(57)【要約】【課題】動的にかつ高速に運動する流動層内の混合粉体のそれぞれを可視化することができる流動層中粉体可視化装置を提供する。【解決手段】金属粒子と樹脂粒子を含む混合粉体を、空気の圧力差を駆動力にして輸送する流動層と、流動層中の特定領域に対して中性子線を照射する中性子線発生装置と、特定領域と同じ領域に対してエックス線を照射するエックス線発生装置と、中性子線が照射された特定領域の透過像、及び、エックス線が照射された特定領域の透過像を画像化する光学系と、を有する。【選択図】図２
2011089798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒子と樹脂粒子を含む混合粉体を、空気の圧力差を駆動力にして輸送する流動層と、
前記流動層中の特定領域に対して中性子線を照射する中性子線発生装置と、
前記特定領域と同じ領域に対してエックス線を照射するエックス線発生装置と、
前記中性子線が照射された前記特定領域の透過像、及び、前記エックス線が照射された前記特定領域の透過像を画像化する光学系と、
を有することを特徴とする流動層中粉体可視化装置。
【請求項２】
前記光学系により画像化された前記透過画像を記録する画像記録装置を有することを特徴とする請求項１記載の流動層中粉体可視化装置。
【請求項３】
前記画像記録装置は、前記透過画像を動画像として記録することを特徴とする請求項１記載の流動層中粉体可視化装置。
【請求項４】
前記中性子線と前記エックス線の照射が間欠的なパルス状であり、
前記中性子線と前記エックス線のパルス周波数を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流動層中粉体可視化装置。
【請求項５】
前記画像記録装置による前記透過画像の記録タイミングは、前記中性子線と前記エックス線のパルス照射の周波数と同期していることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の流動層中粉体可視化装置。
【請求項６】
前記混合粉体は、キャリアとトナーを含む電子写真用現像剤であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流動層中粉体可視化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性子線とエックス線等の透過力の高い放射線を用いて流動層の粉体、特に電子写真画像形成装置の現像剤粉体を可視化する流動層粉体可視化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
管路内に空気の圧力差を与え管路内の物体を輸送する流動層は、特に粉体の搬送に種々の工業分野で用いられている。管路内の粉体の輸送量や空気の流速等の流動特性を把握することは、輸送効率向上やシステムの安定性のために非常に重要である。しかしながら管路内の粉体・気流挙動を直接観察することは困難である。一般に管路は構造的に不透明であり、仮にこれをアクリル・ガラス等の透明物質にしても散乱や粉体の表面付着があるために可視光による観察・計測は非常に難しくなる。
【０００３】
可視光では不可能な粉体内部の観察手段として、エックス線や中性子線を用いた透過観察方式やＣＴ方式がある。ＣＴ方式は基本的に光学系もしくはサンプルが周囲を回転し、各角度での透過画像を演算しサンプルの三次元情報をコンピュータ演算によって算出する方式であり、原理的に動的現象の観察には向かないが時間平均した定常流観察などの事例がある。
【０００４】
一方、２次元観察では、近年1/5000s以下で反応するシンチレータの開発により高速現象を観察することも可能になってきている。エックス線はこのように、可視光では内部が不可視の対象、例えば粉体挙動を観察するのに優れている。動的に観察・計測する技術例としては以下のようなものがある。
【０００５】
例えば、特許文献１では、粉体内部に金属トレーサーを混入させ、エックス線で挙動を観察しており、パスラインや流速などの物理特徴量が計測できる。
【０００６】
また、特許文献２のように、流動層管路では管路表壁に多数の透磁率センサーや静電容量センサーを配置し、ＣＴの原理によって内部の粉体の存在率を逆算するという手法も存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の技術例では、粉体を構成する粒子の種類が複数となると適用が非常に難しくなる。特に構成粒子の材質・表面特性が大きく異なり、それぞれの粒子の運動が異なる場合の計測に大きな問題を生じる。
【０００８】
例えば乾式の電子写真画像形成装置では、キャリア粒子（フェライト鉄粉）とトナー粒子（ポリエステル）から成る二種類の現像剤粉体を用いているが、上述の技術例はこのような現像剤粉体の流動の解析には使用することはできなくなる。キャリアはフェライトで粒子直径は約２０〜５０μｍ、トナーは数μｍで主に樹脂材料から成っており、それぞれの粒子特性は大きく異なっている。これらを気流によって輸送する場合、特性の違いからそれぞれの粒子挙動は異なっていることが推測される。
【０００９】
上述の観察手段のうち、管路の静電容量や透磁率から粉体の存在率を逆計算によって用いる手法では、存在解が一意とならないので正確な測定は難しい。
【００１０】
また、エックス線や中性子線などの透過放射線を用いる計測の場合も問題がある。エックス線透過画像や中性子線透過画像は、原理的に式（１）のように透過領域における物質中を透過してくるエックス線の線量の差を画像化している。
I=I0exp(-μｘ)・・・（１）
（I:線量  I0：真空中の透過線量  μ：その物質の線減弱係数  ｘ：その物質の透過距離）
【００１１】
