JPH09329583A - 粉体の摩擦帯電量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料粉体の摩擦帯電量を精度よく、かつ迅速
に測定できる粉体の摩擦帯電量測定装置の提供。 【解決手段】 一端に圧縮気体の吹き込み口２を備えた
導電金属製のファラデーゲージ本体１と、前記ファラデ
ーゲージ本体１の他端に架張され、かつこのファラデー
ゲージ本体１内に収容された試料粉体５および接触相手
粉体６のうち試料粉体５を前記圧縮気体の吹き込みで選
択通過させる金網３と、前記金網３の外側面に沿って水
平方向に気体を流入し、かつ金網３面に沿って渦流13を
発生させる気体供給手段７，７′と、前記ファラデーゲ
ージ本体１内に残存する接触相手粉体６の帯電量を測定
する帯電量測定手段８，９とを具備していることを特徴
とする粉体の摩擦帯電量測定装置である。なお、金網３
面側に、フロー気流を吸引する吸引部11を連接した構成
とするとすることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料粉体と接触相
手粉体との間の摩擦帯電量を精度よく、かつ迅速・簡便
に測定することのできる接触帯電量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、試料粉体の摩擦帯電特性を測定
する手段は、試料粉体に帯電を付与する接触相手粉体と
混合し、風力，遠心力，機械力，衝撃力，静電気力，振
動などを加えて摩擦帯電された両者を分離して、一方の
粉体に残留している（残った）電荷量の測定で行ってい
る。すなわち、試料粉体および接触相手粉体に粒径の差
がある場合、たとえば金網を用いて分離すると、金網の
目開きを通して小粒径粉体のみを選択的に除去できるた
め、残存・残留した比較的粒径の大きい粉体に残った帯
電量を測定することができる。また、試料粉体および接
触相手粉末のいずれか一方が強磁性体である場合には、
両者の分離に磁石を用いて強磁性体粉体のみを選択的に
固定することにより、強磁性体粉体の帯電量を容易に測
定できる。摩擦帯電された試料粉体および接触相手粉体
の分離に風力を用い、金網を用いて大粒径粉体を捕集し
てその帯電量を測定する方法は、ブローオフ法と呼ば
れ、最も一般的に使用されている。このブローオフ法で
は、少なくとも一端に金網を張設した金属円筒（以下フ
ァラデーケージ本体と称する）内に、予め混合して十分
な摩擦帯電をもった試料粉体および接触相手粉体の混合
物を収容し、一端から他端の金網面に向けて圧縮空気を
吹き付けて両者を分離することを骨子としている。

【０００３】すなわち、試料粉体もしくは接触相手粉体
のいずれか一方は、金網の目開きより大きい粒径とし、
また他方は金網の目開きより小さい粒径となるようにす
る。その結果、分離した一方の粉体は金網の目開きを通
してファラデーケージ本体外に吹き飛ばされる。ファラ
デーケージ本体内に残った大粒径粉体の表面には、ファ
ラデーケージ本体外に吹き飛ばされた小粒径粉体がもち
去ったと等量で、かつ逆の電荷が残っているため、この
電荷量を測定することによって両者の摩擦帯電量を知る
ことができる。なお、圧縮空気を吹き付ける代わりに、
ファラデーケージ本体内および金網面を通して気体を吸
引する方式を採っても同様に、両者の摩擦帯電量を測定
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記、ブローオフ手段
は、構造，操作が簡便で、試料粉体および接触相手粉体
の摩擦帯電特性を迅速、かつ高精度に知ることができる
ので、一般的な手法として広く実用されている。しかし
ながら、従来のブローオフ帯電量測定では、次のような
問題があり、その解決・解消が望まれている。

【０００５】(1)ファラデーケージ本体内で分離した試
料粉体と接触相手粉体とが、静電的に引き合って再び合
体し、接触と分離を繰り返す傾向がある。つまり、ファ
ラデーケージ本体が１種の摩擦帯電器として作用し、帯
電測定値の一定化までに時間がかかり、迅速な帯電量の
測定が困難である。

【０００６】(2)ブローオフ操作で、試料粉体とファラ
デーケージ本体内壁面との摩擦帯電、試料粉体と金網と
の摩擦帯電も生じるので、精度の高い帯電量測定が困難
である。 (3)ファラデーケージ本体内壁面や金網の一
部に分離粉体が付着し易いため、測定帯電量に誤差が生
じ易い。

