JP4788359B2 - 液体現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は液体現像を用いた電子写真方式によりトナー画像を形成する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の液体現像装置及び画像形成装置に関するものである。

従来より、高速の画像出力機としては、主に印刷機が用いられている。しかし、印刷機は、版を作る必要があり、少ない部数を印刷するときは、コストが高くなる。そのため、少ない部数でかつ高速の画像出力を低価格できる方式として、電子写真方式が提案されている。電子写真方式には、乾式電子写真方式と湿式電子写真方式がある。中でも、画質の点で湿式電子写真方式が優れている。

湿式電子写真方式は、絶縁性液体であるキャリア液の中にトナーを分散した液体現像剤を用いた液体現像方式を採用している。

従来の液体現像方式は、キャリア液に低沸点のキャリア液にトナーを低濃度５質量％以下で分散したものを液体現像剤として用いてきた。この方式は、感光体に形成された潜像を現像する際に、液体現像剤を現像剤担持体上に薄層化して供給することになる。この薄層の膜厚は、１００μｍ±１０μｍ程度であれば良く、膜厚管理はそれほど厳しくないことが特徴である。一方、低沸点のキャリア液を用いるため、揮発したキャリア液の人体や環境へ影響が以前より問題視されてきた。

そこで、人体への影響の少ない高沸点のキャリア液にトナーを高濃度（５〜５０質量％）で分散する方式が提案されている。しかしながら、高沸点、高濃度の液体現像剤を用いた場合、液体現像剤中のトナーの移動速度が低下し、現像速度が従来のものに比べ遅くなるという問題がある。そのため、像担持体である感光体と現像剤担持体との距離を短くし、液体現像剤中のトナーの移動距離を短くする方法が考えられている。この時の現像剤担持体上の液体現像剤の膜厚は５μｍ〜１５μｍとなり、厳しい膜厚管理が必要となる。そのため一旦、現像剤搬送ローラ上に液体現像剤を必要な量だけ担持し、その後、現像剤担持体上に供給することで安定した薄層を得ようとする方法がある。

このとき、現像剤担持体と現像剤搬送ローラとを同方向に接触回転させると、接触部から互いに離れようとする時に液体現像剤がそれぞれの部材の方向に引っ張られるため、現像剤担持体上に形成される液体現像剤薄層表面に微小な凹凸（リブ模様）が現れる。そこで、この凹凸模様を消滅させるために現像剤担持体と現像剤搬送ローラとをカウンタ回転させる方式が提案されてきた（特許文献１参照）。
特開２００３−１５６９３８号公報

しかしながら、上記特許文献１のような構成では、接触するローラをカウンタ方向に回転させるため、現像装置の駆動トルクが大きくなり、トルク変動による画像ノイズが発生し易く、高出力のモーターを用いなければならないため装置が大型化するという問題がある。また、現像剤担持体の表面が削れ、耐久性に劣るという問題もある。

本発明は係る問題を解決するためになされたものであり、現像剤担持体に液体現像剤の均一な薄層を形成するとともに、液体現像装置の駆動トルクを低減し、現像剤担持体表面の磨耗を低減した液体現像装置及びこの液体現像装置を用いた高画質な画像を形成する画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明者は鋭意研究を重ねたところ、以下に記載の手段より、前記課題を解決することができた。

１． トナーとキャリア液からなる液体現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体と非接触で対向配置され、前記対向配置された対向部における前記現像剤担持体の表面移動方向と逆方向に表面が移動し、前記現像剤担持体に前記液体現像剤を供給する現像剤搬送ローラと、
を有する液体現像装置において、
前記対向部の前記現像剤搬送ローラの表面移動方向の下流側で、前記現像剤搬送ローラに接触し、前記現像剤搬送ローラ上の液体現像剤を堰き止める堰き止め部材を備えたことを特徴とする液体現像装置。

