JP2009098489A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー像を記録媒体へ定着させる工程における低消費電力化を図るとともに、オフィスで使用可能な画像形成装置において、安定した画像品質の得られる小型で低コストな画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体１上の静電潜像に少なくとも水溶性樹脂と着色剤とを含む着色樹脂粒子であるトナーを供給して現像する現像装置４と、トナー像を記録媒体に転写する転写装置５と、トナー像を軟化させる水を含む軟化水を付与する軟化水付与手段８とを備えた画像形成装置において、現像装置４はトナーを絶縁性の液体中に分散した液体現像剤Ｄを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、ファックシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

上記画像形成装置として、電子写真方式の画像形成装置は普通紙に高精細な画像を高速で形成することができるため、オフィスで普及している。電子写真方式の画像形成装置では、像担持体上の静電潜像を少なくとも樹脂と着色剤からなる着色樹脂粒子であるトナーでトナー像化し、これを記録媒体上に転写して定着する。トナー像の記録媒体への定着は、記録媒体上のトナーを加熱して溶融し、加圧する熱定着方式が主流である。しかしながら、熱定着方式ではトナーの加熱のために消費される消費電力は、画像形成装置における消費電力の約半分以上を占めており、近年の環境負荷軽減の観点から低消費電力（省エネ）化への対応が困難である。このため、低消費電力化が可能な定着方式が望まれている。

低消費電力化するためには、加熱せずにトナーを定着する非加熱定着方式が考えられる。非加熱定着方式のひとつとして、トナーの樹脂を溶解する溶剤を未定着トナーに付与するいわゆる溶剤定着法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３）。溶剤定着法では、トナーの樹脂を溶解または膨潤させる溶剤をトナーに付与してトナーを溶解または膨潤させた後、溶剤を乾燥させることでトナーを定着させるものである。

特許文献１、２、３には、溶剤として有機化合物を水に分散させたものが記載されている。ここで、溶剤中の分散媒としての水は揮発しても問題ないが、有機化合物は臭気（不快臭や刺激臭）の観点から問題視される材料が記載されている。このため、不快な臭気が充満する虞があり、オフィスでの使用が問題となっている。

これに対して、特許文献４では、溶剤として、トナーの樹脂を軟化させる不揮発な軟化剤を使用することにより、臭気の問題を解決するものを提案している。しかし、一般的なトナーの樹脂を軟化させる軟化剤は、装置内の他の部材に用いられる様々な樹脂を多少なりとも溶解・膨潤させることが多く、装置内における材料選択や取扱いに注意が必要であり、実用化に至っていないのが現状である。

また、他の非加熱定着方法として、上述のような溶剤ではなく水を用いてトナーを低粘度化または粘着性化して定着をおこなうものが提案されている。特許文献５では、水溶性樹脂であるポリビニルアルコールを主成分とした粉体状トナーを使用し、感光体上のトナー像に水を供給してトナー像を低粘度化してから記録媒体に加圧ローラで圧着するものが記載されている。また、特許文献６では、水に溶解して粘着性を発揮させる特性をもつ粉体状トナーを用い、中間転写体上のトナー像に水を供給した後、記録媒体に粘着転写をするものが記載されている。このように、トナーを低粘度化または粘着性化するために水を使用する定着方法は、揮発時の臭気の観点からメリットがあり、オフィスでの使用が可能である。

特公昭４９−０２６５９１号公報 特許３２９０５１３号公報 特開昭５３−１１８１３９号公報 特開２００７−１２１６５２号公報 特開平３−２５７４７３号公報 特開２０００−１７２１１４号公報

上記特許文献５、６の水を用いてトナーを低粘度化または粘着性化するものでは、使用する粉体状トナーは水溶性樹脂を主成分とする必要がある。しかし、水溶性樹脂はトナーボトルやカートリッジ内で空気中の水分を吸収してしまい、粉体同士で互いに密着・凝集しトナーとしての機能を果たせなくなってしまうという問題がある。例えば、トナーの水溶性樹脂として用いられるポリビニルアルコールの粉体を室温環境（２５℃６５％ＲＨ）に放置した場合、３日後には粉体同士で凝集してしまう。このような水溶性樹脂を主成分とするトナーでは、保存性が大きな課題であり、完全に除湿された環境下で密閉し保存することが必要になってしまう。除湿をおこなうための除湿装置を設けることも考えられるが、装置の大型化やコスト増になる。さらに装置本体を使用していない状態でも、常時除湿装置を作動させておく必要があるので、実用上大きな問題となっている。

本発明は、上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、トナー像を記録媒体へ定着させる工程における低消費電力化を図るとともに、オフィスで使用可能な画像形成装置において、安定した画像品質の得られる小型で低コストな画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、静電潜像を担持する像担持体と、該像担持体上の静電潜像に少なくとも水溶性樹脂と着色剤とを含む着色樹脂粒子を供給して現像する現像装置と、該着色樹脂粒子による像を記録媒体に転写する転写装置と、該着色樹脂粒子による像に該着色樹脂粒子を軟化させる水を含む軟化水を付与する軟化水付与手段とを備えた画像形成装置において、上記現像装置は上記着色樹脂粒子を絶縁性の液体中に分散した液体現像剤を用いて現像することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記着色樹脂粒子による像から絶縁性の液体を回収する回収手段を、上記現像装置よりも下流で上記軟化水付与手段よりも上流に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記軟化水付与手段を上記転写装置よりも上流に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記転写装置は上記像担持体上の着色樹脂粒子による像を中間転写体を介して記録媒体に転写するものであり、上記軟化水付与手段は該中間転写体上の該着色樹脂粒子による像に軟化水を付与することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記軟化水付与手段を上記転写装置よりも下流に設けたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記軟化水は水溶性の樹脂を含むことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の何れかの画像形成装置において、上記記録媒体上の軟化した上記着色樹脂粒子による像を該記録媒体の表面形状に合わせて変形させる変形促進手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の何れかの画像形成装置において、上記記録媒体上の軟化した上記着色樹脂粒子による像から軟化水を除去する除水促進手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７または８の何れかの画像形成装置において、上記液体現像剤を構成する絶縁性の液体が常温で揮発性を有することを特徴とするものである。

