JPH0674985A - トナー帯電量測定装置、及びトナー帯電量測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は電子写真方式、又は静電記録方式を
用いた記録装置であり、トナー担持体上に吸着するトナ
ーの帯電量を測定するトナー帯電量測定装置に係り、正
確なトナーの帯電量の測定を可能としたトナー帯電量測
定装置、及びトナー帯電量測定方法を提供することを目
的とする。 【構成】 表面電位計１５により対向電極１１の表面電
位、及び対向電極１１に吸着するトナーＴの表面電位を
測定し、その測定電位差をトナーのみの表面電位とし、
レーザ変位計１６により対向電極１１までの距離、及び
トナー層の表面までの距離を測定し、その距離差をトナ
ー層の層厚として、トナー帯電量Ｑ’を計算する式
（Ｑ’＝｛（２εo ×εt ）／（δ×ｐ×ｄt²）｝×Ｖ
H （クーロン／ｍ））に代入し、トナー帯電量Ｑ’を演
算するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真方式、又は静電
記録方式を用いた記録装置に係り、特にトナー担持体上
に吸着するトナーの帯電量を測定するトナー帯電量測定
装置、及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式、又は静電記録方式を用い
た記録装置においては、普通紙に画像を形成する為、現
像処理により例えば感光体ドラムや対向電極等のトナー
担持体上にトナーを一旦担持させ、普通紙への転写処理
を行って普通紙への画像形成を行う。したがって、トナ
ー担持体上にトナーを吸着させる際にトナーの帯電量は
画像濃度や印字品質に直接影響し、トナーの帯電量を知
ることは重要である。

【０００３】そこで従来、トナーの帯電量を測定する方
法が提案されている。図８は所謂ブローオフ法によるト
ナー帯電量の測定方法である。このブローオフ法は、現
像剤がトナーとキャリアより成ることから、現像剤の帯
電量及びキャリアの帯電量を測定し、その測定結果から
トナーの帯電量を演算するものである。すなわち、両端
にメッシュ（所定の目の粗さを有する網）２０ａ、２０
ｂが施された導体容器２１にトナーＴとキャリアＣから
なる現像剤を入れ、導体容器２１をコンデンサ２２を介
して接地する。この状態でコンデンサ２２の両端の電位
を電位計２３で測定し、現像剤（トナーＴとキャリアＣ
全体）の有する帯電量を測定する。次に、ノズル２４か
ら圧縮ガス２５をメッシュ２０ａを介して導体容器２１
内の現像剤に吹きつけ、トナーＴのみを通すメッシュ２
０ｂを介してトナーＴのみを排除する。この状態で上述
と同様、コンデンサ２２の両端の電位を電位計２３で測
定し、キャリアＣのみの帯電量を測定する。その後、Ｑ
＝Ｃ・Ｖの計算式、及び上述の２回の電位計２３の測定
結果からトナーのみの帯電量Ｑ’を演算するものであ
る。

【０００４】

【従来技術の問題点】しかしながら上述のブローオフ法
では、トナーＴの粒径がキャリアＣの粒径より小さく且
つ粒径の差が大きいことを前提にしているが、記録装置
によってはトナーＴとキャリアＣの粒径が近いものを使
用する場合もある。かかる場合、メッシュ２０ｂからキ
ャリアＣの一部も除去され、トナーＴとキャリアＣの完
全な分離ができず、正確なトナー帯電量の測定ができな
い。

【０００５】

【発明の目的】本発明は上記従来の問題点に鑑み、正確
なトナーの帯電量の測定を可能としたトナー帯電量測定
装置、及びトナー帯電量測定方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【発明の要点】上記目的は本発明によれば、表面にトナ
ーを担持するトナー担持体と、該トナー担持体上にトナ
ーを担持又は非担持に制御する制御手段と、前記トナー
担持体の表面に近接し該トナー担持体上の電位量及び該
トナー担持体に担持されたトナーの電位量を測定する電
位量測定手段と、前記トナー担持体の表面に近接し該ト
ナー担持体の表面及び該トナー担持体表面に担持された
トナー層との距離を測定する距離測定手段とを備え、前
記電位量測定手段による前記トナー担持体上及び前記ト
ナー担持体上に担持されたトナーの電位量と、前記距離
測定手段による前記トナー担持体上及び前記トナー担持
体上に担持されたトナー層表面上との距離とを基に前記
トナーの帯電量を演算する演算手段とを有することを特
徴とするトナー帯電量測定装置を提供すること。及び、
表面にトナーを担持するトナー担持体上のトナーの帯電
量を測定するトナー帯電量測定方法において、前記トナ
ーが非担持の状態で前記トナー担持体上の電位量を測定
する工程と、前記トナー担持体と前記距離測定手段との
距離を測定する工程と、前記トナー担持体にトナーを担
持させる工程と、前記トナーを担持した状態で前記トナ
ー担持体上の電位量を測定する工程と、前記トナー担持
体上のトナー層表面と前記距離測定手段との距離を測定
する工程と、前記各測定工程により得られた測定結果を
基に前記トナーの帯電量を演算する工程とよりなること
を特徴とする。