【０００７】(4)金網面で大粒径粉体もしくは金網の磨
耗が発生し、この磨耗によって帯電起きるため、測定帯
電量に誤差を生ずる恐れがある。

【０００８】(5)試料粉体と接触相手粉体との間の摩擦
帯電量が大きくなるに伴って、分離に時間がかかるだけ
でなく、ときには分離できない場合もあり、迅速な測定
や適切な測定が困難である。

【０００９】本発明は、上記事情に対処して成されたも
ので、試料粉体の摩擦帯電量を精度よく、かつ迅速に測
定できる粉体の摩擦帯電量測定装置の提供を目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、一端
に圧縮気体の吹き込み口を備えた導電金属製のファラデ
ーゲージ本体と、前記ファラデーゲージ本体の他端に架
張され、かつこのファラデーゲージ本体内に収容された
試料粉体および接触相手粉体のうち試料粉体を前記圧縮
気体の吹き込みで選択通過させる金網と、前記金網の外
側面に沿って水平方向に気体を流入し、かつ金網面に沿
って渦流を発生させる気体供給手段と、前記ファラデー
ゲージ本体内に残存する接触相手粉体の帯電量を測定す
る帯電量測定手段とを具備していることを特徴とする粉
体の摩擦帯電量測定装置である。 請求項２の発明は、
請求項１記載の粉体の摩擦帯電量測定装置において、金
網の外周縁に沿った渦流を発生させる気体供給手段が、
ほぼ一定の間隔，方向で設定された複数のノズルである
ことを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１もしくは請求
項２記載の粉体の摩擦帯電量測定装置において、金網の
外周縁に沿った渦流を発生させる気体供給手段が、金網
の外周に対して接線方向複数個設定されていることを特
徴とする。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３いずれか一記載の粉体の接触帯電量測定装置におい
て、気体を流入する気体供給手段の設置面に、試料粉体
を含む気体を吸引する気体吸引機構を連設したことを特
徴とする。

【００１３】本発明は、少なくとも一端に金網が架帳
（架設）されたファラデーゲージ本体内に、摩擦帯電さ
せた試料粉体および接触相手粉体を収容し、これに圧縮
気体を吹き込んで金網を通して一方の粉体を選択的に吹
き飛ばとともに、ファラデーゲージ本体内に残った粉体
の帯電量を測定する装置の改良である。すなわち、ブロ
ーフロー方式の摩擦帯電量測定装置において、目開きを
通して粉体を吹き飛ばす金網面に沿わせて水平の方向に
渦流気体を発生させる気体供給手段を付設した点で特徴
付けられる。

【００１４】そして、この発明は、次のような知見に基
づいてなされたものである。すなわち、本発明者らは、
上記問題点の解決・解消に対応して鋭意研究・検討を重
ねた結果、ファラデーケージ本体内およびその外側を含
めた気体の流れを適正に制御した場合、 (a)試料粉体お
よび接触相手粉体の分離効率が向上すること、また、
(b)分離した試料粉体が効率よく吹き飛ばし除去される
こと、 (c)前記の (a)および (b)に伴って従来見られな
かったレベルの高い精度の測定が可能になることを見出
して、本発明に係る粉体の摩擦帯電量測定装置を提供す
るに至ったものである。

【００１５】本発明において、ファラデーゲージ本体
は、一般的に、圧縮気体の吹き込み口を備えた一端側か
ら金網を装着した他端側にその内径が広大化る構成を採
った筒状体を成している。そして、この筒状体は、たと
えば軸方向に分割された複数個の筒状体片を係合・組み
合わせた構成としてもよい。また、金網の装着は、前記
筒状体の他端側に配置し、この他端側に係合可能な取り
付け具を装着することによって行ってもよいし、あるい
は前記筒状体の他端側を縮径した形とて、その内側面に
配置する着脱可能な構成としてもよい。

【００１６】さらに、金網面に沿わせて水平の方向に渦
流気体を発生させる気体供給手段は、たとえば取り付け
具，筒状体の縮径部，専用スペーサーもしくは気体吸引
筒の端面部に、孔や溝ないし段差を接線方向に設置する
ことにより容易に付設できる。勿論、独立的に気体供給
用のノズルを設置しても差支えない。そして、この渦流
気体を発生させる気体供給手段は、ファラデーゲージ本
体からのブローフロー量などによっても異なるが、ブロ
ーフローの口径が20〜60mm程度の場合、たとえば取り付
け具面，筒状体の縮径部端面，専用スペーサー面もしく
は気体吸引筒の端面に 0.3〜 2.0mm程度のギャップがで
きるような段差をほぼ等間隔に設定すればよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図１〜図６を参照して実施例
を説明する。