本発明においては、着色樹脂粒子を液体中に分散した液体現像剤を用いているので、液体現像剤中の着色樹脂粒子の周囲を液体が取り囲んで空気中の水分に接触しないように保護する。また、液体現像剤を用いた現像では着色樹脂粒子が液体中を電気泳動により移動するため、用いられる液体は絶縁性であることが要求されており、一般に水の溶解度が低く水をほとんど含まない。このため、液体現像剤中の着色樹脂粒子の主成分となる水溶性樹脂は水に接触する機会がなく、水を吸収する虞がない。よって、除湿装置を設けずに液体現像剤を長期に保存しても現像剤としての特性を損なうことがなく、常に安定した現像を行い、安定した画像品質が得られる。

以上、本発明によれば、トナー像を記録媒体へ定着させる工程における低消費電力化を図るとともに、オフィスで使用可能な画像形成装置において、安定した画像品質の得られる小型で低コストな画像形成装置を提供できるという優れた効果がある。

以下、本発明を適用した画像形成装置である電子写真複写機（以下、複写機という）の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る複写機の概略構成図である。この複写機は、潜像担持体として感光体１のまわりに、帯電器２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、除電ランプ７、クリーニング装置６が配設されている。感光体１としてはａ−Ｓｉ、ＯＰＣ等が使用できる。帯電器２としては、帯電ローラや帯電チャージャ等の形態が使用できる。露光装置３としてはＬＥＤやレーザー走査光学系等が使用できる。現像装置４は、後で詳しく説明する液体現像剤を用いた液体現像装置である。転写装置５は、記録媒体を搬送する搬送ベルト５０２と、記録媒体を感光体１に圧接させる転写ローラ５０１とを備えている。クリーニング装置６は、感光体１に当接して感光体１上をクリーニングするクリーニングブレードを備えている。そして、この複写機では、現像装置４よりも下流で、転写装置５よりも上流に、トナーを構成する樹脂を軟化させる特性を有する軟化水を感光体１上のトナー像に付与する軟化水付与手段８を備えている。

このような構成の複写機で、反転現像により画像を形成する場合について説明する。感光体１は、図示しないモータ等の駆動手段によって一定速度で矢印方向に回転駆動されながら、帯電器２により暗中にて一様に帯電された後に、露光装置２より原稿光像が照射結像されて静電潜像を形成される。感光体１上の静電潜像は現像装置４により現像される。現像されたトナー像は、軟化水付与手段８により軟化水を付与されて軟化する。転写装置５は、搬送ベルト５０２により記録媒体を搬送しながら、転写ローラ５０１にて記録媒体を感光体１に圧接させて、感光体１上の軟化したトナー像を圧力にて記録媒体上に転写する。転写後、感光体１は除電ランプ７により残留電位が除去されて、クリーニング装置６により残留トナーが除去され次の画像形成に備えられる。記録媒体上のトナー像は、軟化水が空気中に蒸散したり、記録媒体内へ浸透したりすることで、再度固化して記録媒体と結着することで画像を定着する。

次に、現像装置４について詳しく説明する。
まず、現像装置４で用いられる液体現像剤について説明する。本実施形態の液体現像剤は、従来一般的に市販され使用されているＩｓｏｐａｒ（エクソン商標）をキャリア液とした低濃度（トナー濃度３％程度）の液体現像剤ではなく、高濃度の液体現像剤であり、粘度も低濃度のものに比較して高いものである。本実施形態の液体現像剤の粘度及び濃度の範囲としては、例えば粘度が５０〜１００００ｍＰａ・ｓ、トナー濃度が５％〜４０％のものを用いる。トナーを分散する液体であるキャリア液としては、シリコーンオイル、ノルマルパラフィン、Ｉｓｏｐａｒ（エクソン商標）、植物油，鉱物油等の電気的絶縁性が高いものを使用する。揮発性、不揮発性については、目的に合わせて選択することができる。

着色樹脂粒子であるトナーは、従来の熱定着を行う場合には、スチレンアクリル系、ポリエステル系、エポキシ系等の樹脂を使用し、これに有色微粒子である着色顔料（ジスアゾイエロー、キナクリドン、銅フタロシアニン又はカーボンブラック等）を混ぜ、さらに電荷制御剤及び分散剤が配合したものである。本実施形態の複写機では、トナーを構成する樹脂を軟化水にて軟化させて定着するため、トナーを構成する樹脂は水溶性であることが必要である。これに対し、上記に挙げた樹脂は水溶性ではないので、この一部もしくは全てを水溶性の樹脂に置き換えて使用する。水溶性樹脂の比率は定着性のためにはより多い比率で使用されていることが好ましいが、水溶性樹脂分が多いとトナーの帯電性が低下するという問題もある。このため、水溶性樹脂の比率が４０〜９０％となるようにしている。水溶性の樹脂の例としては、水溶性メラミン樹脂、水溶性ロジン変性樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ソーダ、コラーゲン、ゼラチン、デンプン、キトサン等が挙げられる。商品としては、クラレ社製ポバール（ＰＶＡ）、イソバン（イソブチレン／マレイン酸樹脂）、ハリマ化成製ネオトール、ハリディプ（アルキッド樹脂、アクリル樹脂）、日本合成化学社製エコアティ（ＰＶＡ）、ナガセケムテックス社製デコナール（エポキシ樹脂）、日本純薬社製ジュリアー（アクリル樹脂）、カブセン（ポリエステル樹脂）などが挙げられる。

