JPH0425772A - 荷電粉体粒子の帯電量測定方法及び装置 - 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］ 本発明はたとえば電子写真用現像剤に用いられるトナー
等の荷電粉体粒子の帯電量を測定する方法及び装置に関
する。

（従来の技術］ 一般に、工学的に応用されている荷電粉体粒子としては
電子写真用トナーが知られている。

このトナーの比電荷（帯電量）を測定する方法は最近開
発され始められているが、その主な方法としては、つぎ
の二つの方法が広く採用されている。

（１）一様流中の１ケ所にトナー群を集中的に導入して
電界下で偏位させ、落下したトナーの位置座標を読みと
ってトナーの比電荷（帯電量）を測定する方法。

（２）トナー群の流れを散在的に作成し、この流れにレ
ーザー光を照射してその反射光によりトナーの流速を求
め、この値から比電荷（帯電量）を測定する方法。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、（１）の方法は、精度に問題があり、ま
た（２）の方法はトナーの流速を算出するため（１）の
方法に比べ精度が高くなる可能性を秘めてはいるが、測
定結果の校正が難かしく、またレーザー光を用いるため
高度の技術と複雑な装置を必要としそのメインテナンス
が高価となる欠点があった。

本発明は安価かつ簡易なメインテナンスによって荷電粉
体粒子の帯電量を簡便かつ高精度で測定し得る方法及び
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明における荷電粉体粒子
の帯電量測定方法は、一様流速の空気流中に荷電粉体粒
子を導き、荷電粉体粒子流を作り、その流れ方向に垂直
な方向に平行な電界を印加し、該電界下で偏位する荷電
粉体粒子群を拡大光学系により拡大し、該拡大映像を光
電換素子によって光電変換し電子情報となし、該電子情
報を加工処理することによって荷電粉体粒子の偏位情報
と粒径を求め、もって荷電粉体粒子の比電荷を算出する
ものである。

そして、測定精度をより一層高めるためには、荷電粉体
粒子群と拡大光学系との間に回転可能もしくは移動可能
な反射鏡を設け、該反射鏡を荷電粉体粒子群の流れ方向
の移動に応じて回転もしくは移動させることにより、光
電変換素子上に前記流れ方向に関しては静止している荷
電粉体粒子群の拡大映像を与えるようにするのが好まし
い。

また、光電変換素子で変換した画情報を一旦画像記録装
置（ビデオテープレコーダー）で記録体に記録した後、
これを再生しながら上記画情報の処理を行なうようにし
てもよい。

また、光電変換素子で映像を撮影しながら、変換された
画情報を記憶し該情報を加工、処理し、結果を電子情報
として記憶するようにしてもよい。

さらに、上記目的を達成するため、本発明の荷電粉体粒
子の帯電量測定装置は、一様流速の空気流中に荷電粉体
粒子を導き、荷電粉体粒子流を作成する装置、該荷電体
粒子流の流れ方向に垂直な方向に平行な電界を印加する
装置、該電界下で偏位する荷電粉体粒子群の像を拡大光
学系により拡大し、該拡大映像を光電変換し電子情報を
得る装置、及び該電子情報を加工処理し荷電粉体粒子の
偏位情報と粒径を求め、これらの値に基づいて荷電粉体
粒子の比電荷を算出する装置を具備して構成される。

そして、測定精度をより一層高めるためには、荷電粉体
粒子群と拡大光学系との間に、光電変換素子上に荷電粉
体粒子流の流れ方向に関しては静止している荷電粉体粒
子群の拡大映像を与えるように荷電粉体粒子群の流れ方
向に応じて回転可能もしくは移動可能な反射鏡を設ける
のが好ましい。

［作　　用］ 本発明の荷電粉体粒子の帯電量測定方法及び装置によれ
ば、荷電粉体粒子流に電界を印加したときに偏位する荷
電粉体粒子群の電子画像情報を得、この情報を加工処理
して偏位情報と粒径を求め、これらデータに基づいて演
算を行うことにより、高度の技術と複雑な装置を必要と
しないで、高精度に所望の荷電粉体粒子の比電荷が得ら
れるようになる。

