JP2002311073A - 振動式トナー粒子のｑ／ｍ測定装置 - Google Patents
振動式トナー粒子のｑ／ｍ測定装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】トナー粒子の帯電電荷量（ｑ）と質量（ｍ）の
比（ｑ／ｍ）の測定装置に関して：（１）弱い移動電界
によるトナー搬送の効率化、（２）トナー粒子の検出を
簡単な回路で行い、装置の小型化を実現する。 【解決手段】トナー粒子１を搬送するための移動電界を
発生させる周期的配列の電極３、電極３の上に移動電界
を発生させるために印加する多相矩形波発生器４、周期
的配列の電極を上に付けた超音波振動子５、超音波振動
子を駆動するための交流電圧発生器６、超音波振動子１
８の上に形成されたトナー粒子の検出部１５、トナー粒
子の検出部の電源１４、トナー粒子の検出部から得られ
る信号を増幅するための差動アンプ９、差動アンプの出
力をアナログ・ディジタル変換して信号処理をした後ｑ
／ｍに関する計算を行うためのコンピュータ１０、処理
された結果を表示するための表示器１１により小型で実
時間処理のできるトナー粒子のｑ／ｍの測定装置を実現
した。
比（ｑ／ｍ）の測定装置に関して：（１）弱い移動電界
によるトナー搬送の効率化、（２）トナー粒子の検出を
簡単な回路で行い、装置の小型化を実現する。 【解決手段】トナー粒子１を搬送するための移動電界を
発生させる周期的配列の電極３、電極３の上に移動電界
を発生させるために印加する多相矩形波発生器４、周期
的配列の電極を上に付けた超音波振動子５、超音波振動
子を駆動するための交流電圧発生器６、超音波振動子１
８の上に形成されたトナー粒子の検出部１５、トナー粒
子の検出部の電源１４、トナー粒子の検出部から得られ
る信号を増幅するための差動アンプ９、差動アンプの出
力をアナログ・ディジタル変換して信号処理をした後ｑ
／ｍに関する計算を行うためのコンピュータ１０、処理
された結果を表示するための表示器１１により小型で実
時間処理のできるトナー粒子のｑ／ｍの測定装置を実現
した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は複写機やプリンタ
などに組み込んで用いられるトナー粒子のｑ／ｍの実時
間測定装置に関するものである。
などに組み込んで用いられるトナー粒子のｑ／ｍの実時
間測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のトナー粒子のｑ／ｍの測定装置に
はいろいろなものが提案「電子写真学会編：電子写真技
術の基礎と応用」されているが、実用的な測定装置には
Ｅスパート法と呼ばれるオフラインのものがある。
はいろいろなものが提案「電子写真学会編：電子写真技
術の基礎と応用」されているが、実用的な測定装置には
Ｅスパート法と呼ばれるオフラインのものがある。
【０００３】Ｅスパート法「８ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖａｎ
ｃｅｓ ｉｎ Ｎｏｎ−Ｉｍｐａｃｔ Ｐｒｉｎｔｉｎ
ｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｐｐ．１２６−１２
８，１９９２」では、帯電したトナー粒子をある高さか
ら自由落下させ、トナー粒子に働く重力が空気の抵抗と
釣り合って等速運動をするようになったときのトナー粒
子の半径をレーザー計測により求め、その後、トナー粒
子を電圧の印加された平行平板の間を通過させ電界によ
り変位させて帯電電荷量と質量を求め、その結果からｑ
／ｍを計算している。
ｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖａｎ
ｃｅｓ ｉｎ Ｎｏｎ−Ｉｍｐａｃｔ Ｐｒｉｎｔｉｎ
ｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｐｐ．１２６−１２
８，１９９２」では、帯電したトナー粒子をある高さか
ら自由落下させ、トナー粒子に働く重力が空気の抵抗と
釣り合って等速運動をするようになったときのトナー粒
子の半径をレーザー計測により求め、その後、トナー粒
子を電圧の印加された平行平板の間を通過させ電界によ
