JP2007008160A - 画像形成素子 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の問題が軽減される印刷機のための画像形成素子を提供する。
【解決手段】本発明は、軸周りに回転可能な中空ドラム体を備える画像形成素子に関し、中空ドラム体は、外壁表面と、ドラム体の外壁表面上に配置された電気絶縁層で支えられる複数の円周方向に延在する電極と、電極を通電するためドライバ回路を備える電子制御装置と、ドライバ回路を支える支持構造体と、各電極を個別に電子制御装置へ電気接続する接触手段とを有する。電子制御装置は、ドラム体の外壁表面上に配置される。ドラム体の外壁表面には、ドライバ回路を収容する凹所が形成されてよく、ドライバ回路は、凹所内に固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸周りに回転可能な中空ドラム体を備える画像形成素子に関し、中空ドラム体は、外壁表面と、ドラム体の外壁表面上に配置された電気絶縁層で支えられる複数の円周方向に延在する電極と、電極を通電するためドライバ回路を備える電子制御装置と、ドライバ回路を支える支持構造体と、各電極を個別に電子制御装置へ電気的に接続する接触手段とを有する。

前述したタイプの画像形成素子は、欧州特許出願公開第０８０３７８３号から知られている。知られている画像形成素子において、電子制御装置は、プリント回路板を備え、プリント回路板には、ドライバ回路が載置され、且つプリント回路板は、端子アレイに至る導電体パターンを担持する。電子制御装置は、細長い本体として形づくられ、中空のドラム体の内側に載置され、細長い本体の長手方向縁部に形成された端子アレイは、ドラム体の内壁表面に隣接する。端子アレイに至る各導電体は、中空ドラム体の壁を通過する接触手段によって、電極のうち対応する一つに電気的に接続される。

知られているドラム体の問題は、その複雑な製造である。ドラム体の壁を通じて貫通穴を形成しなければならず、さらにドラム体の外表面に配置された電極に電子制御装置を接触させるため、貫通穴に導電性材料を充填しなければならない。
欧州特許出願公開第０８０３７８３号明細書

本発明は、この問題が軽減される印刷機のための画像形成素子の提供を試みるものである。

本発明によると、この目的は、電子制御装置がドラム体の外壁表面上に配置される、上述した類の画像形成素子で達成される。

画像形成素子の製造は簡素化され、製造コストは、知られている画像形成素子に比べて低減される。特に、ドライバ回路への電極の接続は、より簡素な且つ直接的な方式で実現できる。

本発明の実施形態によると、ドライバ回路を収容するための凹所が、ドラム体の外壁表面に形成され、ドライバ回路は凹所内に固定される。この実施形態において、ドライバ回路は、印刷中の温度変化や高い機械的圧力等、不利な外的影響から特に良好に保護される。

本発明の別の実施形態によると、接触手段は、多数の導電突起部を備え、これら導電突起部が、ドライバ回路から上方に延在し、且つドラム体の軸に対し概ね平行な方向に、電極のピッチの少なくとも二倍の寸法を有する。この実施形態の利点は、電子制御装置に対する電極の位置付けを、非常に高い精度で実現しなくてもよいことである。

本発明は、これより、以降の本発明の代表的な実施形態を参照しながら説明され、且つ図面を参照して示される。これらの実施形態は、本発明を例示するためのものであり、本発明を制限するものとみなすべきではない。

図１は、直接誘導印刷法を用いる印刷機の概略図である。

これは、印刷エンジン２を備え、印刷エンジン２は、接続ケーブル７を通じて印刷エンジン２へ印刷ジョブを送信するのに適した印刷サーバ４へ接続される。印刷サーバ４は、さらにネットワークＮへ接続され、接続は、ケーブル３の形で図示されている。ネットワークＮは、クライアントコンピュータにログオンした多数のユーザが、プリンタ２へ印刷ジョブを送信することを可能にするローカルエリアネットワークでよく、あるいはまたインターネットに相当してよい。印刷サーバ４は、クライアントコンピュータから印刷ジョブを受け取り、印刷エンジン２によって処理できるフォーマットに印刷ジョブを変換し、さらに印刷エンジン２の内部に配置された画像処理装置６と協働して、印刷ジョブとともに送信されたデジタル画像が、イメージ支持体上に印刷されることを保証する。

