JPH0415569A - 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、帯電現像剤の帯電量分布測定装置に関する。

［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
の広い普及に伴って、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。ここで用いられ
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た
め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（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不十分で
ある。つまりｌ・ナー粒子１個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２．３提
案されている。

例えば、特開昭５７−７９９５８号に定速気流中のトナ
ー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号に示されているようなものがある。

これは、定速気流、電界および振動波中のトナーの偏向
度、振動位相より、トナー粒子の粒度に対応した帯電量
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、これらの測定法のもっとも重要な点は、現像系
に近い形でトナーの帯電量を測定することである。従っ
て、帯電トナーを現像剤からいかに現像系に近い形で分
離し、測定部へ搬送するかが重要となる。上記方法は、
分離された後の帯電粒子の測定を前提としているので、
現像との相関がとれない時がある。これらのトナー分離
の方法として特開昭５７−７９９５８号、特開昭６３−
２６３４７５号では、圧縮空気によりキャリアからトナ
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が測定されて
いない場合がある。また、特開昭６０−８７５８号では
、現像容器の下にメツシュを用いることによりトナー粒
子をキャリアから分離する方法が提案されているが、こ
の方法では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６４８０９
６９号が提案されている。これは、電界により１ヘナ一
粒子とキャリア間のクーロン力を弱め、この状態で空気
流を吹きつけることでトナー粒子をキャリアから分離す
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ため、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。

このような空気流によるトナー粒子の分離方法に対し、
電界のみでトナー粒子を分離する方法が特開昭６２−５
８１７５号に提案されている。この方法は絶縁体からな
るスリーブの内部に埋め込まれた２電極間に交番電圧を
印加し、この交番電界により絶縁スリーブ表面に担持さ
れる現像剤からトナー粒子を分離し、測定部へ自由落下
し帯電量を測定するものである。

しかし、この方法においては、使用するスリーブが特殊
なものであり、実際の画像形成装置内に設置することが
困難であるばかりでなく、印加された交番電界が実質上
スリーブ内部に発生することとなり、分離できるトナー
粒子は、もれた電界による力を受けたもので、測定以前
に帯電分布の偏ったトナー粒子になる可能性がある。さ
らに、全てのトナー粒子を分離するにはより強い電界を
必要とする為、スリーブ表面で沿面放電を生じてしまう
可能性もある。

［発明が解決しようとする課題］ すなわち、本発明の目的とするところは、前述した従来
技術の欠点に鑑み、 ■、トナー粒子の帯電特性によらず、分離、捕集、測定
を可能にする、 ■、極性の異なるトナーが混在している場合においても
測定を可能ならしめる、 ■　現像剤担持部材が、平板、平部形等設置が容易なる
もので、また、動作状態あるいは停止状態のいずれにも
拘わらず、帯電分布を容易に測定できるものとする、 等を達成した帯電量分布測定装置を提供することにある
。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明の特徴と
するところは、正又は負に帯電したトナー粒子を保持す
る現像剤担持部材と、該現像剤担持部材に対向し該部材
との間に電界を生じせしめる電極と、現像剤担持部材と
電極間に電界を印加する電源と、該電界により分離した
１〜ナ一粒子を捕集搬送する空気流発生部材と、搬送さ
れたトナー粒子の帯電量測定部及びトナー粒子の粒径測
定部からなる帯電量分布測定装置において、 前記電源が、デユーティ−比の異なる交番電界を発生し
得る帯電量分布測定装置にある。

すなわち、現に電子写真装置等に用いられる現像器のス
リーブ（現像剤担持部材）上のトナー粒子をも測定可能
な帯電量分布測定装置であり、さらには、空気流入口（
トナー粒子取り込み口を兼ねる）を有する電極とスリー
ブ間に交番電界を印加することで、正、負いずれの極性
に帯電しているトナー粒子も分離させ、トナー粒子の帯
電量分布測定を可能としたものである。

さらには、かかる電界を発生する電源に、矩形波状でか
つデユーティ−比の異なる交番電圧を発生ずる装置を用
いて捕集するトナー粒子の数を増加させ、より正確な帯
電量分布を測定できるようにしたものである。

以下、実施例を用い、本発明の構成及び作用について具
体的に説明する。

［実施例］ 支路■ユ 第１図に本発明に係る帯電量分布測定装置の概略構成断
面図を示す。かかる装置は、大別して３ケ所の構成装置
からなり、Ａはトナー粒子の分離搬送装置、Ｂは測定装
置、Ｃは現像剤担持装置である。

