JPH1026883A - 二成分系現像剤におけるトナー濃度及び帯電量の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナー濃度と帯電量との同時測定が可能であ
り、しかも簡単な装置を用いて簡便にしかも高精度の測
定が可能となるトナー濃度及び帯電量の測定方法を提供
すること。 【解決手段】 下部にメッシュを有するユニットセルに
二成分系現像剤を充填し、切り替え式の吸引口を順次切
り換えて吸引することにより、キャリアから分離したト
ナーを前記メッシュを通してユニットセル外に排出し、
ユニットセル内の現像剤の重量減少量或いは排出トナー
量からトナー濃度を算出し、且つユニットセルの電荷量
から帯電量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二成分系現像剤に
おけるトナー濃度及び帯電量の測定方法に関するもの
で、より詳細には上記トナー濃度及び帯電量の測定を同
時に、しかも高精度で、更に簡単な装置で行うことが可
能な方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写やファクシミリの分野にお
いては、静電潜像を可視像化するために、二成分系現像
剤、即ち磁性キャリア（以下「キャリア」という）とト
ナーとの混合物が広く使用されている。二成分系現像剤
を用いる磁気ブラシ現像法では、磁性キャリアとトナー
とが摩擦することにより帯電が行われ、帯電された現像
剤は磁気ブラシの形で静電潜像を有する感光体等と摺擦
し、トナーは静電潜像に引き付けられ、一方キャリアは
磁石を備えた現像ローラに残留して、現像操作が行われ
る。二成分系現像剤におけるトナー濃度及び帯電量は、
形成される画像の濃度、画質及びカブリ等に重大な影響
を与えるため、その測定を精度よく、しかも簡単な操作
で行うことは、電子写真の分野では非常に重要な課題と
なっている。

【０００３】従来、トナー帯電量の測定には、現像剤か
らガス圧によりトナーを分離し、残電荷を測定する方法
（ブローオフ法、１−１）；現像による電荷の移動を電
流として測定し、トナー粒子の帯電量を算出する方法
（現像電流法、１−２）；電界中のトナー移動速度を測
定し、トナー粒子の帯電量を算出する方法（電界移動
法、１−３）；及び現像したトナーの表面電位を測定
し、トナー粒子の帯電量を算出する方法（表面電位法、
１−４）が知られている。また、トナー濃度の測定に
は、高温中で現像剤から発生する二酸化炭素量を測定
し、炭素量からトナー量を算出する方法（カーボンアナ
ライザー法、２−１）や、現像剤中のトナーのみを洗浄
除去し、重量差よりトナー濃度を算出する方法（洗浄
法、２−２）が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トナー
帯電量測定法のうち１−１のブローオフ法では、ガス圧
によりキャリアが破壊され、このとき発生する電荷も測
定してしまうという問題があり、またトナー濃度が既知
である必要があるという不便もある。また、１−２の現
像電流法では、電流が微弱なため、ノイズ等が影響し、
測定が不安定であるという不都合がある。更に、上記１
−３の電界移動法では、トナー粒子を１個ずつ分離独立
させるのが難しく、また装置が非常に複雑で大型化する
という問題がある。更にまた、１−４の表面電位法で
は、現像したトナーの層厚・距離の測定にあたって精度
を出すのが難しいという不具合がある。また、トナー濃
度の測定においても、前記２−１のカーボンアナライザ
ー法では、換算式を作成するために濃度既知の現像剤に
ついて予備試験が必要である、キャリア表面に付着した
スペントトナーも測ってしまう、装置が非常に大型化
し、消耗品コスト及び測定費用も高価になるという欠点
がある。更に、２−２の洗浄法では、測定に非常に手間
と時間とがかかり、しかも測定精度も出ないという問題
がある。

