(57)【要約】【課題】レーザードップラー法、カスケード法など電子写真装置に用いるトナー粒子の電荷量および質量を測定する方法において、単一トナー粒子の比電荷ｑ／ｍの電荷ｑと質量ｍとを分離して精度よく測定することができる方法を提供すること。【解決手段】上記トナー粒子の電荷量および質量を測定する方法において、トナー粒子の平均径幅の電極を有し、電圧を印加することにより該電極上にトナー粒子を１層１列に整列付着させる単一トナー粒子供給装置を用いる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真装置に用いるトナー粒子の電荷量および質量を測定する方法において、トナー粒子の平均径幅の電極を有し、電圧を印加することにより該電極上にトナー粒子を１層１列に整列付着させる単一トナー粒子供給装置を用いることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、前記単一トナー粒子供給装置が、ガラス基板上に真空蒸着法あるいはスパッタ法により、アルミニウムを３μｍ以上１５μｍ以下の厚さに堆積し、これをトナー粒子の直径ｄ〜ｄ／２の幅にフォトリソグラフィを用いて粒子着床電極に形成した後、該電極のアルミニウム面に体積固有抵抗１０１０Ω・ｃｍ以上、厚さ３００〜５０００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜を形成し、更に、該多孔質陽極酸化皮膜の表面に無数に形成されたナノ構造のポアー内部のバリヤー層から太さ１０〜５０ｎｍの金属ナノ細線を二次電解形成してなることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【請求項３】
請求項３記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、前記金属ナノ細線が、金、銅、銅合金、ニッケル、ロジウムまたはコバルトあるいはこれら金属の合金で、多孔質陽極酸化皮膜の表面から凹形状に１μｍ以内の高さに形成されていることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、前記単一トナー粒子供給装置から１個のトナー粒子を測定部に移送する装置であって、中心部分がニードルプローブで、これを外殻金属電極となる金属チューブ内の所定の位置に配置した後、該チューブと前記プローブ間を絶縁性樹脂で満たし硬化させた、トナー粒子の極性に応じた電圧を印加し、トナー粒子をクーロン力により該プローブ先端に捕獲するトナー移送装置を用いることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【請求項５】
請求項４記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、前記ニードルプローブがφ３００μｍ以下のタングステンワイヤを適宜の長さに切り、該切断面を機械的に研磨した後、ＫＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：１．５〜０．８の溶液中でエッチングし、前記チューブの中心軸に平行に置き、先端を２ｍｍ以上突出させてなることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、トナー粒子は測定部まで移送された後、該測定部ではトナー粒子に印加されている電圧をカットしてトナー粒子をクーロン力から解放し重力による自由落下を可能にすることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、トナー粒子は測定部まで移送された後、該測定部では該トナー粒子に印加されている電圧とは逆極性の電圧を印加することにより、トナー粒子はクーロン斥力により電荷量ｑに応じた初速度が与えられ、測定部に射出されることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、試料トナー粒子の解放部から、トナー移送装置に用いられる電場の影響を避けるべく隔離された位置に、かつ、粒子の重力による自由落下運動の初期進行方向に垂直に、電荷・速度測定用の適当な距離を持つ２つのワイヤーグリッド群を設置し、試料トナー粒子が各グリッド近傍を通過するときに発生する渦状誘導電流を検知・計測し、また、第一、第二のワイヤーグリッドにおけるそれぞれの検知時間を記録すると共に該グリッド間の移動に要した時間を検知し、該グリッド間の距離を前記時間で割ることにより速度を求めることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、第一のワイヤーグリッドを通過した試料トナー粒子を、前記２つのワイヤーグリッド群を有し、磁