(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子および液体を含む分散液中の粒子質量濃度を求める方法であって、
測定セル（ＭＺ）内の分散液に、可変の周波数を有する交流場を印加し、該交流場によって前記分散液中の前記粒子を振動させ、前記分散液中の前記粒子に音圧波を形成し、
音圧波振幅（ＥＳＡ）を前記周波数に基づいて測定し、前記音圧波の最大振幅を検出し、該最大振幅に対応する周波数を前記音圧波の共振周波数として求め、
初期測定過程において決定される、共振周波数と質量濃度（ＴＫ）との関数関係により、求められた前記共振周波数から、前記分散液中の前記粒子の質量濃度（ＴＫ）を求める
ことを特徴とする分散液中の粒子質量濃度を求める方法。
【請求項２】
前記交流場を、設定可能な周波数を有する交流電圧によって形成する、
請求項１記載の分散液中の粒子質量濃度を求める方法。
【請求項３】
前記交流場を、光音響効果を用いて形成する、
請求項１記載の分散液中の粒子質量濃度を求める方法。
【請求項４】
前記共振周波数と前記質量濃度（ＴＫ）との前記関数関係を、前記初期測定過程において、所定の温度（Ｔ）のもとで前記測定セル（ＭＺ）に既知の質量濃度（ＴＫ）を有する分散液を充填し、かつ、該充填された分散液の共振周波数を検出して、該共振周波数と質量濃度（ＴＫ）との関数関係をテーブルに記述することにより、決定し、
別の分散液で測定された共振周波数により、前記テーブルから、前記別の分散液中の粒子の質量濃度（ＴＫ）を読み出す、
請求項１または２記載の分散液中の粒子質量濃度を求める方法。
【請求項５】
前記分散液は、トナー粒子と支持液とを含み、かつ、電子写真式印刷機での電荷画像の現像に用いられる現像液である、
請求項１から４までのいずれか１項記載の分散液中の粒子質量濃度を求める方法。
【請求項６】
前記測定セル（ＭＺ）内で、前記音圧波振幅（ＥＳＡ）を前記周波数に依存して測定し、測定値を制御ユニット（ＳＴ）へ供給し、
該制御ユニット（ＳＴ）から前記測定値をプロセッサユニット（ＰＲ）へ供給し、該プロセッサユニットにより前記測定値から前記共振周波数を求め、前記共振周波数に基づいて質量濃度（ＴＫ）を求めて出力側へ出力する、
請求項１から５までのいずれか１項記載の分散液中の粒子質量濃度を求める方法。
【請求項７】
前記制御ユニット（ＳＴ）により、前記質量濃度（ＴＫ）と、前記音圧波振幅（ＥＳＡ）と、分散液の液体中の音速の既知の分散パラメータ（ｃ）と、分散液中の粒子と液体とのあいだの密度差（Δρ）とから、分散液中の粒子のダイナミック電気泳動度（μｄ）を求める、
請求項６記載の分散液中の粒子質量濃度を求める方法。
【請求項８】
前記ダイナミック電気泳動度μｄを、式
μｄ＝ＥＳＡ／ｃ＊Δρ＊ＴＫ＊Ｇ
によって求め、ここで、ｃは音速であり、Δρは粒子と液体とのあいだの密度差であり、ＴＫは質量濃度であり、Ｇは周波数に依存する較正係数である、
請求項７記載の分散液中の粒子質量濃度を求める方法。
【請求項９】
前記質量濃度（ＴＫ）および前記ダイナミック電気泳動度（μｄ）を１回の測定過程で同時に求める、
請求項８記載の分散液中の粒子質量濃度を求める方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子および液体を含む分散液中の粒子質量濃度を求める方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子および液体を含む分散液の例として、電気泳動を利用した印刷で用いられる現像液が挙げられる。現像液は、液体としての支持液中に分散された粒子としてトナー粒子を含む。以下、主として現像液に即して説明を行うが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００３】
