JP4004008B2 - 画像形成装置の液体キャリア除去量設定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体現像剤を用いて画像を形成する画像形成方法及び画像形成装置に関し、特に、電子写真技術により形成される画像が良好に転写されるように、動作設定を簡便に調節できる画像形成方法及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真技術を使用する現像剤によって分類すると、固体現像剤を用いる乾式現像によるものと液体現像剤を用いる湿式（液体）現像によるものとに分けることができる。従来の電子写真技術では、湿式現像はいくつかの本質的な問題点により実用的には不利と考えられ、そのため、電子写真技術による画像形成の分野は、長い間、乾式現像の独壇場となっていた。
【０００３】
しかし、湿式現像の電子写真には、乾式現像では実現できない利点もある。具体的には、サブミクロンサイズの極めて微細なトナーを用いることが出来るため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うえに印刷（例えばオフセット印刷）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出来るため省エネルギーならびに高速出力を実現できることなどが挙げられる。このようなことから、近年、湿式現像による電子写真の価値が見直され、実用化に向けて開発が進められている。
【０００４】
湿式画像形成装置においては、感光体上に現像された可視像が余剰のキャリア溶媒を含んでいるため、良好な転写画像を得るためには、転写前にいかに多くの余剰キャリアを取り除くかが大きな課題であった。
【０００５】
米国特許第４，２５９，００６号公報や特公平第４−４６４２６号公報、特開平第４−１７７４号公報には、余剰なキャリアを取り去る方法が開示される。これらの方法では、感光体に近接もしくは接触配置したスクイズローラやブレードで現像画像上の余剰キャリア溶剤を掻き取った後、さらに残った余剰現像液を空気の吹き付けで乾燥させる。しかし、実用的には、現像画像の乾燥が不十分であると、残存溶剤によって転写画像に乱れが生じ易く、転写不良も多く発生する。逆に乾燥が進み過ぎても転写不良が発生し易く、転写前の現像画像の乾燥状態を最適化するのは容易ではない。特に、現像剤のトナー層の厚さが大きい場合には、転写画像の乱れや転写不良が生じ易い。上記公報の提案においてもこのような問題は解決されない。
【０００６】
これに対して、特開平１０−１０８７４では、図４に示すように、乾燥後の画像に再度溶剤を供給する噴霧ノズル１２０を設けた装置を開示している。これにおいては、感光体ドラム１０１上に帯電器１０２及び露光装置によって形成された静電潜像は、現像ローラ１０８を用いて現像した後にスクィズローラ１０９で残存溶剤を掻き取り、セットローラ１１０でトナーを決着させた後に乾燥手段１１２により乾燥する。乾燥したトナー画像は、溶剤タンク１２２から噴霧ノズル１２１に送られる溶剤１２３の噴霧を受けた後に転写位置１０５において転写ローラ１１１によって転写材１０７上に転写される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法では、転写前に溶剤を供給する手段を組み込むために装置の構成が複雑且つ大型になるという欠点がある。また、現像画像の現像剤（トナー）の付着量は形成する画像の色調及び濃度によって異なるから、当然、画像の場所によってトナーの付着量に差が生じ得る。従って、現像画像から気化する溶剤の量及び乾燥度合も画像の場所によって異なるので、過乾燥を生じ易い厚みのある現像画像に適した量の溶剤を全域に渡って供給すれば、他の薄い部分の画像にとっては過剰供給になる。つまり、画像から乾燥除去した溶剤の量に比べて供給される溶剤量が過多になるのを画像全域にわたって防止するのは困難である。故に、一旦過乾燥となった現像画像に対して上記公報のような溶剤供給によって現像画像全域に渡って転写に適した乾燥状態に調製することは困難である。
【０００８】
上述したように、従来の湿式の電子写真画像形成においては、感光体上の現像画像の乾燥状態を把握する実用的手段がなく、良好な転写を達成するために必要である余剰キャリア溶媒の適度な除去を行うことが困難であり、転写画像の乱れや転写不良による転写効率の低下を生じるさせるという問題があった。
【０００９】
本発明は、常に良好な転写がなされるために、画像が転写に適した乾燥状態で転写されるように画像形成システムの作動を制御可能な電子写真画像形成方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１０】
