JP2006090943A

JP2006090943A - トナーの帯電量分布測定装置及び方法

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Publication number: JP2006090943A
Application number: JP2004279298A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Tanaka; 孝幸田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP4810081B2

Abstract

【課題】電界による偏向変位から帯電量分布を求めるトナーの帯電量分布測定装置において、トナーの偏向原点を正確に求め、自動的に帯電量分布を得ることを目的とする。
【解決手段】トナーを流速一様な気流の中で電界を印加して、その偏向変位から帯電量分布を求めるトナーの帯電量分布測定装置において、測定中に電界の方向を変化させて、１つの捕集体上に、偏向方向が回転により異なった複数のトナー像が重なった像を得る。それにより、トナーの偏向の原点を求める。さらに、そのトナー像に対して一連の画像処理を行うことでトナーの帯電量分布を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、トナーの帯電量分布を測定するトナーの帯電量分布測定装置及びトナーの帯電量分布測定方法に関するものである。

電界によるトナーの偏向により捕集体上にトナー像を形成し、そのトナー像の形状からトナーの帯電量分布を測定する装置として、特許文献１が提案されている。以下、図６を用いて従来の帯電量分布測定装置について説明する。

図６（ａ）において、トナー保持体２上の帯電したトナー３はエアブローノズル１から噴出される気流により分離される。測定管９の排気口１０には排気装置が接続されており、吸気口５から空気が取り込まれる。その空気は整流フィルター６により整流されることにより、測定管９内に流速一様な気流が形成している。分離されたトナー３は導入管４を経て、測定管９内に導入され、測定管９内を気流と同じ速度で移動する。

電極７には電圧が印加されており、電極７によって形成される電界の向き１１は気流の流れる方向と直交する向きである。トナー３は電極７による電界により偏向されながら、下流に設置された捕集体８に捕集されて図６（ｂ）に示すトナー像１２を形成する。

トナーの偏向量は比電荷（電荷／直径）に比例しており、ｑ／Ｄ＝３πηＶ_ｆｘ／ＥＬ（式１）で与えられる。ここで、ｑ／Ｄ：トナーの比電荷（電荷／直径）（Ｃ／ｍ）、η：空気粘性係数（Ｐａ・ｓｅｃ）、Ｖ_ｆ：気流速度（ｍ／ｓｅｃ）、ｘ：偏向距離（ｍ）、Ｅ：電界（Ｖ／ｍ）、Ｌ：測定管長（ｍ）である。

偏向を受けない比電荷が零のトナーが捕集される位置を原点（偏向原点）として、捕集体８上のトナーの偏向変位から比電荷が求められる。よって、捕集体８上のトナー像１２から帯電量分布を求めることが出来る。

次に、図６（ｃ）に示すように捕集体８上のトナー像１２を画像取込部としての画像取込装置１４により、画像データとして解析部としてのコンピューター１５に取り込む。特許文献２に提案されているように、トナー像１２の光学濃度は捕集されたトナー濃度に比例する。よって、トナー像１２の画像データから帯電量分布を求めることが出来る。
特開昭５７−７９９５８号公報特開平２−１３４５５６号公報特開平２−２５１７７３号公報

この帯電量測定方法において、トナーの偏向原点がずれると、測定される比電荷の全体にずれが起こる。このようなずれを生じさせないために、偏向原点を正確に求めることが重要である。偏向原点は導入管４の取り付け位置で変化する。また、帯電量分布測定装置を垂直以外の方向で使用した場合には、重力の影響により偏向原点が変化する。

従来、この原点を求めるための手法として、（イ）未帯電トナーの測定によるトナー像を利用するもの、（ロ）捕集体の装着位置を規定するもの（特許文献３）、の２つが提案されている。

しかしながら、上記提案（イ）では、原点にあるトナーが原点を定めるために使用したトナーであるのか、測定対象のトナーに含まれる未帯電のトナーであるのかが、区別できない。そのために、電子写真プロセスで画像欠陥を発生させる原因となる未帯電トナーの分布が計測できない。

