JPH04115170A - １成分系トナーの帯電量分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、１成分系トナー粒子の帯電量分布の測定装置
に関する。

［従来の技術］ 近年、電子写真、静電記録、静電印刷等の画像形成装置
の普及に伴って、その用途も広範囲にわたり、画像への
品質要求は厳しくなってきている。個々で用いられるト
ナー粒子の特性、特に帯電量や粒径は最終的な複写画像
の画像濃度、鮮明度、かぶり等に大きく影響する為に電
子写真特性として重要な因子となっている。

従来、帯電量の測定はブローオフ法がよく知られている
が、これだけでは電子写真特性の情報量としては不十分
である。つまりトナー粒子１個の個々の帯電量がどのよ
うになっているかが電子写真特性と、しては重要である
。このようなトナーの帯電量分布を測定する方法として
い（つかの提案が為されている。

例えば、特開昭５７−７９９５８号公報に定速気流中の
トナー粒子を電界により偏向させ、一定時間後の偏向量
からトナーの帯電量分布を測定する方法が提案されてい
る。しかしながら、トナー粒子は場合によっては広い粒
径分布を有しており、粒径との対応がわからなければ有
効な帯電量分布とは言えない。

このような問題を解決する方法として、特開昭６１−２
７７０７１号公報が提案されている。これは、定速気流
、電界および振動波中のトナー粒子の偏向度、振動位相
より、トナー粒子の粒径に対応した帯電量分布を求める
ものである。これは、非常に有効な方法であるが、これ
らの測定法の最も重要な点は、現像系に近い形で帯電さ
れているか、更にそれらのトナーのすべてを測定してい
るかどうかである。

そこで、２成分系現像剤のキャリア粒子からトナー粒子
を分離する方法として特開昭５７−７９９５８号公報、
特開昭６３−２６３４７５号公報等では、圧縮空気によ
りキャリア粒子からトナー粒子を分離する方法が提案さ
れている。しかし、これらはキャリア粒子のかげとなり
圧縮空気が有効に効かないトナー粒子が存在する為、キ
ャリア粒子からすべてのトナー粒子を分離することが難
しく、すべてのトナー粒子の帯電量分布を測定すること
は困難である。また、特開昭６０−８７５８号公報では
、現像容器の下方にメツシュを用いることにより、トナ
ー粒子をキャリア粒子から分離する方法が提案されてい
るが、この方法ではキャリア粒子を捕集する為にメツシ
ュが細かくなっており、トナー粒子はメツシュを通り抜
ける際にメツシュとの摩擦により再帯電を生じ、正確な
帯電量分布の測定が困難となる場合がある。

このような問題を解決する方法として特開昭６４−８０
９６９号公報が提案されている。これは、電界によりト
ナー粒子とキャリア粒子間のクーロン力を弱め、この状
態で空気流を吹き付けることでトナー粒子をキャリア粒
子から分離するものである。しかし、この方法は最終的
なトナー粒子の分離を空気流に頼る為、すべてのトナー
粒子を分離することが難しく、よって、正しくトナー粒
子の帯電量分布を測定することが困難な場合が生じる。

以上のように、帯電量分布の測定方法は、いまだ十分と
は言えない。

さらに近年、２成分現像方法に代って１成分現像方法が
多く使われるようになってきた。１成分現像方法は現像
機が非常に小さくできる為、特に小型の機械に適してい
るが、現像機の改良などにより毎分８０枚くらいの高速
機械にも使われるようになってきている。しかしながら
、１成分系トナーの帯電量、特に帯電量分布はいまだ十
分解析できておらずこれらをこれらを解析することによ
りさらなるレベルアップが可能だと考えられる。

特に絶縁性１成分現像方法は、トナーがトナー粒子担持
部材表面に薄（コートされるため、さらにトナー粒子の
分離が難しくなっている。すなわち、例えば分離する手
段として、空気流を用いた場合、薄層コートされたトナ
ー層はトナー粒子担持部材上で吹き寄せられるため、ト
ナー粒子担持部材表面と再帯電を生じる、あるいは不均
一なトナーコート層となり帯電量分布が変化してしまう
などの不都合が生じる。さらにトナー粒子が、トナー粒
子担持部材上で滑ってしまい測定部にトナー粒子がうま
く搬送されない場合がある。

このような、空気流によるトナー粒子の分離方法にない
し、電界のみでトナー粒子を分離する方法が特開昭６２
−５８１７５号公報に提案されている。この方法は絶縁
体からなるスリーブの内部に埋め込められた２電極間に
交番電界を印加し、この交番電界により絶縁スリーブ表
面に担持される２成分系トナーからトナー粒子を分離し
、測定部へ自由落下させ、トナー粒子の帯電量分布を測
定するものである。しかし、この方法に使用するスリー
ブは特殊なものであり、実際に現像に寄与するトナー粒
子の帯電量分布をはかつているとは言えない。

