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【発明の名称】 液体トナーの濃度測定装置及びそれを用いた液体現像電子写真装置
【発明者】 【氏名】中島 豊

【氏名】稲本 彰彦

【氏名】上杉 茂紀

【氏名】本 悟

【氏名】高畠 昌尚

【氏名】市田 元治

【氏名】岡野 茂治

【氏名】竹田 靖一

【氏名】西川 禎

【氏名】宮本 悟司

【氏名】寺嶋 一志

【氏名】坂井 聡

【氏名】本川 浩永

【氏名】本江 雅信
【要約】 【課題】液体トナーのリサイクル機能を実現するために、回収された液体トナーの固形粒子濃度を測定する手段を提供することを目的とする。

【解決手段】濃度測定装置により測定された濃度に基づき、濃度制御装置を介して、キャリア液、或いは高濃度液体トナー、もしくはその両方を補充して、トナー溜まり４４内の液体トナーの濃度を所定値に調整することができる。所定濃度に調整された液体トナーは、アプリケータローラ４１，４２、及び現像ローラ４０を介して感光ドラム１０に供給される。濃度測定装置としては、透明な管と、該管の表面に液体トナーを塗布するためのトナー塗布ローラと、管の外或いは中に配置された発光素子、及び管の中或いは外に配置された受光素子とから構成される。発光素子からの透過光量は、受光素子で光学的に測定され、これによって、液体トナーの固形分濃度が測定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】透明な管と、該管の表面に液体トナーを塗布するためのトナー塗布ローラと、前記管の外或いは中に配置された発光素子、及び管の中或いは外に配置された受光素子とを備え、発光素子からの透過光量を、受光素子で光学的に測定することにより液体トナーの固形分濃度を測定する液体トナーの濃度測定装置。
【請求項２】前記透明な管は、管中央部に凹部が形成されるように両サイドに段差を設けると共に、管表面の液体トナーを掻き取るためのブレードを備えて、前記管中央部の凹部に塗布された液体トナーの層厚を一定にした請求項１に記載の液体トナーの濃度測定装置。
【請求項３】透明な管と、該管の表面に液体トナーを塗布するためのトナー塗布ローラと、前記管の中に配置された受発光素子とを備え、前記受発光素子から発光して液体トナー層で反射した反射光量を、受発光素子で光学的に測定することにより液体トナーの固形分濃度を測定する液体トナーの濃度測定装置。
【請求項４】一定圧力により当接している一対のローラと、該一対のローラ間に一定量のトナーを投入し、ニップ出口の液体トナーの拡がり幅を読み取る光学ラインセンサとを備え、該読み取った液体トナーの拡がり幅に基づいて液体トナーの濃度を判断することからなる液体トナーの濃度測定装置。
【請求項５】管中央部に凹部が形成されるように両サイドに段差を設けた金属ローラと、該金属ローラ表面に塗布された液体トナーの過剰のものを掻き取るためのブレードと、前記金属ローラと接触して回転する弾性ローラとを備え、前記金属ローラと弾性ローラ間にバイアス電圧を印加して、その際に流れる電流を測定することにより液体トナーの濃度を判断する液体トナーの濃度測定装置。
【請求項６】液体キャリア中にトナー粒子を所定の濃度で分散させた不揮発性を示す高粘度の液体トナーを液体現像液として用いる液体現像電子写真装置において、トナータンクから現像ユニットに液体トナーを搬送するための管の表面にヒータを設けて、一定温度に保持する手段と、管の中の液体トナーを搬送するスクリュー、及び該スクリュー駆動のためのモータとを備え、該モータ負荷を電流値又は回転数をモニターすることにより液体トナーの濃度を判断することから成る液体現像電子写真装置。
【請求項７】液体キャリア中にトナー粒子を所定の濃度で分散させた不揮発性を示す高粘度の液体トナーを液体現像液として用いる液体現像電子写真装置において、画像支持体上にトナー濃度チェック用のパターンを形成する手段と、前記パターンの現像を行った際に現像ローラに流れる現像電流を測定する手段と、前記現像電流を予め定めておいた設定値と比較する手段と、前記比較手段の出力が、前記設定値よりも小さな現像電流を示すときは、高濃度のトナーを供給し、そして、前記比較手段の出力が、前記設定値よりも大きな現像電流を示すときは、キャリア液を供給する手段と、を備える液体現像電子写真装置。
【請求項８】前記比較手段の出力が、一定範囲内に収まっている場合には、現像ローラへのトナー層厚を調整して、一定画像濃度が得られるようにした請求項７に記載の液体現像電子写真装置。
