JP3581371B2 - 潜像をトーニングする方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、潜像をトーニングする方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電印刷法は、よく知られた印刷方法であり、この場合静電潜像は、静電標識粒子、所謂トナーを引き付けて得られる。トナーは、所謂乾式型または所謂湿式型を有することができる。静電印刷法は、比較的に少数の印刷物のみを必要とする場合、または内容をしばしば変える場合、または内容の一部を結果として変える必要がある場合に特に適用することができる。
【０００３】
乾式粉末トナーは、このような方法で使用した場合には多数の欠点を有する。主な欠点は、所謂除塵の問題に関連し；所謂ダスト、またはトナーの微粒子もしくは小さな粒子は、所謂現像装置から逃出し易く、印刷装置の内側および外側の双方の任意の表面上の付着層は、装置の内部で機械的欠陥を起こし、かつ装置の外側で環境問題を起こす。この問題は、このような印刷装置が高速で走行する場合には重大なこととなる。他の欠点は、印刷機の一般的な保全の費用および乾式粉末トナーの費用を包含する。
【０００４】
また、液体静電印刷法は、殊に前記装置を高速で操作することが必要である場合には、多数の異議のある問題をもつ。主な問題は、所謂溶剤の搬出に関連する。この溶剤搬出の用語は、紙内に閉じ込められかつトナー塗布装置から機械的に除去される溶剤またはキャリヤーの量に関連する。このような溶剤は、その後に蒸発し、大気汚染を生じさせ、かつ著しく製造費を増大させる。湿式トーニングのもう１つの欠点は、通常バックグランドフォグと呼ばれるコピーの一般的な変色を生じる非画像領域中または背景領域中で着色剤が沈積する傾向にあることである。
【０００５】
溶剤の搬出およびバックグランドフォグを減少させるために、種々の方法が提案された。これらの方法の中、最も重要なものは、クラバン（Ｋｌａｖａｎ）他の米国特許第４２６８５９７号明細書に開示されたものと思われ、この場合液体に分散されたトナーの薄層は、現像帯域中で形成され、かつ形成されるべき物理的物質画像が存在する表面は、現像帯域でトナー分散液に近接して配置されているが、しかしトナー分散液と接触はしていない。表面上の潜像に関連した静電界は、液体に分散されたトナー層の表面形状が、結合して潜像部分の形状になる擬似莢の形へ変化することを生じさせる。この擬似莢は、画像領域でのみトナーの沈積を生じさせる画像領域内の潜像を有する表面とのみ接触する。
【０００６】
クラバン（Ｋｌａｖａｎ）他の米国特許明細書には、液体に分散されたトナーの薄層を現像帯域中で形成させるための多数の機構が開示されている。しかし、トーニングすべき表面上に潜像を現像するためにトナー粒子を予め分散させることは、試みられておらず、この場合現像部材は、液体に分散されたトナー体中に部分的に浸漬され、その後にドクターブレードまたはローラもしくは一連のローラに対して回転され、現像帯域で望ましい厚さの分散トナー層が生成される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、クラバン（Ｋｌａｖａｎ）他の米国特許明細書に記載の教示に加えて、潜像を現像するためのトナー粒子を予め配置する手段を導入し、同時に現像部材または供与体ローラ上のトナー層の厚さを制限する。
【０００８】
本発明は、特に強誘電性記録部材の表面上または強誘電性記録部材の表面に亘って包含される潜像のトーニングを繰り返すことに適合する。
【０００９】
本発明による装置は、シリンダー上の潜像を液体トナーで現像する装置およびトナーを強誘電性シリンダーから紙に静電的に転写する装置が周囲に位置している強誘電性シリンダーを有する。現像装置は、分散剤の量または強誘電性層の表面に転写されるトナーのキャリヤー液体の量を制限するために位置しかつ配置されている。
【００１０】
強誘電性シリンダーは、導電性シリンダーの外側表面にそれと接触する強誘電性材料層を有する導電性シリンダーからなる。操作の場合、このシリンダーは、以下に記載されているように回転する。
【００１１】
前記強誘電性材料は、内部分極により強誘電性材料の表面上または表面に亘って印加された不変の潜像を有する。この分極は、プラスの型を有することができ、この場合には所謂プラスの電荷でトーニングされた粒子は、反発され、或いはこの分極は、マイナスの型を有することができ、この場合にはプラスのトナー粒子は、引き付けられ、或いはこの分極は、分極の双方の型の組合せを有することができる。
【００１２】
