JP4082563B2 - 不揮発性の高粘性、高濃度液体トナーを用いたフルカラー電子写真装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中間転写体上に複数色のカラートナーを順次重ね合せてフルカラー画像を形成した後、印刷媒体にフルカラー画像を加熱溶融転写する不揮発性の高粘性、高濃度液体トナーを用いたフルカラー電子写真装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体トナーを用いた電子写真装置においては、液体トナーのキャリア液として揮発性或いは不揮発性のキャリア液が用いられている。揮発性のキャリア液を用いる場合、定着時に加熱によりトナー画像中より揮発させて除去されるが、この揮発牲のキャリア液として通常炭化水素系の溶媒を用いるため、人体の影響を考慮して、揮発したキャリア液が装置外に出ないように回収する必要があり、大掛かりな回収装置を必要とする。
【０００３】
これに対して、不揮発性のキャリア液を用いた液体現像装置においては、中間転写体上（中間転写ベルト）に形成したトナー画像を加熱して、キャリア液を除去することによって効果的に不揮発性のキャリア液を除去することができ、これによって、キャリア液による印刷媒体の濡れ、定着不良を防止しつつ、印刷媒体へのトナー画像の転写、定着を可能としていた。しかし感光体への熱ダメージを減らすため、中間転写体が感光体に接触する前に冷却する必要があり、大きなエネルギを必要とする（特開２００１−２２１８６号公報、特開２００１−３０５８８６号公報参照）。
【０００４】
これは、中間転写体をトナーが十分溶融するまで加熱するため、中間転写体が再度感光体に接触するとき感光体が加熱されることになり、これによるダメージを無くすため、印刷媒体への転写後、中間転写体を冷却する必要があったものである。この加熱、冷却のサイクルを可能とするため、中間転写体を十分大きくして冷却までの時間を稼ぐ必要があり、装置が大型化する。また加熱、冷却を繰り返すため大きなエネルギを必要としたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、不揮発性のキャリア液を用いることにより、大掛かりな回収装置を必要とせずに、効果的にキャリア液を除去するだけでなく、フルカラー画像を効果的に印刷媒体へ転写することができるフルカラー電子写真装置を提供することを目的としている。
【０００６】
また、本発明は、中間転写体が感光体に接触する前に冷却する必要をなくして、感光体への熱ダメージを生じないようにすることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、印刷媒体へのトナー画像を溶融転写するための温度が、定着するための温度よりも低い温度で達成でき、またキャリア除去はさらに低い温度で十分なレベルで達成できることの評価を得られたことに基づくものである。本発明は、中間転写体上のトナー画像を、トナーレジンの軟化開始温度以上でかつ感光体の耐熱温度以下で加熱して、バイアスを印加したキャリア除去ローラを中間転写体上のトナー画像に接触回転してトナー固形分を中間転写体に電界の力で押しつけながらキャリア除去を行う構成とした。ここでレジンの軟化開始温度とはＴＭＡで測定したとき針が動き始める温度をいい、レジンの溶融温度をＴＭＡで測定したとき針の動きが一定となる温度をいう。また、感光体の耐熱温度として、感光体に使用されているバインド樹脂のガラス転移点或いは機械的に変形する温度を用いることができる。ＴＭＡ（Thermal mechanical analysis ：熱機械分析装置）は、材料（主に樹脂）の熱に対しての機械強度を測定する一般的な測定装置であって、試料に熱を加えていき、試料の機械強度をプローブの変位量から測定するものである。
【０００８】
