JP4594967B2 - カラー印刷法における変形すべりの低減または防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャビティ(cavities)を有する少なくとも１種のエラストマーを含有する画像キャリアに関する。その画像キャリアは、特にエレクトログラフィー(electrography)、電子写真技術またはマグネトグラフィー(magnetography)に使用することができる。

近年、デジタル印刷法は、特に電子写真技術においてますます重要性を増してきている。その装置の大部分は、まだモノクロのみで動作しているが、カラー装置の割合は増大し続けている。カラー装置に関しては、モノクロ装置と比較して、より高い画像品質が本質的に要求される。

電子写真印刷法において中心の構成部分は、光伝導体である。今日、実質的にすべての電子写真カラープリンタでは、有機光伝導体が用いられている。光伝導体の厚さは、アルミニウム製ドラム上で通常約２０μｍである。光伝導体は通常、弾性でもなく、圧縮性でもない。電子写真法については、例えばL.B.シャイン(Schein),スプリンガー・フェルラーク(Springer Verlag)著、エレクトロフォトグラフィー・アンド・デベロップメント・フィジクス（Electrophotography andDevelopment Physics）、1992、ISBN 0-387-55858-6に詳細に説明されている。

カラー印刷で必要とされるような良好な画像品質を達成するために、電子写真カラープリンタでは、中間キャリアをしばしば使用する。中間キャリアを使用する場合、最初に光伝導体から、中間キャリア上にトナー画像を転写し、そこから紙の上に転写する。粗い紙の不均一な形態が釣り合うように、これらの中間キャリアの一部は弾性および／または圧縮性である。かかる中間キャリアは、例えば、以下に示す市販の電子写真プリンタで用いられる：ゼロックス(Xerox)社のＤｏｃｕＣｏｌｏｒ ２０６０：中間キャリアとして、静電転写において連続テープを使用する；ネクスプレス(NexPress)社のＮｅｘＰｒｅｓｓ ２１００：中間キャリアはドラムである（これも静電転写）；インディゴ(Indigo)社のＥ−Ｐｒｉｎｔ １０００：中間キャリアは、シリンダ上に幅出しされる(tentered)印刷用ブランケットの１種である。紙への転写は、圧力および熱を用いて行われる。

かかる中間キャリアは、画像品質を改善するが、多くの欠点も有する：このように、中間キャリアは追加の構成部分および摩耗部品であるため、各印刷ページに対してかなりのコストがかかり、かつ機械の複雑性を増す。さらに、カラープリンタは通常、黒、シアン、マゼンタおよび黄色の４つのプロセスカラー(process colors)を連続して紙（または中間キャリア）に付着させる。高品質の画像には、色分離の間で１００μｍ以上の位置合わせ(registering)精度が必要とされる。この精度を達成することは、中間キャリアによってさらに難しくなる。

米国特許第３，９４５，７２３号には、光伝導体スリーブの下の可撓性層を２つの端板によって加圧し、光伝導体スリーブをそれに取り付ける技術が記載されている。

米国特許第３，９９４，７２６号には、可撓性光伝導体が記載されている。特定の形式の液体現像法については、広い接触領域を得るために可撓性が必要とされる。

米国特許第５，８２８，９３１号およびそれに対応するドイツ特許第１９６４６３４８−Ａ１号には、中間キャリアを用いることなく、より良い画像品質を達成するために、光伝導体下に弾性層を設けることが提案されている。特に、光伝導性層が、弾性層より硬くなるように、弾性層と光伝導性層の硬さが規定されている。

従来から知られているシステムと比較して、米国特許第５，８２８，９３１号によって、良好な画像品質（弾性光伝導体は粗い紙に十分に適合する）ならびに簡素化されたマシンのセットアップ、および中間キャリアを使用しないことによるコスト低減が達成される。

