JP4217355B2

JP4217355B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4217355B2
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Authority: JP
Inventors: 猛渡辺
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
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Filing date: 1999-09-22
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体トナーを用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体トナーを用いた画像形成装置たとえば電子写真装置や静電記録装置は、乾式では実現できない利点を有しており、近年その価値が見直されつつある。すなわち、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上に印刷並みの質感が得られること、などが主な利点である。
【０００３】
一方、従来の液体トナーを用いた画像形成装置にはいくつかの問題点があり、そのために長い間、乾式技術の独壇場を許してきた。これらの問題のーつとして、転写手段における課題が挙げられる。
【０００４】
転写における第一の問題は画質の劣化であった。すなわち、従来は転写手段で像担持体上に付着しているトナーを電界により用紙に直接転写していたため、用紙表面の凹凸に応じた電界変動による転写むらが生じていた。また、用紙の電気特性のばらつきや環境依存性などによって、転写不良が生じ易く、転写画像の画質を著しく劣化させていた。
【０００５】
このような問題を解決するため、静電潜像を像担持体から一旦中間転写媒体へ転写し、その中間転写媒体から用紙への転写を行う装置が提案されている。米国特許第5,148,222号、第5,166,734号、第5,208,637号等には、像担持体上の静電潜像を中間転写媒体へ電界によって転写し、その中間転写媒体から用紙への圧力（および熱）による転写を行う装置が開示されている。
【０００６】
この場合、中間転写媒体を、表面が平滑で電気抵抗のばらつきや変動の少ない材料より構成することは比較的容易であるため、用紙へ直接電界転写を行う場合に比べて、転写による画質劣化は改良されるが、１００％の転写効率を達成することはできない。また、電界転写では電気永動を利用するため、転写時にトナー画像（可視像）に多量の溶媒が残存している必要があり、これが中間転写媒体に移動して熱により蒸発するため、溶媒蒸気が多量に発生するという問題がある。
【０００７】
一方、特公昭46-41679号公報および特開昭62-280882号公報などには、電界転写を用いずに、中間転写媒体への転写と用紙への転写の双方において圧力（および熱）を用いる装置が開示されている。この場合、画質の劣化は少なく、さらに、多くの場合、中間転写媒体への１次転写前に、トナー像の溶媒をほぼ完全に蒸発させる必要があるため、現像後の溶媒を可能な限りスクイズする結果、発生する溶媒蒸気も少なくなる。
【０００８】
しかし、中間転写媒体への転写、および用紙への転写の双方において圧力（および熱）を用いると、中間転写媒体や、感光体表面の離型性（表面エネルギー）の調整が難しく、実験によれば、中間転写媒体表面の表面エネルギーが３０〜３５dyne／cm程度で、且つ感光体表面には３０dyne／cm以下の離型層を設けないと双方の転写が両立しない。特に、平滑性の良くないＰＰＣ用紙等では用紙への転写が困難である。十分な転写効率を得ようとすると、どうしても中間転写媒体への転写が不安定になってしまう。
【０００９】
このような不具合に対処するものとして、表面エネルギーが比較的低い弾性体で且つ表面にタックを有する中間転写媒体を使用し、１次転写工程では、主に中間転写媒体とトナーとのタック力（微小な粘着力）を利用して感光体上のトナー像を中間転写媒体上に転写させ、用紙への２次転写工程では、主に中間転写媒体の離型性を利用して、圧力および熱により転写する方式がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、上記のタックを利用した１次転写では、像担持体（感光体上）におけるトナー層の状態が非常に重要である。すなわち、トナーが完全に溶けた状態では、トナー層は均一な膜となり、粒子の原形をとどめていない。とくに、感光体表面の温度がトナーのガラス転移温度（Ｔｇ）以上の場合には、トナーは完全な膜状態になる。
【００１１】
このような状況の下では、感光体上に形成されるトナー層厚が薄ければ薄いほど１次転写が困難になる。これはトナー層が薄層化することによって、膜としてのタックが失われてしまうからであると思われる。事実、樹脂中に分散した顔料の粒径は０．０５〜０．２μｍ程度あるため、全体のトナー層厚が０．２μｍ以下の厚さになると、タックを持たない顔料が膜厚方向に柱状になって、膜全体の弾性の効果を得ることが難しくなる。実験によれば、トナー層厚が０．２μｍ未満の薄層になると、急激に１次転写効率が低下する。
【００１２】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、像担持体上のトナー層厚が薄くても良好な転写を行うことができ、ひいては常に良好な画質の画像形成を行うことができ、さらには消費電力の低減も図れる画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の画像形成装置は、表面に離型性を有する像担持体と、この像担持体の表面を露光することによりその像担持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記像担持体の表面に液体トナーを供給することにより前記像担持体上の静電潜像を現像して可視像とする現像手段と、表面に弾性を有し前記像担持体への圧接によりその像担持体上の可視像が１次転写される中間転写媒体と、この前記中間転写媒体と共に被転写体に圧力を加えることによりその被転写体に前記中間転写媒体上の可視像を２次転写する最終転写手段とを備え、前記像担持体の表面温度が前記中間転写媒体との対応領域で前記液体トナーのガラス転移温度以上の値となるものであって、前記現像手段の現像により前記像担持体上に生じるトナー層の膜厚が、前記液体トナー中に分散した顔料の粒径より大きくなるように、前記静電潜像形成手段の露光を制御する手段を備える。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［１］以下、この発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。この第１実施形態は請求項１に係る発明に対応する。
