WO2018182049A1 - 現像装置、クリーニング装置及び液体現像剤装置 - Google Patents

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WO2018182049A1
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liquid developer
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liquid
developing
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良太 藤岡
哲平 永田
威裕 小島
翔太 鷹見
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キヤノン株式会社
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    • G03G21/0011Arrangements not provided for by groups G03G13/00 - G03G19/00, e.g. cleaning, elimination of residual charge for removing solid developer or debris from the electrographic recording medium using a blade; Details of cleaning blades, e.g. blade shape, layer forming
    • G03G21/0029Details relating to the blade support

Definitions

  • the present invention relates to a developing device used in an image forming apparatus.
  • a so-called liquid development system using a liquid developer in which toner particles are dispersed in a carrier liquid
  • a development apparatus used in an image forming apparatus such as an electrophotographic system.
  • a liquid developing type developing device a liquid developer is carried on a developer carrying member such as a developing roller and rotated, and toner particles are collected at a nip formed between the image carrying member carrying an electrostatic latent image.
  • the electrostatic latent image is developed into a toner image by electrophoresis.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-22246 discloses a liquid developing type developing device, a cleaning blade for cleaning a member to be cleaned such as a developing roller, and a heat source such as a halogen lamp for heating the member to be cleaned in a region outside the cleaning blade.
  • a heat source such as a halogen lamp for heating the member to be cleaned in a region outside the cleaning blade.
  • the structure provided with is described. In this configuration, the carrier liquid that has passed through the region outside the cleaning blade is heated and evaporated to prevent the carrier liquid from flowing around the end of the member to be cleaned and causing liquid leakage or the like.
  • an object of the present invention is to provide a developing device that can reduce the wraparound of the developer to the end portion with a simple configuration.
  • a rotatable developer carrier that carries a liquid developer for developing an electrostatic latent image carried on an image carrier, and a rotation axis direction of the developer carrier.
  • a developing device having an end regulating member provided in contact with the developer carrying body at an end of the developer carrying body and regulating movement of the liquid developer in the rotation axis direction; There is provided a developing device in which a contact angle between the side surface of the end portion regulating member on which the developer carrying member carries the liquid developer and the liquid developer is 45 ° or more.
  • the developing device according to the present invention can reduce the wraparound of the developer to the end portion with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an image forming apparatus according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the image forming station.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration near the end in the longitudinal direction of the developing roller.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the positional relationship between the end seal and other members.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an end seal and a developing roller.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the liquid bridge formed between the end seal and the developing roller.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the definition of the contact angle.
  • FIG. 8 is a view showing a preferable range of the contact angle between the developer, the end seal, and the developing roller.
  • FIG. 9 is a diagram showing a more preferable range of the contact angle between the developer, the end seal, and the developing roller.
  • FIG. 10 is a diagram showing a more preferable range of the contact angle between the developer, the end seal, and the developing roller.
  • FIG. 11 is a view of the cleaning blade as viewed from directly above.
  • the image forming apparatus 100 includes a so-called intermediate transfer tandem system in which four image forming stations Pa, Pb, Pc, Pd and an intermediate transfer belt 11 are provided inside the apparatus main body.
  • An image forming engine 10 is provided.
  • the image forming apparatus 100 forms and outputs an image on the recording material P based on image information read from a document or image information input from an external device.
  • the recording material P includes, in addition to plain paper, special paper such as coated paper, special paper such as envelopes and index paper, plastic films for overhead projectors, cloth, and the like.
  • the image forming stations Pa to Pd which are electrophotographic image forming units, each include a photosensitive drum 1 as an image carrier, and yellow, magenta, cyan, and black toners are formed on the surface of the photosensitive drum 1 based on image information. Form an image. Since the configuration of each of the image forming stations Pa to Pd is substantially the same except for the color of the toner used for development, the unit configuration will be described below taking the yellow image forming station Pa as an example.
  • the image forming station Pa includes a photosensitive drum 1, a charging device 2, an exposure device 3, a developing device 4, a cleaning device 5, a developer supply and circulation device (not shown), and a primary transfer roller 6. ing.
  • the photosensitive drum 1 is a drum-shaped photosensitive member, and is driven to rotate in a predetermined direction (arrow R1) that rotates with the intermediate transfer belt 11.
  • the charging device 2 uniformly charges the surface of the photosensitive drum 1 by proximity discharge or corona discharge by applying a bias voltage from a high voltage substrate mounted on the image forming apparatus.
  • the exposure device 3 exposes the charged surface of the photosensitive drum 1 by irradiating light based on image information to form an electrostatic latent image on the drum surface.
  • the exposure device 3 includes a light source device and a polygon mirror. The laser light emitted from the light source device is scanned by rotating the polygon mirror, the light beam of the scanning light is deflected by a plurality of reflection mirrors, and a photosensitive drum is formed by an f ⁇ lens. The light is condensed on the bus 1 and exposed.
  • the developing device 4 includes a developing roller 41 as a developer carrier E, and develops an electrostatic latent image in a developing portion Gd formed between the developing roller 41 and the photosensitive drum 1.
  • the developing device 4 of the present embodiment is a so-called liquid developing method (wet developing method) that uses a liquid developer in which toner particles are dispersed in a carrier liquid, and the developing roller 41 carries a liquid developer on its outer peripheral surface. Rotate. When a bias voltage is applied to the developing roller 41, the developing device 4 supplies toner particles to the photosensitive drum 1 to visualize the electrostatic latent image as a toner image.
  • the detailed configuration of the developing device 4 will be described later.
  • the toner image carried on the surface of the photosensitive drum 1 is primarily transferred to the intermediate transfer belt 11 by a primary transfer roller 6 as a transfer device.
  • the primary transfer roller 6 rotates in the direction of rotation with the intermediate transfer belt 11 in contact with the inner peripheral surface of the intermediate transfer belt 11, and is applied with a bias voltage opposite to the charging polarity of the toner particles.
  • the toner particles are electrophoresed toward the intermediate transfer belt 11.
  • the toner images formed by the image forming stations Pa to Pd are multiple-transferred so as to overlap each other, so that a full-color toner image is formed on the surface of the intermediate transfer belt 11.
  • Deposits such as primary transfer residual toner remaining on the photosensitive drum 1 without being transferred to the intermediate transfer belt 11 are collected by the cleaning device 5.
  • the cleaning device 5 includes a cleaning blade that scrapes off deposits together with the carrier liquid from the photosensitive drum 1, and a pipe 52 for recovering the scraped liquid developer.
  • an intermediate transfer belt 11 as an intermediate transfer member is wound around four primary transfer rollers 6, a secondary transfer inner roller 12, a drive roller, a tension roller, and the like. It rotates in a predetermined direction (clockwise direction in the figure) along the transport direction.
  • a secondary transfer roller 13 facing the secondary transfer inner roller 12 is arranged as a secondary transfer device.
  • the toner image formed by the image forming stations Pa to Pd and transferred to the intermediate transfer belt 11 is secondarily transferred to the recording material P by the bias voltage applied to the secondary transfer roller 13.
  • the recording material P is stored in the feeding cassette 14 and is fed toward the secondary transfer roller 13 as the toner image is formed by the image forming stations Pa to Pd.
  • deposits such as secondary transfer residual toner remaining on the intermediate transfer belt 11 without being transferred to the recording material P are collected by the cleaning device 15.
  • the recording material P to which the toner image has been transferred is conveyed to the fixing unit 9, subjected to a predetermined fixing process such as a heat fixing method or a photocuring method by the fixing unit 9, and then discharged outside the apparatus.
  • the photosensitive drum 1 an amorphous silicon photosensitive layer is provided on a rigid base layer such as aluminum, and a protective layer made of a silicone resin or the like is preferably formed thereon.
  • the photosensitive drum 1 of the present embodiment is used in a negatively charged state.
  • the surface potential (dark portion potential) after being charged by the charging device 2 is ⁇ 600 [V], and after being exposed by the exposure device 3. Is set to ⁇ 200 [V].
  • the entire photosensitive drum 1 is configured to have an outer diameter of 100 mm, and a process speed (circumference of 500 mm / sec in the direction of the arrow R1 with a cylindrical center line as a rotation axis by a driving force supplied from a driving source such as a motor. Speed). In terms of productivity, 100 sheets of A4 paper can be passed per minute.
  • the aluminum cylinder that is the inner periphery of the photosensitive drum is grounded.
  • the bias voltage applied to the primary transfer roller 6 is +400 [V], and the outer diameter of the primary transfer roller 6 is 20 mm.
  • the primary transfer roller 6 has a structure in which an elastic body such as rubber is covered on the outer periphery of a stainless steel (SUS) shaft core, for example.
  • a part of the cleaning blade 51 is affixed to a sheet metal, and the sheet metal is fixed to the frame of the image forming station Pa by a rail-like member (not shown) and is pressed against the photosensitive drum 1.
  • the cleaning blade 51 has a constant size in the longitudinal direction (axial direction of the photosensitive drum 1), has a thickness of 2.0 mm, and a free length of 10 mm from the portion covered by the sheet metal portion to the tip.
  • the developing device 4 includes a developing roller 41, a developing container 40, a supply tray 47, an electrode member 42, a squeeze roller 43, a cleaning roller 44, and a cleaning blade 45.
  • a developer container 40 that stores a liquid developer (hereinafter referred to as “developer”) is connected to a supply pipe 48 that serves as an inflow path for the developer and a recovery pipe 49 that serves as an outflow path for the developer.
  • the supply pipe 48 and the collection pipe 49 are connected to a mixer (not shown) that temporarily stores the developer. In the mixer, the developer collected from the collection tube 49, the newly replenished toner and the carrier are stirred and mixed uniformly, and the developer adjusted to an appropriate concentration is developed through the supply tube 48.
  • the container 40 is replenished.
  • the developer discharged from the supply pipe 48 is stored in the supply tray 47 inside the developing container 40.
  • a supply tray 47 serving as a supply unit supplies developer to the outer peripheral surface of the developing roller 41 as the developing roller 41 rotates.
  • the toner particles are electrophoresed toward the developing roller 41 by a negative bias voltage applied to the electrode member 42. .
  • a toner-concentrated layer is formed in the vicinity of the outer peripheral surface of the developing roller 41.
  • the bias voltage applied to the developing roller 41 is set to ⁇ 400 [V]
  • the bias voltage applied to the electrode member 42 is set to ⁇ 1000 [V].
  • the gap between the developing roller 41 and the electrode is 500 ⁇ m
  • the outer diameter of the developing roller is 50 mm
  • the section where the developing roller 41 and the electrode member 42 face each other corresponds to a rotation angle of 70 ° with respect to the rotation axis of the developing roller 41.
  • the squeeze roller 43 is disposed downstream of the electrode member 42 and upstream of the developing unit Gd in the rotation direction of the developing roller 41, and regulates the amount of the developing solution reaching the developing unit Gd.
  • the squeeze roller 43 is rotationally driven in contact with the developing roller 41 with a constant contact pressure.
  • a bias voltage is also applied to the squeeze roller 43, and the toner particles are further pushed toward the developing roller 41 by an electric field generated at the nip portion between the squeeze roller 43 and the developing roller 41.
  • the toner in the developing solution is further pushed into the developing roller side, and has a high density and a uniform height on the surface of the developing roller 41.
  • a developer layer is formed.
  • the bias applied to the squeeze roller 43 is ⁇ 400 [V], and the outer diameter of the squeeze roller 43 is set to 15 mm.
  • the squeeze roller 43 is an example of a liquid amount regulating member.
  • a blade-like liquid amount regulating member may be used.
  • the toner particles are electrophoresed toward the photosensitive drum 1 by the bias voltage applied to the developing roller 41.
  • the mobility of the toner particles is determined according to the surface potential of the photosensitive drum 1, and the toner particles adhere to the region of the photosensitive drum 1 where the electrostatic latent image is formed.
  • the electrostatic latent image is visualized as a toner image.
  • the surface of the photosensitive drum 1 passes through the developing portion Gd and is separated from the developing roller 41, a part of the carrier liquid moves to the photosensitive drum 1 and the surface of the photosensitive drum 1 is covered with the carrier liquid. It becomes a broken state.