本発明の特殊な目的を有する現像装置は、トナーを溜めから強誘電性材料の表面に運搬するローラ（所謂、供与体ローラ）、トナーを補助タンクから前記の溜めへポンプ輸送しかつトナーの過剰量を補助タンクへ返送する機構、トナー粒子を供与体ローラ上へ沈積させるような程度に電位が印加されている、前記溜めの壁として作用するコロナ電極、最後に分散剤の量を供与体ローラ上で制限する装置から構成されている。
【００１３】
ウェブの形の紙は、トーニングされた画像が静電的に紙に転写されるような程度に運搬され、こうして形成された画像は、任意に評価できるように歪められてもいないし、変形されてもいない。その後に、単に分散剤の蒸発作用によって紙に固着され、この場合この蒸発作用は、赤外照射の形または必要に応じて同様のものの形で熱の使用によって補助することができる。
【００１４】
このような装置のための液体トナーは、前記の供与体ローラ上に容易に沈積するような程度に特殊な処方または型を有しなければならず、供与体ローラと、強誘電性材料との間の液圧メニスカス中に形成されねばならず、したがってトナーまたはその一部は、実質的に背景または非画像領域との接触なしに極性に相応して潜像をトーニングするように強誘電性材料に運搬される。
【００１５】
本発明は、トナーと、強誘電性材料との間の最小の接触をもって強誘電性材料の完全なトーニングを実質的に同時に達成することができるように液圧装置によってメニスカスを形成するトナーの能力に関し、この場合にはキャリヤーまたは分散剤の損失が殆どなく実質的にフォッグのない画像が生じる。
【００１６】
メニスカスの形成は、操作の望ましい速度に対し供与体ローラ材料の正確な選択、表面の平滑性および直径によって容易に得られる。強誘電性シリンダーと、供与体ローラとの間に電位差を使用することにより、望ましい型のメニスカス形成の制御が行なわれる。殊に、この電位差の変化は、フォッグまたは生じる転写された画像の背景に不利な影響を及ぼすことなしに潜像に引き付けることができるトナーの量に影響を及ぼす。更に、供与体ローラ上に存在するトナーの量は、第２のローラ、または所謂ドクターブレード等によって制御することができる。従って、任意の望ましい速度のために活性トナー粒子対キャリヤー液体または分散剤の最適な割合は、供与体ローラと、コロナ電極との間の電位差を適当に調節することによって容易に得ることができる。
【００１７】
卓越した画像品質は、３．０ｍ／ｓｅｃまでの印刷速度で得られた。この速度であっても、所謂溶剤搬出は、最適な条件下で操作した場合には実質的に零である。卓越した画像の再現は、強誘電性材料と、供与体ローラとの間の間隙が０．１〜１．５ｍｍの範囲内にある場合に得ることができるが、しかし好ましい範囲は、０．２５〜０．３５ｍｍである。５０〜１５００ボルトのコロナ電極／供与体ローラ電位差は、良好な結果を生じるが、しかし好ましい範囲は、１００〜５００ボルトである。強誘電性材料と、供与体ローラとの間の電位差は、０〜１０００ボルトの範囲内にあるが、しかし最適な画像品質は、２００〜５００ボルトの範囲内にある。供与体ローラ上のトナーの量を制限するために作用するような程度に回転する第２のローラを使用することにより、０．１０〜０．５０ｍｍの間隙は、供与体ローラと、強誘電性材料との間に液圧メニスカスを形成させる。殊に、０．２０〜０．３０ｍｍの間隙が好ましい。
【００１８】
本発明に使用することができる所謂トナーは、水性ベースの処方にも炭化水素ベースの処方にも制限されない。しかし、適当なトナーは、１９９０年４月３日に出願された、発明の名称がトナー・フォア・エレクトロスタトグラフィー（Ｔｏｎｅｒ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｏｇｒａｐｈｙ）の一時的なオーストラリア国特許第ＰＪ９４５２号明細書中に開示された。これは、炭化水素ベースのトナーであるけれども、水性トナーも卓越した結果を生じた。
【００１９】
このトーニング方法は、多種多様な強誘電性セラミック材料に適用できる。チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、鉛チタネートジルコネート、鉛ストロンチウムチタネートジルコン酸塩、メタニオブ酸鉛、ニオブ酸ナトリウムおよびメタニオブ酸ナトリウムが好ましい。
【００２０】
【実施例】
図１に関連して、詳細には、供与体１は、トナー容器２上に取り付けられ、かつ図示されてない駆動装置により図示した方向に回転するように配置された。分散されたトナー粒子４を含有するトナー分散液３は、図示されてない溜めから入口管５を通ってトナー容器２中にポンプ輸送される。トナー分散液３は、コロナ電極６によってトナー容器２中に一般に包含され、このコロナ電極は、トナー容器２から電気絶縁されているが、しかしコロナ電極６の背後にある供与体ローラ１の部分と接触するトナーを制限する囲いの片側を形成する。過剰のトナー分散液３は、出口管７を通して溜めに戻される。
