JP4678173B2 - トナー電流検出装置及びトナー電流検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、電界中における帯電トナー（以下、単に「トナー」という。）の移動特性を測定する技術に関する。

電子写真法を採用した画像形成装置では、画像形成粒子としてトナーが用いられる。画像形成装置は、現像、転写、回収などの各工程においてトナーを各部材間で移動させるが、この移動は電界の作用を利用することが多い。したがって、電界中におけるトナーの移動特性を測定することは、画像形成装置及びトナーの研究開発の観点で重要である。
従来から絶縁性高分子などの部材中における電荷の移動特性を測定する方法として、走行時間(Time Of Flight)法が知られている（非特許文献１）。走行時間法は、測定対象となる部材を挟む対向電極間に予め電圧を与えたうえで、光、電子線、Ｘ線等を当該部材に照射して電荷を発生させ、当該電荷の前記電圧による移動を電極間に流れる電流として検出するものである。この検出結果を用いて前記部材内における電荷の移動度(mobility)などの移動特性を測定することができる。
共立出版株式会社 高分子学会編 新高分子実験学 第９巻 高分子の物性（２）−電気・光・磁気的性質− 第１章 p.27-p.30

しかしながら、上記の走行時間法をトナーの移動特性の測定にそのまま適用することは困難である。仮に適用する場合、対向電極の一方にトナー層を形成した後に当該電極間に電圧を印加して、トナーの当該電圧による移動を電極間に流れる電流として検出することが考えられる。ところが、このようにすると対向電極間に静電容量が存在するため、電圧印加に伴いトナーの移動による電流（以下、「トナー電流」という。）だけでなく充電電流も流れる。したがって、電極間に流れる電流を検出したとしてもその検出結果には充電電流成分も含まれるため、トナー電流のみを検出することができない。

そこで、本発明は、トナー電流のみを検出することができるトナー電流検出装置、及びトナー電流検出方法を提供することを目的とする。

本発明に係るトナー電流検出装置は、帯電トナーが移動することにより生じるトナー電流を検出するトナー電流検出装置であって、相対向する第１及び第２の電極からなり、第１の電極が第１の抵抗素子を介して第１ノードに接続され、第２の電極が第２ノードに接続されている対向電極対と、前記第１及び第２のいずれかの電極に帯電トナーが堆積されたときの両電極間の静電容量と等しい静電容量を有し、第１の端子が前記第１の抵抗素子と等しい電気抵抗を有する第２の抵抗素子を介して前記第１ノードに接続され、第２の端子が前記第２ノードに接続されているキャパシタと、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に電圧を印加するための電源と、前記第１の電極と前記キャパシタの第１の端子との間の電位差を検出することにより前記第１及び第２の電極間を流れるトナー電流を検出する検出器とを備える。

本発明に係るトナー電流検出方法は、帯電トナーが移動することにより生じるトナー電流を検出するトナー電流検出方法であって、相対向する第１及び第２の電極からなり、第１の電極が第１の抵抗素子を介して第１ノードに接続され、第２の電極が第２ノードに接続されている対向電極対において、前記第１及び第２のいずれかの電極に帯電トナー層を形成する形成ステップと、前記形成ステップの後に、第１の端子が前記第１の抵抗素子と等しい電気抵抗を有する第２の抵抗素子を介して前記第１ノードに接続され、第２の端子が前記第２ノードに接続されているキャパシタにおける静電容量を、前記第１及び第２のいずれかの電極に帯電トナー層が形成されたときの両電極間の静電容量と等しい静電容量となるように調整する調整ステップと、前記調整ステップの後に、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に電圧を印加する印加ステップと、前記第１の電極と前記キャパシタの第１の端子との間の電位差を検出することにより前記第１及び第２の電極間を流れるトナー電流を検出する検出ステップとを含む。

課題を解決するための手段に記載された構成によれば、電源が第１ノードと第２ノードとの間に電圧を印加したとき、検出器は対向電極対に流れる電流とキャパシタに流れる電流との差分を検出する。ここで、対向電極対には充電電流及びトナー電流の合成電流が流れ、キャパシタには対向電極対に流れる充電電流と略同じ大きさの充電電流が流れる。したがって、当該トナー電流検出装置及び方法は、トナー電流のみを検出することができる。

