(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体層を有する潜像保持体上に画像領域と非画像領域とからなる第１の静電潜像を形成する第１の潜像形成手段と、
現像電位が供給された第１の現像電極によって、前記第１の静電潜像にトナー粒子およびキャリア液を含有する第１の液体現像剤を接触させ、第１可視像を形成する第１現像手段と、
前記第１可視像が形成されている前記潜像保持体上に画像領域と非画像領域とからなる第２の静電潜像を形成する第２の潜像形成手段と、
現像電位が供給された第２の現像電極によって、前記第２の静電潜像にトナー粒子およびキャリア液を含有する第２の液体現像剤を接触させ、第２可視像を形成する第２現像手段と、
前記第１可視像と前記第２可視像を転写媒体に一括転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
前記第２の液体現像剤と接触する時の、前記第１可視像を形成するトナー粒子の誘電率εr を１×ε０〜２×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2](ε０は真空の誘電率)、電荷密度ｑrを４０×１０−３〜５３０×１０−３［Ｃ／ｋｇ]、
前記感光体層の誘電率εPを1×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2]以上、前記第２の現像電極と前記第２の静電潜像の非画像領域との電位差ΔＶを１００〜５００[Ｖ]、
前記第２の静電潜像に接触する第２の液体現像剤の誘電率εｔを１×ε０〜６．０×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2]としたとき、一般式（１）を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【数１】
0003692024.tif 000011
（但し、ρｍは前記第１可視像を形成するトナー粒子の体積密度、ｄrは前記第１可視像を形成するトナー粒子の厚さ、ｍrは前記第１可視像を形成するトナー粒子の面密度、ｒは前記第１可視像を形成するトナー粒子の粒径、ｄpは、前記感光体層の厚さ、ｄｔは前記第２の静電潜像に接触する第２の液体現像剤の膜厚である。）
【請求項２】
感光体層を有する潜像保持体上に画像領域と非画像領域とからなる第１の静電潜像を形成する第１の潜像形成工程と、
現像電位が供給された第１の現像電極によって、前記第１の静電潜像にトナー粒子およびキャリア液を含有する第１の液体現像剤を接触させ、第１可視像を形成する第１の現像工程と、
前記第１可視像が形成されている前記潜像保持体上に画像領域と非画像領域とからなる第２の静電潜像を形成する第２の潜像形成工程と、
現像電位が供給された第２の現像電極によって、前記第２の静電潜像にトナー粒子およびキャリア液を含有する第２の液体現像剤を接触させ、第２可視像を形成する第２の現像工程と、
前記第１可視像と前記第２可視像を転写媒体に一括転写する転写工程とを有する画像形成方法において、
前記第２の液体現像剤と接触する時の、前記第１可視像を形成するトナー粒子の誘電率εr を１×ε０〜２×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2](ε０は真空の誘電率)、電荷密度ｑrを４０×１０−３〜５３０×１０−３［Ｃ／ｋｇ]、
前記感光体層の誘電率εPを1×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2]以上、前記第２の現像電極と前記第２の静電潜像の非画像領域との電位差ΔＶを１００〜５００[Ｖ]、
前記第２の静電潜像に接触する第２の液体現像剤の誘電率εｔを１×ε０〜６．０×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2]としたとき、一般式（１）を満たすことを特徴とする画像形成方法。
【数２】
0003692024.tif 000012
（但し、ρｍは前記第１可視像を形成するトナー粒子の体積密度、ｄrは前記第１可視像を形成するトナー粒子の厚さ、ｍrは前記第１可視像を形成するトナー粒子の面密度、ｒは前記第１可視像を形成するトナー粒子の粒径、ｄpは、前記感光体層の厚さ、ｄｔは前記第２の静電潜像に接触する第２の液体現像剤の膜厚である。）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体現像剤を用いた画像形成装置および画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体現像剤を用いた電子写真装置は、乾式電子写真装置では実現できない利点を有しており、近年その価値が見直されつつある。サブミクロンサイズの極めて微細なトナーを用いることが出来るため高画質を実現できること、少量のトナー（固形分）で十分な画像濃度が得られるため経済的であるうえに印刷（例えばオフセット印刷）並みの質感を実現できること、比較的低温でトナーを用紙に定着出来るため省エネルギーを実現できること、などが乾式に対する湿式電子写真の主な利点である。
