(57)【要約】【課題】静電転写を用いた湿式電子写真印刷において、印刷品質の安定性を確保した画像形成装置、画像形成方法および当該画像形成に使用する液体トナーを提供する。【解決手段】導電率調整部３０は、トナータンク３４５に、トナーの導電率を制御する際に使用する帯電制御剤を補給する帯電制御剤タンク３４８、キャリア液を補給するキャリア液タンク３４９および高濃度トナーを補給する高濃度トナータンク３５０を有している。トナータンク３４５には、タンク内のトナーの導電率を測定するための導電率計３４６が取付けられており、導電率計３４６での測定結果は、電気信号による情報として、制御基板３４３に与えられる構成となっている。制御基板３４３では、導電率計３４６での測定結果に基づいて、帯電制御剤タンク３４８およびキャリア液タンク３４９にそれぞれ接続された供給調整装置Ｐ１およびＰ２を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体上に静電潜像が形成された部分に液体トナーを供給することにより前記静電潜像を可視化し、印刷対象物に静電転写する画像形成装置であって、
前記液体トナーの導電率を測定し、導電率を６０ｐＳ／ｃｍ以上、９０ｐＳ／ｃｍ以下に調整する導電率調整部を備える、画像形成装置。
【請求項２】
前記導電率調整部は、
トナータンク内に貯蔵された前記液体トナーの導電率を測定する導電率計と、
前記トナータンクに、トナーの導電率を制御する帯電制御剤を供給する帯電制御剤タンクと、
前記導電率計での測定結果の情報を受けて、該情報に基づいて前記帯電制御剤タンクから前記トナータンクへ前記帯電制御剤を供給する第１の供給調整装置と、を有し、
前記導電率計により、前記液体トナーの導電率が６０ｐＳ／ｃｍ未満となったことを測定した場合には、前記帯電制御剤タンクから前記帯電制御剤を供給する、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記導電率調整部は、
前記トナータンクに、トナーの溶媒となるキャリア液を補給するキャリア液タンクと
前記導電率計での測定結果の情報を受けて、該情報に基づいて前記キャリア液タンクから前記トナータンクへ前記キャリア液を供給する第２の供給調整装置と、をさらに有し、
前記導電率計により、前記液体トナーの導電率が９０ｐＳ／ｃｍを越えたことを測定した場合には、前記キャリア液タンクから前記キャリア液を供給する、請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
感光体上に静電潜像が形成された部分に液体トナーを供給することにより前記静電潜像を可視化し、印刷対象物に静電転写する画像形成方法であって、
(ａ)前記液体トナーの導電率を測定し、導電率を６０ｐＳ／ｃｍ以上、９０ｐＳ／ｃｍ以下に調整するステップを有する、画像形成方法。
【請求項５】
前記ステップ(ａ)は、
前記液体トナーの導電率が６０ｐＳ／ｃｍ未満となった場合には、トナーの導電率を制御する帯電制御剤を供給するステップを含む、請求項４記載の画像形成方法。
【請求項６】
前記ステップ(ａ)は、
前記液体トナーの導電率が９０ｐＳ／ｃｍを越える場合には、トナーの溶媒となるキャリア液を供給するステップをさらに含む、請求項４記載の画像形成方法。
【請求項７】
感光体上に形成された静電潜像を可視化し、印刷対象物に静電転写する画像形成装置に使用される液体トナーであって、
前記液体トナーの導電率は、６０ｐＳ／ｃｍ以上、９０ｐＳ／ｃｍ以下に設定される、液体トナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿式電子写真印刷により、板状またはフィルム状の印刷対象物にトナー画像を形成する画像形成技術に関し、特に静電転写による画像形成装置、画像形成方法および当該画像形成に使用する液体トナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真印刷技術は、コピー機やプリンターのみならず、オンディマンド印刷機やデジタルファブリケーションと呼称される電子デバイス分野に応用されている。