印刷材料、例えば枚葉紙もしくは巻紙への単色印刷もしくは多色印刷のために、電荷画像担体（例えばフォトコンダクタ）上に、印刷すべき画像に相応に、色づけ領域および非色づけ領域から成る電荷画像を形成することが公知である。電荷画像の色づけ領域は、現像ステーションによって電荷画像担体上でトナー粒子によりトナー画像として可視化される。こうして形成されるトナー画像は第１転写ステーションによって印刷材料へ移動され、第２転写ステーションにおいて印刷材料へ転写される。続いて、トナー画像は固定ステーションで固定される。
【０００４】
電荷画像を色づけするために、少なくとも荷電トナー粒子および支持液を含む現像液を使用することができる。ディジタル印刷機での電気泳動を利用した印刷方法は、例えば、米国公開第２００６／０１５０８３６号または米国公開第２００８／２７９５９７号から公知である。印刷すべき画像の電荷画像が電荷画像担体上に形成された後、現像ステーションが当該電荷画像をトナー粒子によって色づけしてトナー画像とする。ここで、現像液として、シリコーン油を含み、内分にインク粒子（トナー粒子）を分散させた支持液が用いられる。電荷画像担体への現像液の供給は現像ローラによって行われ、この現像ローラへタンクから現像液が供給される。続いて、現像時に、支持液中に埋め込まれているトナー画像から電荷画像担体上に形成された画像フィルムが、第１転写ユニットによって電荷画像担体から引き取られ、第２転写ゾーンで印刷材料上へ転写される。
【０００５】
現像液を用いるこうした印刷方法では、電気泳動プロセスが支持液中のトナー粒子を印刷材料へ移動させることに利用されている。固定に荷電されたトナー粒子は、輸送剤としての支持液内を印刷材料へ向かって漂遊する。ここでの輸送は第１転写ローラと印刷材料とのあいだの電場によって制御される。その前提となるのは、トナー粒子の電荷および電場の形成に加え、トナー粒子が内部を漂遊できる充分な厚さを有する支持液層を形成し、さらに、支持液中のトナー粒子の充分な濃度を調えることである。
【０００６】
印刷機において使用される現像液は、現像ステーション、例えば、混合ユニットにおいて、トナーを含むトナー原液と支持液とを混合することによって形成される。問題のない印刷画像を形成するには、現像液に充分なトナー粒子が含まれていること、すなわち、現像液中のトナー質量濃度が設定された値を有することが必要である。この場合、印刷動作において、現像液は混合ユニットから取り出され、部分的に印刷材料に被着される。
【０００７】
つまり、電荷画像の現像を障害なく有効に行うには、定義されたトナー質量濃度、および、定義された支持液中のトナー粒子の電気泳動度を達成しなければならない。
【０００８】
支持液中のトナー粒子のトナー質量濃度および移動度を設定する際には、現像ステーションにおけるトナー質量濃度およびトナー粒子の移動度を求めることが要求される。現像液に対するトナー質量濃度が例えば２％から４０％までの範囲にある場合、電気泳動度を求めるための電気音響プロセスが公知であるが、これには正確なトナー質量濃度の知識が前提となる。
【０００９】
米国公開第２０１１／５８８３８号では、現像液でのトナー質量濃度を求める方法が公知である。ここでは現像液に少なくとも１つの超音波が印加される。その基礎となっているのは、所定の温度限界範囲内かつ一定の支持液のもとで現像液中を伝搬する音波の音速が主として支持液中のトナー粒子の成分に依存して定まるということである。したがって、現像液中の超音波の走行時間が設定された測定区間に沿って測定され、そこから、現像液中のトナー質量濃度の尺度となる音速が求められる。こうして、現像液中の音波の走行時間を測定することにより、現像液のトナー質量濃度を求めることができる。初期測定過程において、超音波の走行時間とトナー質量濃度との関数関係が、既知のトナー濃度を有する複数の現像液のもとで現像液温度を考慮して求められ、求められた値が走行時間およびトナー質量濃度に関して例えばテーブルとして格納される。このテーブルは、現像液を通る超音波の走行時間を測定することにより、トナー質量濃度を求めるために用いられる。場合により、テーブル内の各値のあいだを補間しなければならない。分散液中の質量濃度を求める同様の方法は、例えば、米国特許第６８１７２２９号、米国公開第５１２１６２９号、米国特許第７７６４８９１号から公知である。