気シールドが施された軌道偏向用マグネットチャンバーに導入し、第一のワイヤーグリッドを通過した後その飛翔軌道を試料トナー粒子の質量に応じて曲げた後、該質量分離用マグネットから出た試料トナー粒子を第二のワイヤーグリッド群に導入し、磁場による軌道偏向量を計測し、試料トナー粒子の質量ｍを測定することを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、初速度ｖで測定部に射出されたトナー粒子の質量および速度を前記する方法で計測し粒子に働く力を算出し、空気の粘性抵抗と重力による自由落下をその力から差し引くことによりクーロン斥力を求め、これからトナー粒子のもつ電荷量ｑを算出することを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、前記トナー供給装置、トナー移送装置、２つのワイヤーグリッド群、軌道偏向マグネットがいずれも真空装置内に設置されていることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー粒子の電荷量と質量の測定方法および装置に関し、より詳細には、個々の単一トナー粒子の電荷量および質量を測定し、電子写真技術では重要であるプロセスコントロールパラメータｑ／ｍおよびその統計量であるＱ／Ｍを測定することにより、トナー全体としての電荷分布を精度よく測定するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真技術においては、感光体表面をコロナ放電、あるいは帯電ローラ、帯電ブラシ等を用いて一様に帯電させた後、書き込み光学系を介して画像を帯電している感光体上に露光し、画像に対応する静電潜像を形成させる。この静電潜像に対し、一成分現像系ではトナー粒子を、二成分現像系ではトナー・キャリアにより適当な現像バイアス電圧の元で現像を行い、トナー像を形成する。このトナー像を紙に代表される画像出力媒体上に転写し、これを熱、圧力等により定着させ最終出力画像を得る。
【０００３】
特に、この現像、転写の量プロセスにおいてはトナー粒子に適用される力としてはクーロン力が支配的であり、他に粒子と感光体あるいは出力媒体表面との間にｖａｎ  ｄｅｌ  Ｗａａｌｓ力や物理的、あるいは化学的吸着力等がはたらく。従って、トナーの持つ電荷量、力学的運動のための質量、形状を精密に認識する必要があることになる。電子写真技術においては電荷量と質量を組み合わせたｑ／ｍ（比電荷）を重要なパラメータとして採用することが多い。
【０００４】
従来、トナーの帯電特性の測定方法、あるいは測定装置として様々なものが提案されているが、単一のトナー粒子に関する情報を収集するための方法・装置は要求される精度に欠けるものが多い。特に近来、画像解像度の増加、フルカラー化により、トナーの帯電電荷量の精度・均一性が増加する一方、トナー粒子の物理的形状（不定形、あるいは球形）の要求、トナー粒子の小径化が急速に進展し、それに伴ってトナー粒子の持つ「電気的物性の特定」という要求が、ハードウェアの設計上からも、トナー粒子材料の開発からも増大している。従来のトナー粒子の帯電特性（比電荷量測定）には、ブローオフ法がよく知られているが、これは試料全体の帯電量を測定する方法であって、個々のトナー粒子の情報は欠如している。個々のトナー粒子の帯電量分布を測定する方法として種々の方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特開昭５７−７９９５８号公報では、定速気流中のトナー粒子を電界により偏向させ、一定時間後の偏向量からトナーの帯電量分布を測定する方法が提案されている。現実のトナーは広範囲な粒径分布を有するため、粒径の特定ができなければ正確な質量の算出ができず、従って得られる比電荷ｑ／ｍの精度は減少する。
【０００６】
この問題を解決する方法として特開昭６１−２７７０７１号公報には、定速気流、電界および振動波中のトナー粒子の偏向度、振動位相より、レーザードップラー法で測定したトナー粒子の粒径に対応した帯電量分布を求める方法が記載されている。この方法は現在主流となっている測定法であり、ホソカワミクロン社よりＥ−ＳＰＡＲＴアナライザーとして商品化されている。
【０００７】
しかし、レーザードップラー法により求めた粒径による質量の算出においては、トナー粒子を完全球体として近似させているため、現状の不定形のトナー粒子を試料として用いる場合には、正確な質量の計算をしていることにはならない。結果として得られる比電荷は当然のように精度に欠けていることになる。また、空気中で測定を実行するために、周辺環境としての温度、湿度等の測定に対する影響を排除することが非常に困難であり、前述の真球近似による質量算出やトナー粒子の受ける空気の粘性抵抗の近似法に不正確さを生じている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５７−７９９５８号公報
