説明

画像形成装置

【課題】 現像ローラへの液体トナーの塗布量が安定し、耐久性の高いトナー塗布ローラを備え、画質ムラのない画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 シリコンオイルもしくは鉱物油からなるキャリア液にトナーを分散した液体トナーを用いる画像形成装置において、前記画像形成装置は、感光体上に形成された静電潜像を現像するための現像ローラと、前記現像ローラに液体トナーの薄層を形成するトナー塗布ローラを備え、前記トナー塗布ローラはその表面に溝部を有し、前記溝部表面が窒化処理されていることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコンオイルもしくは鉱物油からなるキャリア液にトナーを分散させた液体トナーにより感光体上に形成された静電潜像を現像する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
絶縁性のキャリア液中にトナーを分散した液体トナーによって感光体上に形成された静電潜像を現像する画像形成装置が知られている。この静電潜像は、帯電したトナーが絶縁性のキャリア液中を静電力により現像するため、その移動距離が短いほど現像効率が向上する。そのため、現像ローラ上に液体トナーのミクロン単位の薄層を形成し、この薄層化された液体トナーを感光体に接触させて現像する必要がある。
【0003】
このような液体トナーの薄層を形成するために、その表面に規則的な溝部が形成されたトナー塗布ローラ(アニロクスローラ)で液体トナーを保持し、トナー規制ブレードをトナー塗布ローラの表面に当接させ、トナー塗布ローラ表面の液体トナー量を規制し、トナー塗布ローラと現像ローラを接触させ、トナー塗布ローラの液体トナーを現像ローラに転写塗布している。
【0004】
液体トナーを現像ローラに薄層化するように塗布して現像を行う場合、液体トナーの薄層の厚さが画像の濃度を決定するので、均一な厚さの薄層を形成することが重要となってくる。特開2002−278295号公報(以下、「公知例」という。)には、均一な液体トナーの現像ローラへの塗布のため、トナー塗布ローラの溝部への液体トナーの付着に起因する塗布量の減少を防止するために、トナー塗布ローラの溝部に非晶質のフッ素樹脂をコーティングする構成が開示されている。
【特許文献1】特開2002−278295号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
公知例のように、液体トナーに対して撥油性の高いフッ素樹脂でトナー塗布ローラの溝部をコーティングすることで、液体トナーの溝部からの離型性(現像ローラへの転写性)は向上するが、逆にトナー塗布ローラの溝部に液体トナーを保持して汲み上げる際、撥油性が良すぎるため、トナー塗布ローラの溝部に充分な液体トナーを保持することができず、結果として、現像ローラに必要な液体トナーの塗布ができないという問題が発生する。
現像ローラへの液体トナーの塗布量の減少は、最終的に記録媒体上の濃度ムラを引き起こす。
【0006】
本発明は、前記課題を解決した、現像ローラへの液体トナーの塗布量が安定し、耐久性の高いトナー塗布ローラを備え、画質ムラのない画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本第1発明は、前記課題を解決するために、シリコンオイルもしくは鉱物油からなるキャリア液にトナーを分散した液体トナーを用いる画像形成装置において、前記画像形成装置は、感光体上に形成された静電潜像を現像するための現像ローラと、前記現像ローラに液体トナーの薄層を形成するトナー塗布ローラを備え、前記トナー塗布ローラはその表面に溝部を有し、前記溝部表面が窒化処理されていることを特徴とする。
【0008】