【０００３】
一方、従来の液体現像剤による湿式電子写真技術にはいくつかの本質的な問題点が含まれており、そのために長い間乾式技術の独壇場を許してきた。これらの問題の一つとして、現像特性の不安定性があった。この問題は、液体現像プロセスの原理的理解が不十分で、現像をつかさどる諸パラメータを相互の関連の中でどのような値に設定すれば良いかを把握できていなかったことに起因するものであった。
【０００４】
一方、カラー化の本格的なうねりの中で乾式電子写真技術の限界が指摘されている。液体トナー電子写真の優れた潜在能力を引き出し従来の欠点を克服することが、電子写真の新展開の鍵となっている。
【０００５】
多重現像によって１個の感光体上にフルカラー画像を形成し用紙に一括転写するカラープロセスは、ＩＯＩ（＝Image-on-image）プロセスと呼ばれている。ＩＯＩプロセスでは、感光体が１個で大型の転写ドラムも不要であるため、シンプルでコンパクトなカラーエンジンを実現できる上に、色ずれの抑制や用紙搬送が容易で高速化にも適しているなど、多くの利点を有している。このＩＯＩプロセスは１９８０年代から盛んに研究が行われ、一部製品化もなされた。例えば、保志、安西、秋丸、小松による電子通信学会論文誌、J67-C(12),p.970(1984)や、細矢、戸村、上原による電子写真誌,26(2),p.107(1987)、さらには羽根田、板谷によるＪａｐａｎ  Ｈａｒｄｃｏｐｙ  ８９論文集、p.163(1989)などがその例である。
【０００６】
しかし、乾式トナーを用いたこれらの開発例においては次に列挙する本質的な課題が残されており、高画質カラーの実現は困難であると見られていた。
【０００７】
▲１▼感光体上のトナー層はバルキーで光ビームを散乱・吸収するため、次色の帯電・露光工程において電位ムラや光減衰不良、画像破壊をもたらす。
【０００８】
▲２▼感光体上のトナー層は次色の現像において容易に破壊・剥離されるため、非接触現像を採用しなければならず、現像条件に対する制約も大きい。
【０００９】
▲３▼コロナイオンを浴びた積層カラートナー像を電界によって一括転写することは容易ではなく、高効率・高画質転写の実現は極めて難しい。
【００１０】
一方、液体現像剤を用いたＩＯＩカラープロセスの検討もなされている（米国特許第４，６６０，５０３号の明細書 、あるいは米国特許第５，５５７，３７７号の明細書など）。しかし、これらの文献には乾式トナーを用いたＩＯＩに対する液体現像剤を用いたＩＯＩプロセスの優位性が明示されていない上に、重ね現像における諸パラメータの最適化に関わる指針が得られておらず、高画質カラー画像を安定的に出力することが困難であった。そのために、いまだに液体現像剤を使用した湿式ＩＯＩプロセスは実用化されていない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のカラー画像形成装置に関わる上述の問題、すなわち乾式ＩＯＩプロセスにおける潜像形成不良、画像破壊、転写不良といった問題や、湿式ＩＯＩプロセスにおける優位性の確認、諸パラメータの最適化、画質安定化といった課題を解決し、高品位画像を高速且つ安定的に出力できる画像形成装置および画像形成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像形成装置は、感光体層を有する潜像保持体上に画像領域と非画像領域とからなる第１の静電潜像を形成する潜像形成手段と、現像電位が供給された第１の現像電極によって、前記第１の静電潜像にトナー粒子およびキャリア液を含有する第１の液体現像剤を接触させ、第１可視像を形成する第１現像手段と、前記第１可視像が形成されている前記潜像保持体上に画像領域と非画像領域とからなる第２の静電潜像を形成する手段と、現像電位が供給された第２の現像電極によって、前記第２の静電潜像にトナー粒子およびキャリア液を含有する第２の液体現像剤を接触させ、第２可視像を形成する第２現像手段と、前記第１可視像と前記第２可視像を転写媒体に一括転写する転写手段とを有する画像形成装置において、前記第２の液体現像剤と接触する時の、前記第１可視像を形成するトナー粒子の誘電率εr を１×ε０〜２×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2](ε０は真空の誘電率)、電荷密度ｑrを４０×１０−３〜５３０×１０−３［Ｃ／ｋｇ]、前記感光体層の誘電率εPを1×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2]以上、前記第２の現像電極と前記第２の静電潜像の非画像領域との電位差ΔＶを１００〜５００[Ｖ]、前記第２の静電潜像に接触する第２の液体現像剤の誘電率εｔを１×ε０〜６．０×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2]としたとき、一般式（１）を満たすことを特徴とする。
