JP3269949B2 - 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
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Info
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Description
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。
いては、静電潜像を可視像化するために、二成分系現像
剤、即ち磁性キャリアと顕電性トナーとの混合物が広く
使用されている。
では、磁性キャリアと顕電性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。
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。
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。
帯電量測定法の内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。
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。
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及
び装置を提供するにある。
メッシュ及び上部中央に小径で単一の通気口を有すると
共に、通気口の面積がメッシュの面積の1.6乃至25
%に且つ通気口とメッシュとの間隔がメッシュの径の
0.5乃至1.25倍に設定されているユニットセルを
使用し、該ユニットセルに二成分系現像剤を充填し、前
記メッシュを通して吸引することにより、ユニットセル
の中央部に現像剤の下向きの流れとユニットセルの器壁
に沿って上向きの流れを発生させ、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。
系現像剤収容部、下部にメッシュ及び上部中央部に単一
の通気口を備えた測定用ユニットセルと、吸引室と、吸
引室の上部に気密に且つ電気的に絶縁して設けられ、且
つ電極をも兼ねる中空のユニットセル支持台とを備え、
前記ユニットセルは通気口の面積がメッシュの面積の
1.6乃至25%であり且つユニットセルの現像剤収容
部がメッシュの径の0.5乃至1.25倍の高さを有す
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
及び帯電量の測定装置を用いて実施することができる。
支持台は仕事関数の差が0.60eV以下の金属素材、
最も好適には同じ金属素材で形成されていることが望ま
しい。
おいて、ユニットセル1は円筒部材2と下蓋3と上蓋4
とから成っており、下蓋3は円筒部材2の内径と同一径
の開口5を備えており、下蓋3と円筒部材2とはネジ6
により締結されていて、両者の間にはメッシュ7が挟持
されている。上蓋4の中央には円筒部材2の内径に比し
て小径の通気口8が設けられていて、通気口8には粉末
飛散防止用のメッシュ9が設けられている。上蓋4は円
筒部材2の上部に開閉可能に載せられており、現像剤収
容部10への現像剤の出し入れが可能となっている。ま
た、円筒部材2の外周には把持部(リング)11が設け
られている。ユニットセル1のメッシュ7は、現像剤中
のキャリア12は通過できないが、現像剤中のトナー1
3は通過できるようなメッシュ開口を有している。ま
た、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
7も同じ材料で形成されている。
剤を充填し、上蓋4を閉めた後、メッシュ7の下方から
吸引を行う。上蓋4の中央に通気口8を設けると共に、
メッシュ7の面積に比して通気口8の面積を小さくした
ことにより、現像剤収容部に流入する気流により、中央
部における現像剤の下向きの流れ14と円筒部材2の器
壁に沿った上向きの流れ15とから成る循環流が発生す
ると共に、通気口8の端縁とメッシュ部7の端縁とを結
ぶ仮想的錐台面よりも外周側では乱流も発生する。上記
の循環流或いは更に活流により現像剤中のキャリア12
とトナー13との分離が行われ、分離されたトナー13
は気流にのせられて、メッシュ7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12とトナー13の分離が有効に行わ
れる。
ル1にはキャリア12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) によりトナー帯電量[μc/g]が測定される。
式(2) からトナー濃度[%]が測定される。
式(3) 吸い取ったトナー重量[g]=投入現像剤重量[g]− 残留現像剤重量[g] …(3) で表わされる。
よる現像剤循環流或いは乱流を利用して現像剤のキャリ
アとトナーとの分離を行うものであるが、これを有効に
行うためには、通気口8の面積[ S1 =π(D1)2/
4 ]をメッシュ部7の面積[ S2 =π(D2)2/4
]の1.6乃至25%、特に6.3乃至14.1%、
最も好適には6.3乃至9.0%とし、且つ通気口8と
メッシュ部7との間隔(高さH)とメッシュ部7の径
(D2 )とが0.5≦(H/D2)≦1.25の関係を
満たす必要がある。即ち、通気口8の面積比が上記範囲
よりも小さいと、ユニットセル内に流入する気体流量が
小さすぎて循環流の形成が行われず、トナーの分離が不
十分となる。一方、通気口8の面積比が上記範囲よりも
大きいと、現像剤がメッシュ部7に引き付けられるよう
になり、やはり安定な循環流が形成されず、トナーの分
離が不十分となる。また、前述したH/D2が1.25
よりも大くなると、ユニットセル内の気流が層流とな
り、循環流の形成が不十分でトナーの分離が有効に行わ
れなくなる。また、H/D2が0.5よりも小さくなる
と、ユニットセル内の上向きの流れが不足し、やはり循
環流の形成が不十分となり、トナーの分離が有効に行わ
れない。
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。
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(ロ)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2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。
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(ロ)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。図3では、トナー濃度変
化に対する帯電量変化が、ブローオフ法と本発明方法と
では全く逆の傾向を示しているが、トナー濃度の低下が