しかしながら、４つの印刷位置で、紙に４つのプロセスカラーを連続して転写するシステムにおいて、この解決策には問題がある：弾性材料は、いわゆる変形すべり（deformation slip）を示す。この作用を、図１を参照してさらに説明する：ローラー１は、（例えばゴム製の）エラストマーライニング３を有し、そのローラー１は、ローラー２上に支持される。ローラー２およびローラー１の芯は、ライニング３に比べて弾性でない材料（例えば、鋼）製である。軸受の関係のために、ニップとも呼ばれる接触領域４が形成され、そこでエラストマーライニングが変形する。ここで、摩擦によってローラー２がローラー１によって動くように、ローラー１を運転すると、エラストマーライニングを有するローラー１と比較して、硬質ローラー２が、より速い表面速度で動くことを観察することができる。この作用は、正の変形すべり(positive deformation slip)と呼ばれる。ゴムやポリウレタンなどの弾性材料は、圧縮性ではないが、ライニングの厚さよりも薄いニップによって圧縮されるという事実が本質的に原因となり、正の変形すべりが生じる。原則として、正の変形すべりは、２つのローラーが共に加圧される強さに伴って増大する。さらに、正の変形すべりは、ライニングの厚さの増大に伴って減少する。

この変形すべりは、２色の印刷法についての図２に図示するような、米国特許第５，８２８，９３１号の方法によるカラー印刷において好ましくない作用を有する：ローラー５ａおよび５ｂは、米国特許第５，８２８，９３１号による光伝導体である。本明細書に示していない公知の手段を用いて、第１カラーのトナー画像を光伝導体５ａ上に生成し、第２カラーの画像を光伝導体５ｂ上に生成する。紙７は、矢印８の方向に進み、バックアップロール６ａによって、光伝導体５ａに対して最初に押し付けられ、その結果、第１カラーの画像が紙上に転写される。続いて、その紙は、バックアップロール６ｂによって光伝導体５ｂに対して押し付けられて、第２カラーがその紙上に転写される。

２色の画像相互の正確な位置決め、特に光伝導体５ａおよび５ｂの製造における変形すべりおよび作業許容差(work tolerance)から、問題が生じる。良好な画像品質を得るためには、位置合わせ精度が１００μｍ以上（つまり、さらに正確）でなければならない。さらに、これは、紙表面全体にわたって達成されなければならない。通常の条件下では、変形すべりは約１％である。長さＡ４（２９．７ｃｍ）のシートでは、これは、所望の１００μｍよりもかなり大きい２９７０μｍの長さの差に相当する。従来技術では、変形すべりを最小限にするために、３つの技術が使用している：加圧力が分かっている場合には、変形すべりを測定することができる。変形すべりが画像を引き伸ばすため、光伝導体に付す際に画像を縮めることにより、紙に転写された画像が正確な長さを有する。位置合わせ誤差を低減するための第２技術として、バックアップロール６ａおよび６ｂに対して同じ軸受圧力を選択する。つまり光伝導体５ｂに対するセットアップロール６ｂの軸受における力と同じ力で、光伝導体５ｂ上に支持されるようにバックアップロール６ａをセットする。第３の補正(correction)の可能性は、ライニングをできる限り厚くデザインすることである。なぜなら、正の変形すべりが、それによって比較的小さく保たれるからである。

これらの補正メカニズムにもかかわらず、所望の位置合わせ精度を達成することは非常に難しい。実際には、すべての（通常４種の）カラーで正確に同じ軸受圧力を達成することは通常不可能である。軸受圧力の小さな差によって、かなりの位置合わせ誤差が既に生じている。米国特許第５，８２８，９３１号によれば、誤差の他の本質的な原因は、光伝導体の作業許容差である。エラストマーライニングを有する非常に精密なローラーの作製は複雑であり、かつコストが高くつく。さらに、厚さが厚いライニング（通常１ｃｍ以上）が必要であり、その結果、ローラーは、大きく、かつ重くなる。光伝導体は、比較的頻繁に取り替えなければならない（例えば、Ａ４を５０，０００ページ印刷した後）摩耗部品であるため、実際には、このことは大きな欠点である。したがって、この構成部分は、安価で、かつ取替えのための取り扱いが容易でなければならない。
米国特許第３，９４５，７２３号 米国特許第３，９９４，７２６号 米国特許第５，８２８，９３１号 ドイツ特許第１９６４６３４８−Ａ１号 L.B.シャイン(Schein),スプリンガー・フェルラーク(Springer Verlag)著、エレクトロフォトグラフィー・アンド・デベロップメント・フィジクス（Electrophotography andDevelopment Physics）、1992、ISBN 0-387-55858-6

本発明の目的は、位置合わせ精度の問題とそれに関連する欠点を克服するように、全く変形すべりを示さないか、あるいは極めて少ない変形すべりしか示さない画像キャリアを提供することである。本発明による画像キャリアは、光伝導体としても適しているはずである。