【００１０】
米国公開第５２４５２９０号からは、液体中の荷電粒子の電気泳動度を求める測定装置が公知である。測定セルに荷電粒子を含む検査すべき分散液が封入されており、当該荷電粒子の電気泳動度が検出される。まず、測定セルに、液体中の粒子を振動させる交流電場が印加され、ついで、振動する粒子が形成する音波の速度が評価され、電場と液体中の粒子の平均速度とから、粒子の電気泳動度が結論される。分散液中の粒子のダイナミックな移動度を計算する式は、R.W.O'Brien et.al., "Colloids and Surfaces A", Physiochem. Eng. Aspects, 218 (2003)の89頁−101頁に記載されている。
【００１１】
公知の測定方法では、粒子の質量濃度もしくは電気泳動度がそれぞれ異なるプローブプローブボリュームを有する種々の測定セル中で測定されるので、濃度差および温度差により、測定精度が低下するという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国公開第２００６／０１５８３６号
【特許文献２】米国公開第２００８／２７９５９７号
【特許文献３】米国公開第２０１１／５８８３８号
【特許文献４】米国特許第６８１７２２９号
【特許文献５】米国特許第５１２１６２９号
【特許文献６】米国特許第７７６４８９１号
【特許文献７】米国公開第５２４５２９０号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】R.W.O'Brien et.al., "Colloids and Surfaces A", Physiochem. Eng. Aspects, 218 (2003), 89頁−101頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
よって、本発明の解決しようとする課題は、１回の測定過程で分散液中の粒子の質量濃度および電気泳動度の双方を測定できる方法を提供することである。分散液とは、粒子が液体中に分散した液のことである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この課題は、測定セル内の分散液に、可変の周波数を有する交流場、例えば、交流電場を印加し、交流場によって分散液中の粒子を振動させ、分散液中の粒子に音圧波を形成し、音圧波振幅（ＥＳＡ信号）を周波数に基づいて測定し、音圧波の最大振幅を検出し、この最大振幅に対応する周波数を音圧波の共振周波数として求め、共振周波数から分散液中の粒子の質量濃度を求めることにより解決される。
【００１６】
共振周波数と分散液中の粒子の質量濃度との関数関係は、あらかじめ、分散液中の粒子の質量濃度が既知となっている初期測定過程において求められ、例えばテーブルとして格納される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】分散液中の粒子の質量濃度およびダイナミック移動度を測定する測定装置を示す図である。
【図２】測定装置で使用される測定セルの実施例を示す図である。
【図３】音圧波振幅ＥＳＡと測定セルでの周波数との関数関係を示すグラフである。
【図４】粒子の質量濃度と測定セルでの音圧波の共振周波数との関数関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の種々の実施形態は従属請求項から得られる。
【００１９】
分散液中の粒子の電気泳動度は測定装置によって求められる。これは、ＥＳＡ信号および電場強度から電気泳動度を結論することができるからである（上掲のR.W.O'Brien et.al., "Colloids and Surfaces A"を参照）。
【００２０】
本発明の方法の利点は、１回の測定過程において分散液中の粒子の質量濃度と分散液中の移動度との双方を求められるということである。結果として、分散液中の粒子の質量濃度と分散液中の移動度という測定量に対する測定精度の改善が達成される。現像液について云えば、これはトナー質量濃度および電気泳動度を正確に測定できることを意味する。このことは、電荷担体を現像するための現像液を使用する印刷機の液体管理部におけるパラメータ制御にとって重要である。
