DE19542413A1 - Meßgerät und Verfahren zur Bestimmung der elektrostatischen Ladungseigenschaften von Pulvern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßzelle zur schnellen Ermittlung der Menge der elektrostatisch positiv, negativ und nicht geladenen Pulverteilchen einer Pulvermenge.

Die Analyse der elektrostatischen Parameter von Pulverteilchen ist von erheblicher Bedeutung in der industriellen Anwendung. Insbesondere in der elektrographischen Kopier- und der elektrostatischen Pulverlackiertechnik sind die elektrostatischen Ladungseigenschaften der Pulver (im ersten Fall Toner genannt) ausschlaggebend für die Güte der zu erstellenden Schichtstärke und -homogenität.

Es sind Meßgeräte entwickelt worden, die das Ladungs/Masse-Verhältnis jedes einzelnen Pulverteilchens sowie die Ladungsverteilung in den einzelnen Durchmes­ serklassen von Pulvern ermitteln (US-Patent 4,375,673; Literatur: R. H. Epping, M. Mehlin, M. Münz, "Standardized Measurements Methods for Analyzing Electrostatically Charged Toners", SPIE, Vol. 1252, Hard Copy and Printing Technologies (1990), pp. 123). Jedoch haben diese Verfahren den Nachteil, daß ein erheblicher Meß-, Zeit- und Kostenaufwand betrieben werden muß, um zu reproduzierbaren Meßergebnissen zu gelangen.

Ein wesentlich vereinfachtes Verfahren ist in der US-Patentschrift 5,266,900 beschrie­ ben worden. Bei diesem vereinfachten Verfahren ist es möglich, die Menge der positiven und negativen Pulverteilchen getrennt zu bestimmen. Zu dem Zweck wird ein Pulverteilchenstrahl geringer Luftgeschwindigkeit in ein homogenes elektrisches Feld parallel zu den Feldlinien geführt. Auf der Meßelektrode schlagen sich dann die Pulverteilchen mit der entgegengesetzten Polarität der Elektrode nieder. Es entsteht ein Streukreis, der von der Menge der niedergeschlagenen Pulverteilchen abhängt. Es wird angegeben, daß die mittlere Ladungs/Durchmesser-Verteilung, getrennt für beide Polaritäten, aus den Streukreisen der niedergeschlagenen Pulverteilchen ermittelt werden kann. Eine Aussage über die Menge der nicht geladenen Pulverteilchen kann nicht erfolgen. Überdies muß für jede Polarität eine Messung durchgeführt werden. Dies verlängert nicht nur die Meßzeit, sondern führt auch zu Unsicherheiten in bezug auf die abgeschiedene Menge. Denn kleine Schwankungen der äußeren Rahmenbedingungen können die Pulverteilchenkonzentration im Luftstrom verändern.

Erfindungsgemäß wird darum vorgeschlagen, zwei Meßelektroden, je eine für die positiven und negativen Pulverteilchen, zu verwenden. Darüberhinaus soll der Luftstrom mit den Pulverteilchen zwischen den Meßelektroden hindurchgeführt werden. Es entsteht ein turbulenter Luftstrombereich. Dieser kann jedoch so eng gehalten werden, daß eine Beschichtung der Meßelektroden mit herumwirbelnden, falsch geladenen Pulverteilchen nicht erfolgen kann.

Auf die Führung des Luftstromes muß deshalb besonderer Wert gelegt werden. Vor­ zugsweise verwendet man eine Diopter-Einrichtung, wie sie für eine einfache Licht­ strahlbündelung Verwendung findet. Sie besteht aus einem innen hohlen Zylinder, bei dem an den Stirnseiten zwei im allgemeinen gleich große Löcher von ca. 0,2 bis 5,0 mm Durchmesser zentrisch angeordnet sind. Die Luft durchströmt diese Anordnung, die in einer Basisplatte eingesetzt ist. Die elektrisch aufgeladenen Pulverteilchen in der Luft werden dann von den Meßelektroden aufgefangen. Über einen Filter wird die Luft wieder aus der Meßkammer geleitet.

Kontakte der Pulverteilchen mit den Kanten der Diopter-Einrichtung können zu elektrostatischen Umladungen der Teilchen führen. Deshalb ist die Kontaktfläche gering zu halten. Es können auch dünnschichtige Überzüge aus dem gleichen Material wie das Pulver auf die Kontaktflächen der Diopter-Einrichtung gebracht werden. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer Umladung verringert, wenn die Oberfläche der Pulverteilchen die gleiche triboelektrische Eigenschaft hat wie der Lacküberzug. Darüberhinaus sind die Kanten der Öffnungen so zu gestalten, daß keine elektrischen Entladungen an den durchtretenden Pulverteilchen auftreten können.