【００３３】
画像形成装置たとえば湿式電子写真装置の構成を図１に示す。
１は図示矢印方向に回転する像担持体で、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感光層を設けたいわゆる感光体ドラムである。この像担持体１に周りに、かつ像担持体１の回転方向に沿って、クリーナ２１、帯電器２−１、現像器（現像手段）４−１、帯電器２−２、現像器（現像手段）４−２、帯電器２−３、現像器（現像手段）４−３、帯電器２−４、現像器（現像手段）４−４、転写前乾燥手段５が順次に配設される。
【００３４】
そして、像担持体１に表面において、帯電器２−１と現像器４−１との間の領域に対し、レーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光３−１が照射される。帯電器２−２と現像器４−２との間の領域には、レーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光３−２が照射される。帯電器２−３と現像器４−３との間の領域には、レーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光３−３が照射される。帯電器２−４と現像器４−４との間の領域には、レーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光３−４が照射される。
【００３５】
像担持体１の周面において、転写前乾燥手段５よりも回転方向下流側の位置に、第１転写手段である中間転写媒体６の周面が当接される。さらに、中間転写媒体６の周面において、像担持体１と反対側の位置に、第２転写手段として最終転写手段７が配設される。この最終転写手段７と中間転写媒体６との間に所定のタイミングをもって被転写体たとえば用紙Ｐが送り込まれるようになっている。中間転写媒体６および最終転写手段７は、内部に加熱手段８を備える。
【００３６】
像担持体１は、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感光層を設けた感光体ドラムである。この像担持体１は周知のコロナ帯電器もしくはスコロトロン帯電器２−１によって均一に帯電された後、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光３−１を受け、表面に静電潜像が形成される。しかる後に、液体トナーを収納する現像器４−１から像担持体１の表面に液体トナーが供給され、像担持体１上の静電潜像が現像されて可視像となる。
【００３７】
液体トナーは、例えば、エクソン社の商品名アイソパ−Ｇ，Ｌ，Ｍやノルパ一１２，１３，１５等の炭化水素系の絶縁性溶媒に、帯電制御用の金属石鹸、及び顔料を添加したガラス転移温度（Ｔｇ）が−５０℃乃至７００℃の範囲のアクリル系樹脂等を分散したものである。
【００３８】
静電潜像に付着した液体トナーもしくはトナーは、そのまま転写前乾燥手段５に至り、溶媒をほぼ乾燥させた後、中間転写媒体６に１次転写されても良いが、ここでは引き続き帯電器２−２とレーザ露光３−２で第２の静電潜像を形成し、現像器４−１に収納されている液体トナーとは異なる色の第２の液体トナーを収納する現像器４−２によってこれを現像する。この第２現像の後には、像担持体１上には２色の可視像が形成される。
【００３９】
同様にして、帯電器２−３とレーザ露光３−３により、さらに、帯電器２−４とレーザ露光３−４により、第３、第４の帯電・露光・現像が行われ、像担持体１上にはフルカラーの可視像（トナー像）が形成される。
【００４０】
こうして形成される可視像は、その後、乾燥手段５によりほぼ完全に乾燥され、続いて中間転写媒体６上に転写される。そして、中間転写媒体６の回転に合せてその中間転写媒体６と最終転写手段７との間に用紙Ｐが送り込まれ、用紙Ｐが中間転写媒体６と最終転写手段７とにより圧接（および加熱）されることにより、中間転写媒体６上の可視像が用紙Ｐ上に転写される。
【００４１】
ところで、中間転写媒体６は、金属ローラに、０．１〜５ｍｍ厚のシリコーンゴムまたはウレタンゴム等を塗布または被覆した構成で、表面硬度は１〜６０゜（ＪＩＳ−Ａ）である。
【００４２】
像担持体１上には、感光層の上にシリコーン系やフッソ系の離型層が０．１〜５μｍ厚で塗布されており、離型層の表面エネルギーは、アイソパ−Ｌと純水の接触角より測定した値から換算したところ、１５〜３０dyne/cmである。
【００４３】
このような状態で、液体トナーのガラス転移温度Ｔｇが−２０℃〜２０℃程度になるような樹脂を選択して、感光体離型層温度を２１℃以上に保ち、現像を行った。液体トナーを作成する際の樹脂は、ラウリルメタクリレート、ラウリルアクリレート、アクリル酸、ステアリルメタクリレート、ステアリルアクリレート、ブチルメタクリレート、ブチルアクリレート、エチルメタクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、メチルアクリレート、ビニル酢酸およびスチレンから選択し、組合せることで、ガラス転移温度Ｔｇの異なるアクリルエステル系の共重合体を用意した。これらの樹脂と分散剤などをアイソパ−Ｌに添加し、ペイントシェーカでガラスビーズの存在下で混合分散することにより濃縮された液体トナーを作製した。そして、得られた濃縮された液体トナーを、不揮発分濃度がｌｗｔ％となるようにアイソパ−Ｌで希釈し、さらに大日本インキ社製ナフテン酸ジルコニウム（不揮発分４９ｗｔ％）を上述の液トナーの不揮発分に対して５０ｗｔ％添加したものそれぞれを最終の液体トナーとした。
