(57)【要約】【課題】離型層の表面と内部の状態に合った微小な測定面積を持つ測定子を使用し、かつ、表面にキズを付けることなく所定長さと所定範囲を計測する。【解決手段】フッ素樹脂１４にカーボンブラック等の導電性粉末１５を添加分散して形成した定着ローラの表面の離型層１３に、直径が０．３〜１ｍｍの金属球２を一定荷重で接触させ、金属球２を所定計測長又は所定計測囲内で移動させながら金属球２を回転自在に保持したフレーム３と定着ローラの円筒状基体１１の間に直流電圧を印加して離型層１３を貫通して流れる電流と印加電圧を測定して離型層１３の膜厚方向の電気抵抗を測定する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物裏面を接地させた状態で、回転自在に保持した直径が０．３〜１ｍｍの金属球を被測定物の表面に一定荷重で接触させ、金属球を所定計測長又は所定計測囲内で移動させながら金属球に直流電圧を印加して被測定物を貫通して流れる電流と印加電圧を測定して被測定物の膜厚方向の電気抵抗を測定することを特徴とする薄膜の電気抵抗測定方法。
【請求項２】
直径が０．３〜１ｍｍの金属球と、金属球を回転自在に保持するフレームと、フレームを上下方向に摺動自在に支持するアームと、直流電源部と電流計測部と電圧計測部及び電気抵抗演算部を有し、被測定物裏面を接地させた状態で前記金属球を被測定物の表面に一定荷重で接触させ、金属球を所定計測長又は所定計測囲内で移動させながら、直流電源部から金属球に直流電圧を印加し、電流計測部は被測定物を貫通して流れる電流値を測定し、電圧計測部は金属球と被測定物の裏面に印加する電圧を計測し、電気抵抗演算部は電流計測部で計測した電流値と電圧計測部で測定した印加電圧とから所定計測長又は所定計測囲内の被測定物の膜厚方向の電気抵抗を演算することを特徴とする薄膜の電気抵抗測定装置。
【請求項３】
前記フレームに、保持する金属球に潤滑油を供給する注入孔を有し、金属球を潤滑油中で回転させる請求項２記載の薄膜の電気抵抗測定装置。
【請求項４】
前記金属球を磁性材料で形成し、前記フレームは金属球を磁気吸引して保持するガイドレールを有する請求項２又は３記載の薄膜の電気抵抗測定装置。
【請求項５】
基台に設けられた回転機構部とセンサ部と、駆動制御部と計測電圧供給部及びパソコンとを有し、
回転機構部は、定着ローラを保持して回転させ、センサ部には直径が０．３〜１ｍｍの金属球を回転自在に保持したフレームと、フレームを上下方向に摺動自在に支持するアームと、アームを回転機構部で保持した定着ローラの表面に沿って移動する移動機構を有し、駆動制御部は回転機構部による定着ローラの回転とセンサ部の移動機構によるアームの移動を制御し、計測電圧供給部はフレームと定着ローラの円筒状基体の間に直流電圧を印加し、パソコンは駆動制御部の駆動制御信号を入力して定着ローラの表面の離型層の電気抵抗を測定している領域を算出して表示し、計測電圧供給部から送られる電圧信号と電流信号により電気抵抗値を演算し、演算した電気抵抗値の変化を測定領域に表示することを特徴とする定着ローラの検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、例えば電子写真方式の画像形成装置に使用する定着ローラの塗膜等の薄膜の電気抵抗測定方法と測定装置及び定着ローラの検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の複写機やレーザプリンタなどの画像形成装置で感光体に形成したトナー像を記録紙に転写し、記録紙に転写されたトナー像を定着装置で加熱加圧して定着している。この定着装置の定着ローラは、その表面の離型層にフッ素樹脂を被覆してトナーの離型性を良くし、記録紙に転写された未定着トナー像を定着させるが、その離型層の材質がフッ素樹脂単独では体積固有抵抗が１０１８Ω・ｃｍ以上と高抵抗であるため、その離型層が摩擦により大きく負帯電すると、記録紙上の正帯電トナーが静電作用により定着ローラの表面に吸着してオフセットや記録紙の巻き込みが発生するという不具合を生じる。また、感光体に負帯電ＯＰＣを使用し、負帯電トナーにより画像を形成する場合、フッ素樹脂の離型層を形成した定着ローラに負帯電トナーの画像が転写された記録紙が搬送されると、記録紙上の未定着トナーは定着ローラとの静電作用によりトナー飛散が発生し記録紙の定着画像を汚してしまう。