本第2発明は、本第1発明の画像形成装置において、前記トナー塗布ローラ表面の溝部の山部にのみフッ素樹脂コーティングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明のシリコンオイルもしくは鉱物油からなるキャリア液にトナーを分散した液体トナーを用いる画像形成装置において、前記画像形成装置は、感光体上に形成された静電潜像を現像するための現像ローラと、前記現像ローラに液体トナーの薄層を形成するトナー塗布ローラを備え、前記トナー塗布ローラはその表面に溝部を有し、前記溝部表面が窒化処理されている構成により、トナー塗布ローラによる液体トナーの良好な汲み上げ性と現像ローラへの良好な転写性の両立ができ、安定した画質を出し続けることが可能となる。
トナー塗布ローラ表面の溝部の山部にのみフッ素樹脂コーティングする構成により、トナー塗布ローラと現像ローラの接触時に、トナー塗布ローラの溝部に保持された液体トナーが溝部の山部にあふれ出るのを撥油性の高いフッ素樹脂コーティングが防止し、現像ローラへの液体トナーの塗布量が安定するので画質ムラが無くなると同時に、トナー規制ブレードの摩耗を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本実施形態の画像形成装置を、ブラック用画像形成部Kで代表して説明する。イエロー、マゼンダ、シアン、ブラック用の各画像形成部Y、M、Cは、ブラック用の画像形成部と同一構成であり、説明を省略する。
【0011】
有機感光体またはアモルファスシリコン感光体で構成された感光体100は、図示しない電源装置から液体トナーの帯電極性と同極性のバイアスを印加されながら感光体100に対して当接して回転する帯電ローラ110によりその表面が均一に帯電される。
【0012】
帯電ローラ110は金属製芯金の表面に導電性ウレタンゴム等の弾性部材とフッ素樹脂製表層を配した弾性ローラが好適である。また、帯電ローラ110へはクリーニングパッド111を摺接させ、帯電ローラの汚れを除去している。
【0013】
次に、均一帯電された感光体100に対して各色画像形成部の下方に配置したレーザ走査光学系200でブラック画像用静電潜像が書き込まれる。
【0014】
一方、現像装置300内では図2で後述する構造によって現像ローラ301上に均一な液体トナー層が形成され、図示しない電源装置から液体トナーと同極性の現像バイアスを印加された現像ローラ301が感光体100上に形成されたブラック画像用静電潜像と当接回転するによりブラック画像用静電潜像が液体トナーで顕像化される。
【0015】
本実施例に用いる液体トナーは熱可塑性樹脂中へ顔料等の着色剤を分散させた平均粒径1μmの固形粒子を、シリコンオイル、鉱物油、食用油等のキャリア液中へ分散剤を添加しながら約20重量%分散させたものである。
【0016】
また、現像ローラ301は金属製芯金の外周に導電性ウレタンゴム等の弾性部材と樹脂層やゴム層を供えた構造で良い。本実施形態の現像ローラ301は、鉄の芯金の周りにウレタンゴム(硬度は、JIS−A30〜55°)とした。
【0017】
現像ローラ301で感光体100上に形成された直後の液体トナー画像はキャリア液の比率が高い状態であり、後述する転写装置によって中間転写ベルト400上で色重ねを行うと画像流れを起こす可能性があり、トナーの帯電特性と同極性のバイアスを印加しながら感光体100へ当接して回転する絞りローラ330で過剰なキャリア液を写し取り、顕像内の固形粒子比率を上げる処理を行う。絞りローラ330へ写し取られたキャリア液は絞りローラクリーナ331で掻き取られる。
【0018】
絞りローラ330は金属製芯金の表面に導電性ウレタンゴム等の弾性部材とフッ素樹脂製表層を配した弾性ローラが好適である。
【0019】
次に、感光体100上の顕像は中間転写ベルト400を介して当接回転する一次転写ローラ405へ液体トナーの帯電特性とは逆極性のバイアスを、図示しない電源装置から印加することで中間転写ベルト400へ一次転写され、同様の画像形成手順によって中間転写ベルト400の回動方向上流側で形成された他色の顕像と重ね合わせられ、フルカラー画像となる。
【0020】
一次転写後の感光体100は棒状光源で構成された除電ランプ120によって静電潜像が消去され、感光体100と当接する感光体クリーニングブレード130によって一次転写で残留した液体トナーが掻き取られ、再度、帯電ローラ110で均一に帯電される。
【0021】
