JP2005084688A - 差別化パターンを伴うグリッド素子を利用した荷電システム - Google Patents

Abstract

【課題】荷電均一性を改善する。
【解決手段】イメージングシステムにおけるフォトレセプタ等の電荷保持面を均一に荷電するためのシステムを構成すべく、コロナ提供素子と、スコロトロンスクリーン等のグリッド素子とを設ける。グリッド素子５０１，５０２は互いに概ね平行に配置され、互いに異なるグリッドフィーチャパターンを有する。差別化されたグリッドフィーチャパターンにより荷電均一性が高まる。
【選択図】図４

Description

本発明は一般には荷電システムに関し、より詳細には、イメージングシステム内で使用されるスコロトロン(scorotron)荷電装置等の様に、グリッド素子を有する荷電装置に関する。

一般に用いられている静電コピー機及びプリンタにおいては、イメージング部材、例えばフォトレセプタ上の光伝導絶縁層を荷電させ、その上でオリジナルドキュメントの光画像（又はディジタル的に格納されているドキュメントのレーザ画像）に対して露出させる。この露出によって光導電絶縁面のうち露出エリア乃至背景エリアが放電し、オリジナルドキュメント中の画像エリアに対応する部分に静電潜像が形成される。続いて、光伝導絶縁面上のこの静電潜像は、トナー現像によって可視化される。現像時においては、光導電絶縁面上の画像エリアの荷電パターンによりトナー粒子がキャリア粒子に吸引され、光導電絶縁面上にパウダーイメージが形成される。このパウダーイメージは引き続いて支持面（例えば加熱又は加圧によりその上にイメージが永久的に固定されるコピー基板）上に転写される。トナーによるパウダーイメージが支持面上に転写された後は、次のイメージングサイクルに備えるべく、光導電絶縁面を放電させ残存トナーを清掃する。このようなイメージングプロセスは本件技術分野において周知のものである。

フォトレセプタの光伝導絶縁層等の電荷保持面を荷電させ、またトナーイメージの転写に先立ちコピー基板を予備荷電させるために、各種の荷電装置、例えばコロトロン、ディスコロトロン、ピンスコロトロン等が用いられている。これらについては非特許文献１を参照されたい。

上に示したリストに含まれているスコロトロン装置は、通常、１個以上のコロナワイヤ又はピンアレイを備えており、これはコロナ提供素子と光伝導体との間に配置された導電制御グリッド乃至平行ワイヤスクリーン又は有孔プレートを伴っている。コロナ電位と同極性だが非常に低い電圧例えば数百ボルト程度の電圧を制御グリッドに印加すると、荷電プレートとコロナワイヤとの間の電界が抑圧され、フォトレセプタに流れるイオン電流が顕著に低減される。

スコロトロンにおけるピンアレイを変形することによって、安価で長持ちし効率もよい装置が得られることが、わかっている。ピンは、その歯先がスコロトロングリッド側を向くようしばしば導電金属シート内に鋸歯状に形成される。しかしながら、この構成にはいくつかの問題点が見られる。そのうちの一つは、正弦波荷電パターンによって、ピン間の谷間における電位と比較し各ピンのピークにおける荷電電位が高くなっていると思われることである。この問題を緩和するものとして、グリッドパターンを通じて荷電パターンを拡散させるスコロトロングリッドが知られている。この問題を緩和する他の手段としては、少なくとも２個のピンアレイを用い、これらのピンアレイを互いに平行に、且つイメージングパスに沿って第１のピンアレイにおけるピークが第２のピンアレイにおける谷間に並ぶように、配置するという手段が知られている。従来におけるスコロトロングリッドをこのようなデュアルピンアレイと併用することにより、中速プロセス速度において±２５ボルトというプロセス幅の荷電均一性が得られることが、知られている。しかしながら、高品質印刷においては、荷電イメージング面に亘る荷電電位における揺らぎが例えば±２５ボルトという比較的小さな揺らぎであっても、許容できない印刷不整を発生させてしまう。