【０００３】
これらの不具合を防止するため、フッ素樹脂に導電性カーボン等の充填剤を分散混入して体積固有抵抗を低下させて帯電を防いでいる。このフッ素樹脂に混入されるカーボン等の導電剤は１〜５％程度であり、導電性充填剤の含有された膜の体積電気抵抗率は１０６〜１０８Ω・ｃｍ程度である。この導電性充填剤としては導電性カーボンブラックやグラファイト粉末又は酸化スズや酸化アンチモン等で導電化処理された微粒子も混入される。これらの導電性充填剤はフッ素樹脂との相溶性が悪く凝集分散した状態で含有され、フッ素樹脂の表面に突出したり、内部に包含されるものが形成され、体積固有抵抗にムラが生じる。この定着ローラの離型性を左右するフッ素樹脂層材料と導電性充填剤との分散状態を把握するには離型層の電気抵抗を測定して検査する必要がある。
【０００４】
この形成された離型層の膜厚方向の電気抵抗を測定する場合、測定面積を広くして測定すると、フッ素樹脂層材料と導電性充填剤との分散状態がムラな部分を平均化した電気抵抗値となり、表面の状態を把握するのは困難である。そこで離型層の表面と内部の状態に合った微小な測定面積を持つ測定子を使用し、かつ、表面にキズを付けることなく所定長さと所定範囲を計測することが要求される。
【０００５】
このようなう薄膜の抵抗測定方法として、特開２０００−８８９００号公報に示す表面・体積抵抗測定装置は、表面に導電性ゴムを有する円盤状の主電極及び主電極を取り囲んで配置されたリング電極に対向電極で試料を圧接し、主電極とリング電極との間に直流電圧を印加して試料の表面に流れる電流を測定し、試料の表面抵抗を検出し、主電極と対向電極の間に直流電圧を印加して試料を貫通して流れる電流を測定して試料の体積抵抗を検出するとき、直流電源と直列に電流制限抵抗を接続して、導電性ゴムの焼付けを防止している。
【０００６】
また、特開平９−５４１２６号公報に示された体積抵抗測定装置は、一対の導電性ローラ間にシートを挟み込んでシートの両面に対して導電性ローラの外周面を線接触させ、シートの移送に伴い各導電性ローラを回動させながら、導電性ローラ間に直流電圧を印加しシートの厚さ方向に流れる電流を測定してシートの体積抵抗を検出している。
【０００７】
特開平５−１４２２７４号公報に示された触針式接触抵抗測定装置は、高真空装置内において、触針をサンプルに接触させて４端子法により電流と電圧を測定して触針とサンプルとの接触抵抗を検出している。また、特開平５−４５３８９号公報に示された薄膜の電気抵抗測定装置は、触針式で試料の電気抵抗を測定するとき、電極間距離が異なる少なくとも２組の電極系によって測定された検出電圧と通電電流値から薄膜の電気抵抗値を算出している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
定着ローラの離型性を左右するフッ素樹脂層材料と導電性充填剤との分散状態を把握するときに、特開２０００−８８９００号公報や特開平９−５４１２６号公報に示すように、測定面積を広くして測定すると、フッ素樹脂層材料と導電性充填剤との分散状態がムラな部分を平均化した電気抵抗値となり、表面の状態を把握するのは困難である。
【０００９】
また、前記各公報に示された電気抵抗測定装置は、いずれも試料の表面に回転可能な金属球により傷を付けずに測定するものではなく、画像形成装置に使用される定着ローラの離型層の電気抵抗を測定する場合に適用することはできない。
【００１０】
