JP2014016178A - 帯電量測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体に所望の電荷量を与え、粉体と試料板との摩擦による帯電量を測定できる帯電量測定方法および測定装置、特に樹脂を外殻層に持つ粉体粒子の全面に所望の電荷量を付与して摩擦帯電を測定できる帯電量測定方法および測定装置を提供すること。
【解決手段】粉体３を電圧印加した平行平板電極間５に薄層状態で通過させることにより電荷を付与した後、該粉体を試料板１に接触させ、接触後に生じた該粉体もしくは試料板の電荷量を測定することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦帯電量を精度良く測定する、帯電量測定方法および測定装置に関する。

帯電量測定は、物質の帯電現象を理解する上で重要な技術であり、測定する材料の形態により、種々の測定法が提案されている。例えば、特許文献１のような粉体試料の帯電量測定方法（ブローオフ法）や、特許文献２のような板状あるいは膜状試料の帯電量測定方法が提案されている。特に板状あるいは膜状試料の帯電量測定方法としては、試料板を傾斜保持し、これに粉体を流しかけることにより発生した電荷を、電荷測定装置により測定する方法（特許文献３）が提案されており、簡便な帯電量測定方法として有効である。このような装置での測定においては、試料としては導電性基板上に試料層を形成したものが、粉体としては鉄粉またはフェライト等の微粉末が用いられている。

一方、粉体電荷計測器を校正する目的で、導電性粉体に所定量の電荷を与えて、粉体を計測器内へ落下させることができる粉体電荷計測器の校正装置（特許文献４）が提案されている。本装置によれば、電極間に与える電圧により導電性粉体の電荷量を制御でき、この粉体を電荷量が既知の基準物質として使用することで、各電荷測定装置を校正することができる。

特公昭５６−０３０８３１号公報 特公昭６３−１５３４６５号公報 実用新案登録第１９９０３７１号公報 特開平４−３３５１６８号公報

しかしながら、前述の試料板を傾斜保持し、これに粉体をある一定時間流しかけることにより発生した電荷を測定する装置においては、粉体と試料板が接触する前に、粉体が供給する装置との摩擦によって帯電してしまうことがあった。その結果、試料板供給前に粉体に生じた電荷の影響により、粉体と試料板との正確な摩擦帯電を計測することが困難であった。

一方、前述の粉体に所定の量の電荷を与えて、粉体を計測器内へ落下させることができる粉体電荷計測器の校正装置においては、導電性粉体に電荷を与える目的であるため、粉体にかかる電界は場所毎に一様に規定されていなかった。その結果、計測器に落下する直前の電界のみにより電荷量が定まる導電性粉体については所望の電荷を与えられるが、電子写真分野に用いられるような樹脂を外殻に持つ粉体粒子の全面に所望の電荷を付与することは困難であった。

従って、本発明の目的は、粉体に所望の電荷量を与え、粉体と試料板との摩擦による帯電量を測定できる帯電量測定方法および測定装置、特に樹脂を外殻層に持つ粉体粒子の全面に所望の電荷量を付与して摩擦帯電を測定できる帯電量測定方法および測定装置を提供することである。

上記目的は以下のような本発明の帯電量測定方法にて達成される。即ち、本発明の帯電量測定方法は、電圧を印加した対向電極間を、薄層状態で粉体を通過させて、該粉体の帯電量を調整した後、該粉体を試料板に接触させ、接触後に該粉体もしくは試料板の電荷量を測定することを特徴とする帯電量測定方法である。

更に、上記目的は以下のような本発明の帯電量測定装置によって達成される。即ち、本発明の帯電量測定装置は、１）導電性基板を底面に持ち、該導電性基板に対向し搬送される粉体を挟む位置に対向基板を有し、該導電性基板と該対向基板との対向部を通過させて粉体を試料板に搬送する粉体搬送手段、２）該導電性基板と該対向基板との間に電界を形成する電圧印加手段、３）水平方向に対して傾斜させた状態で保持される試料板、及び、４）試料板、または試料板を通過した後の粉体の電荷量を測定する電荷量測定手段を有することを特徴とする帯電量測定装置である。

