JPH0415567A - １成分系トナー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、１成分系トナー粒子の帯電量分布測定方法に
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てきている。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、かぶり等に太き（影響する為に電
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（知られている
が、これだけでは電子写真特性の情報量としては不十分
である。つまりトナー粒子１個の個々の帯電量がどのよ
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帯電量分布を測定する方法としてい
くつかの提案が為されている。

例えば、特開昭５７−７９９５８号公報に定速気流中の
１〜ナ一粒子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、粒径との対応が分からなければ
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、定速気流
、電界および振動波中のトナー粒子の偏向度、振動位相
より、トナー粒子の粒径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
らの測定法の最も重要な点は、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
送するかが重要である。上記方法は、分離された後の帯
電トナーの測定を前提としているので実際の現像と相関
がとれない場合がある。

そこで、２成分系現像剤のキャリア粒子からトナー粒子
を分離する方法として特開昭５７−７９９５８号公報、
特開昭６３−２６３４７５号公報等では、圧縮空気によ
りキャリア粒子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、これらはキャリア粒子のかげとなり
圧縮空気が有効に効かないトナー粒子が存在する為、キ
ャリア粒子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を測定すること
は困難である。また、特開昭６０−８７５８号公報では
、現像容器の下方にメツシュを用いることによりトナー
粒子をキャリア粒子から分離する方法が提案されている
。この方法ではキャリア粒子を捕集する為にメツシュが
かなり細かくなっており、トナー粒子はメツシュを通り
抜ける際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
粒子とキャリア粒子間のクーロン力を弱め、この状態で
空気流を吹き付けることでトナー粒子をキャリア粒子か
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為、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。

これまで述べてきたトナー帯電量分布の測定方法は、キ
ャリア粒子とトナー粒子とからなる２成分系現像剤につ
いて提案されており、１成分系トナー粒子の帯電量分布
測定については問題があると考えられる。すなわち、こ
れらの如く主に空気流を用いる方法では、１成分系トナ
ー粒子の帯電量分布を正しく測定することは困難である
。１成分系トナー粒子の帯電量分布測定は、２成分系現
像剤の場合の如きトナー粒子とキャリア粒子の分離とい
う問題からは免れるが、実際の電子写真システム等の中
での現像時のトナー粒子の摩擦帯電と対応のとれる帯電
量分布を測定する為には、２成分系現像剤の場合よりも
大きな困難がある。

即ち、トナー粒子担持体上に薄層コートされた１成分系
ｌ・ナーをトナー粒子担持体から分離する手段として空
気流等を用いる場合、薄層コートされたトナー層はトナ
ー粒子担持体上で吹き寄せられトナー粒子担持体表面と
再帯電を生ずる、あるいは不均一なトナーツー１〜層と
なり帯電量分布が変化してしまう等の不都合が生じる上
に、トナー粒子がトナー粒子担持体上から分離するとい
うよりはトナー粒子担持体上で滑ってしまい測定部にト
ナー粒子がうまく搬送されない場合がある。

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められた２電極間に交
番電界を印加し、この交番電界により絶縁スリーブ表面
に担持される２成分現像剤から１−ナー粒子を分離し、
測定部へ自由落下させトナー粒子の帯電量分布を測定す
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、実際の現像系と対応をとる
ことが困難であるばかりでなく、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になり、分離された
トナー粒子は漏れた電界による力を受けたもので、測定
以前に帯電量分布の偏ったトナー粒子になる可能性があ
る。更に、すべてのトナー粒子を分離する為にはより強
い電界を必要とする為、スリーブ表面で沿面放電を生じ
てしまう可能性もある。

以上のように、未だ］成分系トナー、特に磁性トナーも
含め、正しく帯電量分布を測定する方法は提案されてい
ない。

そこで本発明者らは、１成分系トナーの帯電量分布測定
において、導電部材を有するトナー粒子担持体上に薄層
コートされた１成分系トナー粒子を、ｌ・ナー粒子担持
体と該トナー粒子担持体に対向する電極との間に生ずる
電界によって剥離せしめ、電界及び空気流により帯電量
分布測定部に搬送し、帯電量分布を測定方法を提案した
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の方法においては、■、トナー
の帯電量あるいは帯電極性によっては、トナー粒子担持
体から帯電したトナー粒子を剥離させるのに時間がかか
る、あるいは、印加した電界を再度調節し直さなければ
ならない場合が生じる、 ■、また、実際の系においては、トナー粒子担持体との
摩擦帯電が生じるため、帯電量の測定値と実際の値の対
応をとる必要がある、といったような問題点がある。

