JPH0422880A - 現像剤帯電量分布測定方法 - 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、かぶり等に犬ぎく影響するため
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く知られている
が、これたけでは電子写真特性の情報上として不十分で
ある。つまりトナー粒子１個１個のＩＦ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−）ｆ’ＱＵ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
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号公報が提案されている。これは、定運気流
、電界及び振動波中のトナーの偏向度、振動位相より、
トナー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と
きがある。これらのトナー分離の方法として特開昭５７
−７９９５８号公報、特開昭６３−２６３４７５号公報
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号公報では、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随にメツシュとの摩
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１〜ナ一粒子を分離し、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、画像形成装置内におけるスリー
ブ上に対応する帯電量分布に対応しているか疑わしく、
さらに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片寄った
トナー粒子になる可能性がある。さらに、すべてのトナ
ー粒子を分離するためにはより強い電界を必要とするた
めに、スリーブ表面で沿面放電を生じてしまう可能性も
ある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は上記従
来例に鑑みなされたもので、現像装置で使用可能なスリ
ーブ等の現像剤担持体上のトナー粒子をこのスリーブ表
面と外部電極との間の電界によってのみで分離し、さら
に帯電量分布を測定しようとする方法である。

さらに、トナーたる帯電粒子の帯電極性によらず十分な
分離を可能とし、より正確な帯電量分布を測定する方法
を提案するもので、交番電界を現像剤担持体とこれに対
向する電極間に印加し、この交番電界によって正、負両
極性に帯電したトナー粒子と対向する電極へ飛ばし、こ
の電極周辺に発生させる空気流により測定系にトナー粒
子を取り込み搬送し帯電量分布を測定しようとするもの
である。

［実施例］ 以下本発明を図面にもとづいて実施例により説明する。

実施例１ 第１図は本発明の原理を示す概略模式図であって、帯電
トナー粒子４の分離搬送部Ａと測定部Ｂに分れている。

まず分離・搬送部Ａに１は帯電トナー粒子４を含む現像
剤で、前述の帯電トナー粒子４に滑剤等を混ぜたｌ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成分現像剤が測定可能な
ものである。２は現像剤１を支持することが可能な現像
剤担持体であって、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、
板状、円筒状の部材であり、必要に応じて現像剤＜”Ｉ
唇面を粗しても良い。

さらに現像剤付与面の反対面に磁石を配設し、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、現像剤担持体２との間に電界を発生させるための
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。又、この電極板３は現像剤担持体２から
電界によって分離された帯電トナー粒子４を搬送部、測
定部へ取り込むためのスリット６が設けられている。

７は、現像剤担持体２と電極板３との間に電界を発生さ
せるための電源であり、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７はグランドと電極
板３との間に設置されているが、グランドと現像剤担持
体２との間に設置しても何ら問題はない。

次に測定部Ｂについて述べる。

測定部Ｂは、帯電量検知部１１．演算部１２．コンプレ
ッサー１３からなり、帯電量検知部１１は、トナー粒子
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（静電気ハンドブック　オーム社刊）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１２へ送られ、必要な形式のデータ
たとえばＱ／ｍ比重電気量、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り、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
］、ａ、　２１ｂは、振動電極であり、２２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、レーザー発生装置２３とレーザー受
光装置２４とを配し、レーザードツプラー法を用いるこ
とにより帯電トナー粒子４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１２で演算することにより帯電トナー粒子４の
粒径と帯電量を得ている。

また、測定方法は第２図の如くには限らず、例えば第３
図の如くでもよい。

すなわち、レーザー発生装置２３がら、レーザーを発生
し、発生レーザーを窓２５を通してレーザー受光装置２
４に入れ、帯電トナー粒子４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（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、帯電トナー粒子４の相対落下速度を求め、演算部１
２により演算することにより、帯電トナー粒子４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３１に、帯電現
像剤１ａにより誘起される電荷を、電荷測定装置３２で
測定することにより、帯電トナー粒子４の帯電量を測定
することができる。

コンプレッサー１３は、上記分離・搬送部Ａ、測定部Ｂ
を通じて、帯電トナー粒子４を一定の流速で移動させる
ための風を発生させる役目を持ち、測定しようとするト
ナー粒子の中心粒径、密度、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、現像剤担持体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、現像剤担持体
２上の現像剤１に含まれる帯電トナー粒子４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ｌＯ数μｍ〜数μｍ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ｌに含まれる帯電トナー粒
子４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。

このため、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づらく、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４図に示す、交番電界と
することで正負両極性のトナーを抽出するものである。

第４図（ａ）は一般に正弦波と呼ばれる波形で、時間の
経過に従って印加電圧が徐々に増加、減少していくもの
で電界も徐々に増減を繰り返す。この交番電界を第１図
に示す電極板３に印加し、現像剤担持体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
電極板３から現像剤担持体２へ向き、負極性に帯電した
帯電トナー粒子４が後に述べる拘束力よりも強い電界が
かがると現像剤担持体２かも分離し、徐々に増加する電
界によって加速され電極板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の方向になり帯電トナ
ー粒子４を減速し、速度が０になる前に電極板３の近傍
進達することのできた帯電１ヘナ一粒子４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矢印５
によって吸い込まれさらにこの空気流にのって測定部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○の側に偏よると、正極性に帯電した帯電トナー粒
子４が現像剤担持体２がら分離され測定にががることと
なる。

次に印加される交番電界について述べると、本発明に必
要とされる交番電界は、現像剤担持体２上の現像剤１か
ら帯電トナー粒子４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体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。又、トナー粒子が内部に磁性体を有し、かつ
現像剤担持体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
定して得るためには、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、さらにこれよりも弱い
電界でも、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（、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１
０％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と、−度
この交番電界によって分離された帯電トナー粒子４は、
電極板からの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、現像剤担持体からの鏡
映力によって引き戻さ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、現像剤担持体
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
、トナー粒子は現像剤担持体表面付近で振動することと
なる。