  • the developer that has not moved to the photosensitive drum 1 reaches the cleaning roller 44 positioned downstream of the developing portion Gd in the rotation direction of the developing roller 41.
  • the cleaning roller 44 rotates in a state of contacting the developing roller 41 with a constant contact pressure.
  • a bias voltage is also applied to the cleaning roller 44, and toner particles remaining on the surface of the developing roller 41 are peeled off from the developing roller 41 and are electrostatically attracted to the cleaning roller 44.
  • the developer that has moved to the cleaning roller 44 is further peeled off from the cleaning roller 44 by the cleaning blade 45 and falls to the bottom of the developing container 40, and is recovered to the mixer via the recovery tube 49.
  • a bias voltage is applied to the cleaning roller 44 such that the potential with respect to the developing roller 41 becomes +200 [V].
  • the cleaning blade 45 is configured to have the same potential as the cleaning roller 44.
  • the surface layer of the developing roller 41 is rubber such as urethane, and the surface roughness Rz is defined as 5 ⁇ m or less in the initial condition.
  • the electrode member 42, the squeeze roller 43, the cleaning roller 44, and the cleaning blade 45 are made of stainless steel (SUS).
  • the surface roughness Rz of the electrode member 42, the squeeze roller 43, and the cleaning roller 44 is defined to be 0.1 ⁇ m or less.
  • the toner particles are obtained by encapsulating colorant particles in a binder resin.
  • the binder resin include a polyester resin, an epoxy resin, and a styrene acrylic resin.
  • the colorant particles used for the toner particles general organic or inorganic pigments can be used.
  • the content of the colorant in the toner particles is preferably 5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the binder resin.
  • Carbon black is an example of a black pigment.
  • examples of the pigment exhibiting blue or cyan include the following: C.I. I. Pigment blue 2, 3, 15: 2, 15: 3, 15: 4, 16, 17; I. Bat Blue 6; C.I. I. Acid Blue 45, a copper phthalocyanine pigment in which 1 to 5 phthalimidomethyl groups are substituted on the phthalocyanine skeleton.
  • the toner particles preferably contain a pigment dispersant. It is also possible to use synergists according to various pigments as the dispersion aid.
  • the content of the pigment dispersant and the pigment dispersion aid is preferably 0.01 to 50% by mass in the toner particles.
  • Known pigment dispersants can be used. Examples of the dispersant include a hydroxyl group-containing carboxylic acid ester, a salt of a long chain polyaminoamide and a high molecular weight acid ester, a salt of a high molecular weight polycarboxylic acid, and a high molecular weight unsaturated.
  • Examples include acid esters, polymer copolymers, modified polyacrylates, aliphatic polycarboxylic acids, naphthalene sulfonic acid formalin condensates, polyoxyethylene alkyl phosphate esters, and pigment derivatives.
  • commercially available polymer dispersing agents such as Solsperse series of Lubrizol, etc. are mentioned.
  • the energy curable liquid used as the carrier liquid preferably contains a charge control agent that imparts a charge on the surface of the toner particles, a photopolymerization initiator that generates an acid upon irradiation with ultraviolet light, and a monomer that binds with the acid.
  • the monomer bonded by the acid is preferably a vinyl ether compound that is polymerized by a cationic polymerization reaction.
  • the energy curable liquid may further contain a sensitizer in addition to the photopolymerization initiator. Further, in order to suppress a decrease in storage stability due to photopolymerization, the energy curable liquid preferably contains 10 ppm to 5000 ppm of a cationic polymerization inhibitor on a mass basis. In addition, the energy curable liquid may contain a charge control auxiliary agent and other additives.
  • the monomer (cation polymerizable monomer / UV curing agent) contained in the energy curable liquid is composed of a monofunctional monomer having one vinyl ether group (a compound represented by the following chemical formula (Chemical Formula 1)) and two vinyl ether groups.
  • a bifunctional monomer compound represented by the following chemical formula (Chemical Formula 2) is mixed.
  • the photopolymerization initiator contained in the energy curable liquid is a compound having a general formula represented by the following chemical formula (Chemical Formula 3).
  • R1 and R2 are bonded to each other to form a ring structure.
  • x represents an integer of 1 to 8
  • y represents an integer of 3 to 17.
  • a 5-membered ring or a 6-membered ring can be exemplified.
  • Specific examples include a succinimide structure, a phthalimide structure, a norbornene dicarboximide structure, a naphthalene dicarboximide structure, a cyclohexane dicarboximide structure, and an epoxycyclohexene dicarboximide structure.
  • these ring structures are substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an alkyloxy group having 1 to 4 carbon atoms, an alkylthio group having 1 to 4 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, It may have 6 to 10 aryloxy groups, 6 to 10 arylthio groups and the like.
  • a linear alkyl group (RF1), a branched alkyl group (RF2), a cycloalkyl group (RF3), and an aryl group (RF4) in which a hydrogen atom is substituted with a fluorine atom are included.
  • RF1 linear alkyl group
  • RF2 branched alkyl group
  • RF3 cycloalkyl group
  • RF4 aryl group
  • the content of the photopolymerization initiator is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the cationic polymerizable monomer (preferably vinyl ether compound).
  • the compound represented by the following chemical formula (Chemical Formula 4) is contained in an amount of 0.3% by mass with respect to the total mass of the monomer (cation polymerizable monomer / ultraviolet curing agent).
  • the cationic polymerizable monomer is dodecyl vinyl ether, dipropylene glycol divinyl ether, dicyclopentadiene vinyl ether, cyclohexane dimethanol divinyl ether, tricyclodecane vinyl ether, trimethylolpropane trivinyl ether, 2-ethyl-1,3-hexanediol divinyl ether.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the positional relationship of one end 41a, 43a, 44a in the longitudinal direction of the developing roller 41, the squeeze roller 43, and the cleaning roller 44, and the other end is also symmetrical to this. It is configured. Further, in the following description, “length” refers to the length in the longitudinal direction unless otherwise specified.
  • the maximum width of the imageable area that is, the image that can be formed on the recording material P is 340 mm.
  • the length of the developing roller 41 is 350 mm
  • the length of the squeeze roller 43, the cleaning roller 44, and the electrode member 42 is 356 mm.
  • These members (41 to 44) are arranged so that their center positions in the longitudinal direction are aligned.
  • the length of the photosensitive drum (length in the axial direction) is 390 mm, and faces the entire outer peripheral surface of the developing roller 41 in the longitudinal direction.
  • the cleaning blade 51 (see FIG. 2) for cleaning the photosensitive drum has a length of 380 mm and covers the entire area where the developing solution adheres from the developing roller 41 to the photosensitive drum 1.
  • the width of the intermediate transfer belt 11 is 375 mm, and is set shorter than the axial length of the photosensitive drum 1.
  • the axial length of the secondary transfer roller 13 is 360 mm.
  • the squeeze roller 43 and the cleaning roller 44 are equal or shorter than the developing roller 41, a region where the amount of the developer is not regulated is generated at the end of the developing roller 41. That is, a liquid bridge of the developer occurs between the outer peripheral surface of the developing roller 41 and the end portions 43a and 44a of these members, and the developer is excessive in the vicinity of the end of the developing roller 41 in the longitudinal direction. There is a possibility that an adhering region is generated, leading to an image defect such as a streak image. For this reason, in the present embodiment, the squeeze roller 43 and the cleaning roller 44 are longer than the developing roller 41.
  • the electrode member 42 has a length equivalent to that of the squeeze roller 43 and the cleaning roller 44, but may have a shorter configuration than these.
  • the liquid cross-linking phenomenon between the developing roller 41 and the end seal can occur even when the electrode member 42 is short. This is because the developer entering the nip portion of the squeeze roller 43 through the gap between the electrode member 42 and the development roller 41 spreads in the longitudinal direction when the thickness is regulated by the squeeze roller 43.
  • the gap (electrode gap) between the electrode member 42 and the developing roller 41 is about 500 ⁇ m, and the developer after passing through the squeeze roller 43 is restricted to a thickness of about 4 ⁇ m or less. For this reason, even if the electrode member 42 is shortened, a large amount of the developer spreads toward the end in the longitudinal direction due to the difference between the width of the electrode gap and the regulation thickness by the squeeze roller 43.
  • the developing roller 41 is preferably shorter than the photosensitive drum 1. This is because the photosensitive layer is usually exposed on the end surface of the photosensitive drum 1 in the axial direction, and current leakage may occur between the developing roller 41 and the photosensitive layer, which may affect the development result.
  • end seals 46 as end regulating members are arranged at both ends of the developing roller 41 in the longitudinal direction.
  • the end seal 46 restricts the developer from moving outside the carrying surface of the developing roller 41 in the longitudinal direction.
  • the carrying surface of the developing roller 41 is a region that reaches the developing portion Gd in a state where the developer is carried on the outer peripheral surface 41b.
  • the entire outer peripheral surface 41b in the longitudinal direction is the carrying surface. It corresponds to.
  • the range in which the end seal 46 covers the developing roller 41 passes through the nip portion of the squeeze roller 43 from the position overlapping the electrode member 42 in the rotation direction of the developing roller 41. It extends to a further downstream position.
  • the end seal 46 restricts the developer stored in the supply tray 47 from adhering to the end of the developing roller 41.
  • the end seal 46 restricts the developer squeezed by the squeeze roller 43 from adhering to the end of the developing roller 41.
  • the end seal 46 extends to a position as close as possible to the developing portion Gd in the rotation direction of the developing roller 41 in order to suppress the movement of the developer after the surface of the developing roller 41 is separated from the end seal 46. desirable.
  • the angle ⁇ 1 between the end portion of the end seal 46 and the developing portion Gd in the rotation direction of the developing roller 41 is set in consideration of the assembly tolerance of the end seal 46 and the photosensitive drum 1. The angle was about 40 °. That is, the rotation angle from the end position of the end seal 46 at the position of the outer peripheral surface 41b of the developing roller 41 to the straight line connecting the developing roller 41 and the rotation axes O1 and O2 of the photosensitive drum 1 is about 40 °. [Edge fog image]
  • the end seal 46 has a regulating surface 46 b that comes into contact with the end 41 a of the developing roller 41.
  • the regulating surface 46b is in contact with the edge portion 41c in the longitudinal direction of the outer peripheral surface 41b of the developing roller 41, and spreads substantially perpendicular to the axis of the developing roller 41 toward the outer side in the radial direction from the outer peripheral surface 41b.
  • the developer carried on the outer peripheral surface 41b which is the carrying surface, is restricted from reaching the end portion 41a of the developing roller 41 around the edge portion 41c at least in the range where the regulating surface 46b is disposed. ing.
  • the outer peripheral surface 41b of the developing roller 41 is in a state where the liquid surface is coated with the developing solution having a constant height h0.
  • the developer comes into contact with the regulating surface 46 b of the end seal 46.
  • the higher the wettability of the regulating surface 46b with respect to the developing solution the more the developing solution gets on the regulating surface 46b in the direction away from the outer peripheral surface 41b of the developing roller 41 (see the broken line). That is, there is a case where a liquid bridge is generated by the developer between the regulating surface 46b of the end seal 46 and the outer peripheral surface 41b of the developing roller 41, and the developer is accumulated in the vicinity of the edge portion 41c.
  • the dark portion potential of the photosensitive drum is ⁇ 600 [V]
  • the bias voltage applied to the developing roller is ⁇ 400 [V].
  • the toner particles at a position corresponding to the white background in the developing unit have an electric field strength equivalent to that when a DC voltage of 200 [V] is applied to the developing roller with reference to the surface potential of the photosensitive drum.
  • An electrostatic bias (fogging removal bias) in the direction toward the developing roller acts.
  • the electric field separation is performed so that the toner particles contained in the developer are pressed against the developing roller, and the toner particles are prevented from adhering to the white background.
  • the contact angle is defined as an angle formed by the liquid surface and the solid surface at the boundary line where the three phases contact when the solid surface is in contact with the liquid and the gas. That is, as shown in FIG. 7, the angle ⁇ formed between the liquid surface and the solid surface S1 is the contact angle at the end of the droplet attached to the solid surface S1.
