JP4570512B2 - トナー画像形成装置およびトナー画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物上にトナーの画像を形成する技術に関する。

ＴＶ装置やコンピュータの表示部に用いられる液晶表示装置等には、従来よりカラーフィルタが利用されており、カラーフィルタを製造する手法として、染色法や、顔料分散法、あるいは、電着法が知られている。これらの手法では、フォトリソグラフィ技術が利用されるため、カラーフィルタの基材となるガラス基板にパターン原板を用いてパターンを描画する（すなわち、光のパターンを照射する）工程が行われる（描画工程に用いられる装置の一例として、例えば特許文献１および２参照。）。なお、特許文献３では、描画工程に用いられる装置において、二次元配列された複数のシャッタ要素を有する液晶シャッタアレイをパターン原板に替えて利用する技術が開示されている。

しかしながら、フォトリソグラフィ技術を利用する場合には多くの工程が必要となるため、カラーフィルタの製造に長時間を要してしまう。また、凹版法、凸版法、シルクスクリーン法等によりインキを基板上に直接印刷する印刷法も知られているが、印刷法では極めて特殊な技術が必要となる。

一方、ガラス基板に設けられた透明光導電層上に静電潜像を形成し、静電潜像にトナーを付与してカラーフィルタを製造する電子写真法も知られている。電子写真法では、感光性材料の塗布等の煩雑な工程を経ることがないため短時間に、また、廃材がほとんど生じないため低コストにてカラーフィルタを製造することが可能となる。また、特許文献４では、感光ドラムの周囲に配置された帯電器、潜像形成部および現像部により感光ドラムの感光体上にトナー画像を形成し、感光ドラムとガラス基板との間にギャップを設けつつ感光体上のトナーをガラス基板に転写する印刷装置が開示されている。このような印刷装置では、ガラス基板上に透明光導電層を形成することなく、カラーフィルタを製造することができる。
特開平５−３３５２０５号公報 特開２００３−８４４４５号公報 特開平７−３７７７３号公報 特表２００２−５２７７８３号公報

ところで、電子写真法において感光ドラムの感光体上に静電潜像を形成する際には、一般的に、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を配列した光源を有するＬＥＤヘッドや、レーザから出射されるレーザ光を走査するヘッドが潜像形成部として利用され、ドットの集合による静電潜像が形成される。専用のＬＥＤヘッドとしては、現状、１２００ｄｐｉ（dot per inch）の解像度にて感光体上に静電潜像が形成可能なものが市販されているが、ＴＶ装置やコンピュータの表示部に用いられる液晶表示装置等では、微細なピッチにて複数の画素が配列されるカラーフィルタが利用されるため、静電潜像をより高解像度にて形成する必要がある。ＬＥＤヘッドの解像度を向上する（例えば、２４００ｄｐｉとする）ことも技術的には可能とされるが、実用化に要するコストが増大してしまう。また、レーザ光を走査するヘッドを利用することにより、５０００ｄｐｉの解像度にて静電潜像を形成することも可能であるが、このようなヘッドでは静電潜像の形成を高速に行うことが困難となる。さらに、一般的には、感光体上にドットにより形成される静電潜像の解像度を高くするほど、入力される描画データのサイズも大きくなり、潜像形成部における処理の高速化が難しくなる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、感光ドラムの感光体上に高精度な静電潜像を高速に形成することにより、ガラス基板上に高精度なトナーの画像を短時間に形成することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、対象物上にトナーの画像を形成するトナー画像形成装置であって、回転軸を中心とする円筒状の感光体を有するとともに前記回転軸を中心として回転する感光ドラムと、帯電後の前記感光体に光を照射して静電潜像を形成する潜像形成部と、前記感光体上の静電潜像にトナーを付与する現像部と、前記感光体上の前記トナーを対象物に転写する転写部とを備え、前記潜像形成部が、レーザ光を出射するレーザである光源部と、前記光源部と前記感光ドラムとの間に設けられ、前記光源部からの光が通過する複数の光通過領域を前記回転軸に平行に配列した光通過領域列を有し、前記複数の光通過領域以外の領域を遮光するマスク部と、前記マスク部上における前記光源部からのレーザ光の照射位置を前記複数の光通過領域の配列に沿って走査することにより、前記複数の光通過領域を通過する光による前記感光体への瞬間的な照射を繰り返す照射制御手段とを有し、前記マスク部上におけるレーザ光のスポットの大きさが、各光通過領域を含む大きさである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトナー画像形成装置であって、前記潜像形成部が、前記光源部から出射されて前記マスク部を通過した光を前記感光体上へと導くレンズを有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のトナー画像形成装置であって、前記マスク部の前記複数の光通過領域以外の領域において、前記感光体側から前記マスク部へと入射する光の反射が防止される。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のトナー画像形成装置であって、前記マスク部が、前記光通過領域列に平行であり、前記光通過領域列と同時に前記光源部からの光が通過するもう１つの光通過領域列を有する。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のトナー画像形成装置であって、前記対象物が表示装置に使用されるカラーフィルタのフィルタ基材であり、前記トナーが、前記フィルタ基材上において定着されることによりフィルタ層となるカラートナーである。

請求項６に記載の発明は、対象物上にトナーの画像を形成するトナー画像形成方法であって、回転軸を中心として回転する感光ドラムが有する前記回転軸を中心とする円筒状の感光体を帯電させた後に、前記感光体に光を照射して静電潜像を形成する潜像形成工程と、前記感光体上の静電潜像にトナーを付与する現像工程と、前記感光体上の前記トナーを対象物に転写する転写工程とを備え、前記潜像形成工程において、レーザ光を出射するレーザである光源部と前記感光ドラムとの間に、前記光源部からの光が通過する複数の光通過領域を前記回転軸に平行に配列した光通過領域列を有し、前記複数の光通過領域以外の領域を遮光するマスク部が設けられ、前記マスク部上における前記光源部からのレーザ光の照射位置を前記複数の光通過領域の配列に沿って走査することにより、前記複数の光通過領域を通過する光による前記感光体への瞬間的な照射が繰り返され、前記マスク部上におけるレーザ光のスポットの大きさが、各光通過領域を含む大きさである。

