JP2009175055A - 粉体の付着力測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体間に働く付着力を測定するために風圧を徐々に変化させそれぞれの風圧に対応した飛翔したトナーの質量を求めることで、静電的な付着力と非静電的な付着力を区別することなく粉体間の付着力を測定する粉体の付着力測定装置及び方法を提供することにある。
【解決手段】少なくとも一種類の磁性粒子と一種類以上の微粒子の混合物からなる粉体の付着力を測定する粉体の付着力測定装置において、前記粉体を磁気的に捕捉し、且つ内面にメッシュ２ｂを張った円筒状のブローオフセル２と、該ブローオフセル２と一定の距離に保たれるエア噴出装置４と、を備え、該エア噴出装置４からのエア圧を段階的に強め、風力により前記磁性粒子から離脱した微粒子の質量を前記エア圧毎に測定する粉体の付着力測定装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、粉体の付着力測定装置及び粉体の付着力測定方法に関し、とくに電子写真に用いられる粉体の付着力測定装置及び粉体の付着力測定方法に関するものである。

粉体を扱う分野では様々な特性値を把握することが重要であり、粉体や粒子に働く相互作用力、付着力は粉体を取り扱う工業分野全般において重要である。粉体の付着力を測定する方法としては付着している物体から粉体を分離するのに必要な力を見積もる方法が一般的である。
粉体を物体から分離させる方法としては遠心力、振動、衝撃、空気圧、電界及び磁界を用いた方法が知られており、従来から、粉体と物体の間に働く相互作用や付着力の測定装置や方法は幾つか提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
しかし、粉体間の付着力の測定例は少なく、微粒子に作用する力が極めて微弱であることや粒子径が小さいほど搬送や操作が困難であること、そして分子間の相互作用、静電気力、磁気力などの物理力や温度、湿度などの周辺環境など多くの因子により影響を受けることが微粒子間の付着力測定を困難にしている。

一方、電子写真方式で用いるトナー画像の現像プロセスではトナーを静電力により拘束するため現像には静電的付着力が重要である。静電的な作用力はファンデルワールス力などの分子間力に比べ極めて大きく、測定環境下において作用する液架橋力などの非静電的付着力に比べて遠方まで作用するため、現像には静電気力が支配的である。
これに対し、特許文献１の技術には、静電的な粉体間の付着力測定として作用力を見積もる測定方法が示されており、静電的付着力による現像を考察することには適している。
一方で、これまでに粉体間の非静電的付着力を測定する装置も提案されており、特許文献２の技術には、転写後のトナーの飛び散りなどを考慮し遠心力により非静電的付着力を測定する手法が挙げられている。しかしここでも非静電付着力は静電付着力に対して非常に弱く静電的な付着力と切り離されて考えられていた。
特開２００３−９８０６５号公報 特許第３６７０１３４号

しかしながら、特許文献１の技術では静電的付着力について正確に見積もることができるが、非静電的付着力については評価することができない。また、特許文献２の技術では非静電付着力は静電付着力に対して非常に弱く静電的な付着力と切り離されて考えられていた。
このように粉体間の付着力測定については静電的付着力、非静電的付着力を別々に測定する方法が示されてきた。しかし、最近では添加剤の技術の向上、重合トナーなどの出現により、静電的付着力により現像されるトナー量などを制御する技術が発展し、トナーの非静電的な付着力変化による現像の変化が議論されるようになっており、静電的、非静電的付着力を同時に測定しなくては現像の現象を評価するのは困難である。
電子写真のように電荷を帯びた粉体に対して適応する場合、現像には非静電的な付着力と静電的な付着力を両方ともコントロールすることが重要である。それにも拘わらず、その両方の付着力を同時に測定し現像の現象を評価することができる測定方法はなかった。また、従来の評価方法では測定や解析に手間が掛かり、トナーの多種の条件や状態に対して付着力の値や差を比較することは困難であった。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、粉体間に働く付着力を測定するために風圧を徐々に変化させ、それぞれの風圧に対応した飛翔したトナーの質量を求めることで、静電的な付着力と非静電的な付着力を区別することなく粉体間の付着力を測定する粉体の付着力測定装置及び方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも一種類の磁性粒子と一種類以上の微粒子の混合物からなる粉体の付着力を測定する粉体の付着力測定装置において、前記粉体を磁気的に捕捉し、且つ内面にメッシュを張った円筒状のブローオフセルと、該ブローオフセルと一定の距離に保たれるエア噴出装置と、を備え、該エア噴出装置からのエア圧を段階的に強め、風力により前記磁性粒子から離脱した微粒子の質量を前記エア圧毎に測定することを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、各エア圧で離脱した質量の他に、離脱した微粒子が持っていた電荷の測定も併せて行なうも併せて行なう請求項１記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記離脱した微粒子の質量は、前記エア噴出装置から一定の風圧を吹きつけながら、前記ブローオフセルと前記エア噴出装置の距離を遠い位置から段階的に近づけて測定される請求項１記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記粉体からなる微粒子の測定サンプルは、微細なスリットやメッシュを張った密閉セルである前記ブローオフセル内に捕捉され、且つ閉じ込められる請求項１記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記エア噴出装置によってエアを吹き付ける前記ブローオフセルの下流側には、微粒子を離脱させるためにエアを吸引するエア吸引装置が設けられる請求項１記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、各段階のエア圧で毎回測定する微粒子を入れ替え、離脱したトナー量の総量を測定する請求項１記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、前記エアの噴出が、現像剤を均等にエアに当てるために外周部から内側に向かって円弧を描くように動作する請求項１記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、現像剤の凝集によるスリットの目詰まりや圧縮を防ぐためにエア圧の各段階において超音波や物理的振動により前記ブローオフセル内の現像剤を攪拌させる請求項１記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、前記エアは前記ブローオフセル内の前記メッシュに吹き付けられる請求項４記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、前記ブローオフセルが、ステンレスなど導電性材質から形成される請求項１記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、前記エア噴出装置で使用するエアは圧縮した乾燥エアである請求項１記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、前記ブローオフセルの前記メッシュの目開きは、少なくとも測定するトナー粒径よりも大きく、キャリア粒径よりも小さい請求項１記載の粉体の付着力測定装置を特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、少なくとも一種類の磁性粒子と一種類以上の微粒子の混合物からなる粉体の付着力を測定する粉体の付着力測定方法において、前記粉体をメッシュが張られた円筒状のブローオフセル内で磁気的に捕捉し、該ブローオフセルとエア噴出装置の距離を一定に保ち、エア圧を段階的に強め、風力により前記磁性粒子から離脱した微粒子の質量を前記エア圧毎に測定する粉体の付着力測定方法を特徴とする。
また、請求項１４に記載の発明は、段階的な各エア圧を前記ブローオフセルに当てる手順では、始めに弱いエアを当てて慣らし、その後に所定圧のエアを当てて現像剤からトナーを引き離すことを段階的に繰り返す請求項１３記載の粉体の付着力測定方法を特徴とする。

