JPS58116542A - トナー粒子の粒子径および帯電量の測定方法ならびにその装置 - Google Patents

トナー粒子の粒子径および帯電量の測定方法ならびにその装置

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JPS58116542A
JPS58116542A JP56212442A JP21244281A JPS58116542A JP S58116542 A JPS58116542 A JP S58116542A JP 56212442 A JP56212442 A JP 56212442A JP 21244281 A JP21244281 A JP 21244281A JP S58116542 A JPS58116542 A JP S58116542A
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哲也 今村
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鉄谷 孝史
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は電子写真用トナーの粒子特性、とくにトナー粒
子の粒子径および帯電量を測定する方法およびその装置
に関する。
〔従来技術の説明〕
一般に電子写真複写機に用いられるトナー粒子の粒子径
、極性、および帯電量は、感光体ドラム上の潜像へのト
ナー粒子の現像の良否や現像効率に影響し、さらに現像
されたトナー粒子σ)紙上への転写の良否や転写効率に
影響する。したがってこれらのトナー粒子特性は、最終
的に複写画像の鮮明度、微粒トナー粒子の付着によるカ
ブリ(本来白く写るべきところにトナー粒子が付着し黒
くなる現象)の有無などとなって表われ、複写機の複写
性能に極めて重要な特性である。
従来、この糧の特性を測定する方法として、粒子径測定
方法には、各種メツシュの篩を用(・ての分級測定法、
空気分級測定法、顕微鏡による粒径測定法、および液体
中へ分散させた粒子が細孔を通過するときにその細孔の
両側の電極、に生じる抵抗変化に基づく電気、eルスか
ら粒径な測定する方法等(日本化学会編、[新実験化学
講座18界面とコロイド]、丸善出版、19フ5、P 
368−P 407)がある。
また帯電量測定方法には、トナー粒子と鉄粉キャリアを
混合した現倫剤をケージの下端に設けたメツシュ上に置
いて、このケージの上端に設けたノズルから圧縮ガス(
圧縮空気または窒素ガス)を吹込み、トナーとキャリア
とを攪拌しながら摩擦帯電させ、トナー粒子をケージか
ら吹飛ばして残存したキャリアの逆電荷量を電気容量か
ら求めるブローオフ法(小口、久保、吉日:電子写真、
第16巻、腐2.10. 197B)が広く知られてい
る。
このブローオフ法はメツシュにトナーあるいはキャリア
が衝突して発生する摩擦帯電を伴うため、測定条件によ
って測定値が変化し、トナー帯電量の絶対値測定が困難
で通常の使用には煩雛である欠点がある。
そのため近年、このブローオフ法を改良して、メツシュ
を用いず、磁石に対するキャリアとトナーの吸引力の差
により両者を分離する方法(中高、日中、堀江二を子写
真、第18巻、/163.22.1980)、が開発さ
れている。
しかしながら、これらの測定方法はいずれも各特性を個
別に測定し、しかも分布状態は求められず平均値が得ら
れるに過ぎない方法であった。
〔発明の目的〕
本発明は、従来の測定方法で得られないトナー粒子の粒
子径および帯電量等の各分布状態および各平均値を同時
に簡便にかつ再現性良く測定することができるトナー粒
子特性の測定方法およびその装置を提供することを目的
とする。
〔発明の要旨〕
本発明の第一の特徴は、重力方向に垂直な方向に整流さ
れた空気層流を与え、重力方向に垂直であってこの空気
層流に垂直な方向に一定の直流電界が印加された空間に
、被測定トナー粒子を自然落下させ、このトナー粒子が
上記空間に分布する状態を観測するトナー粒子特性の測
定方法にある。
また本発明の第二の特徴は、重力方向に平行に配役され