また、上記提案（ロ）では、捕集体の取り付け位置を規定する機構のために、捕集体の取り付けが煩雑になる。また、トナーを導入する管の位置がずれた場合には偏向原点の再較正が必要になる。

このように、従来のトナーの帯電量分布測定装置では、トナーの偏向原点を測定しようとすると、未帯電トナーが測定できなくなる、または、捕集体の取り付けが煩雑になるという欠点があった。

そこで、本発明の目的は、予備測定や複雑な構成にすること無しにトナーの偏向原点を正確に求めることにある。

また、本発明のさらなる目的は、測定結果である捕集体上の偏向方向の異なるトナー像が複数重なった像から、自動的に帯電量分布を得ることにある。

上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
流速が一様な気流が形成され、その中にトナーが導入される測定管と、
測定管内のトナーに対して電界をかけて偏向させる電極と、
測定管内の偏向したトナーを捕集する捕集体と、
を備え、
捕集体上のトナー像からトナーの帯電量分布を測定するトナーの帯電量分布測定装置において、
捕集体上に偏向方向の異なるトナー像を複数重ねて形成することを特徴とするトナーの帯電量分布測定装置である。

また、
流速が一様な気流を形成する気流形成工程と、
流速が一様な気流の中にトナーを導入するトナー導入工程と、
流速が一様な気流の中にあるトナーに対して電界をかけて偏向させる電界印加工程と、
偏向したトナーを捕集体に捕集するトナー捕集工程と、
捕集体上のトナー像からトナーの帯電量分布を測定する帯電量分布測定工程と、
を備えたトナーの帯電量分布測定方法において、
トナー捕集工程では、捕集体上に偏向方向の異なるトナー像を複数重ねて形成することを特徴とするトナーの帯電量分布測定方法である。

本発明によれば、予備測定や複雑な構成にすること無しにトナーの偏向原点を正確に求めることができる。

また、測定結果である捕集体上の偏向方向の異なるトナー像が複数重なった像から、自動的に帯電量分布を得ることができる。

以下に図面を参照して、この発明の最良な実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特
定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１〜図４、図６を用いて本実施例の構成を説明する。ここで、トナーを偏向させる電界を発生させる電極以外の部分は背景技術に説明したもの（図６）と同様である。

図６（ａ）に示すように、トナー保持体２から採取された帯電したトナー３は導入管４を経由して、流速が一様な気流を形成した測定管９に導入される。この測定管９内でトナーは電界で偏向される。

図１はトナーを偏向させる電極とその電源を表した図である。電極１０７は電極１０７Ａから電極１０７Ｆの６枚からなる。それら電極１０７Ａ〜１０７Ｆはスイッチ１１６を介して電源１３に接続されている。測定開始時には、スイッチ１１６はａ−Ａ、ｂ−Ｂ、ｃ−Ｃ、ｄ−Ｄ、ｅ−Ｅ、ｆ−Ｆに接続されている。このときには、電極１０７Ａに正電圧、電極１０７Ｄに負電圧が印加されており、その他の電極は接地されている。

ここで、測定管９は内径６５（ｍｍ）、管長１３０（ｍｍ）である。電極１０７に印加する電圧は、トナーの最大比電荷が２（ｆＣ／μｍ）である場合には、正電圧３００（Ｖ）、負電圧−３００（Ｖ）である。

電極１０７Ａに正電圧、電極１０７Ｄに負電圧が印加されたこの場合には、図２（ａ）に示すように、電界の方向は電極１０７Ａから電極１０７Ｄに向かう方向になり、電界の方向１１１とトナー像１１２は電極１０７Ａと電極１０７Ｄを結ぶ直線上に細長く形成される。

