JP4417916B2 - 液体現像装置および湿式画像形成装置 - Google Patents

液体現像装置および湿式画像形成装置 Download PDF

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Description

この発明は、液体トナーを用いて静電潜像を現像する液体現像装置、および、この液体現像装置が備えられた湿式画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置においては、粉体トナーを用いて、感光体ドラムの静電潜像の転写を行うことが主流であるが、濃縮トナー液をキャリア液で希釈した液体トナーを用いて、静電潜像を現像する液体現像装置が提案されている(たとえば特許文献1)。
感光体ドラムに与えられる液体トナーを貯留する液体トナー貯留槽には、トナー液カートリッジ、および、キャリアカートリッジから、それぞれ、濃縮トナー液およびキャリア液が供給されており、これらが混ざり合った状態で貯留されている。画像形成装置において高品質の画像を得ることができるように、液体トナー貯留槽の液体トナーのトナー固形分濃度(液体トナー全体に対するトナー粒子の比率)は、適正に保持しておく必要がある。このため、液体トナーのトナー固形分濃度は常時測定されていて、この測定値に基づいて、濃縮トナー液の供給量やキャリア液の供給量が調節されている。トナー固形分濃度の測定は、たとえば光学センサを用いて行われる。
特許文献1の現像装置では、光学センサの発光素子および受光素子が、液体トナーを挟んだ位置に、互いに対向して配置されていて、受光素子のたとえば出力電流値に基づいて、トナー固形分濃度が測定されるようになっている。
特開2001−305867号公報
上記の測定方法では、光学センサの出力値と液体トナーのトナー固形分濃度との関係を表す演算式を得る演算式が予め用意されていて、液体トナーを測定して得た出力値を、この予め用意された演算式に代入することで、液体トナーのトナー固形分濃度が算出されている。
しかしながら、厳密には、トナー液カートリッジの濃縮トナー液の物性はカートリッジごとに異なっており、また、キャリアカートリッジのキャリア液の物性もカートリッジごとに異なっている。このため、これらのカートリッジを交換する度に、液体トナーの導電率や光透過度が変化することになる。このため、用意された演算式を用いる従来の方法では、液体トナーのトナー固形分濃度を正確に検出できないおそれもある。トナー固形分濃度の検出が正確に行えないと、感光体ドラムに供給される液体トナーの濃度が適切に保たれず、良好な画像を安定的に得ることができない。
この発明の目的は、かかる背景のもとになされたもので、液体トナーのトナー固形分濃度を高い精度で測定し、感光体ドラムに供給される液体トナーの濃度を適正に保つことができる液体現像装置を提供することを目的とする。
さらに、この発明は、良好な画像を安定的に得ることができる湿式画像形成装置を提供することを他の目的とする。
請求項1記載の発明は、トナー粒子をキャリア液内に分散した液体トナーを用いて静電潜像を現像する液体現像装置(6)において、感光体ドラム(2)に供給される液体トナーが貯留される液体トナー貯留槽(18)と、液体トナー貯留槽に対して供給される予め定めるトナー固形分濃度のトナー液を収容するトナー液カートリッジ(20)と、 上記液体トナー貯留槽に対して供給されるキャリア液を収容するキャリアカートリッジ(22)と、上記液体トナー貯留槽に貯留されている液体トナーを測定して、この液体トナーのトナー固形分濃度に対応する出力値を出力する液体トナー測定手段(24)と、上記液体トナー測定手段と同規格のセンサからなり、上記トナー液カートリッジから供給される上記トナー液を測定して、上記トナー液のトナー固形分濃度に対応する出力値を出力するトナー液測定手段(27)と、上記液体トナー測定手段と同規格のセンサからなり、上記キャリアカートリッジから供給されるキャリア液を測定して、このキャリア液のトナー固形分濃度に対応する出力値を出力するキャリア液測定手段(29)と、上記トナー液測定手段およびキャリア液測定手段の出力値に基づいて、上記液体トナー測定手段をなすセンサの出力値と液体トナーのトナー固形分濃度との関係を表す演算式を得る演算式決定手段(30)と、上記液体トナー測定手段の出力値に基づき、上記演算式決定手段により決定された演算式を参照して、液体トナー貯留槽のトナー固形分濃度を算出するトナー固形分濃度算出手段(30)と、トナー固形分濃度算出手段によって算出された液体トナー貯留槽のトナー固形分濃度に基づいて、上記液体トナーの濃度制御を行う濃度制御手段(30)と、を含むことを特徴とする液体現像装置である。