【００２１】
トナー容器２を図示されているようにトナー分散液３で充填しかつ同時に図示された方向に供与体ローラ１を回転させながらＤＣ電圧をコロナ電極６に印加した場合には、液体に分散されたトナー８の層は、供与体ローラ１の表面上に形成され、この場合液体に分散されたトナー８の層中に含有されたトナー粒子４の密度は、コロナ電極６の印加された電圧および供与体ローラ１の回転速度に依存する。
【００２２】
溶剤を制限するローラ９は、供与体ローラ１上の液体に分散されたトナー８の層を望ましい厚さに制限するために必要とされる距離をもって供与体ローラ１から離れた、供与体ローラ１と関連して示された位置に取り付けられている。ドクターブレード１０は、溶剤を制限するローラ９上にトナー分散液を除去し、かつこのような分散液をトナー容器１に戻す。
【００２３】
オーミック接触を実現している強誘電性層１２を有する導電性ローラ１１は、図示したように供与体ローラ１から空間的に離れた位置に取り付けられている。強誘電性層１２は、外側表面上に静電的潜像１３を有する。トーニング間隙１４で検電的標識粒子４は、供与体ローラ１から静電的潜像１３に移動し、強誘電性層１２の表面上にトーニングした画像付着層１５を形成する。
【００２４】
本発明の好ましい実施態様の場合、開示されたようにトーニング装置は、静電印刷機中で強誘電性記録部材の表面上または表面に亙って包含された潜像を繰り返しトーニングするために使用される。このような装置は、例えば４メートル／秒までの比較的に高い印刷速度で操作することが必要とされる。このために、公知技術水準とは反対に供与体ローラが比較的に大きい直径を有しなければならないことが切に望まれることが見い出された。従って、強誘電性層が２２０ｍｍの直径である導電性ローラ上に備えられている場合には、２００ｍｍの直径である供与体ローラを使用することが有利であることが見い出された。通常、それぞれ前記ローラは、実質的に同じ周速で回転する。供与体ローラの表面は、平滑であるのが好ましい。
【００２５】
溶剤を制限するローラは、供与体ローラから空間的に離れており、この場合好ましい間隙は、１ｍｍである。このローラは、５０ｍｍの直径であり、かつ４０００ｒｐｍまで、通常２０００ｒｐｍの速度で回転する。図面から認めることができるように、このローラは、供与体ローラの表面上で液体分散剤を保留するために１つの方向に回転する。
【００２６】
前記したように、コロナ電極／供与体ローラの電位差は、５０〜１５００ボルトの間で変動することができ、この場合好ましい範囲は、１００〜５００ボルトである。コロナ電極に十分な電圧を印加することは、好ましいことであり、この場合供与体ローラは、接地されている。このことにより、強誘電性記録部材上の静電的潜像の歪みは、阻止することができる。強誘電性記録部材上の潜像がマイナスの極性を有する場合には、コロナ電極に印加される電圧は、プラスの極性を有する。
【００２７】
潜像を強誘電性記録部材上に印加する方法およびこの潜像を維持する方法は、本発明の一部ではないが、しかし強誘電性記録部材上の潜像と、供与体ローラとの間の電位差を１０００ボルトまでに維持することは可能であることが見い出された。しかし、前記したように、最適な画像品質は、この電位差が２００〜５００ボルトの範囲内にある場合に得られる。供与体ローラと、記録部材表面との間の好ましい間隙は、前記したように０．２０〜０．３０ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるトーニング装置の好ましい配置を示す縦断面図である。

Claims (10)

1. 導電性ローラ（１１）の外側表面とのオーミック接触を実現している強誘電性受容部材（１２）の表面上に含まれている潜像をトーニングする方法において、次の処理工程：
   − 制御された量のトナー粒子（４）を電着によって供与体ローラ（１）の表面上に塗布する処理工程、この場合トナー粒子（４）は、トナー分散液（３）中に含有されており、トナー粒子（４）を含有する分散液（３）は、供与体ローラ（１）の下方にあるトナー容器（２）中にポンプにより圧入され、トナー粒子（４）は、供与体ローラ（１）上に沈積され、このトナーは、強誘電性受容部材（１２）による完全なトーニングが行なわれうるような程度に１つのトナー層を形成させる能力を有し、トナー容器（２）中には、トナー容器（２）から電気絶縁されたコロナ電極（６）が供与体ローラ（１）の下方に載置され、供与体ローラ（１）の回転方向に見てコロナ電極（６）の前側にはトナー容器（２）中にトナーの収容部分が形成され、供与体ローラ（１）の回転方向に見てコロナ電極（６）の後側には制限ローラ（９）が載置され、