又、本発明は、画像の状態の目安となる要素を測定することによって転写に適した状態を検知し、これに基づいて乾燥操作を調整することができ、良好な転写特性と高画質の画像出力を実現できる電子写真画像形成方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像形成装置の液体キャリア除去量設定方法は、液体キャリアとトナーとを含む液体現像剤を用いて感光体表面に現像画像を現像し、乾燥手段によって前記現像画像から前記液体キャリアを除去して得られるトナー画像を記録媒体に転写する画像形成装置の、前記キャリア液の除去量を設定する画像形成装置の液体キャリア除去量設定方法において、前記乾燥手段の乾燥力を調整して前記トナー画像に残留する残留液体キャリアの量を変化させつつ、前記トナー画像に光照射すると共にその反射光量を測定し、残留液体キャリアの量が減少するにしたがって前記反射光量が減少する減少期、極小値、増加期および漸近値を求め、前記反射光量の極小値を０％、漸近値を１００％とした時、前記反射光量が７０％以下であって、前記増加期となるように前記乾燥手段の乾燥力を調整し、前記液体キャリアの除去量を設定することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
液体現像剤を用いた電子写真による画像形成は、形成する画像に対応した露光を帯電した感光層表面に行い露光部分の電荷を消失させることによって静電潜像を感光層上に形成する工程と、絶縁性液体（有機溶媒）からなるキャリアに電荷を持ったトナーが分散した液体現像剤つまり現像液を感光層表面に供給することによりトナーで静電潜像を現像する工程と、不要なキャリアを除去する工程と、現像された画像を感光層から記録媒体（紙等）へ転写する工程とにより達成される。カラー電子写真の場合には、これらの全工程をイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の４色各々について繰り返すか、あるいは、静電潜像の形成、現像及び不要キャリアの除去を各色について行って感光層上にフルカラーの画像を形成した後に転写工程をする。
【００１７】
画像の記録媒体への転写効率は、感光体上に形成された画像の転写直前の状態によって異なり、本願発明者らは、画像の転写に適した状態を把握するために、現像画像の測定によって得られる物性値及び画像の転写効率について様々な実験を行った。その結果、現像画像の反射光量と画像の転写効率とに関連性を見出した。これを利用すると、画像の反射光量の測定により画像が転写に適した状態にあるか否かを判断することが可能であり、転写に適した状態で画像を転写するように画像形成システムを調整することができる。
【００１８】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１９】
液体現像剤を用いて感光体上の静電潜像を現像した後に、感光体を一定流速の空気で乾燥させると、時間の経過に従って画像の乾燥が進む。この時の画像の反射光量を測定して経時変化を調べると、反射光量は、初期には急激に減少する（以下、減少期と称する。図３のＡを参照）が、この後増加に転じ（極小期と称する。図３のＢを参照）、緩やかに増加して（増加期と称する。図３のＣを参照）ほぼ一定値を示す（漸近期と称する。図３のＤを参照）ようになる。この画像の転写を行って、画像の乾燥時間と転写効率との関係を求めると、減少期の画像では転写不良が多く転写効率は低いが、極小期に近づくにつれて転写効率が上昇し、増加期に入ると転写効率は高いレベルに維持され、転写効率が９０％以上の良好な転写が可能である。漸近期に入っても高い転写効率は維持されるが、過度に長時間の乾燥を続けると画像は転写不良を生じる。
【００２０】
減少期の画像は、トナー層表面上に溶媒が存在する状態にあり、極小期の画像は、トナー層上の溶媒が消失した状態、増加期及び漸近期の画像は、トナー層内部に含まれる溶媒が減少する状態にあり、トナー層上の溶媒の減少により反射光量が低下した後、トナー層内の溶媒の減少によって乾燥トナーの反射光量に近づくと考えられる。トナー層上に存在する溶媒は、転写の妨げになり易いので、トナー層上の溶媒が消失するまで乾燥することにより高い転写効率が得られる。
【００２１】
この現象は、感光体の乾燥速度や反射光量を測定する光の波長を変えても同様に観察される。故に、上記に従って予め現像画像の反射光量曲線を求め、転写直前の画像が曲線の極小期以後の状態、好ましくは増加期の状態にあるように、反射光量の測定値を用いて画像乾燥システムを調整することによって、転写効率を高く設定することができる。
【００２２】
漸近期において高い転写効率が維持される期間は、画像の諸条件（トナーの性質等）や転写形態によって異なり、本質的に転写効率が低い直接転写の場合よりも間接転写の場合の方が長い。このようなことから、反射光量が増加期の値になるように調製すると、信頼性が高い。
【００２３】
複数色のトナーを用いた画像の場合には、反射光量の測定値は被照射部における平均値として得られるが、前述したものと同様の変化を示し、極小期以後の状態、特に増加期の状態において、良好な転写特性が得られる。
【００２４】