【請求項９】前記比較手段の出力が、一定範囲内に収まっている場合には、現像バイアスを調整して、一定画像濃度が得られるようにした請求項７に記載の液体現像電子写真装置。
【請求項１０】液体キャリア中にトナー粒子を所定の濃度で分散させた不揮発性を示す高粘度の液体トナーを液体現像液として用いる液体現像電子写真装置において、トナー供給ローラにバイアス電圧を印加しつつ該トナー供給ローラから液体トナーが供給される現像ローラと、前記トナー供給ローラに流れるバイアス電流を測定する手段と、前記バイアス電流を予め定めておいた設定値と比較する手段と、前記比較手段の出力が、前記設定値よりも小さなバイアス電流を示すときは、前記トナー供給ローラに印加されるバイアス電圧を高くして、トナー供給量を増やし、そして、前記比較手段の出力が、前記設定値よりも大きなバイアス電流を示すときは、前記トナー供給ローラに印加されるバイアス電圧を低くして、トナー供給量を減らす手段と、を備える液体現像電子写真装置。
【請求項１１】前記トナー供給ローラの表面は、メッシュ状に凹部を設けた請求項１０に記載の液体現像電子写真装置。
【請求項１２】前記メッシュ状に凹部を設けたトナー供給ローラの凸部面を絶縁性にした請求項１１に記載の液体現像電子写真装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性を示す高粘度で高濃度の液体トナーの濃度測定装置及びそれを用いた液体現像湿式電子写真装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】感光体（感光ドラム）に静電潜像を生成し、それにトナーを付着させて、紙などに転写して定着する電子写真装置では、粉体トナーを用いる乾式のものが広く用いられている。
【０００３】しかし、粉体トナーは、トナーが飛散するという問題点があるとともに、トナー粒子が７〜１０μｍと大きいことから解像度が悪いという問題点がある。
【０００４】そこで、高い解像度が必要となる場合には、液体トナーを用いる湿式のものが用いられる。液体トナーは、トナー粒子が１μｍ程度と小さいとともに、帯電量が大きいことでトナー画像の乱れが起きにくく、高い解像度を実現できるからである。
【０００５】液体現像方式の電子写真装置において、現像液として、不揮発性を示す高粘度で高濃度の液体トナーを用いる場合、液体トナーをリサイクルしていくという機能を備えると、非常に便利なものとなる。一般に、粉体トナーを用いる乾式の電子写真装置では、粉体トナーをリサイクルするという考え方はない。粉体トナーは希釈されることはないからである。すなわち、乾式の電子写真装置では、現像ローラに対して、ブレードを使って摩擦帯電しつつ粉体トナーを供給することで、感光体にトナーを供給していくとともに、感光体に転写された現像ローラ部分に対して粉体トナーを補給していくという処理を行うだけである。
【０００６】これに対して、液体トナーを用いる液体現像電子写真装置では、液体トナーが希釈されることから、液体トナーをリサイクルするという考え方がでてくる。
【０００７】図９は、現像剤を回収し、再利用する従来の構成を例示している（特開平１１−２７２０８３号公報）。液体トナーを液体現像液として用いるために、１〜５０μm の薄層にして現像ローラ４０上に塗布され現像ギャップ部に送られる。現像ギャップ部を通過後現像ローラ４０上に残留した液体現像液は、ブレード４５によって掻き取られて溜まり部４３に溜められるが、これは、固形粒子が感光ドラム１０上に移動することで希釈され、さらにプリウェットオイルの混入によっても希釈されたものとなっている。
【０００８】この希釈された液体現像液は、ポンプ等を用いてトナー溜まり４４に送られる。ここには、高濃度のトナーが供給されて、先の希釈トナーと混合されて、所定値の濃度を有する液体トナーになる。この所定濃度の液体トナーは、ローラ４１、及びローラ４２によって構成されるアプリケータにより、トナー溜まり４４から薄く引き延ばしつつ、現像ローラ４０に供給され、これによって、現像が行われる。
【０００９】しかしながら、回収される液体トナーの固形粒子の割合は一定していない。典型的には、画像データに基づき固形粒子の消費量は変化する。液体トナーを再利用するためには、回収する液体トナーの固形粒子の割合（濃度）を正確に把握する必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、不揮発性を示す高粘度で高濃度の液体トナーを用いる構成を採るときにあって、液体トナーのリサイクル機能を実現するために、回収された液体トナーの固形粒子濃度を測定する手段を提供することを目的とする。
