JP2013222207A - デジタル印刷機の駆動方法およびトナー濃度の検出方法、ならびにデジタル印刷機 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー濃度を高精度に大きな変動範囲で求めることのできる方法および現像液により動作するデジタル印刷機を提供することである。
【解決手段】現像液を用いて施与されるトナー粒子により記録担体を印刷するためのデジタル印刷機の駆動方法であって、前記現像液のトナー濃度が、測定セル内での超音波パルスを用いた測定によって検出され、前記充電電圧により充電された超音波送信器の放電によって少なくとも１つの超音波パルスが形成され、該超音波パルスが前記現像液を通過し、超音波受信器によって受信され、該超音波受信器は受信された超音波パルスに相当する受信信号を形成し、制御装置が前記充電電圧を、前記受信信号の代表的パラメータが所定の目標値に相当するような値に制御し、制御された前記充電電圧からトナー濃度が求められる方法。
【選択図】図５

Description

本発明は、現像液を用いて施与されるトナー粒子により記録担体を印刷するためのデジタル印刷機、とりわけロール紙または枚葉紙を印刷するための高速印刷機の駆動方法に関するものである。本発明はさらにデジタル印刷機およびトナー濃度の検出に関するものである。

このようなデジタル印刷機では、荷電画像担体の潜像電荷像が現像液を用いた電気泳動によって着色される。このようにして発生したトナー画像は、転写エレメントを介して間接的に、または直接記録担体に転写される。現像液は、所望の比でトナー粒子とキャリア流体とを有する。キャリア流体として好ましくはミネラルオイルが使用される。トナー粒子を静電的に帯電するため、現像液には電荷調整物質が添加される。加えて現像液の例えば所望の粘度または所望の乾燥特性を得るために別の添加物も添加される。

このようなデジタル印刷機はすでに長く公知であり、例えば特許文献１、特許文献２、および特許文献３に記載されている。

本出願人の特許文献４から、現像液システムのためにトナー粒子の濃度を検出する方法が公知であり、ここではキャリア流体とトナー粒子からなる懸濁液に超音波パルスが照射される。トナー濃度を検出するために、測定セル内での超音波パルスの伝搬時間が測定される。ここではマイクロコンピュータのデジタルクロック信号からまず待機時間が求められる。待機時間の経過後、超音波受信器により受信される信号が最初にゼロ通過するまでコンデンサに電圧が荷電される。超音波パルスの伝搬時間は、待機時間と充電時間との和から高精度で求められ、そこからトナー濃度が推定される。この刊行物に記載された方法は実際に使用されているが、トナー濃度の検出が懸濁液の温度に強く依存する。さらにトナー濃度が変化する際に変化する音響的減衰が受信信号に影響し、正確な伝搬時間検出のために減衰された信号のゼロ通過を求めることが困難になる。

特許文献５には、現像液を監視するための方法および装置が記載されており、これにより現像液の温度とトナー濃度が検出される。ここでは超音波センサによって音速と現像液の減衰が測定される。２つのパラメータは温度に対し異なる依存性を有しており、２つの測定量から温度を計算することができる。超音波の減衰は、自由に伝搬する第１の超音波の振幅と反射する第２の超音波の振幅との比から計算される。

ドイツ特許願第１０２０１００１５９８５号公報 ドイツ特許願第１０２００８０４８２５６号公報 ドイツ特許願第１０２００９０６０３３４号公報 ドイツ特許願第１０２００８０４７１９６号公報 米国特許第７５７０８９３号

本発明の課題は、トナー濃度を高精度に大きな変動範囲で求めることのできる方法および現像液により動作するデジタル印刷機を提供することである。

この課題は方法に対しては請求項１によって解決される。有利な改善形態は従属請求項に記載されている。

本発明では測定セル中の現像液に超音波が照射される。超音波パルスは現像液を通過し、その際そこに存在するトナー粒子の減衰作用によって減衰される。減衰された超音波パルスは超音波受信器によって受信され、超音波受信器は受信した超音波パルスに相当する入力信号、一般的には電圧を形成する。例えば超音波送信器および超音波受信器としてピエゾセラミック素子が使用され、これは圧電効果に基づき電圧の印加により変形する。これが超音波の形成に利用される。同じようにこのような圧電セラミックは超音波受信器としても用いることができ、超音波による変形の際に電荷を形成し、ひいては電圧を受信信号として形成する。

超音波送信器により形成される超音波パルスのパルス高さは充電電圧に依存する。充電電圧が高ければ高いほど、パルス高さも高くなる。現像液を通過する際にトナー濃度により影響を受ける減衰のため、超音波のパルス高さが減衰され、超音波受信器に対応する受信信号を形成する。この受信信号は例えば電圧信号であり、超音波受信器の周波数特性のため超音波パルスよりも歪んでおり、典型的には消失する電圧振動シーケンスの形で存在する。本発明では、超音波送信器に作用する充電電圧を所定の値に制御する制御装置が使用される。この所定の値は、受信信号の代表値が所定の閾値に対応するような値である。代表値として例えば消失する振動シーケンスのピーク値を使用することができる。別の代表値は例えば振動シーケンスの絶対値、有効値、または第１または第２の最大値もしくは最小値の高さ等である。したがって制御装置は、超音波パルスが現像液を横断する際に受ける減衰を調整する。高い充電電圧は大きな減衰を、すなわち高いトナー濃度を意味し、低い充電電圧は小さな減衰を、すなわちトナー濃度が低いことを意味する。較正することにより特定の現像液に対する充電電圧からトナー濃度を、容量％または重量％で比較的大きな測定範囲で求めることができる。

制御により受信側で受信信号が１つの領域で目標値を中心に変化するという技術的利点が得られ、これにより再現性が改善される。受信信号の側での例えば過励振による障害となる歪みは、制御によって緩和される。現像液に起因する減衰の評価により、比較的小さな温度依存性が得られることも重要な利点であり、このことはトナー濃度検出の精度を改善する。

本発明の方法の有利な実施例では、前記減衰検出に加えて測定セル内での超音波パルスの伝搬時間も求められ、トナー濃度検出の際に考慮される。このようにして互いに独立した２つの測定方法がトナー濃度の検出のために使用され、２つの結果を比較することにより妥当性コントロールおよびノイズ耐性が向上する。

とりわけトナー濃度が第１の加数と第２の加数との和から形成されると有利である。ここで第１の加数は重み付け係数と充電電圧の制御を考慮して得られトナー濃度との乗算から得られ、第２の加数は重み付け係数と伝搬時間測定から得られたトナー濃度との乗算から得られる。したがってこの実施例では測定原理が互いに組み合わされ、重み付け係数によって配分が行われる。好ましくは重み付け係数の和は１である。２つの測定方法は現像液の温度によって異なる影響を受けるから、結果の温度依存性の重み付け係数を適切に選択することによりトナー濃度が改善される。

本発明の別の側面によれば、本方法を実施するためのデジタル印刷機が提供される。デジタル印刷機により達成可能な技術的利点は前記方法で記載したものと同じである。

本発明の実施例を以下、概略図面に基づいて詳細に説明する。

デジタル印刷機の例としての構成の斜視図である。 図１のデジタル印刷機の印刷機構の概略的構造を示す図である。 トナー濃度検出のための測定セルを示す概略図である。 ディスク状の圧電セラミック素子を示す概略図である。 超音波パルスの減衰を検出する装置のブロック回路図である。 送信側と受信側の電圧経過を示す線図である。 減衰が異なる場合の充電電圧の経過を示す線図である。 ピーク値整流器の実施形態を示す概略回路図である。 ノイズ抑圧を行うピーク値整流器の概略回路図である。 制御器用の回路例の概略回路図である。 コンパレータを備えるコントロール回路の概略回路図である。 測定セル内の超音波パルスの減衰と伝搬時間を検出するための測定装置のブロック回路図である。 音速と温度およびトナー濃度との依存関係を示す線図である。 減衰度と温度およびトナー濃度との依存関係を示す線図である。

