JP2003098065A - 微小粒子間付着力測定方法および測定装置 - Google Patents

微小粒子間付着力測定方法および測定装置

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JP2003098065A
JP2003098065A JP2001290308A JP2001290308A JP2003098065A JP 2003098065 A JP2003098065 A JP 2003098065A JP 2001290308 A JP2001290308 A JP 2001290308A JP 2001290308 A JP2001290308 A JP 2001290308A JP 2003098065 A JP2003098065 A JP 2003098065A
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Akihiro Koban
昭宏 小番
Koichi Kato
弘一 加藤
Kazuto Watanabe
和人 渡辺
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 様々な環境下での測定が可能であり、かつ電
子写真用トナーのように電荷を帯びた粉体についても測
定可能な粉体の付着力測定方法、および測定装置を提供
するものである。特に、電子写真法で使用される現像剤
のトナー、キャリア間付着力の測定に対応した、微粒子
間付着力の測定方法を提供することにある。また、測定
を一様な電界下で行なうことによって、付着力測定にお
ける静電力の作用を正確に見積ることを可能とするこ
と。 【解決手段】 一様な平面の被測定物担持面を有する被
測定物担持体に、少なくとも1種の磁性粒子と1種以上
の微粒子の混合物からなる粉体を磁気的に付着させ、こ
の粉体に一定の電界を印可しながら担持体を担持面に対
して垂直方向に高速移動させることにより、微粒子を磁
性粒子から脱離させ、脱離前後の粒子数、および粒子質
量を求めることにより粒子間の付着力を測定することを
特徴とする微粒子間付着力測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、微小粉体の付着力
測定を可能とする測定装置、およびその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】粉体、粒子状物質の間に働く相互作用
力、付着力の測定は、粉体を取り扱う工業分野全般にお
いて関心の持たれる課題であり、さまざまな研究がなさ
れてきた。しかし、微粒子に作用する力が極めて微弱で
あることと、粒子径が小さいほど、それを搬送、操作す
ることが困難であることに加え、粉体の流動や付着、凝
集といったマクロスケールの挙動は粒子に粒子の化学的
組成に由来する分子間の相互作用力のみならず、粒子の
静電気力、磁気力など物理的な拘束、反発力、また温度
や湿度など、さまざまな周辺環境に大いに影響されるも
のであり、このことが微粒子の付着力測定を困難にして
いた。特に静電的な作用力はファンデルワールス力に比
較して極めて大きく、また、粒子に吸着した水分による
液架橋力など、測定環境下において作用する非静電的付
着力に比べて遠方にまで作用するため、その影響を正確
に見積もることは粒子の付着力測定においての課題であ
る。特開平11−153538号公報では、微粒子の被
付着体を振動させ、電界により捕集し、その質量から付
着力を見積もる方法が示されているが、この方法におい
ては、電極を振動させるため、電界が振動することによ
る付着力に対する影響、微粒子量を質量として計測する
ため、平均的な解析にとどまることが懸念される。
【0003】また、電子写真法においては電荷を帯びた
微粒子=トナーによって画像を作成するため、微粒子の
付着力、特に、静電気力と微粒子自体の組成に由来する
非静電的な付着力を制御することが肝要である。こうし
た帯電粉体の付着力測定においては、より簡便に、か
つ、様々な使用環境を想定した環境下で測定が可能な手
段が必要とされていた。なかでも、二成分現像法による
電子写真方式ではキャリアとトナーとを摩擦帯電するた
め、キャリアとトナーと付着性の正確な見積もりが必要
とされるが、これまでには、キャリア−トナー間のよう
な微細な粒子間の付着力測定にはふさわしい方法がなか
った。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、上記の課題を鑑み、様々な環境下での測定が可能で
あり、かつ電子写真用トナーのように電荷を帯びた粉体
についても測定可能な粉体の付着力測定方法、および測
定装置を提供するものである。特に、電子写真法で使用
される現像剤のトナー、キャリア間付着力の測定に対応
した、微粒子間付着力の測定方法を提供することにあ
