JP5858669B2 - 電気泳動式の印刷機器において被印刷物への液体現像剤の移送を最適化する方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動方式の印刷機器において被印刷物への液体現像剤の移送を最適化する方法に関する。

様々な材料、たとえば紙または薄いプラスチックフィルムまたは金属箔から成る被印刷物、たとえば枚葉シートまたは帯状の記録担体に印刷を行うために、静電荷像担持体（たとえば光導電体）上に、画像に従って静電荷像（電位像）を形成することが公知であり、静電荷像は、着色しようとする領域（画像部）と着色されない領域（非画像部）とから成る、印刷しようとする像に対応する。静電荷像の着色領域は、現像ステーションによって、トナー粒子を用いて潜像担持体上でトナー像として可視化される。次いで形成されたトナー像は、転写域において、被印刷物に転写され、そこで定着される。

静電荷像を着色するために、少なくとも帯電されたトナー粒子と液体キャリアとを含む液体現像剤を用いることができる。考えられる液体キャリアは、特に炭化水素またはシリコーンオイルである。

デジタル印刷システムにおいてこのような電気泳動方式の印刷を行う方法は、たとえば国際公開第２００５／０１３０１３号（米国特許第２００６／０１５０８３６号、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０５５１５６号）において公知である。印刷しようとする像の静電荷像を静電荷像担持体上に形成したあとで、静電荷像担持体に、現像ステーションによってトナー粒子が着色され、トナー像が形成される。その際、液体現像剤として、シリコーンオイルを含有する、着色粒子（トナー粒子）の拡散された液体キャリアが用いられる。静電荷像担持体への液体現像剤の供給は、現像ローラによって行われ、現像ローラに、液体現像剤が、着色ローラによって供給される。次いでトナー像は、液体キャリア内に形成され、転写ユニットによって、静電荷像担持体から受け取られて、転写域において被印刷物に転写される。

液体現像剤を用いるこのような印刷法では、たとえば転写ユニットに配置された転写ローラを介して被印刷物に液体キャリア内のトナー粒子を転移させるための電気泳動プロセスが用いられる。帯電された固体のトナー粒子は、移送媒体としての液体キャリアによって、被印刷物に転移し、その際、転移は、転写ローラと被印刷物との間の電界によって制御することができる。液体キャリアから成る層は、転写ローラと被印刷物との間の接触域（ニップ）の下流側で分解して希釈されるので、トナー粒子は、効果的に被印刷物に堆積される。その前提とするところによれば、トナー粒子帯電および電界の他に、十分な厚さを有する液体キャリア層の提供であり、液体キャリア層を通って、トナー粒子が転移可能である。

トナー像を転写する際の目的は、トナー粒子をできるだけ僅かな液体キャリアと共に被印刷物に取り付けることである。転写プロセスは、望ましくは様々な種類の被印刷物で実行される。被印刷物は、幾つかの特性において異なっていてよい。たとえば被印刷物として、表面に塗工剤が取り付けられているので平滑な表面を有する塗工紙が用いられる。塗工剤は、様々な形状およびサイズを有することができる顔料を含んでいる。顔料の形状およびサイズにより、毛管システムまたは多孔システム（以下において毛管という）は、毛管が使用要求に対応するように調節することができる。顔料のサイズ分布の選択によって、毛管のサイズ分布を広い範囲で変化させることができる。

転写域において被印刷物にトナー像を転写する際に問題が生じる。被印刷物へのトナー像の転写は、被印刷物表面、たとえば紙の粗さと被印刷物表面に存在する毛管とにより影響される。被印刷物に存在する毛管は、被印刷物の表面から被印刷物の中に液体キャリアを吸い込み、その結果、被印刷物上のトナー像の付着力が低下する。被印刷物にトナー像を転写するために、できるだけ全ての液体キャリアが被印刷物の表面に保持されると好適である。このために液体キャリアは、可能な限り被印刷物に存在する毛管に吸い込まれないようにする。表面に、電気泳動プロセスのための液体キャリアが要求される。

この問題を抑制する方法は、米国特許第５５５５１８５号に従った融着転写法である。そこでは液体キャリアが、被印刷物にトナー像を転写する際に、もはや移送媒体として利用されない。その代わりにトナー粒子は、転写ユニットにおいて高温を用いることによって軟化され、圧力により被印刷物に密着する。これにより大きな付着力を有する、被印刷物とトナー像との間の共通の大きな表面が形成される。この表面力により、液体キャリアが移送媒体として用いられなくても、トナー粒子は、転写ユニットにおいて転写ローラから被印刷物に移送される。

国際公開第２００５／０１３０１３号 米国特許第２００６／０１５０８３６号 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０５５１５６号 米国特許第５５５５１８５号