   − 供与体ローラ（１）上のトナー粒子（４）と一緒に付着されるトナー分散液（３）の量を、供与体ローラ（１）と空間的に離れて配置された制限ローラ（９）の回転およびこの制限ローラを用いての制御によって制限する処理工程、この場合供与体ローラ（１）上のトナー層（８）の厚さは、制御された厚さを有し、ドクターブレード装置（１０）は、制限ローラ（９）からのトナー分散液（３）の除去およびトナー容器（２）中へのトナー分散液（３）の回収のために制限ローラ（９）と係合し、
   − 供与体ローラ（１）の表面上で制御された厚さおよび密度を有するトナー層（８）を、導電性ローラ（１１）に隣接した位置にさらに輸送するために供与体ローラ（１）を回転させる処理工程、この場合この導電性ローラは、表面上に距離をもって強誘電性受容部材（１２）を有しており、
   − トナー層（８）を供与体ローラ（１）上で形成させ、したがってトナー粒子（４）は、潜像を有する領域でのみ強誘電性受容部材（１２）との接触を生じさせることができる処理工程
   を有することを特徴とする、潜像をトーニングする方法。
2. ５０〜１５００ボルトの直流電圧をコロナ電極（６）に供給する、請求項１記載の方法。
3. 制限ローラ（９）を供与体ローラ（１）の回転方向に対して反対の方向に４０００ｒｐｍまでの速度で回転させる、請求項１または２記載の方法。
4. 制限ローラ（９）が約０．１ｍｍの距離をもって供与体ローラ（１）から離れて配置されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 強誘電性受容部材（１２）が０．２〜０．３ｍｍの範囲内の距離をもって供与体ローラ（１）から離れて配置されている、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 強誘電性受容部材（１２）上の潜像と、供与体ローラ（１）との間の電位差が１００〜５００ボルトの範囲内にある、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 供与体ローラ（１）および強誘電性受容部材（１２）を有する導電性ローラ（１１）が実質的に同じ周速で回転する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 供与体ローラ（１）の直径が強誘電性受容部材（１２）を有する導電性ローラ（１１）の直径の約９０％である、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
9. 強誘電性表面（１２）上のトナー付着層を受容部材に移し、請求項１に記載された順序の工程を少なくとも１回強誘電性受容部材（１２）上の潜像（１３）を新しくすることなしに繰り返す、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
10. 供与体ローラ（１）と、
    供与体ローラ（１）の下方に配置されたトナー容器（２）と、
    トナー容器（２）の１つの面を形成させかつトナー容器（２）の残りの要素とは電気絶縁されているコロナ電極と、
    供与体ローラ（１）の調節可能な制限ロール（９）と、
    制限ローラ（９）からのトナー分散液（３）の除去およびトナー容器（２）中へのトナー分散液（３）の回収のために制限ローラ（９）上で調節可能なドクターブレード装置（１０）と、
    潜像（１３）を有する強誘電性受容部材（１２）を備えた導電性ローラ（１１）とを有する請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法を実施するための装置において、
    供与体ローラ（１）が制限ローラ（９）および導電性ローラ（１１）から離れて配置されており、この場合トナー分散液（３）は、供与体ローラ（１）上に沈積されるトナー粒子（４）を含有し、このトナーは、強誘電性受容部材による完全なトーニングが行なわれうるような程度に１つのトナー層を形成させる能力を有し、トナー粒子（４）は、潜像を有する領域でのみ強誘電性受容部材との接触を生じさせることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法を実施するための装置。

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