【数５】
0003692024.tif 000002
（但し、ρｍは前記第１可視像を形成するトナー粒子の体積密度、ｄrは前記第１可視像を形成するトナー粒子の厚さ、ｍrは前記第１可視像を形成するトナー粒子の面密度、ｒは前記第１可視像を形成するトナー粒子の粒径、ｄpは、前記感光体層の厚さ、ｄｔは前記第２の静電潜像に接触する第２の液体現像剤の膜厚である。）
【００１６】
本発明の画像形成方法は、感光体層を有する潜像保持体上に画像領域と非画像領域とからなる第１の静電潜像を形成する第１の潜像形成工程と、現像電位が供給された第１の現像電極によって、前記第１の静電潜像にトナー粒子およびキャリア液を含有する第１の液体現像剤を接触させ、第１可視像を形成する第１の現像工程と、前記第１可視像が形成されている前記潜像保持体上に画像領域と非画像領域とからなる第２の静電潜像を形成する第２の潜像形成工程と、現像電位が供給された第２の現像電極によって、前記第２の静電潜像にトナー粒子およびキャリア液を含有する第２の液体現像剤を接触させ、第２可視像を形成する第２の現像工程と、前記第１可視像と前記第２可視像を転写媒体に一括転写する転写工程とを有する画像形成方法において、前記第２の液体現像剤と接触する時の、前記第１可視像を形成するトナー粒子の誘電率εr を１×ε０〜２×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2](ε０は真空の誘電率)、電荷密度ｑrを４０×１０−３〜５３０×１０−３［Ｃ／ｋｇ]、前記感光体層の誘電率εPを1×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2]以上、前記第２の現像電極と前記第２の静電潜像の非画像領域との電位差ΔＶを１００〜５００[Ｖ]、前記第２の静電潜像に接触する第２の液体現像剤の誘電率εｔを１×ε０〜６．０×ε０[Ｃ2／Ｎｍ2]としたとき、一般式（１）を満たすことを特徴とする。（但し、ρｍは前記第１可視像を形成するトナー粒子の体積密度、ｄrは前記第１可視像を形成するトナー粒子の厚さ、ｍrは前記第１可視像を形成するトナー粒子の面密度、ｒは前記第１可視像を形成するトナー粒子の粒径、ｄpは、前記感光体層の厚さ、ｄｔは前記第２の静電潜像に接触する第２の液体現像剤の膜厚である。）
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明のカラー画像形成装置の一例を示し、以下図１を参照して本発明の説明をする。
【００１９】
潜像保持体１は、導電性基体の上に有機系もしくはアモルファスシリコン系の感光体層を設けた感光体ドラムである。この潜像保持体１は周知のコロナ帯電器、スコロトロン帯電器、ブラシ帯電器もしくはローラ帯電器などでの帯電器2-1によって均一に帯電された後、露光装置から発振される画像変調された光ビーム（例えば赤外波長域レーザビーム）3-1による露光を受け、潜像保持体１表面に画像部（例えば反転現像では露光部）と非画像部（例えば反転現像では未露光部）とからなる静電潜像が形成される。すなわち、帯電器２−１および露光装置からなる潜像形成手段によって静電潜像が形成される。
【００２０】
しかる後に、液体現像剤タンク４-1に収納されたイエロー色の液体現像剤を現像装置5-1に供給し、この現像装置5-1よって静電潜像の可視像化が行われる。現像装置5-1は、現像電極となる現像ローラ5-1aを内包しており、この現像ローラ5-1aを回転させることで、液体現像剤4-1を搬送して静電潜像に接触させ、静電潜像の可視像化が行われる。
【００２１】
ここで、液体現像剤は、アイソパー（エクソン化学社製）などの非極性溶媒からなるキャリア液に、着色剤（ここではイエローの着色剤）を含有したトナー粒子を分散させたものである。また、このトナー粒子には、感光体の帯電極性と同じ帯電極性の材料を採用し、いわゆる反転現像法とすることが望ましい。
【００２２】
さらに、静電潜像に付着したイエロー現像剤は絞りローラ5-1bなどのキャリア液除去装置によって、液体現像剤中のキャリア液成分の一部もしくは全部を除去する。
【００２３】