る。また、測定を一様な電界下で行なうことによって、
付着力測定における静電力の作用を正確に見積ることを
可能とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明の
(1)「一様な平面の被測定物担持面を有する被測定物
担持体に、少なくとも1種の磁性粒子と1種以上の微粒
子の混合物からなる粉体を磁気的に付着させ、この粉体
に一定の電界を印可しながら担持体を担持面に対して垂
直方向に高速移動させることにより、微粒子を磁性粒子
から脱離させ、脱離前後の粒子数、および粒子質量を求
めることにより粒子間の付着力を測定することを特徴と
する微粒子間付着力測定方法」により達成される。
【0006】また、上記課題は、本発明の(2)「被測
定物を付着担持する一様な平面の被測定物担持面を有
し、担持面内部に磁界の発生機構を備え、被測定物担持
面に対向して設置した電極とを有する担持体と、該担持
体を担持面に対して垂直方向に移動させる移動量印加機
構と移動を制止する制動機構を有する付着力測定装
置」、(3)「移動量印加機構が担持面の担持体の背面
に反発係数0.5以上の剛体を打撃することにより担持
体を移動させることを特徴とする前記第(2)項に記載
の付着力測定装置」、(4)「剛体による打撃が剛体の
自由落下により、垂直方向に打撃されることを特徴とす
る前記第(3)項に記載の付着力測定装置」、(5)
「剛体による剛体の振り子運動により水平方向に打撃さ
せることを特徴とする前記第(3)項に記載の付着力測
定装置」、(6)移動量印加機構が担持体を高速移動さ
せる移動ステージであり、制動する制動装置からなるこ
とを特徴とする前記第(2)項に記載の付着力測定装
置」、(7)「微粒子の担持方法が磁気的な捕捉と、微
粒子を収納する微細なスリットからなることを特徴とす
る前記第(2)項に記載の付着力測定装置」、(8)
「対向して設けられる電極が透明電極であり、電極を介
して微粒子を計数することを特徴とする前記第(2)項
に記載の測定装置」、(9)「被測定物を付着担持する
一様な平面の被測定物担持面とそれに対向して設置した
電極とを有する担持体と、該担持体を担持面に対して垂
直方向に移動させる移動量印加機構と移動を制止する制
動機構と、担持体の移動量を測定する移動量測定機構を
有することを特徴とする前記第(2)項に記載の付着力
測定装置」により達成される。
【0007】すなわち、本発明は下記の構成の粉体の付
着力測定方法および装置からなる。本発明の第(1)の
付着力の測定方法は、一様な平面の被測定物担持面を有
する被測定物担持体に、少なくとも1種の磁性粒子と1
種以上の微粒子の混合物からなる粉体を磁気的に付着さ
せ、この粉体に一定の電界を印可しながら担持体を担持
面に対して垂直方向に高速移動させることによって粉体
に任意の力を与える。該混合粉体のうち、磁気的に捕捉
される一方に対して、磁気力の影響を受けない粒子は、
高速移動による加速度を生じることで作用させた加速度
の閾値をもって引き離される。
【0008】加速度の印加とは具体的には被測定物担持
体は、剛体とみなされる堅牢な固体物であり、その粒子
担持面の内部直下に強力な磁界の発生機構を有するもの
であり、これを高速に移動、停止させる。担持面に対し
て、垂直方向に担持体を移動させることにより、担持平
面に付着した磁性粒子上の粉体には磁性粒子表面に対し
て垂直方向の加速度が得られる。この高速な変位による
加速度と粉体の質量を求めることで粉体に作用した力を
求めることができる。様々な加速度において微粒子を担
持面から脱離させ、脱離前後の粒子数を計数することに
より粒子の付着力が得られる。また、粒子と粒子とが摩
擦帯電している場合や、平板が実質的に導電体とみなさ
れる場合、平板と粒子との静電的な引力が無視できなく
なる。これは、先に述べたとおり、静電的な付着力は他
のファンデルワールスや液架橋力といった近接力に比べ
て、遠方まで達するため、一度脱離した粒子が粒子の対
電荷、もしくは、粒子の電荷が誘起する鏡像力により再
び平板に引き戻されることがあるためであり、そのため
に、粒子の脱離は一定の電界下で行われる。これによ
り、帯電粒子は速やかに担持面から脱離し、脱離前後の
担持面を観察することによって、脱離した粒子を特定す
ることが可能となり、また、付着対象の個体の特定が可
能となる。測定を正確に行なうためには被測定物担持体
を高速変位させる間、電界は一定であることが必要であ
り、粒子は平行に保持された電極内に担持されることが
好ましい。
【0009】本発明の第(2)としては、本測定を可能
とする測定装置であり、微粒子を担持する担持体は被測
定物を付着担持する一様な平面の被測定物担持面と、そ
の内部に磁界の発生機構を備える。さらに担持面に対向
して設置した電極を設け、該担持体は担持面に対して垂
直方向に移動させる移動量印加機構と移動を制止する制