印刷機には、自動ドキュメントフィーダ８が設けられ、自動ドキュメントフィーダ８は、自動ドキュメントフィーダ８に置かれた一枚の原稿または積み重なった原稿を、スキャナ装置１０へ自動的に給送する。スキャナ装置１０は、そこに給送された原稿を光学的に走査し、かつＣＣＤ等の光電センサによって光学情報を電気画像信号へ変換することに適する。

印刷機は、また、表示画面とキーパネルとが設けられたユーザインタフェースパネル１８を備える。ユーザインタフェースパネルは、画像処理装置６および印刷サーバ４に接続され、ユーザを選択すること、待ち行列パラメータを設定すること、ジョブ属性を変更すること等に適する。

印刷エンジンは、多数の画像形成素子１６を備える。各画像形成素子は、適切な駆動手段（図示せず）によって、矢印Ａの方向に駆動させることができる回転ドラムを備える。カラー画像を印刷するため、複数の画像形成素子が使用され、各前記素子は、分離画像を形成するため、シアン、マゼンタ、黄、赤、青、緑、または黒等の特定色のトナーが供給される。各画像形成素子１６には、誘電層の下に配置された多数の通電可能な画像形成電極が設けられる。電極は、互いに所与の距離を隔てて配置され、これが印刷システムの軸方向解像度を、例えば６００ｄｐｉを決定する。磁気ロール１４と現像装置１５とが設けられる。磁気ロール１４には、導電性で磁気によって引き付けられるトナー粉末が供給される。所定のバイアス電圧を磁気ロール１４へ印加することによって、画像形成素子１６の外表面に、均一なトナー粉末層が施される。軟鉄ナイフが、現像装置１５の内部に配置され、且つ間隙で磁場を発生させるため二つの磁石の間に置かれる。画像形成素子１６上にトナー画像を現像するため、ドラムの外周表面に置かれた電極は、電極を個別に通電するためドライバ回路を有する電子制御装置によって画像状に作動させられる。間隙における磁場によって規定される画像形成領域では、リング電極での作動パターンに応じて、画像形成素子１６の表面からトナー粉末が選択的に取り除かれる。

こうして分離画像であるトナー粉末画像が、各画像形成素子１６の表面に形成される。各分離画像は、次に、例えばゴム表面を有する転写ドラム１２である、画像受容媒体との圧力接触によって相継いで転写される。こうしてこのゴム表面に完全なカラー画像が形成され、圧力と温度の適当な組み合わせによって印刷媒体（例えば一枚の紙）上へ転写され、且つ溶着させることができる。紙は、ガイドトラック２６によってペーパートレイ２０のいずれかから転写ドラムへ運ばれ、次に熱せられた転写ドラム１２と加圧ロール２８との間で圧迫される。紙は、次にガイドトラック２４によって後溶着装置３０へ運ばれ、反対側で印刷するために二重ループを経ることができ、あるいは受け取りトレイ２２で直接的に出力されることができる。

図２は、本発明の一実施形態による画像形成素子１６を示す。画像形成素子１６は、軸ＡＸ周りに回転可能で、且つ外壁表面３３を有する中空ドラム体３２を備える。画像形成素子１６には、ドラム体の外壁表面３３上に配置された電気絶縁層に支えられた、複数の円周方向に延在する電極３４（例えば３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ）が設けられる。電極は、誘電層３５の下に置かれる。電極を個別に通電するためドライバ回路を有する電子制御装置４３が設けられる。電子制御装置４３は、ドラム体３２の外壁表面３３の上部に配置され、電極を支える電気絶縁層によって覆われる。