【００４４】
各トナー粒子に添加する顔料としては、例えばシアントナーでは、山陽色素社製シアニンブル−ＫＲＯを用い、樹脂と顔料の重量比は４：１とした。
【００４５】
このようにして、乾燥状態でのガラス転移温度Ｔｇを制御したトナー粒子を分散させた液体トナーを用意した。なお、このガラス転移温度Ｔｇの測定は、セイコー電子社製ＥＸＳＴＡＲ６０００ＤＳＣを用いた。また、シグナルが二つ以上観測される場合にはより高温側のシグナルをガラス転移温度Ｔｇとした。
【００４６】
実験では液体トナーのガラス転移温度を７℃、感光体離型層温度を室温（２０〜３０℃）とし、さらに転写前乾燥手段５は、５０℃の温風を、トナー像、及び像担持体１上に吹き付けて、トナー像をほぼ完全に乾燥させた。その後の１次転写では、トナー層厚がおよそ０．２μｍ以上の画像に関しては、転写速度５０〜４００ｍｍ／ｓｅｃで良好に中間転写媒体６の表面にトナー像を転写できた。
【００４７】
このときの転写は、主に感光体表面の離型性と、中間転写媒体６、トナー層のタックによって成立していると考えられ、中間転写媒体６にタックの比較的強いものを用いれば、中間転写媒体６を加熱してもしなくても良好な転写が可能である。また圧力も、確実に接触さえしていれば、像担持体１の長手方向の線圧にして、０．０２ｋｇ／ｃｍ以上あれば良いが、より安定性を高めるために通常は、０．１〜２０ｋｇ／ｃｍ程度印加するのが望ましい。
【００４８】
中間転写媒体６上に転写された可視像は、最終転写手段７により用紙Ｐの表面に２次転写されるが、そのとき、最終転写手段７および中間転写媒体６は加熱手段８によって４０〜２００℃に温められている。
【００４９】
中間転写媒体６上の可視像は加熱された状態で２次転写領域に至り、ここで用紙Ｐは、中間転写媒体６と最終転写手段７とに挟まれ、長手方向の線圧にして０．２〜２０ｋｇ／ｃｍの荷重を与えられることで可視像が用紙Ｐに転写される。この２次転写時の温度は、ガラス転移温度Ｔｇの低い液体トナーを使用しているため、実験では７０℃で転写速度４００ｍｍ／ｓｅｃにてほぼ１００％の転写効率を達成することができた。
【００５０】
このような構成において、１次転写前の像担持体１上のトナー層は、図２に示すように完全にフィルム化し、約０．５μｍの層厚となる。トナー層厚が０．２μｍ未満になると、図３に示すように、タックを持たない顔料粒子がトナー層厚を超えて柱状に存在するようになるため、膜を厚さ方向にはうまく弾性が発揮できなくなり、膜としてのタックが失われる。そのため、１次転写が急激に安定しなくなる。
【００５１】
本実施形態では、像担持体１の表面温度が中間転写媒体６との対応領域で液体トナーのガラス転移温度Ｔｇ以上の値となる場合を考慮し、レーザ露光３−１〜３−４による静電潜像の形成に際し、低濃度画像部分の解像度を低下させるようにしている。
【００５２】
すなわち、トナー層厚が薄くなりやすい低濃度画像部分に限り、レーザ露光時の解像度を下げて、通常の制御を行なった場合に比べてトナー層厚が薄くなる部分（０．２μｍを下回るようなトナー薄層）の面積を減らすようにする。
【００５３】
レーザ露光工程において、レーザ光学系でレーザ発光のパルス幅変調方式を用いると、低濃度画像部分はパルス幅が短いため、図４のパターンａのように、画像部電位まで感光体の表面電位が達しない場合がある。この度合いはもちろんプロセススピードや光学系の性能に大きく左右されるが、一般にパルス幅が長くなれば、全体の画像面積に対する画像部電位の割り合いが増加し、パルス幅の短い低濃度画像部分ほど画像部電位の割り合いが減少し、その分、中間調電位の割合が増加してしまう。パルス幅の長い場合の模式図を図４のパターンｂとして示している。
【００５４】
感光体の中間調電位は、画像部分と非画像部分との間の領域であり、ベタ状態よりも薄いトナー層を現像してしまう。つまり、通常のパルス幅変調のレーザ露光方式では、低濃度画像になればなるほど、画像面積に対するトナー層の薄い部分の割合が増加してしまう。
【００５５】
ここで、単色のベタ画像のトナー層厚を０．５μｍ程度として、０．２μｍ以下の領域が転写できないとすれば、低濃度画像領域ほど、転写残りが増加し、１次転写前の可視像よりも転写後画像の方が硬調な画像になってしまう。
【００５６】
そこで、低濃度画像領域ではパルス幅を短くせず、図４のパターンｃのように、画素の大きさを小さくせずに、単位面積あたりの画素数を減らすことによって、画像面積に対するトナー層の薄い部分の割合を大きく変化させることなしに、画像濃度を低下させる。この方式を用いると、画像濃度が低い領域ではトナー層の薄い部分の割合が大幅には変化しないので、安定した階調を得ることが可能になる。
【００５７】
本発明を多色機において採用する際は、例えば他の高濃度画像に低濃度画像を色重ねするとき等は、通常のパルス幅変調を用いて低濃度画像部分の画素を小さくし、単色の低濃度画像部分では画素を小さくしないような制御を行うとよい。これによって、各色合わせた現像トナー量が比較的多い領域は高解像度が達成でき、現像トナー量が少ない単色の低濃度画像部分においても、トナー層が薄くならないため、良好な１次転写が達成できる。
【００５８】
また、レーザ露光方式が２値の場合においても、隣り合う画素同志が離れている低濃度画像部分では、トナー層が薄くなる領域が増加してしまう。例えば図５、図６、図７のようになる。これはトナー像を上方から見た場合の模式図で、図５のように網点面積率が６０％以上の画像の場合では、画素の間隔が狭い部分は画素同志が干渉してくっついて、結果的にトナー層が厚くなる。しかし、図６のように面積率が２５％以下になると、画素同志が離れてしまうため、前者に比べて画像部面積に対するトナーの薄い部分の割合が増加してしまう。
【００５９】
これを避けるために、図７のように、実質的な画素を大きくして、隣り合う画素の間隔を部分的に狭くしてやると、低濃度画像部分でもトナーの薄い領域が極端に増加しないため、良好な１次転写が可能になる。