図１によれば、記録担体２０を印刷するデジタル印刷機１０が、１つまたは複数の印刷機構１１ａ〜１１ｄおよび１２ａ〜１２ｄを有し、これらはトナー画像(印刷画像２０’、図２参照)を記録担体２０上に印刷する。記録担体２０として、図示のようにウェブ状の記録担体２０がロール２１からアンワインダ２２によって繰り出され、第１の印刷機構１１ａに供給される。定着ユニット３０で印刷画像２０’が記録担体２０上に定着される。引き続き記録担体２０をロール２８にワインダ２７によって巻き取ることができる。このような構成は、ロール・ロール印刷機とも称される。

図１に示された有利な構成では、ウェブ状の記録担体２０が４つの印刷機構１１ａ〜１１ｄにより表面側が、４つの印刷機構１２ａ〜１２ｄにより裏面側がフルカラー印刷される（いわゆる４／４コンフィギュレーション）。このために記録担体２０がアンワインダ２２によりロール２１から繰り出され、オプションとしてのコンディショニング機構２３を介して第１の印刷機構１１ａに供給される。コンディショニング機構２３では記録担体を適切な材料により前処理または被覆することができる。被覆材料（プライマとも称される）としては有利にはワックスまたは化学的に同等の材料を使用することができる。

この材料は記録担体２０の全面にまたは後で印刷される箇所に塗布することができ、これにより記録担体２０は印刷のために前処理され、および／または記録担体２０の吸収特性が印刷画像２０’の施与の際に調整される。これにより、後で施与されるトナー粒子またはキャリア流体が過度に記録担体に浸透することが阻止され、実質的に表面に留まるようになる（これにより色品質および画像品質が改善される）。

引き続き記録担体２０はまず第１の印刷機構１１ａ〜１１ｄのラインに供給され、ここでは表面だけが印刷される。各印刷機構１１ａ〜１１ｄは記録担体を、通常は別々の色で印刷する。または別のトナー材料、例えば電磁的に読み出すことのできるＭＩＣＲトナーにより印刷する。

表側の印刷後、記録担体２０は反転ユニット２４で反転され、裏側の印刷のために残りの印刷機構１２ａ〜１２ｄに供給される。オプションとして、反転ユニット２４の領域に別のコンディショニング機構（図示せず）を配置することができ、これにより記録担体２０は裏面側印刷のために前処理される。これは例えば、部分定着または前もって印刷された表面印刷画像の（または表面側と裏面側全体の）コンディショニングである。これによりさらなる搬送の際に表面印刷画像が後の印刷機構によって機械的に損傷を受けることが阻止される。

フルカラー印刷を達成するためには少なくとも４つの色、すなわち例えば基本色ＹＭＣＫ（イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック）が必要である（したがって少なくとも４つの印刷機構１１，１２）。特別色を有するさらに別の印刷機構１１，１２（例えば顧客専用の色または印刷可能な色空間を拡張するための付加的な基本色）を使用することもできる。

印刷機構１２ｄの後にはレジスタユニット２５が配置されている。このレジスタユニットにより、記録担体２０上に印刷画像２０’とは独立して（とりわけ印刷画像２０’の外に）印刷された見当マークを評価することができる。これにより横見当と縦見当（色点を形成する基本色点は重なっているべきであり、または位置的に非常に接近して互いに配置されるべきである。これは色見当または４色見当とも称される）が調整され、品質の高い印刷画像２０’が達成される。

レジスタユニット２５の後方には定着ユニット３０が配置されており、この定着ユニットにより印刷画像２０’が記録担体２０上に定着される。電気泳動デジタル印刷では、定着ユニット３０として有利には熱乾燥器が使用される。熱乾燥器はキャリア流体を十分に蒸発させ、これによりトナー粒子だけが記録担体２０上に残る。このことは熱の作用の下で行われる。ここでトナー粒子も、これが熱作用による可溶性材料、例えば樹脂を有している場合には記録担体２０上で溶融することができる。

定着ユニット３０の後方には張引機構２６が配置されている。この張引機構は記録担体２０をすべての印刷機構１１ａ〜１２ｄと定着ユニット３０を通して引っ張り、この領域にさらなる駆動部は配置されていない。記録担体２０に対する摩擦駆動によって、未だ定着していない印刷画像２０’が汚れるおそれがあるからである。

張引機構２６は記録担体２０をワインダ２７に供給し、ワインダは印刷された記録担体２０を巻き取る。

印刷機構１１，１２と定着ユニット３０には中央でデジタル印刷機１０用の供給装置全体、例えば温度調整モジュール４０，エネルギー供給部５０，コントローラ６０，流体制御ユニット７１および種々の液体の備蓄容器７２のような液量管理モジュール７０が配置されている。液体としてはとりわけ純粋なキャリア流体、高濃度現像液（キャリア流体との比でトナー粒子の割合が高い）および漿液（現像液プラス電荷調製剤）が、デジタル印刷機１０に供給するために必要であり、廃棄流体用の廃棄物容器またはクリーニング液体用の容器も必要である。

デジタル印刷機１０は構造の同じ印刷機構１１，１２によりモジュールとして構成されている。印刷機構１１，１２は機械的には異なっておらず、その中で使用される現像液（トナー色またはトナー種）が異なるだけである。

印刷機構１１，１２の基本構造が図２に示されている。このような印刷機構は電子フォトグラフ原理に基づくものであり、光電画像担体が現像液を使用して荷電トナー粒子により着色され、そのようにして発生した画像が記録担体２０に転写される。

印刷機構１１，１２は実質的に電子フォトグラフステーション１１０，現像ステーション１１０および転写ステーション１２０からなる。

電子フォトグラフステーション１００の主要部は、表面に光電層を有する光電画像担体（いわゆる感光体）である。感光体はここではドラム（感光体ドラム１０１）として構成されており、硬い表面を有する。感光体ドラム１０１は印刷画像２０’を形成するために種々のエレメントを通過するよう回転する（矢印方向の回転）。

感光体はまずすべての汚物がクリーニングされる。そのために感光体の表面にまだ残っている電荷を消去する消去光１０２が用いられる。消去光１０２は、均一な光分布を達成するために調整可能（位置的に調整可能）である。これにより表面を均等に前処理することができる。

消去光１０２の後、クリーニング装置１０３が感光体を機械的にクリーニングし、感光体の表面に場合により依然として存在するトナー粒子、汚染粒子および残っているキャリア流体を除去する。除去されたキャリア流体は収集容器１０５に供給される。収集されたキャリア流体とトナー粒子は処理され（場合により濾過され）、各色に応じて対応する流体インキ容器、すなわち備蓄容器７２に供給される（矢印１０５’参照）。

クリーニング装置１０３は好ましくはスキージ１０４を有する。スキージは感光体ドラム１０１の外套面に鋭角（流出表面に対して約１０°から８０°）に当接し、表面を機械的にクリーニングする。スキージ１０４は感光体ドラム１０１の回転方向に対して横方向に往復運動することができ、外套面をできるだけ摩耗させずに全軸長にわたってクリーニングする。

引き続き感光体は荷電装置１０６によって所定の静電電位に帯電される。そのために好ましくは複数のコロナ放電電極（とりわけガラス被膜コロナ放電電極）が使用される。コロナ放電電極は少なくとも１つのワイヤ１０６’からなり、このワイヤには高電圧が印加される。この電圧によりワイヤ１０６’周囲の空気がイオン化される。対向電極としてシールド１０６’’が用いられる。コロナ放電電極には付加的に新鮮空気が流される。この新鮮空気は、特別のエアチャネル（給気のための給気チャネル１０７と排気のための排気チャネル１０８）を通ってシールドの間に供給される（図２の空気流矢印を参照）。次に供給された空気はワイヤ１０６’で均等にイオン化される。これにより感光体の隣接表面が均質かつ均等に帯電される。乾燥し、加熱された空気により均等な帯電がさらに促進される。排気チャネル１０８を介して空気が排出される。場合により、発生したオゾンも排気チャネル１０８を介して吸引することができる。