り変位させて帯電電荷量と質量を求め、その結果からｑ
／ｍを計算している。
【０００４】この装置はトナー粒子の落下運動を利用し
ていること、レーザー装置を必要とすること、トナー粒
子の運動の観測装置を必要とすることなどから装置全体
の構成が大掛かりになり、複写機やプリンタの内部に組
み込むことは出来ない。また、一般に、物体上におかれ
たトナー粒子には付着力（イメージ力やフアンデルワー
ルス力）が働き、従来の方法では解決が困難である。
ていること、レーザー装置を必要とすること、トナー粒
子の運動の観測装置を必要とすることなどから装置全体
の構成が大掛かりになり、複写機やプリンタの内部に組
み込むことは出来ない。また、一般に、物体上におかれ
たトナー粒子には付着力（イメージ力やフアンデルワー
ルス力）が働き、従来の方法では解決が困難である。
【０００５】このため、複写機やプリンタの内部に組み
込むことのできる小型で実時間測定のできる新たなトナ
ー粒子のｑ／ｍの測定装置が必要である。
込むことのできる小型で実時間測定のできる新たなトナ
ー粒子のｑ／ｍの測定装置が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】１成分現像方式の複写
機やプリンタの内部では、トナー粒子を現像ローラによ
り機械的に搬送し、搬送の途中で摩擦帯電させている。
このトナー粒子の帯電状態を知るために、ｑ／ｍを実時
間で測定できる装置の開発を解決の課題にしている。こ
の課題は２成分現像方式の複写機やプリンタについても
キャリヤーとトナー粒子を分離した後、トナー粒子のみ
を対象にすればそのまま適用できる。
機やプリンタの内部では、トナー粒子を現像ローラによ
り機械的に搬送し、搬送の途中で摩擦帯電させている。
このトナー粒子の帯電状態を知るために、ｑ／ｍを実時
間で測定できる装置の開発を解決の課題にしている。こ
の課題は２成分現像方式の複写機やプリンタについても
キャリヤーとトナー粒子を分離した後、トナー粒子のみ
を対象にすればそのまま適用できる。
【０００７】質量ｍ、帯電電荷ｑのトナー粒子１個（こ
こでは負に帯電した例で説明する）を電界の強さがＥ
で、その方向が上向きの力が働く空間に置いた場合、重
力とクーロン力が平衡する条件はｍｇ＝ｑＥである（ｇ
は重力の加速度）。ここで、電界の強さをＥ＋ΔＥに増
加すれば、釣り合いの状態はくずれｍｇ∠Ｅ＋ΔＥとな
ってトナー粒子は上向きに動く。
こでは負に帯電した例で説明する）を電界の強さがＥ
で、その方向が上向きの力が働く空間に置いた場合、重
力とクーロン力が平衡する条件はｍｇ＝ｑＥである（ｇ
は重力の加速度）。ここで、電界の強さをＥ＋ΔＥに増
加すれば、釣り合いの状態はくずれｍｇ∠Ｅ＋ΔＥとな
ってトナー粒子は上向きに動く。
【０００８】ここでは、前述の条件をトナー粒子の搬送
部（ｍｇ＝ｑＥ）とトナー粒子の検出部（ｍｇ∠Ｅ＋Δ
Ｅ）に適用して、簡単で小型のｑ／ｍ測定装置の実現を
図っている。
部（ｍｇ＝ｑＥ）とトナー粒子の検出部（ｍｇ∠Ｅ＋Δ
Ｅ）に適用して、簡単で小型のｑ／ｍ測定装置の実現を
図っている。
【０００９】トナー粒子に働く力が重力とクーロン力で
近似できる空間は、トナー粒子の搬送部とトナー粒子の
検出部を超音波振動子で上下に振動させることにより実
現できる。
近似できる空間は、トナー粒子の搬送部とトナー粒子の
検出部を超音波振動子で上下に振動させることにより実
現できる。
【００１０】圧電材を装備したトナー粒子の搬送方式と
しては「特公平６−１４２２２」がある。この装置では
３相駆動電極の基板を圧電材により構成し、これに３相
交流電圧を印加してトナー粒子を搬送させるための移動
電界の発生と、トナー粒子を上下に振動させるための圧
電材の駆動を同一の電源で行っている。この結果、移動
電界を発生させる３相交流駆動電圧の周波数と圧電材を
駆動する電圧の周波数が同じになるため、トナー粒子を
十分に空間に浮き上がらせて搬送することができない。
しては「特公平６−１４２２２」がある。この装置では
３相駆動電極の基板を圧電材により構成し、これに３相
交流電圧を印加してトナー粒子を搬送させるための移動
電界の発生と、トナー粒子を上下に振動させるための圧
電材の駆動を同一の電源で行っている。この結果、移動
電界を発生させる３相交流駆動電圧の周波数と圧電材を
