トナー付着強度測定装置およびトナー付着強度測定方法
【課題】トナーと磁性体成分を含むキャリアとからなる二成分現像剤におけるキャリアに対するトナーの付着強度を再現性よく正確に測定する。
【解決手段】二成分現像剤を磁力によって保持する第１磁石２２を有する現像剤保持部２と、第１磁石２２に保持された二成分現像剤に気流を供給する気流供給部３と、上記気流によってキャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知部４と、上記気流の風速と分離トナー検知部４の検知した分離トナーの個数とに基づいてトナーとキャリアとの付着強度あるいは付着強度の程度を示す指標を算出する付着力演算部５ｂとを備える。
【解決手段】二成分現像剤を磁力によって保持する第１磁石２２を有する現像剤保持部２と、第１磁石２２に保持された二成分現像剤に気流を供給する気流供給部３と、上記気流によってキャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知部４と、上記気流の風速と分離トナー検知部４の検知した分離トナーの個数とに基づいてトナーとキャリアとの付着強度あるいは付着強度の程度を示す指標を算出する付着力演算部５ｂとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二成分現像剤に含まれるトナーとキャリアとの付着強度分布を測定するためのトナー付着強度測定装置およびトナー付着強度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トナーと磁性体成分を含むキャリアとからなる二成分現像剤を用いる電子写真方式の画像形成装置が知られている。この種の画像形成装置では、画像データに応じた静電潜像を感光体の表面に形成し、その静電潜像をトナーによって現像し可視化している。この場合、感光体の表面に対向する位置にトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を搬送し、上記静電潜像によって作用する、トナーとキャリアとの付着強度（付着力）よりも強い静電引力によって、トナーを上記静電潜像に移行させている。
【０００３】
ところで、二成分現像剤を用いる現像プロセスでは、トナーの比電荷やトナーの形状等がトナーとキャリアとの付着強度に影響を与えることが知られている。また、トナーの帯電性は長期間の使用によって経年的に低下することが知られている。
【０００４】
トナーとキャリアとの付着強度が低下すると、現像装置から感光体に移行するトナーの量が過大になって画像品位が低下したり、現像装置からトナーが飛散したりするなどの不具合が生じる。
【０００５】
このため、二成分現像剤に用いられるトナーの開発や現像プロセスへの最適化、劣化度合いの評価などを行う上で、トナーとキャリアとの付着強度もしくは付着強度分布を容易かつ正確に測定する技術が求められている。
【０００６】
一般に、トナー等の粉体の付着強度は、粉体が付着している被付着体から粉体を分離するのに要する力を測定することによって検出される。また、粉体を被付着体から分離させる方法としては、遠心分離法、電界法、ブロー法などが知られている。
【０００７】
遠心分離法（例えば特許文献１〜３参照）では、粉体を付着させた試料基板に対向する位置に試料基板から分離した粉体を受ける受け基板を配置し、試料基板を遠心分離装置のロータ内に設置し、ロータの回転による遠心力を用いて粉体を試料基板から分離させて受け基板に付着させる。そして、受け基板に付着した粉体の質量を測定し、粉体の質量及びロータの回転数から分離に要した遠心力を計算して粉体の試料基板に対する付着強度を求める。
【０００８】
電界法（例えば特許文献４〜６参照）では、粉体を付着させた導電性試料基板に対向する位置に試料基板から分離した粉体を受ける導電性受け基板を配置し、試料基板側に配置した電極と受け基板側に配置した電極との間に電界を印加することにより、帯電している粉体を試料基板から分離させて受け基板に付着させる。そして、受け基板に付着した粉体の質量を測定し、測定した質量と、予め測定しておいた粉体の電荷量と、印加した電界強度とを用いて分離に必要な静電力を求めることにより、粉体の試料基板に対する付着強度を算出する。
【０００９】
ブロー法（例えば特許文献２参照）では、粉体を付着させた試料基板に向けて圧縮空気を所定の風速で噴射することで試料基板から粉体を分離させ、分離したトナーを集塵機で捕捉し、集塵機に捕捉された粉体の体積から粉体が受ける空気抵抗を求め、それに基づいて粉体の試料基板に対する付着強度を算出する。
【００１０】
また、特許文献７には、粉体を付着させた試料基板を高速で移動させることによって粉体を試料基板から分離させ、分離直後の粒子数および粒子質量に基づいて粉体の試料基板に対する付着強度を検出する方法が開示されている。
【００１１】
また、特許文献８には、トナーとキャリアの混合物からなる現像剤を試料基板に磁気的に付着させ、この現像剤に一定の電界を印加しながら試料基板を基板面に対して垂直方向に高速移動させることにより、トナーをキャリアから脱離させ、脱離前後の粒子数および粒子質量を求めることによりトナーとキャリアとの付着強度を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−２６７７７２号公報（平成１０年１０月９日公開）
【特許文献２】特開平１１−２３７３２７号公報（平成１１年８月３１日公開）
【特許文献３】特開平１１−２５８０８１号公報（平成１１年８月２４日公開）
【特許文献４】特開平１１−１５３５３８号公報（平成１１年６月８日公開）
【特許文献５】特開２００１−２２８０７５号公報（平成１３年８月２４日公開）
【特許文献６】特開２００５−２０１８８４号公報（平成１７年７月２８日公開）
【特許文献７】特開２００３−１５６４２６号公報（平成１５年５月３０日公開）
【特許文献８】特開２００３−０９８０６５号公報（平成１５年４月３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１〜７の方法では、粉体と試料基板との間の付着強度を測定することはできるものの、トナーとキャリアとの間の付着強度を測定することができない。つまり、特許文献１〜７の方法では、試料基板からトナーだけでなくキャリアも分離されてしまうので、トナーとキャリアとの付着強度を測定することが困難である。また、ブロー法を用いる場合、現像剤中の各トナーに均一な風速の気流を当てるのが困難なこと、および気流によってトナーだけでなくキャリアが飛散してしまうことから、測定結果にばらつきが生じ、再現性のよい測定を行うことが困難である。
【００１４】
また、特許文献８には、トナーとキャリアとの付着強度を検出することが記載されているものの、現像剤を磁気的に付着させた試料基板に打撃を加えることによって微粒子を磁性粒子から分離させているので、各現像剤に瞬間的に作用する力にばらつきが生じることなどから、測定精度が低く、再現性が悪いという問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、キャリアに対するトナーの付着強度を再現性よく正確に測定できるトナー付着強度測定装置およびトナー付着強度測定方法を提供することにある。
【００１６】
また、トナーの帯電性の劣化は現像剤中のすべてのトナーに均一に生じるわけではなく、各トナー間で個体差がある。すなわち、長期間使用した現像剤には、帯電性が低下したトナーと帯電性がほとんど低下していないトナーとが混在している。また、トナーの形状にばらつきがある場合には、トナーとキャリアとの付着強度はトナー毎に大きく異なる場合がある。このため、トナーの劣化度合いや特性を評価するためには、現像剤に含まれる各トナーの付着強度の分布状況を把握することが求められている。しかしながら、特許文献８の技術では、現像剤に含まれるトナー全体の平均的な付着強度を得ることしかできず、トナーの付着強度の分布状況を検出することができない。
【００１７】
本発明の他の目的は、キャリアに対するトナーの付着強度分布を再現性よく正確に測定できるトナー付着強度測定装置およびトナー付着強度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】
【００１８】
本発明のトナー付着強度測定装置は、上記の課題を解決するために、トナーと磁性体成分を有するキャリアとを含む二成分現像剤における上記トナーの上記キャリアに対する付着強度を測定するトナー付着強度測定装置であって、上記二成分現像剤を磁力によって保持する第１磁石を有する現像剤保持部と、上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給部と、上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知部と、上記気流の風速と上記分離トナー検知部の検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の算出を行う付着強度演算部とを備えていることを特徴としている。なお、上記の指標は、付着強度の程度を示すものであれば特に限定されるものではないが、例えば、分離トナーの検出数や、分離トナーを検出したときの風速に基づいて算出される壁せん断力などを用いることができる。
【００１９】
また、本発明のトナー付着強度測定方法は、トナーと磁性体成分を有するキャリアとを含む二成分現像剤における上記トナーの上記キャリアに対する付着強度を測定するトナー付着強度測定方法であって、上記二成分現像剤を第１磁石に磁力によって保持させる現像剤保持工程と、上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給工程と、上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知工程と、上記気流の風速と上記分離トナー検知工程で検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の算出を行う付着強度算出工程とを含むことを特徴としている。
【００２０】
上記のトナー付着強度測定装置およびトナー付着強度測定方法によれば、二成分現像剤を第１磁石に磁力によって保持させることにより、二成分現像剤を磁気ブラシ状に保持できる。すなわち、二成分現像剤を、第１磁石における二成分現像剤の保持面に対して垂直な方向に立ち並ぶように保持することができる。したがって、二成分現像剤に含まれる各キャリアおよび各トナーに対して気流を略均一に当てることができる。これにより、第１磁石に保持された二成分現像剤に気流を供給し、この気流によってキャリアから分離した分離トナーの個数を検知し、上記気流の風速と検知した分離トナーの個数とに基づいてトナーとキャリアとの付着強度あるいは付着強度の程度を示す指標を算出することで、トナーとキャリアとの付着強度あるいは付着強度の程度を示す指標を再現性よく正確に測定することができる。
【００２１】
また、本発明のトナー付着強度測定装置は、上記の構成に加えて、上記気流供給部から供給される気流の風速を制御する風速制御部を備え、上記風速制御部は、上記気流の風速を単調増加させるように制御し、上記分離トナー検知部は、所定の風速毎に上記分離トナーの個数を検知し、上記付着強度演算部は、上記所定の風速毎に検知した分離トナーの個数と、それに対応する各風速とに基づいて、上記二成分現像剤に含まれるトナーのキャリアに対する付着強度の分布の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の分布の算出を行う構成としてもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、上記二成分現像剤に含まれるトナーのキャリアに対する付着強度の分布あるいは付着強度の程度を示す指標の分布を再現性よく正確に測定することができる。したがって、例えば、二成分現像剤に含まれるトナーの帯電性の劣化度合いにばらつきがある場合や、トナーの形状のばらつき等に起因してトナーのキャリアに対する付着強度にばらつきがある場合であっても、上記のように測定した分布に基づいてトナーの劣化度合いや特性を適切に評価することができる。