本発明によれば、マスク部を介して感光体上に高精度な静電潜像を容易かつ高速に形成することにより、対象物上に高精度なトナーの画像を短時間に形成することができる。

また、請求項２の発明では、感光体上に静電潜像をより精度よく形成することができる。

また、請求項３の発明では、感光体側からマスク部へと入射する光の反射により感光体上の静電潜像の質が低下することを防止することができ、請求項４の発明では、対象物上にトナーの画像を効率よく形成することができ、請求項５の発明では、カラーフィルタを短時間にて製造することができる。

図１は本発明の一の実施の形態に係るトナー画像形成装置１の構成を示す図である。本実施の形態におけるトナー画像形成装置１は電子写真法を用いてガラス基板上にトナーの画像を形成する装置であり、トナー画像は下流の図示省略の定着装置を経由してガラス基板上に定着されることにより液晶表示装置用のカラーフィルタが製造される。なお、実際には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色のトナーに対応する３つのトナー画像形成装置１と定着装置とが一列に設けられる。

トナー画像形成装置１は、ガラス基板９を図１中のＹ方向へと水平に移動する基板移動機構２、および、基板移動機構２上のガラス基板９に対向するとともに電子写真法にて感光ドラム上にＲ、Ｇ、Ｂの色のカラーのトナー画像を形成するプロセスユニット３を備える。

基板移動機構２は、それぞれが図１中のＸ方向に水平に伸びる複数の搬送用ローラ２１をＹ方向に配列して有する。複数の搬送用ローラ２１の一部にはモータが接続され、複数の搬送用ローラ２１によりガラス基板９の下面（プロセスユニット３とは反対側の主面）が支持されつつガラス基板９がＹ方向へと移動する。ガラス基板９の下側においてプロセスユニット３に対向する位置には転写ローラ２２が設けられ、転写ローラ２２によりプロセスユニット３の感光ドラム上のトナー（Ｒ、ＧもしくはＢの色のカラートナー）がガラス基板９上に転写される。

プロセスユニット３は、図示省略のモータに減速機を介して接続された感光ドラム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Ｊ１を中心に回転可能に支持される。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Ｊ１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る。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」という。）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の材料により形成されてもよい。

プロセスユニット３は、感光ドラム３１に対向して設けられる帯電器３２をさらに有し、帯電器３２はイオンを発生して感光体３１２を帯電させる。また、感光ドラム３１の周囲には帯電器３２から時計回りに、画像形成用の光を出射して感光体３１２に静電潜像を形成する潜像形成部４、感光体３１２上に形成された静電潜像に湿式トナー（例えば、イソパラフィン系の絶縁性の溶媒に分散しているトナー）を付与して現像する現像部３３、感光体３１２の表面をクリーニングするクリーナ３４、並びに、光を出射して感光体３１２を除電する除電器３５が配置される。なお、現像部３３は現像液である湿式トナーを供給するトナー供給部（図示省略）に接続される。また、上述の転写ローラ２２は現像部３３とクリーナ３４との間に設けられる。

図２は、潜像形成部４の内部構成を示す図である。潜像形成部４は、レーザ光を出射するレーザ（レーザダイオード）４１（実際には、ポリゴンミラー４２の反射面と同じ高さに設けられる。）を有し、レーザ４１からのレーザ光は回転するポリゴンミラー４２へと入射する。ポリゴンミラー４２にて反射されたレーザ光はｆθレンズ４２１およびミラー４２２を介して光を部分的に遮るマスク部４３上に照射される。マスク部４３上におけるレーザ光の照射位置は、ポリゴンミラー４２の回転角に応じてマスク部４３上を図２中のＸ方向に沿って一定の向きに走査する。そして、マスク部４３を通過した光が感光体３１２上に照射される。

マスク部４３は、Ｘ方向に細長い板状の透明基材４３１を有し、透明基材４３１はガラスまたは樹脂にて形成される。透明基材４３１の感光体３１２側の面には、遮光性を有する材料にて黒色の遮光パターン４３２が形成される。なお、マスク部４３と感光ドラム３１との間には微小な幅の間隙が設けられ、これらの部材同士が当接することはない。

図３は、マスク部４３を示す底面図である。図３に示すように、遮光パターン４３２（図３中に平行斜線を付して示す。）は配列された複数の矩形領域以外の領域を覆うように形成されており、マスク部４３上を走査する光のうち透明基材４３１を介して遮光パターン４３２の領域に照射される光は遮蔽され、遮光パターン４３２以外の領域（矩形領域）へと照射される光はマスク部４３を透過して感光体３１２上に照射される。すなわち、マスク部４３には、レーザ４１からの光が通過する複数の開口（光学的な開口）５１１が配列形成され、Ｘ方向に一列に並ぶ複数の開口５１１を開口列５１として捉えると、複数の開口列５１（図３では、２つの開口列５１）が感光ドラム３１の回転軸Ｊ１に垂直なＹ方向に一定のピッチにて配列された状態となっている。なお、マスク部４３における開口列５１の配列数は、感光ドラム３１の半径に応じて後述する静電潜像の形成に支障が生じない範囲にて決定される。