【０００３】
これまでのコピー機などでは、網点の印刷により画像を形成していたが、電子デバイス分野では、配線の描画などライン状の画像の形成が主となり、これまで以上に高画質および画質の安定性が求められている。
【０００４】
すなわち、電子デバイス分野において回路パターンの形成で一般的に利用されているのはフォトリソグラフィ技術であるが、これに代わる技術として、インクジェット印刷やスクリーン印刷などの印刷技術が期待されている。しかし、これらの印刷技術は、ライン幅の安定性に問題があったり、ガタつきが発生しやすく、未だ、フォトリソグラフィに代わる技術とはなっていない。
【０００５】
一方、粒径の非常に細かいトナーを用いる湿式電子写真印刷は、高品質高精細印刷が可能であるのでフォトリソグラフィに代わる技術として期待されており、例えば、特許文献１に示されるような画像形成装置が開発されているが、印刷品質の安定性は大きな課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７０３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、静電転写を用いた湿式電子写真印刷において、印刷品質の安定性を確保した画像形成装置、画像形成方法および当該画像形成に使用する液体トナー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】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、感光体上に静電潜像が形成された部分に液体トナーを供給することにより前記静電潜像を可視化し、印刷対象物に静電転写する画像形成装置であって、前記液体トナーの導電率を測定し、導電率を６０ｐＳ／ｃｍ以上、９０ｐＳ／ｃｍ以下に調整する導電率調整部を備えている。
【０００９】
請求項２の発明は、前記導電率調整部が、トナータンク内に貯蔵された前記液体トナーの導電率を測定する導電率計と、前記トナータンクに、トナーの導電率を制御する帯電制御剤を供給する帯電制御剤タンクと、前記導電率計での測定結果の情報を受けて、該情報に基づいて前記帯電制御剤タンクから前記トナータンクへ前記帯電制御剤を供給する第１の供給調整装置と、を有し、前記導電率計により、前記液体トナーの導電率が６０ｐＳ／ｃｍ未満となったことを測定した場合には、前記帯電制御剤タンクから前記帯電制御剤を供給する。
【００１０】
請求項３の発明は、前記導電率調整部が、前記トナータンクに、トナーの溶媒となるキャリア液を補給するキャリア液タンクと、前記導電率計での測定結果の情報を受けて、該情報に基づいて前記キャリア液タンクから前記トナータンクへ前記キャリア液を供給する第２の供給調整装置と、をさらに有し、前記導電率計により、前記液体トナーの導電率が９０ｐＳ／ｃｍを越えたことを測定した場合には、前記キャリア液タンクから前記キャリア液を供給する。
【００１１】
請求項４の発明は、感光体上に静電潜像が形成された部分に液体トナーを供給することにより前記静電潜像を可視化し、印刷対象物に静電転写する画像形成方法であって、前記液体トナーの導電率を測定し、導電率を６０ｐＳ／ｃｍ以上、９０ｐＳ／ｃｍ以下に調整するステップ(ａ)を有する。
【００１２】
請求項５の発明は、前記ステップ(ａ)が、前記液体トナーの導電率が６０ｐＳ／ｃｍ未満となった場合には、トナーの導電率を制御する帯電制御剤を供給するステップを含んでいる。
【００１３】
請求項６の発明は、前記ステップ(ａ)が、前記液体トナーの導電率が９０ｐＳ／ｃｍを越える場合には、トナーの溶媒となるキャリア液を供給するステップをさらに含んでいる。
【００１４】
請求項７の発明は、感光体上に形成された静電潜像を可視化し、印刷対象物に静電転写する画像形成装置に使用される液体トナーであって、前記液体トナーの導電率は、６０ｐＳ／ｃｍ以上、９０ｐＳ／ｃｍ以下に設定されている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１および請求項４の発明によれば、液体トナーの導電率を６０ｐＳ／ｃｍ以上、９０ｐＳ／ｃｍ以下に調整することで、ライン品質、転写品質共に良好な転写パターンを得ることができる。