また、前記キャパシタは、可変容量キャパシタであることとしてもよい。
上記構成によれば、第１及び第２の電極間の静電容量が変化したとしても、キャパシタの静電容量をそれにあわせて変化させることができる。前記電極間の静電容量の変化要因としては、例えば、トナー層の厚み、電極間距離または電極面積の変化が挙げられる。したがって、当該トナー電流検出装置は、それらの要因を変化させて様々な条件でトナーの移動特性を測定する場合にも利用することができる。

また、前記第１及び第２の電極は、円筒面形状であることとしてもよい。
現実の画像形成装置において、トナーが移動する箇所は、感光体ドラムと現像ローラとの間など、円筒面形状の部材間が多い。上記構成によれば、現実の部材の形状に近い条件でトナーの移動特性を測定することができる。
また、前記第１及び第２の電極の面積は、１乃至１０ｃｍ²であることとしてもよい。

上記構成によれば、精度良くトナーの移動特性を測定することができる。また、現実の画像形成装置において、電界が作用する領域の面積は、感光体ドラムと現像ローラとの間など、上記数値範囲内であることが多い。したがって、上記構成によれば、現実の電界が作用する領域に近い条件でトナーの移動特性を測定することができる。
また、前記トナー電流検出装置は、さらに、前記第１及び第２の電極間の距離を調整する電極間距離調整機構を備えることとしてもよい。

現実の画像形成装置では、例えば、トナーは、現像ローラと感光体ドラムとの間、感光体ドラムと転写ローラとの間など、様々な距離を移動する。また、機種によってもこれらの間の距離は異なることが多い。上記構成によれば、様々な電極間距離においてトナーの移動特性を測定することができる。
また、前記電源は、ステップ波形状の電圧を発生することとしてもよい。

上記構成によれば、例えば、電源は、０Ｖから８００Ｖへ変化するステップ波形状の電圧を印加することができる。この場合、トナー電流の検出結果からトナーの移動度を導き出すことができる。
また、前記電源は、交番電圧を発生することとしてもよい。
上記構成によれば、例えば、電源は、−４００Ｖと＋８００Ｖとを交互にとる矩形波形状の電圧を印加することができる。この場合、トナー電流の検出結果から交番電界下におけるトナーの移動度を導き出すことができる。その結果、交番電界下におけるトナーの離脱性などの往復挙動を明らかにすることができる。

また、前記第１及び第２の電極間と前記第１の抵抗素子とから構成されるＣＲ回路の時定数は、１ｎｓｅｃ以上１μｓｅｃ以下であることとしてもよい。
回路の応答性の観点ではＣＲ回路の時定数は小さいほうが望ましい。時定数が大きすぎれば電極間の電圧の変化が鈍くなるので、電極間の電圧を所望の電圧へと変化させる前にトナーが移動してしまうからである。時定数が１μｓｅｃより長ければこのような問題が生じる。一方、ＣＲ回路の時定数を小さくするには検出感度の観点から限度がある。時定数を小さくするには、電極面積を小さくする必要があるので、トナー電流の検出感度が悪化するからである。時定数が１ｎｓｅｃより短ければこのような問題が生じる。上記構成によれば、上述した回路の応答性及び電流の検出感度に関する上述の問題を回避することができる。

また、前記第１の電極と前記第１の抵抗素子とを接続する配線長と前記キャパシタの第１の端子と前記第２の抵抗素子とを接続する配線長とが同一であり、前記第１の抵抗素子を第１ノードに接続する配線長と前記第２の抵抗素子を第１ノードに接続する配線長が同一であり、前記第２の電極と前記第２ノードとを接続する配線長と前記キャパシタの第２の端子と前記第２ノードとを接続する配線長とが同一であり、前記第１の電極と前記検出器とを接続する配線長と前記キャパシタの第１の端子と前記検出器とを接続する配線長とが同一であることとしてもよい。

上記構成によれば、配線長をそろえることにより電流検出の精度を向上させることができる。
また、前記第１及び第２の電極、前記キャパシタ、前記第１の抵抗素子、前記第２の抵抗素子及び前記検出器、並びに、これらの間を接続する配線は、電磁波を遮断するシールド容器内に格納されていることとしてもよい。