【００１１】また、本発明は、検出された液体トナーの固形粒子濃度に基づき、該濃度を補正して、感光ドラム或いは現像ローラに供給することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の液体トナーの濃度測定装置は、透明な管と、該管の表面に液体トナーを塗布するためのトナー塗布ローラと、管の外或いは中に配置された発光素子、及び管の中或いは外に配置された受光素子とから構成される。発光素子からの透過光量は、受光素子で光学的に測定され、これによって、液体トナーの固形分濃度が測定される。
【００１３】また、管の中に配置された受発光素子を配置して、受発光素子から発光して液体トナー層で反射した反射光量を、受発光素子で光学的に測定するよう構成することができる。
【００１４】また、一定圧力により当接している一対のローラと、該一対のローラ間に一定量のトナーを投入し、ニップ出口の液体トナーの拡がり幅を読み取る光学ラインセンサとを備え、読み取った液体トナーの拡がり幅に基づいて液体トナーの濃度を判断することができる。
【００１５】また、本発明の液体トナーの濃度測定装置は、管中央部に凹部が形成されるように両サイドに段差を設けた金属ローラと、該金属ローラ表面に塗布された液体トナーの過剰のものを掻き取るためのブレードと、金属ローラと接触して回転する弾性ローラとを備える。この金属ローラと弾性ローラ間にバイアス電圧を印加して、その際に流れる電流を測定することにより液体トナーの濃度を判断することができる。
【００１６】また、本発明の液体現像電子写真装置は、トナータンクから現像ユニットに液体トナーを搬送するための管の表面にヒータを設けて、一定温度に保持する手段と、管の中の液体トナーを搬送するスクリュー、及び該スクリュー駆動のためのモータとを備える。このモータ負荷を電流値又は回転数をモニターすることにより液体トナーの濃度を判断することができる。
【００１７】また、本発明の液体現像電子写真装置は、画像支持体上にトナー濃度チェック用のパターンを形成する手段と、該パターンの現像を行った際に現像ローラに流れる現像電流を測定する手段と、記現像電流を予め定めておいた設定値と比較する手段と、比較手段の出力が、前記設定値よりも小さな現像電流を示すときは、高濃度のトナーを供給し、そして、前記比較手段の出力が、前記設定値よりも大きな現像電流を示すときは、キャリア液を供給する手段とから構成される。
【００１８】また、本発明の液体現像電子写真装置は、トナー供給ローラにバイアス電圧を印加しつつ該トナー供給ローラから液体トナーが供給される現像ローラと、トナー供給ローラに流れるバイアス電流を測定する手段と、バイアス電流を予め定めておいた設定値と比較する手段と、比較手段の出力が、前記設定値よりも小さなバイアス電流を示すときは、前記トナー供給ローラに印加されるバイアス電圧を高くして、トナー供給量を増やし、そして、前記比較手段の出力が、前記設定値よりも大きなバイアス電流を示すときは、前記トナー供給ローラに印加されるバイアス電圧を低くして、トナー供給量を減らす手段とから構成される。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。なお、液体トナーは、液体キャリア（オイル）中に顔料などのトナー粒子を分散させたものである。
【００２０】図１は、液体トナーを回収して、濃度を測定し、濃度を調整し、再利用する全体構成を示す図である。液体トナーは、現像ローラ４０から回収されるように図示したが、現像ローラ４０から回収された液体トナーに限らず、感光ドラム、或いは中間転写体上から回収されたキャリア液、或いはプリウエット液等もトナー溜まり４４に集めることができる。
【００２１】図示の濃度測定装置は、濃度調整後の濃度を測定するよう構成しているが、回収された液体トナーそのものの濃度を測定するよう構成することもできる。濃度測定装置により測定された濃度に基づき、濃度制御装置を介して、キャリア液、或いは高濃度液体トナー、もしくはその両方を補充して、トナー溜まり４４内の液体トナーの濃度を所定値に調整することができる。所定濃度に調整された液体トナーは、通常のように、アプリケータローラ４１，４２、及び現像ローラ４０を介して感光ドラム１０に供給される。
【００２２】図２は、本発明の濃度測定装置の第一の構成を例示する図である。図において、透明な管の表面には、トナー塗布ローラにより液体トナーが薄く塗布される。透明な管の中に発光素子が配置され、かつ、それに対応して管の外には受光素子が配置される。或いは発光素子と、受光素子を逆にすることもできる。発光素子からの発光が、透明な管、及び液体トナー層を通して透過した光量を、受光素子で光学的に測定することにより液体トナーの固形分濃度を測定する。トナーを薄く塗布できるため、高濃度トナーでも濃度測定が可能となる。なお、図示したブレードは、測定後に残留トナーを掻き取るためのものである。