驚くべきことに、上述の目的は、キャビティを有する少なくとも１種のエラストマーを含有する画像キャリアによって達成される。

前記エラストマーは、発泡ポリマー、特に発泡ポリウレタン、シリコーン、ＥＰＤＭゴムおよび／またはＮＢＲであることが好ましい。本明細書で用いられる「発泡」とは、例えば、ガス、例えば窒素またはＣＯ₂を製造プロセスで放出するような方法でポリマーを製造することを意味する。または、ポリマー製造中に、ガスを導入することも可能である。どちらの場合にも、キャビティを含有し、かつ比較的低密度であるエラストマーが形成される。

さらに好ましい態様では、エラストマー中のキャビティは、膨張気泡またはその後に膨張する非膨張気泡を導入することによって生じる。エラストマーには、特に、上述の材料、ポリウレタン、シリコーン、ＥＰＤＭゴムおよび／またはＮＢＲが含まれる。かかるポリウレタン系システムは、ドイツ特許出願１０１１１６１８．７号に記載されている。熱可塑性気泡は、アクリレート‐フッ化ビニリデンコポリマーから製造され、例えばブタンなどのガスを含有することが好ましい。

エラストマー中のキャビティの体積含有率は、５〜９５％、特に２０〜８０％であることが好ましい。キャビティとエラストマー材料との比は、変形すべりを最小限にすることによって簡単に最適化することができる。キャビティを有するエラストマーが、光伝導性材料または磁性材料などの更なる成分を有する場合には、エラストマーおよび添加剤を含有する材料中のキャビティの体積含有率は、５〜９５％、特に２０〜８０％であることが好ましい。

好ましい態様では、画像キャリアは光伝導体である。本発明による光伝導体は、以下の態様の１つにより提供されることが好ましい：

一方、画像キャリアは、少なくとも１つの層が光伝導特性を有し、かつ少なくとも１つの層がキャビティを有するエラストマーを含有する、少なくとも２つの層を有することができる。他方では、画像キャリアは、キャビティを有するエラストマーを含有し、かつ同時に光伝導特性を有する層を含むことができる。

例えば、第１の態様では、光伝導性層は、膨張気泡を含むポリウレタンからなる、厚さ１ｍｍで比較的固有電気抵抗が低い（例えば、１０⁹Ωｍ未満）エラストマー層に付される。それに対して、第２の態様では、キャビティを有するエラストマー層は、それ自体が光伝導特性を有する。

本発明による光伝導体は、公知の光伝導体を超える以下の利点を有する：非発泡または、一般に非圧縮性エラストマーは、硬質ローラー上に支持されるようセットした場合には、正の変形すべりを示す（つまり、硬質ローラーは、エラストマーローラーよりも速く回転する）のに対し、圧縮性材料は、負の変形すべりを示す（つまり、硬質ローラーは、エラストマーローラーよりもゆっくりと回転する）。

それに対し、本発明による材料を使用した場合には、変形すべりは通常、キャビティとエラストマーとの比を適切に選択することによって、完全に回避される。したがって、光伝導体から紙への静電転写において、異なる色に対するバックアップロールの軸受圧力と、作業許容差（例えば、同心性(concentricity)）のどちらにも実質的に依存しない、高い位置合わせ精度が達成される。位置合わせ精度が高いことにより、転写において、極めて優れた画像品質が達成される。

これに伴い、（例えば、米国特許第５，８２８，９３１号による光伝導体と比較して）エラストマー材料の消費量が低減される。本発明による光伝導体では、いくつかの点でこれが達成される。第１に、キャビティを導入すると、材料が節減される。第２に、全く変形すべりを示さない本発明による材料では、キャビティを含まない材料を使用した場合と同様に、変形すべりを最小限にするために、特に厚くデザインされたライニングを設ける必要がない。第３に、キャビティを有する材料では、低いショア硬さ(Shore hardness)を達成するのがかなり容易である。比較的広いニップが、低い軸受圧力で既に形成されているため、これは有利である。通常数ミリメートルの比較的広いニップは、電子写真技術において、光伝導体から紙への静電転写で非常に有利である。エラストマー材料の消費量が少ないことは、特に、低コストとなり、かつ光伝導体が簡単に取り替えられるようになるという点で、利点を有する。