なお、括弧内の数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
請求項2記載の発明は、上記液体トナー貯留槽内の液体トナーの温度を検出する温度検出手段(25)をさらに備え、上記演算式は、上記温度検出手段による検出に基づいて更新されることを特徴とする請求項1記載の液体現像装置である。
請求項3記載の発明は、感光体ドラムと、この感光体ドラムに液体トナーを供給する請求項1または2記載の液体現像装置と、を含むことを特徴とする湿式画像形成装置である。
請求項1記載の発明によれば、予め用意された演算式でなく、装置に使用するトナー液およびキャリア液を測定して求めた演算式を用いて、液体トナーのトナー固形分濃度を算出するので、正確なトナー固形分濃度を得ることができる。これにより、装置内にセットされるトナー液カートリッジおよびキャリアカートリッジにそれぞれ収容されている、トナー液およびキャリア液の個体差の影響を受けることがなく、感光体ドラムに供給される液体トナーの濃度を本来の適正値に保つことができる。
トナー液カートリッジから供給されるトナー液のトナー固形分濃度は予め判明しており、また、キャリアカートリッジから供給されるキャリア液のトナー固形分濃度は0%である。センサの出力電圧値と液体トナー中のトナー固形分濃度は、一次式で導かれる関係にあるので、トナー液の出力値およびキャリア液の出力値から、容易に演算式を求めることができる。
液体トナーの導電率は温度変化によって変化してしまうことも考えられるが、請求項2記載の発明のように、たとえば液体トナーの温度変化に基づいて演算式を更新することにより、温度変化に伴う液体トナーの物性変化の影響を受けることなく、正確なトナー固形分濃度の測定が行える。
請求項3記載の発明では、請求項1または2記載の液体現像装置が採用されているから、トナー固形分濃度が適正に保たれた液体トナーが感光体ドラムに与えられ、これにより、良好な画像を安定的に得ることができる湿式画像形成装置を提供することができる。
以下では、図面を参照して、この発明の実施形態を、具体的に説明する。
図1は、この一実施形態に係る湿式画像形成装置に備えられる画像形成機構1の構成を示す概略図である。
図1を参照して、画像形成機構1は、円筒状の感光体ドラム2と、感光体ドラム2の表面2aを帯電させるための帯電器3と、帯電器3により帯電された感光体ドラム2の表面2aを、作成する画像に対応して露光するための露光器4と、感光体ドラム2の表面2aに液体トナーを供給して、露光により形成された静電潜像を現像する液体現像装置6と、トナー画像が中間転写ベルト10に転写された後の感光体ドラム2の表面2aに残留する液体トナーを除去するためのクリーニング装置7と、トナー画像が転写された後の感光体ドラム2の表面を除電するための除電器8と、を備えている。これら帯電器3、露光器4、液体現像装置6、クリーニング装置7、および除電器8は、感光体ドラム2の回転方向(矢印9で示す方向)に沿って順に配置されている。
画像形成機構1は、さらに、感光体ドラム2の表面2aに現像されたトナー画像が一時的に転写される、無端状の中間転写ベルト10と、中間転写ベルト10を駆動するための駆動ローラ11と、中間転写ベルト10に張力を付与するためのテンションローラ12と、中間転写ベルト10に一時的に転写されたトナー画像を用紙Pに転写するための二次転写ローラ13とを備えている。
用紙Pは、図1において上向き矢印で示すラインに沿って搬送され、中間転写ベルト10と二次転写ローラ13との間を通る際に、用紙Pの表面にトナー画像が転写される。トナー画像が転写された用紙Pは、図示しない定着装置によって加熱および加圧され、これによって、トナー画像が用紙P上に定着される。