このようにして形成されたイエローの可視像は、次のマゼンタステーションに進入し、帯電器（ここではスコロトロン帯電器を例示する）2-2によって潜像保持体１とともに再び均一に帯電される。帯電後の電位の均一性は、帯電器の性能や感光体の特性、プロセス速度（感光体の周速度）などに依存するが、通常はイエロー工程における露光部と未露光部の電位差は、マゼンタ工程の帯電によって通常は２０Ｖないし２００Ｖ程度まで狭められる。この状態の感光体に対し、光ビーム3-2によって露光が行われ、マゼンタ潜像が形成される。引き続きマゼンタ現像剤タンク4-2から供給されたマゼンタ色の液体現像剤を現像装置5-2によって、現像し、さらに絞りローラ5-3によって液体現像剤の一部の除去が行われる。このようにして静電潜像保持体１上には、イエローとマゼンタの２色の現像剤による可視像が形成される。同様にして、現像剤タンク4-3に収納されたシアン色の液体現像剤を現像装置5-3によって可視像化し、さらに現像剤タンク4-4に収納された液体現像剤を現像装置5-4によって可視化し、静電潜像保持体１上に形成され、フルカラーの可視像が形成される。
【００２４】
この静電潜像保持体１上に形成されたフルカラーの可視像は、転写装置８によって用紙９に転写される。転写装置８は、周知のコロナ転写装置やローラ転写装置のような電界転写装置であっても良いし、圧力、もしくは圧力と熱によって転写する非電界転写装置であっても良い。ここでは圧力（及び熱）によって中間転写ローラ8-1に一旦転写し、さらに加圧ローラ8-2と中間転写ローラ8-1の間に矜持された用紙９へ転写する非電界転写を例示する。
【００２５】
この場合には、転写前に感光体１上のトナー像を乾燥もしくは乾燥に準ずる状態とすることが望ましいことが知られている。ここで、乾燥に準ずる状態とは、現像剤の固形分（トナー粒子成分）に対し溶媒成分が約30重量％以下となっている状態を意味する。このような状態を得る為に、ブラックの現像装置5-4の下流側には、キャリア液吸収装置６と乾燥装置７が設置されている。キャリア液吸収装置６は、潜像保持体１に接触もしくは近接する発泡性ローラが好適に使用され、発泡セルの溶媒吸収作用によってキャリア液を素早く除去する。乾燥装置７は不要な場合もあるが、エア吹き付け等によってより確実に溶媒を除去するために設置されている。
【００２６】
ＩＯＩ（＝Image-on-image）プロセスの利点は前述した通りであるが、液体トナーを用いることで更に次のメリットが得られる。
【００２７】
▲１▼  １μｍ下の超微粒子トナーを使用するため本質的に高画質が得られる。
【００２８】
▲２▼  各色毎に転写せず、多色の可視像を一括転写するため、潜像保持体を１回転させるだけで用紙などの記録媒体に画像を形成することが可能になり、その結果高速化が容易である。
【００２９】
▲３▼  感光体上のトナー粒子の層厚は薄く（乾式の約1/10）、次色の帯電・露光に対する影響が極めて小さい。
【００３０】
▲４▼  ２色目の現像装置による可視像化を行う時の様子を図２に模式的に示すが、図２に示すように、一色目のトナー粒子２２が静電潜像保持体２１上でフィルム状化した状態で２色目現像剤（キャリア液２５、トナー粒子２４）によって２色目の静電潜像を可視像化する。すなわち、１色目のトナー粒子はフィルム化し相互に凝集力が働いているため、２色目の現像時に１色目のトナー粒子の剥ぎ取りが抑制される。
【００３１】
▲５▼  トナー粒子の軟化温度が低いために、トナー粒子の粘着性を利用した完全非電界転写により、多様な用紙に高効率・高画質の転写を実現できる。
【００３２】
なお、前述のように感光体上のトナー像から溶媒を除去・乾燥した後に転写を行うため、溶媒蒸気の機外漏洩防止が可能で、環境問題に対処できる。
【００３３】
さらに、液体ＩＯＩプロセスの乾式ＩＯＩプロセスに対する上記の優位性を、実験によって順次説明していく。
【００３４】
（１）  トナー層の分光透過率
現像・絞りによって静電潜像保持体３１に付着したトナー粒子からなる層３２の模式図とその分光透過率を図３に示す。なお、図３（ａ）は液体現像剤を使用した時、図３（ｂ）は、乾式現像剤を使用した時の状態を示す。
【００３５】
液体現像剤を使用した時のトナー粒子からなる層３２は未定着でも顔料とほぼ同等の分光特性を有し、図３（ａ）に示す通り波長６８０〜７８０ｎｍの光ビームの透過率はマゼンタ（Ｍ）では９０％以上、イエロー（Ｙ）では略１００％と極めて高いことがわかる。シアントナーはこの波長帯を吸収するが、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの作像順序を考慮するとシアントナーを介した露光は画像処理によって回避することが出来る。乾式現像剤の場合、図３（ｂ）に示すように、マゼンタ、イエロー共に透過率は７０％程度であり、両者を比較すると、液体現像剤を用いた時の優位性は明白である。
【００３６】
（２）  トナー付着部の帯電・光減衰特性
マゼンタのトナー粒子４２が全面に付着した潜像保持体４１に次色のコロナ帯電とレーザ露光を行ったときの模式図と、その時の帯電・光減衰特性およびトナー粒子が潜像保持体４１表面に存在しない時の帯電・光減衰特性の測定結果を図４に示す。なお、図４（ａ）は液体現像剤を使用した時、図４（ｂ）は、乾式現像剤を使用した時の状態を示す。