【００１８】図１は本発明に係る粉体の摩擦帯電量測定
装置の構成例を示す断面図である。図１において、１は
導電性材料で作製された一端から他端側に向かって、内
径が広大化した筒状のファラデーケージ本体、２は前記
ファラデーケージ本体１の一端（内径の小さい側）に装
着された圧縮気体を吹き込む圧縮気体ノズル、３は前記
ファラデーケージ本体１の他端（内径の大きい側）に取
り付け具４によって着脱可能に架張・装着された金網で
ある。ここで、金網３は、一次的にファラデーケージ本
体１とで容器を形成し、この金網３面上に試料粉体５お
よび接触相手粉体６が収納・配置され、前記圧縮気体ノ
ズル２からの圧縮気体（たとえば空気）が吹き付けられ
るようになっている。そして、金網３の目開きは、圧縮
気体の吹き付けによって、試料粉体５および接触相手粉
体６が分離し、試料粉体５のみが（選択的に）金網３の
目開きを通して吹き飛ばされるように選択されている。

【００１９】また、７は金網３を着脱可能に架張・装着
する取り付け具４に近接して配置され、金網３を含むフ
ァラデーケージ本体１の端縁面に対し平行（水平方
向）、かつ接線方向に圧縮気体（たとえば空気）を吹き
込む複数のノズルである。すなわち、前記圧縮気体ノズ
ル２からの圧縮気体吹き付けで、金網３の目開きを通し
てファラデーケージ本体１外に吹き飛ばされた試料粉体
５が、この吹き飛ばされる方向に対してほぼ水平、かつ
接線方向からの圧縮気体の吹き付け・渦流・加速によつ
て、即座にファラデーケージ本体１外に運ばれるように
なっている。

【００２０】図２は、圧縮気体を吹き込む複数のノズル
７の配設状態例を平面的に示したもので、この場合、ほ
ぼ水平な方向から吹き付け流入する気体は、金網３の目
開きを通してファラデーケージ本体１外に吹き飛ばされ
た試料粉体５を渦巻き状の流れとして即座に排除する。
すなわち、この実施例の場合は、水平方向に流入させた
気体流が金網３の周縁に沿った渦流を発生して、金網３
の目開きを通してブローオフされる試料粉体５を速やか
に、かつ効率よく吹き飛ばすことになる。

【００２１】さらに、８はコンデンサー（容量Ｃ）、９
はエレクトロメーターであり、前記ファラデーケージ本
体１外に吹き飛ばされた後、ファラデーケージ本体１側
に残っている電荷による充電電圧から試料粉体５の帯電
量を測定するものである。すなわち、試料粉体５がファ
ラデーケージ本体１外に持ち去ったと当量で、かつ逆の
電荷が接触相手粉体６に残っている。したがって、この
電荷がファラデーケージ本体１に接続したコンデンサー
８を充電するので、コンデンサー８両端の電圧（Ｖ）を
エレクトロメーター９で測定し、試料粉体５の帯電量｜
Ｑ｜を、｜Ｑ｜＝ＣＶとして求める構成となっている。

【００２２】なお、この構成例においては、ブローフロ
ー側に、たとえば円筒状の遮蔽体を配置し、ブローフロ
ー流を収束させるようにすれば、ブローフロー粉体の飛
散などを確実に回避することもできる。

【００２３】図３は、他の実施例に係る粉体の摩擦帯電
量測定装置の要部構成を示す断面図である。この実施例
では、試料粉体５のブローオフ側に吸引部10を密着的に
取り付けた構成を採っている。すなわち、導電性材料製
の、一端から他端側に向かって内径が広大化した筒状の
ファラデーケージ本体１の一端（内径の小さい側）に圧
縮気体ノズル２が装着され、また、金網３が、前記ファ
ラデーケージ本体１の他端（内径の大きい側）に取り付
け具４によって着脱可能に架張・装着された構成を採っ
ている。そして、前記取り付け具４に対して、気体吹き
込み溝（ギャップ）７′を備えたスペーサー11を介して
吸引部10の一端を密着的に配置・装着したものである。
ここで、スペーサー11の気体吹き込み溝（ギャップ）
７′は、取り付け具４下端面との間に、 0.2〜 2.0mm程
度の段差でほぼ等間隔に接線方向のギャップを形成する
形で設けられている。