また、従来、水溶性の樹脂をその一部に含有した液体現像剤のトナーを捺染用のトナーとして用いるものが提案されている（特開２００５−２３４７７号公報）。これは、布に像を転写後、発色過程において着色樹脂粒子中の着色剤を昇華によって布の繊維に移行させ、その後不要になった樹脂を水洗過程において布から除去するものである。これは、本実施形態の複写機のように、記録媒体上に着色剤を含有した樹脂を結着させて残すために水溶性の樹脂を使用しているのとは全く逆の目的であり、装置としても異なった構成となる。特開２００５−２３４７７号公報の発明では、使用している着色剤が昇華染料である必要があるが、本実施形態ではこれに限られるものではなく、退色性を考慮すれば、染料よりも顔料の方が好ましい。このため、顔料を使用している。

また、上記水溶性樹脂の中には、空気中に放置するだけで、空気中の水分を吸収して軟化してしまうようなものも含まれる。軟化が容易であることは、定着性からは有利である。しかし、この様な樹脂で形成したトナーを空気中に放置した場合、空気中の水分を吸収して現像前に軟化して樹脂同士が凝集する、あるいは軟化により現像剤との摩擦帯電ができなくなるなど、トナーとしての現像特性を維持することが困難である。そこで、除湿装置を設けることも考えられるが、装置の大型化やコスト増になってしまう。

一方、本実施形態で使用する液体現像剤では、この様な着色樹脂粒子であるトナーを液体中に分散させており、キャリア液がトナーの周辺を取り囲み空気中の水分に接触しないようにトナーを保護する機能を担っている。そこで、液体現像剤を長期に保存してもトナーとしての特性を損なうことがなく、常に安定した現像を行うことができる。

また、液体現像剤を用いた現像では、トナーがキャリア液中を電気泳動により移動するため、キャリア液に使用される液体は電気的に絶縁性であることが要求されており、一般に水の溶解度が非常に低く水を殆ど含まない。よって、液体現像剤中のトナーはほぼ完全に水に接触する機会がない状態にでき、水分を吸収する虞がない。

次に、現像装置４の構成について説明する。現像装置４は、内部に液体現像剤Ｄを収容する現像剤収容タンク４０１、現像ローラ４０２、スイープローラ４０３、攪拌スクリュ４０６、塗布手段４００などで構成されている。塗布手段４００は、塗布部材としての塗布ローラ４０４、中間塗布部材としての中間ローラ４０５、などで主に構成されている。スイープローラ４０３と中間ローラ４０５とには、金属ブレードもしくはゴムブレードからなるクリーニング部材４０８、４１１がそれぞれ当接配置されている。各クリーニング部材４０８、４１１としては、ブレード式のものではなく、ローラ式のものを用いてもよい。

上記現像ローラ４０２及びスイープローラ４０３の外周面には、それぞれ導電性を有する弾性体層が設けられている。この弾性体層の材質としては、ウレタンゴムを用いることができる。また、弾性体層の表面硬度としては、感光体１との間で効率的にニップを形成できるように、ＪＩＳ−Ａ硬度で５０度以下であることが望ましい。なお、弾性体層の材質は、ウレタンゴムに限られるものではなく、導電性を有するものであって、且つキャリア液・現像剤で膨潤したり溶解したりしない材質であればよい。また、現像ローラ４０２とスイープローラ４０３内層は、キャリア液・現像剤と接触しない構成であれば、上記導電性・膨潤溶解の制約はなく、弾性を有していればよい。但し、弾性体層が導電性を有していない場合には、現像バイアス電圧・スイープバイアス電圧を、現像ローラ４０２及びスイープローラ４０３の軸からではなく、表面から印加するようにする。

ここで、上記弾性体層を、現像ローラ４０２とスイープローラ４０３とに設けず、感光体１側に設けて、上記ニップを形成するようにしてもよい。また、感光体１を無端ベルト状部材で構成してもよい。また、現像ローラ４０２ラ及びスイープローラ４０３は、コーティングもしくはチューブにより、その表面がＲｚ５μｍ以下の平滑性を有するように構成されている。

図１において、上記現像ローラ４０２及びスイープローラ４０３を、感光体１に対してそれぞれ適当な圧力で当接させると、上記弾性体層が弾性変形して、各ローラ４０２，４０３と感光体１との間に現像ニップＡ及び除去ニップＢが形成される。この現像ニップＡを形成することによって、液体現像剤中のトナーが現像領域の現像電界により、感光体１に対して移動して付着するための一定の現像時間を確保することができる。また、各ローラ４０２，４０３と感光体１との当接圧力を調整することで、各ニップ部Ａ、Ｂにおける表面移動方向の幅であるニップ幅を調整することができる。各ニップ幅は、各ローラ４０２，４０３の線速と現像時定数との積、以上に設定する。ここで、現像時定数とは、現像量が飽和するまでに要する時間であって、必要最小ニップ幅をプロセス速度で除したものである。例えば、必要最小ニップ幅が５ｍｍでプロセス速度が５００ｍｍ／ｓｅｃであれば、現像時定数は１０ｍｓｅｃとなる。