本発明により解決しようとする課題は、電気泳動方式のデジタル印刷機器において被印刷物に液体現像剤を移送する方法を改良して、被印刷物への液体キャリアの進入が最少に抑えられているものを提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、電気泳動方式の印刷機器において被印刷物への液体現像剤の移送を最適化する方法において、少なくとも液体キャリアとトナー粒子とを含有する液体現像剤を使用し、トナー粒子は、被印刷物の表面に存在する毛管の直径よりも大きなサイズを有し、移送前に液体現像剤に添加粒子を添加し、添加粒子のサイズを、被印刷物の表面に存在する毛管の直径よりも少なくとも一部で小さく選択する。

好適には、被印刷物に存在する毛管の最小直径が０．２μｍの場合、添加粒子のサイズ分布もしくは平均寸法が、０．２μｍより小さい。

好適には、添加粒子として、トナー粒子を使用する。

好適には、転写ユニットにおいて、０．１μｍ〜０．５μｍの範囲のサイズ分布に選択された添加粒子として透明の粒子を液体現像剤に添加する。

好適には、トナー像の定着に好適な影響を及ぼすように、添加粒子の特性を選択する。

好適には、転写ユニットに、転写ローラと、転写ローラに隣接して配置されたコンディショニングユニットとを設け、コンディショニングユニットは、添加粒子を転写ローラに取り付ける。

好適には、添加粒子を、液体キャリアと共に、容器内に配置し、容器内で、コンディショニングローラが運動して、液体キャリアと共に添加粒子を容器から汲み取り、添加粒子を転写ローラに供給する。

本発明による、電気泳動方式の印刷機器において液体現像剤を転写する方法によれば、被印刷物にトナー像を転写する際に、液体現像剤の組成は、液体キャリアが極めて僅かしか被印刷物に吸収されず、被印刷物へのトナー像の転写が十分な液体キャリア内で行われるように、調節される。このために液体現像剤に添加粒子が添加され、そのサイズ分布は、添加粒子のサイズが被印刷物の表面に存在する毛管のサイズよりも少なくとも一部で小さくなるように、選択される。添加粒子は、たとえば０．２μｍの最小毛管幅では、０．２μｍまでのサイズ分布を有している。

添加粒子として、たとえば０．２μまでｍの適切なサイズのトナー粒子を用いることができる。または、転写ユニットにおいて、液体現像剤に透明の添加粒子を添加することができ、そのサイズ分布は０．１μｍ〜０．５μｍである。

本発明による印刷機器は、以下の利点を有している：
−転写に使用されるローラ、たとえば転写ローラ、クリーニングローラの耐用期間の長期化と相俟って、室温での印刷紙へのトナー像の転写が改善され、
−転写効率が高められ、
−液体キャリアが被印刷物の表面に留まり、効率的に利用されるので、液体キャリアが節約され、
−トナー像の定着が容易になる。

次に、図示の本発明の実施の形態に基づいて、本発明を詳説する。

電気泳動方式の印刷機器の原理図である。 本発明を用いない場合の被印刷物上の転写状態を示す原理図である。 本発明を用いる場合の被印刷物上の転写状態を示す原理図である。 被印刷物と液体現像剤との間の境界域における毛管現象を示す原理図である。

図１には、たとえば国際公開第２００５／０１３０１３号（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０５５１５６号）において公知の印刷システムＤＳの構成要素を示す。援用することにより、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０５５１５６号の開示内容は、本願発明に含まれるものとする。回転する静電荷像担持体１（図１では光導電体ドラム）に沿って、再生露光器、帯電ステーション、キャラクタジェネレータ（図面にはこれらの構成要素は示していない、ドイツ連邦共和国特許第１０２００５０５５１５６号明細書を参照されたい）の他に、静電荷像担持体１上で静電荷像を現像するための現像ステーション２と、被印刷物４に現像された静電荷像を転写するための転写ユニット３とが配置されている。現像ステーション２は、回転する現像ローラ２０を備えており、現像ローラ２０は、静電荷像担持体１に接触して配置されている。現像ローラ２０によって、静電荷像担持体１上に配置された電荷像が現像され、トナー像が形成される。このために少なくとも液体キャリアと帯電されたトナー粒子とから成る液体現像剤が用いられ、液体現像剤は、着色ローラ２１によって現像ローラ２０に供給される。静電荷像を現像したあとで現像ローラ２０に留まる液体現像剤は、クリーニングローラ２２によって除去される。転写ユニット３は、公知のように、転写ローラ３０と圧ローラ３１とを備えており、転写ローラ３０と圧ローラ３１との間を通って被印刷物がガイドされる。さらにローラ３２０と容器（溜め）３２１とを備えたコンディショニングユニット３２が設けられており、転写ローラ３０上の液体現像剤が調整される。

