JP2002502505A - 電子記録式プリンタの色制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子写真式プリンタの液体トナーの色濃度を実質的に維持するための装置および方法は、プリンタ内のトナーステーションと関連付けられた使用強度容器の液体トナーにトナー濃縮物を実質的に連続供給するとともに、液体トナーを該使用強度容器から廃棄フローストリームに実質的に連続回収する。この供給および回収作業は、計算式 （式中、Ｃは前記使用強度容器への濃縮物のフローストリーム、Ｐは使用強度容器から前記プリンタ内の調色ステーションへの液体トナーのフローストリーム、およびＷは使用強度容器から廃棄へのフローストリームであって、ｘは使用強度液体トナーに対するフローストリームＰ中のトナー固形分の質量分率、ｙ_iとｙ_oはそれぞれトナー濃縮物および廃棄物のフローストリームＣおよびＷ中のトナー固形分の質量分率を表す）にしたがって実施してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 電子記録式プリンタの色制御装置 発明の分野 本発明は、液体トナーを用いる電子記録式印刷法で印刷画像の色濃度を制御す る装置および方法に関するものである。 発明の背景 湿式電子記録式画像形成装置は、表面に現像液が供給されて潜像が現像される 画像形成基体を含んでいる。画像形成基体は、恒久的な受像体であっても一時的 な受像体であってもよく、ドラム、ベルト、またはシートの形態をとることがで きる。湿式電子画像形成装置は、画像形成基体として誘電材料を有する静電装置 であってもよいし、あるいは、画像形成基体として感光体を有する電子写真式装 置の形態をとることもできる。誘電材料を利用する静電装置の場合、静電スタイ ラスを利用して誘電体基体を選択的に帯電させることによって潜像を形成できる 。電子写真式装置の場合、感光体は、例えばコロナ帯電装置を用いて均一に帯電 される光導電材料を含み、電磁放射線のパターンを用いて感光体を選択的に除電 することによって感光体上に潜像を形成できる。 多色画像形成装置は、画像形成基体上に複数の潜像を形成する複数の画像形成 ステーションを含む場 合がある。多色画像形成装置の各潜像は、複製しようとしているオリジナル多色 画像の色分解画像のうちの１つに対応している。潜像が形成されると、現像ステ ーションが現像液を画像形成基体に供給して潜像を現像する。 現像液は、キャリヤ液と、電荷指向剤および染料や顔料などの着色剤を含むこ とができる現像剤粒子とを含んでいる。多色画像形成装置の場合、複数の現像ス テーションのそれぞれが、適切に着色された現像液を画像形成基体に供給し、対 応する色分解画像の中間像を形成する。乾燥ステーションが、現像ステーション で供給された現像液を、現像剤材料の薄膜を残した状態で乾燥する。次に転写ス テーションが、現像剤材料を画像形成基体から、紙、布、プラスチック、または フィルムなどの出力基体に転写して原画像の可視像を形成する。静電画像形成装 置によっては、転写が不必要であるように、画像形成基体が出力基体の役割を果 たす場合もある。 現像ステーションは一般に、例えば現像ローラまたはベルトなどの現像装置を 含んでいる。実例を示すために現像ローラの動作を説明する。現像ローラは駆動 機構によって回転され、ローラと画像形成基体の間の電界に寄与するバイアス電 位によって帯電される。回転中の帯電現像ローラは、画像形成基体の画像形成領 域表面に現像液を供給して潜像を現像する。現像ローラは、通常、基体表面近傍 に配置されているので、その結果として構成される間隙に薄 い現像液層を構成できる。多色画像形成装置では、複数の現像ローラのそれぞれ が別々の色の現像液を画像形成基体に与えて異なる色分解画像を現像することに よる現像プロセスが繰り返される。 プロット間の変動を最小限にするために、静電タイプまたは電子写真タイプの 電子記録式印刷においては色濃度の均質性が重要である。いくつかの変数が電子 記録式印刷の色濃度に影響を及ぼすが、最も重要なのは液体トナー配合物である 。 従来の液体トナーは、着色粒子、イソパラフィン系炭化水素キャリヤ液(Isopa r^TMなど)、および電気的特性に影響を及ぼす電荷制御剤を含んでいる。液体トナ ー中に顔料、樹脂、および電荷制御剤が存在していたとしても、液体トナー中に 顔料、樹脂、および電荷制御剤が存在していたとしても、トナー粒子自体が３成 分すべてから構成されていなければ潜像の適正な調色が得られない。 液体トナー中で適切に帯電された、有効範囲内の着色樹脂粒子のトナー配合物 のみを「有効な(ｖｉａｂｌｅ)」トナーと考える。許容範囲外の色濃度の低下（「 劣化(ｄｅｐｅｌｅｔｉｏｎ)」としても知られている）は、一般に、（ａ）有効 トナーの固形分の濃度が低すぎる場合、または、（ｂ）使用強度トナー分散物の 導電率が高すぎる場合に発生する。 使用強度の導電率に起因する現像画像の希薄化の機構は良く分かっていない。 例えば、米国特許第５，２７８，６１５号（Ｌａｎｄａ）は、画像形成基体 の電荷が「漏電」によって満足されるほどトナーの導電率が高いと示唆している 。米国特許第５，４４２，４２７号（Ｄａｙ）は、自由浮動電荷制御剤と被帯電 無着色樹脂粒子とが画像形成基体上の帯電領域の有効粒子に付着するために、結 果として画像濃度が低くなると示唆している。Ｄａｙは更に、トナーの導電率が 高くなればなるほど、有効な固形分がより強く帯電され、画像形成基体上の電荷 を満足するために必要とされる前記固形分が減り、結果として画像濃度が低下す るとも示唆している。 一般的な補充方法では、トナー濃縮物（一般に全固形分約１２〜１５％）を、 通常は光透過率などのフィードバック機構によって監視される使用強度トナー（ 一般に全固形分約２〜３％）に追加する。 