感光体クリーニングブレード130で掻き取られた使用済みの液体トナーは搬送スクリュー131で図1の奥行き方向へ搬送され、図示しない廃トナー容器へ回収する。
【0022】
中間転写ベルト400上へ形成された各色顕像は中間転写ベルト400と駆動ローラ401および二次転写ローラ430で構成される二次転写部へ進む。
【0023】
画像形成の進行タイミングに対応して、給紙カセット500内に積層された紙等の記録媒体501がピックアップローラ502と分離バッド503で一枚分離され、搬送ローラ対504、記録媒体の斜行と給送タイミングを補正するレジストローラ対505を経て前記二次転写部へ給送される。
【0024】
二次転写ローラ430は図示しない付勢手段で中間転写ベルト400を介して駆動ローラ401へ付勢されると共に、図示しない電源装置から液体トナーの帯電特性と逆極性のバイアスを印加して中間転写ベルト400上のフルカラー画像を記録媒体501へ二次転写する。
【0025】
二次転写ローラ430は二次転写ローラクリーナ420で二次転写ローラ430と当接する二次転写ローラクリーニングブレード421によって二次転写ローラ420の表面に付着した紙粉や記録媒体間で中間転写ベルト400から付着した液体トナーが掻き取られる。二次転写ローラクリーニングブレード421で掻き取られた紙粉や液体トナーは搬送スクリュー422で図1の奥行き方向へ搬送され、図示しない廃トナー容器へ回収する。
【0026】
二次転写後の中間転写ベルト400は中間転写ベルト400を介してクリーナバックアップローラ402へ当接するベルトクリーナ410においてベルトクリーニングブレード411によって中間転写ベルト400の表面に残留する二次転写残留トナーや紙粉が掻き取られる。ベルトクリーニングブレード411で掻き取られた二次転写残留トナーや紙粉は搬送スクリュー412で図1の奥行き方向へ搬送され、図示しない廃トナー容器へ回収する。
【0027】
二次転写されたフルカラー画像を担持した記録媒体501は内部に加熱手段を備えたヒートローラ601と外部にゴム等の弾性部材を備えた加圧ローラ602で構成された定着装置600を通過し、フルカラー画像中の熱可塑性樹脂が溶融しながら記録媒体501へ加圧定着され、所望の画像を得る。
【0028】
定着後の記録媒体501は排紙ローラ対506で画像形成装置上面は排出される。同一の記録媒体501の裏面へも画像形成を行う場合には正逆方向へ回転可能な排紙ローラ対506で記録媒体501はスイッチバック搬送され、再給送ローラ対507、508、509でレジストローラ対505を介して再度、二次転写部で記録媒体501の裏面へ画像が転写され、定着装置600で画像が定着された後に排紙ローラ対506で画像形成装置上面は排出される。
【0029】
図2は、図1に示される画像形成装置のブラック用画像形成部Kの部分拡大図である。
図2により、本発明の画像形成装置の現像装置の構成を説明する。
【0030】
図2は図1の画像形成装置におけるブラック用画像形成部Kの部分拡大図である。図2により本画像形成装置の現像装置の構成を詳細に説明する。
【0031】
現像装置300は容器320内の下方に液体トナーの一次貯溜部315を有する。一次貯溜部315には可撓性の板状攪拌部材304を備えたアジテータ303を配置してある。
【0032】
板状攪拌部材304はステンレス鋼やリン青銅等の可撓性金属板やポリエチレンテレフタレート等の可撓性樹脂板で構成され、その自由端が一次貯溜部315の容器320内周と摺接する構成とし、アジテータ303が回転することで液体トナーを攪拌すると同時に液体トナーを二次貯溜部302へ掻き上げる。
【0033】
二次貯溜部302へ掻き上げられ、オーバーフローした液体トナーは重力によって一次貯溜部へ落下する。
【0034】
二次貯溜部302には表面に螺旋溝等の微細な凹凸の溝部を設けたトナー塗布ローラ305を備え、回転するトナー塗布ローラ305に当接すべく可撓性金属板の先端へウレタンゴムを設けたトナー規制ブレード306でトナー塗布ローラ305表面の凹凸の溝部内で液体トナーを擦り切る。
【0035】
