JPH0415571A - 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じ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
か、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。つまりトナー粒子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号公報に定速気流中の
１〜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、１〜ナ一粒子は、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号公報に示されているようなものかある。こ
れは、定速気流、電界および振動波中の１〜す・−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
系に近い形て１・すの÷１１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甥像系に近い
形で分ｊｊＩＩＧし、測定部へ搬送するかが重要となる
。才記方法は、分離された後の帯電粒子の測定を前提ど
しているので、現像との相関がと２１ないときかある。

これらのトナー分離の方法として特開昭５７−７９９５
８弓、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
子を分離することか難しく、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６
０−８７５８号てＧ」、現像容器のｒ゛にメツシュを用
いることにＪ：リトナー粒子をキャリアから分離用る方
法か提案されているが、この方法ではトナー粒子はメッ
シ、７４を通り抜ける際にメツシュとの１１擦により再
州電を生じ、正確な帯電量分（［］の測庄か国籍１とな
る場合がある。

このような問題を扇臀夫−性る方法として特開昭６４８
０９　Ｃ，９冒か提案されている。これは、電界により
トナー杓−Ｆとギヤリア間のクーロン力を弱め、この状
態て空気流を吹きつ（づ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
ｌ・ナー粒子の分離を空気流に頓るため、すべてのトナ
ー粒子を分離することが難し２く、よって、正しく　＋
−ナー粒子の帯電量分布を測定することか困難な場合か
生じる。

このような空気流にＪ：るｌ・ナー粒子の分離方法に対
し、電界のゐでトナー粒子を分離する方法か特開昭６２
−５８１７５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、使用するスリーブか特殊
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（、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かある。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、平扱、平筒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
拘わらす、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
との間に電界を牛じせし、める電極と、現像剤担持部と
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、前記電源か、
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４・Ａ）上のトナー粒子を、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
わの極性に帯電しているトナー粒子をも分離させ、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、印加する交番電界を矩形波状にすることで、
より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］ 及血■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シ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有した円筒状の部
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ｌ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。

１０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、０■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２］、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（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２１
１ａ、　２１１ｂ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
る空気用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
と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、粒体はその粒径、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ょる偏
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〜　ドツプラ
ー法により測定する。周方ｌのように、空気流中を落下
している微小枝体の空気流に対する相対落−１・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（目射落下速度を求め、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かできる
。

また、帯電現像剤により、検出電極２１８に試起される
電荷を、電荷測定装置２２（１〕）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。

以北のようにして検知部で測定された値は、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賊せて移動さぜる為の歪気流を発
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。

次に本発明においで、現像剤担持部十４２と電極１反３
との間に印加する電界につい−Ｃ詳述する。通塔、現像
剤担持部（第２１＝の現像剤１に含まれる１ヘナ一粒子
１’　ｉｔ、ギやリアどの摺擦、金属スリーブとの１妾
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Ｌ♀擦帯電しており、現に電子写真法；こ用いられ
ている１・す−杓＋ｉＴも干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１−ナー粒子Ｃｊ、通常
１０数７１．ｍ〜数１１、ｍの直径であり、個々のトナ
ー粒丁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′Ａ涜子′「
ば、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、方の極性
に偏ったｌ・ナー杓子しか捕集できないばかりでなく、
正負トナー粒子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図に示ずＰや■の正電圧が
印加されることになり、電極板３から現像剤担持部材２
へ電気力線か向き、負極性に帯電したトナー粒子Ｔが現
像剤担持部材２から分離し、ＰやＶ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に向っていく。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
ノッｌ−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゛ｒの総量は、このＰ＋■の電圧が印加
されている時間１．　（第３図）によって決められる。

次に、スイッチ１１の切り換え時間Ｌ３を経て、Ｐ。■
と絶対値が等しく、極性が逆である１）−Ｖの電圧がｔ
２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、ｆ］たトナー粒子Ｔ
は、空気流により帯電に検知装置２１へ移動し、測定に
かかることとなる。

次に、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、現像剤担持部材２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か
必要とされるが、印加できる電界の上限は現像剤担持部
（Ａ２と電極板３との距離■、（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太き（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、かつ現像担持
部材２が内部に磁石を有する場合、この磁気力を鏡映力
１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Ｌ、によって一義的に決ま
る。ずなわぢ、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
る電弄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
電性ギヤリアを含む現像剤では不平等電界が発生し易（
、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１０％程度低く抑えてお（
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。−度、
この交番電界によって分離されたトナー粒子Ｔは、逆方
向成分の交番電界と現像剤担持部材２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（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ば、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
。引き戻し力に比較して短時間で電界か交番した場合、
トナー粒子は現像剤担持部材表面例近で振動することと
なる。

及血玉ユ 本実施例では、実施例１に対して交番電界を発生させる
ための電源を異ならしめたものである。

すなわち、実施例１では直流電源によって発生する直流
電圧を、スイッチ１１で切り換えることで交番電界を発
生させているが、この場合も３時間（第３図）という電
界がない状態が発生し、この間トナー粒子の捕集が効率
良く行われていないことになる。

そこで、第４図（ａ）に示すごと（正弦波からなる交流
電源を用いて電圧を印加する構成とする。

これによれば、上述のようなタイムラグが生じず、正負
両極性のトナーを分離測定することができる。

また、より効率よ（トナー粒子を捕集する為に、徐々に
変化する電界よりも、第４図（ｂ）に示すごとく、正弦
波電界に対し実効値の等しい矩形波電界を印加すれば、
強い電界が印加される時間がより多（取れることとなり
、捕集できるトナー粒子の数が増加することとなる。

ナー粒子の加速電界が初期から高いので、分離したトナ
ー粒子の速度が短時間で増加し、電極板３へ速（達し、
正弦波より捕集が速やかに行われる。

実画１性ユ 本実施例は、実施例２の正弦波のｐ−ｐ値を第４図（ｃ
）に示すように４倍に増加して印加するものである。

この場合、トナー粒子にかかる電界力は、正弦波の最大
値が半周期の間印加されることとなり、電極板に到達す
るトナー粒子の速度がより増加し、正極性、負極性を合
せたトナー粒子の捕集力は最大のものが得られることと
なる。また、Ｐ−Ｐ値については、先に述べたように放
電開始電界を越えない範囲で設定することは言うまでも
ない。

このような矩形波交番電圧は、正弦波を発生可能な電源
を用いて公知の方法で作成することが可能である。

［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によらず分離、捕集。

測定が可能、 ■、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、 ■、矩形交番電界を用いることでより多くのトナーを捕
集できる、 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。 第４図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は、本発明に係
る交流電源により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　　　　　２〕・・・帯電量検知装置２２．２２　（
ａ）、２２　（ｂ）−演算部　　３１　・・・コンプレ
ツサー３２・・・芸習１調整バルブ　　２］、１ａ、２
１１ｂ・・・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 １９〕

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、交番電界を発生し得ることを特徴とする帯
   電量分布測定装置。