静電特性測定装置及び静電特性測定方法
【課題】粉体被接触材料である試料体を小型化しつつ、粉体及び試料体の種類によらず、粉体と試料体との間における静電特性を測定する。
【解決手段】静電特性測定装置１は、回転モータ５により試料体４を回転させて、試料体４の試料層２０の水平な表面２０ａにスクリューフィーダ７により粉体２１を供給する。そして、静電特性測定装置１は、回転する試料体４に供給されて、試料体４の試料層２０の表面２０ａと摩擦接触を繰り返しながら遠心力により表面２０ａから飛散した粉体２１の電荷量を電荷量測定装置８により測定する。
【解決手段】静電特性測定装置１は、回転モータ５により試料体４を回転させて、試料体４の試料層２０の水平な表面２０ａにスクリューフィーダ７により粉体２１を供給する。そして、静電特性測定装置１は、回転する試料体４に供給されて、試料体４の試料層２０の表面２０ａと摩擦接触を繰り返しながら遠心力により表面２０ａから飛散した粉体２１の電荷量を電荷量測定装置８により測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体と粉体被接触材料である試料体との間における静電特性を測定する静電特性測定装置及び静電特性測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真分野などのさまざまな分野において、粉体とこの粉体と接触する粉体被接触材料との間における帯電現象を有効に活用している。あるいは、逆に帯電現象が、所定の特性、機能または期待される特性、機能などに対して悪影響を及ぼす要因として問題になることがある。そして、粉体と粉体被接触材料との間における帯電のしやすさ、帯電のしにくさ（ここでは、これらをまとめて静電特性と称す）を把握するために、粉体または粉体被接触材料の電荷量を測定する装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、傾斜状態で保持された粉体接被触材料の試料板に粉体を流しかけて、試料板に接触した後に落下した粉体の電荷量、または、試料板の電荷量を測定する、いわゆるカスケード法を用いた装置が知られている。なお、特許文献１では試料板は、導電性基板上に粉体被接触材料である試料層を形成して構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６８６６５８号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載のカスケード法を用いた装置のように、粉体を試料板に流しかけて、試料板の斜面を転がすだけでは、粉体と試料層の種類によっては粉体の転がる距離（時間）が短いため、両者の間において帯電が生じにくい場合があった。また、粉体の種類や湿度などの環境条件によって、試料板に供給された粉体が多数集まってだまになっている状態では、だまの内部に位置する粉体については試料層と接触して帯電しにくい。さらに、だまの表面を形成する粉体についても試料層との接触面積が小さくなり帯電しにくい。このように、粉体と試料板との間において帯電が生じにくい場合には、試料板の斜面の長さを長くし、粉体の転がる距離（時間）を長くすれば、両者の間において帯電を生じさせることが可能かもしれないが、試料板が大型化してしまう。また、試料板を帯電させてその帯電量を測定しようとすると、試料板に大量の粉体を流しかけなければ測定などに必要な十分な電荷量を得るのは困難である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、粉体被接触材料である試料体を小型化しつつ、粉体及び試料体の種類によらず、粉体と試料体との間における静電特性を測定する静電特性測定装置及び静電特性測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の静電特性測定装置は、水平な表面を有する粉体被接触材料である試料体と、粉体を前記試料体の前記表面に供給する粉体供給部と、前記試料体を前記表面と直交する軸を中心として回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段によって回転する前記試料体に接触した粉体、または、前記試料体の電荷量を測定する電荷量測定手段と、を備えている。
【０００８】
本発明の静電特性測定装置によると、回転する試料体の表面に供給された粉体は表面との間で摩擦接触を繰り返す。そして、粉体は、試料体の表面を摩擦帯電しながら遠心力で移動する。したがって、カスケード法のように試料体の斜面を粉体が単に転がる場合に比べて、試料体との接触回数が増大して、粉体と試料体との間に生まれる電荷量が増加する。また、例えば、粉体の種類や湿度などの環境条件によって、粉体が多数集まってだまになっている状態で試料体の表面に供給されたとしても、回転する試料体に接触した衝撃と遠心力とで、だまになった粉体をばらばらに崩すことができる。したがって、崩れた各粉体に対して摩擦帯電による電荷量が増加する。これにより、粉体及び試料体の種類によらず、粉体と試料体とを帯電させやくなり、試料体を小型化することができる。また、試料体の帯電量を測定する場合において粉体の供給量を減らすことができる。
【０００９】
また、前記電荷量測定手段は、前記回転駆動手段によって前記試料体が回転することで前記表面から飛散した粉体を捕捉する捕捉部材を有しており、前記捕捉部材に捕捉された粉体の電荷量を測定することが好ましい。
【００１０】
これによると、試料体の表面に供給された粉体は、試料体が回転することにより、表面と摩擦接触を繰り返しながら、遠心力の作用で表面から飛散する。そして、この飛散した粉体を捕捉して電荷量を測定することで、試料体の表面と摩擦接触して摩擦帯電した粉体の電荷量を測定することができる。
【００１１】
そして、前記捕捉部材は、粉体を吸引する吸引口を有しており、前記吸引口は、前記表面と平行な面において前記試料体の外側に配置され、前記試料体の回転中心となる前記軸を向いていることが好ましい。
【００１２】
これによると、試料体が回転することにより遠心力が作用して表面から飛散した粉体を吸引捕捉しやすい。
【００１３】
そして、前記吸引口は、前記表面から離隔しており、前記表面と前記吸引口との間には、空隙が設けられていることが好ましい。
【００１４】