現像ローラ２０から被印刷物４へ液体現像剤を移送する際に、液体キャリア内のトナー粒子は転写域５まで転移し、転写域５では、トナー像が、液体キャリア内で被印刷物４に転移する。

特に被印刷物４へのトナー像の転写が問題である。そこには被印刷物４にたとえば毛管現象による困難が存在する。図２〜図４において、この問題について説明する。

図２には、被印刷物４内の繊維から成る層６または塗工された被印刷物４では塗工剤から成る層６を原理図で示しており、塗工剤は、特に顔料７の成分を含有している（以下の説明は、塗工された被印刷物４、たとえば紙から出発しており、つまり、紙４には顔料７を含有する紙の塗工物から成る層６が取り付けられているが、本発明はこれに限定されるものではない）。塗工剤から成る層６の上に、液体現像剤から成る層８が配置されており、液体キャリアＴＦにトナー粒子９が入り込んでいる。トナー粒子９は、顔料７の間の毛管１０に対して大きな寸法を有している。顔料７にガスが存在する。トナー粒子９の間に、毛管１１が存在し、毛管１１に液体キャリアＴＦが配置されている。

被印刷物４への液体キャリアＴＦの浸透過程を、図４に基づいて説明する。図４には、液体現像剤から成る層８と被印刷物４の顔料層６との間の境界の一部を示す。顔料層６において異なる直径の２つの毛管１０．１、毛管１０．２を図示しており、追加的に、液体キャリアＴＦ内で２つのトナー粒子９．１とトナー粒子９．２との間に毛管１１を図示している。たとえば毛管１０．１は、毛管１０．２よりも小さな直径を有している。さらにトナー粒子９．１とトナー粒子９．２との間の中間室が毛管１１とみなされる。ガスＧと液体キャリアＴＦとの間の境界面ＧＦに圧力差Δｐが形成され、圧力差Δｐは、毛管におけるガスＧと液体キャリアＴＦとの間の境界面ＧＦの曲率半径ｒに関係している。圧力差Δｐに関して、式、
Δｐ＝２ｓ／ｒ （１）
が当てはまり、
ここでは、ｓ＝表面張力であり、ｒ＝ガスＧと液体キャリアＴＦとの間の境界面ＧＦにおける曲率半径である。

したがって図４に関して以下のことが当てはまる。：
毛管１０における境界面ＧＦ１の曲率半径ｒ１が小さいほど、被印刷物４の表面上のトナー粒子と液体キャリアとの混合物８から成る液体キャリアＴＦがより多く被印刷物４に進入し、したがって、その代わりに、ガスＧは、毛管１０から、被印刷物４の表面に向かって液体キャリアＴＦに逃がす必要がある。たとえば毛管１０．１は、比較的小さな直径を有しており、したがって式（１）に従って、液体キャリアＴＦが毛管１０．１に進入する。押し込まれたガスＧは、たとえば図４では、比較的大きな直径を有する毛管１０．２に進入し、液体キャリアＴＦを毛管１１に向かって押し出す。そこでは新たに、曲率半径ｒ２を有する液体とガスとの境界面ＧＦ２が形成される。ここでも関係式
Δｐ＝２ｓ／ｒ
が当てはまる。
毛管１１における曲率半径が被印刷物４の表面上の曲率半径と同じ場合には、平衡が生じる。

つまり、比較的小さな直径を有する毛管は、トナー粒子と液体キャリアとの混合物から成る液体キャリアを、比較的大きな直径を有する毛管よりも多量に被印刷物４に吸い取ることになる。

このような問題を回避するために、図３によれば、添加粒子１２または添加物が液体現像剤に供給され、その際、被印刷物４上の、液体現像剤から成る層８に存在する粒子９，１２の粒度分布としてのサイズ分布もしくは平均寸法が変化する。

添加粒子１２として、第１の実施の形態では、トナー粒子９を用いることができ、トナー粒子９のサイズ分布が変化する。つまり、液体現像剤の層８に存在するトナー粒子と添加粒子との間の毛管１１が、被印刷物４に存在する毛管１０よりも小さな直径を有する場合、圧力Δｐの平衡は、問題となる程度に液体キャリアＴＦが被印刷物４に進入するまえに、既に被印刷物４と液体現像剤との間の境界面ＧＦで形成される。トナー粒子９は、液体キャリアＴＦを被印刷物４の表面に保持することができる。このためにトナー粒子９のサイズ分布が、被印刷物４における顔料７の典型的なサイズ分布に適合される。被印刷物４において毛管１０の直径がたとえば０．２μｍであるとすると、トナー粒子９におけるサイズ分布は、０．２μｍを下回るものとなる。したがって被印刷物４の表面は、もはや問題となる程度に液体キャリアＴＦを液体現像剤から吸い取らない。この状態を図３に示す。ここではトナー粒子９と液体キャリアＴＦとを含有する液体現像剤から成る層８は、様々なサイズのトナー粒子９を備えており、トナー粒子９の一部は小さなサイズを有している。したがって液体現像剤の層８に存在する毛管１１は、図２に示す層８に存在する毛管よりも小さな直径を有している。

