JP2000105260A - 粉体の摩擦帯電量測定装置及びその測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファラデーケージの気体流入側から排出側に
至る気体の流れを制御して試料粉体と摩擦相手粉体との
分離効果を高める。 【解決手段】 ファラデーケージ１の気体流入側に気体
が自由に流入しうる開口部１６と、気体排出側に金網２
の面に沿って渦流を発生させる渦流発生開口部を設ける
とともに、気体排出側端末に気体吸引手段を設けて、気
体吸引手段による吸引にて前記両者から気体を流入さ
せ、予め金網の面に混合粉体５を均一に分布させた状態
を保ちつつファラデーケージ１の上方に備えた上部ノズ
ルから圧縮気体を吹き込むことにより、試料粉体４と摩
擦相手粉体６との分離効果を高めるとともに金網２の目
から試料粉体４を効率的に通過させ、摩擦相手粉体６の
みをファラデーケージ１内の金網２の面に残す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料粉体と摩擦相
手粉体との間に生じた摩擦帯電量を精度よく迅速かつ簡
便に測定するための帯電量測定装置及びその測定方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】試料粉体の摩擦帯電特性を測定するため
に、従来から一般に試料粉体と帯電を付与する摩擦相手
粉体とを混合して予め充分に摩擦帯電させた後、風力、
遠心力、機械力、衝撃力、静電気力、振動などによって
両者間を分離し、分離した一方の粉体に残った電荷量を
測定する方法が採られている。この試料粉体と摩擦相手
粉体との分離は、試料粉体と摩擦相手粉体相互間に粒径
の差がある場合には金網の目を通して粒径を振るい分
け、また試料粉体と摩擦相手粉体のいずれか一方が強磁
性体である場合には、磁石にて吸着分離させることがで
きる。

【０００３】前記したように、金網の目を通すことによ
り小粒径粉体を除去して大粒径粉体のみを捕集する方法
はブローオフ法と呼ばれ、最も一般的に用いられてい
る。この方法は、気流の流入側及び排出側に開口した少
なくとも一方の開口端に金網を張設した金属製の導電性
容器中に、試料粉体と摩擦相手粉体とを混合して予め充
分に摩擦帯電させてから入れた後、気体流入側から排出
側の金網面に向けて圧縮空気を吹きつけることにより、
小粒径粉体を金網の目を通して吹き飛ばして除去し、導
電性容器内に残った大粒径粉体を捕集するものである。
このようにして導電性容器内に残った大粒径粉体の表面
には、除去された小径粉体が持ち去ったと等量の電荷が
残留しいることから、この電荷量を測定することにより
摩擦帯電量を知ることが可能となる。

【０００４】なお、前記した導電性容器の気体流入側か
ら圧縮空気を吹き込むことに替えて、気体排出側から吸
引しても同様な効果が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のブローオフ法による装置は、簡便で迅速かつ高精度
に摩擦帯電特性を知ることができるものの、帯電量の測
定において次のような問題がある。

【０００６】第１に、導電性容器内にて分離した試料粉
体と摩擦相手粉体とが静電気的に引き合って再び合体
し、複数回の接触と分離を繰り返すため、一種の摩擦帯
電器として働く。これにより帯電測定値の一定化までに
時間がかかり、迅速な測定が困難になる。

【０００７】第２に、ブローオフ操作にて、試料粉体や
摩擦相手粉体が導電性容器の壁面や金網との間で摩擦帯
電することにより、両粉体間の摩擦にて生じる摩擦帯電
量とは異なる値となる。