【００２３】
また、上記第１磁石は、上記二成分現像剤を保持する保持面がＳ極またはＮ極のいずれか一方になるように配置されている構成であってもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、上記保持面に対して略垂直な磁界を形成することができるので、二成分現像剤を上記保持面に対して垂直な方向に並ぶように保持することができる。したがって、測定結果の再現性をより高めることができる。
【００２５】
また、上記第１磁石における上記保持面に対向する位置に第２磁石を備えており、上記第２磁石における上記第１磁石との対向面の極性が、上記第１磁石における上記保持面の極性と逆極性である構成としてもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、第１磁石と第２磁石との間に略平行な磁界を形成することができる。したがって、二成分現像剤を上記保持面に対して垂直な方向に並ぶように保持することができるので、測定結果の再現性をさらに高めることができる。
【００２７】
また、上記第１磁石は、上記第２磁石の方向に向かって突出した複数の第１突部を備え、上記第２磁石は、上記各第１突部に対向する位置に設けられた、上記第１磁石の方向に向かって突出した複数の第２突部を備えており、上記第１突部と上記第２突部との間に作用する磁力によって上記二成分現像剤を保持する構成としてもよい。例えば、上記各第１突部および上記各第２突部は、上記気流の流れる方向に対して平行な方向に延伸するように配置されている構成としてもよい。あるいは、上記各第１突部および上記各第２突部は、上記気流の流れる方向に対して平行な第１方向、および上記気流の流れる方向に対して垂直かつ上記第１突部と上記第２突部との対向方向に垂直な第２方向に沿ってマトリクス状に配置されている構成としてもよい。
【００２８】
上記の各構成によれば、第１突部と第２突部との間の磁束密度を局所的に高めることができるので、これら両突部の間に二成分現像剤の磁気ブラシを形成できる。また、二成分現像剤からなる磁気ブラシが互いに独立した状態で第１突部と第２突部との各対向部に形成されるため、供給される気流が主に第１突部と第２突部との非対向部、すなわち第１突部と第２突部との各対向部に形成される磁気ブラシ同士の間を通過し、磁気ブラシに対して一様にあたる。これにより、測定結果の再現性をより高くすることができる。
【００２９】
また、上記現像剤保持部は、上記気流供給部から供給される上記気流が流される導流管を備え、上記気流供給部は上記導流管の一端側から上記気流を供給し、上記分離トナー検知部は上記導流管の他端側から排出される上記分離トナーの個数を検知する構成としてもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、第１磁石に保持された二成分現像剤に供給される気流の風速を安定させ、測定結果の再現性を高めることができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明のトナー付着強度測定装置は、上記二成分現像剤を磁力によって保持する第１磁石を有する現像剤保持部と、上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給部と、上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知部と、上記気流の風速と上記分離トナー検知部の検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の算出を行う付着強度演算部とを備えている。
【００３２】
また、本発明のトナー付着強度測定方法は、上記二成分現像剤を第１磁石に磁力によって保持させる現像剤保持工程と、上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給工程と、上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知工程と、上記気流の風速と上記分離トナー検知工程で検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の算出を行う付着強度算出工程とを含む。
【００３３】
それゆえ、トナーとキャリアとの付着強度あるいは付着強度の程度を示す指標を再現性よく正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態にかかるトナー付着強度分布測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる現像剤保持部の斜視図である。
【図３】図１に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる現像剤保持部の断面図である。
【図４】図２および図３に示した現像剤保持部に備えられる第１磁石の平面図である。
【図５】実験に用いたトナーの特性を示す説明図である。
【図６】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の、経過時間毎の分離トナーの検出頻度を示している。
【図７】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、上図はトナーとキャリアとを混合した二成分現像剤について、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎の分離トナーの検出頻度を示しており、下図はトナーを混合させていないキャリア単体について、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎のキャリアの検出頻度を示している。
【図８】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎の分離トナーの検出数の積算分布を示している。
【図９】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎の分離トナーの検出数の積算分布を示している。
【図１０】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、比電荷の異なる複数のトナーについて、二成分現像剤に含まれるトナーのうちの５０％がキャリアから分離したときの風速をプロットしたグラフである。
【図１１】比較例にかかるトナー付着強度測定装置に備えられる現像剤保持部の斜視図である。
【図１２】図１１に示した現像剤保持部に備えられる現像剤収容容器の斜視図である。
【図１３】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎の分離トナーの検出数の積算分布を、同じ条件について２回繰り返し行った場合の結果を示している。
【図１４】図１１に示した比較例にかかるトナー付着強度分布測定装置用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎の分離トナーの検出数の積算分布を、同じ条件について２回繰り返し行った場合の結果を示している。
【図１５】（ａ）は図１に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる現像剤保持部の変形例を示す斜視図である。（ｂ）は（ａ）に示した現像剤保持部に備えられる第１磁石および第２磁石を拡大した斜視図である。
【図１６】図１に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる現像剤保持部の変形例を示す断面図である。
【図１７】図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる第１磁石および第２磁石の変形例を示す斜視図である。
【図１８】図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる第１磁石および第２磁石の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（１．トナー付着強度分布測定装置１の構成）
本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるトナー付着強度分布測定装置（トナー付着強度測定装置）１の構成を示すブロック図である。
【００３６】
この図に示すように、トナー付着強度分布測定装置１は、現像剤保持部２、気流供給部３、分離トナー検知部４、演算部５、および排気装置６を備えている。
【００３７】
気流供給部３は、図１に示したように、フィルタ３ａ、コンプレッサ３ｂ、ドライヤ３ｃ、および風速調整機３ｄを備えており、フィルタ３ａ、コンプレッサ３ｂ、ドライヤ３ｃ、および風速調整機３ｄは送風管７ａ，７ｂ，７ｃを介してこの順で接続されている。
【００３８】
フィルタ３ａはコンプレッサ３ｂに吸引される外気から埃等を除去するものである。
【００３９】
コンプレッサ３ｂは、フィルタ３ａおよび送風管７ａを介して外気を吸引して圧縮し、送風管７ｂを介してドライヤ３ｃに送る。ドライヤ３ｃは、コンプレッサ３ｂから送風管７ｂを介して送られてきた空気を乾燥させ、送風管７ｃを介して風速調整機３ｄに送る。風速調整機３ｄは、現像剤保持部２の導流管２１に直結されており、ドライヤ３ｃから送風管７ｃを介して送られてきた空気の風速を演算部５に備えられる風速制御部５ａからの指示（風速制御信号）に応じて調整し、導流管２１に送る。また、風速調整機３ｄは、導流管２１に送った空気の風速を検出し、検出結果に対応する風速情報を演算部５にリアルタイムで出力する。なお、風速調整機３ｄは、風速を適切に制御できるものであればよく、その構成は特に限定されるものではないが、例えば一般的な流量制御弁と風速計とを用いることができる。
【００４０】
図２は現像剤保持部２の斜視図であり、図３は現像剤保持部２の断面図である。図２および図３に示すように、現像剤保持部２は、中空形状の角柱状のパイプで構成される導流管２１と、導流管２１の内壁に備えられた第１磁石２２とを備えている。
【００４１】
導流管２１としては、長さ１４０ｍｍ、延伸方向に垂直な断面の内壁部の形状が幅（流路の幅）が８ｍｍ、高さ（流路の高さ）が１ｍｍの矩形形状のものを用いた。ただし、導流管２１の形状および寸法はこれに限るものではない。
【００４２】
第１磁石２２は、導流管２１内の底面に、第１磁石２２における導流管２１の内側の表面が、導流管２１の内壁部における第１磁石２２が配置される領域以外の底面と同一平面になるように配置されている。また、第１磁石２２は、Ｓ極が導流管２１の内側を向き、Ｎ極が導流管２１の外側を向くように配置されている。これにより、第１磁石２２におけるＳ極とＮ極との間に放射状の磁界が形成され、図３に模式的に示すように、トナーＴ１と磁性体成分を含むキャリアＣとからなる二成分現像剤が第１磁石２２によって磁気ブラシ状に保持される（第１磁石２２の表面に垂直な方向に立ち並ぶように保持される）。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１磁石２２として、導流管２１の内側の表面が幅８ｍｍ、長さ２７ｍｍの矩形状であり、磁束密度１２０ｍＴである永久磁石を用いた。ただし、第１磁石２２の構成はこれに限るものではない。また、本実施形態ではＳ極が導流管２１の内側を向き、Ｎ極が導流管２１の外側を向くように配置しているが、これに限らず、Ｎ極が導流管２１の内側を向き、Ｓ極が導流管２１の外側を向くように配置してもよい。
【００４４】
分離トナー検知部４は、第１磁石２２に保持された二成分現像剤のキャリアから分離され、気流とともに搬送される分離トナーＴ２の個数を検知するとともに、検知した分離トナーＴ２の個数情報を演算部５にリアルタイムで出力するものである。分離トナー検知部４は、空気流に含まれるトナーの個数を検知できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば市販のパーティクルアナライザーなどを用いることができる。本実施形態では、柴田科学株式会社製のレーザーダストモニター（パーティクルアナライザー）：ＬＤ−１）を用いた。