【０００５】従って、本発明の目的は、従来法の上記欠
点が解消され、トナー濃度と帯電量との同時測定が可能
であり、しかも簡単な装置を用いて簡便にしかも高精度
の測定が可能となるトナー濃度及び帯電量の測定方法を
提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、下部に
メッシュを有するユニットセルに二成分系現像剤を充填
し、前記メッシュ下部に配した複数個の吸引口を順次切
り換えて吸引することにより、吸引口直上のユニットセ
ル内メッシュ部に吸着した現像剤を切り換えた吸引口に
合わせて移動させ、キャリアから分離したトナーをメッ
シュを通してユニットセル外に排出し、ユニットセル内
の現像剤の重量減少或いは排出トナー重量からトナー濃
度を算出し、且つユニットセルの電荷量からトナー帯電
量を算出することを特徴とする二成分系現像剤における
トナー濃度及び帯電量の測定方法が提供される。上記吸
引口個々の面積はメッシュ全体の面積の３乃至３０％が
望ましく、吸引口とメッシュとの間隔は５ｍｍ以下で使
用するのが望ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の測定原理を説明するため
の図１において、ユニットセル１は主に円筒状側壁２
と、上蓋３、メッシュ４とから構成されている。円筒状
側壁２の下端には、外側に突出したフランジ９が形成さ
れており、このフランジ９を利用して、ねじ６によりメ
ッシュ４が固定されている。円筒状側壁２には実質上ス
トレートな現像剤収容空間５が形成されており、この現
像剤収容空間５の下端は、上記のメッシュ４で閉じられ
ている。また上蓋３は円筒状側壁２の上端に開閉可能に
設けられており、現像剤収容空間５への現像剤の出し入
れが可能となっている。現像剤は、キャリア１０とトナ
ー１１の混合物であり、メッシュ４が有するメッシュ開
口はキャリア１０は通過できないがトナー１１は通過し
得るような大きさを有するものである。

【０００８】また、円筒状側壁２の上部外周には、ユニ
ットセル１の持ち運びを容易にするために、把持部（リ
ング）７が設けられている。上蓋３の中央には円筒部材
２の内径に比して小径の通気口１５が設けられていて、
通気口１５には粉末飛散防止用のメッシュ１６が設けら
れている。ユニットセル１は電荷量の測定が可能である
ように、導電性材料、特に金属で形成されており、メッ
シュ４、１６も同じ材料で形成されている。ユニットセ
ル１の現像剤収容空間５に現像剤を充填し、上蓋３を閉
めた後、メッシュ４の下方から吸引を行う。分離された
トナー１１は、メッシュ４を通ってユニットセル１の外
部に排出され、この操作を一定時間続行することによ
り、キャリア１０とトナー１１の分離が有効に行われ
る。

【０００９】トナーの分離・排出に応じて、ユニットセ
ル１にはキャリア１０の電荷が発生（残留）し、この残
留電荷はトナーの電荷と絶対値が等しいから、下記式
（１）

【００１０】

【数１】

【００１１】によりトナー帯電量［μｃ／ｇ］が測定さ
れる。また、この時の重量差を測定すると、下記式
（２）

【００１２】

【数２】

【００１３】からトナー濃度［％］が測定される。尚、
吸い取ったトナー重量［ｇ］は、下記式（３）

【００１４】

【数３】

【００１５】で表わされる。本発明における切り換え式
の吸引口とは、例えば、図２に示したような吸引口ユニ
ット８１であって、図６に示すように複数個の吸引口２
１が一体に成型され、耐圧チューブ３３を通じて吸引ポ
ンプ４２（図５）へと接続されている誘導管２３と機密
状態で接続されている。吸引口ユニット８１下部には複
数個の吸引口を連続して切り換え可能な電磁弁が組み込
まれており、吸引ポンプ４２の作動に合わせて、切り換
え機が複数の吸引口２１を順次切り換えて、あたかも、
吸引口２１そのものが回転しているような効果を持つも
のである。切り換え式の吸引口は、現像剤を分離させる
際にキャリア及びトナーが特定の箇所に留まるようなも
のでなければ、上述した以外のものでも好適に使用でき
る。