【０００８】第３に、導電性容器の内壁あるいは金網の
一部に、分離した粉体が付着しやすいため測定帯電量に
誤差が生じる。

【０００９】第４に、金網面に大粒径粉体が摩擦して磨
耗することにより生じる帯電にて測定帯電量に誤差が生
じる。

【００１０】第５に、試料粉体と摩擦相手粉体との間の
摩擦帯電量が大きくなるに従って、分離に時間がかかる
ばかりでなく、場合によっては分離できないこともあ
る。

【００１１】よって本発明は前記問題点に鑑みてなされ
たものであり、導電性容器の気体流入側から排出側に至
る気体の流れを制御することにより、試料粉体と摩擦相
手粉体との分離効果を高めることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の摩擦帯電量測定装置は、金網を張設した
導電性容器中に、摩擦帯電した試料粉体と摩擦相手粉体
との混合粉体を入れ、該混合粉体を気流にて、前記試料
粉体と前記摩擦相手粉体とに分離すると共に前記混合粉
体のうち小粒径の試料粉体のみを前記金網を通して排出
し、該金網内に残った大径粒の摩擦相手粉体の帯電量を
測定する粉体の摩擦帯電量測定装置において、上端部に
圧縮気体を吹き込む気体噴出口と該気体噴出口周辺に気
体を導入する気体流入口とを形設すると共に、下端部に
前記圧縮気体を吸引する気体吸引口を開口された筒状の
導電性容器と、該導電性容器の前記気体流入口と前記気
体吸引口の間に架張され、かつ前記導電性容器内に収容
された試料粉体および接触相手粉体のうち試料粉体を前
記圧縮気体の吹込みと吸引で選択通過させる金網と、該
金網の下面外周部に水平方向に気体を流入する開口部を
形設し、該開口部から気体を前記金網面に向け流入して
渦流を発生させる渦流発生手段と、前記導電性容器の上
端部の吹込口から噴出される圧縮気体を前記金網の下部
で吸引する気体吸引手段と、前記導電性容器内に残存す
る接触相手粉体の帯電量を測定する帯電量測定手段とを
具備している。

【００１３】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、前記摩擦帯電量測定装置内の気流は、前記摩擦帯電
量測定装置下部からの前記気体吸引手段による吸引と、
該吸引によって派生する前記渦流発生手段の開口部から
金網の下面側に沿って水平方向に流入する気体、前記導
電性容器の気体流入口から流入する気体と、前記摩擦帯
電量測定装置上部の気体噴出口からの圧縮気体の吹き込
みによる気流との合成気流からなる。

【００１４】請求項１及び２によれば、導電性容器の気
体流入側に設けられた気体噴出口から圧縮気体を吸入す
る前に、予め気体吸引手段のみの作動にて導電性容器の
気体流入側における取付台に形成される開口部と、渦流
発生手段の開口部から導電性容器内に気体を流入させ
て、株からの吸引によって金網の面に沿って渦流を生じ
させ、混合粉体を金網の面に均一に分布させることが可
能となる。

【００１５】また、請求項３の発明は、請求項１又は２
において、予め前記気体吸引手段にて前記導電性容器の
気体流入口及び渦流発生手段の開口部から気体を流入さ
せ、その状態を保ちつつ前記気体噴出口から圧縮気体を
吹き込むことにある。

【００１６】また、請求項３によれば、混合粉体を予め
金網の面に均一に分布させておき、引き続いて渦流発生
手段から圧縮気体を吹き込んで渦流を強化しつつ導電性
容器の気体流入側における気体噴出口から圧縮気体を導
電性容器内に吹き込むことにより、混合粉体の分離効果
を高め、かつ小径の試料粉体を効率よく金網の目を通し
て除去することが可能となる。

