JP4733576B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、液体トナー等の液体現像剤により静電潜像を顕像化する湿式の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を利用したプリンタとして、ラインプリンタ（画像形成装置）が知られている。このラインプリンタは、被露光部となる感光体ドラムの周面上に、帯電器、ライン状のプリンタヘッド（ラインヘッド）、現像器、転写器などの装置を近接配置したものである。すなわち、帯電器によって帯電された感光体ドラムの周面上に、ラインヘッドに設けられた発光素子の選択的な発光動作で露光を行なうことにより、静電潜像を形成し、この潜像を現像器から供給されるトナーで現像して、そのトナー像を転写器で用紙に転写するようにしたものである。

このラインヘッドの光源としては、ＬＥＤや有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）が知られている。有機ＥＬ素子は、有機材料からなる固体蛍光物質を発光層として用い、電界発光を利用して光を取り出す発光素子である。有機ＥＬ素子は、素子部が１μｍ以下の厚さであり、また基板形状に合わせて自由な形状に形成できることから、小型のラインヘッドの製造に適している。
特開２００４−１９５７８８号公報

ＬＥＤや有機ＥＬ素子から放射される光は拡散光であるため、この光を感光体ドラム上に結像するためには、ロッドレンズアレイのような結像光学系が必要である。しかしながら、一般にロッドレンズアレイの光の開口角は非常に小さく、特定の角度の光だけを伝送するため、特に光源が拡散光を放射する場合、光の入射光率、伝送効率は非常に小さくなり、光源からの光を効率良く利用することはできない。ＬＥＤを光源とするラインヘッドの場合、光源であるＬＥＤを余計に発光させることにより任意の潜像を形成することができるが、有機ＥＬ素子を用いたプリンタヘッドの場合、有機ＥＬ素子の寿命が短いため、光源を必要以上に発光させることができない。したがって、有機ＥＬ素子を光源として用いる場合、有機ＥＬ素子から放射される光を有効に活用することが重要となる。

そこで、特許文献１では、感光体ドラムの内部に光源を設置し、光源と感光体ドラムとの間に樹脂を配して界面の反射を防止した画像形成装置が開示されている。しかしながら、この構成では、被露光部を感光体ドラムの内側から露光する背面露光方式を用いるため、感光体ドラムの材料として透明基材を用いたり、電極とし透明電極を用いるなど、特殊な構成を必要とし、コストや画質の点で課題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、光源を必要以上に発光させなくても十分な露光量を確保でき、寿命が長く、画質に優れた小型のプリンタヘッドを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、所定の回転軸を有する感光体ドラムと、前記感光体ドラムを露光する露光装置と、前記感光体ドラムの表面に液体材料を供給する媒体供給手段と、前記感光体ドラムへ前記露光装置から放射される光によって前記感光体ドラムを露光し前記感光体ドラムの表面に形成した静電潜像を、液体現像剤で現像する現像装置と、を有し、前記液体材料からなる層は、前記露光装置と前記感光体ドラムとの間に、前記露光装置と前記液体材料が接するように設けられており、前記露光装置の屈折率と前記液体材料の屈折率との差は、０．２以下に調整されていることを特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、所定の回転軸を有する感光体ドラムと、前記感光体ドラムを露光することにより前記感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体ドラムの表面に液体材料を供給し、前記露光装置と前記感光体ドラムとの間に、前記露光装置と前記液体材料が界面を形成するように前記液体材料からなる層を形成する媒体供給手段と、前記感光体ドラムの表面に形成された静電潜像をトナー粒子を含む液体現像剤によって現像する現像装置と、を有し、前記露光装置の屈折率と前記液体材料の屈折率との差が、０．２以下に調整されていることを特徴とすることを特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、所定の回転軸を有する感光体ドラムと、前記感光体ドラムを露光することにより前記感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体ドラムの表面に透明材料を供給し、前記露光装置と前記感光体ドラムとの間に前記透明材料からなる層を形成する媒体供給手段と、前記感光体ドラムの表面に形成された静電潜像をトナー粒子を含む液体現像剤によって現像する現像装置と、を有することを特徴とする。
また、前記透明材料は、前記液体現像剤に含まれるトナー粒子の分散媒と同じ溶媒であることを特徴とする。
また、前記媒体供給手段による前記透明材料の供給動作を、前記感光体ドラムの回転動作及び前記露光装置の露光動作と連動させて制御する制御装置を有することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、所定の回転軸を有する感光体ドラムと、前記感光体ドラムを露光することにより前記感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体ドラムの表面に屈折率調整媒体を供給し、前記露光装置と前記感光体ドラムとの間に前記屈折率調整媒体からなる反射防止層を形成する媒体供給手段と、前記感光体ドラムの表面に形成された静電潜像をトナー粒子を含む液体現像剤によって現像する現像装置と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、露光装置と感光体ドラムとの間に反射防止層が形成されるため、露光装置の露光面での界面反射が防止され、露光装置からの光を効率よく感光体ドラム上に供給することができる。したがって、必要以上に光源を発光させなくても十分な露光量が確保でき、画像形成装置の長寿命化かに寄与する。また、現像剤として液体現像剤を用いるため、サブミクロンサイズの極めて微細なトナー粒子を用いることができ、画像形成装置の高画質化に寄与することができる。