本発明によれば、粉体間に働く付着力を測定するために風圧を徐々に変化させそれぞれの風圧に対応する飛翔したトナーの質量を求めることで、静電的な付着力と非静電的な付着力を区別することなく粉体間の付着力を測定することができる。また、電荷を同時に測定することで電子写真による現像に寄与するトナー量と付着力の関係を考察することができる。
測定で電界を使用しない簡易な構成により微粉体間の付着力を簡易に求めることができ、また、これまでに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を可能にする。
また、本発明によれば、トナー−キャリア間の付着力変化による画像濃度変化などの現像量が変化に対して静電的な付着力、非静電的付着力によるものかを判断することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の粉体の付着力測定装置における測定セルであるブローオフセルの一例を示す概略斜視図である。図１に示すように、ブローオフセル（測定セル）２は、被測定試料である２成分現像剤を入れる、例えば、ステンレスから作られる円筒状の導電性容器（セル）２ａを含んでいる。
この導電性容器（セル）２ａの上下に所定の開口長さで所定の開口率の導電性メッシュ（例えば、＃６３５メッシュ、開口２０μｍ、開口率２５％）２ｂを取り付けている。この導電性メッシュ２ｂに代えて微細なスリットとすることもできる。
円筒状の導電性容器２ａと導電性メッシュ２ｂが電気的に互いに導通し、導電性メッシュ２ｂの開口を除けば、円筒状の導電性容器２ａと導電性メッシュ２ｂの内部が閉空間をなしており、例えば、容積は約１ｃｍ^３である。

図２は本発明による粉体の付着力測定装置であるブローオフ装置の第１の実施の形態の基本構成を示す概念図である。図２のブローオフ装置Ａにおいて、導電性メッシュ２ｂを有しているブローオフセル２は、これを他から電気的に絶縁状態でかつ略水平になる状態でホルダ１内に支持される。このホルダ１は樹脂等の絶縁体で形成されていて、円筒状胴部１ｂの上に円形台状の保持部１ａを固定した形状になっている。
ブローオフセル２が載置される円形台状の保持部１ａの一部にはブローオフセル２とエレクトロメータ７を電気的に接続するための触針１ｃが付いている。また、図示しないが、場合によってはホルダ１とブローオフセル２を被うシールド（パンチメタル等）が設けられてもよい。
このホルダ１の保持部１ａの中央部には円筒状胴部１ｂの中空部に連通する開口が設けられており、円筒状胴部１ｂの他端側に連結されたエア吸引装置３のホース部３ａを介してブローオフセル２の下方からエアを吸引できるようになっている。
なお、エア吸引装置３には、エアクリーナやその他の排気（吸引）装置が利用でき、エア吸引装置３の電源電圧の可変手段、又はエアバイパスを設けることにより吸引力（吸引圧）を変えられるようになっている。

ホルダ１に保持されたブローオフセル２の上方には、このブローオフセル２の上方から導電性メッシュ２ｂ面にエアを吹き付ける手段としてのコンプレッサであるエアブローワ４のノズル４ａが配置されている。
また、このエアブローワ４のノズル４ａの支持部（図示せず）には、ブローオフセル２の導電性メッシュ２ｂ面に対してノズル４ａを回転（旋回）させかつエアジェットが導電性メッシュ２ｂ面をスイープするようにするための回転（旋回）機構４ｂと、ノズル４ａを上下に移動してノズル４ａとブローオフセル２の導電性メッシュ２ｂ面との距離を変えることができるようにするエアノズル接離（高さ変更）機構４ｃとが設けられており、上方からのエアの吹き付け圧や吹き付け位置を変更できるようになっている。
なお、ホルダ１の円筒状胴部１ｂにはゴムチューブ等を介して水銀マノメータ５が接続されており、エア吸引力（圧力）が測定できるようになっている。また、エア吸引装置３の吸引力調整手段（図示せず）、エアブローワ４、及びノズル４ａの移動機構（旋回、接離機構）４ｂ、４ｃはコントローラ６により制御されるようになっている。

図２に示す構成のブローオフ装置Ａでは、エア吸引装置３による吸引圧を、水銀マノメータ５を用いて測定している。そして、コントローラ６により測定者が手動で吸引圧のレベル調整やエアジェットを吹き付ける強さをノズル４ａの高さを変えて調整している。また、ノズル４ａはブローオフセル２の導電性メッシュ２ｂ上で旋回し、エアジェットを満遍なく導電性メッシュ２ｂに吹き付けることができるようになっている。
従って、上記ブローオフセル２内にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤の試料を入れ、エア吸引装置３によりブローオフセル２の下方からエアを吸引し、かつブローオフセル２の上方からエアブローワ４のノズル４ａによってエアを吹き付けることにより、ブローオフセル２の上方から下方に向かう気流を生じさせることができる。
この気流によってトナーをキャリアから分離し、吸引圧によりトナーのみをブローオフセル２の導電性メッシュ２ｂを介してブローオフセル２外に取り出すことができる。この時、エアの吹き付けと吸引とが同時に行なわれているため、ブローオフセル２内を気流が一方向に流れ、トナーを周囲にまき散らすことがない。