複写機の現像動作時においては、現像装置４の現像ローラ４０２の表面に、塗布手段４００の塗布ローラ４０４及び中間ローラ４０５によって、液体現像剤Ｄの薄層が形成される。この現像装置４では、現像ローラ４０２上に塗布される液体現像剤Ｄの表面の１ｃｍ^２当たりに担持されるトナー中の顔料含有分を、３μｇ以上、６０μｇ以下となるように設定した。このために、現像ローラ４０２の表面に、３〜１２μｍの厚みの現像剤薄層を塗布するようにした。これは現像ローラ４０２の表面の１ｃｍ^２当たりに担持されるトナー中の顔料含有分が３μｇより小さくなる塗布厚では、十分な量の顔料が感光体１上の潜像の画像部に移動せず、画像濃度が薄くなるおそれがあるからである。また、現像ローラ４０２の表面の１ｃｍ^２当たりに担持されるトナー中の顔料含有分が６０μｇより大きくなる塗布厚では、現像後の地肌部に残留する余剰トナーが多くなりスイープローラ４０３による除去が不完全になるおそれがあるからである。

そして、現像ローラ４０２表面に形成された現像剤薄層は、感光体１と現像ローラ４０２とにより形成された現像ニップＡを通過する際に感光体１上の静電潜像に応じて現像される。すなわち、感光体１の画像部では、トナーが感光体１側に移動する。感光体１の地肌部（非画像部）では、現像バイアス電位と感光体電位とによって形成される電界により、現像ローラ４０２の表面にトナーが移動して、感光体１の地肌部にトナーが付着しないようになる。

ここで、感光体１の地肌部に付着したトナーの一部が、現像ローラ４０２表面まで移動しきれずに、感光体１上に残ると、感光体１上に形成された画像にカブリが生じる。上記スィープローラ４０３は、このような画像のカブリの原因となるトナー（以下、「カブリトナー」という）をスイープ（掃除）するために設けられている。このスィープローラ４０３は、図１に示すように、感光体１の回転方向の現像ローラ４０２よりも下流側の部位に、現像ローラ４０２により感光体１上に現像されたトナー像（現像剤層）を挟むように、感光体１に押圧して設置されている。そして、このスィープローラ４０３の表面が、感光体１の表面と略等速で接触移動することによって、感光体１の地肌部のカブリトナーが除去される。

現像後の現像ローラ４０２の表面に残留した残留トナーは、クリーニング部材により除去される。また、上記スィープローラ４０３により除去された液体現像剤は、スィープローラ４０３のスィープ（掃除）性能の維持のために、クリーニング部材４０８により除去される。除去された液体現像剤は、現像剤収容タンク４０１に隣接して設けられた一時貯蔵部４１２に集められる。一時貯蔵部４１２内に集められた液体現像剤は、搬送スクリュ４１３によって、図示しない濃度調整部に送られて現像剤濃度が調整された後、現像剤収容タンク４０１に戻されて再使用される。一時貯蔵部４１２には、図示しない攪拌手段、濃度検知手段、液量検知手段などが配設されており、回収された液体現像剤の濃度及び液量を検知している。この検知結果に基づいて、上記濃度調整部で、新しい液体現像剤の補給やキャリアの補給が行われて、回収した液体現像剤の濃度が均一になるように調整される。ここで、現像剤収容タンク４０１内への液体現像剤の供給量は、液体現像剤の消費量より若干多くなるように設定されている。これにより、現像剤収容タンク４０１から溢れた液体現像剤が、一時貯蔵部４１２内へ戻される。このように、液体現像剤Ｄは常に循環するようになっている。

次に、軟化水付与手段８について説明する。図２は軟化水付与手段の概略構成図である。軟化水付与手段８は、軟化水Ｅの供給部材としての供給ローラ８０１、付与部材として付与ローラ８０２、などで主に構成されている。供給ローラ８０１は、付与ローラ８０２に対して必要量の軟化水Ｅを供給するために、図３に示すようにその表面に均一なパターンの溝８０１ａの彫刻がなされたアニロクスローラを用いている。この供給ローラ８０１の表面の溝８０１ａ形状としては、図４（ａ）に示すような斜線型、図４（ｂ）に示すようなピラミッド型、図４（ｃ）に示すような格子型などが考えられる。供給ローラ８０１は、表面のパターンの溝８０１ａに付着した軟化水Ｅをドクターブレード８０３ですりきり、溝の容積によって軟化水の量を正確に計量することで、一定量の軟化水を供給ローラ８０２に供給することができる。

図２において、供給ローラ８０１は、付与ローラ８０２に対して対向部で逆方向に表面移動させており、供給ローラ８０１に対する付与ローラ８０２の表面の移動速度を調整することで容易に供給ローラ８０１上の軟化水量を調整することが可能である。

軟化水は、主成分として水からなるが、防腐剤を混入させておくことで機内に放置しておいても微生物の増殖等を防止し、腐敗を防止できる。このような防腐剤の例としては、安息香酸、安息香酸ナトリウム、イソプロピルメチルフェノール、塩化ベンザルコニウム、塩酸クロルヘキシジン、過酸化水素水、グルコン酸クロルヘキシジン、クロルヘキシジン、サリチル酸、サリチル酸ナトリウム、ＣＡＥ、シンクピリチオン、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、デヒドロ酢酸、デヒドロ酢酸ナトリウム、フェノール、レゾルシン、パラオキシ安息香酸エステル類(パラベン)、フェノキシエタノールなどがある。

軟化水付与手段８により軟化水を付与されたトナー中の水溶性樹脂は軟化する。転写装置５は、搬送ベルト５０２により記録媒体を搬送しながら、転写ローラ５０１により記録媒体を感光体１に圧接させて、感光体１上の軟化したトナー像を記録媒体に転写する。転写されたトナー像から水が空気中に蒸散したり、記録媒体中に浸透したりすることにより粒子は固化して記録媒体上に結着する。