【００２４】すなわち、専用スペーサー11は、図４に平
面的に示すごとく、試料粉体５の吸引路12の外周方向に
吸引・ブローオフ流の渦流13を生ずるような、深さ 0.2
〜 2.0mm程度の気体流入（気体吹き込みもしくは気体吸
い込み）溝７′が形設されている。そして、試料粉体５
の摩擦帯電量測定時においては、ファラデーケージ本体
１に装着した取り付け具４と吸引部10の一端とをスペー
サー11を介して密着させた状態とし、圧縮気体のブロー
および吸引を同時に行うと、金網３の目開きを通して吹
き飛ばされた試料粉体（たとえばトナー粒子）５は、ス
ペーサー11から吸い込まれる（吹き込む）気流によって
発生した渦流13によって即座に除去される。

【００２５】なお、この実施例では、スペーサー11に気
体吸い込み溝７′を形設した構成を示したが、取り付け
具４もしくは吸引部10の一端面にほぼ等間隔、かつ接線
方向に段差をつけ、スペーサ11面との間にギャップを設
けて気体吸い込み溝７′とする構成を採ってもよいし、
また、気体吸い込み溝７′の代りに、細孔を設けこの細
孔から吸引気体が吸い込まれる（流入する）ようにして
もよい。いずれにしても、吸引気体の吹き出し路12の外
周方向に、吸引気体による渦流13を生ずるように設置す
ると、試料粉体５の除去効率が最も高いことが確認され
た。また、この実施例の場合は、気体吸い込み溝７′か
ら吸引（流入）される気体の圧力がポイントとなり、試
料粉体５をより効率よく除去するためには 300〜3000mm
Aq程度の範囲が望ましい。

【００２６】次に、この実施例に係る摩擦帯電量測定装
置による電子写真用トナーの摩擦帯電量測定例を説明す
る。

【００２７】図３に図示した摩擦帯電量測定装置の構成
において、金網３として目開き40μm のステンレス鋼製
の金網を張設したファラデーケージ本体１中に、電子写
真用のトナー・キャリア混合体を収容した。その後、口
径 3mmの圧縮気体吹き込み口２から 0.4Kg／cm² の圧縮
空気を吹き付けると同時に、吸引部11を2000mmAqの圧力
で吸引し、金網３の目開きを通してトナー粉体（トナー
粒子）を吸引部10側にブローフローさせた。

【００２８】この過程において、ファラデーケージ本体
１に接続されたエレクトロメーター９で測定された帯電
量は、圧縮気体吹き込み口２からの圧縮気体吹き付けと
ともに増加し、 3秒後にはファラデーケージ本体１内の
トナー粉体５の全てが吹き飛ばされて測定帯電量が飽和
した。試料（トナー・キャリア混合体）を充填した状態
でのファラデーケージの重量を、前記摩擦帯電量を測定
する前後で測定したところ、ブロー時間 3秒後の重量差
は試料粉体５の重量に相当する値を示し、試料中のトナ
ー粉体５がほぼ完全に吹き飛ばされていることが確認さ
れた。また、前記摩擦帯電量測定後のファラデーケージ
本体１下端部および金網３の下面には全くトナーが付着
しておらず試料粉体５の除去効果が非常にすぐれている
ことが分かった。

【００２９】一方、比較のため、従来の摩擦帯電量測定
装置（金網の下面に沿って渦流れを発生させる機構を備
えていない）によって、前記と同じ条件で摩擦帯電量の
測定を行った。この場合は、帯電量が飽和に達するまで
に、20秒以上を必要としただけでなく、飽和帯電量も実
施例の場合に比べて約 1.5倍の値になった。この帯電量
の差は、ファラデーケージ本体内の全トナーが、金網の
目開きを通してファラデーケージ本体外に吹き飛ばされ
るまでに、キャリアとの分離接触を複数回繰り返したこ
とによる摩擦帯電分に起因するものであるといえる。

【００３０】図５および図６は、上記図３に図示した摩
擦帯電量測定装置および従来の摩擦帯電量測定装置によ
る測定例を比較して示したものである。図５は、正帯電
系トナー（スチレンアクリル系高硬度トナー）を試料粉
末として摩擦帯電量を測定したときの測定時間と測定値
の関係で、曲線Ａは実施例の測定装置による場合を、曲
線ａは従来の測定装置による場合をそれぞれ示す。ま
た、図６は負帯電系トナー（シリカ系外添剤を含むポリ
エステル系トナー）を試料粉末として摩擦帯電量を測定
したときの測定時間と測定値の関係で、曲線Ｂは実施例
の測定装置による場合を、曲線ｂは従来の測定装置によ
る場合をそれぞれ示す。

