(57)【要約】      （修正有）【課題】堅牢で、最適化された乾式写真複写システムを提供する。【解決手段】トナー粒子の真円度を調整して、機能範囲内の現像剤流れを維持し、システム内のトナー濃度のばらつきを抑える。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー濃度を制御する方法であって、
トナー粒子を含むトナーを供給するステップと、
乾式写真複写システム内の前記トナーを使用して、トナー濃度を測定するステップと
前記トナー粒子のトナー濃度が、前記乾式写真複写システムの表示空間の約９パーセント〜約１２パーセントに留まるよう、前記トナー粒子の形状係数を調整するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記トナー濃度が、前記乾式写真複写システムの前記表示空間の約９パーセント〜約１１パーセントである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記形状係数が、トナー粒子の真円度である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記供給されたトナーが、前記トナー粒子の合体中に、スラリーｐＨを調整して、所望の形状係数を目標とすることにより作成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記乾式写真複写システム内で使用する前に、前記トナーが、担体と組み合わされて、現像剤が形成され、前記現像剤は、約２７００〜約２０００の基本的流動エネルギーにより測定される現像剤の流れを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
トナー濃度を制御する方法であって、
トナー粒子を含むトナーを供給するステップと、
乾式写真複写システム内の前記トナーを使用して、前記トナー濃度を測定するステップであって、前記乾式写真複写システムが、トナー濃度を測定するために１つ以上のセンサを含む、ステップと、
前記１つ以上のセンサにより、測定された前記トナー粒子のトナー濃度が、約９パーセント〜約１２パーセントに留まるよう、前記トナー粒子の形状係数を調整するステップと、を含む方法。
【請求項７】
前記形状係数が、トナー粒子の真円度である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記１つ以上のセンサが、前記トナー粒子の磁気誘電率を検知することにより、前記トナー濃度を測定する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記トナー粒子の前記摩擦の電荷が、約２５μＣ／ｇ〜約６０μＣ／ｇである、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
トナー濃度を制御する方法であって、
トナー粒子をさらに含むトナーを供給するステップと、
乾式写真複写システム内の前記トナーを使用して、前記トナー濃度を測定するステップであって、前記トナー濃度は、前記乾式写真複写システム内の１つ以上のセンサにより測定される、ステップと、
前記トナー粒子が約９パーセント〜約１２パーセントのトナー濃度を有するように、前記トナー粒子の真円度を、トナー濃度＝−０．２４＊Ａ＋５０＊Ｂ＋０．２３＊Ａ＊Ｂ−３２、但し、Ａ＝自動トナー濃度センサの出力、Ｂ＝真円度、という関係に基づいて、調整するステップと、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、一般に、特定なトナー特性を通して、トナー濃度を制御または調整するシステムおよび方法に関する。具体的には、本実施形態では、真円度などのトナーの形状係数を設定して、トナーの濃度を容易に制御または調整する。この方法により、システムの動作を最適化し、より堅牢なシステムが得られ、かつコスト効率の良い方法が提供される。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式とは、静電潜像を形成することにより、画像情報を可視化する方法であり、現在では様々な分野で用いられる。「静電写真」という用語は、一般に「電子写真」という用語と区別なく用いられている。電子写真方式には、一般に、感光体上における静電潜像の形成と、それに続く、トナーを含む現像剤を用いる画像の現像と、その後の、紙またはシートなどの転写材料への画像の転写と、熱溶液、圧力などを利用することによって恒久画像を得るための転写材料への画像の定着と、が含まれる。