【００１７】また、請求項４の粉体の摩擦帯電量測定方
法は、上端部に圧縮気体を吹き込む気体噴出口と該気体
噴出口周囲に気体を導入する気体流入口とを形設すると
共に、下端部に前記圧縮気体を吸引する気体吸引口を開
口させた筒状の導電性容器と、該導電性容器の前記気体
流入口と前記気体吸引口の間に架張され、かつ前記導電
性容器内に収容された試料粉体および接触相手粉体のう
ち試料粉体を前記圧縮気体の吹込みと吸引で選択通過さ
せる金網と、該金網の下面外周部に水平方向に気体を流
入する開口部を形設し、該開口部から気体を前記金網面
に沿ぅて流入して渦流を発生させる渦流発生手段と、前
記導電性容器内に残存する接触相手粉体の帯電量を測定
する帯電量測定手段と、前記導電性容器の上端部の吹込
口から噴出される圧縮気体を前記金網の下部で吸引する
気体吸引手段とを具備し、前記金網を張設した導電性容
器中に、摩擦帯電した試料粉体と摩擦相手粉体との混合
粉体を入れ、該混合粉体を前記気体吸引手段にて前記気
体吸引口と渦流発生手段の開口部から気体を吸引するこ
とにより前記導電性容器内に気体を流入させ、その状態
を保ちつつ前記気体噴出口から圧縮気体を金網に向けて
吹き込むことにより、前記金網下部に渦流を発生させ
て、前記試料粉体と前記摩擦相手粉体とに分離すると共
に前記混合粉体のうち小粒径の試料粉体のみを前記金網
を通して排出し、該金網内に残った大径粒の摩擦相手粉
体の帯電量を測定する。

【００１８】請求項４によれば、粉体が導電性容器内に
て散乱することがなくなり、従って、導電性容器の内壁
に衝突したり金網に摩擦したりすることがなくなること
により衝突や摩擦による帯電を防止して、分離効果を高
め、高精度に帯電量を測定することが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２０】図１から図５は本発明の実施の形態を示
し、図１は粉体の摩擦帯電量測定装置の断面図、図２は
金網ホルダー及び渦流発生ノズルを示す断面図、図３は
渦流発生手段の開口部の正面図、図４は導電性容器（以
下ファラデーケージという）に金網ホルダーを組み込ん
だ状態を示す斜視図、図５は電荷量の時間的変化を示す
線図である。

【００２１】本発明の粉体の摩擦帯電量測定装置は、図
１に示すように、略中央にファラデーケージ１が配設さ
れ、このファラデーケージ１は導電性材料（一般的には
ステンレススチール、銅、真鍮、アルミニウム、鉄等、
あるいはプラスチックにて形成してその内面に酸化に対
して安定なニッケル、クロム、金、白金等のメッキを施
したものであってもよい）からなり、上部に取付台１５
を形設し、気体流入側に開口部１６を設けた筒状に形成
される容器である。

【００２２】その下面、即ち、気体排出側には金網ホル
ダー３が設けられ、金網ホルダー３には、図２に示すよ
うに、ファラデーケージ１の外径が嵌合する嵌合部３ａ
と中央にファラデーケージ１の排出側開口部内径１ａと
同一径の開口部３ｂが形成され、嵌合部３ａの底部３ｃ
には金網２（例えばステンレススチール製のもの）を挿
入してファラデーケージ１を嵌合することにより金網２
をファラデーケージ１にて押さえ込んで固定することが
できるようになっている。

【００２３】一方、図２及び図３に示すように、金網ホ
ルダー３の下面には、渦流発生手段として渦流発生用開
口部１３が形成されている。この渦流発生用開口部１３
は、略円弧状あるいは三角形状にて、高さＨが１ｍｍの
気流ガイド部１４が３箇所ないし６箇所、等配に形成さ
れたものである。この気流ガイド部１４によってファラ
デーケージ１の外周側の３箇所ないし６箇所から、気体
を旋回させつつ金網２の下面に沿って流入させ又は吸引
することによって渦流を生じさせることができる。

【００２４】なお、前記気流ガイド部１４の形状は、略
円弧状あるいは三角形状に限らず直線状その他の形状で
あってもよく、要は金網２の面に渦流が発生しうる形状
であればよい。また配置は３箇所に限らず３箇所以上の
複数箇所であってもよい。

【００２５】また、金網ホルダー３の下方には絶縁体の
筒体であるテフロン台７が配設されている。テフロン台
７の内径は、ファラデーケージ１の排出側内径１ａ及び
金網ホルダー３の内径３ｂと同一径であり、テフロン台
７の上面に対して金網ホルダ３を挿着したファラデーケ
ージ１を載置した際にファラデーケージ１と金網ホルダ
３とテフロン台７それぞれの内径が同一径にて連通する
ことができるようになっている。さらにテフロン台７の
下方には吸引系１１が連結されており、吸引系１１の端
末には吸引手段として図示しない吸引装置が連結されて
いる。