図５は、本発明による画像形成素子１６の一実施形態の上面を概略的に表す。図４は、線ＸＸに沿った画像形成素子の断面を表す。図３Ａは、線ＹＹに沿った画像形成素子１６の第一の実施形態の断面を表す。図３Ｂは、線ＹＹに沿った画像形成素子１６の第二の実施形態の断面を表す。電極３４は、例えばエポキシ製の、電気絶縁層３８によってドラム体から電気的に絶縁される。電子制御装置４３は、互いに電気的に絶縁される電極を個別に通電するドライバ回路４４を備える。ドライバ回路４４は、支持構造体４６の第１の側面で支えられる。支持構造体は、例えば、ドライバ回路に電気信号を供給するため導電体パターンが付着された、ポリイミド膜でできた可撓性の板である。可撓性板の使用には、これを載せる外壁表面３３の部分に密接に追随するという利点がある。図３Ａ、図３Ｂ、図４、及び図５に示す画像形成素子の実施形態においては、ただ一つの支持構造体が見られ、支持構造体の長さは、中空ドラム体の幅Ｌに実質的に対応する範囲に及ぶ。ただし、ドライバ回路の一部を各々支える、多数の可撓性板を使用することもまた可能である。そのような場合に、ドライバ回路の種々の部分間の接続は、ワイヤボンドによって達成できるが、電子部品実装業界で良く知られている他の接触手段もまた適している。

絶縁層３８の穴に充填するはんだボール４２と導電性材料３６とは、各電極を個別に電子制御装置へ電気的に接続する接触手段として働く。はんだボールの代わりに、導電性のエポキシピラー、銅ピラー、または適切な形を有する電気伝導突起部を使用できる。

ドライバ回路４４の各ドライバの各出力は、ドライバ回路上に付着されたはんだボール４２へ接続される。ドライバ回路上で所望のはんだボールパターンを得るためには、スクリーン印刷、電気メッキまたはスパッタリングと組み合わされたフォトリソグラフィ等のような、よく知られている構造化技術が使用される。画像形成電極のピッチが４２．３μｍとなる６００ｄｐｉドラムの場合、はんだボールの直径は、好ましくは１２０μｍとなるように選択される。一般的に、はんだボールの（または導電性ピラーなどの直径）直径ｄは、軸方向ＡＸで電極（図５を参照）間のピッチｐの少なくとも二倍となるように選択されると、大いに有利である。そのような寸法を持つはんだボールまたは導電性ピラーにより、たとえ一部の電極が、それぞれのドライバ出力上で正確に位置付けられない場合でも、前記ボールまたはピラー間の相互接続は容易に達成される。これは図４及び図５において、特に電極３４ｅについて示される。したがって、電子制御装置に対し電極を高い精度で位置付ける必要はない。

各電極は、貫通穴を通じて関連するドライバ出力へ電気的に接続され、貫通穴は、絶縁層３８を貫き、且つ貫通穴には、金属材料、導電性のエポキシ樹脂、ソルダーペースト、導電性のポリマー等、導電性の材料３６が充填される。貫通穴は、絶縁層３８をレーザーで穿孔することによって製造できる。次に、電極３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、及び３４ｄを、電気的接触を確かなものとするためはんだボール４２が各々設けられた関連ドライバへそれぞれ接続するために、接触手段３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを形成するように、貫通穴に導電性材料が充填される。

図３Ａは、本発明による画像形成素子の第一の実施形態を示す。電子制御装置は、外壁表面３３上に固定され、全体は電気絶縁層３８によって覆われる。

図３Ｂは、本発明による画像形成素子の第二の実施形態を示す。ドラム体の外壁表面３３には、ドライバ回路４４を収容する凹所４０が形成される。凹所は、ドラム３２の幅Ｌに実質的に対応する範囲で、ドラム体の軸に対し概ね平行な方向に延在する底表面４５を有する。凹所４０は、また、ドラム体の軸から本質的には径方向に延在する第１の側壁４７と第２の側壁４９とを有し、第１及び第２の側壁は、ドラム体の軸から延びる半径方向に測定して、本質的に同じ高さを持つ。第１及び第２の側壁の高さは、５００μｍから１０００μｍの範囲内でよい。この溝形状は、ドライバ回路を支えるため矩形の単一支持構造体を備える電子制御装置を収容することによく適する。外壁表面３３の凹所が不在のところで測定した電気絶縁層３８の厚みは、図３Ａに示す実施形態より小さくてよい。