例えば、多数の粉体が集まってだまになっている状態では、だまを形成する各粉体は表面との接触面積が小さく、あまり帯電しておらず、電荷量が少ないと推測される。そこで、吸引口が表面から離隔しており、表面と吸引口との間に空隙が設けられていることで、だまになった粉体については、重量が重く、吸引口まで飛散せずに表面から落下して、吸引口から吸引されにくい。これにより、試料体の表面に供給された多量の粉体のうち電荷量が多い粉体だけを捕捉しやすい。したがって、複数種類の粉体を測定する場合に、複数種類の粉体の電荷量の差が大きくなって、複数種類の粉体について静電特性（帯電のしやすさ、帯電のしにくさ）の違いを把握しやすい。
【００１５】
また、前記粉体供給部から前記表面への粉体の供給量を調整する供給量調整手段をさらに備えていることが好ましい。
【００１６】
これによると、粉体及び試料体の帯電のしやすさ、または帯電のしにくさに応じて、表面への粉体の供給量を調整することができる。また、所定時間における粉体の供給量を増やせば、試料体を所望の帯電量に帯電させるまでに要する時間を短縮することができる。
【００１７】
本発明の静電特性測定方法は、水平な表面を有する試料体を前記表面と直交する軸を中心として回転させる回転工程と、前記回転工程の間に、回転する前記試料体の前記表面に粉体を供給する粉体供給工程と、前記粉体供給工程の後に、回転する前記試料体に接触した粉体、または、前記試料体の電荷量を測定する電荷量測定工程と、を備えている。
【００１８】
本発明の静電特性測定方法によると、回転する試料体の表面に供給された粉体は表面との間で摩擦接触を繰り返す。そして、粉体は、試料体の表面を摩擦帯電しながら遠心力で移動する。したがって、カスケード法のように試料体の斜面を粉体が単に転がる場合に比べて、試料体との接触回数が増大して、粉体と試料体との間に生まれる電荷量が増加する。また、例えば、粉体の種類や湿度などの環境条件によって、粉体が多数集まってだまになっている状態で試料体の表面に供給されたとしても、回転する試料体に接触した衝撃と遠心力とで、だまになった粉体をばらばらに崩すことができる。したがって、崩れた各粉体に対して摩擦帯電による電荷量が増加する。これにより、粉体及び試料体の種類によらず、粉体と試料体とを帯電させやくなり、試料体を小型化することができる。また、試料体の帯電量を測定する場合において粉体の供給量を減らすことができる。
【発明の効果】
【００１９】
回転する試料体の表面に供給された粉体は表面との間で摩擦接触を繰り返す。そして、粉体は、試料体の表面を摩擦帯電しながら遠心力で移動する。したがって、カスケード法のように試料体の斜面を粉体が単に転がる場合に比べて、試料体との接触回数が増大して、粉体と試料体との間に生まれる電荷量が増加する。また、例えば、粉体の種類や湿度などの環境条件によって、粉体が多数集まってだまになっている状態で試料体の表面に供給されたとしても、回転する試料体に接触した衝撃と遠心力とで、だまになった粉体をばらばらに崩すことができる。したがって、崩れた各粉体に対して摩擦帯電による電荷量が増加する。これにより、粉体及び試料体の種類によらず、粉体と試料体とを帯電させやくなり、試料体を小型化することができる。また、試料体の帯電量を測定する場合において粉体の供給量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る静電特性測定装置の概略構成図である。
【図２】粉体の電荷量の測定時における静電特性測定装置の概略構成図である。
【図３】粉体の電荷量を測定する工程について説明するフローチャートである。
【図４】回転する試料体の表面に供給された粉体の移動について説明する試料体（試料層）の平面図である。
【図５】変形例１における静電特性測定装置の概略構成図である。
【図６】変形例２における静電特性測定装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、静電特性測定装置１は、カバー部材２と、試料取付台３に着脱自在に取り付けられる、導電性部材１９上に試料層２０を密接して形成した試料体４と、試料体４を回転させる回転モータ５（回転駆動手段）と、多量の粉体２１を収容した供給ケース６（粉体供給部）と、供給ケース６から試料層２０への粉体２１の供給量を調整するスクリューフィーダ７（供給量調整手段）と、粉体２１の電荷量を測定する電荷量測定装置８と、試料層２０から落下した粉体２１を受容する粉体受容部９と、を有している。なお、試料体４は一部を試料膜とするものの他、全体を粉体被接触材料そのものにより構成してもよい。
【００２２】
カバー部材２は、鉛直方向に延びた筒状をしており、試料取付台３、試料体４、回転モータ５、供給ケース６及びスクリューフィーダ７などが収容される。これにより、回転する試料体４に供給されて飛散する粉体２１がカバー部材２の外にばらまかれるのを防止している。また、カバー部材２は、内面に帯電防止のための界面活性剤をコーティングした透明なプラスチックなどの樹脂材料により形成されていることが好ましい。カバー部材２が透明であることによって、装置のセッティングや測定の様子を確認できる利点がある。あるいはこのような利点はなくなるが、鉛直方向に延びた筒状のカバー部材２は、金属膜を内面にコーティングした樹脂材料、または金属製材料によりカバー部材２を構成してもよい。このようなカバー部材２により、収容された装置全体をシールドし、且つ、回転する試料体４に供給されて飛散する粉体２１がカバー部材２の外にばらまかれるのを防止することできる。
【００２３】
試料体４は、カバー部材２の中央に配置されており、支持部材１１、回転モータ５、回転軸１０、試料取付台３を通じてグランド電位に接地されている。試料体４は、ここでは導電性部材１９と、導電性部材１９の表面に密着して形成された試料層２０とから構成されている。試料層２０は、粉体２１との間における帯電のしやすさ、または帯電のしにくさ（これらをまとめて静電特性と称す）を測定したい材料を導電性部材１９の上面にコーティングしたものであり、その表面２０ａが水平になっている。コーティング方法としては、導電性部材１９の上面に材料を塗布乾燥する方法や、あらかじめ層を形成して、その層を密着させる方法などが挙げられる。
【００２４】
そして、試料体４は、試料取付台３、回転軸１０を介して回転モータ５に連結されており、回転モータ５が駆動することで、回転軸１０を中心に高速回転する。すると、試料層２０の表面２０ａは、水平面内を高速回転する。回転モータ５は、支持部材１１により支持されている。そして、支持部材１１に対する回転モータ５の高さを調整することで、試料層２０の表面２０ａの高さを適宜調整することができる。