この発明はこのような短所を改善し、離型層の表面と内部の状態に合った微小な測定面積を持つ測定子を使用し、かつ、表面にキズを付けることなく所定長さと所定範囲を計測することができる薄膜の電気抵抗測定方法と測定装置及び定着ローラの検査装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る薄膜の電気抵抗測定方法は、被測定物裏面を接地させた状態で、回転自在に保持した直径が０．３〜１ｍｍの金属球を被測定物の表面に一定荷重で接触させ、金属球を所定計測長又は所定計測囲内で移動させながら金属球に直流電圧を印加して被測定物を貫通して流れる電流と印加電圧を測定して被測定物の膜厚方向の電気抵抗を測定することを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る薄膜の電気抵抗測定装置は、直径が０．３〜１ｍｍの金属球と、金属球を回転自在に保持するフレームと、フレームを上下方向に摺動自在に支持するアームと、直流電源部と電流計測部と電圧計測部及び電気抵抗演算部を有し、被測定物裏面を接地させた状態で前記金属球を被測定物の表面に一定荷重で接触させ、金属球を所定計測長又は所定計測囲内で移動させながら、直流電源部から金属球に直流電圧を印加し、電流計測部は被測定物を貫通して流れる電流値を測定し、電圧計測部は金属球と被測定物の裏面に印加する電圧を計測し、電気抵抗演算部は電流計測部で計測した電流値と電圧計測部で測定した印加電圧とから所定計測長又は所定計測囲内の被測定物の膜厚方向の電気抵抗を演算することを特徴とする。
【００１３】
前記フレームに、保持する金属球に潤滑油を供給する注入孔を有し、金属球を潤滑油中で回転させることが望ましい。
【００１４】
また、前記金属球を磁性材料で形成し、フレームは金属球を磁気吸引して保持するガイドレールを有すると良い。
【００１５】
この発明に係る定着ローラの検査装置は、基台に設けられた回転機構部とセンサ部と、駆動制御部と計測電圧供給部及びパソコンとを有し、回転機構部は、定着ローラを保持して回転させ、センサ部には直径が０．３〜１ｍｍの金属球を回転自在に保持したフレームと、フレームを上下方向に摺動自在に支持するアームと、アームを回転機構部で保持した定着ローラの表面に沿って移動する移動機構を有し、駆動制御部は回転機構部による定着ローラの回転とセンサ部の移動機構によるアームの移動を制御し、計測電圧供給部はフレームと定着ローラの円筒状基体の間に直流電圧を印加し、パソコンは駆動制御部の駆動制御信号を入力して定着ローラの表面の離型層の電気抵抗を測定している領域を算出して表示し、計測電圧供給部から送られる電圧信号と電流信号により電気抵抗値を演算し、演算した電気抵抗値の変化を測定領域に表示することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は薄膜の電気測定装置の構成図である。電気抵抗測定装置１は、薄膜に対する触針電極として使用する０．３〜１ｍｍの金属球２と、金属球２を３点支持して回転自在に包含するフレーム３と、フレーム３を上下方向に摺動自在に支持するアーム４と、フレーム３に直流電圧を印加する直流電源部５と、薄膜を貫通して流れる電流を測定する電流計測部６と、印加する直流電圧を測定する電圧計測部７及び電気抵抗演算部８を有する。フレーム３内には金属球２を回転摺動時に通電によるスパーク防止及び接触抵抗を軽減して金属球２が回転し易くなるようシリコンオイルを注入する注入孔９と金属球２に一定荷重を与えるウエイト１０を有する。
【００１７】
この電気抵抗測定装置１で例えば電子写真方式の画像形成装置で使用する定着ローラの表面に形成された離型層の電気抵抗を測定する場合について説明する。定着ローラは、円筒状基体１１の表面をサンドブラスト処理後プライマー層１２を形成し、その上層に離型層１３を形成して、基体１１と離型層１３の密着性を高めている。この離型層１３は、フッ素樹脂１４に熱定着時のトナーの静電オフセット防止のため導電性粉末１５としてカーボンブラックやグラファイト粉末が０．５〜５％添加分散され、その体積抵抗値を１０６〜１０８Ω・ｃｍ程度としている。この導電性粉末１５としてカーボンブラックを添加分散した離型層１３内での分散状態は、カーボンブラックがフッ素樹脂と相溶性が小さいため、通常行なわれるカーボンブラックの混合分散では溶融焼成時にフッ素樹脂と分離形成されやすく、カーボンブラック粒子が数珠繋ぎになったストラクチャー１６を形成しやすく、離型層１３の表面に導電性のムラを生じ易くなり、マイラーフィルムなどの摩擦帯電し易い記録紙に画像形成すると静電オフセットの発生を起こし易く、離型層１３の表面及び膜厚方向の電気抵抗が均一化されていることが望ましい。