【０００３】
デジタル、多重画像、および接触静電式印刷装置を含む静電写真複写装置では、一般に、複写する原本の光画像を静電潜像の形で感光性部材上に記録し、その後、電気感光性の熱可塑性樹脂粒子および色素粒子、すなわちトナーを塗布することにより、この潜像をレンダリングして可視化する。従来の電子写真プロセスでは、様々な方法を用いて、電気的に感光性材料を含む感光体上に潜像を形成する。この潜像をトナーで現像し、感光体上のトナー画像を、直接または中間転写部材を介して、紙などの画像受取り膜に転写する。例えば、熱、圧力、熱および圧力、または溶剤蒸気を加えることにより、この転写済み画像を定着させる。上記の複数のステップを通して、定着画像が形成される。
【０００４】
電子写真の画像形成部材は、電子写真（乾式写真複写）処理で一般に用いられる感光性部材（感光体）を、可撓性ベルトまたは剛性ドラムのどちらかの構成で、含むことができる。別の部材では、中間転写ベルトを含むことができ、この中間転写ベルトは、継ぎ目を含むもの、および継ぎ目を含まないものがあり、通常はウェブから長方形のシート切り取り、両端を重ね合わせ、重ね合わせた端どうしを、結合して接着させた継ぎ目を形成することにより形成される。これらの電子写真用画像形成部材は、単一層または複合層を含む感光性の層を含む。
【０００５】
トナーの組成物の特性や性能は、改善が絶えず所望される。改善が可能な領域の１つとして、トナーをどのように使用し、そのトナーをどのように乾式写真複写システムに馴染ませるかという点に焦点があてられている。光学センサは周知であり、この光学センサを印刷システム内で用い反射率測定を介して、転写されたトナーの質量を検知する。例えば、米国出願公開第２００８／００８９７０８号明細書には、光の反射に基づいて、センサを使用し反射出力を生成し、計算して、トナー塗布面上に存在するトナー質量の量を判定する方法が開示されている。
【０００６】
２成分現像システム内のトナーの濃度制御は、いくつかの理由により非常に重要である。トナーと現像筺体内の担体粒子とが大幅に相互作用することにより、電荷の発生が活発になり、これがシステムの性能に関する重要なパラメータとなる。特定なトナー配合で動作する現像サブシステムはそれぞれ、固有の許容範囲を有している。そのシステムがその許容範囲の外側で動作した場合、濃度が著しく変化する恐れがあり、背景、内部放出（スピッツ）、およびビーズキャリーアウトなどの機能障害も生じる。極端なケースでは、この機能障害がスポットなどの深刻な画質不良として検知される。したがって、トナーの濃度制御は閉ループ制御システムを通して維持され、この閉ループ制御により、トナーが現像されている度合いが監視され、現像筺体内の現像剤材料の磁気誘電率の変化も同様に監視される。しかし、制御システムの有効性は、感光体、反射式自動濃度制御（ＲＡＤＣ）センサ、および自動トナー濃度（ＡＴＣ）センサを含む、また現像剤材料（トナーを含む）自体も含む部品内の機能障害の影響を受け易い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本実施形態は、トナー形状係数、具体的には、真円度を通して、トナー濃度を制御して、機能障害を防止し、より堅牢で最適化された乾式写真複写システムを提供する、システムおよび方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に示される様態によってトナー濃度を制御する方法が提供される。この方法には、トナー粒子を含むトナーを供給するステップと、乾式写真複写システム内のトナーを使用して、トナー濃度を測定するステップと、トナー粒子のトナー濃度が、乾式写真複写システムの表示空間の約９パーセント〜約１２パーセントに留まるよう、トナー粒子の形状係数を調整するステップと、が含まれる。