  • the contact angle of the developer with respect to the regulation surface 46b of the end seal 46 is the same as the regulation surface 46b when viewed from a direction parallel to the regulation surface 46b (a tangential direction of the outer peripheral surface 41b of the developing roller 41). This is the size of the angle formed by the liquid level of the developer contacting the regulating surface 46b.
  • FIG. 6 shows a case where the contact angle of the developer with respect to the regulating surface 46b is less than 45 ° (broken line) and a case where the contact angle is approximately 90 ° (solid line).
  • the contact angle of the developer with respect to the members constituting the end seal 46 was determined by the following measuring method.
  • a contact angle meter PCA-11 manufactured by Kyowa Interface Science is used.
  • the droplet image obtained from the mounted camera is image-analyzed by the image analysis software FAMAS (manufactured by Kyowa Interface Science) corresponding to the PCA-11, and at the time of contact 1 second
  • the contact angle is calculated by image processing.
  • the developer in the mixer was used for measuring the contact angle.
  • a developer droplet of 1.0 uL was formed from an injection needle having an ejection diameter of 1.0 mm. This was brought into contact with the measurement object, and the contact angle at the time of contact of 1 second was calculated by the image analysis software described above.
  • the measurement work was performed at room temperature. It is known that the internal temperature of the developing container when the image forming apparatus of the present embodiment performs the image forming operation is about the same as the room temperature, and is generally in the range of 25 ° C to 35 ° C.
  • the TD ratio of the developer used for the measurement that is, the weight ratio of the toner component to all the components of the developer is 3.5%.
  • the carrier liquid of the developing solution used for the measurement contains only dodecyl vinyl ether as a component.
  • the authors have almost the same contact with the above-mentioned developer containing a photopolymerization initiator, the carrier liquid excluding the toner, or the dodecyl vinyl ether contained in the carrier liquid. It is confirmed to show a corner. For this reason, the developing solutions of the above components were used for the following measurements, but the same results were obtained even when these solutions were replaced. That is, the actual contact angle inside the apparatus can be controlled by determining the configuration of the end seal using the result of measuring the contact angle of the main component of the carrier liquid of the liquid developer.
  • the material of the end seal 46 is an elastic body made of polyethylene or polyurethane and made of a fluororesin, or an elastic body made of polyethylene or polyurethane that has a surface covered with a fluororesin. .
  • a fluorine-treated member since a fluorine-treated member exhibits oil repellency because of its low surface energy, it is necessary to control the oil repellency when using a carrier liquid mainly composed of oily (hydrophobic) molecules as in this embodiment. It is a suitable material.
  • the shape is preferably flat rubber or foamed sponge. However, in the case of a foamed sponge, the foamed structure is preferably a single foam that does not allow liquid to pass through each other.
  • the hardness of the end seal 46 is preferably in the range of 40 ° to 60 ° in Asker-C, for example, 50 °.
  • the lower limit of the hardness is determined in consideration of the penetration amount described later.
  • the material of the developing roller is set.
  • the surface roughness of the end seal 46 is desirably 20 ⁇ m or less when the surface rubber is a flat rubber, and 200 ⁇ m or less when the foam is a foamed sponge. If the roughness is too large, the developer is trapped on the surface of the end seal 46, and an amount of developer that cannot be separated by electric field separation with the rotational driving of the developing roller, regardless of the presence or absence of liquid bridge. This is because the toner may be supplied to the developing roller.
  • the amount of penetration of the end seal 46 into the developing roller 41 is, for example, 0.7 mm.
  • the amount of intrusion refers to the amount of displacement in the longitudinal direction of the regulating surface 46b due to being pushed in contact with the developing roller 41 with respect to the position of the regulating surface 46b of the end seal 46 in a state where there is no elastic deformation.
  • a certain amount of intrusion is required. If the amount is too small, the amount of the developer carried by the end 41a increases as the developing roller 41 rotates. There is a possibility that a developer that causes a fogged image is supplied to the developing roller.
  • the penetration amount is too large, the amount of developer carried by the end portion 41a can be reduced, while the friction generated between the end portion 41a of the developing roller 41 and the end seal 46 increases. In this case, there is a possibility that foreign matter is mixed into the developer due to deterioration or destruction of the end portion 41a and the end seal 46 of the developing roller 41, or the driving speed of the developing roller 41 becomes unstable. Considering these factors, it is preferable to set the penetration amount in a range of about 0.7 ⁇ 0.4 mm.
  • the preferred material, arrangement, etc. of the end seal 46 described above are at least with respect to the regulating surface 46b of the end seal 46 and at least between the squeeze roller 43 and the developing section Gd (see FIG. 4). It is preferable to adopt it. As a result, it can be expected that the liquid bridge between the regulating surface 46b and the outer peripheral surface 41b of the developing roller 41 and the generation of the fog image are efficiently reduced. For example, only the downstream side in the rotation direction of the developing roller 41 from the squeeze roller 43 in the regulating surface 46b may be coated with a fluororesin.
  • the end seal 46 is a foamed sponge containing a fluororesin and has a foam diameter of 100 to 200 ⁇ m or less. Further, in the contact angle meter described above, the droplet 0.1 uL used for the measurement has a diameter of about 2.5 mm, which is about 10 times or more the bubble diameter. As a result, even if the end seal 46 has a rough surface due to the foam structure, it is possible to measure a contact angle that is macroscopically equivalent to the measurement result for a solid member having no foam structure. Accuracy is ensured.
  • the developing roller in the configuration example of the present embodiment is made of stainless steel (SUS) with a shaft core having a diameter of 40 mm, and the outer periphery of the shaft core is covered with an elastic layer made of polyethylene or polyurethane with a thickness of 5 mm. Further, the surface layer of the elastic layer is treated with fluorine, and has a characteristic of water repellency and oil repellency.
  • SUS stainless steel
  • the hardness of the developing roller is 25 ° or more and 50 ° or less in Asker-C.
  • the upper and lower limits of the hardness are set mainly considering the efficiency of the development process. That is, a nip having a sufficient width is formed between the developing portion Gd (see FIG. 4) and the photosensitive drum 1, and electric field separation is sufficiently performed in the developing portion Gd, that is, before the toner in the developer passes through the nip.
  • the surface roughness Rz is desirably 5 ⁇ m or less in the case of flat rubber. Similarly, the roughness that enables good development mainly in the development nip is selected.
  • the contact angle of the developer with respect to the outer peripheral surface of the developing roller was 15 ° with respect to dodecyl vinyl ether.
  • the contact angle of the developer with the developing roller is preferably small. This is because the surface of the developing roller repels the developing solution when the contact angle is large, that is, when the developing roller has a high surface energy relative to the developing solution. In this case, after passing through the electrode gap and the squeeze roller nip, it becomes difficult for the outer peripheral surface of the developing roller to hold the developer layer, and the coating of the developer is lost in some areas, so-called loading amount. Distribution may be unstable.
  • the squeeze roller is made of, for example, cylindrical stainless steel (SUS) having a diameter of 15 mm.
  • the surface roughness Rz of the squeeze roller is preferably 0.1 ⁇ m or less. With such a roughness, good development is possible in a configuration using a developer containing toner particles having an average particle size of 1 ⁇ m or less as a component.
  • the amount of penetration of the end seal with respect to the squeeze roller is preferably, for example, 0.7 mm.
  • the squeeze roller is a smooth metal, and even if the end seal abuts strongly, the possibility of the developer slipping through due to the end seal sag or deterioration is small, and the influence on the rotational load of the squeeze roller is small Therefore, the penetration amount may be 0.7 mm or more.
  • the contact angle of the squeeze roller with respect to the developer is preferably equal to or larger than that of the developing roller and smaller than the end seal.
  • the contact angle of the squeeze roller with respect to dodecyl vinyl ether is 10 °.
  • the contact angle between the developer and the developing roller is larger than the contact angle between the developer and the end seal.
  • the surface energy of the interface between the developing roller and the developer is lower than the surface energy of the end seal and the interface between the developer and the developer is more stable when in contact with the end seal.
  • the developer spreads on the regulating surface, and a liquid bridge is easily formed between the outer peripheral surface of the developing roller and the regulating surface of the end seal, and a fogged image is formed at a position corresponding to the end of the developing roller. appear.
  • the regulating surface is a side surface on the developer side carried on the developing roller of the end seal.
  • the contact angle between the developer and the end seal is configured to be larger than the contact angle between the developer and the developing roller.
  • a preferable range of the contact angle with respect to the end seal and the developing roller is shown in FIGS.
  • FIG. 8 shows an example of a preferable range of the contact angle
  • FIG. 9 shows a more preferable range
  • FIG. 10 shows a more preferable range.
  • the contact angle between the developer and the end seal is larger than the contact angle between the developer and the developing roller (region above the diagonal line).
  • the contact angle is preferably 15 ° or more.
  • the contact angle between the developer and the end seal is more preferably 45 ° or more.
  • the reason will be explained using Young's formula.
  • the Young's equation is that when the contact angle is ⁇ , ⁇ LG is the surface tension that works at the liquid-gas interface, ⁇ SL is the surface tension that works at the liquid-solid interface, and ⁇ SG is the surface tension that works at the solid-gas interface.
  • the following formula (1) holds (see FIG. 7).
  • ⁇ SG ⁇ LG ⁇ cos ⁇ + ⁇ SL (1)
  • the surface tension ⁇ LG of the developer in the configuration example of the present embodiment was an experimentally obtained value of 22 [mN / m]. At this time, the contact angle ⁇ was 45 °. In the initial contact state, ⁇ SL was 14 [mN / m]. As a result, the obtained ⁇ SG was about 30 [mN / m]. Actually, the developer is pulled downward by gravity, but in a liquid having a height of about several ⁇ m, the dominant is not the gravity but the surface tension.
  • the thickness of the developer regulated by the squeeze roller is 2.5 ⁇ m.
  • the height of the developer in the vicinity of the edge portion of the developing roller, the height of the developer becomes a value different from 2.5 ⁇ m according to the size of the contact angle ⁇ with respect to the end seal, and the developer becomes smaller as the contact angle ⁇ is smaller. Become thicker. It is assumed that the developer carried in the range of 2.5 ⁇ m in the longitudinal direction from the edge portion of the developing roller is divided approximately equally into the end seal and the developing roller as the developing roller rotates. Then, if the contact angle ⁇ is 45 °, the height of the developer carried on the surface of the developing roller after separating from the end seal becomes approximately 2.5 ⁇ m, and the height of the developer entering the developing portion Becomes substantially uniform in the longitudinal direction.
  • the contact angle between the end seal and the developer it is possible to increase the uniformity of the height of the developer entering the developing portion and effectively reduce the fogged image. Further, by setting the contact angle to 45 ° or more, the difference in wettability with respect to the developer between the developing roller that requires a small contact angle with the developer (for example, 30 ° or less) and the end seal. Becomes larger. As a result, the developer located in the vicinity of the edge portion of the developing roller is stably separated from the end seal and carried on the developing roller as the developing roller rotates, contributing to reduction of fog image. To do.
  • the contact angle between the developer and the end seal is more preferably 90 ° or more.
  • the contact angle is 90 °, as shown by a solid line in FIG. 6, the liquid surface of the developer comes into contact with the regulation surface 46 b of the end seal 46 substantially perpendicularly. That is, since the developer is repelled by the regulating surface 46b of the end seal 46, no liquid bridge is formed, and the developing roller rotates with a constant height of the developer in the longitudinal direction. Further, when the contact angle is larger than 90 °, the volume of the developer carried near the edge portion 41 c is smaller than the central portion of the developing roller 41 in the longitudinal direction. For this reason, generation
  • the contact angle between the developer and the end seal is preferably 135 ° or less. This is because, when the contact angle is too large, the developer bounced from the regulation surface of the end seal may fall and scatter around as the developing roller rotates to contaminate the photosensitive drum or the like.
  • the weight is 8 ⁇ g.
  • the angle ⁇ is 0 [rad] as a wall surface with a vertical end seal.
  • the width of the droplet when the droplet is simply assumed to be a sphere, the diameter is about 2.3 mm, so it is considered to be equivalent to 4.6 mm, which is twice as large.
  • ⁇ LG is an experimentally obtained value of 22 [mN / m].
  • Table 1 shows the result of examining the presence or absence of a fogged image when a continuous image forming operation for continuously outputting a plurality of images is executed in the image forming apparatus to which the configuration of the present embodiment is applied.