トナー濃縮物は、適正な相対濃度の顔料、樹脂、および荷電制御と調合できる が、市販のトナーには無効な（ｎｏｎ−ｖｉａｂｌｅ）トナー固形分が必ず含ま れている。電子記録式印刷時、有効トナー固形分は、無効トナー固形分よりもず っと高い割合で画像形成基体に担持される。そのため、自由電荷制御剤および被 帯電無着色樹脂粒子とを含む無効トナー固形分が、容認しえないレベルにまで上 昇する場合がある。この時点でトナーは補充不可能と考えられ、全液体量の液体 トナーを廃棄しなくてはならない。 電子記録式画像形成時の印加電圧上昇により画像濃度を増すことが出来るが、 劣化したトナーは限ら れた程度の対応しかできない。現時点の補充法は、前述した２つの方法のいずれ かによってトナーを消耗し、色濃度の低下を招くものである。色濃度の低下によ って次の印刷色による「覆い隠し」を生じるので、劣化はしばしば色相のずれを 併発し、無効トナーに起因する問題を悪化させる。 静電式または電子写真式印刷装置の液体トナー補充法を言及している特許もい くつかある。米国特許第５，３１９，４２１号（Ｗｅｓｔ）および米国特許第４ ，２２２，４９７号（Ｌｌｏｙｄ他）は、液体トナーが２つの透明な窓の間を通 過するときに液体トナーの光透過率を測定し、この測定値を適正なトナー濃度と 関連付けることによってトナー固形分を補充することを教示している。その後、 これらの光学的測定値に基づいて使用強度トナーにトナー濃縮物が追加される。 米国特許第４，８６０，９２４号（Ｓｉｍｍｓ他）は、使用強度トナーの光透 過率と導電率の測定に基づくトナーの補充を教示している。トナー濃縮物と電荷 制御剤とは別個に追加するもので、この方法は補充作業の繰り返しによるトナー の最終的な劣化を防止すると主張している。また、トナー濃縮物の沈殿を防止す るための攪拌の利用およびモータ駆動式攪拌装置の使用も開示している。 米国特許第５，３６９，４７６号（Ｂｏｗｅｒｓ他）は、画像品質の測定に基 づくトナーの補充を教示している。また、トナー濃縮物の沈殿を防止する ための攪拌の利用および再循環ポンプの使用も開示している。 米国特許第５，１５５，００１号（Ｌａｎｄａ他）は、固体−液体相平衡を維 持することによって液体トナーの適正濃度を維持する電荷制御剤の利用を教示し ている。補充作業の繰り返しによる電荷剤の増加については触れていない。 米国特許第５，４４２，４２７号（Ｄａｙ）は、液体トナー配合物中に比較的 に濃度の低い電荷制御剤を含む濃縮物を使用できるトナー濃縮物の攪拌を利用す ることを教示している。攪拌によって濃縮物を懸濁状態に保って電荷制御剤の量 を減らすことによって、高導電率のためにトナーを廃棄しなくてはならなくなる までの補充回数を増加させる。このＤａｙ特許および米国特許第５，４０４，２ １０号（やはりＤａｙ）は、トナーからイオン汚染物を除去する浄化装置を通し てトナーを再循環させる方法を開示している。その後、浄化されたトナーは装置 に戻される。 米国特許第５，６２３，７１５号（Ｃｌａｒｋ）は、（Ａ）粒子の沈殿を防止 し、トナー固形分をプリミックスに更に正確に追加できるようにするためにトナ ー濃縮物の連続循環を利用することと、（Ｂ）トナー濃縮物を正確に追加するた めにピストンポンプと逆止弁の組み合わせを利用することと、（Ｃ）画像が形成 された用紙と画像が形成されていない用紙の両方の計量に化学天秤を利用し、用 紙に付着してい るトナー固形分の量を求めてトナー濃縮物の交換率を計算する較正手順と、を教 示している。 電子写真の現像領域から劣化した液体トナーを除去する種々の機械的手段を教 示している特許もいくつかある。米国特許第３，８０３，０２５号と米国特許第 ３，９１３，５２４号（いずれも福島他）は、劣化したトナーを絞り取るために 、現像済みの画像と、劣化トナーから成る隣接層とをニップロールに通すことを 論じている。米国特許第４，６２３，２４１号（Ｂｕｃｈａｎ他）は、現像領域 から劣化したトナーを除去するためのスロット付き表面を記載している。イギリ ス特許出願公開第２１７９２７４号（Ｓｐｅｎｃｅ−Ｂａｔｅ）は、計量ポンプ と組合せ、余分なトナーを再循環する必要がないように正確な使用量の液体トナ ーの薄層を潜像に供給する装置を記載している。Ｓｐｅｎｃｅ−Ｂａｔｅ特許は 、別の実施形態において、余分なトナーを排出させて再循環させることができる 別の様式についても記載している。そのため、画像と一緒に持ち出されなかった 劣化トナーは、使用強度トナー容器に戻され、装置から除去されない。 画像表面から劣化したトナーを除去して、新しいトナーと交換する方法は、カ リフォルニア州サニーペールのラスターグラフィック社(Ｒａｓｔｅｒ Ｇｒａ ｐｈｉｃｓ)、カリフォルニア州サンジョーズのゼロックス社（Ｘｅｒｏｘ Ｃ ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のＣｏｌｏｒｇｒａｆＸ部門、ミネソタ州セン トポールの３Ｍ社(３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ)、東京のＮＳカルコンプ社が販売して いるものなどのマルチパスおよびシングルパスの静電式プリンタで使用されてい るトナーアプリケータローラと本質的に類似している。劣化したトナーは画像表 面から除去されるが、その後に大量の使用強度トナーと混合される。 電子記録式プリンタから液体トナーをバッチ式に除去することを教示している 特許もいくつかある。米国特許第５，３９６，３１６号（Ｓｍｉｔｈ）および米 国特許第５，０８３，１６５号と米国特許第５，２０８，６３７号（いずれもＬ ａｎｄａ）には、トナー濃縮物を容器またはカートリッジから与えるとともに、 余分な劣化トナーを取り除いて同じ容器またはカートリッジに入れることによっ て劣化したトナーを処分する段階を自動化する手段が記載されている。 