【０００９】
別の実施形態により、トナー濃度を制御する方法を供給される。この方法には、トナー粒子を含むトナーを供給するステップと、乾式写真複写システム内のトナーを使用して、トナー濃度を測定するステップであって、乾式写真複写システムには、トナー濃度を測定するための１つ以上のセンサが含まれる、ステップと、１つ以上のセンサにより測定されるトナー粒子のトナー濃度が、約９パーセント〜約１２パーセントに留まるよう、トナー粒子の形状係数を調整するステップと、が含まれる。
【００１０】
さらに別の実施形態により、トナー濃度を制御する方法が提供される。この方法には、トナー粒子をさらに含むトナーを供給するステップと、乾式写真複写システム内のトナーを使用して、トナー濃度を測定するステップであって、トナー濃度は乾式写真複写システム内の１つ以上のセンサにより測定される、ステップと、トナー粒子が約９パーセント〜約１２パーセントのトナー濃度を有するように、トナー粒子の真円度を、トナー濃度＝−０．２４＊Ａ＋５０＊Ｂ＋０．２３＊Ａ＊Ｂ−３２、但し、Ａ＝自動トナー濃度センサの出力、Ｂ＝真円度という関係に基づいて、調整するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、同じＴＣで動作する際に、同じトナー電荷を有する２種類の異なるトナーに関する、異なるＡＴＣセンサの出力に対する、現像剤内のトナー濃度を示すグラフである。
【図２】図２は、本実施形態のトナーを用いて使用される、トナー濃度を制御する閉ループ制御システムを示す流れ図である。
【図３】図３は、いくつかの種類のトナーをテストして、それらの特性のＡＴＣ−ＴＣ反応曲線を作成した後に行われた回帰分析を示すグラフである。
【図４】図４は、現像剤の流れとトナー粒子の真円度との相関関係を示すグラフである。
【図５】図５は、ＡＴＣセンサ出力対トナー粒子の真円度の許容範囲のプロットを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態では、トナー粒子の形状を調整することにより、特定なトナー濃度（ＴＣ）の表示空間を目標にすることが可能なシステムおよび方法を提供する。本明細書で使用される用語「表示空間」を、トナー電荷および電荷分布が、許容範囲の画質を実現するための要求に合うＴＣ空間として規定する。下地上の濃度、背景（非画像領域で現像されるトナー）のレベル、スポット、汚れ、および筋などの不具合の頻度により、画質を測定する。表示ＴＣ空間を、（環境、部品の使用年数、および印刷ジョブの画線率などの）異なる条件下でテストを行い、その後、画質を測定することにより決定する。処理制御システムの反応も同様に測定して、センサが（制御限界の境界で）レイリングしていないことと、システムが容認可能な制御許容範囲を有していることとを確認する。本実施形態は、ハードウェアまたはトナー材料の新しい設計により、ＴＣが元のシステム仕様と異なってしまった場合の、同化作業に好都合である。そのような場合、システムの許容範囲が狭まる可能性があり、これに対処するためには、センサおよび画像形成装置の設定値を調整しトナー特性の変化に対処しなければならず、現場の装置に対して、これを行うことは、難しく、コストがかかる。したがって、本実施形態では、現場でセンサや画像形成装置に対して技術的な調整を行う必要なしで、その代わりとして、最高性能を発揮させるためにトナー特性を調整することで、ＴＣを制御、または調整することが可能である。本実施形態では、トナーの製造段階でこの調整を簡単に実行することができる。
【００１３】
画像濃度は、ＡＴＣセンサを有するユニットまたはＡＤＣセンサを有するユニットにより主に制御される。ＡＴＣセンサは、担体の透過性によりＴＣを検知し、制御トナーの供給量を制御する。ＡＴＣセンサは、一般に、現像装置の周りに設置される。その一方で、ＡＤＣセンサは、感光体上のトナー画像の濃度を光学的に検知し、感光体上の非画像部（清浄面）とトナー画像部との間の反射光の量の割合に基づいて、感光体上の単位領域（「ＤＭＡ」と呼ばれる）毎のトナーの付着量を制御する。ＡＤＣセンサは、一般に、感光体の周りに設置される。