コロナ放電電極はカスケード接続することができる。すなわち１つのシールド１０６’’に２つまたはそれ以上のワイヤ１０６’が同じシールド電圧で存在する。シールド１０６’’を介して流れる電流は調整可能であり、これにより感光体の帯電を調整することができる。コロナ放電電極には種々異なる強さで通電することができ、これにより感光体を均等かつ十分に高く帯電することができる。

荷電装置１０６の後方には符号発生器１０９が配置されており、この符号発生器は光線によって感光体を所望の印刷画像２０’に応じピクセルごとに放電する。これにより潜像が発生し、この潜像は後でトナー粒子により着色される（着色された画像は印刷画像２０’に対応する）。好ましくはＬＥＤ符号発生器１０９が使用され、ここでは多数の個別のＬＥＤを有するＬＥＤ列が感光体ドラム１０１の全軸長にわたって固定して配置されている。とりわけＬＥＤの数と感光体上の光学的結像点の大きさが印刷画像２０’の解像度を決定する（典型的には６００×６００ｄｐｉ）。ＬＥＤのビーム出力は個別に時間的に制御することができる。したがってラスタ点（複数の画素またはピクセルからなる）を形成するためにマルチレベル法を適用することができる。または例えば色見当またはレジスタが正しくない場合に修正を光電的に実行するため画素を時間的に遅延することができる。

符号発生器１０９は制御論理回路を有しており、この制御論理回路はＬＥＤが多数あり、光線出力が発生するので冷却しなければならない。好ましくは符号発生器１０９は液冷される。ＬＥＤは群ごとに（複数のＬＥＤが１つの群にまとめられる）または互いに別個に制御することができる。

符号発生器１０９により形成された潜像は現像ステーション１１０によりトナー粒子で着色される。このために現像ステーション１１０は回転する現像ドラム１１１を有し、この現像ドラムは現像液層を感光体に近づける（現像ステーション１１０の機能については後で詳しく説明する）。感光体ドラム１０１の表面は比較的硬質であり、現像ドラム１１１の表面は比較的軟質であり、両者は互いに押圧されるから、薄くて高いニップ（２つのドラム間の空隙）が発生し、このニップの中で荷電トナー粒子が、電界に基づき現像ドラム１１１から画像箇所の感光体へ電気泳動的に移動する。画像箇所でない部分ではトナーが感光体に移動しない。現像液の充填されたニップは、２つのドラム１０１，１１１の対向圧と現像液の粘度に依存する高さ（空隙の厚さ）を有する。典型的にはニップの厚さは、約２μｍから約２０μｍの範囲である（現像液の粘度によって他の値に変わることもある）。ニップの長さは約数ｍｍである。

着色された画像は感光体ドラム１１１とともに第１の転写箇所まで回転する。この第１の転写箇所では着色された画像が転写ドラム１２１に実質的に完全に移される。転写ドラム１２１は第１の転写箇所（感光体ドラム１０１と転写ドラム１２１との間のニップ）で、感光体ドラム１０１と同じ方向に好ましくは同じ速度で運動する。印刷画像２０’が転写ドラム１２１に転写された後、印刷画像２０’（トナー粒子）をオプションとして、例えばコロナ放電電極のような荷電ユニット１２９により後荷電することができる。これはその後にトナー粒子をより良好に記録担体２０に移すことができるようにするためである。

記録担体２０は搬送方向２０’’で転写ドラム１２１と対向圧ドラム１２６との間を通過する。接触領域（ニップ）は第２の転写箇所であり、ここではトナー画像が記録担体２０に転写される。転写ドラム１２１は第２の転写領域で、記録担体２０と同じ方向に運動する。対向圧ドラム１２６もこの方向にニップの領域で回転する。 転写ドラム１２１，対向圧ドラム１２６および記録担体２０の速度は転写箇所において互いに整合されており、好ましくは印刷画像２０’がぼけないように同じである。第２の転写箇所では印刷画像２０’が、転写ドラム１２１と対向圧ドラム１２６との間の電界により電気泳動的に記録担体２０に転写される。さらに対向圧ドラム１２６は高い磁力によって相対的に柔らかい転写ドラム１２１を押圧しており、これによりトナー粒子も粘着力により記録担体２０に付着したままである。

転写ドラム１２１の表面は比較的柔らかく、対向圧ドラム１２６の表面は比較的硬いから、転がりの際にトナー転写が行われるニップが発生する。これにより記録担体２０の非平坦性は補償され、したがって記録担体２０を隙間なしで印刷することができる。このようなニップは、厚い記録担体または非平坦な記録担体を印刷するのに良く適し、これは例えば梱包材印刷の場合である。

印刷画像２０’は完全に記録担体２０に転写されるべきである。なぜならそうでないと少量のトナー粒子が不所望に転写ドラム１２１に残ってしまうからである。キャリア流体の一部は、濡れのため転写ドラム１２１に常に残る。場合によりまだ存在するトナー粒子は、第２の転写箇所の後方のクリーニングユニット１２２によってほぼ完全に除去すべきである。転写ドラム１２１にまだ残っているキャリア流体も完全に、または所定の層厚まで転写ドラム１２１から除去することができる。これによりクリーニングユニット１２２の後方と、感光体ドラム１０１の第１の転写箇所の前方とで転写ドラム１２１上では同じ条件となり、表面は清潔であるか、または転写ドラム１２１の表面上に所定の層厚の現像液が存在する。

好ましくはクリーニングユニット１２２は、クリーニングブラシ１２３およびクリーニングドラム１２４を備える湿式チャンバとして構成されている。ブラシ１２３の領域では、クリーニング液（例えばキャリア流体または固有のクリーニング液を使用することができる）がクリーニング液供給部１２３’を介して供給される。クリーニングブラシ１２３はクリーニング液内を回転し、その際に転写ドラム１２１の表面をブラシ掛けする。これにより表面に付着するトナーが緩まる。

クリーニングドラム１２４は、トナー粒子の電荷とは反対極性の電位にある。その結果、荷電トナーはクリーニングドラム１２４によって転写ドラム１２１から除去される。クリーニングドラム１２４は転写ドラム１２１に接触しているから、クリーニングドラム１２４は転写ドラム１２１に残っているキャリア流体も、供給されるクリーニング液とともに吸収する。湿式チャンバからの流出口にはコンディショニングエレメント１２５が配置されている。コンディショニングエレメント１２５として、図示のように背面保持プレートを使用することができ、この背面保持プレートは転写ドラム１２１に対して鈍角（例えばプレートと流出表面との角度が約１００°から１７０°）に配置されている。これにより湿式チャンバのドラムの表面に残る液体がほぼ完全に回収され、クリーニングドラム１２４からの除去のためクリーニング液排出部１２４’を介して図示しないクリーニング液備蓄容器（備蓄容器７２の場合）に供給される。

背面保持プレートの代わりに、１つまたは複数の調量ドラムを有する図示しない調量ユニットをそこに配置することもできる。調量ドラムは転写ドラム１２１に対して所定の間隔を有しており、圧搾により調量ドラムの後方で所定の層厚が調整されるようにキャリア流体を取り除く。この場合、転写ドラム１２１の表面は完全にはクリーニングされず、所定の層厚のキャリア流体が全面に残る。取り除かれたキャリア流体はクリーニングドラム１２４を介して回収され、クリーニング液備蓄容器に供給される。