【００１６】
請求項２および請求項５の発明によれば、液体トナーの導電率の下限を管理することで、ライン品質、転写品質共に良好な転写パターンを得ることができる。
【００１７】
請求項３および請求項６の発明によれば、液体トナーの導電率の上限を管理することで、ライン品質、転写品質共に良好な転写パターンを得ることができる。
【００１８】
請求項７の発明によれば、静電転写を行う画像形成装置において、ライン品質、転写品質共に良好な転写パターンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の部分拡大図である。
【図３】トナー導電率と、転写パターンの品質との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜実施の形態＞
＜装置構成＞
まず、図１を用いて、本発明に係る画像形成装置１の概略構成を説明する。図１に示すように、画像形成装置１は、印刷対象物９を保持するとともに被転写面９１に沿う移動方向である（＋Ｙ）方向に移動する移動機構２、電子写真法にて感光ドラム３１上にトナー画像を形成するプロセスユニット３、当該トナー画像上から感光ドラム３１の外周面に所定の電位を付与する第１電位付与部４を備えている。
【００２１】
なお、印刷対象物９に接触して被転写面９１に所定の電位を付与する第２電位付与部も存在するが、図示および説明は省略する。
【００２２】
プロセスユニット３は、減速機を介してモータ（図示省略）に接続される感光ドラム３１を備え、感光ドラム３１は、図１中のＸ方向に平行な回転軸３１０を中心として図１中における時計回りに回転可能に構成されている。
【００２３】
感光ドラム３１は、アルミニウム等の金属により形成されるとともに回転軸３１０を中心とするドラム本体３１１を有し、ドラム本体３１１は電気的に接地されている。
【００２４】
ドラム本体３１１の外周面には、例えば、フタロシアニン顔料を有する単層型有機感光体（以下、単に「感光体３１２」と呼称）が一様に塗布される（または、蒸着される）。なお、感光体３１２は、フタロシアニン顔料を有する単層型有機感光体以外に、例えば、アモルファスシリコン等の無機感光体により形成されても良い。
【００２５】
また、プロセスユニット３は、感光ドラム３１の（＋Ｚ）側において感光ドラム３１に対向して設けられて感光体３１２を帯電させる帯電器３２、画像形成用の光を出射して感光体３１２の外周面に静電潜像を形成する潜像形成部３３、エッチング耐性を有する液体トナー（例えば、イソパラフィン系の絶縁性の溶媒（キャリア液）に分散している湿式トナー）により感光体３１２上の静電潜像を現像して感光体３１２の外周面上にトナー画像を形成する現像部３４、感光体３１２の表面をクリーニングするクリーナ３５、および、光を出射して感光体３１２を除電する除電器３６を備えている。
【００２６】
プロセスユニット３では、帯電器３２から感光ドラム３１の回転方向（すなわち、図１中の時計回り）に沿って潜像形成部３３、現像部３４、クリーナ３５および除電器３６が感光ドラム３１の周囲に配置されており、また、画像形成装置１では、第１電位付与部４も、現像部３４とクリーナ３５との間において感光ドラム３１の周囲に配置されている。
【００２７】
現像部３４には、現像ローラ３４１およびスキージローラ３４２を備えるとともに、現像液である液体トナーを供給するトナータンク３４５が接続され、トナータンク３４５には導電率調整部３０が付属している。なお、液体トナーの主成分として酢酸ビニル（Ｃ4Ｈ6Ｏ2）などが使用される。
【００２８】
導電率調整部３０は、トナータンク３４５に、トナーの導電率を制御する際に使用する帯電制御剤を補給する帯電制御剤タンク３４８、キャリア液を補給するキャリア液タンク３４９および高濃度トナーを補給する高濃度トナータンク３５０を有している。
【００２９】
