JP6041206B2 - 付着力測定装置及び付着力測定方法 - Google Patents

Description

粉体の付着力を測定する付着力測定装置及び付着力測定方法に関するものである。

従来、電子写真方式の画像形成装置では、トナーやキャリアなどの粉体を、複数の部材間を移動させることにより画像を形成する。そのため、部材と粉体との間で作用する付着力の大きさは、部材間での粉体の移動の可否に直接関わり、画像品質に大きな影響を及ぼす。その為、画像品質改善の為のメカニズム解析や、部材及びトナーなどの粉体の品質確認のために、部材と粉体との間で作用する付着力を測定する付着力測定方法が提案されている。

特許文献１に記載の付着力測定方法では、原子間力顕微鏡のカンチレバーの先端と粉体とを接着剤で固定して、原子間力顕微鏡内で部材上に粉体を接触させた後、部材上から粉体を引き離し、そのときのカンチレバーのたわみ量を検出することで部材と粉体との間で作用する付着力を測定している。また、特許文献２に記載の方法では、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）球１つと部材との付着力を原子間力顕微鏡を用いて測定している。更に、本願発明者は特許文献３にて、原子間力顕微鏡を用いて、部材上の付着力の平均値や標準偏差を算出することにより、部材間の特性の違いをより精密に判断できる手法を提案している。非特許文献１に記載の方法では、遠心力を利用してトナー付着力を評価する方法が記載されている。

しかしながら、カンチレバーの先端に塗布した接着剤が粉体の表面に付着することで、粉体の表面状態や電気的な状態が部材上にあるときと変わってしまう。そのため、粉体の付着力も部材上にあったときから変化してしまい、粉体の付着力を精度良く測定することができず、正確な評価ができなくなるといった問題が生じる。

また、これらの方法では、部材上の、特定のトナーの付着力を計測することはできない。集団ではなく、特定の粉体粒子の付着力を測定する技術としては、特許文献２、特許文献３のような原子間力顕微鏡の探針であるカンチレバーの先端に１個の粉体を固定して付着力を計測する技術がある。この技術は、カンチレバーの先端と粉体とを接着剤で固定する工程を経た後、原子間力顕微鏡内で部材と粉体とを引き離す際のカンチレバーのたわみ量を検出することで付着力を計測する手法である。１個の粉体の付着力を測定することは可能だが、部材上の任意の粉体の付着力を測定することは困難である。

以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、粉体の付着力を精度良く測定することができる付着力測定装置及び付着力測定方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の粉体粒子が集まった粉体における個々の粉体粒子の付着力を測定する付着力測定装置であって、試料上の１個の粉体粒子を掴み取る開閉可能な挾持部材と、板状部材を片持ち支持した状態で、自らの上昇に伴って該板状部材を該挾持部材に掴まれた該粉体粒子に接触させ、その後、自らの下降に伴って該板状部材と該粉体粒子とを離間させるように昇降可能な微小変位ステージとを備えるとともに、前記板状部材と前記粉体粒子とを接触させたときの該微小変位ステージの位置と、該板状部材と該粉体粒子とを離間させたときの該微小変位ステージの位置との差分である該微小変位ステージの変位量と、該板状部材のバネ定数とを乗じて、該粉体粒子の付着力を求める算出手段を備えることを特徴とするものである。

接着剤で粉体を挾持部材に固定せず、挾持部材により試料上から掴み取った粉体を板状部材と接離させるので、粉体の付着力測定時に前記接着剤によって粉体の表面状態や電気的な状態が変わるのを抑制することができる。また、粉体と板状部材との間には付着力が作用しているため、ある程度、粉体と板状部材とを離間させる離間動作を行っても、粉体と板状部材とは接触した状態を維持するため板状部材に反りが生じる。そして、さらに離間動作を続けると、板状部材の機械的剛性が粉体と板状部材との間に作用する付着力より大きくなり、粉体と板状部材とが離間する。そのため、粉体と板状部材とを離間させたときの板状部材の反り量に関する情報から粉体の付着力を求めることができる。よって、粉体の付着力測定時に粉体の表面状態や電気的な状態が変わるのを抑えて、粉体の付着力を精度良く測定することができる。

粉体の付着力を精度良く測定することができるという優れた効果がある。

ピエゾステージによる粉体とカンチレバーとの接触、離間の状態を示す図。 ＭＥＭＳプローブを斜め上から見た場合の説明図。 図２に示したＭＥＭＳプローブを真横から見た場合の説明図。 粉体をカンチレバー上に移動させる状態を示す図。 算出した粉体の付着力と粉体径との関係を示すグラフ。 画像形成装置の一例における主要構成を示す模式図。 タンデム型のフルカラー画像形成装置の主要構成を示す模式図。 リボルバタイプのフルカラー画像形成装置の主要構成を示す模式図。

