(57)【要約】【課題】トナー濃度の高い液体現像剤を用いても、正確にトナー濃度を測定できるトナー濃度測定装置及び湿式現像装置、画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】トナー粒子とキャリアにより構成する液体現像剤のトナーの濃度を光学センサにより測定するトナー濃度測定装置において、対向配置された一対の電極間に液体現像剤を配置し、前記一対の電極間に電圧を印加してトナー濃度が段階的に変化する領域を生じさせ、前記一対の電極間の透過光量を検出することによりトナー濃度を測定する。【選択図】図３
2007178734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともキャリア液と帯電したトナーとを含む液体現像剤のトナー濃度測定装置であって、
対向配置させた一対の電極と、
該一対の電極間に電圧を印加するための電源と、
前記一対の電極間領域に向けて光を照射するための発光手段と、
前記発光手段から照射され前記一対の電極間領域を通過し前記一対の電極間に発生する電界方向と交差する方向に向かう光を受光するための受光手段と、
前記一対の電極間領域に測定対象となる液体現像剤を満たし、前記一対の電極間に電圧を印加してトナー濃度が段階的に変化する領域を生じさせた状態で前記発光手段により該領域に向けて光を照射した時に該領域を通過してくる光の受光量に基づいてトナー濃度を算出する算出手段と、を有することを特徴とするトナー濃度測定装置。
【請求項２】
前記一対の電極間に液体現像剤を保持するための透光性の保持部材を備え、該保持部材の電界方向の長さが光通過方向の厚みよりも大きい板形状であることを特徴とする請求項１に記載のトナー濃度測定装置。
【請求項３】
前記一対の電極を複数組有することを特徴とする請求項１又は２に記載のトナー濃度測定装置。
【請求項４】
前記液体現像剤のトナー濃度が、１０質量％乃至５０質量％であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のトナー濃度測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のトナー濃度測定装置を有することを特徴とする湿式現像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の湿式現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体現像剤等のトナー濃度測定装置及びトナー濃度測定装置を有する湿式現像装置、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高速で高画質が得られる画像出力機としては、主に印刷機が用いられてきた。しかしながら、印刷機は版を作る必要があり、少ない部数の注文に対してコスト的なメリットを得ることが難しかった。一方、デジタル技術の進展に伴い、近年では電子写真方式による画像形成装置で印刷画像と同等の画質が得られるようになり、注文部数の少ないプリント物を必要枚数だけ提供するオンデマンドのプリントビジネスも登場している。このような電子写真方式の画像形成装置には乾式電子写真方式のものと湿式電子写真方式のものがあるが、湿式電子写真方式の画像形成装置は粒径の小さなトナーを使用するので、写真画像などの高画質が要求される画像形成に有利である。
【０００３】
湿式電子写真方式の画像形成装置では、感光体などの潜像担持体上に形成された静電潜像を絶縁性のキャリア液に荷電トナーを分散させてなる液体現像剤を用いて現像し、顕像化した画像を転写紙に転写することにより画像形成が行われる。液体現像剤は画像形成に伴うトナーの消費に伴ってトナー濃度が減少し、そのまま画像形成を継続すると画像濃度の低下等を招き画質に影響を与える。したがって、液体現像剤のトナー濃度は常に一定レベルに維持する必要がある。
【０００４】