【特許文献２】
特開昭６１−２７７０７１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような従来提案されてきたトナー粒子の帯電量、あるいは帯電量分布測定方法に基づく装置では、トナー粒子の帯電量を正しく測定するには原理的な矛盾あるいは困難を有している。
本発明の目的は、レーザードップラー法、カスケード法など電子写真装置に用いるトナー粒子の電荷量および質量を測定する方法において、上記のような問題点が解決されたトナー帯電量・帯電量分布測定法を提供することである。特に、単一トナー粒子の比電荷ｑ／ｍの電荷ｑと質量ｍとを分離して精度よく測定することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的は次の手段により達成される。
すなわち本発明によれば、第一に、請求項１では、電子写真装置に用いるトナー粒子の電荷量および質量を測定する方法において、トナー粒子の平均径幅の電極を有し、電圧を印加することにより該電極上にトナー粒子を１層１列に整列付着させる単一トナー粒子供給装置を用いることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００１１】
第二に、請求項２では、上記請求項１記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、上記単一トナー粒子供給装置が、ガラス基板上に真空蒸着法あるいはスパッタ法により、アルミニウムを３μｍ以上１５μｍ以下の厚さに堆積し、これをトナー粒子の直径ｄ〜ｄ／２の幅にフォトリソグラフィを用いて粒子着床電極に形成した後、該電極のアルミニウム面に体積固有抵抗１０１０Ω・ｃｍ以上、厚さ３００〜５０００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜を形成し、更に、該多孔質陽極酸化皮膜の表面に無数に形成されたナノ構造のポアー内部のバリヤー層から太さ１０〜５０ｎｍの金属ナノ細線を二次電解形成してなることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００１２】
第三に、請求項３では、上記請求項３記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、上記金属ナノ細線が、金、銅、銅合金、ニッケル、ロジウムまたはコバルトあるいはこれら金属の合金で、多孔質陽極酸化皮膜の表面から凹形状に１μｍ以内の高さに形成されていることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００１３】
第四に、請求項４では、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、前記単一トナー粒子供給装置から１個のトナー粒子を測定部に移送する装置であって、中心部分がニードルプローブで、これを外殻金属電極となる金属チューブ内の所定の位置に配置した後、該チューブと前記プローブ間を絶縁性樹脂で満たし硬化させた、トナー粒子の極性に応じた電圧を印加し、トナー粒子をクーロン力により該プローブ先端に捕獲するトナー移送装置を用いることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００１４】
第五に、請求項５では、上記請求項４記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、上記ニードルプローブがφ３００μｍ以下のタングステンワイヤを適宜の長さに切り、該切断面を機械的に研磨した後、ＫＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：１．５〜０．８の溶液中でエッチングし、上記チューブの中心軸に平行に置き、先端を２ｍｍ以上突出させてなることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００１５】
第六に、請求項６では、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、トナー粒子は測定部まで移送された後、該測定部ではトナー粒子に印加されている電圧をカットしてトナー粒子をクーロン力から解放し重力による自由落下を可能にすることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００１６】