【００１４】
図１を参照することで、ＴＣの許容範囲に関する問題は説明可能である。図１には、同じＴＣで表示されるとき、同じトナー電荷を有する２種類の異なるトナーに関する異なるＡＴＣセンサの出力に対する現像剤のＴＣが示される。これらのトナーはまた、サイズおよび同じ表面添加配合も同じである。ＡＴＣセンサは現像筺体内のセンサであり、磁気誘電率に基づいて、トナー濃度の調整を開始する。見て分かる通り、図１では、これらのトナーは、同じＡＴＣセンサの出力に対して、異なるＴＣを表示する様子が示される。
【００１５】
図１により、システムの許容範囲に依存する問題が明らかとなる。例えば、システムの表示ＴＣが、１２パーセントを超えてはならない場合、グリーン系の色素により示される材料では、ＴＣに関連する不具合の頻度より多くなる。この特別なケースでは、高いＴＣに関連する不具合は、現像筺体からの内部放出により発生するスポットである。排出物が感光体に近接し現像筺体から吐出される全てのキャリアビーズを拾うシールロール上に蓄積される。
【００１６】
本実施形態は、システムの許容範囲、具体的にはＴＣの許容範囲に関連する問題を解決するのに役立つ。上記の通り、トナーの濃度制御は、閉ループ制御システムを通して維持され、この閉ループ制御システムは、トナーが現像される度合いを監視し、同様に現像筺体内の現像剤材料の磁気誘電率の変化も監視する。図２は、この閉ループ制御システム５を示す流れ図である。現像剤（トナーと担体）の混合物は、磁気透過性のレベルを有し、この磁気透過性のレベルは、主に現像剤１０のばら梱包により高められる。現像筺体内のＴＣセンサにより、磁気透過性１５が監視される。磁気透過性が範囲外の場合、センサは信号を出して磁気透過性２０を調整する。磁気透過性が制御外の場合、現像剤２５の梱包調整することにより、透過性が調整される。この時に、本実施形態のトナーが、この調整に対して役に立つ。例えば、真円度などのトナー粒子の形状係数を用いて、システムを所望のＴＣ表示内で動作させることができる。
【００１７】
本実施形態の発明者らは、機械で測定された４種類の市販のトナーからのデータを分析して、このシステムの許容範囲を推定した。測定のために、従来の乾式写真複写システム内でトナーを使用された。すなわち、静電潜像が潜像保持部材の面上で形成され、静電潜像は、様々なトナーを含む現像剤で現像され、それにより、トナー画像が形成され、潜像保持部材上に形成されたトナー画像が、記録媒体の面に転写され、そのトナー画像は、記録媒体の面に定着され、この形成された画像が測定された。
【００１８】
これらのトナーの、粒子サイズおよび摩擦電気特性は非常に類似し、同じ表面添加梱包で生成された。具体的には、トナーは、約６ミクロン〜約７ミクロンの粒子サイズと、約３５μＣ／ｇ〜約４５Ｃμ／ｇの摩擦電気電荷とを有した。しかし、形状係数（すなわち、真円度）は、トナー間で若干異なった。例えば、テストされたトナーの真円度の範囲は、０．９６８〜０．９８３ユニットである。このケースでは、真円度が高ければ高いほど、粒子の形状が完璧な球に近くなり、反対に、真円度が低ければ低いほど、その粒子の形状は不規則となる。
【００１９】
０．９６８〜０．９８３の範囲の真円度を有する、何種類かのトナーをテストした後、回帰分析が行われた。これらのテストは装置内の現像剤のＴＣを１１％に固定し、ＡＴＣセンサの反応を監視することにより行われた。閉ループ制御よりも、むしろ開ループ制御（手動）でシステムを操作することにより、ＴＣを１１％に固定して、それらの特性のＡＴＣ−ＴＣの反応曲線を生成した。固定されたＴＣ（１１パーセント）関してＡＴＣセンサの反応が測定された。上記のデータをもとに、回帰分析が行われた。回帰結果を、図３のグラフに示す。見て分かるように、ＡＴＣセンサの出力反応と真円度との間には相関関係が存在する。図３の分析では、トナー粒子の真円度、すなわち形状係数を用いて、システムの表示するＴＣを中心に再設定することができることが示される。この分析は、例示的なシステムに関して妥当な目標である、１１パーセントの目標ＴＣに対して行われた。機械的な視点から見ると、この方法を用いて、真円度を「ノブ」として粒子を用いることにより、現像剤の流れを調整することができることがこのデータにより確認できる。この方法により、要求される目標範囲へ現像剤の流れを操作することで、現像剤の磁気誘電率を調整する。具体的には、この方法では、トナー粒子の真円度を用いて、（トナーと担体を含む）現像剤の磁気誘電率を調整し、次に、その現像剤の磁気誘電率により、ＴＣセンサの出力反応が制御される（現像剤の磁気誘電率により操作される）。