発明の開示 色濃度の悪さに関わる直接の機構が何であれ、電子記録式液体トナーの「無効 な」トナー固形分と導電率の上昇とを回避すべきことは明らかである。本発明で は、液体トナー中のトナー特性が容認されうる一定レベルに維持されるように補 充を行う方法の変更態様を記述する。本発明の利益は、プロセスカラーのように 特に長い印刷実行時に、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック（それぞれ“CM YK”）から成る主要４印刷色それぞれについて許容色濃度を 提供できる機能を実現することである。 本発明は、濃度計または色彩計を用いて測定したときに許容範囲の色濃度を提 供することが分かっている範囲内の使用強度固形分および導電率を維持すること によって、印刷時に電子記録式トナー内の有効トナーを維持することに関するも のである。 本発明は、液体トナーの浄化および再使用を必要としないという点でＤＡＹ特 許の教示と異なる。本発明は、トナー固形分および電荷制御剤の定常状態濃度を 、Ｄａｙが開示したよりも高くすることができ、それによって本発明は市販のト ナーを改質せず、また、トナー濃縮物を常に攪拌せずに使用することができる。 本発明は、無効トナー固形分のイオン種だけでなく、液体トナー内のすべての 汚染物質の増加問題を解決ものでもある。 本発明は、液体トナーの導電率および無効トナー固形分の増加を防止するため に、使用強度トナーにトナー濃縮物および必要に応じて希釈液を実質的に連続的 に加えるとともに使用強度トナーの一部を実質的に連続的に回収することによっ て実質的にばらつきのない印刷色濃度を達成する手段に関するものである。 本発明は、トナー濃縮物および必要に応じて希釈液をプリンタに実質的に連続 供給する手段と、液体トナーをプリンタから廃棄フローストリームに実質的に連 続回収する手段と含んでいる、電気記録式プ リンタの液体トナーの色濃度を実質的に維持する装置に関するものでもある。 前述の液体トナー関連特許は、いずれも、除去手順を実質的に連続的に行うこ とを記載してない。 本発明の特徴は、液体トナーの使用中ずっと有効トナー固形分を維持すること によってトナーの色濃度を制御する機能である。 本発明の長所は、プリンタの使用時間を延長するとともにトナー使用量を増大 することによってプリンタの生産性を向上する各液体トナー色の被制御色濃度の 効率の良さと確実性である。 本発明の別の長所は、トナーの性能を最大にするとともにトナーの消耗を最小 にする廃棄除去率を利用することである。したがって、所定のトナー除去で出る 廃棄物をバッチ式補充法で出る廃棄物よりも少なくすることができる。 一実施態様において、本発明は、電子写真式プリンタの調色ステーションと関 連付けられた使用強度容器内の液体トナーにトナー濃縮物を実質的に連続供給す る手段と、使用強度容器から廃棄フローストリームに液体トナーを実質的に連続 回収する手段とを含み、電子写真式プリンタの液体トナーの色濃度を実質的に維 持する装置を提供する。 別の実施態様において、本発明は、使用強度容器内の液体トナーにトナー濃縮 物を実質的に連続供給する段階と、使用強度容器から液体トナーの一部を実質的 に連続回収する段階とを含み、電子写真式印 刷装置の液体トナーの色濃度を実質的に安定させる方法を提供する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明によるプリンタを通る液体トナー流の線図である。 図２は、本発明によるプリンタを通る複数色の液体トナー流の線図である。 発明の実施形態 図１は本発明の一実施形態の図で、フローストリームＣの濃縮物から、トナー 固形分（一般に、それ自体が顔料と、バインダーと、電荷指向剤とから構成され ている）と、イソパラフィン系溶媒とを含む適切な液体トナー配合物を収容して いる容器１０への液体トナーの流れを示している。 容器１０内の、適切な「使用強度」の液体トナー配合物は、約０．５〜約１０ 重量％のトナー固形分および約９０〜約９９．５重量％の溶剤の幅を有すること ができる。 トナー固形分および電荷指向剤からなる市販のトナー濃縮物は、本発明による 使用に適している。電子記録式プリンタ用の液体トナーの製造業社の非限定例と して、Scotchprint^TM Electrostatic Toners[ミネソタ州セントポール3M社]、Ra ster Graphics Digital Inks[カリフォルニア州サニーベールのラスターグラフ ィクス社(Raster Graphics)]、Versatec Premium Color toners、ColorGrafX HiBrite toners、ColorGrafX Turbo ink[い ずれもカリフォルニア州サンジョーズおよびニューヨーク州ロチェスターのゼロ ックス社（Xerox）が販売]、およびSTC Weather Durable、STC High Saturation 、STC High Speed toners[いずれもニュージャージー州フェアフィールドのスペ シャルティトナー社（Specialty Toner Corp）製]などがある。同様に、市販の 炭化水素溶剤が本発明による使用に適している。炭化水素溶剤の非限定例として 、いずれもテキサス州ヒューストントンのエクソンケミカル社（Exxon Chemical Co.）製のIsopar^TM G、Isopar L、Isopar M、Isopar Cなどのイソパラフィン系 溶媒およびNorpar^TM 12などの連鎖パラフィン、および、例えばオハイオ州コロ ンバスのアシュランドケミカル社（Ashland Chemical Inc.）から市販されてい るミネラルスピリットなどがある。 したがって、市販されているトナーを改質したり結果的に劣化させること無く 利用することができる。 液体トナーの使用強度は、トナー固形分約０．