すなわち、本発明の目的とするところは、」二連のよう
な問題点を解消した１成分系トナーの帯電量分布測定方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明の特徴と
するところは、 １成分系トナーをトナー粒子担持体に担持させ、該トナ
ー粒子担持体とこれに対向する電極との間に電圧を印加
することで電界を発生させて、該トナー粒子担持体に担
持された１成分系トナー粒子を剥離せしめ、さらに該電
界および空気流により剥離した帯電１成分系トナー粒子
を帯電量分布測定部に搬送して帯電量を測定する１成分
系トナー帯電量分布測定方法において、 前記トナー粒子担持体に１成分系トナー粒子な薄層にコ
ートし、かつ、前記電界として交番電界を適用する１成
分系トナー帯電量分布測定方法としている点にある。

また、前記交番電界として、特に矩形波を用いる点をも
特徴とするものである。

かかる手段によれば、トナーの帯電量及び帯電の極性に
よらず、トナー粒子担持体上のトナー粒子をすべて剥離
することが可能となり、かつ、実際の現像に供される帯
電トナーの帯電量を測定することが可能となる。

以下、本発明の構成及び作用について実施例を用いて詳
述する。

［実施例］ 第１図に示すのは、本発明に係る帯電量分布測定方法を
適用する場合の装置の一例である。かかる装置は大別し
て、トナー粒子１の分離・搬送部Ａと、測定部Ｂに分れ
ている。先ず、分離・搬送部Ａについて述べると、１は
帯電している１成分系トナー粒子、２は該１成分系トナ
ー粒子１を支持することが可能なトナー粒子担持体であ
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、樹脂層等を有した板状１円筒状の部
材であり、必要に応じてトナー粒子担持面を粗いものと
しても良い。さらにトナー粒子担持面の反対面（裏面）
に磁石７を配設し、前述したトナー粒子１が磁性体を含
む場合の支持力としても良い。３はトナー粒子担持体２
との間に電界を発生させる為の電極板であって、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。また、かかる電極
板３には、トナー粒子担持体２から電界によって分離さ
れたトナー粒子１を搬送部、測定部へ取り込む為のスリ
ット６が設けられている。１０はトナー粒子担持体２と
電極板３との間に電界を発生させる為の電源であり、本
実施例においては、交番電界発生用交流電源となってい
る。また、電源１０はグランドと電極板３との間に設置
されているが、グランドとトナー粒子担持体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２１．演算部２２．コンプレッサー３１からなり、
帯電量検知部２１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、第２図（ｂ）に示すファラデーゲージ法、ある
いは第２図（ａ）に示す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、後述するレーザー
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２２へ
送られ、必要な形式のデータ、例えばＱ／ｍ比重電荷量
、　Ｑ／ｄ比直径電荷量及び粒径分布として出力される
。

かかる測定方法について第２図に基づき説明を加えると
、第２図（ａ）に示すものは、レーザードツプラー法を
用いた帯電量と粒径な測定する方法である。図中の２１
１ａ、２１１．ｂは、振動電極であり、２１２は振動発
生装置である。

よく知られているように、一定の周波数にて振動してい
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、粒体の慣性力により、大きな粒体は
ど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、帯電量、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
移度を測定することで、粒体の粒径と帯電量が求められ
る。

本実施例においては、レーザー発生装置２１３とレーザ
ー受光装置２１４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１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２２で演算することにより、トナー粒
子１の粒径と帯電量を得ている。

また、測定方法としては、第２図（ａ）の如くには限ら
ず、例えば、第２図（ｂ）の如（でもよい。

すなわち、レーザー発生部２１３からレーザーを発生さ
せ、発生レーザーを窓２１７を通してレーザー受光部２
１４に入れ、トナー粒子１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。

周知のように、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、トナー粒子１の相対落下速度を求め、演
算部２２　（ａ）により演算することにより、トナー粒
子１の粒径な得ることができる。