つまり、物質の透過距離が等しければ、画像濃度は線減弱係数の差で決まる。電子写真現像剤粉体を構成するフェライトのエックス線の線減弱係数（3.0cm-1）はトナーのそれ（0.1cm-1）より遥かに大きい。一方、中性子線の線減弱係数は、フェライトが（1.4cm-1）、トナーは10cm-1と、相対的に逆転する。これによりエックス線・中性子線独立の透過画像では両者を同時に観察することは困難になる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、動的にかつ高速に運動する流動層内の混合粉体のそれぞれを可視化することができる流動層中粉体可視化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するために、本発明の流動層中粉体可視化装置は、金属粒子と樹脂粒子を含む混合粉体を、空気の圧力差を駆動力にして輸送する流動層と、流動層中の特定領域に対して中性子線を照射する中性子線発生装置と、特定領域と同じ領域に対してエックス線を照射するエックス線発生装置と、中性子線が照射された特定領域の透過像、及び、エックス線が照射された特定領域の透過像を画像化する光学系と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の流動層中粉体可視化装置において、光学系により画像化された透過画像を記録する画像記録装置を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の流動層中粉体可視化装置において、画像記録装置は、透過画像を動画像として記録することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の流動層中粉体可視化装置において、中性子線とエックス線の照射が間欠的なパルス状であり、中性子線とエックス線のパルス周波数を制御する制御装置を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の流動層中粉体可視化装置において、画像記録装置による透過画像の記録タイミングは、中性子線とエックス線のパルス照射の周波数と同期していることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の流動層中粉体可視化装置において、混合粉体は、キャリアとトナーを含む電子写真用現像剤であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、動的にかつ高速に運動する流動層内の混合粉体のそれぞれを可視化することができる流動層中粉体可視化装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】中性子線とエックス線の質量減弱係数を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施形態（第１の例）に係る流動層中粉体可視化装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態（第２の例）に係る流動層中粉体可視化装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態（第２の例）に係る流動層中粉体可視化装置の高速度カメラの撮影タイミングと、エックス線・中性子線の透過タイミングの例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１に中性子線とエックス線の質量減弱係数を示す。質量減弱係数は、線減弱係数を比重で割った値で、単位質量あたりの線減弱係数を示す。中性子線は日本原子力研究開発機構研究炉ＪＲＲ３を用いた計測されたもの、エックス線はタングステンターゲットを用いて管電圧１２５ｋＶで計測された値である。このようにエックス線は基本的に原子番号の増加に伴い、減弱係数は大きく、すなわち透過量が小さくなるが、中性子線は全く異なる性質を有する。例えばホウ素・水素・炭素などが鉄などの金属より大きい吸収量を持っている。つまり、エックス線と逆に、水素・炭素を多く含むポリエステルトナーの方がキャリアよりも吸収量が大きくなる。
【００２３】
本実施形態は、このエックス線と中性子線の特有の性質を用いることで、動的にかつ高速に運動する流動層内の混合粉体、例えば電子写真現像剤中に存在するキャリアとトナーのそれぞれを同時に可視化することができる流動層中粉体可視化装置を提供しようとするものである。
【００２４】
本実施形態の流動層中粉体可視化装置の一例（第１の例）について図２を参照して説明する。本実施形態の流動層中粉体可視化装置は、防護装置１、画像記録装置２、画像演算装置（制御装置）３を有する。防護装置１は、中性子線ビーム発生装置１０、エックス線発生装置１１、シャッター機能（機構）１２、流動層１６、イメージインテンシファイヤー１７、出力蛍光板１８、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ１９を有する。
【００２５】
流動層１６は、閉管路において、キャリア（金属粒子）１４とトナー（樹脂粒子）１５を含む現像剤粉体（混合粉体）を、気流によって輸送（搬送）している。この輸送は、空気の圧力差が駆動力となっている。一般のレーザーコピー機内部では、例えば壁厚さ約０．５ｍｍのプラスチックチューブの輸送管路で構成された流動層によって、現像剤が、現像剤貯蔵装置であるトナーボトルから、画像担持体である感光体に現像を行う現像装置へ輸送される。本実施形態では、この流動層１６中の一領域を観察領域（撮像領域１３）として着目する。
【００２６】