クリーニングドラム１２４自体は図示しないスキージによって機械的にクリーニングされる。除去された液体はトナー粒子も含めてすべての色に対して中央収集容器により収集され、クリーニングされ、再使用のために中央クリーニング液備蓄容器に供給される。

対向圧ドラム１２６も同様にクリーニングユニット１２７によってクリーニングされる。クリーニングドラム１２７としてスキージ、ブラシおよび／またはドラムが、汚物（紙塵埃、残留トナー粒子、現像液等）を対向圧ドラム１２６から除去することができる。除去された液体は収集容器１２８に収集され、印刷プロセス後に同様にクリーニングされ、液体排出部１２８’を介して再び使用される。

記録担体２０の表面側を印刷する印刷機構１１では、対向圧ドラム１２６が記録担体２０の印刷されない側（したがってまだ乾燥している側）を押圧する。

しかし乾燥側に塵埃／紙粒子または他の汚物粒子がすでに存在することもあるので、それらは対向圧ドラム１２６によって除去される。そのために対向圧ドラム１２６は記録担体２０よりも幅広とすべきである。これにより印刷領域の外の汚物も良好に除去することができる。

記録担体２０の裏面側を印刷する印刷機構１２では、対向圧ドラム１２６が表面のまだ定着されていない湿った印刷画像２０’を直接押圧する。印刷画像２０’が対向圧ドラム１２６により除去されないようにするため、対向圧ドラム１２６の表面は、トナー粒子および記録担体２０上のキャリア流体に対して非付着特性を有していなければならない。

現像ステーション１１０は潜像２０’を所定のトナーで着色する。このために現像ドラム１１１はトナー粒子を感光体に接近させる。現像ドラム１１１自体を全面で層により着色するために、まず、図示しない混合容器（流体制御ユニット７１内にある）から液体供給部１１２’を介して現像液が備蓄チャンバ１１２に所定の濃度で供給される。この備蓄チャンバ１１２から現像液がプレチャンバ１１３（上方が開放したタブの形態）に大量に供給される。現像ドラム１１１に向かって電極セグメント１１４が配置されており、この電極セグメントは自分と現像ドラム１１１との間に空隙を形成する。

現像ドラム１１１は上方が開放したプレチャンバ１１３を通って回転し、その際に現像液を空隙に連行する。過剰の現像液はプレチャンバ１１３から備蓄チャンバ１１２に戻る。

電位によって形成された電極セグメント１１４と現像ドラム１１１との間の電界により、空隙にある現像液が２つの領域に分割される。すなわち、現像ドラム１１１の近傍にあってトナー粒子が濃縮されている層領域（凝縮された現像液）と、電極セグメントの近傍にあってトナー粒子の少ない第２の領域（非常に低濃度の現像液）である。

続いて現像液の層はさらに調量ドラム１１５に搬送される。調量ドラム１１５は現像液の上方層を押し潰し、その後、約５μｍの規定の層厚の現像液が現像ドラム１１１に残る。トナー粒子は実質的に現像ドラム１１１の表面近傍のキャリア流体内に存在するから、外側にあるキャリア流体は押し潰され、または戻され、最終的に収集容器１１９に回収され、備蓄チャンバ１１２には供給されない。

その結果、もっぱら高濃度の現像液が、調量ドラム１１５と現像ドラム１１１の間のニップを通って搬送される。したがって約４０質量％のトナー粒子と約６０質量％のキャリア流体を有する均一の厚さの現像液層が調量ドラム１１５の後方に生じる（印刷プロセス要求に応じて質量比は多少増減する）。この均一な現像液層が、現像ドラム１１１と感光体ドラム１０１との間のニップに搬送される。そこで潜像の画像箇所がトナー粒子によって電気泳動的に着色され、一方、非画像箇所の領域ではトナーが感光体に移行しない。十分なキャリア流体が電気泳動プロセスには絶対に必要である。流体膜はニップの後方で濡れによりほぼ中央で分かれ、層の部分は感光体ドラム１０１の表面に付着したままであり、他の部分（キャリア流体中にある画像箇所に対する部分と、非画像箇所に対するトナー粒子とキャリア流体）は現像ドラム１１１に残る。

これにより現像ドラム１１１を同じ条件の下で均等に現像液により被覆することができ、残ったトナー粒子（これは実質的に陰の転写されなかった印刷画像である）と現像液はクリーニングドラム１１７により電気泳動的かつ機械的に除去される。クリーニングドラム１１７自体はスキージ１１８によって清掃される。取り除かれた現像液は収集容器１１９に再使用のため供給される。この収集容器には、調量ドラム１１５から例えばスキージ１１６によって取り除かれた現像液、および感光体ドラム１０１からスキージ１０４によって取り除かれた現像液も供給される。

収集容器１１９に収集された現像液は混合容器に流体排出部１１９’を介して供給される。混合容器には新鮮な現像液と純粋なキャリア流体も必要な場合には供給される。混合容器には常に、所望の濃度（トナー粒子とキャリア流体とが所定の割合）の十分な液体が存在していなければならない。濃度は混合容器内で常時測定され、除去され供給される現像液の量とその濃度に依存して、ならびに新鮮な現像液およびキャリア流体の量と濃度に依存して適切に調整される。

このために対応する備蓄容器７２から高濃度の現像液、純粋なキャリア流体、漿液（トナー粒子の電荷を調整するためのキャリア流体と電荷調製剤）、ならびに除去された現像液が混合容器に別個に供給される。

感光体は好ましくはドラムまたは無限ベルトの形に構成することができる。ここでは非結晶ケイ素を感光体材料として使用することができ、または有機感光体材料（ＯＰＣとも称する）を使用することができる。

感光体の代わりに他の画像担体、例えば磁気的画像担体、イオン化可能画像担体等を使用することもできる。これらは光電原理にしたがって作用するのではなく、他の原理にしたがって潜像を電気的、磁気的、またはその他のやり方で際立たせ、これが着色され、最終的に記録担体２０に転写される。

符号発生器１０９としてＬＥＤ列、または対応する走査機構を備えるレーザも使用することができる。

同様に転写エレメントはドラムまたは無限ベルトとして構成することができる。転写エレメントは省略することもできる。この場合、印刷画像２０’は感光体ドラム１０１から記録担体２０に直接転写される。

概念「電気泳動」とは、荷電されたトナー粒子がキャリア流体中で電界の影響により移動することであると理解される。トナー粒子の各転写の際には、対応するトナー粒子が実質的に完全に他のエレメントに移行する。２つのエレメントの接触後に流体膜は、関与するエレメントの濡れによってほぼ半分に分割され、これによりほぼ半分は一方のエレメントに付着したまま残り、残りの半分は他方のエレメントに付着したまま残る。印刷画像２０’は転写され、次の転写領域で再びトナー粒子の電気泳動的移動を行うためにさらに搬送される。

デジタル印刷機１０は、表面側印刷のための１つまたは複数の印刷機構と、同様に裏面側印刷のための１つまたは複数の印刷機構を有することができる。印刷機構は、ライン、Ｌ字形またはＵ字形に配置することができる。

ワインダ２７の代わりに、図示しない複数の後処理装置を張引機構２６の後方に配置することができる。これは記録担体２０を最終形態にするためのカッター、折り目機、ステープラー等と同様である。例えば記録担体２０は、最終的に本が完成されるように処理される。後処理装置も同様に一列にまたは角度を付けて配置することができる。

デジタル印刷機１０は、前に説明した有利な実施例と同様にロール・ロール印刷機として駆動することができる。記録担体２０を終端部で枚葉紙に切断し、枚葉紙を引き続き積層し、または適切に後処理することもできる（ロール・シート印刷機）。同様に枚葉紙状の記録担体２０をデジタル印刷機１０に供給し、終端部で枚葉紙を積層し、またはさらに処理することもできる（シート・シート印刷機）。