上述の第１の態様の一例では、キャビティを有するエラストマー層は、１ｍｍの厚さを有する。その層は、ショアＡ硬さ２０および固有電気抵抗１０⁸Ωｍを有する。この値は、約０．５ｍ／ｓまでの速度範囲で保持される。それより高い速度では、それより低い固有電気抵抗が必要であり、一次近似において、それは速度に反比例する。光伝導体の構造は、一次近似では、従来の光伝導体ドラムの場合と同様である。つまりエラストマー層は、１ｍｍ未満の厚さのバリヤー層でコーティングされ、約１μｍの厚さの電荷担体生成(charge-carrier generation)層（電荷担体が、衝突光(impinging light)によって生成される）で再度コーティングされ、最後に、最上層として、厚さ約２０μｍの電荷担体輸送(charge-carrier transport)層でコーティングされる。任意に、薄い（例えば厚さ約３μｍ）および硬質の摩耗保護層を、その最上層に付すことができる。上述の層の１つに複数の機能を取り入れた場合には、層の数を減らすことができることは明らかである。

摩耗保護層を用いた場合、これらの３層または４層に対しては、現在多種多様な材料を用いることができる（例えば、Ｌ．Ｂ．シャイン（Schein）、スプリンガー・フェルラーク（Springer Verlag）著、エレクトロフォトグラフィー・アンド・デベロップメント・フィジクス(Electrophotography and Development Physics)、1992、ISBN 0-387-55858-6、またはドイツ特許第１９９５１５２２号を参照）。本発明による光伝導体には、損傷を生じることなく、ニップを通る通路で生じる屈曲および負荷に耐えるために軟質である材料が好ましい。したがって、より硬く、そのため可撓性に劣る無機光伝導体よりも、有機光伝導体のほうが好ましい。

変形すべりを生じない本発明による光伝導体では、キャビティとエラストマー材料との比を最適化することが有利である。キャビティの割合が高すぎる場合には、負の変形すべりを生じ、一方、キャビティの割合が低すぎると、正の変形すべりを生じる。変形すべりを回避するために必要なキャビティの割合は、特に、使用するエラストマーの種類および硬さによって異なる。特に、その割合は、５〜９５％の間で変動する。

エラストマー層を設けるためのベースとして、様々な物：ソリッド(solid)ドラム、硬質スリーブ（例えば、肉厚１ｍｍのアルミニウム）、可撓性スリーブ（例えば、肉厚５０μｍのステンレス鋼）、または可撓性テープ（例えば、厚さ１００μｍのＰＥＴ）が従来技術で用いられている。基材上にエラストマー層を接着させるために、接着促進剤を用いることができる。

本発明の好ましい態様では、基材を使用しない。次いで、例えばドラム上に上述の形状でスリーブとして光伝導体を作製した後、再度剥離する。基材を省くことができるので、これは、コストが低いという利点を有する。既に記述したように、光伝導体は、比較的頻繁に（例えば、Ａ４を５０，０００ページ印刷した後）取り替えなければならない摩耗部品であるので、本明細書においてはコストが重要な役割を果たす。この態様では、印刷機械の受取りドラムに対する良好な電気接点（光伝導体を機能させるために不可欠である）を確保するために、２つの態様：第１には、同程度に低いエラストマー材料の固有電気抵抗（例えば、１０⁷Ωｍ未満）または、第２に、スリーブ内側の「高伝導性」コーティング（例えば、厚さ約１μｍのグラファイト層）、が好ましい。

他の好ましい態様では、光伝導体の曲げ半径をできる限り大きく維持する。したがって、光伝導性材料上の負荷をできる限り少なく維持する。ドラムの場合は、例えば大きな外径（例えば、２００ｍｍ）を有することによって、このことを達成することができる。テープの場合は、テープが十分な長さおよび適切なガイド(guiding)を有することにより、このことを達成することができる。

上述のように、本発明の好ましい態様では、エラストマーおよびキャビティを含有する層は、光伝導体もまた含有する。次いで、そのエラストマー層は、電荷担体のための輸送層である。この場合、以下の構造が可能である：例えば、厚さ１μｍ未満のバリヤー層を、基材上にコーティングする。同時に電荷担体の輸送層としての役割を果たす、厚さ約１ｍｍのエラストマー層で、これをコーティングした後、電荷担体生成層（厚さ約１μｍ）をコーティングする。かかる層は通常、低い機械的負荷（紙との接触による大きな摩擦）にしか耐えることができないので、ここでは、上述の摩耗保護層を使用する。