本発明のフルカラー電子写真装置は、中間転写体上にトナー画像を形成する。このとき中間転写体は、液体トナーの樹脂の軟化開始温度以上でかつ感光体の耐熱温度以下に加熱されている。この中間転写体には、バイアスが印加可能なキャリア除去ローラが当接していて、軟化したトナーをバイアスによる電界の力で押し固めつつキャリアを除去する。印刷媒体への転写部において印刷媒体はバックアップローラにより中間転写体に圧接され、中間転写体のトナー画像が印刷媒体へと転写される。印刷媒体は中間転写体上のトナー画像に圧接される前に加熱される。バックアップローラにはバイアスが印加され、中間転写体上のトナー画像が印刷媒体に電界により引きつけられ、転写が補助される。
【０００９】
さらに最終的な定着強度を得るために、印刷媒体に転写されたトナー画像は定着器により加熱され、定着される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を具体化するフルカラー電子写真装置の構成を例示する図である。本装置で用いられる不揮発性液体トナーは、キャリアとして不揮発性のシリコーンオイルを用い、その粘度は10cSt〜200cSt、望ましくは50cSt〜100cStのものを用いている。このシリコーンオイル中に樹脂と顔料からなる粒径１〜２μｍ程度のトナー粒子が10〜30％程度の比率、望ましくは10〜20％の比率で分散している。
【００１１】
中間転写体は、ドラム構成或いはベルト構成のいずれも用い得るが、例示の装置では色重ねの安定性を考慮してドラム形状とし、そのまわりにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応して感光ドラム（感光体）が当接して配置されているタンデム型のフルカラー電子写真装置としている。中間転写ドラムが１回転する間に、中間転写ドラムが各色に対応した感光体に接触し、画像が順次中間転写ドラムに重ね合わされて、カラー画像が形成される。
【００１２】
各感光ドラムには、それぞれこの感光ドラムを帯電させるための帯電器、露光ユニット、中間転写ドラムに転写後の残トナーを掻き取るためのブレード等が備えられると共に、現像ローラが当接している。
【００１３】
帯電器は、感光ドラムを約７００Ｖに帯電させるためのものであり、露光ユニットは、帯電した感光ドラムを画像データに基づき、例えば、７８０ｎｍの波長を持つレーザ光を使って行われる。これによって、感光ドラム上に、露光部分の電位が約１００Ｖとなる静電潜像が形成される。また、図示しない除電装置が設けられて、感光ドラム上の残存電位を除電する。
【００１４】
現像ローラは、約４００Ｖ〜６００Ｖのような所定の電圧にバイアスされて、感光ドラムとの間の電界に従って、正に帯電しているそのトナーを感光ドラムに供給する。これによって、約１００Ｖに帯電される感光ドラム上の露光部分にトナーを付着させて、感光ドラム上の静電潜像を現像し、画像を形成する。トナー供給ローラは、各色トナー毎に１つ又は複数のローラから構成されて、トナー粒子の含有率10〜20％の不揮発性で高濃度、高粘性の液体トナーを現像ローラ上に５〜３０μｍ、望ましくは５〜１０μｍの厚さで塗布する。この現像ローラ上にトナー層を均一で安定に塗布するトナー供給ローラとして、現像ローラと従動回転するパターンローラ（表面に細かな多数の溝を設けたそれ自体周知のローラ）を用いて、そのパターン溝を利用して液体トナーを所定量に計量しつつ、転移させて所定のトナー層厚さに塗布することができる。
【００１５】
また、現像ローラ上に形成されたトナー層は、現像ローラが回転して、感光ドラムと接触する手前で現像ローラ上のトナー層と当接する導電性のブレードを備え、これにバイアスを印加することによりトナー粒子を凝集して、トナー層表面にはキャリアオイルが存在する状態にすることができる。このような状態で現像することで、かぶりのない高画質な画像を形成することができる。さらに、現像ローラには、それに当接して現像後の残トナーを掻き取るためのブレード等が設けられる。
【００１６】
中間転写ドラムは、各感光ドラムとの間の電界に従って、感光ドラムに付着されたトナーを転写する。さらに色毎に最適転写バイアスを設定できるようにするため、中間転写ドラムの軸を接地する一方、各感光体の軸に各色それぞれの最適転写バイアスを印加する構成としてある。