【実施例】
【００２１】
以下に、図示の実施例に則して、本発明を詳細に説明する。
【００２２】
本発明では、分散液中の音圧波の電気音響圧力振幅ＥＳＡ（Electroacoustic Sonic Amplitude）を測定する既知の測定装置を基礎とする。
【００２３】
本発明を説明するに際して、以下では、液体中に粒子を含む分散液を扱い、当該分散液中の粒子の質量濃度および移動度を求めるものとする。有利な実施例では、当該分散液は電子写真印刷の現像液であり、当該現像液は粒子としてトナー粒子を含み、液体として例えば鉱物油もしくはシリコーン油を含む。当該液体は支持液もしくはキャリアとも称される。
【００２４】
図１には、分散液中の荷電粒子の質量濃度ＴＫとダイナミック移動度μｄとを同時に求めることのできる測定装置ＭＡの実施例がブロック図で示されている。分散液は測定セルＭＺ内に充填されており、測定セルＭＺの詳細な構造は図２に示されている。測定セルＭＺ内の分散液には交流電場Ｕ（ｆ）が印加され、ここでＵは交流電場の電圧、ｆは交流電場の周波数である。当該交流電場によって粒子は振動させられ、これにより分散液中に音圧波が生じる。測定セルＭＺの出力側には、出力信号としての音圧波振幅ＥＳＡ（ｆ）と、測定セルＭＺの温度Ｔとが出力される。制御ユニットＳＴにより、ここでのフローが制御され、測定セルＭＺに交流電圧Ｕ（ｆ）が供給され、ＥＳＡ信号ＥＳＡ（ｆ）が受け取られる。制御ユニットＳＴはＥＳＡ信号をプロセッサユニットＰＲへ伝送し、プロセッサユニットＰＲはＥＳＡ信号から分散液中の粒子の質量濃度ＴＫを求める。質量濃度ＴＫはメモリユニットＳＰに記憶される。メモリユニットＳＰは、他の既知の分散パラメータとして、分散液の液体中の音速ｃ、液体の粘度η、粒子と液体とのあいだの密度差Δρなどを含んでいてもよい。これらのパラメータが制御ユニットＳＴへ供給され、ＥＳＡ，ＴＫ，ｃ，η，Δρのパラメータから、以下に挙げる式（２）にしたがって、分散液中の粒子のダイナミック移動度μｄが求められる。このフローは、定義された温度Ｔのもとにある測定セルＭＺ内で行われる。測定セル温度Ｔが変化すると、粒子の移動度μｄおよび音圧波振幅ＥＳＡにも変化が生じる。
【００２５】
図２には測定セルＭＺの構造の実施例が示されている。測定セルＭＺは分散液１を充填したプローブチャンバ２を有している。プローブチャンバ２は例えば円筒形の音響レゾネータから成り、その上面および下面に対して平行な平面に複数の電極３が設けられており、この電極間に交流電場４がかかる。電極３間にかかる交流電場４により、分散液中の荷電粒子に周期運動が励振されるが、その振幅は、電場４の周波数を調整することによってプローブチャンバ２内の共振周波数まで最大化される。このとき振動する粒子によってプローブチャンバ２内に音圧波が生じる。この音圧波は、音響レゾネータによって増幅され、交流電場４の周波数に依存して種々に異なる音圧波振幅を有する。交流電場４によって形成される分散液１中の音圧波は音響伝導ロッド５を介して音圧変換器６へ供給され、そこで電気信号へ変換される。この信号の振幅はＥＳＡ信号として交流電場４の周波数ｆに依存して求められる。また、温度センサ７によってプローブチャンバ２の温度が測定される。例えば、プローブチャンバ２は３ｍｍまでの電極距離を有し、電極３には１ＭＨｚまでの領域の可変の周波数を有する交流電圧８０Ｖが印加される。
【００２６】
音圧波振幅（ＥＳＡ信号）は設定された周波数に依存して測定され、例として、音圧波振幅と周波数ｆとの関数関係を示す図３の曲線が得られる。この図３の曲線から、周波数分解での評価により、共振周波数が求められる。この共振周波数はプローブチャンバ２の幾何学的形状と分散液の音響特性とによって定められる。図３からは、例えば、音圧波振幅ＥＳＡの最大値が共振周波数８９１ｋＨｚに位置することがわかる。なお、図３では、トナー粒子を含む現像液について、音圧波振幅と周波数との関数関係が示されている。
