JPH05164676A - トナー測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナーの粒径や帯電量を高精度で測定すると
ともに、保守管理が容易なトナー測定装置を提供する。 【構成】 鉛直方向に試料通路３４が形成された測定セ
ル３１と、測定セル３１内部に音波を発するとともに水
平方向に直流電界を形成可能な一対の振動極板３５ａ・
３５ｂと、試料通路３４および電界に直交するレーザビ
ーム４２を照射して試料２の運動を検知するレーザドッ
プラー速度計とを備えたトナー測定装置の、試料通路３
４と振動極板３５ａ・３５ｂとの間をエアカーテン６０
で仕切る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子写真やプリ
ンタに使用するトナーの静電特性を測定する装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真プロセスの中で現像システムは
画像形成に重要な工程である。その現像剤には、色調、
機能を出すためのトナー成分と、そのトナー成分の担体
である磁性キャリア成分とからなる二成分現像剤が多く
使用されてきた。最近では磁性トナーを用い、キャリア
を必要としない一成分の現像剤が使用されている。電子
写真は微粉体の静電特性を利用したシステムであるた
め、画像品質を向上させるには現像剤の粒径や帯電量を
正確に測定することが必要である。

【０００３】図１にトナー測定装置の一例を示す。この
測定装置は、測定部３０、レーザ光学系４０および演算
部５０で構成され、一定周波数の空気振動場と一様な直
流電界とが形成された測定セル３１の内部を、トナーを
鉛直下方に通過させ、その際の粒子の運動をレーザドッ
プラー法により測定し、そのデータより個々の粒子の粒
径および帯電量を算出するものである。

【０００４】図７に測定部３０の拡大透視図を示す。測
定セル３１は略立方体形状で、その上面のスリーブ３２
から下面のスリーブ３３にかけて、試料２が移動する通
路３４が形成されている。側面にはメッシュ状の極板と
スピーカとを一体にした一対の振動極板３５ａ・３５ｂ
が対向して平行に配置されている。測定セル３１はレー
ザ管４１から発したレーザビーム４２が振動極板３５ａ
・３５ｂにより形成された直流電界と試料通路３４とを
横切って通過するように配置される。演算部５０は、光
電子増倍管４８の出力を増幅する増幅器５１、演算回路
５２、マイクロコンピュータ５３およびプロッタ５４を
この順に接続したものである。

【０００５】この測定装置は以下のように使用する。ス
リーブ３２へトナー２を供給し、スピーカから基準とな
る音波を発振すると、トナー２は音波による気体の振動
と同じ周期で水平方向に振動しながら測定セル３１内部
を鉛直下方へ移動する。このときトナー２は慣性力に応
じて振動の位相ずれを生じ、大きなトナー２ほど基準の
音波から遅れて振動する。また、振動極板３５ａ・３５
ｂ間に直流電流を印加すると、トナー２は振動しながら
水平方向の電界の作用を受け、帯電量に応じて鉛直方向
から偏って移動する。測定セル３１内を移動するトナー
２にレーザビーム４２を照射し、レーザドップラー法に
よりトナー２の位相遅れと偏流度とを測定すれば、粒子
の運動方程式から個々のトナー２の粒径と帯電量とを求
めることが出来る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したようにこのト
ナー測定装置はトナー２の粒径と帯電量とを求めること
が可能であるが、移動中のトナー２がスリーブ３２や測
定セル３１の内壁に接触したり付着することがある。内
壁に接触したトナー２からは正確な粒径や帯電量を求め
ることは出来ない。また、一旦付着したトナーが再度落
下すると測定精度が低下してしまう。特にトナー２が振
動極板３５ａ・３５ｂに付着すると電界の形成に悪影響
を及ぼすため、付着したトナー２の除去作業に手間がか
かる。特に、測定するトナー種が変わるときには念入り
な清掃が必要である。