  • a fogged image was visually recognized as x, and a fogged image was not recognized as ⁇ .
  • Each column in Table 1 represents an elapsed time from the start of the continuous image forming operation (immediately after the start to 5 hours), and each row represents a contact angle between the developer and the end seal. The contact angle between the developer and the developing roller is 15 °. Further, the developing solution is constantly supplied to the developing roller during the continuous image forming operation.
  • the contact angle between the developer and the end seal is 10 °, that is, smaller than the contact angle between the developer and the developing roller (15 °)
  • the fogged image is started immediately after the start of the image forming operation. There has occurred.
  • the contact angle between the developer and the end seal was 25 ° or more
  • the fog image was suppressed at least until 30 minutes had elapsed from the start of the continuous image forming operation.
  • the image forming operation was executed continuously for 2 hours or more, a fogged image was generated. This is because, as time passes, the range in which the developer comes into contact with the regulating surface of the end seal widens to form a liquid bridge, and a large amount of developer is intermittently applied to the vicinity of the edge portion of the developing roller. This is thought to be due to adhesion.
  • the fog image was suppressed for 2 hours or more when the contact angle between the developer and the end seal was 45 °, and for 5 hours or more when the contact angle was 90 °. That is, by setting the contact angle of the end seal to the developer to 45 ° or more, preferably 90 ° or more, the contact angle of the end seal is longer than the contact angle of the developing roller for a long time. It has been found that the fog image can be reduced even when used as an image.
  • an end seal having a larger contact angle with respect to the developer than the outer peripheral surface of the developing roller is used.
  • an end regulating member having a larger contact angle with respect to the liquid developer than the carrying surface of the developer carrying member is used.
  • the end seal is made of a material having oil repellency, but the contact angle may be adjusted by other methods. .
  • the contact angle may be increased by forming fine irregularities on the regulating surface of the end seal.
  • the main component of the carrier liquid is a polar molecule, etc., when it has different properties from those exemplified in the above description, the material of the end seal and the content of the surface treatment may be changed accordingly. Good.
  • the end seal as the end regulating member has been described as contacting the longitudinal image end of the developing roller.
  • the end seal is on the inner side (longitudinal center side of the developing roller). ) May be in contact with the outer peripheral surface of the developing roller.
  • the contact angle between the developer and the end seal may be larger than the contact angle between the developer and the developing roller. This restricts the movement of the developer in the longitudinal direction by the end seal, and reduces the occurrence of fog images due to liquid bridge between the end seal and the carrying surface of the developing roller (the region between the end seals). Can do.
  • the entire longitudinal direction of the developing roller can be used for development, and an image size capable of forming an image is ensured.
  • the developing device can be made compact.
  • the end regulating member is provided in the developing device.
  • end seals 460 having the characteristics of the end seal 46 are attached to both ends of the cleaning blade 51 for cleaning the photosensitive drum. Since the configuration other than the cleaning blade 51 and the end seal 460 is the same as that of the above embodiment, the description thereof is omitted. (Cleaning blade)
  • FIG. 11 is a view of the cleaning blade as viewed from directly above. The edge of the cleaning blade 51 a comes into contact with the photosensitive member 1 to clean the developer on the photosensitive member 1. (End seal)
  • the end seals 460 are arranged in contact with the cleaning blades at both ends of the cleaning blade 51 in the longitudinal direction X of the cleaning blade.
  • the end seal 460 has an L shape so as to surround the end of the cleaning blade.
  • the end seal 460 restricts the developer by the regulating surfaces 460c and 460d so that the developer cleaned by the edge portion 51a does not protrude from the cleaning blade.
  • the restriction surface is a side surface of the end seal on the side of the cleaning blade where the developer is cleaned.
  • Each regulating surface is outside the image forming area in the longitudinal direction X.
  • the material of the end seal 460 is an elastic body made of polyethylene or polyurethane and made of a fluororesin, or an elastic body made of polyethylene or polyurethane whose surface is covered with a fluororesin.
  • a fluorine-treated member exhibits oil repellency because of its low surface energy, it is necessary to control the oil repellency when using a carrier liquid mainly composed of oily (hydrophobic) molecules as in this embodiment. It is a suitable material.
  • the shape is preferably flat rubber or foamed sponge. However, in the case of a foamed sponge, the foamed structure is preferably a single foam that does not allow liquid to pass through each other.
  • the hardness of the end seal 460 is preferably in the range of 40 ° to 60 ° in Asker-C, for example, 50 °.
  • the surface roughness of the end seal 460 it is desirable that the surface roughness Rz is 20 ⁇ m or less in the case of a flat rubber, and the bubble diameter is 200 ⁇ m or less in the case of a foamed sponge.
  • the end seal 460 is a foamed sponge containing a fluororesin and has a foam diameter of 100 to 200 ⁇ m or less. Further, in the contact angle meter described above, the droplet 0.1 uL used for the measurement has a diameter of about 2.5 mm, which is about 10 times or more the bubble diameter. As a result, even if the end seal 460 has a rough surface due to the foam structure, it is possible to measure a contact angle that is macroscopically equivalent to the measurement result for a solid member having no foam structure. Accuracy is ensured. [Contact angle between developer and end seal]
  • the contact angle between the developer and the regulating surface is set to 45 ° or more so that the developer cleaned at the edge portion 51a does not leak outside along the edge portion 51a. To do.