【００３１】図５および図６の特性比較から分かるよう
に、本発明の摩擦帯電量測定装置の場合は、速やかに、
かつ精度よく摩擦帯電量を測定できる。

【００３２】また、この摩擦帯電量測定においては、測
定前後の試料の重量減少が試料粉体の量より大きく、ブ
ロー操作によって、金網面でキャリア表面が磨耗を生じ
ていることを示す。さらに、測定後ファラデーケージ本
体下端部に僅かのトナーが再付着しており、試料粉体を
完全に除去することが困難であることも確認された。な
お、本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発
明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ること
ができる。たとえば、金網面に沿って渦流を発生させる
ため流入もしくは供給する気体流入路は溝型（隙間）の
他、孔もしくはノズル型などとしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明の粉体帯電量測定装置によれば、
次のような作用・効果が容易に得られ、たとえば高品質
な電子写真画像を再現性よく現像・形成するためのトナ
ーの品質管理を始め、各種の材料の帯電特性の評価など
が容易になる。

【００３４】(1)ファラデーケージ本体内で分離した試
料粉体と接触相手粉体とが静電的に引き合って再び合体
して接触と分離を繰り返す、いわゆるファラデーケージ
本体が１種の摩擦帯電器して働くという作用がなくなる
ので、迅速に、また、正確な摩擦帯電量を測定すること
ができる。

【００３５】(2)試料粉体の選択的な除去効率が高く、
また、ブローオフ操作でも試料粉体とファラデーケージ
本体内壁との摩擦帯電や試料粉体と金網との摩擦帯電を
極少量に抑制できるため、正確な摩擦帯電量を測定する
ことができる。

【００３６】(3)ファラデーケージ本体内壁や金網の一
部に、分離した試料粉体の付着が回避されるため、測定
帯電量に誤差を生じるおそれもない。

【００３７】(4)金網面において、接触相手方粉体もし
くは金網の磨耗発生や、磨耗による帯電量の発生で、測
定帯電量に誤差が生ずることもないので、正確な摩擦帯
電量を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の摩擦帯電量測定装置の要部構成を示
す断面図。

【図２】図１の摩擦帯電量測定装置における気体流入手
段の配設状態を示す平面図。

【図３】他の実施例の摩擦帯電量測定装置の要部構成を
示す断面図。

【図４】図３の摩擦帯電量測定装置における気体流入手
段の配設状態を示す平面図。

【図５】他の実施例の摩擦帯電量測定装置による正帯電
系トナーの摩擦帯電量の測定特性を従来の摩擦帯電量測
定装置による場合と比較して示す特性図。

【図６】他の実施例の摩擦帯電量測定装置による負帯電
系トナーの摩擦帯電量の測定特性を従来の摩擦帯電量測
定装置による場合と比較して示す特性図。

【符号の説明】

１……ファラデーケージ本体 ２……圧縮気体吹き込み口（ノズル） ３……金網 ４……取り付け具 ５……試料粉体（粒径小） ６……接触相手方粉体（粒径大） ７，７′……気体流入手段 ８……コンデンサー ９……エレクトロメーター 10……吸引部 11……スペーサー 12……吸引路 13……渦流

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に圧縮気体の吹き込み口を備えた導
   電金属製のファラデーゲージ本体と、 前記ファラデーゲージ本体の他端に架張され、かつこの
   ファラデーゲージ本体内に収容された試料粉体および接
   触相手粉体のうち試料粉体を前記圧縮気体の吹き込みで
   選択通過させる金網と、 前記金網の外側面に沿って水平方向に気体を流入し、か
   つ金網面に沿って渦流を発生させる気体供給手段と、 前記ファラデーゲージ本体内に残存する接触相手粉体の
   帯電量を測定する帯電量測定手段とを具備していること
   を特徴とする粉体の摩擦帯電量測定装置。
2. 【請求項２】 金網の外周縁に沿った渦流を発生させる
   気体供給手段が、ほぼ一定の間隔，方向で設定された複
   数のノズルであることを特徴とする請求項１記載の粉体
   の摩擦帯電量測定装置。
3. 【請求項３】 金網の外周縁に沿った渦流を発生させる
   気体供給手段が、金網の外周に対して接線方向に複数個
   設定されていることを特徴とする請求項１もしくは請求
   項２記載の粉体の摩擦帯電量測定装置。
4. 【請求項４】 気体を流入する気体供給手段の設置面
   に、試料粉体を含む気体を吸引する気体吸引機構を連設
   したことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか
   一記載の粉体の接触帯電量測定装置。