【００１８】
この離型層１３の表面の導電性のムラを生じ難くするため、フッ素樹脂１４の材質を熱溶融性の良いＰＦＡフッ素樹脂等を用い、導電性カーボンブラックと炭素繊維粉末をＰＦＡフッ素樹脂等の焼成用粉末中に分散する工法を用いた非帯電性塗膜形成用フッ素樹脂紛体塗料が使用されたりするが、混練りしても導電性カーボンブラックや炭素繊維粉末が良く分散しているわけではないので、塗膜形成の溶融焼成時にカーボン粒子が数珠繋ぎになったストラクチャー１６をやはり形成しやすく、離型層１３の表面に導電性のムラが発生するという問題を生じ、離型層１３の表面の微小部分で電気抵抗が高くなる。
【００１９】
この離型層３の表面の微小部分の電気抵抗を測定するため、金属球２を離型層１３の表面に接触させて、所定単位測定長Ｌの範囲を回転移動させながら直流電源部５からフレーム３を介して金属球２と基体１１の間に直流電圧を印加し、離型層１３を貫通して流れる電流と印加している電圧とから電気抵抗演算部８で離型層１３の膜厚方向の電気抵抗を測定する。この金属球６を離型層１３の表面に接触しながら所定の長さ又は面積範囲を単位測定長Ｌで分解して電気抵抗を測定することにより、ストラクチャー１６のある部分と無い部分の微小部分の電気抵抗差を測定でき、フッ素樹脂１４の持つ離型性と静電オフセット防止をするための表面性を把握することができる。この金属球６を離型層１３の表面に接触して回転移動させるとき、通電によるスパーク防止及び接触抵抗を軽減するためにフレーム３の注入口９から供給するシリコンオイルは画像形成装置の定着装置で離型オイルとして使用されるため、定着ロータの離型層１３の表面に付着しても特に問題とはならない。
【００２０】
前記説明では金属球２をフレーム３で３点支持して包含する場合について説明したが、金属球２を磁性体で形成し、図２（ａ）の断面図と（ｂ）の側面図に示すように、フレーム３の先端部に、測定方向に沿った延びたＶ字状又は２点接触形状の保持部１７を有するレールガイド１８の内部にマグネット１９を設け、このレールガイド１８の保持部１７で金属球２を磁力吸着して保持しながら一定測定距離Ｌだけ回転させて移動摺るようにしても良い。このように金属球２をレールガイド１８の保持部１７と転がり接触させることにより金属球２とレールガイド１８との接触抵抗を非常に小さくして測定荷重を軽減することができ、金属球２が接触する離型層１３の表面に傷を付けないですむ。
【００２１】
次にこの電気抵抗測定装置１を使用した定着ローラの検査装置について説明する。定着ローラの検査装置２０は、図３の構成図に示すように、基台２１に設けられた回転機構部２２とセンサ部２３と、駆動制御部２４と計測電圧供給部２５及びパソコン２６とを有する。回転機構部２２は、定着ローラ２７を保持し、保持した定着ローラ２７をパルスモータ２８で回転させる。センサ部２３には金属球２を保持したフレーム３を支持するアーム４を、回転機構部２２で保持した定着ローラ２７の表面に沿って移動する移動機構２９と移動機構２９を移動させるパルスモータ３０を有する。駆動制御部２４は回転機構部２２のパルスモータ２８とセンサ部２３のパルスモータ３０の駆動を制御する。計測電圧供給部２５はアーム４と定着ローラ２７の円筒状基体１１の間に電気抵抗計測用の直流電圧を印加する。パソコン２６は駆動制御部２４からパルスモータ２８，３０の駆動制御信号を入力して定着ローラ２７の表面の離型層１３の電気抵抗を測定している領域を算出して画面に表示し、計測電圧供給部２５から送られる電圧信号と電流信号により電気抵抗値を演算し、演算した電気抵抗値の変化を測定領域に表示して定着ローラ２７の表面状態をあきらかにする。
【００２２】