ブローオフセル２の導電性メッシュ２ｂの目は、トナーは通過できるが、キャリアは通過できない大きさとなっている。従って、エアブロー（エアの吹き付け）によって分離した帯電トナーは上述したように導電性メッシュ２ｂの目を通過してエア吸引装置３により吸引されるが、キャリアはブローオフセル２内に残る。
従って、エア吸引装置３によって吸引したトナーの量、あるいはエアブロー後のブローオフセル２内のキャリア重量を計測することにより、トナー濃度が測定できる。また、ブローオフセル２は、ホルダ１の保持部１ａにより導電性メッシュ２ｂが略水平になる状態で他から電気的に絶縁状態に支持されている。
このため、エアブロー後のブローオフセル２内のキャリアには、帯電トナーが持ち去ったと等量で逆極性の電荷Ｑが残る。従って、エアブロー前後のブローオフセル２に流入する電荷量あるいはブローオフセル２から流出する電荷量を測定する。
すなわち、エレクトロメータ７によりエアブロー前後のブローオフセル２の電位の変化を測定すれば、これにブローオフセル２とグランド間の静電容量を掛けることで、エアブローでトナーによって持ち去られた電荷量ｑを知ることができる。そして、この電荷量ｑをエアブロー前後のブローオフセル（現像剤込み）２の重量差で割ることでトナーの比帯電量（の平均）ｑ／ｍを求めることができる。

図３は本発明による粉体の付着力測定装置であるブローオフ装置の第２の実施の形態の基本構成を示す概略概斜視図である。図４は図３に示すブローオフ装置のブローオフセルの周囲の基本構成を示す断面図である。
図３及び図４に示すブローオフ装置の第２の実施の形態では、Ｘ−Ｙテーブル８上に密閉構造のアルミ（Ａｌ）製のボックス９が載置されており、アルミ製ボックス９の上面に絶縁体（例えば、ＰＴＦＥ樹脂等）よりなる円筒状のホルダ１が固定されている。
このアルミ製ボックス９の上面には開口９ａが設けられ、ホルダ１の中空部と連通されている。また、アルミ製ボックス９の一側面には吸引口９ｂが設けられており、この吸引口９ｂにはエアクリーナ等のエア吸引装置（図示せず）に至るホース３ａが接続されている。
さらに、アルミ製ボックス９はベース９ｃを有し、このベース９ｃの下にはゴム足９ｄが配置されている。なお、アルミ製ボックス９、ホルダ１、ブローオフセル２等は、四方をシルード部材１１によって囲われている。

ホルダ１の上面部にはブローオフセル２が保持されており、このブローオフセル２は、図４に示すように、被測定試料である２成分現像剤を入れる筒状の導電性容器２ａと導電性メッシュ２ｂを含んでいる。この筒状導電性容器２ａの上下に所定の開口長さで所定の開口率の導電性メッシュ（例えば、＃６３５メッシュ、開口２０μｍ、開口率２５％）２ｂを張り、導電性容器２ａと導電性メッシュ２ｂが電気的に互いに導通し、導電性メッシュ２ｂの開口を除けば導電性容器２ａと導電性メッシュ２ｂの内部が閉空間をなしているものである。
また、ホルダ１の上面部には、ブローオフセル２とエレクトロメータ７を電気的に接続するための接触子（図３には１つ（１ｃ）だけ示している）が三箇所に設けられており、エレクトロメータ７によりブローオフセル２の電位を計測することができる。

また、ホルダ１の側壁には小径の孔１ｄ（図４）が穿設されており、この孔１ｄには硬質のゴムチューブ５ａ（図４）が接続されおり、このゴムチューブ５ａの他端側は電子式のマノメータ（図示せず）に接続されている。従って、ブローオフセル２下方の吸引圧が電子式のマノメータにより計測される。
このマノメータの検出信号を、例えば、図２に示したようなコントローラにフィードバックすることにより、エア吸引装置による吸引圧の自動制御を行なうことができる。すなわち、エア吸引装置の電源部にスライダック等の可変電源を用い、マノメータの検出信号に応じてコントローラで可変電源を制御すれば吸引圧の制御が可能となる。
ホルダ１に保持されたブローオフセル２の上方には、ブローオフセル２の上方からエアを吹き付ける手段としてのエアブローワのノズル４ａが配置されている。なお、図ではノズル４ａの部分のみを図示しており、このノズル４ａはゴムチューブ４ｄを介してエアブローワに接続されているが、エアブローワの図示は省略している。
このエアジェット吹き付け用のノズル４ａは、このノズル４ａを上下に移動するための接離機構１０に支持されており、ブローオフセル２の導電性メッシュ２ｂ面との間隔を変えられるようになっている。

また、ホルダ１が固定されたアルミ製ボックス９のベース部はＸ−Ｙテーブル８上に載置されているため、鉛直にエアジェットを吹き付けるノズル４ａに対して水平方向にブローオフセル２を相対運動することができる。なお、ノズル４ａの接離機構１０や、Ｘ−Ｙテーブル８の移動機構はコントローラ（図示せず）によって自動制御することができる。
上述した、本発明によるブローオフ装置Ａの第１及び第２の実施の形態を略述すれば、ブローオフ装置Ａは、導電性の筒２ａの上下に導電性メッシュ２ｂを張り、導電性の筒２ａと導電性メッシュ２ｂが電気的に互いに導通し、該導電性メッシュ２ｂの開口を除けば、導電性の筒２ａと導電性メッシュ２ｂの内部が閉空間をなしているブローオフセル２を含んでいる。

