JP2009045792A - 画像形成装置 - Google Patents

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伸夫 井上
Tatatomi Suzuki
忠臣 鈴木
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Abstract

【課題】画像密度が高い画像を簡易な制御で得ることができる画像形成装置を得る。
【解決手段】磁気ヘッド12は、磁気ドラム10の軸方向に複数個の磁極部46が配列された磁極列を備え、さらに、この磁極列が磁気ドラムの回転方向に複数列配置され、また、磁気ドラムの回転方向に沿った各磁極列の磁極部が軸方向にずれている。さらに、制御部は、磁気ドラムの回転数、及び円周長さと、磁極部の磁気ドラムの回転方向の間隔に基づいて画像データを磁気ヘッド12へ転送する転送周波数を決定し、転送周波数に基づいて画像データを磁気ヘッド12へ転送して磁極部46で磁気ドラム10の表面に磁気潜像を形成させる。このように決められた転送周波数に基づいて画像データを磁気ヘッド12へ転送して磁極部46で磁気ドラム10の表面に磁気潜像を形成させることで画像密度が高い画像を簡易な制御で得ることができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、磁気潜像保持体に磁気潜像を形成する磁気潜像形成装置を備えた画像形成装置に関する。
特許文献1には、出力画素数に対して多くの記録素子を備える書込み装置が記載されている。
この書込み装置によると、画像データに最も近い記録素子を選択し、その記録素子を駆動させることで精度の良い書込みができるようになっている。
特開平5−84972号公報
しかしながら、多くの記録素子の中から画像データに最も近い記録素子(磁極部)を選択し、その記録素子(磁極部)を駆動させる制御は複雑なものとなっていた。
さらに、記録素子は、一列しか配置されていないため、隣接する記録素子の間隔より密度の高い画像を形成することができない構成となっていた。
本発明は、上記事実を考慮し、画像密度が高い画像を簡易な制御で得ることが課題である。
本発明の請求項1に係る画像形成装置は、磁気潜像が形成されると共に、回転可能に支持される磁気潜像保持体と、前記磁気潜像保持体の軸方向に複数個の磁極部が配列された磁極列を備え、前記磁極列が前記磁気潜像保持体の回転方向に複数列配置され、前記磁気潜像保持体の回転方向に沿った各磁極列の磁極部が前記軸方向にずれている磁気潜像形成装置と、前記磁気潜像保持体の回転数、及び円周長さと、前記磁極部の前記磁気潜像保持体の回転方向の間隔に基づいて画像データを前記磁気潜像形成装置へ転送する転送周波数を決定し、前記転送周波数に基づいて前記画像データを前記磁気潜像形成装置へ転送して前記磁極部で前記磁気潜像保持体の表面に磁気潜像を形成させる制御部と、を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、磁気潜像形成装置は、磁気潜像保持体の軸方向に複数個の磁極部が配列された磁極列を備え、さらに、この磁極列が磁気潜像保持体の回転方向に複数列配置され、また、磁気潜像保持体の回転方向に沿った各磁極列の磁極部が軸方向にずれている。
さらに、制御部は、磁気潜像保持体の回転数、及び円周長さと、磁極部の磁気潜像保持体の回転方向の間隔に基づいて画像データを磁気潜像形成装置へ転送する転送周波数を決定し、転送周波数に基づいて画像データを磁気潜像形成装置へ転送して磁極部で磁気潜像保持体の表面に磁気潜像を形成させる。
このように転送周波数を決め、この転送周波数に基づいて画像データを磁気潜像形成装置へ転送して磁極部で磁気潜像保持体の表面に磁気潜像を形成させることで画像密度が高い画像を簡易な制御で得ることができる。
本発明の請求項2に係る画像形成装置は、請求項1に記載において、前記磁気潜像保持体の回転数はYrpmであり、円周長さがXmmであって、前記磁極部の前記磁気潜像保持体の回転方向の間隔がZであるときに前記転送周波数Fは、下記関係式で求められることを特徴とする。
F=(X×Y÷60)/Z