ドライバ回路４４は、例えば、支持構造体４６の第２の側面を、凹所４０の底表面４５へ接着することによって、凹所４０内に固定される。支持構造体４６と底表面４５との間の接着は、好ましくは、ドライバ回路４４を有する電子制御装置とドラム体３２との間で良好な熱的接触が達成されるようなものである。使用にあたっては転写ドラム１２が、加熱され、その結果熱は、画像形成素子１６の全部分へ移される。電子制御装置の温度は、上昇する。電子制御装置とドラム体との間の良好な熱的接触により、空洞の中を循環する空気流によって冷やされるドラム体によって、熱を逃がすことができる。ドラム体は、好ましくはアルミニウム等の金属材料から作られ、且つその空洞内に配置されたヒートシンクを備える。ドラム体の空洞には、いかなる電子部品もないから、ヒートシンクの形状は自由に選ぶことができる。その形状は、非常に効率的な冷却に最適化できる。ヒートシンクの設計にあたって、電子制御装置の存在を考慮しなければならなかった、知られている画像形成素子に比べて、本発明の画像形成素子は、より効率的な冷却のおかげでより信頼性に優れ、且つ高速印刷プロセスが可能となる。中空ドラム体に多数の細長い開口部が設けられる、欧州特許出願公開第０８０３７８３号の図９から知られる画像形成素子に比べて、本発明の画像形成素子は遥かに堅牢である。中空ドラム体には開口部がないため、これはより一層の外的機械的圧力を支えることができ、損傷のリスクは抑えられる。しかも、知られている構成に比べ、本発明の画像形成素子は、電子制御装置の保護の点で利点を提供する。電子制御装置は、ドラム体の外壁表面上にあって絶縁材料の層によって覆われるから、不測の衝撃による損傷のリスクはより少ない。しかも、知られている画像形成素子の製造は、ドライバ回路を担う支持構造体を、絶縁接着層でドラム体の細長い開口部に固定しなければならないため、煩雑である。本発明の画像形成素子ならば、ドラム体の外壁上に支持構造体を容易く固定でき、これは製造中に完全に保たれる。

電子制御装置によって占められない凹所の容積には、エポキシ樹脂等の電気絶縁材料を充填できる。この材料には、使用中に画像形成素子の外表面にかかる力に耐えるため、適切な固さを有するように選択できるという利点がある。

図５に示すとおり、接触手段３６とはんだボール４２とは、画像形成素子１６の軸方向ＡＸに延在する四つの列に交互に配置されてよい。一列のはんだボール間のピッチは、電極間のピッチｐの四倍にほぼ等しい。例えば、６００ｄｐｉの印刷解像度を達成する画像形成素子において（すなわち４２．３３μｍに等しい電極ピッチ）、はんだボール間のピッチは、１９６．３３μｍにほぼ等しい。そのような交互配置の利点は、はんだボールの直径が、電極ピッチより大きくてよい、例えば電極ピッチの二倍または三倍でよいことである。したがって、１２０μｍ程度の直径を有するはんだボールまたは導電性ピラーの選択が可能であり、これは、直径がより小さいはんだボールまたは導電性ピラーに比べて、画像形成素子製造の容易さを増す。これは、以下でより詳しく説明され、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄで示される。

図６は、本発明の別の実施形態による画像形成素子の概略図である。電子制御装置は、ドライバ回路を支えるため複数の支持構造体を備える。第１の可撓性板１４６は、ドライバ回路の第１の部分１４４を支え、第２の可撓性板２４６は、ドライバ回路の第２の部分２４４を支えている。図６には二つの可撓性板のみが示されているが、交互配置された板の集合が設けられ、中空ドラム３２の幅Ｌにほぼ対応する範囲で、軸方向ＡＸに板の集合が延在するよう配置される。ドライバ回路の種々の部分間の接続は、電子制御装置が得られるように、かつ関連する電極を駆動するため各個のドライバへ信号を提供できるように、ワイヤボンド（図示せず）によって達成されてよい。