【０００７】

【実 施 例】以下、本発明の一実施例について図面を
参照しながら説明する。図２は本実施例のトナー帯電量
測定装置を適用する静電記録装置の全体構成図である。
同図において、１は普通紙Ｐを積載収納した給紙カセッ
トであり、静電記録装置の機体側部に挿脱自在に装着で
きる構成である。給紙コロ１ａは矢印方向に回動可能に
構成され、給紙コロ１ａの用紙搬送方向下流側にはガイ
ド板２ａを介して待機ロール対３が配設されている。待
機ロール対３は給紙コロ１ａにより搬出された普通紙Ｐ
の給送を一旦停止させ、給送姿勢を整わせた後、下流側
の用紙搬送経路２ｂへ記録画像の到達タイミングと同期
する様に再給送する。

【０００８】また、用紙搬送経路２ｂは待機ロール対３
から斜め下方に延設され、用紙搬送経路２ｂを通過した
普通紙Ｐは画像転写部Ｔに送られる。画像転写部Ｔは、
円筒状の対向電極１１と転写器４で構成され、対向電極
１１と転写器４が対向配置されている。普通紙Ｐは上述
の対向電極１１と転写器４間を搬送され、その際対向電
極１１の周表面に形成されその回転と共に搬送されてき
たトナー画像が、普通紙Ｐに転写される。尚、対向電極
１１に形成されるトナー画像は後述する画像形成部６で
作成される。

【０００９】トナー画像が転写された普通紙Ｐは、転写
されたトナー画像に影響を与えないよう、普通紙Ｐの上
面がエアーサクション方式の搬送ベルト２ｃに導かれ、
定着ロール５ａ、５ｂに送られる。定着ロール５ａ、５
ｂ間に挟持された普通紙Ｐ上のトナー画像は、熱と圧力
により用紙に定着され、排出口２ｄを通過して排紙トレ
イ２ｅへ排出される。 図３は上述の画像形成部６の拡
大図である。画像形成部６はトナー貯留層６ａと現像記
録層６ｂで構成されている。トナー貯留層６ａ内にはト
ナーＴが収納され、攪拌部材７により攪拌され固着化等
が防止される。トナー貯留層６ａ内のトナーＴは、トナ
ー補給口８を介して現像記録層６ｂへ補給される。

【００１０】現像記録層６ｂ内には、現像ロール１０、
トナー担持体としての対向電極１１、及びオーガロール
１２ａ、１２ｂが配設されている。オーガロール１２ａ
は矢印イ方向に回転し、又オーガロール１２ｂは矢印ロ
方向に回転し、共に現像記録層６ｂ内のトナーＴ及びキ
ャリアＣに所定の摩擦帯電を行っている。現像ロール１
０は回転軸１０ａ’に固設されたマグネットロール１０
ａと、マグネットロール１０ａの外周に設けられた固定
スリーブ１０ｂで構成されている。マグネットロール１
０ａには交互にＮ極、Ｓ極が形成された８極の磁極が設
けられ、上述の回転軸１０ａ’の回転に伴って矢印ハ方
向に回転可能に構成されている。この為、マグネットロ
ール１０ａの磁力により固定スリーブ１０ｂ上のトナー
Ｔ及びキャリアＣは、固定スリーブ１０ｂ上を矢印ニ方
向に移動する。

