JP4830776B2 - 湿式画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、トナーをキャリア液に分散した液体現像剤を用いて、像担持体上の静電潜像を現像する湿式画像形成装置に関する。

従来より、像担持体表面の静電潜像を、トナー粒子を絶縁性キャリア液に分散させた液体現像剤で現像し、現像により形成されたトナー像を転写材に転写して最終画像を得る画像形成装置が知られている。また、前記液体現像剤による現像により形成されたトナー像を中間転写体に一次転写し、中間転写体の表面に複数のトナー像を重ね合わせ、その後重ね合わせたトナー像を転写材に一括転写して最終画像を得る画像形成装置も知られている。

かかる液体現像装置を用いた湿式画像形成装置は、乾式画像形成装置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。湿式画像形成装置の主な利点は、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できるため高画質を実現でき印刷並みの質感を得られること、比較的低温でトナーを転写材に定着できるため省エネルギーを実現できること、などである。特に、近年は画像形成装置の高速化に伴って、高粘度のキャリア液に、トナー粒子を高濃度に分散させた液体現像剤が使用される傾向にある。

ところで、高濃度にトナー粒子を分散した液体現像剤を担持した現像剤担持体で、静電潜像を形成した像担持体表面を現像する前に、現像剤担持体上のトナー粒子にコロナチャージャ等で電荷を付与する方法が、特許文献１、特許文献２に提案されている。これらの方法は、コロナチャージャ等でトナー粒子に電荷を付与することにより、トナー粒子同士及びトナー粒子と現像剤担持体との間に強い凝集力を働かせ、現像剤担持体上の液体現像剤層をトナー層と、トナー濃度の低い液体層に分離させている。このように分離することでトナー層を平坦化した後、現像領域で像担持体上の静電潜像を現像し、濃度ムラやカブリの無い均一な画像を形成しようとするものである。また、トナーの荷電量を大きくすることで現像部におけるトナーの移動性を良くし、濃度の向上も図っている。

特許文献１においては、環境の変化に対応して、チャージャの出力を変更し、転写紙上の画像濃度が最も高くなるように設定するものである。

また、特許文献２においては、転写紙の種類やユーザーの好みに応じた画像濃度を得るために、現像剤担持体上の液体現像剤量を変更しても、その液体現像剤量に応じてチャージャの出力を変更し、トナー粒子を適切な凝集状態に保つようにしている。トナー粒子の凝集状態を適正にすることで、良好な画像を得ようとするものである。
特開２０００−２１４６８８号公報 特開２００５−２３４４３０号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２における方法を実施したが、画像の均一性に問題があることが分かった。特に、全体的な画像濃度は適切であっても、画像上に縦スジ状のノイズが発生するという問題がしばしば認められた。

従って、本発明が解決しようとする技術課題は、縦スジ状のノイズの無い、均一な画像の得られる湿式画像形成装置を提供することである。

本発明は、以下の構成により上記課題を達成することができる。

１．
表面に静電潜像を形成する像担持体と、
トナーをキャリア液に分散した液体現像剤を表面に担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像バイアスを印加する電圧印加手段と、
を有し、前記現像剤担持体に担持される前記液体現像剤で前記像担持体上に形成される静電潜像を現像し、顕像化する湿式画像形成装置において、
前記電圧印加手段による前記現像バイアスは、３００〜７００Ｖであり、
前記現像剤担持体上の前記液体現像剤のトナーの荷電量が２００〜９５０μＣ／ｇで、現像後の前記像担持体の画像部の表面電位と前記現像バイアスの電位との差が１６０〜５５０Ｖであることを特徴とする湿式画像形成装置。

２．
前記像担持体上の画像部の現像後の表面電位を測定する測定手段を有することを特徴とする１に記載の湿式画像形成装置。

３．
前記現像剤担持体上の前記液体現像剤に電荷を付与する電荷付与手段を有し、該電荷付与手段により電荷を付与された前記液体現像剤で前記像担持体上に形成された静電潜像を現像することを特徴とする１に記載の湿式画像形成装置。

４．
前記測定手段により測定した表面電位により前記現像バイアスを制御する現像バイアス制御手段を有することを特徴とする２に記載の湿式画像形成装置。

５．
前記像担持体上の画像部の現像後の表面電位を測定する測定手段を有し、前記測定手段により測定した表面電位により前記電荷付与手段の出力値を制御する電荷量制御手段を有することを特徴とする３に記載の湿式画像形成装置。