そこで本発明者らは、導電部材を有するトナー粒子担持
部材上に該トナー粒子を薄層にコートする規制部材と該
トナー粒子担持部材と対向電極との間に電圧を印加する
電源と、該トナー粒子の少なくとも帯電量に関する値を
測定できる測定装置と、空気流発生装置と該トナー粒子
担持部材と該対向電極との距離を制御する装置とを備え
、該トナー粒子担持部材と該対向電極間に該電源により
電圧を印加し、生じた電界により該トナー粒子担持部材
より、トナー粒子を剥離せしめ更に該電界と該空気発生
装置により生じる空気流により、トナー粒子を該測定装
置に搬送する帯電量分布測定装置を提案した。

これは現像系に近い形で薄層コートされ帯電されたｌ成
分系トナー粒子の帯電量分布が、効率良く、また再現性
や精度も良（測定できるものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、帯電量の非常に大きなトナー粒子は、ト
ナー粒子担持部材との静電的な鏡映力のため該トナー粒
子担持部材上から離れにくく、特に、このようなトナー
粒子を含む系は、充分に、精度良く帯電量分布を測定で
きているとは言えない。

また、さらに、トナーの粒子系は、高画質化の方向へ技
術改良が進む中で、より、小さい方向に進んでおり、特
に微粒子、超微粒子のトナー粒子径になると、帯電量は
、非常に高くなる。このため、前記のとおり、該トナー
粒子担持部材との鏡映力が非常に増大し、さらに剥離し
にく（、精度良（、帯電量分布を測定することが難しく
なってくる。

［課題を解決するための手段及び作用コ本発明によれば
１成分系トナー粒子と導電部材を有するトナー粒子担持
部材と、該トナー粒子担持部材上に該トナー粒子を薄層
にコートする規制部材と、該トナー粒子担持部材に対向
して配置されている対向電極と、該トナー粒子担持部材
より帯電トナー粒子を剥離する為に該トナー粒子担持部
材と該対向電極との間に電界を発生させる為の電圧を印
加する電源と、該トナー粒子の少なくとも帯電量に関す
る値を測定できる測定装置と、帯電トナー粒子を該測定
装置に搬送する空気流を発生させる空気流発生装置と、
該空気流測定装置と該トナー粒子担持部材と該対向電極
との距離を制御する装置とを備え、該電界がデユーティ
−比の異なる交番電界であることを特徴とする１成分系
トナーの帯電量分布測定装置とするものである。

本発明の帯電量分布測定装置によれば、トナー粒子担持
部材と対向電極間に必要以上の高電界をかけることなく
、効果的にトナー粒子担持部材上の高帯電量トナー粒子
にも剥離方向に充分な力を作用させることができる。

［実施例］ 以下本発明による帯電量分布測定方法の１実施例を図面
を用いて説明する。

第１図は本発明の原理を示す概略模式図であって、トナ
ー粒子１の分離・搬送部Ａと、帯電量測定部Ｂに分れて
いる。まず、分離・搬送部Ａについて述べると、１は帯
電している１成分系のトナー粒子である。４は規制部材
であり、これにより、トナー粒子担持部材２上に薄層に
トナー粒子１をコートする。５は磁極であり、ここで用
いた１成分磁性トナーをトナー粒子担持部材２上に保持
する役目、及び規制部材４が磁性材料である場合、磁気
力によるトナー粒子１の規制を行う。トナー粒子１が磁
性トナーでない場合は磁極５は必要ない。トナー粒子担
持部材２は、アルミニウム、ステンレス等の金属、ある
いは、前述金属表面にゴムあるいは樹脂層を有した板状
５円筒状の部材であり、必要に応じてトナー粒子１付与
面を粗しでも良い。さらにトナー粒子１付与面の反対面
に磁石を配設し、前述したトナー粒子１が磁性体を含む
場合の支持力としても良い。３はトナー粒子担持部材２
との間に電界を発生させる為の対向電極であって、アル
ミニウム、鉄等の導電性の金属、あるいはこれら金属表
面を防錆目的の金等でメツキしたものからなる。又、こ
の対向電極３にはトナー粒子担持部材２から電界によっ
て分離されたトナー粒子１を分離・搬送部Ａ、帯電量測
定部Ｂへ取り込む為のスリットが設けられている。１０
はトナー粒子担持部材２と対向電極３との間に電界を発
生させる為の電源であり、本発明においては交番電界発
生用交流電源となっている。