【００４５】
なお、図１に示したように、分離トナー検知部４には、現像剤保持部２の方向に向かうほど開口部の断面積が大きくなる円錐状の導流管８が接続されており、現像剤保持部２の導流管２１から排出される空気流Ａと、導流管２１の周囲から流れ込む空気流Ｂとが同時に吸い込まれるようになっている。このように、導流管２１の周囲から流れ込む空気流Ｂを空気流Ａとともに吸い込むことにより、導流管８の壁面に分離トナーＴ２が付着することを抑制し、測定精度を向上させることができる。
【００４６】
排気装置６は、分離トナーＴ２を空気から分離するフィルタと空気吸引機とを備えており（いずれも図示せず）、排気管９を介して分離トナー検知部４に接続されている。これにより、分離トナー検知部４から排出される空気を空気吸引機で吸引するとともに、吸引した空気に含まれる分離トナーＴ２をフィルタで分離し、分離トナーＴ２を除去した空気を外部へ排出する。
【００４７】
演算部５は、風速制御部５ａと付着力演算部（付着強度演算部）５ｂとを備えている。風速制御部５ａは、気流供給部３の風速調整機３ｄから入力される風速情報に基づいて、風速調整機３ｄから導流管２１に供給される気流の風速が目標値になるように風速調整機３ｄの動作をフィードバック制御する。付着力演算部５ｂは、風速調整機３ｄから入力される風速情報と分離トナー検知部４から入力される分離トナーＴ２の個数情報とに基づいて、キャリアに対するトナーの付着強度（トナー付着強度分布）を算出する。
【００４８】
（２．実験結果）
次に、トナー付着強度分布測定装置１を用いて行ったトナー付着強度の測定結果（トナー付着強度分布の検出結果）について説明する。
【００４９】
実験方法としては、まず、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を混合・攪拌してトナーを帯電させ、現像剤保持部２の第１磁石２２に保持させた。なお、本実施形態では、図４に示したように、第１磁石２２の上面（二成分現像剤の保持面）の中央部のみに現像剤を保持させた。これは、導流管２１の壁面による気流の乱れが測定結果に及ぼす影響を低減するとともに、第１磁石２２の磁力線方向が二成分現像剤の保持面に対して略垂直になっている領域のみで現像剤を保持することにより、二成分現像剤を磁気ブラシ状に保持して各キャリアおよび各トナーに均一に気流を当てるためである。つまり、第１磁石の周縁部では、磁力線方向と保持面とのなす角度が小さくなって二成分現像剤を磁気ブラシ状に保持することが困難であることから、本実施形態では測定対象の現像剤を磁気ブラシ状に均一に保持させるために、第１磁石２２の上面の中央部のみに現像剤を保持させた。
【００５０】
具体的には、第１磁石２２の上面の周縁部を非磁性体の膜でマスキングし、第１磁石２２の上面の中央部における幅４ｍｍ×長さ２３ｍｍ、面積９２ｍｍ２の領域（図４の斜線部）に、混合・攪拌した二成分現像剤をふるいで分散させて２０ｍｇだけ重力落下させた。したがって、単位面積あたりの現像剤量は、０．２２ｍｇ／ｍｍ２＝０．２２ｋｇ／ｍ２である。なお、ふるいとしては、目開き７５μｍ（２００メッシュ）のものを用いた。これにより、第１磁石２２上に落下した二成分現像剤は、第１磁石２２が強磁性であり、キャリアが磁性体成分を有していることから、磁気ブラシ状に立ち並ぶ（第１磁石２２の表面に垂直な方向に立ち並ぶ）。その後、上記のマスキングに用いた非磁性体の膜を剥がし、二成分現像剤を保持した第１磁石２２を現像剤保持部２に設置した。
【００５１】
次に、気流供給部３から導流管２１への気流の供給を開始し、風速が所定時間後に１５０ｍ／ｓに達するように一定の割合で風速を増加（単調増加）させた。
【００５２】
これにより、現像剤保持部２内のキャリアＣに付着しているトナーＴ１は、風速に応じた空気抵抗を受ける。そして、トナーＴ１の受ける空気抵抗がトナーＴ１とキャリアＣとの付着強度よりも大きくなったときに、このトナーＴ１がキャリアＣから分離して分離トナーＴ２となり、気流によって分離トナー検知部４へ搬送させる。
【００５３】
なお、この実験では、図５に示すトナーＡ〜Ｃを用いた場合のそれぞれについて、トナー付着強度分布の検出を行った。トナーＡは、重合法で生成したポリエステルからなるトナーであり、粒子平均直径５．０μｍ、粒子平均密度１．２×１０３ｋｇ／ｍ３、ＳＦ−１＝１３０、ＳＦ−２＝１２３である。トナーＢは、重合法で生成したポリエステルからなるトナーであり、粒子平均直径５．０μｍ、粒子平均密度１．２×１０３ｋｇ／ｍ３、ＳＦ−１＝１５４、ＳＦ−２＝１３８である。トナーＣは、粉砕法で生成したポリエステルからなるトナーであり、粒子平均直径５．０μｍ、粒子平均密度１．２×１０３ｋｇ／ｍ３、ＳＦ−１＝１６０、ＳＦ−２＝１４５である。なお、ＳＦ−１およびＳＦ−２はトナー粒子の形状を示す形状係数であり、値が１００に近いほど球形に近いことを示している。具体的には、ＳＦ−１およびＳＦ−２は、トナー粒子の絶対最大長をＬｍａｘ、トナー粒子の投影面積をＡｒｅａ、トナー粒子の周長をＬｐｅｒｉｍｅｔｅｒとすると、下記式で定義される。
【００５４】
【数１】
【００５５】
また、キャリアとしては、フェライトからなるコア粒子を樹脂でコーティングした、粒子平均直径が４５〜５０μｍのものを用いた。
【００５６】
図６は、−２２．９μＣ／ｇに帯電させたトナーＣを用い、風速が気流の供給開始から５０分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．０５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の、経過時間毎の分離トナーの検出頻度を示すグラフである。なお、図６の上図は風速の経時変化を示しており、下図は検出された分離トナーの粒子数の頻度分布（飛散プロファイル）を示している。
【００５７】
図７の上図は、−３７．４μＣ／ｇに帯電させたトナーＢを用い、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の、経過時間毎の分離トナーの検出頻度を示すグラフである。また、図７の下図は、トナーを混合していないキャリア単体を第１磁石２２の上面の中央部に１９ｍｇ付着させ、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の、経過時間毎のキャリアの検出頻度を示すグラフである。なお、下図の縦軸および横軸は、上図との比較を容易にするために、上図と同じ基準で示した。図７から明らかなように、飛散するキャリアの数はキャリアから分離して飛散するトナーの数に比べて非常に少なかった。したがって、図７の上図に示した飛散プロファイルは、キャリアの飛散の影響はほとんど受けておらず、トナー粒子の飛散が支配的であることがわかる。なお、図７に示した結果と実際の現象との整合性を確認するために顕微鏡による観察を行ったところ、風速０から４０ｍ／ｓの範囲内ではキャリアの飛散は確認できず、トナーの飛散のみが確認された。
【００５８】
図８は、−１１．０μＣ／ｇに帯電させたトナーＡおよび−３２．５μＣ／ｇに帯電させたトナーＡを用い、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の、分離トナーの検出数（トナー付着強度）の積算分布を示すグラフである。
【００５９】
なお、積算分布は、付着力演算部５ｂが、風速０〜１５０ｍ／ｓまでの風速毎の分離トナーの検出個数を抽出し、１５０ｍ／ｓまでの分離トナーの個数を累積し、各風速における分離トナーの検出個数を上記の累積値で除算し、除算後の値を風速０〜１５０ｍ／ｓまで風速毎に累積することにより求めたものである。
【００６０】
また、気流によってトナーが受ける力は風速の２乗に比例して大きくなる。このため、付着力演算部５ｂは、各風速に対する分離トナーの検出数の積算分布に基づいて、トナー付着強度の積算分布（トナー付着強度分布）を算出する。
【００６１】
また、図９は、それぞれ−２２．０μＣ／ｇ、−２２．９μＣ／ｇ、−３０．１μＣ／ｇに帯電させたトナーＣを用い、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の、分離トナーの検出数（トナー付着強度）の積算分布を示すグラフである。
【００６２】
また、図１０は、比電荷の異なるトナーＡ〜Ｃについて、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合に、５０％のトナーがキャリアから分離したときの風速をプロットしたグラフである。
【００６３】
図８および図９に示したように、本実施形態のトナー付着強度分布測定装置１により、トナーの比電荷とトナーのキャリアに対する付着強度との関係を正確に検出することができた。すなわち、図１０からも明らかなように、一般に、比電荷が大きいほどトナーのキャリアに対する付着強度が強いことが知られているが、本実施形態にかかるトナー付着強度測定装置１により、それを正確に検出することができた。なお、図１０に示したように、粉砕法によって生成したトナーの方が重合法によって生成したトナーよりもキャリアに対する付着強度が強かった。
【００６４】
次に、本実施形態のトナー付着強度分布測定装置１による付着強度（付着力）分布の測定と、現像剤を第１磁石２２によって保持せずに導流管２１内に配置した比較例にかかるトナー付着強度分布測定装置による付着強度（付着力）分布の測定とを行った実験結果について説明する。
【００６５】
図１１は比較例にかかる現像剤保持部１０２の斜視図であり、図１２は現像剤保持部１０２に備えられる現像剤収容容器１２２の斜視図である。比較例にかかるトナー付着強度測定装置の構成は、現像剤保持部の構成が異なる以外は、トナー付着強度分布測定装置１と同様である。図１１に示すように、現像剤保持部１０２は、現像剤保持部２における第１磁石２２に変えて、現像剤収容容器１２２を備えている。現像剤収容容器１２２は、図１２に示すように、幅４ｍｍ×長さ２３ｍｍの枡状の窪み１２２ａを有しており、この窪み１２２ａに現像剤を収容するようになっている。
【００６６】
図１３は、本実施形態のトナー付着強度分布測定装置１を用い、−２２．０μＣ／ｇに帯電させた不定形トナー（粉砕トナー）について、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の分離トナーの検出数（トナー付着強度）の積算分布を算出する処理を同じ条件で２回繰り返し行った結果を示すグラフである。
【００６７】
また、図１４は、比較例にかかるトナー付着強度測定装置を用い、現像剤収容容器が異なる以外は図１３の場合と同様の条件で分離トナーの検出数（トナー付着強度）の積算分布を算出する処理を２回繰り返した場合の結果を示すグラフである。
【００６８】
図１４に示したように、比較例にかかるトナー付着強度測定装置を用いた場合には測定する毎に測定結果が大きく異なり、測定結果の再現性が低かった。これに対して、図１３に示したように、本実施形態のトナー付着強度測定装置１を用いた場合には測定を繰り返し行っても略同様の結果が得られ、測定結果の再現性が高かった。
【００６９】
これは、比較例にかかるトナー付着強度分布測定装置では、（１）現像剤収容容器１２２に収容した現像剤のうちの表面に位置する現像剤の上面のみに気流が当たり、現像剤に対して気流が均一に当たらないため、および（２）キャリアが磁石によって保持されていないために気流によって飛散してしまうためであると考えられる。
【００７０】
一方、本実施形態にかかるトナー付着強度測定装置１では、（１）現像剤を第１磁石２２によって磁気ブラシ状に保持（第１磁石２２の表面に垂直な方向に立ち並ぶように保持）することができるので、現像剤に対して均一に気流を当てることができること、および（２）磁性体成分を含むキャリアが第１磁石２２の磁界によって磁気的に保持されるので、気流によってキャリアが飛散することを抑制し、キャリアから分離したトナーのみを飛散させることができることから、再現性のよい測定結果が得られると考えられる。
