JP3585812B2 - 湿式電子写真装置 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、湿式電子写真装置に関わる。
【従来の技術】
液体現像剤を用いた湿式電子写真装置は、乾式電子写真装置では実現できない利点を有しており、近年その価値が見直されつつある。例えば、サブミクロンサイズの極めて微細なトナー粒子を用いることができるので高画質を実現できること、少量のトナーで十分な画像濃度が得られるため経済的である上にオフセット印刷並みの質感を実現できること、比較的低温でトナーを用紙に定着できるため省エネルギー化が実現できること、などが乾式に対する湿式電子写真の主な利点である。
湿式電子写真装置においては、静電潜像を現像するために高抵抗ないし絶縁性の石油系溶媒をキャリア液とする液体現像剤を用いなければならない。キャリア液中のトナー粒子の比率は、高画質保持のために常に一定範囲にする必要がある。そのため、液体現像剤のトナー粒子濃度を検知する手段を設け、液体現像剤の濃度調整を行うことが肝要である。
液体現像剤の濃度検知は、例えばＣｄＳカプラとランプとを組み合わせて成る光学センサ、或いは現像液内に対向させた電極間へ超低周波数の正弦波を印加し、現像液の導電率を測定する装置などが知られている。
しかしながら、前記光学センサを用いた方式では、ＣｄＳカプラとランプとを近接させる必要があり、そのため両者間のギャップに異物が混入すると、その除去が非常に困難でセンシングに支障を来すことがあった。また、両者間のギャップが狭いために、このギャップの部分にトナー粒子が残留しやすい。その結果、トナー粒子濃度が変化した際のセンシングの信頼性の欠如、ひいてはトナー濃度制御に誤動作が生じ易くなるという問題がある。
また、一対の電極を現像液中に配置し，超低周波数の正弦波を印加して導電率を測定する方式では、電極に超低周波数の正弦波を印加しているので導電率（抵抗）以外に電荷移動及び物質移動に伴う情報もノイズとして検出してしまい、正確な導電率を測定することはできない。
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、液体現像剤のトナー粒子濃度の検出に、従来光学センサを用いたり、導電率による濃度検出が知られているが、これらの検出方法では正確な濃度検出が行えないという問題があった。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、精度の高い液体現像剤のトナー粒子濃度検出を行うことで、画像濃度の安定した湿式電子写真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】
本発明の湿式電子写真装置は、表面に静電潜像が形成される潜像保持体と、前記静電潜像を現像するキャリア液およびトナー粒子とを含む液体現像剤を収納する現像剤容器と、前記現像剤容器内の液体現像剤中に超音波を発振し前記液体現像剤を伝わる超音波の強度を測定して前記液体現像剤中のトナー粒子濃度を測定する濃度測定手段とを有することを特徴とする。
すなわち、圧電振動子などから発生される超音波を用いて現像剤容器内に収納される液体現像剤のトナー粒子濃度を検出するために、光学センサに比べ検出空間を広く取ることが可能になるため、正確にその濃度を測定することが可能となる。また、電荷移動及び物質移動に伴うノイズはほとんど検出されることもないために、導伝率による濃度検出に比べその濃度を正確に測定することが可能となる。
また、濃度測定手段は２つの圧電振動子と、一方の圧電振動子に駆動信号を送る送信回路と、前記一方の圧電振動子から発生した超音波を受信する他方の圧電振動子と接続され、前記超音波の強度を検出する検波回路とを有するものを使用することができる。
また、圧電振動子と、この圧電振動子の主面と対向配置された反射板を設けた濃度測定手段を用いることができる。
また、濃度測定手段は、現像剤容器の外に設けた圧電振動子を用いることができる。このようにすることで、圧電振動子とその送信回路との接続を簡便に行うことができる。
