JPH0314136B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、トナー粒子及び透磁性のキヤリア・
ビーズの乾式型の静電現像剤混合物の動作特性を
分析又は測定する方法に関する。

発明の背景 乾式の静電複写技法では、一極性の静電潜像を
反対極性の微細なトナー粒子で現像し、原画と逆
の可視像を形成し、次いでこの可視像を例えば紙
であるコピー媒体に転与する。この後、コピー用
紙上のトナー像はコピー用紙に定着されて完成コ
ピーとなる。

この分野で知られた１つのトナー付着ステーシ
ヨン即ち現像ステーシヨンは磁気ブラシ現像装置
であり、ここでは透磁性のキヤリア・ビーズがこ
れよりも小粒径の非磁性トナー粒子と混合されて
キヤリア・ビーズ及びトナーが夫々相互に反対極
性に摩擦帯電される。この混合及び帯電の間、ト
ナーがキヤリア・ビーズを覆いそしてこの相互に
反対の帯電関係によりキヤリア・ビーズに保持さ
れる。このトナーで覆われたキヤリア・ビーズが
潜像に接触するとトナーの一部はキヤリア・ビー
ズから潜像に引きつけられる。

略同じサイズのトナー及びマイクロキヤリア粒
子を略同じ大きさの樹脂材料で形成することがで
き、そしてキヤリア粒子は磁化性の材料を含むこ
とも知られている。この型のいくつかのもので
は、トナー粒子だけがコピー媒体に移され、一方
他のいくつかのものでは、トナー及びキヤリアの
両方が用紙に移される。米国特許第4254203号は
後者のものを示している。この特許では、混合物
の一部を複写機の光導電体及び磁気ブラシ現像ロ
ーラである２つの部材の間に置き、この２つの部
材を電圧−電流計回路内に組込み、複写機の実際
の動作をシユミレートするためにこの混合物に圧
力を加え、そして抵抗を計算することにより混合
物の電気抵抗が測定され得ることが提案されてい
る。

或る例示的な複写装置では、静電潜像は負の極
性である。そしてこの装置に対してはキヤリア及
びトナーは夫々負及び正となるように摩擦帯電さ
れねばならない。

トナー及びキヤリアより成る２成分現像混合物
を用いる複写装置では、トナーはこれがコピー・
シート上に付着して複写装置外に取り出されるの
で消費物であり、一方キヤリアは複写装置内に留
まる。かくして、キヤリアの寿命は、これを取替
えることなく数千枚のコピー枚数を複写できるよ
うに長くされねばならない。

キヤリアの劣化を感知するために２成分現像混
合物を試験することが提案されてきた。米国特許
第4195260号はこれの一例を示す。この特許では、
キヤリア・ビーズの劣化を、混合後のキヤリア・
ビーズを覆うトナーの量を最初に感知することに
より調べることが提案されている。次いで、この
ビーズは、これからトナーを一部除去する手段の
影響のもとにおかれる。この手段の例は蒸気であ
る。そしてビーズに残存するトナーの量が再び感
知される。キヤリア・ビーズの劣化は、残存トナ
ー量の増大として検出される。かくして、これら
２つの信号の比較により、現像混合物の交換の必
要性の指示が得られる。

又、トナー及びキヤリアの相互帯電能力は、両
者を撹拌し、そしてトナーを引寄せる極性の帯電
電界スライド上に混合物を注ぎかけることによつ
てもテストされ得る。積分増幅器を有する電子回
路がスライドに接続されておりそしてトナー電荷
の量を与える。スライドを重味付けすると、この
電荷を有していたトナーの重量の値が得られる。
かくして、トナーの電荷−質量比が計算される。
IBM Techical Disclosure Bulletin 1979年６月
の第17乃至20行には上記手順が述べられている。

米国特許第4010366号は、トナー粒子の電荷及
び質量を測定するのにフアラデー箱を使用するこ
とを開示している。

新たに製造したキヤリア・ビーズを複写装置で
使用する前に慣らしを行なうことは知られてい
る。もしもこれが行なわれないと、この混合物を
用いて作られたコピー品質は最初の数百枚乃至数
千枚にわたつて変化しがちである。