駆動する電圧の周波数が同じになるため、トナー粒子を
十分に空間に浮き上がらせて搬送することができない。
【０００１１】本発明で使用しているトナー粒子の搬送
方式は、圧電材を駆動する電源と移動電界を発生させる
多相矩形波（例えば４相矩形波発生器、以下では４相矩
形波発生器で説明する）パルスの電源とが独立に設置さ
れているため、圧電材（超音波振動子、以下では超音波
振動子で説明する）について言えば、これを共振周波数
の近くで駆動できる。この結果、強力な上下振動を周期
的配列の電極上に発生させることができ、トナー粒子と
電極材料間に働く付着力が無視できる高さまでトナー粒
子を舞い上がらせることができる。この結果、トナー粒
子を弱い移動電界で効率よく検出部まで搬送することが
できる。
方式は、圧電材を駆動する電源と移動電界を発生させる
多相矩形波（例えば４相矩形波発生器、以下では４相矩
形波発生器で説明する）パルスの電源とが独立に設置さ
れているため、圧電材（超音波振動子、以下では超音波
振動子で説明する）について言えば、これを共振周波数
の近くで駆動できる。この結果、強力な上下振動を周期
的配列の電極上に発生させることができ、トナー粒子と
電極材料間に働く付着力が無視できる高さまでトナー粒
子を舞い上がらせることができる。この結果、トナー粒
子を弱い移動電界で効率よく検出部まで搬送することが
できる。
【０００１２】また、トナー粒子の検出部についても、
下部共通電極に超音波振動子をつけて上下に振動させる
ことによりトナー粒子の搬送部との整合がはかれる。
下部共通電極に超音波振動子をつけて上下に振動させる
ことによりトナー粒子の搬送部との整合がはかれる。
【０００１３】上に述べたように、超音波振動子の上下
振動を利用して、トナー粒子に働く力が重力とクーロン
力で近似できる空間の高さまでトナー粒子を浮き上がら
せることにより頭書の課題を解決できる。
振動を利用して、トナー粒子に働く力が重力とクーロン
力で近似できる空間の高さまでトナー粒子を浮き上がら
せることにより頭書の課題を解決できる。
【０００１４】上記の課題を解決するために、本発明で
請求項１のトナー粒子のｑ／ｍ測定装置は、トナー粒子
の供給源（複写機やプリンタ装置の内部の現像ローラか
ら分岐、またはトナー粒子を入れたホッパーなど）、ト
ナー粒子を搬送するための移動電界を発生させる周期的
配列の電極、電極上に移動電界を発生させるために電極
に印加する４相矩形波発生器、周期的配列の電極を付け
た超音波振動子、超音波振動子を駆動する正弦波発生
器、トナー粒子のｑ／ｍを測定するために超音波振動子
の上に形成された下部共通電極と空間を隔てておかれた
上部センス電極および上部ダミー電極より成るトナー粒
子の検出部、トナー粒子の検出部の電源、トナー粒子の
検出部から得られる信号を増幅する差動アンプ、差動ア
ンプの出力をアナログ・ディジタル変換して信号処理を
した後ｑ／ｍに関する計算を行うための（マイクロ）コ
ンピュータ、処理された結果を表示するための表示器よ
りなることを特徴とする。このような構成にすることに
より、トナー粒子を供給源からトナー粒子の検出部まで
効率よく搬送でき、２組の平行電極により高い信号対雑
音比でｍｇ∠Ｅ＋ΔＥの条件を満たしたトナー粒子を検
出でき、簡単な装置でトナー粒子のｑ／ｍを測定でき
る。
請求項１のトナー粒子のｑ／ｍ測定装置は、トナー粒子
の供給源（複写機やプリンタ装置の内部の現像ローラか
ら分岐、またはトナー粒子を入れたホッパーなど）、ト
ナー粒子を搬送するための移動電界を発生させる周期的
配列の電極、電極上に移動電界を発生させるために電極
に印加する４相矩形波発生器、周期的配列の電極を付け
た超音波振動子、超音波振動子を駆動する正弦波発生
器、トナー粒子のｑ／ｍを測定するために超音波振動子
の上に形成された下部共通電極と空間を隔てておかれた
上部センス電極および上部ダミー電極より成るトナー粒
子の検出部、トナー粒子の検出部の電源、トナー粒子の
検出部から得られる信号を増幅する差動アンプ、差動ア
ンプの出力をアナログ・ディジタル変換して信号処理を
した後ｑ／ｍに関する計算を行うための（マイクロ）コ
ンピュータ、処理された結果を表示するための表示器よ
りなることを特徴とする。このような構成にすることに
より、トナー粒子を供給源からトナー粒子の検出部まで
