JP2008026494A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多種多様なニーズに柔軟に対応することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供する。
【解決手段】連続して画像を記録可能な複写機能と外部装置との情報授受機能とを備えたデジタル複合機に搭載される画像形成装置（１０）であって、記録前の記録媒体を保存する第１の保存手段（１１）と、画像を形成して前記記録媒体に記録する画像形成部（２０、３０）と、記録後の前記記録媒体を保存する第２の保存手段（１３）とを有し、前記画像形成部を複数備えた画像形成装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の画像形成部を備えた画像形成装置に関し、特に複数の画像形成部を着脱可能に構成した画像形成装置及び画像形成方法に関する。

従来、画像形成装置に用いられる主な画像形成方式としては、電子写真方式、インクジェット方式が知られている。

電子写真方式を用いた画像形成装置では、帯電した感光体ドラムに画像信号に対応したレーザ光を照射して静電潜像を形成し、現像、転写、剥離などの各プロセスによって感光体ドラムに形成された画像を用紙に印刷する。
インクジェット方式を用いた画像形成装置では、画像信号を分解して各色の強度を求め、各色の強度に対応してノズルからインクを吐出させて画像を記録紙に記録する。

これらの各画像形成方式は、それぞれを比較すると長所と短所を備えている。
例えば、電子写真方式は、インクジェット方式よりも高速に印刷することができるが一般に高価である。インクジェット方式は、電子写真方式よりも安価であるが、一般に印刷速度は遅い。

特許文献１には、電子写真方式とインクジェット方式を組み合わせて、安価な装置構成でありながら、カラー原稿を高速に、しかも色ずれの無い高品質のフルカラー画像として再現することのできる画像形成装置が開示されている。
特公平５−２２２３２号公報

ところで、画像形成装置には種々のニーズが求められている。例えば、安価、スピードＵＰ、高精細印刷、両面印刷、カラー印刷、モノクロ印刷などのニーズと共に、これらを組み合わせたニーズも求められている。

特許文献１に記載の画像形成装置では、高速、高品質というニーズに合致する技術を提供している。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、上述の多様なニーズに適合するように構成されていない。また、一口に高速、高品質といっても、求められる達成度にも種々のレベルがある。したがって、特許文献１記載の技術をもってしても、なお解決すべき課題が存していると考えられる。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであって、多種多様なニーズに柔軟に対応することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る画像形成装置は、連続して画像を記録可能な複写機能と外部装置との情報授受機能とを備えたデジタル複合機に搭載される画像形成装置であって、記録前の記録媒体を保存する第１の保存手段と、画像を形成して前記記録媒体に記録する画像形成部と、記録後の前記記録媒体を保存する第２の保存手段とを有し、前記画像形成部を複数備えた。

また本発明に係る画像形成方法は、連続して画像を記録可能な複写機能と外部装置との情報授受機能とを備えたデジタル複合機に搭載される画像形成装置の画像形成方法であって、記録前の記録媒体を保存し、画像を形成して前記記録媒体に記録する画像形成部を複数動作させて、記録後の前記記録媒体を保存する。

本発明によれば、多種多様なニーズに柔軟に対応することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供できる。

〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の実施の形態では、連続して画像を印刷する複写機能と共に外部装置との間の情報授受機能を備えたデジタル複合機（ＭＦＰ：Multi Function Peripheral）への適用を例として説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態の画像形成装置の構成を示す図である。
画像形成装置１０は、給紙ユニット１１、画像形成ユニット１２及び排紙ユニット１３を備えている。

給紙ユニット１１は、記録媒体である用紙を保存すると共に、当該用紙を画像形成ユニット１２に供給する。画像形成ユニット１２は、画像を形成して供給される用紙に当該画像を印刷する。排紙ユニット１３は、印刷された用紙を蓄積保存する。

そして、画像形成ユニット１２は、２つの画像形成部である第１のエンジンモジュール２０と第２のエンジンモジュール３０とを備えている。

第１のエンジンモジュール２０は４連タンデム型の画像形成方式を使用している。第１のエンジンモジュール２０には、感光体ドラム２１ａ、・・・、２１ｄ、プロセスユニット２２ａ、・・・、２２ｄ、転写ベルト２３、駆動ローラ２４、転写ローラ２５、給紙ローラ２６及び排紙ローラ２７が設けられている。