デュアルピンアレイ及びスコロトロングリッドを備えた従来における典型的なスコロトロン装置としては、図１に示したものがある。図１は、この参照を以て本願に繰り入れるところの特許文献１より、必要部分を引用したものである。この分解斜視図に見られる通り、スコロトロン装置１００は、２個の間隔した互いに概ね平行なピンアレイ２００及び２０２を伴っており、これらピンアレイ２００及び２０２はそれぞれ支持突起２０４により支持されている。ピンアレイ間隔が狭いとスコロトロンを駆動するのに高レベル電力が必要となることから、ピンアレイ２００とピンアレイ２０２との間の距離は、装置小型化の要請を満たしつつも可能な限り大きく設定する。ロケータピン２０８はピンアレイ２０２を、またロケータピン（図示せず）はピンアレイ２００を正確にまた互いに１／２ピッチずつずれるよう位置決めする。これによって、横方向に沿ってピンアレイ２００の各ピークがピンアレイ２０２の谷間に対応し、またピンアレイ２０２の各ピークがピンアレイ２００の谷間に対応することとなる。フレーム部材２０６，２３８，２１２，２３０及び２１４はピンアレイ２００及び２０２によって放射されるコロナ電界を包囲収容すると共に、これらアレイの実装先部材及びその支持部材を構成している。スコロトロングリッド部材２４７は、適当なフレーム部材に取り付けられる。このグリッド部材２４７には開口が設けられており、この開口を介し、荷電装置たるスコロトロン装置１００の出力としてコロナ電界が輻射される。このコロナ電界は、荷電イメージング面（図示せず）の電荷保持面と相互作用する。電気絶縁が施されているワイヤ２２２は荷電のための直流電流をピンアレイ２００及び２０２に供給するためのワイヤであり、同じく電気絶縁が施されているワイヤ２２０はスコロトロングリッド部材２４７に調整電流を流すためのワイヤである。

図２に示すように、荷電装置１００は印刷システム３００内に組み込まれる。その典型的な用途は、印刷システム３００内において、図２に示すフォトレセプタ３０１の電荷保持面等の電荷保持面や他のイメージング面を現像に先立ち荷電させること、並びにコピー基板３０２をトナー転写前及びトナー転写後排出前に荷電させることにある。印刷システム３００は、これに限られるものではないが、静電モノクロシステムや静電カラーシステムを含め、或いはプリンタやコピー機や各種の多機能システムを含め、何個の静電イメージングシステムを含んでいてもよい。

スコロトロン荷電装置を用いつつ荷電均一性を改善する一手法としては、Song et al.に付与された特許であるところの特許文献２に述べられているように、一対のスコロトロンが協働してイメージング面を荷電させるものがある。これは、第１のスコロトロン装置がイメージング面を中間オーバシュート電圧まで初期荷電させ、その後第２のスコロトロン装置がイメージング面を最終電圧まで均一荷電させる、というものである。荷電均一性が改善されるのは、第１のスコロトロン装置が一般に高いパーセンテージの制御グリッド開口面積（特許文献２によれば７０％超）を提供する一方第２のスコロトロン装置が一般に低いパーセンテージの制御グリッド開口面積（特許文献２によれば７０％未満）を提供するためである。スコロトロン装置における開口率は変化率乃至勾配と相関しているため、第１のスコロトロン装置における高率開口は高変化率乃至勾配につながっている。また、第２のスコロトロン装置における低率開口は低変化率乃至勾配につながっており、この低勾配によって荷電プロセスのより精密な制御が可能となっており、その結果均一性が改善されている。なお、ここでの参照を以て特許文献２による開示内容を本願に繰り込むこととする。

米国特許第４７２５７３２号明細書 米国特許第６４５９８７３号明細書 米国特許第４６０３９６４号明細書 米国特許第６０６９６２４号明細書 米国特許第５６８７２９７号明細書 "Electrophotography", R.M.Schaffert, The Focal Press, New York, 1965