一定の直流電圧が印加された2枚の平行な電極板と、こ
の2枚の電極板の間にこの電極板に平行であって重力方
向に垂直な方向に空気層流を生じさせる手段と、上記2
枚の電極板の間に被測定トナー粒子を自然落下させる手
段と、この自然落下させる手段の下方に配設され上記ト
ナー粒子を受けとめる測定板とを備えたトナー粒子特性
の測定装置にある。
〔発明の原理〕
本発明の原理は、トナー粒子半径によるストークスの法
則に基づく落下速度の差と、電場中でのトナー粒子の帯
電量の大小に基づく電気力との差を利用して空気中で3
次元クロマトグラフィを行うものである。
すなわち第1図に示すように重力方向(Z方向)に平行
に配設された2枚の平行な電極板1および20間に一定
の直流電圧を印加し、この2枚の電極板lおよび2の間
に電極板1.2に平行であって重力方向に垂直な方向(
X方向)に空気層流を生じさせ、この2枚の電極板1お
よび2の間の上方に(Z軸上に)トナー落下管3を設け
、あらかじめキャリアと混合した後にキャリアから分離
して帯電したトナー粒子5をこのトナー落下管3より重
力方向に垂直に置かれた測定板6上に自然落下させる。
この測定板6上に落下したトナー粒子50粒子径および
帯電量等は、以下に述べる理論を用いて測定板6上のX
およびY座標から求めることができる。
いまX方向に空気の層流速度Vがあるとき、を時間後の
トナー粒子の位置Xは、次式により表わされる。
x : v t              ・・・・
・・(1)またY方向のトナー粒子の運動方程式は、ス
トークスの法則による空気の粘性抵抗と、トナー粒子の
帯電量qおよび電場Bに基づく電気力q、Eとから次式
により表わされる。
ここで、mはトナー粒子質量、ηは空気粘度、aはトナ
ー粒子半径である。(2)式を解いて次式を得る。
また2方向に落下するトナー粒子の運動方程式目次式で
与えられる。
6πηa この(2)〜(4)式で用いたストークスの法則は、次
式のレイノルズ数が1以下のとき成立するため、本発明
の測定装置では次式を満たすように実験条件を選定する
ものとする。
η ここで、ρはトナー粒子密度である。
さらにトナー粒子の形状を球と仮定すれば、トナー粒子
質量mは次式により表わされる。
□−−π13ρ           ・・・・・・(
6)上記(1)、(3)、(4)、(6)式を用いて解
けば、トナー粒子の落下時間1.)ナー粒子帯電量q1
 )ナー粒子半径1、トナー粒子質量mの未知数を求め
ることができる。
〔実施例による説明〕
一例を図面に基づいて詳しく説明する。
第2図は本発明一実施例装置の中央縦断面図である。第
2図において各符号は第1図、の各符号にそれぞれ対応
する。電極板1.2および測定板6は、断面が正方形の
3辺をなす風胴7のほぼ中央部に配置される。
第3図は電極板1.2および測定板6の詳細を示す外観
斜視図である。電極板1.2および測定板6は、プラス
チック製の基台9に取付けられる。
また風胴7内には、この電極板1.2の前部および後部
に第4図および第5図に示すような2種類の空気整流板
10.11が多数配置される。この空気整流板10.1
1は一定の奥行を持つ板状材料を断面が格子状になるよ
うに構成したもので、第6図に示すように風胴7内では
、一方の空気整流板10の格子空間のほぼ真中に他方の
空気整流板11の交差点が来るように交互に組合わせで
ある。
また第2図および第6図に示すように、電極板1.2の
中間にあって測定板6の上方の風胴7の1管3が垂直に
貫設される。このトナー落下管3はガラス製でその上端
は太く下端は細く形成されている。さらに風胴7の一端
には、一定速度で回転する吸引ファン14が取付けられ
、風胴7内の空気を吸引する。
このように構成された装置で、トナー落下管3から帯電
したトナー粒子5を電気力と空気層流の生じた空間内に
自然落下させると、測定板6上の測定チャートには、第
7図に示すようなトナー粒子の分布が生じる。第7図の
測定チャートは白色でその表面は粘着性があり、落下し
たトナー粒子の分布状態を容易に観察することができ、
しかもこの測定チャートは測定板6に着脱自在に取付け
られている。
第7図からY軸とY軸の交点、すなわち原点上(Z軸上