図４は、トナー画像形成装置１がガラス基板９上にトナーの画像を形成する処理の流れを示す図である。なお、図４中のステップＳ１２〜Ｓ１５は感光体３１２の一部に注目した処理の流れを示しており、感光体３１２全体に対しては実際には時間的にほぼ並行して行われる。

図１のトナー画像形成装置１では、まず、感光ドラム３１が回転軸Ｊ１を中心に時計回り（すなわち、図１中の矢印７１が示す回転方向）に一定の速度にて回転を開始するとともにガラス基板９も（＋Ｙ）方向へと一定の速度にて移動を開始する（ステップＳ１１）。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Ｊ１を中心とする円筒状の感光体３１２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４、現像部３３、クリーナ３４および除電器３５）に対して連続的に移動し、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。なお、本実施の形態におけるガラス基板９では、上面（すなわち、プロセスユニット３に対向する面）に格子状のブラックマトリクスが他の装置により予め形成されている。

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、対象部位の表面を一様に帯電させる（ステップＳ１２）。帯電後の対象部位は潜像形成部４の光の照射位置へと連続的に移動する。

図２の潜像形成部４では、レーザ４１からレーザ光を連続的に出射しつつ、ポリゴンミラー４２によりマスク部４３上におけるレーザ光の照射位置が開口列５１に沿って走査する。マスク部４３上の光のスポットの大きさは、図３中の複数の開口列５１においてＹ方向に並ぶ複数の開口５１１を含む大きさとされ、このスポットに含まれる複数の開口５１１を通過した光が感光体３１２上に垂直に照射される。このとき、マスク部４３上におけるレーザ光の照射位置は（−Ｘ）側から（＋Ｘ）方向に連続的に移動することにより、各開口５１１を通過する光は感光体３１２上に瞬間的に照射されることとなる。

感光体３１２の対象部位において光が照射された部位は、表面の電荷が感光体３１２内に移動して除去される。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（ステップＳ１３）。

ここで、マスク部４３上におけるレーザ光の一度の走査により（−Ｘ）側の開口５１１にレーザ光が照射される時刻と、（＋Ｘ）側の開口５１１にレーザ光が照射される時刻とが異なるため、潜像形成部４では、各開口列５１の複数の開口５１１を通過した光がそれぞれ照射される感光体３１２上の複数の領域（以下、「照射領域列」という。）が回転軸Ｊ１（Ｘ方向）に正確に沿うように、各開口列５１は（−Ｘ）側から（＋Ｘ）方向に向かうに従って（−Ｙ）側へと実際には僅かに傾斜している。また、感光ドラム３１の回転に同期してポリゴンミラー４２が回転することにより、感光体３１２上において、ある開口５１１を介して所定の部位に光が照射された後、この部位がマスク部４３における２つの開口列５１のピッチの２倍に相当する距離だけ感光ドラム３１の回転により外周面に沿って移動した際に（すなわち、この距離に対応する回転角だけ感光ドラム３１が回転した際に）、この開口５１１を介する次の光照射が行われる。このようにして、潜像形成部４では、ポリゴンミラー４２により開口列５１を通過する光による感光体３１２への瞬間的な照射が繰り返されるとともに感光体３１２への光照射のタイミングも制御されることにより、感光体３１２上では、それぞれがＸ方向に沿う複数の上記照射領域列が外周面に沿って一定のピッチにて配列されることとなる。

また、潜像形成部４では、感光体３１２上へと照射される光の一部がマスク部４３側へと反射される場合であっても、遮光パターン４３２の領域に向かう反射光は吸収されるようになっており、遮光パターン４３２が無い領域へと向かう反射光は潜像形成部４の内部へと導かれる。したがって、感光体３１２側から潜像形成部４へと入射する光がマスク部４３にて反射して、感光体３１２上の不要な部分に光が照射されることが防止される。

図１の感光ドラム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３３に対向する位置へと移動し、現像部３３の上流側の現像ローラ３３１により湿式トナー（溶媒中に分散されるとともに帯電しているトナー）が静電潜像に付与される（ステップＳ１４）。このとき、現像ローラ３３１には所定の電圧が付与されており、トナーは感光体３１２上の対象部位において電荷が除去された部位にのみ付着して静電潜像が現像される。すなわち、感光体３１２の対象部位にトナー画像が形成される。

また、対象部位上の不要な湿式トナーは現像部３３の下流側のスキージローラ３３２により掻き取られて現像部３３へと戻される。トナー画像が形成された対象部位は、現像部３３の下流側に設けられた半導電性スポンジローラ３３３へと移動する。半導電性スポンジローラ３３３の中心にはトナーと同じ極性の電圧が付与され、対象部位上の不要な溶媒を除去しつつ、対象部位のトナーが電気的な反発力により感光体３１２に押し付けられる。

対象部位は転写ローラ２２に対向する位置へと移動し、転写ローラ２２にトナーとは反対の極性の所定の電圧が付与されて感光体３１２の対象部位上のトナーがガラス基板９の表面へと転写される（ステップＳ１５）。

対象部位は、クリーナ３４の位置へと続けて移動し、クリーナ３４により感光体３１２の対象部位に残留したトナー（すなわち、ガラス基板９に転写されなかったトナー）等の不要物が除去されて感光体３１２の表面がクリーニングされ、感光体３１２が機械的に初期状態に戻される。そして、ランプとフィルタとの組合せ、あるいは、ＬＥＤ等を有する除電器３５により光が照射されて感光体３１２が除電され、電気的に初期状態に戻される。

ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理が感光体３１２上の各部位に対してほぼ並行して行われ、ガラス基板９の表面にトナーが連続して転写されると、ガラス基板９の全体への印刷が終了し、感光ドラム３１の回転が停止されるとともに、基板移動機構２が停止され、トナー画像形成装置１による印刷処理が終了する（ステップＳ１６）。これにより、ガラス基板９の上面の全体に一の色のトナーの画像が形成される。