この検査装置２０で定着ローラ２７の表面状態を検査するときは、回転機構部２２に設けた取付ガイド３１により定着ローラ２７を回転機構部２２に装着し、定着ローラ２７の表面にフレーム３で保持した金属球２を１０〜１００ｇｆの一定荷重で接触させ、計測電圧供給部２５からフレーム３と定着ローラ２７の円筒状基体１１の間に直流電圧を供給する。この状態で駆動制御部２４でパルスモータ３０を駆動してセンサ部２３の移動機構２９を定着ローラ２７の軸方向に所定測定距離毎に分割移動しながら回転機構部２２のパルスモータ２８を駆動して定着ローラ２７を分割回転させ、定着ローラ２７の電気抵抗を測定する。パソコン２６は、この移動機構２９が移動する定着ローラ２７の軸方向をＸ座標とし、定着ローラ２７の回転による円周方向をＹ座標として測定領域を画面に表示し、計測電圧供給部２５から送られる電圧信号と電流信号により離型層１３の膜厚方向の電気抵抗値を演算し、演算した電気抵抗値をＺ軸座標上に強度グラフとしてプロットする。図３の画面拡大図４０はＺ軸上にプロットした電気抵抗値の強度分布を示す。この電気抵抗値の強度分布から定着ローラ２７の表面特性を容易に考察することができ、その適否を高精度に判定することができる。したがってこの検査装置２０を定着ローラ２７の製造工程の最終段に設け、作成した定着ローラ２７を抜き取り検査をすることにより、高品質の定着ローラを提供することができる。
【００２３】
前記説明では定着ローラ２７の表面の離型層１３の電気抵抗を測定して表面状態を判断する場合について説明したが、他の薄膜の電気抵抗も同様にして測定することができる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、直径が０．３〜１ｍｍの金属球を被測定物の表面に一定荷重で接触させて被測定物の膜厚方向の電気抵抗を測定するようにしたから、被測定物の表面に傷を付けることなしに電気抵抗を測定することができる。
【００２５】
また、金属球を所定計測長又は所定計測囲内で移動させながら金属球に直流電圧を印加して被測定物を貫通して流れる電流と印加電圧を測定して被測定物の膜厚方向の電気抵抗を測定するようにしたから、被測定物の表面を所定計測長又は所定計測囲に区分けして電気抵抗を測定することができ、被測定物の表面状態を高精度に判定することができる。
【００２６】
さらに、金属球をシリコンオイル等の潤滑油中で回転させることにより、金属球を回転移動して電気抵抗を測定するときの摺動抵抗を低減させることができ、金属球を安定して回転移動させることができる。
【００２７】
また、前記金属球を磁性材料で形成し、フレームのガイドレールに金属球を磁気吸引して保持することにより、金属球を容易に回転移動させることができる。
【００２８】
また、定着ローラを回転機構部に装着し、定着ローラの剥離層表面にフレームで保持した金属球を一定荷重で接触させ、フレームと定着ローラの円筒状基体の間に直流電圧を供給しながら金属球を定着ローラの軸方向に所定測定距離毎に分割移動し、かつ回転機構部で定着ローラを分割回転させ、定着ローラの電気抵抗を測定し、この測定領域をパソコンで画面に表示し、フレームと定着ローラの円筒状基体の間に印加する電圧とフレームと定着ローラの円筒状基体の間に流れる電流により定着ローラの離型層の膜厚方向の電気抵抗値を演算し、演算した電気抵抗値を強度グラフとして測定領域にプロットすることにより、定着ローラの表面特性の適否を高精度に判定することができ、高品質の定着ローラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】薄膜の電気測定装置の構成図である。
【図２】金属球を保持するフレームの保持部の構成図である。
【図３】定着ローラの検査装置の構成図である。
【符号の説明】
１；電気抵抗測定装置、２；金属球、３；フレーム、４；アーム、
５；直流電源部、６；電流計測部、７；電圧計測部、８；電気抵抗演算部、
９；注入孔、１０；ウエイト、１１；定着ローラの円筒状基体、
１２；プライマー層、１３；離型層、１４；フッ素樹脂、
１５；導電性粉末、１６；ストラクチャー、１７；保持部、
１８；レールガイド、１９；マグネット、２０；検査装置、２１；基台、
２２；回転機構部、２３；センサ部、２４；駆動制御部、
２５；計測電圧供給部、２６；パソコン。
【図１】
2004045109.tif 000003
【図２】
2004045109.tif 000004
【図３】
2004045109.tif 000005