製造中は、フォトリソグラフィ構造化技術を利用しながら、はんだボールまたは導電性ピラー１４２を、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）１４４、２４４上に高い精度で位置付けることができる。次に、ＡＳＩＣを支える板１４６、２４６が、外壁表面３３上に固定される。所与のＡＳＩＣにおいて、はんだボール間のピッチは、基本的には一定であり、一旦板とこれのＡＳＩＣがドラム体の外壁表面３３上に固定され、且つ電極が付着されると、はんだボールアレイと電極アレイとの間のシフトは非常に小さい。その結果、はんだボール（または導電性ピラー）の直径ｄが、電極ピッチｐの少なくとも二倍となるように選ばれるなら、はんだボール（または導電性ピラー）の上には、常に良好に位置付けられた電極がある。絶縁層３８の付着後には、小さい溝を形成するため層が構成され、電極１３４を作るため、後で導電性材料が付着される。絶縁層３８を構成した後には、電極とはんだボールまたは導電性ピラー１４２との間で相互接続１３６を形成するため、層３８を通して貫通穴が作られる。図７Ａ（上面図）と図７Ｂ（断面）には、最も好ましい状況が描かれている。電極１３４のための溝は、はんだボール１４２の中央上にほぼ正確に位置付けられている。はんだボール１４２への相互接続は、その最高地点で実現される。図７Ｃと図７Ｄには、いくぶん好ましくない状況が描かれている。はんだボールの中央上にほぼ正確に横たわる電極のための溝はない。ただし、はんだボールへの相互接続は容易に実現できる。この場合の相互接続は、はんだボールの最高地点で実現されない。ただし、電気的接触は、満足な形で得られる。ＡＳＩＣを支える板を、中空ドラムの軸方向ＡＸで外壁表面上に位置付けるため、特別な処置を講じる必要はない。高い精度は要求されず、これは製造のコストと簡便さの点で有益である。電極のピッチの少なくとも二倍のはんだボールまたは導電性ピラーの直径により、電極への接続は常に可能である。図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、及び図７Ｄに示す例で、はんだボールの直径ｄは、電極のピッチｐの約三倍となるべく選択される。

図６に示す配置により、画像形成素子の製造コストは、単一の支持構造体が使われる場合に比べて大幅に減少する。実際的な製造上の理由から、画像形成素子の幅Ｌにほぼ等しい長さを持つ単一ＡＳＩＣを、満足な歩留まりで製造することは非常に困難である。サイズがより小さいＡＳＩＣを製造することは遥かに容易である。その理由は、多数の小さいＡＳＩＣを、ウェハ上に製造できるからである。したがって、生産歩留まりは、比較的に長い単一ＡＳＩＣの生産歩留まりに比べて大いに増大することができる。ただし、多数の小さいＡＳＩＣの使用により、外壁表面上での配置は、単一構造体の場合より複雑である。一つのＡＳＩＣの、他のＡＳＩＣに対する位置合わせが重要なポイントとなることは、経験から明らかである。

この問題を解決するため、ＡＳＩＣ１４４を有する支持構造体１４６と、ＡＳＩＣ２４４を有する支持構造体２４６とは、中空ドラムの軸方向ＡＸに重ね合わせて置かれる。そのような重ね合わせでＡＳＩＣを置くことは、電極とドライバとの間の相互接続に冗長性をもたらす。その結果、冗長性エリア内にある多数の電極は、各々異なるＡＳＩＣに所属する二つの異なるドライバへ接続される。これは、ＡＳＩＣの中の適切な回路を用いて測定でき、さらに両ドライバの出力のうち一方をオフに調整することによって訂正できる。電極１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄ、１３４ｅ、及び１３４ｆは、異なるＡＳＩＣの、それぞれＡＳＩＣ１４４及びＡＳＩＣ２４４の上に置かれた、異なるドライバに各々所属する、二つのはんだボール１４２へ各々物理的に接続される。重ね合わせは、一つの電極のためだけで十分である。図６の配置により、相互接続の製造工程時間は、大いに減らすことができる。相互接続に従い、製造時間と関連コストは、印刷解像度にさえ無関係である。