液体現像装置6は、液体トナーが貯留された現像槽14と、現像槽14から液体トナーを汲み取る汲み取りローラ15と、汲み取りローラ15によって汲み取られた液体トナーを感光体ドラム2の表面2aに供給する現像ローラ16とを備えている。汲み取りローラ15の一部は、現像槽14内に入り込んで、現像槽14内の液体トナーに浸されている。現像槽14に貯留されている液体トナーは濡れ性が大きく、このため、液体トナーは汲み取りローラ15の回転によって汲み取られる。現像ローラ16には、感光体ドラム2の表面2aに画像を形成した後の現像ローラ16の表面に残留する液体トナーを除去するためのクリーニングブレード17が配置されている。現像槽14には、液体トナー貯留槽としての貯留槽18が接続されている。貯留槽18は液体トナーを適正濃度(たとえば5.0%)に維持しつつ貯留するものであり、この適正濃度の液体トナーが現像槽14に対して供給されるようになっている。現像槽14には、貯留されている液体トナーの温度を検出するための温度センサ25が配置されている。
貯留槽18には、搬送経路31を介してトナー供給槽19が接続されており、トナー供給槽19には、搬送経路32を介して、トナー液カートリッジ20が接続されている。このトナー液カートリッジ20は、液体現像装置6に対して着脱可能に取り付けられたものであり、その内部には、予め定められたトナー固形分濃度(たとえば30%)に設定された濃縮トナー液が充填されている。貯留槽18には、また、搬送経路33を介してキャリア液供給槽21が接続されており、キャリア液供給槽21には、搬送経路34を介して、キャリアカートリッジ22が接続されている。キャリアカートリッジ22には、キャリア液が充填されている。このトナー液カートリッジ20およびキャリアカートリッジ22は、液体現像装置6内に着脱可能に取り付けられており、それぞれ濃縮トナー液やキャリア液が空になると、濃縮トナー液やキャリア液が充填された新しいカートリッジに交換される。
貯留槽18には液体トナーを攪拌するトナー攪拌羽根23が設置されている。トナー液カートリッジ20から供給される濃縮トナー液、および、キャリアカートリッジ22から供給されるキャリア液が、トナー攪拌羽根23により攪拌されて、互いに混ざり合った状態とされる。
貯留槽18には、貯留されている液体トナーのトナー固形分濃度を測定するための液体トナー用センサ24が配置されている。この液体トナー用センサ24は後述するように出力電圧値を出力するものである。この出力電圧値がセンサの出力値と液体トナーのトナー固形分濃度との関係を表す演算式に代入されて、貯留槽18の液体トナーのトナー固形分濃度が算出される。算出されたトナー固形分濃度に基づいて、貯留槽18の液体トナーの濃度制御が行われる。この濃度制御は、液体トナーのトナー固形分濃度を適正値に保つように行われている。この実施形態では、液体トナー用センサ24は、貯留槽18に配置しているが、現像槽14に配置することもできる。
トナー供給槽19は、トナー液カートリッジ20に充填された濃縮トナー液を一時的に貯留しておくものである。搬送経路31にはトナー供給用ポンプ26が介装されており、トナー供給用ポンプ26が作動すると、トナー供給槽19に貯留されている濃縮トナー液が貯留槽18に対して供給される。トナー供給槽19には、貯留されている濃縮トナー液に対してトナー固形分濃度を測定する濃縮トナー液用センサ27が配置されている。この濃縮トナー液用センサ27は、上記の液体トナー用センサ24と同規格のセンサである。
キャリア液供給槽21は、キャリアカートリッジ22に充填されたキャリア液を一時的に貯留しておくものである。搬送経路33にはキャリア液供給用ポンプ28が介装されており、このキャリア液供給用ポンプ28が作動すると、キャリア液供給槽21に貯留されているキャリア液が貯留槽18に対して供給される。キャリア液供給槽21には、貯留されているキャリア液に対してトナー固形分濃度を測定するキャリア液用センサ29が取り付けられている。このキャリア液用センサ29は、濃縮トナー液用センサ27と同様に、液体トナー用センサ24と同規格のセンサである。