また、トナータンク３４５には、タンク内のトナーの導電率を測定するための導電率計３４６およびトナー濃度計３４７が取付けられており、導電率計３４６およびトナー濃度計３４７での測定結果は、電気信号による情報として制御基板３４３に与えられる構成となっている。制御基板３４３では、導電率計３４６での測定結果に基づいて、帯電制御剤タンク３４８およびキャリア液タンク３４９にそれぞれ接続された供給調整装置Ｐ１およびＰ２を制御し、トナー濃度計３４７での測定結果に基づいて、高濃度トナータンク３５０に接続された供給調整装置Ｐ３を制御する構成となっている。
【００３０】
そして、導電率計３４６での測定結果が、トナーの導電率が予め定めた範囲よりも低くなった場合は、帯電制御剤タンク３４８に設けられた供給制御装置Ｐ１が動作して、帯電制御剤をトナータンク３４５に補充し、また、トナーの導電率が予め定めた範囲よりも高くなった場合は、キャリア液タンク３４９に設けられた供給調整装置Ｐ２が動作して、キャリア液をトナータンク３４５に補充する構成となっている。なお、トナーの導電率の設定範囲については後に説明する。
【００３１】
第１電位付与部４は、コロナ放電によりイオンを発生させ、当該イオンを感光体３１２に付与することにより感光体３１２を帯電させるコロナ帯電機構であり、本実施の形態では、第１電位付与部４としてスコロトロンが利用されて感光体３１２に第１電位が付与される。また、プロセスユニット３の帯電器３２も、第１電位付与部４と同様、コロナ放電により感光体３１２を帯電させるコロナ帯電機構である。
【００３２】
画像形成装置１では、感光ドラム３１の（−Ｚ）側において、移動機構２により感光ドラム３１に対向して移動する印刷対象物９の被転写面９１が、第１電位付与部４とクリーナ３５との間にて感光ドラム３１の外周面にわずかに圧接される。
【００３３】
感光ドラム３１と印刷対象物９とが圧接される位置は、図１に示される"Ａ"部であり、当該部分において、感光ドラム３１と印刷対象物９の被転写面９１との間に所定の転写電圧が作用し、感光ドラム３１の外周面上のトナー画像が印刷対象物９の被転写面９１上に転写される。
【００３４】
図２は、図１に示される"Ａ"部を拡大した図である。感光ドラム３１と印刷対象物９とが圧接されるとは言っても、微視的には数μｍ程度の隙間が存在し、その部分を「転写位置」として模式的に示している。図２において、感光ドラム３１の外周面と印刷対象物９の被転写面９１とが圧接する部分の間隙は数μｍであり、その部分では感光体３１２の表面においてキャリア液ＣＬ中でトナー粒子ＴＰが密集して画像が形成されており、そのトナー粒子ＴＰの画像が電界の影響で被転写面９１上に転写されることになる。
【００３５】
移動機構２は、トナー画像が転写される前のロール状の印刷対象物９を保持するとともに印刷対象物９を転写位置へと供給する対象物供給部２０３、転写位置において印刷対象物９を下面側（すなわち、被転写面９１とは反対側）である（−Ｚ）側から支持する転写ローラ２０４を備えている。
【００３６】
＜装置動作＞
図１に示す画像形成装置１では、まず、感光ドラム３１が回転軸３１０を中心として図１中における時計回りに一定の回転速度にて回転を開始するとともに、移動機構２において対象物供給部２０３および対象物回収部２０５がそれぞれ反時計回りに回転することにより、印刷対象物９の（＋Ｙ）方向への移動が一定の速度にて開始される。プロセスユニット３では感光ドラム３１の回転により、回転軸３１０を中心とする円筒ドラム状の環状部材である感光ドラム３１が、周囲に配置された各周辺構成（すなわち、帯電器３２、潜像形成部３３、現像部３４、第１電位付与部４、クリーナ３５および除電器３６）に対して外周面に沿って連続的に循環移動し、これらの周辺構成による感光体３１２に対する処理が開始される。
【００３７】
帯電器３２では、対向する位置へと到達する感光体３１２の一部（以下、「対象部位」と呼ぶ。）に電荷が順次付与され、対象部位の表面を、例えば、＋７００Ｖ（ボルト）にて一様に帯電させる。帯電後の対象部位は潜像形成部３３の光の照射位置へと連続的に移動する。
【００３８】