また、圧電振動子は、現像剤容器内に配設することも可能である。
さらに、また、前記濃度測定手段による濃度測定結果に基づき、高濃度液体現像剤を供給して前記現像剤容器内の液体現像剤の濃度を所定の値に調整する濃度制御手段を設けることができる。
前記２つの圧電振動子は、前記送信回路および前記検波回路のいずれにも接続可能にすることが好ましい。さらに、この場合２つの圧電振動子は、実質的に同一構造の圧電振動子とすることが好ましい。
また、本発明の湿式電子写真装置は、表面に静電潜像が形成される潜像保持体と、この静電潜像を現像するキャリア液およびトナー粒子を含む液体現像剤を収納する現像剤容器と、この現像剤容器内、または前記現像剤容器外に配置された圧電振動子とを備えることを特徴とする。
また、前記圧電振動子に駆動信号を送信する送信回路、及び前記圧電振動子に接続された検波回路とを備えるものを含む。
前記圧電振動子を複数個備えていてもよい。
前記複数の圧電振動子の一つに駆動信号を送信する送信回路と、前記複数の圧電振動子の他方に接続された検波回路とを備えるものも含む。
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の湿式電子写真装置の概略図を示す。
潜像保持体１は、導電性基体の上に、有機系あるいはアモルファスＳｉなどの無機系の感光層を設けたものであり、ここでは回転可能な感光体ドラムを用いている。この潜像保持体１は周知の帯電器（コロトロン帯電器あるいはスコロトロン帯電器など）２によって均一に帯電された後、光源３から照射される画像変調されたレーザーあるいはＬＥＤなどの光ビームを受け、表面に静電潜像が形成される。しかる後に、現像装置４によって、静電潜像が可視像化されトナー像が形成される。
静電潜像にトナーが付着したことによって得られるトナー像は、図１に示すように中間転写媒体５に一度転写された後、中間転写媒体５から紙などの記録媒体６へ転写される。なお、静電潜像に付着したトナー像を直接最終転写媒体である記録媒体６に直接転写させてもよい。
図２は、現像装置４の拡大図であり、この図を用いて現像装置４の構成と、現像工程について説明する。
現像器を兼ねる現像剤容器２１中には、液体現像剤２２が収納されている。この液体現像剤２２は、非極性のキャリア液と、このキャリア液中に分散されたトナー粒子とからなる。なお、本発明における液体現像剤２２の濃度は、キャリア液に対するトナー粒子の含有率を指し、用いる液体現像剤の諸特性によって異なるが、通常液体現像在中のトナー粒子成分の比率が０．１〜５ｗｔ％の範囲内で使用する。
さらに、現像剤容器２１中には、液体現像剤２２にその一部が接触する、回転可能な現像ローラ２３が配置されており、この現像ローラ２３が矢印方向に回転することで、現像剤容器２１内の液体現像剤２２を攪拌すると共に、現像ローラ２３表面に液体現像剤２２を担持して潜像保持体１に液体現像剤２２を接触して供給する。
また、現像ローラ２３には、所定の現像バイアスが印加されており、現像バイアスと、潜像保持体１との電位差によって、潜像保持体１の所定の部位のみにトナー粒子が付着することでトナー像が得られる。
また、図２においては、現像剤容器２１中に一対の圧電振動子２４−１、２４−２から成る濃度測定手段が超音波送受信面（主面）を対向するように配置されており、圧電振動子２４−１から発振された超音波を圧電振動子２４−２で受信し、受信した超音波の減衰量変化を測定することで、現像剤容器２１中の液体現像剤２２の濃度を調べる。
前記圧電振動子２４−１は、圧電材料と、圧電材料の対向する面に形成された一対の電極とからなり、前記圧電材料としては圧電セラミック、圧電単結晶、高分子圧電体など、電極としてはＡｌ，Ａｕ，Ａｇといった金属膜など、通常使用するものを用いればよい。図２に示すように圧電振動子２４−１を現像剤容器２１中に配置する場合には、高分子圧電体はキャリア液によって膨潤する恐れがあるため、圧電セラミックや圧電単結晶を使用することが好ましい。