【００２６】一方、ファラデーケージ１の上方には、圧
縮気体を吹込む圧力ホース１２に連結された圧縮気体噴
出口である上部ノズル１０が取り付け台１５を介して配
置されており、取り付け台１５はその側面が開口されて
いて気体吸引手段の作動によりこの開口部１６からファ
ラデーケージ１内に気体が自由に吸引されるとともに、
上部ノズル１０からの圧縮気体が吹き込まれるようにな
っている。

【００２７】また、上記構成の装置にて摩擦帯電量を測
定する粉体は、試料粉体４あるいは摩擦相手粉体６のい
ずれか一方が金網２の目より大きいか又は小さい粒径の
組み合わせにする。例えば、電子写真のトナーとキャリ
ヤの組み合わせにおいて、試料粉体に相当するトナーは
１〜３０μｍ程度の粒径であり、摩擦相手粉体に相当す
るキャリヤ粉は３０〜５００μｍ程度の粒径である。な
お金網２の目開きは、使用する摩擦相手粉体の最小径よ
り小さいものが選択される。

【００２８】次に本発明の装置の作動について説明す
る。

【００２９】まず、金網ホルダー３とファラデーケージ
１との間に金網２を取りつける。この場合、図１に示す
ように、金網ホルダー３の嵌合部３ａの底部３ｃに金網
２を挿入して嵌合部３ａにファラデーケージ１の下端外
径を嵌合する。ここに用いる金網２はステンレススチー
ル製で、目の大きさが４００メッシュのものである。こ
の後、ファラデーケージ１の上部より粒径１０μｍの試
料粉体４と、粒径５０〜８０μｍの摩擦相手粉体６との
混合粉体５（混合重量比５：９５）を入れ、金網側を下
方に向けてテフロン台７に乗せる。

【００３０】次いで、取付台１５の上部、すなわちファ
ラデーケージ１の上端部に、圧力ホース１２を連結した
圧縮気体吹き込み用のノズル１０を配置する。これによ
り摩擦帯電量測定装置内の流路が、気体流入側Ａから気
体排出側Ｂに至るまで、一直線で連結された状態とな
る。

【００３１】この状態にて、吸引系１１の端末に接続さ
れた図示しない吸引装置を駆動して吸引を開始する。こ
れにより、渦流発生用開口部１３から気体が導電性容器
内に吸入され、金網２の下面に渦流が生じると同時に、
ファラデーケージ１上方の上部ノズル取り付け台１５の
開口部１６からも気体が吸入され、これらの気流により
混合粉体５が金網の面に均一に分布される。

【００３２】このようにして混合粉体５が予め金網２の
面に均一に分布された状態を保ちつつ、上部ノズル１０
から圧力ホース１２を介して圧縮気体を吹き込み、試料
粉体４を金網２の目を通して除去する。

【００３３】以上の操作は実際面において、例えば、先
ず最初に気体吸引装置の作動により開口部１６及び渦流
発生開口部１３から気体を流入させ、これにより発生し
た渦流にて金網の面に混合粉体５を均一に分布させる。
このように、気体吸引装置を作動させてから、圧力ホー
ス１２を経て上部ノズル１０から０．５kg／cm2 の圧縮
窒素ガスを吹き込む。

【００３４】これにより混合粉５は試料粉体４と摩擦相
手粉体６とに分離され、分離された試料粉体４は、金網
２の面に発生した渦流と吸引系１１側からの吸引気流と
により金網２の目を効率よく通って吸引系１１側に排除
される。これにより金網２の上流側の面には摩擦相手粉
体６が残る。

【００３５】この時、摩擦相手粉体６は、金網２の面に
生じた渦流及びファラデーケージ１の上方から流入する
気体とにより金網２の面に均一に分布した層を形成させ
るとともにその層を固定させることにより、摩擦相手粉
体６がファラデーケージ１の内壁に衝突したり金網２の
面に摩擦したりすることがない。一方、ブロウされた試
料粉体４は効率よく金網２の目から通過して下流側に吸
引されるので、通過した試料粉体４（トナー）が摩擦相
手粉体６に再付着することがなくなる。