又、電源１０はグランドと対向電極３との間に設置され
ているが、グランドとトナー粒子担持部材２との間に設
置しても何ら問題はない。

次に帯電量測定部Ｂについて述べる。帯電量測定部Ｂは
、帯電量検知部２１．演算部２２．コンプレッサー３１
からなり、帯電量検知部２１は、トナー粒子１の分離・
搬送部Ａから一定空気流に乗って送られてくる個々のト
ナー粒子１の帯電量をファラデーゲージ法あるいは一定
電界による荷電粒子の偏向を用いたイオンスペクトル法
により測定する。さらに、レーザードツプラ一方法等を
併用することで粒径をも測定することが可能である。こ
こで測定された値は、演算部２２へ送られ、必要な形式
のデータ、例えばＱ／ｍ比重電荷量、　Ｑ／ｄ比直径電
荷量及び粒径分布として出力される。

測定方法について説明を加えると、第２図は、上記、測
定装置の一例を示したものである。第２図（ａ）は、レ
ーザードツプラー法を用いた帯電量と粒径を測定する方
法である。図中の２１１ａ、　２１１ｂは、振動電極板
であり、２１２は振動発生装置である。よく知られてい
るように、一定振動している空気場に存在する微小粒体
は、空気振動に追従して振動する。このとき、粒体の慣
性のため大きな粒体はど基準の振動から遅れて振動する
。また、上記振動電極板に電圧を加えると、粒体はその
粒径と帯電量と印加された電圧による電界とにより、電
界方向に偏移する。従って、粒体の空気振動に対する振
動の位相遅れと、電界による偏移度を測定すると、粒体
の粒径と帯電量が求められる。

本発明においては、レーザー発生部２１３とレーザー受
光部２１４とを配し、レーザードツプラー法を用いるこ
とにより、トナー粒子１の空気振動に対する位相遅れと
電界による偏移速度を測定し、この測定量を第１図中の
演算部２２で演算することにより、トナー粒子１の粒径
と帯電量を得ている。

また、測定方法は、第２図（ａ）の如くには限らず、例
えば、第２図（ｂ）の如（でもよい。

すなわち、レーザー発生部２１３からレーザーを発生し
、発生レーザーを窓２１７を通してレーザー受光部２１
４に入れ、トナー粒子１の空気流方向の速度を、レーザ
ードツプラー法により測定する。

よく知られているように、空気流中を落下している微小
粒体の空気流に対する相対落下速度を測定することによ
り、粒体の径を求めることができる。従って、上記レー
ザードツプラー法により、トナー粒子１の相対落下速度
を求め、演算装置２２（ａ）により演算することにより
、トナー粒子１の粒径を得ることができる。

また、よく知られているように、検出電極２１８にトナ
ー粒子１により誘起される電荷を、電荷測定装置２２　
（ｂ）で測定することにより、トナー粒子１の帯電量を
測定することができる。

コンプレッサー３１は、上記分離・搬送部Ａ、帯電量測
定部Ｂを通じて、帯電したトナー粒子１を一定の流速で
移動させる為の風を発生させる役目を持ち、測定しよう
とするトナー粒子１の中心粒径、密度９表面形状により
、適宜その吸引力を調節することが好ましい。

次に、本発明において、トナー粒子担持部材２と対向電
極３との間に印加する電界について詳述する。通常、ト
ナー粒子担持部材２上のトナーコート層に含まれるトナ
ー粒子１は、金属スリーブとの接触、摺擦により摩擦帯
電しており、現に電子写真法に用いられているトナー粒
子ｌも正あるいは負に現像器内において帯電している。

このようなトナー粒子１は、通常ＩＯ数ｇｍ〜数ｇｍの
直径であり、個々のトナー粒子１について帯電極性を揃
えることは非常に困難である。すなわち、トナー粒子１
は、正負いずれの極性をも存在していることが容易に考
えられる。

この為、直流電界のみを分離電界とした場合、一方の極
性に片寄ったトナー粒子１しか捕集できないばかりでな
く、正負トナー粒子１の凝集体は分離されずらく、正確
な帯電量分布がつかめない・可能性がある。

本発明においては、この分離にかかる電界を第３図に示
す交番電界とすることで、正負両極性のトナー粒子１の
凝集をほぐし抽出するものである。

第３図（ａ）は一般に矩形波と呼ばれる波形で、時間の
経過によらず一定の印加電圧が繰り返し正、負両極性印
加されるものである。この交番電界を第１図に示す対向
電極３に印加し、トナー粒子担持部材２を接地すると、
電圧を示す矢印にの方向に波がある場合、電気力線が対
向電極３からｌ・ナー粒子担持部材２へ向き、負極性に
帯電したトナー粒子１が後に述べる拘束力よりも強い電
界がかかるとトナー粒子担持部材２から分離し、電界に
よって加速され、対向電極３に向っていく。