また、一対の圧電振動子２４−１，２４−２間の距離は、圧電振動子の周波数により適当な範囲があり、特に限定されないが、０．５ｍｍ〜３０ｃｍ程度に設定することが望ましい。圧電振動子間の距離が近すぎると、挟持される領域の現像剤のトナー粒子濃度が、その他の領域の現像剤の濃度よりも高くなり、正確な濃度測定が行えなくなる恐れがある。また超音波の伝搬距離が長いと、減衰が大きくなるため測定誤差が生じやすく、それを防止するために圧電振動子に印加する駆動電圧を大きくしなければならない。
次に、液体現像剤のトナー粒子濃度測定原理を説明する。
液体現像剤中で、圧電振動子を発振させ超音波を発生させると、その音波の波高値は現像液中のトナー濃度により変化する。
一般に音波は媒質中を伝搬すると、媒質によりエネルギーが吸収され媒質が音響的に不均一な場合には波の反射や散乱が生じて進行方向の波動エネルギーは減少する。媒質中に懸濁粒子が浮遊している場合、液と粒子の相対運動による摩擦でエネルギーの損失が発生する。また、音響的に見てその特性に差のある物質が混在しているので、音波は粒子に衝突して散乱・反射する。
これらの結果、音波は媒質中で減衰する。即ち、媒質中の懸濁粒子の増減により音波の減衰は変化する。従って、媒質中の懸濁粒子の量を検知するには、伝搬距離を一定に保ち受信する音波の振幅の変化を見ればよい。
本発明のように、液体現像剤の濃度を測定する場合、前記媒質がキャリア液で、トナー粒子が懸濁粒子として考えられる。
したがって、キャリア液中のトナー粒子の増減により、圧電振動子で受信した超音波の強度が変化するため、その強度を測定することで液体現像剤のトナー粒子濃度を測定することが可能となる。
図３に、本発明に係る濃度測定手段と、この現像剤容器中に収納された液体現像剤の濃度調整機構を示す。図３中、濃度調整工程は矢印で示されている。
超音波発振器として用いる圧電振動子３４−１と、超音波受信器として用いる圧電振動子３４−２の一対の圧電振動子が対向配置された濃度測定手段３４の一部が現像剤容器３１中に配置されている。圧電振動子３４−１の電極間には送信回路３５から供給されたパルス電圧が印加され超音波が発振される。この超音波を受信する圧電振動子３４−２で電気信号に変換し、検波回路３６によって、受信した超音波の強度を検出する。あらかじめ設定された所定の強度範囲から外れていれば、液体現像剤３２のトナー粒子濃度が適正値から外れたと判断し、濃度調整装置３７によって液体現像剤のトナー粒子濃度調整を行うことで、常に液体現像剤３２を適正な濃度に保持することが可能となり、ひいては潜像保持体表面に形成された静電潜像を所望の濃度で現像することが可能になる。
濃度の調整加減は特に制限されないが、例えば予め液体現像剤のトナー粒子の最適な濃度を調べ、最適値を挟んで最大濃度値が最小濃度値の３倍程度の範囲内になるように調整すればよい。具体的には、例えば液体現像剤の最適トナー粒子濃度がｘ％とした時、初期濃度（最大濃度）を１．５ｘ％とし、現像によって液体現像剤の濃度が０．５ｘ％程度になった時に濃度調整装置により液体現像剤トナー粒子濃度が初期濃度となるように調整すればよい。
さらに図３においては圧電振動子３４−１および圧電振動子３４−２は、それぞれ切替え装置３３を介して送信回路３５および検波回路３６に接続されている。一般に発信用の圧電振動子は、受信用の圧電振動子よりも圧電特性の劣化が激しい。そのため検波回路３６に接続された圧電振動子３４−２が十分に使用できる状態であっても、送信回路に接続された圧電振動子３４−１の劣化によって濃度測定手段の測定精度が低下してしまう。
図３に示すように圧電振動子３４−１および圧電振動子３４−２を、切替え装置３３を介して送信回路３５および検波回路３６に接続し、圧電振動子３４−１および圧電振動子３４−２とを、送信回路３５あるいは検波回路３６のいずれにも接続可能にすることで、それぞれの圧電振動子を、発信用あるいは受信用に適宜切り換えることで、濃度測定手段をより長寿命化することができる。