５〜約１０重量％（平衡は希釈 液）の幅を持てることが望ましい。 液体トナーの使用強度は、トナー固形分約１〜約８重量％の幅を持てることが 好ましい。 容器１０は、トナー濃縮物Ｃ用の流入経路１２および任意の希釈液Ｄ用の流入 経路１４の２つの流入経路と、使用強度配合物内で作用する液体トナー用 の２つの出口を有している。出口１６は、プリンタの調色ステーションおよび（ ドラム、ベルトまたは他の不図示の調色ステーションからの出力媒体からの）紙 、プラスチック、布、フィルムへのフローストリームＰの経路である。出口１８ は、廃棄容器への経路Ｗにつながっている。廃棄フローストリームＷは、使用強 度容器と直接につながっていてもよい。あるいは、トナーステーションから廃棄 液体トナーを除去することによって廃棄物を事実上回収することにより、使用強 度容器から廃棄液体トナーが戻るのを防止できる。 フローストリームＰの液体トナーの実質的連続流とフローストリームＷの液体 トナーの実質的連続流とに基づく定常状態のプリンタ動作時、容器１０内の液体 トナーの固形分パーセントおよび導電率は実質的に一定である。非定常状態の動 作時、特に同一固形分パーセントで測定したときにトナー濃縮物Ｃの導電率が容 器１０内のトナーの導電率と異なる場合、容器１０内の固形分パーセントおよび 導電率が変化することがある。 質量平衡式ＩとIIは、容器１０内で実質的に一定な使用強度を維持する一実施 形態を示している。 全質量： C=P+W （Ｉ） 全固形分： Cy_i=Px+Wy_o （II） 式中、Ｃは濃縮物のフローストリーム、Ｐはトナー ステーションを経由する印刷へのフローストリーム、Ｗは廃棄へのフローストリ ームであって、ｘはトナーステーションへのフローストリームＰにおけるトナー 固形分の質量分率、ｙ_iおよびｙ_oはそれぞれトナー濃縮物および廃棄物のフロー ストリームＣおよびＷにおけるトナー固形分の質量分率を表している。 すことができる希釈液の追加を必要に応じて行うことができる。 全質量： C+D=P+W （III） 全固形分： Cy_i+Dy_d=Px+Wy_o （IV） 式中、Ｃは濃縮物のフローストリーム、Ｄは使用強度容器への希釈液のフロース トリーム、Ｐはトナーステーションを経由する印刷へのフローストリーム、Ｗは 廃棄へのフローストリームであって、ｘはトナーステーションへのフローストリ ームＰにおけるトナー固形分の質量分率、ｙ_i、ｙ_oおよびｙ_dは、あるとすれば 、それぞれトナートナー濃縮物、廃棄物、希釈液のフローストリームＣ、Ｗ、お よびＤ中のトナー固形分の質量分率をそれぞれ表している。 希釈液Ｄが無ければ計算式IIIとIVはそれぞれ計算式ＩとIIに移り、また、一 般に希釈液Ｄの中に固形分は存在しないことに注意すべきである。 前述の質量平衡式（Ｉ〜IV）から、濃縮物Ｃ（および、 該当する場合は希釈液Ｄ）は、フローストリームＰの必要を満足するような、詳 しく述べると固形分の質量分率の固形分ｘが印刷予定のグラフィックに供給され るような、率および十分な固形分率ｙ_iで供給されなくてはならないことが明ら かである。 Ｗが正の値となる、すなわちフローストリームＣとＤがＰ（およびｘ）を十二 分に満足する程の高さに流量ＣとＤが維持されることが、本発明の重要態様であ る。以下の例を検討することにより、流量Ｐおよび固形分率ｘ（したがって、制 御可能な流量Ｃ、ＤおよびＷ）は、プリンタ、印刷されるグラフィック、印刷速 度、トナーの化学的性質(および特にトナーの色)、および使用強度液の導電率に よって影響を受けることが明らかになるであろう。また、濃縮物中の固形分の質 量分率ｙ_iおよび該濃縮物の導電率も、流量Ｐに必ず影響を及ぼす。 容器１０内で全固形分のレベルが使用強度の定常状態レベルに達すると、色濃 度は安定に近づき、許容範囲内にとどまる。 許容色濃度の範囲は、色ごとに変化したり、トナー配合物ごとに変化したり、 プリンタごとに変化したり、調色される媒体（受容体またはアウトプット）ごと に変化する可能性がある。そのような変動は、印刷電圧を利用して調節すること によって各色を濃度範囲に導くことができる。しかしながら、本発明は、それぞ れの色の濃度値を制御し続ける装置を提供するものである。 例えば、3M Scotchprint^TM Electronic Imaging Media 8610および3M Scotchp rint^TM Electronic Transfer Media 8601等用の3M Scotchprint^TMElectrostatic Toners（相対湿度５０〜５５％、Scotchprint^TMブランドの静電式プリンタ上で ２１℃）の場合、それぞれの主要印刷色は、以下の表１のような最小、目標、お よび最大色濃度値を有する。 最適な印刷にとって重要なことは、第４の色の目標色濃度からの変分を反映さ せるように３色を調節することである。例えば、イエローの濃度が０．９９に確 定された場合、他の色も、それぞれの目標濃度値よりも０．０４上に調節される べきである。 従来技術の方法では、普通は、トナーが使用されるにつれて色濃度が低下する 。そのため、印刷電圧を上げることによって、最大有効電圧の限界までまたは擬 似書込みが容認しえなくなるまで、前述の損失を補償する。従来は、カラーバラ ンスを維持するためには他の各色も調整しなくてはならず、確定さ れた色濃度を電子記録の有効持続時間中ずっと維持することは極めて困難であっ た。 意外なことに、本発明を利用することにより、フローストリームＷが正量であ ることを保証するような流量にフローストリームＣ（および必要に応じて希釈液 Ｄのフローストリーム）を維持することによって電子記録時の被確定・被調節色 濃度値の変動を最小にすることができる。 フローストリームＣで供給されるトナー濃縮物の量は、それぞれの色に割り当 てられるたデータを計数できる印刷コントローラによって制御される。