潜像形成部３３は、所定の波長の光を出射する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が配列されたＬＥＤアレイを光源として有する。潜像形成部３３には、印刷対象物９の被転写面９１上に形成されるトナー画像の画像データが入力され、画像データに応じて画像形成用の光が感光体３１２に向けて出射される。感光体３１２の対象部位において光が照射された部位では、表面の電荷が感光体３１２内に移動することにより、表面電位が＋１００Ｖまで低減される。また、光が照射されない部位は帯電状態がそのまま維持されるため、感光体３１２の表面には電荷の分布による画像（すなわち、静電潜像）が形成される。潜像形成部３３の光源は、必ずしもＬＥＤである必要はなく、例えば、半導体レーザや、ランプと液晶シャッタとを組み合わせたものであっても良い。
【００３９】
感光ドラム３１において静電潜像が形成された部分（対象部位）は現像部３４に対向する位置へと移動する。現像部３４では、現像ローラ３４１が現像バイアス電源（図示せず）に接続されており、現像バイアス電源により、＋５００Ｖの電位が付与されている。そして、現像ローラ３４１と静電潜像との間のバイアス電圧により、液体トナー中においてプラスに帯電している湿式トナー（すなわち、液体トナーの溶媒中に分散されるとともに感光体３１２の表面と同じ極性に帯電している湿式トナー）が静電潜像に付与される。
【００４０】
本実施の形態では、湿式トナーとして、粒径が０．１μｍ以上２μｍ以下（より好ましくは、０．１μｍ以上０．５μｍ以下）のものが使用される。
【００４１】
液体トナーは、トナー粒子とキャリア液および帯電制御剤とを含んでおり、帯電制御剤によりトナーの導電率が調整される。液体トナーは、トナーの導電率が低くなるに従い液抵抗が高くなり、感光体３１２上の静電潜像を乱すことなく感光体３１２を高品質に現像することができるが、導電率が低くなり過ぎると、トナーの帯電量も低くなるため、現像されたトナー粒子は移動度が小さく、かつ、導電率が低いことに起因して、エッジ効果により現像後の膜厚に不均一が生じ、転写時にパターンの抜けなどが生じる可能性がある。
【００４２】
一方、液体トナーは、トナーの導電率が高くなるに従い液抵抗が低くなり、感光体３１２上の静電潜像を乱す傾向が強くなり、トナーパターンに滲みを引き起こす可能性があるが、トナーの帯電量が高くなって、現像されたトナー粒子は移動度が大きく、かつ、現像後の膜厚も均一化されやすいため転写率も高く、転写時のパターンの抜けなどが発生しにくい。
【００４３】
発明者達は、上述したようなトナーの導電率と印刷品質との関係に着目し、液体トナーの導電率を制御することで、印刷品質を安定させる方法に到達した。
【００４４】
図１に示したトナータンク３４５内には、キャリア液とトナー粒子の比率、すなわちトナー濃度が一定に調整された液体トナーが貯蔵されているが、画像形成装置１による画像形成が繰り返されるとトナー粒子とともにキャリア液も減少するが、帯電制御剤も減少する。その減少比率は、３者それぞれで異なるので、何れかが過不足になるという状態が発生する。
【００４５】
先に説明したように、液体トナーの導電率が変化すると、転写パターンの品質に影響が出るので、トナータンク３４５には、タンク内のトナーの導電率を測定するための導電率計３４６が取付けられている。導電率計３４６の一例として、サイエンティフィカ（SCIENTIFICA）社製のコンダクティビティメーターＭ６２７を挙げることができる。この測定器の測定原理は、２つの電極間を液体トナーで満たしてサイン波を印加し、その電流値を計測することでトナーの導電率を算定するものである。この電極を有する測定子をトナータンク３４５内に挿入し、その測定結果に基づいて帯電制御剤タンク３４８およびキャリア液タンク３４９にそれぞれ接続された供給調整装置Ｐ１およびＰ２を自動的に制御する。
【００４６】