本実施形態に係る付着力測定装置に適用された付着力測定方法による粉体の付着力測定の流れを図１、図２、図３、図４を用いて説明する。

図２はＭＥＭＳプローブ８０を斜め上から見た場合の説明図である。図３は図２に示したＭＥＭＳプローブ８０を真横から見た場合の説明図である。

まず、試料８２の表面上に存在する粉体８１の中から、評価したい粉体８１を選択した後、図２（ａ）や図３（ａ）に示すようにＭＥＭＳプローブ８０を下降させる。そして、図２（ｂ）や図３（ｂ）に示すように対象の粉体８１を両端から挟むようにＭＥＭＳプローブ８０の先端を動かすことで、ＭＥＭＳプローブ８０で粉体８１を保持する。このようにＭＥＭＳプローブ８０で粉体８１を保持した後、粉体８１が垂直方向に引き上げられるようＭＥＭＳプローブ８０を上昇させて、図２（ｃ）や図３（ｃ）に示すように試料８２上から粉体８１を引き離す。

その後、図４に示すように試料８２の近傍にホールドしてあるカンチレバー８３上に粉体８１を移動させ、ＭＥＭＳプローブ８０の作動機構で、カンチレバー８３に粉体８１をある程度近づける。その後、ピエゾステージ８４を用いてカンチレバー８３を上昇させて、図１（ａ）に示すようにＭＥＭＳプローブ８０で把持している粉体８１とカンチレバー８３とを接触させる。粉体８１とカンチレバー８３とが接触したか否かは、カンチレバー８３の反りを光学顕微鏡８５で観察することで判断する。

その後、図１（ｂ）に示すように粉体８１とカンチレバー８３とを離す方向に、ピエゾステージ８４を変位させる。この際、粉体８１とカンチレバー８３との間に付着力が作用しているため、ある程度、ピエゾステージ８４を変位させても、粉体とカンチレバー８３は接触した状態を維持する。そして、さらに、ピエゾステージ８４を変位させると、カンチレバー８３の機械的剛性が粉体８１−カンチレバー８３間に作用する付着力より大きくなり、図１（ｃ）に示すように粉体８１とカンチレバー８３とが離れる。この一連の操作でも、カンチレバー８３の反りを光学顕微鏡８５で観察することで、粉体８１とカンチレバー８３とが離間するときのピエゾステージ８４の位置を特定できる。

このような粉体８１とカンチレバー８３との接触、離間の作業において、機械的剛性の小さいカンチレバー８３を選択することで、粉体８１とカンチレバー８３との接触、離間が発生するピエゾステージ８４の位置を明らかにできる。したがって、粉体８１とカンチレバー８３とが接触した後に、離間するまでのピエゾステージ８４の変位量を求められる。この変位量の大小が、粉体８１の付着力の大小に相当する。具体的な力に換算する際は、カンチレバー８３の反り量に関する情報として、ピエゾステージ８４の変位量とカンチレバー８３のバネ定数との積を算出すれ良い。

このように本実施形態の付着力測定装置における測定方法においては、ピンセット形状の開閉可能なＭＥＭＳプローブ８０で把持した粉体８１とカンチレバー８３とを、昇降可能なピエゾステージ８４により接触、離間させる。そして、この際のカンチレバー８３の反り量に関する情報から、任意の１個の粉体８１の付着力を計測する手法を考案した。より具体的には、カンチレバー８３の反りを観察することで、粉体８１とカンチレバー８３とが接触したときのピエゾステージ８４の位置と、粉体８１とカンチレバー８３とが離間したときのピエゾステージ８４の位置とを特定する。そして、それらの位置の差分であるピエゾステージ８４の変位量と、カンチレバー８３のバネ定数とを乗ずることで、粉体８１の付着力を算出する。

近年、微小異物をハンドリングするためのマニピュレータが様々開発されてきている。例えば、非特許文献１に記載されているように、半導体シリコンプロセス技術によって作製される静電アクチュエータで離反可能なピンセット形状のマニピュレータが開発されてきている。

本実施形態の付着力測定装置における測定方法では、このようなピンセット形状のＭＥＭＳプローブ８０で任意の粉体８１を挟み込み、且つ、その粉体８１をカンチレバー８３上へ移動させた後、カンチレバー８３と粉体８１とを接触、離間させる。

特に、カンチレバー８３という機械的剛性（バネ定数）の低いものを粉体８１との接触対象にすることで、接触や離間によるカンチレバー８３の反りが光学顕微鏡等で容易に観察できる。

そのため、粉体８１−カンチレバー８３間の接触位置や離間位置を容易に特定でき、且つ、これらの差分を求められる。また、カンチレバー８３のバネ定数を小さいものを選択することで、粉体８１とカンチレバー８３との接触から離間までの、ステージ変位量が大きくでき、装置周りの振動等のノイズ条件に対しても、ロバストにできる。