本図中、１は帯電しているトナー粒子Ｔを含む現像剤で
、かかるトナー粒子Ｔに滑剤等を混ぜた１成分現像剤、
あるいはキャリアと呼ばれるガラスピーズ、鉄粉、磁性
粉、磁性粉を樹脂コートしたもの等からなるものにトナ
ー粒子を混合した２成分現像剤等が測定の対象とされる
。２は現像剤１を支持することが可能な現像剤担持部材
であって、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宵した円筒状の部
材であり、必要に応じて現像剤担持面を粗いものとして
も良い。また、図面上は円筒であるが他の板状等の形状
をとっても良い。さらに、現像剤担持面の反対面（裏面
）に磁石を配設し、前述した現像剤１が磁性体を含む場
合の支持力としても良い。３は現像剤担持部材２との間
に電界を発生させる為の電極板であって、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。また、かかる電
極板３には、現像剤担持部材２から電界によって分離さ
れたトナー粒子Ｔを搬送部、測定部へ取り込む為のスリ
ット４が設けられている。

ｌＯは現像剤担持部材２と電極板３との間に電界を発生
させる為の直流電圧電源であり、スイッチ１１を順次切
り換えることで電極板３にかかる電圧の極性が、Ｏ■に
なっている現像剤担持部材２に対し、正負を繰り返すよ
うに設定され、矩形波に近い交番電界を発生するように
なっている。

測定部Ｂは、帯電量さらには粒径の検知装置２１、演算
部２２、コンプレッサー３１、空気流入量調整バルブ３
２からなる。

かかる検知装置２１は、分離搬送部Ａから空気流に乗っ
て送られてくる個々のトナー粒子Ｔの帯電量を、ファラ
デーゲージ法、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（静電気ハンドブック、オーム社刊
）等により測定する。

さらに、次に述べるレーザードツプラー法を用いれば、
粒径をも含めて測定することが可能である。

かかる測定方法について第２図に基づき説明を加えると
、第２図（ａ）に示すものは、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２］
、１ａ、２１］、ｂは振動電極であり、２１２は振動発
生装置である。

よく知られているように、一定の周波数にて振動してい
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、粒体の慣性力により、大きな粒体は
ど基準の振動から遅れて振動する。また、上記電極に電
圧を加えると、粒体ばその粒径、帯電量、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
移度を測定することで、粒体の粒径と帯電量が求められ
る。

すなわち、レーザー発生装置２１３とレーザー受光装置
２１４とを配し、レーザードツプラー法を用いることに
より、帯電現像剤Ｔ１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、帯電現像剤の粒径と帯
電量を得ている。

また、測定方法としては第２図（ａ）の如くには限らず
、例えば、第２図（ｂ）の如くでもよい。すなわち、レ
ーザー発生部２１３からレーザーを発生させ、発生レー
ザーを窓２１７を通してレーザー受光部２１４に入れ、
帯電現像剤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。周知のように、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、帯電現像剤の相対落
下速度を求め、演算部２２（ａ）により演算することに
より、帯電現像剤の粒径を得ることができる。

また、帯電現像剤により、検出電極２１ｇに誘起される
電荷を、電荷測定装置２２（ｂ）で測定することにより
、帯電現像剤の帯電量を測定することができる。

以」二のようにして検知部で測定された値は、演算部２
２へ送られ、必要な形式のデータ例えばＱ／ｍ（比電荷
）、Ｑ／ｄ（比直径電荷）及び粒径分布として出力され
る。

第１図中３１は、トナー粒子Ｔを上記分離、搬送、測定
の各部を一定の流速に載せて移動させる為の空気流を発
生させるコンプレッサーで、バルブ３２を用いて流量が
調整可能となっている。

次に本発明において、現像剤担持部材２と電極板３との
間に印加する電界について詳述する。通常、現像剤担持
部材２上の現像剤１に含まれるトナー粒子Ｔは、キャリ
アとの摺擦、金属スリーブとの接触、摺擦あるいは、ウ
レタンゴム等の絶縁体との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Ｔ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
トナー粒子は、通常１０数ｐｍ〜数ＩＬｍの直径であり
、個々のトナー粒子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、現像剤１に含まれるトナー
粒子Ｔば、用いる感光体の特性により、正又は負に帯電
するように作るが、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
性に偏ったトナー粒子しか捕集できないばかりでな（、
正負トナー粒子の凝集体は分離されすら（、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
すような交番とすることで正負両極性のトナー粒子を抽
出するものである。