  • the method for measuring the contact angle is the same as that in the above embodiment. This effect is more preferable when the angle is 90 ° or more, and further when the angle is 135 ° or more, the effect is further improved.
  • the contact angle between the regulating surface and the developer is larger than the contact angle between the cleaning blade and the developer.
  • the contact angle between the cleaning blade and the developer is measured in the vicinity of the edge portion 51a (region within 10 mm from the edge portion).
  • the cleaning blade is configured to clean the photosensitive drum 1, but it may be a cleaning blade that contacts and cleans the object.
  • this embodiment was an elastic cleaning blade, it is not limited to this material.
  • a metal blade may be used, and the end seal of this embodiment may be used for this metal blade. The same effect can be obtained.
  • the end seal provided on the developing roller and the cleaning blade has been described. Even if the end seal of the above embodiment is used for the metal roller (holding roller) carrying the developer, it is possible to reduce the leakage of the developer around the metal roller and leaking to the outside.
  • this invention is not limited to the structure of said embodiment, Of course, it is applicable also to another structure.
  • a developing device capable of reducing the wraparound of the developer to the end portion with a simple configuration.

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Abstract

現像装置は、液体現像剤を担持面(41b)に担持して回転する現像剤担持体(41)と、担持面(41b)に担持された液体現像剤が担持面(41b)の外側へ移動することを規制する端部規制部材(46)と、を備える。端部規制部材(46)と液体現像剤との接触角は、現像剤担持体(41)の担持面(41b)と液体現像剤との接触角より大きく設定される。これにより、現像剤担持体(41)が端部規制部材(46)から離間したときに、担持面(41b)の端(41c)の付近に多量の液体現像剤が付着することを防ぐ。

Description

現像装置、クリーニング装置及び液体現像剤装置
 本発明は、画像形成装置に用いられる現像装置に関する。
 従来、電子写真方式等の画像形成装置に用いられる現像装置として、トナー粒子をキャリア液に分散させた液体現像剤を用いる所謂液体現像方式(湿式現像方式)の構成が知られている。液体現像方式の現像装置では、現像ローラ等の現像剤担持体に液体現像剤を担持させて回転させ、静電潜像を担持する像担持体との間に形成されるニップ部でトナー粒子を電気泳動させることにより、静電潜像をトナー像に現像する。
 特開2011−22246号公報には、液体現像方式の現像装置において、現像ローラ等の被クリーニング部材を清掃するクリーニングブレードと、クリーニングブレードより外側の領域で被クリーニング部材を加熱するハロゲンランプ等の熱源とを設けた構成が記載されている。この構成では、クリーニングブレードより外側の領域を通過したキャリア液を加熱して蒸発させ、キャリア液が被クリーニング部材の端部を回り込んで液漏れ等を生じさせることを防いでいる。
 この構成では、新たに熱源等が必要となることから、部品点数が増加する構成である。
 そこで、本発明は、簡易な構成で現像液の端部への回り込みを低減できる現像装置を提供することを目的とする。
 本発明の一態様によれば,像担持体に担持された静電潜像を現像するための液体現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体と、前記現像剤担持体の回転軸線方向において前記現像剤担持体の端部に前記現像剤担持体と接触して設けられ、前記回転軸線方向に液体現像剤が移動することを規制する端部規制部材と、を有する現像装置にであって、前記端部規制部材の前記現像剤担持体が液体現像剤を担持する側の側面と液体現像剤との接触角が45°以上である現像装置が提供される。
 本発明に係る現像装置によれば、簡易な構成で現像液の端部への回り込みを低減することができる。
 図1は本開示に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。
 図2は画像形成ステーションの構成を示す概略図である。
 図3は現像ローラの長手方向における端部付近の構成を示す模式図である。
 図4は端部シールと他の部材の位置関係を示す概略図である。
 図5は端部シール及び現像ローラを示す模式図である。
 図6は端部シールと現像ローラの間に形成される液架橋について説明するための模式図である。
 図7は接触角の定義を説明するための模式図である。
 図8は現像液と端部シール及び現像ローラとの接触角の好ましい範囲を示す図である。
 図9は現像液と端部シール及び現像ローラとの接触角のより好ましい範囲を示す図である。
 図10は現像液と端部シール及び現像ローラとの接触角のさらに好ましい範囲を示す図である。
 図11はクリーニングブレードを真上から見た図である。
(第一の実施形態)
 以下、図面を参照しながら本開示に係る画像形成装置について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置100は、図1に示すように、装置本体の内部に4つの画像形成ステーションPa,Pb,Pc,Pd及び中間転写ベルト11を備えた、所謂中間転写タンデム方式の画像形成エンジン10を備えている。画像形成装置100は、原稿から読取った画像情報や、外部機器から入力された画像情報に基づいて記録材Pに画像を形成して出力する。なお、記録材Pとは、普通紙の他にも、コート紙等の特殊紙、封筒やインデックス紙等の特殊形状を有するもの、オーバーヘッドプロジェクタ用のプラスチックフィルム、及び布等を含むのとする。
 電子写真方式の画像形成ユニットである画像形成ステーションPa~Pdは、それぞれ、像担持体としての感光ドラム1を備え、画像情報に基づいて感光ドラム1の表面にイエロー・マゼンタ・シアン・ブラックのトナー像を形成する。各画像形成ステーションPa~Pdの構成は、現像に用いられるトナーの色を除いて実質的に同一であるため、以下、イエローの画像形成ステーションPaを例にしてユニット構成を説明する。
 図2に示すように、画像形成ステーションPaは感光ドラム1、帯電装置2、露光装置3、現像装置4、クリーニング装置5、現像液供給及び循環装置(非図示)、及び一次転写ローラ6を備えている。感光ドラム1はドラム状の感光体であり、中間転写ベルト11に連れ回る所定方向(矢印R1)に回転駆動される。
 帯電装置2は、画像形成装置に搭載された高圧基板からバイアス電圧を印加されることにより、近接放電又はコロナ放電等によって感光ドラム1の表面を一様に帯電させる。露光装置3は、感光ドラム1の帯電した表面に画像情報に基づく光を照射して露光し、ドラム表面に静電潜像を形成する。露光装置3は光源装置およびポリゴンミラーを含み、光源装置から発せられたレーザ光を、ポリゴンミラーを回転して走査し、その走査光の光束を複数の反射ミラーによって偏向し、fθレンズにより感光ドラム1の母線上に集光して露光する。
 現像装置4は、現像剤担持体Eしての現像ローラ41を備え、現像ローラ41と感光ドラム1との間に形成される現像部Gdにおいて静電潜像を現像する。本実施形態の現像装置4は、トナー粒子がキャリア液に分散された液体現像剤を用いる所謂液体現像方式(湿式現像方式)であり、現像ローラ41は外周面に液体現像剤を担持した状態で回転する。現像装置4は、現像ローラ41にバイアス電圧が印加されることにより、感光ドラム1にトナー粒子を供給して静電潜像をトナー像として可視化する。なお、現像装置4の詳細な構成は後述する。
 感光ドラム1の表面に担持されたトナー像は、転写装置としての一次転写ローラ6によって中間転写ベルト11に一次転写される。一次転写ローラ6は、中間転写ベルト11の内周面に当接した状態で中間転写ベルト11に連れ回る方向に回転し、トナー粒子の帯電極性とは逆のバイアス電圧を印加されることで、トナー粒子を中間転写ベルト11へ向けて電気泳動させる。このとき、各画像形成ステーションPa~Pdによって形成されたトナー像が、互いに重なり合うように多重転写されることで、中間転写ベルト11の表面にフルカラーのトナー像が形成される。中間転写ベルト11に転写されずに感光ドラム1に残留した一次転写残トナー等の付着物は、クリーニング装置5により回収される。クリーニング装置5は、感光ドラム1からキャリア液と共に付着物を掻き取るクリーニングブレードと、掻き取られた液体現像剤を回収するためのパイプ52と、を備える。
 図1に示すように、中間転写体としての中間転写ベルト11は、4つの一次転写ローラ6、二次転写内ローラ12、駆動ローラ、及びテンションローラ等に巻き回されており、記録材Pの搬送方向に沿った所定方向(図中時計回り方向)に回転する。中間転写ベルト11の外周側には、二次転写装置として、二次転写内ローラ12に対向する二次転写ローラ13が配置されている。上記画像形成ステーションPa~Pdによって形成され中間転写ベルト11に転写されたトナー像は、二次転写ローラ13に印加されるバイアス電圧によって記録材Pへと二次転写される。なお、記録材Pは給送カセット14に収納されており、画像形成ステーションPa~Pdによるトナー像形成の進行に合わせて二次転写ローラ13へ向けて給送される。また、記録材Pに転写されずに中間転写ベルト11に残留した二次転写残トナー等の付着物は、クリーニング装置15によって回収される。トナー像を転写された記録材Pは、定着部9へと搬送され、定着部9によって熱定着方式又は光硬化方式等の所定の定着処理を施された後、装置外に排出される。
 ここで、感光ドラム1としては、アルミニウムなどの剛性基層体の上にアモルファスシリコン系の感光層を設け、好ましくはその上にシリコーン系樹脂等からなる保護層を形成したものが用いられる。本実施形態の感光ドラム1は負極性に帯電した状態で使用され、例えば、帯電装置2によって帯電された後の表面電位(暗部電位)が−600[V]、露光装置3によって露光された後の表面電位(明部電位)が−200[V]に設定される。感光ドラム1の全体は、外径100mmに構成され、モータ等の駆動源から供給される駆動力により、円柱形状の中心線を回転軸にして矢印R1の方向に500mm/secのプロセススピード(周速度)で回転駆動される。また生産性については、1分間にA4用紙にして100枚の通紙を行うことができる。なお、感光ドラムの内周部であるアルミニウム製シリンダは接地されている。
 また、本実施形態の構成例において、一次転写ローラ6に印加されたバイアス電圧は+400[V]であり、一次転写ローラ6の外径は20mmである。一次転写ローラ6は、例えばステンレス鋼(SUS)の軸芯の外周部にゴム等の弾性体がカバーされた構造を有する。クリーニングブレード51は、その一部が板金に張り付けられ、該板金は、レール状の部材(非図示)によって画像形成ステーションPaの枠体に固定され、感光ドラム1に対して圧接されている。また、クリーニングブレード51は長手方向(感光ドラム1の軸方向)に一定の大きさを有し、厚さを2.0mm、板金部分に覆われる部分から先端までの長さである自由長を10mmとする。
[現像装置]
 次に、現像装置4の構成について、図2を用いて説明する。現像装置4は、現像ローラ41と、現像容器40と、供給トレイ47と、電極部材42と、スクイズローラ43と、クリーニングローラ44と、クリーニングブレード45と、を備える。液体現像剤(以下、「現像液」とする)を収容する現像容器40には、現像液の流入経路となる補給管48と、現像液の流出経路となる回収管49とが接続されている。補給管48及び回収管49は、現像液を一時貯留する不図示のミキサーに接続されている。ミキサー内では、回収管49から回収した現像液と、新しく補充されるトナー及びキャリアとが撹拌されて均一に混合され、適切な濃度に調整された状態の現像液が補給管48を介して現像容器40に補給される。
 補給管48から排出される現像液は、現像容器40の内部において供給トレイ47に貯留される。供給部としての供給トレイ47は、現像ローラ41の回転に伴って現像ローラ41の外周面に現像液を供給する。現像ローラ41に担持された現像液が現像ローラ41と電極部材42の間の隙間に進入すると、電極部材42に印加される負極性のバイアス電圧によってトナー粒子が現像ローラ41へ向かって電気泳動する。これにより、現像ローラ41の外周面の付近にトナーが濃縮された層が形成される。
 本実施形態の構成例において、現像ローラ41に印加されるバイアス電圧は−400[V]に設定され、電極部材42に印加されるバイアス電圧は−1000[V]に設定される。また、現像ローラ41と電極とのギャップは500μm、現像ローラの外径は50mm、現像ローラ41と電極部材42が対向する区間は現像ローラ41の回転軸に対して70°の回転角に相当するように構成される。