米国特許第3960738号及び第3970571号は乾式静
電写真現像剤の人為的なエージング即ち良好な状
態にすることのための装置をしめしている。前者
において、現像混合物は、正もしくは負の電極及
び接地電極により与えられる静電解の中を反復的
に通される。いくらかのトナー粒子は、これと反
対極性の電極へキヤリア・ビーズから引き寄せら
れる。トナーが新たに加えられ、そして上記プロ
セスが繰返される。数時間後、この現像混合物は
複写装置での使用に適した状態にされる。

後者の特許は、キヤリア・ビーズの細孔をトナ
ーでふさぎ、キヤリア・ビーズの表面を電荷制御
剤で覆いそしてキヤリア・ビーズの表面を研磨す
るために乾式静電写真現像剤に対して人為的なエ
ージングを行なうことを示している。

トナー・キヤリア混合物を慣らすための他の方
法がIBM Technical Disclosure Bulletinの1980
年11月の第2230頁乃至第2231頁に示されている。
ここでは、トナー及びキヤリアが容器内で互いに
撹拌される際の相互帯電能力をモニタするための
フアラデー箱技法が示されている。

現像混合物成分をテストする必要性は、更に米
国特許第4242434号に示され、そしてここでは或
る絶縁されたテスト・セル内にキヤリア成分が満
たされる。このテスト・セルは上部電極及び底部
電極を有し、そしてこれらは電流計及び直流電源
と直例に接続される。キヤリアは磁石によりセル
内に留められる。電流対電源電圧の比はキヤリア
成分の導電率を表わす。

本発明の説明 本発明の目的は、トナーとキヤリアの混合物の
動作特性を実際の使用条件に近い状態で精度よく
測定できる、分析装置を提供することにある。

本発明によれば、現像混合物は、密閉容器内に
収容される。次いで、現像混合物は、複写装置の
現像ステーシヨンで生じると同様の機械的な撹拌
を受ける。同時に、この体積内の混合物には、複
写装置での静電潜像がこの光導電体上に荷電トナ
ー粒子を収集すると同等の帯電トナー粒子収集を
行なわせる静電界が印加される。

更に具体的に述べると、上記体積即ちスペース
は、非磁性の電気的絶縁性の壁により互いに分け
られている一対の平行で平坦な非磁性の金属板で
構成される密封型の容器である。この容器は金属
板が水平になるように保たれるのが好ましい。こ
の容器の外側で上記２つの板に隣接する一対の電
磁石は交番的な磁界を現像混合物に印加し、これ
により収容現像混合物は機械的に撹拌されそして
現像混合物は上側の板及び下側の板に交互に当た
る。本発明の良好な実施例においては、上側の板
は、トナーの極性と反対の極性であつて、しかも
好ましくは、複写装置内の潜像を表わす静電界を
現像混合物に与える大きさである直流電圧源に接
続される。この結果、複写装置で現像混合物を使
用する場合と同様にしてトナーはキヤリアから離
れて上側の金属板に付着する。

下側の板は、リセツト可能な積分増幅器
（integrating amplifier）の形をした電荷測定回
路に接続される。この回路の電気的出力信号は時
間の関数として変化し、そして相互に摩擦帯電す
るトナー及びキヤリアの能力、並びに光導電体の
潜像を適正な光学的濃度にまで現像するトナー及
びキヤリア混合物の能力に比例している。

現像混合物が下側板に衝突する時及び現像混合
物が上側板に向つて下側板から離脱する時に下側
板の電荷がサンプルされるように、測定回路のの
動作を磁界の切換えに同期させることが好まし
い。現像剤の混合物が下側板に引き寄せられた時
点で磁界の切換えが確実に停止するようにする手
段がテスト終了時に用いられる。

上記電磁石は、容器の側壁を含まない区域に現
像混合物の振動力を集中するように構成されそし
て配置されることが望ましい。このようにして、
現像混合物は側壁を打ない。

本発明の１つの変形例では、上側電極表面は、
現像混合物が１回以上衝突した後に清浄化され
る。このようにして、以前にこの上側電極に付着
されたトナーは、例えば粒子サイズの如きトナー
の特性の分析のために保持され用いられることが
できる。更に、トナー付着の変動の影響を容易に
分析できるようにするために、静電界の強さを変
えて清浄即ちクリーンな電極が維持されるように
することができる。このクリーン電極を与える機
能は、現像剤混合物が上側電極にない時、即ちこ
れらが下側電極に存在している時に生じる。