上記構成によれば、外部からの電磁波を遮断することにより電流検出の感度を向上させることができる。
また、前記調整ステップは、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に交番電圧を印加しつつ、前記第１の電極と前記キャパシタの第１の端子との間の電位差が最小となるように、キャパシタの静電容量を調整することとしてもよい。

交番電圧印加中に前記電位差として検出されるのは、第１及び第２の電極間とキャパシタとにそれぞれ流れる充電電流の差分である。すなわち、電位差を最小にすることにより、それぞれの静電容量の差分が最小になる。したがって、両電極間とキャパシタとの静電容量を略同一にすることができる。
また、前記調整ステップにおいて前記交番電圧の振幅は、前記印加ステップにおける電圧の変化幅の１０分の１以下であることとしてもよい。

上記構成により、調整ステップにおけるトナーの移動を極力抑制することができる。
また、前記トナー電流検出方法は、さらに、前記形成ステップの前に、前記第１及び第２の電極間に帯電トナー及びキャリア液を成分とする液体現像剤を封入するとともに、前記キャパシタの誘電体としてキャリア液を封入するステップを含むこととしてもよい。
液体現像剤には、電荷担体としてトナーのほかにキャリア液のイオンが存在する。したがって、電極間の電圧印加に伴って、トナー電流、充電電流のほかに、イオンの移動による電流（以下、「イオン電流」という。）も流れる。上記構成によれば、第１及び第２の電極間には充電電流、トナー電流及びイオン電流の合成電流が流れ、キャパシタには充電電流及びイオン電流の合成電流が流れる。したがって、当該トナー電流検出方法は、トナー電流のみを検出することができる。

また、前記形成ステップは、第１及び第２の電極間に電圧を印加することにより帯電トナーをいずれかの電極に堆積させることとしてもよい。
上記構成によれば、トナー層を容易に形成することができる。

本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
＜構成＞
図１は、実施の形態１に係るトナー電流検出装置の構成を示す図である。
トナー電流検出装置は、対向電極対ｃ１、キャパシタｃ２、抵抗素子ｒ１、ｒ２、可変電圧電源４、差動増幅器５、電圧検出部６及びシールド容器７からなる。

対向電極対ｃ１は、電極１１と電極１２とが所定の間隔で対向配置されてなる。そして、本実施の形態では、電極間の間隔を調整するための調整機構８（ここでは、電極１２に接続された位置可変の支持部材から構成される）を有している。したがって、電極１１と電極１２との間隔を任意に調整することができる。このような対向電極対ｃ１としては、例えば、特開２００１−２６４２９４号公報に開示されている、電極間隔を調整及び測定するマイクロメータを有する電気泳動セルを用いることができる。なお、上記公報に開示されている電気泳動セルは、トナーの移動を光学的に検出する目的で光学素子が搭載されているが、本実施の形態においてはトナーの移動を光学的にではなく電気的に検出するため上記光学素子を省くことができる。

トナー電流の検出時においては、対向電極対ｃ１の電極１１にはトナー層ｔが形成される。トナー層ｔは、例えば、磁気ブラシ現像法によりトナーを電極１１に堆積させることにより形成される。
キャパシタｃ２は、可変容量キャパシタである。キャパシタｃ２の静電容量は、トナー電流の検出時においては電極１１にトナー層ｔが形成されたときの電極１１及び電極１２間の静電容量と略等しくなるように調整される。

抵抗素子ｒ１、ｒ２は、それぞれ略同一の電気抵抗を有する。抵抗素子ｒ１は、対向電極対ｃ１に流れる電流に応じて抵抗素子ｒ１の前後の位置であるノードｎ１とノードｎ３との間に電圧を誘起する。抵抗素子ｒ２は、キャパシタｃ２に流れる電流に応じて抵抗素子ｒ２の前後の位置であるノードｎ１とノードｎ４との間に電圧を誘起する。抵抗素子ｒ１の一端はノードｎ１において抵抗素子ｒ２の一端に接続され、抵抗素子ｒ１の他端は電極１１に接続される。抵抗素子ｒ２の他端はキャパシタｃ２の一端に接続される。また、キャパシタｃ２の他端は電極１２に接続される。