上記構成によれば、磁気潜像保持体の回転数はYrpmであり、円周長さがXmmであって、磁極部の磁気潜像保持体の回転方向の間隔がZであるときに転送周波数Fは、次式で求められる。
F=(X×Y÷60)/Z
このように。転送周波数を設定することで、軸方向にずれて配置される磁極部によって磁化された磁気潜像保持体のドットを磁気潜像保持体の回転方向へ直線状に並ばせることができる。
本発明によれば、画像密度が高い画像を簡易な制御で得ることができる。
本発明の実施形態に係る画像形成装置100の実施形態を図1〜図4に従って説明する。
なお、本実施形態に適用される画像形成装置100は、いわゆる電子写真プロセスや、誘電体上にイオンなどで静電潜像を形成するプロセス(イオノグラフィ)、帯電した誘電体にサーマルヘッドの熱により画像情報に応じて静電潜像を形成するプロセスなど、静電潜像を利用するものではなく、磁気潜像保持体上に磁気潜像を形成してトナー画像を形成するプロセスを備える画像形成装置であって、これ以外の構成については特に制限されない。
図1に示されるように、画像形成装置100は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナー画像を形成する画像形成ユニット40、ドラム状の中間転写体16、及び転写定着ローラ28を含んで構成されている。
また、画像形成ユニット40Y,40M,40C,40Kは、中間転写体16の回転方向(図1に示す矢印C方向)に対して、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の順番で配置されている。
なお、以降、YMCKを区別する必要がある場合は、符号の後にY、M、C、Kの何れかを付して説明し、YMCKを区別する必要が無い場合は、Y、M、C、Kを省略する。
さらに、画像形成ユニット40は、磁気ドラム(磁気潜像保持体)10、磁気ヘッド(磁気潜像形成装置)12、現像装置14、クリーナ18、及び消磁装置20を備えている。
以下、この画像形成装置100の動作について簡単に説明する。
まず、図2に示されるように、磁気ヘッド12が、制御部48から転送された画像データを受ける。磁気ヘッド12は、フルライン型磁気ヘッドとされており、磁気ヘッド12を走査することなく磁気ヘッド12に設けられた磁極部46(図3参照)が制御部48から転送された画像データに基づいて磁力線を放出することによって、磁気ドラム10上に画像データに応じた磁気潜像22を形成する。
なお、磁気ヘッド12、磁気ドラム10、及び制御部48については詳細を後述する。
また、現像装置14は、現像ローラ(現像剤供給手段)14aと現像剤貯蔵容器(現像剤貯留手段)14bとを含んで構成される。現像ローラ14aは、現像剤貯蔵容器14bに貯蔵される液体現像剤24に一部が浸るようにして設けられる。
液体現像剤24は、水性媒体とトナー粒子25とを含んで構成される。トナー粒子25は磁性体を含んで構成される磁性トナーである。
液体現像剤24中では、トナー粒子25は均一に分散されているが、例えば液体現像剤24を、さらに現像剤貯蔵容器14b内に設けられる撹拌部材によって所定の回転速度で撹拌し続けることで、液体現像剤24中のトナー粒子25の濃度の位置ばらつきは低減される。これにより図の矢印A方向に回転する現像ローラ14aには、トナー粒子25の濃度バラツキが低減された液体現像剤24が供給される。
現像ローラ14aに供給された液体現像剤24は、規制部材13によって一定の供給量に制限された状態で磁気ドラム10に搬送され、現像ローラ14aと磁気ドラム10とが近接(あるいは接触)する位置で磁気潜像22に供給される。
このように現像された各色のトナー画像26は、矢印B方向に回転する磁気ドラム10に搬送され、中間転写体16に転写されてカラー画像が中間転写体16上に形成される。
中間転写体16への転写は、トナー粒子25が電荷をほとんど有していないため、シアリング転写(非電界転写)により行うことが好適である。具体的には、矢印B方向に回転する磁気ドラム10と矢印C方向に回転する中間転写体16とを一定のニップ(移動方向の接触幅を有する接触面)を持って接触させ、トナー画像26に対して磁気ドラム10との磁気力以上の吸着力により中間転写体16上にトナー画像26を移行させる。このとき、磁気ドラム10及び中間転写体16間に周速差を設けてもよい。