【００２５】
スクリューフィーダ７は、支持部材１２により支持されて、その供給口７ａが試料層２０の表面２０ａの上方に位置しており、試料層２０の外縁よりも回転中心に近い位置に粉体２１を供給する。そして、スクリューフィーダ７は、回転数を調整することで、供給ケース６から送られる粉体２１の量を調整して、供給口７ａから表面２０ａへの粉体２１の供給量を適宜調整することができる。
【００２６】
電荷量測定装置８は、カバー部材２内に収容された吸引式のファラデーケージ１３（ノズル吸引口１３ａにより粉体を吸い込み、吸い込んだ粉体を捕捉するフィルターを備えているファラデーケージ）と、カバー部材２の外側に配置され、ファラデーケージ１３とチューブ・同軸ケーブル１４を通じて連結された電荷量測定器１５と、を有している。電荷量測定器１５は吸引ポンプとクーロンメータ、その他制御回路を内蔵したものである。
【００２７】
ファラデーケージ１３は、支持部材１１により支持されている。そして、ファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａは、試料層２０の表面２０ａから離隔して、試料体４の回転中心となる回転軸１０の方向に向いている。また、試料層２０の表面２０ａとファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａとの間には、空隙が設けられている。電荷量測定器１５は、ノズル吸引口１３ａより吸引されファラデーケージ１３のフィルターで捕獲された粉体２１の電荷量を測定する。
【００２８】
粉体受容部９は、試料体４の下方に配置されており、上方に開口した箱状をしている。そして、粉体受容部９の底部の面積は、試料体４よりも大きくなっており、鉛直方向から見て、粉体受容部９は試料体４を包含している。さらに、試料体４の上面、すなわち試料層２０の表面２０ａとファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａとの間に設けられた空隙は、鉛直方向に関して、粉体受容部９と重なっている。すなわち、試料層２０の表面２０ａから空隙を介して落下した粉体２１は、粉体受容部９に受容される。
【００２９】
粉体２１としては、例えば、レーザプリンタや複写機で使用されるトナー、粉体塗料、小麦粉、金属粉、樹脂粉などさまざまな粉体が挙げられる。そして、静電特性測定装置１は、粉体２１と試料層２０とを接触させたときの、粉体２１の電荷量を測定することで、粉体２１と試料層２０との間における帯電のしやすさ、または帯電のしにくさ（静電特性）を測定する。
【００３０】
次に、静電特性測定装置１による粉体２１の電荷量の測定方法について、図２〜図４を参照して説明する。図３に示すように、まず、回転モータ５を駆動して、試料体４の高速回転（本実施形態では、試料体４は例えば直径約２０ｍｍで、回転速度は例えば１２０００ｒｐｍ）を開始する（Ｓ１：回転工程）。その後、スクリューフィーダ７により所定量（例えば、数ｇ/ｍｉｎｉ）の粉体２１を試料層２０の表面２０ａに流しかけて供給する（Ｓ２：粉体供給工程）。
【００３１】
すると、図２に示すように、試料層２０の表面２０ａに供給された粉体２１は、回転軸１０を中心に試料層２０が高速回転することで、試料層２０との間で摩擦接触を繰り返して、粉体２１と試料層２０は摩擦帯電する。また、粉体２１は、試料層２０の回転によって遠心力が作用して試料層２０の表面２０ａの外側に向かって移動する。より具体的には、図４に示すように、試料層２０が矢印Ａ方向に示す時計周り方向に回転すると、粉体２１は、試料層２０の表面２０ａと摩擦接触を繰り返しながら、遠心力が作用して矢印Ｂ方向に移動して、試料層２０の表面２０ａの外側に飛散する。したがって、例えば、粉体２１が単に矢印Ｂ方向に転がる場合と比べて、本実施形態における粉体２１は、試料層２０の回転方向に摩擦接触により回転しながら、矢印Ｂ方向に移動するため、試料層２０との接触回数が増大する。
【００３２】
そして、図３に戻って、試料層２０の表面２０ａから飛散した粉体２１の一部がファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａから吸引されて、電荷量測定器１５により吸引された粉体２１の電荷量を測定する（Ｓ３：電荷量測定工程）。なお、試料層２０の表面２０ａから飛散し、ファラデーケージ１３に吸引されなかった粉体２１については、落下して粉体受容部９に受容される。また、試料層２０の回転数、スクリューフィーダ７からの粉体２１の供給量、表面２０ａとファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａとの距離、及び、ノズル吸引口１３ａからの吸引力は、粉体２１と試料層２０との間の静電特性を精度よく測定できるように適宜設定すればよい。また、特に試料層２０の回転数、表面２０ａとファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａとの距離は、これらをパラメータとしてそれぞれの環境時の帯電量を測定して帯電特性を評価するようにしてもよい。
【００３３】
本実施形態における静電特性測定装置１によると、試料体４において、回転する試料層２０の表面２０ａに供給された粉体２１は試料層２０との間で摩擦接触を繰り返す。そして、粉体２１と試料層２０は摩擦帯電しながら遠心力で移動する。したがって、カスケード法のように試料層２０と粉体２１とが単に接触して接触帯電する場合に比べて、試料層２０との接触回数が増大して、粉体２１及び試料層２０の種類によらず、粉体２１と試料層２０との電荷量が増加する。これにより、粉体２１と試料層２０とを帯電させやくなり、試料体４を小型化することができる。
【００３４】
また、例えば、粉体２１の種類や湿度などの環境条件によって、スクリューフィーダ７から多数の粉体２１が集まってだまになっている状態で試料層２０の表面２０ａに供給されたとしても、カスケード法のように試料層２０と粉体２１とが単に接触する場合に比べて、回転する試料層２０に接触した衝撃と遠心力とで、だまになった粉体２１をばらばらに崩すことができる。したがって、崩れた各粉体２１に対して摩擦帯電によって電荷量を増加させることができる。
【００３５】
ここで、粉体被接触材料は、一定の帯電特性を保って面積の広い層を形成するのは困難であり、たとえ形成することができたとしても膨大なコストがかかる。したがって、このような大型な層を形成することが困難な材料を試料層２０とする場合に、本実施形態にように試料体４を小型化することができるのは非常に有用である。