誤つた極性に摩擦帯電する粒子をトナーが含む
可能性があるので、本発明の他の特徴によると、
クリーンな下側電極を与えることが行なわれる。
この機能も又混合材の動きと同期され、そして現
像剤混合物が下側即ち底部電極に存在しない時に
行なわれる。このようにして、この底部電極によ
つて、好ましくない帯電を与えるトナーについて
その程度やサイズ等を分析できる。

本発明の良好な実施例の説明 第１図の本発明の実施例は、密封型のサンプル
容器１０を含む。この容器は、非磁性で電気的に
絶縁性の材料（デルリン（商標名）のアセタール
樹脂であるのが望ましい）で形成される環状側壁
部材１１を有する。容器の上部及び下部（底部）
は、非磁性の導電性材料（真鍮が望ましい）の円
状金属板即ち電極１２及び１３により閉ざされ
る。

この第１図の装置は、どのような静電写真トナ
ー及びキヤリアの混合物の動作特性をも測定する
のに有用である。トナー及びキヤリアの寸法の比
が１乃至25の範囲にあるトナー・キヤリア混合物
の特性を測定するのに用いる場合には、容器はそ
の直径が2.5cmであり高さが１cmである寸法のも
のが好ましい。トナー・キヤリア混合物の寸法の
比が約１：１であるマイクロキヤリア混合物の特
性を測定するのに用いる場合には、容器はその直
径が2.5cmで高さが0.625cmである寸法のものが好
ましい。いずれの場合にも、この分析される混合
物のサンプルは容器１０の容積の約１％を占め
る。

非磁性で且つ電気的に絶縁性のクランプ手段
（図示せず）により、その金属板１２及び１３を
側壁部材１１にしつかりとクランプして、この密
封型の容器１０（ここからトナー・キヤリア混合
物が外部に出ない）が完成される。

電磁石１４及び１５がこの容器の上側板及び下
側板の夫々に密接して固定的に配置される。これ
らの電磁石は、発振器型のスイツチ回路１６の出
力により付勢されるべく電気的に接続される。回
路１６はソリツド・ステート型のスイツチである
のが好ましいが、説明の簡略化のため、このスイ
ツチは、２つの固定接点４１及び４２の間に可動
ブレード４０を設けた機械的スイツチとして示さ
れている。ブレード４０は直流電圧源４３に接続
されている。回路１６は、予定のタイミングの動
作シーケンスに従つて、一方の電磁石、次に他方
の電磁石を順次付勢するように働らく。下側電極
から上側電極にトナー・キヤリア混合物を移動さ
せるために、電磁石１４が付勢されそして電磁石
１５が滅勢される。この装置は、振動装置を有し
ており、そしてこの振動装置は、交番的な電界及
び混合物中の磁性キヤリア成分の相互作用により
容器内のトナー・キヤリア混合物を上側電極及び
下側電極に交互に打ちつけさせるために容器と関
連付けられる。本発明の実施例として、回路１６
は、75ミリ秒パルスにより与えられる如く、約７
サイクル／秒の周波数で（即ち、１秒間に各電極
当り７回混合物が当る）動作することが望まし
い。

上側の電極１２は直流電源１７に接続され、そ
してこれの線１８における極性は、容器１０内の
摩擦帯電されたトナーの極性と反対である。

以上述べた第１図の実施例の部分は、トナー・
キヤリア混合物が用いられる静電複写装置内の動
作雰囲気に相似するように構成且つ配列される。
かくして、本発明に従い、例えば容器１０の寸
法、テスト中の混合物のトナー・キヤリア濃度、
電磁石１４及び１５の磁界強度、回路１６の周波
数並びに上部電極１２における電圧の極性及び振
幅等のパラメータは、この分野で周知の基準に従
つて選択されることができる。例えば、もしも複
写装置の静電潜像が−800ボルトであるとすると、
電源１７はこの極性及び振幅を上側電極１２に印
加するように構成され配置される。又、複写装置
の現像ステーシヨンがトナー・キヤリア混合物を
光導電体に打ちつける力と相似又は略同等の力で
上記電磁石は、トナー・キヤリア混合物を上側電
極１２に打ちつける。