図２は、感光体ドラム２１ａとプロセスユニット２２ａの配置を示す図である。なお、それぞれの感光体ドラム２１ｂ〜２１ｄとプロセスユニット２２ｂ〜２２ｄとの関係も同様である。
感光体ドラム２１ａは透明なガラス管で形成され、その外面には透明な導電性層、感光層が設けられている。感光体ドラム２１ａは、矢印方向（感光体ドラム２１の周方向）に回転する。感光体ドラム２１ａの内部には、回転を行わないＬＥＤアレイ５０ａが備わっている。
また、感光体ドラム２１ａの周辺近傍には、プロセスユニット２２ａに設けられる帯電器５１ａ、現像器５２ａ、クリーナ５３ａ及び除電器５４ａが配置されている。

帯電器５１ａは、感光体ドラム２１ａの表面を均一に帯電する。ＬＥＤアレイ５０ａは、画像信号に応じて発光／消灯する。即ち、背面露光を行う。ＬＥＤアレイ５０ａは複数の発光素子が主走査方向（感光体ドラム２１ａの回転軸方向）に配列している。従って、ポリゴンミラーなどの走査機構を必要としない。

ＬＥＤアレイ５０ａから出射される光は感光体ドラム２１ａ上に照射する。帯電した感光体ドラム２１ａに光が照射されると、照射された部位の電位が低下し、静電潜像が形成される。現像器５２ａは、現像剤を感光体ドラム２１ａに塗布することで、感光体ドラム２１ａ上にトナー像を形成する。形成されたトナー像は、用紙に転写される。転写後、クリーナ５３ａは感光体ドラム２１ａ上の残留トナーを取り除く。その後、除電器５４ａは、感光体ドラム２１ａの表面を均一に除電し、感光体ドラム２１ａは初期状態に復帰し、次の画像形成の待機状態となる。

第２のエンジンモジュール３０は４連タンデム型の画像形成方式を使用している。第２のエンジンモジュール３０には、感光体ドラム３１ａ、・・・、３１ｄ、プロセスユニット３２ａ、・・・、３２ｄ、転写ベルト３３、駆動ローラ３４、転写ローラ３５、給紙ローラ３６及び排紙ローラ３７が設けられている。

第２のエンジンモジュール３０の感光体ドラム３１ａ、・・・、３１ｄ、プロセスユニット３２ａ、・・・、３２ｄの動作は上述の動作と同一であるため、その詳細の説明は省略する。

〔第１の動作〕
次に、図１及び図２を参照しつつ画像形成装置１０の第１の動作を説明する。この第１の動作では、第１のエンジンモジュール２０と第２のエンジンモジュール３０は、それぞれ独立にカラー画像を印刷する。

第１のエンジンモジュール２０の転写ベルト２３は、図示しないモータにより回転される駆動ローラ２３によって矢印方向に一定速度で走行する。
まず、プロセスユニット２２ａ内の帯電器５１ａが感光体ドラム２１ａを一様にマイナスに帯電させる。帯電した感光体ドラム２１ａは、ＬＥＤアレイ５０ａにより画像情報に即した露光が行われることによって静電潜像を形成する。

ＬＥＤアレイ５０ａによる露光の下流には、イエロー（Ｙ）の現像剤（トナー）を収容する現像器５２ａが配設されている。感光体ドラム２１ａ上の静電潜像は、イエロートナーによって反転現像され、感光体ドラム２１ａ上にトナー画像が形成される。
現像器５２ａの下流には、不図示の転写ローラが配設されている。転写ローラにはトナーの帯電極性とは逆極性のバイアス（＋）が印加されている。その結果、感光体ドラム２１ａ上のトナー画像は、感光体ドラム２１ａと転写ローラとの間で形成される転写電界によって転写ベルト２３上に一次転写される。

感光体ドラム２１ａとプロセスユニット２２ａによってトナー画像が形成されるタイミングに合わせて、感光体ドラム２１ｂ〜２１ｄとプロセスユニット２２ｂ〜２２ｄは同様のプロセスを実行する。その結果、感光体ドラム２１ｂ〜２１ｄ上に形成されたマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナー画像が転写ベルト２３上に順次一次転写される。

転写材である用紙は、給紙ユニット１１から給紙ローラ２４を介して第１エンジンモジュール２０内に送り出される。
転写ベルト２３の上端部には、転写ローラ２５が配設されている。転写ローラ２５には、トナーの帯電極性とは逆極性のバイアス（＋）が印加されている。その結果、転写ベルト２３上のトナー画像は、転写ベルト２３と転写ローラ２５との間で形成される転写電界によって用紙上に転写される。
画像が転写された用紙は、不図示の定着器によって画像が定着された後、排紙ローラ２７を介して排紙ユニットに送られて蓄積される。