【００３６】
また、ファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａが、試料層２０の表面２０ａと平行な面において試料体４の外側に配置され、試料体４の回転中心を向いている。これにより、試料体４が回転することにより遠心力が作用して試料層２０の表面２０ａから飛散した粉体２１を吸引捕捉しやすい。
【００３７】
さらに、例えば、多数の粉体２１が集まってだまになっている状態では、だまを形成する各粉体２１は表面２０ａとの接触面積が小さく、あまり帯電しておらず、電荷量が少ないと推測される。そこで、ファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａが表面２０ａから離隔しており、表面２０ａとノズル吸引口１３ａとの間に空隙が設けられていることで、だまになった粉体２１については、重量が重く、ノズル吸引口１３ａまで飛散せずに表面２０ａから落下して、ノズル吸引口１３ａから吸引されにくい。また、試料体４からより遠くまで飛散した粉体２１ほど、試料体４の縁部に近い位置から飛散していると推測される。そして、試料体４の縁部まで移動した粉体２１ほど、試料層２０の表面２０ａとの接触回数が多く、より電荷量が増大している。これにより、ファラデーケージ１３により試料層２０の表面２０ａに供給された多量の粉体２１のうち電荷量が多い粉体２１だけを捕捉しやすい。したがって、複数種類の粉体２１を測定する場合に、複数種類の粉体２１の電荷量の差が大きくなって、複数種類の粉体２１について静電特性（帯電のしやすさ、帯電のしにくさ）の違いを把握しやすい。
【００３８】
加えて、粉体２１及び試料層２０の帯電しやすさに応じて、スクリューフィーダ７により表面２０ａへの粉体２１の供給量を調整することができる。
【００３９】
また、スクリューフィーダ７により粉体２１が試料体４の外縁よりも回転中心により近い位置に供給されることで、試料層２０の表面２０ａの外側に粉体２１が飛散するまでの間に、粉体２１と表面２０ａとの接触回数が増加するため、より電荷量を増大させることができる。
【００４０】
次に、上述した実施形態に種々の変形を加えた変更形態について説明する。ただし、上述した実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００４１】
本実施形態では、電荷量測定器１５は、ファラデーケージ１３により吸引した粉体２１の電荷量を測定していたが、回転する試料体４から飛散または/及び落下して粉体受容部９に受容された粉体２１の電荷量を測定してもよい（変形例１）。図５は落下する粉体を受容する場合を示し、粉体受容部９は、導電性材料により形成されて、周囲と絶縁されて、ファラデーケージを構成しており、同軸ケーブル３０により電荷量測定器１５に接続される。あるいは例えば図示しないが、試料体４の外周に、ファラデーケージを構成する、内側に開口する断面コの字の環状粉体受容部を、試料体４から水平方向に所定距離を置いて配置し、試料体４から飛散してくる粉体を受容して粉体の電荷量を測定するようにしてもよい。
【００４２】
また、本実施形態においては、粉体２１と試料体４との間における静電特性を測定するために、粉体２１の電荷量を測定していたが、試料体４の電荷量を測定してもよい（変形例２）。この場合、図６に示すように、試料体４は試料取付台３と電気的接続されるとともに、試料取付台３は、周囲と絶縁されて、同軸ケーブル４０により電荷量測定器１５に接続される。このとき、回転する試料層２０の表面２０ａに供給された粉体２１と表面２０ａとは十分摩擦帯電しているので、試料層２０の帯電量が測定できる。また、所定時間における粉体２１の供給量を増やせば、試料層２０を所定量に帯電させさせるまでに要する時間を短縮することができる。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、スクリューフィーダ７により供給ケース６から供給される粉体２１の供給量を調整していたが、供給ケース６の開口部付近にシャッター部材が設けられて、このシャッター部材の開閉をポンプなどにより制御することで、供給ケース６から供給される粉体２１の供給量を調整してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１ 静電特性測定装置
３ 試料取付台
４ 試料体
５ 回転モータ
６ スクリューフィーダ
７ 電荷量測定装置
１３ ファラデーケージ
１５ 電荷量測定器
１９ 導電性部材
２０ 試料層
２０ａ 表面
２１ 粉体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体と粉体被接触材料である試料体との間における静電特性を測定する静電特性測定装置及び静電特性測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真分野などのさまざまな分野において、粉体とこの粉体と接触する粉体被接触材料との間における帯電現象を有効に活用している。あるいは、逆に帯電現象が、所定の特性、機能または期待される特性、機能などに対して悪影響を及ぼす要因として問題になることがある。そして、粉体と粉体被接触材料との間における帯電のしやすさ、帯電のしにくさ（ここでは、これらをまとめて静電特性と称す）を把握するために、粉体または粉体被接触材料の電荷量を測定する装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、傾斜状態で保持された粉体接被触材料の試料板に粉体を流しかけて、試料板に接触した後に落下した粉体の電荷量、または、試料板の電荷量を測定する、いわゆるカスケード法を用いた装置が知られている。なお、特許文献１では試料板は、導電性基板上に粉体被接触材料である試料層を形成して構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６８６６５８号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載のカスケード法を用いた装置のように、粉体を試料板に流しかけて、試料板の斜面を転がすだけでは、粉体と試料層の種類によっては粉体の転がる距離（時間）が短いため、両者の間において帯電が生じにくい場合があった。