また、ブローオフ装置Ａは、ブローオフセル２の導電性メッシュ２ｂが略水平になる状態で他から電気的に絶縁状態に支持する手段（ホルダ）１と、ブローオフセル２の下方からエアを吸引する手段（エア吸引装置）３と、ブローオフセル２の上方からエアを吹き付ける手段（ブローワ）４とを有している。
エアを吹き付ける手段４は、導電性メッシュ２ｂの一部にエアを吹き付けるノズル４ａを有し、このノズル４ａと導電性メッシュ２ｂとが、互いの距離を維持したまま相対的に移動でき、導電性メッシュ２ｂ全体にエアを吹き付けることができることを特徴としている。
ブローオフセル２内にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤を入れ、ブローオフセル２の下方からエアを吸引し、かつブローオフセル２の上方からエアを吹き付けることにより、トナーとキャリアとを分離し、吸引手段３によりトナーのみをブローオフセル２外に取り出すことができる。
この時、エアの吹き付けと吸引とが同時に行なわれているため、ブローオフセル２内を気流が一方向に流れトナーを周囲にまき散らすことがない。とくに、下方からのエア吸引を開始し、一定時間経過後に上方からのエアの吹き付けを開始するようにすれば、トナーの飛散が防止され確実にトナーを吸引することができる。

ブローオフセル２の導電性メッシュ２ｂの目は、トナーは通過できるが、キャリアは通過できない大きさとなっており、エアブローによって分離した帯電トナーは上述したように導電性メッシュ２ｂの目を通過して吸引手段３により吸引されるが、キャリアはブローオフセル２内に残る。
従って、吸引手段３によって吸引したトナーの量、あるいはエアブロー後のキャリア重量を計測することにより、トナー濃度を測定できる。また、ブローオフセル２は、支持手段であるホルダ１により導電性メッシュ２ｂが略水平になる状態で他から電気的に絶縁状態に支持されているため、エアブロー後のブローオフセル２内のキャリアには、帯電トナーが持ち去ったと等量で逆極性の電荷Ｑが残る。
従って、エアブロー前後のブローオフセルの電位の変化を測定すれば、これにブローオフセル２とグランド間の静電容量を掛けることで、ブローでトナーによって持ち去られた電荷量ｑを知ることができる。

図５はブローオフ装置の動作例を示すタイミングチャートである。図３及び図４に示した第２の実施の形態のブローオフ装置を用いた測定時の動作例について説明する。
第１の動作例を示す図５において、ｔ０〜ｔ１０の動作は次の通りである。
ｔ０：図示してないスタートボタン「オン（ＯＮ）」（ノズル４ａがホームポジションから降下し、エア吸引開始し、動作中、コントローラのインジケータ点灯）。
ｔ１：ノズル４ａの設定高さがｈ３に到着。
ｔ２：エアブローワ「オン（ＯＮ）」（３秒：この時間はエア吸引安定所要時間に応じて変更可能）。
ｔ３：Ｘ−Ｙテーブル８の渦巻き運動（図８で後述）Ａ→Ｂ開始（ｔ２と同時でも可）。
ｔ４：Ｘ−Ｙテーブル８の渦巻き運動Ａ→Ｂ終了。
ｔ５：ノズル４ａ再降下開始。
ｔ６：ノズル４ａの設定高さがｈ５に到着。
ｔ７：Ｘ−Ｙテーブル８の渦巻き運動Ｂ→Ａ開始（ｔ６と同時でも可）。
ｔ８：Ｘ−Ｙテーブル８の渦巻き運動Ｂ→Ａ終了。
ｔ９：ノズル４ａ上昇開始、エアブローワ及びエア吸引装置オフ（ＯＦＦ）。
ｔ１０：ノズル４ａがホームポジションに到着、動作中、インジケータ消灯。
なお、上記の動作例でエアノズル４ａの高さｈ３，ｈ５は予め設定された値である。

さて、この第１の動作例では、ｔ０でスタートボタンを押したと同時にエアの吸引を開始する。また、エアノズル４ａが所定の高さに向かって移動を開始する。次に、ｔ１でエアノズル４ａは所定の高さｈ３に達するがエアブローは行なわれない。そして、ｔ２（エア吸引圧が所定の値に達した後）でエアブローを開始する。すなわち、この第１の動作例では、ブローオフセル２の下方からのエア吸引を開始し、一定時間経過後に上方からのエアの吹き付けを開始するものである。
トナー濃度が高い現像剤を試料として吸引とエアブローを同時に行った場合は、現像剤の表面にトナーが多く存在する状態でエアが吹き付けられることになる。しかし、一般に吸引より吹き付けがより早く立ち上がり、場合によっては吹き付けられたエアが現像剤層で跳ね返されてトナーを舞い上げることがある。
これは機械装置の周囲を汚すだけでなく、計測作業を行なう人の健康を阻害することも考えられる。従って、この第１の動作例のように、吸引側を先にスタートさせ、吸引圧が十分高くなり、吸引のみで収集できるトナーは現像剤から取り去った状態でブローを開始することにより、トナーが飛散するのを防ぐことができる。

ブローオフ装置を用いた場合の、風力を段階的に変化させるための技術として、エアノズルからのエア圧、吸引圧、エアノズルの高さの３種類の技術が挙げられる。次に、エアノズルの高さを段階的に変化させ、吸引力とエアノズルのエア圧を固定した例について説明する。
ブローオフ装置は、特定のエア圧、吸引圧、エアノズルの高さにおいてブローオフセル（測定セル）内の現像剤からトナーを全て離脱させる設計となっている。これに対して、本実施の形態ではエアノズルからのエア圧の設定は変更しないこととした。本実施の形態ではエアノズルからのエア圧は０．２４Ｍｐａに調整された圧力調整弁からのエアによりブローオフセルに吹き付ける。
吸引力としては、本実施の形態ではマノメータによる調整により０．１Ｍｐａで吸引することが通常のブローオフとして設定されているが、吸引圧の吸引のみでトナーがキャリアから離脱しないような設定値とすることが望ましい。
望ましくは吸引力ゼロであるが、本実施の形態では装置の構成上吸引を行なわなくてはエアノズルからのエア圧により離脱したトナーがブローオフセルの外側に出ないため、弱めの設定である０．０１Ｍｐａに設定し吸引を行なった。その吸引圧の設定は、弱めの設定値が任意の値であるため、以下の手順を行なうこととする。