第七に、請求項７では、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、トナー粒子は測定部まで移送された後、該測定部では該トナー粒子に印加されている電圧とは逆極性の電圧を印加することにより、トナー粒子はクーロン斥力により電荷量ｑに応じた初速度が与えられ、測定部に射出されることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００１７】
第八に、請求項８では、上記請求項１乃至７のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、試料トナー粒子の解放部から、トナー移送装置に用いられる電場の影響を避けるべく隔離された位置に、かつ、粒子の重力による自由落下運動の初期進行方向に垂直に、電荷・速度測定用の適当な距離を持つ２つのワイヤーグリッド群を設置し、試料トナー粒子が各グリッド近傍を通過するときに発生する渦状誘導電流を検知・計測し、また、第一、第二のワイヤーグリッドにおけるそれぞれの検知時間を記録すると共に該グリッド間の移動に要した時間を検知し、該グリッド間の距離を前記時間で割ることにより速度を求めることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００１８】
第九に、請求項９では、上記請求項１乃至７のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、第一のワイヤーグリッドを通過した試料トナー粒子を、前記２つのワイヤーグリッド群を有し、磁気シールドが施された軌道偏向用マグネットチャンバーに導入し、第一のワイヤーグリッドを通過した後その飛翔軌道を試料トナー粒子の質量に応じて曲げた後、該質量分離用マグネットから出た試料トナー粒子を第二のワイヤーグリッド群に導入し、磁場による軌道偏向量を計測し、試料トナー粒子の質量ｍを測定することを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００１９】
第十に、請求項１０では、上記請求項１乃至９のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、初速度ｖで測定部に射出されたトナー粒子の質量および速度を前記する方法で計測し粒子に働く力を算出し、空気の粘性抵抗と重力による自由落下をその力から差し引くことによりクーロン斥力を求め、これからトナー粒子のもつ電荷量ｑを算出することを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００２０】
第十一に、請求項１１では、上記請求項１乃至１０のいずれかに記載の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法において、前記トナー供給装置、トナー移送装置、２つのワイヤーグリッド群、軌道偏向マグネットがいずれも真空装置内に設置されていることを特徴とする単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法が提供される。
【００２１】
上記のように単一トナー粒子に対する測定を、試料とされた複数個のトナーに繰り返し実行することにより統計的結果としての帯電量分布が測定できる。また、該測定の副産物として、トナー粒子の飛翔速度ｖが計測可能であるため、トナーがある電界中で得た静電エネルギーの量がトナーの運動エネルギーとして測定可能となるという利点も存在する。さらに、測定周辺環境からの温度、湿度等の影響を極力排除するため、測定系全体は複数の連結された真空容器中に配備される。電子写真装置内におけるトナーの帯電、飛翔に関する測定を実行する場合にはこの真空容器を乾燥空気等の気体で置換すればよいことになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明によれば、測定環境からの影響を極力排除、かつ制御するために、装置の測定部はすべてターボ分子ポンプを主排気装置とする真空容器内に格納してある。従って、飛翔する試料トナー粒子には無視できる程度の気体との衝突による粘性抵抗がかかる。
【００２３】
この真空容器内の測定系においては、まず試料トナー粒子はガラス基板上に真空蒸着法あるいはスパッタ法により、アルミニウムを１０μｍの厚さに堆積し、これをトナー粒子の直径ｄ〜ｄ／２の幅にフォトリソグラフィを用いて粒子着床電極に形成した後、電極のアルミニウム面に体積固有抵抗１０１０Ω・ｃｍ以上で、厚さ３００〜５０００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜を形成し、更に、多孔質陽極酸化皮膜の表面に無数に形成されたナノ構造のポアー内部のバリヤー層から太さ１０〜５０ｎｍの金属ナノ細線を二次電解形成したものの上にｍｏｎｏ−ｐａｒｔｉｃｌｅ  ｌａｙｅｒ（単粒子層）を形成するように配置される。