第２の実施の形態では、図１に示すように、転写ローラ３０に隣接してコンディショニングユニット３２が配置されており、液体現像剤に比較的小さなサイズの添加粒子１２が供給される。このためにコンディショニングローラ３２０は、容器３２１から、添加粒子１２を含有する液体キャリアを汲み上げる。添加粒子１２のサイズ分布は、トナー粒子９のサイズ分布を下回って形成されており、たとえば０．１μｍ〜０．５μｍである。添加粒子１２は、所望には透明に選択される。好適には、添加粒子１２は、トナー粒子９の定着特性に影響を及ぼさない。しかも添加粒子１２は、所望の定着特性を有し、たとえば比較的低いガラス転移温度を有するように選択することもできる。添加粒子１２として、たとえばワックスまたはパラフィンが挙げられる。

本発明は、転写ローラ３０に関して説明したが、本発明はこれに制限されるものではなく、転写ユニット３は、転写ベルトを有していてもよい。

ＤＳ 印刷機器、 ＴＦ 液体キャリア、 ＧＦ ガスと液体キャリアとの間の境界面、 Ｇ ガス、 ｒ 半径、 １ 静電荷像担持体、 ２ 現像ステーション、 ３ 転写ユニット、 ４ 被印刷物、 ５ 転写域、 ６ 顔料層、 ７ 顔料、 ８ 液体現像剤の層、 ９ トナー粒子、 １０ 顔料層における毛管、 １１ 液体現像剤の層における毛管、 １２ 添加粒子、 ２０ 現像ローラ、 ２１ 着色ローラ、 ２２ クリーニングローラ、 ３０ 転写ローラ、 ３１ 圧ローラ、 ３２ コンディショニングユニット、 ３２０ コンディショニングローラ、 ３２１ 容器

Claims (6)

1. 電気泳動方式の印刷機器において被印刷物への液体現像剤の移送を最適化する方法において、
   少なくとも液体キャリア（ＴＦ）とトナー粒子（９）とを含有する液体現像剤を使用し、該トナー粒子（９）は、被印刷物（４）の表面に存在する毛管（１０）の直径よりも大きな粒径を有し、
   液体現像剤を、静電荷像担持体（１）から、静電荷像担持体（１）と被印刷物（４）との間に配置された転写ユニット（３）を介して被印刷物（４）に移送し、
   被印刷物（４）の表面に存在する毛管（１０）の直径よりも少なくとも一部で小さく選択された粒径を有する添加粒子（１２）を、移送直前に転写ユニット（３）の領域において液体現像剤に添加して、トナー粒子（９）と液体キャリア（ＴＦ）とを含有する液体現像剤の層（８）に存在するトナー粒子（９）と添加粒子（１２）との間の毛管（１１）が、被印刷物（４）の表面に存在する毛管（１０）よりも小さな直径を有するようにすることを特徴とする、電気泳動方式の印刷機器において被印刷物への液体現像剤の移送を最適化する方法。
2. 被印刷物（４）に存在する毛管（１０）の最小直径が０．２μｍであり、添加粒子（１２）の粒径が、０．２μｍより小さい、請求項１記載の方法。
3. 添加粒子（１２）として、トナー粒子を使用する、請求項２記載の方法。
4. 転写ユニット（２）において、０．１μｍ〜０．５μｍの範囲の粒径となるように選択された添加粒子（１２）として透明の粒子を液体現像剤に添加する、請求項２記載の方法。
5. 転写ユニット（３）に、転写ローラ（３０）と、該転写ローラ（３０）に隣接して配置されたコンディショニングユニット（３２）とを設け、該コンディショニングユニット（３２）は、添加粒子（１２）を転写ローラ（３０）に供給する、請求項３または４記載の方法。
6. 添加粒子（１２）を、液体キャリアと共に、容器（３２１）内に配置し、該容器（３２１）内で、コンディショニングローラ（３２０）が運動して、液体キャリアと共に添加粒子（１２）を容器（３２１）から汲み取り、添加粒子（１２）を転写ローラ（３０）に供給する、請求項５記載の方法。

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