吸引圧の変更はエア吸引装置（バキュウムクリーナ等）の駆動電圧を変化させて吸引圧を変えている。トナーがキャリアから離脱することの影響を考慮するために、始めに、ブローオフ装置においてエアノズルを最も遠い距離（最も高い高さ）ｈ０に設定し、ブローオフ（吹き付け）を行なう。
その後、測定サンプルについて重量を測定し、これにより離脱したトナー質量を求めておく。この状態をスタート条件とし、設定したエアノズル高さｈ１から順に測定を開始する。
エアノズル高さとしては、最終的なエアノズルエア圧で全てのトナーが離脱するように最終の高さｈＬはブローオフセル（測定セル）に最も近い位置に固定する。吸引力を弱めているため、最後に測定サンプルを通常条件でブローオフ装置にて残存トナー質量を測定したが皆無であったため、本実施の形態で最終の高さによりトナーが全て離脱していると判断した。

ここで本実施の形態で使用したエアノズル高さについて記載する。本実施の形態では高さを最もブローオフセルに近い位置をｈＬ、最も遠い位置をｈ０としている。前記ｈＬとｈ０の間を８区間に分け、遠い側から順番にｈ０、ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４、ｈ５、ｈ６、ｈ７、ｈＬとした。
本実施の形態では装置の制限もあり、区間を現像剤の状態やブローオフセルに合わせて任意に設定している。実際には最も詳しく知りたい領域を重点的に区分けする、又は区画数を細分化して増やすことが望ましい。
ここで本実施の形態の手順を示す。まず、ブローオフセルの重量を測定後、吸引圧のみで測定する。次に、ブローオフセルの重量を測定後、エアノズルの高さをｈ１で以下の動作例２のようにブローオフを行なう。その後、ブローオフセルの重量を測定後、エアノズルの高さをｈ２、ｈ３・・・の順番で以下の第２の動作例を繰り返す。これにより各段階のエア圧と離脱したトナー質量の関係を求めることができる。

（動作例２）
図６はブローオフ装置の第２の動作例を示すタイミングチャートである。この動作例は、エア吸引圧は一定とし、ノズル高さをｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ４、ｈ５・・・のように段階的に変化させて動作を繰り返し行なった場合の例である。図６において、ｔ０〜ｔ１１の動作は次の通りである。
ｔ０：スタートボタン“ＯＮ”（ノズルがホームポジションから降下・エア吸引開始、動作中コントローラのインジケータ点灯）。
ｔ１：ノズル設定高さｈｉ（ｉ＝１、２、３、４、５・・・）に到着。
ｔ２：エアブロー“ＯＮ”（３秒：エア吸引安定所要時間に応じて変更可能）。
ｔ３：Ｘ−Ｙテーブル渦巻き運動Ａ→Ｂ開始（ｔ２と同時でも可）。
ｔ４：Ｘ−Ｙテーブル渦巻き運動Ａ→Ｂ終了。
ｔ７：Ｘ−Ｙテーブル渦巻き運動Ｂ→Ａ開始（ｔ４と同時でも可）。
ｔ８：Ｘ−Ｙテーブル渦巻き運動Ｂ→Ａ終了。エアブロー“ＯＦＦ”、エア吸引装置のスライダック駆動（減圧）開始。
ｔ９：ノズル上昇開始、エア吸引“ＯＦＦ”。
ｔ１０：ノズルがホームポジションに到着。
ｔ１１：スライダック出力電圧０Ｖ位置で停止、動作中インジケータ消灯。

この第２の動作例では、ｔ０でスタートボタンを押したと同時にエアの吸引を開始する。また、ノズルが所定の高さに向かって移動を開始する。そして、ｔ１でノズルは所定の高さに達するが、エアブロー（エア吹き付け）しない。そして、ｔ２（エア吸引圧が所定の値に達した後）でエアブローが開始される。
なお、この第２の動作例ではノズル高さをｈ１から段階的に変え、エア吹き付け圧を変化させているが、ｈｉ（ｉ＝１、２、３・・・）はコントローラの操作パネルで設定（変更）可能である。また、ノズルの高さを変える代わりに、ノズルへのエア供給路に圧力調整弁を用いて吹き付け圧を直接調整しても良い。
本発明により重要なことは、エアの強さと離脱したトナー量を測定できなくてはならない。そこで、エアノズルの高さを変化させた時、各高さでのエア圧を測定する必要がある。ブローオフセルの位置に圧力計測器（図示せず）を置き、各高さでのエアノズルからのエア圧を測定する等により測定を行なうことでエア圧を測定可能である。

図７はエア圧とブロー距離の関係をグラフで示す図である。距離ゼロにおいて、０．２４Ｍｐａに調圧されたエアをエアノズルから照射したデフォルト条件でのエア圧を１とした時、各距離でそれぞれのエア圧は図７のようになった。小型の円形のブローオフセルであるためブロー（吹き付け）距離が離れるに連れて急激にエア圧が弱まっている。
従って、本実施の形態ではブロー距離と離脱トナー質量を求めれば、エア圧とトナー−キャリア間の付着力の関係を求めることが可能であるといえる。以後の実施の形態では、多様な条件での現像剤種類の比較により本発明の有用性を示すが、ブロー距離と離脱トナー質量を測定し、エア圧とトナー−キャリア間の付着力について考察している。
第２の動作例では、ブロー圧の弱い時は帯電量の少ないトナーのみが吹き飛ばされ、ブロー圧を上げるに従って、より高い帯電量のトナーを吹き飛ばすことができる。
従って、所定のブロー圧で吹き飛ばし、吸引できたトナーの重量を計り、かつその時の電荷の流失（又は流入）量を、ブロー圧の低い所（ｈ１）から徐々にブロー圧を上げながら繰り返しエレクトロメータで計ることにより、現像剤中のトナーの帯電量と帯電量分布を概略して知ることができる。