【００３６】このようにして金網２の面に残った摩擦相
手粉体６には試料粉体４が持ち去ったと等量かつ逆の帯
電量が残っており、この場合の電荷量Ｑはファラデーケ
ージ１に接続されたコンデンサ８（静電容量Ｃ）を充電
させる。従って、その両端の電圧９を測定することによ
り、Ｑ＝ＣＶとして測定値を得ることが可能となる。図
５は電荷量の時間的変化を記録した線図である。この線
図によれば、初期吸引開始後の１秒以内にて電荷量が飽
和状態となり、試料中の試料粉体４が完全に除去された
ことが判る。また上記モードにて全測定時間を１秒にセ
ットし、化学天秤を用いて測定前後におけるファラデー
ケージ１の重量を測定したところ、測定後の重量減はフ
ァラデーケージ１中に秤り込んだ重量に一致した。

【００３７】このことは試料粉体の摩擦相手粉体からの
分離と、ファラデーケージ１外への除去が極めて速やか
に終了したことを示す。

【００３８】測定後のファラデーケージ１の内側面、下
端及び金網２にはトナーは全く付着しておらず、ファラ
デーケージ１内に残った摩擦相手粉体６は金網２の上に
均一な層を形成して付着していた。

【００３９】この結果は、圧縮気体の吹き込みや気体排
出側からの吸引による粉体の動きが、吸引穴及び排出穴
を通して流れる気流と金網２の面に沿って吸い込まれる
渦流発生開口部１３からの圧縮気体の気流とのバランス
のとれた合成気流によって、摩擦相手粉体が金網２の近
傍にてほぼ固定された状態を保ちつつ分離除去が行われ
ていることを示している。

【００４０】以上による摩擦帯電量の測定は１秒以下の
短時間に終了した。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、導電性容器の気体流入
側に気体が自由に流入しうる開口部を、また導電性容器
の気体排出側に金網の面に渦流を発生させる渦流発生手
段を設けたことにより、操作開始時点で試料粉体と摩擦
相手粉体との混合粉体を予め金網の面に均一に分布させ
ることが可能となり、この均一な分布状態を保ちつつ上
部ノズルから圧縮気体を吹き込むことにより、混合粉体
は試料粉体と摩擦相手粉体とに効率的に分離され金網上
に摩擦相手粉体の均一な層を形成しかつ固定することが
可能となるとともに試料粉体は金網の目を通してファラ
デーケージ外に効率的に除去される。

【００４２】これによりファラデーケージ内で分離され
た試料粉体と摩擦相手粉体とが静電気的に引き合って結
合・分離を繰り返すことがなく殆ど完全に分離すること
が可能になるとともに、ブロウによって摩擦相手粉体が
飛散することが全くないので摩擦相手粉体の磨耗が減少
し、摩擦相手粉体のロスが少なくなる。

【００４３】さらに分離された粉体がファラデーケージ
の内壁や下端に再付着することが非常に少なくなり、帯
電量の測定精度が向上するとともに測定の再現性が著し
く向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る粉体の摩擦帯電量測
定装置の断面図。