容器１０内のトナー・キヤリア混合物は第１図
の装置での使用前に摩擦帯電されることが好まし
い。このことは、容器１０に入れる前に混合物を
撹拌することもしくは、電源１７を電極１２から
切離した状態で、電磁石１４及び１５を短時間付
勢することにより達成されることができる。

下側電極１３は、リセツト可能な積分増幅器１
９に接続される。この変換器の出力２３は２つの
サンプル−保持回路２１及び２２の入力に接続さ
れる。

線２３における電圧をサンプルするこれら回路
２１及び２２の能力は、線２４及び２５上の信号
により振動付与手段即ち電磁石１４及び１５、並
びに回路１６の動作に同期される。更に詳細に説
明すると、線２４上の信号は、トナー・キヤリア
混合物が最初下側電極１３を打つ時のみサンプル
−保持回路２１が線２３上の電圧に応答して付勢
されることを確実にし、そして線２５上の信号
は、トナー・キヤリア混合物がその後下側電極を
去り上側電極１２への道すじにある時にサンプル
−保持回路２２が線２３上の異なる電圧に応答し
て付勢されることを確実にする。

金属板１２及び１３の間のトナー・キヤリア混
合物の振動に関連する物理的現象は次のように理
論付けられる。混合物は最初、負に帯電されたキ
ヤリア粒子及び正に帯電されたトナー粒子を含
み、そしてこの混合物全体では略中立極性である
と確信される。この混合物が負の上側板に最初当
たると、正のトナーの一部分はこの上側板に静電
的に引き寄せられる。この後、磁界が反転されて
サンプル−保持回路２１が条件付けられ、そして
一部のトナーを上側板に残した残りの混合物が下
側板を打つ。この混合物全体は今や負極性であ
る。なぜならばこれは上記一部分の正帯電トナー
を失なつているからである。結果として、増幅器
１９の入力に電流が流れ、この電流パルスは積分
され、そして線２３上のこの積分出力はサンプル
−保持回路２１に電圧パルスを与える。このパル
スの振幅は、上側板に付着した正のトナーにより
上側板上に残存する総計的な正の電荷に比例し且
つこれを表わす。この電圧パルスは端子２６及び
３０の間に（第３図に２７として示すように）生
ずる。

第３図は、端子２６，３０及び２９，３０の
夫々の間で得られる、メモリ・オシロスコープ軌
跡を示すものである。記録装置もしくは記憶オシ
ロスコープ及びカメラがこのパルスを捕えるのに
用いられ得る。他の例では、このパルスの振幅
は、時間−電圧曲線上の１つの点としてコンピユ
ータ・メモリに貯蔵されて後に出力プリンタを用
いて可視化されることができる。

今や、積分増幅器１９のリセツトが磁界反転前
に行なわれねばならない。このことはソリツド・
ステート・スイツチにより行なわれる。説明の便
宜上機械的なスイツチ４４が示されている。今や
このスイツチは積分コンデンサ４５を放電させる
ために瞬間的に閉ざされる。

これより非常に短時間後、磁界が反転し、サン
プル−保持回路２２が条件付けられそして混合物
は下側板１３を去り上側板１２に戻る途上にあ
る。このような混合物の下側板即ち下側電極から
の離脱は、増幅器１９の入力に印加される他のや
や小さい振幅の電圧パルス２８を発生させる。結
果として、第２の積分電圧パルスが端子２９及び
３０の間に生じる。

これら２つの電圧パルス２７，２８のピーク振
幅相互間の差が、先の打ちつけにより上側電極に
付着されたトナーの電荷量を最も正確に表わして
いることがわかつた。

光導電体のクリーニング処理回数の少ない良好
な複写効率でかつ良好な光学的濃度のコピーを生
じるように動作しているトナー・キヤリア混合物
をテストすることによつて第３図に示すような特
性の基準値が得られる。そして、製造したばかり
の混合物をこの基準値を用いてテストできる。更
に、第３図の特性の基準値を参照して、望ましく
ない特性を示すトナー、キヤリア混合物ご取り上
げ、その特性改善のためにこのテストを行い、混
合物の不備点が矯正されたか否かを調べることも
できる。更に、或る期間にわたる混合物の撹拌後
に上側板１２に収集されたトナー量を下側板に残
存するキヤリア量と比較した値は、最初の混合物
のトナー濃度、更に正確に言うと静電潜像を現像
するのに実際に利用可能なトナー濃度を略表わす
ものとして用いられることができる。なぜなら
ば、上記の如き撹拌の間にキヤリアから除去され
ないトナーは静電複写装置において実際に用いら
れないからである。これらは本発明の使用例であ
る。