既述のように、実際には、Ｒ、Ｇ、Ｂの色にそれぞれ対応する３台のトナー画像形成装置が準備され、一の色のトナー画像がガラス基板９上に形成されると、ガラス基板９が次のトナー画像形成装置へと搬送されて次の色のトナー画像が形成される。これにより、３台のトナー画像形成装置によりＲ、Ｇ、Ｂの色のトナー画像がガラス基板９上に形成され、最後に、定着装置にて加熱溶融されてガラス基板９に定着されることにより、カラーフィルタが完成する。

図５はトナー画像形成装置１を用いて製造されたカラーフィルタ８を示す断面図であり、図６はカラーフィルタ８を示す平面図である。図５に示すようにカラーフィルタ８は、ガラス基板であるフィルタ基材８１、および、フィルタ基材８１上に形成されるカラーのフィルタ層８２を備える。フィルタ層８２は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの画素要素の集合を１つの画素として、複数の画素をフィルタ基材８１上に二次元に配列して有する。図５および図６では、Ｒの画素要素に符号８２１Ｒ、Ｇの画素要素に符号８２１Ｇ、Ｂの画素要素に符号８２１Ｂを付している。

前述のように、フィルタ基材８１上にはフィルタ層８２の各部位（すなわち、画素要素８２１Ｒ，８２１Ｇ，８２１Ｂ）を仕切る網目状（図６参照）のブラックマトリクス８３（図６中に平行斜線を付して示す。）が予め別工程にて形成されており、Ｒの複数の画素要素８２１Ｒ、Ｇの複数の画素要素８２１Ｇ、および、Ｂの複数の画素要素８２１ＢはそれぞれＲ用のトナー画像形成装置、Ｇ用のトナー画像形成装置およびＢ用のトナー画像形成装置において、感光体３１２上に形成された静電潜像を湿式の当該色のカラートナーにて現像した後に感光体３１２上のカラートナーをガラス基板９に転写し、さらに、熱を利用してガラス基板９に定着させることにより形成される。また、カラーフィルタ８が液晶表示装置に用いられる際には、他の装置によりフィルタ層８２およびブラックマトリクス８３を全体的に覆う透明の絶縁膜（いわゆる、オーバーコート）が形成され、絶縁膜上に透明導電層（例えば、ITO（Indium-Tin-Oxide：酸化インジウムスズ））のパターンが別途形成される。

なお、１台のトナー画像形成装置１のみが準備され、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のトナー画像の形成の際に、Ｘ方向に関してマスク部４３を当該色に対して定められた位置に配置するとともに、現像部３３におけるカラートナーも当該色のものに変更することによりカラーフィルタが製造されてもよい。

以上のように、図１のトナー画像形成装置１では、レーザ４１から感光ドラム３１に向けて出射されるレーザ光の経路上において、感光ドラム３１の回転軸Ｊ１に沿って並ぶ開口列５１を有するマスク部４３が配置され、ポリゴンミラー４２によりマスク部４３上におけるレーザ光の照射位置を開口列５１に沿って移動することにより、マスク部４３の各開口５１１を通過する光の感光体３１２上への瞬間的な照射が容易に実現される。これにより、潜像形成部４ではマスク部４３を介して感光体３１２上に高精度な静電潜像を容易かつ高速に形成することができる。その結果、トナー画像形成装置１ではガラス基板９上に高精度なトナー画像を短時間に形成することができ、カラーフィルタ８を短時間で製造することができる。なお、トナー画像形成装置１にて用いられる小型のマスク部４３は比較的安価であるため、装置の製造コストの大幅な上昇を招くことはない。

また、潜像形成部４では、感光体３１２上へと照射される光がマスク部４３側へと反射する等した場合であっても、マスク部４３では、開口５１１以外の領域へと入射する光の反射を防止する反射防止層としての役割が遮光パターン４３２により果たされるため、感光体３１２側からマスク部４３へと入射する光の反射により感光体３１２上の静電潜像の質が低下する（例えば、コントラストが低下する）ことを防止することができる。なお、カラーフィルタの製造に際しては、通常、同一パターンのトナー画像の形成が繰り返されるが、トナー画像形成装置１において異なるパターンのトナー画像を形成する際には、マスク部４３のみが交換される。

図７は、本発明の一の関連技術に係る潜像形成部４ａを示す図である。図７の潜像形成部４ａでは、感光ドラム３１側に開口部を有する遮光ボックス４０の内部に、ＬＥＤを図７中のＸ方向に１列（または、複数列であってもよい。）に配列したＬＥＤアレイ４１ａが設けられ、ＬＥＤアレイ４１ａの下方（遮光ボックス４０の開口部）にはマスク部４３が設けられる。ＬＥＤアレイ４１ａは外部の電力供給部４４に接続され、電力供給部４４からＬＥＤアレイ４１ａに電力が供給されることにより、ＬＥＤアレイ４１ａからフラッシュ光が出射される。トナー画像形成装置の他の構成は図１と同様である。