【００２４】
詳しくは、アルミニウム材で形成された形状範囲に陽極酸化処理を施し、電気抵抗率１×１０１０Ω・ｃｍ以上で、厚み３００〜５０００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜を形成する。多孔質陽極酸化皮膜の表面には、ナノ構造を有する１０〜５０ｎｍのポアーがその間隔５０〜２００ｎｍで無数に形成される。多孔質陽極酸化皮膜を形成後に、多孔質陽極酸化皮膜表面のナノ構造の無数に形成されたポアーが封孔処理されないように常温で電解液で水洗し、洗浄液が乾燥したら、銅単体、又は銅合金、ニッケル又はコバルト単体、又はニッケルコバルト合金を二次電解し、金属ナノ細線を形成する。
【００２５】
二次電解によりナノ構造を有する１０〜５０ｎｍのポアーのバリヤー層から、太さ１０〜５０ｎｍのニッケル、ニッケルコバルト合金等からなるの金属ナノ細線が形成された表面となる。金属ナノ細線は、多孔質絶縁皮膜の表面から凹形状に１μｍ以下の範囲で形成する。これにより、トナー粒子が地着床する電極は実質がナノ細線部となるため、電極幅中に複数個のトナー粒子が並列に並ぶ状態が避けられる。
【００２６】
測定では、従来の方法のように、すでに摩擦帯電法等で帯電済みのトナーを用いることもできるが、本発明においては前述の電極に正の電圧を与えた状態でトナー粒子を電極上に付着させた。また、電極幅が粒子の平均粒径ｄ〜ｄ／２に設定されているため、電極上には単一のトナー粒子のみが載るようになっている。このサンプル基板は、トナー粒子を移送するトナー移送装置に接続される。トナー移送装置の本体はニードルプローブセンサである。中心となるプローブピンは純度４Ｎのタングステン（以下Ｗ）ワイヤーφ３００μｍから切り出したものを機械的に研磨して先端が５０〜１００μｍ程度の円錐状にした後、ＫＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：１で構成される溶液を用いて常温でエッチングを行い、先端部を２０μｍ以下にしたものである。このピンをφ０．８ｍｍのステンレス管の中央に配置し、ピンと管との間隙にエポキシ樹脂（電子顕微鏡包埋サンプル用樹脂：Ｑｕａｔｅｌ  ８２１）を充填し、６０℃２４時間で熱硬化させることにより作製される。
【００２７】
トナー移送装置のニードルプローブが電極上に整列したトナー粒子をクーロン引力により捕獲し、測定部まで移送した後、トナー粒子が十分な初速度をもって測定系に突入できるように、クーロン斥力を生じる極性が反対の加速電圧を印加する。加速電圧を適用したときには、通常のトナー粒子は負側に帯電するために、トナー粒子の離脱電圧として負の電圧を印加する。つまり、付着用に正の電圧を印加していたものをここで極性反転させることになる。０．５〜５ｋＶの加速電圧により測定可能な初速度を得られる。また、システム全体は、重力の方向と平行、つまり下向きの鉛直面に沿ってトナー粒子の初期軌道が得られるように縦型に設置してある。このことにより、飛翔軌道計算においては、電界や磁界から受ける力の項に下向きの重力項ｍｇを付加するだけでよくなる。また、ニードルプローブで加速電圧が印加され十分な初速度を持ったトナー粒子は、加速電圧Ｖにより作られる電場Ｅにより、Ｆ＝ｑＥ（ｑはトナー粒子の電荷量；Ｆ、Ｅはベクトル）の力を受けてトナーガンからワイヤーグリッド群を有する測定装置に導入される。
【００２８】
ワイヤーグリッド群を有する測定系では、トナー粒子の軌道に対して垂直な面内に設置された多数の平行なアノードワイヤー群（ワイヤー径は２０μｍ、ワイヤー間のピッチは０．５ｍｍ）と、アノードワイヤーと直交座標系を作るように配置された複数面のカソードワイヤー群（カソードワイヤー面間のピッチは０．５ｍｍ）の構成からなる。このワイヤーグリッド群に入射してきたトナー粒子は、帯電しているため、軌道上で軌道に垂直な面内に渦状の磁界を発生しながら運動している。このため、粒子の軌道に対し最近接位置にあるワイヤーに誘導電流が発生する。これをストレージオシロスコープで観測すると、誘導電流の発生をワイヤー内の急激な電流の増加として観測可能であり、入射信号として検知するため、ｘ−ｙ直交座標系を形成するワイヤーグリッド群内での粒子の位置ｐを計測することが可能となる。第一、第二の複数のグリッド面での同一粒子に対する信号を検知できるため、あらかじめわかっている面間距離にたいし、入力された入射信号間の時間差を計測すれば粒子の平均速度ｖが決定される。また、誘導電流の大きさを前述のオシロスコープ信号波形のピーク値により得れば通過したトナー粒子の電荷量ｑを求めることが可能となる。
【００２９】