【００１６】吸引口の個々の面積は、分離する現像剤の
種類、帯電量などにもよるが、メッシュ４の面積の３乃
至３０％、特に５乃至２５％であるものが好適に使用さ
れる。吸引口の個々の面積がメッシュの面積の３％より
も小さいと、キャリアからトナーを分離するのに長時間
を要し、迅速な測定が行えなくなる傾向がある。また、
３０％よりも大きいと本願発明の特徴である、吸引口を
切り換えて現像剤の分離を効率的に行うという効果が減
少する傾向がある。また、それぞれの吸引口の面積は同
一である必要はなく、現像剤が効率よく分離されれば、
吸引口の面積が異なっていても良い。吸引口の形状は特
に限定されず、図６のような円形以外にも、６角形や４
角形など様々な形状のものが使用でき、また、形状の異
なるものを組み合わせてもかまわない。

【００１７】吸引口の開口部とメッシュとの距離は、切
り換えた吸引口に応じて現像剤が移動できる距離であれ
ばよい。具体的にはメッシュ４と開口部との距離が５ｍ
ｍ以下、吸引によるメッシュ４のたわみを考慮して１乃
至５ｍｍ、好ましくは２乃至４ｍｍで好適に使用され
る。吸引口２１の開口部と、メッシュ４との距離が５ｍ
ｍよりも大きいと、吸引口２１を切り換えても現像剤が
移動しなくなる傾向がある。通気口１５は、現像剤や分
離されたキャリア１０、トナー１１が通気口から飛び出
さないように、また、現像剤の電荷が逃げ出さないよう
に、メッシュ１６で覆うのが好ましいが、メッシュを使
用しない場合は、現像剤が飛び出すことのない位置で、
且つ、ユニットセル内の電荷が、セルから逃げ出すのを
防止するために、通気口１５の穴径はメッシュ４から通
気口１５までの距離（高さ）の３分の１以下であるのが
望ましい。通気口１５の数は特に限定されず、一つ又は
複数個の通気口でよい。通気口を設ける位置は上蓋３、
円筒状側壁２の一方または両方のどちらでも良い。ま
た、通気口を設けなくとも、キャリア１０とトナー１１
との分離は可能である。

【００１８】本発明では、以上説明したとおり、共通の
測定装置を使用する単一の操作で、トナー濃度Ｔ／Ｄと
トナー帯電量Ｑ／Ｍとの同時測定が可能であり、トナー
濃度や組成が未知の現像剤から、濃度及び帯電量の両方
を測定できるという利点がある。しかも、本発明によれ
ば、トナー濃度及び帯電量を、簡単な手段でしかも精度
よく測定できるという利点がある。図３は、トナー濃度
（Ｔ／Ｄ）既知の二成分系現像剤について、公知のカー
ボンアナライザー法（△）及び本発明の吸引法（■）で
トナー濃度を測定した結果（詳細は後述する例参照）を
示している。図３によると、サンプル濃度通りのトナー
濃度値が得られており、高精度であることがわかる。装
置及び操作の簡単さの点では、実用的に本発明が優れて
いることがわかる。

【００１９】図４は、トナー濃度（Ｔ／Ｄ）既知の二成
分系現像剤について、公知のブローオフ法（△）及び本
発明の吸引法（■）で帯電量を測定した結果（詳細は後
述する例参照）を示している。ブローオフ法と本発明の
方法とは、トナーの分離を行って、帯電量を測定すると
いう点では目的を等しくしているが、ブローオフ法では
用いるガス圧がかなり高く、キャリア破壊が生じている
ことが確認されている。このキャリア破壊のために、剤
によってはプラスまたはマイナスに余分な帯電が生じて
いると考えられる。これに対して、本発明では吸引方式
を利用しているため、ブローオフ法と比較すると、現像
剤に対して緩和な環境下で現像剤の分離を行っており、
キャリアが破壊されにくく、事実、電子顕微鏡観察によ
ってもキャリア破壊が生じていないことが確認されてい
る。緩和な条件下で分離を行うものの、上述したように
メッシュ上で吸気口の動きに合わせて現像剤を移動させ
ることにより、キャリアとトナーが完全に分離できる。