６．
前記電荷付与手段はコロナチャージャであることを特徴とする３又は５に記載の湿式画像形成装置。

本発明によれば、現像剤担持体上の液体現像剤のトナーの荷電量が２００〜９５０μＣ／ｇで、現像後の像担持体の画像部の表面電位と現像剤担持体に印加した現像バイアスの電位との差が１６０〜５５０Ｖである構成としたので、縦スジ状のノイズの無い、均一な画像の得られる湿式画像形成装置を提供することができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態である湿式画像形成装置の概略構成を示す図である。像担持体としての感光体５の周囲には、矢印で示す回転方向の順に、帯電装置１１、露光装置１２、液体現像装置１００、感光体クリーニング装置８、除電ランプ１０がそれぞれ配置されている。また、感光体５の表面を液体現像装置１００で現像した後の表面電位を測定する測定手段１３が配置されている。

液体現像装置１００により現像され、感光体５上に形成されたトナー像は、転写ローラ９により転写紙７に転写される。その後、転写紙７上のトナー像は、定着装置９０で定着されて画像を形成する。

液体現像装置１００は、絶縁性のキャリア液にトナー粒子を分散させた液体現像剤２を貯蔵した現像槽１と、現像槽１から液体現像剤２を汲み上げ、金属製の規制ブレード３により、一定膜厚の液体現像剤層を表面に形成する現像剤担持体である現像ローラ４と、現像後の現像ローラ４上の液体現像剤を掻き取るクリーニングブレード６とを有している。

現像ローラ４は、感光体５と接触現像するため、表面が弾性体で構成されている。

また、現像ローラ４には、測定装置１３により測定した現像後の感光体５上の表面電位に応じた現像バイアスを出力するための電圧印加手段１４及び現像バイアス制御手段１５を備えている。

次に、図１の画像形成装置の動作について説明する。

感光体５は矢印ａ方向に回転している。まず、帯電装置１１により感光体５の表面を一様に所定電位に帯電する。その後、露光装置１２により画像露光を行い、感光体５の表面に潜像を形成する。この感光体５の潜像を液体現像装置１００の現像ローラ４で現像する。現像ローラ４は、図中ｂ方向に回転し、現像ローラ４の周速度と感光体５の周速度とは同速度である。この時、現像ローラ４には、所定の現像バイアスが電圧印加手段１４により印加されている。また、この現像装置１００に用いられる液体現像剤２は、絶縁性キャリア液にトナー粒子を分散させたものであって、さらに荷電制御剤、分散剤等の機能付与剤を含有しても良い。現像後、現像ローラ４上の液体現像剤は現像ローラクリーニングブレード６でクリーニングされる。

液体現像剤２の濃度、粘度は特に限定されるものではないが、トナー粒子等の固形成分を１０〜５０質量％の割合で分散させ、２５℃における粘度が１ｍＰａ・ｓ〜１００００ｍＰａ・ｓの範囲にある高濃度で高粘度の液体現像剤を使用する場合に特に適している。トナー粒子は予め正極性に帯電している。

現像ローラ４の表面への液体現像剤の塗布膜を形成する動作について説明する。

まず、現像槽１に貯留されている液体現像剤２を現像ローラ４で、汲み上げる。汲み上げられた現像ローラ４の表面上の液体現像剤は、規制ブレード３により一定の膜厚に規制され、薄層が形成される。この現像ローラ４上の薄層により、感光体５の表面の潜像を現像する。

感光体５がさらに回転すると、液体現像剤２により現像された感光体５上のトナー像は、転写紙７の裏側にある転写ローラ９によって感光体５と転写紙７との間に線圧が加えられながら、転写ローラ９には図示しない電源によって負極性の電圧が印加される。この印加電圧により、転写紙７の感光体５と向き合う表面も負極性の電位となり、転写紙７の表面電位と感光体５との間の電位差により、トナー像は転写紙７の表面に引きつけられる。この状態で転写紙７が矢印方向に搬送され、定着装置９０により定着処理がなされ、画像出力が完了する。

トナー像を転写紙７に転写した後の感光体５の表面は、感光体クリーニング装置８によりクリーニングされ、その後、除電ランプ１０により感光体５の表面の電荷を除電する。

ところで本実施形態においては、感光体５の静電潜像を現像する現像ローラ４上の液体現像剤のトナーの荷電量が２００〜９５０μＣ／ｇで、現像後の感光体５の画像部（黒ベタ画像部）の表面電位と現像ローラ４に印加された現像バイアスの電位との差が１６０〜５５０Ｖである。