印刷用フ ローストリームＰによって除去されるトナーの量は、種々の画像およびプリンタ ーに関する実験を通して確定された、前述の計算式Ｉ−IIまたはIII−IVで示さ れる範囲に基づいて決定できる。当業者は、現在または将来に開発される他のプ リンタの特定の必要に応じて前述の範囲を修正できるはずである。 本発明は、ミネソタ州セントポールのミネソタマイニングアンドマニュファク チャリング社（Minnesota Mining and Manufacturing Company）(“３Ｍ”)のSc otchprint^TM Model 2000 Electrostatic Printerなどの市販の静電式プリンター に対して、目標を基準に確定されたカラー濃度から実質的に変動しない、許容範 囲内の意外に上質な安定した色濃度を提供できる。 フローストリームＷに除去される液体トナーの量は、フローストリームＣに追 加されるトナー濃縮物 量の固定比でありうる。あるいは、Ｗは、使用強度導電率の変更または印刷用媒 体タイプの変更に起因する場合があるＰおよびｘの変化に対応して変動させるこ とができる。いずれにせよ、電子記録式印刷装置内で、実質的に一定レベルの電 荷、トナー固形分、および液体トナーが維持され、したがって、本発明が適用さ れる印刷装置では、トナー色のそれぞれについて実質的に安定した色濃度が保証 される。 本発明の一実施形態において、制御流量は、個々の濃縮物（色、固形分％、導 電率）について指定されるＣおよび個々のグラフィックごとに指定され、軽く調 色される画像の場合に最大となる流量Ｄであり、Ｗは、前述のようにＰの変化に 応じて変動される。別の実施形態において、簡便のため、流量Ｄは一定レベルに 維持できる。流量Ｃ（およびＤ）が色濃度に影響を及ぼすことが確認できる(実 施例参照)。Ｃの流量が高すぎると使用強度トナーの濃度過剰(高固形分％および 高導電率)が生じ、結果として画像の色濃度が低下する。また、Ｃの流量が少な すぎるまたはＤの流量が多すぎると、使用強度トナーの濃度不足(低固形分％お よび低画像色濃度)が生じる。使用強度トナーよりも導電率が低い濃縮物の使用 は、濃度過剰気味にする場合に行われる。 図２は、３Ｍから市販されているScotchprint^TM Model 9510、9512、または20 00静電式プリンターなどの４色印刷装置に適用した本発明を示している。しかし ながら、特に、第５の調色ステーションを有 するScotchprint^TM 2000静電式プリンタなど、プリンタ内の任意数の調色ステー ションが本発明の恩恵に浴すことができる。 トナーモジュール２０は、固形分含有率が約１２％の、ブラック、イエロー、 シアン、およびマゼンタの４色のトナーおよび任意の第５のステーションのトナ ー用の貯蔵容器２１、２３、２５、２７、および２９をそれぞれ備えている。更 に、希釈液３０が容器３０の中に貯蔵されている。これらの貯蔵容器は任意の容 量であってよいが、一般には、印刷時に必要なボトル変更の回数を最小限にする ために、容量は一般に約５リットルに構成されうる。 各トナー貯蔵容器のそれぞれに、計量ポンプ３１、３３、３５、３７、および ３９が関連付けられている。また、容器３０からの希釈液を追加するための計量 ポンプ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅが、各トナーごとに個別に設け られている。これらのポンプ３１〜３９は、濃縮物のフローストリームＣの流量 を制御し、ポンプ３０Ａ〜３０Ｅは、必要に応じて希釈液のフローストリームＤ の流量を制御する。 プリンタ内には、関連ポンプ５１、５３、５５、５７、および５９をそれぞれ 含んでいる濃縮物容器４１、４３、４５、４７、および４９があり、トナーモジ ュール２０の不使用時に濃縮物を供給する。混合容器６１、６３、６５、６７、 および６９は、それぞれ、各色のトナー濃縮物と希釈液とを蓄積し、 その後、従来のトナーポンプ７１、７３、７５、７７、および７９をそれぞれ使 ってそれらをドラム、ベルト、または他の調色ステーションなどの従来の現像装 置（ここでは、８１、８３、８５、８７、８９でそれぞれ示されている）にそれ ぞれ汲み出す。未使用の液体トナーは、従来の液体トナー収集用の機器および管 によってそれぞれの混合容器６１〜６９に個別に戻される。 それぞれの液体トナーは、再生利用のために各滞留装置（混合容器６１、６３ 、６５、６７）に戻されるのではなく、共通の廃棄容器１００に連結されている ポンプ９１、９３、９５、９７、および９９にそれぞれ連結されている管に入る ことができる。これらのポンプ９１〜９９は、廃棄のための共通廃棄容器１００ への廃棄フローストリームＷの流量を制御する。あるいは、各色ごとに別個の廃 棄容器を設け、可能であれば各色ごとに廃棄フローストリームＷの処理をできる ようにしてもよい。 本発明の範囲内で別の流れ図も可能である。例えば、希釈液用のポンプアセン ブリの代わりに調整弁を使うこともできる。また、図１に記載の容器１０または 図２の容器６０〜６９をそれぞれを含む供給流の他の位置において希釈液と濃縮 物とを混合することも可能である。 以下の実施例で、更に別の実施形態と変更形態を示す。実施例１−パートＡ（クローズドシステム） ２％のトナー固形分と９８％の希釈液とを有するScotchprint^TM Electrostati cブラック液体トナーを使用した。黒色ベタ画像を処理できない標準的なトナー 濃縮物追加装置を用いて３．０５ｍ／分で印刷を行うScotchprint^TM 2000静電式 プリンタの液体トナー使用率Ｐおよび固形分質量分率ｘを求めた。 全実施例において、媒体はScotchprint^TM Electrostatic Imaging Paper 8610 を用いた。当該実験パートの間、濃縮物の追加およびトナーの除去を行わなかっ た。