第３図（ａ）は、第１図に示す直流電源をスイッチ１１
で切り換えて得られる交番電界である。スイッチ１１を
ａの側に接触させると、電極３は第３図（ａ）に示すＰ
＋■の電圧が印加されることになり、電極板３から現像
剤担持部材２へ電気力線が向き、負極性に帯電したトナ
ー粒子Ｔが現像剤担持部４＝、Ｉ２から分離し、Ｐゆ■
の大きさの電圧で生じる電界によって加速され電極板３
に向ってい（。

そして電極板３の近傍まで達したものは、電極板３にあ
るスリット４から流入する空気流５によって分離搬送部
Ａ内に取り込まれることとなる。この時、捕集される負
極性のトナー粒子Ｔの総量は、このＰ４■の電圧が印加
されている時間１＋　（第３図（ａ））によって決めら
れる。次に、スイッチ１１の切り換え時間ｔ３を経て、
次はＰ−■の電圧がｔ２時間電極板に印加される。この
時は、正極性のトナー粒子Ｔが現像剤担持部材２から分
離し、電極板３へと向うこととなる。このように分離さ
れたトナー粒子Ｔは、空気流により帯電量検知装置２１
へ移動し、測定にかかることとなる。ここで、ＰやＶの
値は、Ｐ−■よりも高く設定されており、印加時間は逆
にｔｌの方をｔ２よりも短（設定し、正負両極性トナー
が受ける力の総和を等しくし、帯電量分布に誤差が出る
ことを防いでいる。

従って、第３図（ａ）のような交番電界を印加し、もと
もと負極側に帯電させているトナー粒子を分離しようと
すると、個数が多いと考えられる負極性トナー粒子の加
速電圧が高い為、より速く条里のトナーが捕集されるが
、正極性トナー粒子は加速電圧が低い為捕集数が少な（
なる。

本発明者らの検討では、この形の交番電界を用いること
で、全てのトナー粒子の捕集が可能なだけでなく、電子
写真装置に用いられるような意図的に一方の帯電極性に
偏らせたトナー粒子の場合、少量の捕集トナーでも全体
のトナー粒子の帯電量分布を反映した測定が可能である
ことが判明した。すなわち、測定時間を短縮することが
できる。

次に、印加する交番電界の条件等について述べるが、こ
れは他の実施例にも共通することである。

先ず、印加される交番電界の条件について述べる。本発
明に必要とされる交番電界は、現像剤担持部ｊｌＡ２上
の現像剤１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現像剤担
持部材２と電極板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が受ける力が大きくなる
ように定める必要がある。

また、トナー粒子が内部に磁性体を有し、かっ現像担持
部材２が内部に磁石を有する場合、この磁気力を鏡映力
７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
安定して得る為にパッシェンの法則によって規定される
電界以下に抑える必要がある。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、一方、これよりも弱い電界では、鉄粉等の導電
性キャリアを含む現像剤では不平等電界が発生し易く、
部分的に放電を起こし、トナー粒子に実際の装置内では
起こらない帯電が付与され、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（抑えておく必
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。−度
、この交番電界によって分離されたトナー粒子Ｔば、逆
方向成分の交番電界と現像剤担持部ｔ１２からの鏡映力
によって引き戻されなければ、電極板３からの鏡映力及
び空気吸入力によって測定系に取り込まれる。従って、
印加する交番電界の周波数は、少なくとも現像剤担持部
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には、
十分なる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、トナー粒子は現像剤担持部材表面付近で振動
することとなる。

次に、各部の諸条件について詳述する。現像担持部材２
と電極板３との距離（Ｌ）は、通常用いられる３〜１５
ｐｍの直径のトナーで５０ＩＬｍ以上３ｍｍ以下であっ
て、好ましくけ１００μｍ以上２ｍｍ以下に設定するこ
とが良い。５０ｐｍ未満に設定した場合、現像担持部材
２の精度等でリークが発生し易くなるとともに、スリッ
ト４から流入する風でトナー粒子の分離も発生してしま
い、正確な測定が難しくなる。また、３ｍｍを越えて設
定した場合、印加する交番電圧を太き（する必要があり
、スリット４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３〜１５１”ｍ
＋帯電量が最大１００ｐｃ／ｇ程度のトナー粒子を」−
分分離する為には、現像担持部材２と電極板３間の距離
を４００〜６００　ｐ、ｍ、分離しようとするトナー粒
子が負極に帯電している場合において、Ｐ１■で４００
〜１ｏｏｏｖの交番電圧を印加して電界を発生させれば
十分であり、好ましくば７５０〜１ｏｏｏｖである。但
し、正帯電しているトナー粒子が多い場合は逆である。