)から落下されたトナー粒子は、X方向への粒子径分布
を持っていることが示され、またY方向に印加された電
場とトナー粒子側々の帯電量により受ける電気力が異な
るため、Y軸を中心線とすればY軸より上方の位置に多
くの粒子が落下した帯電量分布が示される。
第8図は第7図に示した測定チャートの上に前記理論式
から求めたトナー粒子の粒子半径(破線で示す)と帯電
量(実線で示す)の等高線図を重ね合わせたものである
。これによりトナー粒子側々の粒子半径と帯電量とを一
目瞭然に簡便に測定することができる。なお測定チャー
トにあらかじめ上記トナー粒子の粒子半径および帯電量
の等高線図を印刷しておいてもよい。
さらにトナー粒子側々の粒子半径および帯電量の大きさ
をより凝縮した定量的特性として把握するために、X方
向とY方向のトナー粒子の分布状態を定量データとして
測定する。第9図は第7図に示した測定チャートから画
像解析装置(Quan−timent ”12G 、 
 Image Analyzing Oomputer
 Ltd 。
イイリス)によるX、Y方向のトナー粒子分布の測定状
況を示す図であってX、Y方向に垂直な微小幅スリット
中のトナー濃度を定量化することができる。なおこの画
像解析装置の代わりに他の解析手段によりトナー粒子分
布を定量化してもよい。
上記の定量化により得られたX%Y方向の各分布は、前
記理論式を用いてそれぞれ粒子半径分布および帯電量分
布として計算することができ、第10図に示すヒストグ
ラムとして表わすこともできる。第10図を解析すれば
各分布から粒子半径および帯電量の各平均値と各標準偏
差を求めることができる。
なおトナー粒子特性が既知の分布状態モデルを多種類用
意して、被測定トナー粒子の測定チャートにおける分布
状態をこれらの分布状態モデルと比較観察して簡易に被
測定トナー粒子の特性を求めることもできる。
また測定チャートはその表面が粘着性である例を示した
が、トナー成分が低融点の熱可塑性樹脂であることから
測、定チャートに加熱できる加熱装置を設ければ、とく
に粘着性にしなくてもトナー粒子の分布状態を記録する
ことができる。
〔実施例データの説明〕
次に本実施例装置を用いて測定した具体例について説明
する。ここに示す例はあくまでも一例であって、これに
より本発明の範囲を限定するものではない。
実施例 市販のトナー粒子を2種類について測定した。
1種類は二成分のトナー粒子(以下E市販トナーA」と
いう。)、他のものは一成分のトナー粒子(以下「市販
トナーB」という。)である。
これらのトナー粒子を温度25℃、浸度50%R)(、
空気層流速度5cWL/SeC,電場380■/cII
L、トナー落下管の落下孔の測定板からの高さto c
vの測定条件の下でそれぞれ自然落下させた。
第11図は市販トナーA1第12図は市販トナーBのト
ナー粒子の測定チャート上に落下した分布状態を示す。
前記画像解析装置とマイクロコンピュータを用いて、こ
の測定チャートの粒子半径分布と帯電量分布の各データ
の定量化を行い、第1表の結果を得た。
第  1  表 第1表において、各数値は「平均値」±「標準偏差」で
分布状態を示し、試料のトナー粒子の形状は球形として
算出した。
この表から市販トナー人は市販トナーBより粒子半径が
小さく、ノラツキの小さい負の帯電量を有するのに対し
、市販トナーBは正の大きな帯電量を有することが理解
できる。
〔発明の効果〕
以上述べたように1本発明によれば、電気力と空気層流
とがそれぞれ重力方向に垂直にかつ互いに直交する方向
に作用する空間に、帯電した被測定トナー粒子を自然落
下させ、上記空間に置かれた平面でこのトナー粒子の落
下した分布状態を観察することにより、 (イ)再現性の良い粒子径、帯電量等のデータが得られ
、 (ロ) これらのデータを同時に、かつ各データの平均
値のみならず分布状態を把握することができ、 (ハ)理論式から求めた上記各データの岬高線図をあら
かじめ測定チャートに印刷したり、あるいはトナー粒子
特性が既知の分布状態モデルを多種類用意することによ
り、上記理論式を用いることなく、簡便かつ迅速にトナ
ー粒子特性を求めることができ、工業上の利用に好適と