【００２３】また、管の中に、受発光素子を配置することができる。受発光素子から発光した後、液体トナー層で反射した反射光量を、受発光素子で光学的に測定することにより液体トナーの固形分濃度を測定する。トナーを薄く塗布することで高濃度トナーでも、光学的に濃度測定が可能となる。また、受発光素子が、液体トナーにより汚れることを防止することが容易に可能となる。
【００２４】図３は、上記第一の構成に用いられる透明な管の表面に塗布される液体トナーの層厚を一定にするための構成を示している。図示した透明な管は、管中央部に凹部が形成されるように両サイドに段差を設けている。また、管表面の液体トナーを掻き取るためのブレードが備えられている。このため、管中央部の凹部に塗布された液体トナーの層厚は、例えば数μｍの高さに設定された段差の高さによって決まり、一定になる。
【００２５】図４は、液体トナーの濃度を測定する第二の構成を示している。図示したように、一定圧力により当接している一対のローラが備えられて、この一対のローラ間に一定量の液体トナーが投入される。このときのニップ出口の液体トナーの拡がり幅は、所定回転数までは拡がるものの、それ以降は、略一定幅になり、そしてこのときの拡がり幅は、液体トナーの固形分濃度に略比例している。そこで、この拡がり幅を、光学ラインセンサを使って読み取ることで、液体トナーの濃度を判断することができる。
【００２６】図５は、液体トナーの濃度を測定する第三の構成を示している。図示したように、管中央部に凹部が形成されるように両サイドに段差を設けた金属ローラが備えられる。この金属ローラ表面には液体トナーが塗布されるが、過剰の液体トナーは、ブレードにより掻き取るために、金属ローラ表面の液体トナーは、粘度によらず、常に一定の層厚にすることができる。そして、金属ローラと接触して回転する導電性弾性（ゴム）ローラを備え、この両ローラ間にバイアス電圧を印加して、その際に流れる電流を測定することにより液体トナーの濃度を判断することができる。なお、管中央部の凹部以外の金属表面から、液体トナーを介さずに導電性弾性ローラに流れる電流は、それを防ぐように金属ローラ表面を絶縁するか、或いは、測定値から差し引くように補正することができる。
【００２７】図６は、液体トナーの濃度を測定する第四の構成を示している。図示したように、トナータンクから現像ユニットに液体トナーを搬送するための管の表面にヒータを設け、さらには管表面の温度を検出するサーミスタを設けて、管表面は一定温度に保持されるように制御される。そして、管の中の液体トナーを搬送するスクリュー、及び該スクリュー駆動のためのＤＣモータとを備え、このモータ負荷を電流値又は回転数によってモニターする。このモニターされたモータ負荷により、液体トナーの濃度を判断することができる。液体トナーの粘度と濃度の間には相関関係があることを利用した測定方法であるが、トナーの粘度が温度の影響を受けないように一定温度に制御するものである。
【００２８】図７は、現像電流を検出して、液体トナーの濃度を調整する構成を例示する図である。液体トナーは、液体現像液として用いるために、１〜５０μm の薄層にして現像ローラ４０上に塗布されて、感光ドラム１０との間の現像ギャップ部に送られる。現像ローラ４０上に残留した液体現像液は、現像ギャップ部を通過後、ブレード４５によって掻き取られて溜まり部４３に溜められるが、これは、固形粒子が感光ドラム１０上に移動することで希釈され、さらにプリウェットオイルの混入によっても希釈されたものとなっている。
【００２９】この希釈された液体現像液は、ポンプ等を用いてトナー溜まり４４に送られる。ここには、高濃度の液体トナー或いはキャリア液が供給されて、先の希釈トナーと混合されて、所定値の濃度を有する液体トナーになる。この所定濃度の液体トナーは、ローラ４１、及びローラ４２によって構成されるアプリケータから、現像ローラ４０に供給される。
【００３０】このとき、液体トナーが所定値の濃度を有しているかどうかが、現像ローラに流れるバイアス電流によって検出される。現像ローラ４０が感光ドラム１０上に接触して液体トナーを供給する際に、現像ローラに印加されるバイアス電圧として、例えば４００Ｖの正電圧が、例えば約１００Ｖに帯電される感光ドラム１０の露光部分にトナー粒子を付着させるために印加される。このとき流れるバイアス電流は、露光部分に付着するトナー粒子量の影響を受ける。