潜像形成部４ａを有するトナー画像形成装置では、感光ドラム３１の回転に同期して電力供給部４４からＬＥＤアレイ４１ａに電力が供給される。具体的には、光束断面がＸ方向に細長いフラッシュ光がマスク部４３に照射されて２つの開口列５１を通過した光が感光ドラム３１上に導かれる。これにより、２つの開口列５１に対応する感光ドラム３１上の２つの照射領域列に一度に光が照射される。その後、これらの照射領域列がマスク部４３における２つの開口列５１のピッチの２倍に相当する距離（図３参照）だけ感光ドラム３１の回転により移動した際に、次のフラッシュ光の照射が行われる。潜像形成部４ａでは、電力供給部４４の制御によりＬＥＤアレイ４１ａからフラッシュ光が一定の周期にて出射されることにより、開口列５１を通過する光による感光体３１２への瞬間的な照射が繰り返され、感光体３１２上には、それぞれがＸ方向に沿う複数の照射領域列が外周面に沿って一定のピッチにて配列される（すなわち、静電潜像が形成される。）。なお、潜像形成部４ａにおける上記動作は、回転する感光ドラム３１に対するステップ露光と捉えることもできる。

そして、感光体３１２上の静電潜像に現像部３３によりトナーが付与されて感光体３１２上にトナー画像が形成され、感光体３１２上のトナー画像がガラス基板９に転写される（図１参照）。このようにして、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色用のトナー画像形成装置にてガラス基板９上に当該色のトナー画像が形成され、定着装置を経由することにより、カラーフィルタが完成する。

以上のように、潜像形成部４ａを有するトナー画像形成装置では、ＬＥＤアレイ４１ａからフラッシュ光を出射させることにより、マスク部４３の複数の開口５１１を通過する光の感光体３１２上への瞬間的な照射を容易に実現することができる。その結果、マスク部４３を介して感光体３１２上に高精度な静電潜像を容易かつ高速に形成して、ガラス基板９上にトナー画像を短時間に形成することができる。なお、ＬＥＤアレイ４１ａとマスク部４３との間に、ＬＥＤアレイ４１ａからのフラッシュ光の光量分布を均一化するフィルタ等の光学素子が設けられ、感光体３１２上に静電潜像が均一な光量にて適切に形成されてもよい（後述の潜像形成部４ｂ〜４ｅにおいて同様。）。また、潜像形成部４ａでは、感光体３１２上における静電潜像の形成に支障が生じない限り、光源部として１つの（または、少数の）ＬＥＤが設けられるのみであってもよい。

図８は潜像形成部の他の例を示す図である。図８の潜像形成部４ｂでは、マスク部４３と感光体３１２との間に、複数のレンズがＸ方向に配列されたレンズアレイ４０１（例えば、セルフォックレンズアレイ（（商品名）：日本板硝子社製））が配置され、レンズアレイ４０１によりマスク部４３の像が感光体３１２上に形成される。

図８の潜像形成部４ｂを有するトナー画像形成装置においても、図７の潜像形成部４ａと同様に、電力供給部４４の制御によりＬＥＤアレイ４１ａからフラッシュ光が一定の周期にて繰り返し出射され、マスク部４３の開口列５１を通過した光がレンズアレイ４０１により感光体３１２上へと導かれる。これにより、感光体３１２上に静電潜像をより精度よく形成することができ、ガラス基板９上により高精度なトナー画像を短時間に形成することができる。なお、図２の潜像形成部４並びに後述する潜像形成部４ｂ〜４ｅにおいても、レンズアレイ４０１が設けられ、感光体３１２上に静電潜像がより精度よく形成されてもよい。

図９は、本発明の他の関連技術に係る潜像形成部４ｃを示す図である。図９の潜像形成部４ｃは、遮光ボックス４０の内部においてタングステンランプ等の点光源や蛍光灯、あるいは、ＬＥＤ等（以下、単に「光源４１ｂ」という。）が設けられ、光源４１ｂから光が継続的に出射される。また、光源４１ｂの下方にはマスク部４３が取り付けられるとともに、光源４１ｂとマスク部４３との間にはメカニカルシャッタ４５が設けられる。メカニカルシャッタ４５は、Ｘ方向に細長い開口４５０を有する開口板４５１を有し、開口板４５１はアパーチャ板移動機構４５２に接続される。アパーチャ板移動機構４５２は、モータ４５３およびモータ４５３に接続されたカム機構４５４を有する。モータ４５３が所定の回転角だけ回転すると、カム機構４５４が開口板４５１をＹ方向にスライドする。トナー画像形成装置の他の構成は図１と同様である。

トナー画像の形成時には、マスク部４３の複数の開口列５１（図３参照）は開口板４５１の開口４５０の（＋Ｙ）側の部位により覆われており、この状態において光源４１ｂから開口列５１へと向かう光が開口板４５１により遮蔽される。そして、アパーチャ板移動機構４５２が駆動されることにより、開口板４５１が（＋Ｙ）方向へと連続的に移動して開口板４５１の開口４５０の（−Ｙ）側の部位をマスク部４３の開口列５１の上方に位置する。このとき、開口板４５１の開口４５０がマスク部４３の複数の開口列５１の上方を通過する間、光源４１ｂからの光が開口列５１へと導かれる（すなわち、図９に示すように、メカニカルシャッタ４５が開放される。）。メカニカルシャッタ４５の次の開放では、開口板４５１が（−Ｙ）方向へと移動する。このようにして、メカニカルシャッタ４５が微小時間だけ（瞬間的に）繰り返し開放される。

潜像形成部４ｃを有するトナー画像形成装置では、感光ドラム３１の回転に同期してメカニカルシャッタ４５の開閉が行われる。具体的には、メカニカルシャッタ４５が瞬間的に開放されて２つの開口列５１を通過した光が感光体３１２上に導かれる。これにより、２つの開口列５１に対応する感光体３１２上の２つの照射領域列に一度に光が照射される。その後、これらの照射領域列がマスク部４３における２つの開口列５１のピッチの２倍に相当する距離だけ感光ドラム３１の回転により移動した際に、次のメカニカルシャッタ４５の瞬間的な開放が行われる。このようにして、潜像形成部４ｃでは、メカニカルシャッタ４５により、開口列５１を通過する光による感光体３１２への瞬間的な照射が繰り返されるとともに感光体３１２への光照射のタイミングも制御されることにより、感光体３１２上には、それぞれがＸ方向に沿う複数の照射領域列が外周面に沿って一定のピッチにて配列される。