なお、第２のエンジンモジュール３０においても第１のエンジンモジュール２０と同一の動作によって用紙に画像が印刷され、画像が転写された用紙は、不図示の定着器によって画像が定着された後、排紙ローラ３７を介して排紙ユニットに送られて蓄積される。

この第１の動作では、１台の画像形成装置１０内で２つの画像形成動作が並行して実行される。このため、印刷速度を倍にＵＰすることができる。

〔第２の動作〕
第２の動作では、第１のエンジンモジュール２０と第２のエンジンモジュール３０は、連続して動作し、１枚の用紙の表裏にカラー画像を印刷する。

第１のエンジンモジュール２０は上述の説明と同様の動作を行い、画像を定着した用紙は、排紙ローラ２７によって第１のエンジンモジュール２０から排出される。しかし、用紙は排紙ユニット１３には搬送されず、第２のエンジンモジュール３０に送り出される。
第２のエンジンモジュール３０では、上述のように転写ベルト３３にトナー画像が一次転写される。しかし、用紙は給紙ユニット１１からは供給されない。転写ベルト３３上のトナー画像は、転写ベルト３３と転写ローラ３５との間で形成される転写電界によって、第１のエンジンモジュール２０から送られた用紙上に転写される。そして、画像が転写された用紙は、不図示の定着器によって画像が定着された後、排紙ローラ３７を介して排紙ユニット１３に送られて蓄積される。

この第２の動作では、１台の画像形成装置１０内で２つの画像形成動作の一部が並行して実行され、表裏印刷が行われる。このため、表裏の印刷速度をＵＰすることができる。
なお、第１のエンジンモジュール２０の排出側に、用紙の反転機構（不図示）を備えて第２のエンジンモジュール３０に給紙することで、用紙の片面のみに重複して画像を印刷することができる。

以上説明したように本画像形成装置では、複数の画像形成部を備えている。以下このような画像形成装置を従来装置と区別するためマルチエンジン画像形成装置と呼ぶ。この画像形成部はモジュール化されているため、種々の画像形成部を複数組み合わせてマルチエンジン画像形成装置を構成することができる。

図３は、マルチエンジン画像形成装置の基本コンセプトを示す図である。図３の（１）〜（５）は、画像形成部の構成を示し、図３の（６）は、複数の画像形成部を組み合わせた状態を示している。
図３の（１）は、カラーモジュールを示している。このカラーモジュールは、例えば、３０〜４５ＰＰＭの速度でカラー画像を印刷することが可能な電子写真方式のモジュールである。図３の（２）は、モノクロモジュールを示している。このモノクロモジュールは、例えば、３０〜４５ＰＰＭの速度でモノクロ画像を印刷することが可能な電子写真方式のモジュールである。図３の（３）は、インクジェットモジュールを示している。このインクジェットモジュールは、例えば、インクジェット方式でカラー画像を印刷することが可能なモジュールである。

図３の（４）は、両面同時モノクロモジュールを示している。この両面同時モノクロモジュールは、例えば、３０〜４５ＰＰＭの速度で両面にモノクロ画像を印刷することが可能な電子写真方式のモジュールである。図３の（５）は、ハイブリッドモジュールを示している。このハイブリッドモジュールは、例えば、黒色を電子写真方式で印刷し、他のカラーをインクジェット方式で印刷することが可能なモジュールである。
そして、これらのモジュール化した画像形成部は、図３の（６）に示すように任意に組み合わせることが可能である。

しかしながら、上述の基本コンセプトを実現するためには、種々の課題を解決しなければならない。第１の課題は、複数のモジュールがマルチエンジン画像形成装置の１つの筐体に収まるように、おのおののサイズをコンパクトに抑えることである。第２の課題は、各モジュールでの印刷速度に大きな差を生じさせないことである。
以下、これらの課題解決方法について説明する。

（１）複数の画像形成部を有するマルチエンジン画像形成装置においては、画像形成部の小型化が必須となる。
本実施の形態では、図１、図２に示したように、露光手段として従来のレーザ光学系を用いる方式に代えてＬＥＤアレイを用いている。
ＬＥＤアレイ方式では、感光体を保持する円筒状の基板にガラスなどの透明部材を利用し、基盤に透明導電層、電荷注入阻止層、感光層、保護層を形成した感光体ドラムを用いる。そして、ドラムの内側にＬＥＤアレイを配し、ドラムの内側から露光する背面露光を採用する。露光手段がドラムの内側のデッドスペースに配置される上に、現像器等の他の機器の配置の自由度も増すので、画像形成部のサイズが大幅に削減される。
図４は、レーザ方式とＬＥＤアレイ方式とを対比して示す図である。ＬＥＤアレイ方式では、レーザ光を走査するレーザ光学系が不要となるため、省スペースを実現することができる。
なお、ＬＥＤアレイはトナー等の汚れに弱いことが問題であるが、ドラムの内側に配置することでこの問題も解消される。