尚、周波数は、同上の条件では２０　Ｋ　Ｈｚ以上にな
らなければ良く、好ましくは１０ＫＨｚ以下である。

及施工ユ 前述、第３図（ａ）に示すような電圧印加においては、
直流電源によって交番電界を発生しているため、ｔ３と
いうスイッチの切り換え時間が必要となる。

そこで、本実施例では、第３図（ｂ）　、　（ｃ）に示
すような波形、すなわち一般に交流電源を用いて得られ
る矩形波電界を、実効値が変化しない形でデユーティ−
比を変化させたものを用いた。

第３図（ｂ）は、デユーティ−比３３％の交番電界で、
主に負極性トナーを分離する場合に適している。一方、
第３図（ｃ）は、第３図（ｂ）の逆であり、正極性トナ
ーの分離に優れたものである。

第３図（ｂ）の波形の交番電界を、第１図に示す帯電量
分布測定装置の電極３に印加して、負極性を中心に帯電
しているトナーを有する現像剤担持部材２との間に電界
を生じさせ、トナー粒子の分離測定を行ったところ、全
てのトナー粒子を捕集することができ、この帯電量分布
を得ることができた。さらに、電界の印加時間を１０分
の１にして測定したところ、トナー捕集量は５分の１以
下だが、得られた帯電量分布は全てのトナーを捕集した
ものと変わりがなかった。また、この測定が可能な好ま
しいデユーティ−比は５％以上５０％未満である。

本実施例では、電極板３に電源を接続する場合について
述べたが、現像剤担持部材２に電源を接続しても何ら問
題はなく、この場合は、正極性帯電トナーが中心の場合
第３図（ｂ）の波形、負極性の場合第３図（ｃ）の波形
を用いることとなる。

及血■１ 以上、印加する交番電界は全て矩形波のものについてそ
のデユーティ−比を変えたものについて述べたが、用い
る波形を正弦波あるいは三角波としても十分な効果が得
られることを確認した。

［発明の効果］ 以上説明したように、現像剤担持部材とこれに対向し空
気流入口を有する電極との間にデユーティ−比の異なる
交番電界を印加し、現像剤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、 ■、トナー粒子の帯電特性が特に偏っている場合でも、
分離、捕集、測定が十分可能、 ■、極性の異なるトナー粒子が混在している場合でも測
定が可能、 ■、現像剤担持部材が平板１円筒形なるもの、あるいは
、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、 といったような効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の特徴を最も良く表わした帯電分布測
定装置の概略構成断面図を示す。 第２図（ａ）　、　（ｂ）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手段を示す概略図である
。 第３図（ａ）　、　（＋））　、　（Ｃ）は、本発明に
係る直流電源を切り換えて得られる交番電界を示したも
のである。 １・・・現像剤　　　　　　２・・・現像剤担持部材３
・・・電極板　　　　　　４・・・スリット５・・・空
気流　　　　　　１０・・・直流電源１１・・・スイッ
チ　　　　　２１・・・帯電量検知装置２２．２２　（
ａ）、　２２　（ｂ）−・・演算部　　３１　・・・コ
ンプレッサー３２・・・剋流刀Ｗバルブ　　２１１ａ、
２１１ｂ・・・振動電極板２１２・・・振動発生装置　
　２１３・・・レーザー発生装置２１４　・・・レーザ
ー受光装置　　　２１７　・・・窓２１８・・・検出電
極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　正又は負に帯電したトナー粒子を保持する現像剤担持
   部材と、該現像剤担持部材に対向し該部材との間に電界
   を生じせしめる電極と、現像剤担持部材と電極間に電界
   を印加する電源と、該電界により分離したトナー粒子を
   捕集搬送する空気流発生部材と、搬送されたトナー粒子
   の帯電量測定部及びトナー粒子の粒径測定部からなる帯
   電量分布測定装置において、 前記電源が、デューティー比の異なる交番電界を発生さ
   せるものであることを特徴とする帯電量分布測定装置。