複数色のトナーが重なって画像が厚くなっている領域が大部分を占めているような画像パターンでは、漸近期において反射光量が近づく値（漸近値と称する）よりも幾分低めの値を示す（＝増加期の値を示す）ように、乾燥能力及び時間を設定して転写することにより良好な転写画像が得られる。例えば、最大濃度の画像パターンを４色の液体現像剤を重ねて現像したトナー画像の反射光量を測定して反射光量曲線を得ておき、反射光量の極小値を０％、漸近値を１００％として、転写直前画像の反射光量が７０％程度となるように乾燥力及び乾燥時間を設定すると、最大濃度の画像を良好に転写することができ、もちろん濃度の小さい画像の転写効率も高い。
【００２５】
このように、感光体上の転写直前の画像の反射光量が極小期から増加期の値になるように乾燥状態を調整することにより、安定した良好な転写特性を有する高画質の画像を常に形成することが可能となる。
【００２６】
現像画像から余剰のキャリア溶媒を除去する操作は、乾燥のみによって行うと長時間を有するので、感光体に近接または接触して配置されるスクィージや吸収部材によって残存溶媒の一部を除去した後に、乾燥機構によって更に溶媒を除去して上述のような良好な転写特性が得られる範囲の反射光量を示す状態まで乾燥すると効率的であり、乾燥機構による気化の調整の自由度も大きくなる。又、乾燥度の調節が容易になり、省エネルギーの点でも有利である。
【００２７】
普通紙の表面は比較的粗く、画像形成装置によって形成された画像を直接転写すると、用紙表面の凹凸に起因する電界変動による転写ムラや用紙の電気特性のばらつきによる転写不良が生じ易い。このため、アート紙などの平面が平滑な記録媒体を用いる必要が生じる。これに対し、中間転写ローラ等の転写媒体を用いて画像を一旦転写媒体上に保持し、圧力及び／又は熱を画像に与えながら記録媒体に転写すると、オフセット効果により転写効率が向上して転写不良を防ぐことができ、さらに高画質の画像が得られ易い。これに伴い、前述の反射光量曲線における転写効率の高い期間も直接転写の場合より長くなり、間接転写条件によって漸近期における転写効率の高い期間も変化する。
【００２８】
以下、本発明に係る電子写真画像形成装置の実施形態を参照して、本発明を更に詳細に説明する。尚、同一または同等の機能を有する部材または部分については同一符号を付し、同様の作用の繰り返しとなる説明は省略するものとする。
【００２９】
図１は、本発明の電子写真画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図であるこの電子写真画像形成装置１は、潜像を形成・保持する感光層を外周面に有する感光体２と、感光層を均一に帯電させる帯電器３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋと、形成する画像に対応した静電潜像を感光層に形成するための露光装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋと、液体現像剤を感光層上に供給して静電潜像を現像する現像器５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋと、感光体上の余剰溶媒の一部を除去するための液体除去部材６と、現像画像に含まれる溶媒を気化するための乾燥機構７と、気化溶媒を回収するための溶媒回収装置８と、照射器９と、受光センサ１０と、転写ローラ１１及び加圧ローラ１２と、これらを収容するハウジング１３とを有する。
【００３０】
感光体２は、ドラム形の導電性基体の上に有機系もしくはアモルファスシリコン系等の材料で感光層が設けられており、コロナ帯電もしくはスコロトロン帯電等による帯電器３Ｙによって均一に帯電された後、露光装置４Ｙからイエロー画像用に画像変調されたレーザビーム又はＬＥＤ等による露光を受け、露光部分の電荷が消失して感光層表面に静電潜像が形成される。この後、液体現像剤を収納する現像器５から感光層に現像剤が供給され、液体現像剤に含まれる電荷を持ったトナーが静電潜像の電荷部分または非電荷部分に集中し、静電潜像の可視像化つまり現像が行われてイエローのトナー画像が形成される。現像器５Ｙには感光体２と僅かな隙間（２０〜５０μｍ程度）を開けて配置されるスクィージローラによって感光層上の余剰のキャリア溶媒の大部分が取り除かれる。
【００３１】
この後、帯電器３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ、露光装置４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋ及び現像器５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋにより、上記と同様の操作をマジェンタ、シアン及びブラックの画像について繰り返すことにより、フルカラーのトナー画像が感光体２上に形成される。単色画像の場合は、これらの部材及びその操作の繰り返しは省略される。