記録担体２０の表面側だけが印刷される場合、一色の少なくとも１つの印刷機構１１が必要である（シンプレックス印刷）。裏面側も印刷する場合には、さらに裏面側用の少なくとも１つの印刷機構１２が必要である（デュプレックス印刷）。表面側および裏面側の所望の印刷画像２０’に応じて、印刷機コンフィギュレーションは表面側および裏面側用の対応する数の印刷機構を含んでおり、各印刷機構１１，１２は一色に対して、またはトナーの種類に対してだけ常に構成されている。

印刷機構１１，１２の最大数は、記録担体２０の機械的最大張引負荷と自由な張引長によって技術的にのみ制限される。典型的には１／０コンフィギュレーション（印刷すべき表面側用の１つの印刷機構のみ）から６／６コンフィギュレーションまで可能であり、６／６コンフィギュレーションでは記録担体２０の表面側と裏面側に対して各６つの印刷機構を設けることができる。好ましい実施形態（コンフィギュレーション）が図１に示されている（４／４コンフィギュレーション）。これにより表面側と裏面側が４つの基本色によりフルカラー印刷される。４色印刷の場合の印刷機構１１，１２の順序は、好ましくは明るい色（黄色）を印刷する印刷機構１１，１２から暗い色を印刷する印刷機構１１，１２に続いている。したがって例えば記録担体２０はＹ−Ｃ−Ｍ−Ｋの色順序で明るい色から暗い色が印刷される。

記録担体２０は、紙、金属、プラスチックまたはその他の適切で印刷可能な材料から作製することができる。

前に説明したように、現像液中のトナー濃度を連続的に監視することが重要であり、所定の値に制御しなければならない。なぜならトナー濃度は、感光体上の潜像の着色の達成に大きな影響を有しており、ひいては印刷品質に大きな影響を有するからである。現像液中のトナー濃度を求めるための構成の重要な構成部材は測定セル１３０であり、その基本断面図が図３に示されている。測定セル１３０は入口キャップ１３２を有し、その回転対称の内室は流れが最適化されている。入口キャップ１３２の外面は、ホース（図示せず）を固定するためのリブ１３４を有する。現像液は垂直方向に下方から上方に矢印Ｐ１に対応して流れる。測定セル１３０は動作時に、その長手軸１３６が垂直であり、測定セル１３０の内部を矢印Ｐ１の方向にトナー粒子を有するキャリア流体が流れるように配置されている。この通流方向では、場合により存在する気泡が測定セル１３０内に残ってしまうことが回避される。なぜなら気泡はその浮力方向と測定セル１３０の内室からの通流方向が同じであるので外に流されるからである。

測定セル１３０の中間部分は、音波減衰プラスチックから作製されたセンサ体１３８を形成する。このセンサ体１３８は矩形の内断面を有し、互いに対向する側にはそれぞれ１つの切欠部１４０，１４２があり、それらの中に圧電セラミック素子１４４，１４６が取り付けられている。好ましくはディスク状の圧電セラミック素子が使用され、これらは２成分接着剤によって接着されている。接着剤は有利な音波結合を達成するために用いられる。圧電セラミック素子１４４は送信器として、圧電セラミック素子１４６は受信器として用いられる。音波減衰性のプラスチックからなる押圧プレート１４８は切欠部１４０または１４２にある圧電セラミック素子１４４，１４６を押し付け、外側からはバネプレート１５０により保持される。切欠部１４０または１４２の下方にある材料および測定セル１３０の内側に向かって残っている材料は音波ダイヤフラムとして用いられ、比較的薄く構成されている。圧電セラミック素子１４４，１４６の間には超音波パルスの伝播方向に対して横方向に、孔部１５２内に温度センサが配置されており、現像液の温度を測定する。通流方向Ｐ１で見てセンサ体１３８は出口キャップ１５４と接続されており、その内室は流れが最適化されており、外側にはホース（図示せず）を固定するためのリブ１５６を有する。入口キャップ１３２も出口キャップ１５４と同様にパッキンエレメント１５６（例えばＯリング）によってセンサ体１３８に対して流体密に密閉されている。入口キャップ１３２と出口キャップ１５４は、センサ体１３８の矩形断面と、流体パイプまたは流体ホースのそれぞれ接続された円形断面との移行部を形成し、流れが最適化されている。

図４は圧電セラミック素子１４４の平面図であり、構造的に圧電セラミック素子１４６と同じである。圧電セラミック素子１４４はディスク状であり、両側が金属で被覆されている。これにより金属層の間に電圧を印加し、または取り出すことができる。表側の金属層１５７は切り取られた部分１５８を有し、この中には電気的に絶縁された金属接点１６０が配置されている。この金属接点は裏側の金属層（図示せず）と接続されており、したがって表側から見て、圧電セラミックにより絶縁された２つの金属層を互いにコンタクトすることができる。圧電セラミック素子１４４は典型的には１０ｍｍの直径と約２ｍｍの厚さを有する。金属層として銀層を設けることができる。表側から見て２つの金属層をハンダ付けによりコンタクトすることができる。

図５はブロック回路図に、測定セル１３０内の超音波パルスの減衰を決定するための構成の構造を示す。パルス発生器１６２は、パルス成形器１６４を制御するための周期的パルスを形成する。パルス成形器は超音波送信器、好ましくは図３の圧電セラミック素子１４４を、周期的な超音波パルスが測定セル１３０内の現像液を通過するように制御する。パルス発生器１６２は理想的には短い針パルスを形成する。この針パルスは例えばパルス整形器１６４にある高速半導体スイッチをスイッチングし、前もって充電電圧Ｕ０に充電された圧電セラミック素子１４４を放電させる。送信される超音波パルスの高さは充電電圧Ｕ０に依存する。

測定セル１３０を横断する際に、超音波パルスは流体により、トナー粒子の形態で存在する固体粒子の濃度に応じて減衰されて超音波受信器１６８に到達する。この超音波受信器は測定セル１３０内に圧電セラミック素子１４６として構成されている。超音波受信器１６８は受信した圧力変動を電圧に変換する。この電圧は、超音波受信器１６８の周波数特性のため交流電圧の形の減衰性振動シーケンスに相当する。この交流電圧は後続の増幅器１７０によって増幅される。続いて増幅された信号はピーク値整流器１７２により整流され、ローパスフィルタ１７４でフィルタリングされる。ローパスフィルタ１７４の出力端にはピーク値Ｕｓが実際値として印加される。この実際値は加算素子１７６に出力され、加算素子は目標値Ｕｓｅｔと実際値との差を制御偏差ＲＡとして形成する。制御偏差ＲＡは制御器１７８，例えばＰＩ制御器に供給され、この制御器は制御アルゴリズムに従って充電電圧Ｕ０の形で調整値を形成する。

例えば値Ｕｓが目標値Ｕｓｅｔより小さければ、充電電圧Ｕ０は高められる。これにより超音波パルスのパルス高さも高められ、その結果、受信信号のピーク値も高まる。値Ｕｓが目標値Ｕｓｅｔより大きければ、反対に充電電圧Ｕ０が低下され、それにより送信される超音波パルスのパルス高さが低下され、したがって受信信号のピーク値も小さくなる。制御が安定すると、値ＵｓとＵｓｅｔは同じ大きさになり、充電電圧Ｕ０の値も安定する。定常状態で充電電圧Ｕ０は、減衰が大きいとき、すなわちトナー濃度が高いときに大きく、反対に減衰が小さとき、すなわちトナー濃度は低いときには小さい。充電電圧Ｕ０は好ましくはアナログ／デジタル変換器（図示せず）に供給され、デジタル値に変換される。このデジタル値から、現像液の減衰の測定と固体粒子への密な関係とからトナー濃度を決定することができる。