設計者は、例えば、感光体上の静電潜像以外の領域に付着したトナーは、そのまま紙に転写された場合、非画像部にトナーが付着してしまうことになり、地肌汚れと呼ばれる異常画像になってしまう、このようなトナーが付着してしまう理由を明らかにすることで、異常画像を低減したい。しかしながら、現状の評価装置ではこのような特定のトナーの付着力は計測できない。

これまでの測定装置では、部材上の任意の粉体の付着力を測定することは困難である。主な理由は、カンチレバーと粉体との間の接着剤が硬化するまでの時間が必要であり、部材上から粉体を採取する前の状態を維持したまま、付着力を測定することが困難なことである。例えば、部材上の粉体に接着剤を塗布したカンチレバーを接触させた状態で、接着剤が硬化するまでに、接着剤が粉体から部材に回りこむことで部材表面や粉体表面が変形すること、もしくは、部材や粉体の電気的な状態が変わることが有り得る。このような変化が起こると、粉体、部材間の付着力も変わってしまい、正確な評価ができなくなってしまう。

これに対し、本実施形態の付着力測定装置における測定方法においては、接着剤で粉体８１をＭＥＭＳプローブ８０に固定せず、ＭＥＭＳプローブ８０により試料８２上から掴み取った粉体８１をカンチレバー８３と接離させる。これにより、粉体８１の付着力測定時に前記接着剤によって粉体８１の表面状態や電気的な状態が変わるのを抑制することができる。

また、粉体８１とカンチレバー８３との間には付着力が作用しているため、ある程度、粉体８１とカンチレバー８３とを離間させる離間動作を行っても、粉体８１とカンチレバー８３とは接触した状態を維持するためカンチレバー８３に反りが生じる。そして、さらに離間動作を続けると、カンチレバー８３の機械的剛性が粉体８１とカンチレバー８３との間に作用する付着力より大きくなり、粉体８１とカンチレバー８３とが離間する。そのため、粉体８１とカンチレバー８３とを離間させたときのカンチレバー８３の反り量に関する情報から不図示の算出装置によって粉体８１の付着力を算出し求めることができる。

よって、本実施形態の付着力測定装置における測定方法では、粉体８１の付着力測定時に粉体の表面状態や電気的な状態が変わるのを抑えて、粉体８１の付着力を精度良く測定することができる。

次に、本実施形態に係る付着力測定装置の各構成部品について、以下に記す。

＜ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）プローブ（マイクログリッパー）＞
近年のＭＥＭＳ技術の発展により、微小試料を把持、操作可能なピンセット形状のＭＥＭＳプローブが実用化されてきている。それらは、マイクログリッパー、ＭＥＭＳグリッパー、ナノピンセット等の名称で、販売されている。付随されている機能も各製品によって異なるが、本発明では、ミクロンオーダーの粉体８１を把持、操作できれば、その種類は特に限定されるものではない。

＜原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）とカンチレバー８３について＞
本実施形態では、粉体８１による付着力の差異を判別するために、粉体８１の付着対象として、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）用のカンチレバーを用いている。原子間力顕微鏡の動作原理については多くの公知の文献（例えばＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５６号１７５８頁（１９９０年））がある。一般的には、窒化ケイ素や二酸化ケイ素などの物質表面を有する針（プローブチップ、以下、チップともいう。）を先端に有するものをカンチレバーと呼び、そのプローブチップを測定試料表面に近づけて、測定試料表面とプローブチップとの間に働く力（表面間力）が一定になるよう試料表面をスキャンすることで、試料表面の微細形状を計測する装置である。

本実施形態の付着力測定装置における測定方法は、カンチレバー８３の板バネ部分の機械的剛性が低いことを利用するものである。そのため、カンチレバー先端のプローブチップは利用しない。そのため、本実施形態の付着力測定方法に用いるカンチレバー８３としては、当然ながらチップレスカンチレバーでも、全く問題ない。

また、カンチレバー８３は、その用途により、様々な形状のものがあり、且つ、そのバネ定数（機械的剛性）も様々である。その中で、バネ定数が低いカンチレバー８３を用いることで、粉体８１とカンチレバー８３との接触から離間までの、ピアゾステージ変位量が大きくなるため、計測感度を向上させることができる。また、粉体８１とカンチレバー８３との接触、離間によるカンチレバー８３の反りも光学顕微鏡で認識しやすくなるため、接触位置や離間位置の誤検知を低減させることができる。カンチレバー８３のとして、望ましくは、バネ定数が１［Ｎ／ｍ］以下のものを使用するのがよい。

なお、本実施形態の付着力測定装置における測定方法では、機械的剛性の低い片持ち梁（支持部材に片持ち支持される板状部材）を用いることが特徴であるので、必ずしもＡＦＭ用のカンチレバーを用いる必要は無く、専用の片持ち梁を試作して、使用することも可能である。