液体現像剤のトナー濃度を一定レベルに維持する方法としては、通常、液体現像剤のトナー濃度を測定し、減少分のトナーを補充する方法が採られている。具体的には、現像タンク内を流動する液体現像剤中に発光素子と受光素子を対向配置させておき、受光素子の受光する光量変化によりトナー濃度を測定する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、現像タンク内に開口部を有する保持部材を浸漬させておき、その後保持部材を引き上げて、開口部に形成された液膜を挟んで、発光素子と受光素子により、透過光量の変化を検知して、濃度を測定する方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。さらに、ローラ上に液体現像剤層を形成し、そのローラに向けて発光を行う発光素子とローラからの反射光を測定する受光素子とを設け、反射光量からトナー濃度を検出する方法が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特許第３１７６３９８号公報
【特許文献２】特公平７−１１４８５号公報
【特許文献３】特開２００３−２７０９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、注文されたプリント物を迅速に提供することへの要求度は日々高まっており、この要求に応えるために液体現像剤を用いた画像形成装置では、液体現像剤のトナー濃度を高くしたり、潜像面と液体現像剤を保持した現像ローラとのギャップを狭める等の対応が採られることがある。
【０００６】
しかしながら、高濃度の液体現像剤を使用する場合、上記の従来技術では以下の課題がある。まず、先に示した特許文献１では、発光素子と受光素子との間隔を非常に狭く設定しなくてはならず、設定に高い精度が要求される結果、装置が大型化し、コストアップを招く恐れがある。また、特許文献２に開示された方法では、開口部に形成される液膜の厚さを非常に薄くする必要があり、技術的な困難が伴うものである。さらに、特許文献３に開示された技術では、ローラ上に形成される液体現像剤層の膜厚ムラをより高いレベルで抑制することが求められ、装置の制作が難しくなったり、測定精度が低下したりするという問題が生じる。
【０００７】
このように、液体現像剤のトナー濃度を高くすると、従来のトナー濃度測定装置では、正確なトナー濃度測定が困難であった。
【０００８】
本発明は、トナー濃度の高い液体現像剤を用いた場合に液体現像剤中のトナー濃度を正確に測定することが可能なトナー濃度測定装置を提供すること、及び、該トナー濃度測定装置を備えた湿式現像装置や画像形成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】
【０００９】
本発明者は、鋭意研究を重ねたところ、以下の記載の何れかの構成により、前記課題を解決できることを見出した。
【００１０】
１．
少なくともキャリア液と帯電したトナーとを含む液体現像剤のトナー濃度測定装置であって、対向配置させた一対の電極と、該一対の電極間に電圧を印加するための電源と、前記一対の電極間領域に向けて光を照射するための発光手段と、前記発光手段から照射され前記一対の電極間領域を通過し前記一対の電極間に発生する電界方向と交差する方向に向かう光を受光するための受光手段と、前記一対の電極間領域に測定対象となる液体現像剤を満たし、前記一対の電極間に電圧を印加してトナー濃度が段階的に変化する領域を生じさせた状態で前記発光手段により該領域に向けて光を照射した時に該領域を通過してくる光の受光量に基づいてトナー濃度を算出する算出手段と、を有することを特徴とするトナー濃度測定装置。
【００１１】
２．
前記一対の電極間に液体現像剤を保持するための透光性の保持部材を備え、該保持部材の電界方向の長さが光通過方向の厚みよりも大きい板形状であることを特徴とする１に記載のトナー濃度測定装置。
【００１２】
３．
前記一対の電極を複数組有することを特徴とする１又は２に記載のトナー濃度測定装置。
【００１３】
４．
前記液体現像剤のトナー濃度が、１０質量％乃至５０質量％であることを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載のトナー濃度測定装置。
【００１４】
５．
１乃至４の何れか１項に記載のトナー濃度測定装置を有することを特徴とする湿式現像装置。
【００１５】
６．