【００３７】
トナー粒子の付着部と非トナー付着部の光減衰カーブを比較すると、乾式トナー粒子の測定結果図４（ｂ）では最大で１５０Ｖの相違が生じており、トナー層の遮光作用による電位減衰不良が著しい。一方、液体現像剤のトナー粒子の場合、図４（ａ）に示すように、遮光作用の影響は最大で３０Ｖと小さく、ここでも液体現像剤を使用した時の優位性が認められる。
【００３８】
（３）後段の露光における高画質の維持
マゼンタのトナー粒子を用いて得られた文字画像「線」にシアンプロセスで帯電・全面露光を行った時のマゼンタ画像の変化を図５に示す。液体現像剤では露光前後において画質は殆ど変化していないのに対し、乾式現像剤では露光前の画像に対して露光後の画像は、トナー粒子が飛び散り画像が破壊されていることがわかる。図５の「電位減衰」の欄に示すように、帯電させた際にはシアントナーの存在する部分と存在しない部分との電位差は殆ど無い。露光を施した場合、液体現像剤ではシアントナーの存在する部分と存在しない部分とで電位は殆ど変わらないが、湿式現像剤を用いた場合、トナー粒子の存在する領域と存在しない領域との境界において瞬間的に１５０Ｖ以上の電位差が生じるため、電界でトナーが飛び散りこのような画像破壊が生じる。
【００３９】
（４）  後段の現像・絞りにおける高画質の維持
１色目の可視像を形成するシアンのトナー粒子が２色目の現像・絞り工程において潜像保持体から剥離しマゼンタ用の現像器内に混入することがある。特に、反転現像において非画像部に付着している前色のトナー像は電界による剥離力を受ける。液体現像におけるトナー剥離の測定結果を図６に示す。１色目の可視像が次色の現像位置を通過するときのトナー像付着部電位Ｖot（２色目の非画像部の電位）と現像ローラ電位Ｖbの差ΔＶ＝Ｖot−Ｖbと、現像位置通過後のトナー像の光学濃度との関係を測定した。通常の現像条件の範囲（ΔＶ≦200Ｖ）ではトナー層剥離による濃度低下はみられず、液体ＩＯＩプロセスでは特別な現像条件の設定が不要であることがわかる。前段の絞り工程において溶媒を十分にスクイズし次のコロナ帯電を作用させると、元々室温で定着出来る低Ｔｇ（Ｔｇ＝ガラス転移温度）トナーの凝集力が増しフィルム状化して、剥離が抑制されると考えられる。
【００４０】
次に、液体現像と液体ＩＯＩの理論を構築し、諸条件の最適化と特性安定化を実現する為の指標を明らかにしてゆく。
【００４１】
液体現像の初期の理論においては、例えば栗田による電子写真学会誌,3(3),p.26(1961)や、R.M.SchaffertによるElectrophotography, FocalPress, London, p.562(1975)などに示されているように、潜像による均一電界とキャリア液の粘性抵抗の作用のみを考え、トナー粒子が無限に供給されることを前提としていた。
【００４２】
しかしながら、液体現像においては、液体現像剤中にトナー粒子の帯電電荷と、この帯電電荷と逆極性に帯電したカウンターイオンが存在するため、このカウンターイオンが画質に与える影響があり、さらには乾式電子写真装置にはなかったキャリア液の存在を考慮する必要があると本発明者らは考え、本発明に至った。
【００４３】
トナー粒子の持つ電荷と、カウンターイオンの分布とその時間的変化、及び現像によるトナー粒子の現象を考慮した上での現像現象を、連続のＰｏｉｓｓｏｎの方程式をもとに理論解析するとともに、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００４４】
図７は、導電体ベース表面に感光体層を形成した静電潜像保持体と、現像ローラとの対向部を模式的に示した図であり、図７を参照してまず、第１色目の現像現象の解析を行う。
【００４５】
帯電器などによって帯電された感光体層７１の表面電位Ｖ0（Ｖ）と、液体現像剤７２中のトナー粒子の電荷密度ρP（Ｃ／ｋｇ）はともに正極性であり、現像の初期には液体現像剤中にトナー粒子の電荷密度ρPと当量のカウンターイオンρｎ（Ｃ／ｋｇ）が存在する。トナー粒子は式（５）で示すＰｏｉｓｓｏｎの方程式で導かれる電界Ｅ（感光体層７１の表面電位Ｖ0と現像ローラ７３の電位Ｖｂとによって形成される電界Ｅ）の作用により移動度ρP（ｍ2／Ｖ・ｓ）で感光体へ向かって移動し現像が行われる。
【００４６】
電荷密度の時間・空間分布は、連続の式（３）および（４）と、Ｐｏｉｓｓｏｎの方程式（５）で表される。なお、ｔは現像時間（ｓｅｃ）、ｘは現像ローラ表面を０とした時の感光体方向への距離（ｍ）を示す。
【数７】
0003692024.tif 000003
初期条件としては、トナー粒子の体積電荷密度｜Ｐ0｜は、カウンターイオン｜−Ｐ0｜と同じ、電界ＥはＰｏｉｓｓｏｎの方程式の解Ｅ＝（Ｖb）／εt（ｄp／εp＋ｄt／εt）とし、Ｐ0＝１．５４（Ｃ／ｍ3）、εt＝２．０３ε0、εp＝１２ε0、ｄt＝３０（μｍ）、μp＝４×１０-10（ｍ2／Ｖｓｅｃ）、μn＝４×１０-11（ｍ2／Ｖｓｅｃ）、ｔd＝４８（ｍｓｅｃ）とした。但しεtはキャリア液の誘電率、εpは感光体の誘電率を示す。