図1に示されるように、中間転写体16により矢印C方向に搬送されたトナー画像26は、転写定着ローラ28との接触位置においてシート材Pに転写され、同時に定着される。
転写定着ローラ28は、中間転写体16との間にシート材Pを挟み、中間転写体16上のトナー画像26をシート材Pに密着させる。これによってシート材Pにトナー画像26を転写し、同時にシート材P上にトナー画像26を定着させることでトナー画像26は、定着像29となる。トナー画像26の定着は、トナーの特性により加圧によってのみ行うこともできるし、転写定着ローラ28に発熱体を設けて加圧及び加熱により行ってもよい。
一方、中間転写体16にトナー画像26を転写した磁気ドラム10では、転写残トナーがクリーナ18との接触位置まで運ばれ、クリーナ18によって回収される。クリーニング後、磁気潜像22を保持したまま磁気ドラム10は消磁位置まで回転移動する。
同じ画像を出力する場合は、磁気潜像22を消磁することなく、再度、同じ磁気潜像22へ液体現像剤24を供給し、トナー画像26を形成する。
一方、出力画像を変更する場合又は画像形成を停止する場合は、消磁装置20が、磁気ドラム10に形成された磁気潜像22を消去する。そして、クリーナ18と消磁装置20とによって磁気ドラム10は画像形成前の磁性層の帯磁状態にばらつきがない状態に戻される。
なお、上記画像形成装置100に備えられる磁気ヘッド12、現像装置14、中間転写体16、転写定着ローラ28、クリーナ18及び消磁装置20は、すべて磁気ドラム10の回転速度と同期をとって動作されている。
次に、磁気ヘッド12、磁気ドラム10、及び制御部48について説明する。
図3(A)に示されるように、磁気ヘッド12には、各チャンネルのコイル(図示省略)に電流を流すことにより漏洩磁束を発生し、磁気ドラム10の表面を磁化することによって磁気潜像22(図2参照)を形成する磁極部46が設けられている。
この磁極部46は、磁気ヘッド12の軸方向に複数個配置され、磁極列を構成している。さらに、図3(B)に示されるように、この磁極列は、磁気ヘッド12の回転方向に400μm(10画素)間隔で複数列配置され、この回転方向に沿った各磁極列の磁極部46は、軸方向に40μm(1画素)ずれて配置されている。
また、磁気ドラム10(図1参照)の円周長さは、420mmとされており、磁気ドラム10の回転数は、2000rpmとされている。
つまり、磁気ドラム10の磁気潜像22の表面は、1秒間に14000mm走査することになる(下記計算式参照)。
420mm×2000rpm÷60sec=14000mm/sec
一方、回転方向の磁極部46の間隔(400μm)を考慮し、制御部48は、一画素の画像データを285.7μsecで転送する(下記計算式参照)。
すなわち、制御部48は、3.5kHzの転送周波数で画像データを磁気ヘッド12へ転送するようになっている。
400μm÷14000mm/sec=285.7μsec
なお、前述した転送周波数Fについては、磁気ドラム10の回転数をYrpmとし、磁気ドラム10の円周長さをXmmとし、磁極部46の回転方向の間隔をZとしたときに、下記関係式で求められる。
F=(X×Y÷60)/Z
図4に示されるように、制御部48が3.5kHzの転送周波数で画像データを磁気ヘッド12へ転送すると、図中の矢印F方向へ回転する磁気ドラム10の表面に、磁極部46aによって磁化されたドッド50aが形成される。
一画素の画像データを285.7μsecで転送するため、磁極部46aに磁束を発生させてから次の磁極部46bに磁束を発生させるのに、285.7μsecを必要とする。つまり、285.7μsecで磁気ドラム10の表面は、400μm移動し、磁極部46bによって磁化されたドッド50bは、ドット50aの軸方向隣に形成される。
同様にして、磁極部46cによって磁化されたドット50cが形成され、磁極部46dによって磁化されたドット50dが形成され、磁極部46eによって磁化されたドット50eが形成され、ドット50a,50b,50c,50d,50eは軸方向へ直線状に並ぶ。
このように、磁気ドラム10の回転数、磁気ドラム10の円周長さ、磁極部46の回転方向の間隔に基づいて制御部48が画像データを送信する転送周波数を決め、この転送周波数で画像データを転送することで画像密度が高い画像を簡易な制御で得ることができる。