この実施形態の特徴は、液体トナー用センサ24の出力電圧値から液体トナーのトナー固形分濃度を算出するための演算式を、予め用意された演算式でなく濃縮トナー液用センサ27の出力値およびキャリア液用センサ29の出力値から求めた演算式を用いる点にある。これにより、濃縮トナー液およびキャリア液の個体差の影響を受けずに、液体トナーのトナー固形分濃度を正確に測定することができる。
また、トナー液カートリッジ20と貯留槽18との間にトナー供給槽19を介在させ、このトナー供給槽19の濃縮トナー液のトナー固形分濃度を濃縮トナー液用センサ27によって測定している。このため、濃縮トナー液に対するトナー固形分濃度の測定を行い易い。また、キャリア液供給槽21についても同様のことが言え、キャリアカートリッジ22と貯留槽18との間にキャリア液供給槽21を介在させ、このキャリア液供給槽21のキャリア液のトナー固形分濃度をキャリア液用センサ29によって測定している。このため、キャリア液に対するトナー固形分濃度の測定を行い易い。
図2は、液体現像装置6の電気的構成を表す模式図である。図2を参照して、この現像装置6の動作は、CPU35、RAM36、ROM37を含む制御部30によって制御されるようになっている。制御部30には液体トナー用センサ24、濃縮トナー液用センサ27およびキャリア液用センサ29が接続されている。貯留槽18に配置された液体トナー用センサ24は公知の透過型の光学センサであり、発光素子24aおよび受光素子24b間の透過光量を光学的に測定できる構造のものである。図2に示すように、液体トナー用センサ24の発光素子24aおよび受光素子24bが、貯留槽18の循環路からなる濃度測定用経路18aを挟む位置に、互いに対向して配置されている。発光素子24aからの光が、濃度測定用経路18aおよび液体トナーを通して透過して、受光素子24bに与えられ、そのときの受光素子24bへの入光量に基づいて、貯留槽18の液体トナーのトナー固形分濃度に対応する出力電圧値を測定できるようになっている。液体トナーのトナー固形分濃度が高い場合は、受光素子24bへの入光量が少なく、電流が小さくなり出力電圧値も小さくなる。一方で、液体トナーの固形分濃度が低い場合は、受光素子24bへの入光量が多く、電流が大きくなり出力電圧値も大きくなる。受光素子24bの出力電圧値は制御部30に与えられる。
トナー供給槽19に配置された濃縮トナー液用センサ27は、トナー供給槽19の循環路からなる濃度測定用経路19aに関連して設けられており、濃縮トナー液用センサ27の発光素子27aおよび受光素子27bが、トナー供給槽19の濃度測定用経路19aを挟む位置に、互いに対向して配置されている。この濃縮トナー液用センサ27は、液体トナー用センサ24と全く同規格のセンサである。濃縮トナー液用センサ27の受光素子27bの出力電圧値が制御部30に与えられるようになっている。
キャリア液供給槽21のキャリア液用センサ29も、キャリア液供給槽21の循環路からなる濃度測定用経路21aに関連して設けられており、キャリア液用センサ29の発光素子29aおよび受光素子29bが、キャリア液供給槽21の循環経路21aを挟む位置に、互いに対向して配置されている。このキャリア液用センサ29も、液体トナー用センサ24と全く同規格のセンサである。同規格のセンサであるとは、この実施形態の光学式センサでは、液体トナー用センサ24の受光素子24bとダイオードの構造や材料が共通していること、および、発光素子24aと受光素子24bとの配置間隔が同じであることを指す。キャリア液用センサ29の受光素子29bの出力電圧値が制御部30に与えられるようになっている。
また、制御部30には温度センサ25が接続されており、この温度センサ25の出力信号が制御部30に入力されるようになっている。
さらに、制御部30には、制御対象として、トナー供給用ポンプ26およびキャリア液供給用ポンプ28が接続されている。
制御部30は、液体トナー用センサ24からの出力電圧値に基づいて貯留槽18に貯留されている液体トナーのトナー固形分濃度を算出するととともに、その算出したトナー固形分濃度に基づいて、このトナー固形分濃度を適正値に保つように、トナー供給用ポンプ26およびキャリア液供給用ポンプ28の制御を行う。