効率よく搬送でき、２組の平行電極により高い信号対雑
音比でｍｇ∠Ｅ＋ΔＥの条件を満たしたトナー粒子を検
出でき、簡単な装置でトナー粒子のｑ／ｍを測定でき
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】 以下で本発明の実施の形態につ
いて説明する。図１は本発明の一例を示す構成図であ
る。トナー粒子１はその供給源である複写機やプリンタ
内部の現像ローラ、あるいはトナー粒子を入れたホッパ
ー２などからトナー粒子を搬送するための移動電界を発
生させる周期的配列の電極３の上に供給される。
いて説明する。図１は本発明の一例を示す構成図であ
る。トナー粒子１はその供給源である複写機やプリンタ
内部の現像ローラ、あるいはトナー粒子を入れたホッパ
ー２などからトナー粒子を搬送するための移動電界を発
生させる周期的配列の電極３の上に供給される。
【００１６】図２に示すように、周期的配列の電極３の
上には電極２０、２１、２２、２３、２４・・・（以下
省略）に加えられる４相矩形波発生器４からの電圧（１
相目２６、２相目２７、３相目２８、４相目２９）によ
り、移動電界１２が発生している。
上には電極２０、２１、２２、２３、２４・・・（以下
省略）に加えられる４相矩形波発生器４からの電圧（１
相目２６、２相目２７、３相目２８、４相目２９）によ
り、移動電界１２が発生している。
【００１７】このような状況のもとで、トナー粒子１に
働く力は図３のように、トナー粒子の質量（ｍ）と重力
の加速度（ｇ）による下向きの力（ｍｇ）３１と、４相
矩形波発生器４より加えられる４相矩形波の駆動パルス
（２６、２７、２８、２９）により発生する移動電界の
垂直成分による上向きの力（トナー粒子の帯電電荷量ｑ
と電界の垂直成分Ｅｙの積（ｑＥｙ）３０が釣り合いの
状態（ｍｇ＝ｑＥｙ）にある。
働く力は図３のように、トナー粒子の質量（ｍ）と重力
の加速度（ｇ）による下向きの力（ｍｇ）３１と、４相
矩形波発生器４より加えられる４相矩形波の駆動パルス
（２６、２７、２８、２９）により発生する移動電界の
垂直成分による上向きの力（トナー粒子の帯電電荷量ｑ
と電界の垂直成分Ｅｙの積（ｑＥｙ）３０が釣り合いの
状態（ｍｇ＝ｑＥｙ）にある。
【００１８】一方、周期的配列の電極３は、超音波振動
子（セラミック振動子など）５の上に直接または絶縁材
料を介して設けられている。超音波振動子は正弦波発生
器６により駆動されるため、これにより周期的配列の電
極３は上下に振動する。このときの正弦波発生器６から
の駆動電圧の周波数は、周期的配列の電極３と超音波振
動子５のそれぞれの固有共振周波数を合成した値に選ば
れる。
子（セラミック振動子など）５の上に直接または絶縁材
料を介して設けられている。超音波振動子は正弦波発生
器６により駆動されるため、これにより周期的配列の電
極３は上下に振動する。このときの正弦波発生器６から
の駆動電圧の周波数は、周期的配列の電極３と超音波振
動子５のそれぞれの固有共振周波数を合成した値に選ば
れる。
【００１９】これによりトナー粒子１は付着力「イメー
ジ力およびフアンデルワールス力（前者は周期的配列の
電極面材料の近くになるほど強く、後者は接触している
ときに働く）」の無視できる電極上の空間に浮きあが
る。この結果トナー粒子は、図１または図３に示す１２
の方向に容易に移動し、トナー粒子のｑ／ｍを測定する
ために設けられた検出部１５まで運ばれる。図４はトナ
ー粒子１の移動の例を３の上部から撮影した写真であ
る。
ジ力およびフアンデルワールス力（前者は周期的配列の
電極面材料の近くになるほど強く、後者は接触している
ときに働く）」の無視できる電極上の空間に浮きあが
る。この結果トナー粒子は、図１または図３に示す１２
の方向に容易に移動し、トナー粒子のｑ／ｍを測定する
ために設けられた検出部１５まで運ばれる。図４はトナ
ー粒子１の移動の例を３の上部から撮影した写真であ
る。
【００２０】図１または図３に示すトナー粒子の検出部
１５は、下部共通電極（超音波振動子１８の上に形成）
１３と上部センス電極７と上部ダミー電極８より構成さ
れている。
１５は、下部共通電極（超音波振動子１８の上に形成）
１３と上部センス電極７と上部ダミー電極８より構成さ
れている。