そのため、唯一除去されたトナーは印刷によるものであった。フローストリ ームＰの流量は約９ｇ／分であったが、これは、試験の前と後で使用強度液体ト ナーのボトルを計量し、それを実行時間で除算することによって簡単に算出した 。 トナー固形分の濃度を、（新しく混合したトナーを用いて）試験の開始時に測 定し、試験終了時−画像の濃度が許容値を下回った時点に再び測定した。物質収 支計算を利用して、固形分の質量分率ｘが０．３３であることを確認した。 前述のＰおよびｘの値と以下の値を利用して計算式ＩとII(希釈液を使用しな かったので)を適用した。 y_i=0.12(１２％の濃縮物)、および y_o=0.022(初期固形分レベル２％を僅かに上回る固形分を維持)。 計算式ＩおよびIIをＣとＷについて同時に解いて、Ｃ=28.3g／分とＷ=19.3g／ 分を得た。実施例１−パートＢ（オープンシステム） 前述のクローズドシステムパートＡから得られたＣとＷの値を利用して、本発 明の効用を確認した。このオープンシステム試験では、導電率１２０ｐＭｈｏ／ ｃｍ[固形分２％で、ニュージャージー州プリンストンのサイエンティフィカイ ンストルメンツ社（Scientifica Instruments）製のScientifica Model 627導電 率メータを利用して測定]、固形分濃度１２％の濃縮物を利用した。 全部の流量、使用強度トナーの導電率と固形分％、および印刷される画像の色 濃度を定期的に監視しながら約１０００平方メートルにわたって黒色ベタ画像を 印刷した。試験終了時、画像の色濃度は１．４８から１．４４に僅か０．０４濃 度単位しか低下しておらず、印刷画像領域の濃度低下は極めて小さいと考えられ る(下記表２参照)。観察された流量および最終濃度は、実施例ＩのパートＡのク ローズドシステムの値からごく僅か変動したに過ぎなかった。 例えば、濃縮物Ｃを、２８．３ｇ／分ではなく２８．５ｇ／分で追加したとこ ろ、使用強度の固形分％は２．２％ではなく２．３％であり、廃棄ストリームＷ は１９．３ｇ／分ではなく２１ｇ／分であり、Ｐの観察流量は９ｇ／分ではなく ８ｇ／分であった。この試験における総累積廃棄量は５０４０ｇすなわち、印刷 グラフィック領域について約５ｇ／ｍ²であった。実施例２（比較） 濃縮物Ｃを幾分か低い流量２７ｇ／分で追加すること除いて同じ条件で実施例 ＩのパートＢのオープンシステム試験を繰り返した。他のすべての被制御変数は 一定に保持した。黒色ベタ画像を２５０平方メートル印刷したところで、画像濃 度が１．４８から容認できないレベルである１.２８に落ちたので、試験を中止 した。使用強度の固形分％は１．０％、観察された廃棄流量は１８ｇ／分であっ た(下記表２参照)。この試験における総累積廃棄量は１０８０ｇすなわち、約４ ．３ｇ／ｍ²であった。実施例３ マゼンタトナーとマゼンタのベタ画像だけを利用して、実施例１のパートＡの ようにクローズドシステム試験を実施した。Ｐおよびｘの値は、実験からそれぞ れ１３および０．３であることが分かった。計算式ＩとIIを解いて、ＣとＷがそ れぞれ３６．９および２３．９ｇ／分であることを同時に求めた。 導電率１４ｐＭｈｏ／ｃｍ(固形分２％で測定)、固形分濃度１２％のマゼンタ の濃縮物を流量３６ｇ／分で追加し、実施例１のパートＢのようにオープンシス テム試験を実質的に実施した。全部の流量、使用強度トナーの導電率と固形分％ 、および印刷される画像の色濃度を定期的に監視しながら８３７平方メートルに わたってマゼンタのベタ画像を印刷し た。 試験終了時、画像の色濃度は１．３０から１．３７に０．０７濃度単位の変動 を生じたが、これは小さな許容増加である。 観察された流量および最終濃度は、クローズドシステム試験で算出した値から 幾分か変動しており、使用強度の固体％は２．２％ではなく３．４％であり、廃 棄ストリームＷは２４ｇ／分ではなく２５ｇ／分であり、Ｐの観察流量は１３ｇ ／分ではなく１１ｇ／分であった。試験終了時の使用強度トナーの固形分％の増 加は、実施例Ｉで使用されたブラックトナーと比較される、ここではマゼンタの トナーの有効トナー固形分の量の減少を反映するようである。この試験における 総累積廃棄量は５０００ｇすなわち、約６ｇ／ｍ²であった。実施例４ 濃縮物追加流量を更に高くして実施例３を繰り返した。導電率１４ｐＭｈｏ／ ｃｍ(固形分２％で測定)、固形分濃度１２％の濃縮物を流量４９ｇ／分で追加し た。全部の流量、使用強度トナーの導電率と固形分％、および印刷される画像の 色濃度を定期的に監視しながら３３５平方メートルにわたってマゼンタのベタ画 像を印刷した。 試験終了時、画像の色濃度は１．３７から１．４２にわずか０．０６濃度単位 の変動を生じたが、これは小さな許容増加である。 濃縮物追加流量の増加から予測されうるように、観察された流量および最終濃 度は、クローズドシステム試験で算出した値から幾分か変動しており、使用強度 の固体％は３．５％に増加し、廃棄ストリームＷは３１ｇ／分に増加し、Ｐの観 察流量は１３ｇ／分ではなく１１ｇ／分であった。試験終了時の使用強度トナー の固形分％の増加は、実施例Ｉと比較されるトナー中の有効トナー固形分量の減 少を反映するようである。この試験における総累積廃棄量は２４８０ｇすなわち 、約７．４ｇ／ｍ²であった。この実施例は許容値の色濃度をもたらすが、廃棄 物／平方メートルが増加したことから、流量が最適でなかったことが分かる。実施例５（比較） イエロートナーとイエローのベタ画像だけを利用して、実施例１のようにクロ ーズドシステム試験を実施した。Ｐおよびｘの値は、実験から、それぞれ７と０ ．３４であることが分かった。計算式ＩとIIを解いて、ＣとＷがそれぞれ２２． ７および１５．７ｇ／分であることを同時に求めた。 また、実施例１のようにオープンシステム試験を実施した。導電率２３３ｐＭ ｈｏ／ｃｍ(固形分２％で測定)、固形分濃度１２％の濃縮物を、流量２１．