【００６０】
［２］第２実施形態について説明する。この第２実施形態は請求項２に係る発明に対応する。
ここでも、第１実施形態と同じく、像担持体１の表面温度が中間転写媒体６との対応領域で液体トナーのガラス転移温度Ｔｇ以上の値となる場合に起こる、低濃度画像部分の１次転写不良に対処したもので、レーザ露光３−１〜３−４により形成される静電潜像の低濃度画像部分の濃度が通常より増えるよう同レーザ露光を制御するようにしている。
他の構成は第１実施形態と同じである。
【００６１】
すなわち、トナー層厚が薄くなりやすい低濃度画像部分においては、最終的に得られる被転写体上の目標画像濃度よりも、予め高い濃度になるように、液体トナーを像担持体上に多めに供給することで、トナー層厚の薄いところが十分に転写できなくても、最終的な画像では大きな影響がないようにしている。
【００６２】
パルス幅変調方式の場合は、実際画像と比べて、低濃度画像部分では相対的にパルス幅を長く設定する。また２値レーザ露光では、面積率を上乗せする等の処理を行う。これによって、低濃度画像部分では、像担持体１上の転写残りは増加するものの、実際の画像では良好な画像が得られる。
【００６３】
［３］第３実施形態について説明する。この第３実施形態は請求項３に係る発明に対応する。
ここでも、第１実施形態と同じく、像担持体１の表面温度が中間転写媒体６との対応領域で液体トナーのガラス転移温度Ｔｇ以上の値となる場合に起こる、低濃度画像部分の１次転写不良に対処している。
【００６４】
図８に示すように、像担持体１の周りのクリーナ２１と帯電器２−１との間に帯電器１５−１および透明樹脂現像器１５−３が配設され、その帯電器１５−１と透明樹脂現像器１５−３との間を通してレーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から像担持体１上にレーザ露光１５−２が照射される。
【００６５】
要するに、転写前乾燥手段５よりも上流側に、可視像を形成する画像形成部とは別に、透明樹脂を付与（塗布）するステーションとして帯電器１５−１、透明樹脂現像器１５−３、およびレーザ露光１５−２を設け、像担持体１上の可視像部分にトナー層厚の嵩上げ用として０．２μｍ厚程度の透明樹脂を付与するようにしている。
他の構成は第１実施形態と同じである。
【００６６】
すなわち、透明樹脂の付与により、トナー層厚が薄くなりやすい低濃度画像部分でも、見かけ上、トナー層厚を大きくしたのと同じになる。このような構成にすることで、事実上の薄層部分がなくなり、低濃度画像部分も良好に１次転写できるようになる。しかも、ガラス転移温度Ｔｇの低い液体トナーを用いることができ、ひいては中間転写媒体６での２次転写時に必要な温度が低くてすみ、装置全体で見れば、従来の乾式トナー方式と比較して大幅に消費電力が少なくなる。
【００６７】
透明樹脂は、他色トナーと同様な樹脂に、金属石鹸等の添加物を分散させたものでも良いが、顔料を含まない同一の樹脂では柔らかくなり、ガラス転移温度Ｔｇも低下する傾向があるため、トナーの粘弾性とおよそ等しい樹脂を使用すると好ましい。
【００６８】
透明樹脂は画像部全体に塗布しても良いが、消費量を抑えるために、トナー層厚が薄くなる低濃度画像部分にのみ塗布する方がもっと良い。透明樹脂の層厚については、厚過ぎる分には性能的には問題ないが、消費量を考慮すると薄い方が良い。また、透明樹脂は、静電潜像を現像する前に塗布しても、複数色を現像する場合は、途中で重ね現像しても良い。
【００６９】
なお、帯電器１５−１、レーザ露光１５−２、透明樹脂現像器１５−３の構成に代えて、像担持体１の周りの現像器４−４と転写前乾燥手段５との間に帯電器２−５および現像器４−５を配設し、その帯電器２−５と透明樹脂現像器４−５との間を通してレーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から像担持体１上にレーザ露光３−５を照射する構成としてもよい。
【００７０】
第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態を適用した場合としなかった場合にそれぞれどのような画像形成がなされるかの実験結果に対する評価を図９にまとめて示している。
【００７１】
第１実施形態では、低濃度画像部分の転写効率が上がり、低濃度画像部分の画像が良好に転写できるようになった。ただ、実質的な解像度を落としているため、見た目の粒状性は若干低下した。
【００７２】
第２実施形態では、低濃度画像部分の転写効率はあまり改善されず、感光体（像担持体）上の転写残りが増加したり、部分的に転写効率が不安定で濃度むら等が若干見られるが、粒状性については劣化のない良好な低濃度画像が得られた。
【００７３】
第３実施形態では、装置構成が多少複雑になり消耗品も増加したが、粒状性の劣化や濃度むら等はまったく見られず、良好な低濃度画像が得られた。
【００７４】
［４］第４実施形態について説明する。この第４実施形態は請求項４に係る発明に対応する。
ここでは、中間転写媒体６上の温度および用紙Ｐの温度を液体トナーのガラス転移温度Ｔｇよりも高い値に設定する手段と、像担持体１の表面温度を現像器４−１から中間転写媒体６にかけて対応する領域で液体トナーのガラス転移温度Ｔｇよりも低い値に設定する手段とを備える。他の構成は第１実施形態と同じである。
【００７５】
すなわち、中間転写媒体から被転写体への２次転写に際しては、中間転写媒体６および最終転写手段７のそれぞれ加熱手段８の発熱動作により、中間転写媒体６の温度および用紙Ｐの温度を液体トナーのガラス転移温度Ｔｇよりも十分に高い値に加熱し、中間転写体６上のトナーの複素粘弾性率を１００００poise以上にしておく必要がある。この条件において、圧力と熱による適正な転写がなされる。
【００７６】
ただし、この場合、中間転写媒体６の熱で像担持体１の表面温度が上昇してしまうため、図１０に示すように、中間転写媒体６とクリーナ２１との間に冷却手段１１を配設し、像担持体１の表面を冷却像担持体１の表面温度が現像手段４−１から中間転写媒体６にかけて対応する領域で液体トナーのガラス転移温度Ｔｇよりも低い値に設定するようにしている。