軟化した樹脂が記録媒体上に結着するためには樹脂から軟化水、すなわち水がなくなって固化する必要があり、過剰に軟化水を供給した場合にはこの過程で時間がかかってしまう。そこで、軟化に必要な量を確保した上でできるだけ少量を供給できる軟化水付与手段８をもちいることが望ましい。この様な少量の軟化水付与手段としては、図２に示すローラ上に軟化水Ｅの薄層を形成して供給するもののほか、図５に示す超音波振動子８０５などにより軟化水Ｅをミスト化しての供給する方法、空気と混合して泡にして供給する方法が挙げられる。

また、液体現像剤を用いているため、現像後においてもトナーの回りや地肌部にキャリア液が付着している。このため、軟化水を付与されても、地肌部ではキャリア液により軟化水である水がはじかれて地肌部に付着しにくい。よって、記録媒体の地肌部には軟化水である水の付着量が少なくなる。これにより、例えば記録媒体が転写紙である場合に転写紙がカールするなどの原因となる過剰な水の付着を防止できる。実際、この問題を解決するために、軟化水に微量のアルコールやグリセリンを混入させておくこともある。

一方、画像を形成するトナーを構成する水溶性樹脂は、キャリア液である絶縁性オイルに対してよりもむしろ水との親和性が強く、回りをキャリア液で囲まれた状態であっても、現像後のような薄層の状態であれば付与された水を吸収して軟化することができる。しかし、トナーを構成する水溶性樹脂の回りのキャリア液は、軟化水がトナーに吸収されることを阻害するものであるため、その量は少ないほうが好ましい。

そこで、軟化水付与手段８による軟化水付与前に、感光体１上のキャリア液を回収する手段を設ける。このような手段としては、図１のスイープローラ４０３がその役割を果たすことができる。スイープローラ４０３は、上述のように感光体１の地肌部に付着した余分なカブリトナーの除去が目的であるが、画像部においても接触することでトナーの回りのキャリア液を回収することができる。この際、図６のように、トナーを感光体１側に押付けるような電界を形成するバイアス電圧９をスイープローラ４０３に印加することで、トナーは感光体１に残したままキャリア液のみを除去することができる。また、スイープローラ１本で充分に除去できなければ、ローラの本数を増やすことも可能である。また、図７のようにスイープローラ４０３の表面移動方向が感光体１の表面移動方向と逆方向になるよう回転させれば、より効率的なキャリアの除去が可能である。但、この場合、スイープローラ４０３と感光体１とが接触していると、感光体１上のトナー像を乱す恐れがある。そこで、スイープローラ４０３と感光体１との間に微小なギャップを設けたり、順方向のスィープローラ４０３（図６）に比較してトナーを感光体１側に押付ける強い電界を形成するバイアス電圧を印加したりすることにより、トナー像の乱れを防止することができる。しかし、感光体１上で電界を強くし過ぎると、放電により感光層を破壊する恐れがあるので注意を要する。しかし、後述するよう、感光体１から記録媒体への転写を中間転写体を介しておこなう場合には、有効な手段である。

また、液体現像剤Ｅのキャリア液として、常温において揮発性を有する液体を使用することで、現像後にトナーを構成する樹脂粒子からのキャリア液の分離を促進できる。さらに、図８にしめすように、感光体１上のトナー像に送風する送風手段９を設ければ、感光体１上のキャリア液を回収する手段を設けるのと同様の効果を得ることができる。

このような常温において揮発性を有するキャリア液としては、シリコーンオイルでは１〜５ｍＰａ・ｓ程度の粘度のもの、ＩｓｏｐａｒＨやＬ（エクソン商標）などがあり、一般的に分子量の小さなグレードのものが挙げられる。さらに、脂肪酸エステルなども揮発性を有するが、揮発性のものは臭気を発することが多く、その臭気の低さを考慮するとパームオレイン酸メチルを主成分とするものが好ましい。この他、カブリル酸２エチルヘキシル、ラウリン酸２-エチルヘキシル、パルミチン酸２-エチルヘキシルなどを主成分とするものなどが比較的好ましい。

また、揮発性の高いものはトナーとして保存する場合に乾燥による固着等の問題もあるので、水よりも揮発性が低いレベルにとどめておいた方が好ましい。例えば、２０°Ｃにおける蒸気圧は、水は１７．５２ｍｍＨｇ、１ｍＰａ・ｓのシリコーンオイルは０．９ｍｍＨｇ、ＩｓｏｐａｒＨは０．７８ｍｍＨｇなどであり、２０°Ｃにおける蒸気圧が１．０〜０．１ｍｍＨｇ程度が望ましい。

ところで、一般的に液体現像剤を使用した複写機では、転写時に散りが発生して像を乱すということはなく、静電気力による転写でも高解像度の画像を記録媒体上に形成することができる。しかしながら、静電気力による転写を行う場合、その電気的性質や厚さなどの制約を受ける。例えば、導体に対しては均一な電界を形成できないので転写が難しい。また極端に厚さが厚い場合や場所によって厚さが異なる記録媒体にも難しい。

ところが、図１の複写機のように、記録媒体への転写を行うよりも上流に軟化水付与手段８を設け、トナーを構成する樹脂を軟化させた後、その粘着力により転写するものでは、記録媒体の電気的な性質によらず転写が可能となり記録媒体の自由度を広げることができる。

また、図１の複写機では、感光体１上でトナー像に軟化水を付与しているが、感光体１上に現像されたトナー像は静電気力によって感光体１と結びついているため、軟化水が付与される際に像の乱れが生じにくいという利点がある。一方で、転写後に感光体１上に残ってしまったトナーには軟化剤の主成分である水が含まれており、これを完全に除去しないと次工程で感光体１の帯電が不均一となり画像を乱す虞がある。また、液体現像剤中に水が混入した場合、局所的に抵抗が低下するので現像不良となり、像のボケなどの原因となる。このため、転写後、クリーニング装置６において回収されたトナーを再使用することも難しい。