現像ローラ４上の液体現像剤のトナーの荷電量が２００〜９５０μＣ／ｇで、現像後の感光体５の画像部（黒ベタ画像部）の表面電位と現像ローラ４に印加された現像バイアスの電位との差が１６０〜５５０Ｖとなるように制御することにより、縦スジ状の画像ムラの発生が無く、均一な画像を形成することができる。

従来、高濃度な液体現像剤を用いた湿式画像形成装置において、画像ムラ対策として、現像ローラ上の液体現像剤にコロナチャージャを用いて正電荷を付与する方法が提案されていた（特許文献１、２参照。）。本発明者らが実施したところ、全体的な画像濃度及びカブリに対しては、改善効果は認められるが、縦スジ状の黒スジが画像ノイズとして発生しやすいという問題があった。この縦スジ状の画像ノイズの発生原因を検討した結果、以下に示すメカニズムで発生していると考えられた。

図２に示すように感光体５と現像ローラ４との接触部である現像部から、感光体５と現像ローラ４とが離れる離れ際で、液体現像剤が互いに引っ張られて、分離する際に、軸方向に不均一な状態で、ブリッジＢを形成する。ブリッジＢの起点Ｐから終点Ｓまでの距離Ｌは、軸方向で不均一になるため、感光体５が現像部を離れる時、液体現像剤中のトナーの分布に乱れが生じ、感光体５の軸方向に不均一になる。この軸方向に不均一なトナーの乱れが、縦スジ状の濃度ムラとして画像に現れるものと考えられる。

本発明人らは、この現像部直後の感光体５上のトナー像の乱れを無くすためには、感光体５上に現像されたトナー像を感光体５側に吸着させ、現像部下流側で生じるブリッジＢによる乱れを生じさせないようにすることが有効であることを見出した。

具体的には、現像に用いる現像ローラ４上のトナー荷電量を２００〜９５０μＣ／ｇとし、現像後の感光体５上のベタ画像部の表面電位と現像ローラ４の現像バイアスとの電位差を１６０〜５５０Ｖにすることである。

トナー荷電量が２００μＣ／ｇ未満の時は、感光体５上のトナーを感光体５と現像バイアスとの電位差で十分に感光体５側に吸着させることができず、現像部下流側でトナー乱れを生じて、縦スジ状の画像ノイズが発生する。また、トナー荷電量が９５０μＣ／ｇを越えると、画像濃度を維持するためのトナー量を感光体５上に現像したとき、現像したトナー層により感光体５上の表面電位が高くなり、やはり感光体５上のトナーを感光体５と現像バイアスとの電位差で十分に感光体５側に吸着させることができず、現像部下流側でトナー乱れを生じて、縦スジ状の画像ノイズが発生する。

また、現像後の感光体５上のベタ画像部の表面電位と現像ローラ４の現像バイアスとの電位差が１６０Ｖ未満だと、感光体５上の現像トナーの感光体５側への吸着力が小さくなり、縦スジ状の画像ノイズが発生する。電位差が５５０Ｖを越えると、感光体５と現像ローラ４との間で放電が発生しやすく、スポット状の放電ノイズが発生する。

本実施形態においては、図１に示すように現像後の画像部の表面電位を測定器１３で測定し、その測定結果と現像バイアスとの差を計算し、その計算結果に基づいて現像バイアス制御手段１５により現像バイアスを制御している。この時の現像ローラ４上の液体現像剤の荷電量は、予め２００〜９５０μＣ／ｇとなるように調整されている。

次に、本実施例における現像バイアス制御手段の動作について説明する。

湿式画像形成装置に電源が投入されると、湿式画像形成装置が予備回転を初め、そのとき黒ベタ画像のパッチを感光体５上に形成し、この黒ベタ画像を液体現像装置１００で現像する。この現像時の現像バイアスは、予め設定してある標準値を用いる。その後、感光体５上の黒ベタ画像の表面電位を測定装置１３で測定する。測定装置１３としては、表面電位を測定できるものであれば良く、トレック社製ＭＯＤＥＬ３６２Ａ等を用いることができる。測定結果が、上記電位差の範囲内にない場合には、その差を算出し、現像バイアス制御手段１５により電圧印加手段１４の出力を制御するようにしている。