直接誘導印刷法を使用する印刷機の概略図である。 本発明の一実施形態による画像形成素子の概略図である。 本発明の第一の実施形態による画像形成素子の概略図（線ＹＹに沿った断面）である。 本発明の第二の実施形態による画像形成素子の概略図（線ＹＹに沿った断面）である。 本発明の一実施形態による画像形成素子の概略図（線ＸＸに沿った断面）である。 本発明の一実施形態による画像形成素子の概略図（上面図）である。 本発明の別の実施形態による画像形成素子の概略図である。 本発明の一実施形態による画像形成素子の概略図（上面図）である。 本発明の一実施形態による画像形成素子の概略図（断面）である。 本発明の一実施形態による画像形成素子の概略図（上面図）である。 本発明の一実施形態による画像形成素子の概略図（断面）である。

符号の説明

２ 印刷エンジン
３ ケーブル
４ 印刷サーバ
６ 画像処理装置
７ 接続ケーブル
８ 自動ドキュメントフィーダ
１０ スキャナ装置
１２ 転写ドラム
１４ 磁気ロール
１５ 現像装置
１６ 画像形成素子
１８ ユーザインタフェースパネル
２２ 受け取りトレイ
２６、２４ ガイドトラック
２８ 加圧ロール
３０ 後溶着装置
３２ 中空ドラム体
３３ 外壁表面
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄ、１３４ｅ、１３４ｆ 電極
３５ 誘電層
３６ 導電性材料
３８ 絶縁層
４０ 凹所
４２、１４２ はんだボール
４３ 電子制御装置
４４ ドライバ回路
４５ 底表面
４６ 支持構造体
４７ 第１の側壁
４９ 第２の側壁
１３６ 相互接続
１４４、２４４ ＡＳＩＣ
１４６ 第１の可撓性板
２４６ 第２の可撓性板

Claims (10)

1. 軸（ＡＸ）周りに回転可能な中空ドラム体（３２）を備える画像形成素子であり、中空ドラム体（３２）が、外壁表面（３３）と、中空ドラム体の外壁表面上に配置された電気絶縁層（３８）で支えられる複数の円周方向に延在する電極（３４）と、電極（３４）を通電するためドライバ回路（４４）を備える電子制御装置（４３）と、ドライバ回路（４４）を支える支持構造体（４６）と、各電極（３４）を個別に電子制御装置（４３）へ電気的に接続する接触手段（４２、３６）とを有する、画像形成素子（１６）であって、電子制御装置（４３）が、中空ドラム体（３２）の外壁表面（３３）に配置されることを特徴とする、画像形成素子。
2. ドライバ回路（４４）を収容する凹所（４０）が、中空ドラム体（３２）の外壁表面（３３）に形成され、ドライバ回路（４４）が、凹所（４０）内に固定される、請求項１に記載の画像形成素子。
3. 凹所（４０）が、中空ドラム体の軸（ＡＸ）に対し概ね平行な方向に延在する底表面（４５）と、中空ドラム体の軸（ＡＸ）から本質的に径方向に延在する第１の側壁（４７）及び第２の側壁（４９）とを有する、請求項２に記載の画像形成素子。
4. 電子制御装置（４３）によって占められない凹所（４０）の容積が、電気絶縁材料で充填される、請求項２または３に記載の画像形成素子。
5. 電気絶縁材料が、エポキシ樹脂である、請求項４に記載の画像形成素子。
6. 支持構造体（４６）の一側面が、凹所（４０）の底面（４５）に固定される、請求項３、４、または５に記載の画像形成素子。
7. 接触手段が、多数の導電突起部（４２）を備え、導電突起部（４２）が、ドライバ回路（４４）から上方へ延在し、且つ中空ドラム体の軸（ＡＸ）に対し概ね平行な方向に電極のピッチ（ｐ）の少なくとも二倍の寸法（ｄ）を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の画像形成素子。
8. 接触手段が、電極（３４）を導電突起部（４２）へ接触させるため、絶縁層（３８）を通る穴を充填する導電材料（３６）をさらに備える、請求項７に記載の画像形成素子。
9. 支持構造体（４６）が可撓性である、請求項１から８のいずれか一項に記載の画像形成素子。
10. 可撓性の支持構造体（４６）がポリイミド製である、請求項９に記載の画像形成素子。

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