エックス線発生装置１１と、中性子線ビーム発生装置１０とがほぼ平行に設置されている。中性子線ビーム発生装置１０は、原子炉かサイクロトロン・リニアック加速器によって生じた中性子線を用いる。エックス線は熱電子線をタングステン等のターゲットに衝突させた際に発生する。これらの放射線（中性子線、エックス線）は、シャッター機能１２によって、どちらか一方の放射線が遮られ、もう一方の放射線が透過する構造となっている。
【００２７】
観察対象である流動層１６を通してエックス線発生装置１１及び中性子線ビーム発生装置１０に対向する面には、観察領域（撮像領域１３）を画像化する光学系が設置されている。この光学系は、上記放射線を可視光に変換するシンチレータ・シンチレータ表面で発光した光を増幅するイメージインテンシファイヤー１７、増幅された像（撮像領域１３の透過像）を出力する出力蛍光板１８を有する。
【００２８】
出力蛍光板１８の透過像は、ＣＣＤカメラ（高速度カメラ）１９によって撮影され、画像記録装置２によってデジタル的に記録される。画像記録装置２は、画像演算装置３によって制御される。画像演算装置３は、シャッター機能１２と同期することによってエックス線と中性子線のどちらが光学系に入射してきているかを認識しており、その認識に適合する画像処理を、画像記録装置２で記録される透過像に対して施せるようになっている。画像演算装置３は、構造体の情報と混合粉体粒子材料の情報から線量強度を求める機能を有する。
【００２９】
画像記録装置２で記録された透過像は、画像記録装置２に備えられた表示手段（図示せず）を用いてユーザが視認することができる。この場合、画像記録装置２が画像表示装置として機能する。又は、画像記録装置２が記録した透過像のデータを画像演算装置３（又は他の機器）に送信し、画像演算装置３（又は他の機器）に備えられた表示手段（図示せず）を用いてユーザがその透過像を視認することができる。この場合、画像演算装置３が画像表示装置として機能する。
【００３０】
このように、本例の構成では、シャッター機能の同期時間というタイムラグは存在するが、エックス線と中性子線をほぼ同時に流動層の特定領域に照射した透過像が得られることになる。よって、本例の構成では、エックス線によってキャリアの存在領域を、中性子線によってトナーの存在領域をそれぞれ可視化（画像化）することにより、流動層中のそれぞれの粒子の流動特性を把握することが可能となる。
【００３１】
すなわち、上述した本実施形態の流動層中粉体可視化装置によれば、動的にかつ高速に運動する流動層内の混合粉体（例えば電子写真現像剤中に含まれるキャリアとトナー）のそれぞれを動的に同時に観察（可視）することができる。
【００３２】
本実施形態の流動層中粉体可視化装置の一例（第２の例）について図３、図４、図５を参照して説明する。本例は、上記第１の例の図２と同様に、流動層１６中においてキャリア１４とトナー１５からなる現像剤粉体（電子写真現像剤）が気流によって搬送輸送されている。また、エックス線発生装置１１と中性子線ビーム発生装置１０とがほぼ平行にして設置されている。また、それら各装置１０、１１と対向する面には光学系（イメージインテンシファイヤー１７及び出力蛍光板１８）が設置されている。また、画像記録装置２は、画像演算装置３に制御され、ＣＣＤカメラ１９により撮影された画像（透過像）を記録する。
【００３３】
また、透過線（放射線）の線上にシャッター機能１２が存在しているが、本例では、シャッター機能１２はシャッター制御装置２０に接続されている。また、シャッター制御装置２０は、画像演算装置３に接続されている。シャッター制御装置２０は、シャッター機能１２を任意のタイミングで制御する。この制御のタイミングは、画像演算装置３において予め設定され、シャッター制御装置２０へ通知される。本例では、このシャッター制御装置２０によるシャッター機能１２の制御により、任意のタイミングでエックス線・中性子線を遮ることができるようになっている。図４に、本例における、高速度カメラ（ＣＣＤカメラ１９）の撮影タイミングと、エックス線・中性子線の透過タイミングの例を示す。
【００３４】
このように、本例の構成では、高速度カメラの奇数偶数フレームでエックス線・中性子線撮影画像が得られるため、十分撮影フレームレートを高速にすれば、ほぼ同時にキャリアとトナー粒子の移動度を計測することが可能となる。
【００３５】
すなわち、上述した本実施形態の流動層中粉体可視化装置によれば、時間非定常な流動現象に関しても、上記第１の例で説明したのと同じ効果を得ることができる。また、画像演算によりその体積・濃度などを定量的に計測することも可能となる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態を具体的に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨及び範囲を逸脱することなく、上記実施形態を変更又は変形することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１    防護装置
２    画像記録装置
３    画像演算装置
１０    中性子線ビーム発生装置
１１    エックス線発生装置
１２    シャッター機能
１３    撮像領域
１４    キャリア
１５    トナー
１６    流動層
１７    イメージインテンシファイヤー
１８    出力蛍光板
１９    ＣＣＤカメラ
２０    シャッター制御装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特開２００６−２５８５５３号公報
【特許文献２】特開２００６−１３６８５７号公報
【図１】
2011089798.tif 000003
【図２】
2011089798.tif 000004
【図３】
2011089798.tif 000005
【図４】
2011089798.tif 000006