そこで、感光体１上に現像されたトナー像を静電気力により中間転写体に転写し、中間転写体上で軟化水を付与することが考えられる。図９は、中間転写体を用いた複写機の概略構成図である。中間転写体５０３上に転写されたトナーは、軟化水付与手段８により軟化水を付与され軟化し、記録媒体を搬送しながら転写ローラ５０１により記録媒体を中間転写体５０３に圧接させて、感光体１上の軟化したトナー像を記録媒体に転写する。中間転写体５０３上で記録媒体に転写されずに残ったトナーは、中間転写体クリーニング手段５０４により除去される。このように中間転写体５０３を使用して、中間転写体５０３上で軟化水を付与することで感光体１上へ軟化水が付着することを防止しやすくなり、これに起因する像の乱れを防止することができる。さらに、中間転写体５０３の表面を撥水性の材料で構成したり、撥水性の材料で表面コートしたりすることで、地肌部のような着色樹脂粒子のない部分へ軟化水が付着することを防止でき、クリーニングする際にも有利である。

また、上述したように、液体現像剤を用いた複写機では転写による散りがなく、転写時の画像の乱れが少ない。このため、トナー像を記録媒体に転写した後に、軟化水を付与してトナー像を構成する樹脂を軟化させてから、固化させることも考えられ、これにより高画質の画像を得ることができる。図１０は、記録媒体上のトナー像に軟化水を付与する軟化水付与手段を設けた複写機の概略構成図である。中間転写体５０３上から転写紙などの記録媒体に転写されたトナーは、軟化水塗布手段８により軟化水を付与され軟化する。軟化により記録媒体との密着性を上げた樹脂は、水が記録媒体に浸透したり、あるいは空気中に蒸散したりすることによって固化して記録媒体と結合する。これにより、画像を記録媒体に定着させることができる。このように、記録媒体に転写後に軟化水を付与することで、粘着による転写はできないものの感光体１上への軟化水の付着を完全に防止することができ、装置の信頼性を大きく向上させることができる。

このように、本実施形態の複写機では、従来の加熱による定着と比較した場合には定着時に熱エネルギーを消費しないので省エネルギーという面で大きな優位性がある。また、従来の熱による定着では耐熱性が問題となるような記録媒体に対しても定着させることができるので、記録媒体に対する自由度を広げることができる。また、定着に使用しているものは軟化水としての水であり、蒸発しても臭気の発生が懸念されることはない。

記録媒体上のトナー像に付与する軟化水には、上述の軟化させるための水、腐敗防止の防腐剤の他、水溶性の樹脂を溶かしておくと良い。このような液を軟化水として使用することで、画像を形成するトナーの樹脂を軟化させて記録媒体に密着させるのみではなく、記録媒体の表面全体を薄い樹脂皮膜で覆うことになり、樹脂同士の結合力を向上させることができる。よって、より強固な定着強度を得ることができる。軟化水に溶かしておく水溶性の樹脂としては、トナーを構成する樹脂と異なっていても構わないが、同種の材料をもちいることで樹脂同士の結合力を強めることが望ましい。特にハーフトーンでの孤立ドットは、樹脂量が少なく、樹脂自身の軟化のみでは充分な定着強度を得ることができない場合があるが、軟化水に含まれる樹脂によって補強されることで充分な定着強度を得ることができる。

また、軟化水中の水によって軟化した樹脂を記録媒体上に固定させるためには、軟化した樹脂を記録媒体の表面に合わせて変形後に水を取り除く必要がある。このため、定着速度を速めるためには、軟化した樹脂を記録媒体表面に合わせて変形させる時間と、変形後の樹脂から水分を取り除く時間の２つを短縮することが望まれる。そこで、本実施形態の複写機では、これらの時間を短縮するための固化促進手段を設けた。

軟化した樹脂を記録媒体表面に合わせて変形させる時間を短縮する固化促進手段として、トナー像を記録媒体の表面形状に合わせて変形させる変形促進手段としての圧力ローラ１１を設けている。記録媒体上の軟化した樹脂は、軟化して粘度が低下することで流動性を持ち記録媒体の表面の形状に沿うように変形する。さらに、圧力ローラ１１により軟化した樹脂にさらに圧力を加えることで、より変形を促進させることができる。また、圧力により変形速度を速めるだけでなく、軟化した樹脂の隙間にいる余分な水を押し出して軟化した樹脂同士を接触させて定着強度を向上させることにもなり、変形後の樹脂から水分を取り除く時間を短縮する効果も多少併せ持つことになる。記録媒体が転写紙のように水を吸収するものであれば、圧力により記録媒体内部への軟化水の浸透を促進する効果もある。圧力ローラ１１の表面には，フッ素コート処理などをして軟化している樹脂が付着しにくい状態にすることが好ましい。また、ローラによる押圧以外にもノズルから高圧の空気を吹き付ける方式なども考えられるが、圧縮装置が必要なことや騒音が発生することが課題となる。

さらに、変形後の樹脂から水分を取り除く時間を短縮する固化促進手段として、変形後の樹脂に送風して樹脂に付託している余分な水分の蒸発を促進させる除水促進手段としての送風ファン１２を備えている。さらに、送風ファン１２に、ヒータ（不図示）を併設して熱風とすることで効果を上げることも可能である。また、吸水性の材料で構成されたローラを接触させることも有効である。ここでも、軟化水が水であるので積極的に蒸発させても環境上の問題がない。