また、粉体の種類や湿度などの環境条件によって、試料板に供給された粉体が多数集まってだまになっている状態では、だまの内部に位置する粉体については試料層と接触して帯電しにくい。さらに、だまの表面を形成する粉体についても試料層との接触面積が小さくなり帯電しにくい。このように、粉体と試料板との間において帯電が生じにくい場合には、試料板の斜面の長さを長くし、粉体の転がる距離（時間）を長くすれば、両者の間において帯電を生じさせることが可能かもしれないが、試料板が大型化してしまう。また、試料板を帯電させてその帯電量を測定しようとすると、試料板に大量の粉体を流しかけなければ測定などに必要な十分な電荷量を得るのは困難である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、粉体被接触材料である試料体を小型化しつつ、粉体及び試料体の種類によらず、粉体と試料体との間における静電特性を測定する静電特性測定装置及び静電特性測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の静電特性測定装置は、水平な表面を有する粉体被接触材料である試料体と、粉体を前記試料体の前記表面に供給する粉体供給部と、前記試料体を前記表面と直交する軸を中心として回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段によって回転する前記試料体に接触した粉体、または、前記試料体の電荷量を測定する電荷量測定手段と、を備えている。
【０００８】
本発明の静電特性測定装置によると、回転する試料体の表面に供給された粉体は表面との間で摩擦接触を繰り返す。そして、粉体は、試料体の表面を摩擦帯電しながら遠心力で移動する。したがって、カスケード法のように試料体の斜面を粉体が単に転がる場合に比べて、試料体との接触回数が増大して、粉体と試料体との間に生まれる電荷量が増加する。また、例えば、粉体の種類や湿度などの環境条件によって、粉体が多数集まってだまになっている状態で試料体の表面に供給されたとしても、回転する試料体に接触した衝撃と遠心力とで、だまになった粉体をばらばらに崩すことができる。したがって、崩れた各粉体に対して摩擦帯電による電荷量が増加する。これにより、粉体及び試料体の種類によらず、粉体と試料体とを帯電させやくなり、試料体を小型化することができる。また、試料体の帯電量を測定する場合において粉体の供給量を減らすことができる。
【０００９】
また、前記電荷量測定手段は、前記回転駆動手段によって前記試料体が回転することで前記表面から飛散した粉体を捕捉する捕捉部材を有しており、前記捕捉部材に捕捉された粉体の電荷量を測定することが好ましい。
【００１０】
これによると、試料体の表面に供給された粉体は、試料体が回転することにより、表面と摩擦接触を繰り返しながら、遠心力の作用で表面から飛散する。そして、この飛散した粉体を捕捉して電荷量を測定することで、試料体の表面と摩擦接触して摩擦帯電した粉体の電荷量を測定することができる。
【００１１】
そして、前記捕捉部材は、粉体を吸引する吸引口を有しており、前記吸引口は、前記表面と平行な面において前記試料体の外側に配置され、前記試料体の回転中心となる前記軸を向いていることが好ましい。
【００１２】
これによると、試料体が回転することにより遠心力が作用して表面から飛散した粉体を吸引捕捉しやすい。
【００１３】
そして、前記吸引口は、前記表面から離隔しており、前記表面と前記吸引口との間には、空隙が設けられていることが好ましい。
【００１４】
例えば、多数の粉体が集まってだまになっている状態では、だまを形成する各粉体は表面との接触面積が小さく、あまり帯電しておらず、電荷量が少ないと推測される。そこで、吸引口が表面から離隔しており、表面と吸引口との間に空隙が設けられていることで、だまになった粉体については、重量が重く、吸引口まで飛散せずに表面から落下して、吸引口から吸引されにくい。これにより、試料体の表面に供給された多量の粉体のうち電荷量が多い粉体だけを捕捉しやすい。したがって、複数種類の粉体を測定する場合に、複数種類の粉体の電荷量の差が大きくなって、複数種類の粉体について静電特性（帯電のしやすさ、帯電のしにくさ）の違いを把握しやすい。
【００１５】
また、前記粉体供給部から前記表面への粉体の供給量を調整する供給量調整手段をさらに備えていることが好ましい。
【００１６】
これによると、粉体及び試料体の帯電のしやすさ、または帯電のしにくさに応じて、表面への粉体の供給量を調整することができる。また、所定時間における粉体の供給量を増やせば、試料体を所望の帯電量に帯電させるまでに要する時間を短縮することができる。
【００１７】
本発明の静電特性測定方法は、水平な表面を有する試料体を前記表面と直交する軸を中心として回転させる回転工程と、前記回転工程の間に、回転する前記試料体の前記表面に粉体を供給する粉体供給工程と、前記粉体供給工程の後に、回転する前記試料体に接触した粉体、または、前記試料体の電荷量を測定する電荷量測定工程と、を備えている。
【００１８】
本発明の静電特性測定方法によると、回転する試料体の表面に供給された粉体は表面との間で摩擦接触を繰り返す。そして、粉体は、試料体の表面を摩擦帯電しながら遠心力で移動する。したがって、カスケード法のように試料体の斜面を粉体が単に転がる場合に比べて、試料体との接触回数が増大して、粉体と試料体との間に生まれる電荷量が増加する。また、例えば、粉体の種類や湿度などの環境条件によって、粉体が多数集まってだまになっている状態で試料体の表面に供給されたとしても、回転する試料体に接触した衝撃と遠心力とで、だまになった粉体をばらばらに崩すことができる。したがって、崩れた各粉体に対して摩擦帯電による電荷量が増加する。これにより、粉体及び試料体の種類によらず、粉体と試料体とを帯電させやくなり、試料体を小型化することができる。また、試料体の帯電量を測定する場合において粉体の供給量を減らすことができる。
【発明の効果】
【００１９】