【００２０】本発明の測定方法を用いた装置では、吸引
室の上部に中空のユニットセル支持台を気密にしかも電
気絶縁状態で設け、この支持台上にユニットセルを着脱
自在に支持させる。この構成により、ユニットセル内へ
の現像剤の充填及び取り出し操作が容易に行われるばか
りではなく、ユニットセルごと重量の測定も可能とな
り、ユニットセルを支持台に載せるだけで吸引操作や電
荷の測定も可能となる。ユニットセル及び支持台は、仕
事関数の差が０．６０ｅＶ以下の金属素材、特に同一の
金属素材で形成するのが良い。仕事関数の差が０．６０
ｅＶより大きくなると、現像剤をユニットセルに充填
し、支持台に設置した際に接触帯電を起こし、ファラデ
ーケージが帯電される。このとき発生する電位差によっ
て、分離されたトナーがメッシュに残留し、正確な帯電
量の測定ができなくなる。

【００２１】

【実施例】本発明に用いる測定装置の全体の配置の一例
を示す図５において、この装置は、測定装置本体４０、
本体コントロール部４１、吸引ポンプ４２、電荷量計４
３及び天秤４４から成っている。測定装置本体４０の詳
細な構造を示す図２において、本体４０の下部には例え
ばステンレススチール（ＳＵＳ）から形成された台３０
が設けられ、台３０上に同じくステンレススチールから
形成されたハウジング（シールドケース）３１が設けら
れている。このハウジング３１内に、上部に開口した吸
引室３２が設けられ、この吸引室３２内には複数の吸引
口２１を持った吸引ユニット８１が配置され、誘導管２
３、耐圧チューブ３３を介して吸引ポンプ４２（図５）
に接続されている。また、誘導管２３には気圧センサー
３４が配置されており、その検出信号はケーブル３５に
より前述した本体コントロール部４１に供給されるよう
になっている。

【００２２】吸引室３２の上部には、ユニットセル収容
空間３６が設けられ、この収容空間３６と吸引室３２と
の境界部には、電極も兼ねるユニットセル支持台３７が
設けられている。支持台３７はやはりステンレススチー
ルで形成されていて、電気絶縁性材料（樹脂）で形成さ
れた埋め込みボルト３８によりハウジング３１に固定さ
れている。また、支持台３７とハウジング３１との間に
は、リング状の電気絶縁材（シリコーンゴム）３９が嵌
込まれていて、支持台３７は気密状態で且つ電気絶縁状
態で本体４０に設けられている。支持台３７は、内部配
線７０、コネクター７１及びケーブル７２を介して、前
述した電荷量計４３に接続されている。ユニットセル収
容空間３６の上部には、蓋７４が開閉可能に設けられ、
この蓋７４には埃よけのメッシュ（３７μｍ）７５を備
えた通気口７６が設けられている。

【００２３】図５に戻って、本体コントロール部４１の
操作パネル部には、電源スイッチ５０、スタートボタン
５１、ストップボタン５２、吸引力調節つまみ５３、デ
ジタル気圧計５４、タイマー５５及び切り換え速度調整
つまみ５６が設けられている。スタートボタン５１及び
ストップボタン５２は、吸引ポンプ２２を駆動して測定
を開始し、且つ吸引ポンプ２２を停止して測定を終了さ
せるものである。タイマー５５は、測定時間を設定し設
定された測定時間でポンプ４２を停止させるものであ
る。吸引力調節つまみ５３は、吸引ポンプ４２に供給す
る電力を、ゲート制御式半導体スイッチによりコントロ
ールするためのものである。一方、デジタル気圧計５４
は気圧センサー３４（図２）により検出される気圧を表
示するものであり、吸引力調節つまみ５３を回動させる
ことにより、吸引口ユニット８１（図２）内の圧力を任
意の値に設定することができる。