次に、図３及び図４の構成のブローオフ装置Ａを用い、Ｘ−Ｙテーブル８を移動して、ブローオフセル２に張ったメッシュ２ｂ表面全体に略一定量のエアが吹き付けられるようにブローオフセル２とノズル４ａの相対位置を変化させる場合の動作例を示す。
図８はブローオフセルに対するエアノズルのＸＹ平面での軌跡（相対位置）を示す図である。図８において、Ａの位置（０，１６）は渦運動の開始点で、Ｂの位置（１６，０）が終点である。
ブローオフセル２の導電性メッシュ２ｂ面の直径をφ２５とすると、Ａの位置（０，１６）は導電性メッシュ２ｂ面の外側に在る。一般に、圧搾ガスをタンクに蓄え、弁の開閉でエアブローを制御する装置では、エアブローを開始した直後の流速は安定時の流速より大きい。
つまり、突出現象がある。従って、設定圧はこのＡの位置で開始するようにしている。このようにすることで、エアの突出によりブローオフされるトナーの帯電量が場所により変化するのを防ぐことができる。

エアノズル４ａとＸ−Ｙテーブル８の相対運動の線速度は一定であり、軌跡間の距離はほぼ一定である。また、戻り、すなわち、中心から外側へ向かう時の軌跡は、往き、すなわち、外側から中心へ向かう時の軌跡のほぼ中心を通る。
前述の図５及び図６のタイミングチャートで内巻きとしたのは往きの外側から中心へ向かう時の動きを表し、外巻きとしたのは戻りの中心から外側へ向かう時の動きを表している。さらに、位置ＡからＢへの動きのみでなく、位置ＢからＡへの動きもある。
この位置Ｂから位置Ａへは図８の軌跡をＹ＝Ｘの直線で鏡面反転した軌跡に従って移動する。なお、本実施の形態ではＸ−Ｙテーブル８を用いてブローオフセル２を動かしているが、図２の構成例で述べたように、エアノズル４ａの方を旋回機構で動かしても良い。

本実施の形態を行なう上で懸念されることとして現像剤の凝集がある。これはブローオフセル２の円筒状の導電性容器２ａの下方の導電性メッシュ２ｂ側に各段階のエアが吹き付けられ、現像剤が圧縮され、トナーが離脱しにくくなる現象である。
現像剤の凝集を防ぐために、各段階のエア圧での吹き付け手順間にブローオフセル（測定セル）２を振動させ、現像剤を攪拌することが挙げられる。ブローオフセル２をセットする台（ホルダ）１上に図示していない超音波振動装置のような装置を組み付ける等でも良いが、本実施の形態ではＸ−Ｙテーブル８を１ｃｍ幅で小刻みに振動させることで対策とした。その振動数は２．５Ｈｚ程度で十分な効果が得られた。それ以上の強い振動を与えるとますます良い。
上記超音波振動装置を設けなくとも、各段階のエア圧で毎回測定する微粒子を入れ替え、離脱したトナー量の総量を測定する方法とした。前記方法との変更点は、まず、セルの重量を測定後、吸引圧のみでエアブロー後セルの重量を測定する。

次いで、ブローオフセル中のブローした現像剤から新しい現像剤に入れ替えの重量を１の開始と同量に合わせる、エアノズルの高さをｈ１で前記の第２の動作例のようにブローオフを行なう。その後、ブローオフセル中のブローした現像剤から新しい現像剤に入れ替えの重量を１の開始と同量に合わせた後、エアノズルの高さをｈ２、ｈ３・・・の順番で第２の動作例２を繰り返す。
これにより各段階のエア圧と離脱したトナー質量の関係を求めることができる。前述した現像剤を入れ替えない手法と合わせるならば、各段階のエア圧でブロー後の離脱トナー質量の重量差を各エア段階でプロットすれば同一の結果となる。この手法によりどのエア圧でブローする時もブローオフセル中の現像剤を同じ状態でブローできるため、現像剤の凝集を無視できる。
また、送風するエアとしては乾燥していないと現像剤に水分が含まれ、非静電的な付着力の増加や静電的付着力の低下が懸念されるためエアコンプレッサに送るエアをエアドライヤ（図示せず）で乾燥させた。

粉体の付着力測定装置の実施の形態において、粉体間付着力測定装置は、図示してないが、測定セル、秤、エアコンプレッサ、エアドライヤ、エレクトロメータから構成される装置である。
エアコンプレッサをエアドライヤにより乾燥したエアを出力するように、かつ、ブローオフセル（測定セル）２（図１）とコンプレッサの距離を段階的に調整できるように設置する。また、秤はブローオフセル２の重量変化量を適時に測定できるように設置し、エレクトロメータはブローオフ２のステンレス部に接続し、トナーが離脱した時の電荷損失を測定できるようにしている。
ブローオフセル２の中にトナーとキャリアの混合物を０．３ｇ閉じ込め、ブローオフセル２とコンプレッサの距離を或る一定の距離で固定する。エアドライヤにより乾燥させたエアをエアコンプレッサにより一定の圧力で送り出し、離脱したトナー質量をブローオフ２ごとに測定し、エア照射前後の質量変動を測定する。同時にエレクトロメータによりトナーが離脱したときの電荷消失量を測定する。