本発明によれば、従来の帯電量測定方法で発生していた、粉体の試料板への供給前の帯電を実質ゼロにすることができる。これにより、帯電していない粉体と試料板との純粋な摩擦帯電を測定することができ、種々の材料を含有した試料板と粉体との帯電傾向を正確に見積もることができる。

また、本発明によれば、粉体を強く帯電させて試料板に供給することで、従来の帯電量測定方法では困難であった種々の材料を含有した試料板間の帯電量比較を容易にすることができる。

本発明の帯電量測定方法の第１例を示す図である。 本発明の帯電量測定方法の第２例を示す図である。 本発明にかかる粉体流路の構成例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づき詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

先ず、本発明の帯電量測定装置の構成例及び測定方法を説明する。

本発明の帯電量測定装置の一例を図１及び図３を用いて示す。本発明の帯電量測定装置は、試料板１と、上記試料板１を傾斜状態で保持する試料板傾斜保持手段２と、粉体３（例えば、樹脂を外殻層に持つ粉体粒子）を供給する粉体供給手段４と、導電性基板を底面に持ち、供給された上記粉体３を試料板１に搬送する粉体搬送手段５と、対向基板を上記導電性基板に対し搬送される粉体３を挟む位置に平行して設け、導電性基板と上記対向基板の間に電圧を印加する電圧印加手段８を具備している。上記測定装置には、図３に示すように、粉体３の流れをガイドする粉体ガイド９が備えられ、試料板１の傾斜方向に沿って粉体３の流路１０が設けられていてもよい（試料板上の流路１０の詳細は後述）。

本発明の帯電量測定方法は、粉体搬送手段５に備えられた導電性基板と平行して配置された対向基板の間に電圧印加手段８により一様電界を与え、薄層化した粉体３を上記導電性基板、対向基板間に転がすことで電荷を付与する。対向電極間を通過した上記粉体３を傾斜配置した上記試料板１の上部から流しかけると、流下した粉体３と試料板１との間で接触・摩擦帯電が起こり、粉体３は帯電した状態で試料板１の下部に設けられた導電性受容器６中に落下する。接触後の試料板１の電荷量は試料板１を電荷測定装置７の入力端子に接続することにより、また粉体３の電荷量は上記導電性受容器６を上記電荷量測定装置７の入力端子に接続することにより測定される。

次に本発明の帯電量測定装置を用いた粉体３の帯電量測定方法の一例を図２に示す。試料板１と接触・摩擦帯電する前の粉体３の帯電量（初期粉体帯電量）は、粉体搬送手段５に備えられた導電性基板と対向基板間に電圧印加手段８により一様電界を与え、薄層化した上記粉体３の粒子を上記基板間に転がすことで電荷を付与し、粉体３を下部に設けられた導電性受容器６中に落下させ、上記導電性受容器６を電荷測定装置７の入力端子に接続することにより測定される。

続いて本発明の帯電量測定装置を用い、初期粉体帯電量を実質ゼロにした粉体３と試料板１との摩擦帯電量を測定する方法について説明する。まず図２の構成図に従い、粉体搬送手段５に備えられた導電性基板と対向基板間に電圧印加手段８により一様電界を与え、薄層化した上記粉体３の粒子を上記基板間に転がすことで電荷を付与し、粉体３を下部に設けられた導電性受容器６中に落下させ、上記導電性受容器６を電荷量測定装置７の入力端子に接続することにより粉体３の帯電量を測定する。この帯電量が０ｎＣ／ｇになるように、上記電圧印加手段８の電圧を調整し、粉体３の帯電量を実質ゼロにすることができる。その後、初期粉体帯電量が０ｎＣ／ｇになった電圧を上記粉体搬送手段５に印加したまま、図１の構成図に従い、粉体３を上記試料板１上に流しかけ、流下した粉体３は試料板１の下部に設けられた導電性受容器６中に落下する。試料板１の電荷は試料板１を上記電荷量測定装置７の入力端子に接続することにより、また粉体３の電荷は導電性受容器６を電荷量測定装置７の入力端子に接続することにより測定される。