５に記載の湿式現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、対向配置された一対の電極間に液体現像剤を配置し、前記一対の電極間に電圧を印加した後、前記一対の電極間の透過光量を検出することによりトナー濃度を測定するに当たって、液体現像剤に電界を印加して、帯電したトナー粒子を電気泳動により電極近傍に移動させて液体現像剤中にトナー濃度が段階的に変化する領域を形成し、形成した領域に向けて光を照射し該領域を通過してくる光の受光量に基づいて液体現像剤のトナー濃度を算出することで、高濃度現像剤であっても、正確にトナー濃度を測定できるトナー濃度測定装置を提供できる。また、このトナー濃度測定装置を有する湿式現像装置を用いた画像形成装置により、安定した画像を長期わたって形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好適な実施形態であるトナー濃度測定装置を有する液体現像装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図である。ドラム状の像担持体１の周囲には、矢印で示す回転方向に順に、帯電装置２、露光装置３、液体現像装置４、転写ローラ５、クリーニングブレード６、除電ランプ７がそれぞれ配設されている。像担持体１の表面を帯電装置２により、所定の表面電位に一様に帯電し、その後、露光装置３により画像情報の露光を行い、像担持体１の表面に静電潜像を形成する。次いで、像担持体１の静電潜像は、液体現像装置４により現像され像担持体１の表面にトナー像が形成される。
【００１９】
像担持体１に形成されたトナー像は、所定の電圧が印加された転写ローラ５により転写紙８上に転写される。その後、所定の温度に保持された定着ローラ９１、９２を通過することにより、トナー像は転写紙２０上に固定的に定着される。また、トナー像の転写後の像担持体１上に残存する液体現像剤は、クリーニングブレード６により除去される。上記の工程を繰り返し、転写紙２０上への画像形成を連続して行う。また、転写ローラ５にも像担持体１上の液体現像剤が一部付着するため、転写ローラ５上の液体現像剤をクリーニングするブレード５１が設置されている。
【００２０】
液体現像装置４は、現像ローラ９と現像ローラ９に液体現像剤を供給する供給ヘッド１０と、供給ヘッド１０に液体現像剤を供給する供給装置８を備えている。供給装置８は、絶縁性のキャリア液中にトナー粒子を分散させた液体現像剤を所定の濃度に調整する現像剤濃度調整槽１２に接続されている。
【００２１】
図２に現像剤濃度調整槽１２の詳細図を示す。現像剤濃度調整槽１２に、現像剤投入部１３から、現像ローラ９や像担持体１や転写ローラ５等から回収された現像剤が投入される。また、濃度調整用の濃縮液と希釈液が補給部１４から供給され、攪拌部材１５により現像剤濃度調整槽１２内のトナー濃度が均一になるように攪拌される。現像剤濃度調整槽１２内のトナー濃度は、トナー濃度測定装置１６により測定された結果をもとにトナー濃度調整がされる。
【００２２】
図３に本発明の一実施形態であるトナー濃度測定装置１６の概略図を示す。また、図４に現像剤保持部材１６１の拡大平面図を示す。絶縁性の樹脂でできた薄板１６４に複数のスリットを設け、各スリットを挟むように一対の電極１６５、１６６が構成されている。一対の電極の一方は接地され、他方は、電源１６７につながっている。この現像剤保持部材１６１を現像剤濃度調整槽１２内の液体現像剤に浸漬し、各スリットに液体現像剤を保持した後、現像剤濃度調整槽１２内の液体現像剤から引き上げ、発光素子１６２と受光素子１６３の間に配置する。次に各スリットの両側に配置された電極１６５、１６６に所定の電圧を印加し、一定時間経過後、発光素子１６２から現像保持部材１６２を通した透過光を受光素子１６３により受光する。この時のスリット内におけるトナーの動きを図５ａ、図５ｂに示す。液体現像剤から引き上げられた現像剤保持部材１６１のスリットには、図５ａに示すように液体現像剤が保持されている。この液体現像剤に電極１６５、１６６により所定の電圧を印加することにより図５ｂに示すようにスリット内の液体現像剤中のトナーが一方の電極に引き寄せられる。その結果、図５ｃに示すようにスリット内の液体現像剤のトナー濃度が薄い領域から濃い領域まで段階的に変化する領域が形成される。発光素子１６２の所定の発光強度とトナー濃度により、受光素子１６３が光を検出できる領域Ａが決まる。
【００２３】
この光を検出できる領域Ａは、図５ｄに示すようにトナー濃度が段階的に変化する領域で光の検出できない限界トナー濃度Ｔｃの位置で決まる。Ｔｃの位置は、トナー濃度とスリット間の電界及び印加時間により決まるので、電界と印加時間を一定にした場合、Ｔｃの位置はトナー濃度で変化する。
【００２４】