【００２１】図１または図３に示すトナー粒子の検出部
１５には電圧が可変できる電源１４、トナー粒子の検出
部１５から得られる信号を増幅するための差動アンプ９
が接続されている。
１５には電圧が可変できる電源１４、トナー粒子の検出
部１５から得られる信号を増幅するための差動アンプ９
が接続されている。
【００２２】検出部に運ばれたトナー粒子１は、図１ま
たは図３に示す下部共通電極１３と上部センス電極７の
空間を通過するが、下部共通電極１３と上部ダミー電極
８の空間は通過しない。
たは図３に示す下部共通電極１３と上部センス電極７の
空間を通過するが、下部共通電極１３と上部ダミー電極
８の空間は通過しない。
【００２３】図１または図３に示す上部センス電極７と
下部共通電極１３の間におけるトナー粒子１の運動は、
図３に示すようにトナー粒子に働く重力３１、電源１４
により７と１３の内部の空間に発生する電界に基づくク
ーロン力３２との釣り合いにより決まる。図３はこの関
係を示したもので、Ａは３１＜３２、Ｂは３１＞３２、
Ｃは３１＝３２の場合である。
下部共通電極１３の間におけるトナー粒子１の運動は、
図３に示すようにトナー粒子に働く重力３１、電源１４
により７と１３の内部の空間に発生する電界に基づくク
ーロン力３２との釣り合いにより決まる。図３はこの関
係を示したもので、Ａは３１＜３２、Ｂは３１＞３２、
Ｃは３１＝３２の場合である。
【００２４】ｑ／ｍの測定で対象となるトナー粒子は図
３のＡの場合である。トナー粒子が上部センス電極７に
行くと電源１４、抵抗Ｒ、上部センス電極７を閉回路と
して、帯電したトナー粒子の電荷の移動に基づく電流Ｉ
が流れ、Ｒの両端には電圧ＶＲ＝ＩＲが発生する。しか
し、８と１３の間の空間はトナー粒子が通過しないの
で、トナー粒子に基づく電圧は発生しない。
３のＡの場合である。トナー粒子が上部センス電極７に
行くと電源１４、抵抗Ｒ、上部センス電極７を閉回路と
して、帯電したトナー粒子の電荷の移動に基づく電流Ｉ
が流れ、Ｒの両端には電圧ＶＲ＝ＩＲが発生する。しか
し、８と１３の間の空間はトナー粒子が通過しないの
で、トナー粒子に基づく電圧は発生しない。
【００２５】センス電極７と上部ダミー電極８の出力電
圧を増幅度Ａ０の差動アンプ９の入力に加えて増幅する
と、差動アンプ９の出力にＶ０＝Ａ０ＶＲの電圧が得ら
れる。この例を図５に示す。図５で横軸は時間の経過、
縦軸は差動アンプ９の出力電圧（Ｖ０＝Ａ０ＶＲ）であ
る。 Ｔ１からＴ２時間の間に行われる）となる。
圧を増幅度Ａ０の差動アンプ９の入力に加えて増幅する
と、差動アンプ９の出力にＶ０＝Ａ０ＶＲの電圧が得ら
れる。この例を図５に示す。図５で横軸は時間の経過、
縦軸は差動アンプ９の出力電圧（Ｖ０＝Ａ０ＶＲ）であ
る。 Ｔ１からＴ２時間の間に行われる）となる。
【００２６】トナー粒子のｑ／ｍの測定は、電源１４の
電圧０ボルトを出発点として電圧を微少量ΔＶボルトず
つ変化させ、これを繰り返し行う。例えば、１４の電圧
がＶのときに、トナー粒子が図３に示すＣの状態（釣り
合いの状態、ｍｇ＝ｑＶ／ｄ、ｄは７と１３の間隔）に
あるものとする。電源１４をＶ＋ΔＶに変化させると、
平衡がくずれＡの状態（ｍｇ∠Ｅ＋ΔＭ即ち、ｍｇ∠
（Ｖ＋ΔＶ）／ｄ）に移行する。このように、１４の電
圧をΔＶずつ、変化させてΔＶの間に存在するトナー粒
子の数の相対値を電圧Ｖｍに変換して算出する。
電圧０ボルトを出発点として電圧を微少量ΔＶボルトず
つ変化させ、これを繰り返し行う。例えば、１４の電圧
がＶのときに、トナー粒子が図３に示すＣの状態（釣り
合いの状態、ｍｇ＝ｑＶ／ｄ、ｄは７と１３の間隔）に
あるものとする。電源１４をＶ＋ΔＶに変化させると、
平衡がくずれＡの状態（ｍｇ∠Ｅ＋ΔＭ即ち、ｍｇ∠
（Ｖ＋ΔＶ）／ｄ）に移行する。このように、１４の電
圧をΔＶずつ、変化させてΔＶの間に存在するトナー粒
子の数の相対値を電圧Ｖｍに変換して算出する。
【００２７】 圧の設定（０ボルト、最大値並びに変化量ΔＶ）、測定
時間（Ｔ１およびＴ２）の設定、４相矩形波発生器４、
正弦波発生器６などの制御、その他必要な計算は（マイ
クロ）コンピュータ１０により行う。
時間（Ｔ１およびＴ２）の設定、４相矩形波発生器４、
正弦波発生器６などの制御、その他必要な計算は（マイ
クロ）コンピュータ１０により行う。