第１図は、本発明の説明を簡略化するために意
図的に簡略化されている。実際には、第１図の装
置で必要な一連の動作事項を制御するための電子
的シーケンサ装置が設けられることは明らかであ
る。このシーケンサ装置としてマイクロコンピユ
ータを用いることができる。

このシーケンサ装置の一例が第２図に示され
る。ここで、シーケンサ装置５０は、テストを開
始させるために開始ボタン５１により条件付けら
れそしてこのテストの期間は、３つの回転リング
即ちダイヤル５２をセツトすることにより決めら
れる。例示的な期間は60秒である。

シーケンサ装置によつて達成される初期の機能
は、第１図の線５３に信号を与えることにより直
流電源１７をターン・オンすることである。この
電源の出力電圧が安定振幅に達するために例えば
20ミリ秒の如き短かい時間遅延が生じる。

この遅延時間の経過後、線５４上の所定の正規
期間の周期的なデジタル信号が、ソリツド・ステ
ート・スイツチ１６を制御することにより最初電
磁石１４を次いで１５を動作させる。この信号は
２つの点で特異性がある。第１に、電磁石１４が
最初に付勢される点であり、そして第２には、電
磁石１５が最後に付勢されるものである点であ
る。このようにして、60秒のテストの終了後、ト
ナー・キヤリア混合物は下側電極１３に存在して
いる。もしも所望ならば、テスト期間は、容量か
ら全てのキヤリア・ビーズを落とす（即ちクリー
ン）ために２回続けて電磁石１５をパルス付勢す
ることにより終了することができる。

サンプル−保持回路２１及び２２は、電磁石１
４及び１５の夫々の付勢後の短時間の遅延（第１
図で５５及び５６で示されている）内に線２４及
び２５の夫々により条件付けられるのが好まし
い。このシーケンス機能は又、第２図のシーケン
サ装置５０並びに線５７及び５８により達成され
ることができる。ここで時間遅延は、関連する電
磁石の付勢後の短時間に第１図の回路５５及び５
６を付勢することにより達成される。このように
して、この時サンプルされる線２３上の信号はそ
の最大積分値にまで立上がる。

シーケンサ装置５０により達成される最後の機
能は、増幅器１９の積分機能をリセツトすること
である。これは、サンプル−保持回路の条件付け
の短時間後そして次に付勢されるべき電磁石の付
勢の前に生じなければならない。更に詳細に述べ
ると、線２３上の電圧がサンプルされて貯蔵され
た後であるが線５４の信号が電磁石１４及び１５
の磁界を反転する前に、第１図のコンデンサ４５
がスイツチ４４により短絡されて放電されるよう
に、出力線５９は線５３上の信号と同じ周波数で
あるが位相が異なる周期的なデイジタル化された
信号を与える。

線５３，５４，５７，５８及び５９の信号はテ
スト期間の終了まで一様な周期で反復され、一方
線５４の信号は、電磁石１５が２つのうち最後に
付勢されることを確実にする。

第４図の本発明の実施例では、下側板１３に接
続された積分増幅器３１を備えており、その出力
端子３２及び３３の間に、第５図に示すような、
上側板１２に残る電荷を表わす出力を生ずる。こ
の出力を発生する期間は、例えば、75秒であり、
その間に、板１２及び１３の間で混合物が多数回
往復する。この実施例において、シーケンス制御
出力線２４は、現像剤混合物が下側板１３に当た
る時だけ増幅器３１を付勢又は条件付けるように
働く。第５図の例示的曲線において、テストが開
始した時刻零から破線３４が表わす時刻までトナ
ーが上側電極に堆積しつづけることが明らかであ
る。本発明のこの実施例の使用の例として、時刻
零から時刻34までの上記曲線の傾斜部分及びこの
時間の期間は“良好な混合物”に対して設定され
そしてこれは他の現像剤混合物をテストするため
の基準を与える。