また、一画素の転送時間を長くとることができるため、転送時に発生するノイズを低減することができる。
次に、本実施形態の画像形成装置の各構成を順次説明する。
(磁気潜像保持体)
磁気ドラム(磁気潜像保持体)10の構成は、例えばアルミニウムなどの金属でできたドラム上に、Ni、Ni−Pなどの下地層をおよそ1〜30μmの厚さで形成し、この上にCo−Ni、Co−P、Co−Ni−P、Co−Zn−P、Co−Ni−Zn−Pなどの磁気記録層を0.1μm以上10μm以下程度の厚さで形成し、更にNi、Ni−Pなどの保護層を0.1μm以上5μm以下程度の厚さで形成する。
下地層のメッキにピンホールなどの欠陥があると、磁気記録層にも欠陥ができてしまうので細密でむらのないメッキを行うことが好適である。メッキ以外にも、スパッタや蒸着などの方法もある。
更に、下地層及び保護層については、非磁性であることが望ましい。各層の表面はテープ研磨などで表面精度を保つことが、磁気潜像を形成する磁気ヘッド12との間隙が精度良く維持する上で好適である。
磁気記録層の膜厚は0.1μm以上10μm以下の範囲とすることが望ましく、磁気記録層の磁気特性は、保磁力が16000A/m以上80000A/m以下(200エルステッド以上1000エルステッド(Oe)以下)程度、残留磁束密度を100mT以上200mT以下(1000ガウス以上2000ガウス(G)以下)程度とすることが好適である。
以上は、水平磁気記録式の場合の磁気ドラム10の構成であるが、垂直磁気記録式の場合には、非磁性層の上にCo−Ni−Pなどの記録層を設けた構成としたり、この記録層の下に透磁率の高い軟磁性層を設けた構成としてもよく、いずれかに限定されるものではない。また磁気潜像保持体としては、本実施形態におけるドラム状のものに限られず、ベルト状に形成されたものでもよい。
(磁気潜像形成装置)
磁気潜像形成装置は、基本的には磁気ヘッド12とその駆動回路から成る。磁気ヘッド12は、フルライン型磁気ヘッドであって走査する必要はない。
フルライン型磁気ヘッドの場合としては、例えば解像度600dpiとするとA4サイズの紙の幅方向の記録幅をカバーするためには500チャネル程度のヘッドが必要である。それらを並べてフルライン化すればヘッドを走査する必要がなく極めて高速な記録が可能になる。また上記フルライン化するためには、ヘッドコアとヘッドコアとの重ね合わせが必要になるが、高解像度になるにしたがいトラックピッチも狭くなるためヘッドコアに挿入されるコイルも可能な限り薄いもの、例えば平面状のシートコイルが用いられる。
磁気ヘッド12の各チャンネルのコイルに電流を流すことにより磁極部46から漏洩磁束が生じ、これにより磁気ドラム10の表明を磁化することによって磁気潜像22を形成する。磁気ヘッド12からの出力は、磁気ドラム10における磁気記録層の保磁力の2〜3倍必要である。ここで形成した磁気潜像22は消磁装置20で消去しない限り消えることはなく、現像、転写、定着、クリーニングの各工程を繰り返せばマルチコピー機能を有する。また、磁気潜像22は湿度の影響を受けにくいため、静電式に比べ環境安定性に優れている。
(現像装置)
図2に示されるように、現像装置14は、現像剤貯蔵容器14bと、現像剤貯蔵容器14b内に貯留された液体現像剤24をトナー供給領域(以下、「供給領域」という場合がある)において磁気ドラム10へ供給する現像ローラ14aとを具備する。
現像ローラ14aはその周面上に層状の液体現像剤24を保持し、磁気ドラム10に対し離間位置に配置されている。
また、供給領域の上流位置に液体現像剤24の層厚を所定の厚さに維持する規制部材13が配置されている。規制部材13は現像ローラ14aの軸線方向へ全幅にわたって延びる板状の部材であり、その一縁部が所望のトナー層厚に対応した所定距離だけ現像ローラ14aの周面から離間するよう配置されている。
現像装置14では、トナー粒子25と水性媒体とを含む液体現像剤24が現像剤貯蔵容器14bに貯留されている。液体現像剤24は、現像剤貯蔵容器14b内に設けられる撹拌部材(図示省略)によって所定の回転速度で撹拌し続けることで、液体現像剤24中のトナー粒子25の濃度の位置ばらつきが低減される。したがって現像ローラ14aには、トナー粒子25濃度のバラツキが低減された液体現像剤24が供給される。