【００２８】処理された結果は表示器１１に表示すると
共に、他の関連機器への制御信号の発生源に利用する。
共に、他の関連機器への制御信号の発生源に利用する。
【００２９】図６に示すトナー粒子の検出部１５は、ト
ナー粒子の搬送部を使用しない場合の実施例である。超
音波振動子１８の上に形成された下部共通電極１３、上
部センス電極７、上部ダミー電極８から構成されてい
る。検出部１５の下部共通電極１３は、上部センス電極
７の空間と上部ダミー電極８の空間を隔壁１７により隔
離した構造になっている。
ナー粒子の搬送部を使用しない場合の実施例である。超
音波振動子１８の上に形成された下部共通電極１３、上
部センス電極７、上部ダミー電極８から構成されてい
る。検出部１５の下部共通電極１３は、上部センス電極
７の空間と上部ダミー電極８の空間を隔壁１７により隔
離した構造になっている。
【００３０】測定に際しては、トナー粒子１はホッパー
２から下部共通電極１３の隔壁１７により隔離された図
６の右側の１３上に供給される。
２から下部共通電極１３の隔壁１７により隔離された図
６の右側の１３上に供給される。
【００３１】図６に示すトナー粒子の検出部１５には電
圧が可変できる電源１４、検出部１５から得られる信号
を増幅する差動アンプ９が接続されている。
圧が可変できる電源１４、検出部１５から得られる信号
を増幅する差動アンプ９が接続されている。
【００３２】図６に示す上部センス電極７と下部共通電
極１３の間におけるトナー粒子１の運動は、トナー粒子
に働く重力３１、電源１４により７と１３の内部の空間
に発生する電界に基づくクーロン力３２との釣り合いに
より決まる。この説明は図３のトナー粒子の検出部１５
に示す釣り合いの図を利用する。上部センス電極７の方
に動くのは３１＜３２、下部共通電極１３の方に動くの
は３１＞３２、３１＝３２は静止の場合である。
極１３の間におけるトナー粒子１の運動は、トナー粒子
に働く重力３１、電源１４により７と１３の内部の空間
に発生する電界に基づくクーロン力３２との釣り合いに
より決まる。この説明は図３のトナー粒子の検出部１５
に示す釣り合いの図を利用する。上部センス電極７の方
に動くのは３１＜３２、下部共通電極１３の方に動くの
は３１＞３２、３１＝３２は静止の場合である。
【００３３】ｑ／ｍの測定で対象となるトナー粒子は３
１＜３２の場合である。トナー粒子が上部センス電極７
に行くと電源１４、抵抗Ｒを閉回路として帯電したトナ
ー粒子の電荷の移動に基づく電流Ｉが流れ、９の−入力
側に接続されているＲの両端には電圧ＶＲ＝ＩＲが発生
する。しかし、８と１３の空間にはトナー粒子がないの
で、トナー粒子に基づく電圧は＋入力側に接続されてい
るＲの両端には発生しない。
１＜３２の場合である。トナー粒子が上部センス電極７
に行くと電源１４、抵抗Ｒを閉回路として帯電したトナ
ー粒子の電荷の移動に基づく電流Ｉが流れ、９の−入力
側に接続されているＲの両端には電圧ＶＲ＝ＩＲが発生
する。しかし、８と１３の空間にはトナー粒子がないの
で、トナー粒子に基づく電圧は＋入力側に接続されてい
るＲの両端には発生しない。
【００３４】センス電極７と上部ダミー電極８の出力電
圧を増幅度Ａ０の差動アンプ９の入力に加えて増幅する
と、差動アンプ９の出力電圧Ａ０ＶＲが得られる。 Ｔ１からＴ２時間の間に行われる）となる。
圧を増幅度Ａ０の差動アンプ９の入力に加えて増幅する
と、差動アンプ９の出力電圧Ａ０ＶＲが得られる。 Ｔ１からＴ２時間の間に行われる）となる。
【００３５】トナー粒子のｑ／ｍの測定は、電源１４の
電圧を０ボルトから始め、これを出発点として電圧を微
少量ΔＶボルトずつ変化させて繰り返し行う。例えば、
１４の電圧がＶのときに、トナー粒子が図３に示すＣの
状態（平衡の状態、ｍｇ＝ｑＶ／ｄ、ｄは７と１３の間
隔）にあるものとする。電源１４をＶ＋ΔＶに変化させ
ると、平衡がくずれＡの状態（ｍｇ∠
（Ｖ＋ΔＶ）／ｄ）に移行する。このように、１４の電
圧をΔＶずつ、変化させてΔＶの間に存在するトナー粒
子の数の相対値を電圧Ｖｍに変換して算出する。
電圧を０ボルトから始め、これを出発点として電圧を微
少量ΔＶボルトずつ変化させて繰り返し行う。例えば、
１４の電圧がＶのときに、トナー粒子が図３に示すＣの
状態（平衡の状態、ｍｇ＝ｑＶ／ｄ、ｄは７と１３の間
