるとともに、最も低い周波数で測定することでシート材のカーボン量や分布、添加剤を含めた樹脂の分散状態を測定することができる。
【００２９】
交流電源の印加電極は、ライン８１を介してスイッチ１０６に接続される。スイッチの第１端子１０６ａはライン８２を介してプローブ１０２に接続され、スイッチ１０６の第２端子１０６ｂはステージ１０３に接続される。
【００３０】
図１Ｂに示すように、ステージ１０３は、その表面が絶縁領域１０３ａと導電領域１０３ｂとに分割されている。絶縁領域１０３ａは、その表面に例えばテフロン（登録商標）などの絶縁体材料が設けられており、後述するようにシート部材５０の表面抵抗を測定する場合に使用される。一方、ステージの導電領域１０３ｂは、ステンレススチールなどの導電体で構成されており、スイッチ１０６の第２端子１０６ｂに接続されたライン８２が接続される。ステージの導電領域１０３ｂは、後述するようにシート部材５０の体積抵抗を測定する場合に使用される。
【００３１】
ステージ１０３は、プローブ１０２に対向する領域が絶縁領域１０３ａと導電領域１０３ｂとで変更可能とするように矢印９０に示すように移動する。ステージの移動は、上記ステージ駆動機構１０４により行われ、導電領域１０３ｂがプローブ１０２に対向する位置に存在するとき、スイッチ１０６は第２端子１０６ｂ側に切り換えられる。
【００３２】
図２Ａ，図２Ｂは、図１Ａの測定装置に用いられるプローブの構成を示す図である。プローブ１０２は、信号電極である第１電極１１１，信号電極１１１の周辺に配置された第２電極１１２，第１電極と第２電極との間の絶縁するための絶縁部材１１３、第１電極及び第２電極の先端に付された導電性の弾性部材１１４，１１５を備えている。導電性の弾性部材１１４，１１５は、１０ｅ０〜１０ｅ３［ｃｍ２／Ω］程度の導電性を示すものが使用される。
【００３３】
プローブ１０２の第１電極１１１及び第２電極１１２は、いずれもステンレススチール（ＳＵＳ３０４）により作成されており、第１電極１１１は直径ｄ１の円柱形の電極、第２電極１１２は、第１電極１１１の周囲に設けられた、直径ｄ２を有する円筒形の電極である。
【００３４】
第１電極１１１は信号電極であり、ライン８４により信号変換部１０１に接続される。第２電極１１２は、＋側電極又は信号電極のガード電極として機能する。
【００３５】
第１電極１１１及び第２電極１１２の先端に付された導電性弾性部材１１４，１１５は、それぞれ、凹凸などが存在することによってシート部材５０の表面の平面性が悪くても、電極先端の弾性樹脂が凹凸に沿うように変形することで、良好な電気的接触が可能となる。なお、測定するシートの電気特性の誤差を少なくするために、弾性部材１１４，１１５は、測定対象となるシート部材５０の抵抗値の１／１０００程度の体積抵抗であることが好ましい。
【００３６】
図３Ａは、本実施形態の測定装置を用いて、シート部材５０の表面抵抗を測定する場合のプローブ及びステージの配置を示す図である。表面抵抗を測定する場合、交流電源の印加電圧が第２電極１１２に接続されるようにスイッチ１０６が第１端子１０６ａ側に切り換えられている。また、ステージ１０３は、絶縁性の第１領域１０３ａ側にシフトされている。表面抵抗測定においては、第２端子側１１２と第１端子１１１の間に印加された交流電圧により、シート部材５０の表面を流れる電流値を測定することによって、シート部材５０の表面抵抗値を測定する。電流値に基づいて抵抗値を導く具体的な変換手法については後述する。
【００３７】
図３Ｂは、本実施形態の測定装置を用いて、シート部材５０の体積抵抗を測定する場合のプローブ及びステージの配置を示す図である。体積抵抗を測定する場合、交流電源の印加電圧がステージ１０３の第２領域１０３ｂに接続されるようにスイッチ１０６が第２端子１０６ｂ側に切り換えられている。また、第２電極１１２は、第１電極のガード電極として機能する。体積抵抗測定においては、ステージ１０３と第１端子１１１の間に印加された交流電圧により、シート部材５０の内部を流れる電流値を測定することによって、シート部材５０の体積抵抗値を測定する。電流値に基づいて抵抗値を導く具体的な変換手法については後述する。
【００３８】
本実施形態にかかる測定装置により、低い印加電圧によりシート部材５０の電気特性を測定することができるのは、シート部材５０の電気特性に着目して交流電源を用いたためである。すなわち、シート部材は、ＰＰＳ樹脂組成物などにカーボンなどの導電剤を添加して製造されるため、図４の等価回路図に示すように並列に配置された容量成分５１と抵抗成分５２を備えている。したがって、測定装置の印加電圧として直流電源を用いると、容量成分５１に電荷がチャージ（充電）されるため容量成分のインピーダンスが測定できず、抵抗成分を流れるリーク電流を測定する必要がある。したがって、抵抗値が大きいシート部材５０についての抵抗値を測定可能な電流値を得るために高電圧が必要となる。一方、本実施形態に示す測定装置は交流電源を用いるため、容量成分５１の電荷のチャージとディスチャージ（充放電）が繰り返される結果、インピーダンスを測定できるので低電圧でも測定することができる。