また、反射鏡を用いた場合には、この反射鏡が流れ方向
に関して静止している荷電粉体粒子群の拡大映像を与え
るように働くので、拡大光学系の倍率を上げなくてもよ
り一層の高精度化が可能となる。

〔実施例〕

第１図は荷電粉体粒子としてトナーを対象とした本発明
の第１の実施例に係る帯電量測定装置の機能構成図であ
り、以下詳細に説明する。

先ず、本実施例におけるトナーの帯電量の測定原理につ
いて説明する。

今、第１図に示すように、一様流速の空気流中にトナー
群を導き、その流れ方向に対して垂直な方向に平行電界
を印加したとする。ここでトナーは球形と近似し、空気
流の流れ方向をＸ方向、電界の印加方向をＸ方向、トナ
ーのＸ方向の速度をＶｚ、トナーのＸ方向の速度をＶｘ
、トナー粒子１個の電荷量をｑ、トナー粒子の半径をｒ
とすると、粘性流体内における物体の受ける抵抗を与え
る法則（ストークスの定理）により次の関係式が得られ
る。

したがって、Ｖｘ／Ｖｚを求めることにより、ｑ／ｒが
求まる。ここでトナーの半径ｒは測定より得られ、トナ
ー密度も既知であるから比電荷ｑ／ｍ（ｍはトナー粒子
１個の質量）が最終的に求まる。

次に、装置構成について説明する。

第１の実施例の装置は、第１図に示すように、横流作成
装置１、電界付与装置２、照明３、拡大光学系４、光電
変換素子５、物理量測定装置６及び情報処理装置７から
構成される。物理量測定装置６は画情報を取り込みなか
ら偏位の情報及び粒径の物理量を計算する装置で、これ
により、実時間の測定が可能となる。

また、第１図の構成で物理量測定装置６の代りに録画再
生装置及び画情報記憶装置で置き換えることもできる。

このような置き換えをしたものを本発明の第２の実施例
とし、その機能構成を第２図に、一部模式化した外観構
成を第３図にそれぞれ示す。

以下、第２の実施例につき第２図及び第３図を参照して
詳細に説明する。なお、図中Ｐはトナー粒子を代表して
示す。−横流作成装置ｌは一様流速の空気流を形成し、
その中にトナー粒子群を導き、トナー流を形成する。電
界付与装置２は一様流作成装置１が形成したトナー流に
その流れ方向に対して垂直な方向に平行電界を付与する
。照明３はトナー粒子の像を生じさせるためのもので、
連続照射光でもよく、録画再生装置８と同期したストロ
ボ光でもよい。また照明３は図示の如く透過光を撮像で
きるようにトナーに対して撮像側と反対に設ける方がコ
ントラストを高くとれるので好ましいが、撮像側と同側
とし反射光を撮像するようにしてもよい。拡大光学系４
はたとえば顕微鏡からなり、偏位するトナー群の像を拡
大して撮像側に与える。光電変換素子５はたとえばＣＣ
Ｄからなり、トナー粒子の像を表わす光信号を映像信号
に変換して出力する。録画再生装置８はたとえばビデオ
テープレコーダーからなり、トナー粒子群の移動映像を
録画、再生する機能を有するとともに、光電変換素子５
を制御する機能（カメラコントローラー）を有する。画
情報記憶装置９は録画再生装置８が再生したトナー粒子
群の移動映像を電子情報として格納する。情報処理装置
７はコンピューターで構成でき、画情報記憶装置９から
画情報を取り込み、その画情報を加工処理し、偏位情報
と粒径の物理量を計算しこれから比電荷ｑ／ｍを算出し
集計する。なお、第３図には各装置を連結するケーブル
と、その中を通る信号の向きが示されている。

次に動作について述べる。

先ず、−横流作成装置ｌにおいて一様流の空気流が形成
され、その中にトナー粒子群が導かれ、トナー流となる
。このトナー流は電界付与装置２が付与する流れ方向と
垂直な平行電界により第３図に示すように途中で偏位す
る。このとき、撮像側とは反対側に設けられた照明３に
よりトナー流に照光が行われ、その透過光によってトナ
ー粒子の像が得られる。この像は拡大光学系４により拡
大され、光電変換素子５の素子面上に結像する。