可変電圧電源４は、ノードｎ１と、キャパシタｃ２及び電極１２の間の接続点であるノードｎ２との間に電圧を印加するとともに、当該印加電圧を変化させることができる電源である。電圧波形は、例えば、ステップ波形状、矩形波形状、ブランクパルス形状、台形波形状などから任意に選択できるものとする。また、電圧振幅についても任意に選択できるものとする。

差動増幅器５は、抵抗素子ｒ１及び電極１１の間の接続点であるノードｎ３と、抵抗素子ｒ２とキャパシタｃ２との間の接続点であるノードｎ４との間の電位差に応じた信号電圧を出力する。
電圧検出部６は、差動増幅器５が出力した信号電圧を検出し、検出結果をデジタル信号に変換して外部に出力する。

なお、トナー電流は微弱な電流であるため、トナー電流検出装置外部から流入するノイズを極力抑制する必要がある。そのため、対向電極対ｃ１、キャパシタｃ２、抵抗素子ｒ１、ｒ２、差動増幅器５及び電圧検出部６は、シールド容器７に格納されている。シールド容器７は、外部からの電磁波を遮断して電磁波に起因するノイズの発生を抑制する役割を果たす。

また、電極１１と抵抗素子ｒ１とを接続する配線長は、キャパシタｃ２と抵抗素子ｒ２とを接続する配線長と略同一としてある。抵抗素子ｒ１をノードｎ１に接続する配線長は、抵抗素子ｒ２をノードｎ１に接続する配線長と略同一としてある。電極１２とノードｎ２とを接続する配線長は、キャパシタｃ２とノードｎ２とを接続する配線長と略同一としてある。電極１１と差動増幅器５とを接続する配線長は、キャパシタｃ２と差動増幅器５とを接続する配線長と略同一としてある。なお、図が複雑になるのを避け理解を容易にするため、図１では各部の電気的な接続関係を示すのみとし、配線長は考慮せずに図示してある。この点は、後述する各実施の形態でも同様である。
＜動作手順＞
図２は、実施の形態１に係るトナー電流検出装置の動作手順を示す図である。

まず、対向電極対ｃ１の電極１１にトナー層を形成しなければならない。そのために、ユーザは電極１１を取り外して（ステップＳ１１）、その電極１１に磁気ブラシ現像法によりトナーを堆積させ（ステップＳ１２）、それを電気泳動セルに再び取り付ける（ステップＳ１３）。これにより、対向電極対ｃ１の電極１１にトナー層を形成することができる。

次に、キャパシタｃ２の静電容量を、電極１１と電極１２間の静電容量と略等しい静電容量となるように調整する。そのために、ユーザは可変電圧電源４にキャパシタｃ２の静電容量を調整するための調整電圧を出力させ（ステップＳ１４）、調整電圧印加中に電圧検出部６の検出結果が最小となるようにキャパシタｃ２の静電容量を調整し（ステップＳ１５）、その後調整電圧の印加を停止する（ステップＳ１６）。ここで、調整電圧の振幅は、トナー電流を検出するときに印加される本番電圧の振幅の１０分の１以下とし、その波形は交番電圧波形とする。例えば、本番電圧の振幅が８００Ｖである場合、調整電圧は、その振幅を８０Ｖ以下とする。調整電圧の振幅を本番電圧の振幅の１０分の１以下とすることで、キャパシタｃ２の静電容量の調整段階でトナー電流が流れてしまうことを抑制することができる。

調整電圧の印加中には、対向電極対ｃ１には理想的にはトナー電流が流れず、充電電流のみが流れる。したがって、このときに電圧検出部６の検出結果を最小となるようにキャパシタｃ２の静電容量を調整すれば、キャパシタｃ２の静電容量は、トナー層が形成されたときの電極１１と電極１２間の静電容量と略同じ静電容量となる。
キャパシタｃ２の静電容量の調整後、トナー電流の検出を行う。そのために、ユーザは可変電圧電源４に本番電圧を印加させ（ステップＳ１７）、本番電圧印加中における電圧検出部６の検出結果を取得し（ステップＳ１８）、その後本番電圧の印加を停止する（ステップＳ１９）。本番電圧は、例えば、０Ｖから８００Ｖへ変化するステップ波形状や、−４００Ｖと＋８００Ｖとを交互にとる矩形波形状とすることができる。本番電圧の印加中には、対向電極対ｃ１の電極１１と電極１２間にはトナー電流及び充電電流の合成電流が流れ、キャパシタｃ２にはキャパシタｃ１の充電電流と略同じ充電電流が流れる。したがって、電圧検出部６は、トナー電流のみによる信号電圧を検出することができる。
＜検出例＞
次に、実施の形態１に係るトナー電流検出装置を用いて実際に電流を検出した例を示す。ここで、対向電極対ｃ１については、電極１１、１２の面積を、それぞれ約３ｃｍ²とし、電極間距離を１５０μｍとしている。トナー層については、粒径約６．５μｍのトナーをキャリアとの混合により帯電させ、磁気ブラシ現像法により形成している。この例ではトナー付着量は約４．５ｇ／ｍ²であった。