次に、距離を段階的に近づけていき、各段階で離脱したトナー量と損失電荷量をそれぞれ検出する。コンプレッサとの距離と離脱したトナー質量の関係をプロットすると付着力分布を知ることができ、その時の風力で離脱したトナーの帯電量も知ることができる。
また、或る距離までの積算質量を求め、その距離との関係を求めることで、或る電界を感光体（図示せず）に掛けた時、以下の（３）式により現像するトナー質量が求められる。
本実施の形態において粉体の受ける力、風力Ｆａは、非静電的付着力ＦｔとＡを定数とした時、トナーの電荷による鏡像力の和で表される。
Ｆａ＝Ｆｔ＋Ａ（Ｑ／Ｍ）２ （１）
従って、現像を説明するためには、感光体の電界からトナーが受ける力Ｆｄを、
Ｆｄ＝ｑＥ （２）
とすれば、現像では、
Ｆｄ＝Ｆｔ＋ Ａ（Ｑ／Ｍ）２＝Ｆａ （３）
となり、エアブローにより離脱したトナー量を現像量と考えることができる。

以下で具体的な粉体付着力測定方法を示す。本実施の形態では、製品名、イマジオＭＰＣ３５００（ｉｍａｇｉｏ ＭＰＣ３５００）用トナーとキャリアを使用し、条件を変えてトナーとキャリア間の付着力を測定した。
トナーとキャリアの混合比を変え、キャリア重量に対するトナー質量比を３水準設け、トナーとキャリアの付着力について測定する。
［表１］

図９は本発明の粉体間付着力測定方法により測定された、トナー濃度変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。図１０はトナー濃度変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する損失電荷量の関係をグラフで示す図である。
図９に示すように、トナー濃度が高いと離脱するトナー質量が単純に増えるだけでなく、距離２００ｍｍ程度の弱いエア圧で離脱するトナー質量がトナー濃度１０％になるとピークが出現する。これはキャリア上のトナー被覆率の上昇によりキャリアと本来の鏡像力での付着ができていないと考察できる。
また、その時の電荷損失量と見比べると、図１０に示すように、明らかに距離２００ｍｍ付近の電荷量が低いため、このピークのトナーは帯電が十分になされていないことが解かる。従って、本発明を用いることで弱帯電や逆帯電トナーが原因となるトナー飛散や地汚れの現象を説明することが可能となった。
また、キャリアの帯電能力を、従来のキャリアに比べ低いキャリアを２種類用意し、付着力測定を行った。



［表２］

図１１は本発明の粉体間付着力測定方法により測定された、キャリアＣＡ変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。図１２はキャリアＣＡ変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する損失電荷量の関係をグラフで示す図である。
図１１及び図１２に示すように、キャリアＣＡが下がるとトナーの帯電量が下がり、付着力が弱くなり、弱いエア圧で離脱する成分が増えていることが解かる。このことから本発明によりキャリアＣＡの変化が現像に及ぼす現象を説明することが可能となった。
また、キャリアＣＡが極端に低い時、付着力分布はブロードであり、現像で理想的と考えることができるシャープな付着力分布でないため、トナーに適したキャリアではないと判断できる。従って、本発明によりトナーに適したキャリアＣＡを調べることやキャリアＣＡの低下が現像に及ぼす影響を調べることが可能となった。
トナーの帯電量を変化させて測定するために攪拌時間を変化させて測定を行なった。
［表３］（攪拌はタービュラ混合機を用いた）

図１３は本発明の粉体間付着力測定方法により測定された、トナー帯電量変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。図１４はトナー帯電量変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する損失電荷量の関係をグラフで示す図である。
図１３及び図１４に示すように、攪拌時間を変化させることによって攪拌前は幅広いエア距離でトナーが離脱していたが、攪拌することでトナーの帯電量が上がり、距離８０ｍｍ付近の位置でほとんどのトナーが離脱するシャープな分布となった。現像ではこのピークのトナーが使用されていることが推測でき、シャープで１つのピークであることが現像で理想的なトナーであると考えることができる。

図１５は本発明の粉体間付着力測定方法により測定された、トナー帯電量変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する積算離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。図１６はトナー帯電量変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する積算損失電荷量の関係をグラフで示す図である。
図１５及び図１６に示すように、帯電量が高いトナーｂ’のほうが距離８０ｍｍ付近での立ち上がりが速く、トナー粒子が均一な付着力を持っていることが解かる。これらのことから本発明を使用することで現像の理想的なトナーの設計についても評価することが可能となった。
さらに、トナーにストレスを与えることによる非静電的付着力の変化について実施の形態を示す。



［表４］（攪拌はタービュラ混合機を用いた）

図１７は本発明の粉体間付着力測定方法により測定された、トナーストレス変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。図１８はトナーストレス変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する損失電荷量の関係をグラフで示す図である。
図１７及び図１８に示すように、攪拌時間を増やすことによって帯電したシャープなピークが近距離側にズレており、付着力が強くなったことが解かる。
図１９は本発明の一実施例の粉体間付着力測定方法により測定された、トナーストレス変化によるトナー帯電量をコンプレッサ距離に対するトナー帯電量の関係をグラフで示す図である。図１９から、帯電量の分布を測定しても変化が小さいため、非静電的付着力の増加により付着力が増加したと推測できる。

図２０は本発明の一実施例の粉体間付着力測定方法により測定された、トナーストレス変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する積算離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。図２１はトナーストレス変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する積算損失電荷量の関係をグラフで示す図である。
図２０及び図２１に示すように、同じ帯電量であるのに対してトナーとキャリアの付着力が強くなっている、すなわち、現像しにくくなっており、より高い電圧を感光体に掛けなければならないことが解かる。上述したように、本発明では非静電的付着力変化による現像の様子を知ることができるようになった。