トナー塗布ローラ305表面の凹凸の溝部内へ収容された液体トナーは、金属製芯金の表面に導電性ウレタンゴム等の弾性部材を配した現像ローラ301を当接させることで現像ローラ301の表面へ写し取られ、現像ローラ301に当接回転し、図示しない電源装置から現像ローラ301よりも高い液体トナーの帯電極性と同極性のバイアスを印加された均しローラ308でトナー塗布ローラ305表面の凹凸模様の消去と液体トナー膜厚の均一化が行われる。
【0036】
均しローラ308は金属ローラまたは、金属ローラの表層に導電性の樹脂層やゴム層を供えた構造が好適である。また、本実施例では均しローラ308は現像ローラ301に対してカウンター回転する構成としてあるが、現像ローラ301の外周速に対して速度差を設け、従動方向に回転する構成としても良い。
【0037】
均しローラ308へ現像ローラ301よりも高い液体トナーの帯電極性と同極性のバイアスを印加することで、現像ローラ301上の液体トナーは固形粒子が現像ローラ301の表層へ移動し、緩やかな結合を起こす。この緩やかな結合は現像ローラ301が感光体100と当接する現像ニップ部で現像ローラ301から感光体100の潜像形成部へ液体トナー中の固形粒子が迅速に移動することを促進する効果があり、画像の濃度が向上できる。
【0038】
均しローラブレード309は均しローラ308へカウンター方向に当接し、均しローラ308へ付着した液体トナーを掻き取る。均しローラブレード309で掻き取られた液体トナーは重力によって回収口310を経由して一次貯溜部315へ戻される。
【0039】
現像ニップ部下流側の現像ローラ301の表面へは現像ローラブレード307を当接させ、現像残りとなったー液体トナーを掻き取り、現像ローラ301の表面をクリーニングする。現像ローラブレード307で掻き取られた液体トナーは重力によって回収経路311を経由して一次貯溜部315へ戻される。
【0040】
回収口310および回収経路311を経由して一次貯溜部315へ戻されたトナーはアジテータ303で攪拌され、再び二次貯溜部302へ掻き上げられる
【0041】
本発明のトナー塗布ローラ305は、基材としてステンレス鋼を用い、その表面に軸方向に対して約45°の角度で溝部321(図4、5参照)が彫刻した。溝部321の山部322(図4、5参照)と谷部323(図4,5参照)のピッチは、120μm(山部:90μm、谷部:30μm)とした。上記の溝部321に液体トナーが満たされ、その全てが現像ローラの表面に転写されると、現像ローラ301の表面に形成される膜厚は約12μmとなる。
【0042】
本発明のトナー規制ブレード306は、材質はウレタンゴム(硬度は、JIS−A62°)とし、トナー塗布ローラ305とは、図3に示されるように、トナー塗布ローラ305の接線方向に対して、カウンター角度20°、突き出し長さ0.3mmで、定位置制御で当接させた。
【0043】
本発明の現像ローラ301は、鉄の芯金の周りにウレタンゴム(硬度は、JIS−A30〜55°)とした。
【0044】
(実施例1)
トナー塗布ローラ305は、基材のステンレス鋼を転造加工して溝部321を形成した。転造加工後、その表面をフロン洗浄し、処理炉に入れ、フッ化窒素(NF3)を5000ppm含有するN2ガス雰囲気にて、300℃で15分間保持した。その後、530℃に加熱し、50%NH3+50%N2の混合ガスを炉内に導入し、約3時間窒化処理を行い、その後空冷して処理炉から取り出した。図4に示されるように、トナー塗布ローラ305に形成された窒化処理された硬化膜324の厚みは均一で、膜厚30μmであった。また、硬度は、ステンレス鋼の基材部分が300Hv(ビッカース硬度)であるのに対して、窒化処理された硬化膜325の硬度は1200Hvであった。塗れ性の評価のため、水2μlを滴下した際の静的接触角を測定したところ、78°であった。
【0045】
(実施例2)