２． 前記液体現像剤が０．０１Ｐａ・Ｓ〜１０Ｐａ・Ｓ（２５℃）の粘度を有することを特徴とする１に記載の液体現像装置。

３． 前記液体現像剤に含まれる前記トナーの濃度が５質量％〜５０質量％であることを特徴とする１又は２に記載の液体現像装置。

４． 前記キャリア液が、少なくともシリコンオイル、パラフィンオイル、植物油のいずれかを含むことを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載の液体現像装置。

５． 前記現像剤搬送ローラの表面に担持される液体現像剤の量を規制する規制部材を有することを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の液体現像装置。

６． 前記現像剤担持体の表面の移動速度Ｖ１と前記現像剤搬送ローラの表面の移動速度Ｖ２との比θ（＝Ｖ２／Ｖ１）が１＜θ＜３の範囲であることを特徴とする１乃至５の何れか１項に記載の液体現像装置。

７． 静電潜像を表面に担持する像担持体と１乃至６の何れか１項に記載の液体現像装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、現像剤担持体と現像剤搬送ローラとを非接触で対向配置し、対向部において互いに逆方向に回転させ、対向部の現像剤搬送ローラ下流側に現像剤搬送ローラ上の液体現像剤を堰き止める堰き止め部材を設けることにより、堰き止められた液体現像剤を現像剤担持体に供給するとともに均一な薄層を形成することができる。また、現像剤担持体と現像剤搬送ローラを非接触にしているので液体現像装置の駆動トルクを高くすることがなく、装置を小型にすることができ、高画質な画像を形成することができる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態の概略構成を示す図である。像担持体１の周囲には、帯電装置２、露光装置３、液体現像装置４、中間転写ローラ５、像担持体クリーニング装置６がそれぞれ配設され、中間転写ローラ５の周囲には、中間転写ローラクリーニング装置５１、２次転写ローラ７が配設されている。像担持体１の材質としては、ＯＰＣやａ−Ｓｉ等を使用できる。また、帯電装置２としては、コロナ放電を用いたスコロトロン帯電器や接触帯電装置であるブラシ帯電器、ローラ帯電器等を用いることができる。また、露光装置としては、レーザー露光装置やＬＥＤ露光装置を用いることができる。

図１において像担持体１は図示しないモータ等の駆動手段により矢印方向に一定速度で回転駆動する。回転駆動とともに、像担持体１の表面は帯電装置２により所定の表面電位に一様に帯電され、その後、露光装置３により画像情報の露光を行い、像担持体１の表面に静電潜像を形成する。次いで、像担持体１上の静電潜像は、液体現像装置４によりトナー及びキャリア液を含む液体現像剤で現像され像担持体１の表面にトナー像が形成される。

次に像担持体１上のトナー像は、所定の電圧が印加された中間転写ローラ５に転写される。転写後、像担持体１上に付着している余分な液体現像剤は、像担持体クリーニング装置６により清掃され、次回の作像に備える。この時、清掃後に除電ランプにより像担持体上に残された電荷を除去するようにしても良い。次に、中間転写ローラ５に転写されたトナー像は、所定の電圧が印加された２次転写ローラ７により転写紙９に転写する。転写後、中間転写ローラ５に付着している余分な液体現像剤は、中間転写ローラクリーニング装置５１により除去される。転写紙９上に転写されたトナー像は、定着ローラ８で定着され、プリントが完成する。

液体現像装置４について詳しく説明する。液体現像装置４内には下方に現像槽４７を設け、その中に絶縁性のキャリア液中にトナー粒子を分散させた液体現像剤を貯蔵している。さらにその液体現像剤に接触するように現像剤搬送ローラ４２が設けられ、その回転により液体現像剤が汲み上げられる。汲み上げられた現像剤は、規制ブレード４４により一定の付着量に規制され、現像剤担持体４１との対向部に送られる。対向部に送られた液体現像剤は対向部下流側に設けられた堰き止め部材４３により堰き止められ、対向部に滞留させられる。対向部に滞留させられた液体現像剤は、現像剤担持体４１と接触し、現像剤担持体４１の回転方向に搬送される。搬送された液体現像剤は、像担持体１と現像剤担持体４１との対向部において、像担持体１上の潜像を現像し顕像化する。