 スクイズローラ43は現像ローラ41の回転方向において電極部材42の下流かつ現像部Gdの上流に配置され、現像部Gdに到達する現像液の液量を規制する。スクイズローラ43は、現像ローラ41に一定の当接圧で当接した状態で回転駆動されている。また、スクイズローラ43にもバイアス電圧が印加されており、スクイズローラ43と現像ローラ41とのニップ部に生じる電界により、トナー粒子はさらに現像ローラ41に向かって押し込まれる。これにより、現像液が現像ローラ41とスクイズローラ43の間を通り抜ける際に、現像液中のトナーがさらに現像ローラ側へ押し込まれ、現像ローラ41の表面上に高密度で一様な高さの現像液層を形成する。一方、スクイズローラ43によってトナーから引きはがされた余剰なキャリア液は、電極部材42の上面を経由して現像容器40の底部に落下し、回収管49を介してミキサーへと回収される。本実施形態の構成例において、スクイズローラ43に印加されるバイアスは−400[V]であり、スクイズローラ43の外径は15mmに設定される。スクイズローラ43は液量規制部材の一例であり、例えばブレード状の液量規制部材を用いてもよい。
 現像ローラ41に担持された現像液が現像部Gdに到達すると、現像ローラ41に印加されるバイアス電圧により、トナー粒子が感光ドラム1へ向かって電気泳動する。このとき、トナー粒子の移動度は感光ドラム1の表面電位に応じて定まり、感光ドラム1の静電潜像が形成された領域にトナー粒子が付着する。これにより、静電潜像がトナー像として可視化される。また、感光ドラム1の表面が現像部Gdを通過して現像ローラ41からに離間する際には、キャリア液の一部が感光ドラム1へと移動して感光ドラム1の表面がキャリア液に覆われた状態となる。
 感光ドラム1へ移動しなかった現像液は、現像ローラ41の回転方向において現像部Gdの下流に位置するクリーニングローラ44に到達する。クリーニングローラ44は現像ローラ41に一定の当接圧で当接した状態で回転している。クリーニングローラ44にもバイアス電圧が印加されており、現像ローラ41の表面に残ったトナー粒子が現像ローラ41から引きはがされ、クリーニングローラ44に静電的に吸着される。クリーニングローラ44に移動した現像液は、クリーニングブレード45によってクリーニングローラ44からさらに引きはがされて現像容器40の底部に落下し、回収管49を介してミキサーへと回収される。本実施形態の構成例においては、クリーニングローラ44には現像ローラ41を基準とする電位が+200[V]となるようなバイアス電圧が印加される。また、クリーニングブレード45はクリーニングローラ44と同電位となるように構成される。
 また、本実施形態の構成例において、現像ローラ41の表層はウレタン等のゴムであり、表面の粗さRzは初期条件で5μm以下と規定している。電極部材42、スクイズローラ43、クリーニングローラ44及びクリーニングブレード45はステンレス鋼(SUS)によって構成される。電極部材42、スクイズローラ43、及びクリーニングローラ44の表面粗さRzは、いずれも0.1μm以下と規定している。
[現像液]
 次に、本実施形態において用いられる現像液について説明する。トナー粒子は、色剤粒子を結着樹脂に内包させたものであり、結着樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、スチレンアクリル系樹脂などが挙げられる。トナー粒子に用いられる色剤粒子としては、一般的な有機又は無機の顔料を用いることができる。トナー粒子中の色剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対し5質量部以上100質量部以下が好ましい。
 ブラックの顔料としては、カーボンブラックが挙げられる。また、青又はシアン色を呈する顔料として、以下のものが挙げられる:C.I.ピグメントブルー2、3、15:2、15:3、15:4、16、17;C.I.バットブルー6;C.I.アシッドブルー45、フタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を1~5個置換した銅フタロシアニン顔料。
 トナー粒子は顔料分散剤を含むことが好ましい。分散助剤として、各種顔料に応じたシナジストを用いることも可能である。好ましい顔料分散剤及び顔料分散助剤の含有量はトナー粒子中に0.01~50質量%である。顔料分散剤は公知のものを用いることができ、例えば、分散剤としては、水酸基含有カルボン酸エステル、長鎖ポリアミノアマイドと高分子量酸エステルの塩、高分子量ポリカルボン酸の塩、高分子量不飽和酸エステル、高分子共重合物、変性ポリアクリレート、脂肪族多価カルボン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキル燐酸エステル、顔料誘導体等を挙げることができる。また、Lubrizol社のSolsperseシリーズなどの市販の高分子分散剤などが挙げられる。
 キャリア液として用いられるエネルギー硬化性液体は、トナー粒子の表面の電荷を持たせる荷電制御剤と、紫外線照射で酸を発生する光重合開始剤、及び、酸により結合するモノマーを含有することが好ましい。酸により結合するモノマーは、カチオン重合反応により、ポリマー化するビニルエーテル化合物であることが好ましい。
 また、エネルギー硬化性液体は、光重合開始剤とは別に、さらに増感剤を含有してもよい。また、光重合による保存性の低下を抑えるため、エネルギー硬化性液体には、カチオン重合禁止剤を質量基準で10ppm以上5000ppm以下含有させることが好ましい。その他、エネルギー硬化性液体には、帯電制御補助剤、他添加材などを含有させてもよい。
 エネルギー硬化性液体に含有されているモノマー(カチオン重合性モノマー・紫外線硬化剤)は、ビニルエーテル基が1つある1官能モノマー(下記化学式(化1)で示される化合物)と、ビニルエーテル基が2つある2官能モノマー(下記化学式(化2)で示される化合物)を混合したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
 エネルギー硬化性液体に含有されている光重合開始剤は、一般式が下記化学式(化3)で示される化合物である。化学式(化3)において、R1とR2は互いに結合して環構造を形成する。xは1~8の整数を表し、yは3~17の整数を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
 上記環構造としては、5員環又は6員環を例示することができる。具体的には、例えば、コハク酸イミド構造、フタルイミド構造、ノルボルネンジカルボキシイミド構造、ナフタレンジカルボキシイミド構造、シクロヘキサンジカルボキシイミド構造、エポキシシクロヘキセンジカルボキシイミド構造などが挙げられる。また、これらの環構造は、置換基として炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のアルキルオキシ基、炭素数1~4のアルキルチオ基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、炭素数6~10のアリールチオ基等を有していてもよい。
 化学式(化3)中のCxFyとしては、水素原子がフッ素原子で置換された直鎖アルキル基(RF1)、分岐鎖アルキル基(RF2)、シクロアルキル基(RF3)、及びアリール基(RF4)が挙げられる。
 水素原子がフッ素原子で置換された直鎖アルキル基(RF1)としては、例えば、トリフルオロメチル基(x=1,y=3)、ペンタフルオロエチル基(x=2,y=5)、ノナフルオロブチル基(x=4,y=9)、パーフルオロヘキシル基(x=6,y=13)、及びパーフルオロオクチル基(x=8,y=17)などが挙げられる。
 水素原子がフッ素原子で置換された分岐鎖アルキル基(RF2)としては、例えば、パーフルオロイソプロピル基(x=3,y=7)、パーフルオロ−tert−ブチル基(x=4,y=9)、及びパーフルオロ−2−エチルヘキシル基(x=8,y=17)などが挙げられる。
 水素原子がフッ素原子で置換されたシクロアルキル基(RF3)としては、例えば、パーフルオロシクロブチル基(x=4,y=7)、パーフルオロシクロペンチル基(x=5,y=9)、パーフルオロシクロヘキシル基(x=6,y=11)、及びパーフルオロ(1−シクロヘキシル)メチル基(x=7,y=13)などが挙げられる。
 水素原子がフッ素原子で置換されたアリール基(RF4)としては、例えば、ペンタフルオロフェニル基(x=6,y=5)、及び3−トリフルオロメチルテトラフルオロフェニル基(x=7,y=7)などが挙げられる。
 光重合開始剤の含有量は、特に限定されないが、カチオン重合性モノマー(好ましくはビニルエーテル化合物)100質量部に対して、0.01~5質量部であることが好ましい。本実施形態の構成例では、下記化学式(化4)で示される化合物を、上記モノマー(カチオン重合性モノマー・紫外線硬化剤)の全質量に対して0.3質量%含有させている。この光重合開始剤を用いることにより、良好な定着を可能としつつも、イオン性の光酸発生剤を用いる場合と異なり、高抵抗な液体記録液が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
 上記カチオン重合性モノマーは、ドデシルビニルエーテル、ジプロピレングリコールジビニルエーテル、ジシクロペンタジエンビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、トリシクロデカンビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、2−エチル−1,3−ヘキサンジオールジビニルエーテル、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールジビニルエーテル、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル及び1,2−デカンジオールジビニルエーテルからなる群より選択される少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
 次に、図3を用いて、現像装置4の長手方向、即ち現像ローラ41の回転方向に直交する幅方向の構成について説明する。図3は、現像ローラ41、スクイズローラ43、及びクリーニングローラ44の長手方向における一方の端部41a,43a,44aの位置関係を示す模式図であり、他方の端部についてもこれと対称的に構成されている。また、以下の説明において、特に断らない限り「長さ」とは上記長手方向の長さを指すものとする。
 本実施形態において、作像可能領域、即ち記録材Pに形成可能な画像の最大幅は340mmである。それに対し、現像ローラ41の長さは350mmであり、スクイズローラ43、クリーニングローラ44、及び電極部材42の長さは356mmである。これらの部材(41~44)は、長手方向における中心位置が揃うように配置されている。感光ドラムの長さ(軸方向長さ)は390mmであり、長手方向における現像ローラ41の外周面の全域に対向している。感光ドラムを清掃するクリーニングブレード51(図2参照)は長さが380mmであり、現像ローラ41から感光ドラム1に現像液が付着する領域の全体をカバーしている。また、中間転写ベルト11(図1参照)の幅は375mmであり、感光ドラム1の軸方向長さより短く設定されている。また、二次転写ローラ13の軸方向長さは360mmとしている。
 現像ローラ41に比べてスクイズローラ43及びクリーニングローラ44が同等もしくは短い構成では、現像ローラ41の端部に現像液の液量が規制されない領域が生じる。即ち、現像ローラ41の外周面と、これらの部材の端部43a,44aとの間に現像液の液架橋が発生してしまい、長手方向における現像ローラ41の端部付近に現像液が過剰に付着した領域が生じてスジ画像等の画像不良に繋がる可能性がある。このため、本実施形態では、現像ローラ41に比べてスクイズローラ43及びクリーニングローラ44の方が長い構成を採っている。
 また、電極部材42はスクイズローラ43及びクリーニングローラ44と同等の長さとしているが、これらに比べて短い構成としてもよい。ただし、以下の説明において、現像ローラ41と端部シールとの間の液架橋現象は電極部材42が短い場合でも発生し得る。それは、電極部材42と現像ローラ41の隙間を通ってスクイズローラ43のニップ部に突入した現像液がスクイズローラ43によって厚さを規制される際に長手方向に広がるためである。本実施例において、電極部材42と現像ローラ41の間のギャップ(電極ギャップ)は500μm程度であり、スクイズローラ43を通過した後の現像液は約4μm又はそれ以下の厚さに規制される。このため、仮に電極部材42を短くしたとしても、上記電極ギャップの幅とスクイズローラ43による規制厚さとの差によって多量の現像液が長手方向の端部に向かって広がることになる。
 また、現像ローラ41は感光ドラム1に比べて短いことが好ましい。通常、感光ドラム1の軸方向の端面には感光層が露出しており、現像ローラ41と感光層との間で電流リークが発生して現像結果に影響を与える可能性があるためである。
 ここで、現像ローラ41の長手方向の両側の端部には、端部規制部材としての端部シール46が配置されている。端部シール46は、長手方向に関して現像液が現像ローラ41の担持面より外側に移動することを規制している。ただし、現像ローラ41の担持面とは、外周面41bの中で現像液が担持された状態で現像部Gdに到達する領域であり、本実施形態では長手方向における外周面41bの全域が担持面に相当する。
 図4に示すように、端部シール46が現像ローラ41を覆う範囲は、現像ローラ41の回転方向において電極部材42とオーバーラップする位置から、スクイズローラ43のニップ部を通過してスクイズローラ43より下流の位置まで延びている。これにより、端部シール46は供給トレイ47に貯留された現像液が現像ローラ41の端部へ付着することを規制する。また、端部シール46は、スクイズローラ43によって絞られた現像液が現像ローラ41の端部に付着することを規制する。
 端部シール46は、現像ローラ41の表面が端部シール46から離間した後の現像液の移動を抑制するため、現像ローラ41の回転方向において現像部Gdにできるだけ近い位置まで延びていることが望ましい。本実施形態の構成例では、端部シール46と感光ドラム1の組み付け公差等を考慮して、現像ローラ41の回転方向における端部シール46の端部と現像部Gdとの間の角度θ1を約40°とした。即ち、現像ローラ41の外周面41bの位置における端部シール46の端部位置から、現像ローラ41及び感光ドラム1の回転軸線O1,O2を結ぶ直線までの回転角が約40°である。
[端部カブリ画像]
 ここで、端部シール46の構成によっては、現像ローラ41の端部に相当する位置にカブリ画像が生じることを説明する。図5に示すように、端部シール46は、現像ローラ41の端部41aに当接する規制面46bを有する。規制面46bは、現像ローラ41の外周面41bの長手方向のエッジ部41cに当接しており、外周面41bよりも径方向外側に向かって、現像ローラ41の軸線に対して略垂直に広がっている。これにより、担持面である外周面41bに担持された現像液は、少なくとも規制面46bが配置された範囲において、エッジ部41cを回り込んで現像ローラ41の端部41aに到達することを規制されている。
 図6に示すように、スクイズローラによって現像液の厚さが規制されると、現像ローラ41の外周面41bは液表面が一定の高さh0の現像液によってコートされた状態となる。これに伴って、現像ローラ41のエッジ部41cの付近では、現像液が端部シール46の規制面46bに接触した状態となる。このとき、現像液に対する規制面46bの濡れ性が高い程、現像ローラ41の外周面41bから離れる方向に向かって現像液が規制面46bに乗り上げたような状態となる(破線参照)。即ち、端部シール46の規制面46bと現像ローラ41の外周面41bとの間に現像液による液架橋が発生し、エッジ部41cの付近に現像液が溜まった状態となることがある。