【００３９】
図５は、図１Ａの測定装置の信号変換部の回路構成を示す図である。図１の測定装置は、プローブ１０２又はステージ１０３の第２領域１０３ｂをシート部材と接触させ、電極間に交流電源を印加したときの電流値に基づいて電気抵抗値などの電気特性を測定するものである。図５に示すように、シート部材には、ライン８２を介してプローブの第２電極１１２及びライン８３を介してステージ１０３の第２領域１０３ｂに交流電圧１０５が印加され、信号電極であるプローブの第１電極１０２ａからライン８４を介して信号変換部１０１に電流値の情報が送られる。
【００４０】
ライン８４を介して送られた電気信号は、信号変換部１０１で電流値を抵抗値へ換算する。信号変換部１０１には、図５に示すように位相補正用のコンデンサ１２０と信号増幅用抵抗１２１と、位相反転用の回路素子１２２を備える。
【００４１】
図６Ａ及び図６Ｂは、信号変換部１０１から出力される出力信号の信号は径の例を示す図である。図６Ａに示す矩形波の出力信号は、矩形版の中心値／平均値（Ｖｓ）を数ポイントサンプリングし、そのサンプリング値の平均値を測定値として使用する。
【００４２】
抵抗値が低く容量が大きい場合、図６Ａに示す矩形波より図６Ｂに示す正弦波の方がアンダー及びオーバーシュートが発生しなく、正確な値を測定することができる。図６Ｂに示す正弦波形状の出力信号は、正弦波実効値（Ｖｓ）を数ポイントサンプリングし、そのサンプリング値の平均値を測定値として使用する。実効値をサンプリングすることにより、出力信号のオーバーシュート及びアンダーシュートが発生したとしても測定値に与える誤差を少なくすることができる。
【００４３】
このようにして出力された抵抗値に基づいて、抵抗率を算出する。一般に、体積抵抗率ρｖは数式（１）に基づいて算出し、表面抵抗率ρｓは、数式（２）に基づいて算出する。
【００４４】
【数１】
2010002211.tif 000003
（数式１において、Ｌはシート厚、Ｗ×ｔは電極面積に相当する。）
【００４５】
【数２】
2010002211.tif 000004
（数式２において、第１電極と第２電極の電極間の周囲長である。）
【００４６】
なお、測定プローブは円形であるため、表面抵抗率及び体積抵抗率は、下記の通り体積抵抗率補正係数（ＲＣＦｖ）及び面積抵抗率補正係数（ＲＣＦｓ）を用いて、数式（３）、数式（４）に基づいて算出する。
【００４７】
【数３】
2010002211.tif 000005
【００４８】
【数４】
2010002211.tif 000006
【００４９】
以上本発明によれば、測定対象のシート部材の電気的特徴に鑑み、交流電源を用いて測定することによりインピーダンスを測定できるので低電圧でも測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】本発明の電気特性測定装置の構成を示す模式図である。
【図１Ｂ】図１Ａの電気特性測定装置のステージの構成を示す図である。
【図２Ａ】図１Ａの測定装置に用いられるプローブの構成を示す図である。
【図２Ｂ】図１Ａの測定装置に用いられるプローブの構成を示す図である。
【図３Ａ】図１Ａの測定装置を用いて、シート部材の表面抵抗を測定する場合のプローブ及びステージの配置を示す図である。
【図３Ｂ】図１Ａの測定装置を用いて、シート部材の体積抵抗を測定する場合のプローブ及びステージの配置を示す図である。
【図４】シート部材の等価回路図である。
【図５】図１Ａの測定装置の信号変換部の回路構成を示す図である。
【図６Ａ】信号変換部から出力される出力信号の信号は径の例を示す図である。
【図６Ｂ】信号変換部から出力される出力信号の信号は径の例を示す図である。
【図７】測定対象のシート部材の使用例としての画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
５０  シート部材
１００  電気特性測定装置
１０１  信号変換部
１０２  測定プローブ
１０３  ステージ
１０３ａ  絶縁領域
１０３ｂ  導電領域
１０４  ステージ駆動機構
１０５  交流電源
１０６  スイッチ装置
１０６ａ  第１端子
１０６ｂ  第２端子
１１１  第１電極
１１２  第２電極
１１３  絶縁部材
１１４，１１５  弾性部材
【図１Ａ】
2010002211.tif 000007
【図１Ｂ】
2010002211.tif 000008
【図２Ａ】
2010002211.tif 000009
【図２Ｂ】
2010002211.tif 000010
【図３Ａ】
2010002211.tif 000011
【図３Ｂ】
2010002211.tif 000012
【図４】
2010002211.tif 000013
【図５】
2010002211.tif 000014
【図６Ａ】
2010002211.tif 000015
【図６Ｂ】
2010002211.tif 000016
【図７】
2010002211.tif 000017