光電変換素子５は録画再生装置８の制御の下に、トナー
粒子の像の光信号を光電変換して映像信号として録画再
生装置８に高力する。このとき、手動で録画再生装置８
を録画モードに設定し、トナー粒子群の移動映像を録画
する。録画が終了するとテープを巻戻し、情報処理装置
７による自動制御に切り換える。すると情報処理装置７
は録画再生装置８を制御し、通常、スローあるいはスチ
ル（静止）モードの再生を使い分けて行わせ、録画再生
装置８が再生した画面の情報を画情報記憶装置９に取り
込ませる。そして情報処理装置７は画情報記憶装置９が
格納している画情報を加工、処理し、トナーの比電荷の
値を算出するために必要な原始データを計算し、その結
果を記憶する。１つの画面の画情報の処理が終わると、
所定時間経過した次の画面の画情報を同様に処理し、以
下同様にして全部の画面の画情報の処理を行う。原始デ
ータが得られると、これらに基づいて比電荷ｑ／ｍを算
出しこれらを集計する。

次に第４図のフローチャートを用いて情報処理装置７が
原始データを得る手順について詳細に説明する。

先ず、情報処理装置７は画情報記憶装置９から最初の画
面の画情報を取り込み（ステップＳｌ）、これに対し２
値化処理、ノイズ除去等の前処理を施す（ステップＳ２
．Ｓ３）。これらの処理を施した後、トナー粒子１個の
粒径ｄを求め、これから半径ｒを得る（ステップＳ４）
。次にトナー粒子の中心座標、速度Ｖｘ、　Ｖｚの導出
を行い（ステップＳ５．Ｓ６）、その結果を格納する（
ステップＳ７）。以上の処理が終わると、画情報記憶装
置９から次の画面の画情報を取り込み、上記と同様のル
ーチンを、全部の画面の画情報に対し行う。そして原始
データの蓄積が終了すると、これらのデータを基に前述
の関係式にしたがって演算を行い、比電荷ｑ／ｍを得、
集計し結果を得る。

上記実施例では、画情報記憶装置９と情報処理袋Ｍ７と
が別個に設けであるが、両装置を一体化して一台のコン
ピューターで画情報記憶・情報処理装置としてもよい。

この場合、上記実施例の画情報記憶装置９の機能はコン
ピューター内部に組込まれる。

上記実施例では、録画再生装置８における録画までを手
動で行っているが、勿論、これについても情報処理装置
７による自動制御とすることが可能である。

また、録画再生装置８の録画速度が不十分な場合は、フ
ロードナー像を録画する録画装置と、該録画装置で録画
されたテープを情報処理装置７で制御し再生するための
録画再生装置の２台を用いてもよい。この場合は、録画
装置におけるテープへの録画及び該テープを録画再生装
置に装填するところは手動となる。

次に、本発明による第３の実施例について説明する。

本発明の第３の実施例に係る帯電量測定装置の機能構成
を第５図に示す。同図において第１図と同様な要素には
同一符号が付しである。図中、１０は誘導管、１１はス
リット、１２は回転可能な反射鏡であり、また一様流作
成装置及び電界付与装置は図示を省略しである。反射鏡
１２は誘導管１０中のトナー流の流速と、該反射鏡１２
による光像の移動速度が等しくなるように回転するよう
になっている。

動作について説明すると、先ず、一様流作成装置（図示
せず）において−横流の空気流が形成され、その中にト
ナー粒子群が導かれ、トナー流れとなり、誘導管１０に
導入される。トナー流が誘導管［０を通過する際、電界
付与装置（図示せず）の一対の電極が付与する電界によ
り各トナー粒子は偏位する。このとき、照明３からの照
射光により生じるトナー粒子の像はスリット１１を経て
反射鏡１２に当たる。この反射鏡１２は図示しない駆動
手段により、トナー流の流速と、該反射鏡１２による像
の移動速度が等しくなるように回転している。このため
、着目しているトナー粒子を広い範囲で把えることがで
き、また光電変換素子５上に映ったトナー粒子の像は流
れ方向に関しては静止したものとなる。