本発明の粉体の付着力測定装置における測定セルであるブローオフセルの一例を示す概略斜視図である。 本発明による粉体の付着力測定装置であるブローオフ装置の第１の実施の形態の基本構成を示す概念図である。 本発明による粉体の付着力測定装置であるブローオフ装置の第２の実施の形態の基本構成を示す概略概斜視図である。 図３に示すブローオフ装置のブローオフセルの周囲の基本構成を示す断面図である。 ブローオフ装置の動作例を示すタイミングチャートである。 ブローオフ装置の第２の動作例を示すタイミングチャートである。 エア圧とブロー距離の関係をグラフで示す図である。 ブローオフセルに対するエアノズルのＸＹ平面での軌跡（相対位置）を示す図である。 本発明の粉体間付着力測定方法により測定された、トナー濃度変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。 トナー濃度変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する損失電荷量の関係をグラフで示す図である。 本発明の粉体間付着力測定方法により測定された、キャリアＣＡ変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。 キャリアＣＡ変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する損失電荷量の関係をグラフで示す図である。 本発明の粉体間付着力測定方法により測定された、トナー帯電量変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。 トナー帯電量変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する損失電荷量の関係をグラフで示す図である。 本発明の粉体間付着力測定方法により測定された、トナー帯電量変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する積算離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。 トナー帯電量変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する積算損失電荷量の関係をグラフで示す図である。 本発明の粉体間付着力測定方法により測定された、トナーストレス変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。 トナーストレス変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する損失電荷量の関係をグラフで示す図である。 本発明の一実施例の粉体間付着力測定方法により測定された、トナーストレス変化によるトナー帯電量をコンプレッサ距離に対するトナー帯電量の関係をグラフで示す図である。 本発明の一実施例の粉体間付着力測定方法により測定された、トナーストレス変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する積算離脱トナー量の関係をグラフで示す図である。 トナーストレス変化による付着力変化をコンプレッサ距離に対する積算損失電荷量の関係をグラフで示す図である。

符号の説明

Ａ 粉体の付着力測定装置（ブローオフ装置）、１ ホルダ、２ ブローオフセル（測定セル）、２ａ 円筒状の導電性容器、２ｂ メッシュ（導電性メッシュ）、３ エア吸引装置、４ エア噴出装置（ブローワ）、４ａ エアノズル、４ｂ エアノズル旋回機構、４ｃ エアノズル接離（高さ変更）機構、５ 水銀マノメータ、６ コントローラ、７ エレクトロメータ

Claims (14)

1. 少なくとも一種類の磁性粒子と一種類以上の微粒子の混合物からなる粉体の付着力を測定する粉体の付着力測定装置において、前記粉体を磁気的に捕捉し、且つ内面にメッシュを張った円筒状のブローオフセルと、該ブローオフセルと一定の距離に保たれるエア噴出装置と、を備え、該エア噴出装置からのエア圧を段階的に強め、風力により前記磁性粒子から離脱した微粒子の質量を前記エア圧毎に測定することを特徴とする粉体の付着力測定装置。
2. 各エア圧で離脱した質量の他に、離脱した微粒子が持っていた電荷の測定も併せて行なうことを特徴とする請求項１記載の粉体の付着力測定装置。
3. 前記離脱した微粒子の質量は、前記エア噴出装置から一定の風圧を吹きつけながら、前記ブローオフセルと前記エア噴出装置の距離を遠い位置から段階的に近づけて測定されることを特徴とする請求項１記載の粉体の付着力測定装置。
4. 前記粉体からなる微粒子の測定サンプルは、微細なスリットやメッシュを張った密閉セルである前記ブローオフセル内に捕捉され、且つ閉じ込められることを特徴とする請求項１記載の粉体の付着力測定装置。
5. 前記エア噴出装置によってエアを吹き付ける前記ブローオフセルの下流側には、微粒子を離脱させるためにエアを吸引するエア吸引装置が設けられることを特徴とする請求項１記載の粉体の付着力測定装置。
6. 各段階のエア圧で毎回測定する微粒子を入れ替え、離脱したトナー量の総量を測定することを特徴とする請求項１記載の粉体の付着力測定装置。
7. 前記エアの噴出は、現像剤を均等にエアに当てるために外周部から内側に向かって円弧を描くように動作することを特徴とする請求項１記載の粉体の付着力測定装置。
8. 現像剤の凝集によるスリットの目詰まりや圧縮を防ぐためにエア圧の各段階において超音波や物理的振動により前記ブローオフセル内の現像剤を攪拌させることを特徴とする請求項１記載の粉体の付着力測定装置。
9. 前記エアは前記ブローオフセル内の前記メッシュに吹き付けられることを特徴とする請求項４記載の粉体の付着力測定装置。
10. 前記ブローオフセルは、ステンレスなど導電性材質から形成されることを特徴とする請求項１記載の粉体の付着力測定装置。
11. 前記エア噴出装置で使用するエアは圧縮した乾燥エアであることを特徴とする請求項１記載の粉体の付着力測定装置。
12. 前記ブローオフセルの前記メッシュの目開きは、少なくとも測定するトナー粒径よりも大きく、キャリア粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の粉体の付着力測定装置。
13. 少なくとも一種類の磁性粒子と一種類以上の微粒子の混合物からなる粉体の付着力を測定する粉体の付着力測定方法において、前記粉体をメッシュが張られた円筒状のブローオフセル内で磁気的に捕捉し、該ブローオフセルとエア噴出装置の距離を一定に保ち、エア圧を段階的に強め、風力により前記磁性粒子から離脱した微粒子の質量を前記エア圧毎に測定することを特徴とする粉体の付着力測定方法。
14. 段階的な各エア圧を前記ブローオフセルに当てる手順では、始めに弱いエアを当てて慣らし、その後に所定圧のエアを当てて現像剤からトナーを引き離すことを段階的に繰り返すことを特徴とする請求項１３記載の粉体の付着力測定方法。

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