６ｇ ／分で本発明の試験に追加した。全部の流量、使用強度トナーの導電率と固形分 ％、および印刷される画像の色濃度を定期的に監視しながら１０ ００平方メートルにわたってイエローのベタ画像を印刷した。 試験終了時、画像の色濃度は１．０３から０．９０に０．１３濃度単位低下し 、シアンによる覆い隠しを伴った。「シアンによる覆い隠し」とは、プリンタの 次の色、この場合はシアン、によってなされる補償により、画像形成基体上の電 荷が不適切に満足されることを意味する。シアントナー槽は、イエロートナーが 埋めることのできなかったものを埋めた。 観察された流量および最終濃度は、クローズドシステム試験で算出した値から 幾分か変動しており、使用強度の固体％は２．２％ではなく３．１％であり、廃 棄ストリームＷは１５．７ｇ／分ではなく１５ｇ／分であり、Ｐの観察流量は７ ｇ／分ではなく６ｇ／分であった。試験終了時の使用強度トナーの固形分％の増 加は、実施例Ｉのブラックトナーと比較される、ここではイエローのトナーの有 効トナー固形分の量の減少を反映するようである。この試験における総累積廃棄 量は３６００ｇすなわち、約３．６ｇ／ｍ²であった。実施例６ 実施例５の試験終了時の使用強度トナーの低導電率を補償するために、濃縮物 追加流量を増加したことを除いて同じ条件で実施例５を繰り返した。オープンシ ステム試験では、導電率２１７ｐＭｈｏ／ｃｍ(固形分２％で測定)、固形分濃度 １２％の濃縮 物を流量２３．３ｇ／分で追加した。全部の流量、使用強度トナーの導電率と固 形分％、および印刷される画像の色濃度を定期的に監視しながら１１７２平方メ ートルにわたってイエローのベタ画像を印刷した。 試験終了時、画像の色濃度は０．９９から０．９５にわずか０.０４濃度単位 の低下を生じたのみで、それにより、それぞれ直線で約１２０メートルの静電ペ ーパーをほどんど７巻使用して、当該媒体の印刷表面全体にわたって一定の色で 印刷が行われると考えられる極めて優れた結果が得られた。 濃縮物流量の増加から予測されうるように、使用強度の固体％は実施例５から ３．３％に増加し、廃棄ストリームＷは１７．３ｇ／分に増加した。また、Ｐの 観察流量は７ｇ／分ではなく６ｇ／分であった。試験終了時の使用強度トナーの 固形分％の増加は、実施例Ｉと比較されるトナー中の有効トナー固形分量の減少 を恐らく反映している。この試験における総累積廃棄量は４８４４ｇすなわち、 約４．１ｇ／ｍ²であった。実施例７ シアントナーとシアンのベタ画像だけを利用して、実施例１のようにクローズ ドシステム試験を実施した。Ｐおよびｘの値は、実験から、それぞれ９と０．２ であることが分かった。計算式ＩとIIを解いて、Ｃ とＷがそれぞれ１６．３および７．３ｇ／分であることを同時に求めた。 また、オープンシステム試験で、導電率９６ｐＭｈｏ／ｃｍ(固形分２％で測 定)、固形分濃度１２％の濃縮物は、流量１６．１ｇ／分であった。全部の流量 、使用強度トナーの導電率と固形分％、および印刷される画像の色濃度を定期的 に監視しながら１０００平方メートルにわたってシアンのベタ画像を印刷した。 試験終了時、画像の色濃度は１．４１から１．３３に０．０８濃度単位低下し 、広範囲にわたって全く意外なほど均質な色濃度が再び得られた。観察された流 量および最終濃度は、クローズドシステム試験で算出した値から幾分か変動して おり、使用強度の固体％は２．２％ではなく２．９％であり、廃棄ストリームＷ は７．３ｇ／分ではなく７．８ｇ／分であり、Ｐの観察流量は９ｇ／分ではなく ８．３ｇ／分であった。試験終了時の使用強度トナーの固形分％の幾らかの増加 は、実施例Ｉのブラックトナーと比較される、ここではシアンのトナーの有効ト ナー固形分の量の減少を反映するようである。この試験における総累積廃棄量は １８７２ｇすなわち、約１．９ｇ／ｍ²であった。実施例８ この実施例は、前述の実施例で使用されたもの以外のプリンタでの本発明の利 用を示すものである。 標準的なScotchprint^TM Electrostaticマゼンタトナーを利用して、０．７６ｍ ／分で印刷を行うScotchprint^TM 9512静電式プリンタについて、実施例１のよう にクローズドシステム試験を実施し、液体トナー使用率Ｐおよび固形分質量分率 ｘの値を求めた。標準的なトナー濃縮物追加装置は使用不可とした。実施例１の ように、当該実験パートの間、印刷によるトナー除去を除き、濃縮物の追加およ びトナーの除去を行わなかった。マゼンタのベタ画像では、Ｐおよびｘがそれぞ れ、１．６ｇ／分と０．２６であることを求めた。前述のＰおよびｘの値と以下 の値を利用して計算式ＩとII（希釈液不使用）を適用した。 y_i=0.1125、および y_o=0.011。 濃度約１５％の濃縮物ｓの有効トナー／総トナー固形分の比が約０．７５にな るように前述の値を選択した(15×0.75=0.1125)。解を求めるにあたって、計算 式は有効トナー固形分を基礎としてＣおよびＷを予測し、全固形分が何であるか を予測しなかった。計算式を解いて、ＣとＷがそれぞれ３．９および２．３ｇ／ 分であることを同時に求めた。実施例１と同様な類似オープンシステム試験にお いて、導電率８０ｐＭｈｏ／ｃｍ(固形分２％で測定)、固形分濃度１５％の濃縮 物を使った。全部の流量、使用強度 トナーの導電率と固形分％、および印刷される画像の色濃度を定期的に監視しな がら２１００平方メートルにわたってマゼンタのベタ画像を印刷した。試験終了 時、画像の色濃度は１．４５から１．３６にわずか０．０９濃度単位低下したが 、印刷画像領域を考えれば、これは極めて小さな低下である(下記表２参照)。 この試験では、計量ポンプによって流量ＣとＷを制御して一定に維持した。試 験終了時に測定された全固形分は７．６％で、著しく増加していた。