この動作は、湿式画像形成装置に電源を投入する時に１回だけ行っても良いし、一定枚数毎に、前記調整動作を行い、制御するようにしてもよい。

図３に第２の実施形態についての湿式画像形成装置の概略構成を示す。第２の実施形態は、第１の実施形態に比べて、現像バイアス制御手段１５を持たず、その代わりに現像ローラ４上の液体現像剤に電荷を付与する電荷付与手段であるコロナチャージャ１６を配している。コロナチャージャ１６は、電源１７と電源制御手段１８を有している。第１の実施形態と同様に黒ベタ画像のパッチを感光体５上に形成し、その現像後の表面電位を測定装置１３で測定する。この測定結果をもとに、現像ローラ４上の規制ブレード３による規制後で、感光体５を現像する現像部上流側の液体現像剤に電荷を付与する。電荷の付与は、コロナチャージャ１６の電源１７を電源制御手段１８により電流制御し、コロナチャージャ１６からの放電電荷量を調整することで行う。このようにトナーの帯電量を制御することにより、現像後の感光体５の画像部の表面電位を制御することができ、所定の範囲に収めることができる。また、第２の実施形態を用いる場合には、第１の実施形態のようにトナーの荷電量が予め２００〜９５０μＣ／ｇとなるように調整したものでなく、電荷付与手段であるコロナチャージャ１６で所定の荷電量になるように調整しても良い。

また、図４に第３の実施形態を示す。第３の実施形態は、測定装置１３での測定結果を基に、第１の実施形態で用いた現像バイアス制御手段１５と第２の実施形態で用いた電荷付与手段であるコロナチャージャ１６を併用したものである。

以上のように第１〜第３の実施形態においては、現像ローラ４上の液体現像剤のトナーの荷電量が２００〜９５０μＣ／ｇで、現像後の感光体５の画像部の表面電位と現像バイアスの電位との差が１６０〜５５０Ｖとなるように制御する構成としている。このような構成をとることにより、縦スジ状のノイズの無い、均一な画像の得られる湿式画像形成装置を提供することができる。また、環境変動による感光体５の帯電電位の変動や現像ローラ４上の液体現像剤の荷電量の変化、長期間の使用による帯電装置１１の出力変動などが生じても良好な画像を安定して得ることができる。

液体現像液は、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液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、等の鉱物油等をあげることができる。

トナーとしては、一般に電子写真用現像液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、スチレンーアクリル樹脂、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。

現像液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、現像液を得ることができる。

本発明に係る液体現像装置に使用する液体現像剤の粘度としては、１ｍＰａ・ｓ〜１００００ｍＰａ・ｓのものが好ましく、トナー濃度としては、１０〜５０質量％が好ましい。なお、現像液の粘度は、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。

次に本発明の実施例について説明する。

図４に示す湿式画像形成装置を使用した。感光体５は直径２１０ｍｍのアルミドラムに有機感光体膜（ａ−Ｓｉ、膜厚３５μｍ）を形成したものであり、回転周速を４２０ｍｍ／ｓｅｃに設定した。帯電装置１１はスコロトロンチャージャーを用い、感光体５の表面電位が７５０Ｖになるようにした。露光装置１２は半導体レーザで画像部分を露光した時に感光体５の表面電位が３０Ｖとなるように設定した。

液体現像剤としては、キャリア液（松村石油製モレスコＰ１２０）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内のブラックトナーを粉砕し、平均粒径２μｍとしたものを添加した。トナー濃度を２５質量％とした。

また、液体現像装置１００の現像ローラ４の条件は以下のとおりである。

直径 ：４０ｍｍ
材質 ：ポリウレタンゴム＋カーボンブラック
体積抵抗率 ：１．０×１０⁶Ω・ｃｍ
ゴム硬度 ：４０°
回転周速 ：４２０ｍｍ／ｓｅｃ
規制ブレード３としては、ＳＵＳ０．３ｍｍのブレードを用いた。規制ブレード３により、現像ローラ４上に６ｍｇ／ｍ²の液体現像剤層を形成した。この時のトナー量は１．５ｇ／ｍ²であった。

感光体クリーニングブレードとしては、ウレタンゴム２ｍｍのものを用い、クリーニング動作時、感光体５の接線から２０度の角度でカウンタに接している。圧接力は０．３４１Ｎ／ｃｍである。

この条件で、コロナチャージャ１６の出力を変化させて、現像ローラ４上のトナーの荷電量を表１に示すように変えた。コロナチャージャ１６の電源としてトレック社製のＭＯＤＥＬ６１０Ｅを用い、定電流制御により現像ローラ４に流れ込む電流を制御してトナー帯電量を変化させた。

トナー荷電量の測定は、図４の画像形成装置を用いて、感光体５を帯電させずに、電流計（ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製、ＡＵＴＯ ＰＩＣＯＡＭＭＥＴＥＲ）を介して接地し、現像ローラ４と感光体５との間に現像バイアス７００Ｖを印加して、コロナチャージャ１６を出力し、一定面積の現像を行った。この時の感光体５に流れた電流量と感光体５上に現像されたトナー量から算出した。