【００７７】
冷却手段１１は、たとえば、熱伝導率が比較的良好な弾性ローラであり、像担持体１の表面に接して回転するとともに、ローラ内部にエアーや現像液等を通してローラ自体を冷却する構成となっている。
【００７８】
こうして、現像時、転写前乾燥時、１次転写時の像担持体１の表面温度を液体トナーのガラス転移温度Ｔｇ未満に保つことにより、液体トナーは、像担持体１上ではほとんど溶けず、よって均一な膜（フィルム状）にはならず、像担持体１の表面との接触面積が小さくなる。これにより、トナー層が像担持体１の表面から離型し易く、トナー層厚が極めて薄くても良好な１次転写を達成することができる。
【００７９】
ところで、像担持体１の表面が冷却手段１１に対応してから中間転写媒体６に対応するまでの間に、像担持体１の表面温度が上昇する可能性が考えられ、仮に、１次転写前にトナー層の温度がガラス転移温度Ｔｇ以上に上昇してしまうと、その時点でトナー層がフィルム化して像担持体１の表面に接着してしまうことになり、それ以降、ガラス転移温度Ｔｇ未満に冷却しても１次転写ができなくなる虞がある。
【００８０】
そこで、転写前乾燥手段５の具体的な構成として、図１０に示すように、送風ノズル１２，１３を設け、これら送風ノズルにコンプレッサ１４から乾燥用および冷却用の空気（室温またはそれ未満の温度）を送るようにしている。こうして、送風ノズル１２，１３から像担持体１の表面に風を吹き付けることにより、像担持体１上のトナー層を乾燥させるとともに、像担持体１の表面を再度冷却して像担持体１の表面温度を確実にガラス転移温度Ｔｇ未満に保つようにしている。
【００８１】
実験では、２次転写における中間転写媒体６の温度を９０℃、最終転写手段７の温度を９０℃にしたところ、３００ｍｍ／ｓｅｃの転写速度においてもほぼ１００％の転写効率を達成することができた。
【００８２】
なお、液体トナーは、ガラス転移温度Ｔｇが、３０〜８０℃程度のものを用いると良いが、実験では、前述した樹脂を組み合わせて４５℃のものを作成して使用している。
【００８３】
中間転写媒体６は、金属ローラにシリコーンゴム等を被覆した構成で、金属ローラ内部に加熱手段８として電気ヒータを内臓し、電気ヒータの発熱により常時加熱される。
【００８４】
１次転写は、主に、表面に弾性を有する中間転写媒体６、液体トナー、像担持体１の表面に対して印加される圧力と、中間転写媒体６、液体トナーのタック、像担持体１の表面における離型性とで達成される。像担持体１の表面エネルギーは３０dyne／cm以下で、液体トナーの表面エネルギーは３０dyne/cmより高いことが望ましい。必要であれば、像担持体１上にシリコーン系やフッソ系の離型層を形成すると効果がある。
【００８５】
１次転写工程では像担持体１の離型性が重要な因子となる。感光体表面の表面エネルギ一が３０ｄｙｎｅ／ｃｍより大きくなると、シリコーンゴムの中間転写媒体６では良好な１次転写ができなくなる場合がある。また、トナーの表面エネルギーが３０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下でも同様である。トナーの表面エネルギーは、液体トナーをガラス基板上に塗布して厚さｌｍｍ程度で乾燥させた後、アイソパ−Ｌ及び純水の接触角を測定して計算した。これらのしきい値は、中間転写媒体６のタック及び表面エネルギーの値によって変化するが、２次転写で被転写体となるのは通常は紙であるため、中間転写媒体６の物性を大きく変化させることは難しい。また、像担持体１に有機系の感光層を用いると、像担持体１をべルト状等に加工しやすいため、現像器の配置で有利になるが、反面、耐熱性が低いため、１次転写時に中間転写媒体６と接触する際に像担持体１にダメージを与えないようにする必要がある。
【００８６】
ガラス転移温度Ｔｇの低いたとえば７゜Ｃの液体トナーを用いた場合、２次転写の際に中間転写媒体６に必要な温度はおよそ７０℃程度で、像担持体１に大きなダメージを与えることはない。しかし、中間転写媒体６の温度が８０℃を超えると、１０００枚印字後で、像担持体１の静電特性が初期に比べて大幅に劣化してしまうため、１次転写時の中間転写媒体６の温度を８０℃以下に設定するのが望ましい。
【００８７】
［５］第５実施形態について説明する。
第５実施形態では、中間転写媒体６のタックが強い場合に中間転写媒体６を加熱する必要がない点を考慮している。
【００８８】
すなわち、像担持体１の表面が液体トナーのガラス転移温度Ｔｇより十分低ければ、中間転写媒体６の表面と像担持体１の表面（およびトナー層）との間に温度差がなくても良好な１次転写が可能である。
【００８９】
そこで、中間転写媒体６の加熱手段８を動作させず、一方、最終転写手段７から中間転写媒体６への熱の移行があることに対処して、図１１に示すように、送風ノズル１２，１３のうち、一方の送付ノズル１３を中間転写媒体６の２次転写ステーションと１次転写ステーシヨンとの間の領域に向けて設け、送風によって中間転写媒体６を冷却するようにしている。中間転写媒体６そのものの発熱がないため、冷却手段１１は削除としている。他の構成は第４実施形態と同じである。
【００９０】
この構成により、１次転写における中間転写媒体６の温度は８０℃以下に保たれ、一方、２次転写における中間転写媒体６の温度は８０℃より高い値となる。
なお、冷却手段としては、冷却用空気の供給に限らず、ペルチェ素子等で冷却した部材を押し当てる構成としても同様な冷却効果が得られる。
【００９１】
［６］第６実施形態について説明する。
第６実施形態では、図１２に示すように、像担持体１および中間転写媒体６がそれぞれ複数のローラに張設されたベルトにより構成される。中間転写媒体６がべルト状の構成になっていると、熱容量が小さいため転写に有利である。
【００９２】
さらに、送風ノズル１２から像担持体１に対して吹出される乾燥用および冷却用の風が像担持体１の表面に沿って流れて中間転写媒体６にも導かれ、これにより中間転写媒体６の表面が冷却される。中間転写媒体６には吸引ノズル１５が対向して設けられており、像担持体１から中間転写媒体６に導かれてその中間転写媒体６の表面に沿って流れた風が吸引ノズル１５を介して吸引装置１６に吸込まれるようになっている。