【０００７】本発明は前記の課題を解決するためなされ
たもので、トナーの粒径や帯電量を高精度で測定すると
ともに保守管理が容易なトナー測定装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明のトナー測定装置を一実施例に対応
する図１および図２を用いて説明する。図１は本発明の
トナー測定装置の全体構成図、図２はトナー測定装置の
測定部３０の縦断面図である。

【０００９】これらの図に示すように本発明のトナー測
定装置は、鉛直方向に試料通路３４が形成された測定セ
ル３１と、測定セル３１内部に音波を発するとともに水
平方向に直流電界を形成可能な一対の振動極板３５ａ・
３５ｂと、試料通路３４および電界に直交するレーザビ
ーム４２を照射して試料２の運動を検知するレーザドッ
プラー速度計とを備えている。試料通路３４と振動極板
３５ａ・３５ｂとの間はエアカーテン６０で仕切られて
いる。

【００１０】

【作用】スリーブ３２から測定セル３１に試料２を供給
すると、試料２は図３に示すように音波による気体の振
動と同じ周期で水平方向に振動しながら鉛直下方へ移動
する。振動極板３５ａ・３５ｂ間に直流電流を印加する
と、図４に示すように、試料２はその粒径に応じて振動
しながら水平方向の電界の作用を受け、帯電量に応じて
鎖線示のような鉛直方向からの偏りを生じる。測定セル
３１内を移動する試料２にレーザビーム４２を照射して
レーザドップラー法により試料２の位相遅れと水平方向
への偏流度とを測定すれば、粒子の運動方程式から試料
２の粒径と帯電量とが求められる。試料２がスリーブ３
２や測定セル３１を移動する際に、その移動方向がず
れ、振動極板３５ａや３５ｂに接近した場合でも、試料
２はエアカーテン６０の気流６１に遮られ、振動極板３
５ａや３５ｂに接触したり付着することはない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明のトナー測定装置の一実施例の全体構成図である。
この測定装置は、測定部３０、レーザ光学系４０および
演算部５０で構成されている。

【００１２】図２に測定部３０の縦断面を示す。測定セ
ル３１は略立方体形状で、上面には試料入口であるスリ
ーブ３２、下面には試料出口であるスリーブ３３が設け
られる。スリーブ３２からスリーブ３３にかけては試料
であるトナー２が移動する通路３４になっている。スリ
ーブ３３の下部には試料搬送の気流を発生する送風器３
９が取付けてある。側面には一対の振動極板３５ａ・３
５ｂが対向して平行に配置されている。振動極板３５ａ
・３５ｂはメッシュ状の極板とスピーカとを一体にした
ものである。振動極板３５ａ・３５ｂには直流電源３７
および音波発生器３８が接続される。測定セル３１の上
部には振動極板３５ａ・３５ｂが取付けられた内壁３１
ａ・３１ｂの表面に沿って気流６１を下方へ吹き出すエ
アカーテン６０が設けられている。エアカーテン６０に
は測定セル３１外部の窒素ガス源６５が接続される。測
定セル３１の底面には気流６１を受けて排出する排気口
６２が取付けられている。

【００１３】レーザ光学系４０は、レーザ管４１、ミラ
ー４３、ビームスプリッタ４４、ミラー４５・４６ａ・
４６ｂ、集光レンズ４７および光電子増倍管４８で構成
される。測定セル３１はミラー４６ａ・４６ｂと集光レ
ンズ４７との間に配置され、レーザ管４１から発したレ
ーザビーム４２が振動極板３５ａ・３５ｂにより形成さ
れた直流電界と試料通路３４とを横切って通過するよう
になっている。

【００１４】演算部５０は、光電子増倍管４８の出力を
増幅する増幅器５１、演算回路５２、マイクロコンピュ
ータ５３およびプロッタ５４をこの順に接続したもので
ある。