回転する試料体の表面に供給された粉体は表面との間で摩擦接触を繰り返す。そして、粉体は、試料体の表面を摩擦帯電しながら遠心力で移動する。したがって、カスケード法のように試料体の斜面を粉体が単に転がる場合に比べて、試料体との接触回数が増大して、粉体と試料体との間に生まれる電荷量が増加する。また、例えば、粉体の種類や湿度などの環境条件によって、粉体が多数集まってだまになっている状態で試料体の表面に供給されたとしても、回転する試料体に接触した衝撃と遠心力とで、だまになった粉体をばらばらに崩すことができる。したがって、崩れた各粉体に対して摩擦帯電による電荷量が増加する。これにより、粉体及び試料体の種類によらず、粉体と試料体とを帯電させやくなり、試料体を小型化することができる。また、試料体の帯電量を測定する場合において粉体の供給量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る静電特性測定装置の概略構成図である。
【図２】粉体の電荷量の測定時における静電特性測定装置の概略構成図である。
【図３】粉体の電荷量を測定する工程について説明するフローチャートである。
【図４】回転する試料体の表面に供給された粉体の移動について説明する試料体（試料層）の平面図である。
【図５】変形例１における静電特性測定装置の概略構成図である。
【図６】変形例２における静電特性測定装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、静電特性測定装置１は、カバー部材２と、試料取付台３に着脱自在に取り付けられる、導電性部材１９上に試料層２０を密接して形成した試料体４と、試料体４を回転させる回転モータ５（回転駆動手段）と、多量の粉体２１を収容した供給ケース６（粉体供給部）と、供給ケース６から試料層２０への粉体２１の供給量を調整するスクリューフィーダ７（供給量調整手段）と、粉体２１の電荷量を測定する電荷量測定装置８と、試料層２０から落下した粉体２１を受容する粉体受容部９と、を有している。なお、試料体４は一部を試料膜とするものの他、全体を粉体被接触材料そのものにより構成してもよい。
【００２２】
カバー部材２は、鉛直方向に延びた筒状をしており、試料取付台３、試料体４、回転モータ５、供給ケース６及びスクリューフィーダ７などが収容される。これにより、回転する試料体４に供給されて飛散する粉体２１がカバー部材２の外にばらまかれるのを防止している。また、カバー部材２は、内面に帯電防止のための界面活性剤をコーティングした透明なプラスチックなどの樹脂材料により形成されていることが好ましい。カバー部材２が透明であることによって、装置のセッティングや測定の様子を確認できる利点がある。あるいはこのような利点はなくなるが、鉛直方向に延びた筒状のカバー部材２は、金属膜を内面にコーティングした樹脂材料、または金属製材料によりカバー部材２を構成してもよい。このようなカバー部材２により、収容された装置全体をシールドし、且つ、回転する試料体４に供給されて飛散する粉体２１がカバー部材２の外にばらまかれるのを防止することできる。
【００２３】
試料体４は、カバー部材２の中央に配置されており、支持部材１１、回転モータ５、回転軸１０、試料取付台３を通じてグランド電位に接地されている。試料体４は、ここでは導電性部材１９と、導電性部材１９の表面に密着して形成された試料層２０とから構成されている。試料層２０は、粉体２１との間における帯電のしやすさ、または帯電のしにくさ（これらをまとめて静電特性と称す）を測定したい材料を導電性部材１９の上面にコーティングしたものであり、その表面２０ａが水平になっている。コーティング方法としては、導電性部材１９の上面に材料を塗布乾燥する方法や、あらかじめ層を形成して、その層を密着させる方法などが挙げられる。
【００２４】
そして、試料体４は、試料取付台３、回転軸１０を介して回転モータ５に連結されており、回転モータ５が駆動することで、回転軸１０を中心に高速回転する。すると、試料層２０の表面２０ａは、水平面内を高速回転する。回転モータ５は、支持部材１１により支持されている。そして、支持部材１１に対する回転モータ５の高さを調整することで、試料層２０の表面２０ａの高さを適宜調整することができる。
【００２５】
スクリューフィーダ７は、支持部材１２により支持されて、その供給口７ａが試料層２０の表面２０ａの上方に位置しており、試料層２０の外縁よりも回転中心に近い位置に粉体２１を供給する。そして、スクリューフィーダ７は、回転数を調整することで、供給ケース６から送られる粉体２１の量を調整して、供給口７ａから表面２０ａへの粉体２１の供給量を適宜調整することができる。
【００２６】
電荷量測定装置８は、カバー部材２内に収容された吸引式のファラデーケージ１３（ノズル吸引口１３ａにより粉体を吸い込み、吸い込んだ粉体を捕捉するフィルターを備えているファラデーケージ）と、カバー部材２の外側に配置され、ファラデーケージ１３とチューブ・同軸ケーブル１４を通じて連結された電荷量測定器１５と、を有している。電荷量測定器１５は吸引ポンプとクーロンメータ、その他制御回路を内蔵したものである。
【００２７】
ファラデーケージ１３は、支持部材１１により支持されている。そして、ファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａは、試料層２０の表面２０ａから離隔して、試料体４の回転中心となる回転軸１０の方向に向いている。また、試料層２０の表面２０ａとファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａとの間には、空隙が設けられている。電荷量測定器１５は、ノズル吸引口１３ａより吸引されファラデーケージ１３のフィルターで捕獲された粉体２１の電荷量を測定する。
【００２８】
粉体受容部９は、試料体４の下方に配置されており、上方に開口した箱状をしている。そして、粉体受容部９の底部の面積は、試料体４よりも大きくなっており、鉛直方向から見て、粉体受容部９は試料体４を包含している。さらに、試料体４の上面、すなわち試料層２０の表面２０ａとファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａとの間に設けられた空隙は、鉛直方向に関して、粉体受容部９と重なっている。すなわち、試料層２０の表面２０ａから空隙を介して落下した粉体２１は、粉体受容部９に受容される。
【００２９】
粉体２１としては、例えば、レーザプリンタや複写機で使用されるトナー、粉体塗料、小麦粉、金属粉、樹脂粉などさまざまな粉体が挙げられる。そして、静電特性測定装置１は、粉体２１と試料層２０とを接触させたときの、粉体２１の電荷量を測定することで、粉体２１と試料層２０との間における帯電のしやすさ、または帯電のしにくさ（静電特性）を測定する。
【００３０】