本発明においては、前記媒体供給手段は、前記感光体ドラムの回転方向に対して前記露光装置の上流側に設置されていることが望ましい。

この構成によれば、反射防止層は、屈折率調整媒体を感光体ドラム上に供給し、これを感光体ドラムの回転によって露光装置の露光面に移動させることによって形成できるため、複雑な装置構成が不要になり、画像形成装置の小型化に寄与することができる。

本発明においては、前記液体材料は、絶縁性であり、かつ前記液体現像剤に含まれるトナー粒子の分散媒と同じ溶媒であることが望ましい。
本発明においては、前記屈折率調整媒体は、前記液体現像剤に含まれるトナー粒子の分散媒と同じ溶媒であることが望ましい。

この構成によれば、屈折率調整媒体が感光体ドラムの回転によって現像装置に運ばれたとしても、現像装置内でトナー粒子の分散性に影響を与えず、長期間使用しても画質が劣化されることがない。

本発明においては、前記露光装置は、前記感光体ドラムの回転軸に沿って配列された複数の有機ＥＬ素子からなるラインヘッドと、前記ラインヘッドから放射される光を前記感光体ドラム上に結像させる複数のレンズ素子からなるレンズアレイと、を有することが望ましい。

この構成によれば、露光装置の光源として有機ＥＬ素子を用いることにより、小型の露光装置を実現できると共に、有機ＥＬ素子からの光をレンズ素子で結像させることで、光の有効利用が図られる。

本発明においては、前記媒体供給手段は、前記感光体ドラムの回転軸に沿って配置されたスリット状の噴射口を有する噴射装置であることが望ましい。

この構成によれば、媒体供給手段が簡易な構成の噴射装置で構成されるため、画像形成装置の更なる小型化に寄与することができる。また、噴射口が感光体ドラムの回転軸に沿って長軸に配置されるため、屈折率調整媒体が感光体ドラムの外周面に均一に供給され、画質の均一性を高められる。

本発明においては、前記媒体供給手段による前記屈折率調整媒体の供給動作を、前記感光体ドラムの回転動作及び前記露光装置の露光動作と連動させて制御する制御装置を有することが望ましい。

この構成によれば、屈折率調整媒体の無駄を省くと共に、現像装置に混入する屈折率調整媒体の量を減らし、現像装置内でのトナー濃度の変動等の影響を最小限に抑えることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置１を示す概略斜視図である。この画像形成装置１は、転写媒体１５の走行経路の近傍に、像担持体としての感光体ドラム２を備える。感光体ドラム２の周囲には、感光体ドラム２の回転方向（図中に矢印で示す）に沿って、帯電装置３、露光ユニット４、現像装置７、スクイーズ装置８、セットコロナ装置９、転写ローラ１０、クリーニング装置１１及び除電装置１２が順次配設されている。このうち、転写ローラ１０は、感光体ドラム２との間で転写媒体１５を挟むように、転写媒体１５の走行経路に対して感光体ドラム２とは反対側に配設されている。