また、トナー粒子１により、検出電極２１８に誘起され
る電荷を、電荷測定装置２２　（ｂ）で測定することに
より、トナー粒子１の帯電量を測定することができる。

次に、コンプレッサー３１は、上記分離・搬送部Ａ、測
定部Ｂを通じて、帯電したトナー粒子１を一定の流速で
移動させる為の空気流れを発生させる役目を持ち、測定
しようとするトナー粒子１の中心粒径、密度２表面形状
により、適宜その吸弓力を調節することが好ましい。

次に、トナー粒子担持体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、１〜ナ一粒子担持体２上
のトナー粒子１は、現像系に近い形で規制部材４により
薄層にコートされ、同時に摩擦帯電している。このとき
規制部材は、ステンレス、鉄等の磁性ブレード、あるい
はウレタンのごとき弾性ローラー、弾性ブレード等より
なり、その他トナー粒子を薄層にコート可能ならしめる
ものであれば何ら差支えない。このように薄層にコート
されたトナー粒子１は、通常１０数ｐｍ〜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、ｌ・ナー粒子１には
、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。

この為、直流電界のみを分離電界とした場合、一方の極
性に偏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すら（、正確な帯電
量分布がつかめない可能性がある。

そこで、この分離にかかる電界を第３図に示すような交
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３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、トナー粒子担持体２を接
地すると、矢印にの方向に電圧の波がある場合、電気力
線が電極板３からトナー粒子担持体２へ向き、負極性に
帯電したトナー粒子１が後に述べる拘束力よりも強い電
界がかかるとトナー粒子担持体２から分離し、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（−）側の方向
になると、トナー粒子１を減速させ、速度がＯになる前
に電極板３の近傍進達することのできたトナー粒子１は
、スリット６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
流に載って測定部Ｂに流入していくこととなる。

一方、印加する正弦波交番電界が（−）の側に偏ると、
正極性に帯電したトナー粒子１がトナー粒子担持体２か
ら分離され、測定にかかることとなる。

次に、印加される交番電界の条件について述べる。印加
される交番電界は、１〜ナ一粒子担持体２上から帯電し
たトナー粒子１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トナー粒子担持体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
粒子が非磁性の場合、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。

また、トナー粒子が内部に磁性体を有する磁性トナーの
場合、一般にトナー粒子担持体２の内部に磁石を設ける
が、この磁気力を鏡映力５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
定して得る為に、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
起こるため、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１０％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。−度
、この交番電界によって分離されたトナー粒子１は、逆
方向成分の交番電界とトナー粒子担持体２からの鏡映力
によって引き戻されなければ、電極板３からの鏡映力及
び空気吸入力によって測定系に取り込まれる。従って、
印加する交番電界の周波数は、少な（ともトナー粒子担
持体２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には
、十分なる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、トナー粒子はトナー粒子担持体表面付近で
振動することとなる。

また、ここで測定されるトナー粒子］は、その帯電量に
よって分離される電界が異っており。

般に、帯電した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３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、トナー粒
子担持体２及びそ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には、帯電トナー粒子ｌ
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（トナー粒子を捕集する為には、
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値が正ナー粒子
の速度が短時間で増加し、電極板３へ速（達し、正弦波
より捕集が速やかに行われる。

さらに、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、第３図（ｃ）に示すように
４倍までＰ−Ｐ値が増加できる。

この場合、トナー粒子には正弦波の最大値に等しい電界
力が半周期の間印加されることとなり、電極板３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
合わ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。また、かかる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言うまでもない
。

次に、各部の諸条件について詳述する。トナー粒子が磁
性トナーでありその粒子径が３〜１５ｐｍの場合、規制
部材４としてステンレスブレードを用いればトナー粒子
担持体２と規制部材４の先端との距離は５０μｍ〜３０
０　ＩＬｍが好ましく、トナー粒子１は規制部材４によ
ってトナー粒子担持体２を回転させることでトナー層３
〜２０層程度の薄層にコートされる。

トナー担持体２と電極３との距離は、５０ｐｍ以上３ｍ
ｍ以下であって、好ましくは１００　ＩＬｍ以上２ｍｍ
以下に設定することが良い。５０ｐｍ未満に設定した場
合、トナー粒子担持体２の精度等でリークが発生し易く
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。ま
た、３ｍｍを越えて設定した場合、印加する交番電圧を
大きくする必要があり、スリット６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（
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３〜１５ｐｍ、
帯電量の絶対値が最大１００ｐｃ／ｇ程度のトナー粒子
を十分分離する為には、トナー粒子担持体２と電極板３
間の距離を４００〜６００ＩＬｍとした場合Ｐ−Ｐで８
００〜２０００Ｖの交番電圧を印加して電界を発生させ
れば十分であり、好ましくは１５００〜２０００Ｖであ
る。