特許文献２により教示されているデュアルスコロトロン装置においては、第１グリッドと第２グリッドの間の開口率に差を設けることにより、荷電均一性が改善されている。しかしながら、現状においては更なる荷電均一性改善が待たれている。

そこで、本発明の一実施形態に係り、幅方向に寸法を有する電荷保持面に荷電する荷電システムにおいては、電荷保持面から間隔し概ねその幅方向に沿って配置された少なくとも１個のコロナ提供素子と、このコロナ提供素子と電荷保持面との間に概ねその幅方向に沿って平行に配置され、差別化グリッドフィーチャパターンを有するグリッド素子と、を設けることとしている。

また、本発明の一実施形態に係る静電イメージングシステムにおいては、幅方向に寸法を有する電荷保持面と、この電荷保持面から間隔し概ねその幅方向に沿って配置された少なくとも１個のコロナ提供素子と、このコロナ提供素子と電荷保持面との間に概ねその幅方向に沿って平行に配置され、差別化グリッドフィーチャパターンを有するグリッド素子と、を設けることとしている。

更に、本発明の一実施形態に係り、幅方向に寸法を有する電荷保持面に荷電する方法においては、電荷保持面から間隔し概ねその幅方向に沿って配置された少なくとも１個のコロナ提供素子を、コロナ電界を輻射できる程度に荷電するステップと、差別化グリッドフィーチャパターンを有し概ねその幅方向に沿って平行に配置されたグリッド素子をコロナ提供素子と電荷保持面との間に挿入することにより、コロナ電界を作用させるステップと、を実行することとしている。

以下、本発明の理解を助けるため、図面を参照して説明を行う。図中、同一の又は対応する部材には同一の符号を付す。

図３に、本発明の一実施形態に係るスコロトロングリッド４００を示す。図示した如く、スコロトロングリッド４００は大別して２通りの開口形状を有している。領域４０１においては、パターンは菱状の交差形状を有している。スコロトロングリッド４００のほぼ中心を境に、フィーチャパターンは領域４０２における三角形状に遷移している。図示した実施形態においては、領域４０１におけるグリッド開口率は７０％超であり領域４０２におけるそれは７０％未満である。ピンアレイ４０４は主としてグリッド領域４０１と相互作用してコロナ電荷を放出し、ピンアレイ４０６は主としてグリッド領域４０２と相互作用してコロナ電荷を放出する。ピンアレイ４０４及び４０６は１／２ピッチずつずれた配置を有しているため、コロナ電界をより均一にする手段としては、次の三種類の手段がスコロトロングリッド４００により単一のスコロトロン装置内に組み込まれているといえる。即ち、第１の手段はピンアレイ４０４と４０６とを１／２ピッチずつずらすことであり、第２の手段はグリッド４００における開口率設定であり、第３の手段はグリッドワイヤによるフィーチャパターンが変化していることである。図中矢印４１０で示されているように、基板通過経路は基板（図示せず）のイメージング幅を採っており両領域４０１及び４０２を通るため、領域４０１と領域４０２にて仮に同一フィーチャパターンを採ったとした場合に比べて、結果としてより均一な荷電が実現される。

図４に、本発明の多くの実施形態のうち第２のものとして、それぞれ別々のスコロトロン装置を構成している２個のスコロトロングリッド５０１及び５０２によるデュアルスコロトロンシステムを示す。これらのスコロトロン装置は矢印５１０で示される基板通過経路に対し幅方向に沿って且つ横並びで配置され、特許文献２に記載されている機能を有している。即ち、まずスコロトロングリッド５０１は少なくとも７０％の開口率を有しており、高勾配のスコロトロン荷電装置の一部として動作する。他方、スコロトロングリッド５０２はおよそ５０％の開口率を有しており、低勾配のスコロトロン荷電装置の一部として動作する。そして、両者を協働させることによって、荷電イメージング基板（図示せず）を所望の荷電電位まで荷電させることができる。その際、スコロトロングリッド５０１に係るスコロトロン荷電装置は荷電電位の大部分を担い、スコロトロングリッド５０２に係るスコロトロン荷電装置は荷電電位の小部分を担いつつ荷電を均一化させる。