更に、４連カラーユニットからモノクロユニットに変更する場合、レーザ光学系では、カラー用の４ビームの構成のまま利用せざるを得ないのでコストアップとなる。しかしＬＥＤアレイ方式では図３の（１）、（２）に示すように、モノクロ用以外のＬＥＤアレイを削減することが可能である。

（２）複数の画像形成部を有するマルチエンジン画像形成装置においては、画像形成部の速度の平準化が必須となる。
本実施の形態では、モジュールにインクジェット方式を用いた場合、その印刷速度の高速化が必要である。
このため、インクジェット方式はラインヘッドタイプを使用する。ラインヘッドタイプでは、高速駆動が可能であり、電子写真方式と同じスピードで印刷することが可能である。この結果、ラインヘッドタイプのインクジェット方式を採用することで、電子写真方式とインクジェット方式の様々な組み合わせが可能となる。

図５は、画像形成部を組み合わせた構成例を示す図である。図５には、第１エンジンモジュールと第２エンジンモジュールとをそれぞれ並列に動作させた場合と直列に動作させた場合の機能・効果を示している。なお、本構成例において、並列動作とはそれぞれのエンジンモジュールを個別に又は単独で動作させることをいい、直列動作とは第１エンジンモジュールで印刷動作を実行した後、第２エンジンモジュールで印刷動作を実行することをいう。

組み合わせケース１は、第１エンジンモジュールは電子写真方式のカラーモジュールであり、第２エンジンモジュールも電子写真方式のカラーモジュールを用いる。この組み合わせでは、並列に動作させることで印刷速度をアップさせることができ、直列に動作させることで高速に両面印刷を行うことができる。

組み合わせケース２は、第１エンジンモジュールは電子写真方式のカラーモジュールであり、第２エンジンモジュールは電子写真方式のモノクロモジュールを用いる。この組み合わせでは、それぞれ個別に動作させることで印刷コストを低減することができる。

組み合わせケース３は、第１エンジンモジュールは電子写真方式のモノクロモジュールであり、第２エンジンモジュールも電子写真方式のモノクロモジュールを用いる。この組み合わせでは、並列に動作させることで印刷速度をアップさせることができ、直列に動作させることで高速に両面印刷を行うことができる。

組み合わせケース４は、第１エンジンモジュールは電子写真方式のモノクロモジュールであり、第２エンジンモジュールはインクジェットモジュールを用いる。この組み合わせでは、直列に動作させることで高精細な画像を印刷しかつコストダウンを図ることができる。

組み合わせケース５は、第１エンジンモジュールはインクジェットモジュールであり、第２エンジンモジュールもインクジェットモジュールを用いる。この組み合わせでは、並列に動作させることで印刷速度をアップさせることができ、直列に動作させることで高速に両面印刷を行うことができる。

なお、上述の実施の形態では、画像の記録に用紙を用いたが、紙に限らずＯＨＰ用紙、ＦＡＸ用紙など記録媒体を用いることができる。

〔実施の形態の効果〕
以上説明したように、本実施の形態の画像形成方法によれば、種々の効果を奏することができる。

コンパクトなモジュールとすることができるため、顧客のニーズの変化に合わせてモジュールを再構築することが可能。
例えば、価格の安い３０〜４５枚機のエンジンを用いて導入時のコストを低減し、環境の変化に応じてモジュールを増設すれば、高速機なみの生産性を実現することができる。

また、モジュール化によるメンテナンス性の向上、２重化によるダウンタイムの低減が可能である。
即ち、モジュール化することにより故障時の対応が原則として交換作業で済むため、メンテナンス時間を短縮することができる。また、冗長化することで一方のモジュールが故障しても装置全体が停止する事態を回避することができる。