【００１５】この測定装置は以下のように使用する。送
気装置３９を付勢して通路３４に鉛直下方へ向かう気流
を発生させる。窒素ガス源６５からエアカーテン６０へ
窒素ガスを供給すると、吹き出した窒素ガス６１は内壁
３１ａ・３２ｂ、即ち振動極板３５ａ・３５ｂに沿った
薄い層流となって鉛直下方へ流れ、排気口６２からセル
３１の外部へ排出される。

【００１６】スピーカから基準となる音波を発振し、測
定セル３１にトナー２を供給すると、トナー２は図３に
示すように音波による気体の振動と同じ周期で水平方向
に振動しながら送風器３９により生じた気流とともに鉛
直下方へ移動する。このときトナー２の慣性力、即ち粒
径に応じて振動の位相ずれを生じる。そのため、大きな
トナー２ほど基準の音波から遅れて振動し、図３のよう
な軌跡を描く。例えばθ₁ は音波振動に対する細かいト
ナー２の位相遅れ、θ₂ は粗いトナー２の位相遅れであ
る。また、振動極板３５ａ・３５ｂ間に直流電流を印加
すると、図４に示すように、トナー２はその粒径に応じ
て振動しながら水平方向の電界の作用を受け、帯電量に
応じて鎖線示のような鉛直方向からの偏りを生じる。

【００１７】測定セル３１内のトナー２が極端にずれて
移動すると振動極板３５ａ・３５ｂに接近することがあ
るが、トナー２の動きはエアカーテン６０の窒素ガス流
６１によって遮られ、振動極板３５ａ・３５ｂに接触し
たり付着することはない。振動極板３５ａ・３５ｂに接
近したトナー２は気流６１とともに排気口６２からセル
３１の外部へ排出される。

【００１８】トナー２の粒径と帯電量は以下のようにし
て測定される。測定セル３１内を移動するトナー２にレ
ーザビーム４２を照射すると、トナー２により散乱され
た光は、ドップラー効果により速度に比例した周波数偏
移を生じる。そこで散乱光と照射光とを光電子増倍管４
８で同時に受けてそれらを合成すれば、速度に比例した
うなり信号（周波数差）が得られるので、トナー２の位
相遅れと水平方向の偏流度が正確に求められる。個々の
トナー２の粒径と帯電量は、これらのデータに基いて以
下に示す粒子の運動方程式から演算することが出来る。

【００１９】測定セル３１の中に u₀ sin ωt で振動す
る直流振動極板３５ａ・３５ｂがあり、その間を気流と
共に直径d_p、質量M_Pの粒子が通過する際、粒子の運動方
程式は水平方向の速度v_pについて式［１］で与えられ
る。

【００２０】

【数１】

【００２１】ここでτ_p は緩和時間と呼ばれ、式［２］
で表わされる。

【００２２】

【数２】

【００２３】（C_cはカニンガムのスリップ補正係数、η
は気体の粘性係数） 式［１］の定常解は、式［３］で与えられる。

【００２４】

【数３】

【００２５】ここで

【００２６】

【数４】

【００２７】従って振動極板３５ａ・３５ｂの基準波
u₀ sinωt からの粒子振動 v_p(t)の位相遅れθを測定す
ることにより、式［４］から個々の粒子の緩和時間τ_P
が求まり、これから粒子の空気力学的径が得られる。

【００２８】一方、直径d_pの粒子が電気量Ne（ e :素電
荷＝1.60×10^-19c）を持つ場合、その粒子は電界からの
力を受けて鉛直方向からのずれを生じる。この粒子の一
定直流電界Ｅによる移動速度成分をv_eとすると力のバラ
ンスより、

【００２９】

【数５】

【００３０】となる。従ってレーザドップラー法により
v_p と同時に v_e を測定すれば、先に求めた d_p と合わ
せて上式から粒子の帯電量 N・eが求められる。