【００２４】切り換え速度調節つまみ５６は可動式の吸
引口を切り換える速度を調節するものであり、切り換え
速度調節つまみ５６を回転させることにより、各吸引口
を切り換える速度を任意に設定することができる。吸引
ポンプ４２は、吸引室３２（図２）の気圧を所定の圧力
に減圧すると共に排出されるトナー粒子を捕集するため
のもので、真空度が３００乃至１２００ｍｍ水柱で風量
が０．０１乃至１．００ｍ³／毎分で且つトナー捕集用
紙パックを備えたものが好適に使用される。本実施例で
用いたポンプは、トナー用掃除機、より具体的には
（株）日立製作所製ＣＶ−ＴＮ９５である。電荷量計４
３は、支持台電極３７（図２）を介して残留キャリアの
電荷、従ってトナーの電荷を測定するためのものであ
り、測定レンジが最大２０μＣである電荷量計が使用さ
れる。本実施例で用いた電荷量計は（株）アドバンテス
ト製デジタルエレクトロメータＴＲ８６５２及びクーロ
ンレンジエクステンダーＲ１２６０１（測定レンジの拡
張時のみ必要）である。

【００２５】天秤４４は、ユニットセルごと現像剤或い
は残留キャリアの重量を測定するものであって、吸引さ
れるトナー量が約０．０１乃至０．０５ｇ程度の微量で
あるので、少数点以下４桁以上の精度を有するものであ
る。本実施例では読取限定０．１ｍｇの（株）島津製作
所製上ざら電子天秤ＡＥＧ−３２０を使用した。トナー
濃度及び帯電量の測定に当って、測定条件は、キャリア
の種類、トナーの種類及び両者の組合せによってもかな
り相違するので一概に規定できないが、標準的な条件と
して、吸引圧力は−６ｋＰａ乃至−１３ｋＰａ、吸引時
間は２０乃至６０秒、現像剤サンプル量は０．４乃至
１．０ｇの範囲が適当である。また、メッシュ部の面積
は３乃至２０ｃｍ²及び現像剤収容部の容積は６乃至７
０ｃｍ³が適当である。更に、メッシュ部の開口度は３
７μｍのものが好適に用いられる。

【００２６】即ち、減圧の程度が小さすぎたり或いは時
間が短かいと、トナーとキャリアの分離が不完全でトナ
ー濃度Ｔ／Ｄが低くでたり或いはトナー帯電量Ｑ／Ｍが
バラついたりする傾向があり、逆に減圧の程度が高すぎ
たり或いは時間が長すぎたりすと、キャリアの一部が剥
がれてＴ／Ｄが高く出たり、セル内で余分な帯電を生じ
てＱ／Ｍが変動する傾向がある。勿論、壊れやすいキャ
リアや分離しにくいトナーを含有する現像剤について
は、減圧の程度や時間を変化させて最適範囲を設定すべ
きことは言うまでもない。現像剤のサンプル量は、上記
範囲よりも多いとキャリアからのトナーの分離が不十分
となり、一方、上記範囲よりも少ないとトナー量が微小
となって精度が低下するので好ましくない。

【００２７】本実施例では、測定を次の手順で行った。 １．ユニットセル重量を計量する。 …Ａ［ｇ］ ２．ユニットセルにサンプルを入れる。 ３．サンプルを入れたユニットセル重量を計量する。 …Ｂ［ｇ］ ４．ユニットセルを装置にセットする。 ５．電荷量計のホールドを解除し、ゼロリセットする。 ６．スタートボタンを押して吸引を開始する。 ７．停止したら、電荷量計をホールドし、値を読みとる。 …Ｃ［μＣ］ ８．ユニットセル重量を計量する。 …Ｄ［ｇ］ ９．ユニットセルを掃除する。 計算