＜ピエゾステージ８４＞
本実施形態の付着力測定方法で、粉体８１とカンチレバー８３との接触作業や離間作業を行う際は、垂直方向に移動可能な微小変位ステージが必要である。具体的な必要スペックは、測定対象の粉体８１の付着力の大きさや、カンチレバー８３のバネ定数等の実験条件に依存するが、例えば、位置分解能が１００［ｎｍ］以下、望ましくは、位置分解能が１０［ｎｍ］以下のピエゾステージ８４が必要である。

なお、カンチレバー８３のバネ定数が小さいほど、粉体８１とカンチレバー８３とを離間させる時のカンチレバー８３の反りが大きくなるので、離間させる際のステージの変位量は大きくなるので、ステージはその位置分解能の精度が悪いものでも使用可能である。また、測定対象が付着力の大きい粉体８１である場合も、同様である。一方、バネ定数の大きいカンチレバー８３を用いざるを得ない場合、もしくは、付着力の小さい粉体８１が測定対象である場合は、より高精度のステージを用意する必要がある。

本実施形態の付着力測定装置における測定方法で用いる微小変位ステージとしては、ピエゾステージ８４に限られるものではなく、高精度のステッピングモーター等を用いたステージでも実現可能である。

＜その他の構成部品＞
測定対象となる粉体８１の位置確認や、全体の作業状態の確認は、一般的な光学顕微鏡やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）などで可能である。ただし、粉体径の非常に小さい粉体（例えば、粉体径が１［μｍ］以下）の場合は、光学顕微鏡では認識が困難になってくるので、電子顕微鏡等を用いる必要がある。いずれの顕微鏡を使用する場合でも、粉体８１の付着力測定の流れは上述したのと同じである。

以下に、具体的な計測装置の例を記す。
＜実施例１＞
以下の粉体８１について、本実施形態の付着力測定装置における測定方法により、付着力を計測する。かつ、付属の光学顕微鏡で粉体径を計測して、粉体径と付着力での相関が表れているか否かで、付着力計測の妥当性を検証した。

・粉体８１：リコー社製モデルトナー（主要材料ポリエステル、外部添加剤無し）
・ピエゾステージ８４：シグマ光機製シグマファインステージＳＦＳ−Ｈ４０Ｚ（ＣＬ）
・カンチレバー８３；オリンパス社製 シリコンナイトライド製カンチレバー（表面金コート、バネ定数０．０２［Ｎ／ｍ］）ＯＭＣＬ−ＴＲ４００ＰＢシリーズ（カンチレバーは、接地した状態で固定）
・ＭＥＭＳプローブ８０：アオイ電子社製 接触センサー付きナノピンセット

計測対称の粉体８１毎のピエゾステージ変位量（粉体８１とカンチレバー８３とが接触してから離間するまでのピエゾステージ移動量）、及び、ピエゾステージ変位量から算出した粉体８１の付着力の結果を表１に示す。

粉体径によって、ピエゾステージ変位量が変わることがわかる。このピエゾステージ変位量の大小が、粉体８１の付着力の違いに相当する。また、ピエゾステージ８４の変位量が数千［ｎｍ］（１［μｍ］以上）であること、すなわち、光学顕微鏡でも十分に認識可能なほどの変位を示していることがわかる。このピエゾステージ変位量に、カンチレバー８３のバネ定数０．０２［Ｎ／ｍ］を乗じた値が、表１中の粉体８１の付着力になる。

図５は、算出した粉体８１の付着力と粉体径との関係を示すグラフである。従来、粉体８１の付着力と粉体径とは相関の有ることが知られているが、本実施形態の付着力測定装置における測定方法でも同様の傾向が得られていることがわかる。

＜実施例２＞
実施例１の方式は、粉体８１とカンチレバー８３とを接触させる際に、粉体８１とカンチレバー８３との接触帯電（除電）により、粉体８１の帯電状態を変えてしまうことがある。

そこで、シリコンやシリコンナイトライド製のカンチレバー８３を導電性材料でコートする。このように、カンチレバー８３を表面コートすることで、粉体８１とカンチレバー８３との接触帯電を低減、もしくは、防止でき、試料上に付着した状態そのままに粉体８１の付着力を評価することができる。なお、コートする導電性材料としては、金や白金等が使用できる。

＜実施例３＞
評価対象の粉体８１にも依存するが、場合によっては、粉体８１とカンチレバー８３とが接触した際に、粉体８１の電荷がカンチレバー８３にリークすることで、粉体８１の付着力が変わってしまうことがある。このような不具合を防止するために、抵抗の高い材料、例えば、樹脂材料でカンチレバー８３をコートすることも有効な方法である。