次に、静電特性測定装置１による粉体２１の電荷量の測定方法について、図２〜図４を参照して説明する。図３に示すように、まず、回転モータ５を駆動して、試料体４の高速回転（本実施形態では、試料体４は例えば直径約２０ｍｍで、回転速度は例えば１２０００ｒｐｍ）を開始する（Ｓ１：回転工程）。その後、スクリューフィーダ７により所定量（例えば、数ｇ/ｍｉｎｉ）の粉体２１を試料層２０の表面２０ａに流しかけて供給する（Ｓ２：粉体供給工程）。
【００３１】
すると、図２に示すように、試料層２０の表面２０ａに供給された粉体２１は、回転軸１０を中心に試料層２０が高速回転することで、試料層２０との間で摩擦接触を繰り返して、粉体２１と試料層２０は摩擦帯電する。また、粉体２１は、試料層２０の回転によって遠心力が作用して試料層２０の表面２０ａの外側に向かって移動する。より具体的には、図４に示すように、試料層２０が矢印Ａ方向に示す時計周り方向に回転すると、粉体２１は、試料層２０の表面２０ａと摩擦接触を繰り返しながら、遠心力が作用して矢印Ｂ方向に移動して、試料層２０の表面２０ａの外側に飛散する。したがって、例えば、粉体２１が単に矢印Ｂ方向に転がる場合と比べて、本実施形態における粉体２１は、試料層２０の回転方向に摩擦接触により回転しながら、矢印Ｂ方向に移動するため、試料層２０との接触回数が増大する。
【００３２】
そして、図３に戻って、試料層２０の表面２０ａから飛散した粉体２１の一部がファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａから吸引されて、電荷量測定器１５により吸引された粉体２１の電荷量を測定する（Ｓ３：電荷量測定工程）。なお、試料層２０の表面２０ａから飛散し、ファラデーケージ１３に吸引されなかった粉体２１については、落下して粉体受容部９に受容される。また、試料層２０の回転数、スクリューフィーダ７からの粉体２１の供給量、表面２０ａとファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａとの距離、及び、ノズル吸引口１３ａからの吸引力は、粉体２１と試料層２０との間の静電特性を精度よく測定できるように適宜設定すればよい。また、特に試料層２０の回転数、表面２０ａとファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａとの距離は、これらをパラメータとしてそれぞれの環境時の帯電量を測定して帯電特性を評価するようにしてもよい。
【００３３】
本実施形態における静電特性測定装置１によると、試料体４において、回転する試料層２０の表面２０ａに供給された粉体２１は試料層２０との間で摩擦接触を繰り返す。そして、粉体２１と試料層２０は摩擦帯電しながら遠心力で移動する。したがって、カスケード法のように試料層２０と粉体２１とが単に接触して接触帯電する場合に比べて、試料層２０との接触回数が増大して、粉体２１及び試料層２０の種類によらず、粉体２１と試料層２０との電荷量が増加する。これにより、粉体２１と試料層２０とを帯電させやくなり、試料体４を小型化することができる。
【００３４】
また、例えば、粉体２１の種類や湿度などの環境条件によって、スクリューフィーダ７から多数の粉体２１が集まってだまになっている状態で試料層２０の表面２０ａに供給されたとしても、カスケード法のように試料層２０と粉体２１とが単に接触する場合に比べて、回転する試料層２０に接触した衝撃と遠心力とで、だまになった粉体２１をばらばらに崩すことができる。したがって、崩れた各粉体２１に対して摩擦帯電によって電荷量を増加させることができる。
【００３５】
ここで、粉体被接触材料は、一定の帯電特性を保って面積の広い層を形成するのは困難であり、たとえ形成することができたとしても膨大なコストがかかる。したがって、このような大型な層を形成することが困難な材料を試料層２０とする場合に、本実施形態にように試料体４を小型化することができるのは非常に有用である。
【００３６】
また、ファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａが、試料層２０の表面２０ａと平行な面において試料体４の外側に配置され、試料体４の回転中心を向いている。これにより、試料体４が回転することにより遠心力が作用して試料層２０の表面２０ａから飛散した粉体２１を吸引捕捉しやすい。
【００３７】
さらに、例えば、多数の粉体２１が集まってだまになっている状態では、だまを形成する各粉体２１は表面２０ａとの接触面積が小さく、あまり帯電しておらず、電荷量が少ないと推測される。そこで、ファラデーケージ１３のノズル吸引口１３ａが表面２０ａから離隔しており、表面２０ａとノズル吸引口１３ａとの間に空隙が設けられていることで、だまになった粉体２１については、重量が重く、ノズル吸引口１３ａまで飛散せずに表面２０ａから落下して、ノズル吸引口１３ａから吸引されにくい。また、試料体４からより遠くまで飛散した粉体２１ほど、試料体４の縁部に近い位置から飛散していると推測される。そして、試料体４の縁部まで移動した粉体２１ほど、試料層２０の表面２０ａとの接触回数が多く、より電荷量が増大している。これにより、ファラデーケージ１３により試料層２０の表面２０ａに供給された多量の粉体２１のうち電荷量が多い粉体２１だけを捕捉しやすい。したがって、複数種類の粉体２１を測定する場合に、複数種類の粉体２１の電荷量の差が大きくなって、複数種類の粉体２１について静電特性（帯電のしやすさ、帯電のしにくさ）の違いを把握しやすい。
【００３８】
加えて、粉体２１及び試料層２０の帯電しやすさに応じて、スクリューフィーダ７により表面２０ａへの粉体２１の供給量を調整することができる。
【００３９】
また、スクリューフィーダ７により粉体２１が試料体４の外縁よりも回転中心により近い位置に供給されることで、試料層２０の表面２０ａの外側に粉体２１が飛散するまでの間に、粉体２１と表面２０ａとの接触回数が増加するため、より電荷量を増大させることができる。
【００４０】
次に、上述した実施形態に種々の変形を加えた変更形態について説明する。ただし、上述した実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００４１】