本発明の帯電量測定装置において、試料板１としては、有機物、無機物のいずれでもよく、これらを板状あるいは膜状に形成したもの及び試料粉体を固めた粉体層等が使用できる。さらに、上記試料板１に生じる電荷を集電し電荷量測定装置７の入力端子と接続して計測するために、裏面に金属から成る導電層を設けるのが好ましい。上記導電層を設けた試料板１としては、導電性基板上に帯電量を測定する試料層を形成させた構造を採用することで、上記試料層に生じる帯電量を容易に計測することができる。

上記試料板１で用いることができる導電性基板としては、アルミニウム、鉄、銅、ステンレス等の金属や合金、樹脂に金属粉やカーボン等の導電性物質を配合したもの、及び、ガラスや樹脂等の絶縁性の基板表面に金属膜を形成したもの等が使用できる。導電性基板として好ましいのは、平坦で凹凸がない形状、且つ電気伝導率の高い金属である場合であり、この形態により平滑な試料層膜が形成しやすく、試料の帯電量を正確に測定できるという点で有利である。

上記試料板１の試料層としては、粉体３を流しかけた際に破損しない強度を有するバインダー樹脂を用いて形成してもよい。もちろん、試料自体がバインダー樹脂であってもよい。

上記、使用できるバインダー樹脂としては、公知のスチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−メタクリロニトリル共重合体、エポキシ樹脂、ポリウレタン等を挙げることができる。具体的には、ウレア変性ポリエステル樹脂、非反応性ポリエステル樹脂の他に、ポリスチレン、ポリｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレンおよびその置換体の重合体、スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−２−ビニルナフタレン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−メチルビニルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等が挙げられ、これらは１種単独でも２種以上組み合わせても使用することができる。

上記試料板１の試料層の形成方法としては、試料もしくは試料にバインダー樹脂を加えた溶液あるいは分散液を導電性基板上にスピナーまたはコーターで塗布し乾燥する方法や、前記溶液あるいは分散液に導電性基板をディップし付着させ乾燥する方法、粉体試料を板状もしくは膜状に押し固める方法、試料からスパッタリング法、真空蒸着法、イオン化蒸着法で導電性基板上に直接試料層を形成する等が用いられる。膜形成法としては、任意の溶解液や分散液を利用可能であることからコーターでのコート法が好適に用いられる。作製する試料層の好ましい形態は、導電性基板と粉体３に帯電が生じない十分な厚み（３００ｎｍ以上）を持つことや、凹凸が少ないことであり、この形態により正確な帯電量測定が可能になるという点で有利である。

本発明の帯電量測定装置において、試料板傾斜保持手段２としては、試料板１をある所定の角度に保持できるような構造、あるいは、上記試料板１の角度を任意に調整して保持できるような構造を有し、その一部が絶縁性材料で形成され、試料板１が導電性受容器６から電気的に絶縁されていればよい。上記試料板傾斜保持手段２は、試料板１を傾斜角乃至それ以外の方向の角度を任意に調整可能な構成である場合が好ましく、粉体３の試料板１上の流れ方を任意に調整することが可能となる。

上記試料板傾斜保持手段２には、試料板１を振動させるための振動機構が具備されていてもよい。振動方向としては、上記試料板１の傾斜方向と概略平行な方向、試料板１の傾斜方向と概略直交する方向、試料板１の面と概略直交する方向、およびそれらを組み合わせた方向であり、前記方向に振動を付与することで種々の試料板１と粉体３の組み合わせに対して、粉体３の流れを滑らかにすることが可能になる。具体的な振動機構としては圧電素子等を利用する振動方法が挙げられる。