トナー塗布ローラ305は、基材のステンレス鋼を転造加工して溝部321を形成した。転造加工後、その表面をアセトン洗浄し、処理炉に入れ、フッ化窒素(NF3)を35000ppm及びO2を7000ppm(0.7%)含有するN2ガス雰囲気中にて、300℃で約15分間保持した。その後、500℃に加熱し、10%N2+90%H2下で約30分間保持した後、20%NH3+80%RX(メタン、プロパン等を空気中で不完全燃焼させてH2OとCO2を除去したもので、組成は概ねN2+CO(20%)+H2(30%)である)にて、約3時間窒化し、空冷した後処理炉から取り出した。得られたトナー塗布ローラ305の窒化層の厚みは均一で、膜厚40〜50μmであった。また、その硬度は、ステンレス鋼の基材部分が300Hv(ビッカース硬度)であるのに対して、窒化処理された硬化膜325の硬度は900Hvであった。塗れ性の評価のため、水2μlを滴下した際の静的接触角を測定したところ、75°であった。
【0046】
(実施例3)
実施例2と同様に、転造加工、窒化処理をしたトナー塗布ローラ305の溝部321の谷部323にエポキシ樹脂を埋め込む。トナー塗布ローラ305の溝部321の山部322の表面を脱脂し、化学研磨の表面処理により山部322のみを活性化させる。その後、フッ素樹脂をスプレーにより塗装し、150℃で30分間乾燥した。最後に、溝部321の谷部322にアセトンを流し込み、谷部323に埋め込まれたエポキシ樹脂を溶解する。以上の手順で、図5に示されるように、トナー塗布ローラ305の溝部321の山部322のみにフッ素樹脂コーティング325をした。フッ素樹脂コーティング325の膜厚は約3μmであった。フッ素樹脂コーティング325の塗れ性の評価のため、水2μlを滴下した際の静的接触角を測定したところ、108°であった。
【0047】
(比較例1)
実施例3と同様に、転造加工、窒化処理をし、トナー塗布ローラ305の窒化処理された硬化膜が形成された溝部321の山部322及び谷部323全体を、実施例3で施した
フッ素樹脂コーティングした。フッ素樹脂コーティングの膜厚は約3μmであった。塗れ性の評価のため、水2μlを滴下した際の静的接触角を測定したところ、108°であった。
【0048】
(比較例2)
トナー塗布ローラ305は、実施例1のトナー塗布ローラ305の窒化処理前のものを用いた。塗れ性の評価のため、水2μlを滴下した際の静的接触角を測定したところ、45°であった。
【0049】
実施例1、実施例2、実施例3、比較例1、比較例2の各トナー塗布ローラに関して、以下の画像評価実験を行った。それぞれ同様の装置構成及び同様の液体トナーを用いて、現像ローラにおける膜厚を測定し、加えて最終的な画像濃度をそれぞれの印刷枚数毎に測定した。結果を表1に示す。
【0050】
(表1)
┌───────┬───────┬─────┬──────┬──────┐
│ │初期画像濃度 │ 10K │ 25K │ 50K │
├───────┼───────┼─────┼──────┼──────┤
│実施例1 │1.45 │ 1.42│ 1.46 │ 1.44 │
│ │膜厚:6.8μm │ │膜厚:6.6μ
│ │ │ │ │m │
├───────┼───────┼─────┼──────┼──────┤
│実施例2 │1.46 │ 1.44│ 1.45 │ 1.43 │
│ │膜厚:6.8 │ │ │膜厚:6.5μ
│ │μm │ │ │m │
├───────┼───────┼─────┼──────┼──────┤
│実施例3 │1.45 │ 1.45│1.44 │ 1.45 │
│ │膜厚:6.5 │ │ │膜厚:6.5│
│ │μm │ │ │μm │
├───────┼───────┼─────┼──────┼──────┤
│比較例1 │0.86 │ 0.80│ 0.75 │ 0.83 │
│ │膜厚:4.5 │ │ │膜厚:4.4μ
│ │μm │ │ │m │
├───────┼───────┼─────┼──────┼──────┤
│比較例2 │1.39 │ 1.08│ 0.95 │ 0.89 │
│ │膜厚:6.2 │ │ │膜厚:4.7μ
│ │μm │ │ │m │
└───────┴───────┴─────┴──────┴──────┘
【0051】