Die Anordnung der Meßelektroden kann planparallel erfolgen. Der Luftstrahl verläuft dann mittig zwischen den Elektroden. Die Basisplatte Platte mit der Diopter-Einrichtung ist vorzugsweise geerdet, im allgemeinen befinden sich die Meßelektroden auf entgegesetzt gleich hohem Potential.

Um die Meßkammer jedoch klein zu halten, hat sich eine Elektrodenanordnung bewährt, bei der der Abstand der Meßelektroden zueinander auf der Seite der Diopter- Einrichtung um ca. drei- bis fünfmal größer ist als zur Filterseite hin.

Bei planer Fläche der Meßelektroden kann eine Glasplatte auf die Meßelektrodenfläche montiert werden. Das hat den Vorteil, daß die Pulverteilchen auf die Glasplatte treffen und anschließend im Meßmikroskop direkt in bezug auf Durchmesser- und örtliche Verteilung ausgemessen werden können.

Dabei kann in an sich bekannter Weise mittels eines Bildanalyseverfahrens über kreuzweise angeordnete Schrittmotore die gesamte Glaselektrodenfläche abgetastet werden. Somit lassen sich Durchmesserverteilungen mit Pulverteilchenmengen von über 1 Million Teilchen auswerten. Diese Mengen sind wichtig für gesicherte statistische Aussagen.

Die Erfindung wird durch die Abbildung beispielsweise dargestellt:
Die Meßzelle umschließt einen abgeschlossenen, zylindrischen oder mehreckigen Luft- oder Gasraum als Kammer 1, dessen Umhüllung aus einer oberen elektrisch isolierenden Platte 2, den elektrisch isolierenden Seitenplatten 3, 4, (den hier nicht gezeichneten vorderen und hinteren Seitenplatten beziehungsweise der zylindrischen Seitenfläche) und der unteren, elektrisch leitfähigen Basisplatte 5 besteht.

In der oberen Platte 2 befindet sich zentrisch ein Durchgangsloch 6 mit einem Filter 7 zum Auffangen der elektrostatisch nicht geladenen Pulverteilchen. In die untere Basisplatte 5 ist zentrisch eine elektrisch leitfähige Diopter-Einrichtung 8 mit dem Pulvereintrittsloch 9 und dem Pulveraustrittsloch 10 eingesetzt.

Innerhalb der Kammer 1 sind auf der Platte 2 zwei Metallelektroden 11 und 12, vorzugsweise symmetrisch zur zentrischen Achse des ein- und austretenden Luft­ stromes, montiert. Diese Elektroden sind mit einer Gleichspannungsquelle verbunden. Letztere liefert vorzugsweise eine Hochspannung von einigen 1000 Volt beider Pola­ ritäten. Die Basisplatte 5 befindet sich im allgemeinen auf Erdpotential.

Es können zwei dünne Glasplatten 13 und 14 vor die vorzugsweise planen Elektro­ denauffangflächen 15 und 16 austauschbar gebracht werden. Die auf die Glasplatten treffenden Pulverteilchen können in einem Meßmikroskop ausgewertet werden.

Der Abstand der Metallelektroden 11 und 12 muß so gewählt werden, daß keine elektrischen Überschläge gegenseitig und zur Basisplatte 5 erfolgen können. Die gegenseitige Ausrichtung der Elektrodenauffangflächen 15 und 16 ist vorzugsweise wie in der Abbildung dargestellt um 10-45 Grad in bezug auf den Luftstrom geneigt.

Der durch die Zelle mittels der Absaugeinrichtung geführte Luftstrom darf nicht zu starken Turbulenzen in der Meßzelle führen. Luftströme bis maximal 200 ml/min haben sich bei Diopter-Öffnungen von 3 mm Durchmesser als geeignet erwiesen. Dabei betrug der Abstand von der Basisplatte 5 bis zum Filter 5 cm. Besonders geeignet sind Luftströme von 40-120 ml/min.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Bestimmung von Charakteristiken der elektrischen Aufladung von Pulverteilchen, welche aufweist:
eine Meßzelle mit einer gasdichten Kammer mit zwei Öffnungen, von denen die eine den Gasstrahl mit Pulverteilchen in die Meßzelle einläßt und die zweite den Gasstrahl aus der Meßzelle herausläßt;
eine in der Meßzelle angeordnete Elektrodeneinrichtung für positive und negative Polarität.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei
zumindest ein Teil der Elektrodeneinrichtung durchsichtiges Material aufweist, und ferner
ein Photomikroskop vorgesehen ist, das das auf der Elektrode niedergeschlagene Pulver erfaßt und auswertet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei
die Eintrittsplatte für den Gasstrahl aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und eine Diopter-Einrichtung mit Eingangs- und Ausgangsblende für den Gasstrahl aufweist;
die Blendenstruktur so behandelt ist, daß keine oder möglichst geringe Ladungsübertragungen zwischen den Pulverteilchen und der Diopter-Einrichtung auftreten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei transparente Platten auf den Elektrodenflächen der Elektrodeneinrichtung austauschbar angebracht sind.