導電率は目 立って増加していなかったが、恐らく、トナー中の固体の大部分が無効であるこ とを示すものである(ただし、分析を実施しなかった)。この試験における総累積 廃棄量は５０４０ｇすなわち、約５ｇ／ｍ²であった。 本発明の意外性を断言するために、実施例１〜８（オープンシステム）を以下 にまとめる。 表２に記載の４つの成功実施例に関し、種々の理由に起因する多くの不成功実 験があった。不成功実験の理由の大部分は、実験中のポンプの故障、トナー付着 不良などの欠陥画像をもたらすトナー導電率の低さ、高導電率による低濃度を招 くトナーの濃度過剰、濃縮物の沈殿、およびトナーの起泡であった。しかしなが ら、本発明の開示内容を利用することにより、当業者は不適当な実験を行うこと なく、最も極端な条件、すなわちシアン、マゼンタ、イエロー、またはブラック の無地色の連続印刷の発展的試験中に本質的に制御可能で実質的に不変な色濃度 が提供されるように前述の計算式ＩおよびIIを満たす適正な値を求めることがで きる。それぞれの色の一例を与えることにより、当業者は、本発明によって従来 からの一色の色濃度問題および種々の色のバランスの問題を解決する方法を判断 できる。また、発明者等の失敗実験の一部を比較例として列挙することにより、 最適追加流量を超える濃縮物追加流量が使用強度トナーの濃度過剰を招き、また は、最適を下回る濃縮物追加流量は使用強度トナーの濃度不足を招く可能性があ ることが明らかである。また、いずれの実施例も希釈液の利用を含んでいないが 、それは充填率の高いグラフィクスには希釈液の利用が不必要だからである。し かしながら、滞留装置（混合容器）の液面を一定に維持するように軽く充填する ために希釈液が必要となる。 本発明は、装置からトナーおよび過度の導電率を 除去することによって実質的に定常状態の固形分、導電率、および色濃度を維持 する他のいろいろな方法を含むことができる。本発明で考えられるものとして、 例えば、ポンプ、サイホン、ウィッキング装置、可動多孔ベルト、半透膜等を利 用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 スペックハード，トーマス エー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ピー．オー．ボックス 33427 (72)発明者 アイバーソン，オイビンド エイチ. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ピー．オー．ボックス 33427 (72)発明者 アントン，クリストファー ジェイ. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ピー．オー．ボックス 33427 (72)発明者 オルソン，ケネス ダブリュ. アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427, セント ポール，ピー．オー．ボックス 33427

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電子写真式印刷装置において液体トナーの実質的にばらつきのない色濃度 を達成する方法であって、 トナー濃縮物を、使用強度容器内の液体トナーに実質的に連続供給する段階と 、 前記使用強度容器から前記液体トナーの一部を実質的に連続回収する段階と、 を含む方法。 ２．前記回収作業は、不用になった液体トナーを前記使用強度容器と関連付け られた調色ステーションから廃棄フローストリームに回収し、それによって使用 強度容器から廃液が戻らないようにすることを含む請求項１に記載の方法。 ３．前記供給および回収作業は、計算式 Ｃ＝Ｐ＋Ｗ Ｃｙ_i＝Ｐｘ＋Ｗｙ_o （式中、Ｃは前記使用強度容器への前記濃縮物のフローストリーム、Ｐは前記使 用強度容器から前記プリンタ内の調色ステーションへの前記液体トナーのフロー ストリーム、およびＷは前記使用強度容器から廃棄へのフローストリームであっ て、ｘは前記使用強度液体トナーに対するフローストリームＰ中のトナー固形分 の質量分率、ｙ_iとｙ_oはそれぞれト ナー濃縮物および廃棄物のフローストリームＣおよびＷ中のトナー固形分の質量 分率を表す）にしたがって実施される請求項１または２に記載の方法。 ４．前記使用強度容器に希釈液を実質的に連続供給する段階を更に含み、前記 トナー濃縮物供給作業、希釈液供給作業、および使用強度液体トナー回収作業は 、計算式 Ｃ＋Ｄ＝Ｐ＋Ｗ Ｃｙ_i＋Ｃｙ_d＝Ｐｘ＋Ｗｙ_o （式中、Ｃは前記使用強度容器への前記濃縮物のフローストリーム、Ｐは前記使 用強度容器から前記プリンタ内の調色ステーションへの前記液体トナーのフロー ストリーム、Ｄは前記使用強度容器への希釈液のフローストリーム、およびＷは 前記使用強度容器から廃棄へのフローストリームであって、ｘは前記使用強度液 体トナーに対するフローストリームＰ中のトナー固形分の質量分率、ｙ_i、ｙ_o、 およびｙ_dはそれぞれトナー濃縮物、廃棄物、および希釈液のフローストリーム Ｃ、Ｗ、およびＤ中のトナー固形分の質量分率を表す）にしたがって実施される 請求項１または２に記載の方法。 ５．４種類の主要印刷色（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）のそれぞ れについて前記供給および回収作業を実施する段階を更に含む請求項１〜４のい ずれかに記載の方法。 ６．前記４種類の主要印刷色および第５の色のそれぞれについて前記供給およ び回収作業を実施する段階を更に含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法 。 ７．前記フローストリームＤを実質的に一定レベルに維持する段階を更に含む 請求項４〜６のいずれか一項に記載の方法。 ８．請求項１〜７のいずれか一項による方法を実施するための装置。