 このような液架橋が発生した状態で現像ローラ41が回転すると、現像ローラ41の外周面41bが規制面46bから離間する際に、エッジ部41cの付近に多量の現像液が付着する。即ち、液架橋を形成していた現像液の一部が現像ローラ41に移動することにより、スクイズローラによって規制された高さh0の液量に比べて多量の現像液が付着する。この状態で現像ローラ41の外周面41bが現像部Gdに到達すると、トナー粒子の一部が感光ドラムの表面電位に関わらず感光ドラムに付着してしまい、画像形成すべきでない領域(白地部)に薄い像(所謂カブリ画像)が形成されてしまう。
 具体的に、上述した本実施形態の構成例では、感光ドラムの暗部電位が−600[V]、現像ローラに印加されるバイアス電圧が−400[V]であった。この場合、現像部の中で白地部に対応する位置のトナー粒子には、感光ドラムの表面電位を基準として現像ローラに200[V]の直流電圧が印加されたのと同等の電界強度で、現像ローラに向かう方向の静電バイアス(かぶり取りバイアス)が作用する。これにより、現像液に含まれるトナー粒子が現像ローラに押付けられるように電界分離が行われ、白地部に対するトナー粒子の付着が防がれる、しかし、液架橋によってかぶり取りバイアスでは電解しきれない量の現像液が現像部に進入すると、トナー粒子の一部が感光ドラムに付着した状態で感光ドラムの表面が現像部Gdを抜け出てしまい、カブリ画像が発生する。また、このようなカブリ画像は、長時間に渡って現像ローラと感光ドラムとが現像液を介して接触した状態が続く場合に顕著になる傾向がある。
[接触角]
 そこで、本実施形態では、端部シールの規制面に対する現像液の接触角を制御することにより、液架橋の発生及びカブリ画像の低減を図っている。接触角とは、固体表面が液体及び気体と接触しているとき、この3相の接触する境界線において液体面が固体面と成す角度で定義される。即ち、図7に示すように固体表面S1に付着した液滴の端部において、液面と固体表面S1とがなす角θが接触角である。
 図6に示すように、端部シール46の規制面46bに対する現像液の接触角は、規制面46bに平行な方向(現像ローラ41の外周面41bの接線方向)から視て、規制面46bと規制面46bに接触する現像液の液面とがなす角の大きさである。図6には、規制面46bに対する現像液の接触角が45°未満である場合(破線)と、ほぼ90°である場合(実線)とを示している。
 端部シール46を構成する部材に対する現像液の接触角は、次のような測定方法によって求めた。測定には協和界面科学製の接触角計PCA−11を用いる。接触角計PCA−11の測定においては、搭載されたカメラから得られた液滴画像が上記PCA−11に対応する画像解析ソフトウェアFAMAS(協和界面科学製)によって画像解析され、接触1秒時における接触角が画像処理して算出される。
 接触角の測定には、ミキサー内の現像液を用いた。現像液の液滴を射出径1.0mmの注射針から1.0uLの液滴を形成した。これを測定対象物に接触させ、前述した画像解析ソフトウェアによって、接触1秒時の接触角を算出させた。測定作業は室温で行った。なお、本実施形態の画像形成装置が画像形成動作を実行する場合の現像容器の内部温度は、室温と同程度であり、概ね25℃~35℃の範囲であることが分かっている。
 なお、測定に用いた現像液のTD比、即ち現像液の全成分に対するトナー成分の重量比は3.5%である。また、測定に用いた現像液のキャリア液はドデシルビニルエーテルのみを成分とするものである。筆者らは、光重合開始剤等を含む上述の現像液であっても、トナーを除いたキャリア液のみであっても、或いはキャリア液中に含まれるドデシルビニルエーテルであっても、ほぼ同等の接触角を示すことを確認している。このため、以下の測定には上記成分の現像液を用いたが、これらの液に置き換えても同様の結果となる。即ち、液体現像剤のキャリア液の主成分の接触角を測定した結果を用いて端部シールの構成を決定することで、実際の装置内部における接触角を制御可能である。
 本実施形態において、端部シール46の材質はポリエチレン若しくはポリウレタンからなる弾性体でかつフッ素樹脂であるもの、又は、ポリエチレン若しくはポリウレタンからなる弾性体でありその表面にフッ素樹脂によって被覆されたものを用いる。一般に、フッ素処理された部材はその表面エネルギーが低いために撥油性を示すため、本実施形態のように油性(疎水性)分子を主成分とするキャリア液を用いる場合において撥油性をコントロールしたい場合に好適な材料である。形状は平板状のゴム又は発泡スポンジとすると好適である。ただし、発泡スポンジである場合には、その発泡構造は互いに液を通過させない、単泡からなるものが好ましい。
 端部シール46の硬度は、Asker−Cにおいて40°以上60°以下の範囲が好ましく、例えば50°とする。硬度の下限は、後述する侵入量を考慮して決定される。また、硬度が低い場合にはヘタリによる破壊の可能性があり、硬度が高い場合には摩耗による劣化や現像ローラ端部の破壊等の可能性があるため、硬度の好ましい範囲はこのような要因や現像ローラの材質を考慮して設定される。
 端部シール46の表面の粗さは、平板状のゴムである場合には表面粗さRzが20μm以下、発泡スポンジである場合には、泡径が200μm以下であることが望ましい。粗さが大きすぎる場合には、端部シール46の表面に現像液がトラップされてしまい、液架橋の有無によらず、現像ローラの回転駆動に伴って電界分離不可能な量の現像液を現像ローラに供給してしまうことがあるためである。
 端部シール46の現像ローラ41に対する侵入量については、例えば0.7mmとする。ただし、侵入量とは、弾性変形がない状態における端部シール46の規制面46bの位置に対して、現像ローラ41と当接して押し込まれることによる規制面46bの長手方向の変位量を指す。現像ローラ41の端部41aへの現像液の侵入を規制するためには一定以上の侵入量が必要で、少なすぎると現像ローラ41の回転に伴って端部41aが運ぶ現像液量が増え、カブリ画像の原因となる現像液を現像ローラに供給してしまう可能性がある。一方、侵入量が大きすぎれば、端部41aが運ぶ現像液量を減らせる半面、現像ローラ41の端部41aと端部シール46との間に発生する摩擦が大きくなる。この場合、現像ローラ41の端部41a及び端部シール46の劣化・破壊による現像液への異物混入や、現像ローラ41の駆動速度の不安定化を招く可能性がある。これらの要因を考慮し、侵入量は0.7±0.4mm程度の範囲で設定すると好適である。
 なお、以上の端部シール46の好ましい材質・配置等の構成は、少なくとも端部シール46の規制面46bに対して、かつ、少なくともスクイズローラ43と現像部Gdとの間(図4参照)について採用すると好適である。これにより、規制面46bと現像ローラ41の外周面41bとの間の液架橋及びカブリ画像の発生を効率的に低減することが期待できる。例えば、規制面46bの中で、スクイズローラ43より現像ローラ41の回転方向の下流側のみをフッ素樹脂によってコーティングしてもよい。
 本実施形態の構成例において、端部シール46はフッ素樹脂を含有する発泡スポンジであり、泡径が100~200μm又はそれ以下である。また、前述した接触角計において、測定に用いられる液滴0.1uLとは直径約2.5mmの大きさであり、泡径に対して約10倍以上の大きさを有する。これにより、発泡構造による端部シール46の表面の粗さがあったとしても、発泡構造がないソリッドな部材に対する計測結果とマクロ的には略同等の接触角を計測することが可能となり、測定精度が確保される。
 次に、現像ローラについて説明する。本実施形態の構成例における現像ローラは、軸芯が直径40mmのステンレス鋼(SUS)からなり、軸芯の外周は厚さ5mmのポリエチレン又はポリウレタンからなる弾性層によって覆われている。また、弾性層の表層はフッ素処理されており、撥水かつ撥油する特性を有する。
 現像ローラの硬度はAsker−Cにおいて25°以上、50°以下とする。硬度の上下限は、主に現像プロセスの効率を考慮して設定される。即ち、現像部Gd(図4参照)において感光ドラム1との間に十分な幅のニップが形成され、現像部Gdにおいて電界分離が十分に行われる、つまり現像液中のトナーがニップを抜ける前に感光ドラム1の表面電位に応じて電気泳動するように設定される。
 現像ローラの表面の粗さについては、平板状のゴムである場合に表面粗さRzが5μm以下であることが望ましい。粗さについても同様に、主として現像ニップにおいて良好な現像が可能となる粗さが選択されている。
 また、上記構成例において、現像ローラの外周面に対する現像液の接触角は、ドデシルビニルエーテルに対する接触角は15°であった。一般に、現像液の現像ローラに対する接触角は小さい方がよい。なぜなら、接触角が大きい、即ち現像ローラが現像液に対して表面エネルギーが高い状態であると、現像ローラの表面が現像液を弾いてしまうためである。この場合、電極ギャップ及びスクイズローラのニップ部を通過した後に、現像ローラの外周面が現像液の層を保持しにくくなり、現像液のコートが一部の領域で失われるなど、所謂載り量の分布が不安定となる可能性がある。
 次に、スクイズローラについて説明する。スクイズローラは、例えば直径15mmの円柱状のステンレス鋼(SUS)によって構成される。スクイズローラの表面粗さRzが0.1μm以下であることが望ましい。このような粗さとすることで、平均粒径1μm以下のトナー粒子を成分とする現像剤を用いる構成において、良好な現像が可能となる。
 また、端部シールのスクイズローラに対する侵入量は、例えば0.7mmとすると好適である。スクイズローラは滑らかな金属であり、端部シールが強く当接しても端部シールのへたりや劣化等に起因する現像液のすり抜けの可能性は小さく、かつスクイズローラの回転負荷に対する影響は小さいため、侵入量は0.7mm以上としてもよい。
 また、現像液に対するスクイズローラの接触角については、現像ローラと同等かそれより大きく、かつ端部シールより小さいことが望ましい。本実施の構成例では、スクイズローラのドデシルビニルエーテルに対する接触角が10°である。
[現像液と現像ローラ及び端部シールとの接触角]
 ここで、仮に現像液と現像ローラの接触角が、現像液と端部シールの接触角に比べて大きいとした場合について考える。この場合、現像ローラと現像液の界面の表面エネルギーが端部シールと現像液と界面の表面エネルギーよりも低く、現像液は端部シールに接触している方が安定する。その結果、現像液が規制面上に広がって、現像ローラの外周面と端部シールの規制面との間に液架橋が形成されやすくなり、現像ローラの端部に相当する位置にカブリ画像が発生する。カブリ画像を低減するには、このような液架橋によって現像ローラのエッジ部の付近に保持される現像液量を低減することが有効である。ここで、規制面とは、端部シールの現像ローラに担持されている現像液側の側面である。
 以上のことから、本実施形態では、現像液と端部シールの接触角が、現像液と現像ローラの接触角より大きくなるように構成する。端部シール及び現像ローラに対する接触角の好ましい範囲を図8乃至図10に示す。図8は接触角の好ましい範囲の一例を示し、図9はより好ましい範囲、図10はさらに好ましい範囲を示している。
 図8に示すように、現像液と端部シールの接触角は、現像液と現像ローラの接触角より大きい(対角線より上側の領域)ものとする。また、端部シールの濡れ性が非常に大きい(接触角が小さい)と、現像ローラの現像液の接触角によらず端部シールに現像液が引き寄せられてしまうため、現像液と端部シールの接触角は15°以上であることが好ましい。
 図9に示すように、現像液と端部シールの接触角は45°以上であることがより好ましい。その根拠をヤングの式を用いて説明する。ヤングの式とは、接触角をθとし、γLGを液体気体界面にはたらく表面張力、γSLを液体固体界面にはたらく表面張力、γSGを固体気体界面にはたらく表面張力とした時に、表面張力のつり合いによって成立する下記の式(1)である(図7参照)。
γSG=γLG×cosθ+γSL    (1)
 本実施形態の構成例における現像液の表面張力γLGは実験的に得られた値で22[mN/m]であった。この時接触角θは45°であった。また、初期の接触状態において、γSLは14[mN/m]であった。この結果、得られたγSGは約30[mN/m]であった。実際には、現像液が重力で下方に引っ張られるが、数μm程度の高さの液では、支配的なのは重力ではなく、表面張力である。
 ここで、現像ローラの外周面に対する現像液の高さ、即ちスクイズローラによって規制された現像液の厚さが2.5μmである場合について考える。この場合、現像ローラのエッジ部の付近では、端部シールに対する接触角θの大きさに応じて、現像液の高さは2.5μmとは異なる値となり、接触角θが小さいほど現像液は厚くなる。現像ローラのエッジ部から長手方向に2.5μmの範囲に担持される現像液が、現像ローラの回転に伴って端部シールと現像ローラとに略等分に分かれるとする。すると、接触角θが45°であれば、端部シールから離れた後の現像ローラの表面に担持される現像液の高さが概ね2.5μmとなり、現像部に進入する現像液の高さが長手方向に関して略均一となる。
 従って、端部シールと現像液の接触角を45°以上とすることにより、現像部に進入する現像液の高さの均一性を高め、カブリ画像を効果的に低減することができる。また、接触角を45°以上とすることにより、現像液に対する接触角が小さい(例えば30°以下)ことが要求される現像ローラと、端部シールとの間で、現像液に対する濡れ性の差が大きくなる。これにより、現像ローラのエッジ部の付近に位置する現像液が、現像ローラの回転に伴って安定して端部シールから離間して現像ローラに担持されるようになり、カブリ画像の低減に寄与する。
 図10に示すように、現像液と端部シールの接触角は、さらに好ましくは90°以上とする。接触角が90°である場合、図6に実線として示すように、現像液の液表面が端部シール46の規制面46bに対して略垂直に接する状態となる。即ち、現像液が端部シール46の規制面46bによって弾かれるため、液架橋が形成されず、長手方向に関して現像液の高さが一定の状態で現像ローラが回転する。また、接触角が90°より大きい場合、エッジ部41cの付近に担持された現像液の容積が、現像ローラ41の長手方向の中央部に比べて小さい状態となる。このため、カブリ画像の発生をより強力に低減することができる。
 一方、図8乃至図10に共通して示すように、現像液と端部シールの接触角は135°以下であることが好ましい。接触角が大きすぎる場合、端部シールの規制面から弾かれた現像液が落下し、現像ローラの回転に伴って周囲に飛散して感光ドラム等を汚染する可能性があるためである。
 筆者らは動的接触角に関わるFurmidgeの式を用いたモデル計算により、接触角の上限値を定めた。Furmidgeの式は、次の式(1)で表される。
(mg×Sinα)/ω=γLG(cosθR−cosθA)    (2)
ただし、mは液滴の質量[kg]、gは重力加速度[m/s^2]、αは液滴が下る勾配の角度[rad]、ωは液滴の幅[m]、γLGは液滴の表面張力[mN/m]、θRは液滴の後退接触角[rad]、θAは液滴の前進接触角[rad]とする。