【００１１】一方、対向電極１１は上記現像ロール１０
の上方に配設され、所定の隙間Ｌを保持して現像ロール
１０上に配設された不図示の電極と対面して配設されて
いる。対向電極１１は表面に黒色クロメイト処理が施さ
れたアルミパイプ等で構成され、バイアス電源１７（図
２）から所定の電圧が印加される。また、対向電極１１
は不図示の回転軸を介して矢印ホ方向に回転可能に構成
されている。

【００１２】ここで、簡単に対向電極１１にトナーＴが
現像（担持）されるまでの工程を説明する。先ず、マグ
ネットロール１０ａの有する磁力により固定スリーブ１
０ｂにトナーＴ及びキャリアＣが付着し、マグネットロ
ール１０ａの矢印ハ方向の回転に伴って、トナーＴ及び
キャリアＣは固定スリーブ１０ｂ上を前述の如く、矢印
ニ方向に移動する。その後、トナーＴ及びキャリアＣが
記録部Ｗに達すると、対向電極１１と現像ロール１０に
配設された電極間に印加される電圧により、キャリアＣ
の先端に位置するトナーＴは対向電極１１に静電吸着す
る。このようにして、印字データに従った対応するトナ
ー画像が対向電極１１に形成される。尚、図３に示す駆
動回路１３は、印字データに従った電圧を現像ロール１
０に配設された電極に印加し、対向電極１１にトナー画
像を形成する為の制御を行う制御手段である。

【００１３】図１の（ａ）、（ｂ）は、上述のようにし
てトナーが静電吸着した対向電極１１上のトナーの帯電
量を測定する構成を説明する図である。同図の（ａ）は
対向電極１１の表面電位を測定する構成であり、対向電
極１１の周面１１′から距離Ｌ１離れた位置に電位量測
定手段としての表面電位計１５が配設されている。ま
た、同図の（ｂ）は対向電極１１に静電吸着するトナー
Ｔの層厚を測定する構成であり、対向電極１１の周面１
１″から距離Ｌ２離れた位置に距離測定手段としてのレ
ーザ変位計１６が配設されている。尚、同図の（ａ）、
（ｂ）からは表面電位計１５とレーザ変位計１６は別体
に設けられたように見えるが、両測定器は不図示の筐体
に一体として配設され、対向電極１１の軸方向（図１の
紙面垂直方向）に対して異なった位置に取り付けられた
構成である。尚、同図の（ａ）、（ｂ）に示すＷは、上
述の図３に示した記録部Ｗの位置に対応する。

【００１４】本実施例ではトナーＴの帯電量の測定の為
に、上述の如く、表面電位計１５、及びレーザ変位計１
６を使用するのは以下の理由からである。すなわち、ト
ナーＴの帯電量Ｑ’は、 Ｑ’＝｛（２εo ×εt ）／（δ×ｐ×ｄt²）｝×ＶH （クーロン／ｍ） ・・・・・（１） （但し、εo は真空の誘電率を示し、εt はトナーＴの
比誘電率を示し、ＶH は対向電極１１上のトナーＴの表
面電位を示し、δはトナーＴの真空度を示し、ｄt は対
向電極１１上のトナーＴの層厚を示し、ｐはトナーＴの
充填率を示す）の式を演算することにより求められ、上
記εo 、εt 、δ、ｐは各々予め定まった定数である。
したがって、対向電極１１上のトナーＴの表面電位であ
るＶH を図１の（ａ）に示す表面電位計１５で測定し、
対向電極１１上のトナーＴの層厚であるｄt を同図の
（ｂ）に示すレーザ変位計１６で測定するものである。

【００１５】次に、上述のトナーＴの表面電位ＶH 、及
びトナーＴの層厚ｄt の測定手順を図４に示す工程図を
用いて説明する。先ず、表面電位計１５の初期設定を行
う（工程（以下Ｋという）１）。この初期設定は、例え
ば表面電位計１５を対向電極１１の直近の周面１１’の
位置から距離Ｌ１の位置に正確に設定し、また表面電位
計１５への電源の供給処理等を行うものである。次に、
レーザ変位計１６についても同様に、周面１１”の位置
から距離Ｌ２の位置に正確に設定し、電源の供給等の初
期設定処理を行う（Ｋ２）。

【００１６】次に、現像剤ロール１０等の予備運転を行
う（Ｋ３）。この予備運転は、例えば現像ロール１０、
対向電極１１、攪拌ロール７、オーガロール１２ａ、１
２ｂ等を駆動し、所謂現像剤のチャージアップを行う。