【００９３】
なお、中間転写媒体６に対して中間転写クリーナ１７が設けられている。他の構成は第５実施形態と同じである。
【００９４】
この場合、１次転写時のべル卜の押圧部材の硬度と荷重を調節して、１次転写時のニップ幅を狭くして中間転写媒体６から像担持体１の離型層へ熱が伝わり難い構成とし、２次転写に際しては押圧部材の硬度と荷重によりニップ幅を広く設定することで、トナー像や用紙Ｐに、高速でも十分熱が伝わるようにすると効果的である。
【００９５】
実験で用いた１次転写時の押圧部材は、Φ５０の金属ローラを用い、中間転写媒体６のべルトは、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルムに０．５ｍｍ厚でシリコーンゴムを塗布したものを使用した。１次転写荷重が１ｋｇ／ｃｍのときニップ幅は約８ｍｍであった。一方、２次転写時の押圧部材にはΦ１００金属ローラ上に硬度８０゜のシリコーンゴムを被覆したローラを用い、５ｋｇ／ｃｍの荷重を印加したところ、ニップ幅は約１６ｍｍであった。このようにして２次転写時のニップ幅を１次転写時に比べて広くすることで、像担持体１の離型層（感光体離型層）に中間転写媒体６の熱を伝え難く、且つ２次転写の速度を速くすることができる。
【００９６】
図１３に感光体表面温度（像担持体１の表面温度）、中間転写媒体６の温度、１次転写ニップ幅、２次転写ニップ幅を変えて転写実験を行なった結果を示す。像担持体１の表面温度が液体トナーのガラス転移温度Ｔｇ未満の値に保たれた場合において、良好に１次転写が達成されており、さらにべルト状の中間転写媒体６にして２次転写時のニップ幅を広くしたところ、より高速で２次転写ができるようになったことがわかる。
【００９７】
図１４には、感光体表面温度と中間転写媒体６の表面温度を変えたときの１次転写特性の挙動をグラフで示した。中間転写媒体６と像担持体１の表面とに温度差がなくても、像担持体１の表面温度さえ液体トナーのガラス転移温度Ｔｇ未満の値に保たれていれば、高濃度画像部分および低濃度画像部分の両方ともに良好な転写を行うことができ、一方像担持体１の表面温度が液体トナーのガラス転移温度Ｔｇ以上の領域では、中間転写媒体６を加熱して温度差を設けることで、高濃度画像部分の転写は改善されている。しかし、この領域では低濃度画像部分の転写は不十分であることがわかる。
【００９８】
図１５、図１６、図１７には、液体トナーのガラス転移温度Ｔｇを変えた際の１次転写特性を示しており、ガラス転移温度Ｔｇを基準にして１次転写特性が整理できることがわかる。
【００９９】
［７］第７実施形態について説明する。この第７実施形態は請求項５に係る発明、請求項６に係る発明、請求項８に係る発明にそれぞれ対応する。
ここでは、ガラス転移温度Ｔｇの異なる液体トナーを２種類以上組み合わせて画像を形成し、良好な１次転写と２次転写を両立させるもので、ガラス転移温度ＴｇがＴ１の液体トナーおよびガラス転移温度ＴｇがＴ２（＜Ｔ１）の液体トナーを現像手段で用いるとともに、像担持体１の表面温度Ｔａを中間転写媒体６との対応領域でＴ１＞Ｔａ＞Ｔ２の状態に設定する手段を備える。
【０１００】
構成を図１８に示す。本例は単色機ではあるが、像担持体１のベルト面に沿って帯電器２１−１、現像器（現像手段）２３−１、帯電器２１−２、現像器（現像手段）２３−２が順次に配設される。そして、像担持体１に表面において、帯電器２１−１と現像器２３−１との間の領域に対し、レーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光２２−１が照射される。帯電器２１−２と現像器２３−２との間の領域には、レーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光２２−２が照射される。
他の構成は第６実施形態と同じである。
【０１０１】
現像器２３−１において、ガラス転移温度Ｔｇが低い（Ｔ２）の液体トナーにより、トナー層厚が薄くなりがちな低濃度画像部分を現像する。その後、現像器２３−２において、ガラス転移温度Ｔｇが高い（Ｔ１）の液体トナーにより、トナー層厚が厚くなる高濃度画像部分を現像するものである。１次転写時の像担持体１の表面温度Ｔａは、２種類の液体トナーのガラス転移温度Ｔｇの中間（Ｔ１＞Ｔａ＞Ｔ２）の状態に設定することで、これにより、現像器２３−１により現像された低濃度画像部分は第４実施形態の場合と同様な方式で転写され、トナー層の厚い部分は、完全に膜（フィルム状）となって１次転写される。そして２次転写では、特に層厚が大きい液体トナーのガラス転移温度Ｔｇが低いために、第４実施形態の場合に比べて低温で転写することができる。
【０１０２】
実験では、現像器２３−１での現像ではガラス転移温度Ｔｇが７℃の液体トナーを用い、現像器２３−２での現像ではガラス転移温度Ｔｇが４５℃の液体トナーを用いた。
【０１０３】
要するに、低濃度画像部分をガラス転移温度Ｔｇの高い液体トナーで形成することで、トナー層厚が薄くても転写が良好になり、中間転写媒体６を介した場合の２次転写に際しては卜ナー層厚が薄いため熱容量が小さくなることから比較的低温で転写を行うことができる。高濃度画像部分については、ガラス転移温度Ｔｇの低い液体トナーで形成することで、トナー層が完全な膜となり、よって転写がより安定し、中間転写媒体６を介した場合の２次転写の温度も低くすることができる。
【０１０４】
図１９に実験による画像形成結果を示す。２種類の液体トナーともにガラス転移温度Ｔｇの高い同一のものを使用したときに比べて、ガラス転移温度Ｔｇが高低に異なる２種類の液体トナーを使用した方が、１次転写の性能を損なうことなく、２次転写が有利になることがわかる。
なお、単色機を例に説明したが、多色機でも同様に実施可能である。
【０１０５】
［８］第８実施形態について説明する。この第８実施形態は請求項７に係る発明および請求項８に係る発明にそれぞれ対応する。