現像回数を重ねるにしたがって、現像槽４７中のトナー濃度が低下してゆくので、現像液中のトナー濃度を絶えず検出し、所定の濃度以下に低下した場合はトナーを現像液に補給し、トナー濃度を常に所定の範囲内に維持することが行われる。

液体現像剤は、キャリア液である絶縁性液体と、静電潜像を現像するトナーと、前記トナーを分散させる分散剤とを主要成分としている。

キャリア液としては、一般に電子写真用現像剤に用いるものであれば、特に制限することなく使用することができるが、中でも不揮発性の液体が好ましい。不揮発性液体としては、例えば、シリコンオイル、ミネラルオイル、パラフィンオイル、鉱物油、植物油等をあげることができるが、特に安全性、毒性、臭気などの観点からシリコンオイル、パラフィンオイル、植物油の何れかを含むことが好ましい。

また、トナーとしては、一般に電子写真用現像剤に用いるものであれば、特に制限することなく使用することができる。トナー用結着樹脂としては、例えばポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂を複数、混合して用いても良い。また、トナーの着色に用いられる顔料及び染料も一般に市販されているものを用いることができる。例えば、顔料としては、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、シリカ、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、スカイブルー、ベンジジンイエロー、レーキレッドＤ等を用いることができる。染料としては、ソルベントレッド２７やアシッドブルー９等を用いることができる。

トナー粒径としては、体積平均粒径で０．５μｍ〜５μｍが好ましい。トナー濃度としては、５〜５０質量％が好ましいが、より好ましくは、１５〜３０質量％である。

現像剤の調製方法としては、一般に用いられる技法に基づいて調製することができる。例えば、結着剤樹脂と顔料とを所定の配合比で、加圧ニーダ、ロールミルなどを用いて溶融混練して均一に分散させ、得られた分散体を例えばジェットミルによって微粉砕する。得られた微粉末を例えば風力分級機などにより分級することで、所望の粒径の着色トナーを得ることができる。

続いて、得られたトナーをキャリア液としての絶縁性液体と所定の配合比で混合する。この混合物をボールミル等の分散手段により均一に分散させ、現像剤を得ることができる。この時、一般に用いられる分散剤を用いることができる。

作製した液体現像剤の粘度は、０．０１Ｐａ・Ｓ〜１０Ｐａ・Ｓ（２５℃）が好ましく、より好ましくは、０．０１Ｐａ・Ｓ〜１Ｐａ・Ｓ（２５℃）である。０．０１Ｐａ・ｓ〜１０Ｐａ・Ｓ（２５℃）の範囲の粘度の場合、現像剤搬送ローラ４２から現像剤担持体４１への液体現像剤の供給が十分に行われ、より安定した液体現像剤の薄層が形成できる。また、液体現像剤中のトナーの移動速度が遅くなることもなく、より高速で安定した画像の形成ができる。

なお、キャリア液及び液体現像剤の粘度は、ＴＡインスツルメント社製の粘度測定装置アレス（品番：ＦＲ−１００）で測定した値である（２５°Ｃ）。

現像槽４７中の液体現像剤を汲み上げる現像剤搬送ローラ４２としては、ゴムローラや金属ローラを使用することができ、汲み上げる現像剤量を規制するための規制ブレードや規制ローラを使用することが好ましい。

現像剤搬送ローラ４２としては、現像剤の汲み上げ量を調整する機能を兼ね備えていることが好ましい。具体的には、ローラ表面に微細な凹凸を設けた金属製のアニックスローラを用いるのが良い。この現像剤搬送ローラ４２の表面の微細な凹凸で現像槽４７中の液体現像剤を汲み上げ、規制ブレード４４で規制することにより、所定の量の液体現像剤を搬送する。