【００１７】次に、駆動回路１３、及びバイアス電源１
７から出力を行うことなく、所定のタイミングで表面電
位計１５、及びレーザ変位計１６を駆動し、対向電極１
１の表面電位、及び対向電極１１の周面の位置１１”と
レーザ変位計１６との間隔を測定する（Ｋ４）。この時
の測定状態を示す図が図５である。また、図６はその測
定タイミングを示すタイムチャートであり、上述の対向
電極１１の表面電位、及び位置１１”とレーザ変位計１
６との間隔の測定は同図に示す如くｎ回行い、これらｎ
回の測定データｈ１〜ｈｎ、及びｂ１〜ｂｎを不図示の
メモリに記憶する。

【００１８】次に、バイアス電源１７から対向電極１１
に所定電圧を印加し、且つ駆動回路１３から不図示の電
極に全てのドットを印字すべきデータを出力し、固定ス
リーブ１０ｂ上のトナーＴを対向電極１１に静電吸着
（現像）させる（Ｋ５）。この処理により、対向電極１
１上には、トナー層が形成される。

【００１９】次に、上述の現像処理を開始して時間Ｔｍ
経過後、再度対向電極１１の表面電位、及び対向電極１
１の周面の位置１１”とレーザ変位計１６との間隔を測
定する（Ｋ６）。尚、この測定も上述と同様ｎ回行い、
ｎ回の測定データｈ１’〜ｈｎ’、及びｂ１’〜ｂｎ’
をメモリに記憶する。尚、バイアス電源を対向電極１１
に印加し、電源が立ち上がってから時間３・Ｔｍ／４
（Ｔｍは対向電極１１が１回転する期間である）経過後
上述の測定処理を行うのは、図１に示す如く記録部Ｗか
ら矢印ホ方向に３／４回転ずれた位置が測定開始箇所で
あることを意味する。

【００２０】その後、固定スリーブ１０ｂ上に残ったト
ナーＴ及びキャリアＣは掻き取り板１４により固定スリ
ーブ１０ｂの周面から掻き落とされる（Ｋ７）。次に、
上述のメモリに記憶された現像前及び現像後の表面電位
の測定データ、及び位置１１”とレーザ変位計１６との
距離の測定データが読み出され、前述の（１）式に基づ
くトナーＴの帯電量の演算処理が行われる（Ｋ８）。こ
の処理は、先ずｎ回行われた測定データに対して各回毎
にその差を演算する。例えば、１回目の表面電位データ
の差はＶH1＝ｈ１−ｈ１’で計算し、２回目の差はＶH2
＝ｈ２−ｈ２’で計算し、・・・ｎ回目の差はＶHn＝ｈ
ｎ−ｈｎ’で計算する。ここで、対向電極１１にトナー
Ｔが静電吸着する前の表面電位の測定データｈ１、ｈ
２、・・・ｈｎは対向電極１１の表面電位そのものであ
り、対向電極１１にトナーＴが静電吸着した後の表面電
位の測定データｈ１’、ｈ２’、・・・ｈｎ’は対向電
極１１の表面電位及びトナーの表面電位が加わったもの
である。したがって、上述の如く両データの差のデータ
ＶH1、ＶH2、ＶHnはトナーＴのみの表面電位を示すデー
タである。一方、位置１１”とレーザ変位計１６との距
離についても同様に、１回目の測定での距離の差は、ｄ
t1＝ｂ１−ｂ１’で計算し、２回目の測定での距離の差
は、ｄt2＝ｂ２−ｂ２’で計算し、・・・ｎ回目の測定
での距離の差は、ｄtn＝ｂｎ−ｂｎ’で計算する。この
距離の差のデータは、結局対向電極１１上のトナー層の
層厚を示すものである。

【００２１】以上の計算によりｎ個のトナーＴの表面電
位ＶH のデータ、及びｎ個のトナーＴの層厚ｄｔのデー
タを得ることができる。そして、このデータを前述の
（１）式に代入し、トナーＴの帯電量Ｑ’を演算するこ
とができる。尚、ｎ回の測定データを使用するのは、測
定誤差を少なくする為である。