図６は左部分に、時間ｔについての充電電圧Ｕ０の経過を示す。時点ｔ＝０で放電過程が始まり、放電が急速であるので圧電セラミック素子１４４が変形し、この変形がセンサ体１３８にある残りの材料壁を介して超音波パルスとしてセンサ体１３８の内部にある流体に導入される。超音波パルスは流体を横断し、超音波受信器１６８として用いられる圧電セラミック１４６に当たる。超音波パルスの圧力波は圧電セラミック素子１４６を変形し、電荷変位によって電圧が発生する。図６の右部分は、圧電セラミック素子１４６に発生する電圧Ｕを時間ｔについて示す。圧電セラミック素子１４６の周波数特性のため固有振動が励起され、電荷変位によって発生した電圧Ｕは減衰された交流電圧振動に相当する。ピーク値整流器１７２は後続のローパスフィルタ１７４と関連して、ピーク電圧Ｕｓを形成し、本実施例では図６のピーク・ツー・ピーク値である。超音波パルスの伝搬時間に対する尺度として、ゼロラインを基準にする振動シーケンスの最小値または最大値が最初にゼロ通過するまでの時間ｔ_Ｌが用いられる（受信信号なし）。ｔ_Ｌに対する典型的な値は１６μｓである。使用される圧電材料に依存して圧電セラミック素子１４４，１４６は１ＭＨｚから１０ＭＨｚの共振周波数を有する。

図７は、減衰強度が異なる２つの場合での充電電圧Ｕ０に対する時間経過を示す。受信信号Ｒの高さがピーク値整流器１７２により測定され、制御器１７８により所定の一定目標値Ｕｓｅｔに制御される。図示の窓Ｆ内に受信信号が示されている。上方の線図Ａは、減衰が比較的小さい流体の場合を示す。制御器１７８はこの場合、充電電圧Ｕ０を３Ｖの値に調整する。この電圧Ｕ０に充電された圧電セラミック素子１４４は始め（ｔ＝０）に短時間で約０Ｖに放電し、それにより超音波パルスを形成する。続いて圧電セラミック素子１４４は再び３Ｖの充電電圧Ｕ０に充電され、これが信号Ｓに示されている。超音波パルスは流体を横断し、約１６μｓ後に圧電セラミック素子１４６、すなわち超音波受信器に達し、この超音波受信器で形成された電圧は増幅され、受信信号Ｒとして測定される。

図７の下側の線図Ｂは、減衰が比較的大きい流体の場合を示す。この場合、充電電圧Ｕ０は制御器１７８により例えば約９Ｖに調整される。圧電セラミック素子１４４（超音波送信器）の始めの電圧パルス、すなわち形成される超音波パルスに対するパルス高さは対応してより高い。これは流体の大きな減衰を補償するためである。線図Ｂから分かるように、受信信号Ｒは場合Ａとほぼ同じ大きさである。これは制御器１７８がその制御特性に基づいて受信信号Ｒの偏差を調整するからである。したがって前記の制御により、充電電圧Ｕ０は現像液の減衰に対する尺度として、ひいてはトナー濃度に対する尺度として用いられる。

図８は、ピーク値整流器１７２の実施形態を概略的に示す。２つの高速スイッチングダイオードと２つのコンデンサＣ１，Ｃ２が電圧倍増回路を形成する。出力端Ｒｅｃｔで整流された電圧はこの装置では、ワンウェイ整流器の場合の約２倍の大きさである。ローパスフィルタリングは、パルス発生器１６２でのパルス形成の反復周波数に関連した構成素子Ｃ１，Ｃ２の選定によって生じる。超音波パルスが到来するたびにコンデンサＣ１は充電され、その後、このコンデンサＣ１は自分の電荷の一部をコンデンサＣ２に引き渡し、コンデンサＣ２の電圧は超音波パルスが新たに到来するたびに高まる。この上昇は、超音波パルスが頻繁に到来すればするほど速くなる。キャパシタンスの比、すなわちＣ１対Ｃ２が大きければ大きいほど、上昇は緩慢になる。１：２０の比が有利であると判明した。実際には１：１０から１：１００の範囲の比が有利である。コンデンサＣ２の大きさは、放電が非常に緩慢にだけ行われ、放電時定数がパルス形成の持続時間よりも格段に大きくなるよう選択すべきである。好ましくは電圧Ｒｅｃｔは高抵抗の増幅器入力端によってのみ負荷される。

図９は、ピーク値整流器の別の実施形態を示し、ここではノイズ抑圧のための付加的措置がとられている。付加的な抵抗Ｒ１はコンデンサＣ１とともにハイパスフィルタを形成し、低周波ノイズ信号がピーク値Ｒｅｃｔを障害するのを阻止する。トランジスタスイッチＱ１を介して整流の機能を調整することができる。上位の制御部、例えばマイクロコントローラが正電圧を入力端「Ｉｎｈｉｂｉｔ」に印加することにより、信号Ｒを短絡させ、これによりこの信号が整流に関与するのを阻止することができる。これにより整流を所定の時間窓でだけイネーブルすることが可能になり、例えば超音波パルスが超音波受信器に到来する直前に初めてイネーブルすることができる。この時間窓から外れるノイズおよび信号は、検出すべきピーク値Ｒｅｃｔに何ら作用しない。

図１０は、制御器１７８に対する実施例を示す。制御特性を最適化するためにＰＩ制御器またはＰＩＤ制御器を使用することができる。積分成分（Ｉ成分）を含めることの利点は、制御偏差ＲＡを正確にゼロに制御できることである。図１０の制御器は演算増幅器回路として構成されている。演算増幅器はピーク値Ｒｅｃｔを一定の目標値Ｕｓｅｔと比較する。値ＲｅｃｔがＵｓｅｔより大きければ、演算増幅器ＯＰの出力電圧が上昇する。後続のトランジスタが導通され、コレクタ電流が上昇する。これによって充電電圧Ｕ０に対応するコレクタの電圧が低下する。Ｕ０が低下することにより、送出される超音波パルスのパルス高さも低下し、受信器側の受信信号Ｒも、測定されるピーク値Ｒｅｃｔが一定の値Ｕｓｅｔに一致するまで低下する。充電電圧Ｕ０の値領域は供給電圧およびトランジスタのエミッタとコレクタにおける抵抗の大きさによって制限される。前記制御は、充電電圧Ｕ０が限界の一方に到達しない限り申し分なく機能する。したがって充電電圧Ｕ０の値をコントロール回路によって検査すべきである。

図１１は、コンパレータＫ１とＫ２を有するこのようなコントロール回路の概略図である。コンパレータＫ１は、調整された最小値Ｕｍｉｎを下回ることを監視する。充電電圧Ｕ０が例えばＵｍｉｎより小さいと、コンパレータＫ１の出力端のレベルが上昇し、このことは状態「Ｕ０が小さすぎる」を規定する。充電電圧Ｕ０が調整された最大値Ｕｍａｘを上回ることはコンパレータＫ２によって監視される。充電電圧Ｕ０が例えばＵｍａｘより大きいとコンパレータＫ２の出力端のレベルが上昇し、このことは状態「Ｕ０が大きすぎる」を規定する。測定過程中に状態「Ｕ０が小さすぎる」または「Ｕ０が大きすぎる」が指示されることは非常に有益である。測定時には、増幅器１７０の増幅率を適合することが必要になる場合もある。状態「Ｕ０が小さすぎる」が指示されると、このことは使用される現像液に対して調整された増幅率が大きすぎることを意味する。なぜなら制御器１７８が充電電圧Ｕ０をさらに下降制御できないからである。この場合、増幅器１７８に対する増幅率を低下しなければならない。これに対して状態「Ｕ０が大きすぎる」が指示されると、このことは所定の減衰度を有する使用現像液に対して調整された増幅率が小さすぎることを意味する。なぜなら制御器１７８は充電電圧Ｕ０をさらに上昇制御できないからである。この場合、増幅率をさらに高く調整しなければならない。