すなわち、光電変換素子５上言い換えるとモニター画面
上でのトナー粒子の像の動きは第６図に示すように水平
方向（Ｘ方向）における移動のみとなる。第６図にはｎ
番目の画面と（ｎ＋１）番目の画面を同時に示しである
。更に、この場合、トナー粒子の像が流れ方向に関して
相対的に静止するので、ボケがなくなり、鮮明度の高い
画像が得られるというメリットもある。したがって、高
速のトナー流れであっても、画面上で多数のトナー粒子
の移動がとらえられることになる。

光電変換素子５で電気的情報に変換された画像情報は物
理量測定装置６に入り、ここでトナーのＸ方向すなわち
電界印加方向の速度Ｖｘが計算される。速度Ｖｘは、あ
る画面から次の画面に移る時間ｔと、時間を中の移動距
離Ｑとを求めた後、次式０式％ に従って算出される。

Ｖｘの計算結果は直ちに情報処理装置７に送られ、ここ
でトナー流速Ｖｚを用いて前記理論式に従って、ｑ＋ｄ
、ｑ／ｍが計算され集計されていき、−工程が終れば一
測定が完了し、最終計算結果が得られる。

第７図は第３の実施例（第５図）の物理量測定装置８を
録画再生装置８と画情報記憶装置９に置き換えた実施例
（第４の実施例）であり、同装置の動作は第２の実施例
のものと同様で、−旦録画し、これを再生しながら物理
量を求め集計していくことになる。

第８図は第７図に示す第４の実施例の具体的構成図であ
り、ここでは第３図に示した第２の実施例の装置構成と
異なる所について述べる。左側のボックスで示す装置と
右側のボックスで示す装置により誘導管ｌＯ中に一様流
が形成されており、左側のボックスで示す装置からトナ
ーか導かれている。

誘導管１０の上下には平行電界を付与するための一対の
電極１３が設けられている。そして、トナー流れに対し
て垂直に照明３からの照射光が当てられている。この照
射光は前述と同様、連続光でもストロボ光でもよい。照
射光がトナー群に当たってシルエットを担った光像はス
リット１１を介して反射鏡１２に当たり、光電変換素子
５へと導かれる。

誘導管１０において光像が通過する部分はフラット面１
４になっている。また反射鏡ｊ２は前述したように光電
変換素子５上即ちモニター画面上でのトナー粒子の流れ
方向の動きが静止するようモーター１５により所定の回
転速度で回転するようになっている。光電変換素子５よ
り後段の装置構成は第２の実施例と同様である。

以上述べた第３及び第４の実施例では、回転式反射鏡を
用いたが、トナー流の方向と平行に移動するタイプの平
行移動型反射鏡であっても勿識よい。

また、反射鏡の形状は、第９図（ａ）に示すように両面
がミラー面になったものでも、同図（ｂ）、　（ｃ）に
示すように多面体外面がミラー面になったものでもよい
。なお図中斜線部がミラー面を示す。

以上述べた第３及び第４の実施例によれば、第１及び第
２の実施例による効果に加えて、次のような効果が得ら
れる。

第１及び第２の実施例において、粒径等の精度をより一
層高めようとすると拡大光学系の倍ｊｌを上げなければ
ならず、倍率を上げると撮像システムの時間応答が追い
つかなくなる場合が生じる。即ち、１つの荷電粉体粒子
を複数のフレーム上で把えることができなくなり、直ぐ
に画面外に出てしまうといった事態となる。これに対し
、第３及び第４の実施例では、反射鏡を用いることによ
り拡大光学系の倍率を上げた場合でもすぐに画面外に出
てしまうことがなくなり、より一層精度の高い測定が可
能となる。さらに、トナー粒子の像か流れ方向に関して
静止したものになることより、トナー粒子を長い移動距
離にわたって捉えることかでき、よって多数の粒子を鮮
明に捉えることかできる等のメリットがある。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、荷電粉体
粒子流に電界を印加したときに偏位する荷電粉体粒子群
の電子画像情報を得、この情報に基づいて荷電粉体粒子
の比電荷を得るようにしたので、荷電粉体粒子の帯電量
（比電荷）を簡便かつ高精度に測定できる利点がある。