【００２７】
分散液中の粒子の質量濃度ＴＫが種々に異なる場合、種々の共振周波数が得られる。ここで、測定によって求められた分散液の共振周波数から、分散液中の粒子の質量濃度ＴＫが推定される。既知の質量濃度ＴＫを有する分散液を用いた先行する初期測定過程において共振周波数と粒子質量濃度との関数関係が求められていれば、測定された共振周波数から粒子質量濃度ＴＫを求めることができる。図４には、現像液でのグラフが示されている。ここでは、温度および支持液は一定で、共振周波数がトナー質量濃度ＴＫに依存して既知の５つのトナー質量濃度ＴＫにおいて測定されている。現像液の共振周波数が図１の測定装置によって測定され、そのトナー質量濃度が未知である場合、図４のグラフからトナー質量濃度ＴＫを読み出すことができる。図４の曲線はテーブルとしてプロセッサユニットＰＲ内に記憶されている。よって、まず音速を検出して次に初期測定過程で求められたテーブルを用いて音速からトナー質量濃度を推定しなければならない従来技術とは異なり、直接に共振周波数からトナー質量濃度ＴＫを推定することができる。従来のプローブチャンバ内での音波の走行時間を用いた音速の測定は、本発明での共振周波数の算出に比べて不正確である。
【００２８】
さらに、上掲のR.W.O'Brien et.al., "Colloids and Surfaces A"によれば、図１の測定装置を用いて、ＥＳＡ信号と所定の温度Ｔのもとでの共振周波数によって得られた質量濃度ＴＫとを評価して、プローブボリューム内の移動度を求めることができる。前提となるのは、以下の式（２）につき、音圧波振幅ＥＳＡ，質量濃度ＴＫ，液体中の音速ｃ，液体の粘度η，粒子と液体とのあいだの密度差Δρの各パラメータが既知となっていることである。音圧波振幅ＥＳＡは測定セルＭＺによって測定される。質量濃度ＴＫはプロセッサユニットＰＲにおいて共振周波数から求められる。また、液体中の音速ｃおよび粒子と液体とのあいだの密度差Δρの各パラメータは検査すべき分散液（例えば現像液）ごとに既知である。現像液の液体は支持液もしくはキャリアとも称される。
【００２９】
音圧波振幅（ＥＳＡ）に影響するパラメータは、R.W.O'Brien et.al., "Colloids and Surfaces A"によれば、
ＥＳＡ＝ｃ＊Δρ＊ＴＫ＊μｄ＊Ｇ                                          （１）
であり、ここで、
ｃ：分散液の液体中の音速
Δ：粒子と液体とのあいだの密度差
ＴＫ：粒子質量濃度
μｄ：粒子のダイナミック移動度
Ｇ：較正係数（例えば測定セルＭＺの特性を含む）
である。
【００３０】
ＥＳＡ値から、粒子のダイナミック移動度μｄの値を
μｄ＝ＥＳＡ／ｃ＊Δρ＊ＴＫ＊Ｇ                                          （２）
として計算することができる。Ｇは移動度測定の較正の際に求められる。
【００３１】
粒子の質量濃度ＴＫを求める場合には、測定セルＭＺでの音波の励振を、光音響プロセスによって行うことができる。例えば、分散液が光ビームを充分に吸収できる適切な波長の光ビーム（レーザー光）を用いて、励振が行われる。
【符号の説明】
【００３２】
ＭＡ  測定装置、  ＭＺ  測定セル、  ＳＴ  制御ユニット、  ＰＲ  プロセッサユニット、  ＳＰ  メモリユニット、  １  分散液、  ２  プローブチャンバ、  ３  電極、  ４  交流電圧源、  ５  音響伝導ロッド、  ６  音圧変換器、  ７  温度センサ、  ＥＳＡ  音圧波振幅、  ｃ  分散液の液体中の音速、  Δρ  粒子と液体とのあいだの密度差、  ＴＫ  粒子質量濃度、  μｄ  ダイナミック移動度、  Ｇ  較正係数、  Ｕ（ｆ）  周波数ｆを有する励起電圧、  ｆ  周波数
【図１】
0005930858.tif 000002
【図２】
0005930858.tif 000003
【図３】
0005930858.tif 000004
【図４】
0005930858.tif 000005