図３は、実施の形態１に係る第１の検出例を示す図である。
図３（ａ）は、トナー電流を検出するときに印加される本番電圧を示す。第１の検出例では、本番電圧を０Ｖから８００Ｖに変化するステップ波形状とする。
図３（ｂ）は、キャパシタｃ２の静電容量を対向電極対ｃ１の電極１１と電極１２との間の静電容量と略同一になるように調整した場合に、電圧検出部６の検出結果から得られた電流を示す。

図３（ｃ）は、キャパシタｃ２を取り外した場合に、電圧検出部６の検出結果から得られた電流を示す。この検出結果からは、本番電圧が０Ｖから８００Ｖに変化したとき対向電極対ｃ１に充電電流が流れていることが読み取れる。この充電電流はトナー電流とオーバーラップしており、トナー電流成分のみを分別することができない。
一方、図３（ｂ）では充電電流がほとんど検出されていないことが明らかである。したがって、ユーザは、本実施の形態に係るトナー電流検出装置を用いることでトナー電流のみを読み取ることができる。

図４は、実施の形態１に係る第２の検出例を示す図である。
図４（ａ）は、トナー電流を検出するときに印加される本番電圧を示す。第２の検出例では、本番電圧を−４００Ｖと＋８００Ｖとをとる矩形波形状とする。
図４（ｂ）は、キャパシタｃ２の静電容量を対向電極対ｃ１の電極１１と電極１２間の静電容量と略同一になるように調整した場合に、電圧検出部６の検出結果から得られた電流を示す。

図４（ｃ）は、キャパシタｃ２を取り外した場合に、電圧検出部６の検出結果から得られた電流を示す。これによれば、電圧の立上りエッジと立下りエッジとで大きな充放電流が流れていることが読み取れる。トナー電流は、ショルダーとして現れている領域もあるが、ほとんどの領域においてはトナー電流のみを判別することが困難である。
（実施の形態２）
＜構成＞
実施の形態１では、乾式トナーのトナー電流を検出する装置を説明した。実施の形態２では、液体現像剤におけるトナー電流を検出する装置を説明する。

図５は、実施の形態２に係るトナー電流検出装置の構成を示す図である。
トナー電流検出装置は、対向電極対ｃ１、キャパシタｃ２、抵抗素子ｒ１、ｒ２、可変電圧電源４、差動増幅器５、電圧検出部６及びシールド容器７からなる。実施の形態２のトナー電流検出装置は、実施の形態１のトナー電流検出装置と回路上の構成は同じである。ただし、実施の形態２では液体現像剤を取り扱うため、対向電極対ｃ１は、液体を封入できる構造である必要がある。したがって、電気泳動セルと同様の構成を持つものが好ましく、実施の形態２においても、上述の特開２００１−２６４２９４号公報に開示されている電気泳動セルを用いることができる。

液体現像剤は、トナーとキャリア液とをその成分とする。キャリア液にはイオンが存在するので、液体現像剤には電荷担体としてトナー及びイオンが存在することとなる。そうすると、電極間の電圧印加に伴って、トナー電流、充電電流のほかに、イオン電流も流れる。したがって、トナー電流のみを検出するには充電電流のみならずイオン電流も相殺する必要がある。そこで、本実施の形態では、キャパシタｃ２として対向電極対ｃ１と同一仕様の電気泳動セルを用いるとともに、対向電極対ｃ１には液体現像剤ｄ１を封入し、キャパシタｃ２には液体現像剤ｄ１からトナーを除去した液体ｄ２を封入することとする。
＜動作手順＞
図６は、実施の形態２に係るトナー電流検出装置の動作手順を示す図である。