制御部30は、液体トナーのトナー固形分濃度の演算式は予め設定されておらず、濃縮トナー液用センサ27の出力電圧値およびキャリア液用センサ29の出力電圧値に基づき、演算式が算出され、この演算式に液体トナー用センサ24の出力電圧値を代入することで、濃度が算出される。なお、制御部30は画像形成装置全体の主制御部(図示しない)と別に設けた。しかし、この主制御部内に含めて制御することもできる。
図3は、液体トナー中のトナー固形分濃度と出力電圧値との関係を示す図である。横軸にトナー固形分濃度(%)を、縦軸にセンサの出力電圧値(mV)を示す。濃縮トナー液(トナー固形分濃度30%)とキャリア液(トナー固形分濃度0%)と混合させて、0%(キャリア液)、5%、10%、15%、20%、25%、30%(濃縮トナー液)の各濃度の溶液を作成し、この各溶液に対して液体トナー用センサ24で測定した。図3より、センサの出力電圧値と液体トナー中のトナー固形分濃度は、一次式で導かれる関係にあることがわかる。したがって、液体現像装置6の液体トナーのうち、トナー固形分濃度の異なる2箇所の出力電圧値を求めることで、演算式を算出することができる。
トナー供給槽19の濃縮トナー液のトナー固形分濃度は予め判明しており、また、キャリア液供給槽21から供給されるキャリア液のトナー固形分濃度は0%である。したがって、濃縮トナー液用センサ27の出力電圧値、および、キャリア液用センサ29の出力電圧値を求めることで、容易に演算式を得ることができる。
図4は、貯留槽18に貯留されている液体トナーのトナー固形分濃度の制御を示すフローチャートである。以下に液体トナー中のトナー固形分濃度を制御する動作について説明する。制御部30は、液体トナー用センサ24から入力される出力電圧値に基づいてトナー固形分濃度を検出する。
まず、液体トナー用センサ24の出力電圧値がチェックされる(ステップS1)。この出力電圧値のチェックと同時に、温度センサ25の検出値がチェックされる(ステップS2)。
温度センサ25によって検出された液体トナーの温度が、前回検出時と比較してT1以上変動している場合は(ステップS3でYes)、演算式が現在の温度に応じた演算式に変更される(ステップS4〜S7)。濃縮トナー液用センサ27の出力電圧値およびキャリア液用センサ29の出力電圧値がチェックされ(ステップS4,S5)、これら2つの出力電圧値に基づいて、新たな演算式が算出される(ステップS6)。
そして、RAM36中に格納されている演算式が、この新たな演算式に更新される(ステップS7)。そして、新たに得られた演算式に、液体トナー用センサ24の出力電圧値を代入することで、液体トナーのトナー固形分濃度が算出される(ステップS8)。
一方で、温度センサ25によって検出された液体トナーの温度が、前回検出時と比較してT1の変動がない場合は(ステップS3でNo)、演算式の変更はなく、RAM36中に格納されている前回検出時と同じ演算式に基づいて、液体トナーのトナー固形分濃度が算出される(ステップS8)。すなわち、前回検出時と同じ演算式に液体トナー用センサ24の出力電圧値を代入することで、貯留槽18に貯留されている液体トナーのトナー固形分濃度が算出される。
ステップS8で算出されたトナー固形分濃度に基づいて、液体トナーのトナー固形分濃度を適正値に保つようにトナー供給用ポンプ26およびキャリア液供給用ポンプ28の制御を行う(ステップS9)。具体的には、算出したトナー固形分濃度が適正値以下である場合は、トナー供給用ポンプ26が作動して、貯留槽18に濃縮トナー液が供給され、貯留槽18の液体トナー中のトナー固形分濃度を高める。また、算出した濃度が適正値よりも高いときは、キャリア液供給用ポンプ28が作動して、貯留槽18にキャリア液が供給され、貯留槽18の液体トナー中のトナー固形分濃度を下げる。この濃度チェックを繰り返すことにより、液体トナー中のトナー固形分濃度が適正に維持される。
この実施形態によれば、液体トナーの温度が変化することに伴う液体トナーの導電率変化の影響を受けることなく、正確な液体トナーのトナー固形分濃度の測定が行える。これにより、良好な画像を安定的に得ることができる。
上述の説明では、温度変化に基づいて、演算式の更新を行うこととしたが、予め定めた時間ごとに更新を行うこともできるし、予め定める画像形成枚数ごとに更新を行うこともできる。液体トナーの物性は、時間が経つにつれて変化することも考えられ、このような経時変化の影響を受けずに、正確にトナー固形分濃度の測定を行うことができる。