この画像形成装置１では、まず、感光体ドラム２が回転する過程において、帯電装置３により感光体ドラム２の表面（感光面）は例えば正（＋）に帯電され、次いで露光ユニット４により感光体ドラム２の表面が露光されて表面に静電潜像１３が形成される。さらに、現像装置７の現像ローラ７１により、液溜容器７４に貯留されたトナー液（液体現像剤）７３が感光体ドラム２の表面に付与され、静電潜像１３の電気的吸着力によって静電潜像１３に対応したトナー像１４が形成される。なお、トナー液７３は、特定の極性に帯電したトナー粒子を絶縁性溶媒中に分散させたものであり、ここでは、トナー粒子は正（＋）に帯電されている。

現像装置７によるトナー像１３の形成後は、スクイーズ装置８によりトナー像１３中の余剰な絶縁性溶媒が取り除かれ、更にセットコロナ装置９によりトナー粒子と同極性の電荷が付与されてトナー粒子の凝集力が高められる。そして、感光体ドラム２の更なる回転によりトナー像１３が転写媒体１５に接したときに、転写ローラ１０により転写媒体１５の背面からトナー像１３のトナー粒子とは逆極性の電荷（ここでは負（−）の電荷）が付与され、これに応じて、トナー像１３を形成するトナー粒子が感光体ドラム２の表面から転写媒体１５に吸引され、トナー像１３が転写媒体１０の表面に転写される。その後、クリーニング装置１１により感光体ドラム２の表面に残留するトナー粒子が取り除かれると共に、除電装置１２により感光体ドラム２の表面に残留する電荷が取り除かれる。

なお、図１の画像形成装置１は単色刷り用の画像形成装置であり、その印刷色はトナー液７３のトナー粒子の色により決まる。多色印刷を行なう場合には、転写媒体１５の走行経路に沿って印刷色数に応じた個数の画像形成装置が並設される。

図２は、露光ユニット４を含む画像形成装置の要部斜視図である。露光ユニット４は、感光体ドラム２の回転方向に沿って、屈折率調整媒体を供給する媒体供給手段としての噴射装置５と、露光装置６とを備えている。感光体ドラム２は、回転軸２１の周りに回転可能に設けられており、その外周面には、回転軸方向中央部に感光面２Ａが形成されている。噴射装置５及び露光装置６は感光体ドラム２の回転軸２１に沿って長軸状に配置されており、その長軸方向の幅は、感光面２Ａの幅と概ね一致している。

噴射装置５は、感光体ドラム２の回転軸２１に沿って配置されたスリット状の噴射口５１を有する。この噴射口５１からは、屈折率調節媒体としての透明液体材料５２が感光体ドラム２上に噴射される。透明液体材料５２は、トナー粒子を分散可能な絶縁性溶媒であり、ここでは、トナー液７３に含まれる絶縁性溶媒と同じ溶媒が用いられている。この透明液体材料５２は、感光体ドラム２の表面に供給されることにより、感光体ドラム２と露光装置６との間に反射防止層を形成し、露光装置６の露光面での界面反射を防止する。

図３は、露光装置６を含む感光体ドラム２近傍の斜視断面図である。露光装置６は、複数の有機ＥＬ素子を感光体ドラム２の回転軸に沿って整列配置したラインヘッド６１と、ラインヘッド６１から放射された光を正立等倍結像させる複数のレンズ素子を感光体ドラム２の回転軸に沿って整列配置したレンズアレイ６２と、ラインヘッド６１及びレンズアレイ６２の外周部を保持するヘッドケース２１とを備えている。

図４は、ラインヘッド６１の平面構成図である。ラインヘッド６１は、長細い矩形の素子基板３１上に、複数の有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子３６を配列してなる発光素子列３７と、有機ＥＬ素子３６を駆動させる駆動素子３５からなる駆動素子群と、これら駆動素子３５（駆動素子群）の駆動を制御する制御回路群３２とを一体形成したものである。なお、図４では発光素子列３７を１列の有機ＥＬ素子３６で形成したが、例えば有機ＥＬ素子３６を２列にしてこれらを千鳥状に配してもよい。

有機ＥＬ素子３６は、一対の電極間に少なくとも有機発光層を備えたもので、その一対の電極から発光層に電流を供給することにより、発光するようになっている。有機ＥＬ素子３６における一方の電極には電源線３４が接続され、他方の電極には駆動素子３５を介して電源線３３が接続されている。この駆動素子３５は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜ダイオード（ＴＦＤ）等のスイッチング素子で構成されている。駆動素子３５にＴＦＴを採用した場合には、そのソース領域に電源線３４が接続され、ゲート電極に制御回路群３２が接続される。そして、制御回路群３２により駆動素子３５の動作が制御され、駆動素子３５により有機ＥＬ素子３６への通電が制御される。