【００３１】そこで、この影響を受けず、条件を等しくするために、印刷されるべき画像としてトナー濃度チェック用のパターンを選択して、感光ドラム１０上にこのパターンを形成する。この現像を行った際に現像ローラに流れる現像電流（バイアス電流）は、トナー層厚を一定とすると、液体トナーの濃度の影響を受けたものとなる。
【００３２】従って、この現像電流を、比較器において予め定めておいた設定値（Ｖｒ）と比較して、それよりも低い場合には、液体トナーの濃度が低いということを意味するから、その場合には、高濃度の液体トナーを供給するよう構成する。
【００３３】逆に、この現像電流を、比較器において予め定めておいた設定値（Ｖｒ）と比較して、それよりも高い場合には（図示の構成においては、上記比較器の出力をインバータを通して検出）、液体トナーの濃度が高いということを意味するから、その場合には、キャリア液を供給するよう構成する。
【００３４】また、この比較器の出力が、一定範囲内に収まっている場合には、現像ローラへのトナー層厚を調整する装置（図示せず）を設けて、一定画像濃度が得られるようにすることができる。例えば、現像ローラ４０に対するアプリケータローラの間隔を調整することにより直接的に、或いはアプリケータローラ４１と４２の間隔を調整して供給量を調整することにより間接的に、現像ローラ４０上のトナー層厚を調整することができる。
【００３５】また、上記の比較器の出力が、一定範囲内に収まっている場合には、現像ローラ４０に印加するバイアス電圧Ｖ１を調整する装置（図示せず）を設けて、一定画像濃度が得られるように構成することもできる。
【００３６】さらに、アプリケータローラ４１から現像ローラ４０に液体トナーを供給する際にもバイアス電圧（Ｖ２）を印加することができる。このようなバイアス電圧によって、アプリケータローラ４１から現像ローラ４０に移動する液体トナー量を制御できることが知られている。現像ローラ４０に印加されるバイアス電圧よりも、例えば１００Ｖ高いバイアス電圧を印加することにより、現像ローラ４０とアプリケータローラ４１の接触部において、液体トナーの多くを現像ローラ４０側に移動させることが可能になる。
【００３７】そこで、アプリケータローラ４１に流れるバイアス電流を検出して、このバイアス電流に基づいて、バイアス電圧を調整する電圧制御装置を設ける。バイアス電流が低いということは、液体トナー濃度が低いことを意味する。それ故、バイアス電流を、予め定めておいた設定値と比較して、それよりも小さい値を示すときは、アプリケータローラ４１に印加されるバイアス電圧を高くして、トナー供給量を増やすことができる。逆に、バイアス電流が、予め定めておいた設定値よりも大きい値を示すときは、アプリケータローラ４１に印加されるバイアス電圧を低くして、トナー供給量を減らすことができる。
【００３８】また、アプリケータローラ４１の表面は、メッシュ状に凹部を設けた構成とすることができる。図８は、このようなアプリケータローラ４１の表面構成を例示する図である。前述のようにして、アプリケータローラ４１に流れるバイアス電流からトナー濃度を推測するためには、トナー層厚、即ちトナー供給量を一定に維持することが望ましい。図示したように、液体トナーを、その凹部に保持して搬送、供給することにより、トナー供給量を一定に維持することができる。
【００３９】また、バイアス電流からトナー濃度を推測するためには、バイアス電流が凹部内の液体トナーを通してのみ流れて、凸部を通しては流れないようにするか、流れても無視できる程度に抑えることが望ましい。そのため、図示したローラの凸部表面は、ウレタン樹脂等により塗膜して絶縁性にすることが望ましい。
【００４０】
【発明の効果】本発明は、不揮発性を示す高粘度で高濃度の液体トナーを用いる構成を採る液体現像電子写真装置において、液体トナーのリサイクル機能を実現するために、回収された液体トナーの固形粒子濃度を測定することを可能にする。
【００４１】また、本発明は、検出された液体トナーの固形粒子濃度に基づき、該濃度を補正して、感光ドラム或いは現像ローラに供給することができる。
【出願人】 【識別番号】０００１３６１３６
【氏名又は名称】株式会社ピーエフユー
【出願日】 平成１２年４月２１日（２０００．４．２１）
【代理人】 【識別番号】１０００７４８４８
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 寛 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−３０５８６７（Ｐ２００１−３０５８６７Ａ）
【公開日】 平成１３年１１月２日（２００１．１１．２）
【出願番号】 特願２０００−１２０２５２（Ｐ２０００−１２０２５２）