【００７１】
以上のように、本実施形態にかかるトナー付着強度分布測定装置１は、二成分現像剤を磁力によって保持する第１磁石２２を有する現像剤保持部と、第１磁石２２に保持された二成分現像剤に気流を供給する気流供給部３と、上記気流によってキャリアから分離した分離トナーの個数を検知する分離トナー検知部４と、上記気流の風速と上記分離トナー検知部４の検知した分離トナーの個数とに基づいてトナーとキャリアとの付着強度の分布を算出する付着力演算部５ｂとを備えている。
【００７２】
このように、二成分現像剤を第１磁石２２に磁力によって保持させることにより、二成分現像剤を磁気ブラシ状に保持できるので、二成分現像剤に含まれる各キャリアおよび各トナーに対して気流を略均一に当てることができる。これにより、第１磁石２２に保持された二成分現像剤に気流を供給し、この気流によってキャリアから分離した分離トナーの個数を検知し、上記気流の風速と検知した分離トナーの個数とに基づいてトナーとキャリアとの付着強度の分布を算出することで、トナーとキャリアとの付着強度分布を再現性よく正確に測定することができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、風速制御部５ａが気流供給部３から導流管２１に供給する気流の風速を変化させ、付着力演算部５ｂが各風速における分離トナーの検出数に基づいてトナー付着強度分布を算出する構成について説明したが、これに限るものではない。例えば、気流供給部３から導流管２１に供給する気流の風速を一定にし、この風速における分離トナーの検出数に基づいて現像剤に含まれるトナー全体の平均的な付着強度を算出するようにしてもよい。また、風速制御部５ａが、算出したトナー付着強度分布に基づいて現像剤に含まれるトナーの平均的な付着強度を算出するようにしてもよい。
【００７４】
また、付着強度あるいは付着強度分布を算出する構成に限らず、付着強度の程度を示す指標あるいは付着強度の程度を示す指標の分布を算出してもよい。上記の指標としては、例えば、分離トナーの検出数、分離トナーの検出数を分離トナーのサンプリング周期等で除算した値、分離トナーを検出したときの風速に基づいて算出される壁せん断力などを用いることができる。
【００７５】
また、本実施形態では、第１磁石２２として磁束密度１２０ｍＴの永久磁石を用いたが、これに限るものではなく、気流供給部３から供給される気流によって第１磁石２２からキャリアが分離しない程度の磁界（あるいは第１磁石２２から分離されるキャリアの量を分離トナーＴ２の測定結果に影響を及ぼさない範囲に抑制できる程度の磁界）が得られる構成であればよい。
【００７６】
また、本実施形態では、現像剤保持部２における導流管２１の底面に第１磁石２２を１つだけ配置しているが、これに限るものではない。
【００７７】
図１５（ａ）は現像剤保持部２の変形例を示す斜視図であり、図１５（ｂ）はこの変形例にかかる現像剤保持部２に備えられる第１磁石２２および第２磁石２３の拡大斜視図であり、図１６はこの変形例にかかる現像剤保持部２の断面図である。
【００７８】
これら各図に示すように、導流管２１の内壁部の上面における第１磁石２２に対向する位置に、第１磁石２２との対向面側がＮ極になるように（第１磁石２２の対向面と反対の極性（逆極性）になるように）第２磁石２３を配置してもよい。これにより、第１磁石２２と第２磁石２３との間に略平行な磁界が形成され、トナーと磁性体成分を含むキャリアとからなる二成分現像剤を、図１６に示すように磁気ブラシ状に保持（第１磁石２２および第２磁石２３の表面に垂直な方向に立ち並ぶように保持）することができる。
【００７９】
図１７は、図１５（ａ）の現像剤保持部２に備えられる第１磁石２２および第２磁石２３の変形例を示す斜視図である。この図に示す例では、第１磁石１２２における第２磁石１２３との対向面に、第２磁石１２３の方向に突出する複数の凸部（第１突部）１２２ａと、凸部１２２ａ同士の間に配置された、第２磁石１２３とは反対側に窪んだ凹部（スリット）１２２ｂとが設けられている。また、第２磁石１２３における第１磁石１２２との対向面には、第１磁石１２２の各凸部１２２ａに対向する位置に第１磁石１２２の方向に突出する凸部（第２突部）１２３ａが設けられており、第１磁石１２２の各凹部１２２ｂに対向する位置に第１磁石１２２とは反対側に窪んだ凹部（スリット）１２３ｂが設けられている。また、各凸部１２２ａおよび各凸部１２３ａは細長い直方体形状からなり、導流管２１を流れる気流の方向に対して略平行な方向に延伸するように配置されている。
【００８０】
これにより、第１磁石１２２の各凸部１２２ａとこれら各凸部１２２ａに対向配置された第２磁石１２３の凸部１２３ａとの間の磁束密度（磁界強度）を局所的に高めることができるので、凸部１２２ａと凸部１２３ａとの間に二成分現像剤の磁気ブラシを形成できる。また、二成分現像剤からなる磁気ブラシが互いに独立した状態で所定の位置（凸部１２２ａと凸部１２３ａとの各対向部）に形成されるため、供給される気流が主に凹部１２２ｂと凹部１２３ｂとの間を通過し、凸部１２２ａと凸部１２３ａとの間に形成された磁気ブラシに対して一様にあたるので、測定結果の再現性をより高めることができる。
【００８１】
図１８は、図１５（ａ）の現像剤保持部２に備えられる第１磁石２２および第２磁石２３の他の変形例を示す斜視図である。この図に示す例では、第１磁石２２２における第２磁石２２３との対向面に、第２磁石２２３の方向に突出する多数の凸部（第１突部）２２２ａと、凸部２２２ａ同士の間に配置された、第２磁石１２３とは反対側に窪んだ凹部２２２ｂとが設けられている。また、第２磁石２２３における第１磁石２２２との対向面には、第１磁石２２２の各凸部２２２ａに対向する位置に第１磁石２２２の方向に突出する凸部（第２突部）２２３ａが設けられており、第１磁石２２２の各凹部２２２ｂに対向する位置に第１磁石１２２とは反対側に窪んだ凹部（スリット）２２３ｂが設けられている。また、各凸部２２２ａおよび各凸部２２３ａは角柱形状からなり、導流管２１を流れる気流の方向に対して略平行な方向（第１方向）および導流管２１を流れる気流の方向に略垂直かつ凸部２２２ａと凸部２２３ａとの対向方向に略垂直な方向（第２方向）にマトリクス状（行列状）に整列するように配置されている。なお、図１８の例では各凸部２２２ａおよび各凸部２２３ａが角柱形状からなる場合を示したが、各凸部２２２ａおよび各凸部２２３ａの形状はこれに限るものではなく、例えば円柱形状であってもよい。
【００８２】
これにより、第１磁石２２２の各凸部２２２ａとこれら各凸部２２２ａに対向配置された第２磁石２２３の凸部２２３ａとの間の磁束密度（磁界強度）を局所的に高めることができるので、凸部２２２ａと凸部２２３ａとの間に二成分現像剤の磁気ブラシを形成できる。また、二成分現像剤からなる磁気ブラシが互いに独立した状態で所定の位置（凸部２２２ａと凸部２２３ａとの各対向部）に形成されるため、供給される気流が主に凹部２２２ｂと凹部２２３ｂとの間を通過し、凸部２２２ａと凸部２２３ａとの間に形成された磁気ブラシに対して一様にあたるので、測定結果の再現性をより高めることができる。
【００８３】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、二成分現像剤に含まれるトナーとキャリアとの付着強度分布を検出するトナー付着強度測定装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１ トナー付着強度分布測定装置（トナー付着強度測定装置）
２ 現像剤保持部
３ 気流供給部
３ａ フィルタ
３ｂ コンプレッサ
３ｃ ドライヤ
３ｄ 風速調整機
４ 分離トナー検知部
５ 演算部
５ａ 風速制御部
５ｂ 付着力演算部（付着強度演算部）
６ 排気装置
７ａ，７ｂ，７ｃ 送風管
８ 導流管
９ 排気管
２１ 導流管
２２ 第１磁石
２３ 第２磁石
Ｃ キャリア
Ｔ１ トナー
Ｔ２ 分離トナー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二成分現像剤に含まれるトナーとキャリアとの付着強度分布を測定するためのトナー付着強度測定装置およびトナー付着強度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トナーと磁性体成分を含むキャリアとからなる二成分現像剤を用いる電子写真方式の画像形成装置が知られている。この種の画像形成装置では、画像データに応じた静電潜像を感光体の表面に形成し、その静電潜像をトナーによって現像し可視化している。この場合、感光体の表面に対向する位置にトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を搬送し、上記静電潜像によって作用する、トナーとキャリアとの付着強度（付着力）よりも強い静電引力によって、トナーを上記静電潜像に移行させている。
【０００３】
ところで、二成分現像剤を用いる現像プロセスでは、トナーの比電荷やトナーの形状等がトナーとキャリアとの付着強度に影響を与えることが知られている。また、トナーの帯電性は長期間の使用によって経年的に低下することが知られている。
【０００４】
トナーとキャリアとの付着強度が低下すると、現像装置から感光体に移行するトナーの量が過大になって画像品位が低下したり、現像装置からトナーが飛散したりするなどの不具合が生じる。
【０００５】
このため、二成分現像剤に用いられるトナーの開発や現像プロセスへの最適化、劣化度合いの評価などを行う上で、トナーとキャリアとの付着強度もしくは付着強度分布を容易かつ正確に測定する技術が求められている。
【０００６】
一般に、トナー等の粉体の付着強度は、粉体が付着している被付着体から粉体を分離するのに要する力を測定することによって検出される。また、粉体を被付着体から分離させる方法としては、遠心分離法、電界法、ブロー法などが知られている。
【０００７】
遠心分離法（例えば特許文献１〜３参照）では、粉体を付着させた試料基板に対向する位置に試料基板から分離した粉体を受ける受け基板を配置し、試料基板を遠心分離装置のロータ内に設置し、ロータの回転による遠心力を用いて粉体を試料基板から分離させて受け基板に付着させる。そして、受け基板に付着した粉体の質量を測定し、粉体の質量及びロータの回転数から分離に要した遠心力を計算して粉体の試料基板に対する付着強度を求める。
【０００８】
電界法（例えば特許文献４〜６参照）では、粉体を付着させた導電性試料基板に対向する位置に試料基板から分離した粉体を受ける導電性受け基板を配置し、試料基板側に配置した電極と受け基板側に配置した電極との間に電界を印加することにより、帯電している粉体を試料基板から分離させて受け基板に付着させる。そして、受け基板に付着した粉体の質量を測定し、測定した質量と、予め測定しておいた粉体の電荷量と、印加した電界強度とを用いて分離に必要な静電力を求めることにより、粉体の試料基板に対する付着強度を算出する。
【０００９】
ブロー法（例えば特許文献２参照）では、粉体を付着させた試料基板に向けて圧縮空気を所定の風速で噴射することで試料基板から粉体を分離させ、分離したトナーを集塵機で捕捉し、集塵機に捕捉された粉体の体積から粉体が受ける空気抵抗を求め、それに基づいて粉体の試料基板に対する付着強度を算出する。
【００１０】
また、特許文献７には、粉体を付着させた試料基板を高速で移動させることによって粉体を試料基板から分離させ、分離直後の粒子数および粒子質量に基づいて粉体の試料基板に対する付着強度を検出する方法が開示されている。
【００１１】
また、特許文献８には、トナーとキャリアの混合物からなる現像剤を試料基板に磁気的に付着させ、この現像剤に一定の電界を印加しながら試料基板を基板面に対して垂直方向に高速移動させることにより、トナーをキャリアから脱離させ、脱離前後の粒子数および粒子質量を求めることによりトナーとキャリアとの付着強度を測定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−２６７７７２号公報（平成１０年１０月９日公開）