図５は、レンズアレイ６２の部分斜視図である。レンズアレイ６２は、日本板硝子株式会社製のセルフォック（登録商標）レンズ素子と同様の構成からなるレンズ素子４１を、千鳥状に２列配列（配置）したものである。レンズ素子４１は、前記のセルフォック（登録商標）レンズ素子が最低でも０．５６ｍｍ程度の直径のファイバー状に形成されているのに対し、本実施形態のレンズ素子４１では、直径が０．３ｍｍ以下、好ましくは０．２８ｍｍ以下に形成されている。また、千鳥状に配置された各レンズ素子４１の隙間には黒色のシリコーン樹脂４２が充填されており、さらにその周囲にはフレーム４３が配置されている。

レンズ素子４１は、その中心から周辺にかけて放物線上の屈折率分布を有している。そのため、レンズ素子４１に入射した光は、その内部を一定周期で蛇行しながら進む。よって、このレンズ素子４１の長さを調整すれば、画像を正立等倍結像させることができる。そして、このように正立等倍結像するレンズ素子４１にあっては、隣接するレンズ素子４１どうしが作る像を重ね合わせることが可能になり、広範囲の画像を得ることができる。したがって、図５に示したレンズアレイ６２は、ラインヘッド６１全体からの光を精度よく結像させることができる。

図３に戻って、ラインヘッド６１とレンズアレイ６２とは、互いにアライメントされた状態でヘッドケース２１によって保持されている。このヘッドケース２１は、Ａｌ等の剛性材料によってスリット状に形成されている。ヘッドケース２１の長軸方向に垂直な断面は、上下両端部が開口した形状となっており、その上半部の側壁２１ａ，２１ａは相互に平行に配置され、下半部の側壁２１ｂ，２１ｂはそれぞれ下端中央部に向かって傾斜配置されている。そして、ヘッドケース２１の上半部側壁２１ａの内側には、上述したラインヘッド６１が配置され、ヘッドケース２１の下端部に形成されたスリット状の開口部には、レンズアレイ６２が配置されている。

ヘッドケース２１の側壁２１ａとラインヘッド６１とによって形成される角部には、全周にわたって封止材２３が配設されている。ヘッドケース２１の側壁２１ｂとレンズアレイ６２とによって形成される角部にも、全周にわたって封止材２３が配設されている。これにより、ヘッドケース２１に対してラインヘッド６１及びレンズアレイ６２が気密接合されている。また、ヘッドケース２１の内側におけるラインヘッド６１とレンズアレイ６２との間には、チャンバ２２が形成されている。チャンバ２２は密閉封止されており、チャンバ２２の内部は、窒素ガス等の不活性ガスによって満たされるか、または真空に保持されている。

図３において、ラインヘッド６１から放射された光はレンズアレイ６２によって感光体ドラム２の感光面２Ａ上に結像される。レンズアレイ６２の射出面（露光面）６２ａと感光体ドラム２の感光面２Ａとの間には、図２の噴射装置５から供給された屈折率調整媒体としての透明液体材料５２が介在され、反射防止層５３が形成されている。この透明液体材料５２には、レンズアレイ６２の露光面６２ａとの屈折率差が空気よりも小さい液体材料が用いられており、例えば、その屈折率差は０．２以下に調整されている。したがって、レンズアレイ６２から放射された光は、露光面６２ａと反射防止層５３との界面で反射されることなく感光体ドラム２上に供給される。

なお、透明液体材料５２は、感光体ドラム２の回転に伴って現像装置まで運ばれ、その一部が現像装置の液溜容器に混入する。しかし、透明液体材料５２は、トナー粒子を分散させる絶縁性溶媒と同じ溶媒からなるため、液溜容器内でトナー粒子の分散性に影響を及ぼすことはない。