電磁石１４及び１５により与えられる磁界は、
この容器１０の中央の垂直区域内に制限されるこ
とが本発明によると好ましい。このことは、例え
ば第１図に示すように側壁部材１１により限定さ
れる環状シリンダの軸上に比較的小さな電磁石を
配置することにより達成されることができる。こ
のようにして、現像剤混合物は側壁部材１１に物
理的に接触することはない。このような物理的な
接触が好ましくない理由は、このようなことが静
電複写装置内での現像剤混合物においては生じな
いからであり、従つてこれが混合物の実際の使用
態様をシユミレートするものでないからである。

本発明において有用な電磁石の形が第６図に示
されており、ここで寸法は実際通りでない。この
場合、電磁石５１４及び５１５は第１図の電磁石
１４及び１５に夫々対応する。電磁石５１４及び
５１５はカツプ型にされ、そして環状磁極片５１
６及び５１７並びに中心部の柱状磁極片５１８及
び５１９を夫々有する。これらの環状磁極片及び
中央磁極片は、比較的大きな電極１２及び１３と
夫々中心合せされる。

第６図の磁極片には、例えばコイル５２０が付
勢されコイル５２１が滅勢された時の磁界のスイ
ツチングの瞬間を示す磁極が付されている。図示
の如き互いに反対の磁極では、容器１０内のキヤ
リア・ビーズ即ち粒子は電極１３から離れ、そし
て２つの環状磁極片５１６及び５１７により限定
される円筒状容積部分に制限された状態で電極１
２に向つて移動する。その結果、現像剤混合物は
容器の側壁部材に当らない。これの一瞬後、コイ
ル５２０だけが付勢されそして電磁石５１４だけ
が図示の磁極を保持する。しかしながら、底部板
１３から上側板１２への混合物の移動時間の間、
電磁石５１４の磁界の強さは、電磁石５１５の磁
界の強さが減少するにつれて増大する。これら２
つの磁界の相互作用が現像剤混合物をこの容器の
側壁部材から離れた中央部に制限する。

リセツト可能な積分増幅器１９内で用いる演算
増幅器は例えばAnalog Devices社の503型のもの
でもよく、そしてサンプル−保持回路２１及び２
２はDatel社のSHM−IC−１型のものでよい。

以上述べたように、本発明によれば、トナーと
キヤリアの混合物の動作特性を、実際の使用条件
に近い状態で精度よく測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２
図は第１図の装置の動作シーケンスを制御する例
示的なソリツド・ステート・シーケンサを示す
図、第３図は第１図の２つの出力信号により与え
られる例示的なメモリ・オシロスコープの信号軌
跡を示す波形図、第４図は本発明の第２の実施例
を示す図、第５図は第４図の単一出力信号により
与えられる例示的なメモリ・オシロスコープの信
号軌跡を示す波形図、第６図は第１図及び第４図
の容器内で現像剤混合物を撹拌するための第１図
の電磁石の良好な実施例を示す図である。 １０……サンプル容器、１１……側壁部材、１
２，１３……電極、１４，１５……電磁石、１６
……スイツチ回路、１７……直流電源、１９……
積分増幅器、２１，２２……サンプル−保持回
路、４３……直流電圧源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 静電複写用のトナーとキヤリアの混合物の動
   作特性を分析するものであつて、 電気的絶縁性の壁を介して対向配置された第１
   の導電性電極と第２の導電性電極を有し、上記混
   合物を収容する密封容器と、 上記密封容器内で上記混合物を上記第１の導電
   性電極と第２の導電性電極に交互に衝突させるよ
   うに、上記密閉容器に交番磁界を印加する振動手
   段と、 上記第１の導電性電極に接続され、上記トナー
   で静電潜像を現像するのに相当する電圧を該電極
   に与える直流電源と、 上記振動手段と連動して、上記混合物が上記第
   ２の導電性電極に衝突しもしくは該電極から離れ
   たときの、該第２の導電性電極の電荷を測定する
   電荷測定手段とを備え、 上記電荷測定手段の出力にもとづいて上記混合
   物の動作特性を分析することを特徴とする現像剤
   混合物の動作特性分析装置。