なる 優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明する斜視図。 第2図は本発明一実施例装置の中央縦断面図。 第3図はその電極板および測定板の外観斜視図。 第4図および第5図はその空気整流板の外観斜視図。 第6図は第2図のA A’断面図。 第7図は測定板上に置かれトナー粒子が落下した分布状
態を示す測定チャート。 第8図は第7図に示した測定チャートの上に理論式から
求めたトナー粒子半径と帯電量の等高線図を重ね合わせ
た図。 第9図は第7図に示した測定チャート力1ら画偉解析装
置によるX%Y方向のトナー粒子分布の6111定状況
を示す図。 第10図は同じく測定チャートから計算した粒子半径分
布と帯電量分布のヒスドグラム。 第11図および第12図は本実施例装置による市販トナ
ー粒子の分布状態を示す測定チャート。 1.2・・・電極板、3・−・トナー落下管、5・・・
トナー粒子、6・・・測定板、7・・・風胴、9・・・
基台、10,11・・・空気整流板、13・・・蓋、1
4・・・吸引ファン。 特許出願人花王石鹸株式会社1,051、第1図 第7図 第8図 第9図 粒子3F棟金斧 X 第10図

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  重力方向に垂直な方向に整流された空気層流
    を与え、重力方向に垂直であってこの空気層流に垂直な
    方向に一定の直流電界が印加された空間に、被測定トナ
    ー粒子を自然落下させ、このトナー粒子が上記空間に分
    布する状態を観測するトナー粒子特性の測定方法。
  2. (2)被測定トナー粒子が空間に分布する状態を重力方
    向に垂直な平面で捉える特許請求の範囲第(1)項記載
    のトナー粒子特性の測定方法。
  3. (3)空気層流の方向をX方向、電気力の作用する方向
    なY方向、重力方向を2方向とし、Z軸上から被測定ト
    ナー粒子を自然落下させこのトナー粒子が空間に分布す
    る状態をX−Y平面で捉えるとき、 6πηa m=−πasρ (ただし−V:空気!−流速度、t:#r下下問間m:
    トナー粒子質奮、η:空気粘度、a:トナー粒子半径、
    q:トナー粒子@tit、g:電場、ρ:トナー粒子密
    度)の式からトナー粒子半径aおよびトナー粒子帯電量
    qを求める特許請求の範囲第(2)項記載のトナー粒子
    特性の測定方法。
  4. (4)被測定トナー粒子が空間に分布する状態をあらか
    じめトナー粒子特性が既知の分布状態モデルと比較観察
    して上記被測定トナー粒子の特性を求める特許請求の範
    囲第(1)項または第(2)項の記載のトナー粒子特性
    の測定方法。
  5. (5)重力方向に平行に配設され一定の直流電圧が印加
    された2枚の平行な電極板と、この2枚の電垂直な方向
    に空気層流を生じさせる手段と、上記2枚の電極板の間
    に被測定トナー粒子を自然落下させる手段と、この自然
    落下させる手段の下方に配役され上記トナー粒子を受け
    とめる測定板とを備えたトナー粒子特性の測定装置。
  6. (6)測定板が重力方向に垂直である特許請求の範囲第
    (5)項記載のトナー粒子特性の測定装置。
  7. (7)測定板の表面に淡色で粘着性のある測定チャート
    が着脱自在に取付けられるように構成された特許請求の
    範囲第(5)項または第(6)項記載のトナー粒子特性
    の測定装置。
  8. (8)測定チャートにあらかじめトナー粒子特性が既知
    の等高線図が印刷された特許請求の範囲第(7)項記載
    のトナー粒子特性の測定装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61281975A (ja) * 1985-06-07 1986-12-12 Fujitsu Ltd トナ−電荷量分布測定装置

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