【特許文献２】特開平１１−２３７３２７号公報（平成１１年８月３１日公開）
【特許文献３】特開平１１−２５８０８１号公報（平成１１年８月２４日公開）
【特許文献４】特開平１１−１５３５３８号公報（平成１１年６月８日公開）
【特許文献５】特開２００１−２２８０７５号公報（平成１３年８月２４日公開）
【特許文献６】特開２００５−２０１８８４号公報（平成１７年７月２８日公開）
【特許文献７】特開２００３−１５６４２６号公報（平成１５年５月３０日公開）
【特許文献８】特開２００３−０９８０６５号公報（平成１５年４月３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１〜７の方法では、粉体と試料基板との間の付着強度を測定することはできるものの、トナーとキャリアとの間の付着強度を測定することができない。つまり、特許文献１〜７の方法では、試料基板からトナーだけでなくキャリアも分離されてしまうので、トナーとキャリアとの付着強度を測定することが困難である。また、ブロー法を用いる場合、現像剤中の各トナーに均一な風速の気流を当てるのが困難なこと、および気流によってトナーだけでなくキャリアが飛散してしまうことから、測定結果にばらつきが生じ、再現性のよい測定を行うことが困難である。
【００１４】
また、特許文献８には、トナーとキャリアとの付着強度を検出することが記載されているものの、現像剤を磁気的に付着させた試料基板に打撃を加えることによって微粒子を磁性粒子から分離させているので、各現像剤に瞬間的に作用する力にばらつきが生じることなどから、測定精度が低く、再現性が悪いという問題がある。
【００１５】
本発明の目的は、キャリアに対するトナーの付着強度を再現性よく正確に測定できるトナー付着強度測定装置およびトナー付着強度測定方法を提供することにある。
【００１６】
また、トナーの帯電性の劣化は現像剤中のすべてのトナーに均一に生じるわけではなく、各トナー間で個体差がある。すなわち、長期間使用した現像剤には、帯電性が低下したトナーと帯電性がほとんど低下していないトナーとが混在している。また、トナーの形状にばらつきがある場合には、トナーとキャリアとの付着強度はトナー毎に大きく異なる場合がある。このため、トナーの劣化度合いや特性を評価するためには、現像剤に含まれる各トナーの付着強度の分布状況を把握することが求められている。しかしながら、特許文献８の技術では、現像剤に含まれるトナー全体の平均的な付着強度を得ることしかできず、トナーの付着強度の分布状況を検出することができない。
【００１７】
本発明の他の目的は、キャリアに対するトナーの付着強度分布を再現性よく正確に測定できるトナー付着強度測定装置およびトナー付着強度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】
【００１８】
本発明のトナー付着強度測定装置は、上記の課題を解決するために、トナーと磁性体成分を有するキャリアとを含む二成分現像剤における上記トナーの上記キャリアに対する付着強度を測定するトナー付着強度測定装置であって、上記二成分現像剤を磁力によって保持する第１磁石を有する現像剤保持部と、上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給部と、上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知部と、上記気流の風速と上記分離トナー検知部の検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の算出を行う付着強度演算部とを備えていることを特徴としている。なお、上記の指標は、付着強度の程度を示すものであれば特に限定されるものではないが、例えば、分離トナーの検出数や、分離トナーを検出したときの風速に基づいて算出される壁せん断力などを用いることができる。
【００１９】
また、本発明のトナー付着強度測定方法は、トナーと磁性体成分を有するキャリアとを含む二成分現像剤における上記トナーの上記キャリアに対する付着強度を測定するトナー付着強度測定方法であって、上記二成分現像剤を第１磁石に磁力によって保持させる現像剤保持工程と、上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給工程と、上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知工程と、上記気流の風速と上記分離トナー検知工程で検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の算出を行う付着強度算出工程とを含むことを特徴としている。
【００２０】
上記のトナー付着強度測定装置およびトナー付着強度測定方法によれば、二成分現像剤を第１磁石に磁力によって保持させることにより、二成分現像剤を磁気ブラシ状に保持できる。すなわち、二成分現像剤を、第１磁石における二成分現像剤の保持面に対して垂直な方向に立ち並ぶように保持することができる。したがって、二成分現像剤に含まれる各キャリアおよび各トナーに対して気流を略均一に当てることができる。これにより、第１磁石に保持された二成分現像剤に気流を供給し、この気流によってキャリアから分離した分離トナーの個数を検知し、上記気流の風速と検知した分離トナーの個数とに基づいてトナーとキャリアとの付着強度あるいは付着強度の程度を示す指標を算出することで、トナーとキャリアとの付着強度あるいは付着強度の程度を示す指標を再現性よく正確に測定することができる。
【００２１】
また、本発明のトナー付着強度測定装置は、上記の構成に加えて、上記気流供給部から供給される気流の風速を制御する風速制御部を備え、上記風速制御部は、上記気流の風速を単調増加させるように制御し、上記分離トナー検知部は、所定の風速毎に上記分離トナーの個数を検知し、上記付着強度演算部は、上記所定の風速毎に検知した分離トナーの個数と、それに対応する各風速とに基づいて、上記二成分現像剤に含まれるトナーのキャリアに対する付着強度の分布の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の分布の算出を行う構成としてもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、上記二成分現像剤に含まれるトナーのキャリアに対する付着強度の分布あるいは付着強度の程度を示す指標の分布を再現性よく正確に測定することができる。したがって、例えば、二成分現像剤に含まれるトナーの帯電性の劣化度合いにばらつきがある場合や、トナーの形状のばらつき等に起因してトナーのキャリアに対する付着強度にばらつきがある場合であっても、上記のように測定した分布に基づいてトナーの劣化度合いや特性を適切に評価することができる。
【００２３】
また、上記第１磁石は、上記二成分現像剤を保持する保持面がＳ極またはＮ極のいずれか一方になるように配置されている構成であってもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、上記保持面に対して略垂直な磁界を形成することができるので、二成分現像剤を上記保持面に対して垂直な方向に並ぶように保持することができる。したがって、測定結果の再現性をより高めることができる。
【００２５】
また、上記第１磁石における上記保持面に対向する位置に第２磁石を備えており、上記第２磁石における上記第１磁石との対向面の極性が、上記第１磁石における上記保持面の極性と逆極性である構成としてもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、第１磁石と第２磁石との間に略平行な磁界を形成することができる。したがって、二成分現像剤を上記保持面に対して垂直な方向に並ぶように保持することができるので、測定結果の再現性をさらに高めることができる。
【００２７】
また、上記第１磁石は、上記第２磁石の方向に向かって突出した複数の第１突部を備え、上記第２磁石は、上記各第１突部に対向する位置に設けられた、上記第１磁石の方向に向かって突出した複数の第２突部を備えており、上記第１突部と上記第２突部との間に作用する磁力によって上記二成分現像剤を保持する構成としてもよい。例えば、上記各第１突部および上記各第２突部は、上記気流の流れる方向に対して平行な方向に延伸するように配置されている構成としてもよい。あるいは、上記各第１突部および上記各第２突部は、上記気流の流れる方向に対して平行な第１方向、および上記気流の流れる方向に対して垂直かつ上記第１突部と上記第２突部との対向方向に垂直な第２方向に沿ってマトリクス状に配置されている構成としてもよい。
【００２８】
上記の各構成によれば、第１突部と第２突部との間の磁束密度を局所的に高めることができるので、これら両突部の間に二成分現像剤の磁気ブラシを形成できる。また、二成分現像剤からなる磁気ブラシが互いに独立した状態で第１突部と第２突部との各対向部に形成されるため、供給される気流が主に第１突部と第２突部との非対向部、すなわち第１突部と第２突部との各対向部に形成される磁気ブラシ同士の間を通過し、磁気ブラシに対して一様にあたる。これにより、測定結果の再現性をより高くすることができる。
【００２９】
また、上記現像剤保持部は、上記気流供給部から供給される上記気流が流される導流管を備え、上記気流供給部は上記導流管の一端側から上記気流を供給し、上記分離トナー検知部は上記導流管の他端側から排出される上記分離トナーの個数を検知する構成としてもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、第１磁石に保持された二成分現像剤に供給される気流の風速を安定させ、測定結果の再現性を高めることができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明のトナー付着強度測定装置は、上記二成分現像剤を磁力によって保持する第１磁石を有する現像剤保持部と、上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給部と、上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知部と、上記気流の風速と上記分離トナー検知部の検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の算出を行う付着強度演算部とを備えている。
【００３２】
また、本発明のトナー付着強度測定方法は、上記二成分現像剤を第１磁石に磁力によって保持させる現像剤保持工程と、上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給工程と、上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知工程と、上記気流の風速と上記分離トナー検知工程で検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の算出を行う付着強度算出工程とを含む。
【００３３】
それゆえ、トナーとキャリアとの付着強度あるいは付着強度の程度を示す指標を再現性よく正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態にかかるトナー付着強度分布測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる現像剤保持部の斜視図である。
【図３】図１に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる現像剤保持部の断面図である。
【図４】図２および図３に示した現像剤保持部に備えられる第１磁石の平面図である。
【図５】実験に用いたトナーの特性を示す説明図である。
【図６】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の、経過時間毎の分離トナーの検出頻度を示している。