また、図２に示すように現像剤搬送ローラ４２を中間ローラとして用い、さらに現像槽４７から液体現像剤を汲み上げる汲み上げローラ４８を配置した構成でも良い。この場合、汲み上げローラ４８の表面には微細な凹凸が形成され、規制ブレード４４により一定量の液体現像剤を搬送する機能を有し、具体的には、上記のアニックスローラをもちいるの良い。現像剤搬送ローラ４２と汲み上げローラ４８は、対向部で接触し、対向部における互いの表面の移動方向は、同方向である。また、この場合には現像剤搬送ローラ４２にアニックスローラを用いる必要はなく、汲み上げローラ４８から液体現像剤を受容できるローラであれば良く、具体的には、ゴムローラ等を用いることができる。

現像剤搬送ローラ４２により搬送された液体現像剤を堰き止める堰き止め部材４３としては、液体現像剤を堰き止められるものであれば良く、材質はゴムや金属、樹脂を用い留ことができる。具体的には、ウレタンゴム、シリコンゴム、ＮＢＲゴム等やステンレス製ブレード等を用いることができる。また、堰き止める量は、一定量を堰き止めれば良く、堰き止め部材４３を通過する液体現像剤があっても良い。堰き止め部材４３の硬度は、現像剤搬送ローラ４２の硬度よりも低いものを用いれば、現像剤搬送ローラ４２の表面を傷つけることなく使用することができ、また、長期使用により堰き止め部材４３が傷付いた場合には、堰き止め部材４３の方を交換すれば良く、コストの面からも好ましい。堰き止め部材４３の配置は、現像剤搬送ローラ４２に接触し、現像剤担持体４１とわずかにギャップを有し、堰き止められた液体現像剤が現像剤担持体４１に供給しやすい配置とすることが好ましい。

現像剤担持体４１と現像剤搬送ローラ４２とは、非接触で堰き止め部材４３で堰き止められた液体現像剤を現像剤担持体４１の回転により搬送できる間隔であれば良いが、５μｍ〜１００μｍの範囲が好ましい。この範囲にすることで、ギャップ精度の管理を行いやすく、かつ液体現像剤の搬送量のバラツキを抑えることができる。また、非接触とすることにより、現像剤担持体４１は、その表面の摩耗が極端に少なくなり、長寿命となるとともに、駆動トルクも小さくなるという効果がある。

現像剤担持体４１の構成としては、現像剤搬送ローラ４２から液体現像剤を受容し、像担持体１との間で電界を形成できるものであれば、何ら制限を加えるものではないが、金属ローラの表面に導電性ゴムを被覆した構成を取ることができる。金属ローラの材質としては、導電性の金属材料であればよく、ＳＵＳやアルミニウムなどを用いることができる。導電性ゴム材料としては、液体現像剤による膨潤をしない、１×１０⁵〜１×１０¹⁰Ω・ｃｍの導電性を有するものであれば良い。具体的には、シリコンゴムやウレタンゴム、ＮＢＲ等を用いることができ、また、導電性付与のためには、導電性カーボンや金属フィラーをゴム材料に混入させることで付与できるが、これらの材料に限定されるものではない。導電性ゴムの厚みは、０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であれば良い。また、図３に示すように現像剤担持体４１は、ベルト状のものでも良い。現像剤担持体４１をベルト状にすることで、像担持体１との現像ニップ幅が長くなり、像担持体１と現像剤担持体４１で形成される現像電界による液体現像剤中のトナーの移動できる時間が長くなるので、より高速現像が可能となり好ましい。ベルト状の現像剤担持体４１の場合には、導電性のＮＢＲベルト、ポリウレタンベルト、ポリイミドベルト、ＥＴＦＥ（エチレンーテトラフルオロエチレン共重合体）ベルト、ポリカーボネートベルト等を用いることができる。また、原オズ材担持体４１の表面には、表面エネルギーや表面粗さを調整するための表面コート層を設けることができる。