【００２８】

【数４】

【００２９】

【数５】

【００３０】また、ユニットセルとしては、メッシュ部
径（Ｄ₂）４０ｍｍ、上部開口部径（Ｄ₁）１２ｍｍ、高
さ（Ｈ）３０ｍｍ及び重量１５５ｇのステンレススチー
ル製セル（３７μｍステンレススチール金網付き）を使
用した。更に、標準測定条件としては、吸引圧力−９ｋ
Ｐａ、吸引時間３０秒、サンプル量０．４〜１ｇを用い
た。一例として、三田工業株式会社製電子写真複写機Ｄ
Ｃ−２５５６用現像剤を使用し、トナー及び磁性キャリ
アを正確に計量して、ボールミル処理を行い、トナー濃
度が２乃至５％の二成分系現像剤を調製し、メッシュ径
４０ｍｍ、ユニットセルの高さ３０ｍｍ、吸引口の切り
替え周期が１分間に４０回になる条件で、トナー濃度及
び帯電量を測定した。比較のため、公知のカーボンアナ
ライザー法によるトナー濃度の測定及びブローオフ法に
よるトナー帯電量の測定も行った。得られた結果を図３
及び図４に示す。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、共通の測定装置を使用
する単一の吸引操作で、短時間の内に、トナー濃度と帯
電量の同時測定が可能であるという利点が得られる。ま
た、トナー濃度及び帯電量を、簡単な装置及び手段で、
しかも精度よく測定でき、装置コスト及びランニングコ
ストも安価であるという利点も得られる。更に、換算式
を必要としないので濃度や組成等が全く未知の現像剤の
トナー濃度を測定でき、しかも濃度値はスペントトナー
によって影響されないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定原理を説明するための説明図であ
る。

【図２】測定装置本体の詳細を示す断面図である。

【図３】トナー濃度（Ｔ／Ｄ）既知の二成分系現像剤に
ついて、公知のカーボンアナライザー法（△）及び本発
明の吸引法（■）でトナー濃度を測定した結果を示すグ
ラフである。

【図４】トナー濃度（Ｔ／Ｄ）既知の二成分系現像剤に
ついて、公知のブローオフ法（△）及び本発明の吸引法
（■）で帯電量を測定した結果を示すグラフである。

【図５】本発明に用いる測定装置の全体を示す配置図で
ある。

【図６】本発明に用いる吸引口ユニットの上面図であ
る。

【符号の説明】

１ ユニットセル ２ 円筒状側壁 ３ 下蓋 ４ メッシュ（３７μｍ） ５ 現像剤収容空間 ６ ねじ ７ 把持部（リング） ９ フランジ １０ キャリア １１ トナー １５ 通気口 １６ メッシュ ２１ 吸引口 ２３ 誘導管 ２４ 動力装置 ３０ 台（ステンレススチール製） ３１ ハウジング（ステンレススチール製） ３２ 吸引室 ３３ 耐圧チューブ ３４ 気圧センサー ３５ ケーブル ３６ ユニットセル収容空間 ３７ ユニットセル支持台（ステンレススチール製） ３８ 電気絶縁部材（埋め込みボルト） ３９ 電気絶縁部材（リング状シリコーンゴム） ４０ 測定装置本体 ４１ 本体コントロール部 ４２ 吸引ポンプ ４３ 電荷量計 ４４ 天秤 ５０ 電源スイッチ ５１ スタートボタン ５２ ストップボタン ５３ 吸引力調節つまみ ５４ デジタル気圧計 ５５ タイマー ５６ 切り換え速度調節つまみ ７０ 内部配線 ７１ コネクター ７２ ケーブル ７４ 蓋 ７５ 埃よけ（３７μｍ） ７６ 通気口（φ１０） ８１ 吸引口ユニット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部にメッシュを有するユニットセルに
   磁性キャリアとトナーとからなる二成分系現像剤を充填
   し、前記メッシュ下部に配した複数個の吸引口から順次
   切り換えて吸引することにより、吸引口直上のメッシュ
   部に吸着された現像剤を切り換えた吸引口に合わせて移
   動させ、磁性キャリアから分離したトナーをメッシュを
   通してユニットセル外に排出し、ユニットセル内の現像
   剤の重量減少或いは排出トナー重量からトナー濃度を算
   出し且つユニットセルの電荷量からトナー帯電量を算出
   することを特徴とする二成分系現像剤におけるトナー濃
   度及びトナー帯電量の測定方法。
2. 【請求項２】 １つの吸引口の面積をメッシュの面積の
   ３乃至３０％に設定することを特徴とする請求項１に記
   載の測定方法。
3. 【請求項３】 吸引口とメッシュとの間隔を５ｍｍ以下
   にに設定することを特徴とする請求項１に記載の測定方
   法。