【００１７】
図２は、各バイアス相互の関係を示す図である。転写バイアスは、各色の感光ドラムに、それぞれ最適な転写バイアスとなるように独立して、アース電位の中間転写ドラムに対して印加される。また、この感光ドラム軸に印加されている転写バイアスを基準にして、各感光ドラム上の画像形成に関わる帯電電位（グリッドバイアス）、現像バイアス、さらに現像ローラ上のトナー層を凝集させるためのバイアスブレードを装備している場合はこのブレードバイアスが設定される。
【００１８】
中間転写ドラムには、例えば、先ず最初に、第一の感光ドラムに付着されるイエローのトナーを転写し、その後、第二のトナーであるマゼンタの転写部に至り、第二の感光ドラムに付着されたマゼンタのトナーを転写し、続いて、第三の感光ドラムに付着されるシアンのトナーの転写をし、最後に、第四の感光ドラムに付着されるブラックのトナーの転写をすることになる。このように、第一〜第四の感光ドラム上に現像された４色のトナー画像は、中間転写ドラムを１回転させる間に、順次中間転写ドラム上に重ね合わされて、カラー画像が形成される。
【００１９】
このようにして、感光ドラム上に現像されたトナー画像は感光ドラムの回転により中間転写ドラムに接触し電界の力で中間転写ドラムに転写される。中間転写ドラム上に形成されたカラートナー画像は、不揮発性のキャリアが存在するが、これがそのまま印刷媒体へと転写されると定着不良が発生する。このため印刷媒体に転写される前にキャリア除去を行っている。
【００２０】
中間転写ドラムは、内部に備えられたヒータによって、液体トナーの樹脂の軟化開始温度以上でかつ感光体の耐熱温度以下に加熱維持されている。キャリア除去ローラは、中間転写ドラム上で各感光ドラムに対応してその下流側にそれぞれ設けられて、各色のトナー画像が中間転写ドラムに転写される毎に、トナー粒子と同極性のバイアスが印加されたキャリア除去ローラが中間転写ドラム上のトナー画像に接触回転して、軟化したトナーをバイアスによる電界の力で押し固めつつキャリアを除去するよう構成されている。
【００２１】
このようにして、重ね合わされかつキャリア除去された中間転写ドラム上の４色カラー画像は、印刷媒体への転写部において、加熱維持されている中間転写ドラムと、ヒータ内蔵のバックアップローラによって加熱溶融され、印刷媒体に圧接され、転写される。
【００２２】
バックアップローラには、バイアスを印加して、中間転写ドラムから印刷媒体にトナー画像が転写するとき電界により印刷媒体へひきつけられるように構成される。その後、定着器において２つのヒートローラによって印刷媒体を加圧することによりトナー画像が定着される。これによって、印刷媒体に転写されたカラー画像は、定着強度を確保するため溶融転写後にヒートローラによりさらに高い加熱と高い圧力をかけられて定着強度を確保している。このように、大きな熱を発生する定着部を、転写部とは分離したために、転写部では発生する熱を低く抑えることができる。このような加熱定着機構によって、印刷媒体に転写されたトナー画像は十分に加熱して、バックアップローラにより加熱と加圧を作用させることにより、定着させることができる。
【００２３】
また、印刷媒体が中間転写ドラムに接触する前の位置で、トナーの樹脂が十分溶融する温度以上に、印刷媒体を予め加熱するプレヒータが備えられる。中間転写ドラムに形成されたトナー画像を印刷媒体に転写するとき転写部において印刷媒体はトナーの溶融温度まで加熱されている必要がある。媒体温度が100℃程度に加熱されていることが望ましいことが実験的に確認できた。例示の装置では溶融転写前に媒体を加熱するため１５０℃に制御されたヒートローラが装備されている。このとき加熱された媒体が溶融転写部で中間転写ドラムとバックアップローラとで形成されるニツプの間で温度を維持するためバックアップローラもまた、トナーの樹脂の軟化開始温度以上で感光体の耐熱温度以下に加熱維持される。あるいはバックアップローラをトナーの溶融温度以上に加熱し、このバックアップローラは印刷時以外では中間転写体とは離れていて中間転写ドラムをバックアップローラの熱により加熱することがないようにし、印刷媒体が搬送されてきたときのみ印刷媒体を介して中間転写体に接触するようにし、媒体を溶融転写に必要な温度に加熱する構成にしてもいい。