実施例
水溶性樹脂としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（商品名 クラレ製 ポバール）を使用し、これに顔料、分散樹脂、電荷制御樹脂を適量使用したトナーをアイソパーＨ中に分散した液体現像剤を用いた。軟化水としては、水のみ、５ｗｔ％のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（商品名 クラレ製 ポバール）の水溶液の２種類を用いた。これを、図１０の複写機に搭載し、通常の室内環境下（２５℃−６５％ＲＨ）で１週間放置した後で、画像形成を行った。画像形成時に、トナーの機能上の問題は発生せず、通常の条件の画像形成が可能であった。

さらに、図１０の複写機で、固化促進手段としての変形促進手段と除水促進手段を使用した場合としない場合について、形成された画像の定着後の黒ベタ画像および５０％ハーフトーン画像について評価を行った結果を表１に示す。

ここで、変形促進手段は、表面にＰＦＡチューブを挿入した弾性ローラ（硬度 ＪＩＳ−Ａで５０度）からなる加圧ローラ１１で、圧力０．１ＭＰａ程度となるように押圧する。また、除水促進手段は送風ファン１２であり、４０角のファンを画像幅に並列して並べて送風した。

なお、定着性については２、５、１０、２０分経過後に画像面にテープ（Ｓｃｏｔｃｈメンディングテープ、住友スリーエム（株））を貼付し、その直後に剥がした状態で画像からの像の剥離の状態で判断し、画像の一部や全面において顕著な剥がれが発生しない状態を良好と判定している。以上の結果から、本実施例のように水溶性の樹脂を用いた液体現像剤の像に対して水による定着が可能であり、室内放置によるトナーの特性の変化もないことを確認でき、本発明の効果を確認することができた。

以上、本実施形態の複写機によれば、像担持体としての感光体１上の静電潜像を、少なくとも水溶性樹脂と着色剤とを含む着色樹脂粒子であるトナーを絶縁性の液体であるキャリア液中に分散した液体現像剤より現像し、現像されたトナー像の水溶性樹脂を軟化させる軟化水を付与する軟化水付与手段８を設ける。軟化したトナー像は、記録媒体上で軟化水が空気中に蒸散したり、記録媒体内へ浸透したりすることで、再度固化して記録媒体と結着することで画像を定着する。このように、本実施形態の複写機は、従来の熱定着と比較した場合に熱エネルギーを消費しないので低消費電力化という面で大きな優位性がある。また、定着に使用するのは軟化水としての水であり、蒸発しても臭気の点で懸念されることはないのでオフィスでの使用が可能である。さらに、トナーがキャリア液中に分散されている液体現像剤を用いているので、キャリア液は水溶性樹脂が空気中の水分に接触しないように保護する。また、液体は絶縁性であることが要求されるため、一般に水の溶解度が低く水をほとんど含まないものが用いられる。このため、トナーの主成分となる水溶性樹脂が空気中の水分を吸収する虞がない。よって、除湿装置を設けなくとも、保存時にトナーの機能を維持することができ、安定した画像品質が得られる。
また、トナー像からキャリア液を回収する回収手段を、現像装置４よりも下流で軟化水付与手段８よりも上流に設ける。この複写機では、液体現像剤を用いているため、現像後においてもトナーの回りにキャリア液が付着している。トナーを構成する水溶性樹脂は、キャリア液である絶縁性オイルに対してよりもむしろ水との親和性が強く、回りをキャリア液で囲まれた状態であっても、現像後のような薄層の状態であれば付与された水を吸収して軟化することができる。しかし、トナーを構成する水溶性樹脂の回りのキャリア液は、軟化水が水溶性樹脂に吸収されることを阻害するものであるため、その量は少ないほうが好ましい。そこで、現像装置４よりも下流で軟化水付与手段８よりも上流に、トナー像からキャリア液を回収する回収手段を設ける。回収手段としては、感光体１の地肌部に付着した余分なカブリトナーの除去のため設けられたスイープローラ４０３がその役割を果たす。スイープローラ４０３は、感光体１の地肌部に付着した余分なカブリトナーの除去のみでなく、画像部においても接触することでトナーの回りのキャリア液を回収することができる。このような回収手段を設けたことにより、軟化水が水溶性樹脂に吸収されやすくなり、軟化に要する時間の短縮、軟化水の使用量の減少および固化の時間短縮等の効果がある。
また、軟化水付与手段８を転写装置５よりも上流に設ける。軟化水付与手段８により軟化水を付与されて軟化したトナー像は、転写装置５により記録媒体を感光体１に圧接させることにより、軟化したトナーの粘着力により記録媒体上に転写される。このように静電気力によらず、粘着力により転写をおこなうため、記録媒体の電気的な性質によらない転写が可能となり記録媒体の自由度を広げることができる。
また、転写装置５は感光体１上のトナー像を中間転写体５０３を介して記録媒体に転写し、中間転写体５０３上のトナー像に軟化水付与手段８より軟化水を付与するようにしてもよい。感光体１上でトナー像に軟化水を付与すると、トナー像転写後に感光体１上に残ってしまったトナーには軟化剤の主成分である水が含まれており、これを完全に除去しないと次工程で感光体１の帯電が不均一となり画像を乱す虞がある。また、残ってしまったトナーに含まれる水が、次工程で液体現像剤中に水が混入すると、局所的に抵抗が低下するので現像不良となり、像のボケなどの原因となる。このため、転写後、クリーニング装置６において回収されたトナーを再使用することも難しい。そこで、感光体１上に現像されたトナー像を静電気力により中間転写体５０３上に転写し、中間転写体５０３上で軟化水を付与する。このように中間転写体５０３を使用して、中間転写体５０３上で軟化水を付与することで感光体１上へ軟化水が付着することを抑制し、これに起因する像の乱れを防止することができる。
また、軟化水付与手段８を転写装置５よりも下流に設けてもよい。トナー像を記録媒体に転写した後に、軟化水を付与してトナー像の水溶性樹脂を軟化させる。軟化により記録媒体との密着性を上げた水溶性樹脂は、水が記録媒体に浸透したり、あるいは空気中に蒸散したりすることによって固化して記録媒体と結合する。これにより、画像を記録媒体に定着させることができる。このように、記録媒体に転写後に軟化水を付与することで、粘着による転写はできないものの感光体１上への軟化水の付着を完全に防止することができ、装置の信頼性を大きく向上させることができる。
また、記録媒体上のトナー像に付与する軟化水には、水の他、水溶性の樹脂を溶かしておいても良い。このような軟化水とすることで、画像を形成するトナーの水溶性樹脂を軟化させて記録媒体に密着させるのみではなく、記録媒体の表面全体を薄い樹脂皮膜で覆うことになり、樹脂同士の結合力を向上させることができる。よって、より強固な定着強度を得ることができる。特にハーフトーンでの孤立ドットは、樹脂量が少なく、樹脂自身の軟化のみでは充分な定着強度を得ることができない場合があるが、軟化水に含まれる樹脂によって補強されることで充分な定着強度を得ることができる。
また、軟化水中の水によって軟化した樹脂を記録媒体上に固定する速度を速めるためには、軟化した樹脂を記録媒体表面に合わせて変形させる時間と、変形後の樹脂から水分を取り除く時間の２つを短縮することが望まれる。そこで、記録媒体上の軟化したトナー像を記録媒体の表面形状に合わせて変形させる変形促進手段としての圧力ローラ１１を設けた。記録媒体上の軟化した樹脂は、軟化して粘度が低下することで流動性を持ち記録媒体の表面の形状に沿うように変形する。この圧力ローラ１１により軟化した樹脂にさらに圧力を加えることで、より変形を促進させ、軟化した樹脂を記録媒体表面に合わせて変形させる時間を短縮することができる。また、変形後の樹脂から水分を取り除く時間を短縮する固化促進手段として、変形後の樹脂に送風して樹脂に付託している余分な水分の蒸発を促進させる除水促進手段としての送風ファン１２を備えている。これにより、変形後の樹脂から水分を取り除く時間を短縮することができる。
また、液体現像剤を構成する絶縁性のキャリア液が常温で揮発性を有するものとすることで、現像後にトナーを構成する樹脂粒子からのキャリア液の分離を促進できる。これにより、軟化液と樹脂が接触しやすくなるので軟化に要する時間の短縮，軟化液の使用量の減少および固化の時間低減が図れる。