まず、対向電極対ｃ１の電極１１にトナー層を形成しなければならない。そのために、対向電極対ｃ１の両電極間にトナーを含有した液体現像剤ｄ１を封入するとともに（ステップＳ２１）、キャパシタｃ２の電極間に液体現像剤ｄ１からトナーを除去した液体ｄ２を封入し（ステップＳ２２）、その後、可変電圧電源４により対向電極対ｃ１の両電極間に直流電圧を印加する（ステップＳ２３）。ここで、直流電圧は、トナーが正に帯電している場合には電極１１が負となるように、トナーが負に帯電している場合には電極１１が正となるようにする。これにより、液体現像剤中に分散していたトナーが電極１１上に層状に堆積する。

次に、キャパシタｃ２の静電容量を、対向電極対ｃ１の電極１１と電極１２間の静電容量と略同じになるように調整する。そのために、ユーザはキャパシタｃ２の電極間距離と対向電極対ｃ１の電極間距離とが同一となるように調整する（ステップＳ２４）。対向電極対ｃ１とキャパシタｃ２とは同一仕様なので、各電極間距離を同一にするだけで静電容量を略同じとすることができる。

これ以降の動作手順については、図２のステップＳ１７以降と同じなので説明を省略する。
＜検出例＞
次に、実施の形態２に係るトナー電流検出装置を用いて実際に電流を検出した例を示す。ここで、対向電極対ｃ１については、電極１１、１２の面積を、それぞれ約１ｃｍ²とし、電極間距離を１５μｍとしている。キャパシタｃ２についても同様である。液体現像剤については、粒径約３．５μｍのトナーを誘電体液体（モレスコホワイトＰ１２０：松村石油研究所社）と分散剤（ソルスパース３０００：アビシア社）からなるキャリア液に２４重量パーセントとなるように分散したものを用いた。

図７は、実施の形態２に係る検出例を示す図である。
図７（ａ）は、トナー層を形成するとき及びトナー電流を検出するときに印加される電圧を示す。当該検出例では、印加電圧を−５０Ｖから１５０Ｖに変化するステップ波形とする。−５０Ｖのときにトナー層が形成され、１５０Ｖのときにトナー電流が検出される。

図７（ｂ）は、キャパシタｃ２の静電容量を対向電極対ｃ１の電極１１と電極１２間の静電容量と略同一になるように調整した場合に、電圧検出部６の検出結果から得られた電流を示す。これによれば、充電電流及びイオン電流がほとんど検出されていないことが明らかである。したがって、ユーザは、本実施の形態に係るトナー電流検出装置を用いることでトナー電流のみを読み取ることができる。

本発明に係るトナー電流検出装置及びトナー電流検出方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
（１）実施の形態１では対向電極対ｃ１の電極として平行平板を用いたが、これに限らない。例えば、円筒面形状の電極を用いても構わない。

図８は、円筒面形状の電極を用いたトナー電流検出装置の構成を示す図である。
当該トナー電流検出装置は、実施の形態１のトナー電流検出装置と回路上の構成は同じである。対向電極対ｃ１は、電極３１と電極３２とが所定の間隔で対向配置されることにより形成される。電極３１、３２は、それぞれ円筒面形状を有する。
現実の画像形成装置において、トナーが移動する箇所は、感光体ドラムと現像ローラとの間など、円筒形状の部材間が多い。このように対向電極対ｃ１の電極を円筒面形状にすることにより、現実の部材の形状に近い条件でトナーの移動特性を測定することができる。