ここで、トナー粒子としては粒径０．５μｍ以下とし、キャリア液には、エクソン社製のアイソパーＬ（商品名）を使用し、感光体３１２を正に帯電させるので、帯電制御剤としては正帯電に対応するものを使用した。帯電制御剤としては、界面活性剤を使用することができ、これを液体トナーに加えることで、液体トナーの導電率を高めることができる。
【００４７】
図３には、発明者達による実験で得られたトナー導電率と、転写パターンの品質との関係を示す。
【００４８】
図３に示すように、トナー導電率が、３３〜５０ｐＳ（ピコジーメンス）／ｃｍである場合は、ライン品質は良好であるが、転写品質としては転写パターンに抜けが発生する。
【００４９】
トナー導電率が、６０ｐＳ／ｃｍ、７４ｐＳ／ｃｍおよび８８ｐＳ／ｃｍである場合は、何れも、ライン品質、転写品質共に良好である。
【００５０】
そして、トナー導電率が、９０ｐＳ／ｃｍを越えると、転写品質は良好であるものの、ラインパターンに滲みが発生する。
【００５１】
なお、この実験では、印刷対象物９として、ＰＥＴフィルムや、可撓性を有するフレキシブル基板、すなわち、フィルム状の絶縁性基材の主面全体に形成された導電層（本実施の形態では、銅箔（Ｃｕ））を備えたものを使用し、印刷対象物９上にレジストパターンとなるトナーパターンを形成する実験を行ったが、印刷対象物９がＰＥＴフィルムの場合もフレキシブル基板の場合も、同様の結果が得られた。
【００５２】
このように、液体トナーの導電率が、６０ｐＳ／ｃｍ以上、９０ｐＳ／ｃｍ以下である場合は、高品質な転写パターンを得ることができる。なお、７０ｐＳ／ｃｍ以上、９０ｐＳ／ｃｍ以下の範囲が、トナータンク３４５での導電率の管理を行うのに現実的な値である。
【００５３】
すなわち、トナータンク３４５内には、導電率が７０ｐＳ／ｃｍ以上、９０ｐＳ／ｃｍ以下の範囲内にある液体トナーを貯蔵しておき、定期的に、導電率計３４６による導電率の測定を実行する。通常は、帯電制御剤が減少することによる導電率の減少が測定されるので、導電率計３４６での測定結果が７０ｐＳ／ｃｍ未満を示した場合は、帯電制御剤タンク３４８に接続された供給調整装置Ｐ１が制御され、適量の帯電制御剤がトナータンク３４５に補充され、導電率を自動的に高めることができる。
【００５４】
一方、帯電制御剤の補充が多過ぎて、液体トナーの導電率が９０ｐＳ／ｃｍを越えたような場合は、導電率計３４６での測定結果に基づいて、キャリア液タンク３４９に接続された供給調整装置Ｐ２が制御され、適量のキャリア液をトナータンク３４５に補充することで、導電率を自動的に低下させることができる。ここで、帯電制御剤の補充が多過ぎて、液体トナーの導電率が９０ｐＳ／ｃｍを越えたような場合は、キャリア液の追加のみではトナー粒子数比率が下がり、いわゆるトナー濃度が低下するが、トナー濃度計３４７でがトナー濃度を測定しているので、その結果に基づいて、高濃度トナータンク３５０に接続された供給調整装置Ｐ３が制御されて、高濃度トナーがトナータンク３４５に補充されるので、トナー濃度を一定に保つことができる。
【００５５】
なお、供給調整装置Ｐ１〜Ｐ３は、例えば、一定量の液体の供給および停止を自動的に行うポンプ（例えば、チューブポンプ）で構成すれば良い。
【００５６】
供給量の制御方式としては、導電率計３４６での測定結果を受けた供給調整装置Ｐ１（またはＰ２）は、予め定めた一定量の帯電制御剤（またはキャリア液）をトナータンク３４５に供給した後、導電率計３４６での測定結果を待って、さらに供給が必要ならば再び一定量の帯電制御剤（またはキャリア液）を供給するという方式を採っても良いし、導電率計３４６での測定値に合わせて供給量を自動的に算出して供給する方式を採っても良い。
【符号の説明】
【００５７】
１  画像形成装置
２  移動機構
４  第１電位付与部
９  印刷対象物
３１  感光ドラム
３３  潜像形成部
３４  現像部
９１  被転写面
３４５  トナータンク
３４６  導電率計
３４７  トナー濃度計
３４８  帯電制御剤タンク
３４９  キャリア液タンク
３５０  高濃度トナータンク
【図１】
2011070122.tif 000003
【図２】
2011070122.tif 000004
【図３】
2011070122.tif 000005