本発明の帯電量測定装置において、粉体３としては、例えば、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム、マグネシウム等の希土類の金属、それらの合金、それらの酸化物およびそれらのフェライト等の磁性粉体、該磁性粉体粒子の表面を、ポリテトラフルオロエチレン、モノクロロトリフルオロエチレン重合体、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン系樹脂、アクリル酸系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、アミノアクリレート樹脂等により被覆した被覆磁性粉体、ナイロンパウダー、シルクパウダー、ウレタンパウダー、テフロン（登録商標）パウダー、シリコーンパウダー、ポリメタクリル酸メチルパウダー、セルロースパウダー、シリコーンエラストマー球状粉体、ポリエチレン末等の高分子粉体、黄酸化鉄、ベンガラ、黒酸化鉄、カーボンブラック、群青、紺青等の有色顔料、酸化チタン、酸化セリウム等の白色顔料粉体、タルク、マイカ、セリサイト、カオリン、板状硫酸バリウム等の体質顔料、雲母チタン等のパール顔料、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、珪酸アルミニウム、珪酸マグネシウム等の金属塩、シリカ、アルミナ等の無機粉体、ベントナイト、スメクタイト、窒化ホウ素、微粒子酸化チタン等が挙げられる。好ましい上記粉体３の形態としては、粒径が１０μｍ乃至１ｍｍであり、特に、粒度分布がシャープであり、流動性が高く、試料板１への付着が低減できる粉体３を用いることが、測定精度の観点から有利である。

本発明の帯電量測定装置において、粉体供給手段４は、粉体搬送手段５に粉体３を供給する手段である。好ましくは、粉体供給速度が一定である場合であり、粉体供給時間から供給量を換算できる点から有利である。

上記粉体供給手段４からの粉体３の好ましい供給速度は、粉体搬送手段５の幅によって異なるが、上記粉体搬送手段５上に上記粉体３が薄層で流れる速度である。ここで、薄層とは粒径程度の厚みの層を言い、該薄層状態で粉体３を供給することで、粉体３の粒子が粉体搬送手段５上で鉛直方向に重ならず、すべての粒子が粉体搬送手段５と接触するため、粉体３に均一の電荷を与えることができる点で好ましい。

上記粉体供給手段４の形状は、図１または図２に例示する漏斗などが適応できるが、本発明は図に示した形状だけに何ら限定されるものではない。粉体供給手段４の好ましい形態としては、材料が金属製で、且つ接地されている場合である。この場合、粉体供給手段４が時間とともに帯電することを防ぐことができ、粉体３の部材との帯電を低減できるという点で有利である。

上記粉体供給手段４には、粉体３の供給速度を制御する、流量調整部材が設けられていてもよい。また、上記流量調整部材は粉体供給の開始および停止を制御する機能を有していてもよい。流量調整部材のより好ましい形態は、導電性材料からなり、接地されている場合である。この場合、流量調整部材が時間とともに帯電することを防ぐことができ、粉体３の部材との帯電を低減できるという点で有利である。

上記粉体供給手段４には、粉体供給手段４を振動させるための振動機構が具備されていてもよい。振動方向は、粉体供給手段４の形状によって異なるが、図１に示すような漏斗状の場合、鉛直方向、任意の水平方向、およびそれらを組み合わせた方向に振動可能であることにより、試料板１上に流しかける粉体３の供給速度を任意に制御しながら流しかけることが可能になる。具体的な振動機構としては圧電素子等を利用する振動方法が挙げられる。

本発明の帯電量測定装置において、粉体搬送手段５は、導電性基板を底面に持ち、試料板１または導電性受容器６に粉体３をＷ１の供給幅で流下させるための手段である。好ましくは、粉体搬送速度が一定である場合であり、粉体３に均一な電荷を与えられる点で有利である。

上記粉体搬送手段５の底面に用いることができる導電性基板としては、アルミニウム、鉄、銅、ステンレス等の金属や合金、樹脂に金属粉やカーボン等の導電性物質を配合したもの、及び、ガラスや樹脂等の絶縁性の基板表面に金属膜を形成したもの等が使用できる。好ましくは、平坦で凹凸がない形状、且つ電気伝導率の高い金属である場合であり、この形態により粉体３に均一な電荷を与えられる点で有利である。

上記粉体搬送手段５としては、粉体搬送手段５を所定の傾斜角度に保持できるような構造、あるいは、任意に角度を調整して保持できるような構造が好ましく、粉体搬送手段５上の粉体３の流れ方を任意に調整することが可能となる。