なお、図2には示してないが、上記液体現像剤の現像ローラ14aへの供給のために、現像ローラ14aに接触あるいは近接して回転する供給ローラを具備してもよい。
現像ローラ14aは、例えばその内部にS極の磁極とN極の磁極とを含む複数の磁極を周方向へ備え、これら磁極は現像ローラ14aと共に回転しないよう固定されている。これら磁極の一つは特に規制部材13及び前記供給領域間に配設されている。したがって、現像ローラ14aに保持された磁性トナーを含む液体現像剤24は、これらの磁極の磁力線(現像磁場)によって保持され磁気ドラム10へ搬送される。
なお、現像ローラ14aとしては、ローラ表面そのものに液体現像剤の搬送力があれば、磁性ローラである必要はなく、例えばアニロックスローラやスポンジローラなども使用できる。
規制部材13は、前記のように現像ローラ14aが現像剤貯蔵容器14bの液体現像剤24を保持してから、磁気ドラム10に供給するまでの位置に設けられる。規制部材13と現像ローラ14aとによって形成される間隙で磁気潜像22に供給される液体現像剤24の量が決定される。材質としては、ゴムやりん青銅などが好適である。規制部材13によって一定の供給量に制限された液体現像剤24が磁気ドラム10に搬送され、磁気潜像22に供給される。これによって磁気潜像22は顕像化されトナー画像26に現像される。
また現像に際しては、トナー粒子25が磁性トナーであるため、現像ローラ14aに磁場を印加しなくても現像を行うことは可能であるが、より効率的な現像を行うために現像ローラ14aに磁場を印加してもよい。
(転写手段、定着手段)
現像装置14で顕像化された各色のトナー画像は、中間転写体16に一旦転写した後、シート材Pに転写される。まず、中間転写体16への転写について説明する。
中間転写体16は、磁気ドラム10に接触してトナー画像を転写される。転写方式としては、一般に静電転写方式、圧力転写方式、これらを併用した静電圧力方式などがあるが、前記のように、本実施形態ではトナー粒子25が電荷を有していないため、静電転写方式や静電圧力方式は使用できない。一方、圧力転写方式は、通常は磁気ドラム10及び転写媒体間の圧力により、トナー画像を塑性変形させながら転写媒体の表面に付着させ転写するものであり、シアリング転写と併用することができる。
本実施形態では、磁気ドラム10上のトナー画像26に対して、磁気ドラム10との磁気力以上の吸着力により中間転写体16上にトナー画像26を移行させるため、中間転写体16に粘着性を持たせて粘着転写を行うことが好適である。このため、中間転写体16の表面には例えば低硬度シリコーンゴム層を形成することが望ましい。
次いで、中間転写体16に転写されたトナー画像26はシート材Pに転写される。
図1に示されるように、転写定着ローラ28が中間転写体16に対してニップ形成するように配置されており、中間転写体16上のトナー画像26にタイミングを合わせて、シート材Pが中間転写体16及び転写定着ローラ28間のニップへ送給される。
転写定着ローラ28は、例えば、ステンレス基体、シリコーンゴム層、フッ素ゴム層により構成されており、ニップを通過するシート材Pを中間転写体16に押圧することにより、中間転写体16上のトナー画像26がシート材Pに転写される。
本実施形態では、中間転写体16からシート材Pにトナー画像26が転写されると同時に、このトナー画像26がシート材Pに定着される構成となっている。
具体的には、中間転写体16が図1に示すようにローラ形状であれば、転写定着ローラ28とローラ対を構成するため、中間転写体16、転写定着ローラ28が各々定着装置における定着ローラ、押圧ローラに準じた構成となって定着機能を発揮させることができる。すなわち、シート材Pがこのニップを通過する際、トナー画像が転写されると同時に転写定着ローラ28により中間転写体16に対して押圧され、これにより、トナー画像26を構成するトナー粒子25が軟化すると共にシート材Pの繊維中に浸潤する。