 ここで、現像液一滴の体積を0.01mLとし、その比重を0.8[g/cm^3]とすると、その重さは8μgとなる。また、角度αは端部シールが垂直な壁面として0[rad]とする。液滴の幅については、単純に液滴を球体と想定した時、直径が約2.3mmであることからその2倍の4.6mm相当と考える。γLGは実験的に得られた値で22[mN/m]とする。またθR、θAで決まる(cosθR−cosθA)については、90°以上の高接触角においては前進も後退も略同等の形状をとると想定し、(cosθR−cosθA)=2cosθAと近似した。また前進接触角θAは静止時接触角と略同等と想定すると、Furmidgeの式から求められるγLGが実験値22[mN/m]より小さくなる、すなわち重力に対して表面張力が負けるのは約135°となる。従って、本実施形態においては、接触角の上限は135°とした。
 筆者らが検討したところによれば、このような構成により、画像形成装置における端部カブリ画像を低減することが分かった。下記の表1に、本実施形態の構成を適用した画像形成装置において、複数枚の画像を連続的に出力させる連続画像形成動作を実行させた場合のカブリ画像の有無を調べた結果を示す。表1の各欄は、カブリ画像が視認可能であったものを×とし、カブリ画像が認められなかったものを○としている。表1の各列は、連続画像形成動作の開始からの経過時間(開始直後~5時間)を表し、各段は現像液と端部シールの接触角を表している。現像液と現像ローラの接触角は15°である。また、連続画像形成動作の期間中、現像ローラには定常的に現像液が供給される構成である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表1に示すように、現像液と端部シールの接触角が10°、即ち現像液と現像ローラの接触角(15°)より小さい角度であった場合、画像形成動作の開始直後からカブリ画像が発生した。現像液と端部シールの接触角が25°以上である場合、少なくとも連続画像形成動作の開始から30分が経過するまではカブリ画像が抑止された。しかし、2時間以上連続して画像形成動作を実行した場合には、カブリ画像が発生した。これは、時間経過に伴って端部シールの規制面に対して現像液が接触する範囲が広がって液架橋が形成され、現像ローラのエッジ部の付近に対して断続的に多量の現像液が付着したためと考えられる。
 一方、現像液と端部シールの接触角が45°であるものは2時間以上、接触角が90°であるものは5時間以上に亘ってカブリ画像が抑止された。即ち、端部シールの現像液に対する接触角を45°以上、好ましくは90°以上に設定することで、単に端部シールの接触角が現像ローラの接触角より大きい場合に比べて、長時間連続して使用してもカブリ画像を低減可能であることが分かった。
 このように、本実施形態の構成では、現像ローラの外周面に比べて現像液に対する接触角が大きい端部シールを使用している。言い換えれば、現像剤担持体の担持面に比べて、液体現像剤に対する接触角が大きい端部規制部材を使用している。これにより、現像剤担持体の担持面の端部の周辺に多量の液体現像剤が付着することを防いで、簡易な構成で、カブリ画像の発生を低減することができる。また、端部規制部材と現像液の接触角を適宜設定することで(図9、図10参照)、長時間に亘る画像形成動作においてもカブリ画像の発生を低減することができる。
 本実施形態では、現像液と端部シールの規制面をの接触角を調整する方法として、端部シールを撥油性を有する材料で構成したが、他の方法で接触角を調整してもよい。例えば、端部シールの規制面に微細な凹凸を形成することによって接触角を増大させてもよい。また、キャリア液の主成分が極性分子である場合等、上述の説明で例示したものと異なる性質を有する場合には、これに応じて端部シールの材質及び表面処理の内容等を変更すればよい。
 また、本実施形態では、端部規制部材としての端部シールが現像ローラの長手方向画端部に当接するものとして説明したが、端部シールが現像ローラのエッジ部より内側(長手方向中央側)で現像ローラの外周面に当接する構成としてもよい。この場合も、現像液と端部シールの接触角が現像液と現像ローラの接触角に比べて大きい構成とすればよい。これにより、端部シールによって現像液の長手方向の移動を規制すると共に、端部シールと現像ローラの担持面(端部シールの間の領域)との液架橋によるカブリ画像の発生を低減することができる。ただし、本実施形態のように、端部シールが現像ローラの端部に当接する構成とすることで、現像ローラの長手方向全域を現像に用いることが可能となり、画像形成可能な画像サイズを確保しつつ現像装置をコンパクトに構成することができる。
(第二の実施形態)
 上記の実施形態では、端部規制部材を現像装置に設ける構成であった。本実施形態では、感光ドラムをクリーニングするクリーニングブレード51の両端部に端部シール46の特性を有する端部シール460を取り付けるものである。クリーニングブレード51と端部シール460以外の構成については上記の実施形態と同様であるため、説明については省略する。
(クリーニングブレード)
 図11は、クリーニングブレードを真上から見た図である。クリーニングブレードはエッジ部51aが感光体1と当接して、感光体1上の現像液をクリーニングする。
(端部シール)
 本実施形態においては、図11のように端部シール460はクリーニングブレードの長手方向Xにおいてクリーニングブレード51の両端にクリーニングブレードと接諸して配置される。端部シール460はクリーニングブレードの端部を囲むようにL型の形状をしている。エッジ部51aでクリーニングされた現像液がクリーニングブレードからはみ出さないように、端部シール460は、規制面460c,460dでそれぞれ現像液を規制している。規制面は、クリーニングブレードの現像液をクリーニングする領域側にある端部シールの側面である。それぞれの規制面は長手方向Xの画像形成領域よりも外側にある。
 端部シール460の材質はポリエチレン若しくはポリウレタンからなる弾性体でかつフッ素樹脂であるもの、又は、ポリエチレン若しくはポリウレタンからなる弾性体でありその表面にフッ素樹脂によって被覆されたものを用いる。一般に、フッ素処理された部材はその表面エネルギーが低いために撥油性を示すため、本実施形態のように油性(疎水性)分子を主成分とするキャリア液を用いる場合において撥油性をコントロールしたい場合に好適な材料である。形状は平板状のゴム又は発泡スポンジとすると好適である。ただし、発泡スポンジである場合には、その発泡構造は互いに液を通過させない、単泡からなるものが好ましい。
 端部シール460の硬度は、Asker−Cにおいて40°以上60°以下の範囲が好ましく、例えば50°とする。
 端部シール460の表面の粗さは、平板状のゴムである場合には表面粗さRzが20μm以下、発泡スポンジである場合には、泡径が200μm以下であることが望ましい。
 本実施形態の構成例において、端部シール460はフッ素樹脂を含有する発泡スポンジであり、泡径が100~200μm又はそれ以下である。また、前述した接触角計において、測定に用いられる液滴0.1uLとは直径約2.5mmの大きさであり、泡径に対して約10倍以上の大きさを有する。これにより、発泡構造による端部シール460の表面の粗さがあったとしても、発泡構造がないソリッドな部材に対する計測結果とマクロ的には略同等の接触角を計測することが可能となり、測定精度が確保される。
[現像液と端部シールとの接触角]
 本実施形態では、エッジ部51aでクリーニングされた現像液がエッジ部51aに沿って、移動する現像液が外部に漏れないようするために、現像液と規制面の接触角を45°以上に設定する。接触角を大きくすることにより、クリーニングされた現像液が回り込んで移動することを低減することができる。なお、接触角の測定方法は上記実施形態と同様である。そして、この効果は、90°以上にするとより好ましく、さらに135°以上とするとより効果が向上する。
 なお、本実施形態では、規制面と現像液との接触角は、クリーニングブレードと現像液との接触角よりも大きい。ここで、クリーニングブレードと現像液との接触角は、エッジ部51a近傍(エッジ部から10mm以内の領域)で測定するものとする。
 本実施形態では、感光ドラム1をクリーニングするクリーニングブレードの構成であったが、対象物と当接してクリーニングするクリーニングブレードであってもいい。また、本実施形態は、弾性のクリーニングブレードであったが、この材料に限定されるものではない。たとえば、金属ローラと接触して金属ローラ上の現像液をクリーニングするような構成では、金属ブレードを用いる場合もあり、この金属ブレードに対しても、本実施形態の端部シールを採用しても、同様の効果を得ることができる。
 上記実施形態では、現像ローラ、クリーニングブレードに設ける端部シールについて説明した。現像液を担持する金属ローラ(保持ローラ)に対しても上記実施形態の端部シールを用いても、現像液が金属ローラに回り込んで外部に漏れることを低減することができる。
 なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定するものではなく、他の構成に対してももちろん適用可能である。
 本発明によれば、簡易な構成で現像液の端部への回り込みを低減することができる現像装置が提供される。
1…像担持体(感光ドラム)/4…現像装置/41…現像剤担持体(現像ローラ)/41b…担持面(外周面)/43…規制部材(スクイズローラ)/46…端部規制部材(端部シール)/46b…規制面/47…供給部(供給トレイ)

Claims (19)

  1. 像担持体に担持された静電潜像を現像するための液体現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体と、前記現像剤担持体の回転軸線方向において前記現像剤担持体の端部に前記現像剤担持体と接触して設けられ、前記回転軸線方向に液体現像剤が移動することを規制する端部規制部材と、を有する現像装置であって、
    前記端部規制部材の前記現像剤担持体が液体現像剤を担持する側の側面と液体現像剤との接触角が45°以上である現像装置。
  2. 像担持体に担持された静電潜像を現像するための液体現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体と、前記現像剤担持体の回転軸線方向において前記現像剤担持体の端部に前記現像剤担持体と接触して設けられ、前記回転軸線方向に液体現像剤が移動することを規制する端部規制部材と、を有する現像装置であって、
    前記端部規制部材の前記現像剤担持体が液体現像剤を担持する側の側面は、フッ素樹脂を含有する弾性体又は表面をフッ素樹脂によって被覆された弾性体である現像装置。
  3. 前記側面と液体現像剤との接触角は、前記現像剤担持体の前記担持面と液体現像剤との接触角より大きい請求項1または請求項2に記載の現像装置。
  4. 前記側面と液体現像剤との接触角が45°以上である請求項2に記載の現像装置。
  5. 前記側面と液体現像剤との接触角が90°以上である請求項1乃至4のいずれかに記載の現像装置。
  6. 前記側面と液体現像剤との接触角が135°以下である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の現像装置。
  7. 前記現像剤担持体に液体現像剤を供給する供給部と、前記現像剤担持体の回転方向において前記供給部の下流かつ前記現像剤担持体が像担持体と対向する現像部の上流に配置され、前記現像剤担持体に担持されて前記現像部に到達する液体現像剤の量を規制する液量規制部材を備え、前記端部規制部材は、前記現像剤担持体の回転方向において、少なくとも前記液量規制部材の下流かつ前記現像部の上流に配置されている請求項1乃至6のいずれか1項に記載の現像装置。
  8. 前記側面は、フッ素樹脂を含有する弾性体又は表面をフッ素樹脂によって被覆された弾性体である請求項1乃至7のいずれかに記載の現像装置。
  9. 液体現像剤のキャリア液がドデシルビニルエーテルを含み、前記端部規制部材とドデシルビニルエーテルとの接触角が、前記現像剤担持体の前記担持面とドデシルビニルエーテルとの接触角より大きい請求項1乃至8のいずれか1項に記載の現像装置。
  10. 像担持体と接触し、像担持体上の液体現像剤をクリーニングするクリーニングブレードと、前記クリーニングブレードの長手方向において前記クリーニングブレードの端部に前記クリーニングブレードと接触して設けられ、前記長手方向に液体現像剤が移動することを規制する端部規制部材と、を有する現像装置であって、
    前記端部規制部材の前記クリーニングブレードが液体現像剤をクリーニングする側の側面と液体現像剤との接触角が45°以上である現像装置。
  11. 像担持体と接触し、像担持体上の液体現像剤をクリーニングするクリーニングブレードと、前記クリーニングブレードの長手方向において前記クリーニングブレードの端部に前記クリーニングブレードと接触して設けられ、前記長手方向に液体現像剤が移動することを規制する端部規制部材と、を有する現像装置であって、
    前記端部規制部材の前記クリーニングブレードが液体現像剤をクリーニングする側の側面は、フッ素樹脂を含有する弾性体又は表面をフッ素樹脂によって被覆された弾性体である現像装置。
  12. 前記側面と液体現像剤との接触角は、前記クリーニングブレードと液体現像剤との接触角より大きい請求項10または請求項11に記載の現像装置。
  13. 前記側面と液体現像剤との接触角が45°以上である請求項11に記載の現像装置。
  14. 前記側面と液体現像剤との接触角が90°以上である請求項10乃至11のいずれかに記載の現像装置。
  15. 前記側面と液体現像剤との接触角が135°以下である請求項10乃至14のいずれか1項に記載の現像装置。
  16. 前記端面は、フッ素樹脂を含有する弾性体又は表面をフッ素樹脂によって被覆された弾性体である請求項10乃至15のいずれかに記載の現像装置。
  17. 液体現像剤のキャリア液がドデシルビニルエーテルを含み、前記端部規制部材とドデシルビニルエーテルとの接触角が、前記現像剤担持体の前記担持面とドデシルビニルエーテルとの接触角より大きい請求項10乃至16のいずれか1項に記載の現像装置。
  18. 液体現像剤を保持する保持ローラと、前記保持ローラの長手方向において前記保持ローラの端部に前記保持ローラと接触して設けられ、前記長手方向に液体現像剤が移動することを規制する端部規制部材と、を有する液体現像剤装置であって、
    前記端部規制部材の前記保持ローラが液体現像剤を保持する側の側面と液体現像剤との接触角が45°以上である液体現像剤装置。
  19. 液体現像剤を保持する保持ローラを、前記保持ローラの長手方向において前記保持ローラの端部に前記保持ローラと接触して設けられ、前記長手方向に液体現像剤が移動することを規制する端部規制部材と、を有する液体現像剤装置であって、
    前記端部規制部材の前記保持ローラが液体現像剤を保持する側の側面は、フッ素樹脂を含有する弾性体又は表面をフッ素樹脂によって被覆された弾性体である液体現像剤装置。
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