＜実施例４＞
接触帯電は、接触する２つの物体の間の表面電位の違いによって発生する現象のため、カンチレバー８３の表面材料に、粉体８１と同じ表面材料を用いることでも、粉体８１とカンチレバー８３との接触帯電は低減、もしくは、防止できる。対象とする粉体８１によって、コート材料を変える必要は有るものの、接触帯電を防止できる。

対象とする粉体８１の表面は、必ずしも全面同一の材料で構成されているわけではないが、その主たる材料でカンチレバー８３をコートすれば、十分に効果は発揮できる。

例えば、電子写真用トナーを評価する場合は、トナーの主たる表面材料であるポリエステルでカンチレバー８３をコートすると、粉体８１とカンチレバー８３との接触帯電を防止できる。

また、必ずしも対象の粉体８１と同一材料でなくても、帯電系列にて粉体８１の表面材料に近い材料で、カンチレバー８３をコートすることでも、粉体８１とカンチレバー８３との接触帯電を低減できる。例えば、ポリエステルで主に構成されている電子写真用トナーであれば、ポリプロピレンやアクリルでカンチレバー表面をコートすることにより、粉体８１とカンチレバー８３との接触帯電を低減できる。

＜電子写真用部材＞
＜画像形成装置とその搭載部材＞
本実施形態の付着力測定装置における方法は、例えば、以下に示すような画像形成装置に用いられる部材と、トナーやキャリアとの間に作用する付着力を計測するのに用いることができる。ただし、その適用範囲は、以下に限るものではなく、例えば、ガラス表面上に付着したほこりの付着状態等を解析することにも適用できる。

図６は、画像形成装置の一例における主要構成を示す模式図である。図６に示す画像形成装置においては、図示しない本体筐体内に、図６中時計方向に回転駆動される感光体２が収納されている。感光体２の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ３、静電潜像形成手段としての光書込装置４、現像手段としての現像装置５、転写手段としての転写ローラ６、クリーニング手段としてのクリーニング装置７、除電手段としての除電装置８等が設けられている。

画像形成装置は、複数枚の記録材としての記録紙Ｐを収納する図示しない給紙カセットを備えている。給紙カセット内の記録紙Ｐは、図示しない給紙ローラにより１枚ずつ図示しないレジストローラ対に送られ、レジストローラ対でタイミング調整された後、転写ローラ６と感光体２との間の転写領域に送り出される。

図６に示す画像形成装置において画像形成を行う場合、まず、感光体２を図６中時計方向に回転駆動して感光体２の表面を帯電ローラ３で一様に帯電する。その後、一様に帯電された感光体２の表面部分に対し、画像データで変調されたレーザーを光書込装置４により照射して、感光体２の表面に静電潜像を形成する。

感光体２の表面上の静電潜像には、現像装置５によりトナーが付着し、これによりトナー像が形成される。このトナー像は、感光体２と転写ローラ６との間の転写領域に搬送されてきた記録紙Ｐ上に転写される。トナー像が転写された記録紙Ｐは、定着部（不図示）に搬送される。

定着部は、内蔵ヒータにより所定の定着温度に加熱される定着ローラと、定着ローラに所定圧力で押圧される加圧ローラとを備え、転写領域から搬送されてきた記録紙Ｐを加熱及び加圧して、記録紙Ｐ上のトナー像を記録紙Ｐに定着させる。定着後の記録紙Ｐは、図示しない排紙トレー上に排出する。

一方、転写領域を通過後の感光体２の表面に残留した転写残トナーは、クリーニング装置７のファーブラシ１３及びクリーニングブレード１４により掻き取られて感光体２の表面から除去される。その後、除電装置８により感光体２の表面を除電し、次の画像形成工程に移行する。

図７、図８は、本実施形態に係る画像形成装置の一例である。図７はタンデム型のフルカラー画像形成装置であり、図８はリボルバタイプのフルカラー画像形成装置である。

図７に示した画像形成装置は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（以下、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋと記す）用の４つの作像プロセス部１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、互いに異なる色のＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。Ｙトナー像を生成するためのＹ用の作像プロセス部１Ｙを例にすると、これは図７に示すような構成になっている。そして、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動せしめられる感光体２Ｙの周囲に、クリーニング装置１７Ｙ、除電手段（不図示）、帯電ローラ３Ｙ、光書込装置４Ｙ、現像装置５Ｙなどを有している。

感光体２Ｙに接触あるいは所定の間隙を介して対向するように配設された帯電ローラ３Ｙには、不図示の帯電バイアス電源から帯電バイアスが印加される。そして、帯電ローラ３Ｙは、図中反時計回り方向に回転しながら感光体２Ｙとの間に放電を生じせしめることで、感光体２Ｙの表面を一様帯電せしめる。

帯電ローラ３Ｙによって一様帯電せしめられた感光体２Ｙの表面は、光書込装置４Ｙから発せられる走査光によって露光走査されてＹ用の静電潜像を担持する。この光書込装置４Ｙは、外部のパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像情報に基づいて変調したレーザー光あるいはＬＥＤ光を照射するものである。