よって、スリットの形状（電極間の幅と光透過方向の距離）と発光素子１６２、受光素子１６３、印加電圧、印加時間などを所定値にすることで、トナー濃度と相関関係にある受光光量を得ることができる。すなわち、その領域の液体現像剤のトナー濃度が高いほど、受光光量は少なく、トナー濃度が低いほど、受光光量は多くなる。このように、液体現像剤に電界を印加させることにより電気泳動の作用で液体現像剤中にトナー濃度が段階的に変化する領域を形成し、その低濃度領域を透過する光量からトナー濃度を算出することは従来の液体現像剤の濃度測定方法とは思想を異にするものである。
【００２５】
このようなトナー濃度測定装置を用いることにより、従来、光学的に測定する場合、液体現像剤層の薄膜形成が難しく、トナー濃度測定限界があったものを測定することができるようになった。
【００２６】
以下トナー濃度の算出方法をより具体的に説明する。
【００２７】
あらかじめトナー濃度を変化させた液体現像剤を用いて、図３のスリット形状と発光素子１６２、受光素子１６３を用い、所定の印加電圧及び印加時間後における受光光量を測定し、データ１としてメモリーに保存しておく。
【００２８】
次に、実際に稼働状態にある湿式現像装置を用いて測定した受光量とデータ１を比較することでトナー濃度を算出することができる。このような算出方法は、あらかじめプログラムされたコンピュータを内蔵しておくことで、適宜トナー濃度を測定することができる。
【００２９】
このトナー濃度値をもとに、必要なトナー補充量を算出するプログラムを内蔵し、その算出結果を基に、補給部１４から必要な濃縮液と希釈液を現像剤濃度調整槽１２内に添加することにより、一定のトナー濃度に調整することができる。
【００３０】
データ１から算出したトナー濃度と受光光量との関係を図６に示す。透過光量は、トナー濃度の増加とともに減少していくことがわかる。
【００３１】
測定後の現像剤保持部材１６１は、再度現像剤濃度調整槽１２内の液体現像剤に浸漬され、そこでスリット内部の現像剤を除去するために電極１６５に交番電界を印加する。この交番電界により、スリット内のトナー層は現像剤濃度調整槽１２の液体現像剤中に分散され、スリット内部をクリーニングすることができる。なお、クリーニング方法については、混方法以外にも、液体現像剤をノズルから噴射し、現像剤保持部材１６１に吹き付ける方法や、クリーニング用のブラシで除去する方法も有効である。
【００３２】
また、現像剤保持部材１６１のスリットへの現像剤充填方法として、現像剤保持部材１６１を浸漬下後、引き上げるという方法をとったが、図７に示すように、引き上げ時に充填ブレード１６８を現像剤保持部材１６１の両側から押圧し、液体現像剤を充填するようにしても良い。また、現像剤保持部材１６２の片方の面に透明板を貼り付け、図７における充填ブレードを１つ用いた構成にしても良い。
【００３３】
さらに図８に示すようにこの現像剤保持部材１６１を円盤状にして、液体現像剤から垂直に引き上げるのではなく、回転させる構成にすることもできる。回転体にすることで、コンパクトな構成を取ることができる。
【００３４】
また、発光素子１６２と受光素子１６３を対向配置し、その間に現像剤保持部材１６１が来るようにしているが、現像剤保持部材の片方の面に反射板を取り付け、受光素子１６３を発光素子１６２と同じ側に配置し、反射面からの反射光を受光するようにしても良い。
【００３５】
液体現像剤は、キャリア液である絶縁性液体、静電潜像を現像する帯電したトナー及び前記トナーを分散させる分散剤を主要成分としている。
【００３６】
キャリア液としては、一般に電子写真用液体現像剤に用いるものであれば、特に制限することなく使用することができる。例えば、鎖状あるいは分岐鎖状脂肪族系炭化水素、芳香族系炭化水素などが挙げられる。具体的には、ｎ−ペンタン、シクロヘキサン、イソパラフィン、塩素化パラフィン、ナフサ、ケロシン軽油などである。例えば、松村石油研究所（株）のモレスコホワイトなどを用いることができる。
【００３７】
トナーとしては、一般に電子写真用液体現像剤に用いるものであれば、特に制限することなく使用することができる。トナーは着色剤及びバインダーとしての結着樹脂からなる。結着樹脂としては、例えばポリスチレン樹脂、スチレンーアクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂を複数、混合して用いても良い。また、着色剤として用いられる顔料及び染料も一般に市販されている。例えば、顔料としては、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、シリカ、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、スカイブルー、ベンジジンイエロー、レーキレッドＤ等を用いることができる。染料としては、ソルベントレッド２７やアシッドブルー９等を用いることができる。