この発明は、以上説明した実施形態に限定されない。
上述の説明では、液体トナー用センサ24は、電圧値を出力するものとしたが、受光センサ24bの光電流を検出して、電流値を出力するものであってもよい。
また、トナー液カートリッジ20には濃縮トナー液が収容されていて、この濃縮トナー液を測定することで上記演算式を算出するものについて説明したが、貯留槽18で現像後の回収トナーをも用いて液体トナーの調整を行う場合は、貯留槽18に供給されるトナー液(トナー液カートリッジ20に収容されるトナー液)は、トナー固形分濃度の高い濃縮トナー液(たとえば30%)でなく、液体トナーの適正濃度(たとえば5%)よりもトナー固形分濃度が低いものを適用することもできる。
さらにまた、液体トナー用センサ24として光学センサを用いたものを例にとって説明したが、これに限られず、他のセンサにも適用でき、例えば、一対の電極間の電流値を測定するものであってもよい。
その他、請求項記載の範囲において種々の変更が可能である。
この発明の一実施形態に係る湿式画像形成装置の要部構成を示す概略図である。 液体現像装置の電気的構成を表す模式図である。 液体トナー中のトナー固形分濃度と出力電圧値との関係を示す図である。 液体現像装置のトナー混合槽に貯留されている液体トナーのトナー固形分濃度の制御を示すフローチャートである。
符号の説明
1 画像形成機構
6 湿式現像装置
18 貯留槽(液体トナー貯留槽)
19 トナー供給槽
20 トナー液カートリッジ
21 キャリア液供給槽
22 キャリアカートリッジ
24 液体トナー用センサ
27 濃縮トナー液用センサ(トナー液用測定手段)
29 キャリア液用センサ(キャリア液用測定手段)
30 制御部(演算式決定手段、トナー固形分濃度算出手段、濃度制御手段)

Claims (3)

  1. トナー粒子をキャリア液内に分散した液体トナーを用いて静電潜像を現像する液体現像装置において、
    感光体ドラムに供給される液体トナーが貯留される液体トナー貯留槽と、
    液体トナー貯留槽に対して供給される予め定めるトナー固形分濃度のトナー液を収容するトナー液カートリッジと、
    上記液体トナー貯留槽に対して供給されるキャリア液を収容するキャリアカートリッジと、
    上記液体トナー貯留槽に貯留されている液体トナーを測定して、この液体トナーのトナー固形分濃度に対応する出力値を出力する液体トナー測定手段と、
    上記液体トナー測定手段と同規格のセンサからなり、上記トナー液カートリッジから供給される上記トナー液を測定して、上記トナー液のトナー固形分濃度に対応する出力値を出力するトナー液測定手段と、
    上記液体トナー測定手段と同規格のセンサからなり、上記キャリアカートリッジから供給されるキャリア液を測定して、このキャリア液のトナー固形分濃度に対応する出力値を出力するキャリア液測定手段と、
    上記トナー液測定手段およびキャリア液測定手段の出力値に基づいて、上記液体トナー測定手段をなすセンサの出力値と液体トナーのトナー固形分濃度との関係を表す演算式を得る演算式決定手段と、
    上記液体トナー測定手段の出力値に基づき、上記演算式決定手段により決定された演算式を参照して、液体トナー貯留槽のトナー固形分濃度を算出するトナー固形分濃度算出手段と、
    トナー固形分濃度算出手段によって算出された液体トナー貯留槽のトナー固形分濃度に基づいて、上記液体トナーの濃度制御を行う濃度制御手段と、
    を含むことを特徴とする液体現像装置。
  2. 上記液体トナー貯留槽内の液体トナーの温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
    上記演算式は、上記温度検出手段による検出に基づいて更新されることを特徴とする請求項1記載の液体現像装置。
  3. 感光体ドラムと、
    この感光体ドラムに液体トナーを供給する請求項1または2記載の液体現像装置と、
    を含むことを特徴とする湿式画像形成装置。

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