【図２】金網ホルダー及び渦流発生開口部を示す断面
図。

【図３】渦流発生開口部の正面図。

【図４】ファラデーケージに金網ホルダー組み込んだ状
態を示す斜視図。

【図５】電荷量の時間的変化を示す線図。

【符号の説明】

１…ファラデーケージ ２…金網 ３…金網ホルダ ４…試料粉体 ５…混合粉 ６…摩擦相手粉体 ７…テフロン台 ８…コンデンサ ９…電圧 １０…上部ノズル １１…吸引系 １２…圧力ホース １３…渦流発生開口部 １４…気流ガイド部 １５…取付台 １６…開口部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金網を張設した導電性容器中に、摩擦帯電
   した試料粉体と摩擦相手粉体との混合粉体を入れ、該混
   合粉体を気流にて、前記試料粉体と前記摩擦相手粉体と
   に分離すると共に前記混合粉体のうち小粒径の試料粉体
   のみを前記金網を通して排出し、該金網内に残った大径
   粒の摩擦相手粉体の帯電量を測定する粉体の摩擦帯電量
   測定装置において、 上端部に圧縮気体を吹き込む気体噴出口と該気体噴出口
   周辺に気体を導入する気体流入口とを形設すると共に、
   下端部に前記圧縮気体を吸引する気体吸引口を開口され
   た筒状の導電性容器と、 該導電性容器の前記気体流入口と前記気体吸引口の間に
   架張され、かつ前記導電性容器内に収容された試料粉体
   および接触相手粉体のうち試料粉体を前記圧縮気体の吹
   込みと吸引で選択通過させる金網と、 該金網の下面外周部に水平方向に気体を流入する開口部
   を形設し、該開口部から気体を前記金網面に向け流入し
   て渦流を発生させる渦流発生手段と、 前記導電性容器の上端部の吹込口から噴出される圧縮気
   体を前記金網の下部で吸引する気体吸引手段と、 前記導電性容器内に残存する接触相手粉体の帯電量を測
   定する帯電量測定手段とを具備していることを特徴とす
   る粉体の摩擦帯電量測定装置。
2. 【請求項２】前記摩擦帯電量測定装置内の気流は、前記
   摩擦帯電量測定装置下部からの前記気体吸引手段による
   吸引と、該吸引によって派生する前記渦流発生手段の開
   口部から金網の下面側に沿って水平方向に流入する気
   体、前記導電性容器の気体流入口から流入する気体と、
   前記摩擦帯電量測定装置上部の気体噴出口からの圧縮気
   体の吹き込みによる気流との合成気流からなることを特
   徴とする請求項１記載の粉体の摩擦帯電量測定装置。
3. 【請求項３】予め前記気体吸引手段にて前記導電性容器
   の気体流入口及び渦流発生手段の開口部から気体を流入
   させ、その状態を保ちつつ前記気体噴出口から圧縮気体
   を吹き込むことを特徴とする請求項１又は２記載の粉体
   の摩擦帯電量測定装置。
4. 【請求項４】上端部に圧縮気体を吹き込む気体噴出口と
   該気体噴出口周囲に気体を導入する気体流入口とを形設
   すると共に、下端部に前記圧縮気体を吸引する気体吸引
   口を開口させた筒状の導電性容器と、該導電性容器の前
   記気体流入口と前記気体吸引口の間に架張され、かつ前
   記導電性容器内に収容された試料粉体および接触相手粉
   体のうち試料粉体を前記圧縮気体の吹込みと吸引で選択
   通過させる金網と、該金網の下面外周部に水平方向に気
   体を流入する開口部を形設し、該開口部から気体を前記
   金網面に沿ぅて流入して渦流を発生させる渦流発生手段
   と、前記導電性容器内に残存する接触相手粉体の帯電量
   を測定する帯電量測定手段と、前記導電性容器の上端部
   の吹込口から噴出される圧縮気体を前記金網の下部で吸
   引する気体吸引手段とを具備し、 前記金網を張設した導電性容器中に、摩擦帯電した試料
   粉体と摩擦相手粉体との混合粉体を入れ、該混合粉体を
   前記気体吸引手段にて前記気体吸引口と渦流発生手段の
   開口部から気体を吸引することにより前記導電性容器内
   に気体を流入させ、その状態を保ちつつ前記気体噴出口
   から圧縮気体を金網に向けて吹き込むことにより、前記
   金網下部に渦流を発生させて、前記試料粉体と前記摩擦
   相手粉体とに分離すると共に前記混合粉体のうち小粒径
   の試料粉体のみを前記金網を通して排出し、該金網内に
   残った大径粒の摩擦相手粉体の帯電量を測定する粉体の
   摩擦帯電量測定方法。