感光体３１２上の静電潜像が形成された部位は、現像部３３によりトナーが付与されてトナー画像が形成され、感光体３１２上のトナー画像がガラス基板９に転写される（図１参照）。このようにして、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色用のトナー画像形成装置にてガラス基板９上に当該色のトナー画像が形成され、定着装置を経由することにより、カラーフィルタが完成する。

以上のように、潜像形成部４ｃを有するトナー画像形成装置では、光源４１ｂとマスク部４３との間に設けられるメカニカルシャッタ４５を微小時間だけ開放させることにより、マスク部４３の複数の開口５１１を通過する光の感光体３１２上への瞬間的な照射を容易に実現することができる。その結果、マスク部４３を介して感光体３１２上に高精度な静電潜像を容易かつ高速に形成して、ガラス基板９上にトナー画像を短時間に形成することができる。

また、メカニカルシャッタ４５の開口板４５１において、図１０．Ａに示すように、それぞれがＹ方向に長い矩形の複数の開口４５０ａ（図１０．Ａおよび後述の図１０．Ｂ中に太線にて示す。）をＸ方向に配列形成し、開口板４５１をＸ方向に移動するアパーチャ板移動機構を設けることにより、図１０．Ｂに示すように、開口板４５１の各開口４５０ａがマスク部４３上のＹ方向に並ぶ１組の開口５１１の上方に一時的に配置され、マスク部４３の開口５１１を通過する光が感光体３１２上に瞬間的に照射されてもよい。

図１１は、本発明のさらに他の関連技術に係る潜像形成部４ｄを示す図である。図１１の潜像形成部４ｄは、遮光ボックス４０の内部において図９の潜像形成部４ｃと同様の光源４１ｂが設けられ、光源４１ｂの下方にはマスク部４３が取り付けられる。光源４１ｂとマスク部４３との間には、さらに駆動制御部４７に接続された液晶シャッタ４６が設けられ、駆動制御部４７により液晶シャッタ４６がＯＦＦとされる間は光源４１ｂからの光が遮蔽され、液晶シャッタ４６がＯＮとされる間は光源４１ｂからの光が液晶シャッタ４６を通過してマスク部４３へと導かれる。トナー画像形成装置の他の構成は図１と同様である。

潜像形成部４ｄを有するトナー画像形成装置では、光源４１ｂから光を常時出射しつつ、感光ドラム３１の回転に同期して液晶シャッタ４６を瞬間的にＯＮとして（すなわち、液晶シャッタ４６を開放して）、２つの開口列５１に対応する感光体３１２上の２つの照射領域列に一度に光が照射される。実際には、潜像形成部４ｄでは、液晶シャッタ４６により、開口列５１を通過する光による感光体３１２への瞬間的な照射が繰り返されるとともに感光体３１２への光照射のタイミングも制御されることにより、感光体３１２上には、それぞれがＸ方向に沿う複数の照射領域列が外周面に沿って一定のピッチにて配列される。

感光体３１２上の静電潜像が形成された部位は、現像部３３によりトナーが付与されてトナー画像が形成され、感光体３１２上のトナー画像がガラス基板９に転写される（図１参照）。このようにして、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色用のトナー画像形成装置にてガラス基板９上に当該色のトナー画像が形成され、定着装置を経由することにより、カラーフィルタが完成する。

以上のように、潜像形成部４ｄを有するトナー画像形成装置では、光源４１ｂとマスク部４３との間に設けられる液晶シャッタ４６を微小時間だけ開放させることにより、マスク部４３の複数の開口５１１を通過する光の感光体３１２上への瞬間的な照射を容易に実現することができる。その結果、マスク部４３を介して感光体３１２上に高精度な静電潜像を容易かつ高速に形成して、ガラス基板９上にトナー画像を短時間に形成することができる。

図１２は、本発明のさらに他の関連技術に係る潜像形成部４ｅを示す図である。図１２の潜像形成部４ｅでは、遮光ボックス４０の内部において、光源４１ｂの下方に図１２中のＸＹ平面に沿って二次元配列された複数の微小なシャッタ要素を有する液晶シャッタアレイ４８が取り付けられ、液晶シャッタアレイ４８には駆動制御部４７ａが接続される。トナー画像形成装置の他の構成は図１と同様である。

液晶シャッタアレイ４８では、各シャッタ要素はＯＮとされることにより光源４１ｂから照射される光を透過する状態となり、ＯＦＦとされることにより光を遮蔽する状態となる。したがって、シャッタ要素の配列上に想定される複数の矩形領域のそれぞれに含まれるシャッタ要素のみをＯＮの状態とすることにより、液晶シャッタアレイ４８において複数の開口（光学的な開口）が配列形成される。

図１３は、液晶シャッタアレイ４８において形成される複数の開口５２１の一部を示す平面図である。液晶シャッタアレイ４８ではＸ方向に並ぶ複数の開口５２１を開口列５２として、複数の開口列５２（図１３では２つの開口列５２）がＹ方向に一定のピッチにて形成される。ここで、図１２の駆動制御部４７ａは複数の開口列５２の領域に含まれるシャッタ要素を一括してＯＮ／ＯＦＦ制御し、複数の開口列５２以外の領域に含まれるシャッタ要素については、常時ＯＦＦとして遮光状態を維持する電気的回路とされる。また、液晶シャッタアレイ４８の感光体３１２側の面の全体には反射防止層が形成され、感光体３１２側から液晶シャッタアレイ４８へと入射する光の反射が防止される。