【図７】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、上図はトナーとキャリアとを混合した二成分現像剤について、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎の分離トナーの検出頻度を示しており、下図はトナーを混合させていないキャリア単体について、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎のキャリアの検出頻度を示している。
【図８】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎の分離トナーの検出数の積算分布を示している。
【図９】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎の分離トナーの検出数の積算分布を示している。
【図１０】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、比電荷の異なる複数のトナーについて、二成分現像剤に含まれるトナーのうちの５０％がキャリアから分離したときの風速をプロットしたグラフである。
【図１１】比較例にかかるトナー付着強度測定装置に備えられる現像剤保持部の斜視図である。
【図１２】図１１に示した現像剤保持部に備えられる現像剤収容容器の斜視図である。
【図１３】図１に示したトナー付着強度分布測定装置を用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎の分離トナーの検出数の積算分布を、同じ条件について２回繰り返し行った場合の結果を示している。
【図１４】図１１に示した比較例にかかるトナー付着強度分布測定装置用いて行った実験結果の一例を示すグラフであり、風速を経過時間に応じて一定の割合で増加させた場合の経過時間毎の分離トナーの検出数の積算分布を、同じ条件について２回繰り返し行った場合の結果を示している。
【図１５】（ａ）は図１に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる現像剤保持部の変形例を示す斜視図である。（ｂ）は（ａ）に示した現像剤保持部に備えられる第１磁石および第２磁石を拡大した斜視図である。
【図１６】図１に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる現像剤保持部の変形例を示す断面図である。
【図１７】図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる第１磁石および第２磁石の変形例を示す斜視図である。
【図１８】図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示したトナー付着強度分布測定装置に備えられる第１磁石および第２磁石の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（１．トナー付着強度分布測定装置１の構成）
本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるトナー付着強度分布測定装置（トナー付着強度測定装置）１の構成を示すブロック図である。
【００３６】
この図に示すように、トナー付着強度分布測定装置１は、現像剤保持部２、気流供給部３、分離トナー検知部４、演算部５、および排気装置６を備えている。
【００３７】
気流供給部３は、図１に示したように、フィルタ３ａ、コンプレッサ３ｂ、ドライヤ３ｃ、および風速調整機３ｄを備えており、フィルタ３ａ、コンプレッサ３ｂ、ドライヤ３ｃ、および風速調整機３ｄは送風管７ａ，７ｂ，７ｃを介してこの順で接続されている。
【００３８】
フィルタ３ａはコンプレッサ３ｂに吸引される外気から埃等を除去するものである。
【００３９】
コンプレッサ３ｂは、フィルタ３ａおよび送風管７ａを介して外気を吸引して圧縮し、送風管７ｂを介してドライヤ３ｃに送る。ドライヤ３ｃは、コンプレッサ３ｂから送風管７ｂを介して送られてきた空気を乾燥させ、送風管７ｃを介して風速調整機３ｄに送る。風速調整機３ｄは、現像剤保持部２の導流管２１に直結されており、ドライヤ３ｃから送風管７ｃを介して送られてきた空気の風速を演算部５に備えられる風速制御部５ａからの指示（風速制御信号）に応じて調整し、導流管２１に送る。また、風速調整機３ｄは、導流管２１に送った空気の風速を検出し、検出結果に対応する風速情報を演算部５にリアルタイムで出力する。なお、風速調整機３ｄは、風速を適切に制御できるものであればよく、その構成は特に限定されるものではないが、例えば一般的な流量制御弁と風速計とを用いることができる。
【００４０】
図２は現像剤保持部２の斜視図であり、図３は現像剤保持部２の断面図である。図２および図３に示すように、現像剤保持部２は、中空形状の角柱状のパイプで構成される導流管２１と、導流管２１の内壁に備えられた第１磁石２２とを備えている。
【００４１】
導流管２１としては、長さ１４０ｍｍ、延伸方向に垂直な断面の内壁部の形状が幅（流路の幅）が８ｍｍ、高さ（流路の高さ）が１ｍｍの矩形形状のものを用いた。ただし、導流管２１の形状および寸法はこれに限るものではない。
【００４２】
第１磁石２２は、導流管２１内の底面に、第１磁石２２における導流管２１の内側の表面が、導流管２１の内壁部における第１磁石２２が配置される領域以外の底面と同一平面になるように配置されている。また、第１磁石２２は、Ｓ極が導流管２１の内側を向き、Ｎ極が導流管２１の外側を向くように配置されている。これにより、第１磁石２２におけるＳ極とＮ極との間に放射状の磁界が形成され、図３に模式的に示すように、トナーＴ１と磁性体成分を含むキャリアＣとからなる二成分現像剤が第１磁石２２によって磁気ブラシ状に保持される（第１磁石２２の表面に垂直な方向に立ち並ぶように保持される）。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１磁石２２として、導流管２１の内側の表面が幅８ｍｍ、長さ２７ｍｍの矩形状であり、磁束密度１２０ｍＴである永久磁石を用いた。ただし、第１磁石２２の構成はこれに限るものではない。また、本実施形態ではＳ極が導流管２１の内側を向き、Ｎ極が導流管２１の外側を向くように配置しているが、これに限らず、Ｎ極が導流管２１の内側を向き、Ｓ極が導流管２１の外側を向くように配置してもよい。
【００４４】
分離トナー検知部４は、第１磁石２２に保持された二成分現像剤のキャリアから分離され、気流とともに搬送される分離トナーＴ２の個数を検知するとともに、検知した分離トナーＴ２の個数情報を演算部５にリアルタイムで出力するものである。分離トナー検知部４は、空気流に含まれるトナーの個数を検知できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば市販のパーティクルアナライザーなどを用いることができる。本実施形態では、柴田科学株式会社製のレーザーダストモニター（パーティクルアナライザー）：ＬＤ−１）を用いた。
【００４５】
なお、図１に示したように、分離トナー検知部４には、現像剤保持部２の方向に向かうほど開口部の断面積が大きくなる円錐状の導流管８が接続されており、現像剤保持部２の導流管２１から排出される空気流Ａと、導流管２１の周囲から流れ込む空気流Ｂとが同時に吸い込まれるようになっている。このように、導流管２１の周囲から流れ込む空気流Ｂを空気流Ａとともに吸い込むことにより、導流管８の壁面に分離トナーＴ２が付着することを抑制し、測定精度を向上させることができる。
【００４６】
排気装置６は、分離トナーＴ２を空気から分離するフィルタと空気吸引機とを備えており（いずれも図示せず）、排気管９を介して分離トナー検知部４に接続されている。これにより、分離トナー検知部４から排出される空気を空気吸引機で吸引するとともに、吸引した空気に含まれる分離トナーＴ２をフィルタで分離し、分離トナーＴ２を除去した空気を外部へ排出する。
【００４７】
演算部５は、風速制御部５ａと付着力演算部（付着強度演算部）５ｂとを備えている。風速制御部５ａは、気流供給部３の風速調整機３ｄから入力される風速情報に基づいて、風速調整機３ｄから導流管２１に供給される気流の風速が目標値になるように風速調整機３ｄの動作をフィードバック制御する。付着力演算部５ｂは、風速調整機３ｄから入力される風速情報と分離トナー検知部４から入力される分離トナーＴ２の個数情報とに基づいて、キャリアに対するトナーの付着強度（トナー付着強度分布）を算出する。
【００４８】
（２．実験結果）
次に、トナー付着強度分布測定装置１を用いて行ったトナー付着強度の測定結果（トナー付着強度分布の検出結果）について説明する。
【００４９】
実験方法としては、まず、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を混合・攪拌してトナーを帯電させ、現像剤保持部２の第１磁石２２に保持させた。なお、本実施形態では、図４に示したように、第１磁石２２の上面（二成分現像剤の保持面）の中央部のみに現像剤を保持させた。これは、導流管２１の壁面による気流の乱れが測定結果に及ぼす影響を低減するとともに、第１磁石２２の磁力線方向が二成分現像剤の保持面に対して略垂直になっている領域のみで現像剤を保持することにより、二成分現像剤を磁気ブラシ状に保持して各キャリアおよび各トナーに均一に気流を当てるためである。つまり、第１磁石の周縁部では、磁力線方向と保持面とのなす角度が小さくなって二成分現像剤を磁気ブラシ状に保持することが困難であることから、本実施形態では測定対象の現像剤を磁気ブラシ状に均一に保持させるために、第１磁石２２の上面の中央部のみに現像剤を保持させた。
【００５０】
具体的には、第１磁石２２の上面の周縁部を非磁性体の膜でマスキングし、第１磁石２２の上面の中央部における幅４ｍｍ×長さ２３ｍｍ、面積９２ｍｍ２の領域（図４の斜線部）に、混合・攪拌した二成分現像剤をふるいで分散させて２０ｍｇだけ重力落下させた。したがって、単位面積あたりの現像剤量は、０．２２ｍｇ／ｍｍ２＝０．２２ｋｇ／ｍ２である。なお、ふるいとしては、目開き７５μｍ（２００メッシュ）のものを用いた。これにより、第１磁石２２上に落下した二成分現像剤は、第１磁石２２が強磁性であり、キャリアが磁性体成分を有していることから、磁気ブラシ状に立ち並ぶ（第１磁石２２の表面に垂直な方向に立ち並ぶ）。その後、上記のマスキングに用いた非磁性体の膜を剥がし、二成分現像剤を保持した第１磁石２２を現像剤保持部２に設置した。
【００５１】
次に、気流供給部３から導流管２１への気流の供給を開始し、風速が所定時間後に１５０ｍ／ｓに達するように一定の割合で風速を増加（単調増加）させた。
【００５２】
これにより、現像剤保持部２内のキャリアＣに付着しているトナーＴ１は、風速に応じた空気抵抗を受ける。そして、トナーＴ１の受ける空気抵抗がトナーＴ１とキャリアＣとの付着強度よりも大きくなったときに、このトナーＴ１がキャリアＣから分離して分離トナーＴ２となり、気流によって分離トナー検知部４へ搬送させる。
【００５３】
なお、この実験では、図５に示すトナーＡ〜Ｃを用いた場合のそれぞれについて、トナー付着強度分布の検出を行った。トナーＡは、重合法で生成したポリエステルからなるトナーであり、粒子平均直径５．０μｍ、粒子平均密度１．２×１０３ｋｇ／ｍ３、ＳＦ−１＝１３０、ＳＦ−２＝１２３である。トナーＢは、重合法で生成したポリエステルからなるトナーであり、粒子平均直径５．０μｍ、粒子平均密度１．２×１０３ｋｇ／ｍ３、ＳＦ−１＝１５４、ＳＦ−２＝１３８である。トナーＣは、粉砕法で生成したポリエステルからなるトナーであり、粒子平均直径５．０μｍ、粒子平均密度１．２×１０３ｋｇ／ｍ３、ＳＦ−１＝１６０、ＳＦ−２＝１４５である。なお、ＳＦ−１およびＳＦ−２はトナー粒子の形状を示す形状係数であり、値が１００に近いほど球形に近いことを示している。具体的には、ＳＦ−１およびＳＦ−２は、トナー粒子の絶対最大長をＬｍａｘ、トナー粒子の投影面積をＡｒｅａ、トナー粒子の周長をＬｐｅｒｉｍｅｔｅｒとすると、下記式で定義される。