動機構を有する磁界の発生機構としては永久磁石を包埋
することが容易である。
【0010】本発明の第(3)としては、第2において
高速な移動量の印加を容易、かつ安定的に行なうことで
あり、すなわち、担持体の背面に反発係数0.5以上の
剛体を打撃するものである。
【0011】本発明の第(4)としては、剛体による打
撃を剛体の自由落下によることで、打撃速度を落下高さ
によって容易に変化することができる。
【0012】本発明の第(5)としては、剛体を振り子
運動により水平方向に打撃することで落下開始高さによ
って打撃速度を変化することができる。
【0013】本発明の第(6)としては、移動量印加機
構が担持体を高速移動させる移動ステージであり、担持
体の移動、および制動を機械的、電気的な変位装置によ
り動作させることを意味する。
【0014】本発明の第(7)として、微粒子の担持方
法が磁気的な捕捉と、担持面に微粒子を収納する微細な
スリットを有する構造を持つ担持体を用いることで、磁
性微粒子の脱離なく、粒子の測定が可能となる。
【0015】本発明の第(8)として、前記第(2)に
おいて付着面に対して対向して設けられる電極が透明電
極であり、電極を介して微粒子を計数するものであり、
これによって、同一の被測定物に対して連続的に加速度
を変化させながら、粒子の計数が可能となる。
【0016】本発明の第(9)として、前記第(2)に
おいて被測定物を付着担持する担持体の移動量を測定す
る移動量測定機構を有することで、被測定物に対する印
加加速度を正確に求めることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、実施例として本発明を図示
し、詳細を述べる。図1は、本発明の付着力測定装置に
おける微粒子担持体の一例を示すものである。微粒子を
保持する担持体(13)の表面に微粒子を付着させる。
磁界発生機構(11)は、担持体(13)内に設置さ
れ、担持面(12)とは、不導体のスペーサ(14)に
より一定間隔に保たれる。担持体(13)、および(1
5)には直流電源(16)が接続され、これにより、担
持体(13)−(15)間に一様な電界が形成される。
【0018】図2は、付着力測定装置における、担持体
移動方法の一例を図示したものである。微粒子を保持す
る担持体(22)は、その表面に微粒子を付着させる担
持面(23)を保持する。担持体(22)内には磁界発
生機構(21)が設置されている。(25)は(24)
と対向して設けられた電極を示す。対向電極(25)と
担持面(23)とは、不導体のスペーサ(24)により
一定間隔に保たれる。電極(24)および対向電極(2
5)間は直流電源(26)が設けられ、これにより、担
持面(23)−対向電極(25)間に一様な電界が形成
される
【0019】図3は、付着力測定装置における担持体移
動方法の一例を図示したものである。担体(32)は、
微粒子担持面(33)を保持し、その表面に微粒子を付
着させる担持面(33)を保持する。担持面(33)は
任意の保持機構により、微粒子担持面(32)から脱着
可能である。磁界発生機構(31)は担持体(33)内
に設置されている。透明電極(35)は担持体(33)
と対向して設けられている。透明対向電極(35)と担
持面(33)とは、不導体のスペーサ(34)により一
定間隔に保たれる。担持面(33)およびスペーサ(3
4)には直流電源(36)が接続され、これにより、担
持面(33)−透明対向電極(35)間に一様な電界が
形成される
【0020】図4は、付着力測定装置における担持体保
持手段の一例を図示したものである。粒子担持体(4
1)は、剛体(43)上に担持体支持体(42)を介し
て粒子担持体(41)を支持し、図1〜3に記載したも
のがその例である。
【0021】図5は、付着力測定装置における担持体移
動方法の一例を図示したものである。符号(51)は担
持体に打撃する打撃子(アルミニウム、円筒)、(5
2)は担持体に打撃子を垂直に打撃するためのガイドで
ある。
【0022】図6は付着力測定装置の構成の一例を図示
したものである。符号(61)は透明電極を介して付着
状態を観察する観察部、(62)はその画像データを解
析し、粒子径、および付着粒子数を計数するコンピュー
タ、(63)は(41)の変位量を計測する高速度変位
計、(64)は変位量を記録する記録計である。
【0023】
【発明の効果】以上、詳細かつ具体的な説明から明らか
なように、本発明は、簡易な構成の装置により、正確に
微粉体の付着力を求める方法が提示され、その装置を提
供することができ、また、これまで困難であったトナ
ー、キャリア間の付着力を見積もることが可能な方法、
および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の付着力測定装置における微粒子担持体
の一例を示すものである。