潜像形成部４ｅを有するトナー画像形成装置では、光源４１ｂから光が常時出射されつつ、感光ドラム３１の回転に同期して液晶シャッタアレイ４８の複数の開口列５２に含まれるシャッタ要素が瞬間的にＯＮとされて（すなわち、シャッタ要素が開放されて）、複数の開口列５２にそれぞれ対応する感光体３１２上の複数の照射領域列に光が一度に照射される。実際には、潜像形成部４ｅでは、複数の開口列５２に含まれるシャッタ要素が一定の周期にて開放されることにより、開口列５２を通過する光による感光体３１２への瞬間的な照射が繰り返され、感光体３１２上には、それぞれがＸ方向に沿う複数の照射領域列が外周面に沿って一定のピッチにて配列される。

感光体３１２上の静電潜像が形成された部位は、現像部３３によりトナーが付与されてトナー画像が形成され、感光体３１２上のトナー画像がガラス基板９に転写される（図１参照）。このようにして、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色用のトナー画像形成装置にてガラス基板９上に当該色のトナー画像が形成され、定着装置を経由することにより、カラーフィルタが完成する。

以上のように、潜像形成部４ｅを有するトナー画像形成装置では、光源４１ｂと感光ドラム３１との間に設けられる液晶シャッタアレイ４８において、複数の開口列５２に含まれるシャッタ要素のみを微小時間だけ一斉に開放させることにより、複数の開口５２１を通過する光の感光体３１２上への瞬間的な照射を容易に実現することができる。その結果、光を部分的に遮るマスク部としての役割を果たす液晶シャッタアレイ４８を介して感光体３１２上に高精度な静電潜像を容易かつ高速に形成して、ガラス基板９上にトナー画像を短時間に形成することができる。また、駆動制御部４７ａは複数の開口列５２の領域に含まれるシャッタ要素を一括してＯＮ／ＯＦＦ制御するもので足りるため、簡単かつ安価な電気的回路にて駆動制御部４７ａを実現することができる。

なお、液晶シャッタアレイ４８では、複数のシャッタ要素のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ制御が可能な駆動制御部が設けられてもよい。この場合、複数のシャッタ要素のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御することにより、光源４１ｂからの光が通過する複数の開口の形状や配列を自在に変更して、感光体３１２上に様々な静電潜像を形成することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

上記実施の形態、並びに、図７、図９、図１１および図１２の関連技術では、感光体３１２上のトナー画像がガラス基板９に直接転写されるが、感光体３１２上のトナー画像は間接的にガラス基板９に転写されてもよい。図１４は他の例に係るトナー画像形成装置１ａの構成を示す図である。トナー画像形成装置１ａでは、感光ドラム３１上のトナー画像が転写される中間転写体２３が設けられ、中間転写体２３を介してガラス基板９上にトナー画像が転写される。具体的には、中間転写体２３は環状のベルトとされ、感光ドラム３１のトナー画像が形成された部位に中間転写体２３が当接する。そして、潜像形成部４や現像部３３等により感光体３１２上に形成されたトナー画像が中間転写ローラ２３１により循環移動する中間転写体２３に転写されてガラス基板９へと送られ、転写ローラ２２により中間転写体２３とガラス基板９との間に電圧が付与されて、中間転写体２３上のトナーがガラス基板９に転写される。なお、転写後の中間転写体２３上の不要なトナーは、クリーナ２４により除去される。このように、トナー画像形成装置１ａでは、転写ローラ２２のみならず中間転写体２３や中間転写ローラ２３１も転写部として機能し、感光体３１２上のトナーが中間転写体２３に一旦転写されてからガラス基板９に転写される。

潜像形成部において、マスク部の複数の開口を通過する光を感光体３１２上に瞬間的に照射させる機能は、上記実施の形態、並びに、図７、図９、図１１および図１２の関連技術におけるもの以外の他の手法により実現されてもよく、例えば、トナー画像形成装置の設計によっては、図７の関連技術におけるＬＥＤアレイ４１ａに代えてストロボランプを設けることも可能である。

図９および図１１の関連技術において、メカニカルシャッタ４５または液晶シャッタ４６はマスク部４３と感光ドラム３１との間に設けられてもよい。すなわち、潜像形成部４ｃ，４ｄでは、光源４１ｂと感光ドラム３１との間にメカニカルシャッタ４５または液晶シャッタ４６を設けることにより、複数の開口５１１を通過する光の感光体３１２上への瞬間的な照射を簡単な構成にて実現することができる。

上記実施の形態、並びに、図７、図９および図１１の関連技術では、マスク部４３上の遮光パターン４３２により感光体３１２側から入射する光の反射が防止されるが、マスク部４３においても、図１２の関連技術における液晶シャッタアレイ４８と同様に、感光体３１２側の面の全体に反射防止層が形成されて、感光体３１２上の静電潜像の質の低下が防止されてもよい。

上記マスク部４３（または液晶シャッタアレイ４８）では、１つの開口列のみが設けられてもよいが、ガラス基板９上にトナー画像を効率よく形成するには、マスク部４３には互いに平行かつ同時に光源部（すなわち、レーザ４１、ＬＥＤアレイ４１ａまたは光源４１ｂ）からの光が通過する複数の開口列が設けられることが好ましい。

上記実施の形態、並びに、図７、図９および図１１の関連技術において、マスク部４３に形成される複数の開口は、例えば、遮光性を有する材料にて形成された基材に物理的な開口を形成することにより実現されてもよい。また、上記実施の形態、並びに、図７、図９、図１１および図１２の関連技術において、マスク部４３または液晶シャッタアレイ４８にて形成される開口は、光源部から出射される特定の波長の光のみを透過するものであってもよい。すなわち、トナー画像形成装置においてマスク部としての役割を果たす部材（マスク部４３または液晶シャッタアレイ４８）では、光源部からの光が通過する複数の光通過領域が形成されることにより、感光体３１２上に静電潜像を容易に形成することが実現される。