この状態でも、用いるトナー粒子25によってはシート材Pへの固定が可能であるが、定着が十分でない場合には、転写定着ローラ28等により加熱することでトナー画像26は溶融しシート材Pの繊維の中まで入り込み固着して定着像29となる。この状態では、シート材Pを折り曲げたり、粘着テープを貼った後剥しても定着像29が剥がれることはない。
なお、本実施形態ではシート材Pへの転写と同時に定着を行っているが、転写工程と定着工程とを別々として、転写を行った後に定着を行ってもよい。この場合には、磁気ドラム10からトナー画像を転写する転写ローラが、中間転写体16に準じた機能を有することとなる。
(クリーナ)
一方、前記磁気ドラム10から中間転写体16へのトナー画像の転写効率が100%に至らない場合には、転写後の磁気ドラム10上にトナー画像26の一部分が残留することになる。これを除去するのがクリーナ18であり、基本的に、ゴムなどのクリーニングブレードと残留磁性トナーの容器とから構成される。
なお、転写効率が100%に近く、残留トナーが問題とならない場合は、クリーナ18は設ける必要がない。
(消磁手段)
再度新しい画像形成を行なう場合には、磁気ヘッド12で磁気潜像22を形成する前に磁気潜像を消去する必要がある。
消磁装置20には、永久磁石式と電磁石式との2通りがある。永久磁石式の場合には、磁気ドラム10の円周方向に磁化して局所的に磁束が漏洩しないようにするもので、電力等のエネルギーが不要で安価である。
ただし、磁気潜像22を消去しない場合には、消磁装置20を磁気ドラム10に対して移動させ磁気的な距離を大きくして消去磁界を弱くする必要がある。これに対して電磁石式は、ヨークとコイルとから成り電流を流す必要があるが、磁気潜像22を消去する必要がない場合には電流を切ることにより消去磁界がゼロになるため制御が比較的自由である。
本実施形態では、前記永久磁石式及び電磁石式のいずれも用いることができる。
(液体現像剤)
次に、上記構成の画像形成装置100に用いられる液体現像剤について説明する。
本実施形態に用いる液体現像剤は、水性媒体中に磁性トナーを分散させて構成される。また、この磁性トナーとしては、一般的に高分子化合物中に磁性粉を含む磁性重合体粒子を用いる。なお、上記磁性重合体粒子とは、磁性粉が重合体中に分散されてなる磁性粉分散粒子で構成されるものである。
本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置を示し、磁気ドラムの周辺部品の構成を説明するための概略構成図である。 (A)(B)本発明の実施形態に係る画像形成装置に採用された磁気ヘッドを示した平面図である。 (A)(B)本発明の実施形態に係る画像形成装置の磁気ヘッドの磁極部が磁気ドラム上を磁化したドットを示した説明図である。
符号の説明
10 磁気ドラム(磁気潜像保持体)
12 磁気ヘッド(磁気潜像形成装置)
22 磁気潜像
46 磁極部
48 制御部
100 画像形成装置

Claims (2)

  1. 磁気潜像が形成されると共に、回転可能に支持される磁気潜像保持体と、
    前記磁気潜像保持体の軸方向に複数個の磁極部が配列された磁極列を備え、前記磁極列が前記磁気潜像保持体の回転方向に複数列配置され、前記磁気潜像保持体の回転方向に沿った各磁極列の磁極部が前記軸方向にずれている磁気潜像形成装置と、
    前記磁気潜像保持体の回転数、及び円周長さと、前記磁極部の前記磁気潜像保持体の回転方向の間隔に基づいて画像データを前記磁気潜像形成装置へ転送する転送周波数を決定し、前記転送周波数に基づいて前記画像データを前記磁気潜像形成装置へ転送して前記磁極部で前記磁気潜像保持体の表面に磁気潜像を形成させる制御部と、
    を備えることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記磁気潜像保持体の回転数はYrpmであり、円周長さがXmmであって、前記磁極部の前記磁気潜像保持体の回転方向の間隔がZであるときに前記転送周波数Fは、下記関係式で求められることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
    F=(X×Y÷60)/Z

































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