【００５４】
【数１】
【００５５】
また、キャリアとしては、フェライトからなるコア粒子を樹脂でコーティングした、粒子平均直径が４５〜５０μｍのものを用いた。
【００５６】
図６は、−２２．９μＣ／ｇに帯電させたトナーＣを用い、風速が気流の供給開始から５０分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．０５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の、経過時間毎の分離トナーの検出頻度を示すグラフである。なお、図６の上図は風速の経時変化を示しており、下図は検出された分離トナーの粒子数の頻度分布（飛散プロファイル）を示している。
【００５７】
図７の上図は、−３７．４μＣ／ｇに帯電させたトナーＢを用い、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の、経過時間毎の分離トナーの検出頻度を示すグラフである。また、図７の下図は、トナーを混合していないキャリア単体を第１磁石２２の上面の中央部に１９ｍｇ付着させ、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の、経過時間毎のキャリアの検出頻度を示すグラフである。なお、下図の縦軸および横軸は、上図との比較を容易にするために、上図と同じ基準で示した。図７から明らかなように、飛散するキャリアの数はキャリアから分離して飛散するトナーの数に比べて非常に少なかった。したがって、図７の上図に示した飛散プロファイルは、キャリアの飛散の影響はほとんど受けておらず、トナー粒子の飛散が支配的であることがわかる。なお、図７に示した結果と実際の現象との整合性を確認するために顕微鏡による観察を行ったところ、風速０から４０ｍ／ｓの範囲内ではキャリアの飛散は確認できず、トナーの飛散のみが確認された。
【００５８】
図８は、−１１．０μＣ／ｇに帯電させたトナーＡおよび−３２．５μＣ／ｇに帯電させたトナーＡを用い、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の、分離トナーの検出数（トナー付着強度）の積算分布を示すグラフである。
【００５９】
なお、積算分布は、付着力演算部５ｂが、風速０〜１５０ｍ／ｓまでの風速毎の分離トナーの検出個数を抽出し、１５０ｍ／ｓまでの分離トナーの個数を累積し、各風速における分離トナーの検出個数を上記の累積値で除算し、除算後の値を風速０〜１５０ｍ／ｓまで風速毎に累積することにより求めたものである。
【００６０】
また、気流によってトナーが受ける力は風速の２乗に比例して大きくなる。このため、付着力演算部５ｂは、各風速に対する分離トナーの検出数の積算分布に基づいて、トナー付着強度の積算分布（トナー付着強度分布）を算出する。
【００６１】
また、図９は、それぞれ−２２．０μＣ／ｇ、−２２．９μＣ／ｇ、−３０．１μＣ／ｇに帯電させたトナーＣを用い、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の、分離トナーの検出数（トナー付着強度）の積算分布を示すグラフである。
【００６２】
また、図１０は、比電荷の異なるトナーＡ〜Ｃについて、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合に、５０％のトナーがキャリアから分離したときの風速をプロットしたグラフである。
【００６３】
図８および図９に示したように、本実施形態のトナー付着強度分布測定装置１により、トナーの比電荷とトナーのキャリアに対する付着強度との関係を正確に検出することができた。すなわち、図１０からも明らかなように、一般に、比電荷が大きいほどトナーのキャリアに対する付着強度が強いことが知られているが、本実施形態にかかるトナー付着強度測定装置１により、それを正確に検出することができた。なお、図１０に示したように、粉砕法によって生成したトナーの方が重合法によって生成したトナーよりもキャリアに対する付着強度が強かった。
【００６４】
次に、本実施形態のトナー付着強度分布測定装置１による付着強度（付着力）分布の測定と、現像剤を第１磁石２２によって保持せずに導流管２１内に配置した比較例にかかるトナー付着強度分布測定装置による付着強度（付着力）分布の測定とを行った実験結果について説明する。
【００６５】
図１１は比較例にかかる現像剤保持部１０２の斜視図であり、図１２は現像剤保持部１０２に備えられる現像剤収容容器１２２の斜視図である。比較例にかかるトナー付着強度測定装置の構成は、現像剤保持部の構成が異なる以外は、トナー付着強度分布測定装置１と同様である。図１１に示すように、現像剤保持部１０２は、現像剤保持部２における第１磁石２２に変えて、現像剤収容容器１２２を備えている。現像剤収容容器１２２は、図１２に示すように、幅４ｍｍ×長さ２３ｍｍの枡状の窪み１２２ａを有しており、この窪み１２２ａに現像剤を収容するようになっている。
【００６６】
図１３は、本実施形態のトナー付着強度分布測定装置１を用い、−２２．０μＣ／ｇに帯電させた不定形トナー（粉砕トナー）について、風速が気流の供給開始から５分後に１５０ｍ／ｓに到達するように一定の割合（気流加速度α＝０．５ｍ／ｓ２）で風速を増加させた場合の分離トナーの検出数（トナー付着強度）の積算分布を算出する処理を同じ条件で２回繰り返し行った結果を示すグラフである。
【００６７】
また、図１４は、比較例にかかるトナー付着強度測定装置を用い、現像剤収容容器が異なる以外は図１３の場合と同様の条件で分離トナーの検出数（トナー付着強度）の積算分布を算出する処理を２回繰り返した場合の結果を示すグラフである。
【００６８】
図１４に示したように、比較例にかかるトナー付着強度測定装置を用いた場合には測定する毎に測定結果が大きく異なり、測定結果の再現性が低かった。これに対して、図１３に示したように、本実施形態のトナー付着強度測定装置１を用いた場合には測定を繰り返し行っても略同様の結果が得られ、測定結果の再現性が高かった。
【００６９】
これは、比較例にかかるトナー付着強度分布測定装置では、（１）現像剤収容容器１２２に収容した現像剤のうちの表面に位置する現像剤の上面のみに気流が当たり、現像剤に対して気流が均一に当たらないため、および（２）キャリアが磁石によって保持されていないために気流によって飛散してしまうためであると考えられる。
【００７０】
一方、本実施形態にかかるトナー付着強度測定装置１では、（１）現像剤を第１磁石２２によって磁気ブラシ状に保持（第１磁石２２の表面に垂直な方向に立ち並ぶように保持）することができるので、現像剤に対して均一に気流を当てることができること、および（２）磁性体成分を含むキャリアが第１磁石２２の磁界によって磁気的に保持されるので、気流によってキャリアが飛散することを抑制し、キャリアから分離したトナーのみを飛散させることができることから、再現性のよい測定結果が得られると考えられる。
【００７１】
以上のように、本実施形態にかかるトナー付着強度分布測定装置１は、二成分現像剤を磁力によって保持する第１磁石２２を有する現像剤保持部と、第１磁石２２に保持された二成分現像剤に気流を供給する気流供給部３と、上記気流によってキャリアから分離した分離トナーの個数を検知する分離トナー検知部４と、上記気流の風速と上記分離トナー検知部４の検知した分離トナーの個数とに基づいてトナーとキャリアとの付着強度の分布を算出する付着力演算部５ｂとを備えている。
【００７２】
このように、二成分現像剤を第１磁石２２に磁力によって保持させることにより、二成分現像剤を磁気ブラシ状に保持できるので、二成分現像剤に含まれる各キャリアおよび各トナーに対して気流を略均一に当てることができる。これにより、第１磁石２２に保持された二成分現像剤に気流を供給し、この気流によってキャリアから分離した分離トナーの個数を検知し、上記気流の風速と検知した分離トナーの個数とに基づいてトナーとキャリアとの付着強度の分布を算出することで、トナーとキャリアとの付着強度分布を再現性よく正確に測定することができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、風速制御部５ａが気流供給部３から導流管２１に供給する気流の風速を変化させ、付着力演算部５ｂが各風速における分離トナーの検出数に基づいてトナー付着強度分布を算出する構成について説明したが、これに限るものではない。例えば、気流供給部３から導流管２１に供給する気流の風速を一定にし、この風速における分離トナーの検出数に基づいて現像剤に含まれるトナー全体の平均的な付着強度を算出するようにしてもよい。また、風速制御部５ａが、算出したトナー付着強度分布に基づいて現像剤に含まれるトナーの平均的な付着強度を算出するようにしてもよい。
【００７４】
また、付着強度あるいは付着強度分布を算出する構成に限らず、付着強度の程度を示す指標あるいは付着強度の程度を示す指標の分布を算出してもよい。上記の指標としては、例えば、分離トナーの検出数、分離トナーの検出数を分離トナーのサンプリング周期等で除算した値、分離トナーを検出したときの風速に基づいて算出される壁せん断力などを用いることができる。
【００７５】
また、本実施形態では、第１磁石２２として磁束密度１２０ｍＴの永久磁石を用いたが、これに限るものではなく、気流供給部３から供給される気流によって第１磁石２２からキャリアが分離しない程度の磁界（あるいは第１磁石２２から分離されるキャリアの量を分離トナーＴ２の測定結果に影響を及ぼさない範囲に抑制できる程度の磁界）が得られる構成であればよい。
【００７６】
また、本実施形態では、現像剤保持部２における導流管２１の底面に第１磁石２２を１つだけ配置しているが、これに限るものではない。
【００７７】
図１５（ａ）は現像剤保持部２の変形例を示す斜視図であり、図１５（ｂ）はこの変形例にかかる現像剤保持部２に備えられる第１磁石２２および第２磁石２３の拡大斜視図であり、図１６はこの変形例にかかる現像剤保持部２の断面図である。
【００７８】
これら各図に示すように、導流管２１の内壁部の上面における第１磁石２２に対向する位置に、第１磁石２２との対向面側がＮ極になるように（第１磁石２２の対向面と反対の極性（逆極性）になるように）第２磁石２３を配置してもよい。これにより、第１磁石２２と第２磁石２３との間に略平行な磁界が形成され、トナーと磁性体成分を含むキャリアとからなる二成分現像剤を、図１６に示すように磁気ブラシ状に保持（第１磁石２２および第２磁石２３の表面に垂直な方向に立ち並ぶように保持）することができる。
【００７９】
図１７は、図１５（ａ）の現像剤保持部２に備えられる第１磁石２２および第２磁石２３の変形例を示す斜視図である。この図に示す例では、第１磁石１２２における第２磁石１２３との対向面に、第２磁石１２３の方向に突出する複数の凸部（第１突部）１２２ａと、凸部１２２ａ同士の間に配置された、第２磁石１２３とは反対側に窪んだ凹部（スリット）１２２ｂとが設けられている。また、第２磁石１２３における第１磁石１２２との対向面には、第１磁石１２２の各凸部１２２ａに対向する位置に第１磁石１２２の方向に突出する凸部（第２突部）１２３ａが設けられており、第１磁石１２２の各凹部１２２ｂに対向する位置に第１磁石１２２とは反対側に窪んだ凹部（スリット）１２３ｂが設けられている。また、各凸部１２２ａおよび各凸部１２３ａは細長い直方体形状からなり、導流管２１を流れる気流の方向に対して略平行な方向に延伸するように配置されている。
【００８０】
これにより、第１磁石１２２の各凸部１２２ａとこれら各凸部１２２ａに対向配置された第２磁石１２３の凸部１２３ａとの間の磁束密度（磁界強度）を局所的に高めることができるので、凸部１２２ａと凸部１２３ａとの間に二成分現像剤の磁気ブラシを形成できる。また、二成分現像剤からなる磁気ブラシが互いに独立した状態で所定の位置（凸部１２２ａと凸部１２３ａとの各対向部）に形成されるため、供給される気流が主に凹部１２２ｂと凹部１２３ｂとの間を通過し、凸部１２２ａと凸部１２３ａとの間に形成された磁気ブラシに対して一様にあたるので、測定結果の再現性をより高めることができる。