またレーザー光を用いる場合のような高度な技術と複雑
な装置が必要ないので、安価にかつ簡易なメインテナン
スで所望の帯電量測定が可能となる。

更に、荷電粉体粒子群と拡大光学系との間に回転可能も
しくは移動可能な反射鏡を設け、該反射鏡により荷電粉
体粒子群の拡大映像をその流れ方向には静止している如
く与えるようにすることにより上述の利点に加えて、さ
らに−層高精度の測定が可能になるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る帯電量測定装置の
機能構成図、第２図は本発明の第２の実施例に係る帯電
量測定装置の機能構成図、第３図は第２図の装置の外観
構成を示す斜視図、第４図は情報処理装置における原始
データを得る手順を示すフローチャート、第５図は本発
明の第３の実施例に係る帯電量測定装置の機能構成図、
第６図はモニター画面上のトナー粒子像を示す図、第７
図は本発明の第４の実施例に係る帯電量測定装置の機能
構成図、第８図は第７図の装置の外観構成を示す斜視図
、第９図は反射鏡の例を示す図である。 １・・・−横流作成装置　　　　２・・・電界付与装置
３・・・照明　　　　　　　　　４・・拡大光学系５・
・・光電変換素子　　　　　６・・物理量測定装置７・
・・情報処理装置　　　　　８・・・録画再生装置９・
・・画情報記憶装置　　１２・・・反射鏡特許出願人　
株式会社　リ　　コ 第５図 第６図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）一様流速の空気流中に荷電粉体粒子を導き、荷電
   粉体粒子流を作り、その流れ方向に垂直な方向に平行な
   電界を印加し、該電界下で偏位する荷電粉体粒子群を拡
   大光学系により拡大し、該拡大映像を光電変換素子によ
   って光電変換し電子情報となし、該電子情報を加工処理
   することによって荷電粉体粒子の偏位情報と粒径を求め
   、もって荷電粉体粒子の比電荷（単位質量当りの電荷量
   ）を算出することを特徴とする荷電粉体粒子の帯電量測
   定方法。
2. （２）荷電粉体粒子群と拡大光学系との間に回転可能も
   しくは移動可能な反射鏡を設け、該反射鏡を荷電粉体粒
   子群の流れ方向の移動に応じて回転もしくは移動させる
   ことにより、光電変換素子上に前記流れ方向に関しては
   静止している荷電粉体粒子群の拡大映像を与えることを
   特徴とする請求項１記載の方法。
3. （３）光電変換素子で変換した画情報を一旦画像記録装
   置（ビデオテープレコーダー）で記録体に記録した後、
   これを再生しながら上記画情報の処理を行なうことを特
   徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. （４）光電変換素子で映像を撮影しながら、変換された
   画情報を記憶し該情報を加工、処理し、結果を電子情報
   として記憶することを特徴とする請求項１又は２記載の
   方法。
5. （５）（ａ）一様流速の空気流中に荷電粉体粒子を導き
   、荷電粉体粒子流を作成する装置（ｂ）該荷電粉体粒子
   流の流れ方向に垂直な方向に平行な電界を印加する装置 （ｃ）該電界下で偏位する荷電粉体粒子群の像を光学拡
   大系により拡大し、該拡大映像を光電変換し電子情報を
   得る装置 （ｄ）該電子情報を加工処理し荷電粉体粒子の偏位情報
   と粒径を求め、これらの値に基づいて荷電粉体粒子の比
   電荷（単位質量当りの電荷量）を算出する装置 からなることを特徴とする荷電粉体粒子の帯電量測定装
   置。
6. （６）荷電粉体粒子群と拡大光学系との間に、光電変換
   素子上に荷電粉体粒子流の流れ方向に関しては静止して
   いる荷電粉体粒子群の拡大映像を与えるように荷電粉体
   粒子群の流れ方向の移動に応じて回転可能もしくは移動
   可能な反射鏡を設けたことを特徴とする請求項５記載の
   装置。