尚、周波数は、同上の条件では２０ＫＨｚ以上にならな
ければ良（、好ましくは１０ＫＨｚ以下である。

次に、本実施例における具体的数値等について述べる。

先ず、トナー粒子１に磁性トナーを用い、ステンレスブ
レードの規制部材４により、アルミ製スリーブであるト
ナー粒子担持体２を回転駆動させ、かかるトナー粒子担
持体２上に１５０μｍ程度のトナー薄層コートを施した
。電極３としては、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１　ｍｍ、長さ］、Ｏｍｍ
のスリット６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３１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１６００Ｖ　、スリーブと電極間距離を５００μｍ
１周波数を２　ＫＨｚとして、正弦波の交番電界を印加
した。分離された搬送トナーの帯電量分布は、レーザー
ドツプラー法を用いて測定した。測定結果を第４図に示
す。本図において、縦軸が個数の比率、横軸がｑ／ｄ　
　（電荷／直径）の分布である。中央の帯電量０をすぎ
て正極側にもトナー粒子の分布がみられ、トナーの帯電
量分布が正、負の両方に亘っていることが分かる。これ
に対し、印加電圧を直流とし、＋３００Ｖを電極板３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、測定にかからず、分離していないことを確認
した。

また、薄層コートするための規制部材については、上記
方法に限るものでな（、例えば第５図に示すように、規
制部材４としてウレタンゴムブレード４ａを配し、これ
により１成分系トナーを薄層コートすることで測定に供
する方法でも良い。

また、第６図に示すように、規制部材４としてウレタン
スポンジローラを用いて、非磁性１成分トナーを薄層す
る方法を用いても良い。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の１成分系トナーの帯電量
分布測定方法によれば、トナー粒子担持体にトナーを薄
層コートし、Ｉ・ナー粒子担持体とこれに対向する電極
との間に交番電界を印加し、２　］ トナー粒子を捕集し、帯電量分布を測定することで、 ■、トナー粒子の帯電特性によらず、測定が可能となる
。

■、現像系に近い形で、帯電した］成分系トナー粒子の
帯電量分布測定ができ、さらに、効率的にかつ高精度に
測定できる。

といったような効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の特徴を最も良（表わした帯電量分布
測定に用いる装置の概略構成図である。 第２図（ａ）　、　（ｂ）は、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手段を示す概略図である
。 第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は、本発明に係
る交番電界を示したものである。 第４図は、実施例で得られた帯電量分布測定結果である
。 第５図及び第６図は、規制部材として他の手段を用いた
場合を示すものである。 １・・・トナー粒子 ３・・・電極板 ５・・・空気流 １０・・・電源 ２２．２２　（ａ）、２２　（ｂ）−演算部２２１ａ、
２１１ｂ　　・−・振動電極板２１３　　・・・レーザ
ー発生装置 ２１７・・・窓 ２・・・トナー粒子担持部材 ４・・・規制部材 ６・・・スリッ１〜 ２１・・・帯電量検知装置 ３１・・・コンプレツサー ２１２・・・振動発生装置 ２１４　　・・・レーザー受光装置 ２１８・・・検出電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１成分系トナーをトナー粒子担持体に担持させ、
   該トナー粒子担持体とこれに対抗する電極との間に電圧
   を印加することで電界を発生させて、該トナー粒子担持
   体に担持された１成分系トナー粒子を剥離せしめ、さら
   に該電界および空気流により剥離した帯電１成分系トナ
   ー粒子を帯電量分布測定部に搬送して帯電量を測定する
   １成分系トナー帯電量分布測定方法において、 前記トナー粒子担持体に１成分系トナー粒子を薄層にコ
   ートし、かつ、前記電界として交番電界を適用すること
   を特徴とする１成分系トナー帯電量分布測定方法。
2. （２）前記交番電界として、矩形波を用いることを特徴
   とする請求項１記載の１成分系トナー帯電量分布測定方
   法。