【００３１】上記の実施例では振動極板３５ａ・３５ｂ
が設けられた内壁３１ａ・３２ｂのみにエアカーテン６
０を取付けてあるが、レーザビーム４２と直交する内壁
にもエアカーテンを取付けても良い。

【００３２】また、スリーブ３２にもエアカーテン７０
を取付ければトナー２の移動をより安定させることが可
能である。図５に示すように、このエアカーテン７０
は、環状の蓋７１と、導気環７２と、吹き出し環７３と
を重ね合せたもので、中央部の空間はトナー２の通路に
なっている。導気環７２はスリーブ３２と外径が等しい
外リング７４と、それよりも小径な内リング７５とを連
結棒７６で同心状に連結したもので、側面には内部の空
間７７に連通する送気口７８が設けられている。吹き出
し環７３は蓋７１と同形状の板材に、板材を直交して貫
通する複数の吹き出し口７９を形成したものである。各
吹き出し口７９はスリーブ３２の内壁３２ａに沿って配
列している。

【００３３】送気口７８へ送られた窒素ガスは環７２内
部の空間７７を経て吹き出し口７９からスリーブ３２の
内壁３２ａに沿って鉛直下方へ吹き出る。そのため、ス
リーブ３２内を移動するトナー２はエアカーテン７０の
気流８１により遮られ、内壁３２ａに接触したり付着す
ることはない。

【００３４】なお、図５に示したエアカーテン７０では
気流８１をスリーブ３２の中心軸と平行、即ち鉛直下方
へ吹き出しているが、例えば図６に示すように吹き出し
口８３が傾斜した吹き出し環８２を使用し、気流の吹き
出し方向を傾けて内壁３２ａの表面に沿って螺線状に降
下する気流を発生させても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明のト
ナー測定装置は、トナーの粒子が通路の内壁や振動極板
に接触することがないため、測定部におけるトナーの移
動が安定しており、トナーの粒径や帯電量を高精度で測
定することが出来る。また、トナーの粒子が通路の内壁
や振動極板に付着することがないため、通路の周辺部を
清掃する必要がない。そのため、保守管理が容易である
とともに、特性の異なるトナーを装置を清掃することな
く続けて測定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するトナー測定装置の全体構成図
である。

【図２】本発明を適用するトナー測定装置の一実施例を
示す正面図である。

【図３】トナーの粒径測定原理を説明する図である。

【図４】トナーの帯電量測定原理を説明する図である。

【図５】本発明のトナー測定装置を構成するエアカーテ
ンの分解斜視図である。

【図６】エアカーテンの構成部品の要部断面斜視図であ
る。

【図７】従来のトナー測定装置を構成する測定セルの透
視図である。

【符号の説明】

２はトナー、３０は測定部、３１は測定セル、３１ａ・
３１ｂ・３２ａは内壁、３２・３３はスリーブ、３４は
通路、３５ａ・３５ｂは振動極板、３７は直流電源、３
８は音波発生器、４０はレーザ光学系、４１はレーザ
管、４２はレーザビーム、４３・４５・４６ａ・４６ｂ
はミラー、４４はビームスプリッタ、４７は集光レン
ズ、４８は光電子増倍管、５０は演算部、５１は増幅
器、５２は演算回路、５３はマイクロコンピュータ、５
４はプロッタ、６０・７０はエアカーテン、６１・８１
は気流、６２は排気口、７１は蓋、７２は導気環、７３
・８２は吹き出し環、７４は外リング、７５は内リン
グ、７６は連結棒、７７は空間、７８は送気口、７９・
８３は吹き出し口である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉛直方向に試料通路が形成された測定セ
   ルと、測定セル内部に音波を発するとともに水平方向に
   直流電界を形成可能な一対の振動極板と、試料通路およ
   び電界に直交するレーザビームを照射して試料の運動を
   検知するレーザドップラー速度計とを備え、該試料通路
   と該振動極板との間がエアカーテンで仕切られているこ
   とを特徴とするトナー測定装置。