次により効率的な捕集方法について波形をもとに他の実
施例を示す。

ここで測定される帯電トナー粒子４は、その帯電ｌによ
って分離される電界が違っており、一般に帯電トナー粒
子は種々の大きさに帯電しているものである。第４図（
ａ）の正弦波で表現される交番電界では、矢印にの方向
へ電界が増加すると、現像剤担持体２及び２の内部に帯
電トナー粒子に対して電界力以外の拘束力を持たない場
合は帯電ｌ・ナー粒子４のうち粒径が大きいものあるい
は帯電量が少ないものが初期に分離し、電界が強（なる
に従って粒径の小さいもの、帯電量の大きなものが分離
されることとなる。すなわち、より効率よくトナー粒子
を捕集するためには、徐々に変化する電界よりも、第３
図（ｂ）に示すごとく正弦波電界における実効値の等し
い矩形波電界を印加する方が強い電界が印加される時間
がより多く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。

但し、この場合印加する矩形波のＰ−Ｐ値が正弦粒子の
速度が短時間で上がり、電極板へ速く達し、正弦波より
捕集が速やかに行なわれる。さらに、第４図（ｃ）に示
す如（この矩形波による交番電界は実効値を正弦波のそ
れと等しくすると、Ｐ−Ｐの値に余裕が生じ、正弦波の
Ｐ−Ｐ値に近づけるにはｑ倍迄Ｐ−Ｐ値が増加できる。

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。又、Ｐ−Ｐ値は先に述べた放電開始電界を越えな
い範囲で設定することは申すまでもない。

又、飛翔しようとするトナー粒子の帯電量が比較的小さ
く、現像剤担持体と電極間が十分数れる場合、第３図（
ｄ）に示す、三角波形状の交番電界を印加することも可
能である。

次に各部の諸条件について詳述する。

現像担持体２と電極板３との距離は、通常用いられる３
〜１５ｐｍの直径のトナーで５０ｐｍ以上３ｍｍ以下で
あって好ましくは１００Ｈ〜２ｍｍに設定することが良
い。５０μｍ以下に設定した場合、現像担持体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の分離も発生してしまい、正
確な測定が難しくなる。

又、３ｍｍ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くなり、
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３〜１５ｇｍ、帯
電量がｍａｘ　１００＃Ｌｑ／ｇ程度のトナー粒子を十
分分離するためには、現像担持体２と電極板間の距離を
４００〜６００ｋｍとした場合ｐ−ｐで８ｏｏ〜２００
０Ｖ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１５００〜２０００Ｖである。

周波数は同上の条件では、２０Ｋ）ｔｚ以上にならなけ
れば良く好ましくはｌ　０ＫＨｚ以下である。

次に簡単に実測例について示す。

現像剤担持体２にＮＰ６６５０　（キャノン製）の現像
器、スリーブはアルミ製内部に１０００ガウスの磁石を
有するものを用い、トナーに磁性体を有する磁性１成分
、負極性トナーを用いて帯電量分布を測定した。電極は
金蒸着されたアルミニウム板を用い、スリーブに対向す
る面に巾１ｍｍ長さ１０ｍｍのスリットが十字に切られ
ているものを用いた。さらにコンプレッサーによって１
秒間に５０ｃｃの割り合いで空気が流入するようにし、
ピークトウピーク電圧を１６００　Ｖ、スリーブと電極
間距離を５００ｇｍ、周波数を２　ＫＨｚとして正弦波
の交番電界を印加した。分離搬送トナーはレーザードツ
プラー法を用いて帯電量分布を測定した。測定結果を第
５図に示す。たて軸が個数の比率、横軸がｑ／ｄ　　（
電荷／直径）の分布である。中央の帯電１０を過ぎて正
極側にもトナー粒子の分布がみられ現像剤の帯電量分布
が正、負の両方にわたっていることがわかる。これに対
し、印加電圧を直流とし、＋３００Ｖを電極板側に印加
したところ、正極側に帯電したトナー粒子が極端に減少
し、測定にかがらず、分離していないことを確認した。

次に印加する交番電界を矩形波として他は同条件でトナ
ー粒子を捕集し、測定した所、捕集トナー粒子の個数が
約１．５倍になっていることがわかった。

［発明の効果］ 以上説明したように、現像剤担持体とこれに対向し、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
剤担持体上の帯電したトナー粒子を捕集し、帯電量分布
を測定する方法によれば、トナー粒子の帯電特性によら
ず分離、捕集測定が可能で、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り、現像剤担持体が平
板、円筒形等の実様に用いられるもの、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、画像形成
装置との対応が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の概略図、第２図及び第３図は
実施例の測定装置の概略図、第４図は交番電界の波形を
示す図、第５図は実施例の結果を示す図である。 ｌ：現像剤　　　　　　２：現像剤担持体３：電極板　
　　　　　４：帯電トナー粒子５：空気流 ７：電源 １２：演算部 ２１ａ、　２１ｂ　：振動電極 ２３：レーザー発生装置 ２５：窓 ３２：電荷測定装置 ６：スリット １１：帯電量検知部 １３：コンプレッサー ２２：振動発生装置 ２４：レーザー受光装置 ３１：検出電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）現像剤担持体と該現像剤担持体に対向する電極と
   の間に電界を印加し、該電界で測定にかかる帯電現像剤
   を該現像剤担持体より分離せしめさらに該電界と空気流
   により帯電現像剤を測定部に搬送する帯電量分布測定方
   法において該電界が交番電界であることを特徴とする帯
   電量分布測定方法。