この結果から、実施例1及び実施例2では、初期画像と耐久後の画像を比較しても、同等の良好な画像が得られた。実施例3においても、実施例1及び実施例2と同様に良好な画像が得られた。加えて、微少な画質ムラもほとんど発生しなかった。比較例1では、初期画像と耐久後の画像濃度はあまり安定していない上、初期の画像から充分な濃度が得られなかった。また、可視できるほどの細かい濃度ムラが存在した(トナー塗布ローラの溝パターン)。比較例2では、初期画像は充分な濃度が得られたものの、耐久により急激な画像濃度の減少が見られた。
【0052】
以上の結果、実施例1〜3においては、初期画像と耐久後の画像を比較しても、濃度及び画質において同等レベルの良好な画像が得られた。実施例3においては、トナー塗布ローラと弾性体である現像ローラの接触時に、トナー塗布ローラの溝部の山部から溢れ出そうな液体トナーを、山部のフッ素樹脂コーティングの撥油性が防止することができた。これにより、トナー塗布ローラから現像ローラへの転写時における画質ムラがほとんどなくなると同時に、トナー規制ブレード(弾性体)の摩耗をより少なくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明の一実施形態を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態を示す図である。
【図3】本発明の一実施形態を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【0054】
100:感光体、110:帯電ローラ、111:クリーニングパッド、120:除電ランプ、130:感光体クリーニングブレード、131:搬送スクリュー、200:レーザ走査光学系、300:現像装置、301:現像ローラ、302:二次貯留部、303:アジテータ、304:板状攪拌部材、305:トナー塗布ローラ、306:トナー規制ブレード、307:現像ローラブレード、308:均しローラ、309:均しローラブレード、310:回収口、311:回収経路、315:一次貯留部、320:一次貯留部の容器、321:溝部、322:山部、323:谷部、324:窒化処理された硬化膜、325:フッ素樹脂コーティング、400:中間転写ベルト、401:駆動ローラ、402:クリーナバックアップローラ、403,404:補助ローラ、405:一次転写ローラ、410:ベルトクリーナ、411:ベルトクリーニングブレード、412:搬送スクリュー、420:二次転写ローラクリーナ、421:二次転写ローラクリーニングブレード、422:搬送スクリュー、430:二次転写ローラ、501:記録媒体、502:ピックアップローラ、503:分離パッド、504:搬送ローラ、505:レジストローラ、506:排紙ローラ対、507,508,509:再給送ローラ対、600:定着装置、601:ヒートローラ、602:加圧ローラ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリコンオイルもしくは鉱物油からなるキャリア液にトナーを分散した液体トナーを用いる画像形成装置において、前記画像形成装置は、感光体上に形成された静電潜像を現像するための現像ローラと、前記現像ローラに液体トナーの薄層を形成するトナー塗布ローラを備え、前記トナー塗布ローラはその表面に溝部を有し、前記溝部表面が窒化処理されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】
前記トナー塗布ローラ表面の溝部の山部にのみフッ素樹脂コーティングすることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。





【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2006−242352(P2006−242352A)
【公開日】平成18年9月14日(2006.9.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−62034(P2005−62034)
【出願日】平成17年3月7日(2005.3.7)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】