トナー画像形成装置における処理の対象物は、ガラス基板９以外に半導体基板やプリント配線基板等の他の基板であってもよく、さらに、印刷用紙やフィルム等の基板以外のものであってもよい。ただし、トナー画像形成装置では、瞬間的な光照射が繰り返し行われることを考慮すれば、マスク部としての役割を果たす部材（マスク部４３または液晶シャッタアレイ４８）に、上記実施の形態のように光源部からの光が通過する複数の光通過領域を感光ドラム３１の回転軸Ｊ１に平行に配列した光通過領域列を形成して、カラーフィルタの製造に利用されることが特に好ましいといえる。この場合、トナー画像形成装置における処理の対象物はガラス基板９以外に、例えば透明の絶縁フィルムであってもよい。また、液晶表示装置用のカラーフィルタ以外に、他の表示装置用のカラーフィルタが製造されてもよい。

一の実施の形態に係るトナー画像形成装置の構成を示す図である。 潜像形成部の内部構成を示す図である。 マスク部を示す底面図である。 ガラス基板上にトナーの画像を形成する処理の流れを示す図である。 カラーフィルタを示す断面図である。 カラーフィルタを示す平面図である。 一の関連技術に係る潜像形成部を示す図である。 潜像形成部の他の例を示す図である。 他の関連技術に係る潜像形成部を示す図である。 マスク部にアパーチャ板を重ねて示す図である。 マスク部にアパーチャ板を重ねて示す図である。 さらに他の関連技術に係る潜像形成部を示す図である。 さらに他の関連技術に係る潜像形成部を示す図である。 液晶シャッタアレイにおいて形成される複数の開口を示す図である。 トナー画像形成装置の他の例を示す図である。

１，１ａ トナー画像形成装置
４ 潜像形成部
８ カラーフィルタ
９ ガラス基板
２２ 転写ローラ
２３ 中間転写体
３１ 感光ドラム
３３ 現像部
４１ レーザ
４２ ポリゴンミラー
４３ マスク部
５１ 開口列
８１ フィルタ基材
８２ フィルタ層
３１２ 感光体
４０１ レンズアレイ
４３２ 遮光パターン
５１１ 開口
Ｊ１ 回転軸
Ｓ１３〜Ｓ１５ ステップ

Claims (6)

1. 対象物上にトナーの画像を形成するトナー画像形成装置であって、
   回転軸を中心とする円筒状の感光体を有するとともに前記回転軸を中心として回転する感光ドラムと、
   帯電後の前記感光体に光を照射して静電潜像を形成する潜像形成部と、
   前記感光体上の静電潜像にトナーを付与する現像部と、
   前記感光体上の前記トナーを対象物に転写する転写部と、
   を備え、
   前記潜像形成部が、
   レーザ光を出射するレーザである光源部と、
   前記光源部と前記感光ドラムとの間に設けられ、前記光源部からの光が通過する複数の光通過領域を前記回転軸に平行に配列した光通過領域列を有し、前記複数の光通過領域以外の領域を遮光するマスク部と、
   前記マスク部上における前記光源部からのレーザ光の照射位置を前記複数の光通過領域の配列に沿って走査することにより、前記複数の光通過領域を通過する光による前記感光体への瞬間的な照射を繰り返す照射制御手段と、
   を有し、
   前記マスク部上におけるレーザ光のスポットの大きさが、各光通過領域を含む大きさであることを特徴とするトナー画像形成装置。
2. 請求項１に記載のトナー画像形成装置であって、
   前記潜像形成部が、前記光源部から出射されて前記マスク部を通過した光を前記感光体上へと導くレンズを有することを特徴とするトナー画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載のトナー画像形成装置であって、
   前記マスク部の前記複数の光通過領域以外の領域において、前記感光体側から前記マスク部へと入射する光の反射が防止されることを特徴とするトナー画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のトナー画像形成装置であって、
   前記マスク部が、前記光通過領域列に平行であり、前記光通過領域列と同時に前記光源部からの光が通過するもう１つの光通過領域列を有することを特徴とするトナー画像形成装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のトナー画像形成装置であって、
   前記対象物が表示装置に使用されるカラーフィルタのフィルタ基材であり、
   前記トナーが、前記フィルタ基材上において定着されることによりフィルタ層となるカラートナーであることを特徴とするトナー画像形成装置。
6. 対象物上にトナーの画像を形成するトナー画像形成方法であって、
   回転軸を中心として回転する感光ドラムが有する前記回転軸を中心とする円筒状の感光体を帯電させた後に、前記感光体に光を照射して静電潜像を形成する潜像形成工程と、
   前記感光体上の静電潜像にトナーを付与する現像工程と、
   前記感光体上の前記トナーを対象物に転写する転写工程と、
   を備え、
   前記潜像形成工程において、レーザ光を出射するレーザである光源部と前記感光ドラムとの間に、前記光源部からの光が通過する複数の光通過領域を前記回転軸に平行に配列した光通過領域列を有し、前記複数の光通過領域以外の領域を遮光するマスク部が設けられ、前記マスク部上における前記光源部からのレーザ光の照射位置を前記複数の光通過領域の配列に沿って走査することにより、前記複数の光通過領域を通過する光による前記感光体への瞬間的な照射が繰り返され、
   前記マスク部上におけるレーザ光のスポットの大きさが、各光通過領域を含む大きさであることを特徴とするトナー画像形成方法。

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