図１１のコントロール回路はエラー状態を明らかにするためにも使用できる。測定セル１３０が正しく調整され、図５の制御回路も正しく調整されているにもかかわらず、状態「Ｕ０が大きすぎる」が動作時に指示されることがある。このことは、実行されている伝搬時間測定（これについては後で説明する）が、受信側の信号が予期されるよりも小さいため十分な精度を有していないことの警告として使用することができる。一方、状態「Ｕ０が大きすぎる」は、測定セル１３０内に正確な測定を妨げる気泡が存在することを示唆する。場合によりコントロール回路は、他のエラー源も明らかにすることができる。圧電セラミック素子１４４，１４６または測定セル１３０がエラー状態を有している場合にも充電電圧Ｕ０に対する限界を上回ることがある。例えば材料の経年劣化のため圧電セラミック素子１４４，１４６の接着が変化することがあり、圧電セラミック素子１４４，１４６の破壊またはそのコンタクトの乖離が生じることがある。さらに測定セル１３０内の沈殿物の堆積もエラー源であり、コントロール回路により識別することができる。

トナー濃度を超音波パルスの減衰から検出する前記の方法は、特許文献４（本出願人の特許願）に記載されたトナー濃度を超音波パルスの伝搬時間から検出する方法と有利に組み合わせることができる。そこに記載された方法は、本願の開示内容として取り入れる。

図１２は、図５に示したものと一致する充電電圧Ｕ０の制御のブロック回路図である。前記特許文献４に記載されたような伝搬時間測定装置１８０が加えられている。伝搬時間ｔ_Ｌは、時点ｔ＝０から最初の最大値または最小値の発生後に受信信号が最初にゼロ通過するまでの時間である。詳細は前記刊行物に記載されている。

図１３は、音速ｖと温度Ｔとの依存関係をパラメータとしてのトナー濃度ＴＣで示す線図である。図示の特性曲線は温度Ｔに非常に強く依存しており、一方、ＴＣ曲線は興味対象の測定領域ではほぼ並んでおり、選択度が低いことが分かる。このことは、得られた測定量、すなわち音速（伝搬時間ｔ_Ｌからの検出）および温度Ｔからトナー濃度ＴＣを検出することを比較的不正確にし、とりわけ温度Ｔは多くの場合、時間的に大きく遅延して測定されてしまう。この線図から、音速ｖが一定の場合、温度が例えば１℃変化するとトナー濃度は絶対的に１０％も変化してしまうことが分かる。これは非常に正確な温度測定が必要であることを意味し、このことはさらなる問題となる。

図１４は線図にパラメータトナー濃度ＴＣの特性曲線を示す。減衰度Ｄが種々のＴＣ値において温度Ｔについての相対値としてプロットされている。この線図から、温度が例えば１℃だけ変化してもＴＣ値は絶対的に０．１５％しか変化しないことが分かる。このことは、減衰度から行うトナー濃度の検出は温度に比較的脆弱ではないことを意味する。

図１３と１４の線図からトナー濃度に対する近似式を導くことができる。トナー濃度ＴＣを音速または伝搬時間ｔ_Ｌから計算するための簡単な近似式は以下のとおりである。
ＴＣ１（ｖ，Ｔ）＝１．５２＊ｖ＋５．９４＊Ｔ＋ＴＣ＿Ｖ０
ここで
ＴＣ１は音速に基づいて求められたトナー濃度、
ｖは媒体中の音速ｍ／ｓ、
Ｔは温度℃、
ＴＣ＿Ｖ０は補正量である。

図１４の線図から次の近似式を得ることができる。
ＴＣ２（Ｄ，Ｔ）＝０．４７６＊Ｄ＋０．１５＊Ｔ＋ＴＣ＿Ｄ０
ここで
ＴＣ２は減衰測定から求められたトナー濃度、
Ｄは減衰度、
ＴＣ＿Ｄ０は補正加数である。

トナー濃度を検出するための前記２つの測定方法を組み合わせるのが有利である。これに関しトナー濃度は第１の加数と第２の加数の和から得られる。ここで第１の加数は図１４に示すトナー濃度と重み付け係数との乗算から得られ、第２の加数は図１３の伝搬時間測定からのトナー濃度と重み付け係数との乗算から得られる。ここで副次的条件は２つの重み付け係数の和が１であることである。近似式は以下のとおりである。
ＴＣ（ｖ，Ｄ，Ｔ）＝０．８７＊ＴＣ２（Ｄ，Ｔ）＋０．１３＊ＴＣ１（ｖ，Ｔ）
前記近似式を一般化すると、
ＴＣ（ｖ，Ｄ，Ｔ）＝ｗ１＊ＴＣ１（ｖ，Ｔ）＋ｗ２＊ＴＣ２（Ｄ，Ｔ）
ここでｗ１とｗ２は重み付け係数であり、ｗ１＋ｗ２＝１が当てはまる。

重み付け係数ｗ１とｗ２は、２つの測定方法（伝搬時間ｔ_Ｌによる音速測定と図１４による減衰度測定）に対する温度の影響が最小となるように、または相殺されるように選択される。音速の測定は、特許文献４に記載されたのとは別の方法で行うこともできる。

トナー濃度ＴＣを減衰度Ｄと温度Ｔから求めるのが有利である。
ＴＣ＝ｆ（Ｄ，Ｔ）
そしてこのために次の規則により適切な多項式を展開する。
ＴＣ＝Ｋ０＋Ｋ１＊Ｄ＋Ｋ２＊Ｄ^２＋Ｋ３＊Ｔ＋Ｋ４＊Ｔ^２＋Ｋ５＊Ｄ＊Ｔ＋．．．
多項係数Ｋ１からＫ５およびさらなる多項係数は各流体に対して固有に決定しなければならない。

減衰度Ｄは、Ｄ＝ｌｎ（Ｉｏ／Ｉｄ）／ｄから得られる。
ここでＩｏは送信される超音波の強度、Ｉｄは間隔ｄで受信される超音波の強度である。

超音波パルスの強度（またはその出力）を簡単に測定することはできない。しかし強度（または出力）は電圧振幅の２乗に比例するから、減衰に対する近似値を以下のようにして求めることができる。
Ｄ＝ｌｎ（Ｕ０^２／Ｕ１^２）＊Ｋ１／ｄ＋Ｋ０
ここでＵ０は充電電圧であり、送信される超音波パルスの高さに比例し、
Ｕ１は受信電圧のピーク値であり、
Ｋ１は正規化係数であり、
ｄは圧電セラミック素子までの間隔であり、
Ｋ０は減衰測定を調整するためのオフセットである。

Ｕ１は、所定の目標値にしたがって制御される値Ｕｓに対応する。例えばこの値Ｕｓは約３Ｖである。間隔ｄは１つの例では０．０１８ｍである。正規化係数Ｋ１として１．１の値が発見された。前記の近似式を用いて、大きな測定範囲にわたりトナー濃度ＴＣに対する密な関係を作成することができる。例えば黒色のトナー材料における実際の試験で、０．２％から１１．８％の範囲でトナー濃度を比較的高精度に測定することができた。

トナー濃度を検出するための２つの方法は温度に依存するが、大きく異なる温度経過を有しているから、重み付け係数と関連して組み合わせることにより、測定範囲、測定精度および温度経過に関しての最適化が達成される。

本発明により達成可能な技術的利点は以下のとおりである。

例えば図５に関連して説明したような制御によって、受信側での信号処理が改善され、この制御は受信信号が常に同じパルス高さを有することを保証する。したがって受信側では評価電子回路に対するクリティカルな増幅係数を粗く調整すれば良く、所属の電子回路はノイズに脆弱ではない。例えば過励振の際に受信側で信号が歪んでしまい、障害となっても制御によって阻止される。有利な動作点が調整されれば、受信側で増幅係数をそれ以上変化させる必要はなく、これにより回路の安定性が改善される。なぜなら増幅率の変化は、位相シフトを行わずしては調整するのが非常に困難だからである。