このように、２つの圧電振動子を、送信用あるいは受信用に切り替え可能にする場合、両圧電振動子は実質的に同一なものを用いることが好ましい。両圧電振動子を同じ物にすれば、同じ条件で現像剤の濃度を測定する時、圧電振動子の切換前後において検波回路で受ける信号の値は変化しない。
また、液体現像剤中のトナー粒子は、使用条件によっては凝集してしまう恐れがあり、その結果正確な濃度を検出できなくなる可能性がある。そのため、濃度検出前に、液体現像剤中に微量の金属石鹸を添加し、凝集をほぐした後に濃度検出を行うことが望ましい。或いは凝集しにくい範囲の金属石鹸を予め添加しても良い。
図４は、濃度測定手段に、１つの圧電振動子を送信と受信を兼ねる超音波送受信器として使用した変形例である。
図４においては、圧電振動子３４は、圧電振動子３４の対向電極に所定の駆動信号を印加するための送信回路と、圧電振動子３４の主面に伝わる超音波に起因して得られる電気信号を検出する検波回路とに接続されている。
この濃度測定手段においては、送信回路３５からの駆動信号によって圧電振動子３４から発生した超音波は、液体現像剤３２中を伝わり、圧電振動子３４、と対向配置された反射板４１によって圧電振動子３４へ反射される。前述したように、この反射波の強度は、液体現像剤のトナー粒子濃度によって減衰量が変化する。
この減衰した反射波を圧電振動子３４により受信し、検波回路３６によりその強度を検出することで、液体現像剤のトナー粒子濃度を測定することが可能となる。
また、現像剤容器の内壁を前記反射板４１として用いることもでき、このようにすることで、部品の削減が可能となる。
図５は、濃度測定手段を、現像剤容器３１の外壁にその主面を接触させて配置した変形例である。
この変形例においては、圧電振動子３４から発生した超音波は、現像剤容器３１を介して液体現像剤３２に伝わった後に反射板４１に到達し、反射板４１で反射した超音波は、再び現像剤容器を介して圧電振動子３４によって受信される。この場合、現像剤容器３１の材質によっては圧電振動子３４との界面で超音波の反射が大きくなることがあり、液体現像剤３２中に超音波を効率的に放射できなくなる。そのため、油性や水性のカップラントを圧電振動子３４の主面に塗布することが望ましい。
このように、濃度測定手段を現像剤容器３１の外側に配置することで、振動子と、送信回路や検波回路との接続などを簡素化することが可能となる。
本発明に係る現像剤容器の変形例を図６に示す。なお、図中の図２と同一符号については説明を省く。
図６においては、現像装置と現像剤容器２１とが別途設けられている。現像装置は、現像ローラ２３と現像器６２とから構成されている。液体現像剤２２は現像剤容器２１に貯蔵されており、現像剤容器２１から所定の濃度に調整された液体現像剤を現像器６２に供給すると共に、液体現像剤は現像ローラ２３によって現像に供された後に現像剤容器に回収される。すなわち、現像剤容器２１中において所定濃度に調整した液体現像剤を現像装置に供給する構成を採っている。本発明においては、このような現像装置とは別途設けられた現像容器２２中に、図３乃至図５に示すような濃度測定手段を設けても良い。
本発明者らは、図４に示す濃度測定手段を用いて液体現像剤のトナー粒子濃度検知を行った。
圧電振動子３４は、周波数５０ＭＨｚのニオブ酸リチウム圧電振動子を用い、この圧電振動子３４に、送信・検波回路としてパナメトリクス社製のパルサ・レシーバＭｏｄｅｌ５９００ＰＲを接続した。
現像容器３１中に、所定濃度のマゼンタの液体現像剤を満たした。この液体現像剤中に、前記圧電振動子３４を浸漬し、この圧電振動子３４から５ｍｍの位置に、その主面と対向配置するように、ステンレス製反射板を配置した。このような条件で、送信・検波回路を駆動させて、トナー濃度と受信波の強度の関係を測定した。
前記マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）現像剤で異なる濃度の液体現像剤を用いた時の、前記超音波振動子で得られた受信波の強度を図７に示す。
また、同様にして、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）、シアン（Ｃｙａｎ）の濃度検出も行った。その結果を図７に併記する。