現像手段たる現像装置５Ｙは感光体２Ｙに対向する現像領域で、周知の技術により、感光体２Ｙ表面に担持された静電潜像にＹトナーを付着させることで、静電潜像を現像してＹトナー像を得る。このＹトナー像は、後述する中間転写ベルトに一次転写される。

クリーニング装置１７Ｙは、一次転写工程を経た後の感光体２Ｙ表面に付着している転写残トナーをクリーニングブレード１４Ｙによって除去する。

クリーニング装置１７Ｙによって、クリーニング処理が施された感光体２Ｙ表面は、図示しない除電ランプ等の除電手段によって除電されて、次の画像形成に備えられる。

また、他色用の作像プロセス部１Ｃ，Ｍ，Ｋにおいても、同様にして感光体２Ｃ，Ｍ，Ｋ上にＣ，Ｍ，Ｋトナー像が形成されて、中間転写ベルト２１上に中間転写される。

作像プロセス部１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの図中下方には、像担持体たる中間転写ベルト２１を張架しながら図中反時計回り方向に無端移動せしめる転写ユニット２０が配設されている。転写手段たる転写ユニット２０は、中間転写ベルト２１の他、駆動ローラ２２、従動ローラ２３、４つの一次転写ローラ２４Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ、二次転写ローラ２５、図示しないベルトクリーニング装置などを備えている。

中間転写ベルト２１は、そのループ内側に配設された駆動ローラ２２と従動ローラ２３とによって張架されながら、駆動ローラ２２の回転駆動によって図中反時計回りに無端移動せしめられる。

４つの一次転写ローラ２４Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋは、中間転写ベルト２１を感光体２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋとの間に挟み込んで、感光体２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋから中間転写ベルト２１に各トナー像をそれぞれ転写する、Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ用の一次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト２１の裏面（ループ内周面）にトナーとは逆極性（例えばプラス）の転写バイアスを印加する。転写体たる中間転写ベルト２１は、その無端移動に伴ってＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋ用の一次転写ニップを順次通過していく過程で、そのおもて面に感光体２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上のＹ，Ｃ，Ｍ，Ｋトナー像が重ね合わせて一次転写される。これにより、中間転写ベルト２１上に４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。

中間転写ベルト２１のループ外側には、図示しない電源から出力される二次転写バイアスが印加される二次転写ローラ２５が配設されている。二次転写ローラ２５は、ベルトループ内側の駆動ローラ２２との間に中間転写ベルト２１を挟み込んで、中間転写ベルト２１から記録紙Ｐにトナー像を転写する紙転写部である二次転写ニップを形成している。

転写ユニット２０の下方には、図示しない給紙カセットが配設されている。この給紙カセット内には、転写体たる記録紙Ｐが複数枚重ねられた記録紙束の状態で収容されており、一番上の記録紙Ｐを所定のタイミングで図示しない給紙路に送り出す。この給紙路の末端には、レジストローラ対３１が配設されている。レジストローラ対３１は、記録紙Ｐを互いに当接しながら回転するローラ間に挟み込むとすぐに、両ローラの回転を一旦停止させる。そして、記録紙Ｐを中間転写ベルト２１上の４色トナー像に同期させ得るタイミングで二次転写ニップに向けて送り出す。

中間転写ベルト２１上に形成された４色トナー像は、二次転写バイアスが印加される二次転写ローラ２５と接地された駆動ローラ２２との間に形成される二次転写電界や、ニップ圧の影響により、二次転写ニップ内で記録紙Ｐに一括二次転写される。そして、記録紙Ｐの白色と相まって、フルカラートナー像となる。

二次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト２１には、記録紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、従動ローラ２３との間に中間転写ベルト２１を挟み込んでいる図示しないベルトクリーニング装置によって除去される。

二次転写ニップの上方には、図示しない定着装置が配設されている。この定着装置は、電子写真方式の画像形成装置で周知になっているように、加圧や加熱によってトナー像を記録紙に定着せしめるものである。

以上の基本的な構成を備える画像形成装置においては、４つの作像プロセス部１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋが、潜像担持体たる感光体２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの無端移動する表面にトナー像を形成するトナー像形成手段として機能している。また、４つの作像プロセス部１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋと転写ユニット２０との組合せが、像担持体たる中間転写ベルト２１の無端移動する表面にトナー像を形成するトナー像形成手段として機能している。

図８のリボルバタイプのフルカラー画像形成装置は、現像装置の動作を切り替えることによって１つの像担持体上に順次複数色のトナーを現像していくのである。

同図において、この画像形成装置は、潜像担持体たる感光体を１つだけ備えている。この感光体２の回りには、クリーニング装置１７、除電手段（不図示）、帯電ローラ３、光書込装置４、４つの現像装置５Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋが配設されている。