なお、電極間距離の変化幅が小さく電極間距離を移動させたことに伴う電極対の曲率の不整合による測定への影響が小さい場合は、両電極とも曲率を固定にしておけばよい。電極間距離の変化幅が大きい場合や測定精度をできるだけ高く保ちたい場合には、図８に示すように、少なくとも一方の電極を可撓性とし、複数箇所で電極を支持しそれぞれの支持位置を可変とした支持部材等（参照符号９）によって電極の曲率を変えられるようにするとよい。
（２）実施の形態では対向電極対ｃ１の電極の素材については特に言及していないが、トナー層が形成される電極のトナー形成面は導電性弾性体（例えば導電性ゴム）で構成されていてもよい。例えば、図８において、電極３１は、導電性弾性体層３１ａと導電性基板３１ｂとの二層構造になっている。現実の画像形成装置では、現像ローラなど導電性弾性体層にトナーを付着するものがある。このように、電極のトナー形成面を導電性弾性体で構成することにより、現実の部材の材質に近い条件でトナーの移動特性を測定することができる。
（３）実施の形態で説明したトナー電流検出装置では、対向電極対ｃ１と抵抗素子ｒ１とでＣＲ回路が形成されている。また、キャパシタｃ２と抵抗素子ｒ２とでＣＲ回路が形成されている。回路の応答性の観点ではＣＲ回路の時定数は小さいほうが望ましい。時定数が大きすぎれば電極間の電圧の変化が鈍くなるので、電極間の電圧を所望の電圧へと変化させる前にトナーの移動が完了してしまうという事態が生じうるからである。時定数が１μｓｅｃより長ければこの問題が生じる。一方、ＣＲ回路の時定数を小さくするには検出感度の観点から限度がある。時定数を小さくするには、電極面積を小さくする必要があるので、電流の検出感度が悪化するからである。時定数が１ｎｓｅｃより短ければこの問題が生じる。

そこで、上記ＣＲ回路の時定数を１ｎｓｅｃ以上１μｓｅｃ以下となるようにキャパシタの静電容量及び抵抗素子の電気抵抗を選択するのが望ましい。
（４）実施の形態では、対向電極対ｃ１の各電極の面積を１ｃｍ²の場合と３ｃｍ²の場合とで説明しているが、これに限らない。しかしながら、対向電極対ｃ１の極板面積が１ｃｍ²を下回ると測定精度が不十分となりやすく、また、１０ｃｍ²を上回るとトナー層を均一に形成しにくくなりやはり測定精度が不十分となりやすい。また、現実の画像形成装置において、電界が作用する領域の面積は、感光体ドラムと現像ローラとの間など、１乃至１０ｃｍ²の範囲内（より詳しくは１乃至３ｃｍ²の範囲内）にあることが多い。したがって、現実の画像形成装置と同様の条件でトナー電流を検出する観点から、対向電極対ｃ１の極板面積を１乃至１０ｃｍ²の範囲内とするのが望ましい。
（５）実施の形態では、対向電極対ｃ１の両電極のうち電極１１にトナー層ｔを形成しているが、これに限らず、電極１２にトナー層ｔを形成してもよい。

本発明は、例えば、トナーの移動特性を評価する評価装置として利用可能である。トナーの移動特性は、画像形成装置のプリント速度等に大きく影響するため、画像形成装置の製造やトナーの製造に極めて有用である。

実施の形態１に係るトナー電流検出装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係るトナー電流検出装置の動作手順を示す図である。 実施の形態１に係る第１の検出例を示す図である。 実施の形態１に係る第２の検出例を示す図である。 実施の形態２に係るトナー電流検出装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係るトナー電流検出装置の動作手順を示す図である。 実施の形態２に係る検出例を示す図である。 円筒面形状の電極を用いたトナー電流検出装置の構成を示す図である。

符号の説明

ｃ１ 対向電極対
ｃ２ キャパシタ
ｒ１、ｒ２ 抵抗素子
４ 可変電圧電源
５ 差動増幅器
６ 電圧検出部
７ シールド容器
８、９
１１、１２、３１、３２ 電極
３１ａ 導電性弾性体層
３１ｂ 導電性基板

Claims (15)