図７から明らかなように、液体現像剤の種類を問わず、液体現像剤と受信波の強度とは線形関係にあり、いずれの液体現像剤においても液体現像剤トナー粒子濃度の０．２ｗｔ％の変化を明確に検知できた。
この結果を基に、液体現像剤のトナー粒子濃度が０．８〜１ｗｔ％の範囲内に入るように濃度調整を行いながら、電子写真装置による出力を行ったところ、均質な濃度の画像を繰り返す出力することができた。
なお、この実験においては、液体現像剤に用いたトナー粒子種類、添加物、キャリア液あるいは圧電振動子の特性などにより、液体現像剤濃度と受信波の強度との関係には線形性があったが、構成材料や、圧電振動子の周波数、測定長などが異なる場合、必ずしも線形になるとは限らない。
しかしながら、これらの諸条件にかかわらず、液体現像剤の濃度の減少に対する受信波の強度は単調増加する傾向にあり、受信波の強度に対して濃度は一義的に決まるため、高精度の液体現像剤のトナー粒子濃度検知が可能となる。
なお、液体現像剤の温度により、受信波の強度が変化する場合が考えられるために、測定環境を一定温度に保つことが有効である。あるいは温度特性をあらかじめ把握しておき、液体現像剤の温度を検出し、温度補正を行って液体現像剤のトナー粒子濃度測定を行うことも有効である。
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば液体現像剤のトナー粒子濃度を正確に検出できるために、湿式電子写真装置の画像濃度を一定の値に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の湿式電子写真装置の概略図を示す。
【図２】本発明に係る現像装置の拡大図を示す。
【図３】本発明に係る濃度測定手段と、液体現像剤の濃度調整機構を示す概略図である。
【図４】本発明に係る濃度測定手段の第１の変形例を示す概略図である。
【図５】本発明に係る濃度測定手段の第２の変形例を示す概略図である。
【図６】本発明に係る現像装置の変形例を示す図面である。
【図７】液体現像剤の濃度と、本発明に係る濃度測定手段による受信波の強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・潜像保持体
２・・・帯電機
３・・・光源
４・・・現像装置
５・・・中間転写媒体
６・・・記録媒体
２１、３１・・・現像剤容器
２２、３２・・・液体現像剤
２３・・・現像ローラ
２４、３４・・・圧電振動子
３５・・・送信回路
３６・・・検波回路
３７・・・濃度調整装置
４１・・・反射板

Claims (4)

1. 表面に静電潜像が形成される潜像保持体と、前記静電潜像を現像するキャリア液およびトナー粒子を含む液体現像剤を収納する現像剤容器と、前記現像剤容器内の液体現像剤中に超音波を発振し前記液体現像剤を伝わる超音波の強度を測定して前記液体現像剤中のトナー粒子濃度を測定する濃度測定手段とを具備し、
   前記濃度測定手段は、２つの圧電振動子と、前記一方の圧電振動子に駆動信号を送る送信回路と、前記一方の圧電振動子から発生した超音波を受信する他方の圧電振動子に接続され前記超音波の強度を検出する検波回路とを有し、前記送信回路および前記検波回路のそれぞれに接続される圧電振動子を切り換えることができるようにしたことを特徴とする湿式電子写真装置。
2. 前記濃度測定手段は、前記現像剤容器中に設けられた圧電振動子を有することを特徴とする請求項１記載の湿式電子写真装置。
3. 前記濃度測定手段による濃度測定結果に基づき、高濃度液体現像剤を供給して前記現像剤容器内の液体現像剤の濃度を所定の値に調整する濃度制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の湿式電子写真装置。
4. 前記２つの圧電振動子は、実質的に同一構造の圧電振動子であることを特徴とする請求項１記載の湿式電子写真装置。

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