ここでは、ガラス転移温度ＴｇがＴ３の液体トナーを現像手段で用いるとともに、現像手段による現像の前にガラス転移温度ＴｇがＴ４（＞Ｔ３）と比較的高い透明樹脂を像担持体１上に付与する手段と、像担持体１の表面温度Ｔｂを中間転写媒体６との対応領域でＴ４＞Ｔｂ＞Ｔ３の状態に設定する手段とを備える。
【０１０６】
構成を図２０に示す。まず、像担持体１がベルト状、中間転写媒体６がローラ状に構成される。像担持体１のベルト面に沿って現像器（透明樹脂塗布手段）０−１、帯電器２−１、現像器（現像手段）４−１、帯電器２−２、現像器（現像手段）４−２、帯電器２−３、現像器（現像手段）４−３、帯電器２−４、現像器（現像手段）４−４、送風ノズル（転写前乾燥手段）１２，１３が順次に配設される。
【０１０７】
そして、像担持体１に表面において、帯電器２−１と現像器４−１との間の領域に対し、レーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光３−１が照射される。帯電器２−２と現像器４−２との間の領域には、レーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光３−２が照射される。帯電器２−３と現像器４−３との間の領域には、レーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光３−３が照射される。帯電器２−４と現像器４−４との間の領域には、レーザ発生ユニット（静電潜像形成手段）から、画像変調されたレーザビームによるレーザ露光３−４が照射される。
なお、最終転写手段７に対して最終転写クリーナ１８が設けられている。他の構成は第６実施形態と同じである。
【０１０８】
すなわち、現像前の像担持体１上に現像器０−１で予め透明樹脂を付与（塗布）しておき、現像から転写までの間の像担持体１の表面温度を透明樹脂のガラス転移温度Ｔｇよりも低い値に保つことで、像担持体１の離型層からの転写が容易になる。この場合、液体トナーのガラス転移温度Ｔｇを低く設定しても、像担持体１の表面とトナー層との離型性はガラス転移温度Ｔｇの高い透明樹脂が維持してくれるため、トナー層厚が極めて薄い状態でも転写が可能になる。
【０１０９】
中間転写媒体６を介した２次転写に際しては、予め付与した透明樹脂のガラス転移温度Ｔｇ以上にトナー像を加熱する必要はあるものの、透明樹脂の厚さが薄ければ、比較的低温で転写が可能である。要するに、現像前に、薄い透明樹脂を像担持体１の表面に均一に塗布するだけで、低濃度画像部分も良好に転写することができ、さらに液体トナー自体はガラス転移温度Ｔｇの比較的低い材料を選択できるため、中間転写媒体６を介した２次転写の温度も第４実施形態に係る発明のものと比較して低く抑えることができる。
【０１１０】
なお、透明樹脂の塗布については、現像器に限らず、機械的に塗布することもできる。実施形態では、できるだけ均−な薄層を得るために現像器０−１を用いている。この現像器０−１の採用に際し、透明樹脂塗布ステーションでは帯電器やレーザ露光が不要である。
【０１１１】
非画像部分にも透明樹脂が付着することになるが、層厚が非常に薄いため、最終的な画像に付着してもほとんど無視できる。透明樹脂の塗布層厚は、０．０１〜１μｍ程度まで可能で、厚くても薄くても効果はあまり変わらない。電力の消費量を抑える観点からすれば、０．１μｍ以下が望ましい。
【０１１２】
実験では、像担持体１を予め帯電せずに、現像パイアスを印加して、約０．１μｍ厚の透明樹脂層を像担持体１上に形成した。透明樹脂は、ガラス転移温度Ｔｇが４５℃のものを使用し、像担持体１の表面温度は、常時４０℃以下になるように設定した。その後、液体トナーにより現像を行うが、液体トナーのガラス転移温度Ｔｇは７℃のものを使用したため、現像時に、液体トナーは像担持体１上でフィルム化する。ここで多色機であれば複数色の画像が重ねて現像され、転写前乾燥手段である送風ノズル１２，１３に至る。この送風ノズル１２，１３からの送風により、像担持体１上のトナー層および透明樹脂はほぼ完全に乾燥する。
【０１１３】
１次転写工程では、像担持体１の表面とフィルム化したトナー層との間にガラス転移温度Ｔｇ以下に保たれた透明樹脂が介在するため、その透明樹脂部分で離型層からの離型がなされ、よってトナー層が薄くても良好な転写ができる。
【０１１４】
２次転写においては、可視像部分が、ガラス転移温度Ｔｇの低い液体トナーにより構成されているため、第４実施形態と比較して低温で用紙Ｐに安定して転写ができる。
【０１１５】
実験では、２次転写における中間転写媒体６の温度を７０℃、最終転写手段７の温度を７０℃にしたところ、３００ｍｍ／ｓｅｃの転写速度においてもほぼ１００％転写が達成できた。
【０１１６】
なお、予め塗布する透明樹脂のガラス転移温度Ｔｇをさらに高くすれば、像担持体１やその像担持体１上のトナー層を１次転写前に加熱することが可能になり、転写前乾燥がより高速で達成しやすくなる。第４実施形態の構成では、液体トナーのガラス転移温度Ｔｇを上げると、それに伴って２次転写時に必要な温度も上昇してしまうため、消費電力が大きくなってしまうが、本実施形態ではそれを避けることができる。
図２１に実験による画像形成結果を示している。
【０１１７】
［９］第９実施形態について説明する。この第９実施形態は請求項９に係る発明および請求項１０に係る発明にそれぞれ対応する。
ここでは、図２２に示すように、中間転写媒体６が、像担持体１に接して像担持体１上の可視像が転写される第１中間転写媒体６ａ、およびこの第１中間転写媒体６ａに接して第１中間転写媒体６ａ上の可視像が転写される第２中間転写媒体６ｂから成る。最終転写手段７は、第２中間転写媒体６ｂに用紙Ｐを圧接して第２中間転写媒体６ｂ上の可視像を用紙Ｐに転写する。第２中間転写媒体６ｂは加熱手段８を備えるが、第１中間転写媒体６ａには加熱手段が無い。
【０１１８】
第２中間転写媒体６ｂから第１中間転写媒体６ａへの熱の移行があることに対処して、送風ノズル１２，１３のうち、一方の送付ノズル１３を第１中間転写媒体６ａの２次転写ステーションと１次転写ステーシヨンとの間の領域に向けて設け、送風によって第１中間転写媒体６ａを冷却するようにしている。他の構成は第８実施形態と同じである。
【０１１９】