【００８１】
図１８は、図１５（ａ）の現像剤保持部２に備えられる第１磁石２２および第２磁石２３の他の変形例を示す斜視図である。この図に示す例では、第１磁石２２２における第２磁石２２３との対向面に、第２磁石２２３の方向に突出する多数の凸部（第１突部）２２２ａと、凸部２２２ａ同士の間に配置された、第２磁石１２３とは反対側に窪んだ凹部２２２ｂとが設けられている。また、第２磁石２２３における第１磁石２２２との対向面には、第１磁石２２２の各凸部２２２ａに対向する位置に第１磁石２２２の方向に突出する凸部（第２突部）２２３ａが設けられており、第１磁石２２２の各凹部２２２ｂに対向する位置に第１磁石１２２とは反対側に窪んだ凹部（スリット）２２３ｂが設けられている。また、各凸部２２２ａおよび各凸部２２３ａは角柱形状からなり、導流管２１を流れる気流の方向に対して略平行な方向（第１方向）および導流管２１を流れる気流の方向に略垂直かつ凸部２２２ａと凸部２２３ａとの対向方向に略垂直な方向（第２方向）にマトリクス状（行列状）に整列するように配置されている。なお、図１８の例では各凸部２２２ａおよび各凸部２２３ａが角柱形状からなる場合を示したが、各凸部２２２ａおよび各凸部２２３ａの形状はこれに限るものではなく、例えば円柱形状であってもよい。
【００８２】
これにより、第１磁石２２２の各凸部２２２ａとこれら各凸部２２２ａに対向配置された第２磁石２２３の凸部２２３ａとの間の磁束密度（磁界強度）を局所的に高めることができるので、凸部２２２ａと凸部２２３ａとの間に二成分現像剤の磁気ブラシを形成できる。また、二成分現像剤からなる磁気ブラシが互いに独立した状態で所定の位置（凸部２２２ａと凸部２２３ａとの各対向部）に形成されるため、供給される気流が主に凹部２２２ｂと凹部２２３ｂとの間を通過し、凸部２２２ａと凸部２２３ａとの間に形成された磁気ブラシに対して一様にあたるので、測定結果の再現性をより高めることができる。
【００８３】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、二成分現像剤に含まれるトナーとキャリアとの付着強度分布を検出するトナー付着強度測定装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１ トナー付着強度分布測定装置（トナー付着強度測定装置）
２ 現像剤保持部
３ 気流供給部
３ａ フィルタ
３ｂ コンプレッサ
３ｃ ドライヤ
３ｄ 風速調整機
４ 分離トナー検知部
５ 演算部
５ａ 風速制御部
５ｂ 付着力演算部（付着強度演算部）
６ 排気装置
７ａ，７ｂ，７ｃ 送風管
８ 導流管
９ 排気管
２１ 導流管
２２ 第１磁石
２３ 第２磁石
Ｃ キャリア
Ｔ１ トナー
Ｔ２ 分離トナー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーと磁性体成分を有するキャリアとを含む二成分現像剤における上記トナーの上記キャリアに対する付着強度を測定するトナー付着強度測定装置であって、
上記二成分現像剤を磁力によって保持する第１磁石を有する現像剤保持部と、
上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給部と、
上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知部と、
上記気流の風速と上記分離トナー検知部の検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の算出を行う付着強度演算部とを備えていることを特徴とするトナー付着強度測定装置。
【請求項２】
上記気流供給部から供給される気流の風速を制御する風速制御部を備え、
上記風速制御部は、上記気流の風速を単調増加させるように制御し、
上記分離トナー検知部は、所定の風速毎に上記分離トナーの個数を検知し、
上記付着強度演算部は、上記所定の風速毎に検知した分離トナーの個数と、それに対応する各風速とに基づいて、上記二成分現像剤に含まれるトナーのキャリアに対する付着強度の分布の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の分布の算出を行うことを特徴とする請求項１に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項３】
上記第１磁石は、上記二成分現像剤を保持する保持面がＳ極またはＮ極のいずれか一方になるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項４】
上記第１磁石における上記保持面に対向する位置に第２磁石を備えており、
上記第２磁石における上記第１磁石との対向面の極性が、上記第１磁石における上記保持面の極性と逆極性であることを特徴とする請求項３に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項５】
上記第１磁石は、上記第２磁石の方向に向かって突出した複数の第１突部を備え、
上記第２磁石は、上記各第１突部に対向する位置に設けられた、上記第１磁石の方向に向かって突出した複数の第２突部を備えており、
上記第１突部と上記第２突部との間に作用する磁力によって上記二成分現像剤を保持することを特徴とする請求項４に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項６】
上記各第１突部および上記各第２突部は、上記気流の流れる方向に対して平行な方向に延伸するように配置されていることを特徴とする請求項５に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項７】
上記各第１突部および上記各第２突部は、上記気流の流れる方向に対して平行な第１方向、および上記気流の流れる方向に対して垂直かつ上記第１突部と上記第２突部との対向方向に垂直な第２方向に沿ってマトリクス状に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項８】
上記現像剤保持部は、上記気流供給部から供給される上記気流が流される導流管を備え、
上記気流供給部は上記導流管の一端側から上記気流を供給し、上記分離トナー検知部は上記導流管の他端側から排出される上記分離トナーの個数を検知することを特徴とする請求項１または７のいずれか１項に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項９】
トナーと磁性体成分を有するキャリアとを含む二成分現像剤における上記トナーの上記キャリアに対する付着強度を測定するトナー付着強度測定方法であって、
上記二成分現像剤を第１磁石に磁力によって保持させる現像剤保持工程と、
上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給工程と、
上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知工程と、
上記気流の風速と上記分離トナー検知工程で検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度あるいは付着強度の程度を示す指標を算出する付着強度算出工程とを含むことを特徴とするトナー付着強度測定方法。
【請求項１】
トナーと磁性体成分を有するキャリアとを含む二成分現像剤における上記トナーの上記キャリアに対する付着強度を測定するトナー付着強度測定装置であって、
上記二成分現像剤を磁力によって保持する第１磁石を有する現像剤保持部と、
上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給部と、
上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知部と、
上記気流の風速と上記分離トナー検知部の検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の算出を行う付着強度演算部とを備えていることを特徴とするトナー付着強度測定装置。
【請求項２】
上記気流供給部から供給される気流の風速を制御する風速制御部を備え、
上記風速制御部は、上記気流の風速を単調増加させるように制御し、
上記分離トナー検知部は、所定の風速毎に上記分離トナーの個数を検知し、
上記付着強度演算部は、上記所定の風速毎に検知した分離トナーの個数と、それに対応する各風速とに基づいて、上記二成分現像剤に含まれるトナーのキャリアに対する付着強度の分布の算出あるいは付着強度の程度を示す指標の分布の算出を行うことを特徴とする請求項１に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項３】
上記第１磁石は、上記二成分現像剤を保持する保持面がＳ極またはＮ極のいずれか一方になるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項４】
上記第１磁石における上記保持面に対向する位置に第２磁石を備えており、
上記第２磁石における上記第１磁石との対向面の極性が、上記第１磁石における上記保持面の極性と逆極性であることを特徴とする請求項３に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項５】
上記第１磁石は、上記第２磁石の方向に向かって突出した複数の第１突部を備え、
上記第２磁石は、上記各第１突部に対向する位置に設けられた、上記第１磁石の方向に向かって突出した複数の第２突部を備えており、
上記第１突部と上記第２突部との間に作用する磁力によって上記二成分現像剤を保持することを特徴とする請求項４に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項６】
上記各第１突部および上記各第２突部は、上記気流の流れる方向に対して平行な方向に延伸するように配置されていることを特徴とする請求項５に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項７】
上記各第１突部および上記各第２突部は、上記気流の流れる方向に対して平行な第１方向、および上記気流の流れる方向に対して垂直かつ上記第１突部と上記第２突部との対向方向に垂直な第２方向に沿ってマトリクス状に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項８】
上記現像剤保持部は、上記気流供給部から供給される上記気流が流される導流管を備え、
上記気流供給部は上記導流管の一端側から上記気流を供給し、上記分離トナー検知部は上記導流管の他端側から排出される上記分離トナーの個数を検知することを特徴とする請求項１または７のいずれか１項に記載のトナー付着強度測定装置。
【請求項９】
トナーと磁性体成分を有するキャリアとを含む二成分現像剤における上記トナーの上記キャリアに対する付着強度を測定するトナー付着強度測定方法であって、
上記二成分現像剤を第１磁石に磁力によって保持させる現像剤保持工程と、
上記第１磁石に保持された上記二成分現像剤に気流を供給する気流供給工程と、
上記気流によって上記キャリアから分離したトナーである分離トナーの個数を検知する分離トナー検知工程と、
上記気流の風速と上記分離トナー検知工程で検知した分離トナーの個数とに基づいて上記トナーと上記キャリアとの付着強度あるいは付着強度の程度を示す指標を算出する付着強度算出工程とを含むことを特徴とするトナー付着強度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−８２３１（Ｐ２０１１−８２３１Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０５６６４（Ｐ２０１０−１０５６６４）
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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