上記粉体搬送手段５には、粉体搬送手段５の傾斜方向に垂直な方向への粉体搬送を制限するため、導電性基板の底面の両側に粉体ガイドが具備されていてもよい。好ましい形態は上記粉体ガイドが粉体搬送手段５の傾斜方向に沿って設置されている場合であり、これにより、上記導電性基板と対向基板間に、常に一定量の粉体３を供給することが可能となるため、粉体３に均一な電荷を与えることができる点で有利である。

上記粉体搬送手段５で用いることのできる粉体ガイドとしては、ガラスなどのセラミックスや樹脂等の絶縁性材料が使用できる。この構成によって、粉体搬送手段５の導電性基板と平行に設置された対向基板との間に電圧印加手段８により一定の電界が誘起され、粉体３に一定の電荷を与えられる点で有利である。

上記粉体搬送手段５には、粉体３の搬送を促進させるための振動機構が具備されていてもよい。好ましい振動方向としては、粉体搬送手段５の傾斜方向と概略平行な方向であり、前記方向に振動を付与することで粉体３の流れを滑らかにすることが可能になる。具体的な振動機構としては圧電素子等を利用する振動方法が挙げられる。

上記粉体搬送手段５は、試料板１に粉体３を流しかける位置の鉛直方向上に設けられている。粉体搬送手段５の上記試料板１からの高さは、粉体搬送手段５と試料板１が接触せずに、試料板１との間隔が５ｃｍ以内の位置に設けられていることが好ましい。この場合、上記粉体３の落下速度を低減でき、粉体３の落下による試料板１の機械的摩耗を低減できる点で有利である。

本発明の図１の帯電量測定装置においては、試料板１の電荷もしくは導電性受容器６に落下した粉体３の電荷を電荷測定装置７で測定できる。

本発明の帯電量測定装置において、試料板１の帯電量を測定する場合、好ましいのは、上記試料板１が導電性基板上に試料層が設けてなる構成である場合であり、電荷の損失が少なく、試料層の帯電量を測定できるという点で有利である。

本発明の帯電量測定装置において、導電性受容器６で捕集した粉体３を測定する場合、好ましいのは、上記導電性受容器６が接地された導電体で囲われ、捕集された粉体３の帯電量を測定できるファラデーケージとした場合であり、周囲の電磁波によるノイズを少なくし、より正確な帯電量が測定できるという点で有利である。

本発明の帯電量測定装置において、電荷量測定装置７として好ましいのは、上記電荷量測定装置７に蓄えられた電荷漏洩が極めて少ない場合であり、より正確な帯電量測定が可能である点で有利である。

本発明の帯電量測定装置において、電圧印加手段８としては、図１及び図２に例示されるような、粉体搬送手段５の導電性基板に対し対向基板を搬送される粉体３を挟む位置に平行して設け、上記導電性基板、該対向基板の間に電圧を印加する直流電源を具備した構造を有し、好ましいのは、上記直流電源の出力電圧が可変の場合である。この場合、上記粉体３が試料板１に流しかける前の粉体初期帯電量を制御可能である点で有利である。

本発明の帯電量測定装置において、流路１０は、粉体３が試料板１の一定面積上を流れるようにするものであり、図３に例示されるような試料板１上の粉体ガイド９により形成する方法等が用いることができるが、本発明はこれらの構成に何ら限定されるものではない。

上記流路１０の構成例を図３に示す。上記粉体ガイド９として、粉体３が流路１０の外に流れ出ない厚みを有する対向する２枚の板を用いて流路１０を形成し、流路１０の幅をＷ２と定義する。本構成において、本発明の帯電量測定装置は、粉体搬送手段５によって供給される上記粉体３の供給幅Ｗ１が、常にＷ１≧Ｗ２となることが望ましい。この構成により、粉体３を流路１０上にまんべんなく流しかけることが可能となるため、粉体３が試料板１上を流れる面積を常に一定にすることが可能となる。

従来の帯電量測定装置では、粉体３が流れる試料板１上の面積が上記試料板１や上記粉体３の材料によって異なり、材料間に生じる帯電量の比較が困難であった。本発明にかかる装置では、試料板１のある一定面積部分に流路１０を形成させ、かつその流路１０全体に粉体３を流しかけることから、粉体３が試料板１上を流れる面積を常に一定にすることができ、材料間に生じる帯電量の比較を正確に行うことが可能となる。