さらに、印加する交番電圧が矢印の反対のｅの方向にな
り、トナー粒子１を減速し、速度がＯになる前に、対向
電極３の近傍まで達することのできたトナー粒子１は、
スリットから分離・搬送部Ａ内部に向って流入する空気
流１１（矢印）によって吸い込まれ、さらにこの空気流
１１にのって測定部Ｂに流入していくこととなる。次に
印加する正弦波交番電界がθの側に偏よると、正極性に
帯電したトナー粒子１がトナー粒子担持部材２から分離
され、測定にかかることとなる。

次に、印加される交番電界について述べる。本発明に必
要とされる交番電界は、トナー粒子担持部材２上のトナ
ーコート層から帯電したトナー粒子〕を分離するに足る
強さが必要とされるが、印加できる電界の上限はトナー
粒子担持部材２と対向電極３との距離Ｌ（第１図に示す
）によって決められる。すなわち、印加すべき電界の下
限は、帯電しているトナー粒子１の帯電量と粒径によっ
て決まる鏡映力と、ファンデルワールス力等の分散力を
合わせた力よりも、電界によってトナー粒子１が受ける
力が大きくなるように定める必要がある。又、トナー粒
子１が内部に磁性体を有し、かつトナー粒子担持部材２
が内部に磁石を有する場合、この磁気力を鏡映力、分散
力に加えたものが分離電界を決定する目安となる。電界
の上限は、前述の距離りによって一義的に決まる。すな
わち、本方法を空気中で用いる場合、印加電界を安定し
て得る為には、パッシェンの法則によって規定される電
界以下に押える必要がある。この法則で決められる電界
よりも強い電界が印加されると、電極間で火花放電が起
こり、帯電量分布が不正確になる可能性がある。すなわ
ち、パッシェンの法則によって示される放電開始電界よ
りもｌＯ％程度低（押えてお（必要があり、この値を越
えない範囲で最大の電界を印加すればよい。

次に、印加する交番電界の周波数について述べると。−
度、この交番電界によって分離されたトナー粒子１は、
対向電極３から鏡映力及び空気吸入力によって取り込ま
れる前に逆方向成分の交番電界と、トナー粒子担持部材
２からの鏡映力によって引き戻されなければ測定系に取
り込まれる。少なくとも印加する交番電界の周波数は、
トナー粒子担持部材２からの鏡映力を十分考慮して定め
る必要があり、この鏡映力以外に磁界による引き戻し力
をもつ場合は、十分な時間同極性の電界が印加されてい
ることが好ましい。これら引き戻し力に比較して短時間
で電界が交番した場合、トナー粒子ｌはトナー粒子担持
部材２表面付近で振動することとなる。

次に、各部の諸条件について詳述する。トナー粒子担持
部材２と対向電極３との距離は、通常用いられる３〜１
５μｍの直径のトナーで５０ｇｍ〜３ｍｍ以下であって
、好ましくは１００μｍ〜２ｍｍに設定することが良い
。５０μｍ以下に設定した場合、トナー粒子担持部材２
の精度等でリークが発生しやす（なるとともに、スリッ
ト６から流入する風でトナー粒子１の分離も発生してし
まい、正確な測定が難しくなる。又、３ｍ＋＋＋以上に
設定した場合、印加する交番電圧を大きくする必要があ
り、スリットの端面等で放電を生じる可能性がある。あ
るいは、外部にもれる電界が強（なり、測定部以外にト
ナー粒子１が飛散してしまう可能性がある。

次に、印加する交番電界であるが、粒径３〜１５ｋ　”
　＋帯電量がｍａｘ　１００ｐｑ／ｇ程度のトナー粒子
１を十分分離する為には、トナー粒子担持部材２と対向
電極３間の距離を４００〜６００　ｇｍとした場合、Ｐ
−Ｐで８００〜２０００Ｖの交番電圧を印加し、電界を
発生させれば十分で、好ましくは１５００〜２０００■
である。

周波数は同上の条件では、２０ＫＨｚ以上にならなけれ
ば良く、好ましくは１ＯＫＨｚ以下である。

前述の如く、諸条件を満たした上で、交番電界を第３図
（ａ）のような波形で印加すると、捕集しようとするト
ナー粒子１の帯電量に対し、Ｐ−Ｐ電界が十分な大きさ
であれば、トナー粒子１の捕集量も多くなる。