【００３２】
トナー画像のトナーは余剰の溶媒を含んでおり、これは液体除去部材５によって除去され、更に乾燥機構６によって残留溶媒が気化する。液体除去部材５としては、シリコーンゴム等の親油性材料で形成されるローラを感光体と接触配置して用いることができる。あるいは、溶剤に吸収性を示すスポンジ様の部材を用いてもよい。乾燥機構は、空気を感光体２表面に吹き付けるノズルを備え、必要に応じて空気の流量及び温度を調整することができる。感光体２上から気化する溶媒は、溶媒回収装置８によって回収され、乾燥後の画像は転写ローラ１１に転写された後、加圧ローラ１２によって紙などの記録媒体１４上に圧着される。転写ローラ１１の表面の粘着性は感光体２の表面より高くなるように構成材料を設定する。転写ローラ１１上のトナー画像に熱を加えることにより記録媒材への転写がより良好になる。転写後、感光体２の表面はクリーナ１５によりクリーニングされる。
【００３３】
電子写真画像形成装置１は、更に、乾燥後のトナー画像が転写に適した状態にあるかを判断するために、転写前のトナー画像に光照射を行うための照射器９と、トナー画像からの反射光を検出するためのセンサ１０を備えている。これらを用いて、前述したように、トナー画像の反射光量を調べて、転写前のトナー画像が極小期以後、好ましくは増加期、にあるように乾燥機構７を調節する。照射器９の例としては、例えば半導体レーザ等のレーザ照射器等が挙げられるが、これに限らず、感光体２の感光に使用する露光器の照射波長領域に吸収の少ない光源であれば使用可能であり、センサ１０についても、照射器９の照射波長域で使用可能なものであればよい。
【００３４】
照射器９及びセンサ１０が一体的に組み込まれている上記の電子写真画像形成装置１は、トナー画像の状態を常時調べることができるので、更にセンサ１０と接続する制御手段を用いることにより乾燥機構の調整を自動制御することが可能である。この場合、可視像の乾燥状態を検知し、乾燥機構の出力にフィードバックすることが可能となるので、複数の乾燥機構（吹き付けノズル）と複数組の照射器及び光量センサとを交互に各現像剤の現像後に配置すると、更に正確な調整が可能になり、極めて精度の高い画像が要求される分野での使用に適している。又、液体除去部材６と乾燥機構７の間に設置し、液体除去部材を通過した乾燥状態を検知して、乾燥機構の出力にフィードバックすることも可能である。
【００３５】
一般的に必要とされる精度で画像形成を行う場合は、乾燥機構の調整は保守点検時のみに特定して行うことも可能である。このような場合、画像形成装置は、通常は照射器９及び光量センサ１０を設置する必要がない。従って、図２に示すように、照射器及び光量センサのない電子写真画像形成装置２０の使用前又は保守点検時などの必要時において一時的に照射器９’及び光量センサ１０’を設置して、良好な転写特性が得られるように乾燥機構７の調整を行う事も可能である。照射器９’及び光量センサ１０’を点検用カートリッジ２１として構成すると、保守点検の作業も容易になる。
【００３６】
尚、トナー画像の反射光量と乾燥状態及び転写効率との関係は、電子印刷に限らず、液体キャリアにトナーが分散した液体現像剤を用いる画像について共通して見られるので、電子写真による画像形成だけでなく、他のタイプの画像形成においても、本発明に従ってトナー画像の反射光量を用いて乾燥状態の判断を行うことができる。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
ガラス転移点が４５℃の熱可塑性樹脂に着色用顔料（イエロー）及び帯電制御剤が添加された樹脂組成物を粒子化して、平均粒径０．２μｍ程度の樹脂粒子を調製し、石油系絶縁性溶媒（商品名アイソバーＬ、エクソン社製）に樹脂粒子を分散してイエローの液体トナーを作成した。
【００３８】
次に、図２に示すように、オフセット印刷の電子写真画像形成装置２０に照射器９’及びセンサ１０’を取付けて、以下の操作を行った。
【００３９】
感光体２を２２０mm／secの速度で回転させ、感光体表面に液体トナーで現像を行った。感光体上の可視像は、現像直後に感光体２と接触配置されたシリコーンゴム製ローラからなる液体除去部材６により余剰溶媒の一部が除去された後、乾燥機構７として感光体２に近接配置されたエアナイフから風量０．４ｍ^３／minの乾燥空気を吹き付けて強制的に余剰現像液を蒸発させた。転写ローラ１１の転写が起こらないように制御して、照射器９’から波長７８０nmのレーザ光を照射し、現像直後から可視像の反射光量をセンサで測定した。現像後からの感光体の回転数と画像からの反射光量との関係を調べた結果を図２に示す。図２の縦軸は、反射光量に対応するセンサの出力電圧で示し、横軸は、感光体が回転した回数を示す。
【００４０】