充電電圧の制御に基づき、付加的なコストを掛けずに比較的簡単な手段で、充電電圧Ｕ０を減衰度に対する尺度、またはトナー濃度に対する尺度として測定過程後に使用することができる。

すでに述べたように制御および減衰の評価によってトナー濃度を検出するための方法は温度にさほど依存せず、このことは全体として障害安全性を改善する。

充電電圧の限界監視によって、トナー濃度測定システム全体におけるエラーを識別し、警報信号を出力することができる。

１０ デジタル印刷機
１１，１１ａ〜１１ｄ 印刷機構（表面側）
１２，１２ａ〜１２ｄ 印刷機構（裏面側）
２０ 記録担体
２０’ 印刷画像（トナー）
２０’’ 記録担体の搬送方向
２１ ロール（入口）
２２ アンワインド
２３ コンディショニング機構
２４ 反転ユニット
２５ レジスタユニット
２６ 張引機構
２７ ワインダ
２８ ロール（出口）
３０ 定着ユニット
４０ 温度調整モジュール
５０ エネルギー供給部
６０ コントローラ
７０ 液量管理モジュール
７１ 流体制御ユニット
７２ 備蓄容器
１００ 電子フォトグラフステーション
１０１ 感光体ドラム
１０２ 消去光
１０３ クリーニング装置（感光体）
１０４ スキージ（感光体）
１０５ 収集容器（感光体）
１０５’ 矢印
１０６ 荷電装置（コロナ放電電極）
１０６’ ワイヤ
１０６’’ シールド
１０７ 給気チャネル（給気）
１０８ 排気チャネル（排気）
１０９ 符号発生器
１１０ 現像ステーション
１１１ 現像ドラム
１１２ 備蓄チャンバ
１１２’ 液体供給部
１１３ プレチャンバ
１１４ 電極セグメント
１１５ 調量ドラム（現像ドラム）
１１６ スキージ（調量ドラム）
１１７ クリーニングドラム（現像ドラム）
１１８ スキージ（現像ドラムのクリーニングドラム）
１１９ 収集容器（現像液）
１１９’ 流体排出部
１２０ 転写ステーション
１２１ 転写ドラム
１２２ クリーニングユニット（湿式チャンバ）
１２３ クリーニングブラシ（湿式チャンバ）
１２３’ クリーニング液供給部
１２４ クリーニングドラム（湿式チャンバ）
１２４’ クリーニング液排出部
１２５ コンディショニングエレメント（背面保持プレート）
１２６ 対向圧ドラム
１２７ クリーニングユニット（対向圧ドラム）
１２８ 収集容器（対向圧ドラム）
１２８’ 流体排出部
１２９ 荷電ユニット（転写ドラムのコロナ放電電極）
１３０ 測定セル
１３２ 入口キャップ
１３４ リブ
１３６ 長手軸
１３８ センサ体
１４０，１４２ 切欠部
１４４，１４６ 圧電セラミック素子
１４８ 押圧プレート
１５０ バネプレート
Ｐ１ 通流方向
１５４ 出口キャップ
１５６ パッキンエレメント
１５７ 金属層
１５８ 切り取られた部分
１６０ 金属接点
１６２ パルス発生器
１６４ パルス整形器
Ｕ０ 充電電圧
１６８ 超音波受信器
１７０ 増幅器
１７２ ピーク値整流器
１７４ ローパスフィルタ
１７６ 加算素子
ＲＡ 制御偏差
１７８ 制御器
Ｕｓ ピーク電圧
ｔ_Ｌ 伝搬時間
Ｋ１，Ｋ２ コンパレータ
ＴＣ トナー濃度
Ｔ 温度
Ｄ 減衰度
ｗ１，ｗ２ 重み付け係数

Claims (10)

1. 現像液を用いて施与されるトナー粒子により記録担体（２０）を印刷するためのデジタル印刷機（１０）の駆動方法であって、
   前記現像液のトナー濃度（ＴＣ）が、測定セル（１３０）内での超音波パルスを用いた測定によって検出され、
   充電電圧（Ｕ０）により充電された超音波送信器（１４４，１４６）の放電によって少なくとも１つの超音波パルスが形成され、
   該超音波パルスが前記現像液を通過し、超音波受信器（１４６，１６８）によって受信され、該超音波受信器は受信された超音波パルスに相当する受信信号を形成し、
   制御装置が前記充電電圧（Ｕ０）を、前記受信信号の代表的パラメータ（Ｕｓ）が所定の目標値（Ｕｓｅｔ）に相当するような値に制御し、
   制御された前記充電電圧（Ｕ０）から前記トナー濃度（ＴＣ）が検出される方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記受信信号に対する代表的パラメータとしてピーク値（Ｕｓ）が使用され、該ピーク値はローパスフィルタ（１７４）によってフィルタリングされる方法。
3. 請求項１または２に記載の方法であって、
   前記現像液の温度（Ｔ）が測定され、前記トナー濃度（ＴＣ）の検出の際に考慮される方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、
   前記現像液の減衰度（Ｄ）に関する値が前記充電電圧（Ｕ０）および前記受信信号（Ｕｓ）から求められ、
   前記トナー濃度（ＴＣ）は、前記減衰度（Ｄ）および前記温度（Ｔ）から多項式による近似によって求められる方法。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法であって、
   付加的に前記超音波パルスの伝搬時間（ｔ_Ｌ）が求められ、当該伝搬時間（ｔ_Ｌ）が前記トナー濃度（ＴＣ）の検出の際に考慮される方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、
   前記伝搬時間（ｔ_Ｌ）の検出の際に前記現像液の温度（Ｔ）が考慮される方法。
7. 請求項５または６に記載の方法であって、
   前記トナー濃度は第１の加数と第２の加数との和から形成され、
   前記第１の加数は、制御された充電電圧（Ｕ０）の考慮により得られたトナー濃度（ＴＣ）と重み付け係数（ｗ１）との乗算から得られ、前記第２の加数は、伝搬時間測定から得られたトナー濃度（ＴＣ）と重み付け係数（ｗ２）との乗算から得られる方法。
8. 現像液を用いて施与されるトナー粒子により記録担体（２０）を印刷するためのデジタル印刷機（１０）であって
   測定セル（１３０）を用い前記現像液のトナー濃度（ＴＣ）が、超音波パルスを用いた測定によって求められ、
   充電電圧（Ｕ０）により充電された超音波送信器（１４４，１４６）の放電によって少なくとも１つの超音波パルスが形成され、
   該超音波パルスが前記現像液を通過し、超音波受信器（１４６，１６８）によって受信され、該超音波受信器は受信された超音波パルスに相当する受信信号を形成し、
   制御装置が設けられており、該制御装置は前記充電電圧（Ｕ０）を、前記受信信号の代表的パラメータ（Ｕｓ）が所定の目標値（Ｕｓｅｔ）に相当するような値に制御し、
   前記制御された充電電圧（Ｕ０）から前記トナー濃度（ＴＣ）が求められるデジタル印刷機。
9. 請求項８に記載のデジタル印刷機であって、
   前記受信信号に対する代表的パラメータとしてピーク値（Ｕｓ）が求められ、該ピーク値はローパスフィルタ（１７４）によってフィルタリングされるデジタル印刷機。
10. 請求項８または９に記載のデジタル印刷機であって、
    前記測定セル（１３０）は中空センサ体（１３８）を含んでおり、該センサ体の互いに対向する外側では、それぞれ１つの圧線セラミック素子（１４４，１４６）が対応する切欠部（１４０，１４２）内に配置されているデジタル印刷機。

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