また、上記流路１０は、その下流の幅が上流の幅と等しいか、上流の幅よりも狭いことが望ましい。流路１０の下流の幅が上流の幅よりも広いと、試料板１上を流れる粉体３の面積を常に一定にすることが困難となるためである。

上記流路１０が図３に例示されるような粉体ガイド９により形成される場合、上記粉体ガイド９は、例えば、アルミニウム、鉄、銅、ステンレス等の金属や合金のような導電性材料であることが好ましい。この構成によって、粉体３と粉体ガイド９の間に生じる摩擦帯電を低減でき、より正確な帯電量が測定可能となる点で有利である。

上記流路１０が図３に例示されるような粉体ガイド９により形成される場合、該粉体ガイド９は接地されていることが好ましい。この構成によって、粉体ガイド９が時間とともに帯電することを防ぐことで、試料板１または粉体３の帯電量に対する影響を低減できるという点から有利である。

以下、実施例、比較例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、下記の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
下記方法で試料板１を作製した。

＜試料板１の作製例１＞
サンプル容器（バイヤル）中で、ポリスチレン（重量平均分子量Ｍｗ＝４５，０００、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｉｎｃ．製）１質量部をメチルエチルケトン９質量部によって撹拌溶解させ、樹脂溶液を調製した。該樹脂溶液をアルミニウム製の導電性基板上にワイヤーバー（Ｎｏ．３０）を用いて塗布し、室温２５℃で乾燥させることで試料板（Ａ）を作製した。

＜試料板１の作製例２＞
試料板１の作製例１のポリスチレンの代わりに、ポリメタクリル酸メチル（重量平均分子量Ｍｗ＝１２０，０００、シグマアルドリッチジャパン株式会社製）を樹脂として用いたこと以外は同様の操作を行うことで、試料板（Ｂ）を作製した。

＜試料板１の作製例３＞
試料板１の作製例１のポリスチレンの代わりに、ポリ酢酸ビニル（重量平均分子量Ｍｗ＝１００，０００、シグマアルドリッチジャパン株式会社製）を樹脂として用いたこと以外は同様の操作を行うことで、試料板（Ｃ）を作製した。

［実施例２］
下記装置を用いて上記作製した試料板１と粉体３の帯電量を測定した。

＜帯電量の測定例１＞
本実施例で用いた帯電量測定装置の構成図を図１に示す。上記試料板１の作製例に従って作製した試料板（Ａ）を、２４時間以上室温２５℃、湿度５０％の環境下に放置したものを試料板１として使用し、同環境下で測定を行った。粉体３としては、負帯電極性トナー用標準キャリア（Ｎ−０１、日本画像学会）を用いて、帯電量の測定を行った。傾斜保持手段２は、ステンレスを主材料とし、試料板１から電気的に絶縁され、試料板１の傾斜角度を０乃至９０°の範囲で調整可能な構造を有しているが、本測定例においては、試料板１の傾斜角度は４５°とした。粉体供給手段４としては、ステンレス製の漏斗を設け、この粉体供給手段４から試料板１に粉体３を搬送する粉体搬送手段５としては、ステンレス製の導電性基板を底面と対向面に平行して設置した。粉体搬送手段５の底面を接地し、底面と対向面のステンレス板には電圧印加手段８を接続し、電圧を印加した。試料板１の下方には、ステンレス製の導電性受容器６を設置し、この導電性受容器６は、電荷量測定装置７に接続した。試料板１の導電性基板は電荷量測定装置７に電気的に接続した。

測定は始めに構成図２に示すように、粉体３を電圧印加した粉体搬送手段５から直接、導電性受容器６に流して電荷量測定装置７により粉体３の帯電量を計測し、この初期粉体帯電量が０ｎＣ／ｇになるように、電圧印加手段８により電圧値を制御した。その後、帯電量が０ｎＣ／ｇになった電圧を粉体搬送手段５に印加したまま、図１の構成図に従い、粉体３を試料板１上に１０ｇ流しかけ、粉体１ｇ当たりの粉体３と試料板１との摩擦後の帯電量を測定した。