ここに、図４に示すように、スコロトロングリッド５０１におけるグリッドフィーチャパターンはスコロトロングリッド５０２におけるグリッドフィーチャパターンと異なっている。また、図３に示した実施形態ではグリッドフィーチャパターンにおける幾何学的形状が異なっていたのに対し、図４に示す実施形態においては幾何学的形状は同一だがグリッドフィーチャパターンにおけるフィーチャ寸法が異なっている。より詳細には、スコロトロングリッド５０１においてはメッシュワイヤ＝０．３±０．０７ｍｍ幅、六角形寸法＝２．０±０．１ｍｍであり、従って、六角形の辺に直交し相隣接する六角形の中心を通る２本の平行線（隣接六角形中心線）間の間隔は、１．７３ｍｍとなっている。これに対して、スコロトロングリッド５０２においてはメッシュワイヤ＝０．４１±０．０７ｍｍ幅、六角形寸法＝１．５±０．１ｍｍ、隣接六角形中心線間の間隔＝１．３ｍｍとなっている。

差別化されたパターンを有するスコロトロングリッド素子を用いることによって荷電均一性に現れる影響を、図５に示す。この図においては、２個のスコロトロングリッド素子を用いた構成同士を結果比較している。両構成共、２個のスコロトロングリッド素子は図４と同様横並びで配置されている。また、両構成共、第１のスコロトロン装置中のスコロトロングリッド即ち第１のスコロトロングリッドは図４中のスコロトロングリッド５０１と同様のパラメータを有している（即ち開口率＝７０％の六角形開口である）。“同一寸法六角形”と表示されているバーに係る構成においては、第２のスコロトロン装置中のスコロトロングリッド即ち第２のスコロトロングリッドは、第１のスコロトロングリッドと同じくその隣接六角形中心線間の間隔が１．７３ｍｍに設定されたグリッドである。但し、開口率を５０％に減らすため、ワイヤメッシュをより厚くしてある。言い換えれば、この構成におけるフィーチャパターンは、第１のスコロトロングリッドと第２のスコロトロングリッドとで同一形状且つ実質同一フィーチャ寸法であるが、第２のスコロトロングリッドの方が、線幅が太いパターンである。他方、“異寸法六角形”と表示されているバーに係る構成においては、第２のスコロトロングリッド（５０２）として図４に示した実施形態と同一の寸法のものが使用されている。言い換えれば、“同一寸法六角形”の構成も“異寸法六角形”の構成も第１・第２スコロトロングリッド間の開口率の比率は７０：５０で同一であるが、“同一寸法六角形”では第１スコロトロングリッドと第２スコロトロングリッドとで実質同一寸法及び形状の六角形を使用しつつ当該比率を実現しているのに対して“異寸法六角形”では第１スコロトロングリッド５０１と第２スコロトロングリッド５０２とでフィーチャパターンを変えることにより当該比率を実現している。

比較結果により、異なるグリッドパターンを用いることによって得られる効果を、確認することができる。即ち、図５中“同一寸法六角形”グリッド配置に係るバーは、１９７６ＣＩＥ Ｌ＊ａ＊ｂ＊空間にて計測された０．１４Ｌ＊振幅あまりの荷電不均一性を検出できることを表しているのに対して、“異寸法六角形”グリッド配置に係るバーは、認識できる不均一性（不完全性）はないことを、表している。

総じて、イメージング基板の幅方向と交差する方向に沿って差別化されたグリッドパターンを有するスコロトロングリッドを用いることにより、電荷保持面における荷電均一性を高めることができる。本発明の実施形態は、電荷保持面とコロナ発生素子との間に配置されたグリッドを有する荷電システムに適用できる。その種の荷電システムとしては、これに限られるものではないが、ワイヤベーススコロトロン、ピンアレイスコロトロン、ディスコロトロン等がある。本発明により得られる高い荷電均一性と比較的安価でロバストなピンアレイコロナ装置とを組み合わせて実現できる、という事実からすれば、ピンアレイスコロトロンは本発明の実施にとり特に好適である。差別化されたパターンの実現形態はどのようなものであってもよい。即ち、グリッドパターンの幾何学的形状を変化させてもよいしフィーチャ寸法を変化させてもよい。