現像剤担持体４１と現像剤搬送ローラ４２との回転方向は、互いに対向する位置における表面の移動方向が逆方向であり、且つ現像剤担持体４１の周速よりも現像剤搬送ローラ４２の周速の方が早いことが好ましく、この時の周速比が１＜θ＜３の範囲であればより好ましい。現像剤担持体４１と現像剤搬送ローラ４２との対向部における表面の移動方向が互いに逆方向で、且つ現像剤担持体４１の周速よりも現像剤搬送ローラ４２の周速の方が早いと、現像剤担持体４１上に形成される液体現像剤の薄層がさらに均一となり、スジムラ等の発生のない均一な画像が得られる。

現像剤担持体４１の表面には、現像剤担持体クリーニングブレード４５が配置されている。像担持体１上の静電潜像を現像した後の現像剤担持体４１上の残存現像剤は、現像剤担持体クリーニングブレード４５により除去される。

現像剤担持体クリーニングブレード４５には、金属ブレードやゴムブレードを用いることができる。ゴムブレードでは、ウレタンゴムやシリコンゴム、ＮＢＲ等の材料を用いることができるが、現像剤担持体４１上の残存現像剤をクリーニングできるものであれば、これらに限定するものではない。

次に本発明の実施例及び比較例について説明する。
（実施例、比較例１）
図４に示す構成を備えた画像形成装置を使用し、現像装置は図２に示すものを用いた。像担持体１は直径１００ｍｍのアルミドラムに有機感光体膜（膜厚３５μｍ）を形成したものであり、回転周速を２００ｍｍ／ｓｅｃと４００ｍｍ／ｓｅｃに設定した。帯電装置２０５はスコロトロンチャージャーを用い、像担持体１の表面電位が−６００Ｖになるようにした。露光装置３は半導体レーザで画像部分を露光した時に像担持体１の表面電位が−５０Ｖとなるように設定した。

液体現像剤としては、キャリア液（流動パラフィン：モレスコホワイトＰ−１２０（松村石油化学研究所製））にコニカミノルタビジネステクノロジーズ（株）のカラー複写機Ｃ３５０用のブラックトナーを粉砕し、平均粒径３μｍとしたものを添加した。分散剤（アビシア社製ソルスパース１３９４０）をトナー量に対して２質量％添加した。また、液体現像剤におけるトナー濃度は、２５質量％とした。なお、得られた液体現像剤のトナーの帯電量は−２００μＣ／ｇであった。

また、湿式現像装置４の設定条件は、以下のとおりである。

現像剤担持体４１は、
外形 ：５０ｍｍ（芯金：アルミローラ、直径３４ｍｍ）
材質 ：ウレタンゴム＋カーボンブラック
表面導電率 ：１．０×１０⁵Ω・ｃｍ
表面硬度 ：３０°（ＪＩＳ−Ａ）
回転周速 ：２００〜４００ｍｍ／ｓｅｃ
バイアス電圧：−４００Ｖ
画像形成時は、像担持体１と現像剤担持体４１との軸間距離（各回転軸の中心の間の距離）は７４．８ｍｍとした。

現像剤搬送ローラ４２は、
外形 ：５０ｍｍ（芯金：アルミローラ、直径３４ｍｍ）
材質 ：ウレタンゴム＋カーボンブラック
表面導電率 ：１．０×１０⁵Ω・ｃｍ
表面硬度 ：５０°（ＪＩＳ−Ａ）
回転周速 ：１８０〜１２００ｍｍ／ｓｅｃ
バイアス電圧：−４００Ｖ
現像剤担持体４１と現像剤搬送ローラ４２との軸間距離は、５０．０１ｍｍとした。

現像剤担持体４１のクリーニングブレード１３としては、シリコンゴム３ｍｍのものを用いた。

汲み上げローラ４８は、ＳＵＳ製のアニックスローラを用い、現像剤搬送ローラ４１から現像剤担持体４１に供給する液体現像剤の量が１０ｍｇ／ｃｍ²になるようにアニックスローラの表面形状を調整した。