＜帯電量の測定例２及び３＞
帯電量の測定例１と同様の構成の装置を用い、粉体３を流しかけて測定を行った。但し、測定例２では粉体３に負帯電極性トナー用標準キャリア（Ｎ−０２、日本画像学会）、測定例３では粉体３に正帯電極性トナー用標準キャリア（Ｐ−０２、日本画像学会）を用いたことが帯電量の測定例１と異なる。測定は図２の構成図に従い、粉体３の帯電量が０ｎＣ／ｇとなる電圧に電圧印加手段８を制御し、その電圧を印加したまま、図１の構成図に従い、粉体３を１０ｇ流しかけて行った。

［比較例１］
下記装置を用いて上記作製した試料板１の帯電量の比較測定を行った。

＜帯電量測定の比較例１＞
帯電量の測定例１と同様の構成の装置を用い、粉体３を流しかけて測定を行った。但し、本比較例では、電圧印加手段８により電圧を印加しなかったことが異なる。測定は図２の構成図に従い、粉体３の１ｇ当たりの初期粉体帯電量を計測し、さらに図１の構成図に従い、粉体３を１０ｇ流しかけて行った。

＜帯電量測定の比較例２及び３＞
帯電量測定の比較例１と同様の構成の装置を用い、粉体３を流しかけて測定を行った。但し、比較例２では粉体３に負帯電極性トナー用標準キャリア（Ｎ−０２、日本画像学会）、比較例３では粉体３に正帯電極性トナー用標準キャリア（Ｐ−０２、日本画像学会）を用いたことが異なる。測定は図２の構成図に従い、粉体３の１ｇ当たりの初期粉体帯電量を計測し、さらに図１の構成図に従い、粉体３を１０ｇ流しかけて行った。

上記のように測定した帯電量の測定結果を表１に示す。

表１の比較例１乃至３より、粉体３が試料板１に供給される前にそれぞれ０．５０ｎＣ／ｇ、−１．３３ｎＣ／ｇ、−３．７７ｎＣ／ｇの初期粉体帯電量を持つため、帯電していない粉体３と試料板１との純粋な摩擦帯電を測定できていないことがわかった。一方、測定例１乃至３では、電圧印加手段８によりそれぞれ７０Ｖ、−２５０Ｖ、−５１０Ｖの電圧を印加することで、初期粉体帯電量０ｎＣ／ｇの粉体３と試料板１との摩擦帯電を測定できた。以上の結果より、本発明の帯電量測定装置では、部材との摩擦で帯電した粉体３を用いることによる試料板１の帯電量の影響をなくすことができ、種々の材料を含有した試料板１と粉体３の帯電傾向を正確に見積もることができることを示している。

［実施例３］
下記装置を用いて上記作製した試料板１と粉体３の帯電量を測定した。

＜帯電量の測定例４＞
帯電量の測定例１と同様の構成の装置を用い、電圧印加手段８により−１０００Ｖから０Ｖまで５００Ｖ刻みで電圧を印加し、それぞれの電圧で粉体３を１０ｇ流しかけ、粉体３の１ｇ当たりの試料板１の帯電量を測定した。但し、本測定例では、試料板（Ｂ）または（Ｃ）を用いたこと、粉体３に正帯電極性トナー用標準キャリア（Ｐ−０１）を用いたことが帯電量の測定例１の構成装置と異なる。表２に帯電量の測定結果を示す。

表２の測定結果より、電圧印加手段８の電圧が０Ｖにおける、試料板（Ｂ）、試料板（Ｃ）の試料板帯電量の差は０．０２ｎＣ／ｇと近く、比較困難であるのに対し、−５００Ｖ、−１０００Ｖの電圧を印加することで試料板帯電量の差は０．２２ｎＣ／ｇ、０．５４ｎＣ／ｇと顕著となり、試料板（Ｂ）がより正帯電することがわかった。以上の結果より、本発明の帯電量測定装置が、粉体３を強く帯電させて試料板１に供給することで、従来の帯電量測定方法では困難であった種々の材料を含有した試料板１間の帯電量比較を容易にすることができることを示している。