【図2】本発明の付着力測定装置における担持体移動方
法の一例を図示したものである。
【図3】本発明の付着力測定装置における担持体移動方
法の別の一例を図示したものである。
【図4】本発明の付着力測定装置における担持体保持手
段の一例を図示したものである。
【図5】本発明の付着力測定装置における担持体移動方
法の別の一例を図示したものである。
【図6】本発明の付着力測定装置の構成の一例を図示し
たものである。
【符号の説明】
11 磁界発生機構 12 粒子担持体、粒子担持面 13 担持体 14 スペーサ 16 直流電源 21 磁界発生機構 22 担持体 23 担持面 24 対向電極 25 対向電極 26 直流電源 31 磁界発生機構 32 微粒子担持面 33 担持体 34 スペーサ 35 対向透明電極 36 直流電源 41 粒子担持体 42 担持体支持体 43 剛体 51 打撃子 52 打撃子ガイド 61 観察部 62 コンピューター 63 変位計 64 記録計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 和人 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 2H005 AA00 AB10 BA00 EA00 2H134 QA01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一様な平面の被測定物担持面を有する被
    測定物担持体に、少なくとも1種の磁性粒子と1種以上
    の微粒子の混合物からなる粉体を磁気的に付着させ、こ
    の粉体に一定の電界を印可しながら担持体を担持面に対
    して垂直方向に高速移動させることにより、微粒子を磁
    性粒子から脱離させ、脱離前後の粒子数、および粒子質
    量を求めることにより粒子間の付着力を測定することを
    特徴とする微粒子間付着力測定方法。
  2. 【請求項2】 被測定物を付着担持する一様な平面の被
    測定物担持面を有し、担持面内部に磁界の発生機構を備
    え、被測定物担持面に対向して設置した電極とを有する
    担持体と、該担持体を担持面に対して垂直方向に移動さ
    せる移動量印加機構と移動を制止する制動機構を有する
    付着力測定装置。
  3. 【請求項3】 移動量印加機構が担持面の担持体の背面
    に反発係数0.5以上の剛体を打撃することにより担持
    体を移動させることを特徴とする請求項2に記載の付着
    力測定装置。
  4. 【請求項4】 剛体による打撃が剛体の自由落下によ
    り、垂直方向に打撃されることを特徴とする請求項3に
    記載の付着力測定装置。
  5. 【請求項5】 剛体による剛体の振り子運動により水平
    方向に打撃させることを特徴とする請求項3に記載の付
    着力測定装置。
  6. 【請求項6】 移動量印加機構が担持体を高速移動させ
    る移動ステージであり、制動する制動装置からなること
    を特徴とする請求項2に記載の付着力測定装置。
  7. 【請求項7】 微粒子の担持方法が磁気的な捕捉と、微
    粒子を収納する微細なスリットからなることを特徴とす
    る請求項2に記載の付着力測定装置。
  8. 【請求項8】 対向して設けられる電極が透明電極であ
    り、電極を介して微粒子を計数することを特徴とする請
    求項2に記載の測定装置。
  9. 【請求項9】 被測定物を付着担持する一様な平面の被
    測定物担持面とそれに対向して設置した電極とを有する
    担持体と、該担持体を担持面に対して垂直方向に移動さ
    せる移動量印加機構と移動を制止する制動機構と、担持
    体の移動量を測定する移動量測定機構を有することを特
    徴とする請求項2に記載の付着力測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103163069A (zh) * 2013-02-21 2013-06-19 中南大学 一种固体材料表面粘附力测量方法及系统
US8590372B2 (en) 2009-05-22 2013-11-26 Sharp Kabushiki Kaisha Device and method for measuring toner adhesion

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US8590372B2 (en) 2009-05-22 2013-11-26 Sharp Kabushiki Kaisha Device and method for measuring toner adhesion
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