【００３８】
液体現像剤の調製方法としては、一般に用いられる方法で調製することができる。例えば、結着樹脂と顔料とを所定の配合比で、例えば加圧ニーダ、ロールミル等を用いて溶融混練して均一に分散し、得られた分散体をジェットミル等を用いて微細に粉砕する。得られた微粉末を例えば風力分級機等を用いて分級することで、所望の粒径のトナーを得ることができる。
【００３９】
続いて、得られたトナーをキャリア液である絶縁性液体と所定の配合比で混合する。この混合物をボールミル等の分散手段を用いて均一に分散し、液体現像剤を得ることができる。
【００４０】
液体現像剤のトナー濃度は、高速現像及びコンパクトな液体現像装置の構成を実現するために、高濃度であるのが好ましいが、１０〜５０質量％、好ましくは２０〜４０質量％である。
【００４１】
図９に本発明のトナー濃度測定装置の他の実施形態を示す。また、この時の現像剤保持部材１６１の詳細図を図１０に示す。図９において、現像剤保持部材１６１のスリット部にポンプ１６９により現像剤濃度調整槽１２の液体現像剤を供給する。供給後、ポンプ１６９を停止し、電極１６５と１６６の間に所定の電圧を印加する。その後、一定時間経過後に発光素子１６２と受光素子１６３を用いて、透過光量を測定し、この透過光量からデータ１と比較することでトナー層領域とトナー希薄領域の層厚比を算出し、その算出結果とデータ２を比較して、現像剤濃度調整槽１２内のトナー濃度を算出する。その算出結果をもとに必要なトナー補充量を計算し、濃度調整用の濃縮液と希釈液を補給部１４から必要量補給し、トナー濃度調整をする。
【００４２】
受光素子でトナー濃度を算出した後は、ポンプ１６９を作動させるとともに、電極１６５と１６６間に交番電界を印加し、現像剤保持部材１６１のスリット内のトナー層を液体現像剤中に分散し、スリット内部を初期の状態に戻す。
【００４３】
このように本発明の実施形態に係るトナー濃度測定装置を用いて、一定枚数の画像形成ごとにトナー濃度を検知し、液体現像剤のトナー濃度を調整することにより、常に高画質な画像を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略図を示す。
【図２】本発明に係る現像剤濃度調整槽の詳細図を示す。
【図３】本発明の一実施形態であるトナー濃度測定装置の概略図を示す。
【図４】現像剤保持部材を拡大した平面図を示す。
【図５】現像剤保持部材のスリット部におけるトナーの動きを示す図である。
【図６】液体現像剤のトナー濃度と受光光量との関係を示す図である。
【図７】現像剤保持部材への現像剤充填方法を示す図である。
【図８】現像剤保持部材の別形態を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態であるトナー濃度測定装置の概略図を示す。
【図１０】現像剤保持部材の詳細図を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１  像担持体
２  帯電装置
３  露光装置
４  液体現像装置
５  転写ローラ
５１  ブレード
６  クリーニングブレード
７  除電ランプ
８  供給装置
９  現像ローラ
９１、９２  定着ローラ
１０  供給ヘッド
２０  転写紙
１２  現像剤濃度調整槽
１４  補給部
１５  攪拌部材
１６  トナー濃度測定装置
１６１  現像剤保持部材
１６２  発光素子
１６３  受光素子
１６４  薄板
１６５、１６６  電極
１６７  電源
１６８  充填ブレード
１６９  ポンプ
【図１】
2007178734.tif 000003
【図２】
2007178734.tif 000004
【図３】
2007178734.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007178734.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007178734.tif 000009
【図８】
2007178734.tif 000010
【図９】
2007178734.tif 000011
【図１０】
2007178734.tif 000012