【００２２】ここで図５に示すように表面電位計１５の
測定スポット径とレーザ変位計１６の測定スポット径が
異なることがわかる。（１）式からわかるように層厚ｄ
t は帯電量Ｑ′に対して逆２乗に比例するため、層厚ｄ
t は正確に測定する必要がある。今仮に対向電極１１の
周長が１００ｍｍで、測定回数ｎを１００回とし、レー
ザ変位径１６の測定スポット計を１ｍｍ、表面電位計１
５の測定スポット径を５ｍｍとした場合、レーザ変位計
１６により現在測定しているデータをその前後２箇所の
合計５箇所すなわち５ｍｍの範囲のデータの平均値をと
ることにより、レーザ変位計１６と表面電位計１５の分
解能を等価的に等しくすることができる。図７は上述の
本実施例により求めたトナーＴの帯電量の計算結果と、
従来のブローオフ法により求めた結果とを比較した図で
ある。本実施例の測定結果と、ブローオフ法の測定結果
（但しブローオフ法による測定は本トナーと大粒径のキ
ャリアを用いて行った）とはほぼ同一の傾斜を示すこと
が解る。従って本案の測定結果に所定の係数をかけるこ
とにより、ブローオフ法で測定した場合の結果に置き換
えることができる。また、この係数は表面電位計のスポ
ット径により異なり、スポット径が大きいほど測定結果
は大きくなるのでそれに応じた係数により補正すればよ
い。尚、同図に示すシリカ充填率は空間に占めるトナー
Ｔの割合をいう。

【００２３】尚、本実施例では対向電極１１の表面に黒
色クロメイト処理を施したが、これは本実施例が黒色ト
ナーを使用する為であり、レーザ変位計１６により正確
な距離測定を行う為である。したがって、他の色のトナ
ー（所謂カラートナー）を使用する場合には、そのトナ
ーの色と反射効率の等しい導電性メッキを施す構成とす
れば良い。

【００２４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ればトナーとキャリアの粒径が近い現像剤を使用した場
合のトナーの帯電量を測定する場合でも、正確なトナー
帯電量を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例のトナー帯電量測定装置の構成図であ
る。

【図２】一実施例のトナー帯電量測定装置を適用した静
電記録装置の模式的断面図である。

【図３】図２に示す静電記録装置に配設された画像形成
部の模式的断面図である。

【図４】一実施例のトナー帯電量測定装置の工程を説明
する工程図である。

【図５】トナー帯電量の測定状態を説明する図である。

【図６】一実施例のトナー帯電量測定装置の動作を説明
するタイムチャートである。

【図７】従来例と一実施例のトナー帯電量の測定結果の
差を示す図である。

【図８】従来のトナー帯電量の測定方法を説明する図で
ある。

【符号の説明】

６ 画像形成部 １０ 現像ロール １０ａ マグネットロール １０ｂ 固定スリーブ １１ 対向電極 １３ 駆動回路 １５ 表面電位計 １６ レーザ変位計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面にトナーを担持するトナー担持体
   と、 該トナー担持体上にトナーを担持、又は非担持に制御す
   る制御手段と、 前記トナー担持体の表面に近接し、該トナー担持体上の
   電位量及び該トナー担持体に担持されたトナーの電位量
   を測定する電位量測定手段と、 前記トナー担持体の表面に近接し、該トナー担持体の表
   面及び該トナー担持体表面に担持されたトナー層との距
   離を測定する距離測定手段とを備え、 前記電位量測定手段による前記トナー担持体上及び前記
   トナー担持体上に担持されたトナーの電位量と、前記距
   離測定手段による前記トナー担持体上及び前記トナー担
   持体上に担持されたトナー層表面上との距離とを基に、
   前記トナーの帯電量を演算する演算手段と、 を有することを特徴とするトナー帯電量測定装置。
2. 【請求項２】 表面にトナーを担持するトナー担持体上
   のトナーの帯電量を測定するトナー帯電量測定方法にお
   いて、 前記トナーが非担持の状態で前記トナー担持体上の電位
   量を測定する工程と、 前記トナー担持体と前記距離測定手段との距離を測定す
   る工程と、 前記トナー担持体にトナーを担持させる工程と、 前記トナーを担持した状態で前記トナー担持体上の電位
   量を測定する工程と、 前記トナー担持体上のトナー層表面と前記距離測定手段
   との距離を測定する工程と、 前記各測定工程により得られた測定結果を基に前記トナ
   ーの帯電量を演算する工程と、 よりなることを特徴とするトナー帯電量測定方法。