これに対し、本発明者の検討によれば、一般に電子写真
に用いられるトナー粒子１の中にはトリボと言われる帯
電量（ｑ／ｍ、　ｑはトナー１個当りの帯電量９ｍはト
ナー質量）が非常に多いものがあり、画像上でカブリと
いう白地へのトナー粒子１の付着現象に関係がある可能
性がある。このようなトナー粒子１を他のトナー粒子１
と区別し、より効率良（捕集するには、トナー粒子１が
負極性に帯電している場合、第３図（ｂ）に示す様な交
番電界をトナー粒子担持部材２に印加することが好まし
く、トナー粒子ｌが正極性に帯電している場合、第３図
（ｃ）に示す波形が好ましい。第３図（ｂ）は、トナー
粒子１を分離させる方向の電界（斜線部）に注目して、
デユーティ−比３３％の交番電界と言う。さらに、印加
電界は、時間積分をした時、正及び負方向の電界の総量
が等しくなるように設定することが電気回路上好ましい
。

このような電界では、分離電界の印加時間が短い為に、
前述のトリボ量の小さいトナー粒子１は十分な加速を電
界から受けない為、余り捕集されず、トリボ量の大きな
トナー粒子１が捕集されやすくなるからと考えられる。

これは複写画像との対応上特にトナー粒子１の帯電量分
布との関連を明確にしたい場合有効である。

本発明を適用した場合、デユーティ−比５０％の矩形波
による電界を印加した場合に比べ、４〜ＩＯ倍の高いト
リボ量という帯電量を持ったトナー粒子１を中心に捕集
することが可能になることを確認した。

［発明の効果］ 以上説明したように、１成分トナーを薄層コートしたト
ナー粒子担持部材とこれに対向し、空気流入口を有する
対向電極との間にデユーティ−比の異なる交番電界を印
加し、トナー粒子担持部材上の帯電したトナー粒子を捕
集し、帯電量分布を測定する装置によれば、 １）ｌ−ナー粒子の帯電特性が特に片寄っている場合で
も分離、捕集、測定が十分可能である。

２）極性の異なるトナー粒子が混在している場合も測定
可能である。

３）トナー粒子担持部材の形が平板でも円筒形でも、又
、動いていても停止していても帯電量分布を容易に測定
できる。

磁性体を含有する１成分磁性トナーのようにトナー粒子
担持部材上で磁気凝集する傾向のあるトナー粒子や、ト
ナー粒径の小さい粉体凝集傾向にあるトナー粒子でも、
精度良く帯電量分布を測定でき、さらに、帯電量の非常
に大きなトナー粒子を含む場合、特にトナー粒径が、非
常に小さく、帯電量が大きく、トナー粒子担持部材上か
らトナー粒子を全て剥離しにくい場合などにも、精度良
く帯電量分布を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１成分系トナーの帯電量分布測定装
置の原理を示す概略模式図、第２図（ａ）。 （ｂ）は、レーザードツプラー法を用いた測定装置の一
例、第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は印加電界
の波形を示す図である。 ｌ：トナー粒子 ３：対向電極 ５：６ｆｉ極 ２１：帯電量検知部 ２２（ａ）：演算装置 ３１：コンプレッサー ２Ｉ２：振動発生装置 ２１４：レーザー受光部 ２１８：検出電極 Ｂ：帯電量測定部 ２：トナー粒子担持部材 ４：規制部材 １０：電源 ２２：演算部 ２２（ｂ）：電荷測定装置 ２１１ａ、　２１１ｂ：振動電極板 ２１３：レーザー発生装置 ２１７：窓 Ａ：分離・搬送部 比願人　キャノン株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１成分系トナー粒子と導電部材を有するトナー粒
   子担持部材と該トナー粒子担持部材上に該トナー粒子を
   薄層にコートする規制部材と、該トナー粒子担持部材に
   対向して配置されている対向電極と、該トナー粒子担持
   部材より帯電トナー粒子を剥離する為に、該トナー粒子
   担持部材と該対向電極との間に電界を発生させる為の電
   圧を印加する電源と、該トナー粒子の少なくとも帯電量
   に関する値を測定できる測定装置と、帯電トナー粒子を
   該測定装置に搬送する空気流を発生させる空気流発生装
   置と、該空気流発生装置と該トナー粒子担持部材と該対
   向電極との距離を制御する装置とを備え、該電界がデュ
   ーティー比の異なる交番電界であることを特徴とする１
   成分系トナーの帯電量分布測定装置。