すなわち、中間転写媒体が６ａ，６ｂの２段構成であることにより、２次転写がさらに有利になる。像担持体１上に形成される可視像は、ガラス転移温度Ｔｇの高い透明樹脂の上にガラス転移温度Ｔｇのトナー層が重なることで形成されている。通常の１段構成の中間転写媒体６であれば、用紙Ｐヘの２次転写に際して用紙Ｐ側にガラス転移温度Ｔｇの高い透明樹脂が対向するが、中間転写媒体をもう１段増やすことで、最終的な用紙Ｐへの転写（３次転写）では、ガラス転移温度Ｔｇの低いトナー層が用紙Ｐ側に来るようになる。そのため、用紙Ｐに対し、より低温での転写を行うことができる。要するに、ガラス転移温度Ｔｇの低い液体トナーのみで画像形成した場合とほぼ同じ温度で良好な転写を行なうことができる。
【０１２０】
しかも、第１中間転写媒体６ａには加熱手段が無く、さらには第２中間転写媒体６ｂから第１中間転写媒体６ａへの熱の移行があることに対処して送風ノズル１３の送風によって第１中間転写媒体６ａを冷却するようにしているので、像担持体１の不要な温度上昇を回避することができる。
【０１２１】
なお、第１中間転写媒体６ａに対する冷却手段として送風ノズル１３を用いたが、例えば、第１中間転写媒体６ａを構成しているローラ自体が温まりにくいように、ローラをその内部から空冷または水冷する方式としたり、ローラの内側にペルチエ素子等を設けても良い。
【０１２２】
実験では、第１中間転写媒体６ａにウレタンシートを使用し、第２中間転写媒体６ｂにシリコーンシートを使用した。１次転写は、主にウレタンの表面性と像担持体１の離型性により達成される。一方、２次転写は、主にシリコーンシートとトナーのタックにより達成され、いずれも加熱を必要としない。また３次転写においては、これまで説明してきた通り、シリコーンの離型性を利用して熱と圧力により達成される。
【０１２３】
図２３に実験による画像形成結果を示す。中間転写媒体が１段構成の場合よりも、２段構成の場合の方がさらに良好な本発明を画像形成を行うことができる。
【０１２４】
［10］なお、上記各実施形態では、いずれも中間転写媒体６（または６ａ，６ｂ）を使用したが、中間転写媒体６（または６ａ，６ｂ）を用いないで、像担持体１から直接的に紙等の被転写体への転写を行う場合にも同様に実施可能である。
【０１２５】
また、上記各実施形態において、像担持体１および中間転写媒体６（または６ａ，６ｂ）の形状については、ドラム状およびベルト状のどちらの構成としても良い。特に、ガラス転移温度Ｔｇが低い液体トナーを使用していても、高速で２次転写する際には、中間転写媒体６には高温が必要になるが、冷却手段やべルト状の中間転写媒体６を用い、２次転写に際しての中間転写媒体６の温度を高くして、１次転写に際しての中間転写媒体６の温度を低くすれば、転写性と像担持体１側の耐久性を両立することができる。
【０１２６】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、像担持体上のトナー層厚が薄くても良好な転写を行うことができ、ひいては常に良好な画質の画像形成を行うことができ、さらには消費電力の低減も図れる画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１および第２実施形態の要部の構成を示す図。
【図２】各実施形態におけるトナー層の形成について説明するための図。
【図３】各実施形態におけるトナー層の形成について説明するための図。
【図４】各実施形態のトナー層厚に関わるパルス幅変調を説明するための波形図。
【図５】各実施形態における低濃度画像部分での画素の配列について説明するための図。
【図６】各実施形態における低濃度画像部分での画素の配列について説明するための図。
【図７】各実施形態における低濃度画像部分での画素の配列について説明するための図。
【図８】第３実施形態の要部の構成を示す図。
【図９】第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態での実験結果をまとめて示す図。
【図１０】第４実施形態の要部の構成を示す図。
【図１１】第５実施形態の要部の構成を示す図。
【図１２】第６実施形態の要部の構成を示す図。
【図１３】第６実施形態での実験結果をまとめて示す図。
【図１４】第６実施形態における転写効率を実験結果として示す図。
【図１５】第６実施形態における転写効率を実験結果として示す図。
【図１６】第６実施形態における転写効率を実験結果として示す図。
【図１７】第６実施形態における転写効率を実験結果として示す図。
【図１８】第７実施形態の要部の構成を示す図。
【図１９】第７実施形態での実験結果を示す図。
【図２０】第８実施形態の要部の構成を示す図。
【図２１】第８実施形態での実験結果を示す図。
【図２２】第９実施形態の要部の構成を示す図。
【図２３】第９実施形態での実験結果を示す図。
【符号の説明】
１…像担持体
２−１…帯電器
３−１…レーザ露光
４−１…現像器（現像手段）
５…転写前乾燥手段
６…中間転写媒体
６ａ…第１中間転写媒体
６ｂ…第２中間転写媒体
７…最終転写手段
８…加熱手段

Claims

表面に離型性を有する像担持体と、
この像担持体の表面を露光することによりその像担持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記像担持体の表面に液体トナーを供給することにより前記像担持体上の静電潜像を現像して可視像とする現像手段と、
表面に弾性を有し前記像担持体への圧接によりその像担持体上の可視像が１次転写される中間転写媒体と、この前記中間転写媒体と共に被転写体に圧力を加えることによりその被転写体に前記中間転写媒体上の可視像を２次転写する最終転写手段とを備え、
前記像担持体の表面温度が前記中間転写媒体との対応領域で前記液体トナーのガラス転移温度以上の値となる画像形成装置において、
前記現像手段の現像により前記像担持体上に生じるトナー層の膜厚が、前記液体トナー中に分散した顔料の粒径より大きくなるように、前記静電潜像形成手段の露光を制御する手段、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。