隔）にあるものとする。電源１４をＶ＋ΔＶに変化させ
ると、平衡がくずれＡの状態（ｍｇ∠
（Ｖ＋ΔＶ）／ｄ）に移行する。このように、１４の電
圧をΔＶずつ、変化させてΔＶの間に存在するトナー粒
子の数の相対値を電圧Ｖｍに変換して算出する。
【００３６】 圧の設定（０ボルト、最大値並びに変化量ΔＶ）、測定
時間（Ｔ１およびＴ２）の設定、４相矩形波発生器４、
正弦波発生器６などの制御、その他必要な計算は（マイ
クロ）コンピュータ１０により行う。
時間（Ｔ１およびＴ２）の設定、４相矩形波発生器４、
正弦波発生器６などの制御、その他必要な計算は（マイ
クロ）コンピュータ１０により行う。
【００３７】処理された結果は表示器１１に表示すると
共に、他の関連機器への制御信号の発生源に利用する。
共に、他の関連機器への制御信号の発生源に利用する。
【００３８】
【発明の効果】本発明の請求項１に記載の発明において
は、トナー粒子の搬送を容易にする圧電材に超音波振動
子を利用し、これを駆動する電源と移動電界を発生させ
る４相矩形波パルスの電源とを独立に設置することによ
り圧電材（超音波振動子）を共振周波数の近くで駆動で
き、移動電界を発生するための４相矩形波電源の周波数
についても最適値に選ぶことができる。この結果、強力
な上下振動を周期的配列の電極上に発生できることによ
り、トナー粒子と電極材料間に働く付着力が無視できる
高さまでトナー粒子を舞い上がらせることができ、トナ
ー粒子を弱い移動電界で効率よく検出部まで搬送するこ
とができる。
は、トナー粒子の搬送を容易にする圧電材に超音波振動
子を利用し、これを駆動する電源と移動電界を発生させ
る４相矩形波パルスの電源とを独立に設置することによ
り圧電材（超音波振動子）を共振周波数の近くで駆動で
き、移動電界を発生するための４相矩形波電源の周波数
についても最適値に選ぶことができる。この結果、強力
な上下振動を周期的配列の電極上に発生できることによ
り、トナー粒子と電極材料間に働く付着力が無視できる
高さまでトナー粒子を舞い上がらせることができ、トナ
ー粒子を弱い移動電界で効率よく検出部まで搬送するこ
とができる。
【００３９】一実験結果によれば、繰り返し周波数２０
０（Ｈｚ）の４相矩形波発生器を使用し、周期的配列の
４相電極３を振動させない場合、トナー粒子を搬送する
のに必要な４相矩形波パルス電圧は約１００（ｖ）であ
るのに対し、超音波振動子（振動周波数３７（ｋＨ
ｚ））をつけるとパルスの振幅は３０（ｖ）以下に減少
させることができる。
０（Ｈｚ）の４相矩形波発生器を使用し、周期的配列の
４相電極３を振動させない場合、トナー粒子を搬送する
のに必要な４相矩形波パルス電圧は約１００（ｖ）であ
るのに対し、超音波振動子（振動周波数３７（ｋＨ
ｚ））をつけるとパルスの振幅は３０（ｖ）以下に減少
させることができる。
【００４０】トナー粒子の検出部では、下部共通電極を
超音波振動子により上下に振動させることにより、電極
上に置かれたトナー粒子に働く付着力の影響が無視でき
る空間を容易に実現しており、測定部の構成が簡単にな
る。以上のように「本発明によるトナー粒子のｑ／ｍ測
定装置」は、測定を必要とする機器内に組み込んで実時
間測定ができるため効果的である。
超音波振動子により上下に振動させることにより、電極
上に置かれたトナー粒子に働く付着力の影響が無視でき
る空間を容易に実現しており、測定部の構成が簡単にな
る。以上のように「本発明によるトナー粒子のｑ／ｍ測
定装置」は、測定を必要とする機器内に組み込んで実時
間測定ができるため効果的である。
【図１】トナー粒子の搬送装置の構成図
【図２】４相駆動方式の電極の構成
【図３】図２を横方向から見た概略図
【図４】トナー粒子の移動の写真例
【図５】差動アンプの出力波形の例
【図６】トナー粒子の検出部
Claims (1)
- 【請求項１】トナー粒子の供給源、トナー粒子を搬送す
るための移動電界を発生させる周期的配列の電極、電極
上に移動電界を発生させるために電極に印加する多相矩
形波（電圧）発生器（説明文では４相矩形波発生器の場
合について述べる）、周期的配列の電極を付けた振動子
（説明文では超音波振動子の場合について述べる）、振
動子を駆動するための交流電圧発生器（説明文では正弦
波発生器の場合について述べる）、トナー粒子のもつ帯