感光体５上の黒ベタ画像を現像後の表面電位は、トレック社製ＭＯＤＥＬ３６２Ａを用いて測定した。

また、評価は、白黒比（Ｂ／Ｗ）が２０％のＡ４版のチャートを５枚連続プリント後、感光体５上の黒ベタ画像をＣＣＤカメラ（ソニー社製、ＸＣ００３）で濃度ムラを観察し縦スジの有無と放電ノイズを評価した。放電ノイズとは、感光体５の現像後の表面電位と現像バイアスとの電位差が大きくなり、感光体５と現像ローラ４との間で放電現象が起き、画像上白スポットが現れるノイズである。

トナーの荷電量、現像バイアス値、感光体５上の黒ベタ画像部の現像後の表面電位、感光体５上の黒ベタ画像部の現像後の表面電位と現像バイアスとの電位差、縦スジ状ムラの有無について、それぞれの設定条件と評価結果を表１に示す。

表１の結果から、トナーの荷電量が２００μＣ／ｇ未満の場合、現像バイアス値にかかわらず、縦スジ状のノイズが発生している。また、トナーの荷電量が２００μＣ／ｇ以上であっても、感光体５の現像後の画像部の表面電位と現像バイアス電位との電位差が１６０Ｖ未満であると、縦スジ状のノイズが発生している。これは、電位差が１６０〜５５０Ｖでトナー荷電量が２００μＣ／ｇ以上あれば、感光体５と現像ローラ４との離れ際での液体現像剤の乱れが感光体５上に付着したトナー層に影響しないことが分かる。また、トナーの荷電量が９５０μＣ／ｇを越えると、縦スジ状のノイズが発生している。

以上のように現像ローラ４上の液体現像剤のトナーの荷電量を２００〜９５０μＣ／ｇとし、現像後の感光体５上の画像部の表面電位と現像バイアスの電位との差が１６０〜５５０Ｖになるように制御することにより、常に縦スジ状のノイズの無い、均一な画像の得られる湿式画像形成装置を提供することができる。

本発明に係る第１の実施形態の湿式画像形成装置を示す概略構成図である。 現像部下流側における液体現像剤の乱れの発生を示す模式図である。 本発明に係る第２の実施形態の湿式画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明に係る第３の実施形態の湿式画像形成装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 現像槽
２ 液体現像剤
３ 規制ブレード
４ 現像ローラ
５ 感光体
６ クリーニングブレード
７ 転写紙
８ 感光体クリーニング装置
９ 転写ローラ
１０ 除電ランプ
１１ 帯電装置
１２ 露光装置
１３ 測定手段
１４ 電圧印加手段
１５ 現像バイアス制御手段
１６ コロナチャージャ
１７ 電源
１８ 電源制御手段
９０ 定着装置
１００ 液体現像装置

Claims (6)

1. 表面に静電潜像を形成する像担持体と、
   トナーをキャリア液に分散した液体現像剤を表面に担持する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に現像バイアスを印加する電圧印加手段と、
   を有し、前記現像剤担持体に担持される前記液体現像剤で前記像担持体上に形成される静電潜像を現像し、顕像化する湿式画像形成装置において、
   前記電圧印加手段による前記現像バイアスは、３００〜７００Ｖであり、
   前記現像剤担持体上の前記液体現像剤のトナーの荷電量が２００〜９５０μＣ／ｇで、現像後の前記像担持体の画像部の表面電位と前記現像バイアスの電位との差が１６０〜５５０Ｖであることを特徴とする湿式画像形成装置。
2. 前記像担持体上の画像部の現像後の表面電位を測定する測定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の湿式画像形成装置。
3. 前記現像剤担持体上の前記液体現像剤に電荷を付与する電荷付与手段を有し、該電荷付与手段により電荷を付与された前記液体現像剤で前記像担持体上に形成された静電潜像を現像することを特徴とする請求項１に記載の湿式画像形成装置。
4. 前記測定手段により測定した表面電位により前記現像バイアスを制御する現像バイアス制御手段を有することを特徴とする請求項２に記載の湿式画像形成装置。
5. 前記像担持体上の画像部の現像後の表面電位を測定する測定手段を有し、前記測定手段により測定した表面電位により前記電荷付与手段の出力値を制御する電荷量制御手段を有することを特徴とする請求項３に記載の湿式画像形成装置。
6. 前記電荷付与手段はコロナチャージャであることを特徴とする請求項３又は５に記載の湿式画像形成装置。

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