４つの現像装置５Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋぞれぞれは、図示しない移動機構によって個別に往復移動せしめられる。具体的には、自らの現像スリーブ１５Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋを感光体２に接触又は近接させる現像位置と、これよりも感光体２から遠ざかる待避位置との間を往復移動せしめられる。そして、現像位置にあるものだけが、感光体２上の静電潜像を現像する。

除電手段（不図示）、帯電ローラ３、光書込装置４の構成は、図７に示した作像プロセス部１Ｙのものと同様である。

感光体２表面には、まず、Ｙ用の静電潜像が形成され、これはＹ用の現像装置５ＹによってＹトナー像に現像される。そして、感光体２から中間転写ベルト２１にトナー像を転写する中間転写部である一次転写ニップで感光体２から中間転写ベルト２１にＹトナー像が一次転写される。以降、中間転写ベルト２１が３周分無端移動する間に、感光体２表面にＣ，Ｍ，Ｋトナー像が順次形成され、中間転写ベルト２１上のＹトナー像に順次重ね合わせて一次転写される。これにより、中間転写ベルト２１上に４色トナー像が形成される。

中間転写ベルト２１の下方に配設された二次転写ローラ２５は、図示しない接離機構によって中間転写ベルト２１に対して接離するようになっている。そして、中間転写ベルト２１上が複数周回に渡って無端移動して中間転写ベルト表面にＣ，Ｍ，Ｙ，Ｋトナー像が順次重ね合わせられる工程においては、二次転写ローラ２５は中間転写ベルト表面から離間している。その後、重ね合わせ転写によって中間転写ベルト表面に４色トナー像が形成されると、二次転写ローラ２５が中間転写ベルト２１に当接して、中間転写ベルト２１から記録紙Ｐにトナー像を転写する紙転写部である二次転写ニップを形成する。そして、この二次転写ニップにおいて、中間転写ベルト表面上の４色トナー像が記録紙Ｐに一括二次転写される。そして、４色トナー像が転写された記録紙Ｐを不図示の定着部に搬送し定着画像を得る。

クリーニング装置１７Ｙは、一次転写工程を経た後の感光体２Ｙ表面に付着している転写残トナーをクリーニングブレード１４で除去する。なお、クリーニング装置１７Ｙは、クリーニングブレードで感光体２Ｙ上の転写残トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシで感光体２Ｙ上の転写残トナーを掻き落とすものであってもよい。

クリーニング装置１７Ｙで感光体表面に残留するトナーを除去した後、感光体表面を不図示の除電手段で除電する。そして、除電手段で除電した感光体２の表面を帯電ローラ３で一様に帯電させた後、上記同様に、次の画像形成を行う。

本実施形態の付着力測定装置における測定方法に用いられる部材は、これら画像形成装置のいずれかに搭載される部材に好適に用いることができる。特に機構上、トナーとの接触が行われる像担持体、現像部、中間転写体、クリーニング部やトナーの付着が望まれない帯電部に、本実施形態の付着力測定装置における測定方法を用いることによって、トナーが付着しにくい部材の開発を効率的に行うことができるようになる。

以上に説明したものは一例であり、本実施形態は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
粉体８１などの粉体の付着力を測定する付着力測定装置において、試料８２などの試料上の粉体を掴み取る開閉可能なＭＥＭＳプローブ８０などの挾持部材と、ピエゾステージ８４などの支持部材に片持ち支持されるカンチレバー８３などの板状部材と、前記板状部材と前記粉体とを接触させた後、板状部材と粉体とを離間させたときの板状部材の反り量に関する情報から粉体の付着力を求める算出装置などの算出手段とを備えた。これよれば、上記実施形態について説明したように、粉体の付着力を精度良く測定することができる。
（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、上記支持部材は昇降可能な微小変位ステージであり、微小変位ステージを上昇させて上記板状部材を上記挾持部材に掴まれた上記粉体と接触させ、その後、微小変位ステージを下降させて板状部材と粉体とを離間させ、上記算出手段は、粉体と板状部材とが接触したときの微小変位ステージの位置と、粉体と板状部材とが離間したときの微小変位ステージの位置との差分である微小変位ステージの変位量と、板状部材のバネ定数とを乗じることで、粉体の付着力を算出することができる。
（態様Ｃ）
（態様Ａ）または（態様Ｂ）において、上記挾持部材としてピンセット構造のＭＥＭＳプローブを用いることができる。
（態様Ｄ）
（態様Ａ）、（態様Ｂ）または（態様Ｃ）において、上記板状部材のバネ定数が１［Ｎ／ｍ］以下である。これによれば、上記実施形態について説明したように、バネ定数が低い板状部材を用いることで、粉体−板状部材間の接触から離間までの、微小変位ステージ（支持部材）の変位量が大きくなる。そのため、測定感度を向上させることができる。また、接触、離間による板状部材の反りも光学顕微鏡で認識しやすくなるため、接触位置、離間位置の誤検知を低減させることができる。
（態様Ｅ）
（態様Ａ）、（態様Ｂ）、（態様Ｃ）または（態様Ｄ）において、上記板状部材の表面材料が導電性材料である。これによれば、上記実施形態について説明したように、粉体と板状部材との間の接触帯電が起こりにくくなり、試料上に粉体そのままの特性を評価できる。
（態様Ｆ）
（態様Ａ）、（態様Ｂ）、（態様Ｃ）または（態様Ｄ）において、上記板状部材の表面材料が樹脂材料である。これによれば、上記実施形態について説明したように、粉体の電荷が板状部材へリークしにくくなり、評価時に粉体の帯電状態を変えにくくすることができる。
（態様Ｇ）
粉体８１などの粉体の付着力を測定する付着力測定方法において、試料８２などの試料上の粉体を開閉可能なＭＥＭＳプローブ８０などの挾持部材で掴み取り、ピエゾステージ８４などの支持部材に片持ち支持されるカンチレバー８３などの板状部材と前記粉体とを接触させた後、板状部材と粉体とを離間させたときの板状部材の反り量に関する情報から粉体の付着力を求める。これよれば、上記実施形態について説明したように、粉体の付着力を精度良く測定することができる。