具体的には、次のような効果を奏する。
（１）高速化：複数の画像形成部を並列に作動させることにより高速印刷が可能となる。
（２）低ＣＰＣ（cost per copy）化：モノクロ電子写真方式とカラーインクジェット方式とを直列に作動させることでコストの低減が可能となる。
（３）高画質化：モノクロ電子写真方式とカラーインクジェット方式とを直列に作動させることで高精細な印刷が可能となる。
（４）高信頼性：複数の画像形成部を並列に作動させることで、１つが故障しても他で出力することができる。
（５）拡張性：モノクロ写真方式×１台の構成から、実際の使用頻度、ユーザの希望に応じてカラー写真方式×ｎ台の構成まで自由にグレードアップできる。また、その逆の形態に自由にグレードダウンできる。

なお、上述の実施の形態で説明した各機能は、ハードウエアを用いて構成しても良く、また、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現しても良い。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。

更に、各機能は図示しない記録媒体に格納したプログラムをコンピュータに読み込ませることで実現させることもできる。ここで本実施の形態における記録媒体は、プログラムを記録でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その記録形式は何れの形態であってもよい。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施の形態の画像形成装置の構成を示す図。 感光体ドラムとプロセスユニットの配置を示す図。 マルチエンジン画像形成装置の基本コンセプトを示す図。 レーザ方式とＬＥＤアレイ方式とを対比して示す図。 画像形成部を組み合わせた構成例を示す図。

符号の説明

１０…画像形成装置、１１…給紙ユニット、１２…画像形成ユニット、１３…排紙ユニット、２０…第１エンジンモジュール、２１…感光体ドラム、２２…プロセスユニット、２３…転写ベルト、２４…駆動ローラ、２５…転写ローラ、２６…給紙ローラ、２７…排紙ローラ、３０…第２エンジンモジュール、３１…感光体ドラム、３２…プロセスユニット、３３…転写ベルト、３４…駆動ローラ、３５…転写ローラ、３６…給紙ローラ、３７…排紙ローラ、５０…ＬＥＤアレイ。

Claims (14)

1. 連続して画像を記録可能な複写機能と外部装置との情報授受機能とを備えたデジタル複合機に搭載される画像形成装置であって、
   記録前の記録媒体を保存する第１の保存手段と、
   画像を形成して前記記録媒体に記録する画像形成部と、
   記録後の前記記録媒体を保存する第２の保存手段とを有し、
   前記画像形成部を複数備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 少なくとも一つの前記画像形成部は、
   光を射出する露光手段と、
   前記光によってその表面に画像を形成する感光体ドラムと、
   前記感光体ドラム上の画像を前記記録媒体に記録する記録部とを備え、
   前記露光手段はＬＥＤアレイであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記ＬＥＤアレイは、前記感光体ドラムの内部に配されることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 少なくとも一つの前記画像形成部は、それぞれ異なる色の画像を形成する複数の前記感光体ドラムが直列に配されていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
5. 他の画像形成部は、ラインヘッドを用いたインクジェット方式で構成されることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
6. 前記複数の画像形成部が、それぞれ並列にあるいは直列に前記記録媒体に画像を記録することを特徴とする請求項２乃至５の内いずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記複数の画像形成部が、それぞれモジュール化されていることを特徴とする請求項２乃至５の内いずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 連続して画像を記録可能な複写機能と外部装置との情報授受機能とを備えたデジタル複合機に搭載される画像形成装置の画像形成方法であって、
   記録前の記録媒体を保存し、
   画像を形成して前記記録媒体に記録する画像形成部を複数動作させて、
   記録後の前記記録媒体を保存することを特徴とする画像形成方法。
9. 少なくとも一つの前記画像形成部の動作は、
   ＬＥＤアレイによって光を射出し、
   前記光によって感光体ドラムの表面に画像を形成し、
   前記感光体ドラム上の画像を前記記録媒体に記録することを特徴とする請求項８に記載の画像形成方法。
10. 前記ＬＥＤアレイは、前記感光体ドラムの内部に配されることを特徴とする請求項９に記載の画像形成方法。
11. 少なくとも一つの前記画像形成部は、直列に配された複数の前記感光体ドラムのそれぞれ異なる色の画像を合成して記録することを特徴とする請求項９に記載の画像形成方法。
12. 他の画像形成部は、ラインヘッドを用いたインクジェット方式で構成されることを特徴とする請求項９に記載の画像形成方法。
13. 前記複数の画像形成部が、それぞれ並列にあるいは直列に前記記録媒体に画像を記録することを特徴とする請求項９乃至１２の内いずれか１項に記載の画像形成方法。
14. 前記複数の画像形成部が、それぞれモジュール化されていることを特徴とする請求項９乃至１２の内いずれか１項に記載の画像形成方法。

Images