更に、感光体が現像後から所定回数回転した後に転写が行われるように転写ローラ１１を制御して用紙１４（普通紙）に転写した。この時の転写ローラ１１は、６０℃に保持し全荷重を５０kgに設定し、加圧ローラ１２は８０℃に保持し全荷重を５０kgに設定した。用紙１４に転写された画像の転写効率を調べ、転写効率が９０〜１００％である場合を「転写良好」、８０〜９０％を「一部転写ムラ発生」、８０％以下を「転写不良」と評価し、現像後から転写までの感光体回転数と転写効率との関係を図３に重ねて示す。
【００４１】
上記の実験の結果、感光体上の可視像の反射光量は、余剰現像液の蒸発に伴って反射光量が低下し、一旦極小値を示した後、再び上昇し、一定値に漸次近づいていくことが解る。図中の領域Ａは、固体成分の積層体表面の高さよりも余剰現像液が過剰に存在する状態で、極小値Ｂ近傍は、積層体高さと現像液面の高さが近い状態で、領域Ｃはさらに現像液の蒸発が進んだ状態に相当し、増加に転じた光量曲線が漸近する値は完全に乾燥した時の反射光量値である。又、図から明かなように、反射光量値が領域Ｃ、即ち極小値以後の範囲にある時、良好な転写画像が得られる。
【００４２】
さらに、４色のトナー液を用いた実際のフルカラーの画像形成において、上記と同様に、画像の反射光量及び転写効率を調べた。その結果、画像の反射光量は図２と同様の変化を示し、反射光量が極小値から漸近値の範囲の状態で良好な転写特性が得られることが分かった。但し、反射光量はレーザ光の被照射部の平均値として得られていることから、出力電圧の範囲に多少の増減はある。
【００４３】
また、複数色のトナーが重なりトナーの層が厚い領域が可視像の大部分を占めているような画像パターンでは、反射光量が漸近値より幾分低めの値の状態になるように設定して転写することにより、良好な転写画像が得られた。
【００４４】
（実施例２）
電子写真画像形成装置２０を用いて、実施例１と同様の操作により、予め４色のトナー液を重ねて現像した可視像の反射光量を測定しておき、この画像から得られた反射光量における極小値の出力電圧を０％、漸近値の出力電圧を１００％として、転写直前画像の反射光量の出力が７０％となるように、シリコーンゴム製ローラの回転速度及びエアナイフの吹き付け風量を設定した。
【００４５】
設定後の上記装置を用いて、全領域が４色のトナーを重ねた最大濃度の画像パターンを現像し、乾燥後の画像を用紙に転写したところ、画像の転写効率は９５％であった。更に、上記設定のまま、全領域が単色トナーで濃度の小さい画像パターンを現像し、乾燥後の画像を用紙に転写したところ、画像の転写効率は１００％であった。従って、いずれの場合も良好な転写特性が得られることが解る。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液体現像剤を用いて形成される画像を記録媒体へ高い効率で転写することが可能であり、転写の信頼性が高く高画質の画像を形成できる画像形成装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子写真画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明の電子写真画像形成装置の他の実施形態を示す概略構成図。
【図３】現像画像の乾燥時間と反射光量との関係を説明するためのグラフ。
【図４】従来の電子写真画像形成装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
２ 感光体
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋ 帯電器
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｂｋ 露光装置
５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｂｋ４ 現像器
６ 液体除去部材
７ 乾燥機構
８ 溶媒回収装置
９ 照射器
１０ センサ
１１ 転写ローラ
１２ 加圧ローラ
１３ ハウジング
１４ 記録媒体用紙
１５ クリーナ

Claims (1)

1. 液体キャリアとトナーとを含む液体現像剤を用いて感光体表面に現像画像を現像し、乾燥手段によって前記現像画像から前記液体キャリアを除去して得られるトナー画像を記録媒体に転写する画像形成装置の、前記キャリア液の除去量を設定する画像形成装置の液体キャリア除去量設定方法において、
   前記乾燥手段の乾燥力を調整して前記トナー画像に残留する残留液体キャリアの量を変化させつつ、前記トナー画像に光照射すると共にその反射光量を測定し、残留液体キャリアの量が減少するにしたがって前記反射光量が減少する減少期、極小値、増加期および漸近値を求め、
   前記反射光量の極小値を０％、漸近値を１００％とした時、前記反射光量が７０％以下であって、前記増加期となるように前記乾燥手段の乾燥力を調整し、前記液体キャリアの除去量を設定することを特徴とする画像形成装置の液体キャリア除去量設定方法。

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