1. 帯電トナーが移動することにより生じるトナー電流を検出するトナー電流検出装置であって、
   相対向する第１及び第２の電極からなり、第１の電極が第１の抵抗素子を介して第１ノードに接続され、第２の電極が第２ノードに接続されている対向電極対と、
   前記第１及び第２のいずれかの電極に帯電トナーが堆積されたときの両電極間の静電容量と等しい静電容量を有し、第１の端子が前記第１の抵抗素子と等しい電気抵抗を有する第２の抵抗素子を介して前記第１ノードに接続され、第２の端子が前記第２ノードに接続されているキャパシタと、
   前記第１ノードと前記第２ノードとの間に電圧を印加するための電源と、
   前記第１の電極と前記キャパシタの第１の端子との間の電位差を検出することにより前記第１及び第２の電極間を流れるトナー電流を検出する検出器と
   を備えることを特徴とするトナー電流検出装置。
2. 前記キャパシタは、可変容量キャパシタであることを特徴とする請求項１に記載のトナー電流検出装置。
3. 前記第１及び第２の電極は、円筒面形状であることを特徴とする請求項１に記載のトナー電流検出装置。
4. 前記第１及び第２の電極の面積は、１乃至１０ｃｍ^２であることを特徴とする請求項１に記載のトナー電流検出装置。
5. 前記トナー電流検出装置は、さらに、前記第１及び第２の電極間の距離を調整する電極間距離調整機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のトナー電流検出装置。
6. 前記電源は、ステップ波形状の電圧を発生することを特徴とする請求項１に記載のトナー電流検出装置。
7. 前記電源は、交番電圧を発生することを特徴とする請求項１に記載のトナー電流検出装置。
8. 前記第１及び第２の電極間と前記第１の抵抗素子とから構成されるＣＲ回路の時定数は、１ｎｓｅｃ以上１μｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１に記載のトナー電流検出装置。
9. 前記第１の電極と前記第１の抵抗素子とを接続する配線長と前記キャパシタの第１の端子と前記第２の抵抗素子とを接続する配線長とが同一であり、
   前記第１の抵抗素子を第１ノードに接続する配線長と前記第２の抵抗素子を第１ノードに接続する配線長が同一であり、
   前記第２の電極と前記第２ノードとを接続する配線長と前記キャパシタの第２の端子と前記第２ノードとを接続する配線長とが同一であり、
   前記第１の電極と前記検出器とを接続する配線長と前記キャパシタの第１の端子と前記検出器とを接続する配線長とが同一であること
   を特徴とする請求項１に記載のトナー電流検出装置。
10. 前記第１及び第２の電極、前記キャパシタ、前記第１の抵抗素子、前記第２の抵抗素子及び前記検出器、並びに、これらの間を接続する配線は、電磁波を遮断するシールド容器内に格納されていることを特徴とする請求項１に記載のトナー電流検出装置。
11. 帯電トナーが移動することにより生じるトナー電流を検出するトナー電流検出方法であって、
    相対向する第１及び第２の電極からなり、第１の電極が第１の抵抗素子を介して第１ノードに接続され、第２の電極が第２ノードに接続されている対向電極対において、前記第１及び第２のいずれかの電極に帯電トナー層を形成する形成ステップと、
    前記形成ステップの後に、第１の端子が前記第１の抵抗素子と等しい電気抵抗を有する第２の抵抗素子を介して前記第１ノードに接続され、第２の端子が前記第２ノードに接続されているキャパシタにおける静電容量を、前記第１及び第２のいずれかの電極に帯電トナー層が形成されたときの両電極間の静電容量と等しい静電容量となるように調整する調整ステップと、
    前記調整ステップの後に、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に電圧を印加する印加ステップと、
    前記第１の電極と前記キャパシタの第１の端子との間の電位差を検出することにより前記第１及び第２の電極間を流れるトナー電流を検出する検出ステップと
    を含むことを特徴とするトナー電流検出方法。
12. 前記調整ステップは、
    前記第１ノードと前記第２ノードとの間に交番電圧を印加しつつ、前記第１の電極と前記キャパシタの第１の端子との間の電位差が最小となるように、キャパシタの静電容量を調整すること
    を特徴とする請求項１１に記載のトナー電流検出方法。
13. 前記調整ステップにおいて前記交番電圧の振幅は、前記印加ステップにおける電圧の変化幅の１０分の１以下であることを特徴とする請求項１１に記載のトナー電流検出方法。
14. 前記トナー電流検出方法は、さらに、前記形成ステップの前に、前記第１及び第２の電極間に帯電トナー及びキャリア液を成分とする液体現像剤を封入するとともに、前記キャパシタの誘電体としてキャリア液を封入するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載のトナー電流検出方法。
15. 前記形成ステップは、第１及び第２の電極間に電圧を印加することにより帯電トナーをいずれかの電極に堆積させることを特徴とする請求項１４に記載のトナー電流検出方法。

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