【００４７】
このような条件の下、感光体層７１表面においては付着したトナー粒子がＶ0を変化させるものとして差分法を用いて解析する。
【００４８】
解析で得られた現像特性を図８に示す。図８中、解析で得られたデータを実線で示しており、実験で得られたデータを点線で示している。
【００４９】
図８に示すように、解析で得られたデータと実験データとの一致は良好である。
【００５０】
また、現像領域におけるトナー粒子の挙動をプロットした図を図９に示す。
【００５１】
感光体９１と現像ローラ９５との間に挟まれた液体現像剤中におけるトナー粒子９３と、カウンターイオン９４の存在位置を示しており、現像の初期（図の左側）にはトナー粒子９３がキャリア液９６内に均一に分布しているが、現像の進行（図の左側）に伴って正負電荷が互いに影響を及ぼしあいながら各々の移動度で逆方向に移動し、トナー粒子９３の分布が感光体９１側に偏析していく様子がわかる。
【００５２】
この解析により、電荷分布の時間変化を含めたシミュレーションで液体現像におけるトナーの振る舞いを視覚的に示すことが可能になった。
【００５３】
次に、感光体に付着した１色目の可視像、すなわちイエローのトナー粒子が、２色目の現像、ここではマゼンタ現像剤の現像において剥がされること無く通過する条件を検討する。
【００５４】
問題になるのは、１色目の可視像が２色目のマゼンタ潜像の非画像部（背景）に付着している場合で、このときにはイエローのトナー粒子に対しこれを引き剥がそうとする向きにクーロン力が作用する。
【００５５】
１色目のイエローの可視像が２色目のマゼンタ現像領域に侵入したときの状況を図１０に模式的に示し、図示された各パラメータを基に、１色目のトナー粒子に作用する力を解析する。
【００５６】
まず、式（６）乃至（８）に示すように、感光体層（式（６））、イエローのトナー層（式（７））、マゼンタ現像剤（式（８））の各々にＰｏｉｓｓｏｎの方程式を適用する。
【数８】
0003692024.tif 000004
これらの微分方程式を次の式（９）乃至（１６）に示す境界条件の下に解く。
【数９】
0003692024.tif 000005
煩雑な計算の結果、１色目のトナー粒子からなる層（イエロートナー層）内部の電界（−ｄφr/ｄｘ）は、式（１７）のように表される。
【数１０】
0003692024.tif 000006
なお、図１０に示すように、ｑrはイエローの可視像を形成するトナー粒子の電荷密度（Ｃ／ｋｇ）、ｍrはイエローの可視像を形成するトナー粒子の面積密度（ｋｇ／ｍ2）、εrはイエローの可視像を形成するトナー粒子の誘電率、ｄrはイエローの可視像の層厚（ｍ）、ｘは、感光体層の支持基板から現像ローラ方向への距離（ｍ）、Ｖ0は感光体層の表面電位（Ｖ）、Ｖbは現像ローラ表面の電位（Ｖ）、ｄtは２色目（マゼンタ）の液体現像剤層の液厚（ｍ）、εtは２色目の液体現像剤の誘電率、ｄpは感光体層の層厚（ｍ）を示す。
【００５７】
従って、イエローのトナー粒子１個に作用する力Ｆは、イエローのトナー粒子にかかるクーロン力をＦe、イエロートナーの内部凝集力をＦa、トナー粒子の半径をｒ（ｍ）、イエローのトナー粒子の体積密度をρm（ｋｇ／ｍ3）、イエローのトナー粒子の電荷密度をｑr（Ｃ／ｋｇ）とすると、式（１８）のように表される。
【数１１】
0003692024.tif 000007
Ｆ＝０となる位置ｘ0でイエローの可視像が分断され、ｘ＞ｘ0の範囲のイエローのトナー粒子は引き剥がされてマゼンタの現像剤中に混入する。換言するとｄp＋ｄr≦ｘ0を満たすことで、１色目の可視像を形成するトナー粒子が２色目の可視像を形成する時に剥離することを抑制することが可能になる。
【００５８】
式（１８）からＦ＝０の場合のｘ（ｘ0）は式（１９）のように示され、また、この時のマゼンタ現像後に感光体上の単位面積に残留するイエローのトナー粒子の量ｍxは式（２０）に示すとおりとなる。
【数１２】
0003692024.tif 000008
イエロートナー量ｍxがイエロートナー像の光学濃度Ｄyに比例すると仮定して、上式から電位差ΔＶ（＝Ｖ0−Ｖb）とＤyの関係を計算した結果を、図１１に実線で示した。また、実際に実験を行った時の結果を図１１に黒丸で示す。計算結果と実験結果との一致は極めて良好である。
【００５９】
この結果から、上述の解析モデルは現実の系を極めて忠実にシミューレートするものであると判断できる。
【００６０】