【００２０】
図４に示す通り、粒子の真円度により、現像剤の流れ（基本的流動エネルギー）を調整することができる。基本的流動エネルギーとは、特別な条件下で最初に大きな流れを起こすために必要なエネルギーの測定値である。乳化凝集プロセスを介して生成されたトナーでは、真円度は一般に粒子合体ステップ中に調整される。合体温度、合体時間、および合体中のスラリーｐＨなどの処理パラメータは、粒子の真円度を調整するための用いるパラメータのうちのいくつかである。実験では、真円度を制御するためのノブとしてスラリーｐＨを用いた。例えば、温度上昇中、スラリーｐＨを下げると、合体ステップにより、スラリーの表面張力が増加し、より球形の粒子が形成される。反対に、スラリーｐＨを上げることにより、表面張力が下がり、より不規則な形状の粒子が形成される。本実施形態では、トナー粒子の真円度を調整して、機能範囲内の現像剤流れを維持し、これにより、次に、システム内のＴＣのばらつきが抑えられ、これにより、機能障害を避け、そのシステムをより堅牢にする。例えば、実施形態では、基本的流動エネルギーにより、測定された現像剤の流れは、好ましくは約２０００〜約２７００、または約２０００〜約２６００、または約２２００〜約２５００である。
【００２１】
本実施形態では、真円度に関する目標範囲は、約０．９６３〜約０．９７６、または約０．９６５〜約０．９７６、または約０．９６６〜約０．９７６、または約０．９６６〜約０．９７３、または約０．９６７〜約０．９７６、または約０．９６９〜約０．９７２である。
【００２２】
実施形態では、約９パーセント〜約１２パーセント、または約９パーセント〜約１１パーセント、または約１０パーセント〜約１１パーセントの表示空間の外側にＴＣが落ちる例を最小限にする堅牢なシステムを作成するための、システムおよび方法が提供される。さらに別の実施形態では、目標摩擦電気の電荷範囲が、約２５μＣ／ｇ〜約６０μＣ／ｇ、または約３０μＣ／ｇ〜約５０μＣ／ｇ、または約３５μＣ／ｇ〜約４５μＣ／ｇである。トナー濃度により、摩擦電気の範囲をおおむね操作することができる。
【００２３】
実施例１
機能空間
上記で得られた実験データを用いて予測モデルを開発した。このモデルでは、ＴＣ制御センサのばらつきと、トナー粒子の真円度も考慮する。このモデルを用いて、システムをより堅牢にする、トナー粒子の形状範囲、つまり、最低のＴＣのばらつきを提供し所望の範囲のＡＴＣセンサの出力を実現する形状範囲を確立した。図５に示す通り、テストしたシステムに関して、このモデルは、約０．９６５〜約０．９７３の真円度の範囲を示し、このシステムを、より堅牢にし、ＴＣが約９パーセント〜約１２パーセントの空間の外側に落ちる例を最低限にした。
【００２４】
要旨
要約すれば、本実施形態により、センサの設定値またはトナー／現像剤の材料配合を変更する必要なしに、ＴＣの表示空間を調整する、システムおよび方法が提供される。この実施形態により、システムの機能障害を避けるように、適切なシステムおよび現像剤許容範囲を提供することができる。この実施形態は、トナーの粒子形状を変更するために必要な僅かな処理の調整を必要とするだけで簡単に実施することができ、かつ簡単にスケールアップすることができる。さらに、粒子形状は簡単に、かつ適切に検知可能であり、容易に測定し、調整することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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