本実施形態に係る複写機の概略構成図。 軟化水付与手段の概略構成図。 表面に均一なパターンの溝が形成された供給ローラの正面図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記供給ローラの表面に形成された溝の形状例を示す拡大斜視図。 軟化水付与手段の変形例の概略構成図。 スイープローラにバイアス電圧を印加するものの概略構成図。 スイープローラをリバース回転するものの概略構成図。 感光体上のトナー像に送風する送風手段を設けたものの概略構成図。 中間転写体を用いた複写機の概略構成図。 記録媒体上のトナー像に軟化水を付与する軟化水付与手段を設けた複写機の概略構成図。

符号の説明

１ 感光体
２ 帯電器
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写装置
６ クリーニング装置
７ 除電ランプ
８ 軟化水付与手段
９ 送風手段
１１ 圧力ローラ
１２ 送風ファン
４００ 塗布手段
４０１ 現像剤収容タンク
４０２ 現像ローラ
４０３ スイープローラ
４０４ 塗布ローラ
４０５ 中間ローラ
４０６ 攪拌スクリュ
４０８、４１１ クリーニング部材
４０９ バイアス電源
４１２ 一時貯蔵部
５０１ 転写ローラ
５０２ 搬送ベルト
５０３ 中間転写体
８０１ 供給ローラ
８０２ 付与ローラ
８０３、８０４ ドクターブレード
８０５ 超音波振動子
８０６ 送風ファン
Ｄ 液体現像剤
Ｅ 軟化水

Claims (9)

1. 静電潜像を担持する像担持体と、該像担持体上の静電潜像に少なくとも水溶性樹脂と着色剤とを含む着色樹脂粒子を供給して現像する現像装置と、該着色樹脂粒子による像を記録媒体に転写する転写装置と、該着色樹脂粒子による像に該着色樹脂粒子を軟化させる水を含む軟化水を付与する軟化水付与手段とを備えた画像形成装置において、
   上記現像装置は上記着色樹脂粒子を絶縁性の液体中に分散した液体現像剤を用いて現像することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、上記着色樹脂粒子による像から絶縁性の液体を回収する回収手段を、上記現像装置よりも下流で上記軟化水付与手段よりも上流に設けたことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２の画像形成装置において、上記軟化水付与手段を上記転写装置よりも上流に設けたことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３の画像形成装置において、上記転写装置は上記像担持体上の着色樹脂粒子による像を中間転写体を介して記録媒体に転写するものであり、上記軟化水付与手段は該中間転写体上の該着色樹脂粒子による像に軟化水を付与することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１または２の画像形成装置において、上記軟化水付与手段を上記転写装置よりも下流に設けたことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５の画像形成装置において、上記軟化水は水溶性の樹脂を含むことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１、２、３、４、５または６の何れかの画像形成装置において、上記記録媒体上の軟化した上記着色樹脂粒子による像を該記録媒体の表面形状に合わせて変形させる変形促進手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１、２、３、４、５、６または７の何れかの画像形成装置において、上記記録媒体上の軟化した上記着色樹脂粒子による像から軟化水を除去する除水促進手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１、２、３、４、５、６、７または８の何れかの画像形成装置において、上記液体現像剤を構成する絶縁性の液体が常温で揮発性を有することを特徴とする画像形成装置。

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