上述の本発明による画像キャリアの利点は、一般に、画像キャリアが光伝導体ではない態様でも得られる。本発明による画像キャリアは、エレクトログラフィーおよびマグネトグラフィーに使用することも好ましい。エレクトログラフィー（またはL.B.シャイン(Schein)、スプリンガー・フェルラーク(Springer Verlag)著、エレクトログラフィー・アンド・デベロップメント・フィジクス(Electrophotography and Development Physics)、1992、ISBN 0-387-55858-6に記載のイオノグラフィー(ionography)）では、光伝導体よりもむしろ、電気絶縁層が使用される。本発明は、ここで用いても、光伝導体の場合と同じ利点を得ることができる。または、エラストマー材料の代わりに高絶縁材料を用いることによって、絶縁コーティングを省くこともできる。

同じことを、マグネトグラフィー(L.B. シャイン(Schein)、スプリンガー・フェルラーク(Springer Verlag)著、エレクトログラフィー・アンド・デベロップメント・フィジクス(Electrophotography and Development Physics)、1992、ISBN 0-387-55858-6に記載されている)に適用する。ここでは、光伝導性層よりもむしろ、磁性層が使用される。または、１種以上の磁性材料（例えば、磁鉄鉱）をエラストマー材料中に組み込むことができる。上述の印刷法（電子写真技術、エレクトログラフィー、マグネトグラフィー）以外に、トナー画像を画像キャリア上に形成し、中間キャリアを用いることなく、そこから印刷基材上に転写する、他のいずれかの印刷方法、特にカラー印刷において、本発明による画像キャリアを用いることもできる。

更なる変形では、転写を熱によって行う。つまりトナーを加熱して溶融し、紙との接触の際に紙の上に貼り付ける。これは、２つの利点を有する：第１に、転写段階および定着段階を１つの段階にまとめることにより、プロセスが簡素化される。第２に、静電転写で生じ得る誤差が、この変形では避けられる。この変形では、エラストマー層および光伝導性層は、温度に対する充分な安定性を有さなければならない。さらに、表面エネルギーが低い材料を最上層に用いるため、紙への転写において、溶融トナーが伝導体から容易に引き離される。

従来技術による電子写真印刷の配置の概要である。 従来技術による２色の電子写真印刷プロセスの配置の概要である。

符号の説明

１ ローラー
２ ローラー
３ エラストマーライニング
４ 接触領域
５ａ 光伝導体
５ｂ 光伝導体
６ａ バックアップロール
６ｂ バックアップロール
７ 紙
８ 矢印

Claims (7)

1. 複数色を有する画像を基材上に形成する際に変形すべりを低減または防止するための方法であって、
   異なる画像キャリア上に異なる色のトナー画像を生成する工程、および、
   異なる位置において、中間キャリアを用いることなく、異なる画像キャリアから各トナー画像を連続して前記基材上に転写する工程、
   を含み、
   各画像キャリアはロール状であり、かつキャビティを有する少なくとも１層のエラストマー層を含み、ただし、前記キャビティのエラストマーに対する比を変形すべりを低減または防止するように選択し、前記転写する工程において、前記異なる位置のそれぞれにおいて、進行中の前記基材を画像キャリアと対向して配置されたバックアップロールによって画像キャリアに対して押し付けることにより、前記基材上に各トナー画像を転写する、前記方法。
2. 前記画像の生成は電子写真印刷法によって行われ、かつ、
   前記画像キャリアは光伝導体である、請求項１に記載の方法。
3. 前記画像の生成はエレクトログラフィー法によって行われ、かつ、
   前記画像キャリアは絶縁層を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記画像の生成はマグネトグラフィー法によって行われ、かつ、
   前記画像キャリアは磁性層を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記キャビティを有するエラストマー層は、発泡ポリマーから形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記エラストマー層は、ソリッドドラム、硬質スリーブ、可撓性スリーブ、および可撓性テープからなる群から選ばれるベース上に設けられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記画像キャリアはベースまたは基材を有さない、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。

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