【００２４】
さらにこのバックアップローラにはバイアスが印加され、中間転写ドラムから印刷媒体にトナー画像が転写する時電界により印刷媒体へ引きつけられるようにして溶融転写を補助するように構成している。このバイアスは溶融転写を助ける補助的なもので、印刷媒体が十分に加熱されていないと、トナーの媒体への粘着力が弱く、さらに中間転写ドラムに固着した状態であるため転写が十分にできない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、不揮発性のキャリア液を用いることにより、大掛かりな回収装置を必要とせずに、効果的にキャリア液を除去するだけでなく、フルカラー画像を効果的に印刷媒体へ転写することができることに加えて、中間転写体が感光体に接触する前に冷却する必要をなくして、感光体への熱ダメージを生じることがないという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化するフルカラー電子写真装置の構成を例示する図である。
【図２】各バイアス相互の関係を示す図である。

Claims (7)

1. 中間転写体上に複数色のカラートナー画像を順次重ね合せてフルカラー画像を形成した後、印刷媒体にフルカラー画像を加熱溶融転写する不揮発性の高粘性、高濃度液体トナーを用いたフルカラー電子写真装置において、
   該中間転写体は表面温度を液体トナーの樹脂の軟化開始温度以上であって、かつ、トナーが溶融状態にならないように保持することにより、トナーを軟化状態に保ったまま印刷媒体への転写部に導き、
   前記中間転写体はドラム形状であり、このドラム形状の中間転写体の周りに各色に対応した感光体ユニットおよび現像ユニットと各色に対応したキャリア除去機構が配置され、
   該キャリア除去機構は、各色のトナー画像が中間転写体に転写されるごとにキャリアを除去するキャリア除去ローラを中間転写体上に備え、かつ、中間転写体上のトナー粒子と同極性のバイアスが印加されたキャリア除去ローラが中間転写体上のトナー画像に接触回転して軟化したトナーをバイアスによる電界の力で押し固めつつキャリアを除去するよう構成し、
   キャリア除去されたトナー画像が、印刷媒体への転写部においてバックアップローラにより印刷媒体に圧接され、転写することにより印刷媒体にカラー画像を印刷するフルカラー電子写真装置。
2. 印刷媒体が中間転写体に接触する前の位置で、印刷媒体がトナーの樹脂が十分溶融する温度以上に加熱される機構を設けた請求項１に記載のフルカラー電子写真装置。
3. 前記バックアップローラもまた、トナーの樹脂の軟化開始温度以上で感光体の耐熱温度以下に加熱維持される機構を備えた請求項２に記載のフルカラー電子写真装置。
4. 前記バックアップローラをトナーの溶融温度以上に加熱し、印刷媒体が搬送されてきたときのみ印刷媒体を介して中間転写体に接触するようにした請求項1に記載のフルカラー電子写真装置。
5. 前記バックアップローラにバイアス電圧を印加して、中間転写体から印刷媒体にトナー画像が転写するとき電界により印刷媒体へひきつけられるようにした請求項２〜４のいずれかに記載のフルカラー電子写真装置。
6. 前記中間転写体が接地され、各色の感光体にそれぞれ最適な転写バイアスとなるように独立してバイアスが印加され、各色の現像バイアス及び帯電バイアスは感光体に印加されている転写バイアスを基準に印加される構成とした請求項１に記載のフルカラー電子写真装置。
7. 印刷媒体にトナー画像を転写した後に、さらに十分に加熱して定着させる加熱定着機構を設けた請求項１に記載のフルカラー電子写真装置。

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