本実施形態では、電荷量測定器１５は、ファラデーケージ１３により吸引した粉体２１の電荷量を測定していたが、回転する試料体４から飛散または/及び落下して粉体受容部９に受容された粉体２１の電荷量を測定してもよい（変形例１）。図５は落下する粉体を受容する場合を示し、粉体受容部９は、導電性材料により形成されて、周囲と絶縁されて、ファラデーケージを構成しており、同軸ケーブル３０により電荷量測定器１５に接続される。あるいは例えば図示しないが、試料体４の外周に、ファラデーケージを構成する、内側に開口する断面コの字の環状粉体受容部を、試料体４から水平方向に所定距離を置いて配置し、試料体４から飛散してくる粉体を受容して粉体の電荷量を測定するようにしてもよい。
【００４２】
また、本実施形態においては、粉体２１と試料体４との間における静電特性を測定するために、粉体２１の電荷量を測定していたが、試料体４の電荷量を測定してもよい（変形例２）。この場合、図６に示すように、試料体４は試料取付台３と電気的接続されるとともに、試料取付台３は、周囲と絶縁されて、同軸ケーブル４０により電荷量測定器１５に接続される。このとき、回転する試料層２０の表面２０ａに供給された粉体２１と表面２０ａとは十分摩擦帯電しているので、試料層２０の帯電量が測定できる。また、所定時間における粉体２１の供給量を増やせば、試料層２０を所定量に帯電させさせるまでに要する時間を短縮することができる。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、スクリューフィーダ７により供給ケース６から供給される粉体２１の供給量を調整していたが、供給ケース６の開口部付近にシャッター部材が設けられて、このシャッター部材の開閉をポンプなどにより制御することで、供給ケース６から供給される粉体２１の供給量を調整してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１ 静電特性測定装置
３ 試料取付台
４ 試料体
５ 回転モータ
６ スクリューフィーダ
７ 電荷量測定装置
１３ ファラデーケージ
１５ 電荷量測定器
１９ 導電性部材
２０ 試料層
２０ａ 表面
２１ 粉体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平な表面を有する粉体被接触材料である試料体と、
粉体を前記試料体の前記表面に供給する粉体供給部と、
前記試料体を前記表面と直交する軸を中心として回転させる回転駆動手段と、
前記回転駆動手段によって回転する前記試料体に接触した粉体、または、前記試料体の電荷量を測定する電荷量測定手段と、を備えていることを特徴とする静電特性測定装置。
【請求項２】
前記電荷量測定手段は、前記回転駆動手段によって前記試料体が回転することで前記表面から飛散した粉体を捕捉する捕捉部材を有しており、前記捕捉部材に捕捉された粉体の電荷量を測定することを特徴とする請求項１に記載の静電特性測定装置。
【請求項３】
前記捕捉部材は、粉体を吸引する吸引口を有しており、
前記吸引口は、前記表面と平行な面において前記試料体の外側に配置され、前記試料体の回転中心となる前記軸を向いていることを特徴とする請求項２に記載の静電特性測定装置。
【請求項４】
前記吸引口は、前記表面から離隔しており、
前記表面と前記吸引口との間には、空隙が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の静電特性測定装置。
【請求項５】
前記粉体供給部から前記表面への粉体の供給量を調整する供給量調整手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電特性測定装置。
【請求項６】
水平な表面を有する試料体を前記表面と直交する軸を中心として回転させる回転工程と、
前記回転工程の間に、回転する前記試料体の前記表面に粉体を供給する粉体供給工程と、
前記粉体供給工程の後に、回転する前記試料体に接触した粉体、または、前記試料体の電荷量を測定する電荷量測定工程と、を備えていることを特徴とする静電特性測定方法。
【請求項１】
水平な表面を有する粉体被接触材料である試料体と、
粉体を前記試料体の前記表面に供給する粉体供給部と、
前記試料体を前記表面と直交する軸を中心として回転させる回転駆動手段と、
前記回転駆動手段によって回転する前記試料体に接触した粉体、または、前記試料体の電荷量を測定する電荷量測定手段と、を備えていることを特徴とする静電特性測定装置。
【請求項２】
前記電荷量測定手段は、前記回転駆動手段によって前記試料体が回転することで前記表面から飛散した粉体を捕捉する捕捉部材を有しており、前記捕捉部材に捕捉された粉体の電荷量を測定することを特徴とする請求項１に記載の静電特性測定装置。
【請求項３】
前記捕捉部材は、粉体を吸引する吸引口を有しており、
前記吸引口は、前記表面と平行な面において前記試料体の外側に配置され、前記試料体の回転中心となる前記軸を向いていることを特徴とする請求項２に記載の静電特性測定装置。
【請求項４】
前記吸引口は、前記表面から離隔しており、
前記表面と前記吸引口との間には、空隙が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の静電特性測定装置。
【請求項５】
前記粉体供給部から前記表面への粉体の供給量を調整する供給量調整手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電特性測定装置。
【請求項６】
水平な表面を有する試料体を前記表面と直交する軸を中心として回転させる回転工程と、
前記回転工程の間に、回転する前記試料体の前記表面に粉体を供給する粉体供給工程と、
前記粉体供給工程の後に、回転する前記試料体に接触した粉体、または、前記試料体の電荷量を測定する電荷量測定工程と、を備えていることを特徴とする静電特性測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９２３９４（Ｐ２０１３−９２３９４Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３０６５（Ｐ２０１１−２３３０６５）
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（５９３１２２７８９）ユーテック株式会社 (118)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２４日（２０１１．１０．２４）
【出願人】（５９３１２２７８９）ユーテック株式会社 (118)
【Ｆターム（参考）】
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