このトナー像１１２が顕在化した時点で、スイッチ１１６を切り替えて、ａ−Ｅ、ｂ−Ｃ、ｃ−Ａ、ｄ−Ｂ、ｅ−Ｆ、ｆ−Ｄに接続する。このときには、電極１０７Ｅに正電圧、電極１０７Ｂに負電圧が印加されて、電界の方向は電極１０７Ｅから電極１０７Ｂに向かう方向になる。これにより、トナーの偏向の方向が、電極１０７Ａに正電圧、電極１０７Ｄに負電圧が印加された場合から１２０度回転する。よって、図２（ｂ）に示すように電界の方向２１１とトナー像２１２は電極１０７Ｅと電極１０７Ｂを結ぶ直線上に細長く形成される。

このトナー像２１２が顕在化した時点で、先と同様にスイッチ１１６を切り替えて、ａ−Ｃ、ｂ−Ｄ、ｃ−Ｂ、ｄ−Ｆ、ｅ−Ａ、ｆ−Ｅに接続する。このときには、電極１０７Ｃに正電圧、電極１０７Ｆに負電圧が印加されて、電界の方向は電極１０７Ｃから電極１０７Ｆに向かう方向になる。これにより、トナーの偏向の方向が、電極１０７Ａに正電圧、電極１０７Ｄに負電圧が印加された場合と、電極１０７Ｅに正電圧、電極１０７Ｂに負電圧が印加された場合と、からそれぞれ１２０度回転する。よって、図２（ｃ）に示すように電界の方向３１１とトナー像３１２は電極１０７Ｃと電極１０７Ｆを結ぶ直線上に細長く形成される。

以上の操作により、捕集体８上には図３に示したような、偏向方向が回転するように異なり、１２０度ずつ回転した３つのトナー像１１２，２１２，３１２が重なった像４１２を形成する。

このようにトナーを偏向させる電界が回転した場合、未帯電トナーが捕集される偏向原点は移動せず、帯電トナーは偏向原点を中心に回転したトナー像を描く。よって、トナーの偏向原点は３つの直線状の細長いトナー像１１２，２１２，３１２の交点に等しい。

以上により、未帯電トナーを用いた予備測定や複雑な構成にすること無しに、トナーの偏向変位の原点を正確に求めることができる。

また、電界を回転させる代わりに捕集体８を回転させることでも同様の結果が得られる。捕集体８を回転させる構成を図４を用いて説明する。捕集体８は回転できるリングモーター１１７に設置される。このときの電極７は図６（ｂ）と同様である。モーターコントローラー１１８からの信号によりリングモーター１１７は回転する。これにより、電界を偏向させたのと同様に、捕集体８上には図３に示したような偏向方向が異なるように回転した３つのトナー像１１２，２１２，３１２が重なった像４１２を形成することが出来る。

図３、図５、図６を用いて実施例２を説明する。実施例１に示したように電界の方向を１２０度ずつ回転して、捕集体８上に３つのトナー像１１２，２１２，３１２が重なった像４１２を形成する。図６（ｃ）と同様に、捕集体８上の像４１２を取込部としての画像取込装置１４で解析部としてのコンピューター１５に取り込む。

この像４１２の画像データに対して、トナーの色の成分だけを抽出して、グレースケールに変換する。その画像を直線検出のハフ変換であるρ＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ（式２）により、ＸＹ空間からρθ空間に写像する。

その結果は図５のようになる。捕集体８上の像４１２は１２０度ずつ回転した３つの直線を中心に分布しているので、ρθ空間内では３つの重なりの多い交点１１９が現れる。この３つの交点１１９をρθ空間からＸＹ空間に逆写像したものは、トナー像４１２の中心線を表す３本の直線４１１Ａ〜４１１Ｃになる。この３本の直線４１１Ａ〜４１１Ｃの方程式の最小自乗解、つまり、交点を求める。トナーを偏向させる電界が回転した場合、未帯電トナーが捕集される偏向原点は移動せず、帯電トナーは偏向原点を中心に回転したトナー像を描く。よって、３つの直線状のトナー像の交点はトナーの偏向原点に等しい。