なお、計算には次の値を用いた。感光体の層厚ｄp＝３０×１０-6（ｍ）、イエロートナー層の層厚ｄr＝２×１０-6（ｍ）、マゼンタの液体現像剤の液厚ｄt＝１４８×１０-6（ｍ）、誘電率は、真空をε0 として、感光体層の誘電率εp＝１２×ε0、イエローのトナー粒子の誘電率εr ＝１．２×ε0、マゼンタの液体現像剤の誘電率εt＝２．０３×ε0、単位面積あたりのイエロートナー粒子の付着密度ｍr＝１×１０-3（ｋｇ／ｍ2）、イエローのトナー粒子の帯電量ｑr＝２３０×１０-3（Ｃ／ｋｇ）、イエローのトナー粒子の体積密度ρm＝１．４×１０3（ｋｇ／ｍ2）。
【００６１】
この解析において、諸パラメータを現実に取り得る極限の値に設定し、剥離特性を計算すると、図１１に破線で示した特性曲線▲１▼が得られた。すなわち、感光体誘電率εpと１色目のトナー粒子（ここではイエロー）の誘電率εrを各々下限値の１×ε0、２色目の液体現像剤（ここではマゼンタ現像剤）の誘電率εtを上限値の６．０×ε0、第1色目のトナー粒子の電荷密度ｑrを上限値の５３０×１０-3（Ｃ／ｋｇ）に設定して、様々な内部凝集力Ｆａに対して特性曲線を描き、その中で電位差ΔＶの実際に取り得る最大値５００（Ｖ）に至るまでトナーの剥離が生じず良好なＩＯＩ現像が行われる第１色目のトナー内部凝集力Ｆａの下限値として８×１０-9［Ｎ］を得たものである。現実にはトナーの内部凝集力Ｆａを広範囲に変化させることは困難で、実験的にも理論的にもこのＦａの値は上限に近いと思われる。この結果は、前色トナーに作用するクーロン剥離力Ｆｅが８×１０-9（Ｎ）を越えてはならないことを示している。
【００６２】
すなわち、１色目の可視像の最表面位置、換言すれば２色目の液体現像剤の厚さがｄtの条件下でｘ＝ｄp＋ｄrにおけるクーロン剥離力Ｆｅがこの値以下となるようにρm、ｍr、ｒやｄtを調整すれば、ΔＶが５００（Ｖ）以下の場合には、１色目の可視像の剥離は生じなくなる。
【００６３】
一方、ｘ＝ｄｐ＋ｄrにおけるクーロン剥離力Ｆｅが小さすぎる場合、２色目の液体現像剤中のマゼンタのトナー粒子に働くクーロン力（この場合、感光体層から遠ざかる方向に働く力）も同時に小さくなるために、イエロートナーの表面にマゼンタトナーが付着してしまう恐れがある。極限状態、すなわち電位差ΔＶの最小値１００（Ｖ）、イエロートナー表面に接するマゼンタトナーの電荷密度の最小値４０×１０-3（Ｃ／ｋｇ）、各誘電率の限界値εｐ＝εｔ＝１×ε０、εr＝２×ε0、前色トナーの電荷密度ｑrを下限値の４０×１０-3（Ｃ／ｋｇ）においてもマゼンタトナーが付着しない条件を同様にして計算すると、Ｆａ＝１×１０-11（Ｎ）が得られる。従って、ｘ＝ｄｐ＋ｄrにおけるクーロン剥離力Ｆｅは１×１０-11（Ｎ）以上でなければならない。
【００６４】
要するに、以下に示す式（１）を満たすように、各パラメータを設定することで、常に良好なＩＯＩ現像を実行することが可能になる。上記の計算では、式中のパラメータの一部を可能な範囲で変化させることで導出したが、本質的に式中のすべてのパラメータが満たすべき条件であることは言うまでもない。
【数１３】
0003692024.tif 000009
また、第１色目の液体現像剤としてイエロー現像剤、第２色目の液体現像剤としてマゼンタ現像剤を挙げて例示して説明したが、上記の条件はトナーの色とは無関係に成立する不等式であることも勿論である。
【００６５】
なお、前述の実験においては、各パラメータの値は次の方法によって測定した。
【００６６】
まず、マゼンタの現像位置に到達したときのイエローのトナー粒子の体積密度ρm（ｋｇ／ｍ3）は、現像剤中の固形分（トナー粒子）の密度で近似することで求めた。具体的には、液体現像剤を適量採取し、溶媒成分を十分気化させたあとに得られる固形分の重量と体積を測ることで算出した。
【００６７】
次に、面密度ｍr （ｋｇ／ｍ2）は、マゼンタの現像位置もしくはその近傍でイエローの可視像を不織布（クレシア社製  商品名；キムワイプ）で拭き取り、キャリア液成分を充分に乾燥したあとにその重量と拭き取り面積を測定することで算出した。電荷密度ｑr（Ｃ／ｋｇ）は、平行平板電極に挟まれた空間に液体現像剤を流し込み、電界下でトナー粒子の電気泳動を生ぜしめた時に観測される電流の積分値を、泳動したトナー粒子の重量で割ることにより算出した。平行平板セルのサイズは、平板間の距離が１８０μｍ、液体現像剤を収納する有効面積が５ｃｍ2、すなわち１８０μｍ×５ｃｍ2の現像剤を収容できるもので、平行平板間に１８０Ｖの電圧を印加しつつ両極間に流れる電流Ｉを測定した。ここで、通常、電流Ｉにはトナー粒子の泳動が終了しても流れ続けるいわゆる「背景電流Ｉb」が含まれる為、このＩbの寄与を引き去った積分値を採用する。泳動したトナー粒子の重量は、トナー粒子が付着した電極を取り外し、充分に乾燥した状態で測定した。平行平板電極は透明電極で構成すると、泳動の状態を確認できるため、より望ましい。
【００６８】
トナーの誘電率εr（Ｃ2／Ｎｍ2）は、キャリア液を除去したトナー粒子の状態で測定した。
【００６９】