トナー粒子はまた、質量分離マグネットチャンバーに導入される。このチャンバーは質量分離マグネットの発生する磁界をシールドしてあり、チャンバー外での磁場の拡散による測定系の電場の乱れを最小にするように設計されている。ここで、軌道の偏向のために、電場を利用してもよいが、このデフレクター電極間の電場によりトナー粒子が再帯電する可能性を排除するために、質量分離マグネットを使用している。磁場の方向は軌道に対して垂直であり、磁極のＮとＳとが軌道を挟んで対抗するように配備されている。このとき、粒子は磁界によるローレンツ力と重力の合成力を受けその質量と速度に応じて軌道を偏向する（Ｆ＝ｑｖ×Ｂ＋ｍｇｉ：ｉは鉛直下方の単位ベクトル、ｖ、Ｂもベクトル）。質量分離部から射出されたトナー粒子は、さらに質量分離マグネットの後方に位置する第二のワイヤーグリッドに導入され、その位置ｐｉ’、および速度ｖｉ’が計測され、偏向の大きさは、これらの値と質量分離チャンバーの前方に位置する第一のワイヤーグリッド群で得られたｐｉおよびｖｉとの差をとれば得られる（ｘ＝Δｄ＝（ｐｉ’−ｐｉ））。この結果、運動方程式として次式が得られる。
【００３０】
【数１】
ｍｄ２ｘ／ｄｔ２  ＝  ｑｖ×Ｂ＋ｍｇｉ
ｑ、ｖ、ｘ（ｘはベクトル）と磁束Ｂはすでに得られているのでｍが運動方程式を解くことにより決定される。Ｂとしては３００Ｇａｕｓｓから３０００Ｇａｕｓｓを用いた。偏向量を多くするためには、磁場中でのトナー粒子の軌道が長くなるようにマグネットを大きくするか、もしくはコンパクトに装置を作製するためにはマグネットの磁界強度を増加させることが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法によれば、トナー粒子の平均径幅の電極を有し、電圧を印加することにより該電極上にトナー粒子を１層１列に整列付着させるトナー粒子供給装置を用いることから、単一トナー粒子の電荷量を精度よく測定することができる。
【００３２】
請求項２の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法によれば、上記トナー粒子供給装置が、基板上にトナー粒子の直径ｄ〜ｄ／２の幅に形成した電極のアルミニウム面に多孔質陽極酸化皮膜を形成し、更に、該多孔質陽極酸化皮膜の表面のポアー内部のバリヤー層から太さ１０〜５０ｎｍの金属ナノ細線を二次電解形成したことから、基板上にトナー粒子の単粒子層を形成することができる。
【００３３】
請求項３の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法によれば、上記金属ナノ細線が、ニッケル又はニッケルコバルト合金で多孔質絶縁皮膜の表面から凹形状に１μｍ以下の範囲で形成することから、トナー粒子が地着床する電極は実質がナノ細線部となるため、電極幅中に複数個のトナー粒子が並列に並ぶ状態が避けられる。
【００３４】
請求項４〜５の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法によれば、ニードルプローブ（ｎｅｅｄｌｅ  ｐｒｏｂｅ）からなるトナー粒子移送装置であることから、上記トナー粒子供給装置の単粒子層から１個のトナー粒子を捕獲して測定部に移送することが可能である。
【００３５】
請求項６の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法によれば、トナー粒子が測定部まで移送された後、トナー粒子に印加されていた電圧をカットすることにより、トナー粒子をクーロン力から解放し重力による自由落下を行うことが可能となることから、粒子の鉛直方向の運動は、重力加速度と空気の粘性抵抗のみになり、電磁場による外力は水平方向のみを考慮すればよいため、トナー粒子の電磁界中の運動が単純化され、粒子に働くクーロン力の精度良い測定が可能となる。
【００３６】
請求項７の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法によれば、トナー粒子は測定部まで移送された後、該測定部では逆極性の電圧を印加することにより、トナー粒子はクーロン斥力により電荷量ｑに応じた初速度が与えられ、測定部に射出されることから、測定可能な初速度を得ることができる。
【００３７】
請求項８乃至１０の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法によれば、上記により測定部に射出された単一トナー粒子の速度、質量をワイヤーグリッド群を有する測定系により計測することから、単一トナー粒子のもつ電荷量を正確に求めることができる。
【００３８】
請求項１１の単一トナー粒子の電荷量および質量の測定方法によれば、上記トナー供給装置、トナー移送装置、２つのワイヤーグリッド群、軌道偏向マグネットがいずれも真空装置内に設置されていることから、温湿度など測定に影響を及ぼすものを排除することができる。