次に、求まったトナーの偏向原点を座標原点として、１２０度ずつ回転した３つのトナー像１１２，２１２，３１２が重なった像４１２をデコンボリューションして、電界を回転させる前の１つのトナー像に変換する。

画像処理からトナー像の中心線とトナーの偏向原点が求まるので、ｑ／Ｄ＝３πηＶ_ｆｘ／ＥＬ（式１）を用いて、トナーの帯電量のスケールを画像データ上に作成する。このスケールを用いてトナー像の濃度分布からトナーの帯電量分布を求める。

以上の処理を一連のプログラムにすることで、トナーの帯電量分布測定において、１つの捕集体８上の偏向方向を回転により異ならせたトナー像を複数重ねた像から、自動的に帯電量分布を得ることができる。

本発明に係るトナーの帯電量分布測定装置を示す図である。本発明に係るトナーの帯電量分布測定装置の動作時における電界の方向とトナー像の変化を説明する図である。測定結果の捕集体に捕集されたトナーの像を示す図である。捕集体を回転させる構成を示す図である。 ρθ空間に写像したトナー像を説明する図である。トナーの帯電量分布測定装置を示す図である。

符号の説明

１エアブローノズル
２トナー保持体
３トナー
４導入管
５吸気口
６整流フィルター
７、１０７電極
８捕集体
９測定管
１０排気口
１１、１１１、２１１、３１１電界の方向
１２、１１２、２１２、３１２トナー像
１３電源
１４画像取込装置
１５コンピューター
１１６スイッチ
１１７リングモーター
１１８モーターコントローラー
１１９重なりの多い交点
４１１トナー像の中心線
４１２３つのトナー像が重なった像

Claims

流速が一様な気流が形成され、その中にトナーが導入される測定管と、
測定管内のトナーに対して電界をかけて偏向させる電極と、
測定管内の偏向したトナーを捕集する捕集体と、
を備え、
捕集体上のトナー像からトナーの帯電量分布を測定するトナーの帯電量分布測定装置において、
捕集体上に偏向方向の異なるトナー像を複数重ねて形成することを特徴とするトナーの帯電量分布測定装置。
偏向方向の異なるトナー像の形成は、電極による電界の方向を変えることによって行うことを特徴とする請求項１に記載のトナーの帯電量分布測定装置。
偏向方向の異なるトナー像の形成は、捕集体を回転させることによって行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のトナーの帯電量分布測定装置。
捕集体上の偏向方向の異なるトナー像が複数重なった像を画像データとして取り込む画像取込部と、
取り込んだ画像データの画像解析により帯電量分布を求める解析部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトナーの帯電量分布測定装置。
流速が一様な気流を形成する気流形成工程と、
流速が一様な気流の中にトナーを導入するトナー導入工程と、
流速が一様な気流の中にあるトナーに対して電界をかけて偏向させる電界印加工程と、
偏向したトナーを捕集体に捕集するトナー捕集工程と、
捕集体上のトナー像からトナーの帯電量分布を測定する帯電量分布測定工程と、
を備えたトナーの帯電量分布測定方法において、
トナー捕集工程では、捕集体上に偏向方向の異なるトナー像を複数重ねて形成することを特徴とするトナーの帯電量分布測定方法。
偏向方向の異なるトナー像の形成は、電界印加工程における電界の方向を変えることによって行うことを特徴とする請求項５に記載のトナーの帯電量分布測定方法。
偏向方向の異なるトナー像の形成は、捕集体を回転させることによって行うことを特徴とする請求項５又は６に記載のトナーの帯電量分布測定方法。
帯電量分布測定工程では、捕集体上の偏向方向の異なるトナー像が複数重なった像に対して、画像解析により帯電量分布を求めることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のトナーの帯電量分布測定方法。