＜帯電量の測定例５＞
帯電量の測定例４と同様の構成の装置を用い、測定を行った。但し、本測定例では、図３に示すように、試料板１上部にステンレス製の粉体ガイド９を設置し、流路１０が１０ｍｍ×３０ｍｍの長方形となるようにしたことが測定例４と異なる。表３に帯電量の測定結果を示す。

本測定例では、電圧印加手段８の電圧が０Ｖにおける、試料板（Ｂ）、試料板（Ｃ）の試料板帯電量の差は０．０６ｎＣ／ｇと近く、比較困難であるのに対し、−５００Ｖ、−１０００Ｖの電圧を印加することで試料板帯電量の差は０．１７ｎＣ／ｇ、０．２９ｎＣ／ｇと顕著となり、試料板（Ｂ）がより正帯電することが分かる。また、粉体ガイド９を用いて流路１０を設けることで、粉体３が試料板１上を流れる面積を一定にすることができた。以上の結果より、粉体ガイド９を使用することで、異なる試料板１を用いた場合に生じる粉体３が流れる試料板１上の面積が変化する現象を低減することで、従来の帯電量測定方法では困難であった種々の材料を含有した試料板１間の正確な帯電量比較を容易にすることができることを示している。

以上説明したように、本発明は、摩擦帯電量を精度良く測定する、帯電量測定方法及び測定装置に関するものである。本発明により、帯電していない粉体と試料板との純粋な摩擦帯電を測定することができ、正確な帯電傾向を見積もることができる。また、粉体を強く帯電させて試料板に供給することで、異なる材料間に生じる帯電量比較を容易にすることができる。また、本発明の構成に関する試料板は上述した導電性基板上に試料層を設けたものに限らず、布、金属板、鉱石、合成樹脂などが適応可能であり、それぞれの帯電性能を評価することが可能である。また、本発明の構成に関する粉体を種々測定することにより、種々の粉体と試料板間に生じる帯電量を測定することが可能となる。

１ 試料板、２ 試料板傾斜保持手段、３ 粉体、４ 粉体供給手段、５ 粉体搬送手段、６ 導電性受容器、７ 電荷量測定装置、８ 電圧印加手段、９ 粉体ガイド、１０ 流路

Claims (7)

1. 電圧を印加した対向電極間を、薄層状態で粉体を通過させて、該粉体の帯電量を調整した後、該粉体を試料板に接触させ、接触後に該粉体もしくは試料板の電荷量を測定することを特徴とする帯電量測定方法。
2. 上記粉体粒子が樹脂を外殻層に持つ粉体粒子である請求項１に記載の帯電量測定方法。
3. 上記試料板に形成された流路に、上記粉体を流しかけて、試料板の一定面積上を流れた粉体の電荷量もしくは試料板の一定面積上に生じた電荷量を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の帯電量測定方法。
4. 該試料板に接触する時点での粉体の電荷が０（ｎＣ／ｇ）となるように、該電極間に加える電圧を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の帯電量測定方法。
5. １）導電性基板を底面に持ち、該導電性基板に対向し搬送される粉体を挟む位置に対向基板を有し、該導電性基板と該対向基板との対向部を通過させて粉体を試料板に搬送する粉体搬送手段、
   ２）該導電性基板と該対向基板との間に電界を形成する電圧印加手段、
   ３）水平方向に対して傾斜させた状態で保持される試料板、及び、
   ４）試料板、または試料板を通過した後の粉体の電荷量を測定する電荷量測定手段を有することを特徴とする帯電量測定装置。
6. 上記試料板上に、該試料板の傾斜方向に沿って粉体の流路が設けられており、該流路は、常に、下流の流路の幅が、上流の流路の幅と等しい、或いは、上流の流路の幅より狭く、上記粉体搬送手段からの粉体の供給幅（Ｗ１）と流路の幅（Ｗ２）とが常にＷ１≧Ｗ２を満たすことを特徴とする請求項５に記載の帯電量測定装置。
7. 上記流路が、粉体ガイドにより形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の帯電量測定装置。

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