外形 ：５０ｍｍ
回転周速 ：１８０〜１２００ｍｍ／ｓｅｃ
バイアス電圧：−４００Ｖ
供給部材１０と汲み上げ部材１１の軸間距離は、４９．８ｍｍとした。

汲み上げ部材１１の規制ブレード４４としては、シリコンゴム３ｍｍのものを用いた。

以上の構成において、現像剤担持体４１、現像剤搬送ローラ４２、汲み上げローラ４８の周速を表１の様に設定した。各ローラの回転方向は、図中の矢印方向とし、実施例１〜１０の条件で画像出力を行い、評価した。

また、比較例１として、図５の構成の画像形成装置を用い、現像剤担持体と現像剤搬送ローラとの回転方向を変え、また、堰き止め部材４３を設けない他は、実施例３と同一構成、同一条件として画像出力を行い、評価した。

画像出力は、白黒比（Ｂ／Ｗ）が５％のＡ４版のチャートを１００枚連続プリントした。画像の評価は、１００枚連続プリント後に網点ハーフ画像を出力し、画像上の筋状ノイズを目視観察により評価した。画像上に筋状ノイズの認められないものを◎、わずかに認められるが問題とならないものを○、認められるが問題とならないものを△、認められ問題となるものを×とした。この筋状ノイズは、現像剤担持体４１上の現像剤薄層の層厚ムラにより発生することは、テスト終了後、現像剤担持体４１の表面の現像剤層の層厚ムラを目視観察することで対応していることを確認している。

以上の評価結果を表１に示す。

表１の結果から、現像剤担持体と現像剤搬送ローラとを非接触で対向配置し、対向部において互いにその表面の移動方向が逆方向に逆になるように回転させ、対向部の現像剤搬送ローラ下流側に現像剤搬送ローラ上の液体現像剤を堰き止める堰き止め部材を設け、堰き止められた液体現像剤を現像剤担持体に供給するようにすることで、均一な薄層を形成することができ、現像剤担持体の表面の摩耗が少なく、駆動トルクが小さい、画像ノイズのない高品位な画像を形成することができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る液体現像装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る液体現像装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 画像形成装置の従来例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 像担持体
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 液体現像装置
４１ 現像剤担持体
４２ 現像剤搬送ローラ
４３ 堰き止め部材
４４ 規制ブレード
４５ 現像剤担持体クリーニングブレード
４６ 液体現像剤
４７ 現像槽
４８ 汲み上げローラ
５ 中間転写ローラ
５１ 中間転写ローラクリーニング装置
６ 像担持体クリーニング装置
７ ２次転写ローラ
８ 定着ローラ
９ 転写紙
１０ 供給部材
１１ 汲み上げ部材
１２ 規制ブレード
１３ クリーニングブレード
２０ 転写紙
２１ 画像パターン
３０ 定着装置

Claims (7)

1. トナーとキャリア液からなる液体現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体と非接触で対向配置され、前記対向配置された対向部における前記現像剤担持体の表面移動方向と逆方向に表面が移動し、前記現像剤担持体に前記液体現像剤を供給する現像剤搬送ローラと、
   を有する液体現像装置において、
   前記対向部の前記現像剤搬送ローラの表面移動方向の下流側で、前記現像剤搬送ローラに接触し、前記現像剤搬送ローラ上の液体現像剤を堰き止める堰き止め部材を備えたことを特徴とする液体現像装置。
2. 前記液体現像剤が０．０１Ｐａ・Ｓ〜１０Ｐａ・Ｓ（２５℃）の粘度を有することを特徴とする請求項１に記載の液体現像装置。
3. 前記液体現像剤に含まれる前記トナーの濃度が５質量％〜５０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体現像装置。
4. 前記キャリア液が、少なくともシリコンオイル、パラフィンオイル、植物油のいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の液体現像装置。
5. 前記現像剤搬送ローラの表面に担持される液体現像剤の量を規制する規制部材を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の液体現像装置。
6. 前記現像剤担持体の表面の移動速度Ｖ１と前記現像剤搬送ローラの表面の移動速度Ｖ２との比θ（＝Ｖ２／Ｖ１）が１＜θ＜３の範囲であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の液体現像装置。
7. 静電潜像を表面に担持する像担持体と請求項１乃至６の何れか１項に記載の液体現像装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images