電電荷量（ｑ）と質量（ｍ）の比（ｑ／ｍ、以下ではこ
の記号を用いる）を測定するために振動子の上に形成さ
れた下部共通電極と上部センス電極と上部ダミー電極よ
り成るトナー粒子の検出部、トナー粒子の検出部の電
源、トナー粒子の検出部から得られる信号を増幅する差
動アンプ、差動アンプの出力をアナログ・ディジタル変
換して信号処理をした後ｑ／ｍに関する計算を行うため
の（マイクロ）コンピュータ、処理された結果を表示す
るための表示器よりなるトナー粒子のｑ／ｍ測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001154647A JP2002311073A (ja) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | 振動式トナー粒子のｑ／ｍ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001154647A JP2002311073A (ja) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | 振動式トナー粒子のｑ／ｍ測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002311073A true JP2002311073A (ja) | 2002-10-23 |
Family
ID=18998954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001154647A Pending JP2002311073A (ja) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | 振動式トナー粒子のｑ／ｍ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002311073A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7530279B2 (en) | 2005-05-23 | 2009-05-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | Sampler for sampling charged particles, and apparatus for measuring charge distribution of the charged particles |
| CN102052943A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-05-11 | 集美大学 | 测试静电喷雾中雾化空间局部荷质比的装置 |
| CN104296976A (zh) * | 2014-09-11 | 2015-01-21 | 太仓市金港植保器械科技有限公司 | 静电喷雾环抱吸附效果测试支架及其应用 |
-
2001
- 2001-04-06 JP JP2001154647A patent/JP2002311073A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7530279B2 (en) | 2005-05-23 | 2009-05-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | Sampler for sampling charged particles, and apparatus for measuring charge distribution of the charged particles |
| CN102052943A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-05-11 | 集美大学 | 测试静电喷雾中雾化空间局部荷质比的装置 |
| CN104296976A (zh) * | 2014-09-11 | 2015-01-21 | 太仓市金港植保器械科技有限公司 | 静电喷雾环抱吸附效果测试支架及其应用 |
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