以上、特定の実施形態に関して説明を行ったが、本願出願人或いはいわゆる当業者にとり現時点で明らかとなっていない代替物、態様、変形、改善及び実質的均等物が今後明かとなることもあろう。添付した特許請求の範囲（及び該当する場合には補正後の特許請求の範囲）は、その種の代替物、態様、変形、改善及び均等物が包含されるものと認定されるべきである。

従来技術に係るスコロトロンシステムの部分破断分解斜視図である。 スコロトロンシステムを実施しうるイメージングシステムの例を示す模式図である。 複数個の差別化パターンを伴う１個のグリッドを備えた本発明の一実施形態の立面図である。 デュアルスコロトロンシステムにおいて協働する２個のスコロトロングリッドを示す立面図である。 本発明の一実施形態にて実現しうる荷電均一性を本発明なしのスコロトロンシステムで実現しうる荷電均一性と比較する棒グラフである。

符号の説明

４００，５０１，５０２ スコロトロングリッド、４０１，４０２ スコロトロングリッドの領域、４０４，４０６，５０４，５０６ ピンアレイ。

Claims (8)

1. 幅方向に寸法を有する電荷保持面に荷電する荷電システムであって、
   上記電荷保持面から間隔し概ね上記幅方向に沿って配置された少なくとも１個のコロナ提供素子と、
   上記コロナ提供素子と上記電荷保持面との間に概ね上記幅方向に沿って平行に配置され、差別化グリッドフィーチャパターンを有するグリッド素子と、
   を備える荷電システム。
2. 請求項１記載の荷電システムにおいて、上記差別化グリッドフィーチャパターンが複数個の幾何学的形状を含む荷電システム。
3. 請求項１記載の荷電システムにおいて、上記差別化グリッドフィーチャパターンが複数通りのメッシュ開口寸法を有する同一の幾何学的形状を含む荷電システム。
4. 請求項３記載の荷電システムにおいて、上記差別化グリッドフィーチャパターンが差別化フィーチャ寸法を有する同一の幾何学的形状を含む荷電システム。
5. 請求項３記載の荷電システムにおいて、各幾何学的形状についてその開口の中心点が規定されており、それぞれ第１グリッドフィーチャパターン内の相隣接する幾何学的形状の中心点を通る平行線の集合である第１セットと、それぞれ第２グリッドフィーチャパターン内の相隣接する幾何学的形状の中心点を通る平行線の集合である第２セットとの間に、第１セットに属する平行線の間隔が第２セットに属する平行線の間隔と異なり、且つ、第１セットに属する平行線から第１グリッドフィーチャパターンへの方向と第２セットに属する平行線から第２グリッドフィーチャパターンへの方向とが同一方向である、という関係がある荷電システム。
6. 請求項１記載の荷電システムにおいて、更に、概ね上記コロナ提供素子の周りに配置されたフレームエンクロージャを備え、上記グリッド素子が本質的に当該エンクロージャの一側面である荷電システム。
7. 請求項６記載の荷電システムにおいて、上記コロナ提供素子が、複数個のフレームエンクロージャ内に配置された複数個の素子を含む荷電システム。
8. 幅方向に寸法を有する電荷保持面に荷電する方法であって、
   上記電荷保持面から間隔し概ね上記幅方向に沿って配置された少なくとも１個のコロナ提供素子を、コロナ電界を輻射できる程度に荷電するステップと、
   差別化グリッドフィーチャパターンを有し概ね上記幅方向に沿って平行に配置されたグリッド素子を上記コロナ提供素子と上記電荷保持面との間に挿入することにより、上記コロナ電界を作用させるステップと、
   を有する方法。
   

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