第１色目の可視像の厚さｄr（ｍ）は、あらかじめトナー粒子がキャリア液を充分に含んだときの体積膨潤率を測定しておき、前述のｍrから算出した。例えば、厚さ１ｍｍの乾燥したトナー粒子からなる層に充分にキャリア液を含ませたときの厚さをあらかじめ測定しておけば、ｄrを算出することは容易である。
【００７０】
感光体層の誘電率εp（Ｃ2／Ｎｍ2）、厚さｄp [m]、第２色目の現像位置における現像電圧ΔＶ（Ｖ）は、周知の誘電率計、マイクロメータ、電圧計によって測定した。
【００７１】
第２色目の現像位置における第２色目の液体現像剤の液厚ｄt（ｍ）は、感光体層と現像ローラの間の距離、いわゆる現像ギャップｄgから前述のｄrを引き去ることで算出した。
【００７２】
第２色目の液体現像剤の誘電率εｔ（Ｃ2／Ｎｍ2）は、第２色目の液体現像剤中のトナー粒子の比率が数％未満であるので、キャリア液の誘電率で近似できる。トナー粒子がこれより多い場合は、液体現像剤の状態で誘電率測定を行うのが望ましい。
【００７３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００７４】
図１２に、現像ローラ121による現像と絞りローラ122による絞りの概念図を示す。
【００７５】
絞りローラ122の第１の機能は、感光体層120に付着した溶媒を絞り取ることであるが、例えば絞りローラ122に感光体120における画像部電位と非画像部との間の電位にある時、絞り機能と同時に現像後に静電潜像の背景部もしくはその近傍に存在するトナー粒子を電界の作用によって除去し、いわゆるカブリ取りを行う第二の機能も得られる。
【００７６】
第１の実施形態においては、２色目の現像において１色目の可視像が剥離されるクーロン剥離力を考えたが、同様のモデルを、現像直後の絞り工程に適用することが出来る。
【００７７】
すなわち、絞りローラに感光体120における画像部電位と非画像部との間の電位にある時、１色目の可視像には感光体120と絞りローラ122との間に生じる電界に起因したクーロン剥離力が発生する。
【００７８】
第１の実施形態において説明した、第２の液体現像剤と接触する時の、第１の可視像に係るρm[ｋｇ／ｍ3]、ｄr[ｍ]、εr [Ｃ2／Ｎｍ2]、ｑr ［Ｃ／ｋｇ]、ｍr[ｋｇ／ｍ2]およびｒ［ｍ］を、第１の可視像が絞りローラ位置に達したときの体積密度ρ0m [kg/m3]、面密度ｍ0r [kg/m2]、電荷密度ｑ0r [C/kg]、誘電率ε0r [C2/Nm2]、厚さd0r [m]に置き換え、絞りローラ位置における感光体電位と絞りローラ電位の差をΔＶ1[V]、絞り位置における液体現像剤の層厚をｄ0t [m]、誘電率をε0t  [C2/Nm2]と置き換えることにより、次の条件式（２）が得られる。
【数１４】
0003692024.tif 000010
上限値の値が、第１の実施形態よりも低い理由は、絞りローラの位置においてはトナー粒子が２色目の現像工程に進入する時に比べ剥離されやすい状況にあるためである。すなわち、感光体表面の可視像中にキャリア液が大量に残っているために、可視像を形成するトナー粒子が十分にフィルム化されておらず、トナー粒子間の凝集力が不十分なためである。
【００７９】
一方、下限値が第１の実施形態よりも高い理由は、絞りローラにかぶりとりの機能を持たせるためである。
【００８０】
なお、諸パラメータの測定法は、第1の実施形態に詳述した測定法に準ずる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、高品位画像を高速且つ安定的に出力できるカラー画像形成装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る画像形成装置を示す図。
【図２】  本発明に係る画像形成装置の現像部各大図。
【図３】  液体現像剤を用いたＩＯＩプロセスの利点を示す透過率特性図。
【図４】  液体現像剤を用いたＩＯＩプロセスの利点を示す電位特性図。
【図５】  液体現像剤を用いたＩＯＩプロセスの利点を示す拡大写真。
【図６】  液体現像剤を用いたＩＯＩプロセスのトナー剥離特性を示す線図。
【図７】  本発明に係わる理論解析のモデル図。
【図８】  本発明の画像形成装置における現像特性を示す図。
【図９】  本発明の画像形成装置における現像動作を示す分布図。
【図１０】  本発明の画像形成装置のモデル図。
【図１１】  本発明に係わる理論解析と実験結果の比較を示す特性図。
【図１２】  本発明に係る画像形成装置の絞りローラ近傍の拡大図。
【符号の説明】
１…潜像保持体
２−１…１色目の帯電器
２−２…２色目の帯電器
３−１…１色目の光ビーム
３−２…２色目の光ビーム
５−１…１色目の現像装置
５−２…２色目の現像装置
８…転写装置
９…用紙
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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