１ 作像プロセス部
２ 感光体
３ 帯電ローラ
４ 光書込装置
５ 現像装置
６ 転写ローラ
７ クリーニング装置
８ 除電装置
１３ ファーブラシ
１４ クリーニングブレード
１５ 現像スリーブ
１７ クリーニング装置
２０ 転写ユニット
２１ 中間転写ベルト
２２ 駆動ローラ
２３ 従動ローラ
２４ 一次転写ローラ
２５ 二次転写ローラ
３１ レジストローラ対
８０ ＭＥＭＳプローブ
８１ 粉体
８２ 試料
８３ カンチレバー
８４ ピエゾステージ
８５ 光学顕微鏡

特開２００２−６２２５３号公報 特開２００３−３３０２６４号公報 特開２００９−１８６９６５号公報

Ｍ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ａ．Ｏｎｏｓｅ，Ｍ．Ａｎｚａｉ，Ｒ．Ｋｏｊｉｍａ ａｎｄ Ｋ．Ｋａｗａｉ：Ｐｒｏｃ．ＩＳ＆Ｔ ７ｔｈ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ａｄｖ．Ｎｏｎ−Ｉｍｐａｃｔ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２１９９１，ｖｏｌ．１，ｐｐ．２００−２０８

Claims (6)

1. 複数の粉体粒子が集まった粉体における個々の粉体粒子の付着力を測定する付着力測定装置であって、
   試料上の１個の粉体粒子を掴み取る開閉可能な挾持部材と、
   板状部材を片持ち支持した状態で、自らの上昇に伴って該板状部材を該挾持部材に掴まれた該粉体粒子に接触させ、その後、自らの下降に伴って該板状部材と該粉体粒子とを離間させるように昇降可能な微小変位ステージとを備えるとともに、
   前記板状部材と前記粉体粒子とを接触させたときの該微小変位ステージの位置と、該板状部材と該粉体粒子とを離間させたときの該微小変位ステージの位置との差分である該微小変位ステージの変位量と、該板状部材のバネ定数とを乗じて、該粉体粒子の付着力を求める算出手段を備えることを特徴とする付着力測定装置。
2. 請求項１の付着力測定装置において、
   上記挾持部材はピンセット構造のプローブであることを特徴とする付着力測定装置。
3. 請求項１又は２の付着力測定装置において、
   上記板状部材のバネ定数が１［Ｎ／ｍ］以下であることを特徴とする付着力測定装置。
4. 請求項１、２又は３の付着力測定装置において、
   上記板状部材の表面材料が導電性材料であることを特徴とする付着力測定装置。
5. 請求項１、２又は３の付着力測定装置において、
   上記板状部材の表面材料が樹脂材料であることを特徴とする付着力測定装置。
6. 複数の粉体粒子が集まった粉体における個々の粉体粒子の付着力を測定する付着力測定方法において、
   試料上の１個の粉体粒子を開閉可能な挾持部材で掴み取り、昇降可能な微小変位ステージに片持ち支持される板状部材を該微小変位ステージの上昇に伴って該挾持部材に掴まれた該粉体粒子に接触させたときの該微小変位ステージの位置と、該微小変位ステージの下降に伴って該板状部材と該粉体粒子とを離間させたときの該微小変位ステージの位置との差分である該微小変位ステージの変位量と、該板状部材のバネ定数とを乗じて、該粉体粒子の付着力を求めることを特徴とする付着力測定方法。

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