トナー帯電量の増加を示していることからみて本発明の
方が正しい傾向を示していると考えられる。
の分離に気流を利用するという点では軌を一にしている
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、本発明では吸引を利用しているため、ガス圧は最も
高くても一気圧以下であり、ガス圧が比較にならない程
低く、しかもガス圧が低い場合にも循環流或いは乱流の
発生により、トナー分離が完全に行われている。また、
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。
中空のユニットセル支持台を気密にしかも絶縁状態で設
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なわれるばかりでなく、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。
が0.60eV以下の金属素材、特に同一の金属素材で
形成することにより電荷量を精度よく測定することが可
能となる。
を示す図4において、この装置は、測定装置本体20、
本体コントロール部21、吸引ポンプ22、電荷量計2
3及び天秤24から成っている。
において、本体20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シールド
ケース31が設けられている。このシールドケース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はホース33を介して前述した吸引ポンプ22に
接続されている。また、この吸引室32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21に供給されるよ
うになっている。吸引室32の上部には、ユニットセル
収容部36が設けられ、この収容部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
れた植込みボルト38によりシールドケース31に固定
されている。また、支持台37とシールドケース31と
の間には、リング状の電気絶縁材(シリコーンゴム)3
9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20に設けられている。支持台37は、
内部配線40、コネクター41及びケーブル42を介し
て、前述した電荷量計23に接続されている。ユニット
セル収容部36の上部には、ヒンジ43を介して蓋44
が開閉可能に設けられ、この蓋44には埃よけ(400
mesh)45を備えた通気口46が設けられている。
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及びタイマー55が設けられている。
2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22を停止させるものである。
に供給する電力をトライアック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5)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、吸引室32(図5)内の圧力を任意の値に設定する
ことができる。
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120
0mm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。
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TR865
2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。
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。
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70cm 3 が適当である。更に、メッシュ
部の開口度は400メッシュ(タイラー標準)が適して
いる。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
装置内でのトナー飛散が多くなり、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。
径(D2 )40mm、上部開口部径(D1 )12mm、
高さ(H)Xmm及び重量155gのステンレススチー
ル製セル(400メッシュステンレススチール金網付
き)を使用した。表1に上記高さ(H)のXの値を変化
させてキャリアとトナーの吸引分離を試みた実験結果を
示す。
×は未分離のトナーがキャリアに残留したものを示す。
更に、標準測定条件としては、吸引圧力−9kPa、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DC−25
56用現像剤を使用し、上記X=30mmのユニットセ
ルを用いて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、上記の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2及び図
3に示す。
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
トナー濃度を測定すべき、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う効果がある。また更に、吸
引による循環流及び乱流を利用するためキャリア破壊す
ることなくトナー分離が有効に行われるため、正確なト
ナー帯電量の測定が可能となる。
る。
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(ロ)でトナー濃度を測定した結果を示すグ
ラフである。
ついて、公知のブローオフ法(▲)及び本発明の吸引法
(ロ)で帯電量を測定した結果を示すグラフである。
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 下部にメッシュ及び上部中央に小径で単
一の通気口を有すると共に、通気口の面積がメッシュの
面積の1.6乃至25%に且つ通気口とメッシュとの間
隔がメッシュの径の0.5乃至1.25倍に設定されて
いるユニットセルを使用し、該ユニットセルに二成分系
現像剤を充填し、前記メッシュを通して吸引することに
より、ユニットセルの中央部に現像剤の下向きの流れと
ユニットセルの器壁に沿って上向きの流れを発生させ、
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。
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