図２に戻って、噴射装置５、感光体ドラム２、露光装置６及び現像装置７は、制御装置１６によって制御される。制御装置１６は、噴射装置５による透明液体材料５２の供給動作を、感光体ドラム２の回転動作、露光装置６の露光動作及び現像装置７の現像ローラ７１の回転動作と連動させて制御する。それにより、透明液体材料５２の無駄を省くと共に、液溜容器内に混入する透明液体材料５２の量を減らし、液溜容器内でのトナー濃度の変動等の影響を最小限に抑えるようになっている。

以上のように、本実施形態の画像形成装置１では、露光装置６１と感光体ドラム２との間に反射防止層５３が形成されるため、露光装置６１の露光面での界面反射が防止され、露光装置６１からの光を効率よく感光体ドラム２上に供給することができる。したがって、必要以上に光源を発光させなくても十分な露光量が確保でき、画像形成装置１の長寿命化かに寄与する。また、反射防止層５３は、透明液体材料５２を感光体ドラム２上に供給し、これを感光体ドラム２の回転によって露光装置６１の露光面６２ａに移動させることによって形成されるため、複雑な装置構成が不要になり、画像形成装置１の小型化に寄与することができる。また、現像剤として液体現像剤（トナー液７３）を用いるため、サブミクロンサイズの極めて微細なトナー粒子を用いることができ、画像形成装置１の高画質化に寄与することができる。さらに、透明液体材料５２が、トナー液７３に含まれるトナー粒子の分散媒と同じ溶媒であるため、透明液体材料５２が感光体ドラム２の回転によって現像装置７に運ばれたとしても、現像装置７内でトナー粒子の分散性等に影響を与えることがなく、長期間の使用によっても画質を劣化させない。

なお、本実施形態では、屈折率調整媒体として、トナー液７３に含まれる絶縁性溶媒と同じ溶媒を用いたが、トナー液７３に含まれる絶縁性溶媒と同じ溶媒でなくても、トナー粒子を分散可能な分散媒であれば、使用できる。また、かかる分散媒以外の媒体であっても、トナー粒子の分散性等に影響を与えないものであれば使用できる。さらに、媒体供給手段として、長軸の噴射口を備えた噴射装置を用いたが、媒体供給手段はかかる構成のものに限定されない。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 露光装置を含む画像形成装置の部分斜視図である。 露光装置の斜視断面図である。 露光装置のラインヘッドを示す平面構成図である。 露光装置のレンズアレイを示す部分斜視図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…感光体ドラム、５…噴射装置（媒体供給手段）、６…露光装置、７…現像装置、１３…静電潜像、１６…制御装置、２１…感光体ドラムの回転軸、３６…有機ＥＬ素子、４１…レンズ素子、５１…噴射口、５２…透明液体材料（屈折率調整媒体）、５３…反射防止層、６１…ラインヘッド、６２…レンズアレイ、６２ａ…露光面、７３…トナー液（液体現像剤）

Claims (6)

1. 所定の回転軸を有する感光体ドラムと、
   発光素子を有するラインヘッドとレンズアレイとを備え、当該レンズアレイを介して前記ラインヘッドから放射される光により前記感光体ドラムの表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、
   前記感光体ドラムの表面に絶縁性の液体材料を供給して、前記露光装置と前記感光体ドラムの表面との間に介在する前記液体材料からなる反射防止層を形成する媒体供給手段と、
   前記感光体ドラムの表面に形成された前記静電潜像を、液体現像剤で現像する現像装置と、を有し、
   前記レンズアレイの露光面の屈折率と前記液体材料の屈折率との差は、０．２以下に調整されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記液体材料は、前記液体現像剤に含まれるトナー粒子の分散媒と同じ溶媒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. 前記媒体供給手段は、前記感光体ドラムの回転方向に対して前記露光装置の上流側に設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記露光装置において、前記ラインヘッドは、前記感光体ドラムの回転軸に沿って配列された複数の有機ＥＬ素子からなり、前記レンズアレイは、前記ラインヘッドから放射される光を前記感光体ドラム上に結像させる複数のレンズ素子からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の画像形成装置。
5. 前記媒体供給手段は、前記感光体ドラムの回転軸に沿って配置されたスリット状の噴射口を有する噴射装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
6. 前記媒体供給手段による前記液体材料の供給動作を、前記感光体ドラムの回転動作及び前記露光装置の露光動作と連動させて制御する制御装置を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の画像形成装置。

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